柴油机高原低温起动技术

我国海拔超过1000m 的高原地域面积约有358 万平方公里，约占我国国土面积的37%。青藏高原是最为典型的高原，平均海拔4000m 以上，面积约250万平方公里，有“世界屋脊” 和“第三极” 之称。随着“西部大开发” 战略和“一带一路”倡议的实施，基础设施、基础建设的大量投入，对以柴油机为动力的各种车辆、工程机械等装备的需求量日益增加。作为车辆和工程机械等装备动力源的柴油机，高原低温环境适应性也越来越受到关注。
在高原地区，随着海拔的升高，大气压力和温度逐渐下降。海拔每升高1000m，大气压力平均下降9.5kPa，大气温度平均下降4℃。据1981—2010 年中国气象数据记载，青藏高原地区最低气温达到-44.6℃，呈现典型的低气压、低温环境特点。高原低气压、低温双重因素的影响，使柴油机进气温度和压力降低，混合气浓度增大，导致柴油机高原低温起动更加困难。本书是对柴油机高原低温起动机理、高原低温起动性能试验与评价方法、喷油参数优化技术以及高原低温起动辅助技术等国内外研究成果的梳理和总结。本书共七章，包括概述、柴油机高原低温起动机理研究、柴油机高原低温起动性能试验与评价方法、电控柴油机高原低温起动过程喷油参数优化技术、柴油机高原低温起动电源技术、柴油机高原低温起动预热技术、柴油机高原低温起动集成技术。
本书由董素荣编著，刘瑞林审阅，刘增勇、周广猛、张众杰、刘泽坤、刘伍权、李玉兰、赵旻、刘刚参与编写。本书引用了大量国内外研究机构的试验研究资料、学术论文和专著，在此向这些文献的作者一并表示衷心的感谢！
由于笔者水平有限，对于柴油机高原低温起动技术的诸多问题研究还不够深入，书中难免存在疏漏，希望相关领域专家学者多提宝贵意见，恳请广大读者批评指正。

编著者

本书系统地介绍了高原低气压低温环境对柴油机起动性能的影响机制、柴油机高原低温起动性能试验与评价方法，重点论述了提高柴油机高原低温起动性能的技术措施，是该领域研究成果的梳理和总结。主要内容有柴油机高原低温起动机理研究、柴油机高原低温起动性能试验与评价方法、柴油机高原低温起动过程喷油参数优化技术及柴油机高原低温起动电源技术、预热技术、集成技术。
本书可供从事柴油机高原低温环境适应性研究的科研工程技术人员、研究生及相关专业学生和管理人员参考使用。

第1 章　概述 001
1.1　青藏高原环境特点  001
1.2　柴油机高原低温起动影响因素  003
1.2.1　柴油机起动过程  004
1.2.2　影响柴油机起动性能的因素  005
1.2.3　柴油机低温起动措施  006
参考文献  009

第2 章　柴油机高原低温起动机理研究 010
2.1　高原环境对柴油机起动转速的影响  011
2.1.1　高原低温环境对蓄电池使用特性的影响  011
2.1.2　高原低温环境对起动功率的影响  017
2.1.3　高原低温环境对起动阻力矩的影响  018
2.1.4　高原低温环境对起动转速的影响  020
2.2　高原环境对柴油机压缩终点压力和温度的影响  021
2.3　高原环境对柴油机混合气浓度的影响  023
2.4　高原环境对柴油机起动过程喷雾特性的影响  025
2.5　高原环境对柴油机起动过程燃烧特性的影响  027
2.5.1　起动过程燃烧形态  027
2.5.2　起动过程滞燃期  029
2.5.3　起动过程滞速现象  030
2.6　低气压低温对柴油机起动性能的影响  031
参考文献  036

第3 章　柴油机高原低温起动性能试验与评价方法 038
3.1　柴油机高原低温起动性能试验相关标准  038
3.1.1　JB/T 9773.2—1999《柴油机　起动性能试验方法》  039
3.1.2　GB/T 12535—2007《汽车起动性能试验方法》  044
3.1.3　GB/T 18297—2001《汽车发动机性能试验方法》  046
3.1.4　T/CSAE 153—2020《汽车高寒地区环境适应性试验方法》  048
3.2　柴油机高原低温起动试验装置  048
3.2.1　柴油机高原低温起动移动试验装置  049
3.2.2　柴油机高原低温起动模拟试验装置  053
3.2.3　整车高原环境模拟试验装置  059
3.3　柴油机高原低温起动性能评价  061
3.3.1　试验评价方法  061
3.3.2　数值计算评价方法  063
3.3.3　柴油机高原低温起动辅助措施评价  071
参考文献  074

第4 章　电控柴油机高原低温起动过程喷油参数优化技术 075
4.1　电控柴油机平原低温起动过程喷油参数优化  075
4.1.1　喷油压力（轨压）优化  076
4.1.2　喷油提前角优化  077
4.1.3　喷油量优化  079
4.2　电控柴油机高原低温起动过程喷油参数优化  081
4.2.1　喷油量优化  081
4.2.2　喷油提前角优化  083
4.2.3　柴油机高原低温起动过程最佳喷油参数脉谱  085
4.3　电控柴油机高原实地喷油参数标定  087
参考文献  088

第5 章　柴油机高原低温起动电源技术 090
5.1　低温蓄电池技术  090
5.1.1　卷绕式铅酸蓄电池  090
5.1.2　铅碳电池  093
5.1.3　锂离子电池  094
5.2　起动电容技术  095
5.2.1　超级电容器的原理及特点  096
5.2.2　超级电容器的匹配  097
5.2.3　基于超级电容的低温起动系统设计  098
5.2.4　基于超级电容的车辆应急起动电源设计  103
5.3　蓄电池加热保温技术  106
5.3.1　蓄电池加热技术  106
5.3.2　蓄电池保温技术  113
参考文献  117

第6 章　柴油机高原低温起动预热技术 118
6.1　柴油机进气预热技术  118
6.1.1　PTC 进气预热  118
6.1.2　火焰式进气预热  122
6.1.3　电阻式进气预热  123
6.1.4　进气预热措施辅助柴油机高原低温起动机制  124
6.2　柴油机冷却液预热技术  130
6.2.1　燃油加热器结构及工作原理  130
6.2.2　高原型燃油加热器设计  132
6.2.3　冷却液加热对柴油机高原低温起动性能的影响  135
6.3　燃油预热技术  136
6.3.1　PTC 燃油预热器的特点及安装位置  137
6.3.2　PTC 发热元件功率选择  138
6.4　燃烧室预热技术  140
6.4.1　电热塞的结构及安装位置  140
6.4.2　应用实例  141
参考文献  144

第7 章　柴油机高原低温起动集成技术 145
7.1　低温起动辅助系统集成化控制方案  145
7.1.1　多个低温起动辅助装置使用时存在的问题  145
7.1.2　集成化控制方案  147
7.2　低温起动辅助系统集成应用实例  148
7.2.1　超级电容系统  148
7.2.2　燃油加热系统  150
7.2.3　燃油液体加热系统  153
7.2.4　进气加热器  155
参考文献  155