內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

文/張升，安徽全柴動(dòng)力股份有限公司

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

1 內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的條件

從理論方面講，就是把內(nèi)燃機(jī)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(jì)算，從而進(jìn)一步改善內(nèi)燃機(jī)性能，提升內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。因此，設(shè)計(jì)人員可以做出以下幾方面的假設(shè)：第一，假設(shè)內(nèi)燃機(jī)在封閉循環(huán)中運(yùn)行，忽略了排氣流動(dòng)的影響和損失。第二，忽略內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的傳熱、摩擦以及漏氣以及熱力損失。第三，簡(jiǎn)化內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程，在等壓過(guò)程中，對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱，在放熱過(guò)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(gè)內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)化為定容加熱循環(huán)，把高增壓和低速大型柴油機(jī)簡(jiǎn)化成定壓加熱循環(huán)。

2 內(nèi)燃機(jī)車(chē)測(cè)試內(nèi)容的分析

內(nèi)燃機(jī)車(chē)我國(guó)主要以柴油內(nèi)燃機(jī)車(chē)為主。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的應(yīng)用現(xiàn)狀，內(nèi)燃機(jī)車(chē)的測(cè)試主要集中在柴油機(jī)狀態(tài)測(cè)試、柴油機(jī)機(jī)體異常振動(dòng)測(cè)試、齒輪箱測(cè)試等方面。根據(jù)現(xiàn)代工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)車(chē)的要求和機(jī)車(chē)現(xiàn)狀，需要根據(jù)測(cè)試內(nèi)容和要求選擇合適的測(cè)試技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的高效、安全、可靠的測(cè)試。內(nèi)燃機(jī)車(chē)維修過(guò)程，需要同時(shí)考慮到內(nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行環(huán)境和負(fù)荷，以及內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行校核和調(diào)整，確保內(nèi)燃機(jī)車(chē)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的工作目標(biāo)。

3 試驗(yàn)方法

車(chē)用柴油機(jī)在工作過(guò)程中，防爆元件會(huì)產(chǎn)生排氣背壓，在進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣阻火器會(huì)對(duì)進(jìn)氣流量產(chǎn)生阻礙，使進(jìn)氣流量減少。同時(shí)，由于進(jìn)氣阻火器格柵密集，在柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，會(huì)造成進(jìn)氣阻火器堵塞，降低車(chē)用柴油機(jī)的進(jìn)氣流量。因此，在設(shè)計(jì)進(jìn)氣阻火器、確定更換阻火器頻率時(shí)，需就進(jìn)氣流量對(duì)車(chē)用柴油機(jī)性能的影響有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

3.1 改變進(jìn)氣流量

試驗(yàn)所用柴油機(jī)為雷沃FDE4100QFB型車(chē)用柴油機(jī)。柴油機(jī)的進(jìn)氣量一般是過(guò)量的，因此在本試驗(yàn)中，通過(guò)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(jì)成圓形截面，試驗(yàn)時(shí)，堵塞部分進(jìn)氣口，使進(jìn)氣口截面積減小為原來(lái)的1／4、118、1／16，從而改變車(chē)用柴油機(jī)的進(jìn)氣流量，對(duì)比不同進(jìn)氣流量下的車(chē)用柴油機(jī)動(dòng)力性及排放性能。試驗(yàn)用柴油機(jī)原進(jìn)氣道內(nèi)徑為70InlTl，用3種擋板堵塞進(jìn)氣道。

3.2 車(chē)用柴油機(jī)性能測(cè)試方法

車(chē)用柴油機(jī)動(dòng)力性能測(cè)試時(shí)，通過(guò)調(diào)油門(mén)開(kāi)度，使柴油機(jī)處于油門(mén)全開(kāi)狀態(tài)，測(cè)量柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，作為車(chē)用柴油機(jī)動(dòng)力性的衡量指標(biāo)。即測(cè)量不同進(jìn)氣流量下，車(chē)用柴油機(jī)外特性下輸出轉(zhuǎn)矩的變化，從而對(duì)比不同進(jìn)氣流量下的車(chē)用柴油機(jī)動(dòng)力性能。在車(chē)用柴油機(jī)十一工況點(diǎn)下，測(cè)量柴油機(jī)排氣歧管后尾氣中污染物的含量，作為對(duì)比不同進(jìn)氣流量下車(chē)用柴油機(jī)排放性能的指標(biāo)。車(chē)用柴油機(jī)的十一工況點(diǎn)是衡量車(chē)用柴油機(jī)排放性能的重要指標(biāo)之一，本試驗(yàn)采用改變柴油機(jī)進(jìn)氣流量后測(cè)量柴油機(jī)十一工況點(diǎn)的排放量的方法。發(fā)動(dòng)機(jī)總進(jìn)氣量Q按照下式計(jì)算：

式中：Vst為發(fā)動(dòng)機(jī)的總排量，L；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r／min；7／，ηv為發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，%；i為發(fā)動(dòng)機(jī)沖程。

4 未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)仍占有支配地位

4.1 車(chē)用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

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

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

（2）內(nèi)燃機(jī)熱效率高。汽油機(jī)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(jī)的熱效率正在接近50%。

（3）可以使用靈活的燃料。內(nèi)燃機(jī)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(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量突破3億輛，其中汽車(chē)達(dá)2億輛。我國(guó)國(guó)產(chǎn)品牌的市場(chǎng)占有率已名列前茅。此外，內(nèi)燃機(jī)加工技術(shù)成熟，維修使用方便。

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

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

（1）更高的內(nèi)燃機(jī)熱效率。國(guó)際內(nèi)燃機(jī)主要研究機(jī)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(jī)界的“短期”奮斗目標(biāo)，長(zhǎng)期的“極限”是有效熱效率達(dá)到85%。

（2）內(nèi)燃機(jī)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(jī)控制更加精細(xì)，內(nèi)燃機(jī)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(guó)家均已設(shè)定大幅度降低油耗和CO2減排的法規(guī)，同時(shí)，針對(duì)輕型汽車(chē)整車(chē)的實(shí)際行駛排放（RDE）測(cè)試方法正在準(zhǔn)備實(shí)施，這些均對(duì)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(jī)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(wèn)題的加劇，發(fā)展內(nèi)燃機(jī)節(jié)能和降低CO2排放是汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的迫切任務(wù)。

4.3 新能源汽車(chē)在短期內(nèi)不可替代內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)

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

5 結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)燃機(jī)車(chē)測(cè)試技術(shù)的運(yùn)用，為機(jī)車(chē)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(jī)車(chē)狀態(tài)修奠定基礎(chǔ)保證?；跔顟B(tài)維修的新型檢修模式的運(yùn)用，避免機(jī)車(chē)故障擴(kuò)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(jī)車(chē)檢修效率和檢修質(zhì)量。

[1]宋海濤.鐵路柴油內(nèi)燃機(jī)車(chē)內(nèi)燃機(jī)的測(cè)試機(jī)維修[J].鐵路機(jī)車(chē)測(cè)試與維修,2016(11).

[2]馬龍.現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)車(chē)測(cè)試中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)車(chē),2017(12).