蘇來友

摘要：在現代社會持續發展的背景下，內燃機熱能動力系統扮演著至關重要的角色，其性能將直接對人們的生產生活造成較大影響。隨著如今社會發展理念越來越科學，關于節能降耗的技術研究備受重視。文章基于對內燃機熱能動力優化及節能改造的分析，研究了比較先進的廢水系統改造、冷卻系統改造及余熱回收技術，并對這類技術的研究和應用前景進行展望，希望能為相關產業的發展提供參考。

關鍵詞：內燃機;熱能;動力優化;節能改造

中圖分類號：N941.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0217-02

0? 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，為了滿足越來越大的社會生產需求，關于內燃機的技術研究備受重視。傳統的內燃機技術研究，更多的是考慮熱能動力優化，提高設備性能。而近年來社會各界越來越關注生態環境保護工作，因此在優化內燃機熱能動力的同時，關于節能改造的研究越來越重要。在大量的研究總結下，內燃機熱能動力優化和節能改造的主要思路在于提高熱效率，降低熱損失。基于該理念，需要立足于實際應用環境，結合各方面影響因素進行深入分析。

1? 影響內燃機熱動力及節能性的主要因素

內燃機主要是通過利用燃料燃燒產生的能量，驅動相關裝置運轉的設備。從內燃機本身的角度來講，影響其熱動力和節能性的主要因素包括以下幾個方面：其一，燃料燃燒程度。在內燃機燃燒室內，燃料燃燒是否充分，將直接影響第一時間產生的能量。因內燃機本身構造設計、工藝水平的影響，都可能影響燃料燃燒程度[1]。其二，熱損失。內燃機運行時，要對燃料燃燒產生的能量進行轉化，使之成為驅動相關系統運轉的動力。如圖1所示，內燃機在熱能產生及轉化過程會出現能量損失，一般表現為熱損失。常規內燃機系統燃料燃燒產生的能量僅有37%左右可以轉化為有功輸出，而其中又有7%左右在活塞、水泵等裝置運行時產生的摩擦力中被損耗。需要強調的是，多數內燃機系統中分別有28%以及32%的熱能被冷卻系統和排氣系統消耗。目前，雖然內燃機技術和工藝在不斷進步，燃料燃燒率達到了一個趨于當前技術條件下較難取得進一步突破的水平。因此，關于內燃機熱動力及節能性改造的研究，主要在于降低熱損耗、實現熱能回收利用等方面。

2? 內燃機熱能動力優化及節能改造策略分析

2.1 廢水改造

在內燃機運行系統中，廢水處理是關鍵環節之一。在一些生產行業的內燃機系統運行過程中，由于水的比熱容較大，因此處理廢水環節消耗了大量熱量。所以，對廢水系統的改造，是內燃機熱能優化及節能改造的主要思路之一。針對廢水系統的改造，首先配置廢水回收再利用系統，對廢水進行回收，實現對其熱能的回收、轉化和再次利用[2]。其關鍵在于要減少廢水管網系統的復雜程度，同時改良廢水管網的材質，降低廢水在系統內流動過程產生過多熱量損失。

2.2 冷卻系統改造

常規內燃機一般是通過水冷卻的方式進行冷卻，以保證系統處于安全溫度范圍。在內燃機處于溫度為80℃左右的工況時，其運行效率更高，而此時冷卻系統進口水溫一般也設定為80℃。內燃機系統的運行，溫度控制很重要，一般如果溫度小于40℃，需要通過預熱系統進行加熱，在高溫水從內燃機系統流出之后，先進入1號溫控閥，待水溫小于70℃后，1號溫控福閥門打開，讓高溫水進入水泵，再回到內燃機系統。如果內燃機系統溫度超過80℃，開啟2號溫控閥，讓高溫水流入換熱器，通過風冷系統進行冷卻，再回流至2號溫控閥。總體來講，該優化方案的核心理念在于，通過冷卻水在水泵和換熱器之間的交換流動，結合風冷裝置，可以在滿足冷卻功能的基礎上，減少熱損耗。（圖2）

2.3 余熱回收技術的應用

余熱是指內燃機系統運行中釋放出來的未被轉化利用的熱能，這部分熱能主要來自于增壓空氣、冷卻水及潤滑油。顯然，當代內燃機熱能動力優化和節能改造中，關于余熱回收技術的應用尤為重要。目前比較主流的技術主要有以下幾種：其一，采暖供熱。在汽車、船舶等系統中，通常有采暖需求，而將內燃機系統余熱回收，應用于采暖供熱系統，是一種有效的方式。例如，在氣溫較低的時候，通過散熱器對內燃機系統冷卻水進行利用，在沒有增加內燃機燃油消耗的基礎上，滿足采暖需求，達到節能目的[3]。其二，余熱制冷。利用內燃機余熱來給空調、冷藏保險系統的運行提供能量，目前比較主流的余熱制冷方式包括吸附式制冷及吸收式制冷兩種。其中吸附式制冷適用于汽車內燃機系統中，即利用一些特殊材料，對內燃機余熱進行吸收，在空調開啟時，釋放熱量，降低車內溫度。

3? 內燃機熱能動力優化及節能改造實踐分析

基于內燃機工作原理以及節能改造的基本思路，業界對內燃機余熱回收利用技術的研究取得了一定的成果。例如，某公司開發出一種以有機工質為循環載體的封閉循環渦輪系統，如圖3所示，該系統由渦輪發電機、蒸汽發生系統及冷凝器等部件構成，可以將內燃機運行排放的熱能倒入蒸汽發生系統，加熱系統內部的液態有機工質，其受熱蒸發后，高溫蒸汽進入渦輪系統，驅動渦輪轉動，再驅動電機產生電能。因此而產生的電能可以提供給汽車電子系統、工廠照明系統等，真正實現內燃機的節能增效[4]。

具體來講，為了更好的對內燃機排放熱量的回收，讓其持續對液態有機工質進行加熱，要在蒸汽發生器的腔體內植入金屬管道，保證金屬管道內壁和外壁分隔開。管道兩端使用法蘭接口，分別連接內燃機排氣門和改造后的排氣尾端管道。在內燃機運行過程中，高溫氣體將先進入封閉渦輪發電系統，金屬管道將熱量導向有機工質，產生的高溫蒸汽進入渦輪膨脹做工，再通過同軸發電機產生交流電。待熱能被吸收和轉化到一定程度時，蒸汽狀態的有機工質將回歸液體狀態，經循環系統回到蒸汽發生器中，而多余的氣體則通過消音器排入大氣。如此，整個系統形成了一套內燃機余熱回收發電循環體系。在該系統中，一般是使用戊烷這類化學材料，該材料沸點為36.1℃，而像常見的汽車系統中，發動機產生的尾氣溫度一般高于60℃，可以很好的刺激戊烷材料由液態轉化為氣態。而該材料蒸汽密度為空氣的2.5倍有余，利用小尺寸渦輪便可進行動能轉化。值得一提的是，戊烷臨界溫度為196℃，意味著選用常規的小體積冷凝器可以快速實現對氣體的冷凝，進而保證循環[5]。另外，戊烷凝固點低至-73℃，意味著其在多數地區的冬季都可以持續工作，無需配置防凍裝置，并且對發電機系統也不會造成不良影響。

可見，這種新型內燃機熱能動力優化節能裝置可以在多種內燃機動力機械系統中得到應用。例如，在內燃機列車中使用，可以將轉化產生的電力應用于列車內部的照明系統中。值得一提的是，在以內燃機為主要動力源的汽車中，該裝置的應用，不僅可以優化汽車電子系統的電能結構，更可以利用回收能量產生的電能來為汽車動力裝置提供輔助動力。目前，已經有大量的汽車制造商將該裝置作為混合動力汽車動力系統的重要組成部分，并取得了實際性研究應用進展。

4? 結束語

綜上所述，內燃機作為現代工業社會中十分重要的動力設備，其能量轉化率和利用率依然處于一個比較低的水準。在不斷提高的產業要求以及環境保護理念下，關于內燃機熱能動力優化以及節能性技術的研究尤為重要。目前的技術條件下，關鍵在于要降低內燃機運行過程中的熱量損失，對原本通過廢水、冷卻系統、廢氣排出的熱量進行回收和再次利用。這不僅能促進內燃機系統熱動力的優化，還能很好的提高能源利用率，達到節能降耗、環境保護的目的。

參考文獻：

[1]后睿.對內燃機熱能動力優化與節能改造的探討[J].機械管理開發，2020，35（1）：226-227.

[2]孫旭東.中車能源科技公司內燃機節能減排項目商業計劃書[D].甘肅：蘭州理工大學，2019.

[3]時振澤.內燃機車性能實驗過程中的節能降耗研究[J].內燃機與配件，2020（22）：127-128.

[4]錢晏強，顏勝，常征.“節能”內燃機案例技術分析[J].科學技術創新，2018（17）：185-186.

[5]李鑫，邊圳浩，崔景芝.節能減排型內燃機油的研發和對汽車的影響[J].汽車工程師，2018（2）：57-58.