CN111734534A - 一种发动机燃油供给流量控制***及其控制方法 - Google Patents

一种发动机燃油供给流量控制***及其控制方法 Download PDF

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周二威
王石柱
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Abstract

本发明公开了一种发动机燃油供给流量控制***及其控制方法，该控制方法包括：在输油管路上设置比例阀和节流孔，通过比例阀调节节流孔前后端的压差来控制供给流量的输出，所述供给流量的计算公式为：
Figure DDA0002534129260000011
式中，Q为通过节流孔的供给流量；A为节流孔的节流面积；Cd为流量系数；ρ为燃油密度；所以压差ΔP为节流孔前后端的压差。本发明提供的发动机燃油供给流量控制方法，经测试验证证明采用该控制方法的供给流量控制关系完全符合控制规律，具有很好的可操作性和准确性；且其控制***结构设计简单，成本相对较低，而且对污染物要求不太敏感的流量控制***，具有良好的推广应用价值。

Description

一种发动机燃油供给流量控制***及其控制方法
技术领域
本发明涉及涡轮发动机技术领域，尤其涉及一种涡轮发动机燃油供给流量控制***及其控制方法。
背景技术
航空发动机数字电子控制***中，燃油计量***属于控制***的执行机构子***，主要用以实现供发动机燃烧的燃油流量计量功能。燃油计量***是航空发动机控制***的重要组成部分，需在发动机所有工作状态下，供给燃油，并根据电子控制器指令调节供入发动机燃烧室的燃油流量。航空发动机的工作状态通常包括起动过程、慢车状态、巡航状态、起飞状态等，不同状态下燃烧室对燃油流量的要求不同，巡航状态的燃油需求量远小于起飞状态，并且工作持续时间最长，是航空发动机设计中需重点考虑的状态。
为了保证飞行器和发动机稳定运转，需要对燃油***供给量进行精准控制，进而实现对发动机转速的精准控制。目前发动机燃油流量控制主要通过伺服流量活门进行控制，这种伺服控制精度高，但是***结构复杂，成本高昂而且还对油液的清洁度要求较高；这种流量控制***对使用和维护都有很高的要求，需要非常专业的人员才能进行，在使用维护过程中污染物很容易造成伺服阀的卡滞，就会影响***的正常工作。
如已公开专利CN10318886A披露了一种基于双联齿轮泵的燃油计量***及其匹配方法，燃油计量***包括由小流量齿轮泵与大流量齿轮泵构成的双联齿轮泵，双联齿轮泵通过回油活门进行回油，回油活门包括对大流量齿轮泵回油进行调节的第一阀门，回油活门内第一阀门的开启通过压差活门进行自动调控，压差活门的输入端分别连接在计量活门的入口端及出口端，从而将计量活门的压力差反馈给回油活门，进行回油的阀门开度调节。
已公开专利CN107701344A披露了一种带计量控制功能的智能燃油泵，它包括：智能控制单元、伺服电机、齿轮泵、压差扫描测量装置、压差传感器、油路选择控制阀，其中压差扫描测量装置位于齿轮泵的出口，根据流量范围选通流通面积合适的节流口，在保证较低压差的同时具有较高的流量测量灵敏度，智能控制单元将压差换算为实时流量，根据期望流量和实时流量的偏差控制伺服电机的转速，从而使齿轮泵泵出所需的燃油量，油路选择控制阀用于选通燃油喷嘴的主副油路，满足发动机起动过程较少流量的供油需求。
但上述已公开专利CN10318886A存在结构复杂，成本高，维修调试难度高等缺陷；已公开专利CN107701344A同样存在结构复杂，成本高，需要复杂的控制***，可靠性相对较低，对***维修要求高等缺陷。所以，一种结构简单、成本相对较低、高可靠使用性，可以用简单的控制***实现对流量的精准控制而且对污染物要求不太敏感的流量控制***将会更受青睐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的上述问题，提出一种涡轮发动机燃油供给流量控制***及其控制方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种发动机燃油供给流量控制方法，在输油管路上设置比例阀和节流孔，通过比例阀调节节流孔前后端的压差来控制供给流量的输出，所述供给流量的计算公式为：
Figure BDA0002534129240000021
式中，Q为通过节流孔的供给流量；A为节流孔的节流面积；Cd为流量系数；ρ为燃油密度；所以压差ΔP为节流孔前后端的压差。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制方法中，所述比例阀的开度越大，则所述压差ΔP越大。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制方法中，所述压差ΔP的平方根与所述供给流量Q呈正比关系。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制方法中，所述比例阀通过比例放大器的电信号控制。
本发明的第二个方面是提供一种如所述方法的发动机燃油供给流量控制***，包括油箱和通过输油管路与其连通的喷油嘴，还包括控制器和依次装设于所述输油管路上的油泵、比例阀、节流孔，其中：
所述节流孔的前后两端分别装设有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器和比例阀电连接所述控制器。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制***上，所述油泵前端或后端的输油管路上装设有过滤器。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制***上，所述比例阀与所述节流孔之间的输油管路上装设有电磁阀。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制***上，所述节流孔与所述喷油嘴之间的输油管路上装设有流量计。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制***上，所述油泵与所述比例阀之间的输油管路上装设有安全阀。
进一步地，在所述的发动机燃油供给流量控制***上，所述控制器为PID控制器。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供的发动机燃油供给流量控制方法，其主要技术方案是通过比例阀调节节流孔前后端的压差来控制供给流量的输出，经测试验证证明采用该控制方法的供给流量控制关系完全符合控制规律，具有很好的可操作性和准确性；且其控制***，结构设计简单，成本相对较低，而且对污染物要求不太敏感的流量控制***，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明一种发动机燃油供给流量控制***的结构示意图；
图2为本发明一种发动机燃油供给流量控制***在节流孔为0.7mm时的压差和供给流量的关系曲线；
图3为本发明一种发动机燃油供给流量控制***在节流孔为1mm时的压差和供给流量的关系曲线；
图4为本发明一种发动机燃油供给流量控制***在节流孔为1.2mm时的压差和供给流量的关系曲线；
其中，各附图标记为：
1-油箱，2-油泵，3-过滤器，4-比例阀，5-电磁阀，6-节流孔，7-第一压力传感器，8-第二压力传感器，9-流量计，10-喷油嘴，11-安全阀。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本实施例提供了一种发动机燃油供给流量控制方法，其主要技术方案是在输油管路上设置比例阀和节流孔，通过比例阀调节节流孔前后端的压差来控制供给流量的输出，所述供给流量的计算公式为：
Figure BDA0002534129240000041
式中，Q为通过节流孔的供给流量；A为节流孔的节流面积；Cd为流量系数；ρ为燃油密度；所以压差ΔP为节流孔前后端的压差。
本实施例提供的发动机燃油供给流量控制***在工作时，油泵从油箱中吸油通过输油管路送至比例阀进口，在油泵和比例阀之间设有安全阀；安全阀设定为***最大压力，超过这个压力多余的流量将从安全阀溢流回油箱；比例阀通过比例放大器的电信号控制，用于调节节流孔两端的压力差ΔP，比例阀的开度受比例放大器的信号控制，比例阀开度越大就会在节流孔两端产生更大的压差；压差越大通过节流孔的流量也就越大，发动机喷油嘴所供的燃油流量也就越大，发动机的转速也就相应增加，反之同理。
实施例2
请参阅图1所示，本实施例提供一种如所述方法的发动机燃油供给流量控制***，包括油箱1和通过输油管路与其连通的喷油嘴10，还包括控制器和依次装设于所述输油管路上的油泵2、比例阀4、节流孔6，其中：所述节流孔6的前后两端分别装设有第一压力传感器7和第二压力传感器8，通过所述第一压力传感器7和第二压力传感器8实时监测所述节流孔6前后端的压力并获得压力差ΔP，且所述第一压力传感器7、第二压力传感器8和比例阀4电连接所述控制器。比例阀4通过比例放大器的电信号由控制器控制，用于节流孔6两端的压力差ΔP，比例阀4的开度受比例放大器的信号控制，比例阀4开度越大就会在节流孔6两端产生更大的压差。
请继续参阅图1所示，在本实施例中，所述油泵2前端或后端的输油管路上装设有过滤器3，通过过滤器3滤除燃油中的杂质。优选地，所述过滤器3安装在所述油泵后端的输油管路上。
请继续参阅图1所示，在本实施例中，所述比例阀4与所述节流孔6之间的输油管路上装设有电磁阀5，所述电磁阀5电连接所述控制器，其开关受所述控制器控制。
请继续参阅图1所示，在本实施例中，所述节流孔6与所述喷油嘴10之间的输油管路上装设有流量计9，所述流量计9电连接所述控制器，通过所述流量计9实时测量流经所述节流孔6的燃油流量，并将测量的数据传输给所述控制器进行分析处理。所述流量计9采用电磁流量计或超声波流量计。
请继续参阅图1所示，在本实施例中，所述油泵2与所述比例阀4之间的输油管路上装设有安全阀11，根据本实施例的发动机燃油供给流量控制***能够承受的最大压力，设定安全阀11的最大压力，当通过油泵2向喷油嘴供油时，超过这个预设压力多余的流量将从安全阀11处溢流回油箱2，保证***的安全性和供给流量控制的精准性。
此外，本实施例所采用的所述控制器为PID控制器，所述PID控制器是一种线性控制器，它根据供给流量设定值Q(t)与实际供给流量输出值Q’(t)的误差e(t)＝Q(t)-Q’(t)进行过程控制。本实施例中以节流孔两端的压差ΔP为控制对象，实际供给流量由流量计实时测量，测量值ΔP反馈到PID控制器，控制器根据误差值e(t)，经过PID调节运算输出比例放大器的电信号控制u(t)到PID控制器，PID控制器根据输出比例放大器的电信号u(t)对影响供给流量的节流孔前后端压差参数ΔP进行调节。
测试试验1
基于上述实施例1的所述的控制方法和实施例2所述的控制***，测试节流孔直径为0.7mm时的供给流量。测试过程中，在节流孔6前后端分别设置第一压力传感器和第二压力传感器用于监测节流孔6前后端的压差，并节流孔6后端设置1个流量计9用于监测实际通过的流量。
1、测试条件
节流孔直径为0.7mm，A＝0.38mm2，Cd＝0.75，ρ＝813.8Kg/m3；
2、验证过程
采用上述实施例1和实施例2所述控制方法及控制***，在不同压力条件下记录压差和流量，根据公式
Figure BDA0002534129240000061
进行准确度、精密度、专属性实验，测试结果如下表一所示：
表一节流孔直径为07mm时的供给流量测试数据
Figure BDA0002534129240000062
3、评价标准
通过得到的监测数据，绘制如图2所示的压差平方根和供给流量的关系曲线，通过图2所示曲线以看出***流量控制关系完全符合控制规律，具有很好的可操作性。
测试试验2
基于上述实施例1的所述的控制方法和实施例2所述的控制***，测试节流孔直径为1mm时的供给流量。测试过程中，在节流孔6前后端分别设置第一压力传感器和第二压力传感器用于监测节流孔6前后端的压差，并节流孔6后端设置1个流量计9用于监测实际通过的流量。
1、测试条件
节流孔直径为1mm，A＝0.79mm2，Cd＝0.64，ρ＝813.8Kg/m3；
2、验证过程
采用上述实施例1和实施例2所述控制方法及控制***，在不同压力条件下记录压差和流量，根据公式
Figure BDA0002534129240000071
进行准确度、精密度、专属性实验，测试结果如下表二所示：
表二节流孔直径为1mm时的供给流量测试数据
Figure BDA0002534129240000072
3、评价标准
通过得到的监测数据，绘制如图3所示的压差平方根和供给流量的关系曲线，通过图3所示曲线以看出***流量控制关系完全符合控制规律，具有很好的可操作性。
测试试验3
基于上述实施例1的所述的控制方法和实施例2所述的控制***，测试节流孔直径为1.2mm时的供给流量。测试过程中，在节流孔6前后端分别设置第一压力传感器和第二压力传感器用于监测节流孔6前后端的压差，并节流孔6后端设置1个流量计9用于监测实际通过的流量。
1、测试条件
节流孔直径为1.2mm，A＝1.13mm2，Cd＝0.61，ρ＝813.8Kg/m3；
2、验证过程
采用上述实施例1和实施例2所述控制方法及控制***，在不同压力条件下记录压差和流量，根据公式
Figure BDA0002534129240000081
进行准确度、精密度、专属性实验，测试结果如下表三所示：
表三节流孔直径为1.2mm时的供给流量测试数据
Figure BDA0002534129240000082
3、评价标准
通过得到的监测数据，绘制如图4所示的压差和供给流量的关系曲线，通过图4所示曲线以看出***流量控制关系完全符合控制规律，具有很好的可操作性。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机燃油供给流量控制方法，其特征在于，在输油管路上设置比例阀和节流孔，通过比例阀调节节流孔前后端的压差来控制供给流量的输出，所述供给流量的计算公式为：
Figure FDA0002534129230000011
式中，Q为通过节流孔的供给流量；A为节流孔的节流面积；Cd为流量系数；ρ为燃油密度；所以压差ΔP为节流孔前后端的压差。
2.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制方法，其特征在于，所述比例阀的开度越大，则所述压差ΔP越大。
3.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制方法，其特征在于，所述压差ΔP的平方根与所述供给流量Q呈正比关系。
4.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制方法，其特征在于，所述比例阀通过比例放大器的电信号控制。
5.一种如权利要求1-4任一项所述方法的发动机燃油供给流量控制***，包括油箱(1)和通过输油管路与其连通的喷油嘴(10)，其特征在于，还包括控制器和依次装设于所述输油管路上的油泵(2)、比例阀(4)、节流孔(6)，其中：
所述节流孔(6)的前后两端分别装设有第一压力传感器(7)和第二压力传感器(8)，所述第一压力传感器(7)、第二压力传感器(8)和比例阀(4)电连接所述控制器。
6.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制***，其特征在于，所述油泵(2)前端或后端的输油管路上装设有过滤器(3)。
7.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制***，其特征在于，所述比例阀(4)与所述节流孔(6)之间的输油管路上装设有电磁阀(5)。
8.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制***，其特征在于，所述节流孔(6)与所述喷油嘴(10)之间的输油管路上装设有流量计(9)。
9.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制***，其特征在于，所述油泵(2)与所述比例阀(4)之间的输油管路上装设有安全阀(11)。
10.根据权利要求1所述的发动机燃油供给流量控制***，其特征在于，所述控制器为PID控制器。
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