УСТРОЙСТВО ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

УСТРОЙСТВО ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Полезная модель относится к устройствам запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства, например, дизелей тепловозов, двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей и других транспортных средств.
Известно устройство запуска двигателя в системе запуска ДВС, содержащей аккумуляторную батарею, стартер с тяговым реле, включающее один или несколько емкостных накопителей энергии и зарядные и разрядные цепи емкостных накопителей энергии. При этом зарядные цепи выполнены с использованием электромагнитных реле и контакторов (см. патент РФ №1638354, F02N 11/08, 1991; патент РФ №1793092, F02N 11/08, 1993; патент РФ №2013640, F02N 11/08, 1994; патент РФ №2387888, F02N 11/08, 2010).
Недостатком такого устройства запуска двигателя является быстрый износ контактов применяемых реле и контакторов, и, как следствие, большая трудоемкость обслуживания устройства и его низкая надежность.
Известно устройство запуска двигателя в системе запуска ДВС, содержащей аккумуляторную батарею, стартер с тяговым реле, включающее накопитель энергии - конденсаторные батареи и зарядные и разрядные цепи накопителя. При этом зарядные цепи выполняются с использованием преобразователей напряжения. Конденсаторная батарея перед пуском двигателя заряжается от аккумуляторной батареи через преобразователь напряжения. Преобразователь напряжения обеспечивает преобразование напряжения аккумуляторной батареи и заряд накопителя энергии до более высоких значений, чем напряжение аккумуляторной батареи. Увеличение напряжения заряда накопителя энергии увеличивает мощность импульса тока подаваемого на электродвигатель стартера ДВС (см. патент РФ №2027063, F02N 11/08, 1995; патент РФ №2095615, F02N 11/08, 1997).
Недостатком описанного устройства запуска двигателя с преобразователем является необходимость использования емкостного накопителя с более высоким рабочим напряжением, что достигается путем увеличения количества последовательно соединенных суперконденсаторов в емкостном накопителе и, как следствие, имеющего более высокую стоимость.
1
Кроме того, для сохранения надежности и ресурса устройства для запуска с преобразователем необходима модернизация всей системы запуска путем замены штатного электростартера на более мощный, что приводит к увеличению габаритов и веса силовых установок транспортных средств с такими пусковыми системами.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства, содержащей аккумуляторную батарею, электрический стартер, включающее по меньшей мере один пусковой контактор, через который напряжение при запуске поступает на электрический стартер, емкостной накопитель энергии, выполненный в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, в цепь заряда емкостного накопителя энергии последовательно включены элемент регулирования включения и выключения тока заряда емкостного накопителя энергии и токоограничивающий резистор, индикатор заряда емкостного накопителя энергии. Электрический стартер выполнен в виде тягового генератора. Два штатных пусковых контактора имеют замыкающие контакты. Емкостной накопитель энергии выполнен в виде параллельно или параллельно-последовательно соединенных конденсаторов. Элемент регулирования включения и выключения тока заряда емкостного накопителя выполнен в виде тиристора. Индикатор заряда емкостного накопителя энергии содержит светодиод. Устройство содержит также диод, шунтирующий цепь заряда при протекании тока разряда емкостного накопителя энергии; дополнительный контактный выключатель цепи питания емкостного накопителя энергии, который является общим элементом цепи заряда и разряда; разрядный резистор, подключенный к емкостному накопителю энергии; контактный элемент для включения тиристора (см. патент РФ №2189324,F02N 11/08, 2002).
Недостатком описанного устройства запуска двигателя является его низкая надежность в эксплуатации. Это обусловлено использованием тиристора в цепи заряда. Тиристор не позволяет осуществить заряд емкостного накопителя энергии до напряжения аккумуляторной батареи на величину напряжения удержания, при достижении которого тиристор закрывается и заряд емкостного накопителя энергии прекращается. Кроме того, тиристор требует дополнительных элементов для его функционирования, что снижает надежность устройства в эксплуатации.
2
Задачей полезной модели является повышение надежности в эксплуатации устройства запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства. Под надежностью в эксплуатации устройства запуска двигателя понимается как надежность собственно пуска двигателя, так и длительная надежность (долговечность) устройства при его эксплуатации при многократных пусках.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства, содержащей аккумуляторную батарею, электрический стартер, включающем по меньшей мере один пусковой контактор, через который напряжение при запуске поступает на электрический стартер, емкостной накопитель энергии, выполненный в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, в цепь заряда емкостного накопителя энергии последовательно включены элемент регулирования включения и выключения тока заряда емкостного накопителя энергии и токоограничивающий резистор, индикатор заряда емкостного накопителя энергии, элемент регулирования включения и выключения тока заряда емкостного накопителя энергии выполнен в виде полевого транзистора, с затвором которого соединен делитель напряжения, последовательно соединенный с устройством включения и/или выключения делителя.
Индикатор заряда емкостного накопителя выполнен в виде вольтметра.
Устройство содержит раздельные цепи заряда и разряда емкостного накопителя энергии.
Использование полевого транзистора в качестве элемента регулирования включения и выключения тока заряда емкостного накопителя энергии позволяет емкостному накопителю энергии заряжаться до величины ЭДС аккумуляторной батареи, что позволяет надежно осуществлять запуск двигателя. Делитель напряжения и его включающее и/или выключающее устройство служат для подачи смещения напряжения на затвор полевого транзистора, обеспечивая при небольшом напряжении и токе надежную работу полевого транзистора.
Индикатор заряда емкостного накопителя, выполненный в виде вольтметра, показывает точную величину напряжения заряда емкостного накопителя энергии.
Раздельные цепи заряда и разряда емкостного накопителя энергии обеспечивают возможность установки в цепи заряда менее мощных элементов
3
(провода, полевой транзистор) из-за низкого значения тока заряда, что также позволяет повысить надежность устройства запуска двигателя.
На прилагаемом чертеже приведена электрическая схема устройства запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства.
Заявляемое устройство запуска двигателя, включает по меньшей мере один пусковой контактор 1, емкостной накопитель энергии 2, элемент регулирования включения и выключения 3 тока заряда емкостного накопителя энергии 2, токоограничивающий резистор 4, индикатор 5 заряда емкостного накопителя энергии 2, делитель напряжения 6, устройство включения и/или выключения 7 делителя 6, ключ зажигания 8. Пусковой контактор 1 может быть выполнен любым известным образом, например, в виде тягового реле, включающего силовые контакты 9.
Емкостной накопитель энергии 2 выполнен в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем. Конденсаторы могут быть соединены между собой параллельно, или последовательно, или параллельно-последовательно. В цепь заряда емкостного накопителя энергии 2 последовательно включены элемент регулирования включения и выключения 3 тока заряда емкостного накопителя энергии 2 и токоограничивающий резистор 4. Элемент регулирования включения и выключения 3 тока заряда емкостного накопителя энергии 2 выполнен в виде полевого транзистора. С затвором полевого транзистора 3 соединен делитель напряжения 6, последовательно соединенный с устройством включения и/или выключения 7 делителя 6. Делитель напряжения 6 может быть выполнен любым известным образом, например, из двух резисторов, которые задают смещение напряжения на затворе полевого транзистора 3. Резистор 4 ограничивает ток заряда. Устройство включения и/или выключения 7 управляет режимом работы полевого транзистора 3 через делитель напряжения 6. Ключ зажигания 8 последовательно соединен с обмоткой тягового реле 1. Индикатор 5 заряда емкостного накопителя энергии 2 выполнен в виде вольтметра, служащего для контроля заряда емкостного накопителя энергии 2.
Для пояснения работы заявленного устройства на прилагаемом чертеже показаны также аккумуляторная батарея 10 и электрический стартер 11, относящиеся к системе запуска двигателя транспортного средства в целом.
Предлагаемое устройство запуска двигателя работает следующим образом.
4
Перед запуском двигателя водитель должен зарядить емкостной накопитель энергии 2. Для этого устройством включения и/или выключения?, управляющим режимом работы полевого транзистора 3 через делитель напряжения 6, подается смещение напряжения на затвор полевого транзистора 3. Транзистор 3 открывается и ток заряда от аккумуляторной батареи 10 через ограничивающий резистор 4 заряжает емкостной накопитель энергии 2 до напряжения аккумуляторной батареи 10. Контроль заряда емкостного накопителя энергии отслеживается водителем с помощью вольтметра 5, подключенного параллельно к емкостному накопителю энергии 2. После заряда емкостного накопителя энергии 2 до напряжения, близкого к напряжению аккумуляторной батареи 10, водитель устройством включения и/или выключения 7, отключает напряжение смещения, подаваемого на затвор полевого транзистора 3. Полевой транзистор 3 закрывается и емкостной накопитель энергии 2 отключается от аккумуляторной батареи 10. Далее для запуска двигателя водитель, включает ключ зажигания 8, и, тем самым, подключает аккумуляторную батарею 10 к пусковому контактору 1, (например - к обмотке тягового реле 1). В данном случае аккумуляторная батарея 10 служит только для подачи питания на обмотки тягового реле 1. Силовые контакты 9 тягового реле 1 замыкаются, и емкостной накопитель энергии 2 подключается к электрическому стартеру 11. Емкостной накопитель энергии 2 через силовые контакты 9 тягового реле 1 разряжается на электрический стартер 11 и двигатель запускается. После запуска двигателя ключ зажигания 8 возвращается водителем в исходное положение, при этом обмотки тягового реле 1 обесточиваются, силовые контакты 9 тягового реле 1 размыкаются и емкостной накопитель энергии 2 отключается от электростартера 11.
В предложенном устройстве запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства заряд и разряд емкостного накопителя энергии осуществляется по раздельным электрическим цепям. Заряд емкостного накопителя энергии осуществляется по цепи, включающей аккумуляторную батарею 10, емкостной накопитель энергии 2, элемент регулирования включения и выключения 3 тока заряда емкостного накопителя энергии 2, токоограничивающий резистор 4, делитель напряжения 6, устройство включения и/или выключения 7 делителя 6. По этой цепи проходит сравнительно небольшой ток, например 100 А. Разряд емкостного накопителя энергии осуществляется по цепи, емкостной накопитель энергии 2, силовые контакты 9 и электрический стартер 11. По этой цепи проходит ток, как минимум, десятикратно превышающий
5
ток заряда, например, 1000 А. Эти электрические цепи функционируют независимо друг от друга, что повышает надежность в эксплуатации устройства запуска двигателя транспортного средства.
Предлагаемое устройство запуска двигателя прошло испытания на двух тепловозах ТЭМ-2М, автомобилях КРАЗ, МАЗ, КАМАЗ.
Благодаря использованию полевого транзистора в качестве элемента регулирования включения и выключения тока заряда емкостного накопителя энергии, емкостной накопитель энергии может заряжаться до ЭДС аккумуляторной батареи, что позволяет надежно осуществлять запуск двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства. Отсутствие в цепи заряда емкостного накопителя энергии силовых контактов также повышает надежность в эксплуатации устройства и снижает трудоемкость его обслуживания. Наличие раздельных цепей заряда и разряда емкостного накопителя энергии значительно уменьшает количество элементов в устройстве запуска двигателя, что также повышает надежность в эксплуатации устройства запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства.