ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА АВТОМОБИЛЯ С КОММУТАЦИЕЙ ПРИВОДНОГО МОМЕНТА

Предложение относится к конструкциям автомобильных генераторных установок, работающих в широком диапазоне частот вращения вала двигателя внутреннего сгорания автомобиля и обеспечивающих питание электрических систем автомобиля, а также заряд его аккумулятора.
Известна генераторная установка автомобиля, состоящая из двигателя автомобиля, приводного шкива ременной передачи и электрического генератора (См. Электрическое и электронное оборудование автомобилей/С.В.Акимов, Ю.П.Боровских, Ю.П.Чижков. - М.: Машиностроение, 1988, стр.5, 6 и 44).
Недостатком установки является замедляющее (тормозящее) действие вращающихся деталей генератора на изменения частоты вращения вала двигателя. Это объясняется наличием момента инерции у вращающихся деталей генератора и в первую очередь его достаточно массивного ротора. В целом момент инерции ротора и других вращающихся деталей генератора ограничивают скорость изменения частоты вращения вала двигателя. Однако, в ряде случаев высокая скорость изменения частоты вращения вала двигателя необходима по условиям эксплуатации автомобиля.
Известна генераторная установка, состоящая из двигателя автомобиля, и последовательно соединенных приводного шкива, механической обгонной муфты и электрического генератора (См. патент на полезную модель №95 744, «Бесщеточный генератор с маховичным накопителем», опубликован 10.07.2010, Бюл. №19). Обгонная муфта при резком уменьшении частоты вращения приводного шкива разрывает цепь передачи вращающего момента от двигателя к ротору генератора, тем самым уменьшает замедляющее действие момента инерции вращающихся деталей генератора на скорость изменения частоты вращения вала двигателя.
Недостатком данной генераторной установки является наличие замедляющего (тормозящего) действия вращающихся деталей генератора на частоту вращения вала двигателя, при ее резком увеличении, что в целом ухудшает эксплутационные возможности автомобиля.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в исключение замедляющего (тормозящего) воздействия вращающихся деталей генератора на изменения частоты вращения вала двигателя, как при ее увеличении, так и уменьшении.
Указанная задача достигается тем, что муфта между шкивом и генератором выполняется с электромагнитным приводом, управление которым осуществляется от датчика частоты вращения вала двигателя через промежуточные устройства. При резких изменениях частоты вращения вала двигателя ротор генератора и остальные вращающиеся детали генератора отключаются от приводного шкива, то есть от вала двигателя.
Техническая сущность полезной модели поясняется структурной схемой установки, показанной на фиг.
Установка содержит двигатель внутреннего сгорания 1 автомобиля, приводной шкив 2, электромагнитную муфту 3, электрический генератор 4, логическую схему 2ИЛИ-НЕ 5, два компаратора 6 и 7, дифференцирующее устройство 8, а также датчик частоты 9 вращения вала двигателя внутреннего сгорания 1.
В качестве двигателя внутреннего сгорания 1 могут использоваться карбюраторные и дизельные двигатели. Соединение двигателя внутреннего сгорания 1 со шкивом 2 выполняется предпочтительно в виде ременной передачи.
Шкив 2 выполняется в виде диска -образного сечения, во внутреннем углублении которого размещается ремень передачи момента вращения от вала двигателя внутреннего сгорания 1.
Электромагнитная муфта выполняется в виде двух соосных независимых друг от друга дисков, один из которых соединен со шкивом 2, другой с ротором генератора 4. Пространство между дисками заполняется ферромагнитными зернами (порошком), которые имеет невысокий коэффициент трения между собой. Поэтому при принудительном вращении диска, соединенного со шкивом 2, на второй диск передается незначительный вращающий момент, так как зерна легко скользят относительно друг друга. При прохождении тока по объему с зернами коэффициент трения значительно увеличивается из-за появления сцепляющих сил, обусловленных магнитным полем, которое появляется от проходящего тока. Следовательно, наличие или отсутствие тока в объеме ферромагнитных зерен приводит к коммутации, (включению - отключению) вращающего момента передающегося от шкива 2 к генератору 4.
Электрический генератор 4 выполняется в виде электрической машины, преимущественно переменного тока, имеющей электромагнитное возбуждение, встроенные выпрямитель и регулятор уровня выходного напряжения.
Компаратор 6, а также компаратор 7, может быть выполнен в виде электромагнитного реле с определенным числом витков в обмотке реле, подключаемому к входному сигналу через выпрямительный диод. Изменением числа витков в обмотке реле можно регулировать уровень сигнала, при котором происходит срабатывание реле, а изменением направления (полярности) включения диода можно выделять входные сигналы, поступающие на обмотку реле, определенной полярности. Следовательно, числом витков в обмотке реле и направлением включения диода можно регулировать уровень срабатывания реле и полярность действующего входного сигнала. Нормально-замкнутые контакты реле компаратора 6 срабатывают (размыкаются) при положительном входном сигнале, а нормальнозамкнутые контакты компаратора 7 размыкаются при отрицательном входном сигнале.
Логическая схема 5 2ИЛИ-НЕ выполняется в виде последовательно соединеной цепи: положительный вывод источника тока, нормальнозамкнутые контакты реле компаратора 6, нормальнозамкнутые контакты компаратора 7, управляющий вывод электромагнитной муфты 3. При незначительном входном сигнале на входах компараторов 6 и 7 их реле не срабатывают и через нормальнозамкнутые контакты их реле на выходе логической схемы 5 от источника формируется выходной сигнал равный величине напряжения источника тока - логическая единица.
При появлении положительного или отрицательного входного сигнала на компараторах 6 и 7 один из них срабатывает, и его реле размыкает выходную цепь - формируется сигнал логического нуля. Таким образом, описываемая цепь реализует логическую схему 5 ИЛИ с двумя независимыми входами и с инвертором НЕ, то есть схему 2ИЛИ-НЕ.
Дифференцирующее устройство 8 выполняется в виде электрической цепи, состоящей из резистора, подключаемого параллельно входному сигналу и электрического конденсатора, включенного между входом и выходом устройства. Данная схема обладает свойством дифференцирования, то есть выходной сигнал устройства пропорционален скорости изменения входного сигнала.
Датчик частоты 9 вращения выполняется в виде малогабаритного тахогенератора постоянного тока, ротор которого кинематически жестко соединен с валом двигателя 1 автомобиля. При вращении вала двигателя 1 на выходе тахогенератора формируется электрическое напряжение, величина которого пропорциональна частоте вращения вала двигателя 1.
Установка работает следующим образом. Двигатель 1 автомобиля через ременную передачу вращает приводной шкив 2, который через муфту 3 вращает электрический генератор 4. Муфта 3 имеет электромагнитный привод включения. При наличии сигнала включения привода муфта 3 механически соединяет приводной шкив 2 и электрический генератор 4. При отсутствии сигнала включения муфта 3 разрывает передачу вращающего момента, и детали генератора 4 не воздействуют на двигатель 1.
Сигналы включения муфты 3 формируются логической схемой 5 2ИЛИ-НЕ по состоянию компараторов 6 и 7. Компараторы 6 и 7 функционально представляют собой пороговые элементы, которые переключаются в соответствии с их настройками. Согласно настройкам, компаратор 6 переключается при появлении положительного сигнала, а компаратор 7 при появлении отрицательного сигнала
Входные сигналы компараторов 6 и 7 формирует дифференцирующее устройство 8, которое преобразует (дифференцирует) выходное напряжение датчика частоты 9 вращения вала двигателя 1.
При резком увеличении частоты вращения вала двигателя 1 увеличивается и сигнал с датчика частоты вращения 9, который поступает на дифференцирующего устройства 8. При этом на выходе дифференцирующего устройства 8 формируется положительный сигнал, характеризующий скорость нарастания частоты вращения вала двигателя 1. Причем чем выше скорость изменения частоты вращения, тем больше амплитуда сигнала на выходе дифференцирующего устройства 8. При превышении положительным сигналом порога настройки срабатывает компаратор 6 и через логическую схему 5 выключает электромагнитную муфту 3. Цепь передачи вращающего момента от двигателя 1 к генератору 4 разрывается и момент сопротивления двигателя от момента инерции генератора 4 исчезает, что облегчает, и в итоге ускоряет, процесс перехода валом двигателя 1 на увеличенную частоту вращения.
При уменьшении скорости нарастания частоты вращения сигнал с дифференцирующего устройства 8 уменьшается, компаратор 6 выключается и муфта 3 включается, что обеспечивает дальнейшую работу генератора 4.
При резком уменьшении частоты вращения двигателя 1 уменьшается и сигнал датчика частоты 9 вращения и сигнал с дифференцирующего устройства 8 становится отрицательным. При этом компаратор 7 переключается и через логическую схему 5 муфта 3 выключается и разрывает цепь передачи вращающего момента.
При уменьшении скорости снижения частоты вращения вала двигателя 1 через датчик вращения 9, дифференцирующее устройство 8, компаратор 7 и логическую схему 5 муфта 3 включается. Таким образом, цепь передачи вращающего момента восстанавливается.
Следовательно, логическая схема 5 2ИЛИ-НЕ обеспечивает параллельное независимое друг от друга управление муфтой 3 компараторами 6 и 7.
Таким образом, наличие муфты генератора с электромагнитным управлением, датчика частоты вращения вала двигателя и ряда промежуточных устройств позволяют уменьшить замедляющее (тормозящее) воздействие вращающихся деталей генератора на частоту вращения вала двигателя, при необходимости ее резкого увеличения (или уменьшения), что в целом улучшает эксплутационные возможности автомобиля.