內(nèi)燃機(jī)車(chē)應(yīng)用前景展望

伍賽特

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，上海200438）

0 引言

鐵路運(yùn)輸有著運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)輸速度快、受氣候影響小[1]、運(yùn)輸成本低等一系列優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)各類(lèi)現(xiàn)代運(yùn)輸方式中占有舉足輕重的地位，可謂國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈。要實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸，提供牽引動(dòng)力的機(jī)車(chē)車(chē)輛可謂重中之重，機(jī)車(chē)車(chē)輛依照動(dòng)力來(lái)源類(lèi)型可分為電力機(jī)車(chē)與熱力機(jī)車(chē)，采用柴油機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源的熱力機(jī)車(chē)即內(nèi)燃機(jī)車(chē)[2]。

1 內(nèi)燃機(jī)車(chē)及其優(yōu)勢(shì)

建國(guó)初期，考慮到鐵路電氣化基建成本問(wèn)題，仍率先發(fā)展熱力機(jī)車(chē)，熱力機(jī)車(chē)中又優(yōu)先發(fā)展蒸汽機(jī)車(chē)。20世紀(jì)末期，隨著蒸汽機(jī)車(chē)逐漸退出歷史舞臺(tái)[3]，內(nèi)燃機(jī)車(chē)成為熱力機(jī)車(chē)中的主流機(jī)型。內(nèi)燃機(jī)車(chē)相比蒸汽機(jī)車(chē)，熱效率更高，功率更大，可以少用水，并且便于整機(jī)聯(lián)控，駕駛員工作條件也較好，一時(shí)間內(nèi)燃牽引成為了國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)輸?shù)闹髁姟?/p>

相比于蒸汽機(jī)車(chē)，內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主要優(yōu)勢(shì)為：

（1）速度快、啟動(dòng)迅速；

（2）功率較大，牽引性能較好；

（3）整機(jī)效率較高，可充分利用燃料的熱能；

（4）適合缺水地區(qū)使用；

（5）駕駛室視野開(kāi)闊，便于司機(jī)駕駛操作。

2 國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

我國(guó)鐵路行業(yè)從1958年開(kāi)始試制內(nèi)燃機(jī)車(chē)，并于1964年開(kāi)始成批生產(chǎn)東風(fēng)型直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。當(dāng)時(shí)機(jī)車(chē)試制起點(diǎn)并不高，是出于對(duì)當(dāng)時(shí)試制生產(chǎn)條件的考慮。為了及時(shí)趕上國(guó)際內(nèi)燃機(jī)車(chē)的發(fā)展，于20世紀(jì)60年代后期又開(kāi)始試制在當(dāng)時(shí)具備先進(jìn)技術(shù)水平的東風(fēng)4型交—直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)以及北京型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。經(jīng)過(guò)數(shù)年研發(fā)，東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車(chē)已投入成批生產(chǎn)，并且技術(shù)趨于成熟、性能日漸提升。就性能而言，當(dāng)時(shí)的東風(fēng)4型交—直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)已達(dá)到了一定的技術(shù)水準(zhǔn)。

隨著后來(lái)60系列、DASH8等新型內(nèi)燃機(jī)車(chē)的出現(xiàn)，國(guó)際上內(nèi)燃機(jī)車(chē)的技術(shù)水平又得以繼續(xù)發(fā)展，使得東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車(chē)的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)逐漸又被追平。于20世紀(jì)80年代中期引入國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車(chē)進(jìn)行技術(shù)改造，尤其是其使用的16V240ZJB型柴油機(jī)，對(duì)其曲軸、連桿、氣缸套、增壓器、調(diào)速器及噴油器在內(nèi)的諸多部件均進(jìn)行了改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上制成了16V240ZJD型柴油機(jī)，其性能得以改善，可靠性提升，經(jīng)濟(jì)性也有所提高。改進(jìn)后，東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車(chē)的技術(shù)水平有了顯著提升，其經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性得到改善。

日以繼夜，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的性能、品質(zhì)等有了較大改善。后續(xù)又先后引進(jìn)了諸多品牌的國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車(chē)，其中運(yùn)用效果最好、最為成功的機(jī)車(chē)就是美國(guó)的ND5型（C36-7型）內(nèi)燃機(jī)車(chē)。該情況也表明，重載中速的美國(guó)內(nèi)燃機(jī)車(chē)比輕載高速的西歐內(nèi)燃機(jī)車(chē)更適合我國(guó)國(guó)情。

自新世紀(jì)以來(lái)，按照“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)、打造中國(guó)品牌”的總體方針[4]，通過(guò)與阿爾斯通、西門(mén)子以及川崎重工等國(guó)際高速列車(chē)生產(chǎn)商通力合作，成功引進(jìn)了大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)技術(shù)，并通過(guò)“消化、吸收與再創(chuàng)新”，建立了具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的鐵路運(yùn)輸技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車(chē)車(chē)輛的技術(shù)跨越，形成了我國(guó)鐵路新的車(chē)輛產(chǎn)業(yè)群。

3 內(nèi)燃機(jī)車(chē)的應(yīng)用前景展望

自21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)已大力推進(jìn)對(duì)電氣化鐵路的建設(shè)。近年來(lái)，在貨運(yùn)領(lǐng)域，電力機(jī)車(chē)已逐漸替代內(nèi)燃機(jī)車(chē)成為主流牽引動(dòng)力。而在客運(yùn)領(lǐng)域，各類(lèi)新型電力動(dòng)車(chē)組如同雨后春筍般層出不窮，大大提升了旅客出行的便捷性、舒適性與高效性。短短十余年間，國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)輸牽引動(dòng)力的霸主位置已三易其主，就目前國(guó)內(nèi)的鐵路運(yùn)輸情況而言，電力牽引可謂如日中天，盛極一時(shí)。

電力機(jī)車(chē)相比內(nèi)燃機(jī)車(chē)，在動(dòng)力性方面的優(yōu)勢(shì)更為顯著。由于柴油機(jī)受到機(jī)車(chē)內(nèi)部空間尺寸制約，所輸出的功率遠(yuǎn)比電力機(jī)車(chē)從接觸網(wǎng)直接獲得的電力功率小，因此在進(jìn)行爬坡、過(guò)長(zhǎng)大隧道以及高原地區(qū)運(yùn)行時(shí)采用電力牽引更為高效。

盡管動(dòng)力性方面相對(duì)薄弱，但內(nèi)燃機(jī)車(chē)自身也具備一定的優(yōu)勢(shì)。不同于電力機(jī)車(chē)，內(nèi)燃機(jī)車(chē)是一類(lèi)攜帶燃料的自給式機(jī)車(chē)，在運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)需架設(shè)接觸網(wǎng)，降低了基建成本，同時(shí)受自然災(zāi)害及戰(zhàn)爭(zhēng)破壞等不可抗力因素的影響也較小，可用于戰(zhàn)后或?yàn)?zāi)害后的救援。

不僅如此，內(nèi)燃機(jī)車(chē)在未實(shí)現(xiàn)電氣化的支線鐵路或高原地區(qū)也可承擔(dān)起主力牽引任務(wù)。在進(jìn)行常規(guī)調(diào)車(chē)任務(wù)時(shí)，同樣也需使用內(nèi)燃機(jī)車(chē)。目前采用其他新能源動(dòng)力裝置的新型自給式機(jī)車(chē)（如燃料電池機(jī)車(chē)）仍處于研發(fā)狀態(tài)中，尚未得到推廣。因此，內(nèi)燃機(jī)車(chē)目前依然有著較高的不可替代性，在相應(yīng)使用條件下仍具備較好的應(yīng)用前景。

4 內(nèi)燃機(jī)車(chē)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 采用單機(jī)大功率柴油機(jī)

為滿足客運(yùn)快速以及貨運(yùn)重載的運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì)，要求機(jī)車(chē)柴油機(jī)的功率不斷提升。柴油機(jī)可采用燃油電子噴射系統(tǒng)及高增壓技術(shù)，并有效控制燃油消耗率，同時(shí)降低有害物排放[5]。亦可采用球鐵鑄造機(jī)體以及全纖維鍛造曲軸等新結(jié)構(gòu)、新工藝，以提升零部件的可靠性。

4.2 采用徑向轉(zhuǎn)向架

新世紀(jì)以來(lái)，國(guó)外先進(jìn)貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)大多采用徑向轉(zhuǎn)向架。該類(lèi)轉(zhuǎn)向架設(shè)法解除了輪對(duì)搖頭約束，使輪對(duì)在進(jìn)入曲線時(shí)趨于曲線半徑方向，處于所要求的徑向位置，使車(chē)輪相對(duì)于軌道的沖角減小[6]，從而大幅降低了輪軌磨損及機(jī)車(chē)牽引功率的消耗，改善了機(jī)車(chē)通過(guò)曲線時(shí)的黏著性能，顯著提升了機(jī)車(chē)通過(guò)曲線時(shí)的速度與牽引能力。

4.3 車(chē)載微機(jī)技術(shù)

近年來(lái)，國(guó)外新型內(nèi)燃機(jī)車(chē)均已采用微機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用提升了機(jī)車(chē)及柴油機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，也提升了機(jī)車(chē)狀態(tài)顯示與故障診斷的自動(dòng)化程度。不僅可顯示機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及各類(lèi)性能參數(shù)，保證機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行；也可進(jìn)行維修診斷，對(duì)機(jī)車(chē)各類(lèi)裝備技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，以此識(shí)別故障，為機(jī)車(chē)維修提供必要的依據(jù)與指示。

4.4 交流傳動(dòng)技術(shù)

交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)為采用三相交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)，目前采用的牽引電機(jī)均為異步牽引電機(jī)，異步牽引電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、質(zhì)量輕[7]、可靠性高、維修量少、機(jī)械特性硬等優(yōu)勢(shì)。

交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的優(yōu)勢(shì)主要概括為以下幾點(diǎn)：（1）質(zhì)量輕、簧下質(zhì)量?。?/p>

（2）可實(shí)現(xiàn)更大的牽引功率；

（3）黏著利用更好，可實(shí)現(xiàn)更好的牽引、制動(dòng)性能；

（4）采用先進(jìn)的控制與檢測(cè)技術(shù)；

（5）機(jī)車(chē)效率高、磨耗小。

5 結(jié)語(yǔ)

相比于當(dāng)前占據(jù)主流市場(chǎng)的電力機(jī)車(chē)，內(nèi)燃機(jī)車(chē)仍有其不可取代的優(yōu)勢(shì)，因此目前尚未退出歷史舞臺(tái)，仍是鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的重要力量，仍需不斷學(xué)習(xí)并掌握世界領(lǐng)先的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，百尺竿頭，更進(jìn)一步！