Система автоматического предпускового подогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания

 

Система автоматического предпускового подогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания предназначена для программно-управляемого подогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС), автоматического поддержания температуры ДВС в заданном диапазоне с целью прогрева ДВС и исключения преждевременного износа кривошипно-шатунного механизма ДВС, а также для автоматического запуска ДВС в необходимое для пользователя время. Система содержит блок управления, который соединен с аккумуляторной батареей транспортного средства. Система приводится в рабочее положение вручную или дистанционно. Напряжение от аккумуляторной батареи через блок стабилизации поступает в систему, блок контроля температурного состояния ДВС начинает "отслеживать" температуру ДВС и при достижении нижнего порога заданного диапазона температур автоматически включается стартер ДВС, происходит запуск и прогрев ДВС. По достижении верхней границы заданного диапазона температур ДВС автоматически выключается и далее цикл повторяется. Для запуска ДВС в заданное пользователем время, система снабжена таймером. Преимущества системы в том, что значительно облегчается запуск ДВС в условиях отрицательных температур, не требуется внешний источник питания, система просто подключается без врезок и доработок, уменьшается износ кривошипно-шатунного механизма. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться при запуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с масляным картером и аккумуляторной батареей в условиях отрицательных температур.

Известна система предпускового подогрева ДВС транспортного средства по патенту РФ 2022154. Система основана на подогреве ДВС горячим воздухом. Такая система не обеспечивает полный прогрев ДВС, что приводит к быстрому износу кривошипно-шатунного механизма (КШМ) ДВС. Кроме того, система не дает возможности осуществлять предварительный подогрев ДВС и производить его запуск в необходимое для пользователя время.

Известна система предпускового подогрева ДВС, снабженная масляным картером, основанная на предпусковом, частичном разогреве масла нагревательным элементом, помещенным в текущей среде ДВС, и снабженной блоком управления. Система взята за прототип и описана в патенте РФ 2041382. Система не позволяет осуществлять разогрев масла равномерно по всему объему ДВС, не обеспечивает нормативную смазку КШМ в условиях отрицательных температур, так как разогрев масла происходит только в области, прилегающей к нагревательному элементу, следствием чего является повышенный износ КШМ. Кроме того, система не работает автономно, зависима от внешних источников питания, что ограничивает область ее использования. Система не дает возможности подогреть и запустить ДВС автоматически в необходимое для пользователя время.

Техническая задача изобретения состоит в обеспечении программно-управляемого подогрева ДВС в условиях отрицательных температур, автоматическом поддержании температуры ДВС в заданном диапазоне для равномерного прогрева ДВС и исключения преждевременного износа КШМ ДВС, а также автоматическом запуске ДВС в заданное время.

Указанный технический результат достигается тем, что система автоматического предпускового подогрева и запуска ДВС с масляным картером и аккумуляторной батареей содержит блок управления, который включает блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени, блок стабилизации напряжения питания, блок контроля температурного состояния ДВС, блок выключения стартера ДВС, блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла, блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости, блок диагностирования системы, блок запуска ДВС, блок защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС, блок выключения ДВС, блок термостабилизации, при этом блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени связан с блоком запуска ДВС, соединенным со стартерной цепью ДВС и с блоком контроля температурного состояния ДВС, который соединен через датчики температуры с ДВС, а также с блоком выключения ДВС, который соединен с блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла и с блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости, соединенным с датчиком аварийной температуры ДВС, а блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла, в свою очередь, соединен с аварийным датчиком давления масла ДВС, с блоком защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС, соединенным со стартерной цепью ДВС и с блоком выключения стартера ДВС, соединенным со стартерной цепью ДВС, а блок стабилизации напряжения питания системы, блок диагностирования системы и блок термостабилизации соединены с блоком перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени, блоком контроля температурного состояния ДВС, блоком выключения стартера ДВС, блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла, блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости, блоком запуска ДВС, блоком защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС, блоком выключения ДВС, причем блок стабилизации напряжения питания соединен с аккумуляторной батареей ДВС.

Для запуска ДВС в заданное пользователем время система снабжена блоком формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени, соединенным с блоком запуска ДВС и с блоком выключения ДВС. Для повышения эксплуатационно-потребительских свойств системы введен блок дистанционного управления.

Отличие от прототипа заключается в новой форме выполнения блока управления и в новой взаимосвязи элементов блока управления между собой, с ДВС и с аккумуляторной батареей. Это обуславливает соответствие технического решения критерию "новизна".

Система приводится в рабочее положение ручным или дистанционным включением. Включается блок стабилизации напряжения питания системы, который стабилизирует напряжение, поступающее от аккумуляторной батареи ДВС транспортного средства. Система "отслеживает" температуру ДВС, и при достижении нижнего порога заданного диапазона температур происходит автоматическое включение стартера ДВС, запуск ДВС и производится прогрев ДВС до верхней границы заданного диапазона температур, которая задается блоком контроля температурного состояния ДВС. По достижении верхней границы заданного диапазона температур ДВС автоматически выключается с помощью блока контроля температурного состояния ДВС. Далее температура ДВС падает до нижней границы заданного диапазона температур, и по ее достижении блок контроля температурного состояния ДВС срабатывает, ДВС автоматически запускается, и цикл повторяется.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков обеспечивается новый технический результат, заключающийся в автоматическом предпусковом подогреве ДВС за счет автоматического программно-управляемого "отслеживания" и поддержания температуры ДВС в любом заданном диапазоне температур, а также автоматическом программируемом запуске ДВС в необходимое для пользователя транспортного средства время. Кроме того, система энергетически автономна, так как источником питания системы является аккумулятор транспортного средства, т. е. исключен традиционный внешний источник питания, что значительно облегчает запуск ДВС транспортного средства при отсутствии внешней электрической энергии. Повышается моторесурс ДВС за счет равномерного прогрева ДВС, что уменьшает износ КШМ ДВС в условиях отрицательных температур. Система обеспечивает подогрев и запуск ДВС по таймеру, т. е. в установленное по желанию пользователя время, что значительно повышает удобство пользования транспортным средством, особенно при пониженной температуре воздуха в зимнее время. Система абсолютно безопасна для ДВС, так как позволяет отслеживать его основные параметры (давление масла, температуру охлаждающей жидкости) и при критических (аварийных) сигналах от штатных датчиков ДВС транспортного средства производит выключение ДВС, обеспечивая тем самым его гарантированную сохранность.

Система просто подключается к ДВС, не требует врезок в ДВС и доработок ДВС.

На чертеже представлена функциональная блок-схема системы.

Блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени 2, выполненный на стандартных триггерах и счетчиках с использованием задающего генератора определенной частоты, выполняет функцию перезапуска ДВС, если двигатель не запущен системой с первой попытки. Для исключения преждевременного повторного запуска и для полной остановки коленчатого вала перед следующей попыткой введена задержка запуска по времени. Система предусматривает задание любого количества попыток запуска ДВС. Наряду с этим перед первым запуском ДВС со свечами накаливания, например, дизельные ДВС, предусмотрена задержка по времени, обеспечивающая запуск таких ДВС после окончательного нагрева свечей накаливания; блок стабилизации напряжения питания системы 3, выполненный на стандартных стабилизаторах напряжения серии ЕН, обеспечивает функцию стабилизации напряжения питания системы при изменении напряжения питания: при пониженном напряжении - включении стартера и стартерной цепи, других потребителей, повышенном напряжении - включении генератора ДВС, при других условиях изменения напряжения питания.

Блок контроля температурного состояния ДВС 4, выполненный на компараторах с использованием термодатчиков, обеспечивает функцию поддержания температуры ДВС в заданном диапазоне температур; блок выключения стартера 5, выполненный с использованием триггеров и других элементов логики с использованием сигналов, сформированных условием запуска ДВС, обеспечивает функцию выключения стартера и стартерной цепи при условии: "ДВС запущен"; блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла 6, выполненный на электронных ключах, обеспечивает защитную функцию по выключению ДВС при критическом (аварийном) давлении масла и временно (на момент запуска ДВС) блокирует функцию выключения ДВС по отсутствию давления масла; блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости 7, выполненный с использованием компараторов и термодатчиков, обеспечивает защитную функцию по выключению ДВС при критической (аварийной) температуре охлаждающей жидкости; блок формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени 8, выполненный на основе электронных часов, описанных в журнале "Радио" 11 - 1996, автор Алексеев, г. Москва, обеспечивает функцию запуска и выключения ДВС по программе, установленной пользователем транспортного средства; блок диагностирования системы 9, выполненный на основе функциональных узлов системы с использованием визуальной индикации, обеспечивает функцию контроля за работоспособностью функциональных блоков системы; блок запуска ДВС 10, выполненный с использованием компараторов и термодатчиков, обеспечивает функцию запуска ДВС при сформированном сигнале запуска: при нижнем пороге заданного диапазона температур, при заданной программе запуска по времени, при перезапуске; блок защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС 11, выполненный на тиристорах и реле на основе схемы, описанной в журнале "Радио" 12 - 1996, с. 45, автор А.Кузема, г.Гатчина Ленинградской обл. и с применением блокировочных реле от случайного включения стартера, обеспечивает функцию защиты ДВС от случайного включения стартера при работающем ДВС во избежание выхода из строя стартера и ДВС; блок выключения ДВС 12, выполненный с использованием компараторов и термодатчиков, обеспечивает функцию выключения ДВС при сформированном сигнале выключения ДВС: при аварийном давлении масла, при аварийной температуре охлаждающей жидкости,
при верхнем пороге заданного диапазона температур;
блок термостабилизации 13, выполненный по схеме автоматического регулятора температуры в ограниченном объеме, обеспечивает функцию поддержания заданной температуры, необходимой для устойчивой работы системы; для удобства эксплуатации в систему введен блок дистанционного управления 14, выполненный по стандартной схеме дистанционного управления.

Указанные блоки соединены следующим образом. Блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени 2 соединен со стартерной цепью ДВС и с блоком запуска ДВС 10, соединенным со стартерной цепью ДВС и с блоком формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени 8, который в свою очередь соединен с блоком выключения ДВС 12, связанным с цепью включения/выключения зажигания системы электропуска ДВС и с блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости 7, связанным с аварийным датчиком температуры охлаждающей жидкости ДВС, с блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла 6 и с блоком контроля температурного состояния ДВС 4, который соединен через датчики температуры с ДВС, а блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла 6, связанный с датчиком аварийного давления масла ДВС, соединен с блоком выключения стартера 5 , связанным со стартерной цепью ДВС и с блоком защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС 10, связанным со стартерной цепью ДВС, а блок диагностирования системы 9, блок стабилизации напряжения питания системы 3 и блок термостабилизации 13 соединены с блоком перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени 2, блоком контроля температурного состояния ДВС 4, блоком выключения стартера ДВС 5 , блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла 6, блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости 7, блоком формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени 8, блоком запуска ДВС 10, блоком защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС 11, блоком выключения ДВС 12, блоком дистанционного управления 14.

Система работает следующим образом. Для решения задачи автоматического подогрева ДВС и автоматического поддержания температуры ДВС в заданном диапазоне предварительно проверяют работоспособность функциональных блоков системы с помощью блока диагностирования 9. При положительном результате включается блок стабилизации питания 3, при этом блок контроля температурного состояния ДВС 4 автоматически начинает "отслеживать" температуру ДВС следующим образом. При достижении нижнего порога заданного диапазона температур блоком контроля температурного состояния ДВС 4 выдается сигнал блоку запуска ДВС 10, который включает стартерную цепь ДВС 1 и через блок запуска ДВС 10 запускает ДВС 1. Если запуск ДВС 1 не осуществился по какой-либо причине, не связанной с работоспособностью системы (техническое состояние ДВС, низкая температура окружающей среды и т.п.), его последующий запуск осуществляет блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени 2, который в свою очередь включает стартерную цепь ДВС 1 и через блок запуска ДВС 10 запускает ДВС 1. При успешной попытке запуска ДВС 1 срабатывает блок выключения стартера ДВС 5, который выключает стартерную цепь. В систему введены блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому (аварийному) давлению масла 6, блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической (аварийной) температуре охлаждающей жидкости 7 и блок защиты от случайного включения стартера 11 при работающем ДВС 1. Если давление масла в ДВС 1 стало критическим (аварийным), блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла 6 выдает сигнал блоку выключения ДВС 12, который выключает ДВС 1. Аналогично, если температура охлаждающей жидкости достигает критического значения, блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости 7, выдает сигнал блоку выключения ДВС 12, который выключает ДВС 1. При работающем ДВС 1, блок защиты от случайного включения стартера 11 постоянно выдает запрещающий сигнал на включение стартера. Для устойчивой работы системы в условиях отрицательных температур блоком термостабилизации 13 поддерживается заданная температура в объеме, где расположены функциональные блоки системы.

Для решения задачи автоматического запуска ДВС в необходимое для пользователя время в систему введен блок формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени 8, который в заданное время выдает сигнал блоку запуска ДВС 10 на запуск ДВС 1 и система осуществляет свою работу в автоматическом режиме по описанному выше алгоритму. Наряду с автоматическим включением ДВС в заданное время предусмотрено автоматическое выключение прогретого ДВС в заданное пользователем время, для этого блок формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени 8 выдает сигнал блоку выключения ДВС 12, который выключает ДВС 1. Питание системы осуществляется от аккумуляторной батареи транспортного средства 15 через блок стабилизации напряжения питания системы 3.

Формула изобретения

1. Система автоматического предпускового подогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания, снабженного масляным картером и аккумуляторной батареей, включающая блок управления, отличающаяся тем, что блок управления содержит блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени, блок стабилизации напряжения питания системы, блок контроля температурного состояния ДВС, блок выключения стартера ДВС, блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла, блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости, блок диагностирования системы, блок запуска ДВС, блок защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС, блок выключения ДВС, блок термостабилизации, при этом блок перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени связан с блоком запуска ДВС, соединенным со стартерной цепью ДВС и с блоком контроля температурного состояния ДВС, соединенным через датчики температуры с ДВС, а также с блоком выключения ДВС, который соединен с блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла и с блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости, соединенным с датчиком аварийной температуры ДВС, а блок формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла, в свою очередь, соединен с аварийным датчиком давления масла ДВС, с блоком зашиты от случайного включения стартера при работающем ДВС, соединенным со стартерной цепью ДВС и с блоком выключения стартера ДВС, соединенным со стартерной цепью ДВС, а блок стабилизации напряжения питания системы, блок диагностирования системы и блок термостабилизации соединены с блоком перезапуска ДВС и формирования задержки его запуска по времени блоком контроля температурного состояния ДВС, блоком выключения стартера ДВС, блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критическому давлению масла, блоком формирования сигнала автоматического выключения ДВС по критической температуре охлаждающей жидкости, блоком запуска ДВС, блоком защиты от случайного включения стартера при работающем ДВС, блоком выключения ДВС, при этом блок стабилизации напряжения питания соединен с аккумуляторной батареей ДВС.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок формирования сигналов запуска и выключения ДВС по времени, соединенный с блоком запуска ДВС и с блоком выключения ДВС.

3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок дистанционного управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1