一種液體計量噴射器及其噴射控制方法
2023-10-24 16:13:32 1
專利名稱：一種液體計量噴射器及其噴射控制方法
技術領域：
本發明涉及小型航空活塞發動機燃油噴射領域，具體涉及一種液體計量噴射器及其噴射控制方法。
背景技術：
當前，使用在小型航空活塞發動機燃油噴射，將所需的液體噴射到所需部位時，為保證噴射量、噴射霧化效果、噴射時間，都使用較為複雜繁重的供給系統。一般供油系統可分為低壓和高壓兩個油路。前者由燃油箱、低壓燃油管、輸油泵、 燃油濾清器等組成；後者由高壓油泵、高壓油管、噴油器等組成。近年來，為保證噴油精確可控和噴霧效果更好，供油系統開始應用共軌噴油系統。為了使內燃機能在怠速時穩定工作和限制超速，噴油泵還帶有調速器。如果將這樣的供油系統應用到小型航空活塞發動機燃油噴射上，將大大增加航空飛行器的質量，降低飛行器的推重比。所以這種小型發動機需要簡單可靠，同時能達到和普通供油系統一樣的效果甚至更好的噴油效果的供油系統。
發明內容
本發明提出一種液體計量噴射器及其噴射控制方法，為小型航空活塞發動機提供一種簡單可靠的燃油噴射效果。一種液體計量噴射器，包括殼體、限位盤、活塞、螺線管、彈簧卡座、偏壓彈簧、單向加載閥、錐形彈簧、泵油膜片與噴射通道。殼體內部上方開有高壓油腔，下方開有活塞腔，殼體內部還開有限位腔、螺線管放置腔以及低壓油腔。其中限位腔位於活塞腔下部，且與活塞腔連通，限位腔中設置有限位盤，活塞位於活塞腔中且與限位盤相連，活塞通過限位盤和活塞腔限位。所述活塞頂部伸入到高壓油腔內。活塞上套接有彈簧卡座與偏壓彈簧，通過彈簧卡座來支撐偏壓彈簧；在殼體內部周向開有螺線管放置腔，螺線管放置腔位於偏壓彈簧的周向外側。高壓油腔外側周向上開有低壓油腔，低壓油腔與高壓油腔連通。殼體側壁上方開有進油口，進油口與低壓油腔連通。在低壓油腔中，位於低壓油腔和進油口的連通處，與低壓油腔和高壓油腔的連通處之間設置有泵油膜片，將低壓油腔截斷成兩部分。殼體頂部開有噴口，噴口與高壓油腔連通，噴口上方設置有噴射通道，噴射通道內由下至上依次設置有單向加載閥與錐形彈簧；其中，單向加載閥位於噴口處。基於上述液體計量噴射器的噴射控制方法，包括以下步驟步驟1 在發動機啟動後，依次確定發動機第一、二個工作周期的理想液體需求量 Q」 Q2 ；根據液體溫度、大氣壓力等因素以及發動機的使用情況進行修正，依次得到發動機第一個、第二個工作周期的理想液體需求量￠^ ；步驟2 依次確定發動機第一、二個工作周期內噴射器理想噴射次數1\、T2 ；根據噴射器單次噴射量P，通過A/P與A/P依次得到發動機第一、二工作周期內噴射器理想噴射次數 \、T2,其中，T1與T2取小數點後1位或2位；步驟3 依次確定發動機第一、二個工作周期中噴射器的實際噴射次數T1 ρ T2 $ ；在發動機第一、二個工作周期中，依次對噴射器的理想噴射次數1\、T2進行四捨五入運算，依次得到發動機第一、二個工作周期中噴射器實際噴射次數T11 T2 $ ；步驟4 將步驟3得到的發動機第一、二個工作周期中噴射器的實際噴射次數
與T2i轉化成脈衝信號依次發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射；步驟5 確定發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn ；根據步驟1所述的方法，得到發動機第η個工作周期的理想液體需求量化，其中， η為正整數，且η > 3 ；根據步驟2所述方法確定發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn ；步驟6 獲得發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^ ；對發動機第η-1與η-2個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tlri與Τη_2進行比較； 若Tlri > τη_2時，則發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn向上取整後，作為發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^ ；若Tlri < Τη_2時，則發動機第η個工作周期內的噴射器的理想噴射次數Tn向下取整後，作為發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^;步驟7 確定發動機每一個工作周期的噴射餘次；通過發動機每一個工作周期噴射器實際噴射次數減去理想噴射次數，得到發動機每一個工作周期噴射器的噴射餘次Tf ；步驟8 根據發動機第n、n-l與第n-l、n-2個工作周期的理想噴射次數進行比較、 判斷發動機工作是否穩定，對發動機第n+1個周期的噴射器的實際噴射次數進行修正；對發動機連續的3個工作周期的噴射器的理想噴射次數進行比較，即Tn、Tn_i、Tn_2 進行比較，若Tn與Tlri的差或Tlri與Τη_2間的差的絕對值大於a時，a為設定的閾值，且a 為正整數，則表示發動機工作不穩定，發動機每個工作周期噴射器實際噴射次數均由步驟6 得到的發動機第η個工作周期的噴射器實際噴射次數T1^轉化成脈衝信號發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射。若Tn與Tlri的差和Tlri與Τη_2間的差的絕對值均小於a時，則表示發動機工作穩定，將發動機第n、n-l與n_2個工作周期的噴射器的噴射餘次Tnf、Tn_u、進行累計，且從發動機第n+1個工作周期開始的連續3個工作周期噴射器理想噴射次數進行下一次比較，即Τη+1、Τη+2、Τη+3 ；若累計後的數值大於或等於1時，則發動機第n+1個工作周期噴射器的實際噴射次數增加一次後的噴射次數發送給噴射器進行噴射；若累計後的數值小於或等於-1時，則在發動機第n+1個工作周期噴射器噴射次數減少一次後的噴射次數發送給噴射器進行噴射；若累計後的數值大於-1且小於1時，則由步驟6得到的發動機第n+1個工作周期的噴射器實際噴射次數轉化成脈衝信號發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射；本發明的優點在於1、本發明中的噴射器可對發動機所需要的燃油量實現定量多次噴射，既能保證霧
5化效果，又能精確控制噴射量，且使整個燃油供給系統集成度高；2、噴射器結構簡單、體積小、質量輕，可大大提高小型航空活塞發動機的推重比；3、本發明控制方法簡化優化，實現針對航空小排量發動機自身特點的控制算法， 減低軟體複雜程度，降低控制器運算要求，降低成本；4、本發明控制方法既可以保證基本噴射量，又保證噴射器的操作次數不至於發生劇烈變化，穩定的噴射量容易使發動機進油量穩定，這樣容易使發動機工作在穩定狀態，同時不至於噴射器噴射頻率發生劇烈變化，影響噴射器的噴射效果；
圖1為本發明液體計量噴射器結構剖視圖；圖2為本發明液體計量噴射方法流程圖；圖中
ι-殼體2-限位盤3-活塞4-螺線管
5-彈簧卡座6-偏壓彈簧7-單向加載閥8-錐形彈簧
9-泵油膜片10-噴射通道101-高壓油腔102-活塞腔
103-限位腔104-螺線管放置腔105-低壓油腔106-進油口
107-噴口
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。本發明提供一種液體計量噴射器，如圖1所示，包括殼體1、限位盤2、活塞3、螺線管4、彈簧卡座5、偏壓彈簧6、單向加載閥7、錐形彈簧8、泵油膜片9與噴射通道10。殼體1內部上方開有高壓油腔101，下方開有活塞腔102，殼體1內部還開有限位腔103、螺線管放置腔104以及低壓油腔105 ；其中限位腔103位於活塞腔102下部，且與活塞腔102連通，限位腔103中設置有限位盤2，活塞3位於活塞腔102中且與限位盤2相連，活塞3通過限位盤2和活塞腔102限位。所述活塞3頂部伸入到高壓油腔101內，由此活塞3可在殼體1內上下運動。活塞3上套接有彈簧卡座5與偏壓彈簧6，通過彈簧卡座5 來支撐偏壓彈簧6。在殼體1內部周向開有螺線管放置腔104，用來放置螺線管4，螺線管放置腔104位於偏壓彈簧6的周向外側，通過螺線管4與偏壓彈簧6來控制活塞3的運動。高壓油腔101外側周向上開有低壓油腔105，低壓油腔105與高壓油腔101連通。 殼體1側壁上方開有進油口 106，進油口 106與低壓油腔105連通，通過進油口 106向低壓油腔105中泵入液體，液體經由低壓油腔105進入到高壓油腔101內。在低壓油腔105中， 位於低壓油腔105和進油口 106的連通處，與低壓油腔105和高壓油腔101的連通處之間設置有泵油膜片9，將低壓油腔105截斷成兩部分，且通過泵油膜片9使進入高壓油腔101 中的液體不會流回到低壓油腔105和進油口 106處。殼體1頂部開有噴口 107，噴口 107與高壓油腔101連通，噴口 107上方設置有噴射通道10，噴射通道10內由下至上依次設置有單向加載閥7與錐形彈簧8。其中，單向加載閥7位於噴口 107處。通過活塞3的運動使高壓油腔101中的液體增壓，高壓液體通過單向加載閥壓縮錐形彈簧後，從噴射通道10中噴出，單向加載閥7用來防止液體從噴射通
6道10中回流到高壓油腔101，在噴射完畢後，活塞回位，高壓油腔中壓力減小，錐形彈簧還原將單向加載閥復位。在液體噴射器的操作中，當螺線管4通電後，使得活塞3克服偏壓彈簧6的偏壓力向噴口 107處移動，從而使液體由高壓油腔101經由單向加載閥7進入噴油通道10中。當螺線管4斷電後，在偏壓彈簧6的作用下，活塞3向下移動，從而使液體從進油口 106經泵油膜片9進入低壓油腔105。可通過控制對活塞3定義的行程S值來保證每次活塞3運動過程中噴射器噴入工作區域的液體流量為設定值。因此，不論何時操作螺線管4，液體噴射器都配送特定量的液體，從而可以依靠控制噴射次數控制每次系統工作循環的液體噴射量。上述噴射器的單次噴油量P設計為0. 5mm3、Imm3或2mm3。本發明還提供一種基於上述噴射器的噴射控制方法，如圖2所示的流程，具體通過下述步驟來實現步驟1 在發動機啟動後，依次確定發動機第一、二個工作周期的理想液體需求量 Q」 Q2 ；根據液體溫度、大氣壓力等因素以及發動機的使用情況進行修正，依次得到發動機第一個、第二個工作周期的理想液體需求量￠^ ；步驟2 依次確定發動機第一、二個工作周期內噴射器理想噴射次數1\、T2 ；根據噴射器單次噴射量P，通過A/P與A/P依次得到發動機第一、二工作周期內噴射器理想噴射次數 \、T2,其中，T1與T2取小數點後1位或2位；步驟3 依次確定發動機第一、二個工作周期中噴射器的實際噴射次數T1 ρ T2 $ ；在發動機第一、二個工作周期中，依次對噴射器的理想噴射次數1\、T2進行四捨五入運算，依次得到發動機第一、二個工作周期中噴射器實際噴射次數T11 T2 $ ；步驟4 將步驟3得到的發動機第一、二個工作周期中噴射器的實際噴射次數
與T2 $轉化成脈衝信號依次發送給噴射器中的螺線管4，由螺線管4控制噴射器進行相應次數的噴射；步驟5 確定發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn ；根據步驟1所述的方法，得到發動機第η個工作周期的理想液體需求量化，其中， η為正整數，且η > 3。根據步驟2所述方法確定發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn;步驟6 獲得發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^ ；對發動機第η-1與η-2個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tlri與Τη_2進行比較； 若Tlri > τη_2時，則發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn向上取整後，作為發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數Tn^如Tn_2、Tn_i、Tn分別為5. 2、6. 3與 5. 3，可看出6. 3 > 5. 2，則將Tn向上取整為6作為發動機第η個工作周期噴射器實際噴射次數。若Tlri < Τη_2時，則發動機第η個工作周期內的噴射器的理想噴射次數Tn向下取整後，作為發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^ ；如與分別5. 2、 4. 3與5. 6，可看出4. 3 < 5. 2，則將Tn向下取整為5作為發動機第η個工作周期噴射器實際噴射次數。步驟7 確定發動機每一個工作周期的噴射餘次；通過發動機每一個工作周期噴射器實際噴射次數減去理想噴射次數，得到發動機每一個工作周期噴射器的噴射餘次Tf ；步驟8 根據發動機第n、n-l與第n-l、n-2個工作周期的理想噴射次數進行比較、 判斷發動機工作是否穩定，對發動機第n+1個周期的噴射器的實際噴射次數進行修正。對發動機連續的3個工作周期的噴射器的理想噴射次數進行比較，即Tn、Tn_i、Tn_2 進行比較，若Tn與Tlri的差或Tlri與Τη_2間的差的絕對值大於a時，a為設定的閾值，且a 為正整數，則表示發動機工作不穩定，發動機每個工作周期噴射器實際噴射次數均由步驟6 得到的發動機第η個工作周期的噴射器實際噴射次數T1^轉化成脈衝信號發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射。若Tn與Tlri的差和Tlri與Τη_2間的差的絕對值均小於a時，則表示發動機工作穩定，將發動機第n、n-l與n_2個工作周期的噴射器的噴射餘次Tnf、Tn_u、進行累計，且從發動機第n+1個工作周期開始的連續3個工作周期噴射器理想噴射次數進行下一次比較，即Τη+1、Τη+2、Τη+3。若累計後的數值大於或等於1時，則發動機第n+1個工作周期噴射器的實際噴射次數增加一次後的噴射次數發送給噴射器進行噴射。若累計後的數值小於或等於-1時，則在發動機第n+1個工作周期噴射器噴射次數減少一次後的噴射次數發送給噴射器進行噴射。若累計後的數值大於-1且小於1時，則由步驟6得到的發動機第η個工作周期的噴射器實際噴射次數轉化成脈衝信號發送給噴射器中的螺線管4，由螺線管4控制噴射器進行相應次數的噴射。如發動機第四、五、六個工作周期噴射器理想噴射次數為4. 3,5. 6,6. 7，閾值a為 2時，可知4. 3-5.6 = 1.3<2、5.6-6.7 = 1.1 < 2，則將發動機第四、五、六個工作周期噴射器噴射餘次T4f、Τ@、Τ6:^進行累計，如果累計值大於1，則發動機第7個工作周期實際噴射次數加1。如果累計值小於1，則發動機第7個工作周期實際噴射次數減1。如果累計值大於-1且小於1時，則從發動機第7個工作周期實際噴射次數不進行修正，並且從發動機第7個工作周期開始對連續的3個發動機工作周期理想噴射次數進行比較，且發動機第7、8、9個工作周期噴射器的實際噴射次數均按照步驟6得到的實際噴射器噴射次數發送給噴射器進行噴射。
權利要求
1.一種液體計量噴射器，其特徵在於包括殼體、限位盤、活塞、螺線管、彈簧卡座、偏壓彈簧、單向加載閥、錐形彈簧、泵油膜片與噴射通道；殼體內部上方開有高壓油腔，下方開有活塞腔，殼體內部還開有限位腔、螺線管放置腔以及低壓油腔；其中限位腔位於活塞腔下部，且與活塞腔連通，限位腔中設置有限位盤，活塞位於活塞腔中且與限位盤相連，活塞通過限位盤和活塞腔限位；所述活塞頂部伸入到高壓油腔內；活塞上套接有彈簧卡座與偏壓彈簧，通過彈簧卡座來支撐偏壓彈簧；在殼體內部周向開有螺線管放置腔，螺線管放置腔位於偏壓彈簧的周向外側；高壓油腔外側周向上開有低壓油腔，低壓油腔與高壓油腔連通；殼體側壁上方開有進油口，進油口與低壓油腔連通；在低壓油腔中，位於低壓油腔和進油口的連通處，與低壓油腔和高壓油腔的連通處之間設置有泵油膜片，將低壓油腔截斷成兩部分；殼體頂部開有噴口，噴口與高壓油腔連通，噴口上方設置有噴射通道，噴射通道內由下至上依次設置有單向加載閥與錐形彈簧；其中，單向加載閥位於噴口處。
2.如權利要求1所述一種液體計量噴射器，其特徵在於所述噴射器的單次噴油量P 為 0. 5mm3、Imm3 或 2mm3。
3.基於權利要求1所述液體計量噴射器的噴射控制方法，其特徵在於包括以下步驟步驟1 在發動機啟動後，依次確定發動機第一、二個工作周期的理想液體需求量仏、Q2 ；根據液體溫度、大氣壓力等因素以及發動機的使用情況進行修正，依次得到發動機第一個、第二個工作周期的理想液體需求量Qp A ；步驟2 依次確定發動機第一、二個工作周期內噴射器理想噴射次數1\、T2 ； 根據噴射器單次噴射量P，通過Α/ρ與Α/ρ依次得到發動機第一、二工作周期內噴射器理想噴射次數 \、T2,其中，T1與T2取小數點後1位或2位；步驟3 依次確定發動機第一、二個工作周期中噴射器的實際噴射次數T@、T2$ ； 在發動機第一、二個工作周期中，依次對噴射器的理想噴射次數1\、T2進行四捨五入運算，依次得到發動機第一、二個工作周期中噴射器實際噴射次數Τ@、τ2$;步驟4 將步驟3得到的發動機第一、二個工作周期中噴射器的實際噴射次數T1 $與T2 $轉化成脈衝信號依次發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射；步驟5 確定發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn ； 根據步驟1所述的方法，得到發動機第η個工作周期的理想液體需求量化，其中，η為正整數，且η > 3 ；根據步驟2所述方法確定發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn;步驟6 獲得發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^ ； 對發動機第η-1與η-2個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tlri與Τη_2進行比較；若 Tn^1 > Τη_2時，則發動機第η個工作周期內噴射器的理想噴射次數Tn向上取整後，作為發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^ ；若Tn^1 < Τη_2時，則發動機第η個工作周期內的噴射器的理想噴射次數Tn向下取整後，作為發動機第η個工作周期內噴射器的實際噴射次數T1^;步驟7 確定發動機每一個工作周期的噴射餘次；通過發動機每一個工作周期噴射器實際噴射次數減去理想噴射次數，得到發動機每一個工作周期噴射器的噴射餘次Tf ；步驟8 根據發動機第n、n-l與第n-l、n-2個工作周期的理想噴射次數進行比較、判斷發動機工作是否穩定，對發動機第n+1個周期的噴射器的實際噴射次數進行修正；對發動機連續的3個工作周期的噴射器的理想噴射次數進行比較，即！；、!；+!；-進行比較，若Tn與Tlri的差或Tlri與Tn_2間的差的絕對值大於a時，a為設定的閾值，且a為正整數，則表示發動機工作不穩定，發動機每個工作周期噴射器實際噴射次數均由步驟6得到的發動機第η個工作周期的噴射器實際噴射次數T1^轉化成脈衝信號發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射。若Tn與Tlri的差和Tlri與Τη_2間的差的絕對值均小於a時，則表示發動機工作穩定，將發動機第n、n-l與n_2個工作周期的噴射器的噴射餘次Tnf、Tlri ^ 進行累計，且從發動機第n+1個工作周期開始的連續3個工作周期噴射器理想噴射次數進行下一次比較，即Τη+1、Τη+2、Τη+3 ；若累計後的數值大於或等於1時，則發動機第n+1個工作周期噴射器的實際噴射次數增加一次後的噴射次數發送給噴射器進行噴射；若累計後的數值小於或等於-1時，則在發動機第n+1個工作周期噴射器噴射次數減少一次後的噴射次數發送給噴射器進行噴射；若累計後的數值大於-1且小於1時，則由步驟6得到的發動機第n+1個工作周期的噴射器實際噴射次數轉化成脈衝信號發送給噴射器中的螺線管，由螺線管控制噴射器進行相應次數的噴射。
全文摘要
本發明公開了一種液體計量噴射器及其噴射控制方法，屬於小型航空活塞發動機燃油噴射領域，其中，噴射器包括殼體、限位盤、活塞、螺線管、彈簧卡座、偏壓彈簧、單向加載閥、錐形彈簧、泵油膜片與噴射通道；通過操作螺線管，液體噴射器可配送特定量的液體，從而可以依靠控制噴射次數控制每次系統工作循環的液體噴射量。基於本發明噴射器定量液體噴射功能，本發明還公開一種噴射器控制方法，通過此方法可確定發動機每個周期噴射器需要噴射的次數。
文檔編號F02D41/30GK102213167SQ20111011329
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月4日 優先權日2011年5月4日
發明者周煜, 張奇, 杜發榮, 楊凱, 陳琳琳, 韓樹軍 申請人:北京航空航天大學