車輛在高原地區的維修與改裝設計

黑龍江省動物衛生監督所 金楠

車輛在高原地區的維修與改裝設計

黑龍江省動物衛生監督所 金楠

我國地勢總體趨勢西高東低，就青藏高原而言，其平均海拔在4 000m以上，川藏高原、黃土高原和云貴高原，海拔也都在1 000～3 000m之間。加之我國氣候的重要特征之一是南北溫差大，統計資料表明，冬季南北溫差可達40℃以上，可見高原地區氣候是復雜多樣的。因此，對汽車的使用條件和性能提出了更高的要求。本文中，筆者從高原條件對車輛性能的影響分析入手，以某中型貨車為研究對象，針對高原地區的氣候條件和道路條件對其進行改裝設計。

一、高原條件對車輛的影響

1.海拔高度對燃油經濟性的影響。在高原行駛的汽車，由于空氣密度下降，充氣量將明顯降低。隨著海拔高度的增加，空燃比變小，混合氣變濃。由于大氣壓力降低，燃料蒸發性提高，就燃料整體壓力和蒸餾特性而言，當大氣壓力從101kPa降至80kPa（海拔高度約2 000m），相當于外界氣溫上升8～10℃所造成的影響。因此，高原行車易產生氣阻和滲漏等問題，致使油耗增大。

此外，海拔高度對排氣污染物的生成也有影響。如上所述，海拔高度影響發動機的空燃比，空燃比的變化又導致排氣成分濃度的改變，從而影響有害物質的排放量。CO、HC的排放濃度都隨海拔升高而增大，而NOx的濃度則有所下降。

2.海拔高度對發動機動力性的影響。當大氣壓力下降時，若進氣溫度和進氣系統的阻力不變，進氣終了的壓力與進氣壓力的比值基本不變，相對于進氣狀態而言，充氣系數變化不大。但是，隨著海拔升高，氣壓逐漸降低，空氣密度減小，致使發動機的進氣量減少，平均指示壓力下降。對于四沖程發動機而言，平均指示壓力與發動機功率成正比關系：

Ni=（piVhh/120）×10-3（kW）。

式中，Ni為發動機指示功率，kW；Vh為發動機總工作容積，L；pi為平均指示壓力，kPa；n為曲軸轉速，r/min。

對于一定型號的發動機在轉速不變的情況下，平均指示壓力直接影響著發動機功率，即發動機功率隨著海拔升高而下降。在高原使用條件下，按照海拔高度適當調整空燃比與點火提前角可使發動機性能有所改善，隨著大氣壓力的下降，空氣變得稀薄，混合氣變濃，嚴重時會由于混合氣過濃而運轉不穩定或產生喘振現象。

此外，隨著海拔高度的增加，大氣壓力降低，進氣管真空度下降，在原怠速節氣門開度下進氣量不足，使發動機的轉速下降。同時，由于混合氣過濃，發動機怠速穩定性差。海拔每增高1000m，怠速轉速降低50r/min。如圖1中虛線所示。

3.制動性能降低。由于高原地區空氣稀薄、空壓機的工作力下降，制動氣壓降低，對解放牌汽車來講一般僅為194～490kPa。另一方面，由于高原地區山高路陡，坡長彎急，制動器經常在強制動工況下連續工作，使用頻率高、時間長，從而使制動部件磨損加劇，熱衰退現象嚴重，甚至造成制動蹄片燒蝕，制動失靈。

4.汽車整車的可靠性、耐久性降低。在高原地區行車，前后軸軸荷載的變化劇烈，有時軸荷載、離心力以及地面的沖擊力等多種因素下的合力同時作用于某一部位上，導致汽車的許多部件出現斷裂或早期疲勞損壞。另外，高原地區公路等級低，路面起伏不平，從而使汽車的行駛阻力瞬時變化大，動力不穩定，換擋頻繁，發動機、變速器、離合器、主減速器等傳動系統的瞬時沖擊嚴重，促使這些系統的零部件過早損壞，從而使汽車的大修間隔里程縮短，整車耐久性和使用壽命降低。

5.發動機過熱和功率下降。發動機冷卻系統零部件受熱面溫度隨水垢增厚而升高，將導致發動機過熱。為保證發動機正常運轉，應盡量使用軟化水，以減少冷卻系統水垢的厚度。發動機過熱會使燃料系統出現“氣阻”和“滲透”現象，從而導致發動機功率下降。由于“過熱”，潤滑油的黏度會降低，容易引起發動機軸承的發熱膠著現象。

二、中型汽車在高原地區的改裝設計

1.將汽油發動機改為柴油發動機。根據高原地區的特點，對發動機進行必要的調整，使其動力性提高，油耗降低。改用柴油機特別是高原型柴油機不僅可以增強發動機動力性能，充分發揮車輛的技術性能，而且還可節約燃料，減少對環境的污染，具有一定的經濟和社會效益。

2.安裝增壓器。為了克服柴油機在高原地區使用功率下降、燃料消耗增加的不足，可使用采用了渦輪增壓技術的高原型柴油機。由于高原型柴油機對進氣進行了增壓，使得發動機的充氣量系數大幅度增加，混合氣趨于正常比例，因而燃燒狀況大為改善，發動機功率增加15%～25%，扭矩提高20%～30%，燃料消耗下降5%～10%。

3.底盤的改裝。

（1）懸架改裝。底盤改裝是提高車輛通過性能的一個最有效的途徑。由于高原地區崎嶇的道路和惡劣的氣候條件，原車的底盤部分也要做一些必要的調整。通過改裝油氣懸架的導向機構，利用油氣懸架自動平衡及半主動控制技術，實現車身高度的自動調節。該系統可極大地改善整車平順性能，提高通過性，較好地解決了單個車輪可能出現負載過大的現象。

（2）輪胎改裝。從輪胎的外輪廓、花紋和輪胎材質上對輪胎進行改裝，使其滿足高原地區的車輛運行條件。具體做法是為保證輪胎有良好的通過性，輪胎行駛面設計適當寬一些，從而可減小接地壓強，以適應軟基路面超低氣壓行駛。采用綜合性能較好的“無向塊狀”提高輪胎的高速行駛性能、乘坐舒適性和操縱穩定性。

三、結論

本文中，筆者充分分析了高原條件對車輛性能的影響，對中型車輛做了如下的改裝。

1.發動機。使用增壓設備，經計算采用J90-1渦輪增壓器和6130Q柴油機來匹配，用來恢復動力、降低油耗，改善低速扭矩和汽車加速性能。

2.懸架系統。采用了半主動控制油氣懸架系統，這種系統可顯著地緩和沖擊、減少顛簸、提高平均車速。

3.輪胎。改用軍用越野車使用的無內胎子午線輪胎。可降低輪胎噪聲、振動和滯后損失，提高乘坐舒適性和操縱穩定性。行駛時可使輪胎對地面有良好的抓著力，并有利于花紋的排水、散熱和自潔；同時，又可以提高車輛的越野性和攀緣性。