專利名稱:控制可變速度原動機的裝置的制作方法
本發(fā)明一般地涉及可變速度原動機以及與它們有關的潤滑油和速度控制系統(tǒng)，更具體地涉及用來保護原動機，使之在潤滑油系統(tǒng)超壓時免受損壞的裝置。一般地說，本發(fā)明涉及的是牽引車輛，例如裝有熱原動機的機車;更具體地說，涉及的是燃油節(jié)省裝置，此裝置用來保護原動機使之在空載時不致發(fā)生異常的磨損。
大型自推進式牽引車輛，例如機車，通常是用一個熱原動機去驅動一電傳動裝置，此傳動裝置包括向多個直流牽引電機提供電流的發(fā)電裝置。這些電機的轉子通過減速齒輪，耦合到該車輛內相應的輪-軸組，并把它們驅動。發(fā)電裝置一般包括一個牽引用主三相牽引交流發(fā)電機，它的轉子機械地聯(lián)結到原動機(典型的是一個16缸渦輪增壓柴油(發(fā)動)機)的輸出軸。當激磁電流加到旋轉著的轉子的磁場繞組上時，交流發(fā)電機的三相定子繞組就產生交變電壓，這些電壓被整流后加到牽引電機的電樞繞組。
當機車處于“運行狀態(tài)”(“motoring”)或工作在驅動模式時，機車的柴油發(fā)動機會給出恒定的功率，它取決于油門的位置和周圍的條件，而與機車的速度無關。為了達到最高性能，就必須適當?shù)乜刂茽恳媒涣靼l(fā)電機的輸出電功率，以便機車能利用全部發(fā)動機的輸出。為了便于駕駛列車，要提供中等水平的功率輸出，使得有可能從最小輸出逐漸地提高到全輸出。但是，發(fā)動機的負載不準超過發(fā)動機能發(fā)出的功率水平。超負載會使發(fā)動機提前損壞，造成發(fā)動機停頓或“轉動受阻”(“bogging”)或其他不希望有的后果。根據(jù)發(fā)展歷史來看，機車控制系統(tǒng)已經設計成能使發(fā)動機發(fā)出的功率在零和最大額定馬力之間分檔可變，而且不論操作者選擇什么樣的功率水平都會自動地由牽引負載和輔助負載所要求的功率來與之相適應。
發(fā)動機馬力正比于角速度和扭矩的乘積，曲軸在此角速度下旋轉，而扭矩卻反抗這種轉動。為了改變和調節(jié)可用功率的量，通常的做法是在機車的發(fā)動機上裝上一個調節(jié)速度的調速器，用它來調節(jié)注入每一發(fā)動機氣缸內的加壓柴油機燃料(即燃油)的量，使得曲軸的實際速度(RPM，每分轉數(shù))與所要求的速度相適應。通過操縱一手動操縱桿或油門手柄來把所要求的速度設定在可允許的范圍內，手動操縱桿或油門手柄可以在低功率位置(N1)和最大功率位置(N8)之間的八檔或八“級”(“notches”)中有選擇地移動，來達到調節(jié)的目的。油門手柄是設置在機車駕駛員駕駛室中控制臺上的一個部件。(除了常用的八個功率檔外，手柄還有一個“空載”的位置和一個“熄火”的位置)油門手柄的位置決定了連帶的調速器對發(fā)動機速度的設定。在一個典型的調速器系統(tǒng)中，電動液壓裝置的輸出活塞，通過一個機械的連桿機構聯(lián)結到一對可移動的燃料泵齒條，并把它帶動，這一對齒條，輪流地被耦合到多個燃料注入泵，這些泵分別計量加到發(fā)動機氣缸的燃料量調速器比較了所要求的速度(由油門位置所要求的)和發(fā)動機的實際速度，而它的輸出活塞按需要帶動燃料齒條，來把速度之間的偏差減至最小。
對于設定八個不同速度的每一個位置來說，發(fā)動機都能輸出相應的恒定的馬力(假設輸出扭矩為最大)。當選擇第8檔油門時，達到了最高速度(例如，1，050轉/分)和最大額定總馬力(例如，4，000)。在正常工作條件下，每一檔預定的有效的發(fā)動機功率要與電氣推進系統(tǒng)所要求的功率，加上某些電和機械驅動的輔助設備所消耗的功率相一致，此電氣推進系統(tǒng)是由發(fā)動機驅動的主交流發(fā)電機供電的。
主交流發(fā)電機的輸出功率(千伏安(KVA))與產生的電壓及負載電流的有效值的乘積成正比。電壓值隨發(fā)動機的旋轉速度而變化，而且也是發(fā)動機磁場繞組中的激磁電流值的函數(shù)。為了精確地控制和調整發(fā)動機負載的量，一般的做法是調整牽引交流發(fā)電機的場強，以補償負載的變化并把實際的功率和要求得到的功率(KVA)之間的誤差減至最小。要求得到的功率取決于發(fā)動機的特定速度的設定。這種激勵控制將會建立起一個平衡的穩(wěn)態(tài)條件，在此條件下，對于每一個油門手柄的位置，都能得到一個基本上不變的最佳電功率輸出。
實際上，上面所概括的控制柴油機一電動機車系統(tǒng)還包括適用于下面一些情況的裝置超越此系統(tǒng)正常工作范圍來進行控制的裝置，以及響應于某些暫時的不正常條件而使發(fā)動機負載減小的裝置，這些不正常條件諸如車輪附著力的損失，潤滑油系統(tǒng)或發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中壓力降低，或在不論油門位置要求的是什么樣的速度下，負載超過了發(fā)動機功率容量。這種響應，一般稱之為“降低額定值”，它幫助機車從上述的不正常條件中恢復過來，以及/或者防止發(fā)動機受到嚴重損傷。此外，激磁控制系統(tǒng)通常包括限制或減少交流發(fā)電機輸出電壓的裝置，此裝置是用于防止輸出電壓和負載電流各自超過預定的最高安全值或極限。
實際上，上面所概述的機車，將經常處于這樣的情況，即，機車停止時，油門處于“空載”位置，以及主發(fā)電機不提供電力(即牽引負載為零)。這種機車發(fā)動機的常規(guī)的空轉速度通常是高到足以使所有的發(fā)動機驅動的輔助設備能正常地運轉。更具體地說，機車發(fā)動機的常規(guī)的空載速度高到足以保證發(fā)動機中冷卻系統(tǒng)(包括一個發(fā)動機驅動的水泵和多個散熱器)的壓力在需要時足以使冷卻劑通過冷卻器循環(huán)。常規(guī)的空載速度一般約450轉/分。
為了在機車處于停車而發(fā)動機處于空載期間能節(jié)省燃油，熟知的做法是只要發(fā)動機的冷卻劑比較熱就可把發(fā)動機的速度降低到上述常規(guī)的空載設定值以下(例如，降低到一預選的“低空轉”速度如385轉/分)。但假如冷卻劑的溫度降到預定的低限以下(例如，近似華氏160°)，發(fā)動機就會自動地回到它常規(guī)空載速度，因而產生更多的熱量。所屬技術領域：
內的專業(yè)人員會懂得，由于以下兩個不同的理由，柴油發(fā)動機的工作溫度必須在某些最低點以上(1)在任何給定的空載速度下，發(fā)動機燃料的消耗，往往會隨溫度作相反的變化(在16缸，4，000馬力的發(fā)動機中，每降低10度大約增加70%);(2)在冷卻劑溫度太低時，燃料中的硫往往會以一種不能接受的高速度使發(fā)動機氣缸套受到腐蝕。腐蝕的氣缸的損耗程度可以由下述方法得到控制，即使發(fā)動機在比較高的空載速度下運轉，以及/或加入電熱器，來把發(fā)動機的冷卻劑加溫。因為燃料的消耗隨發(fā)動機速度而增加，所以明顯地希望把發(fā)動機必須在比低空載速度高的空載速度下運行的時間縮短。
上述機車在實際中往往在停駛時發(fā)動機也不運轉。當機車恢復使用時發(fā)動機的潤滑油就有可能冷卻，而且高度粘滯，這種情況在冷天的條件下更易發(fā)生。一旦發(fā)動機重新起動，由一個發(fā)動機驅動的泵來循環(huán)的潤滑油就需要一些時間來加熱和恢復所希望的低粘度。當發(fā)動機速度增加時，油泵的速度以及潤滑油系統(tǒng)中的壓力也增加了。為了保護此系統(tǒng)不過壓，在潤滑油系統(tǒng)中裝有一油壓安全閥。此閥一般地會防止油壓升高到可能損傷油泵，油過濾器，或油冷卻器墊圈的危險的高水平，油冷卻器是設置在發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)中的。但是在油的粘度比較高時，油壓安全閥會失靈。過份高的油壓可以由限制發(fā)動機的速度來避免。
迄今，機車的操作者已得到指示，即在柴油發(fā)動機起動之后，但在機車從靜止加速以前，要讓發(fā)動機有一預熱的時間。并且，操作者也受到警告，即在冷卻條件下起動之后要限制發(fā)動機速度不要高于第三檔，直至發(fā)動機冷卻水的溫度達到了華氏140°。但是這些指示和警告會有意或無意地遭到忽視。總之，它們需要人的判斷力方面的練習。因此，它們是由人的失誤所支配的。
本發(fā)明的一個一般目的是為自推進牽引車輛或類似的設備提供新裝置，當車輛的原動機空載時，為了保持原動機有足夠的熱以防止過磨損，而又不致于在燃料消耗方面有不適當?shù)脑黾?，這種新裝置是有效的。
另一個目的是提供一個當柴油機空載時用來保護它不低于不希望的溫度的裝置。
在本發(fā)明的一種形式的實施中，機車中裝有一個常用的可變速度的熱原動機，一個為原動機供給冷卻劑的冷卻系統(tǒng)，由原動機機械地驅動的主發(fā)電裝置和輔助發(fā)電裝置，由主發(fā)電裝置供給電流的多個牽引電機，一個輔助負載(包括多個可變速度、電機驅動的風扇和多個鼓風機，各自用來向冷卻系統(tǒng)、發(fā)電裝置和牽引電機供給冷風)，以及有選擇地把風扇和鼓風機驅動電機連接到輔助發(fā)電裝置的輸出處使之獲得電能的裝置。機車還裝有一個控制器，此控制器給原動機提供一個可變速度指令信號，給主發(fā)電裝置提供一可變激磁信號，而此兩個信號通常是由一與之相關的油門來決定，此油門具有一個空載速度設定和多個功率設定位置。原動機裝有用于調節(jié)它的工作速度的速度控制裝置，此裝置是響應于速度指令信號的;主發(fā)電裝置裝有用于調節(jié)它的功率輸出的激磁裝置，此裝置是響應于激磁控制信號的。當需要分別地冷卻原動機、發(fā)電裝置和牽引電機時，包括控制器在內的裝置被提供來選擇和控制要接通電的特定的風扇和鼓風機的電機。溫度檢測裝置被提供來用于檢測外輻射器的入口和原動機之間的冷卻系統(tǒng)的一段中的冷卻劑的溫度。
空載超控裝置是與控制器相關聯(lián)的，而且與油門和溫度檢測裝置兩者相連接，此裝置用于每當油門被設定在空載速度時，使原動機速度指令信號作為冷卻劑溫度的一個預定函數(shù)而變化。更具體地說，只要冷卻劑是處于熱的溫度范圍，速度指令信號值實際上就低于它的常規(guī)空載值，但是當冷卻劑溫度下降到一預定設定的低水平時，空載超控裝置就作出響應發(fā)揮作用，把這信號提高到相應于一“高空載”速度的值，“高空載”速度是明顯地高于原動機的常規(guī)空載速度。這時原發(fā)動機就產生了更多的熱以加熱冷卻劑為加速這一過程，因而使原發(fā)動機處于“高空載”速度的時間減至最小，設置了輔助負載增加裝置。
輔助負載增加裝置是與控制器相關聯(lián)的，并連接到溫度檢測裝置。響應于降至上述低水平的冷卻劑溫度，輔助負載增加裝置會自動地增加輔助發(fā)電裝置供給風扇和鼓風機電機的電功率。最好通過使牽引電機鼓風機以全速運行，而不管牽引電機的冷卻要求來實現(xiàn)這一功能。增加了的輔助負載導致原動機去做更多的功，從而產生更多的熱。在冷卻劑溫度升至預定的重新設置的水平(大約比它的預設置的低值高4%)，隨后，輔助負載增加裝置允許牽引電機鼓風機再受到如正常冷卻所需要的控制，而空載超控裝置使原動機速度指令信號回到它的低空載值。空載超控裝置和輔助負載增加裝置共同對低溫的響應作用，使得預設置的低溫值可以比上述先有技術的機車中的值低大約10度，因而導致在機車處于停駛，而發(fā)動機處于空載狀態(tài)時顯著地節(jié)省燃料。
本發(fā)明的另一目的是要提供改進了的裝置，此裝置用于當潤滑油是冷時，保護原動機的潤滑油系統(tǒng)免遭過高的油壓。
還有一目的是要提供保護裝置，此裝置能自動地保護可變速度原動機使之不致因過度油壓而受到損傷。
在一種實施本發(fā)明的方式中，一可變速度原動機裝有一潤滑油系統(tǒng)，它包括一原動機驅動的油泵和一油冷卻器。原動機也裝有用于調節(jié)它的工作速度的速度控制裝置，此裝置響應于速度指令信號。速度指令信號由一控制器產生，該控制器依次被連接到油門，因而速度指令信號的值在正常情況下是隨油門的速度選擇而變的。置于油冷卻器熱油一端的溫度傳感器提供一個代表潤滑油溫度的信號。控制器包括有最大速度限制裝置，此裝置響應于油溫信號，用于在檢測到的油溫低于預置的最低值時(例如大約華氏90°)自動地防止速度指令信號超過一預定的相對低值。最好是使最大速度限制裝置還能響應于檢測到的預置的最低值以上而又低于一預定的高值(例如，約140華氏度)的油溫，為了能自動地防止速度指令信號超過一預定的中間值，此值高于上述低值，但又低于此信號的正常最大值。用這種方法來限制原動機的速度，就可以使?jié)櫥拖到y(tǒng)在原動機起動之后不論需要多長時間來把油加溫，都可避免出現(xiàn)過高的油壓。
通過下面的描述，連同參考附圖，將會對本發(fā)明有較好的了解，對于它的各種目的和優(yōu)點將會有更充分的體會。
圖1是機車推進系統(tǒng)的主要元件的示意圖。圖中包括一熱原動機(例如柴油發(fā)動機)，一牽引用交流發(fā)電機，多個牽引電機，輔助負載裝置和一控制器;
圖2是機車發(fā)動機和附帶的支撐系統(tǒng)的簡化示意圖，支撐系統(tǒng)供有燃燒空氣，潤滑油和冷卻水;
圖3是控制器的擴展方塊圖(如圖1中所示的單個方塊)?？刂破鳟a生的輸出信號分別去控制發(fā)動機的旋轉速度，交流發(fā)電機的磁場激勵，以及某些輔助電負載的能量供給;
圖4是等效電路圖，此圖是用于說明由圖3所示的控制器產生的發(fā)動機速度指令信號的有關方法;
圖5是流程圖，圖中闡明了響應于圖4中所示的空載超控功能的冷卻劑溫度的較佳實施方案的工作過程;
圖6示出按圖5方案變化的發(fā)動機空載速度是如何隨發(fā)動機冷卻劑溫度而變化的;
圖7是幾個鼓風機的擴展示意圖，這些鼓風機是圖1中以單個方塊代表的輔助負載裝置的一部分;
圖8和9是闡明冷卻劑溫度較佳實施方案的工作過程的流程圖，此溫度是響應于由圖3控制器所執(zhí)行的鼓風機電機速度超控功能的。
圖10是等效電路圖，此圖用于說明圖3中所示控制器產生發(fā)動機速度指令信號的有關方法;
圖11是闡明圖10所示的最大速度限制功能的較佳實施方案的工作過程。
圖1中所示的推進系統(tǒng)包括一個被機械地聯(lián)結到一個發(fā)電機12的轉子的可變速度原動機11，發(fā)電機12也被稱為主牽引交流發(fā)電機，它包含有一三相交流同步發(fā)電機。由主交流發(fā)電機12產生的三相電壓加到至少一個三相全波不穩(wěn)壓功率整流電橋13的交流輸入端。橋13整流后的輸出電功率經過一直流總線14，輸送到多個直流牽引電機的并聯(lián)連接的電樞繞組，在圖1中僅標出了其中的兩個(15、16)。實際上，機車的每個軸都安裝有一個牽引電機，通常每個轉向架(truck)有兩或三個軸，每個機車有兩個轉向架。在機車行駛或處于推進的工作模式期間，電機的磁場繞組(未示出)與它們各自的電樞串聯(lián)連接。另一方面，也能用交流牽引電機，在此情況下，在各個電機和直流總線14之間可以接入可適當控制電功率變換器。
為了得到激勵主交流發(fā)電機12的轉子上的磁場繞組(未示出)被連接到合適的穩(wěn)流電源17。最好電源17包括一個三相橋式可控制整流器，此橋式整流的輸入端從原動機驅動的輔助交流發(fā)電機18得到交流電壓。輔助交流發(fā)電機18實際上可以是由繞在和主交流發(fā)電機12同一的骨架上的三相繞組的一個輔助裝置組成。此電源包括改變直流電流大小的常用裝置，當輸入線19上的控制信號與功率整流器13的輸出電壓平均值所代表的反饋信號V之間的數(shù)值差需要減至最小時，此裝置可用來改變供給交流發(fā)電機磁場的直流電流的大小。反饋信號的電壓大小是磁場電流大小的已知函數(shù)，而且也隨原動機11的速度而改變。
原動機11是一個熱發(fā)動機或內燃發(fā)動機或等效的機器。在自推進柴油發(fā)電機機車中，動力一般是由一大馬力、渦輪增壓、四沖程、十六個氣缸的柴油發(fā)動機提供的。這一發(fā)動機有多個圖1中有標記的方塊所代表的輔助系統(tǒng)。燃燒空氣系統(tǒng)21一般包括一個用來壓縮發(fā)動機的燃燒空氣進氣導管中的空氣的發(fā)動機廢氣驅動渦輪增壓器。潤滑油系統(tǒng)22一般包括一發(fā)動機曲軸驅動泵和連帶的管道，用于把適量的潤滑油輸送到發(fā)動機的各個活動部分。冷卻水系統(tǒng)23通常包括一循環(huán)水泵，用于使相當冷的水從多個空氣冷卻熱交換器或散熱器流向潤滑油冷卻器來進行循環(huán)，在燃燒過程中為了吸收排出的熱循環(huán)冷卻水流向發(fā)動機的氣缸缸套，而且還流向“中間冷卻器”，燃燒空氣在被渦輪增壓器壓縮(因而加熱)之后通過“中間冷卻器”。這三個系統(tǒng)(21-23)在即將要介紹的圖2中要更詳細的說明。
柴油發(fā)動機燃料系統(tǒng)24一般包括一個燃料箱，多個燃料泵和噴嘴，噴嘴是分別用于把燃油注入到在發(fā)動機兩對邊成兩排或兩組的動力氣缸中;與一對凸輪軸上的燃料凸輪一起工作的挺桿，曲軸每旋轉一圈過程中的一些適當?shù)臅r間去驅動對應的注入器;以及一對燃料泵齒條，用于每當連帶的注入器被驅動時去控制流入一個氣缸的燃油量。每個燃料泵齒條的位置，因此也是正被輸送到發(fā)動機的燃料的量，是受到與兩個齒條相連的發(fā)動機調速器系統(tǒng)25的輸出活塞所控制的。調速器調節(jié)發(fā)動機的速度是利用在預定的范圍內在一個方向自動地移動齒條，以及一個使發(fā)動機曲軸的實際速度和要求的速度之間的任何差減至最小的量來實現(xiàn)的。所要求的速度是由控制器26接收到的一個可變速度控制信號設置的，此信號在此被稱為速度指令信號或速度要求信號。
在正常行駛或推進工作模式中，由控制器26提供的發(fā)動機速度要求信號值是由手工操作油門的手柄27的位置來確定的，而控制器與油門手柄27相聯(lián)結。機車的油門一般有八個功率位置或檔(N)，再加上空載和熄火二個位置。N1對應于要求的最小發(fā)動機速度(功率)，而N8對應于最大速度和全功率。在兩輛或更多輛的機車組合的情況下，通常只注意領頭的一輛，每輛在后面的機車通過列車間的導線28(trainline)，接收到在領頭那輛車上控制器發(fā)出的一個編碼信號，此信號指示出在領頭機車中操作者所選擇的油門的位置。
如在上文中所述的，對于發(fā)動機的每一功率水平，都有相應的所要求的負載。適當?shù)匕才趴刂破?6，把油門擋的信息變換為在交流發(fā)電機磁場調節(jié)器17的輸入線19上的適當數(shù)值的控制信號，從而只要交流發(fā)電機的輸出電壓和負載電流兩者均在預定范圍內，牽引功率就可被調節(jié)到與發(fā)動機的有效功率相匹配。為此目的，為了減少額定功率(即去除發(fā)動機負載)以及/或如果發(fā)生某些不正常情況也能限制發(fā)動機的速度，把有關包括發(fā)動機及其支撐系統(tǒng)在內的推進系統(tǒng)的各種工作條件和參量的信息輸送給控制器26是必要的。
更具體地說，控制器26一般是接收電壓反饋信號V(代表整流后交流發(fā)電機的輸出電壓的平均值)、電流反饋信號I1、I2等等(分別代表各個牽引電機的電樞繞組中電流的數(shù)值)，以及一負載控制信號，如果發(fā)動機不能輸出所要求的功率而仍然維持要求速度的狀態(tài)(Called-forspeed)，調速器系統(tǒng)25就會發(fā)出此負載控制信號。(如果發(fā)出了此負載控制信號，它就會有效地去降低在線19上控制信號的數(shù)值，以致減弱交流發(fā)電機的磁場，直到達到一個新的平衡點為止)。此外，如在圖1中所說明的那樣，輸送到控制器的信號有指示發(fā)動機曲軸旋轉速度的發(fā)動機速度信號RPM，從氣壓壓力傳感器29來的四周的空氣壓力信號BP，從與發(fā)動機的一個空氣進氣導管相關聯(lián)的壓力傳感器來的燃燒空氣壓力信號MP，從放在潤滑油冷卻器熱油端的溫度傳感器來的油溫信號LOT，以及從置于冷卻水系統(tǒng)23的一段熱水區(qū)中的溫度傳感器來的水溫信號EWT。響應于水溫信號EWT，控制器通過一多線串行數(shù)據(jù)傳送裝置或總線30，向散熱器風扇電機送出編碼了的速度控制信號，散熱器風扇電機是輔助負載裝置31的一部分，為了供電通過一根三芯導線32，連接到發(fā)動機驅動的輔助交流發(fā)電機18，從而跨過散熱器熱交換管的空氣流作為水溫的函數(shù)而受到控制，結果在發(fā)動機整個的負載范圍內以及在很寬的環(huán)境溫度波動中，發(fā)動機的工作溫度還能相當?shù)暮愣?。圖2更詳細地示出了冷卻水和燃燒空氣系統(tǒng)。
在圖2中，方塊34代表柴油發(fā)動機。在發(fā)動機的一端，即在交流發(fā)電機端的對面，在發(fā)動機的機架上裝有燃燒空氣系統(tǒng)中的渦輪增壓器。渦輪增壓器由一氣體渦輪35組成，渦輪35的輸出軸驅動一離心空氣壓縮器36。清潔空氣被收集在充氣室中，通過一排空氣過濾器37，送到壓縮器36的中央入口處，然后(在提高壓力和溫度之后)通過發(fā)動機對邊上的另一些外圍出口釋放出去。從兩個出口的每一個中釋放的壓縮空氣通過一個相聯(lián)的空氣-水的熱交換器(通常被稱為中間冷卻器，又稱為后冷卻器)，然后進入燃燒空氣進氣導管。圖2僅示出在發(fā)動機一邊的空氣冷卻器38和進氣導管39，并沒有示出通常配置在離發(fā)動機另一邊的完全相同的冷卻器和導管。導管壓力傳感器40連到進氣導管39。從導管39來的壓縮空氣被送到在發(fā)動機同一邊上的一組動力氣缸。而在圖2中僅僅示出41，42，43三個氣缸。實際上，每個進氣導管在一個16個氣缸發(fā)動機中是向8個氣缸，在一個12氣缸發(fā)動機中是向6個氣缸，或在一個8氣缸發(fā)動機中是向4個氣缸輸送燃燒空氣的。
在燃燒過程中產生的氣體從每一氣缸排出進入廢氣導管45。廢氣在它們通過廢氣排氣管46排出進入大氣之前驅動渦輪35。渦輪的速度隨發(fā)動機輸出功率的增加而增加。在發(fā)動機運轉在全功率或接近全功率的情況下，壓縮器36壓縮在進氣導管39中的燃燒空氣至高于兩倍大氣壓是可行的。然后中間冷卻器38有效地降低壓縮空氣的溫度(在壓縮過程中空氣被顯著地加熱了)，因而改善了熱效率，降低了燃料消耗，以及減少了發(fā)動機的熱負載。
在圖2中所示的潤滑油系統(tǒng)中，在靠邊發(fā)動機34底部的曲軸箱出來的熱發(fā)動機潤滑油被發(fā)動機驅動的泵48抽入連到油-水的熱交換器50的入口處的管道49，而從50出來的冷卻油流過油過濾器51和另一個管道流至上供油箱(oil·supply header)(未示出)。為了潤滑和冷卻的目的，把從發(fā)動機主機身內的上供油箱出來的油分配到各種軸承、閥門，活塞，齒輪和發(fā)動機的其他活動部分。常用的壓力安全閥52把潤滑油管49連接到油盤，而溫度檢測器件53放在靠近油冷卻器50入口處的管道49中流著的油內。最好潤滑油溫度檢測器53由常用的熱敏電阻組成。
如圖2中所指示的，發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)包括一儲水箱55，相對冷的水從儲水箱出來，經過油冷卻器55內的熱交換管，流至一發(fā)動機驅動的水泵56的吸水邊。泵提高了水壓，然后水流入在發(fā)動機相對兩邊的進水總管。在第一進水總管57中的水，并聯(lián)通過在近處的那組發(fā)動機氣缸的各個氣缸套，流至一公共的排水總管58，此排水總管58是置于兩組氣缸中央的上部。供水總管57和排水總管58也由一水支路互相連接，水支路包括管道59和第一燃燒空氣冷卻器38的盒。一個類似的支路能使冷卻水從第二供水總管流過在發(fā)動機另一邊的第二中間冷卻器(未示出)。用液壓的方法使這系統(tǒng)達到平衡，因此到兩個中間冷卻器的流量與到氣缸套的流量之比是處于所要求的比率。
從排水總管58流出發(fā)動機的熱水，經過管道60，流到至少一個恒溫調節(jié)雙穩(wěn)態(tài)的液體閥60。溫度檢測器件62(最好是另一個熱敏電阻)放置于接近閥61進口處的管道60中流著的水中。閥門61有兩個出口，分別與兩個水道63和64連通。每當進入此閥的水溫低于一預定閥值，或每當水壓低于一預定水平時(即，每當發(fā)動機速度是如此之低以致水泵56不能把水壓提高到這一水平)，就會使所有的水經過散熱器的旁路水道63至儲水箱55而改道。否則水會流入水道64，由此饋入一組兩個或多個的水-空氣熱交換器或散熱器65和66，水在這些散熱器中得到冷卻之后排入水槽55。實際上，還有一組附加的散熱器(未示出)，連接到第二個恒溫調節(jié)雙穩(wěn)態(tài)液體閥，與圖中的組并聯(lián)配置。第二個液體閥的閾溫可與第一個閥61的閾溫稍有差別。這些散熱器是置于比儲水槽55高處，在每一冷卻循環(huán)之后，水將很快地和完全地從這些散熱器中排出。此處應當注意，假如以及當散熱器65，66由于水壓不足而被旁路了(這也是由于發(fā)動機在低速下運轉，例如，400轉/分以下)，在經過中間冷卻器38的時候，水將會受到冷卻，因為當渦輪增壓器的速度低時，燃燒空氣僅受到適度的壓縮(當發(fā)動機輕載時情況就是這樣)，于是燃燒空氣比水要冷。這種冷卻效應，加上借助于輻射和對流直接從發(fā)動機及它附帶的冷卻水和潤滑油系統(tǒng)排熱，使發(fā)動機在低速時不會過熱。
由一對風扇吹過來的冷風通過輻射器，風扇的葉片分別由兩個可變速度三相感應電機驅動的。交流電壓從一對有三種速度的電機驅動系統(tǒng)68和69的各自的輸出加到這些風扇電機上。驅動系統(tǒng)68和69兩者的輸入是連接到線32上，線32是由發(fā)動機驅動的輔助交流發(fā)電機的輸出依次地供電，因而所加電壓的基本頻率(因而是風扇的全速)往往是隨發(fā)動機速度而變，驅動器68和69的每一個都是經過適當?shù)貥嬙旌桶才诺?，以便根?jù)指令來降低這頻率，因此連帶的風扇就能在低于全速下運轉。對于各個驅動器的各自速度指令是由控制器26(圖1)經過總線30，以合適的編碼信號的形式提供的，編碼信號指出要求的是全速、減速還是零速。最好每個風扇電機驅動器包括有改進的“周期跳躍”速度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是1984年7月24日向T.D.斯迪特(T.D.Stitt)批準，并轉讓給通用電氣公司的美國專利號4461985中所披露和申請的，而且它的控制器是編了程的，以提供半速和四分之一速兩者來代替全速。
雖然在圖2中說明的以及在上面描述的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)是加壓的，干-輻射器型的，它用水作為工作冷卻劑，但技術熟練的人們會懂得其他類型或其他液體都是可供選用的。在任何情況下，由冷卻系統(tǒng)吸收的總熱量的大部分(差不多80%)直接地從發(fā)動機轉移到冷卻劑，而剩下的首先轉移到潤滑油，然后通過油冷卻器50轉移到冷卻劑。兩個散熱器風扇電機的速度，按照冷卻劑溫度(用傳感器62檢測)的函數(shù)而適當?shù)母淖儯康氖鞘惯@溫度在大多數(shù)的情況下，維持在一近似華氏180°至200°的正常范圍內。
在本發(fā)明的目前的較佳實施方案中，控制器26包括一微計算機。所屬技術領域：
內的專業(yè)人員會懂得，實際上微計算機是一個市場上可買到的可用于編程的元件以及連帶的電路和部件的組合系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)各種要求的功能。在圖3所示的典型的微計算機中，中央處理裝置(CPU)執(zhí)行存儲在一個可擦的和可電改編程的只讀存儲器(EPROM)中的工作程序，EPROM還存儲了在程序中利用的表格和數(shù)據(jù)。包含在CPU中的是常用的計數(shù)器，寄存器，累加器，觸發(fā)器(標記)等等，和一個提供高頻時鐘信號的精確的振蕩器。微計算機還包括一隨機存取存儲器(RAM)，放入RAM的數(shù)據(jù)可以被暫時存儲起來，也可以從RAM讀出由存儲在EPROM中的程序所決定的各種地址位置的數(shù)據(jù)。這些元件是由合適的地址、數(shù)據(jù)和控制母線互相聯(lián)結起來的。在本發(fā)明的一個實施方案中，采用的是Intel 8086微計算機。
圖3中所示的其他方塊，代表了把微計算機和圖1中的外部電路互相連接起來的常用外圍和接口部件。更具體地說，標有“I/O”的方塊是一個輸入/輸出電路，用于把代表所選擇的油門位置的數(shù)據(jù)以及代表各種電壓、電流、速度、壓力、和與機車推進系統(tǒng)相連帶的溫度傳感器的讀數(shù)的數(shù)字信號輸送給微計算機。溫度傳感器讀數(shù)的數(shù)字信號是從模-數(shù)轉換器71得到的，此模-數(shù)轉換器經由一常用的多路轉換器接到多個信號調節(jié)器，而傳感器的輸出是分別地加到多個信號調節(jié)器上的。信號調節(jié)器可用來達到通常的緩沖模擬傳感器的輸出信號以及給它加上偏壓的雙重目的。如圖3中所表明的，輸入/輸出電路(通過多芯總線30)輔助負載控制器，發(fā)動機調速器，以及數(shù)-模轉換器73與微計算機互相連接起來，轉換器73的輸出經聯(lián)線19連接到交流發(fā)電機磁場調節(jié)器。
給控制器26編制適當?shù)某绦颍园涯承囟软憫闹萍s或限制施加于發(fā)動機速度指令信號，而控制器把此指令信號提供給調速器系統(tǒng)25。在正常推進條件下，此信號值隨機車操作者選擇的速度而變，如控制器通過列車間的導線28接收到的油門位置信號所指示的那樣。但是當油門被設置在空載位置時，控制器26實際上是要求一個隨發(fā)動機冷卻水溫(EWT)而變的發(fā)動機速度。此外，假如水溫或發(fā)動機潤滑油溫(LOT)升到高于-預定的高數(shù)值(假如，240華氏度)時，則不管油門在什么位置，控制器要求空載速度。借助于圖4可更好地了解這些作用，圖4表明在輸入線76上的油門位置信號被送入“空載超控”功能方塊77，方塊77的輸出是“油門請求”(throttle request)數(shù)據(jù)。正常情況下，“油門請求”是與油門位置相同的。但是一旦油門位置相當于“空載”時，在線76上的信號就受到空載超控作用的控制，而油門請求則由指示信號EWT的發(fā)動機冷卻劑溫度值來決定。
如圖4中所指出的那樣，從空載超控方塊77來的“油門請求”，經過一個標有“最小值門”的具有選取最小值功能的方塊(auctioneering functional block 81，然后送到發(fā)動機速度要求線80上，在此處，油門請求與兩個附加的輸入信號相比較，使得速度指示信號的實際值與最低值輸入信號相等。到門81的兩個附加輸入信號之一是由標有“高溫響應”的功能方塊82提供的。此輸入信號有一通常的高值，但如果指示LOT和EWT信號的兩個溫度之一任一個達到上述預定的高值，“油門請求”值就減小到相應于空載速度的數(shù)值。到門81的另一附加輸入是由“最大速度”功能方塊86提供的，方塊86依次地響應于潤滑油油溫。在正常工作條件下，由方塊86提供的輸入信號處于高值，但如果LOT表示出潤滑油是比較冷時，“油門請求”值將減小到相應于限制發(fā)動機速度的數(shù)值。
在本發(fā)明目前的優(yōu)選實施方案中，空載超控方塊77所完成的功能是由微計算機來實現(xiàn)的，此微計算機執(zhí)行如圖5中所表明的程序。這一程序每分鐘重復60次。從讀出列車間聯(lián)線28上表示油門手柄27位置信號的步驟87，這步驟一完成，程序就進行到決定是否油門處在它的空載位置的查詢點88。如果不是，程序就退出。否則，程序就進到步驟89，這步驟把以前讀出的溫度信號EWT的數(shù)值(它是發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)熱水段的冷卻劑溫度的一個度量)輸入一個適當?shù)募拇嫫鳎鳛椤癘LDEWT”存儲起來，然后程序就進入到讀出和存儲最新的EWT數(shù)值的步驟90。這步驟一完成，就在點91作一查詢，以確定是否讀出的新EWT高于OLDEWT。響應于否定的回答，即指出冷卻劑溫度沒有增加，下一個步驟92就要把空載超控作用的“油門請求”輸出設置在一個相應于機車發(fā)動機常規(guī)的空載速度的數(shù)值上(例如，大約440轉/分與第1檔的速度相同)，另一方面，假如冷卻劑溫度是在增加，則進入空載超控程序中的下一步驟93，這一步驟會把“油門請求”設置在相應于一預定的“高空載”速度的數(shù)值上，此數(shù)值明顯的高于常規(guī)的空載速度。高空載速度最好近似于535轉/分，這是當油門手柄處在第2檔時正常要求的速度。
假如冷卻劑溫度不增加，圖5的程序就從步驟92進到查詢點94，在這里檢驗了是否EWT等于或小于第一個預定值，即例如相應于大約184°F的冷卻劑溫度。假如不是，程序就從此處退出，而空載超控就繼續(xù)請求常規(guī)的空載速度。但是如果EWT是等于或低于此值，就立即進入步驟95，這一步驟把“油門請求”設置在相應于一個預定的“十分低空載”速度的數(shù)值上(例如，大約270轉/分)，而且接著進入另一查詢點96，在這里確定是否EWT等于或小于比上述第一預定值低的第二預定值。第二預定值，例如，相應于約158°F的冷卻劑溫度。只要EWT是不在增加，而且是處在上述第一和第二預定值之間的范圍內，空載超控作用就將請求能節(jié)省燃料的十分低空載速度。另一方面，假如冷卻劑溫度是不大于華氏150°，空載超控程序的查詢步驟96就會立即斷之以步驟97，此步驟把“油門請求”設置在相應于一預定的“低空載”速度的數(shù)值上，(例如，大約340轉/分)，此數(shù)值實際上是低于“常規(guī)空載”速度但高于“十分低空載”速度。然后又繼之以第三查詢點98，在此處要確定是否EWT等于或小于比上述第二預定值低的第三預定值。最好是第三預定值相應于大約華氏149°的冷卻劑溫度的預置低值。
只要EWT是不增加，而又是在上述第二和第三預定值之間的范圍內，空載超控作用要求低空載速度。但一旦冷卻劑溫度等于上面提到的預置低水平或降低到它之下，空載超控程序就從查詢點98進到最后的步驟99，此步驟把“油門請求”設置在一個相應于上述高空載(N2)速度的數(shù)值。事實上，最小值門81(圖4)從空載超控功能77接收到的輸入值現(xiàn)在等于N2的“油門請求”。空載速度的這一增加的結果，使發(fā)動機產生更多的熱，而且使冷卻劑變熱了，因而防止了發(fā)動機在空載時有不希望的低溫。
每當冷卻劑溫度增加時，圖5中所示的空載超控就從查詢點91和93進到查詢點101，在這里檢驗了是否EWT等于或大于第四預定值。此值稍高于上述第三預定值而且相應于冷卻劑溫度的一預定重新設置水平(例如，大約華氏155°)。如果檢驗結果不是，則程序就從此處退出。而空載超控就繼續(xù)請求“高空載”速度。但是一旦EWT等于或超過此值，步驟101就立即進到步驟102，此步驟中“油門請求”返回到它的低空載值，因而使上述的空載超控作用的低溫保護特性得到清除或重新設置。接著步驟102的是另一個查詢點103，在這里要確定EWT是否等于或大于比上述第二預定值稍高的第五預定值。此值相應于例如大約華氏162°的冷卻劑溫度。只要EWT在增加，而且在上述第四和第五預定值之間的范圍內，空載超控作用就要求“低空載”速度。另一方面，假如冷卻劑溫度是等于或大于華氏162°，空載超控程序的查詢步驟103就會立即繼之以步驟104，此步驟把“油門請求”設置在它的“十分低空載”值，然后繼之以最后的查詢點105，在這里要確定是否EWT等于或超過比上述第一預定值稍高的第六預定值。最后是第六預定值相應于大約190°F的冷卻劑溫度。
只要EWT在增加，而且是在上述的第五和第六預定值之間的范圍之內，超控作用就要求可節(jié)省燃料的“十分低空載”速度。但一旦冷卻劑溫度等于或高于190°F，空載超控程序就從查詢點105進到最后的步驟106，此步驟把“油門請求”設置在一個相應于常規(guī)空載速度的數(shù)值。按照上述的方式，每當要為空載速度而設置油門手柄位置時，空載超控功能77能有效地使線80(圖4)上的發(fā)動機速度指令信號值隨冷卻劑溫度而變。所得到的冷卻劑溫度(EWT)和發(fā)動機實際空載速度(RPM)之間的關系圖解地示于圖6中。
在圖6中，可明顯地看到，每當溫度是處在162°和184°之間的熱范圍內時，“十分低空載”速度就可得到，此速度對于節(jié)省燃料是最有利的，如果冷卻劑的溫度降到158°，空載超控作用就會把發(fā)動機的速度增至“低空載”，在此速度下，發(fā)動機會產生額外的熱。如果這些額外的熱足以使冷卻劑溫度升至162°，則發(fā)動機速度就會返回到“十分低空載”。在實際中，當冷卻劑溫度交替地降至158°和升至162°時空載超控作用可使發(fā)動機速度在“低空載”和“十分低空載”之間循環(huán)。(在附圖中沒有表示出來，在實際中，假如和當需要保證輔助交流發(fā)電機的輸出功率足以使機車蓄電池維持正常充電，就要給控制器適當?shù)鼐幦氤绦騺沓亍翱蛰d超控功能”以及使空載速度較大。)假如在低空載速度時，發(fā)動機產生的額外熱量不足以防止溫度從158°下降到149°的預設置的低水平，空載超控功能現(xiàn)在將作出響應使發(fā)動機速度從“低空載”增至“高空載”速度(N2)。從圖6中可看出，這是一個相當大的速度變化。根據(jù)本發(fā)明，上述的速度增加是伴隨有發(fā)動機的輔助負載的明顯增加，因而發(fā)動機必須產生更大的扭矩。速度和扭矩的增加將使發(fā)動機實際上產生更多的熱量，而且冷卻劑溫度很快就會上升到155°的重新設定的水平，于是，發(fā)動機速度返回到“低空載”，而輔助負載返回到正常。實際上，一旦溫度下降至149°，以及假設油門位置，環(huán)境氣溫或其他外部條件無明顯的變化，發(fā)動機的速度的冷卻劑的溫度都將圍繞圖6中參考數(shù)字107所示的環(huán)重復地上升和下降，而在“高空載”的時間就相對地少。
現(xiàn)在將參考圖7-9來描述本發(fā)明的輔助負載增加作用。圖7表示把冷卻空氣分別供給牽引用交流發(fā)電機和牽引機的鼓風機設備。交流發(fā)電機鼓風機由方塊111來表示，它的轉子的葉片是由三相感應電機112驅動的馬達112通過一合適的接觸器113連接到線32，接觸器113根據(jù)控制器26(圖1和圖3)來的指令有選擇地閉合或斷開，指令信號是通過總線30耦合到接觸器的。當接觸器閉合時，鼓風機電機112內發(fā)動機驅動的輔助交流發(fā)電機的輸出來驅動的，而輔助交流發(fā)電機與線32相連，因而加到電機的交流電壓的基頻(因而也是鼓風機111的全速)往往隨發(fā)動機的速度而變。
如圖7中所示的，一對鼓風機114和115是為冷卻牽引電機而設置的，它們分別放在機車的第一和第二轉動車架(truck)上。這兩個鼓風機的轉子的葉片分別是由兩個可變速度三相感應電動機驅動的。交流電壓從三速電機驅動器系統(tǒng)116的輸出加到這兩個感應電動機上，系統(tǒng)116再被連接到線32上。而驅動器116基本上與前面描述的散熱器風扇電機驅動器68和69(圖2)一樣。它可以根據(jù)指令降低加于這兩個牽引電機的鼓風機電機的電壓大小的基本頻率，因而兩個鼓風機的旋轉速度可以從全速度到全速的一個預定分數(shù)值。驅動器116通過總線30接收到一個以適當?shù)木幋a信號形式出現(xiàn)的速度指令信號，以表示是要求全速，減速，或零速。要求的鼓風機速度是由控制器26來確定的。在本發(fā)明的目前優(yōu)選實施方案中，給控制器26編制了一個如圖8所示的執(zhí)行牽引電機的鼓風機速度控制的程序。
在圖8的程序中，第一步118是要找出牽引電機15，16，等等(圖1)中最熱的一個馬達的溫度。這可以由下述兩種方法來實現(xiàn)，即或者直接檢測溫度或者根據(jù)較容易測量的參量的檢測值(例如電機速度和電樞電流)和存儲在微控制器的存儲器中的某些數(shù)據(jù)來計算出溫度。后一個方法有實用的優(yōu)點，因而是可取的。計算出電機溫度之后，程序就從步驟118進入到步驟119，此步驟中，把一個通常要求的鼓風機速度值輸入到一個“鼓風機速度”寄存器中。此值是由牽引電機溫度決定的。為了滿足牽引電機冷卻的需要，它隨著溫度而增加。完成步驟119之后，圖8的程序進到查詢點120，在這里測出是否“鼓風機超控”值超過存儲在鼓風機寄存器中的通常的要求值?！肮娘L機超控”值是由即將描述的另一程序來決定的(看圖9)。假如對點120的查詢的回答是否定的，下一步驟121就要把在鼓風機速度寄存器中的值作為速度指令信號，經過串行數(shù)據(jù)連接器(Serial data link)或總線30，送到三速鼓風機電機驅動器系統(tǒng)116。否則，程序就從點120進到步驟122。在此步驟中，用高的“鼓風機超控”值來代替在鼓風機速度寄存器中的通常要求值，而后面的值則由步驟121把它當作實際的速度指令，送到牽引電機鼓風機驅動器116。
圖9表明的是由控制器26執(zhí)行以實現(xiàn)本發(fā)明的鼓風機電機速度超控作用的優(yōu)選程序。這程序一分鐘重復60次。它的頭三個步驟是與上述的空載超控程序中(圖5)所執(zhí)行的步驟89，90，和91一樣的。假如對查詢點91的回答是否定的，這表示發(fā)動機冷卻劑溫度(EWT)不是在增加，下一步驟92′是要把“鼓風機超控”設定在一個相應于鼓風機電機驅動器工作在四分之一速度的值(四分之一速度是牽引電機鼓風機的不執(zhí)行(default)(速度)。從步驟92′起，圖9程序就進到查詢點98，在這里要確定是否EWT等于或小于相應于上述預置的冷卻劑溫度低值(例如，149°F)。假如不是，程序就從此退出。一旦冷卻劑溫度降至它的預置低水平值，圖9程序就從查詢點98進到最后步驟99′，在此步驟中，自動地把鼓風機超控設定在一個相應于鼓風機全速的值。結果，在圖8中所示的鼓風機電機速度控制程序的步驟122中，后面的值就被輸入到鼓風機速度寄存器內(除非在早先的步驟119中，輸入寄存器的通常要求值已經對應于全速)，而且不管牽引電機的溫度如何，將要求牽引電機鼓風機全速運轉。由于增加了牽引電機鼓風機的速度，則由輔助交流發(fā)電機送到這些電機的電功率量也明顯增加了。正如前面所說明的那樣，在發(fā)動機中增加的輔助負載有助于發(fā)動機產生更多的熱量。對于附加的負載，控制器也能對查詢點98的肯定回答作出反應，即給散熱器風扇電機的一對三速驅動器68和69送出一個超控的全速指令，而散熱器風扇電機通常當冷卻劑溫度低于184°F時是不通電的。
由圖9中所示的鼓風機速度超控程序中，對查詢91的肯定回答表示發(fā)動機冷卻劑的溫度是在增加。在此情況下，程序將從點91進入到步驟93，在此步驟中，鼓風機超控被設定在它的全速值上。下一個步驟101是要檢驗是否EWT等于或大于對應于上述冷卻劑溫度的重新設定值(例如155°F)。假如不是，圖9的程序就從此處退出，而鼓風機超控值繼續(xù)操縱牽引電機鼓風機驅動器，使之工作在全速狀態(tài)。但是一旦EWT等于或超過此數(shù)值，步驟101就立即進到步驟102′，在此步驟中，鼓風機超控返回到它的四分之一速度值，此值太低，不足以代替圖8程序的鼓風機速度寄存器中的通常要求值。同時，控制器將給散熱器風扇電機驅動器68和69以常規(guī)零速指令，來代替暫時的全速指令(如果已用了的話)。這就清除了或重新設定了上述輔助負載增加功能系統(tǒng)。
總之，圖9中表明的鼓風機電機速度超控程序起著雙穩(wěn)態(tài)裝置同樣的作用，此裝置具有兩種狀態(tài)。在第一狀態(tài)中，超控是處于低值(等于四分之一速度)，因而對增加輔助交流發(fā)電機輸送到輔助負載的電功率量不起什么作用;在第二狀態(tài)中，超控是處于高值(等于全速)，而這一增加是有效的。雙穩(wěn)態(tài)裝置受到發(fā)動機冷卻劑溫度的控制，即隨此溫度降至預設定的低值，而自動地從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài);但隨著溫度升至預定的重新設定值，自動地從第二狀態(tài)返回到第一狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個目的，還要給控制器編上程序，以便在潤滑油熱起來之前，隨油溫的變化來自動地限制最大發(fā)動機速度。更具體地說，假如溫度信號值LOT是低于一個第一預定值，表明潤滑油相對地冷(例如溫度比90°F低)?？刂破鲗Ω哂谙鄬Φ氐偷陌l(fā)動機速度不起控制作用(例如，高油門手柄處于第1檔處所要求的);而如果潤滑油溫度處于一預定的熱范圍，象由LOT所表示的那樣，即LOT高于第一值，但低于第二預定較高值(例如對應于140°F)，控制器就可以防止發(fā)動機工作在高于一預定的中間速度(例如，速度N4)。否則，當潤滑油的溫度高于上述熱溫度范圍內的值時，允許發(fā)動機有通常的最大速度(N8)。
借助于圖10可以對控制器26的限制速度作用有更好的了解，圖中表明一個代表輸入線276上的油門位置指示信號被送入一個“空載超控”功能方塊277。方塊277的輸出就是“油門請求”數(shù)據(jù)。通?！坝烷T請求”與“油門位置”是一樣的。但每當“油門位置”相當于“空載”時，在線276上的信號就受到“空載超控”作用的改變，而“油門請求”則由發(fā)動機冷卻水溫度指示信號EWT值來決定，EWT經過一個有關的標有“低/高溫響應”的功能方塊278，然后送到方塊277。
如圖10中所指出的那樣，從“空載超控”方塊277來的“油門請求”，經過一個能選取最小值的、標有“最小值門”的功能方塊281，再送到發(fā)動機速度要求線280，在方塊281中，比較了“油門請求”和兩個附加的輸入信號，使得速度指令信號的實際值和輸入的最低值相同。到門281的附加輸入之一是由方塊278提供的。此輸入信號有一通常的高值，但假如表示LOT和EWT的兩個溫度之一達到了上述預定的高值，“油門請求”值就會減小到相應于空載速度的位置的值。到門281的另一附加輸入信號是由一“最大速度”功能方塊286提供的，方塊286響應于潤滑油溫LOT。
在本發(fā)明目前的優(yōu)選實施方案中，由最大速度方塊286所完成的作用是通過給執(zhí)行圖11中所示程序的微計算機編程來實現(xiàn)的。這程序每分鐘重復60次。它以讀出和存儲信號LOT值的步驟287開始，信號LOT值是衡量流出發(fā)動機的潤滑油溫度的量。步驟287一完成，程序就進到查詢點288，在這里要確定是否存儲值相應于一個預定的最小溫度值以下(例如90°F)。此溫度是相對地冷的。響應于一個肯定的回答，在圖11程序中的下一個和最后一個步驟289要把最大發(fā)動機速度設定在第一預定低值(例如，約440轉/分，即第一檔的速度)。事實上，“最小值門”281(圖10)現(xiàn)將從“最大速度”方塊286接收到等于“油門請求”N1的輸入值，而門281將不會讓任何更高的“油門請求”通到發(fā)動機速度要求線280。
如果油溫不在預定的最小值，圖11中的程序就從點288進到另一個查詢點290，在這里要確定是否存儲的LOT值超過相應于另一個預定溫度值(例如，139°F)。另一個預定溫度值比最小值高。響應于一個否定的回答，圖11程序中的下一個和最后一個步驟291要把最大發(fā)動機速度設定在第二預定值，此值比步驟289中設定的值高，但比通常最大發(fā)動機速度低。最好取第二預定值近似為770轉/分，即第4檔的速度。事實上，門281現(xiàn)在從方塊286接收到的輸入信號值等于“油門請求”N4，而在線280上的速度指令信號不會更高。另一方面，如果查詢點290確定了潤滑油溫度高于預定的較高溫度值，程序就進到另一步驟292，在此步驟中，最大發(fā)動機速度被設定在最高可允許值(即第8檔速度)，因而在請求下可允許速度指令信號超過N4值。
按照上述的方式，無論在什么時候，只要在潤滑油相對地冷，發(fā)動機速度就能自動地被限制在一個安全的最大值內。控制器使發(fā)動機速度要求信號不致于超過(1)，一相對低的值，假如潤滑油油溫是在預設定最低值以下的話;以及該信號不致于超過(2)，一預定中間值，假如潤滑油油溫既不低于此最小值也不高于較高值(參考最大速度程序中步驟90)的話。結果，除非潤滑油足夠熱，則不論油門手柄在什么位置，發(fā)動機都不會被命令在高速下運轉。在潤滑油變熱以前，它的粘度相當高，以致妨礙了它的潤滑作用，而且也影響了潤滑油壓安全閥52(圖2)的正常工作。當潤滑油還冷時，允許發(fā)動機曲軸在快的速度下轉動，不但可能會損壞發(fā)動機，而且由于潤滑油系統(tǒng)中異常高的油壓，也可能會損壞發(fā)動機驅動的潤滑油泵、油過濾器、以及油冷卻器的墊圈。采用了本發(fā)明的方法之后，這種危險就會明顯地減少，因為在潤滑油溫處在90-140°F的范圍內時，利用本發(fā)明可以自動地把發(fā)動機的最大速度限制在N5，或低于N5(最好為N4)的速度，而當潤滑油溫低于90°F時，把發(fā)動機的最大速度限制在N3，或低于N3(最好為N1)的速度。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施方案已作為例證加以介紹和描述了，但是對于所屬技術領域：
內的專業(yè)人員來說，無疑地會作各種變型。因而，最終的權利要求
意圖覆蓋所有在本發(fā)明真正精神和范圍內的這些變型。
圖5說明87-讀出油門位置88-油門位置是否空載？89-寄存以前讀出的EWT作為“OLDEWT”90-讀出EWT91-BWT是否大于OLDEWT？92-把空載超控放到“常規(guī)空載”93-把空載超控放到“高空載”94-水溫信號(EWT)是否≤184？95-把空載超控設置在“十分低空載”96-EWT是否≤158？97-把空載超控放到“低空載”98-EWT是否≤149？99-把空載超控放到“高空載”101-EWT是否≥155？102-把空載超控放到“低空載”103-EWT是否≥162？104-把空載超控放到“十分低空載”105-EWT是否≥190？106-把空載超控放到“常規(guī)空載”
圖7112-三相感應電機圖8118-找出最熱的牽引電機的溫度119-每個電機速度設置“鼓風機速度”120-鼓風機超控是否大于鼓風機速度？圖9122-鼓風機速度＝鼓風機超控121-便鼓風機速度處于通常要求值89-寄存以前讀出的EWT作為“OLDEWT”90-讀出EWT91-EWT是否大于OLDEWT92-把鼓風機超控放到“ 1/4 速度”93-把“鼓風機超控放到“全速”98-EWT是否≤149？99-把鼓風機超控放到“全速”101-EWT是否≥155？102-把鼓風機超控放到“ 1/4 速度”
權利要求
1.在含有下列各部分的聯(lián)合體中一個可變速度熱原動機；一個給該原動機供應冷卻劑的冷卻系統(tǒng)；由該原動機機械地驅動的主和輔助發(fā)電裝置；一個由該主發(fā)電裝置供電的主負載；一個輔助負載，它包括多個速度可變、電機驅動的風扇和鼓風機，用來把冷卻空氣分別地供給該冷卻系統(tǒng)、該發(fā)電裝置和該主負載，那些風扇和鼓風機的驅動電機，有選擇地被連接到輔助發(fā)電裝置的輸出以獲得電能；一個控制器；包括控制器在內用來調整該主發(fā)電裝置輸出功率裝置；包括控制器在內用來選擇和控制特定的風扇和鼓風機電機的裝置，它用作分別按冷卻原動機、發(fā)電裝置和主負載的需要來向這些電機供電；其改進的特征在于包括a.檢測冷卻劑溫度的裝置；b.輔助負載增加裝置，它和該控制器相關聯(lián)并連接到所述的溫度檢測裝置，當冷卻劑溫度下降到一預置的低值時，所述的輔助負載增加裝置自動地增加輔助發(fā)電裝置向風扇和鼓風機電機提供的電功率量。
2.根據(jù)權利要求
1那樣對聯(lián)合體的改進，其特征在于該主負載包括多個牽引電機和用來選擇和控制風扇和鼓風機電機的裝置，該裝置包括根據(jù)鼓風機電機速度指令來改變牽引電機鼓風機的轉速的裝置，鼓風機電機速度指示正常所希的值由最熱的牽引電機的溫度來決定，在該裝置中所述的輔助負載增加裝置會有效地對正常所希速度指令進行超控，以及不論牽引電機是什么溫度，如果該冷卻劑溫度等于或低于所述的預置低值，且該正常所希速度指令低于全速值，則所述的輔助負載增加裝置會使得所述的速度指令有一全速值。
3.根據(jù)權利要求
2的改進，其特征在于不論發(fā)電裝置需要什么樣的冷卻，如果冷卻劑溫度等于或低于所述的預置低值，則所述的輔助負載裝置還會發(fā)生作用，使得供給發(fā)電裝置以冷卻空氣的鼓風機的驅動電機由輔助發(fā)電裝置來供電。
4.根據(jù)權利要求
2的改進，其特征在于每當冷卻劑溫度等于或超過比所述的預置低值高的一個預定的重設值，所述的輔助負載增加裝置就會對正常所希鼓風機電機速度指令進行超控失去作用。
5.根據(jù)權利要求
1的改進，其特征在于所述的輔助負載增加裝置有著第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的雙穩(wěn)定，在第一狀態(tài)下，對增加向輔助負載提供的電功率量是不發(fā)生作用的;在第二狀態(tài)下，這樣的增加是有作用的，所述的輔助負載增加裝置對跌落到所述的預置的冷卻劑溫度低值作出響應，自動地從第一狀態(tài)變化到第二狀態(tài)。
6.根據(jù)權利要求
5的改進，其特征在于所述的輔助負載增加裝置對增加到高于所述的預置低值的預定重設值的冷卻劑溫度作出響應，自動地從第二狀態(tài)變化到第一狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求
1那樣對一聯(lián)合體的改進，其特征在于所述的聯(lián)合體包括響應于由該控制器提供的一個可變指令信號來調整該原動機工作速度的裝置，該控制器是這樣安排的，以致速度指令信號值通常由相關的油門裝置來決定，所述的油門裝置有著一空載速度設定和多個功率設定，其改進之處還包括與該控制器有關的空載超控裝置，它連接到該油門裝置和所述的溫度感測裝置，每當該油門裝置被設置于空載速度下以使得原動機速度指令信號值按照一冷卻劑溫度的預定函數(shù)變化時，所述的空載超控裝置發(fā)生作用。
8.根據(jù)權利要求
7的改進，其特征在于如果該冷卻劑溫度低于所述的預置的低值，則空載超控裝置起作用，去把所述的速度指令信號維持在一預定值，此預定值相應于明顯地高于常規(guī)的空載速度的一個原動機速度。
9.根據(jù)權利要求
8的改進，其特征在于所述的空載超控裝置是這樣安排的，以致對冷卻劑溫度上升到比所述的預置低值高的一個預定的重設值時作出響應，把所述的速度指令信號減少到比它的常規(guī)空載值低的一個值。
10.根據(jù)權利要求
9的改進，其特征在于進一步安排所述的空載超控裝置，以致對冷卻劑溫度上升到比所述的重設值為高的另一個預置值時作出響應，把所述的速度指令信號增加到它的常規(guī)空載值。
11.權利要求
1對聯(lián)合體的改進，其特征在于該原動機是一渦輪增壓柴油發(fā)動機。
12.權利要求
11對聯(lián)合體的改進，其特征在于該主負載包括多個機車牽引電機。
13.在一包括下列各部分的系統(tǒng)中一個可變速度原動機;包括一個油冷卻器在內用來為該原動機提供潤滑油的裝置;選擇該原動機工作速度的油門裝置;耦合到該油門裝置的一個控制器，它用來提供一個數(shù)值通常隨選擇速度而變的速度指令信號;對該指令信號作出響應去調整該原動機實際速度的速度控制裝置;其改進的特征在于包括a.在油冷卻器的熱油一邊檢測潤滑油溫度的裝置;b.最大速度限制裝置，它與該控制器相關聯(lián)并連接到所述的溫度檢測裝置，如果檢測到的油溫低于一預置的最小值，則所述的最大速度限制裝置就會阻止該速度指令信號超過預定的相對低的值，如果檢測到的油溫度是在所述的最小值以上但不是在一預定的較高值以上的范圍內，則所述的最大速度限制裝置會阻止該速度指令信號超過比所述的預定低值高的另一個預定值。
14.根據(jù)權利要求
13的改進，其特征在于如果該檢測到的油溫是在上面最后提到的一個所述的較高值以上，則所述的最大速度限制裝置允許該速度指令信號超過所述的預定較高值。
15.根據(jù)權利要求
13的改進，其特征在于所述的預置最低溫度值大致為90°F。
16.根據(jù)權利要求
13的改進，其特征在于所述的預定較高溫度值大致為140°F。
17.根據(jù)權利要求
16的改進，其特征在于所述的預置最低溫度值大致為90°F。
18.權利要求
13對一系統(tǒng)的改進，其特征在于所述的系統(tǒng)的潤滑油供給裝置包括一由該原動機驅動的油泵。
19.在一包括下列各部分的機車推進系統(tǒng)中一個在機車上的可變速度原動機;包括一個由該原動機驅動的油泵在內的裝置;給該原動機供應潤滑油的一個油冷卻器和一個油過濾器;包括一手動操縱手柄的油門裝置，所述的手動操縱手柄有八個分開的功率位置，當手柄從它的第一位置向它的第八位置移動時，就能遞增地選擇較高的原動機速度;一個與油門裝置耦合的控制器，它用來提供一速度指令信號，該速度指令信號的值通常由該油門手柄的位置來決定;響應于該指令信號，用來調整該原動機的實際速度的速度控制裝置;其改進之處的特征在于包括a.檢測該油冷卻器在熱油一邊的潤滑油溫度的裝置;b.最大速度限制裝置，它與控制器相關聯(lián)并連接到所述的溫度檢測裝置，如果檢測到的油溫在預置的最低值下，則所述的最大速度限制裝置就會阻止該速度指令信號超過一預定相對低的值。
20.根據(jù)權利要求
19中的改進，其特征在于所述的預定低值不高于通常相應于油門手柄第三位置的速度指令信號值。
21.根據(jù)權利要求
20的改進，其特征在于所述的預置最低溫度值大致為90°F。
22.根據(jù)權利要求
19的改進，其特征在于如果檢測到的油溫是在所述的最低值以上但不是在較高的預定值以上的范圍內，則所述的最大速度限制裝置也會起作用，去阻止該速度指令信號超過比所述的預定低值為高的另一個預定值。
23.根據(jù)權利要求
22的改進，其特征在于所述的預定較高值不高于通常相應于油門手柄第五個位置的該速度指令信號值。
24.根據(jù)權利要求
23的改進，其特征在于所述的預置最低溫度值大致為90°F，而所述的預置較高溫度值大致為140°F。
25.根據(jù)權利要求
22的改進，其特征在于該速度指令信號的所述的預定低值不大于通常響應于油門手柄第三個位置的值。
26.根據(jù)權利要求
25的改進，其特征在于該速度指令信號的所述預置較高值不大于通常響應于油門手柄第五位置的值。
27.根據(jù)權利要求
26的改進，其特征在于所述的預置最低溫度值大致為90°F。而所述的預定的較高溫度值大致為140°F。
專利摘要
柴油電氣機車中，可響應柴油發(fā)動機的溫度降到一不利的低值，電氣驅動輔助裝置的功率需求會自動增加，以使空載下的發(fā)動機加載，從而導致發(fā)動機產生額外的熱量以防止發(fā)動機不正常的磨損和過度燃料消耗。柴油電氣機車中，當潤滑油相對較冷和十分粘稠時，柴油發(fā)動機的最大速度會作為發(fā)動機潤滑油溫度的函數(shù)自動受到限制，以在潤滑油相對較冷和十分粘稠時能防止發(fā)動機、發(fā)動機驅動的潤滑油泵和發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)的外部元件受到損傷。
文檔編號B61C17/12GK86101985SQ86101985
公開日1986年11月12日 申請日期1986年3月18日
發(fā)明者約翰·愛德華·西普, 格倫·埃爾頓·維斯特 申請人:通用電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan