СИСТЕМА ЗАПУСКА ДВС

Большинство конструкций современных поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей, спец. техники и оборудования (передвижные генераторы, компрессоры, строительное оборудование и др.) запускаются в работу электрическими стартерами. В качестве источников электроэнергии для работы электрических стартеров чаще всего используются аккумуляторные батареи (АКБ).
По мере эксплуатации АКБ постепенно теряют свои эксплуатационные свойства, они не могут обеспечивать необходимый для работы электростартера пусковой ток, что приводит к затрудненному запуску ДВС, особенно в неблагоприятных условиях (низкие температуры окружающего воздуха, низкое качество горюче-смазочных материалов, износ деталей двигателя и т.д.).
Проблема холодного запуска решается различными способами. Например, предварительным подогревом рабочей смеси, обогащением ее, подогревом смазочного масла, подогревом охлаждающей жидкости, применением в качестве стартера для ДВС большой мощности маломощных ДВС с ручным запуском. Запуск специализированных дизельных установок большой мощности осуществляется с использованием энергии сжатого воздуха из баллонов высокого давления. В установках запуска сжатым воздухом (судовые дизели, дизели тепловозов, дизели карьерных самосвалов, танковые дизели и др.) воздух из баллона высокого давления по воздушной магистрали подается к распределителю золотникового типа, где он распределяется по цилиндрам ДВС согласно порядку работы. В момент запуска сжатым воздухом запускаемый ДВС работает как пневматический поршневой двигатель. После того, как ДВС запущен, подача сжатого воздуха на распределитель прекращается. Такая установка воздушного запуска силовой установки танка, использованная в качестве дополнительного наддува ДВС, описана в патенте на полезную модель RU 67188 U1 (Устройство для повышения приемистости силовой установки танка). После запуска силовой установки сжатый воздух в определенные моменты работы подается во впускной коллектор для повышения приемистости танка.
Недостатки запуска ДВС с помощью сжатого воздуха, при котором ДВС в момент пуска используется как пневмодвигатель:
1. Необходимость в сложном дополнительном оборудовании, что ограничивает применение подобных систем запуска.
2. Сложность осуществления процесса смесеобразования при запуске сжатым воздухом ДВС, работающего на бензине или газе.
3. Ограниченность и сложность пополнения запасов сжатого воздуха в баллонах.
4. Во время пуска за счет расширения сжатого воздуха в цилиндрах ДВС он охлаждается, что ведет к повышенному износу деталей ДВС.
5. Высокое давление сжатого воздуха в баллонах не позволяет использовать стандартное оборудование турбонаддува ДВС (например, газовой турбины) для рекуперации энергии.
Я предлагаю улучшить указанную установку, выбранную в качестве прототипа.
На рис.1 показана схема полезной модели «Система запуска ДВС».
1 - ДВС; 2 - шкив привода электрогенератора; 3 - привод электрогенератора; 4 - шкив электрогенератора с управляемой муфтой свободного хода; 5 - электрогенератор; 6 - регулятор заряда; 7 - АКБ; 8 - электростартер; 9 - впускной коллектор; 10 - выпускной коллектор; 11 - фильтр очистки воздуха; 12 - воздушная магистраль турбонаддува; 13 - выпускная труба; 14 - нагнетатель наддува; 15 - предохранительный клапан; 16 - баллон; 17 - ветрокомпрессор; 18 - узел управления подкачкой; 10 - воздухопроводы подкачки; 20 - узел управления расходом сжатого воздуха; 21 - воздухопровод пневмодвигателя электрогенератора; 22 - пневмодвигатель электрогенератора; 23 - инверторный узел; 24 - воздухопровод
пневмонаддува; 25 - пневмодвигатель электростартера; 26 - воздухопровод пневмодвигателя электростартера.
На маломощных ДВС может отсутствовать пневмодвигатель электростартера 25 и (или) нагнетатель наддува 14.
Во время запуска ДВС сжатый воздух из баллона 16 по воздухопроводу 21 подается в пневмодвигатель 22 привода электрогенератора 5. Пневмодвигатель электрогенератора 22 механически связан с валом электрогенератора 5, муфта свободного хода шкива 4 позволяет валу электрогенератора свободно вращаться внутри шкива 4, подавая напряжение заряда на АКБ 7. Электрогенератор 5 через регулятор заряда 6 заряжает АКБ 7, поддерживая рабочее напряжение АКБ и обеспечивая качественный запуск ДВС с помощью электростартера 8. При запуске ДВС большой мощности часть сжатого воздуха из баллона 16 может подаваться в пневмодвигатель электростартера 25, повышая крутящий момент электростартера 8 и облегчая запуск ДВС 1. После запуска ДВС подача сжатого воздуха в пневмодвигатель 22 прекращается, электрогенератор приводится в действие от шкива привода генератора 2 через привод электрогенератора 3 и шкив с муфтой свободного хода 4. Во время работы ДВС с помощью инверторного узла 23 пневмодвигатель 22 переключается на работу в качестве компрессора, в процессе управляемой рекуперации энергии (например, при торможении двигателем автомобиля) нагнетая сжатый воздух через воздухопровод подкачки и узел управления подкачкой 18 в баллон 16.
В ДВС с нагнетателями наддува 14 (газовая турбина, механический компрессор и т.д.) добавляется воздухопровод подкачки 19, по которой избыточное давление, развиваемое нагнетателем, также преобразуется в энергию сжатого воздуха в баллоне 16. С целью кратковременного повышения мощности ДВС осуществляется дополнительный пневмонаддув из баллона 16 по воздухопроводу 26 непосредственно во впускной коллектор 9, но в отличие от прототипа, сжатый воздух также подается в пневмодвигатель электрогенератора 22, при этом муфта свободного хода шкива 4 отключается. Пневмодвигатель 22 через механически связанный с валом электрогенератора 5 шкив 4 и привод электрогенератора 3 добавляет крутящий момент на шкив 2 и связанный с ним рабочий вал ДВС.
Подкачка сжатого воздуха также происходит с помощью ветрокомпрессора 17 через воздухопровод 19 в баллон 16 в то время, когда ДВС не работает.
Основное отличие от прототипа:
1. Наличие сбалансированного по техническим характеристикам модернизированного и стандартного навесного оборудования (пневмодвигатели электрогенератора и электростартера, газовая турбина, механический компрессор, ветрокомпрессор).
2. В системе запуска рабочее давление сжатого воздуха (10-12 атм.) на порядок ниже, чем давление, используемое в прототипе (около 150 атм.).
3. В момент пуска для преобразования энергии сжатого воздуха используется не сам поршневой ДВС, а его навесное оборудование, что позволяет применять описываемую систему для запуска ДВС любого типа (не только дизельных).
Это приводит к следующему положительному результату:
1. Простота изготовления и обслуживания системы запуска, путем модернизации существующих ДВС.
2. Продление срока службы ДВС.
3. Простота установки, обслуживания и замены навесного оборудования.
4. Рекуперация энергии, что повышает общий коэффициент полезного действия (КПД) ДВС.
5. Повышение экономичности ДВС за счет подкачки баллона со сжатым воздухом с помощью ветрокомпрессора.
6. Возможность заряда АКБ и их использования в качестве источника электрического тока при неработающем ДВС.
7. Расширение сферы применения системы, ее универсальность.