【科普】内燃机车

一 国外内燃机车发展概况
内燃机车发展的六个时期
1 萌芽时期（1894―1922年）
1905年，第一台电传动内燃机车问世
。由美国通用电气公司（GE）采用英制10
3KW的汽油机驱动直流发电机，供给直流发电机，机车重64t。1910年第一台柴油内燃机车问世，由GE公司制造。
2 早期发展时期（1923―1945年）
1924年第一台干线内燃机车在SL问世
，736KW，最高时速50Km/h。1925年，
调车机问世，由美国制造，220KW。1904
年由德国人海尔曼-费延格发明了液力传动装置。1932年他和克鲁贝格制造了世界上第一台液力传动内燃机车，58.9Kw。
3 战后恢复和大发展时期（1946―1960年
）
机车功率1470KW以下，较大功率不超过2205KW。
4 持续稳定发展时期（1961―1976年）
生产2940KW~4410KW大功率内燃机车。
5 机车水平显著提高的发展时期（1977―1
992年）
1984年，美国在GM系列和GEDaSH8x
系列开始大批量运用微机控制。
6 内燃机车交流传动大发展时期（1983年
起）
交流传动技术在北美获得突破。
二 世界内燃机车的发展趋势
近年来各国开发的内燃机车，几乎都有微机控制、交流传动、径向转向架和柴油机电子喷射等新技术。
1 机车功率等级迅速提高
美国1983年机车平均功率1732.2KW
，1992年提高到2012.5KW，10年提高16.2
％。GE公司交付的AC型机车为4460KW，
GM公司交付的SD90MAC型机车4470KW。
2 微机控制将得到普遍应用
由于微机的推广应用，将使机车监控和故障诊断技术、防滑―防空转系统、机车总体性能和可靠性得到进一步提高。
3交流电力传动将成为发展的必然趋势
4柴油机性能将进一步提高
柴油机本身的发展主要反应在功率、工作可靠性、耐久性和经济性等方面。
5 内燃机车液力传动技术的发展
6 内燃机车转向架技术的发展
除了改进弹簧装置和减震原件，改进牵引电动机悬挂方式，减轻簧下质量，提高高速运行稳定性，降低轮轨作用力，并采取措施防止在高牵引力时轴重转移以保持高黏着力外，20世纪还开发出不但能快速通过曲线，且具有良好直线运行稳定性的高粘着径向转向架和兼有自导向及驱动装置重量可控转移功能的柔性浮动式转向架。

三 我国内燃机车的发展概况
1958年开始试制，1964年正式生产第一代1970年批量生产第二代，1989年开始生产第三代，1999年生产交流传动内燃机车，我国内燃机车工业设计制造了四代产品，累计生产了17000多台内燃机车，批量生产的客、货内燃机车有DF4B、DF4C、
DF4D、DF4E、DF6、DF8、DF8B、DF11、
和谐内等型号，内燃机车的生产和开发主要是适应铁路运输重载、提速的要求。

四、内燃机车的特点
内燃机车具有以下优点：热效率高；
低耗能；水的耗量少；投资少；乘务条件好；具有可靠的电阻制动或液力制动；牵引性能好启动加速快，降低运输成本；内燃机车新技术运用前景广阔。
五、内燃机车分类
按传动方式分为机械传动内燃机车、
电力传动内燃机车和液力传动内燃机车。
六、内燃机车型号和轴列式
我国国产的内燃机车习惯用汉字表示
，以“DFH”“BJ”表示液力传动内燃机车，以“DF”表示电力传动内燃机车，以
“NJ”表示交流传动内燃机车，而进口内燃机车用汉语拼音字母表示，以“NY”表示液力传动内燃机车，以“NY”表示液力传动内燃机车，以“ND”表示电力传动内燃机车，在汉字或汉语拼音字母右下角的数字，表示改型机车投入运用的序号。
内燃机车的轴列式，用以表达转向架台数，每台转向架轴数及动轴的驱动方式
。如2―2，表示该机车有两台二轴转向架
，动轴的驱动方式是成组驱动，而3。―3
。则表示该机车有两台三轴转向架，动轴的驱动方式是每一动轴为单独驱动。内燃机车的轴列式也可用英文字母表示，A即1
，B即2，C即3，D即4。如B―B，C。―C。也可以写成BB，C。C。

七、内燃机车的组成
内燃机车的动力装置是柴油机，因此内燃机车也称柴油机车。燃油（柴油）在起缸内燃烧，将产生的热能转换为由柴油机曲轴输出的机械能。液力传动机车是通过液力传动装置转换为适合于机车牵引特性要求的机械能，再通过走行部驱动机车动轮在钢轨上滚动。电力传动机车是通过主发动机把柴油机曲轴输出的机械能转换为电能，通过牵引电动机驱动机车动轮滚动。
内燃机车虽然有各种不同的类型，但它们的基本组成及工作原理是是相同或相似的，都是由柴油机、传动装置、机车走行部、制动系统及辅助系统、电气、仪表等部分组成的。
八、内燃机车总体布置原则
机车总体布置必须保证合理的重量分配；保证所有的电气设备安全正常工作；
要尽量保证各种设备的拆装方便；要保证工作人员工作的最大方便和车内的整洁美观；尽量缩短燃油、机油、水及空气管路
长度，不能有过多的或曲率半径过小的弯道，以免增加流动的压力。

十、内燃机车的基本结构
（一）内燃机车的主要组成部分
1，柴油机
柴油机是内燃机车上的动力装置
2，传动装置
是一种能把柴油机的动力传递到轮对上的装置，并使机车获得所要求的牵引性能以及能改变机车运行方向。
3， 车体
是内燃机车的骨架，是安装柴油机及辅助设备的基础，并起着保护这些设备的作用。
4、 转向架
转向架是内燃机车的走行部分，它承受这机车上部结构重量，产生牵引力和制动力，还有利于通过曲线。
5、 辅助装置
是保证柴油机、传动装置和走行部正常工作和可靠运行的辅助设备，包括以下部分：燃油系统、机油系统、冷却系统、
预热系统、制动机及空气系统、辅助传动装置。
二、柴油机
柴油机是内燃机，是将柴油燃烧产生的热能转变为由柴油机曲轴输出机械能的动力机械。柴油机的每一工作循环，即从
柴油在气缸内燃烧到曲轴输出机械能，是由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气四个过程组成的。（如图一所示）
1 柴油机分类
（1）根据完成一个工作循环的方式不同分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。
二冲程柴油机―DF型、DF2型、DF3型
四冲程柴油机―DF4系列、DF7、DF8
、DF11系列、BJ型、DFH系列。
（2）按气缸的不知形式分：单列式柴油机
、V型柴油机和H型柴油机。
（3）按柴油机转速分：高速柴油机、中速
柴油机、和低速柴油机。
举个例子，DF4B型内燃机车上采用的
“16V240ZJB”型柴油机，表示它有16个气缸；分两排呈V字形排列；气缸内径为2
40mm；Z表示增压，装有废弃涡轮增压器和增压空气中间冷却器；J表示铁路牵引用
；B表示产品改进变型符号。
2 柴油机工作原理
为了解柴油机的整个构造情况，现以其中一个气缸为例，介绍柴油机的结构和工作原理。
活塞通过连杆与曲轴相连，在气缸盖上设有进、排气阀和喷油器。进、排气阀由配气机构驱动，喷油器由供油装置控制
，燃油在气缸内燃烧做功。活塞需要经过往复4个行程，才能完成进气、压缩、燃烧膨胀、排气4个工作过程。
（1）进气冲程。在曲轴的驱动下，活塞由上止点向下止点运动，同时在配气机构的作用下，进气阀开启，排气阀关闭，
新鲜空气由进气阀进入气缸，直至活塞移动到下止点。
（2）压缩冲程。在曲轴的驱动下，活塞由下止点向上止点运动，进、排气阀关闭，气缸内气体被压缩，其压力和温度不断上升，直至上止点，为柴油机自燃创造条件。
（3）燃烧膨胀冲程。当活塞接近上止点时，高压雾状燃油喷入气缸，燃油与气缸内的高温高压空气混合迅速燃烧，气体温度、压力迅速上升而膨胀，推动活塞下行，通过曲柄连杆机构使曲轴转动，将功率输出。
（4）排气冲程。在曲轴的驱动下，活塞由下止点向上止点运动，排气阀打开（
进气阀关闭），气缸内经过膨胀做功的燃气由排气阀排出，直至活塞再次到达上止点，废弃排净。

3、柴油机辅助装置
喷油机辅助装置包括：燃油系统、调节系统、进排气系统、冷却系统和预热系统。
（1）燃油系统
根据柴油机的运转工况，适时、定量地向气缸供给具有一定压力的、充足的、
清洁的柴油，并使柴油在气缸内良好的雾化，能够充分燃烧，保证柴油机的正常工作。
燃油系统一般包括低压输油系统和高压供油喷射系统。低压输油系统包括燃油箱、燃油粗滤器、燃油输送泵（燃油泵）
、燃油精滤器、燃油预热器、低压输油管及回油管等组成。高压供油喷射系统包括喷油泵、喷油器、高压油管等组成。
（2）调节系统
柴油机的调节控制系统包括调节器、
极限调节器、控制机构和调控传动装置等
。其中调节器是调节控制系统的主要部件
。
一般内燃机车采用的是转速―功率联合调节器，由控制部分、感受部分和执行部分组成。
一、控制部分：控制柴油机转速，以适应运行要求。
二、感受部分：直接感受柴油机外界负荷的变化以及机车牵引牵引功率和辅助功率的变化。
三、执行部分：调节器是具体执行命令的机构，通过它与喷油泵发生联系，以改编每一循环喷入气缸内的燃油量。
（3）进排气系统
进排气系统是向柴油机气缸内输送充足的、清洁的、具有一定压力的新鲜空气
，排除气缸内燃烧膨胀后的废气。
进排气系统由空气滤清器、废气涡轮增压器、中间冷却器和进、排气管道等组成。
（4）机油系统
柴油机在工作时，诸如曲轴、活塞、
连杆等的许多零部件运动速度较高，各摩擦表面都会产生磨损，产生热量。
机油系统是向柴油机各运动零部件的摩擦表面供给带有一定压力的、温度适宜的、洁净的机油，在对各零部件进行润滑
、减小摩擦和磨损的同时，冲洗摩擦表面的磨屑，带走摩擦产生的热量。
机油系统由机油泵、机油滤清器、机油热交换器及管路组成。
（5）冷却水系统
柴油机工作时，与燃气直接接触的气缸、活塞等零部件受热强烈，如不适当冷却，会造成柴油机过热，使零部件强度降低、机油的物理化学性质改变、润滑条件恶化、摩擦和磨损加剧。所以机车柴油机通常采用强制循环冷却水系统，以保证柴油机主要零部件在适当的温度状态下工作
。并保持较高的新鲜空气密度和机油的黏度与品质，保证柴油机能够高效持久的工作。
冷却水系统分为高温水系统和低温水系统。由水泵、散热器、冷却风扇和膨胀水箱等组成。

十、电力传动内燃机车
电力传动装置根据牵引发电机的电流制式，可分为直―直流、交―直流、交―
直―交流和交―交流形式。
（一）交―直流电力传动装置的主要组成部分及特性
交―直流电力传动内燃机车，由柴油机驱动一台交流发电机，发电机发出的三相交流电经整流装置整流后，供给直流牵引电动机，用以驱动机车动轮。其电力传动装置主要由牵引电动机、牵引发电机、
励磁发电机、测速发电机、启动辅助发电机和恒功率励磁控制系统组成。
1 牵引电动机
是将电能转变为机械能，再通过齿轮驱动机车动轮。DF4型内燃机车并联安装6
台串励直流牵引电动机。
2 牵引电动机
为三相交流同步牵引发电机，由柴油机曲轴带动旋转，发出三相交流电，经主
整流器整流后，供给6台牵引电动机。
3 励磁发电机
励磁发电机为牵引发电机提供励磁电流。
4 测速发电机
是一台直流电机，为励磁发电机提供励磁电流。
5 启动辅助发电机
是一台直流电机，在柴油机启动时作为串励直流电动机，驱动柴油机转动；柴油机启动后，作为它励直流发电机，向蓄电池充电，并响辅助设备、控制设备、照明设备等供电。
6 恒功率励磁控制系统
DF4型内燃机车采用转速―功率联合调节器来实现的。
（二）交―直流电传动内燃机车的工作原理
1 柴油机启动
柴油启动前，首先要确认机车整备良好，油水温度须在20℃以上，柴油机各运动部件已润滑，司机控制器主手柄位于“
0”位，换向手柄位于中立位且燃油系统处在供油状态；然后按柴油机启动按钮，蓄电池向启动辅助发电机供电，启动辅助发电机带动柴油机转动；柴油机启动后，松开启动按钮，闭合辅助发电琴键开关，启动辅助发电机换接成他励发电机工况，此时柴油机带动牵引发电机转动，并通过齿轮变速箱及皮带轮带动励磁发电机、启动辅助发电机和测速发电机转动，除启动辅助发电机外，其余发电机均不发电，柴油机空转。
2 机车启动
柴油机启动后，将换向手柄置于“前进”或“后退”位，主手柄由“0”位提到
“1”位时，励磁发电机励磁接触器、主发电机励磁接触器、牵引电动机主接触器闭合；此时测速发电机发出直流电，向励磁发电机历次绕组供电；励磁发电机发出的三相交流电经励磁整流器整流后向牵引发电机励磁绕组提供励磁电流；牵引发电机发出的三相交流电经主整流器整流后，向牵引电动机供电，牵引电动机通过驱动齿轮使机车动轮在轨道上转动，机车启动。
3 机车调速
机车启动后，在运行过程中，根据路况及列车的需要，通过操纵司机控制器主手柄来调节柴油机转速。DF4型内燃机车司机控制器的主手柄共有五个工作位置，
即“0”、“1”、“升”、“保”、“降”位。
4 机车停车和柴油机停机
机车需要停车时，将主手柄移至“0
”位，励磁发电机励磁接触器、主发电机励磁接触器，牵引电动机主接触器被自动
切断，柴油机空转，机车惰行，在操纵自阀，列车制动停车。如再切断燃油泵电机
，停止向柴油机供油，柴油机停机。
5 机车换向与运行工况的转换
电传动内燃机车的运行方向和运行工况是通过操纵换向手柄来控制的。换向手柄共有五个位置，即“前进”“后退”“
中立”“前制”和“后制”位。机车需要改变运行方向或工况时，主手柄必须位于
“0”位，即此时换向或改变工况是在无电状态下进行的。内燃机车上的主手柄与换向手柄间呈机械联锁的关系，只有当主手柄位于“0”位时，换向手柄才能被扳动、
改变位置或被取下来；只有当换向手柄不在“中立”位时，主手柄才能离开“0”位
。

十一、内燃机车功率及机车理想牵引特性
（一）内燃机车功率
1、标定功率（持续功率）
是指在特定环境状况下（按国际标准
，气压100kPa和气温300K），在正常修理
周期内，柴油机能够持续发出的最大功率
。DF4B型内燃机车的标定功率2650KW。
2、最大运用功率（装车功率）
是指在正常修理周期内，在特定使用
条件（环境温度、大气压力、工况等）下
，柴油机在运用中所能达到的最大有效功率。一般最大运用功率比标定功率约低10
％左右。DF4B型内燃机车的最大运用功率
2430KW。
3、轮周功率
轮周牵引力在单位时间内所做的功称为
轮周功率。
4、车钩功率
轮周功率在扣除机车为克服自身运行阻力所消耗的部分功率后，剩下牵引车列
的那部分功率称为车钩功率。
5、内燃机车标称功率
是指从电力传动内燃机车的各牵引电动机输出轴处，或从液力传动内燃机车的各车轴齿轮箱输入处，取得的最大功率总和
。
6、高原内燃机车的功率
内燃机车的功率受环境状况和使用条件的影响较大，海拔高温和气温的增加均会导致柴油机的功率下降。
（二）机车理想牵引特性
其计算公式见图一。
当Ne一定时，Fk·v=常数，亦即轮周
牵引力与机车速度成反比关系，该关系曲线为一双曲线，称为等功率曲线。
低速时牵引力大，随着速度的提高牵引力降低，我们称这种性能为机车理想牵引特性。设置传动装置就是为使轮周牵引力与速度的关系接近理想牵引特性，从而使用柴油机功率得到充分发挥。

附 、DF4B型内燃机车总体布置
机车采用框架式侧壁承载车体，内走廊式。四组内部隔断强将车体分为第一司
机室、电气室、动力室、冷却室和第二司机室五个部分。
第一、第二司机室具有同等操作功能
。内设有操纵台，操纵台上设有司机控制
器、制动装置的自阀和单阀、各种操纵按钮、仪表等。
电气室内安装有制动电阻柜、电气柜
、硅整流柜、工具箱等。
动力室内安装柴油-发电机组及为它的工作服务的空气滤清器、燃油滤清器、燃油输送泵、启动机油泵、冷却水系统的管路和阀类、膨胀水箱等。
冷却室内装有散热器组、冷却风扇、
静液压马达等。
机车走行部为两台可以互换的三轴转向架，机车整个上部结构通过8个弹性摩擦旁承坐落在两个转向架上。机车两端装有车钩缓冲装置，用于机车和车辆的自动连接和分解，同时传递机车的牵引力和承受来自车辆的冲击力。车架下部中央吊装燃油箱，两侧各有六个蓄电池箱，前后端装有总凤缸。

哥们儿，有清楚点的吗？