一种机车推进系统技术方案

一个内燃发电机机车推进控制系统包括对机车发动机的转速和总功率敏感的装置．当请求更大的负载时，用于控制牵引负载加到发动机上的速率，以使加载率根据速度和功率乘积的增加而增加（在预定的最小和最大极限之间）．加载率也随着燃烧空气和柴油的比例增加到预定的无烟阈值之上而增加．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一般来说，本专利技术涉及诸如火车头这样的装有涡轮增压柴油机的柴油发电机牵引机车，特别涉及当发动机速度和/或负载增加时，用于防止机车排出不希望的烟尘的改进装置。象火车头这样的大型自推动牵引机车，通常使用热原动机(典型的为16缸涡轮增压柴油机)来驱动电气传动装置，该装置包括发电装置，以对多个直流牵引电动机供电，这些电动机的转子通过减速齿轮分别驱动车辆的轮轴组，典型的发电装置包括一个三相主交流发电机，其转子机械地连接到发动机的输出轴。当励磁电流加到旋转的转子磁场绕组时，在交流发电机三相定子绕组中就产生交流电压，这些电压被整流后送到各牵引电动机转子绕组。在“开动”(motoring)或推进运行状态期间，不管机车速度如何，机车发动机根据油门位置和环境条件趋向输出恒定功率。为达到最高性能，必须适当控制牵引交流发电机的输出电功率，以使机车利用发动机的满功率。提供中等输出功率值，可使从最小到满输出进行分级控制。但是，不管发动机在什么功率级，它的负载必须不超过它所能产生的功率。过载会引起过早的磨损，发动机失速或“停车”(bogging)，排出过多的烟尘，或其它不良后果。在历史上，已设计了一些机车控制系统以使发动机所产生的功率可从零到最大马力值之间分级地可变，而且无论司机选择什么功率级均可使其能自动地根据牵引力和附加的负载要求的功率相匹配。发动机的功率与曲轴旋转的角速度和相对于这种运动的转矩的乘积成比例，为了改变和调节有效功率的量起见，通常的作法是在机车发动机上装设一个速度调节控制器，该调速器调节喷入每个发动机汽缸的加压柴油燃料(即燃油)的量，以使曲轴的实际速度(RPM)与所期望的速度相对应。所需速度是在许可范围内，通过人工操纵油门的操纵杆或手柄来设置的，油门能在低功率位置(N1)和最大功率位置(N8)的8级(挡)之间可选择地移动。油门手柄是位于机车驾驶室内的操纵台的一部分。(除了惯用的8个功率挡外，该手柄还有一个“怠速”位置和一个“停车”位置)。油门手柄的位置决定了发动机的速度，而该速度还与调速器的定位有关。在一个典型的调速器系统中，一个电动液压装置的输出活塞通过机械连杆连到一对可移动的油泵架上，该油泵架依次连到多个喷油泵，这些喷油泵分别地测量加到发动机各个动力汽缸的油量。调速器对所需速度(由油门操纵)与发动机实际速度进行比较，其输出活塞移动油泵架到达使它们之间的偏差减到最小值所必要的位置。对8种不同调定速度中的每一种速度，发动机能产生一个相应的功率常量(假定为最大输出转矩)。当选择油门挡8时，达到最高速(例如1050rpm)和最大额定功率(例如4000马力)。在正常情况下，每个挡所予定的发动机可用功率与电器推动系统所要求的功率相匹配，发动机驱动的主交流发电机提供该功率加上某些电气和机械传动辅助设备所消耗的功率。主交流发电机的输出功率(KVA)与所产生的电压和负载电流的有效值的乘积成比例。该电压值随发动机的转速而变，而且它也是交流发电机磁场绕组中励磁电流值的一个函数。为了精确控制和调节发动机负载的量，一般做法是调节牵引交流发电机的磁场强度以补偿负载变化及使实际的KVA和所期望的KVA之间的误差减至最小。该期望功率取决于发动机所设置的具体速度。这种励磁控制将形成一个平衡的稳定状态，其结果使油门手柄的每个位置均具有真正恒定的最佳电功率输出。在实际应用中，上述概述的柴油-电气机车的控制系统还包括一些适于使系统正常操作无效和用于减小发动机负载的装置，以响应一些暂时的不正常情况，诸如轮子附着力降低，润滑油系统或发动机冷却剂系统的压力降低或无论油门设定在什么速度上，负载超过了发动机的功率容量等。这种响应，通常称之为“降值”(deration)，以帮助机车从这样一些情况中恢复过来和/或避免发动机严重损坏。另外，励磁控制系统一般包括有分别在超过予定的最大安全电平或极限内限制或减小交流发电机输出电压，必要时并保持这个电压值和负载电流值的装置。当机车从静止状态开始加速时，限流是有效的。机车在低速时，牵引电动机转子是缓慢旋转的，因此它们的反电动势是低的。加速时，一个低的发电机电压能产生最大的负载电流，从而产生大的牵引力。另一方面，无论机车的速度多高，交流发电机电压的幅度必须保持在其最大电平上不变。在高速情况下，牵引电动机的转子转得极快，它有一个高的反电动势，为了产生所需的负载电流，则必须要有高的发电机电压。对一个给定尺寸的机车，在给定速度下运行，要增加所产生的最大有用功率的值时，在实际应用中通常在发动机上安装增压器。对于一个4冲程柴油机(下文所假设的)，使用一个单向转动离心式增压器(如公知的涡轮增压器)是有利的，其转动部件由发动机排出的气体推动。涡轮增压器提高了发动机进气总管中的空气压力，因而对每个汽缸在活塞的进气冲程期间提供了更多的新鲜空气。这可使更多的燃油在汽缸内燃烧，因此，在每次作功冲程中，因燃烧产生的膨胀将对活塞施加更大的作用力。当上面概述的机车的油门手柄从相对低的挡推进到较高的功率挡时，发动机速度调节器响应喷入发动机汽缸中燃油量的突然增加，力图使发动机的速度增加到由油门所设置的新的速度。同时，油门指令使励磁控制系统增强牵引交流发电机的磁场，以使发动机的牵引负载增加而不管新的油门位置所确定的值是多少。但是，为了防止发动机停车和产生不希望的烟尘，实际提供的负载速率是需要加以控制的。对一个大型的柴油机来说，从相对低的速度加速到较高的速度，需要一个有限的时间周期。在该周期中，由发动机产生的相当大部分的功率被用来增加发动机曲轴的角速度，并带动由其驱动的物体。在相同的周期中，单向旋转涡轮增压器的速度比例地滞后于发动机加速的速度，特别是当牵引负载相对轻的时候，(涡轮速度，及其后的加到进气总管上的燃烧空气的量，取决于发动机排出气体的能量，它近似于发动机总马力的线性函数)，发动机速度调节器的响应相对较快而涡轮增压器的响应相对较慢，当油门推进时，它可能向发动机供应比从涡轮增压器获得的空气有效燃烧时更多的燃油。结果，由于燃油和空气存在瞬时不平衡导致不完全燃烧，从而从发动机排气管道中排出所不希望的明显的烟尘(即未燃烧燃油)。为了上述原因，在实际应用中，一般在交流发电机励磁控制系统中包括了一个时间延迟或慢速上升线路，以便在响应对油门设定作任何增加时，使发动机延迟施加牵引负载。在一个先有技术的机车中，最大加载率被限制到(1)一个相对较低，恒定的第一个值，只要实际KVA比予选的第一个值低，(2)另一个显著较高的第二个值，如果KVA比予选的第二个值更大，该第二个值比前述的第一个值更高，(3)予先设定的一个中间值，当KVA在予选的第一和第二个值之间时。跟随油门从怠速或低速位置移动到更高的位置，通过控制牵引功率的变化率，能使发动机速度迅速增加到新设定的值而又不过载，且发动机的马力数(也是燃油的需要量)将逐渐变化，与来自更慢加速的涡轮增压器的空气供应量的增加相一致，达到新的功率设置值。当然，加载的任何延迟不希望降低机车的生产率，在实际功率(从而是涡轮加速)逐渐达到两个更高的予选值时，根据先有技术的这种机车加载率是从最初的低值增加到中间值，然后达到更高的值。另外一些已有技术能帮助在负载和速度变化期间减少或避免排出过量的烟尘。其中之一是设计一种调速器，用于限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个机车推进系统，特征在于包括：一个变速，多缸柴油机，该柴油机具有一根燃气进气总管和一根排气总管，为发动机汽缸提供柴油的可控制装置，涡轮增压装置连接于发动机的排气和进气总管之间，并具有一个由发动机排出的气体驱动的可旋转涡轮，该涡轮带动一个离心式压缩机用于向进气总管提供压缩空气，发电装置由发动机用机械方法驱动，励磁装置用于控制发电机的输出功率，来自发电机的电流加到多个牵引电动机，对发电机的输出功率（ＫＶＡ）值敏感的装置，指示柴油机产生功率（ＨＰ）的装置，具有多个功率位置的油门装置，及一个连接到供油装置，励磁装置，ＫＶＡ敏感装置，油门装置的控制器，由该控制器操作，提供一个用于控制供油装置的可变发动机速度指令信号，及一个用于控制励磁装置的可变控制信号，以使发动机速度和发电机的输出功率通常地取决油门装置的功率位置，控制器包括连接到发动机功率指示装置的经过改进的速率控制装置，该装置能效地响应油门位置推进到较高的功率位置，用于改变所述控制信号，在一定程度上以一个变化的速率，在予定的最小和最大极限之内随ＨＰ增加ＫＶＡ值。

【技术特征摘要】
US 1985-6-24 747,628书旨在包罗所有落入本发明的精神和范围内的这样一些改型。权利要求1.一个机车推进系统，特征在于包括一个变速，多缸柴油机，该柴油机具有一根燃气进气总管和一根排气总管，为发动机汽缸提供柴油的可控制装置，涡轮增压装置连接于发动机的排气和进气总管之间，并具有一个由发动机排出的气体驱动的可旋转涡轮，该涡轮带动一个离心式压缩机用于向进气总管提供压缩空气，发电装置由发动机用机械方法驱动，励磁装置用于控制发电机的输出功率，来自发电机的电流加到多个牵引电动机，对发电机的输出功率(KVA)值敏感的装置，指示柴油机产生功率(HP)的装置，具有多个功率位置的油门装置，及一个连接到供油装置，励磁装置，KVA敏感装置，油门装置的控制器，由该控制器操作，提供一个用于控制供油装置的可变发动机速度指令信号，及一个用于控制励磁装置的可变控制信号，以使发动机速度和发电机的输出功率通常地取决油门装置的功率位置，控制器包括连接到发动机功率指示装置的经过改进的速率控制装置，该装置能效地响应油门位置推进到较高的功率位置，用于改变所述控制信号，在一定程度上以一个变化的速率，在予定的最小和最大极限之内随HP增加KVA值。2.权利要求1所要求的包括对发动机实际速度(RPM)敏感的装置的系统，其中所述的速率控制装置连接到所述的速度敏感装置，且改变所述的控制信号，在一定程度上以一个变化的速率，在所述的极限之间，随RPM和HP的乘积来增加KVA值。3.如权利要求1所要求的系统，其中所述速率控制装置是这样安置的，以使在发动机加速到对应于油门装置的较高功率位置的新的速度时，所述的最低和最高极限被分别设置在予定的第一和第二值上，而在响应发动机达到所述的新速度时，则分别上升到较高的值。4.权利要求1所要求的包括指示加到发动机每个汽缸的以重量计算的燃气和柴油比例的装置的系统，其中所述的速率控制装置特点在于当所述比例大于予定阈值时，比所述比例小于所述阈值时具有更高的增量。5.如权利要求4所要求的系统，其中所述速率控制装置也是这样安置的，以使所述的最小和最大极限在所述的比例大于所述阈值时比所述比例小于所述阈值时为更高。6.权利要求4所要求的包括对发动机实际速度(RPM)敏感的装置的系统，其中所述速率控制装置连接到所述速度敏感装置，且改变所述的控制信号，在一定程度上以一个变化的速率，在所述的极限之间，随RPM和HP的乘积来增加KVA值。7.权利要求4所要求的包括对发动机实际速度(RPM)敏感的装置及对进气总管中的空气压力(MP)敏感的装置的系统，其中所述的空气-燃油比指示装置包括对用于计算柴油机的容积效率的RPM和HP敏感的装置。8.权利要求7所要求的包括对大气压力(BP)敏感的装置的系统，其中所述比例指示装置包括对MP，BP和用于计算加到每个汽缸燃气量的容积效率敏感的装置。9.如权利要求8所要求的系统，其中所述的速...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德加托马斯巴尔奇，理查德爱德华比尔斯基，阿吉思库坦奈尔库马，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]