СИСТЕМА ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE START-UP SYSTEM

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к системам пуска двигателей внутреннего сгорания.
Известна система пуска двигателей внутреннего сгорания [1], содержащая аккумуляторную батарею, выключатель зажигания и стартер, состоящий из электродвигателя постоянного тока и тягового реле включения зацепления шестерни привода стартера с венцом маховика.
Недостатком этой системы пуска является то, что при повышенной степени разряженности аккумуляторной батареи (это часто случается при эксплуатации автомобиля, причем даже в гарантийный период) и особенно при пониженной температуре электролита [2], после замыкания силовых контактов тягового реле, обеспечивающих включение электродвигателя стартера, ток разряда может достигать больших значений (до 400 А), что приводит к существенному снижению напряжения на аккумуляторной батарее, которое может вызвать самопроизвольное отключение тягового реле и, как следствие, отключение электродвигателя стартера. Отключение электродвигателя стартера снижает ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, что приводит к восстановлению напряжения на ней и, как следствие, к повторному включению стартера. Так как якорь электродвигателя после первого замыкания силовых контактов тягового реле набрал некоторые обороты, вращающиеся зубья шестерни не могут войти в зацепление с неподвижными зубьями венца маховика. Возникающее в результате этого биение зубьев шестерни о зубья венца маховика приводит к появлению так называемого эффекта «фрезеровки» зубьев шестерни зубьями венца маховика, который сопровождается характерным шумом. Вибрация от биения зубьев шестерни о зубья венца маховика передается через рычаг стартера на якорь тягового реле, который непосредственно связан с силовыми контактами. В результате этой вибрации на силовых контактах тягового реле горит электрическая дуга, нагревающая контактную крышку реле. Если водитель, пытаясь запустить двигатель, достаточно долгое время держит контакты выключателя зажигания в замкнутом состоянии, то место пайки выводов обмотки, находящееся на крышке реле в непосредственной близости от силовых контактов нагревается и нарушается электрический контакт выводов обмоток со штекером (катушка тягового реле) из-за расплавления олова.
Еще одним недостатком этой системы пуска двигателей внутреннего сгорания является то, что во время эксплуатации автомобиля имеет место быть, причем даже в гарантийный период, неустойчивая работа контактов выключателя зажигания, что особенно негативно, так как возникающий кратковременный разрыв цепи питания тягового реле, приводящий к самопроизвольному отключению стартера и повторному его включению, вызывающему режим «фрезеровки», не связан с состоянием аккумуляторной батареи.
Практика эксплуатации автомобилей показала, что при возникновении случаев «фрезеровки» водитель продолжает попытки запустить двигатель. Удачная попытка появляется в случае, когда зуб шестерни располагается напротив впадины венца маховика и шестерня успевает войти в зацепление на достаточную глубину. В этом случае при возникновении кратковременного отключения тягового реле шестерня не выбрасывается из зацепления.
В результате повторяющейся работы в аварийном режиме стартер выходит из строя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является система электростартерного пуска (патент России №2306450, кл. F02N 11/08, 2006.01), в которой для обеспечения безаварийного пуска используется емкостный накопитель энергии, заряжаемый от аккумуляторной батареи через последовательно включенные резистор и диод и подключаемый для разряда на электродвигатель стартера с некоторой задержкой.
Недостатком этой системы является необходимость использования емкостного накопителя значительной емкости, запас энергии в которой достаточен для запуска ДВС. Последнее обстоятельство предопределяет существенное ухудшение конструкции, так как габариты емкостного накопителя становятся соизмеримы или даже превышают габариты «штатной» аккумуляторной батареи. Кроме того, результирующая стоимость такой системы пуска возрастает почти в три раза.
Решение технической задачи направлено на конструктивную оптимизацию системы пуска двигателя внутреннего сгорания за счет возможности использования емкостного накопителя с существенно меньшим запасом энергии и, как следствие, существенное уменьшение результирующей стоимости этой системы.
Для решения поставленной технической задачи в системе пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащей аккумуляторную батарею, выключатель зажигания, стартер, первый и второй диоды, токоограничивающий резистор и емкостный накопитель энергии, заряд которого осуществляется от первого вывода аккумуляторной батареи через последовательно включенные токоограничивающий резистор и первый диод, при этом вторые выводы аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии соединены вместе и образуют минусовую шину источника питания, первый силовой контакт стартера напрямую соединен с первым выводом аккумуляторной батареи, второй силовой контакт стартера соединен с минусовой шиной источника питания, штекер стартера (катушка тягового реле) через выключатель зажигания подключен к точке соединения токоограничивающего резистора и катода первого диода, при этом анод второго диода подключен к первому выводу емкостного накопителя энергии, а катод второго диода подключен к точке соединения токоограничивающего резистора и катода первого диода.
На чертеже изображена функциональная схема патентуемой системы пуска двигателя внутреннего сгорания.
Система пуска двигателя внутреннего сгорания содержит аккумуляторную батарею 1, выключатель 2 зажигания, стартер 3, первый 4 и второй 5 диоды, токоограничивающий резистор 6 и емкостной накопитель 7 энергии, заряд которого осуществляется от первого вывода аккумуляторной батареи 1 через последовательно включенные токоограничивающий резистор 6 и первый диод 4, при этом вторые выводы аккумуляторной батареи 1 и емкостного накопителя 7 энергии соединены вместе и образуют минусовую шину источника питания, а первый силовой контакт стартера 3 напрямую соединен с первым выводом аккумуляторной батареи 1, второй силовой контакт стартера 3 соединен с минусовой шиной источника питания, штекер стартера 3 (катушка тягового реле) через выключатель 2 зажигания подключен к точке соединения токоограничивающего резистора 6 и катода первого диода 4, при этом анод второго диода 5 подключен к первому выводу емкостного накопителя 7 энергии, а катод второго диода 5 подключен к точке соединения токоограничивающего резистора 6 и катода первого диода 4.
Работа системы пуска осуществляется следующим образом.
Заряд емкостного накопителя 7 энергии осуществляется от первого вывода аккумуляторной батареи 1 через последовательно включенные токоограничивающий резистор 6 и первый диод 4. При переводе выключателя 2 зажигания в третье нефиксированное положение на штекер стартера (катушка тягового реле) подается напряжение от аккумуляторной батареи 1 и от емкостного накопителя 7 энергии. После замыкания силовых контактов тягового реле, обеспечивающих включение электродвигателя стартера, ток разряда достигает больших значений (до 400 А), что приводит к существенному снижению напряжения на аккумуляторной батарее 1, но напряжение, прикладываемое к катушке тягового реле, остается высоким, так как определяется величиной напряжения на емкостном накопителе 7 энергии. Последнее обстоятельство, независимо от состояния аккумуляторной батареи 1, исключает возможность самопроизвольного отключения тягового реле и, следственно, отключение электродвигателя стартера 3.
Патентуемая система пуска двигателя внутреннего сгорания позволяет исключить работу стартера в аварийном режиме независимо от состояния аккумуляторной батареи и, как следствие, исключить выход его из строя, в том числе и в гарантийный период эксплуатации автомобиля. Существенным является то обстоятельство, что указанный эффект достигается при минимально возможном увеличении результирующих габаритов и стоимости системы в сравнении с прототипом.
Источники информации
1. Автомобиль ВА3-2121 «Нива» / В.А.Вершигора, А.П.Игнатов, К.Б.Пятков - М.: Транспорт, 1980. - 253 с, ил., табл.
2. Электрооборудование автомобилей: Устранение и предупреждение неисправностей. / Ю.Л.Тимофеев, Г.Л.Тимофеев, Н.М.Ильин. - 4-е изд., стер. - М.: Транспорт, 1998. - 301 с, ил., табл.