阅读说明：本技术 适用于活塞式航空发动机的油泵总成及活塞式航空发动机 (Oil pump assembly suitable for piston type aircraft engine and piston type aircraft engine ) 是由 曲明帅 薛国颂 韩帅 侯建英 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于活塞式航空发动机的油泵总成,包括第一低压油泵、第二低压油泵、箱体、与所述第一低压油泵的出油口连接的第一单向阀、与所述第二低压油泵的出油口连接的第二单向阀、与第一单向阀和第二单向阀连接的燃油蓄压油轨、设置于燃油蓄压油轨上的燃油压力传感器以及与燃油蓄压油轨的出油口连接的压力调节阀,第一低压油泵、第二低压油泵、第一单向阀、第二单向阀和压力调节阀设置于箱体内部。本发明适用于活塞式航空发动机的油泵总成,可以降低系统复杂性,集成度高。本发明还提供了一种活塞式航空发动机。(The invention discloses an oil pump assembly suitable for a piston type aero-engine, which comprises a first low-pressure oil pump, a second low-pressure oil pump, a box body, a first one-way valve connected with an oil outlet of the first low-pressure oil pump, a second one-way valve connected with an oil outlet of the second low-pressure oil pump, a fuel pressure accumulating oil rail connected with the first one-way valve and the second one-way valve, a fuel pressure sensor arranged on the fuel pressure accumulating oil rail and a pressure regulating valve connected with an oil outlet of the fuel pressure accumulating oil rail, wherein the first low-pressure oil pump, the second low-pressure oil pump, the first one-way valve, the second one-way valve and the pressure regulating valve are arranged in the box body. The invention is suitable for the oil pump assembly of the piston type aircraft engine, can reduce the complexity of the system and has high integration level. The invention also provides a piston type aero-engine.)

适用于活塞式航空发动机的油泵总成及活塞式航空发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体地说，本发明涉及一种适用于活塞式航空发动机的油泵总成及活塞式航空发动机。

背景技术

活塞式航空发动机已经广泛应用于固定翼、旋翼飞机，在民用、军用无人机、通航飞机领域应用非常广泛；活塞航空发动机发展经历了化油器式汽油机、机械泵式柴油机阶段，目前逐步向电控汽油机、电控共轨式柴油、重油发动机方面发展，而作为共轨柴油机应用，保障低压油路系统安全性为重点研究的课题。

在航空领域，采用关键零部件冗余的设计方案，作为保障系统的安全性的重要手段之一，在共轨柴油机上，FADEC双通道系统控制，关键传感器、执行器冗余设计等方案以应用成熟，作为共轨柴油机的供油系统设计，采用双低压油泵，同时设计必要的监控措施来保障足够的安全性，是保障燃油系统鲁棒性的重要手段。

发动机双低压油泵设计面临着如下几处明显的风险点：

1、系统复杂度高：在满足发动机整体性能、可靠性等要求的前提下，系统应尽可能设计的简单。越高的系统复杂度，带来越多的潜在失效风险点，同时也不利于达成发动机轻量化设计以及功重比目标。电控汽油机较难实现对于进油油量、喷油器喷油油量的闭环控制调节，难以在低压油泵输油量波动很大情况下的完成对于系统喷油量的闭环及时调整。电控汽油发动机通常采用串联双低压油泵方式，串联油泵双泵工作与单泵工作时输出流量差异不大，能够比较好的满足汽油机的工作需求。这种串联低压油泵从原理上来说是可以移植应用于共轨柴油发动机，但是因为串联低压油泵系统需要设计旁通路来保障单个低压油泵损坏的情况下，燃油可以通过旁通道进入高压油泵进油口，旁通路必须设置单向阀来保障燃油不会倒流至油箱以及单泵停止工作时，另一个油泵可以通过旁通路单向阀吸油或者输油，且该单向阀必须有足够小的开启压力与较小的压损来保障靠近油箱的低压油泵损坏时，串联的另外一个低压油泵可以将单向阀吸开，从旁通路引油，系统整体复杂度变高，单向阀的卡滞、堵塞造成的失效，旁通管路的泄漏、老化等，给低压油路带来的新的风险点，所以广泛应用的串联低压油泵方案，系统复杂度高，潜在风险点大，不是共轨柴油发动机很好的选择方案；

2、系统一致性难以控制：双低压油泵、调压阀、传感器在低压燃油系统中的不同相对位置，由于连接管路不同的长度，弯度，沿程损失不同，会造成至不同发动机高压油泵入口端的燃油压力、温度等参数的差异性，此差异会使发动机标定固化的进油参数发生变化，影响发动机整体系统的一致性，所以系统中的零部件打散布置，带来的系统一致性难以控制的风险是目前难以解决的问题；

3、故障告警策略缺少简单有效的方案。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种适用于活塞式航空发动机的油泵总成，目的是降低系统复杂性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：适用于活塞式航空发动机的油泵总成，包括第一低压油泵、第二低压油泵、箱体、与所述第一低压油泵的出油口连接的第一单向阀、与所述第二低压油泵的出油口连接的第二单向阀、与第一单向阀和第二单向阀连接的燃油蓄压油轨、设置于燃油蓄压油轨上的燃油压力传感器以及与燃油蓄压油轨的出油口连接的压力调节阀，第一低压油泵、第二低压油泵、第一单向阀、第二单向阀和压力调节阀设置于箱体内部。

所述第一低压油泵和第二低压油泵在所述箱体内部为并排布置，第一低压油泵和第二低压油泵位于所述燃油蓄压油轨的同一侧。

所述第一低压油泵、第二低压油泵和所述压力调节阀位于所述燃油蓄压油轨的同一侧，且第一低压油泵位于第二低压油泵和压力调节阀之间。

所述第一低压油泵工作且所述第二低压油泵不工作时，此时所述燃油压力传感器的检测结果对应表示第一低压油泵损坏时的系统燃油压力。

所述的适用于活塞式航空发动机的油泵总成还包括设置于所述箱体内部且采用软质材料制成的减震垫，减震垫位于所述第一低压油泵和第二低压油泵与箱体之间。

所述减震垫采用橡胶材质制成。

所述第一低压油泵和所述第二低压油泵的进油口均设置泄压阀。

所述箱体包括下壳和与下壳连接的上盖。

本发明还提供了一种活塞式航空发动机，包括上述的油泵总成。

本发明适用于活塞式航空发动机的油泵总成，可以降低系统复杂性，集成度高。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明适用于活塞式航空发动机的油泵总成的分解示意图；

图2是本发明适用于活塞式航空发动机的油泵总成的燃油走向示意图；

图中标记为：1、上盖；2、燃油压力传感器；3、燃油蓄压油轨；4、油轨封堵；5、压力调节阀；6、第一低压油泵；7、减震垫；8、下壳；9、泄压阀；10、油泵卡箍；11、第二低压油泵；12、第一线束插件；13、第一单向阀；14、第二单向阀；15、第一进油管；16、第二进油管；17、出油管；18、第二线束插件；19、回油口。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”和“第二”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

如图1和图2所示，本发明提供了一种适用于活塞式航空发动机的油泵总成，包括第一低压油泵6、第二低压油泵11、箱体、与第一低压油泵6的出油口连接的第一单向阀13、与第二低压油泵11的出油口连接的第二单向阀14、与第一单向阀13和第二单向阀14连接的燃油蓄压油轨3、设置于燃油蓄压油轨3上的燃油压力传感器2、与燃油蓄压油轨3的出油口连接的压力调节阀5以及与压力调节阀5连接的出油管17，第一低压油泵6、第二低压油泵11、第一单向阀13、第二单向阀14和压力调节阀5设置于箱体内部。

具体地说，如图1和图2所示，箱体为内部中空的矩形结构，第一低压油泵6和第二低压油泵11在箱体内部为并排布置，第一低压油泵6和第二低压油泵11位于燃油蓄压油轨3的同一侧。第一低压油泵6和第二低压油泵11的长度方向与箱体的长度方向相平行，第一低压油泵6和第二低压油泵11处于与箱体的宽度方向相平行的同一直线上，燃油蓄压油轨3的长度方向与箱体的宽度方向相平行，燃油蓄压油轨3位于箱体的长度方向上的一端，燃油蓄压油轨3与箱体固定连接。第一低压油泵6、第二低压油泵11和压力调节阀5位于燃油蓄压油轨3的同一侧，且第一低压油泵6位于第二低压油泵11和压力调节阀5之间，第一低压油泵6、第二低压油泵11和压力调节阀5处于与箱体的宽度方向相平行的同一直线上，压力调节阀5与箱体固定连接。

如图1和图2所示，活塞式航空发动机为柴油发动机，出油管17用于将来自压力调节阀5的燃油引导至活塞式航空发动机的燃油精滤器，经过燃油精滤器过滤后的燃油再流向活塞式航空发动机的高压油泵，高压油泵向活塞式航空发动机的燃油轨供油。出油管17的一端与压力调节阀5的出油口连接，出油管17的另一端穿过箱体的侧壁后朝向箱体外侧伸出，压力调节阀5的进油口与燃油蓄压油轨3的出油口连接，出油管17的长度方向与箱体的长度方向相平行。

如图1和图2所示，第一低压油泵6的进油口与第一进油管15连接，第二低压油泵11的进油口与第二进油管16连接，第一进油管15和第二进油管16位于箱体的外部，第一进油管15和第二进油管16为并排设置，第一进油管15、第二进油管16和出油管17处于与箱体的宽度方向相平行的同一直线上，第一进油管15和第二进油管16与燃油箱连接。第一低压油泵6的出油口与第一单向阀13的进油口连接，第一单向阀13的出油口与燃油蓄压油轨3的一个进油口连接，第二低压油泵11的出油口与第二单向阀14的进油口连接，第二单向阀14的出油口与燃油蓄压油轨3的另一个进油口连接。第一单向阀13使得燃油仅能由第一低压油泵6流向燃油蓄压油轨3，燃油蓄压油轨3内的燃油不能经第一单向阀13回流至第一低压油泵6，同样，第二单向阀14使得燃油仅能由第二低压油泵11流向燃油蓄压油轨3，燃油蓄压油轨3内的燃油不能经第二单向阀14回流至第二低压油泵11。因此，通过设置两个单向阀，防止两个低压油泵泵出的燃油倒流回低压油泵，第一低压油泵6泵出的燃油与第二低压油泵11泵出的燃油在燃油蓄压油轨3中汇合，燃油蓄压油轨3的作用是对于第一低压油泵6和第二低压油泵11输出的燃油进行稳压处理，消除一定的燃油压力波动，燃油蓄压油轨输出的燃油压力更为稳定。

如图1和图2所示，第一低压油泵6和第二低压油泵11均为电动油泵，第一低压油泵6和第二低压油泵11由控制器进行控制，第一低压油泵6和第二低压油泵11通过控制器控制继电器吸合供电，第一低压油泵6和第二低压油泵11的供电滚子泵组件旋转在油泵吸油口产生真空度，燃油被油泵从燃油箱中吸出。燃油压力传感器2用于检测燃油蓄压油轨3内的燃油压力大小，通过燃油压力传感器2标定出第一低压油泵6和第二低压油泵11同时正常供油时的输出电压值，表示系统正常工作时的燃油压力；第一低压油泵6工作且第二低压油泵11不工作时，此时燃油压力传感器2的检测结果对应表示第一低压油泵6损坏时的系统燃油压力；第二低压油泵11工作且第一低压油泵6不工作时，此时燃油压力传感器2的检测结果对应表示第二低压油泵11损坏时的系统燃油压力。燃油压力传感器2与控制器为电连接，当第一低压油泵6和第二低压油泵11的泵出压力过高或者过低时，可以通过燃油压力传感器2输出电压信号，由控制器模数转化模块处理(模拟信号转化为数字信号)，由控制器记录故障码信息并通过控制策略的定义判定是否发出告警信息。

如图1和图2所示，本发明适用于活塞式航空发动机的油泵总成还包括设置于箱体内部且采用软质材料制成的减震垫7，减震垫7位于第一低压油泵6和第二低压油泵11与箱体之间。减震垫7起到减震作用，可以在飞机飞行中给予第一低压油泵6和第二低压油泵11充分的保护以及减震作用。

作为优选的，减震垫7采用橡胶材质制成，减震垫7夹在第一低压油泵6与箱体的内壁面之间，同时减震垫7也是夹在第二低压油泵11与箱体的内壁面之间，减震垫7的长度方向与箱体的长度方向相平行。

压力调节阀5用于使流向出油管17的燃油压力处于设定范围内，燃油通过压力调节阀5的调节最终输出，该压力调节阀5采用控制阀体内的启闭件的开度来调节燃油介质的流量、控制燃油压力，整个系统输出的燃油压力会稳定在一定的范围内，满足高压燃油系统的进油油压要求。

如图1和图2所示，作为优选的，第一低压油泵6和第二低压油泵11的进油口均设置泄压阀9，泄压阀9通过回油管与燃油箱连接，这样在压力调节阀5异常或油压异常升高的情况下，第一低压油泵6和第二低压油泵11持续供油而增加的油压可以通过泄压阀9泄压回油，保障整个系统的安全性。

如图1和图2所示，箱体包括下壳8和与下壳8连接的上盖1，上盖1与下壳8固定连接，下壳8为内部中空的矩形壳体结构，第一低压油泵6、第二低压油泵11、燃油蓄压油轨3和压力调节阀5固定设置在下壳8中，上盖1封闭下壳8的开口，减震垫7夹在第一低压油泵6和第二低压油泵11与下壳8的内壁面之间，第一低压油泵6和第二低压油泵11通过油泵卡箍固定在下壳8内腔体中。

如图2所示，第一进油管15和第二进油管16连接燃油箱，将第一线束插件12、第二线束插件18和燃油压力传感器2的线束插件与线束总成对应对配插接件可靠连接，将压力调节阀5的回油连接燃油箱，将出油管17连接燃油精滤器，控制器控制第一低压油泵6和第二低压油泵11的继电器吸合，第一低压油泵6和第二低压油泵11上电开始工作，第一低压油泵6和第二低压油泵11泵出的燃油分别通过第一单向阀13和第二单向阀14流向燃油蓄压油轨3，燃油再依次经压力调节阀5、出油管17、燃油精滤器和燃油轨进入高压油泵中，控制器通过燃油轨轨压与高压油泵燃油计量阀闭环控制，PID调节修正偏差，理论上双低压油泵同时工作的输油量可以通过控制器闭环调节燃油计量阀开度，实现柴油机燃油轨实际轨压达到目标轨压，并使燃油轨轨压保持稳定的状态。

在第一低压油泵6和第二低压油泵11中的某一个油泵出现不工作的情况，正常工作的另一个油泵的泵出油量也可以通过压力调节阀5调节为稳定的高压系统需求油压，流量变小的差异通过控制器结合轨压传感器信号闭环PID调节高压油泵燃油计量阀电流，进而控制调节燃油计量阀开度，控制定量的燃油进入高压油泵柱塞腔加压的方式，同样实现柴油机油轨的实际轨压达成目标轨压，并使柴油机油轨轨压保持稳定的状态。燃油轨内燃油压力保持稳定时，控制器通过喷油器电磁阀加电时间与喷油正时的合理控制，可以实现发动机的性能指标不受低压燃油系统单泵异常的影响。

同时在系统异常的情况下，布置在燃油蓄压油轨3上的燃油压力传感器2输出与标定的正常情况下不一致的电压信号，通过对比燃油压力传感器2输出电压与燃油压力的标定特性曲线，控制器可以处理判断此时的系统油压是否处于异常情况，记录故障码并判断是否告警，提示操作人员异常情况，及时进行维修或者更换。

燃油压力传感器2采集燃油蓄压油轨3内的油压并将信号输送至控制器，当控制器根据燃油压力传感器2发出的信号判断出燃油蓄压油轨3内的油压不处于设定范围内，则控制器判定此时的油泵总成处于异常情况，油泵总成处于故障模式，控制器发出报警信号至报警装置，报警装置发出故障报警，提示检查故障。报警装置位于飞机驾驶舱中，报警装置可以是故障报警灯或蜂鸣器

因此，本发明的油泵总成的控制策略可以保证第一低压油泵6和第二低压油泵11同时控制时，油泵总成的输出油量能够满足发动机燃油量需求，而且在第一低压油泵6和第二低压油泵11中的任意一个低压油泵出现异常时，剩余的一个低压油泵工作的输出油量应也可满足发动机油量需求。同时，控制器可以通过传感器信号记录并选择是否告警油泵的异常状态，以便于操作人员检查并进一步处理。

本发明还提供了一种活塞式航空发动机，包括上述结构的油泵总成。此油泵总成的具体结构可参照图1和图2，在此不再赘述。由于本发明的活塞式航空发动机包括上述实施例中的油泵总成，所以其具有上述油泵总成的所有优点。

上述结构的油泵总成，具有如下的优点：

1)维修性更好，维修排故障效率高，出现异常时直接对组件模块进行更换，不需对子件逐一排查；

2)更容易产品品质控制，通过定义模块化的产品出厂标准，比定义各种子件标准，更方便主机厂及终端客户匹配应用及质量检测；

3)通用化程度高，油泵总成开发成熟，经过可靠性验证后，可以直接移植应用于不同应用领域；

4)升级性更好，油泵总成模块可以通过更换子件进行性能或可靠性方面的升级，可以满足不同应用领域要求；

5)安全性更高，为提高共轨柴油机低压供油系统安全性提供了可行的方案，油泵总成采用了双低压油泵冗余设计，在一个低压油泵停止工作后，另一个低压油泵仍能保证共轨发动机正常工作；并且燃油压力传感器可检测、告警故障信号；

6)产品一致性更容易控制，低压油泵、油管、压力调节阀等子件在模块内相对位置固定，使油泵总成输出特性及产品一致性对比与打散布置子件更容易控制，且通过油泵总成内设计的压力调节阀，可以使油泵总成的输出稳定的燃油压力，油泵总成输出到发动机高压燃油系统进口处的燃油参数因此更可控，对于高低压燃油系统的匹配标定更优；

7)防护性更高，将低压燃油系统的关键子件通过壳体、减震垫进行保护，形成油泵总成，可有效的防止关键子件受腐蚀、振动及电磁干扰的影响；

8)油泵总成有系统油压异常状态下维持工作的能力，通过油泵总成内设计泄压阀可以保障系统油压异常升高时，过高的燃油压力可以通过泄压阀泄压且保持到一个相对安全稳定的低压系统油压，在此油压下燃油压力传感器可检测、告警故障信号，同时发动机也可以在此极限状态下维持运行，至维修地点进行检测、维修。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。