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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Lokomotiven, die eine Innenverbrennungsmaschine
haben, und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Vorhersagen von eintretenden Fehlern von einem Brennstoffversorgungs-Subsystem
in der Lokomotive.
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Für einen
Fachmann ist verständlich,
daß eine
Lokomotive ein komplexes elektromechanisches System ist, das von
mehreren komplexen Subsystemen gebildet ist. Jedes dieser Subsysteme,
wie beispielsweise das Brennstoffversorgungs-Subsystem, ist aus
Komponenten aufgebaut, die mit der Zeit versagen. Die Fähigkeit,
Fehler automatisch vorherzusagen, bevor sie in den Lokomotiven-Subsystemen
auftreten ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert. Beispielsweise
ist im Falle des Brennstoffversorgungs-Subsystems diese Fähigkeit
wichtig, um das Auftreten von primären Fehlern zu verringern,
die ein Stoppen von Ladungs- und Personentransport zur Folge haben.
Diese Fehler können
sehr teuer sein in Bezug auf verlorenen Überblick aufgrund von verzögerter Ladungslieferung,
verlorener Produktivität
von Reisenden, andere Züge,
die aufgrund des fehlerhaften Zuges verspätet sind, und teuere Vorort-Reparatur
der fehlerhaften Lokomotive. Weiterhin könnten einige dieser primären Fehler
sekundäre
Fehler zur Folge haben, die ihrerseits andere Subsysteme und/oder
Komponenten beschädigen.
Es wird weiterhin deutlich, daß die
Fähigkeit, Fehler
vorherzusagen, bevor sie in den Brennstoff-Versorgungs-Subsystem
auftreten, die Durchführung
einer Konditions-basierten Wartung gestatten würde, das heißt, die
Wartung wird zweckmäßig geplant,
zu der geeignetsten Zeit auf der Basis von statistisch und der Wahrscheinlichkeit
nach sinnvollen Information, im Gegensatz zu einer Wartung, die unabhängig von
dem tatsächlichen
Zustand der Subsysteme ausgeführt
wird, wie es beispielsweise der Fall sein würde, wenn die Wartung routinemäßig unabhängig davon
ausgeführt
wird, ob das Subsystem die Wartung tatsächlich erfordert oder nicht.
Es muß wohl
nicht gesagt werden, daß eine
Zustands-basierte Wartung einen ökonomisch
effizienteren Betrieb und Wartung der Lokomotive aufgrund von großen Kosteneinsparungen
haben wird. Weiterhin erzeugt eine derartige proaktive und eine
hohe Qualität
aufweisende Wartung einen nicht meßbaren, aber sehr realen guten
Willen, der aufgrund der erhöhten
Kundenzufriedenheit erzeugt wird. Beispielsweise wird jeder Kunde
wahrscheinlich verbesserte Transport- und Wartungsarbeiten erfahren,
die noch effizienter und sicherer durchgeführt werden, während die
Kosten tragbar gehalten werden, da eine Zustands-basierte Wartung
der Lokomotive gleichzeitig gesenkte Wartungskosten und verbesserte
Lokomotiven-Sicherheit zur Folge haben wird.
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Frühere Versuche
die oben genannten Probleme zu überwinden,
sind im allgemeinen auf Diagnosen beschränkt gewesen, nachdem ein Problem aufgetreten
ist, im Gegensatz zu Prognosen, das heißt, daß ein Fehler vor seinem Auftreten
vorhergesagt wird. Beispielsweise sind frühere Versuche, in einer Lokomotive
auftretende Probleme zu diagnostizieren, durch erfahrenes Personal
ausgeführt
worden, das in die Tiefe gehendes individuelles Training und Erfahrung
beim Arbeiten mit Lokomotiven hat. Üblicherweise verwenden diese
erfahrenen Einzelpersonen verfügbare
Information, die in einem Verzeichnis aufgezeichnet ist. Bei der
Durchsicht durch das Verzeichnis verwenden die erfahrenen Einzelpersonen
ihre angesammelte Erfahrung und das Training beim Aufzeichnen von
Ereignissen, die in Lokomotiven-Subsystemen bei Problemen auftreten, die
das Auftreten bewirken können.
Wenn das Szenario des auftretenden Problems einfach ist, dann arbeitet
diese Lösung
recht gut zum Diagnostizieren von Problemen. Wenn jedoch das Szenario
des auftretenden Problems komplex ist, dann ist es sehr schwierig
irgendwelche Fehler zu Diagnostizieren oder zu Korrigieren, die
mit dem auftretenden Problem verbunden sind, und es ist viel weniger
möglich, die
Probleme zu Prognostizieren, bevor sie auftreten.
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Gegenwärtig werden
einige Computer-basierte Systeme verwendet, um Probleme in einer
Lokomotive automatisch zu Diagnostizieren, um einige der Nachteile
zu überwinden,
die damit verbunden sind, daß man
sich vollständig
auf erfahrenes Personal verläßt. Noch
einmal, die Betonung bei diesen Computer-basierten Systemen liegt
darauf, die Probleme nach ihrem Auftreten zu Diagnostizieren, im Gegensatz
zum Prognostizieren der Probleme, bevor sie auftreten. Üblicherweise
haben diese Computer-basierten
Systeme eine Aufzeichnung zwischen den beobachteten Symptomen der
Fehler und den Geräteproblemen
verwendet, wobei Techniken, wie beispielsweise eine Nachschlagetabelle,
eine Symptom-Problem-Matrix
und Herstellungsregeln benutzt werden. Diese Techniken können gut
arbeiten für
vereinfachte Systeme, die einfache Aufzeichnungen zwischen Symptomen
und Problemen haben. Jedoch haben komplexes Gerät und Prozeß-Diagnostik selten einfache
Entsprechungen zwischen den Symptomen und den Problemen. Leider
ist, wie oben ausgeführt
wurde, die Brauchbarkeit dieser Techniken im allgemeinen auf Untersuchungen
beschränkt
gewesen, und somit sind selbst diese Computer-basierten Systeme
nicht in der Lage gewesen, irgendeine effektive Lösung zu
liefern, um in der Lage zu sein, Fehler vorherzusagen, bevor sie
auftreten.
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In
Anbetracht der oben genannten Überlegungen
besteht ein allgemeines Bedürfnis
in der Lage zu sein, schnell und effizient irgendwelche Fehler zu
Prognostizieren, bevor diese Fehler in dem Brennstoffversorgungs-Subsystem
der Lokomotive auftreten, während
das Erfordernis für
menschliche Interaktion minimiert und die Reparatur- und Wartungserfordernisse
für das
Subsystem optimiert wird, um so in der Lage zu sein, eine Korrekturmaßnahme vorzunehmen,
bevor irgendein tatsächlicher
Fehler auftritt.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Allgemein
gesprochen, erfüllt
die vorliegende Erfindung die vorstehenden Bedürfnisse, indem ein Verfahren
zum Ermitteln einer Verschlechterung der Brennstoffpumpen-Leistungsfähigkeit
in einem Fahrzeug bereitgestellt wird, das eine Innenverbrennungsmaschine
aufweist. Das Verfahren ge stattet eine Überwachung eines Signals, das
einen geschätzten
Brennstoffwert anzeigt, der durch die Brennstoffpumpe geliefert
ist auf der Basis eines ersten Satzes von Betriebs- und Umgebungsbedingungen.
Der geschätzte
Brennstoffwert bildet einen ersten Brennstoffwert. Ein nominaler
Brennstoffwert wird geliefert auf der Basis eines zweiten Satzes
von Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Der nominale Brennstoffwert
bildet einen zweiten Brennstoffwert. Das Verfahren gestattet weiterhin
ein Einstellen des Wertes von einem der ersten und zweiten Brennstoffwerte,
um Unterschieden zwischen dem ersten und zweiten Satz der Bedingungen
Rechnung zu tragen. Ein Vergleichsschritt gestattet, daß der Wert
des eingestellten Brennstoffwertes mit dem nominalen Brennstoffwert
verglichen wird, um die Leistungsfähigkeit der Pumpe zu ermitteln.
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
die vorgenannten Bedürfnisse
weiterhin dadurch, daß ein
System bzw. eine Vorrichtung bereitgestellt wird zum Ermitteln einer
Verschlechterung der Brennstoffpumpen-Leistungsfähigkeit in einem Fahrzeug mit
einer Innenverbrennungsmaschine. Das System enthält einen Signalmonitor, der
zum Überwachen
eines Signals verbunden ist, das einen geschätzten Brennstoffwert anzeigt,
der durch die Brennstoffpumpe geliefert ist auf der Basis eines
ersten Satzes von Betriebs- und
Umgebungsbedingungen. Der geschätzte Brennstoffwert
bildet einen ersten Brennstoffwert. Ein Speicher ist so aufgebaut,
daß er
einen nominalen Brennstoffwert auf der Basis eines zweiten Satzes von
Betriebs- und Umgebungsbedingungen speichert. Der nominale Brennstoffwert
stellt einen zweiten Brennstoffwert dar. Ein erster Modul ist mit
dem Signalmonitor verbunden, um einen der ersten und zweiten Brennstoffwerte
relativ zu dem anderen einzustellen, um Unterschieden zwischen dem
ersten und zweiten Satz der Bedingungen Rechnung zu tragen. Ein
zweiter Modul ist mit dem ersten Modul verbunden, um den eingestellten
Brennstoffwert zu empfangen. Der zweite Modul ist so aufgebaut,
daß er
den Wert des eingestellten Brennstoffwertes mit dem anderen Brennstoffwert
vergleicht, um die Leistungsfähigkeit
der Pumpe zu ermitteln.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegende Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich, in denen:
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1 eine
beispielhafte schematische Darstellung von einer Lokomotive zeigt;
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2 ein
beispielhaftes Brennstoffversorgungs-Subsystem zeigt;
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3 ein
beispielhaftes Fließbild
von einem Verfahren zum Vorherzusagen von eintretenden Fehlern in
dem Subsystem gemäß 2 ist;
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4 ein
beispielhaftes Fließbild
darstellt, das die Überwachung
der Leistungsfähigkeit
des Brennstoffversorgungs-Subsystems gestattet;
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5 weitere
Einzelheiten bezüglich
des in 3 gezeigten Fließbildes darstellt;
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6 eine
Blockdiagrammdarstellung von einem Prozessorsystem zeigt, das zum
Vorhersagen eintretender Fehler in dem Subsystem gemäß 2 zeigt;
und
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7A und 7B beispielhafte
Wahrscheinlichkeits-Verteilungsfunktionen für verschiedene Fehlerarten
des Brennstoffversorgungs-Subsystems zeigen, wobei die Verteilungsfunktion
von 7A unkompensiert ist, während die Verteilungsfunktion
von 7B kompensiert ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung von einer Lokomotive 10,
die entweder eine AC oder DC Lokomotive sein kann. Für den Fachmann
ist ohne weiteres klar, daß die
Lokomotive 10 aus mehreren relativ komplexen Subsystemen
aufgebaut ist, die jeweils getrennte Funktionen ausüben. Zur
Hintergrundinformation werden nachfolgend einige der Subsysteme
und ihre Funktionen aufgelistet.
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Eine
Luft- und Luftbrems-Subsystem 12 liefert verdichtete Luft
an die Lokomotive, die die verdichtete Luft benutzt, um die Luftbremsen
auf der Lokomotive und den Wagen hinter ihr zu betätigen.
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Ein
Hilfs-Wechselstromgenerator-Subsystem 14 treibt alle Hilfsgeräte an. Insbesondere
liefert das Subsystem 14 Energie direkt an einen Hilfsgebläsemotor
und einen Abluftmotor. Andere Geräte in der Lokomotive werden
durch einen Zyklus-Skipper gespeist.
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Ein
Batterie- und Cranker-Subsystem 16 liefert Spannung, um
die Batterie auf einer optimalen Ladung zu halten, und liefert Energie
für den
Betrieb von einem DC Bus und einem Hochspannung-Wechselstrom-System.
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Ein
Kommunikations-Subsystem sammelt, verteilt und zeigt Kommunikationsdaten über jeder Lokomotive
an, die in Hauling-Operationen arbeiten, die viele Lokomotiven verwenden.
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Ein
Wagensignal-Subsystem 18 verbindet die Schienenstrecke
mit dem Zugsteuersystem. Genauer gesagt, das System 18 empfängt kodierte
Signale von den Schienen über
Schienen-Empfänger, die
vor und hinter der Lokomotive angeordnet ist. Die empfangene Information
wird dazu verwendet, den Lokomotivführer über die Geschwindigkeitsbegrenzung
und den Betriebsmodus zu informieren.
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Ein
verteiltes Energiesteuer-Subsystem sorgt für Fernsteuervermögen von
vielen Lokomotiven, die sich irgendwo in dem Zug befinden. Es sorgt auch
für eine
Steuerung der Traktionsleistung beim Motor- und Bremsbetrieb und
auch für
eine Luftbremssteuerung.
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Ein
Maschinenkühl-Subsystem 20 bildet
das Mittel, durch das die Maschine und andere Komponenten Wärme an das
Kühlwasser
abgeben. Zusätzlich
minimiert es eine thermische Zyklusbewegung des Triebwerkes, indem
eine optimale Maschinentemperatur über dem Lastbereich beibehalten
wird, und es verhindert eine Überhitzung
in Tunneln.
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Ein
Zugende-Subsystem sorgt für
Kommunikation zwischen der Lokomotivenkabine und dem letzen Wagen über eine
Funkverbindung zum Zweck einer Notbremsung.
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Ein
Geräteventilations-Subsystem 22 bildet das
Mittel zum Kühlen
der Geräte
der Lokomotive.
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Ein
Ereignis-Aufzeichnungs-Subsystem zeichnet von der FRA geforderte
Daten und begrenzte definierte Daten für die Operator-Bewertung und Unfalluntersuchung
auf. Beispielsweise kann ein derartiger Recorder für etwa 72
Stunden oder mehr Daten speichern.
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Beispielsweise
bildet im Falle einer Lokomotive, die eine oder mehrere Innenverbrennungsmaschinen
verwendet, wie beispielsweise ein Diesel-Triebwerk oder eine Kraftmaschine 58,
die Drehmoment an den Wechselstromgenerator liefert zum Speisen
der Traktionsmotoren und Hilfs-Subsysteme, ein Brennstoffüberwachungs-Subsystemmittel zum Überwachen
des Brennstoffwertes und zum Übertragen
der Information an die Mannschaft. Von besonderem Interesse dieser
Erfindung ist, und das wird mit weiteren Einzelheiten im Zusammenhang
mit 2 erläutert,
daß ein
Brennstoffversorgungs-Subsystem
Mittel bildet zum Zuführen
einer präzise
zugemessenen Brennstoffmenge zu jedem Zylinder des Triebwerkes,
z. B. 8, 12, 16 oder mehr Zylindern. Wie oben ausgeführt wurde,
ist es wünschenswert,
eine vorausschauende diagnostische Strategie zu entwickeln, die
geeignet ist, um eintretende Fehler in dem Brennstoffversorgungs-Subsystem
vorherzusagen.
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Ein
globales Positionier-Subsystem verwendet NAVSTAR Satellitensignale,
um genaue Positions-, Geschwindigkeits- und Höhenmessungen an das Steuersystem
zu liefern. Zusätzlich
liefert es eine präzise
UTC Referenz an das Steuersystem.
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Ein
mobiles Kommunikationspaket-Subsystem bildet die Hauptdatenverbindung
zwischen der Lokomotive und der Wegstrecke über eine 900 MHz Hochfrequenz.
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Ein
Antriebs-Subsystem 24 bildet das Mittel zum Bewegen der
Lokomotive. Es enthält
auch die Traktionsmotoren und dynamisches Bremsvermögen. Insbesondere
empfängt
das Antriebs-Subsystem 24 elektrische Energie aus der Traktions-Wechselstrommaschine
und wandelt, durch die Traktionsmotoren, diese Energie in Lokomotiven-Bewegung. Das
Antriebs-Subsystem kann auch Drehzahl-Sensoren enthalten, die die
Raddrehzahl messen, die in Verbindung mit anderen Signalen verwendet
werden kann, um Radschlupf oder -kriechen entweder während des
Motor-Bremsbetriebes zu steuern, wobei dem Fachmann bekannte Steuertechniken
verwendet werden.
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Ein
geteiltes Resource aufweisendes Subsystem enthält die I/O Kommunikationsvorrichtung, die
von vielen Subsystemen geteilt werden.
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Ein
Traktions-Wechselstrommaschinen-Subsystem 26 wandelt mechanische
Energie in elektrische Energie, die dann an das Antriebssystem geliefert
wird.
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Ein
Fahrzeugsteuer-Subsystem liest die Operator-Eingaben und bestimmt
die Betriebsarten der Lokomotive.
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Die
oben genannten Subsysteme werden durch eine oder mehrere Lokomotiven-Steuerungen überwacht,
wie beispielsweise ein Lokomotiven-Steuersystem 28, das
in der Lokomotive angeordnet ist. Das Lokomotiven-Steuersystem 28 verfolgt
alle Ereignisse, die in den Subsystemen auftreten, mit einem Ereignis-Verzeichnis.
Ein an Bord befindliches Diagnose-Subsystem 30 empfängt die
Ereignis-Information, die von dem Steuersystem geliefert wird, und
bezeichnet einige der aufgezeichneten Ereignisse mit Indikatoren.
Die Indikatoren sind repräsentativ
für beobachtbare
Symptome, die in den Subsystemen erfaßt sind. Weitere Hintergrundinformation
bezüglich
eines Beispiels eines Diagnose-Subsystems kann in dem US-Patent
5,845 272 gefunden werden, das auf die Rechtsnachfolge von der vorliegenden
Erfindung übertragen
ist.
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2 zeigt
ein Beispiel von einem Brennstoffversorgungs-Subsystem 50,
das eine Erregungssteuerung 52 aufweist, die mit einer
elektronischen Regeleinheit EGU (Electronic Governor Unit) oder
einem Maschinenregler 54 verbunden ist. Wie für den Fachmann
verständlich
ist, empfängt
die Erregungssteuerung 52 ein Kerb- bzw. Rastenrufsignal, das
heißt,
ein Maschinendrehzahl-Sollwertzahlsignal von der Hauptsteuerung
des Triebwerkes und als Antwort auf das Kerb-Rufsignal liefert die
Erregungssteuerung ein Soll-RPM Signal des Triebwerkes, das der
EGU 54 zugeführt
wird. Die EGU 54 liefert ihrerseits ein Brennstoffpumpen-Steuersignal,
um eine elektromechanische Steuerung für eine Hochdruck-Brennstoffpumpe 56 zu
bilden. Die Brennstoffpumpe 56 ist ihrerseits mit einem
entsprechenden Brennstoff-Injektor verbunden, um Brennstoff an einen
gegebenen Zylinder der Maschine 58 zu liefern. Die Maschine 58 kann
eine Innenverbrennungsmaschine sein, wie beispielsweise ein Dieselbrennstoff-Triebwerk, das viele
Zylinder haben kann und mechanische Ausgangsleistung an einen Generator liefert,
der elektrische Leistung an beispielsweise die Traktionsmotoren
in der Lokomotive liefert. Wie für den
Fachmann verständlich
ist, wird ein Brennstoffwert-Parameter, das heißt die Brennstoffmenge, die an
jeden Zylinder des Triebwerkes geliefert werden soll, durch die
EGU Steuerung nach oben oder unten eingestellt, um eine konstante
Triebwerksdrehzahl beizubehalten, wenn sich die Betriebslast der
Lokomotive ändert
oder wenn die einzelnen Brennstoffpumpen verschleißen oder
ausfallen oder wenn die Lokomotive unter umgebungsmäßig anspruchsvollen Bedingungen
arbeitet, die beispielsweise im wesentlichen niedriger Umgebungstemperatur
oder Barometer-Druck, oder in einem Tunnel fährt, der eine relativ hohe
Umgebungstemperatur zur Folge haben kann, usw.
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Wie
nachfolgend mit weiteren Einzelheiten beschrieben wird, ist eine
Abschätzung
des Brennstoffwertes, der von der EGU Regelung berechnet wird, hilfreich
zum Ermitteln, ob irgendeine der Brennstoffpumpen entweder ausgefallen
ist oder begonnen hat, verschiedene Grade der Verschlechterung zu
zeigen. In dem Fall, das eine oder mehrere Pumpen, einzeln oder
in Kombination, nicht innerhalb akzeptabler Werte arbeiten, hat
dieser Zustand effektiv zur Folge, daß insgesamt eine kleinere Anzahl
Pumpen zum Einspritzen von Brennstoff in das Triebwerk 58 zur
Verfügung
steht. Beispielsweise kann ein Verschleiß von verschiedenen Komponenten
innerhalb der Pumpe bewirken, daß die Pumpe weniger Brennstoff
liefert, oder er kann bewirken, daß die Pumpe gar keinen Brennstoff
an seinen entsprechenden Brennstoff-Injektor liefert. Typische Fehlerarten
können
Ventilsitzverschleiß,
Statorkavitation, lose oder gebrochene Riemen oder andere Fehler
umfassen. In dem Fall, daß einer
dieser Zustände
vorhanden ist, können
einige der primären Wirkungen
zur Folge haben, wie es zuvor erläutert wurde, daß die Pumpe
keinen Brennstoff liefert oder eine kleinere Menge an Brennstoff
als unter den Standard-Betriebsbedingungen liefert. Beispielsweise
kann für
ein Kerb-Rufsignal von acht eine Brennstoffpumpe eine Brennstoff-Versorgungsrate
von etwa 1450 mm3/Hub haben. Es wird jedoch
deutlich, daß,
wenn die Pumpe verschleißt,
die Pumpe mehr „Einschaltzeit" der Magnetspule
benötigen
kann, um die gleiche Brennstoffmenge zu liefern, aufgrund der kleineren
Brennstoff-Einspritzdrucke über
der gleichen physikalischen Verengung, wie beispielsweise dem Durchmesser
einer Injektordüse.
Als ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert,
bestehende Signale zu verwenden, die zur Verfügung stehen, ohne daß zusätzliche
Sensoren zu der Lokomotive hinzugefügt werden müssen. Insbesondere gibt es
ein Rückführungssignal,
das von der EGU Regelung 24 geliefert wird, das einen Leistungskolbenspalt
anzeigt, und die Überwachung von
diesem Signal und durch die Verwendung einer geeigneten Übergangsfunktion
gestattet eine genaue Abschätzung
des Brennstoffwertes auf der Basis der folgenden Gleichung: 1 PFV = K1 – (K2 × LVDT) Gl.1wobei K1
und K2 experimentell und/oder empirisch abgeleitete Konstanten sind
und LVDT das Signal ist, das den Leistungskolbenspalt (PPG von Power
Pisten Gap) anzeigt, das von einem Verdrängungswandler geliefert werden
könnte.
Wie für
den Fachmann verständlich
ist, ist dies eine Technik, die zum Messen des Brennstoffwertes
verwendet werden kann und analog zum Messen einer Drosselventilstellung
ist. Wie im Block 60 in 2 angegeben
ist, gibt es eine Anzahl von externen Bedingungen und anderen Faktoren,
die den tatsächlichen
Wert von dem Brennstoffwert beeinflussen können, der tatsächlich durch
die Brennstoffpumpe 56 geliefert wird. Beispiele von diesen
externen Bedingungen und Faktoren können die Höhe umfassen, in der die Lokomotive
arbeitet, die Umgebungstemperatur, ob die Lokomotive in einem Tunnel
fährt,
da Tunnelfahrt eine erhöhte
Betriebstemperatur zur Folge haben kann, Lokomotive oder Lokomotivenänderung,
Alter der Brennstoffpumpe und Typ der Brennstoffqualität, die von
der Lokomotive verwendet wird, wie beispielsweise Octan- oder Cetanwert
des Brennstoffes oder Heizwert und ähnliches. Somit würde es besonders
wünschenswert
sein, den Wert des überwachten
PPG Signals für
Abweichungen von dem vorhergesagten Brennstoffwert einzustellen,
der aus der obigen Gleichung 1 erhalten wird. Der eingestellte Brennstoffwert
(AFV, kann auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet werden) AFV = PFV/KAT × KBP × KFT × KFQ × KL-L × KAGE, Gl.2
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Wobei
PFV der vorausgesagte Brennstoffwert ist und KAT, KBP, KFT, KFQ,
KL-L und KAGE einen entsprechenden Korrektur- oder Einstellfaktor bezeichnen,
die auf entsprechende Weise den folgenden vorbestimmten externen
Variablen entsprechen: Lufttemperatur, Barometrischer Druck, Brennstoffqualität und Brennstofftemperatur.
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Auf
der Basis einer Datenanalyse, die mit gesammelten Daten ausgeführt worden
ist, wurde gefunden, daß entsprechende
Werte für
jeden Korrekturfaktor unter Annahme der angegebenen Einheiten wie
folgt berechnet werden kann: (KAT) = 0.0009695 * (Umgebungslufttemp., Grad
C) + 0,9782 Gl 3 (KPB) = (750/(25,1 * Baro.
Druck, in Hg))^0,093 Gl 4 (KFQ) = 137,9 / (Brennstoffqual.,
Btu/Gal) Gl 5 (KFT) = (0,0027 * Brennstofftemp.
Grad C) + 0,9271 Gl 6
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Da
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung kein Sensor vorhanden ist, der eine Messung der Betriebstemperatur
direkt angibt, wurde gefunden, daß eine im wesentlichen genaue
Berechnung der Brennstofftemperatur erhalten werden kann, indem
die Wassertemperatur des Triebwerkes und die Umgebungstemperatur
korreliert wurden, um so eine mathematische Beziehung zwischen den zwei
bekannten Variablen und der Brennstofftemperatur zu generieren.
Insbesondere ist gefunden worden, daß:
Vorausgesagte Brennstofftemp. = A+B (Wassertemp.
des Triebw.) + C * (Umgebungstemp ^ 2 Gl. 7,wobei
A, B und C auf entsprechende Weise numerische Koeffizienten darstellen,
die in Abhängigkeit
von der speziellen Lokomotiven-Implementation variieren können und
die auf einfache Weise aus gesammelten und/oder simulierten Daten
abgeleitet werden können.
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Ein
Prozessor-System 200 kann mit dem Brennstoffversorgungs-Subsystem 50 verbunden sein,
um die verschiedenen Signale zu überwachen und
zu sammeln, die es dem Prozessor gestatten würden, die Leistungsfähigkeit
des Brennstoffversorgungs-Subsystems abzuschätzen. Es sollte verständlich sein,
daß das
Prozessor-System 200 an Bord installiert sein kann oder
an einem entfernten Diagnoseort installiert sein könnte, was
einem Service-Provider gestatten würde, eine Flotte von Lokomotiven
zu überwachen.
Beispielsweise könnte
eine Signalübertragung
von der Lokomotive zum Diagnoseort unter Verwendung eines geeigneten
drahtlosen Datenkommunikationssystems und ähnlichem implementiert sein.
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Wie
in 3 gezeigt ist, gestattet, nach einem Start der
Operationen im Schritt 70, der Schritt 72 eine Überwachung
eines Signals, das einen Brennstoffwert angibt, der durch die Brennstoffpumpe
geliefert wird. Der Schritt 74 gestattet die Einstellung
des Wertes des überwachten
Signals für
Abweichungen von einem vorhergesagten Brennstoffwert (PFV) aufgrund
von vorbestimmten externen Variablen, um so einen eingestellten
Brennstoffwert zu generieren. Der Schritt 76 gestattet
einen Vergleich des eingestellten Brennstoffwertes mit einem nominalen Brennstoffwert,
um die Leistungsfähigkeit
der Pumpe zu ermitteln. Es ist verständlich, daß der Einstellvorgang entweder
an dem geschätzten
Brennstoffwert oder dem nominalen Brennstoffwert vorgenommen werden
kann, da jeder dieser Werte relativ zu dem anderen eingestellt werden
könnte,
um Unterschieden in Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen Rechnung
zu tragen.
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Wie
in 4 gezeigt ist, gestattet nach dem Start der Operationen
am Schritt 82 der Schritt 84 eine Ermittlung,
ob der eingestellte Brennstoffwert innerhalb des ersten Bereiches
von gespeicherten Brennstoffwerten ist. Wie weiterhin in 4 gezeigt ist,
gestattet, wenn die Antwort Ja ist, der Schritt 90 eine
Erklärung,
daß die
Leistungsfähigkeit
der Brennstoffpumpe akzeptable ist. Wenn die Antwort Nein ist, dann
gestattet der Schritt 86 eine Ermittlung, ob der eingestellte
Brennstoffwert innerhalb eines zweiten Bereiches von gespeicherten
Brennstoffwerten ist. Wenn die Antwort Ja ist, dann gestattet der
Schritt 92 die Abgabe eines Signals, das einen Alarmstatus oder
ein Warnsignal für
den Benutzer angibt. Wenn der eingestellte Brennstoffwert nicht
innerhalb des zweiten Bereiches von gespeicherten Brennstoffwerten
ist, gestattet der Schritt 88 eine Ermittlung, ob der eingestellte
Brennstoffwert jenseits des zweiten Bereiches von Brennstoffwerten
ist. Wenn die Antwort Ja ist, dann gestattet der Schritt 94 die
Abgabe eines Signals, das ein unakzeptables Leistungsvermögen der
Brennstoffpumpe angibt.
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Wie
in 5 gezeigt ist, gestattet, nach dem Startschritt 100,
der Schritt 102 eine Berechnung des vorhergesagten Brennstoffwertes
auf der Basis von Gl.1 und der Schritt gestattet eine Berechnung
des eingestellten Brennstoffwertes auf der Basis von Gl.2 vor dem
Rückkehrschritt 106.
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6 zeigt
weitere Einzelheiten bezüglich des
Prozessor-Systems 200, das einen Signalmonitor 202 aufweist,
der das PPG Signal empfängt,
das zum Berechnen des vorhergesagten Brennstoffwertes (PFV) aus
Gl.1 verwendet wird. Ein erster Modul 204 ist elektrisch
mit einem Signalmonitor 202 verbunden, um das überwachte
Signal oder Signale bezüglich
Abweichungen von dem vorausgesagten Brennstoffwert aufgrund vorbestimmter
externer Variablen einzustellen, um den eingestellten Brennstoffwert
(AFV) in Gleichung 2 zu generieren. Es wird deutlich, daß andere
Korrektur- oder Einstellfaktoren in Gl.2 enthalten sein könnten, um
andere Parameter oder Variable einzustellen, wie beispielsweise
Alterung des Subsystems, Subsystemänderung von Lokomotive-zu-Lokomotive,
usw. Die Einstellfaktoren können
empirisch oder expirimentell abgeleitet sein, indem tatsächliche
Daten und/oder Simulationsdaten gesammelt werden, die viele Szenarien
des Lokomotivenbetriebs berücksichtigen,
und vorzugsweise sollten sie eine ausreichend große Menge
an Lokomotiven und/oder Brennstoffversorgungs-Subsysteme umfassen,
um so statistisch die Gültigkeit
und Genauigkeit der Korrekturfaktoren und/oder Übertragungsfunktion gemäß Gl. 1
zu demonstrieren. Ein Submodul 206 in dem ersten Modul 204 gestattet
ein Runterladen und/oder Generieren der entsprechenden Einstellfaktoren.
Ein zweiter Modul 208 ist elektrisch mit dem ersten Modul 204 verbunden,
um den eingestellten Brennstoffwert zu empfangen. Der zweite Modul 208 enthält einen
entsprechenden Submodul 210, der ein Vergleichen des Wertes
des eingestellten Brennstoffwertes mit einem nominalen Brennstoffwert
gestattet, um die Leistungsfähigkeit des
Brennstoffversorgungs-Subsystems zu ermitteln. Eine Speichereinheit 212 kann
zum Speichern einer programmierbaren Nachschlagetabelle verwendet werden,
um einen ersten Bereich von Brennstoffwerten zu speichern, so daß eingestellte
Brennstoffwerte innerhalb dieses ersten Bereiches eine akzeptable Leistungsfähigkeit
des Brennstoffversorgungs-Subsystems anzeigen. Die Nachschlagetabelle
in der Speichereinheit 212 kann ferner dazu verwendet werden,
einen zweiten Bereich von Brennstoffwerten zu speichern, so daß eingestellte
Brennstoffwerte innerhalb des zweiten Bereiches eine verschlechterte Leistungsfähigkeit
des Brennstoffversorgungs-Subsystems anzeigen. Ein dritter Modul 214 kann
auf einfache Weise verwendet werden zum Generieren und Liefern eines
Signals, das eine verschlechterte Leistungsfähigkeit des Brennstoffversorgungs-Subsystems
anzeigt, wenn der eingestellt Brennstoffwert jenseits des ersten
Bereiches von Brennstoffwerten und innerhalb des zweiten Bereiches
von Brennstoffwerten ist, das heißt, ein Warnsignal, das analog
zu einer gelben Lampe in einer Verkehrsampel betrachtet werden könnte. In ähnlicher
Weise kann der Modul 214 verwendet werden zum Generieren
und Liefern eines Signals, das eine unakzeptable Leistungsfähigkeit
des Brennstoffversorgungs-Subsystems anzeigt, wenn der eingestellte
Brennstoffwert jenseits einer oberen Grenze des zweiten Bereiches
von Brennstoffwerten ist, das heißt, ein Warnsignal, das analog
zu einer roten Lampe in einer Verkehrsampel betrachtet werden könnte, das
einen sofortigen Eingriff durch den Operator erfordert. Ein beispielhafter erster
Bereich von Brennstoffwerten können
Brennstoffwerte sein, die in dem Bereich von etwa 1450 mm3/Hub bis etwa 1650 mm3/Hub
liegen. Ein beispielhafter zweiter Bereich von Brennstoffwerten kann
von etwa 1650 mm3/Hub bis 1750 mm3/Hub betragen. Wenn also für die oben
angegebenen Bereiche das Ergebnis von Gl.2 von 1750 mm3/Hub überschreitet,
dann wird der dritte Modul 214 das rote Alarmsignal liefern.
Wenn in ähnlicher
Weise das Ergebnis von Gl.2 innerhalb des zweiten Bereiches innerhalb
von Werten liegt, dann wird der Modul 214 das gelbe Warnsignal
liefern. Wenn schließlich
das Ergebnis von Gl.2 innerhalb des ersten Bereiches von Werten
liegt, dann wird der Modul 214 zweckmäßigerweise anzeigen, daß der Status
des Brennstoffversorgungs-Subsystem innerhalb akzeptabler Werte
des Leistungsvermögen
ist.
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7A zeigt
beispielhafter Wahrscheinlichkeits-Verteilungsfunktion für den Fall,
daß ein,
zwei, drei oder vier Brennstoffpumpen unwirksam geworden sind. Insbesondere
zeigt 7A die Verteilungsfunktion in
dem Fall, daß Brennstoffwerte
nicht für
die verschiedenen externen Variablen kompensiert worden sind, die
oben im Zusammenhang mit 2 beschrieben sind. Zum Vergleich
zeigt 7B die Wahrscheinlichkeitsverteilung
für kompensierte Brennstoffwerte
in dem Fall, daß ein
kom binierter Verlust von ein, zwei, drei oder vier Pumpen besteht. Es
wird deutlich, daß aufgrund
der Korrektur, die nun mit der vorliegenden Erfindung erhalten wird,
die Wahrscheinlichkeit des Erfassens derartiger Vielfach-Fehler,
einzeln oder in Kombination, wesentlich verbessert ist, denn, wie
in 7A zu sehen ist, besteht eine wesentliche Überlappung,
die die Erfassung von derartigen Vielfach-Fehlern beeinträchtigen kann,
wogegen in 7B jeder entsprechende Wahrscheinlichkeitsfunktion
einen im wesentlichen schmalen Abweichungsbereich hat, der eine Überlappung
zwischen dem entsprechenden Vielfach-Fehlerbedingungen vermeidet.
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Für den Fachmann
wird deutlich, daß die verengte
statistische Abweichung eine verbesserte und genaue Ermittlung der
Vielfach-Fehler gestattet. Es wird ferner deutlich, daß die vielen
Brennstoffpumpen-Fehler nicht direkt einem vollständigen Pumpenfehler
entsprechen müssen,
da beispielsweise die Kombination von zwei Pumpen, die bei 50 % Wirkungsgrad
arbeiten, dem Verlust einer einzelnen Pumpe äquivalent sein können. In ähnlicher
Weise würde
die Kombination von drei Pumpen, die bei 66,6 % Wirkungsgrad arbeiten,
dem Verlust einer einzelnen Pumpe äquivalent sein.
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Es
wurden hier zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung im Kontext einer Lokomotive gezeigt und
beschrieben, die ein Dieseltriebwerk hat, es sollte aber klar sein,
daß diese
Ausführungsbeispiele
nur als Beispiele und nicht als Einschränkung angegeben sind. Für den Fachmann
ergeben sich zahlreiche Variationen, Änderungen und Substitutionen,
ohne von der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen. Beispielsweise braucht
die vorliegende Erfindung nicht auf diese Triebwerke für Lokomotiven
beschränkt
zu sein, da andere Typen von Triebwerken, die für Automobil-, Marine- oder andere Anwendungen
benutzt werden, in gleicher Weise Vorteil aus den Lehren der vorliegende
Erfindung ziehen können.