БЛОК ПУСКА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02P19/02 

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, в частности к устройствам пуска дизельного двигателя.

Известны устройства пуска дизельного двигателя со свечами накаливания, содержащие программное устройство, осуществляющее с помощью исполнительного реле регулирование тока через свечи накаливания дизельного двигателя по той или иной программе.

Известно устройство, в котором программное устройство включает вначале первое исполнительное реле, которое своим контактом подает максимальный ток в свечи накаливания для их быстрого разогрева, а затем через некоторый промежуток времени включает второе исполнительное реле, обеспечивающее уменьшение тока через свечи, чтобы поддерживать температуру свечей на заданном уровне [1].

Известно устройство в котором программное устройство поддерживает с помощью исполнительного реле температуру свечей накаливания, изменяя длительность включения исполнительного реле по сигналу датчика температуры [2].

В системе зажигания программное устройство обеспечивает поддержание температуры свечей накаливания, контролируя сопротивление свечей накаливания [3].

Недостатки указанных устройств состоят в том, что они не обеспечивают достаточной надежности функционирования системы зажигания из-за низкой надежности исполнительного реле, контакты которого переключают значительные токи (сотни ампер).

Известны также устройства пуска дизельного двигателя, содержащие программное устройство, управляющее бесконтактным исполнительным устройством (полупроводниковым ключом, тиристором и т.п.), включенным в цепь питания свечей накаливания [4].

Недостатки устройств с бесконтактными исполнительными устройствами состоят в том, что существующие бесконтактные переключатели при токах 200-300 А имеют падение напряжения порядка 1,5-2,0 В, т.е. на бесконтактном переключателе рассеивается мощность 300-600 Вт. Это приводит к трудностям, связанным с отводом тепла, а также снижает эффективность использования таких элементов. Кроме того, в таких устройствах необходимо применять специальные меры по защите бесконтактных переключателей от выхода их из строя в случае короткого замыкания в свече или в подводящих проводах. Все это увеличивает стоимость оборудования.

Наиболее близким к изобретению является блок пуска дизельного двигателя, который содержит программное устройство с исполнительным реле на выходе [5] . Программное устройство вырабатывает сигнал на включение исполнительного реле, длительность включения которого зависит от температуры охлаждающей жидкости двигателя. Контакт исполнительного реле включен в цепь питания свечей накаливания.

Такая схема блока пуска дизельного двигателя достаточно проста и экономична. Однако возможно "залипание" (сваривания) контактов исполнительного реле, в результате чего ток в цепи свечей накаливания не прерывается, что может привести к их выходу из строя. Свеча зажигания выдерживает только кратковременное пропускание тока. В случае долговременного пропускания максимального тока свеча перегревается и может разрушиться, причем осколки свечи могут попасть в двигатель, что приведет к выходу его из строя. Аккумуляторная батарея легкового автомобиля также выдерживает нагрузку током 200-300 А только в кратковременном режиме, в случае залипания контактов реле аккумулятор может выйти из строя. В то же время ввиду больших токов соединения элементов системы зажигания (аккумулятор, свеча зажигания, контакт исполнительного реле) выполнены так, что эти цепи не отключаются ключом "ПУСК" (ключом стартера). Поэтому в случае отказа реле водитель должен разомкнуть цепи питания свечей, например, путем отключения клеммы аккумулятора, что выполнить быстро не представляется возможным. Поэтому задача повышения надежности функционирования блока пуска дизельного двигателя весьма актуальна.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования блока пуска дизельного двигателя.

Это достигается тем, что блок пуска дизельного двигателя, содержащий программное устройство, информационный вход которого является информационным входом блока, исполнительное реле, контакты которого подключены соответственно к входу блока, служащему для подключения аккумуляторной батареи, и к выходу блока, дополнительно снабжен средством модуляции сигнала управления исполнительного реле и логической схемой управления исполнительным реле, причем вход средства модуляции сигнала управления исполнительного реле подключен к выходу блока, выход средства модуляции сигнала управления исполнительного реле соединен с первым входом логической схемы управления исполнительным реле, второй вход которой подключен к выходу программного устройства, выход логической схемы управления исполнительным реле соединен с обмоткой исполнительного реле.

Кроме того, блок управления пуском дизельного двигателя может быть снабжен логической схемой ИЛИ, входы которой подключены соответственно к шине питания блока и к выходу блока, а выход логической схемы ИЛИ подключен к шине питания логической схемы управления исполнительным реле.

В блоке управления пуском дизельного двигателя подвижные контакт исполнительного реле закреплен на плоской пружине, механически связанной с якорем исполнительного реле.

В блоке управления пуском дизельного двигателя частота выходного сигнала средства модуляции сигнала управления исполнительного реле равна или кратна собственной резонансной частоте механической колебательной системы подвижной части исполнительного реле.

На фиг. 1 показана схема предложенного блока пуска дизельного двигателя; на фиг. 2 - конструктивная схема выполнения исполнительного реле, входящего в состав блока; на фиг. 3 - возможный вариант реализации логической схемы управления исполнительным реле; на фиг. 4 - возможный вариант выполнения средства модуляции сигнала управления исполнительного реле.

Блок пуска дизельного двигателя содержит программное устройство 1, исполнительное реле 2 с обмоткой 3 и контактом 4, логическую схему 5 управления исполнительным реле, средство 6 модуляции сигнала управления исполнительного реле, информационный вход 7 блока, контакт 8 - бортовая сеть питания, контакт 9 - шина питания блока, контакт 10 - выход блока, контакт 11 (общий). В одном из вариантов исполнения блок может быть снабжен логической схемой ИЛИ 12.

Для функционирования блока в системе электрооборудования автомобиля к нему подключаются ключ зажигания (ключ "ПУСК") 13, включенный между контактами 8 и 9 блока, аккумуляторная батарея 14, включенная между контактами 8 и 11 блока, свечи зажигания 15, подключенные между контактами 10 и 11 блока, а также датчик температуры 16, включенный между контактами 7 и 11 блока. Информационный вход 17 программного устройства 1 соединен с информационным входом 7 блока. Шины питания 18 и 19 программного устройства 1 соединены соответственно с контактами 9 и 11 блока. Выход 20 программного устройства 1 соединен с входом 21 логической схемы 5, второй вход 22 которой подключен к выходу 23 средства 6. Вход 24 средства 6 соединен с контактом 10 блока, шина питания 25 средства 6 соединена с контактом 11 блока.

Выход 26 логической схемы 5 соединен с обмоткой 3 реле 2, второй вывод обмотки 3 подключен к контакту 8 блока. Контакт 4 исполнительного реле 2 включен между контактами 8 и 10 блока.

Шина питания 27 ("общий") логической схемы 5 подключена к контакту 11 блока. В состав логической схемы 5 может входить автономный источник питания (сухая батарея, миниатюрный аккумулятор), подключенный к шинам питания 27 и 28. В одном из вариантов исполнения блока шина питания 28 логической схемы 5 может быть подключена к выходу логической схемы 12, входы которой в этом варианте исполнения подключены соответственно к контактам 9 и 10 блока.

Программное устройство 1 может быть выполнено по одной из известных схем, формирующих выходной сигнал, длительность которого является функцией двух параметров - напряжения на входе 18 программного устройства 1 и температуры охлаждающей жидкости двигателя (сопротивления датчика температуры 16, подключенного к информационному входу 17 программного устройства 1).

Программное устройство 1 может выполнять и другие функции (включение подогрева дизельного топлива, сигнализация наличия воды в фильтре очистки топлива, выключение свечей накаливания на время работы стартера и т.д.).

Реле (см. фиг.2,а) содержит катушку с сердечником 29 из магнитомягкого материала, якорь 30 из магнитомягкого материала, который может поворачиваться вокруг опоры 31 и возвратную пружину 32. На якоре 30 закреплена пластина 33, выполненная в виде плоской стальной или бронзовой пружины, на конце которой закреплен контакт 34. Второй контакт 35 закреплен неподвижно на стойке 36.

Логическая схема 5 управления исполнительным реле содержит логические элементы НЕ 37,38, логический элемент ИЛИ-НЕ 39, резисторы 40-43, транзисторы 44,45.

Вход логического элемента 37 соединен с входом 21 логической схемы 5 и через резистор 40 - с шиной питания "общий". Вход логического элемента 38 соединен с входом 22 логической схемы 5 и через резистор 41 - с шиной питания "общий". Выходы логических элементов 37, 38 соединены соответственно с первым и вторым входом логического элемента 39, выход которого через резистор 42 соединен с базой транзистора 44. Эмиттер транзистора 44 соединен с базой транзистора 45 и через резистор 43 - с шиной "общий", к которой подключен также эмиттер транзистора 45. Коллекторы транзисторов 44, 45 объединены и подключены к выходу 26 логической схемы 5.

Цепи питания логических элементов 37-39 подключены соответственно к шине питания 27 (общий) и 28 (шина "плюс").

Средство 6 модуляции сигнала управления исполнительного реле может быть выполнено в виде автоколебательного генератора, например, в виде мультивибратора (см. фиг.4). Шины питания автоколебательного генератора подключены соответственно к контактам 24 и 25 средства 6, а выход автоколебательного генератора служит выходом 23 средства 6.

В качестве логической схемы ИЛИ 12 (см.фиг.1) может быть использована стандартная диодная схема ИЛИ.

Схема подключения блока в систему электрооборудования автомобиля показана на фиг.1. При переводе ключа зажигания 13 в положение "Зажигание" его контакты замыкаются и напряжение от аккумуляторной батареи 14 через ключ 13, клемму 9 поступает на вход 18 программного устройства 1. На вход 17 программного устройства 1 поступает сигнал от датчика температуры 16. Программное устройство 1 вырабатывает на выходе 20 логический сигнал "1", длительность которого зависит от температуры (от сигнала датчика 16) и от напряжения аккумуляторной батареи. Этот логический сигнал поступает на вход 21 логической схемы 5, которая выходным сигналом на контакте 26 включает исполнительное реле 2. Контакт 4 реле 2 замыкается и напряжение от аккумуляторной батареи 14 через контакт 8, контакт 4, контакт 10 поступает на свечи зажигания 15 двигателя. Свечи разогреваются, после чего включается сигнальная лампа (на чертеже не показана), сигнализирующая о готовности двигателя к запуску. Водитель включает стартер и раскручивает двигатель, который запускается. Через некоторый промежуток времени программное устройство 1 формирует на выходе 20 сигнал "0", который поступает на вход 21 логической схемы 5. Логическая схема 5 выходным сигналом на выходе 26 выключает реле 2, контакт 4 которого размыкается, ток через свечи зажигания 15 прекращается.

В том случае, если после поступления сигнала на выключение реле (сигнал "0" на выходе 20 программного устройства 1) контакт 4 не разомкнется (вследствие спекания его контактов), блок работает следующим образом. На входе 24 средства 6 с момента замыкания контакта 4 имеется напряжение, равное напряжению аккумуляторной батареи 14. Поэтому автогенератор средства 6 возбуждается и на выходе 23 средства 6 имеется сигнал в виде прямоугольных периодически повторяющихся импульсов, который поступает на вход 22 логической схемы 5. До тех пор, пока на входе 21 логической схемы 5 имеется сигнал "1" (реле включено) импульсный сигнал с входа 22 не передается на выход 26 логической схемы 5. Как только на входе 21 логической схемы 5 появится сигнал "0" (реле 2 должно выключиться) импульсный сигнал с входа 22 поступает на выход 26 логической схемы 5 и модулирует сигнал управления исполнительного реле 2. Модуляция сигнала управления приводит к принудительному размыканию контакта 4 реле 2, сигнал на входе 24 средства 6 исчезает, соответственно сигнал на выходе 26 логической схемы 5 становится равным нулю, схема приходит в исходное состояние до следующего цикла запуска двигателя.

Описанный алгоритм работы соответствует варианту исполнения блока, при котором логическая схема 5 питается от автономного источника питания. В том случае, когда используется вариант исполнения блока с логической схемой 12 блок работает следующим образом. Логическая схема 5 получает питание от аккумуляторной батареи 14 через ключ 13, контакт 9 блока, первый вход логической схемы ИЛИ 12, выход логической схемы 12, контакт 28 логической схемы 5. После выключения ключа 13, если контакт 4 реле не разомкнулся, то логическая схема 5 продолжает получать питание по цепи аккумуляторная батарея 14, контакт 8 блока, контакт 4 реле, второй вход логической схемы 12, выход логической схемы 12, контакт 28 логической схемы 5. Этим обеспечивается питание логической схемы 5 после выключения напряжения питания блока (после размыкания контакта 13) на все время, пока не разомкнется контакт 4 реле.

Процесс принудительного размыкания контактов 4 реле 2 происходит следующим образом (см.фиг.1 и 2). Рассматривается случай, когда контакты реле не разомкнулись после выключения тока в обмотке реле. В этом случае логическая схема 5 вырабатывает модулированный сигнал, поступающий в обмотку реле с выхода 26 логической схемы 5.

Размеры деталей реле выбраны так, чтобы в момент замыкания контактов 34, 35 между сердечником 29 и якорем 30 оставался воздушный зазор (см.фиг. 2, б). Поэтому после поступления тока в обмотку реле якорь 30 притягивается к сердечнику 29, плоская пружина 33 прогибается (см.фиг.2,в) и на контактах 34,35 вследствие прогиба плоской пружины возникает сдвигающая сила, направленная вдоль этих контактов, стремящаяся сдвинуть контакт 34 относительно контакта 35. После выключения тока управления якорь 30 под воздействием возвратной пружины 32 поворачивается вокруг опоры 31, пружина 33 изгибается в противоположном направлении относительно предыдущего состояния (см.фиг.2, в, г). При этом возникает сдвигающая сила, действующая вдоль пружины 33 и направленная также в противоположную сторону относительно предыдущего состояния. Неоднократное воздействие на катушку реле модулированного сигнала приводит к неоднократному возникновению ситуаций, рассмотренных на фиг. 2, в, г. В конечном счете сдвигающая сила смещает контакт 34 относительно контакта 35, при этом микросварка разрушается, а поверхности контактов 34 и 35 самозачищаются вследствие трения друг о друга. Таким образом, воздействие модулированного сигнала на обмотку реле приводит к принудительному размыканию его контактов.

В случае приваривания контактов 34 и 35 друг к другу образуется механическая колебательная система, включающая якорь 30, закрепленный одним концом на опоре 31, пружину 33, закрепленную одним концом на якоре, а другим на приваренном контакте 34 к контакту 35. Если выбрать частоту модуляции сигнала управления реле равной или кратной собственной частоте механических колебаний подвижной системы реле, то амплитуда колебаний подвижной системы значительно возрастет при воздействии модулированного сигнала по сравнению с обычным ходом подвижной системы. Это приведет к возрастанию сил, действующих на контакты 34, 35. При этом возрастает вероятность разрушения микросварки контактов и повышается надежность функционирования реле.

Логическая схема 5 управления исполнительным реле работает следующим образом. При поступлении на вход 21 логического сигнала "1" на включение исполнительного реле этот сигнал поступает на вход логического элемента 37, на выходе которого формируется сигнал "0". Этот сигнал "0" поступает на вход логического элемента 39, на выходе которого появляется сигнал "1" независимо от выходного сигнала логического элемента 38 ("0" или "1"). Этот сигнал "1" открывает транзисторы 44, 45, что соответствует включенному состоянию исполнительного реле.

После окончания цикла разогрева свечей накаливания программное устройство 1 дает команду на выключение исполнительного реле, т.е. на входе 21 логической схемы 5 появляется сигнал "0", который с выхода логического элемента 37 в виде сигнала "1" поступает на первый на вход логического элемента 39. При наличии на входе 22 сигнала "0" (что соответствует сигналу "1" на выходе логического элемента 38) на входы логического элемента 39 действуют два сигнала "1", поэтому на выходе этого логического элемента формируется сигнал "0", транзисторы 44, 45, закрываются, что соответствует выключенному состоянию исполнительного реле.

В том случае, если контакты реле не разомкнулись вследствие их сваривания, то на входе 24 средства 6 (см.фиг.1 и 3) действует напряжение, равное напряжению на входе 8 блока. Вследствие этого на выходе 23 средства 6 появляется последовательность прямоугольных импульсов, т.е. сигнал на входе 22 логической схемы 5 изменяется периодически с "0" на "1" и наоборот. С такой же частотой изменяется сигнал на выходе логического элемента 39, соответственно периодически закрываются и открываются транзисторы 44, 45, что приводит к модуляции сигнала управления исполнительным реле на выходе 26 логической схемы 5. После размыкания контактов реле напряжение на входе 24 средства 6 исчезает, модуляция сигнала управления исполнительным реле прекращается.

Средство 6 модуляции сигнала управления исполнительным реле работает следующим образом (см.фиг.4). Вход 24 средства 6 соединен с шиной питания этого устройства, вторая шина питания ("общий") соединена с контактом 25 средства 6. При появлении на входе 24 средства 6 напряжения автогенератор возбуждается, на его выходе появляется сигнал в виде серии прямоугольных импульсов, которые поступают на выход 23 средства 6. После исчезновения напряжения на входе 24 автоколебания срываются, сигнал на выходе 23 средства 6 прекращается.

Преимущества предложенного блока состоят в следующем. Наличие средства модуляции сигнала управления, а также логической схемы управления исполнительным реле позволило осуществить контроль и автоматическое принудительное размыкание контактов исполнительного реле в случае их сваривания, "залипания". Это повышает надежность работы блока.

Предложенное выполнение блока в сочетании с предложенным конструктивным исполнением подвижной системы исполнительного реле также повышает надежность работы реле за счет возникновения сдвигающих сил, действующих на сваренные контакты реле во время модуляции сигнала управления реле.

Использование сигнала модуляции с частотой, равной или кратной собственной частоте механических колебаний подвижной системы реле, позволяет увеличить усилие отрыва контактов, а также обеспечивает самозачищение контактов реле, что способствует надежности и долговечности работы блока.

На практике был реализован блок по предложенной схеме и изготовлено реле, контакты которого были выполнены из красной меди без покрытия драгметаллами, как это обычно делается для повышения надежности работы реле. При испытаниях через контакты реле пропускался ток порядка 300 А. После 15000 переключений реле сохранило работоспособность, а контакты реле остались без видимых повреждений (подгораний).

Использование: в устройствах для пуска дизельных двигателей со свечами накаливания. Сущность изобретения: блок пуска дизельного двигателя содержит программное устройство 1, информационный вход которого служит входом блока, исполнительное рыле 2, контакты 4 которого подключены соответственно к входу блока, служащему для подключения аккумуляторной батареи и к выходу блока, автогенератор 6 и логическую схему 5 управления. Кроме того, блок может быть снабжен логической схемой ИЛИ 12, входы которой подключены соответственно к шине питания блока и к выходу блока, а выход логической схемы ИЛИ подключен к шине питания логической схемы 5 управления. В блоке пуска дизельного двигателя контакт исполнительного реле закреплен на плоской пружине, механически связанной с якорем исполнительного реле, а автогенераторную частоту, равную или кратную собственной резонансной частоте механических колебаний подвижной системы исполнительного реле. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. БЛОК ПУСКА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий программное устройство, подключенное к шине питания блока и имеющее информационный вход, являющийся информационным входом блока, исполнительное реле, контакт которого включен между входом блока для подключения аккумуляторной батареи и выходом блока, отличающийся тем, что он снабжен автогенератором и логической схемой управления исполнительным реле с двумя входами, один из которых подключен к выходу автогенератора, а другой - к выходу программного устройства, причем выход логической схемы управления соединен с обмоткой исполнительного реле, а вход автогенератора - с выходом блока. 2. Блок по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен логической схемой ИЛИ, входы которой подключены соответственно к шине питания блока и выходу блока, а выход подключен к шине питания логической схемы управления исполнительным реле. 3. Блок по п.1, отличающийся тем, что подвижный контакт исполнительного реле закреплен на плоской пружине, расположенной с возможностью взаимодействия с якорем исполнительного реле. 4. Блок по п.3, отличающийся тем, что автогенератор выполнен на выходную частоту, равную или кратную собственной резонансной частоте механических колебаний подвижной системы исполнительного реле.