国内外混合动力机车的开发与应用实践

国内外混合动力机车的开发与应用实践

朱宪文李克纯

中车大连机车车辆有限公司   辽宁大连116000

摘要：对国内外混合动力发动机技术的发展现状进行了分析，对我国发动机的市场需求和技术优势进行了概述，并对其运行效果进行了分析，提出了采用“柴油车+锂离子电池”的混合动力发动机是新一代铁路系统的发展趋势。

关键词：机车；动力电池；混合动力；运用

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划的建议》明确指出，要推进绿色发展，加强对生态环境的保护，推进交通行业的低碳化、可持续发展。在《能源中长期发展规划纲要》中，国务院发布明确指出：“机车车辆应使用高性能的燃油添加剂，并采取多种节能措施与设备，以减少燃油消耗。”这表明，利用新型技术替代内燃机车是一项迫切而必要的工作。开发的混合驱动系统，满足了我国政府及行业发展的需要；利用该系统研制出一种新的混联式调车机车，并得到了推广应用，这与我国的中长期发展战略计划相一致。

1.混合动力机车的优势

（1）节油效果显著

机车采用混合动力驱动方式，既可以避免停车备车时的油耗，又可以确保发动机工作在高效区域内达到节约燃料的目的，优化了燃油电子喷射、高效高压比增压、提升了柴油机经济性；对车辆的制动能量进行高效回收，达到能源的循环使用，进一步降低了燃油消耗；与常规调车式调车相比，使用更低动力的柴油，使其辅助动力降低3%～5%，提高了机车动力的利用率。

（2）环境友好性更好

这种新型的混合动力机车在运行过程中对驾驶员、机组人员、周围居民以及周围空气的污染具有明显的抑制作用。其中，以混合动力驱动为代表的机车，其运行时间为4—6小时，运行时间只有常规调车的1/4，而其发动机功率比相同牵引能力下的1/2，可显著降低噪音对周边环境的干扰。

2.国内外混合动力机车发展状况

2.1国外

法国阿尔斯通公司推出了V100型液压传动机车，该机车由238千瓦的柴油机和102 kW功率的镉镍电池组成。试验证明，与常规的电力驱动的内燃调车机车比较，其油耗可减少3%左右。由于这个成果，AL-ToM公司一共制造了5辆这种型号的列车供德国的 MG营运公司使用。

日本铁道运输公司研发出一种由柴油发电和锂离子电池蓄能，具有制动能量回收功能，并采用永磁直驱工艺驱动电动机的H-D300型油-电混合型调车机车。实验证明，与常规的电动驱动发动机比较，该车节省了6%的燃料，降低了61%的二氧化碳排放。从2012年起，这款发动机就开始投入使用，到目前为止，日本已经投入使用了32辆。

2.2国内

我国在这方面的研究相对滞后，经过10多年的研发，中车大连机车有限公司先后开发了多种轻混、重混调车机车。2023年研制出一种FXN3B型节能环保型（轻混）调车内燃机车，采用额定功率达2500kW的240H型高速柴油发动机，能够很好的满足TIER II的排放要求。蓄有184 kWh的钛酸锂动力电池。尤其适用于郊区货运站及小运转作业，其长续航能力可作为救援机车使用，应对灾害天气环境。能够完全替代DF7等既有内燃调车机车。同年研制出的FXN3D型混合动力（重混）调车内燃机车，采用额定功率达1250kW的240H型高速柴油发动机以及蓄有630 kWh的钛酸锂动力电池，适用于特大型或中心城市内的客运站，调车、小运转作业，或作为救援机车使用应对接触网断电工况。取得良好的经济效益和社会效益。该车节能减排效果更优。能够替换DF5、DF7系列等既有直流调车机车。

3.混合动力机车运用效果分析

3.1小运转作业运用

FXN3D机车从哈尔滨南站开往绥化，共计运行了2430米，累计完成了59834吨的拖挂，累积燃料消耗11850L，因此FXN3D机车发动机的油耗为14.67L。FXN型调车机车，共计完成8趟，总行程1080km，总牵引吨位29555t，单次累计燃油消耗9400 L，每万吨公里油耗为23.56 L；与之相近动力水平的 D F型调车，共计三趟，共计行程405公里，累积牵引吨位9153t，单次累计燃料消耗约3250L，每104吨公里油耗为26.3 L。整体系统在工作状态下具有良好的稳定性。

3.2推峰解体作业运用

FXN3D机车一共进行了20个峰值分解，378个小时的推峰工作，7738000米的推峰分解工作，总计完成了1732503吨的牵引力，10650 L的燃料消耗，平均燃料消耗量61.47L/(104 t·k m)。在此期间，HX型机车在同一工作条件下进行了668次的解体作业，7吨的拖运，共计燃料消耗量17400L，平均油耗807L/(104 t·k m)。HXN6型机车与此次测试相同动力水平的HX型调车相比节油量为3.2%。

3.3编组作业运用

FXN3D机车共完成580次编组作业，累计牵引共计完成2378.8万吨的任务，燃料消耗量为21.5L，平均油耗为93.13 L/(104 t·k m)。与HXN3B对比，其

在此段时间里进行了638次的编组工作，共计牵引2559.9万吨的燃料，其燃料消耗量大约为320 L，平均油耗为129.97 L/(104 t·k m)，与同级别的HX系列调车机车比较，其节油约28.34%。使用检验资料显示，在相同条件下，以更小的油耗值HXN5B与HXN3B对比，在机组运行时，节油率可达28.4%～3.25%；错峰运行时，节油率可达24.6%～24.5%；在小型运行工况下，FXN3D机车与同等动力水平的HX型机车在104 t·k m内的燃油消耗减少了3.73%，而与相同动力水平的DF型机车比较，可节省4.2%。

结束语：

综上所述，根据目前国内外和我国的节能环保政策、使用经济性以及乘客工作环境舒适度等发展需求，研制出低排放、低噪音、低燃油经济性的绿色环保发动机是新一代调车列车发展方向。

参考文献

[1]加藤仁【日】等.混合动力机车的开发[J].国外铁道机车与动车, 2022(02):23-25.

[2]于爽.机车用燃料电池混合动力系统建模与能量管理[J].西南交通大学,2020(05):33-35.

[3]林庚毅.混合动力机车牵引系统建模与能量管理研究[J].北京交通大学,2021(06):35-37.