УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к системам автоматического прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Известно устройство для автоматического прогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащее первое и второе управляющие реле, входы которых предназначены для соединения с датчиком температуры двигателя, а выходы - для соединений с входом пускового устройства двигателя и входом устройства останова двигателя (SU 658309, F02NI 1/08 публ. 29.04.1979). Устройство производит запуск двигателя при его остывании во время стоянки в холодное время года. Далее двигатель прогревается за счет работы на холостом ходу и после прогрева до заданной температуры останавливается.
Недостатком этого устройства является зависимость первоначальных управляющих команд устройства при включении его питания от состояния двигателя. При прогретом двигателе происходит включение устройства останова и если двигатель работал, происходит его остановка; при непрогретом двигателе происходит включение устройства пуска и если двигатель не работал, то происходит его запуск; при прогреве или охлаждении двигателя продолжается либо дальнейший прогрев двигателя, либо дальнейшее охлаждение до температуры останова или запуска. Данная неоднозначность алгоритма устройства в зависимости от текущего теплового состояния двигателя негативно воспринимается обслуживающим персоналом и не позволяет производить проверку перед установкой на стоянку ответственных частей устройства и систем машины, а именно первого управляющего реле и особенно пускового устройства двигателя, например вследствие того, что двигатель при проверке является прогретым и вторым управляющим реле включено устройство останова - проверка совместной работы первого реле и пускового устройства двигателя невозможна пока не остынет двигатель, и произойдет выключение второго управляющего реле и устройства останова. После этого необходимо контролировать охлаждение двигателя до температуры включения первого управляющего реле и пускового устройства двигателя, что занимает время, после чего можно сделать заключение о работоспособности указанных выше частей машины. При невозможности быстрой оценки работоспособности устройства и систем машины у обслуживающего персонала остаются сомнения в допустимости установки машины на стоянку без надзора.
Наиболее близким к заявляемому является устройство автоматического прогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащее два реле температуры, датчики температуры и запуска двигателя, программный регулятор запуска, счетчик числа включений, программируемое реле времени, двухвходовую схему И, стартер, блок останова двигателя (SU 1271996, публ. 22.08.1986, F02N 11/08). При стоянке машины в холодное время года с выключенным прогретым двигателем температура последнего постепенно снижается. Соответственно изменяются и параметры датчика температуры двигателя, что в итоге вызывает срабатывание первого управляющего реле устройства и ведет к включению в работу программного автомата запуска двигателя, который в соответствии с заложенной программой выдает команды управления на вход пускового устройства двигателя. Двигатель запускается, и датчик работы двигателя выдает сигнал, поступающий в программный автомат запуска двигателя и прекращающий его работу. В случае незапуска двигателя за заданное время работы пускового устройства двигателя программный автомат запуска отключает последнее от источника энергии (аккумулятора) на определенный период времени, необходимый для восстановления работоспособности аккумулятора и предупреждения перегрева пускового устройства. Затем включения пускового устройства двигателя повторяются в заданной временной последовательности и если за определенное число включений пускового устройства двигатель не запустился, то включения пускового устройства прекращаются, и выдается сигнал об аварии. Если двигатель в одной из попыток запустился, то при работе на холостом ходу происходит его прогрев и соответственно изменяются параметры датчика температуры двигателя. Это ведет к срабатыванию второго управляющего реле, которое выдает команду на вход устройства останова двигателя. Обороты вала двигателя уменьшаются, и двигатель останавливается. Далее процессы запуска, прогрева, останова и охлаждения двигателя в соответствии с изменениями датчика температуры повторяются.
Недостатками известного устройства являются невозможность проверки ответственных систем машины (например, первого управляющего реле и пускового устройства двигателя) перед установкой ее на стоянку в холодное время года, а также невозможность использования имеющегося в устройстве программного автомата запуска двигателя для запуска двигателя оператором или при дистанционном запуске, например, по команде по радиоканалу для дистанционно управляемых машин.
Полезная модель решает задачу обеспечения возможности проверки ответственных частей устройства и систем машины и осуществления автоматизированного запуска двигателя при любой температуре воздуха.
Это достигается тем, что устройство для автоматического прогрева двигателя внутреннего сгорания, содержащее включатель питания, два управляющих реле, входы которых предназначены для подключения к датчику температуры двигателя, программный автомат запуска двигателя, один вход которого соединен с выходом первого управляющего реле, а выход предназначен для подключения к пусковому устройству, и двухвходовую схему И, один вход которой соединен с выходом второго управляющего реле, а выход - с устройством останова двигателя, дополнительно содержит элемент памяти, один выход которого соединен со вторым входом двухвходовой схемы И, другой выход - со вторым входом программного автомата запуска двигателя, один вход соединен с выходом включателя питания, другой вход предназначен для подключения к датчику работы двигателя, при этом программный автомат запуска двигателя содержит две четырехвходовые схемы И, первое реле времени, определяющее продолжительность включения пускового устройства, второе реле времени, формирующее интервалы между включениями первого реле времени и счетчик числа включений, причем выходы обеих четырехвходовых схем И параллельно соединены со входом первого реле времени, выход которого предназначен для подключения к пусковому устройству параллельно со входами второго реле времени и счетчика числа включений, выходы второго реле времени и счетчика числа включений параллельно соединены с соответствующими двумя входами каждой из четырехвходовых схем И, а их третьи входы параллельно соединены с датчиком работы двигателя, при этом четвертый вход одной из четырехвходовых схем И соединен со вторым выходом элемента памяти, а четвертый вход другой четырехвходовой схемы И соединен с выходом первого управляющего реле.
Благодаря элементу памяти и двухвходовой схеме И, программный автомат запуска, соединенный с пусковым устройством двигателя при каждом включении включателя питания производит по программе запуск двигателя, если последний не работает, и после запуска двигателя устройство переходит в режим измерения температуры двигателя. При достаточно прогретом двигателе устройство останавливает его и включает после охлаждения.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2 - схема выполнения программного автомата запуска двигателя.
Устройство для автоматического прогрева двигателя внутреннего сгорания 1 содержит включатель питания 2, первое управляющее реле 3 и второе управляющее реле 4, программный автомат запуска двигателя 5, первый вход 6 которого соединен с выходом первого управляющего реле 3, причем входы первого и второго управляющих реле 3 и 4 предназначены для параллельного подключения к датчику температуры двигателя 7, а второй вход 8 программного автомата запуска двигателя 5 - для подключения к датчику работы двигателя 9. Позицией 10 обозначено устройство останова двигателя. Выход программного автомата запуска двигателя 5 предназначен для подключения к пусковому устройству 11. Заявляемое устройство снабжено элементом памяти 12 и двухвходовой схемой И 13, первый вход 14 которой соединен с первым выходом 15 элемента памяти 12, а второй вход 16 с выходом второго управляющего реле 4, второй выход 17 элемента памяти 12 соединен с третьим входом 18 программного автомата запуска двигателя 5, первый вход 19 элемента памяти 12 соединен с включателем питания 2, а второй вход 20 элемента памяти 12 и выход схемы И 13 предназначены соответственно для подключения к датчику работы двигателя 9 и к устройству останова двигателя 10.
Программный автомат запуска двигателя 5 состоит из четырехвходовой схемы И 21, соединенной на выходе со входом реле времени 22, которое на выходе подключено к входу пускового устройства 11, к входу реле времени 23 и к входу счетчика числа включений 24 пускового устройства 11. Выходы счетчика числа включений 24 и реле времени 23 подключены соответственно ко входам 25 и 26 схемы И 21. К входу 8 схемы И 21 подключен выход датчика работы двигателя 9, к входу 6 - выход первого управляющего реле 3.
Программный автомат запуска двигателя 5 также содержит четырехвходовую схему И 27, выход которой подключен параллельно с выходом четырехвходовой схемы И 21 к входу реле времени 22. Два входа четырехвходовой схемы И 27 (вход 28 и вход 29) подключены соответственно к выходам реле времени 23 и счетчика 24. На третий вход 18 четырехвходовой схемы И 27 подключен выход 17 элемента памяти 12, а на четвертый вход подключен вход 8 от датчика работы двигателя 9.
Устройство работает следующим образом. При стоянке машины в холодное время года с неработающим двигателем и с включенным устройством автоматического прогрева двигателя внутреннего сгорания температура двигателя (в частности температура жидкости в системе охлаждения) постепенно понижается. Соответственно изменяется величина выходного сигнала датчика 7 температуры двигателя. При снижении температуры двигателя до определенного значения срабатывает первое управляющее реле 3 и дает сигнал на вход 6 программного автомата запуска двигателя 5. Программный автомат запуска двигателя 5 выдает команду запуска определенной длительности на вход включения пускового устройства 11, которое осуществляет попытку запуска двигателя.
В случае если двигатель не запустился с первой попытки, то программный автомат запуска двигателя 5 повторяет команды запуска через определенные промежутки времени в соответствии с заложенным в нем алгоритмом. Как только двигатель запустился, датчик работы двигателя 9 формирует сигнал, соответствующий логической «1», на вход 8 отключения программного автомата запуска двигателя 5, и он прекращает подавать команды включения пускового устройства 11. Двигатель в процессе его работы прогревается. При прогреве двигателя изменяется величина сигнала датчика температуры двигателя 7. Это приводит сначала к возврату в исходное положение первого управляющего реле 3, а затем при определенной температуре, к срабатыванию второго управляющего реле 4, выходной сигнал «1» которого поступает на вход 16 двухвходовой схемы И 13. На втором входе 14 схемы И 13 присутствует сигнал 1 от элемента памяти 12, который разрешает срабатывать схеме И 13, если на вход 16 поступает сигнал «1». Таким образом, при поступлении сигнала «1» от второго управляющего реле 4, схема И 13 срабатывает и включает устройство останова двигателя 10, и двигатель останавливается.
Датчик работы двигателя 9 при остановке двигателя формирует сигнал, соответствующий логическому «0», который поступает на вход 8 программного автомата запуска двигателя 5 и запрещает его дальнейшую работу, а также «0» поступает на вход 20 элемента памяти 12 и устанавливает на его выходе 15 элемента памяти 12 сигнал, соответствующий «0», что запрещает срабатывание схемы И 13 и, как следствие, происходит отключение устройства останова двигателя 10.
Температура остановленного двигателя постепенно снижается. Это отражается в изменении сигнала датчика температуры двигателя 7, что приводит к возврату второго управляющего реле 4 в исходное положение (на выходе реле 4 сигнал, соответствующий «0»), и затем к срабатыванию первого управляющего реле 3. Двигатель запускается, начинает прогреваться, и далее процессы работы устройства повторяются.
Сигнал на выходе элемента памяти 12 (вход 14 схемы И 13) устанавливается соответствующим «1» или «0» и удерживается в этом положении после изменения на выходе датчика работы двигателя 9 (вход 20 элемента 12 памяти - триггере) сигнала соответственно от «0» к «1» или от «1» к «0». Кроме этого, независимо от текущего состояния сигнала элемента памяти 12, выходной сигнал элемента памяти 12 устанавливается в состояние «0» при поступлении на вход 19 элемента памяти 12 сигнала от включателя питания 2 при его включении.
Таким образом, если при выключенном устройстве автоматического прогрева 1 и при неработающем двигателе производится включение включателя питания 2, то от последнего на вход 19 элемента памяти 12 поступает сигнал, который устанавливает на выходе элемента памяти 12 сигнал, соответствующий «0». В этом случае, даже если двигатель достаточно прогрет и на выходе второго управляющего реле 4 - входе 16 схемы И 13 имеется сигнал «1», схема И 13 не пропускает сигнал «1» на вход устройства останова двигателя 10, так как на входе 14 схемы И 13 присутствует сигнал «0». При этом устройство останова двигателя 10 не включается и таким образом неработающий двигатель может быть запущен, даже если он достаточно прогрет, то есть имеет температуру выше температуры срабатывания второго управляющего реле 4.
Сигнал с выхода 17 элемента памяти 12 находится в противофазе по сравнению с сигналом на выходе 15 элемента памяти 12 («0» и «1» или «1» и «0»). Сигналы с выходов 15 и 17 элемента памяти 12 поступают на схему И 13 и на программный автомат запуска двигателя 5, что при работе либо запрещает работу схемы И 13 и разрешает работу программного автомата запуска двигателя 5, либо разрешает работу схемы И 13 и запрещает работу программного автомата запуска двигателя 5. Сигнал с выхода 17 элемента памяти 12 необходим для разрешения на работу программного автомата запуска двигателя 5 в случае, если двигатель прогрет и имеется сигнал на запрет работы программного автомата запуска двигателя 5 от первого управляющего реле 3.
Сигнал с датчика работы двигателя 9 при работе последнего запрещает работу программного автомата запуска двигателя 5 в любом случае, независимо от того прогрет достаточно двигатель или нет.
Программный автомат запуска двигателя 5 (фиг.2) производит включение пускового устройства 11 на определенный период времени. В случае незапуска двигателя программный автомат запуска двигателя 5 обеспечивает перерывы заданной длительности между включениями пускового устройства 11 с целью восстановления работоспособности аккумуляторов, зачастую используемых в системе пуска двигателя, и предупреждения перегрева пускового устройства 11.
Реле времени 22 определяет продолжительность включения пускового устройства 11, а реле времени 23 формирует интервалы между включениями реле времени 22, то есть пускового устройства 11, за счет того, что при включении реле времени 23 сигнал с его выхода запрещает через схему И 21 или через схему И 27 включение реле времени 22.
При неработающем двигателе на входы схемы И 21 поступают сигналы от датчика работы двигателя 9, реле времени 23 и счетчика 24, разрешающие работу схемы И 21. Однако схема И 21 не переключится, пока не сработает первое управляющее реле 3, сигнализирующее о том, что двигатель охладился ниже заданной температуры.
Если первое управляющее реле 3 сработало, то на входе схемы И 21 присутствуют все разрешающие сигналы, это приводит к тому, что схема И 21 срабатывает и включает реле времени 22, которое в свою очередь включает пусковое устройство 11. Вал двигателя начинает прокручиваться, если двигатель не запустился за время включения реле времени 22, то реле 22 времени выключается и включается реле времени 23, которое через схему И 21 запрещает работу реле времени 22 и подготавливает последнее к повторному включению. После окончания выдержки реле времени 23 снова включается схема И 21 и затем реле времени 22, то есть пусковое устройство 11. Таким образом, пусковое устройство 11 включается через заданные интервалы времени (реле времени 23) на определенный интервал времени (реле времени 22).
Счетчик 24 суммирует число включений пускового устройства 11 и при достижении заданного допустимого числа попыток запуска счетчик 24 запрещает работу схемы И 21 и схемы И 27. Число попыток пуска двигателя целесообразно ограничивать, так как в случае неисправности и незапуске двигателя большим числом попыток запуска можно вывести из строя пусковое устройство 11 и аккумулятор.
После запуска двигателя число попыток запуска двигателя в счетчике устанавливается равным нулю, а сигнал от датчика 9 работы двигателя запрещает через схему И 21 или схему И 27 работу программного автомата запуска двигателя 5, и пусковое устройство 11 сразу включается, если оно было выключено, и больше при работе двигателя не выключается.
Схема И 27 обеспечивает работу программного автомата 5 запуска двигателя, в случае если необходим запуск прогретого двигателя, когда первое управляющее реле 3 запрещает через вход 6 переключение схемы И 21. При включении включателя питания 2 элемент памяти 12 формирует на своем выходе 17 - входе 18 программного автомата 5 сигнал, разрешающий запуск двигателя через схему И 27, если двигатель не работает, и по входу 8 нет запрещающего сигнала от датчика работы двигателя 9. Работа схемы И 27 с реле времени 22 и 23 и счетчиком 24 аналогична работе схемы И 21.
Таким образом, манипуляции включателем питания позволяют производить проверку пускового устройства и основной части устройства автоматического прогрева перед установкой агрегата на стоянку, не дожидаясь окончания цикла «остывание - запуск - прогрев - останов», а также позволяют использовать устройство автоматического прогрева для автоматизированного запуска двигателя в любой момент времени по желанию оператора. Использование автоматизированного запуска двигателя повышает надежность его работы вследствие точного соблюдения алгоритма запуска, что особенно ценно для двигателей, требующих при запуске несколько ручных взаимозависимых операций.
Первое и второе управляющие реле 3 и 4, схему И 13, элемент памяти 12, а также схему И 21 и схему И 27, реле времени 22 и 23 и счетчик 24 целесообразно выполнять электронными с целью снижения габаритов и веса устройства на типовых цифровых или аналоговых микросхемах, которые выпускаются серийно и широко используются в устройствах автоматики.
В качестве датчика температуры двигателя 7 можно использовать, например, терморезистивные датчики к указателям температуры жидкости двигателей автомобилей и тракторов.
В качестве датчика работы двигателя 9 может быть использован генератор переменного тока системы электрооборудования машины с отдельным выпрямительным блоком, напряжение на выходе которого зависит от величины оборотов ротора генератора, а, следовательно, и вала двигателя. В качестве датчика работы двигателя 9 может также использоваться тахогенератор, соединенный с валом двигателя.
В качестве устройства останова двигателя 10 могут быть использованы либо электромагнитный клапан перекрытия подачи топлива в двигатель, либо реле отключения цепей зажигания для карбюраторных двигателей.
В качестве пускового устройства 11 используется, как правило, стартерный электродвигатель, управление которым осуществляется с помощью тягового реле.
В качестве элемента памяти 12 может использоваться триггер.
При работающем, но не прогретом двигателе, для проверки программного автомата запуска двигателя и пускового устройства двигателя первоначально необходимо вручную с помощью органов управления остановить двигатель и затем включить включатель питания, после чего осуществляется автоматический запуск двигателя.
Устройство можно использовать только для запуска двигателя по командам оператора путем включения включателя питания и его выключения после запуска двигателя, например, после кратковременной стоянки. Это позволяет использовать устройство для запуска двигателя в любой период времени года, включая теплый, когда устройство автоматического прогрева не используется по основному назначению. Указанное свойство особенно ценно при использовании устройства на двигателях, имеющих сложный алгоритм запуска, так как при этом исключаются ошибки обслуживающего персонала, которые могут привести к аварийным ситуациям: например, неоднократные включения маслозакачивающего насоса недостаточной продолжительности перед включением стартера на двигателе Д-160 могут привести к выходу из строя цилиндро-поршневой группы.
Заявляемое устройство позволяет поддерживать тепловое состояние двигателя во время стоянки машины в холодное время года, а также проверять, используя только включатель питания, программный автомат запуска и пусковое устройство двигателя независимо от теплового состояния двигателя. Кроме того, дает возможность производить автоматизированный запуск двигателя при любой температуре воздуха по команде обслуживающего персонала путем включения включателя питания и выключения его после запуска двигателя.
Заявляемое устройство обеспечивает возможность быстрой и простой проверки ответственных частей устройства и систем двигателя перед стоянкой машины в холодное время года и возможность автоматизированного запуска двигателя, что повышает надежность его работы.