КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Настоящее техническое решение относится к устройствам пуска двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортной технике с электростартерным пуском двигателей, преимущественно, с напряжением аккумуляторной батареи, используемой для пуска более 12 вольт.
Из существующего уровня техники известны устройства пуска двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) от аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии, которые подключаются параллельно между собой во время пуска, (см. патент РФ №2013640, МПК F02N 11/08, опубл. 1994; патент GB №2297207, МПК F02N 11/08, опубл. 1996.; патент РФ №2095615, МПК F02N 11/08, опубл. 1997;). Недостатком данных технических решений является ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в разгрузке аккумуляторной батареи только в начальный момент пуска, низкая эффективность использования емкостного накопителя энергии из-за разряда емкостного накопителя во время пуска двигателя только до напряжения нагруженной аккумуляторной батареи, невозможность пуска только от емкостного накопителя.
Известно техническое решение, где конденсаторная батарея (емкостной накопитель энергии) перед пуском ДВС заряжается от аккумуляторной батареи через преобразователь напряжения, после пробоя стабилитрона срабатывает реле и замыкает контакты, реле во время пуска поддерживается во включенном состоянии через один стабилитрон, напряжение пробоя которого ниже напряжения пробоя другого стабилитрона (см. патент RU №2027063, МПК F02N 11/08, опубл. 20.01.1995). Недостатком известного решения является пуск двигателя только от емкостного накопителя энергии, что снижает функциональные возможности устройства, например, при необходимости параллельной работы аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии при отрицательных температурах и исправной аккумуляторной батареи.
Известно техническое решение по патенту RU №1638354, МПК F02N 11/08, опубл. 1984, где для повышения надежности пуска ДВС введен дополнительный диод, а реле выполнено с дополнительным размыкающим контактом. Недостатком известного решения является невозможность пуска двигателя только от емкостного накопителя энергии или параллельно соединенных, аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии.
Наиболее близкой по технической сущности является комбинированная система пуска ДВС (см. патент РФ №2387868, МПК F02N 11/08, опубл. 27.04.2010), где проблема увеличения надежности пуска ДВС сводится к увеличению энергии аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии путем непрерывного контроля напряжений; при повышении напряжения на емкостном накопителе по сравнению с аккумуляторной батареей последняя отключается. Недостатками данного технического решения являются: сложность конструкции, невозможность пуска двигателя только от емкостного накопителя энергии или подключение аккумуляторной батареи с необходимой задержкой относительно подключения емкостного накопителя энергии при пуске двигателя, что целесообразно, если емкости накопителя энергии недостаточно для пуска двигателя, а аккумуляторная батарея исправна.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности пуска ДВС и расширение функциональных возможностей путем создания универсального пускового устройства.
Данная задача решается за счет того, что комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая аккумуляторную батарею, тяговое реле включения стартера, стартер, емкостной накопитель энергии, аккумуляторную батарею, управляемый ключ, согласно полезной модели:
- управляемый ключ выполнен в виде тиристора и транзистора, подключенного между анодом и управляющим электродом тиристора, при этом управляющий вывод транзистора соединен со средней точкой переменного резистора, включенного между анодом и катодом тиристора; причем аккумуляторная батарея через управляемый ключ, а емкостной накопитель энергии первым выводом через диод подключаются к стартеру на время пуска через контакты тягового реле;
- переменный резистор размещен на панели управления пуском двигателя внутреннего сгорания.
Таким образом, согласно поставленной задаче, предлагаемым в качестве полезной модели техническим решением, достигается следующий результат:
- создание универсального пускового устройства, позволяющего в зависимости от внешних условий и состояния аккумуляторной батареи, без изменения конструкции, производить пуск ДВС при параллельной работе аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии; только от емкостного накопителя энергии и с плавно изменяемым напряжением подключения аккумуляторной батареи к емкостному накопителю энергии, что позволяет перед пуском ДВС установить оптимальное напряжение подключения аккумуляторной батареи к емкостному накопителю энергии;
- любой из режимов можно оперативно установить перед пуском ДВС с панели управления, путем изменения положения переменного резистора, что позволяет оперативно установить оптимальный режим, причем после пуска двигателя на емкостном накопителе энергии сохраняется пониженное напряжение.
Сущность полезной модели поясняется фигурой. На фигуре изображена электрическая схема комбинированной системы пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая аккумуляторную батарею 1, тяговое реле включения стартера 2, контакты замка зажигания 3,стартер 4, емкостной накопитель энергии 5, второй вывод которого подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи 1, диод 6, управляемый ключ 7, выполненный в виде тиристора 8 и транзистора 9, подключенного между анодом и управляющим электродом тиристора 8, при этом средняя точка переменного резистора 10 включенного между анодом и катодом тиристора 8 соединена с управляющим выводом (затвором в случае применения полевого транзистора) транзистора 9 через помехоподавляющую цепочку, состоящую из резистора 11 и конденсатора 12. Аккумуляторная батарея 1 через управляемый ключ 7, а емкостной накопитель энергии 5 первым выводом через диод 6, подключаются к стартеру 4 на время пуска ДВС через контакты тягового реле включения стартера 2.
Работает устройство следующим образом: в исходном состоянии управляемый ключ 7 закрыт, так как тяговое реле включения стартера 2 не включено, поэтому его контакты разомкнуты, а диод 6 включен в обратной полярности. Емкостной накопитель 5 находится в разряженном состоянии. Стартер 4 выключен.
Перед пуском ДВС производится зарядка емкостного накопителя энергии 5 любым известным способом (на фиг. не показано) до напряжения аккумуляторной батареи 1, если зарядка производится от аккумуляторной батареи 1, или до повышенного напряжения, относительно аккумуляторной батареи 1, например, от преобразователя напряжения (на фиг.не показан). После окончания зарядки емкостного накопителя энергии 5 включают замок зажигания 3, при этом срабатывает тяговое реле включения стартера 2, замыкает свои контакты и через диод 6 подключает емкостной накопитель энергии 5 к стартеру 4. Емкостной накопитель энергии 5 через диод 6 начинает разряжаться на стартере 4, при этом напряжение на емкостном накопителе энергии 5, а, следовательно, и на стартере 4 и на катоде тиристора 8, относительно аккумуляторной батареи 1, начинает снижаться. Как только напряжение на аккумуляторной батарее 1 станет больше, чем на стартере 4, то в зависимости от положения средней точки переменного резистора 10, может быть три варианта.
1. Если средняя точка переменного резистора 10 находится в крайнем левом положении, то исток и управляющий вывод транзистора 9 (затвор в случае применения полевого транзистора) соединяются через резистор 11 вместе, транзистор 9 во время разряда емкостного накопителя энергии 5 постоянно закрыт, ток стока транзистора 9 отсутствует, а, следовательно, ток через управляющий электрод тиристора 8 так же отсутствует и тиристор 8 закрыт.Конденсатор 12 совместно с резистором 11 составляют помехоподавляющую цепочку. В данном случае пуск ДВС происходит только от емкостного накопителя энергии 5. После окончания пуска тяговое реле включения стартера 2 отключается, его контакты размыкаются, цепь разряда емкостного накопителя энергии 5 на стартер 4 размыкается и на емкостном накопителе энергии 5 остается остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.
Этот режим целесообразно использовать при положительной температуре окружающего воздуха или разряженной аккумуляторной батарее 1.
2. Если средняя точка переменного резистора 10 находится в крайнем правом положении, то все напряжение на ключе 7 через резистор 11 будет приложено между истоком и управляющим выводом (затвором в случае применения полевого транзистора) транзистора 9, и при достижении напряжения отпирания транзистора 9, он откроется, через управляющий электрод тиристора 8 потечет ток, тиристор 8 откроется и произойдет подключение аккумуляторной батареи 1 параллельно емкостному накопителю энергии 5. Конденсатор 12 совместно с резистором 11 составляют помехоподавляющую цепочку. В этом случае пуск ДВС производится от параллельно соединенных, емкостного накопителя энергии 5 и аккумуляторной батареи 1. Подключение аккумуляторной батареи 1 происходит при напряжении на стартере 4 меньшем на величину порогового напряжения отпирания транзистора 9. Если подобрать транзистор 9 с порогом отпирания несколько вольт, то подключение аккумуляторной батареи 1 происходит практически одновременно с подключением емкостного накопителя 5. Этот режим целесообразно использовать при больших отрицательных температурах окружающего воздуха и исправной аккумуляторной батарее 1.
После пуска ДВС тяговое реле включения стартера 2 отключается, его контакты разомкнутся и емкостной накопитель энергии 5 и аккумуляторная батарея 1 отключатся от стартера 4. На емкостном накопителе энергии 5 остается остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.
3. Если средняя точка переменного резистора 10 находится в некотором промежуточном положении, то только часть напряжения на ключе 7 со средней точки переменного резистора 10 будет приложена через резистор 11 между истоком и управляющим выводом (затвором в случае применения полевого транзистора) транзистора 9. Транзистор 9, следовательно, и тиристор 8, открываются при любых заданных перед пуском ДВС напряжениях на емкостном накопителе 5. В этом случае пуск двигателя производится вначале от емкостного накопителя энергии 5 до заданного падения напряжения на нем перед пуском ДВС, а затем от аккумуляторной батареи 1. Конденсатор 12 совместно с резистором 11 составляют помехоподавляющую цепочку. Роль порогового элемента в данном случае выполняет пороговое напряжение отпирания транзистора 9. Этот режим целесообразно использовать при средних температурах окружающего воздуха при исправной аккумуляторной батарее 1, причем напряжение ее подключения производится при минимальном напряжении эффективной прокрутки ДВС от емкостного накопителя энергии 5. Это положение переменного резистора 10 может быть установлено опытным путем в зависимости от внешних условий и конкретного ДВС. В этом случае будет наиболее эффективно использована энергия емкостного накопителя энергии 5 и аккумуляторной батареи 1.
После пуска ДВС тяговое реле включения стартера 2 отключается, его контакты размыкаются, емкостной накопитель энергии 5 и аккумуляторная батарея 1 отключаются от стартера 4. На емкостном накопителе энергии 5 остается остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.
Так как комбинированная система пуска ДВС рассчитана преимущественно на применение в системах пуска с напряжением аккумуляторной батареи более 12 вольт, то потери энергии на тиристоре 8 и диоде 6 незначительны.
Переменный резистор 10 размещают на панели управления пуском ДВС, при этом режим пуска ДВС оперативно изменяют перед пуском ДВС путем изменения положения переменного резистора 10 в зависимости от внешних факторов, состояния ДВС и аккумуляторной батареи.
Данное техническое решение опробовано на двигателе автомобиля МАЗ, для пуска которого используются аккумуляторные батареи на 24 вольта. К аккумуляторной батарее подключался емкостной накопитель энергии емкостью 166 фарад с рабочим напряжением 30 вольт.
Были произведены пуски двигателя при различных положениях переменного резистора 10. При одном из крайних положений переменного резистора 10 производился пуск ДВС при параллельном включении емкостного накопителя энергии 5 и аккумуляторной батареи 1. При другом крайнем положении переменного резистора 10 производился пуск ДВС только от емкостного накопителя энергии 5. При различных средних положениях переменного резистора 10, установленных перед пуском ДВС, пуск ДВС осуществлялся вначале от емкостного накопителя 5, до заданного перед пуском значения напряжения, а затем от аккумуляторной батареи 1. Во всех вариантах производился надежный пуск двигателя.
Таким образом, создано универсальное пусковое устройство, позволяющее независимо от внешних условий и состояния аккумуляторной батареи, без изменения конструкции, путем изменения положения переменного резистора на панели управления, производить надежный пуск ДВС, а так же продлить срок службы емкостного накопителя энергии за счет сохранения пониженного напряжения после пуска ДВС.
Все вышесказанное позволяет сделать вывод о промышленной применимости предложенного, в качестве полезной модели, технического решения.