混合动力内燃动车组简析

混合动力内燃动车组简析

刘哲  ,牟志成,王睿,付建鹏

中车大连机车车辆有限公司  辽宁大连 116000

摘要：内燃动车是将柴油机应用在车辆上代替受电弓/第三轨的一种城市轨道交通车辆。可满足不同速度等级、电气化铁路和非电气化铁路要求。该系列动车组的研制让客户在综合考虑既有线路建设情况，车辆运营、检修及维护后，有了更多的车型选择空间。

关键词：内燃动力；动力分散；混合动力

引言：动力分散内燃动车组可满足不同速度等级、电气化铁路和非电气化铁路要求。该系列动车组的研制让客户在综合考虑既有线路建设情况，车辆运营、检修及维护后，有了更多的车型选择空间。

1内燃动车配置

1.1总体介绍

内燃动车是标准的城市轨道交通车辆，采用动力分散式配置，采用编组2动1拖三节编组（+Mc-T-Mc+），混合动力包分别安装于车辆的两个头车上。在车顶布置天线及空调，车端连接采用半包外风挡、折棚内风挡、镶嵌式渡板等组成，车辆布置有操纵台、电器柜、座椅、端门、卫生间等。车辆采用纯电及柴油机混合驱动的形式，机械传动混合动力包对整车而言减少了DC/DC、牵引变流器、牵引电机、制动电阻、齿轮箱（电机，通过车轴齿轮箱替代）等部件。

1.2混合动力包

混合动力系统由柴油机、动力电池、混动箱、变速箱、永磁驱动电机、驱动电机控制器等组成。形成纯柴油驱动、纯电驱动、混合驱动、行车充电及制动能量回收等工作模式。

混合动力包系统整体布置及混合动力包系统设备配置如图1所示。一个动力包驱动一个转向架，整列车转向架的动拖比为1:2。

图1 混合动力系统设备配置图

纯柴油驱动：柴油机作为动力源驱动车辆运行，此时两个离合器闭合，柴油机驱动混动箱，混动箱驱动变速器输出后通过万向轴驱动车轴齿轮箱运行，此时两电机空转，见纯柴油驱动原理图。

图2 纯柴油驱动原理图

纯电驱动：与柴油机相连的离合器处于分离状态，MG1和MG2作为动力源驱动车辆，MG1和MG2电机分别通过两个电机控制器（牵引逆变器）控制，输出给变速器，变速器通过万向轴驱动车轴齿轮箱运行。

混合驱动：柴油机及MG1电机、MG2电机作为动力源驱动车辆运行，此时与柴油机相连的离合器处于闭合状态，MG1电机和MG2电机根据实际工况需要，工作在发电或者电功状态，MG1和MG2电机分别通过电机控制器（牵引逆变器）控制，输出给变速箱，变速箱通过万向轴驱动车轴齿轮箱运行。

混合动力包控制器将根据当前工作状态车辆牵引力需求及综合效率最优考虑，自动选择可驱动运行的模式，同时也可自动切换为静音模式（纯电驱动）或允许司机室手动操作运行模式。相比较于电传动的动力包驱动，混合动力包机械传动的优势在于提高了效率，省油节能，并且噪声更小，可以根据业主的需求进行电池驱动、纯柴油机驱动以及混合驱动的转换。

1.3车体系统

车体采用通长的大型中空铝型材焊接而成的筒状结构，主要由底架、侧墙、车顶、司机室结构、端墙等组成，车顶可预留受电弓平台。城际车的车头前端鼻部的开闭机构应能在司机室中自动操纵。车下安装设备应采用吊挂安装方式，保证运用安全和安装方便。在不同的车型上尽量多地采用相同或相似的接口，铝型材设有通长 C 型槽，以方便在上安装各种部件。座席设置为2＋2布置的座椅，座椅间距为980mm，椅背上设折叠式茶桌、把手、杂志袋等。每车每侧均设三个双开侧门，其中1、4车其中靠近司机室的为单开侧门，侧门形式为外塞拉门。

1.4转向架系统

转向架分为两种结构相似的动车转向架和拖车转向架，均为无摇枕转向架，转向架构架采用钢板焊接结构。两种转向架采用相同的轴箱定位装置的焊接构架、一系悬挂装置、二系空气弹簧、中央牵引装置、高度调整阀、垂向及横向油压减振器、抗蛇形减振器、轮盘制动单元、抗侧滚扭杆和轮对等。驱动装置安装在动车转向架上，通过万向轴驱动两条轮对。轮缘润滑装置安装在拖车转向架上。

1.5广播系统

列车广播系统由司机室控制主机、广播控制盒、客室控制主机、扬声器、噪声监测器、紧急报警器等部件组成，可实现列车运营系统广播、多媒体视频伴音、紧急情况指挥疏散等功能。

乘客信息显示系统动态地图、客室LCD显示屏，动态地图置于车门上方。司机室广播主机通过以太网下发显示指令到每节车辆的显示终端中，显示终端接收指令并做相应处理后进行乘客信息显示。

视频监控系统由网络硬盘录像机、摄像机、CCTV触摸显示器组成，完成整车视频录像，监控轮循和视频回放。

1.6车辆卫生间

在T车上配置带有冲洗排污功能、无水冲洗功能、记忆功能以及抽真空功能的卫生间。当乘客使用卫生间后，通过触动便器冲洗按钮，便器实现自动冲洗、排空便器等一系列动作。当便盆里有积水时，按下电气控制单元上的“清空便盆”按钮，实现便盆内积水清空操作。当系统不满足冲洗工作条件时，按下冲洗按钮，系统自动记录一次冲洗命令，等到满足冲洗条件后，自动进行冲洗；当连续按下（多次按下）冲洗按钮时，系统仅执行第一次按下（系统检测到的有效按键）指令。

2混合动力包优势

2.1相较于内燃电传动力包+动力电池的的混动形式，机械传动混合动力包对整车而言减少了DC/DC、牵引变流器、牵引电机、制动电阻、齿轮箱（电机，通过车轴齿轮箱替代）等部件。

2.2燃油消耗大幅降低，以某国内既有铁路线（呼准鄂线）路进行仿真计算，最大坡度13‰，单个动力包提供额定辅助功率90kW，仿真得出单个动力包燃油消耗情况如下：

纯内燃驱动情况下燃油消耗为90.48L/100km

混合动力驱动燃油消耗为59.43L/100km

综合节油效率约32%。节油机理主要依靠混合动力调节发动机高效区间以及制动能量回收等方式实现。西户铁路线路全长20km计算，车辆每个动力包配备1000L油箱，则可至少支持车辆在线路上进行5个往返。

2.3敏感区域0排放，相比较纯柴满功率驱动，纯电驱动噪音降低20dB。动力包可以在敏感区域实现纯电动驱动，满足噪音及排放的相关要求。

2.4更高的可靠性，相较于内燃电传动力包发电+牵引电机模式，当整流器或者逆变器出现故障则失去动力，混合动力包驱动模式当逆变器或者电机出现故障，可采用纯柴油机驱动，当柴油机出现故障则可以使用纯电动模式运行至合理的区域，实现可靠性保证。另外系统同时设计两个牵引电机和两个变流器，更加增加了系统的可靠性。

2.5更智能的控制：如果可以提前配置线路谱，根据不同线路信息采取不同控制策略，实现更优化的控制。

结语：

参考文献：

[1] 周龙保 .内燃机学 【M】北京：机械工业出版社， 2009

[2] 刘柏 城轨列车的牵引计算 湖南：电气牵引，2016