本發(fā)明屬于航空發(fā)動機控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)與起動控制方法。

背景技術(shù)：

隨著軍用、民用小型無人機技術(shù)的發(fā)展，要求具有推重比大、低成本的動力裝置，為微小型渦噴、渦軸發(fā)動機開辟了廣闊的市場前景。蒸發(fā)管式燃燒室由于結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小成本低等特點，在微小型航空發(fā)動機中獲得了廣泛的應(yīng)用。但蒸發(fā)管式燃燒室存在冷態(tài)起動燃油不易霧化的問題，尤其在低溫高原環(huán)境，燃油點火起動困難的問題更為突出。目前主要有兩種方法來應(yīng)對起動困難問題，一種是提高噴嘴壓力，這種方法會導(dǎo)致燃油泵的功耗大幅上升，目前小型電機燃油泵無法滿足高輸出壓力的要求，通常用機械液壓燃調(diào)來實現(xiàn)燃油控制，此類系統(tǒng)重量遠高于電機燃油泵。另一種是采用電機燃油泵供油，先用丙烷氣點火形成火苗，再對燃油進行點火的方式來起動發(fā)動機，該方法的點火成功率很高，但起動設(shè)備復(fù)雜且不安全，大大增加外場保障工作難度。因此，需要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作簡單且可靠性高的微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明的目的是提供一種微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)與起動控制方法，以簡化微小型航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)、降低成本，同時解決包括高原環(huán)境在內(nèi)的寬工作環(huán)境范圍內(nèi)，微小型航空發(fā)動機燃油點火起動可靠性問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)，包括燃油箱、燃油濾、電機燃油泵、多通接頭、主供油閥、優(yōu)先供油閥、點火供油閥、泵后壓力傳感器、發(fā)動機的狀態(tài)傳感器、點火器、起動電機和發(fā)動機電子控制器，所述燃油箱通過油路經(jīng)電動燃油泵與所述多通接頭的進油口連通，其特征在于，

所述多通接頭包括出油口ⅰ、出油口ⅱ、出油口ⅲ等三個出油口，其中，所述出油口ⅰ經(jīng)所述主供油閥輸出端連接到發(fā)動機的主噴嘴，所述出油口ⅱ經(jīng)優(yōu)先供油閥輸出端連接到發(fā)動機的優(yōu)先噴嘴，所述出油口ⅲ經(jīng)點火供油閥輸出端連接到發(fā)動機的點火噴嘴；所述多通接頭上還設(shè)有信號輸出端，所述信號輸出端經(jīng)泵后壓力傳感器與所述發(fā)動機電子控制器連接；

所述電動燃油泵、主供油閥、優(yōu)先供油閥、點火供油閥以及發(fā)動機的狀態(tài)傳感器、點火器、起動電機均與所述發(fā)動機電子控制器通信連接；

所述發(fā)動機電子控制器根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)傳感器和泵后壓力傳感器的信息，產(chǎn)生pwm信號來調(diào)節(jié)所述電機燃油泵供油量的大小，通過控制所述主供油閥、優(yōu)先供油閥和點火供油閥的通斷來控制燃油輸送到發(fā)動機的不同噴嘴。

優(yōu)選地，所述發(fā)動機的狀態(tài)傳感器包括發(fā)動機進口總壓p1t傳感器、排氣溫度t5(或t45)傳感器和發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng傳感器，用于分別測量發(fā)動機進口總壓p1t、排氣溫度t5(或t45)和發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng，并將發(fā)動機的進口總壓p1t、排氣溫度t5(或t45)和發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng等信息傳輸給所述發(fā)動機電子控制器，所述發(fā)動機電子控制器根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)傳感器和泵后壓力傳感器的信息，自適應(yīng)控制起動時序和供油量。

優(yōu)選地，所述的主供油閥、優(yōu)先供油閥和點火供油閥為電磁閥，由所述發(fā)動機電子控制器用以控制各電磁閥的通斷。

優(yōu)選地，發(fā)動機的起動控制過程分為電機帶轉(zhuǎn)、點火供油、優(yōu)先供油和主供油4個階段。

優(yōu)選地，所述發(fā)動機電子控制器接收到起動指令后，進入電機帶轉(zhuǎn)階段，起動時間計時器ts清0，并開始起動計時，發(fā)動機電子控制器輸出起動電機驅(qū)動信號開啟起動電機，起動電機帶動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)動機電子控制器檢測到燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到設(shè)定的點火供油轉(zhuǎn)速n1后，轉(zhuǎn)入點火供油階段，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入點火供油階段，則關(guān)閉起動電機且報告起動失敗。

優(yōu)選地，在所述點火供油階段，發(fā)動機電子控制器根據(jù)發(fā)動機進口總壓p1t計算初始點火油量w1，并控制電機燃油泵工作使其輸出相應(yīng)燃油量，同時打開點火供油閥，驅(qū)動點火器工作，在起動電機帶轉(zhuǎn)和燃油燃燒的雙重作用下，燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng增加，發(fā)動機電子控制器按燃油閉環(huán)計算值不斷增加燃油量。

優(yōu)選地，當(dāng)發(fā)動機溫度t5(或t45)未達到點火成功溫度時，判斷起動時間計時器ts是否超過電機工作保護時間tmp，若超過判定起動失敗，停車關(guān)閉起動電機、點火器、點火供油閥和電機燃油泵，若不超時，則繼續(xù)供油并檢測發(fā)動機溫度；當(dāng)發(fā)動機溫度t5(或t45)達到點火成功溫度時，則開始判定泵后壓力條件。

優(yōu)選地，當(dāng)泵后壓力傳感器的壓力未達到優(yōu)先供油壓力pf時，若超時判定起動失敗，關(guān)閉工作電組件，若不超時，繼續(xù)供油并檢測泵后壓力；當(dāng)泵后壓力傳感器的壓力達到優(yōu)先供油壓力pf時，關(guān)閉點火器，記下當(dāng)前燃油量w2，轉(zhuǎn)入優(yōu)先供油階段。

優(yōu)選地，在所述優(yōu)先供油階段，優(yōu)先供油計時器tf清0并開始計時，發(fā)動機電子控制器控制電機泵輸出燃油量維持w2不變，打開優(yōu)先供油閥，使電機泵輸出燃油分別輸送給點火噴嘴和優(yōu)先噴嘴，當(dāng)供油計時器tf時間達到設(shè)定的預(yù)熱時間tw，或者測得的燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到設(shè)定的主油供油轉(zhuǎn)速n2后，轉(zhuǎn)入主供油階段，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入主供油階段，關(guān)閉起動電機、點火供油閥、優(yōu)先供油閥和電機燃油泵，且報告起動失敗。

優(yōu)選地，在所述主供油階段，發(fā)動機電子控制器控制電機燃油泵輸出燃油量wm0，同時打開主供油閥，使電機泵輸出燃油分別輸送給點火噴嘴、優(yōu)先噴嘴和主噴嘴，wm0由w2和設(shè)定的燃油增量δw求和獲得，加快主油路連焰。

優(yōu)選地，當(dāng)燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到發(fā)動機自立轉(zhuǎn)速n3時，關(guān)閉起動電機、點火供油閥，停止給點火噴嘴供油，此時，為了保護點火噴嘴不形成積碳，從發(fā)動機引氣用于冷卻點火噴嘴，當(dāng)燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng繼續(xù)增加達到發(fā)動機慢車轉(zhuǎn)速n4穩(wěn)定區(qū)，并穩(wěn)定一段時間后，報告起動成功。

優(yōu)選地，關(guān)閉起動電機和點火供油閥時，發(fā)動機電子控制器計算燃油補償量，并將該補償量與閉環(huán)計算燃油量求和作為電機燃油泵總的輸出燃油量，使得發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升更加平滑。

優(yōu)選地，燃油補償量wcomp計算表達式為：

wcomp＝(1-δt/tc×ni)×wc

其中，δt為發(fā)動機電子控制器的控制周期，tc為補償供油時間，ni為補償次數(shù)，每補償一次該值加1，wc為基本補償量，是常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種微小型航空發(fā)動機起動控制方法，利用本發(fā)明的上述微小型航空發(fā)動機起動控制系統(tǒng)，是由發(fā)動機電子控制器根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)傳感器和泵后壓力傳感器信息自適應(yīng)控制起動時序和供油量，所述方法包括如下步驟：

步驟s1，發(fā)動機電子控制器接收到起動指令后，進入電機帶轉(zhuǎn)階段，起動時間ts清0，并開始起動計時，開啟起動電機，當(dāng)發(fā)動機電子控制器檢測到燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到設(shè)定的點火供油轉(zhuǎn)速n1后，轉(zhuǎn)入步驟s2，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入步驟s2，關(guān)閉起動電機且報告起動失敗；

步驟s2，進入點火供油階段，發(fā)動機電子控制器控制打開點火器和點火供油閥，同時根據(jù)進口總壓p1t計算初始點火油量w1，并控制電機燃油泵工作使其輸出相應(yīng)燃油量，隨著燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng的增加，按燃油閉環(huán)計算值不斷增加燃油量，當(dāng)檢測到發(fā)動機溫度t5(或t45)達到點火成功溫度且泵后壓力傳感器的壓力達到優(yōu)先供油壓力pf后，關(guān)閉點火器，記下當(dāng)前燃油量w2，轉(zhuǎn)入步驟s3，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入步驟s3，關(guān)閉起動電機、點火器、點火供油閥和電機燃油泵，且報告起動失?。?/p>

步驟s3，進入優(yōu)先供油階段，優(yōu)先供油計時器tf清0并開始計時，發(fā)動機電子控制器控制電機泵輸出燃油量維持w2不變，打開優(yōu)先供油閥，當(dāng)計時器tf時間達到設(shè)定的預(yù)熱時間tw或者燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到設(shè)定的主油供油轉(zhuǎn)速n2后，轉(zhuǎn)入步驟s4，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入步驟s4，關(guān)閉起動電機、點火供油閥、優(yōu)先供油閥和電機燃油泵，且報告起動失??；

步驟s4，進入主供油階段，發(fā)動機電子控制器控制電機燃油泵輸出燃油量為wm0，打開主供油閥，隨著燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng的增加，按燃油閉環(huán)計算值不斷增加燃油量，當(dāng)燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到發(fā)動機自立轉(zhuǎn)速n3，關(guān)閉起動電機、點火供油閥，當(dāng)燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng繼續(xù)增加達到發(fā)動機慢車轉(zhuǎn)速n4穩(wěn)定區(qū)，并穩(wěn)定一段時間后，報告起動成功。

優(yōu)選地，所述航空發(fā)動機起動控制方法步驟s2中的優(yōu)先供油壓力pf是隨發(fā)動機進口總壓p1t變化的，其表達式為：

pf＝p1t/101325*a+b，

其中，a和b為常數(shù)。

優(yōu)選地，所述航空發(fā)動機起動控制方法步驟s4中關(guān)閉起動電機和點火供油閥時，計算燃油補償量，并將該補償量與閉環(huán)計算燃油量求和作為電機燃油泵總的輸出燃油量。燃油補償量wcomp計算表達式為：

wcomp＝(1-δt/tc×ni)×wc

其中，δt為發(fā)動機電子控制器(11)的控制周期，tc為補償供油時間，ni為補償次數(shù)，每補償一次該值加1，wc為基本補償量，是常數(shù)。

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)與起動控制方法具有如下突出的特點：一是全部采用電控組件，無需回油路，減輕控制系統(tǒng)重量；二是根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)傳感器和泵后壓力傳感器信息自適應(yīng)控制起動時序和供油量，彌補了微小型航空發(fā)動機冷態(tài)起動燃油不易霧化的缺陷，大大提高寬環(huán)境范圍內(nèi)的起動可靠性；三是只需修改軟件即可實現(xiàn)不同類型發(fā)動機控制時序和參數(shù)調(diào)整，可移植性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)的組成示意圖；

圖2是本發(fā)明微小型航空發(fā)動機起動控制方法總流程框圖；

圖3是本發(fā)明點火供油階段的控制流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。

參閱圖1，本實施例提供的微小型航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)，包括燃油箱1、燃油濾2、電機燃油泵3、多通接頭4、主供油閥5、優(yōu)先供油閥8、點火供油閥9、泵后壓力傳感器10、發(fā)動機7的狀態(tài)傳感器704、點火器705、起動電機706和發(fā)動機電子控制器11，燃油箱1通過油路經(jīng)燃油濾2、電動燃油泵3與多通接頭4的進油口連通。

通過電機燃油泵3的運轉(zhuǎn)來給發(fā)動機7輸送燃油，由發(fā)動機電子控制器11產(chǎn)生的pwm信號來調(diào)節(jié)燃油量的大小，通過控制主供油閥5、優(yōu)先供油閥8和點火供油閥9的通斷來控制燃油輸送到發(fā)動機的不同噴嘴。多通接頭4包括出油口ⅰ、出油口ⅱ、出油口ⅲ等三個出油口，出油口ⅰ經(jīng)主供油閥5輸出端連接到發(fā)動機7的主噴嘴701，出油口ⅱ經(jīng)優(yōu)先供油閥8輸出端連接到發(fā)動機7的優(yōu)先噴嘴702，出油口ⅲ經(jīng)點火供油閥9輸出端連接到發(fā)動機7的點火噴嘴703。

泵后壓力傳感器10用于檢測電機燃油泵3的輸出油壓，發(fā)動機的狀態(tài)傳感器704包括壓力、溫度和轉(zhuǎn)速傳感器，用于測量發(fā)動機進口總壓p1t、排氣溫度t5(或t45)和發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng。

主供油閥5、優(yōu)先供油閥8和點火供油閥9均為電磁閥，由發(fā)動機電子控制器11產(chǎn)生一個開關(guān)信號即可控制電磁閥的通斷。

本發(fā)明提供的燃油控制系統(tǒng)全部采用電控組件，無液壓組件，可用電信號精確控制燃油量，提高控制靈活性，同時簡化了結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)重量。

參閱圖2，其是微小型航空發(fā)動機起動控制方法的流程框圖，起動控制過程分為起動帶轉(zhuǎn)、點火供油、優(yōu)先供油和主供油4個階段。在整個供油過程中，由發(fā)動機電子控制器11根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)傳感器704和泵后壓力傳感器10信息自適應(yīng)控制起動時序和供油量，具體方法包括如下步驟：

步驟s1，發(fā)動機電子控制器11接收到起動指令后，進入電機帶轉(zhuǎn)階段，起動時間ts清0，并開始起動計時，發(fā)動機電子控制器11輸出起動電機驅(qū)動信號開啟起動電機706，起動電機706帶動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)動機電子控制器11檢測到燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到設(shè)定的點火供油轉(zhuǎn)速n1后，轉(zhuǎn)入步驟s2，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入步驟s2，關(guān)閉起動電機706且報告起動失敗。

步驟s2，進入點火供油階段，該階段控制過程參閱圖3。發(fā)動機電子控制器11根據(jù)進口總壓p1t計算初始點火油量w1，并控制電機燃油泵3工作使其輸出相應(yīng)燃油量，同時打開點火供油閥9，驅(qū)動點火器705工作，在起動電機帶轉(zhuǎn)和燃油燃燒的雙重作用下，燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng增加，發(fā)動機電子控制器11按燃油閉環(huán)計算值不斷增加燃油量。當(dāng)發(fā)動機溫度t5(或t45)未達到點火成功溫度時，判斷起動時間計時器ts是否超過電機工作保護時間tmp，若超過判定起動失敗，停車關(guān)閉起動電機706、點火器705、點火供油閥9和電機燃油泵3，若不超時，則繼續(xù)供油并檢測發(fā)動機溫度；當(dāng)發(fā)動機溫度t5(或t45)達到點火成功溫度時，則開始判定泵后壓力條件。當(dāng)泵后壓力傳感器10的壓力未達到優(yōu)先供油壓力pf時，若超時判定起動失敗，關(guān)閉工作電組件，若不超時，繼續(xù)供油并檢測泵后壓力；當(dāng)泵后壓力傳感器10的壓力達到優(yōu)先供油壓力pf時，關(guān)閉點火器705，記下當(dāng)前燃油量w2，轉(zhuǎn)入步驟s3。

步驟s2中發(fā)動機溫度t5是否達到點火成功溫度的判定方法，采用發(fā)動機溫度t5的實時測量值與起動前t5測量值之差為一常數(shù)進行判斷，可以提高不同溫度環(huán)境下的適應(yīng)性。

步驟s2中的優(yōu)先供油壓力pf是隨發(fā)動機進口總壓p1t變化的，從而提高不同高度環(huán)境下的適應(yīng)性，其表達式為：

pf＝p1t/101325*a+b(1)

其中，a和b為常數(shù)，根據(jù)不同發(fā)動機燃油需求、噴嘴特性以及電機泵特性計算得到。

步驟s3，進入優(yōu)先供油階段，優(yōu)先供油計時器tf清0并開始計時，發(fā)動機電子控制器11控制電機泵輸出燃油量維持w2不變，打開優(yōu)先供油閥8，使電機泵輸出燃油分別輸送給點火噴嘴702和優(yōu)先噴嘴703，當(dāng)計時器tf時間達到設(shè)定的預(yù)熱時間tw，或者測得的燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到設(shè)定的主油供油轉(zhuǎn)速n2后，轉(zhuǎn)入步驟s4，若起動時間ts超過電機工作保護時間tmp仍未轉(zhuǎn)入步驟s4，關(guān)閉起動電機706、點火供油閥9、優(yōu)先供油閥8和電機燃油泵3，且報告起動失敗。經(jīng)過優(yōu)先供油階段，對燃燒室進行預(yù)熱，提高燃油霧化性能，有利于主油路點火連焰。

步驟s4，進入主供油階段，發(fā)動機電子控制器11控制電機燃油泵3輸出燃油量wm0，同時打開主供油閥5，使電機泵輸出燃油分別輸送給點火噴嘴702、優(yōu)先噴嘴703和主噴嘴701，wm0由w2和設(shè)定的燃油增量δw求和獲得，加快主油路連焰；隨著燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng增加，發(fā)動機電子控制器11按燃油閉環(huán)計算值不斷增加燃油量，當(dāng)燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng達到發(fā)動機自立轉(zhuǎn)速n3時，關(guān)閉起動電機706、點火供油閥9，停止給點火噴嘴供油702，此時，為了保護點火噴嘴不形成積碳，從發(fā)動機引氣用于冷卻點火噴嘴，當(dāng)燃氣渦輪轉(zhuǎn)速ng繼續(xù)增加達到發(fā)動機慢車轉(zhuǎn)速n4穩(wěn)定區(qū)，并穩(wěn)定一段時間后，報告起動成功。

步驟s4中關(guān)閉起動電機706和點火供油閥9時，發(fā)動機電子控制器11計算燃油補償量，并將該補償量與閉環(huán)計算燃油量求和作為電機燃油泵3總的輸出燃油量，使得發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升更加平滑。燃油補償量wcomp計算表達式為：

wcomp＝(1-δt/tc×ni)×wc(2)

其中，δt為發(fā)動機電子控制器11的控制周期，tc為補償供油時間，ni為補償次數(shù)，每補償一次該值加1，wc為基本補償量，是常數(shù)。

本發(fā)明提供的微小型航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)與起動控制方法彌補了微小型航空發(fā)動機冷態(tài)起動燃油不易霧化的缺陷，大大提高點火連焰成功率，適應(yīng)不同溫度不同高度環(huán)境，提高寬工作環(huán)境范圍內(nèi)的起動可靠性。

以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的思路下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。