曹軍慶

摘 要： 內(nèi)燃機(jī)是最為常見的一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)的使用壽命不僅與內(nèi)燃機(jī)本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造水平有關(guān)，也與合理使用有關(guān)。合理使用包括內(nèi)燃機(jī)使用環(huán)境和使用方式。

關(guān)鍵詞： 內(nèi)燃機(jī)車;柴油機(jī);內(nèi)燃機(jī);燃料電池

【中圖分類號】U262 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）04-0165-02

引言：本文介紹了內(nèi)燃機(jī)車的特點(diǎn)及其當(dāng)前國內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)對其技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)對其節(jié)能技術(shù)開展了相關(guān)研究。

1 內(nèi)燃機(jī)概述

內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿海ǔ？砂ǎ?）各類地面運(yùn)輸車輛（汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)車）;2）各類工程機(jī)械;3）農(nóng)業(yè)、林業(yè)機(jī)械;4）發(fā)電站;5）船舶主機(jī)及輔機(jī);6）軍事武備，如坦克、水面艦艇、潛艇等。與其他熱機(jī)相比，內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)勢為：1）熱效率高，燃油消耗率低，尤其是柴油機(jī)，通常被認(rèn)為是熱效率最高的熱機(jī);2）功率范圍寬廣，單機(jī)功率可從零點(diǎn)幾～數(shù)萬kW，適用于多個(gè)領(lǐng)域;3）結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、便于移動(dòng);4）操作簡易，起動(dòng)迅速，在起動(dòng)后能迅速以全負(fù)荷運(yùn)行。與其他熱機(jī)相比，內(nèi)燃機(jī)的劣勢為：1）內(nèi)燃機(jī)對燃料要求較高，中、高速內(nèi)燃機(jī)通常使用汽油或輕柴油作為燃料，并且對燃料清潔度要求較高，通常不使用固相燃料或劣質(zhì)燃料;2）噪聲與排氣污染問題，內(nèi)燃機(jī)目前在各個(gè)領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用，但對環(huán)境的污染也日益加重;3）整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件加工精度要求較高。

2 內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)運(yùn)用

2.1 機(jī)車功率的等級化

我國內(nèi)燃機(jī)車的功率等級主要如下：貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車可采用2210kW、2940kW、3680～4410/4660kW等3個(gè)柴油機(jī)功率等級;調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車可采用1100kW、1470kW、2210kW等3個(gè)柴油機(jī)功率等級;客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車則可采用2940kW、3680kW及4410/4660kW等3個(gè)柴油機(jī)功率等級。在運(yùn)行速度要求不高的地區(qū)，可以采用貨運(yùn)機(jī)車牽引旅客列車。

2.2 軸數(shù)、軸式的多樣化

我國內(nèi)燃機(jī)車過去多采用三軸轉(zhuǎn)向架C0—C0軸式，目前可著力發(fā)展兩軸轉(zhuǎn)向架系列的機(jī)車，如B0—B0、B0—B0—B0、B0—B0—B0—B0等軸式。由此能優(yōu)化機(jī)車曲線通過性能，降低踏面磨耗，更適用于蜿蜒曲折的山區(qū)鐵路。在目前鐵路運(yùn)輸?shù)臈l件下，貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車黏著重量與輪周功率的比值以50～60kg/kW為宜;牽引快捷貨運(yùn)的機(jī)車，上述比值應(yīng)減小;山區(qū)線路的機(jī)車，上述比值應(yīng)增大;調(diào)車機(jī)車以85～120kg/kW為宜;客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車根據(jù)運(yùn)行速度的要求來確定合適的比值，快速客運(yùn)機(jī)車應(yīng)盡可能輕。

2.3 采用不同的軸重

我國目前生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)車，軸重多為23t，由此可依據(jù)不同的運(yùn)輸用途來調(diào)整軸重。

2.4 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式的多樣化

為適應(yīng)不同運(yùn)輸條件，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式也可相應(yīng)實(shí)現(xiàn)多樣化，如大軸重貨運(yùn)機(jī)車可相應(yīng)增大輪徑并采用全懸掛牽引電動(dòng)機(jī)，客運(yùn)機(jī)車可采用一、二系懸掛方式并選用全懸掛牽引電動(dòng)機(jī)，小半徑曲線較多的線路可采用徑向轉(zhuǎn)向架。

2.5 內(nèi)燃機(jī)車在高原領(lǐng)域的應(yīng)用

西部大開發(fā)和青藏鐵路的建設(shè)和通車，給鐵路機(jī)車車輛工業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。高原內(nèi)燃機(jī)車的試制和生產(chǎn)就是其中一例。青藏鐵路位于高原地區(qū)，氣壓很低。尤其唐古拉山地段，海拔近5000m。柴油機(jī)在低氣壓條件下工作，會導(dǎo)致其輸出功率的降低。現(xiàn)在，柴油機(jī)要在5000m海拔條件下工作，功率下降就更為顯著了。為了讓柴油機(jī)能按照預(yù)定的功率可靠地運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)功率的自動(dòng)調(diào)整。為此，在柴油機(jī)上安裝一種具有大氣壓力傳感功能的電控裝置，從傳感器得悉大氣壓力，就可以自動(dòng)調(diào)整柴油機(jī)功率，以保證柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，還要解決由于低溫，燃油黏度增大造成的柴油機(jī)啟動(dòng)、燃燒、冷卻等一系列技術(shù)難題，目前采取的措施是使用加熱器。有進(jìn)氣加熱器、機(jī)油加熱器、燃油加熱器、電瓶加熱器等多種型號。這就可以改善內(nèi)燃機(jī)車的柴油機(jī)低溫啟動(dòng)的性能，提高運(yùn)行的安全可靠性。同時(shí)，還采用機(jī)械控制設(shè)備和各種儀表監(jiān)控，以進(jìn)行防寒處理以及對電氣設(shè)備和空氣濾清器采取防冰雪措施等。

3 源自燃料電池機(jī)車的技術(shù)挑戰(zhàn)

在氫能源汽車逐漸走入人們視野的同時(shí)，將該類能源應(yīng)用于鐵路牽引動(dòng)力也逐漸成為了一大重要技術(shù)關(guān)注要點(diǎn)。2004年12月，日本鐵道綜合技術(shù)研究所計(jì)劃在2010年開發(fā)出以燃料電池為動(dòng)力來源的樣車。同時(shí)美國也計(jì)劃制造使用燃料電池的機(jī)車。早在2005年，英國鐵路方面則針對IC225車組進(jìn)行研究，該臺機(jī)車的最大輸出功率為5MW。在倫敦到愛丁堡之間運(yùn)行，速度為225km/h，運(yùn)行4h。燃料電池列車必須保證一天不加氫，如果在車站加氫，由于人群擁擠，又有高壓電和其他電氣設(shè)備，很不安全。因此，車上必須具有較好的儲能能力。車上存儲的氫，最好是-253℃的液態(tài)氫或70MPa壓縮的氣態(tài)氫以及儲存在金屬氫化物或碳毫微管中的固態(tài)氫。現(xiàn)在使用的燃料電池是沿用公路運(yùn)輸設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其對電力波動(dòng)的響應(yīng)速度很快。裝在IC225車組上，需布置60組電池，每組串聯(lián)/并聯(lián)，可以輸出機(jī)車所需用功率的電量。在火車上存儲氫是可行的。但如存儲在地板之上，則會占用了一部分車廂內(nèi)的有效空間。燃料電池的另一優(yōu)勢，是可以存儲再生能源并重復(fù)使用。IC225車組有4個(gè)動(dòng)軸，以200km/h速度運(yùn)行，其制動(dòng)能量要比汽車大得多。由于不同的負(fù)載循環(huán)，軌道車輛制動(dòng)是摩擦制動(dòng)，耗失的動(dòng)能達(dá)1GJ，而燃料電池如何對該類制動(dòng)能量進(jìn)行有效利用，還有待于研究開發(fā)，其次還有資金、成本等問題有待于進(jìn)一步解決。

4 內(nèi)燃機(jī)車節(jié)能措施研究

4.1 采用含氧燃料

含氧燃料通常指摻混有酒精、丙酮及其他含氧化合物的燃料。由于摻入的燃料分子中均含有氧，因此在燃燒過程中，減少了所需的空氣量，并且可補(bǔ)償因氣壓降低而產(chǎn)生的進(jìn)氣充量不足。采用含氧燃料，需要進(jìn)行相關(guān)臺架試驗(yàn)進(jìn)行評估，以確保此措施對發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行沒有不良影響。

4.2 保證蓄電池的可靠性

內(nèi)燃機(jī)無法自行起動(dòng)，需要在外力作用下方可起動(dòng)。電起動(dòng)是最為常見的起動(dòng)方式，因此蓄電池的可靠性就尤為重要。需定期檢查蓄電池，并且補(bǔ)充蒸餾水及電解液，以保證蓄電池的良好功能。

4.3 在柴油中投放添加劑，以提高柴油機(jī)的功率，改善工況、節(jié)約能源

目前已經(jīng)開發(fā)、生產(chǎn)并在市場上銷售的添加劑，品種也很多，各具有一定的功效。國內(nèi)企業(yè)和浙江大學(xué)聯(lián)合研發(fā)一種稱之為第三代燃加劑，節(jié)油可達(dá)16%。由于柴油機(jī)工作運(yùn)行條件較為復(fù)雜。其涉及到柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)、工藝、制造和運(yùn)行的方方面面。從柴油機(jī)的工作機(jī)理來看，柴油機(jī)節(jié)油的途徑主要從3個(gè)方面著手：一是增加柴油機(jī)的供氧量，最佳的混合比，達(dá)到燃料的充分燃燒;二是改進(jìn)油分子的結(jié)構(gòu)，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功效;三是控制油量的供給，實(shí)現(xiàn)最佳供油量，以減少尾氣污物的排放。這些都是提高功率、降低油耗、減少排放的主要方法。各國柴油機(jī)企業(yè)把各方面的改進(jìn)措施，加以歸納綜合，研究提高，逐步形成先進(jìn)柴油機(jī)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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