ç›®å‰,國內é‹ç”¨çš„æ±é¢¨4 型系列內燃機車å‡é‡‡ç”¨è“„é›»æ± ä¾›é›»çš„ä¸²å‹µé›»å‹•æ©Ÿå¸¶å‹•æŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•,ç”±äºŽç¾æœ‰çš„æŽ§åˆ¶ç³»çµ±åŠŸèƒ½ç°¡å–®,并且å—äººç‚ºå› ç´ ã€è“„é›»æ± ç‹€æ…‹ã€æ™‚間繼電器滯åŽç‰å•題的影響,經常導致柴油機起動困難,è“„é›»æ± è™§é›»,柴油機燃燒狀態ä¸è‰¯ç‰å•題的發生,尤其在我國北方地å€å¯’冷的冬å£,è“„é›»æ± è™§é›»å’ŒæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•å›°é›£å·²ç¶“æˆç‚ºå›°æ“¾æ©Ÿå‹™éƒ¨é–€çš„難題之一。é‹ç”¨PCC æŠ€è¡“å°æ©Ÿè»ŠæŸ´æ²¹æ©Ÿçš„èµ·å‹•éŽç¨‹é€²è¡Œæ™ºèƒ½æŽ§åˆ¶,å¯ä»¥æ”¹å–„柴油機的起動éŽç¨‹,æ¸›å°‘èµ·å‹•æ™‚è“„é›»æ± èƒ½é‡çš„æ¶ˆè€—,改善柴油機的燃燒狀態,從而é”到æé«˜æ©Ÿè»Šæ©Ÿå‹•性ã€é™ä½Žç‡ƒæ²¹æ¶ˆè€—ã€æ¸›å°‘有害物質排放的目的。
1  機車柴油機起動的ç¾ç‹€
ç¾ä»¥æ±é¢¨4C 型機車為例說明柴油機起動ä¸å˜åœ¨çš„å•題,è©²æ©Ÿè»Šä¸Šè¨æœ‰ç¹¼é›»å™¨ã€æŽ¥è§¸å™¨ç‰æœ‰è§¸é»žé›»å™¨çµ„æˆçš„é‚輯柴油機起動控制電路,電路功能簡單,故障功率較高,ç„¡æ³•å¯¦ç¾æŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•éŽç¨‹çš„優化控制。 æ©Ÿè»Šä¸Šè£æœ‰èµ·å‹•æ©Ÿæ²¹æ³µå°ˆé–€è² è²¬åœ¨èµ·å‹•éŽç¨‹ä¸å‘柴油機的é‹å‹•ä»¶æä¾›æ½¤æ»‘æ²¹,在柴油機起動å‰èµ·å‹•機油泵需æå‰45~60s 工作,ç‡ƒæ²¹æ³µéœ€è¦æå‰10s å·¦å³å‘柴油機æä¾›ç‡ƒæ²¹,æå‰ä¾›æ©Ÿæ²¹æ˜¯ç‚ºäº†é˜²æ¢æŸ´æ²¹æ©Ÿåœ¨é•·æ™‚é–“åœæ©ŸåŽèµ·å‹•時,å…¶å„é‹å‹•éƒ¨ä»¶å› ç¼ºæ²¹è€Œæ‹‰å‚·;燃油泵æå‰å·¥ä½œå‰‡æ˜¯ç‚ºé«˜å£“油泵æ£å¸¸å·¥ä½œæä¾›å¿…è¦çš„燃油壓力。 起動機油泵é‹è½‰æ™‚é–“ä¸èƒ½éŽé•·,å¦å‰‡æœƒæ¶ˆè€—大é‡çš„è“„é›»æ± èƒ½é‡,ä¸åˆ©äºŽæŸ´æ²¹æ©Ÿçš„èµ·å‹•1 èµ·å‹•é›»æ©Ÿå’Œç‡ƒæ²¹æ³µç‚ºåŒæ¥æŽ§åˆ¶,其起動電路圖如圖1 所示。
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圖1  æ±é¢¨4 型機車柴油機起動電路原ç†åœ–[/align]
從圖ä¸å¯ä»¥çœ‹å‡º,æŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•å¿…é ˆå…·å‚™ä¸‰å€‹æ¢ä»¶:一是燃油的供給;二是é‹å‹•部件潤滑;ä¸‰æ˜¯è“„é›»æ± è¦æœ‰è¶³å¤ 的能é‡é©…動起動電機,使柴油機é”到一定的起動轉速。 在整個起動éŽç¨‹ä¸,å°èµ·å‹•電機和噴油泵供油齒æ¢çš„æŽ§åˆ¶éƒ½æ˜¯é€šéŽèµ·å‹•接觸器QC 來實ç¾çš„。這種控制方法å˜åœ¨å¦‚下缺陷:
â‘´é‡‡ç”¨æœ‰è§¸é»žé›»å™¨çµ„æˆæŽ§åˆ¶é›»è·¯,功能單一,çµæ§‹å¾©é›œ,故障率高,無法滿足柴油機起動éŽç¨‹çš„優化控制,與ç¾ä»£çš„科技發展水平ä¸ç›¸é©æ‡‰ã€‚
⑵æ“ç¸±äººå“¡å¿…é ˆé€šéŽè§€å¯Ÿåˆ¤æ–·æŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•æˆåŠŸèˆ‡å¦ä¾†æŽ§åˆ¶èµ·å‹•éŽç¨‹ã€‚ 為æ¤,起動時æ“ä½œäººå“¡å¿…é ˆé€šéŽæŸ´æ²¹æ©Ÿçš„è²éŸ³ã€è½‰é€ŸåŠæ©Ÿæ²¹å£“力ç‰ä¾†åˆ¤æ–·å…¶èµ·å‹•情æ³,并通éŽèµ·å‹•按鈕控制起動電動機的工作狀態,如果控制ä¸ç•¶,å¯èƒ½é€ æˆæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•失敗,æˆ–å› èµ·å‹•é›»æ©Ÿå·¥ä½œæ™‚é–“éŽé•·,è“„é›»æ± éŽæ”¾è€Œç„¡æ³•繼續起動,é€™å°±è¦æ±‚æ“ä½œäººå“¡å…·å‚™è¼ƒé«˜çš„ç´ è³ªå’Œè±å¯Œçš„經驗。
â‘¶å‘æ°£ç¼¸å…§å™´æ²¹éŽæ—©ã€‚ 在柴油機轉速較低時,噴油壓力亦較低,噴油器的噴油質é‡å¾ˆå·®,燃油ä¸èƒ½èˆ‡ç©ºæ°£å……分混åˆ,拖延點ç«è½‰é€Ÿ,從而導致起動能耗高,排煙é‡å¤§,甚至爆燃。
⑷在柴油機已經發ç«åŽ,è“„é›»æ± ç¹¼çºŒå‘起動電機供電,é€ æˆè“„é›»æ± éŽæ”¾,å½±éŸ¿è“„é›»æ± çš„å£½å‘½ã€‚
⑸如果柴油機ä¸èƒ½æ£å¸¸é»žç«,長時間按ä½èµ·å‹•按鈕,å°‡é€ æˆèµ·å‹•接觸器燒æã€è“„é›»æ± è™§é›»ç‰æ•…障。
å› æ¤,å°æŸ´æ²¹æ©Ÿçš„èµ·å‹•éŽç¨‹é€²è¡Œå„ªåŒ–控制是å分必è¦çš„。
2  應用于機車控制的優越性
å¯ç·¨ç¨‹è¨ˆç®—機控制器(Programmable Computer Controller) 是以微處ç†å™¨ç‚ºæ ¸å¿ƒçš„通用工æ¥è‡ªå‹•控制è£ç½®,它完全å¯ä»¥å–代繼電器é‚輯控制è£ç½®,ä¸åƒ…能方便地處ç†é–‹é—œé‡å’Œæ¨¡æ“¬é‡,還能實ç¾è‡ªå‹•定時ã€è¨ˆæ•¸å’Œç®—è¡“é‹ç®—處ç†ç‰åŠŸèƒ½ã€‚PCC é…æœ‰å¤§å®¹é‡çš„å˜è²¯å™¨,通éŽè»Ÿä»¶ç·¨ç¨‹ä»£æ›¿å¸¸è¦çš„繼電器é‚輯控制功能,å¯ä½¿æŽ§åˆ¶ç³»çµ±æ™ºèƒ½åŒ–,并具有體ç©å°ã€é‡é‡è¼•ã€é€Ÿåº¦å¿«ã€å¯é 性高和易調試ç‰ç‰¹é»žã€‚ åŒæ™‚é‚„èƒ½é©æ‡‰é«˜ä½Žæº«ã€æ²–擊振動ã€é›»ç£å¹²æ“¾ã€é›»æºæ³¢å‹•ç‰è¼ƒæƒ¡åŠ£çš„å·¥ä½œç’°å¢ƒã€‚ 奧地利è²åŠ èŠå…¬å¸ç”Ÿç”¢çš„B&R2000PCC ç³»åˆ—ç”¢å“æ˜¯åœ¨é›»æºã€åŠŸèƒ½ã€å®‰å…¨æ“作方é¢é”到國際先進水平的產å“。
2. 1  基于PCC 的機車柴油機起動優化控制
é‡å°ç›®å‰æŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•éŽç¨‹ä¸çš„缺陷和ä¸è¶³,å¯ä»¥å°‡å…¶èµ·å‹•éŽç¨‹æŒ‰æ™‚間展開,進行編程控制,以PCC ç‚ºæ ¸å¿ƒçµ„æˆæŽ§åˆ¶ç³»çµ±,實ç¾èµ·å‹•éŽç¨‹çš„æª¢æ¸¬å’Œæ™ºèƒ½æŽ§åˆ¶ã€‚
柴油機的起éŽç¨‹å¤§è‡´å¯åˆ†ç‚ºå››å€‹éšŽæ®µ,峿º–å‚™ã€æŸ´æ²¹æ©Ÿè¢«é©…動轉動ã€ç™¼ç«å’Œå»ºç«‹æ²¹å£“åŽç©©å®šé‹è½‰ã€‚æº–å‚™éšŽæ®µä¸»è¦æ˜¯é 供機油和燃油1 æ±é¢¨4C 型機車采用45~60s 延時控制燃油泵和機油泵é‹è½‰,以實ç¾èµ·å‹•å‰é å…ˆå‘æ©Ÿæ²¹ç³»çµ±ä¾›æ²¹ã€‚ æ ¹æ“šèµ·å‹•éŽç¨‹çš„ä¸åŒéšŽæ®µ,å°ç¾æœ‰æŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•éŽç¨‹ä¸å˜åœ¨çš„å•題,å¯é€æ¥å„ªåŒ–解決。
2. 2  起動接觸器(QC) 的控制
在柴油機起動éŽç¨‹ä¸,起動接觸器(QC) 得電與å¦,æ‡‰å–æ±ºäºŽæŸ´æ²¹æ©Ÿç®¡è·¯å…§çš„æ²¹å£“ç‹€æ³ã€‚ ç†æƒ³æƒ…æ³ä¸‹,æ‡‰å–æ©Ÿæ²¹å£“力和燃油壓力作為控制信號,這樣在首次起動時,å¦‚æžœå› æ²¹æ³µã€ç®¡è·¯æˆ–å…¶å®ƒéƒ¨åˆ†å‡ºç¾æ•…éšœ,致使機油和燃油壓力é”ä¸åˆ°è¦æ±‚的范åœ,將䏿œƒä½¿èµ·å‹•接觸器閉åˆèµ·å‹•柴油機。 而目å‰åœ¨èµ·å‹•éŽç¨‹ä¸,按下起動按鈕1QA 起動機油泵開始工作,å¹¶ç¶“45~60s 延時åŽ,主è¦é äººç‚ºè§€æ¸¬æ©Ÿæ²¹å£“åŠ›è¡¨å’Œç‡ƒæ²¹å£“è¡¨åˆ¤æ–·å£“åŠ›æ˜¯å¦æ»¿è¶³è¦æ±‚,并確定是å¦åœæ¢èµ·å‹•。從æŸç¨®ç¨‹åº¦ä¸Šè¬›,å¯ä»¥èªªç¾æœ‰çš„起動控制é‚輯是基于在45~60s的延時時間內,油壓一定會建立起來這種å‡è¨ä¸‹,å°èµ·å‹•接觸器QC 進行控制的。 由于機油系統和燃油系統的狀態差別較大,建立起機油和燃油壓力的時間亦ä¸ç›¸åŒ,å› æ¤,上述å‡è¨ä¸ç¬¦åˆå¯¦éš›,無法ä¿è‰æŽ§åˆ¶çš„精確性。 為æ¤,å¯é‡‡ç”¨å£“åŠ›å‚³æ„Ÿå™¨æ¸¬é‡æ©Ÿæ²¹å’Œç‡ƒæ²¹å£“力,å¹¶å°‡æœ‰é—œä¿¡è™Ÿé€šéŽæ¨¡æ“¬é€šé“輸入到PCC 相應的模塊ä¸,ç”±PCC æ ¹æ“šè¨å®šçš„壓力范åœé€²è¡Œåˆ¤æ–·,并控制QC 的動作。
2. 3  起動電機(QD) 的優化控制
柴油機起動æˆåŠŸèˆ‡å¦,é—œéµåœ¨äºŽæŸ´æ²¹æ©Ÿæ˜¯å¦é»žç«,ä½œç‚ºèµ·å‹•çš„çµ‚æ¢æ‡‰å—控于柴油機發ç«è½‰é€Ÿ,å¦‚æžœå› ç‚ºæŸç¨®åŽŸå› ä¸èƒ½æ£å¸¸èµ·å‹•,å‰‡æ‡‰è‡ªå‹•åœæ¢èµ·å‹•,ä»¥æ¸›å°‘è“„é›»æ± çš„æ”¾é›»é‡å’Œé¿å…起動接觸器(QC) 燒æ»ã€‚ æ£å¸¸æƒ…æ³ä¸‹,æ±é¢¨4 型系列機車柴油機起動時,點ç«è½‰é€Ÿåœ¨150 r/ min å·¦å³,最低穩定轉速為430 r/ min。如果采å–轉速傳感器測出柴油機的轉速,并將轉速信號輸入到PCC ä¸,ç”±PCC æ ¹æ“šæŸ´æ²¹æ©Ÿè½‰é€ŸæŽ§åˆ¶QC 的通/æ–·,å³æŽ§åˆ¶è“„é›»æ± å‘起動電機供電;一方é¢å¯ç¯€çœè“„é›»æ± çš„é›»èƒ½,æœ‰åˆ©äºŽå»¶é•·è“„é›»æ± çš„å£½å‘½;å¦ä¸€æ–¹é¢,é›»å‹•æ©Ÿç”±é©…å‹•è½‰å‹•è®Šç‚ºæŸ´æ²¹æ©Ÿçš„è² è¼‰,å¯é™ä½ŽæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•的轉速沖擊。
2. 4  å°é›»ç£è¯éŽ–DLS 的供電控制
在柴油機起動éŽç¨‹ä¸,å¦‚æžœåœ¨ä½Žè½‰é€ŸéšŽæ®µéŽæ—©çš„呿°£ç¼¸å…§å™´æ²¹å°‡ç”¢ç”Ÿè¨±å¤šä¸è‰¯åŽæžœ,一方é¢ç”±äºŽå£“縮終點的溫度和壓力較低,å¦ä¸€æ–¹é¢ç”±äºŽå™´å£“力低,燃油霧化ä¸è‰¯,ä¸èƒ½èˆ‡ç©ºæ°£å……分混åˆå½¢æˆå¯ç‡ƒæ··åˆæ°£,使得噴入的燃油ä¸èƒ½å®Œå…¨ç‡ƒç‡’,ç”šè‡³æ ¹æœ¬ä¸ç‡ƒç‡’;åŒæ™‚,還會é™ä½Žç‡ƒç‡’室內的溫度,å¾žè€Œé€ æˆèµ·å‹•困難,甚至爆燃。 å› æ¤,å°èµ·å‹•接觸器åŠèª¿é€Ÿå™¨å…§DLS é›»ç£è¯éŽ–ç·šåœˆæ ¹æ“šæŸ´æ²¹æ©Ÿçš„èµ·å‹•è½‰é€Ÿå–®ç¨é€²è¡Œä¾›é›»æŽ§åˆ¶æ˜¯å分必è¦çš„。 這樣,å¯åœ¨æŸ´æ²¹æ©Ÿè½‰é€Ÿé”到發ç«è½‰é€ŸåŽ,冿‹‰å‹•噴油泵供油齒æ¢,從而é”到在é©ç•¶çš„æ™‚åˆ»é–‹å§‹å‘æ°£ç¼¸å…§å™´æ²¹çš„目的。
鑒于當柴油機由起動電機(QD) æ‹–å‹•é‹è½‰çš„轉速é”到點ç«è½‰é€Ÿæ™‚呿°£ç¼¸å…§å™´æ²¹æœ€æœ‰åˆ©äºŽæŸ´æ²¹æ©Ÿé»žç«,æ•…DLS ç·šåœˆé€šé›»èˆ‡å¦æ‡‰å–決于柴油機拖動轉速。 ä¸åŒçš„æŸ´æ²¹æ©Ÿæˆ–åŒä¸€æŸ´æ²¹æ©Ÿåœ¨ä¸åŒçš„工作環境和狀態下,其點ç«è½‰é€Ÿæ˜¯ä¸åŒçš„。 而影響點ç«è½‰é€Ÿçš„å› ç´ ä¸»è¦æœ‰æ°£ç¼¸å…§çš„æº«åº¦å’Œå£“åŠ›ã€æ°§æ°£å«é‡åŠç‡ƒæ²¹çš„霧化狀態ç‰,影響氣缸內溫度的主è¦å› ç´ ç‚ºæ²¹æ°´æº«åº¦,å¤å£æŸ´æ²¹æ©Ÿæ²¹æ°´æº«åº¦é«˜,所以容易起動;å之,柴油機冬å£å‰‡èµ·å‹•困難,所以å¯åœ¨æª¢æ¸¬æ²¹æ°´æº«åº¦çš„剿䏋,å°DLS é›»ç£è¯éŽ–ç·šåœˆé€²è¡Œå„ªåŒ–æŽ§åˆ¶ã€‚
3  柴油機起動PCC 控制器的é‚輯è¨è¨ˆåŠæµç¨‹
3. 1  控制電路
由上述分æžå¯çŸ¥,在柴油機起動時,å¯ä»¥é€šéŽå°æŸ´æ²¹æ©Ÿè½‰é€Ÿã€æ©Ÿæ²¹å£“力ã€ç‡ƒæ²¹å£“力ã€åŠæ²¹æ°´æº«åº¦çš„æª¢æ¸¬,ç”±PCC å°æª¢æ¸¬åˆ°çš„信號進行快速é‹ç®—ã€è™•ç†å’Œæ™ºèƒ½åˆ¤æ–·,確定åˆç†çš„點ç«è½‰é€Ÿ,å¹¶å°èµ·å‹•接觸器ã€DLS 線圈ç‰é€²è¡Œå¯¦æ™‚控制。
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圖2  柴油機起動PCC 控制接線簡圖 圖3  起動æµç¨‹åœ–[/align]
采用PCC ä½œç‚ºæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•æŽ§åˆ¶çš„æ ¸å¿ƒ,其接線簡圖如圖2 所示。 由圖ä¸å¯ä»¥çœ‹å‡º,與原有的控制方法相比,減少了時間繼電器1SJ ,ç”±PCC 內部的軟繼電器來實ç¾,å¢žåŠ äº†è½‰é€Ÿå‚³æ„Ÿå™¨ã€æº«åº¦å‚³æ„Ÿå™¨å’Œå£“力傳感器。 該電路實ç¾äº†èµ·å‹•延時控制,è“„é›»æ± ä¾›é›»æŽ§åˆ¶ã€ä¾›æ²¹é½’æ¢æŽ§åˆ¶ä»¥åŠæ²¹å£“ä¿è·é›»è·¯èˆ‡èµ·å‹•電路的分離。
在上述éŽç¨‹ä¸,連接到模擬é‡è¼¸å…¥æŽ¥ç·šç«¯çš„æ¨¡æ“¬ä¿¡è™Ÿç¶“éŽæ¨¡å¡Šå…§çš„æ¨¡æ•¸è½‰æ›å™¨ï¼ˆADCï¼‰è½‰æ›æˆæ•¸å—é‡ã€‚
3. 2  起動æµç¨‹
æ ¹æ“šæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•éŽç¨‹ä¸æŽ§åˆ¶ä¿¡è™Ÿçš„工作次åº,å…¶èµ·å‹•æµç¨‹å¦‚圖3 所示。
在起動éŽç¨‹ä¸,計時環節由PCC 內部的計數器來實ç¾,以防æ¢é•·æœŸæŒ‰ä½1QA é€ æˆQCï¼ˆèµ·å‹•æŽ¥è§¸å™¨ï¼‰ç‡’ææƒ…æ³çš„發生。
3. 3  點ç«è½‰é€Ÿçš„確定
柴油機起動的點ç«è½‰é€Ÿ,å¯ä»¥æ ¹æ“šè½‰çŸ©ã€€è½‰é€Ÿçš„變化而定,æ±é¢¨4 型機車阻力特性ã€é‹å‹•阻力轉矩ã€é›»æ©Ÿé©…動轉矩ã€åŠ é€Ÿè½‰çŸ©èˆ‡é›»æ©Ÿè½‰é€Ÿçš„é—œç³»å¦‚åœ–4 所示。
[align=center]

圖4  點ç«å‰åŽèµ·å‹•轉矩ã€é˜»åŠ›è½‰çŸ©ã€åŠ é€Ÿè½‰çŸ©çš„è®ŠåŒ–æ›²ç·š[/align]
由柴油機起動系統的é‹å‹•方程
å¼ä¸, Ms 為起動電機的電ç£è½‰çŸ©,Nm; Me 為起動電機的柴油機阻力轉矩,Nm。
ç•¶æŸ´æ²¹æ©Ÿæ‹–å‹•åŠ é€Ÿè½‰å‹•åŽ, d Ma/ dn å°‡ç”±è² å€¼å‘æ£å€¼é€æ¥è®ŠåŒ–。 ç•¶dMa/ d n = 0時,其轉速å³ç‚ºé»žç«è½‰é€Ÿã€‚
ç¶“éŽå°å½±éŸ¿æ©Ÿè»ŠæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·å‹•æœ‰é—œåƒæ•¸çš„實際測é‡,在標定大氣環境下確定其點ç«è½‰é€Ÿç‚º150 r/ min。
4  çµã€€èªž
ç¶“éŽæ¨¡æ“¬è©¦é©—,采用PCC 控制機車柴油機起動與原有的技術相比,å¯é™ä½ŽæŸ´æ²¹æ©Ÿèµ·éŽç¨‹ä¸çš„轉速沖擊,æŽ’ç…™é‡æ¸›å°‘,并且é”åˆ°è“„é›»æ± ç¯€èƒ½çš„ç›®çš„ã€‚åœ¨æ–°çš„æŽ§åˆ¶ä¸æ¸›å°‘了人工長期按ä½1QA 這一æ“作。 隨著技術進æ¥,å·²å‡ºå» æ©Ÿè»Šå’Œæ–°é€ æ©Ÿè»Šéƒ½éœ€è¦æ–°çš„æ‰‹æ®µä¾†æ”¹é€ å’Œè£å‚™ã€‚如①機車æ’功率控制; ②電阻制動; ③機車電氣故診斷都å¯é‡‡ç”¨PCC 來實ç¾ã€‚ 鑒于PCC 強大的功能åŠé©åˆå·¥æ¥æŽ§åˆ¶çš„特點,完全å¯ä»¥æŠŠå…¶ä½œç‚ºæ•´å€‹æ©Ÿè»Šç³»çµ±æ™ºèƒ½æŽ§åˆ¶çš„æ ¸å¿ƒ,å¯ä»¥ç›¸ä¿¡,PCC 技術的應用將給機車控制帶來新的改觀。