目前，路內(nèi)運(yùn)用的東風(fēng)4型系列內(nèi)燃機(jī)車均采用串勵電動機(jī)由蓄電池供電進(jìn)行柴油機(jī)起動，在起動過程中，由于控制的主觀性、時間繼電器的滯后性等問題，導(dǎo)致柴油機(jī)在起動過程中蓄電池虧能大，柴油機(jī)燃燒狀態(tài)不好。運(yùn)用PCC (programmable computer controller)技術(shù)控制內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)起動，可以減少每次起動時蓄電池的放電量，改變柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)，從而實現(xiàn)柴油機(jī)的節(jié)能和智能起動。
1 機(jī)車柴油機(jī)起動的現(xiàn)狀
目前, 在東風(fēng)4型機(jī)車上裝有電動機(jī)油泵和燃油泵，在每次起動前需延時45s~60s 供機(jī)油和燃油，供機(jī)油是為了防止在柴油機(jī)停機(jī)時間較長時，其各運(yùn)動部件拉傷，而提供的燃油則是為柴油機(jī)點(diǎn)火建立燃油壓力。在供機(jī)油過程中，起動滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時間不能過長，否則不利于蓄電池的保養(yǎng)。在起動過程中，起動電機(jī)轉(zhuǎn)動和燃油泵向氣缸內(nèi)供油為同步控制。油壓建立以前，起動電機(jī)不可以停轉(zhuǎn)。
起動柴油機(jī)必須解決3 個問題：（1）燃油的供給；（2）運(yùn)動部件的潤滑；（3）蓄電池向起動電機(jī)供電，Q D 帶動柴油機(jī)轉(zhuǎn)動。在整個起動過程中，對起動電機(jī)和噴油泵供油齒條的控制，都是通過起動接觸器（Q
C）來實現(xiàn)的。
這種控制方法存在如下缺陷：
a.操縱人員必須通過主觀判斷起動完成與否來控制柴油機(jī)起動，每次起動都需要耳聽發(fā)火聲，眼睛觀察機(jī)油壓力表的變化；
b.向氣缸內(nèi)供油過早，在柴油機(jī)低速轉(zhuǎn)動時，噴油器的噴油質(zhì)量很差，將降低氣缸內(nèi)的溫度，拖延點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致起動能量耗高，排煙量大，甚至爆燃；
c. 在柴油機(jī)氣缸內(nèi)已經(jīng)點(diǎn)火后，蓄電池繼續(xù)向起動電機(jī)供電，造成蓄電池的放電量大；
d. 如果由于某種原因柴油機(jī)不能正常點(diǎn)火，將出現(xiàn)起動接觸器燒死的情況，并且蓄電池虧能增大。
2 柴油機(jī)起動過程的編程設(shè)計
針對目前柴油機(jī)起動過程中的缺陷和不足，可以將其起動過程按時間展開，進(jìn)行編程控制，采用PCC 實現(xiàn)檢測和控制環(huán)節(jié)。
柴油機(jī)的起動過程大致可分為4 個階段，準(zhǔn)備、柴油機(jī)被驅(qū)動轉(zhuǎn)動、點(diǎn)火和建立油壓穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。準(zhǔn)備階段主要是預(yù)供機(jī)油和燃油。東風(fēng)4型機(jī)車采用45s 延時控制燃油泵和機(jī)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)。實現(xiàn)起動前預(yù)先向管路供油。根據(jù)起動過程的不同階段，結(jié)合前面柴油機(jī)起動過程中的問題，可逐步解決。
2.1 起動接觸器得電控制
起動接觸器得電與否，應(yīng)取決于柴油機(jī)管路內(nèi)的油壓狀況。理想的控制應(yīng)是以滑油壓力和燃油壓力作為控制信號，這樣在首次起動時，如果油壓建立不起來或油管路中存在問題時，將不會起動柴油機(jī)。而目前在起動過程中主要是在45s~60s 延時后，由人為觀測滑油壓力表和機(jī)油壓表，假定在45s~60s 的延時過程中，油壓一定會建立起來這樣一種假設(shè)的情況下，進(jìn)行Q C 得電控制的，缺乏控制手段。為此，可采用壓力傳感器來提取機(jī)油和燃油壓力信號，并將其通過轉(zhuǎn)換輸入到PCC 中，由PCC 根據(jù)設(shè)定值判斷和執(zhí)行QC 的得電控制。
2.2 根據(jù)點(diǎn)火時柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行停止起動電機(jī)（QD）運(yùn)轉(zhuǎn)的控制
柴油機(jī)起動是否成功，關(guān)鍵在于柴油機(jī)是否能正常點(diǎn)火，作為起動的終止應(yīng)受控于柴油機(jī)發(fā)火轉(zhuǎn)速，如果因為某種原因不能正常起動，則應(yīng)自動停止起動，以減少蓄電池的放電量和避免起動接觸器燒死。正常情況下，東風(fēng)4型系列機(jī)車柴油機(jī)起動時，點(diǎn)火轉(zhuǎn)速在150r/min 左右，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速為430r/min。如果采取轉(zhuǎn)速傳感器測出柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號輸入到PCC 中，由PCC 判斷和控制QC 的開斷，即控制蓄電池向起動電機(jī)供電：（1）可節(jié)省蓄電池的電能，有利于蓄電池的保養(yǎng)；（2）電動機(jī)由驅(qū)動轉(zhuǎn)動變?yōu)椴裼蜋C(jī)的負(fù)載，可降低柴油機(jī)起動的轉(zhuǎn)速沖擊。
2.3 對電磁聯(lián)鎖DLS拖后供電控制，實現(xiàn)向氣缸適時噴油
在柴油機(jī)起動過程中的低轉(zhuǎn)速階段向氣缸內(nèi)供油，由于油溫較低不能達(dá)到完全燃燒，同時，又會降低氣缸燃燒時的溫度，造成起動困難，甚至爆燃。因此，可采用對起動接觸器及調(diào)速器內(nèi)D LS 電磁聯(lián)鎖線圈進(jìn)行單獨(dú)供電控制。這樣，可使柴油機(jī)先轉(zhuǎn)動，后拉動噴油泵供油齒條，以此來拖后向氣缸內(nèi)供油。
鑒于當(dāng)柴油機(jī)由起動電機(jī)拖動運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速接近或達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速時向氣缸內(nèi)噴油最有利于柴油機(jī)點(diǎn)火，因此，DLS 線圈得電與否應(yīng)取決于柴油機(jī)拖動轉(zhuǎn)速。不同的柴油機(jī)或同一柴油機(jī)在不同的工作環(huán)境和狀態(tài)下，其點(diǎn)火轉(zhuǎn)速是不同的。與點(diǎn)轉(zhuǎn)速有關(guān)的因素主要有氣缸內(nèi)的溫度、壓力、氧氣含量和燃油的霧化狀態(tài)，影響氣缸內(nèi)溫度的主要因素為油水溫度，所以對DLS 電磁聯(lián)鎖線圈的控制可采用溫度傳感器檢測油水溫度來進(jìn)行控制。
3 柴油機(jī)起動過程的PCC控制
從前面的分析中可以得知，在進(jìn)行起動過程控制時，主要是對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測、機(jī)油管路內(nèi)油壓的檢測、油水溫度的檢測。采用PCC 進(jìn) 行快速運(yùn)算及判斷，確定點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，對起動接觸器、調(diào)速器內(nèi)DLS線圈等進(jìn)行實時控制。
3.1 控制電路
圖1為采用PCC 進(jìn)行柴油機(jī)起動控制的接線簡圖。與目前的控制方法相比， 減少了時間繼電器（1SJ），由PCC 內(nèi)部的軟繼電器來實現(xiàn)，增加了轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。該電路實現(xiàn)了起延時控制，蓄電池供電控制、供油齒條控制以及油壓保護(hù)電路與起動電路的分離。
圖l 柴油機(jī)起動PCC 控制接線簡
3.2 起動流程圖
圖2啟動流程圖
3.3 點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的確定
柴油機(jī)起動過程是否點(diǎn)火，可以采用轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化而定，東風(fēng)4型機(jī)車阻力特性實驗實側(cè)的運(yùn)動阻力轉(zhuǎn)矩、電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖3 所示。
圖3 空點(diǎn)火前后啟動轉(zhuǎn)矩、阻力轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩的變化曲線
由柴油機(jī)起動系統(tǒng)的運(yùn)動方程：
式中：Ms：起動電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，Nm；
Me：歸算到起動電機(jī)的柴油機(jī)阻力轉(zhuǎn)矩，Nm；
GD2 ：歸算到起動電機(jī)的柴油機(jī)阻力轉(zhuǎn)矩，kg㎡。
當(dāng)柴油機(jī)拖動轉(zhuǎn)加速后，dMa / dn ，將由負(fù)值向正值逐步變化。當(dāng)d
Ma / dn＝O 其轉(zhuǎn)速即為點(diǎn)火轉(zhuǎn)速。
經(jīng)實際測試計算，東鳳4系列機(jī)車柴油機(jī)起動時點(diǎn)火轉(zhuǎn)速不會超過15Or / min 。由此可選定15Or/min 為其點(diǎn)火轉(zhuǎn)速。
4 結(jié)束語
經(jīng)試驗仿真測試，發(fā)現(xiàn)新的控制方法與原有的技術(shù)相比，可降低柴油機(jī)起動過程中的轉(zhuǎn)速沖擊，排煙量減少，并且達(dá)到蓄電池節(jié)能的目的。在新方法中減少了人工長期按位IQA 這一操作。
隨著技術(shù)進(jìn)步，已出廠機(jī)車和新造機(jī)車都需要新的手段來改造和裝備。如（l）機(jī)車恒功率控制；(2）電阻制動；(3）機(jī)車電氣故障的診斷。都可采用PCC來實現(xiàn)，由于PCC適合工業(yè)控制的優(yōu)點(diǎn)，可以相信，在機(jī)車的其它部分也可用PCC 來實現(xiàn)自動控制，PCC 技術(shù)的應(yīng)用將給機(jī)車控制帶來新的改觀。
