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Regeleinrichtung für Höhejiilugmotoren.
Motoren für Flugzeuge, mit denen Höhenflüge ausgeführt werden sollen, werden bekanntlich mit einem zusätzlichen Aufladegebläse ausgerüstet, um auch in grösseren Höhen den Druck, unter welchem dem Motor die Ladung zugeführt wird, ständig aufrechterhalten zu können. Würde man hiebei den Ladedruck nicht überwachen, so könnte es vorkommen, dass die Ladung unter Umständen unter einem zu hohen Druck zugeführt wird, was eine thermische Überbeanspruchung des Motors zur Folge hätte. Man verwendet deshalb vielfach eine besondere Regeleinrichtung, die diese Gefahr ausschliessen soll, indem sie selbsttätig den Ladedruck überwacht.
Eine solche Einrichtung besteht beispielsweise aus einem in die Ladeluft-oder Gemischleitung eingesetzten Druckmesser, beispielsweise einer luftleeren Wellrohrmembran, die sich bei Druckänderungen an der Messstelle ausdehnt oder zusammenzieht und deren Formänderungen dazu benutzt werden, über einen Servomotor eine in den Lade-oder Gemischstrom eingeschaltete Drosseleinrichtung im Sinne einer Wiederherstellung des Solladedruckes zu steuern.
Die Verwendung einer derartigen Sicherheitseinrichtung kann aber noch nicht die Gewähr dafür geben, dass der Motor wirklich niemals thermisch iiberbelastet wird. Die thermische Belastung des Motors hängt nicht allein von dem Ladedruck, sondern auch von der Temperatur der Ladung ab.
Auch die Temperatur der Ladung bleibt nicht ohne weiteres immer auf gleichbleibender Höhe. Sie wird beeinflusst von der Flughöhe, der Drehzahl des Gebläses und anderem mehr. Je höher nun die Temperatur wird, um so grösser wird auch die thermische Belastung des Motors und umgekehrt.
Die Erfindung geht von diesen Überlegungen aus und besteht im wesentlichen in dem Vorschlag, einen ausschliesslich auf Temperaturänderungen der Luft oder des Gemisches ansprechenden Impulsgeber vorzusehen, der zusätzlich auf die Servomotorsteuerung für die genannte Drosseleinrichtung einwirkt, u. zw. derart, dass entsprechend der ganz allgemein gestellten Aufgabe, die thermische Belastung des Motors selbsttätig unverändert aufrechtzuerhalten, bei einer Temperaturerhöhung eine Solldruckverminderung und umgekehrt bei einer Temperaturverminderung eine Solldruekerhöhung herbeigeführt wird.
Eine Möglichkeit, eine solche Regelung zu verwirklichen, besteht beispielsweise darin, dass man die Regeleinrichtung so aufbaut, dass die Verstellimpulse des Druckmessers auf einen zweiarmigen Steuerhebel zur Einwirkung gebracht werden, an dessen einen Arm das Steuerglied des Servomotors angelenkt ist und auf dessen andern Arm die Verstellimpulse des Temperaturmessers einwirken.
Bringt man dabei die Verstellimpulse des Temperaturmessers über ein Kurvenstück od. dgl. auf den genannten Steuerhebel zur Einwirkung, so hat man in der Formgebung des Kurvenstiiekes ein Mittel in der Hand, Temperaturänderungen nach jeder gewünschten Gesetzmässigkeit in Solldruck- änderungen umzusetzen, so dass es infolgedessen auch jederzeit möglich ist, die Temperatur und den Druck der Ladung immer so zueinander zuzuordnen, dass tatsächlich die thermische Belastung des Motors begrenzt bleibt.
Der Erfindungsgedanke lässt sich auch verwirklichen, wenn man als Druckmesser oder Druckimpulsgeber nicht gerade-wie beispielsweise angegeben wurde-eine Barometerdose, also etwa eine luftleere Wellrohrmembran, sondern statt dieser einen Dichtemesser, d. h. etwa eine mit Luft oder Gas gefüllte Wellrohrmembran, benutzt.
In diesem Fall muss man nur berücksichtigen, dass eine solche
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luft-oder gasgefüllte Membran auch auf Temperaturänderungen anspricht. Diese Temperaturänderungen lassen sich jedoch durch die Verwendung'eines geeigneten Steuergetriebes ohne Schwierigkeiten eliminieren, beispielsweise indem man bei der abgegebenen Ausführungsform des Reglers das Kurvenstück, über das der ausschliesslich auf Temperaturen ansprechende Impulsgeber auf den vorhergenannten
Steuerhebel zur Einwirkung kommt, entsprechend formt.
Die Verwendung eines Dichtemessers ergibt noch eine sehr wertvolle Möglichkeit einer weiteren Ausgestaltung der neuen Regelung. Man kann nämlich den Dichtemesser unbeschadet seiner vorhergenannten Aufgabe gleichzeitig auch dazu benutzen, bei Motoren mit einer einen Fördermengenregler aufweisenden Brennstoffeinspritzpumpe diesen Fördermengenregler direkt zu steuern.
Wie die erfindungsgemässe Regeleinrichtung im einzelnen aufgebaut sein kann, geht aus den beiden Abbildungen hervor. In Fig. 1 ist die zum Motor führende Gemisch-oder Ladeleitung mit 1 bezeichnet. Die Lade-oder Verbrennungsluft wird über den Ansaugstutzen 2, den Vergaser 3 und die Leitung 4 von einem Gebläse 5 angesaugt und von diesem verdichtet in die Leitung 1 hineingedrückt.
In der Leitung 4 ist in bekannter Weise eine Drosselklappe 6 angeordnet. Als Druckimpulsaufnehmer ist in der Leitung 1 eine luftleere Wellrohrdose 7 und ein beispielsweise mit Quecksilber gefüllter hinreichend druckfest ausgebildeter Körper 8 zur Aufnahme von Temperaturimpulsen eingesetzt. Die Formänderungen der Wellrohrdose 7, die bei einer Druckerhöhung in der Leitung 1 zusammengedrückt wird und die sich bei einer Druckverminderung in der Leitung 1 ausdehnt, werden durch eine Stange 9 auf den Hebel 10 übertragen. Das in dem Körper 8 befindliche Quecksilber dehnt sich bei einer Temperaturerhöhung aus, so dass sich die Bourdonfeder 11 entsprechend aufbiegt, und zieht sich umgekehrt bei einer Temperaturerniedrigung zusammen, so dass sich die genannte Feder mehr zubiegt.
Die Form- änderungen der Feder 11 werden über eine Stange 12, einen Hebel 13, der an seinem Ende ein Kurvenstück 14 trägt, und schliesslich eine Rolle 15 ebenfalls auf den Hebel 10 übertragen. Eine Feder sorgt dafür, dass sich die Rolle 15 in allen Fällen sicher gegen das Kurvenstück 14 legt. Von dem Hebel 10 werden die Steuerbewegungen über eine Stange 17 auf den Steuerschieber 18 übertragen, der in bekannter Weise die Bewegungen eines Arbeitskolbens 19 steuert. Die Bewegungen des Kolbens 19 werden über die Stangen 20, 21, die Kniehebel 22 und 23 und schliesslich die Stange 24 auf die Drosselklappe 6 übertragen. Das Gestänge 25, 26 dient dazu, die Drosselklappe 6 auch von Hand aus verstellbar zu machen.
Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung ist folgende : Erhöht sich der Druck in der Leitung 1, so wird die Dose 7 zusammengedrückt und bewegt damit die Zugstange 9 nach links. In diesem Augenblick bildet der Drehpunkt der Rolle 15 den Drehpunkt für den Hebel 10, so dass infolgedessen auch die Stange 17 und der Steuerkolben 18 nach links ausweichen. Durch die Leitung 27 gelangt schliesslich irgendein unter Druck stehendes Steuermittel, beispielsweise Öl, unter den Kolben 19 und bewegt diesen aufwärts.
Da das Gestänge 25, 26 in Ruhe bleibt-es kann beispielsweise durch eine Sperrklinke gesichert sein, die vom Führer im Augenblick der Bewegung des Hebels 26 zugleich mit dem Ergreifen des Handgriffes gelöst wird-, wird sich das Gestänge 20, 21 nach oben bewegen, der von den Hebeln 22,23 eingeschlossene Winkel kleiner, der zwischen den Stangen 22, 24 eingeschlossene Winkel grösser werden, d. h. die Stange 24 wird sich um den Punkt 28 drehen und die Drosselklappe 6 im Sehliesssinne bewegen. Dadurch wird der Druck in der Leitung 1 verringert. Falls die dadurch bewirkte Druckerniedrigung im ersten Augenblick zu gross war, wird durch die Dose 7 ein Korrekturoder Gegenimpuls ausgelöst, die Drosselklappe 6 wieder weiter geöffnet usf., bis sich der aufrechtzuhaltende Druck in der Leitung 1 wieder eingestellt hat.
Ändert sich die Temperatur in der Leitung 1, beispielsweise indem sie ansteigt, so dehnt sich das in dem Körper 8 befindliche Quecksilber aus, die Feder 11 biegt sich auf, die Stange 12 geht nach oben, die Kurvenscheibe 14 nach unten und die Rolle 15 wandert nach rechts. In diesem Falle ist der Angriffspunkt der Stange 9 an dem Hebel 10 Drehpunkt für diesen Hebel. Verfolgt man die Vorgänge weiter, so sieht man, dass die Stange 17 und damit der Steuerkolben 18 ebenso wie bei einer Druckerhöhung nach links ausweichen mit dem Ergebnis, dass auch für diesen Fall wieder die Drosselklappe 6 um einen gewissen Betrag geschlossen wird. Die Folge ist, dass der Druck in der Leitung 1 zunächst unter einen Wert sinkt, der eine Ausdehnung der Wellrohrdose 7 herbeiführt. Jetzt wird also ein Druckimpuls wirksam.
Das führt dazu, dass der Steuerkolben 18 bei feststehendem Drehpunkt der Rolle 15 nach rechts verschoben, die Drosselklappe 6 also entgegen der vorhergehenden Bewegung wieder um ein bestimmtes Mass geöffnet wird. Der Druck in der Leitung 1 wird sich damit wieder um einen entsprechenden Betrag erhöhen. Die Wellrohrdose 7 wird sich wieder um ein kleines Mass zusammen ziehen und schliesslich die Klappe 6 nochmals etwas schliessen. Die ganze Regeleinrichtung kommt letzten Endes bei einem neuen Solldruck zur Ruhe. Dieser Solldruck hat sich um so viel gegen den vorher eingeregelte Solldruck verändert, als es notwendig ist, um eine Änderung der thermischen Belastung des Motors, die durch die Temperaturänderung eintreten würde, durch eine Änderung des Ladedruckes zu kompensieren. Diese Kompensation wird durch die Auswahl einer geeigneten Form der Kurvenscheibe 14 erreicht.
Fig. 2 zeigt eine Regeleinrichtung, bei welcher die barometrische Messeinrichtung (7) der Fig. 1 durch eine Dichtemesseinrichtung in Gestalt einer mit Luft oder Gas gefüllten Wellrohrdose 31 ersetzt ist. Weiterhin unterscheidet sich die Anordnung nach Fig. 2 von der nach Fig. 1 dadurch, dass das
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Kurvenstück 14 durch ein anderes Kurvenstück 32 ersetzt ist. Ferner ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Regler noch ein Servomotor 33 vorgesehen, der in an sich bekannterweise die Liefermenge der Brenn- stoffpumpe 34 steuert. Findet eine Druckänderung statt, so arbeitet nur die Dichtedose 31.
Die Stange 9 betätigt dabei den Steuerkolben 18 und damit die Drosselklappe 6 ; gleichzeitig betätigt sie aber auch den Steuerkolben 35 und verstellt damit die Fördermenge der Brennstoffpumpe 34 in dem erforderlichen Sinne. Die Rolle 15 bildet hiebei den Festpunkt für den Hebel 10. Tritt eine Temperatur- änderung ein, so liefern sowohl die Dichtedose 31 als auch der Temperaturaufnehmer 8 Impulse. Entsprechend den vorangegangenen Darlegungen werden auch hiebei Brennstoffpumpe und Drosselklappe gleichzeitig verstellt, jedoch derart, dass die Verstellbewegungen des Steuerkolbens 18 letzten Endes nicht durch die Bewegungen der Stange 9, sondern durch die Kurvenscheibe 32 bestimmt werden.
Was die Verstellbewegungen der Drosselklappe anbelangt, erfolgen also diese Bewegungen nach genau der gleichen Gesetzmässigkeit, wie sie mit der Einrichtung nach Fig. 1 verwirklicht wird, obgleich für die Fördermengenregelung der Pumpe 34 in bekannter Weise eine Dichtedose 31 benutzt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regler mit einem in die Ladeluft-oder Gemischleitung eines mit einem Zusatzlader aus- gerüsteten Flugmotors eingesetzten, auf Druck- oder Dichteänderungen ansprechenden Impulsgeber, der bei Abweichungen des Istdruekes vom Solldruek an der Messstelle über einen Servomotor eine in den Lade-oder Gemischstrom eingeschaltete Drosselvorrichtung im Sinne einer Wiederherstellung des Solldruckes steuert, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausschliesslich auf Temperaturänderungen der Luft oder des Gemisches ansprechender Impulsgeber (8) vorgesehen ist.
der in der Weise zusätzlich auf die Servomotorsteuerung (18) einwirkt, dass bei einer Temperaturerhöhung eine Solldruckverminderung, bei einer Temperaturverminderung eine Solldruckerhöhung herbeigeführt wird.