CN108087115B - 一种多功能航空活塞发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多功能航空活塞发动机，包括发动机、磁电机、燃油泵、电子控制单元和节气阀；磁电机上安装设有曲轴位置信号采集组件和温度报警组件，燃油泵一端连接油箱，另一端依次连接燃油分配器和燃油压力调节器，燃油分配器上设有燃油压力传感器，燃油泵、燃油压力传感器通过端口与电子控制单元相连；节气阀包括电控节气门和相应的两路节气门开度传感器，两路节气门开度传感器均使用非接触式角度传感器，两路信号互为冗余，电子控制单元通过相应接口连接发动机并控制发动机以及节气阀的开度。本发明通过电子控制单元与其他部件的配合，例如各类相应的传感器和相关故障诊断逻辑，在发动机工作时可提供丰富的状态参数，其故障诊断逻辑可以分析发动机关键部件是否存在工作异常的状态并将诊断结果实时报告。

Description

一种多功能航空活塞发动机
技术领域
本发明涉及一种二冲程发动机技术，具体涉及一种多功能航空活塞发动机。
背景技术
现有的国产小型航空二冲程活塞发动机通常存在以下问题：电气化环节薄弱；冗余保护较为缺乏，导致可靠性降低；节气门驱动通常采用油门拉线控制，其控制精度低，无法实现精确的反馈控制；燃油压力控制简单粗暴，少有燃油压力反馈，油泵长期全负荷工作。
以上种种问题使得现有的这些发动机越来越不满足现代航空设备的要求。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种多功能航空活塞发动机。
技术方案：本发明一种多功能航空活塞发动机，包括发动机、磁电机、燃油泵、电子控制单元和节气阀；所述磁电机上安装设有曲轴位置信号采集组件和温度报警组件，曲轴位置信号采集组件包括磁电机转子和安装于磁电机定子上的两路磁电式触发器，磁电机转子为58齿，即是指转子圆盘上每隔6°处布置一齿并留出相邻两缺齿的空间，由58齿提供曲轴位置信号，由2缺齿提供发动机上止点位置信号，两个磁电式触发器信号互为冗余相互独立，当其中一路失效时另一路可以正常工作；温度报警组件封装于磁电机定子包括温度检测模块，温度检测模块中设有电阻可编程温度开关芯片，电阻可编程温度开关芯片通过四路线束与电子控制单元相连；所述燃油泵一端连接油箱，另一端依次连接燃油分配器和燃油压力调节器，燃油分配器上设有燃油压力传感器，燃油泵通过端口与电子控制单元相连；所述节气阀安装于发动机进气道，节气阀包括电控节气门和相应的两路节气门开度传感器，两路节气门开度传感器均使用非接触式角度传感器，两路信号互为冗余；非接触式角度传感器中安装两路输出的可编程转角传感器芯片，电子控制单元通过相应接口连接发动机并控制发动机以及节气阀的开度。
其中电子控制单元采用两层电路板双面布件并上下层嵌合的形式，最大化的优化了体积，且两层板中上层板仅处理核心输入输出信号，由下层板完成电源转换、功率驱动，减少了相互干扰。电子控制单元ECU的外壳根据内部形状定制加工，其铝壳紧贴功率原件表面实现散热，保障ECU工作的稳定性。
进一步的，所述电阻可编程温度开关芯片通过四路线束与电子控制单元相连，四路线束中有两路线束用于提供5V直流电，即为温度检测模块供电，另外两路线束分别输出预警和报警信号。
进一步的，所述温度检测模块中有电阻可编程温度开关芯片，通过设置电阻阻值预设有报警温度，实时感知环境温度并与预设值对比以及判断是否超温，当实时温度正常时温度检测模块输出低电平信号，当实时温度超过预设值时温度检测模块输出高电平；当电子控制单元接收到超温信号时，给整流器发送控制指令，整流器降低输出功率甚至停止输出，待温度检测模块2检测到磁电机温度恢复到预设值后，重新启动整流器。
进一步的，所述电子控制单元中设有燃油压力反馈控制模块，燃油压力反馈控制模块实时接收燃油压力传感器采集的数据信息，计算并输出脉宽可调的PWM控制信号，通过PWM信号驱动和控制燃油泵。
进一步的，所述电子控制单元中预设燃油压力期望值，当燃油压力传感器返回的压力数值低于设定的燃油压力期望值时，电子控制单元中的燃油压力反馈控制模块控制增加燃油泵的驱动强度；当燃油压力传感器返回的压力数值高于设定的燃油压力期望值，电子控制单元中的燃油压力反馈控制模块控制降低燃油泵的驱动强度，经过试验标定后，在电子控制单元嵌入负反馈控制算法。
进一步的，通过驱动电机驱动节气阀开度至最大值和最小值，电子控制单元记录相应非接触式角度传感器的返回值，记最小值为开度0％，最大值为开度100％，中间部分通过线性插值计算开度，实现开度的自动标定；电子控制单元对相应的两路节气门开度传感器中两路信号独立处理并计算获得两个独立的节气阀开度值；非接触式角度传感器中的转角传感器芯片采用MLX90316双路输出芯片。在节气阀主体安装完成后，节气阀开度最大和最小时的传感器返回值基本固定，通过电子控制单元记录该值，并在每次上电后进行自动标定；若标定获得的最大值、最小值以及变化规律与记录不符时主动报错；电子控制单元对两组传感器返回的两路节气阀开度值进行实时比较，若相差较大，则主动分析存在的故障，并以另一组无障碍组的开度值作为控制参数；所有的故障信息通过电子控制单元与地面控制台通信传回，及时警告控制人员采用相应的维护措施。
进一步的，所述节气阀上靠近进气道一侧还安装有空气温度传感器和喷油器。
进一步的，所述发动机上搭载有四路独立的笔式电感点火线圈，采用双点火模式充分保证点火的可靠性，同时电子控制单元针对点火线圈充磁电流进行检测，可实现对四路点火线圈的实时监控及故障诊断；发动机的缸头安装有若干缸头温度传感器(可在缸头处开孔并使用铜制螺丝内嵌铂热电阻缸头温度传感器，其传感器触点靠近燃烧室且不易受外部冷却气流影响，准确性更佳)，发动机排气管处安装有若干排气温度传感器(例如采用耐温800℃的铂热电阻)，实时向电子控制单元反馈排气管温度信息和缸头温度信息。
有益效果：本发明通过电子控制单元与其他部件的配合，例如各类相应的传感器和相关故障诊断逻辑，在发动机工作时可提供丰富的状态参数，其故障诊断逻辑可以分析发动机关键部件是否存在工作异常的状态并将诊断结果实时报告，具体包括以下优点：
1、电子控制单元同时调整节气阀开度与控制参数(普通节气阀需要在开度变化后由传感器反馈回电子控制单元再调节控制参数)，动态响应特性更好，通过标定确定了合适节气阀响应速度，防止舵机控制时节气阀迅速变化影响发动机响应；采用反馈控制可将节气阀开度稳定在预设值附近；
2、磁电机中的温度报警组件整体采用微型封装的方式，能够避免磁电机内部电磁场对温度测试模拟信号产生干扰；另外通过电阻可编程温度开关芯片与电子控制单元的相互配合，能够实时检测磁电机的温度以及发出相应警报，并通过电子控制单元的智能控制，来调节磁电机的温度，延长使用寿命；
3、通过燃油压力传感器和电子控制单元的配合使用，使得燃油泵不再由继电器控制，能够根据燃油压力传感器的返回信号输出脉宽可调的PWM信号驱动，通过燃油压力传感器与燃油泵电控驱动实现供油量连续可调，可以根据当前发动机工况下的燃油需求量调节供油量，减少燃油泵工作强度及能源消耗，延长系统寿命。
4、本发明中还保留有燃油压力调节器，燃油压力调节器与电子控制单元可互补使用，大大提高于航空活塞发动机燃油供给系统的可靠性需求，使得在特殊情况下(例如燃油压力传感器损坏，燃油压力传感器线束损坏等等)仍可以采用燃油泵全负荷、压力调节器泄压的方式以保障发动机安全。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，一种多功能航空活塞发动机，包括发动机、磁电机、燃油泵、电子控制单元和节气阀；磁电机上安装设有曲轴位置信号采集组件和温度报警组件，曲轴位置信号采集组件包括磁电机转子和安装于磁电机定子上的两路磁电式触发器，磁电机转子为58齿，即是指转子圆盘上每隔6°处布置一齿并留出相邻两缺齿的空间，由58齿提供曲轴位置信号，由2缺齿提供发动机上止点位置信号，两个磁电式触发器信号互为冗余相互独立；温度报警组件封装于磁电机定子包括温度检测模块，温度检测模块中设有电阻可编程温度开关芯片，电阻可编程温度开关芯片通过四路线束与电子控制单元相连；燃油泵一端连接油箱，另一端依次连接燃油分配器和燃油压力调节器，燃油分配器上设有燃油压力传感器，燃油泵通过端口与电子控制单元相连；节气阀安装于发动机进气道，节气阀包括电控节气门和相应的两路节气门开度传感器，两路节气门开度传感器均使用非接触式角度传感器，两路信号互为冗余；非接触式角度传感器中安装两路输出的可编程转角传感器芯片，电子控制单元通过相应接口连接发动机并控制发动机以及节气阀的开度。节气阀上靠近进气道一侧还安装有空气温度传感器和喷油器。
电阻可编程温度开关芯片通过四路线束与电子控制单元相连，四路线束中有两路线束用于提供5V直流电，即为温度检测模块供电，另外两路线束分别输出预警和报警信号。电阻可编程温度开关芯片中预设有温度预设值，同时实时感知环境温度并与温度预设值对比以及判断是否超温，当实时温度正常时电阻可编程温度开关芯片输出低电平信号，当实时温度超过预设值时电阻可编程温度开关芯片输出高电平；当电子控制单元接收到超温信号时，给整理器发送控制指令，整流器降低输出功率甚至停止输出，待温度检测模块2检测到磁电机温度恢复到预设值后，重新启动整流器。
电子控制单元中设有燃油压力反馈控制模块，燃油压力反馈控制模块实时接收燃油压力传感器和燃油压力调节器采集的数据信息，并将这些数据信号转化为脉宽可调的PWM信号，通过PWM信号驱动和控制燃油泵，同时在电子控制单元中预设燃油压力期望值，当燃油压力传感器返回的压力数值低于设定的燃油压力期望值时，电子控制单元中的燃油压力反馈控制模块控制增加燃油泵的驱动强度；当燃油压力传感器返回的压力数值高于设定的燃油压力期望值，电子控制单元中的燃油压力反馈控制模块控制降低燃油泵的驱动强度，经过试验标定后，在电子控制单元嵌入反馈控制算法。
通过驱动电机驱动节气阀开度至最大值和最小值，电子控制单元记录相应非接触式角度传感器的返回值，记最小值为开度0％，最大值为开度100％，中间部分通过线性插值计算开度，实现开度的自动标定；电子控制单元对相应的两路节气门开度传感器中两路信号独立处理并计算获得两个独立的节气阀开度值；非接触式角度传感器中的转角传感器芯片采用MLX90316双路输出芯片。
发动机上搭载有四路独立的笔式电感点火线圈，发动机的缸头安装有若干缸头温度传感器，发动机排气管处安装有若干排气温度传感器。
实际工作中，各个磁电式触发器、燃油压力传感器、节气门开度传感器、缸头温度传感器、排气温度传感器和磁电机温度传感器实时向电子控制单元反馈相应数据信息或信号，电子控制单元根据实际工况和实时数据信息，进行相应控制。

Claims (6)

1.一种多功能航空活塞发动机，其特征在于：包括发动机、磁电机、燃油泵、电子控制单元和节气阀；
所述磁电机上安装设有曲轴位置信号采集组件和温度报警组件，曲轴位置信号采集组件包括磁电机转子和安装于磁电机定子上的两路磁电式触发器，磁电机转子为58齿，即是指转子圆盘上每隔6°处布置一齿并留出相邻两缺齿的空间，由58齿提供曲轴位置信号，由2缺齿提供发动机上止点位置信号，两个磁电式触发器信号互为冗余相互独立；温度报警组件封装于磁电机定子包括温度检测模块，温度检测模块中设有电阻可编程温度开关芯片，电阻可编程温度开关芯片通过四路线束与电子控制单元相连；
所述燃油泵一端连接油箱，另一端依次连接燃油分配器和燃油压力调节器，燃油分配器上设有燃油压力传感器，燃油泵、燃油压力传感器通过端口与电子控制单元相连；
所述节气阀安装于发动机进气道，节气阀包括电控节气门和相应的两路节气门开度传感器，两路节气门开度传感器均使用非接触式角度传感器，两路信号互为冗余；非接触式角度传感器中安装两路输出的可编程转角传感器芯片，电子控制单元通过相应接口连接发动机并控制发动机以及节气阀的开度；
所述电阻可编程温度开关芯片通过四路线束与电子控制单元相连，四路线束中有两路线束用于提供5V直流电，即为温度检测模块供电，另外两路线束分别输出预警和报警信号；
所述温度检测模块中有电阻可编程温度开关芯片，通过设置电阻阻值预设有报警温度，实时感知环境温度并与预设值对比以及判断是否超温，当实时温度正常时温度检测模块输出低电平信号，当实时温度超过预设值时温度检测模块输出高电平；当电子控制单元接收到超温信号时，给整流器发送控制指令，整流器降低输出功率甚至停止输出，待温度检测模块2检测到磁电机温度恢复到预设值后，重新启动整流器。
2.根据权利要求1所述的多功能航空活塞发动机，其特征在于：所述电子控制单元中设有燃油压力反馈控制模块，燃油压力反馈控制模块实时接收燃油压力传感器采集的数据信息，计算并输出脉宽可调的PWM控制信号，通过PWM信号驱动和控制燃油泵。
3.根据权利要求2所述的多功能航空活塞发动机，其特征在于：所述电子控制单元中预设燃油压力期望值，当燃油压力传感器返回的压力数值低于设定的燃油压力期望值时，电子控制单元中的燃油压力反馈控制模块控制增加燃油泵的驱动强度；当燃油压力传感器返回的压力数值高于设定的燃油压力期望值，电子控制单元中的燃油压力反馈控制模块控制降低燃油泵的驱动强度，经过试验标定后，在电子控制单元嵌入负反馈控制算法。
4.根据权利要求1所述的多功能航空活塞发动机，其特征在于：通过驱动电机驱动节气阀开度至最大值和最小值，电子控制单元记录相应非接触式角度传感器的返回值，记最小值为开度0%，最大值为开度100%，中间部分通过线性插值计算开度，实现开度的自动标定；电子控制单元对相应的两路节气门开度传感器中两路信号独立处理并计算获得两个独立的节气阀开度值；非接触式角度传感器中的转角传感器芯片采用MLX90316双路输出芯片。
5.根据权利要求1所述的多功能航空活塞发动机，其特征在于：所述节气阀上靠近进气道一侧还安装有空气温度传感器和喷油器。
6.根据权利要求1所述的多功能航空活塞发动机，其特征在于：所述发动机上搭载有四路独立的笔式电感点火线圈，发动机的缸头安装有若干缸头温度传感器，发动机排气管处安装有若干排气温度传感器。
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