一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法

摘要

本发明提供了一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法，所述系统包括：数据测量单元，用于对转速、节气门开度、气缸温度和排气温度数据进行采集；控制单元，根据采集到的发动机的转速数据，判断发动机所处的工作状态，计算喷油量并分配相应进气道和缸内直喷的喷油比例；执行单元，用于启动喷油驱动电路完成喷油过程；所述数据测量单元通过控制单元连接执行单元，本发明根据不同工况完成对进气道喷射和缸内直喷燃油喷射比例的分配，以完成发动机全运行工况的喷油控制。

说明书

【技术领域】

本发明涉及二冲程活塞航空发动机喷油控制技术领域，尤其涉及一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法。

【背景技术】

燃油喷射控制能够直接影响发动机燃油雾化和燃油经济性，因此燃油喷射控制是发动机高效运行的关键因素。目前航空活塞发动机的喷油方式主要采用进气道喷油，进气道喷油控制简单、容易雾化，但是由于喷油过程和二冲程活塞发动机扫气过程存在强耦合，燃油捕获率低，造成燃油经济性恶化和严重碳氢排放。

直喷式燃油供给技术能够将燃油喷射和扫气过程解耦，有效提升燃油经济性。但是直喷技术的喷油相位和喷油时间受限于扫气口打开时间，此外冷起动时由于缸内温度过低存在雾化不良导致起动困难的问题，因此本发明提出通过同时控制进气道和缸内直喷多个喷油器实现缸内直喷和进气道喷射组合控制方式，有效的解决上述问题。传统的活塞发动机用直喷式燃油供给系统，由于其采用高压喷射，系统复杂，重量大，无法适用于小型二冲程航空活塞发动机上使用。目前鲜有针对二冲程航空活塞发动机通过缸内直喷和进气道喷射组合控制实现缸内直喷技术方案的专利。

因此，有必要研究一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法，通过采集转速信号、节气门开度和温度信号将发动机工作状态分为冷启动工况、暖机工况、小负荷工况、中负荷工况和大负荷工况，根据不同工况完成对进气道喷射和缸内直喷燃油喷射比例的分配，以完成发动机全运行工况的喷油控制。

一方面，本发明提供一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统，所述系统包括：

数据测量单元，用于对转速、节气门开度、气缸温度和排气温度数据进行采集；

控制单元，根据采集到的发动机的转速数据，判断发动机所处的工作状态，计算喷油量并分配相应进气道和缸内直喷的喷油比例；

执行单元，用于启动喷油驱动电路完成喷油过程；

所述数据测量单元通过控制单元连接执行单元。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数据测量单元包括转速传感器、温度传感器和节气门开度信号反馈器；

所述转速传感器用于采集发动机转速；

所述温度传感器用于测量发动机进气温度、气缸温度和排气温度；

所述节气门开度信号反馈器为能够提供位置反馈的舵机、能够提供位置反馈的电机或能够提供的节气门位置信号的单独的位置传感器。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述控制单元包括单片机、数字信号处理电路和放大滤波电路，所述数字信号处理电路一端连接转速传感器，另一端连接单片机，所述放大滤波电路一端同时连接温度传感器和气节门开度信号反馈器，另一端连接单片机。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述控制单元还包括电源电路和执行器功率驱动电路；所述电源电路连接单片机，所述执行器功率驱动电路一端连接单片机，另一端连接执行单元。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电源电路为整个系统提供稳定电压，并对系统提供过流过压保护，所述执行器功率驱动电路接收来自单片机的控制信号，完成对相应执行器的控制。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述单片机通过采集到的转速、温度和节气门位置信号判断发动机运行工况，计算喷油相位和喷油量并且分配进气道喷射和缸内直喷燃油喷射比例。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述执行单元包括油泵、喷油器和点火器。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种航空活塞发动机缸内直喷燃油系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1：采集发动机转速、节气门开度、气缸温度和排气温度数据，判断发动机工作状态；

S2：在相应工况下，根据发动机转速和节气门位置查询喷油量，并根据发动机状态数据进行喷油量的修正；

S3：对应工况下，判断采用缸内直喷或者进气道喷射或者缸内直喷和进气道喷射组合方式，对进气道和直喷燃油喷射比例进行分配，控制相应喷油器喷油。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2具体包括：

S21：判断是否为冷启动，是，进行S22，否则进行S23；

S22：判断是否暖机，是，进行S23，否则进行S3；

S23：进行基础喷油map查表；

S24：冷启动或暖机加浓；

S25：根据发动机边界参数进行喷油修正；

S26：控制进气道喷油器进行喷油。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3具体包括：

S31：判断负荷情况，小中负荷，进行S3211，大负荷，进行S3221；

S3211：进行基础喷油map查表；

S3212：根据发动机边界参数进行喷油修正；

S3213：控制缸内半直喷喷油器进行喷油；

S3221：进行基础喷油map查表；

S3222：根据发动机边界参数进行喷油修正；

S3223：进气道喷油和缸内半直喷比例分配；

S3224：控制进气道和缸内半直喷喷油器喷油。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

(1)通过缸内直喷和进气道喷射组合控制方式，克服了直喷技术喷油相位和喷油时间受限以及冷车起动燃油雾化不良的问题；同时集成了直喷燃油经济性的优势；

(2)本发明通过控制布置在进气道的一个喷油器和气缸上的多个喷油器，能够实现缸内直喷、进气道喷射、缸内直喷和进气道喷射组合的三种喷油方式的灵活切换，以满足发动机不同工况下的需求。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的喷油控制电路结构框图；

图2是本发明一个实施例提供的两缸二冲程航空活塞发动机的示例性燃油喷射系统图；

图3是本发明一个实施例提供的喷油控制时序图；

图4是本发明喷油控制流程图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供了一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法，通过采集转速信号、节气门开度和温度信号将发动机工作状态分为冷启动工况、暖机工况、小负荷工况、中负荷工况和大负荷工况，根据不同工况完成对进气道喷射和缸内直喷燃油喷射比例的分配，以完成发动机全运行工况的喷油控制。所述系统包括：

数据测量单元，用于对转速、节气门开度、气缸温度和排气温度数据进行采集；

控制单元，根据采集到的发动机的转速数据，判断发动机所处的工作状态，计算喷油量并分配相应进气道和缸内直喷的喷油比例；

执行单元，用于启动喷油驱动电路完成喷油过程；

所述数据测量单元通过控制单元连接执行单元。

所述数据测量单元包括转速传感器、温度传感器和节气门开度信号反馈器；

所述转速传感器用于采集发动机转速；

所述温度传感器用于测量发动机进气温度、气缸温度和排气温度；

所述节气门开度信号反馈器为能够提供位置反馈的舵机、能够提供位置反馈的电机或能够提供的节气门位置信号的单独的位置传感器。

所述控制单元包括单片机、数字信号处理电路、放大滤波电路、电源电路和执行器功率驱动电路；所述电源电路连接单片机，所述执行器功率驱动电路一端连接单片机，另一端连接执行单元，所述数字信号处理电路一端连接转速传感器，另一端连接单片机，所述放大滤波电路一端同时连接温度传感器和气节门开度信号反馈器，另一端连接单片机。所述电源电路为整个系统提供稳定电压，并对系统提供过流过压保护，所述执行器功率驱动电路接收来自单片机的控制信号，完成对相应执行器的控制。所述单片机通过采集到的转速、温度和节气门位置信号判断发动机运行工况，计算喷油相位和喷油量并且分配进气道喷射和缸内直喷燃油喷射比例。

所述执行单元包括油泵、喷油器和点火器。

一种航空活塞发动机缸内直喷燃油系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1：采集发动机转速、节气门开度、气缸温度和排气温度数据，判断发动机工作状态；

S2：在相应工况下，根据发动机转速和节气门位置查询喷油量，并根据发动机状态数据进行喷油量的修正；

S3：对应工况下，判断采用缸内直喷或者进气道喷射或者缸内直喷和进气道喷射组合方式，对进气道和直喷燃油喷射比例进行分配，控制相应喷油器喷油。

所述S2具体包括：

S21：判断是否为冷启动，是，进行S22，否则进行S23；

S22：判断是否暖机，是，进行S23，否则进行S3；

S23：进行基础喷油map查表；

S24：冷启动或暖机加浓；

S25：根据发动机边界参数进行喷油修正；

S26：控制进气道喷油器进行喷油。

所述S3具体包括：

S31：判断负荷情况，小中负荷，进行S3211，大负荷，进行S3221；

S3211：进行基础喷油map查表；

S3212：根据发动机边界参数进行喷油修正；

S3213：控制缸内半直喷喷油器进行喷油；

S3221：进行基础喷油map查表；

S3222：根据发动机边界参数进行喷油修正；

S3223：进气道喷油和缸内半直喷比例分配；

S3224：控制进气道和缸内半直喷喷油器喷油。

本发明公布的一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制方法，其主要构成如图1所示，分别是数据测量单元、控制单元、执行单元。数据测量单元由转速传感器、温度传感器和节气门位置反馈构成，转速传感器采集发动机转速；温度传感器测量发动机进气温度、气缸温度和排气温度；节气门开度信号反馈可以理解为能够提供位置反馈的舵机、能够提供位置反馈的电机抑或是单独的位置传感器提供的节气门位置信号。控制单元具体说是一个电子控制模块，包括单片机、电源电路、数字信号处理电路、放大滤波电路、执行器功率驱动电路。电源电路为整个系统提供稳定电压，并对系统提供过流过压保护；数字信号处理电路接收来自转速传感器的信号并送入单片机；放大滤波电路接收来自温度传感器和节气门位置反馈信号，经滤波放大后送入单片机；单片机通过采集到的转速、温度和节气门位置信号判断发动机运行工况，计算喷油相位和喷油量并且分配进气道喷射和缸内直喷燃油喷射比例；执行器功率驱动电路接收来自单片机的控制信号，完成对相应执行器的控制。

如图2所示，是本发明的一个被应用于两缸二冲程航空活塞发动机的示例性燃油喷射系统，但是应该理解：这种控制方法同样适用于4缸、6缸甚至多缸二冲程航空活塞发动机。主要区别之处在于气缸数量不同，相应的控制直喷喷油器数量有所差别。本发明二冲程航空活塞发动机低压缸内直喷控制方法如下。根据发动机状态参数将发动机分为冷起动、暖机、小负荷、中负荷和大负荷五个工况。发动机冷启动和暖机工况下，此时燃烧室的低温不利于缸内直喷燃油雾化，采用进气道喷油，控制喷油器2喷油；发动机小负荷和中负荷工况下，此时发动机转速相对较低，扫气口打开时间相对较长，缸内直喷喷油量和燃油雾化能够满足需求，为了提高燃油经济性，采用缸内直喷，控制喷油器1、3喷油；在发动机大负荷工作条件下，此时发动机转速较高，扫气口打开时间较短，缸内直喷的喷油量不能够满足需求，采用缸内直喷和进气道喷射组合方式，控制喷油器1、2和3同时工作。喷油控制时序图如图3所示。

如图4所示是本发明喷油控制方法流程图。第一步，根据采集到的当前转速、节气门开度和温度等发动机状态数据判断发动机工作状态；第二步，在相应工况下，根据发动机转速和节气门位置查询喷油量，并根据发动机状态数据进行喷油量的修正；第三步，对应工况下，判断采用缸内直喷或者进气道喷射或者缸内直喷和进气道喷射组合方式，对进气道和直喷燃油喷射比例进行分配，控制相应喷油器喷油。

以上对本申请实施例所提供的一种二冲程航空活塞发动机的喷油控制系统及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。