摘要：随着国家的发展越来越好，工业也在不断的改革和完善。对车辆的环境适应性、可靠性和机动性提出了更高的要求。柴油机具有燃油经济性好、工作可靠性高、耐用性好、可通过增压、扩缸等方式增加功率、消防安全性好等特点。它们比汽油发动机更适合军队的需求。因此，军用车辆一般使用柴油发动机。可启动性是衡量柴油机性能的重要指标之一。它伴随着柴油机的整个生命周期，对柴油机的正常运行有着重要的影响。
关键词：低温环境；柴油机冷起动；热力
引言
柴油车实际工作循环与标准测试循环之间存在很大的差异，原因之一是标准测试循环未考虑环境因素的影响，例如低温的影响。低温对车辆排放影响很大，根本原因是其发动机选用选择性催化还原性后处理，该类型后处理催化剂对于起燃温度有一定要求。因此，低温下出现柴油车实际排放与法规测试之间存在很大的差异。
1概述
柴油机因其良好的动力性和环境适应性而被广泛应用于各种特殊领域。中国地域辽阔，南方地区冬季温度普遍在0℃以下，北方地区冬季气温最低可以达到-53℃。低温环境下柴油机冷起动困难的问题一直未得到妥善解决，导致中国在物资运送、应急救援与国防军事等领域的发展处于被动局面，因此开展低温环境下柴油机冷起动性能的研究已成为无法回避的重要问题。同时，2020年9月中国政府在第七十五届联合国大会上提出“碳达峰、碳中和”的减排目标，预示着未来降低包括内燃机在内的产品的碳排放物将成为国家重点工作和行业发展的重要趋势。美国加州已经开始采用低温起动测试循环，中国的该项工作也将陆续展开。冷起动性能是现代柴油机的重要评价指标，而热力过程是决定柴油机能否冷起动成功及排放性能优劣的最根本因素，因此对柴油机冷起动工况的热力过程开展深入研究尤为重要。冷起动是一个瞬态过程，气缸内的热力状态实时变化，这对研究工作造成了很大的困难。国内外学者对影响冷起动的因素开展了大量的研究。
2低气压低温环境对柴油机起动性能的影响
2.1低气压低温环境对柴油机压缩终了压力和温度的影响
柴油机的最低着火临界温度，主要由气缸内工质压缩温度与压力决定，且随压缩终了压力
的升高而降低。随着海拔的升高，大气压力和密度相应降低，海拔每升高1000m，大气压力和密度下降约为11%，海拔升高到5000m时，大气压力下降46.7%。受高海拔低气压和低温的双重影响，柴油机在起动过程中，进气温度降低、润滑油粘度增大、起动转速降低、压缩空气泄漏量增加、气缸壁传热损失增大，使压缩终了温度和压力下降;大气压力每降低10kPa、温度下降10℃，压缩终了压力和温度分别下降15%和21%，柴油机缸内混合气的着火温度升高13%。当压缩终了温度和压力下降到可燃混合气着火临界温度以下时，混合气将不能着火，柴油机就无法起动。由此可见，随着海拔的升高，柴油机压缩终点压力越低，柴油机起动越困难。柴油机在海拔4000m、－25℃条件下的低温起动难度相当于平原地区－40℃低温起动。
2.2低温对柴油机起动转速的影响发动机隔热棉
柴油机起动转速取决于起动功率和起动阻力矩的大小。起动功率越大、阻力矩越小，则起动转速越高，柴油机起动能力越强。但是，随着环境温度的下降，起动机的供电电源－－蓄电池电解液(稀硫酸溶液)浓度增大，蓄电池内阻增加，起动电流降低，输出功率下降，导致起动转速降低，起动性能下降。另一方面，由于低温起动时机油粘度增大，起动阻力增
加，使起动电流增加了3～4倍。在常温下起动柴油机，起动电流为200A～300A，当环境温降到－40℃时，起动电流高达700A～900A，在起动机啮合的一瞬间，甚至超过1500A。因此，在低温条件下，由于蓄电池的内阻和起动电流的迅速增加，使蓄电池的端电压下降，起动输出功率下降，起动转速降低，最后导致柴油机不能起动。
3柴油机低温改善措施
3.1预热措施
柴油机常用的预热措施有：（1）安装进气预热装置、电热塞、燃油加热器等；（2）冷却液预热。1）进气预热装置。进气预热装置可提高进气温度，从而提高压缩终了温度，促进燃油的蒸发与雾化，形成可燃混合气，改善燃烧条件，使发动机在环境温度较低时顺利起动。常2）电热塞。在发动机燃烧室中安装电热塞，提供一个高温热源，以提高压缩终了温度，帮助燃油着火。燃烧室电热塞是一种简单有效的辅助装置，主要零件是管形加热元件，多用于起动性能较差的分隔式燃烧室—涡流室和预燃室中。但电热塞的安装需要足够的燃烧室空间，且电热塞的低温起动效果不仅与发动机本身的起动性能有关，还与电热塞的安装位置等因素有关。3）燃油加热器。汽车燃油加热器是一种独立的汽车加热系统，利
用燃油燃烧产生的热量将发动机冷却液加热，从而迅速提高发动机温度，发动机被加热后，发动机各部位摩擦副之间的机油粘度下降，能降低起动阻力，增加起动转速，提高了压缩终了的温度与压力。4）加热冷却液发动机机体预热是在发动机起动前，通过电加热或燃烧加热的方法对冷却液进行升温，然后通过冷却液的循环提高发动机机体的温度，从而实现进气、燃油、润滑油等的升温。目前，冷却液加热方式在大型发动机上应用很广泛。因为，大型发动机空间尺寸较大，易于实现改装或加装水套和加热装置。如果条件受限制，可采用加热油底壳的方法，但这种方法预热准备时间较长，且加热系统布置很复杂。
3.2改善低温起动性能的技术措施
（1）定期保养起动电机。保持起动机各部清洁、干燥，尤其是电刷与换向器之间应接触良好。（2）选用凝点低、流动性好的优质柴油。柴油发动机所用柴油的凝固点应低于环境最低温度5~6℃，以保证最低气温时柴油不凝固并使柴油具有较好的低温流动性。推荐燃油选用适合低温高寒地域-50#柴油。（3）选用低温性能好的润滑油。选用机油粘度等级尾缀“W”的冬用机油，且SAE（美国汽车工程师协会）后面数字越大的机油，因为SAE后数字越大，高温下油的粘度越高，发动机在高温下工作的保护就越好。（4）冷却水的防冻措施。
使用可靠的防冻液，防冻液的冰点应低于最低环境温度约10℃。对于使用软化水作为冷却剂的柴油发动机，有必要避免在户外长时间停车，以防止冷冻箱事故。（5）保温措施。在现场操作中，短暂停机和隔热（棉花或毛毡）的发动机可以在短时间内保持发动机的残余温度。另外，在油底壳上铺设一层中空玻璃纤维，铺设电加热绝缘带（功率20~30W）等，也有利于油品的保温。
3.3合理选用运行材料
（1）选用低温型蓄电池。普通蓄电池的适用温度范围一般在-5℃～40℃，而低温型蓄电池，例如卷绕式蓄电池甚至可在-55℃～75℃范围内正常工作。因此，合理选用蓄电池的类型和性能参数将有助于改善柴油机低温冷起动性能。（2）选用性能合理的润滑油。机油有品质等级差异，一般应根据车辆使用说明书的要求选用机油等级；在确定选用机油质量等级后，还要选择机油粘度。由于机油的粘度受到气温变化的影响，因此在不同的环境温度下应使用不同粘度牌号的机油。
结语
通过对低温下的环境的特征进行分析，了解低温下影响柴油机起动的因素，并从适合低温环境的柴油机柴油、机油、功率充足且工况良好的起动马达、大容量起动电源和有效的低温辅助起动措施等方面进行改善。并就各改善方法进行分析，从而选择最佳的提高柴油机低温起动性能的方法，以更好解决低温下起动的问题。
参考文献
［1］王峰，郑朝蕾，肖俊峰，等.进气初始条件对柴油机低温燃烧及PAHs排放特性的影响［J］.热科学与技术，2021，16(4):313-319.
［2］姚春德，倪培永，姚广涛.进气预热降低汽油机冷启动排放的研究［J］.内燃机学报，2021，24(6):494-499.
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