内燃机测试技术的现状与发展

文/张升，安徽全柴动力股份有限公司

由于内燃机车的内部结构复杂，合理使用试验技术不仅可以提高内燃机车的稳定性，而且有效地减少内燃机车维修人员的工作量，从而保证工程机械的使用安全，保证工程的顺利完成。

1 内燃机理想循环的条件

从理论方面讲，就是把内燃机工作流程的抽象化，从而忽略了影响其他的次要素，主要把基本的热力工程作为理想的循环，然后进行相应的计算，从而进一步改善内燃机性能，提升内燃机的经济性和动力性。因此，设计人员可以做出以下几方面的假设：第一，假设内燃机在封闭循环中运行，忽略了排气流动的影响和损失。第二，忽略内燃机在运行过程中产生的传热、摩擦以及漏气以及热力损失。第三，简化内燃机燃烧过程，在等压过程中，对工质进行加热，在放热过程中，视为定容放热。第四，把循环空气假定为理想气体，把比热看作定值，忽略变比热的影响。根据以上假定条件，把整个内燃机简化为定容加热循环，把高增压和低速大型柴油机简化成定压加热循环。

2 内燃机车测试内容的分析

内燃机车我国主要以柴油内燃机车为主。根据内燃机车的应用现状，内燃机车的测试主要集中在柴油机状态测试、柴油机机体异常振动测试、齿轮箱测试等方面。根据现代工程机械内燃机车的要求和机车现状，需要根据测试内容和要求选择合适的测试技术，通过优化实现对内燃机车的高效、安全、可靠的测试。内燃机车维修过程，需要同时考虑到内燃机车的运行环境和负荷，以及内燃机车运行中可能出现的问题，对运行参数进行校核和调整，确保内燃机车的可靠性和安全性，实现工程机械的工作目标。

3 试验方法

车用柴油机在工作过程中，防爆元件会产生排气背压，在进气过程中，进气阻火器会对进气流量产生阻碍，使进气流量减少。同时，由于进气阻火器格栅密集，在柴油机长时间运转后，会造成进气阻火器堵塞，降低车用柴油机的进气流量。因此，在设计进气阻火器、确定更换阻火器频率时，需就进气流量对车用柴油机性能的影响有准确的认识。

3.1 改变进气流量

试验所用柴油机为雷沃FDE4100QFB型车用柴油机。柴油机的进气量一般是过量的，因此在本试验中，通过减小进气口截面的大小，定性改变进气量。减小进气口截面积的方法是将进气口设计成圆形截面，试验时，堵塞部分进气口，使进气口截面积减小为原来的1／4、118、1／16，从而改变车用柴油机的进气流量，对比不同进气流量下的车用柴油机动力性及排放性能。试验用柴油机原进气道内径为70InlTl，用3种挡板堵塞进气道。

3.2 车用柴油机性能测试方法

车用柴油机动力性能测试时，通过调油门开度，使柴油机处于油门全开状态，测量柴油机的输出转矩，作为车用柴油机动力性的衡量指标。即测量不同进气流量下，车用柴油机外特性下输出转矩的变化，从而对比不同进气流量下的车用柴油机动力性能。在车用柴油机十一工况点下，测量柴油机排气歧管后尾气中污染物的含量，作为对比不同进气流量下车用柴油机排放性能的指标。车用柴油机的十一工况点是衡量车用柴油机排放性能的重要指标之一，本试验采用改变柴油机进气流量后测量柴油机十一工况点的排放量的方法。发动机总进气量Q按照下式计算：

式中：Vst为发动机的总排量，L；n为发动机转速，r／min；7／，ηv为发动机的容积效率，%；i为发动机冲程。

4 未来相当长时间汽车内燃机仍占有支配地位

4.1 车用内燃机技术优势

内燃机技术经过一百多年的发展，在能量密度、热效率、燃料灵活度、市场占有率以及加工技术等方面均具有绝对优势。

（1）内燃机能量密度高。乘用车升功率最高达150kW/L。

（2）内燃机热效率高。汽油机的热效率可达45%，与最新的超超临界和整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）发电站效率相当，柴油机的热效率正在接近50%。

（3）可以使用灵活的燃料。内燃机可使用的燃料不仅包括化石燃料、天然气、生物质燃料，还包括乙醇等可再生能源。

截至2017年3月底，全国机动车保有量突破3亿辆，其中汽车达2亿辆。我国国产品牌的市场占有率已名列前茅。此外，内燃机加工技术成熟，维修使用方便。

4.2 汽车内燃机仍然具有巨大的发展潜力

从内燃机技术角度来看，在CO2排放和污染物控制方面仍然有较大潜力可以开发。

（1）更高的内燃机热效率。国际内燃机主要研究机构的研发重心在于提高热效率，有效热效率达到60%被作为内燃机界的“短期”奋斗目标，长期的“极限”是有效热效率达到85%。

（2）内燃机电气化。与电子控制、信息化等融合速度加速，包括电子水泵、电控喷油、电控增压和可调排气再循环（EGR）等技术的迅猛发展，内燃机控制更加精细，内燃机效率将得到极大的提高。

（3）节能减排法规的不断严格。世界主要国家均已设定大幅度降低油耗和CO2减排的法规，同时，针对轻型汽车整车的实际行驶排放（RDE）测试方法正在准备实施，这些均对降低有害排放物非常有利。

（4）不断发展的有害排放物控制技术。目前内燃机有害排放物已经达到近零的水平，主要排放物降低了90%左右。

另外，随着世界范围内能源、环境问题的加剧，发展内燃机节能和降低CO2排放是汽车内燃机的迫切任务。

4.3 新能源汽车在短期内不可替代内燃机汽车

新能源汽车在实现低碳排放和零污染控制方面有诸多优势，但诸如太阳能、风能、可再生生物质。

5 结束语

内燃机车测试技术的运用，为机车状态预知、预控诊断处理提供了基础数据依据，为机车状态修奠定基础保证。基于状态维修的新型检修模式的运用，避免机车故障扩大造成重大部件损坏和安全事故，大幅降低检修成本，提高了机车检修效率和检修质量。

[1]宋海涛.铁路柴油内燃机车内燃机的测试机维修[J].铁路机车测试与维修,2016(11).

[2]马龙.现代测试技术在内燃机车测试中的应用[J].内燃机车,2017(12).