TWI568927B - 引擎減壓控制裝置 - Google Patents

Description

引擎減壓控制裝置

本發明係關於一種引擎減壓控制裝置，尤指一種適用於機車引擎系統之減壓控制裝置。

所謂引擎減壓控制裝置，一般應用於引擎活塞之壓縮行程狀態，請參閱圖6，係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之閥開啟揚程-曲軸旋轉角度之關係圖。如圖所示，縱軸座標表示閥開啟揚程，橫軸座標表示曲軸旋轉角度。本發明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，一般的閥揚程曲線包括有排氣揚程曲線A及進氣揚程曲線B。然而，當活塞在壓縮行程下，且此時引擎轉速過低或在啟動階段時，曲軸所受阻力將大幅上升，使得轉動順暢度不足，整體效率受到影響，因而需要引擎減壓控制裝置來協助洩壓，因此，產生 了如圖中所示之減壓揚程曲線C。

然而，習知引擎減壓控制裝置請參閱圖7所示，係習知引擎減壓控制裝置之剖視圖。習知引擎減壓裝置設置於一引擎9之一汽缸頭91中，係利用一減壓蹄塊92連動一設置於凸輪軸930上之減壓軸93及減壓舉桿94，該減壓蹄塊92係連接一減壓彈簧921，利用該減壓彈簧921之回復力作為判定引擎臨界轉速之指標。因此，當引擎9轉速低於某一特定值時，該減壓蹄塊92之離心力無法克服減壓彈簧921之彈力，使得減壓舉桿94凸出排氣凸輪之基圓外，進而洩除排氣閥於壓縮行程進行之部分汽缸壓力；反之，當引擎9轉速達到某一值之後，減壓蹄塊92之離心力克服減壓彈簧921之回復力，則作動減壓軸93轉動，減壓舉桿94縮回排氣凸輪之基圓內，將不進行減壓動作，使得引擎9正常運動。

不過，習知的引擎減壓裝置會隨著不同排氣量進行減壓轉速，其需求變更許多相關零件如減壓蹄塊、減壓回復彈簧、減壓平衡塊，而且其減壓轉速只能於特定某一定值。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引擎減壓控制裝置，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引擎減壓控制 裝置，係以電動馬達取代傳統減壓蹄塊，並透過一控制單元作為減壓裝置啟動或停止之控制樞紐，藉以達到可在任意時機設定減壓狀態，並可減小啟動馬達之功率消耗與能量耗損，俾能在引擎設計中選用更小尺寸之啟動裝置。

為達成上述目的，本發明之引擎減壓控制裝置，設置於具有一汽缸頭之一引擎，包括有：一電動馬達、一減壓軸、一減壓舉桿以及一控制單元。電動馬達連接一控制軸，可提供一動力輸出並傳遞至控制軸上。

減壓軸穿設於一凸輪軸中，包括設有一減壓軸彈簧之一緩衝部及一主軸體，緩衝部固定於凸輪軸內，主軸體具有一凸出部及一凹縮滑槽，主軸體之前後端部分別連接緩衝部及控制軸之一控制推桿。藉此，減壓軸可在水平方向上滑移，並透過控制推桿及緩衝部之減壓軸彈簧的配合使用，調整減壓軸所處之位置。

減壓舉桿穿設於凸輪軸之一垂直通道內並套設有一減壓舉桿彈簧，減壓舉桿之前後端部分別頂推主軸體及一排氣搖臂。藉此，減壓舉桿可在垂直方向上滑移，並透過上述凸出部或一凹縮滑槽頂推作用及垂直通道內之減壓舉桿彈簧的配合使用，調整減壓舉桿所處之位置。

控制單元電連接電動馬達，用以控制電動馬達驅動控制軸頂推或拉回控制推桿。藉此，控制單元控制電動馬達，使上述減壓軸及減壓舉桿產生連帶對應作用，藉以控制 排氣搖臂在壓縮行程中作動開啟或關閉，俾能精準地在特定轉速中進行減壓作業。

其中，當引擎低於一預定轉速時，減壓軸之凸出部頂推減壓舉桿，使得減壓舉桿至一排氣凸輪之基圓外。此時，在本發明中稱上述減壓軸移至一高位置，使得排氣搖臂受頂推作用帶動開啟排氣閥，進行減壓作業。

在另一情況下，當引擎高於一預定轉速時，減壓軸之凹縮滑槽承接減壓舉桿，使得減壓舉桿至一排氣凸輪之基圓內。此時，在本發明中稱上述減壓軸移至一低位置，使得排氣搖臂受回復作用帶動關閉排氣閥，未進行減壓作業。

上述控制單元可包括有一馬達控制器、一轉速感知器及一角度位置感知器，轉速感知器接收引擎之轉速狀態資訊並電耦接馬達控制器。藉此，用以偵測目前的轉速及曲軸資訊，同時判斷是否超過一特定轉速，並利用馬達控制器控制該電動馬達是否該啟動減壓機制，使得曲軸能回轉更為順暢，減少能量耗損，以利啟動作業。

再者，一動力馬達可與引擎之一曲軸同軸旋轉，使得動力馬達同時具有馬達模式及發電機模式，此時，動力馬達就不僅僅是個驅動裝置，更可成為一發電裝置，其取決與引擎效率，當引擎效率差的時候，可輔助驅動造成馬達耗電；反之，當引擎效率高的時候，可作為發電機的腳色，將電能回充至電池內，使之成為一高效率之並聯式複合動力系 統。

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。

1‧‧‧引擎

10‧‧‧動力馬達

11‧‧‧汽缸頭

2‧‧‧電動馬達

20‧‧‧輸出軸

201‧‧‧正交螺旋齒輪組

21‧‧‧控制軸

210‧‧‧軸端部

211‧‧‧控制推桿

3‧‧‧減壓軸

30‧‧‧凸輪軸

301‧‧‧垂直通道

31‧‧‧緩衝部

311‧‧‧減壓軸彈簧

32‧‧‧主軸體

321‧‧‧凸出部

322‧‧‧凹縮滑槽

4‧‧‧減壓舉桿

40‧‧‧排氣搖臂

401‧‧‧排氣閥

411‧‧‧減壓舉桿彈簧

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧排氣凸輪

7‧‧‧曲軸

8‧‧‧電池

9‧‧‧引擎

91‧‧‧汽缸頭

92‧‧‧減壓蹄塊

921‧‧‧減壓彈簧

93‧‧‧減壓軸

930‧‧‧凸輪軸

94‧‧‧減壓舉桿

A‧‧‧排氣揚程曲線

B‧‧‧進氣揚程曲線

C‧‧‧減壓揚程曲線

圖1係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之作動減壓之剖視圖。

圖2係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之作動減壓之另一剖視圖。

圖3係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之未作動減壓之剖視圖。

圖4係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之未作動減壓之另一剖視圖。

圖5係本發明另一較佳實施例之引擎減壓控制裝置之示意圖。

圖6係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之閥開啟揚程-曲軸旋轉角度之關係圖。

圖7係習知引擎減壓控制裝置之剖視圖。

請參閱圖1及圖2，係本發明較佳實施例之引擎 減壓控制裝置之作動減壓之剖視圖及另一剖視圖。所述之二剖視圖之視角相差90度，可由不同面向檢視本發明之結構特徵。圖中出示一種引擎減壓控制裝置，設置於具有一汽缸頭11之一引擎1，主要包括有一電動馬達2、一減壓軸3、一減壓舉桿4以及一控制單元5。該引擎減壓控制裝置之使用時機係為：當引擎1之活塞作用進入壓縮行程時，為了增加低轉速之曲軸回轉的順暢度，藉由自動化的洩壓調整，可減少能量耗損，增進引擎效率。

在本實施例中，電動馬達2之輸出軸20連接一控制軸21，可將電動馬達2之動力輸出傳遞至控制軸21上。其中，為了避免馬達持續作動減壓，造成過度耗電與馬達燒壞等問題，因此在電動馬達2與控制軸21間另配置有正交螺旋齒輪組201，其具備自鎖效應，當電動馬達2未通電轉動時控制軸21無法回傳力量轉動該電動馬達2。所述控制軸21之一軸端部210可容置一控制推桿211，並利用電動馬達2之驅動力使之在水平方向上滑移。

接著，上述控制推桿211連接一減壓軸3，而該減壓軸3穿設於一凸輪軸30中，包括有緩衝部31及一主軸體32，該緩衝部31固定於凸輪軸30內並設有一減壓軸彈簧311，作為主軸體32頂推時之緩衝機構。其中，主軸體32具有一凸出部321及一凹縮滑槽322，兩者在縱向上具有高度差異，可用以切換一排氣搖臂40之位置狀態。此時，在凸輪 軸30之垂直通道301中對應設置一減壓舉桿4，其前後端部分別頂推主軸體32及一排氣搖臂40，並利用一減壓舉桿彈簧411作為減壓舉桿4頂推時之緩衝機構。藉此，透過減壓軸及減壓舉桿之連動關係，建構出一種排氣閥開啟機制，可在任意時機設定減壓狀態。另外，減壓舉桿彈簧411還具備抑制減壓舉桿在引擎高轉速時離心力，避免減壓作動。

除了上述機械傳動結構外，另設有一控制單元5，係電連接電動馬達2，其內部可包括有一馬達控制器、一轉速感知器及一角度位置感知器。轉速感知器接收引擎之轉速狀態資訊並電耦接馬達控制器；角度位置感知器偵測馬達輸出軸旋轉之位置資訊。最終，馬達控制器綜合上述之偵測資訊，發出一訊號控制電動馬達2是否應供給動力輸出，提供控制推桿211一頂推或拉回之作用力。藉此，有別於傳統上係利用減壓蹄塊之離心力與彈簧回復力之比較關係，作動減壓軸轉動，本發明透過控制系統，有效簡化零件需求及增進減壓判定上的靈敏度。

因此，透過上述控制單元5的偵測與判斷，當引擎活塞進入壓縮行程且轉速低於一預定轉速時，該預定轉速可設定為介於1100~1200rpm之區間或是複合動力在動力馬達模式之轉速，為了使曲軸能迴轉得更為順暢，如圖1及圖2所示，利用上述機構之連動關係作動減壓，其最終目的係為了開啟及關閉排氣閥401，使得汽缸內的高壓氣體能先行 排出，進行減壓作業。因此，當電動馬達2轉回控制軸21至最初位置時，使得該控制推桿211回到軸端部210之凹槽中，並利用減壓軸彈簧311之回復力帶動主軸體32向右滑移，使得減壓軸處於一高位置，亦即，主軸體32之凸出部321頂推減壓舉桿4，使得減壓舉桿4至一排氣凸輪6之基圓外。最終，排氣搖臂40受凸出部321之頂推作用，帶動排氣閥401向下開啟，完成減壓作業。

相對地，若要停止減壓作業，請參閱圖3至圖4，係本發明較佳實施例之引擎減壓控制裝置之未作動減壓之剖視圖及另一剖視圖。同樣透過上述控制單元5的偵測與判斷，當引擎活塞進入壓縮行程且轉速高於一預定轉速時，該預定轉速可設定為介於1100~1200rpm之區間或是複合動力在動力馬達模式之轉速，因為引擎及曲軸處於正常高速轉動之狀態，故無需再利用上述機構作動減壓。因此，電動馬達2轉動控制軸21離開最初位置，使得控制推桿211脫離軸端部210之凹槽中，並透過一緩衝機制壓縮減壓軸彈簧311，進而帶動主軸體32向左滑移，使得減壓軸處於一低位置，亦即，主軸體32之凹縮滑槽322承接減壓舉桿4，使得減壓舉桿4回復至一排氣凸輪6之基圓內。最終，排氣搖臂40受凹縮滑槽322之承接作用，使得排氣閥401向上關閉，停止減壓作業。

再者，本發明之引擎減壓控制裝置亦可應用於 一體式啟動發電機(Integrated Starter Generator,ISG)或並聯式複合動力之車輛馬達中。請參閱圖5，係本發明另一較佳實施例之引擎減壓控制裝置之示意圖。圖中揭露一種並聯式複合動力車輛之配置方式，其配置特點在於：動力馬達10係與引擎1之一曲軸7同軸旋轉，使得動力馬達10同時具有馬達模式及發電機模式。當引擎1轉速於低速時，控制單元5考量引擎1效率低，因此以馬達模式驅動傳動系統轉動輪胎。而動力馬達10轉動時，引擎1會受到引擎壓縮壓力的影響，使得該動力馬達10需要更多功率，造成馬達耗電。因此，控制單元5控制減壓裝置作動引擎減壓，以減少電池8電容量損失；另一方面，當引擎1轉速於高速時，由於引擎1效率高，因此控制單元5將動力馬達10轉變為發電機模式同時不作動減壓，有效回收引擎1驅動輪胎時所產生之動能，係以電能之形式回充至電池8內。此時，動力馬達10就不僅僅是個驅動裝置，更可成為一發電裝置，其取決與引擎效率及轉速的變化，係為一種結合引擎減壓控制裝置之並聯式複合動力系統。

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。

1‧‧‧引擎

11‧‧‧汽缸頭

2‧‧‧電動馬達

20‧‧‧輸出軸

201‧‧‧正交螺旋齒輪組

21‧‧‧控制軸

210‧‧‧軸端部

211‧‧‧控制推桿

3‧‧‧減壓軸

30‧‧‧凸輪軸

301‧‧‧垂直通道

31‧‧‧緩衝部

311‧‧‧減壓軸彈簧

32‧‧‧主軸體

321‧‧‧凸出部

322‧‧‧凹縮滑槽

4‧‧‧減壓舉桿

40‧‧‧排氣搖臂

411‧‧‧減壓舉桿彈簧

5‧‧‧控制單元

Claims (6)

1. 一種引擎減壓控制裝置，設置於具有一汽缸頭之一引擎，包括有：一電動馬達，連接一控制軸；一減壓軸，穿設於一凸輪軸中，包括設有一減壓軸彈簧之一緩衝部及一主軸體，該緩衝部固定於該凸輪軸內，該主軸體具有一凸出部及一凹縮滑槽，該主軸體之前後端部分別連接該緩衝部及該控制軸之一控制推桿；一減壓舉桿，穿設於該凸輪軸之一垂直通道內並套設有一減壓舉桿彈簧，該減壓舉桿之前後端部分別頂推該主軸體及一排氣搖臂；以及一控制單元，係電連接該電動馬達，用以控制該電動馬達驅動該控制軸頂推或拉回該控制推桿。
2. 如申請專利範圍第1項所述之引擎減壓控制裝置，其中，當該引擎低於一預定轉速時，該減壓軸之該凸出部頂推該減壓舉桿，使得該減壓舉桿至一排氣凸輪之基圓外。
3. 如申請專利範圍第1項所述之引擎減壓控制裝置，其中，當該引擎高於一預定轉速時，該減壓軸之凹縮滑槽承接該減壓舉桿，使得該減壓舉桿至一排氣凸輪之基圓內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之引擎減壓控制裝置，其中，該控制單元包括有一馬達控制器、一轉速感知器及一角度位置感知器，該轉速感知器接收引擎之轉速狀態資訊並電耦接該馬達控制器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之引擎減壓控制裝置，其中，更包括一動力馬達係與該引擎之一曲軸同軸旋轉。
6. 如申請專利範圍第5項所述之引擎減壓控制裝置，其中，該動力馬達具有馬達模式及發電機模式，係為一並聯式複合動力系統。