内燃机学报

参数	数值
型式	高压共轨，缸内直喷，增压中冷
气缸数	4
缸径/mm	95
活塞行程/mm	105
排量/L	2.977
标定功率/kW	130
最大转矩/(N·m)	400

参数

数值

型式

高压共轨，缸内直喷，增压中冷

气缸数

缸径/mm

活塞行程/mm

105

排量/L

2.977

标定功率/kW

130

最大转矩/(N·m)

400

参数	数值
型式	高压共轨，缸内直喷，增压中冷
气缸数	4
缸径/mm	95
活塞行程/mm	105
排量/L	2.977
标定功率/kW	130
最大转矩/(N·m)	400

参数

数值

型式

高压共轨，缸内直喷，增压中冷

气缸数

缸径/mm

活塞行程/mm

105

排量/L

2.977

标定功率/kW

130

最大转矩/(N·m)

400

设备名称	型号	精度
测功机	AVL PUMA	转速±1r/min；
转矩±0.2%
大气模拟装置	自制设备	压力±0.5kPa
冷却液温控系统	AVL 533	温度±2.5℃
中冷器	AVL ConsysBoost(C-1400)	温度±1℃
空气流量计	AVL Flowsonix Air	质量流量±0.25%
油耗仪	AVL 753	小时油耗±0.05%

设备名称

型号

精度

测功机

AVL PUMA

转速±1r/min；

转矩±0.2%

大气模拟装置

自制设备

压力±0.5kPa

冷却液温控系统

AVL 533

温度±2.5℃

中冷器

AVL ConsysBoost(C-1400)

温度±1℃

空气流量计

AVL Flowsonix Air

质量流量±0.25%

油耗仪

AVL 753

小时油耗±0.05%

设备名称	型号	精度
测功机	AVL PUMA	转速±1r/min；
转矩±0.2%
大气模拟装置	自制设备	压力±0.5kPa
冷却液温控系统	AVL 533	温度±2.5℃
中冷器	AVL ConsysBoost(C-1400)	温度±1℃
空气流量计	AVL Flowsonix Air	质量流量±0.25%
油耗仪	AVL 753	小时油耗±0.05%

设备名称

型号

精度

测功机

AVL PUMA

转速±1r/min；

转矩±0.2%

大气模拟装置

自制设备

压力±0.5kPa

冷却液温控系统

AVL 533

温度±2.5℃

中冷器

AVL ConsysBoost(C-1400)

温度±1℃

空气流量计

AVL Flowsonix Air

质量流量±0.25%

油耗仪

AVL 753

小时油耗±0.05%

参数	温度/℃	海拔/m
中冷器	50	0	0	0.	0	0	0
60	0.015	0.094	0.011	0.088	0.009	0.069
70	0.028	0.198	0.022	0.176	0.017	0.132
80	0.042	0.287	0.036	0.256	0.026	0.206
90	0.054	0.384	0.052	0.359	0.037	0.282
排气	50	0	0	0	0	0	0
60	0.014	0.042	0.010	0.037	0.008	0.046
70	0.027	0.075	0.021	0.066	0.017	0.074
80	0.040	0.102	0.035	0.098	0.025	0.097
90	0.052	0.122	0.050	0.120	0.036	0.123
冷却液	50	0	0	0	0	0	0
60	0.014	0.070	0.022	0.068	0.015	0.043
70	0.035	0.116	0.043	0.136	0.037	0.109
80	0.061	0.186	0.063	0.182	0.067	0.174
90	0.096	0.279	0.113	0.295	0.111	0.261

参数

温度/℃

海拔/m

1000

2000

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

中冷器

0.015

0.094

0.011

0.088

0.009

0.069

0.028

0.198

0.022

0.176

0.017

0.132

0.042

0.287

0.036

0.256

0.026

0.206

0.054

0.384

0.052

0.359

0.037

0.282

排气

0.014

0.042

0.010

0.037

0.008

0.046

0.027

0.075

0.021

0.066

0.017

0.074

0.040

0.102

0.035

0.098

0.025

0.097

0.052

0.122

0.050

0.120

0.036

0.123

冷却液

0.014

0.070

0.022

0.068

0.015

0.043

0.035

0.116

0.043

0.136

0.037

0.109

0.061

0.186

0.063

0.182

0.067

0.174

0.096

0.279

0.113

0.295

0.111

0.261

参数	温度/℃	海拔/m
中冷器	50	0	0	0.	0	0	0
60	0.015	0.094	0.011	0.088	0.009	0.069
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90	0.054	0.384	0.052	0.359	0.037	0.282
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冷却液	50	0	0	0	0	0	0
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90	0.096	0.279	0.113	0.295	0.111	0.261

参数

温度/℃

海拔/m

1000

2000

β x

γ x

β x

γ x

β x

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中冷器

0.015

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0.198

0.022

0.176

0.017

0.132

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0.036

0.256

0.026

0.206

0.054

0.384

0.052

0.359

0.037

0.282

排气

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0.075

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0.066

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0.074

0.040

0.102

0.035

0.098

0.025

0.097

0.052

0.122

0.050

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0.036

0.123

冷却液

0.014

0.070

0.022

0.068

0.015

0.043

0.035

0.116

0.043

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0.109

0.061

0.186

0.063

0.182

0.067

0.174

0.096

0.279

0.113

0.295

0.111

0.261

参数	海拔/m	温度/℃
中冷器	0	0	0	0.	0	0	0	0	0	0	0
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参数

海拔/m

温度/℃

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

β x

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中冷器

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参数

海拔/m

温度/℃

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

β x

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中冷器

1000

0.052

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0.063

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0.059

0.032

0.055

不同海拔下中冷温度对柴油机热平衡的影响

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王正江 ¹ , 杨瑞 ¹ , 王晓辉 ² , 姚国仲 ¹

内燃机学报 | 2025,43(6): 500-509

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内燃机学报 | 2025 , 43 (6) : 500 -509

不同海拔下中冷温度对柴油机热平衡的影响

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王正江¹, 杨瑞¹, 王晓辉², 姚国仲¹

作者信息

^1.昆明理工大学云南省内燃机重点实验室，昆明 650500

^2.广西玉柴机器股份有限公司，玉林 537005

通讯作者:

王晓辉，学士，高级工程师，wangxiaohui@yuchai.cn.

作者简介:

王正江，博士，实验师，wangzhengjiang@kust.edu.cn.

Effect of intercooler temperature on the thermal balance of diesel engine at different altitudes

Zhengjiang Wang¹, Rui Yang¹, Xiaohui Wang², Guozhong Yao¹

Affiliations

^1.Yunnan Key Laboratory of Internal Combustion Engine，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China

^2.Guangxi Yuchai Machinery Company Limited，Yulin 537005，China

出版时间: 2025-11-25 doi: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202506056

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摘要

收起

针对柴油机高原环境下的高效热管理问题，研究了柴油机各项热量随海拔和中冷温度变化的主导因素及变化规律．结果表明：中冷带走热量和冷却液带走热量的主导因素是温度差；排气带走热量的主导因素在中冷温度变化时是进/排气温差，而在海拔变化时是排气质量流量．在同一海拔下，中冷温度每升高10℃，柴油机有效功率、中冷带走热量和杂项损失热量占比分别平均减小0.08%、0.79%和0.23%，排气带走热量和冷却液带走热量占比平均增加0.48%、0.62%，更多的燃料热量向排气和冷却液带走热量转移，导致冷却系统的负担加大．同一中冷温度下，海拔每升高1000m，柴油机有效功率和排气带走热量占比平均减小0.44%、1.37%，中冷带走热量、冷却液带走热量及杂项损失热量占比分别平均增加0.93%、0.25%及0.62%，表明更多的热量向增压中冷和冷却液带走热量转移，因而中冷系统和冷却系统的匹配应具备足够的柴油机高原运行散热裕度．

关键词

柴油机 / 热平衡 / 海拔 / 中冷温度

Abstract

收起

This study investigated the dominant factors and patterns of change in heat flow variations of diesel engine with respect to altitude and intercooler temperature，with the aim of addressing the issue of efficient thermal management of diesel engine in high-altitude environments. The results indicate that the dominant factors for the heat removed by the intercooler and coolant are temperature differences，while the heat removed by the exhaust is mainly affected by intake/exhaust temperature difference during intercooler temperature changes，and by exhaust mass flow during altitude changes. At a constant altitude，for every 10℃ increase in intercooler temperature，the effective power of the diesel engine，the heat removed by intercooler，and the proportion of miscellaneous heat losses decrease by an average of 0.08%，0.79%，and 0.23%，respectively. Conversely，the proportion of heat removed by the exhaust and the coolant increases by an average of 0.48% and 0.62%，respectively，indicating the more fuel heat is transferred to exhaust and coolant，increasing the cooling load. At a constant intercooler temperature，for every 1000m increase in altitude，the effective power of the diesel engine and the proportion of heat removed by exhaust decrease by an average of 0.44% and 1.37%，respectively. Meanwhile，the proportion of heat removed by intercooler，coolant，and miscellaneous heat losses increases by an average of 0.93%，0.25%，and 0.62%，respectively. This indicates a greater heat transfer toward the intercooler and coolant，suggesting that the intercooler and cooling systems should provide sufficient thermal margin for diesel engine operation at high altitudes.

Key words

diesel engine / thermal balance / altitudes / intercooler temperature

引用本文

王正江, 杨瑞, 王晓辉, 姚国仲. 不同海拔下中冷温度对柴油机热平衡的影响. 内燃机学报, 2025 , 43 (6) : 500 -509 . DOI: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202506056

Zhengjiang Wang, Rui Yang, Xiaohui Wang, Guozhong Yao. Effect of intercooler temperature on the thermal balance of diesel engine at different altitudes[J]. Transactions of CSICE, 2025 , 43 (6) : 500 -509 . DOI: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202506056

正文

收起

随着交通运输、国防安全及低空经济等领域的发展，各领域对发动机的环境适应性提出了更高的要求．发动机需要在高海拔、高湿度以及极寒等极端环境下实现安全可靠的运行．随着海拔升高，大气压力降低，空气氧含量降低，导致发动机在高海拔下燃烧恶化、输出转矩和功率下降^[1-2]且发动机的热负荷增加^[3-6]．现代发动机通常采用增压中冷技术解决高海拔进气不足的问题，以提高柴油机热效率和实现高海拔动力恢复．为了避免因增压气体温度过高而导致发动机进气充量降低、功率下降及排放恶化的问题^[7-8]，增压中冷器能够将增压后的高温气体冷却至一定的温度，即中冷温度．中冷温度不仅对发动机运行性能有重要影响，还对发动机的热能分配起关键作用，因而研究不同海拔下中冷温度对发动机热平衡的影响有重要意义．

国内外学者通过仿真^[9]与试验相结合的方法，从特殊机型^[10]、发动机结构^[11]、替代燃料^[12]及余热回收^[13]等方面进行了发动机热平衡研究，获得了具有实际应用价值的理论和成果．针对不同海拔下柴油机的热平衡问题，当前研究主要集中于试验系统设计、海拔对发动机热平衡的影响、冷却系统优化匹配及其他技术在不同海拔下对发动机热平衡的影响等方面．刘楠等^[14]设计了集成高海拔模拟系统、冷却液恒温系统和冷却液流量调节系统的柴油机高海拔热平衡模拟试验系统，研究柴油机在高海拔下的热平衡状况．杨春浩等^[15]基于自主设计的高海拔模拟柴油机热平衡试验系统，研究了海拔对二级可调增压柴油机热平衡的影响，发现二级增压技术可显著恢复柴油机高原性能，尤其在中、高转速下热效率的恢复明显优于低速工况．Rao等^[16]通过进/排气模拟系统研究了柴油机在海拔为0～4500m条件下的热平衡，结果表明：随着海拔升高，发动机热效率从37.8%降为33.9%，而冷却水热损失基本保持为22%～24%．王旭东等^[6]通过进/排气模拟系统研究了高原环境下柴油机燃用-35号柴油和聚甲氧基二丁基醚型含氧燃料的热平衡，发现该含氧燃料可有效缓解高原环境下柴油机后燃严重和热负荷加剧的问题，显著降低冷却水和排气带走的热量，提高热效率．

由于发动机在高原地区工作时，冷却水易出现“开锅”的问题^[17]，不同海拔下冷却液对发动机热平衡的影响受到了广泛关注．杨春浩等^[18]研究了变海拔条件下冷却系统控制参数对整机热平衡的影响，优化标定了不同海拔下的最佳冷却液流量．周磊等^[19]研究了不同海拔下冷却液温度对柴油机热量分配的影响，结果表明：在不同海拔下，随冷却液温度升高，排气散热量、有效功热量及杂项损失均增加，而冷却液散热量减少．张博等^[20]研究了冷却液流量对柴油机热平衡的影响，发现柴油机在中、低负荷下适当减小冷却液流量可降低燃油消耗率、提升有效功率；在标定负荷时，随着冷却液流量的减少，有效功率占总放热量比例先增大、后减小；适当降低冷却液流量可提高发动机的动力性和经济性．

进气状态参数是影响发动机燃烧优化与热效率提升的关键参数，对发动机热平衡同样有重要影响．Chen等^[21]研究发现，进气湿度对各项能量损失均有不同程度的影响，其中排气损失和传热损失明显减少，而泵送损失和摩擦损失则有一定程度的增加．Halis等^[22]研究了进气温度对柴油机热平衡的影响，发现进气温度升高会使发动机热效率和火用效率提高．Ma等^[23]研究了进气温度对柴油-甲醇双燃料(DMDF)发动机的热平衡影响，进气温度从35℃升至65℃时，DMDF燃烧的制动热效率显著提高，中冷器的热量损失和杂项损失迅速减小，进气温度升高对降低DMDF发动机替代率的影响最大．综上可知，进气状态参数对发动机的热平衡十分关键，但目前关于发动机热平衡的研究中，不同海拔下中冷温度对柴油机热平衡的影响鲜见报道．

基于此，笔者通过一台高压共轨增压柴油机，在发动机标定转速为3200r/min、70%负荷工况进行不同海拔(0、1000和2000m)条件下的热平衡试验，研究不同海拔下中冷温度对柴油机进气质量流量、中冷前温度及排气温度等参数的影响，并分析中冷温度对柴油机各项热量的影响．

针对温度与流量耦合变化的问题，提出一种基于温度因子和流量因子的热量变化分析方法，分析柴油机各项热量变化的主导因素．最后，分析柴油机各项热量在不同海拔下随中冷温度变化的热流分配规律，以期为柴油机高原环境下冷却系统的优化匹配及实现高效热管理提供参考．

1　试验设备与方案

收起

1.1　试验设备

图1为试验台架布置示意．试验用发动机是一台增压中冷、直列4缸柴油机，表1为发动机主要技术参数，表2为试验设备及参数．除上述设备外，试验台架还使用温度传感器和压力传感器分别测量柴油机冷却液进/出口温度、中冷前、后温度、排气温度、环境温度以及柴油机的进/排气压力．

1.2　试验方案

中冷温度试验在发动机标定转速(3200r/min)下进行，由于标定工况的排气温度已接近发动机排气温度极限，为了防止中冷温度升高导致排气温度超出发动机热负荷极限，选择标定转速、70%负荷工况进行试验．试验时，测控系统采用转速-油门模式，确保循环喷油量保持不变，保证不同海拔和不同中冷温度下的燃料总能量相同．

由于实验室当地海拔为2000m，对应大气压力为80kPa，因而笔者通过大气压力模拟系统模拟发动机在海拔为0m和1000m下的进/排气压力(分别为100kPa和90kPa)，以研究不同海拔下中冷温度对柴油机热平衡的影响．

发动机完成热机后，通过操控台架的PUMA测控系统，控制柴油机运行在指定的工况，并通过中冷控制系统设置中冷温度为50、60、70、80和90℃，在中冷温度达到设定温度并稳定后，测量发动机性能参数与温度参数．每个试验进行3次，取3次试验的平均值作为各参数的试验结果．

1.3　柴油机热平衡计算与影响因子

根据热力学第一定律，在柴油机工作过程中，单位时间内燃料在柴油机气缸内燃烧所产生的总热量，一部分转化为曲轴对外输出的有效功，一部分随排气排出，一部分传递给冷却液，一部分传递给中冷器，其余未计入以上各项的热量统称为杂项损失．柴油机的热平衡^[24]表达式可描述为

Q f = W e + Q c + Q i c + Q ex + Q m i s c

(1)

式中：

Q f

、

W e

、

Q c

、

Q i c

、

Q e x

和

Q misc

分别为单位时间内燃料在柴油机气缸内燃烧所产生的总热量、有效功、冷却液带走热量、中冷带走热量、排气带走热量与杂项损失．

Q f = m f H u / 3 600

(2)

W e = P e

(3)

Q c = m c c p, c (T c, out − T c, i n) / 60

(4)

Q i c = m a c p, a (T i c, b – T i c, a) / 3 600

(5)

Q e x = (m a + m f) c p, e x (T e x – T a) / 3 600

(6)

Q misc = Q f − W e − Q c − Q i c − Q e x

(7)

式中：m_f为单位时间燃油消耗量；H_u为柴油的低热值；P_e为柴油机功率；m_c为冷却液质量流量；m_a为进气质量流量；

c p, c

、

c p, a

和

c p, e x

分别为冷却液比热容、进气比热容和排气比热容，分别取值为3.67、1.00和1.09kJ/(kg·℃)^[25]；

T c, out

、

T c, i n

、

T i c, b

、

T i c, a

、T_ex及T_a分别为冷却液出口温度、冷却液进口温度、中冷前温度、中冷后温度、排气温度和环境温度．

由式(4)～式(6)可知，各项热量的计算均与载热体(冷却液、进气及排气)的质量流量和温度有关．令质量流量项为M_x，温度项为T_x，下标x为c、ic或ex，则各项热量的计算可简化为

Q x = M x C x T x

(8)

设质量流量项变化率和温度项的变化率分别为k_m和k_T，则各项能量为

Q ′ x = (1 + k m) M x C x (1 + k T) T x

(9)

结合式(8)，将式(9)整理为

Q ′ x = Q x + (k m + k T + k m k T) Q x

(10)

因此，各项热量的变化与质量流量项和温度项的变化率有关．当

0 ≤ | k m | ≤ 1

且

0 ≤ | k T | ≤ 1

时，则有

| k m | ＞ | k m k T |

、

| k T | ＞ | k m k T |

，因而

2 | k m | ＞ | k m | + | k m k T |

，

2 | k T | ＞ | k T | + | k m k T |

．当

| k m | ≥ 2 | k T |

时，则

| k m | ＞

| k T | +

| k m k T |

，

Q ′ x

的变化主要由

| k m |

决定，其主要的影响因素是质量流量；当

| k T | ≥ 2 | k m |

时，则有

| k T | ＞ | k m | +

| k m k T |

，

Q ′ x

的变化主要由

| k T |

决定，其主要影响因素是温度．综上可知，当满足

0 ≤ | k m | ≤ 1

、

0 ≤ | k T | ≤ 1

，且

| k m | ≥ 2 | k T |

或

| k T | ≥ 2 | k m |

条件时，各项热量变化的影响因素可根据

| k m |

和

| k T |

进行定性分析．

为了便于分析质量流量项和温度项对各项热量中冷温度变化的影响，定义质量流量影响因子

β x

和温度影响因子

γ x

，有

β x = | k m | x = | M x i − M x r e f M x r e f |

(11)

γ x = | k T | x = | T x i − T x r e f T x r e f |

(12)

式中：i为试验条件；ref为参考试验条件．当对同一海拔、不同中冷温度的试验进行分析时，i为不同中冷温度(50、60、70、80和90℃)，ref为50℃；当对同一中冷温度、不同海拔下的试验进行分析时，i为不同海拔(0、1000和2000m)，ref为0m．

根据影响因子计算方法，笔者计算了不同试验条件下的质量流量因子和温度影响因子，见表3、表4．

由分析可知，除参考试验条件的影响因子外，试验数据均满足

0 ≤ β x ≤ 1

、

0 ≤ γ x ≤ 1

，且满足

β x ＞ 2 γ x

或

γ x ＞ 2 β x

的条件，因而可以通过

β x

和

γ x

的大小反映质量流量项和温度项对相关热量的影响程度．

2　试验结果及分析

收起

2.1　不同海拔下中冷温度对柴油机关键参数的影响

进气质量流量和中冷前、后温差是影响柴油机中冷带走热量的关键因素．图2为柴油机进气质量流量随海拔的变化．在同一海拔下，中冷后温度升高导致进气密度降低，柴油机的进气质量流量逐渐减少；在同一中冷后温度下，随着海拔升高，柴油机进气质量流量也减少．

图3为柴油机中冷前温度及中冷前、后温差变化．在相同海拔下，随中冷温度的升高，柴油机中冷前的进气温度变化较小，但中冷后温度升高导致增压中冷前、后温差减小；在相同中冷温度条件下，随着海拔升高，涡轮膨胀比增加，涡轮机功率升高，因而涡轮增压器的压气机转速增加，使柴油机中冷前温度升高^[26]，导致中冷前、后温差增大．

排气质量流量和进/排气温差是影响排气带走热量的关键参数．排气质量流量等于进气质量流量与燃油质量流量之和．由于试验过程中喷油量保持不变，因而排气质量流量的变化由进气质量流量的变化决定，即排气质量流量的变化与进气质量流量的变化规律一致(图2)．进/排气温差为排气温度与大气温度之差．试验过程中大气温度不变，因而进/排气温差的变化主要由排气温度决定．图4为柴油机排气温度及进/排气温差的变化．在相同海拔下，随着中冷温度升高，进入到气缸内的空气温度也升高，一方面，直接提高了燃烧工质的初始温度；另一方面，导致进气量减少，空燃比降低，燃烧持续期延长，柴油机热转化效率降低^[27]，因而柴油机排气温度升高；在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机气缸内进气量减少，同样导致排气温度升高．

冷却液流量和冷却液进/出口温差是冷却液带走热量的关键参数．图5为柴油机冷却液流量随海拔的变化．在相同海拔下，随着中冷温度升高，柴油机冷却液流量逐渐减少；在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机冷却液流量减少幅度较小．图6为柴油机冷却液进/出口温度及冷却液进/出口温差随海拔的变化．在相同海拔下，随着中冷温度升高，柴油机冷却液进/出口温度均呈增加的趋势，且冷却液进/出口温差增加，因而冷却液流量减少；在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机冷却液进/出口温差有较小幅度的增大，冷却液流量呈小幅度减少．

2.2　不同海拔下中冷温度对柴油机各项热量的影响

燃料在柴油机气缸内燃烧所产生的热量主要转化为曲轴对外输出的有效功．图7为柴油机空燃比随海拔的变化．在相同海拔下，随着中冷温度升高，柴油机进气量减少，进而导致柴油机空燃比减小，使得燃烧在一定程度上变差．但随着中冷温度升高，又会在一定程度上促进燃烧．在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机空燃比减小，使得柴油机的燃烧进一步变差，因而燃料燃烧后转化为有效功的热量减少．图8为柴油机有效功率随海拔的变化．在同一海拔下，中冷温度变化对柴油机有效功率的影响较小．在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机有效功率降低．海拔从0m升至1000m和2000m，柴油机有效功率分别平均下降0.59%和1.53%．

图9为柴油机中冷带走热量随海拔的变化．在海拔为0、1000和2000m条件下，中冷温度从50℃升至90℃，中冷带走热量分别减少了41.72%、39.26%和30.90%，平均中冷温度每升高10℃，进气中冷带走的热量分别减少10.43%、9.82%和7.72%．在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机进气中冷带走的热量逐渐增加．海拔从0m升至1000m和2000m时，柴油机中冷带走的热量分别平均增加12.12%、33.81%．

图10为中冷带走热量的影响因子关系．在相同海拔下，温度影响因子大于质量流量因子，因而随着中冷温度变化，温差是中冷带走热量的主要原因．由于相同海拔下，随着中冷温度增加，中冷温差减小，同时进气流量也减小，因而中冷带走热量在相同海拔下随着中冷温度增加而减小．在相同中冷温度、不同海拔下，温度影响因子大于质量流量因子，因而中冷前、后温差仍是中冷带走热量的主要因素．随着海拔增加，虽然进气流量减小，但中冷进气的温差增加，导致中冷带走热量随着海拔增加而增加．

图11为柴油机排气带走热量随海拔的变化．在相同海拔下，随着中冷温度升高，排气带走热量增加．中冷温度从50℃升至90℃，海拔为0、1000和2000m时，排气带走热量分别增加了6.37%、6.35%和8.28%，平均中冷温度每升高10℃，排气带走热量分别增加1.59%、1.59%和2.07%．在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机排气带走热量逐渐减少．海拔从0m升至1000m和2000m，柴油机排气带走热量分别平均减少3.53%和7.60%．

图12为排气带走热量的影响因子关系．在相同海拔下，随着中冷温度的变化，排气带走热量的温度因子均大于质量流量因子，因而排气温差是相同海拔下排气带走热量的主要因素．在相同海拔下，虽然随着中冷温度增加，进气流量减小，从而导致排气质量流量减小．但随着中冷温度增加，排气温度增加，排气温差导致排气带走的热量增加．

在相同中冷温度下，随着海拔升高，质量流量因子大于温度因子，因而质量流量变化是相同中冷温度下排气带走热量随海拔升高的主要影响因素．因此，随着海拔升高，虽然排气温度也升高，但排气流量减小．排气流量减小导致排气带走热量随着海拔升高而减小．

图13为柴油机冷却液带走热量随海拔的变化．在相同海拔下，柴油机冷却液带走热量随着中冷温度升高逐渐增加．中冷温度从50℃升至90℃，海拔为0、1000和2000m条件下，冷却液带走热量分别增加了15.61%、14.85%和12.14%，平均中冷温度每升高10℃，冷却液带走热量分别增加3.90%、3.71%和3.03%．在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机冷却液带走热量均增加．海拔从0m升至1000m、2000m，柴油机冷却液带走热量分别平均增加1.94%、3.52%．

图14为冷却液带走热量的影响因子关系．随着中冷温度和海拔的变化，冷却液温度因子均大于质量流量因子，因而无论是海拔变化还是中冷温度变化，冷却液进/出口温差均是冷却液带走热量变化的主导因素．可知，随着中冷温度升高或海拔升高，冷却液带走热量均增加．

图15为柴油机杂项损失随海拔的变化．在相同海拔下，随着中冷温度升高，柴油机杂项损失均有减小的趋势．虽然在中冷温度升高的过程中，中冷带走热量减小，但更多的燃料热量向冷却液带走热量和排气带走热量转移，因而杂项损失逐渐减小．当冷却液带走热量和排气带走热量相对于中冷带走热量最大时，杂项损失最小．在相同中冷温度下，随着海拔升高，有效功与排气带走热量的减小量大于冷却液与进气中冷带走热量的增加量，柴油机杂项损失增加．海拔从0m升至1000m和2000m，柴油机杂项损失分别平均增加13.96%、28.67%．

2.3　柴油机不同海拔下的热量分配

图16为柴油机各项热量占比在不同海拔下随中冷温度的变化．图17为柴油机各项热量占比在不同中冷温度下随海拔的变化．

由图16可知，在中冷温度从50℃升至90℃、海拔为0、1000和2000m条件下，有效功率占比分别减小0.35%、0.28%和0.27%，中冷带走热量占比分别减小3.24%、3.31%和2.91%，杂项损失热量占比分别减小0.79%、0.71%和1.26%，排气带走热量占比分别增加1.75%、1.73%和2.25%，冷却液带走热量占比分别增加2.63%、2.57%和2.18%．中冷温度每升高10℃，柴油机有效功率、中冷带走热量和杂项损失热量占比分别平均减小0.08%、0.79%和0.23%，排气带走热量和冷却液带走热量占比平均增加0.48%和0.62%．在相同海拔下，有效功率受中冷温度变化的影响不显著．但随着中冷温度升高，中冷带走热量的占比减小，更多的能量向排气和冷却液中转移，排气和冷却液带走热量的占比均增大，杂项损失热量变小．可见，中冷温度升高会增加冷却系统的负荷，因而中冷系统需与冷却系统进行耦合匹配．

由图17可知，海拔从0m升至2000m，中冷温度为50、60、70、80和90℃时，柴油机有效功率带走热量的占比分别减小0.95%、0.86%、0.87%、0.85%和0.87%，排气带走热量占比分别减小3.01%、2.72%、2.76%、2.68%和2.50%，冷却液带走热量占比分别增加0.73%、0.31%、0.67%、0.55%和0.28%，中冷带走热量的占比分别增加1.65%、1.77%、1.99%、1.99%和1.98%，杂项损失带走热量占比分别增加1.58%、1.49%、0.98%、0.98%和1.12%．海拔每升高1000m，柴油机有效功率和排气带走热量占比平均减小0.44%和1.37%，中冷带走热量、冷却液带走热量和杂项损失热量占比分别平均增加0.93%、0.25%和0.62%．在相同中冷温度下，随着海拔升高，柴油机的有效功率降低，排气带走热量降低，更多的能量向增压中冷器、冷却液以及杂项损失转移，且转移到中冷器的能量占比最大．因此，中冷器以及冷却系统的匹配应该考虑高原环境运行需求，为发动机在高海拔条件下运行预留足够的散热裕度．

3　结论

收起

（1）随着中冷温度升高，中冷带走热量减小，但会导致柴油机排气和冷却液带走热量增加，中冷系统需要与发动机冷却系统进行耦合匹配；随着海拔升高，排气带走热量减少，但会导致中冷带走热量和冷却液带走热量增加；中冷系统和冷却系统的散热能力需要为柴油机在高原环境运行预留足够的裕度．

（2）随着中冷温度或海拔变化，温差始终是中冷带走热量和冷却液带走热量变化的主导因素，而对于排气带走热量，随着中冷温度变化时，进/排气温差是其变化的主导因素，随着海拔变化，排气质量流量是其变化的主导因素．

（3）在相同海拔下，中冷温度每升高10℃，柴油机有效功率、中冷带走热量和杂项损失热量占比分别平均减小0.08%、0.79%和0.23%，排气带走热量和冷却液带走热量占比平均增加0.48%、0.62%；中冷温度升高使得中冷带走热量减小，更多的热量向排气和冷却液中转移，但对功率的影响不显著；在相同中冷温度下，海拔每升高1000m，柴油机有效功率和排气带走热量占比平均减小0.44%和1.37%，中冷带走热量、冷却液带走热量及杂项损失热量占比分别平均增加0.93%、0.25%和0.62%；随着海拔升高，柴油机的功率和排气带走热量均降低，更多的热量向增压中冷器和冷却液及杂项损失转移，且转移到中冷器的能量占比最大．

基金

收起

云南省重大科技专项计划资助项目(202302AC080002)

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文献

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2025年第43卷第6期

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doi: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202506056

接收时间：2025-02-12
首发时间：2026-11-04
出版时间：2025-11-25

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收稿日期：2025-02-12
修回日期：2025-05-17

基金

云南省重大科技专项计划资助项目(202302AC080002)

作者信息

^1.昆明理工大学云南省内燃机重点实验室，昆明 650500

^2.广西玉柴机器股份有限公司，玉林 537005

通讯作者:

王晓辉，学士，高级工程师，wangxiaohui@yuchai.cn.

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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参数	数值
型式	高压共轨，缸内直喷，增压中冷
气缸数	4
缸径/mm	95
活塞行程/mm	105
排量/L	2.977
标定功率/kW	130
最大转矩/(N·m)	400

参数

数值

型式

高压共轨，缸内直喷，增压中冷

气缸数

缸径/mm

活塞行程/mm

105

排量/L

2.977

标定功率/kW

130

最大转矩/(N·m)

400

设备名称	型号	精度
测功机	AVL PUMA	转速±1r/min；
转矩±0.2%
大气模拟装置	自制设备	压力±0.5kPa
冷却液温控系统	AVL 533	温度±2.5℃
中冷器	AVL ConsysBoost(C-1400)	温度±1℃
空气流量计	AVL Flowsonix Air	质量流量±0.25%
油耗仪	AVL 753	小时油耗±0.05%

设备名称

型号

精度

测功机

AVL PUMA

转速±1r/min；

转矩±0.2%

大气模拟装置

自制设备

压力±0.5kPa

冷却液温控系统

AVL 533

温度±2.5℃

中冷器

AVL ConsysBoost(C-1400)

温度±1℃

空气流量计

AVL Flowsonix Air

质量流量±0.25%

油耗仪

AVL 753

小时油耗±0.05%

参数	温度/℃	海拔/m
中冷器	50	0	0	0.	0	0	0
60	0.015	0.094	0.011	0.088	0.009	0.069
70	0.028	0.198	0.022	0.176	0.017	0.132
80	0.042	0.287	0.036	0.256	0.026	0.206
90	0.054	0.384	0.052	0.359	0.037	0.282
排气	50	0	0	0	0	0	0
60	0.014	0.042	0.010	0.037	0.008	0.046
70	0.027	0.075	0.021	0.066	0.017	0.074
80	0.040	0.102	0.035	0.098	0.025	0.097
90	0.052	0.122	0.050	0.120	0.036	0.123
冷却液	50	0	0	0	0	0	0
60	0.014	0.070	0.022	0.068	0.015	0.043
70	0.035	0.116	0.043	0.136	0.037	0.109
80	0.061	0.186	0.063	0.182	0.067	0.174
90	0.096	0.279	0.113	0.295	0.111	0.261

参数

温度/℃

海拔/m

1000

2000

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

中冷器

0.015

0.094

0.011

0.088

0.009

0.069

0.028

0.198

0.022

0.176

0.017

0.132

0.042

0.287

0.036

0.256

0.026

0.206

0.054

0.384

0.052

0.359

0.037

0.282

排气

0.014

0.042

0.010

0.037

0.008

0.046

0.027

0.075

0.021

0.066

0.017

0.074

0.040

0.102

0.035

0.098

0.025

0.097

0.052

0.122

0.050

0.120

0.036

0.123

冷却液

0.014

0.070

0.022

0.068

0.015

0.043

0.035

0.116

0.043

0.136

0.037

0.109

0.061

0.186

0.063

0.182

0.067

0.174

0.096

0.279

0.113

0.295

0.111

0.261

参数	海拔/m	温度/℃
中冷器	0	0	0	0.	0	0	0	0	0	0	0
1000	0.052	0.151	0.048	0.158	0.046	0.184	0.046	0.201	0.050	0.197
2000	0.121	0.398	0.116	0.436	0.112	0.514	0.106	0.557	0.105	0.628
排气	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1000	0.050	0.016	0.046	0.011	0.045	0.008	0.045	0.012	0	0.048
2000	0.117	0.037	0.112	0.040	0.108	0.036	0.103	0.032	0.102	0.037
冷却液	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1000	0.002	0.023	0.009	0.022	0.009	0.042	0.003	0.020	0.021	0.036
2000	0.016	0.070	0.018	0.043	0.019	0.063	0.023	0.059	0.032	0.055

参数

海拔/m

温度/℃

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

β x

γ x

中冷器

1000

0.052

0.151

0.048

0.158

0.046

0.184

0.046

0.201

0.050

0.197

2000

0.121

0.398

0.116

0.436

0.112

0.514

0.106

0.557

0.105

0.628

排气

1000

0.050

0.016

0.046

0.011

0.045

0.008

0.045

0.012

0.048

2000

0.117

0.037

0.112

0.040

0.108

0.036

0.103

0.032

0.102

0.037

冷却液

1000

0.002

0.023

0.009

0.022

0.009

0.042

0.003

0.020

0.021

0.036

2000

0.016

0.070

0.018

0.043

0.019

0.063

0.023

0.059

0.032

0.055

参数	温度/℃	海拔/m
		0		1000		2000
		$β x$	$γ x$	$β x$	$γ x$	$β x$	$γ x$
中冷器	50	0	0	0.	0	0	0
	60	0.015	0.094	0.011	0.088	0.009	0.069
	70	0.028	0.198	0.022	0.176	0.017	0.132
	80	0.042	0.287	0.036	0.256	0.026	0.206
	90	0.054	0.384	0.052	0.359	0.037	0.282
排气	50	0	0	0	0	0	0
	60	0.014	0.042	0.010	0.037	0.008	0.046
	70	0.027	0.075	0.021	0.066	0.017	0.074
	80	0.040	0.102	0.035	0.098	0.025	0.097
	90	0.052	0.122	0.050	0.120	0.036	0.123
冷却液	50	0	0	0	0	0	0
	60	0.014	0.070	0.022	0.068	0.015	0.043
	70	0.035	0.116	0.043	0.136	0.037	0.109
	80	0.061	0.186	0.063	0.182	0.067	0.174
	90	0.096	0.279	0.113	0.295	0.111	0.261