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【摘 要】针对高原地区发动机技术性能严重下降现象，分析其性能严重下降的原因，并提出了一种处理高原反应、充分发挥发动机的技术性能的方案。
【关键词】高原反应；汽缸压力；单体泵；冷却液温度；增压器
在公司所属毛尔盖项目上投入使用的一台中联重科25吨全液压压路机，型号为YZ25B，其配置的DEUTZ6M1013C，发动机功率161KW，该设备使用了1000小时左右就出现无力掉速、排烟不好、排气管颜色变红和冷却液温度高的症状，联系生产厂家及发动机厂家，厂家来人解释是工作环境温度高（正处夏季），海拔高（高度2000米左右），工作环境差，灰尘重。后更换了单体泵和喷油器，使用一个月左右又出现类似症状。针对这种情况相关人员对其进行分析、研究，并提出一种处理方案。
1.发动机原理、性能分析
对于一定型号的发动机在转速不变的情况下，平均指示压力直接影响着发动机功率，即发动机功率随着海拔升高而下降，见图2所示。其中可以看出主要表现有以下几个方面：
图2 发动机功率随海拔变化图
2.功率方面
随着海拔升高、大气压力降低、空气密度减小，空气中的含氧量也减少，这对以柴油发动机为动力的工程机械影响尤为突出。以上的数据表明海拔每上升1000米，发动机功率、扭矩下降8%-13%，热强度增加2%-5%；在我们这种施工环境下，功率、扭矩差不多要降15%左右。同时由于汽缸内充气量减少，柴油燃烧不完全且燃烧速度慢，发动机热效率下降，散热性能下降热负荷增加，燃烧不充分等，因此高原环境对发动机功率输出影响十分严重。
3.散热系统方面
对发动机而言，由于汽缸内空气量减少，过量空气系数下降甚至空气量不足，燃烧状况不良，后燃现象严重，使发动机热负荷急剧增加；由于高原空气密度、重量降低，使冷却风流量减少；同时由于海拔高度升高冷却液的沸点逐步降低，这些均可导致散热能力下降热负荷进一步增加。散热不好这会使部分功率在发动机内部损耗变成热能，造成作业温度超过规定值影响正常使用。
4.燃油及排放方面
高原环境对设备的燃油经济性能和排放方面也有着很大的副面影响，燃油消耗加大，发动机排放物CO、CH量也急剧增加。同时，高原地区沙尘的含量为低海拔的5-15倍，这增加了进气阻力，使空气过滤效果下降。又由于空气中含氧量少使发动机燃烧性能迅速下降，这不仅使功率下降而且加剧了机器内部零部件的磨损，缩短了各部件的使用寿命。
在高原地区发动机功率下降，特别是对功率储备小的影响就尤为突出。提高发动机在高原地区的动力性与燃油经济性的措施有以下三个方面：
4.1提高发动机的压缩比
提高压缩比，不仅可以提高压缩终了气缸内的温度与压力，加快燃烧速率，改善燃烧过程，减少热损失，而且可采用较稀的混合气，从而提高了发动机的动力性和燃油经济性。
随着拔海高度的增加，发动机的充气量下降，压缩终了的气缸压力及温度相应降低，因此爆震倾向小，从而为提高压缩比创造了有利条件。不同海拔高度的压缩比计算式为：
除上述使用因素外，压缩比还与大气温度、发动机负荷、发动机热状态等因素有关。因此，在提高发动机压缩比时，应根据具体使用条件，合理选择压缩比。
4.2合理选择配气相位
合理选择配气相位可以提高发动机的充气系数，改善发动机的动力性和燃油经济性。配气相位的确定，应与发动机的实际转速范围相适应。发动机的转速不同，进、排气门开、闭角对气流惯性的影响也不同，因而进、排气门开闭的最有利的角度应随之变化。在进、排气门开闭的四个时期中，进气迟后角和排气提前角影响最大。
进气迟后角是利用气流惯性提高充气系数，在一定的气流惯性下，对应着一个最佳迟候角。进气迟后角减小能提高低转速下的充气系数，改善发动机低速范围的动力性与经济性。反之，进气迟后角增大，充分利用气流的惯性，以增加进气量，对经常处于高速运转的发动机有利。
排气提前角主要影响作功行程中膨胀功Pw损失和排气行程中的排气功Px损失。排气提前角增大，Pw增加，Px减小；排气提前角减小则 Pw减小，Px而增加。最佳的排气提前角可使（Pw+Px）值最小。试验表明，随着发动机转速的提高，排气提前角增大，使废气能以很高的速度自由排出，并在极短的时间内排出大量废气。
4.3采用增压设备
柴油机由于无爆震的限制，使用增压器比较合适。柴油机装增压器后（一般是废气涡轮增压），增加了进气量，压缩终点的压力和温度也相应提高，从而改善了发动机的动力性和燃油经济性。由于发动机的工况复杂以及发动机罩下空间的限制，要求增压器结构紧凑，涡轮等旋转零件的转动惯量小，反应敏感。此外，还应对柴油机的供油量及喷油提前角进行适当地调整。
随着拔海升高，油气混合气变浓，燃烧滞后不完全。为此，应按拔海高度的增高适当减小油量，增大空气量，以改善混合气的形态，从而提高发动机的动力性和燃油经济性。
随着海拔升高，发动机压缩终了的汽缸压力降低，火焰的传播速度减慢。为此，可将点火提前角略微提前2°～3°。
针对使用的压路机所配置DEUTZ发动机具体情况来看，前面两种方案操作起来需要对发动机内部构件进行改变，实属不易，这需要发动机厂家特制相关部件。针对这种情况和改装成本我们选择了第三种方案。
选择了更换一台配181KW发动机的涡轮增压器、调速器、六只单体泵和六只喷油器，同时将喷油提前角作相应调整。针对该机的具体工作环境（灰尘大），在空滤前加装了一个旋转式空气过滤器，在使用过程中大大缩短发动机保养的时间间隔。
5.结语
通过一段时间的使用情况来看，该方案取得了相当好的效果，发动机动力强劲、排烟良好、冷却液温度也有所下降，达到正常，功率比以前提高了将近20KW，性能达到了新机的状态。高原反应对发动机的技术性能影响大，其最终能顺利解决这种情况，首先在于分析思路正确，即采用增压设备，增加了进气量，压缩终点的压力和温度也相应提高。更换单体泵、喷油器，适当减少喷油量，从而改善了发动机的动力性和燃油经济性。在空滤前增加一个旋转式空气过滤器，进气质量得到大大改善，从而缩短了发动机的保养时间间隔。以上所述的处理方案具有借鉴性，为其他地方出现了同类情况提供了宝贵经驗。
【关键词】高原反应；汽缸压力；单体泵；冷却液温度；增压器
在公司所属毛尔盖项目上投入使用的一台中联重科25吨全液压压路机，型号为YZ25B，其配置的DEUTZ6M1013C，发动机功率161KW，该设备使用了1000小时左右就出现无力掉速、排烟不好、排气管颜色变红和冷却液温度高的症状，联系生产厂家及发动机厂家，厂家来人解释是工作环境温度高（正处夏季），海拔高（高度2000米左右），工作环境差，灰尘重。后更换了单体泵和喷油器，使用一个月左右又出现类似症状。针对这种情况相关人员对其进行分析、研究，并提出一种处理方案。
1.发动机原理、性能分析
对于一定型号的发动机在转速不变的情况下，平均指示压力直接影响着发动机功率，即发动机功率随着海拔升高而下降，见图2所示。其中可以看出主要表现有以下几个方面：
图2 发动机功率随海拔变化图
2.功率方面
随着海拔升高、大气压力降低、空气密度减小，空气中的含氧量也减少，这对以柴油发动机为动力的工程机械影响尤为突出。以上的数据表明海拔每上升1000米，发动机功率、扭矩下降8%-13%，热强度增加2%-5%；在我们这种施工环境下，功率、扭矩差不多要降15%左右。同时由于汽缸内充气量减少，柴油燃烧不完全且燃烧速度慢，发动机热效率下降，散热性能下降热负荷增加，燃烧不充分等，因此高原环境对发动机功率输出影响十分严重。
3.散热系统方面
对发动机而言，由于汽缸内空气量减少，过量空气系数下降甚至空气量不足，燃烧状况不良，后燃现象严重，使发动机热负荷急剧增加；由于高原空气密度、重量降低，使冷却风流量减少；同时由于海拔高度升高冷却液的沸点逐步降低，这些均可导致散热能力下降热负荷进一步增加。散热不好这会使部分功率在发动机内部损耗变成热能，造成作业温度超过规定值影响正常使用。
4.燃油及排放方面
高原环境对设备的燃油经济性能和排放方面也有着很大的副面影响，燃油消耗加大，发动机排放物CO、CH量也急剧增加。同时，高原地区沙尘的含量为低海拔的5-15倍，这增加了进气阻力，使空气过滤效果下降。又由于空气中含氧量少使发动机燃烧性能迅速下降，这不仅使功率下降而且加剧了机器内部零部件的磨损，缩短了各部件的使用寿命。
在高原地区发动机功率下降，特别是对功率储备小的影响就尤为突出。提高发动机在高原地区的动力性与燃油经济性的措施有以下三个方面：
4.1提高发动机的压缩比
提高压缩比，不仅可以提高压缩终了气缸内的温度与压力，加快燃烧速率，改善燃烧过程，减少热损失，而且可采用较稀的混合气，从而提高了发动机的动力性和燃油经济性。
随着拔海高度的增加，发动机的充气量下降，压缩终了的气缸压力及温度相应降低，因此爆震倾向小，从而为提高压缩比创造了有利条件。不同海拔高度的压缩比计算式为：
除上述使用因素外，压缩比还与大气温度、发动机负荷、发动机热状态等因素有关。因此，在提高发动机压缩比时，应根据具体使用条件，合理选择压缩比。
4.2合理选择配气相位
合理选择配气相位可以提高发动机的充气系数，改善发动机的动力性和燃油经济性。配气相位的确定，应与发动机的实际转速范围相适应。发动机的转速不同，进、排气门开、闭角对气流惯性的影响也不同，因而进、排气门开闭的最有利的角度应随之变化。在进、排气门开闭的四个时期中，进气迟后角和排气提前角影响最大。
进气迟后角是利用气流惯性提高充气系数，在一定的气流惯性下，对应着一个最佳迟候角。进气迟后角减小能提高低转速下的充气系数，改善发动机低速范围的动力性与经济性。反之，进气迟后角增大，充分利用气流的惯性，以增加进气量，对经常处于高速运转的发动机有利。
排气提前角主要影响作功行程中膨胀功Pw损失和排气行程中的排气功Px损失。排气提前角增大，Pw增加，Px减小；排气提前角减小则 Pw减小，Px而增加。最佳的排气提前角可使（Pw+Px）值最小。试验表明，随着发动机转速的提高，排气提前角增大，使废气能以很高的速度自由排出，并在极短的时间内排出大量废气。
4.3采用增压设备
柴油机由于无爆震的限制，使用增压器比较合适。柴油机装增压器后（一般是废气涡轮增压），增加了进气量，压缩终点的压力和温度也相应提高，从而改善了发动机的动力性和燃油经济性。由于发动机的工况复杂以及发动机罩下空间的限制，要求增压器结构紧凑，涡轮等旋转零件的转动惯量小，反应敏感。此外，还应对柴油机的供油量及喷油提前角进行适当地调整。
随着拔海升高，油气混合气变浓，燃烧滞后不完全。为此，应按拔海高度的增高适当减小油量，增大空气量，以改善混合气的形态，从而提高发动机的动力性和燃油经济性。
随着海拔升高，发动机压缩终了的汽缸压力降低，火焰的传播速度减慢。为此，可将点火提前角略微提前2°～3°。
针对使用的压路机所配置DEUTZ发动机具体情况来看，前面两种方案操作起来需要对发动机内部构件进行改变，实属不易，这需要发动机厂家特制相关部件。针对这种情况和改装成本我们选择了第三种方案。
选择了更换一台配181KW发动机的涡轮增压器、调速器、六只单体泵和六只喷油器，同时将喷油提前角作相应调整。针对该机的具体工作环境（灰尘大），在空滤前加装了一个旋转式空气过滤器，在使用过程中大大缩短发动机保养的时间间隔。
5.结语
通过一段时间的使用情况来看，该方案取得了相当好的效果，发动机动力强劲、排烟良好、冷却液温度也有所下降，达到正常，功率比以前提高了将近20KW，性能达到了新机的状态。高原反应对发动机的技术性能影响大，其最终能顺利解决这种情况，首先在于分析思路正确，即采用增压设备，增加了进气量，压缩终点的压力和温度也相应提高。更换单体泵、喷油器，适当减少喷油量，从而改善了发动机的动力性和燃油经济性。在空滤前增加一个旋转式空气过滤器，进气质量得到大大改善，从而缩短了发动机的保养时间间隔。以上所述的处理方案具有借鉴性，为其他地方出现了同类情况提供了宝贵经驗。