Система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння

Система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, що містить акумуляторну батарею, стартер, виконаний у вигляді електричної машини постійного струму, нормально відкриті контакти в ланцюзі стартера і вимикач стартера, конденсаторну батарею, з'єднану негативним полюсом з негативним полюсом стартера, а позитивним через нормально відкриті контакти стартера з його позитивним полюсом, перетворювач напруги з випрямлячем, розміщений між акумуляторною батареєю і конденсаторною батареєю, перемикач керування пуском з нормально замкнутими контактами, розміщеними між позитивним полюсом акумуляторної батареї і перетворювачем напруги, і вимикач заряду акумуляторної батареї, розміщений між негативними полюсами акумуляторної і конденсаторної батарей, при цьому конденсаторна батарея позитивним полюсом з'єднана за допомогою перемикача керування пуском з нормально відкритими контактами стартера, яка відрізняється тим, що в систему додатково введені мультиві братор, широтно-імпульсний перетворювач, формувач частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ, генератор прямокутних імпульсів, конденсатор, датчик температури, датчик рівня електроліту в акумуляторній батареї, струмозадавальний резистор, перший і другий світлодюди, перший і другий випрямні діоди і формувач сигналів індикації, при цьому вихід генератора прямокутних імпульсів є входом формувача частотномодульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ, вихід якого є входом широтно-імпульсного перетворювача, вихід якого з'єднаний через конденсатор з позитивним полюсом акумуляторної батареї, при цьому шина живлення генератора прямокутних імпульсів, формувача частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ і широтно-імпульсного перетворювача приєднана до катода першого випрямного діода, анод якого через нормально замкнуті контакти перемикача керування пуском з'єднаний з позитивним полюсом акумуляторної батареї й анодом другого випрямного діода, катод якого з'єднаний з анодами першого і другого світлодюдів, приєднаних катодами до виходів формувача сигналів індикації, при цьому перший вхід формувача сигналів індикації з'єднаний з датчиком температури, а другий вхід з'єднаний з виходом мультивібратора, вхід якого через струмозадавальний резистор з'єднаний з датчиком рівня електроліту в акумуляторі, причому шина живлення формувача імпульсів індикації і мультивібратора приєднана до катода другого випрямного діода со (О (О Винахід відноситься до машинобудування, а саме до пускових пристроїв двигунів внутрішнього згоряння і може бути використаний в пересувних і стаціонарних установках і пристроях, де застосовуються двигуни внутрішнього згоряння і де необхідний їхній частий пуск Відома система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, що містить акумуляторну батарею, стартер, виконаний у вигляді електричної машини постійного струму, нормально відкриті контакти в ланцюзі стартера і вимикач стартера (Теорія, конструкція і розрахунок автотранспортного устаткування, під ред М Н Фесенко М Машинобудування, 1979, с 21) Система може бути використана для запуску широкого класу двигунів внутрішнього згоряння, однак надійність м недостатньо висока, тому що при зниженні ємності акумуляторної батареї запуск утруднений, особливо при низьких температурах навколишнього середовища, коли ємність акумуляторної батареї знижується, а необхідна для запуску двигуна потужність збільшується Частково позбавлені від зазначеного недоліку електростартерні пристрої запуску, що містять крім акумуляторної батареї, як джерела енергії для запуску, конденсаторні батареї, що підключаються певним чином до акумуляторної батареї 61632 (ас СРСР №193287, МПК 4 F02N1/18, опубл 1985 р) Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, по технічній сутності і по результаті, що досягається (прототипом), є система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, що містить акумуляторну батарею, стартер, виконаний у виді електричної машини постійного струму, нормально відкриті контакти в ланцюзі стартера і вимикач стартера, конденсаторну батарею, з'єднану негативним полюсом з негативним полюсом стартера, а позитивним через нормально відкриті контакти стартера з його позитивним полюсом, перетворювачем напруги з випрямлячем, розміщеним між акумуляторною батареєю і конденсаторною батареєю, перемикачем керування пуском з нормально замкнутими контактами, розміщеними між позитивним полюсом акумуляторної батареї і перетворювачем напруги, і вимикачем заряду конденсаторної батареї, розміщеним між негативними полюсами акумуляторної і конденсаторної батарей, причому, конденсаторна батарея позитивним полюсом з'єднана за допомогою перемикача керування пуском з нормально відкритими контактами стартера (а с СРСР № 1193288, МПК 4 F02N1/18, опубл 1985 р) Наявність в пристроі-прототипі конденсаторної батареї і перетворювача напруги, з'єднаних з акумуляторною батареєю і стартером, дозволяє підвищити надійність пуску, тому що першу фазу пуску, що вимагає розвитку значних зусиль на валу стартера - електричної машини постійного струму і ВІДПОВІДНО подачі великої енергії в електричну машину, здійснюється за рахунок енергії, запасеної в конденсаторній батареї, що має низький внутрішній опір, при цьому пуск здійснюється напругою, значно більшою, ніж напруга на клемах акумуляторної батареї Недоліком зазначеної системи є те, що при низьких температурах навколишнього середовища питома енерговіддача акумуляторної батареї знижується в кілька разів стосовно номінального значення А тому що за конденсаторним пуском стартер заживлюється від акумулятора і енергії холодного акумулятора недостатньо для підтримки і розвитку крутящего моменту стартера, процедуру пуску необхідно повторити кілька разів, поки акумулятор не розігріється до робочої температури за рахунок великого пускового струму Багаторазовий розряд акумулятора, найчастіше, не забезпечує пуск двигуна і приводить до надлишкового розряду і передчасного зниження ємності і зносу акумуляторної батареї В основу винаходу, що пропонується, поставлена задача підвищення експлуатаційних характеристик системи електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, у якій за рахунок введення нових вузлів і організації нових зв'язків між вузлами, що забезпечують попередній розігрів акумуляторної батареї за рахунок пропущення через струмопровідні електропровідні частини й електроліт перемінного частотно-модульованого струму, досягається підвищення ємності акумуляторної батареї, підвищення надійності пуску двигуна внутрішнього згоряння пересувних і стаціонарних установок і пристроїв при знижених температурах навколишнього середовища, зменшення зносу акумуляторної батареї, підвищення ресурсу системи Поставлена задача зважується тим, що система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, що містить акумуляторну батарею, стартер, виконаний у виді електричної машини постійного струму, нормально відкриті контакти в ланцюзі стартера і вимикач стартера, конденсаторну батарею, з'єднану негативним полюсом з негативним полюсом стартера, а позитивним через нормально відкриті контакти стартера з його позитивним полюсом, перетворювач напруги з випрямлячем, розміщений між акумуляторною батареєю і конденсаторною батареєю, перемикач керування пуском з нормально замкнутими контактами, розміщеними між позитивним полюсом акумуляторної батареї і перетворювачем напруги, і вимикач заряду конденсаторної батареї, розміщений між негативними полюсами акумуляторної і конденсаторної батарей, причому конденсаторна батарея позитивним полюсом з'єднана за допомогою перемикача керування пуском з нормально відкритими контактами стартера, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, додатково введені мультивібратор, широтноімпульсний перетворювач, формувач частотномодульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ, генератор прямокутних імпульсів, конденсатор, датчик температури, датчик рівня електроліту в акумуляторній батареї, струмозадаючий резистор, перший і другий світлодюди, перший і другий випрямні діоди і формувач сигналів індикації, при цьому вихід генератора прямокутних імпульсів є входом формувача частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ, ВИХІД якого є входом широтноімпульсного перетворювача, вихід якого з'єднаний через конденсатор з позитивним полюсом акумуляторної батареї, при цьому шина живлення генератора прямокутних імпульсів, формувача частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ і широтно-імпульсного перетворювача приєднана до катода першого випрямного діода, анод якого через нормально замкнуті контакти перемикача керування пуском з'єднаний з позитивним полюсом акумуляторної батареї і анодом другого випрямного діода, катод якого з'єднаний з анодами першого і другого СВІТЛОДІОДІВ, приєднаних катодами до виходів формувача сигналів індикації, при цьому перший вхід формувача сигналів з'єднаний з датчиком температури, а другий вхід з'єднаний з виходом мультивібратора, вхід якого через струмозадаючий резистор, з'єднаний з датчиком рівня електроліту в акумуляторі, причому, шина живлення формувача сигналів індикації і мультивібратора приєднана до катода другого випрямного діода Запровадження широтно-імпульсного перетворювача, формувача частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ і генератора прямокутних імпульсів забезпечує генерування перемінного частотно-модульованого струму, що надходить через уведений конденсатор, який є розв'язкою по постійному струмі, в акумуляторну батарею і забезпечує и контрольований розігрів до оптимальної температури Запровадження мультивібратора, датчика температури акумуляторної батареї, 61632 датчика рівня електроліту в акумуляторній батареї, що підключається до мультивібратора через струмозадаючий резистор, формувача сигналів індикації і СВІТЛОДІОДІВ забезпечує візуальний контроль стану акумуляторної батареї по температурі і рівню електроліту і керування темпом розігріву акумуляторної батареї Запровадження випрямних ДІОДІВ забезпечує нормальне функціонування широтно-імпульсного перетворювача, формувача частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ І генератора прямокутних імпульсів - перешкоджає надходженню перемінної напруги на ці вузли Попередній розігрів акумуляторної батареї до оптимальної температури дозволяє забезпечити надійний пуск двигуна внутрішнього згоряння в умовах знижених температур навколишнього середовища, виключити надлишковий розряд і знос акумуляторної батареї, збільшити експлуатаційний ресурс акумуляторної батареї і системи електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння в цілому На кресленні представлена система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, структурна схема Система містить акумуляторну батарею 1, стартер 2, конденсаторну батарею 3, перетворювач напруги з випрямлячем 4, перемикач керування пуском 5, вимикач стартера 6, нормально замкнуті контакти 7, позитивний полюс 8 і негативний полюс 10 акумуляторної батареї, нормально відкриті контакти 9, вимикач заряду конденсаторної батареї 11, мультивібратор 12, широтно-імпульсний перетворювач 13, формувач частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ 14, генератор прямокутних імпульсів 15, конденсатор 16, датчик температури 17, датчик рівня електроліту в акумуляторі 18, струмозадаючий резистор 19, індикаторні світлодюди 20, 21, випрямні діоди 22, 23, формувач сигналів індикації 24 Система функціонує таким чином При включенні вимикача 11 заряду конденсаторної батареї З перетворювач напруги 4 починає перетворювати напругу, що надходить від акумуляторної батареї 1 у більш високу, з наступним випрямленням її Від перетворювача 4 відбувається заряд конденсаторної батареї 3, при цьому починає функціонувати генератор прямокутних імпульсів 15, формувач частотно-модульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ 14 і широтно-імпульсний перетворювач 13 При цьому через конденсатор 16, що є розв'язуючим по постійному струму, на позитивний полюс 8 акумуляторної батареї 1 надходить перемінний частотно-модульований струм, розігріваючи струмопровідні елементи й електроліт акумуляторної батареї 1 Діоди 23, 24 запобігають надходженню перемінного струму на вузли 13, 14, 15, 12, 24 При включенні вимикача 11 починають працювати мультивібратор 12 і формувач сигналів індикації 24, при цьому при досягненні температури акумуляторної батареї деякого заданого оптимального значення (для свинцево-кислотних це відповідає +27°С світлодюд 20 виключений, СВІТЛОДІод 21 включений При досягненні оптимальної температури акумуляторної батареї за рахунок и розігріву перемінним частотно-модульованим струмом світлодюд 20 включається, світлодюд 21 виключається При цьому, якщо рівень електроліту в акумуляторі знаходиться в межах норми, сигнал з датчика рівня електроліту 18 не надходить і мультивібратор 12 не впливає на стан СВІТЛОДІОДІВ 20 і 21 При зниженому рівні електроліту сигнал з датчика рівня 18 надходить на мультивібратор і останній видає на формувач сигналів індикації 24 переривчастий сигнал, що періодично включає і виключає світлодюди 20 і 21 При ДОЛІВЦІ електроліту до нормального рівня і при досягненні необхідної температури акумуляторної батареї, тобто при включеному світлодюді 20, включають вимикач стартера 6 (на панелі керування може бути виконаний у вигляді кнопки «пуск»), перетворювач напруги 4 спрацьовує, нормально відкриті контакти 9 замикаються, стартер приходить в обертання, здійснюючи прокручування, і потім - пуск двигуна внутрішнього згоряння Застосування системи електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння, що заявляється, перспективно в багатьох відношеннях Відомо, що на стартерному режимі розряду при температурі навколишнього середовища - 40°С з автомобільної акумуляторної батареї можна одержати не більш 25% номінальної ємності відносно 100% номінальній ємності при температурі 25-27°С, переважно через підвищення ЩІЛЬНОСТІ електроліту Зниження температури веде не тільки до зменшення часу розряду, але і до зменшення розрядної напруги внаслідок зростання внутрішнього опору акумуляторної батареї Це приводить до того, що енергія акумуляторної батареї зменшується зі зниженням температури ще більш значно, ніж ємність і при температурі - 40°С складає лише 18% енергії відносно енергії при температурі +25°С (а при - 50°С падає до нуля) У той же час вже при температурі - 18°С енергія, необхідна для запуску двигуна, зростає в 2,1 рази відносно енергії при температурі +27°С (через підвищення в'язкості масла в картері, унаслідок чого опірність прокручуванню колінвала різко зростає) Крім того вже при температурі -20°С заряд акумуляторної батареї стає неможливим Усе сказане означає, що нагрів батареї є єдино можливим шляхом забезпечення працездатності акумуляторної батареї і всієї системи електростартерного пуску, причому внутрішній розігрів батареї істотно ефективніший у порівнянні з ЗОВНІШНІМ нагріванням - швидкість нагрівання в 2 - 2,5 рази вище при тих же енергетичних затратах Причому, тому що розрядна ємність акумуляторної батареї зростає суперлінійно з температурою, то введення в акумуляторну батарею електричного струму невеликої величини для розігріву електроліту приводить до значних збільшень розрядної ЄМНОСТІ При досягненні двигуном необхідних обертів нормально замкнутий контакт 7 розмикається, знеструмлюючи перетворювач 4, генератор прямокутних імпульсів 15, формувач частотномодульованої імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ 14 і широтно-імпульсний перетворювач 13, при цьому прогрів акумулятора припиняється При вимиканні вимикача 6 стартера система приходить у вихідне положення для заряду конденсаторної батареї, а при вимиканні вимикача 11 61632 8 змінюється з температурою Нижня межа струму акумулятор відключається від системи пуску, двиадресована режиму розігріву при глибоких охологун внутрішнього згоряння запущений дженнях (-25 -15°С) верхній - для помірних темПропонована система підвищує надійність пуператур (-15 0°С) Програма розігріву по величині ску при низьких температурах, а також може викозаданого струму може бути змінена уведенням ристовуватися для періодичного саморозігріву для регулятору струму розігріву, керованого сигналом підтримки температури акумулятора вище темпез датчика температури При цьому може бути реаратури, що є критичною для появи необоротних лізований режим заключної стадії розігріву, при процесів в електроліті й активній масі електродів, якій за рахунок досягнення незначного газовидідля перемішування електроліту і виправдує ПІДХІД лення удається здійснити перемішування електдо проблеми розігріву акумуляторної батареї и роліту по висоті при охолодженнях ЩІЛЬНІСТЬ елевласним струмом При цьому оптимізація розігріву ктроліту максимальна в нижній частині може бути досягнута, якщо для розігріву викорисакумуляторної батареї і мінімальна у верхній, що товувати перемінний частотно-модульований також приводить до погіршення експлуатаційних струм у діапазоні частот 1 16кГц при співвіднохарактеристик акумуляторної батареї, газ, що вишенні амплітуд струмів позитивної полярності Іп і діляється - суміш кисню і водню - забезпечує вирінегативної полярності Іп в межах 1,25 1,26 при внювання щільністей електроліту у верхній і нижамплітуді струму позитивної полярності, що скланій частині акумуляторної батареї, забезпечує дає (0,2 2,5)СН, де Сн - номінальна ємність акумурівномірність температурного поля акумуляторної ляторної батареї Необхідність використання шибатареї рокого діапазону частот розігріваючого струму обумовлена тим, що для кожної температури елеУкажемо також, що запуск двигуна в системі ктроліту існує оптимальне значення змінного електростартерного пуску, що заявляється, за доструму, при якому досягається максимальне викопомогою акумуляторної батареї, параметри якої ристання струму для розігріву Електроліт є гетеоптімізовані з погляду її температури, підвищує рогенним середовищем, виявляючи дипольну й експлуатаційний ресурс і ступінь використання орієнтаційну поляризацію, внесок кожної з який номінальної ємності акумуляторної батареї Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119