Устройство запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства

Авторы патента:

Полезная модель относится к системам электростартерного запуска двигателей транспортных средств, например, дизелей тепловозов, двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей и других транспортных средств. Система запуска двигателя транспортного средства, содержащая аккумуляторную батарею 1, электрический стартер 2, по меньшей мере один пусковой контактор 3, через который напряжение при запуске поступает на электрический стартер, емкостной накопитель энергии 4, выполненный в виде конденсаторов с двойным электрическим слоем, в цепь заряда емкостного накопителя энергии последовательно включены элемент регулирования включения и выключения 5 тока заряда емкостного накопителя энергии и токоограничивающий резистор 6, индикатор заряда емкостного накопителя энергии 7, в которой элемент регулирования включения и выключения 5 тока заряда емкостного накопителя энергии выполнен в виде полевого транзистора, с затвором которого соединен делитель напряжения 8, последовательно соединенный с устройством включения и/или выключения 9 делителя. 2 з.п. ф-лы, 1 илл.

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.

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.

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

(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.

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

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.

1. 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, отличающееся тем, что 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.

2. Устройство запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что индикатор заряда емкостного накопителя выполнен в виде вольтметра.

3. Устройство запуска двигателя в системе запуска двигателя транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что содержит раздельные цепи заряда и разряда емкостного накопителя энергии.