CN101029585A - 发动机起动控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机起动控制设备。油位检测传感器(24)检测曲轴箱中的油位(Lr)。第一充电电路(70)包括用于充入主线圈(32a)中产生的反向电压的第一充电电容器(71)、所述油位检测传感器和第一二极管(73)的串联连接。半导体开关元件(81)响应于所述第一充电电容器的电压充电而接通以禁能点火电路(31)的点火操作。第二充电电路(90)包括用于充入所述主线圈中产生的正向电压的第二充电电容器(91)和第二二极管(92)的串联连接。晶体管(101)响应于所述第二充电电容器(91)的电压充电而接通以禁能所述半导体开关元件(81)的接通操作。

Description

发动机起动控制设备

技术领域

本发明涉及发动机起动控制设备，该发动机起动控制设备用于基于发动机润滑油的油位来控制安装在诸如工作机的各种载重机(load)上的发动机的起动或激活。

背景技术

作为发动机润滑技术，已经广泛采用了利用存储在曲轴箱中的油来润滑各个滑动部分的技术(下文称为“储油式”发动机润滑技术)。对于采用这种储油式发动机润滑技术的发动机(即，储油式发动机)而言，为了对发动机的各个滑动部分光滑地润滑，需要使存储的油保持适当的数量或油位。

例如从日本特公昭53-44615号公报中已经公知了多种油位检测装置。特公昭53-44615号公报中公开的常规油位检测装置设置在车辆发动机中并包括浮动开关。当存储的油的油位降低或下降至预设的下限油位时，所述装置通过检测已经与油位一起下降的浮子的浮动开关而检测到油位下降至下限油位，从而可通过诸如灯或蜂鸣器的告警单元生成油位警告。但是，因为公开的常规油位检测装置被构成为仅生成油位警告，所以尽管油位下降至下限油位，但发动机仍然保持运行。

为了增强发动机的耐久性，可以设想更加积极地处理油位下降，例如通过在检测到油位下降至下限油位时积极地停用(deactivate)发动机。换言之，如果在发动机起动时油不足，则可以安排积极地阻止发动机的起动。然而在这种情况下，需要大大简化油位检测装置和设有该检测装置的设备的整体结构。

发明内容

考虑到上述现有技术的问题，本发明的目的在于利用结构简单的发动机起动控制设备来增强储油式发动机的耐久性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种改进的发动机起动控制设备，该发动机起动控制设备包括：浮动式油位检测传感器，该浮动式油位检测传感器用于通过检测存储于发动机的曲轴箱中的油的油位下降至预设的下限油位的时刻而生成油位下降检测信号；点火电路，该点火电路用于通过控制连接到火花塞的点火线圈来进行点火操作，从而使所述火花塞产生火花放电；以及控制部，该控制部用于根据所述浮动式油位检测传感器输出的检测信号来控制所述点火电路。在本发明中，所述控制部包括第一充电电路、第一开关元件、第二充电电路和第二开关元件，所述第一充电电路包括用于充入所述点火线圈的主线圈中产生的反向电压的第一充电电容器、所述浮动式油位检测传感器和第一二极管的串联连接，所述第一开关元件响应于所述第一充电电容器的电压充电而接通以禁能所述点火电路的点火操作，所述第二充电电路包括用于充入所述点火线圈的所述主线圈中产生的正向电压的第二充电电容器和第二二极管的串联连接，所述第二开关元件响应于所述第二充电电容器的电压充电而接通以禁能所述第一开关元件的接通操作。

换言之，本发明的基本原理基于浮子的工作情况，所述浮子的工作情况取决于油在所述发动机静止的时刻与所述发动机运行的时刻之间不同的表面油位。更具体地说，当所述发动机静止时，所述油表面油位以及因此所述浮子不会变化，而当所述发动机运行时，所述油表面油位以及因此所述浮子显著变化。

当所述浮动式油位检测传感器检测到油的油位在所述发动机起动时下降的时候，所述第一开关元件响应于所述第一充电电容器的电压充电而接通或触发。这样，所述第一开关元件就禁能了所述点火电路的所述点火操作，从而阻止所述发动机的激活。因为这种设置使得所述发动机仅仅在存储的油足够时才可以被激活，所以本发明使得发动机的各个滑动部分可被光滑地润滑，因此可确保所述发动机的充分的耐久性。

一旦所述发动机在油的油位适当时被激活或启动，所述第二开关元件就响应于所述第二充电电容器的电压充电而接通或触发。这样，所述第二开关元件就禁能了所述第一开关元件的接通。从而所述第一开关元件无法禁能所述点火电路的所述点火操作，因此所述发动机可保持运行。在这种情况下，因为所述发动机的曲轴箱中存储了足量的油，所以可以可靠地防止所述发动机在该发动机运行的同时由于油的表面的剧烈而显著的波动而意外停用。因此，本发明可有效地增强在其上安装有所述发动机的诸如工作机的载重机(所述发动机的动力传输到该载重机)的可操作性。

换言之，本发明可基于两个条件，即所述发动机的旋转和油的油位下降来以增强的可靠性和容易性激活和停用所述发动机。

另外，根据本发明，仅仅当所述发动机静止，即未运行时，才必须在打开填充孔之后检查油位。因此，可以显著地减小打开所述填充孔的频率。从而，即使在灰尘和其它杂质可容易地通过所述填充孔进入的环境下使用所述发动机，本发明也可使不希望的灰尘和其它杂质的进入最小化。另外，因为所述控制部仅仅连接到所述浮动式油位检测传感器和点火电路，所以本发明的发动机起动控制设备的结构可大大简化。因此，本发明可用简单的结构来增强所述储油式发动机的耐久性。

附图说明

下文将参照附图仅以示例的形式详细描述本发明的某些优选实施例，附图中：

图1是示意性地示出发动机和根据本发明实施例的发动机起动控制设备的框图；

图2A和图2B是说明图1的发动机起动控制设备中的浮动式油位检测传感器的相关部分的结构和工作情况(behavior)的图；并且

图3是该发动机起动控制设备的电路图。

具体实施方式

首先参照图1的框图，图1示意性地示出了发动机和根据本发明实施例的发动机起动控制设备。发动机10是油润滑式的单缸内燃机，其包括基本水平的曲轴11、曲轴箱12和反冲起动器21，其中用存储在曲轴箱12中的油Lu润滑各个滑动部分。发动机10适用于安装在诸如工作机的各种载重机上。

用于控制发动机10的起动或激活的发动机起动控制设备20包括发电机22、点火装置23、浮动式油位检测传感器24、主开关25和控制部26。注意，该发动机起动控制设备20不包括电池。

反冲起动器21是使操作员可手动激活发动机10的起动装置，并且例如设置在曲轴11或飞轮13上。

发电机22包括设置在直接连接到曲轴11的飞轮13上的永磁体22a，以及靠近永磁体22a定位的主线圈32a。

点火装置23包括点火电路31、点火线圈32和火花塞33。该点火装置23是基于磁体的发火式(generating type)(飞轮-磁体点火式)，其直接使用由发电机22产生的电力作为点火线圈32的主电源，而不将发电机产生的电力存储在电池中。换言之，在点火装置23中，响应于旋转的永磁体22a的磁性，在主线圈32a中产生电力，并将如此产生的电力用作点火线圈32的主电源。

为了进行点火，点火电路31通过对连接到火花塞33的点火线圈32进行控制，使火花塞33产生火花放电。

点火线圈32包括主线圈32a和次线圈32b(图3)。向火花塞33供应高压断续电流(intermittent current)。

主开关25是可由操作员手动操作以激活或停用发动机10的主电源开关，并且其对应于操作员的操作而向控制部26提供开关信号。主开关25具有常开触点，该常开触点在发动机10待激活时断开而在发动机10待停用时接通。

控制部26响应于浮动式油位检测传感器24的各个检测信号而对点火电路31进行控制，稍后将描述其细节。

浮动式油位检测传感器(即，油位告警器(oil alert))24被设置用于持续检测存储在曲轴箱12中的油Lu的油位。将参照图2A和图2B来描述浮动式油位检测传感器24的细节。

图2A和图2B是说明在本实施例中采用的浮动式油位检测传感器(即，油位告警器)24的主要部分的结构和工作情况的图。更具体地说，图2A表示当下限油位Lm上方存储有足量的油Lu时，浮动式油位检测传感器24的主要部分的剖面结构，而图2B表示当油Lu减少或下降至下限油位Lm时，油位检测传感器24的主要部分的剖面结构。

浮动式油位检测传感器(即，油位告警器)24包括安装在曲轴箱12中的壳体41，以及容纳在壳体41中的簧片开关42和浮子43。簧片开关42具有常开触点42a并沿基本垂直的方向定位。浮子43为环形(或圈形)，并且漂浮在油的表面上从而根据(或随着)油表面而垂直运动(即，降低和升高)。浮子43具有环形永磁体44，可以与位于浮子43内中央的簧片开关42一起垂直运动，所述永磁体44沿着浮子43的周边设置于该周边上。

以下段落描述浮动式油位检测传感器24的工作情况。

当如图2A所示在下限油位Lm上方存储有足够的油Lu时，浮子43保持在油表面上浮动。在该状态下，簧片开关42的常开触点42a保持断开(即，保持在切断位置)而不受永磁体44的磁性影响。因此，浮动式油位检测传感器24保持断开。

然后，当如图2B所示油Lu的表面下降至下限油位Lm时，浮子43降低至壳体41内的较低位置，从而永磁体44远离簧片开关42的常开触点42a而降低。因此，簧片开关42的常开触点42a在永磁体44的磁性影响下闭合(即，转换至接通位置)。因此，浮动式油位检测传感器24接通从而生成油位下降检测信号。

换言之，当油Lu的实际油位Lr(即，实际的油表面油位Lr)已经下降至下限油位Lm(在该处簧片开关42的常开触点42a转换至接通位置)时，浮动式油位检测传感器24生成油位下降检测信号。

图3是本发明的发动机起动控制设备的电路图。

首先来描述点火电路31。点火电路31是感应放电式点火电路31，其包括：晶体管电路51，其集电极-发射极路径连接在主线圈32a的两个端子之间；和半导体开关元件(thyristor)52，其与晶体管电路51并联连接。晶体管电路51例如呈复合晶体管电路的形式。

半导体开关元件52的阳极不仅经由电阻器53连接到晶体管电路51的集电极，而且连接到晶体管电路51的基极。半导体开关元件52的阴极连接到晶体管电路51的发射极。

半导体开关元件52的栅极经由可变电阻器54和电阻器55的串联电路连接到晶体管电路51的集电极，并且经由电阻器56和二极管57的串联电路连接到晶体管电路51的发射极。二极管57设置用于对半导体开关元件52的选通电压进行温度补偿。

在点火电路31中，与发射极-集电极路径连接的二极管61和电阻器62的串联电路是预点火阻止电路；二极管61的阳极和阴极的取向与二极管57相反。电阻器63和64分别连接到构成复合晶体管的两个晶体管的基极-发射极路径。

在这样设置的点火电路31中，当响应于与曲轴11(该曲轴11经由反冲起动器21(图1)而旋转)一起旋转的永磁体22a的磁性，主线圈32a中的正向方向的正电压(即，箭头Or的方向的正电压，下文将称为“正向电压”)升高时，晶体管电路51进入导电状态(即接通)。因此，主短路电流流经晶体管51，此时半导体开关元件52沿正向方向偏置。

然后，当主线圈32a中的感应电压增加从而主短路电流增加时，半导体开关元件52的选通电势达到触发选通电势，从而触发半导体开关元件52。这样就接通了半导体开关元件52。

一旦半导体开关元件52接通，晶体管电路51的基极电势就相对于晶体管电路51的发射极电势下降，达到使晶体管电路51的导电状态不能再维持的程度。因此，晶体管电路51断开，从而至此为止流经主线圈32a的主短路电流迅速切断。由于主短路电流被切断，所以在次线圈32b中感应出高电压，从而通过火花塞33中产生的火花放电而实现了点火。

点火电路31包括：第一端子31a，向其施加由主线圈32a产生的正向电压；和第二端子31b，向其施加由主线圈32a产生的反向方向的正电压(即，图3中箭头Re的方向的正电压，下文将称为“反向电压”)。第一端子31a是不仅连接到控制部26的第一端子26a而且接地的正侧端子(plus-side terminal)。第二端子31b是不仅连接到控制部26的第二端子26b而且经由主开关25接地的负侧端子(minus-side terminal)。注意，晶体管电路51的集电极和半导体开关元件52的阳极连接到第二端子31b。

毫无疑问，在主开关25处于断开位置的同时，点火电路31的第一端子31a和第二端子31b具有以下电势。当已经向第一端子31a施加正向电压时，第一端子31a具有接地电势而第二端子31b具有负电势。当已经向第二端子31b施加反向电压时，第一端子31a具有接地电势而第二端子31b具有正电势。

如图3进一步所示，控制部26包括第一充电电路70、第一开关元件81、第二充电电路90和第二开关元件101。

第一充电电路70是串联电路，包括用于充入由主线圈32a产生的反向电压的第一充电电容器71、浮动式油位检测传感器24(更具体地说，常开触点42a)和一对反向流阻止第一二极管72和73。

更具体地说，第一充电电路70在从第二端子26b到第一端子26a(即，接地端子26a)的部分中包括反向流阻止二极管72、第一充电电容器71、限流电阻器74、反向流阻止二极管73和浮动式油位检测传感器24，它们以上述顺序串联连接。

例如呈半导体开关元件形式的第一开关元件81响应于第一充电电容器71的充电而接通或触发，从而禁能点火电路31的点火操作。

半导体开关元件81的栅极经由栅极保护电阻器82和放电电路形成电阻器83连接到第一充电电容器71的正侧电极。半导体开关元件81的阳极连接到第一端子26a。半导体开关元件81的阴极连接到第二端子26b，并且经由放电电路形成电阻器84连接到第一充电电容器71的负侧电极。

换言之，一旦第一充电电容器71中的充电电压超过预定电平，设置在用于第一充电电容器71的放电电路中的半导体开关元件81就被触发，从而禁能点火电路31的点火操作。

与半导体开关元件81并联连接的电容器85旨在防止半导体开关元件81由于脉冲浪涌电压而产生故障。连接到半导体开关元件81的栅极-阴极路径的电容器86旨在稳定半导体开关元件81的栅极。

第二充电电路90是串联电路，包括用于充入由主线圈32a产生的正向电压的第二充电电容器91和第二二极管92。

更具体地说，第二充电电路90在从第一端子26a到第二端子26b的部分中包括限流电阻器93、反向流阻止二极管92和第二充电电容器91，它们以上述顺序串联连接。

例如呈NPN晶体管形式的第二开关元件101响应于第二充电电容器91的电压充电而触发，从而禁能第一开关元件81的接通。

晶体管101的基极经由基极保护电阻器102连接到第二充电电容器91的正侧电极。晶体管101的集电极经由电阻器82连接到半导体开关元件81的栅极。晶体管101的发射极连接到第二端子26b，并且连接到第二充电电容器91的负侧电极。

换言之，一旦第二充电电容器91中的充电电压超过预定电平，设置在用于第二充电电容器91的放电电路中的晶体管101就被触发，从而禁能半导体开关元件81的接通。

注意，连接到晶体管101的基极-发射极路径的晶体管103旨在稳定晶体管101的运行。与第二充电电容器91并联连接的齐纳二极管104旨在设定第二充电电容器91的充电电压。

以下段落描述以上述方式构成的发动机起动控制设备20的工作情况。

当油Lu的实际油位Lr处于较低位置时，即当油Lu不足时，如图2B所示，浮动式油位检测传感器24处于接通位置。在该状态下，操作主开关25而激活发动机10(即，使常开触点进入切断(OFF)或断开位置)，然后激活反冲起动器21，与之相应地，曲轴11开始旋转。

因为浮动式油位检测传感器24在该阶段接通，所以图3的第一充电电路70处于闭合状态。在主线圈32a中感应出的反向电压部分以图中所示的极性被充入第一充电电容器71内，从而触发或接通半导体开关元件81。通过这样接通的半导体开关元件81，主线圈32a的感应正向电压的两个端子被短路，从而点火电路31不能进行点火，因此阻止了发动机10起动。

换言之，只要油Lu不足，火花塞33就不点火。一旦经由反冲起动器21(图1)的发动机起动操作终止，曲轴11就停止。即，只要油Lu不足，发动机10就不会起动其操作。

另外，在半导体开关元件81使主线圈32a的两个端子短路的同时，第一端子26a与第二端子26b之间的正向电压保持在较低电平。从而，即使正向电压的一部分供应至第二充电电容器91而向电容器91充电，充电电压也特别小，从而不允许第二充电电容器91触发晶体管101。而且，即使第二充电电容器91可触发晶体管101，晶体管101也将仅运行特别短的时间，从而晶体管101无法禁能半导体开关元件81的触发。

然后，在操作主开关25以停用发动机10(即，使常开触点进入接通(ON)或连接位置)之后，当曲轴箱12补充额外的油Lu时，实际的油位Lr到达适当的油位。因此，浮动式油位检测传感器24进入断开状态。

之后，操作主开关25以激活发动机10(即，使常开触点进入切断或断开位置)，然后激活反冲起动器21，与之相应地，曲轴11开始旋转。

在该阶段，因为浮动式油位检测传感器24处于切断状态，所以第一充电电路70处于断开状态，如图3所示。因为未向第一充电电容器71供应反向电压而向电容器71充电，所以半导体开关元件81保持在切断状态而不被触发。因此，在主线圈32a中以正常方式感应出正向电压，从而点火电路31进行点火操作，因此发动机10被激活或起动。因为在第一主线圈32a中产生的正向电压的一部分通过第二充电电路90供应至第二充电电容器91而向电容器91充电，所以晶体管101被触发或接通。

在完成发动机10的触发之后，例如在发动机10已经进入无负载空转状态之后，一旦如图2B所示油Lu的实际油位Lr下降，浮动式油位检测传感器24就再次接通，与之相应地，第一充电电路70闭合，并向第一充电电容器71供应反向电压而向电容器71充电。

然而，因为晶体管101保持在接通状态，所以充入第一充电电容器71中的反向电压从晶体管101流向第二端子26b，从而半导体开关元件81保持在切断状态而不被触发。因此，火花塞33继续进行点火操作而与实际油位Lr无关，从而发动机10可保持运行而不停止。

然后，一旦操作主开关25以停用发动机10(即，使常开触点进入接通或连接位置)，火花塞33就停止其点火操作，因此发动机10停用。

以下段落对以上说明进行总结。

本发明着重于(即，本发明的基本原理基于)浮子43的工作情况，而浮子43的工作情况取决于油Lu在发动机10静止的时刻与发动机10运行的时刻之间的不同表面油位。换言之，当发动机10静止时，油表面油位不会变化，而当发动机10运行时，油表面油位显著变化。

当浮动式油位检测传感器24检测到油Lu的油位在发动机10起动时下降的时候，第一开关元件81通过响应于第一充电电容器71中的电压充电被触发而接通。这样，第一开关元件81就禁能了点火电路31的点火操作，从而阻止了发动机10的激活。因为发动机10仅仅在存储的油Lu足够时才被激活，所以本实施例使得发动机10的各个滑动部分可被光滑地润滑，因此可实现发动机10充分的耐久性。

另一方面，一旦发动机10在油Lu的油位适当时被激活，第二开关元件101就通过响应于第二充电电容器91中的电压充电被触发而接通。这样，第二开关元件101就禁能了第一开关元件81的接通，从而第一开关元件81无法禁能点火电路31的点火操作。因此发动机10可保持运行。

在这种情况下，因为曲轴箱12中存储了足量的油Lu，所以可以可靠地防止发动机10在运行期间由于油Lu的表面的剧烈而显著的波动而意外停用。因此，本实施例可显著增强在其上安装有发动机10的诸如工作机的载重机的可操作性。

从以上明显看出，本实施例可基于两个激活/停用条件，即发动机10的旋转和油Lu的油位下降来以增强的可靠性和容易性适当地激活和停用发动机10。

另外，仅仅当发动机10静止时，本实施例才需要在打开填充孔之后检查油位。因此，可以使应打开填充孔的频率最小化。从而即使在不希望的环境中(其中灰尘和其它杂质可容易地通过填充孔进入)，本实施例也可显著减少灰尘和其它杂质的进入。

另外，因为包括两个充电电路70和90以及两个开关元件81和101的组合的控制部26仅仅连接到浮动式油位检测传感器24和点火电路31，所以发动机起动控制设备20的结构可大大简化。

注意，本发明的实施例中的起动器不必限于反冲起动器21，而可以是自行起动器。

当存储的油Lu不足，同时发动机10静止或未运行时，本发明的发动机起动控制设备20进行控制以阻止发动机10的激活。但是在发动机10的运行期间，发动机起动控制设备20进行控制以继续发动机10的运行状态，而与油Lu的油位无关。

因此，本发明的发动机起动控制设备非常适于控制安装在各种工作机上的、在运行期间容易经历油Lu的表面的剧烈而显著的变化并且容易临时明显倾斜的发动机，所述工作机例如是锤机和其它建造工作机以及灌木切割机/割草机。而且，本发明的发动机起动控制设备适于控制安装在各种行进载重机(例如公共汽车和游乐园中的赛车)上的发动机。

Claims (4)

1.一种发动机起动控制设备，该发动机起动控制设备包括：

浮动式油位检测传感器(24)，该浮动式油位检测传感器用于通过检测存储于发动机(10)的曲轴箱(12)中的油(Lu)的油位(Lr)下降至预设的下限油位(Lm)的时刻而生成油位下降检测信号；

点火电路(31)，该点火电路用于通过对连接到火花塞(33)的点火线圈(32)进行控制来进行点火操作，从而使所述火花塞产生火花放电；以及

控制部(26)，该控制部用于根据所述浮动式油位检测传感器输出的检测信号来控制所述点火电路，所述控制部包括：

第一充电电路(70)，该第一充电电路包括以下元件的串联连接：用于充入所述点火线圈的主线圈(32a)中产生的反向电压的第一充电电容器(71)、所述浮动式油位检测传感器(24)和第一二极管(73)；

第一开关元件(81)，该第一开关元件响应于所述第一充电电容器(71)的电压充电而接通以禁能所述点火电路(31)的所述点火操作；

第二充电电路(90)，该第二充电电路包括用于充入所述点火线圈的所述主线圈中产生的正向电压的第二充电电容器(91)和第二二极管(92)的串联连接；以及

第二开关元件(101)，该第二开关元件响应于所述第二充电电容器(91)的电压充电而接通以禁能所述第一开关元件(81)的接通操作。

2.根据权利要求1所述的发动机起动控制设备，其特征在于，所述第一开关元件(81)与所述点火电路并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的发动机起动控制设备，其特征在于，所述点火电路(31)包括与所述主线圈并联连接的晶体管电路(51)，以及连接到所述晶体管电路(51)的基极的半导体开关元件(52)，所述第一开关元件(81)与所述半导体开关元件并联连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发动机起动控制设备，其特征在于，所述第二开关元件(101)包括连接到所述第一开关元件(81)的栅极-阴极路径的晶体管(101)。

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