基于贝加莱PCC技术的机车柴油机起动控制
日期：2008-5-14 22:20:31 来源：Control Engineering China
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目前,国内运用的东风4 型系列内燃机车均采用蓄电池供电的串励电动机带动柴油机起动,由于现有的控制系统功能简单,并且受人为因素、蓄电池状态、时间继电器滞后等问题的影响,经常导致柴油机起动困难,蓄电池亏电,柴油机燃烧状态不良等问题的发生,尤其在我国北方地区寒冷的冬季,蓄电池亏电和柴油机起动困难已经成为困扰机务部门的难题之一。运用PCC 技术对机车柴油机的起动过程进行智能控制,可以改善柴油机的起动过程,减少起动时蓄电池能量的消耗,改善柴油机的燃烧状态,从而达到提高机车机动性、降低燃油消耗、减少有害物质排放的目的。
1、机车柴油机起动的现状
现以东风4C 型机车为例说明柴油机起动中存在的问题,该机车上设有继电器、接触器等有触点电器组成的逻辑柴油机起动控制电路,电路功能简单,故障功率较高,无法实现柴油机起动过程的优化控制。 机车上装有起动机油泵专门负责在起动过程中向柴油机的运动件提供润滑油,在柴油机起动前起动机油泵需提前45～60s 工作,燃油泵需要提前10s 左右向柴油机提供燃油,提前供机油是为了防止柴油机在长时
间停机后起动时,其各运动部件因缺油而拉伤;燃油泵提前工作则是为高压油泵正常工作提供必要的燃油压力。 起动机油泵运转时间不能过长,否则会消耗大量的蓄电池能量,不利于柴油机的起动1 起动电机和燃油泵为同步控制,其起动电路图如图1 所示。
图1 东风4 型机车柴油机起动电路原理图
从图中可以看出,柴油机起动必须具备三个条件:一是燃油的供给;二是运动部件润滑;三是蓄电池要有足够的能量驱动起动电机,使柴油机达到一定的起动转速。 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QC 来实现的。这种控制方法存在如下缺陷：
⑴采用有触点电器组成控制电路,功能单一,结构复杂,故障率高,无法满足柴油机起动过程的优化控制,与现代的科技发展水平不相适应。
⑵操纵人员必须通过观察判断柴油机起动成功与否来控制起动过程。 为此,起动时操作人员必须通过柴油机的声音、转速及机油压力等来判断其起动情况,并通过起动按钮控制起动电动机的工作状态,如果控制不当,可能造成柴油机起动失败,或因起动电机工作时间过长,蓄电池过放而无法继续起动,这就要求操作人员具备较高的素质和丰富的经验。
⑶向气缸内喷油过早。 在柴油机转速较低时,喷油压力亦较低,喷油器的喷油质量很差,燃油不能与空气充分混合,拖延点火转速,从而导致起动能耗高,排烟量大,甚至爆燃。
⑷在柴油机已经发火后,蓄电池继续向起动电机供电,造成蓄电池过放,影响蓄电池的寿命。
⑸如果柴油机不能正常点火,长时间按住起动按钮,将造成起动接触器烧损、蓄电池亏电等故障。
因此,对柴油机的起动过程进行优化控制是十分必要的。
2、应用于机车控制的优越性
可编程计算机控制器（Programmable Computer Controller） 是以微处理器为核心的通用工业自动控制装置,它完全可以取代继电器逻辑控制装置,不仅能方便地处理开关量和模拟量,还能实现自动定时、计数和算术运算处理等功能。PCC 配有大容量的存贮器,通过软件编程代替常规的继电器逻辑控制功能,可使控制系统智能化,并具有体积小、重量轻、速度快、可靠性高和易调试等特点。 同时还能适应高低温、冲击振动、电磁干扰、电源波动等较恶劣的工作环境。 奥地利贝加莱公司生产的B&R2000PCC 系列产品是在电源、功能、安全操作方面达到国际先进水平的产品。
2. 1基于PCC 的机车柴油机起动优化控制
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,以PCC 为核心组成控制系统,实现起动过程的检测和智能控制。
柴油机的起过程大致可分为四个阶段,即准备、柴油机被驱动转动、发火和建立油压后稳定运转。准备阶段主要是预供机油和燃油1 东风4C 型机车采用45～60s 延时控制燃油泵和机油泵运转,以实现起动前预先向机油系统供油。 根据起动过程的不同阶段,对现有柴油机起动过程中存在的问题,可逐步优化解决。
2. 2 起动接触器（QC） 的控制
在柴油机起动过程中,起动接触器（QC） 得电与否,应取决于柴油机管路内的油压状况。 理想情况下,应取机油压力和燃油压力作为控制信号,这样在首次起动时,如果因油泵、管路或其它部分出现故障,致使机油和燃油压力达不到要求的范围,将不会使起动接触器闭合起动柴油
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目前,国内运用的东风4 型系列内燃机车均采用蓄电池供电的串励电动机带动柴油机起动,由于现有的控制系统功能简单,并且受人为因素、蓄电池状态、时间继电器滞后等问题的影响,经常导致柴油机起动困难,蓄电池亏电,柴油机燃烧状态不良等问题的发生,尤其在我国北方地区寒冷的冬季,蓄电池亏电和柴油机起动困难已经成为困扰机务部门的难题之一。运用PCC 技术对机车柴油机的起动过程进行智能控制,可以改善柴油机的起动过程,减少起动时蓄电池能量的消耗,改善柴油机的燃烧状态,从而达到提高机车机动性、降低燃油消耗、减少有害物质排放的目的。
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1、机车柴油机起动的现状
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现以东风4C 型机车为例说明柴油机起动中存在的问题,该机车上设有继电器、接触器等有触点电器组成的逻辑柴油机起动控制电路,电路功能简单,故障功率较高,无法实现柴油机起动过程的优化控制。 机车上装有起动机油泵专门负责在起动过程中向柴油机的运动件提供润滑油,在柴油机起动前起动机油泵需提前45～60s 工作,燃油泵需要提前10s 左右向柴油机提供燃油,提前供机油是为了防止柴油机在长时
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图1 东风4 型机车柴油机起动电路原理图
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从图中可以看出,柴油机起动必须具备三个条件:一是燃油的供给;二是运动部件润滑;三是蓄电池要有足够的能量驱动起动电机,使柴油机达到一定的起动转速。 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QC 来实现的。这种控制方法存在如下缺陷：
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⑴采用有触点电器组成控制电路,功能单一,结构复杂,故障率高,无法满足柴油机起动过程的优化控制,与现代的科技发展水平不相适应。
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⑵操纵人员必须通过观察判断柴油机起动成功与否来控制起动过程。 为此,起动时操作人员必须通过柴油机的声音、转速及机油压力等来判断其起动情况,并通过起动按钮控制起动电动机的工作状态,如果控制不当,可能造成柴油机起动失败,或因起动电机工作时间过长,蓄电池过放而无法继续起动,这就要求操作人员具备较高的素质和丰富的经验。
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⑶向气缸内喷油过早。 在柴油机转速较低时,喷油压力亦较低,喷油器的喷油质量很差,燃油不能与空气充分混合,拖延点火转速,从而导致起动能耗高,排烟量大,甚至爆燃。
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⑷在柴油机已经发火后,蓄电池继续向起动电机供电,造成蓄电池过放,影响蓄电池的寿命。
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⑸如果柴油机不能正常点火,长时间按住起动按钮,将造成起动接触器烧损、蓄电池亏电等故障。
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2. 1基于PCC 的机车柴油机起动优化控制
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柴油机的起过程大致可分为四个阶段,即准备、柴油机被驱动转动、发火和建立油压后稳定运转。准备阶段主要是预供机油和燃油1 东风4C 型机车采用45～60s 延时控制燃油泵和机油泵运转,以实现起动前预先向机油系统供油。 根据起动过程的不同阶段,对现有柴油机起动过程中存在的问题,可逐步优化解决。
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2. 2 起动接触器（QC） 的控制
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在柴油机起动过程中,起动接触器（QC） 得电与否,应取决于柴油机管路内的油压状况。 理想情况下,应取机油压力和燃油压力作为控制信号,这样在首次起动时,如果因油泵、管路或其它部分出现故障,致使机油和燃油压力达不到要求的范围,将不会使起动接触器闭合起动柴油
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