Устройство для автоматической защиты двигателей внутреннего сгорания Советский патент 1989 года по МПК F02D17/04 

1

Изобретение относится к автоматическому управлению двигателями внутреннего сгорания, в частности к устройствам для автоматической защиты двигателей внутреннего сгорания, преимущественно транспортных средств.

Целью изобретения является надежное отключение двигателя при возникновении аварийных ситуаций в момент начала работы двигателя.

На чертеже изображена структурная схема устройства для автоматической защиты двигателей внутреннего сгорания.

Устройство содержит датчик 1 частоты вращения коленчатого вала двигателя (не показан), первую группу пороговых датчиков 2 для аварийного отключения двигателя, плюсовую тину 3 бортовой сети транспортного средства (не показано), вторую группу пороговых датчиков 4 для предупредительной звуковой сигнализации, переключатель 5, схему 6 измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя, третью 7 и четвертую 8 схемы ИЛИ, схему 9 пусковой блокировки, выключатель 10 защиты, две схемы 11 и 12 защиты от «дребезга датчиков 2 и 4, схемы сброса 13, задержки 14 и блокировки 15 задержки, переключатель 16, первую схему ИЛИ 17, включатель 18 исполнительного механизма, первый усилитель 19 мощности, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, сигнализатор 21 состояния выхода усилителя, вторую схему ИЛИ 22, схему 23 защиты от короткого замыкания, исполнительный механизм 24 остановки двигателя, второй усилитель 25 мощности, схему 26 предупредительной сигнализации.

Выходы датчиков 2 и 4 первой и второй групп соединены с соответствующими входами третьей схемы ИЛИ 7 и четвертой схемы ИЛИ 8. К выходу последней последовательно подключены схема 12 защиты от дребезга, вторая схема ИЛИ 22, усилитель 25 мощности и предупредительная сигнализация 26. Плюсовая шина 3 бортовой сети соединена с первым входом схемы 9 пусковой блокировки, к второму входу которой подключен выход третьей схемы ИЛИ 7, а к выходу последовательно подключены схема 11 защиты от «дребезга контактов, схема 14 задержки, третий вход первой схемы ИЛИ 17,

0

усилитель 19 мощности и исполнительный механизм 24. Выход усилителя 19 мощности соединен с сигнализатором 21 состояния выхода усилителя 19 и со входом схемы 23 защиты от короткого замыкания, выход которой соединен с вторым входом схемы 13 сброса, к первому входу которой подключен выключатель 10, а к выходу - втог,ой вход 14 задержки. Выход схемы 11 защиты от «дребезга контактов соединен с первым входом схемы 15 блокировки задержки и первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, второй вход которой соединен с выходом первой схемы ИЛИ 17, а выход - со вторым входом схемы

5 ИЛИ 22. Второй вход схемы 15 блокировки задержки соединен с выходом третьей схемы ИЛИ 7, а выход со вторым входом первой схемы ИЛИ 17, к первому входу которой подключен включатель 18 исполнительного механизма 24, а к четвертому входу через переключатель 16 первый выход схемы 6 измерения частоты вращения коленчатого вала, второй выход которой соединен с третьим входом схемы 9 пусковой блокировки. Вход схемы 6 измерения частоты вращения

5 соединен через переключатель 5 с плюсовой шиной 3 питания, а также через этот же переключатель может быть подключен к датчику 1 частоты вращения.

Устройство работает следующим образом.

0 Перед пуском двигателя на выходе датчиков 2 первой группы параметров имеется сигнал, так как значения контролируемых параметров совпадают с их значениями в аварийных ситуациях. Но дальше третьей схемы ИЛИ 7 этот сигнал не проходит, так

5 как этому препятствует схема 9 пусковой блокировки, а инверсный вход схемы 15 блокировки задержки является управляющим входом. Схема 15 содержит элемент памяти с начальной установкой по-включению пиQ тания и схему совпадения.

В процессе пуска контролируемые параметры приходят в норму, и аварийный сигнал на выходе третьей схемы ИЛИ 7 исчезает, тем самым отключая схему 15. Это отключение запоминается теперь до выключения

5 питания устройства защиты после остановки двигателя.

После того как двигатель наберет минимально устойчивые обороты, напряжение на плюсовой шине 3 бортовой сети становится больше порога срабатывания схемы 9 пусковой блокировки, а на третий вход ее поступает разрешающий сигнал с выхода схемы 6 измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя. Отсутствие этого сигнала на неработающем двигателе позволяет исключить ложные срабатывания защиты, если аккумулятор заряжен полностью и напряжение на нем независимо от режима работы двигателя больше порога срабатывания схемы 9 пусковой блокировки.

Если при работе двигателя срабатывают датчики 2, то сигнал через третью схему ИЛИ 7, схему 9 пусковой блокировки поступает на схему П защиты от «дребезга датчиков 2. Сигнал на выходе схемы 11 появляется в том случае, если продолжительность сигнала на входе не меньше определенного времени. Это время выбирается таким, чтобы устранить ненужные срабатывания защиты при эксплуатационных флук- туациях контролируемых параметров (например, при их колебаниях от изменения нагрузки, параметров движения) и составляет обычно 1-2 с. Сигнал с выхода схемы 11 зашиты от «дребезга датчиков через логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, вторую схему ИЛИ 22, усилитель 25 мощности включает схему 26 предупредительной сигнализации и одновременно поступает на схему 14 задержки. По истечении времени задержки в 20-30 с, за которое оператор может принять необходимые меры транспортной безопасности, сигнал с выхода схемы 14 задержки через первую схему ИЛИ 17, первый усилитель 19 мощности включает исполнительный механизм 24, и двигатель начинает останавливаться. После окончания задержки схема 26 предупредительной сигнализации отключается, так как сигнал с выхода первой схемы ИЛИ 17 поступает на второй вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, на первом входе которого имеется сигнал с выхода схемы 11 защиты от «дребезга датчиков 2.

Если з-цепи исполнительного механизма 24 имеется короткое замыкание, то после появления управляющего сигнала на входе усилителя 19 мощности выход его перегружается, при этом схема 23 защиты от короткого замыкания вырабатывает сигнал, который подается на схему 13 сброса, а последняя приводит схему 14 задержки в исходное состояние. При этом усилитель 19 мощности включается и вновь начинает работать схема 26 предупредительной сигнализации, так как сигнал со второго входа логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 пропадает и появляется там вновь только после истечения времени задержки. Так продолжается до тех пор, пока не исчезает аварий5

0

5

ная ситуация или короткое замыкание в цепи исполнительного механизма 24.

Если в процессе пуска контролируемые параметры не достигают необходимых рабочих значений и аварийный сигнал на выходе третьей схемы ИЛИ 7 присутствует постоянно, схема 15 блокировки задержки не отключается. После того, как срабатывает схема 9 пусковой блокировки, через 1-2 с аварийный сигнал появляется на выходе первой

схемы 11 защиты от «дребезга датчиков 2 и через схему 15 блокировки задержки, минуя схему 14 задержки, включает исполнительный механизм 24 через первую схему ИЛИ 17 и усилитель 19. Сигнализатор 21 состояния выхода усилителя 19 мощности в двух случаях бывает включен и в двух случаях выключен. Включен, когда на выходе первого усилителя 19 мощности отсутствует управляющий сигнал или в цепи исполни тельного механизма 24 имеется короткое замыкание. Выключен, когда ,: выходе первого усилителя 19 мощности, имеется управляющий сигнал или при обрыве исполнительного механизма 24, т. е. при исправности исполнительного механизма 24 и его цепи сигнализатор 21 состояния выхода аиите- ля 21 мощности должен находиться в определенном состоянии, зависящем от состояния контролируемых параметров, и должен менять это состояние в момент выдачи сигнала на исполнитель,1ын механизм 2-1. В этсп

0 же момент отключается тревожная сигнализация 26, фнкс. внимание оператора га срабатывании исполнительного механизма 24.

С помощью сигнализатора 21 состояния

5 выхода исполнительного механизма и включателя 18 исполнительного механизма очень быстро проверяется исправность исполнительного механизма 24 и его цепи. Перед пуском двигателя при включении питания устройства защиты сигнализатор 21 должен

0 включаться. Если он выключен, то в цепи имеется обрыв. При замыкании включателя 18 сигнализатор должен выключаться. В противном случае в цепи исполнительного механизма появляется короткое замыкание. Выключатель 10 защиты позволяет при необходимости продлить задержку срабатывания исполнительного механизма, например, в сложной дорожно-транспортной ситуации. Схема 6 измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя формирует пQ равляющие сигналы на ее первом и втором выходах, если измеренная величина больше заданных порогов. Сигнал с первого выхода через переключатель 16. первую схему ИЛИ 17, первый усилитель 19 мощности включает исполнительный механизм 24, защищая дви5 гатель от превышения частоты вращения коленчатого вала. Сигнал со второго выхода схемы 6 управляет работой схемы 9 блокировки. На вход схемы 6 измерения частоты

5

ащения коленчатого вала двигателя пода- тся сигналы или от специального датчика 1, .ли от плюсовой шины 3 бортовой сети. В юследнем случае для измерения используется частота пульсаций выпрямленного напряжения генератора, которая однозначно свя- ана с частотой вращения коленчатого вала шигателя. Переключение входа схемы 6 производится с помощью переключателя 5. Информация от плюсовой шины 3 бортовой сети берется в том случае, если в конструкции двигателя отсутствует датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя или при выходе этого датчика из строя. Погрешность измерения частоты вращения для схемы пусковой блокировки может быть равной 10- 15%, а для защиты двигателя от превышения допустимой частоты вращения коленчатого вала не более 3%. Поэтому если в бортовой сети имеется мощный источник помех, увеличивающий погрешность измерения частоты вращения, с помощью переключателя 16 канал защиты по этому параметру можно отключить. В этом случае даже при выходе из строя датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя последний будет защищен по наиболее важным параметрам, таким как давление масла в системах смазки различных узлов.

При срабатывании датчиков 4 второй группы сигнал через схему ИЛИ 8 поступает на схему 12 защиты от «дребезга датчиков, а затем через вторую схему ИЛИ 22 и второй снлитель 25 мощности включает 2В предупредительной сигнализации. Сигнализация 26 выключается, когда контролируемый параметр приходит в норму. (Ч . ма } }. иппигы от «дребезга датчиков м:,Г)о,ао1 аналогично описанной выше схеме 11. Тревожная сигнализация 26 не вклю- член я, если датчики 4 включаются на время v.enee 1 2 с. Для удобства пользования тревожная сигнализация по второй группе параметров может отличаться от тревожной отпализании по первой группе параметров (|., характером звукового сигнала). Это позволяет надежнее производить диагностику неисправностей исполнительного механизма 24 останова двигателя. Если падение давления масла происходит на работающем двигателе, то из-за остатков масла в магистрали задержка остановки двигателя в 20-30 с не приводит к аварии, а только повышает безопасность движения. Если необходимое давление масла не создается при пуске двигателя, то за 20-30 с работы в таком режиме двигатель может заклинить из- а «сухого трения. Поэтому введение схемы 15 блокировки задержки повышает на- ю/кность защиты двигателя в начальные моменты после пуска.

Введение схемы 23 защиты выходных каскадов от короткого замыкания совместно со схемой 13 сброса и логического элемента

10

1525

6

ИЛИ

20 позволяет в

20

30

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ случае короткого замыкания в цепи исполнительного механизма 24 не только защитить усилитель 19 мощности от вывода из строя, но и сигнализировать о наличии короткого замыкания, так как предупредительная сигнализация не отключается, а повторяется до тех пор, пока не будет устранена или аварийная ситуация, или короткое замыкание. Сигнализатор состояния выхода усилителя мощности совместно с включателем исполнительного механизма позволяет легко и полностью контролировать состояние исполнительного механизма и его цепи. При работе устройства защиты отключение тревожной сигнализации в момент включения исполнительного механизма дополнительно фиксирует внимание оператора и делает эту проверку естественной. Все это в целом повышает надежность защиты двигателя.

Введение в схему пусковой блокировки двух управляющих сигналов (по напряжению бортовой сети и частоте вращения коленчатого вала двигателя) повышает надежность работы устройства защиты, исключая ложные срабатывания как в момент пуска из-за значительных помех от работы стартера по цепи измерения частоты вращения, так и при остановке двигателя с полностью заряженным аккумулятором.

Формула изобретения

Устройство для автоматической защиты двигателей внутреннего сгорания, преимущественно транспортных средств, содержащее первую группу пороговых датчиков для

5 аварийного отключения двигателя и вторую группу пороговых датчиков для подачи предупредительной сигнализации, соответствующие им первую и вторую схемы защиты or «дребезга, соединенные через первые и вторые схемы ИЛИ и усилители мощности соответственно с исполнительным механизмом останова двигателя и схемой тревожной сигнализации, включатель исполнительного механизма и схемы пусковой блокировки, измерения частоты вращения коленчатого

5 вала двигателя с датчиком и задержки, причем схема пусковой блокировки соединена своим выходом с входом первой схемы защиты от «дребезга, а входами - с плюсовой шиной бортовой сети транспортного средства, выходами датчиков первой группы

0 и схемой измерения частоты вращения коленчатого вала, а схема задержки выполнена в цепи между первой схемой защиты от «дребезга и первой схемой ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью надежного отключения двигателя при возникновении аварийных

$ ситуаций в момент начала работы двигателя, оно дополнительно снабжено третьей и четвертой схемами ИЛИ, схемой сброса, схемой блокировки задержки, схемой защиты усилителя мощности от короткого замыкания, логическим элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, сигнализатором состояния выхода усилителя мощности, переключателями входа и выхода схемы измерения частоты вращения и выключателем защиты, причем третья схема ИЛИ включена между пороговыми датчиками первой группы и схемой пусковой блокировки, четвертая схема ИЛИ включена между пороговыми датчиками второй группы и второй схемой защиты от «гфебезга, схема сброса своими входами соединена соответственно с выключателем защиты и выходом схемы защиты усилителя мощности от короткого замыкания, а выходом - с одним из входов схемы задержки, вход схемы защиты усилителя мощности от короткого замыкания соединен с выходом первого усилителя мощности, к которому также подключен сигнализатор состояния выхода усилителя мощности, логический

$

0

элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ своим первым входом соединен с первым входом схемы блокировки задержки и выходом первой схемы защиты от «дребезга, а вторым входом - с выходом первой схемы ИЛИ, второй инверсный вход схемы блокировки задержки подключен к выходу третьей схемы ИЛИ, выход схемы блокировки задержки соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом второй схемы ИЛИ, кроме того, переключатель входа схемы измерения частоты вращения соединен с датчиком частоты вращения и плюсовой шиной, переключатель выхода схемы измерения частоты вращения соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ и минусовой шиной и выключатель исполнительного механизма включен между минусовой шиной и одним из входов первой схемы ИЛИ.

Изобретение обеспечивает надежное отключение двигателя при возникновении аварийных ситуаций в момент начала работы двигателя. Схема ИЛИ 17 включена между пороговыми датчиками 2 для аварийного отключения двигателя первой группы и схемой 9 пусковой блокировки. Схема ИЛИ 8 включена между пороговыми датчиками 4 для предупредительной звуковой сигнализации второй группы и схемой 12 защиты от "дребезга" датчиков 4. Схема 13 сброса 13 сброса своими входами соединена соответственно с выключателем 10 защиты и выходом схемы 23 защиты усилителя мощности от короткого замыкания, а выходом - с одним из входов схемы 14 задержки. Вход схемы 23 соединен с выходом усилителя 19 мощности, к которому также подключен сигнализатор 21 состояния выхода усилителя мощности. Логический элемент Исключающее ИЛИ 20 своим первым входом соединен с первым входом схемы 15 блокировки задержки и выходом схемы 11 защиты от "дребезга" датчиков 2, а вторым входом- с выходом схемы ИЛИ 17.Второй инверсный вход схемы 15 подключен к выходу схемы ИЛИ 7.Выход схемы 15 соединен с одним из входов схемы ИЛИ 17, а выход элемента Исключающее ИЛИ 20 соединен с вторым входом схемы ИЛИ 22. Переключатель 16 выхода схемы 6 измерения частоты вращения соединен с одним из входов схемы ИЛИ 17 и минусовой шиной. Выключатель 18 исполнительного механизма включен между минусовой шиной и одним из входов схемы ИЛИ 17. Сигнализатор 21 позволяет совместно с выключателем 18 легко и полностью контролировать состояние исполнительного механизма и его цепи. Введение в схему пусковой блокировки двух управляющих сигналов повышает надежность работы устройства защиты, исключая ложные срабатывания как в момент пуска,так и при остановке двигателя с полностью заряженным аккумулятором. 1 ил.