发动机转速和相位传感器的冗余系统的制作方法

本实用新型涉及发动机技术领域，具体涉及航空发动机的转速和相位传感器冗余设计。

背景技术：

发动机是动力机械的核心部件，随着电子技术应用于发动机技术中，电子控制系统便成为发动机的大脑和神经系统，它的功能及可靠性直接影响着发动机的功能和可靠性。而作为控制系统中的曲轴转速传感器和凸轮相位传感器，不仅直接影响发动机的起动性能，更对发动机正常运转产生重要影响。

目前无论在汽车领域还是航空领域，电控系统冗余设计尤其是关键传感器冗余设计已经开始运用。尤其是在航空领域，电子控制系统中关键输入如转速传感器、相位传感器、进气温度/压力传感器，控制器器ECU(电子控制单元)是双冗余设计，每一个控制器的输入是独立的，输出共用一个通道，可以确保两个系统的相对独立性，同时为保证两个控制器的输入信息尽可能的相近，才能得出相同的输出，因此布置上冗余设计的传感器位置要求尽可能在一起，这样不仅增加了发动机的整体布置难度，而且由于传感器不是完全在同一个位置，采集的信号会有误差，最终会导致输出存在误差，表现在切换输入通道时，发动机功率出现较大波动，甚至会出现发动机故障，导致发动机熄火。

综上所述，现有技术中存在如下问题：双输入通道由于布置上不能完全在同一个点，尤其是转速传感器采集的信号会存在一定的误差，导致两个控制器不能保证完全一致的输出，在切换控制器的过程中会导致发动机功率出现较大波动，或发动机故障。

针对上述问题，公开号为CN106593761A的专利申请，专利名称为《一种基于ETPU四缸柴油机冗余然后喷射方法》中，公开了主发电机控制器对应的曲轴传感器和辅助发电机控制器对应的曲轴传感器相差180度，虽然两者相差180度，但是两者所检测的是否为同一个信号齿，以及两个凸轮相位传感器的位置关系不清楚，仍无法克服切换输入通道时的误差问题，无法克服上述情况的发生。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种转速传感器和相位传感器不在同一个位置时，能确保两个控制器保持一致的输出，切换控制器通道不会引起较大的功率波动或发动机故障冗余系统设计。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：发动机转速和相位传感器的冗余系统，发动机的输出轴上设有曲轴信号轮和凸轮信号轮，系统设有采集曲轴信号轮信号的第一曲轴转速传感器和第二曲轴转速传感器，以及采集凸轮信号轮信号的第一凸轮相位传感器和第二凸轮相位传感器；

所述第一曲轴转速传感器和第二曲轴转速传感器采集同一个曲轴信号轮的信号，所述第一曲轴转速传感器中心线沿曲轴信号轮旋转方向与第二曲轴转速传感器中心线成180°夹角；

所述第一凸轮相位传感器和第二凸轮相位传感器采集同一个凸轮信号轮的信号，所述第一凸轮相位传感器中心线沿凸轮信号轮旋转方向与第二凸轮相位传感器中心线成180°夹角。

所述第一曲轴转速传感器和第一凸轮相位传感器输出信号至第一控制器，所述第二曲轴转速传感器和第二凸轮相位传感器输出信号至第二控制器，所述第一控制器和第二控制器的执行程序相同。

所述第一曲轴转速传感器和第二曲轴转速传感器、以及第一凸轮相位传感器和第二凸轮相位传感器检测信号的方向分别与曲轴信号轮、凸轮信号轮旋转方向一致。

发动机起动后，可以实现同一个控制程序下第一通道与第二通道之间的切换。

本实用新型的优点在于将冗余设计的曲轴转速传感器和凸轮相位传感器分别以180°夹角的方式布置，使发动机整体布置方便，在上述结构基础上，可以用一套完全一样的控制程序实现两个通道的自然切换，控制简单，稳定、可靠，可以完全避免切换控制器通道时可能产生的故障。

除此之外，由于曲轴转速传感器和凸轮相位传感器分别以180°夹角的方式布置，并且两个控制器可以共用同一个控制程序，实现喷油控制，所述两个系统相互独立，互不干扰影响，都可以独立的正常运转启动，而且由于两个控制器共用同一个控制程序降低设计成本，降低程序量，也使得系统运行更加的稳定、可靠。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为曲轴信号轮的传感器布置示意图；

图2为凸轮信号轮的传感器布置示意图；

上述图中的标记均为：1、曲轴信号轮；2、凸轮信号轮；3、第一曲轴转速传感器；4、第一凸轮相位传感器；5、第二曲轴转速传感器；6、第二凸轮相位传感器。

具体实施方式

如图1所示，第一曲轴转速传感器3和第二曲轴转速传感器5共用一个曲轴信号轮1，第一曲轴转速传感器3中心线沿曲轴信号轮1旋转方向与曲轴信号轮1缺齿后第一齿中心线成一定角度，第二曲轴转速传感器5中心线沿曲轴信号轮1旋转方向与第一曲轴转速传感器3中心线成180°夹角，此时正对发动机第一缸活塞处于压缩上止点。

如图2所示，第一凸轮相位传感器4和第二凸轮相位传感器6共用一个凸轮信号轮2，发动机第一缸活塞处于压缩上止点时，第一凸轮相位传感器4中心线沿凸轮信号轮2旋转方向与凸轮信号轮2多齿边缘成一定夹角，第二凸轮相位传感器6中心线沿凸轮信号轮2旋转方向与第一凸轮相位传感器4中心线成180°夹角。

由于同一类型的两个传感器采用同一个信号轮，则在发动机上的空间布置不再受严格的限制，同时解决了因采集信号误差产生的控制策略问题，此时，两个控制器可以共用同一个控制程序，实现喷油控制，避免了两个控制用两个版本控制程序的问题，不仅降低了设计难度和工作量，还降低的软件风险。

第一曲轴转速传感器3与第二曲轴转速传感器5相对位置180°，第一凸轮相位传感器4与第二凸轮相位传感器6相对位置也是180°，当发动机曲轴转动第一圈时，第一曲轴转速传感器3与第二凸轮相位传感器6刚好可以同步，第二曲轴转速传感器5与第二凸轮相位传感器6不能同步，此时，可以判断出第一缸喷油，带发动机曲轴转动第二圈到第三圈时，根据第一曲轴转速传感器3与第二凸轮相位传感器6上一圈判断的结果应该是下一缸喷油，而此时，第二曲轴转速传感器5与第二凸轮相位传感器6刚好可以判断出相差曲轴180°才能同步的信息，也是判断出下一缸喷油，与以第一曲轴转速传感器3和第一凸轮相位传感器4判断的结果一致，在进行通道切换时，不会出现判缸不一致导致喷油延续的情况，功率也不会出现较大波动。

总之，发动机起动时，通过曲轴转速传感器采集曲轴信号轮1的转速信号和凸轮相位传感器采集凸轮信号轮2的相位信号判断是否同步及与第一缸活塞上止点的位置，进行判断喷油控制。发动机一旦起动之后，可以根据设计的点火顺序进行持续喷油。双冗余设计的曲轴转速传感器和凸轮相位传感器，可以在发动机起动时，提供相对独立的转速和相位信号，以便控制器进行独立的判缸；发动机正常运转时，两个通道的持续喷油控制步调一致，以便在控制器切换通道时，可以控制发动机持续无故障的运转。

例如，若发动机的喷油顺序为1-4-3-2，则以A组通道为输入信号时起动发动机，当曲轴信号轮1的缺齿经过第一曲轴转速传感器3中心线一个α角度的同时凸轮信号轮2多齿的边缘经过第二凸轮相位传感器6一个β角度，此时发动机第一缸的活塞处于上止点位置，控制器控制第一缸喷油，接下来，当曲轴转动一圈，控制器控制第四缸喷油，随着曲轴的转动，控制器按顺序控制喷油。与此同时，B组通道的传感器也在采集信号，控制器也进行的相同的计算操作。在第一缸喷油后，曲轴转动一圈，第二曲轴转速传感器5可以在遇到缺齿α角度后再经过曲轴一圈通过第二凸轮相位传感器6识别到凸轮信号轮2多齿的边缘已经过第二凸轮相位传感器6β角，根据控制策略可以判段出第四缸喷油，与A组通道正好同步。以B组通道为输入信号起动发动机时，先是第四缸喷油。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。