CN105781752A - 舵机直驱式节气门及使用此节气门的发动机和直升机 - Google Patents

舵机直驱式节气门及使用此节气门的发动机和直升机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种舵机直驱式节气门及使用此节气门的发动机和直升机，其中，节气门包括：阀体，阀体内限定有通道，阀体具有与通道连通的进口端和出口端，通道内设有可枢转的碟片以连通和断开进口端和出口端；空滤器，空滤器设在阀体上且与进口端连通；舵机，舵机设在阀体上且与碟片直接相连以控制碟片的旋转角度；控制器，控制器与舵机电连接。根据本发明实施例的舵机直驱式节气门，可以通过舵机直接驱动阀体内的碟片转动，省去了多余的机械连接机构，保证碟片开合角度不受发动机振动的影响，可以提高节气门的阀体开合的响应速度，进一步提高发动机的输出功率变化的响应速度。

Description

舵机直驱式节气门及使用此节气门的发动机和直升机
技术领域
本发明涉及航空技术领域，更具体地，涉及一种舵机直驱式节气门及使用此节气门的发动机和直升机。
背景技术
相关技术中，无人机发动机的节气门开度(油门开度)主要采用舵机摇臂通过连杆进行操纵。节气门的碟片开度控制发动机的进气量，发动机根据当前的进气量决定需要的进油量以达到控制发动机输出功率的要求。
节气门作为发动机的附件之一，舵机通常安装在与发动机接近位置的机身上。然而该种操纵机构具有以下缺点：(1)舵机通过机械连杆控制发动机节气门开度，无人机机载发动机部位振动较大，长时间使用中造成操纵系统间隙增加，影响发动机输出功率和运行转速的稳定；(2)目前电喷发动机利用扭矩较大的复位扭簧消除操纵机构与节气门碟片之间因机械连接产生的间隙。该种连接方法需要舵机长时间输出较大扭矩以抵消扭簧扭矩，导致舵机的发热量加大；同时由于加强了操纵系统的刚度，也降低整个操纵系统的响应带宽，尤其针对直升机的高转恒定转速需求，难以做到发动机转速在直升机需用功率波动时保持稳定；(3)舵机通常安装在发动机接近的机身上，该处振动恶劣，舵机容易因振动而失效，系统可靠性较低；(4)使用汽车产品的电子节气门体，其结构中由两个步进电机组成，结构复杂，重量较大，且需要提供四路控制信号，造成控制器的接口浪费。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种舵机直驱式节气门，该舵机直驱式节气门的结构简单，装拆方便，响应速度快，使用可靠性高。
本发明还提出一种具有上述舵机直驱式节气门的发动机和直升机。
根据本发明第一方面实施例的舵机直驱式节气门，包括：阀体，所述阀体内限定有通道，所述阀体具有与所述通道连通的进口端和出口端，所述通道内设有可枢转的碟片以连通和断开所述进口端和出口端；空滤器，所述空滤器设在所述阀体上且与所述进口端连通；舵机，所述舵机设在所述阀体上且与所述碟片直接相连以控制所述碟片的旋转角度；控制器，所述控制器与所述舵机电连接。
根据本发明实施例的舵机直驱式节气门，结构简单，装拆方便，将舵机直接安装到节气门的阀体上，可以通过舵机直接驱动阀体内的碟片转动，省去了多余的机械连接机构，保证碟片开合角度不受发动机振动的影响，保证发动机的输出功率以及运行速度的稳定；与相关技术中的节气门相比，省去了复位扭簧机构等消除间隙的机械结构，可以提高节气门的阀体开合的响应速度，进一步提高发动机的输出功率变化的响应速度；再者，使用单路控制信号实现对节气门开度的控制，无需角位移传感器获得节气门开度，排除发动机工作时对模拟信号的干扰，同时简化电气接口设计。
另外，根据本发明实施例的舵机直驱式节气门，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述舵机设在所述阀体外，所述舵机的舵机输出轴与所述碟片的旋转轴相连以直驱所述碟片转动。
根据本发明的一个实施例，所述舵机输出轴与所述旋转轴同轴设置。
根据本发明的一个实施例，所述碟片与所述通道的截面形状均形成圆形，所述碟片的径向尺寸等于所述通道的径向尺寸。
根据本发明的一个实施例，所述阀体上设有喷油嘴，所述控制器根据所述碟片的开启角度、控制所述喷油嘴喷油。
根据本发明的一个实施例，还包括进气压力传感器，所述进气压力传感器设在所述阀体上且与所述舵机相对设置。
根据本发明的一个实施例，还包括怠速旁通阀，所述怠速旁通阀设在所述阀体上且邻近所述出口端设置。
根据本发明第二方面实施例的发动机，包括上述实施例所述的舵机直驱式节气门，所述发动机具有连接端口，所述连接端口与所述出口端通过软管连通。
根据本发明第三方面实施例的直升机，包括根据上述实施例所述的发动机，所述控制器根据所述发动机的输出转速和使用工况控制所述舵机和所述喷油嘴工作。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的舵机直驱式节气门的主视图；
图2是根据本发明实施例的舵机直驱式节气门的侧视图。
附图标记：
100：节气门；
10：阀体；11：通道；12：进口端；13：出口端；14：碟片；141：旋转轴；15：喷油嘴；20：空滤器；30：舵机；31：舵机输出轴；50：怠速旁通阀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图1和图2具体描述根据本发明第一方面实施例的舵机直驱式节气门100。
根据本发明实施例的舵机直驱式节气门100包括阀体10、空滤器20、舵机30和控制器。具体而言，阀体10内限定有通道11，阀体10具有与通道11连通的进口端12和出口端13，通道11内设有可枢转的碟片14以连通和断开进口端12和出口端13，空滤器20设在阀体10上且与进口端12连通，舵机30设在阀体10上且与碟片14直接相连以控制碟片14的旋转角度，控制器与舵机30电连接。
换言之，该舵机直驱式节气门100主要由阀体10、空滤器20、舵机30和控制器组成。具体地，如图1和图2所示，阀体10形成沿竖直方向(如图1所示的上下方向)延伸的柱状管，阀体10内限定有沿其轴向延伸的通道11，阀体10的上端具有与通道11连通的进口端12，阀体10的下端具有与通道11连通的出口端13，其中，阀体10的通道11内设有可枢转的碟片14，碟片14位于进口端12和出口端13之间以连通和断开阀体10的进口端12和出口端13，阀体10的出口端13用于连接发动机的进气口。
进一步地，阀体10上设有空滤器20，该空滤器20与阀体10的进口端12连通以过滤进入阀体10内前的气体，从而保证发动机进气的清洁度，舵机30设在阀体10外且与碟片14直接相连，碟片14无需设置复位扭簧机构，控制器可以通过控制舵机30，实现对碟片14的直接驱动。
由此，根据本发明实施例的舵机直驱式节气门100，结构简单，装拆方便，将舵机30直接安装到节气门100的阀体10上，可以通过舵机30直接驱动阀体10内的碟片14转动，省去了多余的机械连接机构，保证碟片14开合角度不受发动机振动的影响，保证发动机的输出功率以及运行速度的稳定；与相关技术中的节气门相比，省去了复位扭簧机构等消除间隙的机械结构，可以提高节气门100的阀体10开合的响应速度，进一步提高发动机的输出功率变化的响应速度；再者，使用单路控制信号实现对节气门100开度的控制，无需角位移传感器获得节气门100开度，排除发动机工作时对模拟信号的干扰，同时简化电气接口设计。
具体地，根据本发明的一个实施例，舵机30设在阀体10外，舵机30的舵机输出轴31与碟片14的旋转轴141相连以直驱碟片14转动。参照图2，碟片14的旋转轴141沿水平方向(如图2所示的前后方向)延伸，并且旋转轴141的前后两端分别与阀体10的侧壁可枢转地相连，碟片14固定在旋转轴141上且随着旋转轴141的转动而连通或断开阀体10的进口端12和出口端13，舵机30设在阀体10的前侧且舵机30的舵机输出轴31与伸出阀体10外的旋转轴141的前端相连，实现舵机30直接控制碟片14转动的目的。
也就是说，碟片14与舵机30之间不经过传动或减速环节，并且碟片14自身无复位机构，由舵机30直接控制碟片14开合。由于碟片14的开合角度会影响发动机的进气量，因此，通过将舵机30的舵机输出轴31与碟片14的旋转轴141相连可以实现舵机30直接驱动碟片14转动的目的，既提高节气门100的阀体10开合的响应速度，进一步提高发动机的输出功率变化的响应速度，又可以控制发动机的进气量，该节气门100的结构简单，部件数量少，重量轻，舵机30安装在节气门100的阀体10上，发动机运动时振动小，使用寿命长。
优选地，根据本发明的一个实施例，舵机输出轴31与旋转轴141同轴设置。例如，舵机输出轴31与碟片14的旋转轴141可以通过联轴器实现同轴连接，将舵机30与旋转轴141同轴设置，可以准确地传递舵机输出轴31的运动，消除径向间隙带来的运动误差，提高节气门100的阀体10开合的响应速度，进一步提高发动机的输出功率变化的响应速度。
在本发明的一些具体实施方式中，碟片14与通道11的截面形状均形成圆形，碟片14的径向尺寸等于通道11的径向尺寸。由此，当碟片14与阀体10的中心轴线垂直设置时，碟片14处于完全闭合的状态，即碟片14的外边沿与阀体10的内侧壁紧密贴合，此时，阀体10的进口端12与出口端13不导通；当碟片14绕旋转轴141从闭合位置转动时，碟片14的开合角度不断增大，控制器可以根据系统需要将碟片14调整至系统所需的开合角度，操作方便，控制精确，响应速度快。
其中，根据本发明的一个实施例，阀体10上设有喷油嘴15，控制器根据碟片14的开启角度、控制喷油嘴15喷油。参照图1，喷油嘴15设在阀体10的外且位于阀体10右侧，喷油嘴15的喷射方向相对于阀体10的轴向倾斜设置，控制器可以根据碟片14的开启角度控制发动机的进气量，而发动机根据当前进气量决定喷油嘴15的喷油量。由于碟片14采用舵机30直驱的方式，因此，舵机30的控制命令即为碟片14的开启角度，控制器无需使用角位移传感器对碟片14的开度进行测量，有利于提高碟片14开合的响应速度。
在本发明的一些具体实施方式中，舵机直驱式节气门100还包括进气压力传感器，进气压力传感器设在阀体10上且与舵机30相对设置。该节气门100的结构简单，装拆方便，进气压力传感器有利于提高该节气门100的使用可靠性。
在本发明的另一些具体实施方式中，舵机直驱式节气门100还包括怠速旁通阀50，怠速旁通阀50设在阀体10上且邻近出口端13设置。
参照图2，舵机30、怠速旁通阀50、空滤器20均设在阀体10外，其中，空滤器20位于阀体10的上方且与阀体10的进口端12相连，舵机30设在阀体10的前侧且舵机输出轴31与阀体10内的碟片14的旋转轴141直接相连，怠速旁通阀50设在阀体10的后侧且邻近阀体10的出口端13设置，从而保证发动机怠速的稳定性。
该舵机直驱式节气门100的结构简单，部件数量少，装拆方便，各部件布局合理，大大地提高了空间利用率，有利于实现节气门100的轻量化，从而减小节气门阀体因振动产生的机械故障，提高节气门100的使用可靠性。
根据本发明第二方面实施例的发动机，包括上述实施例的舵机直驱式节气门100，发动机具有连接端口，连接端口与阀体10的出口端13通过软管连通。具体地，舵机30固定安装在节气门100的阀体10上，由于阀体10的出口端13与发动机连接端(图中未示出)是使用胶管的柔性连接，因此节气门100的阀体10可在一定程度上减小发动机的振动，从而降低舵机30工作环境的振动，提高油门操作系统的可靠性。
由于根据本发明实施例的舵机直驱式节气门100具有上述技术效果，因此，根据本申请实施例的发动机也具有上述技术效果，即该发动机的结构简单，装拆容易，振动小，运行稳定，使用可靠性高。
根据本发明第三方面实施例的直升机，包括根据上述实施例的发动机，控制器根据发动机的输出转速和使用工况控制舵机30和喷油嘴15工作。由于根据本发明实施例的发动机具有上述技术效果，因此，根据本申请实施例的直升机也具有上述技术效果，即该直升机的结构简单，装拆方便，响应速度快，运行稳定，使用可靠性高。
根据本发明实施例的发动机以及直升机的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种舵机直驱式节气门，其特征在于，包括：
阀体，所述阀体内限定有通道，所述阀体具有与所述通道连通的进口端和出口端，所述通道内设有可枢转的碟片以连通和断开所述进口端和出口端；
空滤器，所述空滤器设在所述阀体上且与所述进口端连通；
舵机，所述舵机设在所述阀体上且与所述碟片直接相连以控制所述碟片的旋转角度；
控制器，所述控制器与所述舵机电连接。
2.根据权利要求1所述的舵机直驱式节气门，其特征在于，所述舵机设在所述阀体外，所述舵机的舵机输出轴与所述碟片的旋转轴相连以直驱所述碟片转动。
3.根据权利要求2所述的舵机直驱式节气门，其特征在于，所述舵机输出轴与所述旋转轴同轴设置。
4.根据权利要求2所述的舵机直驱式节气门，其特征在于，所述碟片与所述通道的截面形状均形成圆形，所述碟片的径向尺寸等于所述通道的径向尺寸。
5.根据权利要求1所述的舵机直驱式节气门，其特征在于，所述阀体上设有喷油嘴，所述控制器根据所述碟片的开启角度、控制所述喷油嘴喷油。
6.根据权利要求1所述的舵机直驱式节气门，其特征在于，还包括进气压力传感器，所述进气压力传感器设在所述阀体上且与所述舵机相对设置。
7.根据权利要求1所述的舵机直驱式节气门，其特征在于，还包括怠速旁通阀，所述怠速旁通阀设在所述阀体上且邻近所述出口端设置。
8.一种发动机，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的舵机直驱式节气门，所述发动机具有连接端口，所述连接端口与所述出口端通过软管连通。
9.一种直升机，其特征在于，包括根据权利要求8所述的发动机，所述控制器根据所述发动机的输出转速和使用工况控制所述舵机和所述喷油嘴工作。
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