CN103899465B - 降低引擎启动扭力的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种降低引擎启动扭力的控制方法，首先接收一熄火信号并检测引擎转速与曲轴角度，再判断引擎转速是否低于一转速门槛，若是，将进一步判断曲轴角度是否等于一角度门槛值，若是，控制一整合式启动发电机执行反转模式，以对引擎施以一阻力，直到引擎转速低于或等于一临界值，以令引擎停止；如此一来，引擎将停止在非压缩行程，当引擎再发动时，可降低发动引擎所需要的扭力。

Description

降低引擎启动扭力的控制方法

技术领域

本发明关于一种引擎的控制方法，特别是指降低引擎启动扭力的控制方法。

背景技术

请参考图9所示，系一已知四行程引擎50的示意图，该引擎50包含有一汽缸51、一进气阀52、一排气阀53、一活塞54、一点火器55、一连杆56与一曲轴57。

该汽缸51包含有一进气管511、一排气管512与一腔室513，该腔室513系连通该进气管511与该排气管512，该进气管511内设有一歧管压力感知器，用以感测进气管511的气压。

该进气阀52与排气阀53分别设于该汽缸51的进气管511与排气管512末端，该进气阀52与排气阀53的一端分别具有一塞部520、530，进气阀52的另端连接一凸轮轴，该排气阀53的另端连接另一凸轮轴，当该两凸轮轴转动时，可分别带动进气阀52与排气阀53，以封闭或打开该进气管511与排气管512。

该活塞54容置于该汽缸51的腔室513内。

该点火器55设置于该汽缸51中。

该连杆56的一端枢接于该活塞54的底部，另端则枢接在该曲轴57上偏离轴心570的位置，由于该连杆56系枢接在偏离曲轴57的轴心570位置，故当曲轴57转动时，曲轴57透过连杆56带动活塞54在腔室513内往返移动。该曲轴57的端部连结一启动马达，当引擎50发动时，该启动马达负责带动曲轴57旋转。

该曲轴57的端部外侧设有一曲轴位置感知器，一般为霍尔元件，当曲轴57转动时，该曲轴位置感知器可对应产生方波信号。车辆的电子控制单元(ECU)系电连接该曲轴位置感知器与该歧管压力感知器，该电子控制单元可根据方波信号计算出引擎转速(rpm)与曲轴角度，并接收该歧管压力感知器所产生的压力值。

请参考图10所示，四行程引擎系执行四个行程而完成一个引擎循环，分别为一进气行程、一压缩行程、一动力行程与一排气行程，其中曲轴57每旋转360度代表已执行两个行程，故曲轴57需旋转720度才可完成四行程，一般系根据活塞54的位置定义曲轴角度，举例而言，活塞54可达腔室513的最内端位置即是对应曲轴角度为0度与360度，活塞54可达腔室513的最外端位置对应于曲轴角度为180度与540度。

请参考图11所示，以下分别说明该四个行程。

1.进气行程：曲轴57旋转而带动活塞54从腔室513的最内端往外移动，同时该排气阀53封闭排气管512，且该进气阀52打开该进气管511，当该活塞54往外移动时，腔室513内的压力降低，可令燃料气体通过进气管511而被吸入腔室513中，假设活塞54在进气行程中的位置变化可依序对应到的曲轴角度为0～180度。

2.压缩行程：曲轴57旋转而带动该活塞54往腔室513内移动，同时该排气阀53与进气阀52分别封闭排气管512与进气管511，因进气管511内的空气无法通往腔室513，导致进气管511内的空气压提高，故歧管压力感知器感测到的压力值将提高，其中活塞54在压缩行程中的位置变化可依序对应到的曲轴角度为180～360度；随着活塞54越往内移动，因燃料气体没有空间可被排出，故燃料气体的压力将会增加。

3.动力行程：该点火器55点燃被压缩的燃料气体，使燃料气体发生爆炸，爆炸后的压力将把活塞54往外推送，由此作为行驶车辆的动力来源，活塞54在动力行程中的位置变化可依序对应到的曲轴角度为360～540度。

4.排气行程：曲轴57旋转而带动该活塞54往腔室513内移动，同时该排气阀53打开排气管512，且该进气阀52封闭该进气管511，当该活塞54往内移动时，可将爆炸后产生的废气通过排气管512排出腔室513，其中活塞54在排气行程中的位置变化可依序对应到的曲轴角度为540～720度(即回归至0度)，进而完成一个四行程的引擎循环。

电子控制单元可依据歧管压力感知器的压力值判断引擎50正在执行的行程，举例而言，如图11所示，电子控制单元可比较曲轴57分别在180度与540度时的压力值，若判断出曲轴57在180度时的压力小于其在540度时的压力，代表曲轴57在180度时刚执行完进气行程，而接下来的180～360度将执行压缩行程，360～540度则对应动力行程，540～720度对应排气行程，从而定义出四个行程分别对应的曲轴角度。

当车辆熄火后，该点火器55停止作动，且该进气管511不再引进燃料气体，曲轴57仅藉由惯性力运转，此时若引擎50进入压缩行程，该腔室513内系形成一密闭空间，腔室513内的气体压力将对推进中的活塞54造成阻力，曲轴57无法有足够的动力可带动活塞54再往腔室513内推进；因此车辆熄火之后，引擎50通常会停止在压缩行程的状态。

当车辆再被发动时，引擎50为了要完成压缩行程，启动马达必须要提供更大的作用力才可克服腔室513中的气体阻力，以推动静止中的活塞54压缩腔室513内的气体，直到完成压缩行程。对于启动马达而言，每次在车辆发动时都要负荷大电流与大扭力，才可提供足够的作用力去克服气体压力，长久下来，马达的性能将受到影响。

为了避免引擎熄火后停止在压缩行程，目前已有相关改善技术，例如TakeshiYanagisawa等人在2010年发表的惰速熄火系统，其作法是当引擎熄火后并完全停止时，控制一马达带动该引擎往前一次行程转动，直到引擎停止在非压缩行程；然而，该方法仍是待引擎完全停止才又控制马达带动曲轴旋转，该马达必须能够负荷大电流，执行该方法所需的成本较高。

此外，另种方法系在曲轴外侧设置电磁铁，若引擎的转速降至一门槛值时，将启动该电磁铁对曲轴产生吸力，以使曲轴停止在非压缩行程，然而，当启动电磁铁时，电磁铁会吸附金属粉末而污染引擎，导致引擎损坏。

发明内容

鉴于已知引擎熄火后停止在压缩行程，导致启动马达为了要发动引擎，而必需负荷大电流与大扭力，因此本发明的主要目的在于提供一种降低引擎启动扭力的控制方法，当引擎透过该方法熄火后，可避免停止在压缩行程。

为达到前揭目的，本发明所采用的技术手段是令该降低引擎启动扭力的控制方法包含有以下步骤：

接收到一熄火信号，并检测引擎转速与曲轴角度；

判断引擎转速是否低于一转速门槛值；

若判断出引擎转速低于该转速门槛值，则判断曲轴角度是否等于一角度门槛值；

若判断出曲轴角度等于该角度门槛值，控制一整合式启动发电机执行反转模式，以对引擎施以一阻力，该阻力系为相对于引擎曲轴旋转方向的反向作用力，同时判断引擎转速是否低于或等于一临界值；及

若判断出引擎转速低于或等于该临界值，控制该整合式启动发电机停止作动。

综上所述，该转速门槛值与角度门槛值系经过数次量测与统计而制定，意即，当引擎转速低于该转速门槛值，同时曲轴角度等于该角度门槛值，才控制该整合式启动发电机对引擎产生阻力，当引擎受阻力而完全停止后，停止整合式启动发电机作动，此时引擎系不会处于压缩行程，而是处于进气行程、点火行程与排气行程中的任一行程。

当启动马达要发动引擎时，由于引擎系处于进气行程、点火行程与排气行程中的任一行程，引擎的腔室并未形成密闭空间，故启动马达不必克服如先前技术所述的压缩气体压力；藉此，该启动马达所需负荷的电流与扭力得以减轻，进而维持启动马达的性能。

附图说明

图1：本发明控制电路方块示意图。

图2：引擎的局部剖视示意图。

图3：曲轴与整合式启动发电机的连结示意图。

图4：曲轴、整合式启动发电机与启动马达的连结示意图。

图5：本发明的流程示意图。

图6：本发明与传统之曲轴停止角度统计图。

图7：本发明与传统之启动电流比较图。

图8：本发明与传统之启动扭力比较图。

图9：引擎的局部剖视示意图。

图10：引擎执行四行程的顺序示意图。

图11：进气管压力-曲轴角度波形图。

具体实施方式

请参考图1所示，执行本发明方法的装置包含有一歧管压力感知器11、一曲轴位置感知器12与一控制器13。请参考图2所示的引擎20示意图，该歧管压力感知器11设于进气管211中以感测进气管211内的气体压力，该曲轴位置感知器12设于曲轴27端部外侧，以根据曲轴27的旋转状态而产生方波信号。该控制器13电连接该歧管压力感知器11与曲轴位置感知器12，以分别接收压力值与方波信号，其中引擎20的构造及判断曲轴27角度的方式为已知技术，在此不再赘述。

请参考图3所示，该引擎20的曲轴27端部可连结一整合式启动发电机14，该整合式启动发电机14电连接一电瓶15，在引擎20被发动的期间，该整合式启动发电机14系作为一马达，马达自该电瓶15接收工作电源，当马达运转时，可带动曲轴27旋转，以驱动活塞24在腔室213内往返移动，进而发动引擎20；当引擎20被发动后，整合式启动发电机14系作为一发电机，发电机可被运转中的曲轴27驱动而发电，整合式启动发电机14产生的电能可储存在该电瓶15中。请参考图4所示，该曲轴27的另一端部可进一步连接一启动马达16，在引擎20被发动的期间，该整合式启动发电机14与启动马达16可同时驱动该曲轴27旋转。

该控制器13设有一转速门槛值与一角度门槛值，其中该转速门槛值与角度门槛值系根据数次实验与统计结果而制定。举例而言，假设控制器13中可定义0～180度对应到进气行程、180～360度对应到压缩行程、360～540度对应到动力行程，以及排气行程对应到540～0度；此时若转速门槛值为800rpm，则较佳的角度门槛值可设在540度至660度之间的任一角度，又经实验显示，角度门槛值介于570～600度可达最佳功效。

请参考图5所示的流程示意图，该控制器13系执行以下步骤以达到降低引擎启动扭力的功效。

当车辆熄火后，该控制器13系自车辆的电门接收一熄火信号(101)，并检测引擎转速与曲轴角度。再者，车辆的引擎管理系统(ECU)系令进气管22停止引进燃料气体，且该点火器55停止作动，因此即使在进气行程，该引擎20的腔室213中未引进燃料气体，点火器55亦不能作动点火，故引擎20无法再产生动力，藉此减少引擎20的惯性输出。

该控制器13接收到熄火信号之后，系判断当下的引擎转速是否低于该转速门槛值(102)。若否，该控制器13将判断后续的引擎转速是否低于该转速门槛值，直到判断出引擎转速低于该转速门槛值；若是，该控制器13将执行下一步骤。

该控制器13判断当下的曲轴角度是否等于该角度门槛值(103)。若否，该控制器13将判断后续的曲轴角度是否等于该角度门槛值，直到判断出曲轴角度等于该角度门槛值；若是，该控制器13将执行下一步骤。

该控制器13控制该整合式启动发电机14执行一反转模式(104)，此时整合式启动发电机14作为一马达，整合式启动发电机14接收电瓶15的电源，该反转模式系指该整合式启动发电机14对引擎20施以阻力，所述阻力即相对于曲轴27旋转方向的反向作用力，藉此减缓曲轴27转动。

于该整合式启动发电机14执行反转模式的同时，该控制器13判断当下的引擎转速是否低于或等于一临界值(105)，其中该临界值可为0(rpm)；若否，该控制器13将持续判断当下的引擎转速是否低于或等于该临界值，直到判断出引擎转速低于或等于该临界值；若是，该控制器13执行下一步骤。

该控制器13将控制该整合式启动发电机14停止作动，避免供予引擎20的反向作用力导致引擎20发生逆转(106)。

当车辆熄火的时候，该控制器13判断引擎转速低于该转速门槛值，且曲轴角度等于该角度门槛值，该控制器13即驱动该整合式启动发电机14运转，整合式启动发电机14对旋转中的曲轴27施以阻力以驱使引擎20停止运转，避免引擎20停止后进入压缩行程的状态，而是处于进气行程、点火行程与排气行程中的任一行程。

综上所述，请参考图6所示，「·」表示传统之引擎20熄火停止后的状态，引擎20有高达85％的机率停止在压缩行程；反观本案，「+」表示本发明控制方法所导致引擎20熄火停止的状态，由图中可见，引擎20皆未停止在压缩行程，而是处于进气行程、点火行程与排气行程中的任一行程，因此，请参考图7与图8所示，相对于传统的引擎(如细实线所标示)，当引擎20再次被发动时，本案(如粗实线所标示)启动马达所负荷的电流较低，且启动引擎20运转所需的扭力亦较低，藉此降低发动引擎20所需的耗能，并能维持启动马达的性能。

附图标记列表

11歧管压力感知器12曲轴位置感知器

13控制器14整合式启动发电机

15电瓶16启动马达

20引擎21汽缸

211进气管212排气管

213腔室22进气阀

220塞部23排气阀

230塞部24活塞

25点火器26连杆

27曲轴270轴心

50引擎51汽缸

511进气管512排气管

513腔室52进气阀

520塞部53排气阀

530塞部54活塞

55点火器56连杆

57曲轴570轴心

Claims (6)

1.一种降低引擎启动扭力的控制方法，其步骤包含：

接收到一熄火信号，并检测引擎转速与曲轴角度；

判断引擎转速是否低于一转速门槛值；

若判断出引擎转速低于该转速门槛值，则判断曲轴角度是否等于一角度门槛值；

若判断出曲轴角度等于该角度门槛值，控制一整合式启动发电机执行反转模式，以对引擎施以一阻力，该阻力为相对于引擎曲轴旋转方向的反向作用力，同时判断引擎转速是否低于或等于一临界值；及

若判断出引擎转速低于或等于该临界值，控制该整合式启动发电机停止作动；

其中若曲轴角度为0～180度对应到引擎的进气行程、180～360度对应到压缩行程、360～540度对应到动力行程以及540～0度对应到排气行程，则当转速门槛值为800rpm，角度门槛值为介于540度至660度之间的任一角度。

2.一种降低引擎启动扭力的控制方法，其步骤包含：

接收到一熄火信号，并检测引擎转速与曲轴角度；

判断引擎转速是否低于一转速门槛值；

若判断出引擎转速低于该转速门槛值，则判断曲轴角度是否等于一角度门槛值；

若判断出曲轴角度等于该角度门槛值，控制一整合式启动发电机执行反转模式，以对引擎施以一阻力，该阻力为相对于引擎曲轴旋转方向的反向作用力，同时判断引擎转速是否低于或等于一临界值；及

若判断出引擎转速低于或等于该临界值，控制该整合式启动发电机停止作动；

其中若曲轴角度为0～180度对应到引擎的进气行程、180～360度对应到压缩行程、360～540度对应到动力行程以及540～0度对应到排气行程，则当转速门槛值为800rpm，角度门槛值为介于570度至600度之间的任一角度。

3.如权利要求1或2所述降低引擎启动扭力的控制方法，该临界值为0(rpm)。

4.如权利要求3所述降低引擎启动扭力的控制方法，若判断出引擎转速非低于该转速门槛值，将判断后续的引擎转速是否低于该转速门槛值，直到判断出引擎转速低于该转速门槛值。

5.如权利要求3所述降低引擎启动扭力的控制方法，若判断出曲轴角度非等于该角度门槛值，将判断后续的曲轴角度是否等于该角度门槛值，直到判断出曲轴角度等于该角度门槛值。

6.如权利要求3所述降低引擎启动扭力的控制方法，若判断出引擎转速非低于或等于该临界值，将持续判断当下的引擎转速是否等于该临界值，直到判断出引擎转速低于或等于该临界值。