高原环境对汽油机性能影响及改进措施_侯逸飞.pdf
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1、 年第期高原环境对汽油机性能影响及改进措施侯逸飞,李嘉诚,胡誉缤,刘学渊(西南林业大学 机械与交通学院,云南 昆明 )摘要:针对高海拔地区汽车性能普遍下降的现象,结合高海拔地区气压较低,含氧量较少的地理环境因素,分析其性能下降的原因,提出了一系列的改进措施,对于提升汽车汽油机在高海拔地区的性能,减少发动机内部机件的损耗及延长其使用周期具有重要意义。关键词:汽油机;高海拔地区;提升性能;改进措施中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):,:;作者简介:侯逸飞(),男,云南玉溪人,汉族,本科,研究方向:汽车服务工程。引言我国的地势辽阔,地形复杂,山地、高原和丘陵约占陆地面积的,海拔 米以上的
2、地区占国土总面积的 ,海拔 米以上的地区占比。其中,青藏高原和西藏地区的总面积就达 万平方公里,约占国土总面积的 。公路交通的完善,是高原地区经济建设的基础和先决条件,由于高原地区特殊的地理环境条件,公路交通运输是其货物运输的主要途径。近年来,我国高原地区的基础交通建设逐步完善,汽车作为一种主要的交通工具,逐渐驶入了家家户户,截至 年 月,西藏地区和新疆地区的汽车保有量分别达到了 万辆和 万辆。由于国内高海拔地区较多,高原环境较为复杂,因此国内研究学者针对高原环境对汽车发动机的影响进行了大量的研究。赵亮等人研究了海拔模拟系统在发动机台架试验中的应用问题,梁永勤等人分析了高原环境下影响发动机输出
3、功率的因素。由于高原地区海拔较高,空气稀薄,含氧量低,燃料燃烧不完全且燃烧速度较慢,从而导致发动机功率下降、油耗急剧增加,严重影响车辆性能。以海拔高度 为例,其大气压力为平原地区的,空气密度为平原地区的,若发动机不作调整,其动力性将下降 以上,燃料消耗量增加 左右。因此,基于高原环境的特殊性,分析汽车性能普遍下降的原因并提出解决方案,对于缓解高海拔地区汽油发动机动力衰减问题具有重要意义。高海拔环境对汽油机性能影响动力性。研究表明,海拔每升高 米,大气压力约下降 ,空气密度约减小 ,导致发动机的进气量不足,因此会影响发动机的充气效率。充气效率低,代表每循环进入气缸的新鲜充量较少,则发动机的功率和
4、转矩都将降低。因发动机大多数采用电控燃油喷射系统,在输入相同的转速时喷油量几乎没有变化,进而导致喷油过多而进气量不足即混合气浓度过高,使可燃混合气燃烧不充分,导致发动机的转速难以提高。图汽油机功率与海拔高度的关系图汽油机转矩与海拔高度的关系由图和图可以看出,海拔高度每上升 米,发动机的输出功率和转矩均下降 左右。由发动机的有效指标可知,发动机的输出功率与转矩与其有效功率成正比关系,因此随着发动机的输出功率和转矩的降低,发动DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.01.035内燃机与配件 机的有效功率即曲轴对外输出的功率也随之降低,进而导致发动机 的 平 均 有 效
5、 压 力 降 低,从 而 影 响 发 动 机 的 动力性。燃油经济性。汽油机在高原环境下长期运转,由于含氧量较低、空气密度较小,导致可燃混合气过浓,且燃烧不完全,汽油机的有效热效率也随之减小,从而使汽油机燃油消耗率随海拔的升高而增加。同时,因大气压力降低,燃料的蒸发性提高,易产生气阻和渗漏,从而使油耗增加,导致经济性降低。冷却系统散热性。汽油机的冷却性能受大气压力和温度的 影 响 较 大。在 低 温 低 压 的 工 况 下,海 拔 每 上 升 米,若要保持发动机冷却液工作温度在正常范围内,冷却系统所需的冷却空气流量约增加,但由于高原空气密度较低,冷却风量小,不能保证冷却系统所需的冷却空气流量,
6、导致冷却系统的能力降低。冷启动性能。由于高海拔地区大气压力低,昼夜温差大,因此在汽油机冷启动时,进气流量较少,进气温度较低,导致缸内混合气在进气终了时的压力和温度均有所降低,使汽油机的燃烧条件很难达到续燃要求。同时,在低温低压的环境下,蓄电池的实际容量也会减小,造成发动机实际启动的转速低于冷启动必须的最低转速,造成冷启动困难。排放性。高海拔地区的氧含量较低,尤其是在高负荷条件下,因氧气进气量不足,使过量空气系数降低,导致可燃混合气燃烧不充分,会产生大量的积炭,随排气管排出会对氧传感器和三元催化器造成危害,同时会导致有害气体的排放增加。图有害气体增长率与海拔高度的关系由图可以看出,随着海拔高度的
7、升高,碳氢化合物()及一氧化碳()的排放量也随之增多,会造成较大的排放污染。发动机使用寿命。汽油机在低温低压的工况下,进入气缸的可燃混合气温度过低,雾化性降低,造成点火困难或燃烧迟缓,导致气缸压力下降和润滑条件变差、气缸内部的摩擦阻力增加。同时,不完全燃烧容易在活塞顶、气门及火花塞上形成积炭,积碳会加剧机件的磨损,导致发动机的使用寿命缩短。提升汽油机性能的改进措施 采用可变压缩比技术压缩比是气缸最大容积与最小容积的比值,也是活塞位于 与 时气缸内体积的比值,在高原环境下,由于空气稀薄,气缸内实际充气量相较于平原有所减小,在压缩行程终了时缸内压力和燃烧温度较低。在高原工况下,采用气缸可变压缩比技
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