机车装置 本申请是申请日为2005年7月23日、申请号为200510092397.2、发明名称为“机车装置”的中国专利申请的分案申请。
【技术领域】
本发明总体涉及机车，尤其涉及在极端环境下运行的机车。
背景技术
在高海拔和地球的非常北和非常南的区域内运行的机车典型地遭受极端和严酷的环境条件，这对机车的运行和性能具有负面影响，包括很冷的温度、冰的累积和被风吹而漂移的雪。在这种环境下运行机车的一个缺陷包括用于向机车提供所需气流的过滤器和/或管的阻塞。已经已知雪可被吸入机车的空气入口管，并累积到充分的数量以致阻塞通过这些管的空气通道。因而，雪累积在布置在机车的空气入口路径中的空气过滤器上并不罕见。这种雪的累积可起到降低发动机功率输出的作用，和/或可引起发动机完全从运行状态停止。
解决该问题的一个方法包括通过提供暖空气流与流入空气入口管的冷的环境空气相混合，从而增加流入空气入口管和通过最终空气过滤器的空气温度。在这种情况下，如果入口空气混合物的温度能维持在凝固点以上，则任何可能在过滤器和/或管道系统上发展或者沉积的雪和/或冰都将融化，而不是累积和限制进口气流。但是，不幸的是，用于提供暖气流的当前方法和/或装置要求驾驶员连续地监视过滤器空气进口，当需要暖空气防止雪和/或冰的累积时操作该装置，因而分散了机车驾驶员操作机车的注意力。
另一缺陷涉及用于冷却机车发动机的水。在柴油机车中使用的传统冷却系统典型地包括不带有抗冻添加剂的冷却水。尽管这种系统在机车的发动机处于运转时，在低于凝固的温度下能有效地发挥作用，但是如果发动机出人意料地、意外地或偶然地熄火，那么典型地水必须被倾倒。这是因为发动机不运行时，发动机不能将水的环境温度维持在凝固点以上。同样地，包含在系统内的水可能凝固，损坏机车的冷却系统。但是，在一些情况下，水的倾倒可能对铁路轨道和/或周围的结构造成严重的损坏。
例如，对于在高海拔下运行的机车，环境气温典型地保持在低于凝固温度的常量。如果机车发动机必须意外地停止或中止运行，水的倾倒可造成永久冻结的基土或者待融化的永久冻结带。这是不希望的，因为在一些位置(也就是位于山岭地区的铁路轨道)这种永久冻结带形成铁路轨道的主要支撑结构。如果这种基土开始融化，这可导致包围铁路轨道的陆地变得不稳定，可能不能支撑铁路轨道产生的负载，这样因轨道的偏移或整体坍塌可能使在这部分轨道上运行的每列货车出轨。
【发明内容】
在一种用于在低的环境温度条件下运行的铁路机车中，所述机车具有发动机，其包括使用冷却剂液体的冷却系统，冷却剂液体容纳系统被没置，其包括容纳箱；入口，其与发动机冷却系统的出口流体流动连通，同时与所述容纳箱的内部流体流动连通；入口阀，其用于控制通过所述入口的冷却剂液体地流量；出口入口与所述箱的所述内部流体流动连通，其用于从所述容纳箱排出冷却剂液体；出口阀，其用于控制来自所述容纳箱的冷却剂液体的流量，传感器，其用于监视指示发动机冷却系统中的冷却剂液体温度的参数，产生指示所述冷却剂液体温度的信号；以及控制装置，其用于接收指示所述冷却剂液体温度的信息，与所述入口阀通信，用于当所述冷却剂液体温度下降到低于预定水平时，控制所述入口阀的操作和所述冷却剂液体到所述箱的流量。
在一种用于在低的环境温度条件下运行的铁路机车中，所述机车具有布置在发动机壳体内部的发动机，所述发动机壳体具有与发动机的空气入口(318)相连通的发动机舱开口，所述空气入口用于使环境空气流入发动机以被用作燃烧空气，发动机舱门系统被设置，其包括传感器，其用于监视指示因雪和冰的堵塞产生的环境空气通过所述空气入口)的流动阻力的参数，产生指示所述流动阻力的信号；控制器，其用于发动机舱门系统，用于接收指示通过所述空气入口的流动阻力的信息；以及装置门，其位于发动机壳体的开口处，可在闭合位置和开启位置之间移动，当指示流动阻塞时，所述控制器控制所述门移动到所述开启位置，当指示没有流动阻塞时，所述控制器控制所述门移动到所述闭合位置，所述装置门被布置以便当其位于所述闭合位置时覆盖发动机壳体，以便将机车发动机产生的热量容纳在机车发动机壳体内部，以及当其位于所述开启位置时，所述装置门确保机车发动机产生的热量与所述空气入口相连通，以便帮助移除所述空气入口中的雪和冰的堵塞。
【附图说明】
从下列结合附图详细描述的实施例中可更加全面地理解本发明的前述和其它特征及优点，其中在多幅图中相同的元件被标注相同的数字。
图1是阐述发动机自动启动/停止(AES)装置的整体系统设计的方框图；
图2是阐述用于维持机车冷却系统内部的冷却流体温度的方法的方框图；
图3A是阐述自动化的夏季/冬季门(ASWD)系统的整体系统设计的方框图，其中装置门位于接合构形；
图3B是阐述自动化的夏季/冬季门(ASWD)系统的整体系统设计的方框图，其中装置门位于分离构形；
图4是阐述合并水容纳系统的机车系统设计的方框图；
图5是机车冷却系统的整体示意图；以及
图6是储备加热器电路的示意图。
【具体实施方式】
参考图1，显示了方框图，其阐述了发动机自动启动/停止(AES)装置100的整体系统设计，其包括机车102，所述机车具有机车冷却系统104、机车发动机108、发动机控制装置110和温度传感装置112，所述机车冷却系统包括冷却流体106。发动机控制装置110与机车发动机108和温度传感装置112通信，其中温度传感装置112还与机车冷却系统104和周围环境114通信。应意识到AES装置100如下运行。温度传感装置112传感周围环境114和包含在机车冷却系统104内的流体106的温度，并将这些值传送给发动机控制装置110。如果机车发动机108被关闭，周围环境114的空气温度等于或者低于预定环境阈值温度，例如0℃(32°F)，包含在机车冷却系统104内的流体106的温度等于或者低于预定最小阈值温度，那么发动机控制装置110启动机车发动机108。当包含在机车冷却系统104内的流体106的温度达到预定最小阈值温度时，则发动机控制装置110停止或者关闭机车发动机108。如有需要可重复该循环。
应意识到温度传感装置112可连续地将温度数据传输给发动机控制装置110，或者温度传感装置112可周期性地(根据预定时间表或算法)将温度数据传输给发动机控制装置110。而且，应意识到发动机控制装置110、温度传感装置112和机车发动机108之间的通信在局部或整体上可通过无线通信、硬线通信或者其任何组合实现。
参考图2，显示了阐述方法200的方框图，所述方法用于当机车102没有运行时维持机车冷却系统104内部的冷却流体106的温度，其包括获得具有自动化的发动机控制装置110和温度传感装置112的机车102，如方框202所示。自动化的发动机控制装置110与机车发动机108相联系，温度传感装置112与机车冷却系统104相联系。使用温度传感装置112产生响应于冷却流体106的温度的温度数据，如方框204所示。应意识到温度传感装置112也能测量机车102外部的环境空气的温度，也能将所述环境温度包含到温度数据中。温度数据与自动化的发动机控制装置110通信，如方框206所示，通过自动化的发动机控制装置110响应于温度数据控制机车发动机108。应意识到如果温度数据达到预定温度阈值，那么自动化的发动机控制装置110使机车发动机108以预定的方式起作用，例如使发动机启动或关闭。
参考图3A和图3B，显示了方框图，其阐述了自动化的夏季/冬季门(ASWD)系统300的整体系统设计，其包括具有机车结构304的机车302，所述机车结构定义机车发动机腔306和机车发动机腔排出口308。ASWD装置310被设置，其包括装置门312，所述装置门通过ASWD门控制器317可在接合构形314与分离构形316之间配置，其中ASWD装置310被布置成使装置门312与机车腔排出口308相联系。当装置门312位于接合构形314时，装置门312被布置为覆盖机车腔排出口308，所述排出口封闭机车腔306。相反地，当装置门312位于分离构形316时，装置门312被布置为远离机车腔排出口308以致机车腔306通过机车腔排出口308至少可部分进入。
机车结构304也定义空气进入口318，其用于接收来自周围环境的气流，其中气流向机车系统提供冷却空气。也提供了气流传感器320，气流传感器320被布置在空气进入口318内部，以便测量流入空气进入口318的空气体积。而且，气流传感器320与ASWD系统300通信，以致气流传感器320向ASWD系统300提供气流数据。应意识到气流传感器320与ASWD系统300可通过适合于希望的最终目的的任何装置和/或方法通信，例如无线通信、硬线通信，通过另外的控制装置或者其任意组合。
应意识到ASWD系统300如下运行。当机车302运行时，空气被吸入空气进入口318。当气流进入空气进入口318时，气流传感器320监视和测量进入空气进入口318的气体体积，并将该气流数据传送给ASWD门控制器317。如果流入空气进入口318的空气体积小于预定最小气流体积阈值，且环境空气温度小于预定环境空气温度，则ASWD门控制器317使装置门312配置为接合构形314，其允许来自机车发动机腔306的环境和辐射热量通过机车发动机腔排出口308。当气流体积增加时，ASWD门控制器317能使或者不能使装置门312再次配置回分离构形316。
应意识到气流传感器320可连续地将气流数据传输给ASWD门控制器317，或者气流传感器320周期性的(根据预定时间表或算法)将气流数据传输给ASWD门控制器317。而且，应意识到气流传感器320和ASWD门控制器317之间的通信在局部或整体上可通过无线通信、硬线通信或者其任何组合实现。
参考图4，显示了方框图，其阐述了合并水容纳系统500的机车系统设计，其包括机车502、机车发动机508和流体容纳装置510，所述机车具有包括冷却流体506的机车冷却系统504。流体容纳装置510包括装置结构512，其定义用于容纳冷却流体506的装置腔514。装置结构512还定义装置入口516和装置出口518，其中装置入口516与机车冷却系统504通信用于接收冷却流体506，其中装置出口518与机车502外部的周围环境通信。流体容纳装置510还包括流体入口控制阀520和流体出口控制阀522，用于分别控制流入和流出装置腔514的流体流量。
装置结构512可由弹性的、尺寸自适应的材料构造，以致如果装置腔514充满冷却流体506，且冷却流体506凝固和膨胀，那么装置结构512不会破裂和/或泄漏。当机车502达到允许冷却剂倾倒和/或冷却剂倾倒不会引起损害的位置时，流体出口控制阀522被操作以便排出容纳在装置腔514内部的冷却流体506。应意识到流体出口控制阀522可以是机械、电动和/或气动装置，可自动、手动和/或遥控操作。
参考图5和图6，应意识到通过此处公开的机车装置和冷却系统控制逻辑提供了至少4级保护。任何一级保护都可能失效，但是水仍然不会被倾倒。这些级保护包括，但是并不局限于，散热器系统上的入口和出口百叶窗，当太多热量辐射出去时所述百叶窗将关闭，这些级保护将与发动机速度的变化结合起来工作。自动化的门可用于阻止机车的其它部件释放热量，最好通过允许环境空气流入这些待关闭的部件。另外温度/温度变化率用于提供故障信息。
而且，入口和出口百叶窗可依照发动机怠速时维持发动机水和油的温度的请求开启或关闭。百叶窗可由响应于环境条件、水/油温度、发动机运行条件的微处理器控制。同样，如果发动机处于怠速，则发动机速度可提高或降低以便通过增加发动机负荷维持发动机水和油的温度。此外，如果发动机因任何原因熄火，且发动机水和油的温度下降到低于预定温度值，则启动储备加热器，维持发动机和水温。这可通过使用一个或者多个冗余的加热器(储备加热器)实现，所述加热器是独立的加热器系统，可与控制器结合起来使用，所述控制器可以自动的方式控制加热器或者允许手动控制加热器。同样，可使用冗余的热源，例如路旁的电源、来自其它机车的电源、辅助能量单元(APU)。
应意识到储备加热器在电路中被保护，通过至少一个相反的止回阀和装置与高度和重力排放有关的物理位置提供用于电路的排放通风。如果储备加热系统失效或者如果它不能将发动机水温维持在预定温度值之上，AES装置100将启动发动机以便提供热量以及维持发动机水和油的温度。储备加热也能用于保持其它装置/流体处于暖和，和/或防止其冻结，但不包括燃料、电池、控制电子设备、栅格组件、驾驶室等。加热系统可使用柴油点火加热器。
但是，如果因为某种原因发动机不能被再次启动，则当水的温度达到预定温度值时，计算机控制的自动水倾倒系统会倾倒水。因而，在水凝固之前，水可被倾倒到流体容纳装置510中。应意识到流体容纳装置510可以是适合希望的最终目的的任何一种流体容纳装置，例如可膨胀的囊状物和/或箱，防冻塞保护其不受冷冻损害，所述防冻塞会破裂以便减轻冰膨胀产生的压力。而且，流体容纳装置510可用于收集和/或容纳其它流体和水，例如发动机油，或者如果希望，可使用多个流体容纳装置510。而且，收集和/或容纳在流体容纳装置510内的液体可被监视以防止溢出。
此外，应意识到产生电能和辐射的APU、以及冷却水/油和废气能量能用于提供用于保持装置暖和的热量，或者可使用路旁的电源提供用于保持装置暖和的热量，或者可使用列车线的电源提供用于保持装置暖和的热量。
尽管参考示例性实施例已经描述了本发明，但是那些熟悉本领域技术的人员会理解在不脱离本发明实质和范围的情况下，可做出各种变化、省略和/或增加，以及用等效物替代其元件。另外，在不脱离其范围的情况下，在本发明的教导下可做出许多修改以适应特定的情况或材料。因而，意味着本发明并不局限于以企图用于实施本发明的最佳方式公开的特定的实施例，但是本发明将包括所有属于后附权利要求书范围之内的实施例。而且，除非特别陈述，术语第一、第二等的任何使用都不指示任何顺序或重要性，但是更确切地说术语第一、第二等用于区分一个元件和另一个元件。