重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统及方法.pdf

本发明公开了一种重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统及方法，系统包括发动机进气预热装置、燃油加热系统和电源。发动机进气预热装置包括格栅加热器和电热塞，两者同时加热进气管内部的空气温度，使进气温度得到充分预热。燃油加热系统包括燃油箱加热装置、滤清器加热装置、吸油管加热装置、发动机缸体加热装置，用于对燃油箱、滤清器、吸油管以及发动机缸体内的燃油进行加热，各加热装置均设有自检控制电路，可以分别独立对燃油自动控温加热，使发动机始终保持良好的供油状态。电源采用大容量锂电池，用于对发动机进气预热装置、燃油加热系统供电。本发明有效的解决了重型车辆大功率风冷柴油机在低温环境下快速起动问题。

权利要求书
1.  重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，其特征在于：包括发动机进气预热装 置、燃油加热系统和电源；
所述的发动机进气预热装置包括：
格栅加热器，其安装在发动机中冷器与进气管连接处，用于对进气格栅加热；
电热塞，其安装在发动机进气管上，用于对进气管内部的气体进行加热；
所述的燃油加热系统包括：
燃油箱加热装置，用于对燃油箱内的燃油进行加热，其为安装在燃油箱内的热敏电阻加 热片；
滤清器加热装置，为滤清器的体外加热装置，由整体预压紧在滤清器外壳上金属基体和 金属基体外部的加热器组成；
吸油管加热装置，用于对吸油管内的燃油进行加热；其为安装在吸油管内的电热线，应 用配装时，接入燃油管内；
发动机缸体加热装置，用于对发动机的缸体进行加热，其为安装在缸体高压油泵进口位 置的热敏电阻加热片；
电源，用于对所述发动机进气预热装置、燃油加热系统供电。

2.  如权利要求1所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，其特征在于：进气 格栅加热器加热90s后加热器中心温度超过1000℃。

3.  如权利要求1所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，其特征在于：所述 的电热塞，加热90s后电热塞中心温度380℃，其安装在远离格栅加热器的位置。

4.  如权利要求1所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，其特征在于：所述 的格栅加热器安装在发动机中冷器与左、右进气管连接处，位于左侧的格栅加热器和位于右 侧的格栅加热器均各自与一个预热继电器相连；所述的电热塞包括两组，分别安装在发动机 的左、右进气管上，两组电热塞与同一个预热继电器相连，三个所述的预热继电器由一个预 热控制继电器控制，所用的预热控制继电器与电源、电源总开关、控制开关串联，通过控制 开关控制是否对发动机进行进气预热。

5.  如权利要求1所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，其特征在于：所述 的燃油箱加热装置、滤清器加热装置、吸油管加热装置、发动机缸体加热装置均设有自检控 制电路，可以分别独立对燃油自动控温加热，使发动机始终保持良好的供油状态。

6.  如权利要求1所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，其特征在于：所 述的燃油箱加热装置、滤清器加热装置、吸油管加热装置和发动机缸体加热装置均设有自检 控制电路，分别独立对燃油自动控温加热，保证发动机始终保持良好的供油状态。

7.  如权利要求1所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统的启动方法，其特征 在于，包括以下步骤：
步骤1打开燃油加热系统；在整个启动过程中，燃油系统自动控温加热；
步骤2启动起动机40～45s；蓄电池为起动机提供电能，起动机拖动发动机旋转，减小 发动机旋转阻力，为正式启动做准备；同时为蓄电池放电，提高蓄电池低温性能；
步骤3停止起动机工作15～20s，为蓄电池提供电压回升机会；
步骤4启动起动机40～45s；拖动发动机旋转，进一步减小启动阻力；
步骤5操作发动机进气预热装置预热100s～105s；利用进气预热装置给发动机进气管内 部空气进行加热，提高发动机进气温度，使发动机更容易启动；
步骤6启动发动机。

8.  如权利要求7所述的重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统的启动方法，其特 征在于：所述的蓄电池为大容量的锂电池，锂电池可用容量超过70％，且随着电量的消耗， 输出功率反而提升，其最大放电倍率可达15C；锂电池作为起动电池，在-40℃，其有能力支 持大功率的加热设备，对发动机进行充分加热后还有足够的电量储备以进行多次启动。

说明书重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统及方法
技术领域
本发明公开了一种重型车辆大功率风冷柴油机在低温环境下快速起动的系统及方法。
背景技术
低温条件下，尤其是在-40℃极寒条件下的冷启动问题，一直是困扰着重型车辆大功率 (380kw以上)风冷柴油机的一大难题。由于环境温度的影响，发动机润滑油粘度增大，各摩 擦表面得不到充分的预润滑，从而加大了发动机的起动阻力(重型车辆发动机后部带有负载， 如液力机械变速箱等，使起动阻力进一步加大)，造成发动机起动转速比常温明显下降，压 缩气体泄漏增多，气体向气缸璧的传热时间较长，热量损失较大，使压缩终了的空气温度与 压力降低；柴油的粘度和密度均变大，雾化效果变差，缸内的空气温度与压力不足造成柴油 机起动困难；蓄电池电解液粘度增大，向极板的渗透能力下降，内阻增加，低温起动时蓄电 池输出功率下降，导致起动机无力拖动柴油机旋转或不能达到最低的起动转速。
目前大功率风冷柴油机配套的火焰进气预热装置仅能满足-20℃的低温冷启动要求，在低 于-20℃甚至更冷的极寒条件下仅靠发动机自带的冷启动装置，很难将车辆顺利起动。为解决 极寒条件下的重型车辆大功率风冷柴油机冷启动问题，必须另外为车辆加装冷启动辅助措施， 如加注起动液、冷却介质加热、润滑油加热、低温蓄电池及蓄电池保温等，试验表明上述措 施虽然在一定程度上能够明显的改善大功率风冷柴油机低温起动效果，但都存在启动准备时 间较长的缺点，无法满足发动机在低温-40℃时快速起动需要，甚至个别的措施(如加注起动 液)对发动机损伤较大，同时存在安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供重型车辆风冷柴油机在低温环境下快速起动的系统及方 法，通过发动机快速起动，实现底盘为上装设备快速供电，将发动机启动时间缩短至4min 以内。
本发明采用的技术方案如下：
一种重型车辆大功率风冷柴油机低温快速起动系统，包括发动机进气预热装置、燃油加 热系统和电源。
所述的发动机进气预热装置包括安装在发动机中冷器与进气管连接处的格栅加热器和安 装在发动机进气管上的电热塞。
安装在发动机中冷器与进气管连接处的格栅加热器功率大，加热90s后加热器中心温度超 过1000℃；安装在发动机进气管上的电热塞功率较小，加热90s后电热塞中心温度380℃；电 热塞安装在距离格栅加热器较远的位置；两个位置同时加热整个进气管内部的空气温度，使 进气温度得到充分预热。
所述的燃油加热系统包括：
燃油箱加热装置，用于对燃油箱内的燃油进行加热，其为安装在燃油箱内的热敏电阻加 热片。
滤清器加热装置，为滤清器的体外加热装置，由整体预压紧在滤清器外壳上金属基体和 金属基体外部的加热器组成；加热装置工作时，滤清器的外壳周向受热均匀，加热效果好， 加热速度快，可以防止燃油在低温下析蜡，使保证燃油的流动性好，同时提高燃油温度。
吸油管加热装置，用于对吸油管内的燃油进行加热；其为安装在吸油管内的电热线，应 用配装时，通过三通接口装在燃油管的端部接口处接入燃油管内。
发动机缸体加热装置，用于对发动机的缸体进行加热，其为安装在缸体高压油泵进口位 置的热敏电阻加热片；在发动机起动前，发动机缸体、高压油泵、高压油管温度与环境温度 相同，虽然燃油箱、滤清器、燃油管路中都有加热装置在为燃油加热，但当燃油流经高压油 泵时温度降低，由高压油泵喷入气缸内的燃油温度低，发动机不容易着火；在缸体高压油泵 上安装加热装置后，使喷入气缸的燃油温度高，雾化好，发动机容易着火。
所述的燃油箱加热装置、滤清器加热装置、吸油管加热装置、发动机缸体加热装置均设 有自检控制电路，可以分别独立对燃油自动控温加热，保证发动机始终保持良好的供油状态。
电源，用于对所述发动机进气预热装置、燃油加热系统供电。
所述的格栅加热器安装在发动机中冷器与左、右进气管连接处，位于左侧的格栅加热器 和位于右侧的格栅加热器均各自与一个预热继电器相连；所述的电热塞包括两组，分别安装 在发动机的左、右进气管上，两组电热塞与同一个预热继电器相连，三个所述的预热继电器 由一个预热控制继电器控制，所用的预热控制继电器与电源、电源总开关、控制开关串联， 通过控制开关控制是否对发动机进行进气预热。
所述的自检控制电路和显示器相连，所述的自检控制电路与电源、电源总开关、控制开 关相连。
本发明的启动方法如下：
步骤1打开燃油加热系统；在整个启动过程中，燃油系统自动控温加热。
步骤2启动起动机40～45s；蓄电池为起动机提供电能，起动机拖动发动机旋转，减小 发动机旋转阻力，为正式启动做准备；同时可以为蓄电池放电，提高蓄电池低温性能。
步骤3停止起动机工作15～20s，为蓄电池提供电压回升机会。
步骤4启动起动机40～45s；拖动发动机旋转，进一步减小启动阻力。
步骤5操作发动机进气预热装置预热100s～105s；利用进气预热装置给发动机进气管内 部空气进行加热，提高发动机进气温度，使发动机更容易启动。
步骤6启动发动机。
所述的蓄电池为大容量锂电池。
在低温环境下，特别是-40℃，普通铅酸蓄电池实际可用容量只有20％左右，且最大放电 倍率为3C，随着电量的消耗，其输出功率也快速下降；而锂电池可用容量超过70％，且随着 电量的消耗，输出功率反而提升，其最大放电倍率可达15C；锂电池作为起动电池，在-40℃， 其有能力支持大功率的加热设备，对发动机进行充分预热后还有足够的电量储备以进行多次 启动。
本发明的有益效果如下：
通过上述装置及方法，能够使大功率(380kw以上)风冷发动机在-40℃的极低温度下快 速起动，起动时间不大于4分钟；整个起动过程只需一个驾驶员即可完成发动机起动；通过 发动机快速启动，实现整车的快速启动，缩短部队快速反应时间，将发动机启动时间缩短至 4min以内。
附图说明
图1、发动机进气预热装置电气原理图
图2、燃油加热系统电气原理图
图中：1-1左格栅加热器，1-2右格栅加热器，1-3左电热塞，1-4右电热塞，JK0预热控 制继电器，JK1、JK2、JK3预热继电器，K0、K1、K2开关，2-1燃油箱加热装置，2-2滤清器 加热装置，2-3、2-4、2-5、2-6吸油管加热装置，2-7发动机缸体加热装置，2-8显示器，2-9 自检控制电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
重型车辆风冷柴油机在低温环境下快速起动的系统，包括发动机进气预热装置、燃油加 热系统和电源。
如图1所示，发动机进气预热装置包括安装在发动机中冷器与左、右进气管连接处的格栅 加热器和安装在发动机左、右进气管上的电热塞；安装在发动机中冷器与进气管连接处的格 栅加热器包括左侧、右侧各一个，其功率大，加热90s后加热器中心温度超过1000℃；安装在 发动机左、右进气管上的电热塞各包括四个，其功率较小，加热90s后电热塞中心温度380℃； 电热塞安装在距离格栅加热器较远的位置；位于左侧的格栅加热器1-1和位于右侧的格栅加热 器1-2均各自与一个预热继电器JK1、JK3相连，位于左进气管上的四个左电热塞1-3和位于右进 气管上的四个右电热塞1-4与同一个预热继电器JK2相连，3个预热继电器由一个预热控制继电 器控制器JK0控制，所有的预热继电器安装在一个控制箱内，控制箱安装在车架上，预热控制 继电器JK0与电源、电源总开关K0、控制开关K1串联，通过控制开关K1控制是否对进气进行加 热；且格栅加热器和电热塞同时加热整个进气管内部的空气温度，使进气温度得到充分预热。
如图2所述的燃油加热系统包括：
燃油箱加热装置2-1，用于对燃油箱内的燃油进行加热，其为安装在燃油箱内的热敏电阻 加热片。
滤清器加热装置2-2，为滤清器的体外加热装置，由整体预压紧在滤清器外壳上金属基体 和金属基体外部的加热器组成；加热装置工作时，滤清器的外壳周向受热均匀，加热效果好， 加热速度快，可以防止燃油在低温下析蜡，使保证燃油的流动性好，同时提高燃油温度。
吸油管加热装置2-3、2-4、2-5、2-6，用于对吸油管内的燃油进行加热；其为安装在吸 油管内的电热线，应用配装时，通过三通接口装在燃油管的端部接口处接入燃油管内。
发动机缸体加热装置2-7，用于对发动机的缸体进行加热，其为安装在缸体高压油泵进口 位置的热敏电阻加热片；在发动机起动前，发动机缸体、高压油泵、高压油管温度与环境温 度相同，虽然燃油箱、滤清器、燃油管路中都有加热装置在为燃油加热，但当燃油流经高压 油泵时温度降低，由高压油泵喷入气缸内的燃油温度低，发动机不容易着火；在缸体高压油 泵上安装加热装置后，使喷入气缸的燃油温度高，雾化好，发动机容易着火。
上述的燃油箱加热装置、滤清器加热装置、吸油管加热装置、发动机缸体加热装置均与 显示器2-8和自检控制电路2-9相连，且自检控制电路2-9由电源总开关开关K0控制，显示器2-8 和自检控制电路2-9同时由控制开关K2控制。自检控制电路2-9为现有电路，不再进行详细展 开。
为保证发动机始终保持良好的供油状态，各加热装置设有自检控制电路，可以分别独立 对燃油自动控温加热。
具体的试验方法如下：
1.试验状态
(1)装备DEUTZ公司BF12L513C风冷柴油机(功率386kw)的整车一台；
(2)ZF公司WSK400+8S221液力机械变速箱；
(3)上述的发动机进气预热装置一套；
(4)上述的燃油加热系统一套；
(5)四块12V 180Ah磷酸铁锂电池。(蓄电池安装在车辆底盘右侧的蓄电池箱内，蓄电 池主要作用为发动机起动提供电能；磷酸铁锂电池有一个特性：低温放电性能好，能在低温 下释放80％以上的电量；磷酸铁锂电池在低温下刚开始使用时，由于环境温度太低，蓄电池内 阻较大，对外输出电压较低，但随着对电池的使用，蓄电池放电的过程中使内部发热，内阻 随之减小，对外输出电压逐渐升高，回复到常温下放电性能。)
2.试验环境
环境温度设定为-40℃，进行保温，直到机油温度、缸盖温度、柴油温度达到环境温度。
3.实验步骤
步骤1打开燃油加热系统；在整个启动过程中，燃油系统自动控温加热。
步骤2启动起动机40～45s；蓄电池为起动机提供电能，起动机拖动发动机旋转，减小 发动机旋转阻力，为正式启动做准备；同时可以为蓄电池放电，提高蓄电池低温性能。
步骤3停止起动机工作15～20s，为蓄电池提供电压回升机会。
步骤4启动起动机40～45s；拖动发动机旋转，进一步减小启动阻力。
步骤5操作发动机进气预热装置预热100s～105s；利用进气预热装置给发动机进气管内 部空气进行加热，提高发动机进气温度，使发动机更容易启动。
步骤6启动发动机。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。