Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК F02N11/08 F02N11/14 

Изобретение относится к области автомобильной электроники, а именно к области электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания.

Известна система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер, тяговое реле, аккумуляторную батарею, контакты замка зажигания, дополнительное реле электростартера, контроллер, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, в систему дополнительно введено устройство плавного пуска, силовой вход которого соединен с положительным полюсным выводом аккумуляторной батареи, управляющий вход соединен со вторым выходом контроллера, причем силовой выход устройства плавного пуска соединен с силовыми контактами тягового реле (см. патент РФ №2447314 C1, МПК F02N 11/08 (2006.01), опубл. 10.04.2012).

Недостатком вышеуказанной системы является сравнительная сложность и дороговизна устройства плавного пуска.

Известна система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер, тяговое реле, аккумуляторную батарею, контакты замка зажигания, дополнительное реле электростартера, контроллер, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания (см. патент РФ №2364743, МКП F02N 11/08. опубл. 20.08.2009).

Такая система автоматически отключает стартер при снижении частоты вращения коленчатого вала ДВС ниже минимальной пусковой, что позволяет экономить электрическую энергию и повысить надежность повторных пусков ДВС.

Недостатком данной системы пуска является сравнительная сложность и дороговизна компонентов.

За прототип, по совокупности существенных признаков, принимаем систему электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащую электростартер, аккумуляторную батарею, выключатель зажигания и стартера, дополнительное реле, электронное устройство автоматического отключения и блокировки включения стартера при работающем двигателе внутреннего сгорания. Такая система устраняет передержку стартера во включенном состоянии и предотвращает ошибочное его включение при работающем двигателе (см. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004, стр. 160-164).

Недостатком вышеуказанной системы пуска является высокая динамическая нагрузка в зубчатом зацеплении, возникающая в момент подключения электростартера к аккумуляторной батарее, которая приводит к повышенному износу механизмов электростартера, его электромагнитной системы, щеточно-коллекторного узла, силовых контактов тягового реле и приводит к снижению ресурса аккумуляторной батареи.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении динамических нагрузок в зацеплении шестерни стартера с маховиком в момент подключения электростартера к аккумуляторной батарее.

Поставленная задача достигается тем, что система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер, аккумуляторную батарею, выключатель зажигания и стартера, дополнительное реле, электронное устройство автоматического отключения и блокировки включения стартера при работающем двигателе внутреннего сгорания, содержит устройство ступенчатого пуска, силовые входы которого выполнены с возможностью соединения с положительным полюсным выводом полной аккумуляторной батареи и её половины, при этом управляющие входы соединены с выходами электронного устройства автоматического отключения и блокировки включения стартера, причем силовой выход устройства ступенчатого пуска соединен с силовым плюсовым контактом электродвигателя электростартера, а силовой вход дополнительного реле подключен к положительному полюсному выводу аккумуляторной батареи через силовое реле, управляющий вход которого соединён с выходом электронного устройства автоматического отключения и блокировки включения стартера.

Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что, система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер, аккумуляторную батарею, выключатель зажигания и стартера, дополнительное реле, электронное устройство автоматического отключения и блокировки включения стартера при работающем двигателе внутреннего сгорания, дополнительно содержит устройство ступенчатого пуска, силовые входы которого выполнены с возможностью соединения с положительным полюсным выводом полной аккумуляторной батареи и её половины, при этом управляющие входы соединены с выходами электронного устройства автоматического отключения и блокировки включения стартера, причем силовой выход устройства ступенчатого пуска соединен с силовым плюсовым контактом электродвигателя электростартера, а силовой вход дополнительного реле подключен к положительному полюсному выводу аккумуляторной батареи через силовое реле, управляющий вход которого соединён с выходом электронного устройства автоматического отключения и блокировки включения стартера позволяют снизить динамические нагрузки в зацеплении шестерни стартера с маховиком в момент подключения электростартера к аккумуляторной батарее за счет ступенчатого увеличения напряжения, подаваемого на электростартер до номинального значения.

В результате проведенного анализа уровня техники по патентам и другим источникам научно-технической информации, аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого технического решения, обнаружено не было и заявляемое техническое решение не следует явным образом из уровня техники. Следовательно, можно предположить, что предлагаемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема системы электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания.

Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержит электростартер 1, аккумуляторную батарею 2, выключатель 3 зажигания и электростартера, дополнительное реле 4. Также в системе имеется электронное устройство 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера 1 при работающем двигателе внутреннего сгорания, которое построено на возможностях электронного блока управления двигателем. В состав электростартера 1 входит также тяговое электромагнитное реле 6, электродвигатель 7 постоянного тока. В системе также содержится устройство 8 ступенчатого пуска, силовые входы которого соединены с положительным полюсным выводом полной аккумуляторной батареи 2 и её части для подачи напряжения 12 В и 24 В. Управляющие входы устройства 8 ступенчатого пуска соединены с выходами устройства 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера при работающем двигателе внутреннего сгорания. Причем силовой выход устройства 8 ступенчатого пуска соединен с силовым плюсовым контактом электродвигателя 7 электростартера 1, а силовой вход дополнительного реле 4 подключен к положительному полюсному выводу аккумуляторной батареи 2 через устройство 9, представляющее собой силовое реле, управляющий вход которого соединён с выходом устройства 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера при работающем двигателе внутреннего сгорания. Устройство 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера 1 при работающем двигателе внутреннего сгорания использует возможности электронного блока управления двигателем. При этом вход устройства 5 связан с датчиком 10 положения/частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

При пуске электростартера 1 длительность процесса входа шестерни стартера в зацепление с зубчатым ободом маховика составляет около 100 мс. При этом в ходе этого быстротечного процесса необходимо, чтобы от электродвигателя 7 на шестерню через вал привода передавался крутящий момент как можно меньше. Одновременно необходимо также, чтобы электродвигатель 7 осуществлял в это время достаточный поворот шестерни для обеспечения входа шестерни стартера в зацепление. Это нужно при наличии взаимного положения шестерни стартера и зубчатого обода маховика, когда торец зуба шестерни стартера упирается в торец зубчатого обода маховика. Рабочее вращение шестерни стартера должно осуществляться после полного входа шестерни стартера в зацепление с зубчатым ободом маховика.

Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

В исходном состоянии системы положение устройства 8 ступенчатого пуска соответствует отсутствию напряжения на выходе устройства 8. При замыкании выключателя 3 зажигания и электростартера подаётся напряжение на вход устройства 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера. После этого на выходы устройства 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера подаётся напряжение: на управление дополнительным реле 4, на первый вход устройства 8 для подачи силового напряжения 12 В на плюсовой контакт электродвигателя 7 электростартера 1; на управление устройством 9 для подачи силового напряжения на дополнительного реле 4. Затем, после того как на выходе дополнительного реле 4 появится напряжение, срабатывает тяговое электромагнитное реле 6, замыкая силовые контакты, передаёт напряжение питания 12 В на электродвигатель 7 электростартера 1. Электродвигатель 7 электростартера 1 начинает вращаться, передавая вращение через узлы привода на шестерню электростартера 1. В этот период времени происходит процесс входа шестерни электростартера 1 в зацепление с зубчатым ободом маховика. При этом крутящий момент, передаваемый в приводе меньше, чем при напряжении питания 24 В. Длительность процесса входа шестерни электростартера 1 в зацепление с зубчатым ободом маховика задаётся и отслеживается устройством 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера. На процесс входа в зацепление отводится 150 мс, в течении этого времени подаётся управляющее напряжение на первый вход устройства 8 для подачи силового напряжения 12 В. В это время может осуществляться предварительное вращение шестерни электростартера 1, вошедшей в полное зацепление с зубчатым ободом маховика. После истечения периода работы электростартера 1 равном 150 мс с выхода устройства 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера подаётся напряжение на второй вход устройства 8 для подачи силового напряжения 24 В на электродвигатель 7 электростартера 1, а напряжение на первый вход устройства 8 перестаёт подаваться. Происходит рабочее вращение шестерни электростартера 1, вошедшей в полное зацепление с зубчатым ободом маховика. Это характеризуется стабильной частотой вращения коленчатого вала, определяемой датчиком 10 частоты вращения коленчатого вала, примерно равной 200 мин^-1. При наличии питания на системе управления двигателя внутреннего сгорания происходит запуск двигателя, который сопровождается увеличением частоты вращения коленчатого вала до минимальной частоты вращения холостого хода, примерно равной 600 мин^-1. После запуска двигателя внутреннего сгорания прекращается подача напряжения на все выходы устройства 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера, в виду чего электростартер 1 отключается. Устройство 5 автоматического отключения и блокировки включения электростартера работает таким образом, что при наличии частоты вращения коленчатого вала возможность включения электростартера исключена.

Для исключения подвода постоянного питания непосредственно к электростартеру 1 устройство 8 ступенчатого пуска и устройство 9 размещаются вблизи аккумуляторной батареи 2. Таким образом получается, что токоведущие силовые провода отключаются.

Применение ступенчатого пуска электростартера 1 со ступенчатым увеличением напряжения питания, подаваемого на электродвигатель 7, позволяет снизить динамическую нагрузку, увеличить ресурс и надежность системы пуска двигателя внутреннего сгорания. Кроме этого изменение питающего напряжения на электродвигателе при пуске электростартера способствует входу шестерни стартера в зацепление с зубчатым ободом маховика.

Управление с отключением линии питания дополнительного реле 4 и тягового электромагнитного реле 6 позволяет повысить электро- и пожаробезопасность ввиду того, что если электростартер 1 не используется, то на электростартере 1 отсутствует подвод напряжения. Таким образом, при создании нештатных ситуаций исключается риск создания короткого замыкания на корпус, например, при ремонте транспортного средства, либо при дорожно-транспортном происшествии.

Изобретение относится к области автомобильной электроники, а именно к области электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания. Техническое решение позволяет снизить динамические нагрузки как внутри электростартера, так и в зацеплении шестерни стартера с маховиком в момент подключения электростартера к аккумуляторной батарее, снизить стоимость осуществления решения, повысить электро- и пожаробезопасность на транспортном средстве. Предложена система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер (1), аккумуляторную батарею (2), выключатель (3) зажигания и электростартера, дополнительное реле (4). Также в системе имеется электронное устройство (5) автоматического отключения и блокировки включения электростартера (1) при работающем двигателе внутреннего сгорания. В состав электростартера (1) входит также тяговое электромагнитное реле (6), электродвигатель (7) постоянного тока. В системе также содержится устройство (8) ступенчатого пуска, силовые входы которого соединены с положительным полюсным выводом полной аккумуляторной батареи (2) и её части для подачи напряжения 24 и 12 В. 1 ил.

Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер, аккумуляторную батарею, выключатель зажигания и стартера, дополнительное реле, электронное устройство автоматического отключения и блокировки включения стартера при работающем двигателе внутреннего сгорания, отличающаяся тем, что содержит устройство ступенчатого пуска с увеличением напряжения питания до 24 В, силовые входы которого выполнены с возможностью соединения с положительным полюсным выводом полной аккумуляторной батареи для подачи напряжения питания 24 В или её половины для подачи напряжения питания 12 В, при этом управляющие входы соединены с выходами электронного устройства автоматического отключения и блокировки включения стартера, причем силовой выход устройства ступенчатого пуска соединен с силовым плюсовым контактом электродвигателя электростартера, а силовой вход дополнительного реле подключен к положительному полюсному выводу аккумуляторной батареи через силовое реле, управляющий вход которого соединён с выходом электронного устройства автоматического отключения и блокировки включения стартера.