机车柴油机低温条件下使用低标号柴油的技术研究

1、 北北 京京 交交 通通 大大 学学毕毕 业业 设设 计计 （论文）（论文）题目：题目：高速客运专线机车运用工作研讨姓名姓名 ： 专业专业： 工作单位：工作单位： 职职 务务： 学 生 准考证号：准考证号： 联系电话：联系电话： 设计设计( (论文论文) )指导教师：指导教师： 发题日期：2012 年 4 月 20 日完成日期：2012 年 6 月 20 日开题报告开题报告一、文献综述 近年来，由于铁路运输生产技术发展较快，为了更好地研究柴油在低温条件下的保温技术，了解柴油机燃烧时柴油的要求以及寒冷条件对柴油的影响，在文中对机车柴油机在低温条件下使用低标号柴油的技术作出了研究。二、选题的目的和

2、意义 在冬季寒冷气候条件下机车柴油机使用低标号柴油是铁路节能降耗、提高经济效益的有效途径。使用低标号柴油的因素进行全面的调研分析，掌握相关理论、方法、技术措施等。毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：机车柴油机低温条件下使用低标号柴油的技术研究一、毕业设计（论文）内容1、 提高柴油低温流动性能的技术研究2、 寒冷气候柴油储运技术研究3、 机车及柴油机预热及保温技术研究二、基本要求为了更好地研究柴油在低温条件下的保温技术，首先要了解柴油机燃烧时柴油的要求以及寒冷条件对柴油的影响，在此基础上分析论证柴油机冬季使用低标号柴油的可行性，以及提高柴油低温流动应采取的措施。三、

3、重点研究问题柴油低温流动性的研究及机车保温技术研究及冬季最适合的柴油型号四、主要技术指标选用轻柴油时，柴油的凝点应比使用地区的最低气温低 5左右。10轻柴油适用于有预热设备的柴油机；5轻柴油适用于 8以上的地区使用；0轻柴油适用于最低气温在 4以上的地区使用；-10轻柴油适用于最低气温在-5以上的地区使用；-20轻柴油适用于最低气温在-14以上的地区使用；-35轻柴油适用于最低气温在-29以上的地区使用；-50轻柴油适用于最低气温在-44以上的地区使用。五、其他需要说明的问题 下达任务日期：2013 年 04 月 20 日 要求完成日期：2013 年 06 月 30 日 指导教师：李 桂 梅毕

4、毕 业业 设设 计计 评评 议议 意意 见见 书书专业机车车辆姓名 题目机车柴油机低温条件下使用低标号柴油的技术研究指 导 教 师 评 阅 意 见 成绩评定: 指导教师: 年 月 日答 辩 组 意 见 答辩组负责人: 年 月 日备 注中文摘要中文摘要寒冷气候条件下机车柴油机使用低标号柴油是铁路节能降耗、提高经济效益的有效途径。对冬季影响使用低标号柴油的因素进行了全面的调研分析，掌握了相关理论、方法、技术措施。采用先进的技术，对机务段的储油罐、输油管等进行了保温处理，合理组织了柴油装卸和发放，保证了供应机车的柴油油温保持在 0以上，使机车柴油机冬季可以燃用-20#轻柴油。针对运用中 DF4型内燃

5、机车预热系统出现的问题，对其进行了改造试验，即燃油泵进油管、连接燃油旁通管和燃油系统回油管加装电热套，并在机车燃油预热器进油口前安装了温度控制阀。运用考核试验表明，系统改造后机车柴油机预热效果良好，能保证机车柴油机在寒冷的冬季使用-10#柴油。关键词关键词：机车柴油机，低标号柴油，试验研究，燃油预热系统，低温流动性 目目 录录一一 绪论绪论 .1 11.11.1 提高柴油低温流动性能的方法提高柴油低温流动性能的方法.21.1.1 燃用高标号柴油.31.1.2 兑油提号法.31.1.3 柴油低温流动性能改进剂.41.2 柴油储运的保温技术研究.41.3 柴油机低温启动的辅助措施.41.3.1 冷

6、态启动.51.3.2 热态启动.71.3.3 汽车使用的低温预热启动装置简介.81.3.4 柴油机低温启动的辅助装置实例.9二二 提高柴油低温流动性的研究提高柴油低温流动性的研究 .13132.1 柴油的性质及使用要求.132.1.1 机车柴油机燃烧对柴油的要求.132.1.2 轻柴油的性质、牌号和适用范围.152.1.3 寒冷条件对柴油的影响.162.2 柴油机冬季使用低标号柴油的可行性.182.3 提高柴油低温流动性的常用措施.222.4 柴油供应时的保温技术.22三三 柴油机及机车的保温技术的研究柴油机及机车的保温技术的研究 .24243.1 寒冷地区柴油机使用的问题.243.1.1 柴

7、油机低温启动困难的原因.243.1.2 寒冷气候条件对柴油机启动和运行的影响.253.1.3 寒冷气候条件对机车运用的影响.27四四 机车柴油机冬季使用低标号柴油的试验研究机车柴油机冬季使用低标号柴油的试验研究 .28284.1 机车柴油机冬季使用-20#柴油的试验研究.284.2 机车柴油机冬季使用-10#柴油的试验研究.28结结 束束 语语 .3030参考文献参考文献 .32320一一 绪论绪论铁路是国民经济的重要基础设施，其运输生产的联动性、持续性和社会公益性决定了铁路运输必须通畅、安全。在目前的铁路动力结构中，以柴油为动力源的内燃机车仍然占着很大的比重。截止到 2001 年末，全路机车

8、保有量 14969 台，其中内燃机车 10607 台，占 70.9%；2001 年全路机车工作量 27977 亿吨公里，其中内燃机车 18162 亿吨公里，占 64.9%。内燃机车年耗柴油价值人民币约 100 亿元，占机车能耗费用的 70%左右。全国铁路每年用于牵引的能耗约占运输成本的五分之一，占机务成本支出的50%以上。按照铁路“十五”规划，到 2005 年末，内燃牵引仍占全部运输工作量的 50%以上，随着国民经济增长，铁路绝对运量在大幅增加，铁路的柴油消耗将长期保持较大的规模。中国铁路 19992001 年内燃机车运营情况见表 1.1，从表 1.1 可以看出，虽然内燃牵引比例逐年下降，但内

9、燃机车工作量和用油量逐年增加。表 1.1 中国铁路 19992001 年内燃机车运营情况表年 份项 目单位199920002001铁路行车用油万 t471.6500.7512.8全路机车工作量亿 tkm245752619627977内燃机车工作量亿 tkm168381767518162内燃牵引比例%68.567.564.9我国内燃机车所用的燃油采用国家标准GB252-2000规定的轻柴油。轻柴油的牌号依据凝点的不同分为10#、5#、0#、-10#、-20#、-35#、-50#1等7个牌号。在北方地区，四季温差较大，夏季采用0#或10#柴油，而冬季由于天气寒冷，0#柴油在内燃机车使用时就会变稠乃

10、至凝固，从而影响机车正常运行。因此，随着季节变化，机车往往需使用相应标号的轻柴油。气温越低，所需柴油标号（绝对值，下同）越高。为保证运输安全，每到冬季机务段都要根据室外温度变化相应购进-10#、-20#、-35#等高标号耐寒柴油。一般每年的12月1日2月14日可烧-35#柴油，11月1日11月30日和2月14日3月15日可烧-20#柴油，3月15日3月30日及10月7日31日可烧-10#柴油，其余时间烧0#柴油。高标号柴油需对原油进行深加工处理（深度脱蜡或加氢裂变）后制得。从其炼制工艺过程看，凝固点每降低10，柴油回收率至少降低2%。因此，生产高标号柴油不但成本高，而且产量低。目前轻柴油大致的

11、价格是：0#柴油2360元/t，-10#柴油2510元/t，-20#柴油2600元/t，-35#柴油2720元/t。即每提高一档，1t柴油的价格约提高100元左右。据不完全统计，每年铁路系统共需各种负号柴油（-10#、-20#、-35#）140余万t，可见内燃机车冬季燃料成本要比夏季大得多。因此，如何在冬季少用高标号的轻柴油，降低内燃机车冬季燃料成本，节约机车的运行成本，成了铁路局、机务段关注的焦点，北方各铁路局纷纷提出并实施内燃机车冬季燃油低烧工程。经过多年的努力，各个铁路局摸索出一些符合自身条件方法，取得了许多成果，获得比较好的经济效益，反过来促进内燃机车冬季燃油低烧工程的实施。1.11.

12、1 提高柴油低温流动性能的方法提高柴油低温流动性能的方法 柴油质量的主要指标是粘度和凝点。粘度应保证不同油号的柴油在其规定的使用温度范围内具有符合标准的滤净性和沿输油管流动的可靠性。柴油粘度随气温变化而变化，气温越低，粘度越大。粘度大的柴油会使其喷雾性变差和柴油高压油泵（喷射泵）柱塞与其它零件磨损程度加剧。凝2点决定了某一油号的柴油能否适合于寒季使用，凝点一般要求比环境温度低 1015。因此，当气温降到-10以下时，夏用柴油会在输油管中凝固不流，会使柴油滤清器堵塞，最后造成柴油机停机。提高柴油低温流动性能的主要措施有：直接燃用高标号柴油；不同标号的柴油低标号兑油提号；柴油添加柴油低温流动性能改

13、进剂。1.1.11.1.1 燃用高标号柴油燃用高标号柴油选用轻柴油时，根据地区气温，选用不同的品种牌号轻柴油。为了保证发动机燃料系统在低温下正常供油，柴油的凝点应比使用地区的最低气温低 5左右。10轻柴油适用于有预热设备的柴油机；5轻柴油适用于8以上的地区使用；0轻柴油适用于最低气温在 4以上的地区使用；-10轻柴油适用于最低气温在-5以上的地区使用；-20轻柴油适用于最低气温在-14以上的地区使用；-35轻柴油适用于最低气温在-29以上的地区使用；-50轻柴油适用于最低气温在-44以上的地区使用。实践表明，根据气温的变化，柴油机冬季选用相应牌号轻柴油使用效果很好，但不经济。1.1.21.1.

14、2 兑油提号法兑油提号法由于市场柴油标号少，无法根据外界温度细微变化使用两个标号间的柴油。各种标号柴油都有它自己的凝点，当温度下降时，并不是立即凝固，要经过一个稠化阶段，在相当宽的温度范围内逐渐凝固。根据柴油这一特性，经实验证明，不同标号柴油进行勾兑，只要两种柴油是正常的合格油，其理化指标改变最大的是凝点和冷滤点，只要比例掌握适当，使其凝点低于日最低温度，则勾兑后混油的质量就能满足机车用油的质量需要。通过兑油，使柴油低烧不局限在固定的 0#、-10#、-20#、-35#标号柴油，可以根据温度变化，低烧任何一标号的柴油，如-5#、-14#等，从而达3到增大柴油低烧幅度的目的。1.1.31.1.3

15、 柴油低温流动性能改进剂柴油低温流动性能改进剂 国外柴油添加剂研制开发28、30的比较早，低温流动性能改进剂是使用较多的添加剂之一。在我国燃料油添加剂的发展进程27、31是根据国内油品性能要求而相应发展的。我国国产柴油中蜡含量高，单靠调整加工工艺增产低凝点柴油受到限制，七十年代开发了柴油低温流动性能改进剂，被广泛用于石油产品中。八十年代，铁路一些单位曾把一些柴油低温流动性能改进剂产品引进29、31，用于寒冷地区，结果因这些添加剂只降凝点不降冷滤点，上车试用时因柴油中蜡析出堵塞柴油滤清器，造成柴油机油压低起机困难，此事被搁浅。九十年代后期，随着市场经济的发展，经营理念在铁路系统发生了根本的改变，

16、节约能源降低成本提高效益，已成为工作的重点。因此低温流动性能改进剂再次在铁路系统提出，首先引进了国外的产品，而后又开发研制出国内产品，都取得了一定的效果，并在部分地区广泛推广使用。1.21.2 柴油储运的保温技术研究柴油储运的保温技术研究与其他用途柴油机不同，内燃机车使用相对集中，柴油消耗量大，柴油的运输储藏要求比较高20、36、37。寒冷季节确保柴油能注入机车油箱并在正常运用条件下机车柴油能顺利进入柴油机的燃油系统（运行或正常停机状态下油箱油温在正常范围内）是内燃机车冬季燃用降低标号柴油前提条件。内燃机车冬季燃油降低一个标号涉及到柴油的“储、运、卸、发”四个环节32、39，这个四环节是有机的

17、整体，相互联系，缺一不可。即：1.31.3 柴油机低温启动的辅助措施柴油机低温启动的辅助措施柴油机的低温启动性能是柴油机的重要性能指标之一，它不仅关系到整机的工作效率，而且还影响其排放指标和油耗，以及它的使用寿命10。4如果在低温下柴油机不能启动或不能可靠地启动，不仅会降低柴油机的利用率，而且还会给使用者带来许多不便，甚至会延误时机，造成重大损失，尤其对特种车辆（如军用车辆、消防车辆等）用柴油机的低温启动性能的要求更为严格。由于各个国家的自然条件不同，对发动机的低温启动要求也不一样。在英国，柴油机的低温启动标准为-17.5，美国为-30或-35。外国专家通常所关注的是最困难的使用条件，例如，美

18、国的 MIL-STD-1400A 军用标准规定：北约国家中的美国车辆发动机，其启动温度应为-32，而对于以后的汽车应为-54。我国则根据自身的环境状况，要求军用装甲车辆在使用低温启动辅助装置的情况下，能够在-43时启动。因此，为了改善柴油机的低温启动性能，除了在柴油机各零部件的设计及油料的选用方面进行改进外，一般还使用其它低温启动辅助措施。1.3.11.3.1 冷态启动冷态启动冷态启动最有效的装置是进气预热装置。低温条件下，进入柴油机的空气温度低到一定程度，就会因压缩终点温度过低而使柴油机不能具备着火的温度条件。采用进气预热装置通过提高进气的初始温度来提高发动机低温启动性能则是有效的方法。进气

19、预热装置是在启动时加热气流的一种低温启动附加装置。按照加热进气的来源不同，可分为电热进气预热和火焰进气预热两大类。电热预热方法是在进气管内安装电热塞或电热丝，直接加热进气，它不消耗空气中的氧气，也不污染进气，但是它消耗过多的蓄电池的电能，只适合于小排量的柴油机，如法国 GBD6 型军用越野车、日本五十铃货车均装有电热进气预热装置。电火焰加热器是利用电热塞将燃油点燃进而加热进气管内的空气，它消耗的电能相对少，加热的温度高，但由于它消耗一部分氧气而有部分废气产生和功率损失，一般不应用于汽油机，如德国道依茨 FL 系列风冷发动机、奔驰 OM 系列发动机、军用越野车、5依发货车、日本五十铃货车以及我国

20、生产的 495、4115 型柴油机均装有火焰进气预热装置。另外，采用催化点燃废气再循环的方法也可以对进气进行加热。原理是在进排气管之间连接一个废气再循环管，在废气再循环管靠近进气管的一侧装有催化点火器，启动初期气缸排出的含有没燃烧或不完全燃烧的燃油废气通过控制阀部分流向进气管，并经过催化点火器催化点着燃油蒸气，从而加热了进气，且使以后的工作循环燃烧变好，而达到既加热进气又降低排放的目的。这种方法不用像电火焰加热器那样耗费额外的燃油，且结构简单。冷态启动其他的措施（1） 改善蓄电池的低温性能温度降低时，蓄电池的内阻和电解液的粘度增加，其容量、放电电流、放电功率均减小，如电解液的温度每降低 1且缓

21、慢放电时，容量减少1%，迅速放电时减少 2%，且-40时蓄电池的容量为 15时的 32%左右，这样使蓄电池的启动能力下降。为了提高蓄电池在低温下的输出功率，保证足够的启动转矩，一般采用两个办法：一个是使用低温性能好的高能蓄电池，如镍氢电池、镍镉电池等等；另一个办法是加热或加热保温的办法，用电热板或热水、热空气加热蓄电池，使蓄电池升温，这样就可以使蓄电池的容量、输出功率保持与常温下相近的数值。（2） 采用启动液为了使发动机在低温下顺利启动，在发动机启动时，可以向进气管内喷入自燃点低的燃料，这就是所谓的启动液，它的主要成分是乙醚。十六烷值高的燃料其着火温度低，在 3.2MPa 下，柴油的着火温度为

22、 177-207，而乙醚的着火温度为 57，这样就保证了在较低温度下燃料可顺利着火。用启动液进行柴油机的低温启动，其主要特点是启动时间短，完全可以满足应急启动的要求；另一个特点是，启动时气缸内容易产生较高的最高燃6烧压力。但是，并不是启动液加注得越多越好，如果启动液加注过多，会使最高燃烧压力过高，柴油机的运动副和主轴承受到较大的冲击，影响其使用寿命。为了避免产生过高的最高燃烧压力，启动液应具有良好的性能，启动液浓度应精确控制，多缸机各缸进气中启动液含量要均匀，这样还可缩短柴油机的启动时间，使其转速持续平滑地升高。1.3.21.3.2 热态启动热态启动进气预热装置可以明显地提高发动机的低温启动性

23、能，尤其火焰进气预热装置发展很好，现已成为一种主要的柴油机低温启动附加装置。电加热进气装置，需要以蓄电池的电能为能源，一定程度上加大了蓄电池的工作负担，不利于低温启动。进气预热装置虽然冷态启动效果明显，但由于发动机机体温度很低，启动过程中润滑条件恶劣，经常使用对柴油机工作不利，相比之下，采用发动机预热方式进行低温热态启动，能够更好地解决低温启动所遇到的问题。采用发动机预热方式进行热态启动，能保证汽车在-40的低温条件下顺利启动，有的甚至在-45下也能启动，并且机体温度较高，润滑条件良好，明显减小发动机总成的磨损。气温越低，热态启动比冷态启动的优势越明显，主要表现在以下几个方面：（1）容易启动。

24、发动机被加热后，汽缸、活塞、活塞环及各轴承的温度升高，存在于这些摩擦副之间的机油温度也随着升高，粘度下降，从而降低了曲轴放置阻力矩，汽车热态启动的阻力矩就比冷态启动的阻力矩小，环境温度越低，这种差异就越明显。M520B 型发动机在-40，冷却液温度预热至 40时，启动只要 1-6S。而不经发动机预热，用 FJ-60 型加注器加注启动液进行启动需 16S，甚至更长，而且启动机脱开后还要持续喷射启动液 20-30 秒钟。（2）减少机件磨损。发动机冷态启动时，由于发动机温度低，机油7粘度大，润滑条件差，形成润滑油膜缓慢，使“分子机械”磨损增加。如果机油泵泵送性差，还会引起供油中断，这时“分子机械”磨

25、损加剧，严重时还会出现机械故障。发动机预热后，机油粘度下降，润滑条件得到很大改善，容易形成润滑油膜，使“分子机械”磨损工作状态的时间缩短，因此磨损小。同时，发动机预热还有利于汽车启动后发动机水温迅速升温至 78，从而使“腐蚀机械”磨损量相对要小。（3）避免零件损坏。在低温条件下，由于材料的收缩率不同，引起配合零件原设计的配合间隙发生改变。配合间隙增大或减小，就会导致工作时零部件损伤和破坏。同时低温下材质变脆，操作不当易被损坏，而热态启动可避免这些问题的发生。（4）节约燃料。热态启动，发动机温度要比冷态启动时发动机冷却液温度高。可以省下这段升温过程所耗燃料。（5）其他方面。发动机热态低温启动后，

26、由于发动机已升温，可以立即进行负荷运转。而冷态低温启动，需低速运转几十分钟，待发动机升温后才能进行负荷运转。发动机热态低温启动，燃烧完全，排气管不冒白烟，对大气污染小。而冷态低温启动后，排气管冒白烟，一氧化碳及碳氧化合物含量较高，对环境的污染较大。热态启动优于冷态启动，而且温度越低，其优越性明显，因此一些国外进口的军用越野车的说明书上，都向使用者推荐在气温低于-25时要对发动机预热，进行热态启动。发动机预热装置按加热热源不同，可分为红外线辐射预热、热水预热、热蒸汽预热、热空气预热、电加热预热以及燃油加热器预热。其中燃油加热器预热装置，以车用燃油为能源，适合随车使用，简便易行，在世界范围内有形成

27、推广的趋势。1.3.31.3.3 汽车使用的低温预热启动装置简介汽车使用的低温预热启动装置简介汽车使用低温预热启动装置，目的是提高发动机的低温启动性能，使8汽车能在寒冷的条件下顺利启动，同时保证启动过程中磨损减少、排气污染降低、油耗率下降，从而缓解环保和能源等问题。以下介绍几种汽车的低温预热启动装置。（1）奔驰（BMNG）2026 汽车（德国） 。采用的低温预热启动装置是BMNG 全自动火焰进气预热装置，在对蓄电池保温的前提下，可使OM402 型发动机在-34直接启动。（2）道依茨（DUETZ）汽车（德国） 。采用的低温预热启动装置：第一种，BOSCH 半自动火焰进气预热装置。第二种，WEBS

28、TOHL2011 型空气加热器，产热量为 300KCL/H，燃料为柴油，可以加热蓄电池。第三种，EBESPCHE火焰振荡加热器，产热量为 1000KCL/H.燃料为汽油，用 150W 风机将热空气鼓入曲轴箱与进气歧管来加热发动机。气温在-15-25之间，可使用第一种预热启动装置。气温低于-25，综合使用三种装置可在-40直接启动，而且空气加热器可对蓄电池进行启动前加热，因此该车甚至可以在-40停放数日后顺利启动。（3）曼（MN）汽车（德国） 。采用的低温预热启动装置；第一种，BOSCH 全自动火焰进气预热装置。第二种，WEBADTODBW2020 型水加热器，产热量为 20000kcal/h，

29、燃料为柴油、粗柴油、煤油，通过加热冷却液来加热发动机及蓄电池。气温高于-25，可以使用第一种装置启动；气温低于-25，可以综合使用两种装置启动。如果 DBW2020 型水加热器在-40下能够点燃与续燃，那么该车在-40停放数日后又以直接启动。1.3.41.3.4 柴油机低温启动的辅助装置实例柴油机低温启动的辅助装置实例（1）移动电站 30GF 低温启动措施30GF 电站是引进德国道依茨公司技术生产的 F6L912 风冷柴油机和T2S225S 发电机组装而成的，主要用途是吊挂在铁路特种车下为单节车厢的空调供电。这种用途要求柴油机9应具有不同低温环境下可靠的低温启动性能和在高气温、低气压下良好的载

30、荷性能。30GF 电站的低温启动辅助设备主要为 1 台 FJ 型冷风加热器，安装在柴油机端。加热器可用直流 12V 或 24V 启动，电机功率从 60W 到110W，热流量从 8kW 到 16kW 不等，可根据机组容量大小和要求的启动时间任选。冷风加热器采用适当型号的轻柴油，可在-40时启动。加热器吸收环境温度下的新鲜空气，用燃料燃烧的热量通过换热器加热成暖风，然后通过管道送至用热部位。加热器由主电机、喷油系统、换热器和控制部分组成，其结构如图 1.1 所示。为适应在较低环境温度下电站能顺利启动的需要，在柴油机上设计了进气预热系统。图 1.1 加热器结构图1.新鲜空气风扇 2.油泵 2.主电机

31、 4.电热塞 5.点火控制器 6.主燃烧室 7.续燃烧室 8.雾化器 9.燃烧空气风扇为达到低温启动和高温运行兼顾，在柴油机冷却风扇进风口处设计 1个正面为电控百页窗的四周密合的气室。低温启动时用按钮控制百页窗关闭，冷风加热器的热风通过管道进入气室，然后进入气缸散热器，实现对气缸的加热。启动完毕，用按钮控制百页窗打开，机组正常通风运行。夏季运行时，控制百页窗在敞开位置，不影响冷却风扇进风。低温启动时，10热风从空气滤清器的粗滤器处引进，避免灰尘进入气缸。几年来，30GF 电站作为吊挂在铁路特种车下为单节车厢的空调供电装置在全国各地的运行表现出在不同低温环境下可靠的低温启动性能和在高气温、低气压

32、下良好的载荷性能，达到了理想的设计效果。（2） 12V180Z 型柴油机低温启动预热装置12V180Z 型柴油机是上海柴油机厂研制的增压型 735kW 高速大功率船用柴油机，按规定该机在气温低于 25启动时，油水必须先预热。用于舰船时柴油机在舱温 8以上能应急冷启动，而低气温下柴油机油与水的预热则由舰船通过锅炉或其它设备来实施。然而当柴油机选为陆用石油钻机动力使用后，由于未提供油水预热装置，以致造成了柴油机在北方冬季使用极为不便。为此采取了如下措施： 工厂针对野外用柴油机使用环境条件，选用了 WTl20 型加温炉对12V180Z 型柴油机淡水循环的预热辅助装置加热 25min，柴油机水温由4升

33、至 40以上，达到预热效果。 在柴油机进气管上先后试用了进气管点火加热空气、进气管喷射雾化柴油（或煤油）等旨在改善 12V180Z 型柴油机低温启动性能的方法，并将喷雾装置率先用于某应急发电机组上。 工厂在改进设计新一轮 12V180Z 型柴油机时，将气缸压缩比由16：l 提高到 17.5：1，并采取了诸如增大启动空气供气持续角、减少气体节流等有利于压缩空气启动的措施，明显地提高了柴油机的启动时转速，确保了柴油机在 8以上油水不预热时应急启动的要求。 12V180Z 型柴油机作为陆用型备用电站和应急自启动发电机组时，配备室内用的柴油机油水预热装置。 （3） 高原沙漠型特种轮式装载 机低温启动系

34、统11 ZL50GH 高原沙漠型特种轮式装载机在冷启动方面采取的主要措施89、90： 采用低温性能优越、完全免维护的进口蓄电池。该蓄电池可在-40温度条件下正常工作，启动功率、使用寿命、充电速度、抗冲击能力比常规蓄电池具有明显优势。 针对高原地区的环境及施工条件，采用电控外置式强制循环燃油加热锅炉辅助系统。加热约 20min，机体可被预热到 40以上，同时，启动时空气在进气支管内被加热，提高了压缩终了时的温度和压力，有效地改善了发动机的启动性能。通过加热冷却介质预热机体，可有效地为发动机热态启动。 配置乙醚冷启动装置。冷启动时在进气管中喷入一定比例的乙醚，可降低燃料的燃点，柴油机不需要达到原最

35、低启动转速即可启动。 选用低温性能好的润滑机油和低温超负荷运行性能良好的进口起动马达。使用凝点低、流动性好的燃油，选用粘度较小的发动机机油。12二二 提高柴油低温流动性的研究提高柴油低温流动性的研究为了更好地研究柴油在低温条件下的保温技术，首先要了解柴油机燃烧时柴油的要求以及寒冷条件对柴油的影响，在此基础上分析论证柴油机冬季使用低标号柴油的可行性，以及提高柴油低温流动应采取的措施。2.12.1 柴油的性质及使用要求柴油的性质及使用要求2.1.12.1.1 机车柴油机燃烧对柴油的要求机车柴油机燃烧对柴油的要求轻柴油是各种高速、中速柴油发动机（柴油机）的燃料。柴油发动机不是由火花塞点火燃烧，而是柴

36、油经过喷嘴雾化，与空气混合，压缩自燃着火的，因此又称为压燃式发动机17。柴油发动机由于具有热效率高、耗油低及燃料火灾危险性小等特点，广泛应用于内燃机车、汽车、舰艇、拖拉机、坦克等大型航运设备中。 通常，我段的 DF4B 型内燃机车使用的轻柴油牌号是按其凝点的高低来区分的。根据机车使用季节的不同，选用比较适应气候特点的柴油，是柴油选用的基本原则。一般选用柴油的凝点应比最低气温低 5左右，以保证柴油在最低气温时不致凝固，以免影响使用。 为保证柴油在柴油发动机中能正常燃烧，要求柴油必须具有较高的十六烷值和适宜的馏份组成，适宜的低温流动性和粘度，良好的蒸发性和氧化安定性。同时对柴油机各部件不能有腐蚀。

37、柴油在柴油机中燃烧是否正常与很多因素有关，柴油的性质是非常重要的一个方面，其中十六烷值是其主要参数之一17。柴油的自然发火性好坏用十六烷值表示。十六烷值是13指和柴油发火性相同的标准燃料中所含十六烷体积的百分数，是在规定的单缸柴油机（十六烷值机）中测定的。 标准燃料是用不同体积的正十六烷和 -甲基萘混合而成的。正十六烷的发火性很好，规定它的十六烷值为 100；-甲基萘的发火性很差，规定它的十六烷值为 0。把正十六烷和 -甲基萘按不同体积配成不同的标准燃料，每种标准燃料中含正十六烷的体积百分数，即为标准燃料的十六烷值。例如，某一柴油的发火性恰好与含有 45%的正十六烷和 55%的 -甲基萘的标准

38、燃料相同，则该柴油的十六烷值为 45。 柴油的发火性好坏主要是看自燃点的高低。自然点是在没有其他火源作用下，燃料自行燃烧时的最低温度。烷烃自燃点最低，芳香烃最高，环烷烃居中。芳香烃多的柴油因自燃点较高，喷入气缸后需要在较高的温度下才能自燃，十六烷值较低。含烷烃较多的柴油则相反。 十六烷值高的柴油，因燃点低，在气缸内温度较低的情况下也能发火自燃，所以启动性能较好。据实验，使用十六烷值为 53 的柴油，柴油机在 3s 内即可启动，而十六烷值为 38 的柴油却需要 45s 才能启动。十六烷值也不可过高，当十六烷值高于 6070 时，还会因喷入的柴油裂化较快，会形成大量的炭，如来不及烧尽，就会在排气时

39、冒黑烟，从而增大耗油量，降低柴油机功率。 在柴油机中，柴油能在各种条件下，不间断的供油和雾化，才能提供正常燃烧的良好条件。与此性能有关的柴油性质主要有粘度。柴油的粘度影响到油品流动、润滑及喷雾情况1418。柴油的雾化过程：柴油经过喷油嘴，高速喷入气缸，由于气缸内压缩空气阻力和柴油流经喷孔时本身的扰动分散而形成细小的的油滴颗粒而分散开来。柴油雾化好既能缩短着火时间，又能燃烧完全；反之，会使滞燃严重，甚至发生排气冒烟。 柴油粘度大，喷出的油滴直径大，射程较远，圆锥角小，油滴蒸发面14积减少，蒸发速度减慢，混合气不均匀，燃烧不完全，燃料消耗增大。 柴油粘度过小，喷出油流射程太近，圆锥角大，与燃烧室形

40、状不适应，燃烧不良。总之，柴油粘度过大，过小都对喷雾不利。 柴油硫含量表示油品中含硫化物的多少。硫化物燃烧后产生的SO2、SO3，会对排气系统造成气相腐蚀。遇水生成亚硫酸、硫酸，附着在排气管等部位上，对金属产生强烈的液相腐蚀。而且排气中的 SO2、SO3有臭味，影响人身健康，污染环境。柴油中的硫含量不允许超过 0.2%。2.1.22.1.2 轻柴油的性质、牌号和适用范围轻柴油的性质、牌号和适用范围我国于 1964 年首次制定了轻柴油产品国家标准（GB252-64） 。近四十年来，随着我国石化工业和汽车工业的不断发展，国家对轻柴油产品标准也进行了多次更新，先后经历了 1977 年、1981 年、

41、1987 年、1994 年和2000 年等五次修订（GB252-77，GB252-81，GB252-87，GB252-94，GB252-2000） ，在前四次修订过程中，主要修订工作是根据生产和市场的需要将轻柴油产品划分为 3 个质量等级（优等品、一等品和合格品） ，并对硫含量和氧化安定性等指标按质量等级进行了合理的调整，每次产品标准的修订都对提高产品质量和产品质量管理水平起到了积极的推动作用1926。1994 年修订的轻柴油产品标准 GB252-94，规定的 3 个质量等级中按凝点分为 6 个牌号：10#、0#、-10#、-20#、-35#、-50#。与世界上多数国家相比，我国标准中优等品的

42、硫含量（不大于 0.2%）和安定性指标位于国际中等水平，而合格品的硫含量（不大于 1.0%）和安定性指标则位于较低水平。尽管标准 GB252-94 中规定了 3 个质量等级，但由于销售领域中普遍执行合格品质量指标，加上国内市场“优质不优价”的价格体制，导致炼油企业对生产高质量产品没有积极性，所以实际上现行标准对产品质量的约束非常宽松，国内轻柴油产品的实物质量也一直停留在较低水平。15为满足新时期对轻柴油产品质量的要求，国家对 GB252-94 轻柴油产品标准进行了再次修订，修订后的新标准 GB252-2000 于 2002 年 1 月 1 日实施。本次修订的主要内容有：（1）取消 GB252-

43、94 标准中的 3 个质量等级，只设 1 个质量等级；（2）增加了 5#轻柴油，变为 7 个牌号；（3）硫含量不大于 0.2%；（4）将 10#、0#、-10#轻柴油的闪点由现行标准的65降至 55。GB252-2000 将轻柴油的牌号时按其凝点的高低分为七个牌号：10#、5#、0#、-10#、-20#、-35#、-50#。对我国北方冬季气温较低时，由于柴油的流动性变差新标准的某些质量指标（如硫含量）仅能达到目前世界中等水平，并且标准对芳烃含量还没有明确限制，对轻柴油产品整体质量的要求还与发达国家的水平有一定的距离，但新标准必定会对生产企业在改进生产工艺、提高产品质量、加快产品质量升级换代方面

44、起到鞭策作用。选用轻柴油时，应根据地区气温，选用不同的品种牌号（即不同凝点）轻柴油。为了保证发动机燃料系统在低温下正常供油，柴油的凝点应比使用地区的最低气温低 5左右。10轻柴油适用于有预热设备的柴油机；5轻柴油适用于风险率为 10的最低气温在 8以上的地区使用；0轻柴油适用于风险率为 10的最低气温在 4以上的地区使用；-10轻柴油适用于风险率为 10的最低气温在-5以上的地区使用；-20轻柴油适用于风险率为 10的最低气温在-14以上的地区使用；-35轻柴油适用于风险率为 10的最低气温在-29以上的地区使用；-50轻柴油适用于风险率为 10的最低气温在-44以上的地区使用。风险率为 10

45、%的最低气温值表示最低温度低于该温度的概率为 0.1，或者说最低温度低于该温度的可能性不超过 110。-35#、-50#轻柴油成本高、价格贵，如在温暖季节或地区使用，不仅造成浪费，还因燃油中含有较多的轻质成分，发动机易爆燃，还容易引发火灾。162.1.32.1.3 寒冷条件对柴油的影响寒冷条件对柴油的影响柴油质量的主要指标是粘度和凝固点。粘度应保证不同油号的柴油在其规定的使用温度范围内具有符合标准的滤净性和沿输油管流动的可靠性。柴油粘度随气温变化而变化，气温越低，粘度越大(图 2.1)。粘度大的柴油会使其喷雾性变差和柴油高压油泵（喷射泵）柱塞与其它零件磨损程度加剧。凝固点决定了某一油号的柴油能

46、否适合于寒季使用，凝固点一般要求比环境温度低 1015。夏用柴油的凝固点一般不高于-10，而温带、寒带的冬用柴油的凝固点分别不高于-35和-45。因此，当气温降到-10以下时，夏用柴油会在输油管中凝固不流，会使柴油滤清器堵塞，最后造成柴油机停机。图 2.1 -35#和-20#轻柴油粘温曲线因此，在保证柴油机正常运转的前提下，要解决冬季使用夏用柴油这一课题，必须安装各种辅助装置32、35。这样，气温即使降到-25，夏用柴油仍能在发动机中保持合适的粘度，满足柴油机正常运转的需要。对我国北方冬季气温较低时，由于柴油的流动性变差，使柴油在运输17过程中凝固，使柴油在运输过程中凝固，到达卸油台以后很难卸

47、车，也很难给机车加油。油品失去流动性的原因，从机理上看有两种情况，油品的粘度随温度的降低而增大，当粘度增大到一定程度（约为 300 000 mm2/s）时失去流动性，被称为粘温凝固。柴油的化学成分主要取决于原油的成分和冶炼处理过程。原油中碳氢化合物能分解为链烷烃、环烷烃及芳香烃三个主链，其中链烷烃可以分解出蜡状物。随着温度降低，溶解在油品中的蜡逐渐会以结晶形态析出，当析出的蜡晶形成网络时，吸附液体从而使油失去流动性，被称为结构凝固。它常常发生在油品的粘度尚未达到很大值之前，因此它是油品凝固的主要原因。 轻柴油的低温流动性过去用浊点、凝点两个指标表示，测定结果与发动机工作中的实际情况相差很大。冷

48、滤点测定近似于实际使用条件，故能较准确地反映轻柴油可能使用的最低温度。 轻柴油冷滤点的测定，是将试油在规定条件下冷却，在1.96kPa（200mm 水柱）压力下进行抽吸，使试油通过一个 363 目的过滤器。当试油冷却到每分钟通过过滤器不足 20ml 时的最高温度，即为试油的冷滤点。轻柴油冷滤点的高低与其低温粘度及含腊量有关。若轻柴油在低温下粘度变得过大，或出现的蜡结晶增多时，则其冷滤点高。一般来说，轻柴油的冷滤点，即为其使用的最低环境温度。2.22.2 柴油机冬季使用低标号柴油的可行性柴油机冬季使用低标号柴油的可行性内燃机车冬季燃用降低标号柴油，首先必须要搞清楚两个问题：（1）不同标号的柴油对

49、柴油机的性能是否有影响?（2）不同标号的柴油的物理参数的差异是否影响柴油机的正常使用?众所周知，柴油机顺利启动具备的四个条件：a.启动系统能够产生足够的扭矩来克服柴油机的各种阻力矩，这些阻力矩包括柴油机内部的各种18摩擦阻力矩，压缩空气中空气的阻力矩，使柴油机各转动部件由静止状态加速的惯性阻力矩等；b.使曲轴达到所需的启动转速，保证顺利地压燃着火；c.燃料能够良好地雾化并着火；d.各摩擦表面能得到充分的预润滑。在低温下，以上条件较难达到，由于环境温度和壁面的温度低，且低转速下有较大的气体泄漏量和散热损失，造成压缩终点气体温度和压力低，燃烧滞燃期长，燃料就不容易着火；润滑油的供油压力低，粘度大，

50、增加了各摩擦副的阻力；启动转速下由于供油不规律，工质热力状态不稳定等因素，使得初期着火不稳定，产生不规则的断续着火现象；另外，由于温度低，使得蓄电池的容量下降，启动电流减少，造成启动机启动乏力。以上情况使得柴油机在低温下的启动比较困难。但机车柴油机启动后正常运行时的情形就不同了。东方红3型机车在寒冬测试结果表明39，机车柴油机正常运行后， （1） 机车燃油系统内各部分燃油温度均在 25以上；（2） 燃油箱最低的温度为 25，燃油预热前，吸油管处的最低温度为 34，柴油机在预热器工作状态运转时，吸油管处燃油最高温度在 5258，与室外寒冷气候关系不大，主要决定于工况；（3） 加油口至油箱这一段管

51、路中的温降最大。冬季加油口常出现过析蜡乃至影响加油，此段管路进行合理的保温处理后，可以保证柴油不再出现冻结现象。测试试验还表明，寒冷环境下柴油机正常时，燃用不同标号柴油的柴油机的性能基本不变，即燃用不同标号柴油对柴油机的性能基本没有影响。从国家标准 GB252-2000 可以看出，不同标号的柴油只是冷凝点和粘度不同,其他参数完全一致,只要柴油温度达到柴油机使用要求,不同标号的柴油是不会影响柴油机的正常使用的。表 2.2 表示不同标号的柴油在同一台柴油机的油耗试验,实验证明：0#柴油和10#、-20#柴油、-35#柴油的平均油耗基本相同。19表 2.2 柴油机试验站油耗试验记录序号柴油标号工况转

52、速（r/min）力矩（Nm）2kg 柴油消耗时间（s）油耗（g/kWh）平均油耗（g/kWh）113075063.441.25250.34213075048.641.19253.0430#13105045.741.37251.52251.63113165089.040.65252.50213185090.040.86250.823-10#13195091.040.63252.16251.82113324972.141.34251.20213155063.441.39252.393-20#13105073.241.12251.67251.75113125060.441.30250.3121315

53、5063.440.93252.393-35#13254960.441.38252.88251.86表 2.3 为我段冬季试验测量数据中的一部分,表明在-20环境温度下机车油箱油温在出库与返库时油温温度基本不变。只要保证柴油在较高温度下注入机车油箱,机车就可以正常运转,实现低烧。从而得到这样结论,低烧技术是可行的。由表 2.4 可见,冬季使用-10#或-20#柴油机的粘度比夏季使用零号柴油的粘度小。此外,上述机车试验表明,冬季柴油机吸入的柴油温度较高。因20此冬季采用低一号柴油与夏季采用 0#柴油相比,柴油粘度较低,改善了雾化状态,减少了积炭。表 2.3 内燃机车整备作业温度统计表油箱油温年月日

54、时间气温机车返回出发01.12.313:28-26.73.202.01.024:30-26.03.74.302.01.044:20-25.53.54.002.01.064:50-28.53.44.202.01.084:40-26.2同一机车4.001.12.315:20-25.43.402.01.025:01-26.34.74.902.01.045:50-25.04.24.502.01.064:30-28.63.84.202.01.083:40-27.8同一机车3.502.01.123:15-25.03.802.01.143:50-27.33.53.302.01.184:30-25.74.23

55、.702.01.214:05-26.44.23.402.01.236:15-25.14.03.502.01.256:05-26.0同一机车4.13.62101.12.305:20-26.83.802.01.063:20-25.83.93.602.01.186:25-25.44.33.802.01.215:35-25.44.03.202.01.255:20-27.4同一机车3.9表 2.4 柴油样品粘度粘度(mm2/s)油温()标号102030405004.623.622.982.48-104.2173.3402.7012.2511.943-203.2712.6592.1901.9351.595

56、-352.7532.2531.8771.6021.426这些测试结果说明，在寒冬机车柴油机正常运行时，0#柴油完全能保证柴油机的正常工作。因此，如何利用科学的方法，使柴油在运输、卸油、储存过程、给机车加油、机车运用全过程中的每一环节加以控制，使燃油和柴油机的温度保持在一个合适的水平上，就可以使机车柴油机用高标号柴油代替低标号柴油正常经济地运行，从而大大节约机车燃料成本。2.32.3 提高柴油低温流动性的常用措施提高柴油低温流动性的常用措施选用轻柴油时，最常规的方法是根据地区气温，选用不同的品种牌号轻柴油。但实践表明，此法效果很好，但不经济。提高柴油低温流动性能的主要措施有：不同标号的柴油低标号

57、兑油提号；柴油添加柴油低温流动22性能改进剂。2.42.4 柴油供应时的保温技术柴油供应时的保温技术内燃机车冬季燃油降低标号涉及到柴油的“储、运、卸、发”四个环节，这个四环节是有机的整体，相互联系，缺一不可。即应对储油罐进行保温处理，减少热损失。应及时组织运输，做到快装快运，保证从炼油厂出厂的高温柴油到达机务段卸油地点，油温下降较少。卸油是个大问题，由于冬季气温较低，加之有时运、卸不及时，就会使油槽车内柴油析腊，从而造成油槽车内柴油经常卸不净的问题。加装温控式柴油循环电加热器可解决这一问题。对输油管进行保温处理，随时掌握气温变化情况，对发放的柴油温度进行监控，如油温过低，可用温控式柴油循环电加

58、热器来提高柴油油温。23三三 柴油机及机车的保温技术的研究柴油机及机车的保温技术的研究寒冷季节内燃机车停车后，只有柴油机预热达到一定要求后才能启动作业。为了做好柴油机及机车的保温技术研究，了解柴油机低温启动困难的原因、寒冷气候条件对柴油机启动和运行的一些以及寒冷气候条件对机车运用的一些是必需的，同时应了解内燃机车的防寒措施和国内外内燃机车的预热保温装置的原理。3.13.1 寒冷地区柴油机使用的问题寒冷地区柴油机使用的问题3.1.13.1.1 柴油机低温启动困难的原因柴油机低温启动困难的原因由于工作原理的不同，与汽油机相比，柴油机的低温启动更困难，其影响因素也较多，包括：燃料的着火性、蒸发性；喷

59、油定时、喷雾特性（是小喷油量、雾化和碰壁量、混合历程） ；燃烧室的设计（压缩比、形状、面容比等） ；运动条件（有效压缩比、进气温度、进气压力、转速等） ；启动机的功率和启动围矩；柴油机的转动惯量和所受阻力矩大小等等。柴油机顺利启动具备的四个条件：（1）启动系统能够产生足够的扭矩来克服柴油机的各种阻力矩，这些阻力矩包括柴油机内部的各种摩擦阻力矩，压缩空气中空气的阻力矩，使柴油机各转动部件由静止状态加速的惯性阻力矩等；（2）使曲轴达到所需的启动转速，保证顺利地压燃着火；（3）燃料能够良好地雾化并着火；（4）各摩擦表面能得到充分的预润滑。在低温下，以上条件较难达到。柴油机的起动性能，不仅决定于其本身

60、的技术状况，还受外界气温的影响。冬季低温下起动更困难的主要原因是：24（1）冬季气候寒冷，环境温度低，机油粘度增大供油压力低，增加了运动各摩擦副的阻力，使起动机转速降低；（2）蓄电池容量随温度下降而减少，启动电流减少，造成启动机启动乏力，使起动机转速更加降低；（3）由于环境温度和缸套壁面的温度低，且低转速下有较大的气体泄漏量和散热损失，致使压缩终了时的空气温度和压力大为降低，使柴油着火的延迟期增长，燃料就不容易着火，严重时甚至不能燃烧；（4）低温下的柴油粘度增大，使喷射速度降低，供油不规律，加上空气在压缩终了时的旋流速度、空气温度和压力低，工质热力状态不稳定等因素，致使喷入气缸的柴油雾化质量差