КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F02N11/08 

Настоящее техническое решение относится к устройствам пуска двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортной технике с электростартерным пуском двигателей, преимущественно, с напряжением аккумуляторной батареи, используемой для пуска более 12 вольт.

Из существующего уровня техники известны устройства пуска двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) от аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии, которые подключаются параллельно между собой во время пуска (см. патент РФ №2013640, МПК F02N 11/08, опубл. 1994; патент GB №2297207, МПК F02N 11/08, опубл.1996; патент РФ №2095615, МПК F02N 11/08, опубл. 1997). Недостатками данных технических решений являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в разгрузке аккумуляторной батареи только в начальный момент пуска, низкая эффективность использования емкостного накопителя энергии из-за разряда емкостного накопителя во время пуска двигателя только до напряжения нагруженной аккумуляторной батареи, невозможность пуска только от емкостного накопителя.

Известно техническое решение, где конденсаторная батарея (емкостной накопитель энергии) перед пуском ДВС заряжается от аккумуляторной батареи через преобразователь напряжения, после пробоя стабилитрона срабатывает реле и замыкает контакты, реле во время пуска поддерживается во включенном состоянии через один стабилитрон, напряжение пробоя которого ниже напряжения пробоя другого стабилитрона (см. патент RU №2027063, МПК F02N 11/08, опубл. 20.01.1995). Недостатком известного решения является пуск двигателя только от емкостного накопителя энергии, что снижает функциональные возможности устройства, например, при необходимости параллельной работы аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии при отрицательных температурах и исправной аккумуляторной батареи.

Известно техническое решение по патенту RU №1638354, МПК F02N 11/08, опубл. 1984, где для повышения надежности пуска ДВС введен дополнительный диод, а реле выполнено с дополнительным размыкающим контактом. Недостатком известного решения является невозможность пуска двигателя только от емкостного накопителя энергии или параллельно соединенных аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии.

Наиболее близкой по технической сущности является комбинированная система пуска ДВС (см. патент РФ №2387868, МПК F02N 11/08, опубл. 27.04.2010), где проблема увеличения надежности пуска ДВС сводится к увеличению энергии аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии путем непрерывного контроля напряжений; при повышении напряжения на емкостном накопителе по сравнению с аккумуляторной батареей последняя отключается. Недостатками данного технического решения являются: сложность конструкции, невозможность пуска двигателя только от емкостного накопителя энергии или подключение аккумуляторной батареи с необходимой задержкой относительно подключения емкостного накопителя энергии при пуске двигателя, что целесообразно, если емкости накопителя энергии недостаточно для пуска двигателя, а аккумуляторная батарея исправна.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности пуска двигателя и расширение функциональных возможностей путем создания универсального пускового устройства за счет возможности сочетания подключения аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии на время пуска ДВС.

Данная задача решается за счет того, что комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая аккумуляторную батарею, тяговое реле включения стартера, стартер, емкостной накопитель энергии, второй вывод которого подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи, управляемый ключ, согласно изобретению:

- управляемый ключ выполнен в виде тиристора, причем аккумуляторная батарея через тиристор, а емкостной накопитель энергии первым выводом через диод подключаются к стартеру на время пуска через контакты тягового реле, управляющий электрод тиристора подключен к общему выводу введенного переключателя, который соединяет в первом положении последовательно соединенные пороговый элемент и резистор с общей точкой аккумуляторной батареи и анода тиристора, во втором положении - с общей точкой резистора и стабилитрона, а в третьем - с катодом тиристора;

- переключатель размещен на панели управления пуском двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, согласно поставленной задаче предлагаемым в качестве изобретения техническим решением достигается следующий результат:

- создание универсального пускового устройства, позволяющего в зависимости от внешних условий и состояния аккумуляторной батареи, без изменения конструкции, производить пуск ДВС: при параллельной работе аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии; только от емкостного накопителя энергии и с оптимальной задержкой подключения аккумуляторной батареи к емкостному накопителю энергии во время пуска;

- любой из режимов можно установить перед пуском ДВС с панели управления пуском ДВС путем изменения положения переключателя, причем после пуска двигателя на емкостном накопителе энергии сохраняется пониженное напряжение.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже изображена электрическая схема комбинированной системы пуска двигателя внутреннего сгорания, которая содержит аккумуляторную батарею 1, тяговое реле включения стартера 2 с нормально разомкнутыми контактами, контакты замка зажигания 3, стартер 4, емкостной накопитель энергии 5, диод 6, тиристор 7, переключатель 8 на три положения (I, II, III), пороговый элемент, например, стабилитрон 9 и резистор 10. Второй вывод емкостного накопителя энергии 5 подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи 1 и стартеру 4. Аккумуляторная батарея 1 через тиристор 7, а емкостной накопитель энергии 5 первым выводом через диод 6 подключаются к стартеру 4 через контакты на замыкание тягового реле включения стартера 2, управляющий электрод тиристора 7 подключен к общему выводу переключателя 8, который соединяет в первом положении (I) последовательно соединенные стабилитрон 9 и резистор 10 с общей точкой аккумуляторной батареи 1, анода тиристора 7 и замка зажигания 3, во втором положении (II) - с общей точкой резистора 10 и стабилитрона 9, а в третьем положении (III) - с катодом тиристора 7.

Комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

В исходном состоянии тяговое реле включения стартера 2 не включено, поэтому его контакты разомкнуты, тиристор 7 закрыт. Перед пуском двигателя производят зарядку емкостного накопителя энергии 5 любым известным способом до напряжения аккумуляторной батареи 1, если зарядка производится от аккумуляторной батареи 1, или до повышенного напряжения, относительно аккумуляторной батареи 1, например, от преобразователя напряжения (не показан). Так как тиристор 7 закрыт, разрядная цепь емкостного накопителя энергии 5 отсутствует и зарядка емкостного накопителя 5 зависит только от параметров и напряжения зарядной цепи и может превышать напряжение аккумуляторной батареи 1.

После окончания зарядки емкостного накопителя энергии 5 включается замок зажигания 3, срабатывает тяговое реле включения стартера 2, замыкает свои нормально разомкнутые контакты и через диод 6 подключает емкостной накопитель энергии 5 к стартеру 4. Емкостной накопитель энергии 5 начинает разряжаться на стартер 4 по цепи: плюс емкостного накопителя энергии 5, диод 6, замкнутые контакты тягового реле стартера 2, стартер 4, минус емкостного накопителя энергии 5. Напряжение на емкостном накопителе 5, следовательно, и на стартере 4, и на катоде тиристора 7 начинает снижаться. Как только напряжение на аккумуляторной батарее 1 станет больше, чем на стартере 4, то в зависимости от положения переключателя 8 возникают следующие варианты включения ДВС.

1. Если переключатель 8 находится в первом положении (I), управляющий электрод тиристора 7 через переключатель 8, стабилитрон 4 и резистор 10 будет подключен к аноду тиристора 7. Напряжение включения тиристора 7 определяется напряжением пробоя стабилитрона 9 и падением напряжения на управляющем электроде тиристора 7. Как только напряжение на тиристоре 7 (анод-катод) станет равным сумме напряжений пробоя стабилитрона 9 и напряжения отпирания управляющего электрода тиристора 7, тиристор 7 включится и произойдет подключение аккумуляторной батареи 1 к стартеру 4 по цепи: плюс аккумуляторной батареи 1, тиристор 7, замкнутые контакты тягового реле стартера 2, стартер 4, минус аккумуляторной батареи 1. Напряжение на стартере 4 возрастет до напряжения аккумуляторной батареи 1 за вычетом падения напряжения на тиристоре 7, диод 6 закроется, и дальнейший пуск двигателя происходит только от аккумуляторной батареи 1. В этом случае пуск двигателя производится вначале от емкостного накопителя энергии 5, а затем от аккумуляторной батареи 1, причем подключение аккумуляторной батареи 1 может быть выбрано равным минимальному напряжению эффективной прокрутки двигателя от емкостного накопителя энергии 5 путем подбора напряжения пробоя стабилитрона 9. В этом случае будет наиболее эффективно использована энергия емкостного накопителя энергии 5 и аккумуляторной батареи 1. Этот режим целесообразно использовать при отрицательных температурах и исправном аккумуляторе 1, когда энергии емкостного накопителя энергии 5 недостаточно для пуска ДВС. После пуска ДВС реле стартера 4 отключится, его контакты разомкнутся и емкостной накопитель энергии 5 и аккумуляторная батарея 1 отключатся от стартера 4. На емкостном накопителе 5 останется остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.

2. Если переключатель 8 находится во втором положении (II), управляющий электрод тиристора 7 через переключатель 8 и резистор 10 подключен к аноду тиристора 7. Так как сопротивление резистора 10 может быть выбрано минимальным, то, как только напряжение на стартере 4 станет равным напряжению отпирания управляющего электрода тиристора 7, тиристор 7 включится и подключит аккумуляторную батарею 1 к стартеру 4. Подключение аккумуляторной батареи 1 произойдет практически одновременно с подключением емкостного накопителя энергии 5. В этом случае пуск двигателя производится от параллельно соединенных емкостного накопителя энергии 5 и аккумуляторной батареи 1. Этот режим целесообразно использовать при отрицательных температурах в самых тяжелых условиях пуска при исправной аккумуляторной батарее 1. После пуска ДВС реле стартера 4 отключится, его контакты разомкнутся и емкостной накопитель энергии 5 и аккумуляторная батарея 1 отключатся от стартера 4. На емкостном накопителе 5 останется остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.

3. Если переключатель 8 находится в третьем положении (III), управляющий электрод тиристора 7 через переключатель 8 будет соединен с катодом тиристора 7, поэтому при любом напряжении на тиристоре 7 он будет закрыт. В этом случае пуск ДВС будет производиться только от емкостного накопителя энергии 5. Этот режим целесообразно использовать при положительной температуре окружающего воздуха или разряженной аккумуляторной батарее. После пуска ДВС реле стартера 4 отключится, его контакты разомкнутся и емкостной накопитель энергии 5 и аккумуляторная батарея 1 отключатся от стартера 4. На емкостном накопителе энергии 5 останется остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.

Так как комбинированная система пуска ДВС рассчитана преимущественно на применение в системах пуска с напряжением аккумуляторной батареи, используемой для пуска, более 12 вольт, то потери энергии на тиристоре 7 и диоде 6 будут незначительными.

Если расположить переключатель 8 на панели управления пуском ДВС, то в зависимости от внешних условий и состояния аккумуляторной батареи 1 любой из режимов можно установить перед пуском ДВС с панели управления путем изменения положения переключателя 8, причем после пуска ДВС на емкостном накопителе энергии 5 сохраняется пониженное напряжение, что способствует продлению срока службы емкостного накопителя энергии 5.

Данное техническое решение прошло опробирование на двигателе автомобиля МАЗ, для пуска которого используются аккумуляторные батареи на 24 вольта. К аккумуляторной батарее подключался емкостной накопитель энергии емкостью 166 фарад с рабочим напряжением 30 вольт.

Были произведены пуски двигателя при параллельном включении емкостного накопителя энергии и аккумуляторной батареи, при подключении аккумуляторной батареи с задержкой относительно емкостного накопителя энергии (переключение с емкостного накопителя энергии на аккумуляторную батарею произошло при падении напряжения на емкостном накопителе энергии до 15 вольт) и только от емкостного накопителя. Во всех вариантах производился надежный пуск двигателя.

Таким образом, создано универсальное пусковое устройство, позволяющее независимо от внешних условий и состояния аккумулятора, без изменения конструкции, производить надежный запуск ДВС, а также продлить срок службы емкостного накопителя энергии.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о промышленной применимости предложенного, в качестве изобретения, технического решения.

Комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания относится к транспортной технике с электростартерным пуском. Технический результат - обеспечение запуска двигателя при различных температурах и состояниях аккумуляторной батареи. Содержит аккумуляторную батарею, тяговое реле включения стартера, стартер, емкостной накопитель энергии, второй вывод которого подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи, управляемый ключ, который выполнен в виде тиристора, причем аккумуляторная батарея через тиристор, а емкостной накопитель энергии первым выводом через диод подключаются к стартеру на время пуска через контакты тягового реле, управляющий электрод тиристора подключен к общему выводу введенного переключателя 8, который соединяет в первом положении последовательно соединенные пороговый элемент (стабилитрон) 9 и резистор 10 с общей точкой аккумуляторной батареи 1 и анода тиристора 7, во втором положении - с общей точкой резистора 10 и порогового элемента (стабилитрона), а в третьем - с катодом тиристора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая аккумуляторную батарею, тяговое реле включения стартера, стартер, емкостной накопитель энергии, второй вывод которого подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи, управляемый ключ, отличающаяся тем, что управляемый ключ выполнен в виде тиристора, причем аккумуляторная батарея через тиристор, а емкостной накопитель энергии первым выводом через диод подключаются к стартеру на время пуска через контакты тягового реле, управляющий электрод тиристора подключен к общему выводу введенного переключателя, который соединяет в первом положении последовательно соединенные пороговый элемент и резистор с общей точкой аккумуляторной батареи и анода тиристора, во втором положении - с общей точкой резистора и стабилитрона, а в третьем - с катодом тиристора.

2.Комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что переключатель размещен на панели управления пуском двигателя внутреннего сгорания.