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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf den Betrieb eines Verbunds und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Steuern der Gesamtzugleistung eines Verbunds beim Durchfahren eines Tunnels.
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Hintergrund
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Bei traditionellen Verbundanordnungen können die Kühlsysteme und Leistungssteuerungen von jeder Lokomotive getrennt gesteuert werden. Bei solchen Anordnungen gibt es keinen Informationsaustausch, Kommunikationsverbindungen oder Steuerkoordination unter den Kühlsystemen oder Leistungssteuerungen der Lokomotiven. Als eine Folge muss das Steuersystem von jeder Lokomotive seinen jeweiligen Motor herunterregeln, wenn die Motorkühlmitteltemperatur das zulässige Maximum dieser speziellen Lokomotive übersteigt und ihr Kühlsystem bei voller Kapazität arbeitet. Die Kühllufteinlasstemperaturen von jeder Lokomotive in dem Verbund sind jedoch in Beziehung miteinander, insbesondere in Bedingungen in einem Tunnel.
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Wenn ein Verbund durch einen Tunnel fährt, überträgt jede Lokomotive Wärme vom Motor auf die Umgebungsluft, welche dann innerhalb des Tunnels eingeschlossen ist, bis der Verbund dort hindurch gefahren ist. Als eine Folge nimmt das Kühlsystem einer nachlaufenden bzw. hinterherfahrenden Lokomotive die Luft auf, die zunehmend von jeder Lokomotive aufgeheizt worden ist, die vor ihr im Tunnel fährt. Dies kann bewirken, dass die Motorkühlmitteltemperaturen über zulässige Grenzen zunehmen, was es erfordert, dass die Leistung der nachlaufenden Lokomotiven heruntergeregelt wird. Bei Systemen des Standes der Technik wird ein Herunterregeln bei jeder Lokomotive alleine basierend auf ihrer eigenen Umgebung und ihren eigenen Motorbedingungen ausgeführt. Diese gesteuerte Leistungsverringerung tritt ohne Bezugnahme oder Berücksichtigung der Leistungsniveaus der anderen Lokomotiven in dem Verbund auf. Als eine Folge kann die Gesamtzugleistung des Verbundes niedriger als notwendig sein, insbesondere für den Betrieb einer Lokomotive in Bedingungen in einem Tunnel.
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Eine Lösung, um einen Lokomotivenbetrieb in Bedingungen in einem Tunnel aufrechtzuerhalten, wird im
US-Patent 7,072,747 B2 („dem '747-Patent”) beschrieben. Das '747-Patent ist auf ein Verfahren zur Steuerung des Durchfahrens eines Verbundes durch einen Tunnel gerichtet, welches angeblich eine ausreichende Leistungsfähigkeit von den Lokomotiven aufrechterhält, um den Verbund durch den Tunnel zu bewegen.
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Die Lösung, die von dem
'747-Patent vorgesehen wird, erfordert, dass die Lokomotiven jeweils für die Durchfahrt durch den Tunnel konfiguriert werden, bevor der Verbund in den Tunnel eintritt. Dies erfordert eine aufwendige Konfiguration des Verbundes basierend auf der Zugleistung, die erforderlich ist, um den Verbund durch den Tunnel zu bewegen, und basierend auf der relativen Lage von jeder Lokomotive innerhalb des Verbundes. Zusätzlich erfordert dies eine Voraussicht der Charakteristiken von jedem Tunnel, durch den der Verbund fahren wird. Die Lösung, die von dem '747-Patent vorgesehen wird, kann nicht arbeiten, außer, wenn sie Lagedaten bezüglich sowohl des Tunnels als auch bezüglich der relativen Lage von jeder Lokomotive in dem Verbund erhält. Sobald der Verbund durch den Tunnel fährt, kann das in dem '747-Patent offenbarte Verfahren angeblich dynamisch verändern, welche der Lokomotiven im Leerlauf bleibt, um eine ausreichende Gesamtzugleistung aufrechtzuerhalten. Jedoch kann das Verfahren des '747-Patentes nicht die Kühlsysteme von jeder der Lokomotiven steuern und es offenbart keine dynamische Herunterregelung der Lokomotiven. Vielmehr ist die offenbarte Steuerung darauf eingeschränkt, den Modus einer Lokomotive zwischen Leerlauf und voller Zugleistung umzuschalten.
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Das vorliegende offenbarte Leistungssteuersystem ist darauf gerichtet, ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Leistungssteuersystem für einen Verbund gerichtet. Der Verbund kann eine Vielzahl von Lokomotiven aufweisen, wobei jede Lokomotive einen Motor hat. Das Leistungssteuersystem kann eine Vielzahl von Lokomotivensteuervorrichtungen aufweisen. Jede Lokomotivensteuervorrichtung kann mit einem der Motoren assoziiert sein und konfiguriert sein, um Temperatur- und Leistungsbedingungen des assoziierten Motors zu überwachen. Das Leistungssteuersystem kann auch eine zentrale Steuervorrichtung aufweisen, die geeignet ist, die Temperatur und die Leistungsbedingungen von jeder Lokomotivensteuervorrichtung aufzunehmen und erwünschte Leistungsniveaus für jeden Motor im Verbund basierend auf der empfangenen Temperatur und basierend auf den Leistungsbedingungen der Vielzahl von Lokomotiven zu bestimmen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung zur Steuerung der Gesamtzugleistung eines Verbundes gerichtet. Der Verbund kann eine Vielzahl von Lokomotiven aufweisen, wobei jede Lokomotive einen Motor hat. Das Verfahren kann aufweisen, an einer zentralen Stelle Leistungsbedingungen und Temperaturdaten von jeder der Lokomotiven zu empfangen. Das Verfahren kann auch aufweisen, erwünschte Leistungsniveaus für jeden der Motoren und Einstellungen für mindestens einen Motor zu bestimmen, um die erwünschten Leistungsniveaus zu erreichen, und zwar basierend auf den Bedingungen und Temperaturdaten, die von jeder der Lokomotiven empfangen wurden. Das Verfahren kann auch aufweisen, die jeweiligen Einstellungen für mindestens einen Motor der jeweiligen Lokomotive zu übermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Verbund gerichtet. Der Verbund kann auch eine Vielzahl von Lokomotiven aufweisen. Jede Lokomotive kann einen Motor aufweisen. Jede Lokomotive kann ein Kühlsystem aufweisen, welches geeignet ist, um eine Temperatur des Motors zu regeln. Jede Lokomotive kann eine Lokomotivensteuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um den Motor und das Kühlsystem zu überwachen und zu steuern. Jede Lokomotive kann auch einen Motortemperatursensor aufweisen, der konfiguriert ist, um die Motortemperatur zu bestimmen und um ein Signal an die Lokomotivensteuervorrichtung zu senden, welches die Motortemperatur anzeigt. Jede Lokomotive kann weiter einen Lufttemperatursensor aufweisen, der konfiguriert ist, um die Umgebungslufttemperatur zu bestimmen und ein Signal an die Lokomotivensteuervorrichtung zu senden, welches die Umgebungslufttemperatur anzeigt. Der Verbund kann eine zentrale Steuervorrichtung aufweisen, die konfigurier ist, um die Motortemperaturen und Umgebungslufttemperaturen von jeder der Lokomotivensteuervorrichtungen zu empfangen, und um erwünschte Leistungsniveaus für jeden Motor im Verbund basierend auf den empfangenen Temperatur- und Leistungsbedingungen der Vielzahl von Lokomotiven zu bestimmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht eine bildliche Darstellung eines beispielhaften Verbundes.
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2 veranschaulicht eine bildliche perspektivische Ansicht eines Motors.
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3 sieht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Kühlsystems für einen Motor vor.
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4 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Leistungssteuersystems für einen Verbund.
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5 sieht eine Abbildung eines Flussdiagramms eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung der Gesamtleistung eines Verbundes vor.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht einen Verbund 100, der eine Vielzahl von Lokomotiven 120 aufweist, wobei die Vielzahl mindestens eine erste und eine letzte Lokomotive 120 aufweist. Jede Lokomotive 120 kann einen Motor 140 aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Motor 140 ein Zwei-Gleichtakt-Gleichstrom-Dieselmotorsystem aufweisen. Während dies in 1 nicht gezeigt ist, kann der Verbund 100 mehr als zwei Lokomotiven 120 aufweisen. Zusätzlich kann der Verbund 100 auch eine Vielzahl von anderen Schienenfahrzeugen aufweisen, wie beispielsweise Frachtwagons oder Passagierwagons, und kann unterschiedliche Anordnungen der Fahrzeuge und Lokomotiven einsetzen, so dass diese für die spezielle Anwendung des Verbundes 100 passen.
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2 veranschaulicht einen beispielhaften Motor 140, der ein herkömmliches Luftsystem aufweisen kann. Beispielsweise kann der Motor 140 einen Turbolader 210 mit einem Kompressor und einer Turbine aufweisen. Zusätzlich zum Turbolader 210 kann der Motor 140 auch eine Lufteinlassbox 220, eine Auslasssammelleitung 230 und ein Kurbelgehäuse 240 zur Verbrennung aufweisen. Der Turbolader 210 kann komprimierte Luft zum Motor 140 liefern. Der Kompressor des Turboladers 210 kann komprimierte Umgebungsluft zu einem Nachkühler 250 übertragen, wo die komprimierte Luft auf eine ausgewählte Temperatur heruntergekühlt wird. Überlegungen bezüglich der Umwelt, der Wirtschaftlichkeit und der Sicherheit bringen Einschränkungen bezüglich der maximalen Betriebstemperatur des Motors 140 mit sich, um die Motoremissionen zu verbessern und um die Betriebslebensdauer des Motors aufrechtzuerhalten. Daher kann der Motor 140 eine vorbestimmte Motortemperaturschwelle haben, beispielsweise eine vorbestimmte Motorkühlmitteltemperaturschwelle. Die Kühlung der komprimierten Luft im Nachkühler 250 kann den Brennstoffverbrauch und die NOx-Emissionen des Motors verringern.
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3 zeigt eine Abbildung eines Kühlsystems 300, welches dafür ausgelegt ist, die Motortemperatur unter der vorbestimmten Motortemperaturschwelle zu halten. Das Kühlsystem 300 kann geeignet sein, um die Temperatur des Motors 140 zu regeln. In einem Ausführungsbeispiel kann das Kühlsystem 300 ein Kühlmittel verwenden, wie beispielsweise Wasser, um den Motor 140 zu kühlen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Kühlsystem 300 eine Gefrierschutzlösung als Kühlmittel verwenden. Das Kühlsystem 300 kann gewisse Einschränkungen dahingehend haben, dass es die Kühlmitteltemperatur unter einer maximalen Motorkühlmitteltemperaturgrenze hält. Bei Kühlsystemen, welche Wasser als Kühlmittel verwenden, kann die Kühlmitteltemperaturgrenze 212°F sein, d. h. die Siedetemperatur von Wasser bei Standardumgebungsluftdruck. Die maximale Motorkühlmitteltemperaturgrenze kann so ausgewählt werden, dass sie sicherstellt, dass das Kühlsystem 300 weiter dahingehend funktioniert, dass es den Motor 140 kühlt.
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Das Kühlsystem 300 kann einen Wasserkreislauf 310 aufweisen, durch den Kühlmittel fließen kann. In einem Ausführungsbeispiel kann die Wärme, die vom Motor 140 erzeugt wird, auf das Kühlmittel übertragen werden, welches durch den Wasserkreislauf 310 zirkuliert. Eine Wasserpumpe 320 kann eine Zirkulation von Wasser oder anderem Kühlmittel vom Motor 140 durch den Wasserkreislauf 310 vorsehen. Sobald das Kühlmittel durch den Wasserkreislauf 310 geflossen ist, kann es einen Radiator bzw. Kühler 330 erreichen. Der Kühler 330 kann einen oder mehrere Ventilatoren 340 aufweisen, um Umgebungsluft durch den Kühler 330 zu treiben, um das Wasser im Kühlkreislauf 310 zu kühlen und Wärme an die Umgebungsluft zu übertragen. Das gekühlte Wasser kann dann zu anderen Komponenten und zurück zum Motor 140 zirkulieren.
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Die Lokomotive 120 kann die Motorkühlmitteltemperatur innerhalb eines erwünschten Betriebsbereiches halten, indem verschiedene Komponenten des Kühlsystems 300 gesteuert werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der erwünschte Kühlmitteltemperaturbetriebsbereich für den Motor 140 zwischen 170°F und 180°F liegen. Das Kühlsystem 300 kann Sensoren aufweisen, um sicherzustellen, dass die Motorkühlmitteltemperatur innerhalb eines erwünschten Bereiches bleibt. Ein Motortemperatursensor 350 kann eine Kühlmitteltemperatur, die mit dem Motor 140 assoziiert ist, bestimmen und an eine Lokomotivensteuervorrichtung 380 übermitteln. Wenn die obere oder untere Temperaturgrenze erreicht ist, kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 eine Ventilatordrehzahlbetätigungsvorrichtung 360 anweisen, die Drehzahl der Ventilatoren 340 zu verändern, um die Kühlmitteltemperatur einzustellen.
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Wenn die Umgebungslufttemperatur ansteigt, steigt auch die Temperatur im Kühlsystem 300 als eine Folge der verringerten Fähigkeit der Ventilatoren 340, so viel Wärme weg vom Kühlmittel im Kühler 330 wegzuleiten. Dies verringert die Kapazität des Kühlsystems 300. Insbesondere wenn die Umgebungslufttemperatur und die Motorlast eine gewisse Schwelle erreichen, kann die Kühlkapazität des Kühlsystems 300 nicht ausreichen, um die Kühlmitteltemperaturen innerhalb der erwünschten Grenzen zu halten, auch wenn man mit voller Kühlkapazität der Ventilatoren 340 arbeitet. Das Kühlsystem 300 kann auch einen Lufttemperatursensor 370 zur Überwachung der Temperatur der Umgebungsluft um den Motor 140 herum aufweisen.
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Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann vorgesehen sein, um den Motor 140 zu überwachen und zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 Temperaturdaten von einem oder mehreren Sensoren empfangen. Beispielsweise kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 Umgebungslufttemperaturdaten von einem Lufttemperatursensor 370 empfangen. Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann konfiguriert sein, um sicherzustellen, dass die Kühlmitteltemperatur des Motors 140 nicht die vorbestimmte Motorkühlmitteltemperaturschwelle überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 Motorkühlmitteltemperaturdaten vom Motortemperatursensor 350 empfangen. Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann auch andere Leistungsbedingungen der Lokomotive 120 überwachen. In einem Ausführungsbeispiel kann dies die Überwachung der Brennstoffversorgungsrate des Motors 140 aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 die Ventilatordrehzahlbetätigungsvorrichtung 360 aufweisen, die Drehzahl der Ventilatoren 340 ansprechend auf eine Veränderung der Motorkühlmitteltemperatur zu verändern. Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann einen Parameter einstellen, der mit dem Motor 140 assoziiert ist. In einem Ausführungsbeispiel kann der mit dem Motor 140 assoziierte Parameter eine Brennstoffversorgungsrate und/oder die Ventilatordrehzahl aufweisen.
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Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen, welche Mittel zum Empfangen von Temperaturdaten vom Motortemperatursensor 350 und vom Lufttemperatursensor 370 aufweisen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert werden, um die Funktionen der Lokomotivensteuervorrichtung 380 auszuführen. Es sei bemerkt, dass die Lokomotivensteuervorrichtung 380 leicht einen allgemeinen Maschinen- oder Motormikroprozessor verkörpern könnte, der fähig ist, zahlreiche Maschinen- oder Motorfunktionen zu steuern. Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann alle Komponenten aufweisen, die erforderlich sind, um eine Anwendung laufen zu lassen, wie beispielsweise einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung und einen Prozessor, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit oder irgendwelche anderen bekannten Mittel. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit der Lokomotivensteuervorrichtung 380 assoziiert sein, was (nicht gezeigte) Leistungsquellenschaltungen, Gate-Treiberschaltungen und andere geeignete Schaltungen miteinschließt.
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Wenn das Kühlsystem 300 mit maximaler Kühlkapazität arbeitet und nicht die Kühlmitteltemperatur unter der Kühlmitteltemperaturgrenze halten kann, kann es notwendig sein, die vom Motor 140 erzeugte Wärme zu verringern. In einem Ausführungsbeispiel kann das Verringern der vom Motor 140 erzeugten Wärme aufweisen, die Motorleistung zu verringern oder den Motor herunterzuregeln. In einem Ausführungsbeispiel kann das Verringern der Brennstoffzufuhr zum Motor durch Verringern der Brennstoffversorgungsrate die Wärme verringern, die vom Motor 140 erzeugt wird. Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann die Brennstoffversorgungsrate des Motors 140 steuern, um die Lokomotive 120 herunterzuregeln.
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4 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Leistungssteuersystems 400 für den Verbund 100. Das beispielhafte Leistungssteuersystem 400 ist konfiguriert, um die Leistung eines Verbundes 100 zu steuern, der vier Lokomotiven 120 enthält. Jedoch werden dem Fachmann andere Konfigurationen eines Leistungssteuersystems 400 offensichtlich sein, die einen Verbund mit weniger oder mehr Lokomotiven 120 behandeln können. Das Leistungssteuersystem 400 kann indirekt oder direkt die Temperatur- und Brennstoffversorgungscharakteristiken von jeder Lokomotive 120 im Verbund 100 überwachen, um die Gesamtzugleistung zu steuern. Das Leistungssteuersystem 400 kann eine Lokomotivensteuervorrichtung 380 für jede Lokomotive 120 aufweisen, und eine zentrale Steuervorrichtung 410 zur Überwachung der Betriebsvorgänge des Verbundes 100 insgesamt.
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Wie mit Bezug auf 3 besprochen, kann jede Lokomotive 120 eine Lokomotivensteuervorrichtung 380 und Sensoren 350, 370 aufweisen, um ihren jeweiligen Motor 140 zu überwachen und zu steuern. Das Leistungssteuersystem 400 kann diese Komponenten verwenden, um jede Lokomotive 120 zu überwachen. Weiterhin kann jede Lokomotivensteuervorrichtung 380 geeignet sein, die Leistungszustände ihrer jeweiligen Lokomotive 120 zu steuern. Die Lokomotivensteuervorrichtung 380 kann geeignet sein, mit der zentralen Steuervorrichtung 410 zu kommunizieren. Beispielsweise kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 die Temperatur- und Leistungszustände an die zentrale Steuervorrichtung 410 senden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Lokomotivensteuervorrichtung 380 konfiguriert sein, um Befehle bezüglich erwünschter Leistungsniveaus von der zentralen Steuervorrichtung 410 zu empfangen und auszuführen. Beispielsweise kann die zentrale Steuervorrichtung 410 die Lokomotivensteuervorrichtung 380 anweisen, die Brennstoffversorgungsrate der Lokomotive 120 zu verändern.
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Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann geeignet sein, um Temperatur- und Leistungszustände der Motoren 140 von jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 zu empfangen. Wie in 4 gezeigt, kann die zentrale Steuervorrichtung 410 an einer Lokomotive 120 im Verbund 100 gelegen sein. Alternativ kann die zentrale Steuervorrichtung 410 in einem anderen Fahrzeug gelegen sein, wie beispielsweise in einem Tender-Anhänger im Verbund 100 oder an einer entfernten Stelle. In einem Ausführungsbeispiel kann die zentrale Steuervorrichtung 410 die Rolle der Lokomotivensteuervorrichtung für eine Lokomotive 120 erfüllen, zusätzlich zu einer Kommunikation mit anderen Lokomotivensteuervorrichtungen 380 im Verbund 100. Mit den Daten, die von jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 empfangen wurden, kann die zentrale Steuervorrichtung 410 die erwünschten Leistungsniveaus für jeden Motor 140 bestimmen, um die Gesamtzugleistung des Verbundes 100 zu steuern, ohne die Motorkühlmitteltemperaturschwelle für jede Lokomotive 120 zu überschreiten.
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Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann konfiguriert sein, um Befehle zu jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 zu übermitteln, um die jeweiligen Motoren 140 auf die erwünschten Leistungsniveaus zu konfigurieren. Diese Befehle können aufweisen, das Kühlsystem 300, welches mit jeder Lokomotive 120 assoziiert ist, so einzustellen, dass es die erwünschten Leistungsniveaus erreicht. In einem Ausführungsbeispiel kann die zentrale Steuervorrichtung 410 die Lokomotivensteuervorrichtung 380 steuern, so dass sie die Kühlmitteltemperatur innerhalb eines erwünschten Betriebsbereiches hält. Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann konfiguriert sein, um Befehle bezüglich der Leistungszustände der jeweiligen Motoren 140 zu übermitteln. Beispielsweise können die Leistungszustände aufweisen, die Brennstoffversorgungsrate der jeweiligen Motoren 140 zu verändern.
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Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen, welche Mittel zum Kommunizieren mit jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 aufweisen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen der zentralen Steuervorrichtung 410 auszuführen. Es sei bemerkt, dass die zentrale Steuervorrichtung 410 leicht einen allgemeinen Maschinen- oder Motormikroprozessor verkörpern könnte, der fähig ist, zahlreiche Maschinen- oder Motorfunktonen zu steuern. Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann alle Komponenten aufweisen, die erforderlich sind, um eine Anwendung laufen zu lassen, wie beispielsweise einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung und einen Prozessor, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit oder andere bekannte Mittel. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit der zentralen Steuervorrichtung 410 assoziiert sein, was eine (nicht gezeigte) Leistungsquellenschaltung, eine Gate-Treiberschaltung und andere geeignete Schaltungen miteinschließt.
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Das Leistungssteuersystem 400 kann ein oder mehrere Motortemperatursensoren 350 aufweisen, um die Kühlmitteltemperatur zu messen, die mit einem jeweiligen Motor 140 assoziiert ist. Das Leistungssteuersystem kann auch einen oder mehrere Lufttemperatursensoren 370 aufweisen, um die Temperatur der Umgebungsluft um einen jeweiligen Motor 140 herum zu messen. Die Sensoren 350, 370 können die jeweiligen Daten als Werte an die jeweilige Lokomotivensteuervorrichtung 380 weiterleiten. Wiederum kann jede Lokomotivensteuervorrichtung 380 diese Daten an die zentrale Steuervorrichtung 410 weiterleiten. Wenn die Kühlmitteltemperatur von einem der Motoren 140 im Verbund 100 die obere oder untere Temperaturgrenze erreicht, kann die zentrale Steuervorrichtung 410 über die Lokomotivensteuervorrichtung 380 die Ventilatordrehzahlbetätigungsvorrichtung 360 anweisen, die Drehzahl der Ventilatoren 340 zu verändern und/oder die Ventilatoren 340 an- oder auszuschalten, um die Kühlmitteltemperatur von jedem Motor 140 im Verbund 100 einzustellen.
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Bevor jedoch die Veränderung der Ventilatordrehzahl von irgendeinem einzelnen Motor 140 angewiesen wird, kann die zentrale Steuervorrichtung 410 Leistungsniveaus und Temperaturen berechnen, die mit jedem Motor 140 assoziiert sind. Die Berechnung der zentralen Steuervorrichtung 410 kann durch ein vordefiniertes Modell ausgeführt werden. Beispielsweise können die Berechnungen basierend auf einem Zugbetriebsmodell, einem empirischen Verfahren, einer Feedback-Schleife für mehrere Lokomotiven oder einem detaillierten Vorhersagemodell ausgeführt werden. Wenn das Modell einfach ist und die Charakteristiken des Motors 140 und der Umgebungsbedingungen nicht bekannt sind, kann das Leistungssteuersystem 400 die Leistungsverteilung in kleineren Zeitintervallen berechnen, und die Art der Steuerung bzw. Regelung kann ein Steuersystem mit kontinuierlicher Rückkoppelung sein. Wenn die Charakteristiken des Motors 140 und die Umgebungsbedingungen im Detail bekannt sind, und wenn das Modell gut entwickelt und eingestellt ist, dann kann ein einfacheres Leistungssteuersystem 400 verwendet werden, welches in größeren Zeitintervallen arbeitet. Modelle, welche die Charakteristiken von Motoren 140 darstellen, sind in der Technik wohlbekannt.
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Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann dahingehend arbeiten, dass sie den Verbund 100 insgesamt steuert und überwacht. In einem Ausführungsbeispiel kann die zentrale Steuervorrichtung 410 mit jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 kommunizieren. Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann mit Informationen bezüglich jedes Motors 140 und jedes Kühlsystems 300 versorgt werden. Die zentrale Steuervorrichtung 410 kann konfiguriert sein, um Befehle zu jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 zu senden, um die jeweilige Brennstoffversorgungsrate einzustellen und/oder die Drehzahl der Ventilatoren 340 des Kühlsystems 300 zu verändern, um die berechneten Zugleistungsniveaus zu erreichen, ohne die Motorkühlmitteltemperaturschwelle von jeder Lokomotive 120 zu überschreiten. Beispielsweise kann die zentrale Steuervorrichtung 410 eine Leistungsverringerung beginnend von der ersten Lokomotive 120 zur letzten anweisen, um die Gesamtzugleistung zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel kann die zentrale Steuervorrichtung 410 Befehle an jede Lokomotivensteuervorrichtung 380 senden, um ihren jeweiligen Motor 140 abzuschalten, und zwar beginnend mit dem Motor 140, der mit der ersten Lokomotive 120 assoziiert ist, und endend mit dem Motor 140, der mit der letzten Lokomotive 120 assoziiert ist.
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5 veranschaulicht ein Verfahren zur Steuerung der Gesamtzugleistung des Verbundes 100. Das Verfahren kann aufweisen, die Lokomotiven 120 zusammen zu überwachen und zu steuern, anstatt einzeln. Dies kann aufweisen, jede Lokomotive 120 im Verbund 100 herunter zu regeln, einschließlich der ersten Lokomotive 120, falls nötig, damit der Verbund 100 insgesamt Vorteile daraus zieht.
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Das Verfahren kann aufweisen, an einer zentralen Stelle Leistungsbedingungen und Temperaturdaten von jeder Lokomotive 120 zu empfangen (Schritt 510). Dies kann aufweisen, Temperaturdaten bezüglich der Motorkühlmitteltemperatur zu empfangen. Zusätzlich oder alternativ können die Temperaturdaten auch Daten bezüglich der Umgebungslufttemperatur aufweisen, die mit jedem Motor 140 assoziiert ist. In einem Ausführungsbeispiel können die Leistungsbedingungen die Brennstoffversorgungsrate aufweisen, die mit jedem Motor 140 assoziiert ist. Zusätzlich oder alternativ können die Leistungsbedingungen Daten bezüglich der Kapazität des Kühlsystems 300 aufweisen, wie beispielsweise die Drehzahl der Ventilatoren 340.
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Die Temperaturdaten können direkt vom Motortemperatursensor 350 und vom Lufttemperatursensor 370 empfangen werden. Alternativ oder zusätzlich können diese Daten von der Lokomotivensteuervorrichtung 380 empfangen werden, die mit jeder Lokomotive 120 assoziiert ist. In einem Ausführungsbeispiel können die Leistungsbedingungen von jeder Lokomotivensteuervorrichtung 380 empfangen werden. Beispielsweise können die Leistungsbedingungen die Brennstoffversorgungsrate von jedem Motor 140 aufweisen.
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Dieses Verfahren kann auch aufweisen, erwünschte Leistungsniveaus von jedem der Motoren 140 zu bestimmen und für mindestens einen Motor 140 einzustellen, um erwünschte Leistungsniveaus zu erreichen (Schritt 520). Das Bestimmen der Leistungsniveaus kann Berechnungen basierend auf den im Schritt 510 empfangenen Daten aufweisen. Diese erwünschten Leistungsniveaus können auch auf bekannten Charakteristiken von jedem Motor 140 basieren. Das Bestimmen von erwünschten Leistungsniveaus für jeden Motor 140 kann aufweisen, sicherzustellen, dass das Leistungsniveau von keiner Lokomotive 120 bewirkt, dass die Motorkühlmitteltemperaturschwelle von irgendeiner der Lokomotiven 120 im Verbund 100 überschritten wird. In einem Ausführungsbeispiel kann dieser Schritt aufweisen, ein vorbestimmtes Modell zur Steuerung der Gesamtleistung des Verbundes 100 zu verwenden.
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Diese Einstellungen können so ausgeführt werden, dass kein Motor 140 seine Motorkühlmitteltemperaturschwelle überschreitet. In einem Ausführungsbeispiel können die Einstellungen für mindestens einen Motor 140 das Modifizieren der Brennstoffversorgungsrate aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Einstellungen für mindestens einen Motor 140 Einstellungen am Kühlsystem 300 aufweisen, welches mit jedem Motor 140 assoziiert ist. Beispielsweise können die Einstellungen an der Motorsteuerung das Verändern der Drehzahl der Ventilatoren 340 aufweisen.
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Zusätzlich kann dieses Verfahren aufweisen, die jeweiligen Einstellungen für mindestens einen Motor 140 an die jeweilige Lokomotive 120 zu übermitteln (Schritt 530). In einem Ausführungsbeispiel kann die zentrale Steuervorrichtung 410 diese Steuereinstellungen an jede der Lokomotivensteuervorrichtungen 380 übermitteln, die mit jeder Lokomotive 120 assoziiert ist. Alternativ kann die zentrale Steuervorrichtung 410 Einstellungen für das Kühlsystem 300 direkt an die Ventilatoren 340 durch die Ventilatordrehzahlbetätigungsvorrichtung 360 übermitteln, wodurch die Lokomotivensteuervorrichtung 380 umgangen wird. In einem Ausführungsbeispiel kann dieser Schritt das Senden eines Signals an die Lokomotivensteuervorrichtung 380 aufweisen, dass diese die Brennstoffversorgungsrate ihrer jeweiligen Lokomotive 120 verändern soll.
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In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren aufweisen, die Leistungsniveaus der ersten Lokomotive 120 zu verringern, um eine höhere Kühlkapazität in den nachfolgenden Lokomotiven 120 aufrechtzuerhalten, um die Luftaufheizungseffekte der ersten Lokomotive 120 auf die nachfolgenden Lokomotiven 120 zu überwinden. Die Position der heruntergeregelten Lokomotive 120 relativ zu den anderen Lokomotiven 120 im Verbund 100 kann wichtig für die Steigerung der Gesamtleistungsniveaus des Verbundes 100 sein, ohne die jeweilige Kühlmitteltemperaturgrenze für jede Lokomotive 120 zu überschreiten. In einer Tunnelumgebung beeinflusst die Position der heruntergeregelten Lokomotive 120 im Verbund 100 die Lufteinlasstemperatur in das Kühlsystem 300 von jeder nachfolgenden Lokomotive 120. Wie in der Tabelle unten gezeigt, beeinflusst die Position der heruntergeregelten Lokomotive 120 innerhalb des Verbundes 100 die Einlasstemperatur des Kühlsystems 300 von jeder Lokomotive 120. In diesem Beispiel arbeitet die heruntergeregelte Lokomotive 120 mit 3000 PS („bhp” = brake horse power), und die restlichen Lokomotiven 120 arbeiten mit 4400 PS. Die Gesamtzugleistung des Verbundes 100 wird konstant bei 16200 PS gehalten. Die Berechnungen unten sind für Verbunde 100, die in einem langen Tunnel mit ungefähr 19 Meilen pro Stunde („mph” = miles per hour) eintritt.
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Die Position der heruntergeregelten Lokomotive
120, welche die geringsten Einlasslufttemperaturen für jede nachfolgende Lokomotive
120 ergibt, kann wichtig sein. Wenn die erste Lokomotive
120 heruntergeregelt wird, können die Einlasslufttemperaturen für alle nachfolgenden Lokomotiven
120 bei dieser Variation am geringsten sein. Wenn die heruntergeregelte Lokomotive
120 an irgendeiner anderen Stelle als an der letzten angeordnet ist, kann die Einlasslufttemperatur der nachfolgenden Lokomotiven
120 höher sein. Die niedrigsten Einlasslufttemperaturen können möglich sein, wenn zuerst die erste Lokomotive
120 heruntergeregelt wird. Daher kann die Lage der heruntergeregelten Lokomotive
120 wichtig für die Steigerung der Gesamtzugleistung sein. Weiterhin ist das Herunterregeln der ersten Lokomotive
120 im Verbund
100 wünschenswerter als das Herunterregeln der letzten, da diese alle nachfolgenden Lokomotiven
120 beeinflusst.
| TABELLE |
| VERBUND 1 | Lokomotive Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 |
| | Leistungsniveau | 3000 PS | 4400 PS | 4400 PS | 4400 PS |
| | Lufteinlasstemperatur des Kühlsystems | 50°F | 89°F | 148,4°F | 206,9°F |
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| VERBUND 2 | Lokomotive Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 |
| | Leistungsniveau | 4400 PS | 3000 PS | 4400 PS | 4400 PS |
| | Lufteinlasstemperatur des Kühlsystems | 50°F | 108,5°F | 148,4°F | 206,9°F |
| | | | | | |
| VERBUND 3 | Lokomotive Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 |
| | Leistungsniveau | 4400 PS | 4400 PS | 3000 PS | 4400 PS |
| | Lufteinlasstemperatur des Kühlsystems | 50°F | 108,5°F | 167°F | 206,9°F |
| | | | | | |
| VERBUND 4 | Lokomotive Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 |
| | Leistungsniveau | 4400 PS | 4400 PS | 4400 PS | 3000 PS |
| | Lufteinlasstemperatur des Kühlsystems | 50°F | 108,5°F | 167°F | 225,5°F |
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das offenbarte Leistungssteuersystem und die offenbarten Verfahren sehen eine robuste Lösung zur Steuerung der Gesamtzugleistung eines Verbundes vor, insbesondere, wenn dieser durch Tunnel oder andere umschlossene Räume fährt. Die offenbarten Systeme und Verfahren können auch die Kühlsysteme und Leistungssteuerungen des Verbundes als ein gesamtes System überwachen und steuern, anstatt bezüglich einer einzelnen Lokomotive. Als eine Folge kann die Gesamtzugleistung des Verbundes vergrößert werden, indem die Effekte einer Aufheizung durch Motorabgase auf die Umgebungslufttemperaturen von nachfolgenden Lokomotiven im Verbund verringert werden.
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Der hier offenbarte Verbund kann mehrere Vorteile mit sich bringen. Insbesondere kann das hier offenbarte Leistungssteuersystem auswählen, dass die spezielle Lokomotive heruntergeregelt wird, die den größten Effekt auf die Zugleistung des Verbundes haben wird. Wenn der Verbund durch einen Tunnel fährt, ist die Lage der heruntergeregelten Lokomotiven ein Schlüsselfaktor, der die Umgebungslufttemperaturen um jede der Lokomotiven herum beeinflusst. Die offenbarten Systeme können dynamisch auswählen, welche Lokomotiven heruntergeregelt werden sollen, und zwar basierend auf Überlegungen bezüglich der Umgebung und der Mechanik.
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Zusätzlich können die offenbarten Systeme eine präzise Steuerung über den Verbund ausüben. Beispielsweise kann das offenbarte System sowohl die Leistungsniveaus als auch die Kühlsysteme von jeder der Lokomotiven in dem Verbund steuern. Weiterhin ist das offenbarte System auch fähig, die Leistungsniveaus präziser zu verändern, als einfach jede der Lokomotiven in Leerlauf zu schalten.
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Weiterhin sind die offenbarten Lösungen fähig, dynamisch Leistungsniveaus einzustellen, ohne dass sie zuvor eine Warnung bezüglich eines bevorstehenden Tunnels bekommen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Verbund auf einen unerwarteten Tunnel trifft oder wenn Lagedaten des Verbundes und irgendwelcher Tunnel nicht verfügbar sind.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Leistungssteuersystem für einen Verbund und an den assoziierten Verfahren zum Betrieb davon vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der vorliegenden Offenbarung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
