DE2338634A1

DE2338634A1 - Steuervorrichtung fuer eine einwellige kraftfahrzeug-gasturbinenmaschine

Info

Publication number: DE2338634A1
Application number: DE19732338634
Authority: DE
Inventors: Arthur Frederick Mclean
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-07-30
Publication date: 1974-05-16
Also published as: GB1413215A; US3795104A; JPS4977009A; AU5860073A; CA983278A

Description

PATENTANWALT DIPL. ING. HANS- PETER GAUGER

P.A. DIPL. INC. HANS-PETER CAUCER - 8 MÖNCHEN 81 · EFFNERSTR. 43

8 MÜNCHEN 81 EFFNERSTRASSE 43 TELEFON 0811 / 980 762

TELEGRAMMADRESSE: GAUPAT MÖNCHEN

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DATUM:

30. Juli 1973

Anwaltsakte: GFK-2642

FORD-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 5 KÖLN-DEUTZ, OTTOPLATZ 2

Steuervorrichtung für eine einwellige Kraftfahrzeug—Gasturbinenmaschine.

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine einwellige Kraftfahrzeug-Gasturbinenmaschine, bei welcher ein mit der gleichen Welle zur gemeinsamen Drehung verbundener hydrodynamischer Drehmomentwandler zur Be- und Entlastung der Welle eine stufenlos verstellbare Beschaufelung seines Leitrades aufweist, und bei welcher weiterhin ein Temperaturfühler zur 2rfassung der wirklichen Arbeitstemperatur der Maschine, ein Drehzahlfühler zur Erfassung der wirklichen Maschinendrehzahl und eine Pumpe zur Förderung des Brennstoffes in di'e Brennkammer der mit eine-r vom Fahrer betätigbaren Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal) ausgerüsteten Maschine vorgesehen sind.

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Bei einer aus der US-PS 3 485 042 bekannten Steuervorrichtung dieser Art wird durch die stufenlose Verstellung der Leitradbeschaufelung des Drehmomentwandlers und die dadurch ausgelöste Be- und Entlastung der dem Verdichter und der Turbine der Maschine gemeinsamen Welle die Arbeitstemperatur der Maschine auf einen optimalen Tfert angesteuert. Die bekannte Steuervorrichtung umfaßt zusätzlich eine von den auf einen bestimmten Wert bezogenen Änderungen der in der Turbine vorherrschenden Arbeitstemperaturen abhängige Steuerung des in die Brennkammer geförderten Brennstoffes, die ausschließlich wirksam ist im Beschleunigungsbereich des Fahrzeuges und ^T.:oiterhin für einen stetigen Fahrbereich desselben.

Die Erfindung befaßt sich demgegenüber mit der Aufgabe, eine solche Steuervorrichtung für einwellige Kraftfahrzeug-Gasturbinenmaschinen unter geringeren Kosten bereitstellen zu können, wobei gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen werden soll, außer einer weitergehenden, optimalen Ansteuerung des Beschleunigungsbereiches und des stetigen Fahrbereiches des jeweiligen Kraftfahrzeuges auch das Starten und den Leerlauf der Maschine in optimaler Weise anzusteuern.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stellmittel für die Leitradbeschaufelung des Drehmomentwandlers durch Steuermittel steuerbar sind, die ein Differenzsignal liefern, welches aus einem Vergleich der durch den Temperaturfühler erfaßten wirklichen Arbeitstemperatur der Maschine mit einer für die Beibehaltung eines stetigen Fahrbereichs des Fahrzeuges in Abhängigkeit von der durch den Drehzahlfühler erfaßten wirklichen Maschinendrehzahl erwünschten Arbeitstem— peratur der Maschine gewonnen wird, daß zur Förderung einer höheren Brennstoffmenge im Beschleunigungsbereich des Fahrzeuges die Brennstoffpumpe durch weitere Steuermittel steuerbar ist, die ein Steuersignal liefern, welches immer dem höheren von zwei Differenzsignalen entspricht, die aus einem Vergleich

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der durch den Drehzahlfühler erfaßten wirklichen Maschinendrehzahl mit der für eine jeweilige Beschleunigung erwünschten, an der vom Fahrer betätigten Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal) abgenommenen höheren Fahrgeschwindigkeit und aus einem Vergleich der durch den Temperaturfühler erfaßten wirklichen Arbeitstemperatur mit der für die jeweilige Beschleunigung erwünschten Arbeitstemperatur der Maschine gewonnen werden, und daß auch die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters stufenlos verstellbar ausgebildet ist und die entsprechenden Stellmittel direkt durch die vom Fahrer betätigbare Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal) derart steuerbar sind, daß die sonst mittels der Geschwindigkeitssteuerung veränderbar geöffnete Eintrittsbeschaufelung des Verdichters im Leerlauf der Maschine geschlossen ist, wobei zusätzliche Mittel vorgesehen sind, welche für das Starten der Maschine deren Geschwindigkeitssteuerung für eine bis zum Erreiche}) der Leerlaufdrehzahl andauernde Öffnung der Eintrittsbeschaufelung des Verdichters überlagern.

Es wird damit eine Steuervorrichtung für eine einwellige Kraftfahrzeug-Gasturbinenmaschine erhalten, bei welcher demnach die der Be- und Entlastung der gemeinsamen Welle dienende Verstellung der Leitradbeschaufelung des Drehmomentwandlers gleichzeitig zur Ansteuerung der für einen stetigen Fahrbereich des Fahrzeuges erwünschten optimalen Arbeitstemperaturen in der Trubine ausgewertet wird. Weiterhin wird die Brennstofförderung in jedem Beschleunigungsbereich des Fahrzeuges durch bloße Messung der Unterschiede zwischen der jeweils erwünschten und der wirlt/lichen Fahrgeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl und zwischen der jeweils erwünschten und der wirklichen Arbeitstemperatur der Maschine angesteuert. In diesen Maßnahmen sind folglich wesentliche Vereinfachungen gegenüber der bekannten Steuervorrichtung zu erblicken. Die demgegenüber noch zusät zlich vorgesehene Start- und Leerlaufsteuerung, die unter Vermittlung der für die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters vorge-

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sehenen Verstellbarkeit verwirklicht wird, ergibt eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades solcher Maschinen. Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist auch darin zu erblicken, daß sie jede Stoßbelastung des Verdichters verhindern kann und außerdem die Arbeitstemperaturen der Maschine auf obere Werte begrenzt, die mit Sicherheit keine nachteiligen Auswirkungen auf die Materialeigenschaften insbesondere der Turbine haben.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfaßt.

Ein augenblicklich bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schemadarstellung einer einwelligen Kraftfahrzeug-Gasturbinenmaschine und

Fig. 2 die zu der Maschine gemäß Fig. 1 zugehörige Steuervorrichtung nach der Erfindung.

Bei der dargestellten Gasturbinenmaschine 1 0 sind zwei Turbinenräder 12 und 14 und ein Verdichter 16 auf einer gemeinsamen Welle 18 angeordnet. Für den Verdichter ist eine radiale Bauart und für die Turbinen eine jeweils axiale Bauart verdeutlicht, was aber für die Steuervorrichtung ohne Bedeutung ist. Verdichter und Turbine können also ohne weiteres auch dazu vertauschte Bauarten haben, sie können ebenso von gleicher Bauart sein, und es können auch andere, ein- oder mehrstufige Bauarten in Frage kommen.

Der Verdichter 16 hat eine für sich bekannte, stufenlos verstellbare Eintrittsbeschaufelung 17, die aus einer Vielzahl auf Abstand zueinander angeordneten Einzelschaufeln besteht. Durch eine Verstellung dieser Eintrittsbeschaufelung kann

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die den Verdichter durchströmende Luft geregelt wer den, um so die Ausgangsleistung der Maschine zu steuern. In Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der als Düse wirkenden Eintrittsbeschaufelung des Verdichters 1 6 wird die in diesen einströmende Luft mehr oder weniger stark verwirbelt, was eine entsprechende Änderung der Maschinenleistung zur Folge hat. Die Maschinenleist;uhg ist deshalb eher abhängig von der Drehmomentbeaufschlagung der Eintrittsbeschaufelung des Verdichters durch die in diesen einströmende Luft und weniger von deren Stfrömungsgeschwindigkeit.

Beide Turbinenräder 1 2 und 14 haben auf Abstand zueinander angeordnete Einzelschaufeln 20, die im Strömungsweg der aus einer Brennkammer 22ausgestoßenen Verbrennungsgase angeordnet sind. Die Brennkammer 22 hat die übliche Brennstoffdüse 24, die über Leitungen 28 und 30 an die übliche Brennstoffpumpe angeschlossen ist. Die Brennstoffpumpe 26 wird durch einen Riementrieb 32 von der Ausgangswelle 34 eines mit der Welle 18 verbundenen Untersetzungsgetriebes 36 angetrieben. Sie ist in diesem Fall von einer solchen Bauart, daß ständig mehr Brennstoff gefördert wird als zur Aufrechterhaltung eines Betriebs der Maschine benötigt wird, so daß die Maschine niemals mangels Brennstoffmangel stehen bleiben kann. Die folglich von der Brennstoffpumpe 26 normalerweise über die Leitung 30 zuviel geförderte Brennstoffmenge wird über eine Rücklaufleitung 38 an die Saugseite der Pumpe zurückgeleitet. In dieser Rücklaufleitung 38 ist ein später noch zu beschreibendes Meßgerät angeordnet, welches einen Bauteil der eigentlichen Steuervorrichtung darstellt.

Die Maschine ist selbstverständlich noch ausgerüstet mit dem üblichen, in der Zeichnung nur angedeuteten Diffusor und im. dem üblichen Wärmetauscher. Auf der Ausgangswelle 34 des Untersetzungsgetriebes 36 ist weiter ein hydraulischer bzw. hydrodynamischer Drehmomentwandler 40 angeordnet, der in bekannter

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Weise aus einem durch die Welle 34 antreibbaren Pumpenrad 42, einem auf der Eingangswelle 46 des eigentlichen Fahrzeuggetriebes 48 sitzenden Turbinenrad 44 und einem Leitrad 50 besteht. Eine zwischen dem Pumpengehäuse 52 und der Welle 46 angeordnete Freilaufkupplung 51 ist so ausgelegt, daß nur das Pumpenrad 42 schneller drehen kann als das Turbinenrad 44_t eine gegenüber dem Pumpenrad 42 schnellere Drehung des Turbinenrades 44 aber verhindert wird, so daß es bei schiebendem Fahrzeug zu der üblichen Motorbremsung kommt. Das Leitrad 50 hat eine stufenlos verstellbare Beschaufelung, wobei die einzelnen Schaufeln 54 mittels eines jeweiligen Kurbelzapfens 56 an einer Nabe 58 schwenkbar gelagert sind. Die Nabe 58 ist drehfest angeordnet und kann axial verschoben werden, so daß dadurch die Winkeleinstellung der Schaufeln 54 geändert werden kann. Abhängig von der jeweiligen Einstellung der Leit— radbeschaufelung wird auf die Welle 1 8 und damit auf den Verdichter 16 eine mehr oder weniger große Last ausgeübt, d.h. jede Änderung der Winkelstellung der Leitradbeschaufelung hat entweder eine Belastung oder eine Entlastung dieser Welle 1 8 zur Folge.

Die nachfolgend näher beschriebene Steuervorrichtung umfaßt im wesentlichen drei verschiedene Einzelst^euerungen. Die eine Steuerung nutzt dabei die Bewegung der Leitradbeschaufelung des Drehmomentwandlers im stetigen Fahrbetrieb des Fahrzeuges für die Aufrechterhaltung einer gewählten Fahrgeschwindigkeit und einer maximalen Arbeitstemperatur der Maschine aus. Bei der zweiten Steuerung wird die Arbeitsweise einer Meßeinrichtung zur Steuerung der Brennstofförderung zu der Brennkammer der Maschine während jedes Beschleunigungsbereichs des Fahrzeuges ausgenutzt, wobei Vorkehrungen getroffen sind, daß dabei nicht die zulässige Arbeitstemperatur der Maschine überschritten wird und nachteilige Auswirkungen auf die metallischen Maschinenteile auftreten. Bei der dritten Steuerung wird schließlich eine bestimmte Beeinflussung der Eintrittsbeschau— feiung des Verdichters beim Starten der Maschine und auch in

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deren Leerlauf vorgenommen, wobei diese Steuerung auch Auswirkungen hat auf jede erfolgende Beschieunigungsphase der Maschine.

Bei der einen, im stetigen Fährbetrieb wirksamen Steuerung erfaßt ein Temperaturfühler 60, der durch ein Thermoelement oder einen Thermistor bereitgestellt sein kann, die wirkliche Arbeitstemperatur der Maschine an der Eintrittsseite der Turbinen 12, 14. Der Temperaturfühler 60 ist an den einen Eingang eines elektronischen Komperators 62 angeschlossen, der mit einem weiteren Eingang an den Ausgang eines Funktionsgenerators 64 angeschlossen ist» Der Funktionsgenerator 64 liefert an seinem Ausgang ein Steuersignal, dessen von der wirklichen Drehzahl der Welle 1 8 abhängige Größe den für die Maschine erwünschten maximalen Temperaturwert vertritt, d.h. der mit seinem Eingang an einen Drehzahlfühler 66 zum Erfassen der wirklichen Drehzahl der Welle 18 angeschlossene Funktionsgenerator 64 errechnet bei jeder erfolgenden Drehzahländerung die für die neue Drehzahl erwünschte maximale Arbeitstemperatur der Maschine und vermittelt den errechneten Temperaturwert als Steuergröße an den Κοϊ,ι-perator 62, Der Funktionsgenerator 64 ist dabei gleichzeitig so beschaffen, daß er eine mögliche Stoßbelastung des Verdichters bei der von ihm ermittelten Maximaltemperatur ebenso berücksichtigt wie eine mögliche Annäherung an die Grenzen der Materialbeanspruchung der metallischen Maschinenteile. Auf eine nähere Beschreibung dieser Bauart eines Funktionsgenerators kann hier unter Hinweis auf de US-PS 3 508 562 verzichtet werden, da daraus alle .Einzelheiten bekannt sind.

Zur Verstärkung des am Ausgang des Komperators 62 geformten Differenzsignals ist ein Verstärker 68 vorgesehen, welcher das von ihm verstärkte Differenzsignal an ein Solenoid 70 weiterleitet. Der Anker desselben ist mit einem Regelventil 72 verbunden, welches in Abhängigkeit von seiner folglich durch das am Ausgang des Komperators 62 geformten Differenzsignal gesteuerten Regelstellung die wechselnde Druckbeaufschlagung einer Servo vorrichtung 76 mit Hydraulikflüssigkeit regelt, die über eine

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Leitung 74 von einer Servopumpe oder einer anderen Druckwelle angeliefert wird. Die Servovorrichtung 76 steuert die axiale Verschiebung der vorerwähnten Nabe 58 nach der einen oder anderen Richtung, wodurch die Leitradbeschaufelung 54 des Drehmomentwandlers 50 entweder zunehmend geöffnet oder zunehmend geschlossen wird, so daß sich die Belastungsverhältnisse der Welle 18 entsprechend ändern. Ist also beispielsweise die von dem Temperaturfühler 60 erfaßte Arbeitstemperatür der Turbine höher als die mit ihr in dem Komperator 62 verglichene, von dem Funktionsgenerator 64 für die betreffende, mittels des Drehzahlfühlers 66 erfaßte Drehzahl errechnete Maximaltemperatur, dann steuert das am Ausgang des Komperators 62 geformte und mittels des Verstärkers 68 verstärkte Differenzsignal über das Solenoid 70 und das Regelventil 72 eine Verstellung der Leitradbeschaufelung 54 im Sinne einer Entlastung der Welle 18, so daß diese jetzt schneller drehen kann und dadurch die Temperatur der Turbine auf den erwünschten Wert abgesenkt wird. Die erhöhte Drehzahl der Welle 1 8 wird dabei dann gleichzeitig für eine Verringerung der Brennstofförderung zu dem Brennstoffventil 24 der Brennkammer 22 ausgenutzt, so daß auch die Drehzahl des Verdichters auf den für die Beibehaltung eines stetigen Fahrbetriebs erwünschten Wert verringert werden kann. Die Einzelheiten dieser Steuerung sind nachfolgend näher erläutert.

Der Temperaturfühler 60 ist weiterhin an den einen Eingang eines Weiteren elektronischen Komperators 80 angeschlossen, der an einem weiteren Eingang mit einem über eine Leitung 82 herangeführten Steuersignal gespeist wird, dessen Größe die für eine jeweilige Beschleunigung des Fahrzeuges erwünschte Temperatur der Maschine ausweist. Das betreffende Steuersignal ist dabei gleichfalls so beschaffen, daß es die Bildung einer übermäßigen Arbeitstemperatur verhindert, jedoch eine momentane Überschreitung der zur Verhinderung einer Stoßbelastung des Verdichters im stetigen Fahrbetrieb als maximal zulässig erachteten Arbeitstemperatur der Maschine erlaubt, weil solche nur momentan wirksamen Überschreitungen bekahntüh keine nachteiligen Auswirkungen haben. Es ist folglich davon auszugehen, daß

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alle über die Leitung 82 dem Komperator 80 zugeleiteten Steuersignale eine jeweilige Größe haben, die in dem betreffenden Beschleunigungsbereich des Fahrzeuges eine für die Maschine erwünschte Arbeitsteraperatur ausweisen, die jeweils höher liegt als die bei der betreffenden Drehzahl im stetigen Fahrbetrieb normalerweise vorgesehene Temperatur. Es sind folglich darin Vorkehrungen erkennbar, die für jede Beschleunigung des Fahrzeuges die dafür erVünschte Erhöhung der Maschinenleistung ergeben.

Auch der Drehzahlfühler 66 ist weiter an den einen Eingang eines weiteren elektronischen Komperators 86 angeschlossen, der mit einem weiteren Eingang an den Ausgang eines weiteren Funktionsgenerators 84 angeschlossen ist. Der Eingang dieses Funktionsgenerators 84 ist an die vom Fahrer betätigbare Geschwindigkeitssteuerung angeschlossen, d.h. der Funktionsgenerator 84 ist direkt mit dem Gaspedal 82* verbunden, so daß das an seinem Ausgang geformte und dem Komperator 86 zugeleitete Steuersignal abhängig ist von der Betätigung dieses Gaspedals 82·. Dieses Steuersignal hat folglich eine Größe, die jeweils der erwünschten Fahrgeschwindigkeit entspricht.

Die an den Ausgängen der Komperatoren 80 und 86 jeweils geformten Differenzsignale werden zwei Eingängen eines weiteren Komperators 88 zugeleitet, der so gestaltet ist, daß er nur das höhere dieser beiden Differenzsignale für eine verstärkte Brennstoff örderung auswertet. Das am Ausgang des Komperators 88 aus den beiden an den Ausgängen der Komperatoren 80 und 86 geformten Differenzsignalen geformte Differentialsignal wird nach einer Verstärkung durch einen Verstärker 90 an ein Solenoid 92 weitergeleitet. Der Anker desselben ist mit einem Modulierventil 94 verbunden, welches den über seinen Einlaß 96 zugeleiteten Austrittsdruck des Verdichters moduliert. Das am Auslaß 98 des Modulierventils 94 geformte, modulierte Drucksignal wird an den einen Eingang 104 einer Meßeinrichtung 1 00 weitergeleitet und gleichzeitig über eine rückkoppelnde Regelleitung 102 an das Regelventil 94 zurückgeleitet, wo es der durch den Anker

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des Solenoids 92 erzeugten Kraft entgegenwirkt. Dadurch kann der am Auslaß 98 des Modulierventils 94 geformte Druck niemals größer werden als der Druck am Einlaß 96 des Modulierventils. Dadurch wird die maximale Brennstofförderung auf einen Wert begrenzt, der abhängig ist von dem Auslaßdruck des Verdichters.

Die zuletzt beschriebene Einzelsteuerung stellt folglich sicher, daß der Maschine in jeder beliebigen Stellung des Gaspedals 82 · eine Brennstoffmenge zur Verbrennung zugeleitet wird, welche die Beibehaltung einer konstanten Maschinendrehzahl erlaubt und gleichzeitig verhindert, daß in der Maschine Arbeitstemperatu— ren entwickelt werden, die hoher liegen als die für einen betreffenden Beschleunigungsbereich maximal erwünschten und erlaubten Temperaturen, iiird beispielsweise angenommen, daß eier Temper a— turfühler 60 für eine Messung der wirklichen Temperatur der Türbine durch den Komperator 88 unwirksam gemacht wird, weil dieser nur das an dem Ausgang des Komperators 86 geformte Differenzsignal auswertet, dann hätte dies ohne ein Vorhandensein der rückkoppelnden Regelleitung 1Ό2 eine ständige Erhöhung der Brennstofförderung und damit eine ständige Erhöhung der Arbeitstemperatur der Maschine auf Werte zur Folge, welche über den als zulässig zu erachtenden Werten liegen können. Die rückkoppelnde Regelleitung 102 hat demgegenüber die vorteilhafte Wirkung, dai· es dadurch niemals zu einer Brennstofförderung kommen kann, die größer ist als der Auslaßdruck des Verdichters, so daß auch niemals Arbeitstemperaturen an der Turbine auftreten können, die höher als die erlaubten Werte liegen.

Die Meßeinrichtung 100 besitzt neben dem Einlaß 104 einen in die Atmosphäre mündenden Auslaß 106. Ein weiterer Einlaß ist an die Förderleitung 30 der Brennstoffpumpe 26 angeschlossen. Dieser Einlaß 30 hat über einen geradlinigen Durchströmkanal Verbindung mit der Rückströmleitung 38 und über einen davon abgezweigten Zweigkanal 1 08 mit dem zu dem Brennstoffventil 24 führenden Zweig 28 der Förderleitung der Brennstoffpumpe. Die diesem Zweig 28 zugeführte Brennstoffmenge ist folglich abhängig

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von der Größe des durch das Modulierventil 94 modulierten Auslaßdruckes des Verdichters. Auf eine detailliertere Darstellung und Beschreibung dieser Meßeinrichtung 100 kann im übrigen verzichtet werden, da solche Meßeinrichtungen allgemein bekannt sind.

Wird folglich bei einer beliebigen Drehzahl der Maschine durch weiteres Niederdrücken des Gaspedals 82· eine Beschleunigung des Fahrzeuges angestrebt, dann wird dadurch zunächst das am Ausgang des Punktionsgenerators 84 geformte Steuersignal erhöht, so daß es am Ausgang des Komperators 86 zur Formung eines Differenzsignals kommt, weil zu diesem Zeitpunkt die von dem Drehzahlfühler 66 erfaßte wirkliche Maschinendrehzahl noch niedriger ist. Dieses Differenzsignal wird an den Komperator 88 weitergeleitet, der gleichzeitig von dem Komperator 80 ein entsprechendes Differenzsignal erhält, da das von dem Temperaturfühler 60 gelieferte Steuersignal zu diesem Zeitpunkt geringer ist als das über die Leitung 82 angelieferte, für den betreffenden B.eschleunigungsbereich maßgebende Steuersignal einer der erwünschten Arbeitstemperatur entsprechenden Größe. Das am Ausgang des Komperators 88 geformte Steuersignal wird an das Solenoid 92 weitergeleitet, welches jetzt das Regelventil 94 in eine Regelstellung verschiebt, die eine verstärkte Brennstofförderung in die Brennkammer 22 dadurch auslöst, daß in den Zweigkanal 108 der Meßeinrichtung 100 eine entsprechend größere Kraftstoffmenge abgezweigt wird. Sollte es nun während einer solchen Beschleunigungsphase zu einem gegenüber dem zugelassenen Wert höheren Anstieg der durch den Temperaturfühler 60 erfaßten Arbeitstemperatur an der Turbine kommen, dann würde jetzt das am Ausgang des Komperators 80 geformte Differenzsignal zur Auswertung durch den Komperator 88 kommen, dieses Differenzsignal würde also jetzt das zuvor ausgewertete, am Ausgang des Komperators 86 geformte Differenzsignal ablösen, und das Solenoid 92 würde dann im Sinne einer Verminderung der Brennstofförderung betätigt werden. Die Verringerung der Brennstof förderung würde dann automatisch eine Verringerung der Arbeitstemperatur auslösen.

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Hinsichtlich der letzten, für die Start- und Leerlaufbedingungen der Maschine vorgesehenen Einzelsteuerung kann zunächst vorausgesetzt werden, daß bei derartigen Maschinen die im Leerlauf gelieferte Leistung so niedrig sein sollte, daß ein Kriechen des Fahrzeuges verhindert wird. Wird diese niedrige Maschinenleistung über eine Steuerung der Maschinendrehzahl gewonnen, dann hat dies nachteilig zur Folge, daß aus der dann entsprechend niedrigen Leerlaufdrehzahl eine Beschleunigung auf höhere Drehzahlen äußerst schleppend erfolgt. Für eine rasche Beschleunigungsmöglichkeit auf höhere Drehzahlen ist es deshalb allgemein erwünscht, den Leerlaufbetrieb der Maschine durch eine Teilbelastung der Welle anzusteuern, wobei die Teillast beispielsweise eine Größe von etwa 55% der Normallast haben kann. Eine solche Steuercharakteristik kann über eine entsprechende Verstellung der Eintrittsbeschaufelung des Verdichters 16 erhalten werden. Wird diese Beschaufelung zunehmend geschlossen, dann wird dadurch das am Ausgang des Verdichters gewonnene Drehmoment entsprechend verringert, wobei aber gleichzeitig die Durchströmgeschwindigkeit der Luft durch den Verdichter nur unwesentlich verringert wird und deshalb die Drehzahl der Maschine auf dem erwünschten Wert gehalten werden kann, der bei einer folglich verringerten Maschinenleistung noch ein Kriechen des Fahrzeuges verhindert.

Andererseits kann für das Starten der Maschine allgemein festgestellt werden, daß dabei der Verdichter möglichst mit der maximal möglichen Luftmenge durchströmt werden sollte. Es muß deshalb dafür angestrebt werden, daß die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters hier weit geöffnet wird. Dieses Öffnen und Schließen der Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters 16 wird im Rahmen des hier beschriebenen Ausführungsbeispieles durch das Gaspedal 82· angesteuert, welches über ein Sperrgetriebe 114 mit einem Betätigungsgestänge 110, 112 für die einzelnen Schaufeln der Eintrittsbeschaufelung des Verdichters verbunden ist. Das Sperrgetriebe 114 bestj/eht aus zwei auf einer gemeinsamen Welle 11 6 angeordneten Klinkenrädern 118 und

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120, die über einen Hebel 122 mit dem Gaspedal 82' Verbindung haben. Die Welle 116 hat Verbindung mit dem Teil 112 des Betätigungsgestänges für die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters. Das Sperrgetriebe 114 ist mit seinen beiden Klinkenrädern 118, 120 so gestaltet, daß es normalerweise bei einem Niederdrücken des Gaspedals 82* eine Öffnung der Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters 16 unter Vermittlung des Betätigungsgestänges 110, 112 zuläßt und ebenso eine Schließung dieser Eintrittsbeschaufelung, sobald der Druck auf das Gaspedal 82' nachgelassen und dann das Betätigungsgestänge unter der Wirkung einer an ihm angreifenden, nicht näher bezeichneten Feder zurückgeholt wird.

Dem Sperrgetriebe 114 zugeordnet ist eine Sperrklinke oder -klaue 126, die mit dem Anker 128 eines Solenoids 130 verbunden ist und die mit einer Steuerfläche 124 des einen Klinkenrades 1 20 zusammenwirkt. Das Solenoid'130 liegt zusammen mit einem Druckschalter 1 32 im Zündstroukreis der Ilaocnine, dessen Zündschalter bei 134 schematisch angedeutet ist. Der Druckschalter 1 32 ist normalerweise geschlossen. Sobald beira Starten der Maschine der Zündschalter 1 34 geschlossen ist, kommt folglich das Solenoid 1 30 unter Strombeaufschlqgung, wodurch die Sperrklinke 126 in Eingriff gebracht wird mit dem gezahnten Abschnitt des Klinkenrades 120. Das Sperrgetriebe 114 ist folglich jetzt für eine Drehung im Uhrzeigersinn blockiert. Andererseits kann das Sperrgetriebe 114 beim Niederdrücken des Gaspedals 82' im Uhrzeigergegensinn gedreht werden, wodurch über das Betätigungsgestänge 110, 112 die Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters 16 geöffnet wird. Wird der auf das Gaspedal 82· ausgeübte Druck nachgelassen, dann versucht zwar die an dem Betätigungsgestänge angreifende Rückholfeder die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters wieder zu schließen, was aber dann nicht möglich ist, weil zu diesem Zeitpunkt die Rückdrehmöglichkeit des Sperrgetriebes 114 durch die Sperrklinke oder -klaue 126 gesperrt ist. Die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters bleibt folglich geöffnet.

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Der Druckschalter 132 ist nun weiterhin so gestaltet, daß er die Stromzufuhr zu dem Solenoid 1 30 in dem Augenblick unterbricht, in welchem die Maschinendrehzahl die Leerlaufdrehzahl erreicht hat. Sobald der Druckschalter 1 32 geöffnet hat, wird die Sperrklinke oder -klaue 1 26 von dem Klinkenrad 120 zurückgezogen, so daß jetzt die Rückholfeder das Betätigungsgestänge 110, 112 für eine Schließung der Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters 16 zurückholen kann, sobald der auf das Gaspedal 82' ausgeübte Druck nachgelassen wird. Die Steuervorrichtung ist letztlich noch mit zusätzlichen, von der Stellung des Gaspedals 82■ unabhängigen Stellmitteln zur Öffnung der Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters 16 ausgerüstet. Diese zusätzlichen Stellmittel umfassen einen veränderlichen Anschlag 136 für das Betätigungsgestänge 110, 11?, der durch einen Elektromotor 138 betätigbar ist. Der Elektromotor 1 38 wird von dem am Ausgang des Komperators 62 geformten Differenzsignals so gesteuert, daß ab einer bestimmten Größe desselben der Anschlag 1 36 im Sinne einer zusätzlichen Öffnung der Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters betätigt wird. Diese bestimmte Größe des an dem Ausgang des Komperators 62 geformten Differenzsignals wird beispielsweise dann erreicht und überschritten, wenn bei der Leerlauf— drehzahl der Maschine die dafür zugelassene Arbeitstemperatur überschritten wird. Da im Leerlaufbetrieb der Maschine die Eintrittsbeschaufelung 17 des Verdichters 16 an sich geschlossen ist, wird durch die dann erfolgende Öffnung derselben eine Verringerung dieser erhöhten Arbeitstemperatur angesteuert. Sobald die durch den Temperatürfühler 60 erfaßte Arbeitstem— peratur auf den für den Leerlaufbetrieb der Maschine erwünschten und zugelassenen Wert verringert ist, das an Ausgang des Komperators 62 geformte Differenzsignal dann also wieder einen entsprechend niedrigeren Wert angenommen hat, ist der Anschlag 136 wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt, so daß dann auch wieder die Eintrittsbeschaufelung des Verdichters durch die an ihrem Betätigungsgestänge angreifende Rückholfeder in die Schließstellung zurückgeschwenkt werden kann.

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Claims

M .^Steuervorrichtung für eine einwellige Kraftfahrzeug-Gas-—turbinenmaschine, bei welcher ein mit der gleichen Welle zur gemeinsamen Drehung verbundener hydraulischer bzw. hydrodynamischer Drehmomentwandler zur Be- und Entlastung der Welle eine stufenlos verstellbare Beschaufelung seines Leitrades aufweist, und bei welcher weiterhin ein Temperaturfühler zur Erfassung der wirklichen Arbeitstemperatur der Maschine, ein Drehzahlfühler zur Erfassung der wirklichen Maschinendrehzahl und eine Pumpe zur Förderung des Brennstoffes in die Brennkammer der mit einer vom Fahrer betätigbaren Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal)ausgerüsteten Maschine vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Stellmittel (70, 72, 76) für die Leitradbeschaufelung (54) des Drehmomentwandlers (50) durch Steuermittel (62, 64) steuerbar sind, die ein Differenzsignal liefern, welches aus einem Vergleich der durch den Temperaturfühler (60) erfaßten wirklichen Arbeitstem-. peratur der Maschine mit einer für die Beibehaltung eines stetigen Fahrbereichs oder Fahrbetriebs des Fahrzeuges in Abhängigkeit von der durch den Drehzahlfühler (66) erfaßten wirklichen Maschinendrehzahl erwünschten Arbeitstemperatur der Maschine gewonnen wird, daß zur Förderung einer höheren Brennstoffmenge im Beschleunigungsbereich oder Beschleuni-. gungsbetrieb des Fahrzeuges die Brennstoffpumpe (26) durch weitere Steuermittel (80, 84, 86, 88, 92, 94, 100) steuerbar ist,., die ein Steuersignal liefern, welches immer dem höheren von zwei Differenzsignalen entspricht, die aus einem Vergleich der durch den Drehzahlfühler (60) erfaßten wirklichen Maschinendrehzahl mit der für eine jeweilige Beschleunigung erwünschten, an der vom Fahrer betätigten Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal 82·) abgenommenen höheren Fahrgeschwindigkeit und aus einem Vergleich der durch den Temperaturfühler (60) erfaßten wirklichen Arbeitstemperatür der Maschine mit der für die jeweilige Beschleunigung erwünschten Arbeitstemperatur der Maschine gewonnen werden,

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und daß auch die Eintrittsbeschaufelung (17) des Verdichters (16). stufenlos verstellbar ausgebildet ist und die entsprechenden Stellmittel (110, 112) direkt durch die vom Fahrer betätigbare Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal 82») derart steuerbar sind, daß die sonst mittels der Geschwindigkeitssteuerung veränderbar geöffnete Eintrittsbeschaufelung (17) des Verdichters (16) im Leerlauf der Maschine geschlossen ist, wobei zusätzliche Mittel (114, 126, 128, 130, 132) vorgesehen sind, welche für das Starten der Maschine deren Geschwindigkeitssteuerung für eine bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl andauernde Öffnung der Eintrittsbeschaufelung (17) des Verdichters (16) überlagern.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stellmittel für die Leitradbeschaufelung (54) des Drehmomentwandlers (50) ein durch das Differenzsignal ihrer Steuermittel (62, 64) gesteuertes Solenoid (70) umfassen, welches mit seinem Anker mit einem Regelventil (72) verbunden ist, das in seinen einzelnen Regelstellungen die veränderliche Beaufschlagung einer der Öffnung und der Schließung der Leitradbeschaufelung (54) des Drehmomentwandlers (50) dienenden Servovorrichtung (76) mit der von einer Servopumpe od.dgl. gelieferten Hydraulikflüssigkeit regelt.
3. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel für die Stellmittel (70, 72, 76) der Leitradbeschaufelung (54) des Drehmomentwandlers (50) einen an seinem Ausgang das Differenzsignal formenden Komperator (62) und einen Punktionsgenerator (64) umfassen, wobei ein Eingang des Komperators an den Temperaturfühler (60), ein Eingang des Punktionsgenerators an den Drehzahlfühler (66) und ein weiterer Eingang des Komperators an den Ausgang des Punktionsgenerators angeschlossen sind.

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4. Steuervorrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 3 _t dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der Temperaturfühler (6o) als auch der Drehzahlfühler (66) an den jeweiligen Eingang von zwei weiteren Komperatoren (8O₁ 86) angeschlossen sind, die an einen jeweils weiteren Eingang mit dem jeweils entsprechenden, die für den Beschleunigungsbereich oder Besahleunigungsbetrieb des Fahrzeuges erwünschte Arbeitstemperatur der Maschine und die erwünschte Fahrgeschwindigkeit ausweisenden Vergleichsignalen gespeist werden und die mit ihren Ausgängen an zwei getrennte Eingänge eines an seinem Ausgang mit der Brennstoffpumpe (26) verbundenen dritten Komperators (88)angeschlossen sind, der nur das jeweils höhere Differenzsignal der beiden weiteren Komperatoren (80, 86) auswertet.
5. Steuervorrichtung mindestens nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß das am Ausgang des dritten Komperatros (88) geformte Differentialsignal an das Betätigungssolenoid (92) für ein Modulierventil (94) weitergeleitet wird, welches den ihm angelieferten Auslaßdruck des Verdichters (16) zur Steuerung einer Meßeinrichtung (lOO) für die von der Brennstoffpumpe (26) geförderte Brennstoffmenge moduliert, wobei die Meßeinrichtung einen geradlinigen Verbindungskanal zwischen der Förderleitung (30) der Brennstoffpumpe und einer zu dieser zurückführenden Rückströmleitung (38) sowie einen von dem Verbindungskanal abgezweigten Zweigkanal (108) aufweist, der die Förderleitung der Brennstoffpumpe mit deren zu der Brennkammer (22) der Maschine führendem Zweig' verbindet.
6. Steuervorrichtung mindestens nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß von der Verbindungsleitung zwischen dem Modulierventil (94) und der Meßeinrichtung (100) eine rückkoppelnde Regelleitung (102) abgezweigt ist, mittels welcher dem Modulierventil eine der Kraft seines Betätigungsso leno ids (92) entgegenwirkende, das Ventil in seine Neutralstellung vorbelastende Kraft zugeleitet wird.

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7· Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß in der Verbindung zu den Stellmitteln (110, 112) für die Eintrittsbeschaufelung (17) des Verdichters (16) ein Sperrgetriebe (114) eingebaut ist, welches, im normalen Fahrbetrieb die dann mittels der vom Fahrer betätigbaren Geschwindigkeitssteuerung (Gaspedal 82·) steuerbare Öffnung und Schließung dieser Eintrittsbeschaufelung unbeeinflußt läßt und welches beim Starten der Maschine durch die nur dann wirksamen zusätzlichen Mittel (126, 128, 130, 132) derart blockiert ist, daß dann nur eine Öffnung der Eintrittsbesahaufelung des Verdichters möglich ist.
8. Steuervorrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die das Sperrgetriebe (114) beim Starten der Maschine für eine Schließung der Eintritts— beschaufelung (17) des Verdichters (16) blockierenden Mittel durch einen Druckschalter (132) rückholbar sind, der erst beim Erreichen eines der Leerlaufdrehzahl entsprechenden Maschinendruckes betätigt wird,
9« Steuervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß im Zündstromkreis der Maschine ein durch den Druckschalter (132) betätigbarer Unterbrecherkontakt angeordnet ist, der beim Starten der Maschine die Stromzufuhr zu einem Betätigungssolenoid (128, 130) für eine dem Sperrgetriebe (18) zugeordnete Sperrklinke (126) schließt und der zur Unterbrechung dieser Stromzufuhr durch den Druckschalter geöffnet wird, sobald ein der Leerlauf— drehzahl entsprechender Maschinendruck aufgebaut ist,
10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, g e kennzeichnet durch zusätzliche Stellmittel (136, 138) für eine Öffnung der Eintrittsbeschaufelung (17) des Verdichters (16) in Abhängigkeit von der Größe des am Ausgang des einen Komperators (62) geformten Differenzsignals.

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11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Stellmittel einen Stellmotor (38) für einen veränderlichen Anschlag (136) umfassen, der bei Überschreitung einer bestimmten Größe des am Ausgang des einen Komperators (62) geformten Differenzsignals die Stellmittel (110, 112) für die Eintrittsbeschaufelung (17) des Verdichters (16) im Sinne einer zusätzlichen Öffnung derselben beaufschlagt.

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