СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02N11/08 

Изобретение относится к автомобильной промышленности, а именно к пусковым устройствам двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано на стационарных установках, имеющих ДВС и в автомобильных парках для запуска двигателей автомобилей, особенно в холодное время года.

Из опыта эксплуатации транспортных средств, а также теоретических исследований, вытекает, что для надежного пуска ДВС на борту автомобиля целесообразно иметь аккумуляторную батарею, а для облегчения запуска конденсаторную батарею. Схемы электростартерного пуска с конденсаторными батареями могут быть самыми различными.

Известна система электростартерного пуска, содержащая аккумуляторную батарею, стартер, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, устройство управления пуском, состоящее из тягового реле с нормально открытыми контактами, включенными между стартером и положительным полюсом аккумуляторной батареи, выключатель стартера, конденсаторную батарею, подключенную через полупроводниковый вентиль к аккумуляторной батарее.

Основными недостатками такой системы являются недостаточная надежность запуска ДВС, особенно в условиях низких температур, и наличие существенных ударных нагрузок в приводе при запуске ДВС.

Известно, что для запуска холодного ДВС необходимо осуществить раскрутку коленчатого вала ДВС с нарастанием частоты вращения на определенном промежутке времени до пусковой частоты, значение которой зависит от многих факторов [1] Такой процесс не сможет осуществить известная система, так как по мере разряда конденсаторной батареи и аккумуляторной батареи питающее напряжение, а следовательно, и ток стартера будут уменьшаться, что приведет к определенной стабилизации частоты вращения коленчатого вала на небольшом отрезке времени, после чего она будет уменьшаться. Одновременное подключение к электродвигателю стартера двух батарей приведет к резкому нарастанию тока стартера, а следовательно, к созданию большого крутящего момента в первоначальный момент запуска ДВС, что приведет к возникновению существенной ударной нагрузки в приводе.

Цель изобретения повышение надежности пуска двигателя внутреннего сгорания, особенно в условиях низких температур и снижения ударных нагрузок в приводе.

Цель достигается тем, что в известную систему дополнительно включены высоковольтная конденсаторная батарея, имеющая рабочее напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, с элементами ее задействования и сглаживающий дроссель в цепи питания электродвигателя стартера.

Предлагаемая система пуска отличается от известной тем, что она снабжена высоковольтной конденсаторной батареей, имеющей рабочее напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза и заряжаемой от преобразователя напряжения, которая подключается к стартеру элементами блока переключений через определенное время после включения стартера, при этом обе конденсаторные батареи подключены к стартеру через сглаживающий дроссель, что является новым отличительным признаком.

Известно использование двух конденсаторных батарей и аккумуляторной батареи [2, 3 и 4] Однако, использование в предлагаемом решении высоковольтной конденсаторной батареи, имеющей рабочее напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, с элементами ее задействования и заряжаемой от преобразователя напряжения позволяет получить новое свойство, а именно, после начальной прокрутки коленчатого вала ДВС за счет энергии низковольтной конденсаторной батареи и аккумуляторной батареи, подключив через определенное время высоковольтную конденсаторную батарею через сглаживающий дроссель, быстро и плавно раскрутить коленчатый вал ДВС до более высокой частоты вращения и тем самым обеспечить надежный запуск ДВС, при этом ударные нагрузки в приводе уменьшаются за счет сглаживающего дросселя.

На фиг. 1 приведена схема системы электростатерного пуска двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 вариант конкретного выполнения блока переключений.

Система электростатерного пуска содержит аккумуляторную батарею 1, стартер 2, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, устройство управления пуском, состоящее из тягового реле с нормально открытыми контактами 4, включенными в электрическую цепь электродвигателя стартера 2, выключатель 6 стартера, низковольтную конденсаторную батарею 7, подключенную через разделительные полупроводниковые диоды 8 и 10 параллельно аккумуляторной батарее 1 и стартеру 2, сглаживающий дроссель 11, включенный в электрическую цепь питания электродвигателя стартера 2, трансфоpматор тока 12, размещенный на питающем приводе стартера и электрически соединенный с входом блока переключений 13, высоковольтную конденсаторную батарею 14, имеющую рабочее напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, и преобразователь напряжения 15, имеющий два выхода на различные напряжения низковольтный выход на номинальное напряжение аккумуляторной батареи и высоковольтный выход на напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, вход для подключения к внешней электросети, и электрически соединенный с блоком переключений 13.

Высоковольтная конденсаторная батарея 14 по первой цепи соединена одним полюсом через нормально открытые контакты 16 блока переключений, полупроводниковый диод 17, сглаживающий дроссель 11, нормально открытые контакты 4 с положительным выходом стартера 2, а второй полюс конденсаторной батареи 14 соединен с отрицательным полюсом 9 аккумуляторной батареи 1 и отрицательным выводом стартера 2 и по второй цепи конденсаторная батарея 14 соединена одним полюсом с положительным выводом и вторым полюсом через нормально закрытые контакты 18 блока переключений с отрицательным выводом высоковольтного выхода преобразователя напряжения 15, к низковольтному выходу которого аналогично через нормально закрытые контакты 19 подключена низковольтная конденсаторная батарея 7. В системе имеются контрольно-соединительные точки 20, 21, 22 и 23. В случае использования системы для применения в автомобильных парках она подразделяется на две части. Первая часть, которая на фиг.1 очерчена пунктирной линией, устанавливается на подвижном средстве, например, тележке. Вторая часть на автомобиле (штатная система электропуска ДВС автомобиля). Обе части системы перед пуском ДВС соединяются между собой в контрольно-соединительных точках 20, 21 и 22. При необходимости заряда аккумуляторной батареи автомобиля к точкам 20 и 23 подсоединяется дополнительный резистор, который шунтирует диод 8.

На фиг.2 представлен вариант блока переключений 13, включающий параллельно подключенные к выходу трансформатора тока 12 через установленные противоположно диоды 24 и 25, реле 26 контроля включения стартера 2 и реле 27 контроля запуска ДВС, контактор 29 отключения конденсаторных батарей 7 и 14 от цепи заряда, реле 32 с задержкой на включение, временная величина которой определяется емкостью конденсатора 33, включенного параллельно обмотке реле 32, контактор 34 подключения конденсаторной батареи 14 к цепи питающей электродвигатель стартера 2 при пуске, промежуточное реле 37. Нормально открытые контакты 28 реле 26 включены в цепь питания контактора 29, который имеет нормально открытые контакты 30, включенные параллельно контактам 28 реле 26 и нормально открытые контакты 38 в цепи питания промежуточного реле 37.

Нормально закрытые контакты 31 контактора 29 включены в цепь питания реле 32, нормально закрытые контакты 35 которого включены в цепь питания контактора 34 последовательно с нормально открытыми контактами 36 промежуточного реле 37. Нормально закрытый контакт 39 реле 27 включен в цепь питания промежуточного реле 37 последовательно нормально открытому контакту 38 контактора 29.

Работа системы электростартерного пуска.

1. При стационарном варианте исполнения.

Перед пуском ДВС вход преобразователя напряжения 15 подключают к внешней электросети и включают конденсаторные батареи 7 и 14 на заряд. При этом конденсаторная батарея 7 заряжается до нормального напряжения аккумуляторной батареи 1, а конденсаторная батарея 14 заряжается до напряжения, превышающего напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в 2 раза. В блоке переключений 13 при подаче напряжения питания срабатывает реле 32, которое, сработав, размыкает свои нормально закрытые контакты 35 в цепи питания контактора 34.

Для пуска ДВС контакты включателя 6 замыкают и тяговое реле устройства 3 управления оказывается подключенным к аккумуляторной батарее 1, в результате чего нормально открытые контакты 4 тягового реле подключают электродвигатель стартера 2 через сглаживающий дроссель 11 и диод 10 к конденсаторной батарее 7 через диод 8 к аккумуляторной батарее 1. Электродвигатель стартера начинает работать, питаясь от конденсаторной батареи 7 и от аккумуляторной батареи 1. Конденсаторная батарея 7 обеспечивает создание дополнительного крутящего момента стартера 2 с целью преодоления сил трения покоя и инерции вращающихся масс ДВС в момент начала запуска.

При этом питание электродвигателя стартера осуществляется через сглаживающий дроссель 11, индуктивное сопротивление которого обеспечивает плавное нарастание тока, после замыкания контактов 4 тягового реле, что позволяет существенно снизить ударные нагрузки в стартерном приводе (по сравнению с прототипом). В момент протекания тока стартера на трансформаторе тока 12 возникает напряжение положительной полярности, которое через диод 24 обеспечит срабатывание реле 26 блока переключений 13. Реле 26, сработав, замкнет свои нормально открытые контакты 28 в цепи контактора 29. Контактор 29, сработав, замкнет нормально открытые контакты 30, чем осуществляется блокировка контактов 28 реле 26 и замкнет нормально открытые контакты 38 в цепи промежуточного реле 37, обеспечив его срабатывание, а также разомкнет нормально закрытые контакты 18 и 19 в цепях заряда конденсаторных батарей 7 и 14, разомкнет свои нормально закрытые контакты 31 в цепи реле 32. Цепь питания реле 32 при этом разомкнутся, но реле 32 сразу не отключится, поскольку конденсатор 33, разряжаясь на обмотку реле 32, обеспечит некоторое время нахождение его во включенном состоянии, т.е. осуществляется временная задержка (1-3 с, в зависимости от мощности ДВС). Дальше возможны два варианта последующей работы и системы пуска.

Первый вариант. ДВС сразу не запускается, что наиболее вероятно при низких температурах.

Здесь, при работе стартера 2 осуществляется прокрутка коленчатого вала ДВС. В процессе такта сжатия стенки камеры сгорания будут постепенно прогреваться. После разряда конденсатора 33 реле 32 включится и замкнет при этом свои нормально закрытые контакты 35 в цепи контактора 34. Контактор 34, сработав, замкнет нормально открытые контакты 16, при этом конденсаторная батарея 14 будет подключена к цепи питания электродвигателя стартера 2, на который пойдет питание повышенным напряжением, что приведет в итоге к существенному увеличению частоты вращения коленчатого вала ДВС, и он запустится. В момент разряда конденсаторной батареи 14 диоды 8 и 10 будут заперты более высоким напряжением и разряда аккумуляторной батареи на стартер осуществляться не будет, что обеспечит сбережение ее остаточной емкости. После запуска ДВС контакты выключателя 6 выключают, и стартер выключается.

Второй вариант. ДВС запустится быстро после включения стартера, что возможно при определенных факторах. В этом случае, вследствие исчезновения момента сопротивления, в цепи электродвигателя стартера 2 произойдет резкое уменьшение питающего тока, что приведен к возникновению на трансформаторе тока 12 напряжения отрицательной полярности, которое через диод 25 обеспечит срабатывание реле 27 блока переключений 13. Реле 27 сработав, разомкнет свои нормально закрытые контакты 39 в цепи промежуточного реле 37, обеспечив тем самым его несрабатывание, а следовательно, и несрабатывание контактора 34, а это исключит ненужное подключение конденсаторной батареи 14 к цепи питания стартера. После запуска ДВС контакты выключателя 6 размыкают и тяговое реле выключается и выключает стартер. Затем отключают преобразователь электрической энергии 15 от внешней электросети.

2. При подвижном варианте исполнения системы пуска.

Перед пуском ДВС автомобиля первую и вторую части системы пуска электрически соединяют в контрольно-соединительных точках. Для чего необходимо отсоединить от плюсовой клеммы аккумуляторной батареи автомобиля питающий провод и подсоединить его к выводу 21 системы, а к плюсовой клемме аккумуляторной батареи подсоединить вывод 20 системы, подсоединить также массовый вывод 22 системы к массе автомобиля. Затем вход преобразователя напряжения 15 подключить к внешней электросети. Дальше работа системы пуска аналогична работе при ее стационарном исполнении, описанной выше.

Таким образом, в процессе запуска ДВС за счет использования второй конденсаторной батареи, заряжаемой до напряжения, превышающего номинальное напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, и сглаживающего дросселя осуществляется относительно плавная раскрутка коленчатого вала ДВС до частоты, значительно большей минимальной пусковой, что позволит сократить общее время пуска ДВС и повысить надежность его запуска в условиях низких температур. Результаты исследований показывают, что частота вращения коленчатого вала ДВС в первоначальный период запуска на холодном ДВС не должна быть большой. Данное условие обеспечит предлагаемая система.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в том, что использование предлагаемой системы позволит исключить трудоемкий и опасный перечень работ по прогреву ДВС перед пуском, повысить ресурс стартерного привода.

Использование: транспортные средства и стационарные агрегаты с ДВС. Сущность изобретения: система электростартерного пуска ДВС содержит аккумуляторную батарею 1, стартер 2, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, низковольтную конденсаторную батарею 7, устройство управления пуском с тяговым реле, имеющим нормально разомкнутый контакт 4 и диод 8, анодом подключенный к положительному полюсу аккумуляторной батареи 7, высоковольтную конденсаторную батарею 14, имеющую рабочее напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, преобразователь напряжения 15 с высоковольтными и низковольтными выводами, блоком 13 переключений с двумя нормально замкнутыми и одним нормально разомкнутым контактами, двумя дополнительными диодами 7 и 10, сглаживающими дросселем 11 и трансформаторами тока 12, размещенным на питающем проводе стартера и подключенным к входу блока переключений, причем положительный вывод низковольтной батареи подключен к одному из низковольтных выводов преобразователя напряжения и через последовательно соединенные первый дополнительный диод, дроссель и контакт тягового реле к стартеру, а отрицательный вывод через первый нормально замкнутый контакт блока переключений соединен с другим низковольтным выводом преобразователя напряжения, положительный вывод высоковольтной конденсаторной батареи подключен к одному из высоковольтных выводов преобразователя напряжения и через последовательно соединенные нормально разомкнутый контакт блока переключений и второй дополнительный диод к точке соединения дросселя с катодом первого дополнительного диода, а отрицательный вывод соединен с отрицательным выводом аккумуляторной батареи и через второй нормально замкнутый контакт блока переключений с другим высоковольтным выводом преобразователя напряжения, при этом катод первого диода подключен к точке соединения первого дополнительного диода и дросселя. После начальной прокрутки коленчатого вала ДВС за счет энергии низковольтной конденсаторной батареи и аккумуляторной батареи подключенная через определенное время высоковольтная конденсаторная батарея через сглаживающий дроссель быстро и плавно раскрутит коленчатый вал ДВС до более высокой частоты вращения и тем самым будет обеспечен надежный запуск ДВС, при этом ударные нагрузки в приводе уменьшаются за счет сглаживающего дросселя. 2 ил.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая аккумуляторную батарею, стартер, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, низковольтную конденсаторную батарею, устройство управления пуском с тяговым реле, имеющим нормально разомкнутый контакт и диод, анодом подключенный к положительному полюсу аккумуляторной батареи, отрицательный полюс которой соединен со стартером и с отрицательным выводом конденсаторной батареи, отличающаяся тем, что она снабжена высоковольтной конденсаторной батареей, имеющей рабочее напряжение, превышающее напряжение аккумуляторной батареи по меньшей мере в два раза, преобразователем напряжения с высоковольтными и низковольтными выводами, блоком переключений с двумя нормально замкнутыми и одним нормально разомкнутым контактами, двумя дополнительными диодами, сглаживающим дросселем и трансформатором тока, размещенным на питающем проводе стартера и подключенным к входу блока переключений, причем положительный вывод низковольтной конденсаторной батареи подключен к одному из низковольтных выводов преобразователя напряжения и через последовательно соединенные первый дополнительный диод, дроссель и контакт тягового реле к стартеру, а отрицательный вывод через первый нормально замкнутый контакт блока переключений соединен с другим низковольтным выводом преобразователя напряжения, положительный вывод высоковольтной конденсаторной батареи подключен к одному из высоковольтных выводов преобразователя напряжения и через последовательно соединенные нормально разомкнутый контакт блока переключений и второй дополнительный диод к точке соединения дросселя с катодом первого дополнительного диода, а отрицательный вывод соединен с отрицательным выводом аккумуляторной батареи и через второй нормально замкнутый контакт блока переключений с другим высоковольтным выводом преобразователя напряжения, при этом катод первого диода подключен к точке соединения первого дополнительного диода и дросселя.