高原型柴油發動機在不同高原環境下的性能試驗分析

肖 俊

（青海省高原科技發展有限公司 青海省內燃動力機械高原動力和排放重點實驗室， 青海 西寧 810006）

0 引言

在當今世界上已然有了很多種形式的車輛， 比如電動車、汽油車、燃氣車、柴油車等，但是在高原環境下公路運輸還絕大多數采用大型柴油商用車輛， 在高原軍事用途的作戰車輛和運輸保證車輛也絕大多數采用了柴油發動機。所以在高原環境條件下對柴油發動機的經濟性、動力性、環保性、安全性等方面是很有必要做深度的性能試驗， 本文以試驗數據分析的方式來闡述一臺柴油發動機在不同高原環境下的性能差別， 為柴油發動機在高原環境下的試驗提供參考。

1 試驗及數據分析

1.1 試驗依據及過程

本試驗采用高原科技發展有限公司的移動臺架測試系統在西寧海拔2206m、格爾木海拔2915m、小南山海拔3808m、 望昆4498m 四個不同的高原環境下根據GB/T1147.2《中小功率內燃機 第2 部分：試驗方法》對柴油發動機進行速度特性試驗。 移動臺架測試系統采用凱邁CW440D 電渦流測功機、 移動式條件保障車、FST-OPEN發動機臺架測控系統等測量儀器。

凱邁CW440D 電渦流測功機采用移動式條件保障車上的發電機組供電， 同時移動式條件保障車還有冷卻系統保障給發動機試驗提供相應的測試條件， 如調節發動機中冷進氣溫度、調節冷卻液溫度、測功機降溫等。 試驗時調節發動機轉速至標定轉速， 調節控制條件： 進氣阻力、中冷前后壓力、增壓器轉速、中冷后溫度、排氣壓力、冷卻液溫度等。 控制條件達到要求后，保持滿油門，逐漸減少發動機轉速至怠速，要求發動機轉速穩定3min 后記錄各項數據，測試點滿足發動機轉速8 個以上。

1.2 試驗數據分析

在四個不同海拔的發動機速度特性試驗數據如下。隨著海拔的升高發動機性能有所變化， 試驗場地分別是西寧海拔2206m、格爾木海拔2915m、小南山海拔3808m、望昆車站海拔4498m， 從速度特性試驗上可以看出此發動機在標定轉速下的功率、扭矩相差不大，燃油消耗量的差距也不大，但是在發動機低轉速的時候功率明顯下降，燃油消耗率明顯上升、排氣煙度逐漸上升。

理論上講隨著試驗場地海拔的升高空氣中氧氣的含量是逐漸減少的， 柴油發動機的標定功率使隨著試驗場地海拔的升高而下降， 但是某型號柴油發動機是帶渦輪增壓的發動機， 經過調節發動機增壓器轉速使發動機性能在高海拔和低海拔的標定功率沒有太大差異， 試驗數據如圖1 所示。

圖1 各海拔點功率圖

渦輪增壓器的主要作用是提高進氣流量是發動機內部燃料燃燒充分從而提高發動機扭矩和功率， 增壓器轉速越高進氣量越大。但是增壓器有上限的機械要求，并且隨著排氣溫度的上升增壓器的轉速也是有限制的， 此試驗數據表明在發動機轉速在1000r/min 至怠速段時，增壓器轉會隨著海拔的升高而下降， 所以增壓器對發動機性能提升作用有所下降如圖2 所示。

圖2 各海拔增壓器轉速

排氣煙度是能夠說明發動機燃料燃燒是否充分的重要數據， 排氣煙度越大說明發動機排放的尾氣中還有燃燒不充分的成分。 次試驗中的排氣煙度數據能夠明顯顯示出發動機在1000r/min 的轉速至怠速段即使增加更多噴油量也不能使發動機輸出更多功率，如表1 所示。

表1 各海拔排氣煙度

2 結論

綜上所述隨著海拔高度的增加， 某型號柴油發動機受到高原低溫、低壓、缺氧的惡劣環境的影響，隨著海拔的升高， 機械性能隨之下降。 發動機功率在發動機轉速1100r 以下時下降尤為明顯；發動機排氣煙度隨著海拔升高有明顯升高； 發動機增壓器轉速隨著海拔的增加有著明顯升高而在發動機1100r 以下時又隨著海拔的增加而下降。