CN108533426A - 发动机燃油供给***及燃油供给控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机燃油供给***及燃油供给控制方法,用于控制发动机的燃油供给,包括燃油泵及驱动燃油泵的动力单元,燃油泵的进油口连接油箱,燃油泵的出油口与发动机的燃烧室相连,动力单元与发动机的电子控制器通信连接,燃油泵的出油口与发动机的燃烧室连接的管路上设置有用于控制进入燃烧室的计量燃油的燃油计量装置,燃油计量装置包括用于实现燃油连续供给或切断的高速控制阀、用于使燃油连续平稳的压力脉动吸收器。高速控制阀与电子控制器电信号连接,高速控制阀的进油口与燃油泵相连,高速控制阀的出油口与压力脉动吸收器相连。压力脉动吸收器的出油口与发动机的燃烧室相连。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域,特别地,涉及一种发动机燃油供给***。此外,本发明还涉及一种发动机燃油供给控制方法。
背景技术
航空发动机的燃油***用于为航空发动机的燃烧室供给燃油,是飞行器动力单元的重要组成部分,而发动机中的燃油计量装置又是发动机燃油控制***的关键技术。
现有典型的航空发动机燃油供给***如附图图1所示,工作时,燃油泵从油箱打出燃油后,燃油经燃油计量装置(包括等压差活门、定压活门、电液伺服阀、计量油针以及位移传感器)计量后进入发动机燃烧室;发动机的电子控制器根据发动机状态指令计算出目标转速,并与采集的发动机当前转速进行比较得到转速差值,根据转速差值及控制规律得到计量油针的给定位移;电子控制器根据给定位移和位移传感器采集的油针位移进行比较,得到位移的差值。输出控制信号给电液伺服阀,调整计量油针的位移,从而调整发动机燃烧室的燃油量,直到发动机达到目标转速。
现有的燃油供给***结构复杂、零部件较多(包括等压差活门、定压活门、电液伺服阀、计量油针以及位移传感器等诸多元件),从而质量体积大;控制方法及控制信号复杂(控制过程如上所述,计量油针的位移控制需要复杂的闭环控制,并输出相对复杂的控制信号,电液伺服阀需要深度负反馈的电流信号、步进电机需要四路严格相序的电压信号);对燃油清洁度要求高、抗污染性差、可靠性低(电液伺服阀或计量油针中的配合偶件间隙小,从而对燃油清洁度要求高,装置的抗污染性低,导致控制***的可靠性非常低)。
发明内容
本发明提供了一种发动机燃油供给***及燃油供给控制方法,以解决现有的燃油供给***结构复杂、零部件较多、质量体积大、控制方法及控制信号复杂、对燃油清洁度要求高、抗污染性差及可靠性低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下:
一种发动机燃油供给***,用于控制发动机的燃油供给,包括燃油泵及驱动燃油泵的动力单元,燃油泵的进油口连接油箱,燃油泵的出油口与发动机的燃烧室相连,动力单元与发动机的电子控制器通信连接,燃油泵的出油口与发动机的燃烧室连接的管路上设置有用于控制进入燃烧室的计量燃油的燃油计量装置,燃油计量装置包括用于实现燃油连续供给或切断的高速控制阀、用于使燃油连续平稳的压力脉动吸收器;高速控制阀与电子控制器电信号连接,高速控制阀的进油口与燃油泵相连,高速控制阀的出油口与压力脉动吸收器相连;压力脉动吸收器的出油口与发动机的燃烧室相连。
进一步地,高速控制阀为高速电磁阀。
进一步地,压力脉动吸收器为脉动阻尼器或蓄能器。
进一步地,燃油计量装置还包括用于使高速控制阀的进油口和出油口的压差恒定的等压差活门;等压差活门的进油口分别与高速控制阀的进油口和出油口相连,等压差活门的出油口与油箱相连。
进一步地,燃油计量装置的燃油计量原理如下:
流量公式
式中,Wf为通过高速控制阀的燃油流量,μ为流量系数,A为高速控制阀活门开口面积,ΔP为高速控制阀进油口和出油口的压差,ρ为燃油密度。
进一步地,燃油计量装置的出油口与发动机的燃烧室连接的管路上设置有电磁阀,电磁阀与电子控制器电信号连接,电磁阀的回油口与油箱相连,用于在发动机保护或停车时,实现燃油切断。
根据本发明的另一方面,还提供了一种发动机燃油供给控制方法,包括以下步骤:发动机的电子控制器根据接收到的发动机运转指令,输出控制信号启动动力单元;动力单元驱动燃油泵运转,燃油泵从油箱内抽取燃油,燃油经燃油计量装置中的高速控制阀和压力脉动吸收器计量后进入发动机的燃烧室,发动机运转;电子控制器根据发动机的状态指令计算出目标转速,且电子控制器采集发动机的当前转速,并将当前转速与目标转速进行比较,得出转速差值;根据转速差值,电子控制器根据燃油计量原理计算出发动机需要的燃油流量,输出相应的脉宽调制PWM信号给高速控制阀,高速控制阀根据PWM信号调整活门启闭时间,进而调整供给至发动机的燃烧室的燃油量,直至发动机达到目标转速。
进一步地,高速控制阀为高速电磁阀;压力脉动吸收器为脉动阻尼器或蓄能器。
进一步地,燃油计量装置还包括用于使高速控制阀的进油口和出油口的压差恒定的等压差活门;等压差活门的进油口分别与高速控制阀的进油口和出油口相连,等压差活门的出油口与油箱相连。
进一步地,燃油计量装置的出油口与发动机的燃烧室连接的管路上设置有电磁阀,电磁阀与电子控制器电信号连接,电磁阀的回油口与油箱相连;发动机启动时,电子控制器输出开启信号打开电磁阀;发动机保护或停车时,电子控制器输出闭合信号关闭电磁阀。
本发明具有以下有益效果:
本发明的发动机燃油供给***相比现有技术的燃油供给***,由于燃油计量装置只包括高速控制阀和压力脉动吸收器,从而使燃油供给***结构简单、零部件较少;本发明中,通过PWM信号控制高速控制阀的开关时间进而控制计量燃油,同时通过压力脉动吸收器使计量燃油平稳连续,从而实现发动机燃油的连续精确计量,而现有的燃油供给***中,计量油针的位移控制需要复杂的闭环控制,并输出相对复杂的控制信号,从而本发明的燃油供给***控制方法及控制信号简单;与现有的燃油计量装置中的电液伺服阀、计量油针相比,本发明的燃油计量装置中的高速控制阀、压力脉动吸收器中的配合偶件间间隙大,从而对燃油的清洁度要求低,装置的抗污染性强,进而提高控制***的可靠性。
本发明的发动机燃油供给控制方法中,通过PWM信号控制高速控制阀的开关时间进而控制计量燃油,同时通过压力脉动吸收器使计量燃油平稳连续,从而实现发动机燃油的连续精确计量,而现有的燃油供给控制方法中,计量油针的位移控制需要复杂的闭环控制,并输出相对复杂的控制信号,从而本发明的发动机燃油供给控制方法及控制信号简单。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是现有的航空发动机燃油供给***的示意图;
图2是本发明优选实施例的发动机燃油供给***的示意图;
图3是图2中燃油计量装置的计量特性图;
图4是图2中电子控制器输出的典型的PWM信号图。
图例说明
10、发动机;101、电子控制器;20、燃油泵;30、油箱;50、燃油计量装置;51、高速控制阀;52、压力脉动吸收器;53、等压差活门;60、电磁阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图2至图4,本发明的优选实施例提供了一种发动机燃油供给***,用于控制发动机10的燃油供给,包括燃油泵20及驱动燃油泵20的动力单元,燃油泵20的进油口连接油箱30,燃油泵20的出油口与发动机10的燃烧室相连,动力单元与发动机10的电子控制器101通信连接,燃油泵20的出油口与发动机10的燃烧室连接的管路上设置有用于控制进入燃烧室的计量燃油的燃油计量装置50,燃油计量装置50包括用于实现燃油连续供给或切断的高速控制阀51、用于使燃油连续平稳的压力脉动吸收器52。高速控制阀51与电子控制器101电信号连接,高速控制阀51的进油口与燃油泵20相连,高速控制阀51的出油口与压力脉动吸收器52相连。压力脉动吸收器52的出油口与发动机10的燃烧室相连。
发动机10启动时,发动机10的电子控制器101根据接收到的发动机10运转指令,输出控制信号启动动力单元。动力单元驱动燃油泵20运转,燃油泵20从油箱30内抽取燃油,燃油经燃油计量装置50(依次经高速控制阀51和压力脉动吸收器52)计量后进入发动机10的燃烧室,发动机10运转。电子控制器101根据发动机10的状态指令计算出目标转速,且电子控制器101采集发动机10的当前转速,并将当前转速与目标转速进行比较,得出转速差值。根据转速差值电子控制器101根据燃油计量原理计算出发动机10需要的燃油流量,输出相应的PWM信号给高速控制阀51,高速控制阀51根据PWM信号调整活门启闭时间,进而调整供给至发动机10的燃烧室的燃油量,直至发动机10达到目标转速。
本发明的发动机燃油供给***相比现有技术的燃油供给***,由于燃油计量装置只包括高速控制阀51和压力脉动吸收器52,从而使燃油供给***结构简单、零部件较少;本发明中,通过PWM信号控制高速控制阀51的开关时间进而控制计量燃油,同时通过压力脉动吸收器52使计量燃油平稳连续,从而实现发动机燃油的连续精确计量,而现有的燃油供给***中,计量油针的位移控制需要复杂的闭环控制,并输出相对复杂的控制信号,从而本发明的燃油供给***控制方法及控制信号简单;与现有的燃油计量装置中的电液伺服阀、计量油针相比,本发明的燃油计量装置中的高速控制阀51、压力脉动吸收器52中的配合偶件间间隙大,从而对燃油的清洁度要求低,装置的抗污染性强,进而提高控制***的可靠性。
本发明具体实施例中,动力单元为无刷直流伺服电机,动力单元通过联轴器与燃油泵20连接。
本发明具体实施例中,高速控制阀51为高速电磁阀,高速电磁阀又名高速开关阀或高速电磁开关阀。高速电磁阀是很多控制***中关键性的控制元件,如汽车中的制动防抱死***(ABS)、电喷***等,近年来,航空发动机中也开始使用高速电磁阀,如一些位置伺服***的备份控制等。但这些应用中,高速电磁阀是用作控制元件,如在汽车电喷***中,活塞发动机控制***采用高速电磁阀,主要用于燃油的快速打开或关断,从而实现燃油的间断性供给,而本发明中,采用高速电磁阀实现燃油的连续性供给,从而实现发动机燃油的计量。
本发明中,压力脉动吸收器52又名压力波动吸收器,类似电子***RC滤波器,能够将油路中压力流量波动的燃油进行平滑化处理,使之变为平稳连续的燃油流量。本发明具体实施例中,压力脉动吸收器52采用脉动阻尼器或普通的蓄能器。
可选地,如图2所示,燃油计量装置50还包括用于使高速控制阀51的进油口和出油口的压差恒定的等压差活门53。等压差活门53的进油口分别与高速控制阀51的进油口和出油口相连,等压差活门53的出油口与油箱30相连。
可选地,本发明中,燃油计量装置50的燃油计量原理如下:
流量公式
式中,Wf为通过高速控制阀51的燃油流量,μ为流量系数,A为高速控制阀51活门开口面积,ΔP为高速控制阀51进油口和出油口的压差,ρ为燃油密度。
由于高速控制阀51进出口接有等压差活门53,故而高速控制阀51进油口和出油口之间的△P保持恒定,而ρ、μ、A为定值,故而Wf只与高速控制阀51单位时间内打开和关闭的时间有关,而高速控制阀51单位时间内打开和关闭的时间由PWM控制信号的占空比λ确定,因此,控制了PWM信号占空比λ就可以控制Wf。压力脉动吸收器52将高速控制阀51输出的燃油进行平滑化处理,使之变为平稳连续的燃油流量,但并不改变总流量的大小。图3是本发明的燃油计量装置50与占空比λ的对应关系。图4是典型的PWM信号(占空比λ为50%)。
可选地,如图2所示,燃油计量装置50的出油口与发动机10的燃烧室连接的管路上设置有电磁阀60,电磁阀60与电子控制器101电信号连接,电磁阀60的回油口与油箱30相连,用于在发动机10保护或停车时,实现燃油切断。
参照图2至图4,本发明的优选实施例还提供了一种发动机燃油供给控制方法,包括以下步骤:
S1:发动机10的电子控制器101根据接收到的发动机10运转指令,输出控制信号启动动力单元。
S2:动力单元驱动燃油泵20运转,燃油泵20从油箱30内抽取燃油,燃油经燃油计量装置50中的高速控制阀51和压力脉动吸收器52计量后进入发动机10的燃烧室,发动机10运转。
S3:电子控制器101根据发动机10的状态指令计算出目标转速,且电子控制器101采集发动机10的当前转速,并将当前转速与目标转速进行比较,得出转速差值。
S4:根据转速差值,电子控制器101根据燃油计量原理计算出发动机10需要的燃油流量,输出相应的脉宽调制PWM信号给高速控制阀51,高速控制阀51根据PWM信号调整活门启闭时间,进而调整供给至发动机10的燃烧室的燃油量,直至发动机10达到目标转速。
发动机10启动时,发动机10的电子控制器101根据接收到的发动机10运转指令,输出控制信号启动动力单元。然后动力单元驱动燃油泵20运转,燃油泵20从油箱30内抽取燃油,燃油经燃油计量装置50中的高速控制阀51和压力脉动吸收器52计量后进入发动机10的燃烧室,发动机10运转。接着,电子控制器101根据发动机10的状态指令计算出目标转速,且电子控制器101采集发动机10的当前转速,并将当前转速与目标转速进行比较,得出转速差值。最后,根据转速差值电子控制器101根据燃油计量原理计算出发动机10需要的燃油流量,输出相应的PWM(脉宽调制)信号给高速控制阀51,高速控制阀51根据PWM信号调整活门启闭时间,进而调整供给至发动机10的燃烧室的燃油量,直至发动机10达到目标转速。本发明的发动机燃油供给控制方法中,通过PWM信号控制高速控制阀51的开关时间进而控制计量燃油,同时通过压力脉动吸收器52使计量燃油平稳连续,从而实现发动机燃油的连续精确计量,而现有的燃油供给控制方法中,计量油针的位移控制需要复杂的闭环控制,并输出相对复杂的控制信号,从而本发明的发动机燃油供给控制方法及控制信号简单。
可选地,高速控制阀51为高速电磁阀。压力脉动吸收器52为脉动阻尼器或蓄能器。
可选地,燃油计量装置50还包括用于使高速控制阀51的进油口和出油口的压差恒定的等压差活门53。等压差活门53的进油口分别与高速控制阀51的进油口和出油口相连,等压差活门53的出油口与油箱30相连。
可选地,如图2所示,燃油计量装置50的出油口与发动机10的燃烧室连接的管路上设置有电磁阀60,电磁阀60与电子控制器101电信号连接,电磁阀60的回油口与油箱30相连。发动机10启动时,电子控制器101输出开启信号打开电磁阀60。发动机10保护或停车时,电子控制器101输出闭合信号关闭电磁阀60。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机燃油供给***,用于控制发动机(10)的燃油供给,包括燃油泵(20)及驱动所述燃油泵(20)的动力单元,所述燃油泵(20)的进油口连接油箱(30),所述燃油泵(20)的出油口与所述发动机(10)的燃烧室相连,所述动力单元与所述发动机(10)的电子控制器(101)通信连接,其特征在于;
所述燃油泵(20)的出油口与所述发动机(10)的燃烧室连接的管路上设置有用于控制进入所述燃烧室的计量燃油的燃油计量装置(50),所述燃油计量装置(50)包括用于实现燃油连续供给或切断的高速控制阀(51)、用于使燃油连续平稳的压力脉动吸收器(52);
所述高速控制阀(51)与所述电子控制器(101)电信号连接,所述高速控制阀(51)的进油口与所述燃油泵(20)相连,所述高速控制阀(51)的出油口与所述压力脉动吸收器(52)相连;
所述压力脉动吸收器(52)的出油口与所述发动机(10)的燃烧室相连。
2.根据权利要求1所述的发动机燃油供给***,其特征在于,
所述高速控制阀(51)为高速电磁阀。
3.根据权利要求1所述的发动机燃油供给***,其特征在于,
所述压力脉动吸收器(52)为脉动阻尼器或蓄能器。
4.根据权利要求1所述的发动机燃油供给***,其特征在于,
所述燃油计量装置(50)还包括用于使所述高速控制阀(51)的进油口和出油口的压差恒定的等压差活门(53);
所述等压差活门(53)的进油口分别与所述高速控制阀(51)的进油口和出油口相连,所述等压差活门(53)的出油口与所述油箱(30)相连。
5.根据权利要求1所述的发动机燃油供给***,其特征在于,
所述燃油计量装置(50)的燃油计量原理如下:
流量公式
式中,Wf为通过高速控制阀(51)的燃油流量,μ为流量系数,A为高速控制阀(51)活门开口面积,ΔP为高速控制阀(51)进油口和出油口的压差,ρ为燃油密度。
6.根据权利要求1所述的发动机燃油供给***,其特征在于,
所述燃油计量装置(50)的出油口与所述发动机(10)的燃烧室连接的管路上设置有电磁阀(60),所述电磁阀(60)与所述电子控制器(101)电信号连接,所述电磁阀(60)的回油口与所述油箱(30)相连,用于在所述发动机(10)保护或停车时,实现燃油切断。
7.一种发动机燃油供给控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
发动机(10)的电子控制器(101)根据接收到的发动机(10)运转指令,输出控制信号启动动力单元;
所述动力单元驱动燃油泵(20)运转,燃油泵(20)从油箱(30)内抽取燃油,燃油经燃油计量装置(50)中的高速控制阀(51)和压力脉动吸收器(52)计量后进入所述发动机(10)的燃烧室,所述发动机(10)运转;
所述电子控制器(101)根据所述发动机(10)的状态指令计算出目标转速,且所述电子控制器(101)采集所述发动机(10)的当前转速,并将所述当前转速与所述目标转速进行比较,得出转速差值;
根据所述转速差值,所述电子控制器(101)根据燃油计量原理计算出所述发动机(10)需要的燃油流量,输出相应的脉宽调制PWM信号给所述高速控制阀(51),所述高速控制阀(51)根据所述PWM信号调整活门启闭时间,进而调整供给至所述发动机(10)的燃烧室的燃油量,直至所述发动机(10)达到目标转速。
8.根据权利要求7所述的发动机燃油供给控制方法,其特征在于,
所述高速控制阀(51)为高速电磁阀;
所述压力脉动吸收器(52)为脉动阻尼器或蓄能器。
9.根据权利要求7所述的发动机燃油供给控制方法,其特征在于,
所述燃油计量装置(50)还包括用于使所述高速控制阀(51)的进油口和出油口的压差恒定的等压差活门(53);
所述等压差活门(53)的进油口分别与所述高速控制阀(51)的进油口和出油口相连,所述等压差活门(53)的出油口与所述油箱(30)相连。
10.根据权利要求1所述的发动机燃油供给控制方法,其特征在于,
所述燃油计量装置(50)的出油口与所述发动机(10)的燃烧室连接的管路上设置有电磁阀(60),所述电磁阀(60)与所述电子控制器(101)电信号连接,所述电磁阀(60)的回油口与所述油箱(30)相连;
所述发动机(10)启动时,所述电子控制器(101)输出开启信号打开所述电磁阀(60);
所述发动机(10)保护或停车时,所述电子控制器(101)输出闭合信号关闭所述电磁阀(60)。
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2018
- 2018-03-29 CN CN201810269706.6A patent/CN108533426A/zh active Pending
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