李杰1 郑浩杰2
身份证号码：23010319810122****
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摘要：在现代社会可持续发展的背景下，内燃机的热力系统起着至关重要的作用，其性能将直接影响人们的生产和生活。随着社会发展理念日益科学，节能降耗的技术研究备受关注。在分析内燃机热力优化和节能改造的基础上，研究了先进的废水系统改造、冷却系统改造和余热回收技术，并对这些技术的研究和应用前景进行了展望，希望能为相关行业的发展提供参考。
关键词：内燃机；热能；动态优化；节能改造
0简介
随着我国社会经济的不断发展，为了满足社会生产日益增长的需求，内燃机的技术研究越来越受到重视。内燃机技术的传统研究侧重于热力优化，以提高设备性能。近年来，社会各界越来越重视生态环境的保护。因此，在优化内燃机热功率的同时，节能改造的研究变得越来越重要。在大量研究的基础上，内燃机热功率优化和节能改造的主要思想是提高热效率和减少热损失。基于这一概念，有必要根据实际应用环境，结合各种影响因素进行深入分析。
1影响内燃机热动力和节能的主要因素
内燃机是一种利用燃料燃烧产生的能量驱动相关设备的设备。从内燃机本身来看，影响其热动力和节能的主要因素包括以下几个方面：一是燃料燃烧的程度。在内燃机的燃烧室内，燃料是否充分燃烧将直接影响第一时间产生的能量。由于内燃机结构设计和工艺水平的影响，燃料燃烧程度可能会受到影响。第二，热量损失。内燃机运行时，需要将燃料燃烧产生的能量进行转换，使之成为驱动相关系统的动力。如图1所示，内燃机在产生和转化热能的过程中会损失能量，一般表现为热损失。常规内燃机系统中燃料燃烧产生的能量只有37%左右能转化为主动输出，约7%损失在活塞和水泵运行时产生的摩擦力中。应该强调的是，在大多数内燃机系统中，28%和32%的热能分别由冷却系统和排气系统消耗。目前，虽然内燃机的技术和工艺在不断改进，但燃料燃烧率已经达到了在目前的技术条件下难以进一步突破的水平。
2内燃机热力优化及节能改造策略分析
2.1废水改造
在内燃机的运行系统中，废水处理是关键环节之一。在一些生产行业的内燃机系统运行过程中，由于水的比热容大，在废水处理中消耗了大量的热量。因此，废水系统改造是内燃机热能优化和节能改造的主要思路之一。针对废水系统的改造，首先配置废水回收系统，对废水进行回收，实现其热能的回收、转化和再利用[2]。关键是降低废水管网系统的复杂性，改善废水管网的材质，减少废水在系统中流动造成的过多热量损失。
2.2冷却系统改造
传统的内燃机通常通过水冷来冷却，以确保系统处于安全的温度范围内。当内燃机温度在80左右时，其运行效率较高，冷却系统进水温度一般设定在80。温度控制对内燃机系统的运行至关重要。一般情况下，如果温度低于40，需要通过预热系统进行加热。高温水流出内燃机系统后，首先进入1号温控阀。当水温低于70时，1号温控阀开启，让高温水进入水泵，然后返回内燃机系统。如果内燃机系统温度超过80，打开2号温控阀，让高温水流入换热器，经风冷系统冷却后，再回到2号温控阀。总的来说，优化方案的核心思想是在水泵和换热器之间进行冷却水的交换和流动，结合空气冷却装置，在满足冷却功能的基础上减少热量损失。(图2)
2.3余热回收技术的应用
废热是指内燃机系统运行过程中释放的未转化的热能，主要来自增压空气、冷却水和润滑油。显然，余热回收技术的应用在当代内燃机的热力优化和节能改造中尤为重要。目前主流的技术主要包括以下几个方面：一、供暖。在汽车、船舶等系统中，通常需要加热，回收内燃机系统的余热并将其应用于加热系统是一种有效的方法。例如，当气温较低时，内燃机系统的冷却水被散热器利用，满足了供暖需求，在不增加内燃机燃料消耗的情况下达到了节能的目的[3]。二、余热制冷。内燃机的余热用于为空调和制冷保险系统的运行提供能量。目前主流的余热制冷方式有吸附制冷和吸收制冷。其中吸附制冷适用于汽车内燃机系统，即利用一些特殊材料吸收内燃机的余热，打开空调时放出热量，降低车内温度。
3内燃机热力优化及节能改造的实践分析
基于内燃机的工作原理和节能改造的基本思路，行业在内燃机余热回收利用技术的研究方面取得了一定的成果。比如某公司开发了以有机工质为循环载体的闭式循环透平系统。如图3所示，该系统由汽轮发电机、蒸汽发生系统和冷凝器等组成。它可以将内燃机排出的热能注入蒸汽发生系统，加热系统内的液态有机工质。高温蒸汽加热蒸发后，进入汽轮机系统，带动汽轮机旋转，进而带动电机产生电能。因此，产生的电能可以供应给汽车电子系统、工厂照明系统等。从而真正实现内燃机的节能和效率提高[4]。
具体来说，为了更好地回收内燃机排出的热量，使其能够持续加热液态有机工质，应该在蒸汽发生器的腔体中植入金属管，以保证金属管的内壁和外壁分离。管道两端采用法-兰接口，分别与内燃机排气阀和改造后的排气尾管连接。在内燃机运行过程中，高温气体会先进入闭式涡轮发电系统，金属管将热量导向有机工质，产生的高温蒸汽进入涡轮膨胀做功，然后同轴发电机产生交流电。当热能被吸收并转化到一定程度时，气态的有机工质将回到液态，通过循环系统回到蒸汽发生器，多余的气体将通过消音器排入大气。这样，整个系统形成了一套内燃机余热回收和发电的循环系统。该体系一般使用戊烷等化学物质，该物质的沸点为36.1。在常见的汽车系统中，发动机产生的废气温度一般高于60，可以刺激戊烷材料由液态变为气态。这种材料的蒸汽密度是空气的2.5倍以上，因此动能可以通过使用小型涡轮机来转换。值得一提的是，戊烷的临界温度为196，这意味着常规的小体积冷凝器可以快速冷凝气体，从而保证循环。此外，戊烷的冰点低至-73，这意味着在大多数地区冬季可以连续工作，不需要配置防冻装置，不会对发电机系统造成不利影响。
可以看出，这种优化内燃机热能和功率的新型节能装置可以应用于各种内燃机动力机械系统。例如，当在内燃机列车中使用时，转换的电力可以被施加到列车内部的照明系统。值得一提的是，在以内燃机为主要动力源的汽车中，该装置的应用不仅可以优化汽车电子系统的电能结构，还可以利用回收的能量产生的电能为汽车动力装置提供辅助动力。
4结束语
综上所述，内燃机作为现代工业社会中非常重要的动力设备，其能量转化率和利用率仍处于相对较低的水平。在日益增长的工业需求和环保理念下，内燃机热功率优化和节能技术的研究尤为重要。在目前的技术条件下，关键在于减少内燃机运行过程中的热量损失，回收和再利用原来由废水、冷却系统和废气排放的热量。这不仅可以促进内燃机系统热力的优化，还可以提高能量利用率，达到节能环保的目的。
参考文献：
[1]后睿.对内燃机热能动力优化与节能改造的探讨[J].机械管理开发，2020，35（1）：226-227.
[2]孙旭东.中车能源科技公司内燃机节能减排项目商业计划书[D].甘肃：兰州理工大学，2019.
[3]时振泽.内燃机车性能实验过程中的节能降耗研究[J].内燃机与配件，2020（22）：127-128.
[4]钱晏强，颜胜，常征.“节能”内燃机案例技术分析[J].科学技术创新，2018（17）：185-186.