CN103437892B - 发动机的启动方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机的启动方法，所述启动方法包括：向发动机的启动电机供电，同时测量发动机的转速，并判断发动机转速是否达到设定转速，如果发动机的转速达到设定转速，则停止向启动电机供电；在向所述发动机的启动电机供电之前，检测并判断所述发动机所带动的发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出。本发明还提供了使用上述启动方法的一种发动机的启动系统。本发明提供的发动机的启动方法和系统能够防止或避免因频繁接通和断开启动继电器以启动和停止启动电机所带来的损害，能够在使启动电机运转前保证发动机完全停止并且在启动电机成功启动发动机后及时停止启动电机。

Description

发动机的启动方法和系统

技术领域

本发明涉及一种发动机的启动方法和系统，尤其适用于非公路(矿用)工程机械的发动机，有效保护启动电机。

背景技术

现有的工程机械的发动机的启动系统通常包括：依次串联的用于为启动电机供电的蓄电池、用于控制系统的启动和停止的启动开关、用于控制是否为启动电机供电的启动继电器以及启动电机，启动电机能够带动发动机转动以使发动机启动。

然而，在上述启动系统的工作过程中，如果成功启动发动机后未能及时停止向启动电机供电，则启动电机的传动机构的运动可能会与发动机飞轮的转动相冲突从而引起发动机和启动电机的故障，例如启动电机内部的离合器的损坏。此外，还可能由于频繁地启动发动机或者不正确的操作而对启动电机、蓄电池、启动开关、启动继电器和发动机等造成损害，例如在成功启动发动机后因故意反复转动启动开关而通过启动继电器频繁启动和停止启动电机的情况下，可能造成如下问题：启动继电器的频繁接通和断开使启动继电器的触点电弧熔焊而导致损坏启动继电器，以及蓄电池频繁充电和放电而导致降低蓄电池的寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在成功启动发动机后及时停止向启动电机供电。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发动机的启动方法，包括：

向所述发动机的启动电机供电，同时测量所述发动机的转速，并判断所述发动机的转速是否达到设定转速，如果所述发动机的转速达到所述设定转速则停止向所述启动电机供电；

在向所述发动机的启动电机供电之前，检测并判断所述发动机所带动的发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出；

如果有励磁信号输出，则延时启动所述启动电机，并且继续检测所述发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出，延时到无励磁信号输出时才开始向所述启动电机供电。

优选地，通过测量所述发动机所带动的发电机的W端子输出的频率信号来测量所述发动机的转速。

优选地，所述启动方法还包括：

在向所述发动机的启动电机供电的同时，记录所述启动电机的供电时间，并判断所述启动电机的供电时间是否达到预定供电时间，如果所述启动电机的供电时间达到所述预定供电时间则停止向所述启动电机供电。

优选地，所述启动方法还包括：

在向所述启动电机供电之前，计算从上一次向所述启动电机供电的结束到当前时间之间的启动间隔；

然后进行判断，如果所述启动间隔小于预定启动间隔，则延时启动所述启动电机，延时到所述启动间隔大于或等于所述预定启动间隔时才开始向所述启动电机供电。

优选地，所述预定供电时间为10秒至60秒。

优选地，所述预定启动间隔为6秒至10秒。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种发动机的启动系统，包括：

启动电机供电回路，包括依次串联的蓄电池、启动开关、启动继电器的输出回路和启动电机；

启动电机供电控制回路，包括依次串联的所述蓄电池、所述启动开关、控制器和所述启动继电器的输入回路；

发动机转速测量机构，用于测量并输出所述发动机的转速；

比较电路，其串联在所述发动机转速测量机构和所述控制器之间用于判断所述发动机转速测量机构所测量的所述发动机的转速是否达到预定发动机转速，如果所述发动机转速测量机构所测量的所述发动机的转速达到预定发动机转速，则向所述控制器发送第一电信号；

其中，所述控制器用于控制所述启动继电器的输出回路的接通或断开：在所述启动开关接通后，使所述启动继电器得电、接通输出回路，并且在接收到所述第一电信号后使所述启动继电器的输入回路断开，使所述启动继电器失电、断开输出回路；

还包括由所述发动机带动的发电机；

所述蓄电池、所述启动开关以及所述发电机串联为蓄电池充电回路；

以及连接在所述发电机的励磁信号输出端子和所述控制器之间的励磁信号检测电路；

所述励磁信号检测电路用于检测所述发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出，如果有励磁信号输出，则向所述控制器输出第二电信号；

所述控制器在使所述启动继电器的输出回路接通之前检测是否接收到所述第二电信号，如果接收到所述第二电信号则延时接通所述启动继电器的输出回路，延时到所述励磁信号检测电路停止向所述控制器输出所述第二电信号时，所述控制器才使所述启动继电器的输出回路接通，所述启动继电器得电、接通输出回路。

优选地，所述发动机转速测量机构包括所述发动机所带动的发电机，所述发电机的W端子输出的频率信号与所述发动机的转速成正比；所述比较电路串联在所述发电机的W端子和所述控制器之间，并且还用于将所述频率信号与对应于所述预定发动机转速的设定频率值相比较，以判断所述发动机的转速是否达到预定发动机转速。

优选地，所述控制器还用于在向所述发动机的启动电机供电的同时，记录所述启动电机的供电时间，并判断所述供电时间是否达到预定供电时间，如果达到所述预定供电时间则使所述启动继电器失电、断开输出回路。

优选地，所述控制器还用于在使所述启动继电器的输出回路接通之前，计算从上一次使所述启动继电器的输出回路断开到当前时间之间的启动间隔；

然后进行判断：如果所述启动间隔小于预定启动间隔，则延时接通所述启动继电器的输入回路，延时到所述启动间隔大于或等于所述预定启动间隔时才使所述启动继电器的输入回路得电、接通输出回路。

优选地，所述启动继电器替换为绝缘栅双极型晶体管。

本发明提供的发动机的启动方法和系统能够防止或避免因频繁接通和断开启动继电器以启动和停止启动电机所带来的损害，能够使启动电机运转前保证发动机完全停止并且在启动电机成功启动发动机后及时停止启动电机。

附图说明

图1是本发明的发动机的启动方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的发动机的启动系统的一个实施例中启动电机供电回路的框图；

图3是对应于图2所示的启动电机供电回路的启动电机供电控制回路的框图；

图4是对应于图2和图3所示回路的包括发电机的启动系统的电路图；

图5是图4中的蓄电池的充电回路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1是本发明的发动机的启动方法的一个实施例的流程图。如图1所示所述方法包括：向发动机的启动电机供电，同时记录供电时间(S104)；判断发动机的转速是否达到设定转速(S105)，如果发动机的转速达到设定转速则停止向启动电机供电(S107)，否则继续向启动电机供电。其中，因为发电机和发动机的动力输出曲轴通过皮带连接，使得发电机的转速和发动机的转速成正比，所以可以通过测量发动机所带动的发电机的W端子输出的频率信号来测量发动机的转速。通过上述操作可以根据发动机的转速判断发动机是否启动完毕，以便及时停止启动电机，使得启动电机和发动机得到了保护。当然，还可以通过其他方式来测量发动机的转速。上述设定转速可以是550rpm，与其对应的发电机的W端子输出的频率信号可以是200Hz。而一般发动机的怠速转速是650rpm至750rpm，当发动机在启动电机的带动下达到550rpm后就可以自行转动了。当发动机自行转动后，转速还会有所上升，而启动电机的转速则不会继续上升，因此本实施例能够及时停止启动电机以起到保护作用。

所述启动方法还可以包括：判断启动电机的供电时间是否达到预定供电时间(S106)，如果启动电机的供电时间达到预定供电时间则停止向启动电机供电。其中预定供电时间为10秒至60秒。可以通过实践来预估发动机能够自行转动所需要预定供电时间，然后通过上述操作在时间上限制启动电机的工作时间，进一步保护启动电机。

所述启动方法还可以包括：在向启动电机供电之前，计算从上一次向启动电机供电的结束到当前时间之间的启动间隔(S101)；然后判断启动间隔是否小于预定启动间隔(S102)，如果启动间隔小于预定启动间隔，则延时启动所述启动电机，并且继续判断启动间隔是否小于预定启动间隔，直到启动间隔大于或等于预定启动间隔时才开始向启动电机供电。其中预定启动间隔为6秒至10秒。这样，可以在预定启动间隔内对发动机的气缸进行预热以提高低温启动的性能。

在上述方法中，在启动间隔满足要求并且准备开始向启动电机供电之前，还可以检测并判断发动机所带动的发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出(S103)，如果有励磁信号输出，则延时启动所述启动电机，并且继续执行步骤S103以检测发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出，直到励磁信号输出端子无励磁信号输出时才开始向启动电机供电。如果发动机所带动的发电机的励磁信号输出端子有励磁信号输出，则表示发动机仍然在工作，此时能够阻止向启动电机供电，由此进一步保护启动电机和发动机等设备。

通过上述方法，可以通过启动间隔判断、供电时间判断、发动机转速判断以及发电机的励磁信号判断来合理地控制启动电机的通电和断电，保护了启动电机、发动机等的安全。

下面结合附图描述本发明的系统。

图2是本发明的发动机的启动系统的一个实施例中启动电机供电回路的框图，图3是对应于图2所示的启动电机供电回路的启动电机供电控制回路的框图，其中箭头方向表示电流流动方向，如图2和图3所示，启动电机供电回路包括依次串联的蓄电池201、启动开关202、启动继电器的输出回路203和启动电机204。启动电机供电控制回路包括依次串联的蓄电池201、启动开关202、控制器205和启动继电器的输入回路206。

其中，控制器205用于通过控制启动继电器的输入回路206的得电或失电来分别控制启动继电器的输出回路203的接通或断开，其中电流流过启动继电器的输入回路206后输出回路203接通，当没有电流流过启动继电器的输入回路206时输出回路203断开；具体地，在启动开关202接通后(即：启动开关202的端子S1分别与端子S2和端子S3接通)，控制器205使启动继电器的输入回路206得电，从而使启动继电器的输出回路203接通，同时控制器205记录供电时间。

本实施例可以通过发动机转速测量机构测量并输出发动机的转速；并且在所述发动机转速测量机构和控制器之间串联用于判断发动机转速测量机构所测量的发动机的转速是否达到预定发动机转速的比较电路。如果发动机转速测量机构所测量的发动机的转速达到预定发动机转速，则比较电路向控制器发送第一电信号。控制器在接收到所述第一电信号后使所述启动继电器的输入回路断开，使所述启动继电器失电、断开输出回路。

图4是对应于图2和图3所示回路的包括发电机的启动系统的电路图，图5是图4中的蓄电池的充电回路的电路图，如图4所示，上述发动机转速测量机构包括发动机所带动的发电机207，发电机207的W端子输出的频率信号与发动机的转速成正比；比较电路209串联在发电机207的W端子和控制器205之间，并且用于将频率信号与对应于预定发动机转速的设定频率值相比较，以判断发动机的转速是否达到预定发动机转速。

控制器205根据其记录的供电时间判断供电时间是否达到预定供电时间，如果达到预定供电时间则使所述启动继电器失电、断开输出回路。其中预定供电时间为10秒至60秒。

控制器205还用于在使启动继电器的输出回路203接通之前，计算从上一次使启动继电器的输出回路203断开到当前时间之间的启动间隔；然后进行判断：如果启动间隔小于预定启动间隔，则延时接通启动继电器的输出回路203，并且继续进行上述判断，以便延时到启动间隔大于或等于预定启动间隔时才使启动继电器的输出回路203得电、接通输出回路。所述预定启动间隔为6秒至10秒。

如图4和图5所示，启动开关202的端子S1与蓄电池201的正极电连接，启动开关202的端子S2串联在启动电机供电控制回路中，启动开关202的端子S3串联在启动电机供电回路中。其中蓄电池201、启动开关202以及发电机207串联为蓄电池的充电回路(参见图5)；在发电机207的励磁信号输出端子D+和控制器205之间串联励磁信号检测电路208；励磁信号检测电路208用于检测发电机的励磁信号输出端子D+是否有励磁信号输出，如果有励磁信号输出，则向控制器205输出第二电信号；控制器205在进行了启动间隔的判断后准备使启动继电器的输出回路203接通之前，检测是否接收到第二电信号，如果接收到第二电信号则延时接通启动继电器的输出回路203，延时励磁信号检测电路208停止向控制器205输出第二电信号时，控制器205才使启动继电器的输出回路203接通，启动继电器得电、接通输出回路。

其中，比较电路209包括保证电流方向的二极管D3和D5，起稳压作用的二极管D2，起滤波作用的电容C2，电阻R2、R3、R4，以及比较器U2，其中端子VDD向比较电路209输入5V的电源，电阻R4是可更换的电阻，可以根据需要进行选择以便对应不同的预定发电机转速，当端子W输出的信号表明发电机的转速大于预定发电机转速时，比较器U2可以输出第一电信号，否则比较器不输出电信号。

其中，励磁信号检测电路208包括：控制电流方向的二极管D4，起稳压作用的二极管D1，起滤波作用的电容C1，电阻R1、R5，以及发光二极管U1。当端子D+有电流流出时发光二极管的输出侧向控制器发送第二电信号，否则输出侧不输出电信号。控制器还可以在发现接收到的第二电信号由强变弱时使启动继电器的输出回路断开，以便在发动机飞轮转动和启动电机的传动机构的转动不同步时及时停止启动电机。

作为替代，在本实施例中使用的启动继电器可以替换为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，IGBT的输入回路对应启动继电器的输入回路，IGBT的输出回路对应启动继电器的输出回路，采用IGBT可以实现无电弧的通断切换，当然也可以采用其他电子无触点大功率晶体管来实现无电弧的通断切换功能。

在本实施例的系统中，将启动钥匙插入启动开关202后可以在三个位置0、1、2之间移动，在启动钥匙移动到位置2时可以启动发动机，在成功启动发动机后启动钥匙回到位置1。具体地，当启动钥匙移动到位置2时蓄电池的电流流到控制器，由于控制器中设置的上述延时处理，所以并不立刻使启动继电器的输出回路接通、使启动电机工作，这样可以避免启动继电器的触点电弧熔焊而损坏并且避免启动电机的运动与发动机的运动不同步而使启动电机和发动机损坏。同时还可以通过预定供电时间和发动机的转速判断发动机是否成功启动，成功启动发动机意味着发动机气缸内气体成功点火燃烧并促使发动机运转，此时本启动系统可以停止启动电机以起到保护启动电机和发动机等的作用。

综上所述，本发明提供的发动机的启动方法和系统能够防止因频繁启动或错误操作造成的启动系统组成部分的损坏，并且采用简单的电路实现了保护功能，延长了启动电机、蓄电池、启动继电器的使用寿命。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种发动机的启动方法，包括：向所述发动机的启动电机供电，同时测量所述发动机的转速，并判断所述发动机的转速是否达到设定转速，如果所述发动机的转速达到所述设定转速则停止向所述启动电机供电，其特征在于，

在向所述发动机的启动电机供电之前，检测并判断所述发动机所带动的发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出；

如果有励磁信号输出，则延时启动所述启动电机，并且继续检测所述发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出，延时到无励磁信号输出时才开始向所述启动电机供电。

2.根据权利要求1所述的发动机的启动方法，其特征在于，通过测量所述发动机所带动的发电机的W端子输出的频率信号来测量所述发动机的转速。

3.根据权利要求1所述的发动机的启动方法，其特征在于，还包括：

在向所述发动机的启动电机供电的同时，记录所述启动电机的供电时间，并判断所述启动电机的供电时间是否达到预定供电时间，如果所述启动电机的供电时间达到所述预定供电时间则停止向所述启动电机供电。

4.根据权利要求1所述的发动机的启动方法，其特征在于，还包括：

在向所述启动电机供电之前，计算从上一次向所述启动电机供电的结束到当前时间之间的启动间隔；

然后进行判断，如果所述启动间隔小于预定启动间隔，则延时启动所述启动电机，延时到所述启动间隔大于或等于所述预定启动间隔时才开始向所述启动电机供电。

5.根据权利要求3所述的发动机的启动方法，其特征在于，所述预定供电时间为10秒至60秒。

6.根据权利要求4所述的发动机的启动方法，其特征在于，所述预定启动间隔为6秒至10秒。

7.一种发动机的启动系统，包括：启动电机供电回路，包括依次串联的蓄电池、启动开关、启动继电器的输出回路和启动电机；

启动电机供电控制回路，包括依次串联的所述蓄电池、所述启动开关、控制器和所述启动继电器的输入回路；发动机转速测量机构，用于测量并输出所述发动机的转速；

比较电路，其串联在所述发动机转速测量机构和所述控制器之间用于判断所述发动机转速测量机构所测量的所述发动机的转速是否达到预定发动机转速，如果所述发动机转速测量机构所测量的所述发动机的转速达到预定发动机转速，则向所述控制器发送第一电信号；

其中，所述控制器用于控制所述启动继电器的输出回路的接通或断开：在所述启动开关接通后，使所述启动继电器得电、接通输出回路，并且在接收到所述第一电信号后使所述启动继电器的输入回路断开，使所述启动继电器失电、断开输出回路，其特征在于，还包括

由所述发动机带动的发电机；

所述蓄电池、所述启动开关以及所述发电机串联为蓄电池充电回路；

以及连接在所述发电机的励磁信号输出端子和所述控制器之间的励磁信号检测电路；

所述励磁信号检测电路用于检测所述发电机的励磁信号输出端子是否有励磁信号输出，如果有励磁信号输出，则向所述控制器输出第二电信号；

所述控制器在使所述启动继电器的输出回路接通之前检测是否接收到所述第二电信号，如果接收到所述第二电信号则延时接通所述启动继电器的输出回路，延时到所述励磁信号检测电路停止向所述控制器输出所述第二电信号时，所述控制器才使所述启动继电器的输出回路接通，所述启动继电器得电、接通输出回路。

8.根据权利要求7所述的发动机的启动系统，其特征在于，所述发动机转速测量机构包括所述发动机所带动的发电机，所述发电机的W端子输出的频率信号与所述发动机的转速成正比；所述比较电路串联在所述发电机的W端子和所述控制器之间，并且还用于将所述频率信号与对应于所述预定发动机转速的设定频率值相比较，以判断所述发动机的转速是否达到预定发动机转速。

9.根据权利要求7所述的发动机的启动系统，其特征在于，所述控制器还用于在向所述发动机的启动电机供电的同时，记录所述启动电机的供电时间，并判断所述供电时间是否达到预定供电时间，如果达到所述预定供电时间则使所述启动继电器失电、断开输出回路。

10.根据权利要求7所述的发动机的启动系统，其特征在于，所述控制器还用于在使所述启动继电器的输出回路接通之前，计算从上一次使所述启动继电器的输出回路断开到当前时间之间的启动间隔；

然后进行判断：如果所述启动间隔小于预定启动间隔，则延时接通所述启动继电器的输入回路，延时到所述启动间隔大于或等于所述预定启动间隔时才使所述启动继电器的输入回路得电、接通输出回路。

11.根据权利要求7所述的发动机的启动系统，其特征在于，所述启动继电器替换为绝缘栅双极型晶体管。