CN112963255B - 可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统及方法，进气道的进气端连接空气滤清器，出气端连接发动机本体，中间装有节气门阀片，节气门阀片两侧各设一喷油器，靠近出气端的喷油器连接到低压航空煤油，靠近进气端的喷油器通过快拆溢流阀连接到活性燃料单元中的低压活性燃料，发动机控制系统根据接收到的转速信号、缸温信号和环境温度信号，输出给两个喷油器各自的喷油脉宽信号，同时输出发动机点火系统一个点火正时信号。本发明能够在不需要预热的情况下，使航空煤油发动机在低温环境下短时间内稳定起动，有效解决不易挥发燃料——航空煤油对二冲程航空发动机造成的难以起动的问题，且拆卸方便，操作简单，轻便易行。

Description

可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统及方法
技术领域
本发明涉及二冲程发动机起动技术领域，具体为可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统及方法。
背景技术
二冲程风冷式活塞航空发动机结构紧凑、体积较小，较其他发动机而言具有更大的升功率和功率质量比等优点，符合无人机动力系统对轻质高功率质量比的需求，且结构简单，操作维护方便，能够适应无人机复杂的工作环境，使其在航空领域具有不可替代的优势。随着燃料运输、储备的安全性要求日益严苛，汽油又不安全，容易挥发，很容易燃烧，引起爆炸和火灾，欧美国家已经明确提出禁止使用含铅燃料的时间限制，并在军舰等军事设备上严禁配备汽油。RP-3航空煤油在活塞式风冷航空发动机中的应用成为必然趋势。RP-3航空煤油不仅能够适应燃料一体化的要求，方便油料管理，而且能有效缓解航空汽油等轻质燃油紧缺问题。与汽油相比，RP-3航空煤油具有分子量大、运动黏度高、闪点高、挥发性差等特点，在意外发生时被引燃的几率相对较低，储运方便并且安全性得以保障。
由于RP-3航空煤油挥发性差、运动黏度高，采用普通的进气道喷射或化油器式喷射方式，必须采取预热、引燃、高能点火等辅助手段进行起动且存在起动过程转速很不稳定，发动机易失火，起动效果较差等低温起动困难问题，所以未来二冲程风冷式活塞航空发动机需要采用一种更为可靠的低温辅助起动装置。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统及方法，解决不易挥发燃料——航空煤油对二冲程航空发动机造成的难以起动的问题，可以在不需要预热的情况下，使航空煤油发动机在低温环境下短时间内稳定起动。技术方案如下：
一种可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统，包括辅助起动装置、发动机控制系统和传感器组；
所述辅助起动装置包括进气道和活性燃料存储单元；进气道的进气端连接空气滤清器，出气端连接发动机本体，进气道中间装有节气门阀片，节气门阀片两侧各设一喷油器，靠近出气端的喷油器连接到低压航空煤油，靠近进气端的喷油器通过快拆溢流阀连接到活性燃料单元中的低压活性燃料；
所述传感器组包括检测发动机转速的发动机转速传感器，检测发动机缸体温度的发动机缸温传感器，以及检测环境温度的环境温度传感器；
所述发动机控制系统接收发动机转速传感器传来的转速信号、发动机缸温传感器传来的缸温信号和环境温度传感器传来的环境温度信号；输出给两个喷油器各自的喷油脉宽信号，同时输出发动机点火系统一个点火正时信号。
进一步的，所述活性燃料存储单元包括活性燃料储存瓶和活性燃料固定箱；活性燃料储存瓶置于活性燃料固定箱内，底部与活性燃料固定箱的箱底之间设有活性燃料压紧弹簧，顶部通过活性燃料固定箱盖固定；活性燃料储存瓶的出油口通过管道连接到所述快拆溢流阀。
更进一步的，所述活性燃料固定箱盖以螺纹的形式与活性燃料固定箱连接。
一种采用可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统的起动方法，包括以下步骤：
步骤1：发动机控制系统根据缸温信号判断是否满足活性燃料辅助起动的条件，若发动机缸温信号低于最低稳定运行工况要求的最低缸温，则进入步骤2；若缸温大于最低稳定运行工况要求的最低缸温，则进入步骤3；
步骤2：发动机根据环境温度信号、缸温信号和转速信号查寻ECU程序中的脉谱图后，发送给两个喷油器各自一个喷油脉宽信号，同时发送给发动机点火系统一个修正后的点火信号，并点亮起动指示灯；
步骤3：用起动机带动发动机转动；
步骤4：发动机控制系统根据转速信号和缸温信号判断发动机转速和缸温是否满足发动机最低稳定运行工况要求：若发动机转速和缸温均达到各自的预设阈值，则进入步骤5，否则返回步骤2；
步骤5：发动机控制系统结束辅助起动控制程序，熄灭起动指示灯，执行发动机正常工作控制程序；
步骤6：通过快拆溢流阀取下活性燃料存储单元。
进一步的，所述发动机控制系统通过控制喷油器中电磁线圈电流的通断来控制喷油脉宽。
本发明的有益效果是：本发明通过增加活性燃料辅助系统，能够在不需要预热的情况下，使航空煤油发动机在低温环境下短时间内稳定起动，有效解决不易挥发燃料——航空煤油对二冲程航空发动机造成的难以起动的问题，且拆卸方便，操作简单，轻便易行。
附图说明
图1为本发明可拆卸活性燃料辅助起动装置结构示意图。
图2为本发明可拆卸活性燃料辅助起动装置原理示意图。
图3为本发明可拆卸活性燃料辅助起动装置控制信号传递示意图。
图4为本发明可拆卸活性燃料辅助起动装置控制逻辑关系示意图。
图中：1-发动机本体；2-进气道；3-空气滤清器；4-喷油器；5-快拆溢流阀；6-管道；7-活性燃料固定箱盖；8-活性燃料储存瓶；9-活性燃料压紧弹簧；10-活性燃料固定箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明主要着力于解决不易挥发燃料——航空煤油对二冲程航空发动机造成的难以起动的问题，从而设计出一种可拆卸二冲程航空发动机动活性燃料辅助起动系统，在不需要预热的情况下，使航空煤油发动机在低温环境下可短时间内稳定起动。
一种可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统，包括辅助起动装置、发动机控制系统和传感器组，具体内容如下：
辅助起动装置包括：发动机本体1、独特结构的进气道2、空气滤清器3、两个喷油器4、快拆溢流阀5、管道6、活性燃料固定箱盖7、活性燃料储存瓶8、活性燃料压紧弹簧9、活性燃料固定箱10；具体结构原理如图1和图2所示。
所述独特结构的进气道2，结构如图1所示，其进气端有一个空气滤清器3，进气道2中间装有控制进气量的节气门阀片；所述进气道2上面设计有两个喷油器安装座，一个设计在进气端位于空气滤清器3与节气门阀片之间，一个设计在靠曲轴箱的进气道上，具体位于节气门阀片之后。
所述两个喷油器4分别装在所述进气道2两个安装座上，靠近进气端的喷油器4与低压活性燃料相连，靠近出气端的喷油器与低压航空煤油相连。
所述快拆溢流阀在活性燃料和靠近进气端的喷油器4之间，位于靠近喷油器一端，与喷油器4以快速拆装的方式连接。
作为本发明的一个实施例，所述活性燃料固定箱盖7以螺纹的形式与活性燃料固定箱10连接，紧压在活性燃料储存瓶前端。
作为本发明的另一个实施例，所述活性燃料固定箱10和活性燃料固定箱盖7共同形成一个固定活性燃料储存瓶8和储存活性燃料的容积；
作为本发明的另一个实施例，所述活性燃料压紧弹簧9位于所述活性燃料固定箱10底部，被活性燃料储存瓶8和活性燃料固定箱10紧压在中间，通过挤压活性燃料储存瓶8，将瓶内的活性燃料挤压喷射到与活性燃料储存瓶8相连的管道6中。
所述活性燃料储存瓶8里装有活性燃料，所用活性燃料是易燃易挥发的可燃物。
作为本发明的另一个实施例，所述发动机控制系统接收发动机转速传感器传来的转速信号、发动机缸体温度传感器传来的缸温信号和环境温度传感器传来的环境温度信号；同时输出给两个喷油器各自的喷油脉宽信号和发动机点火系统一个点火正时信号；具体信号传递如图3所示。
活性燃料辅助起动控制原理为：发动机控制系统通电后开始初始化并对各故障进行自检，然后判断缸温信号是否满足活性燃料辅助起动的条件。如果若发动机缸温信号低于最低稳定运行工况要求的最低缸温，发动机根据环境温度信号、缸温信号和转速信号查寻ECU程序中的脉谱图后，发送给两个喷油器一个各自的喷油脉宽信号，同时发送发动机点火系统一个修正后的点火信号，起动指示灯亮，此时便可以用起动机带动发动机转动。若发动机缸温大于最低稳定运行工况要求的最低缸温，则可直接用起动机带动发动机转动。
在起动过程中，发动机根据转速和缸温信号对整个起动过程进行实时控制，待发动机转速和缸温均满足发动机最低稳定运行工况要求时，发动机控制系统结束辅助起动控制，起动指示灯灭，此时便可以通过快拆溢流阀取下活性燃料存储单元，完成起动任务；其逻辑关系如图4所示。
所述喷油器4由电磁线圈控制，而电磁线圈电流的通断则是由发动机控制系统控制的。发动机控制系统根据缸温和转速传感器传递的信号进行处理，发送电信号到喷油器，该电信号确定了喷油器开启和喷射燃油的时间，这个时间的间隔称为喷油器的“脉冲宽度”。
在起动开始时连接活性燃料的喷油器的喷油脉宽较大，连接航空煤油的喷油器的喷油脉宽较小，发动机控制系统修正的点火正时较大。随着发动机转速和缸温的上升，连接活性燃料喷油器的喷油脉宽和点火正时逐渐降低。当发动机缸体温度和转速达到发动机最低稳定运行工况要求时，活性燃料辅助起动装置不再工作，发动机控制系统退出起动程序执行发动机正常工作控制程序，取下装置完成起动任务。
在整个起动过程中除点火正时外，所述发动机控制系统对其它控制参数均按照发动机正常运行的参数来控制。

Claims (4)

1.一种可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统，其特征在于，包括辅助起动装置、发动机控制系统和传感器组；
所述辅助起动装置包括进气道（2）和活性燃料存储单元；进气道（2）的进气端连接空气滤清器（3），出气端连接发动机本体（1），中间装有节气门阀片，节气门阀片两侧各设一喷油器（4），靠近出气端的喷油器（4）连接到低压航空煤油，靠近进气端的喷油器（4）通过快拆溢流阀（5）连接到活性燃料存储单元中的低压活性燃料；
所述传感器组包括检测发动机转速的发动机转速传感器，检测发动机缸体温度的发动机缸温传感器，以及检测环境温度的环境温度传感器；
所述发动机控制系统接收发动机转速传感器传来的转速信号、发动机缸温传感器传来的缸温信号和环境温度传感器传来的环境温度信号；输出给两个喷油器各自的喷油脉宽信号，同时输出发动机点火系统一个点火正时信号；
所述活性燃料存储单元包括活性燃料储存瓶（8）和活性燃料固定箱（10）；活性燃料储存瓶（8）置于活性燃料固定箱（10）内，底部与活性燃料固定箱（10）的箱底之间设有活性燃料压紧弹簧（9），顶部通过活性燃料固定箱盖（7）固定；活性燃料储存瓶（8）的出油口通过管道（6）连接到所述快拆溢流阀（5）。
2.根据权利要求1所述的可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统，其特征在于，所述活性燃料固定箱盖（7）以螺纹的形式与活性燃料固定箱（10）连接。
3.一种采用权利要求1所述的可拆卸二冲程航空发动机活性燃料辅助起动系统的起动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：发动机控制系统根据缸温信号判断是否满足活性燃料辅助起动的条件，若发动机缸温信号低于最低稳定运行工况要求的最低缸温，则进入步骤2；若发动机缸温大于最低稳定运行工况要求的最低缸温，则进入步骤3；
步骤2：发动机根据环境温度信号、缸温信号和转速信号查寻ECU程序中的脉谱图后，发送给两个喷油器各自一个对应的喷油脉宽信号，同时发送给发动机点火系统一个修正后的点火信号，并点亮起动指示灯；
步骤3：用起动机带动发动机转动；
步骤4：发动机控制系统根据转速信号和缸温信号判断发动机转速和缸温是否满足发动机最低稳定运行工况要求：若发动机转速和缸温均达到各自的预设阈值，则进入步骤5，否则返回步骤2；
步骤5：发动机控制系统结束辅助起动控制程序，熄灭起动指示灯，执行发动机正常工作控制程序；
步骤6：通过快拆溢流阀取下活性燃料存储单元。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发动机控制系统通过控制喷油器中电磁线圈电流的通断来控制喷油脉宽。
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点燃式航空重油活塞发动机关键技术概述;赵乐文等;《中国航天第三专业信息网第三十九届技术交流会暨第三届空天动力联合会议论文集——S03吸气式与组合推进技术》;20180822;第332-340页 *

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