专利名称：船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动装置，属于电子温控技术领域。
为使船舶应急、救生设备的内燃机在低温条件下快速起动，国内外一般采用人工摇把摇动或用明火烤、开水浇、蒸汽吹等方法加温，上述方法在应急状态下不能保证在规定时间内，使内燃机快速起动。近十年来又通过在润滑油中加防冻剂、从进气孔中喷助燃剂及改用高标号油使内燃机快速起动，这种方法既浪费人力、物力，又不能保证稳定起动，由于机器过冷，即使起动起来仍会熄火，需反复起动几次内燃机才能稳定运行，但仍不能使内燃机在规时间内正常工作。近几年在汽车上开发采用低温起动器和加热油管来快速起动内燃机，由于功率小、加热速度慢、起动时间长、加热元件一端引线接地构成放电回路，这种结构不仅不符合“船舶规范”和绝缘要求，另外此类设备不密封、不防潮、怕盐雾和油雾，防腐性能差、抗风浪性能低，电路无低温、高温检测控制环节不能进行加温自动控制，故仍不适合船舶应急、救生设备使用要求。
本实用新型的目的在于提供一种在低温条件下能快速起动的装置。该装置具有防水、防潮、防盐雾油雾、防腐蚀的性能，并具有抗风浪能力和自动检测环境温度、自动控制加温及充电功能。
为达到上述目的，该装置由以下组成电源、主控机、温度自动检测控制单元、电热系统、密封外壳。所述的电源包括交流电源(AC220V／50～60HZ)及直流电源(DC24V电瓶)。主控机由交流加热系统和直流加热系统及充电系统组成，其中交流加热系统由220V／50～60HZ交流船电电源，油底壳电热元件、油路电热元件、引擎进气电热元件、油箱燃油电热元件组成；直流加热系统是由24V电瓶和大功率变频升压电路组成；充电系统由变压器和整流电路组成。
所述的温度自动检测控制单元是由引擎加热高温控制器和环境低温检测放大控制电路组成，其中引擎高温控制器是一种常规温度继电器；环境低温检测放大控制电路由常规温度传感器、变送器、模拟量转换开关量的比较器及执行元件组成。
所述的电热元件由油底壳机油电热元件、低压油路电热元件、引擎进气电热元件及油箱燃油电热元件组成。
所述的密封外壳是由铝合金或不锈钢一次压模成型，并由耐油橡胶垫片密封防水、防潮、防腐蚀。该外壳还有防盐雾油雾和抗风浪的能力。
本实用新型的特点是能在较低的温度条件下以最快的速度起动应急、救生设备的内燃机，同时能防水、防潮、防盐雾油雾、防腐蚀、抗风浪，并且有自动检测环境温度、自动控制加温和充电功能。
以下通过附图及实施例进一步说明本实用新型。
图1、是本实用新型的组成框图。
图2、是本实用新型的主控机电路图。
图3、是本实用新型的环境低温检测、放大控制电路框图。
图4、是图3的电路原理图。
图5、是主控机密封外壳结构示意图。
图6、是内燃机油底壳和油箱电热元件结构示意图。
图7、是内燃机进气电热元件示意图。
图8、是内燃机低压油路电热元件示意图。
图1中Ⅰ部分为本装置的供电电源，它包括在正常情况下对发动机加热和为电瓶2充电的交流船电电源1和直流电瓶2；Ⅱ部分为主控机，它由交、直流加热和充电功能转换控制、指示及温度自动控制电路3、整流电路4、大功率变频升压电路5及执行电路6组成；Ⅲ部分为本装置的温度自动检测控制单元，它由环境低温检测放大控制电路7和引擎加热高温控制器8组成；Ⅳ部分为本装置的电热系统，它包括电热元件供电分配器9、内燃机进气电热元件10、油箱燃油电热元件11、低压油路电热元件12和油底壳机油电热元件13组成。上述部件除电热系统外均置于密封外壳中。
当要求加热起动时，交流电源1经电路3、执行电路6，再经电热元件供电分配器9向电热元件10～13供电使其发热；在应急状态下，失去船电时，来自电源2的直流电，经大功率变频升压电路5、电路3、执行电路6、分配器9向电热元件10～13供电；在电瓶2的电压低于额定值时，电源1的交流电经电路3，整流电路4向电瓶2充电；来自环境低温检测放大控制电路7和引擎加热高温控制器8的信号，经电路3自动开启或关闭加热电源1。控制器8实际上是一种常规的温度继电器，不再重述。
图2是本实用新型的主控机电路图，包括交流加热、直流变频升压加热和充电三个系统。其工作原理是先接通交流电源1和电瓶2，在非应急情况下，用交流电予热救生艇或应急救火泵的内燃机，当按下交流加热自锁开关AN1时(因环境低温检测控制装置的触点TC常开，引擎加热高温控制继电器触点TH常闭)，交流加热继电器J1线圈获电吸合，其主触头J1C闭合向引擎加热元件Rf1～Rf4供电，使之迅速发热。同时辅触点J1A也闭合，指示灯或发光二极管LED1通电发亮，电阻R1起降压限流作用。通电加热3～5分钟后，内燃机的机温、油气温度迅速提高，使内燃机迅速起动运行，这时再按一下AN1按钮开关使J1失电切断加热电源。如果忘记再按AN1，当机油温度升至50℃时，发自温度继电器的信号使加热高温控制开关TH触点断开，使J1失电切断交流电源，使其不再继续对内燃机加热。当环境温度处于控制值时(0℃～40℃)，环境低温检测控制器测出的低温信号经放大处理后，低温装置控制触点TL闭合，此时即是不按下AN1，J1也同样获电吸合，使该电热元件通电加热，从而形成交流加热时的自动温控。
在船舶失电或应急使用救生设备和救火泵时，用DC24V电瓶2加热。按下直流加热自锁开关AN3，使直流接触器J3获电吸合，两组主触头J3C同时闭合，电瓶2电源向振荡、变频升压电路供电使之工作，在电瓶2接通的瞬间，BG1、BG2两大功率开关管中有穿透电流Iceo流过，由于两管的参数和电路参数不能完全对称，所以流过BG1、BG2的电流也不同，在变压器MT原边两个绕组MT1.2、MT2.3中产生的感应电势的大小不等，BG1饱和、BG2截止。BG1饱和导通以后，在MT1.2两端的电压即是电瓶2的电压。MT是具有矩形磁滞回线的脉冲变压器，当阶跃电压加到MT时，其磁化电流按线性规律增加，所以在流过BG1的电流Ic中，除了反射过来的负载电流外，还有按线性增加的磁化电流。随着磁化电流的增加，MT不久出线磁饱和，这时MT磁通的变化率接近于零。所以绕组线圈上的感应电动势也变化到接近零(因感应电动势u＝w (dφ)/(dt) 、w是线圈匝数、φ是磁通量)。BG1很快由饱和变为截止，而BG2很快由截止转入饱和，随着磁化电流按线性增加，直至铁芯反向饱和，电路再次翻转(即BG1又从截止回到饱和，BG2由饱和回到截止)，上述过程不断重复。两大功率开关管BG1、BG2的集电极便形成了矩形波电压，在MT的副边MT4.5两端同样获得矩形(方波)电压，此时另一组触头J3C′已闭合而与电热元件Rf1～Rf4接通，为Rf1～Rf4提供一个中频方波电压。由于使用直流加热时，此电路所提供的是一个中频电压，非正弦波，所以发热效率高、速度快，达到节约电能的目的。
在接触器J3闭合的同时，其辅触点J3A动作闭合，直流加热指示灯或发光二极管LED3通电发亮(红色)，电流表A指示出电路工作电流值。直流加热3～5分钟，机温、油温、气温迅速提高，即可顺利起动救生设备和应急消防泵的内燃机。该机起动运行后，立即按下AN3、关闭电瓶2。
电路中的直流电压表V时刻显示电瓶2的电压值，当该电压值低于额定值时，按下充电自锁按钮开关AN2，使充电继电器J2线圈获电吸合，降压变压器T原边接通交流电源1(220V)，则副边输出为24V，同时J2的另一组触头J2C动作闭合，从而接通硅整流器D1～D4，通过整流后，输出的脉动直流电为电瓶2进行恒压充电。J2动作时，其辅触头J2A闭合，接通指示灯或发光二极管LED2，使其发亮指示正在充电。待电充足后，再按一下AN2，J2失电停止对电瓶2充电。R2为指示灯LED2的限流电阻。
图3是
图1中Ⅲ部分的环境低温检测放大控制电路框图。当环境温度为0℃～40℃时，温度传感器(7’1)将测出的低温信号送至温度变送器(7’2)进行线性化、调零、反馈、比较和放大电路处理，然后将一个温度与电压成比例的模拟信号输出到模拟量转换开关量的比较器(7’3)，使模拟信号变为开关信号，再送至执行元件(7’4)以控制加热系统的开启，从而自动为发动机加温。
如图4所示，电路中的温度电阻Rt(铂电阻或铜电阻)放置在被测的发动机附近，并固定在加罩的塑料盒内。为消除引线电阻随温度变化产生的测量误差，采用“三线制”接法，即Rt与R1、R2、R3组成电桥信号源，信号经IC1线性化处理后送IC2进行运算放大，功率放大管BG1、BG2完成功率放大。BG3、BG4和变压器BS等组成直流－交流－直流变换电路，将输入的24V直流电源电压变成约8KHz的交流方波电压后，一方面向调制型功率放大器提供电源，另方面经二极管DS5－DS8整流还原成直流电压向IC稳压电源供电，整流后的直流电压再经DW3、DW4稳压后向运算放大器IC2提供电源。直流－交流－直流变换电路的工作原理实质是一个变压器耦合自激多谐振荡电路，是已有技术。
环境温度检测控制电路是将低温信号(0℃以下)输送到变送器(7’2)经处理放大后，送至模拟量转换成开关量的比较器IC3，与设定值的电压进行比较，如果环境温度低需要加热，IC3输出一个高电位信号，使BG5导通，执行元件J获电动作，触点TL闭合，从而开启交流加热系统加热，完成在环境温度低于0℃时自动给发动机加温。
图5是主控机外壳14，由铝合金板或不锈钢板冲压制成，它与机壳底板15构成密封整体。在外壳14和底板15之间夹有耐油橡胶衬垫16，以上三者用螺栓拧紧固定密封。外壳14的上表面开有仪表显示孔17及指示灯孔18和功能转换开关按钮孔19，其中仪表孔、指示灯孔及按钮孔与外壳间均用防潮橡胶密封垫圈密封。
图6的表示发动机的机油油底壳电热元件13和油箱燃油电热元件11的示意图。接线柱20外套绝缘瓷管21，固定在固定装置22内，嵌紧金属管23(铜质或不锈钢)一端的翻卷边24夹紧在固定装置22中，并涂有红外材料的电阻丝25绕在云母绝缘管26上，引线27穿过绝缘管与另一根引线分别热焊在接线柱20上，金属管另端用同质金属密封焊死。从开口端装入结晶氧化镁绝缘沙28，然后用有机硅树脂胶29密封、烘干固化。由此制成的电热管根据需要可选制成直管、弯管、斜管等形式，其功率和发热效率相同。
图7是表示内燃机进气电热元件10的示意图。它是用快速发热材料(PTC材料)制成环形桶状体30套装在内、外铝管31和32上，外管32上端翻边，用绝缘布33将外管32及其翻边部分包裹紧。绝缘布33是由“956”有机硅树脂胶、云母、玻璃布制成，并与外管32合成一体。引线接线柱34用螺丝固定在内外金属管32和32上。
图8是表示低压油路电热元件12的示意图。它是在原内燃机输油管35上包绝缘套管36，然后缠绕电热丝37或用电热膜喷涂。与电热丝37相接的引出线38外套绝缘管39，用绝缘胶封装固定后，再套上耐温绝缘橡胶蛇皮软管40。输油管两端的固定装置41接在内燃机的进油口和油箱的供油口上。
以上各部件组成的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器在环境温度0℃～－40℃进行实验，当内燃机温度达到0℃时，本装置加热系统自动工作，5分钟后内燃机一次起动成功。可见该设备可在寒冷低温(0℃～－40℃)海域和港口环境中快速起动内燃机，投入应急消防和救生工作。
权利要求1.一种船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征在于该装置由电源、主控机、温度自动检测控制单元、电热系统及容纳除电热系统以外的密封外壳所组成；所述的电源包括220V/50-60HZ的交流船电电源1和24V的电瓶直流电源2；所述的主控机由交、直流加热、充电功能转换控制、指示及温度自动控制电路3，整流电路4，大功率变频升压电路5及执行电路6联接所组成；所述的温度自动检测控制单元由环境低温检测放大控制电路7和引擎加热高温控制器8联接组成；所述的电热系统由电热元件供电分配器9，内燃机进气电热元件10、油箱燃油电热元件11、低压油路电热元件12和油底壳机油电热元件13联接组成；在非应急情况下加热起动引擎时，来自电源1的交流电经电路3、执行电路6、电热元件供电分配器9向电热元件10-13供电；当应急状态下失去船电，来自电源2的直流电经大功率变频升压电路5、电路3、执行电路6、分配器9向电热元件10-13供电；平时电瓶2的电压低于额定值时，电源1的交流电经电路3、整流电路4向电瓶2充电；在环境温度达到设定值范围时，来自环境低温检测放大控制电路7的信号经电路3自动接通电源1，给内燃机各处加热。当引擎加热温度达到设定值时，来自引擎加热高温控制器8的信号经电路3关闭电源1。
2.如权利要求1所述的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征在于环境温度设定范围为0℃～－40℃。
3.如权利要求1所述的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，特征在于引擎加热温度设定值为＋50℃。
4.如权利要求1所述的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征在于油底壳机油电热元件13和油箱燃油电热元件11的发热部分是电阻丝25。
5.如权利要求1所述的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征在于内燃机进气电热元件10的发热部分是桶状体30，由PTC材料制成。
6.如权利要求1所述的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征在于低压油路电热元件12的发热部分为电阻丝37，或喷涂的电热膜。
7.如权利要求1所述的船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征在于密封外壳14、底板15系由铝合金板或不锈钢板压模成型，外壳14和底板15间用耐油橡胶垫16密封，在外壳上表面开有仪表孔17、指示灯孔18、功能转换开关按钮孔19均用橡皮垫圈密封。
专利摘要本实用新型是一种船舶应急、救生设备的内燃机低温快速起动器，其特征是该起动器由双电源(AC和DC)、主控机、温度自动检测控制单元、电热元件及密封外壳组成。它的特点是不仅具有能防潮、防盐雾、防水、防腐蚀和抗风浪的性能，而且能自动监测环境温度控制加热和充电，并能在低温条件下使机动救生艇和应急消防泵迅速起动和运行。
文档编号B63H21/14GK2156132SQ9320727
公开日1994年2月16日 申请日期1993年3月27日 优先权日1993年3月27日
发明者王大军, 林树元, 王秀荣, 白举, 白金安 申请人:王大军