Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, оснащенного каталитическим конвертером

 

Использование: для запуска двигателя внутреннего сгорания, оснащенного электрически нагреваемым каталитическим конвертором. Сущность изобретения: система включает аккумуляторную батарею, стартер, замыкающие контакты тягового рыле и конденсаторную батарею, которая снабжена устройством ее разогрева с коммутационным элементом, подключенным к ее полюсам. В цепь коммутационного элемента включен электрический подогреватель каталитического конвертора. По другому варианту электрический подогреватель включен между отрицательным полюсом конденсаторной батареи и общей шиной, закорочен автономным коммутационным элементом и служит токоограничивающим резистором при заряде конденсаторной батареи. В обоих вариантах конденсаторная батарея собрана путем последовательно-параллельного соединения из импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости с двойным электрическим слоем. Система может быть использована в транспортных средствах, автомобилях, гибридных электромобилях, автобусах, мотоциклах, судах, в сельскохозяйственных машинах, а также на передвижных и стационарных дизель-электростанциях. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам запуска двигателей внутреннего сгорания, а более точно к системам электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, снабженного каталитическим конвертером с электрическим нагревательным устройством.

Под термином "каталитический конвертер" подразумевается каталитический нейтрализатор отработанных газов, снабженный устройством его подогрева, подключенным к конвертеру. Последние годы каталитические конвертеры привлекают внимание специалистов в связи с появлением новых конструкций, приближающихся к требуемым нормам для "экономически чистых" транспортных средств, в частности автомобилей.

Известна система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая аккумуляторную батарею (АБ) с выключателем, контакты которого подключены к ее отрицательному полюсу и шине нулевого потенциала, стартер, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, тяговое реле, замыкающие контакты которого подключены к положительным полюсам аккумуляторной батареи и стартера, конденсаторную батарею (КБ), подключенную к положительному полюсу аккумуляторной батареи и шине нулевого потенциала и снабженную устройством ее разогрева, содержащим коммутационный элемент, подключенный к полюсам КБ, и блок управления коммутационным элементом, подключенный к положительному полюсу АБ и через выключатель коммутационного элемента к отрицательному полюсу АБ (Международная заявка РСТ/SU90/00191 от 27.07.90).

Известны также разработанные за рубежом и в СССР конденсаторы с двойным электрическим слоем, получившие в России название импульсных конденсаторов сверхвысокой емкости. Они в наибольшей степени отвечают требованиям по удельной мощности и энергетическим характеристикам, предъявляемым системой электростартерного пуска к КБ.

Известны также электрические нагреваемые катализаторы, используемые в сочетании с основным конвертером (преобразователем) для снижения выброса экологически вредных веществ (выхлопных газов) при запуске двигателей внутреннего сгорания.

Для увеличения скорости разогрева конвертера при питании от бортовой аккумуляторной батареи приходится завышать ее энергоемкость, особенно если включение подогревателя конвертера происходит одновременно с запуском двигателя (Atomotive Engineering, July, 1992, V.100, No 7, p.21). Дpугим недостатком является загрузка АБ дополнительным разрядным током, сопоставимым со стартерным, при включении электрического подогревателя конвертера, что приводит к снижению ее срока службы и надежности запусков двигателя, особенно в холодном состоянии.

Система электростартерного пуска по заявке РСТ/SU90/00191 от 27.07.90 наиболее близка по технической сущности к предлагаемой и выбрана в качестве прототипа.

Существенными признаками системы-прототипа является сочетание АБ с конденсаторной батареей, снабженной устройством ее электрического разогрева, содержащим управляемый коммутационный элемент. Однако при использовании двигателя внутреннего сгорания с электрически подогреваемым каталитическим конвертером ее схема не обеспечивает оптимального сочетания устройства разогрева АБ и электрического подогревателя конвертера, в результате чего приходится завышать энергоемкость АБ и КБ или устанавливать дополнительную АБ, особенно если включение подогревателя конвертера проводится одновременно с запуском двигателя. Кроме того, АБ загружается дополнительным разрядным током, сопоставимым со стартерным, что приводит к снижению срока службы АБ и надежности запуска двигателя, особенно в холодном состоянии.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков прототипа. Предлагаются два варианта схемы включения в систему-прототип электрического подогревателя конвертера: подогреватель конвертера включается последовательно с коммутационным элементом устройства разогрева КБ; подогреватель конвертера включается между отрицательным полюсом КБ и общей шиной, а автономный коммутационный элемент подключен параллельно подогревателю.

Совокупностью существенных признаков изобретения по первому варианту является схемное сочетание АБ и КБ, снабженной устройством ее pазогpева, содержащим коммутационный элемент, причем в цепь последнего включен электрический подогреватель каталитического конвертера.

Совокупностью существенных признаков изобретения по второму варианту является схемное сочетание АБ и КБ, снабженной устройством ее разогрева, содержащим коммутационный элемент, причем электрический подогреватель конвертера включен между отрицательным полюсом КБ и общей шиной, а автономный коммутационный элемент подключен параллельно подогревателю.

Существенным признаком обоих вариантов изобретения является то, что КБ собрана путем последовательно-парал- лельного соединения из импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости с двойным электрическим слоем.

Отличительными признаками изобретения от прототипа являются: по первому варианту электрический подогреватель каталитического конвертера включен последовательно с коммутационным элементом устройства разогрева КБ; по второму варианту электрический подогреватель конвертера включен между отрицательным полюсом КБ и общей шиной, а автономный коммутационный элемент подключен параллельно подогревателю; в обоих вариантах КБ собрана путем последовательно-параллельного соединения из импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости с двойным электрическим слоем.

Технический результат, заключающийся в увеличении скорости разогрева конвертера и срока службы АБ и КБ при повышенной надежности запуска двигателя, достигается путем предлагаемого схемного сочетания устройства разогрева АБ и электрического подогревателя конвертера, что обеспечивает повышение мощности в нагрузке без использования дополнительной АБ, энергоемкость которой должна быть сопоставима с основной (стартерной) АБ.

На фиг. 1 и 2 изображены принципиальные схемы системы электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания с каталитическим конвертером.

Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания с электрически нагреваемым каталитическим конвертером содержит АБ 1, выключатель 2, контакты которого подключены к отрицательному полюсу АБ 1 и общей шине 3, стартер 4, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, тяговое реле, замыкающие контакты 5 которого подключены к положительным полюсам АБ 1 и стаpтеpа 4, а его обмотка 6 управления соединена с положительным полюсом АБ 1 и через выключатель стартера 7 с общей шиной 3, конденсаторную батарею 8, снабженную устройством ее разогрева, содержащим коммутационный элемент 9, подключенный к полюсам конденсаторной батареи 8 последовательно с электрическим подогревателем 10 каталитического конвертера.

По другому варианту изобретения электрический подогреватель 10 включен между отрицательным полюсом конденсаторной батареи 8 и общей шиной 3, запараллелен автономным коммутационным элементом 11 и служит токоограничивающим резистором при заряде конденсаторной батареи 8. В указанных двух вариантах конденсаторная батарея 8 выполнена на базе импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости с двойным электрическим слоем.

Предлагаемая система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

В первом варианте (фиг. 1) при замыкании контактов выключателя 2 аккумуляторная батарея 1 подключается к электрической сети, например, автомобиля, и к конденсаторной батарее 8, которая заряжается при этом до номинального напряжения аккумуляторной батареи 1. При достижении номинального напряжения происходит замыкание контактов коммутационного элемента 9, обеспечивается замыкание конденсаторной батареи 8 через электрический подогреватель 10 конвертера и выделение запасенной электрической энергии в виде тепла внутри конденсаторной батареи 8 и конвертера. Через несколько секунд при необходимости производят повторные заряды конденсаторной батареи 8 и ее разряды через коммутационный элемент 9 и электрический подогреватель 10 конвертера. После достаточного прогрева конвертера конденсаторная батарея 8 заряжается вновь, затем включаются замыкающие контакты 5, тяговое реле, обеспечивается подача напряжения на стартер 4, прокрутка и запуск двигателя.

Во втором варианте (фиг. 2) конденсаторная батарея 8 может заряжаться от аккумуляторной батареи 1 непосредственно через автономный коммутационный элемент 11 или через электрический подогреватель 10 при отключенном коммутационном элементе 9. Прогрев конвертера осуществляется как при заряде через его электрический подогреватель 10, так и при разряде конденсаторной батареи 8 через коммутационный элемент 9 при отключенных выключателе 2 и автономном коммутационном элементе 11.

После достаточного прогрева конвертера конденсаторная батарея 8 заряжается вновь, затем включаются замыкающие контакты 5, тяговое реле при включенном автономном коммутационном элементе 9, обеспечивается подача напряжения на стартер 4, прокрутка и запуск двигателя.

В обоих вариантах конденсаторную батарею предлагается собирать путем последовательно-параллельного соединения из импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости с двойным электрическим слоем.

Благодаря предлагаемому схемному решению система пуска с сочетанием электрических цепей устройства разогрева КБ и подогревателя конвертера обеспечивается снижение внутренних сопротивлений батарей, увеличение разрядного тока (мощности) в цепях стартера и подогревателя конвертера и, как следствие, повышение надежности работы и снижение выделения экологически вредных веществ при предпусковой подготовке и запуске двигателя в холодном состоянии.

Реализация изобретения обеспечивает также и одновременный с запуском прогрев конденсаторов и каталитического конвертера.

Изобретение может быть использовано в транспортных средствах: автомобилях, гибридных электромобилях, автобусах, мотоциклах, судах, в сельскохозяйственных машинах, а также на передвижных и стационарных дизель-электростанциях.

Формула изобретения

1. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ОСНАЩЕННОГО КАТАЛИТИЧЕСКИМ КОНВЕРТЕРОМ, содержащая аккумуляторную батарею, выключатель аккумуляторной батареи, подключенный к ее отрицательному полюсу и к общей шине, стартер, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, тяговое реле, замыкающий контакт которого включен между положительным полюсом аккумуляторной батареи и стартером, а обмотка управления соединена с положительным полюсом аккумуляторной батареи и через выключатель стартера с общей шиной, конденсаторную батарею, подключенную к положительному полюсу аккумуляторной батареи и общей шине и снабженную устройством разогрева, содержашим коммутационный элемент, подключенный к ее полюсам, отличающаяся тем, что она снабжена электрическим подогревателем конвертера, включенным последовательно с коммутационным элементом.

2. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, оснащенного каталитическим конвертером, содержащая аккумуляторную батарею, выключатель аккумуляторной батареи, подключенный к ее отрицательному полюсу и к общей шине, стартер, выполненный в виде электрической машины постоянного тока, тяговое реле, замыкающий контакт которого включен между положительным полюсом аккумуляторной батареи и стартером, а обмотка управления соединена с положительным полюсом аккумуляторной батареи и через выключатель стартера с общей шиной, конденсаторную батарею, подключенную к положительному полюсу аккумуляторной батареи и общей шине и снабженную устройством разогрева, содержащим коммутационный элемент, подключенный к ее полюсам, отличающаяся тем, что она снабжена электрическим подогревателем конвертера, включенным между отрицательным полюсом конденсаторной батареи и общей шиной, и автономным коммутационным элементом, подключенным параллельно подогревателю.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что конденсаторная батарея собрана путем последовательно-параллельного соединения импульсных конденсаторов с двойным электрическим слоем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2