引言：随着铁路运输业的快速发展，内燃机车牵引货运专线、客运特快等线路的运营任务持续加重，机车保有量不断攀升。与此同时，内燃机车在运行过程中排放的各类大气污染物对环境造成的压力也日益凸显，为有效控制铁路移动污染源的废气排放，实现绿色环保、可持续发展，需深入分析内燃机车污染排放的影响机理，探索切实可行的节能减排路径。

一、铁路内燃机车废气排放的研究意义

铁路内燃机车以柴油为燃料，燃烧后的尾气含有CO、NOx、HC、PM等多种大气污染物，对沿线区域大气环境质量造成明显影响。一方面，随着我国《大气污染防治法》的修订实施，各行业面临的减排压力进一步加大，铁路作为国民经济的大动脉，对于打赢蓝天保卫战责无旁贷。另一方面，随着公众环保意识的提高，沿线群众对铁路内燃机车冒黑烟、臭气扰民等问题的投诉日益增多，因此深入研究内燃机车废气排放规律，探索有效的污染控制措施，对于提升铁路环保形象、履行社会责任具有重要意义。

二、铁路内燃机车不同工况下废气排放影响因素分析

（一）机车型号与发动机特性

不同型号、不同发动机的内燃机车，其废气排放特性存在明显差异，总体而言，老旧型号机车由于设计、制造工艺落后，燃烧不充分、热效率低，废气排放浓度相对较高。以SS4型蒸汽机车、DF4型内燃机车为代表的老旧机型陆续退出现役，取而代之的是节能环保新型机车，如HXN3型内燃机车采用电子控制高压共轨燃油喷射技术，较传统泵喷式降低燃油消耗15%以上，NOx、PM排放水平大幅降低，两冲程发动机因燃烧不完全，HC、CO排放较四冲程发动机高；增压中冷发动机采用较高的进气压力和燃烧温度，NOx生成量相对偏高。

（二）机车运用工况

机车运用工况是影响废气排放的重要因素。一般而言，机车在启动、加速、超载等低速大扭矩工况下，燃烧室内燃油量大、燃烧不充分，导致CO、HC、PM等污染物大量产生；在高速稳定牵引工况下，发动机热效率提高，燃烧较为充分，CO、HC排放降低，但因燃烧温度偏高，NOx排放有所增加，机车怠速、停车状态下的废气排放也不容忽视，约30%的内燃机车污染物排放发生在冷态启动阶段。案例分析：以某铁路局管内的HXD3C型大功率内燃机车为例，通过对其在6种典型工况（启动、加速、持续牵引、惰行、动力制动、停车）下的尾气进行检测，结果显示：加速阶段的HC、CO、PM排放因子最高，分别比持续牵引工况高出75%、52%、45%；持续牵引工况下的NOx排放因子为0.65g/(kg·燃油），比加速工况高出31%。

（三）机车维修保养水平

机车的维修保养水平直接关系到燃油系统、增压系统、喷射系统等部件的运行性能，进而影响尾气的排放状况。定期开展机车保养，及时清洗积炭、更换滤清器、校验喷油泵等，能有效降低燃油消耗，控制CO、HC、PM等污染物的排放。反之，日常维护不到位则会引起废气超标排放，合理掌控机车检修周期，避免带“病”运行，对于减少污染物排放、延长机车使用寿命大有裨益。

三、基于废气排放影响规律的机车节能减排策略

（一）优化机车型号选型和配置

在“绿水青山就是金山银山”理念指引下，节能环保已成为铁路运输企业在机车选型时必须考虑的重要因素，铁路运输企业要紧跟我国内燃机车制造技术的发展步伐，及时更新机车选型理念，将燃油经济性、排放达标性作为首要评判标准，优先采购和使用节能环保型机车。当前，我国铁路内燃机车制造水平不断提升，涌现出一大批性能先进、能耗低廉、排放达标的新型机车，如中国中车生产的HXN3型内燃机车，采用了电喷高压共轨、增压中冷、废气再循环等一系列先进技术，热效率高达46%，单位运输工作油耗比传统内燃机车降低15%以上，氮氧化物、颗粒物排放分别降低60%和80%，达到了国际先进水平。再如HXD3C型大功率交流传动内燃机车，配备了先进的电子控制燃油喷射系统，与传统机械喷射系统相比可节油8%以上，各项排放指标全面满足国Ⅲ标准限值要求，这些节能环保型内燃机车不仅油耗低、污染少，其牵引效率、可靠性等综合性能也明显优于老旧机型，是铁路运输企业机车更新换代的优选方向。

铁路运输企业要顺应时代发展，树立节约资源、保护环境的选型导向，加大先进内燃机车的采购和使用力度，可利用自然更替、报废置换等时机，加快淘汰DF4、SS4等能耗高、污染重的老旧机型，大力引进HXN3、HXD3C等新型节能环保机车，实现机车“以新换旧、以优代劣”，从源头上降低铁路运输系统的能源消耗强度和污染物排放总量。在现有内燃机车改造中，铁路运输企业要立足实际，因地制宜推广共轨喷射、选择性催化还原、智能启停等成熟可靠的节能减排技术，在保证机车牵引性能的基础上，最大限度降低燃油消耗和污染物排放，实现老旧机车的清洁化升级和绿色化改造，这对于铁路系统落实“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，加快建设安全、便捷、高效、绿色的现代化铁路网具有十分重要的意义。在机车配属运用中，铁路运输企业要本着适用才适用、因需而异的原则，将机车性能特点和线路运输需求相匹配，努力实现机车能力和运量任务的无缝对接，对于西部地区的大宗货物运输通道，应重点配备HXD3C等大功率交流传动内燃机车，采用多机重联的编组方式牵引大吨位、大编组列车，充分发挥机车的牵引优势和列车的规模效应，最大程度地提高单位运量能耗水平，而在东部地区繁忙的客运通道上，应优先选用HXD3D等油耗低、加速性能好的交流传动内燃机车，在保证旅客列车正点率的同时，减少频繁启动和停站带来的燃油浪费。针对钢铁、煤炭等工矿企业以及大型物流园区的散货装卸作业，要科学测算装卸量和周转频次，有针对性地调配机车，最大限度减少机车怠速和低速非经济工况运行，从而降低排放对环境的影响。

（二）加强机车能源管理与经济运用

建立健全机车能耗统计、考核机制是铁路运输企业加强能源管理的重要举措，要完善机务段能耗统计制度，利用机车信息系统、燃油管理系统等，及时准确记录机车的燃油加注量、消耗量，客观分析机车能源利用效率，科学核定能源消耗定额。在此基础上，建立节能目标责任制，将能耗指标层层分解，落实到各客货运段、车间和机车班组，将节油、减排纳入日常调度指挥和现场管理，促使一线机车乘务人员树立节约意识、养成节能习惯，铁路局集团公司可结合实际，制定机车乘务员绩效考核办法，设置与节能减排相关的考核指标，如万吨公里耗油量、排放超标次数等，将其作为评价乘务员工作表现的重要内容，并与个人收入挂钩，以考核指挥棒撬动节能减排的内生动力^[1]。在机车运用中，要加强机车乘务员的技术培训和行车操纵指导，引导其在确保行车安全的前提下采取经济驾驶方法，精细化能源使用，提高燃油利用效率，如在列车启动阶段，采用“小油门、低转速”驾驶方法，避免发动机带“浪费”负荷；在列车惰行阶段，要根据线路坡度、列车阻力等因素，及时调整惰行里程，最大限度利用列车动能；在运用制动时，要因地制宜采取再生制动为主、气制动为辅的方式，提高制动能量回收比例。与此同时，铁路运输企业要加大节能新技术、新工艺的推广应用力度，如在电力机车“一键启动”基础上，研究开发内燃机车自动启停装置，避免人为操控失误；在机车远程监控系统中嵌入能耗优化模型，根据线路、载荷、速度等实时生成最优驾驶方案，实现机车能耗的自适应控制。

（三）强化机车维修保养与状态检测

机车是铁路运输装备的核心单元，其技术状态直接关系到运输安全、效率和成本，加强机车维修保养，是确保机车良好技术状态，降低燃油消耗，控制尾气排放的关键举措。铁路运输企业要以问题为导向，针对性地加强机车易损、故障多发部位的检修，如针对燃油喷射系统，要定期对喷油泵、喷油器进行检测校验，消除燃油滴漏和气穴现象，提高燃油雾化和燃烧效率；针对增压系统，要及时清洗中冷器，检测涡轮增压器的转子平衡和密封性能，确保进气量充足，改善燃烧环境；针对废气后处理系统，要加强尿素喷射器、催化剂的日常维护，定期更换和再生SCR、DPF核心部件，提高尾气净化效率。与常规定期检修相比，基于状态的检修模式能更加精准地把握机车健康状况，有针对性地实施维修保养^[2]。铁路运输企业要加快推进机车状态检测、故障诊断预警平台建设，利用车载传感器实时采集机车关键部件的振动、噪声、温度等状态参数，并通过机车远程监控系统传输至地面数据中心。利用大数据分析、故障图谱等技术，准确判断机车健康状态，预测故障发生的时间和部位，制定差异化的检修方案，既能避免“过检修”造成的资源浪费，又能避免“欠检修”引发的安全隐患，铁路运输企业还要建立“机检一体化”工作机制，加强机务、工务部门协同，确保机车“到修即修、修必修好”，杜绝带“病”运行。在强化机车维修保养的同时，铁路运输企业还要聚焦超标排放突出问题，有的放矢开展专项治理，可参考公路营运车辆排放检验方法，制定铁路内燃机车尾气排放现场抽测规范，明确检测设备、流程、限值等要求。利用便携式烟度计、不透光烟度计等，开展机车尾气排放抽查，建立超标车辆“黑名单”制度，针对排放超标机车，组织开展燃油系统、增压系统专项排查，通过更换和校验燃油泵、喷油器，清洗积炭，更换空气滤清器等措施，消除设备隐患，使污染物排放恢复至合格水平。

（四）改进废气后处理技术与装备

面对日益严格的排放标准，单纯依靠柴油机燃烧过程优化已无法满足达标排放的要求，工程机械、重型卡车等领域的实践表明，选择性催化还原（SCR)、柴油机微粒捕集器（DPF）等后处理技术路线切实可行、经济有效，铁路运输企业要以更加开放的态度学习借鉴先进经验，因地制宜推广成熟可靠的后处理技术，为内燃机车污染减排开辟新路径^[3]。选择性催化还原技术的基本原理是，在催化剂作用下，尾气中的NOx与还原剂（如尿素水溶液）发生还原反应，生成无害的N2和水，典型的SCR系统由尿素罐、供液单元、喷嘴、SCR催化器等组成。其中，催化剂是SCR系统的核心，直接决定了NOx还原效率，铁路运输企业要加强与专业院校、科研机构的产学研合作，在充分借鉴中国Ⅵ汽车催化技术的基础上，研发铁路装备专用的SCR催化剂，在提高低温催化活性、水热稳定性、抗中毒能力等方面取得新突破，实现NOx多达90%的高效转化^[4]。

柴油机微粒捕集器的基本原理是，利用堵塞式、旁通式等结构设计，捕集尾气中的碳烟、SOF等颗粒物，并通过被动再生、主动再生方式将其燃烧成CO2，使PM排放量减少80%以上，由于铁路内燃机车功率大、载荷工况多变，常规的被动再生方式不能满足持续高效的PM捕集需求。铁路运输企业要立足自身需求，开发高效节能的主动再生装置，利用后喷射、微波加热等方式，实现颗粒物的快速燃尽，降低尾气背压，减少油耗惩罚，针对燃油中的硫磷等杂质易使DPF失活的问题，要加强燃油品质管理，降低硫含量，并定期更换和清洗DPF。在大力推广SCR、DPF等成熟后处理技术的同时，铁路运输企业还要着眼前沿，加大对NOx吸附器（LNT)、选择性催化还原器集成微粒过滤器（SCRF）等新技术的跟踪研究，力争在催化剂制备、系统集成等方面取得自主知识产权，抢占环保产业发展制高点，还要完善配套基础设施建设，推动在机务段、编组站合理布局尿素加注设施，为SCR后处理系统提供高品质还原剂。

结语

铁路内燃机车污染防治既是一项系统工程，也是一项长期任务。未来，在优化机车能源结构、完善运用维修制度的同时，还要加强基础研究，深化燃烧过程、后处理机理等方面的理论探索；强化校企合作，加快柴油发动机燃烧诊断、污染物检测等监控装备的研发应用；建立行业数据库，为污染防治政策制定提供支撑。多措并举、持续发力，能不断提升铁路内燃机车污染防治水平，推动铁路运输行业绿色低碳发展。

参考文献

[1]王晓斌.柴油发动机尾气后处理技术在铁路内燃机车的应用研究[J].铁路节能环保与安全卫生,2024,14(04):10-17.

[2]李静娇,杨翠蕾,李伟.神经网络在铁道内燃机车滚动轴承故障诊断中的应用[J].内燃机工程,2024,45(04):112.

[3]饶树普,王永强,吴其宇,赵静.铁路内燃机车水性漆涂装工艺研究及应用[J].内燃机与配件,2023,(16):95-97.

[4]宋清林,范圣波,林建华,曹晓龙,杨化龙.内燃机车排放标准与技术研究[J].铁道机车与动车,2023,(12):27-31+6.

作者简介：孙海涛（1990.02-）男，黑龙江青冈人，本科，助理工程师，研究方向：铁路内燃机车运用与检修。