高原环境条件对车辆起动性能影响分析

孙智恩

摘 要：文中分析了高原环境特点及其对车辆起动性能的影响，总结了车辆发动机在高原环境条件下起动困难的主要表现。通过室内模拟高原环境车辆起动性能的试验分析，提出改善高原环境条件下车辆起动性能的措施，为车辆高原环境适应性改进提供了参考。

关键词：高原环境 低温 低气压 发动机 起动性能

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

根据我国实际地理情况，通常把海拔高度2000m以上区域的气候环境定义为高原环境。其中具有“世界屋脊”之称的青藏高原环境最为典型，其海拔高度多高于3500m，具有低温，低气压，昼夜温差大，年低温期长，气候干燥，日照辐射强等代表性高原环境气候特点[1]。

因此，研究高原低温低气压环境对车辆起动性能的影响，改善车辆的高原环境适应性，对车辆在高原环境条件下起动性能的改善具有重要意义。

2 高原环境车辆起动性能分析

2.1 高原环境特点分析

众多高原环境条件中，低温，低气压是对于车辆起动性能影响最大的环境因素。高原环境中的温度和大气压力均呈现出随着海拔高度的增加而降低的特点。根据气象资料分析得知，海拔高度每增加1000m，当地的年平均气温下降5～7℃，其中海拔4000m以上的高原区域为固定冷区。海拔高度每增加1000m，大气压力下降约10kPa，空气中含氧量下降10%左右。相比较平原地区，高原地区车辆的发动机起动更为困难[1-2]。

从标准《GB/T 20626.1-2017 特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求》中可以得出高原环境的年最低温度和空气压力变化如表1所示[3]。

高原环境条件下的车辆发动机起动性能试验通常囊括在其他车辆性能试验中一并进行，并且试验过程中具有较强的流动性。选择合适的高原试验路线对于试验的成功与否极其重要，典型的试验路线如109国道（西宁-拉萨）段，海拔起伏多变，路况环境较为复杂，试验环境较为苛刻，足以满足车辆高原性能试验的要求。109国道（西宁-拉萨）段的海拔高度和气压变化如图1所示。

2.2 高原环境对车辆发动机起动性能影响

高原环境条件下，发动机能否起动并稳定运转，是车辆正常工作的前提。对于柴油机来说，顺利起动的基本条件是：燃油和空气混合成符合要求的可燃混合气体;可燃混合气体达到一定温度;着火温度的时间必须保持足够长。因此，柴油机的起动转速、压缩终点压力和温度、混合气浓度是能否在高原环境条件下顺利起动的决定性因素。

在低温、低气压条件下，柴油机发动机起动困难主要有以下几点表现：

（1）当环境温度较低时，发动机机体以及吸入气缸内的空气温度也相对较低，燃油黏度大、蒸发性差、起动转速低等原因，导致燃油的蒸发雾化不充分，导致压缩终了时气缸内压力较低，混合气体温度低于自燃温度。

（2）车辆使用的机油、液压油等工作油液的黏度与温度成反相关的关系。低温情况下，工作油液的流动性降低，黏度增大，柴油机内部各运动副之间的阻力加大，起动阻力增加。

（3）低温情况下，车辆的起动用蓄电池的电容量下降。蓄电池电解液温度降低导致蓄电池的内阻增大，放电能力降低，导致起动机的起动力矩减小。

（4）随着海拔高度的增加，大气压力降低，空气中含氧量也随之减少。与此同时，进入气缸内的氧气减少，降低压缩压力，急剧增加滞燃期，导致着火和燃烧速率的降低，造成柴油机的起动困难[4]。

（3）高原环境起动性能试验及改进措施

在实际高原环境中进行车辆起动性能试验过程中，往往受到地理环境、自然条件、季节变化等因素限制，导致温度、大气压力等试验输入因素不可控，偏离试验预期，导致试验失败。同时由于成本较高，试验周期长，因此具有一定的局限性。

室内模拟高原环境起动性能试验可以实现温度和海拔高度的任意组合，不受外界因素影响，环境输入参数稳定，精度较高，并且试验周期短，在成本、安全、人员配置方面均优于实际高原环境试验。

结合环境试验室，对某型适配直列六缸柴油机的车辆室内模拟高原环境起动性能试验进行分析，并针对试验结果提出改进措施。

试验样车在室内模拟高原环境中稳定保持直至机油、冷却液等工作油液接近-25℃，按照标准《GBT 12535-2007 汽车起动性能试验方法》中的相关要求进行起动性能试验。试验样车在5000m模拟高原环境条件下三次起动均失败。分析得知，试验过程中，试验样车的机油和液压油的黏度过大，冷却液出现结冰现象，蓄电池电量过低，部分橡胶结构件变硬。

针对试验过程中出现的异常现象，在不改变原有车辆配置的情况下，建议车辆制造厂家采取如下措施：更换低黏度机油和液压油，保证其低温情况下的流動性;加装燃油液体加热器并更换低温用冷却液;将现有起动用蓄电池更换为低温蓄电池;加注更高标号的燃油等措施，以保证车辆发动机在高原环境中起动成功，进而确保车辆的正常工作。

3 结语

文中通过分析高原环境条件对车辆起动性能的影响，并结合室内模拟高原环境起动性能试验，提出了高原环境条件下起动性能改善措施，得出以下主要结论。

（1）适配柴油车辆在高原环境条件下的起动性能作为整车性能的重要指标之一，得到众多制造厂商的关注，关于高原环境起动性能的研究应用已逐渐开展。

（2）随着环境试验室技术的发展完善，室内模拟高原环境起动性能试验已在部分企业内部得到实施验证，得益于其精度高、成本低、周期短的特点，与高原实地试验相结合，可以极大的促进车辆起动性能技术研究的深入。

参考文献：

[1]李孟华.CA6DE-17型柴油机高原适应性研究[J].长春：吉林大学汽车工程学院，2010.

[2]高轩，刘泽坤，董素荣.低气压低温环境对柴油机起动性能的影响及改进措施[J].内燃机与配件，2016（5）：1-3.

[3] 中国国家标准化委员会. GB/T 20626.1-2017 特殊环境条件 高原电工电子产品 第1部分：通用技术要求[S].北京：中国标准出版社，2017.

[4]杨艳庆. 柴油机高原冷起动方法探讨与分析[J].柴油机设计与制造，2019，25（1）：1-7.