一种航空用电喷工况及故障模拟耐久试验系统及试验方法与流程

本发明涉及发动机的耐久试验系统，尤其涉及一种航空用电喷工况及故障模拟耐久试验系统及试验方法。

背景技术：

1、随着无人机在军事及民用领域的广泛应用，因良好的海拔适应性，航空活塞发动机全面步入电喷化时代，电喷系统的可靠性是涉及发动机可靠性的重要领域。

2、电喷工况由节气门开度、发动机转速、进气温度、进气压力、燃油压力等要素构成。不同工况下，喷嘴、点火线圈、油泵等部件工作负荷都有差异，这些差异与电喷系统的耐久性能息息相关。电喷系统耐久试验时模拟实际情况变换节气门开度、发动机转速、进气温度、进气压力等不同的条件进行不同工况下的系统工作可靠性试验能更贴切地模拟电喷系统的实际工作情况，试验结果也具有更高的可信度。

3、现有的电喷系统不能模拟航空活塞发动机工作在多种不同高度时电喷系统的实际工作负荷，试验结果不能充分验证电喷系统的可靠性。

4、航空活塞发动机工作在数千米的高空，一旦发生故障，如果不及时预警及管理，则可能发生严重的飞行事故，所以电喷系统的故障诊断模块是航空活塞发动机的重要保护伞，其高可靠性是航空活塞发动机安全运行的重要保障，但现有电喷系统的耐久试验缺乏对电喷故障诊断模块的耐久性测试。

5、因此，亟待解决上述问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种能模拟多种输入工况的工电喷况及故障模拟耐久试验系统。

2、本发明的第二目的是提供一种航空用电喷工况及故障模拟耐久试验系统的试验方法。

3、技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种航空用电喷工况及故障模拟耐久试验系统，包括上位机、油泵、点火线圈、喷嘴、舵机、tps、ecu和耐久控制器，耐久控制器分别与上位机、油泵、点火线圈、喷嘴、舵机、tps和ecu电性连接；所述耐久控制器包括进气温度电机驱动器、进气温度驱动电机、进气温度精密旋钮电阻、缸头温度电机驱动器、缸头温度驱动电机、缸头温度精密旋钮电阻以及单片机；

4、上位机将每一工况发送给耐久控制器，每一工况包括海拔、进气温度、缸头温度、燃油压力、节气门开度和发动机转速；

5、单片机通过进气温度电机驱动器、进气温度驱动电机和进气温度精密旋钮电阻模拟进气温度并传输至ecu，单片机通过缸头温度电机驱动器、缸头温度驱动电机和缸头温度精密旋钮电阻模拟缸头温度并传输至ecu，单片机模拟海拔参数并输出信号至ecu，单片机模拟燃油压力并输出信号至ecu；单片机将当前工况设定的节气门开度值发送至ecu，ecu控制舵机打开至对应节气门开度并采集tps电压值；单片机模拟发动机的缺齿转速信号传输至ecu，ecu输出点火系数和喷油系数信号，驱动油泵、点火线圈、喷嘴、舵机、tps进行耐久循环工作。

6、其中，耐久控制器还包括油泵电流传感器、点火线圈电流传感器、喷嘴电流传感器、舵机电流传感器、ecu电流传感器和tps电流传感器，单片机通过油泵电流传感器与油泵电性相连并采集油泵的工作电流，单片机通过点火线圈电流传感器与点火线圈电性相连并采集点火线圈的工作电流，单片机通过喷嘴电流传感器与喷嘴电性相连并采集喷嘴的工作电流，单片机通过舵机电流传感器与舵机电性相连并采集舵机的工作电流，单片机通过ecu电流传感器与ecu电性相连并采集ecu的工作电流，单片机通过tps电流传感器与tps电性相连并采集tps工作电流，所述上位机发送油泵、点火线圈、喷嘴、舵机、ecu和tps的正常工作电流区间给耐久控制器的单片机，耐久试验时单片机将工作电流与正常工作电流区间进行比对。

7、优选的，耐久控制器还包括油泵继电器、点火线圈继电器、喷嘴继电器、舵机继电器、tps继电器、进气温度继电器和缸头温度继电器，所述单片机通过控制油泵继电器、点火线圈继电器、喷嘴继电器、舵机继电器、tps继电器、进气温度继电器和缸头温度继电器断开，模拟对应的出现断路的故障，ecu输出对应的故障码给耐久控制器。

8、再者，耐久控制器控制进气温度继电器导通，ecu采集进气温度精密旋钮电阻两端的电压差并计算出对应的进气温度，ecu将该进气温度值传送给耐久控制器的单片机，单片机根据当前工况下进气温度目标值与当前进气温度值的差值输出正转或者反转信号和pwm信号，进气温度电机驱动器根据正转或者反转信号和pwm信号控制进气温度驱动电机正向或者反向转动，进气温度驱动电机带动进气温度精密旋钮电阻转动，直到进气温度值与目标值一致。

9、进一步，耐久控制器控制缸头温度继电器导通，ecu采集缸头温度精密旋钮电阻两端的电压差并计算出对应的缸头温度，ecu将该缸头温度值传送给耐久控制器的单片机，单片机根据当前工况下缸头温度目标值与当前缸头温度值的差值输出正转或者反转信号和pwm信号，缸头温度电机驱动器根据正转或者反转信号和pwm信号控制缸头温度驱动电机正向或者反向转动，缸头温度驱动电机带动缸头温度精密旋钮电阻转动，直到缸头温度值与目标值一致。

10、优选的，上位机发送发动机转速传感器感应齿盘总齿数s、缺齿数x、齿宽t及当前发动机转速n给单片机，单片机模拟发动机的缺齿转速信号，并输出对应的带缺口的方波信号，方波信号为：信号频率n×s/60，s-x个信号后产生x个缺齿信号，信号占空比为：t×s/360。

11、再者，单片机根据工况设定的海拔参数，输出与海拔参数对应的电压值到ecu。

12、进一步，单片机根据工况设定的燃油压力，输出和燃油压力对应的电压值到ecu。

13、本发明一种航空用电喷工况及故障模拟耐久试验系统的试验方法，包括如下步骤：

14、上位机发送油泵、点火线圈、喷嘴、舵机、ecu、tps的正常工作电流区间给耐久控制器；

15、上位机发送发动机转速传感器感应齿盘总齿数、缺齿数、齿宽给耐久控制器；

16、上位机设定耐久循环工况模式，耐久循环工况模式包括工况总循环数量、每种工况的海拔、进气温度、缸头温度、燃油压力、节气门开度、发动机转速、每种工况的耐久运行时间、每种工况的运行顺序和耐久循环次数；

17、上位机发送开始指令到耐久控制器；

18、耐久控制器收到上位机发来的开始指令后，按照接收到的循环顺序开始耐久循环，耐久控制器根据当前循环的参数模拟每一工况的进气温度、缸头温度、海拔、燃油压力、节气门开度和发动机转速，控制耐久控制器输出对应的信号给ecu，具体为：

19、耐久控制器控制进气温度继电器导通，ecu采集进气温度精密旋钮电阻两端的电压差并计算出对应的进气温度，ecu将该进气温度值传输给耐久控制器的单片机，单片机根据当前工况下进气温度目标值与当前进气温度值的差值输出正转或者反转信号和pwm信号，进气温度电机驱动器根据正转或者反转信号和pwm信号控制进气温度驱动电机正向或者反向转动，进气温度驱动电机带动进气温度精密旋钮电阻转动，直到进气温度值与目标值一致，并传输给ecu；

20、耐久控制器控制缸头温度继电器导通，ecu采集缸头温度精密旋钮电阻两端的电压差并计算出对应的缸头温度，ecu将该缸头温度值传送给耐久控制器的单片机，单片机根据当前工况下缸头温度目标值与当前缸头温度值的差值输出正转或者反转信号和pwm信号，缸头温度电机驱动器根据正转或者反转信号和pwm信号控制缸头温度驱动电机正向或者反向转动，缸头温度驱动电机带动缸头温度精密旋钮电阻转动，直到缸头温度值与目标值一致，并传输给ecu；

21、耐久控制器根据当前工况设定的海拔参数，输出和海拔参数对应的电压值到ecu；

22、耐久控制器根据当前工况设定的燃油压力，输出和燃油压力对应的电压值到ecu；

23、耐久控制器将当前工况设定的节气门开度值传输给ecu，ecu控制舵机将节气门打开到对应的开度，耐久控制器控制tps继电器导通，ecu采集tps的电压信号值；

24、耐久控制器根据接收到上位机发来的发动机转速传感器感应齿盘总齿数、缺齿数、齿宽及当前发动机转速，单片机模拟发动机的缺齿转速信号，并输出对应的带缺口的方波信号到ecu；

25、ecu根据输入的信号，产生正确的点火系数及喷油系数信号，驱动点火线圈、喷嘴、油泵、舵机及tps循环工作，开始当前工况的循环工作；耐久控制器通过油泵电流传感器、点火线圈电流传感器、喷嘴电流传感器、舵机电流传感器、ecu电流传感器和tps电流传感器采集油泵、点火线圈、喷嘴、舵机、ecu和tps的工作电流；并与上位机输入的正常工作电流区间作对比，在电流过大或者过小时向上位机发送故障信息并停止耐久循环。

26、本发明一种航空用电喷工况及故障模拟耐久试验系统的试验方法，包括如下步骤：

27、上位机输入故障耐久循环次数，耐久控制器收到耐久循环次数和开始指令后，控制油泵继电器、点火线圈继电器、喷嘴继电器、舵机继电器、tps继电器、进气温度继电器和缸头温度继电器依次断开，模拟对应部件出现断路的故障，如ecu返回对应的故障码给耐久控制器，则ecu正确识别故障类型，耐久试验继续循环进行；如ecu无对应的故障码返回，则在上位机上显示ecu故障诊断功能失效，并停止耐久循环。

28、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明能解决现有电喷系统只能按照试验室所处海拔进行耐久试验，试验工况与航空活塞发动机的实际工作状况不符的难题，能够按照无人机飞行在不同海拔、不同季节、不同飞行速度下发动机对应的具体工况来进行耐久循环试验，不同海拔、不同温度、不同发动机转速、不同缸头温度、不同燃油压力下，发动机的电喷系统部件工作负荷区别很大，这些负荷和发动机电喷系统的耐久性能息息相关，使用本发明所阐述的耐久试验方法，其试验过程更科学，试验结果更可靠；因航空活塞发动机工作在数千米的高空，一旦发生故障，如果不及时预警及管理，则可能发生严重的飞行事故，并造成巨大的财产损失；电喷系统的故障诊断是航空活塞发动机的重要保护伞，其高可靠性是航空活塞发动机安全运行的重要保障，但现有电喷系统的耐久试验缺乏对电喷故障诊断模块的耐久性测试，使用本发明能有效考核电喷系统故障诊断模块的耐久性，使航空活塞发动机的保护伞更强大。