CN104091721B - 电气元件保护装置及应用该装置的发动机进气加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电气元件保护装置，其磁吸部件设置在与电磁线圈具有预定距离的初始工作位置，并可在电磁线圈通电产生的电磁力作用下直线位移至极限工作位置；第一复位弹性部件可提供磁吸部件的复位作用力；位移阻力施加部件可施加位移阻力至磁吸部件；连杆机构具有一摇杆滑块配合副，且连杆机构的动力输入端与磁吸部件或者与磁吸部件同步位移的连接件铰接；且电磁线圈和连杆机构的各构件与电气元件串接，并配置成：磁吸部件位于极限工作位置时，摇杆滑块配合副脱开连接。本方案能够完全规避无法及时断开用电线路所存在的不安全隐患，从而提高系统运行的安全可靠性。在此基础上，本发明还提供一种应用该电气元件保护装置的发动机进气加热系统。

Description

电气元件保护装置及应用该装置的发动机进气加热系统

技术领域

本发明涉及发动机的电控保护技术，具体涉及一种电气元件保护装置及应用该装置的发动机进气加热系统。

背景技术

众所周知，天气寒冷时为了使发动机易起动，大多需要采用电加热的方式加热进气，也称“进气预热”。

现有技术中，通常采用继电器控制进气加热电路的通断，以实现加热格栅的供电控制；具体地，通过工程技术人员的标定时间和温度，由ECU(发动机的控制单元)发出指令，控制进气加热继电器是否需要闭合进行加热和加热时间。同时，利用保险丝控制进气加热电路的电流高限值，以进行短路保护。

受其自身结构原理的限制，该方案在实际应用过程中存在安全可靠性不高的缺陷。当出现电气连线错误、使用过程中线路损坏、以及进气加热继电器的损坏等故障时，基于ECU指令控制的特殊性，将直接导致进气加热线路无法断开，以至于加热格栅一直加热最终烧坏着火，严重的可能造成整车烧毁的恶性事故。然而，对于安全防护功能，该方案仅能保护进气加热电路免受高电流的冲击，也就是说，只能实现短路保护无法规避前述不安全隐患。

有鉴于此，亟待针对电加热的安全防护功能进行优化设计，以避免现有采用继电器控制加热线路所存在的无法及时断开，安全可靠性低的缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种电气元件保护装置，以完全规避无法及时断开用电线路所存在的不安全隐患，从而提高系统运行的安全可靠性。在此基础上，本发明还提供一种应用该电气元件保护装置的发动机进气加热系统。

本发明提供的电气元件保护装置，包括电磁线圈、磁吸部件、第一复位弹性部件、位移阻力施加部件和连杆机构；其中，所述磁吸部件设置在与所述电磁线圈具有预定距离的初始工作位置，并可在所述电磁线圈通电产生的电磁力作用下直线位移至极限工作位置；所述第一复位弹性部件可在所述磁吸部件由所述初始工作位置向极限工作位置位移的过程中产生弹性变形，以提供所述磁吸部件的复位作用力；所述位移阻力施加部件可施加位移阻力至所述磁吸部件；所述连杆机构具有一摇杆滑块配合副，且所述连杆机构的动力输入端与所述磁吸部件或者与所述磁吸部件同步位移的连接件铰接，以带动构成所述摇杆滑块配合副的构件动作；且所述电磁线圈和所述连杆机构的各构件与所述电气元件串接，并配置成：所述磁吸部件位于所述极限工作位置时，所述摇杆滑块配合副脱开连接。

优选地，所述位移阻力施加部件具体为密闭介质缸，所述密闭介质缸的活塞和/或活塞杆上开设有贯通两腔的阻尼流道；所述活塞杆沿所述磁吸部件的位移方向设置，且所述活塞杆的伸出端与所述磁吸部件固定连接。

优选地，所述介质为液压油，且所述第一复位弹性部件为设置在所述密闭介质缸的有杆腔内的压缩弹簧。

优选地，所述活塞杆与所述活塞螺纹连接。

优选地，所述阻尼流道形成于所述活塞杆的外螺纹段外表面。

优选地，所述连杆机构包括第一构件和第二构件，其中，所述第一构件的一端铰接于第一铰点；所述第二构件的一端与所述磁吸部件铰接，其另一端与所述第一构件的活动端构成所述摇杆滑块配合副。

优选地，所述第一构件具有贯通至其活动端的滑槽，所述第二构件的另一端铰接设置有可内置于所述滑槽的凸块。

优选地，所述连杆机构还包括铰接于第二铰点的导向套，所述第二构件具体为插装于所述导向套内的杆件。

优选地，还包括第二复位弹性部件，可在所述第一构件被带动向所述极限位置位移的过程中产生弹性变形，以提供所述第一构件的复位作用力。

本发明提供的发动机进气加热系统，包括加热元件，还包括如前所述的电气元件保护装置，所述电磁线圈和所述连杆机构的各构件与所述加热元件串接。

优选地，还包括与所述加热元件串接的熔断器。

与现有技术相比，本发明另辟蹊径提供了一种用于电气元件的保护装置，通过结构件设计实现了其工作时间的控制。具体地，在电气元件的线路中串接一电磁线圈，启动电气元件工作后电磁线圈产生电磁力，位于初始工作位置的磁吸部件在该电磁力作用下直线位移，该过程中需要克服位移阻力施加部件所施加的位移阻力；与此同时，带动连杆机构的摇杆滑动配合副的构件同步动作，第一复位弹性部件产生形变储备弹性变形能。当切断电气元件供电后，电磁力相应消失，磁吸部件在第一复位弹性部件的作用下复位，并带动连杆机构同步复位。而当电路无法正常切断供电时，则电气元件所在电路一直有电流，磁吸部件在电磁力的作用下继续位移至极限位置，摇杆滑块配合副脱开连接；由于连杆机构的各构件均串接于电气元件所在电路，其摇杆滑块配合副脱开连接后，则电气元件所在电路断开，停止工作。另外，磁吸部件的整个位移过程中需要克服位移阻力，由此使得磁吸部件位移至极限位置的时间能够精确控制。如此设置，当电气元件完成正常工作后出现无法切断供电的线路故障时，本方案提供的保护装置的连杆机构可确保切断供电，从而实现了对自身电路的控制，控制原理简单可靠性高，具有易于实施的特点。

在本发明的优选方案中，位移阻力施加部件具体为密闭液压油缸，控制过程中，液压油压缩比较高，具有较高的控制精确度；同时，液压油的冰点较低，可以用于低温控制环境，从而大大提高了可适应性。

在本发明的另一优选方案中，其活塞杆与活塞螺纹连接，且阻尼流道形成于活塞杆的外螺纹段外表面；如此设置，可以通过调节活塞杆相对于活塞的轴向相对位置，改变进入阻尼流道的介质流量及流速，从而相应的调节活塞的位移速度，进而控制到达极限工作位置所需要的时间长度，可根据不同的适用环境调节切断电路的时间。

在本发明的又一优选方案中，还设置有可提供第一构件的复位作用力的第二复位弹性部件。如此设置，当磁吸部件位移至极限工作位置，摇杆滑块配合副脱开连接后，第一构件在第二复位弹性部件的作用下直接回位；与此同时，切断供电电磁力消失后，活塞在第一复位弹性部件的作用下复位，带动第二构件回位后无法与第一构件接合，可避免此状态下电路再次接通；也就是说，避免了线路故障状态下继续电气元件重新通电的问题出现，可进一步提高本装置的安全可靠性。

本发明提供的电气元件保护装置可适用于任何供电工作电气元件的安全保护，特别应用于发动机进气加热系统的加热元件。

附图说明

图1为具体实施方式所述电气元件保护装置的整体结构示意图；

图2为图1中所示电气元件保护装置中磁吸部件位移至常态中间工作位置的构件配合关系示意图；

图3为图1中所示电气元件保护装置中磁吸部件位移至极限工作位置的构件配合关系示意图；

图4为图1中所示电气元件保护装置中磁吸部件达到极限工作位置后的构件配合关系示意图。

图1-图4中：

电磁线圈1、连杆机构2、第一构件21、滑槽211、第二构件22、凸块221、导向套23、磁吸部件3、第一复位弹性部件4、介质缸5、活塞杆51、外螺纹段511、活塞52、阻尼流道53、第二复位弹性部件6、熔断器7、密封螺塞8。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电气元件保护装置，以通过结构件设计实现了其工作时间的控制，从而规避无法及时断开用电线路所存在的不安全隐患。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以发动机进气加热元件作为控制对象进行详细说明。应当理解，本实施方式所述加热元件保护装置可适用于任何形式电气元件的安全保护，即，不仅可以用在电控发动机，同时可以用在非电控发动机及其它需要定时保护的用电电路。

请参见图1，该图为本实施方式所述加热元件保护装置的整体结构示意图。

与现有安全保护电控技术不同，本方案提供的加热元件保护装置利用串接于加热元件的电磁线圈1、连杆机构2实现非常态切断供电的控制。如图所示，该加热元件(图中未示出)保护装置主要包括电磁线圈1、磁吸部件3、第一复位弹性部件4、位移阻力施加部件和连杆机构2。

其中，磁吸部件3设置在与电磁线圈1具有预定距离的初始工作位置，并可在电磁线圈1通电产生的电磁力作用下直线位移至极限工作位置(如图3所示位置)；这里，“预定距离”非特定距离，具体可根据实际可用空间及连杆机构的构件工作幅度进行设定。

其中，在磁吸部件3由初始工作位置向极限工作位置位移的过程中，第一复位弹性部件4可在产生弹性变形，以提供磁吸部件3的复位作用力。图中所示的磁吸部件3呈平板状，应当理解，该磁吸部件3的自身形状可以任意设置，只要能够在电磁力作用下位移并带动连杆机构2动作均可满足其功能需要。

其中，连杆机构2具有一摇杆滑块配合副A，且连杆机构2的动力输入端与磁吸部件3铰接于第三铰点D，以带动构成摇杆滑块配合副A的构件动作。本方案中，电磁线圈1和连杆机构2的各构件与发动机的加热元件(图中未示出)串接，即任何构件脱开连接关系均可切断加热元件所在电路。如图3所示，磁吸部件3位于极限工作位置时，摇杆滑块配合副A脱开连接。

其中，位移阻力施加部件可施加位移阻力至磁吸部件3，以控制其位移至极限工作位置的时间长度。

工作过程中，启动加热元件后，与其串接电磁线圈1产生电磁力，位于初始工作位置的磁吸部件3在该电磁力作用下产生向下位移的趋势，在克服位移阻力施加部件所施加的位移阻力的同时，带动连杆机构2的摇杆滑动配合副的构件同步动作，第一复位弹性部件4产生形变储备弹性变形能。常态下，当切断加热元件供电后，电磁力相应消失，磁吸部件3在第一复位弹性部件4的作用下复位，并带动连杆机构2同步复位；也就是说，正常工作状态下，随着磁吸部件3的下移，摇杆滑块配合副A未脱开连接即进行正常断电控制。请一并参见图2，该图示出了位移至常态中间工作位置的构件配合关系示意图。

当电路无法正常切断供电时，则加热元件所在电路一直有电流，继续加热，磁吸部件3在电磁力的作用下将继续位移至极限位置，摇杆滑块配合副A脱开连接，具体如图3所示；由于连杆机构2的各构件均串接于加热元件所在电路，其摇杆滑块配合副A脱开连接后，则加热元件所在电路断开，停止加热。在磁吸部件3的位移过程中需要克服位移阻力，由此，磁吸部件3位移至极限位置的时间能够得以精确控制。当加热元件完成正常工作后出现无法切断供电的线路故障时，本方案提供的保护装置的连杆机构2可在一定时间长度内确保切断供电，实现对自身电路的控制。

应当理解，对于位移阻力施加部件的功能需要来说，提供磁吸部件3的位移阻力控制其由初始工作位置至极限工作位置的时间，可以采用不同的方式实现，例如，采用容腔密闭的介质缸5，具体如图中所示的介质为液压油的液压缸。图中所示，该介质缸5的缸体顶部有加油孔及密封螺塞8，使用过程中出现液压油损耗时进行补液操作。

如图所示，在介质缸5的活塞杆51与活塞52之间开设有贯通其两腔的阻尼流道53，随着活塞52的位移趋势，其中受压腔的油液可自该阻尼流道53流到另一腔中，活塞52实现慢慢下移；这样，本方案所引入的时间控制，通过液压缸中液压油流量实现对时间的精确控制。相应地，第一复位弹性部件4为设置在密闭介质缸5的有杆腔内的压缩弹簧，利用介质缸5内部空间，整体结构更加紧凑。本方案中，活塞杆51沿磁吸部件3的位移方向设置，以适应磁吸部件3在电磁力作用下的运动轨迹，活塞杆51的伸出端与磁吸部件3固定连接，两者同步位移以带动连杆机构2；可以理解的是，连杆机构2的动力输入端还可以与活塞杆51铰接，同样可以实现磁吸部件3带动连杆机构动作。

为了可根据实际需要调节达到极限工作位置所需的时间长度，还可以在上述方案的基础上作进一步的优化。如图所示，其活塞杆51与活塞52可以螺纹连接，且阻尼流道53形成于活塞杆51的外螺纹段511外表面；如此设置，可以通过调节活塞杆51相对于活塞52的轴向相对位置，改变进入阻尼流道53的介质流量及流速，从而相应的调节活塞的位移速度，进而控制到达极限工作位置所需要的时间长度。

当然，阻尼流道53也不局限于图中所示的布置形式，例如，开设在活塞52或者活塞杆51内部，显然，如此设置无法根据需要进行介质流量和流速的调节。

作为加热元件所在电路中根据时长切断的连杆机构2来说，也可以采用不同构件配合实现。图中所示的连杆机构为一种构成相对简单、易于可靠实现的设计。

该连杆机构2的摇杆滑块配合副A形成于第一构件21和第二构件22之间，其中，第一构件21的一端铰接于第一铰点B，可围绕该铰点摆动；第二构件22的一端与磁吸部件3铰接，其另一端与第一构件21的活动端构成前述摇杆滑块配合副A，由此，可随着第二构件22的动作改变第一构件21的工作长度。相应地，与加热元件串接的构件依次应当为第二构件22和第一构件21。

这里，“工作长度”是指第一构件21与第二构件22动态配合铰点至第一铰点B之间的距离，显然，在机构动作过程中该“工作长度”实时变化。如图所示，第一构件21具有贯通至其活动端的滑槽211，一方面满足形成滑动配合副的功能需要，同时满足磁吸部件3达到极限工作位置后两者脱开连接的功能需要，相应地，第二构件22与其配合的另一端铰接设置有可内置于滑槽211的凸块221。

同样地，满足两者之间的上述动作配合关系同样可以采用不同的结构方式实现，例如，将相适配的滑槽和凸块反向设置(图中未示出)，即凸块设置在第一构件的活动端，而滑槽设置在第二构件的与其配合的端部。应当理解，只要满足前述功能需要均在本申请请求保护的范围内。

进一步地，为了提高连杆机构2的工作稳定性，获得顺畅可靠地机构作动性能，可以针对第二构件22作优化改进。该第二构件22采用杆件的形式，并增设一铰接于第二铰点C的导向套23，其内部贯通孔与第二构件22的截面形状相适配，以便第二构件22插装于该导向套23中。相应地，与加热元件串接的构件依次应当为导向套23、第二构件22和第一构件21。

此外，还可以增设用于第一构件21复位的第二复位弹性部件6，可在第一构件21被带动向极限位置位移的过程中产生弹性变形，以提供第一构件21的复位作用力。如图3所示，当磁吸部件3位移至极限工作位置，摇杆滑块配合副A脱开连接后，第一构件21在第二复位弹性部件6的作用下直接回位；与此同时，切断供电电磁力消失后，活塞在第一复位弹性部4件的作用下复位，带动第二构件22回位后无法与第一构件21接合，可避免此状态下电路再次接通，具体如图4所示；也就是说，线路故障状态下可避免加热元件重新通电继续加热的问题出现。

图中所示，第二复位弹性部件6采用螺纹压缩弹簧，实际上，第二复位弹性部件6也可以采用其他形式的受压储备弹性变形能的方式实现，例如，弹性橡胶件；当然，也可以采用相对于位移方向反向设置的拉簧形式。

除前述可用于任何电气元件的保护装置外，本实施方式还提供一种应用该保护装置的发动机进气加热系统。与现有技术相同，该系统利用加热元件对发动机进气进行预热，并在加热线路中设置由发动机ECU控制闭合的继电器，以便于发动机启动，具体电控原理可以采用现有技术实现。

为了避免大电流可能导致的不安全隐患，还可以增设与加热元件串接的熔断器7，与前述保护装置形成集成式保护。与现有技术相比，适应性强，可以用在高电流和低电压工况范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电气元件保护装置，其特征在于，包括：

电磁线圈；

磁吸部件，设置在与所述电磁线圈具有预定距离的初始工作位置，并可在所述电磁线圈通电产生的电磁力作用下直线位移至极限工作位置；

第一复位弹性部件，可在所述磁吸部件由所述初始工作位置向极限工作位置位移的过程中产生弹性变形，以提供所述磁吸部件的复位作用力；

位移阻力施加部件，可施加位移阻力至所述磁吸部件；和

连杆机构，其具有一摇杆滑块配合副，且所述连杆机构的动力输入端与所述磁吸部件或者与所述磁吸部件同步位移的连接件铰接，以带动构成所述摇杆滑块配合副的构件动作；且

所述电磁线圈和所述连杆机构的各构件与所述电气元件串接，并配置成：所述磁吸部件位于所述极限工作位置时，所述摇杆滑块配合副脱开连接。

2.根据权利要求1所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述位移阻力施加部件具体为密闭介质缸，所述密闭介质缸的活塞将所述密闭介质缸的内腔分割为两个腔体，所述密闭介质缸的活塞和/或活塞杆上开设有贯通两个所述腔体的阻尼流道；所述活塞杆沿所述磁吸部件的位移方向设置，且所述活塞杆的伸出端与所述磁吸部件固定连接。

3.根据权利要求2所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述介质为液压油，且所述第一复位弹性部件为设置在所述密闭介质缸的有杆腔内的压缩弹簧。

4.根据权利要求2或3所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述活塞杆与所述活塞螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述阻尼流道形成于所述活塞杆的外螺纹段外表面。

6.根据权利要求1所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述连杆机构包括：

第一构件，其一端铰接于第一铰点；和

第二构件，其一端与所述磁吸部件铰接，其另一端与所述第一构件的活动端构成所述摇杆滑块配合副。

7.根据权利要求6所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述第一构件具有贯通至其活动端的滑槽，所述第二构件的另一端铰接设置有可内置于所述滑槽的凸块。

8.根据权利要求6或7所述的电气元件保护装置，其特征在于，所述连杆机构还包括铰接于第二铰点的导向套，所述第二构件具体为插装于所述导向套内的杆件。

9.根据权利要求8所述的电气元件保护装置，其特征在于，还包括第二复位弹性部件，可在所述第一构件被带动向所述极限工作位置位移的过程中产生弹性变形，以提供所述第一构件的复位作用力。

10.一种发动机进气加热系统，包括加热元件，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的电气元件保护装置，所述电磁线圈和所述连杆机构的各构件与所述加热元件串接。

11.根据权利要求10所述的发动机进气加热系统，其特征在于，还包括与所述加热元件串接的熔断器。