一种提高燃油柱塞泵低转速工作能力的结构的制作方法

1.本发明属于燃油控制与调节系统，具体涉及一种提高燃油柱塞泵低转速工作能力的结构。


背景技术：

2.轴向倾斜式变量柱塞泵具有工作压力高，功率密度大，容积效率高、排量调节范围大、调节方便、使用寿命长等优点，也因为良好的负载敏感性和低功耗，常作为航空发动机控制系统的主燃油泵使用。
3.如图1所示，为某型航空发动机主燃油泵的结构原理图，主要功能是根据控制指令向发动机燃烧室供给燃油，主要由柱塞泵4、压差活门2、计量活门3、定压活门、电液伺服阀、线位移传感器等等组成。
4.其工作原理如下：
5.柱塞泵将低压燃油进行增压后，供给计量活门和伺服系统。计量活门为单腔伺服控制结构，左腔为计量活门位置控制机构输出的控制燃油，位置控制机构根据控制指令驱动计量活门运动，并与位置反馈部件形成计量活门位置闭环控制系统；等压差活门与斜盘伺服活塞共同构成柱塞泵的变量调节机构，通过压差的变化调节柱塞泵斜盘角度的大小保证计量活门前后压差基本恒定。
6.柱塞泵后压力p
22
主要靠出口节流阻力建立，当出口节流阻力保持不变时，其出口压力主要由供油流量q决定。柱塞泵的理论供油量为：
[0007][0008]
式(1)中，d—柱塞直径；z—柱塞个数；n—转速；l—柱塞中心线与转子轴线交点到斜盘转轴的距离；θ—柱塞倾角；ψ—斜盘倾角。
[0009]
其中d、z、l、θ为柱塞泵结构参数保持不变，因此，柱塞泵供油流量主要由转速n和斜盘角度ψ决定。
[0010]
斜盘控制活塞是等压差计量机构的执行部件，通过等压差活门(压差比较部件)感受计量活门前压力(与柱塞泵后燃油压力p
22
相同)、计量活门后燃油压力p
21
的压差(δp＝p
22-p
21
)，并通过比较与压差设定值(δp0)的偏差，改变斜盘控制活塞弹簧腔压力，调节斜盘控制活塞位置，实现对柱塞泵后压力p
22
的调节，维持计量活门前后压差δp＝基本恒定。
[0011]
在稳态时，其受力平衡方程为：
[0012]
p
21
a1+f1+k1x1＝p
22
a1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0013]
式中：p
22
为柱塞泵后燃油压力；p
21
为计量活门后燃油压力；a1为等压差活门截面面积；f1为等压差活门弹簧初装预压力；k1为等压差活门弹簧刚度；x1为活门运动位移。
[0014]
由此可得出：
[0015]
[0016]
在初装位置，在等压差活门弹簧力作用p2下活门右止靠，活门控制边对斜盘控制活塞弹簧腔油路有初始遮蔽量x0：
[0017]
当x1≤x0时，由于斜盘控制活塞弹簧腔始终处于死腔状态，等压差活门不对斜盘控制活塞5进行调节。斜盘控制活塞左右两腔压力相等，在两腔面积差引起的液压力和弹簧力作用下，斜盘控制活塞处于左止靠位置，斜盘角度位于最大位置，柱塞泵以最大斜盘角度进行供油。x1＝x0时的柱塞泵后压力为压差活门起调压力；
[0018]
当x0＜x1＜x0+1(控制油路孔直径为1mm)时，等压差活门根据泵后燃油p
22
压力和计量后燃油p
21
压力的大小，通过调节随动活塞控制燃油p5压力控制斜盘控制活塞的位置。等压差活门向左移动时，斜盘角度变小；等压差活门向右移动时，斜盘角度增大。通过斜盘角度的变化改变泵后燃油p
22
的大小，来实现压差基本恒定；
[0019]
当x1≥x0+1时，等压差活门不再控制斜盘控制活塞5的位置，此时斜盘控制活塞5处于右止靠位置，柱塞泵将以最小斜盘角度进行供油。
[0020]
当需要通过计量活门关闭油路实现停车功能时，在低转速下和停车状态时，由于计量活门关闭，计量活门后燃油压力较低，柱塞泵会以最小斜盘角度供油，会出现泵后压力过低引起伺服系统工作异常。比如出现起动过程主燃油泵不供油、停车过程中导叶角度控制失效等问题。
[0021]
目前结构控制策略上，可以设置专门的燃油附件将计量后燃油引至回油来实现停车功能，如停车消喘装置、断油活门等。设置专门的燃油附件存在结构复杂度高,整机重量增加,燃油系统伺服消耗量增加等缺点。


技术实现要素：

[0022]
本发明提供一种提高柱塞泵低转速下的工作能力的结构，在低转速下和停车状态下可以提高柱塞泵供油能力，确保伺服系统能够正常工作。
[0023]
本发明提供一种提高燃油柱塞泵低转速工作能力的结构，燃油柱塞泵的计量活门衬套上增置有模拟压力通孔300，模拟压力通孔300和计量燃油型孔分别设置在计量前燃油油路的两侧，当计量燃油型孔完全关闭时，模拟压力通孔300与计量前燃油油路连通；所述结构包括：切换活门1；其中，
[0024]
切换活门1包括：阀芯11、衬套12和弹簧13；
[0025]
阀芯11上套设有衬套12，阀芯11的顶端通过模拟油路111与模拟压力通孔300连接，阀芯11的尾端设置有弹簧13；阀芯11上从顶端到尾端设置有相互独立的第一环形槽和第二环形槽；
[0026]
衬套12上从顶端到尾端设置有第一孔121、第二孔122、第三孔123和第四孔124；第一孔121与燃油柱塞泵4的回油油路p28连通，第二孔122与计量燃油型孔连通，第三孔123与燃油柱塞泵4的等压差活门弹簧腔连通，第四孔124通过第三油嘴与模拟油路111连通，通过第四油嘴与燃油柱塞泵4的回油油路p
28
连通；
[0027]
当计量燃油型孔完全关闭时，计量前燃油油路通过模拟压力通孔300与模拟油路111连通，并从阀芯11的顶端驱动阀芯11在衬套12内向阀芯11的尾端移动，压缩弹簧13；第一孔121和第二孔122通过第一环形槽连通；第三孔123和第四孔124通过第二环形槽连通；
[0028]
当计量燃油型孔未完全关闭时，计量前燃油油路与模拟油路111不连通，阀芯11的
顶端的燃油压力降低，弹簧13从阀芯11的尾端驱动阀芯11在衬套12内向阀芯11的顶端移动，阀芯11的顶端的燃油通过第三油嘴、第四油嘴流入回油油路p28；第二孔122和第三孔123通过第一环形槽连通。
[0029]
可选的，所述模拟压力通孔300的面积确保燃油柱塞泵4的泵后压力不小于预设压力值。
[0030]
可选的，预设压力值为2mpa。
[0031]
可选的，所述模拟压力通孔300的面积为5-6mm2。
[0032]
可选的，所述模拟压力通孔300为长条形，沿计量活门衬套圆周分布；长条形模拟压力通孔300的远离计量燃油型孔的一侧还设置有凸起。
[0033]
可选的，阀芯11与衬套12之间的间隙不大于0.014mm。
[0034]
可选的，第一孔121、第二孔122、第三孔123和第四孔124的孔径为1.5mm。
[0035]
可选的，第一孔121、第二孔122、第三孔123和第四孔124的数量均为6个，并沿衬套12圆周向均布。
[0036]
本发明提供一种提高柱塞泵低转速下的工作能力的结构，通过在计量活门出口和压差活门弹簧腔之间设置切换活门，对原本计量活门进行改进，增加模拟油压通孔，实现了计量活门关闭时柱塞泵仍能在较大斜盘角度下工作，保证泵后输出压力满足要求，从而提高了柱塞泵低转速下的工作能力。
附图说明
[0037]
图1为主燃油泵结构原理图；
[0038]
图2为等压差活门结构及受力图；
[0039]
图3为计量活门打开前结构原理图；
[0040]
图4为计量活门打开后结构原理图；
[0041]
图5为切换活门的结构图；
[0042]
附图标记说明：
[0043]
切换活门1、阀芯11、衬套12、弹簧13、油嘴31、油嘴32、切换活门第一孔121、第二孔122、第三孔123、第四孔124、压差活门2、计量活门3、模拟压力通孔300、计量燃油型孔302、柱塞泵4、斜盘控制活塞5、计量后燃油p
21
、泵后燃油p
22
、回油油路p
28
、模拟油压p
21*
、压差活门弹簧腔油压pδ、切换活门弹簧力p
13
、压差活门弹簧力p2、随动活塞控制腔燃油p5。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图对本发明提供的提高燃油柱塞泵低转速工作能力的结构进行具体解释说明。
[0045]
如图1-5所示，本发明提供一种提高燃油柱塞泵低转速工作能力的结构，包括：切换活门1；切换活门1包括：阀芯11、衬套12和弹簧13；
[0046]
采用本发明提供的结构的燃油柱塞泵的计量活门衬套上增置有模拟压力通孔300，模拟压力通孔300和计量燃油型孔分别设置在计量前燃油油路的两侧，当计量燃油型孔完全关闭时，模拟压力通孔300与计量前燃油油路连通。
[0047]
阀芯11上套设有衬套12，阀芯11的顶端通过模拟油路111与模拟压力通孔300连
接，阀芯11的尾端设置有弹簧13；阀芯11上从顶端到尾端设置有相互独立的第一环形槽和第二环形槽；
[0048]
衬套12上从顶端到尾端设置有第一孔121、第二孔122、第三孔123和第四孔124；第一孔121与燃油柱塞泵的回油油路p
28
连通，第二孔122与计量燃油型孔连通，第三孔123与燃油柱塞泵的等压差活门弹簧腔连通，第四孔124通过第三油嘴与模拟油路111连通，通过第四油嘴与燃油柱塞泵4的回油油路p
28
连通；
[0049]
当计量燃油型孔完全关闭时，计量前燃油油路通过模拟压力通孔300与模拟油路111连通，并从阀芯11的顶端驱动阀芯11在衬套12内向阀芯11的尾端移动，压缩弹簧13；第一孔121和第二孔122通过第一环形槽连通；第三孔123和第四孔124通过第二环形槽连通；
[0050]
当计量燃油型孔未完全关闭时，计量前燃油油路与模拟油路111不连通，阀芯11的顶端的燃油压力降低，弹簧13从阀芯11的尾端驱动阀芯11在衬套12内向阀芯11的顶端移动，阀芯11的顶端的燃油通过第三油嘴、第四油嘴流入回油油路p
28
；第二孔122和第三孔123通过第一环形槽连通。
[0051]
可选的，所述模拟压力通孔300的面积确保燃油柱塞泵的泵后压力不小于预设压力值。
[0052]
可选的，预设压力值为2mpa。
[0053]
可选的，所述模拟压力通孔300的面积为5-6mm2。
[0054]
可选的，所述模拟压力通孔300为长条形，沿计量活门衬套圆周分布；长条形模拟压力通孔300的远离计量燃油型孔302的一侧还设置有凸起，防止衬套因应力集中而出现裂纹。
[0055]
可选的，阀芯11与衬套12之间的间隙不大于0.014mm，保证阀芯与衬套相对移动灵活的同时尽可能减少间隙泄漏量。
[0056]
可选的，第一孔121、第二孔122、第三孔123和第四孔124的孔径为1.5mm。
[0057]
可选的，第一孔121、第二孔122、第三孔123和第四孔124的数量均为6个，并沿衬套12圆周向均布，保证燃油流通面积能够满足设计要求，沿周向均布的孔可以保证阀芯受液压力均匀，避免偏磨。
[0058]
根据柱塞泵的工作原理可知，在低转速下，柱塞泵先以最大斜盘角度工作，而后斜盘角度逐渐减小，直至以最小斜盘角度工作。如果没有切换活门的加入，柱塞泵会一直以最小斜盘角度工作，相应的需要更高的转速才能保证伺服压力的建立，需要更高的转速才能推动计量活门运动，这不利于伺服系统的正常工作，也需要消耗更多的起动机功率。
[0059]
本发明在现有结构基础上，改进了计量活门衬套，在计量活门衬套上增加油路，确保计量活门型孔13关闭时将泵后燃油导出，并通往油嘴31，经过油嘴31和油嘴32分压作用形成模拟油压p
21*
；设计增加了切换活门，实现了计量活门关闭、打开时等压差活门弹簧腔油压pδ在泵后燃油p
22
和p
21*
之间的切换。
[0060]
计量活门窗口打开前的结构原理图见图3。计量活门关断了通往计量后燃油p
21
的燃，此时通过计量活门衬套上的油路将p
22
压力通往油嘴31和切换活门上端面。在p
22
压力作用下，切换活门向下运动，切断计量后燃油p
21
通往等压差活门弹簧腔的燃油，并沟通了由油嘴31和油嘴32压形成的模拟油压p
21*
与等压差活门弹簧腔的油路，在模拟油压作用下，等压差活门弹簧强压力增大，推动等压差活门向右移动，关小伺服活塞放油油路大小，引起伺服
活塞右腔压力增大，推动活塞左移，增大柱塞泵斜盘角度，提高泵后压力和供油能力，确保低转速下伺服系统能正常工作。
[0061]
计量活门窗口打开后的结构原理图见图4。计量窗口打开后，关闭了计量活门衬套通往切换活门上腔的燃油，在切换活门弹簧力p
13
作用下，切换活门向上运动，关闭了模拟燃油p
21*
与等压差活门弹簧腔的油路，同时沟通了p
21
压力通往等压差活门弹簧腔的油路。开始正常进行等压力调节。
[0062]
本发明已成功应用于某型航空发动机主燃油泵上，有效解决了某型发动机启封、起动过程不供油问题，有效保证了主燃油泵及伺服系统在低转速下和停车状态下，伺服系统仍能正常工作。该产品在应用中工作可靠，性能稳定。具有巨大的经济潜力。同时该发明装置，对于后续系列产品的研发生产具有极大的指导和参考价值。

技术特征：
1.一种提高燃油柱塞泵低转速工作能力的结构，其特征在于，燃油柱塞泵的计量活门衬套上增置有模拟压力通孔(300)，模拟压力通孔(300)和计量燃油型孔分别设置在计量前燃油油路的两侧，当计量燃油型孔完全关闭时，模拟压力通孔(300)与计量前燃油油路连通；所述结构包括：切换活门(1)；其中，切换活门(1)包括：阀芯(11)、衬套(12)和弹簧(13)；阀芯(11)上套设有衬套(12)，阀芯(11)的顶端通过模拟油路(111)与模拟压力通孔(300)连接，阀芯(11)的尾端设置有弹簧(13)；阀芯(11)上从顶端到尾端设置有相互独立的第一环形槽和第二环形槽；衬套(12)上从顶端到尾端设置有第一孔(121)、第二孔(122)、第三孔(123)和第四孔(124)；第一孔(121)与燃油柱塞泵的回油油路p28连通，第二孔(122)与计量燃油型孔连通，第三孔(123)与燃油柱塞泵的等压差活门弹簧腔连通，第四孔(124)通过第三油嘴与模拟油路(111)连通，通过第四油嘴与燃油柱塞泵的回油油路p28连通；当计量燃油型孔完全关闭时，计量前燃油油路通过模拟压力通孔(300)与模拟油路(111)连通，并从阀芯(11)的顶端驱动阀芯(11)在衬套(12)内向阀芯(11)的尾端移动，压缩弹簧(13)；第一孔(121)和第二孔(122)通过第一环形槽连通；第三孔(123)和第四孔(124)通过第二环形槽连通；当计量燃油型孔未完全关闭时，计量前燃油油路与模拟油路(111)不连通，阀芯(11)的顶端的燃油压力降低，弹簧(13)从阀芯(11)的尾端驱动阀芯(11)在衬套(12)内向阀芯(11)的顶端移动，阀芯(11)的顶端的燃油通过第三油嘴、第四油嘴流入回油油路p28；第二孔(122)和第三孔(123)通过第一环形槽连通。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述模拟压力通孔(300)的面积确保燃油柱塞泵的泵后压力不小于预设压力值。3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，预设压力值为2mpa。4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述模拟压力通孔(300)的面积为5-6mm2。5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述模拟压力通孔(300)为长条形，沿计量活门衬套圆周分布；长条形模拟压力通孔(300)的远离计量燃油型孔的一侧还设置有凸起。6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，阀芯(11)与衬套(12)之间的间隙不大于0.014mm。7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，第一孔(121)、第二孔(122)、第三孔(123)和第四孔(124)的孔径为1.5mm。8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，第一孔(121)、第二孔(122)、第三孔(123)和第四孔(124)的数量均为6个，并沿衬套(12)圆周向均布。

技术总结
本发明提供一种提高柱塞泵低转速下的工作能力的结构，通过在计量活门出口和压差活门弹簧腔之间设置切换活门，对原本计量活门进行改进，增加模拟油压通孔，实现了计量活门关闭时柱塞泵仍能在较大斜盘角度下工作，保证泵后输出压力满足要求，从而提高了柱塞泵低转速下的工作能力。的工作能力。的工作能力。


技术研发人员：杨瑞 孙景凯 张乃飞 王曦 吕文礼 吴彦旭
受保护的技术使用者：中国航发西安动力控制科技有限公司
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/5/16