TWI613363B - 啓動兼發電裝置控制引擎起動之方法 - Google Patents

啓動兼發電裝置控制引擎起動之方法 Download PDF

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Abstract

本發明係有關於一種啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,包括有:(A)整車之電源存在,判斷引擎是否怠速熄火,若是則執行步驟(B1)之怠速熄火起動,若不是則執行步驟(B2)之鑰匙起動;(B1)及(B2)分別判斷是否有起動訊號,若是則分別執行步驟(C)及(D);(C)判斷曲軸是否有自然倒轉且超過一臨界倒轉角度,若是則執行步驟(E),若不是則執行步驟(D);(D)判斷曲軸是否停止於一起動角度區間內,若是則執行步驟(E),若不是或無起動角度區間資訊則執行步驟(F);(E)直接驅動馬達正轉至起動轉速,並執行步驟(G);(F)曲軸反轉一特定倒轉角度後再驅動馬達正轉至起動轉速,並執行步驟(G);(G)停止驅動,進入發電模式。

Description

啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法
本發明係關於一種啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,尤指一種適用於機車引擎之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法。
目前市場上有使用一體化之啟動兼發電裝置(Integrated Starter and Generator,以下簡稱ISG),用以增加機車之節能效果,其並具備有怠速熄火與再啟動之功能。一般機車在熄火時往往行程會停在壓縮上死點之前,此時ISG要正轉會需要較大的扭力方能克服引擎之壓縮壓力,使引擎起動。
習用啟動引擎之手法為在引擎起動前先將曲軸反轉至預定位置,然後再使之開始正轉帶動引擎時能夠有更大的慣量,進而克服壓縮上死點的扭力,帶動引擎至適當的點火轉速之後,ISG轉換為充電模式持續對整車供電,與對電池充電。
上述習知ISG架構的實現手法有個缺點,必須在每次啟動前先精確的使曲軸反轉至上一個壓縮點之前,在轉動後加上慣量,才能產生足夠克服壓縮點的扭力,其引擎從啟動至點火之時間耗時較長,並非十分理想,尚有改善的空間。
發明人緣因於此,本於積極發明之精神,亟思一種可以解決上述問題之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,幾經研究實驗終至完成本發明。
本發明之主要目的係在提供一種啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,藉由角度感測裝置與減壓裝置的相互配合,使得引擎不論在鑰匙起動及怠速熄火起動下皆能達到最佳化之起動流程,有效地降低起動所需扭矩,減少能量消耗;而且可使引擎在任何狀況下與任何起動的曲軸角度下皆可以使用較短的時間,使引擎快速起動,增加引擎起動的平順性。
為達成上述目的,本發明之啟動兼發電裝置係組設於具有一電池、一電子控制單元(ECU)、至少一減壓裝置及一引擎之一機車上,啟動兼發電裝置包括有一驅動控制器、一角度感測裝置及一與引擎之一曲軸連結之馬達,角度感測裝置包括有一馬達角度感知器及一曲軸角度感知 器;啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法包括有:
(A)整車之電源存在,判斷引擎是否怠速熄火,若是則執行步驟(B1)之怠速熄火起動,若不是則執行步驟(B2)之鑰匙起動。
(B1)判斷是否有起動訊號,若是則執行步驟(C);(B2)判斷是否有起動訊號,若是則執行步驟(D)。
(C)判斷曲軸是否有自然倒轉以開啟至少一減壓裝置且超過一臨界倒轉角度,若是則執行步驟(E),若不是則執行步驟(D)。
(D)判斷曲軸是否停止於一起動角度區間內,若是則執行步驟(E),若不是或無起動角度區間資訊則執行步驟(F)。
(E)直接驅動馬達正轉至起動轉速,並執行步驟(G)。
(F)曲軸反轉一特定倒轉角度後再驅動馬達正轉至起動轉速,並執行步驟(G)。
(G)停止驅動,進入發電模式。
上述步驟(B2)之後可更包括(B3)判斷曲軸之角度紀錄是否儲存至起動兼發電裝置之一記憶體中,若是則執行步驟(D),若不是則執行步驟(F)。藉此,上述曲軸角度可於鑰匙熄火前儲存至起動兼發電裝置之記憶體中,並可在下次鑰匙起動時提供步驟(D)判斷用。
上述機車可組設有一啟動按鈕及一油門啟動裝置,該引擎之起動訊號係指下述其一:該電子控制單元傳來之起動訊號、該啟動按鈕被按壓之訊號及該油門啟動裝置被啟動之訊號。其中,油門啟動裝置可為油門線設有一微動開關,當油門線被驅動時,會觸動該微動開關,或是油門把手設有一感知器,可偵測油門把手是否被旋轉,微動開關或油門把手感知器皆可作為油門啟動裝置。
上述至少一減壓裝置可指下述至少其一:單向式減壓裝置、及離心式減壓裝置,透過本裝置進行減壓,減少引擎曲軸阻力,提高曲軸回轉的順暢度,以利啟動作業。
上述角度感測裝置可裝設於一引擎箱體上,包括有馬達角度感知器及曲軸角度感知器,而該角度感測裝置可為單一構件。上述馬達角度感知器係指霍爾晶片感測器(Hall sensor),用以偵測啟動兼發電裝置之一轉子之相位變化,並切換為馬達或發電機模式;相對地,上述曲軸角度感知器可指一脈衝訊號感知元件及設置於轉子外表面之複數凸塊。
上述啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法中包括幾種起動減壓裝置之判斷機制,其中,本發明針對曲軸角度之判斷參數,設置有臨界倒轉角度、啟動角度區間及特定倒轉角度。上述臨界倒轉角度可為120度,作為怠 速熄火起動時是否成功觸發減壓裝置之門檻角度值;上述啟動角度區間可為0度至120度,此區間之曲軸角度位置可不經減壓而直接正轉起動引擎;上述特定倒轉角度可為90度,作為驅動啟動兼發電裝置反轉而觸發減壓裝置之門檻角度值。以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點,將在後續的說明與圖示加以闡述。
10‧‧‧電池
11‧‧‧啟動按鈕
12‧‧‧油門啟動裝置
20‧‧‧啟動兼發電裝置
21‧‧‧驅動控制器
22‧‧‧角度感測裝置
221‧‧‧馬達角度感知器
2211‧‧‧霍爾感知元件
222‧‧‧曲軸角度感知器
2221‧‧‧脈衝訊號感知元件
2222‧‧‧凸塊
23‧‧‧馬達
231‧‧‧轉子
232‧‧‧定子
30‧‧‧引擎
301‧‧‧引擎箱體
31‧‧‧曲軸
32‧‧‧減壓裝置
33‧‧‧電子控制單元
34‧‧‧動力輸出軸
35‧‧‧傳動變速裝置
36‧‧‧汽缸頭
A,B1,B2,B3,C,D,E,F,G‧‧‧步驟
I,II‧‧‧區域
X‧‧‧曲線
Y‧‧‧曲線
圖1係本發明曲軸角度位置與啟動兼發電裝置之馬達正轉阻力比較圖。
圖2係本發明一較佳實施例之引擎剖視圖。
圖3係本發明一較佳實施例之整車系統架構圖。
圖4係本發明一較佳實施例之啟動兼發電裝置架構圖。
圖5係本發明一較佳實施例之角度感測裝置於引擎箱體之配置圖。
圖6係本發明一較佳實施例之馬達角度感知器固設於引擎箱體上之配置圖。
圖7係本發明一較佳實施例之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法。
所謂引擎減壓裝置,一般應用於引擎活塞之壓縮行程狀態,請參閱圖1係曲軸角度位置與啟動兼發電裝置之馬達正轉阻力比較圖。如圖所示,縱軸座標表示啟動兼發電裝置正轉之阻力,橫軸座標表示曲軸旋轉角度,本實施例所採用四衝程引擎之工作原理係依據汽缸內活塞移動的位置來區分,因此每隔180度依序到達一次上死點(T.D.C)或下死點(B.D.C)之位置,而由0度開始在每個區間內依序分為動力、排氣、進氣、壓縮四個工作行程,所以一次循環係曲軸旋轉720度。其中,一般情況下,在壓縮行程中且減壓裝置未開啟時,正轉阻力相對曲軸角度所繪製出的曲線將會如X曲線所示;然而,在壓縮行程中且減壓裝置開啟時,正轉阻力相對曲軸角度所繪製出的曲線將會如Y曲線所示。此外,圖中係以120度作為區域I及區域II之分隔點,區域I即曲軸位於0~120度之位置,其係屬減壓裝置未開啟,但啟動兼發電裝置之起動衝力可直接正轉起動引擎之區域,至於區域II即曲軸位於120~720度之位置,則屬減壓裝置未開啟,但啟動兼發電裝置之起動衝力無法直接正轉起動,需先反轉起動減壓裝置再正轉之區域。
請參閱圖2及圖3,其分別為本發明一較佳實施例之引擎剖視圖及整車系統架構圖。目前市場上有使用一體化之啟動兼發電裝置(Integrated Starter and Generator,以下簡稱ISG),用以增加機車之節能效果,其並具備有怠 速熄火與再啟動之功能。如圖2所示,在本實施例之引擎主要包括有:一汽缸頭36、一曲軸31、一動力輸出軸34、一傳動變速裝置35、一啟動兼發電裝置20及一減壓裝置32。其中,啟動兼發電裝置20係組設於與曲軸31連結之動力輸出軸34之一端,並位於曲軸31之一側端,而動力輸出軸34之另一端則組設一傳動變速裝置35。
如圖所示,本實施例之整車架構其啟動兼發電裝置20係組設於具有一電池10、一啟動按鈕11、一電子控制單元33(ECU)、一油門啟動裝置12、一引擎30之一機車上,且引擎30配設有一減壓裝置32,其中該減壓裝置32可為單向式減壓裝置或離心式減壓裝置至少其一,用以減少引擎30之曲軸31阻力,提高曲軸31回轉的順暢度,以利起動作業。亦即,啟動兼發電裝置20連接於電池10、啟動按鈕11、油門啟動裝置12、電子控制單元33、及引擎30。
請一併參閱圖4及圖5,其分別為本發明一較佳實施例之啟動兼發電裝置架構圖及角度感測裝置於引擎箱體之配置圖。如圖所示,啟動兼發電裝置20與電池10電連接,啟動兼發電裝置20包括有一驅動控制器21、一角度感測裝置22、及一與引擎30之曲軸31連結之一馬達23。其中,驅動控制器21可經由角度感測裝置22偵測馬達23與引擎30之曲軸31之相序與角度位置等資訊。在本實施例中,角度感測裝置22係指包括有一馬達角度感知器221及 一曲軸角度感知器222。藉由上述設計,用以偵測馬達23及曲軸31之各電氣角度之訊號,可有效掌握引擎30之活塞行程,並得知曲軸31每一轉中的絕對位置。
馬達23包括有轉子231及一定子232,連接引擎30之一曲軸31,其中,為了能準確掌握啟動兼發電裝置20及引擎30之運行狀態,本發明設置有一角度感測裝置22,其裝設於一引擎箱體301上,包括有一馬達角度感知器221及一曲軸角度感知器222。如圖6所示,係本發明一較佳實施例之馬達角度感知器固設於引擎箱體上之配置圖,本實施例之馬達角度感知器221主要包括三個固設於引擎箱體上之232上之霍爾感知元件2211及一控制電路,可針對轉子231磁鐵極性的變化作偵測,經由三相位的變化量判別馬達23驅動及發電之轉換時點;另,曲軸角度感知器222包括有一脈衝訊號感知元件2221及對應設置於轉子231外表面之複數凸塊2222,每一凸塊2222等距設置於外表面,藉由上述脈衝訊號感知元件2221發送一脈衝波偵測每一凸塊2222之位置並回傳脈衝訊號後,可得知曲軸31於每一轉中的絕對位置。
請參閱圖7,係本發明一較佳實施例之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,包括有下列步驟:步驟(A)整車之電源存在,判斷引擎30是否怠速熄火,若是則執行步驟(B1)之怠速熄火起動,若不是則執行步驟(B2)之鑰匙起 動。(B1)判斷是否有起動訊號,若是則執行步驟(C);(B2)判斷是否有起動訊號,若是則執行步驟(D)。在本實施例中,電池10之整車電源存在,先要讓啟動兼發電裝置20了解到目前是處於鑰匙起動或怠速熄火起動之狀態,而本引擎起動方法係針對上述二種狀態具有不同之判斷方式,其主因在於鑰匙起動狀態下並不會產生曲軸自然倒轉之情況,故必須先反轉特定角度再正轉起動,並且,在怠速熄火過程中若由自然倒轉特定倒轉角度,即會開啟減壓機構,故不需再另外倒轉就可以直接正轉起動。
接著,在怠速熄火起動之狀態下,步驟(C)判斷曲軸31是否有自然倒轉以開啟至少一減壓裝置32且超過一臨界倒轉角度,若是則執行步驟(E),若不是則執行步驟(D)。其中,所述臨界倒轉角度在本實施例中係為120度,並不以此為限,作為怠速熄火起動時是否成功觸發減壓裝置32之門檻角度值。藉此,在引擎30停止前可能會無法突破壓縮阻力因而產生自然倒轉動作,當此現象產生且大於120度時,即確保了減壓裝置32的開啟。
另一方面,在鑰匙起動之狀態下,步驟(B3)判斷曲軸31之角度紀錄是否儲存至起動兼發電裝置20之一記憶體中,若是則執行步驟(D),若不是則執行後述之步驟(F)。藉此,上述曲軸31角度可於鑰匙熄火前儲存至起動兼發電裝置20之記憶體中,並可在下次鑰匙起動時提供步驟 (D)判斷用。或者,若怠速熄火起動之狀態下卻沒有發生自然倒轉或自然倒轉角度不足臨界倒轉角度時,執行步驟(D)判斷曲軸31是否停止於一起動角度區間內,若是則執行步驟(E),若不是或無起動角度區間資訊則執行步驟(F)。其中,所述啟動角度區間在本實施例中係為0度至120度,並不以此為限,若在上述區間內之曲軸31角度位置可不經減壓而直接正轉起動引擎30。亦即,曲軸31所停止之位置可利用運轉慣性克服第一次壓縮阻抗,在不經減壓裝置32作動下執行步驟(E)直接驅動該馬達23正轉至起動轉速,並執行步驟(G)。
相對地,若上述曲軸31未在啟動角度區間內,則執行步驟(F)曲軸31反轉一特定倒轉角度後再驅動馬達23正轉至起動轉速,並執行步驟(G)。其中,所述特定倒轉角度在本實施例中係為90度,並不以此為限,作為驅動啟動兼發電裝置20反轉而觸發減壓裝置之門檻角度值。亦即,曲軸31所停止之位置在120度至720度內無法利用運轉慣性克服第一次壓縮阻抗,因此,啟動兼發電裝置20會反轉一特定倒轉角度後再驅動馬達23正轉至起動轉速,該特定倒轉角度即確保了減壓裝置32的開啟,並驅動該馬達23正轉。
接著,步驟(G)停止驅動,進入發電模式。此時,表示啟動兼發電裝置20已成功驅動引擎30起動,可進入發 電模式。
本實施例藉由角度感測裝置22與減壓裝置32的相互配合,使得引擎30不論在鑰匙起動及怠速熄火起動下皆能達到最佳化之起動流程,有效地降低起動所需扭矩,減少能量消耗;而且可使引擎30在任何狀況下與任何起動的曲軸31角度下皆可以使用較短的時間,使引擎30快速起動,增加引擎30起動的平順性。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已,本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限於上述實施例。
A,B1,B2,B3,C,D,E,F,G‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,啟動兼發電裝置控制引擎組設於具有一電池、一電子控制單元、至少一減壓裝置及一引擎之一機車上,包括有一驅動控制器、一角度感測裝置及一與該引擎之一曲軸連結之馬達,該角度感測裝置包括有一馬達角度感知器及一曲軸角度感知器;該啟動兼發電裝置控制該引擎起動之方法包括:(A)整車之電源存在,判斷該引擎是否怠速熄火,若是則執行步驟(B1)之怠速熄火起動,若不是則執行步驟(B2)之鑰匙起動;(B1)判斷是否有起動訊號,若是則執行步驟(C);(B2)判斷是否有起動訊號,若是則執行步驟(D);(C)判斷該曲軸是否有自然倒轉以開啟該至少一減壓裝置且超過一臨界倒轉角度,若是則執行步驟(E),若不是則執行步驟(D);(D)判斷該曲軸是否停止於一起動角度區間內,若是則執行步驟(E),若不是或無該起動角度區間之資訊則執行步驟(F);(E)直接驅動該馬達正轉至起動轉速,並執行步驟(G);(F)該曲軸反轉一特定倒轉角度後再驅動該馬達正轉至起動轉速,並執行步驟(G);以及(G)停止驅動,進入發電模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,步驟(B2)之後更包括(B3)判斷該曲軸之 角度紀錄是否儲存至該起動兼發電裝置之一記憶體中,若是則執行步驟(D),若不是則執行步驟(F)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該機車組設有一啟動按鈕及一油門啟動裝置,該引擎之啟動訊號係指下述其一:該電子控制單元傳來之起動訊號、該啟動按鈕被按壓之訊號及該油門啟動裝置被啟動之訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該至少一減壓裝置係指下述至少其一:單向式減壓裝置、及離心式減壓裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該馬達角度感知器係指霍爾晶片感測器(Hall sensor),用以偵測該啟動兼發電裝置之一轉子之相位變化,並切換為馬達或發電機模式。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該曲軸角度感知器係指一脈衝訊號感知元件及設置於該轉子外表面之複數凸塊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該臨界倒轉角度係為120度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該啟動角度區間係為0度至120度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該特定倒轉角度係為90度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之啟動兼發電裝置控制引擎起動之方法,其中,該角度感測裝置裝設於一引擎箱體上。
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