SI23376A - Način izvedbe dvostopenjskega ali mehkega vklopazaganjalnika za motorje z notranjim izgorevanjem - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na način izvedbe dvostopenjskegaali mehkega vklopa zaganjalnika za motorje z notranjim izgorevanjem Izum izboljšuje sistem dvostopnejskega vklopa pri katerem se v prvi fazi vklopauporablja kot predupor motorskega dela vlečno navitje elektromagnetnega stikala tako da omogoča zmanjšanje vlečne sile elektromagnetnega stikalaneodvisno od držalne sile Z zmanjšanjem vlečne sile elektromagnetnega stikala se zmanjšajo udarci pogonskega zobnika v venec vztrajnika in posledično poškodbe čelnih ploskev obeh zobnikov Z zmanjšanjem vlečne sile v primeru vklopa "zob na zob" se omogoči lažje drsenje zob pogonskega zobnika po zobeh zobatega venca Oboje imaza posledico lažje vzobljenje pogonskega zobnikaz zobatim vencem vztrajnika in podaljšanje življenjske dobe obeh zobnikov

Description

NAČIN IZVEDBE DVOSTOPENJSKEGA ALI MEHKEGA VKLOPA ZAGANJALNIKA ZA MOTORJE Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM

Predmet izuma je način izvedbe dvostopenjskega ali mehkega vklopa zaganjalnika za motorje z notranjim izgorevanjem. Izum sodi po mednarodni patentni klasifikaciji v skupino F2N11/00.

Problem, ki ga izum rešuje je zagotavljanje zanesljivega in cenovno dostopnega dvostopenjskega sistema vklopa zaganjalnika za motoije z notranjim izgorevanjem s pomočjo posebnega načina vezave navitij elektromagnetnega stikala zaganjalnika. Sistem dvostopenjskega ali mehkega vklopa se uporablja predvsem pri zaganjalnikih večjih moči, nad 5 kW in sicer zaradi zagotavljanja daljše življenjske dobe pogonskega zobnika zaganjalnika in zobatega venca vztrajnika motorja z notranjim izgorevanjem. Princip delovanja sistema jev tem, da omogoča delovanje zaganjalnika z nazivno močjo šele ko je pogonski zobnik zaganjalnika popolnoma v vprijemu z zobatim vencem motorja z notranjim izgorevanjem.

Električni zaganjalnik, ki ga izum obravnava, je zaganjalnik večjih moči sestavljen iz motarskega dela, reduktorja, enosmerne sklopke, pogonskega zobnika, vklopnega vzvoda in elektromagnetnega stikala. Elektromagnetno stikalo je sestavljeno iz vlečnega in držalnega navitja, pomičnega jedra in trna na katerem je nameščena kontaktna ploščica, mirujočega kontaktnega para, ter različnih vzmeti, ki vračajo pomične dele v osnovni - izklopljen položaj. Zaganjalnik je pritrjen na motor z notranjim izgorevanjem in je električno povezan s stikalom za zagon v voznikovi kabini in z akumulatorsko baterijo, kot virom električne energije. Ob vklopu stikala za zagon motorja pride do ·· ·· ··· .

aksialnega premika pogonskega zobnika in vprijema (vzobljenja) z zobatim vencem vztrajnika motorja ter nato, z motorskim delovanjem zaganjalnika, do zavrtitve motorja z notranjim izgorevanjem. Motorski del zaganjalnika je istosmemi motor s serijsko zvezanima statorskim in rotorskim navitjem, zagotavlja vrtilni moment na gredi zaganjalnika potreben za zavrtitev motorja z notranjim izgorevanjem. Sklopka na gredi prenaša vrtilni moment le v smeri motorski del pogonski zobnik in na ta način ščiti motorski del pred uničenjem v času, ko motor z notranjim izgorevanjem že deluje z lastnim pogonom, pogonski zobnik pa je še vedno v vprijemu z zobatim vencem vztrajnika motorja. Po vklopu stikala za zagon motorja, sta vlečno in držalno navitje elektromagnetnega stikala električno napajani pri čemer ustvarjata elektromagnetno silo, ki premika pomično jedro v središčno lego magnetnega polja. Sočasno s premikom jedra se preko vklopnega vzvoda vrši tudi premik pogonskega zobnika proti zobatemu vencu vztrajnika motorja z notranjim izgorevanjem, proti mirujočemu kontaktnemu paru pa se giblje tudi kontaktna ploščica, ki v določenem položaju sklene tokokrog akumulatorska baterija - motorski del zaganjalnika. Ob sklenitvi kontaktov elektromagnetnega stikala in začetku delovanja motorskega dela zaganjalnika z nazivno močjo se zaključi prva stopnja in začne druga stopnja delovanja zaganjalnika. Zaradi načina vezave navitij elektromagnetnega stikala se ob sklenitvi kontakta elektromagnetnega stikala prekine električno napajanje vlečnega navitja, električno napajano pa ostane le držalno navitje, ki zagotavlja silo za zadrževanje pogonskega zobnika v vprijemu z zobatim vencem vztrajnika motorja in zadrževanje sklenjenega kontakta elektromagnetnega stikala. Opisano stanje se vzdržuje do konca zagona, ki se izvrši z izklopom stikala za zagon običajno v kabini vozila. Življenjska doba zaganjalnika je med drugim odvisna tudi od obrabe in poškodb zob pogonskega zobnika zaganjalnika in zobatega venca na vztrajniku motorja, ki nastajajo med vzobljanjem in med delovanjem zaganjalnika z nazivno močjo. Med vzobljanjem nastajajo poškodbe predvsem na čelnih ploskvah zob, med delovanjem pa so obrabi podvrženi predvsem boki zob.

Pri običajni izvedbi vklopa zaganjalnika ali »direktnem« vklopu je konstrukcija vklopnega mehanizma zaganjalnika takšna, da dovoljuje delovanje motorskega dela z nazivno močjo tudi v razmerah, ko pogonski zobnik zaganjalnika ni vzobljen - položaj »zob na zob« oziroma še ni popolnoma vzobljen v zobati venec vztrajnika motorja. Pri tem se lahko pojavijo nezaželena stanja, ki povečujejo obrabo in lom zob. Prvo od stanj je, da pogonski zobnik zaganjalnika ostane v položaju »zob na zob« pri čemer motorski del že deluje z nazivno močjo kar povzroči močno obrabo, značilen zvok drgnjenja kovine ob kovino in povečano verjetnost loma. Drugo stanje je, ko pogonski zobnik ne vzobi popolnoma in motorski del že deluje z nazivno močjo pri čemer se nazivni vrtilni moment prenaša preko zmanjšane naležne površine med boki zob pogonskega zobnika in zobatega venca vztrajnika. To povečuje verjetnost loma in obrabo zob. Opisani problemi se stopnjujejo s povečevanjem moči zaganjalnika.

·· ·· ·.· .

Zgoraj navedene pomanjkljivosti »direktnega« sistema vklopa rešujejo »dvostopenjski« oziroma »mehki« sistemi vklopa za katere je poznanih in v uporabi več rešitev. Poznane rešitve rešujejo naštete problem »direktnega« vklopa tako, da v prvi fazi zagona zagotavljajo vrtenje pogonskega zobnika z vrtilno hitrostjo, ki je manjša od nazivne. Takšno vrtenje povečuje verjetnost, da zob pogonskega zobnika najde režo med zobmi zobatega venca vztrajnika motorja ter tako zmanjšuje pogostost stanj »zob na zob«. Nadalje so v vklopni mehanizmi pri »dvostopenjskih« sistemi zasnovani tako da je, ob sklenitvi kontaktov v elektromagnetnem stikalu, pogonski zobnik v popolnem ujemu z zobmi zobatega venca vztrajnika motorja. Poznane so tudi rešitve, predvsem elektronske, pri katerih se s spremenljivim napajanjem vlečnega navitja uravnava potisna sila pogonskega zobnika in sicer tako, da začetnemu impulzu, potrebnemu za začetni aksialni premik, sledi zmanjšana sila v območju približevanja zobnika vztrajniku ter na koncu zopet povečana sila, ki zadrži pogonski zobnik v končnem položaju do zaključka zagona.

Poznanih zaščitenih rešitev dvostopenjskega vklopa zaganjalnikov je veliko, od naj starejših elektromehanskih kot so na primer US 2,542,712 podeljen GMC leta 1951, US 4,418,289 podeljen Facet Enterprises leta 1983 ter novejših, ki uporabljajo elektronske rešitve kot so na primer US 6,104,157 in US 6,308,674 podeljen R. Bosch leta 2000 in 2001, SI 20991 podeljen Iskri Avtoelektriki leta 2003. Znane rešitve v uporabi temeljijo na elektromehanskih rešitvah.

Znane elektromehanske rešitve se med seboj razlikujejo po načinu zagotavljanja primernega električnega toka za napajanje motorskega dela zaganjalnika v prvi stopnji zagona ter po različnih sistemih detekcije neuspešnega zagona oziroma stanja »zob na zob« in zaščite sklopa v slednjem primeru.

V prvi stopnji zagona je potrebno motorski del zaganjalnika napajati tako, da ta deluje z zmanjšano močjo to pa zahteva sorazmerno visok električni tok, običajno od 200A do 450 A. Napajanje je lahko izvedeno na tri načine: s pomočjo dodatnega statorskega navitja, s pomočjo upora in s pomočjo vlečnega navitja v stikalu. Rešitev z dodatnim statorskim navitjem je konstrukcijsko zahtevna in povečuje dimenzije zaganjalnika zato znane rešitve v uporabi temeljijo na rešitvi, ki uporablja vlečno navitje za predupor motorskega dela zaganjalnika.

Blokovno shemo opisane znane rešitve prikazuje slika 1. Sklop je sestavljen iz motorskega dela zaganjalnika (1), elektromagnetnega stikala (2) z vlečnim (3) in držalnim (4) navitjem, dodatnega releja (5), stikala za zagon motoija (6) in akumulatorske baterije (7), kot vira električne energije. Napajanje motorskega dela (1) z električnim tokom v prvi fazi vklopa, ko kontakt elektromagnetnega stikala (2) še ni sklenjen, je izvedeno s pomočjo dodatnega releja (5), ki je napajan preko stikala za zagon motorja (6). Ob sklenitvi stikala za zagon (6) je napajan dodatni rele • · ·· ··· ...

(5), kar ima za posledico sklenitev kontakta releja (5) pri čemer je zagotovljeno napajanje vlečnega (3) in držalnega (4) navitja elektromagnetnega stikala (2). električni tok skozi držalno navitje napaja motorski del zaganjalnika (1). Ustrezna velikost toka za napajanje motorskega dela (1) z močjo manjšo od nazivne se zagotovi z izbiro ustrezne upornosti vlečnega navitja (2). Ob sklenitvi kontakta elektromagnetnega stikala (2) teče električni tok samo še skozi držalno navitje (4), saj sta oba konca vlečnega navitja (3) priključena na enak električni potencial, motorski del (1) pa je napajan neposredno iz akumulatorske baterije (7) in deluje z nazivno močjo. Držalno navitje (4) zadržuje sklenjen kontakt elektromagnetnega stikala dokler je stikalo za zagon (6) sklenjeno. Velikost toka skozi držalno navitje je določena tako, da se navitje ne pregreva, držalno silo pa se zagotovi z ustreznim številom ovojev navitja. Po uspešnem zagonu motorja stikalo za zagon motorja (6) prekine napajanje dodatnega releja (5), ki nadalje prekine napajanje držalnega navitja (4) . Ker je v tem trenutku kontakt elektromagnetnega stikala (2) še sklenjen pride do napajanja vlečnega (3) in držalnega (4) navitja, ki sta sedaj vezani zaporedno. Zato, da lahko pride do prekinitve kontaktov elektromagnetnega stikala , mora biti elektromagnetna sila tako vezanih navitij enaka ali manjša od sil vzmeti, ki vračajo elektromagnetno stikalo v osnovni - izklopljen položaj.

To je zagotovljeno v primeru ko sta vlečno (3) in držalno navitje (4) naviti v nasprotnih smereh ter imata enako število ovojev.

Pomanjkljivosti navedenega sistema so tri in so povezane z dejstvom, da je potrebno v prvi fazi vklopa motorski del napajati s sorazmerno visokim električnim tokom. To ima za posledico prvič, da je zaradi zaščite stikala za zagon motorja potrebno izvesti vklapljanje in izklapljanje zaganjalnika s pomočjo dodatnega releja (5), kar zahteva dodatni element na zaganjalniku in povečuje ceno ter drugič, zaradi povečanega električnega toka se zelo povečajo elektromagnetne sile, ki jih ustvari predvsem vlečno navitje (3). Zaradi povečanih vlečnih sil elektromagnetnega stikala in posledično potisnih sil pogonskega zobnika v prvi fazi vklopa se pojavita dva dodatna problema in sicer: zaradi povečane energije udarcev pogonskega zobnika ob zobati venec vztrajnika se povečajo poškodbe zob obeh zobnikov. Poškodovane čelne ploskve zobnikov ter hkrati velika potisna sila pogonskega zobnika v primeru vklopa »zob na zob« otežujejo ali onemogočajo drsenje zob pogonskega zobnika po zobeh zobatega venca do položaja, ko lahko pride do vzobljenja. Kot tretje je zaradi velikega električnega toka skozi vlečno navitje le to podvrženo intenzivnemu segrevanju, ki v primeru vklopa »zob na zob« in ne sklenitve kontaktov elektromagnetnega stikala zelo hitro privede do pregretja in s tem uničenja vlečnega navitja. Pri običajnih izvedbah elektromagnetnih stikal vlečne sile ni mogoče zmanjšati zaradi soodvisnosti vlečnega in držalnega navitja, ki morata biti narejeni tako, da omogočata izklop zaganjalnika to pa je zagotovljeno v ·· ·· ...

primeru, ko sta produkta števila ovojev vlečnega navitja in toka ter števila ovojev držalnega navitja in toka približno enaka.

Predlagani izum se nanaša na izboljšavo sistema z vlečnim navitjem kot preduporom motorskega dela zaganjalnika v prvi fazi vklopa in je opisan na izvedbenih primerih in slikah, ki prikazujejo:

Slika 1: električna blokovna shema elektromehanske izvedbe v uporabi

Slika 2: prva izvedba dvostopenjskega vklopa z dvema ločenima dodatnima enopolnima relejema

Slika 3: druga izvedba dvostopenjskega vklopa z dvopolnim dodatnim relejem

Slika 4: tretja izvedba dvostopenjskega vklopa z enopolnim dodatnim relejem z dodatnim kontaktom

Slika 2 prikazuje blokovno shemo rešitve dvostopenjskega vklopa zaganjalnika, ki je v skladu z izumom po prvem izvedbenem primeru. Sklop je sestavljen motorskega dela zaganjalnika (1), elektromagnetnega stikala (2) z vlečnim (3) in držalnim (4) navitjem, dodatnega enopolnega releja (5), stikala za zagon motorja (6) in akumulatorske baterije (7), kot vira električne energije. V prvi fazi vklopa, ko kontakt elektromagnetnega stikala (2) še ni sklenjen, je napajanje motorskega dela (1) z električnim tokom izvedeno s pomočjo dveh dodatnih relejev (5), ki sta napajana in krmiljena preko stikala za zagon motorja (6). Ob sklenitvi stikala za zagon (6) je napajan prvi dodatni rele (51), kar ima za posledico sklenitev kontakta releja (5-1) s čemer se sklene tokokrog napajanja vlečnega (3) navitja. Istočasno je napajan tudi drugi dodatni rele (5-2), kar ima za posledico sklenitev kontaktov releja (5-2) s čemer se sklene tokokrog napajanja držalnega (4) navitja elektromagnetnega stikala (2). Električni tok, ki teče skozi držalno navitje hkrati napaja motorski del zaganjalnika (1), ki pri tem deluje z močjo manjšo od nazivne. Primerna velikost toka za napajanje motorskega dela (1), z močjo manjšo od nazivne, se zagotovi z izbiro primerne upornosti vlečnega navitja (2). Ob sklenitvi kontakta elektromagnetnega stikala (2) teče električni tok samo še skozi držalno navitje (4), saj sta oba konca vlečnega navitja (3) priključena na enak električni potencial, motorski del (1) pa je pri tem napajan neposredno iz akumulatorske baterije (7) in zato deluje z nazivno močjo. Držalno navitje (4) zadržuje sklenjen kontakt elektromagnetnega stikala (2) dokler je stikalo za zagon (6) sklenjeno. Velikost toka skozi držalno navitje (4) je določena tako, da se navitje ne pregreva, zadostno držalno silo pa se zagotovi z ustreznim številom ovojev držalnega navitja (4). Po uspešnem zagonu motorja se s stikalom za zagon motorja (6) prekine tokokrog napajanja obeh dodatnih relejev (5-1) in (5-2), ki nadalje prekineta tokokrog napajanje držalnega navitja (4). Kljub temu, da je v tem trenutku kontakt elektromagnetnega stikala (2) še sklenjen je tokokrog vlečnega (3) in držalnega (4) navitja, ki sta sedaj vezani zaporedno, prekinjen zato je • · · ·· ·· .

elektromagnetna sila enaka nič in sile vzmeti v elektromagnetnem stikalu (2) lahko razklenejo kontakt elektromagnetnega stikala (2) in pri tem prekinejo tokokrog napajanja motorskega dela (1). Pri opisanem načinu vezave sta lahko vlečno (3) in držalno (4) navitje izbrani neodvisno. To omogoča poljubno in neodvisno izbiro tako vlečne sile kot držalne sile elektromagnetnega stikala (2)·

Slika 3 prikazuje blokovno shemo rešitve dvostopenjskega vklopa zaganjalnika, ki je v skladu z izumom po drugem izvedbenem primeru. Razlika med prvim izvedbenim primerom in drugim je v tem, da sta v shemi enopolna dodatna releja (5-1) in (5-2) nadomeščena z dvopolnim dodatnim relejem. Ob sklenitvi stikala za zagon (6) je sklenjen tokokrog napajanja dodatnega dvopolnega releja (8), kar ima za posledico sklenitev obeh kontaktov releja (8) s čemer se istočasno sklene tokokrog napajanje vlečnega (3) in držalnega (4) navitja elektromagnetnega stikala (2). Električni tok, ki teče skozi držalno navitje hkrati napaja motarski del zaganjalnika (1), ki pri tem deluje z močjo manjšo od nazivne. Primerna velikost toka za napajanje motorskega dela (1), z močjo manjšo od nazivne, se zagotovi z izbiro primerne upornosti vlečnega navitja (2). Ob sklenitvi kontakta elektromagnetnega stikala (2) teče električni tok samo še skozi držalno navitje (4), saj sta oba konca vlečnega navitja (3) priključena na enak električni potencial, motarski del (1) pa je pri tem napajan neposredno iz akumulatorske baterije (7) in zato deluje z nazivno močjo. Držalno navitje (4) zadržuje sklenjen kontakt elektromagnetnega stikala (2) dokler je stikalo za zagon (6) sklenjeno. Velikost toka skozi držalno navitje (4) je določena tako, da se navitje ne pregreva, zadostno držalno silo pa se zagotovi z ustreznim številom ovojev držalnega navitja (4). Po uspešnem zagonu motorja se s stikalom za zagon motorja (6) prekine tokokrog napajanja dodatnega dvopolnega releja (8), ki nadalje prekine tokokrog napajanje držalnega navitja (4). Kljub temu, daje v tem trenutku kontakt elektromagnetnega stikala (2) še sklenjen je tokokrog vlečnega (3) in držalnega (4) navitja, ki sta sedaj vezani zaporedno, prekinjen zato je elektromagnetna sila enaka nič in sile vzmeti v elektromagnetnem stikalu (2) lahko razklenejo kontakt elektromagnetnega stikala (2) in pri tem prekinejo tokokrog napajanja motorskega dela (1). Tudi pri drugem načinu vezave sta lahko vlečno (3) in držalno (4) navitje izbrani neodvisno kar omogoča poljubno in neodvisno izbiro tako vlečne sile kot držalne sile elektromagnetnega stikala (2).

Slika 4 prikazuje blokovno shemo rešitve dvostopenjskega vklopa zaganjalnika, ki je v skladu z izumom po tretjem izvedbenem primeru. Razlika med drugim izvedbenim primerom in tretjim je v izvedbi uporabljenega dodatnega rele (9), ki nadomešča dvopolni dodatni rele (8). Po delovanju sta drugi in tretji izvedbeni primer enaka.

Claims (3)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Način izvedbe dvostopenjskega ali mehkega vklopa zaganjalnika za motorje z notranjim izgorevanjem, označen s tem, da vsebuje elektromehanske elemente (5-1), (5-2), (8) in (9) v povezavi s stikalom za zagon (6), akumulatorsko baterijo (7), elektromagnetnim stikalom (2) in motorskim delom (1), ki v prvi stopnji zagona vklopi električni tok v motorski del (1) zaganjalnika potreben za delovanje z močjo manjšo od nazivne.
2. 2. Električne vezave po zahtevku 1, označene s tem, da ob prekinitvi zagona z izklopom zagonskega stikala (6) elektromehanski elementi (5-1), (5-2), (8) in (9) prekinejo tokokroge napajanja vlečnega (3) in držalnega (4) navitja elektromagnetnega stikala (2) zaganjalnika.
3. 3. Električne vezave po zahtevku 1, označene s tem, da za omejitev električnega toka, za delovanje z močjo manjšo od nazivne v prvi stopnji vklopa zaganjalnika, na potrebno vrednost izkorišča upornost vlečnega navitja (3) elektromagnetnega stikala (2) zaganjalnika.