文章作者：西瓜昌真濕基（嗶哩嗶哩和百度昵稱：寧柳跨越）

提示

• 直—直流電傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)（或燃?xì)廨啓C(jī)車燃?xì)廨啓C(jī)）通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)直流牽引發(fā)電機(jī)，輸出直流電并供給數(shù)臺(tái)并聯(lián)的直流牽引電動(dòng)機(jī)。蘇聯(lián)鐵道部TE10型及M62型內(nèi)燃機(jī)車家族為直—直流電傳動(dòng)形式。

• 交—直流電傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)（或活塞式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)）通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相交流同步牽引發(fā)電機(jī)，經(jīng)硅整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電后，供給數(shù)臺(tái)并聯(lián)的直流牽引電動(dòng)機(jī)。本文提及的俄羅斯鐵路TEM19型內(nèi)燃機(jī)車為交—直流電傳動(dòng)形式。

• 交—直—交流電傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相交流同步牽引發(fā)電機(jī)，向牽引包供給電能，由牽引包提供電流給逆變器，逆變器輸出電壓和頻率可變的交流電流，驅(qū)動(dòng)每臺(tái)并聯(lián)的交流異步牽引電動(dòng)機(jī)。越南鐵路總公司D20E型內(nèi)燃機(jī)車為交—直—交流電傳動(dòng)形式。

• 液力傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)通過(guò)液力變矩器，用液力把柴油機(jī)的動(dòng)力傳到車輪上。法國(guó)國(guó)家鐵路BB 61000型內(nèi)燃機(jī)車為液力傳動(dòng)形式。

• 機(jī)械傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車像汽車的手動(dòng)變速器一樣用變速箱和離合器，把柴油機(jī)的動(dòng)力傳到車輪上；但機(jī)械結(jié)構(gòu)的離合器難以承受高功率，而且變速箱結(jié)構(gòu)就必然十分復(fù)雜和龐大，以增加排檔數(shù)提供相對(duì)平穩(wěn)的變速性能，所以機(jī)械傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車功率通常很低。法國(guó)國(guó)家鐵路Y 7400型內(nèi)燃機(jī)車為機(jī)械傳動(dòng)形式。

• 雙模式動(dòng)力機(jī)車：本文提及的“雙模式動(dòng)力”，是指一種可以從電氣化鐵路接觸網(wǎng)受流或柴油機(jī)獲得動(dòng)力的機(jī)車。西門子Vectron DE型雙模式動(dòng)力機(jī)車即為雙模式動(dòng)力機(jī)車。

• 俄羅斯聯(lián)邦柳季諾沃內(nèi)燃機(jī)車制造廠在本文內(nèi)均簡(jiǎn)稱“LTZ”⑴，布良斯克機(jī)械制造廠簡(jiǎn)稱“BMZ”⑵，科洛姆納工廠簡(jiǎn)稱“KZ”，烏克蘭盧甘斯克伏羅希洛夫格勒十月革*命內(nèi)燃機(jī)車制造廠簡(jiǎn)稱“VZOR”⑶，哈爾科夫馬雷舍夫工廠簡(jiǎn)稱“KhZTM”；俄羅斯聯(lián)邦沃羅涅日內(nèi)燃機(jī)車修理廠簡(jiǎn)稱“VTRZ”。

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概述

TEM19型內(nèi)燃機(jī)車，俄語(yǔ)車型代號(hào)為ТЭМ19，是BMZ于2013年推出的一種以液化天然氣為燃料的調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車。

技術(shù)溯源

1980年代初，鐵路運(yùn)輸業(yè)已經(jīng)是蘇聯(lián)國(guó)內(nèi)最主要的柴油用戶，內(nèi)燃機(jī)車每年需要消耗過(guò)千萬(wàn)t柴油，然而由于石油開采成本日益提高，而開采量的增長(zhǎng)速度在降低。1984年年初，蘇聯(lián)通過(guò)了《蘇聯(lián)長(zhǎng)期發(fā)展動(dòng)力綱要的基本方針》，為各個(gè)能源及動(dòng)力相關(guān)部門到2000年的發(fā)展規(guī)定了主要方針，其中包括建議調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)，大量使用天然氣代替作為燃料的石油。同年，根據(jù)蘇聯(lián)鐵道部的指示，全蘇鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院、VZOR、KZ、BMZ等單位開始了天然氣內(nèi)燃機(jī)車的研制工作。

與柴油相比，天然氣體積發(fā)熱量高10 %，有毒燃燒產(chǎn)物排放量少33 %～50 %，對(duì)潤(rùn)滑油老化的影響低30 %～40 %。這一切能使內(nèi)燃機(jī)車具有較高的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和壽命指標(biāo)。因此天然氣在能量學(xué)性能和物理學(xué)性能上最適合用于內(nèi)燃機(jī)車。

而對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)而言，如果使用天然氣作為燃料并成為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的話，可以有兩種方案來(lái)組織其工作過(guò)程：

• 第一方案——天然氣循環(huán)：氣缸中的天然氣空氣混合氣用火花點(diǎn)火，但這樣的話，必須降低發(fā)動(dòng)機(jī)中天然氣的壓縮度，并改變?nèi)紵乙约敖㈦娮狱c(diǎn)火系統(tǒng)。在這種情況下，功率將會(huì)降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性將會(huì)惡化。

• 第二方案——天然氣-柴油循環(huán)，氣缸中的天然氣空氣混合氣用柴油進(jìn)行點(diǎn)火。

1988年，VZOR根據(jù)設(shè)計(jì)草案，試制了一組2TE116G型和兩組2TE10G型天然氣內(nèi)燃機(jī)車。按照VZOR的設(shè)計(jì)，這一組2TE116G型和兩組2TE10G型機(jī)車均采用三節(jié)重聯(lián)式設(shè)計(jì)——每組機(jī)車兩節(jié)結(jié)構(gòu)相同的六軸單司機(jī)室機(jī)車，與一節(jié)四軸的液化天然氣儲(chǔ)存車（又稱低溫車）聯(lián)掛而成，各車連接部分設(shè)有通過(guò)臺(tái)和風(fēng)擋裝置，還設(shè)有輸送天然氣和冷卻水的連接軟管。

天然氣儲(chǔ)存車上設(shè)有兩個(gè)容積為20 m3、儲(chǔ)存溫度為-162 ℃的液化天然氣罐，以及配套的氣化裝置、供氣裝置、空氣壓縮機(jī)等設(shè)備。而兩組2TE10G型機(jī)車采用液體燃料點(diǎn)火的10GD100B型雙燃料二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)⑷，一組2TE116G型機(jī)車采用液體燃料點(diǎn)火的D4G型雙燃料四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。

2TE10G型和2TE116G型機(jī)車出廠后進(jìn)行了調(diào)整和試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能良好，但天然氣儲(chǔ)存車的結(jié)構(gòu)上還存在一些缺點(diǎn)。然而，蘇聯(lián)解體以后，兩組2TE10G型機(jī)車于20世紀(jì)90年代末被VZOR收回后改造為兩組2TE10M型內(nèi)燃機(jī)車⑸，而2TE116G型機(jī)車則拆開封存于莫斯科。

研發(fā)背景

1997年，BMZ試制了2臺(tái)TEM18G型天然氣內(nèi)燃機(jī)車。TEM18G型機(jī)車依然采用雙燃料四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，既可以使用壓縮天然氣⑹也可以使用柴油。在司機(jī)控制器的第0位到第3位時(shí)，雙燃料四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)使用柴油運(yùn)行；當(dāng)司機(jī)控制器第4位開始則是使用天然氣-柴油混合運(yùn)行。

然而，俄羅斯鐵路在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)TEM18G型內(nèi)燃機(jī)車在結(jié)構(gòu)上的不足之處。其中一個(gè)問(wèn)題是機(jī)車的天然氣比例偏低——在柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速低于400 r/min時(shí)，批量生產(chǎn)的燃油設(shè)備不能保證穩(wěn)定地供給點(diǎn)火用柴油（15 %）。在低轉(zhuǎn)速情況下，出現(xiàn)供油不勻，甚至循環(huán)中漏噴柴油的情況，從而導(dǎo)致天然氣在氣缸中不著火。

2004年，俄羅斯鐵路、俄羅斯聯(lián)邦天然氣資源部和斯維爾德洛夫斯克區(qū)政府簽訂了協(xié)議，制定了研制并在斯維爾德洛夫斯克鐵路局試用干線和調(diào)車天然氣內(nèi)燃機(jī)車的計(jì)劃。

除了上開計(jì)劃，俄羅斯鐵路又與薩馬拉庫(kù)茲涅佐夫設(shè)計(jì)局簽署關(guān)于研發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)車的協(xié)議，后者于2006年12月在NK-32燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)上，研制出裝機(jī)功率為8300 kW、效率為30 %的NK-361型燃?xì)廨啓C(jī)。

2007年，原配屬于十月鐵路局沃爾霍夫機(jī)務(wù)段的VL15-008號(hào)機(jī)車被送往VTRZ，并在那里改裝NK-361型燃?xì)廨啓C(jī)，改造為GT1h-001號(hào)機(jī)車。而LTZ亦于2013年8月制造了GT1h-002號(hào)機(jī)車。兩組GT1h型燃?xì)廨啓C(jī)車配屬在斯維爾德洛夫斯克鐵路局葉戈?duì)栂ＶZ機(jī)務(wù)段，并在葉戈?duì)栂ＶZ-謝羅夫區(qū)段運(yùn)用。

研制與設(shè)計(jì)

2013年，TEM19-001號(hào)機(jī)車于BMZ落成。在通過(guò)了各項(xiàng)運(yùn)行測(cè)試后，TEM19-001號(hào)機(jī)車于2014年6月交付斯維爾德洛夫斯克鐵路局葉戈?duì)栂ＶZ機(jī)務(wù)段，用于調(diào)車作業(yè)至今。

TEM19型天然氣內(nèi)燃機(jī)車車架和轉(zhuǎn)向架基于TEM18D型內(nèi)燃機(jī)車，但采用了8GCHN21/26型活塞式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這是一款8氣缸、四沖程、帶廢氣渦輪增壓的V型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，裝機(jī)功率為1197 hp。

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭盤直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相交流同步牽引發(fā)電機(jī)，整流器把牽引發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流為直流電，再經(jīng)過(guò)一套控制系統(tǒng)將電能輸送給兩臺(tái)轉(zhuǎn)向架上的六臺(tái)直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)車輪。

機(jī)車的低溫液化天然氣罐不被車體包住，這樣的設(shè)計(jì)好處在于當(dāng)機(jī)車需要補(bǔ)充液化天然氣時(shí)，就用起重機(jī)將低溫液化天然氣罐從機(jī)車上取下，并將預(yù)先充裝好的低溫液化天然氣罐裝上機(jī)車，這減少了機(jī)車的停機(jī)時(shí)間。

機(jī)車的整備重量為126 t，軸重為21 t，最高運(yùn)行速度為100 km/h，可通過(guò)的最小半徑曲線為80 m，持續(xù)牽引力為206 kN。

后記

按俄羅斯鐵路設(shè)想，除了將內(nèi)燃機(jī)車改裝天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)外，還將對(duì)數(shù)十個(gè)有條件的機(jī)務(wù)段進(jìn)行改造和建立天然氣充氣壓縮站，以便于對(duì)天然氣內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行補(bǔ)充燃料。雖然將天然氣內(nèi)燃機(jī)車投入運(yùn)用，不僅降低了燃料和機(jī)油費(fèi)用，同時(shí)也減少環(huán)境污染，但批量推廣天然氣內(nèi)燃機(jī)車仍需時(shí)日。

參考

⑴俄語(yǔ)：Людиновский тепловозостроительный завод。

⑵俄語(yǔ)：Брянский машиностроительный завод。

⑶俄語(yǔ)：Ворошиловградский завод имени Октябрьской революции；烏克蘭語(yǔ)：Ворошиловградський завод ?мен? Жовтнево? революц??。

⑷KhZTM為2TE10G型機(jī)車設(shè)計(jì)了兩種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，第一種是在預(yù)燃室中點(diǎn)火燃燒液體和氣體混合燃料的10GD100A型發(fā)動(dòng)機(jī)，第二種方案是采用液體燃料點(diǎn)火的10GD100B型發(fā)動(dòng)機(jī)。原本計(jì)劃是將10GD100A型發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在2TE10G-001號(hào)機(jī)車上，而10GD100B型發(fā)動(dòng)機(jī)則裝用于2TE10G-002號(hào)機(jī)車，但由于KhZTM未能按時(shí)試制出10GD100A型發(fā)動(dòng)機(jī)，因此兩組機(jī)車實(shí)際上均安裝了10GD100B型發(fā)動(dòng)機(jī)。

⑸2TE10G-001號(hào)機(jī)車直至1996年11月仍被人目擊于全俄鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院謝爾賓卡環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地。而從2TE10M-3666號(hào)和2TE10M-3669號(hào)機(jī)車分別于1993年和1999年制造出廠并交付哈薩克斯坦國(guó)家鐵路來(lái)看，2TE10G-001號(hào)和2TE10G-002號(hào)機(jī)車在1997年到1999年期間被VZOR收回，改造為2TE10M-3667號(hào)和2TE10M-3668號(hào)機(jī)車。

⑹在調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車上，工況變化次數(shù)可達(dá)每小時(shí)100 次，因此由于氣化器的慣性原因，采用液化天然氣就有困難。所以在TEM1818型內(nèi)燃機(jī)車上采用了壓縮天然氣。該車上儲(chǔ)存的壓縮天然氣數(shù)量為850 m3，壓力為20 MPa，從而保證了兩次充氣的周期為2.5～3.0天。

參考

• 《天然氣內(nèi)燃機(jī)車》，A·S·涅斯特拉佛夫 著，權(quán)順華 譯，《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車》1994年5月第5期，40~45頁(yè)

• 《天然氣用作內(nèi)燃機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料》，G·A·佛凡諾夫 著，顧永麟 譯，《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車》2008年1月第1期，20~25頁(yè)

• 《2ТЭ10Г型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)車動(dòng)力裝置的選用》，D·V·諾維科夫 著，竇燕婷 譯，《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車》2011年6月第6期，25~28頁(yè)

• 《ТЭМ19型內(nèi)燃機(jī)車成功進(jìn)行試運(yùn)行》，王智雙 譯，《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車》2015年1月第1期，48頁(yè)

• 《[07-1999] Газотепловоз ТЭМ18Г: обеспечение пожаро- и взрывобезопасности - СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть》：http://scbist.com/xx2/43029-07-1999-gazoteplovoz-tem18g-obespechenie-pozharo-i-vzryvobezopasnosti.html

• 《АО "УК "БМЗ" Брянский машиностроительный завод ?ТРАНСМАШХОЛДИНГ” - Маневровый тепловоз ТЭМ19》：https://www.ukbmz.ru/production/manevrovye-teplovozy/584/

• 《Проектирование, производство и поставка дизельных и газопоршневых агрегатов на базе двигателей собственного производства》：https://tech-agency.ru/techstore/proektirovanie-proizvodstvo-i-postavka-dizelnykh-i-gazoporshnevykh-agregatov-na-baze-dvigateley-sobs.html