СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАПУСКА ДИЗЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК B60L1/00 F02N11/08 

Изобретение относится к электрооборудованию тепловозов, в частности к системам электрического запуска дизельных двигателей от автономного источника энергии.

Известны системы запуска, например, дизеля тепловоза 2ТЭ116 [1] в которых стартер-генератор (СГ) получает питание от аккумуляторной батареи (АБ) через контактор пуска дизеля (КПД). Катушка КПД в свою очередь подключается к АБ при нажатии кнопки "Пуск дизеля" через блок пуска дизеля, обеспечивающий в течение заданного времени работу маслопрокачивающего насоса, а затем включение контактора пуска дизеля.

Недостатком этой системы является загрузка АБ в первоначальной стадии запуска ударным током, ограничиваемым лишь суммой внутренних сопротивлений АБ, стартер-генератора и проводов. Бросок тока приводит к уменьшению емкости АБ, ускоренному ее износу и, как следствие, снижению надежности пуска. Кроме того, это обстоятельство вынуждает закладывать значительно большую установленную емкость АБ, чем это требуется непосредственно для запуска дизеля.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является схема пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая аккумуляторную и конденсаторную батареи, соединенные параллельно через обратный диод и ключ зажигания. При включении ключа зажигания конденсатор заряжается от АБ через диод, препятствующий обратному протеканию тока. После нажатия кнопки "Пуск" включается тяговое реле стартера, а после соединения его подвижной шестерни с зубчатым венцом маховика замыкается силовой контакт. Конденсатор и АБ разряжаются на электростартер.

Параллельное включение АБ и конденсатора приводит к уменьшению ударного тока АБ, к уменьшению ее установленной емкости, массы, стоимости и повышению надежности запуска двигателя.

Недостатком рассмотренной системы запуска является то, что включенный в цепь конденсатора ключ зажигания фактически должен представлять из себя силовой коммутирующий аппарат с мощной контактной парой, способной пропускать через себя и разрывать мощный разрядный импульс конденсатора. Кроме того, в случае задержки выключения ключа зажигания конденсатор может снова зарядиться до напряжения АБ или даже до напряжения бортового генератора и все время находиться под повышенным напряжением заряда. Последнее неблагоприятно сказывается на ресурсе конденсатора.

Целью изобретения является значительное увеличение ресурса емкостного накопителя при сохранении всех преимуществ рассмотренной выше конденсаторной системы пуска.

Для этого в систему электрического запуска дизеля, содержащую аккумуляторную батарею и емкостный накопитель, положительные выводы которых включены параллельно и через замыкающий контакт контактора пуска дизеля, управляемого блоком пуска дизеля при замыкании контакта кнопки "Пуск дизеля", соединены с положительным выводом стартер-генератора, и блокирующий диод, дополнительно включены зарядный тиристор и два токоограничивающих резистора, при этом зарядный тиристор и первый токоограничивающий резистор включены последовательно со стартер-генератором в цепь заряда накопительного конденсатора, анод и управляющий электрод тиристора соединены друг с другом через второй токоограничивающий резистор и второй контакт кнопки "Пуск дизеля", а блокирующий диод включен в цепь разряда накопительного конденсатора между его отрицательным выводом, соединенным с тиристорной ветвью, и точкой соединения отрицательных выводов аккумуляторной батареи и стартер-генератора. Первый токоограничивающий резистор выполнен с сопротивлением, обеспечивающим заряд накопительного конденсатора до напряжения аккумуляторной батареи за вычетом порогового напряжения зарядного тиристора по истечении времени прокачки масла.

Предлагаемое изобретение позволяет осуществить предварительный заряд емкостного накопителя от аккумуляторной батареи через бесконтактный коммутатор и последующий разряд параллельно соединенных батареи и накопителя на стартер-генератор. В момент включения разрядной цепи обеспечивается автоматическое бесконтактное размыкание цепи заряда накопителя.

Параллельное включение аккумуляторной батареи и накопителя приводит к значительному снижению результирующего внутреннего сопротивления комбинированного источника питания аккумуляторная батарея-емкостный накопитель, к увеличению тока и вращающего момента стартер-генератора и к более интенсивному нарастанию частоты вращения последнего.

Емкостный накопитель выполнен в виде последовательно-параллельно соединенных импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости с двойным электрическим слоем, у которых плотность энергии на порядок выше плотности энергии конденсаторов традиционного исполнения, а удельная мощность в 5-10 раз выше удельной мощности аккумуляторных батарей при малом внутреннем сопротивлении. Поэтому в момент включения разрядной цепи накопитель принимает на себя 50-80% от амплитуды тока стартер-генератора, а ток в АБ плавно нарастает по мере разряда накопителя. Накопитель разряжается до величины напряжения в 1,5-2 раза меньшего, чем внутренняя ЭДС АБ. Под этим напряжением он будет находиться до очередного запуска дизеля. Это обстоятельство, а также снижение амплитуды разрядного тока АБ способствует увеличению ресурса конденсатора и АБ и надежности системы запуска в целом.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема системы электрического запуска дизеля тепловоза.

Система запуска содержит аккумуляторную батарею 1, зашунтированную цепочкой из последовательно соединенных емкостного накопителя 2 и диода 3, кнопку "Пуск дизеля" 4, подключающую питание через блок пуска дизеля 5 к катушке контактора пуска дизеля 6 и после его срабатывания к стартер-генератору 7. Между точкой соединения накопителя 2 с катодом диода 3 и положительным выводом стартер-генератора 7 включены последовательно соединенные тиристор 8 и токоограничивающий резистор 9, а выводы тиристора 8 анод управляющий электрод зашунтированы вторым контактом кнопки 4 через второй токоограничивающий резистор 10. Величина сопротивления резистора 9 выбрана таким образом, чтобы накопительный конденсатор успел зарядиться до напряжения АБ 1 за вычетом порогового напряжения зарядного тиристора 8 за время работы маслопрокачивающего насоса.

Система электрического запуска дизеля тепловоза работает следующим образом.

При нажатии кнопки "Пуск дизеля" 4 срабатывает блок пуска дизеля 5. БПД предназначен для обеспечения заданного алгоритма процесса пуска дизеля: прокачка масла в течение заданного времени, включение после этого контактора пуска дизеля, прекращение процесса пуска после достижения давлением масла в системе смазки дизеля заданной величины и при возникновении аварийных режимов. Одновременно с этим второй контакт кнопки 4 замыкает контур: положительный вывод АБ 1 емкостный накопитель 2 контакт кнопки 4 резистор 10 управляющий электрод и катод тиристора 8 резистор 9 стартер-генератор 7 отрицательный вывод АБ 1. Кратковременного нажатия кнопки 4 достаточно для запуска блока пуска дизеля 5 и открытия тиристора 8. Кнопку можно отпустить, а через открытый тиристор начнется заряд конденсатора от АБ 1 одновременно с прокачкой масла. Включение в цепь заряда накопителя стартер-генератора используется для ограничения скорости нарастания зарядного тока. По окончании процесса прокачки масла включается контактор 6, подключая тем самым параллельно включенные АБ и накопитель к стартер-генератору. Одновременно с этим напряжение накопителя 2 через контакт контактора 6 подается к тиристору 8 в обратном направлении и он восстанавливает свои запирающие свойства. С этого момента начинается процесс раскрутки дизеля стартер-генератором при питании от параллельно включенных АБ и накопителя. По мере раскручивания дизеля накопитель разряжается до остаточного напряжения, равного значению ЭДС АБ за вычетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении АБ. Повторный заряд накопителя 2 невозможен из-за обратного включения диода 3 и запертого состояния тиристора 8. Накопитель 2 будет находиться под пониженным напряжением заряда до очередного запуска дизеля.

Предлагаемое изобретение позволяет:
значительно снизить ударный ток АБ в момент включения системы запуска и увеличить ее ресурс;
значительно сократить время нахождения емкостного накопителя под номинальным напряжением заряда и увеличить его ресурс;
снизить установленную емкость АБ;
снизить время работы дизеля на холостом ходу за счет увеличения надежности системы запуска и, как результат этого, уменьшить расход топлива;
уменьшить расход компонентов, из которых изготавливаются АБ на заводах-изготовителях (например: свинца, серной кислоты и т.д.);
за счет меньшего расхода облегчить условия утилизации выработавших ресурс АБ.

Рассмотренная система запуска может быть использована в системах запуска дизелей магистральных и маневровых тепловозов и других дизельных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.

Использование: электрооборудование тепловозов, в частности системы электрического запуска дизельных двигателей от автономного источника питания. Сущность изобретения: система содержит аккумуляторную батарею, емкостный накопитель, выполненный, например, на базе импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости, и стартер-генератор, подключаемый к батарее при нажатии кнопки "Пуск дизеля" после срабатывания блока пуска дизеля с исполнительным контактором. Заряд накопителя от аккумуляторной батареи осуществляется через токоограничивающий резистор и стартер-генератор при включении цепи управления тиристора. После замыкания контакта контактора тиристор запирается, а накопитель через диод подключается параллельно с батареей к стартеру-генератору. В конце запуска размыкается контакт контактора и накопитель отключается от батареи и стартера-генератора. До очередного запуска дизеля он будет находится в заряженном до пониженного напряжения состояния. Технический результат заключается в увеличении ресурса накопителя и источника электропитания в целом благодаря снижению напряжения заряда между запусками дизеля. 1 ил.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАПУСКА ДИЗЕЛЯ преимущественно тепловоза, содержащая аккумуляторную батарею и емкостный накопитель, выходные цепи которых включены параллельно и через замыкающий контакт контактора пуска дизеля соединены со стартер-генератором, а через первый замыкающий контакт кнопки "Пуск дизеля" с входом блока пуска дизеля, связанного выходом с обмоткой контактора пуска дизеля, блокирующий диод, отличающаяся тем, что она снабжена зарядным тиристором и двумя токоограничивающими резисторами, при этом зарядный тиристор и первый токоограничивающий резистор включены последовательно со стартер-генератором в цепь заряда накопительного конденсатора, анод и управляющий электрод тиристора соединены друг с другом через второй токоограничивающий резистор и второй замыкающий контакт кнопки "Пуск дизеля", а блокирующий диод включен в цепь разряда накопительного конденсатора между его обкладкой, соединенной с тиристорной ветвью, и общим выводом аккумуляторной батареи и стартер-генератора.