航空压缩燃烧驱动总成的控制系统技术方案

一种用于航空压缩燃烧驱动总成的控制系统，所述航空压缩燃烧驱动总成具有发动机构件、变速器构件和螺旋桨构件，所述控制系统包括用于感测所述发动机构件的多个压缩室中每一个的压力参数的传感器，所述传感器用于将所感测的压力参数提供至控制系统装置，所述控制系统装置具有使所选的发动机控制起作用的多个控制程序，且所述控制系统装置作用于所感测的压力参数以使得控制策略在所述发动机构件中起作用。本发明专利技术还包括一种控制方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】航空压缩燃烧驱动总成的控制系统 相关申请案 本申请要求于2011年10月5日提交的序列号为61/543, 624的美国临时专利申 请的权益，其以全文引用方式并入本文。
本专利技术为一种压缩燃烧驱动总成。更特别地，本专利技术为一种适于在航空环境中使 用的压缩燃烧驱动总成。
技术介绍
至少从二战开始，轻型飞机（通用航空以及近来的无人驾驶飞机）已通过的空气 冷却的以汽油为燃料的发动机提供动力，该发动机通常采用对置式六缸配置。该发动机以 辛烷值非常高的航空汽油为燃料。在世界偏远部分没有航空汽油意味着通用航空在这些区 域中无法使用，而这些区域正好是最需要通用航空服务的区域。近来，已能看到炼油厂已不 愿意生产航空汽油，因此使得全世界的供应更为紧张。虽然所有的燃料都不便宜，但航空汽 油却一直特别昂贵。 与航空汽油的相对稀缺性和昂贵性成对比，在世界各地则更普遍使用相对便宜的 柴油燃料和/或喷气燃料（JP)。虽然这种燃料的质量会发生很大的变化，但压缩燃烧发动 机也可同样地燃烧柴油或喷气燃料（JP)。这种变化可被识别为燃料的十六烷值的变化。 这种压缩燃烧发动机对其设计者提出了一些挑战，包括： 必须要考虑所使用燃料的十六烷品级的变化； 必须考虑燃料、大气和注入异常的变化； 应控制所有的气缸以传送基本相等的动力； 需要避免在包括发动机、变速器和螺旋桨的整个驱动系中的共振； 需要将发动机组件的降级指示提供给飞行员以作为警告或警示；以及 应在起飞前的发动机的试车期间计算指示平均有效压力（IMEP)以作为发动机状 况的指示。 在全世界范围，需要一种能运行这种燃料但可避免上述挑战的航空发动机。
技术实现思路
本专利技术的压缩燃烧发动机满足了上述需要。此外，本专利技术的压缩燃烧发动机满足 了这些需要且同时提供了这种发动机要在航空环境中令人满意地运行所必需的下列特性。 1.燃烧室的压力感测（CCPS)可被集成至航空柴油发动机管理（本专利技术的控制系 统）以实现理想的闭环注入系统（也可以是开环的），其将能够补偿在全世界范围内柴油/ 喷气燃料流中十六烷的变化。 2.通过用燃烧室的压力感测来观察燃烧事件，可实时地调整注入时机和脉冲宽度 以补偿燃料、大气和注入异常的变化。注入信号可被修改以对峰值气缸压力、幅宽和燃烧事 件的时机进行补偿和记时。 3.燃烧室的压力感测可用于通过确保所有气缸都传送同样的性能而平衡发动机 的动力输出。 4.燃烧室的压力感测也可用于允许从每个气缸获得的最大发动机性能，而不会超 过可导致发动机损坏的极限。 5.燃烧室的压力感测可通过使所产生的总扭矩信号不与已知的系统的自然频率 (作为一个单元的发动机、变速器和螺旋桨的自然频率）发生共振的方式结合气缸各自 的贡献。这种失调与可能以其他方式导致共振的谐波干扰相关。 6.燃烧室的压力感测可用作预测性维护工具以确定注入器的降级并警告飞行员 即将发生的故障、压缩试验或弱气缸性能。由于当前（现有技术）的系统方法为提供与提 供一定量燃料相关联的电信号，因此对注入器和/或燃料供给的机械降级引起的传送差异 没有相关规定。 7.燃烧室的压力感测可通过闭环或开环的方式与注入系统相集成以使可激发螺 旋桨系统共振的有害的发动机功率最小化。其可用于检查气缸供给的压力信号的谐波 含量。 8.多脉冲策略可与CCPS数据结合使用以确定与发动机谐波和结构强度相适应的 压力上升。燃烧室的压力感测可用于当接近发动机系统的潜在自然频率时改变扭矩签名。 9.使用CCPS数据，控制系统可被用于在现场于起飞前的试车期间计算飞机或 直升机发动机的指示平均有效压力（MEP)。MEP数据是发动机性能的最好指示且可用作 飞行计划的飞行员辅助。燃烧室的压力感测可由控制系统集成以确保足够的能量被拒绝 至涡轮增压器，从而维持低动力飞行和足够的增压压力水平。 10.燃烧室的压力感测可由控制系统集成以基于发动机的燃烧签名确定应何时切 换多脉冲策略。 11.燃烧室的压力感测可通过控制系统使用以在实时环境中确定轴承载荷，从而 避免发动机的损坏。 本专利技术涉及一种用于航空压缩燃烧驱动总成的控制系统，所述航空压缩燃烧驱动 总成具有发动机构件、变速器构件和螺旋桨构件，所述控制系统包括用于感测所述发动机 构件的多个压缩室中每一个的压力参数的传感器，所述传感器用于将所感测的压力参数提 供至控制系统装置，所述控制系统装置具有使所选的发动机控制起作用的多个控制程序， 且所述控制系统装置作用于所感测的压力参数以使得控制策略在所述发动机构件中起作 用。本专利技术还涉及一种控制方法。 【附图说明】 图1为被安装在试验台上的本专利技术的航空压缩燃烧驱动总成的立体图； 图2为示出注入脉冲策略在压缩室中如何影响压力发展的图示； 图3为从被联接至本专利技术的航空压缩燃烧驱动总成的发动机的燃烧室压力传感 器获得的压力数据的图示； 图4为降级的注入器和右侧正常运行的注入器的照片描述； 图5为通过傅立叶分析进行的各个气缸的谐波分解的图形描述； 图6为示例性飞机驱动线的弹簧质量表示； 图7为铝制螺旋桨叶片的一阶弯曲模式的描述； 图8为简化的柴油机循环图； 图9为用于降落中的发动机控制的流程图； 图10为用于连杆轴承的示例性结合的惯性和气体加载的图； 图11为本专利技术的发动机和控制系统的示意图； 图12为示出十六烷值（CN)如何影响压力上升的图形表示； 图13为使用压力信号以在时域中确定其质心偏移的图形表示； 图14为具有可能是基于CCPS反馈环的注入策略变化的三个校准的燃料中十六烷 的图形表不； 图15为使用CCPS检查最大压力以及十六烷导致的压力速率变化的阈值极限以确 定异常燃烧的描述； 图16为十六烷对点火延迟和峰值气缸压力的影响的图形表示； 图17为用于大致估计点火正时偏移的质心方法的图形表示； 图18为用于低动力设置的注入策略的流程图； 图19为用于控制系统软件中CCPS数据集成的流程图； 图20为图19所示流程图的功能描述； 图21为使用用于曲轴传感器的速度反馈进行的基于驱动系频率的注入策略修改 的流程图； 图22为使用源自联接扭矩传感器的扭矩反馈进行的基于驱动系频率的注入策略 修改的流程图； 图23为发动机控制策略中连接多脉冲注入气缸的压力发展的图形描述； 图24为使用CCPS检测注入器故障的图形描述； 图25为具有CCPS设备消除猜测的EPS计算的IMEP(燃气马力）的图形描述； 图26为在启动过程中使用CCPS在所有的气缸上进行压缩试验的图形描述；以及 图27为用于确定是否可能存在共振的发动机燃烧特征的图形表示。 【具体实施方式】 本专利技术的压缩燃烧驱动总成大致用图1中的100表示且包括发动机构件102、传动 构件104和螺旋桨106,且在该特定实例中，螺旋桨106具有三个叶片108。 使用燃烧室压力感测（CCPS)已允许发动机构件102的控制系统（下面将进行详 细描述）得以发展，从而通过集成开/闭环燃料注入控制而解决特定于航空柴油发动机领 域的许本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航空压缩燃烧驱动总成的控制方法，所述航空压缩燃烧驱动总成具有发动机构件、变速器构件和螺旋桨构件，所述控制系统包括：感测所述发动机构件的多个压缩室中每一个的压力参数；将所感测的压力参数提供至控制系统装置；将多个控制程序提供至所述控制系统装置；以及所述控制系统装置作用于所感测的压力参数以使得控制策略在所述发动机构件中起作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.05 US 61/543,6241. 一种用于航空压缩燃烧驱动总成的控制方法，所述航空压缩燃烧驱动总成具有发动 机构件、变速器构件和螺旋桨构件，所述控制系统包括： 感测所述发动机构件的多个压缩室中每一个的压力参数； 将所感测的压力参数提供至控制系统装置； 将多个控制程序提供至所述控制系统装置；以及 所述控制系统装置作用于所感测的压力参数以使得控制策略在所述发动机构件中起 作用。2. 根据权利要求1所述的控制方法，包括通过影响至少一个燃料喷射器的操作而在所 述发动机构件中实施所述控制策略。3. 根据权利要求2所述的控制方法，包括影响至少一个燃料喷射器的燃料脉冲正时。4. 根据权利要求2所述的控制方法，包括影响至少一个燃料喷射器的燃料脉冲持续时 间。5. 根据权利要求2所述的控制方法，包括影响至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·M·温泽尔，迈克尔·J·福斯，
申请(专利权)人：工程推进系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US