(铁路科普)列车先锋,动力之源 认识铁路机车（中）
(铁路科普)列车先锋,动力之源 认识铁路机车（中）
上期文章，我们认识了最古老的一种铁路机车：蒸汽机车。虽说蒸汽机车作为铁路机车中的“老大哥”，贡献很大。不过时代总是向前发展的，随着技术的进步，更为先进的一种铁路机车诞生了，这也就是本期要亮相的嘉宾：内燃机车。
1、起步
当内燃机在第二次工业革命中诞生以后，20世纪初有国家尝试将内燃机引入铁路运输，研制内燃机车，变革铁路运输动力。1924年，苏联和德国分别在内燃机车领域取得了成功。苏联制成投用了一台电力传动内燃机车；德国则是将柴油机与空气压缩机配接，用柴油机排气余热加热过的压缩空气代替蒸汽，把蒸汽机车改装为内燃机车。可以将苏联和德国的成果视为内燃机车发展开端之一。
2、发展
二战前，内燃机车制造技术不成熟，大多还处于试用阶段，一般只承担调车作业，干线运输基本是蒸汽机车的天下。二战后，因柴油机等关键部件制造技术的提高，内燃机车多数装配了废气涡轮增压系统，其功率比二战前提高约50%，内燃机车开始了快速发展期，逐步代替蒸汽机车。
此后，内燃机车加快了改进的步伐，发展方向主要集中于提高功率、提升速度、增强可靠性、减少污染和噪音等方面。上世纪60—70年代，以大功率硅整流器技术为代表的一批新技术开始应用于内燃机车制造。那时单柴油机内燃机车功率已达4410KW，联邦德国也研制出更先进的交—直—交流电传动内燃机车，这些成果对内燃机车发展而言意义深远。
旧中国因战火连绵，无力投入内燃机车的研发。建国后，随着铁路运输压力增大，多家铁路机车厂分为内燃电传动和内燃液传动两条研发路线投入了相关工作。1958年，在借鉴苏联、匈牙利等国内燃机车技术基础上，大连机车车辆厂、北京长辛店机车厂（今北京二七机车厂）、常州戚墅堰机车车辆厂研制出了中国最早的几款电传动内燃机车。1959年，青岛四方机车车辆厂也研制出了中国首台液传动内燃机车“卫星”号。不过在当时的背景下，这些机车普遍存在研发急于求成、质量不过关等问题，均未投入批量生产。后来对这些机车进行改进，开发出“东风”系列内燃电传动机车、“东方红”系列和“北京”系列内燃液传动机车作为中国铁路主型机车。
进入21世纪，中国铁路根据新时代运输需求，又开发出了东风11G型准高速内燃机车、“和谐”系列大功率内燃机车等先进车型，其诸多指标都达到了国际先进水平，个个都是“飞毛腿”或“大力士”。其中，和谐3型内燃机车（HXN3）、和谐5型内燃机车（HXN5）、东风8B型内燃机车（DF8B）的功率在全世界内燃机车中位列前十。
图1：中国最早期四款内燃机车，从左上角开始，按顺时针方向分别为先行号、建设号、卫星号、巨龙号（图片来源网络）
图2：中国功率最大的几款内燃机车，从上到下为HXN3、HXN5、DF8B（图片来源网络）
3、原理
内燃机车按用于机车的内燃机种类可分为柴油机车和燃气轮机车两类；按传动方式分为电传动、液传动、机械传动三类。在中国，目前运营的内燃机车均为柴油机车（燃气轮机车有“长征”系列，但并未投入运用）。内燃机或燃气轮机的原理不做介绍了，这里和大家说说不同传动方式的原理。
内燃电传动机车通过内燃机产生的机械能带动发电机发电，发出的电提供给电动机，再由电动机驱动车轮旋转；内燃液传动机车则是将内燃机产生的机械能通过一套液压装置输出后，再经万向轴传入车轴齿轮箱，驱动车轮旋转；机械传动原理则与手动挡的汽车基本一致，内燃机输出的动力通过离合器、变速箱、万向节等一系列传动部件到达车轮，这种类型机车的驾驶方法与手动挡汽车也十分相似。
图3：几款经典的“东风”系列机车，最上面为东风11G，左下为东风11，右下为东风4B（东风11G图片来源网络）
图4：NY7型液传动内燃机车行驶在京张铁路上，这款德国进口的机车有“大马力”之美称（图片来源网络）
4、国内现状及未来展望
在中国，大功率液传动内燃机车发展受到瓶颈。国产3000马力以上的液传动内燃机车研发都以失败告终（东方红4型机车就是典例），且液体具有流动性，液传动的能量损耗较大，大功率液传动内燃机车往往是“油老虎”（如NY5、NY6、NY7三款机车），液传动内燃机车在部分地方铁路或企业专用线上还能见到；机械传动内燃机车功率很小，也只是作为铁路工程车使用。电传动内燃机车凭着经济性好、性能稳定、技术成熟等优势，在中国铁路可谓是“一家独大”，保有量十分庞大，且至今仍在加深研发。不过内燃电传动机车也绝非完美，仍存在着结构大而笨重等缺点。
虽然内燃机车对环境污染程度以及诸多性能优于蒸汽机车，但相比电力机车还是差距显著。在一些大干线上，其地位正逐步被电力机车取代。然而，由于内燃机车有初期投资低、线路适应性强等优点，铁路也难免存在电力机车禁止完成的运输作业，内燃机车在未来相当长时间内是不会完全退出铁路运输的。近年来，以“和谐”系列为代表的大功率内燃机车以及正在试验中的油电混合动力机车等表明了中国内燃机车未来发展走向，可以预见，更环保、更强劲、更可靠的内燃机车将驰骋在中国的万里铁道线上！
图5:大连厂研发的和谐3K型准高速内燃机车有望成为未来中国铁路客运主力车型之一（图片来源网络）
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