Hybride kracht:waarom diesellocomotieven een tweefasensysteem gebruiken

Moderne goederentreinen zijn afhankelijk van een diesel-elektrische hybride. De grote tweetaktdieselmotor met turbocompressor draait op een stabiel, laag toerental en drijft een hoogspanningsgenerator aan. De generator voedt de tractiemotoren op elke as en levert vermogen rechtstreeks aan de wielen. Deze opstelling elimineert de noodzaak van een versnellingsbak met meerdere versnellingen, waardoor de locomotief soepel kan accelereren vanuit stilstand naar 200 km/u zonder te hoeven schakelen.

Efficiëntievoordeel van diesel

Dieselmotoren zijn thermisch tot 20% efficiënter dan benzinemotoren. Voor het spoor vertaalt dit zich in grofweg vier keer het brandstofverbruik van vrachtwagens:een CSX-locomotief kan 1 ton vracht vervoeren over 792 kilometer op één liter diesel. Dieselelektrische locomotieven zijn ook ongeveer vijf keer efficiënter dan de stoommachines die eraan voorafgingen.

Stalen wielen:de sleutel tot lage rolweerstand

Spoorwegen gebruiken stalen wielen op stalen rails omdat het contactvlak klein is – ongeveer zo groot als een dubbeltje – waardoor vervorming tot een minimum wordt beperkt. Staal-op-staal contact vermindert de rolweerstand tot ruim onder de 1%, waardoor treinen de meest energie-efficiënte vorm van zwaar goederenvervoer zijn. De wisselwerking is een lagere tractie, die wordt verholpen door het hieronder beschreven tractiesysteem.

Tractiebeheer

Elk van de acht tractiemotoren van de locomotief kan een koppel van meer dan 60.000 Nm produceren. Om wielslip tijdens het accelereren of remmen te voorkomen, maakt de locomotief gebruik van een zandsproeisysteem en een elektronische tractiecontrole-eenheid. Wanneer slip wordt gedetecteerd, wordt er zand op de rails geworpen en vermindert het systeem het vermogen naar de betrokken motoren.

Overzicht locomotiefindeling

• Hoofdmotor en generator: Een 12-cilinder, tweetakt EMD 710-motor (24.000 lb) produceert 3300 pk. De motor drijft een hoogspanningsgenerator aan die de tractiemotoren voedt.
• Cabine: Geïsoleerd op zijn eigen ophanging om de machinist en de bemanning te beschermen tegen trillingen op het spoor.
• Vrachtwagens (draaistellen): Elke vrachtwagen weegt meer dan 20.000 kg en herbergt de assen, tractiemotoren, ophanging en remmen.
• Head-End Power (HEP): Een secundaire dieselmotor (3000–4000 pk) drijft een generator aan die 480 volt, driefasige wisselstroom levert aan de HVAC-, verlichtings- en keukensystemen van de trein.
• Brandstoftank: Kan tot 5500 liter diesel, 300 liter koelvloeistof en 250 liter olie bevatten in gecompartimenteerde secties.
• Batterijen: Acht accu's van 8 volt (elk zo'n 300 lb) leveren 64 volt stroom voor het starten en de elektronica.

Motordetails

De EMD 710-motor beschikt over:

• 12 cilinders, compressieverhouding van 16:1
• Cilinderinhoud:11,6 liter (710 in³) per cilinder
• Boring:230 mm (9,2 inch)
• Slag:279 mm (11,1 inch)
• Redline:900 tpm; stationair:200 tpm

De tweetaktcyclus levert twee keer zoveel vermogen per omwenteling vergeleken met een viertaktmotor van vergelijkbare grootte, waardoor een continue werking gedurende tientallen jaren mogelijk is.

Functies van vrachtwagen (draaistel)

Voortstuwing: Tractiemotoren drijven de wielen aan via een tandwielreductie, waardoor snelheden tot 200 km/u mogelijk zijn. Elke motor kan>700A trekken.

Opschorting: Een combinatie van blad- of spiraalveren, draaibare lagers en zijdelingse schakels dempt onregelmatigheden op het spoor, vermindert slijtage en verbetert de rijkwaliteit.

Remmen: Luchtaangedreven trommelremmen zorgen voor mechanisch remvermogen, terwijl dynamisch remmen de motoren in generatoren verandert, waardoor kinetische energie als warmte wordt afgevoerd via resistieve mazen. Een handrem op de achterste truck dient als veiligheidsback-up.

Een locomotief starten en bedienen

1. Ingenieur beklimt de 2,4 meter lange ladder, activeert de messchakelaar en zet het batterijsysteem onder stroom.
2. Nadat de brandstoftoevoerschakelaar is ingeschakeld, draait de startmotor de motor.
3. Zodra de motor draait, zet de ingenieur het gaspedaal op stand 1, waarbij de juiste contactgevers worden ingeschakeld.
4. Luchtremmen worden toegepast via de rembediening, waarbij dynamisch remmen automatisch wordt ingeschakeld.
5. Zodra hij vrij is, laat de machinist de handrem los en rijdt hij de trein in om in beweging te komen.

Passagierservaring op de Amerikaanse spoorwegen

Amtrak, de nationale spoorwegmaatschappij voor passagiersvervoer, moderniseert zijn vloot met dual-power locomotieven die op diesel- of geëlektrificeerde lijnen rijden. De nieuwe ‘Superliner’-rijtuigen met twee niveaus bieden ruime zitplaatsen, eetvoorzieningen en slaapcabines en vormen een comfortabel alternatief voor vliegreizen. Met de opslagservice voor treinwagons van Amtrak kunnen passagiers op bepaalde routes een voertuig meenemen.

Veelgestelde vragen

Wat is een diesellocomotief?

Een diesellocomotief combineert een dieselmotor die een elektrische generator aandrijft met tractiemotoren die de wielen laten draaien.

Hoeveel pk produceert een typische locomotief?

Moderne locomotieven genereren ongeveer 3200 pk, die de generator omzet in ongeveer 4700 A stroom voor de tractiemotoren.

Waarin verschilt een hybride locomotief van een traditionele?

Een traditionele locomotief vertrouwt uitsluitend op mechanische transmissie. Een hybride diesel-elektrische locomotief maakt gebruik van elektrische energie om de wielen aan te drijven, wat zorgt voor een hogere efficiëntie en een soepelere vermogensafgifte.

Waarom hebben dieselmotoren de voorkeur op het spoor?

Dieselmotoren hebben hogere compressieverhoudingen, waardoor ze 20% meer thermische efficiëntie leveren dan benzinemotoren, en ze kunnen tientallen jaren continu op een laag toerental draaien.

Waarom gebruiken treinen stalen wielen?

Stalen wielen op stalen rails verminderen de rolwrijving tot minder dan 1%, waardoor energie wordt bespaard en de levensduur wordt verlengd in vergelijking met rubberen banden.