內燃機車節能減排技術分析

摘 要：將可持續發展作為目標一直是我國的發展計劃，因此國家能源問題一直是我們格外關注的一個話題。人們的生活離不開能源的支持，從工業革命開始人們不斷的學習利用各種能源，從最基礎的燃燒木材、化石燃料，到現在的火力發電、太陽能技術等方面，不過在當今時代我們對化石燃料的依賴依舊是巨大的，全國的大部分能源還是來自于煤礦、石油等短時間不可再生化石型能源，其中最為典型的就是第二次工業革命之后發明的蒸汽機，人類工業發展到今時今日內燃機的作用不言而喻，文章針對與內燃機車的能源消耗問題展開討論，其目的是尋找一系列節能減排的方法，去提高環境質量佳少能源消耗。

關鍵詞：節能內燃機；降低油耗；裝置改進；減排技術

引言

作為能源消耗大國中國的輕重工業發展對能源的消耗每一天都是一筆巨大的數字，作為運輸行業的領頭羊內燃機車的燃料使用量更是驚人的，對比西方發達國家我國的內燃機車所占的比例依舊是巨大的，因此能源危機接踵而至，從能源消耗方面出發必須考慮內燃機車能源的節約。在我國內燃機車總共分為兩種，燃油內燃機車以及燃氣內燃機車，作為企業專用內燃機車的燃料一般是以柴油為主的，對此類能源的節約問題就可以從很多方面進行著手，本文介紹了相關內燃機燃油型機車節約能源的一系列信息，其意見僅供讀者參考。

1 內燃機車主要耗油因素及其分析

內燃機機車在這里只介紹柴油發動機。從傳統的內燃機工作原理上我們不難發覺，柴油提供的內燃機動力遠比汽油、煤油等來的經濟實用。從燃料本質來分析內燃機中柴油的使用是最適合提供大量動力的，但是由于柴油自身碳結構分子大燃燒效果有時并不像汽油那樣充分，并且在內燃機內柴油的點燃方式也不像汽油那樣是以點火爆炸式來進行的，因此壓縮柴油蒸汽與空氣混合物推動內燃機活塞運動的過程中就會存在柴油浪費的現象，其最顯著的地方就是排氣中的大量黑煙，有經驗的人通過三個方面就可以判斷柴油機的性能優劣，第一就是從排出尾氣的溫度，排除的尾氣的溫度越高證明內燃機轉化能量的效率越低，因此相對而言這樣的柴油內燃機就屬于浪費了熱能與化學能，造成了尾氣損耗能量；第二是根據尾氣排出的黑煙濃度，黑煙的實質是碳粉末小顆粒隨著尾氣氣流排放到空氣中買這類小粉末的主要成分是碳元素構成的可燃物，本身在內燃機氣缸內是需要混合爆炸產生動力的，但是直接排除了就降低了柴油的利用率，并且對于空氣的污染也更加嚴重；第三就是從尾氣的柴油味道來判別，柴油味道重就說明柴油蒸汽隨著尾氣排放出來，三種情況相比一旦內燃機機車出現最后一種情況的內燃機柴油利用率最低。

影響內燃機車燃油消耗的因素有很多，以下將從機車運用相關角度，對機車熱力狀態、燃油自然損耗和機車節能駕駛三個方面探討分析。

1.1 機車熱力狀態與燃油消耗內燃機車的熱力狀態

一般指柴油機的熱力性能指標和熱力工作參數在變化工況下運轉達到柴油機規定的主要特性的程度。機車的熱力狀態很大程度上決定著燃油的消耗，確認機車的熱力狀態依據三個主要參數，即燃油消耗率、排氣溫度及黑煙程度。

從一定角度來看衡量柴油機優劣采取的方法是定量法，一般內燃機的功率是由內燃機帶動轉速來判定的，因此一般的實驗測試方法有幾種，第一種是相同的柴油燃料使用量測試相應的內燃機機車做功載重量的大小，載重越大的做功越多的柴油機自然具備最高的內燃機燃料利用性能，柴油的利用率自然最高；第二種是恒定做功測試柴油使用量，比較柴油使用量來確定哪一臺內燃機的燃料利用率最好。這類定量法測試是有相應的難度的，一般而言我們在實驗室中進行少量等量的模擬實驗相對簡單，但是實際情況操作這類比較方法并不理想，除了諸多控制因素外合格方法實在是有些浪費能源，因此常見的柴油內燃機功效判別方法雖然不如定量法那樣具體的用數據比較直觀表述柴油內燃機燃料利用率的優劣，但是憑借柴油內燃機使用情況以及經驗可以粗略的判斷出好壞，因此本文列舉了一系列操作性簡單的方法。

（1）燃油消耗率的測定是在規定的轉速下和規定的功率下進行測量的，一般采用重量法。重量法是常規試驗中，測定消耗選定重量的柴油及所用的時間，用上述方法測出的結果超過規定的耗油標準，即表明柴油機的熱力狀態不符合要求，必須找出故障并處理后，從新測量直至合格。

（2）排氣溫度反應柴油機熱強度，對各缸的熱負荷以及主要零部件的受熱情況是一個很好的監督參數。

柴油機的排氣溫度是通過改變高壓油泵的供油量，即改變每一工作循環燃油噴射量來調整。只要調整高壓燃油泵齒條位置就能到達目的，增加供油量使排氣溫度升高，減少供油量使排氣溫度降低。因此，不論排氣總管溫度還是支管溫度超過規定值，不僅加大柴油機熱負荷，也說明燃油消耗率變大，必須找出某缸的故障或是增壓器故障的原因，并進行處理后重新測定。

黑煙程度。測定柴油機的排氣煙色和煙度是判斷柴油機燃燒優劣的綜合指標。柴油機排氣的煙色有：無色排煙、灰色排煙、黑色排煙、白色排煙、淡黑色排煙五種情況。無色排煙，說明柴油機的燃料完全燃燒，是一種柴油機燃料最佳的燃燒表現。灰色排煙，說明燃燒不完全，如果煙色不惡化，尚可繼續運轉。黑色排煙，說明是噴入柴油機燃燒室中的燃油不完全燃燒的產物，大部分為碳元素，應找出故障后進行處理，改善排煙狀態。白色排煙，說明柴油機低溫啟動，套缸嚴重磨損，活塞環及活塞發生故障，應當立即進行檢修。淡藍色排煙，多發生在柴油機過于低溫、底負荷工作的工況下，燃油不能充分燃燒而以更細的微粒進入燃燒室排放大氣中，嚴重浪費燃油，污染大氣，應當嚴格控制。

1.2 燃油自然損耗

自燃損耗是指燃油在收、發、管、用的過程中，由于自然蒸發及傳輸環節的零星泄露和容器的黏附等所造成的損失。但不包括責任事故和人力無法抗拒的自然災害造成的損失。燃油自然損耗在鐵路企業中，主要分為運輸損耗和保管損耗兩大類。

（1）運輸損耗，指燃油在運輸過程中所產生的損耗。燃油運輸損耗率，按運輸里程1000公里以下為0.10%，1001～2000公里為0.14%，2000公里以上為0.17%。

（2）保管損耗，指燃油從入庫到出庫整個保管過程中所產生的損耗。保管損耗分為蒸發、輸傳、泵裝、泵卸、清罐、倒裝等六種。蒸發損耗率按燃油使用地區，春夏秋冬季節分別給定損失率。燃油輸傳損耗率一般為0.08%。泵裝損耗率一般為0.12%。泵卸損耗率一般為0.18%。

除此之外，在上油作業時零星灑漏造成的損失也應當引起足夠的重視。機車上油后，流量計至膠管管頭間少者有幾米，多者十幾米存有大量的殘余燃油。

1.3 機車操縱對耗油量的影響

內燃機操縱的過程就是使用內燃機燃料的過程，除卻內燃機設備本身的問題之外影響燃油使用消耗情況的因素還有內燃機車的操作問題。不同的行駛速度以及牽引重量和路程長短都會影響到燃油的使用消耗，但是本文著重介紹的方向是人為操作帶來的燃油消耗量影響，眾所周知的是在內燃機車在軌道上運行時牽引力是隨著路程地勢的改變而改變的，而確定牽引力大小的除了相關地勢外還有人為的操作，在操作內燃機爬坡時一個非常顯著的問題就是操作人員加大內燃機的功率使機車上坡之后還存在較大的牽引力，這種牽引力的增加是人為的控制大小的，由于機車在平滑水平軌道上的滑行只需要部分牽引力配合慣性就可以到到正常行駛目的，于是這時候上坡后的動能過大就會導致牽引力過大，機車的行駛速度也會提升，此時操作人員一般都會選擇制動系統少量工作降低車速，為到站停靠做準備，這一部分動能就此浪費并且增加了機車制動系統的負荷增加了摩擦生熱，因此在這一過程中浪費了很多能源，對此需要相關的操作動力人員熟悉行駛路線狀況，處于下坡的時候由于重力加速度產生的動力不消耗燃料一定要加以利用，爬坡時的牽引力要選擇得當，不要在制動系統上浪費大量的燃料能源。

機車操縱的主要環節是根據運行圖的要求進行牽引、惰性、制動的過程，確保按規定的速度正點運行。確定一種節能操縱方式，在于尋求恰當的加速及合理的減速過程。在運行時間允許的前提下，盡量減少機車牽引力提供給機車的動能，最佳地利用列車已取得的動能，并能有效地避免或減少貨物列車的不必要制動損失。最基本直接的體現，就是在列車爬坡時，充分利用列車的動能，做到闖爬結合，這樣就能很好的節省機車耗油。

機車牽引相同定數的列車運行在固定的區段上，其油耗可以根據公式計算得出。雖然同樣的運行條件下牽引同一定數的列車，但是所耗的燃油量卻相差較大。影響燃油消耗量的很重要的原因是由于司機之間的操縱方法不盡相同造成的。綜合分析列車運行所受到的各種阻力及功能之間的關系，根據列車牽引計算規程，在通常的氣候條件下，某列車在某運行區段運行全過程該區段機車所做的總輪周功包括：在該區段運行列車克服基本阻力（變力）所做的功、在該區段因不必要制動所消耗的列車動能、在該區段必要制動所消耗的列車動能、在該區段附加阻力對列車所做的功、該區段始發站與終點站該列車的重力勢能差等。在掌握了機車耗油的各個環節之后，司機就可以合理的操縱機車，減少油耗，最終達到節能減排的效果。

2 降低內燃機車油耗，節能減排的主要措施

2.1 嚴格檢查核定機車熱力狀態，科學管理，合理控制

在具體工作中，通過對有功率的測定、燃油消耗量的測定、溫度的測定（大氣溫度、進排氣溫度、油水溫度等）、壓力的測定（壓縮壓力、爆發壓力、油水壓力等）、轉速的測定（柴油機轉速、增壓器轉速、冷去風扇轉速）等，集中分析黑煙程度、排氣溫度以及燃油消耗率，作為柴油機熱力狀態的依據。找出供氣系統、配氣機構、冷卻系統、調控系統等影響柴油機熱力狀態的原因，制定改善燃燒過程的措施，使燃油消耗率在最佳狀態。在水阻試驗或是柴油機試驗站標功率時，黑煙程度、排氣溫度以及燃油消耗量必須限制在規定的技術標準范圍內。

2.2 合理有序運輸保管，降低燃油自然損耗

在機動管線設備技術狀態完好的條件下，因設備內壁粘附和浸潤、管線連接器接頭的滲漏、泵站油氣分離、水排空管線的浮油排空或氣排空管線時的油氣蒸發造成的油料數量上減少現象是不可避免的。但可以采取有效措施，將損耗降到最低。運輸方面，合理有效的安排機車周轉圖，提高機車運行效率。保管方面，機車內部油量的測定，通常都有流量計來測定油量，盡量縮短流量計至膠管管頭的距離，減少又在膠管中的殘余損耗。

2.3 優化機車操縱方式，減少機車耗油

這項建議第一點就是需要從操作人身上著手，由于操縱內燃機級車的人員決定行駛過程中機車的牽引力大小以及相應的運行速度等因素，因此在一定角度上而言控制好時間就是直接控制了速度和牽引力的大小。一班火車運行的時間段是通過鐵道部合理統籌的安排，提前確定的，因此在晚點的火車狀況出現的時候就使這列火車持續讓行其他車輛，導致時間更久并且頻繁使用內燃機機車的制動系統，造成一系列的能源損耗，因此優化操縱級車的控制模式就是要求相關的操作人員盡可能的熟悉所行使的線路中出現的坡道狀況，在牽引力的應用上降低提升力度，合理應用下坡的加速度與機車啟動時最初的牽引力和慣性產生的帶動力，在一定程度上降低機車本身的能源牽引力消耗，并且合理安排牽引力大小和速度快慢盡量避免制動系統的頻繁使用，假設除列車停靠之前無制動系統帶來的減速效應，那么內燃機的燃料轉化就減少了很多摩擦力熱能的轉化，從能量角度來講燃料的化學能轉化成為機械能的比例也就更大，柴油內燃機的燃油使用效率自然也就提升了。

2.4 機車動力系統優化

除上述的三條建議之外在我國內燃機應用的領域還應該添加節能減排的科技手段，一方面利用科技手段回收內燃機燃料燃燒產生的廢氣內有效的能量和殘留的物質，一方面改進柴油內燃機的工作模式，使之燃燒更為充分，可以通過改進內燃機結構、增加科技含量的手段提升柴油機的燃料利用率，例如通過在燃料中添加催化劑是指燃燒更徹底更充分，減少內燃機氣缸內的熱能損失，改善氣缸內材料設置，防止能量轉化方向錯誤造成的多與能量損耗等方法都是現階段比較可行的節能減排提升柴油內燃機效率的方式。

3 結束語

節能減排是近些年來我國環保以及能源部門所提倡的重點項目。其本質的要求就是減少能源浪費，用更優化的方法去使用現有的能源，并且對環境盡可能的減少排放，內燃機燃燒燃料作為能源消耗的一個大方向是不容忽視的，并且在我國鐵路交通運輸業也是不可取代的一部分，因此在這一方向上努力做到節能減排就需要多的努力配合，鐵路運輸作為現階段最為普及的運輸方式在我國現代的情況有著不可取代的作用，因此減少火車運輸排放的廢氣量就從整體上降低了我國廢氣排放量，在環保事業上邁出了重要的一步，本文通過介紹柴油內燃機的工作效率情況簡單的介紹了內燃機工作時浪費能源的導致原因，以及介紹了相關的對策，希望對內燃機機車節能減排事業做出貢獻。

參考文獻

[1]孫忠國.鐵路運輸節能減排技術[M].北京：北京工業出版社，2009.

[2]夏寅蓀. ND5內熱機車[M].北京：中國鐵道出版社，1988.