Способ пуска двигателя внутреннего сгорания



Способ пуска двигателя внутреннего сгорания
Способ пуска двигателя внутреннего сгорания

 


Владельцы патента RU 2529750:

Швед Андрей Александрович (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к пуску поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных машин, и предназначено преимущественно для использования в условиях низких температур. Техническим результатом является упрощение пуска двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что электродвигатель 1 и маховик 2 кинематически связаны между собой и валом 3 ДВС через дифференциальный механизм. Солнечная шестерня 4 механизма соединена с валом электродвигателя 1, сателлиты 5 через водило - с маховиком 2, а коронная шестерня 6 - через приводную шестерню 7 с валом 3 ДВС. Во время пуска подключают к источнику питания электродвигатель 1, обеспечивая вращение его вала, и блокируют дифференциальный механизм обгонной муфтой 8, осуществляя аккумуляцию энергии маховиком 2. Затем изменяют крутящий момент электродвигателя 1 на противоположный, одновременно снимая блокировку дифференциального механизма. Изобретение позволяет производить предварительную прокрутку вала ДВС с последующим увеличением скорости вращения, используя один электродвигатель. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к пуску поршневых двигателей внутреннего сгорания транспортных машин, и предназначено преимущественно для использования в условиях низких температур.

Известен способ пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в том, что электродвигателем вращают вал ДВС и через определенное время увеличивают скорость вращения (патент РФ на изобретение №2049261 по кл. МПК-6: F02N 11/08, заявл. 08.07.1991 г., опубл. 27.11.1995 г. «Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания»).

Указанный способ может использоваться для пуска холодного ДВС в зимних условиях, так как предварительная прокрутка вала ДВС с пониженной скоростью вращения позволяет разогреть рабочую поверхность цилиндров и поршней за счет работы газовых сил и уменьшить вязкость масла на трущихся поверхностях, используя при этом источник электропитания относительно небольшой мощности. Недостаток заключается в том, что для последующей раскрутки вала ДВС до пусковой скорости вращения согласно указанному изобретению применяют конденсаторную батарею большой мощности, имеющую, соответственно, большие габариты и стоимость.

Известен также способ пуска ДВС, заключающийся в том, что разгоняют маховик электродвигателем и затем через электромагнитную муфту передают крутящий момент от маховика на вал ДВС (авторское свидетельство РФ №1562514 по кл. МПК-5: F02N 5/04, заявл. 25.07.1988 г., опубл. 07.05.1990 г. «Инерционный стартер»).

Недостаток указанного способа заключается в том, что отсутствует предварительная прокрутка вала ДВС с последующим увеличением его скорости вращения. В указанном решении наоборот - скорость вращения вала ДВС достигает максимума на начальном этапе прокрутки и затем снижается по мере расходования энергии, запасенной маховиком, причем значительную часть этой энергии составляют потери скольжения в электромагнитной муфте.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа к заявленному изобретению является способ пуска двигателя внутреннего сгорания с двумя электродвигателями и маховиком, кинематически связанными между собой и валом двигателя внутреннего сгорания через дифференциальный механизм, заключающийся в том, что подключают электродвигатели к источнику питания, обеспечивая вращение их валов, осуществляют аккумуляцию энергии маховиком и изменяют крутящий момент одного из электродвигателей на противоположный (авторское свидетельство РФ №2189691 по кл. МПК-7: H02P 5/50, H02P 1/54, F02N 11/08, заявл. 09.01.2001 г., опубл. 20.09.2002 г. «Способ электрического пуска двигателя внутреннего сгорания»).

В указанном способе скорость вращения вала ДВС может изменяться по заданному закону, при этом механическая мощность на валу ДВС может кратковременно превышать мощность источника питания; недостаток заключается в повышенной сложности, связанной с применением двух электродвигателей.

Задачей заявленного способа является упрощение пуска ДВС.

Техническим результатом, который достигается при осуществлении заявленного способа, является сокращение количества электродвигателей с двух до одного.

Решение поставленной задачи достигается тем, что при осуществлении пуска двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем и маховиком, кинематически связанными между собой и валом двигателя внутреннего сгорания через дифференциальный механизм, подключают к источнику питания электродвигатель, обеспечивая вращение его вала, осуществляют аккумуляцию энергии маховиком и изменяют крутящий момент электродвигателя на противоположный, причем согласно заявленному способу водило дифференциального механизма соединено с маховиком, аккумуляцию энергии маховиком осуществляют, блокируя дифференциальный механизм, и снимают его блокировку в момент изменения крутящего момента электродвигателя на противоположный.

Заявленный способ может осуществляться так, что для блокировки дифференциального механизма используют обгонную муфту.

Заявленный способ может осуществляться так, что дифференциальный механизм выполнен в виде планетарного редуктора, солнечная шестерня которого соединена с валом электродвигателя, а коронная шестерня - с валом двигателя внутреннего сгорания.

Заявленный способ может осуществляться так, что электродвигатель выполнен вентильным, синхронным, со стабилизацией крутящего момента, изменение которого на противоположный обеспечивают путем изменения фазы переменного тока якорной обмотки.

Заявленный способ может осуществляться так, что в качестве источника питания используют батарею электрохимических конденсаторов.

Заявленный способ может осуществляться так, что водило дифференциального механизма соединено с маховиком через мультипликатор.

Заявленный способ может осуществляться так, что изменение крутящего момента электродвигателя на противоположный осуществляют тем позже, чем ниже температура окружающего воздуха.

Блокировка дифференциального механизма позволяет одним электродвигателем одновременно вращать маховик и вал ДВС. При этом скорость вращения ограничена выходной мощностью на валу электродвигателя.

Снятие блокировки дифференциального механизма при одновременном изменении крутящего момента электродвигателя на противоположный позволяет увеличить скорость вращения вала ДВС путем суммирования (с определенными коэффициентами) скоростей вращения водила, связанного с маховиком, и электродвигателя. При этом механическая мощность, используемая для вращения вала ДВС, кратковременно повышается за счет энергии маховика и превышает выходную мощность на валу электродвигателя.

Таким образом, заявленный способ позволяет производить предварительную прокрутку вала ДВС с последующим увеличением его скорости вращения, используя один электродвигатель, в отличие от прототипа, где необходимы два электродвигателя.

Заявленный способ соответствует критерию «промышленная применимость», так как устройства для его осуществления могут быть изготовлены на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, и для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что заявленный способ неизвестен из изученного уровня техники и, следовательно, соответствуют критерию «новизна».

Не выявлены другие решения, имеющие такую же совокупность отличительных признаков, как у заявленного способа, то есть заявленный способ не следует для специалиста явным образом из уровня техники и соответствует изобретательскому уровню.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

Фиг.1 - кинематическая схема осуществления заявленного способа;

Фиг.2 - графики скоростей вращения шестерен и водила дифференциального механизма в режиме прокрутки вала ДВС без подачи топлива.

Кинематическая схема осуществления заявленного способа содержит электродвигатель 1, маховик 2, вал 3 ДВС, дифференциальный механизм, выполненный в виде планетарного редуктора с солнечной шестерней 4, сателлитами 5 и коронной шестерней 6, приводную шестерню 7, обгонную муфту 8. Солнечная шестерня 4 соединена с валом электродвигателя 1, сателлиты 5 через водило соединены с маховиком 2, коронная шестерня 6 соединена с приводной шестерней 7. Приводная шестерня 7 является частью стандартного для автомобильных стартеров механизма привода (на схеме не представлен) и показана в состоянии зацепления с зубчатым венцом вала 3 ДВС. Обгонная муфта 8 установлена между солнечной шестерней 4 и коронной шестерней 6.

Электродвигатель 1 выполняется предпочтительно вентильным, синхронным, с механической характеристикой, обеспечивающей стабилизацию величины крутящего момента во всем диапазоне рабочих скоростей вращения. Принципы построения таких электродвигателей общеизвестны (Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность) / И.Е. Овчинников: Курс лекций. - СПб.: КОРОНА-Век, 2006. - 336 с.: ил.). Электродвигатель 1 имеет возможность изменения направления крутящего момента путем изменения фазы переменного тока якорной обмотки.

В качестве источника питания (на схеме не показан) для электродвигателя 1 может использоваться, в частности, аккумуляторная батарея, но так как заявленный способ предназначен преимущественно для низкотемпературных условий, предпочтительно использование батареи электрохимических конденсаторов асимметричной конструкции, способных обеспечить длительную прокрутку вала ДВС при температуре до -50°C.

С целью снижения массы маховика 2, последний может быть выполнен высокооборотным. В этом случае водило дифференциального механизма соединено с маховиком 2 через мультипликатор (повышающий редуктор, на схеме фиг.1 отсутствует).

Кинематическая схема работает следующим образом.

В исходном состоянии электродвигатель 1 обесточен и неподвижен, приводная шестерня 7 выведена из зацепления с зубчатым венцом вала 3 ДВС.

На первом этапе приводную шестерню 7 вводят в зацепление с зубчатым венцом вала 3 ДВС, затем подают напряжение на якорную обмотку электродвигателя 1. На валу электродвигателя 1 возникает крутящий момент mс, направление которого таково, что обгонная муфта 8 блокирует дифференциальный механизм, то есть скорости nс, nв и nк равны, где nс - скорость солнечной шестерни 4 и вала электродвигателя 1, nв - скорость водила и маховика 2, nк - скорость коронной шестерни 6, связанной с валом ДВС (фиг.2: интервал времени от 0 до 3 с). Происходит раскрутка маховика 2 и коронной шестерни 6 до максимальной рабочей скорости N электродвигателя 1. Данная скорость меньше, чем пусковая скорость NП, при которой происходит воспламенение рабочей смеси; вал ДВС прокручивают, обеспечивая разогрев рабочей поверхности цилиндров и поршней за счет работы газовых сил и уменьшение вязкости масла на трущихся поверхностях; длительность прокрутки увеличивают при снижении температуры окружающего воздуха, что позволяет подготовить ДВС к пуску.

На втором этапе изменяют направление крутящего момента на валу электродвигателя 1 (фиг.2: момент времени t=3с). Скорость nс солнечной шестерни 4 начинает уменьшаться, и обгонная муфта 8 разблокирует дифференциальный механизм; крутящий момент коронной шестерни 6 увеличивается:

mк=kmс,

где k - коэффициент передачи дифференциального механизма.

Скорость nк коронной шестерни 6 возрастает до уровня, при котором статический момент сопротивления на валу ДВС равен крутящему, после чего скорость nк стабилизируется. Данная скорость больше, чем пусковая скорость Nп и, если подается топливо, то воспламеняется рабочая смесь и происходит пуск ДВС.

Если воспламенения рабочей смеси не происходит (как показано на фиг.2), то прокрутка вала ДВС на максимальной скорости производится до тех пор, пока скорость nс солнечной шестерни 4 не уменьшится до предельного рабочего уровня - N электродвигателя 1; одновременно снижается скорость nв водила и маховика 2, то есть уменьшается запасенная в нем кинетическая энергия, за счет чего возрастает механическая мощность на валу ДВС. При этом одна часть энергии маховика 2 передается через сателлиты 5 и коронную шестерню 6 на вал ДВС; другая - через сателлиты 5, солнечную шестерню 4 и электродвигатель 1 сначала идет на подзарядку источника питания (фиг.2: интервал времени от 3 до 3,5 с), так как электродвигатель 1 кратковременно переходит в генераторный режим, и затем возвращается (фиг.2: после момента времени t=3,5 с).

Таким образом, заявленное изобретение, не уступая прототипу по своим функциональным возможностям и энергоэффективности, может быть осуществлено с использованием одного электродвигателя.

1. Способ пуска двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем и маховиком, кинематически связанными между собой и валом двигателя внутреннего сгорания через дифференциальный механизм, заключающийся в том, что подключают к источнику питания электродвигатель, обеспечивая вращение его вала, осуществляют аккумуляцию энергии маховиком и изменяют крутящий момент электродвигателя на противоположный, отличающийся тем, что водило дифференциального механизма соединено с маховиком, аккумуляцию энергии маховиком осуществляют, блокируя дифференциальный механизм, и снимают его блокировку в момент изменения крутящего момента электродвигателя на противоположный.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для блокировки дифференциального механизма используют обгонную муфту.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дифференциальный механизм выполнен в виде планетарного редуктора, солнечная шестерня которого соединена с валом электродвигателя, а коронная шестерня - с валом двигателя внутреннего сгорания.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен вентильным, синхронным, со стабилизацией крутящего момента, изменение которого на противоположный обеспечивают путем изменения фазы переменного тока якорной обмотки.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве источника питания используют батарею электрохимических конденсаторов.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что водило дифференциального механизма соединено с маховиком через мультипликатор.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение крутящего момента электродвигателя на противоположный осуществляют тем позже, чем ниже температура окружающего воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в конструкциях грузовых автомобилей. .

Изобретение относится к судовой энергетике и может быть использовано при запуске дизелей спасательных шлюпок. .

Изобретение относится к транспортному машиностроению и служит для запуска двигателей внутреннего сгорания с большим рабочим объемом, имеющих элементы трансмиссии (большегрузные автомобили, сельскохозяйственная и строительная техника).

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для запуска двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей, при низких температурах окружающей среды.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях для малогабаритных механизированных орудий, например мотокультиваторов, мотокосилок с пусковым устройством, оснащенным системой для облегчения запуска двухтактного двигателя путем декомпрессии его цилиндра.

Изобретение относится к машиностроению, в частности в двигателестроению, а именно к способам запуска двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к пусковым устройствам двигателей внутреннего сгорания, в частности к стартерам-генераторам двигателей транспортных средств. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на транспорте в качестве стартера для запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано на автономных и стационарных установках, где используют ДВС. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано на автономных и стационарных установках, где используются двигатели внутреннего сгорания.

Изобретение относится к механизму передачи пускового момента двигателю внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве стартерной муфты свободного хода. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам электростартерного пуска ДВС. .

Изобретение относится к бесплунжерным обгонным муфтам стартера, имеющим групповое прижимное устройство для заклинивающих роликов. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания. .

Стартер // 2050461
Изобретение относится к стартеру, в особенности свободно входящему в сцепление стартеру, с электромотором, ротор которого через муфту свободного хода приводит в действие малую шестерню для привода зубчатого венца двигателя внутреннего сгорания, причем несущий малую шестерню конец приводного вала устанавливается на подшипниках в торцовой стенке кожуха.

Изобретение может быть использовано в устройствах для запуска двигателя внутреннего сгорания. Устройство (1) для запуска двигателя (9) внутреннего сгорания включает в себя выход (3), который соединяется с коленчатым валом (7) двигателя внутреннего сгорания, когда это устройство взаимодействует с двигателем внутреннего сгорания, первый вспомогательный привод (11), который соединяется с выходом через узел (13) и в котором имеется первая ветвь (15) передачи, находящаяся между первым вспомогательным приводом (11) и узлом (13), и вторая ветвь (17) передачи, находящаяся между узлом (13) и выходом (3). Имеется второй вспомогательный привод (19), который соединен с выходом (3) через узел (13) и в котором имеется третья ветвь (21), находящаяся между вторым вспомогательным приводом (19) и узлом (13). Устройство (1) снабжено первой сцепной муфтой (23); которая находится в первой ветви (15) передачи и второй муфтой (25), которая находится в третьей ветви (21) и может соединять друг с другом два вспомогательных привода. Технический результат заключается в возможности разгрузки электродвигателя привода. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх