相关申请的交叉引用
[0001] 本申请根据 35 U.S.C. 要求利益。 2018 年 4 月 17 日提交的美国临时专利申请第 62/658,989 号和 2018 年 8 月 30 日提交的美国临时专利申请第 62/725,117 号的第 119(e) 号,其全部内容均通过引用明确并入本文。
[0002] 本文提及的所有出版物、专利申请、专利或其他参考文献均通过引用整体并入。 本文提及的专利和科学文献确立了本领域技术人员可获得的知识。 此处引用的已授权专利、申请和其他出版物通过引用并入本文,其程度与每一个都具体且单独地指明通过引用并入的程度相同。 在不一致的情况下,以本公开为准。
发明领域
[0003] 本发明涉及燃烧器和喷气发动机。 更具体地,本发明涉及脉冲燃烧器和/或脉冲喷射发动机及其控制系统和操作方法。
发明背景
[0004] 典型的常规脉冲燃烧器(或无阀式脉冲喷气发动机)包括燃烧室、进气管、至少一个燃料喷射器、火花塞(或其他点火装置)和有时称为“ 排气管。” 燃烧室、进气管和排气管多呈圆柱形,长度和截面直径各不相同。 进气管和排气管的直径通常小于燃烧室的直径; 并且进气管的长度通常小于排气管的长度。 此外,排气管的直径可以从其连接到燃烧室的近端到其远端增加。
[0005] 发动机启动时,燃料和空气被引入燃烧室,火花塞或其他点火装置产生的火花点燃燃料-空气混合物。 随后的燃烧导致燃烧室中气体的温度和压力升高。 这些气体膨胀并从进气管和排气管的末端逸出到大气中。 逸出气体的高速和惯性导致燃烧室内部的压降,最终导致燃烧室中的负压。 该负压使进气管和排气管中的流体流动方向反转,并导致大气中的空气通过进气管被吸入燃烧室。 大气中的空气也被吸入排气管,但由于排气管的长度而没有到达燃烧室。 通过进气管到达燃烧室的新鲜大气与注入进气管或燃烧室的燃料混合。 燃烧室内的燃料-空气混合物然后在燃烧室中遇到来自先前燃烧事件的高温燃烧产物。 这些燃烧产物点燃新鲜的燃料-空气混合物以产生下一次燃烧事件。 因此,仅需要火花塞或其他点火装置来启动发动机操作而不需要维持发动机操作。 因此,一旦发动机启动,火花塞或其他点火装置就可以关闭。
[0006] 发动机的这一系列重复事件,即吸气、点火/燃烧和排气,构成了发动机的工作循环,或简称为“发动机循环”。 在发动机内部引起的由此产生的周期性压力振荡被称为“发动机压力循环”。 虽然每个发动机循环可能有离散的燃烧事件,但在许多情况下,燃烧过程不会在发动机循环中完全结束/结束。 结果,在发动机循环期间燃烧可能永远不会完全停止,而是导致在发动机循环期间在最大和最小燃烧强度之间振荡。 不管燃烧强度在发动机循环中的确切行为如何,燃烧强度的周期性变化或模式可称为“燃烧循环”。
[0007]脉冲燃烧器的所述工作循环的最终结果是从进气管和排气管的末端驱动间歇性气体射流,并且这些射流负责产生推力。 排气管通常会产生最大的推力,但进气管也会产生很大的推力。 为了利用这一点,通常转动排气管,使其远端指向与进气管远端相同的方向(反之亦然)。 这使脉冲燃烧器具有“U 形”。 注意到这一点,脉冲燃烧器可以有多种形式。 例如,有的有多个进气口,有的进气口与排气管垂直。 尽管如此,所有这些实施例都具有相同的工作原理。
[0008] 刚刚描述的系统可以用作用于加热或用于喷气推进/推力产生的燃烧器。 这种脉冲燃烧器的优点包括能够吸入新鲜空气并在没有任何外部机械或移动部件的情况下维持运行。 当用于推力产生时,脉冲燃烧器通常被称为“脉冲喷射”或“脉冲喷射”发动机。 脉冲喷气发动机历史悠久,在上个世纪被用于推动多种不同的飞机。
[0009] 脉冲燃烧器的特点是易于生产、操作简单、重量轻且没有活动部件。 然而,这些设备的重要历史限制包括高噪音和振动水平以及低燃料效率。 所有这些限制导致它们在商业和军事市场上都没有得到充分利用。
[0010] 电子燃料喷射(“EFI”)方法已被用于帮助解决上述限制中的一些。 通常,这些方法使用电子控制和电子控制的燃料喷射器在发动机压力循环中的最佳点或以最佳模式喷射燃料。 为此,使用放置在发动机中、发动机上或发动机周围的流体压力或速度传感器来感测发动机压力循环。 然而,已经发现,将主要为汽车发动机开发的当前最先进的 EFI 系统与脉冲喷射发动机一起使用的简单改造会导致影响脉冲喷射发动机的启动和节流能力的并发症。
[0011] 使常规 EFI 系统与脉冲喷射器一起使用的一个问题是可以提供给发动机的燃料量的限制。 专为活塞驱动汽车发动机设计的传统 EFI 系统具有固定的供油压力。 这意味着在发动机循环期间输送的燃料量只能通过改变喷射器在每个发动机循环期间“打开”或“打开”的时间量来改变。 喷射器“打开”或“开启”与“关闭”或“关闭”的时间量称为发动机的“占空比”。但是,燃料喷射器通常具有实际的占空比限制。如果控制的电信号 占空比太短,喷油器在接收到切断电信号之前没有时间完全打开,如果电控制信号太长,喷油器将没有足够的时间关闭并且实际上在永久运行 “打开”或“打开”状态。由于这些原因,很难在很宽的燃料流速范围内准确地供应燃料,特别是对于高频,例如通常在 50 到 250 Hz 之间运行的脉冲喷气发动机所需的频率 .
[0012]将传统 EFI 系统用于脉冲喷射的另一个问题与发动机启动过程有关。 脉冲喷气发动机通常通过将空气吹入进气管启动,然后喷射燃料和火花点火。 当燃料始终可用时,特别是在前几个循环的初始流入部分,脉冲喷气发动机启动最有可能成功。 在发动机的启动阶段,没有发动机循环在脉动燃烧器内产生超过大气压的流体压力以供压力或速度传感器感测,这将使发动机控制器能够产生燃料喷射的适当定时信号。 因此,传统的 EFI 系统可以通过尽可能长时间地保持喷射器打开/开启来影响发动机启动,即通过最大化占空比,因为这最大化了燃料喷射器在初始流入事件期间供应燃料的可能性。 然而,像这样在高占空比下运行也会导致大量燃料被输送到脉冲喷气发动机,并且意味着这种发动机启动是在高油门条件下尝试的。 这是启动脉冲喷气发动机的不希望的节气门条件。 更好的启动条件是中油门或低油门启动条件。 在这三者中,低节气门发动机启动更需要防止和/或降低对附近财产造成损害和/或对可能在发动机附近的人员造成伤害的风险。 高油门条件更可能在发动机启动期间对财产和/或附近人员造成损害。 因此,非常希望在低节流条件下启动脉冲喷气发动机。
[0013] 因此,需要一种新的和新颖的脉冲喷射控制和启动系统和方法来克服过去的问题。
发明内容
[0014] 本发明涉及具有新型电子燃料喷射(“EFI”)系统的脉冲喷气发动机,该系统包括一个或多个电控燃料喷射器,这些燃料喷射器可以选择性地操作以启动和控制这种脉冲喷射发动机。 根据本发明,向脉冲喷气发动机输送燃料的速率和/或模式不仅可以通过控制喷射器打开与关闭的时间量来定义“占空比”来改变,而且还具有选择性地禁用的能力 一个或多个燃料喷射器以编程方式启动和控制脉冲喷气发动机。 这种有选择地禁用一个或多个喷油器的能力提供了一种新颖的方法,通过该方法,操作员控制下的发动机控制器可以在更宽的节气门范围内控制脉冲喷射发动机,提高发动机运行的效率和稳定性,并降低发动机运行因故障而关闭的可能性 喷射时间不准确或物理循环到循环的变化。
[0015] 本发明设想了一种通过选择性地禁用一个或多个燃料喷射器来改进脉冲喷气发动机启动的系统和方法,使得在发动机启动期间,尽可能少的燃料喷射器需要保持打开/开启的时间尽可能长 最长时间为发动机循环的整个长度。 这将显着增加在启动过程中的初始空气流入事件期间燃料可用于发动机的可能性。 与所有喷射器都在运行的情况相比,这还将导致供应给脉冲喷射发动机的燃料总量更小。 因此,本发明的实施将导致在低节流条件下发动机成功启动和操作稳定性的可能性高得多。 燃料喷射器选择性也可以在正常发动机运行期间用于更有效和持续的发动机运行。
[0016]公开了本发明的具有改进的启动和控制的脉冲燃烧器系统的实施例,其优选地包括脉冲燃烧器、能够将预定压力下的空气提供到进气管中的空气供应子系统、具有能够将预定压力的空气提供到进气管中的燃料供应子系统。 在预定压力下向多个燃料喷射器和脉冲燃烧器控制器提供燃料。 脉冲燃烧器还包括具有近端和远端的进气管,进气管具有第一长度并与燃烧室流体连通,排气管具有近端和远端,排气管具有第二长度 长度大于入口管的第一长度并且与燃烧室流体连通,燃烧室具有第一端,该第一端具有用于连接到入口管的近端以用于燃烧室和燃烧室之间的流体连通的第一开口 入口管和第二端,第二端具有用于连接到排气管的近端以在燃烧室和排气管之间流体连通的第二开口,多个燃料喷射器至少围绕入口管或燃烧室布置以用于喷射燃料 在压力下进入进气管或燃烧室,用于与从进气管远端进入的空气混合,形成可燃的燃料-空气混合物,点火子系统设置在燃烧室上,用于提供用于点燃内部的离散燃料-空气混合物的装置 燃烧室引起燃烧事件,每次燃烧事件导致气体射流从进气管和排气管的远端输出,以及传感器子系统,用于连续监测燃烧室内的预定物理特性并产生输出电信号代表 脉冲燃烧器的运行状态的组合至少包括启动前运行状态和脉冲燃烧器启动后的连续运行状态。 优选地,脉冲燃烧控制器电连接至系统操作器,系统操作器能够向脉冲燃烧控制器提供电控制信号以用于其操作。 系统操作员包括基于可编程计算机的设备和通过基于可编程计算机的设备或接口与脉冲燃烧控制器交互的操作员。
[0017] 根据该实施例,脉冲燃烧器控制器电连接到供气子系统、多个燃料喷射器、点火子系统和传感器子系统,脉冲燃烧器控制器能够电控制空气子系统、燃料供应 子系统、多个燃料喷射器和点火子系统。 脉冲燃烧器控制器还接收来自传感器子系统的电信号。 此外,脉冲燃烧器控制器能够针对脉冲燃烧器的不同操作状态控制多个燃料喷射器中的燃料喷射器的选择性启用和停用。
[0018] 在本发明的脉冲燃烧器系统的另一个实施例中,脉冲燃烧器控制器接收来自传感器子系统的电信号,其中脉冲燃烧器控制器能够根据燃烧内的物理性质的测量来确定脉冲燃烧器的操作状态 传感器子系统将其转换为代表测量值的电信号和它可能从例如系统操作员接收的其他可能命令的室,并且脉冲燃烧器控制器以编程方式控制脉冲燃烧器的操作状态。
[0019]在本发明的脉冲燃烧器系统的另一个实施例中,如果脉冲燃烧器控制器确定从传感器子系统接收的电信号代表 脉冲燃烧器不处于连续运行状态,脉冲燃烧器控制器将向燃料供应子系统发送电控制信号以向喷油器提供加压燃料,向空气供应子系统发送电控制信号以将加压空气输入到 进气管,向燃料喷射器发送电控制信号,以选择性地激活一个或多个燃料喷射器,以将燃料喷射到进气管中或燃烧以与来自空气供应子系统的空气形成离散的燃料-空气混合物,该混合物输入到 ,或在燃烧室中形成,并将电控制信号发送到点火子系统,以引起燃烧室中离散燃料-空气混合物的点火以启动脉冲燃烧器。
[0020] 在本发明的脉冲燃烧器系统的又一个实施例中,如果脉冲燃烧器控制器确定从传感器子系统接收的电信号代表脉冲燃烧器处于连续运行中,则脉冲燃烧器控制器将控制脉冲燃烧器的连续操作 工作状态下,脉冲燃烧器控制器将向燃料供应子系统发送电控制信号,以向喷油器提供压力下的燃料,向喷油器发送电控制信号以选择性地激活一个或多个最多至总数的喷油器用于 在进气管或燃烧室中喷射燃料,以匹配脉冲燃烧器的预定运行状态的速率形成离散的燃料-空气混合物,并停止向空气供应子系统发送激活电控制信号。
[0021] 将在说明书的其余部分参考附图更详细地描述本发明。
附图的简要说明)
[0022] 图。1 图1显示了用于脉冲燃烧器操作的启动和控制的本发明系统的实施例的代表性示意图。
图2 图1显示了用于启动和控制脉冲燃烧器操作的本发明系统的实施例的代表性框图。
图 3 图1显示了本发明的一个实施例的代表性照片,该照片显示了可以选择性地打开和关闭以启动和控制所示脉冲喷射发动机的多个喷射器。
附图中的参考数字
[0023] 以下是用于的参考编号
图 1-3 :
| 图。1 |
| 100 | 显示用于启动和控制脉冲燃烧器操作的系统的代表性实施例的示意图 | 120 | 油箱 |
| 101 | 脉冲燃烧器 | 122 | 喷油器 |
| 102 | 燃烧室 | 123 | 喷油器信号控制线 |
| 104 | 进水管 | 118 | 气阀控制信号线 |
| 106 | 排气管 | 124 | 燃油压力控制单元(“FPCU”) |
| 108 | 火花塞 | 126 | 从油箱到 FPCU 的燃油管路 1 |
| 图。1 |
| 110 | 火花塞控制信号线 | 128 | 从 FPCU 到喷油器的燃料管线 2 |
| 112 | 供气罐 | 130 | FPCU控制信号线 |
| 113 | 气压调节器 | 132 | 压力传感器 |
| 114 | 气阀 | 134 | 压力传感器控制线 |
| 115 | 气压调节器控制信号线(如果是电动气压调节器) | 136 | 电子发动机控制器(脉冲燃烧器控制器) |
| 116 | 启动空气喷嘴 | | |
| 图2 |
| 200 | 显示用于启动和控制脉冲燃烧器操作的系统的代表性实施例的框图 | 210 | 气阀 |
| 202 | 脉冲燃烧器 | 212 | 启动空气喷嘴 |
| 204 | 电子发动机控制器(脉冲燃烧器控制器) | 214 | 油箱 |
| 206 | 压力/速度传感器 | 216 | 控制单元 |
| 208 | 供气罐 | 218 | 燃油喷射器 |
| 209 | 气压调节器 | 220 | 火花塞 |
| 图 3 |
| 300 | 显示多个注射器的本发明实施例的代表性照片 | 108 | 火花塞 |
| 102 | 燃烧室 | 122A | 喷油器 |
| 122B |
| 122C |
| 104 | 进水管 | 128A | 从 FPCU 到燃料的燃料管线 2 |
| 128B | 注射器 |
| | 128C | |
| 106 | 排气管 | | |
发明详述
[0024] 图。1 通常在100处,显示了用于脉冲燃烧器的启动和控制的本发明的实施例的代表性示意图。 在
图。1 脉冲燃烧器 101 优选包括连接到燃烧室 102 的入口管 104。燃烧室 102 还连接到排气管 106。脉冲燃烧器还包括一个或多个燃料喷射器 122,其中仅一个显示在
图。1 . 与脉冲燃烧器相关联的多个喷射器的更好视图显示在
图 3 ,这将在后面的说明书中详细描述。 当使用多个喷射器时,它们位于入口管104或燃烧室102周围。在每种情况下,燃料喷射器向内指向其所布置的结构的内部。 然而,本领域的普通技术人员将理解,多个燃料喷射器、它们的位置、数量和几何形状可以变化并且仍然在本发明的范围内。
[0025]在本说明书中,应理解以下术语应解释如下:“脉冲燃烧器”、“脉冲喷气发动机”、“脉冲喷气发动机”、“脉冲喷气发动机”或“脉冲喷气发动机”均表示相同的含义 设备。 还应当理解,脉冲喷射或脉冲喷射发动机是用于产生推力的脉冲燃烧器。
[0026] 此外,为了本规范的目的,低油门操作、中油门操作和高油门条件将具有以下含义:
低油门条件:从零推力到最大推力的大约三分之一。 中间油门条件:从最大推力的大约三分之一到最大推力的大约三分之二。 高油门条件:从大约最大推力的三分之二到最大推力。
本发明考虑了脉冲燃烧器的其他操作状态,它们包括“怠速”状态,这是最低稳定和可靠的发动机
操作/油门设置,通常在车辆不需要发动机功率时使用。 怠速条件/设置通常是低油门条件的子操作条件。
[0027] 再次提到
图。1 在图上,火花塞108显示为位于相对于燃烧室102的位置,使得它可以提供火花来点燃燃烧室102中的燃料-空气混合物以启动发动机并在发动机启动后维持发动机运行。 火花塞108由电子发动机控制器136控制。电子发动机控制器136通过火花塞控制信号线110向火花塞108发送电控制信号。优选地,火花塞108以高于操作/燃烧频率的频率产生火花 脉冲喷气发动机。 名义上,该频率是工作/燃烧频率的两倍或更多。 在本发明的范围内,其他点火装置,例如电热塞,也可用于点燃燃烧室 102 中的燃料-空气混合物。在电热塞的情况下,电热塞将被供电 至少在启动过程中不断。
[0028] 如图所示
图。1 ,启动空气喷嘴116指向进气管104供应启动空气。 启动气嘴116通过气阀114和气压调节器113与高压供气罐112相连。气阀114的开启和关闭由电子发动机控制器136控制。电子发动机控制器136向气阀114发送操作信号。 通过空气阀控制信号线118。电子发动机控制器136也可以连接到空气压力调节器113,如果空气压力调节器是电控调节器而不是机械空气压力调节器。 如果是电控气压调节器,那么它将通过虚线所示的气压调节器控制信号线115电连接到电子发动机控制器。 在这种情况下,电子发动机控制器可以通过气压调节器控制信号线 115 上发送的电信号来控制从储气罐 112 输送到空气阀 114 的空气的压力。如果气压调节器 113 是机械气压调节器 ,它可以手动设置为预定气压值,并且空气将以该压力输送到空气阀114,直到它在气压调节器113处改变。两种类型的气压调节器都在本发明的范围内。
[0029] 燃料箱 120 通过燃料压力控制单元 (“FPCU”) 124 和燃料喷射器 122 向脉动燃烧器 101 供应燃料。虽然图中仅显示了一个燃料喷射器
图。1 应当理解,根据本发明的系统和方法可以采用多个燃料喷射器,并且这些燃料喷射器可以选择性地打开和关闭以在发动机启动时实现低节流条件并且在启动之后适当地改变发动机操作。
[0030]优选地,FPCU 124包括泵和压力调节器。 来自燃料箱120的燃料在126处通过燃料管线1传输到FPCU 124中的泵,并且压力调节器调节从泵输出的燃料的压力。 虽然,FPCU 被示为包括泵和压力调节器,但是本领域的普通技术人员应该理解,其他装置、结构或系统可以替代 FPCU,并且它仍然在本发明的范围内 .
[0031] 从处于压力下的泵输出的燃料在 128 通过燃料管线 2 传输到燃料喷射器 122。燃料喷射器 122 输送燃料的量和定时由电子发动机控制器 136 控制。适当的电控制信号从 电子发动机控制器 136 连接到 FPCU 124 和燃料喷射器 122。电子发动机控制器 136 在 FPCU 控制信号线 130 上向 FPCU 124 中的压力调节器发送电控制信号。燃料喷射器 122 将在 电子发动机控制器136。用于控制燃料喷射器122打开和关闭的电控制信号在燃料喷射器信号控制线123上发送。
[0032] 在
图。1 ,电子发动机控制器136向火花塞108、空气阀114、空气压力调节器113(如果空气压力调节器不是机械空气压力调节器)、燃料喷射器122和FPCU 124提供控制信号。电子发动机控制器136还连接 到压力传感器 132。压力传感器 132 感测燃烧室 102 内的压力,并通过压力传感器控制线路 134 将压力读数以电信号的形式提供给电子发动机控制器 136。在本发明的范围内,电子 发动机控制器136还可以从放置在脉冲燃烧器上/周围的速度和/或压力传感器接收关于脉冲燃烧器101的状态的信息,例如相对于燃烧室102、进气管104和/或排气管106的放置 电子发动机控制器 136 监测从速度和/或压力传感器接收的电信号,并且一旦通过这些信号识别出发动机已经启动,它在程序控制下,例如,来自系统操作员的控制,将根据 关于要达到或保持的操作状态的说明。 提供程序控制的系统操作员可以是与电子发动机控制器相关联的编程固件,基于计算机的设备,由人类操作员通过适当的基于计算机的设备手动执行,或者使用适当的基于计算机的设备从远程位置无线执行 设备。 所有这些都在本发明的范围内。
[0033] 应当理解,火花塞 108、空气阀 114、空气压力调节器 113 (如果空气压力调节器不是机械空气压力调节器)、FPCU 124、传感器 132 和电子发动机控制器 136 连接到电源以用于 为他们提供动力。 适当的电源包括电池、发电机或其他适当的电能产生/产生装置。 预期这些和其他在本发明的范围内。
[0034] 图2 通常在200处,显示了用于启动和控制脉冲燃烧器操作的本发明的系统的实施例的代表性框图。 在
图2 ,系统元件之间的电气和流体连接根据图例显示。 根据
图2压力/速度传感器206根据所使用的传感器从脉冲燃烧器202接收代表脉冲燃烧器202内的压力/速度状态的测量值。 压力/速度传感器将该测量值转换成传输至电子发动机控制器204的电信号。取决于脉冲燃烧器202的当前状态,其由在操作员控制下的电子发动机控制器204接收的电信号表示 ,将产生电控制信号用于启动脉冲燃烧器202、维持脉冲燃烧器的当前运行状态、或将脉冲燃烧器的运行状态改变到不同的运行水平。
[0035] 如果电子发动机控制器204接收到的电信号指示发动机处于启动前状态,则根据编程,电控制信号将从电子发动机控制器204发送到空气阀210、空气压力调节器113( 如果空气压力调节器不是机械空气压力调节器),FPCU 216、燃料喷射器 218 和火花塞 220。每个电信号的定时将导致适量的加压空气被泵入进气口 管道 104 (
图。1 ) 与从燃料喷射器 122 (
图。1 ). 这种燃料-空气混合物被迫进入燃烧室 102 (
图。1 ) 由火花塞 108 (
图。1 )在电子发动机控制器204的控制下。如在
图2 , 空气从供气罐 208 到气压调节器 209 到空气阀 210 到启动空气喷嘴 212 到脉冲燃烧器 202 的流体流。以类似的方式,从燃料箱 214 到 FPCU 的燃料流体流 216至燃料喷射器218至脉冲燃烧器202。
[0036] 如果电子发动机控制器 204 从压力/速度传感器 206 接收到的电信号指示脉冲燃烧器 202 在启动后的某个时间处于运行状态,则电子发动机控制器 204 将生成适当的电控制信号 只需要发送到 FPCU 216 和燃料喷射器 218。这是因为一旦发动机启动,它将不再需要将启动空气输入进气管 104。然而,来自火花塞 200 的点火火花也可能是 关闭,但它们也可能仍以高于发动机工作频率的频率提供。 由于燃烧室 102 内的负压条件 (
图。1 ).
[0037] 参考图1和3,将提供本发明的新方法的详细描述。 本发明的系统包括电子燃料喷射(“EFI”)系统,该系统具有通过电子发动机控制器136控制启动空气喷嘴116、火花塞108和独立可控燃料喷射器122的能力。优选地,电子 发动机控制器 136 将在发动机运行期间选择性地启动和停用燃料喷射器 122 以改变脉冲燃烧器 101 的总燃料供应率。为此,电子发动机控制器 136 除了占空比之外还包括允许它的特征 影响整体燃油流量和模式,以产生更宽的节气门范围,提高效率,并提供更高的发动机运行稳定性,并减少发动机因喷射正时不准确或物理循环到循环变化而关闭的可能性。
[0038] 作为例子并参考
图 3如图所示,脉冲燃烧器101包括三个燃料喷射器,如122A、122B和122C所示。 这些燃料喷射器由电子发动机控制器(未示出)控制,使得两个喷射器不被激活而只有一个被激活。 这将导致在给定时间段内喷射到脉冲燃烧器中的燃料减少三分之二。 在最小燃料喷射器流量设置的情况下,不启动两个喷射器允许喷射到脉冲燃烧器中的燃料比所有三个喷射器都被启动的情况少三分之二,从而减少可以喷射到脉冲燃烧器中的最小可能燃料量 发动机,从而增加油门范围。
[0039] 通过不激活两个燃料喷射器并以更高的占空比激活单个燃料喷射器,也可以仅将所需量的燃料喷射到脉冲燃烧器 101 中而不是过量的燃料,如果所有燃料都将是这种情况 启动了三个喷油器。 这种使较少数量的喷射器打开较长时间段的方法可能有利于发动机稳定性和启动,如将要讨论的,或有利于燃烧控制。
[0040] 根据本发明,当脉冲燃烧器 101 正在启动时,不启动一个或多个燃料喷射器 122 是有利的。这将导致更少数量的燃料喷射器 122 需要保持打开/打开那么长时间 在给定的时间内尽可能达到占空比的最大长度。 与所有燃料喷射器都启动时相比,结果也是在高占空比下较低的总燃料流量,这大大增加了脉冲燃烧器启动的可能性,并在低节流条件下具有运行稳定性。
[0041] 具有本发明的EFI系统的脉冲燃烧器101的启动方法可以在基于计算机的控制下以预定方式自动化。 使用电子发动机控制器 136 的示例性自动启动方法包括电子发动机控制器 136 打开火花塞 108、打开空气阀 114 以提供来自启动空气喷嘴 116 的压力空气进入进气管 104 和操作燃料喷射器 122A (
图 3 ) 与其他燃料喷射器 122B 和 122C (
图 3 ), 未被激活。 一旦根据预定频率和振幅的稳定、周期性燃烧被压力和/或速度传感器132感测并报告给电子发动机控制器136,空气阀114关闭并且火花塞108将停止接收激活控制信号。 优选地,脉冲燃烧器启动过程可以在小于1秒内完成。 这种描述的启动方法可以在设置在飞行器中或飞行器上的脉冲喷气发动机上实施,无论飞行器是在地面上还是在飞行中。
[0042] 参考
图 3 总体上在300处,示出了本发明的一个实施例的代表性照片,该照片示出了多个喷射器,这些喷射器可以被选择性地启动和停用以用于脉冲燃烧器101的启动和控制。
图 3 图1显示燃烧室102、进气管104、排气管106、火花塞108和多个燃料喷射器122A、122B和122C。 该图中还显示了连接在 FPCU 124 和相应的燃料喷射器 122A、122B 和 12C 之间的三个燃料喷射器中的每一个的燃料管线 2。 具体来说,
图 3 显示了在128A处连接到燃料喷射器122A的燃料管线2、在128B处连接到燃料喷射器122B的燃料管线2和在128C处连接到燃料喷射器122C的燃料管线2。 三个燃料喷射器显示为围绕入口管 104 间隔 120°。可以理解,与脉冲燃烧器相关联的燃料喷射器可以多于或少于三个,并且它们在脉冲燃烧器上的间距和位置可以变化并且仍然在 本发明的范围。
[0043]燃料喷射器122A、122B和122C在高温环境中运行,并且优选地,它们被流过它们的加压燃料冷却。 然而,如果在延长的时间段内没有燃料流过燃料喷射器,则燃料喷射器会因热量而损坏。 本发明的系统和方法克服了这个问题。 克服这种潜在热问题的优选方法是在一定时间量或一定数量的燃烧循环之后以预定模式选择性地启动不同的燃料喷射器。 这些新颖的方法允许燃料顺序地或以另一种预定方式通过并冷却所有的燃料喷射器,即使在任何给定时间启动数量减少的喷射器时也是如此。
[0044] 例如,参考
图 3 总体上以300表示,如果脉冲燃烧器101装配有三个燃料喷射器,例如燃料喷射器122A、122B和122C,并且只需要启动一个,电子发动机控制器136可以被编程以操作三个燃料喷射器 按照以下方法使它们保持凉爽而不被热损坏: 启动并操作喷油器 122A 1 秒钟,然后停用该喷油器; 在接下来的 1 秒内激活并操作燃料喷射器 122B,然后停用该燃料喷射器; 并在接下来的 1 秒内激活并操作喷油器 122C Injector 3,然后停用该喷油器。 这种激活和停用多个燃料喷射器的模式将允许它们被流过它们的加压燃料冷却,并降低对它们造成热损坏的风险。
[0045] 本文描述的主题的方面可以在数字电子电路中或在计算机软件、固件或硬件中实现,包括在本说明书中公开的结构手段及其结构等同物,或它们的组合。 此外,本文描述的主题的方面可以使用一种或多种计算机程序产品来实现,例如一种或多种计算机程序有形地体现在信息载体中(例如,机器可读存储设备中),或体现在传播的信号中 ,用于执行或控制数据处理设备(例如,可编程处理器、计算机或多台计算机)的操作。 计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以用任何形式的编程语言编写,包括编译或解释语言,并且可以以任何形式部署,包括作为独立程序 或者作为模块、组件、子例程或其他适合在计算环境中使用的单元。 计算机程序不一定对应于文件。 程序可以存储在包含其他程序或数据的文件的一部分中、专用于相关程序的单个文件中或多个协调文件中(例如,存储一个或多个模块、子程序或部分程序的文件) 代码)。
[0046] 本说明书中描述的过程和逻辑流程,包括本文描述的主题的方法步骤,可以由一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作来执行本文描述的主题的功能 并产生输出。 过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路执行,本文描述的主题的装置可以实现为专用逻辑电路,例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
[0047]适用于执行计算机程序的处理器包括,例如,通用和专用微处理器,以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。 通常,处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。 计算机的基本要素是用于执行指令的处理器和一个或多个用于存储指令和数据的存储设备。 一般而言,计算机还将包括或可操作地耦合以从一个或多个用于存储数据的大容量存储设备接收数据或将数据传输至一个或多个大容量存储设备,例如磁盘、磁光盘或光盘。 适用于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器,包括例如半导体存储设备(例如 EPROM、EEPROM 和闪存设备); 磁盘(例如,内部硬盘或可移动磁盘); 磁光盘; 和光盘(例如 CD 和 DVD 光盘)。 处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或合并到专用逻辑电路中。
[0048] 预期本公开发明的系统、设备、方法和过程包括使用来自本文描述的实施例的信息开发的变化和改编。 相关领域的普通技术人员可以执行本文描述的系统、设备、方法和过程的适配和/或修改。
[0049] 在整个描述中,当物品、装置和系统被描述为具有、包括或包含特定组件时,或者过程和方法被描述为具有、包括或包括特定步骤时,可以预期的是,另外,有物品 本公开的、装置和系统基本上由或由所列举的组件组成,并且存在根据本公开的工艺和方法基本上由或由所列举的处理步骤组成。
[0050] 应当理解,步骤的顺序或执行特定动作的顺序并不重要,只要本公开保持可操作即可。 此外,可以同时进行两个或更多个步骤或动作。 本文提及的任何出版物,例如,在背景部分中,并不承认该出版物作为本文提出的任何权利要求的现有技术。 背景部分是为了清楚的目的而呈现的,并不意味着作为关于任何权利要求的现有技术的描述。
[0051] 应当理解,所公开的主题不限于其对构造细节的应用以及对在以下描述中阐述或在附图中图示的部件的布置的应用。 所公开的主题能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践和执行。 此外,应当理解,本文使用的措辞和术语是为了描述的目的,不应被视为限制。
[0052] 注意到前述内容,本领域技术人员将理解,本公开所基于的构思可以容易地用作设计其他结构、方法和系统的基础,以实现所公开主题的若干目的 事情。 因此,重要的是权利要求被视为包括此类等同构造,只要它们不脱离所公开主题的精神和范围。
[0053] 尽管已在前述示例性实施例中描述和说明了所公开的主题,但应当理解,本公开仅以示例的方式做出,并且可以在不改变所公开的主题的实施细节的情况下做出许多改变 背离所公开标的物的精神和范围,其仅受所附权利要求书的限制。
[0054] 描述的以下部分涉及进一步的示例。 本节中编号的段落不是权利要求。 权利要求在下文标题为“权利要求”的部分中阐述。
[0055]第 1 条。一种具有改进的启动和控制的脉冲燃烧器系统,包括:脉冲燃烧器,还包括
具有近端和远端的进气管,进气管具有第一长度并与燃烧室流体连通,排气管具有近端和远端,排气管具有大于第一长度的第二长度 入口管的长度并且与燃烧室流体连通,燃烧室具有第一端,该第一端具有用于连接到入口管的近端以用于燃烧室和入口管之间的流体连通的第一开口和第二开口 具有用于连接到排气管的近端以在燃烧室和排气管之间进行流体连通的第二开口的端部,多个燃料喷射器设置在至少入口管或燃烧室周围,用于在压力下将燃料喷射到入口中 用于与从进气管远端进入的空气混合以形成可燃燃料-空气混合物的管道或燃烧室,设置在燃烧室上的点火子系统用于提供用于点燃燃烧室内的离散燃料-空气混合物以引起燃烧的装置 事件,每个燃烧事件都会导致气体射流从进气管和排气管的远端输出,以及传感器子系统,用于连续监测燃烧室内的预定物理特性并生成代表脉冲燃烧器运行状态的输出电信号 至少包括启动前运行状态和脉冲燃烧器启动后的连续运行状态; 和
空气供应子系统,能够在预定压力下将空气提供到进气管中;
燃料供应子系统能够在预定压力下向多个燃料喷射器提供燃料; 脉冲燃烧器控制器电连接到空气供应子系统、多个燃料喷射器、点火子系统和传感器子系统,脉冲燃烧器控制器能够电控制空气子系统、燃料供应子系统、多个 燃料喷射器和点火子系统,并接收来自传感器子系统的电信号,并且脉冲燃烧器控制器还能够针对脉冲燃烧器的不同操作状态控制多个燃料喷射器中的燃料喷射器的选择性启动和停用。
[0056] 条款 2. 如条款 1 所述的系统,其中供气子系统包括与可控气压调节器流体连通的加压空气罐,气压调节器与电控空气阀流体连通,该空气阀是 电连接到脉冲燃烧器控制器,空气压力调节器能够将预定压力水平的空气输送到空气阀并且空气阀能够被脉冲燃烧器控制器激活以向进气管供应空气以进行预定操作 脉冲燃烧器的状态。
[0057] 条款 3. 如条款 1 所述的系统,其中多个燃料喷射器能够由脉冲燃烧器控制器选择性地启动和停用,以用于脉冲燃烧器或其他装置的低节气门、中节气门和高节气门操作 脉冲燃烧器的预定操作状态。
[0058] 条款 4. 如条款 3 所述的系统,其中多个燃料喷射器能够由脉冲燃烧器控制器选择性地启动和停用,以用于脉冲燃烧器的低节气门或中节气门操作,用于脉冲燃烧器启动或怠速。
[0059] 第 5 条. 如第 4 条所述的系统,其中在脉冲燃烧器启动或空转期间启动少于总数量的燃料喷射器直至脉冲燃烧器的最大占空比。
[0060]第 6 条. 如第 1 条所述的系统,其中燃料供应子系统包括与泵子子系统流体连通的燃料箱,泵子子系统与多个燃料喷射器和脉冲燃烧器控制器流体连通 电连接到泵子子系统以控制从泵子子系统输出的燃料的压力以输入到多个燃料喷射器
[0061] 条款 7. 如条款 6 所述的系统,其中脉冲燃烧器控制器向多个燃料喷射器发送电控制信号,用于根据脉冲的特定预定操作状态的占空比的预定部分选择性地启动和停用燃料喷射器 燃烧器。
[0062] 条款 8. 如条款 1 所述的系统,其中点火子系统包括电连接到脉冲燃烧器控制器的火花塞。
[0063] 条款 9. 如条款 1 所述的系统,其中传感器子系统包括压力传感器或速度传感器,或压力传感器和速度传感器的组合。
[0064] 条款 10. 如条款 1 所述的系统,其中脉冲燃烧器控制器包括可编程的基于计算机的设备。
[0065] 条款 11. 如条款 10 所述的系统,其中脉冲燃烧器控制器能够从系统操作员接收操作指令。
[0066] 第 12 条。如第 1 条所述的系统,其中脉冲燃烧器控制器包括
电连接到空气供应子系统、燃料供应子系统、多个燃料喷射器、点火子系统和传感器子系统的第一可编程基于计算机的设备,以及远程定位的第二可编程基于计算机的设备,其有线或无线地连接到 第一个可编程的基于计算机的设备。
[0067] 第 13 条. 如第 12 条所述的系统,其中第一和第二可编程的基于计算机的设备能够从系统操作员接收操作指令。
[0068] 条款 14. 如条款 10 所述的系统,其中脉冲燃烧器控制器从传感器子系统接收电信号,其中脉冲燃烧器控制器能够至少根据传感器子系统内的物理性质的测量来确定脉冲燃烧器的运行状态。 燃烧室,传感器子系统将其转换为代表测量值的电信号,脉冲燃烧器控制器以编程方式控制脉冲燃烧器的运行状态。
[0069] 第 15 条. 如第 14 条所述的系统,其中脉冲燃烧器控制器从传感器子系统接收电信号,脉冲燃烧器控制器能够根据对燃料供应子系统的命令和测量确定脉冲燃烧器的运行状态 传感器子系统将燃烧室内的物理特性转换为表示测量的电信号,并且脉冲燃烧器控制器以编程方式控制脉冲燃烧器的操作状态。
[0070] 条款 16. 如条款 14 所述的系统,其中如果脉冲燃烧器控制器确定从传感器子系统接收的电信号表示脉冲燃烧器不处于连续状态,则脉冲燃烧器控制器将开始脉冲燃烧器的启动过程 工作状态下,脉冲燃烧器控制器向供油子系统发出电控信号,向喷油器提供加压燃油,向供气子系统发出电控信号,向进气管或燃烧室输入空气,发出电控 向燃料喷射器发出信号,以选择性地启动一个或多个燃料喷射器,将燃料喷射到进气管或燃烧室中,与来自空气供应子系统的空气形成离散的燃料-空气混合物,并向点火子系统发送电控制信号,用于 引起燃烧室中离散的燃料-空气混合物的点燃以启动脉冲燃烧器。
[0071]第 17 条. 如第 14 条所述的系统,其中如果脉冲导体控制器确定从传感器子系统接收的电信号代表脉冲燃烧器处于连续操作状态,则脉冲燃烧器控制器将控制脉冲燃烧器的连续操作 ,脉冲燃烧器控制器将电控制信号发送到燃料供应子系统,以向燃料喷射器提供压力下的燃料,将电控制信号发送到燃料喷射器以选择性地激活从一个到全部数量的燃料喷射器以在燃料喷射器中喷射燃料 进气管或燃烧室以与脉冲燃烧器的预定操作状态相匹配的速率形成离散的燃料-空气混合物,并停止发送电控制信号以启动空气供应子系统。
[0072] 条款 18. 一种用于操作具有改进的启动和控制的脉冲燃烧器的方法,其中脉冲燃烧器至少包括入口管、与入口管流体连通的燃烧室和与燃烧室流体连通的排气管, 包括以下步骤:
预先确定至少用于启动操作、空闲操作、低节流操作、中节流操作和高节流操作的脉冲燃烧器操作参数,并将这些操作参数存储在脉冲燃烧器控制器中; 在进气管或燃烧室周围的多个位置处定位多个燃料喷射器,用于将燃料喷射到进气管或燃烧室中,其中压力下的燃料从燃料供应子系统输入到多个燃料喷射器; 定位供气子系统的出口,使得供气子系统可以将压力下的空气喷射到进气管中,以与由多个燃料喷射器中的一个或多个输出到进气管或燃烧室的燃料混合; 相对于燃烧室定位点火子系统,以提供用于点燃燃烧室中离散的燃料-空气混合物的装置,每次点火都会导致燃烧事件,并且每次燃烧事件都会导致气体射流从进气口和排气口的末端输出 管道; 相对于燃烧室定位传感器子系统,用于测量燃烧室内的预定物理特性; 将空气子系统、多个燃料喷射器、点火系统和传感系统电连接到脉冲燃烧器控制器,以将电控制信号发送到空气子系统、多个燃料喷射器、点火系统和脉冲燃烧器控制器 接收来自传感子系统的电信号; 用传感器子系统连续测量燃烧室内预定的物理特性,并将代表测量结果的电信号发送到脉冲燃烧器控制器; 至少基于从传感器子系统接收的电信号利用脉冲燃烧器控制器确定脉冲燃烧器的操作状态,并且如果操作状态不是连续操作状态,则脉冲燃烧器控制器向空气子系统发送电控制信号, 燃料供应子系统,以及一个或多个选择性激活的燃料喷射器,用于将空气和燃料输送到进气管或燃烧室,以形成离散的燃料-空气混合物,用于由点火子系统点燃以点燃燃烧室中的每个离散的燃料-空气混合物 室; 脉冲燃烧器控制器通过向空气供应子系统、燃料供应子系统、一个或多个选择性激活的燃料喷射器和点火子系统发送电控制信号来控制脉冲燃烧器的启动以提供用于启动脉冲燃烧器的输出以便一旦启动 脉冲燃烧器将根据存储的参数进行怠速运行、低油门运行、中油门运行或高油门运行,选择性启动的喷油器数量最多为脉冲燃烧器的喷油器总数 启动; 在脉冲燃烧器启动后,脉冲燃烧器控制器停止至少向供气子系统发送激活电控制信号,并从传感器子系统接收电信号并控制燃料供应子系统和一个或多个燃料喷射器的激活和停用 维持怠速运转、低油门运转、中油门运转或高油门运转,直到脉冲燃烧器控制器向燃料供应子系统和多个燃料喷射器发送电控制信号,以使脉冲控制器根据不同的操作进行运转 状态。
[0073] 条款19.根据条款18所述的方法,其中在脉冲燃烧器启动之后,脉冲燃烧器控制器停止向空气供应子系统和点火子系统发送启动电控制信号。
[0074] 条款 20. 如条款 18 所述的方法,其中如果选择的燃料喷射器少于总数,则脉冲燃烧控制器周期性地改变所选择的激活的燃料喷射器以冷却未选择的燃料喷射器。
[0075]条款 21. 一种用于操作脉冲燃烧器以改进控制的方法,脉冲燃烧器至少包括入口管、与入口管流体连通的燃烧室和与燃烧室流体连通的排气管,包括 步骤:
A.预先确定用于启动操作、怠速操作、低节气门操作、中节气门操作和高节气门操作的脉冲燃烧器操作参数,并将这些操作参数存储在脉冲燃烧器控制器中; B.在进气管或燃烧室周围的多个位置定位多个燃料喷射器,用于将燃料喷射到进气管或燃烧室中,压力下的燃料从燃料供应子系统输入到多个燃料喷射器; C.定位供气子系统的出口,使得供气子系统可以将压力下的空气喷射到进气管中,以与多个燃料喷射器中的一个或多个燃料喷射器输出的燃料混合; D.相对于燃烧室定位点火子系统以提供用于点燃燃烧室内的离散燃料-空气混合物的装置,每次点火引起燃烧事件,并且每次燃烧事件导致气体射流从燃烧室的末端输出 进气管和排气管; E.相对于燃烧室定位传感器子系统以测量燃烧室内的预定物理特性; F.将空气子系统、多个燃料喷射器、点火系统和感测系统电连接至脉冲燃烧器控制器,用于向空气子系统、多个燃料喷射器和点火系统发送电控制信号,并接收电信号 来自传感子系统的信号; G.用传感器子系统连续测量燃烧室内预定的物理特性,并将代表测量结果的电信号发送到脉冲燃烧器控制器; H.基于从传感器子系统接收的电信号利用脉冲燃烧器控制器确定脉冲燃烧器的操作状态,并且如果操作状态是连续操作状态,则脉冲燃烧器控制器停止发送激活电控制信号至少到 空气子系统,以及将电控制信号发送到燃料供应子系统和一个或多个选择性激活的燃料喷射器,以输送燃料以与沿燃烧室的方向通过进气管的空气混合,从而在燃烧室的方向上形成离散的燃料-空气混合物 燃烧室,燃烧室内的每个离散的燃料-空气混合物被来自先前燃烧事件的高温燃烧产物点燃; I.脉冲燃烧器控制器通过停止向供气子系统发送激活电控制信号,监测来自传感器子系统的电信号,控制燃料供应子系统,控制脉冲燃烧器的连续运行,以及一个或多个的激活和停用 燃料喷射器根据来自脉冲燃烧器控制器的针对特定操作状态的指令来操作脉冲燃烧器; J.重复步骤G-J直到脉冲燃烧器控制器发送指令以停用燃料供应子系统和任何一个或多个激活的燃料喷射器。
[0076] 条款 22. 如条款 21 所述的方法,其中在步骤 H 和 I 停止发送启动电控制信号包括停止向空气子系统和点火子系统发送启动电控制信号。
[0077] 条款 23. 如条款 21 所述的方法,其中如果选择少于总数的燃料喷射器来冷却未选择的燃料喷射器,则脉冲燃烧控制器周期性地改变选择的激活的燃料喷射器。
