柴油机没有火花塞,柴油靠什么着火

柴油机没有火花塞也能燃烧,关键在压缩升温与喷油配合。本文解释着火延迟,以及预热塞、冷却液预热器与起动用电的不同作用。

柴油机没有火花塞,柴油靠什么着火

汽油机靠火花塞跳火,点燃气缸里的混合气。柴油机的缸盖上没有这个零件,燃油照样能烧起来,用的办法叫压燃,也叫压缩着火。美国能源部替代燃料数据中心对柴油车的说明写得很短。柴油喷进燃烧室,靠活塞压缩气体时达到的高温点燃。

这句话里的先后要看清楚。燃烧的是柴油,空气提供氧气,也提供热量。活塞往上走,把缸里的空气压紧,空气温度随之升高。柴油在压缩行程快结束时才喷进去,DieselNet 的燃烧原理页写的是上止点前几个曲轴转角。油进来以后吸收周围热空气的热量,温度一到着火点,燃烧就开始了。

汽油机用跳火的时刻决定什么时候烧,柴油机把这件事交给了喷油的时刻。压缩负责把热准备好,喷油器负责把柴油在合适的时候送进去。

喷进去以后还要等一小会儿

柴油离开喷油器时是一束液体,不能马上烧。DieselNet 把接下来这段时间叫着火延迟。油束碎成细小油滴,油滴蒸发,再和空气混到一起。

延迟结束时,先着火的是已经和空气混好的那一部分油。它一烧,缸内压力升高,又把还没烧的部分进一步压缩、加热。剩下的柴油边喷、边和空气混合、边燃烧,常规柴油机的燃烧过程主要受这种混合的快慢支配。

喷油、着火延迟、预混燃烧与混合控制燃烧的过程示意
喷油、着火延迟、预混燃烧与混合控制燃烧的过程示意

喷油系统做得复杂,原因就在这里。什么时候喷、油雾打得多细、喷进去以后和空气混得怎样,都会改变燃烧的走向。老式机械泵和现在的电控系统控制方式差别很大,喷油压力和喷射策略要看具体机型的技术资料,一台机器的数字不能拿去套另一台。

冷机时为什么要加热

压燃靠热。机器冷透了,缸壁、进气和燃油都是凉的,压缩产生的热有一部分被冷金属吸走,柴油就不容易着火。各种辅助加热装置补的都是这一块,它们装的位置不同,干的活也不同。

预热塞装在燃烧室附近,通电发热,帮柴油在冷机时更快蒸发、着火。它什么时候通电、通多大电流,由控制单元决定。DENSO 介绍汽车柴油机预热塞时提到,带后加热功能的系统会在燃烧之前、燃烧过程中,以及之后 60 到 180 秒内让预热塞保持工作,用来让燃烧更完全、减少排放,有的车还用它配合颗粒捕集器再生。这些是车用发动机的做法。发电机组有没有预热塞、怎么控制,要看具体机型。

备用发电机组上更常见的是冷却液预热器,也叫水套加热器。它装在冷却系统上,不参与点火,作用是让整台机器在待机时一直保持温热。美国 CSE 杂志一篇讲应急电源的文章写到,适用 NFPA 110 的场合一般要求机组在市电中断后 10 秒内起动并带上负载,冷却液预热器帮助机组满足这项要求,文中给出的维持温度是冷却液不低于 90 ℉。同一篇文章说它是多数应急电源系统的标准附件,具体配不配、设定多少度,仍以机型和项目要求为准。

预热塞与冷却液预热器的不同加热作用示意,非安装图
预热塞与冷却液预热器的不同加热作用示意,非安装图

预热塞和火花塞都拧在缸盖上,模样有几分像,常被当成一回事。火花塞每个循环跳一次火,它就是点火源。预热塞只负责加热,柴油仍然靠压缩后的热空气着火。

点火不用电,起动和控制照样要用电

柴油机点火这一步用不着电,可机器转起来之前离不开电。替代燃料数据中心在同一页里写到,电池提供起动发动机所需的电,也给车上的电子设备供电,电控发动机的控制模块负责管理燃油、正时和排放系统。发电机组同样要靠蓄电池和起动电机把曲轴拖转,电控机型的传感器和控制器也要供电。停机时怎样切断燃油,电磁阀是通电保持开启还是通电动作切断,各家设计不一样,要查对应机型的手册。

分清这一层,看机组起动问题就有了大方向。曲轴拖不转,先看电池和起动回路。能拖转却不着火,再去看供油、压缩和冷机加热。

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