內(nèi)燃機測試技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

文/張升，安徽全柴動力股份有限公司

由于內(nèi)燃機車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合理使用試驗技術(shù)不僅可以提高內(nèi)燃機車的穩(wěn)定性，而且有效地減少內(nèi)燃機車維修人員的工作量，從而保證工程機械的使用安全，保證工程的順利完成。

1 內(nèi)燃機理想循環(huán)的條件

從理論方面講，就是把內(nèi)燃機工作流程的抽象化，從而忽略了影響其他的次要素，主要把基本的熱力工程作為理想的循環(huán)，然后進(jìn)行相應(yīng)的計算，從而進(jìn)一步改善內(nèi)燃機性能，提升內(nèi)燃機的經(jīng)濟(jì)性和動力性。因此，設(shè)計人員可以做出以下幾方面的假設(shè)：第一，假設(shè)內(nèi)燃機在封閉循環(huán)中運行，忽略了排氣流動的影響和損失。第二，忽略內(nèi)燃機在運行過程中產(chǎn)生的傳熱、摩擦以及漏氣以及熱力損失。第三，簡化內(nèi)燃機燃燒過程，在等壓過程中，對工質(zhì)進(jìn)行加熱，在放熱過程中，視為定容放熱。第四，把循環(huán)空氣假定為理想氣體，把比熱看作定值，忽略變比熱的影響。根據(jù)以上假定條件，把整個內(nèi)燃機簡化為定容加熱循環(huán)，把高增壓和低速大型柴油機簡化成定壓加熱循環(huán)。

2 內(nèi)燃機車測試內(nèi)容的分析

內(nèi)燃機車我國主要以柴油內(nèi)燃機車為主。根據(jù)內(nèi)燃機車的應(yīng)用現(xiàn)狀，內(nèi)燃機車的測試主要集中在柴油機狀態(tài)測試、柴油機機體異常振動測試、齒輪箱測試等方面。根據(jù)現(xiàn)代工程機械內(nèi)燃機車的要求和機車現(xiàn)狀，需要根據(jù)測試內(nèi)容和要求選擇合適的測試技術(shù)，通過優(yōu)化實現(xiàn)對內(nèi)燃機車的高效、安全、可靠的測試。內(nèi)燃機車維修過程，需要同時考慮到內(nèi)燃機車的運行環(huán)境和負(fù)荷，以及內(nèi)燃機車運行中可能出現(xiàn)的問題，對運行參數(shù)進(jìn)行校核和調(diào)整，確保內(nèi)燃機車的可靠性和安全性，實現(xiàn)工程機械的工作目標(biāo)。

3 試驗方法

車用柴油機在工作過程中，防爆元件會產(chǎn)生排氣背壓，在進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣阻火器會對進(jìn)氣流量產(chǎn)生阻礙，使進(jìn)氣流量減少。同時，由于進(jìn)氣阻火器格柵密集，在柴油機長時間運轉(zhuǎn)后，會造成進(jìn)氣阻火器堵塞，降低車用柴油機的進(jìn)氣流量。因此，在設(shè)計進(jìn)氣阻火器、確定更換阻火器頻率時，需就進(jìn)氣流量對車用柴油機性能的影響有準(zhǔn)確的認(rèn)識。

3.1 改變進(jìn)氣流量

試驗所用柴油機為雷沃FDE4100QFB型車用柴油機。柴油機的進(jìn)氣量一般是過量的，因此在本試驗中，通過減小進(jìn)氣口截面的大小，定性改變進(jìn)氣量。減小進(jìn)氣口截面積的方法是將進(jìn)氣口設(shè)計成圓形截面，試驗時，堵塞部分進(jìn)氣口，使進(jìn)氣口截面積減小為原來的1／4、118、1／16，從而改變車用柴油機的進(jìn)氣流量，對比不同進(jìn)氣流量下的車用柴油機動力性及排放性能。試驗用柴油機原進(jìn)氣道內(nèi)徑為70InlTl，用3種擋板堵塞進(jìn)氣道。

3.2 車用柴油機性能測試方法

車用柴油機動力性能測試時，通過調(diào)油門開度，使柴油機處于油門全開狀態(tài)，測量柴油機的輸出轉(zhuǎn)矩，作為車用柴油機動力性的衡量指標(biāo)。即測量不同進(jìn)氣流量下，車用柴油機外特性下輸出轉(zhuǎn)矩的變化，從而對比不同進(jìn)氣流量下的車用柴油機動力性能。在車用柴油機十一工況點下，測量柴油機排氣歧管后尾氣中污染物的含量，作為對比不同進(jìn)氣流量下車用柴油機排放性能的指標(biāo)。車用柴油機的十一工況點是衡量車用柴油機排放性能的重要指標(biāo)之一，本試驗采用改變柴油機進(jìn)氣流量后測量柴油機十一工況點的排放量的方法。發(fā)動機總進(jìn)氣量Q按照下式計算：

式中：Vst為發(fā)動機的總排量，L；n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r／min；7／，ηv為發(fā)動機的容積效率，%；i為發(fā)動機沖程。

4 未來相當(dāng)長時間汽車內(nèi)燃機仍占有支配地位

4.1 車用內(nèi)燃機技術(shù)優(yōu)勢

內(nèi)燃機技術(shù)經(jīng)過一百多年的發(fā)展，在能量密度、熱效率、燃料靈活度、市場占有率以及加工技術(shù)等方面均具有絕對優(yōu)勢。

（1）內(nèi)燃機能量密度高。乘用車升功率最高達(dá)150kW/L。

（2）內(nèi)燃機熱效率高。汽油機的熱效率可達(dá)45%，與最新的超超臨界和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）發(fā)電站效率相當(dāng)，柴油機的熱效率正在接近50%。

（3）可以使用靈活的燃料。內(nèi)燃機可使用的燃料不僅包括化石燃料、天然氣、生物質(zhì)燃料，還包括乙醇等可再生能源。

截至2017年3月底，全國機動車保有量突破3億輛，其中汽車達(dá)2億輛。我國國產(chǎn)品牌的市場占有率已名列前茅。此外，內(nèi)燃機加工技術(shù)成熟，維修使用方便。

4.2 汽車內(nèi)燃機仍然具有巨大的發(fā)展?jié)摿?/h3>

從內(nèi)燃機技術(shù)角度來看，在CO2排放和污染物控制方面仍然有較大潛力可以開發(fā)。

（1）更高的內(nèi)燃機熱效率。國際內(nèi)燃機主要研究機構(gòu)的研發(fā)重心在于提高熱效率，有效熱效率達(dá)到60%被作為內(nèi)燃機界的“短期”奮斗目標(biāo)，長期的“極限”是有效熱效率達(dá)到85%。

（2）內(nèi)燃機電氣化。與電子控制、信息化等融合速度加速，包括電子水泵、電控噴油、電控增壓和可調(diào)排氣再循環(huán)（EGR）等技術(shù)的迅猛發(fā)展，內(nèi)燃機控制更加精細(xì)，內(nèi)燃機效率將得到極大的提高。

（3）節(jié)能減排法規(guī)的不斷嚴(yán)格。世界主要國家均已設(shè)定大幅度降低油耗和CO2減排的法規(guī)，同時，針對輕型汽車整車的實際行駛排放（RDE）測試方法正在準(zhǔn)備實施，這些均對降低有害排放物非常有利。

（4）不斷發(fā)展的有害排放物控制技術(shù)。目前內(nèi)燃機有害排放物已經(jīng)達(dá)到近零的水平，主要排放物降低了90%左右。

另外，隨著世界范圍內(nèi)能源、環(huán)境問題的加劇，發(fā)展內(nèi)燃機節(jié)能和降低CO2排放是汽車內(nèi)燃機的迫切任務(wù)。

4.3 新能源汽車在短期內(nèi)不可替代內(nèi)燃機汽車

新能源汽車在實現(xiàn)低碳排放和零污染控制方面有諸多優(yōu)勢，但諸如太陽能、風(fēng)能、可再生生物質(zhì)。

5 結(jié)束語

內(nèi)燃機車測試技術(shù)的運用，為機車狀態(tài)預(yù)知、預(yù)控診斷處理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，為機車狀態(tài)修奠定基礎(chǔ)保證。基于狀態(tài)維修的新型檢修模式的運用，避免機車故障擴大造成重大部件損壞和安全事故，大幅降低檢修成本，提高了機車檢修效率和檢修質(zhì)量。

[1]宋海濤.鐵路柴油內(nèi)燃機車內(nèi)燃機的測試機維修[J].鐵路機車測試與維修,2016(11).

[2]馬龍.現(xiàn)代測試技術(shù)在內(nèi)燃機車測試中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機車,2017(12).