專利名稱:用于機(jī)車(chē)的加載率限制裝置的制作方法
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及諸如火車(chē)頭這樣的裝有渦輪增壓柴油機(jī)的柴油發(fā)電機(jī)牽引機(jī)車(chē)，特別涉及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或負(fù)載增加時(shí)，用于防止機(jī)車(chē)排出不希望的煙塵的改進(jìn)裝置。
象火車(chē)頭這樣的大型自推動(dòng)牽引機(jī)車(chē)，通常使用熱原動(dòng)機(jī)(典型的為16缸渦輪增壓柴油機(jī))來(lái)驅(qū)動(dòng)電氣傳動(dòng)裝置，該裝置包括發(fā)電裝置，以對(duì)多個(gè)直流牽引電動(dòng)機(jī)供電，這些電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)減速齒輪分別驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的輪軸組，典型的發(fā)電裝置包括一個(gè)三相主交流發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸。當(dāng)勵(lì)磁電流加到旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組時(shí)，在交流發(fā)電機(jī)三相定子繞組中就產(chǎn)生交流電壓，這些電壓被整流后送到各牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。
在“開(kāi)動(dòng)”(motoring)或推進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)期間，不管機(jī)車(chē)速度如何，機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)油門(mén)位置和環(huán)境條件趨向輸出恒定功率。為達(dá)到最高性能，必須適當(dāng)控制牽引交流發(fā)電機(jī)的輸出電功率，以使機(jī)車(chē)?yán)冒l(fā)動(dòng)機(jī)的滿功率。提供中等輸出功率值，可使從最小到滿輸出進(jìn)行分級(jí)控制。但是，不管發(fā)動(dòng)機(jī)在什么功率級(jí)，它的負(fù)載必須不超過(guò)它所能產(chǎn)生的功率。過(guò)載會(huì)引起過(guò)早的磨損，發(fā)動(dòng)機(jī)失速或“停車(chē)”(bogging)，排出過(guò)多的煙塵，或其它不良后果。在歷史上，已設(shè)計(jì)了一些機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)以使發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率可從零到最大馬力值之間分級(jí)地可變，而且無(wú)論司機(jī)選擇什么功率級(jí)均可使其能自動(dòng)地根據(jù)牽引力和附加的負(fù)載要求的功率相匹配。
發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與曲軸旋轉(zhuǎn)的角速度和相對(duì)于這種運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩的乘積成比例，為了改變和調(diào)節(jié)有效功率的量起見(jiàn)，通常的作法是在機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上裝設(shè)一個(gè)速度調(diào)節(jié)控制器，該調(diào)速器調(diào)節(jié)噴入每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的加壓柴油燃料(即燃油)的量，以使曲軸的實(shí)際速度(RPM)與所期望的速度相對(duì)應(yīng)。所需速度是在許可范圍內(nèi)，通過(guò)人工操縱油門(mén)的操縱桿或手柄來(lái)設(shè)置的，油門(mén)能在低功率位置(N1)和最大功率位置(N8)的8級(jí)(擋)之間可選擇地移動(dòng)。油門(mén)手柄是位于機(jī)車(chē)駕駛室內(nèi)的操縱臺(tái)的一部分。(除了慣用的8個(gè)功率擋外，該手柄還有一個(gè)“怠速”位置和一個(gè)“停車(chē)”位置)。
油門(mén)手柄的位置決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的速度，而該速度還與調(diào)速器的定位有關(guān)。在一個(gè)典型的調(diào)速器系統(tǒng)中，一個(gè)電動(dòng)液壓裝置的輸出活塞通過(guò)機(jī)械連桿連到一對(duì)可移動(dòng)的油泵架上，該油泵架依次連到多個(gè)噴油泵，這些噴油泵分別地測(cè)量加到發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)動(dòng)力汽缸的油量。調(diào)速器對(duì)所需速度(由油門(mén)操縱)與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度進(jìn)行比較，其輸出活塞移動(dòng)油泵架到達(dá)使它們之間的偏差減到最小值所必要的位置。
對(duì)8種不同調(diào)定速度中的每一種速度，發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的功率常量(假定為最大輸出轉(zhuǎn)矩)。當(dāng)選擇油門(mén)擋8時(shí)，達(dá)到最高速(例如1050rpm)和最大額定功率(例如4000馬力)。在正常情況下，每個(gè)擋所予定的發(fā)動(dòng)機(jī)可用功率與電器推動(dòng)系統(tǒng)所要求的功率相匹配，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的主交流發(fā)電機(jī)提供該功率加上某些電氣和機(jī)械傳動(dòng)輔助設(shè)備所消耗的功率。
主交流發(fā)電機(jī)的輸出功率(KVA)與所產(chǎn)生的電壓和負(fù)載電流的有效值的乘積成比例。該電壓值隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變，而且它也是交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組中勵(lì)磁電流值的一個(gè)函數(shù)。為了精確控制和調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的量，一般做法是調(diào)節(jié)牽引交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度以補(bǔ)償負(fù)載變化及使實(shí)際的KVA和所期望的KVA之間的誤差減至最小。該期望功率取決于發(fā)動(dòng)機(jī)所設(shè)置的具體速度。這種勵(lì)磁控制將形成一個(gè)平衡的穩(wěn)定狀態(tài)，其結(jié)果使油門(mén)手柄的每個(gè)位置均具有真正恒定的最佳電功率輸出。
在實(shí)際應(yīng)用中，上述概述的柴油-電氣機(jī)車(chē)的控制系統(tǒng)還包括一些適于使系統(tǒng)正常操作無(wú)效和用于減小發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的裝置，以響應(yīng)一些暫時(shí)的不正常情況，諸如輪子附著力降低，潤(rùn)滑油系統(tǒng)或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑系統(tǒng)的壓力降低或無(wú)論油門(mén)設(shè)定在什么速度上，負(fù)載超過(guò)了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率容量等。這種響應(yīng)，通常稱之為“降值”(deration)，以幫助機(jī)車(chē)從這樣一些情況中恢復(fù)過(guò)來(lái)和/或避免發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。另外，勵(lì)磁控制系統(tǒng)一般包括有分別在超過(guò)予定的最大安全電平或極限內(nèi)限制或減小交流發(fā)電機(jī)輸出電壓，必要時(shí)并保持這個(gè)電壓值和負(fù)載電流值的裝置。當(dāng)機(jī)車(chē)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始加速時(shí)，限流是有效的。機(jī)車(chē)在低速時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是緩慢旋轉(zhuǎn)的，因此它們的反電動(dòng)勢(shì)是低的。加速時(shí)，一個(gè)低的發(fā)電機(jī)電壓能產(chǎn)生最大的負(fù)載電流，從而產(chǎn)生大的牽引力。另一方面，無(wú)論機(jī)車(chē)的速度多高，交流發(fā)電機(jī)電壓的幅度必須保持在其最大電平上不變。在高速情況下，牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得極快，它有一個(gè)高的反電動(dòng)勢(shì)，為了產(chǎn)生所需的負(fù)載電流，則必須要有高的發(fā)電機(jī)電壓。
對(duì)一個(gè)給定尺寸的機(jī)車(chē)，在給定速度下運(yùn)行，要增加所產(chǎn)生的最大有用功率的值時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中通常在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝增壓器。對(duì)于一個(gè)4沖程柴油機(jī)(下文所假設(shè)的)，使用一個(gè)單向轉(zhuǎn)動(dòng)離心式增壓器(如公知的渦輪增壓器)是有利的，其轉(zhuǎn)動(dòng)部件由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體推動(dòng)。渦輪增壓器提高了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總管中的空氣壓力，因而對(duì)每個(gè)汽缸在活塞的進(jìn)氣沖程期間提供了更多的新鮮空氣。這可使更多的燃油在汽缸內(nèi)燃燒，因此，在每次作功沖程中，因燃燒產(chǎn)生的膨脹將對(duì)活塞施加更大的作用力。
當(dāng)上面概述的機(jī)車(chē)的油門(mén)手柄從相對(duì)低的擋推進(jìn)到較高的功率擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)器響應(yīng)噴入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中燃油量的突然增加，力圖使發(fā)動(dòng)機(jī)的速度增加到由油門(mén)所設(shè)置的新的速度。同時(shí)，油門(mén)指令使勵(lì)磁控制系統(tǒng)增強(qiáng)牽引交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引負(fù)載增加而不管新的油門(mén)位置所確定的值是多少。但是，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)和產(chǎn)生不希望的煙塵，實(shí)際提供的負(fù)載速率是需要加以控制的。
對(duì)一個(gè)大型的柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，從相對(duì)低的速度加速到較高的速度，需要一個(gè)有限的時(shí)間周期。在該周期中，由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的相當(dāng)大部分的功率被用來(lái)增加發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的角速度，并帶動(dòng)由其驅(qū)動(dòng)的物體。在相同的周期中，單向旋轉(zhuǎn)渦輪增壓器的速度比例地滯后于發(fā)動(dòng)機(jī)加速的速度，特別是當(dāng)牽引負(fù)載相對(duì)輕的時(shí)候，(渦輪速度，及其后的加到進(jìn)氣總管上的燃燒空氣的量，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體的能量，它近似于發(fā)動(dòng)機(jī)總馬力的線性函數(shù))，發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)器的響應(yīng)相對(duì)較快而渦輪增壓器的響應(yīng)相對(duì)較慢，當(dāng)油門(mén)推進(jìn)時(shí)，它可能向發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)比從渦輪增壓器獲得的空氣有效燃燒時(shí)更多的燃油。結(jié)果，由于燃油和空氣存在瞬時(shí)不平衡導(dǎo)致不完全燃燒，從而從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管道中排出所不希望的明顯的煙塵(即未燃燒燃油)。
為了上述原因，在實(shí)際應(yīng)用中，一般在交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中包括了一個(gè)時(shí)間延遲或慢速上升線路，以便在響應(yīng)對(duì)油門(mén)設(shè)定作任何增加時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)延遲施加牽引負(fù)載。在一個(gè)先有技術(shù)的機(jī)車(chē)中，最大加載率被限制到(1)一個(gè)相對(duì)較低，恒定的第一個(gè)值，只要實(shí)際KVA比予選的第一個(gè)值低，(2)另一個(gè)顯著較高的第二個(gè)值，如果KVA比予選的第二個(gè)值更大，該第二個(gè)值比前述的第一個(gè)值更高，(3)予先設(shè)定的一個(gè)中間值，當(dāng)KVA在予選的第一和第二個(gè)值之間時(shí)。跟隨油門(mén)從怠速或低速位置移動(dòng)到更高的位置，通過(guò)控制牽引功率的變化率，能使發(fā)動(dòng)機(jī)速度迅速增加到新設(shè)定的值而又不過(guò)載，且發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力數(shù)(也是燃油的需要量)將逐漸變化，與來(lái)自更慢加速的渦輪增壓器的空氣供應(yīng)量的增加相一致，達(dá)到新的功率設(shè)置值。當(dāng)然，加載的任何延遲不希望降低機(jī)車(chē)的生產(chǎn)率，在實(shí)際功率(從而是渦輪加速)逐漸達(dá)到兩個(gè)更高的予選值時(shí)，根據(jù)先有技術(shù)的這種機(jī)車(chē)加載率是從最初的低值增加到中間值，然后達(dá)到更高的值。
另外一些已有技術(shù)能幫助在負(fù)載和速度變化期間減少或避免排出過(guò)量的煙塵。其中之一是設(shè)計(jì)一種調(diào)速器，用于限制作為進(jìn)氣總管空氣壓力函數(shù)的最大可用燃油量，當(dāng)達(dá)到燃油限制點(diǎn)時(shí)就要求減少發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，從而大致達(dá)到完全燃燒時(shí)所需的適合的空氣-燃油比。這種技術(shù)很有用但不太理想，原因是它的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較慢，而且要在整個(gè)功率(即油門(mén))范圍內(nèi)控制到適度的煙塵，調(diào)節(jié)是困難的。
另一種先有技術(shù)，如美國(guó)專利3，878，400-MC Sparran。所揭示和要求的，當(dāng)加速時(shí)，使機(jī)車(chē)排出的煙塵減到最少。根據(jù)MC Sparran專利，當(dāng)油門(mén)推進(jìn)到更高擋時(shí)，通常決定牽引交流發(fā)電機(jī)輸出功率的參考電壓以予先確定的被限制的速率增加到一個(gè)新的值，在變化期間，交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是作為渦輪增壓器速度的一個(gè)函數(shù)被控制。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載實(shí)際增加的速率將跟蹤渦輪增壓器速度增加的速率。當(dāng)正確應(yīng)用時(shí)，這種自舉(bootstrapping)方法在瞬時(shí)加速期間能滿意地控制煙塵。但是，由于如下的兩種情況，在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)遇到了一些問(wèn)題不同渦輪增壓器之間特性上的差異及渦輪運(yùn)行性能因環(huán)境溫度或氣壓變化所造成的變化。
本發(fā)明總的目的是提供一種對(duì)被加載的變速柴油機(jī)在要求更大功率時(shí)，用來(lái)控制其變化速率的改進(jìn)裝置。
更具體的目的是為柴油-發(fā)電機(jī)機(jī)車(chē)提供一種對(duì)機(jī)車(chē)油門(mén)位置作任何推進(jìn)時(shí)均能起反應(yīng)的裝置，用于在較寬的環(huán)境溫度和大氣壓力范圍內(nèi)，有效地防止發(fā)動(dòng)機(jī)排出明顯的煙塵。
本發(fā)明另一個(gè)目的是為柴油-發(fā)電機(jī)機(jī)車(chē)提供一種對(duì)機(jī)車(chē)油門(mén)位置作任何推進(jìn)時(shí)均能起反應(yīng)的裝置，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)和冒煙，而加載時(shí)間又最少，用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)馬力增加的速率變化。
以某種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，被提供的機(jī)車(chē)應(yīng)具有一般的可變速度，多缸柴油機(jī)，該柴油機(jī)具有一個(gè)燃?xì)膺M(jìn)氣總管和一個(gè)排氣總管，一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器向進(jìn)氣總管提供加壓空氣。供油裝置(包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)器)控制噴入發(fā)動(dòng)機(jī)各汽缸中的柴油。裝有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度，氣壓(即大氣壓力)，進(jìn)氣總管的空氣壓力及實(shí)際加到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量等敏感的適當(dāng)裝置。
機(jī)車(chē)還包括由柴油機(jī)機(jī)械帶動(dòng)的電源產(chǎn)生裝置，用于向多個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)提供電流。勵(lì)磁裝置用于控制發(fā)電機(jī)的輸出功率，輸出(KVA)的幅度由適當(dāng)?shù)难b置檢測(cè)。一個(gè)控制器為燃油供應(yīng)裝置提供一個(gè)可變的發(fā)動(dòng)機(jī)速度指令信號(hào)及控制勵(lì)磁裝置的一個(gè)可變控制信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)值的確定通常與油門(mén)有關(guān)，油門(mén)具有多個(gè)功率設(shè)定位置，因而發(fā)動(dòng)機(jī)的速度(RPM)和功率(HP)均取決于油門(mén)功率設(shè)置位置。但是，當(dāng)增加了功率設(shè)置位置，發(fā)動(dòng)機(jī)加速到更高速度時(shí)，為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)及冒煙，牽引負(fù)載(KVA)能夠增加的最大速率需要加以限制。為此目的，控制器包括經(jīng)改進(jìn)的速率控制裝置，改變作為RPM和HP的一個(gè)函數(shù)，也作為燃燒空氣-燃油比例(以重量計(jì)算)的一個(gè)函數(shù)的勵(lì)磁控制信號(hào)，在一定程度上來(lái)控制增加KVA的速率。
更具體地講，負(fù)載增加的速率是在予定的最大和最小極限之間的范圍內(nèi)變化的，在這個(gè)范圍內(nèi)它與RPM和HP的乘積成比例。這樣，在這個(gè)變化范圍內(nèi)，加載速率隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度也隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的總馬力數(shù)自動(dòng)地增加。結(jié)果，負(fù)載增加的速率不直接跟蹤渦輪速度(如前說(shuō)明的，近似于馬力數(shù)的線性函數(shù))而是直接跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)速度，該速度與發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的活塞每秒鐘排出的空氣量成比例。這就使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加的速率與供給汽缸燃燒空氣量的增加成比例。
速率控制裝置的“增量”(即說(shuō)明負(fù)載增加的變化速率與HP和RPM幅度的變化速率之比值恒定)和最大加載率二者適宜于選擇到在響應(yīng)油門(mén)功率位置作任意的分級(jí)增加時(shí)獲得所期望的避免冒煙。在發(fā)動(dòng)機(jī)加速到新的速度時(shí)，最好使確定加載率變化范圍的最高和最低極限分別上升到某一個(gè)更高的值，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不必更長(zhǎng)地產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)矩。為了使加載時(shí)間減至最小，增量是自動(dòng)地增加到事實(shí)上為更大數(shù)值的第二值(最大和最小速率極限已被適當(dāng)?shù)卦黾恿?，任何時(shí)間空氣-燃油的比率增加到一個(gè)予定的“無(wú)煙”閾值之上(例如13)，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的燃油充分氧化而避免有害的煙塵?？諝?燃油比是由代表每秒排出的燃燒空氣(重量表示)的量被檢測(cè)的每秒加到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油的量(重量表示)相除來(lái)表示的。最好，代表空氣的量是根據(jù)總管空氣壓力，大氣壓及發(fā)動(dòng)機(jī)的“有效容積”(同樣是已知的總管壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)速度的函數(shù))來(lái)計(jì)算確定。
通過(guò)下面結(jié)合附圖的說(shuō)明，將能更好地理解本發(fā)明，并對(duì)本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點(diǎn)會(huì)有更全面的認(rèn)識(shí)。
圖1是一個(gè)機(jī)車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)組成部分的原理示意圖-包括一個(gè)熱原動(dòng)機(jī)(如柴油機(jī))，一個(gè)牽引交流發(fā)電機(jī)，多個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)，和一個(gè)控制器;
圖2是一個(gè)機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和用于提供燃燒空氣，燃油和冷卻水的有關(guān)附加系統(tǒng)的簡(jiǎn)單示意圖;
圖3是一個(gè)詳細(xì)的控制器方框圖(代表圖1中的一個(gè)方框)，該控制器分別為控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)勵(lì)磁及某些輔助電氣負(fù)載供電而產(chǎn)生各種輸出信號(hào);
圖4是一個(gè)等效電路圖，用來(lái)說(shuō)明由圖3所示的控制器所產(chǎn)生的交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)勵(lì)磁控制信號(hào)的方式;
圖5是一個(gè)牽引負(fù)載變化率與發(fā)動(dòng)機(jī)速度乘總動(dòng)率的關(guān)系曲線圖，用來(lái)說(shuō)明圖4中速率限制作用的工作;
圖6是一個(gè)流程圖，用來(lái)說(shuō)明當(dāng)加載率作為發(fā)動(dòng)機(jī)速度和功率及空一燃比的函數(shù)時(shí)的最佳控制方法;
圖7是另一個(gè)流程圖，用來(lái)說(shuō)明圖6中單步的計(jì)算空一燃比子程序的最佳實(shí)施例的操作。
圖1所示的推進(jìn)系統(tǒng)包括一個(gè)變速原動(dòng)機(jī)11，機(jī)械地連接到一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸，電動(dòng)發(fā)電機(jī)包括一個(gè)三相交流同步發(fā)電機(jī)，也稱為主牽引交流發(fā)電機(jī)。由主交流發(fā)電機(jī)12所產(chǎn)生的三相電壓被加到至少一個(gè)三相非穩(wěn)壓全波電源整流電橋13的交流輸入端。經(jīng)電橋13整流的輸出電壓通過(guò)直流匯流總線14加到多個(gè)直流牽引電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)連接的電樞繞組，在圖1中只標(biāo)出(15，16)兩個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中牽引電動(dòng)機(jī)是懸掛在機(jī)車(chē)的每根軸上，通常每個(gè)轉(zhuǎn)向架(truck)有2或3根軸，每列機(jī)車(chē)有2個(gè)轉(zhuǎn)向架(truck)。在“開(kāi)動(dòng)”或推進(jìn)運(yùn)行方式期間，各個(gè)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)繞組(未畫(huà)出)分別與各自的電樞串聯(lián)連接。換句話說(shuō)，也能使用交流牽引電動(dòng)機(jī)，在這種情況下，適當(dāng)被控的電源變換器連接在各自的電動(dòng)機(jī)和直流匯流總線14之間。
為了供電，主交流發(fā)電機(jī)12的磁場(chǎng)繞組(沒(méi)標(biāo)出)連接到一個(gè)合適的經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的勵(lì)磁電源17的輸出上。電源17最好包括一個(gè)受控制的三相橋式整流器，該橋式整流器的輸入端接收來(lái)自由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助交流發(fā)電機(jī)18的交流電壓，實(shí)際上象主交流發(fā)電機(jī)12的結(jié)構(gòu)一樣，輔助交流發(fā)電機(jī)也包括一組輔助三相繞組。此電源包括用來(lái)改變直流電流幅度的常規(guī)裝置，必要時(shí)該直流電流加到交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)以使輸入線19上的控制信號(hào)和代表電源整流器13輸出電壓平均幅度的反饋信號(hào)V之間的任何幅度差減至最小，后者的電壓幅度是磁場(chǎng)電流幅度的一個(gè)已知函數(shù)，而且也隨原動(dòng)機(jī)11的速度不同而變。
原動(dòng)機(jī)11是一個(gè)熱機(jī)或內(nèi)燃機(jī)或類(lèi)似的動(dòng)力機(jī)。在一個(gè)自推進(jìn)柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)車(chē)中，動(dòng)力一般是由一個(gè)高馬力渦輪增壓的4沖程16缸柴油機(jī)提供的。這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)有大量的輔助系統(tǒng)(這些系統(tǒng)在圖1中由帶標(biāo)記的方框表示)。一個(gè)燃?xì)庀到y(tǒng)21一般包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣-驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器，用于壓縮在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)管內(nèi)的空氣。一個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)22一般包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)泵和為對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)部件提供合適的潤(rùn)滑油的相應(yīng)的管道系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)23一般包括一個(gè)泵，用來(lái)把來(lái)自各個(gè)氣冷式熱交換器或散熱器較冷的水循環(huán)到潤(rùn)滑油冷卻器和發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套，以吸收在燃燒過(guò)程中排出的熱量，同時(shí)還循環(huán)到經(jīng)過(guò)渦輪增壓器壓縮過(guò)的(因此而變熱)燃?xì)馑ㄟ^(guò)的“中間冷卻器”。這三個(gè)系統(tǒng)(21-23)在圖2中表示得更詳細(xì)，很快將加以說(shuō)明。
柴油機(jī)燃油系統(tǒng)24一般包括一個(gè)油箱，油泵和用于分別把燃油噴入各動(dòng)力汽缸的噴咀，這些噴咀成兩排或兩組置于發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)面，挺桿與一對(duì)偏心輪軸上的燃料凸輪協(xié)同操作，使各個(gè)噴咀在曲軸每轉(zhuǎn)一周期間的相應(yīng)適當(dāng)時(shí)間啟動(dòng)，系統(tǒng)還包括一對(duì)油泵桿，用來(lái)控制每次流入與已啟動(dòng)噴咀相應(yīng)汽缸的油量。每個(gè)油泵桿的位置，也就是加到發(fā)動(dòng)機(jī)的油量是通過(guò)一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)25的輸出活塞來(lái)控制的，該系統(tǒng)是與兩個(gè)油泵桿連接的。調(diào)速器在予定的范圍內(nèi)在一個(gè)方向上以一定的量自動(dòng)地移動(dòng)油泵桿來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)速度，以使實(shí)際的與理想的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸速度差為最小。理想速度是由來(lái)自控制器26的一個(gè)可變速度控制信號(hào)設(shè)置的，該信號(hào)在這里稱作為速度指令信號(hào)或速度要求信號(hào)。
就正常的開(kāi)動(dòng)或推進(jìn)運(yùn)行方式而言，由控制器26提供的發(fā)動(dòng)機(jī)速度要求信號(hào)的值是通過(guò)手動(dòng)操縱油門(mén)手柄27的位置來(lái)決定的，而油門(mén)是與控制器連接的。機(jī)車(chē)油門(mén)一般有8個(gè)功率位置或稱“擋”(N)，加上怠速和停車(chē)位置。N1對(duì)應(yīng)于一個(gè)最小的理想發(fā)動(dòng)機(jī)速度(功率)而N8對(duì)應(yīng)最高速和滿功率。當(dāng)包含有兩輛或更多機(jī)車(chē)時(shí)，通常只管理領(lǐng)頭的一輛，在后面拖掛的列車(chē)超過(guò)28輛時(shí)，后面每輛車(chē)操縱臺(tái)上的控制器將收到一個(gè)編碼信號(hào)，該信號(hào)指出領(lǐng)頭一輛的駕駛員所選擇的油門(mén)位置。
正如前面已說(shuō)明的，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)功率級(jí)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的期望負(fù)載?？刂破?6適于把油門(mén)擋信息轉(zhuǎn)換成在交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)整器17的輸入線19上的適度的控制信號(hào)，從而只要交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓和負(fù)載電流兩者均在予定的限度之內(nèi)，就可以把牽引功率調(diào)整到與發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率相匹配。為此目的，也為了降值(即發(fā)動(dòng)機(jī)卸載)和/或在某些異常情況的事件中限制發(fā)動(dòng)機(jī)速度，給控制器26提供有關(guān)各種工作狀態(tài)的信息和推進(jìn)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)及其支持系統(tǒng)的參數(shù)是必需的。
更具體地講，控制器26一般接收電壓反饋信號(hào)V(代表整流后的交流發(fā)電機(jī)輸出電壓的平均值)，電流反饋信號(hào)I1，I2等等(分別代表各個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中的電流大小)，和一個(gè)由調(diào)速系統(tǒng)25發(fā)出的負(fù)載控制信號(hào)-如果發(fā)動(dòng)機(jī)不能發(fā)出所需功率并仍舊保持在所要求的速度時(shí)發(fā)出該信號(hào)(即負(fù)載信號(hào)有效，發(fā)出信號(hào)去減小線19上的控制信號(hào)，為的是減弱交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，直至達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)為止)。此外，如圖1所示，控制器上還加有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)RPM-以指示發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速，一個(gè)來(lái)自大氣壓力傳感器29的周?chē)諝庑盘?hào)BP，一個(gè)來(lái)自與發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)口總管有關(guān)的一個(gè)壓力傳感器的燃?xì)鈮毫π盘?hào)MP，一個(gè)來(lái)自裝于潤(rùn)滑油冷卻器熱油側(cè)的溫度傳感器的油溫信號(hào)LOT，和一個(gè)來(lái)自裝在冷卻水系統(tǒng)23的熱水部分中的溫度傳感器的溫度信號(hào)EWT。為響應(yīng)水溫信號(hào)，控制器把編碼的速度控制信號(hào)通過(guò)一個(gè)多線串聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸裝置或總線30，送到散熱器風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)是輔助負(fù)載裝置31的一部分，為了供電，通過(guò)3根導(dǎo)線32連到一個(gè)適用的交流電源(例如，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助交流發(fā)電機(jī)18)，而流過(guò)散熱器熱交換管的空氣流是作為水溫的一個(gè)函數(shù)而受到控制的，以便在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)負(fù)載范圍和環(huán)境溫度變化較大時(shí)能使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度維持相對(duì)恒定。圖2更詳細(xì)地示出了冷卻水和燃?xì)庀到y(tǒng)。
在圖2中，柴油機(jī)由方框34表示，在發(fā)動(dòng)機(jī)的一端，對(duì)著交流發(fā)電機(jī)的端部，燃?xì)庀到y(tǒng)中的渦輪增壓器裝于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座上。渦輪增壓器包括一個(gè)氣輪機(jī)35，其輸出軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)離心式空氣壓縮機(jī)36。清潔空氣被集中到一個(gè)壓力通風(fēng)系統(tǒng)中，通過(guò)一排空氣過(guò)濾器37送到壓縮機(jī)36的中央進(jìn)氣口，交替地通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)兩側(cè)上的外部排氣口排出(在高壓和高溫下)。從每個(gè)排氣口排出的壓縮空氣通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的氣-水熱交換器(通常稱二者為中間冷卻器或二次冷卻器)并進(jìn)入燃?xì)膺M(jìn)氣總管。圖2只示出了靠近發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的一個(gè)空氣冷卻器38和一個(gè)進(jìn)氣總管39，沒(méi)有示出一般安排在較遠(yuǎn)一側(cè)的另一個(gè)相同的冷卻器和另一個(gè)總管。總管壓力傳感器40接到進(jìn)氣總管39。來(lái)自總管39的加壓空氣被送到在發(fā)動(dòng)機(jī)同側(cè)的一組動(dòng)力汽缸。在圖中只示出了三個(gè)汽缸41、42和43，實(shí)際上每個(gè)進(jìn)氣總管要將燃?xì)夤┙o16缸發(fā)動(dòng)機(jī)中的8個(gè)汽缸，或12缸發(fā)動(dòng)機(jī)中的6個(gè)汽缸，或8缸發(fā)動(dòng)機(jī)的4個(gè)汽缸。
在燃燒期間每個(gè)汽缸產(chǎn)生的氣體進(jìn)入一根排氣總管45。在通過(guò)排氣管46排放到大氣之前，該排出的氣體驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)35的葉輪。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更大功率時(shí)，渦輪機(jī)的速度增加。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在滿功率或接近滿功率時(shí)，壓縮機(jī)36有效地壓縮進(jìn)氣總管(39)中的燃?xì)猓蛊溥_(dá)到高到兩倍的大氣壓。然后由二次冷卻器(38)有效地降低壓縮空氣的溫度(在壓縮過(guò)程中空氣明顯地變熱)，從而改善了熱效率，減少了油耗和降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)載。在圖中未示出，發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)器25(圖1)與進(jìn)氣總管的壓力傳感器40相連接，如果傳感器檢測(cè)到空氣壓力低于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)完全燃燒所需的值時(shí)就限制加到發(fā)動(dòng)機(jī)34各個(gè)汽缸的燃油量。
在圖2所示的潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，來(lái)自靠近發(fā)動(dòng)機(jī)34底部曲軸箱的熱的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵48抽入管道49，該管道連接到一個(gè)油-水熱交換器50的入口，被冷卻了的油從50通過(guò)一個(gè)濾油器51和另一根管道流入供油箱(沒(méi)示出)。為了潤(rùn)滑和/或冷卻起見(jiàn)，來(lái)自供油箱(在發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)座內(nèi))的油被分配到各個(gè)軸承，閥門(mén)，活塞，齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的其它運(yùn)動(dòng)部件。一個(gè)普通減壓閥52將潤(rùn)滑油管49連接到油槽，一個(gè)溫度敏感元件暴露于管道49中靠近油冷卻器50的入口部分的油流中。該潤(rùn)滑油溫度傳感器53最好包括一個(gè)普通的熱敏電阻。
正如圖2所表明的，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)包括一個(gè)貯水箱55，從貯水箱出來(lái)的相對(duì)較冷的水通過(guò)置于油冷卻器50內(nèi)的熱交換管到達(dá)一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵56的進(jìn)水側(cè)。然后由泵增加了壓力的水流入一對(duì)裝于發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)兩側(cè)上的進(jìn)水箱。第一進(jìn)水管57的水同時(shí)地通過(guò)裝于靠近發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的氣缸組的各個(gè)汽缸套，到達(dá)一個(gè)公用的排水管58-該排水管設(shè)置在兩個(gè)汽缸組上面的中間。進(jìn)水管57和排水管58還通過(guò)支水管路相連接，支水管路包括管道59和第一燃?xì)饫鋮s器38的外殼。一個(gè)類(lèi)似的支水管路能使冷卻水從第二進(jìn)水管通過(guò)裝于發(fā)動(dòng)機(jī)另一側(cè)的二次冷卻器(沒(méi)示出)流出。應(yīng)用水壓原理，此系統(tǒng)是平衡的，因此流到兩個(gè)二次冷卻器的流量對(duì)兩個(gè)汽缸套的流量之比是期望的比例。
熱水從排水管58離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)管道60流到至少一個(gè)控制恒溫的雙穩(wěn)態(tài)液壓閥61。一個(gè)溫度敏感元件62(最好是另一個(gè)熱敏電阻)暴露于管道60靠近閥門(mén)61入口處的水流中。閥門(mén)61有兩個(gè)輸出口分別與兩個(gè)水管63和64連通。當(dāng)進(jìn)入閥門(mén)的水的溫度低于予定的閾值或水壓低于予定值時(shí)(即當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度低到致使水泵56不能使水壓上升到該值)，則所有的水被轉(zhuǎn)向通過(guò)散熱器旁通管63流入貯水箱55。否則流入管道64，并被送入兩個(gè)或更多個(gè)水-空氣熱交換器或散熱器65和66中的一組，在這些散熱器中水被冷卻后排入水箱55。實(shí)際上，還有一組與圖中所示組并行配置的附加的散熱器(沒(méi)示出)，連接到第二個(gè)控制恒溫的雙穩(wěn)態(tài)液壓閥，其閾值溫度與第一個(gè)閥門(mén)可以稍有不同。散熱器被置于比貯水箱55較高處，在每個(gè)冷卻周期后，水將迅速而完全地從中排出。此處應(yīng)注意到如果和當(dāng)散熱器65，66由于水壓不足而被旁通(這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低速，例如400rpm以下)，則水的冷卻是因?yàn)樵谕ㄏ蚨卫鋮s器(38)的過(guò)程中，當(dāng)時(shí)渦輪增壓器速度低(當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在輕負(fù)載時(shí)確實(shí)如此)，燃?xì)鈨H被壓縮到中等程度而使其比水冷的緣故。這種冷卻效果，加上從發(fā)動(dòng)機(jī)直接排除的熱量和通過(guò)與之有關(guān)的冷卻水和潤(rùn)滑油系統(tǒng)的幅射和對(duì)流散熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在低速下免于過(guò)熱。
冷空氣由一對(duì)風(fēng)扇吹過(guò)散熱器，風(fēng)扇的葉片分別由兩個(gè)可變速三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。由一對(duì)3速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68和69輸出的交流電壓分別加到這些風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)上。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入都連到線32，再由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助交流發(fā)電機(jī)的輸出供電，因而所加電壓的基頻(由此風(fēng)扇為全速)會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)速度而變。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68和69的每個(gè)結(jié)構(gòu)和布置適于在指令控制下減少頻率，以使有關(guān)的風(fēng)扇能低于全速運(yùn)行。各個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獨(dú)立的速度指令是由控制器26(圖1)通過(guò)總線30，以適當(dāng)?shù)木幋a信號(hào)的形式提供的，這些信號(hào)表示了所期望的全速，減速或零速。每個(gè)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最好包括一個(gè)改進(jìn)型“循環(huán)-跳躍”(cycle-skipping)速度控制系統(tǒng)，即在美國(guó)專利文獻(xiàn)4，461，985(該專利于1984年7月24日授予T.D.stitt并已轉(zhuǎn)讓給通用電氣公司)中所揭示和主張的，其控制是使所提供替換全速的二分之一和四分之一速度按程序選擇。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，控制器26包括一個(gè)微計(jì)算機(jī)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)懂得一臺(tái)微計(jì)算機(jī)實(shí)際上是由大批通用的元件和有關(guān)的電氣線路和部件組成的一個(gè)系統(tǒng)，它可以按編制好的程序去執(zhí)行人們所期望的多種功能。在一個(gè)如圖3所示的典型的微計(jì)算機(jī)中，一個(gè)中央處理單元(CPU)執(zhí)行貯存在(可擦的)電子式可編程只讀存貯器(EPROM)上的操作程序，該存貯器也可貯存程序中所用的表格和數(shù)據(jù)。CPU中包含有一般的計(jì)數(shù)器，寄存器，累加器，觸發(fā)器(標(biāo)志)等等，以及一個(gè)用來(lái)提供高頻時(shí)鐘信號(hào)的高精度振蕩器。微計(jì)算機(jī)還包括一個(gè)隨機(jī)存取存貯器(RAM)-可暫時(shí)貯存輸入其內(nèi)的數(shù)據(jù)，也可從由貯存在EPROM中的程序所確定的各個(gè)地址單元中讀出數(shù)據(jù)。這些組成部分通過(guò)適當(dāng)?shù)牡刂?，?shù)據(jù)和控制總線相互聯(lián)系。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用了英特爾(Intel)8086微處理器。
圖3中所示的其它方框，代表了一般的外圍和接口部件，這些部件把微處理機(jī)和圖1中的外部電路相互連接。更具體地講，標(biāo)有I/O的方框是一個(gè)輸入/輸出電路，用來(lái)把下列數(shù)據(jù)和信號(hào)傳送到微處理機(jī)代表所選油門(mén)位置的數(shù)據(jù)，代表各種電壓，電流，壓力，溫度和其它與機(jī)車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)有關(guān)的傳感器的讀數(shù)的數(shù)字信號(hào)。后者信號(hào)是從一個(gè)模-數(shù)變換器71引出的，該變換器通過(guò)一個(gè)普通的多路轉(zhuǎn)換器72連到多個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)器，而各個(gè)傳感器的輸出分別加到這些調(diào)節(jié)器上。信號(hào)調(diào)節(jié)器通常對(duì)傳感器的模擬輸出信號(hào)起到緩沖和偏置(biaing)雙重作用。正如圖3所示，輸入/輸出電路也把微處理機(jī)同輔助負(fù)載控制(經(jīng)多路總線30)，發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)器，發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器及一個(gè)數(shù)-模信號(hào)變換器73相互連接，該變換器的輸出通過(guò)線19連接到交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
控制器26按編制的程序在線19上產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該信號(hào)的幅度通常取決于機(jī)車(chē)駕駛員所選擇的油門(mén)位置。其完成的方式按其功能示于圖4，并將給予簡(jiǎn)要說(shuō)明。控制器從順序線28(圖1)收到的油門(mén)位置數(shù)據(jù)被加到一個(gè)“譯碼器”功能塊87，該譯碼器把此數(shù)據(jù)在兩個(gè)輸出通道88和89上轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字。在第一通道88上的數(shù)字對(duì)應(yīng)最佳的功率量，該功率是某機(jī)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)11在油門(mén)27所給定的任一發(fā)動(dòng)機(jī)速度上，每個(gè)動(dòng)力軸上所能產(chǎn)生的功率，而第二通道89上的數(shù)字對(duì)同一機(jī)車(chē)和同一油門(mén)位置規(guī)定了牽引交流發(fā)電機(jī)12的標(biāo)稱電壓(和電流)極限。按照傳統(tǒng)的做法，在通道89上公有的電壓和電流極限與8個(gè)分立的油門(mén)位置不是成比例地變化的。實(shí)際上，它們是予定的，以使當(dāng)油門(mén)手柄從擋1上升到檔2時(shí)，正對(duì)應(yīng)牽引力的最大允許增量，而從擋7變到擋8時(shí)，所得到的增量最小。這將有助于更好地控制在機(jī)車(chē)從靜止到加速時(shí)車(chē)輪的打滑。
來(lái)自譯碼器功能塊87的與油門(mén)位置相關(guān)的數(shù)據(jù)分別經(jīng)通道88和89加一個(gè)“降值”功能塊90，該功能塊根據(jù)已編程序?qū)?lái)自其它源的附加數(shù)據(jù)的響應(yīng)而處理這些數(shù)據(jù)。附加數(shù)據(jù)包括來(lái)自溫度傳感器53(圖2)的潤(rùn)滑油溫度指示信號(hào)LOT;來(lái)自溫度傳感器62(圖2)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫指示信號(hào)EWT;從輔助負(fù)載控制設(shè)備31(圖1)引出的用于指示機(jī)車(chē)輔助負(fù)載實(shí)際使用的每根軸功率值的“AUX-HP”數(shù)據(jù);來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)速度調(diào)整系統(tǒng)25引出的負(fù)載控制信號(hào)LCS(通常LCS按每個(gè)單元算都有一個(gè)值，但一旦為了使發(fā)動(dòng)機(jī)保持所要求的速度而必需減小牽引功率時(shí)，這個(gè)值也將減小);和如圖4中由方塊91標(biāo)記“其它”所表示的來(lái)自其它所選擇的輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)。
正如圖4所示，降值功能塊有第一和第二兩個(gè)輸出通道，分別標(biāo)有“PWR”和“V& I”。一個(gè)代表機(jī)車(chē)主牽引交流發(fā)電機(jī)在每根動(dòng)力軸上所要求輸出功率數(shù)被加到第一通道，一個(gè)代表所要求的電壓(和電流)極限數(shù)被加到第二通道。在正常運(yùn)行情況下，并假定輔助功率方面沒(méi)有變化，則這些數(shù)據(jù)分別跟蹤譯碼器輸出通道88和89上的數(shù)據(jù)。但是在響應(yīng)由信號(hào)LOT，EWT和LCS的值和其它輸入端提供的數(shù)據(jù)所指出的某此暫時(shí)異常情況時(shí)，降值功能塊90調(diào)整油門(mén)位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，并請(qǐng)求減小牽引功率值和請(qǐng)求一個(gè)較低的電壓和電流極限值。
來(lái)自降值功能塊90的請(qǐng)求數(shù)據(jù)被分別加到“速率極限”功能塊93的兩路，在該功能塊中，這此數(shù)據(jù)根據(jù)響應(yīng)來(lái)自其它源的附加數(shù)據(jù)的已編程序而被處理。附加數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)RPM;來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速器或燃油系統(tǒng)的“fuel rack”數(shù)據(jù)，以指示油泵架的位移，并由此得出實(shí)際加到發(fā)動(dòng)機(jī)的油量(每秒磅數(shù));來(lái)自接在發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)口總管39(圖2)在壓力傳感器40的燃?xì)鈮毫χ甘拘盘?hào)MP;來(lái)自大氣壓力傳感器29(圖1)的周?chē)髿鈮毫π盘?hào)BP;來(lái)自計(jì)算功能塊94的“HP”數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)根據(jù)已編程序，從被使用的輔助負(fù)載的量和測(cè)得的牽引交流發(fā)電機(jī)12(圖1)的輸出來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)每根軸的總功率。速率極限功能塊93有第一和第二輸出通道，分別標(biāo)有“PWR”和“V& I”。一個(gè)代表每根軸牽引功率基準(zhǔn)值的數(shù)被加到第一通道，一個(gè)代表公共電壓和電流極限基準(zhǔn)的數(shù)被加到第二通道。在穩(wěn)定狀態(tài)下，這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)分別與降值功能塊90的相應(yīng)輸出通道上的所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)是相同的。但如果發(fā)生請(qǐng)求數(shù)據(jù)有一級(jí)變化，速率極限功能塊93就防止基準(zhǔn)數(shù)據(jù)比所要求的最大速率變化還快。在基準(zhǔn)功率情況下，一旦要求更大功率時(shí)，它就起一個(gè)另外的作用，即作為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度和功率的函數(shù)去控制該變化速率。速率極限方塊93的這種新的功率變化速率控制功能的實(shí)現(xiàn)和工作將參照?qǐng)D5-7作更詳細(xì)的說(shuō)明。
正如圖4中所見(jiàn)，在速率極限功能塊93輸出通道上的基準(zhǔn)值被分別加到標(biāo)有“減少車(chē)輪打滑，基準(zhǔn)極限，和誤差補(bǔ)償”的方塊95的第一和第二輸入端。該方塊也從其它源接收另外的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括為指示制止車(chē)輪打滑狀態(tài)要求小或中等程度降功率的車(chē)輪打滑數(shù)據(jù)，從而恢復(fù)車(chē)輪-鐵軌之間的附著力;“電壓最大”和“電流最大”數(shù)據(jù)，用來(lái)分別為交流發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流規(guī)定一個(gè)絕對(duì)的最大極限;和取決于油門(mén)位置和機(jī)車(chē)其它參數(shù)及其控制的“增量”數(shù)據(jù)。方塊95還接收來(lái)自信號(hào)處理器96的第一輸出信號(hào)IMAX，來(lái)自乘法功能塊97(在圖4中由標(biāo)有“X”的方塊表示)的輸出信號(hào)KVA和代表經(jīng)整流的交流發(fā)電機(jī)輸出電壓平均值的電壓反饋信號(hào)V。處理器96接收牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流反饋信號(hào)I1、I2等等;作為其輸入，它是這樣構(gòu)成和安排的，以致IMAX的值是由最大幅度的輸入信號(hào)確定的。處理器96的第二輸出信號(hào)IAV有一個(gè)對(duì)應(yīng)于所有牽引電動(dòng)機(jī)電流平均值的值。在乘法器97中，平均電流信號(hào)IAV的值與電壓反饋信號(hào)V相乘，從而其積作為97的輸出，代表牽引交流發(fā)電機(jī)12輸出功率的千瓦數(shù)。
方塊95是多功能的。在執(zhí)行交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制程序的過(guò)程中，一旦測(cè)到車(chē)輪打滑狀態(tài)，方塊95的第一和第二輸入端的基準(zhǔn)值被修正或減小。PWR基準(zhǔn)輸入也被改作為機(jī)車(chē)各種牽引電動(dòng)機(jī)中任何明顯的功率不平衡的一個(gè)函數(shù)，以便提供一個(gè)理想的牽引功率值(每根軸)，當(dāng)必須糾正這種不平衡時(shí)，該值與這個(gè)輸入是不同的。公共V& I基準(zhǔn)輸入用于提供獨(dú)立的電壓和電流基準(zhǔn)值，這些基準(zhǔn)隨該輸入一起變化，但分別具有由“電壓最大”和“電流最大”輸入所規(guī)定的不同最大極限值。
就執(zhí)行方塊95中其它的程序而言，極限電流基準(zhǔn)值與實(shí)際的最大電流信號(hào)IMAX進(jìn)行比較，獲得一個(gè)等于它們差值的電流誤差值，極限電壓基準(zhǔn)值與交流發(fā)電機(jī)電壓反饋信號(hào)V的實(shí)際值進(jìn)行比較，獲得一個(gè)等于它們差值的電壓誤差值，期望功率值與加有最大負(fù)載的牽引電動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要功率相比較(由IMAX乘以V得出)，以獲得一個(gè)等于它們差值的功率誤差值。這三個(gè)誤差值按照已編制的補(bǔ)償程序進(jìn)行處理，以獲得分別代表功率，電壓和電流誤差值的功率，電壓和電流控制值。補(bǔ)償程序引進(jìn)了與由“GAINS”數(shù)據(jù)確定的各個(gè)增益成比例的正整數(shù)傳遞函數(shù)。因此每個(gè)控制值和與其有關(guān)的誤差值時(shí)間積分的一個(gè)函數(shù)成比例。這三個(gè)控制值都加到多功能塊95中的一個(gè)最小值門(mén)電路。從最小值門(mén)電路引出一個(gè)輸出信號(hào)VC，因此，VC值對(duì)應(yīng)于最小控制值。
VC值決定了由控制器26經(jīng)過(guò)線19加到交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器17(圖1)的模擬控制信號(hào)的幅度。當(dāng)必須使電壓反饋信號(hào)V的值和輸出號(hào)VC的值之間的差值減到最小時(shí)，磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器通過(guò)改變交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度響應(yīng)該模擬控制信號(hào)。只要V和IMAX兩值均在由輸入到方塊95的公共V& I基準(zhǔn)信號(hào)所設(shè)定的極限之內(nèi)和不高于由VOLT MAX和CUR MAX所規(guī)定的它們各自的最大極限值，則VC的值由比電壓或電流控制值小的功率控制值確定。因此，交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓被保持在使實(shí)際的和期望的牽引功率之間的誤差基本為零的電平。但是，如果V(或IMAX)趨于超過(guò)其極限基準(zhǔn)值的話，則迫使電壓(或電流)控制值將低于功率控制值，因此VC值也下降，從而交流發(fā)電機(jī)的電壓被調(diào)整到使V(或IMAX)和電壓(或電流)的極限基準(zhǔn)值之間誤差為零的任何電平上。
當(dāng)油門(mén)位置從低動(dòng)率或低速位置推進(jìn)到較高時(shí)，功率基準(zhǔn)輸入到多功能塊95，因而在方塊95中從期望功率值(每根軸)得出功率誤差值，增加由速率極限功能塊93確定的控制速率。最初的功率誤差值反映了對(duì)期望功率值的任何增量，從而引起功率控制值(因此也是控制信號(hào)VC的值)的某種變化，其要求從交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)整器給出更大的勵(lì)磁電流。牽引交流發(fā)電機(jī)較強(qiáng)的磁場(chǎng)和較高速度引起輸出功率增加，因此減少了功率誤差值。根據(jù)本發(fā)明，VC值以某種程度的變化，是作為發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)和總功率(HP)的函數(shù)，也是作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣-油比(重量計(jì)算)的一個(gè)函數(shù)來(lái)控制牽引負(fù)載增加的速率。用于本發(fā)明最佳實(shí)施例的這些函數(shù)示于圖5。
在速率極限功能塊93中的功率速率控制裝置，在予定的最大和最小極限之間，以一個(gè)隨RPM和HP的乘積變化的速率，通過(guò)增加功率基準(zhǔn)值(因此也是KVA的值)來(lái)響應(yīng)油門(mén)位置的功率增長(zhǎng)變化。只要空氣-燃油比(A/F)不超過(guò)予定的“無(wú)煙”閾值(例如13)，速率控制裝置就有一個(gè)相對(duì)低的“增量”(即，加載速率與RPM和HP的值的關(guān)系，其比值恒定于一個(gè)予定的相對(duì)低的數(shù))，在圖5中示出牽引負(fù)載(KVA)增加時(shí)的變化率，作為例子，由標(biāo)有“低增量時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)加速到新的速度”的實(shí)線表示。代表這種低增量加載率的最小(MIN)和最大(MAX)極限的變化范圍同樣畫(huà)于圖5中。速率控制裝置是這樣安置的，以使在發(fā)動(dòng)機(jī)加速到新的速度時(shí)，這些極限是被分別設(shè)置在予定的第一和第二值上(對(duì)應(yīng)較高的油門(mén)擋)而在響應(yīng)RPM接近達(dá)到新的速度時(shí)，被分別上升到某個(gè)更高的值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到新的速度，隨RPM和HP乘積增加，KVA增加變化的速率在圖5中用相對(duì)于低增量的實(shí)線具有相同斜度但稍有偏移的虛線表示。
為使加載時(shí)間減至最小，速率極限功能塊93中的功率速率控制裝置具有相對(duì)高的增量，而不管A/F是否在無(wú)煙閾值以上。高增量加載率由適當(dāng)標(biāo)記的實(shí)線表示于圖5中，該實(shí)線比前述的低增量實(shí)線具有顯著大的斜度。圖5也示出了當(dāng)響應(yīng)A/F增加到前述的閾值以上時(shí)，最小和最大極限分別從它們的第一和第二值上升到明顯高的值上。該閾值被選擇在確保使發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的燃油充分氧化，以避免從發(fā)動(dòng)機(jī)排出有害的煙塵，因此，KVA增加的速率能從低增量線可靠地增加到高增量線，而不管A/F是否超過(guò)無(wú)煙閾值。
雖然為了獲得圖5所示的結(jié)果，功率速率控制功能可以用各種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前最佳方法是如圖6所示，對(duì)微處理機(jī)編程并執(zhí)行程序。該程序每秒重復(fù)50次。程序開(kāi)始于查詢點(diǎn)101，該點(diǎn)確定來(lái)自降值功能塊90(圖4)的功率請(qǐng)求數(shù)據(jù)是否比由速率控制功能塊產(chǎn)生的最后功率基準(zhǔn)值更低，如果回答是肯定的，(即指出要求減小負(fù)載)，圖6程序中下一步和最后一步102是以予定的常數(shù)“K”減小功率基準(zhǔn)值。因此，只要功率請(qǐng)求值比功率基準(zhǔn)值低，KVA將依一個(gè)已知的最大速率減小。例如，如果要求每根軸每秒170馬力的卸載速率極限，K將為對(duì)應(yīng)于KVA減少到等于該極限的五十分之一的一個(gè)數(shù)(即3.4HP)。
如對(duì)查詢點(diǎn)101的回答是否定的(即指出并不要求減小負(fù)載)，在功率速率控制程序中的下一步103將試驗(yàn)車(chē)輪打滑作用。如果檢測(cè)到有效的車(chē)輪打滑，程序就結(jié)束。換句話說(shuō)，如車(chē)輪打滑數(shù)據(jù)指出機(jī)車(chē)沒(méi)有輪子打滑或只有輕微或不是有效的車(chē)輪打滑(即要求把功率減小得較少，使其低于予定的較小極限)，程序從點(diǎn)103轉(zhuǎn)入另一個(gè)查詢點(diǎn)104，該點(diǎn)測(cè)試由速度反饋信號(hào)RPM指示的柴油機(jī)實(shí)際速度是否比當(dāng)油門(mén)手柄27(圖1)在擋1時(shí)的速度指令小。如果RPM比N1的速度低，程序從查詢點(diǎn)104直接跳到步驟108。反之，程序通過(guò)附加步驟105，106和107轉(zhuǎn)到步驟108。
在功率速率控制程序的步驟105，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)24(圖1)中的可移動(dòng)油泵架的位置。如果所暴露的油泵架間隙小于予定的最小位置，則該架的回復(fù)存在故障，這時(shí)程序轉(zhuǎn)到步驟109，否則，執(zhí)行子程序106。
子程序106以重量計(jì)算加到機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸的燃燒空氣與柴油的比例(A/F)。子程序106的一個(gè)最佳實(shí)施例示于圖7，并將馬上給予說(shuō)明。假定A/F的計(jì)算是在沒(méi)有故障的情況下完成的，示于圖6的功率速率控制程序從步驟106轉(zhuǎn)到查詢點(diǎn)107，在該點(diǎn)，把指示的比例與前述的“無(wú)煙”閾值(NST)比較。一旦A/F比NST小，程序就自動(dòng)地轉(zhuǎn)到步驟108，但任何時(shí)候A/F增加到大于NST時(shí)，程序從查詢點(diǎn)107就轉(zhuǎn)到步驟109。步驟108或109將決定一個(gè)數(shù)“X”，當(dāng)該數(shù)被加到由速率控制功能塊產(chǎn)生的最后功率基準(zhǔn)值時(shí)，將使?fàn)恳?fù)載增加相當(dāng)于期望加載率(用每根軸每秒的KVA表示)的五十分之一。X是發(fā)動(dòng)機(jī)總功率(HP)和轉(zhuǎn)速(RPM)的一個(gè)函數(shù);步驟108所編的程序是用來(lái)根據(jù)如圖5中下面所示的低增量特性曲線確定X值，而步驟109所編的程序是根據(jù)圖5所示的高增量特性曲線確定X值。
步驟108和109相互是相同的，可以用任何一種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為例子，現(xiàn)在將概述執(zhí)行步驟109的一個(gè)實(shí)用方法。首先確定或讀出HP和RPM。HP是由一個(gè)獨(dú)立的子程序指示(在圖4中由方塊94表示)，該子程序基于每根軸，把發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出牽引功率加上已知的機(jī)車(chē)實(shí)際使用的輔助負(fù)載功率數(shù)。(為了計(jì)算牽引功率，主交流發(fā)電機(jī)在每根動(dòng)力軸上的輸出電功率被除以交流發(fā)電機(jī)的效率，商數(shù)被適當(dāng)?shù)負(fù)Q算)為了計(jì)算變化的加載率，HP和RPM相互相乘，其積與貯存在微處理機(jī)存貯器中的予定的低和高“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”(break point)比較。在圖5中，這些低和高轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別由標(biāo)記字母L和H來(lái)指定的。如果其積低于L，設(shè)置期望的可變高增量加載率(圖5中標(biāo)號(hào)110)的最低極限值，且把對(duì)應(yīng)于該最低值的五十分之一的一個(gè)數(shù)作為X保存起來(lái)。如果其積高于H，設(shè)置期望的可變高增量加載率(圖5中標(biāo)號(hào)111)的最高極限值，且把對(duì)應(yīng)于該值五十分之一的一個(gè)數(shù)作為X保存起來(lái)。但是，如果HP和RPM的積在L和H之間，就從該積中減去L，其差值與貯存在存貯器中的予定高增量(對(duì)步驟108是低增量)相乘，新的積與貯存在微處理機(jī)存貯器中的予定的高增量最低極限值(110)比較。新的積就是機(jī)車(chē)每根動(dòng)力軸的期望可變加載率，對(duì)應(yīng)該值五十分之一的一個(gè)數(shù)作為X被保存起來(lái)，如果新的積不比設(shè)置的最低值(110)低，這時(shí)對(duì)應(yīng)于后者五十分之一的一個(gè)數(shù)被保存起來(lái)。
正如圖6所示的，功率速率控制程序中的步驟109后緊接著最后步驟112，在該步驟中，功率基準(zhǔn)值被增加一個(gè)等于X的量，如果不增加，功率將超過(guò)請(qǐng)求值，同時(shí)在該步驟中，功率基準(zhǔn)被固定于所要求的值上。只要RPM在增加或HP在增加，加載率在其予定的最小和最大極限之間的變化范圍內(nèi)，而且假定A/F保持在無(wú)煙閾值(NST)之上，則在通過(guò)其后的每個(gè)功率速率控制程序時(shí)，X的值將逐漸地增加。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供負(fù)載的速率是非常迅速地自動(dòng)增加的。但是，如果RPM比N1低，或A/F不在NST之上，則可變加載率將不能迅速增加，因?yàn)檫@時(shí)是執(zhí)行“低增量”步驟108而不是“高增量”步驟109。步驟108的增量被選擇在能考慮到的最壞情況下(即，工作在高環(huán)境溫度，高海拔或臟的燃油情況)不產(chǎn)生有害煙塵時(shí)允許發(fā)動(dòng)機(jī)承受的負(fù)載。
圖6中還示出了在執(zhí)行低增量步驟108之后，在最后步驟112之前，執(zhí)行一個(gè)附加的查詢步驟113，用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度是否達(dá)到了對(duì)應(yīng)于油門(mén)新的，更高功率位置的速度值。速度的目標(biāo)值等于油門(mén)位置速度(TP)減去一個(gè)小的增量，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速到該值時(shí)，X保持原值不變。但是，一旦RPM超過(guò)目標(biāo)值，功率速率控制程序就從查詢點(diǎn)113通過(guò)另一個(gè)步驟114轉(zhuǎn)到步驟112，在步驟114中，X按一個(gè)予定的百分率增加，因而使可變低增量加載率和它的極限值上升到如圖5虛線所示的某個(gè)較高的值。
轉(zhuǎn)到圖7，現(xiàn)在對(duì)計(jì)算A/F(圖6中步驟106)的子程序作簡(jiǎn)要說(shuō)明。在該子程序中，第一列步驟(標(biāo)號(hào)121-26)將用于計(jì)算柴油機(jī)的“容積效率”。容積效率(V-E)是發(fā)動(dòng)機(jī)的已知特性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總管的燃?xì)鈮毫?MP)的乘積從零增加到一個(gè)予定的閾值時(shí)，V-E趨向于從予定的最小值線性地增加到予定的最大值，但是，當(dāng)該乘積在閾值之上繼續(xù)增加時(shí)，V-E不再增加到過(guò)多地超過(guò)最大值。在V-E計(jì)算的第一步驟121，MP被乘以RPM和一個(gè)適當(dāng)換算的系數(shù)。產(chǎn)生的乘積作為一個(gè)數(shù)“Y”被保存起來(lái)。在下一步122，Y與對(duì)應(yīng)于前述閾值的一個(gè)予定極限值相比較，在該閾值上，V-E達(dá)到了它的最大值。如果Y比該極限值大，則圖7中的子程序就執(zhí)行步驟123，在該步驟中，把貯存在微處理機(jī)存貯器中的V-E予定的最大值裝入中間寄存器。反之，如果Y比極限值小，就在查詢點(diǎn)124檢驗(yàn)是否為負(fù)。如果不是負(fù)值，子程序轉(zhuǎn)到步驟125，在該步驟，把一個(gè)等于V-E予定最大值加上一個(gè)隨Y變化的數(shù)之和的數(shù)送入中間寄存器。這個(gè)和近似于在相對(duì)低速或低進(jìn)氣總管壓力時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)容積效率。如果Y是負(fù)數(shù)，為了步驟125，執(zhí)行另一步驟126，使Y等于零。
在執(zhí)行步驟123或125之后，圖7的子程序轉(zhuǎn)到步驟127，用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)的空-燃比。為了確定燃燒空氣(A)的量，V-E乘以K2MP加K3BP之和再被K4除。在計(jì)算中，K2，K3和K4為予定的常數(shù)，而B(niǎo)P是由大氣壓力傳感器29(圖1)測(cè)量的環(huán)境大氣壓。如果需要，K4可以是一個(gè)與另一個(gè)予定常數(shù)加上進(jìn)氣總管實(shí)際空氣溫度之和成比例的數(shù)。為了確定A/F，A被加到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油(F)的量相除，其商與一個(gè)適當(dāng)換算的系數(shù)相乘。F通常是從予定的常數(shù)中減去發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)中代表油泵架位置的一個(gè)數(shù)(RACK)來(lái)計(jì)算的。
雖然通過(guò)例子對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例作了提示和說(shuō)明，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑能作出各種改型。例如，代替把可變加載率予定的高增量和低增量特性之間的轉(zhuǎn)換作為A/F是否在無(wú)煙閾值之上的一個(gè)函數(shù)，A/F計(jì)算的值被用于調(diào)制加載率等等。因此最終的權(quán)利要求
書(shū)旨在包羅所有落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的這樣一些改型。
權(quán)利要求
1.一個(gè)機(jī)車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)，特征在于包括一個(gè)變速，多缸柴油機(jī)，該柴油機(jī)具有一根燃?xì)膺M(jìn)氣總管和一根排氣總管，為發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供柴油的可控制裝置，渦輪增壓裝置連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣和進(jìn)氣總管之間，并具有一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)渦輪，該渦輪帶動(dòng)一個(gè)離心式壓縮機(jī)用于向進(jìn)氣總管提供壓縮空氣，發(fā)電裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)用機(jī)械方法驅(qū)動(dòng)，勵(lì)磁裝置用于控制發(fā)電機(jī)的輸出功率，來(lái)自發(fā)電機(jī)的電流加到多個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)，對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率(KVA)值敏感的裝置，指示柴油機(jī)產(chǎn)生功率(HP)的裝置，具有多個(gè)功率位置的油門(mén)裝置，及一個(gè)連接到供油裝置，勵(lì)磁裝置，KVA敏感裝置，油門(mén)裝置的控制器，由該控制器操作，提供一個(gè)用于控制供油裝置的可變發(fā)動(dòng)機(jī)速度指令信號(hào)，及一個(gè)用于控制勵(lì)磁裝置的可變控制信號(hào)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)電機(jī)的輸出功率通常地取決油門(mén)裝置的功率位置，控制器包括連接到發(fā)動(dòng)機(jī)功率指示裝置的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的速率控制裝置，該裝置能效地響應(yīng)油門(mén)位置推進(jìn)到較高的功率位置，用于改變所述控制信號(hào)，在一定程度上以一個(gè)變化的速率，在予定的最小和最大極限之內(nèi)隨HP增加KVA值。
2.權(quán)利要求
1所要求的包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度(RPM)敏感的裝置的系統(tǒng)，其中所述的速率控制裝置連接到所述的速度敏感裝置，且改變所述的控制信號(hào)，在一定程度上以一個(gè)變化的速率，在所述的極限之間，隨RPM和HP的乘積來(lái)增加KVA值。
3.如權(quán)利要求
1所要求的系統(tǒng)，其中所述速率控制裝置是這樣安置的，以使在發(fā)動(dòng)機(jī)加速到對(duì)應(yīng)于油門(mén)裝置的較高功率位置的新的速度時(shí)，所述的最低和最高極限被分別設(shè)置在予定的第一和第二值上，而在響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到所述的新速度時(shí)，則分別上升到較高的值。
4.權(quán)利要求
1所要求的包括指示加到發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸的以重量計(jì)算的燃?xì)夂筒裼捅壤难b置的系統(tǒng)，其中所述的速率控制裝置特點(diǎn)在于當(dāng)所述比例大于予定閾值時(shí)，比所述比例小于所述閾值時(shí)具有更高的增量。
5.如權(quán)利要求
4所要求的系統(tǒng)，其中所述速率控制裝置也是這樣安置的，以使所述的最小和最大極限在所述的比例大于所述閾值時(shí)比所述比例小于所述閾值時(shí)為更高。
6.權(quán)利要求
4所要求的包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度(RPM)敏感的裝置的系統(tǒng)，其中所述速率控制裝置連接到所述速度敏感裝置，且改變所述的控制信號(hào)，在一定程度上以一個(gè)變化的速率，在所述的極限之間，隨RPM和HP的乘積來(lái)增加KVA值。
7.權(quán)利要求
4所要求的包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度(RPM)敏感的裝置及對(duì)進(jìn)氣總管中的空氣壓力(MP)敏感的裝置的系統(tǒng)，其中所述的空氣-燃油比指示裝置包括對(duì)用于計(jì)算柴油機(jī)的容積效率的RPM和HP敏感的裝置。
8.權(quán)利要求
7所要求的包括對(duì)大氣壓力(BP)敏感的裝置的系統(tǒng)，其中所述比例指示裝置包括對(duì)MP，BP和用于計(jì)算加到每個(gè)汽缸燃?xì)饬康娜莘e效率敏感的裝置。
9.如權(quán)利要求
8所要求的系統(tǒng)，其中所述的速率控制裝置連接到所述速度敏感裝置，且改變所述的控制信號(hào)，在一定程度上以一個(gè)變化的速率，在所述的極限之間，隨RPM和HP的乘積來(lái)增加KVA值。
10.權(quán)利要求
7所要求的系統(tǒng)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)供油裝置包括一個(gè)可移動(dòng)的油泵架，系統(tǒng)還包括用于指示油泵架位置的裝置，其中所述比例指示裝置包括對(duì)用于計(jì)算加到每個(gè)汽缸燃油量的油泵架位置指示敏感的裝置。
11.權(quán)利要求
1所要求的系統(tǒng)，其中控制器包括與所述速率控制裝置和對(duì)油門(mén)裝置的功率位置敏感的有關(guān)裝置，用于導(dǎo)出確定期望的發(fā)電機(jī)輸出電功率的功率基準(zhǔn)值，所述功率基準(zhǔn)值通常取決于油門(mén)裝置的功率位置，當(dāng)功率位置推進(jìn)時(shí)，通過(guò)所述速率控制裝置的控制，以一定的速率增加。
12.權(quán)利要求
1所要求的系統(tǒng)，其中所述功率基準(zhǔn)值導(dǎo)出裝置包括一個(gè)降值功能裝置，當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)系統(tǒng)的異常狀態(tài)時(shí)，就減少所述的基準(zhǔn)值，從而減少發(fā)電機(jī)的輸出功率。
13.一個(gè)機(jī)車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)，特征在于包括一個(gè)變速，多缸柴油機(jī)，該柴油機(jī)具有一根燃?xì)膺M(jìn)氣總管和一根排氣總管，為發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸提供柴油的可控制裝置，渦輪增壓裝置連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣和進(jìn)氣總管之間，并具有一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)渦輪，該渦輪帶動(dòng)一個(gè)離心式壓縮機(jī)用于向進(jìn)氣總管提供壓縮空氣，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際速度(RPM)敏感的裝置，發(fā)電裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)用機(jī)械方法驅(qū)動(dòng)，勵(lì)磁裝置用于控制發(fā)電機(jī)的輸出功率，來(lái)自發(fā)電機(jī)的電流加到多個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)，對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率(KVA)值敏感的裝置，具有多個(gè)功率位置的油門(mén)裝置，和一個(gè)連接到供油裝置，勵(lì)磁裝置，KVA敏感裝置，油門(mén)裝置的控制器，由該控制器操作，提供一個(gè)用于控制供油裝置的可變發(fā)動(dòng)機(jī)速度指令信號(hào)，及一個(gè)用于控制勵(lì)磁裝置的可變控制信號(hào)，以使RPM和KVA通常地取決于油門(mén)裝置的功率位置，控制器包括連接到所述速率敏感裝置的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的速率控制裝置，在設(shè)置的油門(mén)位置上，能有效地響應(yīng)功率增長(zhǎng)變化，用于改變所述控制信號(hào)，在一定程度上作為RPM的一個(gè)函數(shù)來(lái)控制引起KVA變化的速率。
14.權(quán)利要求
13所要求的系統(tǒng)，其中控制器包括與所述速率控制裝置和對(duì)油門(mén)裝置的功率位置敏感的有關(guān)裝置，用于導(dǎo)出確定期望的發(fā)電機(jī)輸出電功率的功率基準(zhǔn)值，所述功率基準(zhǔn)值通常取決于油門(mén)裝置的功率位置，當(dāng)功率位置推進(jìn)時(shí)，通過(guò)所述速率控制裝置的控制，以一定的速率增加。
15.權(quán)利要求
13所要求的包括用于指示柴油機(jī)所產(chǎn)生功率(HP)的裝置的系統(tǒng)，其中所述速率控制裝置連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)功率指示裝置，且改變所述控制信號(hào)，在一定程度上作為RPM和HP乘積的一個(gè)函數(shù)來(lái)控制引起KVA變化的速率。
16.權(quán)利要求
15所要求的包括指示加到發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸的以重量計(jì)算的燃?xì)夂筒裼捅壤难b置的系統(tǒng)，其中所述的速率控制裝置特點(diǎn)在于當(dāng)所述比例大于予定閾值時(shí)，比所述比例小于所述閾值時(shí)具有更高的增量。
17.如權(quán)利要求
16所要求的系統(tǒng)，其中所述的速率控制裝置也是這樣安置的，以致在響應(yīng)所述的比例增加到閾值之上時(shí)，所述最小和最大極限值分別從第一和第二值上升到更高的值。
專利摘要
一個(gè)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)機(jī)車(chē)推進(jìn)控制系統(tǒng)包括對(duì)機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和總功率敏感的裝置，當(dāng)請(qǐng)求更大的負(fù)載時(shí)，用于控制牽引負(fù)載加到發(fā)動(dòng)機(jī)上的速率，以使加載率根據(jù)速度和功率乘積的增加而增加(在預(yù)定的最小和最大極限之間)。加載率也隨著燃燒空氣和柴油的比例增加到預(yù)定的無(wú)煙閾值之上而增加。
文檔編號(hào)B60L11/00GK86104323SQ86104323
公開(kāi)日1986年12月24日 申請(qǐng)日期1986年6月19日
發(fā)明者埃德加·托馬斯·巴爾奇, 理查德·愛(ài)德華·比爾斯基, 阿吉思·庫(kù)坦奈爾·庫(kù)馬 申請(qǐng)人:通用電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan