CS261780B1 - Spouštěcí souprava spalovacího motoru sdružená se zdrojem elektrické­ ho proudu - Google Patents

Abstract

Reěenl se týká spouštěcí soupravy spalovacího motoru sdružené se zdrojem elektrického proudu, určené pro velmi časté spouštění spalovacích motorů automobilů vybavených zařízením pro automatické spouštěni a vypínání motoru při zastavení, při jízdě setrvačností a při jízdě ze svahu. Reěenl umožňuje dosáhnout výrazného snížení škodlivých exhalací, zvláště ve.městech, při současných úsporách paliva. Řešení spouštěcí soupravy splňuje všechny požadavky na velmi časté spouštění motoru a životnost spouštěcí soupravy je prakticky limitována jen životnosti ložisek. Využitím elektroniky se dosahuje výrazné­ ho zjednodušení mechaniky spouštěcí soupravy a zdroje proudu pro nabíjení akumulá­ toru. Jediným pohybovým dílem zařízení je rotor ve tvaru disku tvořený permanentním magnetem, který se trvale otáčí s klikovou hřídelí motoru. Spouštěcí souprava sdružená se zdrojem elektrického proudu nemá komutátor ani žádný jiný třecí nebo spínací kontakt.

Description

Vynález se týká spouštěcí soupravy spalovacího motoru sdružené se zdrojem elektrického proudu určené pro velmi časté spouštění motorů automobilů vybavených elektronikou pro automatické spouštění a vypínání motoru při zastavení, při jízdě setrvačnosti a při jízdě ze svahu.

Jedno z dílčích řešení snižování exhalaci motorových vozidel, zvláště ve městech, spočívá ve vyloučení volného Chodu spalovacího motoru nebo alespoň jeho omezení na nezbytně nutnou dobu. Vyloučením volného Chodu, tzn. režimu nepříznivého pro účinný průběh spalování, lze dosáhnout snížení škodlivých exhalací a zároveň významných úspor paliva. Snaha vyloučit volný chod spalovacího motoru, nebo jej alespoň omezit jen na nezbytně nutnou dobu, vynucuje řadu změn v konstrukci motorů, převodovky a .příslušenství automobilu. Automobil musí být vybaven elektronikou pro automatické vypínání a spouštění motoru při zastavení, při jízdě setrvačnosti a při jízdě ze svahu. Na základě údajů z celé řady snímačů elektronika přesně, rychle a bezpečně zajištuje ekonomické vypínání motoru a zamezuje tak zbytečnému plýtvání energii. Posilovače a jiné pomocné mechanismy pro bezpečnou a pohodlnou jízdu, kterým dosud chod motoru zajištoval energii pro jejich funkci, mají v tomto případě energii uhrazenou daleko ekonomičtěji z energeticky méně náročného zdroje, než je spalovací motor. Karburátor motoru musí být opatřen ventilem pro uzavírání volnoběžné trysky při deceleraci. Také rychlostní skříň vyžaduje určité změny, z nichž na.prvním místě lze uvést volnoběžku na všech rychlostních stupních s možností vyřazení její funkce. Technickým problémem, který dosud nebyl vyřešen uspokojivě, je spouštěcí souprava pro velmi časté spouštění motoru.

Dosavadní spouštěcí souprava nesplňuje požadavky na velmi časté spouštění motoru. Ekonomické přínosy z úspor paliva obvykle nevyvažují náklady na výměnu opotřebených dílů spouštěcí soupravy, která není dimenzována na takový způsob provozu. Nejčastěji se opotřebuje poměrně složitá mechanika spouštěče, jako např. výsuvný mechanismus spouštěče, pastorek, věnec setrvačníku, komutátor a zejména kartáče komutátoru. Také kontakty elektromagnetického spínače, které spínají obrovské proudy při záběru spouštěče, podléhají opotřebení.

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení dle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že elektromotor spouštěcí soupravy je plochý stejnosměrný motor s třífázovým statorovým vinutím a snímačem polohy rotoru, jehož rotor je permanentní magnet ve tvaru 'disku, jenž je pevně spojený s osou klikové hřídele spalovacího motoru, takže je setrvačníkem spalovacího motoru. Blok elektroniky řízení komutace a tranzistorový přepínač tvoří elektronický komutátor při spouštění spalovacího motoru, zatímco po rozběhu spalovacího motoru je zdrojem proudu třífázové statorové vinutí stejnosměrného motoru a regulátorem nabíjecího proudu je blok elektroniky řízení tyristorů a řízený můstkový usměrňovač. Výstupy snímače polohy rotoru jsou spojeny se vstupy bloku elektroniky řízení komutace a bloku elektroniky řízení tyristorů tak, že výstup prvního stavového signálu je spojen se vstupem prvního stavového signálu bloku elektroniky řízení komutace a zároveň s prvním vstupem bloku elektroniky řízení tyristorů, výstup druhého stavového signálu je spojen se vstupem druhého stavového signálu bloku elektroniky řízení komutace a zároveň s druhým vstupem bloku elektroniky řízení tyristorů a výstup třetího stavového signálu je spojen se vstupem třetího stavového signálu bloku elektroniky řízení komutace a zároveň se třetím vstupem bloku elektroniky řízení tyristorů. Třífázové statorové vinutí stejnosměrného motoru je propojeno s tranzistorovým přepínačem a řízeným můstkovým usměrňovačem tak, že svorka první fáze je spojena s výstupem první fáze tranzistorového přepínače a vstupem první fáze řízeného můstkového usměrňovače, svorka druhé fáze je spojena s výstupem druhé fáze tranzistorového přepínače a vstupem druhé fáze řízeného můstkového usměrňovače a svorka třetí fáze je spojena s výstupem třetí fáze tranzistorového přepínače a vstupem třetí fáze řízeného můstkového usměrňovače. Blok elektroniky řízeni komutace je spojen s tranzistorovým přepínačem tak, že první výstup je spojen se vstupem prvního tranzistoru první větve, druhý výstup je spojen se vstupem druhého tranzistoru první větve, třetí výstup je spojen se vstupem prvního tranzistoru druhé větve, čtvrtý výstup je spojen se vstupem druhého tranzistoru druhé větve, pátý výstup je spojen se vstupem prvního tranzistoru třetí větve a šestý výstup je spojen se vstupem druhého tranzistoru třetí větve. Svorka kladného napětí a svorka záporného napětí tranzistorového přepínače jsou připojeny na svorky akumulátoru. Blok elektroniky řízení tyristorů je spojen s řízeným můstkovým usměrňovačem tak, že výstup řízení první větve je spojen s řídicím vstupem první větve, výstup řízení druhé větve je spojen s řídicím vstupem druhé větve a výstup řízení třetí větvě je spojen s řídicím vstupem třetí větve.

První výstupní svorka řízeného můstkového usměrňovače je spojena se vstupem signálu úrovně napětí bloku elektroniky řízení ryristorů a jednou svorkou akumulátoru a druhá výstupní svorka řízeného můstkového usměrňovače je spojena s druhou svorkou akumulátoru.

ftálší podstata vynálezu spočívá v tom, že tranzistorový přepínač má tři samostatné paralelní větve, jejíchž první společný uzel je spojen se svorkou kladného napětí a druhý společný uzel je spojen se svorko, áporného napětí. Každá větev tranzistorového přepínače má dva v sérii zapojené spínací tranzistory a uzel mezi kolektorem a emitorem tranzistorů ' v první větvi je připojen na výstup první fáze a báze odpovídajících tranzistorů první větve jsou připojeny na vstup prvního tranzistoru první větve a vstup druhého tranzistoru první větve. Obdobně uzel mezi kolektorem a emitorem tranzistorů v druhé větvi je připojen na výstup druhé fáze a báze odpovídajících tranzistorů druhé větve jsou připojeny na vstup prvního tranzistoru druhé větve a vstup druhého tranzistoru druhé větve. Obdobně uzel mezi kolektorem a emitorem tranzistorů v třetí větvi je připojen na výstup třetí fáze a báze odpovídajích tranzistorů třetí větve jsou připojeny na vstup prvního tranzistoru třetí větve a vstup druhého tranzistoru třetí větve. Dále spočívá podstata vynálezu v tom, že řízený můstkový usměrňovač má tři samostatné paralelní větve a každá větev má dva v sérii zapojené usměrňovače. První společný uzel paralelních větví je připojen na první výstupní svorku a druhý společný uzel paralelních větví je připojen na druhou výstupní svorku řízeného můstkového usměrňovače. Uzel mezi katodou a anodou usměrňovačů první větve je připojen na vstup první fáze, uzel mezi katodou a anodou usměrňovačů druhé větve je připojen na vstup druhé fáze a uzel mezi katodou a anodou usměrňovačů třetí větve je připojen na vstup třetí fáze řízeného můstkového usměrňovače. Vstup pro řízení usměrnění proudu v první větvi je připojen na vstup první větve, vstup pro řízení usměrnění proudu v druhé větvi je připojen na vstup druhé větve a vstup pro řízení usměrnění proudu ve třetí větvi je připojen na vstup třetí větvě.

Další podstatou vynálezu je, že alespoň jeden usměrňovač v každé větvi řízeného můstkového usměrňovače je tyristor.

Nová spouštěcí souprava sdružená se zdrojem elektrického proudu splňuje všechny požadavky na velmi časté spouštění spalovacího motoru. Řešení využívá všech předností elektroniky k dosažení výrazného zjednodušení mechaniky spouštěcí soupravy i zdroje proudu pro nabíjení akumulátoru. Z mechanických pohyblivých dílů zůstal pouze diskový rotor spouštěče, tvořený permanentním magnetem, který se trvale otáčí s klikovou hřídeli spalovačího motoru a tvoří tak v podstatě setrvačník spalovacího motoru. Odpadají některé exponované díly jako např. výsuvný mechanismus spouštěče s elektromagnetem a spínačem spouštěče. Odpadá ozubený převod, tzn. pastorek spouštěče a ozubený věnec setrvačníku. Spouštěcí souprava sdružená se zdrojem elektrického proudu nemá komutátor ani žádný jiný třecí kontakt nebo spínací kontakt ve spouštěči, respektive v alternátoru nebo v regulátoru nabíjecího proudu. Životnost zařízení je prakticky limitována životností ložisek. Neméně významné zjednodušení příslušenství spalovacího motorů spočívá v tom, že spouštěč a zdroj elektrického proudu tvoří jeden kompaktní celek,/který je pevně spojen s blokem motoru. Zdánlivě komplikovaná elektronika je realizována dvěma logickými integrovanými obvody zákaznického typu. Jeden logický integrovaný obvod tvoří kompletní elektroniku řízení komutace, zatímco druhý integrovaný obvod tvoří elektroniku řízení tyristorů. Vysoce přesné číslicové řízení nabíjecího proudu má příznivý vliv na zvýšení životnosti akumulátoru. Elektronika výkonové části je zjednodušena na nejmenší míru a další zjednodušení lze dosáhnout již jen sdružením výkonových členů do jediného bloku nebo alespoň do dvojic pro řízení jednotlivých fází.

Sdružením spouštěcí soupravy a zdrojové soupravy se dosahuje snížení hmotnosti i úspor barevných kovů, zvláště mědi. Další úspora hmotnosti vyplývá z toho, že stejnosměrný motor s elektronickou komutaci má přibližně 50 až 60 % hmotnosti sériového motoru stejnosměrného.

Komutátorový sériový stejnosměrný motor, jehož záběrový moment působí přímo na klikové hřídeli spalovacího motoru, vychází pro stejný výkon hmotnější než elektromotor běžně užívané soupravy, kde se požadovaného momentu na klikové hřídeli dosahuje ozubeným převodem Naproti tomu spouštěcí soupravou sdruženou se zdrojem elektrického proudu a s elektronickou komutací se dosahuje celkové hmotnosti nižší než je hmotnost dosavadní spouštěcí soupravy a alternátoru.

Rozhodující přednost spouštěcí soupravy sdružené se zdrojem elektrického proudu je neobyčejná jednoduchost mechaniky. Koncepce spouštěcí soupravy podle vynálezu splňuje požadavky na velmi časté spouštění a vypínání motoru při zastavení, při jízdě setrvačnosti a při jízdě ze svahu. Řešení spouštěcí soupravy umožňuje důsledné vypínání spalovacího motoru v režimu nepříznivém pro účinný průběh spalování, což představuje volný chod motoru a umožňuje tak dosáhnout výrazného snížení exhalací, zvláště pak ve městech, při současných úsporách paliva.

Příklad provedení spouštěcí soupravy sdružené se zdrojem elektrického proudu je na připojeném obrázku.

Na obrázku je stejnosměrný motor £, jehož třífázové vinutí je připojeno na svorku 61 první fáze, svorku 62 druhé fáze a svorku 63 třetí fáze. Stejnosměrný motor £ je opatřen snímačem 2 polohy rotoru, jehož tři výstupy stavových signálů jsou připojeny na odpovídající vstupy bloku 2 elektroniky řízení komutace a bloku ý elektroniky řízení tyristorů. Blok £ elektroniky řízení komutace a tranzistorový přepínač £ tvoří elektronický komutátor stejnosměrného motoru f>. Spouštění spalovacího motoru uvede v činnost signál na vstupu 21 signálu spouštění bloku 2 elektroniky řízení komutace. Výstupy bloku £ elektroniky řízení komutace jsou spojeny s odpovídajícími vstupy tranzistorů tranzistorového přepínače £. Na svorku 31 kladného napětí a svorku 32 záporného napětí tranzistorového přepínače £ jsou připojeny svorky akumulátoru JL. Výstup ££1 první fáze, výstup 302 druhé fáze a výstup 303 třetí fáze tranzistorového přepínače 2 je vždy připojen na svorku odpovídající fáze stejnosměrného motoru 6.. Blok elektroniky řízení tyristorů má výstup 43 řízení první větve, výstup 44 řízení druhé větve a výstup 45 řízeni třetí větve připojen na vstup tyristorů v odpovídajích větvích řízeného můstkového usměrňovače 5. Dalším vstupem bloku 2 elektroniky řízení tyristorů je vstup 41 signálu úrovně napětí. Vstup 501 první fáze, vstup 502 druhé fáze a vstup 503 třetí fáze řízeného můstkového usměrňovače 5 je vždy připojen na svorku odpovídající fáze stejnosměrného motoru £.

Funkce spouštěcí soupravy spalovacího motoru sdruženého se zdrojem elektrického proudu je následující.

Po zasunutí klíčku do spínací skříňky automobilu se uvede do Chodu řídicí elektronika pro automatické spouštění a vypínání motoru. Podle zvolené polohy ovládacího prvku na ovládacím panelu pracuje řídicí elektronika bud v režimu ručního ovládání nebo v automatickém řežimu. V režimu ručního ovládání je spouštění motoru řízeno dosavadním způsobem, jen s tím rozdílem, že spouštění je zabezpečené proti chybné manipulaci. V automatickém režimu elektronika zpracovává údaje celé řady snímačů jako např. snímače polohy pedálu plynu, snímače polohy pedálu spojky, snímače otáček motoru, rychlosti vozidla, množství nasávaného vzduchu, teploty chladicí kapaliny, teploty a tlaku vzduchu, které nejsou na výkrese znázorněny. Na základě těchto údajů řídicí elektronika neustále optimalizuje režim motoru a řídí i jeho vypínání a spouštění.

V okamžiku spouštění spalovacího motoru je na vstupu 21 signálu spouštění signál, která uvede v činnost blck 2 elektroniky řízení komutace ovládající tranzistorový přepínač £, který řídí přepínání proudů v třífázovém statorovém vinutí stejnosměrného motoru £ tak, aby výsledný moment motoru byl maximální. Přepínání proudů je závislé na poloze rotoru, tzn. na fázi stavových signálů na výstupu 71 prvního stavového signálu, na výstupu 72 druhého stavového signálu a na výstupu 73 třetího stavového signálu snímače 2 polohy rotoru, které jsou přiváděny na vstupu bloku 2_ elektroniky řízení komutace. Po rozběhu spalovacího motoru se automaticky zruší signál na vstupu 21 signálu spouštění a spouštění spalovacího motoru se ukončí. V tomto režimu je třífázové statorové vinutí zdrojem proudu. Stejnosměrný motor £ pracuje jako alternátor s buzením permanentním magnetem. Nabíjecí proud akumulátoru _1 řídí blok .4 elekroniky řízení tyristorů. Blok 4 elektroniky řízeni tyristorů vyhodnocuje velikost napětí akumulátoru 1. na vstupu 41 signálu úrovně napětí, dále vyhodnocuje Výstupní napětí alternátoru, jenž je úměrné frekvenci stavových signálů snímače 2 polohy rotoru a současně vyhodnocuje fázi těchto signálů jako referenci pro řízení tyristorů v jednotlivých větvích řízeného můstkového usměrňovače 5.

Alternativně lze použit pro řízení můstkového usměrňovače 5 výstupní průběhy napětí jednotlivých fází na svorce 61 první fáze, svorce 62 druhé fáze a svorce 63 třetí fáze statorového vinutí. Usměrněním tohoto napětí pomocí referenčních diod v elektronice řízení tyristorů 2 ^se získá informace o velikosti napětí. Zároveň fáze těchto signálů poskytuje informaci o poloze rotoru nezbytnou pro řízení tyristorů v jednotlivých větvích řízeného můstkového usměrňovače !5.

Claims (4)

1. Spouštěcí souprava spalovacího motoru sdružená se zdrojem elektrického proudu vyznačená tím, že elektromotor spouštěcí soupravy je plochý stejnosměrný motor (6) s třífázovým statorovým vinutím a snímačem (7) polohy rotoru, jehož rotor je permanentní magnet ve tvaru disku, jenž je pevně spojený s osou klikové hřídele spalovacího motoru, takže je setrvačníkem spalovacího motoru, přičemž blok (2) elektroniky řízení komutace a tranzistorový přepínač (3) tvoří elektronický komutátor spalovacího motoru, zatímco zdrojem je třífázové statorové vinutí stejnosměrného motoru (6) a regulátorem nabíjecího proudu je blok (4) elektro niky řízení tyristorů a řízený můstkový usměrňovač (5), přičemž výstupy snímače (7) polohy rotoru jsou spojeny se vstupy bloku (2) elektroniky řízení komutace a bloku (4) elektroniky řízeni tyristorů tak, že výstup (71) prvního stavového signálu je spojen se vstupem (201) prvního stavového signálu a zároveň s prvním vstupem (48) , výstup (72) druhého stavového signálu je spojen se vstupem (202) druhého stavového signálu a zároveň s druhým vstupem (47), výstup (73) třetího stavového signálu je spojen se vstupem (203) třetího stavového signálu a zároveň se třetím vstupem (46), zatímco třífázové statorové vinutí stejnosměrného motoru (6) je propojeno s tranzistorovým přepínačem (3) a řízeným můstkovým usměrňovačem (5) tak, že svorka (61) první fáze je spojena s výstupem (301) první fáze a vstupem (501) první fáze, svorka (62) druhé fáze je spojena s výstupem (302) druhé fáze a vstupem (502) druhé fáze, svorka (63) třetí fáze je spojena s výstupem (303) třetí fáze a vstupem (503) třetí fáze, kdežto blok (2) elektroniky řízení komutace, který má vstup signálu spouštění (21) je spojen s tranzistorovým přepínačem (3) tak, že první výstup (23) je spojen se vstupem (33) prvního tranzistoru první větve, druhý výstup (24) je spojen se vstupem (34) druhého tranzistoru první větve, třetí výstup (25) je spojen se vstupem (35) prvního tranzistoru druhé větve, čtvrtý výstup (26) je spojen se vstupem (36) druhého tranzistoru druhé větvě, pátý výstup (27) je spojen se vstupem (37) prvního tranzistoru třetí větve, šestý výstup (28) je spojen se vstupem (38) druhého tranzistoru třetí větve, přičemž svorka (31) kladného napětí a svorka (32) záporného napětí tranzistorového přepínače (3) jsou připojeny na svorky akumulátoru (1), zatímco blok (4) elektroniky řízení tyristorů je spojen s řízeným můstkovým usměrňovačem (5) tak, že výstup (43) řízení první větve je spojen s řídicím vstupem (53) první větve, výstup (44) řízeni druhé větve je spojen s řídicím vstupem (54) druhé větve, výstup (45) řízení třetí větve je spojen s řídicím vstupem (55) třetí větve, přičemž první výstupní svorka (51) je spojena se vstupem (41) signálu úrovně napětí a zároveň s jednou svorkou akumulátoru (1) a druhá výstupní svorka (52) je spojena s druhou svorkou akumulátoru (1).

2, Spouštěcí souprava spalovacího motoru sdružená se zdrojem elektrického proudu podle bodu 1 vyznačená tím, .”< tranzistorový přepínač (3) má tři samostatné paralelní větve, jejichž první společný uzel je spojen se svorkou (31) kladného napětí a druhý společný uzel je spojen se svorkou (32) záporového napětí, přičemž každá větev má dva v sérii zapojené spínací tranzistory a uzel mezi kolektorem a emitorem tranzistorů v první větvi je připojen na výstup (301) první fáze a báze odpovídajících tranzistorů první větve jsou připojeny na vstup (33) prvního tranzistoru první větve a vstup (34) druhého tranzistoru první větve a obdobně uzel mezi kolektorem a emitorem tranzistorů v druhé větvi je připojen na výstup (302) druhé fáze a báze odpovídajících tranzistorů druhé větve jsou připojeny na vstup (35) prvního tranzistoru druhé větve a vstup (36) druhého tranzistoru druhé větvě a obdobně uzel mezi kolektorem a emitorem tranzistorů v třetí větvi je připojen na výstup (303) třetí fáze a báze odpovídajících tranzistorů třetí větve jsou připojeny na vstup (37) prvního tranzistoru třetí větve a vstup (38) druhého tranzistoru třetí větve. .

3. Spouštěcí souprava spalovacího motoru sdružená se zdrojem elektrického proudu podle bodu 1 vyznačená tím, že řízený můstkový usměrňovač (5) má tři samostatné paralelní větve, přičemž každá větev má dva v sérii zapojené usměrňovače a první společný uzel paralelních větví je připojen na první výstupní svorku (51) a druhý společný uzel paralelních větví je připojen na druhou výstupní svorku (52), přičemž uzel mezi katodou a anodou usměrňovačů první větve je připojen na vstup (501) první fáze, uzel mezi katodou a anodou usměrňovačů druhé větve je připojen na vstup (502) druhé fáze a uzel mezi katodou a anodou usměrňovačů třetí větve je připojen na vstup (503) třetí fáze, kdežto vstup pro řízení usměrněni proudu v první větvi je připojen na vstup (53) první větve, vstup při řízení usměrnění proudu v druhé větvi je připojen na vstup (54) druhé větve a vstup pro řízeni usměrněni proudu ve třetí větvi je připojen na vstup (55) třetí větve.

4. Spouštěcí souprava spalovacího motoru sdružená se zdrojem elektrického proudu podle bodu 1 a 3 vyznačená tím, že alespoň jeden usměrňovač v každé větvi řízeného můstkového usměrňovače (5) je tyristor.