TWI630314B

TWI630314B - 引擎熄火制動控制方法

Info

Publication number: TWI630314B
Application number: TW105101127A
Authority: TW
Inventors: 沈軒豪; 廖偉翔; 黃宏燿; 蘇百鍵; 嚴文熙; 陳俊雄
Original assignee: 光陽工業股份有限公司
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2018-07-21
Also published as: TW201725313A

Abstract

一種引擎熄火制動控制方法，係於一控制單元執行，用以對熄火後的一引擎之一曲軸進行控制，該引擎熄火制動控制方法包含：取得該曲軸之一轉速；判斷該曲軸之該轉速是否小於一臨界轉速；若該曲軸之該轉速小於該臨界轉速，對該曲軸煞車減速；取得該曲軸之一角度；根據該曲軸之該角度，判斷該曲軸是否落在一指定行程，其中該指定行程非為一壓縮行程；若該曲軸落在該指定行程，對該曲軸煞停。藉此，確保該曲軸停止在非壓縮行程中，使得當車輛再發動時，能夠大幅地降低啟動電機的啟動電流與啟動扭力，以維持啟動電機的操作性能。

Description

引擎熄火制動控制方法

本創作係有關一種引擎熄火制動控制方法，尤指一種四行程機車引擎熄火制動控制方法。

當四行程機車(之後簡稱車輛)熄火後，由於引擎之點火器停止作動，且進氣管不再引進燃料氣體，因此曲軸僅藉由慣性力運轉。此時，若引擎進入一壓縮行程，由於進氣閥與排氣閥皆關閉，引擎之腔室內係形成一密閉空間，使得腔室內的氣體壓力將對推進中的活塞造成阻力。故此，曲軸將無法有足夠的動力可以帶動活塞再往腔室內推進，導致車輛熄火之後，引擎通常會停止在壓縮行程的狀態。

當車輛再發動時，由於引擎的起始位置落在壓縮行程的範圍內，因此引擎為了要完成壓縮行程，啟動電機必須要提供更大的啟動扭力才能夠克服腔室中的氣體阻力，以推動靜止中的活塞壓縮腔室內的氣體，直到完成壓縮行程。對於啟動電機而言，每次在車輛發動時都要負荷很高的啟動電流與大的扭力，才能以提供足夠的作用力去克服腔室中的氣體壓力。如此，長久下來，啟動電機的性能將受到嚴重的影響。

本創作之目的在於提供一種引擎熄火制動控制方法，解決車輛熄火後，曲軸無法有足夠的動力可以克服腔室中的氣體壓力，導致引擎停止在壓縮行程中，造成車輛再發動時，要負荷高啟動電流與大扭力的問題。

為達成前揭目的，本創作所提出之該引擎熄火制動控制方法，係於一控制單元執行，用以對熄火後的一引擎之一曲軸進行控制，該引擎熄火制動控制方法包含：取得該曲軸之一轉速；判斷該曲軸之該轉速是否小於一臨界轉速；若該曲軸之該轉速小於該臨界轉速，對該曲軸煞車減速；取得該曲軸之一角度；根據該曲軸之該角度，判斷該曲軸是否落在一指定行程，其中該指定行程非為一壓縮行程；以及若該曲軸落在該指定行程，對該曲軸煞停。

藉由該引擎熄火制動控制方法，針對該曲軸於車輛熄火後的該轉速的大小提供不同的控制策略：(1)當轉速高(大於或等於該臨界轉速)時，利用該整合式啟動發電機對該曲軸提供正轉的驅動，以提供該曲軸有足夠的動力帶動該活塞越過壓縮行程；(2)當轉速低(小於該臨界轉速)時，一減壓單元透過離心力保持一排氣閥於壓縮行程時開啟，以降低該汽缸的腔室中氣體壓力，使該曲軸容易地越過壓縮行程。最後對該曲軸煞停，以確保該曲軸停止在非該壓縮行程的範圍。藉此，當車輛再發動時，能夠大幅地降低啟動電機的啟動電流與啟動扭力，以維持啟動電機的操作性能。

為了能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，相信本創作之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

10‧‧‧整合式啟動發電機

102‧‧‧控制單元

20‧‧‧曲軸

30‧‧‧引擎

31‧‧‧汽缸

32‧‧‧進氣閥

33‧‧‧排氣閥

321‧‧‧塞部

331‧‧‧塞部

34‧‧‧活塞

35‧‧‧點火器

36‧‧‧連桿

40‧‧‧減壓單元

50‧‧‧轉動感測單元

60‧‧‧制動單元

70‧‧‧電瓶

TDC_EX‧‧‧排氣上死點

BDC_IN‧‧‧進氣下死點

TDC_CP‧‧‧壓縮上死點

BDC_PW‧‧‧動力下死點

圖1：為本創作四行程機車引擎之平面示意圖；圖2：為本創作整合式啟動發電機帶動曲軸與減壓裝置之示意圖；圖3：為本創作整合式啟動發電機操作之方塊示意圖；圖4：為本創作引擎之四行程循環之示意圖；及圖5：為本創作引擎熄火制動控制方法之流程圖。

茲有關本創作之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖1所示，係為一四行程機車引擎30之示意圖。該引擎30主要包含一汽缸31、一進氣閥32、一排氣閥33、一活塞34、一點火器35、一連桿36。

該進氣閥32與該排氣閥33分別設於該汽缸31的進氣管與排氣管末端。該進氣閥32與該排氣閥33的一端分別具有一塞部321,331；該進氣閥32於其之該塞部321的另一端連接一凸輪軸，該排氣閥33於其之該塞部331的另一端連接另一凸輪軸。當該兩凸輪軸轉動時，可分別帶動該進氣閥32與該排氣閥33，提供進氣與排氣的控制。

該活塞34容置於該汽缸31的腔室內，該點火器35設置於該汽缸31中。該連桿36的一端樞接於該活塞34，另一端則樞接於一曲軸(crank shaft)20上偏離軸心的位置。由於該連桿36樞接於偏離該曲軸20的軸心位置，因此當該曲軸20轉動時，該曲軸20透過該連桿36帶動該活塞34在腔室內往返移動。該曲軸20的端部連結啟動電機，當該引擎30發動時，該啟動電機則帶動該曲軸20轉動。

請參見圖2所示，該曲軸20端部可連結一整合式啟動發電機(integrated starter generator,ISG)10。該整合式啟動發電機10電性連接一電瓶(battery)70(配合參見圖3)，在該引擎30被發動的期間，該整合式啟動發電機10係作為一馬達，該馬達自該電瓶70接收工作電源，當該馬達運轉時，可帶動該曲軸20旋轉，以驅動該活塞34在腔室內往返移動，進而發動該引擎30。當該引擎30被發動後，該整合式啟動發電機10係作為一發電機，該發電機可被運轉中的該曲軸20驅動而發電，該整合式啟動發電機10產生的電能可儲存在該電瓶70中。

請參見圖3所示，該整合式啟動發電機10具有一控制單元102，該控制單元102可為一微控制器(microcontroller unit,MCU)或一微處理器(microprocessor,μP)，但不以此為限制。該控制單元102係以接收由一轉動感測單元50所偵測到該曲軸20轉動狀態所產生的信號波形，且經過計算後以獲得該曲軸20的轉動資訊，例如曲軸的轉速、曲軸的角度…等等。其中該轉動感測單元50係可裝設於該曲軸20端部外側。該控制單元102根據該曲軸20的轉動資訊進一步對該引擎30進行控制。透過一減壓單元40對該引擎30進行減壓控制，即減少該引擎30之腔室內的氣體壓力；以及透過一制動單元60對該引擎30進行制動控制。至於本創作引擎熄火制動控制的操作詳述如后。

請參見圖4所示，一四行程機車的該引擎30係執行四個行程以完成一個引擎循環(four-stroke cycle)，此四個行程分別依序為一進氣行程(intake stroke)、一壓縮行程(compression stroke)、一動力行程(power stroke)以及一排氣行程(exhaust stroke)。由於該曲軸20每旋轉一圈(360度)表示已執行兩個行程，因此該曲軸20需旋轉720度(兩圈)才可完成四行程循環。一般而言，根據該活塞34的位置定義該曲軸20的角度，舉例而言，該活塞34達到腔室的最上端位置，即是對應於該曲軸20的角度為0度與360度。其中0度即為一排氣上死點(top dead center of exhaust stroke,TDC_EX)，360度即為一壓縮上死點(top dead center of compression stroke,TDC_CP)。該活塞34可達腔室的最下端位置，即是對應於該曲軸20的角度為180度與540度。其中180度即為一進氣下死點(bottom dead center of intake stroke,BDC_IN)，540度即為一動力下死點(bottom dead center of power stroke,BDC_PW)。

1、當該曲軸20的角度轉動為0~180度(第一個半圈)時，該活塞34為進氣行程，亦即該活塞34作動於該排氣上死點TDC_EX與該進氣下死點BDC_IN之間。該曲軸20旋轉而帶動該活塞34從腔室的最內(上)端往外(下)移動，同時該排氣閥33封閉排氣管，且該進氣閥32打開進氣管。當該活塞34往外移動時，腔室內的壓力降低，可令燃料氣體通過進氣管而被吸入腔室中。

2、當該曲軸20的角度轉動為180~360度(第二個半圈)時，該活塞34為壓縮行程，亦即該活塞34作動於該進氣下死點BDC_IN與該壓縮上死點TDC_CP之間。該曲軸20旋轉而帶動該活塞34往腔室內移動，同時該排氣閥33與該進氣閥32分別封閉排氣管與進氣管。因進氣管內的空氣無法通往腔室，導致進氣管內的空氣壓提高。隨著該活塞34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、當該曲軸20的角度轉動為360~540度(第三個半圈)時，該活塞34為動力行程，亦即該活塞34作動於該壓縮上死點TDC_CP與該動力下死點BDC_PW之間。該點火器35點燃被壓縮的燃料氣體，使燃料氣體發生爆炸，爆炸後的壓力將該活塞34往外推送，由此作為行駛車輛的動力來源。

4、當該曲軸20的角度轉動為540~720度(第四個半圈)時，該活塞34為排氣行程，亦即該活塞34作動於該動力下死點BDC_PW與該排氣上死點TDC_EX之間。該曲軸20旋轉而帶動該活塞34往腔室內移動，同時該排氣閥33打開排氣管，且該進氣閥32封閉該進氣管。當該活塞34往內移動時，可將爆炸後產生的廢氣通過排氣管排出腔室。

請參見圖5所示，係為本創作引擎熄火制動控制方法之流程圖，並可同時配合參見圖1與圖3。該方法係用以對該引擎連動的該曲軸20進行控制。首先，該控制單元102判斷是否接收到一熄火信號(S10)。若該控制單元102從車輛的電門接收到該熄火信號，表示該引擎30處於惰速熄火(idle stop)或電源關閉(key off)的狀態。反之，若該控制單元102未接收到該熄火信號，則持續偵測是否接收到該熄火信號。

在車輛熄火之後，車輛的引擎管理系統(engine control unit,ECU)會控制進氣管停止引進燃料氣體，且該點火器35停止作動，因此即使在進氣行程，該引擎30的腔室中未引進燃料氣體，該點火器35亦不能作動點火，故該引擎30無法再產生動力，藉此減少該引擎30的慣性輸出。

若該控制單元102接收到該熄火信號，透過該轉動感測單元50取得該曲軸20的轉速(S11)。然後，根據該曲軸20的轉速，該控制單元102判斷該曲軸20的轉速是否小於一臨界轉速(S12)。為方便說明，特以數值範例說明，假設該臨界轉速(threshold rotational speed)設定為每分鐘500轉，即500rpm，但非用以限制本創作之用。當該控制單元102接收到該熄火信號，透過該轉動感測單元50取得該曲軸20的轉速不小於500rpm時，由於該轉速大於或等於該臨界轉速，因此該控制單元102判斷出目前該引擎30的轉速過快，因此暫時不對該曲軸20進行煞車減速的控制。

在此狀況下，該整合式啟動發電機10對該曲軸20提供正轉的驅動(S13)，接著透過該轉動感測單元50取得該曲軸20的角度(S14)，並且根據所取得該曲軸20的角度，判斷該曲軸20是否通過一壓縮行程(S15)。車輛熄火後，該曲軸20僅得藉由慣性轉動，一旦該引擎30進入壓縮行程，由於壓縮行程中腔室內的氣體壓力太大，將使得該曲軸20沒有足夠的動力帶動該活塞34越過該壓縮上死點TDC_CP，導致該活塞34最後停在壓縮行程。因此若當該轉動感測單元50偵測到該曲軸20尚未通過該壓縮行程，亦即該曲軸20尚未通過360度的位置(配合參見圖4)，對應該活塞34的作動則為尚未通過該壓縮上死點TDC_CP的位置，該整合式啟動發電機10則對該曲軸20提供正轉的驅動(S13)，進一步提供該曲軸20能夠克服壓縮行程的壓縮壓力，以避免該活塞34停在壓縮行程。惟，在本創作中，判斷該曲軸20是否通過該壓縮行程(S15)不限定判斷該曲軸20是否通過恰為該壓縮上死點TDC_CP(360度)的位置，亦可判斷是否通過該壓縮上死點TDC_CP後5~10度的位置，亦即365~370度的位置。

一旦該控制單元102判斷該曲軸20通過該壓縮行程，則再透過該轉動感測單元50取得該曲軸20的轉速(S11)，以及判斷該曲軸20的轉速是否小於該臨界轉速(S12)。如此，若該控制單元102判斷出目前該引擎30的轉速依然過快，因此仍然不對該曲軸20進行煞車減速的控制，並且重複執行步驟(S13)~(S15)。

在步驟(S12)的判斷中，當該控制單元102判斷該曲軸20的轉速小於該臨界轉速時，該控制單元102則透過該制動單元60對該曲軸20煞車減速(S16)。以上述數值為例，當該控制單元102判斷該曲軸20的轉速小於500rpm時，該控制單元102判斷出目前該引擎30的轉速已低於可以對該曲軸20進行煞車制動的控制，如此以確保煞車減速的控制更為安全、更有效率以及延長該引擎30的使用壽命。

此外，當該控制單元102判斷該曲軸20的轉速小於該臨界轉速時，該凸輪軸上之該減壓單元40透過離心力保持該排氣閥33於該壓縮行程時開啟(配合參見圖2)，以達到對該引擎30提供減壓效果。其中該減壓單元40係可為一減壓凸輪。

在該控制單元102對該曲軸20煞車減速(S16)之後，透過該轉動感測單元50取得該曲軸20的角度(S17)，並且根據所取得該曲軸20的角度，判斷該曲軸20是否落在一指定行程(S18)。如前所述，由於壓縮行程中的壓縮壓力太大，使得該曲軸20不易帶動該活塞34越過該壓縮上死點TDC_CP，導致該活塞34最後停在壓縮行程，因此在本創作中，該指定行程係為該壓縮行程以外的另外三個行程，亦即(1)該進氣行程：對應該曲軸20的角度為0~180度，對應該活塞34的位置為該排氣上死點TDC_EX與該進氣下死點BDC_IN之間；(2)該動力行程：對應該曲軸20的角度為360~540度，對應該活塞34的位置為該壓縮上死點TDC_CP與該動力下死點BDC_PW之間；以及(3)該排氣行程：對應該曲軸20的角度為540~720度，對應該活塞34的位置為該動力下死點BDC_PW與該排氣上死點TDC_EX之間。

因此若該控制單元102判斷該曲軸20若在上述任一指定行程，則以機構控制或電路控制對該曲軸20煞停(S19)，以確保該曲軸20停止在非該壓縮行程的範圍。在本創作中，雖指出該指定行程可為該壓縮行程以外的另外三個行程，惟，在實際應用上，該曲軸20較佳的停止範圍係為該動力行程或該排氣行程，換言之，對應該曲軸20的角度為360~720度，對應該活塞34的位置為該壓縮上死點TDC_CP與該排氣上死點TDC_EX之間。如此，可確保該曲軸20停止在非該壓縮行程的範圍，使得該引擎30再次啟動時，能夠大幅地降低啟動電機的啟動電流與啟動扭力，以維持啟動電機的操作性能。

反之，在步驟(S18)的判斷中，若該曲軸20非落在該指定行程，則不對該曲軸20進行煞停，而是繼續對該曲軸20進行煞車減速，直到該轉動感測單元50偵測出該曲軸20落在該指定行程內，則對該曲軸20煞停，使得該曲軸20停止在非該壓縮行程的範圍。

綜上所述，本創作係具有以下之特徵與優點：車輛熄火後，針對該曲軸20之該轉速的大小提供不同的控制策略：(1)當轉速高(大於或等於該臨界轉速)時，利用該整合式啟動發電機10對該曲軸20提供正轉的驅動，以提供該曲軸20有足夠的動力帶動該活塞34越過壓縮行程；(2)當轉速低(小於該臨界轉速)時，該凸輪軸上之該減壓單元40透過離心力保持該排氣閥33於該壓縮行程時開啟，以降低該汽缸31的腔室中氣體壓力，使該曲軸20容易地越過壓縮行程。最後對該曲軸20煞停，以確保該曲軸20停止在非該壓縮行程的範圍。藉此，能夠大幅地降低啟動電機的啟動電流與啟動扭力，以維持啟動電機的操作性能。

Claims

一種引擎熄火制動控制方法，係於一控制單元執行，用以對熄火後的一引擎之一曲軸進行控制，該引擎熄火制動控制方法包含：取得該曲軸之一轉速；判斷該曲軸之該轉速是否小於一臨界轉速；若該曲軸之該轉速小於該臨界轉速，對該曲軸煞車減速；取得該曲軸之一角度；根據該曲軸之該角度，判斷該曲軸是否落在一指定行程，其中該指定行程非為一壓縮行程；及若該曲軸落在該指定行程，對該曲軸煞停。
如請求項1所述之引擎熄火制動控制方法，其中：若該曲軸之該轉速大於或等於該臨界轉速，對該曲軸正轉驅動；取得該曲軸之該角度；根據該曲軸之該角度，判斷該曲軸是否通過該壓縮行程；及若該曲軸未通過該壓縮行程，係回復執行對該曲軸正轉驅動的步驟。
如請求項2所述之引擎熄火制動控制方法，其中：若該曲軸通過該壓縮行程，係回復執行取得該曲軸之該轉速的步驟。
如請求項1所述之引擎熄火制動控制方法，其中：若該曲軸非落在該指定行程，係回復執行對該曲軸煞車減速的步驟。
如請求項1所述之引擎熄火制動控制方法，其中對該曲軸煞車減速步驟之前，更包含透過一減壓單元減少該引擎之一腔室內的氣體壓力。
如請求項5所述之引擎熄火制動控制方法，其中利用一整合式啟動發電機接收該曲軸之該轉速與該角度。
如請求項6所述之引擎熄火制動控制方法，其中利用裝設在該曲軸上的一轉動感測單元偵測該曲軸之該轉速與該角度。
如請求項1所述之引擎熄火制動控制方法，其中該指定行程係包含一壓縮上死點之後至一進氣下死點之前的動力行程、排氣行程及進氣行程。
如請求項1所述之引擎熄火制動控制方法，其中該指定行程係包含一壓縮上死點之後至一排氣上死點之前的動力行程及排氣行程。