CN102213167B - 一种液体计量喷射器及其喷射控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体计量喷射器及其喷射控制方法，属于小型航空活塞发动机燃油喷射领域，其中，喷射器包括壳体、限位盘、活塞、螺线管、弹簧卡座、偏压弹簧、单向加载阀、锥形弹簧、泵油膜片与喷射通道；通过操作螺线管，液体喷射器可配送特定量的液体，从而可以依靠控制喷射次数控制每次系统工作循环的液体喷射量。基于本发明喷射器定量液体喷射功能，本发明还公开一种喷射器控制方法，通过此方法可确定发动机每个周期喷射器需要喷射的次数。

Description

一种液体计量喷射器及其喷射控制方法

技术领域

本发明涉及小型航空活塞发动机燃油喷射领域，具体涉及一种液体计量喷射器及其喷射控制方法。

背景技术

当前，使用在小型航空活塞发动机燃油喷射，将所需的液体喷射到所需部位时，为保证喷射量、喷射雾化效果、喷射时间，都使用较为复杂繁重的供给系统。

一般供油系统可分为低压和高压两个油路。前者由燃油箱、低压燃油管、输油泵、燃油滤清器等组成；后者由高压油泵、高压油管、喷油器等组成。近年来，为保证喷油精确可控和喷雾效果更好，供油系统开始应用共轨喷油系统。为了使内燃机能在怠速时稳定工作和限制超速，喷油泵还带有调速器。如果将这样的供油系统应用到小型航空活塞发动机燃油喷射上，将大大增加航空飞行器的质量，降低飞行器的推重比。所以这种小型发动机需要简单可靠，同时能达到和普通供油系统一样的效果甚至更好的喷油效果的供油系统。

发明内容

本发明提出一种液体计量喷射器及其喷射控制方法，为小型航空活塞发动机提供一种简单可靠的燃油喷射效果。

一种液体计量喷射器，包括壳体、限位盘、活塞、螺线管、弹簧卡座、偏压弹簧、单向加载阀、锥形弹簧、泵油膜片与喷射通道。

壳体内部上方开有高压油腔，下方开有活塞腔，壳体内部还开有限位腔、螺线管放置腔以及低压油腔。其中限位腔位于活塞腔下部，且与活塞腔连通，限位腔中设置有限位盘，活塞位于活塞腔中且与限位盘相连，活塞通过限位盘和活塞腔限位。所述活塞顶部伸入到高压油腔内。活塞上套接有弹簧卡座与偏压弹簧，通过弹簧卡座来支撑偏压弹簧；在壳体内部周向开有螺线管放置腔，螺线管放置腔位于偏压弹簧的周向外侧。

高压油腔外侧周向上开有低压油腔，低压油腔与高压油腔连通。壳体侧壁上方开有进油口，进油口与低压油腔连通。在低压油腔中，位于低压油腔和进油口的连通处，与低压油腔和高压油腔的连通处之间设置有泵油膜片，将低压油腔截断成两部分。

壳体顶部开有喷口，喷口与高压油腔连通，喷口上方设置有喷射通道，喷射通道内由下至上依次设置有单向加载阀与锥形弹簧；其中，单向加载阀位于喷口处。

基于上述液体计量喷射器的喷射控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在发动机启动后，依次确定发动机第一、二个工作周期的理想液体需求量Q₁、Q₂；

根据液体温度、大气压力等因素以及发动机的使用情况进行修正，依次得到发动机第一个、第二个工作周期的理想液体需求量Q₁、Q₂；

步骤2：依次确定发动机第一、二个工作周期内喷射器理想喷射次数T₁、T₂；

根据喷射器单次喷射量P，通过Q₁/P与Q₂/P依次得到发动机第一、二工作周期内喷射器理想喷射次数T₁、T₂，其中，T₁与T₂取小数点后1位或2位；

步骤3：依次确定发动机第一、二个工作周期中喷射器的实际喷射次数T_1实、T_2实；

在发动机第一、二个工作周期中，依次对喷射器的理想喷射次数T₁、T₂进行四舍五入运算，依次得到发动机第一、二个工作周期中喷射器实际喷射次数T_1实、T_2实；

步骤4：将步骤3得到的发动机第一、二个工作周期中喷射器的实际喷射次数T_1实与T_2实转化成脉冲信号依次发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射；

步骤5：确定发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n；

根据步骤1所述的方法，得到发动机第n个工作周期的理想液体需求量Q_n，其中，n为正整数，且n≥3；根据步骤2所述方法确定发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n；

步骤6：获得发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；

对发动机第n-1与n-2个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n-1与T_n-2进行比较；若T_n-1＞T_n-2时，则发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n向上取整后，作为发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；若T_n-1＜T_n-2时，则发动机第n个工作周期内的喷射器的理想喷射次数T_n向下取整后，作为发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；

步骤7：确定发动机每一个工作周期的喷射余次T_n余；

通过发动机每一个工作周期喷射器实际喷射次数减去理想喷射次数，得到发动机每一个工作周期喷射器的喷射余次T_余；

步骤8：根据发动机第n、n-1与第n-1、n-2个工作周期的理想喷射次数进行比较、判断发动机工作是否稳定，对发动机第n+1个周期的喷射器的实际喷射次数进行修正；

对发动机连续的3个工作周期的喷射器的理想喷射次数进行比较，即T_n、T_n-1、T_n-2进行比较，若T_n与T_n-1的差或T_n-1与T_n-2间的差的绝对值大于a时，a为设定的阈值，且a为正整数，则表示发动机工作不稳定，发动机每个工作周期喷射器实际喷射次数均由步骤6得到的发动机第n个工作周期的喷射器实际喷射次数T_n实转化成脉冲信号发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射。若T_n与T_n-1的差和T_n-1与T_n-2间的差的绝对值均小于a时，则表示发动机工作稳定，将发动机第n、n-1与n-2个工作周期的喷射器的喷射余次T_n余、T_n-1余、T_n-2余进行累计，且从发动机第n+1个工作周期开始的连续3个工作周期喷射器理想喷射次数进行下一次比较，即T_n+1、T_n+2、T_n+3；

若累计后的数值大于或等于1时，则发动机第n+1个工作周期喷射器的实际喷射次数增加一次后的喷射次数发送给喷射器进行喷射；

若累计后的数值小于或等于-1时，则在发动机第n+1个工作周期喷射器喷射次数减少一次后的喷射次数发送给喷射器进行喷射；

若累计后的数值大于-1且小于1时，则由步骤6得到的发动机第n+1个工作周期的喷射器实际喷射次数转化成脉冲信号发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射；

本发明的优点在于：

1、本发明中的喷射器可对发动机所需要的燃油量实现定量多次喷射，既能保证雾化效果，又能精确控制喷射量，且使整个燃油供给系统集成度高；

2、喷射器结构简单、体积小、质量轻，可大大提高小型航空活塞发动机的推重比；

3、本发明控制方法简化优化，实现针对航空小排量发动机自身特点的控制算法，减低软件复杂程度，降低控制器运算要求，降低成本；

4、本发明控制方法既可以保证基本喷射量，又保证喷射器的操作次数不至于发生剧烈变化，稳定的喷射量容易使发动机进油量稳定，这样容易使发动机工作在稳定状态，同时不至于喷射器喷射频率发生剧烈变化，影响喷射器的喷射效果；

附图说明

图1为本发明液体计量喷射器结构剖视图；

图2为本发明液体计量喷射方法流程图；

图中：

1-壳体        2-限位盘            3-活塞          4-螺线管

5-弹簧卡座    6-偏压弹簧          7-单向加载阀    8-锥形弹簧

9-泵油膜片    10-喷射通道         101-高压油腔    102-活塞腔

103-限位腔    104-螺线管放置腔    105-低压油腔    106-进油口

107-喷口

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种液体计量喷射器，如图1所示，包括壳体1、限位盘2、活塞3、螺线管4、弹簧卡座5、偏压弹簧6、单向加载阀7、锥形弹簧8、泵油膜片9与喷射通道10。

壳体1内部上方开有高压油腔101，下方开有活塞腔102，壳体1内部还开有限位腔103、螺线管放置腔104以及低压油腔105；其中限位腔103位于活塞腔102下部，且与活塞腔102连通，限位腔103中设置有限位盘2，活塞3位于活塞腔102中且与限位盘2相连，活塞3通过限位盘2和活塞腔102限位。所述活塞3顶部伸入到高压油腔101内，由此活塞3可在壳体1内上下运动。活塞3上套接有弹簧卡座5与偏压弹簧6，通过弹簧卡座5来支撑偏压弹簧6。在壳体1内部周向开有螺线管放置腔104，用来放置螺线管4，螺线管放置腔104位于偏压弹簧6的周向外侧，通过螺线管4与偏压弹簧6来控制活塞3的运动。

高压油腔101外侧周向上开有低压油腔105，低压油腔105与高压油腔101连通。壳体1侧壁上方开有进油口106，进油口106与低压油腔105连通，通过进油口106向低压油腔105中泵入液体，液体经由低压油腔105进入到高压油腔101内。在低压油腔105中，位于低压油腔105和进油口106的连通处，与低压油腔105和高压油腔101的连通处之间设置有泵油膜片9，将低压油腔105截断成两部分，且通过泵油膜片9使进入高压油腔101中的液体不会流回到低压油腔105和进油口106处。

壳体1顶部开有喷口107，喷口107与高压油腔101连通，喷口107上方设置有喷射通道10，喷射通道10内由下至上依次设置有单向加载阀7与锥形弹簧8。其中，单向加载阀7位于喷口107处。通过活塞3的运动使高压油腔101中的液体增压，高压液体通过单向加载阀压缩锥形弹簧后，从喷射通道10中喷出，单向加载阀7用来防止液体从喷射通道10中回流到高压油腔101，在喷射完毕后，活塞回位，高压油腔中压力减小，锥形弹簧还原将单向加载阀复位。

在液体喷射器的操作中，当螺线管4通电后，使得活塞3克服偏压弹簧6的偏压力向喷口107处移动，从而使液体由高压油腔101经由单向加载阀7进入喷油通道10中。当螺线管4断电后，在偏压弹簧6的作用下，活塞3向下移动，从而使液体从进油口106经泵油膜片9进入低压油腔105。可通过控制对活塞3定义的行程S值来保证每次活塞3运动过程中喷射器喷入工作区域的液体流量为设定值。因此，不论何时操作螺线管4，液体喷射器都配送特定量的液体，从而可以依靠控制喷射次数控制每次系统工作循环的液体喷射量。

上述喷射器的单次喷油量P设计为0.5mm³、1mm³或2mm³。

本发明还提供一种基于上述喷射器的喷射控制方法，如图2所示的流程，具体通过下述步骤来实现：

步骤1：在发动机启动后，依次确定发动机第一、二个工作周期的理想液体需求量Q₁、Q₂；

根据液体温度、大气压力等因素以及发动机的使用情况进行修正，依次得到发动机第一个、第二个工作周期的理想液体需求量Q₁、Q₂；

步骤2：依次确定发动机第一、二个工作周期内喷射器理想喷射次数T₁、T₂；

根据喷射器单次喷射量P，通过Q₁/P与Q₂/P依次得到发动机第一、二工作周期内喷射器理想喷射次数T₁、T₂，其中，T₁与T₂取小数点后1位或2位；

步骤3：依次确定发动机第一、二个工作周期中喷射器的实际喷射次数T_1实、T_2实；

在发动机第一、二个工作周期中，依次对喷射器的理想喷射次数T₁、T₂进行四舍五入运算，依次得到发动机第一、二个工作周期中喷射器实际喷射次数T_1实、T_2实；

步骤4：将步骤3得到的发动机第一、二个工作周期中喷射器的实际喷射次数T_1实与T_2实转化成脉冲信号依次发送给喷射器中的螺线管4，由螺线管4控制喷射器进行相应次数的喷射；

步骤5：确定发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n；

根据步骤1所述的方法，得到发动机第n个工作周期的理想液体需求量Q_n，其中，n为正整数，且n≥3。根据步骤2所述方法确定发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n；

步骤6：获得发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；

对发动机第n-1与n-2个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n-1与T_n-2进行比较；若T_n-1＞T_n-2时，则发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n向上取整后，作为发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实。如：T_n-2、T_n-1、T_n分别为5.2、6.3与5.3，可看出6.3＞5.2，则将T_n向上取整为6作为发动机第n个工作周期喷射器实际喷射次数。若T_n-1＜T_n-2时，则发动机第n个工作周期内的喷射器的理想喷射次数T_n向下取整后，作为发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；如：T_n-2、T_n-1、T_n与分别5.2、4.3与5.6，可看出4.3＜5.2，则将T_n向下取整为5作为发动机第n个工作周期喷射器实际喷射次数。

步骤7：确定发动机每一个工作周期的喷射余次T_n余；

通过发动机每一个工作周期喷射器实际喷射次数减去理想喷射次数，得到发动机每一个工作周期喷射器的喷射余次T_余；

步骤8：根据发动机第n、n-1与第n-1、n-2个工作周期的理想喷射次数进行比较、判断发动机工作是否稳定，对发动机第n+1个周期的喷射器的实际喷射次数进行修正。

对发动机连续的3个工作周期的喷射器的理想喷射次数进行比较，即T_n、T_n-1、T_n-2进行比较，若T_n与T_n-1的差或T_n-1与T_n-2间的差的绝对值大于a时，a为设定的阈值，且a为正整数，则表示发动机工作不稳定，发动机每个工作周期喷射器实际喷射次数均由步骤6得到的发动机第n个工作周期的喷射器实际喷射次数T_n实转化成脉冲信号发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射。若T_n与T_n-1的差和T_n-1与T_n-2间的差的绝对值均小于a时，则表示发动机工作稳定，将发动机第n、n-1与n-2个工作周期的喷射器的喷射余次T_n余、T_n-1余、T_n-2余进行累计，且从发动机第n+1个工作周期开始的连续3个工作周期喷射器理想喷射次数进行下一次比较，即T_n+1、T_n+2、T_n+3。

若累计后的数值大于或等于1时，则发动机第n+1个工作周期喷射器的实际喷射次数增加一次后的喷射次数发送给喷射器进行喷射。

若累计后的数值小于或等于-1时，则在发动机第n+1个工作周期喷射器喷射次数减少一次后的喷射次数发送给喷射器进行喷射。

若累计后的数值大于-1且小于1时，则由步骤6得到的发动机第n个工作周期的喷射器实际喷射次数转化成脉冲信号发送给喷射器中的螺线管4，由螺线管4控制喷射器进行相应次数的喷射。

如：发动机第四、五、六个工作周期喷射器理想喷射次数为4.3、5.6、6.7，阈值a为2时，可知|4.3-5.6|＝1.3＜2、|5.6-6.7|＝1.1＜2，则将发动机第四、五、六个工作周期喷射器喷射余次T_4余、T_5余、T_6余进行累计，如果累计值大于1，则发动机第7个工作周期实际喷射次数加1。如果累计值小于1，则发动机第7个工作周期实际喷射次数减1。如果累计值大于-1且小于1时，则从发动机第7个工作周期实际喷射次数不进行修正，并且从发动机第7个工作周期开始对连续的3个发动机工作周期理想喷射次数进行比较，且发动机第7、8、9个工作周期喷射器的实际喷射次数均按照步骤6得到的实际喷射器喷射次数发送给喷射器进行喷射。

Claims (3)

1.一种液体计量喷射器，其特征在于：包括壳体、限位盘、活塞、螺线管、弹簧卡座、偏压弹簧、单向加载阀、锥形弹簧、泵油膜片与喷射通道；

壳体内部上方开有高压油腔，下方开有活塞腔，壳体内部还开有限位腔、螺线管放置腔以及低压油腔；其中限位腔位于活塞腔下部，且与活塞腔连通，限位腔中设置有限位盘，活塞位于活塞腔中且与限位盘相连，活塞通过限位盘和活塞腔限位；所述活塞顶部伸入到高压油腔内；活塞上套接有弹簧卡座与偏压弹簧，通过弹簧卡座来支撑偏压弹簧；在壳体内部周向开有螺线管放置腔，螺线管放置腔位于偏压弹簧的周向外侧；

高压油腔外侧周向上开有低压油腔，低压油腔与高压油腔连通；壳体侧壁上方开有进油口，进油口与低压油腔连通；在低压油腔中，位于低压油腔和进油口的连通处，与低压油腔和高压油腔的连通处之间设置有泵油膜片，将低压油腔截断成两部分；

壳体顶部开有喷口，喷口与高压油腔连通，喷口上方设置有喷射通道，喷射通道内由下至上依次设置有单向加载阀与锥形弹簧；其中，单向加载阀位于喷口处。

2.如权利要求1所述一种液体计量喷射器，其特征在于：所述喷射器的单次喷油量P为0.5mm³、1mm³或2mm³。

3.基于权利要求1所述液体计量喷射器的喷射控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在发动机启动后，依次确定发动机第一、二个工作周期的理想液体需求量Q₁、Q₂；

根据液体温度、大气压力因素以及发动机的使用情况进行修正，依次得到发动机第一个、第二个工作周期的理想液体需求量Q₁、Q₂；

步骤2：依次确定发动机第一、二个工作周期内喷射器理想喷射次数T₁、T₂；

根据喷射器单次喷射量P，通过Q₁/P与Q₂/P依次得到发动机第一、二工作周期内喷射器理想喷射次数T₁、T₂，其中，T₁与T₂取小数点后1位或2位；

步骤3：依次确定发动机第一、二个工作周期中喷射器的实际喷射次数T_1实、T_2实；

在发动机第一、二个工作周期中，依次对喷射器的理想喷射次数T₁、T₂进行四舍五入运算，依次得到发动机第一、二个工作周期中喷射器实际喷射次数T_1实、T_2实；

步骤4：将步骤3得到的发动机第一、二个工作周期中喷射器的实际喷射次数T_1实与T_2实转化成脉冲信号依次发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射；

步骤5：确定发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n；

根据步骤1所述的方法，得到发动机第n个工作周期的理想液体需求量Q_n，其中，n为正整数，且n≥3；根据步骤2所述方法确定发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n；

步骤6：获得发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；

对发动机第n-1与n-2个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n-1与T_n-2进行比较；若T_n-1＞T_n-2时，则发动机第n个工作周期内喷射器的理想喷射次数T_n向上取整后，作为发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；若T_n-1＜T_n-2时，则发动机第n个工作周期内的喷射器的理想喷射次数T_n向下取整后，作为发动机第n个工作周期内喷射器的实际喷射次数T_n实；

步骤7：确定发动机每一个工作周期的喷射余次T_n余；

通过发动机每一个工作周期喷射器实际喷射次数减去理想喷射次数，得到发动机每一个工作周期喷射器的喷射余次T_n余；

步骤8：根据发动机第n、n-1与第n-1、n-2个工作周期的理想喷射次数进行比较、判断发动机工作是否稳定，对发动机第n+1个周期的喷射器的实际喷射次数进行修正；

对发动机连续的3个工作周期的喷射器的理想喷射次数进行比较，即T_n、T_n-1、T_n-2进行比较，若T_n与T_n-1的差或T_n-1与T_n-2间的差的绝对值大于a时，a为设定的阈值，且a为正整数，则表示发动机工作不稳定，发动机每个工作周期喷射器实际喷射次数均由步骤6得到的发动机第n个工作周期的喷射器实际喷射次数T_n实转化成脉冲信号发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射；若T_n与T_n-1的差和T_n-1与T_n-2间的差的绝对值均小于a时，则表示发动机工作稳定，将发动机第n、n-1与n-2个工作周期的喷射器的喷射余次T_n余、T_n-1余、T_n-2余进行累计，且从发动机第n+1个工作周期开始的连续3个工作周期喷射器理想喷射次数进行下一次比较，即T_n+1、T_n+2、T_n+3；

若累计后的数值大于或等于1时，则发动机第n+1个工作周期喷射器的实际喷射次数增加一次后的喷射次数发送给喷射器进行喷射；

若累计后的数值小于或等于-1时，则在发动机第n+1个工作周期喷射器喷射次数减少一次后的喷射次数发送给喷射器进行喷射；

若累计后的数值大于－1且小于1时，则由步骤6得到的发动机第n+1个工作周期的喷射器实际喷射次数转化成脉冲信号发送给喷射器中的螺线管，由螺线管控制喷射器进行相应次数的喷射。

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