车辆在高原地区的维修与改装设计

黑龙江省动物卫生监督所 金楠

车辆在高原地区的维修与改装设计

黑龙江省动物卫生监督所 金楠

我国地势总体趋势西高东低，就青藏高原而言，其平均海拔在4 000m以上，川藏高原、黄土高原和云贵高原，海拔也都在1 000～3 000m之间。加之我国气候的重要特征之一是南北温差大，统计资料表明，冬季南北温差可达40℃以上，可见高原地区气候是复杂多样的。因此，对汽车的使用条件和性能提出了更高的要求。本文中，笔者从高原条件对车辆性能的影响分析入手，以某中型货车为研究对象，针对高原地区的气候条件和道路条件对其进行改装设计。

一、高原条件对车辆的影响

1.海拔高度对燃油经济性的影响。在高原行驶的汽车，由于空气密度下降，充气量将明显降低。随着海拔高度的增加，空燃比变小，混合气变浓。由于大气压力降低，燃料蒸发性提高，就燃料整体压力和蒸馏特性而言，当大气压力从101kPa降至80kPa（海拔高度约2 000m），相当于外界气温上升8～10℃所造成的影响。因此，高原行车易产生气阻和渗漏等问题，致使油耗增大。

此外，海拔高度对排气污染物的生成也有影响。如上所述，海拔高度影响发动机的空燃比，空燃比的变化又导致排气成分浓度的改变，从而影响有害物质的排放量。CO、HC的排放浓度都随海拔升高而增大，而NOx的浓度则有所下降。

2.海拔高度对发动机动力性的影响。当大气压力下降时，若进气温度和进气系统的阻力不变，进气终了的压力与进气压力的比值基本不变，相对于进气状态而言，充气系数变化不大。但是，随着海拔升高，气压逐渐降低，空气密度减小，致使发动机的进气量减少，平均指示压力下降。对于四冲程发动机而言，平均指示压力与发动机功率成正比关系：

Ni=（piVhh/120）×10-3（kW）。

式中，Ni为发动机指示功率，kW；Vh为发动机总工作容积，L；pi为平均指示压力，kPa；n为曲轴转速，r/min。

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。在高原使用条件下，按照海拔高度适当调整空燃比与点火提前角可使发动机性能有所改善，随着大气压力的下降，空气变得稀薄，混合气变浓，严重时会由于混合气过浓而运转不稳定或产生喘振现象。

此外，随着海拔高度的增加，大气压力降低，进气管真空度下降，在原怠速节气门开度下进气量不足，使发动机的转速下降。同时，由于混合气过浓，发动机怠速稳定性差。海拔每增高1000m，怠速转速降低50r/min。如图1中虚线所示。

3.制动性能降低。由于高原地区空气稀薄、空压机的工作力下降，制动气压降低，对解放牌汽车来讲一般仅为194～490kPa。另一方面，由于高原地区山高路陡，坡长弯急，制动器经常在强制动工况下连续工作，使用频率高、时间长，从而使制动部件磨损加剧，热衰退现象严重，甚至造成制动蹄片烧蚀，制动失灵。

4.汽车整车的可靠性、耐久性降低。在高原地区行车，前后轴轴荷载的变化剧烈，有时轴荷载、离心力以及地面的冲击力等多种因素下的合力同时作用于某一部位上，导致汽车的许多部件出现断裂或早期疲劳损坏。另外，高原地区公路等级低，路面起伏不平，从而使汽车的行驶阻力瞬时变化大，动力不稳定，换挡频繁，发动机、变速器、离合器、主减速器等传动系统的瞬时冲击严重，促使这些系统的零部件过早损坏，从而使汽车的大修间隔里程缩短，整车耐久性和使用寿命降低。

5.发动机过热和功率下降。发动机冷却系统零部件受热面温度随水垢增厚而升高，将导致发动机过热。为保证发动机正常运转，应尽量使用软化水，以减少冷却系统水垢的厚度。发动机过热会使燃料系统出现“气阻”和“渗透”现象，从而导致发动机功率下降。由于“过热”，润滑油的黏度会降低，容易引起发动机轴承的发热胶着现象。

二、中型汽车在高原地区的改装设计

1.将汽油发动机改为柴油发动机。根据高原地区的特点，对发动机进行必要的调整，使其动力性提高，油耗降低。改用柴油机特别是高原型柴油机不仅可以增强发动机动力性能，充分发挥车辆的技术性能，而且还可节约燃料，减少对环境的污染，具有一定的经济和社会效益。

2.安装增压器。为了克服柴油机在高原地区使用功率下降、燃料消耗增加的不足，可使用采用了涡轮增压技术的高原型柴油机。由于高原型柴油机对进气进行了增压，使得发动机的充气量系数大幅度增加，混合气趋于正常比例，因而燃烧状况大为改善，发动机功率增加15%～25%，扭矩提高20%～30%，燃料消耗下降5%～10%。

3.底盘的改装。

（1）悬架改装。底盘改装是提高车辆通过性能的一个最有效的途径。由于高原地区崎岖的道路和恶劣的气候条件，原车的底盘部分也要做一些必要的调整。通过改装油气悬架的导向机构，利用油气悬架自动平衡及半主动控制技术，实现车身高度的自动调节。该系统可极大地改善整车平顺性能，提高通过性，较好地解决了单个车轮可能出现负载过大的现象。

（2）轮胎改装。从轮胎的外轮廓、花纹和轮胎材质上对轮胎进行改装，使其满足高原地区的车辆运行条件。具体做法是为保证轮胎有良好的通过性，轮胎行驶面设计适当宽一些，从而可减小接地压强，以适应软基路面超低气压行驶。采用综合性能较好的“无向块状”提高轮胎的高速行驶性能、乘坐舒适性和操纵稳定性。

三、结论

本文中，笔者充分分析了高原条件对车辆性能的影响，对中型车辆做了如下的改装。

1.发动机。使用增压设备，经计算采用J90-1涡轮增压器和6130Q柴油机来匹配，用来恢复动力、降低油耗，改善低速扭矩和汽车加速性能。

2.悬架系统。采用了半主动控制油气悬架系统，这种系统可显著地缓和冲击、减少颠簸、提高平均车速。

3.轮胎。改用军用越野车使用的无内胎子午线轮胎。可降低轮胎噪声、振动和滞后损失，提高乘坐舒适性和操纵稳定性。行驶时可使轮胎对地面有良好的抓着力，并有利于花纹的排水、散热和自洁；同时，又可以提高车辆的越野性和攀缘性。