CN110454291A - 航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，包括轴头，法兰，转速传感器，s极磁铁，N极磁铁，转速传感器安装座，发动机控制器，进气道，节风门舵机，舵机摇臂及舵机连杆，节风门阀片，喷油器，使用航空活塞发动机双余度转速采集燃油喷射控制系统时，飞控计算机与发动机控制器连接。本发明有效防止传感器信号在发生、传输过程中丢失，导致的控制系统无法正常工作，燃油喷射异常，影响发动机工作，并且本发明成本低、反应速度快。

Description

航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法

技术领域

本发明属于燃烧发动机燃料喷射控制领域，尤其涉及航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法。

背景技术

发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机(往复活塞式发动机)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、喷气发动机、电动机等，如内燃机通常是把化学能转化为机械能，发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器(如：汽油发动机、航空发动机)，通常，活塞式发动机燃油喷射控制系统使用凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器配合发动机飞轮上的信号盘进行判缸、判断上止点。若传感器信号在发生、传输过程中丢失，控制系统无法正常工作，导致燃油喷射异常，从而影响发动机工作，另外，还存在成本高、反应速度慢、结构复杂等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，包括轴头，法兰，转速传感器，s极磁铁，N极磁铁，转速传感器安装座，发动机控制器，进气道，节风门舵机，舵机摇臂及舵机连杆，节风门阀片，喷油器，飞控计算机，飞控计算机与发动机控制器连接，发动机控制器根据飞控计算机输出节风门开度指令，输出节风门舵机控制信号控制舵机摇臂及舵机连杆摆动，舵机摇臂及舵机连杆拉动节风门阀片旋转，改变节风门开度，影响进气道进气流量。

优选的，所述轴头带动法兰旋转，法兰上有磁极性相反的2块磁铁，两磁铁夹角大于喷油提前角的最大值。

优选的，所述转速传感器内部有S极磁铁、N极磁铁两个独立采集通道并且转速传感器安装在转速传感器安装座正上方，当活塞随曲轴旋转行进到上止点时，转速传感器正对N极磁铁。

优选的，所述喷油器向进气道内喷射燃油，燃油和空气混合后进入气缸内燃烧。

本发明的有益效果为：有效防止传感器信号在发生、传输过程中丢失，导致的控制系统无法正常工作，燃油喷射异常，影响发动机工作，并且本发明成本低、反应速度快。

附图说明

图1是航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法结构简图；

图2是发动机控制器硬件架构图；

图3是微处理器解算S极转速程序流程图；

图4是微处理器解算发动机转速程序流程图；

图5是微处理器解算喷油正时控制参数程序流程图；

图6是微处理器解算S极转速信号对应喷油控制参数的信号时序图；

图7是微处理器解算N极转速信号对应喷油控制参数的信号时序图；

图8微处理器控制节风门开度程序流程图。

图中：轴头-1，法兰-2，转速传感器-3，s极磁铁-4，N极磁铁-5，转速传感器安装座-6，发动机控制器-7，进气道-8，节风门舵机-9，舵机摇臂及舵机连杆-10，节风门阀片-11，喷油器-12，飞控计算机-13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1所示，航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，包括轴头，法兰，转速传感器，s极磁铁，N极磁铁，转速传感器安装座，发动机控制器，进气道，节风门舵机，舵机摇臂及舵机连杆，节风门阀片，喷油器，使用航空活塞发动机双余度转速采集燃油喷射控制系统时，飞控计算机与发动机控制器连接，航空活塞发动机工作时，轴头带动法兰旋转，法兰上有磁极性相反的2块磁铁，两磁铁夹角大于喷油提前角的最大值。转速传感器安装在转速传感器安装座正上方，当活塞随曲轴旋转行进到上止点时，转速传感器正对第2块磁铁。本发明中，法兰旋转方向是正对轴头看逆时针的方向，第1块超前经过转速传感器的磁铁是S极，第2块磁铁是N极。转速传感器具备2路转速信号输出，当转速传感器检测到S极磁场，S极转速信号出现低电平，其他时刻保持高电平；当转速传感器检测到N极磁场，N极转速信号出现低电平，其他时刻保持高电平。

发动机控制器接收转速传感器输出的两路转速信号，解算发动机转速和曲轴位置，输出喷油器电源信号控制喷油器喷射燃油。发动机控制器根据飞控计算机输出的节风门开度指令，输出节风门舵机控制信号控制节风门舵机摇臂摆动，舵机摇臂带动舵机连杆拉动节风门阀片旋转，改变节风门开度，影响进气道进气流量。喷油器向进气道内喷射燃油，燃油和空气混合后进入气缸内燃烧。

如附图2所示，发动机控制器中，电源模块为其他部分电路供电。磁铁1转速信号、磁铁2转速信号经开关量接口电路限幅、滤波处理后输出给微处理器，节风门开度指令经通信电路转换为串口通信信号后输出给微处理器。节风门舵机驱动电路放大微处理器输出信号，产生节风门舵机控制信号输出给节风门舵机。喷油器驱动电路放大微处理器输出信号，产生喷油器电源信号输出给喷油器。

如附图3所示，附图3左侧是前台程序，S极转速信号到来时，S极通道中断寄存器自动置位并触发程序运行一次，右侧是后台程序，微处理器每隔一固定时间段运行一次。程序目的是根据定时器采样结果解算出S极转速，并在中断触发后输出喷油正时控制参数。

每次触发前台程序，执行a1、a2步骤，置位S极转速信号标志位，获取S极通道定时器采样结果，随后进行a3、a4判定步骤。若当前转速源是S极转速，且喷油使能标志位置位，执行a5、a6步骤，输出S极转速对应喷油正时控制参数，清除由信号触发引起的S极通道中断寄存器，退出中断；若当前转速源不是S极转速，或喷油使能标志位未置位，直接执行a6步骤，清除S极通道中断寄存器，退出中断。前台程序使用尽量少的运算量保证系统时序。

每隔固定时间段运行的后台程序，首先执行b1判定步骤，判断前一时间段内是否有S极转速信号标志位置位。若前一时间段内S极转速信号标志位未置位，说明未发生中断，执行b2、b3步骤，清零S极转速信号周期、S极转速，退出程序。若前一时间段内有S极转速信号标志位置位，执行b4步骤，使用前台程序中的定时器采样结果解算S极转速信号周期，随后执行b5判定步骤。若S极转速信号周期非零，执行b6、b7步骤，对S极转速信号周期取倒数得到S极转速信号频率，进而求得S极转速。解算S极转速后执行b8步骤，清除S极转速信号标志位，退出程序。若S极转速信号周期是零，直接执行b8步骤，退出程序，微处理器根据N极转速信号解算N极转速的程序流程与解算S极转速流程基本一致。

如附图4所示，微处理器根据S极转速和N极转速解算发动机转速的程序流程，程序在微处理器解算S极转速、N极转速程序完成后执行，程序目的是对转速信号进行滤波，排除丢失的转速信号，得到可靠的发动机转速。首先执行a1判定步骤，判断S极转速与N极转速之差是否超过一定值。若不超过，因N极磁铁正对上止点位置，执行a2步骤，转速源使用N极转速。若超过，执行a4判定步骤，判断S极转速是否为零，若S极转速是零，执行a5步骤，转速源使用N极转速，随后对N极转速进行同种判定，执行a6、a7步骤，目的是将信号丢失的转速排除在外。以上步骤完成后执行a3判定步骤，判定转速源转速是否持续一段时间达到预设值。若达到，执行a8、a9步骤，将转速源转速赋给发动机转速并置位喷油使能标志位。若不达到，执行a10、a11步骤，清零发动机转速，清除喷油使能标志位，退出程序。

如附图5所示，微处理器根据发动机转速解算喷油控制参数的程序流程，程序在微处理器解算发动机转速程序完成后执行，程序目的是解算喷油正时控制参数，正确控制喷油器电源。首先执行a1判定步骤，判断发动机转速是否为零。若发动机转速非零，执行a2、a3、a4、a5步骤，解算法兰旋转周期、法兰线速度、法兰转过半个磁铁所需时间、法兰转过两个磁铁之间所需时间。若发动机转速为零，执行a7、a8、a9、a10步骤，清除前述四个变量。随后执行a6、a11、a12、a13步骤，查表解算当前发动机转速、节风门开度对应的喷油提前角、喷油持续期，进而解算不同转速源对应的喷油正时控制参数，退出程序。

如附图6所示，解算S极转速对应喷油正时控制参数的信号时序图，法兰带动S极磁铁先于N极磁铁到达转速传感器，所以S极转速信号超前于N极转速信号。S极转速对应喷油正时控制参数在触发中断时输出，本发明中S极转速信号的上升沿触发中断。两磁铁夹角大于喷油提前角的最大值，所以喷油器电源在S极转速信号到达后拉高电压，N极转速信号低电平中点对应上止点位置。

在附图6中，a-喷油提前角对应的喷油提前时间，b-法兰转过半个磁铁对应时间，c-喷油持续期，d-法兰转过两磁铁之间所需时间，e-触发中断后喷油器电源低电平持续时间。可以看出，触发中断后喷油器电源低电平持续时间e＝d-a-b，随后拉高电压，高电压持续时间c是喷油持续期，最后拉低电压。如附图7所示，一种可调扇叶角度风扇组装时，先将扇叶、中心盘，角度适配器和压环放置在操作平台上，进行快速定位，角度适配器的方形凸台分别穿过中心盘和压环上的方形孔，将铆钉插入到扇叶、中心盘、角度适配器和压盘四者的固定孔中，使用专用工具依次将铆钉安装到位，最后取下组装好的风扇，开始下一循环。

如附图7所示，N极转速信号的上升沿触发中断，两磁铁夹角大于喷油提前角的最大值，所以喷油器电源在N极转速信号到达前拉高电压，等待喷油持续期后拉低电压。对不同喷油持续期，有两种情况，本文图7左侧是喷油持续期较长，拉低电压时刻后于触发中断时刻，右侧是喷油持续期较短，拉低电压时刻先于触发中断时刻，N极转速信号低电平中点对应上止点位置。

在附图7左侧，a-喷油提前角对应的喷油提前时间，b-法兰转过半个磁铁对应时间，c-喷油持续期，d-触发中断后喷油器电源高电平持续时间，e-拉低电压后喷油器电源低电平持续时间，T-法兰旋转周期，可以看出，触发中断后喷油器电源高电平持续时间d＝c-a-b，随后拉低电压，低电压持续时间e＝T-c，最后拉高电压。右侧a-喷油提前角对应的喷油提前时间，b-法兰转过半个磁铁对应时间，c-喷油持续期，d-触发中断后喷油器电源低电平持续时间，T-法兰旋转周期。可以看出，触发中断后喷油器电源低电平持续时间d＝T-a-b，随后拉高电压，高电压持续时间c是喷油持续期，最后拉低电压。

如附图8所示，微处理器控制节风门开度程序在解算S极转速的程序前进行，属于开环控制。顺序执行a1、a2、a3步骤，查询飞控计算机发送的节风门开度指令，查表解算节风门舵机控制信号PWM波占空比，输出节风门舵机控制信号，退出程序。

需要说明的是，在本文中，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，其特征在于，包括轴头(1)，法兰(2)，转速传感器(3)，s极磁铁(4)，N极磁铁(5)，转速传感器安装座(6)，发动机控制器(7)，进气道(8)，节风门舵机(9)，舵机摇臂及舵机连杆(10)，节风门阀片(11)，喷油器(12)，飞控计算机(13)，飞控计算机(13)与发动机控制器(7)连接，发动机控制器(7)根据飞控计算机(13)输出节风门开度指令，输出节风门舵机(9)控制信号控制舵机摇臂及舵机连杆(10)摆动，舵机摇臂及舵机连杆(10)拉动节风门阀片(11)旋转，改变节风门开度，影响进气道进气流量。

2.根据权利要求1所述的航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，其特征在于，所述轴头(1)带动法兰(2)旋转，法兰(2)上有磁极性相反的2块磁铁，两磁铁夹角大于喷油提前角的最大值。

3.根据权利要求1所述的航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，其特征在于，所述转速传感器(3)内部有S极磁铁(4)、N极磁铁(5)两个独立采集通道并且转速传感器安装在转速传感器安装座(6)正上方，当活塞随曲轴旋转行进到上止点时，转速传感器正对N极磁铁(5)。

4.根据权利要求1所述的航空活塞发动机双余度转速采集喷油正时控制系统和方法，其特征在于，所述喷油器(10)向进气道(8)内喷射燃油，燃油和空气混合后进入气缸内燃烧。