Спосіб електростартерного запуску двигуна внутрішнього згоряння та пристрій для його здійснення

Реферат: Спосіб електростартерного запуску двигуна внутрішнього згоряння та пристрій для його здійснення стосується галузі електротехніки, зокрема, способу і пристрою запуску двигунів внутрішнього згоряння за допомогою електричного стартера. Заявлений спосіб електростартерного запуску двигуна внутрішнього згоряння полягає у тому, що від акумулятора заряджають перший ємнісний накопичувач на конденсаторах подвійного електричного шару до напруги, меншої напруги акумулятора, перед запуском двигуна підключають перший накопичувач послідовно до постійно підключених паралельно акумулятора і другого ємнісного накопичувача на конденсаторах подвійного електричного шару, внутрішній опір якого менше внутрішнього опору акумулятора, потім цей ланцюг підключають до стартера, причому сумарна напруга на стартері при його максимальному струмі більше напруги акумулятора в цей момент. Пристрій для реалізації способу включає перший ємнісний накопичувач, який підключений до акумулятора через перший комутатор, і другий накопичувач, підключений паралельно акумулятору, а також другий комутатор, що керується блоком управління і виконаний з можливістю разом з першим комутатором підключати перший накопичувач послідовно з акумулятором перед запуском двигуна. За допомогою запропонованого винаходу досягається підвищення потужності і надійності запуску, підвищення часу безперебійної роботи акумулятора, підвищення стабільності напруги бортової мережі, зменшення ємності і вартості застосовуваних конденсаторів подвійного електричного шару. UA 113047 C2 (12) UA 113047 C2 UA 113047 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується галузі електротехніки, зокрема, електротехнічних пристроїв запуску двигунів внутрішнього згоряння за допомогою електричного стартера. Особливість стартера як електричного навантаження полягає в тому, що безпосередньо у момент включення, коли він ще нерухомий, опір його дуже малий, оскільки визначається омічним опором обмотки і для різних типів стартера становить від 40 мОм до 15 мОм. Тому пусковий струм від акумулятора з напругою близько 10 В сягає кількох сотень ампер. У міру розкручування стартера в його ланцюг живлення додається індуктивна складова опору, і до моменту запуску двигуна (через 1-1,5 с.) струм змінюється за експоненціальним законом і зменшується в 4-5 разів. При живленні стартера від акумулятора, внутрішній опір якого, як правило, становить від 10 до 25 мОм, падіння напруги бортової мережі транспортного засобу в початковий момент може досягати 40 %. Цей факт зменшує обертальний момент стартера, знижує надійність запуску і створює можливість збоїв в роботі бортових схем автомобіля. Крім того, великий пусковий струм піддає акумулятор руйнівній дії. Відомий спосіб електростартерного запуску двигуна, реалізований в пристрої за патентом Росії № 2306450, опубл. 20.09.2007 р., в якому паралельно акумулятору через діод підключають ємнісний накопичувач енергії у вигляді модуля з 6 включених послідовно конденсаторів подвійного електричного шару (КПЕШ), який в інтервалах між запусками двигуна заряджають від акумулятора і внутрішній опір якого у багато разів менше внутрішнього опору акумулятора. У момент запуску саме його підключають до обмоток стартера, що забезпечує великий пусковий струм і оберігає акумулятор від руйнівних струмових навантажень. Недоліком відомих способу і пристрою є те, що в момент запуску падіння напруги в бортовій мережі автомобіля все одно відбувається, і щоб його мінімізувати довелося б надмірно збільшити ємність накопичувача енергії, що економічно і технічно (через збільшення розмірів модуля) неефективно. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованих способу і пристрою є технічне рішення за патентом США № 8258650, опубл. 04.09.2012 р. Описаний в цьому патенті пристрій також включає акумулятор, ємнісний накопичувач енергії на КПЕШ, який через комутатори і імпульсний перетворювач з котушкою індуктивності підключений до акумулятора, і блок управління. Спосіб реалізують наступним чином: в інтервалах між запусками двигуна ємнісний накопичувач енергії заряджають від акумулятора до напруги, меншої ніж напруга акумулятора, а саме до напруги, яка дорівнює можливому падінню напруги на акумуляторі в момент запуску двигуна. Безпосередньо перед запуском двигуна блоком управління за допомогою комутатора підключають заряджений накопичувач енергії послідовно до акумулятора в якості «вольтодобавки», і потім на стартер подають сумарну напругу. У перший момент запуску напруга на акумуляторі падає на величину, близьку до напруги «вольтодобавки», і, таким чином, загальна напруга бортової мережі не повинна помітно змінюватися. Недоліком зазначених відомих способу і пристрою є те, що, якщо в перший момент відбувається компенсація падіння напруги на величину напруги «вольтодобавки», то в міру розкручування статора виникає перенапруження на величину залишкової напруги на накопичувачі енергії через те, що до цього часу струм стартера істотно зменшується. Слід зазначити, що в описі зазначеного патенту часові діаграми для напруг зображені невірно, а саме, струмове навантаження протягом запуску зображене незмінним, що не відповідає дійсності. Тому на зображених графіках і не з'являється перенапруження в кінці часу запуску. Крім того, зросла з підключенням «вольтодобавки» пускова напруга, хоча і забезпечує більш швидкий і надійний запуск двигуна, однак призводить до ще більш руйнівної дії струмового навантаження на акумулятор. Таким чином, стабілізація напруги не забезпечується, а час життя акумулятора значно скорочується, особливо якщо автомобіль обладнаний системою запуску типу «старт - стоп», яка автоматично відключає двигун при зупинці автомобіля і включає його знову при натисканні, наприклад, на педаль акселератора. В основу цього винаходу поставлена задача стабілізації напруги в бортовій мережі автомобіля і полегшення токового режиму роботи акумулятора при підвищенні надійності запуску двигуна, особливо в системах типу «старт - стоп». Поставлена задача для заявленого способу вирішується таким чином: в способі електростартерного запуску двигуна внутрішнього згоряння, в якому від акумулятора заряджають перший ємнісний накопичувач на КПЕШ до напруги, меншої напруги акумулятора, перед запуском двигуна підключають перший накопичувач до акумулятора послідовно, потім до 1 UA 113047 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стартера підключають послідовно з'єднаний ланцюг з акумулятора і першого накопичувача, а після запуску двигуна перший накопичувач підключають до акумулятора для заряджання, причому сумарна напруга на стартері при його максимальному струмі більше напруги акумулятора, у відповідності із заявленим винаходом перед запуском двигуна перший накопичувач підключають послідовно до постійно підключених паралельно акумулятора і другого ємнісного накопичувача на КПЕШ, внутрішній опір якого менше внутрішнього опору акумулятора. При цьому, перший ємнісний накопичувач енергії заряджається до напруги, меншої напруги, до якого він повинен заряджатися в прототипі для компенсації падіння напруги в бортовій мережі автомобіля на початку режиму запуску двигуна, а паралельно акумулятору постійно підключений другий ємнісний накопичувач енергії, який є основним джерелом великого пускового струму стартера і зменшує падіння напруги в бортовій мережі автомобіля протягом усього запуску двигуна, що в сукупності забезпечує високу стабільність величини бортової напруги автомобіля як на початку, так і наприкінці режиму запуску двигуна, значно зменшує струмове навантаження акумулятора і, отже, збільшує час його безвідмовної роботи. Додатковий технічний результат, що досягається заявленим технічним рішенням, полягає в зменшенні загальної ємності використовуваних в ньому КПЕШ у порівнянні з сумарною ємністю обох накопичувачів, застосовуваних окремо. Дійсно, внутрішній опір акумулятора з паралельним йому ємнісним накопичувачем (далі - випадок А) істотно менше власного внутрішнього опору акумулятора (далі - випадок Б). Більш того, якщо у випадку А напруга джерела «вольтодобавки» більше максимальної допустимої напруги на поодинокому КПЕШ (наприклад, 2,7 В), то воно повинно складатися з n ≥ 2 послідовно з'єднаних КПЕШ. У разі А в зв'язку із зменшенням падіння напруги на паралельно з'єднаних акумуляторі і ланцюжку КПЕШ напруга джерела «вольтодобавки» буде менше і, значить, число m послідовно з'єднаних КПЕШ буде може бути менше n (m