內燃機車應用前景展望

伍賽特

（上海汽車集團股份有限公司，上海200438）

0 引言

鐵路運輸有著運輸能力強、運輸速度快、受氣候影響小[1]、運輸成本低等一系列優勢，在國內各類現代運輸方式中占有舉足輕重的地位，可謂國民經濟的大動脈。要實現鐵路運輸，提供牽引動力的機車車輛可謂重中之重，機車車輛依照動力來源類型可分為電力機車與熱力機車，采用柴油機作為動力來源的熱力機車即內燃機車[2]。

1 內燃機車及其優勢

建國初期，考慮到鐵路電氣化基建成本問題，仍率先發展熱力機車，熱力機車中又優先發展蒸汽機車。20世紀末期，隨著蒸汽機車逐漸退出歷史舞臺[3]，內燃機車成為熱力機車中的主流機型。內燃機車相比蒸汽機車，熱效率更高，功率更大，可以少用水，并且便于整機聯控，駕駛員工作條件也較好，一時間內燃牽引成為了國內鐵路運輸的主力軍。

相比于蒸汽機車，內燃機車的主要優勢為：

（1）速度快、啟動迅速；

（2）功率較大，牽引性能較好；

（3）整機效率較高，可充分利用燃料的熱能；

（4）適合缺水地區使用；

（5）駕駛室視野開闊，便于司機駕駛操作。

2 國內內燃機車的技術發展及現狀

我國鐵路行業從1958年開始試制內燃機車，并于1964年開始成批生產東風型直流電傳動內燃機車。當時機車試制起點并不高，是出于對當時試制生產條件的考慮。為了及時趕上國際內燃機車的發展，于20世紀60年代后期又開始試制在當時具備先進技術水平的東風4型交—直流電傳動內燃機車以及北京型液力傳動內燃機車。經過數年研發，東風4型內燃機車已投入成批生產，并且技術趨于成熟、性能日漸提升。就性能而言，當時的東風4型交—直流電傳動內燃機車已達到了一定的技術水準。

隨著后來60系列、DASH8等新型內燃機車的出現，國際上內燃機車的技術水平又得以繼續發展，使得東風4型內燃機車的技術領先優勢逐漸又被追平。于20世紀80年代中期引入國外先進技術，對東風4型內燃機車進行技術改造，尤其是其使用的16V240ZJB型柴油機，對其曲軸、連桿、氣缸套、增壓器、調速器及噴油器在內的諸多部件均進行了改進，在此基礎上制成了16V240ZJD型柴油機，其性能得以改善，可靠性提升，經濟性也有所提高。改進后，東風4型內燃機車的技術水平有了顯著提升，其經濟性及動力性得到改善。

日以繼夜，經過長期不懈的努力，國產內燃機車的性能、品質等有了較大改善。后續又先后引進了諸多品牌的國外內燃機車，其中運用效果最好、最為成功的機車就是美國的ND5型（C36-7型）內燃機車。該情況也表明，重載中速的美國內燃機車比輕載高速的西歐內燃機車更適合我國國情。

自新世紀以來，按照“引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌”的總體方針[4]，通過與阿爾斯通、西門子以及川崎重工等國際高速列車生產商通力合作，成功引進了大功率內燃機車技術，并通過“消化、吸收與再創新”，建立了具備自主知識產權和國際競爭力的鐵路運輸技術體系，實現了機車車輛的技術跨越，形成了我國鐵路新的車輛產業群。

3 內燃機車的應用前景展望

自21世紀以來，我國已大力推進對電氣化鐵路的建設。近年來，在貨運領域，電力機車已逐漸替代內燃機車成為主流牽引動力。而在客運領域，各類新型電力動車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，國內鐵路運輸牽引動力的霸主位置已三易其主，就目前國內的鐵路運輸情況而言，電力牽引可謂如日中天，盛極一時。

電力機車相比內燃機車，在動力性方面的優勢更為顯著。由于柴油機受到機車內部空間尺寸制約，所輸出的功率遠比電力機車從接觸網直接獲得的電力功率小，因此在進行爬坡、過長大隧道以及高原地區運行時采用電力牽引更為高效。

盡管動力性方面相對薄弱，但內燃機車自身也具備一定的優勢。不同于電力機車，內燃機車是一類攜帶燃料的自給式機車，在運輸過程中無需架設接觸網，降低了基建成本，同時受自然災害及戰爭破壞等不可抗力因素的影響也較小，可用于戰后或災害后的救援。

不僅如此，內燃機車在未實現電氣化的支線鐵路或高原地區也可承擔起主力牽引任務。在進行常規調車任務時，同樣也需使用內燃機車。目前采用其他新能源動力裝置的新型自給式機車（如燃料電池機車）仍處于研發狀態中，尚未得到推廣。因此，內燃機車目前依然有著較高的不可替代性，在相應使用條件下仍具備較好的應用前景。

4 內燃機車的技術發展趨勢

4.1 采用單機大功率柴油機

為滿足客運快速以及貨運重載的運輸發展趨勢，要求機車柴油機的功率不斷提升。柴油機可采用燃油電子噴射系統及高增壓技術，并有效控制燃油消耗率，同時降低有害物排放[5]。亦可采用球鐵鑄造機體以及全纖維鍛造曲軸等新結構、新工藝，以提升零部件的可靠性。

4.2 采用徑向轉向架

新世紀以來，國外先進貨運內燃機車大多采用徑向轉向架。該類轉向架設法解除了輪對搖頭約束，使輪對在進入曲線時趨于曲線半徑方向，處于所要求的徑向位置，使車輪相對于軌道的沖角減小[6]，從而大幅降低了輪軌磨損及機車牽引功率的消耗，改善了機車通過曲線時的黏著性能，顯著提升了機車通過曲線時的速度與牽引能力。

4.3 車載微機技術

近年來，國外新型內燃機車均已采用微機控制系統，該系統的應用提升了機車及柴油機工作的經濟性與可靠性，也提升了機車狀態顯示與故障診斷的自動化程度。不僅可顯示機車運行狀態及各類性能參數，保證機車的安全運行；也可進行維修診斷，對機車各類裝備技術進行評估，以此識別故障，為機車維修提供必要的依據與指示。

4.4 交流傳動技術

交流傳動內燃機車為采用三相交流牽引電機驅動的內燃機車，目前采用的牽引電機均為異步牽引電機，異步牽引電機具有結構簡單、效率高、質量輕[7]、可靠性高、維修量少、機械特性硬等優勢。

交流傳動內燃機車的優勢主要概括為以下幾點：（1）質量輕、簧下質量小；

（2）可實現更大的牽引功率；

（3）黏著利用更好，可實現更好的牽引、制動性能；

（4）采用先進的控制與檢測技術；

（5）機車效率高、磨耗小。

5 結語

相比于當前占據主流市場的電力機車，內燃機車仍有其不可取代的優勢，因此目前尚未退出歷史舞臺，仍是鐵路運輸領域的重要力量，仍需不斷學習并掌握世界領先的技術及經驗，百尺竿頭，更進一步！