具有一键启动功能的改进节能型起动机及控制方法

技术领域

本发明属于车辆工程、电气设备领域，尤其涉及一种具有一键启动功能的改进节能型起动机及控制方法。

背景技术

目前工程车辆（汽车）常用的起动机控制系统电路有:钥匙开关直接控制型、带继电器起动型和带复合继电器起动型等。

这些方案存在以下不足之处：

钥匙开关直接控制型在起动过程中，由于经过钥匙开关和电磁开关的电流一般为35A以上或更高，工作电流太大，使得比较精细的钥匙开关容易烧坏；

带继电器起动型采用继电器原理来控制起动机的电磁开关，避免了起动时经过钥匙开关的大电流，使得经过钥匙开关的电流大小可控，改善了钥匙开关的工作环境，但不能防止由于二次重复起动导致的起动机齿轮与飞轮齿圈相撞击的现象发生；

带复合继电器起动型把发电机中性点电压引入复合继电器控制方法解决了上述这个问题，但缺乏自锁功能，即可能因为起动接触时间不足而导致未能正常起动；

同时，以上三种方式的共同缺点是：起动过程中，采用保持线圈来保持活动铁心吸住接触盘来短接吸拉线圈，使直流电机高速起动运转，然而，保持线圈与直流电机并联连接在车用蓄电池上，保持线圈的电阻值很小（约为直流电机阻值的两倍），分走大约1/3的蓄电池电流，使得有限容量的蓄电池亏电，减小了起动机约1/3的电磁起动力矩，降低了起动性能，所以在实际的应用中需要增大起动机的机械设备尺寸或配合齿轮减速装置来增大起动机的起动转矩，增加了工程车辆的费用成本，蓄电池也容易因为亏电而不能再次起动。同时缺乏自保功能和因为设备故障导致的起动接触时间不合理从而引起一系列不良后果，如起动接触时间不足引起起动不成功、当起动机设备出现故障时引起起动接触时间过长导致蓄电池彻底亏电等。

中国专利CN 104929843 B“一种具有自保功能的节能型起动机控制系统”提供了一种“采用永磁铁替代原有的保持线圈改进，并利用发电机中性点电压配合回位线圈控制装置设计，解决了现有技术中保持线圈的能耗问题，可以避免加装齿轮减速器装置或减小起动机的额定功率和外形尺寸，节约了起动机和整车成本。同时，本系统还带有自保功能和防止误操作再次起动点火功能，延长了起动机、蓄电池和飞轮等设备的使用寿命。”的方案，部分解决了现有技术中存在的问题，但其本身设计方案也存在一些固有缺陷和待改进之处，比如较难把控起动开关的开启时间，如果起动开关卡住，则会造成整个装置的运行失灵等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种具有一键启动功能的改进节能型起动机及控制方法，其对现有技术方案进行改进，实现了一键启动和故障状态下自动复位等功能，克服了现有技术当中存在的缺陷，使起动机的工作更为稳定、可靠。

其具体采用以下技术方案：

一种具有一键启动功能的改进节能型起动机，其特征在于，包括：起动开关模块、复合继电器模块、起动模块和复位模块；

所述起动开关模块包括起动开关、接触器和定时开关；所述复合继电器模块由第一继电器和第二继电器构成；所述起动模块包括：永磁铁、复位弹簧、主接线柱、接触盘、活动铁心、吸拉线圈、直流电机、黄铜套和拨叉机构；所述复位模块包括回位线圈；

所述定时开关、接触器的线圈、起动开关、第一继电器的线圈和第二继电器的常闭触点串联在蓄电池和地之间作为起动回路，所述接触器的第一常开触点的两端与起动开关构成并联；

蓄电池分别：经所述第一继电器的常开触点和吸拉线圈，以及经主接线柱连接直流电机的一端，并经接触器的常闭触点连接回位线圈后接地；所述直流电机的另一端接地；

所述活动铁心设置在黄铜套内，并与黄铜套构成滑动连接；所述活动铁心的一端连接有接触盘和复位弹簧，另一端连接拨叉机构；所述接触盘和永磁铁分别位于主接线柱的两侧；

发电机的中性接点经第二继电器的线圈接地，并经接触器的第二常开触点分别：经回位线圈接地，经接触器的常闭触点和蓄电池接地；发电机输出B端连接蓄电池正极；

所述吸拉线圈和回位线圈均缠绕在黄铜套上，且绕线方向相反。

优选地，所述拨叉机构采用连杆结构；所述拨叉机构的拨叉下端连接起动机单向离合器，单向离合器的驱动齿轮与发动机飞轮齿圈构成可分离或啮合的配合；所述直流电机与驱动齿轮构成机械连接。

优选地，在所述吸拉线圈和回位线圈不通电的情况下，所述复位弹簧使接触盘与主接线柱不发生接触；当所述吸拉线圈通电时，永磁铁对活动铁心产生吸力；当所述回位线圈通电时，永磁铁对活动铁心产生斥力。

优选地，所述起动开关为按键触点开关或声控开关或红外感应开关。

优选地，当起动车辆发动机时，按下所述起动开关；定时开关和接触器得电，接触器的第一常开触点闭合、常闭触点断开；接触器的常闭触点断开使得起动初始阶段蓄电池不会对回位线圈产生作用，接触器的第一常开触点闭合实现起动按钮系统的自锁自保；

同时，所述第一继电器的线圈得电，第一继电器的常开触点闭合起动，则蓄电池通过第一继电器的常开触点为吸拉线圈和直流电机供电，吸拉线圈得电后，活动铁心在吸拉线圈磁力的作用下，克服复位弹簧的恢复力移动，拨叉也进行转动，使起动机单向离合器的驱动齿轮与发动机飞轮啮合；直至接触盘与主接线柱接触时，起动机主电路接通，吸拉线圈被短接，蓄电池全部电压通过接触盘加在直流电机的两端，产生最大的电压和电流，此时起动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈在拨叉的力作用下完全啮合，转矩达最大，直流电机全速运转起动发动机；

此时，接触盘在永磁铁的较大吸力作用下克服复位弹簧的恢复力吸住主接线柱，代替保持线圈，维持直流电机的全速起动，直至发动机完全起动过程结束。

优选地，在起动过程中，所述起动开关接通开始起动时，定时开关开始计时：

当在设定好的定时开关经验时间内，起动完成后，发动机带动发电机正常发电，发电机中性点电压形成建立，对所述回位线圈供电，回位线圈产生与吸拉线圈相反的磁通和磁力方向，使活动铁心复位，同时使得驱动齿轮退出啮合，接触盘脱离主接线柱，直流电机主电路断开，起动机停止工作；同时发电机中性点电压对第二继电器的线圈供电，使第二继电器的常闭触点打开，切断起动回路。

当在设定好的定时开关经验时间内，起动不成功的情形发生时，所述定时开关断开并切断起动回路，第一继电器的起动线圈失电，第一继电器的常开触点断开，使吸拉线圈失电，蓄电池使回位线圈得电，活动铁心复位，起动机停止工作。

本发明及优选方案提供的改进方案设置有起动接触器，通过其第一常开触点与起动开关并联，使得系统具有一键启动功能，即起动开关一旦闭合起动，起动接触器KM就会让系统保持自锁，直流电机线路保持接通并全速运转直至起动过程完成结束；起动开关可以使用按钮、车主声控或人体红外感应等来实现起动触发。

其设置的定时开关也可以防止经验不足的初操作者由于起动开关闭合时间不够而导致起动过程未完成而损坏起动机系统电气设备；由于采用永磁铁替代原有的保持线圈可以节约近1/3的起动能量，但接触盘在永磁铁的较大吸力作用下可能产生紧紧吸住两个主接线柱不会松开等故障，通过设定好的定时开关经验时间控制可以解决因各种不明故障引起的起动不成功问题，防止了起动机设备的损坏和蓄电池的彻底亏电损坏发生。

其在背景技术的基础上，采用永磁铁替代原有的保持线圈改进，利用定时开关配合接触器引入反馈蓄电池电压，同时发电机中性点电压配合回位线圈实现自动控制，解决了现有技术中保持线圈的能耗问题，同时防止直流电机和飞轮接触时间长短不合理导致的起动不成功和蓄电池彻底亏电等问题出现，提升了起动机的起动转矩和起动性能，在达到相同的起动转矩情况下，该装置系统可以实现起动机的外形微型化或增大约1/3的起动转矩，同时在具有一键启动功能的同时又可以避免由于各种故障原因导致的由于长时间起动引起的蓄电池彻底亏电，提升起动性能节约了起动机系统的成本，实现精准快速起动又很好地保护了蓄电池，同时，本系统还具有防止误操作二次起动点火功能，延长了起动机、蓄电池和发动机飞轮等相关设备的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例电路原理示意图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

如图1所示，本实施例提供了具有一键启动功能的改进节能型起动机的具体方案，主要包括：起动开关模块、复合继电器模块、起动模块和复位模块；

其中，起动开关模块包括起动开关、接触器和定时开关（计时器）；复合继电器模块由第一继电器和第二继电器构成；起动模块包括：永磁铁、复位弹簧、主接线柱、接触盘、活动铁心、吸拉线圈、直流电机、黄铜套和拨叉机构；复位模块包括回位线圈；

具体地，定时开关、接触器的线圈、起动开关、第一继电器的线圈和第二继电器的常闭触点串联在蓄电池和地之间作为起动回路，接触器的第一常开触点的两端与起动开关构成并联，使起动回路通电后保持自锁，解除与起动开关是否闭合的相关性，实现一键启动，因此，在本实施例中，起动开关可以采用按键触点开关或声控开关或红外感应开关等形式。

作为发电机未工作时的车辆备用电源，蓄电池分别：经第一继电器的常开触点和吸拉线圈，以及经主接线柱连接直流电机的一端，并经接触器的常闭触点连接回位线圈后接地；直流电机的另一端接地；用于在不同的时间节点为各功能组件进行供电。

在本实施例中，活动铁心设置在黄铜套内，并与黄铜套构成滑动连接，在力的作用下可相对于黄铜套向左或向右滑动；活动铁心的一端连接有接触盘和复位弹簧，另一端连接拨叉机构；接触盘和永磁铁分别位于主接线柱的两侧。吸拉线圈和回位线圈均缠绕在黄铜套上，且绕线方向相反。

在吸拉线圈和回位线圈不通电的情况下，复位弹簧使接触盘与主接线柱不发生接触；当吸拉线圈通电时，永磁铁对活动铁心产生吸力；当回位线圈通电时，永磁铁对活动铁心产生斥力。

在本实施例中，拨叉机构采用连杆结构，拨叉可绕定位销进行旋转摆动；拨叉机构的拨叉下端连接起动机单向离合器，单向离合器的驱动齿轮与发动机飞轮齿圈构成可分离或啮合的配合；直流电机与驱动齿轮构成机械连接。

发电机的中性接点经第二继电器的线圈接地，并经接触器的第二常开触点分别：经回位线圈接地，经接触器的常闭触点和蓄电池接地；发电机输出B端连接蓄电池正极；其中，接触器的第二常开触点的设置目的仅在于避免发电机的中性接点直接与蓄电池连接，从而破坏发电机对蓄电池的充电回路，因此采用第二常开触点与接触器的常闭触点构成互锁，使发电机的中性接点直接与蓄电池连接的通路始终处于断开的状态。

以下对本实施例装置的具体工作过程做详细的说明：

工程车辆（汽车）起动前，所有线圈、定时开关、接触器和继电器尚未通电，发电机也尚未开始工作，由于永磁铁与接触盘设计一定距离，吸力较小，接触盘在复位弹簧的恢复压力作用下与主接线柱保持断开的状态。

当起动车辆发动机时，按下起动开关，定时开关和接触器得电，接触器第一常开触点KM闭合、同时常闭触点KM断开；接触器常闭触点KM断开使得起动初始阶段蓄电池不会对回位线圈产生任何作用，接触器第一常开触点KM闭合实现起动按钮系统的自锁自保，实现一键起动功能；进而复合继电器中的L1起动线圈在常闭触点K2闭合状态下得电，产生电磁力使得复合继电器的常开触点K1闭合起动，则蓄电池通过复合继电器的常开触点K1给绕在黄铜套上的吸拉线圈和直流电机串联一起供电，吸拉线圈得电后，活动铁心在吸拉线圈磁力的作用下，克服复位弹簧的恢复力而向左移动，一方面右边通过调节螺钉拉动拨叉绕定位销转动，拨叉下端按箭头向右方向拨动起动机单向离合器使直流电机驱动齿轮与发动机飞轮啮合，由于吸拉线圈刚开始与直流电机的绕组串联分压，直流电机的电压和电流较小，产生的转矩也较小，有利于直流电机的驱动齿轮与发动机飞轮齿圈的缓慢无冲击啮合；另一方面左边活动铁心推动接触盘向左移动，当接触盘与上下两个主接线柱接触时，起动机主电路接通，吸拉线圈被短接，于是蓄电池全部电压容量通过接触盘加在直流电机的两端，产生最大的电压和电流，此时起动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈在拨叉的力作用下完全啮合，转矩达最大，直流电机可以全速运转起动发动机。与此同时，由于接触盘与永磁铁距离很靠近，接触盘在永磁铁的较大吸力作用下克服复位弹簧的恢复力紧紧地吸住两个主接线柱，代替现有起动机系统的保持线圈功能，维持直流电机的全速起动，直至发动机完全起动过程结束。起动过程中，起动开关接通开始起动时，定时开关开始计时，在设定好的定时开关经验时间内，有两种情况：一是起动成功；二是因为包括各种不明原因导致的起动不成功故障。

当在设定好的定时开关经验时间内，起动完成成功时，发动机带动发电机正常发电，发电机中性点电压形成建立，一方面给绕在黄铜套上的回位线圈供电，设计回位线圈与吸拉线圈的绕线方向相反，产生的相反的磁通和磁力方向，活动铁心在回位线圈的磁力作用下克服永磁铁的近距离吸力向右移动复位，同时使得驱动齿轮退出啮合，接触盘脱离主接线柱复位，直流电机主电路断开，起动机停止工作；另一方面发电机中性点电压给复合继电器中的保护线圈L2供电，产生电磁吸力使复合继电器中的常闭触点 K2保护触点打开，切断了复合继电器的起动线圈L1电路，复合继电器的常开起动触点K1复位断开，吸拉线圈电路失电，即使起动开关仍处于起动挡，即尚未达到定时开关设定好的经验时间，吸拉线圈电路和起动电路已经均不能通电，起动机将自动停止运转，防止由于车辆驾驶人误操作重复起动而导致起动机齿轮与飞轮齿圈的撞击损坏，保护了起动机；同时设定好的稍微较长的安全定时开关经验时间也对起动系统没有任何的干扰，当定时开关安全设定时间到达以后，定时开关线路断开，起动接触器KM失电，常开触点和常闭触点复位。

当在设定好的定时开关经验时间内，由于各种不明原因导致起动机起动不成功故障发生时，定时开关会强行切断起动接触器电路，KM 常开触点和常闭触点恢复到初始位置，强行切断复合继电器的起动线圈L1电路，复合继电器的常开起动触点K1复位断开，吸拉线圈电路失电，同时蓄电池会通过KM 常闭触点给绕在黄铜套上的回位线圈供电，回位线圈产生的反向电磁力把活动铁心拉回，接触盘在蓄电池供电的回位线圈强大吸力作用下，克服永磁铁的近距离吸力向右移动复位，与两主接线柱脱开，直流电机主电路断开，同时驱动齿轮退出啮合，起动机停止工作。防止了由于故障使得起动开关没有及时断开而引起单向离合器长时间运转，导致起动机驱动齿轮和发动机飞轮啮合齿圈损坏，同时也防止蓄电池由于起动不成功引起的起动接触时间过长而彻底亏电。

本机构设置有起动接触器KM及其常开触点与起动开关并联，使得系统具有一键启动功能，即起动开关一旦闭合起动，起动接触器KM就会让系统保持自锁，直流电机线路保持接通并全速运转直至起动过程完成结束；起动开关可以使用按钮、车主声控或人体红外感应等来实现起动触发。设定好的定时开关经验时间也可以防止经验不足的初操作者由于起动开关闭合时间不够而导致起动过程未完成而损坏起动机系统电气设备；采用永磁铁替代原有的保持线圈可以节约近1/3的起动能量，但接触盘在永磁铁的较大吸力作用下可能产生紧紧吸住两个主接线柱不会松开等故障，设定好的定时开关经验时间控制可以解决以上各种不明故障引起的起动不成功问题，防止了起动机设备的损坏和蓄电池的彻底亏电损坏发生。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的具有一键启动功能的改进节能型起动机及控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。