Automatyczny wyłącznik rozrusznika.

[Marian B]

Automatyczny wyłącznik rozrusznika

Poprawny rozruch silnika samochodowego zależy w dużej mierze od doświadczenia i zdolności manualnych kierowcy. Zbyt krótkie włączenie rozrusznika nie uruchomi silnika, zbyt długie włączenie powoduje niepotrzebnie pracę rozrusznika na bardzo dużych obrotach i przyspieszone zużycie wszystkich jego mechanizmów: łożysk, szczotek, oraz sprzęgła jednokierunkowego. Idealne trafienie z czasem rozruchu nie udaje się nigdy. Zawsze przez pewien czas rozrusznik jest włączony dłużej niż to jest potrzebne i w tym czasie osiąga bardzo duże obroty na biegu jałowym.
Automatyczny wyłącznik pokazany na rys.1 wyłącza rozrusznik dokładnie w chwili, gdy silnik samochodu zaczyna pracować, pomimo tego, że wyłącznik w stacyjce jest jeszcze w pozycji rozruchu.
Dodatkowo układ posiada ograniczenie czasu rozruchu do 3 sekund. Gdyby w tym czasie nie udało się uruchomić silnika, należy wyłączyć i ponownie włączyć rozruch.
Automatyczny wyłącznik może być zamontowany w każdym samochodzie, a podłączenie jest bardzo proste. Wyłącznik łączy się w przecięcie przewodu dochodzącego do elektromagnesu włączającego rozrusznik, oraz do masy. Czujnikiem określającym moment wyłączenia rozrusznika jest kontaktron zamontowany bezpośrednio na przewodzie zasilającym rozrusznik. W przypadku awarii automatycznego wyłącznika można łatwo wrócić do stanu poprzedniego przełączając odpowiednie konektory. Układ jest bardzo prosty, ale do dokładnego zrozumienia zasady działania trzeba przywołać trochę teorii.
W obwodach prądu stałego zawierających elementy bierne: kondensatory i cewki, w chwili włączenia napięcia zasilającego występuje stan nieustalony. W czasie trwania tego stanu zmieniają się prądy i napięcia, oraz gromadzi się energia w kondensatorach i cewkach. Po pewnym czasie zależnym od stałych czasowych elementów następuje stan ustalony prądów i napięć. Przy analizowaniu takich układów wygodnie jest przyjąć, że w stanie nieustalonym po załączeniu zasilania kondensator stanowi zwarcie, a w stanie ustalonym przerwę. Odwrotnie jest z cewką. Cewka w stanie nieustalonym (dostatecznie krótkim) stanowi przerwę, a w stanie ustalonym zwarcie. Stan nieustalony wystąpi także po wyłączeniu napięcia zasilającego. Elementy bierne zamieniają się w źródła, energia w nich zgromadzona jest oddawana do układu i po pewnym czasie następuje stan ustalony bez zasilania.
Włączenie zasilania (stacyjka w pozycji rozruchu) powoduje ładowanie kondensatora C1 przez rezystor R2 oraz dodatkowo diodę D1 i rezystor R3.
Stała czasowa tych elementów wynosi około 0,3sek. Kondensator C1 „stanowi zwarcie”, na bramce tranzystora T1 pojawi się praktycznie napięcie zasilania, tranzystor T1 przewodzi, zostaje włączony przekaźnik P1 i swoim stykiem włączy rozrusznik na czas około 0,3 sek. Jest to czas niewystarczający do uruchomienia silnika samochodu, ale w zupełności wystarczający do włączenia rozrusznika.
Bardzo duży prąd pobierany przez rozrusznik w chwili włączenia, oraz kręcenia wału korbowego wytwarza wokół przewodu zasilającego pole magnetyczne zwierające styki kontaktronu K1 i tym samym podłączenie kondensatora C2 do bramki tranzystora T1. Kondensator C2 ładując się przez rezystor R3 „stanowi zwarcie” i podtrzymuje przewodzenie tranzystora. Jednocześnie dioda D1 zostaje zatkana, a kondensator C1 doładowuje się do pełnego ładunku przez rezystor R2 i tworzy przerwę. Gdy po pewnym czasie np. 1,5 sek. silnik samochodu zostanie uruchomiony, rozrusznik zaczyna pracować na biegu jałowym, jego pobór prądu gwałtownie maleje, kontaktron rozłączy swoje styki, kondensator C2 zostaje odłączony od bramki tranzystora, bramka podłączona do masy przez rezystor R3, tranzystor zatkany, rozrusznik wyłączony, pomimo tego, że stacyjka znajduje się w pozycji rozruchu. Stała czasowa elementów C2R3 wynosi około 3 sek. (można dobierać przez zmianę C2), i gdyby w tym czasie silnika samochodu nie udało się uruchomić, rozrusznik zostanie wyłączony. Ponowny rozruch jest możliwy po wyłączeniu zasilania.
Po wyłączeniu zasilania kondensator C1 rozładowuje się przez rezystory R1 i R2, a kondensator C2 przez rezystor R1 i diodę D2. Kondensator C3 zabezpiecza przed drganiem styków kontaktronu, oraz eliminuje napięcia impulsowe jakie mogą zaindukować się w przewodach połączeniowych do kontaktronu. Na przykład przy braku tego kondensatora, po dotknięciu bramki tranzystora następuje brzęczenie przekaźnika w rytm napięcia sieci energetycznej.
Zastosowanie tranzystora polowego i przekaźnika (element z histerezą) pozwoliło na bardzo prostą realizację układów czasowych, oraz na zastosowanie stosunkowo małych pojemności i tym samym wyeliminowanie kondensatorów elektrolitycznych.
Kontaktron należy umocować na przewodzie zasilającym rozrusznik poprzecznie, zgodnie z liniami sił pola magnetycznego, w sposób pokazany na rys.3, za pomącą taśmy przylepnej lub „Poxiliny”, najlepiej niedaleko od akumulatora, gdyż tam są najmniejsze drgania pochodzące od pracy silnika samochodu. W przypadku przyklejania Poxiliną, na kontaktron i wyprowadzenia należy nałożyć luźną rurkę izolacyjną. Poxilina po stwardnieniu nie jest elastyczna i rurka zabezpieczy delikatny korpus kontaktronu przed pęknięciem od mrozu i wysokiej temperatury.
Wyprowadzenia kontaktronu są wykonane z materiału ferromagnetycznego, zagięcie ich wokół przewodu zmniejsza rezystancję obwodu magnetycznego i przez to czułość kontaktronu znacząco wzrasta.
Wał korbowy silnika stawia niejednakowy opór w czasie obrotu. Największy opór jest w suwie sprężania. W ten sam sposób zmienia się pobór prądu przez rozrusznik. W chwili włączenia rozrusznika, pomijając bardzo krótki czas stanu nieustalonego, kiedy to indukcyjność „stanowi przerwę”, popłynie bardzo duży prąd rozruchowy, ograniczony jedynie rezystancją uzwojeń, przewodów i akumulatora. Pole magnetyczne wokół przewodu zasilającego będzie tak duże, że styki kontaktronu zawsze załączą się. Po chwili, gdy rozrusznik zacznie obracać wał korbowy, wielkość prądu zmaleje i będzie oscylować od pewnej wartości największej w suwie sprężania do mniejszej w innych suwach. Wciąż jest to bardzo duży prąd, rzędu 80 - 100A i kontaktron jest utrzymywany w stanie złączonym dzięki temu, że posiada histerezę. W chwili, gdy rozrusznik zaczyna pracę na biegu jałowym, pobór prądu maleje do wielkości około 10A, pole magnetyczne będzie znikome, kontaktron rozłączy styki.
Przed trwałym zamontowaniem kontaktronu warto sprawdzić jego przydatność. Należy połączyć szeregowo z kontaktronem rezystor ograniczający i diodę LED, zamontować prowizorycznie kontaktron na przewodzie, podłączyć zasilanie, np. do gniazda zapalniczki i dokonać kilku próbnych rozruchów silnika. Kontaktron nadaje się, jeżeli dioda świeci w czasie kręcenia wału korbowego i zgaśnie w chwili, gdy silnik zacznie pracować. Jeżeli dioda mruga w czasie rozruchu, kontaktron ma zbyt małą czułość. Jeżeli nie gaśnie lub gaśnie z opóźnieniem, zbyt duża czułość. Aby zmniejszyć czułość kontaktronu wystarczy na pewnej długości zagiąć wyprowadzenia równolegle do przewodu zasilającego rozrusznik.
Najlepiej nadaje się kontaktron o długości bańki 15mm, np. typu BV225. Ze względu na swoje wymiary i długość wyprowadzeń obejmuje przewód zasilający na całym obwodzie i dobrze przylega do przewodu. Kontaktrony o większych wymiarach mają większa czułość ze względu na większą ilość materiału ferromagnetycznego i tym samym mniejszą rezystancją obwodu magnetycznego, ale są trudniejsze w montażu.
Automatyczny wyłącznik bardzo dobrze nadaje się do współpracy z przyciskiem „start-stop”. W przypadku takiego przycisku możliwa jest automatyzacja całego cyklu rozruchowego w ten sposób, że krótkie naciśnięcie przycisku powoduje włączenie zapłonu i uruchomienie silnika z uwzględnieniem wszystkich opóźnień w czasie.
Na rys.4 pokazany jest automatyczny wyłącznik z wykorzystaniem przerzutnika. Jest to pierwotna wersja pomysłu na taki wyłącznik, zmontowana na tekturce i sprawdzona w eksploatacji przez kilkanaście dni. Uznałem jednak, że jest to układ zbyt skomplikowany, i metodą kolejnych uproszczeń powstał wyłącznik taki jak na rys.1
Układ ma jedna ważną zaletę, która może skłonić do jego budowy. W przypadku uszkodzenia, odłączenia, lub nie załączenia kontaktronu silnik można uruchomić w tradycyjny sposób bez konieczności przełączania przewodów, z zachowaniem ograniczenia czasu rozruchu do 3 sek. Kontaktron jest jednak elementem niezawodnym i wybór może być trudny.
Po włączeniu zasilania elementy C2R4 (reset) zapewniają wysoki stan na nóżce 2 przerzutnika, kondensator C3 ładuje się przez rezystor R5, tranzystor T2 przewodzi, przekaźnik P1 włącza rozrusznik, styki kontaktronu zwierają się pod wpływem pola magnetycznego wokół przewodu zasilającego, na kolektorze tranzystora T1 pojawi się opadające zbocze i stan niski, na które przerzutnik nie reaguje. W chwili uruchomienia silnika styki kontaktronu rozwierają się, na kolektorze T1 pojawia się narastające zbocze stanu wysokiego, przerzutnik zmienia stan, na nóżce 2 pojawia się stan niski, tranzystor T2 zatkany, rozrusznik wyłączony, kondensator C3 rozładowuje się przez układ scalony i diodę D1. Kondensator C1 zabezpiecza przerzutnik przed błędnym zadziałaniem od drgań styków kontaktronu.
Układ w wersji z rys.1 pracuje bezproblemowo od 3 lat w samochodzie Skoda Octavia.






























Wykaz elementów.

Rezystory:
R1- 4,7k/0,25W
R2-1M/0,1W
R3-3,3M/0,1W

Kondensatory:
C1-0,33mikF
C2-1mikF (nie elektrolityczny)
C3-4,7nF

Diody:
D1,D2,D3- 1N4007

Tranzystor:
T1- BUZ 90

Przekaźnik:
P1- RM83-P-12V

Kontaktron:
K1- BV225

Złącze do podłączenia kontaktronu.
Konektory samochodowe (2 złącza).