重型柴油車“三高”試驗

張磊 薛黎明 王東亮 王慧

摘要：“三高”試驗是考驗整車能否適應極端環(huán)境的重要依據(jù)，是整車開發(fā)和驗證中的重要環(huán)節(jié)。本文介紹了高寒、高溫、高原環(huán)境對重型柴油車性能的影響與“三高”試驗項目，最后對環(huán)境模擬試驗技術進行了簡介。這對重型柴油車生產(chǎn)企業(yè)開展整車“三高”試驗與建立科學有效的“三高”試驗規(guī)范具有一定參考意義。

Abstract： "Three high" test is an important basis to test whether the vehicle can adapt to extreme environment， and it is an important link in vehicle development and verification. This paper introduces the influence of cold， high temperature and plateau environment on the performance of heavy-duty diesel vehicles and the "three high" test items， and finally introduces the environmental simulation test technology. It has certain reference significance for heavy-duty diesel vehicle manufacturers to carry out vehicle "three high" test and establish scientific and effective "three high" test specification.

關鍵詞：高寒;高溫;高原;三高;環(huán)境模擬

Key words： high cold;high temperature;plateau;three high;environmental simulation

中圖分類號：U469.74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0094-02

0? 引言

我國地域遼闊，從北往南緯度跨度較大，從東往西海拔高度相差也很大，加之地形復雜多樣，造就了我國多樣的地域和氣候特征。例如我國東北與內(nèi)蒙古部分地區(qū)，冬季寒冷而漫長，積雪天數(shù)達全年三分之一，最低氣溫可達-50℃。新疆土魯番地區(qū)，日照長、氣溫高、降水少，素有“火州”之稱，夏季氣溫高達35～50℃。我國高原地區(qū)面積廣闊，海拔2000m以上的地區(qū)占國土面積的33%以上，具有代表性的是青藏高原與云貴高原，特點是大氣壓力低、空氣密度小、晝夜溫差大、地形復雜等。重型柴油車作為交通運輸?shù)闹匾ぞ咧?，在極端環(huán)境下運行，其性能與壽命將面臨嚴酷的考驗。

我國是世界上汽車使用環(huán)境最嚴酷的國家之一，但由于受整車制造企業(yè)技術能力的限制、成本考慮以及缺乏相關的試驗規(guī)范等原因，大多數(shù)重型柴油車在設計和定型時未經(jīng)過高寒、高溫、高原試驗，導致在極端環(huán)境地區(qū)存在車輛性能、壽命下降與市場占有率不高等一系列問題。因此，對新開發(fā)的重型柴油車進行“三高”試驗非常重要且有必要[1]。本文重點介紹了高寒、高溫、高原環(huán)境對重型柴油車性能的影響與“三高”試驗項目，最后對環(huán)境模擬試驗技術進行了簡介，以期為重型柴油車生產(chǎn)企業(yè)開展整車“三高”試驗與建立科學有效的“三高”試驗規(guī)范提供一些參考。

1? 高寒試驗

1.1 高寒環(huán)境對整車的影響

①高寒環(huán)境下，柴油機吸入氣缸的空氣溫度較低，同時氣缸壁、氣缸蓋、活塞頂?shù)臏囟纫草^低，導致氣缸內(nèi)壓縮終了溫度較低，空氣與柴油混合氣達不到自燃溫度。并且低溫下柴油黏度增大，霧化性能較差，難以與空氣形成均勻的混合氣。潤滑油低溫下流動性變壞，導致各摩擦件間的運動阻力增大。同時蓄電池電解液在低溫下放電能力急劇下降，造成起動電機起動力矩下降。以上因素共同作用，導致柴油機在高寒地區(qū)起動非常困難[1]。

②冬季環(huán)境溫度較低時，車輛前擋風、主副駕側(cè)玻璃容易起霧，這將直接影響駕駛員的視線，從而造成一定的安全隱患。

③低溫環(huán)境下，靜態(tài)與行車時車輛的快速升溫和保溫能力急劇下降，降低了車輛的駕乘舒適性。

④高寒地區(qū)，冬季路面長時間被冰雪覆蓋，使得路面摩擦系數(shù)降低。在車輛制動時，易出現(xiàn)車輪抱死，導致車輛出現(xiàn)甩尾、側(cè)翻，嚴重危害車輛與駕駛員安全。

⑤極端低溫環(huán)境下，存在橡膠件低溫老化、發(fā)硬、變形，導致密封失效;塑料件變得硬脆，抗沖擊性強度等機械性能下降;在大負荷及撞擊情況下，金屬件出現(xiàn)冷脆現(xiàn)象而損壞;管路易結(jié)冰破裂，導致漏油、漏水、漏氣;機油黏度增大，磨損加劇;電器件易失效等問題，整車可靠性大大降低。

1.2 重型柴油車高寒試驗

根據(jù)高寒環(huán)境對重型柴油車整車性能的影響，重型柴油車主要高寒試驗項目及試驗標準如表1所示。國內(nèi)大多主機廠通常選擇黑龍江省黑河市或內(nèi)蒙古呼倫貝爾市牙克石地區(qū)作為整車高寒試驗場地。以上地區(qū)建有專門的冬季汽車試驗場地，試驗時間通常為每年11月中旬至次年1月底。高寒試驗前，需將整車油液更換為低溫用油液，使用當?shù)貥颂柌裼?，隨車攜帶備用蓄電池、電源連接線等。

2? 高溫試驗

2.1 高溫環(huán)境對整車的影響

①高溫環(huán)境下，進氣溫度較高，增加了發(fā)動機的熱負荷;流經(jīng)散熱器溫度升高，使散熱器散熱效率下降;較高的環(huán)境溫度減少了發(fā)動機機體、氣缸蓋表面向外的散熱，發(fā)動機艙易產(chǎn)生積熱;當發(fā)動機溫度過高時，易導致潤滑油變稀、氧化變質(zhì)，發(fā)動機出現(xiàn)拉瓦和限扭等問題。

②較高的環(huán)境溫度對駕駛室隔熱通風能力與空調(diào)降溫性能是一個巨大的考驗。

③高溫下，橡膠件、塑料件材料性能改變，結(jié)構強度減弱，易導致潤滑與密封失效。

④車輛工作時，發(fā)動機與排氣系統(tǒng)向周圍輻射大量的熱量，使附近燃油管路、氣制動管路、線束等老化、破裂，降低了整車的可靠性。

2.2 重型柴油車高溫試驗

重型柴油車主要高溫試驗項目及參考試驗標準如表2所示。高溫試驗一般選擇在每年6-8月份，在新疆吐魯番進行。吐魯番屬于獨特的暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，因地處盆地之中，四周高山環(huán)抱，增熱迅速、散熱慢。三亞位于我國海南的最南端，地處低緯度，屬于典型的熱帶海洋性季風氣候，部分廠家也會選擇7月份在三亞進行高溫、濕熱適應性試驗。

3? 高原試驗

3.1 高原環(huán)境對整車的影響

①高原地區(qū)大氣溫度與壓力均較低，據(jù)統(tǒng)計：海拔每上升1000m，大氣溫度則下降6.5℃，大氣壓力下降9%。在低溫與低氣壓的雙重因素影響下，柴油機進氣溫度和壓力下降，缸內(nèi)混合氣過濃，起動阻力和摩擦阻力增大，起動困難程度遠超過低海拔地區(qū)。

②氣壓低，空氣密度小，發(fā)動機過量空氣系數(shù)減小，混合氣過濃，導致燃燒不充分，后燃性嚴重，燃油消耗量大、排放惡化。

③空氣稀薄、空氣含氧量低，發(fā)動機進氣量減少、燃燒不充分，導致發(fā)動機輸出功率和扭矩隨著海拔升高而明顯下降，具體表現(xiàn)為車輛驅(qū)動力不足，行駛速度和爬坡能力下降。

④海拔越高，水的沸點越低，海拔高度達4000m以上時，水沸點已下降至90℃以下。另外，由于高原空氣密度降低，使得冷卻風扇進風量減小，冷卻系統(tǒng)的散熱效果顯著下降。因此，高原地區(qū)使用的柴油車工作時極易出現(xiàn)發(fā)動機開鍋現(xiàn)象。同時，由于燃燒不充分、后燃現(xiàn)象嚴重，排氣溫度較高，可能導致后處理系統(tǒng)催化器永久損壞[3]。

⑤高原地區(qū)空氣含塵量大，使空氣濾清器的濾清效率下降，降塵能力降低。這一方面增加了發(fā)動機的進氣阻力使發(fā)動機的功率進一步降低，另一方面導致發(fā)動機氣缸、活塞積炭增多，噴油嘴孔易堵塞，引起發(fā)動機怠速不穩(wěn)定，缸套磨損加劇等問題。

⑥高原地區(qū)日照時間長、紫外線輻射強、晝夜溫差大，整車易出現(xiàn)外露件老化、失效，油漆起包、脫落等現(xiàn)象。

3.2 重型柴油車高原試驗

重型柴油車主要高原試驗項目及參考試驗標準如表3所示。高原試驗一般在青藏高原開展，試驗場地位于青海昆侖山口附近，海拔高度4500m左右。有些汽車廠家會在青藏公路不利于通行時，選擇在云貴高原進行整車高原試驗。

4? 三高環(huán)境模擬試驗

為保證車輛在極端苛刻、嚴酷的環(huán)境中能夠正?？煽康倪\行，汽車廠商需對新開發(fā)產(chǎn)品進行高寒、高溫、高原實地試驗，但此方法費時費力且成本較高。環(huán)境模擬試驗技術的出現(xiàn)，為各汽車廠商提供了解決此類問題的方法。環(huán)境模擬試驗可以模擬汽車在道路上行駛時的氣候條件（風速、溫度、濕度、大氣壓、海拔高度、日照、淋雨等）與車輛在道路上的實際行駛工況。環(huán)境模擬試驗室主要包括環(huán)境模擬系統(tǒng)和底盤測功機等。環(huán)境模擬系統(tǒng)利用空氣制冷（或加熱）模擬高、低溫環(huán)境，可模擬溫度范圍為-50～60℃。采用鹵化金屬照明燈或紅外線燈模擬太陽光光譜的日照。利用空氣除濕與加濕系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)環(huán)境艙內(nèi)的濕度。高原環(huán)境模擬通常有兩種方法：一是通過發(fā)動機進氣節(jié)流、排氣抽真空的方法模擬高原環(huán)境下發(fā)動機進、排氣壓力，這種方法成本較低;二是通過降低整個艙內(nèi)大氣壓力來模擬高原低氣壓環(huán)境，與車輛在真實高原環(huán)境運行情況較一致，可模擬0～6000m的海拔高度[4]，但試驗室建設成本較昂貴。環(huán)境模擬試驗可復現(xiàn)自然條件，具有不受時間、地點、季節(jié)及天氣限制與節(jié)省時間、試驗經(jīng)費等優(yōu)點。隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國環(huán)境模擬試驗技術取得了長足的進步和發(fā)展，與國外差距迅速縮小。環(huán)境模擬試驗技術是未來汽車環(huán)境試驗的重點發(fā)展方向，具有廣闊的應用前景。

5? 結(jié)論

我國地形復雜，涵蓋了高原、高寒、高溫等眾多極端環(huán)境。重型柴油車在極端環(huán)境下運行，其功能、性能和壽命均會受到影響。為使車輛能夠最大限度地適應多種環(huán)境，增強整車的可靠性，提高整車品質(zhì)，在重型柴油車產(chǎn)品開發(fā)時，對整車進行高寒、高溫、高原試驗，非常重要且有必要。隨著我國汽車行業(yè)對汽車環(huán)境適應性的逐漸重視和環(huán)境試驗技術的不斷完善與進步，“三高”試驗在后續(xù)車輛開發(fā)過程中也將會起著更加重要的作用。

參考文獻：

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[3]趙康波，張志平，郭全俊.環(huán)境溫度對增壓車型性能的影響與優(yōu)化[J].客車技術，2019（01）：15-20.

[4]許翔，劉瑞林，董素榮，等.車輛高原環(huán)境模擬試驗技術發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].裝備環(huán)境工程，2012，9（06）：63-66，116.