TW201339413A - 降低引擎啟動扭力的控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種降低引擎啟動扭力的控制方法，首先接收一熄火信號並檢測引擎轉速與曲軸角度，再判斷引擎轉速是否低於一轉速門檻，若是，將進一步判斷曲軸角度是否等於一角度門檻值，若是，控制一整合式啟動發電機執行反轉模式，以對引擎施以一阻力，直到引擎轉速低於或等於一臨界值，以令引擎停止；如此一來，引擎將停止在非壓縮行程，當引擎再發動時，可降低發動引擎所需要的扭力。

Description

降低引擎啟動扭力的控制方法

本發明是關於一種引擎的控制方法，特別是指降低引擎啟動扭力的控制方法。

請參考圖9所示，係一已知四行程引擎50的示意圖，該引擎50包含有一汽缸51、一進氣閥52、一排氣閥53、一活塞54、一點火器55、一連桿56與一曲軸57。

該汽缸51包含有一進氣管511、一排氣管512與一腔室513，該腔室513係連通該進氣管511與該排氣管512，該進氣管511內設有一歧管壓力感知器，用以感測進氣管511的氣壓。

該進氣閥52與排氣閥53分別設於該汽缸51的進氣管511與排氣管512末端，該進氣閥52與排氣閥53的一端分別具有一塞部520、530，進氣閥52的另端連接一凸輪軸，該排氣閥53的另端連接另一凸輪軸，當該兩凸輪軸轉動時，可分別帶動進氣閥52與排氣閥53，以封閉或打開該進氣管511與排氣管512。

該活塞54容置於該汽缸51的腔室513內。

該點火器55設置於該汽缸51中。

該連桿56的一端樞接於該活塞54的底部，另端則樞接在該曲軸57上偏離軸心570的位置，由於該連桿56係樞接在偏離曲軸57的軸心570位置，故當曲軸57轉動時，曲軸57透過連桿56帶動活塞54在腔室513內往返移動。該曲軸57的端部連結一啟動馬達，當引擎50發動時，該啟動馬達負責帶動曲軸57旋轉。

該曲軸57的端部外側設有一曲軸位置感知器，一般為霍爾元件，當曲軸57轉動時，該曲軸位置感知器可對應產生方波信號。車輛的電子控制單元(ECU)係電連接該曲軸位置感知器與該歧管壓力感知器，該電子控制單元可根據方波信號計算出引擎轉速(rpm)與曲軸角度，並接收該歧管壓力感知器所產生的壓力值。

請參考圖10所示，四行程引擎係執行四個行程而完成一個引擎循環，分別為一進氣行程、一壓縮行程、一動力行程與一排氣行程，其中曲軸57每旋轉360度代表已執行兩個行程，故曲軸57需旋轉720度才可完成四行程，一般係根據活塞54的位置定義曲軸角度，舉例而言，活塞54可達腔室513的最內端位置即是對應曲軸角度為0度與360度，活塞54可達腔室513的最外端位置對應於曲軸角度為180度與540度。

請參考圖11所示，以下分別說明該四個行程。

1.進氣行程：曲軸57旋轉而帶動活塞54從腔室513的最內端往外移動，同時該排氣閥53封閉排氣管512，且該進氣閥52打開該進氣管511，當該活塞54往外移動時，腔室513內的壓力降低，可令燃料氣體通過進氣管511而被吸入腔室513中，假設活塞54在進氣行程中的位置變化可依序對應到的曲軸角度為0~180度。

2.壓縮行程：曲軸57旋轉而帶動該活塞54往腔室513內移動，同時該排氣閥53與進氣閥52分別封閉排氣管512與進氣管511，因進氣管511內的空氣無法通往腔室513，導致進氣管511內的空氣壓提高，故歧管壓力感知器感測到的壓力值將提高，其中活塞54在壓縮行程中的位置變化可依序對應到的曲軸角度為180~360度；隨著活塞54越往內移動，因燃料氣體沒有空間可被排出，故燃料氣體的壓力將會增加。

3.動力行程：該點火器55點燃被壓縮的燃料氣體，使燃料氣體發生爆炸，爆炸後的壓力將把活塞54往外推送，由此作為行駛車輛的動力來源，活塞54在動力行程中的位置變化可依序對應到的曲軸角度為360~540度。

4.排氣行程：曲軸57旋轉而帶動該活塞54往腔室513內移動，同時該排氣閥53打開排氣管512，且該進氣閥52封閉該進氣管511，當該活塞54往內移動時，可將爆炸後產生的廢氣通過排氣管512排出腔室513，其中活塞54在排氣行程中的位置變化可依序對應到的曲軸角度為540~720度(即回歸至0度)，進而完成一個四行程的引擎循環。

電子控制單元可依據歧管壓力感知器的壓力值判斷引擎50正在執行的行程，舉例而言，如圖11所示，電子控制單元可比較曲軸57分別在180度與540度時的壓力值，若判斷出曲軸57在180度時的壓力小於其在540度時的壓力，代表曲軸57在180度時剛執行完進氣行程，而接下來的180~360度將執行壓縮行程，360~540度則對應動力行程，540~720度對應排氣行程，從而定義出四個行程分別對應的曲軸角度。

當車輛熄火後，該點火器55停止作動，且該進氣管511不再引進燃料氣體，曲軸57僅藉由慣性力運轉，此時若引擎50進入壓縮行程，該腔室513內係形成一密閉空間，腔室513內的氣體壓力將對推進中的活塞54造成阻力，曲軸57無法有足夠的動力可帶動活塞54再往腔室513內推進；因此車輛熄火之後，引擎50通常會停止在壓縮行程的狀態。

當車輛再被發動時，引擎50為了要完成壓縮行程，啟動馬達必須要提供更大的作用力才可克服腔室513中的氣體阻力，以推動靜止中的活塞54壓縮腔室513內的氣體，直到完成壓縮行程。對於啟動馬達而言，每次在車輛發動時都要負荷大電流與大扭力，才可提供足夠的作用力去克服氣體壓力，長久下來，馬達的性能將受到影響。

為了避免引擎熄火後停止在壓縮行程，目前已有相關改善技術，例如Takeshi Yanagisawa等人在2010年發表的惰速熄火系統，其作法是當引擎熄火後並完全停止時，控制一馬達帶動該引擎往前一次行程轉動，直到引擎停止在非壓縮行程；然而，該方法仍是待引擎完全停止才又控制馬達帶動曲軸旋轉，該馬達必須能夠負荷大電流，執行該方法所需的成本較高。

此外，另種方法係在曲軸外側設置電磁鐵，若引擎的轉速降至一門檻值時，將啟動該電磁鐵對曲軸產生吸力，以使曲軸停止在非壓縮行程，然而，當啟動電磁鐵時，電磁鐵會吸附金屬粉末而污染引擎，導致引擎損壞。

鑒於已知引擎熄火後停止在壓縮行程，導致啟動馬達為了要發動引擎，而必需負荷大電流與大扭力，因此本發明的主要目的在於提供一種降低引擎啟動扭力的控制方法，當引擎透過該方法熄火後，可避免停止在壓縮行程。

為達前揭目的，本發明所採用的技術手段是令該降低引擎啟動扭力的控制方法包含有以下步驟：接收到一熄火信號，並檢測引擎轉速與曲軸角度；判斷引擎轉速是否低於一轉速門檻值；若判斷出引擎轉速低於該轉速門檻值，則判斷曲軸角度是否等於一角度門檻值；若判斷出曲軸角度等於該角度門檻值，控制一整合式啟動發電機執行反轉模式，以對引擎施以一阻力，該阻力係為相對於引擎曲軸旋轉方向的反向作用力，同時判斷引擎轉速是否低於或等於一臨界值；及若判斷出引擎轉速低於或等於該臨界值，控制該整合式啟動發電機停止作動。

綜上所述，該轉速門檻值與角度門檻值係經過數次量測與統計而制定，意即，當引擎轉速低於該轉速門檻值，同時曲軸角度等於該角度門檻值，才控制該整合式啟動發電機對引擎產生阻力，當引擎受阻力而完全停止後，停止整合式啟動發電機作動，此時引擎係不會處於壓縮行程，而是處於進氣行程、點火行程與排氣行程中的任一行程。

當啟動馬達要發動引擎時，由於引擎係處於進氣行程、點火行程與排氣行程中的任一行程，引擎的腔室並未形成密閉空間，故啟動馬達不必克服如先前技術所述的壓縮氣體壓力；藉此，該啟動馬達所需負荷的電流與扭力得以減輕，進而維持啟動馬達的性能。

請參考圖1所示，執行本發明方法的裝置包含有一歧管壓力感知器11、一曲軸位置感知器12與一控制器13。請參考圖2所示的引擎20示意圖，該歧管壓力感知器11設於進氣管211中以感測進氣管211內的氣體壓力，該曲軸位置感知器12設於曲軸27端部外側，以根據曲軸27的旋轉狀態而產生方波信號。該控制器13電連接該歧管壓力感知器11與曲軸位置感知器12，以分別接收壓力值與方波信號，其中引擎20的構造及判斷曲軸27角度的方式為已知技術，在此不再贅述。

請參考圖3所示，該引擎20的曲軸27端部可連結一整合式啟動發電機14，該整合式啟動發電機14電連接一電瓶15，在引擎20被發動的期間，該整合式啟動發電機14係作為一馬達，馬達自該電瓶15接收工作電源，當馬達運轉時，可帶動曲軸27旋轉，以驅動活塞24在腔室213內往返移動，進而發動引擎20；當引擎20被發動後，整合式啟動發電機14係作為一發電機，發電機可被運轉中的曲軸27驅動而發電，整合式啟動發電機14產生的電能可儲存在該電瓶15中。請參考圖4所示，該曲軸27的另一端部可進一步連接一啟動馬達16，在引擎20被發動的期間，該整合式啟動發電機14與啟動馬達16可同時驅動該曲軸27旋轉。

該控制器13設有一轉速門檻值與一角度門檻值，其中該轉速門檻值與角度門檻值係根據數次實驗與統計結果而制定。舉例而言，假設控制器13中可定義0~180度對應到進氣行程、180~360度對應到壓縮行程、360~540度對應到動力行程，以及排氣行程對應到540~0度；此時若轉速門檻值為800rpm，則較佳的角度門檻值可設在540度至660度之間的任一角度，又經實驗顯示，角度門檻值介於570~600度可達最佳功效。

請參考圖5所示的流程示意圖，該控制器13係執行以下步驟以達到降低引擎啟動扭力的功效。

當車輛熄火後，該控制器13係自車輛的電門接收一熄火信號(101)，並檢測引擎轉速與曲軸角度。再者，車輛的引擎管理系統(ECU)係令進氣管22停止引進燃料氣體，且該點火器55停止作動，因此即使在進氣行程，該引擎20的腔室213中未引進燃料氣體，點火器55亦不能作動點火，故引擎20無法再產生動力，藉此減少引擎20的慣性輸出。

該控制器13接收到熄火信號之後，係判斷當下的引擎轉速是否低於該轉速門檻值(102)。若否，該控制器13將判斷後續的引擎轉速是否低於該轉速門檻值，直到判斷出引擎轉速低於該轉速門檻值；若是，該控制器13將執行下一步驟。

該控制器13判斷當下的曲軸角度是否等於該角度門檻值(103)。若否，該控制器13將判斷後續的曲軸角度是否等於該角度門檻值，直到判斷出曲軸角度等於該角度門檻值；若是，該控制器13將執行下一步驟。

該控制器13控制該整合式啟動發電機14執行一反轉模式(104)，此時整合式啟動發電機14作為一馬達，整合式啟動發電機14接收電瓶15的電源，該反轉模式係指該整合式啟動發電機14對引擎20施以阻力，所述阻力即相對於曲軸27旋轉方向的反向作用力，藉此減緩曲軸27轉動。

於該整合式啟動發電機14執行反轉模式的同時，該控制器13判斷當下的引擎轉速是否低於或等於一臨界值(105)，其中該臨界值可為0(rpm)；若否，該控制器13將持續判斷當下的引擎轉速是否低於或等於該臨界值，直到判斷出引擎轉速低於或等於該臨界值；若是，該控制器13執行下一步驟。

該控制器13將控制該整合式啟動發電機14停止作動，避免供予引擎20的反向作用力導致引擎20發生逆轉(106)。

當車輛熄火的時候，該控制器13判斷引擎轉速低於該轉速門檻值，且曲軸角度等於該角度門檻值，該控制器13即驅動該整合式啟動發電機14運轉，整合式啟動發電機14對旋轉中的曲軸27施以阻力以驅使引擎20停止運轉，避免引擎20停止後進入壓縮行程的狀態，而是處於進氣行程、點火行程與排氣行程中的任一行程。

綜上所述，請參考圖6所示，「‧」表示傳統之引擎20熄火停止後的狀態，引擎20有高達85%的機率停止在壓縮行程；反觀本案，「+」表示本發明控制方法所導致引擎20熄火停止的狀態，由圖中可見，引擎20皆未停止在壓縮行程，而是處於進氣行程、點火行程與排氣行程中的任一行程，因此，請參考圖7與圖8所示，相對於傳統的引擎(如細實線所標示)，當引擎20再次被發動時，本案(如粗實線所標示)啟動馬達所負荷的電流較低，且啟動引擎20運轉所需的扭力亦較低，藉此降低發動引擎20所需的耗能，並能維持啟動馬達的性能。

11．．．歧管壓力感知器

12．．．曲軸位置感知器

13．．．控制器

14．．．整合式啟動發電機

15．．．電瓶

16．．．啟動馬達

20．．．引擎

21．．．汽缸

211．．．進氣管

212．．．排氣管

213．．．腔室

22．．．進氣閥

220．．．塞部

23．．．排氣閥

230．．．塞部

24．．．活塞

25．．．點火器

26．．．連桿

27．．．曲軸

270．．．軸心

50．．．引擎

51．．．汽缸

511．．．進氣管

512．．．排氣管

513．．．腔室

52．．．進氣閥

520．．．塞部

53．．．排氣閥

530．．．塞部

54．．．活塞

55．．．點火器

56．．．連桿

57．．．曲軸

570．．．軸心

圖1：本發明控制電路方塊示意圖。

圖2：引擎的局部剖視示意圖。

圖3：曲軸與整合式啟動發電機的連結示意圖。

圖4：曲軸、整合式啟動發電機與啟動馬達的連結示意圖。

圖5：本發明的流程示意圖。

圖6：本發明與傳統之曲軸停止角度統計圖。

圖7：本發明與傳統之啟動電流比較圖。

圖8：本發明與傳統之啟動扭力比較圖。

圖9：引擎的局部剖視示意圖。

圖10：引擎執行四行程的順序示意圖。

圖11：進氣管壓力-曲軸角度波形圖。

Claims (7)

1. 一種降低引擎啟動扭力的控制方法，其步驟包含：接收到一熄火信號，並檢測引擎轉速與曲軸角度；判斷引擎轉速是否低於一轉速門檻值；若判斷出引擎轉速低於該轉速門檻值，則判斷曲軸角度是否等於一角度門檻值；若判斷出曲軸角度等於該角度門檻值，控制一整合式啟動發電機執行反轉模式，以對引擎施以一阻力，該阻力係為相對於引擎曲軸旋轉方向的反向作用力，同時判斷引擎轉速是否低於或等於一臨界值；及若判斷出引擎轉速低於或等於該臨界值，控制該整合式啟動發電機停止作動。
2. 如請求項1所述降低引擎啟動扭力的控制方法，其中若曲軸角度為0~180度對應到引擎的進氣行程、180~360度對應到壓縮行程、360~540度對應到動力行程以及540~0度對應到排氣行程，則當轉速門檻值為800rpm，角度門檻值為介於540度至660度之間的任一角度。
3. 如請求項1所述降低引擎啟動扭力的控制方法，其中若曲軸角度為0~180度對應到引擎的進氣行程、180~360度對應到壓縮行程、360~540度對應到動力行程以及540~0度對應到排氣行程，則當轉速門檻值為800rpm，角度門檻值為介於570度至600度之間的任一角度。
4. 如請求項1至3中任一項所述降低引擎啟動扭力的控制方法，該臨界值為0(rpm)。
5. 如請求項4所述降低引擎啟動扭力的控制方法，若判斷出引擎轉速非低於該轉速門檻值，將判斷後續的引擎轉速是否低於該轉速門檻值，直到判斷出引擎轉速低於該轉速門檻值。
6. 如請求項4所述降低引擎啟動扭力的控制方法，若判斷出曲軸角度非等於該角度門檻值，將判斷後續的曲軸角度是否等於該角度門檻值，直到判斷出曲軸角度等於該角度門檻值。
7. 如請求項4所述降低引擎啟動扭力的控制方法，若判斷出引擎轉速非低於或等於該臨界值，將持續判斷當下的引擎轉速是否等於該臨界值，直到判斷出引擎轉速低於或等於該臨界值。