无人机发动机电喷系统设计方案

无人机发动机电喷系统

无人机发动机电喷系统设计方案

一、无人机发动机特性及其工况特点

1、 无人机发动机特点

无人机发动机属于航空动力的一种，无论是活塞式发动机还是涡轮喷气发动机，都有比较紧凑的构造，较小的体积尺寸和较轻的自身重量不仅使发动机在使用中安装方便，更重要的是在航空动力应用中减轻了起飞负担。常见的活塞式发动机一般为二冲程发动机居多，相对于四冲程发动机而言具备更大的功率和转速输出。这些小体积发动机以单缸、双缸、或四缸型式用于无人机或者航模等轻型飞行装置中，体积紧凑、重量轻盈，在行业中比较知名的有3W、DA、DLE等多个品牌多种型号发动机供选择。

2、 无人机发动机运行工况分析

无人机发动机自身具备体积小重量轻特点，匹配不同的螺旋桨会有不同的动力输出。航空飞行不同于地面运转，发动机在空中需要应对的工况比地面要负责更多，不仅仅要考虑本身的机身重量，还需要考虑空中气流对机身的影响、海拔高度变化造成空气密度变化对发动机影响，以及温度变化、潮湿度变换等影响。

无人机性能发挥关键在于发动机性能，功率、油耗、海波高度适应能力、续航时间等都是无人机发动机实际应用中制约因素。

二、无人机发动机电喷匹配要点

考虑到无人机及其发动机本身特性及其应用工况需要，匹配无人机发动机电喷系统需要注重以下几个方面

? 零部件体积小、重量轻、可靠度高、便于安装

? 满足高海拔飞行需要，具备海拔高度数据修正功能

? 延长续航时间

? 改善动力特性，提升功率

? 降低油耗，提高燃油经济性

三、3W56无人机发动机电喷设计方案解析

石家庄益科创新科技有限公司基于3W56发动机设计匹配的电喷方案，对于航模无人机发动机等小型发动机电喷化改装非常合理，无论是零部件设计还是控制策略等各个方面，均符合无人机发动机特点及其工况使用需要。

1、 ECU设计方案

石家庄益科创新科技有限公司无人机ECU实物照片如下：

外形尺寸：65mm*78mm*20mm

重量：≤120g

外壳材质：轻铝合金

符合体积小重量轻的要求。

无人机发动机电喷系统

如下图为石家庄益科创新科技有限公司航模无人机电喷系统UAVECU设计示意图，在该示意图中我们可以看到该型号ECU具备全部需要的功能以及可能的扩展功能。

UAV ECU设计特点：

1） 、支持海拔高度修正功能，这是对于无人机发动机非常重要的功能，BARO sensor，

即为大气压力传感器，ECU采集BARO传感器信号反馈的环境压力信息，通过计算得出当前发动机所在环境海拔高度及对应的空气密度，从而对喷油和点火信号进行调整，使其符合当前发动机公款运转需要，避免因为喷油和点火不合理问题造成发动机损坏或者功率突变造成事故。

2） 、支持舵机控制功能，ECU具备SERVO motor舵机控制输出端口，可以根据发动机

运行状态需要或者接收控制信号来控制舵机旋转角度，从而控制节气门阀体阀片开度，调整发动机充气效率，改变发动机功率输出状态。

3） 、支持温度传感器、节气门位置传感器、相位传感器、等多个传感器信号采集。

4） 、支持喷油相位和脉宽控制，最大可同时驱动双路喷油器；同时支持点火正时控制，

并且可以通过爆震传感器实现点火闭环控制，这在重油电喷系统中非常重要。

5） 、支持多种油泵系统方案。

6） 、支持多种通讯协议，包括SCI和CAN总线，便于系统集成，同时具备数据广播功

能。

2、 节气门阀体总成设计方案

节气门阀体设计时需要考虑发动机排量和充气效率需要。对比原机化油器而言，要具备更高的充气效率和更大进气道截面，这样可以保证电喷系统可以是发动机发挥更大的功率输出。原机化油器进气道最狭窄处直径为接近16mm，考虑更好的进气效果，节气门设计18mm阀片直径，节气门也不是越大越好，需要考虑发动机实际需要。

如下图所示，益科公司设计的匹配3W56发动攻击的节气门阀体，该设计高度集成

节气门阀体、节气门位置传感器、舵机、喷油器等多个部件为一体，充分考虑安装

无人机发动机电喷系统

空间需要和便捷安装等因素，完全替代原有化油器，原机不需要做任何的改动真正做到了即插即用。

节气门阀体设计特点：

1）、高度集成，体积最小化，重量最轻化，完全替换原机化油器，即插即用。

2）、喷油器的喷射角度尽量做到最优，保证油气雾化效果最佳。

3）、舵机采用高性能可靠的小型FUTABA舵机，保证控制精确，性能稳定。

3、供油油泵匹配方案

油泵是电喷系统中体积较大、重量较重的部件，为了满足无人机电喷系统体积小重量轻的需要，石家庄益科创新科技有限公司采用Gear pump齿轮泵为无人机电喷系统供油，齿轮泵具备体积小重量轻的特点，ECU输出PWM控制齿轮泵运转，同时结合油压传感器使用，油压传感器反馈油压状态给ECU，ECU可以实时调整PWM输出占空比来保证齿轮泵输出油压稳定。

3、 点火系统匹配方案

电喷系统需要ECU控制点火相位，因此石家庄益科创新科技有限公司针对性的设计了可以支持双缸的无进角航模无人机发动机专用CDI点火器，替换原机点火器，相对于原机点火器，益科创新公司匹配的CDI点火器增大了点火线圈，提高点火能量，可以确保发动机具有更好的点火效果，燃烧状态更佳，提高功率输出性能。

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4、 传感器匹配方案

电喷系统必须的传感器在无人机电喷系统中均有匹配。其中包括进气温度传感器IAT，缸头温度传感器ECT，节气门位置传感器TPS，进气压力传感器MAP，触发信号传感器HALL sensor，以及航空动力海拔修正功能必须的大气压力传感器BARO sensor。

5、 线束及其他

无人机电喷系统运行工况相对复杂，低于电喷系统的干扰因素也较多，为了保证电喷系统性能，信号稳定屏蔽干扰，益科创新有限公司采用高温屏蔽线作为无人机电喷系统的线束原材料，利用高温屏蔽线耐高温、刚干扰等特性为电喷系统稳定运行提供保障。同时线束和ECU的接插件采用的是高性能的航空行业专用接插件，保证电气连接性能。

四、电喷系统及化油器特性曲线对比

1、功率特性对比

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2、油耗特性对比