寒冷气候中的康明斯柴油发动机操作

寒冷气候中的康明斯柴油发动机操作

如要在寒冷和严寒气候条件下保持康明斯柴油发动机的性能，需要对康明斯发动机支持系统、操作规程和维护保养程序进行修正。这些气候下使用设备的人员必须注意寒冷气候会影响设备以及发动机的起动、性能和可靠性。否则，康明斯发动机和设备的可靠性将会被严重削弱（如果不能为其所将要工作的环境进行适当准备）。

使设备适合冬季使用，要满足 3 个条件：

康明斯发动机和设备经过实用和可靠的预热后，具备合理的起动特性

部件及安装尽可能不受外部影响

修正既可以保持良好的康明斯发动机工作温度，同时可减少设备和附件的维护保养。

随着工作温度的变冷，需要增加设备的修正以获得良好的性能。发动机必须能够在各种极端气候下运转，发出满意的性能和耐久性。下面列出一些寒冷气候故障。尽管该表列举了寒冷气候导致的故障，但是必须强调的是有可能会发生其它故障。

发动机怠速

此时不建议康明斯发动机长时间（15 分钟以上）在怠速无负荷状态下运转。低温环境下怠速（650 到 1000 rpm）运转发动机会费油、加剧磨损并导致发动机严重损坏。这些低温条件下，会产生不完全燃烧，使未燃烧的焦油和碳聚集在气门导管和气门上，最终导致气门卡死。低怠速（650 到 700 rpm）下，驾驶室加热器处的冷却液流量和温度都足以维持驾驶室适度加热。在低温环境下，如果辐射和对流热损失无法得以防止，康明斯发动机将无法消耗足够的燃油来保持冷却液和燃烧温度。建议对系统提供足够的支持，避免使发动机长时间怠速运转。

众所周知，无论如何建议，操作员都将会使发动机长时间怠速运转，尤其是操作员正在驾驶舱中睡觉的时候。如果操作员坚持长时间怠速，建议发动机在足以维持冷却液温度 60° C  [140°F] 以上的转速下怠速运转。零下 18° C  [0°F] 时，发动机怠速运转需要在 1200 rpm 以上。对于这种操作，全接通-断开式风扇和防寒前罩必须要投入使用。-23° C [-10°F] 时，在 ISM  C M876 和 ISX  C M871 发动机上，呼吸器加热器、进口管隔热罩、出口管隔热罩以及凝聚式呼吸器滤清器壳体隔热罩必须要投入使用。节温器、节温器密封件和排气系统不得允许冷却液通过散热器芯泄漏（节温器处于关闭位置时）。

后处理系统

对于配备由后处理柴油氧化催化器和后处理柴油微粒滤清器组成的后处理系统的发动机，在寒冷气候下运转时需要特别注意。

长时间发动机怠速转速（600 至 800 rpm）运转不能提供足够的排气温度或排气流来使得后处理柴油微粒滤清器进行主动再生。在配备后处理系统的发动机上，如果操作员坚持长时间怠速，可以采取下列选项：

操作员必须定期检查后处理柴油微粒指示灯是否点亮，并且根据需要起动固定（停车）再生。在红色停机指示灯点亮和停用固定（停车）再生之前，可以使用怠速停机特性使发动机停机。

操作员可以选择使用 PTO 特性使发动机在 1200 rpm 或更高转速下怠速运转，有关启用“PTO 状态下的主动再生”特性的信息请咨询车辆制造商。

配备后处理系统的发动机在寒冷气候下的运转也可能会导致主动再生或静止（停车）再生的数量增加。在极冷的气候下，固定（停车）再生可能无法实现，所以有必要在负载下操作车辆来使得后处理柴油微粒滤清器进行主动再生。

对于经常在寒冷气候下运转的发动机，建议使用带有隔热罩的后处理系统。

电气系统

蓄电池是起动发动机的常规能源。随着蓄电池温度下降，蓄电池产生电力更少，恢复电力更慢。伴随着蓄电池电力损耗问题，康明斯发动机起动负载随环境温度下降而升高。

对于特定的发动机系列，发动机制造商通常建议，蓄电池和电气系统能够提供足够起动能力的最低温度是 -18° C  [0°F]。为了在更低环境温度下实现满意的工作，需要加热蓄电池，使发动机恢复原有起动能力或需要增加更多的蓄电池。不足的蓄电池容量会使拖动转速下降。拖动转速在起动循环过程中持续降低，逐渐使得发动机不能起动。

起动马达电路的导线尺寸、长度和连接决定了蓄电池自由地向起动马达传输电力的能力。低线规导线会阻止电力流动。松动或腐蚀的导线和接头在蓄电池向起动马达供电之前最多会消耗 50% 的可用蓄电池电力。

电动起动马达只是接收了电能，然后将其转换为机械能。发动机拖动转速在 100 到 150 rpm 之间时起动马达会出现峰值效率。更低的转速下，效率下降，电流升高。如果允许起动马达失速，发动机将无法起动，100% 的电能将会转变为热能，并将会烧坏起动马达和导线。如果拖动转速一直低，就需要更多的能量（蓄电池容量）、更高的起动扭矩或更低的起动负载。

燃油

柴油的自由流动取决于它的温度、倾点和浊点。低温环境下燃油增稠的现象称为蜡化。形成蜡的温度随燃油基料而不同。如果发动机低于燃油浊点的温度以下运转，与燃油一起循环的蜡状晶体将会堵塞滤网、滤清器，或在急弯、管接头等处堵塞燃油管。倾点抑制剂仅可以降低燃油中蜡状晶体的尺寸，它们不会改变形成蜡状晶体的温度。我们唯一能预防燃油中生成蜡的方法就是使用较低浊点的燃油或将燃油温度维持在浊点以上。使用燃油加热器就可以实现此操作（无论发动机运转或没有运转）。

使用燃油加热器时，必须使燃油温度保持在倾点以上，但要低于导致燃油润滑质量下降的温度点。为任何特定发动机选择的燃油加热器或滤清器都不得给燃油系统施加超过 100 mm Hg [4 in Hg] 的阻力（在燃油泵进口进行测量）。

混合燃油（例如 1 号燃油和 2 号燃油）在减少燃油中蜡状物和 BTU 含量的同时，增加了油耗。混合还会降低燃油的润滑质量，从而缩短燃油系统部件的寿命。

警告  不要使用酒精或汽油作为燃油掺合剂。它们在特定条件下不稳定，与柴油混合后会产生危险或发生爆炸。

机油

在冷起动时，机油的两种物理属性，即粘度和倾点，对于发动机润滑很重要。粘度是最重要的。机油必须从其容器中自由流出，并且必须能够在发动机中自由循环。尽管曲轴箱中的机油固化后无法起动发动机，但是起动时会使发动机因缺乏润滑而产生破坏性停机。寒冷气候工作机油具有足够低的倾点，在需要的最低温度下仍保持液态。

机油的粘度控制着发动机摩擦和机油循环。机油粘度影响以下动力性因素。

起动和暖机

功率输出

燃油消耗

康明斯发动机冷却系统

起动磨损

机油消耗

康明斯发动机冷却系统

康明斯发动机噪声

使用低粘度机油可以改善前五项性能因素，而使用高粘度机油可以改善后三项因素。

机油粘度是影响发动机起动能力的最重要因素之一。如果粘度过高，发动机的起动性能阻力过大，使其难以达到适宜的拖动转速。

起动发动机以前，可能需要加热发动机机油（如果所使用的机油没有适宜的倾点和粘度）。加热机油会使其粘度下降，从而增加润滑能力，降低起动过程中的摩擦力。所有滤清器必须位于发动机舱的范围内，这样才能利用发动机热量预防机油胶凝。

康明斯进气系统

进气的两个方面必须在冬季使用车辆时予以考虑。即空气密度和温度。

康明斯空气密度

当环境温度降低时，空气密度增加。对于涡轮增压发动机最终会导致峰值缸压升高。缸压升高会出现以下各种问题。

缸体破裂

气缸垫漏气

曲轴轴承负荷过大

在采用液力发动机制动时，凸轮轴断裂

缸盖螺栓松脱或断裂

活塞环破裂

活塞破裂

空气温度

进气温度和燃烧温度之间有直接的关系。对于柴油发动机，进气温度低的一个最终结果就是降低了燃烧温度。燃烧温度下降后，低端柴油不会燃烧。这些未燃烧的重端燃油将在气门导管和气门杆上聚集形成类似焦油的清漆物质，使其在开启位置卡死。气门开启，活塞动作时，会发生损坏。进气温度低还会产生爆震（非受控燃烧）和活塞烧蚀。

在低于 0° C  [32°F] 时，建议从发动机保温罩内进气。这样就能向进气室提供暖气，降低发动机热损耗。如果空气滤清器没有位于发动机舱保温罩中，那么管路必须采取从发动机舱至空气滤清器进口的方式布设。发动机舱需要提供足够的密封。单独的侧帘始终无法符合要求。如果散热器护罩以及发动机底部有孔口，这些区域必须要进行密封。取决于环境温度和发动机舱尺寸，可加热发动机舱内部空气来维持燃烧温度。在这些条件下中冷式发动机工作性能好，因为通常将热空气冷却到冷却液温度水平的冷却器滤芯会使低温进气加热到冷却液温度。对于提供温度控制接通-断开式风扇，这一点极为有利，可以使发动机舱中的辐射及对流热量不会被气流带走。

康明斯冷却系统

注意  不要在一起使用乙醚和预热塞起动辅助装置，因为这可能损坏发动机。

柴油发动机内的冷却液主要是作为传热媒介使用，在寒冷和严寒气候下也容易发生冷凝。使用约 60% 乙二醇与 40% 水的溶液即可获得提供冷却液的最低冷凝温度。在 -50° C [-60°F] 左右时该混合物将变为泥浆。在 -1° 到 10° C  [30° 到 50°F] 以及更冷的气候下需要加热冷却液或使用起动辅助设备（乙醚）实现成功起动。温度低于 -23° C  [-10°F] 的气候下，建议联合使用冷却液加热器与乙醚起动辅助设备。

市场上有三种基本的冷却液加热器。所选择的加热器必须在任何温度下都能将冷却液温度保持在最低为 50° C  [120°F]。

浸入式加热器

浸入式加热器的加热元件浸入在发动机冷却液通道中。热量通过冷却液传导到缸体和缸套。由于空间所限，每部的功率限定在不高于 2500 瓦。操作加热器时需要使用外部电源。

康明斯箱式加热器

箱式加热器按照对流原理来工作。也就是说在小水箱内部加热冷却液，加热后的冷却液通过软管连接在发动机中环流（与咖啡滤壶类似）。有 1000 到 4000 瓦的加热器可供选用。这种加热形式需要使用外部电源。还有带再循环泵的箱式加热器，它能使加热后的冷却液连续在发动机系统中环流。

燃油燃烧式冷却液加热器

燃油燃烧式冷却液加热器的燃料是液态/气态的燃油，有时是燃油混合物。最常见的燃油燃烧式加热器通常使用柴油、丙烷和汽油。这些都是炉喷枪式加热器，燃油通过点火器引燃后喷入传导介质（如多孔陶瓷板）。 之后，这种火焰通过加热器内部线圈加热冷却液，利用对流作用或加热器中集成的再循环泵将其传递到发动机。这些加热器规格从 6000 到 82000 BTU 可供选用。可以利用这些加热器排出的废气来加热发动机舱和附件（如蓄电池）。

康明斯冷却液流量

加热器要尽最大效率来加热缸体和冷却液旁通系统附件中的冷却液，这也是需要加热的最小的冷却液数量。为了达到这种条件，节温器和节温器密封件不得允许冷却液在节温器关闭时流过散热器。要检查冷却液通过节温器密封件和/或节温器泄漏：

拆下节温器壳体上的发动机出口软管。使软管保持在空中，高于散热器挡板平面，靠调速器运转发动机。如果有水从出水口接头中流出，则节温器和/或密封件正在发生泄漏；在 97% 的情况下，其原因都是密封件或碎屑使节温器保持在开启状态。

如果冷却液不能达到节温器开启温度，那么更换节温器将无法解决这个问题。

对于在低温条件下工作的发动机来说，第二个重要的方面就是节温器在关闭位置时，通过散热器芯的冷却液流量。一个工作正常的排气系统必须内置其中，并且必须没有冷却液通过加注管或散热器倒流。排气隔板不得有泄漏，并且不得有排气孔。要检查此状态：

康明斯排放冷却系统。

拆下水泵上的补偿管（加注管）并堵上端部。

将隔板上方加满冷却液。如果通过散热器排放旋塞漏水，拆下水箱进行修理。冷却液可能通过散热器芯排气管泄漏，后者需要延伸到膨胀区域。

散热器百叶窗

在关闭时，散热器百叶窗阻止空气从散热器芯和发动机处流过。流经发动机的空气会延长暖机时间，在极低的环境温度下阻止冷却液达到最低工作温度。

通常与低温环境下设备的准备有关的两个常用术语是冬季准备和严寒气候技术规范。

发动机和/或部件进行冬季准备以便实现极低温度下的起动和运行，需要以下条件：

使用正确的材料（有些材料在低温下会脆化和失效。）

使用正确的低温机油进行润滑。

提供低温空气的保护（金属温度不会因气流而改变，但是冷空气流过裸露表面却会使散热率显著提高。）

使用级别正确的、适合最低工作温度的燃油

较低温度下为起动提供加热，使发动机缸体和部件的温度最低提高到 -23° C  [-10°F]，以便实现乙醚辅助起动

提供适当的外部热源

电气设备能够在最低期望温度下运行

严寒气候技术规范指材料的设计和部件的技术规范必需满足发动机在最低达 -54° C  [-65°F] 的温度下运转。请与康明斯公司或设备制造商联系以获得所需的特殊信息。下文所列的严寒技术规范只是通用指南。

康明斯风扇驱动装置

温度控制风扇驱动装置能够减少发动机处的冷空气循环，并帮助保存舱内的热量。在规定的温度下完全或部分断开风扇的驱动源即可实现这些设备的功能。通常有几种风扇驱动可供选用：粘性、自动调温和热调制。

设备的准备

修正的数目随着温度的改变而变化。因此，以下推荐设备表分为三个温度范围。按照本公告的建议需要使用设备加热器时，建议使用所有的系统加热器（冷却液、机油和进气）。除非另有说明，下列建议适用于所有机型。

防寒措施 0 到 -23° C  [32 到 -10°F]

在 -29° C  [-20°F] 下使用乙二醇防冻液进行保护

使用符合 API， C  C / C D 技术规范的多粘度机油。参阅公告 3810340.

使用最大浊点和倾点比发动机工作的环境温度低 6° C  [10°F] 的燃油。

康明斯散热器百叶窗

在 -23° C  [-10°F] 时，对于 V6-378，系统提供的推荐拖动转速为 150 rpm，而 V8-555 是 180 rpm

起动辅助：乙醚喷射或歧管架加热器

在温度低于 -12° C  [10°F] 时，从发动机舱供应温暖的进气

对于公路车用发动机，在低于 -18° C  [0°F] 时，要缩短呼吸器管，并且至少高于油底壳凸缘 12 in

当使用气动马达时

在空气压缩机系统内使用酒精喷射器

康明斯冷却液预热器

康明斯机油预热器

防寒措施 -23 到 -32° C  [-10 到 -25°F]

使用 50% 的乙二醇防冻剂和 50% 的水。

使用符合  C  C / C D 技术规范的多粘度机油。参阅公告 3810340.

使用最大浊点和倾点比发动机工作的环境温度低 6° C  [10°F] 的燃油

散热器百叶窗沿边缘密封并调整至紧闭位置，或加上散热器罩。

重型 24 V 起动系统经过防寒处理，能在 -32° C  [-25°F] 时经预热后提供 150 rpm 的推荐拖动转速。V6-378 和 V8-555 都要求 180 rpm。

起动辅助：乙醚喷射或歧管架加热器

使用中冷器岐管、带空气滤清器的发动机舱保温罩，从发动机舱吸入空气，提供进气预热。

干式空气滤清器

缩短呼吸器管，并且至少高于油底壳凸缘 30  c m [12 in]。

ISM  C M876 和 ISX  C M871 发动机，呼吸器加热器、进口管隔热罩、出口管隔热罩以及凝聚式呼吸器滤清器壳体隔热罩。

当使用气动马达时

在空气压缩机系统内使用酒精喷射器。

康明斯冷却液预热器

机油加热器 - 如果正确粘度的机油没有得到使用

接通-断开式风扇

适用于公路车用装置的油底壳护罩。

康明斯蓄电池加温器

重型严寒型蓄电池

根据表 10 确定蓄电池电缆尺寸

所有的滤清器都安装在发动机舱内。设备置于低温环境之前，应先更换所有滤清器，排放系统并使用严寒燃油和机油彻底冲洗。

将所有的冷却液、燃油和机油管路与外部环境隔离。

严寒技术规范 -32 到 -54° C  [-25 到 -65°F]

使用 60% 乙二醇防冻剂和 40% 水的混合物。

使用符合  C  C / C D 技术规范的严寒地区机油。请参阅服务公告《康明斯发动机机油和机油分析推荐规程》，公告号 3810340.

使用最大浊点和倾点比发动机工作的环境温度低 6° C  [10°F] 的燃油

拧紧百叶窗前的散热器防寒前罩

重型 24 V 起动系统经过防寒处理，能在 -32° C  [-25°F] 时经预热后提供 150 rpm 的推荐拖动转速。V6-378 和 V8-555 都要求 180 rpm

起动辅助：乙醚喷射或歧管架加热器

使用中冷器岐管、带空气滤清器的发动机舱保温罩，从发动机舱吸入空气，提供进气预热。

干式空气滤清器。安装在发动机舱内

缩短呼吸器管，并且至少高于油底壳凸缘 30  c m [12 in]

ISM  C M876 和 ISX  C M871 发动机，呼吸器加热器、进口管隔热罩、出口管隔热罩以及凝聚式呼吸器滤清器壳体隔热罩。

当使用气动马达时

在空气压缩机系统内使用酒精喷射器。

康明斯冷却液预热器

机油加热器 - 如果正确粘度的机油没有得到使用

接通-断开式风扇

用于发动机舱下部，包括油底壳护罩的隔热罩。

康明斯蓄电池加温器

重型严寒型蓄电池。

根据表 10 确定蓄电池电缆尺寸。电路导线要保持尽可能的短

所有的滤清器都安装在发动机舱内。设备置于低温环境之前，应先更换所有滤清器，排放系统并使用严寒燃油和机油彻底冲洗。冲洗完后再次更换滤清器。

用严寒油脂重新填充风扇轮毂和水泵。

机械控制机构和设备的防寒措施：

转速表

康明斯转速表电缆

起动辅助控制电缆

康明斯压力表

康明斯温度表

除去电缆上的所有常规润滑剂，保持干燥或更换为严寒型润滑剂

向辅助发动机舱内空间提供足够的热量，将发动机温度提高至 -32° C  [-25°F]

-54° C  [-65°F] 电气设备和导线

使用 -54° C  [-65°F] 软管

在滤清器和机油标尺扩大器中使用 -54° C  [-65°F] 橡胶

使用 -54° C  [-65°F] 皮带

延长补充油箱通风管至温暖的区域，如发动机舱，以防止将霜吸入油箱。

将所有的冷却液、燃油和机油管路与外部环境隔离。将所有的冷却液、燃油和机油管路与外部环境隔离或使用散热条进行包裹。

注意  不建议在  C ummins® 发动机上使用防泄漏防冻剂。尽管这些防冻剂与 D C A 水净化剂在化学上相互兼容，但是防泄漏剂会堵塞冷却液滤清器、机油冷却器和散热器，使其效率低下。

康明斯维护保养

与发动机上的其它部件一样，用于低温工作和起动的附属设备也要按照时间表进行定期维护保养。例如，不要在发动机起动之前才想起来检查歧管架加热器的性能。

不完善或不定期的维护保养始终会导致生产工时的损失。正常的操作保养规程必须实施在所有部件上。对于所有发动机，维护保养建议如下：

防寒措施 0 到 -23° C  [32 到 -10°F]

保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。

遵守润滑油更换时间表，这对保持机油清洁是必要的。

每天一次 ，检查预热器线圈和电气系统。

每周一次，检查寒冷天气支持系统。

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

保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。

遵守机油更换时间表，这对保持机油清洁是必要的。每 2 小时检查油位。

每天一次，检查预热器线圈和电气系统。

每周一次，检查寒冷天气支持系统。

每周一次 ，检查温度控制、节温器和百叶窗。

严寒技术规范 -32 到 -54° C  [-25 到 -65°F]

保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。

遵守机油更换时间表，这对保持机油清洁是必要的。每 2 小时检查油位。

每天一次，检查预热器线圈和电气系统。

每周一次，检查寒冷天气支持系统。

每周一次，检查温度控制、节温器、防寒前罩、空间加热器起动马达和起动马达电气系统。