[发明专利]一种微小型涡轮喷气发动机的控制装置及其起动控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种发动机的控制装置及其起动控制方法，具体的说，是指一种测量微小型涡轮喷气发动机的控制装置及其起动控制方法，属于航空发动机燃油控制技术领域。

背景技术：

航空发动机控制装置的工作目的就在于使其在任何环境条件和任何工作状态下都能稳定、可靠地运行，并且充分发挥其性能效益。传统的涡轮喷气发动机大多数采用机械液压式的控制装置，其执行机构采用的是电液伺服阀控制随动活塞的压差来改变油泵斜盘倾角，随着科学技术的进步，步进电机开始用于执行机构控制油阀开度，以达到控制供油量的作用。但其执行机构仍都需采用油阀和油泵相互配合才能达到控制供油量的目的。这些控制装置结构复杂、成本高、稳定性差、可靠性低、发动机敏感参数难以达到理想值。传统的控制装置难以满足微小型涡轮喷气发动机的要求。所以设计出简单、精确控制发动机各工况的控制装置及满足微小型涡轮喷气发动机特性的起动控制方法对提高发动机性能十分重要。

发明内容：

基于上述原因，本发明公开一种微小型涡轮喷气发动机控制装置及其起动控制方法。其控制装置使用电子控制单元(以下简称ECU)输出脉宽调制信号(以下简称PWM)控制燃油齿轮泵的转速，从而完成控制供油量的目的。由于燃油齿轮泵的使用，使执行机构与其它控制装置相比结构上大大简化，易于操作，提高了控制性能的可靠性。其起动控制方法采用电机起动，然后通入丙烷气使发动机转速迅速升高到指定转速，再通入燃油经油气混合燃烧到充分燃烧过程使发动机达到预期转速。整体解决了传统微小型涡轮喷气发动机控制装置结构复杂、可靠性能差、发动机起动困难、起动不稳定等缺点。

本发明的一种微小型涡轮喷气发动机的控制装置，包括采集发动机转速的转速传感器、采集排气温度的温度传感器、启动运行的开关控制器、发动机完成起动慢车后的油门控制器、对电池电压进行监测的电源保护器、对整个运行状态进行控制的ECU、以及起动电机、热火塞、丙烷气阀、燃油保护阀、燃油齿轮泵。其中起动电机、热火塞、丙烷气阀、燃油保护阀、燃油齿轮泵构成执行机构，发动机起动控制的不同时刻起动不同的执行器；而ECU又包括数字信号调理电路、电平转换电路、模拟信号调理电路、放大滤波电路、单片机(以下简称MCU)和功率驱动电路。其转速传感器输出端经数字信号调理后的PWM输出至MCU；其开关控制器输出端经电平转换输出后的PWM输出至MCU；其温度传感器的输出端经放大滤波后的电压信号输出至MCU；其油门控制器输出端经模拟信号调理后的电压信号输出至MCU；MCU接受信号后进行处理，经功率驱动输出PWM控制起动电机、热火塞、丙烷气阀、燃油保护阀、燃油齿轮泵，精确的调节发动机的供油量，从而完成整个微小型涡轮喷气发动机起动状态、最大工作状态、慢车状态、加减速工作状态的控制。

所述的微小型涡轮喷气发动机的控制装置，其燃油齿轮泵由燃油齿轮泵电机、主动齿轮、从动齿轮、主动轴、从动轴组成。MCU通过PWM控制燃油齿轮泵电机的转速，使得燃油齿轮泵电机带动安装于主动轴上的主动齿轮转动，从动齿轮随主动齿轮转动而转动，使得燃油齿轮泵进油口的流量随主动齿轮和从动齿轮转速的变化而变化，从出油口流出涡轮喷气发动机所需的油量。燃油齿轮泵同时完成了建立油压和调节油量的功能，调节燃油齿轮泵转速直接实现了油量的精确调节。

所述的微小型涡轮喷气发动机的控制装置，其燃油保护阀安装在涡轮喷气发动机和燃油齿轮泵之间的供油通路上，当燃油齿轮泵工作状态出现错误或者失去控制时，可以及时地关闭油路，对油路和涡轮喷气发动机起到及时监控和安全保护作用。

所述的微小型涡轮喷气发动机的控制装置，其燃油滤清器安装在油箱和燃油齿轮泵之间供油通路上，有效滤除发动机燃油系统中的有害颗粒和水份，保护燃油齿轮泵、减少磨损、避免堵塞。

所述的微小型涡轮喷气发动机的控制装置，其丙烷气阀在发动机起动过程中工作，最初丙烷气阀呈脉动开启状态，控制丙烷气流量来调节丙烷气和发动机燃烧室内空气浓度比例，以保证丙烷气点火燃烧，可靠燃烧后丙烷气阀呈全开状态。丙烷气阀完成对流入发动机的丙烷气流量进行调节控制和安全保护的作用，为发动机的起动提供足够能量。

所述的微小型涡轮喷气发动机的控制装置，其电源保护器起到了欠压保护和过流保护的作用，对系统进行报警或指示，同时为整个系统供电。

所述的微小型涡轮喷气发动机的起动控制方法，其起动过程主要分为四个步骤：

第一步，打开起动电机，由起动电机拖动发动机，这时发动机转子转速迅速提高，提高到一定转速之后，就关闭起动电机，同时脉动式开启丙烷气阀门，然后起动热火塞开始点火，确定点火成功之后，丙烷气阀全部开启，同时关闭热火塞。