[发明专利]一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法

权利要求书

1.一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统，其特征在于，包括ECU、风机系统、流道系统、加热系统和舵机组；

所述风机系统包括风机和变频器，风机通过变频器连接到ECU，由变频器控制风速的大小；

所述流道系统包括分别对发动机两缸进行独立温度控制的两套结构相同的流道单元；所述流道单元包括散热流道和加热流道，散热流道和加热流道上端通过一个Y型管共同连接到风机的出风口，下端通过另一个Y型管合流吹至发动机缸体；两发动机缸体上分别设有温度传感器，温度传感器连接到ECU；

所述加热系统包括设置在加热流道内的加热管，加热管通过继电器连接到ECU，根据缸体温度由继电器独立控制加热管的打开与关断；

所述舵机组包括两缸风量控制舵机和两流道风量控制舵机；两缸风量控制舵机的阀片设置在风机出风口处，根据对比两缸采集到的温度，实时改变缸体对应的流道单元的进风量；两流道风量控制舵机的阀片设置于散热流道和加热流道上端的Y型管处，用于控制散热流道和加热流道的进风量；

ECU根据温度传感器的检测温度和上位机对发动机设定的转速，通过模糊控制对变频器的频率输出、继电器的关断、舵机的位置输出进行控制。

2.根据权利要求1所述的二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统，其特征在于，所述ECU中设有模糊器、模糊推理机和解模糊器；

所述模糊器对输入量进行模糊量化处理，所述输入量为上位机中预设温度换算成的电压与温度传感器产生的电压信号作比较输出的电压差Ue，以及由实时电压差得到电压差变化量Uec；

所述模糊推理机根据预设的模糊规则制定模糊控制决策，并输出模糊决策；

所述解模糊器将模糊决策转化为被控器件的控制信号从而实现对其自动控制，所述控制信号包括变频器的频率输出、继电器的关断、舵机的位置输出。

3.根据权利要求1所述的二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统，其特征在于，所述温度传感器采用RTD热电阻传感器，每两个为一组，对角安装于发动机缸体后部挨近曲轴箱的散热片位置。

4.根据权利要求1所述的二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统，其特征在于，还包括连接到ECU的喷油器、点火系统和节气门。

5.一种根据权利要求1所述的二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：由温度传感器监测温度得到相应的实测电压，将上位机设定转速对应的温度转换为对应的设定电压，设定电压与实测电压相对比形成输入Ue；

S2：将当前时刻与上一时刻温度传感器电压相比较形成输入Uec；

S3：确定输出量y为：舵机控制、风机控制、加热管控制、节气门控制、喷油器控制；

S4：对输入量Ue、Uec和输出量y进行模糊量化处理；

S41：对输入量和输出量的状态进行描绘，使输入量和输出量大小以语言形式描述；

S42：将输入的精确量转换为模糊量：设定温差和温度变化率，输入基本论域，控制输出基本论域，再设定模糊子集论域；基本论域[a,b]到模糊子集论域[-n,n]的转换公式为：

S43：在离散化的精确量与表示模糊语言的模糊量之间建立关系，即确定论域中的每个元素对于各个模糊语言变量的隶属度；

S5：根据预设的糊控规则制定模糊控制决策，输出模糊决策；

S6：将模糊决策转化为具体可执行的精确决策，即被控器件的控制信号：用重心法将控制规则转化为具体的控制量化等级U，再通过以下公式得到实际的控制量：

其中，实际的控制量u的变化范围为[a,b]，量化等级为(-n,-n+1,…,0,…,n-1,n)。

6.根据权利要求5所述的管理方法，其特征在于，所述S41中，取输入量和输出量的模糊集合分别为{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB}和{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB}；其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，NO表示负零，PO表示正零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大；

所述S43中，精确量与模糊量之间的关系具体为：

(a)设目标温度为A，当前温度为B，对于输入量Ue的值模糊化如下：

NB:AB,Ue≥C₁

NM:AB,C₂≤Ue≤C₁

NS:AB,C₃≤Ue≤C₂

NO:AB,0℃≤Ue≤C₃

PO:AB,0℃≤Ue≤C₃

PS:AB,C₃≤Ue≤C₂

PM:AB,C₂≤Ue≤C₁

PB:AB,Ue≥C₁

其中C₁，C₂，C₃为作为参考的温度值，且0℃C₃C₂C₁；

(b)对于输入量Uec的值模糊化如下：

NB:Uec≥-ΔC₁

NM:-ΔC₂≤Uec≤-ΔC₁

NS:-ΔC₃≤Uec≤-ΔC₂

NO:0℃/s≤Uec≤-ΔC₃

PO:0℃/s≤Uec≤+ΔC₃

PS:+ΔC₃≤Uec≤+ΔC₂

PM:+ΔC₂≤Uec≤+ΔC₁

PB:Uec≥+ΔC₁

其中，+表示温度变化正增长，-表示温度变化负增长；ΔC₁，ΔC₂，ΔC₃为作为参考的温度变化值，且0℃ΔC₃ΔC₂ΔC₁；

(c)对输出量y模糊化如下：

PB:加热流道全开，散热流道全闭，加热管打开，风速设置为S₁，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽与当前MAP寻址值减少A₁％，点火定时为当前MAP寻址值+B₁；

PM:加热流道打开80％，散热流道打开20％，加热管打开，风速设置为S₁，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽与当前MAP寻址值减少A₂％，点火定时为当前MAP寻址值+B₂；

PS:加热流道打开50％，散热流道打开50％，加热管打开，风速设置为S₁，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽与当前MAP寻址值减少A₃％，点火定时为当前MAP寻址值+B₃；PO:加热流道打开30％，散热流道打开70％，加热管打开，风速设置为S₁，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽为当前MAP寻址值，点火定时为当前MAP寻址值；

NO:加热流道全闭，散热流道全开，加热管关闭，风速为预设值，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽为当前MAP寻址值，点火定时为当前MAP寻址值；

NS:加热流道全闭，散热流道全开，加热管关闭，风速为预设值+S₁，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽与当前MAP寻址值增加A₃％，点火定时为当前MAP寻址值+B₃；

NM:加热流道全闭，散热流道全开，加热管关闭，风速为预设值+S₂，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽与当前MAP寻址值增加A₂％，点火定时为当前MAP寻址值+B₂；

NB:加热流道全闭，散热流道全开，加热管关闭，风速为预设值+S₃，节气门为当前MAP寻址值，喷油脉宽与当前MAP寻址值增加A₁％，点火定时为当前MAP寻址值+B₁；

其中A₁A₂A₃，B₁B₂B₃。