CS266571B2 - Zapojení autoregulaěního žhavicího zařízení - Google Patents

Abstract

Zapojení autoregulačního žhavicího zařízení se používá k ohřátí spalovacího prostoru motorů s vnitřním spalováním, zvláště Dieselových motorů a je tvořeno řídicí jednotkou a žhavicími svíčkami, žhavicí svíčky jsou vytvořeny jako termočlánky a mají dvojí funkci: ohřátí spalovacího motoru a snímání teploty. Řídicí jednotka tvořená komparátory, astabilním multivibrátorem, zesilovačem, výkonovými zesilovači, elektronickým výkonovým spínačem, nadproudovým ochranným obvodem a obvodem ke stabilizaci napětí, zajišEuje nepřerušované napájení žhavicích svíček při kladných impulsech z astabilního multivibrátoru a při porovnáváni teploty ve spalovacím prostoru přes napájené žhavicí svíčky, přičemž pracovní podmínky se na-; stavují pomocí referenčních napětí.

Description

Předmětem vynálezu je zapojení autoregulačního žhavicího zařízení pro motory s vnitřním spalováním, především pro dieselový motory. U těchto motorů se používají žhavicí zařízení k dosažení tepelných podmínek pro zapálení paliva, žhavicí zařízení předehřívá spalovací prostor během startu motoru a potom tak dlouho, dokud motor nedosáhne předem určené pracovní podmínky, přičemž zapojení podle vynálezu reguluje automaticky teplotu žhavicích svíček v určitém rozsahu a po určitou dobu. '

Je známo zapojení autoregulačního žhavicího zařízení, kde se po zapnutí zařízení žhaví svíčky na předem nastavenou teplotu a na této teplotě se pak udržují pomocí impulsního napájení, dokud nedosáhne napětí alternátoru předem nastavenou hodnotu. Impulsní napájení je nutné z toho důvodu, protože žhavicí svíčky potřebují nižší napětí než má baterie nebo alternátor. Požadovaná teplota žhavicích svíček je nastavena předem hodnotou analogové napěťové úrovně a je přivedena na jeden vstup komparátoru. Na druhý vstup komparátoru se přivádí taková úroveň analogového napětí, která je úměrná skutečné hodnotě teploty žhavicích svíček a která je dána čidlem zašroubovaným do motorového bloku. Výstup komparátoru je vytvářen vstupními signály a pracuje v zařízení tak, že impulsně napájí žhavicí svíčky. Samotné čidlo se skládá z více částí. Jsou to odpory a odpory s kladným teplotním koeficientem, které jsou v podsestavě celého zařízení zapojeny tak, že simulují teplotu žhavicích svíček a to následovně: jestliže jsou svíčky napájeny, je také část odporů a odporů s kladným teplotním koeficientem napájena, což má za následek, že napěťová úroveň na výstupu čidla stoupá. Jakmile překročí napěťová úroveň z čidla požadovanou úroveň na komparátoru, přeruší se napájení, teplota žhavicích svíček začne klesat, současně klesne i napětí na čidle a jakmile klesne pod požadovanou úroveň, zapne se znovu napájení a to se cyklicky opakuje. Zařízení se vypne, jakmile napětí alternátoru dosáhne přednastavenou úroveň, čili jakmile začne motor sám pracovat.

Je známo další podobné zařízení, které ale pracuje na jiném principu. Při zapnutí zařízení se zapne napájení žhavicích svíček a obvod oscilátoru, který kmitá na vyšší nebo nižší frekvenci podle napětí baterie. Po asi 7 sekundách, což odpovídá určitému počtu impulsů, které počítá čítač, se napájení přeruší, to je svíčky dosáhly předepsanou teplotu. K udržení dosažené teploty se pak napájení žhavicích svíček impulsně zapíná a to tak, že oscilátor podle napětí baterie dává delší nebo kratší napěťové pulsy, které napájí přes zesilovač a relé žhavicí svíčky. Délka impulsů je volena tak, aby se teplota žhavicích svíček udržovala na požadované hodnotě. Tento elektrický obvod je však ve vztahu k určení teploty žhavicích svíček velmi komplikovaný.

Úloha, kterou uspokojivě řeší předložený vynález, je vytvoření takového zapojení, které by umožňovalo dosažení teploty žhavicích svíček, popřípadě spalovacího prostoru, která je pro zapálení paliva nutná, v kratší době než u známých zahřívacích zařízení, přičemž žhavicí svíčky by byly chráněny před přepálením bez dodatečných čidel. Teplota žhavicích svíček má být ale nezávislá na výši napájecího napětí a žhavicí svíčky mají ohřívat spalovací prostor i po startu motoru, dokud tento nedosáhne minimální provozní podmínky. '

Zapojení autoregulačního žhavicího zařízení podle vynálezu je tvořeno řídicí jednotkou a žhavicími svíčkami, které jsou konstruovány tak, že v době, kdy nejsou napájeny elektrickou energií pracují jako termočlánek, jehož termoelektrické napětí slouží řídicí jednotce jako hlavní vstupní informace k řízení teploty žhavicích svíček, přičemž řídicí jednotka podle velikosti termoelektrického napětí jako vstupní hodnoty určuje periodicky dodávku elektrické energie do žhavicích svíček, čímž je dosaženo, že svíčky žhaví v určitém teplotním rozsahu, který je nižší, než teplota přepálení a to tak dlouho, dokud nedosáhne motor minimálních pracovních podmínek, žhavicí svíčka jako součást zapojení k autoregulačnímu žhavicímu zařízení podle tohoto vynálezu je konstruována na nižší napětí než celé zapojení a to takovým způsobem, že v době, ve které není napájena elektrickou energií, pracuje její žhavicí prvek jako termočlánek, přičemž kladný pól je bud na elektrodě nebo na objímce a je zhotovena známým způsobem a může být jedno- nebo dvoupólová. Vzhledem k uvedeným

CS 266 571 B2 vlastnostem může být použita ke kontrole nebo měření teploty motoru během trvalého provozu nebo nepřímo ke kontrole spalovací účinnosti paliva ve spalovacím prostoru.

Vynález bude blíže vysvětlen na příkladu provedení a obr. 1, který představuje zapojení autoregulačního žhavicího zařízení, jakož i obr. 2, který znázorňuje pracovní diagram zapojení podle vynálezu. Zapojení autoregulačního žhavicího zařízení podle obr. 1 sestává z řídicí jednotky B a žhavicích svíček A. Obr. 2 znázorňuje funkci zapojení autoregulačního žhavicího zařízení. Je znázorněn průběh teploty žhavicí svíčky a činnost výkonového spínače, přičemž v poloze 1 je výkonový spínač sepnut a v poloze 0 vypnut. Vztahy v pracovním diagramu výkonového spínače znamenají: Ta je doba, ve které dosahuje teplota svíček nastavené hodnoty, Tb je doba, po kterou je výkonový spínač sepnut či pokusně nastaven, Tc je doba přerušení, kdy teplota žhavicích svíček klesá na nastavenou hodnotu.

Řídicí jednotku tvoří následující prvky: napětové komparátory J_, 2' £.< astabilní multivibrátor £, zesilovač £, výkonový zesilovač £, £, elektronický výkonový spínač £, nadproudová ochrana £, obvod 10 ke stabilizaci napětí a k tomu příslušející odpory a kondenzátory vytvářející referenční napětí, jejichž účel bude vysvětlen při popisu funkce zapojení podle vynálezu.

Při sepnutí kontaktu spínače S, který může být tvořen známým motorovým startovacím spínačem nebo jiným jednopólovým spínačem-vypínačem, přivede se napětí baterie AK do obvodu 10 napětové stabilizace. Tak dostane napětí celá řídicí jednotka B a všechna referenční Uref 1, Uref 2, Uref 3 jsou nastavena na předem určenou hodnotu. Na výstupu komparátoru 2 vznikne určité napětí, které se vede na vstup astabilního multivibrátoru £. Toto napětí blokuje funkci astabilního multivibrátoru £ tím, že na jeho výstupu se objeví napětí, které aktivuje výkonový zesilovač 6, který pak sepne výkonový spínač S, který propojí žhavicí svíčky A přes nadproudovou ochranu 9 s baterií AK. Současně se dostane napětí na výstupu komparátoru 2 na výkonový zesilovač 2, takže se rozsvítí kontrolní žárovka Z na jeho výstupu. '

Žhavicí svíčky A jsou napájeny tak dlouho, dokud napětí na kondenzátoru C2, který je spojen přes odpor R2 a spínač S s baterií AK nedosáhne hodnotu Uref 2. Napětí Uref 2 je připojeno na vstup b, napětí na kondenzátoru C2 je ale připojeno na vstup a komparátoru 2. V tomto okamžiku změní komparátor 2 napětovou úroveň na svém výstupu tak, že již neovlivňuje činnost astabilního multivibrátoru £, který přes výkonový zesilovač 6 odpojí výkonový spínač 8, což má za následek, že se rovněž odpojí žhavicí svíčky A a zhasne kontrolní žárovka Z. To je také znamením, že motor je připraven ke startu.

Při napájení žhavicích svíček A ovlivňuje výstupní napětí zesilovače £ vstup komparátoru 2 tím, že výstup komparátoru 2 neovlivňuje přes vstup c astabilního multivibrátoru £ funkci multivibrátoru £. Při přerušení napájení žhavicích svíček A (U_c2 = Uref 2) vznikne na vstupu zesilovače 5 termoelektrické napětí, které vytvářejí žhavicí svíčky A, protože pracují po přerušení napájení jako termočlánky. Toto termoelektrické napětí, asi 30 mV, se v zesilovači 5 zesílí a přivádí na vstup a komparátoru 2· ^v komparátoru 2 ^se porovnává termoelektrické napětí ze vstupu a s napětím vstupu b, což jest nastavené referenční napětí Uref 1. Nastavené referenční napětí Uref 1 je přímo úměrné teplotě žhavicí svíčky, která je nutná k zapálení paliva. V okamžiku odpojení napájení žhavicích svíček A vznikne na vstupu a komparátoru 2 zesílené termoelektrické napětí, úměrné okamžité teplotě žhavicích svíček, které je vyšší než Uref 1. To má za následek, že na výstupu komparátoru 2 j® takové napětí, které blokuje přes vstup c funkci astabilního multivibrátoru £. Jestliže klesne zesílené termoelektrické napětí na vstupu a komparátoru 2 ^na hodnotu Uref 1, převezme výstup komparátoru 2 tuto napětovou úroveň a přes vstup c se astabilní multivibrátor £ otevře. Ten působí kladnými impulsy na výkonový zesilovač 6, který řídí výkonový spínač 8. Délka kladných impulsů astabilního multivibrátoru £ je volena tak, že obvykle je nutný jen jeden impuls, aby se teplota žhavicích svíček A, která je nižší než teplota přepálení, zvýšila; tím ale též převýší zesílené termoelektrické napětí Uref 1. V době záporného impulsu na výstupu

CS 266 571 B2 astabilního multivibrátoru A ^se opakuje již popsaný pochod srovnávání zesíleného termoelektrického napětí s Uref 1, což má za následek, že výstup komparátoru i má úroveň napětí, které je důsledkem porovnání na vstupu. Jestliže žhavicí svíčky A po kladném impulsu nedosáhnou určenou teplotu, je při porovnání zesílené termoelektrické napětí nižší než Uref 1 a výstup komparátoru _! nemá vliv na činnost astabilního multivibrátoru _4, tak že žhavicí svíčky jsou dále napájeny jedním nebo více po sobě následujícími impulsy a následkem toho se zvedne teplota žhavicích svíček A a tím i zesílené termoelektrické napětí na úroveň určenou Uref 1.

Z popisu vyplývá, že žhavicí svíčky A při zapnutí spínače S dosáhnou teplotu potřebnou k zapálení paliva, načež se tato teplota bude udržovat impulsním napájením Žhavicích svíček. To může pochopitelně trvat i déle, ale tento pochod se zastaví, jak bude dále popsáno, jestliže motor dosáhne své minimální pracovní podmínky.

Při sepnutí spínače S je na výstupu komparátoru 2 taková napěťová úroveň, že přes vstup b astabilního multivibrátoru £ jeho funkci neovlivňuje. Současně se přes odpor R3 nabije kondenzátor C3 až na hodnotu Uref 3, jejíž výše závisí na teplotě okolí motoru nebo na teplotě motoru, což závisí na nastavení teplotního čidla, například odporu R5 se záporným teplotním koeficientem. Napětí Uref 3 je přivedeno na vstup b a napětí na C3 na vstup a komparátoru 3ΐ· Při splnění podmínky U^ = Uref 3 se objeví na výstupu komparátoru 2 taková napěťová úroveň, která přes vstup b astabilního multivibrátoru £ jeho činnost znemožní a tím se přeruší impulsní napájení žhavicích svíček A.

Dojde-li k závadě v obvodu napájení žhavicích svíček, která má za následek zvýšení proudu nad běžně dovolenou hodnotu, aktivuje se nadproudový ochranný obvod který přes výstup a ihned nabije kondenzátor C3 na takovou hodnotu, že je splněna podmínka U^ = Uref 3 a tím se přeruší dříve popsaným způsobem napájení žhavicích svíček. Astabilní multivibrátor 4^ je tak proveden, že se jeho vstupy a, b, c chovají jako funkce NEBO, to jest přítomnost určité napěťové úrovně na libovolném vstupu a nebo b nebo c způsobí změnu stavu na výstupu.

žhavicí svíčky A jsou na obr. 1 nakresleny v paralelním zapojení, může být použito také více nebo méně žhavicích svíček podle počtu válců motoru, nebo mohou být ve dvoupólovém provedení řazeny do série.

Zapojení autoregulačního žhavicího zařízení podle vynálezu potřebuje podstatně méně času k dosažení potřebné teploty pro zapálení paliva, a to asi dvě sekundy ve srovnání se známými zapojeními, kde je tento čas přibližně sedm sekund, teplota žhavicích svíček jena výši napájecího napětí prakticky nezávislá, což se příznivě projevuje v době zapnutí startéru, žhavicí svíčky jsou zapnuty ještě po startu motoru, dokud nedosáhne minimální pracovní podmínky, přičemž k řízení teploty svíček nejsou zapotřebí žádná externí čidla simulující teplotu a zapojení je vzhledem k nabízeným přednostem relativně laciné.

Claims (1)

1. Zapojení autoregulačního žhavicího zařízení, skládajícího se z řídicí jednotky B a žhavicích svíček A, vyznačené tím, že žhavicí svíčky (A) provedené jako termočlánky jsou připojeny přes elektronický výkonový spínač (8) a nadproudový ochranný obvod (9) na tu svorku baterie (AK), která je připojena přes spínač (S), obvod (10) ke stabilizaci napětí, přes sériový obvod z odporů (RI, R4) a odporu (R5) se záporným koeficientem, přes sériový obvod z odporu (R3) a kondenzátoru (C3) na kostru, a přes odpor (R2) a kondenzátor (C2) na kostru, přičemž styčný bod odporu (R2) a kondenzátoru (C2) je připojen na vstup (a), ale svorka (Uref 2) na vstup (b) komparátoru (2), a přičemž jeho výstup je připojen na vstup výkonového zesilovače (7) a na vstup (a) stabilního multivibrátoru (4) a výstup výkonového zesilovače (7) je propojen přes kontrolní žárovku (Z) na kostru, zatímco styčný bod odporu (R3) a kondenzátoru (C3) je připojen na vstup (a), ale svorka (Uref 3) na vstup (b) komparátoru (3), přičemž výstup komparátoru (3) je spojen se vstupem (b) astabilního multivibrátoru (4), žhavicí svíčky (A) jsou spojeny přes zesilovač (5) na vstup (a), ale svorka (Uref 1) na vstup (b) komparátoru (1), výstup komparátoru (1) je připojen na vstup (c) astabilního multivibrátoru (4) přes výkonový zesilovač (6) na elektronický výkonový zesilovač (8) a výstup (a) nadproudového ochranného obvodu (9) na vstup (a) komparátoru (3).