陕西大唐新能电力设计股份有限公司 陕西省西安市 710065
摘要：随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，汽车做为人们日常出行的主要交通工具，汽车的不断普及与应用，促使汽车能源工业成为国内重要产业。基于此，本文简单介绍热动能系统的基础上，从热能动力改造与未来展望这两方面对内燃机的热能动力优化与节能改造方面进行分析，从而提高内燃机车技术的运用。
关键词：内燃机车；柴油机；内燃机；燃料电池；氢燃料
氢能源自狄塞尔循环与奥托理论的出现之后，内燃机逐渐走进人们的视线，经过多年的发展，内燃机的性能与结构得到极大的优化，作为热能机械的重要构成，是生产与生活中热效率高、应用范围广、普及程度高的动力设备。现代内燃机的热效率超过40%，超长二冲程柴油机的热效率不低于50%，车用汽油机的热效率有效率接近33%。不断变化的外界挑战，提升了内燃机的技术水平，特别是能源紧缺的严峻化与环保要求的不段提升，内燃机的研发方向主要转向低污染、消耗低与性能高，促进了内燃机机型、材料、制造与试验手段的创新，下面将主要针对内燃机的节能技术进行研究，指出内燃机的技术发展现状与发展趋势。
一、热能动力系统简介
热能动力系统的基本原理是将热能通过热力系统转化为机械能，不被消耗的余热也会从高热能源中剥离出来，周而复始地将余热留于高温高压的热能环境下。同时，燃煤燃料燃烧后所得的热能也是热力系统的主要热力来源。但全球范围内的燃煤材料或石油、天然气等燃料都是不可再生的稀缺资源，且上述燃料的燃烧都会对生态环境造成一定的破坏与污染。因此，当前对绿色环保燃料的利用与热能转换系统的节能减排设计是迫在眉睫的。在能量转换的过程中，无论是将热能转化为机械能，还是将余热排放出去，都是极耗能量与资源的。基于此，相关企业必须加紧研究关于火电机组的优化设计，在节能技术方面下功夫，尽可能地将节能实际应用到火电机组能量转换的过程中去，得到利用效率切实可靠的新热能动力系统，为减轻能力稀缺压力、缓解环境污染、提高企业经济效益做贡献。
二、我国内燃机车技术发展现状
内燃机车是以内燃机作为原动力的一种机车，是各类机车中效率较高的一种。其整备时间短，持续工作时间长，适用于长交路；用水量少，适用于缺水地区；初期投资比电力机车少，但对大气和环境会造成污染。通过长期以来的发展，我国内燃机车技术品质已达到了一定的水平。至20世纪初，代表我国内燃机车技术水平的有DF11型客运机车、DF8B型货运机车、DF4D型货运及客运机车。这些机车都是交—直流传动，与世界先进水平相比，仍有一定差距。内燃机车的进一步发展，面临着如下的全新局势。（1）我国将加快铁路电气化的步伐，内燃机车将面临更为多样化及复杂化的运用条件，必须发展多种机型，使之适用于非电化干线及支线的客货运、调车及工矿运输的需要。（2）内燃机车要适应“高速、重载”的要求。时速200km以上的高速列车采用电动车组。非电气化铁路客运提速的最高速度不超过200km/h，要开发适用的客运内燃机车及内燃动车组。在我国，万吨以上的重载列车限于运煤专线，都用电力牵引。内燃牵引的重载货物列车通常不超过5000~6000t，要开发适用的货运内燃机车。快捷货物列车的最高速度要提高至120km/h；也要开发适用的机车。（3）内燃机车要加快发展交流传动技术、微电子技术、结构技术、走行技术、列车供电技术等领域，尽快达到或接近国外内燃机的先进水平，以满足各种不同用途的需要，提高机车运用的经济性、可靠性及耐久性。
三、内燃机节能优化改造
1.强化对锅炉废水的使用
除了上一部分论述的余热能源，想要确保热能动力系统能够顺利进行优化设计改造，还需要再加之对锅炉废水的强化使用，以追加能源支撑要素。在对系统进行调整时，要严格根据改造技术标准对锅炉废水进行改造优化。
要知道，若能同时保留住热能动力系统中的锅炉废水，且将锅炉废水技术进行细节完善，就能得到节约资源且能完整掌控的节能改造技术。面对当前市场上流行的工业控制技术的整合状况，废水改造技艺已能将工业废水改造技术顺利应用在二次控水过程中，根据技术控制处理意见将相对应的锅炉改造技术进行控制处理。智能优化过后的锅炉废水利用技术能够充分运用吸收废水的余热并进行重复运用，进而强化锅炉整体的保护系统。对于内燃机自身系统而言，废水改造工作是格外重要的，能起到维持锅炉顺利运行、避免废水外排污染水资源等作用。但是值得注意的是，该技术会受应用环境的影响产生不同效果，这也导致了应用锅炉废水来进行节能改造的做法仍有待改进。
2.提高机械运行功率
随着对机车柴油机功率和经济省油要求的不断提高，对喷油嘴雾化的要求也越来越高。机车柴油机工作转速变化范围大，要求在工况变动情况下，油的雾化质量都很好。为此，喷油器要提高油嘴针阀的开启压力，在保持喷孔总面积不变的前提下，缩小喷孔的直径，以实现高压喷射、改善雾化质量并降低燃油消耗。在机车柴油机使用的过程中，有的机务部门采用磁化节油的方法。即将燃油进行磁化处理，使燃油的黏度降低，烃分子自由基氧化反应增大，燃油得以充分燃烧，而排烟污染程度却有所降低。有的机务部门在燃油中渗入有效添加剂，以降低燃油黏度，提高燃烧效率，消除烟雾，防止积炭，改善环境状况，节约燃油的消耗。
3.可变进气歧管技术
在发动机的运行中，进气门处于不断的开合状态，如果气门处于开启状态，混合气体可以通过一定速度经过进气歧管与气门传递到气缸内；如果气门处于关闭状态时，混合气体的输送就会受阻，反弹回到进气歧管内，造成反复的震动。一旦进气歧管较短震动频率就会增加，随着进气歧管的延长频率会逐渐降低，因此可以采用一定的手段使进气门开启时间与振动频率处于共振状态，增强进气效率。可变进气歧管技术基于电控单元的控制作用，在内燃机工作状态的基础上改进进气管道长度，处于高速运转时，降低气道长度，进而降低流动损失，提升进气效率与汽车功率；处于低速运转状态时，可以调节气管内的混合气体的动能，加快气体的流动速度，保证进气效率。
4.强化对锅炉余热的使用
在对内燃机热能动力系统进行节能优化设计时，想要充分利用全系统的余热，就必须熟悉掌握余热改造技术，并将锅炉这一整体进行全方面的整合与完善。与此同时，在对现行的节能技术进行优化改造时，可利用锅炉余热的剩余价值进行节能处理，根据技术控制处理意见将相对应的技术进行控制处理，这样一来，更能够保证这一阶段的热能动力系统优化设计得以圆满，能够保证节能改造技术的实现成果。只有严标准严要求的节能改造技术才能确保热能动力优化技术能够与余热的利用开发技术相融合。进而强化对余热资源的利用开发，为内燃机的热能动力系统优化设计提供能源支持。
结语
尽管在以燃料电池为代表的新能源机车动力的持续挑战下，综合当前的铁路运输现状而言，内燃机车仍有一定的技术前景。所以，不仅在人们消费环境进行节能减排，还需要在火电厂等供源企业能量转换阶段开展节能改造工作，利用工业废水、锅炉余热、冷凝水、热蒸气等二次能源进行节约生产，在促进自身企业经济效益增加的同时，推动国家的可持续性发展。
参考文献
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