DE894482C - Elektrische Reglung von Abgasturboladern fuer Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Elektrische Reglung von Abgasturboladern für Verbrennungsmotoren Bei Höhenmotoren, insbesondere für Flugzeuge, ist es notwendig, den. Ladedruck zu regeln. Es wird die Aufgabe gestellt, den Druck der Verbrennungsluft vom Höhendruck, z. B. o, i ata in 16 km Höhe, auf den Betriehsdruck von o,8 bis 1,4 ata zu bringen. Hierdurch kann dann die Leistung des Triebwerkes geregelt werden. Bei der Reglung der Leistung unter Verwendung einer Abgasturbine unterscheidet man zwischen der Höhenreglung auf ,konstante Leistung in verschiedenenHöhen und 4erLeistungsreglun.g in konstanter Höhe auf verschiedene Leistungen. Der die notwendige Verdichtung erreichende Verdichter wird mit der Abgasturbine gekuppelt und dann als Abgasturbolader bezeichnet.
• Man hat nun, bisher in Abhängigkeit von einem den Regelimpuls gebenden. Organ, z. B. eines: Ladedruckreglers oder oberhalb der Gleichdruckhöh e eines Drehzahlreglers, Düsenquerschnitte :geändert bzw. unter Zuhilfenahme eines Ventils .den. Zutritt der Abgase zur Turbine gesteuert. Die bisher unter Verwendung von mechanischen Mitteln erreichte Steuerung weist die verschiedensten. Nachteile auf.
• Der wesentliche Fehler vorhandener Vorrichtungen, die sich elektrischer Zwischenglieder zwischen Druckmembran und Regler bedienen, ist das vollkommene Fehlen einer Rückführung zur Vermeidung von Pendelungen sowie .die nicht kraftschlüssige und kontinuierliche Steuerung der Turbine.
• Eine iderartige ,Steuerung kann jedoch außerordentlich leicht ins Schwingen kommen, da jede Überreglung des Druckes sich nach kurzer Zeit in einer Erhöhung der Abgasmenge (oder Verminderung) bemerkbar macht, die wiederum zu einer entsprechenden Änderung der Turbinendrehzahl führt, d. h. die Liefermenge des Flugmotors ist mit der Genauigkeit der Druckhaltung des Laders gekuppelt.
• Weiterhin. ist zu beachten, .daß die Regelcharakteristk des Ausblasventids (b in. Abb. i) sich mit der Flughöhe stark verändert, da die Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil eine Funktion der Höhe ist. Das bedeutet, daß die Regelempfindlichkeit in großen Höhen; stark ansteigt, während sie in niedrigen Höhen geringer ist. Eine besonders starke Rückführung ist somit erforderlich, die erfahrungsgemäß., wenn sie starr ausgeführt wird, eine große TJngleichförmi.gkeit ergibt. Es, ist deshalb zweckmäßig, diese Rückführung elastisch zu machen.
• Zusammenlfassend :sind folgende Forderungen zu erfüllen: i. Große Ansprechempfin;dlichkeit, 2. hohe Steuergeschwindigkeit, 3. kontinuierliche Reglung, 4. große, elastische Rückführung, 5. Überd:rehzahlschutz, d. h. eine kontinuierliche Veränderung des Regelwertes. bei Erreichen ider Höchstdrehzahl im Sinne einer Drehzahlreglung um diese Grenze, 6. Änderung :der Turbinenbeaufschlagung in größeren Flughöhen;. Bezüglich der letzten Forderung ist zusagen, daß in größerenFlughöhenwegen der aus Festigkeitsgründen der Abgasturbine festgelegten Grenzdrehzahl ein Punkt erreicht wird, bei .dem der maximale Ladedruck nicht mehr eingestellt werden darf, da dann die Turbine überdrehen würde. Infogedessen sinkt der Ladedruck bis zu einem Wert ab, bei dem die Turbine infolge zu großer Beaufschlagung an den Drüsen kein Drehmoment mehr abgeben würde. Durch stufenweise Veränderung der Düsenbeaufschlagung ist es möglich, die Turbine wieder betriebsfähig zu machen und dadurch das Druckverhältnis an den Schaufeln und damit die Antriebsleistung, die eine Funktion von Druckverhältnis, Abgasmenge und Temperatur ist, zu erhöhen.
• Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrischen Reglung :bzw. Drehzahlbegrenzung von Abgasturbosufladern für die Triebwerke von Luftfahrzeiugen, bei welchen die Triebwerksleistung durch Veränderung von Druck und Menge der die Abgasturbine zu beaufschlagenden Abgase indirekt eingeregelt wird.. Das Kennzeichen .der Erfindung liegt darin, daß -der zu regelnde Ladedruck und die Drehzahl des Abgasturbol.a,der,s über an sich bekannte elektrische Verstärkereinrichtungen die Drehzahl einer Ölpumpe beeinflussen, welche -den Steuerdruck für die Verstellung der hydraulisch gesteuerten Abgasturbinenregelventile liefert. Bei Überschreiten. der Höchstdrehzahl des Abgasturboladers wird. über den Grenzdrehzahlregler die Direhzahl ider Ölpumpe und somit der Steuerdruck für das Abgastu@rbinenregelventil durch Beeinflussung der Gitterspannung der Verstärkereinrichtung zum Zweck der Herabsetzung der Abgasturbinenbeschickung vermindert. Zur Vermeidung von Pendelungen ist in die Verstärkereinrichtung eine zeitabhängige elektrische Rückführung eingeschaltet, die in bekannter Weise aus Kondensator und Widerstand besteht. Die Erfindung bezieht sich also a) auf die elektrische Steuerung des Abgasturboaufladers und b) auf die elektrische Verschiebung -der Regelcharakteristik des Hauptdruckregleirs bei Erreichen einer Höchstdrehzahl der Abgas- oder Lademaschine.
• Abb. i zeigt ein Ausfi`zhrungsbeispiel der Regelvorrichtung und Abb. 2 eine :Steuercharakteristik gemäß der Erfindung.
• In der Abb. i ist ein Motor a dargestellt, dessen Abgase wahlweise über ein Ventil b ins Freie gefördert oder über je ein. Ventil c1 bzw. c2 einer Abgasturbine d zugeführt werden können. Mit dieser Abgasturbine ist ein Lader e -gekuppelt, ider die Aufladeluft in den Motor d fördert. Abhängig vom Ladedruck wird eine Blende f verstellt, die die von einer Lampe g austretenden, Lichtstrahlen. mehr oder minder freigibt, so daß sie auf einer Photozelle h auftreffen können. Hierdurch wird ein veränderlicher Strom erzeugt. Dieser Strom erzeugt in idem vor dem Vakuumrohr i vorgesehenen. Kreis eine Spannung, die .durch den Widerstand k und die Kapazität L phasenverschoben wird. Diese phasenverschobene Spannung wird @durch, den Stromrichter verstärkt, so daß entsprechend: -dem Strom man der Photoaelle an. ,dem Elektromotor n ein verschieden hoher Strom eine diesem entsprechende Drehzahl einstellt. -Der Elektromotor n ist mit eiaper. Ölpumpe o gekuppelt; die unter Zuhiffenahxne eines Ölbehälters p Drucköl. einem Zylinder q mit einem Kolben .zuführt, der das Ventil b steuert. ;So wird dann in Abhängigkeit vom Ladedruck die in, der Abb. 2 gezeigte Steuercharakteristik erzeugt. Über der Ölpumpendrethzahl n bzw. dem Öldruck pol in Prozenten ist der Ladedruck p, :in ata aufgetragen.
• Es ist klar, daß durch geeignete Wahl der Zwischenverstärkung jede .beliebige Empfindlichkeit erreicht werden kann und daß immer vorhandene Verzögerungen innerhalb der Laldemia.schine .durch Einwirkung auf den Gitterkreis des Stromrichters oder Vorverstärkers ausgeglichen werden .müssen. Zu diesem Zweck wird, wie beschrieben, von dem zeitabhängigen, Verhalten einer Kapazität L mit Vorwiderstand k Gebrauch gemacht werden. Diese Schaltung wird. .bei jeder Stromänderung einen dämpfenden Gitterspannungsimpuls abgeben, der so lange im,Gitterkreis wirkt, bis :die Kapazitätsschaltung sich an die neue Stromkurve angepaßt, .d..h. bis -d-ieAbgasturbinenaufladung sich auf die Meßdose ausgewirkt hat.
• Um Pendelungen in der Verstärkereinrichtung zu vermeiden, ist in, den Stromkreis des Stromrichters zwischen dem Umformer oder. Generator r eine zekabhängige elektrische. Rückführung eingeschaltet, die vorzugsweise aus. Kondensatoren und Widerständen besteht.
• Erreicht der. Lader :die (Grenzdrehzahl, so war bei .den bisher bekannten Regeleinrichtungen ein Zentrifugalsystem vorgesehen, rdaß die Drehzahl des Laders- mechanisch begrenzt. Diese mechanische Beeinflusisung ist aber bei den in Frage kommenden Drehzahlen: von 1o 000 bis 30 aoo Umdrehungen je Minute nicht betriebssicher durchführbar. Gemäß der Erfindung wird eine solide Beeinflussung der Regelcharakteristik betriebssicher und einfach dadurch erreicht, daß in den Gitterkreis die Spannung eines Tourendynamos bzw. eines Grenzdrehzahlreglers a eingeschaltet wird und so diese Spannung über einen Gleichrichter t der im Gitterkreis vorhandenen jeweiligen, Spannung überlagert wird.
• Die Montage des z. B. konzentrischen permanenten Magneten auf der Lader- und Turbinenwelle ist leicht möglich. Die Magnetspule steht infolge ,des vorhandenen Luftspaltes in keiner direkten Berührung mit der schnell laufenden Welle.
• Die Einfachheit dieser Anordnung ist gegenüber .dem bekannten Zentrifugalregler daher deutlich erkennbar. Abschließend sei bemerkt, d,aß die Reglung der Gasdurchsatzmenge im Rahmen der beschriebenen .Schaltung magnetisch oder motorisch durch ein Steuerorgan erfolgt, das mit Hilfe: eines Endkontaktes betätigt wird, der in der Endstellung des Abgasdruckregelventils anspricht.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur elektrischen Reglung bzw. zur Drehzahlbegrenzung von Aibgasturboauf-Ladern für Triebwerke von Luftfahrzeugen, bei welchen die Triebwerksleistung durch Veränderung von Druck und Menge .der die Abgasturbine zu b-eaufschl,agenden Abgase indirekt eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu regelnde Ladedruck und die Drehzahl des Abgasturboladers, (c, d) über an sich bekannte elektrische Verstärkereinrichtungen die Drehzahl einer Ölpumpe (o), welche den Steuerdruck für die Verstellung der hydraulisch ge-,steuerten Abgasturbinenregelventile (b) liefert, beeinflussen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten der Höchstdrehzahl des Abgasturboladers über den Grenzdrehzahlregler (s) durch Beeinflussung der Gitterspannung der Verstärkereinrichtung die Drehzahl der Ölpumpe und somit der Steuerdruck für das Abgasturbinenregelventil. zum Zwecke der Herabsetzung der Abgasturbinenbeschickung vermindert wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Pendelurigen, in die Verstärkereinrichtung eine zeitabhängige elektrische Rückführung eingeschaltet ist, die in bekannter Weise aus Kondensator und Wideratand besteht.