DE2131524C3 - Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Einwellengasturbine, zum Antrieb eines Fahrzeugs oder Flugzeugs - Google Patents

Description

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß beide Regler p-wirkend oder der eine p- und der andere i-wirkend ausgeführt sind

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regier für Energieabfuhr von Hand übersteuerbar ist, jedoch zur Lastbegrenzung der Kraftmaschine weiterhin im Eingriff bleibt

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlsollwerte beider Regler gleichzeitig und gleichsinnig verstellbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Einwellengasturbine, zum Antrieb eines Fahrzeugs oder Flug- zeugs, bei der ein erster Drehzahlregler die Brennstoffmenge beeinflußt, ein zweiter Drehzahlregler auf die Energieabfuhr wirksam ist, beide Drehzahlregler denselben Drehzahl-Istwert erhalten und deren Stellglieder unabhängig voneinander die Energiezufuhr bzw. die Energieabfuhr steuern.

Kraftmaschinen werden in bekannter Weise mit einem Drehzahlregler ausgerüstet, um bei Belastungsschwankungen die Drehzahl annähernd konstant zu halten. Die Drehzahlkonstanz wird dadurch erreicht daß bei Störung des Leistungsgleichgewichts die Drehzahl verändert wird und dadurch der Drehzahlregler ein Signal erhält, den Energiefluß — üblicherweise die Energiezufuhr — zu verändern. Es sind aber auch Ausführungen bekanntgeworden, bei denen der Drehzahl- regler die Energieabfuhr steuert um auf diese Weise die Drehzahl der Kraftmaschine annähernd konstant zu halten; von dieser Möglichkeit wird z. B. bei mit Propellern verbundenen Brennkraftmaschinen in Flugzeugen Gebrauch gemacht, bei denen der Drehzahlregler die Steigung der Propjllerblätter verändert um die Energieabfuhr der meist vom Piloten vorgegebenen Energiezufuhr anzupassen. Dadurch ist zwar die Gefahr einer Überlastung vermieden, doch können bestimmte Betriebszustände zu Überdrehzahlen der Kraftmaschine führen. Diese Überdrehzahlen können auftreten, wenn der Energieverbraucher, also das Flugzeug bzw. Fahrzeug selbst, statt Energie zu verbauchen. Energie zuführt. Diese Betriebszustände werden dann erreicht, wenn das Flugzeug zum schnellen Sinken die Luftschraube in vorgegebener Blattstellung als »passive Bremse« gebraucht oder das Fahrzeug bei längeren Talfahrten von der Kraftmaschine des Antriebs »abge

bremst« werden soJL

Werden zum Antrieb z. R Gasturbinen verwendet, so sind Überdrehzahlen wegen der damit verbundenen Überbeanspruchung des Schaufelwerkstoffes möglichst zu vermeiden. Ferner geben Einwellengasturbinen erst im Bereich der Nenndrehzahl wesentliche Leistungsbeträge ab. so daß es wünschenswert ist die Betriebsdrehzahl möglichst genau einzuhalten.

Bei der bekannten Regeleinrichtung der anfangs genannten Art. die für eine Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgesehen ist ist der genannte erste Drehzahlregler ein als Endregler, also Grenzdrehzahiregler wirksamer Maschinenregler, der die Brennkraftmaschine vor Über- und Unterdrehzahl schützt und der genannte zweite Drehsahlregler ein Getrieberegler für ein hydrostatisches Getriebe, der die vom Fahrbetrieb hierkommende Belastung durch Änderung der Getriebeübersetzung an das Leistungsvermögen der Brennkraftmaschine anpaßt. Der Maschinenregler ist im Leerlauibereich und bei Überdrehzahl wirksam, wobei der Getrieberegler nicht wirksam ist Der Getrieberegler regelt die Drehzahl zwischen Leerla'if und Vollast wobei der Maschinenregler nicht wirksam ist und die Brennstoffmenge nicht von diesem gesteuert wird, sondern von einem Tastglied eingestellt wird Diese Regeleinrichtung entspricht der Lehre der Regelungstechnik, daß die Regelgröße jeweils immer nur von einem einzigen Regler geregelt werden soll, d. h, es sind zur Erfüllung der verschiedenen Fahrbetriebsforderungen den beiden Drehzahlreglern j_rn Drehzahlbereich eigene, also die obengenannten Tätigkeitsbereiche zugewiesen. Dies bringt aber den Nachteil, daß die Drehzahl zwischen Leerlauf und Vollast bei extremen Betriebszuständen des Fahrzeugs, wie sie durch Talfahrt desselben gegeben sind, nicht konstant gehalten werden kann, und zwar weil der Getrieberegler bei der Energiezufuhr durch das Fahrzeug die Brennstoffzufuhr nicht verringern kann, so daß eine Drehzahlsteigerung auftritt bis der Maschinenregler eingreift

Aufgabe der Erfindung ist es, die den Drehzahlreglern vorgegebene Drehzahl bei extremen Betriebszuständen, wie sie bei Talfahrt des Fahrzeugs bzw. beim Sinken des Flugzeugs vorliegen, zumindest annähernd konstant zu halten.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß die beiden Drehzahlregler über den gesamten Betriebsbereich gleichzeitig einsetzbar sind und daß der Schnittpunkt ihrer Drehzahlkenniinien den jeweiligen Betriebspunkt bildet Dadurch ist es möglich, auch Energiezufuhr von außen durch den ersten Drehzahlregler mit auszuregeln. In diesem Fall wird nämlich die Brennstoffmenge so verringert, daß die Drehzahl zumindest annähernd konstant bleibt. — Die Drehzahlsollwerte der beiden Regler sind im allgemeinen gleich groß.

Es ist vorteilhaft die beiden Regler p-wirkend oder den einen p- und den anderen i-wirkend auszuführen. Dadurch wird einer eventuell auftretenden Gefahr einer Unstabilität, d. h. eines Pendeins der beiden gleichzeitig wirksamen Regler, begegnet.

Es ist ferner von Vorteil, wenn der Regler für Energieabfuhr von Hand übersteuerbar ist, jedoch zur Lastbegrenzung der Kraftmaschine weiterhin im Eingriff bleibt Dadurch, daß er dabei im Eingriff bleibt, wird eine Überlastung der Brennkraftmaschine verhindert.

Auch können die Drehzahlsollwerte beider Regler gleichzeitig und gleichsinnig verstellbar sein. Auf diese

Weise wird zwischen Leerlauf und Vollast der jeweils günstigste Lastpunkt gewählt, so daß die Brennkraftmaschine im Bereich des günstigsten spezifischen Brennstoffverbrauchs betrieben wenden kann.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematicher Darstellung;

Fig. la und Ib sollen dabei die Anwendungsmögiichkeiten, die eine im Kraftfahrzeug, die andere im Flugzeug, verdeutlichen. An Hand dieser Darstellung wird nachstehend die Funktion beschrieben;

Die F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Die Fig 2 und 4 zeigen Leistungs-Drehzahl-Schaubilder.

Der von der Kraftstoffpumpe 1 unter Druck geförderte Kraftstoff gelangt zu einem Druckregel- und Überströmventil 2, welches den Differenzdruck an der Zumeßstelle 18 und an der Maximal- bzw. Minimalmengenbegrenzung 4 konstant hält. Von hieraus tritt der Kraftstoff in den Regelschieber 17 ein. Dieser wird in Abhängigkeit vom Fliehkraft-Federkraft-Gleichgewicht der Fliehgewichte 16 und Federn 15 und 14 verstellt. Die Hauptfeder 15 ist als Festwert dargestellt. Dagegen wird die Feder 14 positiv durch den Gashebel 12 zu größeren Mengen und negativ durch den Bremshebel 13 zu kleinen Mengen hin verstellt. Die an der Drosselstelle 18 der Regelhülse 3 zugemessene Kraftstoffmenge ist also der Summe von Triebwerksdrehzahl und Gas- bzw. Bremshebelsteilung proportional. Durch den Begrenzer 4 für die Maximal- bzw. Mindestkraftstoffmenge, welcher abhängig von Triebwerksgrenzwerten eingreift, gelangt der Kraftstoff in die Brennkammer 5a, wird in der Turbine 5 in Wellenleistung umgesetzt und über eine Kupplung 6 auf ein hydrostatisches Kraftfahrzeuggetriebe (Fig. la) oder einen Piopeller (Fig. Ib) übertragen. Der Drehzahlregler für Energieabfuhr regelt mit Hilfe eines getrennten ölservokreislaufes das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 11a bzw. die Blattsteigerung des Propellers life derart, daß die vom Drehzahlregler für Energiezufuhr vorgegebene Drehzahl und damit Belastung nicht über- bzw. unterschritten wird. Dies geschieht mit Hilfe der Ölpumpe 7, deren Drucköl abhängig von der zeitlichen Drehzahldifferenz am Fliehkraft-Federkraft-Pendel 20 bzw. 19 vom Steuerschieber 21 an der in der Regelhülse 8 angeordneten Drosselstelle 22 dem einfach wirkenden Zylinder 10a, 10i> für Übersetzungsverhältnis des Getriebes bzw. Blattsteigung des Propellers zugeführt wird. Beide Zylinder 10a und 106 sind mit ίο Hilfe des Umschalters 9a bzw. 9f> und damit durch die Wählhebel 23 bzw. 24 umsteuerbar ausgeführt, um beim Fahrzeug rückwärts und vorwärts fahren zu können bzw. beim Flugzeug positiven (Bezeichnung »Aktiv«) und negativen Schub (Bezeichnung »Passiv«) geben zu können.

Fig. 2 zeigt in einem Leistungs-Drehzahl-Schaubild die Kennlinien der Drehzahlregler für Energiezu- und Energieabfuhr, aufgeteilt in einen Gas- und Bremshebelbereich. Der Regler für Energiezufuhr wurde hierbei p-wirkend, der für Energieabfuhr i-wirkend ausgeführt. Es kann auch der Regler für Energieabfuhr p-wirkend oder der Sollwert beider Drehzahlregler gleich groß und gleichzeitig und gleichsinnig verstellbar ausgeführt sein.

F i g. 3 zeigt in Anlehnung an F i g. 1 eine weitere konstruktive Ausführungsform, insbesondere für ein PTL-Triebwerk. Im Unterschied zur Ausführungsform nach F i g. 1 wurden der Gashebel 12 und der Bremshebel 13 zu einem Leistungshebel 25 zusammengefaßt.

Außerdem ist der Steuerschieber 26 für Energieabfuhr mittels eines ß-Wählhebels 27 von Hand übersteuerbar ausgeführt. Der Drehzahlregler für Energieabfuhr ist hierbei weiterhin im Eingriff, um eine Überlastung zu verhindern.

Fig.4 zeigt in einem Leistungs-Drehzahl-Schaubild weitere Kennlinien, vornehmlich für Flugzeuge. Dieses Schaubild entspricht im prinzipiellen Grundaufbau dem Schaubild gemäß F i g. 2; lediglich die Energieabfuhr ist zusätzlich durch den Blattwinkel β übersteuerbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Einwellengasturbine, zum Antrieb eines Fahrzeugs oder Flugzeugs, bei der ein erster Drehzahlregler die Brennstoffmenge beeinflußt, ein zweiter Drehzahlregler auf die Energieabfuhr wirksam ist, beide Drehzahlregler denselben Drehzahl-Istwert erhalten und deren Stellglieder unabhängig voneinander die Energiezufuhr bzw. die Energieabfuhr steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drehzahlregler über den gesamten Betriebsbereich gleichzeitig einsetzbar sind und daß der Schnittpunkt ihrer Drehzahlkennlinien den jeweiligen Betriebspunkt bildet