李熙光

摘要：鐵路運輸?shù)母咚侔l(fā)展，給了人們的工作和出行生活帶來了便利。隨著當(dāng)今世界的經(jīng)濟和各國各種新型鐵路列車的不斷投入生產(chǎn)和制造，環(huán)境污染的嚴(yán)重問題已不容小視。在我國高速鐵路的運輸系統(tǒng)中，調(diào)車機車的噴油器起著了編組、改線、摘掛、推峰以及解體的重要關(guān)鍵作用。如何節(jié)能低碳減排和極大地提高調(diào)車機車的利用率和性能已經(jīng)逐漸發(fā)展成為這個鐵路運輸時代的新技術(shù)要求，本文主要根據(jù)我國鐵路調(diào)車型柴油機車的實際運用技術(shù)特點，在對其相關(guān)理論及應(yīng)用進(jìn)行試驗研究分析的基礎(chǔ)上，對調(diào)車柴油機車的應(yīng)用和節(jié)能低碳減排相關(guān)技術(shù)以及未來發(fā)展趨勢問題進(jìn)行了深入的介紹和研究分析，重點地研究了調(diào)車機車噴油器應(yīng)用方面的節(jié)能減排相關(guān)理論和技術(shù)，并且闡述了一種噴油器針閥偶件改進(jìn)方法，為我國鐵路調(diào)車機車噴油器的節(jié)能減排及噴油器應(yīng)用的發(fā)展提供了技術(shù)性依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：調(diào)車機車;噴油器;節(jié)能減排;技術(shù)分析;發(fā)展趨勢;最優(yōu)化

中圖分類號：U284.48? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0005-02

0? 引言

隨著當(dāng)前我國的鐵路運輸技術(shù)發(fā)展進(jìn)入快速健康發(fā)展的新時期，能源和環(huán)保的問題越來越多地受到國家和社會的廣泛重視關(guān)注，軌道交通的綠色、安全的發(fā)展優(yōu)勢日益得到凸顯，因此對于鐵道電力貨運車輛的節(jié)能與減排的技術(shù)研究和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。中鐵十六局集團(tuán)的薛鵬對我國鐵道電力貨運機車車輛輪軌的磨損及其采用的節(jié)能降耗管理策略的研究進(jìn)行了深入的詳細(xì)分析[1]，上海汽車集團(tuán)股份有限公司的伍賽特介紹了我國鐵路機車電力貨運柴油機的主要工作原理特點及其節(jié)能技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，并重點從如何降低燃油的消耗率及實現(xiàn)代用柴油機車燃料的節(jié)能技術(shù)開發(fā)兩方面的角度出發(fā)，闡述了其應(yīng)用相關(guān)的節(jié)能減排技術(shù)[2]。中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司的高志遠(yuǎn)通過對我國鐵道電力貨運柴油機車的運行階段特點和其過程規(guī)律進(jìn)行了分析，利用極大的數(shù)值動力學(xué)原理求解了不同類型機車運行階段的最優(yōu)節(jié)能減排模式[3]。湖南永安鐵路機務(wù)段的陳桂福對電力機車主對變壓器溫升控制與冷卻節(jié)能減排問題進(jìn)行了的研究[4]，柳州鐵路局調(diào)車機務(wù)處柳州鐵路局機務(wù)處的廖克讓等對電力機車牽引柴油機的冷卻節(jié)能減排進(jìn)行了的探討[5]。但是這些研究方法都沒有對調(diào)車電力機車自身進(jìn)行專門的冷卻節(jié)能與減排的研究，調(diào)車組電力機車除偶爾需要操作一些小運轉(zhuǎn)的作業(yè)外，基本上都是完全局限于調(diào)車機車編組站有限的電氣化線路內(nèi)，其基本的大運轉(zhuǎn)作業(yè)主要是進(jìn)行牽出機車的編組、改線、摘掛、推峰以及解體等等。并且由于調(diào)車組電力機車的運用性能特點主要是頻繁的起動、制動、長時間的惰轉(zhuǎn)等，而且其牽引柴油機經(jīng)常需要處于嚴(yán)重的空載或低運轉(zhuǎn)負(fù)荷下的工作。調(diào)車組電力機車的缺點是柴油機自身具有高速性能差、噪聲大、排放污染嚴(yán)重和維修不便等缺點[6]，因此對調(diào)車機車的節(jié)能減排進(jìn)行研究具有重要的意義，本文對目前的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析，為調(diào)車機車節(jié)能減排及應(yīng)用方面的研究提供技術(shù)參考。

1? 調(diào)車機車常見的節(jié)能減排技術(shù)

1.1 混合柴油動力機車采用交流傳動調(diào)車車輛和電力機車的控制技術(shù)

就現(xiàn)階段的情況來看，在內(nèi)燃機車市場上目前應(yīng)用范圍比較廣泛的柴油發(fā)動機行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)主要是采用了混合動力的技術(shù)?；旌蟿恿夹g(shù)交流傳動電力調(diào)車內(nèi)燃機車的混合動力是由較小的交流柴油發(fā)電機組和可以用較大功率的蓄電池共同驅(qū)動和組成，牽引和制動的輔助電力發(fā)電裝置全部可以采用較大的交流柴油發(fā)電機進(jìn)行驅(qū)動，調(diào)車和牽引作業(yè)時既可以用較大的柴油機車和交流發(fā)電機組進(jìn)行供電，也在作業(yè)時可以用較小的蓄電池組進(jìn)行供電或兩者同時進(jìn)行供電，節(jié)能減排效果顯著。高速列車的交流傳動調(diào)車和牽引作業(yè)通常由內(nèi)燃機車來輔助完成。在調(diào)車作業(yè)間歇期間，內(nèi)燃機車柴油機不能停機。

1.2 柴油機機內(nèi)措施

1.2.1 柴油機內(nèi)常見節(jié)能減排技術(shù)

延遲噴油定時延遲可以有效地減少燃燒室內(nèi)參與預(yù)燃燒的混合氮氧化物燃燒的時間和燃油量，從而大幅降低初始燃燒的排放熱率，降低預(yù)混合燃燒室內(nèi)的最高氮氧化物燃燒熱率和溫度，抑制NOX的氮氧化物生成。根據(jù)美國GE公司12-7fdl型機車柴油機的燃燒室運用試驗結(jié)果表明，噴油定時延遲4°時，NOX的排放溫度平均值降低18%。

采用Mimiller循環(huán)進(jìn)氣門技術(shù)意味著不需要像通常的情況下在柴油機正常運轉(zhuǎn)時那樣在進(jìn)入燃燒狀態(tài)的過程中才需要提前關(guān)閉了進(jìn)氣門，而是要在提前進(jìn)氣門到達(dá)的下止點前將進(jìn)氣門關(guān)閉。如果進(jìn)氣門關(guān)閉定時的這種溫度改變，會直接導(dǎo)致柴油氣缸內(nèi)工質(zhì)額外的膨脹，壓縮壓力減小，燃燒溫度的降低，從而大大減少了COX的生成量。燃燒溫度的降低，從而大大減少了COX的生成量。

廢氣燃燒系統(tǒng)再循環(huán)技術(shù)也可以實現(xiàn)柴油機節(jié)能減排的再循環(huán)功能，將渦輪增壓柴油機燃燒系統(tǒng)工作在廢氣再循環(huán)之后（即渦輪增壓器進(jìn)入渦輪前）的部分燃燒廢氣按一定的比例完全可控地經(jīng)再循環(huán)返回輸送到渦輪增壓柴油機的進(jìn)氣燃燒系統(tǒng)，使部分增壓柴油機的空氣與其他廢氣燃燒系統(tǒng)混合，由此燃燒廢氣會直接或局部地降低柴油機進(jìn)氣系統(tǒng)中的氧氣含量和氮濃度，改變其氧/氮的比值并大大降低柴油機燃燒系統(tǒng)的溫度。

采用高效空氣增壓器配套的高效增壓柴油機，可以有效地降低柴油機工作空氣循環(huán)的溫度，從而有效減少NOX的排放，同時有利于提高了柴油機的功率和輔助制動效率。與高效渦輪增壓相配合，降低中冷水溫，意味著大大降低了參與柴油機燃燒的工作空氣循環(huán)溫度，從而同時可有效抑制NOX的廢氣生成。

1.2.2 噴油器改進(jìn)技術(shù)

燃料在柴油機氣缸內(nèi)進(jìn)行燃燒的過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)性質(zhì)變化的過程，燃燒化學(xué)變化過程的復(fù)雜和完善的程度，直接的影響著柴油發(fā)動機的實際工作功能力、熱效率和發(fā)動機使用期限，其在氣缸內(nèi)燃燒的過程可以劃分為四個主要的階段：滯燃期、急燃期、緩燃期、后燃期。滯燃期對于氣缸內(nèi)燃燒的過程和對柴油機各種性能的控制有著一個極為重要的作用和影響，因此通過控制噴入的燃油量來改變和控制滯燃期可以很好地減少滯燃期的時間，其目的在于控制滯燃期內(nèi)參與物理、化學(xué)準(zhǔn)備的油量，從而控制參與燃期燃燒的油量。這一點主要從采取合適的噴油規(guī)律入手，而先少后多的噴油規(guī)律為最佳[7]。噴油器作為其中的最關(guān)鍵的部件，其工作過程直接決定噴油器效率，而噴油器的針閥運動對噴油器起著關(guān)鍵的作用[8]。中國第一汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所的高廣新等人對內(nèi)置式電磁鐵、分級節(jié)流孔板及長針閥直驅(qū)油嘴等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能研發(fā)，使該噴油器開啟延遲小于400μs[9]。大連交通大學(xué)的楚家旺等人對柴油機的針閥偶件進(jìn)行改進(jìn)從而減少了燃油壓力損失并且有效避免了針閥卡死的問題[10]，從而通過改進(jìn)噴油器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了調(diào)車機車節(jié)能減排的功能。

2? 噴油器針閥偶件的改進(jìn)

本文論述了一種噴油器新型針閥偶件的改進(jìn)方法， 改進(jìn)后的噴油器針閥偶件如圖1所示。采用了變剛度彈簧措施，圓錐形螺旋彈簧設(shè)置為在針閥偶件的第一段升程時的剛度小于第二段升程時的剛度。其剛度是由小到大非線性變化的，因此針閥偶件上端的圓錐形螺旋彈簧噴油器能夠?qū)崿F(xiàn)先緩后急的噴油速率，在一個工作循環(huán)周期里，減少了滯燃時間，降低了低速時的燃燒噪聲以及NOX、碳煙和顆粒物等的排放量。使在氣缸燃燒的滯燃期內(nèi)噴入少量的燃油，降低了低速時的燃燒噪聲以及NOX、碳煙和顆粒物等的排放量，從而實現(xiàn)了節(jié)能減排的功能。

3? 調(diào)車機車能減排技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

鐵路調(diào)車機車作為一種非常重要的鐵路運輸和交通方式，速度快，實用性強是它的一個重要優(yōu)點，因此，減少能源消耗，節(jié)能減排，便是現(xiàn)今鐵路調(diào)車柴油機車的技術(shù)發(fā)展重要方向。如今我國對此的認(rèn)識和研究還不是很透徹，我們都非常希望能夠有一種智能化和質(zhì)變的技術(shù)突破。在空氣動力學(xué)，熱學(xué)，機械等應(yīng)用技術(shù)方面的研究和學(xué)習(xí);在gt-suite，fluent等應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)和使用;在噴油針閥偶件，噴油嘴等應(yīng)用技術(shù)方面在結(jié)構(gòu)和尺寸上的改變或者在結(jié)構(gòu)上的改變和創(chuàng)新，終究會成功的使調(diào)車機車節(jié)能減排的最大程度達(dá)到我們的用戶滿意和價值。隨著最近幾年我國的科學(xué)發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化的機車標(biāo)簽也慢慢的進(jìn)入到了人們的工作和日常生活，調(diào)車機車的發(fā)動機在現(xiàn)今的節(jié)能減排方面可能會面向網(wǎng)絡(luò)與智能的方向發(fā)展，智能的各種新型技術(shù)會取代以往的工業(yè)加工。

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