高原環(huán)境條件對車輛起動(dòng)性能影響分析

孫智恩

摘 要：文中分析了高原環(huán)境特點(diǎn)及其對車輛起動(dòng)性能的影響，總結(jié)了車輛發(fā)動(dòng)機(jī)在高原環(huán)境條件下起動(dòng)困難的主要表現(xiàn)。通過室內(nèi)模擬高原環(huán)境車輛起動(dòng)性能的試驗(yàn)分析，提出改善高原環(huán)境條件下車輛起動(dòng)性能的措施，為車輛高原環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)提供了參考。

關(guān)鍵詞：高原環(huán)境 低溫 低氣壓 發(fā)動(dòng)機(jī) 起動(dòng)性能

Analysis of the Effects of Vehicle Starting Performance under Plateau Environment Conditions

Sun Zhien

Abstract：This article analyzed the characteristics of plateau environment and its influence on vehicle starting performance. The article summerized main manifestations of the difficulty about vehicle engine starting performance under plateau environment. In addition， the article put forward measures to improve vehicle starting performance under plateau environment through the analysis of vehicle starting performance test under indoor simulation of plateau environment， providing reference for improving the adaptability of vehicles under plateau environment.

Key words：plateau environment， low temperature， low atmospheric pressure， engine， starting performance

1 引言

根據(jù)我國實(shí)際地理情況，通常把海拔高度2000m以上區(qū)域的氣候環(huán)境定義為高原環(huán)境。其中具有“世界屋脊”之稱的青藏高原環(huán)境最為典型，其海拔高度多高于3500m，具有低溫，低氣壓，晝夜溫差大，年低溫期長，氣候干燥，日照輻射強(qiáng)等代表性高原環(huán)境氣候特點(diǎn)[1]。

因此，研究高原低溫低氣壓環(huán)境對車輛起動(dòng)性能的影響，改善車輛的高原環(huán)境適應(yīng)性，對車輛在高原環(huán)境條件下起動(dòng)性能的改善具有重要意義。

2 高原環(huán)境車輛起動(dòng)性能分析

2.1 高原環(huán)境特點(diǎn)分析

眾多高原環(huán)境條件中，低溫，低氣壓是對于車輛起動(dòng)性能影響最大的環(huán)境因素。高原環(huán)境中的溫度和大氣壓力均呈現(xiàn)出隨著海拔高度的增加而降低的特點(diǎn)。根據(jù)氣象資料分析得知，海拔高度每增加1000m，當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁叵陆?～7℃，其中海拔4000m以上的高原區(qū)域?yàn)楣潭ɡ鋮^(qū)。海拔高度每增加1000m，大氣壓力下降約10kPa，空氣中含氧量下降10%左右。相比較平原地區(qū)，高原地區(qū)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)更為困難[1-2]。

從標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 20626.1-2017 特殊環(huán)境條件 高原電工電子產(chǎn)品 第1部分：通用技術(shù)要求》中可以得出高原環(huán)境的年最低溫度和空氣壓力變化如表1所示[3]。

高原環(huán)境條件下的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能試驗(yàn)通常囊括在其他車輛性能試驗(yàn)中一并進(jìn)行，并且試驗(yàn)過程中具有較強(qiáng)的流動(dòng)性。選擇合適的高原試驗(yàn)路線對于試驗(yàn)的成功與否極其重要，典型的試驗(yàn)路線如109國道（西寧-拉薩）段，海拔起伏多變，路況環(huán)境較為復(fù)雜，試驗(yàn)環(huán)境較為苛刻，足以滿足車輛高原性能試驗(yàn)的要求。109國道（西寧-拉薩）段的海拔高度和氣壓變化如圖1所示。

2.2 高原環(huán)境對車輛發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能影響

高原環(huán)境條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，是車輛正常工作的前提。對于柴油機(jī)來說，順利起動(dòng)的基本條件是：燃油和空氣混合成符合要求的可燃混合氣體;可燃混合氣體達(dá)到一定溫度;著火溫度的時(shí)間必須保持足夠長。因此，柴油機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)速、壓縮終點(diǎn)壓力和溫度、混合氣濃度是能否在高原環(huán)境條件下順利起動(dòng)的決定性因素。

在低溫、低氣壓條件下，柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難主要有以下幾點(diǎn)表現(xiàn)：

（1）當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體以及吸入氣缸內(nèi)的空氣溫度也相對較低，燃油黏度大、蒸發(fā)性差、起動(dòng)轉(zhuǎn)速低等原因，導(dǎo)致燃油的蒸發(fā)霧化不充分，導(dǎo)致壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)壓力較低，混合氣體溫度低于自燃溫度。

（2）車輛使用的機(jī)油、液壓油等工作油液的黏度與溫度成反相關(guān)的關(guān)系。低溫情況下，工作油液的流動(dòng)性降低，黏度增大，柴油機(jī)內(nèi)部各運(yùn)動(dòng)副之間的阻力加大，起動(dòng)阻力增加。

（3）低溫情況下，車輛的起動(dòng)用蓄電池的電容量下降。蓄電池電解液溫度降低導(dǎo)致蓄電池的內(nèi)阻增大，放電能力降低，導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩減小。

（4）隨著海拔高度的增加，大氣壓力降低，空氣中含氧量也隨之減少。與此同時(shí)，進(jìn)入氣缸內(nèi)的氧氣減少，降低壓縮壓力，急劇增加滯燃期，導(dǎo)致著火和燃燒速率的降低，造成柴油機(jī)的起動(dòng)困難[4]。

（3）高原環(huán)境起動(dòng)性能試驗(yàn)及改進(jìn)措施

在實(shí)際高原環(huán)境中進(jìn)行車輛起動(dòng)性能試驗(yàn)過程中，往往受到地理環(huán)境、自然條件、季節(jié)變化等因素限制，導(dǎo)致溫度、大氣壓力等試驗(yàn)輸入因素不可控，偏離試驗(yàn)預(yù)期，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。同時(shí)由于成本較高，試驗(yàn)周期長，因此具有一定的局限性。

室內(nèi)模擬高原環(huán)境起動(dòng)性能試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)溫度和海拔高度的任意組合，不受外界因素影響，環(huán)境輸入?yún)?shù)穩(wěn)定，精度較高，并且試驗(yàn)周期短，在成本、安全、人員配置方面均優(yōu)于實(shí)際高原環(huán)境試驗(yàn)。

結(jié)合環(huán)境試驗(yàn)室，對某型適配直列六缸柴油機(jī)的車輛室內(nèi)模擬高原環(huán)境起動(dòng)性能試驗(yàn)進(jìn)行分析，并針對試驗(yàn)結(jié)果提出改進(jìn)措施。

試驗(yàn)樣車在室內(nèi)模擬高原環(huán)境中穩(wěn)定保持直至機(jī)油、冷卻液等工作油液接近-25℃，按照標(biāo)準(zhǔn)《GBT 12535-2007 汽車起動(dòng)性能試驗(yàn)方法》中的相關(guān)要求進(jìn)行起動(dòng)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)樣車在5000m模擬高原環(huán)境條件下三次起動(dòng)均失敗。分析得知，試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)樣車的機(jī)油和液壓油的黏度過大，冷卻液出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，蓄電池電量過低，部分橡膠結(jié)構(gòu)件變硬。

針對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，在不改變原有車輛配置的情況下，建議車輛制造廠家采取如下措施：更換低黏度機(jī)油和液壓油，保證其低溫情況下的流動(dòng)性;加裝燃油液體加熱器并更換低溫用冷卻液;將現(xiàn)有起動(dòng)用蓄電池更換為低溫蓄電池;加注更高標(biāo)號的燃油等措施，以保證車輛發(fā)動(dòng)機(jī)在高原環(huán)境中起動(dòng)成功，進(jìn)而確保車輛的正常工作。

3 結(jié)語

文中通過分析高原環(huán)境條件對車輛起動(dòng)性能的影響，并結(jié)合室內(nèi)模擬高原環(huán)境起動(dòng)性能試驗(yàn)，提出了高原環(huán)境條件下起動(dòng)性能改善措施，得出以下主要結(jié)論。

（1）適配柴油車輛在高原環(huán)境條件下的起動(dòng)性能作為整車性能的重要指標(biāo)之一，得到眾多制造廠商的關(guān)注，關(guān)于高原環(huán)境起動(dòng)性能的研究應(yīng)用已逐漸開展。

（2）隨著環(huán)境試驗(yàn)室技術(shù)的發(fā)展完善，室內(nèi)模擬高原環(huán)境起動(dòng)性能試驗(yàn)已在部分企業(yè)內(nèi)部得到實(shí)施驗(yàn)證，得益于其精度高、成本低、周期短的特點(diǎn)，與高原實(shí)地試驗(yàn)相結(jié)合，可以極大的促進(jìn)車輛起動(dòng)性能技術(shù)研究的深入。

參考文獻(xiàn)：

[1]李孟華.CA6DE-17型柴油機(jī)高原適應(yīng)性研究[J].長春：吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，2010.

[2]高軒，劉澤坤，董素榮.低氣壓低溫環(huán)境對柴油機(jī)起動(dòng)性能的影響及改進(jìn)措施[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2016（5）：1-3.

[3] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì). GB/T 20626.1-2017 特殊環(huán)境條件 高原電工電子產(chǎn)品 第1部分：通用技術(shù)要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[4]楊艷慶. 柴油機(jī)高原冷起動(dòng)方法探討與分析[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2019，25（1）：1-7.