CN113775457B - 一种航空活塞发动机点火控制方法及故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空活塞发动机点火控制方法及故障诊断方法，包括第一磁铁和第二磁铁均位于发动机运动机构内且均外露一磁极，霍尔传感器位于发动机箱体上，其中第一磁铁和第二磁铁的外露磁极相反，霍尔传感器内部具有能感应第一磁铁外露磁极的第一霍尔芯片和能感应第二磁铁外露磁极的第二霍尔芯片；发动机起动时，第一磁铁和第二磁铁旋转至霍尔传感器位置处触发第一霍尔芯片和第二霍尔芯片分别产生霍尔脉冲信号，点火控制单元根据相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿或者下降沿时间差计算出发动机转速，根据发动机转速选择点火模式使得发动机起动更轻松，高速点火时刻更精准。本发明的故障诊断功能，有效提高了点火系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机点火控制领域，尤其涉及一种航空活塞发动机点火控制方法及故障诊断方法。
背景技术
航空活塞发动机中，点火控制是发动机正常工作的最重要因素。在发动机控制过程中，需要采集活塞与发动机上止点的夹角，并在合适的角度用电火花点燃发动机气缸中的压缩混合气。不同发动机转速下，该点火角度有不同的最佳值，这个点火角度及发动机转速准确与否，直接关系发动机功率、排放、寿命及运行平稳性。现有的发动机转速及点火角度采集传感器多采用磁电式，与传感器匹配的感应装置有单凸台或者多凸台两种，前者转速及角度精度差，抗干扰能力弱，后者工艺复杂，仅在电喷系统中使用。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种航空活塞发动机点火控制方法，该方法可靠性高、抗干扰能力强且能有效改善发动机不同运行阶段点火精度。
本发明的第二目的是提供一种航空活塞发动机故障诊断方法。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种航空活塞发动机点火控制方法，包括如下步骤：
发动机运动机构内设置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁均外露一磁极，第一磁铁和第二磁铁的外露磁极相反；发动机箱体上设置霍尔传感器，霍尔传感器内部具有能感应第一磁铁外露磁极的第一霍尔芯片和能感应第二磁铁外露磁极的第二霍尔芯片；
发动机起动时，曲轴连杆旋转360°，第一磁铁连续两次在霍尔传感器的第一霍尔芯片上感应出高电平脉冲信号，或者第二磁铁连续两次在霍尔传感器的第二霍尔芯片上感应出高电平脉冲信号，点火控制单元根据相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差T1，计算出发动机转速N；当发动机转速N低于设定的转速N1时，点火控制单元运行起动点火模式；当发动机转速N高于设定的转速N2时，点火控制单元运行高速点火模式；当发动机转速在N1~N2之间时，点火控制单元运行常规点火模式；
当N<N1时，点火控制单元判断出发动机处于起动阶段，点火控制单元进入起动点火模式；曲轴连杆带着桨毂旋转，第一磁铁和第二磁铁随着桨毂共同旋转，当第一磁铁旋转到霍尔传感器的位置时，霍尔传感器内部的第一霍尔芯片感应出高电平，此时活塞位于缸体顶部，即处于上止点位置；点火控制单元的单片机输出高电平信号，使可控硅导通，可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气；点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电,为下一个点火周期储存点火能量；
当N>N2时，点火控制单元判断出发动机处于高速阶段，点火控制单元进入高速点火模式；当第二磁铁旋转到霍尔传感器的位置时，第二霍尔芯片感应出高电平，此时活塞位于最大点火提前角Qmax位置，点火控制单元的单片机输出高电平，使可控硅导通，可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电,为下一个点火周期储存点火能量；
当N1≤N≤N2时，点火控制单元判断出发动机处于常规转速阶段，点火控制单元进入常规点火模式；单片机找到对应转速下设定的最佳点火提前角的值Q，按照该转速推算收到第一霍尔芯片或第二霍尔芯片的高电平脉冲信号后，活塞运动到设定的点火时刻点需要的时间T3；当T3计时结束，点火控制单元的单片机输出高电平，使可控硅导通，可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电,为下一个点火周期储存点火能量。
其中，当采用第一霍尔芯片为采集参数T3的信号源，T3的计算公式为：
其中TN1是该第一霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿与上个第一霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿之间的时长，或TN1是该第一霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿与上个第一霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿之间的时长，单位为ms。
优选的，当采用第二霍尔芯片为采集参数T3的信号源，T3计算公式为：
其中TS1是第二霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿与上个第二霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿之间的时长，或TS1是第二霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿与上个第二霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿之间的时长，单位为ms。
再者，所述发动机转速N的具体计算公式为：
其中T1为相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差，T1单位为ms，N单位为r/min。
进一步，所述发动机运动机构包括曲轴连杆、位于曲轴连杆上的桨毂和位于曲柄连杆上的活塞，其中第一磁铁和第二磁铁嵌于桨毂内。
再者，所述第一磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机上止点位置，第二磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机最大点火提前角位置。
优选的，所述点火控制单元上依次相连有点火线圈和火花塞。
进一步，所述点火控制单元包括单片机、DC-AC升压器、可控硅和储能电容C，其中单片机根据接收到的两组霍尔脉冲信号，计算发动机转速及活塞相对上止点的位置、选择点火模式，并输出信号使可控硅导通；可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气。
再者，所述单片机上还连接有ECU，ECU分别与舵机和喷油器相连接；当单片机收到两个连续的同极性霍尔脉冲信号时，单片机判断该信号是非正常信号，单片机发出信号至ECU，ECU锁定舵机将节气门开度固定为当前值，锁定喷油器的喷油占空比为当前值，再采集相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差T1。
本发明一种航空活塞发动机故障诊断方法，发动机运动机构内设置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁均外露一磁极，第一磁铁和第二磁铁的外露磁极相反；发动机箱体上设置霍尔传感器，霍尔传感器内部具有能感应第一磁铁外露磁极的第一霍尔芯片和能感应第二磁铁外露磁极的第二霍尔芯片；
诊断方法包括如下步骤：
（1）、单片机判断是否接收到第二霍尔芯片的高电平信号，如没接收到，执行步骤（10）；如接收到，执行步骤（2）和步骤（3）；
（2）、延时（Qmax-Q)×TS1/360点火，TS1是该第二霍尔芯片的高电平信号上升沿与上个第二霍尔芯片的高电平信号上升沿之间的时长或TS1是该第二霍尔芯片的高电平信号下降沿与上个第二霍尔芯片的高电平信号下降沿之间的时长，单位为ms；
（3）、判断第一霍尔芯片是否报故障，如已报故障，执行单霍尔运转模式，直接执行步骤（1），如没报故障，执行步骤（4）；
（4）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的高电平信号，如接收到，依次执行步骤（11）和步骤（16）后转到步骤（10）；如没接收到，执行步骤（5）；
（5）、判断单片机是否接收到第二霍尔芯片的下一个高电平信号，如没接收到，跳转步骤（4）循环等待；如接收到，执行步骤（6）和步骤（7）；
（6）、单片机输出高电平信号至ECU，ECU收到该高电平信号后锁定舵机开度及喷油器喷油占空比，让发动机转速稳定在当前值；
（7）、判断单片机采集到的相邻两个第二霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1与上个周期桨毂旋转时相邻两个第二霍尔芯片高电平信号的间隔时间T0的差值是否在设定范围内，如不在设定范围内，判断采集到的高电平信号是干扰信号并予以过滤，跳转执行步骤（9）和步骤（1）；如在设定范围内，执行步骤（8）后跳转到步骤（2）；
（8）、第一霍尔芯片报故障，并解除舵机及喷油器锁定；
（9）、解除舵机及喷油器锁定；
（10）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的高电平信号，如接收到，执行步骤（11）；如没接收到，执行步骤（1）；
（11）、判断第二霍尔芯片是否报故障，如已报故障，执行单霍尔运转模式，直接执行步骤（16）后跳转步骤（10），如没报故障，执行步骤（12）；
（12）、判断单片机是否接收到第二霍尔芯片的高电平信号，如接收到，执行步骤（2）；如没接收到，执行步骤（13）；
（13）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的下一个高电平信号，如没接收到，跳转步骤（12）循环等待；如接收到，执行步骤（14）；
（14）、单片机输出高电平信号至ECU，ECU收到该高电平信号后锁定舵机开度及喷油器喷油占空比，让发动机转速稳定在当前值；判断单片机采集到的相邻两个第一霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1与上个周期桨毂旋转时相邻两个第一霍尔芯片高电平信号的间隔时间T0的差值是否在设定范围内，如不在设定范围内，判断采集到的高电平信号是干扰信号并予以过滤，跳转执行步骤（9）后跳转到步骤（1）；如在设定范围内，执行步骤（15）、步骤（16）后跳转步骤（10）；
（15）、第二霍尔芯片报故障，解除舵机及喷油器锁定；
（16）、延时TN1-Q×TN1/360点火，TN1是该第一霍尔芯片的高电平信号上升沿与上个第一霍尔芯片的高电平信号上升沿之间的时长或TN1是该第一霍尔芯片的高电平信号下降沿与上个第一霍尔芯片的高电平信号下降沿之间的时长，单位为ms。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
（1）、本发明根据发动机转速把发动机点火模式分为起动点火模式、高速点火模式、常规点火模式三种，使得发动机起动更轻松，高速点火时刻更精准；
（2）、当发动机低速运转时，发动机旋转一圈用的时间长，且发动机旋转一圈，其转速不是匀速变化，采用预估方式计算点火时刻误差较大，找到的上止点位置不准确，本发明在起动点火模式下第一霍尔芯片采集的霍尔信号正对发动机上止点，此时活塞往复运动的阻力最小，此时刻点火，发动机最容易起动；
（3）、当发动机高速运转时，因每圈点火的间隔时间非常短，每圈计算点火提前角可能会造成单片机程序运行时序紧张，容易导致错过最佳点火时刻等现象，本发明在高速点火模式中第二霍尔芯片采集到霍尔信号马上控制发动机点火，可有效提高了发动机高速运转时的点火及时性；
（4）、在常规点火模式下，本发明可准确找到对应转速下设定的最佳点火提前角的值，确保发动机稳定工作；
（5）、当检测到两个同极性信号时，本发明锁定舵机开度及喷油占空比，稳定发动机转速的前提下，利用发动机稳态工况下前后两圈的转速基本稳定的原理，进行点火信号干扰的排除及霍尔传感器的故障报警，判断结果稳定可靠，有效提升了发动机的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的系统组成图；
图3为本发明中起动点火模式的相位示意图；
图4为本发明中高速点火模式的相位示意图；
图5为本发明中用第二霍尔芯片作为转速信号源的点火延迟时长T3计算示意图；
图6为本发明中用第一霍尔芯片作为转速信号源的点火延迟时长T3计算示意图；
图7为本发明中霍尔芯片故障及干扰判断逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，本发明一种航空活塞发动机点火控制系统包括桨毂1、第一磁铁2、霍尔传感器3、发动机箱体4、曲轴连杆5、活塞6、第二磁铁7、点火控制单元8、火花塞9、点火线圈10、第一霍尔芯片11、第二霍尔芯片12、舵机13、喷油器14和ECU15。其中发动机运动机构位于发动机箱体4内，霍尔传感器3安装在发动机箱体4上，霍尔传感器3内部有两颗单极性霍尔芯片，分别是第一霍尔芯片11和第二霍尔芯片12，第一霍尔芯片11为N极性霍尔芯片，第二霍尔芯片12为S极性霍尔芯片；发动机运动机构包括曲轴连杆5、活塞6和桨毂1，第一磁铁2和第二磁铁7埋在桨毂1里，第一磁铁为N极磁铁，第一磁铁2的外露面为N极，第二磁铁为S极磁铁，第二磁铁7的外露面为S极，桨毂1安装在曲轴连杆5上，活塞6安装在曲轴连杆5上。如图3和图4所示，N极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机上止点位置，S极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机最大点火提前角位置。
点火控制单元8与霍尔传感器3相连，点火控制单元上依次相连有点火线圈10和火花塞9；单片机上还连接有ECU15，ECU15分别与舵机13和喷油器14相连接。其中点火控制单元8包括单片机、DC-AC升压器、可控硅和储能电容C，可控硅缩写为SCR，其中单片机具有I01脚、I02脚、I03脚和I04脚，单片机的I01脚和I02脚与霍尔传感器3相连，单片机的I03脚与可控硅相连，单片机的I04脚与ECU相连；DC-AC升压器一接口与+12V相连，DC-AC升压器的一接口接地，DC-AC升压器的一接口与储能电容C相连，DC-AC升压器的一接口与可控硅相连，可控硅的一接口接地，储能电容C一接口与点火线圈10的初级线圈相连。本发明单片机根据I01脚和I02脚接收到的两组霍尔脉冲信号，计算发动机转速及活塞相对上止点的位置，并选择点火模式，单片机的I03脚输出高电平信号使可控硅导通，储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器将12V直流电逆变为300伏的为储能电容C充电，为下一个点火周期储存点火能量。本发明根据发动机转速把发动机点火模式分为起动点火模式、高速点火模式、常规点火模式三种。
发动机起动时，曲轴连杆旋转360°，N极磁铁和S极磁铁随着发动机运动机构旋转至霍尔传感器位置处触发霍尔传感器的S极性霍尔芯片和N极性霍尔芯片分别产生霍尔脉冲信号，点火控制单元根据相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差计算出发动机转速N，当发动机转速低于设定的转速N1时，点火控制单元运行起动点火模式；当发动机转速高于设定的转速N2时，点火控制单元运行高速点火模式；当发动机转速在N1~ N2之间时，点火控制单元运行常规点火模式。其中发动机转速N的具体计算公式为：
其中T1为相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差，T1单位为ms，N单位为r/min。
本发明一种航空活塞发动机点火控制系统的控制方法，包括如下步骤：
发动机起动时，曲轴连杆旋转360°，N极磁铁连续两次在霍尔传感器的N极性霍尔芯片上感应出高电平脉冲信号，或者S极磁铁连续两次在霍尔传感器的S极性霍尔芯片上感应出高电平脉冲信号，点火控制单元根据相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差T1，计算出发动机转速N如下：
其中T1单位为ms；N单位为r/min；当发动机转速N低于设定的转速N1时，点火控制单元运行起动点火模式；当发动机转速N高于设定的转速N2时，点火控制单元运行高速点火模式；当发动机转速在N1~N2之间时，点火控制单元运行常规点火模式；
当N<N1时，点火控制单元判断出发动机处于起动阶段，点火控制单元进入起动点火模式；曲轴连杆带着桨毂旋转，N极磁铁和S极磁铁随着桨毂共同旋转，当N极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时，霍尔传感器内部的N极性霍尔芯片感应出高电平并传递给单片机I01脚，此时活塞位于缸体顶部，即处于上止点位置；点火控制单元的单片机的I03脚输出高电平信号，可控硅导通，储能电容C、点火线圈的初级线圈通过可控硅构成放电回路，储能电容C放电，并在点火线圈的初级线圈中产生电流，从而在点火线圈的次级线圈中感应出高电压，并在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气；此时活塞往复运动的阻力最小，发动机最容易发动；点火结束后，点火控制单元的单片机I03脚输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电，为下一个点火周期储存点火能量。
当N>N2时，点火控制单元判断出发动机处于高速阶段，点火控制单元进入高速点火模式；发动机高速运转时，每圈点火的间隔时间非常短，每圈计算点火提前角可能会错过最佳点火时刻；本发明当S极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时，S极性霍尔芯片感应出高电平，此时活塞位于最大点火提前角Qmax位置，点火控制单元的单片机I03脚输出高电平，可控硅导通，储能电容C、点火线圈的初级线圈通过可控硅构成放电回路，储能电容C放电，并在点火线圈的初级线圈中产生电流，从而在点火线圈的次级线圈中感应出高电压，并在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，有效提高了发动机高速运转时的点火及时性；点火结束后，点火控制单元的单片机I03脚输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电，为下一个点火周期储存点火能量。
当N1≤N≤N2时，点火控制单元判断出发动机处于常规转速阶段，点火控制单元进入常规点火模式；单片机找到对应转速下设定的最佳点火提前角的值Q，按照该转速推算收到S极性霍尔芯片或N极性霍尔芯片的高电平脉冲信号后，活塞运动到设定的点火时刻点需要的时间T3；当T3计时结束，点火控制单元的单片机的I03脚输出高电平信号，可控硅导通，储能电容C、点火线圈的初级线圈通过可控硅构成放电回路，储能电容C放电，并在点火线圈的初级线圈中产生电流，从而在点火线圈的次级线圈中感应出高电压，并在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，完成一次发动机做功行程；点火结束后，点火控制单元的单片机I03脚输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电，为下一个点火周期储存点火能量。
如图5所示，其中当采用S极性霍尔芯片为采集参数T3的信号源，T3计算公式为：
其中TS1是S极性霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿与上个S极性霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿之间的时长或TS1是S极性霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿与上个S极性霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿之间的时长，单位为ms；
如图6所示，当N极性霍尔芯片为采集参数T3的信号源，T3的计算公式为：
其中TN1是该N极性霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿与上个N极性霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿之间的时长或TN1是该N极性霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿与上个N极性霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿之间的时长，单位为ms。
本发明中正常的点火信号：单片机的I01脚及I02脚轮流接收到S极性霍尔芯片产生的高电平信号及N极性霍尔芯片产生的高电平信号。当单片机接受到的是连续的N极性或者S极性霍尔芯片产生的高电平信号，则该信号可能为干扰产生的信号或者一个霍尔芯片产生故障所致。
判断原理：当收到两个连续的同极性霍尔信号时，点火控制单元中单片机的I04脚发出高电平信号给ECU，ECU锁定舵机开度固定为当前值，锁定喷油器的喷油占空比为当前值，从而保持发动机转速的基本稳定，再采集相邻两个霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1，如果T1不在发动机的转速波动范围内，说明是干扰信号，则不作为点火控制信号并予以排除，如果采集到连续的霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1且这些T1都在发动机的转速波动范围内，则发出对应的霍尔芯片故障报警，点火系统进入单霍尔运转模式。因为是发动机转速稳定条件下进行的干扰判断，T1的转速波动范围很小，所以本发明的干扰判断精度远高于其他的干扰判断程序。
如图7所示，以常规点火模式下，霍尔传感器3内部有两颗单极性霍尔芯片，分别是第一霍尔芯片11和第二霍尔芯片12，第一霍尔芯片11为N极性霍尔芯片，第二霍尔芯片12为S极性霍尔芯片；第一磁铁为N极磁铁，第一磁铁2的外露面为N极，第二磁铁为S极磁铁，第二磁铁7的外露面为S极，N极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机上止点位置，S极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机最大点火提前角位置。本发明一种航空活塞发动机点火控制系统的干扰排除及故障诊断方法，包括如下步骤：
（1）、单片机判断是否接收到第二霍尔芯片的高电平信号，如没接收到，执行步骤（10）；如接收到，执行步骤（2）和步骤（3）；
（2）、延时（Qmax-Q)×TS1/360点火，TS1是该第二霍尔芯片的高电平信号上升沿与上个第二霍尔芯片的高电平信号上升沿之间的时长或TS1是该第二霍尔芯片的高电平信号下降沿与上个第二霍尔芯片的高电平信号下降沿之间的时长，单位为ms；
（3）、判断第一霍尔芯片是否报故障，如已报故障，执行单霍尔运转模式，直接执行步骤（1），如没报故障，执行步骤（4）；
（4）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的高电平信号，如接收到，依次执行步骤（11）和步骤（16）后转到步骤（10）；如没接收到，执行步骤（5）；
（5）、判断单片机是否接收到第二霍尔芯片的下一个高电平信号，如没接收到，跳转步骤（4）循环等待；如接收到，执行步骤（6）和步骤（7）；
（6）、单片机输出高电平信号至ECU，ECU收到该高电平信号后锁定舵机开度及喷油器喷油占空比，让发动机转速稳定在当前值；
（7）、判断单片机采集到的相邻两个第二霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1与上个周期桨毂旋转时相邻两个第二霍尔芯片高电平信号的间隔时间T0的差值是否在设定范围内，如不在设定范围内，判断采集到的高电平信号是干扰信号并予以过滤，跳转执行步骤（9）和步骤（1）；如在设定范围内，执行步骤（8）后跳转到步骤（2）；
（8）、第一霍尔芯片报故障，并解除舵机及喷油器锁定；
（9）、解除舵机及喷油器锁定；
（10）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的高电平信号，如接收到，执行步骤（11）；如没接收到，执行步骤（1）；
（11）、判断第二霍尔芯片是否报故障，如已报故障，执行单霍尔运转模式，直接执行步骤（16）后跳转步骤（10），如没报故障，执行步骤（12）；
（12）、判断单片机是否接收到第二霍尔芯片的高电平信号，如接收到，执行步骤（2）；如没接收到，执行步骤（13）；
（13）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的下一个高电平信号，如没接收到，跳转步骤（12）循环等待；如接收到，执行步骤（14）；
（14）、单片机输出高电平信号至ECU，ECU收到该高电平信号后锁定舵机开度及喷油器喷油占空比，让发动机转速稳定在当前值；判断单片机采集到的相邻两个第一霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1与上个周期桨毂旋转时相邻两个第一霍尔芯片高电平信号的间隔时间T0的差值是否在设定范围内，如不在设定范围内，判断采集到的高电平信号是干扰信号并予以过滤，跳转执行步骤（9）后跳转到步骤（1）；如在设定范围内，执行步骤（15）、步骤（16）后跳转步骤（10）；
（15）、第二霍尔芯片报故障，解除舵机及喷油器锁定；
（16）、延时TN1-Q×TN1/360点火，TN1是该第一霍尔芯片的高电平信号上升沿与上个第一霍尔芯片的高电平信号上升沿之间的时长或TN1是该第一霍尔芯片的高电平信号下降沿与上个第一霍尔芯片的高电平信号下降沿之间的时长，单位为ms。
实施例2
实施例2与实施例1相同，区别之处在于：霍尔传感器3内部有两颗单极性霍尔芯片，分别是第一霍尔芯片11和第二霍尔芯片12，第一霍尔芯片11为S极性霍尔芯片，第二霍尔芯片12为N极性霍尔芯片；第一磁铁为S极磁铁，第一磁铁2的外露面为S极，第二磁铁为N极磁铁，第二磁铁7的外露面为N极，S极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机上止点位置，N极磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机最大点火提前角位置。
Claims (10)
1.一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
发动机运动机构内设置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁均外露一磁极，第一磁铁和第二磁铁的外露磁极相反；发动机箱体上设置霍尔传感器，霍尔传感器内部具有能感应第一磁铁外露磁极的第一霍尔芯片和能感应第二磁铁外露磁极的第二霍尔芯片；
发动机起动时，曲轴连杆旋转360°，第一磁铁连续两次在霍尔传感器的第一霍尔芯片上感应出高电平脉冲信号，或者第二磁铁连续两次在霍尔传感器的第二霍尔芯片上感应出高电平脉冲信号，点火控制单元根据相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差T1，计算出发动机转速N；当发动机转速N低于设定的转速N1时，点火控制单元运行起动点火模式；当发动机转速N高于设定的转速N2时，点火控制单元运行高速点火模式；当发动机转速在N1~N2之间时，点火控制单元运行常规点火模式；
当N<N1时，点火控制单元判断出发动机处于起动阶段，点火控制单元进入起动点火模式；曲轴连杆带着桨毂旋转，第一磁铁和第二磁铁随着桨毂共同旋转，当第一磁铁旋转到霍尔传感器的位置时，霍尔传感器内部的第一霍尔芯片感应出高电平，此时活塞位于缸体顶部，即处于上止点位置；点火控制单元的单片机输出高电平信号，使可控硅导通，可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气；点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电，为下一个点火周期储存点火能量；
当N>N2时，点火控制单元判断出发动机处于高速阶段，点火控制单元进入高速点火模式；当第二磁铁旋转到霍尔传感器的位置时，第二霍尔芯片感应出高电平，此时活塞位于最大点火提前角Qmax位置，点火控制单元的单片机输出高电平，使可控硅导通，可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电,为下一个点火周期储存点火能量；
当N1≤N≤N2时，点火控制单元判断出发动机处于常规转速阶段，点火控制单元进入常规点火模式；单片机找到对应转速下设定的最佳点火提前角的值Q，按照发动机转速N推算收到第一霍尔芯片或第二霍尔芯片的高电平脉冲信号后，活塞运动到设定的点火时刻点需要的时间T3；当T3计时结束，点火控制单元的单片机输出高电平，使可控硅导通，可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气，点火结束后，点火控制单元的单片机输出低电平信号，可控硅关断，DC-AC升压器为储能电容C充电，为下一个点火周期储存点火能量。
2.根据权利要求1所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于，当采用第一霍尔芯片为采集参数T3的信号源，T3的计算公式为：
其中TN1是该第一霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿与上个第一霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿之间的时长，或TN1是该第一霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿与上个第一霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿之间的时长，单位为ms。
3.根据权利要求1所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于，当采用第二霍尔芯片为采集参数T3的信号源，T3计算公式为：
其中TS1是第二霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿与上个第二霍尔芯片的高电平脉冲信号上升沿之间的时长，或TS1是第二霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿与上个第二霍尔芯片的高电平脉冲信号下降沿之间的时长，单位为ms。
4.根据权利要求1所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于：所述发动机转速N的具体计算公式为：
其中T1为相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差，T1单位为ms，N单位为r/min。
5.根据权利要求1所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于：所述发动机运动机构包括曲轴连杆、位于曲轴连杆上的桨毂和位于曲柄连杆上的活塞，其中第一磁铁和第二磁铁嵌于桨毂内。
6.根据权利要求5所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于：所述第一磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机上止点位置，第二磁铁旋转到霍尔传感器的位置时对应发动机最大点火提前角位置。
7.根据权利要求1所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于：所述点火控制单元上依次相连有点火线圈和火花塞。
8.根据权利要求7所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于：所述点火控制单元包括单片机、DC-AC升压器、可控硅和储能电容C，其中单片机根据接收到的两组霍尔脉冲信号，计算发动机转速及活塞相对上止点的位置、选择点火模式，并输出信号使可控硅导通；可控硅控制储能电容C放电并在点火线圈上感应出高电压，同时在火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸中的混合气。
9.根据权利要求7所述的一种航空活塞发动机点火控制方法，其特征在于：所述单片机上还连接有ECU，ECU分别与舵机和喷油器相连接；当单片机收到两个连续的同极性霍尔脉冲信号时，单片机判断该信号是非正常信号，单片机发出信号至ECU，ECU锁定舵机将节气门开度固定为当前值，锁定喷油器的喷油占空比为当前值，再采集相邻两个同极性霍尔脉冲信号的上升沿时间差或下降沿时间差T1。
10.一种航空活塞发动机故障诊断方法，其特征在于，发动机运动机构内设置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁均外露一磁极，第一磁铁和第二磁铁的外露磁极相反；发动机箱体上设置霍尔传感器，霍尔传感器内部具有能感应第一磁铁外露磁极的第一霍尔芯片和能感应第二磁铁外露磁极的第二霍尔芯片；
诊断方法包括如下步骤：
（1）、单片机判断是否接收到第二霍尔芯片的高电平信号，如没接收到，执行步骤（10）；如接收到，执行步骤（2）和步骤（3）；
（2）、延时（Qmax-Q)×TS1/360点火，TS1是该第二霍尔芯片的高电平信号上升沿与上个第二霍尔芯片的高电平信号上升沿之间的时长或TS1是该第二霍尔芯片的高电平信号下降沿与上个第二霍尔芯片的高电平信号下降沿之间的时长，单位为ms；
（3）、判断第一霍尔芯片是否报故障，如已报故障，执行单霍尔运转模式，直接执行步骤（1），如没报故障，执行步骤（4）；
（4）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的高电平信号，如接收到，依次执行步骤（11）和步骤（16）后转到步骤（10）；如没接收到，执行步骤（5）；
（5）、判断单片机是否接收到第二霍尔芯片的下一个高电平信号，如没接收到，跳转步骤（4）循环等待；如接收到，执行步骤（6）和步骤（7）；
（6）、单片机输出高电平信号至ECU，ECU收到该高电平信号后锁定舵机开度及喷油器喷油占空比，让发动机转速稳定在当前值；
（7）、判断单片机采集到的相邻两个第二霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1与上个周期桨毂旋转时相邻两个第二霍尔芯片高电平信号的间隔时间T0的差值是否在设定范围内，如不在设定范围内，判断采集到的高电平信号是干扰信号并予以过滤，跳转执行步骤（9）和步骤（1）；如在设定范围内，执行步骤（8）后跳转到步骤（2）；
（8）、第一霍尔芯片报故障，并解除舵机及喷油器锁定；
（9）、解除舵机及喷油器锁定；
（10）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的高电平信号，如接收到，执行步骤（11）；如没接收到，执行步骤（1）；
（11）、判断第二霍尔芯片是否报故障，如已报故障，执行单霍尔运转模式，直接执行步骤（16）后跳转步骤（10），如没报故障，执行步骤（12）；
（12）、判断单片机是否接收到第二霍尔芯片的高电平信号，如接收到，执行步骤（2）；如没接收到，执行步骤（13）；
（13）、判断单片机是否接收到第一霍尔芯片的下一个高电平信号，如没接收到，跳转步骤（12）循环等待；如接收到，执行步骤（14）；
（14）、单片机输出高电平信号至ECU，ECU收到该高电平信号后锁定舵机开度及喷油器喷油占空比，让发动机转速稳定在当前值；判断单片机采集到的相邻两个第一霍尔芯片高电平信号的间隔时间T1与上个周期桨毂旋转时相邻两个第一霍尔芯片高电平信号的间隔时间T0的差值是否在设定范围内，如不在设定范围内，判断采集到的高电平信号是干扰信号并予以过滤，跳转执行步骤（9）后跳转到步骤（1）；如在设定范围内，执行步骤（15）、步骤（16）后跳转步骤（10）；
（15）、第二霍尔芯片报故障，解除舵机及喷油器锁定；
（16）、延时TN1-Q×TN1/360点火，TN1是该第一霍尔芯片的高电平信号上升沿与上个第一霍尔芯片的高电平信号上升沿之间的时长或TN1是该第一霍尔芯片的高电平信号下降沿与上个第一霍尔芯片的高电平信号下降沿之间的时长，单位为ms。
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