寒冷氣候中的康明斯柴油發動機操作

寒冷氣候中的康明斯柴油發動機操作

如要在寒冷和嚴寒氣候條件下保持康明斯柴油發動機的性能，需要對康明斯發動機支持系統、操作規程和維護保養程序進行修正。這些氣候下使用設備的人員必須注意寒冷氣候會影響設備以及發動機的起動、性能和可靠性。否則，康明斯發動機和設備的可靠性將會被嚴重削弱（如果不能為其所將要工作的環境進行適當準備）。

使設備適合冬季使用，要滿足 3 個條件：

康明斯發動機和設備經過實用和可靠的預熱后，具備合理的起動特性

部件及安裝盡可能不受外部影響

修正既可以保持良好的康明斯發動機工作溫度，同時可減少設備和附件的維護保養。

隨著工作溫度的變冷，需要增加設備的修正以獲得良好的性能。發動機必須能夠在各種極端氣候下運轉，發出滿意的性能和耐久性。下面列出一些寒冷氣候故障。盡管該表列舉了寒冷氣候導致的故障，但是必須強調的是有可能會發生其它故障。

發動機怠速

此時不建議康明斯發動機長時間（15 分鐘以上）在怠速無負荷狀態下運轉。低溫環境下怠速（650 到 1000 rpm）運轉發動機會費油、加劇磨損并導致發動機嚴重損壞。這些低溫條件下，會產生不完全燃燒，使未燃燒的焦油和碳聚集在氣門導管和氣門上，最終導致氣門卡死。低怠速（650 到 700 rpm）下，駕駛室加熱器處的冷卻液流量和溫度都足以維持駕駛室適度加熱。在低溫環境下，如果輻射和對流熱損失無法得以防止，康明斯發動機將無法消耗足夠的燃油來保持冷卻液和燃燒溫度。建議對系統提供足夠的支持，避免使發動機長時間怠速運轉。

眾所周知，無論如何建議，操作員都將會使發動機長時間怠速運轉，尤其是操作員正在駕駛艙中睡覺的時候。如果操作員堅持長時間怠速，建議發動機在足以維持冷卻液溫度 60° C  [140°F] 以上的轉速下怠速運轉。零下 18° C  [0°F] 時，發動機怠速運轉需要在 1200 rpm 以上。對于這種操作，全接通-斷開式風扇和防寒前罩必須要投入使用。-23° C [-10°F] 時，在 ISM  C M876 和 ISX  C M871 發動機上，呼吸器加熱器、進口管隔熱罩、出口管隔熱罩以及凝聚式呼吸器濾清器殼體隔熱罩必須要投入使用。節溫器、節溫器密封件和排氣系統不得允許冷卻液通過散熱器芯泄漏（節溫器處于關閉位置時）。

后處理系統

對于配備由后處理柴油氧化催化器和后處理柴油微粒濾清器組成的后處理系統的發動機，在寒冷氣候下運轉時需要特別注意。

長時間發動機怠速轉速（600 至 800 rpm）運轉不能提供足夠的排氣溫度或排氣流來使得后處理柴油微粒濾清器進行主動再生。在配備后處理系統的發動機上，如果操作員堅持長時間怠速，可以采取下列選項：

操作員必須定期檢查后處理柴油微粒指示燈是否點亮，并且根據需要起動固定（停車）再生。在紅色停機指示燈點亮和停用固定（停車）再生之前，可以使用怠速停機特性使發動機停機。

操作員可以選擇使用 PTO 特性使發動機在 1200 rpm 或更高轉速下怠速運轉，有關啟用“PTO 狀態下的主動再生”特性的信息請咨詢車輛制造商。

配備后處理系統的發動機在寒冷氣候下的運轉也可能會導致主動再生或靜止（停車）再生的數量增加。在極冷的氣候下，固定（停車）再生可能無法實現，所以有必要在負載下操作車輛來使得后處理柴油微粒濾清器進行主動再生。

對于經常在寒冷氣候下運轉的發動機，建議使用帶有隔熱罩的后處理系統。

電氣系統

蓄電池是起動發動機的常規能源。隨著蓄電池溫度下降，蓄電池產生電力更少，恢復電力更慢。伴隨著蓄電池電力損耗問題，康明斯發動機起動負載隨環境溫度下降而升高。

對于特定的發動機系列，發動機制造商通常建議，蓄電池和電氣系統能夠提供足夠起動能力的最低溫度是 -18° C  [0°F]。為了在更低環境溫度下實現滿意的工作，需要加熱蓄電池，使發動機恢復原有起動能力或需要增加更多的蓄電池。不足的蓄電池容量會使拖動轉速下降。拖動轉速在起動循環過程中持續降低，逐漸使得發動機不能起動。

起動馬達電路的導線尺寸、長度和連接決定了蓄電池自由地向起動馬達傳輸電力的能力。低線規導線會阻止電力流動。松動或腐蝕的導線和接頭在蓄電池向起動馬達供電之前最多會消耗 50% 的可用蓄電池電力。

電動起動馬達只是接收了電能，然后將其轉換為機械能。發動機拖動轉速在 100 到 150 rpm 之間時起動馬達會出現峰值效率。更低的轉速下，效率下降，電流升高。如果允許起動馬達失速，發動機將無法起動，100% 的電能將會轉變為熱能，并將會燒壞起動馬達和導線。如果拖動轉速一直低，就需要更多的能量（蓄電池容量）、更高的起動扭矩或更低的起動負載。

燃油

柴油的自由流動取決于它的溫度、傾點和濁點。低溫環境下燃油增稠的現象稱為蠟化。形成蠟的溫度隨燃油基料而不同。如果發動機低于燃油濁點的溫度以下運轉，與燃油一起循環的蠟狀晶體將會堵塞濾網、濾清器，或在急彎、管接頭等處堵塞燃油管。傾點抑制劑僅可以降低燃油中蠟狀晶體的尺寸，它們不會改變形成蠟狀晶體的溫度。我們唯一能預防燃油中生成蠟的方法就是使用較低濁點的燃油或將燃油溫度維持在濁點以上。使用燃油加熱器就可以實現此操作（無論發動機運轉或沒有運轉）。

使用燃油加熱器時，必須使燃油溫度保持在傾點以上，但要低于導致燃油潤滑質量下降的溫度點。為任何特定發動機選擇的燃油加熱器或濾清器都不得給燃油系統施加超過 100 mm Hg [4 in Hg] 的阻力（在燃油泵進口進行測量）。

混合燃油（例如 1 號燃油和 2 號燃油）在減少燃油中蠟狀物和 BTU 含量的同時，增加了油耗?；旌线€會降低燃油的潤滑質量，從而縮短燃油系統部件的壽命。

警告  不要使用酒精或汽油作為燃油摻合劑。它們在特定條件下不穩定，與柴油混合后會產生危險或發生爆炸。

機油

在冷起動時，機油的兩種物理屬性，即粘度和傾點，對于發動機潤滑很重要。粘度是最重要的。機油必須從其容器中自由流出，并且必須能夠在發動機中自由循環。盡管曲軸箱中的機油固化后無法起動發動機，但是起動時會使發動機因缺乏潤滑而產生破壞性停機。寒冷氣候工作機油具有足夠低的傾點，在需要的最低溫度下仍保持液態。

機油的粘度控制著發動機摩擦和機油循環。機油粘度影響以下動力性因素。

起動和暖機

功率輸出

燃油消耗

康明斯發動機冷卻系統

起動磨損

機油消耗

康明斯發動機冷卻系統

康明斯發動機噪聲

使用低粘度機油可以改善前五項性能因素，而使用高粘度機油可以改善后三項因素。

機油粘度是影響發動機起動能力的最重要因素之一。如果粘度過高，發動機的起動性能阻力過大，使其難以達到適宜的拖動轉速。

起動發動機以前，可能需要加熱發動機機油（如果所使用的機油沒有適宜的傾點和粘度）。加熱機油會使其粘度下降，從而增加潤滑能力，降低起動過程中的摩擦力。所有濾清器必須位于發動機艙的范圍內，這樣才能利用發動機熱量預防機油膠凝。

康明斯進氣系統

進氣的兩個方面必須在冬季使用車輛時予以考慮。即空氣密度和溫度。

康明斯空氣密度

當環境溫度降低時，空氣密度增加。對于渦輪增壓發動機最終會導致峰值缸壓升高。缸壓升高會出現以下各種問題。

缸體破裂

氣缸墊漏氣

曲軸軸承負荷過大

在采用液力發動機制動時，凸輪軸斷裂

缸蓋螺栓松脫或斷裂

活塞環破裂

活塞破裂

空氣溫度

進氣溫度和燃燒溫度之間有直接的關系。對于柴油發動機，進氣溫度低的一個最終結果就是降低了燃燒溫度。燃燒溫度下降后，低端柴油不會燃燒。這些未燃燒的重端燃油將在氣門導管和氣門桿上聚集形成類似焦油的清漆物質，使其在開啟位置卡死。氣門開啟，活塞動作時，會發生損壞。進氣溫度低還會產生爆震（非受控燃燒）和活塞燒蝕。

在低于 0° C  [32°F] 時，建議從發動機保溫罩內進氣。這樣就能向進氣室提供暖氣，降低發動機熱損耗。如果空氣濾清器沒有位于發動機艙保溫罩中，那么管路必須采取從發動機艙至空氣濾清器進口的方式布設。發動機艙需要提供足夠的密封。單獨的側簾始終無法符合要求。如果散熱器護罩以及發動機底部有孔口，這些區域必須要進行密封。取決于環境溫度和發動機艙尺寸，可加熱發動機艙內部空氣來維持燃燒溫度。在這些條件下中冷式發動機工作性能好，因為通常將熱空氣冷卻到冷卻液溫度水平的冷卻器濾芯會使低溫進氣加熱到冷卻液溫度。對于提供溫度控制接通-斷開式風扇，這一點極為有利，可以使發動機艙中的輻射及對流熱量不會被氣流帶走。

康明斯冷卻系統

注意  不要在一起使用乙醚和預熱塞起動輔助裝置，因為這可能損壞發動機。

柴油發動機內的冷卻液主要是作為傳熱媒介使用，在寒冷和嚴寒氣候下也容易發生冷凝。使用約 60% 乙二醇與 40% 水的溶液即可獲得提供冷卻液的最低冷凝溫度。在 -50° C [-60°F] 左右時該混合物將變為泥漿。在 -1° 到 10° C  [30° 到 50°F] 以及更冷的氣候下需要加熱冷卻液或使用起動輔助設備（乙醚）實現成功起動。溫度低于 -23° C  [-10°F] 的氣候下，建議聯合使用冷卻液加熱器與乙醚起動輔助設備。

市場上有三種基本的冷卻液加熱器。所選擇的加熱器必須在任何溫度下都能將冷卻液溫度保持在最低為 50° C  [120°F]。

浸入式加熱器

浸入式加熱器的加熱元件浸入在發動機冷卻液通道中。熱量通過冷卻液傳導到缸體和缸套。由于空間所限，每部的功率限定在不高于 2500 瓦。操作加熱器時需要使用外部電源。

康明斯箱式加熱器

箱式加熱器按照對流原理來工作。也就是說在小水箱內部加熱冷卻液，加熱后的冷卻液通過軟管連接在發動機中環流（與咖啡濾壺類似）。有 1000 到 4000 瓦的加熱器可供選用。這種加熱形式需要使用外部電源。還有帶再循環泵的箱式加熱器，它能使加熱后的冷卻液連續在發動機系統中環流。

燃油燃燒式冷卻液加熱器

燃油燃燒式冷卻液加熱器的燃料是液態/氣態的燃油，有時是燃油混合物。最常見的燃油燃燒式加熱器通常使用柴油、丙烷和汽油。這些都是爐噴槍式加熱器，燃油通過點火器引燃后噴入傳導介質（如多孔陶瓷板）。 之后，這種火焰通過加熱器內部線圈加熱冷卻液，利用對流作用或加熱器中集成的再循環泵將其傳遞到發動機。這些加熱器規格從 6000 到 82000 BTU 可供選用?？梢岳眠@些加熱器排出的廢氣來加熱發動機艙和附件（如蓄電池）。

康明斯冷卻液流量

加熱器要盡最大效率來加熱缸體和冷卻液旁通系統附件中的冷卻液，這也是需要加熱的最小的冷卻液數量。為了達到這種條件，節溫器和節溫器密封件不得允許冷卻液在節溫器關閉時流過散熱器。要檢查冷卻液通過節溫器密封件和/或節溫器泄漏：

拆下節溫器殼體上的發動機出口軟管。使軟管保持在空中，高于散熱器擋板平面，靠調速器運轉發動機。如果有水從出水口接頭中流出，則節溫器和/或密封件正在發生泄漏；在 97% 的情況下，其原因都是密封件或碎屑使節溫器保持在開啟狀態。

如果冷卻液不能達到節溫器開啟溫度，那么更換節溫器將無法解決這個問題。

對于在低溫條件下工作的發動機來說，第二個重要的方面就是節溫器在關閉位置時，通過散熱器芯的冷卻液流量。一個工作正常的排氣系統必須內置其中，并且必須沒有冷卻液通過加注管或散熱器倒流。排氣隔板不得有泄漏，并且不得有排氣孔。要檢查此狀態：

康明斯排放冷卻系統。

拆下水泵上的補償管（加注管）并堵上端部。

將隔板上方加滿冷卻液。如果通過散熱器排放旋塞漏水，拆下水箱進行修理。冷卻液可能通過散熱器芯排氣管泄漏，后者需要延伸到膨脹區域。

散熱器百葉窗

在關閉時，散熱器百葉窗阻止空氣從散熱器芯和發動機處流過。流經發動機的空氣會延長暖機時間，在極低的環境溫度下阻止冷卻液達到最低工作溫度。

通常與低溫環境下設備的準備有關的兩個常用術語是冬季準備和嚴寒氣候技術規范。

發動機和/或部件進行冬季準備以便實現極低溫度下的起動和運行，需要以下條件：

使用正確的材料（有些材料在低溫下會脆化和失效。）

使用正確的低溫機油進行潤滑。

提供低溫空氣的保護（金屬溫度不會因氣流而改變，但是冷空氣流過裸露表面卻會使散熱率顯著提高。）

使用級別正確的、適合最低工作溫度的燃油

較低溫度下為起動提供加熱，使發動機缸體和部件的溫度最低提高到 -23° C  [-10°F]，以便實現乙醚輔助起動

提供適當的外部熱源

電氣設備能夠在最低期望溫度下運行

嚴寒氣候技術規范指材料的設計和部件的技術規范必需滿足發動機在最低達 -54° C  [-65°F] 的溫度下運轉。請與康明斯公司或設備制造商聯系以獲得所需的特殊信息。下文所列的嚴寒技術規范只是通用指南。

康明斯風扇驅動裝置

溫度控制風扇驅動裝置能夠減少發動機處的冷空氣循環，并幫助保存艙內的熱量。在規定的溫度下完全或部分斷開風扇的驅動源即可實現這些設備的功能。通常有幾種風扇驅動可供選用：粘性、自動調溫和熱調制。

設備的準備

修正的數目隨著溫度的改變而變化。因此，以下推薦設備表分為三個溫度范圍。按照本公告的建議需要使用設備加熱器時，建議使用所有的系統加熱器（冷卻液、機油和進氣）。除非另有說明，下列建議適用于所有機型。

防寒措施 0 到 -23° C  [32 到 -10°F]

在 -29° C  [-20°F] 下使用乙二醇防凍液進行保護

使用符合 API， C  C / C D 技術規范的多粘度機油。參閱公告 3810340.

使用最大濁點和傾點比發動機工作的環境溫度低 6° C  [10°F] 的燃油。

康明斯散熱器百葉窗

在 -23° C  [-10°F] 時，對于 V6-378，系統提供的推薦拖動轉速為 150 rpm，而 V8-555 是 180 rpm

起動輔助：乙醚噴射或歧管架加熱器

在溫度低于 -12° C  [10°F] 時，從發動機艙供應溫暖的進氣

對于公路車用發動機，在低于 -18° C  [0°F] 時，要縮短呼吸器管，并且至少高于油底殼凸緣 12 in

當使用氣動馬達時

在空氣壓縮機系統內使用酒精噴射器

康明斯冷卻液預熱器

康明斯機油預熱器

防寒措施 -23 到 -32° C  [-10 到 -25°F]

使用 50% 的乙二醇防凍劑和 50% 的水。

使用符合  C  C / C D 技術規范的多粘度機油。參閱公告 3810340.

使用最大濁點和傾點比發動機工作的環境溫度低 6° C  [10°F] 的燃油

散熱器百葉窗沿邊緣密封并調整至緊閉位置，或加上散熱器罩。

重型 24 V 起動系統經過防寒處理，能在 -32° C  [-25°F] 時經預熱后提供 150 rpm 的推薦拖動轉速。V6-378 和 V8-555 都要求 180 rpm。

起動輔助：乙醚噴射或歧管架加熱器

使用中冷器岐管、帶空氣濾清器的發動機艙保溫罩，從發動機艙吸入空氣，提供進氣預熱。

干式空氣濾清器

縮短呼吸器管，并且至少高于油底殼凸緣 30  c m [12 in]。

ISM  C M876 和 ISX  C M871 發動機，呼吸器加熱器、進口管隔熱罩、出口管隔熱罩以及凝聚式呼吸器濾清器殼體隔熱罩。

當使用氣動馬達時

在空氣壓縮機系統內使用酒精噴射器。

康明斯冷卻液預熱器

機油加熱器 - 如果正確粘度的機油沒有得到使用

接通-斷開式風扇

適用于公路車用裝置的油底殼護罩。

康明斯蓄電池加溫器

重型嚴寒型蓄電池

根據表 10 確定蓄電池電纜尺寸

所有的濾清器都安裝在發動機艙內。設備置于低溫環境之前，應先更換所有濾清器，排放系統并使用嚴寒燃油和機油徹底沖洗。

將所有的冷卻液、燃油和機油管路與外部環境隔離。

嚴寒技術規范 -32 到 -54° C  [-25 到 -65°F]

使用 60% 乙二醇防凍劑和 40% 水的混合物。

使用符合  C  C / C D 技術規范的嚴寒地區機油。請參閱服務公告《康明斯發動機機油和機油分析推薦規程》，公告號 3810340.

使用最大濁點和傾點比發動機工作的環境溫度低 6° C  [10°F] 的燃油

擰緊百葉窗前的散熱器防寒前罩

重型 24 V 起動系統經過防寒處理，能在 -32° C  [-25°F] 時經預熱后提供 150 rpm 的推薦拖動轉速。V6-378 和 V8-555 都要求 180 rpm

起動輔助：乙醚噴射或歧管架加熱器

使用中冷器岐管、帶空氣濾清器的發動機艙保溫罩，從發動機艙吸入空氣，提供進氣預熱。

干式空氣濾清器。安裝在發動機艙內

縮短呼吸器管，并且至少高于油底殼凸緣 30  c m [12 in]

ISM  C M876 和 ISX  C M871 發動機，呼吸器加熱器、進口管隔熱罩、出口管隔熱罩以及凝聚式呼吸器濾清器殼體隔熱罩。

當使用氣動馬達時

在空氣壓縮機系統內使用酒精噴射器。

康明斯冷卻液預熱器

機油加熱器 - 如果正確粘度的機油沒有得到使用

接通-斷開式風扇

用于發動機艙下部，包括油底殼護罩的隔熱罩。

康明斯蓄電池加溫器

重型嚴寒型蓄電池。

根據表 10 確定蓄電池電纜尺寸。電路導線要保持盡可能的短

所有的濾清器都安裝在發動機艙內。設備置于低溫環境之前，應先更換所有濾清器，排放系統并使用嚴寒燃油和機油徹底沖洗。沖洗完后再次更換濾清器。

用嚴寒油脂重新填充風扇輪轂和水泵。

機械控制機構和設備的防寒措施：

轉速表

康明斯轉速表電纜

起動輔助控制電纜

康明斯壓力表

康明斯溫度表

除去電纜上的所有常規潤滑劑，保持干燥或更換為嚴寒型潤滑劑

向輔助發動機艙內空間提供足夠的熱量，將發動機溫度提高至 -32° C  [-25°F]

-54° C  [-65°F] 電氣設備和導線

使用 -54° C  [-65°F] 軟管

在濾清器和機油標尺擴大器中使用 -54° C  [-65°F] 橡膠

使用 -54° C  [-65°F] 皮帶

延長補充油箱通風管至溫暖的區域，如發動機艙，以防止將霜吸入油箱。

將所有的冷卻液、燃油和機油管路與外部環境隔離。將所有的冷卻液、燃油和機油管路與外部環境隔離或使用散熱條進行包裹。

注意  不建議在  C ummins® 發動機上使用防泄漏防凍劑。盡管這些防凍劑與 D C A 水凈化劑在化學上相互兼容，但是防泄漏劑會堵塞冷卻液濾清器、機油冷卻器和散熱器，使其效率低下。

康明斯維護保養

與發動機上的其它部件一樣，用于低溫工作和起動的附屬設備也要按照時間表進行定期維護保養。例如，不要在發動機起動之前才想起來檢查歧管架加熱器的性能。

不完善或不定期的維護保養始終會導致生產工時的損失。正常的操作保養規程必須實施在所有部件上。對于所有發動機，維護保養建議如下：

防寒措施 0 到 -23° C  [32 到 -10°F]

保持油箱加滿以減少濕氣凝結。每天排放沉積物。保持油箱加滿以減少濕氣凝結。每天排放沉積物。

遵守潤滑油更換時間表，這對保持機油清潔是必要的。

每天一次 ，檢查預熱器線圈和電氣系統。

每周一次，檢查寒冷天氣支持系統。

防寒措施 -23° C  到 -32° C  [-10°F 到 -25°F]

保持油箱加滿以減少濕氣凝結。每天排放沉積物。

遵守機油更換時間表，這對保持機油清潔是必要的。每 2 小時檢查油位。

每天一次，檢查預熱器線圈和電氣系統。

每周一次，檢查寒冷天氣支持系統。

每周一次 ，檢查溫度控制、節溫器和百葉窗。

嚴寒技術規范 -32 到 -54° C  [-25 到 -65°F]

保持油箱加滿以減少濕氣凝結。每天排放沉積物。

遵守機油更換時間表，這對保持機油清潔是必要的。每 2 小時檢查油位。

每天一次，檢查預熱器線圈和電氣系統。

每周一次，檢查寒冷天氣支持系統。

每周一次，檢查溫度控制、節溫器、防寒前罩、空間加熱器起動馬達和起動馬達電氣系統。