УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТНЫМ ПОДОГРЕВАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в устройстве для управления предпусковым подогревом двигателей внутреннего сгорания с помощью жидкостного подогревателя.
Известны устройства для управления жидкостным подогревателем, содержащие узел управления, коммутационный узел, цепи согласования и обратной связи (1, 2).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для управления жидкостным подогревателем (2), содержащее узел управления, первый, второй и третий входы которого предназначены для подключения соответственно к индикатору пламени, включателю подогревателя, датчику температуры охлаждающей жидкости, и коммутирующий узел, подключенный информационным входом к информационному выходу узла управления и снабженный питающим выводом и первым, вторым, третьим, четвертым и
пятым выходными выводами, предназначенными для подключения соответственно к сигнальной лампе, электродвигателю циркуляционного насоса, электродвигателю вентилятора воздуха, электромагнитному клапану и высоковольтному источнику питания.
Это устройство обладает низкой надежностью из-за низкого быстродействия защиты своих выходов от токовых перегрузок, так для определения неисправной цепи необходимо последовательно, одну за другой, отключать от выходных выводов устройства нагрузки и каждый раз определять напряжение на датчике тока. В результате в течение длительного времени через силовой ключ коммутирующего устройства, к выходу которого подключена неисправная цепь, может протекать ток, превышающий предельно допустимое значение, что снижает надежность его работы.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение надежности устройства путем повышения быстродействия защиты от токовых перегрузок в цепях исполнительных устройств.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для управления жидкостным подогревателем, содержащем узел управления, первый, второй и третий входы которого предназначены для подключения соответственно к индикатору пламени, включателю подогревателя, датчику температуры охлаждающей жидкости, коммутирующий узел, подключенный информационным входом к информационному выходу узла управления и снабженный питающим выводом и первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходными выводами, предназначенными для подключения соответственно к сигнальной лампе, электродвигателю циркуляционного насоса, электродвигателю вентилятора воздуха, электромагнитному клапану и высоковольтному источнику питания, узел управления соединен информационной шиной обратной связи по току с коммутирующим узлом,
подключенным питающим выводом к потенциальному выводу устройства, и выполнен в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для коммутирующего узла с учетом мощности, рассеиваемой на его силовых ключах.
На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства. В состав устройства входят следующие элементы. Узел управления 1, первый 2, второй 3 и третий 4, входы которого предназначены для подключения соответственно к индикатору пламени, включателю подогревателя и датчику температуры охлаждающей жидкости. Снабженный питающим выводом коммутирующий узел 5, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9 и пятый 10, выходные выводы которого предназначены для подключения соответственно к сигнальной лампе, электродвигателю циркуляционного насоса, электродвигателю вентилятора воздуха, электромагнитному клапану и высоковольтному источнику питания. Узел управления 1 соединен информационной шиной 11 обратной связи по току с коммутирующим узлом 5, подключенным питающим выводом к потенциальному выводу 12 устройства. Соединенные между собой выход узла управления 1 и вход коммутирующего узла 5 образуют канал односторонней связи 13, выполненный в виде по меньшей мере одной линии связи. Вывод 14 «минус» является общим выводом устройства.
Принцип действия устройства состоит в следующем.
При подаче на второй вход 3 узла управления 1 напряжения включения подогревателя указанный узел осуществляет проверку состояния цепей нагрузок коммутирующего узла 5 по сигналам на информационной шине 11 обратной связи по току, а также проверку соответствия сигналов от индикатора пламени его неосвещенному состоянию. При отсутствии неисправностей узел управления 1 начинает розжиг подогревателя.
Для этого узел управления 1 формирует на своем информационном выходе, подключенном с помощью канала 13 односторонней связи к
информационному входу коммутирующего узла 5, такие сигналы, в соответствии с которыми последний с помощью своих силовых ключей подает напряжение питания на первый 6, второй 7 и третий 8 выходные выводы и соответственно на подключенные к ним сигнальную лампу, электродвигатель циркуляционного насоса и электродвигатель вентилятора воздуха. Через определенное время после начала розжига узел управления 1 формирует на своем выходе сигналы, в соответствии с которыми коммутирующий узел 5 по цепям четвертого 9 и пятого 10 выходных выводов включает электромагнитный клапан и высоковольтный источник питания. В результате топливно-воздушная смесь подается в искровой промежуток высоковольтного источника питания и воспламеняется. С этого момента времени заканчивается розжиг и начинается нагрев охлаждающей жидкости.
Во время нагрева температура охлаждающей жидкости контролируется с помощью соответствующих сигналов, вырабатываемых датчиком температуры и поступающих на третий вход 4 узла управления 1. При этом осуществляется слежение за пламенем с помощью сигналов, поступающих от индикатора пламени на первый вход 2 узла управления 1.
Возникшее пламя воздействует на индикатор пламени и он формирует соответствующий сигнал на первом входе 2 узла управления 1. При пропадании пламени, например, из-за воздушных пузырей в топливопроводе, индикатор пламени формирует на первом входе 2 такие сигналы, по которым узел управления 1 по каналу связи 13 и по цепи пятого выходного вывода 10 коммутирующего узла 5 вновь включает высоковольтный источник питания до момента появления пламени.
При достижении заданной температуры, которой соответствует определенный сигнал датчика температуры охлаждающей жидкости, узел управления 1 по каналу связи 13 и по цепи четвертого выходного вывода 9
коммутирующего узла 5 выключает электромагнитный клапан, прекращая поступление топлива в камеру сгорания. С этого момента времени начинается понижение температуры охлаждающей жидкости до тех пор, пока ее температура не достигнет заданного нижнего уровня. Если время понижения температуры охлаждающей жидкости больше времени, необходимого для охлаждения камеры сгорания до безопасной температуры для расположенных вблизи нее элементов подогревателя, то узел управления 1 по каналу связи 13 и по цепи третьего выходного вывода 8 коммутирующего узла 5 выключает электродвигатель вентилятора воздуха, прекращая поступление воздуха в камеру сгорания. Электродвигатель циркуляционного насоса остается включенным, обеспечивая прохождение охлаждающей жидкости по контуру охлаждения. Как только температура охлаждающей жидкости достигнет заданного нижнего значения, узел управления 1 по сигналу датчика температуры по входу 4 вновь начинает розжиг подогревателя. Для этого узел управления 1 по каналу связи 13 и по цепи третьего выходного вывода 8 коммутирующего узла 5 включает электродвигатель вентилятора воздуха и через определенное время формирует на своем выходе сигналы, в соответствии с которыми с помощью коммутирующего узла 5 вновь включает электромагнитный клапан и высоковольтный источник питания, обеспечивая возникновение пламени в камере сгорания и нагревание охлаждающей жидкости. Далее процесс протекает аналогично вышеописанному, в результате чего температура охлаждающей жидкости поддерживается на заданном уровне.
При снятии со второго входа 3 узла управления 1 напряжения включения узел управления 1 по каналу связи 13 и с помощью силовых ключей коммутирующего узла 5 по цепям четвертого 9 и пятого 10 выходных выводов выключает электромагнитный клапан и
высоковольтный источник питания (если он был включен), а затем, через некоторое время, необходимое для остывания камеры сгорания до безопасной температуры, по цепям второго 7, третьего 8 и первого 6 выходных выводов выключает соответственно электродвигатель циркуляционного насоса, электродвигатель вентилятора воздуха и сигнальную лампу. После этого устройство возвращается в исходное состояние, обеспечивая при этом защиту элементов подогревателя, расположенных вблизи камеры сгорания, от возможного теплового удара.
В аномальных режимах работы, возникающих из-за различных неисправностей, устройство работает следующим образом.
Если при работе подогревателя в цепи, подключенной к любому из выходных выводов 7, 8, 9, 10, ток превысит предельно допустимое значение, информация об этом и о цепи, в которой произошло превышение, через информационную шину 11 обратной связи по току поступает в управляющий узел 1. По этим сигналам узел управления 1 по каналу связи 13 с помощью коммутирующего узла 5 в первую очередь снимает напряжение с выходного вывода, в цепи которого произошло превышение тока, и с цепей четвертого 9 и пятого 10 выходных выводов. Этим обеспечивается экстренное прекращение подачи топлива в камеру сгорания и перевод подогревателя в режим аварийного выключения. Одновременно узел управления 1 по каналу связи 13 с помощью коммутирующего узла 5 включает сигнализацию об обнаруженной неисправности, формируя на первом выходном выводе 6 импульсы напряжения и света в виде определенной кодовой комбинации, соответствующей неисправной цепи.
В режиме аварийного выключения обеспечивается защита элементов подогревателя от теплового удара путем выключения электродвигателя вентилятора воздуха и электродвигателя циркуляционного насоса (если его цепь исправна) через время, необходимое для остывания камеры сгорания. И только, если превышение
допустимого тока произошло в цепи электродвигателя вентилятора воздуха, напряжение снимается одновременно со всех выходных выводов коммутирующего узла 5. Аналогично узел управления 1 переводит подогреватель в режим аварийного выключения, если во время его работы ток потребления в цепи электродвигателя циркуляционного насоса станет меньше предельно допустимого значения.
Такой алгоритм позволяет, по сравнению с прототипом, сократить время, в течение которого силовой ключ коммутирующего узла находится под воздействием тока, превышающего предельно допустимое значение, и повышает тем самым надежность работы заявляемого устройства.
Если при подаче на второй вход 3 узла управления 1 напряжения включения подогревателя сигналы информационной шины 11 обратной связи по току соответствуют неисправности (обрыву) хотя бы одной из цепей, подключенной к выходным выводам 7, 8, 9, 10, то указанный узел аналогично тому, как это описано выше, по каналу связи 13 с помощью коммутирующего узла 5 включает сигнализацию и передает информацию о цепи, в которой обнаружена неисправность. Розжиг подогревателя в этом случае не начинается. Если при подаче на второй вход 3 узла управления 1 напряжения включения подогревателя сигналы, поступающие от индикатора пламени на его первый вход 2, не соответствуют его неосвещенному состоянию, указанный узел аналогично тому, как это описано выше, включает сигнализацию и передает информацию об этом. Розжиг подогревателя в этом случае также не начинается.
Если во время работы высоковольтного источника питания пламя не возникнет в течение предельно допустимого времени, например, из-за отсутствия топлива, то узел управления 1 переводит подогреватель в режим аварийного выключения и включает сигнализацию об этом аналогично тому, как это было описано выше.
Сигнализация обнаруженной неисправности прекращается только после снятия включающего напряжения с второго 3 входного вывода узла управления 1. При замыкании в цепи первого выходного вывода 6 коммутирующего узла 5, предназначенного для подключения сигнальной лампы, узел управления 1 снимает напряжение с этого вывода и не изменяет режима работы подогревателя. При устранении этой неисправности узел управления 1 через коммутирующий узел 5 автоматически подает напряжение на первый 6 выходной вывод и продолжает работу сигнальной лампы.
Вместо сигнальной лампы возможно применение любого другого регистрирующего устройства. В качестве такого устройства может использоваться, например, преобразователь последовательного кода, передаваемого с первого 6 выходного вывода, в код, который может регистрироваться цифровым или другим символьным индикатором.
Это позволяет упростить нахождение и устранение неисправностей при эксплуатации подогревателя.
Необходимый алгоритм работы узла управления 1 заявляемого устройства, выполненного в виде микроконтроллера, реализуется с помощью соответствующего программного обеспечения. В состав микроконтроллера процессора входят необходимые периферийные устройства: цифровые и аналоговые входы и выходы, компараторы, аналого-цифровые преобразователи, счетчики времени.
Силовые ключи коммутирующего узла 5 заявляемого устройства могут быть выполнены на полупроводниковых приборах, в качестве которых можно применить, например, Р-канальные полевые транзисторы. Затворы этих транзисторов соединены непосредственно или через согласующие элементы с информационными входами коммутирующего узла 5. Истоки, соединенные вместе, подключаются к питающему выводу, а сток каждого ключа соединен с соответствующим выходным выводом
коммутирующего узла 5 и с помощью согласующих элементов с информационной шиной 11 обратной связи по току. Информационная шина 11 обратной связи по току может содержать по меньшей мере одну линию связи, по которой информация передается в последовательном коде с выходного вывода коммутирующего узла 5, в цепи которого обнаружена неисправность. В этом случае определение превышения предельно-допустимого значения тока потребления определяется самим силовым ключом, в качестве которого может быть использован, например, интеллектуальный ключ.
Для повышения надежности работы устройства путем уменьшения рассеиваемой мощности на силовых ключах коммутирующего узла желательно применение N-канальных полевых транзисторов, так как они по сравнению с Р-канальными полевыми транзисторами имеют при той же стоимости и быстродействии меньшее сопротивление открытого канала сток - исток. Схемотехническая особенность подсоединения одного из таких ключей приведена на фиг.2.
В данной схеме коммутирующий узел 5 содержит модуль повышения напряжения 15 для питания затвора N-канального полевого транзистора силового ключа 16. В качестве указанного модуля повышения напряжения могут использоваться, например, умножители напряжения с конденсаторным накопителем заряда.
Работает эта схема следующим образом. По сигналам, поступающим от узла управления 1 на информационный вход коммутирующего узла 5, модуль повышения напряжения 15 вырабатывает на своем выходе напряжение, потенциал которого превышает потенциал питающего вывода на величину, достаточную для открывания полевого транзистора 16, включенного по схеме истокового повторителя. В остальном работа устройства аналогична устройству, изображенному на фиг.1.
Таким образом, введение информационной шины обратной связи по току, соединяющей коммутирующий узел с узлом управления, и непосредственное подключение питающего вывода коммутирующего узла к потенциальному выводу устройства выгодно отличает заявляемую полезную модель от известного технического решения, так как позволяет упростить и повысить ее надежность.
Проведенные лабораторные и эксплуатационные испытания подтвердили повышение надежности заявляемого устройства в аномальных режимах работы и улучшение его эксплуатационных характеристик.
Заявленная полезная модель рекомендована к использованию в разрабатываемом в ОАО «Автоэлектроника» изделии 3142.3761 «Блок управления подогревателем».
Источники информации.
1. Авторское свидетельство СССР №1260553 кл. F 02 N 17/06, БИ №36, 1986 г.
2. Свидетельство на полезную модель №22313 кл.7 F 02 N 17/06 бюл.№8 2002 г.