内燃机车应用前景展望

伍赛特

（上海汽车集团股份有限公司，上海200438）

0 引言

铁路运输有着运输能力强、运输速度快、受气候影响小[1]、运输成本低等一系列优势，在国内各类现代运输方式中占有举足轻重的地位，可谓国民经济的大动脉。要实现铁路运输，提供牵引动力的机车车辆可谓重中之重，机车车辆依照动力来源类型可分为电力机车与热力机车，采用柴油机作为动力来源的热力机车即内燃机车[2]。

1 内燃机车及其优势

建国初期，考虑到铁路电气化基建成本问题，仍率先发展热力机车，热力机车中又优先发展蒸汽机车。20世纪末期，随着蒸汽机车逐渐退出历史舞台[3]，内燃机车成为热力机车中的主流机型。内燃机车相比蒸汽机车，热效率更高，功率更大，可以少用水，并且便于整机联控，驾驶员工作条件也较好，一时间内燃牵引成为了国内铁路运输的主力军。

相比于蒸汽机车，内燃机车的主要优势为：

（1）速度快、启动迅速；

（2）功率较大，牵引性能较好；

（3）整机效率较高，可充分利用燃料的热能；

（4）适合缺水地区使用；

（5）驾驶室视野开阔，便于司机驾驶操作。

2 国内内燃机车的技术发展及现状

我国铁路行业从1958年开始试制内燃机车，并于1964年开始成批生产东风型直流电传动内燃机车。当时机车试制起点并不高，是出于对当时试制生产条件的考虑。为了及时赶上国际内燃机车的发展，于20世纪60年代后期又开始试制在当时具备先进技术水平的东风4型交—直流电传动内燃机车以及北京型液力传动内燃机车。经过数年研发，东风4型内燃机车已投入成批生产，并且技术趋于成熟、性能日渐提升。就性能而言，当时的东风4型交—直流电传动内燃机车已达到了一定的技术水准。

随着后来60系列、DASH8等新型内燃机车的出现，国际上内燃机车的技术水平又得以继续发展，使得东风4型内燃机车的技术领先优势逐渐又被追平。于20世纪80年代中期引入国外先进技术，对东风4型内燃机车进行技术改造，尤其是其使用的16V240ZJB型柴油机，对其曲轴、连杆、气缸套、增压器、调速器及喷油器在内的诸多部件均进行了改进，在此基础上制成了16V240ZJD型柴油机，其性能得以改善，可靠性提升，经济性也有所提高。改进后，东风4型内燃机车的技术水平有了显著提升，其经济性及动力性得到改善。

日以继夜，经过长期不懈的努力，国产内燃机车的性能、品质等有了较大改善。后续又先后引进了诸多品牌的国外内燃机车，其中运用效果最好、最为成功的机车就是美国的ND5型（C36-7型）内燃机车。该情况也表明，重载中速的美国内燃机车比轻载高速的西欧内燃机车更适合我国国情。

自新世纪以来，按照“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体方针[4]，通过与阿尔斯通、西门子以及川崎重工等国际高速列车生产商通力合作，成功引进了大功率内燃机车技术，并通过“消化、吸收与再创新”，建立了具备自主知识产权和国际竞争力的铁路运输技术体系，实现了机车车辆的技术跨越，形成了我国铁路新的车辆产业群。

3 内燃机车的应用前景展望

自21世纪以来，我国已大力推进对电气化铁路的建设。近年来，在货运领域，电力机车已逐渐替代内燃机车成为主流牵引动力。而在客运领域，各类新型电力动车组如同雨后春笋般层出不穷，大大提升了旅客出行的便捷性、舒适性与高效性。短短十余年间，国内铁路运输牵引动力的霸主位置已三易其主，就目前国内的铁路运输情况而言，电力牵引可谓如日中天，盛极一时。

电力机车相比内燃机车，在动力性方面的优势更为显著。由于柴油机受到机车内部空间尺寸制约，所输出的功率远比电力机车从接触网直接获得的电力功率小，因此在进行爬坡、过长大隧道以及高原地区运行时采用电力牵引更为高效。

尽管动力性方面相对薄弱，但内燃机车自身也具备一定的优势。不同于电力机车，内燃机车是一类携带燃料的自给式机车，在运输过程中无需架设接触网，降低了基建成本，同时受自然灾害及战争破坏等不可抗力因素的影响也较小，可用于战后或灾害后的救援。

不仅如此，内燃机车在未实现电气化的支线铁路或高原地区也可承担起主力牵引任务。在进行常规调车任务时，同样也需使用内燃机车。目前采用其他新能源动力装置的新型自给式机车（如燃料电池机车）仍处于研发状态中，尚未得到推广。因此，内燃机车目前依然有着较高的不可替代性，在相应使用条件下仍具备较好的应用前景。

4 内燃机车的技术发展趋势

4.1 采用单机大功率柴油机

为满足客运快速以及货运重载的运输发展趋势，要求机车柴油机的功率不断提升。柴油机可采用燃油电子喷射系统及高增压技术，并有效控制燃油消耗率，同时降低有害物排放[5]。亦可采用球铁铸造机体以及全纤维锻造曲轴等新结构、新工艺，以提升零部件的可靠性。

4.2 采用径向转向架

新世纪以来，国外先进货运内燃机车大多采用径向转向架。该类转向架设法解除了轮对摇头约束，使轮对在进入曲线时趋于曲线半径方向，处于所要求的径向位置，使车轮相对于轨道的冲角减小[6]，从而大幅降低了轮轨磨损及机车牵引功率的消耗，改善了机车通过曲线时的黏着性能，显著提升了机车通过曲线时的速度与牵引能力。

4.3 车载微机技术

近年来，国外新型内燃机车均已采用微机控制系统，该系统的应用提升了机车及柴油机工作的经济性与可靠性，也提升了机车状态显示与故障诊断的自动化程度。不仅可显示机车运行状态及各类性能参数，保证机车的安全运行；也可进行维修诊断，对机车各类装备技术进行评估，以此识别故障，为机车维修提供必要的依据与指示。

4.4 交流传动技术

交流传动内燃机车为采用三相交流牵引电机驱动的内燃机车，目前采用的牵引电机均为异步牵引电机，异步牵引电机具有结构简单、效率高、质量轻[7]、可靠性高、维修量少、机械特性硬等优势。

交流传动内燃机车的优势主要概括为以下几点：（1）质量轻、簧下质量小；

（2）可实现更大的牵引功率；

（3）黏着利用更好，可实现更好的牵引、制动性能；

（4）采用先进的控制与检测技术；

（5）机车效率高、磨耗小。

5 结语

相比于当前占据主流市场的电力机车，内燃机车仍有其不可取代的优势，因此目前尚未退出历史舞台，仍是铁路运输领域的重要力量，仍需不断学习并掌握世界领先的技术及经验，百尺竿头，更进一步！