CN106545420B - 引擎起动及停止运转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种引擎起动及停止运转控制方法，起动控制方法包括：(A)判断是否收到引擎起动信号；(B)驱动曲轴反转一角度范围使减压装置作动；(C)驱动曲轴正转使引擎起动，并判断曲轴的转速是否大于引擎起动门坎转速，若是则执行步骤(D)，若不是则执行步骤(C1)判断驱动是否超过预定时间，若是则停止驱动，回到步骤(A)，若不是回到步骤(C)；(D)停止驱动，进入发电模式。停止运转控制方法包括：(A)侦测引擎停止运转前的曲轴角度，判断是否有自发倒转动作，若是则执行步骤(B)，若不是则执行步骤(C)；(B)控制自发倒转动作使曲轴反转一角度范围，使减压装置作动后停止控制；以及(C)驱动曲轴正转至一角度范围内，再驱动曲轴反转一角度范围使减压装置作动后停止控制。

Description

引擎起动及停止运转控制方法

技术领域

本发明关于一种引擎起动及停止运转控制方法，尤指一种适用于机车的引擎起动及停止运转控制方法。

背景技术

目前市场上有使用一体化的启动兼发电装置(Integrated Starter andGenerator，以下简称ISG)，用以增加机车的节能效果，其并具备有怠速熄火与再启动的功能。一般机车在熄火时往往行程会停在压缩上死点之前，此时ISG要正转会需要较大的扭力方能克服引擎的压缩压力，使引擎起动。

现有起动引擎的方法为在引擎起动前先将曲轴反转至特定预定位置，然后再使之开始正转带动引擎时能够有更大的惯量，进而克服压缩上死点的扭力阻抗，带动引擎至适当的点火转速之后，启动兼发电装置转换为充电模式持续对整车供电，与对电池充电。

上述现有启动兼发电装置的实现起动引擎的方法有个缺点，必须在每次起动前先精确的使曲轴反转至特定预定位置，在转动后加上惯量，才能产生足够克服压缩点的扭力，使引擎顺利起动。在控制上精确的特定曲轴角度定位不易达成，所需控制装置成本较高。

发明内容

本发明的第一目的系在提供一种起动控制方法，能将引擎起动流程做最佳化，使得引擎停止于任何曲轴角度下，都可在起动时先行反转一特定角度范围，再执行正转驱动，得以在最短的时间驱动曲轴，使引擎起动，增加引擎起动的平顺性，也可以增加曲轴运转惯性及转速，确保每一次都能稳定的顺利点火及燃烧而使引擎起动。

本发明的第二目的系基于前述第一目的的原理，亦可于引擎停止运转时，先执行前述曲轴反转一特定角度范围转的动作，能在接续的再起动时，于下达引擎起动命令后可在最短的时间内顺利起动。

为达成上述第一目的，本发明的引擎起动控制方法系使用于一机车上，该机车组设有一具有一曲轴与一单向式减压装置的引擎、一用以驱动引擎正转或反转的启动兼发电装置、一用以侦测曲轴的角度的角度感测装置及一用以控制启动兼发电装置的驱动控制装置，其方法包括:

(A)判断是否收到一引擎起动信号，若是则执行步骤(B)，若不是则回到步骤(A)。

(B)驱动曲轴反转一特定角度范围，促使单向式减压装置作动。

(C)驱动曲轴正转以促使引擎起动，并判断曲轴的转速是否大于引擎的起动门坎转速，若是则执行步骤(D)，若不是则执行步骤(C1)。

(C1)判断驱动是否超过一预定时间，若是则停止驱动，回到步骤(A)，若不是则回到步骤(C)。

(D)停止驱动，启动兼发电装置进入发电模式。

为达成上述第二目的，本发明的引擎停止运转控制方法系使用于一机车上，该机车组设有一具有一曲轴与一单向式减压装置的引擎、一用以驱动引擎正转或反转的启动兼发电装置、一用以侦测曲轴的角度的角度感测装置及一用以控制启动兼发电装置的驱动控制装置，该驱动控制装置具有一引擎停止运转控制方法，其方法包括：

(A)侦测引擎停止运转前的曲轴的角度，判断是否有一自发倒转动作，若是则执行步骤(B)，若不是则执行步骤(C)。

(B)控制该自发倒转动作使曲轴反转一特定角度范围，促使单向式减压装置作动后停止控制。

(C)驱动曲轴正转至一适切角度范围内，再驱动曲轴反转一特定角度范围，促使该单向式减压装置作动后停止控制。

上述驱动控制装置可具有电源延迟断电功能，因此可于该驱动控制装置的电源关闭后，执行该引擎停止运转控制方法。

上述引擎可具有怠速熄火功能，因此可于该引擎停止运转时，执行该引擎停止运转控制方法。

上述驱动控制装置于停止控制后，可还包括：(D)判断是否收到一引擎起动信号，若是则执行步骤(E)，若不是则回到步骤(D)；(E)驱动曲轴正转以促使引擎起动；步骤(F)判断曲轴的转速是否大于引擎的起动门坎转速，若是则执行步骤(G)，若不是执行步骤(F1)；(F1)判断驱动是否超过一预定时间，若是则停止驱动，回到步骤(D)，若不是则回到步骤(E)；以及(G)停止驱动，启动兼发电装置进入发电模式。

换言之，本发明第一目的的起动方式，为确保引擎能顺利被驱动，每次接收一引擎起动信号时均采先反转一特定角度范围，使单向式减压装置作动，确保引擎第一次压缩行程处于减压状态，之后再接续作正转驱动使引擎能顺利起动。

本发明第二目的的引擎停止运转后的再起动方法系先判断曲轴是否有一自发倒转动作，若有自发倒转动作，则控制自发倒转动作使曲轴反转一特定角度范围，促使单向式减压装置作动后停止控制；若没有自发倒转动作则控制驱动曲轴正转至一适切角度范围内，再驱动曲轴反转一特定角度范围，促使单向式减压装置作动后停止控制。之后，若收到引擎起动信号，则直接驱动曲轴正转使引擎起动。

另外，上述驱动控制装置与电池的电路连接除具有钥匙电源开关之外，尚具有延迟断电功能的主电源开关与大电源开关。藉此，在钥匙电源开关断电的情况下，驱动控制装置在一段时间内仍具有电力，可通过角度感测装置侦测引擎曲轴角度与位置的变化，利用计算出的曲轴角度作驱动控制。

上述机车可还组设有一离心式减压装置，透过离心式减压装置进行减压，更可减少引擎于启动前的第二次(含)以后压缩行程的曲轴阻力，提高曲轴回转的顺畅度，以利起动作业。

上述机车可组设有一启动按钮、一油门启动装置及一引擎控制单元，该引擎的起动信号系指下述其一：引擎控制单元传来的起动信号、启动按钮被按压的信号及油门启动装置被启动的信号。其中，油门启动装置可为油门线设有一微动开关，当油门线被驱动时，会触动该微动开关，或是油门把手设有一感知器，可侦测油门把手是否被旋转，微动开关或油门把手感知器皆可作为油门启动装置。

上述角度感测装置可装设于一引擎箱体上，且启动兼发电装置系连接于引擎曲轴上，故角度感测装置可同时侦测启动兼发电装置的电气角度与曲轴角度。上述角度感知器测装置系指霍尔芯片传感器(Hall sensor)，用以侦测启动兼发电装置的一转子的相位变化，并且据以执行马达驱动或发电模式；另外于上述启动兼发电装置的转子外表面，可设置复数凸块与脉冲信号感知器，连接至引擎控制单元。

上述的特定角度范围可为40～140度，作为引擎起动时确保其成功触发减压装置。又，上述的适切角度范围可为600～680度，以尽量接近起动时的第一压缩上死点，缩短起动时间。

上述的预定时间可为4秒，作为判断驱动曲轴正转的时间，其曲轴转速若未达引擎的起动门坎转速，则引擎起动不成功并停止驱动。

以上概述与接下来的详细说明皆为示范性质是为了进一步说明本发明的精神实质。而有关本发明的其它目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1系本发明曲轴角度位置与启动兼发电装置的起动阻抗比较图。

图2系本发明第一较佳实施例的引擎剖视图。

图3系本发明第一较佳实施例的整车系统架构图。

图4系本发明第一较佳实施例的启动兼发电装置与驱动控制装置架构图。

图5系本发明第一较佳实施例的角度感测装置于引擎箱体的配置图。

图6系本发明第一较佳实施例的角度感知器固设于引擎箱体上的配置图。

图7系本发明第一较佳实施例的驱动控制装置与电池配置图。

图8系本发明第一较佳实施例的引擎起动控制方法。

图9系本发明第一较佳实施例的曲轴反转角度示意图。

图10系本发明第二较佳实施例的引擎停止运转控制方法。

图11A系本发明第二较佳实施例的引擎停止运转后有自发倒转的曲轴反转角度示意图。

图11B系本发明第二较佳实施例的引擎停止运转后无自发倒转的曲轴正转角度与反转角度示意图。

【符号说明】

10 电池 11 启动按钮

12 油门启动装置 21 驱动控制装置

22 角度感测装置 221 启动兼发电装置角

度感知器

2211 霍尔感知组件 222 曲轴角度感知器

2221 脉冲信号感知组件 2222 凸块

23 启动兼发电装置 231 转子

232 定子 30 引擎

301 引擎箱体 31 曲轴

32 单向式减压装置 33 引擎控制单元

34 动力输出轴 35 传动变速装置

36 汽缸头 A,B,C,C1,D,E,F,F1,G 步骤

L1 反转起点 L2 正转驱动起点

M1 自发反转起点 M2 正转驱动起点

N1 正转起点 N2 反转起点

N3 正转驱动起点 P 特定角度范围

Q 适切角度范围 S1 钥匙电源开关

S2 主电源开关 S3 大电源开关

X,Y,Z 曲线

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。

所谓引擎减压装置，一般应用于引擎活塞的压缩行程中泄漏部分气体压力以降低引擎阻抗，请参阅图1系曲轴角度位置与启动兼发电装置的起动阻抗比较图。如图所示，纵轴坐标表示启动兼发电装置正转的起动阻抗，横轴坐标表示曲轴旋转角度，本实施例系采用四冲程引擎的工作原理，其依据汽缸内活塞移动的位置来区分，因此每隔180度依序到达一次上死点(T.D.C)或下死点(B.D.C)的位置，而由0度开始在每个区间内依序分为动力、排气、进气、压缩四个工作行程，所以一次循环其曲轴系旋转720度。其中，一般情况下，在压缩行程中且减压装置未开启时，起动阻抗相对曲轴角度所绘制出的曲线将会如X曲线所示；然而，在压缩行程中且离心式减压装置开启时，起动阻抗相对曲轴角度所绘制出的曲线将会如Y曲线所示，在压缩行程中且单向式减压装置有作用时，起动阻抗相对曲轴角度所绘制出的曲线将会如Z曲线所示，在360度左右两边各有一较小的阻抗系为引擎阀机构的阻抗。

请参阅图2及图3，其分别为本发明第一较佳实施例的引擎剖视图及整车系统架构图。本实施例的引擎30主要包括：一汽缸头36、一曲轴31、一动力输出轴34、一传动变速装置35、一启动兼发电装置23及一单向式减压装置32。其中，启动兼发电装置23系组设于曲轴31的一侧端，而传动变速装置35则组设于动力输出轴34的一侧端。

如图所示，本实施例的整车架构其启动兼发电装置23组设于具有一电池10、一启动按钮11、一引擎控制单元33、一油门启动装置12、一引擎30的一机车上，且引擎30配设有一单向式减压装置32，用以减少引擎30的曲轴31阻力，提高曲轴31回转的顺畅度，以利起动作业。亦即，启动兼发电装置23连接于电池10、启动按钮11、油门启动装置12、引擎控制单元33、及引擎30。

请一并参阅图4及图5，其分别为本发明第一较佳实施例的启动兼发电装置与驱动控制装置架构图及角度感测装置于引擎箱体的配置图，并请一并参阅图3。如图所示，启动兼发电装置23、驱动控制装置21及角度感测装置22与电池10、引擎控制单元33及引擎30电连接。其中，驱动控制装置21可经由角度感测装置22侦测启动兼发电装置23的角度相序与引擎30的曲轴31的角度位置等信息。在本实施例中，角度感测装置22系指包括一启动兼发电装置角度感知器221及一曲轴角度感知器222。通过上述设计，角度感测装置22可侦测启动兼发电装置23的电气角度及曲轴31的曲轴角度的信号，并可有效掌握引擎30的活塞行程。

启动兼发电装置23包括转子231及一定子232，连接引擎30的一曲轴31，其中，为了能准确掌握启动兼发电装置23及引擎30的运行状态，本发明设置的角度感测装置22其装设于一引擎箱体301上。请阅图6系本发明第一较佳实施例的角度感知器固设于引擎箱体上的配置图，本实施例的启动兼发电装置角度感知器221主要包括三个或四个固设于引擎箱体上的232上的霍尔感知组件2211及一控制电路，可针对转子231磁铁极性的变化作侦测，经由三相位的变化量判别启动兼发电装置23驱动及发电的转换时点。另，曲轴角度感知器222还可包括一脉冲信号感知组件2221及对应设置于转子231外表面的复数凸块2222，每一凸块2222等距设置于外表面，通过上述脉冲信号感知组件2221侦测每一凸块2222的位置并回传脉冲信号后，可得知曲轴31于每一转中的绝对位置，此一信号亦可连接至引擎控制单元33。

请参阅图7系本发明第一较佳实施例的驱动控制装置与电池配置图，并请一并参阅图3。本实施例的驱动控制装置21与电池10之间具有一钥匙电源开关S1、一主电源开关S2及一大电源开关S3。藉此，在钥匙电源开关S1关闭的情况下，驱动控制装置21通过具有延迟断电功能的主电源开关S2及大电源开关S3与电池10电连接，仍具有电力，故仍可通过角度感测装置22侦测引擎30的曲轴31角度与位置的变化，利用计算出的曲轴31的角度作驱动控制。

请参阅图8及图9，其分别为本发明第一较佳实施例的引擎起动控制方法及其曲轴反转角度示意图。在本实施例中，引擎起动控制方法依序为：(A)判断是否收到起动信号，若是则执行步骤(B)，若不是则回到步骤(A)；(B)在反转起点L1，驱动曲轴31反转一特定角度范围P以开启单向式减压装置32；(C)驱动曲轴31正转以促使引擎30起动，并判断曲轴31的转速是否大于引擎30的起动门坎转速，若是则执行步骤(D)，若不是则执行步骤(C1)；(C1)判断驱动是否超过一预定时间，若是则停止驱动，回到步骤(A)，若不是则回到步骤(C)；以及(D)停止驱动，启动兼发电装置23进入发电模式。亦即，如图9所示，不论曲轴31反转起点L1位于何处，仅需反转一特定角度范围P，即可触发单向式减压装置32进行减压，然后在正转驱动起点L2，驱动启动兼发电装置23正转，即可成功起动引擎30。反转起点L1与正转驱动起点L2的角度差即落在特定角度范围P内。

在本实施例中，特定角度范围P系指40～140度，以确保引擎30起动时可成功触发单向式减压装置32。另，驱动曲轴31的预定时间为4秒，以判断曲轴31转速是否大于引擎30的起动门坎转速，若超过4秒尚未起动引擎30成功，则停止驱动，回到步骤(A)，若在4秒内大于引擎30的起动门坎转速，即起动引擎30成功，则执行步骤(D)停止驱动，启动兼发电装置23进入发电模式。

请再参阅图10及图11A，其分别为本发明第二较佳实施例的引擎停止运转控制方法及引擎停止运转后有自发反转的曲轴反转角度示意图。本实施例的硬件架构与第一实施例相同，请参阅图2～7的说明。在本实施例中，引擎停止运转控制方法包括：(A)侦测引擎30停止运转前的曲轴31的角度，判断是否有一自发倒转动作，若是则执行步骤(B)，若不是则执行步骤(C)。当有自发倒转动作时，即如图11A所示，(B)在反转起点M1，控制该自发倒转动作使曲轴31反转一特定角度范围P，促使单向式减压装置32作动后停止控制。亦即，当引擎30停止运转后，不论钥匙电源开关S1是否关闭，引擎30熄火的过程中，角度感测装置22仍会侦测引擎30的曲轴31角度与位置的变化，并利用计算出的曲轴31角度作驱动控制。换言之，即使在钥匙电源开关S1关闭的情况下，驱动控制装置21通过具延迟断电功能的主电源开关S2及大电源开关S3与电池10电连接，仍具有电力，故仍可通过角度感测装置22侦测引擎30的曲轴31角度与位置的变化，利用计算出的曲轴31的角度作驱动控制。

此外，如图11A所示，若曲轴31有自发倒转，不论曲轴31的自发倒转起点M1位于何处，仅需反转一特定角度范围P，即可触发减压装置32进行减压，然后接收到引擎起动信号后，在正转驱动起点M2，驱动启动兼发电装置23正转。

请再参阅图11B系本发明第二较佳实施例的引擎停止运转后无自发倒转的曲轴正转角度与反转角度示意图，并请一并参阅图10。若在步骤(A)中，当侦测引擎30停止运转前的曲轴31角度，判断没有自发倒转动作时，即如图11B所示，则直接接续(C)驱动曲轴31正转至一适切角度范围Q内，再驱动曲轴31反转一特定角度范围P，促使单向式减压装置32作动后停止控制。亦即，若曲轴31无自发倒转，不论曲轴31的正转起点N1位于何处，需先驱动曲轴31正转至一适切角度范围Q内，再于反转起点N2再反转一特定角度范围P，即可触发单向式减压装置32进行减压，然后收到起动信号后，再于正转驱动起点N3，驱动启动兼发电装置23正转。如图11B所示，反转起点N2即落在适切角度范围Q内。

此外，本实施例的驱动控制装置21于停止控制后，可接续(D)判断是否收到一引擎起动信号，若是则执行步骤(E)，若不是则回到步骤(D)；(E)驱动曲轴31正转以促使引擎30起动；接续步骤(F)判断曲轴31的转速是否大于引擎30的起动门坎转速，若是则执行步骤(G)，若不是执行步骤(F1)；(F1)判断驱动是否超过一预定时间，若是则停止驱动，回到步骤(D)，若不是则回到步骤(E)；以及(G)停止驱动，启动兼发电装置23进入发电模式。

在本实施例中，特定角度范围P系指40～140度，以确保引擎30起动时可成功触发单向式减压装置32。另，适切角度范围Q系为600～680度，使引擎30的曲轴31尽量接近第一压缩上死点，以缩短引擎30起动时间。又，驱动曲轴31的预定时间系为4秒，判断曲轴31转速是否大于引擎30的起动门坎转速，若超过4秒尚未起动引擎30成功，则停止驱动，回到步骤(D)，若在4秒内大于引擎30的起动门坎转速，即起动引擎30成功，则执行步骤(G)停止驱动，启动兼发电装置23进入发电模式。

在第一实施例与第二实施例中，不论引擎停止运转控制方法或是引擎起动控制方法，其中引擎30的起动信号系指下述其一：引擎控制单元33传来的起动信号、启动按钮11被按压的信号及油门启动装置12被启动的信号。其中，油门启动装置12可为油门线设有一微动开关，当油门线被驱动时，会触动该微动开关，或是油门把手设有一感知器，可侦测油门把手是否被旋转，微动开关或油门把手感知器皆可作为油门启动装置12。

在第一实施例与第二实施例中，引擎控制单元33可以控制引擎使其具有怠速熄火功能。

此外，在第一实施例与第二实施例中，除了装设一单向式减压装置32之外，也可再装设一离心式减压装置，藉此，引擎30于起动过程中可在起动过程的第一个压缩行程，通过该单向式减压装置32泄漏大部分压缩压力，使引擎30于很小阻力下起动。其中，该单向式减压装置32需反转一特定角度范围P方能致动其减压功能，并在接续的一段正转行程后关闭其减压功能，在引擎转速尚未高于特定转速之前，其离心式减压装置会致动其减压功能。藉此，在单向式减压装置32关闭后之后续压缩行程泄漏部分压缩压力，以降低引擎30的阻抗，但仍可保持压缩压力在可以燃烧的条件，以便起动引擎30。

由上说明，第一实施例及第二实施例不论在具反转驱动的起动与引擎停止运转后的再起动，此二种不同的起动方法下，分别有对应的起动方式并配合单向式的减压装置32，确定启动兼发电装置23于驱动引擎30起动过程中，经历的第一次压缩行程处于减压状态，之后再接续作正转驱动使引擎30能顺利起动，使用上述两种控制手段可使引擎30可以在下达起动命令后最短的时间内起动成功。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种引擎停止运转控制方法，其使用于一机车上，该机车组设有一具有一曲轴与一单向式减压装置的引擎、一用以驱动该引擎正转或反转的启动兼发电装置、一用以侦测该曲轴的角度的角度感测装置及一用以控制该启动兼发电装置的驱动控制装置，其特征在于，该驱动控制装置具有一引擎停止运转控制方法，包括：

(A)侦测该引擎停止运转前的该曲轴的角度，判断是否有一自发倒转动作，若是则执行步骤(B)，若不是则执行步骤(C)；

(B)控制该自发倒转动作使该曲轴反转一特定角度范围，促使该单向式减压装置作动后停止控制；以及

(C)驱动该曲轴正转至一适切角度范围内，再驱动该曲轴反转一特定角度范围，促使该单向式减压装置作动后停止控制。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该驱动控制装置具有电源延迟断电功能，并于该驱动控制装置的电源关闭后，执行该引擎停止运转控制方法。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该引擎具有怠速熄火功能，并于该引擎停止运转时，执行该引擎停止运转控制方法。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该驱动控制装置于停止控制后还包括：(D)判断是否收到一引擎起动信号，若是则执行步骤(E)，若不是则回到步骤(D)；(E)驱动该曲轴正转以促使该引擎起动；步骤(F)判断该曲轴的转速是否大于该引擎的起动门坎转速，若是则执行步骤(G)，若不是则执行步骤(F1)；(F1)判断驱动是否超过一预定时间，若是则停止驱动，回到步骤(D)，若不是回到步骤(E)；以及(G)停止驱动，该启动兼发电装置进入发电模式。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该特定角度范围为40～140度。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该适切角度范围为600～680度。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该机车还组设有一离心式减压装置。

8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该机车还组设有一启动按钮、一油门启动装置及一引擎控制单元，该引擎起动信号系指下述其一：该引擎控制单元传来的起动信号、该启动按钮被按压的信号及该油门启动装置被启动的信号。

9.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，该预定时间系为4秒。

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