3种起动保护方式及可行性分析

赵志刚

（郑州宇通重工有限公司控制技术研究所， 河南 郑州 450051）

起动系统作为整车系统的一个重要组成部分，其性能的好坏对整车来说至关重要， 而起动机是起动系统的核心， 所以对起动机进行保护尤为必要。

起动系统的作用是在正常使用条件下， 通过起动机将蓄电池储存的电能转变为机械能带动发动机以足够高的转速运转， 以便发动机顺利起动。但如果在起动过程中起动钥匙开关无法脱断、 起动继电器粘连、 起动机自身无法脱断三者有一项成立， 则会出现起动机跟着发动机一起高速旋转，从而造成起动机烧坏、 起动系统线束着火等严重故障。

1 3种起动保护方式

1.1 常闭继电器保护

在起动系统回路中增加继电器， 该继电器采集到发电机D+端信号后， 立即将起动回路断开， 从而对起动系统起到保护作用。 图1为上海沪工电子元件有限公司生产的继电器， 主要用于我公司装载机上， 其原理图见图2。 具体工作原理如下。

1.1.1 正常起动过程

起动钥匙开关旋至起动档， 起动继电器K2线圈得电导通， 起动机控制线得电， 从而起动发动机。 发动机正常起动后， 起动钥匙开关复位， K2线圈断电， 起动机控制线失电， 从而起动机正常脱开。

1.1.2 故障起动过程

若起动钥匙开关无法脱断， 则在正常起动后，发电机D+端输出28 V电压， K1继电器起到保护作用。

1.2 起动保护继电器保护

在起动系统回路内增加QDB2501A 24 V起动保护继电器， 利用该起动保护继电器对起动系统进行保护。 图3为开封电机厂生产的起动保护继电器，主要用于我公司装载机上， 其原理图见图4。 具体工作原理如下。

1.2.1 正常起动过程

起动钥匙开关旋至起动档， 起动保护继电器上电， 此时X2输出高电平电压信号， X1输出低电平电压信号， 外接起动继电器K1线圈导通， K1触点闭合， 起动机控制线得电， 从而起动发动机。 发动机正常起动后， 起动钥匙开关复位， 起动保护继电器断电， X2、 X1输出均为低电平， K1线圈失电， 从而起动机正常脱开。

1.2.2 故障起动过程

若起动钥匙开关无法脱断， 则在正常起动后，发电机D+端输出28 V电压信号， 起动保护继电器通过R脚采集到该信号后， 通过内部程序， 使X2、 X1同时输出低电平信号， 强制切断K1， 从而有效脱开起动机， 起到保护作用。

1.3 起动保护控制器保护

在起动系统回路内增加起动保护控制器， 利用起动保护控制器对起动系统进行有效保护。 图5为郑州铭泰科技有限公司生产的起动保护控制器， 主要用于我公司装载机上， 其原理图见图6。 具体工作原理如下。

1.3.1 正常起动过程

起动钥匙开关旋至ON档， 起动保护控制器带电。 此时如果空档开关在空档位置， 且各接线均正确， 则在钥匙开关旋至START档时， 控制器5脚输出高电平信号， 起动机继电器吸合， 0.5 s后控制器6脚输出高电平信号， 起动继电器吸合， 起动机起动。此时如果钥匙开关START档断开 （START档闭合时间应小于8 s）， 起动继电器释放， 0.5 s后， 起动机继电器释放， 起动机断电， 正常起动过程结束。

1.3.2 故障起动过程

1） 若起动钥匙开关无法脱断 （START闭合时间大于8 s即可）， 则在8 s时起动保护控制器强制将6脚置低电平， 起动继电器失电释放， 0.5 s后起动保护控制器5脚置低电平， 起动机继电器失电释放，从而有效脱开起动机。

2） 若起动继电器或起动机继电器粘连， 则当发动机转速达到一定值时 （一般取发动机怠速值），起动保护控制器8脚接到一个发动机怠速时的频率信号 [具体值可根据公式 （1） 设置]， 此时起动保护控制器强制将6脚置低电平， 起动继电器立即失电释放， 0.5 s后将5脚置低电平， 起动机继电器失电释放，从而有效起到脱开起动机对其保护的作用。

式中： f——频率； n——发动机转速； N——发动机飞轮壳齿轮齿数。

2 3种起动保护方式对比

方案1， 成本较小， 但其只能实现起动钥匙开关无法脱断时对起动机的保护， 无法实现起动继电器粘连故障时对起动机的保护。

方案2， 成本介于方案1和方案3之间， 但其也仅能实现方案1的功能， 故不推荐采用此种保护方式。

方案3， 相对前两种方案来说成本最高， 且需用两个继电器。 也正是该种控制方式， 使其既能在钥匙开关无法脱断故障时起到保护作用， 又能在起动继电器粘连时起到保护作用。

此外， 方案1、 方案2采集的是发电机D+端信号，发电机D+端输出为正弦波信号； 方案3采集的是转速传感器信号， 转速传感器输出的是方波信号， 相对来说方波信号更稳定。 但方案3也有一个局限， 就是如果起动机在8 s内 （该时间可调， 但如果太大可能会损坏起动机， 起不到保护作用） 无法起动， 则系统会默认为存在故障， 强制将起动回路切断， 使系统无法起动。 这种情况往往发生在蓄电池电量不太充足或环境温度较低的情况下， 故为了匹配该保护控制器， 应该保证选用的蓄电池具备充分的冷起动能力， 或者在起动系统内增加预热装置， 在起动之前进行预热， 然后再进行起动。