專利名稱：航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航空活塞發(fā)動機渦輪增壓技術，具體涉及到航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器的防喘振技術。
背景技術：
航空活塞發(fā)動機廣泛應用于小型軍民用航空飛行器，包括小型通用飛機、軍用或民用無人機等，并朝著中高空長航時的方向發(fā)展。隨著飛行海拔高度升高，大氣壓力下降，空氣密度減小，空氣中含氧量降低，平均氣溫下降，這些環(huán)境條件對飛機發(fā)動機提出了特殊的要求。特殊環(huán)境對內燃機動力性和經(jīng)濟性產(chǎn)生一定影響過量空氣系數(shù)下降，動力性能和經(jīng)濟性能變差，熱負荷增加；空氣密度低，冷卻系統(tǒng)散熱能力下降，冷卻水沸點降低使得熱負荷增加。對于高空作業(yè)的飛機來說，需要采用增壓技術對發(fā)動機進行功率恢復。廢氣渦輪增壓器廣泛應用于航空活塞發(fā)動機增壓。渦輪增壓器的基本原理是壓 氣機與渦輪同軸相連，構成渦輪增壓器，排氣沖程排出高能量廢氣，推動渦輪轉動，而渦輪與壓氣機為同軸設計，這樣渦輪轉動的同時就會帶動壓氣機轉動，進而實現(xiàn)進氣增壓。渦輪增壓器的質量和尺寸相對發(fā)動機而言都很小，增壓可以使發(fā)動機在總質量和總體積基本不變的條件下，輸出功率得到提高，高空稀薄空氣條件下功率得到恢復。壓氣機是廢氣渦輪增壓器的重要組成部分，空氣經(jīng)過壓氣機的進氣道，以一定的初速度進入壓氣機的葉輪，在葉輪通道內吸收機械能，使壓力和速度有較大提高，進入擴壓器后壓力進一步升高，達到增壓的目的。在一定的轉速下，當壓氣機的氣體流量減小到一定程度時，氣體就會在葉輪或者擴壓器入口處出現(xiàn)邊界層分離現(xiàn)象，導致氣體回流。分離渦流迅速擴展到壓氣機通道的其他部分，氣流出現(xiàn)強烈的振蕩，引起工作輪葉片的強烈振動，并產(chǎn)生很大的噪聲，這一現(xiàn)象稱為壓氣機的喘振。把出現(xiàn)喘振的工作點稱為喘振點，對應的流量稱為喘振流量，每一個轉速下都有一個喘振點。喘振屬于壓氣機的不穩(wěn)定工作現(xiàn)象，在實際工作中應避免喘振的發(fā)生。但與此同時，壓氣機的高效率點卻在喘振點附近，希望壓氣機工作在高效率區(qū)。因此，使壓氣機工作范圍寬廣，效率高，避免喘振，是渦輪增壓器設計的重點內容之一。避免壓氣機喘振的一種有效措施是設置增壓器喘振控制裝置。在沒有增壓器喘振控制裝置的情況下，通過壓氣機的空氣流量與發(fā)動機所需進氣流量相等，當壓氣機工作在某一轉速下時，若發(fā)動機所需進氣流量過小，有可能導致壓氣機發(fā)生喘振。如果設置增壓器喘振控制裝置，通過壓氣機的空氣流量不必與發(fā)動機所需進氣流量相等。當壓氣機工作在某一轉速下時，若發(fā)動機所需進氣流量過小，有可能導致壓氣機發(fā)生喘振時，通過增壓器喘振控制裝置放掉從壓氣機流出的一部分空氣流量，這樣既避免了壓氣機發(fā)生喘振，也滿足了發(fā)動機的流量需求。航空活塞發(fā)動機工作環(huán)境變化寬廣，可靠安全要求苛刻，需要增壓器喘振控制裝置控制精確、工作可靠，同時要求結構簡單，體積重量小。但現(xiàn)有增壓器喘振控制裝置難以同時滿足這些要求。如專利號97244289. 8的渦輪增壓器防喘振閥，結構較為復雜，拆裝難度較高。申請?zhí)?00720050229. I的防喘振閥，結構雖進一步簡化，但難以實現(xiàn)精確控制。申請?zhí)?01010550599. 8的防喘振裝置，采用了比例閾值控制方式，但放氣閥只包括開啟狀態(tài)和閉合狀態(tài)，難以實現(xiàn)精確的連續(xù)調節(jié)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有渦輪增壓器喘振控制裝置的不足，提供一種航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，包括流量調節(jié)閥、負壓調節(jié)電磁閥、真空源、電子控制器，所述流量調節(jié)閥通過負壓管與負壓調節(jié)電磁閥相連，所述負壓調節(jié)電磁閥通過信號線與電子控制器相連，所述負壓調節(jié)電磁閥通過管路與真空源連接。 所述流量調節(jié)閥包括閥蓋、柱塞、復位彈簧和墊片。所述閥蓋的一端接負壓管，另一端安裝柱塞，柱塞可在閥蓋中滑動。所述復位彈簧的一端壓在閥蓋下端，另一端壓在柱塞上。所述墊片固定在柱塞下端。所述柱塞中空，并在靠近墊片的一端留有節(jié)流孔。所述負壓調節(jié)電磁閥有兩個氣動接口，其一接口通過負壓管與所述流量調節(jié)閥相連，另一氣動接口通過管路與所述真空源連接。所述流量調節(jié)閥具有柱塞位置信號輸出端口，所述柱塞位置信號輸出端口與電子控制器相連，實現(xiàn)反饋調節(jié)。所述流量調節(jié)閥安裝在進氣管和出氣管之間，所述進氣管連接壓氣機出氣口，所述出氣管連接壓氣機進氣道。通過調整負壓調節(jié)電磁閥的脈寬調制驅動信號的脈沖占空比，改變負壓管與真空源的接通時間及由所述節(jié)流孔進入負壓管的空氣量，從而改變所述負壓管真空度，改變所述柱塞的位置，達到精確連續(xù)調節(jié)從所述進氣管進入到所述出氣管氣體流量的目的。所述真空源為發(fā)動機現(xiàn)有真空源，如發(fā)動機真空泵。


圖I為本發(fā)明的航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置結構示意圖。圖2為本發(fā)明的流量調節(jié)閥剖視結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明做更詳細的描述。如圖I所示，本發(fā)明航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，包括流量調節(jié)閥I、負壓調節(jié)電磁閥3、真空源4和電子控制器5構成，流量調節(jié)閥I通過負壓管2與負壓調節(jié)電磁閥3相連，負壓調節(jié)電磁閥3通過信號線6與電子控制器5相連，負壓調節(jié)電磁閥3通過管路與真空源4連接。如圖2所示，流量調節(jié)閥I包括閥蓋U、柱塞12、復位彈簧14和墊片13。閥蓋11的一端接負壓管2，另一端安裝柱塞12，柱塞12可在閥蓋11中滑動。復位彈簧14的一端壓在閥蓋11下端，另一端壓在柱塞12上。塾片13固定在柱塞12下端。柱塞12中空，并在靠近墊片13的一端留有節(jié)流孔15。
進氣管8連接壓氣機出氣口，出氣管9連接壓氣機進氣道。因此，在增壓器運行時，進氣管8中的氣體壓力高于出氣管9中的氣體壓力。進氣管8和出氣管9之間設置流量調節(jié)閥I。負壓調節(jié)電磁閥3有兩個氣動接口，其中一個接口通過負壓管2與流量調節(jié)閥I相連，另一氣動接口通過管路與所述真空源4連接。負壓調節(jié)電磁閥3的控制線圈與電子控制器5相連。當負壓管2與真空源4不接通時，節(jié)流孔15兩側不存在壓差，柱塞12在復位彈簧14的壓力作用下，克服進氣管8和出氣管9之間壓差，將墊片13壓緊在進氣管8上，進氣管8中的氣體將不能通過負壓調節(jié)電磁閥3進入到出氣管9中。即壓氣機的空氣流量將全部進入發(fā)動機。當負壓管2與真空源4接通時，由于進氣管8中的氣體壓力高于真空源4的壓力，進氣管8中的氣體將通過柱塞12端部的節(jié)流孔15流入到負壓管2。由于節(jié)流孔15的節(jié)流作用，節(jié)流孔15兩側存在壓差，并且壓力方向與復位彈簧的的壓力作用方向相反。當節(jié)流孔15兩側的壓差增加到一定程度時，就會克服復位彈簧14的壓力作用，使墊片13脫離進氣管8，進氣管8中的氣體將通過負壓調節(jié)電磁閥3進入到出氣管9中。即壓氣機的空氣流量將部分進入發(fā)動機，實現(xiàn)流量調節(jié)的作用。調整負壓調節(jié)電磁閥3的脈寬調制(Pulse Width Modulation, PWM)驅動信號的脈沖占空比，可以改變負壓管2與真空源4的接通時間，負壓管2與真空源4的接通時間越長，負壓管2中的壓力越低，節(jié)流孔15兩側的壓差越大，柱塞12的開啟程度越大，進氣管8 進入到出氣管9的氣體流量越大。反之亦然。這樣，通過調節(jié)PWM驅動信號的占空比，可以達到連續(xù)調節(jié)流量的目的。流量調節(jié)閥I具有柱塞位置信號輸出端口 7，柱塞位置信號輸出端口 7與電子控制器5相連，柱塞位置信號輸出端口 7將柱塞位置信號輸送給電子控制器5，實現(xiàn)反饋調節(jié)。電子控制器5根據(jù)柱塞位置信號和PWM驅動信號實現(xiàn)閉環(huán)控制，實現(xiàn)精確控制。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明控制精確、工作可靠，能夠有效避免渦輪增壓器喘振。
權利要求
1.一種航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，包括流量調節(jié)閥、負壓調節(jié)電磁閥、真空源、電子控制器，其特征在于，所述流量調節(jié)閥安裝在進氣管和出氣管之間，所述進氣管連接壓氣機出氣口，所述出氣管連接壓氣機進氣道，所述流量調節(jié)閥通過負壓管與負壓調節(jié)電磁閥相連，所述負壓調節(jié)電磁閥通過信號線與電子控制器相連，所述負壓調節(jié)電磁閥通過管路與真空源連接，通過改變負壓管與真空源的接通時間，達到精確連續(xù)調節(jié)從所述進氣管進入到所述出氣管氣體流量的目的。
2.根據(jù)權利要求I所述的航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，其特征在于，所述流量調節(jié)閥包括閥蓋、柱塞、復位彈簧和墊片，所述閥蓋的一端接負壓管，另一端安裝柱塞，柱塞可在閥蓋中滑動，所述復位彈簧的一端壓在閥蓋下端，另一端壓在柱塞上，所述墊片固定在柱塞下端，所述柱塞中空，并在靠近墊片的一端留有節(jié)流孔。
3.根據(jù)權利要求2所述的航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，其特征在于，所述流量調節(jié)閥具有柱塞位置信號輸出端口，所述柱塞位置信號輸出端口與電子控制器相連，實現(xiàn)反饋調節(jié)。
4.根據(jù)權利要求23中任一項所述的航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，其特征在于，通過調整負壓調節(jié)電磁閥的脈寬調制驅動信號的脈沖占空比，改變從所述節(jié)流孔進入所述負壓管的空氣量，進而改變所述柱塞位置。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器防喘振控制裝置，其特征在于，所述真空源為發(fā)動機真空泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器的防喘振控制裝置，包括流量調節(jié)閥、負壓調節(jié)電磁閥、真空源、電子控制器，所述流量調節(jié)閥通過負壓管與負壓調節(jié)電磁閥相連，所述負壓調節(jié)電磁閥通過信號線與電子控制器相連，所述負壓調節(jié)電磁閥通過管路與真空源連接。所述流量調節(jié)閥包括閥蓋、柱塞、復位彈簧和墊片。所述閥蓋的一端接負壓管，另一端安裝柱塞，柱塞可在閥蓋中滑動。所述復位彈簧的一端壓在閥蓋下端，另一端壓在柱塞上。所述墊片固定在柱塞下端。所述柱塞中空，并在靠近墊片的一端留有節(jié)流孔。本發(fā)明控制精確、工作可靠，能夠有效避免渦輪增壓器喘振。
文檔編號F02B37/16GK102748123SQ20121021716
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權日2012年6月27日
發(fā)明者丁水汀, 張奇, 曹嬌坤, 杜發(fā)榮, 閔敏 申請人:北京航空航天大學