高原型柴油發(fā)動機在不同高原環(huán)境下的性能試驗分析

肖 俊

（青海省高原科技發(fā)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(huán)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(zhàn)車輛和運輸保證車輛也絕大多數采用了柴油發(fā)動機。所以在高原環(huán)境條件下對柴油發(fā)動機的經濟性、動力性、環(huán)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(fā)動機在不同高原環(huán)境下的性能差別， 為柴油發(fā)動機在高原環(huán)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(fā)展有限公司的移動臺架測試系統(tǒng)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(huán)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(fā)動機進行速度特性試驗。 移動臺架測試系統(tǒng)采用凱邁CW440D 電渦流測功機、 移動式條件保障車、FST-OPEN發(fā)動機臺架測控系統(tǒng)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(fā)電機組供電， 同時移動式條件保障車還有冷卻系統(tǒng)保障給發(fā)動機試驗提供相應的測試條件， 如調節(jié)發(fā)動機中冷進氣溫度、調節(jié)冷卻液溫度、測功機降溫等。 試驗時調節(jié)發(fā)動機轉速至標定轉速， 調節(jié)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(fā)動機轉速至怠速，要求發(fā)動機轉速穩(wěn)定3min 后記錄各項數據，測試點滿足發(fā)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(fā)動機速度特性試驗數據如下。隨著海拔的升高發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)動機是帶渦輪增壓的發(fā)動機， 經過調節(jié)發(fā)動機增壓器轉速使發(fā)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(fā)動機內部燃料燃燒充分從而提高發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)動機燃料燃燒是否充分的重要數據， 排氣煙度越大說明發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)動機受到高原低溫、低壓、缺氧的惡劣環(huán)境的影響，隨著海拔的升高， 機械性能隨之下降。 發(fā)動機功率在發(fā)動機轉速1100r 以下時下降尤為明顯；發(fā)動機排氣煙度隨著海拔升高有明顯升高； 發(fā)動機增壓器轉速隨著海拔的增加有著明顯升高而在發(fā)動機1100r 以下時又隨著海拔的增加而下降。