TW202600963A - 燃油引擎之曲軸位置感知裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種燃油引擎之曲軸位置感知裝置，包括轉動凸緣、曲軸位置感知器及電子控制單元。轉動凸緣在周緣定義多個等分點且具有多個齒並形成缺口；曲軸位置感知器在周緣的感知位置，當正對缺口時產生第一感知訊號，且當通過各齒時產生第二感知訊號；當轉動凸緣隨曲軸旋轉時，電子控制單元以接收到第一感知訊號時作為起算齒數的基準時點，且以接續收到各齒的第二感知訊號為計算根據而獲得曲軸的旋轉角度，故不論曲軸被選擇正轉或反轉，燃油引擎均能正常運轉。本發明另提供一種上述燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法。

Description

燃油引擎之曲軸位置感知裝置及其控制方法

本發明係關於一種燃油引擎，尤指一種燃油引擎之曲軸位置感知裝置及其控制方法。

燃油引擎主要透過活塞在汽缸內往復運動，進而帶動曲軸轉動而輸出動力。活塞在汽缸內運動的過程，當活塞位在汽缸之最高點稱上死點(Top Dead Center, TDC)、而當活塞位在汽缸之最低點稱下死點(Bottom Dead Center, BDC)，所述上死點和下死點之間為行程，當活塞行程將近上死點時，火星塞被施以高電壓電流而發出火花，並點燃汽缸內被活塞壓縮的空氣與燃油之混合油氣使之爆炸，產生高壓氣體，推動活塞在汽缸內往復移動於下死點與上死點之間，讓曲軸因此旋轉並且持續輸出動力。

為讓點火系統能夠在活塞在上死點之前時精準控制火星塞點火，常見在曲軸設置有轉動凸緣以及曲軸位置感知器，電子控制單元(Electric Control Unit, ECU)透過曲軸位置感知器在曲軸轉動時感知轉動凸緣之齒數，以此採集曲軸的旋轉角度。前述轉動凸緣的構造，是在周緣設置多個感測齒和一缺口，當熄火的燃油引擎啟動時，轉動凸緣旋轉而由曲軸位置感知器第二次感知到該缺口時作為起算齒數的基準時點，再透過感知到的齒數來計算曲軸旋轉的角度，電子控制單元據此角度訊號判斷活塞在上死點的角度，以精準控制噴嘴的噴油及對火星塞點火。

然而，燃油引擎運作時，根據曲軸被驅動旋轉的方向而有正轉及逆轉之分，從而該缺口相對於曲軸位置感知器的位置會根據曲軸為正轉或逆轉而相反，也因此習用燃油引擎的同一組轉動凸緣和曲軸位置感知器，是無法適用於同一具燃油引擎的曲軸可以正轉，同時也可以逆轉的點火時點感知，所以習知燃油引擎並不能控制曲軸在正反轉之需求下都能正常運作，此即本發明所欲解決之問題所在。

為解決習知燃油引擎不能控制曲軸在正反轉之需求下都能正常運作的問題，本發明提出一種燃油引擎之曲軸位置感知裝置及其控制方法，不論曲軸被選擇正轉或反轉，燃油引擎均能正常運轉。

為達上述目的，本發明提供一種燃油引擎之曲軸位置感知裝置，用以感知燃油引擎之曲軸的旋轉角度，包含一轉動凸緣、一曲軸位置感知器以及一電子控制單元。轉動凸緣係呈圓盤狀且與所述曲軸連接而同軸轉動，該轉動凸緣具有一周緣，該轉動凸緣在該周緣定義多個等分點，該周緣在該多個等分點具有多個齒，且至少一個所述等分點沒有所述齒而形成一缺口；曲軸位置感知器在所述燃油引擎之所設位置為在該轉動凸緣的周緣旁邊，且該曲軸位置感知器的感知方向為朝向該周緣，該曲軸位置感知器在該周緣的感知位置正對該缺口時產生一第一感知訊號，又該曲軸位置感知器在該周緣的感知位置通過各該齒時產生一第二感知訊號；電子控制單元與該曲軸位置感知器電性連接，用以接收該第一感知訊號和各該第二感知訊號，當該轉動凸緣隨所述曲軸以正轉或反轉之可選擇方向旋轉時，該電子控制單元均以接收到該第一感知訊號時作為起算齒數的基準時點，且以接續收到各該齒的第二感知訊號為計算根據而獲得所述曲軸的旋轉角度。

為達上述目的，本發明另提供一種燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法，包括以下步驟：啟動所述燃油引擎，使該轉動凸緣隨所述曲軸以正轉或反轉之可選擇方向旋轉；該電子控制單元接收到該第一感知訊號，此時為起算齒數的基準時點；該電子控制單元根據接續收到各該齒的第二感知訊號，計算所述曲軸的旋轉角度，且該電子控制單元判斷所述曲軸的旋轉角度在一預設角度時產生一確認噴油正時及點火正時之正時訊號；以及所述電子控制單元根據該正時訊號控制燃油引擎之噴嘴的噴油及對火星塞之點火。

於一實施例中，進一步包括一啟動器，該啟動器設置在該燃油引擎中，且該啟動器可驅動地連接所述曲軸，該啟動器並電性連接該電子控制單元，該啟動器根據該電子控制單元之一啟動訊號，以所述正轉或反轉而可選擇方向地啟動所述曲軸開始旋轉。

於一實施例中，該曲軸位置感知器產生該第一感知訊號時，所述燃油引擎的活塞在汽缸內位於上死點的位置。

於一實施例中，該轉動凸緣在該周緣定義十二個等分點，該周緣在其中的十一個等分點都具有一個所述齒，所剩一個沒有所述齒的所述等分點該缺口。

於一實施例中，該轉動凸緣在該周緣定義二十四個等分點，該周緣在其中的二十二個等分點都具有一個所述齒，所剩兩個沒有所述齒的所述等分點相鄰而形成該缺口。

於一實施例中，該轉動凸緣在該周緣定義三十六個等分點，該周緣在其中的三十四個等分點都具有一個所述齒，所剩兩個沒有所述齒的所述等分點相鄰而形成該缺口。

於一實施例中，所述燃油引擎是設置在無人機、人為駕駛之飛行器、陸上車輛，以及海上船舶之其中一者中。

藉此，透過本發明的燃油引擎之曲軸位置感知裝置及其控制方法，不論燃油引擎的曲軸被選擇正轉或反轉，燃油引擎均能正常運轉。

為充分瞭解本發明，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的目的、特徵及功效。須注意的是，本發明可透過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的申請專利範圍。說明如後：

如圖1至圖9(b)所示，本發明實施例之燃油引擎之曲軸位置感知裝置100，包含一轉動凸緣10、一曲軸位置感知器20以及一電子控制單元30。所述燃油引擎可應用於無人機、人為駕駛之飛行器，或例如陸上車輛，或海上船舶。

所述轉動凸緣10，呈圓盤狀且與燃油引擎E之曲軸40連接，轉動凸緣10隨曲軸40而同軸轉動。如圖2(a)所示，轉動凸緣10具有一周緣11，且轉動凸緣10在周緣11定義多個等分點P，周緣11在多個等分點P具有多個齒12，且至少一個所述等分點P沒有齒12而相對於其他齒12形成一缺口13。

所述多個等分點P，是以圓內角為360度而等分所定義，故相鄰的兩個等分點P相隔的角度相同。如圖2(a)與圖2(b)所示，為本發明第一實施例，即轉動凸緣10在周緣11定義十二個等分點P，相鄰的兩個等分點P所相隔的角度為30度，而周緣11在其中的十一個等分點P都具有一個齒12，所剩一個沒有所述齒12的所述等分點P相對形成缺口13，以此形成周緣11有十一個齒12以及一個缺口13的轉動凸緣10。

如圖8(a)與圖8(b)所示，所示為本發明第二實施例，即轉動凸緣10在周緣11定義二十四個等分點P，相鄰的兩個等分點P所相隔的角度為15度，而周緣11在其中的二十二個等分點P都具有一個齒12，所剩兩個沒有所述齒12的所述等分點P為相鄰而形成缺口13，以此形成周緣11有二十二個齒12以及一個缺口13的轉動凸緣10。

如圖9(a)與圖9(b)所示，所示為本發明第三實施例，即轉動凸緣10在周緣11定義三十六個等分點P，相鄰的兩個等分點P所相隔的角度為10度，而周緣11在其中的三十四個等分點P都具有一個齒12，所剩兩個沒有所述齒12的所述等分點P相鄰而形成缺口13。上述第一、二、三實施例所述之齒12的數量，以及缺口13的數量，可視燃油引擎設計時之實際需求而有所調整，不以本發明所列舉之實施例的數量為限。

所述曲軸位置感知器20，其在燃油引擎E之所設位置為在轉動凸緣10的周緣11旁邊，且曲軸位置感知器20的感知方向為朝向周緣11，曲軸位置感知器20在周緣11的感知位置，是正對缺口13時產生一第一感知訊號S1；又曲軸位置感知器20在周緣11的感知位置通過各齒12時產生一第二感知訊號S2。於一實施例中，曲軸位置感知器20產生第一感知訊號S1時，燃油引擎E的活塞V在汽缸C內位於上死點TDC的位置(如圖2(b)所示，併參圖8(b)與圖9(b))。所述曲軸位置感知器20的感知原理為，轉動凸緣10通過曲軸位置感知器20的時間，會變換輸出電壓訊號，而缺口13的存在是為了轉速驗算、以及正確的曲軸40的角度辨識之用。

所述電子控制單元30(Electric Control Unit, 簡稱ECU)，如圖1所示，其與曲軸位置感知器20電性連接，用以接收第一感知訊號S1，以及曲軸位置感知器20通過各齒12時所感知的第二感知訊號S2，當轉動凸緣10隨曲軸40以正轉或反轉之可選擇方向旋轉時，電子控制單元30均以接收到第一感知訊號S1時作為起算齒數的基準時點，且以接續收到各齒12的第二感知訊號S2為計算根據，從而透過曲軸位置感知器20的感測，準確獲得曲軸40的旋轉角度。

前段所述曲軸40以正轉或反轉之可選擇方向旋轉，是指在同一個燃油引擎的情況下，使用者可自由選擇以正轉驅動，也可以選擇以反轉驅動曲軸40，使曲軸40在同一個燃油引擎可以被控制正轉及反轉相互轉換，而非曲軸40於所在的燃油引擎只能被以正轉驅動，或只能被以反轉驅動。於一實施例中，如圖1所示，進一步包括一啟動器50設置在燃油引擎E中，且啟動器50可驅動地連接於曲軸40，啟動器50並電性連接電子控制單元30。啟動器50可以根據電子控制單元30之一啟動訊號S3，以所述正轉或反轉而可選擇方向地啟動曲軸40開始旋轉。

根據上述之燃油引擎E之曲軸位置感知裝置100，本發明並提供一種所述曲軸位置感知裝置的控制方法200，如圖4所示，包括：

步驟S11：啟動燃油引擎E，使轉動凸緣10隨曲軸40以正轉或反轉之可選擇方向旋轉。於一實施例中，所述燃油引擎之啟動，是透過啟動器50所執行，此時啟動器50根據啟動訊號S3的接收，控制曲軸40以選擇的正轉或反轉方向啟動旋轉。

步驟S12：電子控制單元30接收到第一感知訊號S1，此時為起算齒數的基準時點。於此步驟S12，併參圖2(a)所示，由於第一感知訊號S1是曲軸位置感知器20在周緣11正對缺口13時感知而生，再併參圖2(b)所示，此時活塞V在汽缸C內的位置是位於上死點TDC。從而，不論曲軸40是正轉亦或是反轉的方向轉動，當曲軸位置感知器20感知到缺口13時，電子控制單元30都可以判斷曲軸40的位置對應活塞V位在上死點TDC的位置，以此作為齒12之齒數起算的基準時點。

步驟S13：電子控制單元30根據接續收到各齒12的第二感知訊號S2，計算曲軸40的旋轉角度，且電子控制單元30判斷曲軸40的旋轉角度在一預設角度時，產生一確認噴油正時(injection timing)及點火正時(ignition timing)之正時訊號S4。所述預設角度為曲軸40在活塞V將近上死點TDC前的某個角度，可以由電子控制單元30所設定，以使活塞V將近上死點TDC前進行噴油及點火，使燃油引擎能夠正常運作。

承前步驟S13，假設如第一實施例中的轉動凸緣10，是在周緣11有十一個齒12以及一個缺口13，當電子控制單元30接收到第一感知訊號S1時為齒12之齒數起算的基準時點，此時當曲軸位置感知器20隨轉動凸緣10的正轉而感知到第一順位的齒12時(如圖5(a)所示)，電子控制單元30接收到對應的第二感知訊號S2而可獲得曲軸40當前的角度為正轉30度(如圖5(b)所示)；又當曲軸位置感知器20隨轉動凸緣10的正轉而感知到第六順位的齒12時(如圖6(a)所示) ，電子控制單元30接收到對應的第二感知訊號S2而可獲得曲軸40當前的角度為正轉180度，此時活塞V在汽缸C內是位在下死點BDC的位置(如圖6(b)所示)。從而，根據曲軸位置感知器20感測到第二至最後順位的每個齒12時，依間隔30度的轉動角度遞增，直至曲軸位置感知器20再次感知到缺口13時，復歸為齒數起算的基準時點。再如圖7(a)與圖7(b)所示，當轉動凸緣10為反轉時，曲軸位置感知器20感知曲軸40當前的角度，以及電子控制單元30獲得曲軸40當前的角度，亦為如此。從而，電子控制單元30可以據此第一感知訊號S1和第二感知訊號S2的資訊，正確感測曲軸40當前的角度及轉速，藉以確認正時訊號S4。

步驟S14：電子控制單元30根據正時訊號S4，控制燃油引擎E之噴嘴(圖中未示)的噴油及對火星塞(圖中未示)之點火。藉此，確保噴油正時及點火正時，使曲軸40不論是在正轉或者是反轉時，燃油引擎都能依據噴油正時及點火正時而正確運作。

上述實施例之曲軸位置感知裝置，假設應用在多軸無人機的燃油引擎時，由於無人機的多個旋翼必須透過正反轉的搭配才能穩定飛行，而現有無人機的引擎具備為正轉及為反轉的兩種規格，也即正轉的引擎故障時只能更換同樣為正轉者，而反轉者亦同；反觀本發明之曲軸位置感知裝置，如上述實施例所述，各軸的旋翼可透過電子控制單元30選擇性地控制為正轉或反轉，因此可以達到各軸的燃油引擎無轉向之分而為相同規格者，從而燃油引擎的購置及維修就不必再考量正反轉方向不同的問題。

由上述之說明不難發現本發明的特點在於，本發明的燃油引擎之曲軸位置感知裝置，藉由曲軸位置感知器20對於轉動凸緣10的感知位置是正對缺口13，且轉動凸緣10上的多個齒12相對於缺口13為對稱設置，故不論曲軸40在燃油引擎啟動時是正轉或是反轉時，皆以曲軸位置感知器20感知到缺口13時的第一感知訊號S1為依據而復歸為齒數起算的基準時點，電子控制單元30並根據各齒12對應之第二感知訊號S2的資訊，正確感測曲軸40當前的角度及轉速而確認噴油正時及點火正時，因此本發明之曲軸位置感知裝置所應用的燃油引擎可以在啟動時選擇曲軸40為正轉或反轉，相較於習知燃油引擎只能控制曲軸在正轉或反轉之單一方向運作，本發明之曲軸位置感知裝置可供燃油引擎的轉向應用上更為靈活。

本發明在上文中已以實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100:曲軸位置感知裝置 200:控制方法 10:轉動凸緣 11:周緣 12:齒 13:缺口 20:曲軸位置感知器 30:電子控制單元 40:曲軸 50:啟動器 C:汽缸 P:等分點 S1:第一感知訊號 S2:第二感知訊號 S3:啟動訊號 S4:正時訊號 S11:步驟 S12:步驟 S13:步驟 S14:步驟 TDC:上死點 V:活塞

圖1係本發明實施例之燃油引擎之曲軸位置感知裝置之系統方塊圖。 圖2(a)係本發明第一實施例之曲軸位置感知器及轉動凸緣之配置示意圖。 圖2(b)係圖2(a)之曲軸當前位置所對應汽缸內活塞運動之帶動示意圖。 圖3係圖2(a)之轉動凸緣經十二等分所見之各等分點示意圖。 圖4係本發明實施例之燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法流程方塊圖。 圖5(a)係圖2(a)之轉動凸緣正轉且曲軸位置感知器感知到第一順位的齒之示意圖。 圖5(b)係圖5(a)之曲軸當前位置所對應汽缸內活塞運動之帶動示意圖。 圖6(a)係圖5(a)之轉動凸緣再正轉且曲軸位置感知器感知到第六順位的齒之示意圖。 圖6(b)係圖6(a)之曲軸當前位置所對應汽缸內活塞運動之帶動示意圖。 圖7(a)係圖2(a)之轉動凸緣反轉且曲軸位置感知器感知到第一順位的齒之示意圖。 圖7(b)係圖7(a)之曲軸當前位置所對應汽缸內活塞運動之帶動示意圖。 圖8(a)係本發明第二實施例之曲軸位置感知器及轉動凸緣之配置示意圖。 圖8(b)係圖8(a)之曲軸當前位置所對應汽缸內活塞運動之帶動示意圖。 圖9(a)係本發明第三實施例之曲軸位置感知器及轉動凸緣之配置示意圖。 圖9(b)係圖9(a)之曲軸當前位置所對應汽缸內活塞運動之帶動示意圖。

10:轉動凸緣

11:周緣

12:齒

13:缺口

20:曲軸位置感知器

40:曲軸

Claims (10)

1. 一種燃油引擎之曲軸位置感知裝置，用以感知燃油引擎之曲軸的旋轉角度，包含： 一轉動凸緣，其係呈圓盤狀且與所述曲軸連接而同軸轉動，該轉動凸緣具有一周緣，該轉動凸緣在該周緣定義多個等分點，該周緣在該多個等分點具有多個齒，且至少一個所述等分點沒有所述齒而形成一缺口； 一曲軸位置感知器，其在所述燃油引擎之所設位置為在該轉動凸緣的周緣旁邊，且該曲軸位置感知器的感知方向為朝向該周緣，該曲軸位置感知器在該周緣的感知位置正對該缺口時產生一第一感知訊號，又該曲軸位置感知器在該周緣的感知位置通過各該齒時產生一第二感知訊號；以及 一電子控制單元，其與該曲軸位置感知器電性連接，用以接收該第一感知訊號和各該第二感知訊號，當該轉動凸緣隨所述曲軸以正轉或反轉之可選擇方向旋轉時，該電子控制單元均以接收到該第一感知訊號時作為起算齒數的基準時點，且以接續收到各該齒的第二感知訊號為計算根據而獲得所述曲軸的旋轉角度。
2. 如請求項1所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置，進一步包括一啟動器，該啟動器設置在該燃油引擎中，且該啟動器可驅動地連接所述曲軸，該啟動器並電性連接該電子控制單元，該啟動器根據該電子控制單元之一啟動訊號，以所述正轉或反轉而可選擇方向地啟動所述曲軸開始旋轉。
3. 如請求項1所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置，其中，該曲軸位置感知器產生該第一感知訊號時，所述燃油引擎的活塞在汽缸內位於上死點的位置。
4. 如請求項1所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置，其中，該轉動凸緣在該周緣定義十二個等分點，該周緣在其中的十一個等分點都具有一個所述齒，所剩一個沒有所述齒的所述等分點形成該缺口。
5. 如請求項1所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置，其中，該轉動凸緣在該周緣定義二十四個等分點，該周緣在其中的二十二個等分點都具有一個所述齒，所剩兩個沒有所述齒的所述等分點相鄰而形成該缺口。
6. 如請求項1所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置，其中，該轉動凸緣在該周緣定義三十六個等分點，該周緣在其中的三十四個等分點都具有一個所述齒，所剩兩個沒有所述齒的所述等分點相鄰而形成該缺口。
7. 一種如請求項1所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法，包括以下步驟： 啟動所述燃油引擎，使該轉動凸緣隨所述曲軸以正轉或反轉之可選擇方向旋轉； 該電子控制單元接收到該第一感知訊號，此時為起算齒數的基準時點； 該電子控制單元根據接續收到各該齒的第二感知訊號，計算所述曲軸的旋轉角度，且該電子控制單元判斷所述曲軸的旋轉角度在一預設角度時產生一確認噴油正時及點火正時之正時訊號；以及 所述電子控制單元根據該正時訊號控制燃油引擎之噴嘴的噴油及對火星塞之點火。
8. 如請求項7所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法，其中，該燃油引擎中進一步包括一啟動器，該啟動器可驅動地連接所述曲軸，該啟動器並電性連接該電子控制單元；所述控制方法包括該啟動器根據該電子控制單元之一啟動訊號，以所述正轉或反轉而可選擇方向地啟動所述曲軸開始旋轉。
9. 如請求項7所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法，其中，該曲軸位置感知器產生該第一感知訊號時，所述燃油引擎的活塞在所述汽缸內位於上死點的位置。
10. 如請求項7所述之燃油引擎之曲軸位置感知裝置之控制方法，所述燃油引擎是設置在無人機、人為駕駛之飛行器、陸上車輛，以及海上船舶之其中一者中。