CN103261668B - 流量感测双缸泵切换系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供了流量感测双缸泵切换系统和方法，其控制从双缸泵燃料系统向燃料计量单元的燃料供应。该系统感测来自燃料计量单元的支路压力以控制第二泵的压差。当支路流量减小时，第二泵的压力增加，以便可以将其添加到第一泵的压力，从而供应发动机的增加的燃料消耗需求。当燃料消耗需求减少时，添加到第一泵的来自第二泵的流量减小，第二泵的压差类似地减小。如果支路压力保持是高的，那切换系统使第二泵输出与第一泵输出脱离连接，以有助于将流量分流到其输入端来减小其压差并保存能量。

Description

流量感测双缸泵切换系统及方法

技术领域

本发明一般地涉及航空发动机的燃料控制系统，更具体地涉及利用双缸泵燃料控制系统以在宽范围变化的燃料供应需求上向航空发动机供应燃料的航空发动机燃料控制系统。

背景技术

燃料供应系统的主要功能是向发动机提供足够的燃料流量以满足其操作需求。在持续燃烧发动机（比如在涡轮航空发动机中通常使用的那些发动机）中，燃料供应系统通常使用高压容积式燃料泵。这种高压容积式燃料泵通常借助连接到主涡轮发动机的变速箱驱动。同样，这种燃料供应系统中的泵流速与发动机速度直接地成正比，即涡轮发动机速度越大，来自高压容积式燃料泵的燃料流速越大。

虽然这种结构在向涡轮发动机提供燃料流速以使发动机能够满足其操作需求的方面是成功的，但是这些操作需求不是总是需要这么高的燃料流速。实际上，存在许多发动机操作条件，在这些条件下发动机对燃料的流量需求显著低于由容积泵提供的高压流量。因为发动机不需要的过剩的燃料流量必须流到某个地方，所以通常将过剩的高压燃料通过支路返回到高压容积式燃料泵的低压入口。遗憾的是，升高过剩燃料流量的压力并且将该过剩的流量返回到泵的低压入口实际上浪费了在将燃料供应到涡轮发动机时已经添加到燃料的能量。这种浪费的能量体现为进入燃料的热输入，并且通常导致在一些操作条件下的不理想的高燃料温度。

在克服该热问题的尝试中，许多燃料控制系统设计人员已经实施了双缸泵系统。在该系统中，使用两个燃料泵来向发动机提供与发动机的实际燃料需求更接近的燃料流量。这是通过切换系统实现的，由此仅在发动机需求超出用于提供足够燃料流量的第一泵的能力时，来自第二泵的燃料流量可被添加到来自第一泵的燃料流量中。这样，在低燃料需求操作模式期间，仅自其中一个泵的燃料流量被供应到发动机，因此产生必须返回到泵入口的过剩流量的可能性被减小。虽然在这种低燃料需求操作模式期间第二泵持续工作，但是这种双缸泵系统通常将第二泵的输出直接返回到其输入端，使得第二泵以在其上的最小压差工作。然而，当来自发动机的燃料需求增加超出第一泵的能力时，这种双缸泵系统通常将来自第二泵的燃料流量添加到来自第一泵的燃料流量，以便确保对发动机的足够的燃料供应。

虽然这种典型的双缸燃料泵系统已经解决了通常的由于单个高压容积式燃料泵的使用所带来的热量增加的问题，但是将来自第二燃料泵的燃料流量向来自第一燃料泵的燃料流量的添加通常导致发动机燃烧流扰动，该扰动是与泵送模式之间的切换关联的。在当前的高效涡轮发动机中，这种燃烧流量的扰动是不可接受的。包括旁通阀位置感测、电磁控制、发动机速度感测等的各种控制机构已经被尝试，以努力使单双泵操作模式之间燃料供应系统过渡时产生的燃料流量扰动最小化。虽然这些系统中的一些已经获得成功，但是每个系统都需要来自发动机控制单元、燃料计量单元或者整个涡轮发动机控制系统内的其他构件的附加的控制信号。这增加了复杂性，因此减小了整个系统的可靠性。

因此在本领域中需要减少或克服了本领域中所存在的问题的双缸泵燃料供应系统。本发明的实施方式提供了这样的双缸泵燃料供应系统和切换方法。根据这里提供的本发明的描述本发明的这些和其他优点以及另外的具有创造性的特征变得显而易见。

发明内容

由于上面的原因，本发明的实施方式提供了一种新的改进的双缸泵燃料供应系统，其减少或克服了本领域中存在的一个或多个问题。更特别地，本发明的实施方式提供了用于航空涡轮发动机的新的改进的双缸泵燃料供应系统，其包括双缸泵切换系统，以减小与泵送模式之间的过渡相关联的发动机燃烧流量的扰动。更特别地，本发明的实施方式提供了一种新的改进的双缸泵燃料供应切换系统，其利用从燃料计量单元返回的燃料支路来调节从双缸泵系统供应到燃料计量单元的燃料流量的量，以便将足够的燃料流量供应到发动机来满足其操作需求，同时减小在现有双缸泵燃料供应系统中存在的已知的发动机燃烧流量的扰动。

在一个实施方式中，流量感测阀感测来自燃料计量单元的支路回油路的流量并且基于流量感测端口的位置调节从双缸泵系统供应到燃料计量单元的流量的量。该流量感测阀，即包含流量感测端口的阀，被设计成阀上的力平衡用于保持从阀流量感测端口入口到端口排出口的接近恒定的压差。来自燃料计量单元的支路回油路的流量通过该感测端口被返回到燃料泵。因此燃料感测阀的位置取决于从燃料计量单元返回到泵的支路流量的量。同样，可重复的阀位置根据燃料计量单元的支路回油路的流量产生结果。

在一个实施方式中，基于流量感测阀的位置，流量共享阀或泵切换阀向燃料计量单元提供（除来自第一泵的流量的）通向高压供应源的第二泵的流量的一部分，以便在高燃料需求操作模式期间满足发动机流量需求。替代性地，流量共享阀或泵切换阀以低压分流第二泵的总输出流量、返回到该泵的入口以将由高分流情形导致的热升高减到最小。

本发明的双缸泵切换系统的实施方式在以单泵模式操作时使来自这两个泵的排出流量能够分开，然后在双泵模式操作时相结合。在单泵模式中，第一泵供应由燃烧器使用的所有高压燃烧流量。根据燃料系统如何配置成不影响主燃料源向燃烧器的操作，其他所需的发动机流量能由这两个泵的任一个供应。在本发明以单泵模式操作的实施方式的情况下，泵一的排放压力由下游约束设定，包括燃料喷嘴约束和燃烧器压力。第二泵排放压力能独立于第一泵排放压力被控制。在该实施方式中，该系统热效益和动力输入的减少源自在以单泵模式操作时第二泵上的压差的最小化。当发动机流量需求接近第一泵的容量时，第二泵压力升高到高于第一泵压力，来自第二泵的燃料流量的一部分被供应以补充第一泵。

在本发明的一个实施方式中，使用来自燃料计量单元的燃料的支路流量来控制辅助泵的增压。在第一模式中，来自燃料计量单元的支路流量的减少将增加第二泵的压差。这能够在发动机对燃料的需求增加超出由第一泵供应的量时使其输出能用于补充第一泵的量。在第二模式中，来自燃料计量单元的支路回油路中的增加将减小辅助泵上的压差，以在发动机的低燃料需求（其足以由第一燃料泵供应）期间使能量消耗最小化。第二泵的增压在一个实施方式中用于控制添加到第一泵的量的第二泵的量，而其他实施方式是利用来自燃料计量单元的燃料支路流量来控制。

在本发明的一个实施方式中，本发明的流量感测双缸泵切换系统利用感测阀、用于第二泵的压力调节阀以及控制添加到第一泵的流量的来自第二泵的流量的量的流量共享阀，以形成供应到燃料计量单元的高压燃料。在本发明的另一个实施方式中，使用添加阀来提供从第二泵的流量向第一泵的流量的按比例的添加或减少。在又一个实施方式中，不需要单独的感测阀，而是其功能与流量共享阀结合，然后借助压力调节阀控制第二泵的增压以及控制来自第二泵的流量的量向第一泵的流量的量的添加或减少。在又一个实施方式中，利用添加阀，感测阀和压力调节阀的功能结合成单个阀。在又一个实施方式中，在各个实施方式中的这些单个阀的每个的功能结合成单个阀，该单个阀感测来自燃料计量单元的支路回油路的流量、对第二泵进行增压并且向第一泵的燃料流量添加或减少来自第二泵的燃料流量以形成通向燃料计量单元的高压源。

根据如下的详细描述，本发明的其他方面、目的和优点在结合附图时将变得显而易见。

附图说明

结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的多个方面，它们与描述一起用于解释本发明的原理。在图中：

图1-5是本发明的一个实施方式的示意图，其利用在不同操作模式中的流量共享阀来进行成比例的以及结合的支路回油路感测泵的切换；

图6-8是本发明的一个实施方式的示意图，其利用在不同操作模式中的添加阀来进行成比例的以及结合的支路回油路感测泵的切换；

图9-11是本发明的一个实施方式的示意图，其在不同操作模式中利用结合的比例支路回油路感测和流量共享阀泵切换系统；

图12-15是本发明的一个实施方式的示意图，其在不同操作模式中利用结合的比例支路回油路感测和第二泵增压阀泵切换系统；

图16-19是本发明的一个实施方式的示意图，其在不同操作模式中利用结合的成比例的支路回油路感测、第二泵增压，和流量共享阀泵切换系统。

虽然将结合某些优选实施方式对本发明进行描述，但是并不旨在将其限定到那些实施方式。相反，旨在覆盖所有的替代方式、修改和等价方式，如包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

具体实施方式

现在翻到这些图，在图1中图示了根据本发明的教导构造的流量感测双缸泵切换系统的一个实施方式的示意图。如图所示，该实施方式尤其适合于应用到航空涡轮发动机。同样，下面将在这样的操作环境中提供对本发明的该实施方式和其他实施方式的描述。然而，应该指出的是可以预见流量感测双缸泵切换系统和利用该系统的双缸泵流体供应系统的其他应用，因此下面讨论的操作环境应该通过示例而不是通过限定的方式获得。

对于下文中讨论的流量感测双缸泵切换系统的实施方式，每个实施方式结合包括第一泵102和第二泵104的双缸泵流体（燃料）供应系统示出。通常地，第一泵102和第二泵104中的每个都是定量泵，尽管这不是所要求的。类似地，第一和第二泵102，104可以具有相同的排量，或者根据它们所安装入的系统的操作需求可以具有不同的排量。该双缸泵系统通常还包括：通向燃料计量单元（未示出）的高压源106；经由它们的低压源112，114向第一泵102和第二泵104中的每一个供应燃料的燃料源108。该双缸泵系统还包括来自燃料计量单元的旁通回油路116，并且也可以包括来自燃料计量单元的伺服回油路118。这些回油路116，118连接到低压回油路110，低压回油路也连接到每个泵102，104的低压源112，114。每个泵102，104分别包括高压输出120，122，第二泵104包括第二泵支路124。

如根据下面的描述对于本领域技术人员显而易见的，本发明中的实施方式利用用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置、用于控制第二泵的增压的装置以及用于向第一泵的流量添加或减少第二泵流量的装置，以在其操作范围上供应发动机燃料需求。这些装置中的每一个可以作为单个阀组件执行，如下面在一些被公开的实施方式中讨论的，或者可以以各种结构结合成也在下面讨论的一体的阀组件。

具体地，图1-5中示出的流量感测双缸泵切换系统的实施方式包括作为单个构件的每个装置。即，用于感测支路流量的装置具体地是感测阀126，用于向第一泵的流量添加或减少第二泵的流量的装置以流量共享阀128的方式体现，用于控制第二泵增压的装置体以压力调节阀130的方式体现。图6-8中示出的流量感测双缸泵切换系统100’的实施方式也包括作为单个构件的每个装置。即，用于感测支路流量的装置具体地是感测阀126’，用于向第一泵的流量添加或减少第二泵的流量的装置以流量共享阀128’的方式体现，用于控制第二泵增压的装置以压力调节阀130的方式体现。

图9－11中示出的流量感测双缸泵切换系统100’’的实施方式将其中两个装置的功能结合到单个构件中并且包括作为单个构件的其中一个装置。即，用于感测支路流量的装置和用于向第一泵的流量添加或减少第二泵的流量的装置以流量共享阀128’’的方式体现，用于控制第二泵增压的装置以压力调节阀130’’的方式体现。图12-15中示出的流量感测双缸泵切换系统100’’’的实施方式将其中两个装置的功能结合到单个构件中并且包括作为单个构件的其中一个装置。即，用于感测支路流量的装置和用于控制第二泵增压的装置以压力调节阀130’’’的方式体现，用于向第一泵的流量添加或减少第二泵的流量的装置以流量共享阀128’’’的方式体现。

图16-19中示出的流量感测双缸泵切换系统100’’’’的实施方式将所有装置的功能结合到单个构件中。即，用于感测支路流量的装置、用于控制第二泵增压的装置以及用于向第一泵的流量添加或减少第二泵的流量的装置以压力调节阀130’’’’的方式体现。

带着这种结构上的概述回到图1-5。虽然在下文中将更详细讨论该实施方式的特殊操作，但是具有这些图中示出的切换系统100的操作的概况是有指导性的。通常地，由于偏压弹簧134作用在感测阀126的阀元件144的下游基准压力（Pb）侧上，借助感测阀的回油路端口136，感测阀126的力平衡设置成使得在感测阀126的感测端口132上保持接近恒定的压差。在端口压差保持在恒定值的情况下，感测端口132打开，因此感测阀126的阀元件144的位置直接取决于来自燃料计量单元的支路回油流116的量。

感测阀126的液压桥借助感测阀定位端口142提供了信号，以使流量共享阀128的阀元件146根据取决于支路流量的量的感测阀126的阀元件144的位置而移动。即，当在感测端口132处感测到大量的支路回油流量时（这表示供应超出了足够的流量），将相对高的压力供应到流量共享阀128。这样将流量共享阀128的阀元件146定位成没有来自第二泵104的流量被供应到燃料计量单元。当支路回油流量被感测到少于所需的量时，这表示供应的流量不够，使感测阀126的阀元件144移动，以便经由感测阀126的定位端口142将相对低的压力供应到流量共享阀128，从而将流量共享阀128的阀元件146定位成将来自第二泵104的流量供应到燃料计量单元来补充第一泵102的流量。

如根据下面的描述中变得明显的，切换系统100的特征部件是流量共享阀128上的控制端口152。该控制端口152根据流量共享阀的阀元件146的位置控制压力调节阀130的基准压力，从而控制第二泵104的排放压力。该控制端口152被定时成在打开从高压输出122到添加端口158的燃料路径之前，使得第二泵排放压力增加到至少等于第一泵102的排放压力，这样将流动路径从第一泵102连接到第二泵104。该压力调节特征基本消除了在切换期间从第一泵102到第二泵104的回流，该回流是在现有系统的切换操作期间流量扰动的主要来源。类似地，当在单泵模式中操作时，控制端口152使阀元件154移动以将第二泵104的排放压力降到最小需求值，如下面将更全面地讨论的。还应该指出的是流量共享阀128包括偏压弹簧148，其将阀元件146定位成将来自第一泵102和第二泵104的流量供应到燃料计量单元，以用于启动条件。

图1中示出的操作条件是单泵模式，由此来自第一泵102的输出流量足以供应发动机的燃料需求。在该单泵模式中，存在来自燃料计量单元、经由支路回油路116的可接受的量的支路流量。如在该操作条件下示出的，压力调节阀的阀构件154定位成使来自第二泵104的流量流过第二泵的支路124，以通过减小其上的压差来减少能量消耗，因为不需要来自第二泵104的输出流量向燃料计量单元供应燃料。在该条件下至少部分地通过压力调节阀的支路弹簧156对该支路压力的控制进行调节。

当发动机的燃料需求增加时，来自燃料计量单元的支路回油将减少，因为由第一泵102供应的较多的燃料将被发动机消耗，留下较少的燃料通过支路回油路116分流。支路流量的这种减少将导致感测阀126的阀元件144移动到图2中由箭头160示出的右侧。阀元件144的这种移动将打开感测阀的减压端口138与感测阀的定位端口142之间的连接。因为流量共享阀128的另一侧经由流量共享阀的回油路端口150连接到下游基准压力（Pb），所以阀元件146将向上移动，如在图2中由箭头162示出的。这种向上移动将导致压力调节阀的控制端口152与添加端口158之间的连接打开。该添加端口158中的压力最开始是来自第一泵102的高压输出120的压力。压力调节阀130的后侧上的这种增加的压力将导致阀元件154的向下移动，如由图2的箭头164示出的。阀元件154的这种向下移动将增加来自第二泵104的高压输出122中的输出压力。

当流量共享阀128的阀元件146继续在如由箭头162示出的向上方向上移动时，图3示出了然后将添加端口158朝向来自第二泵104的高压输出122打开。这导致向第一泵102的流量添加来自第二泵104的流量，使得来自两个泵102，104的结合的流量流过高压源106到达燃料计量单元。如上面简单讨论的，来自第二泵104的这种高压输出流量的添加是在压力调节阀130已经将第二泵104的高输出压力增加到至少第二泵102的压力之后进行的，以便减小现有系统中常见的发动机的任何流量扰动的可能性。

如图4中所示，在双缸泵操作模式期间，发动机燃料需求的减少将导致来自燃料计量单元的支路回油路116中的支路流量的增加。该增加的支路流量将导致感测阀126的阀元件144移动到如由图4的箭头166示出的左侧。阀元件144的这种重新定位将打开感测阀的增压端口140并关闭感测阀的减压端口138。结果，经由定位端口142供应到流量共享阀126的高压将导致阀元件146向下的移动，如由箭头168示出的。这种向下移动将开始减少来自（连接到添加端口158的）第二泵104的流量的量，并且当控制端口152关闭时由压力调节阀130的阀元件154的向上移动（如由箭头170示出的）导致通过第二泵支路124的支路流量的量将增加。

当来自发动机的燃料需求继续减少时，阀元件144在箭头166的方向上的继续移动将完全关闭减压端口138并打开增压端口140，如图5中所示。这将导致阀元件146被定位成没有来自第二泵144的流量连接到添加端口158，并相反地允许通过支路124的最大流量将系统的能量消耗最小化。这样，用来控制第二泵104的输出压力流量的支路回油路的动态压力感测以及添加到第一泵的输出流量的这种流量的比例确保了足够的燃料流量对于发动机是可用的，以满足其操作需求、而没有现有双缸泵燃料供应系统中通常存在的流量扰动。

现在翻到图6，示出了流量感测双缸泵切换系统100’的替代性实施方式。与上面讨论的实施方式一样，感测阀126’的感测端口132’打开，因此阀元件144’的位置直接取决于来自燃料计量单元的支路回油流116的量。然而，取代感测阀126’的液压桥（其提供信号以使在之前实施方式中的流量共享阀移动），感测阀的定位端口142’连接到压力调节阀的控制端口152（其作为阀的基准压力）。

作为对该实施方式的操作的概述，当在感测端口132’处感测到足够的支路回油流量时，阀元件144被定位成将感测阀的减压端口138’连接到定位端口142’，以便供应相对低的压力作为压力调节阀的基准压力。同样，第二泵104’的输出压力相对于第一泵102的压力保持较低。在这种情况下，流量共享阀128’（这里具体地是添加阀）保持关闭并且阻止来自第二泵104的流量供应到燃料计量单元。

当由于发动机的燃料需求增加而导致支路回油路116的流量减少时，感测阀126’的阀元件144’定位成增压端口140’连接到定位端口142’，以便将相对高的压力供应到压力调节阀130。当第二泵104的排放压力增加到高于第一泵102的排放压力时，该较高压力的流量被供应经过添加端口158，以补充来自第一泵102的流量，从而经由高压源106向燃料计量单元供应流量。与之前的实施方式一样，第二泵104的输出压力的这种控制以及阻止流量从该泵向第一泵102添加直到其压力超过第一泵102的压力，显著减小了到达发动机的流量扰动。

根据现在对图6中示出的实施方式的操作的基本理解，将注意力放到图7的示意图，其示出了当发动机的燃料消耗增加超过单泵操作模式的能力时切换系统100’的各个阀的移动。当发动机对燃料的需求增加时，来自燃料计量单元的流过支路回油路116的燃料的量将减少，导致阀元件144’向右侧移动，如图7的箭头160’示出的。这种移动将感测阀的增压端口140’连接到感测阀的定位端口142’，以便经由其控制端口152向压力调节阀130提供高压。

当通向压力调节阀130的压力增加时，其阀元件154将向下移动，如由图7中的箭头示出的。阀元件154的这种向下移动将增加第二泵104的压差，使得高压输出122的压力将增加。当该压力增加超出第一泵102的高压输出120的压力时，来自第二泵104的流量将克服偏压弹簧148’的弹簧力并且导致高压流量经由通向高压源106的添加端口158向发动机的燃料计量单元进行添加。这种增加的燃料流量将满足发动机的增加的燃料需求，经由流量共享阀128’的流量的受控的添加将阻止现有双缸泵切换系统常见的燃料流扰动。

当发动机的燃料消耗需求减少时，来自燃料计量单元的支路回油部116中的燃料的量将增加。这种增加的支路流量将导致阀元件144’移动到左侧，如由图8的箭头166’所示的。这种移动最终将导致定位端口142’连接到减压端口138’。这将导致经由控制端口152施加到压力调节阀130的压力减小，使得其阀元件154沿向上的方向移动，如由图8的箭头170示出的。阀元件154的这种向上移动将导致通过第二泵支路124的支路流量增加。当支路流量增加时，高压输出122中的压力将下降到小于来自第一泵102的高压输出120与偏压弹簧148压力的结合，使得流量共享阀128’的阀元件146’将向上移动，如由图8的箭头168’示出的。假定来自燃料计量单元的支路回油路116的流量持续是高的，阀元件146’将最终关闭，以便使系统返回到单泵操作模式。然而，这种从双缸泵到单泵的切换将类似地不会导致燃料计量单元的流量扰动，因为在压力由于第二泵104的输出的分流增加而减小时这种切换是逐渐进行的。

现在翻到图9，示出了本发明的流量感测双缸泵切换系统100’’的又一个实施方式。不像图1的实施方式中示出的结构，该流量感测端口132’’已经结合到流量共享阀128’’中，并且已经省略了感测阀。流量共享阀128’’配置成在流量感测端口132’’上保持接近恒定的压差。感测端口132’’的打开又直接取决于来自燃料计量单元的支路回油路116的量。流量共享阀128’’现在通过流量感测端口132’’的打开直接定位。当在流量感测端口132’’处感测到足够的支路回油路116的流量时，将流量共享阀128’’定位成没有来自第二泵104’的流量经由高压源106被供应到燃料计量单元。当在感测端口132’’处感测到支路回油路116的流量少于所需值时，流量共享阀128’’定位成经由添加端口158将来自第二泵104的高压输出122供应到高压源106以向燃料计量单元供应附加的燃料，从而补充来自第一泵102的高压输出120。与之前的实施方式一样，支路回油路116的流量影响第二泵104的增压，流量共享阀128’’配置成使得来自第二泵104的高压输出122流量的添加保持关闭直到高压输出122的输出压力至少等于第一泵102的高压输出120的压力。这样，该实施方式还阻止了现有双缸泵切换系统中常见的流量扰动。

带有现在这种基本理解，将注意力放到图10，其图示了当发动机燃料消耗需求增加到超过在图9的阀的定位中所示出的量时从单泵操作模式到双缸泵操作模式的切换。具体地，发动机燃料消耗的增加将导致来自燃料计量单元的支路回油路116的流量减少，因为消耗的燃料越多，分流就越少。支路回油路116的流量的这种减少将导致阀元件146’’的向上移动，如图10中的箭头162’’示出的。阀元件146’’的这种向上移动将导致增压端口140’’连接到压力调节阀的控制端口152’’。压力调节阀130’’中压力的增加将导致阀元件154’’沿向上的方向移动，如由图10的箭头164’’示出的。这种向上的移动将通过减小端口面积而增加第二泵102的输出压力并且对能够经由支路124而分流的流量提供更大的限制。支路回油路116的流量的持续减小将使阀元件146’’继续其由箭头162’’表示的向上移动，使得来自第二泵104的高压输出122经由通向高压源106的添加端口158添加到发动机的燃料计量单元。

当发动机的燃料消耗需求减少时，来自燃料计量单元的支路回油路116的流量将增加。由于在感测端口132’’处支路流量的这种增加，阀元件146’’将沿向下的方向移动，如由图11的箭头168’’示出的。这种持续的向下移动将导致经由控制端口152’’供应的压力减小并且将使压力调节阀130’’的压力经由（图11中示出的具有合适尺寸限制的）减压端口138’’减小，以控制第二泵104的输出压力的动态减小。当来自第二泵104的流量的量减小时，感测端口132’’处持续的高支路流量将继续阀元件146’’的向下移动直到第二泵104的输出与添加端口158脱离连接并且燃料供应系统返回到单泵操作模式（见图9）。与之前的实施方式一样，流量感测双缸泵切换系统100’’的结构减少或消除了通常由单双泵操作模式之间的切换导致的任何流量扰动。这是由于第二泵的输出压力的动态控制及第二泵的经过高压源106到燃料计量单元的从总流量的添加或减少。

图12图示了流量感测双缸泵切换系统100’’’的另一个实施方式，其某种程度上类似于图6中示出的实施方式。然而，在图12的实施方式中，感测端口132’’’已经结合到压力调节阀130’’’中。感测阀已经被省略并且添加阀（流量共享阀128’’’）阻止回流。压力调节阀130’’’配置成在感测端口132’’’上保持基本恒定的压差。感测端口132’’’的打开再次直接取决于通过支路回油路116的来自燃料计量单元的支路回油路的流量的量。此外，将来自第二泵104的总的高压输出122供应到阀130’’’并且过剩的流量经由支路124通过压力调节阀130’’’上的附加的支路回油路端口返回到入口112。

作为概述，当在感测端口132’’’处感测到足够的支路回油路116的流量时，阀元件154’’’获得的位置使得通过连接到第二泵支路124的支路回油路端口的压降是低的，结果，第二泵104的排放压力相对于第一泵102的排放压力是低的。流量共享阀128’’’防止高压输出120的来自第一泵102的流量通过添加端口158回流到第二泵104。

当感测到支路回油路116的流量小于所需值时，阀元件154’’’获得的位置使得支路端口限制支路124的流量，从而增加第二泵104排放压力。当高压输出122中的第二泵104的排放压力增加到高于高压输出120中的第一泵102的排放压力时，来自第二泵104的流量被供应经过流量共享阀128’’’，以补充流向（通向燃料计量单元的）高压源106的第一泵102的流量。来自第二泵104的这种流量的添加是在没有典型的现有切换系统中的流量扰动的情况下完成的。

带有现在对该实施方式的这种基本理解，将注意力放到图13，其示出了当发动机的燃料需求增加时流量感测双缸泵切换系统100’’’的动态响应。如可以看出的，在来自发动机的增加的燃料需求期间，较少的燃料被燃料计量单元分流到支路回油路116。感测端口132’’’处的这种减小的流量导致阀元件154’’’向上移动，如图13中示出的箭头164’’’示出的。如可以看出的，沿着箭头164’’’的这种移动也将导致对通过压力调节阀130’’’进入第二泵支路124中的流量的更大限制。如上面简单讨论的，这将导致高压输出122的排放压力增大，高压输出122通过压力调节阀130’’’连接到流量共享阀128’’’。

当来自发动机的燃料需求增加超出由第一泵102单独供应的能力时，支路回油路116的流量的持续减小将导致阀元件154’’’继续向上移动，如由箭头164’’’示出的。当对通过压力调节阀130’’’到达第二泵支路124的流量的限制继续增加时，第二泵104的输出压力增加到一个值，在达到该值的情况下，其克服来自第一泵102的高压输出120的压力和来自偏压弹簧148’’’的偏压力，使得阀元件146’’’向下移动，如由图14的箭头162’’’示出的。阀元件146’’’的这种移动将导致来自第二泵104的流量经由添加端口158添加到（经由高压源106通向燃料计量单元的）高压输出120的来自第一泵102的流量。

当来自发动机的燃料需求减少时，较多的燃料被燃料计量单元分流到支路回油路116。当在感测端口132’’’处感测到这种增加的流量时，阀元件154’’’将向下移动，如由图15中示出的箭头170’’’所示的。当阀元件154’’’沿如由箭头170’’’示出的向下方向移动时，来自第二泵104的输出流量的增加的量被允许流过支路124，从而减小第二泵104的输出压差。当这种输出压差减小时，流量共享阀128’’’的阀元件146’’’将沿向上的方向移动，如由箭头168’’’示出的。在持续分流的情况下，阀元件154’’’的持续的移动将导致阀元件146’’’封闭经过添加端口158的来自第二泵104的流量，使得通向燃料计量单元的高压源106将仅由来自第一泵102的高压输出120供应。由于第二泵104的输出压差的动态调节，从单泵到双泵操作模式的切换（反之亦然）是在没有通常现有双缸泵切换系统中存在的流量扰动的情况下完成。

现在翻到图16，示出了流量感测双缸泵切换系统100’’’’的又一个实施方式。该实施方式类似于相对于图12讨论的实施方式，除了添加端口158已经定位在压力调节阀130’’’’内以便流量共享阀可以被省略。在该实施方式中，作为概述，感测端口132’’’’的打开再次直接取决于燃料计量单元分流经过支路回油路116的燃料的量。阀元件154’’’’基于流量感测端口132’’’’的打开被直接定位。

即，当在感测端口132’’’’处感测到通过支路回油路116的足够的支路回油流量时，阀元件154’’’’所得到的定位使得经过（被连接到第二泵支路124的）支路回油路端口的压力下降是低的，结果第二泵104排放压力相对于高压输出120的第一泵102的排放压力是低的。这也导致添加端口158的封闭，从而防止第二泵104借助高压源106被供应。

当感测到支路回油流量小于所需值时，阀元件154’’’’所得到的位置使得将高压输出122连接到第二泵支路124的支路端口被限制，从而增加了第二泵104的排放压力。当来自第二泵104的压力至少等于高压输出120的第一泵102的压力时，阀元件154’’’’的结构以及添加端口158的定位将导致来自第二泵104的高压输出122借助添加端口向高压源106添加。这样做是为了在将第二泵104带到线上时阻止通常在现有切换系统中存在的任何流量扰动。

带有现有对图16的实施方式的操作的基本理解，将注意力放到图17，其示出了当发动机的燃料需求增加时阀元件154’’’’的动态移动，由此减小如被感测端口132’’’’感测的通过支路回油路116的流量。如图所示，支路回油路116中流量的减小将导致阀元件154’’’’的向上移动，如由图17中示出的箭头164’’’’表示的。这种移动将导致通过第二泵支路124的流量的封闭，从而增加高压输出122的输出压力。这种移动还将开始打开添加端口158以允许第二泵104的输出的一部分添加到通向高压源106的来自第一泵102的高压输出120。第二泵104的增压的控制使得其输出压力至少等于第一泵102的压力，以便阻止通向发动机的任何流量扰动。

当发动机继续增加其燃料需求时，阀元件154’’’’沿如图18中示出的箭头164’’’’的方向的进一步的移动将导致添加端口完全打开，使得除了来自第一泵102的高压输出120之外还将第二泵104的所有输出通过添加端口158从高压输出122供应到高压源106。

图19图示了当发动机燃料消耗需求从图18中示出的最大流量减小时阀元件154’’’’的动态移动。即，当发动机燃料消耗需求减小时，燃料计量单元开始将来自高压源106的更大部分的燃料流分流到支路回油路116。该增加的支路燃料流量将在感测端口132’’’’处被感测到，这将导致阀元件154’’’’的向下移动，如由该图19中示出的箭头170’’’’图示的。这种向下移动将导致添加端口154部分封闭以及通向第二泵支路124的支路端口部分打开。发动机的燃料消耗需求持续的减少将导致阀元件154’’’’的进一步的向下移动直到将该系统切换回如图16中所示的单泵操作模式。

根据之前的描述现在对于本领域技术人员显而易见的是基于支路流量感测的切换双缸泵供应系统的方法包括感测来自燃料计量单元的该支路流量的步骤。基于该支路流量压力，可以增加第二泵的压差，以准备向来自第一泵的流量添加来自该第二泵的流量，从而供应增加的需求。此外，基于支路流量压力，可以减小第二泵的压差，并且如果以双缸泵模式操作，当发动机的燃料消耗需求减少时，可以封闭线路以将该系统返回到单泵操作模式。为了阻止现有切换系统常见的流量扰动，该方法确保了来自第二泵的流量的添加直到第二泵的输出压力至少等于第一泵的压力才进行，以便防止从流量源转移到发动机的任何回流。该方法的一个实施方式还包括动态调节要添加到第一泵的流量中的来自第二泵的流量的量，以便将支路流量保持在可接受的水平，从而确保对发动机的足够的燃料供应以考虑燃料消耗需求的动态瞬变，而没有不必要地增加可能由不必要的高支路流量引起的热问题。

这里引用的所有参考文献（包括公开文献、专利申请文献和专利文献）通过参考在这里并入成就像每个参考单独并具体地表明通过引用以其全文并入并在这里叙述的相同程度。

在描述本发明的上下文（尤其是后面的权利要求书的上下文）中，所使用的术语“一”、“一个”、“所述”以及类似的表述被解释成是既包括单数，也包括复数，除非在此另有说明或与上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”解释为开放式的术语（即意思是“包括但不局限于”），除非另有指示。这里对数值范围的描述仅是想用作一种对落入该范围内的每个单独的数值分别进行引用的简要表述方法，除非在此另有说明，每个单独的数值被结合进说明书中，就像这里对每个单独的数值分别进行描述一样。这里描述的所有方法可以按照任意合适的顺序执行，除非在此另有说明或与上下文明显矛盾。这里提供的任何一个实例和所有的实例或示例性的语句（例如“诸如”）仅是为了更好地说明本发明，并非是对本发明的范围提供限制，除非另有声明。说明书中没有语句应该被解释成是将任何未要求保护的元素指定成是实施本发明所必须的。

这里描述了本发明的优选实例，包括发明人所知道的实施本发明的最佳方式。在阅读了之前的描述之后，那些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员将变得显而易见。本发明人希望技术人员根据需要利用这些变型，本发明旨在使本发明以除了这里具体描述的方式之外的方式实施。因此，本发明包括如由适用法律允许的这里所附的权利要求中叙述的主题的所有修改和等价方式。此外，本发明包括上述元件在其所有可行的变型中的任何结合除了这里另有指示或者上下文明显矛盾。

Claims (30)

1.一种与用于航空发动机的双缸泵燃料供应系统一起使用的切换系统，该双缸泵燃料供应系统包括第一泵和第二泵，所述第一泵具有连接到通向燃料计量单元的高压源的第一高压输出，所述燃料计量单元配置成向发动机供应燃料源的一部分以及将燃料源的支路流量返回到低压回油路，该低压回油路连接到通向第一泵的第一低压源，所述第二泵具有第二高压输出和连接到低压回油路的第二低压源，所述第二泵还具有连接到第二低压源的第二泵支路，所述切换系统包括：

用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置；

用于控制第二泵的增压的装置，其可操作地连接到用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置；以及

用于向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出的装置。

2.根据权利要求1所述的切换系统，其中用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置包括感测阀，所述感测阀具有连接到来自燃料计量单元的支路回油路的感测端口、连接到低压回油路的回油路端口和定位在它们之间的感测阀阀元件，所述感测阀还包括定位端口、减压端口和增压端口，其中感测端口与回油路端口之间的压差控制感测阀阀元件的位置，其中感测阀阀元件的位置选择性地将减压端口和增压端口之一连接到定位端口。

3.根据权利要求2所述的切换系统，其中用于向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出的装置包括流量共享阀，其具有连接到第二泵的第二高压输出的第一端口、连接到通向燃料计量单元的高压源的添加端口、连接到感测阀的定位端口的第三端口、连接到低压回油路的流量共享阀回油路端口以及流量共享阀阀元件，其中流量共享阀回油路端口与第三端口之间的压差控制流量共享阀阀元件的位置，其中流量共享阀阀元件的位置可控地改变第二高压输出与添加端口之间的流体连通。

4.根据权利要求3所述的切换系统，其中用于控制第二泵增压的装置包括压力调节阀，其具有连接到第二泵支路的第一端口、连接到第二高压输出的第二端口以及可移动地定位成可控地改变第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通的压力调节阀阀元件，流量共享阀还包括连接到高压源的第四端口，以及第五端口，其中流量共享阀阀元件的位置可控地改变第四端口与第五端口之间的流体连通，所述压力调节阀具有连接到流量共享阀的第五端口的控制端口，其中压力调节阀阀元件的位置由通过控制端口连通的压力来控制。

5.根据权利要求4所述的切换系统，其中感测端口处的压力减小引起感测阀阀元件移动、使得定位端口连接到减压端口，这引起流量共享阀阀元件移动、使得第四端口连接到第五端口，这引起压力调节阀阀元件移动，由此第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通减少，从而第二高压输出的压力增加。

6.根据权利要求5所述的切换系统，其中感测端口处的压力的持续减小导致流量共享阀阀元件进一步移动、使得第二高压输出连接到添加端口，从而向通向燃料计量单元的高压源添加来自第二泵的流量。

7.根据权利要求4所述的切换系统，其中感测端口处压力的增加引起感测阀阀元件移动、使得定位端口连接到增压端口，这引起流量共享阀阀元件移动、使得添加端口至少部分地相对于第二高压输出封闭从而减小从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

8.根据权利要求7所述的切换系统，其中感测端口处持续的压力增加导致流量共享阀阀元件进一步移动、使得第四端口至少部分地相对于第五端口封闭，这引起压力调节阀阀元件移动，由此增加第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，从而减小第二高压输出的压力。

9.根据权利要求2所述的切换系统，其中用于向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出的装置包括添加阀，该添加阀具有连接到第二泵的第二高压输出的第一端口、连接到通向燃料计量单元的高压源的添加端口以及位于第一端口与添加端口之间的被弹簧偏压到封闭位置的添加阀元件，其中第一端口与添加端口之间的压差控制添加阀阀元件的位置，其中添加阀阀元件的位置可控地改变第二高压输出与添加端口之间的流体连通。

10.根据权利要求9所述的切换系统，其中用于控制第二泵增压的装置包括压力调节阀，该压力调节阀具有连接到第二泵支路的第一端口、连接到第二高压输出的第二端口以及可移动地定位成可控地改变第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通的压力调节阀阀元件，流量共享阀还包括连接到感测阀的定位端口的控制端口，其中压力调节阀阀元件的位置由通过控制端口连通的压力来控制。

11.根据权利要求10所述的切换系统，其中感测端口处压力的减小引起感测阀阀元件移动、使得定位端口连接到增压端口，这引起压力调节阀阀元件移动，由此减小第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，由此增加第二高压输出的压力。

12.根据权利要求11所述的切换系统，其中感测端口处持续的压力减小导致第二高压输出的压力的进一步增加，从而在添加阀阀元件上形成压差，这引起添加阀阀元件移动、使得第二高压输出连接到添加端口，由此向通向燃料计量单元的高压源添加来自第二泵的流量。

13.根据权利要求4所述的切换系统，其中感测端口处的压力增加引起感测阀阀元件移动、使得定位端口连接到减压端口，这引起压力调节阀阀元件移动，由此增加第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，从而减小第二高压输出的压力，进而减小添加阀阀元件上的压差，并减小从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

14.根据权利要求13所述的切换系统，其中感测端口处持续的压力增加导致压力调节阀阀元件的进一步移动，由此增加第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，由此第二高压输出的压力减小，从而进一步减小添加阀阀元件上的压差，导致添加阀阀元件封闭并且消除了从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

15.根据权利要求1所述的切换系统，其中用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置和用于向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出的装置包括流量共享阀，该流量共享阀具有连接到来自燃料计量单元的支路回油路的感测端口、连接到低压回油路的回油路端口以及定位在它们之间的流量共享阀阀元件，流量共享阀还包括定位端口和增压端口，其中感测端口与回油路端口之间的压差控制感测阀阀元件的位置，其中感测阀阀元件的位置选择性地将增压端口连接到定位端口，流量共享阀还具有连接到第二泵的第二高压输出的第一端口和连接到通向燃料计量单元的高压源的添加端口，其中流量共享阀阀元件的位置可控地改变第二高压输出与添加端口之间的流体连通。

16.根据权利要求15所述的切换系统，其中用于控制第二泵增压的装置包括压力调节阀，该压力调节阀具有连接到第二泵支路的第一端口、连接到第二高压输出的第二端口、连接到流量共享阀的定位端口的控制端口、连接到第二泵支路的减压端口以及可以移动地定位成可控地改变第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通的压力调节阀阀元件，其中压力调节阀阀元件的位置由通过控制端口连通的压力和通过减压端口连通的压力中的至少一个控制。

17.根据权利要求16所述的切换系统，其中感测端口处的压力减小引起流量共享阀阀元件移动、使得定位端口连接到增压端口，这引起压力调节阀阀元件移动，由此减小第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，从而增加第二高压输出的压力。

18.根据权利要求17所述的切换系统，其中感测端口处持续的压力减小导致流量共享阀阀元件的进一步移动、使得第二压力输出连接到添加端口，从而向通向燃料计量单元的高压源添加来自第二泵的流量。

19.根据权利要求18所述的切换系统，其中感测端口处压力的增加引起流量共享阀阀元件移动、使得添加端口至少部分地相对于第二高压输出封闭，从而减少从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

20.根据权利要求19所述的切换系统，其中感测端口处持续的压力增加引起流量共享阀阀元件的进一步、移动使得定位端口与增压端口脱离连接，由此压力调节阀上的压力借助减压端口的减小导致压力调节阀阀元件移动，从而增加第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，进而减小第二高压输出的压力。

21.根据权利要求1所述的切换系统，其中用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置和用于控制第二泵向来自第一泵的第一高压输出增压的装置包括压力调节阀，该压力调节阀具有连接到来自燃料计量单元的支路回油路的感测端口、连接到第二泵支路的减压端口以及定位在它们之间的压力调节阀阀元件，所述压力调节阀还包括连接到第二泵支路的第一端口、连接到第二高压输出的第二端口、与第二端口流体连通的第三端口，其中压力调节阀阀元件可移动地定位成可控地改变第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，其中压力调节阀阀元件的位置由感测端口与减压端口之间的压差控制。

22.根据权利要求21所述的切换系统，其中用于向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出的装置包括添加阀，该添加阀具有连接到压力调节阀的第三端口的第一端口、连接到通向燃料计量单元的高压源的添加端口以及定位在第一端口与添加端口之间的被弹簧偏压到封闭位置的添加阀阀元件，其中第一端口与添加端口之间的压差控制添加阀阀元件的位置，其中添加阀阀元件的位置可控地改变第二高压输出与添加端口之间的流体连通。

23.根据权利要求22所述的切换系统，其中感测端口处的压力减小引起压力调节阀阀元件移动，由此减小第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，从而增加第二高压输出的压力。

24.根据权利要求23的切换系统，其中感测端口处压力的持续减小导致第二高压输出的压力的增加，从而在添加阀阀元件上形成压差，引起添加阀阀元件移动使得第二高压输出连接到添加端口，从而向通向燃料计量单元的高压源添加来自第二泵的流量。

25.根据权利要求24所述的切换系统，其中感测端口处压力的增加引起压力调节阀阀元件移动，由此增加第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，从而减小第二高压输出的压力，进而而减小添加阀阀元件上的压差，并减小从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

26.根据权利要求25所述的切换系统，其中感测端口处压力的持续增加导致压力调节阀阀元件的进一步移动，由此增加第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通，由此减小第二高压输出的压力，从而进一步减小添加阀阀元件上的压差，导致添加阀阀元件封闭并消除从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

27.根据权利要求1所述的切换系统，其中用于感测来自燃料计量单元的支路流量的装置、用于控制第二泵向来自第一泵的第一高压输出的增压的装置以及用于向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出的装置包括流量共享阀，该流量共享阀具有连接到来自燃料计量单元的支路回油路的感测端口、连接到第二泵支路的减压端口和定位在它们之间的流量共享阀阀元件，流量共享阀还包括连接到第二泵支路的第一端口、连接到第二高压输出的第二端口、连接到通向燃料计量单元的高压源的第三端口，其中流量共享阀阀元件可移动地定位成可控地改变第二高压输出、第二泵支路和高压源之间的流体连通，其中流量共享阀阀元件的位置由感测端口与减压端口之间的压差控制。

28.根据权利要求27所述的切换系统，其中感测端口处压力的减小引起流量共享阀阀元件移动，由此第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通减少，导致第二高压输出的压力增加，使得第二高压输出与高压源之间的流体连通增加，从而向通向燃料计量单元的高压源添加来自第二泵的流量。

29.根据权利要求28所述的切换系统，其中感测端口处压力的增加引起流量共享阀阀元件的移动，由此第二高压输出与第二泵支路之间的流体连通增加，导致第二高压输出的压力减小，使得第二高压输出与高压源之间的流体连通减少，从而减小从第二泵到通向燃料计量单元的高压源的流量。

30.一种切换用于航空发动机的双缸泵燃料供应系统的方法，该双缸泵燃料供应系统包括第一泵和第二泵，所述第一泵具有连接到通向燃料计量单元的高压源的第一高压输出，所述燃料计量单元配置成向发动机供应燃料源的一部分以及将燃料源的支路流量返回到低压回油路，所述低压回油路连接到通向第一泵的第一低压源，所述第二泵具有第二高压输出和连接到低压回油路的第二低压源，所述第二泵还具有连接到第二低压源的第二泵支路，所述方法包括以下步骤：

感测来自燃料计量单元的支路流量；

基于感测步骤控制第二泵的增压；以及

基于控制步骤向来自第一泵的第一高压输出添加或减少来自第二泵的第二高压输出。