發(fā)動機高原環(huán)境適應(yīng)性難題及對應(yīng)方案研究

0 緒論

我國中西部高原地區(qū)占據(jù)我國國土面積65%，海拔1km，2km和3km以上地域分別占國土面積的58%，33%和26%

。同時，我國西部地域的高原地帶與多國接壤，具備很高的軍事戰(zhàn)略地位。因此，發(fā)動機高原適應(yīng)性研究刻不容緩。本文就近幾年國內(nèi)外學(xué)者針對高原環(huán)境對于發(fā)動機適應(yīng)性的研究采取的關(guān)鍵技術(shù)進行概括，并基于國內(nèi)外研究對發(fā)動機未來高原適應(yīng)性研究趨勢提供一些合理性建議。

水利事業(yè)單位部門預(yù)算與決算結(jié)合的實務(wù)探索…………………………………………… 蓋志杰，聶 勇(12.35)

1.2.2 Delphi法確定指標(biāo)權(quán)重 由于各指標(biāo)在綜合評價中所起的作用不盡相同，因此綜合評價中的關(guān)鍵問題是指標(biāo)的權(quán)重問題。權(quán)重的客觀與否，決定著評價的好壞。而實際操作中，我們總希望能夠用較簡單的方法獲得較客觀的權(quán)重。因此本文使用Delphi專家評議法[17]求解各評價指標(biāo)的權(quán)重。

1 高原環(huán)境對發(fā)動機的影響

1.1 高原環(huán)境特點

我國高原地區(qū)相對平原來說的差異性具體表現(xiàn)為空氣中氧含量的濃度低，溫度以及溫差較大，風(fēng)沙天氣在一年中出現(xiàn)頻率較高等，這種環(huán)境就要求發(fā)動機必須能夠滿足高原環(huán)境下的特殊使用要求

。高原環(huán)境中空氣密度、大氣溫度、大氣壓力等各項參數(shù)隨高度變化如圖1所示。

1.2 高原環(huán)境對發(fā)動機影響

汽車能否在高原環(huán)境下穩(wěn)定運行以及發(fā)揮它的最大效率與其發(fā)動機的高原適應(yīng)性有巨大的關(guān)系。因此,掌握高原環(huán)境對車用發(fā)動機的影響規(guī)律,對于研究車用發(fā)動機的高原環(huán)境適應(yīng)性有著非常重要的意義

。其中高原環(huán)境對發(fā)動機影響主要有以下幾個方面：

（4）基于GIS的選線工作輔助系統(tǒng)，其可靠性與計算結(jié)果準(zhǔn)確性及現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息有直接關(guān)系，同時也會受到用戶自身選擇與判斷的影響。只有正確的選擇與判斷，才能充分發(fā)揮工具應(yīng)有的作用和效果。

1.2.1 發(fā)動機功率影響

四沖程發(fā)動機功率

和壓力

的關(guān)系：

然而對于單極的VGT增壓方式來實現(xiàn)高原柴油機動力提升是難以辦到的，其只能恢復(fù)一定海拔的柴油機功率性能，因此，更多的學(xué)者開始研究二級可調(diào)增壓技術(shù)來提高發(fā)動機高原環(huán)境下的動力性能研究。

(1)

二級可調(diào)增壓系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速下，流量分配閥將廢氣全部分給低壓級增壓器，由于其流量小和轉(zhuǎn)動慣量低的原因，因此可以有效提高低轉(zhuǎn)速下壓力。在高轉(zhuǎn)速下，流量分配閥開啟將部分廢氣給低壓渦輪，隨著廢氣增多，高低壓增壓器同時工作，此刻高低壓增壓器成并聯(lián)狀態(tài)，而其壓氣機始終為串聯(lián)工作。

從式(1)可以看出，發(fā)動機功率與平均指示壓力以及曲軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動機總?cè)莘e成正比，而發(fā)動機總?cè)莘e是一定的，因此

與

成正比關(guān)系，而平均指示壓力

與充氣系數(shù)

又有以下關(guān)系：

(2)

式中：

-理論混合物的熱值；

-指示效率；

-過量空氣系數(shù)。

通過式(2)可以看出：對于過量空氣系數(shù)，當(dāng)大氣壓力下降時，進氣溫度和阻力以及進氣終了氣缸壓力和進氣壓力比值保證不變，則可認為充氣系數(shù)基本不變。因此平均指示壓力主要與充氣系數(shù)有關(guān)，從圖1可知氣壓及空氣密度隨海拔升高而降低，因此這種環(huán)境下的發(fā)動機進氣量減少，功率降低。

根據(jù)眾多學(xué)者研究海拔高度對發(fā)動機功率具體影響，得到一下結(jié)論：海拔每升高1km，非增壓發(fā)動機功率下降8%～13%，燃油消耗率上升6%～9%；增壓發(fā)動機功率下降1%～8%，油耗增加1%～6%

。

1.2.2 發(fā)動機熱負荷的影響

治療中的監(jiān)測：治療過程中每2～3個月檢查第二性征以及測量身高；首劑3個月末復(fù)查GnRH激發(fā)試驗，如LH激發(fā)值在青春前期值則表示劑量合適；此后，對女童只需定期復(fù)查基礎(chǔ)血清雌二醇（E2）濃度或陰道涂片（成熟指數(shù)），男童則復(fù)查血清睪酮基礎(chǔ)水平以判斷性腺軸功能的抑制狀況。每6～12個月復(fù)查骨齡1次，女童同時復(fù)查子宮、卵巢B超。

3.2.1 家庭人均月收入 本研究結(jié)果顯示，家庭人均月收入是穩(wěn)定期精神分裂癥患者心理彈性的主要影響因素(P<0.05)，收入越高，其心理彈性得分越高，與研究結(jié)果相似[17]。分析原因可能是，精神分裂癥尚不能根治，且會導(dǎo)致患者工作能力的喪失，長期的康復(fù)和治療，患者要面臨較大的經(jīng)濟負擔(dān)及對家庭的負罪感，這些均會加重患者心理應(yīng)激反應(yīng)，降低其心理彈性水平，提示臨床精神科工作者應(yīng)關(guān)注家庭人均月收入較差患者，盡可能采用一些療效相當(dāng)且費用較低的藥物，減少非必要的檢查，進而提升其心理彈性水平。

在高原地區(qū)，當(dāng)發(fā)動機功率保持不變時，隨著海拔的不斷升高，意味著需要更多的空氣來支持燃料燃燒提供動力，這就意味著需要更高壓比的空氣，從而使發(fā)動機溫度提高。而且高原地區(qū)發(fā)動機由于氧含量少的原因也會使燃耗不足，壓縮后的混合氣達不到著火點，使得柴油不能及時著火燃燒；并且缸內(nèi)一部分燃料因缺氧燃燒不完全，使可燃混合氣濃度過高。這些都導(dǎo)致高原運行發(fā)動機缸內(nèi)燃燒滯后，熱負荷加劇

。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗：海拔每升高1km，增壓發(fā)動機在相同噴油量的條件下排氣溫度升高約20～30℃

。

解決策略：科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)需要在學(xué)習(xí)的過程中提出相應(yīng)的反思性活動與要求，還需有指向目標(biāo)的過程與途徑。教師換個角度，先找出中心主題，幫助學(xué)生梳理出“血流方向”與“血液中含氧情況”等知識結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵詞，再展開聯(lián)想，最后構(gòu)建概念圖（圖5）。圖中兩條主線清晰、直觀展示，可以幫助學(xué)生理清思路，為學(xué)生后續(xù)的自我糾錯找準(zhǔn)方法。

1.2.3 發(fā)動機燃油燃燒及排放的影響

眾所周知，發(fā)動機是靠燃油與空氣混合為一定比例的可燃混合氣燃燒來產(chǎn)生動力進行運轉(zhuǎn)的。一般發(fā)動機燃燒設(shè)計時都是以標(biāo)準(zhǔn)空氣氧含量來設(shè)計的，因此在高原環(huán)境中氧濃度降低，使可燃混合氣中燃料成分過多使混合氣濃度變高

。過濃的可燃混合氣會造成燃燒不完全，從而產(chǎn)生大量的CO、NO化合物等有害氣體，并在活塞頂部和火花塞處產(chǎn)生大量的積碳，使功率下降、動力不足、油耗升高。

2 發(fā)動機高原改措施

2.1 對配氣、供油角度調(diào)整

當(dāng)配氣相位與發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速匹配，使充氣系數(shù)提高，才能使發(fā)動機性能最優(yōu)。

對于調(diào)整配氣相位來適應(yīng)高原環(huán)境的研究已然比較成熟，果繼輝

以東方汽車6100-I型發(fā)動機為例，通過反復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)在云南高原海拔1990m的區(qū)域其配氣相位整體提前2～4°，其動力性及經(jīng)濟性更優(yōu)。廣汽雅閣發(fā)動機采用了兩級式配氣相位調(diào)整裝置，簡稱VTEC。VTEC就是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化調(diào)整配氣正時和氣門升程，使進入氣缸的混合氣利用其流速慣性以及滿足發(fā)動機高低轉(zhuǎn)速的需求，從而達到發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性

。因此對于配氣相位和發(fā)動機轉(zhuǎn)速合理匹配研究已經(jīng)成功用于實際中。

對于供油提前角的調(diào)整，不同海拔條件下噴油定時對最大燃燒壓力隨海拔變化影響極大。一般海拔在2～3km時，供油提前角可提前1～2°，在3～4km時，可提前2～4°。噴油提前可使預(yù)混燃燒量的增多，使燃燒壓力增大，改善燃燒。

2.2 采用增壓設(shè)備

增壓器多用于無爆燃情況的柴油機上，以增大進氣量來改善發(fā)動機性能，汽油機一般不采用這種方式，因此本文對于增壓設(shè)施對發(fā)動機高原適應(yīng)性改進主要針對為柴油機。高原柴油機采用增壓器后，發(fā)動機的充氣系數(shù)增加，燃料與氧氣比例變得正常，使燃燒較之以前變得更加充分，使其功率上升 ，燃料耗損降低

。而目前對于提高增壓器的技術(shù)也越來越多，主要有以下幾種被學(xué)者所研究。

2.2.1 帶放氣閥增壓器

放氣閥調(diào)節(jié)是采用的最早也是最為廣泛的調(diào)節(jié)方式，因此其研究也最為廣泛。

對于帶放氣閥的增壓器研究，葉飛帆

通過實驗發(fā)現(xiàn)帶放氣閥的增壓器對于柴油機性能提升是有效的，更加適用于不經(jīng)常運行的全負荷柴油機。張然治

對帶放氣閥的增壓器進行進一步的優(yōu)化分析。周崢

等基于放氣閥的基本原理，通過ECU控制閥的開度，使增壓能力可根據(jù)實際工況調(diào)整，避免因增壓過高導(dǎo)致汽油機爆震。Andreas等人

通過對比真空和電子旁通閥特性，建立4缸汽油機MVEM模型，用于預(yù)測廢氣門和增壓壓力的瞬態(tài)行為。這些瞬態(tài)響應(yīng)針對不同條件進行研究并深入了解系統(tǒng)的屬性。蔣曉鳳

通過研究發(fā)現(xiàn)帶電控閥的增壓器能夠在全工況范圍內(nèi)對增壓能力進行調(diào)節(jié)，并采取一些措施改善增壓器匹配性能。

如果等不急，不如我來先精選當(dāng)天最喜歡的幾款佳釀，先來感受這個明年就要迎來175周年紀念的標(biāo)桿品牌的新一年之作。

Cheong J等人

通過實驗研究VGT對柴油機影響，并將VGT的滿載性能結(jié)果與機械控制廢氣門渦輪增壓器的情況進行比較，結(jié)果表面在相同的最大氣缸壓力和排氣煙度限制內(nèi)，低速扭矩最大可提高約44%。Segawa K等人

為實現(xiàn)渦輪葉輪和噴嘴葉片的最有組合，對噴嘴流量和渦輪流量的平衡進行研究，結(jié)果表面：噴嘴與渦輪葉輪的喉部面積比對噴嘴關(guān)閉位置的渦輪效率和最大流量有很大影響。Barkhage R

等人研究了葉片開度、空燃比和壓力條件對啟動能力、穩(wěn)態(tài)扭矩、瞬態(tài)響應(yīng)對不同條件下渦輪性能的影響。

2.2.2 可變截面渦輪技術(shù)

要結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計工作實際，建立健全農(nóng)業(yè)統(tǒng)計工作制度體系，明確統(tǒng)計工作目標(biāo)、具體實施方法、流程和標(biāo)準(zhǔn)要求等，加強責(zé)任分工落實和績效獎懲機制建設(shè)，鼓勵各地區(qū)結(jié)合實際，做好新時期農(nóng)業(yè)統(tǒng)計工作，將其和地方政績考核全面掛鉤，切實提升基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計部門水平。

可變截面渦輪VGT(Variable Geometry Turbocharger)技術(shù)核心是導(dǎo)流葉片在低轉(zhuǎn)速和排氣量的工況下可以關(guān)閉，從而增大發(fā)動機的進氣壓力

。

一年一度的秋季運動會落下了帷幕，如何利用總結(jié)運動會這個機會來增強同學(xué)們的集體榮譽感呢？我打算改變以前只是我一個人總結(jié)的做法，讓所有人參與進來。

傳統(tǒng)渦輪增壓發(fā)動機解決渦輪遲滯現(xiàn)象主要使用小尺寸的輕質(zhì)渦輪。小渦輪在低轉(zhuǎn)速下由于其小的轉(zhuǎn)動慣量可達到理想工作轉(zhuǎn)速從而改善渦輪遲滯。然而小渦輪在高轉(zhuǎn)速下由于排氣截面較小使排氣阻力增大，使發(fā)動機功率和扭矩受阻。而大尺寸渦輪與之相反，在高轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)良好，但低轉(zhuǎn)速下渦輪遲滯加劇?；诖耍琕GT技術(shù)便應(yīng)運而生，并在眾多學(xué)者的不斷研究中加以完善。

通過上述研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)帶有放氣閥的增壓系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，在冷啟動和爆震控制方面有一定的不足，而且不能根據(jù)工況做出調(diào)整，因此眾多學(xué)者又對不同渦輪增壓技術(shù)進行更深層次的研究。

3.模型的設(shè)定。本文借鑒李越冬等（2014）研究內(nèi)控重大缺陷與審計定價之間相關(guān)性的研究模型，并加入固定資產(chǎn)與應(yīng)收類賬戶占總資產(chǎn)比例對其進行修正，構(gòu)建如下模型進行研究。

4)構(gòu)建的多傳感器信息的煤礦懸臂式掘進機空間位姿監(jiān)測系統(tǒng)，為懸臂式掘進機定向掘進和截割斷面自動成形控制奠定了良好基礎(chǔ)。

2.2.3 二級可調(diào)增壓技術(shù)增壓

式中：

-曲軸轉(zhuǎn)速；

-工作容積。

二級增壓技術(shù)對于一些大貨車以及轎車上已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，然而對于一些高原地區(qū)的二級增壓技術(shù)的研究和應(yīng)用相對較少，其中主要有如下研究：

通過上述研究發(fā)現(xiàn)，VGT在柴油機應(yīng)用以更普及，對于發(fā)動機整體性提升以及尾氣污染物的排放的降低也有一定的作用，然而其成本相對較高，相對來說難以普及。但VGT在汽油機上應(yīng)用較少，原因是汽油機排氣溫度(1000℃左右)遠遠大于柴油機排氣溫度(400℃左右)，而VGT技術(shù)所采用的材料難以承受汽油機的排氣溫度，因此VGT技術(shù)在柴油機應(yīng)用更加廣泛。總體來說，VGT技術(shù)對于發(fā)動機性能提升起到很好作用，因此對于發(fā)動機在高原地區(qū)的良好運行也有著重大作用。

劉系暠

等人通過研究發(fā)現(xiàn)采用二級增壓可以使柴油機在海拔5.5km時最大轉(zhuǎn)矩和標(biāo)定點功率相對單級時分別提高15.5%和27.2%，并且低速轉(zhuǎn)矩提高，高效率區(qū)不超速。劉瑞林

將VGT技術(shù)與二級可調(diào)增壓技術(shù)結(jié)合，并進行高原匹配仿真分析。結(jié)果表面組合技術(shù)可有效提升柴油機高原環(huán)境下的動力性和經(jīng)濟性以及適應(yīng)性。二級可調(diào)增壓和柴油機匹配也有眾多學(xué)者進行了深入的研究。然而，柴油機運行工況復(fù)雜，要求不同工況下二級可調(diào)增壓系統(tǒng)都能提供精確的增壓壓力，僅靠匹配是不夠的，更需要二級可調(diào)增壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)

。Li H

等人考察了不同海拔高度下增壓壓力和發(fā)動機功率的變化情況，采用原廠增壓器和與之相匹配的低壓增壓器構(gòu)建了可調(diào)式兩級增壓系統(tǒng)。介紹了增壓壓力恢復(fù)的閥門控制策略，這些策略構(gòu)成了功率恢復(fù)方法的基礎(chǔ)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地恢復(fù)不同速度和不同高度下的增壓壓力。劉瑞林

等人建立了基于DOE的二級增壓柴油機仿真模型，從DOE過程得到的響應(yīng)面分析得出各因素對響應(yīng)值的影響規(guī)律，為以后的標(biāo)定工作提供一定的指導(dǎo)。ABB Turbo System與 公司

研究大型柴油機二級增壓技術(shù)，可以有效降低油耗和排放。趙長祿

等人按照高原匹配策略匹配了可調(diào)二級增壓系統(tǒng)，并搭建了仿真模型。

經(jīng)過眾多學(xué)者的研究，對于高原環(huán)境下二級可調(diào)增壓已經(jīng)有了相對成熟的理論體系。然而對于二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的試驗還沒有開展，因此也無法應(yīng)用到實際中去。因此，二級可調(diào)增壓系統(tǒng)試驗研究將是未來關(guān)注的重點。

2.3 采用冷啟動裝置

發(fā)動機高原環(huán)境下潤滑油由于溫度過低導(dǎo)致其流動性能變差，而且較低的氧氣濃度也導(dǎo)致進氣量的不足達不到柴油燃燒氧氣濃度。因此對發(fā)動機冷啟動主要影響為：

因此，不同種類的潤滑劑對氣缸的工作性能都同時有著正面與反面的影響。要做好氣缸的潤滑優(yōu)化，必須在選擇潤滑劑時綜合考慮各類潤滑劑。要選用含有不飽和成分較少的型號，同時還要添加如合成油聚α烯烴等成分，以更好地提高氣缸的工作性能。

(1)高原環(huán)境下氧氣濃度降低，使壓縮終了時刻的壓力和溫度下降，點火延遲，使啟動更加困難。

(2)低溫導(dǎo)致電池放電現(xiàn)象嚴重，儲電不足，且啟動時蓄電池劇烈的放電也會燒毀電池

。

由于上述的影響，使得發(fā)動機在高原地區(qū)往往需要啟動多次才能成功，針對此問題，可以在發(fā)動機中安裝冷啟動系統(tǒng)，啟動前可進行預(yù)熱處理來提高啟動成功率。一般冷啟動開啟在油門開啟前，這樣可以有效保護渦輪增壓器，提高發(fā)動機使用壽命。

另外還有很多冷啟動輔助的一些裝置，比如使用一些添加乙醚等燃點較低的物質(zhì)來使燃油燃點降低，此方法雖然可以使啟動時間變短，然而其燃燒粗暴，容易損壞發(fā)動機，因此并不適用高原發(fā)動機冷啟動。而目前最常用冷啟動輔助裝置為進氣加溫和冷卻液的預(yù)熱裝置，通過電阻絲、PTC以及火焰式預(yù)熱器進行預(yù)熱，使發(fā)動機順利啟動。其中典型案例就是東風(fēng)康明斯在發(fā)動機進氣裝置上安裝PTC加熱器

和斯太爾發(fā)動機采用預(yù)熱器進行進氣加熱

。

進氣預(yù)熱優(yōu)點是使用簡單可靠，能有效降低發(fā)動機啟動溫度，啟動效果好，其缺點是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作不當(dāng)會損害預(yù)熱塞，進氣密度變小，氧含量降低 ，輔助啟動效果一般，在高原地區(qū)不宜使用

。

2.4 含氧燃料使用

含氧燃料就是在發(fā)動機燃料中加入酒精、丙酮以及其他含氧化合物，來彌補高原環(huán)境缺氧導(dǎo)致充氣量不足的問題。對于此項研究經(jīng)過眾多學(xué)者不斷努力也取得了很大的進步。曹斯琦

對燃用柴油和100%聚甲氧基二丁基醚型含氧燃料(DMB100)的發(fā)動機進行高原模擬臺架試驗，結(jié)果表明DMB100燃燒上的動力性和經(jīng)濟性在高原上改進更加明顯。李曉然

用摻混不同體積分數(shù)的二乙二醇二甲醚(DGM)的燃油為燃料，通過臺架試驗分析海拔2000～4000m不同摻混比例燃油對發(fā)動機性能影響，結(jié)果表明使用含氧燃料發(fā)動機功率更高，并與DGM添加量成正比，且HC、CO排放明顯降低，對于環(huán)境保護起到了一定的作用。

相對于其他解決發(fā)動機高原環(huán)境下所面臨難題的措施，在燃油中添加適當(dāng)含氧燃料，是不改變發(fā)動機結(jié)構(gòu)情況下，改善發(fā)動機在高海拔地區(qū)的動力性及經(jīng)濟性，解決發(fā)動機在高海拔地區(qū)燃燒不完全的一種重要解決手段。

2.5 其他方法

高原環(huán)境另一特點為干燥多風(fēng)，空氣中塵土較多，而發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性與磨損有著很大聯(lián)系，而其磨損與空氣濾清器又有很大關(guān)系。

發(fā)動機高負荷下使增壓器吸力變大，當(dāng)濾紙精度不足灰塵穿過濾紙進入發(fā)動機氣缸，使發(fā)動機磨損加劇，壽命降低

。因此在高原環(huán)境下空氣濾清器要經(jīng)常進行清潔或更換濾芯。另外還可以采用高壓共軌技術(shù)和優(yōu)化噴油器結(jié)構(gòu)，使燃油霧化更好，燃燒更加充分。也可以改變?nèi)紵倚螤罨蚴褂眯滦筒牧咸岣邭飧琢W(xué)性能，增大壓縮比等。

3 結(jié)論

(1)對于發(fā)動機高原環(huán)境適應(yīng)性研究，更多集中在增壓技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)和冷啟動技術(shù)上的研究，并且在一些車型上得到了實際的應(yīng)用，取得了較好的效果。

(2)我國對于發(fā)動機高原環(huán)境適用性研究較多，但一些關(guān)鍵性技術(shù)的研究還相對薄弱，比如增壓器可變截面渦輪技術(shù)、電控技術(shù)以及燃燒方面的研究。這些方面也制約著我國發(fā)動機高原適應(yīng)性的進一步提升，因此，對于上述方面研究的進一步加強，是未來發(fā)動機高原適應(yīng)改革的重中之重。

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