close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3511

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3511
(13)
C1
6
(51) F 02N 11/08
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(21) Номер заявки: 961144
(22) 1996.12.18
(46) 2000.09.30
(71) Заявитель: Малашин А.Н. (BY)
(72) Авторы: Гринчик Н.Н., Коновалов
Малашин А.Н. (BY)
(73) Патентообладатель: Малашин
Андрей
колаевич (BY)
С.И.,
Ни-
(57)
1. Устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания, содержащее аккумуляторную батарею, соединенную через первый ключевой элемент с накопителем энергии, включающим электродвигатель и закрепленные с ним на общем валу маховик и генератор, выход которого через второй ключевой элемент подключен к стартерному электродвигателю двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что
накопитель энергии содержит регулятор частоты вращения электродвигателя.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено ручным приводом, выполненным в виде рукоятки, редуктора и механизма сцепления-расцепления, выход которого соединен с общим валом накопителя
энергии.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено рекуператором, вход которого соединен с
выходом генератора, а выход - с аккумуляторной батареей.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными приводом
постоянной скорости и механизмом сцепления-расцепления, причем вход привода постоянной скорости соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, а выход механизма сцепления-расцепления - с
общим валом накопителя энергии.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания связан
через последовательно соединенные вспомогательный генератор и третий ключевой элемент с входом регулятора частоты вращения электродвигателя.
BY 3511 C1
(56)
1. SU 1768794 A1, МПК F 02N 11/08, 1992.
Фиг. 1
Изобретение относится к электрооборудованию для запуска двигателей внутреннего сгорания и может
быть использовано в качестве пускового устройства двигателей внутреннего сгорания автотракторной техники.
Известны устройства для запуска двигателей внутреннего сгорания, содержащие последовательно соединенные аккумуляторную батарею, регулятор частоты вращения электродвигателя, мотор-маховик и механизм сцепления-расцепления маховика с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. К недостаткам
таких устройств следует отнести: необходимость существенной переработки конструкции самого двигателя
BY 3511 C1
внутреннего сгорания, недостаточную надежность механизма сцепления-расцепления быстро вращающегося
маховика с неподвижным в начальный момент коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство электростартерного пуска двигателя
внутреннего сгорания [1] содержащее аккумуляторную батарею, соединенную через первый ключевой элемент с накопителем энергии, включающем электродвигатель и закрепленные с ним на общем валу маховик и
генератор, выход которого через второй ключевой элемент подключен к стартерному электродвигателю двигателя внутреннего сгорания. Недостатками такого устройства являются: отсутствие устройств регулирования зарядного и разрядного тока; неполное использование энергии запасенной в накопителе; малая надежность контактных электрических машин постоянного тока.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи увеличения срока службы аккумуляторной батареи устройства запуска и снижения ее установленной мощности, обеспечения надежного пуска двигателя
внутреннего сгорания, уменьшения массы, габаритов и стоимости устройства, повышения его надежности,
за счет регулирования процессов накопления и отдачи энергии накопителя по заданному закону.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в
улучшении массогабаритных показателей устройства за счет снижения установленной мощности аккумуляторной батареи и массы накопителя энергии, повышении надежности запуска двигателя внутреннего сгорания, повышении коэффициента полезного действия устройства для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Этот результат достигается за счет того, что входы и выходы накопителя энергии выполняются электрическими с возможностью управления процессами накопления и отдачи энергии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном устройстве, содержащем аккумуляторную батарею, соединенную через первый ключевой элемент с накопителем энергии, включающем электродвигатель и закрепленные с ним на общем валу маховик и генератор, выход которого через второй ключевой
элемент подключен к стартерному электродвигателю двигателя внутреннего сгорания, накопитель энергии
выполнен в виде последовательно соединенных регулятора частоты вращения электродвигателя, электродвигателя и закрепленных с ним на общем валу маховика и генератора, выход которого соединяется со вторым ключевым элементом.
Отличительными признаками предлагаемого устройства по отношению к известному являются: наличие
накопителя энергии, содержащего последовательно соединенные регулятор частоты вращения электродвигателя, электродвигатель и закрепленные с ним на общем валу маховик и генератор.
На фиг. 1-5 представлены структурные схемы устройств для запуска двигателя внутреннего сгорания по
пп. 1-5 формулы изобретения соответственно.
Согласно фиг. 1, устройство содержит аккумуляторную батарею 1, первый ключевой элемент 2, регулятор частоты вращения электродвигателя 3, электродвигатель 4, маховик 5, генератор 6, второй ключевой
элемент 7, стартерный электродвигатель 8, подключенный к двигателю внутреннего сгорания (ДВС). Регулятор частоты вращения, электродвигатель и генератор представляют собой управляемый накопитель энергии (выделен на фиг. 1 пунктиром). Связи между аккумуляторной батареей и первым ключевым элементом,
первым ключевым элементом и регулятором частоты вращения, регулятором частоты вращения и электродвигателем, генератором и вторым ключевым элементом, вторым ключевым элементом и стартерным электродвигателем электрические. Связь между электродвигателем, маховиком и генератором представляет собой общий механический вал.
Предлагаемое устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. В
исходном положении первый и второй ключи разомкнуты. Процесс запуска двигателя внутреннего сгорания
состоит из двух этапов. На первом этапе замыкается первый ключ, в результате чего аккумуляторная батарея
подключается к регулятору частоты вращения, параметры электроэнергии на выходе которого изменяются
таким образом, что электродвигатель и закрепленные с ним на общем валу маховик и генератор плавно разгоняются от нулевой до заданной скорости вращения общего вала.
При достаточно малом угловом ускорении мгновенная мощность, развиваемая двигателем, получается
небольшой. Требуемый закон изменения скорости и ускорения двигателя задается регулятором частоты
вращения электродвигателя. Электрическая мощность, отдаваемая при этом аккумуляторной батареей, пропорциональна (при неизменности КПД) величине мощности, развиваемой двигателем. Поэтому выбором закона изменения скорости вращения можно выбирать оптимальной величину тока, потребляемого от аккумуляторной батареи. В частности, его можно выбрать равным номинальному току аккумуляторной батареи,
при котором батарея обладает наибольшей емкостью. Величина разрядного тока батареи в процессе разгона
будет влиять только на время разгона общего вала системы электродвигатель – маховик - генератор до заданной скорости вращения.
После разгона вала системы электродвигатель - маховик - генератор до заданной скорости первый этап
завершается и наступает второй этап запуска двигателя внутреннего сгорания. Первой операцией второго
этапа является возбуждение выходного генератора накопителя энергии. Поскольку второй ключевой элемент
разомкнут, то на выходе генератора появится напряжение холостого хода Uã. После возбуждения генератора
производится размыкание первого ключа и замыкание второго ключа устройства. При этом аккумуляторная
2
BY 3511 C1
батарея отключается от входа накопителя энергии, а генератор накопителя энергии подключается к входу
стартерного двигателя. Под действием выходного напряжения генератора Uã по якорной обмотке стартерного двигателя потечет ток и он придет во вращение. Запуск двигателя внутреннего сгорания от стартерного электродвигателя происходит обычным способом. Поскольку энергия, потребляемая стартерным электродвигателем, отбирается генератором от свободно вращающейся маховой массы системы электродвигатель - маховик генератор, то скорость ее вращения будет снижаться. Поэтому выходной генератор накопителя энергии выполнен регулируемым и способным поддерживать выходное напряжение неизменным (или изменять это напряжение по заданному закону) при изменении частоты вращения его ротора в широком диапазоне.
В устройстве по п. 2 формулы изобретения имеются дополнительные элементы, обеспечивающие его работу при частично или полностью разряженной аккумуляторной батарее. Согласно фиг. 2, устройство содержит следующие дополнительные последовательно соединенные элементы: заводную ручку 9, редуктор 10
и механизм сцепления-расцепления 11, подсоединенный своим выходом к общему валу накопителя энергии.
В нормальных условиях эксплуатации механизм сцепления-расцепления находится в положении "расцеплено", а работа устройства по п. 2 формулы изобретения не отличается от работы устройства по п. 1 формулы.
В условиях, когда аккумуляторная батарея полностью (или частично) разряжена, работа устройства происходит следующим образом. При разомкнутых первом и втором ключах устройства производится сцепление
вала накопителя энергии с редуктором с помощью механизма сцепления-расцепления. После этого с помощью заводной ручки производится раскручивание вала накопителя энергии до заданных оборотов. Затем механизм сцепления-расцепления расцепляет редуктор и вал накопителя энергии. Если аккумуляторная батарея
разряжена частично и еще способна отдавать мощность малым током, то производится подключение ее первым ключом к регулятору частоты вращения электродвигателя и вал накопителя "докручивается" до номинальных оборотов, после чего первый ключ размыкается. Если аккумуляторная батарея разряжена полностью, то этап "докрутки" вала накопителя с помощью аккумуляторной батареи не производится и вал
накопителя энергии сразу раскручивается до номинальных оборотов заводной ручкой. Это несколько удлиняет время раскрутки вала накопителя вручную и увеличивает величину затраченного мускульного усилия.
После завершения раскручивания вала накопителя энергии до номинальных оборотов описанным выше способом производится возбуждение генератора и замыкание второго ключа. Дальнейшая работа устройства происходит в соответствии с описанием второго этапа работы устройства по п. 1 формулы изобретения.
В устройстве по п. 3 формулы изобретения имеется дополнительный элемент, обеспечивающий возможность возвращения части энергии, накопленной в накопителе энергии и неиспользованной при пусках двигателя внутреннего сгорания, обратно в аккумуляторную батарею, что повышает общий КПД предлагаемого
устройства. Согласно фиг. 3, таким вводимым дополнительным элементом является устройство рекуперации
12, которое своим входом подключено к выходу генератора, а выходом - к зажимам аккумуляторной батареи. Работа устройства для запуска двигателя внутреннего сгорания по п. 3 формулы изобретения на первом
и втором этапах запуска не отличается от работы устройства по п. 1 формулы изобретения. Введение устройства рекуперации приводит к появлению третьего этапа работы, состоящего в возвращении неиспользованной энергии накопителя обратно в аккумуляторную батарею, так как после окончания процесса запуска
двигателя внутреннего сгорания часть механической энергии вращения, запасенной накопителем энергии на
первом этапе работы, останется неиспользованной. В устройстве, заявленном в п. 1 формулы изобретения,
эта часть энергии рассеивается в виде потерь на трение в подшипниках общего вала.
В устройстве для запуска по п. 4 формулы изобретения, согласно фиг. 4, имеются дополнительные элементы: устройство сцепления-расцепления 14 и привод постоянной скорости 15. Вход привода постоянной
скорости подсоединен к коленчатому валу двигателя внутреннего сгорания, а выход - к входу устройства
сцепления-расцепления, подключающего привод постоянной скорости к общему валу накопителя. Введение
новых элементов позволяет обеспечить подпитку механической энергией вращающегося накопителя энергии
непосредственно от работающего двигателя внутреннего сгорания. Первоначальный (после длительной остановки) запуск двигателя внутреннего сгорания производится в соответствии с алгоритмом изложенным в
описании устройства по п. 1 формулы изобретения. После первоначального запуска устройство сцеплениярасцепления подключает привод постоянной скорости к накопителю энергии. Привод постоянной скорости
преобразует переменную в общем случае скорость вращения коленчатого вала работающего двигателя в заданную (равную остаточной скорости накопителя энергии) скорость вращения, в результате чего преобразованная энергия от двигателя подводится к накопителю. Затем путем плавного изменения заданной скорости
работы привода постоянной скорости до номинальной скорости вращения накопителя производится раскрутка вала накопителя до номинальных оборотов, и в дальнейшем обороты вала накопителя поддерживаются неизменными. При этом потери от трения компенсируются за счет механической мощности, поступающей от двигателя через привод постоянной скорости. В случае кратковременного выключения двигателя
внутреннего сгорания устройство сцепления-расцепления отключает привод постоянной скорости от накопителя, который по инерции продолжит вращение практически с неизменной скоростью. Повторное включение двигателя внутреннего сгорания после кратковременного выключения происходит в этом случае без прове3
BY 3511 C1
дения операций первого этапа запуска двигателя, т.е. сразу производится возбуждение генератора накопителя и
т.д. согласно описанию работы устройства по п. 1. Таким образом, повторный запуск производится за счет
энергии, заранее запасенной в накопителе энергии. Поэтому время такого повторного запуска значительно сокращается и становится равным времени запуска от обычной электростартерной системы без использования
промежуточного накопления энергии, что важно при эксплуатации предлагаемого устройства в автотракторной
технике.
В устройстве по п. 5 формулы изобретения вводятся показанные на фиг. 5 дополнительные вспомогательный генератор 15, приводимый во вращение работающим двигателем внутреннего сгорания, и подключенный к его выходу третий ключевой элемент 16, который подключает выход генератора к входу регулятора частоты вращения электродвигателя. Задача, решаемая при помощи дополнительно введенных элементов,
аналогична задаче, решаемой дополнительными элементами, вводимыми в п. 4 формулы изобретения, а
именно обеспечить поддержание оборотов накопителя энергии в процессе работы двигателя внутреннего
сгорания и соответственно быстрый запуск в процессе повторного включения двигателя. Первоначальный
пуск двигателя внутреннего сгорания устройством, описанным в п. 5 формулы изобретения, производится
согласно алгоритму, изложенному в описании работы устройства по п. 1 формулы изобретения. После первоначального запуска работающий двигатель вращает ротор вспомогательного генератора, в результате чего
на его выходных зажимах вырабатывается напряжение. При замыкании третьего ключа выход вспомогательного генератора соединяется с входом регулятора частоты вращения электродвигателя. За счет энергии,
поступающей от вспомогательного генератора, частота вращения, задаваемая регулятором частоты вращения, доводится до номинальной и в дальнейшем поддерживается неизменной. При промежуточной (кратковременной) остановке двигателя третий ключевой элемент отключает вспомогательный генератор от регулятора частоты вращения электродвигателя, а первый ключевой элемент подключает регулятор частоты
вращения к аккумуляторной батарее. Дальнейшее поддержание частоты вращения в период кратковременной остановки производится за счет энергии, поступающей в накопитель от аккумуляторной батареи. Отметим, что затраты энергии аккумуляторной батареи при этом невелики, так как накопитель работает без нагрузки. Повторный запуск двигателя внутреннего сгорания производится в этом случае без выполнения
операций по разгону накопителя энергии, т.е. сразу же производится второй этап запуска. Возбуждается генератор накопителя, размыкается первый ключевой элемент и замыкается второй ключевой элемент и т.д.
согласно описанию второго этапа работы устройства по п. 1 формулы изобретения.
При практической реализации предлагаемого устройства в зависимости от назначения двигателя внутреннего сгорания, его типа и мощности, а следовательно, и вытекающих из этого технических требований к
устройству запуска возможно его выполнение с сочетанием дополнительных элементов, расширяющих его
возможности, описанные в отличительных признаках пп. 2-5 формулы изобретения.
Фиг. 2
Фиг. 3
4
BY 3511 C1
Фиг. 4
Фиг. 5
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
131 Кб
Теги
патент, by3511
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа