DE1476736A1

DE1476736A1 - Servo-Steuervorrichtung zur Betaetigung eines steuerbaren Gliedes entsprechend einem Fehlereingangssignal

Info

Publication number: DE1476736A1
Application number: DE19661476736
Authority: DE
Inventors: Peczkowski Joseph Leonard; Fodroci Michael Paul; Longstreet Charles Simpson
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-12-10
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1476736C3; SE314848B; US3393691A; FR1511032A; DE1476736B2; GB1150599A

Description

The Bendix Corporation, Fisher Building, Detroit, Michigan, USA

Servo-Steuervorrichtung zur Betätigung eines steuerbaren Gliedes entsprechend einem Pehlereingangssignal

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servo-Steuervorrichtung, insbesondere auf eine solche zur Betätigung eines steuerbaren Gliedes entsprechend einem Pehlereingangssignal, welches seinerseits eine Vorrichtung mit einer veränderlichen Empfindlichkeitskurve in Abhängigkeit von den zugeordneten Betriebsbedingungen steuert.

Zum besseren Verständnis wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Servo-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Geschwindigkeitssteuerregelvorrichtung zum Steuern des Kraftstoffstromes su einer Gasturbine erläutert. Die beschriebene besondere Ausführungsform der Servo-Steuervorrichtung

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kann entsprechend dem Verwendungszweck im Rahmen der Erfindung gebgeändert werden.

Ein düsenangetriebenes, Hochleistungsflugzeug, insbesondere von Überschallgeschwindigkeit , welches einen oder mehrere Gasturbinenmotore zu seinem Antrieb verwendet, erfordert eine genaue Kontrolle des Kraftstoffflusses zu dem oder den Motoren, um die Empfindlichkeitseigenschaften des Motors auszugleichen, welche sich entsprechend bestimmten Flugzuständen, wie beispielsweise dem Druck oder der Temperatur der Umgebungsluft wie auch der Staudruckwirkung an dem Motorlufteinlaß über einen weiten Bereich von Höhe und Fluggeschwindigkeiten ändern« Beispielsweise haben die Veränderungen in dem Mengenluftstrom durch den Motorlufteinlaß, verursacht durch Änderungen bei den oben angegebenen Verhältnissen, einen resultierenden Effekt in der Motorzeitkonstante, welche sich durch einen Faktor von über einen Betriebsbereich von Höhe und Fluggeschwindigkeiten ändern kann. Bei Stauluftverhältnissen am Motoreinlaß bei Seehöhe kann die Motorzeitkonstante 3/10 see. betragen, während sie bei einer Höhe von 20 km bei einer Fluggeschwindigkeit von 0,9 Ifai auf 3 see. anwachsen kann. Auch die Motorgewiim ader -ausbeutecharakteristik ändert eich in ähnlicher Weise, wie Fachleuten ohne weiteres klar ist.

Im Hinblick auf die oben erwähn ;e veränderliche Motorempfindlichkeitseigenschaft oder Empfinüliehkaitskurve ist ea offensichtlich, daß der Kraftstoffatrom zu der Maschine und damit der Motorbetrieb für eine optimale Motorarbeit für eine gagebeüe

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Höhe und Fluggeschwindigkeit, aber ohne angemessenen Ausgleich" auf den Kraftstoffstrom zur Maschine für Abweichungen von der gegebenen Höhe und bezw. oder Fluggeschwindigkeit geregelt werden kann, die Empfindlichkeitseigenschaften des Motors unter verschiedenen Kräftbedarfeinstellungen nicht optimal sind und unzufriedenstellend sein können.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Proportional- plus Integral-Motorgeschwindigkeitsregler mit ver- m änderliohen Ausbeute- oder Gewinncharakteristiken vorzusehen, um Änderungen in den Motorempfindlichkeitseigenschaften auszuschalten, welche durch einen auf die Motorkraftleistung bezogenen Betriebszustand verursacht sind.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Proportional- plus Integral-Motorgeschwindigkeitsregler vorzusehen, welcher durch einen veränderlichen Proportionalgewinn und einen veränderlichen Integralgewinn gesteuert als eine Punktion von einem Betriebszustand charakterisiert ist, von welchem die Mo- ™ torempfindlichkeitscharakteristik abhängt.

Mehr im einzelnen ist die Servo-Steuervorrichtung nach der Erfindung, welche eine Proportional-Servovorrichtung und eine integrierende Servovorrichtung aufweist, welche beide wirksam mit dem steuerbaren Glied zu dessen Betätigung entsprechend dem für das Fehlereingangssignal typischen Eingangssignal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechende Ausbeute oder der entsprechende Gewinn der Proportional- und

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Integriereinrichtung veränderlich sind und entsprechend durch auf mindestens einen veränderlichen Betriebszustand ansprechende Ausgleichsmittel gesteuert werden, welche der durch das steuerbare Glied gesteuerten Vorrichtung zugeordnet ist.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Gasturbinenmotor und ein Kraftstoff steuersystem gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch in Blockform den Proportional- und Megralregler nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen einzelteil nach Fig. 2.

Ein allgemein mit 20 bezeichneter Gasturbinenmotor v/eist ein Gehäuse 22 auf, dessen vorderes Ende einen Lufteinlaß 24 und dessen hinteres Ende eine Auspufföffnung 26 begrenzt. Von einem Kompressor 28 druckaufgeladene Luft wird zu einer oder mehreren Verbrennungskammern 30 geliefert, wo sich von zugeordneten Kraftstoffeinspritzdüsen 32 eingespritzter Kraftstoff mit der druckaufgeladenen Luft vermischt und das sich daraus ergebende Gemisch zu heißen Antriebsgasen verbrennt, welche durch eine oder mehrere Turbinen 34 laufen und aus der Auspufföffnung 26 zur Atmosphäre austreten, wodurch sie einen Antriebshub für den Motor vorsehen. Der Kompressor 28 wird durch die damit

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verbundene Turbine 34 über eine Welle 36 angetrieben, welche in nicht dargestellten geeigneten Lagern drehbar angeordnet ist.

Ein druckaufgeladener, abgemessener Kraftstoffstrom wird den Kraftstoffeinspritzdüsen 32 über eine Kraftstoffleitung 38 von einer Kraftstoffquelle 40 zugeführt. Eine von dem Kompressor 28 durch allgemein mit 44 bezeichnete Welle und Getrieberäder angetriebene Kraftstoffpumpe 42 drückt den Kraftstoff durch eine Leitung 38. Ein mit einer veränderlichen Fläche versehenes M Kraftstoffzumeßventil 46, welches in der Kraftstoffleitung 38 hinter der Pumpe 42 angeordnet ist, steuert den Kraftstoffstrom durch die Leitung 38 zu den Kraftstoffeinspritzdüsen Ein allgemein mit 48 bezeichnetes, herkömmliches Kraftstoffumgehung sventil spricht auf das P₁ - P₂ - Kraftstoffdruckdifferential über das Zumeßventil 46 an und arbeitet in der üblichen Weise, um übermäßigen Kraftstoff aus der Leitung 38 zu den Kraftstoffpumpeneinlaß bei einem Druck P_Q über eine Leitung zurückzuführen und dadurch das Kraftstoffdruckdifferential ^ P.J - Pp über das Ventil 46 auf einen konstanten Wert unabhängig von der durch das Ventil 46 begrenzten Strömungsfläche zu regeln.

Das Zumeßventil 46 ist über eine Stange 52 mit der Proportionalplus Integralreglervorrichtung 54 verbunden, welche ein Ausgangssteuersignal zur Betätigung des Tentiles 46 vorsieht. Die Proportional - plus Integralreglervorrichtung 54 wird mit Steuereingangssignalen versehen, welche die Kompressorgeschwindigkeit über allgemein mit 56 bezeichnete Welle und Getrieberäder, Kompressoraustritts-luftdruck P₀ über eine Leitung 58 ■ 009813/0327

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und die Einstellung eines Drosselhebels 60 über einen Gelenkhebel 62 und einen Hebel 64 enthalten.

Bei Fig. 2, welche die inneren Bestandteile des Proportionalplus Integralreglers der Pig. 1 zeigt, bezeichnet 66 einen Servokolben, welcher ]6 verschiebbar von einem Gehäuse 68-getragen wird und auf den beiden gegenüberliegenden Seiten Kammern 70 und 72 ausgesetzt ist. Bin geeignetes Verbindungsmittel, welches die Form einer mit dem einen Ende an dem Kolben 66 befestigten Stange 52 annimmt, erstreckt sich verschiebbar durch das Gehäuse 68 in Eingriff mit dem in Pig. 1 dargestellten Zumeßventil 46. Eine herkömmliche kraftstoffdruckregulierte Servozuführung 74 ist über einen Kanal 76 mit der Kammer 70 verbunden. Die Servozuführung 74 soll die Stelle einer jeden von einer Vielzahl bekannter Ausführungsformen wie beispielsweise eine druckaufgeladene Kraftstoffquelle einnehmen, welche einer Druckreduktion durch eine nicht dargestellte federbelastete Ventilvorrichtung in Strömung regelnder Beziehung unterliegt, um eine ständige Kraftstoffzuführung bei geregeltem konstanten Druck P_{ß 2ur Kammer ?0} vorzusehen. Der Kraftstoff in der Kammer 70 läuft durch einen beschränkten oder gedrosselten Kanal 78 in dem Kolben 66 zu der Kammer 72 bei einem Druck P , aus welcher der Kraftstoff durch einen Kanal 80 in. einem mit dem Kolben 66 einteiligen Schaft 82 austritt. Der S_chaft erstreckt sich verschiebbar durch das Gehäuse 68, und der Kanal 80 entlädt sich in das Innere des Gehäuses 68 bei einem verhältnismäßig niedrigen KraftstoffabfluBdruck P_Q. Der Kraftstoffstrom aus der Kammer 72 und damit der Kraftstoffdruckabfall

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P_ - P über den Kolben 66 wird durch ein Ventil 84 gesteuert, Jx s *

welches mit dem iustrittsende des Kanales 80 zusammenwirkt und dadurch die effektive Strömungsfläche des letzteren verändert,

Das Ventil 84 ist einteilig mit einem Stößel 86 oder auf andere Weise zu seiner Betätigung verbunden, welcher unter bestimmten Motorbetriebsverhältnissen, wie später beschrieben wird, auf einer dreidimensionalen Nooke 88 gleitet oder reitet, welche von einer drehbaren und axial beweglichen, von dem Gehäuse 68 % getragenen Welle 90 getragen wird. Eine zwischen das Gehäuse und eine fest an dem Stößel 86 angebrachte Federabstützung 94 eingeschaltete Feder 92 dient dazu, den Stößel 86 in Eingriff mit der geformten Oberfläche der Nooke 88 zu halten. Die Welle 90 und die daran befestigte Nooke 88 wird axial durch einen geeigneten, herkömmlichen Servomotor 96, welcher eine Ausgangsbewegung als eine Funktion eines Motorgeschwindigkeits-Eingängssignales Np hat, und in Drehrichtung durch einen geeigneten, herkömmlichen Servomotor 98 betätigt, welcher eine Ausgangsbewegung als eine Funktion eines Motortemperatur-Eingangssig- m nales T hat. Die,Ausgangsbewegung des Servomotors 98 kann auf eine Welle 90 über eine Zahnstangen- und ßitzelanordnung 100 übertragen werden.

Ein Hebel 102 ist schwenkbar auf einem an einem Schaft 106 befestigten Stift 104 angeordnet, welcher an einem itegrierkolben 108 befestigt ist. Das andere Ende des Hebels 102 trägt einen Stift 110, welcher sich in einen von dem einen Ende eines Hebels 114 gebildeten Schlitz 112 erstreckt. Der Hebel 114 wird

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schwenkbar von einer Welle 116 getragen, welche sich durch einen entlang dem Hebel 114- axial liegenden längsschlitz 118 erstreckt. Die Endteile der Welle 116 werden verschiebbar von im Abstand angeordneten Gliedern 119 und 121 getragen und geführt, welche jedem Ende der Welle 116 zugeordnet sind. Ein in dem gegenüberliegenden Ende des Hebels 114 gebildeter Schlitz 120 nimmt einen Stift 122 auf, welcher an dem einen Ende eines Hebels 124 befestigt ist. Ein mit dem Hebel 102 einteiliger Vorsprung 125 stützt sich gegen einen mit dem Stößel 86 einteiligen Plansch 126 ab, und hebt dadurch den Stößel 86 weg von der Nocke ab, woraufhin die Lage des V_entiles 84 von der Lage des Hebels 102 in der später beschriebenen Art und Weise abhängig ist.

Der Hebel 124 ist auf einem von einem Schaft 128 getragenen Stift 126 schwenkbar angeordnet, welcher Schaft an dem beweglichen Ende einer Druckdose 130 befestigt und zusammen mit diesem beweglich ist. Das gegenüberliegende Ende der Druckdose 130 ist an einer festen Abstützung, beispielsweise dem G_ehäuse 68 befestigt. Der Innenraum der Druckdose I30 ist über einen Kanal I3I zu einer volumenveränderlichen Kammer 132 entlüftet, welche teilweise von einem verschiebbar in dem Gehäuse 68 angeordneten Kolben 134 begrenzt wird. Der Kolben 134 ist an einem Arm 136 befestigt und wird von ihm betätigt, dessen eines Ende vergrößert und zur drehbaren Aufnahiis der Welle 90 gebohrt ist. Im Abstand angeordnete Halteglieder 138 und 140,. welche auf der Welle I90 an beiden Seiten des Armes I36 befestigt sind, gestatten eine Betätigung des Armes 136 entsprechend einer

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Axialbewegung der Welle 90 und einer Relativbewegung zwischen Welle 90 und Arm 136 entsprechend einer Drehbewegung der Welle 90. Infolgedessen ist eine Betätigung des Kolbens 134 darauf beschrankt, auf eine Axialbewegung der Welle 90 als eine Funktion des Np Geschwindigkeitssignalsystemeinganges anzusprechen. Die Druckdose 130 wird im Inneren auf einen verhältnismäßig niedrigen Kraftstoffabflußdruck P .über eine Beschränkungsoder Drosselstelle 142 entlüftet, welche in dem beweglichen Ende der Druckdose 130 befestigt ist. Das eine Ende des Hebels Jäj 124 ist mit einem S_chlitz 144 versehen, welcher einen an einem Schaft 148 befestigten Stift 146 aufnimmt. Der Schaft 148 wird verschiebbar von dem Gehäuse 68 getragen und ist mit einem Lagerhalteglied 150 an dem einen Ende versehen. Der Halter 150 nimmt den äußeren Laufring eines Kugellagers 152 auf, dessen innerer Laufring an dem Endteil eines Schaftes 154 befestigt ist, welcher mit einem Doppelfeldventilglied 156 einteilig ist. Eine Vorbelastung wird auf den Schaft 148 durch eine i*_eder 158 ausgeübt, welche zwischen dem Gehäuse 68 und einer Federab-

stützung 160 angeordnet ist, welche mit dem Schaft 154 einteilig M verbunden
/oder auf andere Weise an ihm befestigt ist. Das V_entil 156 wird verschiebbar von einer festen Hülse 162 getragen, welche mit einer über einen Kanal 166 mit der Servozuführung 74 verbundenen Einlaßöffnung 164 versehen ist. Aulrlaßöffnungen 168 in der Hülse 162 stehen über einen Ringraum 170 im Gehäuse 68 mit einem Kanal 172 in Verbindung, welcher zu. einer Kammer 174 auf der einen Seite des Kolbens 108 führt. Auslaßöffnungen I76 in der Hülse 162 stehen über einen Ringraum 178 mit einem Kanal 180 in Verbindung, welcher zu einer Kammer 181 auf der anderen Seite des

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Kolbens 108 führt. Das Ventilglied 156 ist mit axial liegenden Schlitzen 182 auf jeder Seite eines Feldes 1ö4 versehen, welche mit Öffnungen 168 zusammenwirken und die effektive Durchfluß fläche je nach dem Grad der Bewegung des Ventiles 156 von der dargestellten Nullstellung verändert, in welcher das Feld 184 die Öffnungen 168 blockiert. Ähnliche axial liegende Schlitze 186 sind auf jeder Seite eines Feldes 188 vorgesehen, welches mit den öffnungen 176 zusammenwirkt und die effektive Durchflußfläche je nach dem Grad der Bewegung von der Nullstellung aus verändert, in welcher das Feld 188 die Öffnungen 176 blokkiert. Die Schlitze 182 und 186, welche sich axial nach außen von den Feldern 184 und 188 erstrecken, können ihre entsprechenden Öffnungen 168 und 176 mit dem Inneren des Gehäuses 68 bei Kraftstoffabflußdruck P_Q in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Ventiles 156 von der Nullstellung aus verbinden. Die Schlitze 182 und 186, welche sich in axialer Richtung nach innen von den Feldern 184 und 18ö erstrecken, stehen mit der Einlaßöffnung 164 zu jeder Zeit über einen in dem Mittelteil des Ventiles 156 gebildeten Ringraum 190 in Verbindung.

Das Ventil 156 ist in Übereinstimmung mit dem relativen F_ehler zwischen einem Geschwindigkeitsforderungssignal, welches durch eine zweidimensionale Nooke 192 als Funktion der Einstellung des Steuerhebels 90 festgesetzt ist, und einem Signal für eine vorhandene, für die Motortemperatur korrigierte Maschinengeschwindigkeit N₂ eingestellt, welches von einer dreidimensionalen, von der Welle 90 getragenen liocke 194 festgesetzt wird. Zu diesem Zweck ist ein an dem Schaft 148 durch einen Stift 198

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schwenkbar befestigter Hebel 196 mit einem Schlitz 200 an dem einen Ende zur Aufnahme eines Stiftes 202, welcher von einem Stößel 204 getragen wird, welcher auf der Oberfläche der Nooke 194 gleitet bezw. reitet, und an dem anderen Ende mit einem Schlitz 206 zur Aufnahme eines Stiftes 208 versehen, welcher von einem Stößel 210 getragen wird, welcher auf der Oberfläche der Hocke 192 gleitet bezw. reitet. Der Stößel 210 wird von einem Schaft 212 gebildet, dessen eines Ende einen Stift trägt und dessen anderes Ende sich in ein hohles, kreisförmiges Glied 214 erstreckt, welches verschiebbar von dem Gehäuse 68 φ getragen wird und mit einem vorstehenden Teil 216 versehen ist, welcher auf der locke 1°/2 reitet. Eine von dem Glied 214 getragene Druckfeder 218 stützt sich gegen einen an dem einen Ende des Schaftes 212 befestigten Flansch 220 ab und drückt den Flansch 220 in Eingriff mit dem Ende des Gliedes 214 und bildet einen zusammenklappbaren Gelenkhebel zwischen dem Schaft und dem Glied 214.

Das V_entil 156 wird mit Bezug auf die feststehende Hülse 16 J durch einen Stöße.1 222 gedreht, welcher an dem einen Ende des Ventiles 156 befestigt ist und mit der Oberfläche einer drehbaren Nocke 224 in Eingriff steht, welche von einer Welle getragen wird. Die Welle 226 ist in einer Abstützung 228 gelagert und mit einem daran befestigten Ritzel 230 versehen. Das Ritzel 230 steht in Eingriff mit einer Zahnstange 232, welche das Ausgangsglied eines herkömmlichen, allgemein mit 234 bezeichneten Servomotors bildet. Die Zahnstange 232 und somit die damit in Eingriff stehende Welle 226 ist als eine Funktion eines dem Servomotor 234 zugeführten Eingangssignales

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eingestellt, welches als Kompressoraustrittsdruck P angezeigt ist.

Die Welle 116 , auf welcher der Hebel 114 schwenkbar angeordnet ist, kann entlang der Längsachse des S_chlitzes 118 betätigt werden, um dadurch die effektiven Hebelarme des Hebels 114 zu verändern, welche sich von der Achse der Welle 116 zu dem Stift 122 in der einen Richtung und zu dem Stift 110 in der anderen Richtung erstrecken. Die Welle 116 wird von einem Stößel 236 betätigt, welcher auf einem von einer festen Abstützung 240 getragenen Stift 238 schwenkbar angeordnet ist. Ein Ende des Stößels 236 ist mit einem Schlitz 242 versehen, innerhalb welchem die Welle 116 gleitet. Das andere Ende des Stößels 236 gleitet auf der Oberfläche einer drehbaren Nocke 244, welcne von einer in einer Abstützung 248 gelagerten Welle 246 getragen wird. Eine entsprechend angeordnete Druckfeder 250 stützt sich gegen den Stößel 236 ab und hält ihn gegen die Hocke 244. Die Welle 246 ist mit einem daran befestigten Ritzel 252 versehen. Das Ritzel 252 steht mit einer Zahnstange 254 in Eingriff, welches das Ausgangsglied eines herkömmlichen, allgemein mit 256 bezeichneten Servomotors ist. Die Zahnstange 254 und damit die damit in Eingriff stehende Welle 246 ist als eine Funktion des dem Servomotor zugeführten Eingangssignales eingestellt, welches als Kompressorabflußdruck P_ angezeigt ist.

In Fig. 3 ist das drehbar und axial bewegliche Ventil 156 und die dieses enthaltende feste Hülse 162 vergrößert dargestellt, um Form und Zusammenarbeit zwischen den Öffnungen 168 und 176

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und den zugeordneten, axial liegenden Schlitzen 182 und 186 klarzustellen. Die Einstellung des Ventiles 156 relativ zu der Hülse 162 entspricht der in Fig. 2 dargestellten Einstellung, welches die Nullstellung des V_entiles 156 ist, wobei die Felder 184 und 188 die Öffnungen 168 und 176 blockieren, bezw. einen Durchfluß verhindern.

Arbeitsweise

Es wird angenommen, daß der Kompressor 28 der Maschine bei ^ einer festen Geschwindigkeit entsprechend der Einstellung des Steuerhebels 60 arbeitet, in welchem Fall die Hegelvorrichtung die in Fig. 2 dargestellte Lage einnimmt und das Zumeßventil 46 demgemäß stabilisiert ist, um einen entsprechenden festen Kraftstoffstrom aufrecht zu erhalten.

Eine Beschleunigung des Motors wird durch Bewegen des Steuerhebels 60 in eine Stellung eingeleitet, welche einer höheren als der vorhandenen Kompressorgeöchwindigkeit Np entspricht. m Die Nocke 192 wird entsprechend der Einstellung des Steuerhebels 60 gedreht und ergibt eine Nockenabnahme, auf welche der Stößel 210 so anspricht, daß der Hebel 196 im Uhrzeigersinn um den Stift 202 schwenkt und dadurch dem Schaft 148 die Möglichkeit gibt, sich unter dem Einfluß der Feder 158 nach unten bei Fig. 2 zu bewegen. Der Stift 202 stellt einen zeitweiligen festen Schwenkpunkt aufgrund des Eingriffes des Stößels 204 mit der Nocke I94 dar. Die Abwärtsbewegung des Schaftes 148 hat eine gleichzeitige Abwärtsbewegung des Ventiles 156 und eine Bewegung des Hebels 124 zur Folge, welcher im Uhrzeigersinn

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um den Stift 126 schwenkt und eine Bewegung des Hebels 114 verursacht, welcher entgegen dem Uhrzeigersinn um die Welle schwenkt. Der Hebel 114 seinerseits bewegt den Hebel 102, welcher unter Freigabe des Stößels 86 im Uhrzeigersinn um den Stift 104 ausschwingt, welcher sich unter dem Einfluß der Feder 92 in Lingriff mit der Beschleunigungsnocke 88 bewegt, welche die Lage des Stößels 86 und des damit verbundenen Ventiles 84 festlegt. Die resultierende Bewegung des Ventiles 84

Jb weg von dem Schaft 82 hat eine entsprechende Vergrößerung in der Durchflußfläche des Kanales 80 und einen folgenden Abfall in dem Druck P in der Kammer 72 zur Folge, welcher seinerseits eine Vergrößerung in dem Druckabfall P^₁-P über den Kolben 66 hervorruft und dessen Bewegung in Richtung auf die Kammer 72 zur Folge hat. Der Kolben 66 betätigt das Zumeßventil 46 in der uffnungsrichtung und vergrößert dadurch den Kraftstoffstrom durch die Leitung 50 zu der Verbrennungskammer 3.0. Es muß hervorgehoben werden, daß der Kolben 66 und das Ventil 84 in einer Nachfolgeweise miteinander zusammenwirken, wo-

^ durch entsprechend der oben beschriebenen Bewegung des Ventiles 84 sich der Kolben 66 in der gleichen Richtung entsprechend dem darüber erzeugten Druckabfall P₁₃-P bewegt, bis sich dsr

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Schaft 82 dem Ventil 84 nähert und eine Abnahme in der effektiven Durchflußfläche des Kanales 80 und eine entsprechende Verringerung in dem Druckabfall P_n-P über den Kolben 66 zur

χι S

Folge hat, woraufhin der Kolben 66 für eine gegebene Einstellung des Ventiles 84 staoilisiert wird. In gleicher Weise erfolgt eine Stabilisierung des Kolbens 66, wenn sich das V_entil 84 in Richtung auf den Schaft 82 bewegt und eine Abnahme in der Fläche des Kanales 80 und eine entsprechende Abnahme in dem

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Druckabfall P₇₁ - P über den Kolben 66 hervorruft. In solch Rs

einem Fall bewegt sich der Kolben 66 in Richtung auf die Kammer 70 und nimmt den Schaft 82 mit weg von dem Ventil 84, bis die daraus folgende Zunahme in der Durchflußfläche des Kanales 80 den Druckabfall P₁₃-P erzeugt, welcher zum Stabilisieren

KS

des Kolbens 66 erforderlich ist.

Der vergrößerte Kraftstoffstrom zu den Verbrennungskammern 30 ergibt eine nachfolgende Erhöhung in der Geschwindigkeit Ng \ des Kompressors 28 und einen entsprechenden Signaleingang für eine sich erhöhende Geschwindigkeit bei dem Servomotor 96, welcher die Welle 90 und die davon getragenen Nocken 88 und in axialer Richtung betätigt. Die Wocke 88 ist entsprechend in axialer Richtung geformt, um die gewünschte Steuerung über die Lage des Stößels 86 und des Ventiles 84 vorzusehen, welches seinerseits die Lage der Zumeßdüse 46 >id somit die Menge des für die Verbrennungskammern 50 bei jeder gegebenen Kompressorgeschwindigkeit N₂ bestimmten Kraftstoffstromes bestimmt,.wenn sich der Motor von der anfänglichen Geschvrindigkeitseinstellung M auf die durch den Steuerhebel 60 eingestellte ausgewählte Geschwindigkeitseinstellung beschleunigt. Die Beschleunidung des Kraftstoffstromes wird als eine Funktion des Temperatursignaleinganges T zu dem Servomotor 98 abgeändert, welcher die Welle 90 und die Nocken 88 und 94 dreht. Die Temperatur T ist als Kompressoreinlaßlufttemperatur angezeigt, kann aber jeder andere zweckmäßige veränderliche Betriebszustand sein, von welchem die Arbeitsweise des Motors abhängt.

Die Verschiebung des Ventiles 156 entsprechend der erwähnten

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Bewegung des Schaftes 148 stellt die Fehlergröße zwischen der anfänglichen Kompressorgeschwindigkeit und der ausgewählten höheren Kompressorgeschwindigkeit dar. Die axialen Schlitze 186 und 182 sind nach Fig. 2 gebogen ausgeführt, um eine fortschreitend sich vergrößernde Schlitztiefe in axialer Richtung nach außen von den entsprechenden Feldern 188 und 184 vorzusehen, welches eine größere wirksame Durchflußfläche und entsprechend höhere Durchflußgeschwindigkeit durch die Öffnungen 168 und 176 ergibt, wenn die Verschiebung des V_entiles 156 von der Kulisteilung aus zunimmt. Somit überdecken sich entsprechend der erwähnten Verschiebung des Ventiles 156 die Schlitze 186 mit den Öffnungen 176 und gestatten einen Durchtritt des Kraftstoffes bei einem Druck P_ß von dem Ringraum 190 zu den Öffnungen 1?6, von wo er durch den Kanal 180 zu der Kammer 181 nahe dem Kolben 108 fließt. Die Schlitze 182 überdecken sich mit den Öffnungen 168 und gestatten ein Fließen des Kraftstoffes von der Kammer 174 an dem Kolben 108 durch den Kanal 172 zu den Öffnungen 168, von wo er durch die Schlitze 182 zu dem Inneren des Gehäuses 68 bei Kraftstoffabflußdruck P_Q auspufft. Die Geschwindigkeit des Kolbens 108, welche von der durch das Ventil 156 in die Kammer 181 und aus der Kammer 174 heraus festgesetzten Strömungsgeschwindigkeit abhängt, ist deshalb entsprechend dem Zeitintegral des durch die Verschiebung des Ventiles 156 dargestellten Geschwindigkeitsfehlers eingestellt, welche Verstellung proportional dem Geschwindigkeitsirrtum ist. Ein größerer Geschwindigkeitsirrtum hat eine höhere Geschwindigkeit des Kolbens 108 zur Folge, wohingegen ein kleinerer Ge- ' schwindigkeitsirrtum eine kleinere Geschwindigkeit des Kolbens 106 zur Folge hat.

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Der Kolben 108 wird durch den Strom in die Kammer 181 druckaufgeladen und bewegt sich in die Kammer 174, welche das eine Ende des Hebels 102 trägt. Gleichzeitig mit der Bewegung des Kolbens 108 wird das GeschwindigkeitserhöJfcuajngssignal Ng» welches eine axiale Bewegung der Welle 90 und der locke 194 zur Folge hat, in ein Lagesignal durch die ansteigende Form "der Nooke 194 übertragen, welche den Stößel 204 nach oben drückt und dadurch den Hebel 96 um den Stift 208 ausschwenkt. Ber Schaft 148 folgt dem Hebel 194 und verschiebt das Ventil 156 gegen ei ie Nullstel- J^ lung und den Betätigungshebel 124 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Stift 126.

Die Geschwindigkeit, von welcher die Kompressorgeschwindigkeit N₂ zunimmt, wird durch die Axialbewegung der Welle 90 bestimmt. Um bei dem Kompressor jede Neigung zu verkleinern, die ausgewählte Geschwindigkeit zu überdrehen, wird durch den Kolben 134 ein Geschwindigkeitserwartungsaignal erzeugt, welches sich mit der Welle 90 bewegt und dadurch einen Ströeiangsdruck entwickelt, welcher proportional der Geschwindigkeit der Welle 90 ist. m Der Kolben 134 drückt bei seiner Bewegung in Richtung auf die Kammer 132 Kraftstoff durch den Kanal 131 woä in die Druckdose 130, wo die Strömungsbeschränkungswirkung der Beschränkungsoder Drosselstelle 142 auf den Kraftstoff aus der Druckdose 130 heraus eine zeitweilige Zunahme in dem Kraftstoffdruck in der Druckdose 130 zur Folge hat, welche sich alt der Geschwindigkeit verändert, bei welcher Geschwindigkeitsänderungen des Kompressors 28 eintreten. Der Schaft 128 and der daran befestigte Stift 126 sind entsprechend der Ausdehnung der Druckdose 130 eingestellt und vergrößern dadurch die vorhandene Bewegung

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des Hebels 124 entgegen dem Uhrzeigersinn, welche durch Bewegung des Schaftes 148 verursacht ist und sehen ein. Leitungssignal als eine Funktion der Geschwindigkeit^cr, bei welcher sich die gewählte Kompressorgeschwindigkeit annähert. Die Bewegung des Hebels 124 entgegen dem Uhrzeigersinn hat eine Jhrzeigersinnbewegung des Hebels 114 zur Folge, welcher seinerseits den Stift 110 und das zugeordnete Ende des Hebels 102 nach oben bei Fig. 2 trägt.

Wenn der Kompressor 28 die gewählte Geschwindigkeit entsprechend der Einstellung des Steuerhebels 60 erreicht, wird die Hocke 194 entsprechend der Einstellung gedreht, wodurch der Stößel 204 die in Fig. 2 dargestellte Stellung und das Ventil I46 seine Nullstellung mit den Feldern 184 und 188 in der üoekierstellung der Öffnungen 168 und 176 einnimmt» Ber „Stößel 86 wird von der Nooke 88 durch den Hebel 102 abgehoben, welcher durch den Vorsprung 125 mit dem Flansch 126 des Stößels 86 in Eingriff kommt und dadurch das Ventil 84 in Jßichitang auf den. Schaft 82 drückt, was eine Erhöhung in dee Druck J?" und· eine nachfolgende Regelung über den Kolben 66 und das Zianeßventil zur Folge hat, um den Kraftstdlfluß zu dea^erbrennuangskammer zu reduzieren und den Motorbetrieb bei der geforderten Kompressorgeschwindigkeit zu stabilisieren.

Die Verschiebung des Ventiles 84 entsprechend der Eimgangsbe-WQgung des Schaftes 148 steht in einer proportionalen Beziehung Kraft der verschiedenen wirksamen Hebelarme der Hebel 102,

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und 124. Me Verschiebung des V_entiles 84 für einen gegebenen Eingang des Schaftes 148 oder Gewinn des proportional wirkenden Reglers wird abgeändert als eine Funktion des Kompressoraustrittsdruckes P durch Einstellen des effektiven Hebelarm-

Verhältnisses des Hebels 114 über eine Bewegung der Welle 116. Ein verhältnismäßig niedriger oder hoher Kompressoraustrittsdruck P kennzeichnet einen entsprechenden, verhältnismäßig

tiefen oder hohen Mengenluftstrom durch den Kompressor 28, welcher seinerseits die Motorempfindlichkeitseigenschaften -s in dem oben erwähnten Sinne beeinflußt. Somit muß die Verschie- ^w bung des Yemtiles 84 für eine gegebene Bewegung des Schaftes 148 oder einen Sewinn bei tiefen Kompressoraustrittsventilen höher und demgemäß reduziert sein, wenn höhere Kompressoraustrittsdrücke für einen optimalen Motorbetrieb erreicht werden. Zu diesem Zweck wirkt entsprechend der oben beschriebenen Beschleunigungsarbeitsweise der Kompressor-astrittdruck P durch den Servomotor 256 und dreht die Nooke 244 und den Einstellhebel 256 entsprechend. Wenn der Druck P ansteigt, betätigt die Nooke 244 den Hebel 236 im Uhrzeigersinn bei Fig. 2, v»as M eine Bewegung üer Welle 116 in Richtung auf den Stift 110 zur Folge hat, τ» das Hebelarmverhältnis des Hebels 114 herabzusetzen, -wie es durch die Achse der Welle 116 festgelegt wird. Es ist zu beobachten, daß das herabgesetzte Hebelarmverhältnis des Hebels 114 eine kleinere Verschiebung des Ventiles 84 für eine gegebene Erhöhung der Bewegung des Stiftes 122 zur Folge hat und dadurch eine entsprechende Reduktion in der Änderung des Kraftstoffstromes zu den Verbrennungskammern 40 entsprechend den schnelleren Empfindlichkeitseigenschaften des Motors bewirkt.

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do

Der Gewinn oder Vorteil des integrierenden Kolbens 108 ist von der Strömungsgeschwindigkeit in eine der Kammern 70 ader und aus der gegenüberliegenden Kammer heraus abhängig. Die Offnungen 168 und 176 und die zugeordneten Schlitze 182 und 186 sind in der Größe so bemessen, daß der Kraftstoff aus der Kammer 70 oder 72 mit der gleichen Geschwindigkeit herausfließen kann wie er in die gegenüberliegende Kammer hineinfließt. Der Kompressorentladungsdruck P bewirkt durch den Servomotor 234 ein Rotieren der Nooke 224, welche infolge einer Erhöhung in dem Druck P den Stößel 222 betätigt, wodurch sich das Ventil

156 entgegen dem Uhrzeigersinn gesehen von dem Stößelende 222 des VentiIes 156 aus dreht. Bei Fig. 3, welche das Ventil 156 in einer Nullstellung zeigt, hat die Bewegung des Veritiles 156 entgegen dem Uhrzeigersinn gesehen von dem rechten Ende des Vfcntiles 156 eine Querverschiebung der S_chlitze 186 und 182 mit Bezug auf die zugeordneten Öffnungen 176 und 168 zur Folge, welche die durch die S_chlitze 182, 186 festgesetzte effektive Stromungsfläche verkleinert, welche sich mit ihren entsprechenden öffnungen 168, 176 für eine jede gegebene axiale Lage des Ventiles 156. von der Nullstellung aus entsprechend dem Geschwindigkeit sii'rtum überdecken. Im Falle der bisher beschriebenen Forderung für eine Motorbeschleunigung nimmt das Ventil 156 eine Lage nach links von der in Fig. 3 dargestellten Nullstellung ein, wodurch sich der Schlitz 186 mit der Öffnung zum Entlüften des Ringraumes 190 in den Kanal 18Q, und der Schlitz 182 mit der Öffnung 168 zum Entlüften des Kanalea 172 auf Kraftstoffabflußdruck P_Q überdeckt. Wenn sich das Ventil 156 nach rechts entsprechend der Erhöhung der Kompressorgesifhwindigkeit K₂ in Richtung auf die geforderte Geschwindigkeit

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bewegt, verkleinert sich die effektive Durchflußfläche der Öffnung 176 in Übereinstimmung mit der axialen Lage des dchlitzes Töo wie auch die Querlage des S_chlitzes 186 bezüglich der öffnung 176 mit Bezug auf den Kompressorabflußdruck P . Somit wird sowohl die Strömungsgeschwindigkeit durch die öffnung 176 zur Kammer 181 als auch die Strömung durch die Öffnung 168 zur Kammer 174» was die Antwort des Integratorkolbens 108 bestimmt, als eine funktion des sich erhöhenden Kompressorabflußdruckes P zur Vei'änderung des Gewinnes des Integratorkolbena 108 ver- J| ringert.

Die oben beschriebene Betätigung des Reglersystems ist in den Ausdrucken einer Motorbeschleunigung beschrieben worden. Es muß jedoch beachtet werden, daß eine umgekehrte Arbeitsfolge während einer Motorverlangsamung auf eine kleinere als die vorherrschende Geschwindigkeit eintritt. .Die Gewinne oder Vorteile des Proportional- und Integrierreglersystemes sind als eine Veränderung des Kompressorabflußdruckes P als eine Funktion

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eines veränderlichen Betriebszustandes beschrieben. Wenn ge- M wünscht, kann der Proportional- oder Integriergewinn als eine Punktion eines veränderlichen Zustandes des Motorbetriebes beispielsweise als Kompressorabflußdruck P verändert werden, während der andere Gewinn als eine Punktion eines verschieden veränderlichen Zustandes des Motorbetriebes geeignet für den gewünschten Zweck verändert wird.

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Claims

U76736 ^

b. 12. 66 B/V/ ß/p 4898 « . -³-

Pa tentansprüche

1. Servosteuervorriohtung zur Betätigung eines steuerbaren Gliedes entsprechend einem Fehlereingangssignal, welches seinerseits eine Vorrichtung mit einer veränderlichen Lmpfindlichkeitskurve in Abhängigkeit von den zugeordneten Betriebsbedingungen steuert, und v;elche eine Proportional- und Integrier servo einrichtung aufweist, welche beide wirksam mit dem steuerbaren '.ilied zu dessen Betätigung entsprechend dem für das Fehlereingangssignal typischen Eingangssignal verounden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Gewinne besw. Vorteile der Proportional- und Integriereinrichtung veränderlich sind und entsprechend durch auf mindestens einen veränderlichen Betriebszustand (P ) an-

sprechende Ausgleichsmittel (234, 222; 256, 256) gesteuert werden, welcher der durch das steuerbare Glied (52, 46) gesteuerten Vorrichtung (20) zugeordnet ist.

2. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmittel einen ersten Regler (256), welcher mit der Proportional-Servoeinrichtung (124, 114, 102} zum Abändern von deren Gewinn oder Vorteil als eine erste funktion des einen veränderlichen Betriebszustandes wirksam verbunden ist, und einen zweiten Regler (234) aufweist, welcher mit der Integrierservoeinrichtung (156, 10ö) zum Abändern deren Gewinn

" als eine zweite Punktion von demselben veränderlichen Betriebszustand wirksam verbunden ist."

3. Servosteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei

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welcher das Fehlereingangssignal durch die Differenz zwischen einem Forderungssignal und einem Ausgangssignal, welches von einem Betriebszustand der gesteμerten Vorrichtung abgeleitet ist, bestimmt wird,- dadurch gekennzeichnet, daß die auf das
Ausgarigssignal ansprechenden Mittel (142, 130, 134) wirksam mit der Proportional-Servoeinrlehtung zum Abändern von deren Arbeiten als eine Punktion der Geschwindigkeit verbunden sind, bei welcher sich das Ausgangsßignal ändert. .

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4. Servostei^ervprrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet? daß sie weiterhin eine das Fprderungssigna] bestimmende Uocke (92), eine weitere das Ausgangssignal bestimmende Ipcke (194)? eine Welle (90),-.welche, die lipcke (194) trägt und durch .auf das Aus gangs signal ansprechende- Rüekkpppli;ngsmittel (96) betätigt wird, einen golben (1 j)4) _? welpher- verschiebbar in einer Strömungsmittel gefüllten Kamme?? (131) getragen und wirksam, rn.it
Welle (90) beweglipjh. 4^it y#?bw?}den i£ät_? eine eine
stelle (142) enthaltende Iipitung (131), welehß die
mittsel geftilltiB iiaamer mit einer'Quelle von
niedrigem AbT,r-flHßgtrömungsäruißk verbindet, und eine
(1|Q) aufweist, welche ρ,μί |ap yfeev die
entsprecbenä d§r Bewegung der Kelben erzeugte g
differential ans.prißht, wpbei dig druckdose (130) wirkte» lit der Proportional=· un| IntegrierservQeinrichtung verbunden J^t und zeitweise di§ Wipfeuiig &$¥ ge.rvQeinrichtung auf den steuer baren (filed (52) e.ntspree.h§nä ier geschwindigkeit
kann_f ^ei welcher gioh da^ Äuggangsgignal verändert,

§. SeryßiteueFflVQrriihtling n§eh iiatffl der g

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dadurch gekennzeichnet, daß die Proportional-Servoeinrichtung einen Hebel (124), welcher schwenkbar auf einer festen Abstützung (68) angeordnet ist und entsprechend dem Eingangssignal betätigt wird, einen weiteren Hebel (114), welcher schwenkbar auf einer beweglichen Abstützung (116) angeordnet ist und durch den Hebel (124) betätigt wird, und einen dritten Hebel (102) aufweist, welcher wirksam an dem einen Ende mit der Integrierservoeinrichtung (108) und an dem anderen Ende mit dem Hebel (114) und mit dem steuerbaren Glied zur Betätigung des letzteren wirksam verbunden ist, wobei Ausgleichsmittel (234, 256) die bewegliche Abstützung (116) betätigen und das effektive Hebelarmverhältnis des Hebels (114) und somit den Gewinn oder Vorteil der Proportional-S_ervoeinrichtung als eine Punktion dieses einen veränderlichen Betriebszustandes verändern.

6. Servosteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierservovorrichtung ein axial und drehbar bewegliches Ventil. (156) aufweist, welches die Geschwindigkeit des druckaufgeladenen Strömungsmittels zu einem strömungsdruckbetätigten Kolben (108) Steuer, welcher mit dem steuerbaren Glied (52) wirksam verbunden ist, und in der einen axialen und Drehrichtung entsprechend dem Eingangssignal und in der anderen Richtung durch Ausgleichsmittel entsprechend dem veränderlichen Zustand betätigt wird.

009813/0 327 °°^Ργ

Leer seife