多燃料航空重油发动机旋流扫气系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及适用于多燃料航空重油发动机旋流扫气系统及控制方法，包括气缸、扫气口、排气口、扫气泵、涡轮增压器、电子控制器、节气门位置传感器、压力传感器、流量传感器、转速传感器、大气压力传感器和桨距传感器。所述扫气口至少有一个扫气口，所述扫气口侧边缘与直径小于缸径的同心圆相切，或者分组分别与数个不同直径的同心圆相切。通过预先标定，对于适用燃料、螺旋桨桨距、海拔高度和发动机节气门位置，形成扫气泵最优转速图谱族。发动机实际工作中，根据传感器信号给定扫气泵转速的目标值，由电子控制器进行对所述扫气泵进行反馈调节。

【技术实现步骤摘要】
多燃料航空重油发动机旋流扫气系统
本专利技术涉及航空活塞发动机领域，具体涉及到一种航空重油发动机旋流扫气系统及控制方法。
技术介绍
在轻型通用飞机及中小型无人机的动力装置中，航空活塞发动机占据着统治地位。传统的航空活塞发动机一般以汽油为燃料，但随着社会需求发展，其发展受到极大限制。一方面，随着原油价格上升以及石油炼制成本上升，航空汽油价格变得高昂；另一方面，军事领域为了降低物流成本和安全风险，倾向采用航空煤油作为活塞发动机燃料。这些情况造成传统航空活塞汽油机使用受限，使得以柴油、航空煤油、生物柴油为燃料的压燃式多燃料二冲程航空重油活塞发动机成为中小型航空器替代动力装置之一。扫气过程是二冲程发动机工作过程的关键部分之一，扫气过程极大地影响了进入发动机新鲜充量的质量和缸内气流组织，影响发动机的燃烧品质及整体性能指标。按照气流在气缸内的流动形式可分为以下基本类型：(1)横流扫气方式，即扫气口与排气口对置，扫气气流由扫气口进入气缸后，横越过气缸轴线，经排气口排出，缺点是扫气易短路溢出，扫气效率较低；(2)回流扫气方式，扫气气流先横越气缸轴线至排气口对侧的半个气缸内，而后再折回气缸轴线驱赶废气自排气口排出，扫气呈回线状流动；(3)直流扫气方式，分为气口-气门式和对置活塞式两种，扫气口与排气门(口)分别布置在气缸两端，扫气在缸内形成涡流，沿气缸轴线排出废气，扫气流动沿气缸轴线是单向的。直流扫气短路损失少，扫气效率高。目前，回流扫气方式和直流扫气方式应用较为广泛。如专利CN102996227A公开了一种对置活塞式二冲程发动机，属于直流扫气方式；又如专利CN103573383A公开了一种带有扫气通路的二冲程发动机，属于回流扫气方式；又如专利CN103291448A公开了一种自由活塞内燃发电机回流扫气系统气口参数设计方法，面向于回流扫气方式。但是，上述装置及方法对于多燃料航空重油发动机具有一定局限性，不能充分适应多燃料航空重油发动机的工作需求。首先，由于多燃料航空重油发动机采用非预混燃烧，一般需要适当的进气涡流提高燃料雾化及燃烧品质。其次，由于柴油、航空煤油、生物柴油的燃料物理性质不同，因此，不同燃料所需的最佳进气涡流涡流比也不同。再次，对于航空应用，发动机必须尽量降低装置重量，提高功重比，同时降低装置的复杂程度。最后，多燃料航空重油发动机必须适应螺旋桨的速度负载特性，且符合高度特性需求。综合以上需求及基本扫气方式的特点，横流扫气方式和回流扫气方式均无法产生进气涡流，而直流扫气方式则需增加气门或者活塞，增加了装置重量及复杂程度。因此，需要针对多燃料航空重油发动机提出相应的扫气方式、扫气系统及控制方法，以满足发动机性能指标的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于多燃料航空重油发动机旋流扫气系统及控制方法，为实现上述目的，本专利技术采用以下系统装置和控制方法。本专利技术的系统装置，包括气缸、扫气口、排气口、扫气泵、涡轮增压器、电子控制器、节气门位置传感器、压力传感器、流量传感器、转速传感器、大气压力传感器和桨距传感器。所述扫气口经进气管与所述扫气泵的出气口相连，所述扫气泵的进气口经进气管与所述涡轮增压器的压气机相连，所述排气口经排气管与所述涡轮增压器的涡轮相连。所述节气门位置传感器、所述压力传感器、所述流量传感器、所述转速传感器、所述大气压力传感器和所述桨距传感器所测得的信号经信号线传至所述电子控制器，所述电子控制器发出控制信号控制扫气泵转速。所述扫气口和所述排气口位于气缸远离缸盖的一端。所述扫气口至少有一个扫气口，所述扫气口上边缘与缸壁(或气缸轴线)所成的锐角夹角小于70度，所述扫气口侧边缘与直径小于缸径的同心圆相切，或者分组分别与数个不同直径的同心圆相切。所述排气口上边缘与缸盖的距离小于所述扫气口上边缘与缸盖的距离。所述扫气泵为罗茨泵，通过调节所述扫气泵的转速控制流经所述扫气泵的流量。流经所述扫气泵的流量随着所述扫气泵的转速增加而增加。所述扫气泵的转速由电子控制器进行反馈调节。本专利技术的控制方法，首先，所述电子控制器通过对所述节气门位置传感器、所述压力传感器、所述流量传感器、所述转速传感器、所述大气压力传感器和所述桨距传感器所测得的信号进行处理，得到节气门位置信号、增压器出口压力信号、增压器出口流量信号、发动机转速信号、大气压力及海拔高度信号和螺旋桨桨距信号。然后，通过扫气泵转速计算方法给定扫气泵转速的目标值，由电子控制器进行对所述扫气泵进行反馈调节。所述扫气泵转速计算方法，对于某种适用燃料,在给定的螺旋桨桨距、海拔高度条件下，通过预先试验，在发动机的转速范围内预先标定出发动机节气门位置及扫气泵最优转速，形成一组扫气泵转速图谱；依次改变螺旋桨桨距、海拔高度，形成扫气泵转速图谱族。对于不同燃料时,形成相应的扫气泵转速图谱族。在发动机工作前，调取相应燃料的扫气泵转速图谱族。在发动机工作过程中，通过接受节气门位置信号、大气压力及海拔高度信号和螺旋桨桨距信号,对扫气泵最优图谱族插值处理，得到扫气泵转速的目标值。附图说明图1为本专利技术的多燃料航空重油发动机旋流扫气系统示意图。图2为本专利技术的气口结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本专利技术做更详细的描述。本专利技术的系统装置，包括气缸1、扫气口3、排气口2、扫气泵4、涡轮增压器5、电子控制器6、节气门位置传感器7、压力传感器8、流量传感器9、转速传感器10、大气压力传感器11和桨距传感器12。所述扫气口3经进气管与所述扫气泵4的出气口相连，所述扫气泵4的进气口经进气管与所述涡轮增压器5的压气机相连，所述排气口2经排气管与所述涡轮增压器5的涡轮相连。所述节气门位置传感器7、所述压力传感器8、所述流量传感器9、所述转速传感器10、所述大气压力传感器11和所述桨距传感器12所测得的信号经信号线传至所述电子控制器6，所述电子控制器6发出控制信号控制扫气泵4转速。所述扫气口3和所述排气口2位于气缸1远离缸盖的一端。所述扫气口3至少有一个气口，所述扫气口3上边缘与缸壁(或气缸1轴线)所成的锐角夹角小于70度，所述扫气口3侧边缘与直径小于缸径的同心圆相切，或者分组分别与数个不同直径的同心圆相切。所述排气口2上边缘与缸盖的距离小于所述扫气口3上边缘与缸盖的距离。当活塞下行至排气口2上边缘时，排气口2打开，缸内高温高压废气经排气口2排出，缸内压力下降。当活塞下行至扫气口3上边缘时，扫气口3打开，新鲜充量经扫气口3进入气缸1。由于所述扫气口3侧边缘与直径小于缸径的同心圆相切，扫气气流在气缸1内外围形成扫气涡流。同时由于扫气口3上边缘与缸壁(或气缸1轴线)所成的夹角，所述扫气涡流在气缸1内外围流向缸盖方向流动。进入缸内的新鲜充量迫使废气继续通过排气口2排出，同时，由于此时扫气涡流只存在于气缸1内外围区域，因此在气缸1中心区域形成高浓度中心废气区域。扫气涡流在抵达缸盖前，受壁面约束作用，扫气涡流向气缸1中心聚集，并同时向排气口2流动，此时，扫气涡流推动中心废气区域的高浓度废气向排气口2排出。缸内扫气气流的流动形式呈现双向的旋流流动，这样，在扫气过程中，形成了进气涡流。根据双向旋流流动的特性，最终的扫气效率决定于经过扫气口3进入气缸1的扫气气流流量，通过控制扫气气流流量，可以控制最终的扫气效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多燃料航空重油发动机旋流扫气系统，其特征在于,包括气缸、扫气口、排气口、扫气泵、涡轮增压器、电子控制器、节气门位置传感器、压力传感器、流量传感器、转速传感器、大气压力传感器和桨距传感器。所述扫气口经进气管与所述扫气泵的出气口相连，所述扫气泵的进气口经进气管与所述涡轮增压器的压气机相连，所述排气口经排气管与所述涡轮增压器的涡轮相连。所述节气门位置传感器、所述压力传感器、所述流量传感器、所述转速传感器、所述大气压力传感器和所述桨距传感器所测得的信号经信号线传至所述电子控制器，所述电子控制器发出控制信号控制扫气泵转速。所述扫气口和所述排气口位于气缸远离缸盖的一端。所述扫气口设有至少一个气口，所述扫气口上边缘与气缸轴线所成的锐角夹角小于70度，所述扫气口侧边缘与直径小于缸径的同心圆相切。所述排气口上边缘与缸盖的距离小于所述扫气口上边缘与缸盖的距离。

【技术特征摘要】
1.一种多燃料航空重油发动机旋流扫气系统，其特征在于，包括气缸、扫气口、排气口、扫气泵、涡轮增压器、电子控制器、节气门位置传感器、压力传感器、流量传感器、转速传感器、大气压力传感器和桨距传感器；所述扫气口经进气管与所述扫气泵的出气口相连，所述扫气泵的进气口经进气管与所述涡轮增压器的压气机相连，所述排气口经排气管与所述涡轮增压器的涡轮相连；所述节气门位置传感器、所述压力传感器、所述流量传感器、所述转速传感器、所述大气压力传感器和所述桨距传感器所测得的信号经信号线传至所述电子控制器，所述电子控制器发出控制信号控制扫气泵转速；所述扫气口和所述排气口位于气缸远离缸盖的一端；所述扫气口设有至少一个气口，所述扫气口上边缘与气缸轴线所成的锐角夹角小于70度，所述扫气口侧边缘与直径小于缸径的同心圆相切；所述排气口上边缘与缸盖的距离小于所述扫气口上边缘与缸盖的距离；所述多燃料航空重油发动机旋流扫气系统的控制方法具有如下步骤：(1)所述电子控制器通过对所述节气门位置传感器、压力传感器、流量传感器、转速传感器、大气压力传感器和桨距传感器所测得的信号进行处理，得到节气门位置信号、增压器出口压力信号、增...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁水汀，杜发荣，曹娇坤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11