устройство для внешнего запуска двигателей внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство для запуска двигателей внутреннего сгорания, содержащее емкостной накопитель энергии, выполненный в виде, по меньшей мере, двух конденсаторов с двойным электрическим слоем, в цепь заряда которых включены тиристор и токоограничивающий резистор, первый выключатель с замыкающим контактом и полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью, шунтирующий последовательно соединенные тиристор и резистор при протекании тока разряда накопителя энергии, отличающееся тем, что оно снабжено электромагнитным контактором, размыкающие контакты которого обеспечивают параллельное соединение конденсаторов, а первый замыкающий контакт - их последовательное соединение, по меньшей мере, двухвыводным разъемом для подключения конденсаторов к электросистеме объекта с двигателем внутреннего сгорания и электростартерной системой запуска, при этом обмотка контактора подключена к разъему через последовательно соединенные стабилитрон, вышеупомянутый первый выключатель с замыкающим контактом и первый замыкающий контакт двухцепевого выключателя, а второй замыкающий контакт контактора шунтирует цепь, состоящую из первого выключателя и стабилитрона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью выполнен в виде диода, а в зарядно-разрядную цепь конденсаторов включен контактный элемент.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью выполнен в виде тиристора, между управляющим электродом и анодом которого включена цепь из второго замыкающего контакта двухцепевого выключателя, резистора и диода.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что параллельно одному из конденсаторов включена цепь из последовательно соединенных светодиода, стабилитрона и резистора.

5. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что параллельно токоограничивающему резистору подключена цепь из последовательно соединенных светодиода и резистора.

6. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что оно снабжено вольтметром и контактным элементом для его подключения к выводам конденсаторного источника питания или к выводам разъема для подключения к электросистеме объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, в частности к гаражному электрооборудованию, и предназначено для внешнего запуска карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания автотранспортных объектов, снабженных системами электростартерного запуска с номинальным напряжением 12 и 24 В.

Известен автономный энергоагрегат для запуска двигателей внутреннего сгорания большегрузных автомобилей и бронетанковой техники, снабженный двумя емкостными накопителями энергии, каждый из которых выполнен в виде одного или нескольких параллельно соединенных конденсаторов с двойным электрическим слоем, и коммутационным устройством для переключения соединения накопителей с параллельного на последовательное в процессе запуска двигателя (патент РФ №2119592, МПК F 02 N 11/08, 1998). Энергоагрегат может быть использован для двух или трехступенчатого запуска двигателей, однако он не предназначен для использования с традиционными электростартерными системами на 12 и 24 В. Недостатком энергоагрегата является также отсутствие средств ограничения тока заряда конденсаторов, что приводит к возникновению режима работы, близкого к режиму короткого замыкания.

Прототипом изобретения является система запуска дизеля тепловоза, содержащая батарею конденсаторов сверхвысокой емкости с двойным электрическим слоем и цепь заряда конденсаторов, состоящую из тиристора и токоограничивающего резистора, диод для шунтирования цепи заряда при протекании тока разряда конденсаторов, и контактный элемент для включения тиристора (патент РФ 2189324, МПК F 02 N 11/08, 2002). Недостатком системы является отсутствие аппаратуры, позволяющей осуществлять внешний запуск двигателей, снабженных электрооборудованием на другой уровень напряжения.

Задачей изобретения является создание универсальной системы внешнего запуска карбюраторных и дизельных двигателей при пониженных температурах или разряженных аккумуляторных батареях.

Поставленная задача решается тем, что устройство для запуска двигателей внутреннего сгорания, содержащее емкостной накопитель энергии, выполненный в виде по меньшей мере двух конденсаторов с двойным электрическим слоем, в цепь заряда которых включены тиристор и токоограничивающий резистор, первый выключатель с замыкающим контактом и полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью, шунтирующий последовательно соединенные тиристор и резистор при протекании тока разряда накопителя энергии, согласно изобретению снабжено электромагнитным контактором, размыкающие контакты которого обеспечивают параллельное соединение конденсаторов, а первый замыкающий контакт - их последовательное соединение, по меньшей мере двухвыводным разъемом для подключения конденсаторов к электросистеме объекта с двигателем внутреннего сгорания и электростартерной системой запуска, при этом обмотка контактора подключена к разъему через последовательно соединенные стабилитрон, вышеупомянутый первый выключатель с замыкающим контактом и первый контакт двухцепевого выключателя с замыкающими контактами, а второй замыкающий контакт контактора шунтирует цепь, состоящую из первого выключателя и стабилитрона.

Техническим результатом является повышение безопасности и удобства эксплуатации устройства, что обеспечивается возможностью его быстрого подключения к электросистеме объекта с ДВС, и автоматическим переключением соединения конденсаторов с параллельного на последовательное в случае подсоединения к электросистеме объекта с номинальным напряжением 24 В. Надежность работы схемы повышается за счет того, что при падении напряжения во время запуска двигателя исключается самопроизвольное отключение контактора, обеспечивающего изменение схемы соединения конденсаторов. Запуск карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств обеспечивается при изношенных и разряженных до 50% аккумуляторных батареях.

Полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью, шунтирующий последовательно соединенные тиристор и резистор при протекании тока разряда накопителя энергии, может быть выполнен в виде диода. При этом для предотвращения режима короткого замыкания заряженных конденсаторов при случайном соприкосновении проводов, идущих от разъема для подключения к электросистеме объекта, в зарядно-разрядную цепь конденсаторов должен быть включен силовой контактный элемент. Вышеуказанный полупроводниковый элемент может быть выполнен в виде тиристора, при этом предотвращение режима короткого замыкания обеспечивается тем, что между управляющим электродом и анодом тиристора включена цепь из второго контакта двухцепевого выключателя, резистора и диода. В данном варианте силовой контактный элемент в зарядно-разрядной цепи конденсаторов не требуется.

Параллельно одному из конденсаторов может быть включена цепь из последовательно соединенных светодиода, стабилитрона и резистора, что позволяет визуально зафиксировать окончание процесса заряда накопителя.

Параллельно токоограничивающему резистору также может быть подключена цепь из последовательно соединенных светодиода и резистора, что дает возможность наблюдать процесс заряда емкостного накопителя с момента открытия тиристора.

Устройство может быть снабжено вольтметром и контактным элементом для его подключения к выводам конденсаторного источника питания или выводам разъема для подключения к электросистеме объекта, что позволяет, при необходимости, оперативно замерять величину напряжения на выводах емкостного накопителя и внешнего разъема.

На чертеже изображена электрическая схема устройства. Устройство содержит емкостной накопитель энергии, выполненный в виде двух конденсаторов (или двух групп конденсаторов) 1, 2 с двойным электрическим слоем с номинальным напряжением заряда 12 В. В цепь заряда конденсаторов 1 и 2 включены тиристор 3 и токоограничивающий резистор 4. Устройство также содержит первый выключатель 5, выполненный в виде кнопки с замыкающим контактом, соединенной с управляющим электродом тиристора 3 через резистор 6, и полупроводниковый элемент 7 с односторонней проводимостью, шунтирующий последовательно соединенные тиристор 3 и резистор 4 при протекании тока разряда накопителя энергии. Устройство снабжено электромагнитным контактором 8, размыкающие контакты 9 которого обеспечивают параллельное соединение конденсаторов 1 и 2, а первый замыкающий контакт 10 - их последовательное соединение для образования конденсаторного источника питания на два уровня напряжения 12 и 24 В, по меньшей мере двухвыводным разъемом 11 для подключения данного источника питания к электросистеме объекта с двигателем внутреннего сгорания и электростартерной системой запуска, при этом обмотка контактора 8 подключена к разъему 11 через стабилитрон 12, вышеупомянутый первый выключатель 5 с замыкающим контактом и первый контакт двухцепевого выключателя 13. Второй замыкающий контакт 14 контактора 8 шунтирует цепь из последовательно соединенных первого выключателя 5 и стабилитрона 12 для обеспечения режима «самоподхвата» контактора 8 после его срабатывания.

Полупроводниковый элемент 7 с односторонней проводимостью может быть выполнен в виде диода, при этом в зарядно-разрядную цепь конденсаторов 1 и 2 включен силовой контактный элемент 15.

В другом варианте полупроводниковый элемент 7 с односторонней проводимостью может быть выполнен в виде тиристора, между управляющим электродом и анодом которого включена цепь из второго контакта двухцепевого выключателя 13, резистора 17 и диода 18. В этом случае силовой контактный элемент 15 в цепи заряда-разряда конденсаторов 1, 2 не устанавливается (участки цепи для данного варианта выполнения схемы обозначены пунктиром).

Параллельно одному из конденсаторов может быть включена цепь из последовательно соединенных светодиода 19, стабилитрона 20 и резистора 21. Параллельно токоограничивающему резистору 4 также может быть подключена цепь из последовательно соединенных светодиода 22 и резистора 23.

Устройство может быть снабжено вольтметром 24 и контактным элементом 25 для его подключения к выводам емкостного накопителя энергии или выводам разъема 11.

Параллельно обмотке контактора 8 включен обратный диод 26.

Все элементы устройства могут быть расположены в моноблоке передвижного или стационарного исполнения.

Устройство работает следующим образом.

Подключение к розеткам внешнего запуска или к зажимам аккумуляторной батареи объекта (автомобиля) осуществляется силовыми проводами через внешний разъем 11.

Перед запуском двигателя производится заряд конденсаторов 1 и 2 от бортовой аккумуляторной батареи объекта через разъем 11. Для осуществления этого включают тумблер 13 и нажимают кнопку 5, замыкая при этом две цепи: цепь питания обмотки контактора 8 и цепь управления тиристора 3. Включенное или выключенное состояние контактора 8 зависит от напряжения бортовой аккумуляторной батареи объекта.

Работа устройства может осуществляться в одном из двух режимов.

Если номинальное напряжение бортовой аккумуляторной батареи объекта равно 12 В, то контактор 8 остается разомкнутым, конденсаторы 1 и 2 с номинальным напряжением 12 В каждый соединены параллельно и образуют емкостной накопитель энергии с номинальным напряжением заряда 12 В. Стабилитрон 12 в цепи катушки контактора исключает его включение при возможном низком пороге срабатывания по напряжению. Одновременно с нажатием кнопки 5 открывается тиристор 3 и начинается заряд накопителя энергии до напряжения аккумуляторной батареи с ограничением тока заряда резистором 4.

Если номинальное напряжение бортовой аккумуляторной батареи равно 24 В, то контактор 8 включается и соединяет конденсаторы последовательно, образуя емкостной накопитель энергии с номинальным напряжением заряда 24 В. Одновременно с нажатием кнопки 5 открывается тиристор 3 и начинается заряд накопителя до напряжения объекта, равного 24 В, с ограничением тока заряда резистором 4. Каждый из конденсаторов в составе накопителя энергии при этом заряжается до своего номинального напряжения 12 В.

О начале процесса заряда накопителя свидетельствует зажигание светодиода 22. По мере заряда свечение светодиода 22 будет ослабевать до полного исчезновения. Об окончании процесса заряда будет свидетельствовать также зажигание светодиода 19, ток через который будет проходить после достижения напряжения стабилизации стабилитрона 20 напряжением заряда. С помощью вольтметра 24 можно фиксировать напряжение на выводах бортовой аккумуляторной батареи объекта и емкостного накопителя энергии.

При выполнении элемента с односторонней проводимостью 7 в виде диода, контактный элемент 15 выполняет функцию размыкателя цепи заряда-разряда конденсаторов после запуска двигателя с целью предотвращения режима короткого замыкания при случайном соприкосновении внешних проводов, идущих от разъема 11.

В схеме с тиристором 7 его цепь управления перед запуском замкнута с помощью второго контакта двухцепевого тумблера 13. После запуска двигателя тумблер 13 необходимо выключить, что приведет к отключению контактора 8 и размыканию цепи управления тиристора 7. В этом случае короткое замыкание накопителя энергии при случайном соединении проводов, идущих от разъема 11, исключается.