Комбинированное устройство пуска двигателя внутреннего сгорания

Комбинированная система пуска двигателя внутреннего сгорания предназначена для электростартерного пуска ДВС с напряжением аккумуляторной батареи более 12 вольт, содержит аккумуляторную батарею (1), тяговое реле включения стартера (2), стартер (4), емкостной накопитель энергии(5), второй вывод которого подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи (1). Управляемый ключ (5), выполнен в виде тиристора (8) и транзистора (9), включенного между управляющим электродом тиристора (8) и плюсом аккумуляторной батареи (1). Управляющий вывод транзистора(9) соединен со средней точкой переменного резистора (10). Аккумуляторная батарея (1) через управляемый ключ (7), а емкостной накопитель энергии (5) первым выводом через диод (6) подключаются к стартеру (4) на время пуска через контакты тягового реле (2). Переменный резистор (10) подключен параллельно аккумуляторной батарее (1), а между общей точкой транзистора (9), управляющего электрода тиристора (8) и минусом аккумуляторной батареи (1) включен вольтметр (11). Вольтметр (11) совместно с переменным резистором (10) размещены на панели управления пуском ДВС. 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Настоящее техническое решение относится к устройствам пуска двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортной технике с электростартерным пуском двигателей внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС), преимущественно, с напряжением аккумуляторной батареи более 12 вольт, используемой для пуска.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности пуска ДВС путем контроля состояния аккумуляторной батареи перед пуском ДВС и точной установки напряжения, при котором происходит подключение аккумулятора к емкостному накопителю энергии во время пуска ДВС

Из существующего уровня техники известна комбинированная система пуска ДВС, которая содержит управляемый ключ в виде тиристора, переключатель, пороговый элемент и резистор, например, (см. патент на полезную модель РФ 136099, МПК F02N 11/08, опубл. 27.12.2013), где проблема увеличения надежности пуска ДВС решается путем создания универсального пускового устройства.

Недостатком данного устройства является невозможность оперативно изменять напряжение подключения аккумуляторной батареи к емкостному накопителю энергии перед пуском ДВС.

Наиболее близкой по технической сущности является комбинированная система пуска ДВС (см. патент на полезную модель РФ 142479, МПК F02N 11/00, H02P 1/18 опубл. 27.06.2014), где проблема увеличения надежности пуска ДВС решается путем создания 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.

Недостатком данного устройства является невозможность контроля состояния аккумуляторной батареи перед пуском ДВС и низкая точность установки напряжения подключения аккумулятора к емкостному накопителю энергии перед пуском ДВС, что снижает надежность пуска ДВС.

Данная задача решается за счет того, что комбинированное устройство пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащее аккумуляторную батарею, тяговое реле включения стартера, стартер, емкостной накопитель энергии, управляемый ключ, выполненный в виде тиристора и транзистора, подключенного между анодом и управляющим электродом тиристора, управляющий вывод транзистора соединен со средней точкой переменного резистора, причем аккумуляторная батарея через управляемый ключ, а емкостной накопитель энергии первым выводом через диод подключаются к стартеру на время пуска через контакты тягового реле.

Согласно полезной модели:

- переменный резистор подключен параллельно аккумуляторной батарее, а между общей точкой транзистора, управляющего электрода тиристора и минусом аккумуляторной батареи подключено устройство контроля напряжения, например, вольтметр;

- переменный резистор и устройство контроля напряжения, например, вольтметр, размещены на панели управления пуском ДВС.

Таким образом, согласно поставленной задаче, предлагаемым в качестве полезной модели, техническим решением, достигается следующий результат:

- создание универсального пускового устройства, сохраняющего все положительные качества прототипа, дополнительно перед пуском ДВС позволяет проконтролировать состояние аккумуляторной батареи, путем контроля ее напряжения, и в зависимости от состояния аккумуляторной батареи и внешних условий, влияющих на пуск ДВС, с повышенной точностью с панели управления установить оптимальное напряжение подключения аккумуляторной батареи к емкостному накопителю энергии, путем изменения положения переменного резистора и контроля его по устройству контроля напряжения, например, вольтметру.

- Сущность полезной модели поясняется фигурой. На фигуре изображена электрическая схема комбинированного устройства пуска ДВС, содержащего 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, включенного между управляющим электродом тиристора 8 и плюсом аккумуляторной батареи 1, управляющий вывод транзистора 9 соединен со средней точкой переменного резистора 10, причем аккумуляторная батарея 1 через управляемый ключ 7, а емкостной накопитель энергии 5 первым выводом через диод 6 подключаются к стартеру 4, на время пуска через контакты тягового реле 2, переменный резистор 10 подключен параллельно аккумуляторной батарее 1, а между общей точкой транзистора 9, управляющего электрода тиристора 8 и минусом аккумуляторной батареи 1 включено устройство контроля напряжения 11, например, вольтметр; переменный резистор 10 и устройство контроля напряжения 11, например, вольтметр, размещены на панели управления пуском ДВС.

Работает устройство следующим образом: в исходном состоянии замок зажигания 3 выключен, 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 стартер 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 нижнем положении, то база транзистора 9 по отношению к эмиттеру транзистора 9 находится под нулевым потенциалом, либо при наличии обратного тока управляющего перехода тиристора 8 на эмиттере транзистора 9 будет небольшой положительный потенциал по отношению к базе транзистора 9. В любом случае транзистор 9, а следовательно и тиристор 8 будут закрыты. В данном случае пуск ДВС происходит только от емкостного накопителя энергии 5. После окончания пуска ДВС 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 верхнем положении, то все напряжение аккумуляторной батареи 1 приложено к базе транзистора 9. Так как транзистор 9 включен по схеме эмиттерного повторителя, то на эмиттере, а следовательно и на устройстве контроля напряжения 11, например, вольтметре будет напряжение аккумуляторной батареи 1, следовательно, по показаниям вольтметра можно определить состояние аккумуляторной батареи. Учитывая, что емкостной накопитель энергии 5 заряжен, по крайней мере, до напряжения аккумуляторной батареи 1, а контакт тягового реле 2 разомкнут, то транзистор 9, а следовательно и тиристор 8 будут закрыты. После включения замка зажигания 3, 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 стартер 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 и при достижении напряжения между анодом и катодом тиристора 8, превышающим сумму напряжений отпираний переходов база эмиттер транзистора 9 и управляющего перехода тиристора 8, транзистор 9 и тиристор 8 включатся и произойдет подключение аккумуляторной батареи 1 параллельно емкостному накопителю энергии 5. В этом случае пуск ДВС производится от параллельно включенных емкостного накопителя энергии 5 и аккумуляторной батареи 1. Подключение аккумуляторной батареи 1 происходит при напряжении на стартере 4 меньшем, чем напряжение аккумуляторной батареи 1 на величину суммы управляющих пороговых напряжений отпирания транзистора 9. и тиристора 8, которыми можно пренебречь, учитывая, что данное пусковое устройство рассчитано на запуск ДВС с напряжением аккумуляторной батареи 1 более 12 вольт (например, 24) вольта, поэтому 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. Так как при нахождении средней точки переменного резистора 10 в крайнем верхнем положении устройство контроля напряжения 11, например, вольтметр показывает напряжение аккумуляторной батареи 1 (транзистор 9 включен по схеме эмиттерного повторителя), то перед запуском ДВС по показаниям устройства контроля напряжения 11, например, вольтметру можно проконтролировать состояние аккумуляторной батареи 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 останется остаточное пониженное напряжение, так как разрядная цепь отсутствует.

3. Если средняя точка переменного резистора 10 находится в некотором промежуточном положении, то только часть напряжения аккумуляторной батареи 1 будет приложено к базе транзистора 9. Так как транзистор 9 включен по схеме эмиттерного повторителя, то на эмиттере транзистора 9, управляющем электроде тиристора 8 и на устройстве контроля напряжения 11, например, вольтметре будет это же напряжение. Как только напряжение на стартере 4 станет меньше напряжения на средней точке переменного резистора 10 потечет открывающий управляющий ток транзистора 9 и тиристора 8 по цепи: плюс аккумуляторной батареи 1, средняя точка переменного резистора 10, переход база - эмиттер транзистора 9, управляющий электрод - катод тиристора 8, замкнутый контакт реле включения стартера 2, стартер 4, минус аккумуляторной батареи 1. Транзистор 9, и тиристор 8 включатся и произойдет подключение аккумуляторной батареи 1 к стартеру 4. Таким образом, подключение аккумуляторной батареи 1 во время пуска ДВС происходит при любых напряжениях на емкостном накопителе 5, установленных по устройству контроля напряжения 11, например, вольтметру перед пуском ДВС. В этом случае пуск ДВС производится вначале от емкостного накопителя энергии 5 до установленного по устройству контроля напряжения 11, например, вольтметру заданного напряжения, а затем от аккумуляторной батареи 1.

Этот режим целесообразно использовать при средних температурах окружающего воздуха при исправной аккумуляторной батарее 1, причем напряжение подключения аккумуляторной батареи 1 может быть точно установлено перед запуском ДВС по устройству контроля напряжения 11, например, вольтметру 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 комбинированное устройство пуска ДВС рассчитано 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 и устройство контроля напряжения 11, например, вольтметр размещают на панели управления пуском ДВС, при этом состояние аккумуляторной батареи 1 перед пуском ДВС контролируют, а режим пуска ДВС устанавливают по устройству контроля напряжения 11, например, вольтметру путем изменения положения переменного резистора 10 в зависимости от внешних факторов, состояния ДВС и аккумуляторной батареи 1.

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 и контролируемых по устройству контроля напряжения 11, например, вольтметру перед пуском ДВС, пуск ДВС осуществлялся вначале от емкостного накопителя энергии 5, до заданного по устройству контроля напряжения 11, например, вольтметру перед пуском ДВС значения напряжения, а затем от аккумуляторной батареи 1. Во всех вариантах производился надежный пуск двигателя.

Таким образом, создано универсальное пусковое устройство, позволяющее проконтролировать состояние аккумуляторной батареи 1 перед пуском ДВС и независимо от внешних условий и состояния аккумуляторной батареи 1, без изменения конструкции, путем изменения положения переменного резистора 10 на панели управления, производить надежный пуск ДВС.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о промышленной применимости предложенного, в качестве полезной модели, технического решения.

1. Комбинированное устройство пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащее аккумуляторную батарею, тяговое реле включения стартера, стартер, емкостной накопитель энергии, второй вывод которого подключен к минусовому выводу аккумуляторной батареи, управляемый ключ, выполненный в виде тиристора и транзистора, включенного между управляющим электродом тиристора и плюсом аккумуляторной батареи, управляющий вывод транзистора соединен со средней точкой переменного резистора, причем аккумуляторная батарея через управляемый ключ, а емкостной накопитель энергии первым выводом через диод подключаются к стартеру на время пуска через контакты тягового реле, отличающееся тем, что переменный резистор подключен параллельно аккумуляторной батарее, а между общей точкой транзистора, управляющего электрода тиристора и минусом аккумуляторной батареи включено устройство контроля напряжения.

2. Комбинированное устройство пуска двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающееся тем, что переменный резистор и устройство контроля напряжения размещены на панели управления пуском двигателя внутреннего сгорания.