CN100383378C - 用于内燃机的电源单元 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的电源单元，能够向内燃机的控制电路稳定地提供驱动电源，并能够快速起动控制电路。它设有产生电能的发电机21；用于调节驱动功率的主电源电路22；用于存储主电源电路22提供之电能的电容器23；电流控制电路26，用于在主电源电路输出的电压低于第一设定电压时，向电容器以外的控制电路15和各种负载24提供电能，而在主电源电路输出的电压高于或等于第一设定电压V1时，向电容器提供电能；放电电路28，用于在主电源电路的输出电压降低到等于或小于电容器电压时，把电容器积累的电能提供给控制电路和各种负载。

Description

用于内燃机的电源单元

技术领域

本发明涉及用于内燃机的电源单元，具体地说，涉及一种适于与不带电池之内燃机一起使用的内燃机电源单元。

背景技术

传统上，所谓不带电池的内燃机是利用脚踏起动杆或启动索使曲柄轴转动，以便转动与曲柄轴相连的发电机(ACG)，致使利用此时所产生的驱动力驱动控制电路等，众所周知的是，这样的内燃机用作诸如摩托车和雪地用汽车等车辆上安装的内燃机。

由于这种不装电池的内燃机，除了发电方面的情况外，诸如脚踏动作产生的电力不足，或者主电源电路(调节整流装置)的输出间断等，由于开启电灯负载时电流激增以及诸如注入器和点火器等各种负载的脉冲电流，使ACG的输出功率暂时不足，进而导致电源电压出现急剧下降。当开启转向灯所出现的涌流叠加到注入器或点火器驱动线圈上时，电源电压下降尤其显著。

当电源电压下降到低于发动机控制单元的最小工作电压时，这一问题最严重，并导致发动机停止。

即使发动机不停止，较大的电源电压波动对于注入器的放电精度也是有害的，而且还导致点火器的电压不足。

为了解决这类问题，已经提出过提供一种电源稳定电路，在发电机和控制电路之间包括二极管和电容器(比如，可参见审结实用新型专利申请特开平8-9393)。

然而，对于解决这些问题的有关方法还存在下面一些有待解决的问题。

具体地说，相关方法是通过如下方式稳定控制电路的电源电压的，即把注入器负载接到主电源电路的输出端，通过二极管连接控制电路的电源，并在该位置上设置电容器。然而，由于注入器电源电压不稳定，注入器放电可靠性变劣是不可避免的。

还考虑过使电容器的电容较大，以便避免上述问题。遗憾的是，这样带来一个新问题，即对于这种不带电池系统进行脚踏起动时必须对电容器充电，导致电源电路的电压升高需要时间。

具体地说，因脚踏起动而使电动机转动大约0.2至0.4秒。在这段时间内，因为电容器充电，实质上使起动注入器系统所需要的时间被缩短，而且在最坏情况下，在发射系统到达起动电源电压之前电源就停止了。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种用于内燃机的电源单元，能够向内燃机的控制电路稳定地提供驱动电源，并能够快速起动控制电路。

为实现上述目的，提供一种用于内燃机的电源单元，用以向控制内燃机的至少一个控制电路和各种负载提供驱动电压，所述电源单元包括：产生电能的发电机；与所述发电机连接的主电源电路，用于调节驱动功率；与主电源电路连接的电容器，用于存储主电源电路提供的电能；电流控制电路，用于在主电源电路输出的电压低于第一设定电压时，把主电源电路提供的电能提供给电容器以外的控制电路和各种负载，并在主电源电路输出的电压高于或等于第一设定电压时，从主电源电路向电容器提供电能；放电电路，用于在主电源电路的输出电压降低到等于或小于电容器电压时，把电容器积累的电能提供给控制电路和各种负载。

所述电源单元中还设置具有开关元件的短路电路，它以如下方式设置在电容器和主电源电路之间，即在主电源电路输出的电压变成高于或等于第二设定电压时，通过接通开关元件，把电容器和主电源电路短路。

所述电源单元通过微型计算机控制上述短路电路的路径。

所述开关元件是继电器。

所述开关元件是FET。

所述开关元件能够利用自锁功能保持在接通状态。

所述开关元件能够通过在起动和停止内燃机时使用关闭主开关解除自锁功能。

在所述主电源电路与电压检测电路之间设置二极管，以便连接每种负载中的电灯负载。

本发明的另一方面，可将上述内燃机用的电源单元去掉其中的发电机而构成一种用于内燃机的功率稳定单元。

附图说明

图1是简要示出内燃机举例结构的侧视图；

图2是表示本发明第一实施例的系统结构示意图；

图3是表示本发明第一实施例的电路图；

图4是表示本发明第一实施例的电压波形图；

图5是表示本发明另一实施例的电路图；

图6是表示本发明另一实施例的系统结构示意图；

图7是表示本发明实施例的电压波形图；

图8是本发明又一实施例的电路图。

具体实施方式

以下参考附图描述本发明的实施例。

图1示出以图中标号1表示的内燃机的举例结构。

该内燃机1包括与自由滑动活塞2配合的汽缸体3、汽缸头4形成装在汽缸体3上部的燃烧室、在汽缸4上滑动配合的进气阀5和排气阀6、以及装在汽缸头4上的进气管7和排气管8。

在进气管7处还设有注入器9，用于注入燃料。再在进气管7内设置所述注入器部分的上游设置调节进气用的节气阀10。然后在进气管7上游侧的进气管7的端部处设置用于净化进气的空气净化器11。

另外，标号12是曲柄转角检测器，它用于检测曲柄轴旋转位置和旋转速度。

经引导管14将压力传感器15安装到进气管7上，通过检测进气管7内的进气压力来检测进气。

标号15表示用来控制驱动内燃机1的ECU，然后通过与本实施例(后面有述)相关的电源单元向控制单元15提供驱动能量。

如图2所示，本实施例的电源实质上由以下部件构成：产生电能的发电机21；与所述发电机21相连的主电源电路22，它由调节器起动装置构成，用于调节驱动功率；电容器23与主电源电路22相连，用于存储主电源电路22提供的电能；电流控制电路26，用于在主电源电路22输出的电压低于第一设定电压(V1)时，把主电源电路22供给的电能提供给电容器23以外的控制电路15和各种负载24，并在主电源电路22输出的电压高于或等于第一设定电压(V1)时，从主电源电路22向电容器23提供电能；还有放电电路28，用于在主电源电路22的输出电压降低到等于或小于电容器23的电压时，把电容器23内积累的电能提供给控制电路15和各种负载24。

带开关元件的短路电路27按以下方式设置在电容器23和主电源电路22之间，即当主电源电路22输出的电压变成高于或等于第二设定电压(V2)时，通过接通开关元件使电容器23与主电源电路22短路。

图2中的标号29表示主开关，用于接通和断开主电源电路22与控制电路15及各种负载24之间的电连接。

这里的各种负载24是指电负载，如燃料泵、注入器、和前灯等。

利用图3给出详细的描述，由主电源线30使主电源电路22、控制电路15及各种负载24电连接，主开关29设在沿着主电源线30的中途。

齐纳二极管31与主电源线30相连，并且齐纳二极管31通过电阻器32和33与npn晶体管34的基极相连。

pnp晶体管36的基极通过电阻器35与晶体管34的集电极相连。晶体管36的发射极连接到主电源线30，并通过电阻器37连接到所述基极一侧。

再有，电容器23通过二极管38与晶体管36的集电极相连。

在本实施例中，齐纳二极管31的击穿电压设定为10V，就是上述的第一设定电压V1。

当主电源电路22输出的电压超过10V时，晶体管34和36导通，并且电容器23与主电源线30电连接。

在本实施例中，齐纳二极管31构成电压检测电路，用以决定电容器23充电的起和停，另外，晶体管34和36及二极管38构成所述电流控制电路。

另一方面，击穿电压被设定为12V的齐纳二极管39连接在主电源线30的主开关29与控制电路15之间，所述击穿电压为第二设定电压V2。

npn晶体管40的基极通过电阻器41与齐纳二极管39相连，在主电源电路22输出的电压超过第二设定电压V2时，晶体管40导通。

构成开关元件的继电器42的线圈连接到晶体管40的集电极，晶体管40的集电极通过所述线圈电连接到主电源线30。

由晶体管40控制继电器42，并与主电源线30和电容器23电连接和断开。

因此，当主电源电路22输出的电压是使晶体管40接通的电压，也即超过第二设定电压V2的电压时，继电器42接通，结果电容器23电连接(短路)主电源线30。齐纳二极管39、晶体管40和继电器42构成本实施例的短路电路27。

把pnp晶体管43设置成与齐纳二极管39并联。晶体管43的基极通过电阻器44和二极管45连接到晶体管40的集电极，并通过电阻器46与发射极相连。

由于晶体管40导通，并且因此晶体管43也导通，结果给晶体管43的基极提供一个电压。结果，主电源线30和晶体管40的基极相连，以至齐纳二极管39被旁路。

一旦晶体管40导通，则晶体管40保持在这一状态，而且继电器42也保持接通，以便通过自锁功能实现所述短路电路27。

另一方面，二极管47设置成在主电源线30和电容器23之间与继电器42并联，并从电容器23将电能提供给主电源线30。

通过以这样的方式形成电路：当主开关29在断开之后再一次被接通时，即使继电器42断开，存储在电容器23内的能量也会提供给控制电路15。

因此，本实施例中的二极管47实现所述放电电路28的功能。

以下描述按这种方式构成之本实施例的电源单元20。

首先，在闭合主开关29时，发电机21被迫转动，发电机21产生的电能受到主电源电路22调节，并提供给控制电路15和各种负载24。

主电源电路22输出的电压逐渐升高，但是晶体管34保持截止状态，直至达到第一设定电压，该电压构成形成电压检测电路之齐纳二极管31的击穿电压，因而电容器23保持与主电源线30断开。

这样，主电源线22输出的电能通过主开关29全部提供给控制电路15和各种负载24，而不存储在电容器23，因此主电源线22输出的电压快速升高至第一设定电压(10V)，如图4中的曲线X所示。

因此，通过将第一设定电压V1设定成使控制电路15和各种负载24工作所需的电压，就能够使控制电路15和各种负载24快速工作，并通过迅速和可靠地控制内燃机1能够地控制内燃机1的快速起动。

当主电源电路22输出的电压达到第一设定电压V1时，通过齐纳二极管31向晶体管34的基极加给电压，晶体管34和与晶体管34相连的晶体管36导通，并使电容器23与主电源线30电连接。

这时，电容器23开始充电，如图4中的曲线Y所示。

也就是当保证驱动控制电路15所需的能量之后还有剩余能量时，电容器23开始充电。

例如，当主电源电路22的输出电压下降到低于第一设定电压V1(10V)时，如图4中的区域3所示，由于各种负载24消耗能量，施加在晶体管34的基极上的电压不复存在，晶体管34和36都截止。当电容器23暂停充电时，这就确保使控制电路15和各种负载24再次工作的电压。

因此，优先给予提供给控制电路15和各种负载24的驱动能量，因而能够可靠地实现起动内燃机1。

随后，内燃机1起动，同时电容器23充电，以便在电容器23充电达到第一设定电压V1(10V)时，主电源电路22输出并提供给控制电路15和各种负载24的驱动电压逐渐提高，如图4中的区域5所示，通过第二设定电压V2，并稳定在14V附近，构成主电源电路22输出的控制电压。

当驱动电压达到第二设定电压V2(12V)时，齐纳二极管39导通，晶体管40导通，因此继电器42也导通。

于是，电容器23与主电源线30电连接。

与此同时，由于晶体管43导通，控制继电器40工作的晶体管40也保持在导通状态。

在完成内燃机1起动及电容器23充电之后，各种负载24工作，来自主电源电路22的驱动电压下降到这些负载所消耗的能量水平。然而，如上所述，由于电容器23连接到主电源线30上，当驱动电压下降时，从电容器23供给能量，以补充驱动电压下降的部分。

因此，电容器23起稳定驱动电压的电源电压作用，稳定提供给控制电路15和各种负载24的驱动电压。

另一方面，比如在主开关29关闭，并且内燃机1停止之后，主开关29被接通，以便再次起动内燃机1。

在这种情况下，发电机21不工作，所以齐纳二极管39也就截止，结果，继电器42保持关闭。

然而，电容器23通过构成放电电路28的二极管47连接到主电源线30。当内燃机1再次起动而工作时，电容器23内存储的能量快速地提供给控制电路15。

当内燃机1再次起动时，由此而将驱动功率提供给控制电路，而不必等待发电机21起动，并且确保内燃机1平稳起动。

当再次起动内燃机1各种负载24工作时，从电容器23提供的能量被各种负载24消耗，而且，假设提供给控制电路15的电压低于这些操作所需要的电压，即低于第一设定电压V1。

为了避免这样的不便，当重新起动时，各种负载24工作并且电容器23输出的电压低于第一设定电压V1的情况下，停止向各种负载24提供能量，而优先向控制电路15供给能量。

这样确保以可靠方式起动内燃机1。

上述实施例是作为例子给出的，可以根据设计要求等进行各种改进。

例如，有如图5所示那样，可将FET 48用作所述的开关元件，代替继电器42。

因此，通过使用FET 48，可使驱动开关元件所需的功率保持很小。

当使用FET 48时，也可以通过设置与FET 48并联的二极管49，构成放电电路28。

也可以使用内置有二极管的FET代替二极管49。

降低流经电容器的电流也可能是很重要的，用以保持控制电路、注入器和点火线圈的电源电压波动尽可能地小。

例如，在如图6所示的另一实施例中，可将二极管50设置在主电源电路22与电压检测电路之间，以使各种负载24中的每一个的电灯负载25连接在二极管50与主电源电路22之间。

在这种情况下，主电源电路22输出的电压波形如图7中的曲线A所示，放电电路28的电压波形如图7中的曲线B所示。

上述结构使流过电容器23的电流显著下降，并使提供给控制电路15、注入器和点火线圈的电源电压更稳定。

也可以利用微型计算机使短路电路27短路或开路。

因此，通过实现这种控制，能够最佳地控制短路电路27，并可使电路本身简化。

另一方面，在上述实施例中，给出一个例子，其中主开关29设置在控制电路15的输入端，但是也可以如图8所示，将主开关29设置在主电源电路22的输出端。

各个电路及控制电路15结合在ECU内，主开关29通过连接器连接到ECU，因此上述实施例需要两个电源线，用以连接ECU和主开关。然而，如图8所示，通过把主开关29设置在主电源电路22的输出端，并且沿着连接主电源电路22与其他电路的电源线的中途设置主开关29，能够减少电源线的需要量。

按照上面所述本发明的用于内燃机的电源单元，能够稳定内燃机控制电路之驱动功率的供给，控制电路的起动迅速，因此能以快速而可靠的方式起动内燃机。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的电源单元，用于向控制内燃机的至少一个控制电路和各种负载提供驱动电压，它包括：产生电能的发电机；与所述发电机连接的主电源电路，用以调节驱动功率；与主电源电路连接的电容器，用以存储主电源电路提供的电能；其特征在于，

具有电流控制电路，用于在主电源电路输出的电压低于第一设定电压时，把主电源电路提供的电能提供给电容器以外的所述一个控制电路和/或各种负载，并在主电源电路输出的电压高于或等于第一设定电压时，从主电源电路向电容器提供电能；

具有放电电路，用于在主电源电路的输出电压降低到等于或小于电容器电压时，把电容器积累的电能提供给所述至少一个控制电路和/或各种负载；

具有电压检测电路，由齐纳二级管构成，用以决定所述电容器充电的起和停。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，还包括具有开关元件的短路电路，它以如下方式设置在电容器和主电源电路之间，即在主电源电路输出的电压变成高于或等于第二设定电压时，通过接通开关元件，使电容器和主电源电路短路。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，由微型计算机控制所述短路电路的路径。

4.根据权利要求2所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，所述开关元件是继电器。

5.根据权利要求2所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，所述开关元件是FET。

6.根据权利要求2至5任一项所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，所述开关元件能够利用自锁功能保持在接通状态。

7.根据权利要求6所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，所述开关元件能够通过在起动和停止内燃机时使用关闭主开关解除自锁功能。

8.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，所述电压检测电路与所述主电源电路之间设有二极管，以使各种负载的每一种中的一个或多个负载连接在所述二极管与主电源电路之间。

9.根据权利要求1所述的用于内燃机的电源单元，其特征在于，还包括主开关，所述主开关连接在所述至少一个控制电路的输入端，或连接在所述主电源电路的输出端。

10.一种内燃机用的功率稳定单元，所述功率稳定单元包括权利要求1限定的电源单元，并去除其中所述产生电能的发电机。

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