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    大形式水冷化启动机弱温加热启动体系的预设革新
    来源:本站 作者:admin 发布日期:2015-5-19 点击次数:1803

    1概述

      1. 1背景介绍

      寒冷地区的车辆,尤其是大功率水冷发动机的低温起动问题已经成为一个迫切需要解决的问题。

      目前国内外针对低温起动的影响因素,采用了不同的措施,如电预热起动、发动机进气加热、利用起动液(乙醚或其他燃烧液为基础配制成的特殊液体)喷入进气管改善燃油着火条件等,液体加热器循环系统是近年来新采用的一种低温起动辅助方式,这种方式是通过液体加热器附带的水泵将发动机机体内的冷却液抽出,通过液体加热器将其加热后再循环至发动机机体内,使发动机机体温度均匀升高,达到低温条件下起动发动机的目的。某重型越野车的大功率水冷增压型柴油机采用的低温起动辅助方式就是液体加热器循环系统,本文针对该系统出现的低温状况下无法使发动机达到起动要求的问题,通过分析原有循环系统的试验结果,结合发动机冷却系统原理,对原有系统进行了改进设计,并通过试验证明改进后的系统达到了低温起动的目的,安全可靠。

      1. 2液体加热器的工作原理

      液体加热器结构如所示,加热器自带油泵在电机带动下,吸入燃油,燃油经输油管送到喷油嘴,靠压力作用被喷油嘴喷出,喷出的高压油雾与助燃风扇吸入的空气在燃烧室内混合,被点火电极点燃,在燃烧室内充分燃烧后,燃气流经热交换器内壁的热传导片,通过热传导片把大部分热量传递给热交换器夹层中的防冻液,冷却液在管路中靠管道泵强制循环,经管道进入发动机水套,再与发动机机体进行热交换,使发动机均匀持续升温,在加热器的进水口安装一温度传感器,当加热器水温达到81时,加热器控制板自动切断电磁阀供电,加热器熄火,加热器控制板150秒吹凉加热器后关闭电机,此时水泵继续工作,当水温再次低于70加热器再起动供热,如此往复循环工作。

      2设计改进

      2. 1问题提出

      该车采用的低温预热起动系统是由液体加热器、发动机冷却系统、燃油箱三部分构成的闭式循环系统,如所示。调试系统,起动液体加热器,大概5分钟电磁阀自动停止供电,发动机机体包括气缸盖、缸身温度均没有任何变化,仅仅从接口到接口的一段管路温度升高到60.此外与液体加热器直接连接的管路也在60左右。

      2. 2问题分析

      由可以看出,由发动机水套和机油冷却腔等构成的内部冷却液循环系统与外界总共有五个接口,其中接口处安装有节温器,在低温预热起动系统中冷却液局部最高温度( 81 )比节温器自动开启的温度( 83 )低,因此节温器关闭,通往水箱的水路在整个系统工作时始终处于断开状态。

      由试验现象可以判断,被加热的冷却液流入发动机后几乎没有经过发动机的六个气缸套和机油冷却水腔,大部分冷却液直接从接口流回液体加热器。这是因为,接口和接口距离非常近,而且有一通路(此通路是当发动机工作、节温器未开启时冷却系统内循环的回路),由于气缸水套比较狭窄,有一定的阻力,而接口和接口之间的这条通路阻力非常小,因此,冷却液在液体加热器水泵作用下进行循环时便常走这一条捷径。

      接口:水箱进水口;接口:热水回水口;接口:水箱回水口;接口:热水进水口;接口( :发动机放水口,用螺塞垫圈密封

      2. 3解决措施

      根据以上分析对系统进行改进,在原理不变的基础上,将发动机的热水进水口由接口改到发动机接口( ,如所示,出水口保持不变。改进后系统示意图如所示,在加热器水泵压力作用下,冷却液经过加热器加热以后进入接口( ,在此分为三部分,一部分经过一、二缸缸体水套,由缸体上水孔流入缸盖水套;一部分经过三、四、五、六缸体水套,同样由缸体上水孔流入缸盖水套;还有一部分流入机油散热器冷却水腔,三部分水路在接口处汇合后流往加热器,由于三部分水路阻力不同,冷却液的流速不同,导致传递热量不同,温升也有所差别。

      在液体加热器进水口处,水温达到81时加热装置自动断电,燃油泵停止泵油,此时水泵仍然工作,这使得冷却液通过循环,热量进一步变得均匀,加热器进水口冷却液温度也因此降低,当水温低于70时加热器电磁阀便自动打开,加热器再次工作,如此循大功率水冷发动机低温预热起动系统的设计改进环,发动机机体温度就有了均匀升高的趋势。

      2. 4试验验证

      对改进后的设计进行安装调试,加热器从打开到电磁阀自动断电(液体加热器进水口处的温度传感器达到81便自动断电,油泵停止供油)经历了12分钟,此时用点温计测量发动机表面温度,测得温度如1所示,改进前后发动机各缸温度对比如5所示。

      5改进前后发动机各缸温度对比由试验结果可知,改进后的设计能够使发动机机体温度均匀持续升高, 12分钟使机体平均温度达到30以上,满足发动机起动条件和客户要求。

      系统实际安装中,影响加热时间和发动机机体温度的因素主要有以下几点:( 1)管路未加保温层,因此系统热量损失较大;( 2)由于布置空间限制,结构过于紧凑,管路弯角多,流通阻力较大,水流速降低,则加热时间延长;( 3)由于发动机结构限制,热水进水口(在二缸附近而不在发动机中心,这导致加热水和冷却水不能迅速混合,使发动机各部位温度不均匀,需要水循环时间也较长。

      3结论

      本文对液体加热器循环系统的设计和安装进行了分析和改进,改进后的系统能够使发动机机体在12分钟内均匀持续升温到30以上,满足高寒地区起动车辆的技术条件和客户要求。由于这种方式是通过加热分布在发动机水套和机油冷却腔内冷却水使发动机机体均匀升温的,因此机油温度也随之升高,发动机润滑条件得以改善,同时克服了传统预热方式因为局部预热造成的起动粗暴、拉缸、机件卡死等缺点。此系统的改进设计已在某重型越野车上使用,目前工作状态良好,并且具有燃烧稳定、效率高、使用可靠、安全性好等优点,有长远的推广和应用意义。

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