CN105003375A - 用于起动机的保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于起动机的保护器，其特征在于，包括：一第一采样单元，该第一采样单元用于采集该起动机的电源的电压信号；一第二采样单元，该第二采样单元用于采集该起动机的起动开关的电压信号；一控制单元，该控制单元连接该第一采样单元及该第二采样单元，当该第一采样单元采集的起动开关的电压信号有效时，该控制单元根据该第二采样单元采集的电源的电压信号导通或关断一开关管以控制该起动机的继电器开启或关闭。

Description

用于起动机的保护器

技术领域

本发明涉及汽车发动机和其它发动机的起动机技术领域，尤其涉及一种用于起动机的保护器。

背景技术

商用车用起动机故障统计数据显示，商用车故障起动机由于超过国家标准规定时间使用导致过热损坏的比例一般占所有故障比例的前3位。

商用车用起动机使用过程中，有时发动机已经起动成功，但驾驶员没有及时放松钥匙开关，或者起动控制电路中的开关触点发生电粘连，这样起动机就不会自动停止工作，起动机会在超越运行模式下和发动机一起运行，起动机长时间或多次运行在超越模式下，起动机的单向离合器内部摩擦零件和轴承、驱动齿轮齿条会快速磨损，起动机驱动轴和支承它的轴承也会加速磨损，导致起动机过早出现功能失效。

对于缓啮合型起动机，起动机工作时，偶尔会遇到起动机齿轮和发动机飞轮齿圈齿对齿顶住而没有实现啮合，称为顶齿状态，由于现在柴油机用缓啮合型起动机的电磁开关在顶齿状态消耗的电流在200A左右，若起动机每次在顶齿状态下工作时间超过5s，当频繁顶齿故障出现时，电磁开关绕组极易因过热烧毁。

车辆或发动机正常运行时，起动机电路处于断路状态，偶尔会出现起动机在不正常的起动信号下误动作，不正常起动信号可能来自于驾驶员没有识别出发动机已经运行，再次给起动机通电，也可能来自于车辆振动导致的电气短路或控制元件短时导通故障，若发动机运行中起动机再次工作，则起动机驱动齿轮会前冲到高速旋转的飞轮齿圈，进而造成起动机齿轮和高速运转的发动机齿圈因强烈机械撞击而受损。

现有技术，如《NXP P89LPC901单片机汽车起动保护控制器设计》所公开的技术内容所示，该技术方案通过对起动开关以及变速箱空档开关进行检测，同时通过传感器对发动机转速进行采样的方式实现汽车起动保护。该技术方案的缺点在于增设了转速传感器器件，增加成本的同时也增加了失效模式。另外该技术方案只能实现正常起动、非空档起动保护、钥匙开关不能回位保护以及重复起动保护，无法实现顶齿保护。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能有效解决商用车起动机故障率高技术问题的起动机保护器。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于起动机的保护器，其特征在于，包括：一第一采样单元，该第一采样单元用于采集该起动机的电源的电压信号；一第二采样单元，该第二采样单元用于采集该起动机的起动开关的电压信号；一控制单元，该控制单元连接该第一采样单元及该第二采样单元，当该第一采样单元采集的起动开关的电压信号有效时，该控制单元根据该第二采样单元采集的电源的电压信号导通或关断一开关管以控制该起动机的继电器开启或关闭。

更进一步地，该保护器还包括一计时单元，该计时单元与该第二采样单元连接，当该第二采样单元采集的起动开关的电压信号有效并且达到一限定时间时，该控制单元关断该开关管。

更进一步地，该第二采样单元采集的起动开关的电压信号有效且有效时间达到12秒时，该控制单元关断该开关管，以实现对该起动机的限时保护。

更进一步地，该第二采样单元采集的起动开关的电压信号有效时该计时单元开始计时，当满足以下条件时：在0.5秒内，V从小于等于2/3Ve上升到大于等于0.9Ve并且V大于0.9Ve持续时间大于等于1秒，V是该第二采样单元采集的起动开关的电压信号，Ve是车辆的额定电压；该控制单元关断该开关管，以实现对该起动机的超越保护。

更进一步地，当该第二采样单元采集的起动开关的电压信号没有下降至2/3Ve并且在0.5秒内均未降至2/3Ve时，该控制单元关断该开关管，以实现对该起动机的顶齿保护，Ve是车辆的额定电压。

更进一步地，该第二采样单元采集的起动开关的电压信号大于1.1Ve时，该控制单元关断该开关管，以实现对该起动机的误操作保护，Ve是车辆的额定电压。

更进一步地，该开关管为PMOS管或NMOS管。

更进一步地，该第一采样单元包括一分压电阻以及与该分压电阻并联的一齐纳二极管。

与现有技术相比较，本发明所提供的起动机保护器能有效降低商用车的起动机故障率高的技术问题，同过对起动机开关的电压实时采样，可以同时实现限时保护、超越保护、顶齿保护以及误操作保护。因此本发明所提供的保护器能减少用车的起动机故障率，增加起动机的使用寿命。

本发明所提供的起动机保护器直接与电磁开关上原有的30端子和50端子连接，不需要额外的接线端子，安装和使用均不改变整车原有的起动系统电路。因此本发明提供的保护器具有成本低装配简单的优点。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明涉及的起动机的结构示意图；

图2是本发明涉及的起动机的保护器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于提供一种能有效降低商用车的起动机故障率高的技术方案，同时对起动机开关的电压实时采样，可以同时实现限时保护、超越保护、顶齿保护以及误操作保护。

图1是本发明涉及的起动机的结构示意图，如图1所示，起动机包括发动机1、蓄电池2、起动按钮10、T30端子、T50端子、继电器7、保护器5、电磁开关9、M端子8、起动机6、驱动齿轮3以及飞轮齿圈4。闭合起动按钮10，处于闭合状态时，电流从蓄电池2中流经电磁开关9，电磁开关9产生的电磁力推动起动机的驱动齿轮3沿自身轴线向发动机飞轮齿圈4做直线移动，同时，通过电磁开关电路流向起动机内部主电路的电流促使驱动齿轮3缓慢旋转。

正常情况下，驱动齿轮3和飞轮齿圈4可正常啮合，啮合后电磁开关9触点导通，起动机输出全额扭矩和转速，带动发动机1旋转。当起动机驱动齿轮3与发动机飞轮齿圈4发生齿对齿顶住，且停止移动和旋转时，即为顶齿状态。顶齿时，电磁开关9触点不会接通，起动机不会输出最大扭矩，但电磁开关消耗的电流和产生热量的速度都处于最大值。本发明所提供的保护器5与继电器7通过对T30端子的电压信号进行处理以控制继电器7开启或关闭。

图2是本发明涉及的起动机的保护器的结构示意图。如图2所示，本发明所提供的保护器可以实现限时保护、超越保护、顶齿保护以及误操作保护四种方式的保护。

该保护器5至少包括两个采样模块，其中一个采样模块54与T50端子连接。当起动开关10闭合时，电流从电源2流经起动开关10，采样模块54采集到有效信号。另一个采样模块52与T30端子连接，采集电源2的电压信号。电源模块51用于将来自电源2的电压转换为供控制模块55使用的电压。本发明所采用的控制模块可以为一单片机，该单片机包括一计时模块53。本发明所提供的保护器工作方式如下：

当起动机单次工作时间达到一限定值时，限时保护器通过内部单片机计时功能和MOS管自动断开起动机继电器电路，使起动机停止运行，实现限时起动保护功能。

发动机点火后，限时保护器通过内部的电压采样电路、内部单片机记录电压值，并结合计时判断电压的变化过程类型。根据电压的变化过程判断是否断开开关管56。如果点火成功，2s内MOS管自动断开起动机继电器线圈电路，使起动机停止运行，防止起动机被发动机长时间反带受损，实现超越保护功能。

发动机起动过程初期，顶齿故障出现时，限时保护器通过内部的电压比较电路、内部单片机计时功能判断电压的变化速率，如果在2s内，V₃₀持续大于2/3Ve且持续时间超过0.5s后，保护器将MOS端关断，进而断开起动机继电器电路，使电磁开关停止工作，保护电磁开关不因过热而损坏，实现对起动机的顶齿保护功能。

发动机正常运行时，如果起动系统主电路电压在一额定电压之上，保护器通过内部的电压比较电路和MOS管，保持起动机电路处于断路状态，防止起动机在不正常的起动信号下误动作，进而造成起动机齿轮和高速运转的发动机齿圈因强烈机械撞击而受损，实现防止误操作起动机功能。在车辆整个启动与行车过程中，限时保护器单片机芯片实时采集T30端电压，与各设定电压值比较，并结合时序，判断车辆状态。过程中单片机芯片实时采集T50端电压，与设定电压值比较，判断车辆点火开关是否按下。电压采样引脚由电阻分压，并加齐纳二极管保护，在满足单片机输入信号要求的同时，防止发动机正常工作时对起动机的误操作。

举例而言，以下对车辆电气系统的额定电压设定为Ve，一般乘用车电气系统中Ve＝12V,商用车电气系统中Ve＝24V。

当采样模块54采集到的信号有效时，保护器的内置计时模块53开始计时，起动机单次工作时间到达12秒时，开关管56断开，使继电器7电路断开，以实现限时保护功能。

当采样模块54采集到的信号有效时，保护器的内置计时模块53开始计时，单片机将采样模块52采集到的电瓶的电压V₃₀与额定电压Ve进行比较，如果在0.5秒内，监测到V₃₀从小于(2/3)Ve上升到V₃₀大于0.9Ve，并且V₃₀大于0.9Ve持续时间达到1秒后，将开关管关断，实现车辆启动过程完成后对起动机的超越保护。

发动机正常起动过程中，啮合成功后V₃₀会从较高的电压值开始下降至(2/3)Ve，如果发生顶齿，电磁开关主触点不会接通，起动机不会输出最大扭矩，电压值就不会降至(2/3)Ve。单片机如果没有监测到来自采样模块52的电压下降至(2/3)Ve，则启动0.5秒以后关断开关管56。如果在0.5秒内监测到采样模块52的电压下降至(2/3)Ve，则停止关断开关管56；如果在0.5秒内没有监测到采样模块52的电压下降至(2/3)Ve，则开关管56关断，断开起动机继电器线圈电路，使电磁开关停止工作，保护电磁开关不因过热而损坏，实现对起动机的顶齿保护功能。

当采样模块54采集到的信号有效时，并且V₃₀在1.1倍Ve以上(含该值)，关断开关管，保持起动机电路处于断路状态，防止起动机在不正常的起动信号下误动作，进而造成起动机齿轮和高速运转的发动机齿圈因强烈机械撞击而受损，实现防止误操作起动机功能。

在本发明的一种实施方式中，单片机采用MCUPIC12F675型号的芯片。开关管为NMOS管或PMOS管。

与现有技术相比较，本发明所提供的起动机保护器能有效降低商用车的起动机故障率高的技术问题，同过对起动机开关的电压实时采样，可以同时实现限时保护、超越保护、顶齿保护以及误操作保护。因此本发明所提供的保护器能减少用车用起动机的故障率，增加起动机的使用寿命。

本发明所提供的起动机保护器直接与电磁开关上原有的“30”端子和“50”端子连接，不需要额外的接线端子，安装和使用均不改变整车原有的起动系统电路。因此本发明提供的保护器具有成本低装配简单的优点。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于起动机的保护器，其特征在于，包括：

一第一采样单元，所述第一采样单元用于采集所述起动机的电源的电压信号；

一第二采样单元，所述第二采样单元用于采集所述起动机的起动开关的电压信号；

一控制单元，所述控制单元连接所述第一采样单元及所述第二采样单元，当所述第一采样单元采集的起动开关的电压信号有效时，所述控制单元根据所述第二采样单元采集的电源的电压信号导通或关断一开关管以控制所述起动机的继电器开启或关闭。

2.如权利要求1所述的保护器，其特征在于，所述保护器还包括一计时单元，所述计时单元与所述第二采样单元连接，当所述第二采样单元采集的起动开关的电压信号有效并且达到一限定时间时，所述控制单元关断所述开关管。

3.如权利要求2所述的保护器，其特征在于，所述第二采样单元采集的起动开关的电压信号有效且有效时间达到一预设时间时，所述控制单元关断所述开关管，以实现对所述起动机的限时保护。

4.如权利要求3所述的保护器，其特征在于，所述预设时间为12秒。

5.如权利要求2所述的保护器，其特征在于，所述第二采样单元采集的起动开关的电压信号有效时所述计时单元开始计时，当满足以下条件时：在0.5秒内，V从小于等于2/3Ve上升到大于等于0.9Ve并且V大于0.9Ve持续时间大于等于1秒，其中V是所述第二采样单元采集的起动开关的电压信号，Ve是车辆的额定电压；所述控制单元关断所述开关管，以实现对所述起动机的超越保护。

6.如权利要求2所述的保护器，其特征在于，当所述第二采样单元采集的起动开关的电压信号没有下降至2/3Ve并且在0.5秒内均未降至2/3Ve时，所述控制单元关断所述开关管，以实现对所述起动机的顶齿保护，Ve是车辆的额定电压。

7.如权利要求1所述的保护器，其特征在于，所述第二采样单元采集的起动开关的电压信号大于1.1Ve时，所述控制单元关断所述开关管，以实现对所述起动机的误操作保护，Ve是车辆的额定电压。

8.如权利要求1所述的保护器，其特征在于，所述开关管为PMOS管或NMOS管。

9.如权利要求1所述的保护器，其特征在于，所述第一采样单元包括一分压电阻以及与所述分压电阻并联的一齐纳二极管。