浅谈内燃机车节能改造的新方向

浅谈内燃机车节能改造的新方向

王世伟

天津枢纽环线铁路有限公司机务分公司 天津市 滨海新区 300450

摘要：随着社会发展，人们生活水平提高，对能源需求量不断增加。现阶段，能源的开发利用在很大程度上时热能的开发和利用。涉及能源利用的各种热力装置和热工设备不断在各种工业中，而是几乎在所有的工业中都有，形式多样。针对北方地区机务段冬季内燃机车打温费较高的现状，试验并运用了新型节能预热系统，取得了较好的节能效果和经济效益，可为内燃机车节能改造提供借鉴。

关键词：内燃机车；节能改造

引言

内燃机车有着广泛的应用,具有牵引功率大、成本低和制动性能好等优点,在铁路运输领域占有重要位置,特别是一些发展中国家,由于各种原因限制,电力基础设施建设不是非常完善,只能采用内燃机车提供牵引动力。但是内燃机车也有自身不足的地方,尤其是尾气排放方面,一直都是各个国家亟待解决的问题,因此绿色低碳节能将是未来内燃机车的重点研究方向。我国铁路行业在90年代开始关注内燃机车的排放,并制定相应的铁路标准,但是并未得到严格实施,随着世界各国对环境保护的法律法规越来越严格,绿色环保也将成为未来机车的研发方向,尤其欧洲市场的大量内燃机车已到大修期,对绿色环保的机车市场需求也会逐步增加。内燃机车作为车辆段的常规配备机车,在站场、机务段、港口、工矿企业发挥重要作用,具有运输范围宽、运送距离短和运行速度低等特点,在列车编组、转线、救援等方面也有广泛应用,因此具有广泛的应用前景。

1基于设备物联的内燃机车燃油消耗监测

根据欧盟交通运输部的统计，只需排放1.7%的二氧化碳，就能完成10%的货物运输工作，因此，可以认为铁路运输是目前世界上最低碳、最环保的交通与运输方式之一。但内燃机车作为铁路运输中的主要牵引设备，仍存在高耗能的运行缺陷，对此，有必要采取一定的措施，进行内燃机车的节能设计。设计前，将物联网技术作为支撑，进行内燃机车燃油情况的监测。能耗监控是内燃机车运维工作实施的一项重要指标，此项工作可以为内燃机车的节能设计与研究提供可靠的数据支持。通过对各个反馈环路中的燃料消耗进行监控，对各个子系统的燃料消耗以及节能潜力进行深度分析，以便能够及时找到内燃机车存在的高耗能问题，并及时采取措施，予以解决，使能源利用达到最大化，从而实现整体能耗的控制。

在此过程中应明确，物联网是集数据信息收集、传播、交互等行为为一体的信息管理方式，将各类信息通过传感器采集后接入网络，可以实现人机之间的泛在互联，从而实现对内燃机车生产与作业过程的精准感知。可以将物联网划分为感知结构层、网络连通层、平台层和应用程序层。用户利用各种信息感测设备，收集与之相关的信号和数据，再利用底层的用户协议，将物品和网络连接起来，从而达到对各种信息进行归类、整理和交换的目的。

2内燃机车节能改造

2.1温度控制智能

控制系统采用全自动微电脑智能控制，在机车回段停置后，只需人工操控打开工作电源，系统即进入自动打温的工作状态，机车柴油机系统循环水温度低于设定的起动温度时，自动启动轻油燃烧器加热，同时自带的循环水泵和燃油泵将机车油水系统循环起来，待机车柴油机系统循环水温度高于设定的停止温度时，轻油燃烧器停止工作，进入自动保温状态。待检测到机车柴油机系统循环水温度低于设定的起动温度时，再次自动启动轻油燃烧器。如此周期往复工作，可保证机车柴油机油水系统的温度始终控制在设定的范围内。

2.2电气系统

电气系统可实现精确的能量分配管理，既保证最高效的能源使用效率，又保护电池组避免过充过放。正常牵引时，电池出电，电机耗电；机车电制动时，电机发电，首先充入电池，电池充电电流受限时，开启制动电阻消耗。机车电气系统采用模块化、标准化、集成化设计思路，将2台160kW牵引斩波器、1台辅助电源、1个160kW电阻制动单元、1台160kW混合动力控制单元、整车控制器等器件高度集成于主辅一体牵引变流柜中。动力电池组通过电源分配单元（PDU）和电池管理系统（BMS），接入牵引变流柜中的预充电单元。机车电气系统具备位置控制、速度控制、转矩控制、零速锁定、防滑防空转等功能，以及输入过欠压保护、模块过热保护、过载保护、过流保护、编码器异常保护、通信异常保护、电机过温报警等保护功能，其独特的牵引控制算法可实现坡道零速锁定、全范围制动力输出、定距牵引等功能。

2.3减少机油消耗量、降低柴油机故障率

一是加装了新型节能预热系统后，由于机油温度得到了有效保持，使用效率提高，更换周期延长，极大地降低了机油的使用量；二是由于机油温度保持良好，流动性好，柴油机各运动部件之间的磨耗减少，各部件的使用寿命将极大延长；三是加装了新型节能预热系统后，由于不用起动柴油机打温，柴油机及各部件的工作时间缩短，检修周期及使用寿命得到极大延长。

2.4排放控制方法和验证

目前针对内燃机车的排放控制措施主要有:(1)改进柴油机的排放,体现在废气再循环、油耗的控制、燃烧后处理等;(2)改进燃油的品质;(3)增加后处理装置等。随着混合动力技术的迅猛发展,混合动力机车已经成为国内外各大主机厂的研究热点,混合动力机车采用柴油发电机组、接触网及储能装置混合作为机车的牵引动力,主要的模式有以下几种:接触网+柴油机+蓄电池、柴油发电机组+钛酸锂电池、柴油发电机组+动力电池、动力蓄电池+柴油发电机组+第3轨供电,混合动力技术的应用可以有效地节能减排,降低内燃机车的污染物排放。针对柴油发电机组,除了采用高性能的柴油机和高品质柴油外,还可以增加柴油机SCR后处理系统+DPF系统控制排放,从而满足要求的排放等级。针对目前主机厂的排放后处理要求,分别提供两种内燃电传动力包方案和主机厂的整车进行匹配,一种用于车下的安装方式,一种用于车上的安装方式。内燃电传动力包主要是将柴油机及其辅助系统、发电机、后处理系统、冷却系统、减振系统以及电控系统等通过安装框架集成为动力单元安装在车上或者车下,其具有体积小、重量轻、集成度高的特点,节省设计空间,维护保养更方便,并且通过了试验验证,通过增加的后处理装置,满足欧V排放。

结语

节能预热系统的批量装车使用，使某机务段2015-2022年间每年冬季的打温支出节省超过千万元，同时机车柴油机运动部件的故障率也下降约15%，具有较高的推广应用价值。

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