一种发动机无源黑起动工作系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种发动机无源黑起动工作系统及其工作方法。


背景技术：

2.现今绝大多数发动机的起动和控制，都是采用电起动系统为起动动力，并以电子控制系统对发动机燃油系统实施控制，但它们都以蓄电池为基础能源，实践证明，蓄电池在长期存放、低温环境等情况下，自然放电现象导致电压大幅下降、内阻增加，造成输出功率不足，电动起动机不能将发动机带到起动转速、甚至有时连发动机电子控制系统也不能正常工作，使发动机无法正常起动。
3.随着电控机型的普及，ecu工作以及电子油门使用的必然性，对蓄电池的依赖越来越高，由于前面所述蓄电池存在的不足，如何在发动机使用过程中脱离蓄电池就显得越来越重要。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有技术中存在的问题，特别创新地提出了一种发动机无源黑起动工作系统及其工作方法。
5.为了实现本发明的上述目的，实现在发动机失去控制电能的情况下起动和控制，本发明提供了一种发动机无源黑起动工作系统，包括发动机和与所述发动机相连的储能起动装置，
6.还包括设置在发动机上的失电控制单元、发动机供电系统和发动机控制系统，
7.失电控制单元的电源输出端与发动机控制系统的电源输入端相连，发动机控制系统的启动控制端与储能起动装置的启动控制端相连；
8.发动机供电系统的电源输出端与失电控制单元的电源输入端相连；
9.通过失电控制单元建立发动机控制系统初始电能，实现发动机控制系统正常供电，发动机控制系统正常供电后，通过储能起动装置起动发动机；
10.发动机起动后，发动机供电系统产生的电源通过失电控制单元为发动机控制系统正常供电。
11.进一步地，失电控制单元包括手摇发电装置、电能存储模块和电源转换模块，还包括电源输入端口和电源输出端口；
12.手摇发电装置的电源输出端与电能存储模块的电源输入端相连，电能存储模块的电源输出端与电源输出端口相连；
13.电源输入端口与电源转换模块的电源输入端相连，电源转换模块的电源输出端与电源输出端口相连。
14.即是手摇发电装置的电源输出端与电能存储模块的电源输入端相连，电能存储模块的电源输出端与电源输出端口相连；电源输出端口与发动机控制系统的电源输入端相
连；
15.发动机供电系统的电源输出端与电源输入端口相连，电源输入端口与电源转换模块的电源输入端相连，电源转换模块的电源输出端与电源输出端口相连。
16.进一步地，所述发动机类别包括：柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、沼气发动机等其它发动机，本发明适用于任何类型的发动机。
17.进一步地，所述储能起动装置包括：弹簧储能起动装置、液压储能起动装置或气动储能起动装置。
18.进一步地，所述发动机供电系统包括：开关电源、直流发电机和/或交流发电机。
19.本发明还提出一种发动机无源黑起动工作方法，包括如下步骤：
20.s1，通过失电控制单元的手摇发电装置将电能存储模块的电压升至工作电压，达到工作电压后发动机控制器正常工作；
21.s2，发动机控制系统发出指令开启油门，释放储能起动装置带动发动机飞轮旋转，使发动机正常起动；
22.s3，发动机起动成功后，其本身自带供电系统开始工作，供电系统将电能输入到失电控制单元的电源转换模块，经过调压整流后供至发动机控制系统。
23.进一步地，还包括步骤s4，发动机停机后，由失电控制单元继续延时提供发动机控制系统运行电源，以备查询、保存控制系统运行参数。
24.进一步地，还包括步骤s5，发动机正常工作后，储能起动装置重新储能为下一次发动机启动提供动能。
25.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
26.本发明实现了无蓄电池的情况下，通过失电控制单元的手摇发电装置(转动手摇发电装置的转杆)建立发动机控制系统初始电能，使发动机控制系统能够正常工作，再利用储能起动装置起动发动机，避免了电马达起动时所需的大量电能，发动机起动成功后自带的发电机供电系统产生的电源为储能起动装置提供能量为下一次启动提供动能，并将发电机供电系统产生的电源经过处理后持续对控制系统供电，形成一套完整、全新的发动机工作模式，该模式在野外或者无法获取蓄电池的情况下，提供了起动发动机的解决方案。对以内燃发动机为动力的军用以及民用装备、发动机应急抢险设备等具有重大的意义。
27.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
28.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
29.图1是本发明的框架示意图；
30.图2是本发明电能存储模块的电路示意图；
31.图3是本发明电源转换模块的电路示意图。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.本发明公开了一种发动机无源黑起动工作系统，如图1所示，失电控制单元、发动机供电系统、发动机控制系统、发动机和储能起动装置，发动机控制器。
34.储能起动装置安装在发动机飞轮壳马达安装孔位置，通过失电控制单元的手摇发电装置建立发动机控制系统初始电能，接通发动机控制系统正常供电，通过储能起动装置起动发动机，发动机的供电系统连接失电控制单元的电源转换模块，电源转换模块将电压调整为发动机控制系统的额定电压后输出，使发动机控制系统正常工作，发动机停机后通过失电控制单元继续对发动机控制系统供电，达到完全脱离蓄电池和电马达的发动机工作模式。
35.所述电能存储模块的电路如图2所示，包括：
36.变压器t1的第一端与电阻r13的第一端相连，电阻r13的第二端与电容c24的第一端相连，电容c24的第二端与手摇发电装置的电源第一输出端相连；变压器t1的第二端与手摇发电装置的电源第二输出端相连；
37.变压器t1的第三端与三极管q3的集电极、场效应管u4的栅极相连，场效应管u4的漏极与电源batt+、电容c20的第一端、变压器t2的第一端相连，
38.变压器t1的第四端与电阻r14的第一端、电阻r15的第一端相连，电阻r14的第二端与三极管q3的基极相连，三极管q3的发射极与二极管d9的正极、场效应管u4的源极、场效应管u6的漏极、电容c20的第二端、电容c28的第一端、变压器t2的第二端相连，二极管d9的负极与电阻r15的第二端相连；
39.变压器t1的第五端与三极管q4的集电极、场效应管u6的栅极相连，
40.变压器t1的第六端与电阻r20的第一端、电阻r21的第一端相连，电阻r20的第二端与三极管q4的基极相连，三极管q4的发射极、二极管d12的正极、场效应管u6的源极、电容c28的第二端与模拟地agnd相连，二极管d12的负极与电阻r21的第二端相连；
41.变压器t2的第三端与电容c25的第一端、二极管d11的负极、二极管d6的正极相连，二极管d6的负极、二极管d8的负极与超级电容c26的第一端、二极管d7的正极相连，二极管d8的正极、电容c25的第二端、二极管d10的负极与变压器t2的第四端相连，二极管d10的正极、二极管d11的正极与超级电容c26的第二端、电阻r16的第一端、电阻r17的第一端、接口j2的第二端与电路地gnd相连，二极管d7的负极与电阻r16的第二端、电阻r17的第二端、接口j2的第一端相连，输出电源cap+。
42.电能存储模块将手摇发电装置获得的24v电压通过二极管d6、二极管d8、二极管d10、二极管d11组成的桥式电路进行整流，从而给超级电容c26充电，本发明采用超级电容实现充放电，相较于一般采用电池进行充放电而言，具有寿命高，充放电的速度和次数都大大优于蓄电池等优势。
43.所述电源转换模块的电路如图3所示，包括：
44.接口p5的第一端与电容c18的第一端、共模电感l1的第一端相连，接口p5的第二端与信号地相连，接口p5的第三端与熔断器f1的第一端相连，熔断器f1的第二端与电容c18的第二端、共模电感l1的第四端相连，
45.共模电感l1的第二端与电容c15的第一端、电阻r7的第一端相连，输出+24v电压，
且与双输出dc-dc转换器m1的电源输入正端+vin、开关s4的公用端相连，开关s4的常开端与二极管d1的正极相连，二极管d1的负极与接口p3的第一端相连，接口p3的第二端与电源地相连；
46.电容c15的第二端、电容c19的第一端与信号地sgnd相连，电容c19的第二端与共模电感l1的第三端、电阻r7的第二端、电阻r10的第一端、继电器k2的第三端与电路地gnd相连，
47.电阻r10的第二端与dc-dc转换器m1的电源输入负端-vin、继电器k2的第一端相连，继电器k2的第二端与二极管d5的正极、三极管q2的集电极相连，继电器k2的第四端、二极管d5的负极与+12v电源相连，
48.三极管q2的基极与电阻r11的第一端、电阻r12的第一端相连，电阻r11的第二端、有极电容e1的正极与+12v电源相连，有极电容e1的负极与电路地gnd相连，电阻r12的第二端、三极管q2的发射极与电路地gnd相连；
49.dc-dc转换器m1的电源输出正端+vout与电容c14的第一端、有极电容c16的正极、电阻r8的第一端、电容c17的第一端、开关s5的公共端相连，dc-dc转换器m1的电源输出正端+vout输出+12v电源；
50.dc-dc转换器m1的电源输出负端-vout、电容c14的第二端、有极电容c16的负极、电阻r8的第二端、电容c17的第二端与模拟地agnd相连；开关s5的常开端与二极管d3的正极相连，二极管d3的负极与接口p4的第一端相连，接口p4的第二端与电路地gnd相连。
51.接口p5与发动机供电系统相连，通过电源转换模块将发动机供电系统得到的24v电压转换成稳定的12v电压和24v电压，其中降压得到的12v电压为发动机的控制系统供电。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种发动机无源黑起动工作系统，包括发动机和与所述发动机相连的储能起动装置，其特征在于，还包括设置在发动机上的失电控制单元、发动机供电系统和发动机控制系统，失电控制单元的电源输出端与发动机控制系统的电源输入端相连，发动机控制系统的启动控制端与储能起动装置的启动控制端相连；发动机供电系统的电源输出端与失电控制单元的电源输入端相连。2.根据权利要求1所述的发动机无源黑起动工作系统，其特征在于，失电控制单元包括手摇发电装置、电能存储模块和电源转换模块，还包括电源输入端口和电源输出端口；手摇发电装置的电源输出端与电能存储模块的电源输入端相连，电能存储模块的电源输出端与电源输出端口相连；电源输入端口与电源转换模块的电源输入端相连，电源转换模块的电源输出端与电源输出端口相连。3.根据权利要求1所述的发动机无源黑起动工作系统，其特征在于，所述发动机类别包括：柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、沼气发动机。4.根据权利要求1所述的发动机无源黑起动工作系统，其特征在于，所述储能起动装置包括：弹簧储能起动装置、液压储能起动装置或气动储能起动装置。5.根据权利要求1所述的发动机无源黑起动工作系统，其特征在于，所述发动机供电系统包括：开关电源、直流发电机和交流发电机。6.一种发动机无源黑起动工作方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，通过失电控制单元的手摇发电装置将电能存储模块的电压升至工作电压，达到工作电压后发动机控制器正常工作；s2，发动机控制系统发出指令开启油门，释放储能起动装置带动发动机飞轮旋转，使发动机正常起动；s3，发动机起动成功后，其本身自带供电系统开始工作，供电系统将电能输入到失电控制单元的电源转换模块，经过调压整流后供至发动机控制系统。7.根据权利要求6所述的发动机无源黑起动工作方法，其特征在于，还包括步骤s4，发动机停机后，由失电控制单元继续延时提供发动机控制系统运行电源，以备查询、保存控制系统运行参数。

技术总结
本发明提出一种发动机无源黑起动工作系统及其工作方法，所述系统包括发动机、储能起动装置，设置在发动机上的失电控制单元、发动机供电系统和发动机控制系统，失电控制单元的电源输出端与发动机控制系统的电源输入端相连，发动机控制系统的启动控制端与储能起动装置的启动控制端相连；发动机供电系统的电源输出端与失电控制单元的电源输入端相连。本发明实现了无蓄电池的情况下，通过手摇发电装置建立发动机控制系统初始电能，使发动机控制系统能够正常工作，储能起动装置在不消耗系统电能的情况下起动发动机，发动机运行后依靠自身供电系统和失电控制单元的电源转换模块持续供电，停机后由失电控制单元的存储模块继续供电，完成发动机一整套运行步骤。完成发动机一整套运行步骤。完成发动机一整套运行步骤。


技术研发人员：陈海俊 林阳光 王昊楠
受保护的技术使用者：重庆双奥机械制造有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/5/24