黑龍江省動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所 金楠

車(chē)輛在高原地區(qū)的維修與改裝設(shè)計(jì)

黑龍江省動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所 金楠

我國(guó)地勢(shì)總體趨勢(shì)西高東低，就青藏高原而言，其平均海拔在4 000m以上，川藏高原、黃土高原和云貴高原，海拔也都在1 000～3 000m之間。加之我國(guó)氣候的重要特征之一是南北溫差大，統(tǒng)計(jì)資料表明，冬季南北溫差可達(dá)40℃以上，可見(jiàn)高原地區(qū)氣候是復(fù)雜多樣的。因此，對(duì)汽車(chē)的使用條件和性能提出了更高的要求。本文中，筆者從高原條件對(duì)車(chē)輛性能的影響分析入手，以某中型貨車(chē)為研究對(duì)象，針對(duì)高原地區(qū)的氣候條件和道路條件對(duì)其進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。

一、高原條件對(duì)車(chē)輛的影響

1.海拔高度對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。在高原行駛的汽車(chē)，由于空氣密度下降，充氣量將明顯降低。隨著海拔高度的增加，空燃比變小，混合氣變濃。由于大氣壓力降低，燃料蒸發(fā)性提高，就燃料整體壓力和蒸餾特性而言，當(dāng)大氣壓力從101kPa降至80kPa（海拔高度約2 000m），相當(dāng)于外界氣溫上升8～10℃所造成的影響。因此，高原行車(chē)易產(chǎn)生氣阻和滲漏等問(wèn)題，致使油耗增大。

此外，海拔高度對(duì)排氣污染物的生成也有影響。如上所述，海拔高度影響發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，空燃比的變化又導(dǎo)致排氣成分濃度的改變，從而影響有害物質(zhì)的排放量。CO、HC的排放濃度都隨海拔升高而增大，而NOx的濃度則有所下降。

2.海拔高度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響。當(dāng)大氣壓力下降時(shí)，若進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力不變，進(jìn)氣終了的壓力與進(jìn)氣壓力的比值基本不變，相對(duì)于進(jìn)氣狀態(tài)而言，充氣系數(shù)變化不大。但是，隨著海拔升高，氣壓逐漸降低，空氣密度減小，致使發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量減少，平均指示壓力下降。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，平均指示壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)功率成正比關(guān)系：

Ni=（piVhh/120）×10-3（kW）。

式中，Ni為發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率，kW；Vh為發(fā)動(dòng)機(jī)總工作容積，L；pi為平均指示壓力，kPa；n為曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。

對(duì)于一定型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速不變的情況下，平均指示壓力直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)功率，即發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨著海拔升高而下降。在高原使用條件下，按照海拔高度適當(dāng)調(diào)整空燃比與點(diǎn)火提前角可使發(fā)動(dòng)機(jī)性能有所改善，隨著大氣壓力的下降，空氣變得稀薄，混合氣變濃，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于混合氣過(guò)濃而運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定或產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。

此外，隨著海拔高度的增加，大氣壓力降低，進(jìn)氣管真空度下降，在原怠速節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下進(jìn)氣量不足，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。同時(shí)，由于混合氣過(guò)濃，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速穩(wěn)定性差。海拔每增高1000m，怠速轉(zhuǎn)速降低50r/min。如圖1中虛線所示。

3.制動(dòng)性能降低。由于高原地區(qū)空氣稀薄、空壓機(jī)的工作力下降，制動(dòng)氣壓降低，對(duì)解放牌汽車(chē)來(lái)講一般僅為194～490kPa。另一方面，由于高原地區(qū)山高路陡，坡長(zhǎng)彎急，制動(dòng)器經(jīng)常在強(qiáng)制動(dòng)工況下連續(xù)工作，使用頻率高、時(shí)間長(zhǎng)，從而使制動(dòng)部件磨損加劇，熱衰退現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至造成制動(dòng)蹄片燒蝕，制動(dòng)失靈。

4.汽車(chē)整車(chē)的可靠性、耐久性降低。在高原地區(qū)行車(chē)，前后軸軸荷載的變化劇烈，有時(shí)軸荷載、離心力以及地面的沖擊力等多種因素下的合力同時(shí)作用于某一部位上，導(dǎo)致汽車(chē)的許多部件出現(xiàn)斷裂或早期疲勞損壞。另外，高原地區(qū)公路等級(jí)低，路面起伏不平，從而使汽車(chē)的行駛阻力瞬時(shí)變化大，動(dòng)力不穩(wěn)定，換擋頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、離合器、主減速器等傳動(dòng)系統(tǒng)的瞬時(shí)沖擊嚴(yán)重，促使這些系統(tǒng)的零部件過(guò)早損壞，從而使汽車(chē)的大修間隔里程縮短，整車(chē)耐久性和使用壽命降低。

5.發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱和功率下降。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)零部件受熱面溫度隨水垢增厚而升高，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)盡量使用軟化水，以減少冷卻系統(tǒng)水垢的厚度。發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱會(huì)使燃料系統(tǒng)出現(xiàn)“氣阻”和“滲透”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。由于“過(guò)熱”，潤(rùn)滑油的黏度會(huì)降低，容易引起發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的發(fā)熱膠著現(xiàn)象。

二、中型汽車(chē)在高原地區(qū)的改裝設(shè)計(jì)

1.將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)改為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)高原地區(qū)的特點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行必要的調(diào)整，使其動(dòng)力性提高，油耗降低。改用柴油機(jī)特別是高原型柴油機(jī)不僅可以增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，充分發(fā)揮車(chē)輛的技術(shù)性能，而且還可節(jié)約燃料，減少對(duì)環(huán)境的污染，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.安裝增壓器。為了克服柴油機(jī)在高原地區(qū)使用功率下降、燃料消耗增加的不足，可使用采用了渦輪增壓技術(shù)的高原型柴油機(jī)。由于高原型柴油機(jī)對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行了增壓，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣量系數(shù)大幅度增加，混合氣趨于正常比例，因而燃燒狀況大為改善，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加15%～25%，扭矩提高20%～30%，燃料消耗下降5%～10%。

3.底盤(pán)的改裝。

（1）懸架改裝。底盤(pán)改裝是提高車(chē)輛通過(guò)性能的一個(gè)最有效的途徑。由于高原地區(qū)崎嶇的道路和惡劣的氣候條件，原車(chē)的底盤(pán)部分也要做一些必要的調(diào)整。通過(guò)改裝油氣懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，利用油氣懸架自動(dòng)平衡及半主動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)身高度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可極大地改善整車(chē)平順性能，提高通過(guò)性，較好地解決了單個(gè)車(chē)輪可能出現(xiàn)負(fù)載過(guò)大的現(xiàn)象。

（2）輪胎改裝。從輪胎的外輪廓、花紋和輪胎材質(zhì)上對(duì)輪胎進(jìn)行改裝，使其滿(mǎn)足高原地區(qū)的車(chē)輛運(yùn)行條件。具體做法是為保證輪胎有良好的通過(guò)性，輪胎行駛面設(shè)計(jì)適當(dāng)寬一些，從而可減小接地壓強(qiáng)，以適應(yīng)軟基路面超低氣壓行駛。采用綜合性能較好的“無(wú)向塊狀”提高輪胎的高速行駛性能、乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。

三、結(jié)論

本文中，筆者充分分析了高原條件對(duì)車(chē)輛性能的影響，對(duì)中型車(chē)輛做了如下的改裝。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)。使用增壓設(shè)備，經(jīng)計(jì)算采用J90-1渦輪增壓器和6130Q柴油機(jī)來(lái)匹配，用來(lái)恢復(fù)動(dòng)力、降低油耗，改善低速扭矩和汽車(chē)加速性能。

2.懸架系統(tǒng)。采用了半主動(dòng)控制油氣懸架系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可顯著地緩和沖擊、減少顛簸、提高平均車(chē)速。

3.輪胎。改用軍用越野車(chē)使用的無(wú)內(nèi)胎子午線輪胎?？山档洼喬ピ肼暋⒄駝?dòng)和滯后損失，提高乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。行駛時(shí)可使輪胎對(duì)地面有良好的抓著力，并有利于花紋的排水、散熱和自潔；同時(shí)，又可以提高車(chē)輛的越野性和攀緣性。