引言：铁路内燃机车柴油低烧是一项系统工程，涉及到柴油的运、卸、储、发、用、管等环节。发达国家早在20世纪80年代就开始重视柴油机低温燃烧技术的研究，采用高压共轨、增压中冷、废气再循环等手段，大幅降低了燃油消耗和污染物排放。进入新时代，我国铁路运输提出创新驱动、绿色发展的新要求，亟须加快内燃机车节能减排技术的攻关与应用。

一、柴油低烧系统技术在铁路内燃机车上的应用价值

柴油低烧是指在较低温度下实现柴油的充分燃烧，从而降低燃油消耗，减少污染物排放的一种先进燃烧控制技术。传统的柴油机由于燃烧室温度较高，燃烧速度快，燃烧过程集中在活塞上止点附近，燃烧持续期短，燃料利用率低，而低温燃烧使燃料在较低的温度下缓慢燃烧，延长了燃烧持续期，提高了燃料利用率，可使内燃机车的油耗降低10%～20%。由于燃烧温度降低，低温燃烧过程中氮氧化物的生成量大大减少，燃烧室内形成大量均匀分布的稀薄混合气，抑制了碳烟的生成，同时完善的电控喷射系统可实现喷油定时定量，减少燃油洒落缸壁的现象，因此采用柴油低烧技术可使内燃机车的氮氧化物、碳烟等主要污染物排放降低50%以上。低温燃烧使发动机的热负荷和机械负荷降低，有利于减少结焦积碳等对发动机部件的腐蚀磨损，从而提高发动机的可靠性，延长大修周期，更换大修后的机车多需调整磨合，采用低温燃烧技术则可降低早期磨损，缩短磨合期。

二、铁路内燃机车柴油低烧系统的关键技术

实现柴油机低温燃烧需要多项关键技术的支撑，涉及燃烧控制、喷射系统、电控单元等多个方面。下面对其进行重点阐述。

（一）燃烧控制技术

控制燃烧温度和燃烧过程是实现柴油机低温燃烧的关键。目前主要采用降低压缩比、优化燃烧室形状、采用分层燃烧等措施，适度降低柴油机的压缩比可减少压缩端温度，为低温燃烧创造条件，优化喷孔雾化特性，可形成合理的燃油雾化与空气流动，实现均匀的稀薄混合气，在燃烧室内形成由稀到浓的混合气分层，可实现柴油的多点自燃，延长燃烧持续期。废气再循环（EGR）技术是控制柴油机氮氧化物排放的有效手段之一，将适量废气引入进气，可降低燃烧温度，抑制氮氧化物的生成，但EGR会使进气量减少，需要配合增压中冷等措施，采用增压中冷可提高进气密度，弥补EGR导致的进气量不足，还可降低进气温度，扩大EGR的可用范围。

（二）喷射系统技术

燃油喷射系统的性能决定了燃油雾化、混气及燃烧的质量，对实现低温燃烧具有决定性作用，传统的机械泵喷式系统，喷油压力低，雾化质量差，难以满足低温燃烧对混气均匀性的要求，高压共轨系统具有喷射压力高（可达200MPa以上）、喷射次数多（可实现5次以上喷射）、喷射可灵活控制等特点，是实现柴油机低温燃烧的首选。喷油器方面，针阀喷嘴具有启闭迅速、零漏油等优点，被广泛采用，近年来电控阀控制与压电陶瓷驱动技术日趋成熟，使喷油器的响应性能大幅提升，内燃机车的喷油器还需具备耐高压、抗积碳、寿命长等特点。

（三）电控单元技术

电控单元（ECU）是柴油机实现精确控制、优化运行的“大脑”，它通过传感器采集发动机转速、燃油量、进气状态等参数信息，结合环境温度、海拔等因素，按照优化的控制策略，计算出喷油提前角、喷油量等关键参数，并控制执行器的动作，从而使发动机在不同工况下都能实现低温高效燃烧。内燃机车的工况条件复杂，ECU需具备过载保护、故障诊断等功能，还要适应强振动、高低温等恶劣环境，因此内燃机车柴油机ECU在软硬件方面都有特殊要求，需要在吸收汽车发动机ECU技术基础上，开展专门的优化设计。

三、铁路内燃机车柴油低烧系统技术的发展建议

虽然柴油燃烧技术在公路营运车辆上已经得到广泛应用，但在铁路内燃机车上的应用还处于起步阶段，有待加大基础研究和工程化力度，针对当前存在的问题，提出以下发展建议。

（一）加强基础理论研究

柴油低温燃烧是一个涉及多学科交叉的复杂过程，其中涵盖了燃料化学动力学、湍流与燃烧相互作用、喷雾特性等诸多基础理论问题，目前柴油低温燃烧的机理尚未完全阐明，许多关键科学问题亟待突破，为了推动柴油低烧技术在铁路内燃机车上的应用，必须加强低温燃烧基础理论的研究。建议采用先进的光学诊断手段，如激光诱导荧光（LIF)、激光多普勒测速（LDV）等，对柴油低温燃烧过程进行实验研究，利用LIF技术可以获得柴油喷雾在燃烧室内的时空分布特性，了解柴油液滴的蒸发、混合、自燃等微观过程；LDV技术可以测量燃烧室内的气流速度场，揭示气流脉动与火焰传播的关系，通过可视化的实验手段，可直观地认识低温燃烧的演变规律。

要充分发挥数值模拟在理论研究中的作用，随着计算机性能的提升，大浮动模拟（LES)、直接数值模拟（DNS）等方法已经成为燃烧数值研究的利器，建议开展柴油低温燃烧的LES和DNS研究，从微观角度揭示湍流、喷雾、化学反应之间的耦合作用机制，发展柴油低温燃烧的简化化学反应机理模型，为数值模拟提供高效、准确的化学动力学计算工具。在开展理论和实验研究的基础上，要加强柴油在不同温度、压力、混合比等条件下燃烧规律的探索，研究压缩比、喷射定时、喷射压力等参数对柴油低温燃烧的影响规律，建立柴油低温燃烧的参数影响机理模型，系统探索柴油自燃延迟期、低温放热、负温度系数区等低温燃烧阶段的特征，揭示不同阶段的火焰结构、传播特性及污染物生成规律，理清控制低温燃烧的关键因素，为指导实际应用奠定理论基础^[1]。随着能源结构调整，开发柴油替代燃料成为降低石油依赖、减少碳排放的重要途径，生物柴油、煤基柴油等替代燃料的理化性质与传统石油基柴油差异较大，在常规柴油机上难以直接使用。建议加强替代柴油燃料低温燃烧特性的研究，测定其雾化特性、着火特性、燃烧产物组成等，分析其对低温燃烧稳定性、均匀性的影响，为替代燃料在内燃机车上的应用提供理论支撑。针对替代燃料分子结构的特点，开发适用的低温燃烧新概念，如反应控制压缩点火（RCCI)、部分预混压缩点火（PPCI）等。

（二）促进产学研用协同创新

开发内燃机车柴油燃烧系统是一项复杂的系统工程，涉及机械、电子、控制、材料等诸多学科领域，充分发挥各方优势，加强产学研用协同创新，能加快关键技术攻关，实现低温燃烧从实验室到铁路的转化应用。建议铁路运输企业与内燃机车主机厂商建立战略合作关系，铁路运企作为内燃机车的最终用户，最了解机车的实际运用工况和存在的问题，而主机厂商在发动机研发制造方面具有丰富的经验。双方应围绕柴油低烧技术达成共识，共同制定柴油低烧内燃机车的目标规范，明确燃油经济性、排放指标、可靠性等具体要求。发挥主机厂商在发动机原型开发、匹配标定等方面的作用，构建柴油低烧发动机开发平台，同时发挥铁路运企在机车运用工况采集、整车匹配等方面的优势，针对性开展试验验证，双方通过共享数据资源、建立快速迭代机制，促进柴油低烧内燃机车的成熟完善^[2]。

科研院所和高等院校是柴油低烧技术研究的生力军，他们长期从事柴油机燃烧与排放、喷雾特性、热工测试等方面的理论和实验研究，在相关领域具有较强的创新能力，应充分发挥其基础研究和人才培养的优势，鼓励科研人员和高校教师与企业合作，聚焦工程应用中的基础科学问题开展研究。建议科研院所和高校与铁路运企、主机厂商共建低温燃烧联合实验室，搭建从基础研究到工程化开发的创新链条，引导科研项目与工程应用需求紧密结合，使科研成果能更快转化为生产力，科研院所和高校要面向铁路行业培养燃烧、控制、测试等方面的专业人才，为柴油燃烧技术发展提供大力支持。

机务段作为内燃机车的检修维护单位，在柴油燃烧技术推广应用中的作用不可忽视，建议选择有条件的机务段开展柴油低烧内燃机车试点运用，充分发挥一线检修人员对机车设备性能、故障模式熟悉的优势，及时收集柴油低烧机车的运用信息和故障反馈，为优化系统方案、编制维修规程提供第一手资料。要建立机务段、主机厂商、科研单位的联合攻关机制，鼓励一线检修人员参与到低温燃烧关键问题的分析讨论中来，促进维修实践经验向科研成果的转化，机务段还应发挥职业教育基地的作用，组织开展柴油燃烧专项培训，提升检修人员的技能素质。还要注重发挥行业组织的桥梁纽带作用，中国铁道学会、内燃机学会等行业组织应牵头成立柴油低温燃烧专业委员会，整合产学研用各方资源，搭建合作交流平台，定期举办柴油低温燃烧学术会议，交流科研进展，碰撞创新思想，组织开展重大关键技术联合攻关，提高创新效率，要广泛开展国际合作交流，学习借鉴国外先进技术和管理经验，推动我国铁路内燃机车柴油燃烧技术达到国际领先水平。

（三）完善技术标准规范

柴油低烧技术要在铁路内燃机车上实现大规模应用，仅有单项技术突破还远远不够，必须制定完善的标准规范，形成系统的解决方案，标准规范是技术成熟的重要标志，是推广应用的基本依据，建议抓紧研究制定内燃机车柴油燃烧系统的系列标准规范，为产业化发展提供支撑。研究制定柴油燃烧系统核心零部件的技术标准，包括高压共轨系统、喷油器、电控单元等，要充分借鉴成熟的汽车电喷系统标准，结合铁路内燃机车的实际需求开展创新设计。在标准中要明确规定核心零部件的技术参数、性能指标、可靠性要求等，保证不同厂商生产的产品具有通用性和互换性，要考虑核心零部件的台架试验和整机试验，建立一整套测试评价标准。规范试验条件、测试项目、试验流程等，开发试验用仪器设备，制定统一的测试规程，还要根据柴油低烧内燃机车的运用工况，开展环境适应性试验，制定环境可靠性要求。

在零部件标准的基础上，要系统规划柴油低烧内燃机车的整车标准，科学平衡燃油经济性与排放性能，制定整车油耗和污染物排放限值，明确规定整车的技术参数、配置要求、安全条件等，确保机车动力性能满足铁路运输需求。结合机车检修等级，规划柴油燃烧系统的维修保养周期，细化维修保养的项目和内容，编制可操作性强的作业指导书，从整车全寿命周期角度，明确柴油燃烧系统的可靠性、维修性、保障性等要求，确保整车运用经济性。在制定标准的同时，要统筹兼顾机车、机油、检测等配套标准，开展机油升级研究，优化低温燃烧用机油的粘度指数、凝点、酸值等，提高机油的氧化安定性和抗磨性。完善机油取样分析方法，制定低温燃烧用机油的性能评定指标和台架试验规程，研究制定柴油低烧发动机排放检测标准，重点规范排放检测的设备、方法、程序和判定依据等，形成一整套可操作、可考核的检测方案^[3]。

在制定标准过程中，要坚持开放合作的原则，积极开展国内外标准对标分析，与UIC、AAR等国际标准对接，通过标准互认，消除技术壁垒，为柴油低烧技术的国际化应用创造条件。要建立政府牵头、企业参与、第三方认证的标准化工作机制，鼓励企业积极参与标准制定，将先进适用的企业标准上升为行业标准、国家标准，逐步建立“宜出尽出、应进尽进”的铁路内燃机车柴油燃烧系统标准体系。在标准实施过程中，要加强监督检查，对标准实施情况进行跟踪评估，及时总结成功经验，发现共性问题，建立标准动态更新机制，根据柴油燃烧技术的进步以及机车使用反馈，适时修订完善标准，要加强标准宣贯培训，编写通俗易懂的标准读本，确保标准要求深入人心，在铁路系统内营造崇尚标准、依靠标准的良好氛围。

结语

柴油低烧技术代表了内燃机节能减排技术发展的方向，对于提升铁路内燃机车能源利用效率，减轻环境污染压力，推动铁路运输绿色发展具有重要作用。开发应用内燃机车柴油燃烧系统需要攻克燃烧控制、喷射系统、电控单元等关键核心技术，需要加强基础理论研究，深化产学研用合作，完善技术标准规范。这项工作意义重大，任务艰巨，需要各部门协同发力，久久为功，不断取得新的突破，为建设交通强国、实现“碳达峰、碳中和”目标贡献智慧和力量。

参考文献

[1]周鹏,靳欢,王翔.DF型内燃机车热电系统的研制[J].轨道交通装备与技术,2023(4):62-64.

[2]王建堂,史富强.铁路内燃机车辅发电机励磁控制系统设计研究[J].陕西交通职业技术学院学报,2022(2).

[3]邓纪辰,梁海涛,崔洪江.高原内燃机车柴油机空气滤清系统流场仿真[J].大连交通大学学报,2024,45(2):58-62.

[4]吴刚,曾亿山.内燃机车柴油机曲轴的结构优化设计[J].池州学院学报,2023,37(3):16-19.

作者简介：常学佳（1988.02-）男，河北沧州人，本科，助理工程师，研究方向：铁路内燃机车运用与检修。