專利名稱:一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置及其起動控制方法
一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置及其起動控制方法技 術(shù) 領(lǐng) 域本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)的控制裝置及其起動控制方法,具體的說,是指一種測量微小 型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置及其起動控制方法,屬于航空發(fā)動機(jī)燃油控制技術(shù)領(lǐng)域。 背 景 技 術(shù):航空發(fā)動機(jī)控制裝置的工作目的就在于使其在任何環(huán)境條件和任何工作狀態(tài)下都能 穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行,并且充分發(fā)揮其性能效益。傳統(tǒng)的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)大多數(shù)采用機(jī)械液 壓式的控制裝置,其執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是電液伺服閥控制隨動活塞的壓差來改變油泵斜盤傾 角,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,步進(jìn)電機(jī)開始用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制油閥開度,以達(dá)到控制供油量 的作用。但其執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍都需采用油閥和油泵相互配合才能達(dá)到控制供油量的目的。這些 控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、穩(wěn)定性差、可靠性低、發(fā)動機(jī)敏感參數(shù)難以達(dá)到理想值。傳 統(tǒng)的控制裝置難以滿足微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的要求。所以設(shè)計(jì)出簡單、精確控制發(fā)動機(jī) 各工況的控制裝置及滿足微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)特性的起動控制方法對提高發(fā)動機(jī)性能 十分重要。發(fā)明內(nèi) 容:基于上述原因,本發(fā)明公開一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)控制裝置及其起動控制方法。 其控制裝置使用電子控制單元(以下簡稱ECU)輸出脈寬調(diào)制信號(以下簡稱PWM)控制 燃油齒輪泵的轉(zhuǎn)速,從而完成控制供油量的目的。由于燃油齒輪泵的使用,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)與 其它控制裝置相比結(jié)構(gòu)上大大簡化,易于操作,提高了控制性能的可靠性。其起動控制方 法采用電機(jī)起動,然后通入丙烷氣使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速升高到指定轉(zhuǎn)速,再通入燃油經(jīng)油氣 混合燃燒到充分燃燒過程使發(fā)動機(jī)達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)速。整體解決了傳統(tǒng)微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性能差、發(fā)動機(jī)起動困難、起動不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。本發(fā)明的一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,包括采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感 器、采集排氣溫度的溫度傳感器、啟動運(yùn)行的開關(guān)控制器、發(fā)動機(jī)完成起動慢車后的油門控制器、對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測的電源保護(hù)器、對整個運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制的ECU、以及起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)閥、燃油齒輪泵。其中起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)闊、燃油齒輪泵構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu),發(fā)動機(jī)起動控制的不同時(shí)刻起動不同的執(zhí)行器;
而ECU又包括數(shù)字信號調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、模擬信號調(diào)理電路、放大濾波電路、單 片機(jī)(以下簡稱MCU)和功率驅(qū)動電路。其轉(zhuǎn)速傳感器輸出端經(jīng)數(shù)字信號調(diào)理后的P麗輸 出至MCU;其開關(guān)控制器輸出端經(jīng)電平轉(zhuǎn)換輸出后的P麗輸出至MCU;其溫度傳感器的輸 出端經(jīng)放大濾波后的電壓信號輸出至MCU;其油門控制器輸出端經(jīng)模擬信號調(diào)理后的電壓信號輸出至MCU; MCU接受信號后進(jìn)行處理,經(jīng)功率驅(qū)動輸出P麗控制起動電機(jī)、熱火塞、丙垸氣閥、燃油保護(hù)閥、燃油齒輪泵,精確的調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的供油量,從而完成整個微小型 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)起動狀態(tài)、最大工作狀態(tài)、慢車狀態(tài)、加減速工作狀態(tài)的控制。 所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其燃油齒輪泵由燃油齒輪泵電機(jī)、主動齒輪、從動齒輪、主動軸、從動軸組成。MCU通過PWM控制燃油齒輪泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使得燃 油齒輪泵電機(jī)帶動安裝于主動軸上的主動齒輪轉(zhuǎn)動,從動齒輪隨主動齒輪轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,使 得燃油齒輪泵進(jìn)油口的流量隨主動齒輪和從動齒輪轉(zhuǎn)速的變化而變化,從出油口流出渦輪 噴氣發(fā)動機(jī)所需的油量。燃油齒輪泵同時(shí)完成了建立油壓和調(diào)節(jié)油量的功能,調(diào)節(jié)燃油齒 輪泵轉(zhuǎn)速直接實(shí)現(xiàn)了油量的精確調(diào)節(jié)。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其燃油保護(hù)闊安裝在渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和燃 油齒輪泵之間的供油通路上,當(dāng)燃油齒輪泵工作狀態(tài)出現(xiàn)錯誤或者失去控制時(shí),可以及時(shí) 地關(guān)閉油路,對油路和渦輪噴氣發(fā)動機(jī)起到及時(shí)監(jiān)控和安全保護(hù)作用。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其燃油濾清器安裝在油箱和燃油齒輪泵之 間供油通路上,有效濾除發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)中的有害顆粒和水份,保護(hù)燃油齒輪泵、減 少磨損、避免堵塞。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其丙垸氣閥在發(fā)動機(jī)起動過程中工作,最 初丙烷氣閥呈脈動開啟狀態(tài),控制丙烷氣流量來調(diào)節(jié)丙垸氣和發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)空氣濃度比 例,以保證丙烷氣點(diǎn)火燃燒,可靠燃燒后丙烷氣閥呈全開狀態(tài)。丙烷氣閥完成對流入發(fā)動 機(jī)的丙烷氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制和安全保護(hù)的作用,為發(fā)動機(jī)的起動提供足夠能量。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其電源保護(hù)器起到了欠壓保護(hù)和過流保護(hù) 的作用,對系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警或指示,同時(shí)為整個系統(tǒng)供電。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的起動控制方法,其起動過程主要分為四個步驟 第一步,打開起動電機(jī),由起動電機(jī)拖動發(fā)動機(jī),這時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速提高,提高到一定轉(zhuǎn)速之后,就關(guān)閉起動電機(jī),同時(shí)脈動式開啟丙垸氣閥門,然后起動熱火塞開始點(diǎn)火,確定點(diǎn)火成功之后,丙烷氣閥全部開啟,同時(shí)關(guān)閉熱火塞。 第二步,當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到燃油齒輪泵起動轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值(這個值也可根據(jù)實(shí)際實(shí)用進(jìn) 行調(diào)整)之后,打開燃油齒輪泵和燃油保護(hù)閥,此后,發(fā)動機(jī)在燃油和丙垸氣的混合燃燒 作用下,轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升,經(jīng)過一段時(shí)間的加速之后,轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值,關(guān)閉起動電機(jī), 同時(shí)關(guān)閉丙烷氣閥,此后發(fā)動機(jī)完全在燃油燃燒作用下,在接下來的過程中,燃油齒輪泵 電壓持續(xù)增加,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加直到達(dá)到發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速。第三步,當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速后,開始起動發(fā)動機(jī)標(biāo)定過程,保持標(biāo)定轉(zhuǎn)速并估算 發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的供油量,完成發(fā)動機(jī)的標(biāo)定。第四步,標(biāo)定過程完成后,燃油齒輪泵電壓開始調(diào)整,之后發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由標(biāo)定轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)到發(fā)動機(jī)慢車轉(zhuǎn)速,此時(shí),發(fā)動機(jī)完全完成整個起動過程。在微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)起動運(yùn)行狀態(tài)的加速過程中發(fā)動機(jī)采用較富的供油量,通過 調(diào)節(jié)燃油齒輪泵的供油實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。渦輪功率大于壓氣機(jī)功率,二者之差 使發(fā)動機(jī)加速。完成整個啟動過程后,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)為油門控制器控制,油門位置信號為發(fā)動 機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),本發(fā)明中ECU采用的是電位器調(diào)節(jié)。電位器輸出電壓的不同對應(yīng)發(fā)動機(jī) 不同負(fù)荷。油門控制器在發(fā)動機(jī)完成起動慢車后,開始起作用。本發(fā)明的控制系統(tǒng)與現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)相比有以下一些優(yōu)點(diǎn) (D結(jié)構(gòu)簡單傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,本發(fā)明中只使用一個燃油齒輪泵同時(shí)完成 了建立油壓和調(diào)節(jié)油量的功能,并且精確控制供油量,有效的精簡了控制裝置。(2) 重量輕本發(fā)明所涉及的控制裝置大大簡化,有效地利用了發(fā)動機(jī)現(xiàn)有部件, 減小了整個發(fā)動機(jī)的總質(zhì)量,為發(fā)動機(jī)其它部件的設(shè)計(jì)提供了更大的發(fā)展空間。(3) 可靠性高獨(dú)立使用燃油齒輪泵,設(shè)計(jì)簡單、原件使用少、提高可靠性能。使 得本發(fā)明的可靠性要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。(4) 成本低本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng),盡可能的使用發(fā)動機(jī)已有機(jī)械部件,并大 量采用電子器件,相對一些復(fù)雜的機(jī)械原件制造有效地降低了整個控制系統(tǒng)的成本。(5) 控制精度高隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟和計(jì)算精度的不斷提高,電子控制器 的控制精度非常高。(6) 安全性好本發(fā)明使用電源保護(hù)器,對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警和指示。 附圖說 明
圖1是本發(fā)明控制裝置組成結(jié)構(gòu)框圖;圖2是本發(fā)明ECU電路的結(jié)構(gòu)框圖3是本發(fā)明燃油齒輪泵的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是本發(fā)明發(fā)動機(jī)起動過程時(shí)序圖。圖中1,發(fā)動機(jī)2.ECU3.起動電機(jī)4.熱火塞5.溫度傳感器6.轉(zhuǎn)速傳感器7.開關(guān)控制器8.油門控制器9.電源保護(hù)器10.丙烷氣閥11.丙烷氣罐12.燃油保護(hù)闊13.燃油齒輪泵14.燃油濾清器15.油箱16.主動齒輪17.從動齒輪18.主動軸19.從動軸
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)所需油量O. lkg/h。根據(jù)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)控制裝置設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn),使航空發(fā)動機(jī)在任何環(huán)境條件和任何工作狀態(tài)下都能穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行,并且充分 發(fā)揮其性能效益。實(shí)現(xiàn)供油定量和發(fā)動機(jī)的良好起動控制直接影響發(fā)動機(jī)的性能,關(guān)系到 發(fā)動機(jī)能否可靠、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)于預(yù)期的工作狀態(tài)。針對微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī),本發(fā)明提 出一種新型的采用燃油齒輪泵獨(dú)立完成了建立油壓和調(diào)節(jié)油量的雙重功能的控制裝置和 適合于微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)起動的控制方法。請參見圖l所示, 一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,包括發(fā)動機(jī)1的ECU 2、 起動電機(jī)3、熱火塞4、發(fā)動機(jī)的尾噴管氣體溫度傳感器5,發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)速傳感器6,啟 動運(yùn)行的開關(guān)控制器7、發(fā)動機(jī)完成起動慢車后的油門控制器8、對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測的 電源保護(hù)器9、丙垸氣閥10、丙垸氣罐11、燃油保護(hù)閥12、燃油齒輪泵13、燃油濾清器 14和油箱15組成。其中起動電機(jī)3、熱火塞4、丙垸氣閥IO、燃油保護(hù)閥12、燃油齒輪 泵13構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu),發(fā)動機(jī)起動控制的不同時(shí)刻起動不同的執(zhí)行器。本發(fā)明中,打開開 關(guān)控制器8,由起動電機(jī)3拖動發(fā)動機(jī)1, ECU2監(jiān)測由溫度傳感器5采集的發(fā)動機(jī)尾噴管 氣體溫度、轉(zhuǎn)速傳感器6采集的發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)速、控制系統(tǒng)的電源電壓,將信號輸入至ECU 2,根據(jù)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù),控制數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換算法產(chǎn)生PWM,從而控制起動電機(jī)3、 熱火塞4、丙烷氣閥10、燃油保護(hù)閥12、燃油齒輪泵13,精確的調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的供油量, 從而完成整個微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)起動狀態(tài)、最大工作狀態(tài)、慢車狀態(tài)、加減速工作狀 態(tài)的控制。
所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1的控制裝置,其燃油保護(hù)閥12安裝在渦輪噴氣發(fā)動 機(jī)1和燃油齒輪泵13之間的供油通路上,當(dāng)燃油齒輪泵13工作狀態(tài)出現(xiàn)錯誤或者失去控制時(shí),可以及時(shí)地關(guān)閉油路,對油路和渦輪噴氣發(fā)動機(jī)l起到及時(shí)監(jiān)控和安全保護(hù)作用。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1的控制裝置,其燃油濾清器14安裝在油箱15和燃油 齒輪泵13之間供油通路上,有效濾除發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)中的有害顆粒和水份,保護(hù)燃油 齒輪泵13、減少磨損、避免堵塞。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1的控制裝置,其丙烷氣閥10在發(fā)動機(jī)1起動過程中 工作,最初丙烷氣閥10呈脈動開啟狀態(tài),控制丙烷氣流量來調(diào)節(jié)丙烷氣和發(fā)動機(jī)1燃燒 室內(nèi)空氣濃度比例,以保證丙烷氣點(diǎn)火燃燒,可靠燃燒后丙垸氣閥10呈全開狀態(tài)。丙烷 氣閥10完成對流入發(fā)動機(jī)1的丙烷氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制和安全保護(hù)的作用,為發(fā)動機(jī)1 的起動提供足夠能量。所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1的控制裝置,其電源保護(hù)器9起到了欠壓保護(hù)和過流 保護(hù)的作用,對系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警或指示,同時(shí)為整個系統(tǒng)供電。請參見圖2所示,本發(fā)明的ECU由數(shù)字信號調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、模擬信號調(diào)理 電路、放大濾波電路、MCU和功率驅(qū)動電路組成。其轉(zhuǎn)速傳感器6的輸出端經(jīng)數(shù)字信號調(diào) 理后的P麗輸出至MCU;其開關(guān)控制器7的輸出端經(jīng)電平轉(zhuǎn)換輸出后的P觀輸出至MCU; 其溫度傳感器5的輸出端經(jīng)放大濾波后的電壓信號輸出至MCU;其油門控制器8的輸出端 經(jīng)模擬信號調(diào)理后的電壓信號輸出至MCU; MCU接受信號后進(jìn)行處理,經(jīng)功率驅(qū)動輸出P麗 控制起動電機(jī)3、熱火塞4、丙垸氣閥IO、燃油保護(hù)閥12、燃油齒輪泵13,由燃油齒輪泵 13轉(zhuǎn)速的變化控制發(fā)動機(jī)1的供油量,流出渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1所需油量,由起動電機(jī)3、 熱火塞4、丙烷氣閥10、燃油保護(hù)閥12、燃油齒輪泵13之間的相互配合控制發(fā)動機(jī)1的 起動。請參見圖3所示,本發(fā)明渦輪噴氣發(fā)動機(jī)控制裝置中的燃油齒輪泵13由由燃油齒輪'泵 電機(jī)、主動齒輪16、從動齒輪17、主動軸18、從動軸19組成。燃油齒輪泵13中有一對 嚙合的主動齒輪16和從動齒輪17,主動齒輪16安裝在主動軸18上,從動齒輪17安裝在 從動軸19上,并與主動齒輪16對準(zhǔn)嚙合,燃油齒輪泵電機(jī)安裝在主動軸18的延長軸上。 MCU通過P麗控制燃油齒輪泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使燃油齒輪泵電機(jī)帶動安裝于主動軸18上 的主動齒輪16轉(zhuǎn)動,從動齒輪17隨主動齒輪16轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,從而燃油齒輪泵13的轉(zhuǎn)速 發(fā)生變化,使得燃油齒輪泵13進(jìn)油口的流量隨主動齒輪16和從動齒輪17轉(zhuǎn)速的變化而
變化,從出油口流出渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1所需的油量。燃油齒輪泵13同時(shí)完成了建立油壓 和調(diào)節(jié)油量的功能,大大簡化了發(fā)動機(jī)供油量的控制使用燃油齒輪泵13直接實(shí)現(xiàn)了油量 的精確調(diào)節(jié)。請參見圖4所示,發(fā)動機(jī)的起動過程是整個控制裝置中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),發(fā)動機(jī)起動 過程中需要控制的執(zhí)行器是最多的。起動時(shí)序是其中的重點(diǎn),必須按照時(shí)序在合適的時(shí)刻 起動不同的執(zhí)行器。本發(fā)明一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的起動控制方法主要分為以下四個 步驟第一步,打開起動電機(jī)3,由起動電機(jī)3拖動發(fā)動機(jī)1,這時(shí)發(fā)動機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速提高,提高到一定轉(zhuǎn)速(最低起動轉(zhuǎn)速,這個值可根據(jù)實(shí)際實(shí)用環(huán)境調(diào)整,但最小值一般不能小于3500r/min)之后,就關(guān)閉起動電機(jī)3,同時(shí)脈動式開啟丙烷氣閥門10,然后起動 熱火塞4開始點(diǎn)火,確定點(diǎn)火成功之后,丙烷氣閥10全部開啟,同時(shí)關(guān)閉熱火塞4。第二步,當(dāng)發(fā)動機(jī)1轉(zhuǎn)速達(dá)到燃油齒輪泵13起動轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值(這個值也可根據(jù)實(shí)際實(shí) 用進(jìn)行調(diào)整)之后,打開燃油齒輪泵13和燃油保護(hù)閥12,此后,發(fā)動機(jī)l在燃油和丙烷 氣的混合燃燒作用下,轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升,經(jīng)過一段時(shí)間的加速之后,轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值(此 時(shí)轉(zhuǎn)速在30000 r/min左右),關(guān)閉起動電機(jī)3,同時(shí)關(guān)閉丙烷氣閥10,此后發(fā)動機(jī)1完 全在燃油燃燒作用下,在接下來的過程中,燃油齒輪泵13電壓持續(xù)增加,發(fā)動機(jī)1轉(zhuǎn)速 繼續(xù)增加直到達(dá)到發(fā)動機(jī)1標(biāo)定轉(zhuǎn)速。第三步,當(dāng)發(fā)動機(jī)1達(dá)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速(55000 60000 r/min)后,開始起動發(fā)動機(jī)1標(biāo) 定過程,保持標(biāo)定轉(zhuǎn)速并估算發(fā)動機(jī)1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的供油量,完成發(fā)動機(jī)l的標(biāo)定。第四步,標(biāo)定過程完成后,燃油齒輪泵13電壓開始調(diào)整,之后發(fā)動機(jī)l轉(zhuǎn)速由標(biāo)定轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)到發(fā)動機(jī)1慢車轉(zhuǎn)速,這里慢車轉(zhuǎn)速取36000r/min。此時(shí),發(fā)動機(jī)1完全完成整個 起動過程。在微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)1起動控制運(yùn)行狀態(tài)的加速過程中發(fā)動機(jī)采用較富的供油 量,通過調(diào)節(jié)燃油齒輪泵13的供油實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)1的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。渦輪功率大于壓氣機(jī) 功率,二者之差使發(fā)動機(jī)1加速。完成整個起動過程后,發(fā)動機(jī)1轉(zhuǎn)為油門控制器8控制, 油門位置信號為發(fā)動機(jī)l負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),本發(fā)明中ECU 2采用的是電位器調(diào)節(jié)。電位器輸 出電壓的不同對應(yīng)發(fā)動機(jī)不同負(fù)荷。油門控制器8在發(fā)動機(jī)1完成起動慢車后,開始起作 用。除此之外,控制裝置還必須時(shí)刻監(jiān)控發(fā)動機(jī)1狀態(tài),防止起動過程中的異常情況,如 發(fā)動機(jī)l轉(zhuǎn)速過低,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到預(yù)設(shè)值,發(fā)動機(jī)l排溫過高,點(diǎn)火系統(tǒng)故障 等,必須根據(jù)不同的情況進(jìn)行相應(yīng)的緊急處理。
權(quán)利要求
1. 一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,包括采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器、采集排氣溫度的溫度傳感器、啟動運(yùn)行的開關(guān)控制器、發(fā)動機(jī)完成起動慢車后的油門控制器、對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測的電源保護(hù)器、對整個運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制的電子控制單元、燃油濾清器、油箱以及在發(fā)動機(jī)起動控制的不同時(shí)刻起動的不同執(zhí)行器,包括起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)閥;其特征在于,該控制裝置還包括燃油齒輪泵,該燃油齒輪泵獨(dú)立完成建立油壓和調(diào)節(jié)油量的雙重任務(wù),其燃油保護(hù)閥安裝在渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和燃油齒輪泵之間的供油通路上,當(dāng)燃油齒輪泵工作狀態(tài)出現(xiàn)錯誤或者失去控制時(shí),及時(shí)地關(guān)閉油路,對油路和渦輪噴氣發(fā)動機(jī)起到及時(shí)監(jiān)控和安全保護(hù)作用,其燃油濾清器安裝在油箱和燃油齒輪泵之間供油通路上,起濾除發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)中的有害顆粒和水份作用,其丙烷氣閥在發(fā)動機(jī)起動過程中工作,最初丙烷氣閥呈脈動開啟狀態(tài),控制丙烷氣流量來調(diào)節(jié)丙烷氣和發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)空氣濃度比例,以保證丙烷氣點(diǎn)火燃燒,可靠燃燒后丙烷氣閥呈全開狀態(tài),丙烷氣閥完成對流入發(fā)動機(jī)的丙烷氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制和安全保護(hù)的作用,為發(fā)動機(jī)的起動提供足夠能量,其電源保護(hù)器起到了欠壓保護(hù)和過流保護(hù)的作用,對系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警或指示,同時(shí)為整個系統(tǒng)供電。
2. 如權(quán)利要求l所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其特征在于所述的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)由起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)闊和燃油齒輪泵構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其特征在于所述 的其電子控制單元又包括數(shù)字信號調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、模擬信號調(diào)理電路、 放大濾波電路、單片機(jī)和功率驅(qū)動電路;其轉(zhuǎn)速傳感器輸出端經(jīng)數(shù)字信號調(diào)理電 路調(diào)理后的脈寬調(diào)制信號輸出至單片機(jī);其開關(guān)控制器輸出端經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn) 換后的脈寬調(diào)制信號輸出至單片機(jī);其溫度傳感器的輸出端經(jīng)放大濾波電路放大 濾波后的電壓信號輸出至單片機(jī);其油門控制器輸出端經(jīng)模擬信號調(diào)理電路調(diào)理 后的電壓信號輸出至單片機(jī);單片機(jī)接受信號后進(jìn)行處理,經(jīng)功率驅(qū)動電路輸出 脈寬調(diào)制信號控制起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)閥、燃油齒輪泵。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的一種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置,其特征在于 所述燃油齒輪泵由燃油齒輪泵電機(jī)、主動齒輪、從動齒輪、主動軸、從動軸組成, 燃油齒輪泵中有一對嚙合的主動齒輪和從動齒輪,主動齒輪安裝在主動軸上,從動齒輪安裝在從動軸上,并與主動齒輪對準(zhǔn)嚙合,燃油齒輪泵電機(jī)安裝在主動軸 的延長軸上,單片機(jī)通過脈寬調(diào)制信號控制燃油齒輪泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使燃油 齒輪泵電機(jī)帶動安裝于主動軸上的主動齒輪轉(zhuǎn)動,從動齒輪隨主動齒輪轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn) 動,進(jìn)而使燃油齒輪泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,使得燃油齒輪泵進(jìn)油口的流量隨主動齒 輪和從動齒輪轉(zhuǎn)速的變化而變化,最終控制渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的油量。 5. —種微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置的起動控制方法,其特征在于,步驟如下: 第一步,由起動電機(jī)拖動發(fā)動機(jī),當(dāng)發(fā)動機(jī)提高到一定轉(zhuǎn)速時(shí),關(guān)閉起動電 機(jī),同時(shí)脈動式開啟丙烷氣閥門,然后起動熱火塞開始點(diǎn)火,確定點(diǎn)火成功之后, 丙烷氣閥全部開啟,同時(shí)關(guān)閉熱火塞;第二步,當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到燃油齒輪泵起動轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值時(shí),打開燃油齒輪 泵和燃油保護(hù)閥,此后,發(fā)動機(jī)在燃油和丙垸氣的混合燃燒作用下,轉(zhuǎn)速繼續(xù)上 升,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值時(shí),關(guān)閉起動電機(jī),同時(shí)關(guān)閉丙烷氣閥,此后發(fā)動機(jī)完 全在燃油燃燒作用下,燃油齒輪泵電壓持續(xù)增加,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加直到達(dá)到 發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速;第三步,當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速后起動發(fā)動機(jī)標(biāo)定過程,保持標(biāo)定轉(zhuǎn)速并估 算發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的供油量,完成發(fā)動機(jī)的標(biāo)定;第四步,標(biāo)定過程完成后,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由標(biāo)定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到慢車轉(zhuǎn)速,發(fā)動機(jī) 完成整個起動控制過程,此后發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)為油門控制器控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對微小型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的控制裝置及其起動控制方法,該裝置包括采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器、采集排氣溫度的溫度傳感器、開關(guān)控制器、油門控制器、電子控制單元(ECU)以執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)閥和燃油齒輪泵??刂品椒镋CU通過傳感器監(jiān)測發(fā)動機(jī)工作狀態(tài),并輸出脈寬調(diào)制信號到功率驅(qū)動電路控制起動電機(jī)、熱火塞、丙烷氣閥、燃油保護(hù)閥、燃油齒輪泵,完成發(fā)動機(jī)起動控制,發(fā)動機(jī)起動完成后由燃油齒輪泵實(shí)現(xiàn)建立油壓和調(diào)節(jié)油量雙重功能,精確供油從而使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于預(yù)期的工作狀態(tài)。本發(fā)明可用于微型運(yùn)載工具,其執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,體積小,重量輕,易實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的可靠、高效控制。
文檔編號F02C9/00GK101392689SQ200810225559
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者丁水汀, 奇 張, 杜發(fā)榮, 韓樹軍, 鮑夢瑤 申請人:北京航空航天大學(xué)