摘要： 柴油机在高海拔环境下运行时，受到特殊的环境以及气候影响，整机性能会出现一定量的下降，烟度排放大幅增加等现象。因此，为了确保柴油机在高原地区能够正常使用，减少污染物排放，必须对整个高原的气压、环境、温度、气候等等条件进行分析，将影响柴油机性能的各种因素进行区分，同时也要提出一系列相应的改进措施，以保证柴油机的正常使用。

关键词：高海拔环境；柴油机；性能影响；优化策略

我国高海拔地区面积较广，整个高原的面积占了国土面积的百分之三十七。如果柴油机在高原地区运行，随着海拔的升高，大气压力、空气密度、含氧量等下降，便会对柴油机的正常运行产生不利的影响。因此要根据高海拔地区的特性，对柴油机的高原性能进行优化，可以提升柴油机的整体性能，降低污染物排放，同时也保证了高海拔环境下的柴油机可靠使用。

一、高海拔环境对柴油机性能的影响

（一）低气温对柴油机性能的影响

柴油机在高原环境中使用，随着海拔的不断升高，环境温度会逐渐下降，润滑油的粘度变大，运转阻力增大，柴油机在运行过程中的燃油消耗量有一定的上升。柴油机在启动过程中，稀薄的空气导致进气量减少，混合气浓度高，压缩比下降，造成启动困难和烟度排放过大。随着高原海拔的不断升高，环境温度的降低，铅酸类蓄电池的化学反应就会变慢，蓄电池放电能力有所下降。因此，车辆在启动过程中，整个电器系统的电压降更严重，拖动转速降低，影响柴油机的启动性能。

（二）低气压对柴油机性能的影响

随着海拔高度的不断增加，大气压力会逐渐下降，柴油机运行时的进气量会减少，过量空气系数下降，就会导致柴油机燃烧恶化，对动力性影响较大。由于进气量的减少，带走的热量也随之减少，机件所承受的热负荷有所增加。过量空气系数的下降，烟度的排放也会增加，尤其是在柴油机大负荷区域，烟度会大幅增加，这对后处理中的颗粒捕捉器非常不利。另外，柴油机在运行过程中，会利用冷却液对各个部件进行降温，防止因过热造成部件失效，所以必须要保持冷却液的温度在正常范围內。正常情况下，柴油机发动机冷却液的温度在九十度左右，但随着海拔高度的增加，气压不断下降，冷却液的沸点就会降低，出现“开锅”现象。尤其采用水作为冷却介质时更为明显。这样会导致柴油机的整个机体无法有效冷却，严重时会出现故障无法正常运转。长期在这种散热不良条件下运行，机体内部零件的磨损会加剧，从而导致柴油机整体性能出现下降，甚至还会缩短使用寿命。

（三）沙尘天气对柴油机性能的影响

高原地区干燥多风的天气居多，空气湿度低，空气中的沙尘颗粒相对较多。车辆在高原地区工作，行驶过后会出现尘土飞扬的现象，大量的沙尘颗粒会随着车辆行驶，尤其是非道路机械更为严重。这些沙尘在空气滤清器的滤芯表面进行堆积，通气孔被逐渐堵塞，柴油机进气阻力就会增加，进气量逐渐减少，导致柴油机动力性下降，燃油消耗量增加，排气温度升高，烟度排放增加。另外，特别细小的沙尘颗粒，会通过滤清器的过滤孔进入柴油机气缸内部，造成缸套、活塞和活塞环的异常磨损。这些颗粒也会顺着缸套和活塞的缝隙进入柴油机的润滑系统中，导致各个部件的磨损加剧，从而影响柴油机的整体性能。

（四）日照辐射对柴油机性能的影响

在高海拔环境中，大气稀薄，透明度好，太阳的辐射尤其剧烈。加之高原地区白天和夜晚的温差较大，这些恶劣的自然条件，会导致柴油机上外漏的橡胶部件、油漆等高分子零部件出现老化、龟裂现象。

（五）在高原环境柴油机的排放问题

车辆在运行过程中，如果大气压力降低，柴油机的爆发压力和燃烧温度会同时降低，氮氧化合物的排放也会随之下降。在高原地区，为了保持柴油机的动力性，常采用废气涡轮增压中冷技术来弥补损失的动力，氮氧化合物的排放总量相较于平原仍有下降。然而，这样的燃烧恶化带来最严重的问题是PM排放的大幅增加，这对安装有DPF的车辆非常不利，较高的排气背压和更短间隔的再生，会增加运行成本。

二、高海拔环境下提高柴油机性能的策略

（一）涡轮增压技术、提高柴油机性能

在高海拔地区，受到大气压力下降的影响，进气量也在减少。可以采用涡轮增压技术，通过排气能量驱动涡轮叶片转动，带动压气机旋转提高进气压力，获得更多新鲜空气来改善燃烧，恢复柴油机在高原的动力。因此涡轮增压技术的应用，可以提升柴油机在高海拔地区动力性能，改善车辆适应高海拔工作的需求，但要注意涡轮增压器的超速和超温问题。

（二）优化柴油机燃烧技术、提升性能、降低排放

利用电控技术，实现精准、灵活的燃油喷射控制，可根据气压变化选择不同的燃烧参数，也可以根据进气量的变化来实现烟度的控制，安装有颗粒捕捉器的车辆，需要根据大气压力的变化来修正碳载模型。电控系统灵活的控制策略能够最大程度的让柴油机来适应所处环境。采用高压共轨燃油系统，它具有很高喷射压力，压力的产生不受柴油机转速的影响，为良好的雾化提供有利条件。适当增加喷油器喷孔数量，减小喷孔直径，改善燃油雾化质量，使可燃混合气更均匀。从而改善柴油机在高原地区的动力表现，减少PM的排放，同时提升燃油经济性。

（三）改变高原低温环境启动措施、提高柴油机启动性能

柴油机在高原地区使用时，影响启动的因素较多，主要是由：环境温度、进气温度、机油粘度、空燃比、压缩比和蓄电池等等，各种影响因素都会造成柴油机启动困难或无法正常启动，因此要针这些问题进行改进。可以采用进气预热装置，一般采用电加热方式，对进气管内的空气进行加热，较高的进气温度有利于启动。根据气温选用合适粘度的机油，减小运转阻力，使摩擦副表面快速形成油膜，防止干摩擦。极寒天气可对机油和冷却液进行加热。由于进气量的减少，要适当减少启动油量获得合适的空燃比，不仅可以减少烟度的排放，还能防止因过量的燃油降低缸内温度导致启动失败。高压共轨系统的预喷功能，在主喷射之前，将小部分的燃油喷入气缸，在缸内预混合或部分燃烧，缩短主喷的着火延迟，降低失火的可能性，改善冷启动性能。

（四）重视机身过滤技术、提升柴油机可靠性

要对柴油机空气滤清器引起重视，在重度沙尘环境中可采用离心式预过滤技术，大量的沙尘会被预过滤器分离，预过滤器室有通向风扇负压端的管道，随时将粉尘排出预滤器。主滤芯的负担大幅减小，主要拦截直径更小的颗粒，进气阻力能长时间维持在较低水平。这样能最大程度的改善空气过滤质量，保证进入柴油机气缸内空气的清洁度，防止机件异常磨损影响性能发挥。此外，预滤器的高效过滤和自清洁能力，能延长主滤芯的使用寿命，减少保养频次，降低车辆的运营成本。

（五）改变燃料成分、助力绿色发展

柴油机的燃料-柴油，成分中没有含氧的物质，尤其在高海拔地区缺氧环境中运行，很容易出现燃烧不完全的现象。可通过改善燃料的成分，在柴油中掺烧一些含氧物质，从而提高柴油机的高原性能。因此，可在柴油中掺烧一些生物柴油，生物柴油是一种新型的能源，它不仅含氧较高，同时燃烧性也较好。将生物柴油与普通柴油进行一定比例的互溶，便可以直接使用于柴油机。因此，改善燃料的成分，不仅可以改善柴油燃烧效果，同时也提高了高原地区柴油机的适用性和经济性。

（六）对紫外线采取防护措施、保障部件安全

要对柴油机裸露在外面的管线进行防护，来抵抗紫外线的高强度辐射，以增加柴油机零件的抗老化能力。另外，机组有其它裸露在外部面积较大的零件，可以对零件表面喷涂具有抗紫外线辐射的面漆，以此来加强机身全部零件的防护，起到抗紫外线辐射的作用。

三、结束语

综上所述，在高海拔环境下，柴油机受到了高原低气压、低气温、缺氧等恶劣条件的影响，各方面性能会出现不同程度的变化。因此，要对柴油机进行针对性的改进，如采用涡轮增压技术、优化燃油的燃烧情况等，可有效提高柴油机的高原性能。

参考文献

[1]李光辉，祁同晖，王泽宇.高海拔环境下柴油机性能影响及优化[J].内燃机与配件，2022（20）：7-9.

[2]熊春友.高海拔柴油机燃烧过程研究综述[J].内燃机与配件，2019（15）：45-46.