Энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к оборудованию для внешнего запуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств, в частности объектов бронетанковой техники. Энергоагрегат содержит генератор, соединенный с приводным двигателем, пульт управления, две группы емкостных накопителей энергии, выполненных в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, выходные разъемы и коммутационную аппаратуру с контакторами, срабатывающими при запуске ДВС, накопители в первой группе включены параллельно, накопители во второй группе соединены между собой через контакты коммутационной аппаратуры для последовательного включения при запуске ДВС, а положительные выводы накопителей первой группы подключены к положительным выводам накопителей второй группы через силовые диоды. Техническим результатом является обеспечение надежного запуска двигателя и соблюдение темпа его прокрутки в более широком температурном диапазоне (±40^oС). 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для внешнего запуска двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, в частности объектов бронетанковой техники.

Известно устройство для запуска ДВС транспортных средств, содержащее генератор, приводной двигатель, аппаратуру управления и выводы для подключения к аккумулятору транспортного средства (SU 1590618, МПК F 02 N 11/08, 1990). К недостаткам данного устройства относится то, что для обеспечения требуемого начального тока стартера (особенно в зимних условиях при запуске двигателей транспортных средств, находящихся на открытой стоянке) генератор, а соответственно и приводной двигатель должны иметь большую мощность. Кроме того, данное устройство не может быть использовано для двухступенчатого запуска двигателей танков, так как не обеспечивает подачу удвоенного напряжения на стартер-генератор.

Известен также автономный энергоагрегат, дополнительно содержащий две группы емкостных накопителей энергии, которые заряжаются от генератора небольшой мощности. При запуске двигателя накопители энергии переключаются с параллельного соединения на последовательное и обеспечивают подачу на стартер-генератор удвоенного напряжения и требуемый пусковой ток (RU 2119592, МПК F 02 N 11/08, 1998). Накопители энергии выполнены в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, имеющих большую емкость при малых габаритах и весе и хорошо работающих в условиях отрицательных температур.

В то же время испытания конденсаторов с двойным электрическим слоем показали, что запасаемая ими энергия зависит от температуры. А именно, наблюдается снижение количества запасаемой энергии на 30... 40% как при +40^oС, так и при -40^oС. Такая зависимость позволяет использовать известный энергоагрегат с емкостными накопителями энергии, включенными по схеме "2+2" (2 группы по 2 накопителя в каждой), только в температурном диапазоне ±20^oС. Кроме того, данный энергоагрегат не обеспечивает отработку более продолжительной по времени циклограммы запуска газотурбинных двигателей.

Задачей изобретения является повышение надежности работы энергоагрегата в экстремальных температурных условиях и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная задача решается путем того, что в энергоагрегате для запуска ДВС, содержащем генератор, соединенный с приводным двигателем, пульт управления, две группы емкостных накопителей энергии, выполненных в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, выходные разъемы и коммутационную аппаратуру с контакторами, срабатывающими при запуске ДВС, накопители в первой группе включены параллельно, а накопители во второй группе соединены между собой через контакты коммутационной аппаратуры для последовательного включения при запуске ДВС, причем положительные выводы накопителей первой группы подключены к положительным выводам накопителей второй группы через силовые диоды.

Каждая группа может содержать три накопителя энергии, а в состав коммутационной аппаратуры может входить переключатель количества последовательно включенных при запуске ДВС накопителей второй группы. По меньшей мере к одному накопителю энергии второй группы, при необходимости, может быть параллельно подключен дополнительный накопитель энергии.

Коммутационная аппаратура может также содержать переключатель для подачи напряжения от генератора к устройствам автоматики запускаемого ДВС.

Целесообразно выполнять схему энергоагрегата таким образом, чтобы один из выходных разъемов был соединен (через соответствующие контакты) с накопителями энергии, а другой - с выходом генератора. В этом случае второй разъем может быть использован для подачи к потребителям энергии (таким как осветительные устройства, подогреватели и т.д.) постоянного напряжения во время осуществления запуска ДВС, когда напряжение на первом разъеме изменяется.

Предлагаемая схема коммутации накопителей обеспечивает надежный запуск двигателя и соблюдение темпа его прокрутки в более широком временном и температурном диапазоне (±40^oС). На первом этапе пуска (24 В) работает только первая группа из трех накопителей, соединенных параллельно. Вторая группа заряженных накопителей отключена и на первом этапе в пуске не участвует. На втором этапе накопители во второй группе переключаются с параллельного соединения на последовательное и на стартер (или стартер-генератор) поступает повышенное напряжение. При этом осуществляется режим "подпитки" накопителей второй группы от накопителей первой группы через силовые диоды.

Величина повышенного напряжения, подаваемого на стартер, может изменяться в зависимости от типа двигателя переключателем количества задействованных на втором этапе накопителей второй группы.

В соответствии с циклограммой запуска ГТД первый этап запуска занимает по времени 10,2 с. За это время напряжение на накопителях второй группы снижается, и при использовании схемы "2+2" в цепь стартера вместо 48 В подается 32...35 В. В предлагаемой схеме три накопителя второй группы коммутируются на утроенное напряжение, но за счет падения за период 10,2 с, в цепь стартера подается 43...45 В, то есть фактически удвоенное номинальное напряжение 24 В.

При пуске поршневых (ПД) и турбопоршневых (ТПД) двигателей с переключением 24/48 В первый этап длится крайне мало - примерно 0,3...0,4 с, соответственно падение напряжения на накопителях второй группы является незначительным. В этом случае, при переключении на утроенное напряжение, в цепь стартера объекта было бы подано напряжение, значительно превышающее норму. Для исключения этого при пуске ПД и ТПД один из накопителей 2-й группы в пуске не задействован, а два оставшихся переключаются на удвоенное напряжение.

Питание устройств автоматики, находящихся на объекте с запускаемым двигателем, может осуществляться от генератора предлагаемого энергоагрегата. Это особенно важно, если на объекте отсутствуют или разряжены аккумуляторные батареи.

На чертеже представлена электрическая схема энергоагрегата.

Энергоагрегат содержит генератор 1, соединенный с приводным двигателем 2, пульт управления 3 с электронным регулятором (не показан) внешней характеристики генератора. Генератор, приводной двигатель и пульт управления конструктивно объединены в съемный агрегат питания 4.

Энергоагрегат содержит также пусковой агрегат 5, включающий две группы емкостных накопителей энергии, выполненных в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем. Накопители 6-8 первой группы включены параллельно, а накопители 9-11 второй группы соединены между собой и с накопителями первой группы через контакты коммутационной аппаратуры 12 для последовательного включения при запуске ДВС. Положительные выводы накопителей первой группы подключены к положительным выводам накопителей второй группы через силовые диоды 13-15.

В состав коммутационной аппаратуры входит переключатель 16 количества задействованных при запуске ДВС накопителей второй группы (три для ГТД и два для ПД и ТПД), переключатель 17 для подачи напряжения от генератора 1 к устройствам автоматики запускаемого ДВС (не показаны), управляющее реле 18 с замыкающим контактом 19 и три контактора 20-22, каждый из которых снабжен замыкающим и размыкающим контактами, включенными между накопителями энергии 9-11 второй группы. Контактор 20 выполнен с контактами 23,24, контактор 21 - с контактами 25,26, а контактор 22 - с контактами 27,28.

Пусковой агрегат снабжен двумя выходными силовыми разъемами (розетками) 29,30 для подключения стартера запускаемого двигателя и внешних потребителей или источников энергии, а также разъемами 31, 32 для подключения к устройствам автоматики запускаемого двигателя, с которых поступает сигнал на переключение соединения накопителей. Напряжение на силовую розетку 29, предназначенную для подключения стартера запускаемого двигателя, поступает с накопителей энергии, а на розетку 30, предназначенную для питания внешней постоянной нагрузки, - с генератора 1. Разъем 31 используется при запуске ПД, а разъем 32 - при запуске ГТД. В состав пускового агрегата также входит диод 33 защиты слаботочных цепей агрегата питания 4 от обратных токов, диод 34 защиты и питания устройств автоматики запускаемого ДВС, диоды 35-37, включенные между положительными выводами накопителей и цепью их принудительного разряда, состоящей из выключателя 38 и токоограничивающего резистора 39.

Для осуществления заряда накопителей энергии от внешних маломощных источников, которые могут быть подключены к розеткам 29,30, предназначены токоограничивающий резистор 39, выключатель 40 и диоды 41,42.

Отрицательные выводы накопителей энергии соединены с соответствующими выводами силовых розеток 29,30 через контакторы 43, 44 с ручным включением.

При необходимости к накопителям энергии второй группы (или к одному из них) параллельно подключают дополнительные накопители (или один накопитель) 45.

Энергоагрегат работает следующим образом.

При работающем приводном двигателе 2 напряжение с генератора 1 через диод 33 и размыкающий контакт переключателя 17 подается к накопителям энергии 6-7 и 9-10, включенным параллельно. Выбор напряжения заряда накопителей осуществляется с помощью пульта управления.

Стартер или стартер-генератор запускаемого двигателя подключают к силовой розетке 29. В зависимости от типа двигателя устройства автоматики подключают к разъему 31 или 32 (например так, как это показано в патенте RU 2119592, выбранном за прототип). С помощью переключателя 16 выбирают количество необходимых при запуске накопителей второй группы. При замкнутом переключателе 16 будут задействованы три накопителя энергии (9-11), а при разомкнутом - два (9 и 10). Контакторы 43 и 44 приводят во включенное состояние. Переключатель 17 может быть приведен в положение, при котором напряжение генератора 1 через диод 34 поступает на разъемы 31, 32 для питания устройств автоматики запускаемого двигателя.

При нажатии кнопки пуска, расположенной на запускаемом объекте, осуществляется первая ступень включения стартера, во время которой его питание осуществляется от параллельно соединенных накопителей энергии 6-8 первой группы. Через некоторое время с запускаемого объекта на разъем 31 (или 32) и соответственно на управляющее реле 18 поступает сигнал на начало второй ступени. Реле 18 срабатывает и замыкает контакт 19, через который питание подается на контакторы 20-22. В результате этого контакты 23,25 и 27 размыкаются, а контакты 24, 26 и 28 замыкаются. Накопители 6-8 отключаются от розетки 29, а последовательно соединенные накопители 9-11 подключаются к ней. Осуществляется вторая ступень запуска.

Энергоагрегат оборудован системой заряда накопителей от любого внешнего источника постоянного тока: от маломощных аккумуляторов и выпрямителей до сварочных агрегатов. Возможно подключение к энергоагрегату одновременно двух источников тока.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала от ожогов при возможном искрении силовых кабелей, например, при подключении пускового агрегата к объекту пуска, силовые розетки 29,30 энергоагрегата могут отключаться контакторами 43,44. Данные контакторы используются также для разрыва силовых цепей накопителей при их заряде от внешних маломощных источников постоянного тока.

Для заряда накопителей от внешнего источника служит подсистема, содержащая токоограничивающий резистор 39, выключатель заряда 40, диоды 41, 42 и диоды 13-15 и 35-37. Например, накопитель энергии 9 заряжается от источника, подключенного к розетке 29, по цепи: контакт 23, диод 13, накопитель 9, контакт 25, резистор 39, выключатель 40, диод 41.

Для подготовки накопителей к хранению используется подсистема принудительного разряда, содержащая токоограничивающий резистор 39, выключатель разряда 38 и диоды 13-15 и 35-37.

Так, накопители 6-8 первой группы принудительно разряжаются по цепи: параллельно-последовательно включенные диоды 13-15 и 35-37, выключатель 38 и резистор 39, а каждый накопитель 9-11 второй группы по цепи: один из диодов 35-37, выключатель 38 и резистор 39.

Формула изобретения

1. Энергоагрегат, преимущественно для запуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС), содержащий генератор, соединенный с приводным двигателем, пульт управления, две группы емкостных накопителей энергии, выполненных в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, выходные разъемы и коммутационную аппаратуру с контакторами, срабатывающими при запуске ДВС, причем накопители в первой группе включены параллельно, отличающийся тем, что накопители во второй группе соединены между собой через контакты коммутационной аппаратуры для последовательного включения при запуске ДВС, а положительные выводы накопителей первой группы подключены к положительным выводам накопителей второй группы через силовые диоды.

2. Энергоагрегат по п. 1, отличающийся тем, что каждая группа содержит три накопителя энергии, а в состав коммутационной аппаратуры входит переключатель количества последовательно соединенных при запуске ДВС накопителей второй группы.

3. Энергоагрегат по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что по меньшей мере к одному накопителю энергии второй группы параллельно подключен дополнительный накопитель энергии.

4. Энергоагрегат по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в состав коммутационной аппаратуры входит переключатель для подачи напряжения от генератора к устройствам автоматики запускаемого ДВС.

5. Энергоагрегат по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что один из выходных разъемов соединен с накопителями энергии, а другой - с выходом генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1