高海拔柴油发动机性能的改进研究与发展概述

高海拔柴油发动机性能的改进研究与发展概述

钱宗旭

安徽全柴动力股份有限公司  安徽省滁州市  239500

摘要：与平原地区不同，高原地区具备分布区域广泛、平均海拔较高等特征。柴油发动机的性能需要不断优化才能够满足相应地区的应用需求。在本文的研究中，首先，对我国高原地区的环境特征进行了系统的总结，并结合海拔高度、环境特征等对发动机性能所能够产生的实际影响，对高海拔柴油发动机性能的改进研究与发展概述进行了系统的分析，对其后续的发展具有指导性意义，对高原人们的生活具有理论性意义。

关键词：高海拔；柴油发动机；燃烧特性；喷油策略

前言：我国大多数的高原地区都具备相似的特征，即平均海拔较高且分布地域极广。与平原的实际状况相比，处于高原环境中的柴油发动机需要拥有更强大的性能。其原因在于，高原上的柴油发动机具有较低的进气压力，缸内空气的燃烧率会在一定程度上下降，知识柴油发动机内部的柴油难以充分燃烧，降低了油耗的燃烧效率。并呈现出增加污染物排放率以及输出功率降低、缩减经济性能等方面的恶劣影响。我国国土辽阔，地大物博，但是高原占据了全国总面积的近三成之多，且高原环境中较为普遍的应用柴油发动机，现阶段，西部部分地区的环境状态逐步下滑，开发西部经济是我国国家所推崇的一带一路的重要战略决策之一，提升柴油发动机在高原地区的性能工作迫在眉睫。

一、高原柴油发动机改善燃烧性能的研究现状分析

在高原环境中，无论是文东、含氧量、空气密度还是大气气压都产生了明显的缩减，在高原地区中作业的柴油发动机无法达到既定的空气燃烧率，致使柴油发动机的扭矩、功率等都大幅度下降，反倒是排放的污染物不断提升。

（一）柴油发动机燃烧时被喷油参与的影响分析

部分专家表示，结合供油参数在柴油发动机实际运转过程中对其输出功率所产生的影响规律进行分析，可以了解到，在海拔高度为4.5km的高原上，利用试验完成柴油发动机性能的优化，能够将柴油发动机的额定功率整体提升近15%，且其单位输出功率所损耗的油量降低了近10%。也有部分学者在研究喷油提前角与循环喷油量的过程中，发现了其对柴油发动机燃烧性能的影响规律。即在相同海拔高度下，增加柴油发动机的转速，柴油发动机能够达到最优的循环喷油量，且明显从高到低完成转换，而喷油提前角则与之相反。

（二）柴油发动机燃烧时被EGR率的影响分析

众所周知，在高原环境下，其空气中的含氧量大幅降低，致使燃烧无法达到最佳效果，既浪费了的资源又明显的损坏了空气环境。科学的应用EGR技术，则能够将排除的废气进行循环利用，使其重新进入柴油发动机的缸内，进而对于柴油发动机的经济性、排放特性以及动力性等产生深远影响。

有专家也曾之处，在对不同的循环共有量环境进行了对比分析之后，可以证明，EGR率的不同，能够直接影响柴油发动机的工作特性。即海拔高度与柴油发动机的油耗呈现正比关系，且伴随着海拔高度的提升，EGR的适用范围、输出转矩等都有所降低。另外，也有部分学者认为，系统的应用EGR技术之后，柴油发动机中所拥有的新鲜空气占比更低，虽然循环应用了废气，却让燃烧速度更加缓慢，降低了缸内的最高燃烧压力。EGR率与柴油发动机的燃烧效率呈现反比关系。

二、高原柴油发动机冷起动性能的优化研究分析

氧气量下降、温度过低都是无法顺利启动柴油发动机的基本原因。海拔高度的提升，整年平均温度的下降都导致整项工作的开展更加困难。在海拔高度4.5km环境中，无论是空气密度还是空气压力，都只能达到平原地区的60%。高原环境的恶劣发展促使柴油发动机在启动的一瞬间将周遭空气压缩，加之温度不足难以顺利起火。而柴油发动机内部，也因为稀薄的控制而引发充气含量的下降，较低的缸内压力也会直接引发起动困难的问题。对于该问题，传统的解决方式主要是对发动机进行预热处理以及改善压缩比等方式，从而促使温度与空气都能满足发动机启动的基本要求。

（一）冷启动中的辅助措施对于柴油发动机的性能影响

在柴油发动机的压缩比达到一定条件的情况下，因为大气的压力与高原气温都较低，导致活塞压缩至末端是气缸之内容的温度难以满足燃烧条件，柴油发动机自然无法正常启动。改善该问题的的传统方式是对冷却液进行加热处理，或者对进气进行预热。

被大家所常用的进气预热装置主要涵盖火焰塞、电热塞以及热敏陶瓷等。有研究学者结合上述三种不同装置分析了各个的性能参数、优缺点以及适用范围。最终结果表明，火焰塞的预热时间小于一分钟，工作的温度为零下25摄氏度至零上45摄氏度，其主要优点在于拥有简单的结构，便于安装与接线，缺点则为对于电量的要求较高，且在低温环境中蓄电池的储电能力较弱；电热塞的预热时间小于50秒，工作温度为零下35摄氏度至零上65摄氏度，其主要优点在于温度较高且耗电量低，但缺点为对于氧气的消耗量大，且安装过程繁琐，需要应用专门的预喷燃油系统；热敏陶瓷的预热时间需要8分钟左右，工作温度为零下41摄氏度至零上5摄氏度，其主要优点在于温度较高且耗电量低，主要缺点是预热时间过长。另外也有研究人员对柴油发动机冷起动性能所受冷却热加热的影响进行了对比试验。在试验中，对照组为零下7摄氏度的环境，并将柴油发动机的冷却液分别加热至零上10摄氏度与零上20摄氏度，试验结果现实，柴油发动机的启动时长随着冷却液温度的提升而缩短，可以证明，加热冷却液能够有效提升柴油发动机的性能，还能够减少污染物的排放量。但是值得注意的是，该种方法在小型柴油发动上实际应用时所需解决的困难较多。

（二）柴油发动机冷启动中喷油策略所具备的影响分析

研究专家在对柴油发动机进行性能试验时了解到喷油提前角对柴油发动机的冷启动具备一定的影响规律，并通过试验证实，在恒定转速与恒定温度下，合理、恰当的喷油提前交能够系统的保障柴油发动机的正常运转与启动，如果喷油提前角存在过小或过大问题视，柴油发动机的燃烧效率会陡然下降，严重者可能直接阻碍柴油发动机的运转。

在海拔高度达到4.5km的环境下，也有人发现，供油提前角一旦不断增减，则能观察到柴油发动机最初没有明显的起动时长变化，直至升速期才会呈现出明显的先下降后升高的整体趋势。拥有最佳的供油提前交，能够缩短整个过渡时长。

（三）柴油发动机冷启动中压缩比所具备的影响分析

关闭气门促使缸内的空气被压缩，分子运动的剧烈程度逐步提升，致使整体温度上涨，提升的压缩比会带动柴油发动机的终端温度，使温度能够高于柴油的着火点，在该种情况下柴油发动机必然会迅速燃烧。有研究人员通过对比压缩比对柴油发动机的输出功率与放热效率的影响规律之后了解到，柴油发动机能够运行的温度一般为10 摄氏度、零下10摄氏度以及零下20摄氏度。柴油发动机运转进程中的转速为每分钟300转，通过实验数据了解到，柴油发动机启动的时间与压缩比成反比，即压缩比越低，柴油发动机启动的时长越长。

结论：综上所述，本文在研究中结合我国高原环境中，所使用的柴油发动机的实际性能特征进行了分析与总结，在研究中提出了柴油发动机燃烧时被喷油参与的影响分析、柴油发动机燃烧时被EGR率的影响分析、冷启动中的辅助措施对于柴油发动机的性能影响、柴油发动机冷启动中喷油策略所具备的影响分析、柴油发动机冷启动中压缩比所具备的影响分析等分析理论，对高原环境下柴油发动机性能的优化具有一定的指导性意义，望本文的研究能够为相关的研究人员与学者提供全新的思路与想法，促使高原柴油发动机拥有与环境相适应的优化性能，保障高原地区人民的日常需求，进一步提升整体经济效益。