极寒条件下的冷起动性能详解

极寒条件下的冷起动性能详解

发动机的主要功能目标是起动并达到其运行速度。操作员依靠发动机的能力在各种条件下起动和重新起动机器,包括 -20°C(-4°F)的极寒温度。在如此低的温度下,您的发动机将面临一些独特的挑战。

在上一篇文章中,我们讨论了非道路用柴油发动机如何控制转速。这个讨论非常重要,因为无论是客观评估还是主观判断,对发动机性能的洞察都取决于发动机转速。这包括在寒冷的环境条件下起动的能力。

大多数柴油发动机可在 -20°C(4°F)时迅速起动,并在几秒钟内达到目标转速。为此,它们必须克服在这种极低温度下所特有的情况。

柴油发动机通过压缩点火产生扭矩:活塞会压缩空气,升高空气温度,因此当燃油喷射到空气中时,它会点燃并燃烧。在极低的温度下,压缩产生的热量会迅速散发到发动机的金属部件中,导致燃烧效率降低。

粘度会增加摩擦力

此外,极低的温度也会增加发动机机油的粘度或流动阻力。这会导致发动机中运转部件之间的摩擦增大。为了解决这个问题,操作员通常会通过改变其发动机机油的等级(粘度)来做好在较低环境温度下运行的准备。

在配有液压变速箱的非道路用设备中,主液压泵会形成更多阻力,该泵的作用是再循环极冷的粘性液压油。在液压油预热之前,泵的抗扭矩阻力可能是正常工作温度下的 10 倍。

为适应较低温度,改变变速箱机油的等级也是很常见的。即使使用低粘度油液,发动机在刚刚起动后可能仍需要 80% 以上的可用扭矩,以使发动机抵抗所有的寄生负载。

缩小尺寸的考量事项

过去,特定功率和扭矩与发动机的排量紧密相关。现在,我们所设计和开发的小型发动机能够提供大型发动机的功率和扭矩。然而,尽管小型发动机能够在正常工作温度下为机器提供动力,但其在极寒条件下冷起动的性能尚且无法达到原始设备制造商(OEM,Original Equipment Manufacturer)的目标。

减少来自机器液压回路的寄生负载将产生类似的效果。或者机器可能需要使用大型发动机,或为了使其发动机在起动期间与变速器分离。

采用趋势

趋势总是在各个行业之间相互影响。在乘用车领域中,发动机小型化正成为一种流行趋势。现在,1 升机械增压和涡轮增压式发动机就能产生以前 2 升发动机所提供的扭矩和发动机转速。

但在乘用车领域中,发动机在起动过程中会与变速箱分离,如上所述,这使得在极寒条件下进行冷起动更加容易。此特性对一种趋势产生了影响,那就是自动起动/停机,我们将在另一篇文章中介绍该主题。

 


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