小型二冲程航空汽油机电控系统研究.pdf

第41卷第1期
小型内燃机与摩托车
2012年2月
SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE
Feb.2012
小型二冲程航空汽油机电控系统研究
黄健曹占国
(南京模拟技术研究所江苏南京210016)
摘要:研究设计了无人机用小型二冲程汽油机电控系统,重点介绍了其燃油喷射系统。在HT5发动
机电控单元开发平台上设计了发动机的控制策略,并对控制策略进行了硬件在环仿真试验,验证了控制
策略的有效性,实现了电控单元对航空汽油机的有放控制。
关键词:航空汽油机电控单元控制策略
中图分类号:TK413.83
文献标识码:A
文章编号:1671-0630(2012)01-0056-04
The Electrical Control Unit Research of Small Two
Stroke Aeronautics Gasoline Engine
Huang Jian Cao Zhanguo
lanjing Research Institute of Simulation Technology (Nanjing, Jiangsu, 210016, China)
Abstract The electrical control system of a small two-stroke gasoline engine for Unmanned Aerial Vehicle
( UAV) is studied. The fue] injection system is introduced particularly. The engine control strategy was de
signed on the HT5 platform. And in accordance with the engine control strategy, hardware-in-the-loop-simula-
tion testing was performed. The test results show the validity of the control strategy. So the electrical control u
nit can be used to control the engine effectively
Keywords: Aircraft gasoline Engine, Electrical control unit, Control strategy
统,以实现发动机不同工况下对空燃比和点火提前角
小型二冲程航空汽油发动机具有体积小、比重量的精确控制,提高发动机的动力性和经济性,增加无人
轻、升功率高、结构简单、使用维护方使等优点,特机的续航时间。
别适用于小型无人机、超轻型飞机及动力翼伞等飞行1发动机电控系统的组成
器的应用。目前传统二冲程航空汽油机多采用化油器
首先根据当前车用汽油机电喷系统的组成,结合
式燃油供给系统,这种供油系统的燃油雰化效果差,且CYS-350发动机原机结构特点,并进行了各传感器的
不能根据海拔高度、大气温度和压力等环境因素的变标定试验、喷油器的流量特性试验及各传感器、执行器
化精确控制空燃比的大小,进而导致了发动机的动力的安装位置验证试验,最终采用喷油压力为300kPa的
性和经济性变差。
节气门单点喷射?方式。系统开发是在HT5发动机
本文针对一台用于某型无人机的CYS-350型双电控单元开发平台上进行的,试验系统组成如图
缸对置风冷二冲程汽油机,采用进气道电控单点汽油所示。
喷射系统代替其膜泵式 Tilotson HR197A型化油器供
由图1可知,电动燃油泵将燃油从油箱中泵出,经
油系统,并将无触点磁电机点火系统改为电控点火系过燃油滤清器除去杂质和水分后,送至油轨中,燃油轨
作者简介:黄健(1978-),男,硕士,主要研究方向为无人飞机的再生航电系统。
万方数据
第1期
黄健等:小型二冲程航空汽油机电控系统研究
主控变量(曲轴位置俊盛器、节气门位置传感器)
获得最优的控制量并进行输出(“?。根据小型无人机
修正变量(进气压力温度传感器、大气压力温度
传感器、宽域氧传感器
发动机的使用情况,本控制系统将发动机工况分成起
动工况、运行工况(爬升工况、巡航工况和俯冲工况)
电动燃油泵控制
电控单元(HTS发动
及停机工况。
燃油滤清器
机电控单元开发平台)
燃油C
2.1起动工况
油轨
箱」调压器
由于起动过程转速波动大,速度一开度法得到的
喷油控
进气量信号有很大的误差,不能以节气门开度作为喷
点火控制
油量的计算依据,而是按预先给定的起动程序来进行
喷油控制。电控单元根据转速传感器信号,判定发动
机是否处于起动状态。当起动开关接通,且发动机转
速低于某一转速时,电控单元按发动机的进气温度和
起动转速计算出一个固定的喷油量,这一喷油量能使
图1发动机电喷系统组成示意图
发动机获得顺利起动所需的混合气浓度。
2.2运行工况
兼有蓄压与分配的作用,它与喷油器相连,喷油器根据
电控单元的指令开启,将适量的燃油喷射至进气道内
在稳态运行工况阶段,电控单元对空燃比采用闭
待进气行程时再进人气缸形成可燃混合气。燃油轨上
”环控制,是在排气管中加装一个排气宽域氧传感器,
装有压力调节阀以保持燃油轨中的压力稳定,并将多
及时检测排气中的氧含量并将该信号反馈给ECU,如
余的燃油送回油箱。这种进气道喷射方式工作中保持
图2所示,目标空燃比通过发动机转速和大气压力
燃油轨内的燃油压力恒定非常重要,因为喷油器喷出
(海拔高度)组成的MAP进行查询。对燃油控制系统
的油量不仅与电磁阀通电时间长短,即喷油器开启时
采用闭环控制,使其控制精度高于开环控制,而且还可
间(喷油脉宽)有关,还与喷油器喷孔内外的压差有
以补偿同一型号各台发动机之间的性能差异。
关,若想通过电控单元仅改变喷油脉宽的方法来控制
目标空燃比电控单元油发动
喷油量就必须保持喷孔内外压力差为定值,油轨一侧
装有压力调节阀?。
宽域氧传感器
HI5开发平台采用MC9S12XEPl00芯片作为控
图2空燃比闭环控制框图
制单元的主芯片,该芯片是 Freescale公司专门用于小
无论是开环控制还是闭环控制,在计算油量时,
型发动机控制的产品,设置它的总线时钟为40MH,都要考虑进气压力、温度、大气压力及其他因素的影
它具有一个实时中断和看门狗,1MB的 PFLASH,两路响,进行必要的修正。故总喷油量等于由转速和节气
SC,.3路SPI,5路CAN,8通道增强型定时器ECT,16门开度査表得到的基本喷油量加上修正油量。另外还
路支持8位10位、12位分辨率的2个16通道的AD要设计发动机各个工况下的最小油量和最大油量,以
及各I0资源口,其资源完全满足发动机电控单元的数保证发动机的正常运行。
据采集及执行器驱动要求。
2.3停机工况
2电控系统的控制策略
在停机工况,发动机控制器接收无人机飞控系统
电控系统中的控制策略是指电控单元用来使电控的停机命令后,发动机停止点火喷油。无人机的回收
系统按预