DE102007051498A1

DE102007051498A1 - Fuel metering unit for an aircraft engine

Info

Publication number: DE102007051498A1
Application number: DE200710051498
Authority: DE
Inventors: Karel Stastny; Helmut Streifinger
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2007-10-27
Filing date: 2007-10-27
Publication date: 2009-04-30
Also published as: WO2009052794A3; WO2009052794A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzumesseinheit (1) für ein Flugzeugtriebwerk, die zur Förderung und Zumessung von Kraftstoff zwischen einem Kraftstofftank (2) und einer Brennkammer (3) des Flugzeugtriebwerkes angeordnet ist sowie ein Verfahren hierzu. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Förderung und Zumessung des Kraftstoffes durch eine elektromotorisch betriebene Fördereinrichtung mit einer Vorpumpe (4) und einer Verdrängungspumpe (5) erfolgt.The present invention relates to a fuel metering unit (1) for an aircraft engine, which is arranged for conveying and metering fuel between a fuel tank (2) and a combustion chamber (3) of the aircraft engine and a method for this purpose. According to the invention it is provided that the delivery and metering of the fuel by an electric motor driven conveyor with a backing pump (4) and a displacement pump (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzumesseinheit für ein Flugzeugtriebwerk, die zur Förderung und Zumessung von Kraftstoff zwischen einem Kraftstofftank und einer Brennkammer des Flugzeugtriebwerks angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Zumessung von Kraftstoff mittels einer Kraftstoffzumesseinheit.The The present invention relates to a fuel metering unit for an aircraft engine used for mining and metering fuel between a fuel tank and a combustion chamber of the aircraft engine is arranged. Furthermore, the invention relates a method for metering fuel by means of a fuel metering unit.

Aus der Offenlegungsschrift DE 100 18 137 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Zumessung von Kraftstoffen insbesondere für Flugtriebwerke bekannt. Der Kraftstoff wird mittels einer Kraftstoffpumpe gefördert und anschließend dem Flugzeugtriebwerk durch ein Kraftstoffzumessventil zugemessen. Der Druck, mit dem das Kraftstoffzumessventil beaufschlagt wird, ist durch einen Rezirkulationsfluss mit einem Rezirkulationsventil regelbar. Flugzeugtriebwerke weisen sogenannte Geräteträger (Getriebe oder Gear-Box) auf, welche eine Vielzahl von Hilfsaggregaten betreiben. Hierzu zählt auch der Antrieb der Kraftstoffpumpe, so dass die Drehzahl und damit die Fördermenge der Kraftstoffpumpe unmittelbar vom aktuellen Betriebspunkt des Flugzeugtriebwerks abhängt. Folglich ist ein vergleichsweise großer Rezirkulationsfluss durch das Rezirkulationsventil erforderlich, wenn bei einer hohen Drehzahl der Kraftstoffpumpe nur ein kleines Fördervolumen des Kraftstoffs gewünscht ist. Folglich ist die Kraftstoffzumessung stark überdimensioniert und fördert stets mehr Kraftstoff als das Triebwerk selbst bei maximaler Beschleunigung benötigt. Dadurch wird der Kraftstoff mehr als grundsätzlich notwenig aufgeheizt und seine Kapazität als Wärmesenke für andere Systeme reduziert.From the publication DE 100 18 137 A1 is a device and a method for the metering of fuels known in particular for aircraft engines. The fuel is delivered by a fuel pump and then metered to the aircraft engine through a fuel metering valve. The pressure applied to the fuel metering valve is controllable by a recirculation flow with a recirculation valve. Aircraft engines have so-called equipment carrier (gear or gear box), which operate a variety of auxiliary equipment. This also includes the drive of the fuel pump, so that the speed and thus the flow rate of the fuel pump depends directly on the current operating point of the aircraft engine. Consequently, a comparatively large recirculation flow through the recirculation valve is required when at a high speed of the fuel pump, only a small delivery volume of the fuel is desired. As a result, fuel metering is highly oversized and always delivers more fuel than the engine itself requires at maximum acceleration. As a result, the fuel is more than necessary basically heated and reduces its capacity as a heat sink for other systems.

Ferner ist eine Kraftstoffzumesseinheit aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 645 738 A1 bekannt. Hierin ist eine Schleuderpumpe beschrieben, die über eine Welle durch die Gear-Box angetrieben wird. Der mittels der Schleuderpumpe geförderte Kraftstoff wird einer weiteren Druckpumpe zugeführt, um anschließend ins Flugzeugtriebwerk zu gelangen. Die zusätzliche Druckpumpe wird über einen elektrischen Motor angetrieben, welcher wiederum über eine Steuereinheit angesteuert wird.Further, a fuel metering unit is known from the European patent application EP 1 645 738 A1 known. Herein is described a centrifugal pump which is driven by a shaft through the gear box. The fuel delivered by means of the centrifugal pump is fed to a further pressure pump in order subsequently to reach the aircraft engine. The additional pressure pump is driven by an electric motor, which in turn is controlled by a control unit.

Bei den genannten elektrisch angetriebenen Systemen gemäß des Standes der Technik entsteht das Problem, dass durch die Drehzahlabhängigkeit der Antriebswelle, über die die jeweilige Vorpumpe betrieben wird, der Druckverlauf des geförderten Kraftstoffs eine Welligkeit aufweist (Fuel-Ripple-Problematik). Diese Druckwelligkeit weist Frequenzen von weniger als einem kHz auf, wodurch ein kritischer Einfluss auf das Förderverhalten in die Brennkammer und damit auf die Verbrennung des Kraftstoffs im Flugzeugtriebwerk entsteht. Ferner ist grundsätzlich eine Kraftstoffdurchflussmesseinrichtung erforderlich, über die der elektrische Motor zum Antrieb der Druckpumpe derart in Wirkverbindung steht, dass der gemessene Förderdruck oder das gemessene Fördervolumen als Stellgröße für den Betrieb der Pumpe dienen muss. Zudem müssen mehrere kraftstoffhydraulische Aktuatoren vorgesehen werden, die zur Verstellung mehrerer Druckregelventile erforderlich sind.at the said electrically driven systems according to the In the prior art, the problem arises that due to the speed dependence of the Drive shaft over which the respective fore pump operated is, the pressure curve of the pumped fuel a Waviness has (fuel ripple problem). This pressure ripple has frequencies of less than one kHz, which makes it more critical Influence on the conveying behavior in the combustion chamber and so that arises on the combustion of the fuel in the aircraft engine. Furthermore, basically a fuel flow measuring device required, over which the electric motor to the drive the pressure pump is operatively connected in such a way that the measured Discharge pressure or the measured delivery volume as Manipulated variable for the operation of the pump must serve. In addition, several fuel-hydraulic Actuators are provided which are used to adjust several pressure control valves required are.

Ein weiteres Problem entsteht durch die mechanische Verbindung zwischen der Gear-Box und der Druckpumpe, so dass Gleitringdichtungen erforderlich sind, welche einer intensiven Wartung unterliegen. Durch das Leckagerisiko ist die Zuverlässigkeit des Betriebs der Pumpen über die Gear-Box begrenzt.One Another problem arises due to the mechanical connection between the gear box and the pressure pump, so that required mechanical seals which are subject to intensive maintenance. By the risk of leakage is reliability of operation of pumps over limited the gear box.

Auch alternative Systeme, elektrisch angetriebene Systeme ohne Gear-Box, welche auf Zahnradpumpen-Konfigurationen beruhen, müssen ein- oder zweimotorig ausgeführt sein, wobei bei einer derartigen Ausführungen das Fuel-Ripple-Problem in den Vordergrund tritt und zu dessen Reduzierung zusätzliche Dämpfer erforderlich sind.Also alternative systems, electrically driven systems without gear box, which are based on gear pump configurations must be executed single or twin engine, in such a The focus is on the fuel ripple problem occurs and its reduction additional dampers required are.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffzumesseinheit für ein Flugzeugtriebwerk zu schaffen, welches die Nachteile des vorangenannten Standes der Technik vermeidet, eine vereinfachte Ausführung aufweist und die Fuel-Ripple Problematik minimiert.It It is therefore the object of the present invention to provide a fuel metering unit for an aircraft engine, which has the disadvantages of avoids prior art, a simplified Execution and minimizes the fuel ripple problem.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kraftstoffzumesseinheit für ein Flugzeugtriebwerk gemäß des Oberbegriffs des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is based on a fuel metering unit for an aircraft engine according to the preamble of Claim 1 solved in conjunction with the characterizing features. advantageous Further developments of the invention are in the dependent claims specified.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Förderung und Zumessung des Kraftstoffes durch eine elektromotorisch betriebene Fördereinrichtung mit einer elektrischen Vorpumpe und einer elektrischen Verdrängungspumpe mit verstellbarer Kapazität beispielsweise einer Axialkolbenpumpe oder einer Flügelzellenpumpe erfolgt.The The invention includes the technical teaching that the promotion and metering of the fuel by an electric motor operated Conveyor with an electric fore pump and a electric displacement pump with adjustable capacity for example, an axial piston pump or a vane pump he follows.

Durch die Umsetzung eines elektrischen Kraftstoffsystems ohne einen mechanischen Abtrieb durch die Gear-Box kann ein hochflexibles System bereitgestellt werden, welches sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und keine aufwendigen Regelventile mit einem niedrigen Wirkungsgrad erforderlich macht. Insbesondere entfällt die Antriebswelle zwischen der Gear-Box und der Pumpe, so dass der Einsatz von Gleitringdichtungen bei Verwendung wenigstens eines Nassläufer-Motors überflüssig wird. Darüber hinaus sind keine weiteren Kraftstoffzumesseinheiten erforderlich, welche durch Aktuatoren angesteuert werden müssen, die auf die verschiedenen Regelventile wirken. Insbesondere entfällt der Einsatz von stark überdimensionierten Fördereinrichtungen, die auch bei einer maximalen Beschleunigung des Flugzeugtriebwerks mehr Kraftstoff liefern müssen, als das Triebwerk tatsächlich benötigt. Folglich erhöht sich der Wirkungsgrad der Kraftstoffzumesseinheit.The implementation of an electric fuel system without a mechanical output through the gear box, a highly flexible system can be provided, which is characterized by a simple structure and no expensive control valves with a low efficiency required. In particular, the drive shaft between the gear box and the pump is eliminated, so that the use of mechanical seals with the use of at least one wet rotor motor is superfluous. In addition, no further fuel metering units are required, which must be controlled by actuators based on the act different control valves. In particular, the use of highly oversized conveyors, which must deliver more fuel even at a maximum acceleration of the aircraft engine, as the engine actually needed. As a result, the efficiency of the fuel metering unit increases.

Weitere Vorteile der Erfindung sind, dass die Kraftstoffzumesseinheit für die normale Abschaltung kein Abschaltventil benötigt, sondern es ausreicht, den Motor abzuschalten, und dass die Erfindung keine Einrichtung benötigt, um Leckage der Kraftstoffdüsen in die Brennkammer nach Abstellen des Triebwerks zu vermeiden, sondern dafür der Motor rückwärts läuft und den Kraftstoff aus den Düsen saugt und zurück in den Flugzeugtank pumpt.Further Advantages of the invention are that the fuel metering unit for the normal shutdown does not require a shutdown valve, but it is sufficient to switch off the engine, and that the invention no Device needed to prevent leakage of fuel nozzles but to avoid the combustion chamber after turning off the engine for that the engine runs backwards and suck the fuel out of the nozzles and back into the aircraft tank pumps.

Erfindungsgemäß sind die Vorpumpe und die Verdrängungspumpe der Fördereinrichtung derart zueinander angeordnet und fluidisch miteinander verbunden, dass der aus dem Kraftstofftank geförderte Kraftstoff zunächst die Vorpumpe und nachfolgend die Verdrängungspumpe durchströmt. Die Vorpumpe ist vorzugsweise als Kreiselpumpe ausgeführt und sowohl die Vorpumpe als auch die Verdrängungspumpe werden mittels eines Elektromotors angetrieben. Dabei ist es von Vorteil, den elektrischen Antrieb der Kreiselpumpe und/oder der Verdrängungspumpe als Nassläufer auszuführen, um den Einsatz von Gleitringdichtungen zu vermeiden. Sowohl die Kreiselpumpe als auch die Verdrängungspumpe können über eine gemeinsame Antriebswelle angetrieben werden, wobei der Antrieb mittels eines einzigen Elektromotors erfolgt. Durch den Einsatz eines Einmotorenkonzeptes in Kombination mit einer verstellbaren Flügelzellenpumpe und den entsprechenden Regelalgorithmen zur Ansteuerung der Pumpendrehzahl sowie der Fördermenge der Pumpen wird erreicht, dass die Dynamik für die Ansteuerung von kraftstoffhydraulischen Aktuatoren ausreichend ist, um die Kraftstoffbereitstellung bei sich schnell ändernden Betriebspunkten des Flugzeugtriebwerkes dynamisch anzupassen.According to the invention the fore pump and the displacement pump of the conveyor arranged in such a way and fluidly connected to each other, that the fuel pumped from the fuel tank first flows through the backing pump and then the displacement pump. The fore pump is preferably designed as a centrifugal pump and both the fore pump and the positive displacement pump are driven by an electric motor. It is from Advantage, the electric drive of the centrifugal pump and / or the Run positive displacement pump as a wet rotor, to avoid the use of mechanical seals. Both the Centrifugal pump as well as the positive displacement pump can over a common drive shaft are driven, the drive done by a single electric motor. Because of the engagement a single engine concept combined with an adjustable one Vane pump and the corresponding control algorithms for controlling the pump speed and the flow rate the pump is achieved that the dynamics for the control of fuel-hydraulic actuators is sufficient to fuel delivery at rapidly changing operating points of the aircraft engine dynamically adapt.

Vorzugsweise ist die Verdrängungspumpe als verstellbare Pumpe ausgeführt, wobei ein elektrischer oder kraftstoffhydraulischer Aktuator vorgesehen ist, der mit der Verdrängungspumpe zusammenwirkt, um die Fördermenge zur Brennkammer des Flugzeugtriebwerks zu regeln. Durch eine verstellbare Verdrängungspumpe kann eine höhere Drehzahl der Pumpen auch bei geringeren Zumessungen gefahren werden, womit das Problem der Welligkeit des Druckverlaufs im Kraftstoffförderstrom gelöst wird und ein ausreichender Eintrittsdruck zur Vermeidung von Kavitation in der Verdrängungspumpe sichergestellt wird. Der Aktuator wirken derart mit der Verdrängungspumpe zusammen, dass im Falle einer Flügelzellenpumpe die Exzentrizität der Förderkammer, die das Verstellglied der Flügelzellenpumpe bildet, variiert werden kann. Damit ist die Fördermenge durch die Verdrängungspumpe unabhängig von der Drehzahl einstellbar. Dem folgend kann dann, wenn sowohl die Kreiselpumpe als auch die Verdrängungspumpe über eine einzige Welle durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden, die Drehzahl der Kreiselpumpe unabhängig von der effektiven Fördermenge der Verdrängungspumpe verstellt werden. Durch diese erfindungsgemäße Wirkverbindung zweier Pumpenkonzepte, die über einen einzigen Elektromotor angetrieben werden, kann ein vollelektrisches Antriebssystem für eine Kraftzumesseinheit erst erfolgreich umgesetzt werden.Preferably the displacement pump is designed as an adjustable pump, wherein an electric or fuel-hydraulic actuator is provided is that interacts with the positive displacement pump to the To control flow rate to the combustion chamber of the aircraft engine. By an adjustable positive displacement pump can be a higher Speed of the pumps can also be operated at lower dosages, with which the problem of the ripple of the pressure curve in the fuel flow is solved and a sufficient inlet pressure to avoid Cavitation in the displacement pump is ensured. The actuator interact with the positive displacement pump in this way, that in the case of a vane pump, the eccentricity the delivery chamber, the adjusting the vane pump forms, can be varied. Thus, the flow rate through the displacement pump regardless of the speed adjustable. The following can then if both the centrifugal pump as well as the positive displacement pump over a single Shaft to be driven by a common electric motor, the Speed of the centrifugal pump independent of the effective flow rate be adjusted the displacement pump. By this invention Active connection of two pump concepts, the one single electric motor can be driven, a fully electric drive system for a Kraftzumesseinheit be successfully implemented.

In Ergebnis wird erreicht, dass konventionelle Durchflussmesseinheiten zur Regelung wegfallen, der Betrieb eines elektrischen Kraftstoffsystems mit kraftstoffhydraulischen Aktuatoren möglich wird und das Gesamtkonzept unabhängig von der Gear-Box betreibbar ist. Ferner entsteht keine kritische Wellenfrequenz im Kraftstoffzustrom bei geringen Kraftstoff-Zumessungen, wobei ferner der Einsatz von Gleitringdichtungen entfällt und das Leckagerisiko minimiert wird.In Result is achieved that conventional flow measuring units to eliminate control, the operation of an electric fuel system is possible with fuel-hydraulic actuators and the Overall concept is independent of the gear box operable. Furthermore, there is no critical wave frequency in the fuel flow at low fuel metering, and further the use of mechanical seals deleted and the risk of leakage is minimized.

Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist eine zentrale Steuereinheit vorgesehen, über die wenigstens der Motor und der Aktuator gesteuert werden. Die zentrale Steuereinheit kann mit dem zentralen Steuerungssystem des Triebwerks oder Luftfahrzeugs in Verbindung gebracht sein, um über die aktuelle Zumessung des Kraftstoffs zu den Triebwerken die aktuelle Leistung der Triebwerke zu regeln.According to one Further development of the present invention is a central control unit provided over the at least the motor and the actuator to be controlled. The central control unit can communicate with the central Control system of the engine or aircraft in conjunction be brought to about the current metering of the fuel to regulate the engines current performance of the engines.

Vorzugsweise sind in der Kraftstoffverbindung zwischen Flügelzellenpumpe und der Brennkammer zumindest ein Druckregelventil zur Regelung des Förderdruckes von kraftstoffhydraulischen Aktuatoren und Sensorventilen, ein Abschaltventil zur Abschaltung des Kraftstoffförderstroms und eine Durchflussmesseinrichtung angeordnet. Von der Durchflussmesseinrichtung gelangt der Kraftstoff an eine Verteilereinheit, um über die Verteilereinheit den Kraftstoff in die Brennkammer einzugeben.Preferably are in the fuel connection between vane pump and the combustion chamber at least one pressure control valve for control the delivery pressure of fuel-hydraulic actuators and sensor valves, a shut-off valve for switching off the fuel flow and a flow meter arranged. From the flowmeter the fuel reaches a distribution unit to over the distributor unit to enter the fuel in the combustion chamber.

Zwischen der Vorpumpe und der Verdrängungspumpe können ein Kraftstofffilter und/oder ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher angeordnet sein. Darüber hinaus ist in einer fluidisch parallelen Anordnung zur Verdrängungspumpe ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, um den geförderten Kraftstoff auf einen maximalen Förderdruck zu begrenzen. Dieses Ventil kann als federbelastetes Sitzventil ausgeführt sein, und öffnet bei einer zu großen Differenz des Druckes des Kraftstoffes vor und nach der Verdrängungspumpe. Somit können die Folgen eines Fehlers, beispielsweise bei der Ansteuerung oder dem Betrieb des Aktuators, der auf die Exzentrizitätsverstellung der die Verdrängungspumpe bildenden Flügelzellenpumpe wirkt, erfolgreich vermieden werden. Dieses Druckbegrenzungsventil kann auch als elektrisch angesteuertes Notventil ausgeführt werden, so dass eine Situation der Überlastung des Flugzeugtriebwerks vermieden wird, in dem eine zu große Kraftstoffmenge eingegeben wird.Between the backing pump and the displacement pump, a fuel filter and / or a fuel-oil heat exchanger may be arranged. In addition, a pressure limiting valve is provided in a fluidically parallel arrangement to the displacement pump in order to limit the delivered fuel to a maximum delivery pressure. This valve can be designed as a spring-loaded seat valve, and opens at too great a difference in the pressure of the fuel before and after the displacement pump. Thus, the consequences of a fault, for example in the control or operation of the actuator, the on the Exzentrizitätsver position of the positive displacement pump forming vane pump acts successfully avoided. This pressure relief valve can also be designed as an electrically controlled emergency valve, so that a situation of overloading the aircraft engine is avoided, in which an excessive amount of fuel is input.

Zur Bereitstellung des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank kann in oder an diesem eine Hilfspumpe angeordnet sein, welche den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zumindest bis zur Vorpumpe fördert.to Providing the fuel from the fuel tank can be in or be arranged at this an auxiliary pump, which the fuel from the fuel tank promotes at least up to the forepump.

Des Weiteren sind zwischen der Kraftstoffleitung, welche den Abschnitt zwischen der Flügelzellenpumpe und dem Druckregelventil darstellt und dem Abschnitt, welcher zwischen dem Kraftstofffilter bis zur Flügelzellenpumpe vorhanden ist, optional ein oder mehrere krafstoffhydraulische Aktuatoren zur Beeinflussung der Geometrie und/oder des Luftstroms (Gasstroms) des Triebwerks vorgesehen. Diese können optional VSV-Aktuatoren sein. Damit kann trotz der erfindungsgemäßen Ausführung der vollelektrischen Kraftstoffzumesseinheit eine variable Statorblattverstellung, der Einsatz von Abblasventilen, einer Düsenverstellung und dergleichen Anwendung finden.Of Further are between the fuel line, which is the section between the vane pump and the pressure control valve represents and the section which between the fuel filter up to the vane pump is available, optional on or several hydraulic actuators for influencing the geometry and / or the air flow (gas flow) of the engine. These can be optional VSV actuators. Thus, despite the inventive embodiment of the all-electric Kraftstoffzumesseinheit a variable stator blade, the Use of blow-off valves, a nozzle adjustment and find the same application.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.Further, The measures improving the invention will be described below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the single figure shown in more detail.

Die Figur: zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesseinheit für ein Flugzeugtriebwerk zur Förderung und Zumessung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in die Brennkammer eines Flugzeugtriebwerks.The FIG. 1 shows a schematic view of the invention Fuel metering unit for an aircraft engine for promotion and metering fuel from a fuel tank into the combustion chamber an aircraft engine.

In der Figur ist die erfindungsgemäße Kraftstoffzumesseinheit 1 gezeigt, welche mit einem Rahmen versehen und zwischen einem Kraftstofftank 2 und einer Brennkammer 3 angeordnet ist. Die Kraftstoffzumesseinheit 1 dient zur Förderung und Zumessung von Kraftstoff zwischen dem Kraftstofftank 2 und der Brennkammer 3, die sich innerhalb des Flugzeugtriebwerkes befindet. Die erfindungsgemäße Kraftstoffzumesseinheit 1 weist eine Vorpumpe 4 und eine als Flügelzellenpumpe ausgeführte Verdrängungspumpe 5 auf, die durch den Kraftstoff aufeinanderfolgend durchströmt werden. Die Bereitstellung des Kraftstoffes aus dem Kraftstofftank 2 kann optional über eine Hilfspumpe 16 erfolgen, welche den Kraftstoff vom Tank 2 zur Vorpumpe 4 fördert. Bei niedriger Höhe und kaltem Kraftstoff kann auch auf die Pumpe 16 verzichtet werden bzw. wird sie abgeschaltet oder darf ausfallen.In the figure is the fuel metering unit according to the invention 1 shown, which are provided with a frame and between a fuel tank 2 and a combustion chamber 3 is arranged. The fuel metering unit 1 serves to convey and meter fuel between the fuel tank 2 and the combustion chamber 3 located inside the aircraft engine. The fuel metering unit according to the invention 1 has a fore pump 4 and a displacement pump designed as a vane pump 5 on, which are successively flowed through by the fuel. The provision of fuel from the fuel tank 2 can optionally via an auxiliary pump 16 take the fuel from the tank 2 to the fore pump 4 promotes. At low altitude and cold fuel can also affect the pump 16 be waived or is it switched off or may fail.

Die Vorpumpe 4 ist z. B. als Kreiselpumpe ausgeführt und wird über einen Elektromotor 6 angetrieben, welcher zugleich die Verdrängungspumpe 5 antreibt. Aus Gründen der arstellbarkeit ist lediglich eine gestrichelte Linienverbindung zwischen dem Elektromotor 6 und der Vorpumpe 4 sowie der Verdrängungspumpe 5 angegeben, wobei beide Pumpen 4 und 5 auf einer gemeinsamen Antriebswelle betrieben werden, die durch den Elektromotor 6 angetrieben ist. Die Vorpumpe ist als Strömungsmaschine ausgelegt, erzeugt also Druck wobei der Durchsatz variabel ist.The forepump 4 is z. B. designed as a centrifugal pump and is an electric motor 6 driven, which at the same time the displacement pump 5 drives. For reasons of manageability is only a dashed line connection between the electric motor 6 and the forepump 4 as well as the displacement pump 5 indicated, both pumps 4 and 5 operated on a common drive shaft, by the electric motor 6 is driven. The fore pump is designed as a turbomachine, thus generating pressure whereby the throughput is variable.

Zur Verstellung der Menge des zu fördernden Kraftstoffs durch die als Flügelzellenpumpe ausgeführte Verdrängungspumpe 5 ist ein Aktuator 7 vorgesehen, welcher mit der Flügelzellenpumpe zusammenwirkt. Die Flügelzellenkammer, in der die Flügelzellen eine Rotationsbewegung ausführen, weist relativ zur Antriebsachse der Flügelzellen eine Exzentrizität auf, welche mit dem Aktuator 7 verstellbar ist. In Abhängigkeit der verstellten Exzentrizität kann die Fördermenge durch die Flügelzellenpumpe unabhängig von der Drehzahl der Flügelzellen, die über den Elektromotor 6 bereitgestellt wird, verstellt werden. Die Hauptpumpe ist als Verdrängungspumpe 5 ausgeführt, erzeugt also Volumendurchsatz bei variablem Austrittsdruck.For adjusting the amount of fuel to be pumped by the displacement pump designed as a vane pump 5 is an actuator 7 provided, which cooperates with the vane pump. The vane chamber, in which the vane cells perform a rotational movement, has an eccentricity relative to the drive axis of the vane cells, which with the actuator 7 is adjustable. Depending on the adjusted eccentricity, the flow rate through the vane pump, regardless of the speed of the vane, via the electric motor 6 is provided, be adjusted. The main pump is as a positive displacement pump 5 executed, so produces volume flow at variable outlet pressure.

Zur Ansteuerung des Aktuators 7 dient eine Steuereinheit 8, welche schematisch durch einen Kasten im unteren Bereich der Figur dargestellt ist. Über die Steuereinheit 8 wird ebenfalls der Elektromotor 6 angesteuert, um die erforderliche Drehzahl des Elektromotors 6 einzustellen. Zwischen der Verdrängungspumpe 5 und der Brennkammer 3 ist ein Druckregelventil 9 zur Regelung des Förderdruckes von krafstoffhydraulischen Aktuatoren und Servoventilen, ein Abschaltventil 10 zur Abschaltung des Kraftstoffförderstroms und eine Durchflussmesseinrichtung 11 angeordnet. Das Druckregelventil 9 kann mit der Durchflussmesseinrichtung 11 zusammengefasst werden (1 Ventil, 2 Funktionen), um eine aktuelle Durchflussinformation an die Steuereinheit 8 zu liefern. Der zur Brennkammer 3 geförderte Kraftstoff gelangt in eine Verteilereinheit 15, um den Kraftstoff in einer radial gleichverteilt um die Rotationsachse des Triebwerks ausgestalteten Anordnung von Düsen den Kraftstoff gleichförmig in die Brennkammer einzuspritzen. Vorliegend wird der in die Brennkammer 3 eingespritzte Brennstoff als Kraftstoff bezeichnet, wobei der Begriff als Synonym für Treibstoff zu verstehen sei.For controlling the actuator 7 serves a control unit 8th , which is schematically represented by a box in the lower part of the figure. About the control unit 8th will also be the electric motor 6 controlled to the required speed of the electric motor 6 adjust. Between the positive displacement pump 5 and the combustion chamber 3 is a pressure control valve 9 for controlling the delivery pressure of hydraulic actuators and servo valves, a shut-off valve 10 for switching off the fuel delivery flow and a flow meter 11 arranged. The pressure control valve 9 can with the flow measuring device 11 summarized (1 valve, 2 functions) to provide up-to-date flow information to the control unit 8th to deliver. The to the combustion chamber 3 subsidized fuel enters a distribution unit 15 for uniformly injecting the fuel into the combustion chamber in an arrangement of nozzles radially equally distributed around the axis of rotation of the engine. The present is in the combustion chamber 3 injected fuel referred to as fuel, the term being synonymous with fuel.

Ferner ist ein Aktuator 17 dargestellt, welcher mit der Steuereinheit 8 in Verbindung steht. Durch den Aktuator 17 gelangt ein Rückfördervolumen des Kraftstoffs von der Druckseite zur Eingangsseite der Verdrängungspumpe 5, welche sich zwischen der Vorpumpe 4 und der Verdrängungspumpe 5 befindet. Der Aktuator 17 dient z. B. zur Verstellung der Leitschaufeln des Flugzeugtriebwerkes, wobei dieser nur schematisch dargestellt ist. Zwischen der Vorpumpe 4 und der Verdrängungspumpe 5 ist sowohl ein Kraftstofffilter 12 als auch ein Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher 13 eingebracht, welche aufeinanderfolgend mit dem geförderten Kraftstoff durchströmt werden.Further, an actuator 17 shown, which with the control unit 8th communicates. Through the actuator 17 enters a return volume of the fuel from the pressure side to the input side of the positive displacement pump 5 which is between the forepump 4 and the positive displacement pump 5 located. The actuator 17 serves z. B. for adjustment the guide vanes of the aircraft engine, which is shown only schematically. Between the forepump 4 and the positive displacement pump 5 is both a fuel filter 12 as well as a fuel-oil heat exchanger 13 introduced, which are successively flowed through with the pumped fuel.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The Invention is limited in its execution not to the preferred embodiment given above. Rather, a number of variants is conceivable, which of the illustrated solution even with fundamentally different types Use.

11: Kraftstoffzumesseinheitfuel metering unit
22: KraftstofftankFuel tank
33: Brennkammercombustion chamber
44: Vorpumpebacking pump
55: FlügelzellenpumpeVane pump
66: Elektromotorelectric motor
77: Aktuatoractuator
88th: Steuereinheitcontrol unit
99: DruckregelventilPressure control valve
1010: Abschaltventilshut-off valve
1111: DurchflussmesseinrichtungFlow meter
1212: KraftstofffilterFuel filter
1313: Kraftstoff-Öl-WärmetauscherFuel-oil heat exchanger
1414: DruckbegrenzungsventilPressure relief valve
1515: Verteilereinheitdistribution unit
1616: Hilfspumpeauxiliary pump
1717: Aktuatoractuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10018137 A1 [0002]
- EP 1645738 A1 [0003]

Claims

Fuel metering unit ( 1 ) for an aircraft engine used to deliver and meter fuel between a fuel tank ( 2 ) and a combustion chamber ( 3 ) of the aircraft engine is arranged, characterized in that the promotion and metering of the fuel by an electric motor-driven conveyor with an electric backing pump ( 4 ) and an adjustable displacement electrical displacement pump ( 5 ) he follows.

Fuel metering unit ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the forepump ( 4 ) and the displacement pump ( 5 ) of the conveyor are arranged to each other and fluidly connected to each other, that from the fuel tank ( 2 ) funded fuel first the forepump ( 4 ) and subsequently the displacement pump ( 5 ) flows through.

Fuel metering unit ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the forepump ( 4 ) is designed as a centrifugal pump and both the backing pump ( 4 ) as well as the positive displacement pump ( 5 ) by means of an electric motor ( 6 ) are driven.

Fuel metering unit ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one electric motor ( 6 ) of the conveyor is designed as a wet rotor to avoid the use of mechanical seals.

Fuel metering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that both the centrifugal pump and the displacement pump ( 5 ) are driven by a common drive shaft, and the drive by means of a single electric motor ( 6 ) he follows.

Fuel metering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an electric or fuel-hydraulic actuator ( 7 ) is provided, which with the displacement pump ( 5 ) cooperates to determine the delivery rate to the combustion chamber ( 3 ) of the aircraft engine.

Fuel metering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a central control unit ( 8th ) and via which at least the engine ( 6 ) and the actuator ( 7 ) are driven.

Fuel metering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the fuel connection between the positive displacement pump and the combustion chamber ( 3 ) at least one pressure regulating valve ( 9 ) for controlling the delivery pressure, a shut-off valve ( 10 ) for switching off the fuel flow and a flow measuring device ( 11 ) are arranged.

Fuel metering unit ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that between the fore pump ( 4 ) and the displacement pump ( 5 ) a fuel filter ( 12 ) and / or a fuel-oil heat exchanger ( 13 ) is arranged.

Fuel metering unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in a fluidically parallel arrangement to the displacement pump ( 5 ) a pressure relief valve ( 14 ) is arranged to limit the delivered fuel to a maximum delivery pressure.

Method for metering fuel by means of a fuel metering unit ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that for adjusting the flow rate of the fuel, the rotational speed of the electric motor ( 6 ) and / or the position of the actuator ( 7 ) is adjusted.

A method according to claim 11, characterized in that the control of the fuel metering by the central control unit ( 8th ), by which the speed of the electric motor ( 6 ) and the position of the actuator ( 7 ) is matched to one another in such a way that the efficiency of the displacement pump ( 5 ), fuel ripple is avoided and cavitation at the inlet of the positive displacement pump is avoided.