高海拔柴油机燃烧过程研究综述
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关键词院柴油机；高海拔；燃烧过程 Key words: diesel engine；high altitude；combustion prห้องสมุดไป่ตู้cess
0 引言 我国高原地区具有平均海拔高、分布地域广的特点， 其中平均海拔高度超过 4000m 的青藏高原面积约有 230 万平方公里[1，2]。与平原相比，高原环境具有大气压力低、空 气密度小等特点[3，4]。特殊的高原环境致使柴油机燃烧过程 恶化，易出现动力性不足、经济性变差以及碳烟排放量增 加等不良现象[5，6]。 柴油机作为我国当前交通、能源等基础建设装备设施 以及国防装备的主导动力，其高原环境适应性直接决定了 机械装备性能在高原地区的发挥[7]。通过对柴油机高海拔 燃烧过程的研究，可以揭示高海拔条件对柴油机工作过程 的影响机理，进一步探明先进技术的运用对柴油机性能的 影响，对促进我国经济建设和加强国防安全具有十分重要 的意义。目前，国内外相关研究主要集中在涡轮增压器与 柴油机的高原匹配[8-10]、增压器高原性能 以 [11，12] 及不同海拔 下对发动机性能影响的研究[13-15]等几个方面，而不同海拔 下柴油机燃烧过程的研究相对较少。 1 国外高海拔柴油机燃烧过程研究现状 柴油机燃烧过程是实现化学能转化为热能，又进一步 转化为机械能的核心。燃烧过程的研究可以对柴油机高海 拔性能变化的原因进行深层次的分析与探索，为柴油机高 海拔适应性研究和新技术的研发提供依据。 相比传统的自然吸气柴油机，利用涡轮增压及增压中 冷技术能够提高柴油机高海拔进气质量和密度，改善燃烧 过程。哥伦比亚 J.Agudelo[16]通过研究涡轮增压柴油机在等 负荷工况下的燃烧过程，得到如下结论：涡轮增压柴油机 的机械效率基本不受海拔高度的影响，但在高海拔下，缸 内混合气体火用损失增大，且在压缩过程尤为突出；同时 在扩散燃烧过程火用损失也增大，降低了排气能量品质。 在等过量空气系数工况下，大气压力对燃烧过程具有更显 著的影响，最高燃烧压力降低，热效率减小。 使用含氧燃料或者是提高进气氧含量的方式可以有 效改善柴油机高海拔燃烧过程。哥伦比亚 P.Benjumea[17]通 过研究表明：与柴油相比，使用燃用纯棕榈油可以有效缩 短滞燃期，但随着海拔高度的增加，燃烧持续期延长幅度
Internal Combustion Engine & Parts
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高海拔柴油机燃烧过程研究综述
熊春友
（陆军步兵学院工程技术与应用系，南昌 330000）
摘要院通过对柴油机高海拔燃烧过程的研究，可以探索高原环境对柴油机性能影响的机理，为柴油机高原性能提升提供理论依 据。本文综述了国内外柴油机高海拔燃烧过程研究的总体情况，总结了高海拔环境对柴油机燃烧过程的影响规律，分析了提升柴油机 高海拔燃烧特性的先进技术及策略。
2 国内高海拔柴油机燃烧过程研究现状 由于国内特殊的地理环境，柴油机高海拔适应性研究 相对国外较多，特别近几年，在国家战略“一带一路”的倡 导下，柴油机燃烧过程研究得到了较快增长，研究方式主 要有高原实地测试、高海拔模拟试验平台、计算机仿真计 算研究以及多种方法联合运用等。 2.1 高原实地试验研究 高原实地测试试验是最为直观、最能反映实际情况的 研 究 方 式 ，北 京 理 工 大 学 余 林 啸 等 [19] 利 用 可 移 动 测 试 台 架，在 3 个不同海拔高度（1608、3284、4560m）地区对一台 涡轮增压中冷重型柴油机进行了燃烧与排放的试验研究。 结果表明：当海拔高度逐渐增大时，同一工况下的最高燃 烧压力减小，燃烧始点推迟，燃烧持续期缩短，最高温度增 大。装甲兵工程学院王宪成等 [20] 在海拔高度 500m 与 4500m 两个地区，利用实车测试系统对一台高功率柴油机 开展了高原实地试验研究。结果表明：高原地区最大燃烧 压力要低于平原，且其对应的曲轴转角滞后，燃油消耗量 增大，燃烧效率下降。 2.2 高海拔模拟试验研究 与高原实地研究相比，高海拔模拟试验具有标定成本 低、周期短、试验条件可控等优点[21]。昆明理工大学申立中 等[22]利用大气模拟系统，研究了大气压力对增压及增压中 冷柴油机燃烧特性的影响规律。结果表明：随着海拔高度 的增加，柴油机的燃烧压力均降低，经济性变差以及排气 温度增大，与上述高原实地测试结果有类似之处。 单级涡轮增压器的结构特点限制了其增压能力，无法 满足柴油机高海拔进气要求，导致柴油机燃烧恶化，性能
更大；火用损失更小，有效热效率更高。美国宾夕法尼亚大 学 P.L援Perez[18]研究了富氧燃烧对自然吸气柴油机燃烧过 程的影响规律，研究表明：富氧燃烧有利于减少最高燃烧 压力随海拔的降低程度。
由于国外海拔普遍较低，特别是柴油机研究领域较为 领先的欧美国家，海拔高度多低于 2km，在柴油机高海拔 条件下的适应性研究相对较少，通过查阅相关研究文献， 其主要方向还集中在高原排放和替代燃料等技术的研究。
Abstract: By studying the combustion process at high altitude, the mechanism of the influence of plateau environment on the performance of diesel engine can be explored, and the theoretical basis for the improvement of the performance at high altitude of diesel engine can be provided. The general situation of diesel engine combustion process at high altitude at home and abroad was reviewed in this paper, the influence of high altitude environment on diesel engine combustion process was summarized, the advanced technologies and strategies to improve diesel engine combustion characteristics at high altitude was analyzed.
0 引言 我国高原地区具有平均海拔高、分布地域广的特点， 其中平均海拔高度超过 4000m 的青藏高原面积约有 230 万平方公里[1，2]。与平原相比，高原环境具有大气压力低、空 气密度小等特点[3，4]。特殊的高原环境致使柴油机燃烧过程 恶化，易出现动力性不足、经济性变差以及碳烟排放量增 加等不良现象[5，6]。 柴油机作为我国当前交通、能源等基础建设装备设施 以及国防装备的主导动力，其高原环境适应性直接决定了 机械装备性能在高原地区的发挥[7]。通过对柴油机高海拔 燃烧过程的研究，可以揭示高海拔条件对柴油机工作过程 的影响机理，进一步探明先进技术的运用对柴油机性能的 影响，对促进我国经济建设和加强国防安全具有十分重要 的意义。目前，国内外相关研究主要集中在涡轮增压器与 柴油机的高原匹配[8-10]、增压器高原性能 以 [11，12] 及不同海拔 下对发动机性能影响的研究[13-15]等几个方面，而不同海拔 下柴油机燃烧过程的研究相对较少。 1 国外高海拔柴油机燃烧过程研究现状 柴油机燃烧过程是实现化学能转化为热能，又进一步 转化为机械能的核心。燃烧过程的研究可以对柴油机高海 拔性能变化的原因进行深层次的分析与探索，为柴油机高 海拔适应性研究和新技术的研发提供依据。 相比传统的自然吸气柴油机，利用涡轮增压及增压中 冷技术能够提高柴油机高海拔进气质量和密度，改善燃烧 过程。哥伦比亚 J.Agudelo[16]通过研究涡轮增压柴油机在等 负荷工况下的燃烧过程，得到如下结论：涡轮增压柴油机 的机械效率基本不受海拔高度的影响，但在高海拔下，缸 内混合气体火用损失增大，且在压缩过程尤为突出；同时 在扩散燃烧过程火用损失也增大，降低了排气能量品质。 在等过量空气系数工况下，大气压力对燃烧过程具有更显 著的影响，最高燃烧压力降低，热效率减小。 使用含氧燃料或者是提高进气氧含量的方式可以有 效改善柴油机高海拔燃烧过程。哥伦比亚 P.Benjumea[17]通 过研究表明：与柴油相比，使用燃用纯棕榈油可以有效缩 短滞燃期，但随着海拔高度的增加，燃烧持续期延长幅度
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高海拔柴油机燃烧过程研究综述
熊春友
（陆军步兵学院工程技术与应用系，南昌 330000）
摘要院通过对柴油机高海拔燃烧过程的研究，可以探索高原环境对柴油机性能影响的机理，为柴油机高原性能提升提供理论依 据。本文综述了国内外柴油机高海拔燃烧过程研究的总体情况，总结了高海拔环境对柴油机燃烧过程的影响规律，分析了提升柴油机 高海拔燃烧特性的先进技术及策略。
2 国内高海拔柴油机燃烧过程研究现状 由于国内特殊的地理环境，柴油机高海拔适应性研究 相对国外较多，特别近几年，在国家战略“一带一路”的倡 导下，柴油机燃烧过程研究得到了较快增长，研究方式主 要有高原实地测试、高海拔模拟试验平台、计算机仿真计 算研究以及多种方法联合运用等。 2.1 高原实地试验研究 高原实地测试试验是最为直观、最能反映实际情况的 研 究 方 式 ，北 京 理 工 大 学 余 林 啸 等 [19] 利 用 可 移 动 测 试 台 架，在 3 个不同海拔高度（1608、3284、4560m）地区对一台 涡轮增压中冷重型柴油机进行了燃烧与排放的试验研究。 结果表明：当海拔高度逐渐增大时，同一工况下的最高燃 烧压力减小，燃烧始点推迟，燃烧持续期缩短，最高温度增 大。装甲兵工程学院王宪成等 [20] 在海拔高度 500m 与 4500m 两个地区，利用实车测试系统对一台高功率柴油机 开展了高原实地试验研究。结果表明：高原地区最大燃烧 压力要低于平原，且其对应的曲轴转角滞后，燃油消耗量 增大，燃烧效率下降。 2.2 高海拔模拟试验研究 与高原实地研究相比，高海拔模拟试验具有标定成本 低、周期短、试验条件可控等优点[21]。昆明理工大学申立中 等[22]利用大气模拟系统，研究了大气压力对增压及增压中 冷柴油机燃烧特性的影响规律。结果表明：随着海拔高度 的增加，柴油机的燃烧压力均降低，经济性变差以及排气 温度增大，与上述高原实地测试结果有类似之处。 单级涡轮增压器的结构特点限制了其增压能力，无法 满足柴油机高海拔进气要求，导致柴油机燃烧恶化，性能
更大；火用损失更小，有效热效率更高。美国宾夕法尼亚大 学 P.L援Perez[18]研究了富氧燃烧对自然吸气柴油机燃烧过 程的影响规律，研究表明：富氧燃烧有利于减少最高燃烧 压力随海拔的降低程度。
由于国外海拔普遍较低，特别是柴油机研究领域较为 领先的欧美国家，海拔高度多低于 2km，在柴油机高海拔 条件下的适应性研究相对较少，通过查阅相关研究文献， 其主要方向还集中在高原排放和替代燃料等技术的研究。
Abstract: By studying the combustion process at high altitude, the mechanism of the influence of plateau environment on the performance of diesel engine can be explored, and the theoretical basis for the improvement of the performance at high altitude of diesel engine can be provided. The general situation of diesel engine combustion process at high altitude at home and abroad was reviewed in this paper, the influence of high altitude environment on diesel engine combustion process was summarized, the advanced technologies and strategies to improve diesel engine combustion characteristics at high altitude was analyzed.