用於內燃機的電源單元的製作方法
2023-10-04 23:59:49
專利名稱：用於內燃機的電源單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於內燃機的電源單元，具體地說，涉及一種適於與不帶電池之內燃機一起使用的內燃機電源單元。
由於這種不裝電池的內燃機，除了發電方面的情況外，諸如腳踏動作產生的電力不足，或者主電源電路(調節整流裝置)的輸出間斷等，由於開啟電燈負載時電流激增以及諸如注入器和點火器等各種負載的脈衝電流，使ACG的輸出功率暫時不足，進而導致電源電壓出現急劇下降。當開啟轉向燈所出現的湧流疊加到注入器或點火器驅動線圈上時，電源電壓下降尤其顯著。
當電源電壓下降到低於發動機控制單元的最小工作電壓時，這一問題最嚴重，並導致發動機停止。
即使發動機不停止，較大的電源電壓波動對於注入器的放電精度也是有害的，而且還導致點火器的電壓不足。
為了解決這類問題，已經提出過提供一種電源穩定電路，在發電機和控制電路之間包括二極體和電容器(比如，可參見審結實用新型專利申請特開平8-9393)。
然而，對於解決這些問題的有關方法還存在下面一些有待解決的問題。
具體地說，相關方法是通過如下方式穩定控制電路的電源電壓的，即把注入器負載接到主電源電路的輸出端，通過二極體連接控制電路的電源，並在該位置上設置電容器。然而，由於注入器電源電壓不穩定，注入器放電可靠性變劣是不可避免的。
還考慮過使電容器的電容較大，以便避免上述問題。遺憾的是，這樣帶來一個新問題，即對於這種不帶電池系統進行腳踏起動時必須對電容器充電，導致電源電路的電壓升高需要時間。
具體地說，因腳踏起動而使電動機轉動大約0.2至0.4秒。在這段時間內，因為電容器充電，實質上使起動注入器系統所需要的時間被縮短，而且在最壞情況下，在發射系統到達起動電源電壓之前電源就停止了。
為實現上述目的，提供一種用於內燃機的電源單元，用以向控制內燃機的至少一個控制電路和各種負載提供驅動電壓，所述電源單元包括產生電能的發電機；與所述發電機連接的主電源電路，用於調節驅動功率；與主電源電路連接的電容器，用於存儲主電源電路提供的電能；電流控制電路，用於在主電源電路輸出的電壓低於第一設定電壓時，把主電源電路提供的電能提供給電容器以外的控制電路和各種負載，並在主電源電路輸出的電壓高於或等於第一設定電壓時，從主電源電路向電容器提供電能；放電電路，用於在主電源電路的輸出電壓降低到等於或小於電容器電壓時，把電容器積累的電能提供給控制電路和各種負載。
所述電源單元中還設置具有開關元件的短路電路，它以如下方式設置在電容器和主電源電路之間，即在主電源電路輸出的電壓變成高於或等於第二設定電壓時，通過接通開關元件，把電容器和主電源電路短路。
所述電源單元通過微型計算機控制上述短路電路的路徑。
所述開關元件是繼電器。
所述開關元件是FET。
所述開關元件能夠利用自鎖功能保持在接通狀態。
所述開關元件能夠通過在起動和停止內燃機時使用關閉主開關解除自鎖功能。
在所述主電源電路與電壓檢測電路之間設置二極體，以便連接每種負載中的電燈負載。
圖1示出以圖中標號1表示的內燃機的舉例結構。
該內燃機1包括與自由滑動活塞2配合的汽缸體3、汽缸頭4形成裝在汽缸體3上部的燃燒室、在汽缸4上滑動配合的進氣閥5和排氣閥6、以及裝在汽缸頭4上的進氣管7和排氣管8。
在進氣管7處還設有注入器9，用於注入燃料。再在進氣管7內設置所述注入器部分的上遊設置調節進氣用的節氣閥10。然後在進氣管7上遊側的進氣管7的端部處設置用於淨化進氣的空氣淨化器11。
另外，標號12是曲柄轉角檢測器，它用於檢測曲柄軸旋轉位置和旋轉速度。
經引導管14將壓力傳感器15安裝到進氣管7上，通過檢測進氣管7內的進氣壓力來檢測進氣。
標號15表示用來控制驅動內燃機1的ECU，然後通過與本實施例(後面有述)相關的電源單元向控制單元15提供驅動能量。
如圖2所示，本實施例的電源實質上由以下部件構成產生電能的發電機21；與所述發電機21相連的主電源電路22，它由調節器起動裝置構成，用於調節驅動功率；電容器23與主電源電路22相連，用於存儲主電源電路22提供的電能；電流控制電路26，用於在主電源電路22輸出的電壓低於第一設定電壓(V1)時，把主電源電路22供給的電能提供給電容器23以外的控制電路15和各種負載24，並在主電源電路22輸出的電壓高於或等於第一設定電壓(V1)時，從主電源電路22向電容器23提供電能；還有放電電路28，用於在主電源電路22的輸出電壓降低到等於或小於電容器23的電壓時，把電容器23內積累的電能提供給控制電路15和各種負載24。
帶開關元件的短路電路27按以下方式設置在電容器23和主電源電路22之間，即當主電源電路22輸出的電壓變成高於或等於第二設定電壓(V2)時，通過接通開關元件使電容器23與主電源電路22短路。
圖2中的標號29表示主開關，用於接通和斷開主電源電路22與控制電路15及各種負載24之間的電連接。
這裡的各種負載24是指電負載，如燃料泵、注入器、和前燈等。
利用圖3給出詳細的描述，由主電源線30使主電源電路22、控制電路15及各種負載24電連接，主開關29設在沿著主電源線30的中途。
齊納二極體31與主電源線30相連，並且齊納二極體31通過電阻器32和33與npn電晶體34的基極相連。
pnp電晶體36的基極通過電阻器35與電晶體34的集電極相連。電晶體36的發射極連接到主電源線30，並通過電阻器37連接到所述基極一側。
再有，電容器23通過二極體38與電晶體36的集電極相連。
在本實施例中，齊納二極體31的擊穿電壓設定為10V，就是上述的第一設定電壓V1。
當主電源電路22輸出的電壓超過10V時，電晶體34和36導通，並且電容器23與主電源線30電連接。
在本實施例中，齊納二極體31構成電壓檢測電路，用以決定電容器23充電的起和停，另外，電晶體34和36及二極體38構成所述電流控制電路。
另一方面，擊穿電壓被設定為12V的齊納二極體39連接在主電源線30的主開關29與控制電路15之間，所述擊穿電壓為第二設定電壓V2。
npn電晶體40的基極通過電阻器41與齊納二極體39相連，在主電源電路22輸出的電壓超過第二設定電壓V2時，電晶體40導通。
構成開關元件的繼電器42的線圈連接到電晶體40的集電極，電晶體40的集電極通過所述線圈電連接到主電源線30。
由電晶體40控制繼電器42，並與主電源線30和電容器23電連接和斷開。
因此，當主電源電路22輸出的電壓是使電晶體40接通的電壓，也即超過第二設定電壓V2的電壓時，繼電器42接通，結果電容器23電連接(短路)主電源線30。齊納二極體39、電晶體30和繼電器42構成本實施例的短路電路27。
把pnp電晶體43設置成與齊納二極體39並聯。電晶體43的基極通過電阻器44和二極體45連接到電晶體40的集電極，並通過電阻器46與發射極相連。
由於電晶體40導通，並且因此電晶體43也導通，結果給電晶體43的基極提供一個電壓。結果，主電源線30和電晶體40的基極相連，以至齊納二極體39被旁路。
一旦電晶體40導通，則電晶體40保持在這一狀態，而且繼電器42也保持接通，以便通過自鎖功能實現所述短路電路27。
另一方面，二極體47設置成在主電源線30和電容器23之間與繼電器42並聯，並從電容器23將電能提供給主電源線30。
通過以這樣的方式形成電路當主開關29在斷開之後再一次被接通時，即使繼電器42斷開，存儲在電容器23內的能量也會提供給控制電路15。
因此，本實施例中的二極體47實現所述放電電路28的功能。
以下描述按這種方式構成之本實施例的電源單元20。
首先，在閉合主開關29時，發電機21被迫轉動，發電機21產生的電能受到主電源電路22調節，並提供給控制電路15和各種負載24。
主電源電路22輸出的電壓逐漸升高，但是電晶體34保持截止狀態，直至達到第一設定電壓，該電壓構成形成電壓檢測電路之齊納二極體31的擊穿電壓，因而電容器23保持與主電源線30斷開。
這樣，主電源線22輸出的電能通過主開關29全部提供給控制電路15和各種負載24，而不存儲在電容器23，因此主電源線22輸出的電壓快速升高至第一設定電壓(10V)，如圖4中的曲線X所示。
因此，通過將第一設定電壓V1設定成使控制電路15和各種負載24工作所需的電壓，就能夠使控制電路15和各種負載24快速工作，並通過迅速和可靠地控制內燃機1能夠地控制內燃機1的快速起動。
當主電源電路22輸出的電壓達到第一設定電壓V1時，通過齊納二極體31向電晶體34的基極加給電壓，電晶體34和與電晶體34相連的電晶體36導通，並使電容器23與主電源線30電連接。
這時，電容器23開始充電，如圖4中的曲線Y所示。
也就是當保證驅動控制電路15所需的能量之後還有剩餘能量時，電容器23開始充電。
例如，當主電源電路22的輸出電壓下降到低於第一設定電壓V1(10V)時，如圖4中的區域3所示，由於各種負載24消耗能量，施加在電晶體34的基極上的電壓不復存在，電晶體34和36都截止。當電容器23暫停充電時，這就確保使控制電路15和各種負載24再次工作的電壓。
因此，優先給予提供給控制電路15和各種負載24的驅動能量，因而能夠可靠地實現起動內燃機1。
隨後，內燃機1起動，同時電容器23充電，以便在電容器23充電達到第一設定電壓V1(10V)時，主電源電路22輸出並提供給控制電路15和各種負載24的驅動電壓逐漸提高，如圖4中的區域5所示，通過第二設定電壓V2，並穩定在14V附近，構成主電源電路22輸出的控制電壓。
當驅動電壓達到第二設定電壓V2(12V)時，齊納二極體39導通，電晶體40導通，因此繼電器42也導通。
於是，電容器23與主電源線30電連接。
與此同時，由於電晶體43導通，控制繼電器40工作的電晶體40也保持在導通狀態。
在完成內燃機1起動及電容器23充電之後，各種負載24工作，來自主電源電路22的驅動電壓下降到這些負載所消耗的能量水平。然而，如上所述，由於電容器23連接到主電源線30上，當驅動電壓下降時，從電容器23供給能量，以補充驅動電壓下降的部分。
因此，電容器23起穩定驅動電壓的電源電壓作用，穩定提供給控制電路15和各種負載24的驅動電壓。
另一方面，比如在主開關29關閉，並且內燃機1停止之後，主開關29被接通，以便再次起動內燃機1。
在這種情況下，發電機21不工作，所以齊納二極體39也就截止，結果，繼電器42保持關閉。
然而，電容器23通過構成放電電路28的二極體47連接到主電源線30。當內燃機1再次起動而工作時，電容器23內存儲的能量快速地提供給控制電路15。
當內燃機1再次起動時，由此而將驅動功率提供給控制電路，而不必等待發電機21起動，並且確保內燃機1平穩起動。
當再次起動內燃機1各種負載24工作時，從電容器23提供的能量被各種負載24消耗，而且，假設提供給控制電路15的電壓低於這些操作所需要的電壓，即低於第一設定電壓V1。
為了避免這樣的不便，當重新起動時，各種負載24工作並且電容器23輸出的電壓低於第一設定電壓V1的情況下，停止向各種負載24提供能量，而優先向控制電路15供給能量。
這樣確保以可靠方式起動內燃機1。
上述實施例是作為例子給出的，可以根據設計要求等進行各種改進。
例如，有如圖5所示那樣，可將FET 48用作所述的開關元件，代替繼電器42。
因此，通過使用FET 48，可使驅動開關元件所需的功率保持很小。
當使用FET 48時，也可以通過設置與FET 48並聯的二極體49，構成放電電路28。
也可以使用內置有二極體的FET代替二極體49。
降低流經電容器的電流也可能是很重要的，用以保持控制電路、注入器和點火線圈的電源電壓波動儘可能地小。
例如，在如圖6所示的另一實施例中，可將二極體50設置在主電源電路22與電壓檢測電路之間，以使各種負載24中的每一個的電燈負載25連接在二極體50與主電源電路22之間。
在這種情況下，主電源電路22輸出的電壓波形如圖7中的曲線A所示，放電電路28的電壓波形如圖7中的曲線B所示。
上述結構使流過電容器23的電流顯著下降，並使提供給控制電路15、注入器和點火線圈的電源電壓更穩定。
也可以利用微型計算機使短路電路27短路或開路。
因此，通過實現這種控制，能夠最佳地控制短路電路27，並可使電路本身簡化。
另一方面，在上述實施例中，給出一個例子，其中主開關29設置在控制電路15的輸入端，但是也可以如圖8所示，將主開關29設置在主電源電路22的輸出端。
各個電路及控制電路15結合在ECU內，主開關29通過連接器連接到ECU，因此上述實施例需要兩個電源線，用以連接ECU和主開關。然而，如圖8所示，通過把主開關29設置在主電源電路22的輸出端，並且沿著連接主電源電路22與其他電路的電源線的中途設置主開關29，能夠減少電源線的需要量。
按照上面所述本發明的用於內燃機的電源單元，能夠穩定內燃機控制電路之驅動功率的供給，控制電路的起動迅速，因此能以快速而可靠的方式起動內燃機。
權利要求
1.一種用於內燃機的電源單元，用於向控制內燃機的至少一個控制電路和各種負載提供驅動電壓，它包括產生電能的發電機；與所述發電機連接的主電源電路，用以調節驅動功率；與主電源電路連接的電容器，用以存儲主電源電路提供的電能；電流控制電路，用於在主電源電路輸出的電壓低於第一設定電壓時，把主電源電路提供的電能提供給電容器以外的所述一個控制電路和/或各種負載，並在主電源電路輸出的電壓高於或等於第一設定電壓時，從主電源電路向電容器提供電能；放電電路，用於在主電源電路的輸出電壓降低到等於或小於電容器電壓時，把電容器積累的電能提供給所述至少一個控制電路和/或各種負載。
2.根據權利要求1所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，還包括具有開關元件的短路電路，它以如下方式設置在電容器和主電源電路之間，即在主電源電路輸出的電壓變成高於或等於第二設定電壓時，通過接通開關元件，使電容器和主電源電路短路。
3.根據權利要求2所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，由微型計算機控制所述短路電路的路徑。
4.根據權利要求2所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，所述開關元件是繼電器。
5.根據權利要求2所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，所述開關元件是FET。
6.根據權利要求2至5任一項所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，所述開關元件能夠利用自鎖功能保持在接通狀態。
7.根據權利要求6所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，所述開關元件能夠通過在起動和停止內燃機時使用關閉主開關解除自鎖功能。
8.根據權利要求1至7任一項所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，在所述主電源電路與電壓檢測電路之間設置二極體，以使各種負載的每一種中的一個或多個負載連接在所述二極體與主電源電路之間。
9.根據前述權利要求中任一項所述的用於內燃機的電源單元，其特徵在於，還包括主開關，所述主開關連接在所述至少一個控制電路的輸入端，或連接在所述主電源電路的輸出端。
10.一種用於內燃機的功率穩定單元，所述功率穩定單元包括如權利要求1至9之一限定的功率供給單元，但不包括所述用於產生電能的發電機，其中，所述主電源電路連接到用於產生電能的發電機。
全文摘要
一種用於內燃機的電源單元，能夠向內燃機的控制電路穩定地提供驅動電源，並能夠快速起動控制電路。它設有產生電能的發電機21；用於調節驅動功率的主電源電路22；用於存儲主電源電路22提供之電能的電容器23；電流控制電路26，用於在主電源電路輸出的電壓低於第一設定電壓時，向電容器以外的控制電路15和各種負載24提供電能，而在主電源電路輸出的電壓高於或等於第一設定電壓V1時，向電容器提供電能；放電電路28，用於在主電源電路的輸出電壓降低到等於或小於電容器電壓時，把電容器積累的電能提供給控制電路和各種負載。
文檔編號H02P9/14GK1453470SQ02118169
公開日2003年11月5日 申請日期2002年4月23日 優先權日2001年2月26日
發明者山崎茂, 廣澤宏和 申請人:株式會社三國