柴油发动机高原使用特点分析

【摘 要】 我国地势西高东低，黄土高原、蒙古高原、云贵高原和青藏高原四大高原具有海拔高，面积广，但经济和战略地位重要的特点，探讨柴油发动机在这些高原地区的使用要求，对于维护国家统一、促进边疆地区经济发展具有非常重要的意义。

【关键词】 柴油发动机 高原 特点

1 高原环境对装甲车辆使用的影响

随着海拔高度的增加，大气压力和空气密度显著下降。在海拔高度为4000m的青藏高原，空气密度已经从海平面的1.2kg/m3下降到0.8kg/m3，大气压力则从101.3kPa（760mmHg）下降到61.3kPa（460mmHg），下降达40%。

空气密度和大气压力的下降，使得发动机进气量减少。在供油量不变的情况下，发动起气缸内过量空气系数下降，导致燃烧过程恶化、后燃严重、发动机排气温度升高，功率下降。同时，还容易使活塞顶部、燃烧室和排气门处积炭。装甲车辆高原使用时，经常发生排气歧管烧红、烧裂、废气抽尘器的石棉铜垫烧坏、散热器的出水胶管烤坏等故障，严重影响发动机的持久正常工作。

上述故障现象在民用车辆领域体现也很明显。国产ZL30装载机在海拔3300m的工地作业时，铲斗的举升能力减少50%。CX-80机车，在西宁地区能拖三节50T（吨）的货车，但到海拔3173m的锡铁山只能勉强拖两节。解放牌汽车在超过海拔2000m以后，同样存在发动机出力不足、排气冒黑烟等现象。汽车运行2～3个月后，缸套内壁及燃烧室内有明显积灰。

海拔每升高1000m，沸点下降3.3℃左右。柴油机高原使用时，冷却水经常“开锅”。其原因除了沸点低外，还在于高原空气密度减小，虽然流经冷却液的风扇进风量体积不变，但重量却大为降低，从而降低了风扇的冷却强度和冷却水箱的散热效果。再加上柴油机由于高原燃烧不良，排气温度升高，零件热负荷增加，使得冷却液的蒸发量大为增加，当冷却强度不足时，多种因素综合影响，导致发动机高原使用时，拉缸故障经常出现。

2 发动机高原使用时的技术措施

（1）适当增大提前供油角。随着海拔高度的增大，气压降低，使压缩行程终了时的气缸压力Pc降低，喷入气缸内的燃料不易雾化、蒸发和着火，使着火延迟期增长，燃烧不及时，为此应适当增大发动机的供油提前角，使燃烧趋于及时，减轻后燃程度，以改善发动机的性能，降低排气温度。对比较常用的12150发动机而言：海拔高度为1000～1500米时，其供油提前角度可增大2°；海拔高度在2000米左右时，θ增大3°；海拔高度在2500～3000米时，θ增大4°。此措施仅能拘捕改善气缸内燃烧条件，对发动机排气温度过高和对发动机功率下降现象无改善。试验表明：当海拔高度1500米θ增大2°后，发动机的最大功率才只有原来的90%，排温仍高760℃。（2）适当减少额定供油量，调小标定功率。发动机在高原地区运转时，空气稀薄，使发动机的过量空气系数、排烟浓度、排气温度等发生较大的变化，以致成为限制其功率发挥的主要因素，为了维持发动机正常的工作状态，可分别以上述限制因素为依据，对发动机进行调整。目前柴油发动机多采用调小发动机标定功率的方法：在海拔1500米高原地区，可将油量校正器调整螺塞向里拧1圈（事先应作好记号，以便调到平原地区使用时恢复至原来的供油量）。同时，将加油踏板下的调整螺栓适当拧出，使最高空转转速调至2050转/分以上。此时，发动机排气温度已有明显下降。改善发动机功率的措施是发动机增压。（3）对于发动机冷却液蒸发量加大、容易开锅的现象，为可将加水口盖蒸气阀开启压力适当调大，使用中经常检查冷却液的数量，并及时补充加添。酒泉地区试验表明：蒸气阀开启压力由0.06MPa增至0.1～0.11MPa时，发动机平均每小时耗水量减少2.71～3.48升。（4）根据地形及时选择排档，防止因发动机负荷过重而引起发动机过热。但在长下坡行驶，还必需防止发动机出现过冷现象。所以应经常注意观察各仪表的指示数据，适时开启或关闭进、出气口百叶窗，以调整发动机的热状况，必要时应携带备用冷却液和蒸馏水。

3 发动机高原加温与启动要求

在一般高原地区，上述技术措施能够保证柴油发动机的正常使用。但是在拉萨、羊八井等青藏高原，即使采用了上述技术措施，也很难保证发动机能够顺利起动，因此需要对发动机的启动条件进行设定。在羊八井地区对某型发动机进行启动加温试验。发动机内容温升曲线如图1所示。

从图中可以看出：（1）高原环境对发动机影响较为剧烈。尽管平原地区要求环境温度低于5°C时才需要发动机加温启动。但是在高原地区，即使环境温度在20°C左右，如果不加温，70%的发动机都无法一次启动成功；约有40%的发动机即使进行一次加温后仍不能启动。说明高原缺氧对发动机启动影响较为强烈。在时间允许的情况下，应统一进行二次加温以确保发动机成功起动并降低启动磨损。（2）加温过程中，加温锅的燃烧效率在高原地区同样较低。从高原和平原对比看，高原地区尽管内外温差约30°C左右，加温锅加热水的速度约为每分钟2°C左右。而在长春等平原地区，加温锅一般的加温效果为水温每分钟上升3°C-5°C。从水温上升结果看虽然相同，但从内外温差、空气流动量和散热条件来看，加温锅在高原地区的燃烧效率较低。（3）即使发动机成功起动后，由于低温条件往往导致发动机磨损加剧，因此一般要求冬季使用时，发动机启动后，需要在怠速状态下进行一段时间的自行加温；但是在高原地区，发动机难以启动是因为空气中氧气含量少，从角度而言，高原地区发动机启动后，可适当增加发动机转速迅速提高发动机机体温度，以使发动机尽快进入正常工作状态。

4 结论

探讨发动机在青藏高原等特殊地区的使用，对国家统一和地区稳定以及经济发展具有重要价值。论文剖析了高原低气压环境对发动机的使用影响，提出了增大提前供油角、减少额定供油量、调高加水口盖蒸汽阀开启压力等系列措施，研究了柴油发动机高原启动加温要求，保证了发动机在高原环境中的成功启动并避免了柴油发动机高原使用中的过热和过度磨损现象，使用措施和部分试验结果可用于科学指导柴油发动机等动力机械的高原使用。

参考文献：

[1]周则平，殷木一，陈玉林.浅析高原气候环境对内燃机工作的影响[J].内燃机2007，02.