CH246780A - Verfahren zum Betriebe von Flugmotoren mit Abgasturboladern, die nicht mechanisch mit dem Motor gekuppelt sind, sowie Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betriebe von Flugmotoren mit     Abgasturboladern,    die     nicht        mechanisches     mit dem Motor gekuppelt sind,     sowie        Einrichtung    zur Ausübung dieses     Verfahrens.       Während bekanntlich die Drehzahl eines       Abgasturboladers,    das     heisst    einer aus     Abgas-          turbine    und Gebläse     bestehenden    Gruppe,  zur     Aufladung        einer        Brennkraftmaschine,     kurz Motor genannt,

   im stationären     Betrieb     leicht dem Luftbedarf     des    Motors angepasst  werden kann,     trifft    dies während Last- oder       Drehzahländerungen    nicht ohne weiteres zu.  Wenn insbesondere die     Leistung    des Motors  erhöht     werden    soll, so kann dies nur nach       Massgabe    des     durch    das sich     beschleunigende     Gebläse     geförderten    erhöhten Luftgewichtes  erfolgen.

   Für Motoren, bei denen der Brenn  stoff     in        einem        festen        Verhältnis    zum Luft  gewicht steht,     wie    z. B.     bei    Ottomotoren,  trifft     dies    besonders zu. Aber auch für  andere Motoren trifft dies zu, wie z. B. Ein  spritzmotoren, bei denen sich     ein        ungünsti-          ger        Luftüberschuss        einstellt    oder die Spülung       verschlechtert    wird.  



  Da eine     Drehzahlerhöhung    des     Turbola-          ders    erfahrungsgemäss ganz wesentlich mehr       Zeit    beansprucht als z. B. die     Erhöung    der  Drehzahl des Motors, so wird die Manövrier  fähigkeit eines Flugzeuges durch die     Abgas-          turbo-Aufla.dung        verschlechtert.     



  Es ist daher schon vorgeschlagen wor  den, dem Abgasturbolader einen vom Motor       angetriebenen    Lader     nachzuschalten,    was  aber den Nachteil hat, dass der Lader für ein  Druckverhältnis gebaut sein muss, das für  den Motor einen fühlbaren Leistungsverlust  bedeutet.    " Anderseits können heute Abgasturbo  lader     mit    so hohem Wirkungsgrad gebaut  werden, dass nicht die ganze, in den Abgasen  des     Motors    enthaltene Energie für den An  trieb der Turbine benötigt wird.

   Es sind  denn auch schon Vorschläge zur Ausnutzung  der     Überschussenergiebekanntgeworden.        Dar-          unter    sind auch solche, die vorsehen, einen  Teil oder die gesamte     Überschussenergie    dazu  zu verwenden, den     Läufer    des Laders bei       Lasterhöhung    rascher zu beschleunigen. Bei  spielsweise     wurde    vorgeschlagen, einen Teil  der Ladeluft mit den Abgasen     gemischt    oder  getrennt     durch    die     Turbine    zu schicken.

   Die  sem Verfahren haftet jedoch der Nachteil an,  dass der Läufer des Abgasturboladers erst  beschleunigt wird, wenn er das der neuen       Motorleistung    entsprechende Luftgewicht  schon abgeben     sollte.     



  Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil  dadurch behoben, dass der Abgasturbolader       im        Beharrungszustand    des Motors mit einer  höheren als der durch den verlangten Lade  druck und die vom Motor geschluckte Luft  menge     bestimmten    Solldrehzahl betrieben       wird.     



  Die     Einrichtung    zur Ausübung dieses  Verfahrens besteht     in.    einem derart     bemesse-          nen,    an einem     Flugmotor    vorgesehenen Ab  gasturbolader, dass er im Beharrungszustand  des Motors     mit    einer höheren als der durch  den verlangten Ladedruck und die vom Mo-           tor    geschluckte Luftmenge     bestimmten    Soll  drehzahl     dreht.     



       Lösungen,    die ermöglichen, den Lader  mit     einer    höheren Drehzahl als der Solldreh  zahl drehen zu lassen, sind     beispielsweise    die  folgenden:  1. Das Gebläse     wird    grösser bemessen als  für die     Luftmenge,    die der Motor im     Behar-          rungszustand    schluckt. Die Differenz wird  abgeblasen. Hierzu dient eine ins Freie füh  rende     Leitung,    aus der die Luft entgegen  der Flugrichtung austritt.

   Diese     Umgehungs-          leitung    wird geschlossen, sobald     ein    Mehr  bedarf an Luft     eintritt,    also ein grösseres  Luftgewicht verlangt wird. Wird     ein    mecha  nisch     betriebener    Lader ausser dem     Abgas-          turbolader        vorgesehen,    so kann dessen     Druck-          verhältnis    herabgesetzt werden. Ist     eine          Rückstossdüse    vorgesehen (siehe z. B. franz.

         Patentschrift    - Nr. 864544), so     wird    die  abgeblasene Luft mit Vorteil vor dieser ein  geführt. Dadurch wird     erreicht,    dass bei ge  schlossener     Luftumgehungsleitung    der Ge  gendruck nach dem Motor sinkt (raschere       Leistungssteigerung,    besonders     beim    gespül  ten Motor). Die Luft kann auch als Kühl  luft für die Turbine verwendet werden.  



  2. Das Gebläse     ,ist    nur für die vom  Motor     geschluckte        Luftmenge    bemessen; der  zu hohe Druck, der sich im Beharrungs  zustand des Motors bei der erhöhten Lader  drehzahl einstellt, wird:  . a) am     Austritt    aus dem Gebläse durch  Drosseln herabgesetzt,  b) am     Eintritt-        in    das     Gebläse    durch  Saugdrosselung oder durch     Vorrotation,    im       Umlaufsinn    des Laders, herabgesetzt.  



  3.     Selbstverständlich    können diese beiden  Lösungen     gleichzeitig    angewendet werden,       indem    das Gebläse ein grösseres Luftgewicht  bei grösserem Druckverhältnis fördert.  



  Da die Gebläse,     im        Diagramm    gesehen,  auf     verschiedenen    Betriebslinien fördern       intissen,    ist es von Vorteil, die hier angeführ  ten Lösungen vorzugsweise mit verstellbaren       Diffusoren        anzuwenden.    Auf diese Weise  wird     ermöglicht,    die Lader mit nahezu kon-         stantem    Wirkungsgrad drehen zu lassen,  trotz verschiedener     Betriebslinien.     



  An Hand der     Zeichnung    sei das Verfall  ren nach der     Erfindung    in seinen verschiede  nen: Lösungen     zusammen        mit    den     schema-          tisch    dargestellten     beispielsweisen    Einrich  tungen zur     Ausübung    des Verfahrens näher       erläutert.     



  Die     Fig.    1 bis 3 dienen zur Erklärung  der     Betriebsweise    gemäss der Lösung 1 des  Verfahrens:  In     Fig.    1 ist 1 ein Motor beliebiger     Zylin-          derzahl,    3 eine     Abgasturboladerwelle,    4 eine       Abgasturbine,    5 ein von     ihr        angetriebenes     Gebläse, 8     eine        Umgehungsleitung    für     Luft,     9 ein Drosselorgan darin, 10 eine     Umge-          hungsleitung    für     Gas.     



  Der     Reguliervorgang    gemäss oben be  schriebener Lösung 1 spielt sich beispiels  weise folgendermassen ab: Der Flugmotor  nach dem     Ottoprinzip,    beispielsweise     mit    Ver  gaser,     muss    bei höherer Drehzahl und höhe  rer     Leistung    mehr Luftgewicht     schlucken,     welches vom Lader zu liefern ist.

   In dem  Moment, wo das grössere Luftgewicht benö  tigt     wird,    ist der Lader jedoch noch nicht     im-          stande,    dieses zu liefern, so dass     eine    vorüber  gehende     Drucksenkung    in der     Leitung    zwi  schen Lader und     Motor    entsteht. Diese       Drucksenkung        wirkt    auf das Drosselorgan 9  und     schliesst    diese Drossel     in    der Umgehungs  leitung 8 der Luft.

   Dadurch kann - weniger  Luft     hinter    dem Lader austreten, wodurch  ein erhöhtes Luftgewicht dem Motor zuge  führt     wird,    wie verlangt.  



  Im gleichen     Sinne    kann diese vorüber  gehende Drucksenkung dazu benützt werden,  im Fall der oben     beschriebenen    Lösung. 2  r  ein Drosselorgan in der Druck- oder Saug  leitung des Laders zu betätigen.  



  In     Fig.    2 ist ausser dem Abgasturbolader  noch ein mechanisch getriebener Lader 2  vorgesehen, der beliebigen     Typs    sein     kann,     sowie     eine        Rückstossdüse    6 mit     Gassammler     7 dazu     in        beliebiger    Zahl.  



  Die     Fig.    3 und 4 zeigen     Druckvolumen-          kurven    des     Abgastürbogebläses.    Die<B>-</B> Abszis-           sen.    geben das Luftgewicht und die Ordina  ten den     Laderenddruck    an.  



  Beispiel Lösung 1: Die     Drehzahl    des Mo  tors 1 wird plötzlich erhöht; der Ladedruck  wird     durch    einen Regler, der die durch die       Umgehungsleitung    10 abströmende Gas  menge beherrscht (in den Figuren nicht dar  gestellt), konstant gehalten.  



       In        Fig.    3     ist    A' der     Betriebspunkt    des  Motors vor     Beginn    des Reguliervorganges,  G' ist das vom Motor     geschluckte    Luftge  wicht, welches der Lader liefern müsste,  wenn keine     Umgehungsleitung    8 vorhanden  wäre,     a'    die zu diesem Zustand gehörende  Solldrehzahl des Abgangsturboladers.  



  <I>A",</I>     d',    G"     gelten.    analog nach Beendi  gung des     Reguliervorganges.    Wird durch die       Umgehungsleitung    8 ein Luftgewicht     (G-G')     abgeblasen, so     stellt    sich     anstatt    der Dreh  zahl     a'    eine höhere Drehzahl<I>a</I> des Gebläses  gemäss     seiner    Charakteristik ein. Diese kann  kleiner, gleich oder grösser als die Drehzahl       a"    sein, je nach dem Betrag, um den die       Leistung    oder die Drehzahl des     Motors    er  höht wird.  



  Beispiel     Lösung    2a: Die Drehzahl des  Motors 1 wird plötzlich erhöht, der Lade  druck wird durch einen Regler, der auf ein  Drosselorgan 11 gemäss     Fig.    5 wirkt, konstant  gehalten.  



       In        Fig.    4 ist A' der Betriebspunkt des  Motors vor     -Beginn    des Reguliervorganges,  P' ist der Ladedruck vor dem Motor, er wäre  gleich dem     Laderenddruck,    wenn nicht das  Drosselorgan     11    zwischen Lader und Motor  gemäss     Fig.    5 den     Laderenddruck    von P auf  P     heruntersetzen    würde. Der Lader     ist    aber  für diesen     Laderenddruck    P ausgelegt. a' ist  die Solldrehzahl, die dem Zustand P ent  sprechen würde.

   Es soll aber auf der höheren  Drehzahl a des Laders gefahren werden, wes  halb der     Druck    P auf den Wert P durch  das Drosselorgan 11 gemäss     Fig.    5 zu     brin-          gen    ist.  



  <I>A"</I> und     a"    gelten sinngemäss nach Been  digung des Reguliervorganges.  



  In     Fig.    6 tritt an Stelle des     Drosselorga-          nes        11"    der     Fig.    5 ein Drosselorgan 12 am    Eintritt des Laders, welches auch gemäss       Fig.    7 durch ein Leitgitter für     Vorrotation     der Luft im     Umlaufssinn    des Laders ersetzt  werden kann. In beiden Fällen ist Lösung  2b durchführbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zum Betrieb von Flugmotoren mit Abgasturboladern, die nicht mechanisch mit dem Motor gekuppelt sind, dadurch ge kennzeichnet, dass der Lader im Beharrungs zustand des' Motors mit einer höheren als der durch den verlangten Ladedruck und die vom Motor geschluckte Luftmenge bestimmten Solldrehzahl betrieben wird. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Lader im Be- harrungszustand des Motors ein grösseres Luftgewicht fördert, als zur Aufladung des Motors notwendig ist. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Lader im Be harrungszustand des Motors ein grösseres Druckverhältnis erzeugt, als zur Aufladung des Motors notwendig ist. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Lader im Be harrungszustand des Motors ein grösseres Druckverhältnis bei grösserem Luftgewicht erzeugt, als zur Aufladung des Motors not wendig ist. 4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Beharrungszustand des Motors eine gewisse Luftmenge des Laders abgeblasen wird und während einer Leistungs- oder Drehzahlerhöhung des Motors das Abblasen mindestens teilweise unterbrochen wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die abzublasende Luftmenge durch die vorübergehende Drucksenkung in der Ladeluftleitung vor dem Motor selbst tätig geregelt wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass im Beharrungs- zustand des Motors der Laderenddruck auf einen tieferen Ladedruck gedrosselt wird. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da- durch gekennzeichnet, dass im Beharrungs- zustand des Motors der Laderenddruck durch Vorrotation herabgesetzt wird. 8. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass im Beharrungs zustand des Motors der Laderenddruck durch Saugdrosselung herabgesetzt wird.

   PATENTANSPRUCH II: Einrichtung zur Ausübung des Verfah rens nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass der Abgasturbolader so bemes sen ist, dass er im Beharrungszustand des Motors mit einer höheren als der durch den verlangten Ladedruck und die vom Motor ge schluckte Luftmenge bestimmten Solldreh zahl dreht. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> \@ 9. Einrichtung nach Patentanspruch IL, dadurch gekennzeichnet, dass der Lader so bemessen ist, dass er ein grösseres Luftgewicht fördert;

   als zur Aufladung des Motors not wendig ist. 10. Einiichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass der Lader so be messen ist, dass er ein grösseres Druckverhält- nis erzeugt, als zur Aufladung des Motors notwendig ist. 11. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 9 und 10.

   12. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine Umgehungsleitung für abzublasende Luft. 18. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die Umgehungsleitung mit einer Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der abzublasenden Luftmenge versehen ist.

   14. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, durch die die abzublasende Luftmenge eingestellt werden kann.