ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUXILIARY POWER UNIT FOR VEHICLE

Связанная заявка
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент Канады Сер. №2,914,185, поданной 27 ноября 2015 года. Содержание этой заявки полностью включается в настоящую заявку по ссылке.
Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
[0002] Некоторые аспекты предлагаемого изобретения относятся к большим двигательным системам, более конкретно - к системе и способу обеспечения вспомогательной мощности к двигателю локомотива, чтобы обеспечить возможность автоматической остановки такого двигателя локомотива при любых погодных условиях.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
[0003] В общем случае большие дизельные двигатели, в частности, двигатели локомотивов не останавливают в холодную погоду ввиду того, что их потом трудно запустить. Дизельные двигатели лишены такого достоинства, как инициирование зажигания в цилиндрах двигателя с помощью электрической искры, и зажигание в них зависит от тепла, выделяющегося при сжатии топливно-воздушной смеси. При низких температурах (при температурах окружающего воздуха ниже приблизительно 4-5°С (приблизительно 40°F) трудности с запуском дизельного двигателя возникают по двум главным причинам. Во-первых, в двигатель засасывается холодный воздух, температура которого должна быть повышена в достаточной степени, чтобы было возможно зажигание. Во-вторых, дизельное топливо при низких температурах проявляет нежелательные вязкостные свойства, что тоже затрудняет запуск двигателя. Кроме того, масло, обеспечивающее смазку двигателя, наиболее эффективно в определенном температурном диапазоне, в целом соответствующем нормальной рабочей температуре двигателя. В холодную погоду смазочное масло затрудняет запуск двигателя. Кроме того, большинство двигателей для прокручивания и запуска требуют подвода большого количества электрической энергии, источником которой обычно являются аккумуляторные батареи. К несчастью, на аккумуляторные батареи тоже плохо влияет очень холодная погода.
[0004] В локомотивах дизель-электрического типа представляет преимущество использование вспомогательной силовой установки. Когда оператор или автоматическая система останавливает главный двигатель локомотива, вспомогательная силовая установка может выполнять по меньшей мере одно из следующего:
- не допускать замерзания системы циркуляции охлаждающей жидкости главного двигателя,
- поддерживать систему смазки главного двигателя в работоспособном состоянии,
- поддерживать адекватный уровень заряда аккумуляторных батарей локомотива, пока главный двигатель не работает.
2
x
x
Использование вспомогательной силовой установки в большинстве случаев может сократить время работы главного двигателя на 2000 часов в году, что, в свою очередь, позволяет сэкономить приблизительно 75700 л (приблизительно 20 тысяч галлонов) топлива, так как вспомогательная силовая установка может быть приблизительно в сто раз менее мощной, чем главный двигатель. Кроме того, это сокращение времени работы главного двигателя уменьшает его износ, шумовое загрязнение окружающей среды и выброс в атмосферу таких загрязняющих веществ, как монооксид углерода (СО), диоксид углерода (CO), окислы азота (NO) и окислы серы (SO).
[0005] Известные вспомогательные силовые установки для дизель-электрических локомотивов могут содержать в своем составе электрический генератор переменного тока (то есть, генератор, на выходе которого переменное напряжение) для обеспечения питания различных компонентов вспомогательной силовой установки (например, насосов) и локомотива (например, системы кондиционирования воздуха) и (или) для подзарядки аккумуляторных батарей. Известные вспомогательные силовые установки обычно требуют наличия дополнительной аппаратуры для преобразования переменного тока генератора в постоянный ток, требуемый для питания таких компонентов и зарядки аккумуляторных батарей.
Краткое описание предлагаемого изобретения
[0006] Согласно одному аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание вспомогательной силовой установки для работы совместно с главным двигателем и содержащей в своем составе: (1) вспомогательный двигатель, (2) по меньшей мере одно из следующего: (а) систему жидкостного охлаждения основного двигателя, приводимую в действие от упомянутого вспомогательного двигателя, (б) систему подогрева смазки главного двигателя, приводимую в действие от упомянутого вспомогательного двигателя, (3) систему управления, выполненную с возможностью автоматического запуска вспомогательного двигателя при возникновении заранее определенных условий, и (4) генератор постоянного тока, выполненный с возможностью генерировать выходное напряжение и получающий привод от вспомогательного двигателя.
[0007] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое выходное напряжение согласовано с электроэнергетической системой транспортного средства, на котором установлен главный двигатель.
[0008] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое транспортное средство - это локомотив.
[0009] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, вспомогательная силовая установка дополнительно содержит систему регулирования напряжения, выполненную с возможностью регулировать выходное напряжение генератора постоянного тока.
[0010] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая система регулирования напряжения выполнена с возможностью поддерживать выходное напряжение генератора на уровне приблизительно 74 В постоянного тока.
[0011] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, с целью регулирования выходного напряжения генератора упомянутая система регулирования напряжения выполнена с возможностью регулирования напряжения возбуждения генератора постоянного тока в зависимости от его выходного напряжения.
[0012] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, регулирование напряжения возбуждения в генераторе постоянного тока в зависимости от его выходного напряжения состоит в повышении напряжения возбуждения, если выходное напряжение генератора ниже установленного минимального порогового значения, и в понижении напряжения возбуждения, если выходное напряжение генератора выше установленного максимального порогового значения.
[0013] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая вспомогательная силовая установка дополнительно содержит систему регулирования скорости вращения («оборотов») двигателя (далее для простоты вместо «скорость вращения двигателя» употребляется сокращенный термин «скорость двигателя»), выполненную с возможностью поддерживать скорость вспомогательного двигателя на основе установленного значения, при этом упомянутое установленное значение скорости вспомогательного двигателя регулируется в установленном диапазоне скоростей двигателя.
[0014] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая система регулирования скорости двигателя содержит в своем составе датчик, выполненный с возможностью воспринимать текущую скорость вспомогательного двигателя, и регулятор подачи топлива, выполненный с возможностью увеличивать подачу топлива к вспомогательному двигателю, если текущая скорость двигателя ниже некоторого первого установленного порогового значения скорости двигателя, и уменьшать подачу топлива к вспомогательному двигателю, если текущая скорость двигателя выше некоторого второго установленного порогового значения скорости двигателя.
[0015] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая система регулирования скорости двигателя содержит в своем составе таймер, выполненный с возможностью управлять упомянутой системой регулирования напряжения с целью задержки генерирования выходного напряжения до тех пор, пока не будет иметь место по меньшей мере одно из следующих состояний: после запуска вспомогательного двигателя истекло заданное время, и (или) скорость двигателя соответствует упомянутому установленному значению.
[0016] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая система регулирования скорости двигателя выполнена с возможностью осуществлять текущий контроль скорости вспомогательного двигателя и выходного напряжения генератора постоянного тока и изменять максимально допустимую выходную мощность генератора постоянного тока в зависимости от скорости двигателя и выходного напряжения генератора.
[0017] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое изменение максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока в зависимости от скорости двигателя и выходного напряжения генератора состоит в уменьшении этой максимально допустимой выходной мощности в тех случаях, когда либо скорость двигателя ниже установленного порогового значения, либо выходное напряжение генератора ниже установленного порогового значения, и в увеличении этой максимально допустимой выходной мощности, когда скорость двигателя выше установленного порогового значения и выходное напряжение генератора выше установленного порогового значения в течение некоторого первого предварительно заданного периода времени.
[0018] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая система регулирования скорости двигателя выполнена также с возможностью повышать упомянутое установленное значение скорости двигателя, если максимально допустимая выходная мощность не достигает установленного минимального порогового значения в течение некоторого второго предварительно заданного периода времени.
[0019] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая вспомогательная силовая установка дополнительно содержит в своем составе датчик температуры, соединенный с коммутационным средством и устанавливаемый снаружи транспортного средства, оборудованного главным двигателем, при этом упомянутое коммутационное средство выполнено с возможностью блокировать автоматическую остановку главного двигателя, если температура, воспринимаемая упомянутым датчиком температуры, ниже установленного порогового значения.
[0020] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое коммутационное средство выполнено с возможностью блокировать остановку двигателя путем блокирования таймера остановки двигателя на транспортном средстве.
[0021] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая система регулирования скорости двигателя выполнена с возможностью управлять генератором постоянного тока с обеспечением согласования с выходным напряжением, поступающим в электроэнергетическую систему транспортного средства.
[0022] Согласно другому аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание транспортного средства, оборудованного главным двигателем и вспомогательной силовой установкой, такой как описана выше или будет описана ниже.
[0023] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое транспортное средство представляет собой локомотив.
[0024] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое транспортное средство содержит также по меньшей мере одну электроэнергетическую систему и блок аккумуляторных батарей, при этом выходное напряжение генератора постоянного тока согласовано с упомянутой по меньшей мере одной электроэнергетической системой и аккумуляторными батареями транспортного средства.
[0025] Согласно другому аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание способа регулирования выходной мощности вспомогательной силовой установки, работающей совместно с главным двигателем, при этом упомянутая вспомогательная силовая установка содержит в своем составе вспомогательный двигатель и генератор постоянного тока, выполненный с возможностью генерирования выходного напряжения и получающий привод от упомянутого вспомогательного двигателя, при этом предлагаемый способ содержит следующие стадии: (1) текущий контроль скорости вспомогательного двигателя и выходного напряжения генератора постоянного тока и (2) изменение максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока в зависимости от скорости двигателя и выходного напряжения генератора.
[0026] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутое изменение максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока в зависимости от скорости двигателя и выходного напряжения генератора состоит в уменьшении этой максимально допустимой выходной мощности в тех случаях, когда либо скорость двигателя ниже установленного порогового значения, либо выходное напряжение генератора ниже установленного порогового значения, и в увеличении этой максимально допустимой выходной мощности, когда скорость двигателя выше установленного порогового значения и выходное напряжение генератора выше установленного порогового значения в течение некоторого первого предварительно заданного периода времени.
[0027] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемый способ дополнительно содержит стадию повышения упомянутого установленного значения скорости двигателя, если максимально допустимая выходная мощность не достигает установленного минимального порогового значения в течение некоторого второго предварительно заданного периода времени.
[0028] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемый способ дополнительно содержит стадию задержки генерирования выходного напряжения генератора до тех пор, пока не будет иметь место по меньшей мере одно из следующих состояний: после запуска вспомогательного двигателя истекло заданное время, и (или) скорость двигателя соответствует упомянутому установленному значению скорости двигателя.
[0029] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутые вспомогательная силовая установка и главный двигатель установлены на транспортном средстве.
[0030] Другие аспекты и признаки предлагаемого изобретения станут понятны среднему специалисту соответствующего профиля после ознакомления с дальнейшим подробным описанием вариантов его конкретного осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
[0031] Далее аспекты и варианты осуществления предлагаемого изобретения будут более подробно описаны со ссылками на прилагаемые графические материалы.
[0032] На фиг. 1 схематично изображена известная вспомогательная силовая установка (один из возможных вариантов), работающая с главным двигателем.
[0033] На фиг. 2 схематично изображена (один из возможных вариантов) система подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и система подогрева смазки главного двигателя, работающие от вспомогательной силовой установки, изображенной на фиг. 1.
[0034] На фиг. 3 схематично изображена известная система охлаждения вспомогательного двигателя (один из возможных вариантов).
[0035] На фиг. 4 схематично изображена известная система циркуляции смазочного масла вспомогательного двигателя (один из возможных вариантов).
[0036] На фиг. 5 схематично изображена известная электроэнергетическая система локомотива (один из возможных вариантов).
[0037] На фиг. 6 схематично изображены известные компоненты (один из возможных вариантов) электроэнергетической системы для описания средств управления электроэнергетической системой.
[0038] На фиг. 7 изображена принципиальная электрическая схема (один из возможных вариантов) панели управления электроэнергетической системой на предшествующем уровне техники.
[0039] На фиг. 8 изображена схема электрических соединений известной системы управления электроэнергетической системой (один из возможных вариантов) для описания рабочих характеристик.
[0040] На фиг. 9 изображена блок-схема алгоритма способа работы (один из возможных вариантов) известной вспомогательной силовой установки.
[0041] На фиг. 10 изображена функциональная схема (один из возможных вариантов) вспомогательной силовой установки согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения.
[0042] На фиг. 11 схематично изображен локомотив (один из возможных вариантов), на котором установлена вспомогательная силовая установка согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, функциональная схема которой изображена на фиг. 10.
[0043] На фиг. 12 изображена еще одна функциональная схема вспомогательной силовой установки локомотива, изображенного на фиг. 11.
[0044] На фиг. 13 изображена блок-схема алгоритма способа регулирования (один из возможных вариантов) выходной мощности вспомогательной силовой установки согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения.
[0045] Подробное описание предлагаемого изобретения
[0046] Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения могут обеспечить создание усовершенствованной системы обогрева или охлаждения, а также энергоснабжения для железнодорожного локомотива в любых условиях работы. Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения могут обеспечить экономию локомотивного топлива и смазочного масла.
[0047] В отсутствие вспомогательной силовой установки, когда главные двигатели выключены, обогрев кабины или кондиционирование воздуха может разрядить аккумуляторные батареи до такого состояния, когда будет невозможно с их помощью запустить главный двигатель. Это состояние, близкое к катастрофическому, так как локомотив находится на железнодорожных путях. Может оказаться так, что грузовые автомобили с электрическими генераторами постоянного тока не смогут подъехать к месту, где остановился неисправный локомотив и локомотивов-тягачей тоже нет в наличии, в результате чего железнодорожный путь будет заблокирован. В известных локомотивных главных двигателях в качестве охлаждающей жидкости используют воду или жидкость на водной основе и могут не использовать антифриза. Таким образом, чтобы не допустить замерзания воды, в зимние месяцы эти двигатели обычно вынуждены работать 24 часа в сутки семь дней в неделю. В случае невозможности запустить главный двигатель локомотива по причине того, что разряжены аккумуляторные батареи, охлаждающая жидкость может замерзнуть, или же ее нужно слить через сливной клапан. Кроме того, если становится слишком холодной смазка, то может быть нарушена нормальная работа стартера двигателя (например, заводная рукоятка).
[0048] Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения обеспечивают возможность создания установки и способа, которые могут обеспечить возможность длительных стоянок в холодную погоду автоматически в мобильном комплексе, способном защитить от замерзания системы главного двигателя и компоненты кабины. Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения обеспечивают возможность автоматической остановки главного двигателя вместо его длительной работы на холостом ходу, поддерживая заряд аккумуляторных батарей системы главного двигателя. Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения обеспечивают возможность работы системы кондиционирования воздуха кабины при остановленном главном двигателе. Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения обеспечивают возможность генерирования электрической энергии стандартного для такого транспортного средства, как локомотив, напряжения. Вспомогательная силовая установка согласно предлагаемому изобретению содержит генератор постоянного тока. Во многих стандартных локомотивах использованы электроэнергетические системы, обеспечивающие напряжение 74 В постоянного тока. Генератор постоянного тока может обеспечить при остановленном главном двигателе непосредственно на выходе напряжение 74 В постоянного тока для питания систем локомотива и (или) зарядки его аккумуляторных батарей. При таком решении можно обойтись без аппаратуры для преобразования переменного тока (например, от известной вспомогательной силовой установки) в постоянный ток для использования в локомотиве. Такая аппаратура может быть дорогой и требовать дополнительного пространства для своей установки на локомотиве. Таким образом, описываемая здесь вспомогательная силовая установка может быть более простой, более дешевой и более компактной. Кроме того, электрический генератор постоянного тока может обеспечить регулирование скорости двигателя (и следовательно, регулирование выходной мощности генератора) при том же выходном напряжении генератора.
[0049] Некоторые аспекты осуществления предлагаемого изобретения обеспечивают возможность создания усовершенствованной системы обогрева или охлаждения, а также энергоснабжения железнодорожного локомотива в различных условиях работы и обеспечивают экономию локомотивного топлива и смазочного масла. В тексте настоящей заявки вспомогательная силовая установка может называться также вспомогательной силовой системой. Вспомогательная силовая установка может иметь в своем составе дизельный двигатель, сопряженный с электрическим генератором, который установлен в кабине локомотива. Дизельный двигатель вспомогательной силовой установки в тексте настоящей заявки может называться вспомогательным двигателем за его роль поддержании главного двигателя. Этот вспомогательный двигатель может представлять собой четырехцилиндровый дизельный двигатель с газотурбинным наддувом, такой как двигатель, производимый компанией «Кубота» (Kubota) с эффективной мощностью приблизительно 23,5 кВт (в оригинале 32 лошадиных силы) при скорости вращения 1800 оборотов в минуту. Двигатель вспомогательной силовой установки может забирать топливо непосредственно из главного топливного бака локомотива. Если снабдить вспомогательную силовую установку резервуаром смазочного масла емкостью 20 галлонов (приблизительно 75,7 л) и рециркуляционным насосом, чтобы удлинить интервалы между заменами масла, то можно минимизировать обслуживание такого двигателя вспомогательной силовой установки. Для защиты вспомогательного двигателя он должен быть оборудован автоматической системой остановки при перегреве и при пониженном давлении смазочного масла, чтобы не допустить повреждения двигателя теля в случае его перегрева или работы при низком давлении смазочного масла.
[0050] Пример известной вспомогательной установки описывается ниже со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 1 по фиг. 9. Должно быть понятно, что описываемый ниже вариант вспомогательной силовой установки предшествующего уровня техники рассматривается только для примера, а варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничиваются конкретными признаками локомотива или вспомогательной силовой установки, описываемыми ниже для примера со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 1 по фиг. 9.
[0051] На фиг. 1 схематично изображена известная вспомогательная силовая установка (один из возможных вариантов), работающая с главным двигателем 10. Этот главный двигатель 10 имеет неразделенную систему охлаждения, содержащую радиатор 13 для рассеяния тепла от главного двигателя 10 и охладитель 15 смазочного масла. Путь протекания охлаждающей жидкости для охлаждения главного двигателя 10 образует замкнутый контур. Охлаждающая жидкость выходит из главного двигателя 10 через соединение 17 по главному выпускному трубопроводу 19 и следует к радиатору 13, где тепло этой охлаждающей жидкости отдается в атмосферу. Затем охлаждающая жидкость по трубопроводу 22 следует к охладителю 15 смазочного масла, последнему отдается тепло от смазочного масла для главного двигателя. Затем охлаждающая жидкость по возвратному трубопроводу 25 для возвращения в главный двигатель 10 следует в корпус 27 фильтра-грязеуловителя. Предусмотрена линия 28 слива двигательной охлаждающей жидкости, обеспечивающая возможность слива в холодную погоду во избежание замерзания.
[0052] Смазочное масло главного двигателя 10 предназначено для его смазки и способствует также отводу от главного двигателя 10 тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Это смазочное масло выходит из главного двигателя 10 через соединение 30 по выходной линии 31 и следует в охладитель 15 смазочного масла, где оно передает тепло охлаждающей жидкости главного двигателя. Из охладителя 15 смазочного масла смазочное масло по соединительной линии 35 следует в масляный фильтр 33 и возвращается в главный двигатель 10 по возвратной линии 37. Предусмотрена линия 40 дренажного фильтра, соединенная с корпусом 27 фильтра-грязеуловителя и обеспечивающая возможность слива масла из системы в процессе периодического технического обслуживания. При периодических заменах масла его сливают со всей системы через сливной патрубок 42.
[0053] Вспомогательная силовая установка содержит вспомогательный двигатель 45, имеющий электрический генератор 48 переменного тока, который имеет со вспомогательным двигателем 45 механическое соединение. В качестве вспомогательного двигателя 45 может быть использован четырехцилиндровый дизельный двигатель с газотурбинным наддувом, такой как двигатель, производимый компанией «Кубота» (Kubota) с эффективной мощностью 32 л.с. при 1800 оборотах в минуту. Такой вспомогательный двигатель может забирать топливо непосредственно из топливного бака главного двигателя. Вспомогательный двигатель 45 для своей работы забирает топливо из общего с главным двигателем 10 топливного бака через топливные линии 51 и 52. Вспомогательный двигатель 45 имеет отдельную замкнутую систему охлаждения 55, содержащую теплообменник 57, выполненный с возможностью передавать тепло, выделяющееся при работе вспомогательного двигателя 45, системе подогрева главного двигателя 10. Охлаждающая жидкость в такой замкнутой системе 55 охлаждения вспомогательной жидкости протекает через вспомогательный двигатель 45 и поглощает тепло, выделяющееся при сгорании в нем топлива. Эта охлаждающая жидкость вспомогательного двигателя следует к теплообменнику 57, где это тепло передается охлаждающей жидкости главного двигателя, протекающей по отдельному контуру.
[0054] На фиг. 2 схематично изображена (один из возможных вариантов) система 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и система 75 подогрева смазки главного двигателя, работающие от вспомогательной силовой установки, изображенной на фиг. 1. Система 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя по существу представляет собой дополнительный контур потока для охлаждающей жидкости главного двигателя. Система 75 подогрева смазки главного двигателя по существу представляет собой дополнительный контур потока для смазочного масла главного двигателя. Система 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и система 75 подогрева смазки главного двигателя предусмотрены для подогрева главного двигателя 10 в холодную погоду. Система 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя содержит насос 62, используемый для коррекционной обработки охлаждающей жидкости. Система 75 подогрева смазки главного двигателя содержит насос 77, используемый для коррекционной обработки смазочного масла. Насос 62 может иметь привод от электрического двигателя, или же, в альтернативном варианте, он может получать привод непосредственно от вспомогательного двигателя 45. Входной порт насоса 62 с соответствующей точкой в системе охлаждения главного двигателя 10 соединен посредством трубопровода.
[0055] Насос 62 получает привод от электрического двигателя 63. Выходной порт 64 насоса 62 соединен с трубопроводом, ведущим ко входному порту теплообменника 57. Охлаждающая жидкость от насоса 62 поступает в упомянутый теплообменник 57. Этот теплообменник 57 является одновременно частью системы 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и частью системы 75 подогрева смазки главного двигателя (для ясности соединениям на теплообменнике 57 даны числовые обозначения на фиг. 2 и фиг. 3). Охлаждающая жидкость входит в теплообменник 57 в точке 2 и выходит из него в точке 1, следуя в нагреватель 65 охлаждающей жидкости. Выходной порт теплообменника 57 сообщен с нагревателем 65 охлаждающей жидкости посредством трубопровода.
[0056] Система 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя содержит также нагреватель 65 охлаждающей жидкости, который дополняет теплообменник 57 в передаче тепла охлаждающей жидкости главного двигателя. Нагреватель 65 охлаждающей жидкости может содержать три электрических водонагревательных элемента 66, 67 и 68 мощностью приблизительно 3 кВт каждый. В альтернативных вариантах таких электрических водонагревательных элементов может быть больше или меньше и они могут иметь разные значения потребляемой мощности. Нагреватель 65 охлаждающей жидкости содержит терморегулятор 70 охлаждающей жидкости для определения ее температуры и термометр 73 для индикации температуры главного двигателя. Упомянутый терморегулятор 70 охлаждающей жидкости включен в схему регулирования температуры охлаждающей жидкости, о чем будет подробно рассказано позже. Охлаждающая жидкость из главного двигателя 10 с помощью насоса 62 может быть всосана через соединение с линией 28 слива двигательной охлаждающей жидкости (см. фиг. 1). По желанию могут быть предусмотрены другие точки всасывания охлаждающей жидкости. Затем охлаждающая жидкость следует в теплообменник 57 и нагреватель 65 охлаждающей жидкости и возвращается в главный двигатель 10 по возвратной линии. В такой линии могут быть установлены обратный клапан и отсекающий клапан (не показаны). Обратный клапан обеспечивает возможность следования охлаждающей жидкости к насосу 62, но блокирует протекание охлаждающей жидкости в систему 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя перед нагревателем 65 охлаждающей жидкости, когда главный двигатель 10 работает. Предусмотрен сливной клапан 74 (см. фиг. 1) для слива охлаждающей жидкости из главного двигателя 10. Этот сливной клапан 74 открывают для слива из главного двигателя 10 охлаждающей жидкости для предотвращения его повреждения от замерзания охлаждающей жидкости в случае отказа запуска вспомогательного двигателя 45 и в отсутствие действий оперативного персонала. Регулирование температуры охлаждающей жидкости главного двигателя с помощью компонентов системы 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя будет подробно описано позже с привлечением прилагаемых чертежей фиг. 7 и фиг. 8.
[0057] В рассматриваемом примере в качестве смазки главного двигателя использовано смазочное масло. Система 75 подогрева смазки главного двигателя содержит масляный насос 77, который может иметь привод от электрического двигателя, или же, в альтернативном варианте, он может получать привод непосредственно от вспомогательного двигателя 45. В качестве масляного насоса 77 может быть использован насос прямого вытеснения с приводом от электрического двигателя 78. Система 75 подогрева смазки главного двигателя содержит также маслоподогреватель 79 для подогревания смазочного масла главного двигателя. Упомянутый маслоподогреватель 79 может содержать два маслонагревательных элемента 80 и 81 мощностью приблизительно 3 кВт каждый. В альтернативных вариантах количество таких нагревательных элементов может быть больше или меньше и они могут иметь разные значения потребляемой мощности. Маслоподогреватель 79 содержит терморегулятор 83 для определения температуры смазочного масла и термометр 85 для индикации температуры смазочного масла главного двигателя. Упомянутый терморегулятор 83 включен в схему регулирования температуры смазочного масла, о чем будет подробно рассказано позже. Смазочное масло может отсасываться из главного двигателя 10 через соединение со сливным патрубком 42 (см. фиг. 1) с помощью масляного насоса 77 в направлении, обозначенном стрелкой 88 (см. фиг. 1). По желанию могут быть предусмотрены другие точки всасывания смазочного масла. Из масляного насоса 77 смазочное масло поступает в маслоподогреватель 79 и возвращается в главный двигатель 10 через соединение в линии 40 дренажного фильтра (см. фиг. 1). По желанию могут быть предусмотрены другие точки возврата. Регулирование температуры смазочного масла главного двигателя с помощью компонентов системы 75 подогрева смазки главного двигателя будет подробно описано позже с привлечением прилагаемых чертежей фиг. 7 и фиг. 8.
[0058] На фиг. 3 схематично изображена вспомогательная система охлаждения вспомогательного двигателя 45. Охлаждающая жидкость в такой системе поглощает тепло, выделяющееся в процессе сгорания топлива во вспомогательном двигателе 45, и в теплообменнике 57 передает это тепло охлаждающей жидкости в системе 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя (см. фиг. 2) (для ясности соединениям на теплообменнике 57 даны числовые обозначения на фиг. 2 и фиг. 3). Охлаждающая жидкость вспомогательного двигателя поступает в теплообменник 57 в точке 4 и выходит из него в точке 3, затем следует в бак 90 подпиточной воды, откуда возвращается во вспомогательный двигатель 45. Упомянутый бак 90 подпиточной воды использован в такой системе подогрева охлаждающей жидкости вспомогательного двигателя для обеспечения количества охлаждающей жидкости, достаточного для безопасной работы вспомогательного двигателя 45. Для индикации температуры работающего вспомогательного двигателя 45 предусмотрен датчик температуры 92.
[0059] На фиг. 4 схематично изображена система смазочного масла вспомогательного двигателя 45. Предусмотрен большеобъемный резервуар 95 смазочного масла, который позволяет удлинить интервалы между заменами масла при периодическом обслуживании главного двигателя 10. Через фильтр 97 смазочное масло из резервуара 95 засасывается в блок 100 замены масла, который снабжен расходомерным соплом 101 для регулирования расхода смазочного масла, следующего во вспомогательный двигатель 45. Кроме того, блок 100 замены масла снабжен также встроенным предохранительным клапаном 103 для защиты компонентов вспомогательного двигателя от избыточного давления. Когда упомянутый предохранительный клапан 103 поднят, смазочное масло направляется обратно в резервуар 95. Такая система смазочного масла вспомогательного двигателя снабжена также переливным патрубком 105 картера для предотвращения повреждения компонентов вспомогательного двигателя от избытка масла в картере двигателя. Для индикации рабочей температуры и рабочего давления смазочного масла вспомогательного двигателя 45 предусмотрены датчики 106 температуры и давления смазочного масла вспомогательного двигателя 45. Для его защиты вспомогательный двигатель 45 снабжен также аварийными стоп-кранами по избыточной температуре и пониженному давлению смазочного масла для предотвращения повреждений вспомогательного двигателя при его перегреве или при работе с пониженным давлением смазочного масла.
[0060] В альтернативном варианте система смазки вспомогательного двигателя 45 может быть перекрестно соединенной с системой 75 подогрева смазки главного двигателя. Как можно видеть на фиг. 1, смазочное масло может засасываться из вспомогательного двигателя 45 через соединение 110 и по трубопроводу 111 следовать в направлении, обозначенном стрелкой 113, поступая в масляный насос 77. Затем по меньшей мере часть смазочного масла, выходящего из масляного насоса 77, направляется обратно во вспомогательный двигатель 45 по соединительному трубопроводу 115 по направлению, обозначенному стрелкой 119. Наличие в составе оборудования вспомогательного двигателя 45 большеобъемного резервуара со смазочным маслом, например, резервуара емкостью 20 галлонов (приблизительно 75,7 л) и насоса 77 позволяет удлинить интервалы между заменами масла, то можно минимизировать обслуживание вспомогательного двигателя 45.
[0061] На фиг. 5 схематично изображена электроэнергетическая система локомотива (один из возможных вариантов). Электроэнергия, необходимая для запуска вспомогательного двигателя 45, обеспечивается отдельной аккумуляторной батареей 120, которая предназначена для этой цели, и в качестве которой может быть использована стандартная аккумуляторная батарея напряжением 12 В. По сигналу запуска пусковой электродвигатель 122 прокручивает ротор вспомогательного двигателя 45, что будет более подробно описано позже со ссылками на фиг. 9. Предусмотрен преобразователь 125, который поддерживает аккумуляторную батарею 120 в готовности в процессе работы вспомогательного двигателя 45. Вспомогательный двигатель 45 оснащен электрическим генератором 48, в качестве которого может быть использован однофазный генератор переменного тока мощностью 17 кВА, напряжением 240 В частотой 60 Гц, механически соединенный со вспомогательным двигателем 45. Могут быть использованы генераторы с другими размерами и характеристиками. Выход генератора 48 имеет электрическое соединение с выходом распределительной коробки 130, в которой электрическая энергия распределяется по потребителям, в частности, на зарядное устройство 132 аккумуляторных батарей (переменное напряжете 240 В на входе, постоянное напряжение 74 В на выходе), такое как локомотивное зарядное устройство «Ламарш А-40» (Lamarche А-40) для зарядки локомотивных аккумуляторных батарей, поддерживающее аккумуляторную батарею главного двигателя в заряженном состоянии, когда вспомогательный двигатель работает. В число других электрических потребителей могут входить вспомогательный воздушный компрессор 133, установка 134 кондиционирования воздуха и кабинный обогреватель 135. В холодную погоду комфорт в кабине может поддерживаться добавочными кабинными обогревателями 135, которые управляются от установленного на стене терморегулятора. Может быть предусмотрена также работающая от переменного напряжения 240 В установка 134 кондиционирования воздуха, предназначенная для поддержания комфортных условий в кабине в жаркую погоду. Кроме того, для поддержания давления и объема воздуха в поездной магистрали может быть предусмотрен воздушный компрессор 133 с электрическим или механическим приводом.
[0062] В число других потребителей переменного напряжения 240 В входят электрические водонагревательные элементы 66, 67 и 68, а также электрические маслонагревательные элементы 80 и 81. Электрические водонагревательные элементы и электрические маслонагревательные элементы имеют двойное назначение. Одно их назначение состоит в выделении тепла для системы 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и системы 75 подогрева смазки главного двигателя. Еще одно их назначение состоит в создании через генератор 48 нагрузки для вспомогательного двигателя 45 и передаче выделяемого этой нагрузкой тепла через теплообменник 57 в систему 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя.
[0063] Как можно видеть на фиг. 6, переменное напряжение 240 В на выходе генератора 48 может быть также понижено до переменного напряжения 120 В, подаваемого через автоматы 138 и 139 защиты сети на осветительное оборудование 136 и электрические розетки 137, соответственно. Точки соединения с переменным напряжением 240 В и 120 В предназначены для электрических нагрузок, не имеющих жизненно важного значения и бытовых нагрузок. Как можно видеть на фиг. 6, могут быть предусмотрены некоторые взаимно связанные автоматы защиты сети рабочего назначения. Например, для предотвращения перегрузки генератора 48 при его работе во время жаркой погоды, предусмотрен автомат 140 защиты сети для системы кондиционирования воздуха, взаимно связанный с автоматом 142 защиты сети для электрического подогревателя. Их взаимная связь состоит в том, что они оба не могут находиться в замкнутом состоянии одновременно. Кроме того, нет необходимости в том, чтобы одновременно работали система 134 кондиционирования воздуха и кабинный обогреватель 135, поэтому автомат 140 защиты сети для системы кондиционирования воздуха взаимно связан с автоматом 145 защиты сети для кабинного обогревателя таким образом, что они не могут находиться в замкнутом состоянии оба одновременно. Электрическое питание для зарядного устройства 132 аккумуляторных батарей (переменное напряжение 240 В на входе, постоянное напряжение 74 В на выходе) подается через автомат 139 защиты сети для поддержания аккумуляторной батареи 150 главного двигателя в заряженном состоянии при работе вспомогательного двигателя 45.
[0064] На фиг. 7 представлена принципиальная электрическая схема панели 150 управления электроэнергетической системой. Панель управления 150 содержит автоматы защиты сети и индикаторы электрических цепей. На панели 150 управления предусмотрен главный автомат 151 защиты сети, предназначенный для защиты главной цепи генератора 48. Предусмотрены также автоматы защиты сети для других систем, таких как система 134 кондиционирования воздуха, кабинный обогреватель 135 и зарядное устройство 132 аккумуляторных батарей, как это описывалось выше со ссылками на прилагаемые чертежи фиг. 5 и фиг. 6. Панель 150 управления содержит также автоматы защиты сети для насоса 80 [sic!] охлаждающей воды и масляного насоса 77. На панели 150 управления предусмотрены также выключатели для электрических маслонагревательных элементов 80 и 81 и электрических водонагревательных элементов 66, 67 и 68. На панели 150 управления предусмотрен вольтметр 153 для наблюдения за напряжением генератора 48. Имеется также вспомогательная цепь 155, обеспечивающая переменное напряжение 24 В для питания контакторов и световой индикации 157, таких как световой индикатор 158 включенного состояния водонагревателей и световой индикатор 159 включенного состояния маслонагревательных элементов. На панели 150 управления установлен также трансформатор 163, понижающий переменное напряжение 240 В до 24 В.
[0065] Для подогрева главного двигателя 10 в условиях низкой температуры окружающего воздуха предусмотрена соответствующая система регулирования, пример которой проиллюстрирован на фиг. 8. Локомотивный насос 62 охлаждающей жидкости, теплообменник 57 и нагреватель 65 охлаждающей жидкости, содержащий погруженные в нагреваемую среду электрические водонагревательные элементы 66, 67 и 68, поддерживают температуру охлаждающей жидкости главного двигателя на предварительно заданном уровне, например, на уровне приблизительно 24°С (в оригинале 75°F). Масляный насос 77, представляющий собой насос прямого вытеснения, и маслонагреватель 79, содержащий погруженные в нагреваемую среду маслонагревательные элементы 80 и 81, поддерживают температуру смазочного масла локомотива на предварительно заданном уровне, например, на уровне 10°С (в оригинале 50°F).
[0066] Различные компоненты устройства могут подвергаться электрическому регулированию для автоматического текущего контроля его работы и термостатического регулирования температуры жидкостей, циркулирующих в системе 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и в системе 75 подогрева смазки главного двигателя для обеспечения надлежащей работы кондиционирующего устройства для поддержания главного двигателя 10 в готовности. Блок электрического управления, такой как показанный на фиг. 8, соединен с электрическими двигателями 63 и 78, приводящими в действие насосы 62 и 77, соответственно.
[0067] Цепь 170 управления циркуляцией охлаждающей жидкости управляет работой насоса 62 охлаждающей жидкости и нагревателя 65 охлаждающей жидкости. Температура охлаждающей жидкости отслеживается терморегулятором 70 охлаждающей жидкости, а потокочувствительные переключатели 174 и 175 осуществляют текущий контроль расхода охлаждающей жидкости. На случай прерывания потока цепь 170 управления циркуляцией охлаждающей жидкости выполнена с возможностью остановки насоса 62 для предотвращения повреждения системы циркуляции охлаждающей жидкости или оборудования. Кроме того, терморегулятор 70 осуществляет текущий контроль температуры охлаждающей жидкости и надлежащим образом управляет работой электрических водонагревательных элементов 66, 67 и 68 через катушку 178 контактора нагревательных элементов.
[0068] В условиях нормальной эксплуатации терморегулятор 70 предварительно установлен на температуру, желательную для охлаждающей жидкости при ее циркуляции в главном двигателе 10, например, на температуру приблизительно 24°С (в оригинале 75°F). Пока циркулирующая охлаждающая жидкость не достигнет этой температуры, терморегулятор 70 будет подавать питание на электрические водонагревательные элементы 66, 67 и 68, отдающие тепло охлаждающей жидкости в системе 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя. Охлаждающая жидкость нагревается при прямом контакте с электрическими водонагревательными элементами 66, 67 и 68. Когда охлаждающая жидкость достигает желаемой температуры, терморегулятор 70 выдает на катушку 178 контактора команду на размыкание цепи электрических водонагревательных элементов 66, 67 и 68, обесточенное состояние которых продолжается до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости снова не упадет ниже заданного значения.
[0069] Для предотвращения повреждения электрических водонагревательных элементов 66, 67 и 68 из-за отсутствия циркуляции жидкой среды потокочувствительные переключатели 174 и 175 осуществляют текущий контроль протекания охлаждающей жидкости через нагреватель 65 охлаждающей жидкости. Пока поток продолжается, переключатель 174 остается в замкнутом состоянии. При отсутствии потока через нагреватель 65 охлаждающей жидкости он размыкается. Это срабатывание используется для немедленного размыкания цепи электрических водонагревательных элементов 66, 67 и 68, чтобы предотвратить их повреждение и нанесение вреда охлаждающей жидкости внутри нагревателя 65 охлаждающей жидкости. Кроме того, цепь 170 управления охлаждающей жидкостью содержит катушку 179 временной задержки, которая выполнена с возможностью текущего контроля срабатывания потокочувствительного переключателя 175. Если через заданный промежуток времени поток прекратился, то катушка 179 временной задержки остановит все устройство и потребует его перезапуска вручную. При таком решении работа устройства может автоматически отслеживаться при недопущении нанесения вреда как циркулирующей жидкости, так и оборудованию или главному двигателю 10.
[0070] Цепь 180 управления смазочным маслом управляет работой насоса 77 смазочного масла и нагревателя 79 смазочного масла. Температура смазочного масла отслеживается с помощью терморегулятора 83, а потокочувствительные переключатели 184 и 185 осуществляют текущий контроль расхода смазочного масла. На случай прерывания потока цепь 180 управления смазочным маслом выполнена с возможностью остановки насоса 77 для предотвращения повреждения системы смазочного масла или оборудования. Кроме того, терморегулятор 83 осуществляет текущий контроль температуры смазочного масла и надлежащим образом управляет работой электрических маслонагревательных элементов 80 и 81 через катушку 188 контактора нагревательных элементов. Предусмотрен терморегулятор 183, представляющий собой терморегулятор верхнего предела, работает как защитный выключатель, выключающий питание электрических маслонагревательных элементов 80 и 81, если температура смазочного масла превышает предварительно заданное значение.
[0071] В условиях нормальной эксплуатации терморегулятор 83 установлен на такую температуру смазочного масла, которая обеспечит поддержание температуры главного двигателя 10 на желательном уровне, например, на уровне 10°С (в оригинале 50°F). Пока температура смазочного масла не достигнет нужного значения, терморегулятор 83 продолжает подавать питание на электрические маслонагревательные элементы 80 и 81 для дальнейшего нагревания смазочного масла в системе 75 подогрева смазки главного двигателя. Смазочное масло нагревается при прямом контакте с электрическими маслонагревательными элементами 80 и 81. Когда температура смазочного масла достигает нужного значения, терморегулятор 83 выдает на катушку 188 контактора команду на размыкание цепи электрических маслонагревательных элементов 80 и 81, обесточенное состояние которых продолжается до тех пор, пока температура смазочного масла снова не упадет ниже заданного значения. Если же температура смазочного масла повышается до опасного значения, то терморегулятор 183 верхнего предела подаст на катушку 188 контактора команду на размыкание цепи электрических маслонагревательных элементов 80 и 81 до тех пор, пока температура смазочного масла снова не опустится ниже заданного значения.
[0072] Для предотвращения повреждения электрических маслонагревательных элементов 80 и 81 из-за отсутствия циркуляции жидкой среды потокочувствительные переключатели 184 и 185 осуществляют текущий контроль протекания смазочного масла через нагреватель 79 смазочного масла. Пока поток продолжается, переключатель 184 остается в замкнутом состоянии. При отсутствии потока через нагреватель 79 смазочного масла он размыкается. Это срабатывание используется для немедленного размыкания цепи электрических маслонагревательных элементов 80 и 81, чтобы предотвратить их повреждение и нанесение вреда смазочному маслу внутри нагревателя 79 смазочного масла. Кроме того, цепь 180 управления смазочным маслом содержит катушку 189 временной задержки, которая выполнена с возможностью текущего контроля срабатывания потокочувствительного переключателя 185. Если через заданный промежуток времени поток прекратился, то катушка 189 временной задержки остановит все устройство и потребует его перезапуска вручную. При таком решении работа устройства может автоматически отслеживаться при недопущении нанесения вреда как смазочному маслу, так и оборудованию или главному двигателю 10.
[0073] Назначение устройства состоит в обеспечении циркуляции охлаждающей жидкости и смазочного масла через оборудование или главный двигатель 10, когда он не работает. Насосы 62 и 77 настроены на то, чтобы направлять соответствующие жидкости к соответствующим системам 60, 75 подогрева под давлениями, сходными с нормальными рабочими давлениями охлаждающей жидкости и смазочного масла в процессе эксплуатации оборудования или главного двигателя. Таким образом, для охлаждающей жидкости и смазочного масла или для других жидкостей, используемых в подобном оборудовании, обеспечена возможность непрерывной циркуляции через неработающее оборудование для осуществления передачи тепла, когда оборудование (или двигатель) не работает. В случае смазочного масла осуществляется также смазывание поверхностей для поддержания подвижных элементов оборудования в состоянии готовности к запуску и последующей работе. Это предварительное смазывание поверхностей оборудования, которое в данный момент не работает, минимизирует нормальный износ, который имеет место между движущимися поверхностями, которые остаются в покое в течение существенных промежутков времени.
[0074] Управляющая логика обеспечивает для автоматических нагревателей период остывания перед автоматической остановкой вспомогательного двигателя 45 для охлаждения и защиты таких получающих электрическое питание нагревателей.
[0075] Изображенная на фиг. 1 система, содержащая главный двигатель 10 и вспомогательную силовую установку, может работать в различных режимах. На фиг. 9 изображена блок-схема алгоритма способа (один из возможных примеров) управления системой, описанной выше. Вспомогательный двигатель 45 может быть выбран для работы на месте у панели управления главным двигателем или для работы дистанционно в кабине локомотива. Управляющая логика обеспечивает возможность работы в любом из следующих трех режимов: режим терморегулирования, режим кабины и ручной режим, которые будут описаны ниже.
[0076] Во время нормальной работы главного двигателя 10 вспомогательный двигатель 45 не работает. В блоке 200 (см. блок-схему на фиг. 9) таймер простоя двигателя определяет, простоял ли главный двигатель 10 без работы определенное время, например, 30 минут. По истечении этого периода простоя следующий логический шаг состоит в том, чтобы определить режим работы вспомогательного двигателя 45.
[0077] Если для вспомогательного двигателя 45 выбран режим терморегулирования (см. блок 205 на фиг. 9), то система автоматического управления останавливает главный двигатель 10 (см. блок 210 на фиг. 9). Этот режим является предпочтительным режимом работы с точки зрения поддержания главного двигателя 10 в подогретом состоянии в холодную погоду. В режиме регулирования система управления останавливает главный двигатель 10 по истечении заданного периода (например, 30 минут) бездействия и работы на холостом ходу. В качестве реакции на первое предварительно определенное условие (см. блок 215 на фиг. 9) внешней среды, например, на низкую температуру охлаждающей жидкости или смазочного масла вспомогательный двигатель 45 запустится (см. блок 220 на фиг. 9) для подогрева систем главного двигателя, как будет описано позже. При возникновении второго условия (см. блок 225 на фиг. 9) внешней среды, например, при достижении температурой значения выше предварительно установленного значения, вспомогательный двигатель 45 автоматически останавливается (см. блок 230 на фиг. 9). Таким условием внешней среды может быть температура охлаждающей жидкости, измеряемая терморегулятором узла главного двигателя.
[0078] Если для вспомогательного двигателя 45 выбран режим кабины (см. блок 235 на фиг. 9), то система автоматического управления останавливает главный двигатель 10 (см. блок 240 на фиг. 9). Этот режим является предпочтительным режимом работы в период теплой погоды с точки зрения максимизации экономии топлива за счет ограничения работы главного двигателя 10 на холостом ходу. В режиме кабины система управления автоматически останавливает главный двигатель 10 по истечении заданного периода (например, 30 минут) бездействия и работы на холостом ходу. Оператор имеет возможность запустить вспомогательный двигатель 45 вручную (см. блок 245 на фиг. 9). Вспомогательный двигатель 45 продолжает работать под управлением оператора. Если оператор не запустит вспомогательный двигатель 45 вручную, то он запустится автоматически в качестве реакции на первое условие внешней среды, например, на низкую температуру охлаждающей жидкости или на низкую температуру смазочного масла и остановится при превышении этой температурой предварительно заданного значения, как это имеет место в случае описанного выше режима терморегулирования. В альтернативном варианте предусмотрен перехват управления оператором, так чтобы по его усмотрению можно было продлить работу на холостом ходу.
[0079] Ручной режим (см. блок 250 на фиг. 9) обеспечивает возможность запустить вспомогательный двигатель 45 путем управления его зажигания вручную. Этот режим предусмотрен на случай отказа автоматического запуска вспомогательного двигателя 45. Кроме того, ручное зажигание во вспомогательном двигателе 45 может быть применено, когда израсходован запас топлива.
[0080] При всех режимах работы вспомогательный двигатель 45 может заряжать аккумуляторные батареи 150 и обеспечивать питание для регулируемых кабинных обогревателей 140 [sic!] и переменное напряжение 120 В для питания осветительного оборудования 136 и электрических розеток 137. В процессе работы, когда главный двигатель 10 останавливается автоматически, блокировочный диод отключает аккумуляторные батареи 150 от потребителей постоянного напряжения 74 В, чтобы предотвратить разрядку аккумуляторных батарей 150 на время остановки главного двигателя.
[0081] В случае неудачи запуска вспомогательного двигателя 45 в режиме терморегулирования в холодную погоду может подаваться звуковая и световая аварийная сигнализация.
[0082] Возможны такие варианты, при которых для обеспечения безопасности локомотива приборы внутреннего и наружного освещения, питающиеся переменным напряжением 120 В, управляется от фотоэлектрических датчиков и детекторов движения.
[0083] Как описывалось выше, большие транспортные средства, такие как локомотивы, могут содержать различные электрические системы и системы аккумуляторных батарей, которые работают на постоянном токе. Вспомогательная силовая установка, на выходе которой переменное напряжение, может в таком случае требовать установки дополнительного оборудования для преобразования переменного тока в постоянный, необходимый для питания упомянутых электрических систем и (или) зарядки аккумуляторных батарей. Кроме того, для обеспечения слаженной работы с сетью постоянного тока и аккумуляторными батареями работа генераторов переменного тока (они обычно работают при постоянном напряжении 74 В) может потребовать фиксированной скорости.
[0084] На фиг. 10 изображена функциональная схема вспомогательной силовой установки 600 согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения. Должно быть понятно, что различные электрические и регулирующие элементы известной вспомогательной силовой установки, описанной ранее со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 1 по фиг. 9, не показаны на вспомогательной силовой установке 600, изображенной на фиг. 10. Например, на вспомогательной силовой установке 600 могут быть не показаны катушки временной задержки, погружные нагревательные элементы и другие элементы, которые были описаны выше. Известная вспомогательная силовая установка, рассмотренная выше со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 1 по фиг. 9, описана просто в качестве примера. Вспомогательная силовая установка 600 и другие варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены каким бы то ни было конкретным компонентом или узлом из показанных на прилагаемых чертежах с фиг. 1 по фиг. 9.
[0085] Изображенная на фиг. 10 вспомогательная силовая установка 600 может работать совместно с главным двигателем, таким как главный двигатель 10, рассмотренный выше со ссылками на фиг. 1. Вспомогательная силовая установка 600 содержит вспомогательный двигатель 602 (например, двигатель внутреннего сгорания), систему 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и систему 606 подогрева смазки главного двигателя. Упомянутый вспомогательный двигатель 602 может представлять собой, например, трехцилиндровый дизельный двигатель, производимый компанией «Перкинс» (Perkins) и развивающий мощность приблизительно 21 кВт при скорости вращения 3400 оборотов в минуту. В альтернативном варианте он может представлять собой четырехцилиндровый дизельный двигатель с турбонаддувом, производимый компанией «Кубота» (Kubota) и развивающий эффективную мощность приблизительно 23,5 кВт (в оригинале 32 лошадиных силы) при скорости вращения 1800 оборотов в минуту. Вспомогательная силовая установка может быть оснащена большеобъемным резервуаром смазочного масла емкостью 6 галлонов (приблизительно 22,7 л) или 20 галлонов (приблизительно 75,7 л). Если снабдить вспомогательную силовую установку большеобъемным резервуаром смазочного масла и рециркуляционным насосом, чтобы удлинить интервалы между заменами масла, то можно минимизировать обслуживание такого двигателя вспомогательной силовой установки.
[0086] Система 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя и система 606 подогрева смазки главного двигателя приводятся в действие от вспомогательного двигателя 602. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения может быть предусмотрена только одна из этих двух систем. Кроме того, вспомогательная силовая установка 600 содержит систему 608 управления, выполненную с возможностью автоматического приведения в действие вспомогательного двигателя 602 при возникновении предварительно определенного условия. Таким предварительно определенным условием может быть, например, восприятие соответствующим датчиком сигнала о том, что температура охлаждающей жидкости главного двигателя или температура смазки главного двигателя ниже соответствующего порогового значения. Таким предварительно определенным условием может быть восприятие соответствующим датчиком сигнала о том, что напряжение аккумуляторных батарей или напряжение в электроэнергетической системе локомотива ниже соответствующего порогового значения. Таким образом, предварительно определенное условие может основываться, например, на температуре или электрическом напряжении. Вспомогательная силовая установка 600 может не иметь информации о том, работает или остановлен главный двигатель. Вспомогательная силовая установка 600 может также определить (посредством одного или большего числа датчиков), что главный двигатель остановлен (вручную либо автоматически, например, с помощью таймера остановки двигателя). Таким образом, вспомогательная силовая установка 600 может содержать один или большее число датчиков температуры и (или) напряжения, и система 608 управления выполнена с возможностью осуществлять текущий контроль состояния локомотива (или другого транспортного средства) и определять, когда должен быть приведен в действие вспомогательный двигатель 602. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения вспомогательная силовая установка может быть выполнена с возможностью автоматически останавливать главный двигатель при возникновении предварительно определенного условия (например, по истечении определенного времени работы главного двигателя на холостом ходу).
[0087] Вспомогательный двигатель 602 может быть приведен в действие даже тогда, когда главный двигатель (на фиг. 10 не показан) все еще работает. Например, значения температуры могут быть слишком низкими, или же могут быть проблемы в электрических системах локомотива. В таком случае вспомогательная силовая установка 600 может запустить вспомогательный тельный двигатель 602 на некоторое время, например, на два часа. Система 608 управления может содержать регистратор событий и (или) систему связи (не показаны), или соединен с ними. Система управления может регистрировать и (или) предоставлять информацию о причине приведения в действие вспомогательного двигателя 602. Например, система управления может регистрировать и (или) выводить на индикацию, является ли причиной запуска вспомогательного двигателя 602 напряжение, измеренное в системе напряжения 74 В локомотива или в системе напряжения 12 В вспомогательной силовой установки. Если понижено напряжение в системе 12 В, то это может значить, что аккумуляторная батарея 12 В неисправна или разряжена. Если понижено напряжение в системе 74 В, то причиной этого может быть неисправность вспомогательного генератора с выходным напряжением 74 В на главном двигателе.
[0088] Система 608 управления может быть соединена с главным двигателем или принимать входные сигналы от одного или большего числа датчиков, чтобы определить, когда останавливать главный двигатель и (или) приводить в действие вспомогательный двигатель 602. Например, автоматическая остановка главного двигателя и приведение в действие вспомогательного двигателя могут основываться на приемах, описанных выше (например, со ссылками на фиг. 9). Система 608 управления может быть соединена с системой управления остановкой главного двигателя (не показана) или иным образом соединена с главным двигателем с возможностью остановки последнего. В типичном случае, однако, главный двигатель останавливают вручную или автоматически с помощью таймера остановки двигателя, который может быть вне вспомогательной силовой установки 600. Система 608 управления может содержать электронный регулятор (или быть его частью), включающий интерфейс, обеспечивающий пользовательский ввод и имеющий одно или большее число устройств обработки данных (например, центральный процессорный блок) для обеспечения работы регулятора.
Например, система 608 управления может содержать одно или большее число устройств обработки данных и одно или большее число машинночитаемых запоминающих устройств, хранящих команды, при выполнении которых упомянутое одно или большее число устройств обработки данных реализуют функции, которые были описаны выше или будут описаны ниже. Система 608 управления может быть реализована с помощью любого подходящего аппаратного обеспечения. Система 608 управления может слаженно работать с транспортным средством и может быть установлена на вспомогательном двигателе или в отдалении от него (например, в кабине локомотива).
[0089] Вспомогательная силовая установка 600 содержит также генератор 610 постоянного тока, выполненный с возможностью генерировать выходное напряжение на выходе 612. Генератор 610 постоянного тока приводится во вращение от вторичного двигателя 602, для чего и генератор 610 постоянного тока, и вспомогательный двигатель 602 могут быть снабжены натяжными шкивами (не показаны), которые соединены приводным ремнем. Для привода генератора 610 постоянного тока от вспомогательного двигателя 602 может быть использована любая подходящая система передачи крутящего момента. Генератор 610 постоянного тока может представлять собой, например, генератор постоянного тока с выходным напряжением 74 В, обеспечивающий силу тока 150 А и приводимый во вращение от вспомогательного двигателя 602 посредством ременной передачи. Выходное напряжение генератора 610 постоянного тока может быть подано на выбранные потребители, например, на нагревательные элементы охлаждающей жидкости и (или) смазочного масла и на аккумуляторные батареи локомотива, которые время от времени нуждаются в подзарядке.
[0090] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения вспомогательная силовая установка 600 может содержать также теплообменник 614, который принимает от вспомогательного двигателя 602 нагретую охлаждающую жидкость по трубопроводу 616 и возвращает к вспомогательному двигателю 602 охлажденную охлаждающую жидкость по трубопроводу 618 (подобно тому, как это можно видеть на фиг. 3). Для отвода от охлаждающей жидкости избыточного или сбросного тепла может быть использована любая подходящая система теплообмена. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения теплообменник 614 выполнен с возможностью передавать тепло от вспомогательного двигателя (через посредство охлаждающей жидкости вспомогательного двигателя) охлаждающей жидкости главного двигателя и смазке (смазочному маслу) главного двигателя, как будет описано ниже.
[0091] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения система 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя подобна системе 60 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя, рассмотренной выше со ссылками на фиг. 2. А именно, система 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя, представленная на фиг. 10, содержит насос 620 подачи охлаждающей жидкости, теплообменник 614 и нагреватель 622 охлаждающей жидкости. Насос 620 подачи охлаждающей жидкости приводится в действие вспомогательным двигателем 602 и перекачивает охлаждающую жидкость от главного двигателя (на фиг. 10 не показан) по трубопроводу 624. Насос 620 подачи охлаждающей жидкости доставляет охлаждающую жидкость главного двигателя к теплообменнику 614 (по трубопроводу 626), где она поглощает тепло, рассеиваемое охлаждающей жидкостью вспомогательного двигателя. Подогретая таким образом охлаждающая жидкость главного двигателя выходит из теплообменника 614 и направляется к нагревателю 622 охлаждающей жидкости по трубопроводу 628. Нагреватель 622 охлаждающей жидкости при необходимости может дополнительно подогреть охлаждающую жидкость главного двигателя, которая затем возвращается к главному двигателю по трубопроводу 629. Нагреватель 622 охлаждающей жидкости может работать под управлением системы 608 управления. Например, один или большее число датчиков температуры могут воспринимать температуру охлаждающей жидкости главного двигателя в системе 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя, и нагреватель 622 охлаждающей жидкости приводится в действие, когда эта температура ниже установленного порогового значения. Нагреватель 622 охлаждающей жидкости может иметь три электрических водонагревательных элемента, подобно тому, как это имеет место в случае нагревателя 65 охлаждающей жидкости главного двигателя, рассмотренного выше со ссылками на фиг. 2. Мощность каждого из этих электрических водонагревательных элементов может составлять 2 кВт или 3 кВт. Должно быть понятно, что система 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя описана здесь только в качестве примера, и в других вариантах осуществления предлагаемого изобретения эта система 604 подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя может отсутствовать, или может быть использовано другое ее решение. Например, может отсутствовать теплообменник 614, или нагреватель 622 охлаждающей жидкости, или и тот и другой. Кроме того, для охлаждения охлаждающей жидкости главного двигателя могут быть использованы альтернативные средства. Для подогревания охлаждающей жидкости может быть использована любая подходящая система.
[0092] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения система 606 подогрева смазки главного двигателя может быть подобна системе 75 подогрева смазки главного двигателя, рассмотренной выше со ссылками на фиг. 2. Представленная на фиг. 10 система 606 подогрева смазки главного двигателя содержит насос 630 подачи смазки, теплообменник 614 и нагреватель 632 смазки. Насос 630 подачи смазки приводится в работу от вспомогательного двигателя 602 и перекачивает смазку двигателя (например, смазочное масло) от главного двигателя (на фиг. 10 не показан) по трубопроводу 634. Насос 630 подачи смазки может содержать нагнетательную линию (не показана) и гидравлический клапан (не показан) в этой нагнетательной линии. Прежде чем смазочное масло возвратится в резервуар главного двигателя, для гидравлических двигателей или исполнительных механизмов может быть использована мощность гидравлического механизма.
[0093] Насос 630 подачи смазки по трубопроводу 636 доставляет смазку главного двигателя к теплообменнику 614, где она поглощает тепло, рассеиваемое охлаждающей жидкостью вспомогательного двигателя. Смазка главного двигателя может циркулировать, например, на участке передачи тепла от жидкости к жидкости в теплообменнике 614. Другой жидкостью на участке передачи тепла от жидкости к жидкости в теплообменнике 614 может быть нагретая охлаждающая жидкость из вспомогательного двигателя 602. Подогревание смазки главного двигателя может осуществляться также от других источников, например, от нагретой смазки вспомогательного двигателя или от нагретой воды. Затем смазка главного двигателя выходит из теплообменника 614 и по трубопроводу 628 следует к нагревателю 632 смазки. Этот нагреватель 632 смазки может дополнительно подогреть смазку главного двигателя, которая затем возвращается к главному двигателю по трубопроводу 639. Нагреватель 632 смазки может быть подобен маслонагревателю 79, который рассмотрен выше со ссылками на фиг. 2 (включая нагревательные элементы мощностью 2 Вт или 3 Вт). В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения, нагреватель 632 смазки может содержать теплообменник с передачей тепла от жидкости к жидкости.
[0094] Нагреватель 632 смазки может быть соединен с системой 608 управления и находиться под управлением последней. Например, датчики температуры могут воспринимать температуру смазки в системе 606 подогрева смазки главного двигателя, и нагреватель 632 смазки может быть приведен в действие, если эта температура ниже некоторого порогового значения. Должно быть понятно, что система 606 подогрева смазки главного двигателя рассматривается только в качестве примера, и возможны варианты осуществления предлагаемого изобретения, в которых система 606 подогрева смазки главного двигателя отсутствует, или же используется альтернативная ее реализация. Для подогрева смазки главного двигателя могут быть использованы также альтернативные средства. Для подогрева смазки главного двигателя может быть использована любая подходящая система.
[0095] Трубопроводы 624, 626, 628 и 629 охлаждающей жидкости и (или) трубопроводы 634, 636, 638 и 639 смазки могут быть выполнены в виде трубок, гибких шлангов или других подходящих средств, обеспечивающих возможность протекания по ним текучей среды, в том числе охлаждающей жидкости и смазки. Вспомогательная силовая установка 600 может не иметь в своем составе таких трубопроводов 624, 626, 628 и 629 для охлаждающей жидкости и (или) трубопроводов 634, 636, 638 и 639 для смазки, но их можно смонтировать после установки вспомогательной силовой установки 600. Могут быть смонтированы также дополнительный компоненты, не показанные на фиг.10 (например, датчики температуры, клапаны и т.д.). Должно быть понятно, что предлагаемое изобретение не ограничено какими-либо конкретными компонентами или материалами для транспортировки текучих сред (охлаждающей жидкости и смазки) в системах описываемой здесь вспомогательной силовой установки.
[0096] Насос 620 подачи охлаждающей жидкости и насос 622 [sic!] подачи смазки могут быть соединены со вспомогательным двигателем и получать от него привод с помощью любых подходящих средств. Например, насос 620 подачи охлаждающей жидкости и насос 622 подачи смазки могут быть соединены со вспомогательным двигателем 602 с помощью одного или большего числа натяжных шкивов и приводных ремней (например, поликлиновых ремней), так чтобы была обеспечена возможность привода насоса 620 подачи охлаждающей жидкости и насоса 622 подачи смазки от вспомогательного двигателя 602. Для соединения вспомогательного двигателя 602 с насосом 620 подачи охлаждающей жидкости и насосом 630 подачи смазки могут быть использованы другие механические или электрические средства (например, зубчатые передачи, валы, электрические двигатели и т.д.). Ременная система передачи позволяет использовать малогабаритный и легкий генератор 610 постоянного тока, работающий на относительно высоких скоростях вращения при умеренных скоростях вращения двигателя вспомогательной силовой установки. Отношение скоростей вращения того и другого может задаваться, например, передаточным отношением натяжных шкивов, используемых в ременной передаче (например, с поликлинальными ремнями). Поликлинальный ремень может использоваться для привода насоса 620 подачи охлаждающей жидкости и (или) насоса 630 подачи смазки. Размеры натяжных шкивов в ременных передачах насоса 620 подачи охлаждающей жидкости и насоса 630 подачи смазки могут быть выбраны таким образом, чтобы работа этих насосов обеспечивала надлежащий расход соответствующей текучей среды. Ременная передача (например, поликлинальная ременная передача) может быть использована также для следующих систем: для системы кондиционирования воздуха с целью поддержания подачи воздуха на надлежащем уровне; для еще одного электрического генератора, обеспечивающего другое выходное напряжение, например, постоянное напряжение 12 В или 24 В или переменное напряжение 120 В, 240 В, 208 В или 480 В для питания других систем; и (или) для гидравлического насоса. Для облегчения технического обслуживания в этой ременной передаче (например, в поликлинальной ременной передаче) может быть использована система автоматического натяжения ремня.
[0097] Система ременной передачи может быть снабжена также запасным электрическим двигателем, соединенным с нею посредством натяжного шкива, так что этот запасной электрический двигатель может получать питание и регулироваться, обеспечивая привод для всех компонентов, соединенных с ременной передачей, когда не работает вспомогательный двигатель 602. В этом случае может оказаться необходимым наличие механизма сцепления на шкиве ременной передачи двигателя вспомогательной силовой установки (например, на шкиве коленчатого вала), чтобы разъединить двигатель вспомогательной силовой установки и ременную передачу, обеспечивая, таким образом, для вспомогательного электрического двигателя возможность давать привод системе. Питание этого вспомогательного электрического двигателя может осуществляться, например, от внешнего источника электропитания.
[0098] Как можно видеть на фиг. 10, нагреватель 622 охлаждающей жидкости и (или) нагреватель 632 смазки могут получать питание от электроэнергетической системы локомотива (например, схема с общей сетью). Возможны такие варианты осуществления предлагаемого изобретения, в которых нагреватель 622 охлаждающей жидкости и (или) нагреватель 632 смазки получают питание от генератора 610 постоянного тока. В альтернативных вариантах осуществления предлагаемого изобретения питание нагревателя 622 охлаждающей жидкости и (или) нагревателя 632 смазки может осуществляться от других источников питания (например, от аккумуляторных батарей или резервных генераторов).
[0099] Вспомогательная силовая установка 600, в которой использован генератор 610 постоянного тока, может не требовать используемых в известных вспомогательных установках дополнительных подсистем стабилизации и (или) преобразования энергии, так как у нее на выходе постоянное напряжение, которое требуется для систем локомотива. При таком решении обеспечено сокращение количества компонентов и, следовательно, сокращение финансовых и временных затрат на установку и техническое обслуживание. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения вспомогательная силовая установка, на выходе которой постоянный ток (такая как вспомогательная силовая установка 600, описываемая со ссылками на фиг. 10), может приводиться в работу на разных скоростях, но при этом обеспечивать одно и то же постоянное напряжение, как это будет описано ниже. Таким образом, такая система может быть настроена на разные скорости в зависимости от ситуации энергопотребления (высокого или низкого). Таким образом, благодаря возможности работы вспомогательной силовой установки на низкой скорости удается уменьшить потребление топлива, уровень шума и износ.
[00100] Согласно варианту осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированному на фиг. 10, вспомогательная силовая установка 600 содержит систему 640 регулирования скорости двигателя, которая поддерживает скорость вращения вспомогательного двигателя 602 согласно установленному значению. Установленное значение скорости двигателя может быть настраиваемым в определенном диапазоне. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения система 640 регулирования скорости двигателя содержит датчик 642, воспринимающий текущую скорость вспомогательного двигателя 602. Кроме того, система 640 регулирования скорости двигателя содержит также регулятор 644 подачи топлива, выполненный с возможностью увеличивать подачу топлива к вспомогательному двигателю 602, если текущая скорость двигателя падает ниже установленного первого порогового значения, и с возможностью уменьшать подачу топлива к вспомогательному двигателю 602, если текущая скорость двигателя превышает установленное второе пороговое значение. Упомянутые пороговые значения тоже могут быть настраиваемыми. Система 640 регулирования скорости двигателя соединена с системой 608 управления и работает под ее управлением. Например, система 608 управления может принимать входной сигнал от датчика 642 скорости двигателя и генерировать соответствующий выходной сигнал для регулятора 644 подачи топлива. Система 640 регулирования скорости двигателя может быть внутренним компонентом системы 608 управления, а не представлять собою внешний по отношению к ней компонент (как это имеет место в варианте, проиллюстрированном на фиг. 10). Могут использоваться различные схемы построения системы.
[00101] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения вспомогательная силовая установка 600 содержит также регулятор 646 напряжения, выполненный с возможностью регулировать выходное напряжение генератора постоянного тока. Величина этого постоянного выходного напряжения может поддерживаться на уровне 74 В, которое может быть подходящим для питания электрических систем обычного локомотива и (или) зарядки аккумуляторных батарей локомотива. Это напряжение может регулироваться путем регулирования напряжения возбуждения генератора 610 постоянного тока. Например, упомянутый генератор 610 постоянного тока может иметь обмотку возбуждения (не показана), а регулятор 646 напряжения выполнен с возможностью регулировать напряжение возбуждения в обмотке возбуждения в зависимости от выходного напряжения генератора. Например, если выходное напряжение генератора слишком низко, то напряжение возбуждения может быть повышено. Если же выходное напряжение генератора слишком высоко, то напряжение возбуждения может быть соответственно понижено.
[00102] Скорость двигателя и (или) выходную мощность генератора вспомогательной силовой установки 600 можно регулировать с помощью системы 640 регулирования скорости двигателя и (или) регулятора 646 напряжения генератора. Скорость двигателя и, тем самым, выходное напряжение генератора могут регулироваться вручную на надлежащем уровне в зависимости от того, насколько большая мощность требуется пользователю. Чем на более низком уровне установлена скорость двигателя, тем ниже может быть выходная мощность генератора. Однако при более низких скоростях двигателя вспомогательная силовая установка может потреблять меньше топлива, производить меньше шума и обеспечивать уменьшение износа двигателя и установки в целом. Например, в более теплые месяцы пользователь может вручную настроить скорость двигателя на более низкую величину 2000 оборотов в минуту, обеспечивая при этом достаточную выходную мощность генератора для зарядки аккумуляторных батарей. В более холодные месяцы пользователь может вручную настроить скорость двигателя на более высокую величину 2800 оборотов в минуту, так чтобы выходной мощности генератора хватало как на зарядку аккумуляторных батарей, так и для питания нагревателей охлаждающей жидкости и (или) смазки.
[00103] Система 608 управления может быть выполнена с возможностью регулировать скорость двигателя автоматически (например, посредством механического устройства, соединяющего систему 608 управления с системой 640 регулирования скорости двигателя). Система 608 управления может регулировать скорость двигателя в зависимости от температуры окружающего пространства и (или) от текущей даты, например. Система 608 управления может использовать такую информацию и (или) другие факторы для определения наиболее подходящей скорости двигателя.
[00104] Одной из печально известных проблем известных локомотивов является поддержание работоспособного состояния аккумуляторных батарей. Локомотив может быть оснащен аккумуляторными батареями для запуска [двигателя] локомотива и питания вспомогательного оборудования локомотива, такого как приборы освещения, нагреватели и система кондиционирования воздуха. Таким образом, состояние аккумуляторных батарей жизненно важно для функционирования систем локомотива.
[00105] Аккумуляторные батареи могут представлять для вспомогательной силовой установки проблему с их зарядкой, если они состарились или обслуживаются не должным образом. Например, некоторые элементы аккумуляторных батарей могут иметь внутренние короткие замыкания, в результате чего они могут принимать очень высокий заряд в начале зарядного цикла, в то время как их внутренне напряжение является низким. Такие дефектные аккумуляторные батареи могут иметь высокие броски тока, в частности, в начале зарядного цикла. Такое состояние аккумуляторных батарей может привести к перегрузке системы и возгоранию генератора вспомогательной силовой установки, или к остановке двигателя, или к падению его скорости до величины слишком низкой, чтобы генератор мог обеспечить питание своих потребителей. От этих бросков тока нельзя защититься обычными плавкими предохранителями или подобными средствами, потому что при срабатывании плавкого предохранителя зарядный цикл прекращается вовсе. В этом случае аккумуляторные батареи разрядились бы до такого состояния, при котором запуск главного двигателя невозможен.
[00106] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения можно предвидеть нагрузку генератора постоянного тока вспомогательной силовой установки, исходя из энергетических характеристик локомотива и учитывая время года и ожидаемые условия этого времени года. Можно установить и поддерживать скорость двигателя (базовую скорость). На этой базовой скорости рабочий режим и нагрузку генератора постоянного тока можно регулировать с помощью регулятора напряжения (например, путем регулирования напряжения возбуждения), при этом система регулирования скорости двигателя поддерживает базовую скорость, компенсируя повышение или понижение нагрузки.
[00107] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения вспомогательная силовая установка (такая как вспомогательная силовая установка 600, описываемая со ссылками на фиг. 10) может быть оснащена средствами противодействия падению скорости вспомогательного двигателя или неравномерности ее регулирования, которые могут преодолеть условия перегрузки, о которых сказано выше, и позволяют продолжать зарядку аккумуляторных батарей при умеренных нагрузке и силе тока, пока аккумуляторные батареи не будут частично заряжены и ситуация не нормализуется.
[00108] Как можно видеть на фиг. 10, с целью определения, не упала ли скорость двигателя намного ниже базового значения или не упало ли выходное напряжение генератора намного ниже желаемого уровня по причине избыточной нагрузки, система 608 управления может получать сигнал обратной связи от вспомогательного двигателя 602 и (или) от генератора 610 постоянного тока. Эти состояния могут определяться путем простого сравнения измеренной или полученной от датчика скорости двигателя и (или) от датчика выходного напряжения генератора с соответствующим минимальным пороговым значением. Эти минимальные пороговые значения могут быть предварительно заданы ниже установленных текущих значений скорости двигателя и выходного напряжения генератора. Если система 608 управления определяет, что скорость двигателя или выходное напряжение генератора имеет слишком низкую величину, то система 608 управления понижает максимально допустимую выходную мощность генератора 610 постоянного тока, чтобы уменьшить нагрузку на двигатель. Система 608 управления может непрерывно осуществлять текущий контроль скорости двигателя и (или) выходного напряжения генератора и поддерживать понижение максимально допустимой выходной мощности генератора 610 постоянного тока до тех пор, пока скорость двигателя и выходное напряжение генератора не достигнут приемлемого уровня. Как только скорость двигателя и выходное напряжение генератора станут достаточно стабильными, система 608 управления может должны образом пошагово повышать максимально допустимую выходную мощность генератора, пока не будет достигнут уровень приблизительно 100% выходной мощности.
[00109] Для управления выходной мощностью система 608 управления может подавать регулятору 646 напряжения (например, через сеть контроллеров) команду на изменение максимально допустимой выходной мощности генератора. Повышение и (или) понижение выходной мощности генератора постоянного тока может осуществляться изменением уровня выходного напряжения или силы тока генератора постоянного тока. Например, для ограничения максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока регулятор 646 напряжения может понизить напряженность поля возбуждения. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения (например, когда вспомогательная силовая установка 600 не содержит системы автоматического регулирования скорости двигателя) текущий контроль и регулирование выходной мощности генератора могут осуществляться без изменения скорости двигателя. Как говорилось выше, регулирование [выходного] напряжения генератора 610 постоянного тока может быть осуществлено путем регулирования его напряжения возбуждения. Если даже вспомогательная силовая установка 600 содержит систему автоматического регулирования скорости двигателя, вариации скорости при изменении подачи топлива как реакция на изменение нагрузки могут или не могут быть ограничены в достаточной степени, и описанные выше механизмы регулирования все же могут найти применение для изменения выходной мощности генератора.
[00110] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения, если при данной скорости двигателя генератор не может обеспечить выходную мощность, достаточную для питания текущих потребителей (например, по истечении заданного времени), то система управления может повысить скорость двигателя (например, с помощью электромеханического устройства, такого как соленоид, соединенный с регулятором скорости двигателя с возможностью изменять скорость двигателя в установившемся режиме в сторону увеличения). Повышение скорости («оборотов») вспомогательного двигателя может повысить его выходную мощность и, следовательно, выходную мощность генератора постоянного тока. Как было сказано выше, в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения во вспомогательной силовой установке отсутствует система автоматического регулирования скорости двигателя. В таких случаях выходная мощность может быть ограничена путем регулирования поля возбуждения, как описывалось выше. Если изменения максимально допустимой величины выходной мощности генератора и (или) скорости двигателя все же недостаточно, чтобы справиться с падением скорости вспомогательного двигателя или неравномерностью ее регулирования, вызванными нагрузками на вспомогательную силовую установку 600, то система 608 управления может остановить вспомогательный двигатель 602 (например, прекратив подачу топлива в него). Эта ситуация может быть названа перегрузкой.
[00111] Локомотив, оборудованный вспомогательной силовой установкой, может иметь таймер остановки двигателя. Таймер остановки двигателя определяет, включена ли вспомогательная силовая установка по причине низкого напряжения и низкой температуры охлаждающей жидкости главного двигателя, и в таких случаях может автоматически остановить главный двигатель, если последний оставлен работать на холостом ходу на время дольше установленного - обычно это интервал от 15 до 30 минут. Таймер остановки двигателя может быть использован для предотвращения длительной работы главного двигателя на холостом ходу, когда машиниста нет на месте. Таймер остановки двигателя может не принадлежать к оборудованию системы управления и (или) вспомогательной силовой установки. Система управления вспомогательной силовой установкой может автоматически запускать вспомогательный двигатель, если определено, что главный двигатель остановлен. В альтернативных вариантах осуществления предлагаемого изобретения таймер остановки двигателя может быть частью системы управления вспомогательной силовой установкой.
[00112] В некоторых типах локомотивов в условиях очень холодной погоды система подогрева охлаждающей жидкости вспомогательной силовой установки может быть недостаточно мощной, чтобы предотвратить замерзание охлаждающей жидкости двигателя. Таким образом, в таких условиях может быть желательно предотвратить автоматическую остановку главного двигателя. Чтобы не допустить остановки главного двигателя в условиях очень низких температур по команде таймера остановки двигателя, в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения может быть использован тепловой переключатель. Тепловой переключатель может быть установлен за пределами локомотива, подвергаюсь действию температуры окружающей среды. Этот тепловой переключатель может содержать датчик температуры и электронный переключатель, соединенный с упомянутым датчиком температуры и выполненный с возможностью срабатывать при предварительно заданном низком значении температуры и возвращаться в исходное состояние, когда температура поднимется выше этого предварительно заданного низкого значения. Некоторые тепловые переключатели при их срабатывании при предварительно заданном низком значении температуры (точка срабатывания электронного переключателя) не могут восстановить свое исходное положение без специальных средств. При срабатывании теплового переключателя предотвращается автоматическая остановка главного двигателя. Тепловой переключатель может быть включен, например, в линию питания таймера остановки двигателя таким образом, чтобы питание таймера остановки двигателя отключалось при срабатывании теплового переключателя, и поэтому главный двигатель продолжит работать на холостом ходу и будет подогреваться до тех пор, пока температура остается ниже установленного уровня срабатывания теплового переключателя. В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения тепловой переключатель может быть выполнен с возможностью посылать сигнал на вход системы управления вспомогательной силовой установкой (например, содержащей таймер остановки двигателя), а упомянутая система управления может быть выполнена с возможностью не останавливать главный двигатель при срабатывании теплового переключателя. Вспомогательная силовая остановка все же может работать и способствовать предотвращению замерзания охлаждающей жидкости (например, воды или другой жидкости на водной основе) главного двигателя.
[00113] В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг. 10, таймер 650 остановки двигателя является составной частью системы 608 управления, однако в других вариантах осуществления предлагаемого изобретения возможно решение, при котором таймер 650 остановки двигателя не относится к системе 608 управления и вспомогательной силовой установке 600. Тепловой переключатель 652 в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения также является составной частью вспомогательной силовой установки 600. Однако тепловой переключатель 652 может и отсутствовать. В альтернативных вариантах осуществления предлагаемого изобретения тепловой переключатель может не быть компонентом вспомогательной силовой установки 600. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения тепловой переключатель 652 соединен с таймером 650 остановки двигателя посредством системы 608 управления. Тепловой переключатель 652 содержит тепловой датчик 654 и электронный переключатель 656, соединенный с датчиком 654 температуры. Упомянутые датчик 654 температуры и электронный переключатель 656 работают, как описывалось выше, чтобы предотвратить остановку главного двигателя, когда температура окружающей среды является слишком низкой. Датчик 654 температуры может быть выполнен раздельно с электронным переключателем 656. Например, датчик 654 температуры может быть установлен снаружи локомотива, в то время как электронный переключатель 656 установлен внутри локомотива. В альтернативных вариантах осуществления предлагаемого изобретения датчик 654 температуры и электронный переключатель 656 могут быть смонтированы в одном корпусе и установлены снаружи. Для исключения возможности повреждения теплового переключателя 650 или его перенастройки без специального инструмента (например, инструментов, обычно присутствующих в локомотиве) тепловой переключатель 650 может быть помещен в корпус, или же к нему может быть применено другое соответствующее конструктивное решение.
[00114] На фиг. 11 схематично изображен локомотив 700, содержащий вспомогательную силовую установку 600 согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, на этом локомотиве 700 установлены главный двигатель 702 и вспомогательная силовая установка, проиллюстрированная на фиг. 10. Мощность этой вспомогательной силовой установки может составлять от приблизительно 14,7 кВт (в оригинале 20 лошадиных сил) до приблизительно 36,8 кВт (в оригинале 50 лошадиных сил), и эта вспомогательная силовая установка при необходимости может быть оснащена дополнительным радиатором (не показан) для работы в летнее время. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения локомотив 700 является дизель-электрическим. В качестве главного двигателя может быть использован, например, локомотивный двигатель мощностью от 735,5 кВт (1000 лошадиных сил) до 2942 кВт (4000 лошадиных сил). В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в качестве охлаждающей жидкости для главного двигателя 702 и вспомогательной силовой установки 600 может быть использована вода или жидкость на водной основе, например, антифриз, а в качестве смазки может быть использовано масло. Соединительные трубопроводы и пути протекания охлаждающей жидкости и смазки между главным двигателем 702 и вспомогательной силовой установкой 600 на фиг. 11 не показаны. Однако такие соединения и пути протекания охлаждающей жидкости и смазки между главным двигателем 702 и вспомогательной силовой установкой 600 показаны на фиг. 12 и будут описаны позже. Должно быть понятно, что для вспомогательной силовой установки 600 и главного двигателя 702 могут быть использованы соединения трубопроводов и пути протекания охлаждающей жидкости и смазки, подобные тем, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах с фиг. 1 по фиг. 3.
[00115] Как можно видеть на фиг. 11, главный двигатель 702 содержит продольные каналы 704 охлаждающей жидкости и продольные каналы 706 смазочного масла. Главный двигатель 702 включает также большеобъемный масляный резервуар 708 (например, емкостью от 1000 л до 3000 л) и вспомогательный генератор 710. Этот вспомогательный генератор 710 может представлять собой, например, генератор постоянного тока, обеспечивающий выходное напряжение 74 В.
[00116] На фиг. 11 тоже можно видеть вспомогательный двигатель 602, генератор 610 постоянного тока, теплообменник 614, насос 620 подачи охлаждающей жидкости, насос 630 подачи смазки, нагреватель 622 охлаждающей жидкости и нагреватель 632 смазки, присутствующие и на фиг. 10. Генератор 610 постоянного тока может обеспечивать на выходе, например, постоянное напряжение 74 В и силу тока от 100 А до 150 А. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения система 608 управления, обозначенная на фиг. 10, находится в одном корпусе с панелью 711 управления, которая установлена в кабине 712 локомотива. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения панель 711 управления принимает входной сигнал от пользователя и передает этот сигнал системе 608 управления. Например, пользователь может использовать панель 711 управления для задания скорости двигателя, выходной мощности генератора или для настройки установок таймера. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения панель 711 управления принимает от пользователя входные сигналы на остановку главного двигателя 702 и на запуск двигателя 602 вспомогательной силовой установки (вспомогательный двигатель) и наоборот. Как можно видеть, вспомогательная силовая установка 600 и главный двигатель 702 расположены в двигательном отсеке 714 локомотива (находится позади кабины 712).
[00117] Локомотив 700 оборудован также системой 716 кондиционирования воздуха и аккумуляторными батареями 718. Эти аккумуляторные батареи 718 могут обеспечивать на выходе напряжение, например, величиной от 65 В до 74 В. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения система 716 кондиционирования воздуха работает от постоянного напряжения 74 В, и аккумуляторные батареи 718 обеспечивают это постоянное напряжение питания величиной 74 В (такое же напряжение используется для зарядки аккумуляторных батарей). Система 716 кондиционирования воздуха может получать питание от вспомогательного генератора 710, которым оборудован главный двигатель, от аккумуляторных батарей 718, от вспомогательной силовой установки 600 или от комбинации этих источников. Аккумуляторные батареи 718 могут обеспечивать питание для запуска главного двигателя 702 (например, посредством пускового электродвигателя) и (или) вспомогательного двигателя 602. Аккумуляторные батареи 718 могут также в течение ограниченного времени обеспечивать резервное питание для электрических потребителей локомотива. Вспомогательный генератор 710 может быть использован для зарядки аккумуляторных батарей 718 и питания для электрических потребителей локомотива.
[00118] Должно быть понятно, что расположение и размещение различных описанных выше компонентов может быть различным в зависимости от типа локомотива. При этом один или большее число компонентов может отсутствовать или быть добавлено. Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены локомотивами, они могут быть использованы также в других типах транспортных средств.
[00119] Когда вспомогательная силовая установка 600 работает, генератор 610 постоянного тока обеспечивает питание для системы 716 кондиционирования воздуха и заряжает аккумуляторные батареи 718. Это питание постоянным током, обеспечиваемое вспомогательной силовой установкой 600, может подаваться также на другие электрические потребители локомотива, которые на фиг. 11 не показаны, в частности, на осветительные приборы, системы звукового оповещения, системы обогрева и др.
[00120] На фиг. 11 обозначен также топливный бак 720, из которого топливо подается к главному двигателю 702 и вспомогательному двигателю 602. Этот топливный бак может находиться в контакте с окружающим воздухом (например, с холодным воздухом). Таким образом, может представлять преимущество подогревание топлива, как это будет описано ниже.
[00121] Тепловой переключатель 652 установлен снаружи локомотива 700 и соединен с системой 608 управления вспомогательной силовой установки через панель 711 управления.
[00122] Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены конкретным размещением компонентов, проиллюстрированным на фиг. 11. Должно быть понятно, что возможны различные вариации этого расположения. В частности, может быть установлен в разных местах тепловой переключатель 650, если он присутствует в составе оборудования. Аналогично, в разных местах может быть установлена вспомогательная силовая установка 600, а на фиг. 11 показан только один из возможных примеров размещения компонентов. Использование вспомогательной силовой установки 600 не ограничено локомотивами. На других транспортных средствах, оборудованных главным двигателем, тоже может быть вспомогательная силовая установка, подобная вспомогательной силовой установке 600, описанной со ссылками на фиг. 10.
[00123] На фиг. 12 изображена функциональная схема вспомогательной силовой установки 600 локомотива 700, на которой присутствуют дополнительные подробности, иллюстрирующие протекание охлаждающей жидкости главного двигателя (в качестве которой может быть использована, например, вода или жидкость на водной основе, возможно, с добавками, такими как антифриз) и смазки главного двигателя (в качестве которой в рассматриваемом варианте использовано смазочное масло) между главным двигателем 702 и вспомогательной силовой установкой в варианте ее осуществления, проиллюстрированном на фиг. 11.
[00124] Охлаждающая жидкость из продольных каналов 704 охлаждающей жидкости с помощью насоса 620 подачи охлаждающей жидкости по трубопроводам 624 и 626 подается в водонагревательную часть 730 теплообменника 614. В этой водонагревательной части 730 теплообменника 614 тепло, выделяющееся при сгорании топлива во вспомогательном двигателе 602, передается охлаждающей жидкости главного двигателя. Из теплообменника 614 охлаждающая жидкость главного двигателя по трубопроводу 628 транспортируется в нагреватель 622 охлаждающей жидкости. Может быть предусмотрен датчик 623 температуры, соединенный с нагревателем 622 охлаждающей жидкости главного двигателя и выполненный с возможностью измерения температуры охлаждающей жидкости главного двигателя, протекающей через нагреватель 622 охлаждающей жидкости. Этот нагреватель 622 охлаждающей жидкости выполнен с возможностью осуществлять дополнительный подогрев охлаждающей жидкости главного двигателя, когда температура этой охлаждающей жидкости ниже некоторого порогового значения. При таком решении нагреватель 622 охлаждающей жидкости потребляет энергию только тогда, когда в этом есть необходимость (то есть, когда теплообменник 614 не обеспечил достаточного подогрева охлаждающей жидкости главного двигателя). Затем охлаждающая жидкость главного двигателя по трубопроводу 629 отправляется обратно в продольные каналы 704 охлаждающей жидкости.
[00125] Смазочное масло из относящегося к оборудованию главного двигателя больше объемного резервуара 708 с помощью насоса 630 подачи смазки по трубопроводам 634 и 636 подается в маслонагревательную часть 732 теплообменника 614. В этой маслонагревательной части 732 теплообменника 614 тепло, выделяющееся при сгорании топлива во вспомогательном двигателе 602, передается смазочному маслу главного двигателя. Из теплообменника 614 смазочное масло главного двигателя по трубопроводу 638 транспортируется в нагреватель 632 смазки главного двигателя. Может быть предусмотрен датчик 633 температуры, соединенный с нагревателем 632 смазки главного двигателя и выполненный с возможностью измерять температуру смазочного масла главного двигателя, протекающего через нагреватель 632 смазки главного двигателя. Этот нагреватель 632 смазки главного двигателя выполнен с возможностью осуществлять дополнительный подогрев смазочного масла главного двигателя, когда температура последнего ниже установленного порогового значения. При таком решении нагреватель 632 смазки потребляет энергию только тогда, когда в этом есть необходимость (то есть, когда теплообменник 614 не обеспечил достаточного подогрева смазочного масла главного двигателя). Затем подогретое смазочное масло главного двигателя по трубопроводу 639 под давлением подается обратно в продольные каналы 706 смазочного масла. После предварительной смазки подшипников смазочное масло главного двигателя возвращается в большеобъемный резервуар 708 смазочного масла.
[00126] На фиг. 12 обозначен также контур протекания охлаждающей жидкости вспомогательного двигателя. А именно, подогретая охлаждающая жидкость из продольных каналов 734 охлаждающей жидкости с помощью насоса 736 подачи охлаждающей жидкости подается в теплообменник 614. В частности, эта охлаждающая жидкость проходит по трубопроводу 616 к насосу 736, а затем по трубопроводам 616а и 616b соответственно к водонагревательной части 730 и маслонагревательной части 732 теплообменника 614. В теплообменнике 614 имеет место отвод от охлаждающей жидкости вспомогательного двигателя тепла, выделяющегося при сгорании топлива во вспомогательном двигателе 602. При полной нагрузке мощность выделения этого тепла может быть близка электрической выходной мощности генератора 610 постоянного тока (обозначен на фиг. 10 и фиг. 11). Наконец, охлаждающая жидкость вспомогательного двигателя по трубопроводу 618 возвращается в продольные каналы 734 охлаждающей жидкости.
[00127] Топливо по трубопроводу 739 засасывается из топливного бака 720 и с помощью топливного насоса 740 по топливопроводу 741 подается к форсункам (не показаны) вспомогательного двигателя 602. Возвратное топливо поступает обратно в топливный бак 720 по трубопроводам 744, 745 и 746. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 12, предусмотрен терморегулирующий клапан 742. Если этот терморегулирующий клапан 742 настроен на зимние условия, то осуществляется подогревание топлива в топливонагревательной части 735 теплообменника 614. После подогрева топливо возвращается в топливный бак 720 по трубопроводу 746. Если же терморегулирующий клапан 742 настроен на летние условия, то возвратное топливо подается в обход топливонагревательной части 735 теплообменника 614.
[00128] Датчики 623 и 633 температуры, показанные на фиг. 2, могут быть соединены с системой 608 управления (показана на фиг. 10 и фиг. 11) и подавать сигналы на ее вход. По этим сигнала система управления может включать или выключать нагреватель 622 охлаждающей жидкости и нагреватель 632 смазки, соответственно.
[00129] На фиг. 13 изображена блок-схема алгоритма способа 1300 регулирования (один из возможных вариантов) выходной мощности вспомогательной силовой установки (такой как вспомогательная силовая установка 600, описываемая со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 10 по фиг.12). Должно быть понятно, однако, что для управления описываемыми здесь вспомогательными силовыми установками могут применяться и другие способы или приемы, и что варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены конкретным способом, иллюстрируемым на фиг. 13.
[00130] На стадии 1302 (здесь и далее - номер блока изображенной на фиг. 13 блок-схемы алгоритма) производят запуск вспомогательного двигателя теля (такого как вспомогательный двигатель 602, описываемый со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 10 по фиг. 12). Этот вспомогательный двигатель может быть запущен в качестве реакции на предварительно определенные условия (такие как, например, остановка главного двигателя), как об этом говорилось выше. Вспомогательному двигателю может быть дано некоторое время на разогрев без внешней нагрузки, не считая возможных паразитических нагрузок, связанных с его передним и задним выходными валами. Таким образом, на стадии 1304 (факультативно) осуществляют временную задержку выходной мощности генератора постоянного тока. На стадии 1306, когда скорость («обороты») вспомогательного двигателя достигает установленного минимального порогового значения, генератор постоянного тока разблокируют для производства электроэнергии. Например, он может быть включен с ограничением максимальной выходной мощности (например, отрегулирован на 75% выходной мощности). Под «максимальной выходной мощностью» генератора в данном случае следует понимать его максимально разрешенную или максимально допустимую выходную мощность. Система управления вспомогательной силовой установкой (например, системой 608 управления, описываемой со ссылками на фиг. 10) может посылать на регулятор напряжения генератора сигнал максимально допустимой выходной мощности, и регулятор напряжения генератора будет обеспечивать только заданный процент максимальной выходной мощности. Например, если предположить, что при данной скорости («оборотах») генератор может обеспечивать выходной ток 100 А, и система управления вспомогательной силовой установкой подает регулятору напряжения генератора сигнал, разрешающий 100% выходной мощности, то он обеспечит выходной ток 100 А, если нагрузка генератора больше или равна 100 А. Если же система управления вспомогательной силовой установкой подает регулятору напряжения генератора сигнал, разрешающий 50% максимальной выходной мощности (например, по причине падения скорости (низких «оборотов») или понижении выходного напряжения генератора), то генератор обеспечит выходной ток максимум 50 А. Таким образом, выражение «максимальная выходная мощность» здесь означает не полную мощность, какую способен обеспечить генератор постоянного тока, а установленный максимум, разрешенный генератору. Этот установленный максимум может быть переведен на более высокую или более низкую ступень, как здесь описывалось.
[00131] В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения выход генератора постоянного тока после запуска вспомогательного двигателя блокируют на заданное время. Задержка выхода генератора постоянного тока может быть осуществлена с помощью подходящих электрических и (или) механических переключателей. Таким образом, можно обеспечить для вспомогательного двигателя отсутствие внешних нагрузок (через генератор постоянного тока), пока этот двигатель не получит возможность справляться с такими нагрузками. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения такая задержка может быть не предусмотрена, и выходная мощность генератора постоянного тока не блокируется при запуске вспомогательного двигателя. Например, генератор 610 постоянного тока, описанный со ссылками на фиг. 10, может находиться под электронным управлением от системы управления, которая дает команду не включать напряжение возбуждения генератора 610 постоянного тока (то есть, не питать обмотку возбуждения) в циклах запуска и (или) разогрева вспомогательного двигателя 602. Аналогично, с целью отключения выходного постоянного напряжения генератора напряжение возбуждения может не подаваться перед циклами остановки и (или) охлаждения вспомогательного двигателя 602.
[00132] На стадии 1308 обеспечивают работу вспомогательного двигателя в течение первого заданного периода времени (факультативно). В течение этого времени может осуществляться текущий контроль скорости двигателя и выходного напряжения генератора.
[00133] На стадии 1310 скорость двигателя («обороты») и выходное напряжение генератора измеряют и сравнивают с установленными минимальными (например, калиброванными) пороговыми значениями скорости и напряжения. Результаты сравнения могут быть приняты во внимание для задания базовой или установленной скорости вспомогательного двигателя, которая может регулироваться как описывалось выше. Минимальное пороговое значение напряжения тоже может регулироваться на основе желаемого значения выходного напряжения. Текущий контроль в течение предварительно заданного (например, калиброванного) периода времени может быть проведен перед сравнениям.
[00134] Если скорость двигателя и (или) выходное напряжение генератора выше минимальных пороговых значений (ветвь «ДА» на стадии (в логическом блоке алгоритма) 1310), то при выполнении способа переходят к стадии 1314. Если же скорость двигателя и (или) выходное напряжение генератора не выше минимальных пороговых значений (ветвь «НЕТ» на стадии (в логическом блоке алгоритма) 1310), то при выполнении способа переходят к стадии 1312, на которой максимальную выходную мощность генератора понижают на определенную величину (например, с 75% до 50%). Это понижение может уменьшить нагрузку на вспомогательную силовую установку и, тем самым, обеспечить для вспомогательного двигателя и генератора постоянного тока возможность работать с надлежащими скоростью и напряжением. Выполнение способа возвращается к стадии 1310, и выполнение стадий с 1308 по 1312 может повторяться до тех пор, пока и скорость двигателя, и выходное напряжение генератора не станут выше установленных минимальных пороговых значений.
[00135] На стадии 1314 обеспечивают работу вспомогательного двигателя в течение первого заданного (например, калиброванного) периода времени.
[00136] На стадии 1316 максимальную выходную мощность генератора повышают на определенную величину (например, с 50% до 75%). После этого повышения выполнение способа возвращается на стадию 1308. Выполнение стадий с 1308 по 1316 может повторяться (с повышением и (или) понижением выходной мощности вспомогательной силовой установки) до тех пор, пока вспомогательный двигатель не выйдет на адаптивно установившийся режим работы и не будет обеспечивать надлежащую максимальную выходную мощность для текущей нагрузки на вспомогательную силовую установку. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения выполнение способа со стадии 1316 может возвращаться не к стадии 1308, а к стадии 1310.
[00137] Таким образом, путем понижения и повышения максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока выходную мощность адаптируют на основе текущих нагрузок. Например, если вспомогательная силовая установка «увязает» или ослабевает, то для компенсации такого состояния максимально допустимую выходную мощность понижают. Выходную мощность генератора можно регулировать путем регулирования поля возбуждения в генераторе постоянного тока (регулируя, тем самым, максимально допустимую выходную мощность генератора).
[00138] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения регулирование выходной мощности генератора может осуществляться путем варьирования скорости двигателя. Например, если вспомогательная силовая установка имеет систему регулирования скорости двигателя, то для регулирования выходной мощности генератора постоянного тока можно повышать или понижать скорость вспомогательного двигателя. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения, если в течение установленного промежутка времени максимальная выходная мощность не может достичь 100% (или величины близкой к 100%), то скорость вспомогательного двигателя может быть повышена (например, с помощью электромеханического устройства, соединяющего систему 608 управления с системой 640 регулирования скорости двигателя, как описывалось выше со ссылками на фиг. 10).
[00139] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения способ может не включать стадий запуска, описанных выше. Способ может содержать операцию текущего контроля скорости двигателя и (или) выходного напряжения генератора. Если скорость двигателя и (или) выходное напряжение генератора на слишком низком уровне (то есть, ниже установленного минимального порогового значения), то значение максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока может быть понижено. Если же скорость двигателя и выходное напряжение генератора достаточно высоки (то есть, не ниже установленного минимального порогового значения), то значение максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока может быть установлено на более высоком уровне. Для адаптации выходной мощности генератора постоянного тока к текущим условиям эти операции могут время от времени (например, периодически) повторяться. Подобным же образом на основе информации о нагрузках, выходном напряжении генератора и (или) скорости двигателя можно повышать и понижать скорость двигателя.
[00140] Вспомогательная силовая установка, оборудованная генератором постоянного тока, может включаться в работу в следующих случаях: (а) если требуется поддерживать температуру охлаждающей жидкости главного двигателя, (б) если требуется поддерживать заряд аккумуляторных батарей, и (или) (в) если требуется заряжать аккумуляторные батареи. Кроме того, вспомогательная силовая установка, оборудованная электроэнергетической системой постоянного тока (например, обеспечивающей постоянное напряжение 74 В), может обеспечивать питание потребителей электрической энергии на локомотиве или другом транспортном средстве. Например, вспомогательная силовая установка может обеспечивать питание обогревателей кабины локомотива и (или) потребителей системы кондиционирования воздуха кабины локомотива, а также других потребителей, таких как приборы освещения и др. Вспомогательная силовая установка может использовать топливо из топливного бака локомотива и может, таким образом, циклически запускаться и выключаться из работы в течение нескольких дней. Вспомогательная силовая установка может работать также параллельно с главным двигателем, чтобы поддерживать заряд аккумуляторных батарей главного двигателя (например, в случае отказа электрического генератора главного двигателя), или когда требуется зарядка аккумуляторных батарей вспомогательной силовой установки. Когда работает главный двигатель локомотива, его аккумуляторные батареи, получающие заряд от электрического генератора главного двигателя, могут обеспечивать питание, например, систему кондиционирования воздуха и (или) обогреватели в кабине локомотива.
[00141] Если вспомогательная силовая установка установлена на локомотиве, то когда она находится в режиме текущего контроля, она может запускаться, когда используемая в качестве охлаждающей жидкости вода оказывается слишком близко к точке замерзания, с тем чтобы осуществить циркуляцию и подогрев этой охлаждающей воды главного двигателя теплом, выделяющимся при сгорании топлива в двигателе вспомогательной силовой установки. Вспомогательная силовая установка выполнена с возможностью получать информацию о температуре охлаждающей жидкости главного двигателя и при необходимости включать дополнительные электрические нагреватели жидкости, чтобы повысить температуру охлаждающей жидкости главного двигателя.
[00142] В случаях, когда в целях безопасности вспомогательная силовая установка может остановить главный двигатель, она сначала, прежде чем остановить главный двигатель, может провести самодиагностику. Система может быть оснащена аварийной сигнализацией, которая выдает первый аварийный сигнал, если вспомогательная силовая установка не запускается или прекращает работу, например, по причине отсутствия топлива, и может выдавать второй аварийный сигнал, если температура охлаждающей жидкости главного двигателя опускается ниже установленного допустимого порогового значения, которое на определенную величину выше температуры приведения в действие встроенного крана аварийного слива охлаждающей жидкости.
[00143] Находясь в режиме текущего контроля, вспомогательная силовая установка получает информацию о напряжении аккумуляторных батарей локомотива, и когда это напряжение понижается ниже калибруемого или регулируемого порогового значения, вспомогательная силовая установка может быть приведена в действие с целью зарядки аккумуляторных батарей локомотива. Как только аккумуляторные батареи локомотива будут заряжены, вспомогательная силовая установка может быть остановлена. Если напряжение аккумуляторных батарей локомотива снова понизилось, вспомогательная силовая установка может быть приведена в действие снова.
[00144] Система может быть оснащена устройством сотовой или спутниковой связи (например, устройством глобальной системы определения местонахождения GPS), которое информирует базу о местонахождении транспортного средства, а также передает такие параметры, как напряжение аккумуляторных батарей, значения температуры и коды неисправности.
[00145] Описываемая здесь вспомогательная силовая установка (такая как вспомогательная силовая установка 600, описывавшаяся со ссылками на фиг. 10) может быть заключена в рамную конструкцию, охватывающую вспомогательный двигатель и генератор постоянного тока, а также систему подогрева охлаждающей жидкости и (или) смазки (включающую, в частности, насосы, теплообменник, нагреватели и т.д.) Вспомогательная силовая установка (факультативно включающая рамную конструкцию) может быть установлена внутри моторного отсека локомотива либо на стене или на боковой площадке снаружи за пределами моторного отсека. Трубопроводы для подачи охлаждающей жидкости и смазки, о которых говорилось в настоящем описании, могут представлять собой гибкие шланги либо жесткие трубки.
[00146] Генератор постоянного тока выполнен с возможностью подавать напряжение в электрическую сеть транспортного средства путем прямого подключения к общей сети локомотива. Напряжение генератора постоянного тока может быть тем же, что и напряжение в сети транспортного средства, обеспечивая таким образом для генератора постоянного тока возможность работать в унисон со вспомогательным электрическим генератором главного двигателя или замещать этот вспомогательный генератор, так чтобы либо генератор вспомогательной силовой установки, либо электрический генератор главного двигателя, либо и тот и другой могли обеспечивать питание вспомогательного оборудования, такого как система кондиционирования воздуха кабины, кабинные обогреватели и аккумуляторные батареи.
[00147] Как говорилось выше, относящийся к вспомогательной силовой установке (например, к вспомогательной силовой установке 600, описывавшейся со ссылками на фиг. 10) генератор постоянного тока может находиться под электронным управлением от системы управления с целью предотвращать падение скорости двигателя вспомогательной силовой установки под нагрузкой путем понижения максимально допустимой выходной мощности генератора постоянного тока при падении скорости («оборотов») двигателя и (или) понижения выходного напряжения генератора. Максимально допустимая выходная мощность генератора постоянного тока может пошагово повышаться до 100% за несколько шагов по мере стабилизации скорости двигателя и выходного напряжения генератора на уровне, приемлемом для аккумуляторных батарей.
[00148] Система регулирования скорости двигателя вспомогательной силовой установки (например, система 640 регулирования скорости двигателя ля, описывавшаяся со ссылками на фиг. 10) выполнена с возможностью автоматически регулировать скорость двигателя или принимать на свой вход сигнал от пользователя для изменения скорости двигателя вручную. Эта система регулирования скорости двигателя может быть настроена на устанавливаемые по желанию точки устойчивого состояния, зависящие от режима нагрузки.
[00149] Как часть вспомогательной силовой установки по п. 1 формулы изобретения, когда локомотив оборудован таймером остановки двигателя, может быть установлен снаружи регулируемый тепловой переключатель, выполненный с возможностью блокировать способность таймера остановки двигателя останавливать главный двигатель, если температура окружающего воздуха настолько низка, что для предотвращения замерзания охлаждающей жидкости локомотива нельзя положиться на вспомогательную силовую установку. Все же, когда таймер остановки двигателя заблокирован, главный двигатель может быть остановлен вручную.
[00150] Далее будут описаны различные факультативные функции системы управления вспомогательной силовой установкой (например, системы 608 управления, описывавшейся со ссылками на фиг. 10). Система управления может быть соединена с датчиками или иметь в своем составе датчики, а также программное обеспечение для текущего контроля транспортного средства и (или) главного двигателя. Например, система управления может осуществлять текущий контроль колес, а также состояния главного двигателя (например, работает он или нет), чтобы определить нахождение транспортного средства на стоянке и остановленное состояние главного двигателя или его работу на холостом ходу. Система управления может быть оснащена таймером, способным определить, что главный двигатель проработал на холостом ходу в течение определенного времени. Система управления может иметь программное обеспечение, обеспечивающее безопасный запуск вспомогательной силовой установки, если установлено, что главный двигатель проработал на холостом ходу дольше установленного времени. Система управления может содержать средство для определения того, что вспомогательная силовая установка работает в фазе разогрева. Система управления может содержать программное обеспечение и средство для остановки главного двигателя. Система управления может быть соединена с системой звуковых и (или) визуальных сигналов в кабине машиниста, а также может иметь программное обеспечение и средства для подачи предупредительного звукового сигнала перед остановкой главного двигателя. Система управления может быть соединена с переключателем отмены, обеспечивающим для оператора возможность отложить процедуру остановки главного двигателя. Система управления может иметь программное обеспечение и датчики, обеспечивающие возможность остановить вспомогательную силовую установку после того как остановлен главный двигатель, если только вспомогательная силовая установка не нужна для зарядки аккумуляторных батарей или для поддержания температуры охлаждающей и смазочной жидкостей. Система управления может быть оснащена преобладающим ручным управлением для запуска и остановки вспомогательной силовой установки. Система управления может иметь программное обеспечение и датчики в системе двигателя вспомогательной силовой установки и электроэнергетической системе, обеспечивающие возможность останавливать вспомогательную установку в таких случаях, как недостаточное давление охлаждающей жидкости или смазочного масла, или их перегрев, или если выходное напряжение генератора находится на слишком высоком или слишком низком уровне в течение установленного времени. Система управления может иметь программное обеспечение и средства для измерения температуры охлаждающей и смазочной жидкостей в системе с возможностью запуска вспомогательной силовой установки, если эта температура падает ниже установленных уровней, и остановки вспомогательной силовой установки, когда температура достигает установленных уровней. Система управления может иметь программное обеспечение и средства для текущего контроля напряжения в системе с обеспечением возможности запускать вспомогательную силовую установку для зарядки аккумуляторных батарей. Система управления может иметь программное обеспечение для остановки вспомогательной силовой установки после зарядки аккумуляторных батарей в течение установленного времени. Система управления может иметь программное обеспечение и датчики для текущего контроля напряжения аккумуляторных батарей вспомогательной силовой установки и запуска двигателя вспомогательной силовой установки для зарядки аккумуляторных батарей вспомогательной силовой установки с помощью зарядного генератора с ременной передачей. Система управления может иметь программное обеспечение для определения того, является ли причиной низкого напряжения в системе низкий заряд аккумуляторных батарей, установившееся пониженное напряжение, или высокие нагрузки, такие как работа пусковых двигателей при запуске главного двигателя. В случае временного пониженного напряжения программное обеспечение не будет пытаться запустить вспомогательную силовую остановку во избежание нежелательных запусков. Система управления может иметь программное обеспечение и средства для текущего контроля функций запуска и работы двигателя вспомогательной силовой установки, и если эти функции работают неправильно, система управления может привести в действие систему аварийного оповещения и послать на базу сообщение по сотовой или спутниковой связи. Система управления может иметь программное обеспечение и средства для текущего контроля температуры охлаждающей жидкости (например, воды) на нижнем и самом холодном конце системы охлаждающей жидкости и инициирования вспомогательного сигнала аварийного оповещения до того, как температура опустится настолько, что транспортное средство начинает сливать свою охлаждающую жидкость. Система охлаждающей жидкости может быть защищена с помощью установленного в этой самой холодной точке сливного клапана, находящегося под контролем пластичного материала или металла с эффектом памяти. Он может сработать при понижении температуры до того, как охлаждающая жидкость замерзнет и опустошить всю систему охлаждающей жидкости. Описываемая здесь система управления может быть выполнена с возможностью хранить и задействовать программное обеспечение для оптимизации функционирования всей системы и может быть перекофигурирована на различные типы локомотивов.
[00151] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения во время работы вспомогательной силовой установки топливо, запасенное в топливном баке транспортного средства (например, локомотива) может циркулировать под действием топливного насоса, приводимого в действие с помощью электрических или механических средств. Если расход циркулирующего топлива больше, чем необходимо для сгорания в двигателе, то несгоревшее топливо может быть возвращено в топливный бак транспортного средства. В холодную погоду для подогрева этого возвращаемого в топливный бак несгоревшего топлива может быть использован теплообменник в системе циркуляции охлаждающей жидкости вспомогательной силовой установки. Чтобы обеспечить в летнее время обход теплообменника, может быть использован перепускной клапан (как это было описано выше).
[00152] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения двигатель вспомогательной силовой установки может быть снабжен охладительной рубашкой с охлаждающей жидкостью для охлаждения выхлопной трубы и трубопроводов вспомогательной силовой установки с целью повышения эффективности передачи охлаждающей жидкости тепла, выделяющегося при сгорании топлива в двигателе. Циркуляция охлаждающей жидкости может обеспечиваться встроенным насосом двигателя вспомогательной силовой установки.
[00153] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения в случае транспортных средств с неблагоприятным для главного двигателя тепловым балансом может быть использована система циркуляции дополнительной охлаждающей жидкости с воздушным радиатором и (или) вентилятором, которая может приводиться в действие в зависимости от температуры охлаждающей жидкости вспомогательной силовой установки.
[00154] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения главная электроэнергетическая система генератора вспомогательной силовой установки, вспомогательный генератор транспортного средства на главном двигателе и аккумуляторные батареи имеют одинаковый электрический потенциал. Единый электрический потенциал на транспортном средстве обеспечивает возможность обойтись без коммутирующей или управляющей аппаратуры при распределении электроэнергии. Система может быть саморегулирующейся, и электрический ток может течь к точке с более низким потенциалом из точки с более высоким потенциалом независимо от того, какие источники и потребители электрической энергии находятся в работе.
[00155] Описанная здесь вспомогательная силовая установка (такая как вспомогательная силовая установка 600, описанная выше со ссылками на фиг. 10) может автоматически согласовывать выходное напряжение генератора постоянного тока с электрической сетью или системой транспортного средства, имеющего главный двигатель. Например, в локомотиве вспомогательная силовая установка может содержать датчик напряжения, воспринимающий уровень напряжения в электрической сети локомотива и надлежащим образом регулирующий выходное напряжение (возможно, независимо от скорости двигателя). Это регулирование напряжения может осуществляться с помощью регулятора напряжения (такого как регулятор 646 напряжения, описывавшийся выше со ссылками на фиг. 10).
[00156] Приведенное выше описание служит только целям иллюстрации принципов предлагаемого изобретения. Специалист в данной отрасли найдет другие варианты осуществления предлагаемого изобретения, не выходя за пределы его объема, который задан прилагаемой формулой изобретения.