СИСТЕМА ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЗАРЯДА

Предложение относится к электрическим системам пуска двигателей внутреннего сгорания, одновременно использующим источники тока двух типов - свинцово-кислотные аккумуляторы, а также молекулярные накопители электрической энергии конденсаторного типа, и имеющие возможность перемещения заряда между источниками.
Известна система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая свинцово-кислотный аккумулятор электрической энергии, положительную и отрицательную шины электрического питания, выключатель электростартера, электростартер и электрогенератор, механически соединенные через приводы с двигателем внутреннего сгорания. (См. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. - М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2005, с.32, 82, 118).
Недостатком системы является затруднения в проворачивании коленчатого вала двигателя при низких температурах окружающего воздуха. Затруднения объясняются увеличением внутреннего сопротивления аккумулятора при понижении его температуры, то есть уменьшением мощности отдаваемой аккумулятором при пуске.
Известна система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая два источника тока - свинцово-кислотный аккумулятор и молекулярный накопитель электрической энергии конденсаторного типа, выключатель электростартера, положительную и отрицательную шины электрического питания, электростартер и электрогенератор, механически соединенные через приводы с двигателем внутреннего сгорания. (См. Лебедев С.А., Антипенко B.C. Альтернативные источники тока для систем электростартерного пуска. Известия МГТУ «МАМИ» №1(7) 2009, с.82-90). Применение молекулярного накопителя улучшает условия пуска двигателя, что объясняется незначительным внутренним сопротивлением накопителя при низких температурах. В системе пуска имеется возможность перемещения электрического заряда между источниками тока путем их параллельного соединения перед пуском.
Недостатком системы является возможность появления значительных токов при перемещении заряда от аккумулятора к накопителю, в случаях, если накопитель находится в состоянии близким к полному разряду. Значительные токи ведут к деформации активной массы электродов аккумулятора и, как следствие, к снижению ресурса его работы, а также к необходимости использования в системе электрических проводов с увеличенными площадями сечения.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в ограничение величины тока заряда при его перемещении от аккумулятора к накопителю.
Указанная задача решается путем использования устройства для перемещения заряда, обладающего свойством ограничения и стабилизации протекающего тока.
На фиг. приведена схема системы пуска двигателя с перемещением заряда.
Система пуска содержит двигатель внутреннего сгорания 1, соединенный с электростартером 2 и с электрогенератором 3 через соответствующие привод электростартера 4 и привод электрогенератора 5.
Электрическая часть системы пуска содержит положительную и отрицательную шины 6 и 7 питания. К положительной шине 6 через выключатель 8 подсоединен один вывод электростартера 2, другой вывод электростартера 2 подсоединен к отрицательной шине 7.
К положительной шине 6 подсоединяются первые выводы электрогенератора 3, аккумулятора 9, молекулярного накопителя электрической энергии 10 и индикатора величины напряжения 11.
К отрицательной шине 7 через второй выключатель 12 подсоединяется второй вывод аккумулятора 9 и через третий выключатель 13 подсоединяется второй вывод молекулярного накопителя электрической энергии 10. Также к отрицательной шине 7 подключаются вторые выводы электрогенератора 3 и индикатора величины напряжения 11.
Между вторыми выводами аккумулятора 9 и накопителя 10 расположено устройство перемещения заряда 14. Устройство перемещения заряда 14 состоит из обмотки электромагнитного реле 15, лампы накаливания 16, выключателя устройства перемещения заряда 17 и коммутируемых контактов реле 18.
Первый вывод обмотки реле 15 и первый вывод лампы накаливания 16 подсоединены ко второму выводу аккумулятора 9. Первый вывод контактов реле 18, а также вторые выводы обмотки реле 15 и лампы накаливания 16 подсоединяются к первому выводу выключателя 17. Вторые выводы выключателя 17 и контактов реле 18 подсоединены ко второму выводу накопителя энергии 10.
Система пуска двигателя с перемещением заряда работает следующим образом.
Перед пуском двигателя внутреннего сгорания 1 производится анализ состояния источников тока.
C
C
Первоначально оценивается величина энергии в накопителе 10. Для этого замыкается выключатель 13 и по показаниям индикатора величины напряжения 11 рассчитывается запасенная в накопителе энергия W, которая зависит от величины напряжения U следующим образом:
C
C
2
W=C·U /2
где С - величина емкости накопителя;
C
U - напряжение на выводах накопителя энергии.
C
Величина энергии W, необходимая для успешного пуска двигателя внутреннего сгорания 1, является известной из результатов его заводских испытаний.
Если запасенной в накопителе энергии 10 ее достаточно для пуска двигателя 1, то замыкается выключатель 8 и электростартер 2 через привод 4 производит пуск двигателя 1.
Если запасенной в накопителе энергии 10 ее недостаточно для пуска двигателя 1, то производится анализ состояния аккумулятора 9.
Для этого выключатель 13 размыкается и замыкается выключатель 12. По индикатору 11 оценивается величина электродвижущей силы (ЭДС) аккумулятора 9. Если величина ЭДС ниже номинального значения, то необходимо осуществить электрический заряд аккумулятора 9 или накопителя 10 от внешнего источника тока.
Если величина ЭДС соответствует номинальному значению, то производится перемещение заряда из аккумулятора 9 в накопитель 10. С этой целью выключатель 12 размыкается и включается устройство перемещения заряда 14 между аккумулятором 9 и накопителем 10.
В процессе перемещения заряда аккумулятор 9 подзаряжает накопитель 10. После перемещения заряда в накопитель 10 возможен пуск двигателя 1. Для этого предварительно выключается устройство перемещения заряда 14, а также замыкаются выключатели 12 и 13. Затем путем замыкания выключателя 8 электростартера 2 осуществляется пуск двигателя 1.
В общем виде устройство перемещения заряда представляет собой ограничитель зарядного тока накопителя 10. Необходимость ограничения объясняется возможностью появления значительного зарядного тока при состоянии накопителя 10 близкому к полному разряду.
Устройство перемещения заряда 14 может быть реализовано в различных видах. Один из вариантов устройства показан на фиг.
Основным элементом устройства перемещения заряда 14 является ограничитель тока в виде электрической лампы накаливания 16, которая имеет свойства ограничения и стабилизации протекающего тока. Лампа 16 подключается между аккумулятором 9 и накопителем 10 с помощью контактов электромагнитного реле 18. Замыкание контактов реле 18 происходит при срабатывании реле в случае протекания достаточного тока по обмотке реле 15.
Для формирования первоначального пути тока по обмотке реле 15 служит выключатель 17. При его кратковременном замыкании по обмотке реле 15 начинает протекать ток пропорциональный разности напряжений между аккумулятором 9 и накопителем 10.
При разности напряжений больше величины напряжения срабатывания реле включается, контакты реле 18 замыкаются и по лампе 16 начинает протекать ток перемещения заряда. При размыкании выключателя 17 ток обмотки реле 15 сохраняется, протекая по контактам 18.
При перемещении заряда между аккумулятором 9 и накопителем 10 их напряжения сближаются (выравниваются). При разности напряжений меньше величины напряжения отпускания реле последнее выключается, контакты 18 размыкаются и ток перемещения заряда через лампу 16 прекращается.
После окончания перемещения заряда можно осуществлять пуск двигателя 1. Для этого предварительно замыкаются выключатели 12 и 13, затем путем замыкания выключателя 8 электростартера 2 осуществляется пуск двигателя 1.
Таким образом, описанное устройство 14 обладает свойством свойствами ограничения и стабилизации тока, автоматического выключения по окончанию процесса перемещения заряда, а также возможностью контроля процесса перемещения заряда по свечению лампы накаливания 16.
В качестве двигателя внутреннего сгорания 1 могут использоваться карбюраторные и дизельные двигатели. Приводы 4 и 5, соответственно к электростартеру 2 и электрогенератору 3 предпочтительно выполняются в виде зубчатой и ременной передач.
Положительная шина 6 выполняется преимущественно в виде электрически соединенной сети проводов, а в качестве отрицательной шины 7, как правило, используются металлические части двигателя и его установочные крепления.
Электростартер 2 выполняется, как правило, в виде электрического двигателя постоянного тока с электромагнитным возбуждением, а электрогенератор 3 выполняется преимущественно в виде электрического генератора переменного тока также с электромагнитным возбуждением и имеющего встроенный регулятор уровня выходного напряжения.
Аккумулятор 9 наиболее часто выполняется в виде батареи из нескольких соединенных последовательно свинцово-кислотных гальванических элементов.
Конденсаторный накопитель электроэнергии 10 выполняется в виде молекулярного накопителя электроэнергии, в котором используется явление формирования барьерного электрического поля на межфазной поверхности электронного и ионного проводников. За счет развитых поверхностей в зоне перехода обеспечиваются высокие значения удельной энергоемкости (см. Иванов А.М. и Герасимов А.Ф., "Молекулярные накопители электрической энергии на основе двойного электрического слоя", "Электричество", 1991, 8, с.16-19). Конструктивно накопитель состоит из последовательно соединенных конденсаторных элементов с двойным электрическим слоем, которые размещаются в корпусе с выводными клеммами.
Выключатели 8, 12, 13 и 17 представляют собой коммутационные устройства с замыкающимися при включении металлическими контактами. Приводы выключателей может быть различными, например, ручным или электромагнитным.
Электромагнитное реле представляет собой обмотку 15 и коммутационное устройство, обеспечивающее замыкание и размыкание контактов 18 при протекании соответствующих токов по обмотке 15.
Электрическая лампа накаливания 16 представляет собой тугоплавкую металлическую нить, расположенную в стеклянной колбе с вакуумом.
Таким образом, использование в системе пуска двигателя предлагаемого устройства перемещения заряда, позволяет исключить появление значительных токов в системе. Применение в предлагаемом устройстве электрической лампы накаливания и электромагнитного реле позволяют ограничить и стабилизировать ток перемещаемого заряда, контролировать процесс перемещения заряда по свечению лампы накаливания и автоматически выключать устройство по окончанию процесса перемещения заряда.