TW527467B - Power supply unit for internal combustion engine - Google Patents
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Description
527467 五、發明說明(1) 技術 言之本於内燃引擎所用之電源供應…更特別 元。、1係關於不具有電池之内燃引擎所用之電源供應單 相關 車盘ίΐΐ费:謂的無電池内燃引擎係指安裝在諸如摩托 強迫轉動ί:柄i的内燃引擎’其中使用反沖桿或起動索 的等驅動功率可於其後被用於驅動内燃引 之外使例用:Λ並/安裝電池的内燃機,除了發電侧的情況 (別r敕」動作產生的功率不足或主電源供應電路 2 : Γ 器)產生間歇性輸出-電源供應電壓也可能 = ’其係因ACG的輸出功率所產生的電源供 ί = ί 產生’其係由於電燈負載被接通以及諸 點火器的脈衝狀電流等各種負載所造成的大量 注射器或點火線圈驅動之時,則雷、、β瓜工$且在 特別劇烈的下降= ]電源供應電壓便將產生- μΪΪ情況ΐ電源供應電壓下降至引擎控制單元的最小 作業電壓以下時最為嚴重並將使弓丨擎停止。 即使引擎不至於停止,電源供應電壓的劇巧波動 害於喷射器放電的精確度並將使噴射電屢不足”。、
2194-4853-PF(N).ptd )27467 五、發明說明(2) 為了解決此種問題,已有建 其於發電機與控制單元之間 路 ($考,例如,已審查新型申 議可提供一穩定功率電 包括一個二極體與一個電 請公報第Hei· 8 -93 93號 然而,其 的相關方法中 亦即,在 到穩定的方法 的輪出,透過 位置提供一電 靠度的劣化現 以往曾考 幸地,這將產 源供應電壓上 統在反沖啟動 特別是, 約〇 · 2到0 · 4秒 故,啟動喷射 差的情況下, 壓之前便已停 為了解決 引擎提供一得 單元並提供一 為了達成 所欲改善的下列問題仍存在於處理這些問題 冲目關方法中 係藉由將噴 一個二極體 谷。然而如 象,因為噴 慮加大電容 生另一種問 升時將花費 之後必須對 由於反沖啟 的時間。在 系統所須花 電源的供應 止。 相關技術的 以將驅動功 可快速啟動 前述目的, ,使控 射器負 連接控 此作法 射器電 器的電 題,因 許多時 電容器 動所產 此時間 費的時 在喷射 問題, 率穩定 控制電 在申請 制電路 載連接 制電路 卻無法 源供應 容值以 其在使 間,此 充電所 生的引 内,由 間便將 系統到 的電源供 到主電源 電源供應 避免喷射 電壓並不 避免前述 電源供應 係因此種 致。 擎轉動必 於電容器 實質減短 達起始電 應電壓達 供應電路 ,並在此 器放電可 穩定。 問題。不 電路的電 無電池系 須花費大 充電之 ,而在最 源供應電 本發明的目的便在為内 地提供至内燃引擎的控 路的電源供應單元。工 專利範圍第1項所述的j
2194-4853-PF(N).ptd 527467 五、發明說明(3) 燃引擎之電源供應單 單元,用於將驅動功 及各種負載,包括: 源供應電路,連接至 器’連接至主要電源 路所供應的電氣功率 供應電路所輸出的電 率’其電氣功率係由 及各種負載但卻不供 所輸出的電壓大於等 要電源供應電路供應 主要電源供應電路的 的電壓值之時將累積 以及各種負載的放電 如本發明之申請 中’申請專利範圍第 於電容器以及主要電 由主要電源供應電路 電壓之時將切換元件 知L路。 對於申請專利範 源供應單元而言,申 係由一微電腦所控制 在申請專利範圍 元中提供一内燃引擎所用之電源供應 率供應給控制内燃引擎的控制電路以 一發電機,用於產生電源;一主要電 發電機,用於調節驅動功率;一電容 供應電路,用於儲存主要電源供應電 •,一電流控制電路’用於在主要電源 壓小於第一設定電壓之時供應電氣功 主要電源供應電路供應至控制電路以 應至電容器’並在主要電源供應電路 於第一設定電壓之時將電氣功率由主 至電容器;以及一放電電路,用於在 輸出電壓降至一小於等於電容器電壓 在電谷器的電氣功率供應至控制電路 電路。 專利範圍第2項所述的電源供應單元 1項所揭示者尚包括一短路電路,其 源供應電路兩側提供一切換元件,在 所輸出之電壓變為大於等於第二設定 開啟而使電容器與主要電·源供應電路 f f3項所揭示之内燃引擎所用之電 n和範圍第2項所揭示之短路路徑
〇 V 第4項所述之内燃引擎的電源供應單
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五、發明說明(4) 元中’申晴專利範圍第2項所述之切換元件係一繼電器。 在申請專利範圍第5項所述之内燃引擎的電源供應單 元中,申請專利範圍第2項所述之切換元件係一 FET。。 在申請專利範圍第6項所述之内燃引擎的電源供應單 元中,申請專利範圍第2項炱第5項任一項所述之切換〜元 可使用一自緊功能使之保持在ON-狀態。 在申請專利範圍第7項所述之内燃引擎的電源供應單 元中,申請專利範圍第6項所述之切換元件可因轉動二主
開關而釋放其自緊功能,主開關係用於開啟與停止内燃引 擎。 …、W 在申請專利範圍第8項所述之内燃引擎的電源供應單 元中,一個二極體被提供在申請專利範圍第丨項至第7項任 一項所揭示之主要電源供應電路與電壓偵測電路之間以 各種負載之各個負載的電燈負載被連接。 實施例 下文係參考附圖而對本發明之實施例所作的說明。 圖1中以數字1表示内燃引擎之範例結構。 —此内燃引擎1包括一汽缸塊3,並有一自由滑動式活塞 2固定在其上,汽缸頭4形成一固定於汽缸塊3之上半部土 燃燒至,進氣閥5與排氣閥6可滑動式地與汽缸頭4相接、 合’而進氣管7與排氣管8則與汽缸頭4相接合。 一用於注入燃料的喷射器9也被提供在進氣管7上。麸 後,一用於調節進氣量的節流閥丨〇則被提供在喷射器的2
527467 、發明說明(5) :ί氣;二f。然後,-用於淨化吸入空氣 J二乳清淨态1 1接合在進氣管7的古 上流側。 退孔目丨的末端,並位於進氣管7的 再者,數字1 2係用於偵測曲柄座 度的曲柄角感測器。 ^之旋轉位置與旋轉速 氣量^ί:1!14透過錯管13而接合在進氣管7上,而進 、則稭由债測進軋管7之内的進氣壓力而量出。 能力=:ΐ示一ECU,其係作為控制内燃引擎1的驅動 電泝供:簞-批座之後’驅動功率則由與本實施例相關的 電源2應单疋供應至控制單元15 (稍後將加以說明)。 離你一 Ϊ2所示,本實施例所用之電源供應單元的基本組 電氣功率的發電機21、一連接至發電機η的主 :電::應電路22 ’其係由下列單元所構成:一調節引動 庫雷節驅動功率;—電容器23 ’連接至主要電源供 :電=22,用於儲存主要電源供應電路22所供應的電器功 流控制電路26,用於在主要電源供應電路22所輸 於第一$定電M (V1 ) <時將主要電源供應電 斤供應的電氣功率供應至控制電路丨5 (除了電容器23 及各種負載24 ’並在主要電源供應電路Μ所輸出 等於第一設定電壓(V1) *時將主要電源供應 电路以的電氣功率供應至電容器23 ;以及一放電電路2 8, 用於在主要電源供應電路22的輸出電壓降至一小於等於電 ΪΓ雷=壓之時將電容器23上所累積的電氣功率供應至 徑制電路15以及各種負載上。
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一具有切換元件的短路雷?女Q ry # 日上& 岭尾路2?被提供在電容器23以及 要電源供應電路22上,在由主要電源供應電路 輸出 1電壓變=於等於第二設定電Μ (V2)時將切換元件開 而使電谷器23與主要電源供應電路22相短路。 圖2中的數字29表示一主要開關,用於產生或打斷主 要電源供應電路22與控制電路丨5以及各種負載24之 氣連接。 在此,各種負載24代表諸如燃料泵、喷射器,以及頭 燈專等的電氣負載。
使用圖3加以詳細說明,則主要電源供應電路2 2,控 制電路15以及各種負載係由主要電源線3〇使之產生電氣連 接,而主要開關2 9則位於主要電源3 〇的中間處。 齊納二極體31被連接至主要電源線3〇,且該齊納二極 體31透過電阻器32與33而連接至npn電晶體34的基極。 pnp電晶體36的基極透過電阻器35而連接到電晶體34 的集極。之後,電晶體3 6的射極則透過電晶體3 7而連接至 主要電源線3 0以及基極側。 之後’電容器23則透過二極體38而被連接至電晶體36 的集極。
在此實施例中,齊納二極體3丨的崩潰電壓被設定為工〇 伏特且為前文所稱之第一設定電壓。 電晶體3 4與36變為ON,當主要電源供應電路所輸出 的電壓超過1 0伏特且電容器23被電氣連接至主要電源線3〇 之時。
527467 五、發明說明(7) '----^ 在此實施例中,齊納二極體3丨包括一電壓偵測電 用於决疋電谷器23充電的起始與停止,且電流控制 由電晶體34與36以及二極體38所組成。 係 另一方面’ 一崩潰電壓被設定為12V的齊納二極體 連接在主要電源線30的主要開關29與控制電路丨5之間, 中的崩潰電壓為第二設定電壓乂2。 其 npn電晶體4〇的基極透過一電阻器41而連接至齊納一 極體39,電阻器4〇在主要電源供應電路22的輸出電壓一 第二設定電壓V2之時為ON。 過 構成一切換元件的繼電器42的線圈被連接到電晶體^ 的集極,而電晶體4〇的集極則透過此線圈而電氣連至 要電源線30。 ^ 繼電器42由電晶體4〇所驅動並電氣連接與不連接至主 要電源線3 0以及電容器2 3。 因此,電容器23便因繼電器42切換為ON而被電氣連接 (短路)至主要電源線30,主要電源供應電路22所輸出的 電壓係一將電晶體4〇打開的電壓,亦即,超過第二設定電 壓V2的電壓。齊納二極體39、電晶體4〇以及繼電器a構成 了本實施例的短路電路2 7。 pnp電晶體43與齊納二極體39相並聯。電晶體43的基 極透過電阻器44以及二極體45而連接到電晶體4〇的集極並 透過電阻器46而連接至射極。 ' 由於電晶體40成為ON而使電晶體43在其基極‘處產生一 電壓,而使電晶體43成為ON。因此,主要電源線3〇以及電
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晶體4〇的基f相連接以使齊納二極體被旁路。 旦電:曰:體4〇成為0N,則電晶體4〇將保持為此種⑽狀 悲,且繼電裔42也將維持為〇N以使短路電路27具有自緊功 月匕 另一万面’二極體4 7與繼電器4 2相並聯,並位於主要 電源線3 0以及電容器2 3 $ pg,& f g a $ α^ 0之間而電軋功率則由電容器2 3被 供應至主要電源線3〇。 若以此種方式形成電路,則主要開關在〇FF之後再次 成為ON的狀態時,儲存在電容器23的功率則被供應至控制 電路15,即使繼電器42為OFF時亦然。 二極體47因此便可實現本實施例中放電電路28的功 其次將說明以此方式所構成的本實施例的電源供應單 元2 0 〇 首先,當主要開關2 9被關閉且發電機2 1被強迫轉動之 時’則發電機2 1所產生的功率便由主要電源供應電路2 2所 調節’並供應至控制電路15以及各種負載24。 主要電源供應電路2 2所輸出的電壓逐漸上升但電晶體 3 4卻維持為〇 F F的狀態直到第一設定電壓為止,其中第一 δ又疋電壓構成齊納一極體31的崩潰電壓,而齊納二極體3 1 則構成電壓偵測電路,而電容器2 3則因而與主要電源線維 持為分離的狀態。 以此方式,由主要電源供應電路22所輸出的功率透過 主要開關2 9而被完全供應至控制電路丨5以及各種負載2 4,
2194-4853-PF(N).ptd 第13頁 527467 五、發明說明(9) 不而儲存在電容器23中,而主要電源供應電路22所輸出的 電壓便^因而快速上升至第一設定電歷(1〇v),如圖4之曲 線X所示。 —、控制電路15以及各種負載可因將第一設定電壓^丨設 定為使控制電路1 5以及各種負載之運作所需的電壓而可快 速運作,而由於内燃引擎可受到快速而可靠的控制因此便 可控=内燃引擎使之得以快速啟動。 當主要電源供應單元22所輸出的電壓到達第一設定電 壓VI之時’一電壓通過齊納二極體31而施加在電晶體34的 基體上γ電晶體34與連接到電晶體34的電晶體36成為⑽, 而電容器2 3則電氣連接到主要電源供應器3 〇。 此時’電谷器23的充電方式如圖4的γ曲線所示。 亦即,電容器23的充電係在保證有足夠驅動控制電路 15所需的功率之後若有多餘功率之後才開始。 例如,當主要電源供應電路22所輸出的電壓由於 負載消耗功率而降至第一設定電壓V1以下時_如圖4的 3所示-則供應至電晶體34之基極的電壓便不再出現,:: 晶體34與36便都進人_狀態。此可確保在電容器 電 ^為停止之後使控制電路15以及各種負載仍:充 運作所需的電壓。 t丹-人 因此便必須優先維持提供給控制電路15以及各種 驅動功# ’且内燃機1的啟動作業也因而得以可靠地 之後,内燃機1便啟動且電容器23開始充電,以便當
2194-4853-PF(N).ptd 527467 五、發明說明(10) 電容器2 3充電到第一設定電壓V丨(i 〇 v )時,由主要電源 供應電路22之輸出供應到控制電路15以及各種負載24的驅 動電壓便如圖4的曲線5 —般地逐漸增加、通過第二設定電 壓、並穩定在14V (構成由主要電源供應電路22所輸出的 控制電壓)附近。 當驅動電壓達到第二設定電壓¥2 (丨2V )時,齊納二 極體39便成為ON,電晶體變為⑽,且繼電器42也因而變為 ON。 < 電谷器23因此而被電氣連接至主要電源線。 在此同時,控制繼電器42之運作的電晶體4〇也因電晶 體43為ON而維持為ON的狀態。 當各種負載24在内燃引擎1啟動且電容器23完成充電 而開始運作之時,由主要電源供應電路22所輸出的驅動電 壓便降到這些負載所消耗的功率的範圍。然而,如上所 述,由於電容器2 3被連接到主要電源線3 〇而使當驅動電壓 降低之時’功率便由電容器23供應以補足驅動電壓所降低 的部份。 電容器2 3因此便用作為使供應至控制電路丨5以及各種 負載24的驅動電壓達到穩定的穩定電源。 另一方面,例如,在主要開關2 9被切斷且内燃引擎1 停止之後’主要開關2 9被接通以使内燃引擎1重新啟動。 在此狀態下’發電機2 1並未在運作,因此齊納二極體 39便為OFF狀態,且繼電器42也因此保持為〇FF。、 無論如何’電容器23透過構成放電電路μ的二極體47
2194-4853-PF(N).ptd 第15頁 527467 發明說明(π) 而連接到主要電源線3 〇。當内燃引擎i在次開始運作之 時儲存在電谷器2 3的功率便迅速地被供應至控制電路 §内燃引擎1重新啟動之時,驅動功率便因而被供應 到控制電路,無須等待發電機2丨的啟動,並可確保内燃引 擎1可平順地啟動。 當各種負載24作業在内燃機1重新啟動之時,由電容 器23所供應的功率係由各種負載24所消耗,且假設供應至 控制電路1 5的電壓係一小於這些運作所需的電壓值,亦 即,小於第一設定電壓VI。 為了避免此種不便,當各種負載24作用在重新啟動且 由電容器23所輸出的電壓小於第一設定電壓V1之時,則供 應至各種負載24的功率便被停止,且功率便被優先供應至 控制單元1 5。 此可確定内燃引擎1可以一種可靠的方式重新啟動。 上述實施例係用作為範例之用,而根據設計要求可 數種變化。 例如,如圖5所示,FET 48可作為切換元件之用以取 代繼電器42。 使用FET 48可因此而將驅動切換元件所須的功率保持 在小功率。 放電電路28也可由下列方式構成··在使用FET 48之時 使二極體49與FET 48相並聯。 ^ 一具有内建二極體的FET也可用於取代二極體49。
2194-4853-PF(N).ptd 第16頁 527467 五、發明說明(12) 2低電容器中的電流量也可是重要的以便將控制電 保持圍:及點火線圈中電源供應電屢的變動量儘量 例如,在如圖6所示的另一項實施例中,在主 ,應電路22以及t虔们則電路之㈤可提供二極體5〇,電以借 各個各種負載24的電燈負載25被連接在二 電源供應電路22之間。 位骽bli以及主要 來如況^’由主要電源供應電路22所輸出的電壓波 所示’且放電電路28的放電波形係如圖7 並可及電:=量降低, 為穩定。 贺射器以及點火線圈的功率更 用一微電腦而使短路電路27開路或短路。 電路本身可被簡化。 f見此種控制而得以最佳化且 、另一方面,上述實施例說明一範例,豆中主要n 90 被提供在控制電路1 5的於/ 八 肩關2 9 # PI 的輸入側,但也可如圖8所示般將主 雷ί在主要電源供應電路22的輸出側。 3路以及控制電路15被合併至_且 連接至ECU,而上述實施例便因而需要兩Ϊ 電源線以便連接ECU以及主要開關29。無論如何條 2U::i:減少電源線的需求:在主要電源供應電路 的輸出側提供主要開關29,將主要開關29安排在連接; 2194-4853-PF(N).ptd 第17頁 527467 五、發明說明(13) 要電源供應電路2 2以及其他電路的電源線中間。 根據以上所述的本發明的内燃引擎之電源供應單元, 内燃引擎之控制電路的驅動功率供應量可被穩定,控制電 路可快速啟動,且内燃引擎因此得以用一種快速穩定的方 式啟動。
2194-4853-PF(N).ptd 第18頁 5^467 圖式簡單說明 . 圖1係側視圖,用於概略說明内燃引擎之一範例結 構。 圖2係用於說明本發明之第一實施例的系統組態。 圖3係電路圖,表示本發明之第一實施例的電路圖。 圖4係用於說明本發明之第一實施例的電壓波形圖。 圖5係表示本發明另一項實施例之電路圖。 圖6係表示本發明另一項實施例之系統組態圖。 圖7係表示本發明之實施例的電壓波形圖。 圖8係表示本發明另一項實施例之電路圖。 符號說明 1〜 内燃引擎; 2〜 /滑動式活塞; 3〜 汽缸塊; 4〜燃燒室; 5〜 進氣閥; 6〜 /排氣閥; 7〜 進氣管; 8 - /排氣管; 9〜 噴射器; 10 〜節流閥; 11 〜空氣清淨器; 12 〜曲柄角感測器; 13 〜錯管; 14 〜壓力感測器; 15 〜控制單元; 21 〜發電機; 22 〜主要電源供應電路; 23 〜電容器; 24 〜各種負載; 26 〜電流控制電路; 2 7 〜短路電路; 28 〜放電電路; 29 〜主要開關; 30 〜主要電源線; 31 〜齊納二極體;
2194-4853-PF(N).ptd 第19頁 527467 圖式簡單說明 32 〜電阻器; 33 〜電阻器; 34 〜η ρ η電晶體; 35 〜電阻器; 36 〜ρ η ρ電晶體, 37 〜電晶體; 38 〜二極體; 39 〜齊納二極體; 40 〜η ρ η電晶體, 41 〜電阻器; 42 〜繼電器; 43 〜ρηρ電晶體; 44 〜電阻器; 45 〜二極體; 46 〜電阻器; 47 〜二極體; 48 〜FET ; 49 〜二極體; 50 〜二極體。
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Claims (1)
- 527467 六'申請專利範圍 1 · 一種電源供應單元,用 率供應到至少一控制内燃引:於内燃引擎’用於將驅動功 载,包括·· …、擎之控制電路並供應至各種負 一發電機,產生電氣功率· 功率7主要電源供應電路,連接至發電機,用於調節驅動 一電容器,連接至主 電源,應電路所供應之電供應電路’用於儲存主要 功率庳:於由主要電源供應電路供應電氣 壓之時將電氣功率到::輸出之電壓小於第-設定電 卻不供應到電容器,並該各種負載但 於第-設定電壓之時將電氣、功; 路供應至電容器;以及 干田王要電源供應電 至-2!::電=主=供應電路的輸出電壓降 氣功率供應至該至少一二將累積在電容器中之電 9 , ^ _ 控制電路與/或各種負載。 •如申绚專利範圍螫夕 單元,尚包括一柄敗命&唄吓I〈鬥燃引擎之電源供應 器以及主要電源供應雷,具有7切換元件,提供在電容 要電源供應電路^ ^佶兩側^方式係使電容器以及主 時。斤輸出之電壓變為大於或等於第二設定電壓之原 如申請專利範圍第2項所述之内燃弓^擎之電源供應 ism 2194-4853-PF(N).ptd 第21頁 5274674 之短路路徑係由一微電腦所控制。 押一,· °申請專利範圍第2項所述之内燃引擎之電源供應 早兀5其中之切換元件係一繼電器。 0 — ·如申請專利範圍第2項所述之内辦引擎之電源供應 早兀,其中之切換元件係一 FET。内燃」 電源6供^ :請專利範圍第2、3、4或5項所述之内燃引擎之 ^二二Γ單元,其中之切換元件可使用自緊功能而保持在 單元,·如申請專利範圍第6項所述之内燃引擎之電源供應 =2 :其中之切換元件可因切斷一主要開關而釋放其自緊 月b主要開關用於啟動或停止内燃引擎。 單元l ^申請專利範圍第1項所述之内燃引擎之電源供應 ^中一二極體被供應在主要電源供應電路與電壓偵 * 以便每個各種負載中的一或多個負載被連接 一 17 -與主要電源供應電路以及活塞2之間。 一 9·如申請專利範圍第丨項所述之電源供應單元,尚包 ’ 或連接在該主要電源供應電路的輸出側。 一勺=· 一電源穩定單元,用於内燃引擎,該電源穩定單 一主要電源供電路,連接到發電機,用於調節驅動功 一電容器,連接到主要電源供應電路,用於儲 電源供應電路所供應之電氣功率;527467龟流控制電路 功率’在主要電源供應;:以電源供應電路供應電氣 壓之時將電氣功率供庫到今—斤:f之電麼小於第-設定電 載,但卻不供應到電容了固控制電路與/或該各種負 之…於等於第一設定電壓時將主要電源出 應之電氣功率供應至電容器;以及 /…、Μ〜斤供 出電壓降 中之電氣 用於產生 放電電路,用於在主要電源供應電路的輪 至一小於等於電容電壓之電壓時將累積在電容器 功率供應至該至少一控制電路與/或各種負載,° 其中該主要電源供應電路被連接至發電機, 電氣功率。2194-4853-PF(N).ptd
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