DE19722401A1 - Elektronisches Steuersystem zum Versorgen eines Triebwerks mit einer gesteuerten Menge an Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung einer Brennstoff­ pumpe und mehr insbesondere auf eine elektronische Steuerung für eine Brennstoffpumpe der Verdrängerbauart mit veränderli­ cher Förderleistung für das Gasturbinentriebwerk eines Düsen­ flugzeuges.

Brennstoffpumpen für Flugzeuggasturbinentriebwerke sind tradi­ tionell Verdrängerpumpen mit gleichbleibender Förderleistung. Dieser Pumpentyp liefert ein konstantes Brennstoffvolumen für jeden Zyklus des Pumpenbetriebes. Ferner wird dieser Pumpentyp normalerweise mit einem gleichbleibendem Förderverhältnis rela­ tiv zur Triebwerksdrehzahl angetrieben. Die kritischen Pumpen­ bemessungskriterien sind üblicherweise die Brennstoffzufuhr und der Brennstoffdruck, die zum Zünden des Triebwerks bei Anlaß­ drehzahlen (ungefähr 10% der vollen Drehzahl) benötigt werden.

Diese Pumpenbemessungskriterien führen jedoch zu übermäßiger Brennstofförderung bei höheren Triebwerksdrehzahlen und in grö­ ßeren Höhen (d. h. für den überwiegenden Teil des normalen Triebwerksbetriebes). Infolgedessen wird der tatsächliche Pum­ penförderstrom, der die Soll- oder verlangte Triebwerksversor­ gung übersteigt, üblicherweise durch eine Bypassleitung zurück zu dem Pumpeneinlaß geleitet. Ein Hauptproblem bei diesem Er­ gebnis ist, daß das Zurückleiten durch eine Bypassleitung und die Rezirkulation des Brennstoffes zu einer beträchtlichen Er­ wärmung des Brennstoffes aufgrund der Druckbeaufschlagung des Brennstoffes durch die Pumpe und des anschließenden Druckab­ falls des Brennstoffes in der Bypassleitung stromaufwärts der Pumpe führen. Die hohe Brennstofftemperatur ist auch deshalb ein Problem, weil der Brennstoff üblicherweise als ein Wärmeaustauschmedium in dem Triebwerk benutzt wird.

Bei den jüngsten Triebwerkskonstruktionen, bei denen der Brenn­ stoff mit gutem Wirkungsgrad ausgenutzt wird, wird übermäßige Brennstofferwärmung zu einem ernsten Problem. Ein reduzierter Triebwerksbrennstoffverbrauch wird durch erhöhte Triebwerks- und Ölschmiersystemtemperaturen begleitet. Eine übermäßige Wärme in dem Ölschmiersystem wird normalerweise mit einer Kom­ bination aus Brennstoff/Öl- und Luft/Öl-Wärmetauschern be­ herrscht.

Wärmetauscher sind in dieser Situation wegen ihrer Größe, ihres Gewichts und ihrer Kosten unerwünscht. Luft/Öl-Kühler sind pro­ blematisch, weil sie den Strömungswiderstand des Flugzeugs er­ höhen. Jedoch wird die Kühllast an dem Luft/Öl-Kühler mit nied­ rigeren Brennstofftemperaturen verringert. Das ist deshalb der Fall, weil die niedrigeren Brennstofftemperaturen erlauben, mehr Schmiersystemwärme über den Brennstoff/Öl-Wärmetauscher zu dem Brennstoffsystem zu leiten. Das kann zu einer beträchtlichen Verringerung von Größe, Gewicht und Kosten des Wärmetauschersy­ stems sowie zu einer Verringerung des Luftwiderstands, den die Luft/Öl-Kühler mit sich bringen, führen.

Im Gegensatz zu Pumpen mit gleichbleibender Förderleistung ha­ ben Brennstoffpumpen der Verdrängerbauart mit veränderlicher Förderleistung die Fähigkeit, die Förderleistung zu verändern, um diese dadurch dem Triebwerksbedarf in einem breiten Bereich von Triebwerksdrehzahlen und Höhen anzupassen. Die Pumpe mit veränderlicher Förderleistung eliminiert somit die übermäßige Brennstofförderung und die daraus resultierende Wärmeerzeugung, zu der es bei Pumpen mit gleichbleibender Förderleistung kommt.

Um den Vorteil der veränderlichen Fördermöglichkeiten dieses Pumpentyps voll auszunutzen, ist normalerweise ein Pumpensteu­ ersystem erforderlich. Weiter ist, damit das Steuersystem ef­ fektiv sein kann, eine akkurate, ununterbrochene Planung der Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk bei allen Triebwerksbetriebs­ bedingungen notwendig. Diese Betriebsbedingungen beinhalten üb­ licherweise schnelle und plötzliche Störungen in der Brenn­ stofförderung der Pumpe, wozu diejenigen gehören, die durch sprunghafte Betätigung von durch Brennstoff angetriebenen Triebwerksstellantrieben verursacht werden.

Ein bekanntes Verfahren zum Steuern der Pumpenförderleistung besteht darin, eine Drosselöffnung mit veränderlicher Größe (d. h. ein Zumeßfenster) in dem Pumpenförderweg zu positionie­ ren. Ein konstanter Druckabfall wird an dem Zumeßfenster durch Verändern der Pulpenverdrängung aufrechterhalten. Dieser kon­ stante Druckabfall an dem Zumeßfenster gewährleistet, daß das Triebwerk die korrekte geplante Brennstoffzufuhr erhält.

In diesem Typ von Steuerschema wird die Pumpenverdrängung übli­ cherweise durch einen Stellantrieb verändert, der durch ein Vorsteuerventil betätigt wird. Das federvorgespannte Vorsteuerventil erfaßt den Druck sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Zumeßfensters. Wenn sich die Pumpendurchfluß­ bedingungen ändern, wird ein anderer Zumeßventildruckabfall durch das Vorsteuerventil erfaßt. Aufgrund dessen wird das Vor­ steuerventil verschoben, wobei es die Vorsteuerventilfenster aus ihrer Nullposition herausbewegt. Das hat zur Folge, daß der Pumpenstellantrieb betätigt wird, um dadurch die Pumpenverdrän­ gung zu verändern, bis der gewünschte und konstante Zumeßven­ tildruckabfall wiederhergestellt ist.

Ein Problem bei diesem Druckabfallsteuerschema ist jedoch die Unmöglichkeit, auf plötzliche Durchflußstörungen schnell und angemessen zu reagieren. Dieses Schema sieht üblicherweise keine schnell ansprechende Proportionalsteuerung der Brenn­ stoffzufuhr vor. Die Bandbreite dieser Druckabfallsteuerung wird durch das dynamische Verhalten des Stellantriebsservosy­ stems begrenzt. Wenn das Servosystemverhalten verbessert werden könnte, könnte das Steuersystemverhalten verbessert werden. Eine Vergrößerung der Steuersystembandbreite wird jedoch durch die Forderungen nach Steuerungsstabilität bei allen Betriebsbedingungen begrenzt.

Ein zweiter inhärenter Nachteil bei dem Druckabfallsteuerschema ist seine Empfindlichkeit für Pumpenservoreibung. Ein Pumpen­ steuerungsstellantrieb hat von Haus aus ein relativ großes Aus­ maß an Reibung. Reibung verursacht einen Durchflußplanungstot­ bereich, der zu Ungenauigkeiten und zu Instabilität führen kann.

Alternativ dazu kann eine Durchflußsteuerung für eine Pumpe mit gleichbleibender Förderung und veränderlicher Verdrängung elek­ tronisch mit einem Mikroprozessor ausgeführt werden. Der Mikro­ prozessor erfaßt die Pumpenbrennstoffzufuhr zu dem Triebwerk über einen Durchflußsensor, der in der Triebwerksbrennstoffver­ sorgungsleitung angeordnet ist. Die Mikroprozessorsoftware ver­ gleicht den tatsächlichen Durchfluß mit dem Solldurchfluß, und bei irgendeiner Differenz zwischen denselben verändert der Mi­ kroprozessor die Pumpenverdrängung durch Positionieren eines Pumpenservosystems über eine elektromechanische Schnittstellen­ vorrichtung (wie z. B. ein elektrohydraulisches Servoventil), bis die verlangte Fördermenge und die gelieferte Fördermenge übereinstimmen.

Ein Vorteil der Ausführung mit einem Durchflußsensor und einem Mikroprozessor ist, daß ein veränderliches oder festes Zumeß­ fenster mit einem festen geregelten Druckabfall nicht erforder­ lich ist. Die Eliminierung dieses Druckabfalls an dem Zumeßfen­ ster reduziert den gesamten Systemdruckabfall. Das reduziert die maximalen Arbeitsdrücke bei Bedingungen maximaler Brenn­ stoffzufuhr und reduziert außerdem die verlangte Druckhöhe der Pumpe bei Anlaßbedingungen. Darüber hinaus können Steuerungs­ verstärkungen sowie Triebwerksbrennstoffzufuhrpläne durch Soft­ ware elektronisch leichter geändert werden als durch eine Re­ alisierung mittels Hardware.

Das Erfüllen der Anforderungen an das dynamische Verhalten des Steuersystems kann jedoch bei der oben beschriebenen Lösung mit einer elektronischen Regelung ein Problem sein. Zum Beispiel, die Bandbreite des Systems wird durch das dynamische Verhalten des Pumpenstellantriebsservosystems begrenzt. Darüber hinaus hat das elektronische Regelschema hinsichtlich der Pumpenser­ voreibung dieselbe Empfindlichkeit wie das Druckabfallregel­ schema. Die bekannten elektronischen Regelschemata sind daher den bekannten Druckabfallregelschemata in ihrer Unfähigkeit, auf plötzliche Störungen in dem Durchfluß ausreichend schnell anzusprechen, ungefähr ähnlich.

Es ist demgemäß ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Steuersystem für eine Brennstoffpumpe der Ver­ drängerbauart mit veränderlicher Förderleistung zu schaffen.

Die obigen und andere Ziel und Vorteile der Erfindung werden deutlicher werden, wenn die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.

Zum Beseitigen der Nachteile des Standes der Technik und zum Erreichen der oben dargelegten Ziele schafft die Erfindung ein elektronisches Steuersystem für eine Brennstoffpumpe der Ver­ drängerbauart mit veränderlicher Förderleistung für das Gastur­ binentriebwerk eines Düsenflugzeugs.

In einer bevorzugten Ausführungsform tritt der von der Pumpe abgegebene Brennstoff in eine Brennstoffzumeßeinheit ein und trifft am Anfang auf einen Durchflußsensor. Die Brennstoffzu­ fuhr von der Pumpe zu dem Triebwerk wird über den Durchflußsen­ sor durch eine elektronische Triebwerkssteuerung überwacht. Die elektronische Triebwerkssteuerung vergleicht die Istbrennstoff­ zufuhr, die durch den Durchflußsensor erfaßt wird, mit der Sollbrennstoffzufuhr, und jedwede Differenz veranlaßt die elek­ tronische Triebwerkssteuerung, einem elektrohydraulischen Ser­ voventil zu befehlen, sein Vorsteuerventil aus seiner Fenster­ nullposition herauszubewegen. Jedwede Differenz wird üblicher­ weise durch eine Änderung in den Triebwerksbetriebsbedingungen verursacht. Die Fenster steuern die Pumpenverdrängung und -för­ derleistung durch Durchlassen von Hochdruckhydraulikflüssigkeit zu einer Seite des Pumpensteuerungsstellantriebs und durch gleichzeitiges Durchlassen von Niederdruckhydraulikflüssigkeit zu der entgegengesetzten Seite des Pumpensteuerungsstellan­ triebs. Das stellt das Kräftegleichgewicht an dem Pumpensteue­ rungsstellantrieb her und veranlaßt den Pumpensteuerungsstell­ antrieb, sich in einer Richtung zu bewegen, um die Pumpenver­ drängung und -förderung entweder zu steigern oder zu verrin­ gern. Wenn die Pumpenverdrängung ausreichend verändert worden ist, um eine Sollpumpenbrennstofförderung wiederherzustellen, bringt die elektronische Triebwerkssteuerung die Fenster des elektrohydraulischen Servoventilvorsteuerventils in ihre Null­ position zurück, und der Pumpenstellantrieb stellt seine Bewe­ gung ein.

Gleichzeitig wird eine proportionale Bypassschleife (gebildet durch Brennstoff aus dem Pumpenauslaß, der durch das elektrohydraulische Servoventil und zurück zu dem Pumpeneinlaß geleitet wird) durch das elektrohydraulische Servoventil ge­ steuert und beseitigt die Verhaltens- und Genauigkeitsbeschrän­ kungen des Standes der Technik. Das elektrohydraulische Servo­ ventil hat die Fähigkeit, dem System zu gestatten, auf plötzli­ che Störungen in der geplanten Brennstoffzufuhr durch Verändern des Durchflusses durch die Bypassschleife sehr schnell anzusprechen. Auf diese Weise zeigt das elektronische Steuersy­ stem dasselbe ausgezeichnete Verhalten und dieselbe ausgezeich­ nete Genauigkeit einer herkömmlichen Bypassschleife, die bei einer Brennstoffpumpe der Verdrängerbauart mit gleichbleibender Förderleistung angetroffen wird. Anders als bei einem solchen bekannten System verändert jedoch die elektronische Steuerung nach der vorliegenden Erfindung die Pumpenverdrängung, um die Wärmeerzeugung zu reduzieren. Die Wärmeerzeugung wird redu­ ziert, weil der stationäre Bypassdurchfluß nur diejenige Menge ist, die benötigt wird, um die gewünschte stationäre Genauig­ keit im transienten Verhalten zu erzielen. Dieser Wert ist re­ lativ zu dem Bypassdurchfluß klein, der aufgrund der Fehlanpas­ sung zwischen der Pumpenförderleistung und dem Förderleistungs­ bedarf bei einem Zumeßsystem mit einer Pumpe mit fester Ver­ drängung auftritt. Da das elektrohydraulische Servoventil immer zu seiner Nullposition im stationären Zustand zurückkehrt, ver­ ändert der Bypassdurchfluß sich nur als eine Funktion des Pumpenenddruckes. Das Ergebnis ist ein relativ konstanter Wert des Bypassbrennstoffdurchflusses bei allen Betriebsbedingungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffpumpe der Verdrängerbauart mit veränderlicher Förderlei­ stung zusammen mit einem elektronischen Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, teilweise im Quer­ schnitt, eines elektrohydraulischen Servoventils des Steuersystems nach Fig. 1, wobei das elektrohydrauli­ sche Servoventil in einem stationären Zustand gezeigt ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, teilweise im Quer­ schnitt, des elektrohydraulischen Servoventils nach Fig. 2, das in einem zunehmenden transienten Zustand gezeigt ist; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung, teilweise im Quer­ schnitt, des elektrohydraulischen Servoventils nach den Fig. 2 und 3, das in einem abnehmenden transien­ ten Zustand gezeigt ist.

Im folgenden wird nun im einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen ein Steuersystem 100 für eine Pumpe 104 der Verdrängerbauart mit veränderlicher Förderleistung dargestellt ist, die benutzt wird, um ein Düsenflugzeugtriebwerk (nicht dargestellt) mit Brennstoff zu versorgen. Der Pumpe 104 ist ein Pumpensteuerungsstellantrieb 108 zugeordnet, der ein federbela­ stetes, bewegliches Element in Form eines Kolbens 112 aufweist. Beide Seiten des Kolbens 112 werden mit Hydraulikflüssigkeiten mit vorbestimmten Drücken beaufschlagt. Die Flüssigkeiten wer­ den von dem Steuersystem 100 über entsprechende Hydrauli­ kleitungen 116, 120 geliefert. Weiter ist der Pumpe 104 eine Hydraulikleitung an dem Pumpeneinlaß 124 zugeordnet. Dieser Einlaß 124 kann mit einer Brennstoffquelle (nicht gezeigt) ver­ bunden sein. Die Pumpe 104 hat außerdem einen Auslaß 128, der mit der entsprechenden Hydraulikleitung verbunden ist, die den Brennstoff von dem Pumpenauslaß 128 zu dem Steuersystem 100 leitet. Die Pumpe 104 und ihr zugeordneter Steuerungsstellan­ trieb 108 sind im Handel erhältlich. Zur Verwendung bei einem Düsenflugzeugtriebwerk kann es erforderlich sein, daß die Pumpe mit veränderlicher Förderleistung Brennstoff in dem Bereich zwischen zweihundert und fünfunddreißigtausend Pfund pro Stunde pumpt, d. h. über einem breiten Förderbereich von 175 zu 1.

Der an dem Pumpenauslaß 128 abgegebene Brennstoff gelangt zu einem Durchflußsensor 132, der Teil einer Brennstoffzumeßein­ heit ist. Der Durchflußsensor 132 erfaßt die Menge an Brenn­ stoff in der Leitung, die von dem Pumpenauslaß 128 kommt, und legt ein Signal an eine elektrische Signalleitung 136 an, das den Istbrennstoffdurchfluß an dem Pumpenauslaß 128 angibt. Die­ ses Signal wird an eine elektronische Triebwerkssteuerung (electronic engine control oder EEC) 140 angelegt. Die elektro­ nische Triebwerkssteuerung 140 arbeitet üblicherweise auf Mi­ kroprozessorbasis und hat Software zum Steuern der verschie­ denen Elemente des Steuersystems 100 nach der vorliegenden Er­ findung. Der Brennstoff kann dann über den Ausgang des Durch­ flußsensors 132 und eine Hydraulikleitung 144 üblicherweise ei­ nem Düsenflugzeugtriebwerk (nicht gezeigt) zugeführt werden.

Außerdem ist über elektrische Signalleitungen 148 mit der elek­ tronischen Triebwerkssteuerung 140 ein Drehmomentmotor 152 ver­ bunden, der einen Teil eines elektrohydraulischen Servoventils (electrohydraulic servo valve oder EHSV) 156 bildet. Das elek­ trohydraulische Servoventil 156 weist auch ein Vorsteuerventil 160 auf, das ein bewegliches Element in Form einer beweglichen Klappe hat, deren Verlagerung durch den Drehmomentmotor 152 ge­ steuert wird. Das Vorsteuerventil steuert die Förderung von Hydraulikflüssigkeiten in Hydraulikleitungen 164 und 168, die mit entsprechenden Enden eines linear beweglichen Schiebers oder Steuerkolbens 172 des elektrohydraulischen Servoventils 156 verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Schieber fünf Stege 176-192, die zwischen sich verschie­ dene Öffnungen in dem Schieber 172 festlegen.

Ein erster Teil 196 einer Hydraulikbypassleitung 196, 212 ist zwischen dem Pumpenauslaß 128 und dem Durchflußsensor 132 ange­ ordnet. Dieser Teil der Bypassleitung 196, 212 ist mit drei verschiedenen Fenstern 200, 204, 208 verbunden, die in dem Schieber 172 gebildet sind. Ein zweiter Teil 212 der Bypasslei­ tung 196, 212 ist mit zwei anderen Fenstern 216, 220 des Schie­ bers verbunden. Die obere Seite des Kolbens 112 des Pumpen­ steuerungsstellantriebs 108 ist über die Hydraulikleitung 116 mit einem Fenster 224 des Schiebers 172 verbunden. Die untere Seite des Kolbens 112 ist über die Hydraulikleitung 120 mit ei­ nem Fenster 228 des Schiebers 172 verbunden.

In Fig. 2, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine stationäre Position des Schiebers 172 dargestellt. In dieser Position ist die Pumpenförderung an dem Pumpenauslaß 128 ungefähr auf einem konstanten vorbestimmten Wert. Der Schieber 172 ist so angeord­ net, daß eine geringe Menge an Brennstoff in dem ersten Teil 196 der Bypassleitung in das Fenster 200 und aus dem Fenster 216 in den zweiten Teil 212 der Bypassleitung und zurück zu dem Pumpeneinlaß 124 fließt. Außerdem blockiert in dieser statio­ nären Position der Steg 184 vollständig das Fenster 224, wo­ durch der Durchfluß von jeglichem Brennstoff in die Hydrauli­ kleitung 116 zurück zu der Oberseite des Kolbens 112 des Pum­ pensteuerungsstellantriebs 108 verhindert wird. Ebenso blockiert der Steg 188 vollständig das Fenster 228, wodurch jegli­ cher Brennstoff am Durchfluß in die Hydraulikleitung 120 zu der unteren Seite des Kolbens 112 des Pumpensteuerungsstellantriebs 108 verhindert wird. Aus vorstehenden Darlegungen ist somit zu erkennen, daß das Steuersystem 100 nach der vorliegenden Erfin­ dung während eines stationären Zustands dafür sorgt, daß eine relativ kleine und konstante Menge an Brennstoff von dem Pum­ penauslaß 128 zurück zu dem Pumpeneinlaß 124 über die Hydrauli­ kleitung 196, 212 durch das elektrohydraulische Servoventil 156 umgeleitet wird. Außerdem wird der Kolben 112 des Pumpensteue­ rungsstellantriebs 108 durch die passenden Hydraulikflüssig­ keitsdrücke in den Leitungen 116, 120 in einer konstanten Posi­ tion gehalten.

Es sei beachtet, daß die Hydraulikflüssigkeit, die in den Hydraulikleitungen 164, 168 dem einen bzw. anderen Ende des Schiebers 172 zugeführt wird, der Brennstoff in dem ersten Teil 196 der Bypassleitung ist, der mit dem Fenster 204 des Schie­ bers 172 und über eine Hydraulikleitung 232 durch den Drehmomentmotor mit dem Vorsteuerventil 160 verbunden ist.

Fig. 3 veranschaulicht die Position des elektrohydraulischen Servoventils 156 während eines Zustands, bei dem durch die elektronische Triebwerkssteuerung 140 ein Durchfluß verlangt wird, der den durch den Durchflußsensor 132 erfaßten Durchfluß übersteigt. Nun veranlaßt die Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollbrennstoffdurchfluß die elektronische Triebwerkssteue­ rung, dem Drehmomentmotor 152 zu befehlen, das Vorsteuerventil 160 zu bewegen, um die Plazierung des Schiebers 172 so einzu­ stellen, daß der Kolben 112 des Pumpensteuerungsantriebs 108 vor allem in der Richtung bewegt wird, in der der Brennstoffdurchfluß an dem Pumpenauslaß 128 wieder auf einen gewünschten Wert gebracht wird.

In Fig. 3 hat sich der Schieber 172 etwas nach links bewegt, so daß nun ein Durchfluß von Brennstoff in dem ersten Teil 196 der Bypassleitung 196, 212 durch die Fenster 200, 216 und in den zweiten Teil 212 der Bypassleitung 212 zurück zu dem Pumpenein­ laß 124 vorhanden ist. In Fig. 3 ist jedoch zu erkennen, daß die Größe der Öffnung des Fensters 200 in bezug auf die in Fig. 2 etwas reduziert ist. Die Menge an Brennstoff, die zurück zu dem Pumpeneinlaß umgeleitet wird, ist somit in diesem zunehmen­ den transienten Zustand reduziert.

Außerdem gibt nun in diesem zunehmenden transienten Zustand die Bewegung des Schiebers 172 nach links das Fenster 228 frei, was Brennstoff in dem ersten Teil 196 der Bypassleitung 196, 212 gestattet, in den Schieber 172 über das Fenster 208 einzutreten und über das Fenster 228 auszutreten und in die Leitung 120 zu dem unteren Teil des Kolbens 112 des Pumpensteuerungsstellan­ triebs 108 zu gelangen. Ebenso ist nun das Fenster 224 freige­ legt, was Hydraulikflüssigkeit in der Leitung 116 von dem obe­ ren Teil des Kolbens 112 des Pumpensteuerungsstellantriebs ge­ stattet, durch das Fenster 220 zurück durch den zweiten Teil 212 der Bypassleitung 196, 212 und zu dem Pumpeneinlaß 124 zu fließen. Das verursacht nun ein Kräfteungleichgewicht an dem Kolben 112 des Pumpensteuerungsstellantriebs 108, wodurch eine Bewegung des Kolbens verursacht wird, um dadurch eine Änderung in der Verdrängung der Pumpe 104 hervorzurufen. Diese Änderung in der Pumpenverdrängung bewirkt eine Zunahme der Menge an Brennstoff, die durch die Pumpe an dem Pumpenauslaß 128 gelie­ fert wird. Die Brennstoffmenge an dem Pumpenauslaß 128 wird ge­ ändert, bis der Durchflußsensor 132 den Istbrennstoffdurchfluß erkennt, der mit dem Sollbrennstoffdurchfluß, wie er durch die elektronische Triebwerkssteuerung 140 verlangt wird, überein­ stimmt.

In Fig. 4, auf die nun Bezug genommen wird, ist die Position des Schiebers 172 des elektrohydraulischen Servoventils 156 während eines durch den Durchflußsensor erkannten Durchflußzu­ stands dargestellt, der den verlangten Durchfluß übersteigt. Der Schieber 172 bewegt sich nun nach rechts, so daß der Brenn­ stoff in dem ersten Teil 196 der Bypassleitung in das Fenster 200 eintritt und aus dem Fenster 216 austritt und über den zweiten Teil 212 der Bypassleitung 212 zurück zu dem Pumpenein­ laß 124 fließt. Außerdem werden die Fenster 204 und 224 freige­ legt, so daß Brennstoff in dem ersten Teil 196 der Bypasslei­ tung über die Hydraulikleitung 116 zu der oberen Seite des Kol­ bens 112 des Pumpensteuerungsstellantriebs 108 fließt. Ebenso werden die Fenster 228 und 220 freigelegt, so daß die Hydrau­ likflüssigkeit in der Leitung 120 über den zweiten Teil 212 der Bypassleitung zurück zu dem Pumpeneinlaß 124 fließen kann. Das bewirkt ein Kräfteungleichgewicht an dem Kolben 112 des Pumpensteuerungsstellantriebs 108, so daß sich der Kolben 112 nach unten bewegt, wodurch die Verdrängung der Pumpe 104 geän­ dert wird, um schließlich die Menge an Brennstoff an dem Pum­ penauslaß 128 zu reduzieren.

Aus vorstehenden Darlegungen ist zu erkennen, daß sowohl für stationäre Bedingungen als auch für verschiedene transiente Be­ dingungen immer eine gewisse Menge an Brennstoff von dem Pum­ penauslaß 128 zurück zu dem Pumpeneinlaß 124 umgeleitet wird. Verglichen jedoch mit dem oben erwähnten breiten Bereich an Brennstoff, der durch den Pumpenauslaß bereitgestellt wird, ge­ stattet die vorliegende Erfindung dem umgeleiteten Brennstoff­ strom nur, sich zwischen ungefähr 1000 und 2000 Pfund pro Stunde zu verändern. Diese relativ geringe Menge an proportio­ nalem Bypassdurchfluß bewirkt ihrerseits nur einen Tempera­ turanstieg des Brennstoffes von ungefähr 2,2°C (4°F) vergli­ chen mit einem Temperaturanstieg von ungefähr 82,5°C (150°F) bei den oben erwähnten bekannten Bypassystemen, die in Verbin­ dung mit Pumpen mit fester Förderleistung benutzt werden. Das ist eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, die das Steuersystem 100 nach der vorliegenden Erfindung mit sich bringt. Eine bedeutsame Verbesserung gegenüber dem oben erwähn­ ten Stand der Technik mit veränderlicher Verdrängung besteht darin, daß der proportionale Bypassdurchfluß von dem Pumpenaus­ laß 128 zurück zu dem Pumpeneinlaß 124 ein stark verbessertes dynamisches Verhalten des Steuersystems 100 für transiente Be­ dingungen gestattet.

Claims (17)

1. Steuersystem zum Versorgen eines Triebwerks mit einer ge­ steuerten Menge an Brennstoff, mit:
einer Pumpe (104) mit veränderlicher Förderleistung, die einen Einlaß (124) und einen Auslaß (128) hat und so betreibbar ist, daß sie Brennstoff in einer vorbestimmten Menge an dem Pumpen­ auslaß (128) liefert;
einer Bypassleitung (196, 212), die einen ersten Teil (196) hat, der mit dem Pumpenauslaß (128) verbunden ist, und einen zweiten Teil (212), der mit dem Pumpeneinlaß (124) verbunden ist, so daß Brennstoff von dem Pumpenauslaß (128) durch die By­ passleitung (196, 212) zurück zu dem Pumpeneinlaß (124) fließen kann; und
einem elektrohydraulischen Servoventil (156), das eine Drossel­ öffnung veränderlicher Größe hat, die in der Bypassleitung (196, 212) zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Bypassleitung zwischen dem Pumpenauslaß (128) und dem Pumpen­ einlaß (124) angeordnet ist, wobei das elektrohydraulische Ser­ voventil (156) auf ein Steuersignal anspricht, um die Menge an Brennstoff in dem zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212), die dem Pumpeneinlaß (124) zugeführt wird, durch Verän­ dern der Größe der variablen Drosselöffnung zu steuern.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Pumpensteuerungsstellantrieb (108), mit welchem die Verdrängung der Pumpe (104) steuerbar ist, um dadurch die Menge an Brenn­ stoff zu steuern, die durch die Pumpe (104) an dem Pumpenauslaß (128) geliefert wird, wobei der Pumpensteuerungsstellantrieb (108) ein bewegliches Element (112) hat, dessen Position die Verdrängung der Pumpe (104) steuert, wobei eine erste Seite des beweglichen Elements (112) mit Hydraulikflüssigkeit in einer ersten Leitung (116) beaufschlagt wird und wobei eine zweite Seite des beweglichen Elements (112) mit Hydraulikflüssigkeit in einer zweiten Leitung (120) beaufschlagt wird.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrohydraulische Servoventil (156) eine Einrichtung (172) aufweist zum Steuern der Zufuhr der Hydraulikflüssigkei­ ten zu der ersten und zweiten Seite des beweglichen Elements (112), wobei während eines stationären Zustands mittels des elektrohydraulischen Servoventils (156) die Position des beweg­ lichen Elements (112) konstant gehalten werden kann, um dadurch die Menge an Brennstoff konstant zu halten, die durch die Pumpe (104) an dem Pumpenauslaß (128) geliefert wird, und während ei­ nes transienten Zustands mittels des elektrohydraulischen Ser­ voventils (156) die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeiten zu der ersten und zweiten Seite des beweglichen Elements (112) steuer­ bar ist, um das bewegliche Element (112) zu veranlassen, sich in einer Richtung zu bewegen, in welcher eine Einstellung der Verdrängung der Pumpe (104) veranlaßt wird, durch die die Menge an Brennstoff verändert wird, die durch die Pumpe (104) an dem Pumpenauslaß (128) geliefert wird.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen beweglichen Schieber (172) und meh­ rere in dem elektrohydraulischen Servoventil (156) gebildete Fenster (200, 204, 208) aufweist und mit einer Einrichtung ver­ sehen ist, um während des stationären und des transienten Zu­ stands die Bewegung des beweglichen Schiebers (172) so zu steu­ ern, daß die erste und zweite Leitung (116, 120) mit dem pas­ senden ersten und zweiten Teil (196, 212) der Bypassleitung verbunden werden.

5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich­ net durch
eine Erfassungseinrichtung (132), die mit dem Pumpenauslaß (128) verbunden ist, zum Erfassen einer Brennstoffmenge, die dem Triebwerk zugeführt wird, und zum Liefern eines Erfassungs­ signals, das diese angibt; und
eine Signalverarbeitungseinrichtung (140), die auf das erfaßte Signal anspricht, um ein Sollsignal zu liefern, das eine Soll­ größe an Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk angibt, um das er­ faßte Signal mit dem Sollsignal zu vergleichen und um das Steu­ ersignal an das elektrohydraulische Servoventil (156) anzule­ gen, welches irgendeine Differenz zwischen dem erfaßten Signal und dem Sollsignal angibt.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrohydraulische Servoventil (156) einen beweglichen Schieber (172), ein Vorsteuerventil (160) und einen Drehmomentmotor (152) aufweist, wobei der bewegliche Schieber (172) mit einer Hydraulikflüssigkeit an seinen beiden Enden beaufschlagt wird und wobei der Drehmomentmotor (152) auf das Steuersignal anspricht, um das Vorsteuerventil (160) zu be­ wegen und dadurch die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zu beiden Enden des beweglichen Schiebers (172) zu steuern.

7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit, die beiden Enden des beweglichen Schiebers (172) zugeführt wird, der Brennstoff in dem ersten Teil (196) der Bypassleitung (196, 212) ist.

8. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schieber (172) linear beweglich ist.

9. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während eines stationären Zustands mittels des elektrohydraulischen Servoventils (156) die Größe der vari­ ablen Drosselöffnung steuerbar ist, um einer vorbestimmten Menge an Brennstoff zu gestatten, über den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) zurück zu dem Pumpeneinlaß (124) zu fließen, und daß mittels des elektrohydraulischen Servoven­ tils (156) während des transienten Zustands die Größe der vari­ ablen Drosselöffnung steuerbar ist, um einer Menge an Brenn­ stoff zu gestatten, über den zweiten Teil (212) der Bypasslei­ tung (196, 212) zurück zu dem Pumpeneinlaß (124) zu fließen.

10. Steuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Brennstoff, die während des transienten Zustands durch den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) fließt, anders ist als die vorbestimmte Menge an Brennstoff, die während des stationären Zustands durch den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) fließt.

11. Steuersystem zum Steuern einer Menge an Brennstoff, die durch eine Pumpe (104) mit veränderlicher Förderleistung einem Triebwerk zugeführt wird, wobei die Pumpe (104) einen Einlaß (124) und einen zugeordneten Pumpensteuerungsstellantrieb (108) zum Verändern der Verdrängung der Pumpe (104) hat, um dadurch die Menge an Brennstoff zu verändern, die durch die Pumpe (104) an einem Pumpenauslaß (128) abgegeben wird, wobei das Steuersy­ stem umfaßt:
eine Bypassleitung (196, 212), die einen ersten Teil (196) hat, der mit einem Pumpenauslaß (128) verbunden ist, und einen zwei­ ten Teil (212), der mit einem Pumpeneinlaß (124) verbunden ist, so daß Brennstoff von dem Pumpenauslaß (128) über die By­ passleitung (196, 212) zurück zu dem Pumpeneinlaß (124) fließen kann; und
ein elektrohydraulisches Servoventil (156), das eine Drossel­ öffnung veränderlicher Größe hat, die in der Bypassleitung (196, 212) zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der By­ passleitung zwischen dem Pumpenauslaß (128) und dem Pumpenein­ laß (124) angeordnet ist, wobei das elektrohydraulische Ser­ voventil (156) auf ein Steuersignal anspricht, um die Menge an Brennstoff in dem zweiten Teil (212) der Bypassleitung, die dem Pumpeneinlaß (124) zugeführt wird, durch Verändern der Größe der Drosselöffnung zu steuern.

12. Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß während eines stationären Zustands mittels des elektrohydrauli­ schen Servoventils (156) die Größe der Drosselöffnung steuerbar ist, um einer vorbestimmten Menge an Brennstoff zu gestatten, über den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) zurück zu dem Pumpeneinlaß (124) zu fließen, und daß während eines transienten Zustands mittels des elektrohydraulischen Servoven­ tils (156) die Größe der Drosselöffnung steuerbar ist, um einer Menge an Brennstoff zu gestatten, über den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) zurück zu dem Pumpeneinlaß (124) zu fließen.

13. Steuersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Brennstoff, die durch den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) während des transienten Zustands fließt, anders ist als die vorbestimmte Menge an Brennstoff, die durch den zweiten Teil (212) der Bypassleitung (196, 212) während des stationären Zustands fließt.

14. Steuersystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrohydraulische Servoventil (156) einen beweglichen Schieber (172), ein Vorsteuerventil (160) und einen Drehmomentmotor (152) aufweist, wobei der bewegliche Schieber (172) mit einer Hydraulikflüssigkeit an seinen beiden Enden beaufschlagt wird und wobei der Drehmomentmotor (152) auf das Steuersignal anspricht, um das Vorsteuerventil (160) zu be­ wegen und dadurch die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zu beiden Enden des beweglichen Schiebers (172) zu steuern.

15. Steuersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit, die beiden Enden des beweglichen Schiebers (172) zugeführt wird, der Brennstoff in dem ersten Teil (196) der Bypassleitung (196, 212) ist.

16. Steuersystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der bewegliche Schieber (172) linear beweglich ist.

17. Steuersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrohydraulische Servoventil (156) eine Einrichtung (172) aufweist, mittels welcher während eines stationären Zustands eine Position des Pumpensteuerungsstellan­ triebs (108) konstant gehalten werden kann, um dadurch die Menge an Brennstoff konstant zu halten, die durch die Pumpe (104) an dem Pumpenauslaß (128) geliefert wird, und daß das elektrohydraulische Servoventil (156) eine weitere Einrichtung (152, 160) aufweist, um während eines transienten Zustands die Position des Pumpensteuerungsstellantriebs (108) zu verändern und dadurch die Menge an Brennstoff zu verändern, die durch die Pumpe (104) an dem Pumpenauslaß (128) geliefert wird.