CN1172549A - 起动继电器的电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机的起动装置的起动继电器的电路装置,带有一个驱动起动继电器的线圈的辅助继电器,还包括一个控制调节辅助继电器(18)的工作电流(Ⅰ)的脉动的控制和/或调节电路(16),从而有效地降低继电器的功率消耗。
Description
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于继电器的电路装置。
众所周知，汽车内采用起动继电器作为内燃机的起动装置。这种起动继电器在接通大电流的同时，按比例提供小的控制电流。以轿车为例，所述大电流(指起动电流，它是由起动装置起动内燃机所必需的)大约可高达1000安培。在起动过程中，流过起动继电器的继电器线圈的电流约为80-100安培。与起动电流值相比，这个电流相对较小，但是由于该电流直接经过一个起动开关(点火开关)或经过一个电子控制装置，仍嫌其太大。为解决此问题，德国专利文献DE 3737430C公开了配置有一个辅助继电器的起动继电器，它通过汽车的起动开关工作。这种方案的不足之处在于，不仅这个增加的辅助继电器必须在汽车内占据额外的空间，而且它也作为一个增加的消耗装置，具有较大的损耗功率。
带有权利要求1所述特征的本发明的电路装置具有如下优越性：它的辅助继电器是经过优化的，尤其是其结构尺寸缩小化，使其安装空间变小。本发明的电路具有影响辅助继电器的工作电流的控制和/或调节电路，它提供了这样的可能性，即辅助继电器的工作电流受到可选择的判据的影响，在不同的运行状态下，辅助继电器的工作电流只吸收其实际需要的大小，从而明显减小了在辅助继电器上出现的损耗功率。而且在起动继电器中的辅助继电器尽可能集成化，从而具有紧凑的结构形式。
根据本发明的优选设计方案，其控制电路包含一个受时序控制的控制或电流调节电路，它通过时钟频率和/或通过占空因数，使工作电流的大小随着辅助继电器的一定的工作状态而变化。这样做的优点在于，使辅助继电器的工作电流与改变了的运行条件相适配，例如运行温度和/或辅助继电器的衔铁位置的改变。这种工作电流与辅助继电器的运行状态之间的优化匹配降低了该辅助继电器的功率损耗。特别是当工作电流减小时，辅助继电器的衔铁被吸持或者立即开始沿其运动轨迹运动。在不同的工作条件下，例如不同的温度比的情况下，由于辅助继电器工作电流的节拍是优化受控的，因此可以对固定大小的工作电流平均值实现调节。为此可以考虑，在不同的温度下，一方面辅助继电器衔铁的复原弹簧的特征曲线变化，另一方面辅助继电器的磁化性能及其线圈的欧姆电阻发生变化，导致辅助继电器的工作电流变化。一般辅助继电器的线圈是根据所出现的最大工作电流来确定容量的。利用本发明的电路控制辅助继电器的工作电流，使辅助继电器运行在一个较小的和固定大小的脉动工作电流平均值上，通过选择节拍频率的电流额定值和/或计算节拍比，能够适应各种不同的工作条件。于是从现在起，辅助继电器的线圈可设计为在最高运行温度下流过最大电流。
本发明的其他优选方案体现在从属权利要求所记载的技术特征中。
下面参照附图进一步说明本发明的实施例。
附图为：
图1是本发明电路装置的方框示意图；
图2是辅助继电器工作电流的额定值和实际值曲线图；
图3-图6是辅助继电器的脉动的工作电流的不同占空因数的信号波形图；
图7和图8表示本发明的第二个实施例。
图1中用标号10表示的电路装置是一个内燃机的起动装置。电路装置10包括一接通器件12，它可以是点火开关或起动开关，它与一个电子控制设备14相连接。电子控制设备14接有一个用于与控制设备14连接的辅助继电器18的控制电路16。这个控制电路16又连接一个温度探测电路20，该温度探测电路还与位于辅助继电器18附近的或装在电机箱内的温度传感器(图中未示出)相连接。控制电路16内包括一个起火密特触发器作用的触发级19，其起动参数值a)和b)是可调的，而且从控制设备14的输出端可读出输出电流特性曲线。
控制设备14还包括其他实现汽车功能的必要的电路成分，由于与本发明无关，这里未示出。图中未示出的辅助继电器18的开关触点与起动继电器22的线圈相连接，由这些开关触点实现对起动装置24的电流回路的接通和断开。
参照附图的图示，现在简要描述一下电路装置10的作用方式。当接通器件12工作时，辅助继电器18的线圈接收来自电子控制设备14的电流。流过辅助继电器18的线圈的电流也流向控制继电器18的工作电流的控制电路16。与辅助继电器18的开关触点连接的起动继电器22的继电器线圈带有工作电压，于是起动继电器22的起动使起动装置24的主电流触点闭合，它一般连接到某个电压源，例如汽车上的汽车电池。流过起动装置24的主电流触点的起动电流比较大，最高约可达1000安培左右。辅助继电器18的开关触点与连接电压源的起动继电器22的继电器线圈相连接，流过该开关触点的开关电流约为80-100安培，而流过辅助继电器18的线圈的工作电流I受到控制设备14的控制电路16的影响，约为40安培。
图2中为说明图1所示的工作电流I的控制过程，给出了该实施例中工作电流的额定值和实际值曲线。这里工作电流的额定值Isoll由控制电路16控制在时间点t2处下降到某一较低的值。由此可实现工作电流I实际的实测值(左侧的简化的再现曲线)的可调节性。根据电流特性曲线进行物理对比计算，要停止辅助继电器18的衔铁只需很小的磁通密度即可，相对而言，主要计算吸持住衔铁所必要的电流。由于工作电流I大约下降了50％，因此损耗功率大约减小了25％，这是由于对于闭合的管路来说，维持必要的磁通密度只需很小的电流即可。这个很小的工作电流I流过线圈的线圈电阻，从而产生热能损耗，这一功率损耗与时间点t2之前的大工作电流I相比是非常小的。
关于控制电路16的具体结构就不在这里详细描述了，其中一部分控制在控制设备14内工作电流I的节拍，另一部分负责工作电流I的下降。除了触发级19外，该控制电路还包含一个关于时间t2的时间级，用于将触发级从较高的反应值a1和b1转换成较低的反应值a2和b2，用于断开(a1)和接通(b1)工作电流Iist。在本实施例中，工作电流I的额定值在t2为30ms时从25安培下降到12安培。控制电路16可采用众所周知的多谐振荡器、精密施密特触发器或其他的适配的振荡器电路，还有微处理器。直到电流下降的时间间隔t2是这样确定的，即继电器衔铁在前一个时刻t1可靠地从其静止位置升起。采用温度探测电路20，工作电流Iist的临界值随着温度的升高根据触发级19的变化的反应值a和b而下降。此外，直到工作电流下降的时间间隔t2随着温度升高而变短。以此方式，使活动的继电器衔铁的取决于温度的摩擦以及衔铁复位弹簧的取决于温度的弹力能够得到补偿。
图3-图6表示工作电流I的节拍频率的信号曲线图。信号特性曲线为精确的方波信号所构成，具有精确的占空因数和节拍频率。关于方波信号的产生，控制电路16例如可以配置相关的函数发生器。在图3中，信号曲线的节拍频率为2KHz，具有30％的占空因数，这也就是说，在一个时间单元(周期)内，工作电流I在这个时间单元内的30％为接通状态，其余的70％为断开状态。类似地，在图4中信号曲线的占空因数为60％，图5中信号曲线的占空因数为90％，图6中信号曲线的占空因数为100％。相应于所选择的占空因数产生一个沿工作电流I的曲线走向所包络的面积和输入所述线圈的能量。节拍越小，也就是说占空因数接通/断开已选定，输入线圈的能量也就越小，于是在该线圈内所产生的功率损耗越小。
随着工作电流I的节拍的变化，占空因数根据辅助继电器18的确定的运行参数而变化。例如，占空因数根据维持预定的工作电流强度这样一个辅助继电器18的运行参数变化。同时，通过减小占空因数实现工作电流I的下降以及改变温度关系。
因此，在一个辅助继电器18中，由控制电路16的触发级19提供的工作电流I的占空因数在接通瞬间(大约30毫秒)为60％的节拍，同时在时间点t2(图2)的占空因数转变为30％。可见，简单地由触发级19产生方波信号就能有效地减小辅助继电器18的线圈的能量需求。通过控制电路16与温度探测电路20的耦合，可以以简单的方式使工作电流I的节拍与各个存在的工作条件相适配，如果处于冷却状态的继电器，在合闸的瞬间，人们可以使具有60％节拍频率的工作电流I在时刻t2时变为具有30％节拍频率。对于处于正常工作温度的辅助继电器18，合闸瞬间时的占空因数为90％，而在时刻t2时转换成50％。对于已发热的辅助继电器18，合闸瞬间时的占空因数或节拍可达100％，而到时刻t2时转换成60％。利用控制电路16和温度探测电路20的作用，可以影响和调节从时刻t2起占空因数的转换过程。例如对于冷却态下的辅助继电器18，时间点t2的时间长度为30毫秒，对于正常发热的辅助继电器18而言，时间点t2的时间长度为25毫秒，而对于已较热的辅助继电器18来说，时间点t2的时间长度为15毫秒。
显然，在辅助继电器18的吸持范围和停止不动范围之间，人们利用占空因数和该占空因数的转换时间点能够控制辅助继电器18的操作，从而可以明显地节约能源。
总之，尽管辅助继电器18具有不同的运行状态，尤其是不同的运行温度，该继电器的运行仍可由一个固定的工作电流平均值来调节。利用工作电流I的节拍频率如前所述，我们能够减少辅助继电器18的功率损耗。
在不同的温度比条件下利用固定的工作电流平均值提供了这样的可能性：可优化辅助继电器18的结构设计。这指的是，可提高辅助继电器18的衔铁的复位弹簧的弹力，其原因在于该继电器已不再会工作在最恶劣的工作环境下，即不会在最高温度时工作在最大电流I的极端情况。由于辅助继电器18的衔铁的弹力提高了，使开关触点的振动趋向变小，于是延长了触点的寿命。还有，由于提高了弹力，减小了振动趋向，可以将辅助继电器18安装在起动继电器22的壳体内。此外，在起动继电器22的开关过程期间，会产生可达5000-10000g大小的加速及碰撞到起动装置上，然而由于辅助继电器18的复位弹簧的弹力提高，可以很好地对上述力予以缓冲。
对于无需克服较大的弹簧力的情况下，可以减少辅助继电器18的绕组匝数，原因在于总体上只需较小的能量需求去作功。这样该继电器的安装空间可减小，需要时可将辅助继电器18安装在起动继电器22内，从而实现高集成化。
起动器辅助继电器的节拍频率不仅可以由图1和2所述的控制电路实现，也可以采用图7和8的控制和调节电路来实现。控制继电器的工作电流从调节器17流过一个位于控制设备14’内的脉冲节拍级，产生节拍，根据某一预定的电流额定值Isoll调节由各节拍比构成的电流平均值，于是从辅助继电器18按节拍读出持续变化的工作电流的实际值Iist。当继电器合闸后，电流额定值可随时间出现下降，或者借助于另一个传感器21根据辅助继电器衔铁的位置而下降。
根据附图8所示，继电器衔铁初始动作之前，电流为额定电流IS1，在衔铁活动期间，电流变为较小的额定电流IS2，当继电器衔铁完全接合时，电流再次下降变为更小的额定电流IS3。
线圈是如此设计的，例如在0℃条件下，电流调节到IS1，占空因数为60％，这对于继电器衔铁动作是足够的(指同样的继电器衔铁位置条件下的占空因数，并且IS2时取为40％，IS3时取20％)。在最高绕组温度(例如+100℃)条件时，如果仍为上述已调节的继电器电流的话，根据最大线圈电阻，在IS1时得到100％的占空因数，(IS2时为66％，IS3时为33％)。
本实施例中的继电器的电流也基本上不受扰动作用的影响(例如温度、电池电压扰动等)，但是它与继电器衔铁的状态(例如位置、速度)有关，并且根据磁动力需要量来调节。这个占空因数是由调节器自动地进行准确的调整的。
综上所述，根据继电器衔铁动力需要量来调节继电器电流的方案具有如下优越之处：
-限热作用，
-在衔铁冲击时减小碰撞，减小触点抖动，
-具有高动作可靠性(高的衔铁起动吸引力)，
-提高了继电器寿命。
Claims (13)
1、用于内燃机起动设备的起动继电器的电路装置，含有一个驱动起动继电器的继电器线圈的辅助继电器，其特征在于，该电路装置还具有影响和控制辅助继电器(18)的工作电流(I)的控制电路和/或调节电路(16，16’)。
2、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述控制和/或调节电路(16，16’)包含一个脉动电流电路的节拍级。
3、根据前述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，所述控制和/或调节电路(16，16’)具有一个使工作电流(I)节拍脉动的触发级(19)，它具有确定的可调制的占空因数。
4、根据前述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，工作电流(I)的占空因数可随时间发生变化。
5、根据前述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，所述脉动的工作电流(I)在到达某个设定的时间点(t2)之后减小。
6、根据权利要求5的电路装置，其特征在于，当辅助继电器(18)的衔铁开始动作后所述脉动的工作电流(I)由其静止位置和/或在到达其工作位置时变小。
7、根据前述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，下降的工作电流(I)具有比未下降的工作电流(I)小的占空因数。
8、根据前述权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，占空因数的变化取决于辅助继电器(18)和/或电动机的运行温度。
9、根据权利要求5的电路装置，其特征在于，使占空因数减小的时间点(t2)是随辅助继电器(18)和/或电动机的运行温度的变化而变化的。
10、根据前述任一权利要求所述的电路装置，其特征在于，脉动的工作电流(I)的占空因数随着辅助继电器(18)的衔铁位置的变化而变化。
11、根据权利要求3的电路装置，其特征在于，在最高允许工作温度条件下，当脉动工作电流(I)的占空因数为100％时辅助继电器(18)产生足够的吸引力。
12、根据权利要求3的电路装置，其特征在于，脉动的工作电流(I)由控制和/或调节电路(16，16’)控制从一个第一额定值(Isoll)经一定时间(t1，t2，t3)后调节到至少一个更低的额定值。
13、根据权利要求12的电路装置，其特征在于，脉动的工作电流(I)的下降取决于分两步实现的辅助继电器(18)的接通时间(t1，t3)或其衔铁位置。
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