PCC技术在内燃机车柴油机起动控制中的应用
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目前,路内运用的东风4型系列内燃机车均采用串励电动机由蓄电池供电进行柴油机起动,在起动过程中,由于控制的主观性、时间继电器的滞后性等问题,导致柴油机在起动过程中蓄电池亏能大,柴油机燃烧状态不好。运用PCC (programmable computer controller)技术控制内燃机车柴油机起动,可以减少每次起动时蓄电池的放电量,改变柴油机的燃烧状态,从而实现柴油机的节能和智能起动。

1 机车柴油机起动的现状
目前, 在东风4型机车上装有电动机油泵和燃油泵,在每次起动前需延时45s~60s 供机油和燃油,供机油是为了防止在柴油机停机时间较长时,其各运动部件拉伤,而提供的燃油则是为柴油机点火建立燃油压力。在供机油过程中,起动滑油泵运转时间不能过长,否则不利于蓄电池的保养。在起动过程中,起动电机转动和燃油泵向气缸内供油为同步控制。油压建立以前,起动电机不可以停转。

起动柴油机必须解决3 个问题:(1)燃油的供给;(2)运动部件的润滑;(3)蓄电池向起动电机供电,QD 带动柴油机转动。在整个起动过程中,对起动电机和喷油泵供油齿条的控制,都是通过起动接触器(Q C)来实现的。

这种控制方法存在如下缺陷:
a.操纵人员必须通过主观判断起动完成与否来控制柴油机起动,每次起动都需要耳听发火声,眼睛观察机油压力表的变化;

b.向气缸内供油过早,在柴油机低速转动时,喷油器的喷油质量很差,将降低气缸内的温度,拖延点火转速,导致起动能量耗高,排烟量大,甚至爆燃;

c. 在柴油机气缸内已经点火后,蓄电池继续向起动电机供电,造成蓄电池的放电量大;

d. 如果由于某种原因柴油机不能正常点火,将出现起动接触器烧死的情况,并且蓄电池亏能增大。

2 柴油机起动过程的编程设计
针对目前柴油机起动过程中的缺陷和不足,可以将其起动过程按时间展开,进行编程控制,采用PCC 实现检测和控制环节。

柴油机的起动过程大致可分为4 个阶段,准备、柴油机被驱动转动、点火和建立油压稳定运转。准备阶段主要是预供机油和燃油。东风4型机车采用45s 延时控制燃油泵和机油泵运转。实现起动前预先向管路供油。根据起动过程的不同阶段,结合前面柴油机起动过程中的问题,可逐步解决。

2.1 起动接触器得电控制
起动接触器得电与否,应取决于柴油机管路内的油压状况。理想的控制应是以滑油压力和燃油压力作为控制信号,这样在首次起动时,如果油压建立不起来或油管路中存在问题时,将不会起动柴油机。而目前在起动过程中主要是在45s~60s 延时后,由人为观测滑油压力表和机油压表,假定在45s~60s 的延时过程中,油压一定会建立起来这样一种假设的情况下,进行Q C 得电控制的,缺乏控制手段。为此,可采用压力传感器来提取机油和燃油压力信号,并将其通过转换输入到PCC 中,由PCC 根据设定值判断和执行QC 的得电控制。

2.2 根据点火时柴油机的转速进行停止起动电机(QD)运转的控制
柴油机起动是否成功,关键在于柴油机是否能正常点火,作为起动的终止应受控于柴油机发火转速,如果因为某种原因不能正常起动,则应自动停止起动,以减少蓄电池的放电量和避免起动接触器烧死。正常情况下,东风4型系列机车柴油机起动时,点火转速在150r/min 左右,稳定运转的最低转速为430r/min。如果采取转速传感器测出柴油机的转速,并将转速信号输入到PCC 中,由PCC 判断和控制QC 的开断,即控制蓄电池向起动电机供电:(1)可节省蓄电池的电能,有利于蓄电池的保养;(2)电动机由驱动转动变为柴油机的负载,可降低柴油机起动的转速冲击。

2.3 对电磁联锁DLS拖后供电控制,实现向气缸适时喷油
在柴油机起动过程中的低转速阶段向气缸内供油,由于油温较低不能达到完全燃烧,同时,又会降低气缸燃烧时的温度,造成起动困难,甚至爆燃。因此,可采用对起动接触器及调速器内D LS 电磁联锁线圈进行单独供电控制。这样,可使柴油机先转动,后拉动喷油泵供油齿条,以此来拖后向气缸内供油。

鉴于当柴油机由起动电机拖动运转,转速接近或达到点火转速时向气缸内喷油最有利于柴油机点火,因此,DLS 线圈得电与否应取决于柴油机拖动转速。不同的柴油机或同一柴油机在不同的工作环境和状态下,其点火转速是不同的。与点转速有关的因素主要有气缸内的温度、压力、氧气含量和燃油的雾化状态,影响气缸内温度的主要因素为油水温度,所以对DLS 电磁联锁线圈的控制可采用温度传感器检测油水温度来进行控制。

3 柴油机起动过程的PCC控制
从前面的分析中可以得知,在进行起动过程控制时,主要是对柴油机转速的检测、机油管路内油压的检测、油水温度的检测。采用PCC 进行快速运算及判断,确定点火转速,对起动接触器、调速器内DLS线圈等进行实时控制。
3.1 控制电路
图1为采用PCC 进行柴油机起动控制的接线简图。与目前的控制方法相比, 减少了时间继电器(1SJ),由PCC 内部的软继电器来实现,增加了转速传感器、温度传感器和压力传感器。该电路实现了起延时控制,蓄电池供电控制、供油齿条控制以及油压保护电路与起动电路的分离。
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