DE1426256C - Gas turbine engine for automobiles - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk für Kraftfahrzeuge mit einer von dem Gaserzeugerteil mechanisch getrennten Nutzleistungsturbine und mit einer an der Abtriebswelle angeordneten Flüssigkeitsbremse, die von einem Grenzdrehzahlregler dieser Welle gesteuert wird.The invention relates to a gas turbine engine for motor vehicles having one of the gas generator part mechanically separated power turbine and with one arranged on the output shaft Fluid brake that is controlled by a limit speed controller on this shaft.
Zum Verhindern von Überdrehzahlen bei Gasturbinentriebwerken ist das Absperren der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer der Turbine bekannt. Dieser Weg ist jedoch wenig befriedigend, da zwischen dem Absperren der Brennstoffzufuhr und der sich einstellenden Verzögerung der Turbine eine Änderung der Drehzahl auf schädliche Werte wegen der hohen Trägheit und der geringen inneren Reibungswiderstände nicht unbedingt verhindert wird. Bei einem Gasturbinenschiffsantrieb mit einem über ein Übersetzungsgetriebe angetriebenen Verstellpropeller ist bekannt, einen Regler für eine Kupplung zu verwenden, die eine dauernd gefüllte, mit der von der Turbine getriebenen Welle verbundene hydrodynamische Bremse steuert. Die hydrodynamische Bremse wird beim Einkuppeln, also plötzlich, mit voller Bremsleistung wirksam. Eine derartige Anordnung ist für Kraftfahrzeugantriebe nicht geeignet, da das plötzliche Einsetzen der Bremswirkung ein Schleudern des Fahrzeugs wegen seiner verhältnismäßig geringen Trägheit verursachen könnte.To prevent overspeed in gas turbine engines it is known to shut off the fuel supply to the combustion chamber of the turbine. However, this path is not very satisfactory because between shutting off the fuel supply and delaying the turbine Change of the speed to harmful values due to the high inertia and the low internal frictional resistance is not necessarily prevented. In the case of a gas turbine ship propulsion system with a variable pitch propeller driven by a transmission gear it is known to use a regulator for a clutch that has a permanently filled, controls the hydrodynamic brake connected to the shaft driven by the turbine. The hydrodynamic The brake is activated when the clutch is engaged, i.e. suddenly, with full braking power. One Such an arrangement is not suitable for motor vehicle drives, since the sudden onset of the braking effect cause the vehicle to skid because of its relatively low inertia could.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, daß Überdrehzahlen der Gasturbine sofort und zuverlässig, ohne die Gefahr des Schleuderns des Fahrzeugs in Kauf nehmen zu müssen, vermieden werden.The invention is based on the object of providing a gas turbine engine of the type mentioned at the beginning to further develop that overspeeding of the gas turbine immediately and reliably without the danger the skidding of the vehicle must be avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Abtriebswelle der Turbine auch ein hydraulisch schaltbares Stufengetriebe angeordnet ist und daß der Grenzdrehzahlregler über Leitungen auf ein Bremssteuerventil einwirkt und dieses bei Überdrehzahlen einen mit der Drehzahlüberschreitung ansteigenden Druck mit einer Leitung zu der den Läufer der Bremse enthaltenden Kammer verbindet. Auf diese Weise werden Überdrehzahlen der Gasturbine in zuverlässiger Weise verhindert, wobei die Verzögerung durch die Flüssigkeitsbremse fortschreitend und weich erfolgt, so daß rauhe Garigwechsel oder bei Bergabfahrt die Gefahr des Schleuderns des Kraftfahrzeuges beim Anlegen der Flüssigkeitsbremse verhindert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die hydraulische Steuerung in einfacher und wirtschaftlicher Weise ausgebildet werden kann, da nämlich die gleiche Druckflüssigkeit benutzt wird, die die Steueranlage des Stufenschaltgetriebes versorgt.According to the invention, this object is achieved in that a hydraulically switchable multi-step transmission is arranged and that the limit speed controller via lines a brake control valve acts and this, in the case of overspeed, increases with the overspeed Pressure connects to a line to the chamber containing the rotor of the brake. In this way, overspeed of the gas turbine are prevented in a reliable manner, with the Delay by the fluid brake takes place progressively and smoothly, so that rough changes in color or when driving downhill, the risk of the vehicle skidding when the fluid brake is applied is prevented. Another advantage is that the hydraulic control is simpler and more economical Wise can be formed, namely because the same pressure fluid is used as the Control system of the multi-speed gearbox supplied.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Getriebe von Planetenrad-Bauart und von einem Flüssigkeits-Servomotor schaltbar ist, dessen Betätigungsleitung ein Hilfsventil für die zum Bremssteuerventil führende Leitung aufweist, durch das die Druckflüssigkeitszufuhr zur Bremskammer bei allen Übersetzungsverhältnissen des Planetenrädergetriebes bei gleicher Gasturbinetidrehzahl eingeleitet wird. Hierdurch wird erreicht, daß das Einschalten der Flüssigkeitsbremse unabhängig von dem Übersetzungsverhältnis des Planetenrädefgetriebes ist. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die einzelnen F i g. 1 a bis Id sind untereinändef in der Reihenfolge 1 c, 1 a, 1 d, 1 b zusammengelegt zu betrachten.In a further embodiment of the invention it is provided that the planetary gearbox and a liquid servomotor can be switched, the actuating line of which has an auxiliary valve for the line leading to the brake control valve that the pressure fluid supply to the brake chamber for all gear ratios of the planetary gear is initiated at the same gas turbine speed. This ensures that the switch-on the fluid brake is independent of the gear ratio of the planetary gear. An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. The single ones F i g. 1 a to Id are one below the other in the order 1 c, 1 a, 1 d, 1 b to be considered combined.
Das Gasturbinentriebwerk besteht aus einer Gasturbine 9, einem mechanischen Getriebe 10, einer Flüssigkeitsbremse 101 und einer hydraulischen Steueranlage.The gas turbine engine consists of a gas turbine 9, a mechanical transmission 10, a fluid brake 101 and a hydraulic one Control system.
Die Gasturbine 9 hat eine einen Verdichter antreibende Turbine und eine von dieser mechanisch getrennte Nutzleistungsturbine.The gas turbine 9 has a turbine driving a compressor and one of these mechanically separate power turbine.
Das mechanische Getriebe 10 besteht aus einem Zweigang-Planetenrädergetriebe 14 und einem Dreigang-Planetenrädergetriebe 16, das auch den Rückwärtsantrieb ermöglicht.The mechanical transmission 10 consists of a two-speed planetary gear transmission 14 and a three-speed planetary gear transmission 16, which also enables reverse drive.
Die Abtriebswelle 17 der Turbine ist mit einer Eingangswelle 39 des Planetenrädergetriebes 14 verbunden. Die Eingangswelle 39 ist mit einem Plänetenträger 71 für Planetenräder 72 verbunden, die mit einem Sonnenrad 73 und einem Ringrad 74 kämmen. Das Ringrad 74 ist mit einer Zwischenwelle 77 und das Sonnenrad 73 über eine servobetätigte Kupplung 85 mit dem Planetenträger 71 kuppelbar, um im PIa-The output shaft 17 of the turbine is connected to an input shaft 39 of the planetary gear transmission 14. The input shaft 39 is connected to a planet carrier 71 for planet gears 72, which with a sun gear 73 and a ring gear 74 mesh. The ring gear 74 is provided with an intermediate shaft 77 and the sun gear 73 can be coupled to the planet carrier 71 via a servo-operated clutch 85 in order to
ao netenrädergetriebe 14 direkten Antrieb zu bewirken. Durch eine servobetätigte Kupplung 91 kann das Sonnenrad 73 zum Getriebegehäuse 27 festgelegt werden, wodurch übersetzter Antrieb im Planetenrädergetriebe 14 erzielt wird.ao netenräder gear 14 to effect direct drive. A servo-operated clutch 91 can do this Sun gear 73 to the gear housing 27 are set, whereby translated drive in the planetary gear 14 is achieved.
»5 Die Flüssigkeitsbremse 101 hat einen Läufer 103, der in einer Kammer 104 des Getriebegehäuses 27 liegt und mit der Zwischenwelle 77 verbunden ist. Die Zwischenwelle 77 ist mit einem ersten Sonnenrad 111 und einem zweiten Sonnenrad 112 des zweiten Planetenrädergetriebes 16 verbunden. Das erste Sonnenrad 111 kämmt mit mehreren Planetenrädern 116, die auf einem mit einer Ausgangswelle 120 verbundenen Planetenträger 117 gelagert sind. Ein mit den Planetenrädern 116 kämmendes Ringrad 121 kann durch eine servobetätigte Kupplung 123 festgehalten werden, um im Planetenrädergetriebe 16 kleines Untersetzungsverhältnis zu erhalten. »5 The fluid brake 101 has a rotor 103 which is located and in a chamber 104 of the gear housing 27 is connected to the intermediate shaft 77th The intermediate shaft 77 is connected to a first sun gear 111 and a second sun gear 112 of the second planetary gear set 16. The first sun gear 111 meshes with a plurality of planet gears 116, which are mounted on a planet carrier 117 connected to an output shaft 120. A ring gear 121 meshing with the planetary gears 116 can be retained by a servo-operated clutch 123 in order to obtain a small reduction ratio in the planetary gear transmission 16.
Das zweite Sonnenrad 112 kämmt mit Planetehrädern 133 auf einem Planetenträger 134, der mit dem Ringrad 121 verbunden ist. Die Planetenräder 133 kämmen ferner mit einem Ringrad 136, das über eine servobetätigte Kupplung 137 mit dem Getriebegehäuse 27 kuppelbar ist, um im Planetenrädergetriebe 16 mittlere Übersetzung zu bewirken.The second sun gear 112 meshes with planetary gears 133 on a planet carrier 134, which with the ring gear 121 is connected. The planet gears 133 also mesh with a ring gear 136, which over a servo-operated clutch 137 can be coupled to the gear housing 27 in order to be in the planetary gear train 16 effect medium translation.
Eine servobetätigte Kupplung 151 bewirkt eingerückt hohe Übersetzung im zweiten Planetenrädergetriebe 16, indem das Sonnenrad 112 mit dem Planetenträger 134 und dieser mit dem Ringrad 121 verbunden wird.A servo-operated clutch 151 causes a high gear ratio in the second planetary gear set when engaged 16, in that the sun gear 112 is connected to the planet carrier 134 and this is connected to the ring gear 121 will.
Auf der Zwischenwelle 77 sitzt eine ringförmige Wanne 159 eines einen Grenzdrehzahlregler bildenden Pitotrohrreglers. Das öl in der Wanne läuft rriit dieser um und stößt gegen ein Pitotrohr, um einen Reglerdruck in einer Leitung 216 zu erzeugen, derOn the intermediate shaft 77 sits an annular trough 159 of a speed limit controller forming a limit speed controller Pitot tube regulator. The oil in the pan is running rriit this over and abuts against a pitot tube to generate a regulator pressure in a line 216, the
der Drehzahl der Zwischenwelle 77 proportional ist.the speed of the intermediate shaft 77 is proportional.
Das Rückwärtsgang-Planetenrädergetriebe Hat einen mit der Ausgangswelle 120 verbundenen Planetönträger 168 für Planetenräder 167, die mit einem mit dem Ringrad 121 verbundenen Sonnenrad 169 und mit einem Ringrad 172 kämmen. Das Ringrad 172 kann durch eine servobetätigte Kupplung 173 am Getriebegehäuse 27 festgehalten werden. Durch die nachstehend beschriebene Steueranläge können vier Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge geschaltet werden. In dem Schema sind die jeweils eingerückten Kupplungen mit einem X gekennzeichnet. The reverse gear planetary gear has a planetary carrier connected to the output shaft 120 168 for planet gears 167 which are connected to a sun gear 169 connected to ring gear 121 and mesh with a ring gear 172. The ring gear 172 can be operated by a servo-operated clutch 173 be held on the gear housing 27. Through the tax arrangements described below four forward gears and two reverse gears can be shifted. In the scheme are those each engaged clutches are marked with an X.
Kupplung
91[transmission 14
coupling
91
151coupling
151
Kupplung
Ϊ37Drcigangg
coupling
Ϊ37
173coupling
173
214Impulse line
214
Kupplung
85Two-speed
coupling
85
XX
X
XX
X
Kupplung
123gear 16
coupling
123
XX
X
3. Gang
2. Gang
1. Gang
Leerlauf
1. Rückwärtsgang ....
2. Rückwärtsgang ....4th gear.
3rd gear
2nd gear
1st gear
Neutral
1. Reverse gear ....
2nd reverse gear ....
Die hydraulische SteueranlageThe hydraulic control system
Das öl wird aus einem Sumpf 191 (Fig. Ib) von drei Pumpen angesaugt, nämlich einer Hilfspumpe 182, die von einem Elektromotor oder auch der Turbine angetrieben wird, einer vorderen Pumpe 187, ao die von der Eingangswelle 39 angetrieben wird, und einer hinteren Pumpe 190, die von der Ausgangswelle 120 angetrieben wird. Die Förderleitungen der drei Pumpen sind an eine gemeinsame Netzleitung 194 angeschlossen. asThe oil is from a sump 191 (Fig. Ib) of three pumps sucked in, namely an auxiliary pump 182, which is operated by an electric motor or the turbine is driven, a front pump 187, ao which is driven by the input shaft 39, and a rear pump 190 driven by the output shaft 120. The delivery lines of the three pumps are connected to a common mains line 194. as
Der Öldruck in der Netzleitung 194 wird durch ein Druckregelventil 196 geregelt (Fig. la). Eine Impulsleitung 214, die bei bestimmten Stellungen eines willkürlich betätigbaren Wählventils 221 Netzdrück führt, ist so angeschlossen, daß bei bestimmten Betriebszuständen ein Absenken des Netzdruckes erfolgt. Der vom Pitotrohrregler 159 gelieferte Reglerdruck ist über die Leitung 216 ebenfalls angeschlossen und bewirkt ein Absenken des Netzdruckes bei steigender Drehzahl. Der Reglerdruck wird in der Leitung 216 durch ein Auslaßventil 217 begrenzt, das somit auch die Absenkung des Netzdruckes bei zunehmender Drehzahl begrenzt. Bei steigendem Netzdruck wird die Netzleitung 194 mit einer Schmierleitung 218 verbunden.The oil pressure in the network line 194 is regulated by a pressure regulating valve 196 (FIG. La). One Impulse line 214, the system pressure at certain positions of an arbitrarily actuatable selector valve 221 is connected in such a way that the network pressure is reduced under certain operating conditions he follows. The regulator pressure supplied by pitot tube regulator 159 is also connected via line 216 and causes the network pressure to decrease with increasing speed. The regulator pressure is limited in line 216 by an outlet valve 217, which thus also reduces the network pressure limited with increasing speed. When the network pressure rises, the network line 194 also becomes a lubrication line 218 connected.
Das willkürlich betätigbare Wählventil 221 kann in sieben Stellungen für die vier Vorwärtsgänge, den Leerlauf und die beiden Rückwärtsgänge (4, 3, 2,1, N, Rl, R 2) eingestellt und festgehalten werden.The arbitrarily actuatable selector valve 221 can be set and held in seven positions for the four forward gears, idling and the two reverse gears (4, 3, 2, 1, N, Rl, R 2) .
Befindet sich das Wählventil 221 in der gezeichneten Stellung für den ersten Gang, so ist eine Leitung 331, die Netzdruck, der durch ein Durchströmventil 366 moduliert ist, führt, mit einer Leitung 332, die zum hydraulischen Motor der Kupplung 85 führt und mit der Impulsleitung 214 verbunden. Ferner besteht Verbindung zu einer Leitung 334, die zum hydraulischen Motor der Kupplung 123 des Dreigang-Pianetenrädergetriebesl6 führt. Die übrigen angeschlossenen Leitungen 336, 339, 341 und 342 sind entlastetIs the selector valve 221 in the drawn Position for the first gear, so is a line 331, the network pressure, the through a flow valve 366 is modulated, leads, with a line 332, which leads to the hydraulic motor of the clutch 85 and connected to pulse line 214. There is also a connection to a line 334, which leads to hydraulic motor of clutch 123 of the three-speed planetary gear transmission l6 leads. The remaining connected lines 336, 339, 341 and 342 are relieved
Wird das Wählventil 221 in die Stellung für den zweiten Gang bewegt, bleiben die Verbindungen der Leitungen 331 und 332 und der Impulsleitung 214 die gleichen, jedoch wird die Leitung 334 entlastet, während die Leitung 331 njit der Leitung 336 verbunden ist.' !'..'.If the selector valve 221 is moved to the position for the second gear, the connections of the Lines 331 and 332 and the impulse line 214 are the same, but the line 334 is relieved, while line 331 is nj connected to line 336 is.' ! '..'.
In der Stellung des Wählventils 221 für dritten Gang wird die Leitung 331 mit den Leitungen 332 und 339 und der Impulsleitung 214 verbunden. Eine Umgehungsleitung 337 ist, obwohl sie von der Leitüng 331 versorgt wird, durch ein Rückschlagventil 338 abgesperrt. Die Leitungen 334 und 336 sind entlastet. In the position of the selector valve 221 for third gear, the line 331 is connected to the lines 332 and 339 and the pulse line 214. A bypass line 337 is, although it is from the line 331 is supplied, shut off by a check valve 338. The lines 334 and 336 are relieved.
In der Stellung des Wählventils 221 für vierten Gang ist die Leitung 331 mit der Impulsleitung 214 und den Leitungen 339 und 341 verbunden. Die Leitungen 334 und 336 bleiben entlastet.In the position of the selector valve 221 for fourth gear, the line 331 with the pulse line 214 is and lines 339 and 341 connected. The lines 334 and 336 remain relieved.
In der Leerlaufstellung des Wählventils 221 ist die Leitung 331 mit der Leitung 332 und der Impulsleitung 214 verbunden. Da die Leitungen 339, 334 und 336 entlastet sind, befindet sich das zweite Planetenrädergetriebe 16 im Leerlauf, so daß kein Antrieb übertragen wird. In the idle position of the selector valve 221 is the line 331 with the line 332 and the pulse line 214 connected. Since the lines 339, 334 and 336 are relieved, the second planetary gear is located 16 idle, so that no drive is transmitted.
In beiden Stellungen des Wählventils 221 für Rückwärtsgang ist die Leitung 331 mit der Leitung 342 verbunden, so daß das Planetenrädergetriebe 16 im Rückwärtsgang läuft. In der Stellung R1 ist die Leitung 331 auch mit der Leitung 332 verbunden, während die Leitungen 334, 336 und 341 entlastet sind. In der Stellung/?2 ist die Leitung331 außer mit der Leitung 342 auch mit einer Umgehungsleitung 346 verbunden, die über ein Rückschlagventil 347 mit der Leitung 341 verbunden ist.In both positions of the selector valve 221 for reverse gear, the line 331 is connected to the line 342, so that the planetary gear transmission 16 runs in reverse gear. In the position R 1, the line 331 is also connected to the line 332, while the lines 334, 336 and 341 are relieved. In the position /? 2, the line 331 is connected not only to the line 342 but also to a bypass line 346, which is connected to the line 341 via a check valve 347.
Einem Impulsventil 351 (F i g. 1 d) wird zum Umschalten bei übermäßig hohen Drehzahlen der Maschine über die Leitung 216 Reglerdruck zugeleitet. Es wird dann die Netzleitung 194 mit einer Impulsleitung 354 zu einem Bremssteuerventil 426 verbunden. Im vierten Gang, wenn also die ebenfalls angeschlossene Leitung 341 Druck führt, wird die Spannung der Ventilfeder erhöht, so daß das Umschalten bei einer höheren Drehzahl der Zwischenwelle 77 als im dritten Gang erfolgt und diese eine größere Drehzahl in bezug zur Abtriebswelle 17 annehmen kann.A pulse valve 351 (Fig. 1d) is used to switch over at excessively high speeds of the machine supplied via line 216 regulator pressure. It then becomes the power line 194 with an impulse line 354 connected to a brake control valve 426. In fourth gear, if the one that is also connected Line 341 carries pressure, the tension of the valve spring is increased, so that the switchover takes place at a higher speed of the intermediate shaft 77 than in third gear and this a higher speed in relation to the output shaft 17 can assume.
Das Durchströmventil 366 dient der Regelung der ölzufuhr zu einem Umschaltregelventil 391, das über eine Leitung 377 angeschlossen ist.The flow-through valve 366 is used to regulate the oil supply to a switching control valve 391, which is via a line 377 is connected.
Das Durchströmventil 366 sperrt in der normalen Lage die Verbindung zwischen der Netzleitung 194 und der Leitung 331. Es fließt dann das öl langsam durch eine Drosselstelle 371 zur Leitung 331. In dieser Stellung ist die Leitung 331 mit der Leitung 377 zum Umschaltregelventil 391 verbunden.The flow-through valve 366 blocks the connection between the power line 194 in the normal position and the line 331. The oil then slowly flows through a throttle point 371 to the line 331. In In this position, the line 331 is connected to the line 377 to the switchover control valve 391.
Stets, wenn das Wähl ventil 221 betätigt wird, um eine Schaltkupplung einzurücken, betätigt der ölstrom. durch.die Leitung 331 das Umschaltregelventil 391 so, daß es anfangs den Einrückdruck auf einen niedrigeren Wert begrenzt, bei dem die Kupplung schlüpft, und dann den Einrückdruck stetig steigert. Nach dem vollen Einrücken der Kupplung steigert das Umschaltregelventil 391 den Druck schnell auf den Netzdruck, damit die Kupplung sicher bei allen Betriebsbedingungen des Getriebes eingerückt bleibt.Whenever the selector valve 221 is operated to engage a clutch, the oil flow is operated. durch.die line 331 the switching control valve 391 so that it initially limits the engagement pressure to a lower value at which the clutch slips, and then the pressure increases steadily. After the clutch is fully engaged the switching control valve 391 increases the pressure quickly to the network pressure, thus the clutch remains engaged in all operating conditions of the transmission.
An das Umschaltregelventil 391 (Fig. Id) ist hierzu die Leitung 331 über eine Zweigleitung 399 angeschlossen. ,To the switching control valve 391 (Fig. Id) is for this purpose the line 331 is connected via a branch line 399. ,
Claims (1)
sames Ausrücken der Kupplung 137 zu bewirken.In the line 336 an overlap valve 451 chamber 441 is provided with the brake inlet line 438 for a quick engagement and a long-bound 55 to feed this cooled oil,
to cause the clutch 137 to disengage together.
zögert, bis der nächste Gang voll eingeschaltet ist.This prevents the clutch from disengaging.
hesitates until the next gear is fully engaged.
Family
ID=
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