工程用軌道車發動機防寒技術改進措施探討

曾倩瑜 中國鐵路上海局集團有限公司上海東華地方鐵路開發有限公司

1 軌道車冬季發動機啟動困難原因分析

軌道車采用的動力是柴油發動機。柴油發動機啟動的基本條件是：將噴入氣缸的霧化柴油與具有較高溫度和壓力的壓縮空氣迅速混合并燃燒。因此氣缸內較高的溫度、空氣壓力和霧化良好的柴油是柴油機正常啟動的必備要素。發動機潤滑油的粘度變大，各摩擦副之間的阻力增加，使發動機的啟動轉速下降，發動機氣缸壓縮終了時的壓力達不到啟動時的壓力，且氣缸內的縮空氣溫度也明顯低于啟動時所需的溫度，造成啟動困難；同時，由于溫度降低，柴油粘度增大，噴油霧化質量變差，延長了著火滯后期；溫度的降低也造成了蓄電池工作能力的下降，影響了啟動機的啟動力矩，導致柴油機啟動系統功率下降，增加了啟動困難。

1.1 燃油

柴油是軌道車的動力原料，會直接影響軌道車的正常啟動。由于軌道車燃油供給系統未安裝燃油預熱器，在冬季低溫環境下啟動時會導致發動機噴油器霧化不好，間接的影響發動機的正常啟動，會出現啟動困難的現象。其次，在冬季使用的燃油標號應低于環境溫度，當高于環境溫度時，柴油中的蠟質隨著溫度的下降會逐漸析出變成渾濁狀態，使柴油的粘度變大，流動性變差，噴油器噴射時不能夠完好的霧化成霧粒，造成發動機不能正常啟動。

1.2 潤滑油

潤滑油是保證發動機正常運轉潤滑各摩擦件的唯一良好介質，潤滑油的粘度是隨著溫度的變化而變化，溫度升高時粘度變小，溫度降低時粘度變大。在防寒期間由于氣溫較低潤滑油的粘稠度變大，潤滑油的粘稠度是影響發動機正常啟動的重要因素，主要原因，一是發動機各運用部件作用時的攪油阻力增加；二是各摩擦面上油膜厚度增加，粘著力和摩擦阻力增大；三是機油泵的泵油阻力和管路輸送阻力增加，造成低溫環境下發動機的啟動阻力劇增。因此發動機啟動轉速必然降低，活塞的運動速度也隨之降低，致使發動機正常啟動比較困難。

1.3 空氣

低溫發動機啟動時吸入燃燒室的冷空氣，由于溫度較低壓燃時會導致發動機著火困難。

2 運用管理現狀與存在的不足

2.1 運用管理現狀

每年進入防寒期后，采用為軌道車水箱加注更換防凍液、對軌道車的燃油、潤滑油、潤滑脂更換為冬季標號的方法來避免因氣溫過低造成冷卻液凝結。同時，每天安排專人執行夜間打車保溫工作。打溫的時間隨氣溫的變化而改變，當環境溫度在0℃左右時，規定司機0時至1時間打溫一次；環境溫度低于-5℃時，規定司機在23時至24時以及3時至4時打溫兩次。隨著氣溫的降低打溫時間適時延長，用以保障低溫環境下車輛的正常啟動。

2.2 存在的不足

目前，防寒期間軌道車運用管理方式存在兩個方面的不足。一是增加經濟成本。在保證車輛低溫環境下正常啟動的同時，浪費了燃油的無功消耗。每年防寒期為4個月，即每年11月15日至次年3月15日，如平均每日按1.5 h啟動時間計算，在整個防寒期間一輛軌道車發動機需無功運轉180 h,約消耗1 800 L燃油，按市場燃油7.6元/升的單價計算，一個冬季一輛軌道車共計約需消耗燃油13 680元;同時根據《發動機使用及保養手冊》，由于執行冬季打溫，發動機的工作小時數額外增長，縮短了維護保養周期，應增加一次發動機定期保養，費用約為每輛車1 500元。二是加大勞動強度。在防寒期間司乘人員執行夜間打溫工作，一般每天不少于兩次，夜間得不到充分的休息，白天還需天窗作業，勞動強度增大，安全風險增強。

3 改進措施與成效

從源頭上講，要解決軌道車冬季發動機啟動困難的問題必須提高氣缸溫度。經研究，采用安裝自動預熱裝置的方法可以達到提高工作效率、降低運用成本的效果。

3.1 自動預熱裝置工作原理

自動預熱裝置主要由水加熱器、常開電磁閥、手動截止閥和在線監測預警裝置必總分組成。

水加熱器工作原理見圖1。通過加熱棒對冷卻液進行加熱，在水管道壓力的作用下進行循環，帶走電熱元件工作中所產生的高溫熱能量，使被加熱水溫度升高，傳遞熱量給發動機機體。

圖1 水加熱器原理圖

自動預熱裝置的工作原理見圖2。將發動機水箱內的冷卻液抽出，通過水加熱器加熱后再循環至發動機體內，以此加熱發動機。水加熱器進水口是利用水箱水位壓力，將冷卻液輸送至加熱器中進行加熱，待溫度達到90℃左右后打開出水閥門向水套中回水，同時發動機節溫器（77℃～85℃）自動打開使水回向水箱，如此循環，發動機機體及水箱冷卻液溫度逐漸升高，待水加熱器進水口溫度達到40℃左右時，受溫控感應水加熱器停止工作，待進水口低于20℃時水加熱器自動開始加熱，如此循環的工作，達到低溫條件下啟動發動機的目的。

圖2 自動預熱裝置工作原理圖

為保證設備良好運行狀態，自動預熱裝置加裝了2個常開電磁閥以及1個手動截止閥2套保護裝置進行切斷保護預熱裝置的工作狀態，確保軌道車運用過程中的安全。

為防止非正常情況下設備故障，在加熱回路中加裝了在線監測預警裝置，自動預熱裝置在工作與非工作狀態切換時，以及發動機低溫時，能夠及時的進行短信提醒，使司機能夠隨時掌控發動機的預熱狀態，確保了自動預熱裝置工作的穩定性。

3.2 改進效果

使用自動預熱裝置的測試情況見表1。整個加熱過程一般需要3 h就能將發動機機體溫度加熱到20℃左右，縮短了發動機冷啟動預熱升溫時間，節約了機車打溫工作的燃油消耗，減少了對環境的污染，同時減輕了司乘人員的勞動強度。

表1 水加熱器使用測試情況

使用該裝置能減少了發動機機體各部件運動摩擦之間的阻力，提高了發動機的啟動轉速；使發動機機體溫度變高，間接的將熱量傳遞到燃油供給系統，對燃油進行預熱，保障噴油器的霧化效果，提高發動機的正常啟動性能。

該裝置具有短信報警功能，斷電后能夠及時的進行短信提醒，并告知預熱溫度情況，能夠隨時掌控發動機的預熱狀態，確保了自動預熱裝置工作的穩定性。

3.3 經濟效益

3.3.1 發動機起機預熱消耗費用

目前某管內中施工單位為例，共有軌道車137輛，在防寒期間（4個月）需打溫預熱消耗燃油10.98萬升，按市場燃油7.6元單價計算，約187.42萬元。發動機增加一次定期保養，每輛車約1 500元，137輛車發動機保養費共計20.55萬元。

3.3.2 自動預熱裝置防寒措施消耗費用

使用自動預熱裝置在室外環境-6℃時,每日（24 h）約 消耗20度電，按室外環境-6℃計算，137輛軌道車在防寒期間約消耗14.64萬度，按每度1元計算，約32.88萬元。

3.3.3 經濟效益

在防寒期間采用自動預熱裝置（水加熱器）防寒措施，相比發動機起機預熱每年約節約175.09萬元（不含人工成本）。

4 結束語

在軌道車管理運用中，針對其冬季預熱打溫造成燃油成本浪費及勞力增加的現狀，通過目前的管理手段來使軌道車正常起機的方式,已遠遠滿足不了鐵路施工的需求。只有依靠科技創新手段，從提高工作效率、創建良好的工作環境、節約社會能源等方面綜合因素考慮，在冬季防寒期間采用水加熱方式預熱發動機，探索并實現軌道車發動機自動保溫，減少軌道車養護成本,是解決發動機低溫啟動困難問題行之有效的措施。