工程用轨道车发动机防寒技术改进措施探讨

曾倩瑜 中国铁路上海局集团有限公司上海东华地方铁路开发有限公司

1 轨道车冬季发动机启动困难原因分析

轨道车采用的动力是柴油发动机。柴油发动机启动的基本条件是：将喷入气缸的雾化柴油与具有较高温度和压力的压缩空气迅速混合并燃烧。因此气缸内较高的温度、空气压力和雾化良好的柴油是柴油机正常启动的必备要素。发动机润滑油的粘度变大，各摩擦副之间的阻力增加，使发动机的启动转速下降，发动机气缸压缩终了时的压力达不到启动时的压力，且气缸内的缩空气温度也明显低于启动时所需的温度，造成启动困难；同时，由于温度降低，柴油粘度增大，喷油雾化质量变差，延长了着火滞后期；温度的降低也造成了蓄电池工作能力的下降，影响了启动机的启动力矩，导致柴油机启动系统功率下降，增加了启动困难。

1.1 燃油

柴油是轨道车的动力原料，会直接影响轨道车的正常启动。由于轨道车燃油供给系统未安装燃油预热器，在冬季低温环境下启动时会导致发动机喷油器雾化不好，间接的影响发动机的正常启动，会出现启动困难的现象。其次，在冬季使用的燃油标号应低于环境温度，当高于环境温度时，柴油中的蜡质随着温度的下降会逐渐析出变成浑浊状态，使柴油的粘度变大，流动性变差，喷油器喷射时不能够完好的雾化成雾粒，造成发动机不能正常启动。

1.2 润滑油

润滑油是保证发动机正常运转润滑各摩擦件的唯一良好介质，润滑油的粘度是随着温度的变化而变化，温度升高时粘度变小，温度降低时粘度变大。在防寒期间由于气温较低润滑油的粘稠度变大，润滑油的粘稠度是影响发动机正常启动的重要因素，主要原因，一是发动机各运用部件作用时的搅油阻力增加；二是各摩擦面上油膜厚度增加，粘着力和摩擦阻力增大；三是机油泵的泵油阻力和管路输送阻力增加，造成低温环境下发动机的启动阻力剧增。因此发动机启动转速必然降低，活塞的运动速度也随之降低，致使发动机正常启动比较困难。

1.3 空气

低温发动机启动时吸入燃烧室的冷空气，由于温度较低压燃时会导致发动机着火困难。

2 运用管理现状与存在的不足

2.1 运用管理现状

每年进入防寒期后，采用为轨道车水箱加注更换防冻液、对轨道车的燃油、润滑油、润滑脂更换为冬季标号的方法来避免因气温过低造成冷却液凝结。同时，每天安排专人执行夜间打车保温工作。打温的时间随气温的变化而改变，当环境温度在0℃左右时，规定司机0时至1时间打温一次；环境温度低于-5℃时，规定司机在23时至24时以及3时至4时打温两次。随着气温的降低打温时间适时延长，用以保障低温环境下车辆的正常启动。

2.2 存在的不足

目前，防寒期间轨道车运用管理方式存在两个方面的不足。一是增加经济成本。在保证车辆低温环境下正常启动的同时，浪费了燃油的无功消耗。每年防寒期为4个月，即每年11月15日至次年3月15日，如平均每日按1.5 h启动时间计算，在整个防寒期间一辆轨道车发动机需无功运转180 h,约消耗1 800 L燃油，按市场燃油7.6元/升的单价计算，一个冬季一辆轨道车共计约需消耗燃油13 680元;同时根据《发动机使用及保养手册》，由于执行冬季打温，发动机的工作小时数额外增长，缩短了维护保养周期，应增加一次发动机定期保养，费用约为每辆车1 500元。二是加大劳动强度。在防寒期间司乘人员执行夜间打温工作，一般每天不少于两次，夜间得不到充分的休息，白天还需天窗作业，劳动强度增大，安全风险增强。

3 改进措施与成效

从源头上讲，要解决轨道车冬季发动机启动困难的问题必须提高气缸温度。经研究，采用安装自动预热装置的方法可以达到提高工作效率、降低运用成本的效果。

3.1 自动预热装置工作原理

自动预热装置主要由水加热器、常开电磁阀、手动截止阀和在线监测预警装置必总分组成。

水加热器工作原理见图1。通过加热棒对冷却液进行加热，在水管道压力的作用下进行循环，带走电热元件工作中所产生的高温热能量，使被加热水温度升高，传递热量给发动机机体。

图1 水加热器原理图

自动预热装置的工作原理见图2。将发动机水箱内的冷却液抽出，通过水加热器加热后再循环至发动机体内，以此加热发动机。水加热器进水口是利用水箱水位压力，将冷却液输送至加热器中进行加热，待温度达到90℃左右后打开出水阀门向水套中回水，同时发动机节温器（77℃～85℃）自动打开使水回向水箱，如此循环，发动机机体及水箱冷却液温度逐渐升高，待水加热器进水口温度达到40℃左右时，受温控感应水加热器停止工作，待进水口低于20℃时水加热器自动开始加热，如此循环的工作，达到低温条件下启动发动机的目的。

图2 自动预热装置工作原理图

为保证设备良好运行状态，自动预热装置加装了2个常开电磁阀以及1个手动截止阀2套保护装置进行切断保护预热装置的工作状态，确保轨道车运用过程中的安全。

为防止非正常情况下设备故障，在加热回路中加装了在线监测预警装置，自动预热装置在工作与非工作状态切换时，以及发动机低温时，能够及时的进行短信提醒，使司机能够随时掌控发动机的预热状态，确保了自动预热装置工作的稳定性。

3.2 改进效果

使用自动预热装置的测试情况见表1。整个加热过程一般需要3 h就能将发动机机体温度加热到20℃左右，缩短了发动机冷启动预热升温时间，节约了机车打温工作的燃油消耗，减少了对环境的污染，同时减轻了司乘人员的劳动强度。

表1 水加热器使用测试情况

使用该装置能减少了发动机机体各部件运动摩擦之间的阻力，提高了发动机的启动转速；使发动机机体温度变高，间接的将热量传递到燃油供给系统，对燃油进行预热，保障喷油器的雾化效果，提高发动机的正常启动性能。

该装置具有短信报警功能，断电后能够及时的进行短信提醒，并告知预热温度情况，能够随时掌控发动机的预热状态，确保了自动预热装置工作的稳定性。

3.3 经济效益

3.3.1 发动机起机预热消耗费用

目前某管内中施工单位为例，共有轨道车137辆，在防寒期间（4个月）需打温预热消耗燃油10.98万升，按市场燃油7.6元单价计算，约187.42万元。发动机增加一次定期保养，每辆车约1 500元，137辆车发动机保养费共计20.55万元。

3.3.2 自动预热装置防寒措施消耗费用

使用自动预热装置在室外环境-6℃时,每日（24 h）约 消耗20度电，按室外环境-6℃计算，137辆轨道车在防寒期间约消耗14.64万度，按每度1元计算，约32.88万元。

3.3.3 经济效益

在防寒期间采用自动预热装置（水加热器）防寒措施，相比发动机起机预热每年约节约175.09万元（不含人工成本）。

4 结束语

在轨道车管理运用中，针对其冬季预热打温造成燃油成本浪费及劳力增加的现状，通过目前的管理手段来使轨道车正常起机的方式,已远远满足不了铁路施工的需求。只有依靠科技创新手段，从提高工作效率、创建良好的工作环境、节约社会能源等方面综合因素考虑，在冬季防寒期间采用水加热方式预热发动机，探索并实现轨道车发动机自动保温，减少轨道车养护成本,是解决发动机低温启动困难问题行之有效的措施。