目前，路內運用的東風4型系列內燃機車均采用串勵電動機由蓄電池供電進行柴油機起動，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，導致柴油機在起動過程中蓄電池虧能大，柴油機燃燒狀態不好。運用PCC (programmable computer controller)技術控制內燃機車柴油機起動，可以減少每次起動時蓄電池的放電量，改變柴油機的燃燒狀態，從而實現柴油機的節能和智能起動。
1 機車柴油機起動的現狀
目前, 在東風4型機車上裝有電動機油泵和燃油泵，在每次起動前需延時45s~60s 供機油和燃油，供機油是為了防止在柴油機停機時間較長時，其各運動部件拉傷，而提供的燃油則是為柴油機點火建立燃油壓力。在供機油過程中，起動滑油泵運轉時間不能過長，否則不利于蓄電池的保養。在起動過程中，起動電機轉動和燃油泵向氣缸內供油為同步控制。油壓建立以前，起動電機不可以停轉。
起動柴油機必須解決3 個問題：（1）燃油的供給；（2）運動部件的潤滑；（3）蓄電池向起動電機供電，QD 帶動柴油機轉動。在整個起動過程中，對起動電機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起動，每次起動都需要耳聽發火聲，眼睛觀察機油壓力表的變化；
b.向氣缸內供油過早，在柴油機低速轉動時，噴油器的噴油質量很差，將降低氣缸內的溫度，拖延點火轉速，導致起動能量耗高，排煙量大，甚至爆燃；
c. 在柴油機氣缸內已經點火后，蓄電池繼續向起動電機供電，造成蓄電池的放電量大；
d. 如果由于某種原因柴油機不能正常點火，將出現起動接觸器燒死的情況，并且蓄電池虧能增大。
2 柴油機起動過程的編程設計
針對目前柴油機起動過程中的缺陷和不足，可以將其起動過程按時間展開，進行編程控制，采用PCC 實現檢測和控制環節。
柴油機的起動過程大致可分為4 個階段，準備、柴油機被驅動轉動、點火和建立油壓穩定運轉。準備階段主要是預供機油和燃油。東風4型機車采用45s 延時控制燃油泵和機油泵運轉。實現起動前預先向管路供油。根據起動過程的不同階段，結合前面柴油機起動過程中的問題，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，應取決于柴油機管路內的油壓狀況。理想的控制應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。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的情況下，進行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油和燃油壓力信號，并將其通過轉換輸入到PCC 中，由PCC 根據設定值判斷和執行QC 的得電控制。
2.2 根據點火時柴油機的轉速進行停止起動電機（QD）運轉的控制
柴油機起動是否成功，關鍵在于柴油機是否能正常點火，作為起動的終止應受控于柴油機發火轉速，如果因為某種原因不能正常起動，則應自動停止起動，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4型系列機車柴油機起動時，點火轉速在150r/min 左右，穩定運轉的最低轉速為430r/min。如果采取轉速傳感器測出柴油機的轉速，并將轉速信號輸入到PCC 中，由PCC 判斷和控制QC 的開斷，即控制蓄電池向起動電機供電：（1）可節省蓄電池的電能，有利于蓄電池的保養；（2）電動機由驅動轉動變為柴油機的負載，可降低柴油機起動的轉速沖擊。
2.3 對電磁聯鎖DLS拖后供電控制，實現向氣缸適時噴油
在柴油機起動過程中的低轉速階段向氣缸內供油，由于油溫較低不能達到完全燃燒，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速器內D LS 電磁聯鎖線圈進行單獨供電控制。這樣，可使柴油機先轉動，后拉動噴油泵供油齒條，以此來拖后向氣缸內供油。
鑒于當柴油機由起動電機拖動運轉，轉速接近或達到點火轉速時向氣缸內噴油最有利于柴油機點火，因此，DLS 線圈得電與否應取決于柴油機拖動轉速。不同的柴油機或同一柴油機在不同的工作環境和狀態下，其點火轉速是不同的。與點轉速有關的因素主要有氣缸內的溫度、壓力、氧氣含量和燃油的霧化狀態，影響氣缸內溫度的主要因素為油水溫度，所以對DLS 電磁聯鎖線圈的控制可采用溫度傳感器檢測油水溫度來進行控制。
3 柴油機起動過程的PCC控制
從前面的分析中可以得知，在進行起動過程控制時，主要是對柴油機轉速的檢測、機油管路內油壓的檢測、油水溫度的檢測。采用PCC 進行快速運算及判斷，確定點火轉速，對起動接觸器、調速器內DLS線圈等進行實時控制。
3.1 控制電路
圖1為采用PCC 進行柴油機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 內部的軟繼電器來實現，增加了轉速傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。該電路實現了起延時控制，蓄電池供電控制、供油齒條控制以及油壓保護電路與起動電路的分離。
圖l 柴油機起動PCC 控制接線簡
3.2 起動流程圖
圖2 啟動流程圖
3.3 點火轉速的確定
柴油機起動過程是否點火，可以采用轉矩隨轉速的變化而定，東風4型機車阻力特性實驗實側的運動阻力轉矩、電機驅動轉矩、加速轉矩與電機轉速的關系如圖3 所示。
由柴油機起動系統的運動方程：
圖3 空點火前后啟動轉矩、阻力轉矩、加速轉矩的變化曲線
式中：Ms：起動電機的電磁轉矩，Nm；
Me：歸算到起動電機的柴油機阻力轉矩，Nm；
GD2 ：歸算到起動電機的柴油機阻力轉矩，kg㎡。
當柴油機拖動轉加速后，dMa / dn ，將由負值向正值逐步變化。當dMa / dn＝O 其轉速即為點火轉速。
經實際測試計算，東鳳4系列機車柴油機起動時點火轉速不會超過15Or / min 。由此可選定15Or/min 為其點火轉速。
4 結束語
經試驗仿真測試，發現新的控制方法與原有的技術相比，可降低柴油機起動過程中的轉速沖擊，排煙量減少，并且達到蓄電池節能的目的。在新方法中減少了人工長期按位IQA 這一操作。
隨著技術進步，已出廠機車和新造機車都需要新的手段來改造和裝備。如（l）機車恒功率控制；(2）電阻制動；(3）機車電氣故障的診斷。都可采用PCC來實現，由于PCC適合工業控制的優點，可以相信，在機車的其它部分也可用PCC 來實現自動控制，PCC 技術的應用將給機車控制帶來新的改觀。
