發動機轉速和相位傳感器的冗余系統及其控制方法與流程

本發明涉及發動機技術領域，具體涉及航空發動機的轉速和相位傳感器冗余設計。

背景技術：

發動機是動力機械的核心部件，隨著電子技術應用于發動機技術中，電子控制系統便成為發動機的大腦和神經系統，它的功能及可靠性直接影響著發動機的功能和可靠性。而作為控制系統中的曲軸轉速傳感器和凸輪相位傳感器，不僅直接影響發動機的起動性能，更對發動機正常運轉產生重要影響。

目前無論在汽車領域還是航空領域，電控系統冗余設計尤其是關鍵傳感器冗余設計已經開始運用。尤其是在航空領域，電子控制系統中關鍵輸入如轉速傳感器、相位傳感器、進氣溫度/壓力傳感器，控制器器ecu(電子控制單元)是雙冗余設計，每一個控制器的輸入是獨立的，輸出共用一個通道，可以確保兩個系統的相對獨立性，同時為保證兩個控制器的輸入信息盡可能的相近，才能得出相同的輸出，因此布置上冗余設計的傳感器位置要求盡可能在一起，這樣不僅增加了發動機的整體布置難度，而且由于傳感器不是完全在同一個位置，采集的信號會有誤差，最終會導致輸出存在誤差，表現在切換輸入通道時，發動機功率出現較大波動，甚至會出現發動機故障，導致發動機熄火。

綜上所述，現有技術中存在如下問題：雙輸入通道由于布置上不能完全在同一個點，尤其是轉速傳感器采集的信號會存在一定的誤差，導致兩個控制器不能保證完全一致的輸出，在切換控制器的過程中會導致發動機功率出現較大波動，或發動機故障。

針對上述問題，公開號為cn106593761a的專利申請，專利名稱為《一種基于etpu四缸柴油機冗余然后噴射方法》中，公開了主發電機控制器對應的曲軸傳感器和輔助發電機控制器對應的曲軸傳感器相差180度，雖然兩者相差180度，但是兩者所檢測的是否為同一個信號齒，以及兩個凸輪相位傳感器的位置關系不清楚，仍無法克服切換輸入通道時的誤差問題，無法克服上述情況的發生。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是實現一種轉速傳感器和相位傳感器不在同一個位置時，能確保兩個控制器保持一致的輸出，切換控制器通道不會引起較大的功率波動或發動機故障冗余系統設計。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：發動機轉速和相位傳感器的冗余系統，發動機的輸出軸上設有曲軸信號輪和凸輪信號輪，系統設有采集曲軸信號輪信號的第一曲軸轉速傳感器和第二曲軸轉速傳感器，以及采集凸輪信號輪信號的第一凸輪相位傳感器和第二凸輪相位傳感器；

所述第一曲軸轉速傳感器和第二曲軸轉速傳感器采集同一個曲軸信號輪的信號，所述第一曲軸轉速傳感器中心線沿曲軸信號輪旋轉方向與第二曲軸轉速傳感器中心線成180°夾角；

所述第一凸輪相位傳感器和第二凸輪相位傳感器采集同一個凸輪信號輪的信號，所述第一凸輪相位傳感器中心線沿凸輪信號輪旋轉方向與第二凸輪相位傳感器中心線成180°夾角。

所述第一曲軸轉速傳感器和第一凸輪相位傳感器輸出信號至第一控制器，所述第二曲軸轉速傳感器和第二凸輪相位傳感器輸出信號至第二控制器，所述第一控制器和第二控制器的執行程序相同。

所述第一曲軸轉速傳感器和第二曲軸轉速傳感器、以及第一凸輪相位傳感器和第二凸輪相位傳感器檢測信號的方向分別與曲軸信號輪、凸輪信號輪旋轉方向一致。

基于所述發動機轉速和相位傳感器的冗余系統的控制方法：

發動機起動時，第一曲軸轉速傳感器與第一凸輪相位傳感器同步時，則判斷第一缸噴油，當第一曲軸轉速傳感器與第一凸輪相位傳感器若相差曲軸180°才能同步時，則判斷下一缸噴油；

發動機起動時，第二曲軸轉速傳感器與第二凸輪相位傳感器同步時，則判斷第一缸噴油，第二曲軸轉速傳感器與第二凸輪相位傳感器若相差曲軸180°才能同步時，則判斷下一缸噴油。

發動機起動后，可以實現同一個控制程序下第一通道與第二通道之間的切換。

本發明的優點在于將冗余設計的曲軸轉速傳感器和凸輪相位傳感器分別以180°夾角的方式布置，使發動機整體布置方便，在上述結構基礎上，可以用一套完全一樣的控制程序實現兩個通道的自然切換，控制簡單，穩定、可靠，可以完全避免切換控制器通道時可能產生的故障。

除此之外，由于曲軸轉速傳感器和凸輪相位傳感器分別以180°夾角的方式布置，并且兩個控制器可以共用同一個控制程序，實現噴油控制，所述兩個系統相互獨立，互不干擾影響，都可以獨立的正常運轉啟動，而且由于兩個控制器共用同一個控制程序降低設計成本，降低程序量，也使得系統運行更加的穩定、可靠。

附圖說明

下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容及圖中的標記作簡要說明：

圖1為曲軸信號輪的傳感器布置示意圖；

圖2為凸輪信號輪的傳感器布置示意圖；

上述圖中的標記均為：1、曲軸信號輪；2、凸輪信號輪；3、第一曲軸轉速傳感器；4、第一凸輪相位傳感器；5、第二曲軸轉速傳感器；6、第二凸輪相位傳感器。

具體實施方式

如圖1所示，第一曲軸轉速傳感器3和第二曲軸轉速傳感器5共用一個曲軸信號輪1，第一曲軸轉速傳感器3中心線沿曲軸信號輪1旋轉方向與曲軸信號輪1缺齒后第一齒中心線成一定角度，第二曲軸轉速傳感器5中心線沿曲軸信號輪1旋轉方向與第一曲軸轉速傳感器3中心線成180°夾角，此時正對發動機第一缸活塞處于壓縮上止點。

如圖2所示，第一凸輪相位傳感器4和第二凸輪相位傳感器6共用一個凸輪信號輪2，發動機第一缸活塞處于壓縮上止點時，第一凸輪相位傳感器4中心線沿凸輪信號輪2旋轉方向與凸輪信號輪2多齒邊緣成一定夾角，第二凸輪相位傳感器6中心線沿凸輪信號輪2旋轉方向與第一凸輪相位傳感器4中心線成180°夾角。

由于同一類型的兩個傳感器采用同一個信號輪，則在發動機上的空間布置不再受嚴格的限制，同時解決了因采集信號誤差產生的控制策略問題，此時，兩個控制器可以共用同一個控制程序，實現噴油控制，避免了兩個控制用兩個版本控制程序的問題，不僅降低了設計難度和工作量，還降低的軟件風險。

第一曲軸轉速傳感器3與第二曲軸轉速傳感器5相對位置180°，第一凸輪相位傳感器4與第二凸輪相位傳感器6相對位置也是180°，當發動機曲軸轉動第一圈時，第一曲軸轉速傳感器3與第二凸輪相位傳感器6剛好可以同步，第二曲軸轉速傳感器5與第二凸輪相位傳感器6不能同步，此時，可以判斷出第一缸噴油，帶發動機曲軸轉動第二圈到第三圈時，根據第一曲軸轉速傳感器3與第二凸輪相位傳感器6上一圈判斷的結果應該是下一缸噴油，而此時，第二曲軸轉速傳感器5與第二凸輪相位傳感器6剛好可以判斷出相差曲軸180°才能同步的信息，也是判斷出下一缸噴油，與以第一曲軸轉速傳感器3和第一凸輪相位傳感器4判斷的結果一致，在進行通道切換時，不會出現判缸不一致導致噴油延續的情況，功率也不會出現較大波動。

總之，發動機起動時，通過曲軸轉速傳感器采集曲軸信號輪1的轉速信號和凸輪相位傳感器采集凸輪信號輪2的相位信號判斷是否同步及與第一缸活塞上止點的位置，進行判斷噴油控制。發動機一旦起動之后，可以根據設計的點火順序進行持續噴油。雙冗余設計的曲軸轉速傳感器和凸輪相位傳感器，可以在發動機起動時，提供相對獨立的轉速和相位信號，以便控制器進行獨立的判缸；發動機正常運轉時，兩個通道的持續噴油控制步調一致，以便在控制器切換通道時，可以控制發動機持續無故障的運轉。

例如，若發動機的噴油順序為1-4-3-2，則以a組通道為輸入信號時起動發動機，當曲軸信號輪1的缺齒經過第一曲軸轉速傳感器3中心線一個α角度的同時凸輪信號輪2多齒的邊緣經過第二凸輪相位傳感器6一個β角度，此時發動機第一缸的活塞處于上止點位置，控制器控制第一缸噴油，接下來，當曲軸轉動一圈，控制器控制第四缸噴油，隨著曲軸的轉動，控制器按順序控制噴油。與此同時，b組通道的傳感器也在采集信號，控制器也進行的相同的計算操作。在第一缸噴油后，曲軸轉動一圈，第二曲軸轉速傳感器5可以在遇到缺齒α角度后再經過曲軸一圈通過第二凸輪相位傳感器6識別到凸輪信號輪2多齒的邊緣已經過第二凸輪相位傳感器6β角，根據控制策略可以判段出第四缸噴油，與a組通道正好同步。以b組通道為輸入信號起動發動機時，先是第四缸噴油。

上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。