康明斯动力（深圳）有限公司

导读：柴油发电机的起动良好性，不仅取决于本身的技术状况，还受外界气温的影响。例如进入严冬，气温会越来越低，而柴油发电机组运行正常工作都需要在零度以上，但在冬季低温环境下启动就较为困难，会给用户供电安全生产保障带来了一定的风险和困难。因此，柴油发电机组作为重要后备和应急补充，低环境温度会对柴油发电机组的运行造成严重的影响。本文通过对柴油发电机低温启动困难的原因分析以及多年的实践，康明斯公司在本文中提供了多项能够保证柴发在低温环境下正常启动和运行的措施，从而了保证用户供电安全生产有序进行。

一、低温环境启动困难的原因和排除

      柴油发电机在环境温度10℃以下时一般都不同程度的会出现启动困难的问题。在北方每年的12月份起直到次年2月份，几乎占一季度的时间的夜晚和清晨都在0℃以下，柴油发电机（尤其是室外停放的）均会不同程度受到气候条件影响而表现出启动困难。柴油发电机组在低温环境下经过一夜时间降温，机组温度早已和气温相近，从而产生诸多因素使机组启动困难。柴油发电机组冬季低温环境下启动难的问题，必须引起设备保障部门的足够重视。

1、冬季起动更困难的主要原因

（1）冬季环境温度低，机油黏度增大，各运动机件的摩擦阻力增加，使起动转速降低。

（2）蓄电池容量随温度下降而降低，使起动转速进一步降低。

（3）由于起动转速降低，压缩空气渗漏增多，气缸壁散热量增大，致使压缩终了时的空气温度和压力大为降低，进而使柴油发火的延迟期增长，严重时甚至不能燃烧。

（4）低温下的柴油黏度增大，使喷射速度降低，加之空气在压缩终了时的旋流速度、温度和压力都比较低，使喷入气缸的柴油雾化质量变差，难以与空气迅速形成良好的可燃气体并及时发火燃烧，甚至不能着火，导致起动困难。

2、启动困难或无法启动的解决方法

    当柴油发电机启动困难或者不能启动时，首先应注意柴油发电机的启动转速。由于启动转速除与发动机的转动阻力、蓄电池的容量以及启动电路的技术状况有关外，还与外界的气温有关，因此当按下启动按钮而不能启动时，可能出现以下现象，启动转速正常，启动转速降低曲轴因起动机不工作而不转，或启动机空转而曲轴不转动。启动困难，柴油发电机不能启动或不易启动的原因、诊断与排除上述现象除启动转速正常及受气温影响而使启动转速降低甚至使曲轴不能转动外，都属于蓄电池或启动电路技术状况不良的故障现象，故应检查蓄电池和启动电路技术状况。 

    至于柴油发电机因气温低使启动转速降低不能启动，可以根据当时的气温和排气管排气情况加以判断。如气温很低，喷入气缸的柴油以蒸汽的形态排出时，一般为柴油发电机受气温影响不能启动，应加温后再启动。如启动转速正常，但发动机不能启动，注意观察柴油是否进入气缸。因为此故障多是由气缸的密封性差、供油提前角不符合要求和启动油量不足等原因造成的。

    为从这些原因中迅速、准确地找出不能启动的具体确切的原因，关键观察柴油是否进缸，即观察排气管是否排烟和倾听发动机有无爆发声。启动转速正常，启动时无烟排出，也无爆发声。此故障现象的实质是柴油没有进缸，原因是喷油泵不泵油（其直接原因可能油道内有空气、对电磁阀控制油路的电线无电) ，或低压油路不供油（其直接原因可能油箱无油、油路内有空气或堵塞、输油泵不工作等）。这时，应本着先易后难、先外后里的原则，首先观察喷油泵拉线是否退回、操纵杆和驱动连接盘的固定螺栓是否松脱、油箱是否有油，然后拧松喷油泵上的放气螺钉，按下燃油泵按钮或压动输油泵的手动泵，检查油路是否堵塞和有空气，按下起动机按钮，检查输油泵工作是否良好。

二、低温环境对柴发的影响分析

1、温度过低对柴发启动和运行的影响

      柴油发动机的每个工作循环由进气、压缩、做功、排气四个行程。柴油机在进气过程吸入的是空气，在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃的混合气。在燃烧的高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功，废气经过排气管排入大气。气温过低而无预防措施的情况下，将造成柴油发电机组启动困难和启动后输出功率下降的影响。

（1）柴油机气缸压缩终了时空气温度达不到启动所要求的温度，且气缸内压缩空气压力也明显低于启动所要求的压力，造成启动困难；或启动后带载能力不足。

（2）蓄电池最佳工作温度为20～40℃，随着环境温度的降低，其大电流输出能力也相应地下降，导致柴油机启动系统功率下降；环境温度较低时，机油黏度变大，各摩擦负之间阻力加大，使柴油机启动转速下降。上述两个不利条件的叠加，更增加启动难度。

（3）当环境温度过低，机油在气温较低时粘度较大，其流动性变差，不仅增加柴油发电机组的零件磨损，而且由于零件运动阻力增大，使机械功率损失增加，柴油发电机组的输出功率就会降低。经常性冷缸启动加速磨损，将整体降低机器的负载能力。

（4）环境温度过低，气缸温度就会很低，气缸内的水蒸气就容易凝结在缸壁上，而柴油发电机燃烧时生成的二氧化硫遇到冷凝在缸壁上的水，就会变成强列的腐蚀剂粘附在缸壁上，因此缸壁表面就会受到强烈的腐蚀，导致其表面金属组织疏松；当气缸套与活塞环之间相互摩擦刮削时，会使腐蚀层表面疏松的金属很快磨损脱落，或在缸套工作表面出现蚀点、凹坑。气缸的损伤影响柴油发电机组的负载能力。

2、低温对柴油供应的影响

      目前国内应用的轻柴油按凝固点分为7个标号：10#、5＃柴油、0＃柴油、-10＃柴油、-20＃柴油、-35＃柴油和-50＃柴油。

      选用不同标号的柴油应主要根据使用时的气温决定。比如在0°C凝固的柴油称之为0号柴油，在-10°C凝固的柴油称之为-10号柴油，在-20°C凝固的柴油称之为-20号柴油，在-35°C凝固的柴油称之为-35号柴油，在-50°C凝固的柴油称之为-50号柴油。需要注意的是，这个凝点并不是柴油完全凝固成固体了，而是柴油失去流动性了。

      柴油的构成成分复杂，与纯化合物的液体不同，有一个影响到实际使用的指标叫冷滤点。冷滤点是指在规定条件下，当柴油通过过滤器每分钟不足20ml时的最高温度（即流动点使用的最低环境温度）。

表1  柴油凝点与冷滤点指标

因此，并不是在凝点之上的柴油都可以使用，在冷滤点的温度下，柴油虽然仍然是液体，但液体中会凝结出一个个的小晶粒，这个晶粒无法通过柴油滤清器。所以，柴油的选择必须高于冷滤点。对照上表，最低气温在4℃以上地区选择0号柴油，最低气温在-5℃以上地区选择-10号柴油，最低气温在-14℃以上地区选择-20号柴油，最低气温在-29℃以上地区选择-35号柴油，最低气温在-44℃以上地区选择-50号柴油。根据当地的最低气温合理选择柴油的标号，既不要过度节约也不要浪费。按当地最低气温选择柴油，常用的场景如下表2所列。

表2    燃油标号选用方法

备注：按以上最低适用温度使用时，仍会有10%被冻住的风险率。

三、冷启动预防措施

      后备柴油发电机组一般设定为自动启动，停电时即全速启动，无怠速启动过程。启动后转速和电压正常后并机、带载，整个过程要求在30秒之内完成。秋冬季节温度低，若经常性冷缸启动，必然造成设备严重磨损，甚至在电池性能不佳的情况下也可能启动失败。基于前述的低温下不良影响，需要采取必要的应对措施。

1、循环水电加热装置

      大型柴油发电机组一般均配备了循环水电加热装置，气缸和润滑油常年保持在35-55℃之间，利于需要应急时能立即全速启动且启动后带载能力达到设计要求。

      水套加热器是为柴油发电机冷却水、机油专业预热的装置，使机体达到适合运行的温度，是低温工作环境下柴油发电机组必备的配套设备。通过电加热将机体内的部分冷却水进行加热，通过热水和冷水的密度差原理进行热循环，进而将机组缸体、机构固件上的润滑油预热，达到暖机和改善润滑条件的目的。油机工作环境温度低于0℃时应开启水套加热器，将水温加热维持至30℃左右適宜。

2、根据当地最低温选择柴油标号

      对照表格的柴油冷滤点，按当地最低温选择相应标号。如上海地区最低温为-5℃左右，选择-10#柴油。

      对于放置在室外的柴油发电机组，应更全面考虑低温对整个输油路径的影响。除了需要根据往年最低温选择柴油标号外，对于室外输油管裸露部位、室外临时油箱等采取保温防护措施，防止出现突发的突破温度下限的情况。

3、合理选用机油

      应根据柴油机的特点和本地区的气候情况来选择粘度合适的机油，冬季低温地区宜使用低温性能优秀的润滑机油或专业防冻机油。此类机油黏度小，润滑性能好，启动阻力小，可以有效改善低温条件下柴油机的启动性能。比如，北方地区使用的是粘度等级为SAE15W-40的多级机油，适宜在冬季使用。

4、提升启动蓄电池能力

      蓄电池最佳工作温度为20～40℃，随着环境温度的降低，其输出能力也相应地下降，导致柴油机启动系统功率下降；同时环境温度较低时，机油黏度变大，各摩擦负之间阻力加大，叠加了启动难度。必要时需对蓄电池进行保温，保证能正常充电且有足够的输出电流，从而保证有足够的启动系统功率。

      根据有关资料，0℃时铅酸蓄电池损失约30%的容量，对于室外环境的柴油发电机组更需要重视，对于容量下降明显的在冬天之前及时更换新的启动电池。

5、环控系统覆盖

      对于柴油发电机组本体的加热装置或缸体温度设置监控点，加热系统故障或加热器保险丝熔断导致无法加热的，能及时得到处置。启动电池和临时油箱宜设置温度监控，也可本地放置温度计便于巡检时进行检查。

6、缩短保养间隔期

      冬季冰雪灾害性低温天气期间，应增加柴油发电机组设备维护检查频次。提前更换柴油滤清器、机油滤清器、空气滤清器等常用部件，更换机油和冷却水防冻液。保持机组各部位清洁、干燥，电路接触良好，确保油机工作在最佳状态。

7、执行起动试验计划

      冬季冰雪低温天气期间，应增加专项柴油发电机组启动测试，及时排查机组安全隐患，确保在双路市电中断的情况下，柴油发电机组可以及时启动保障设备电源供应。

8、注意发电机房保温

      冬季注意关闭发电机房门窗，条件允许的情况下，宜安装电动百叶窗，有利于发电机房的保温隔热。冰雪天气期间应开展专项检查和巡视，防止机房门窗屋面、电缆沟等渗水或结冰。

总结：

     对于冷启动性能方面的柴油机，其启动困难问题比汽油机突出；尤其是冬天低温下，柴油机润滑油的粘度大，加之柴油在低温条件下流动性差，如果汽缸磨损，压力不足。总之，柴油发动机在低温下是会出现难以启动的先天特征，但是也不是无法克服和避免的。因此，在低温环境情况下启动是相当困难的，最佳解决方法便是采取冷却系统装配预加热装置。