DE2858275C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzumeßeinrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Brennstoffzumeßeinrichtung ist aus der US-PS 35 21 446 bekannt. Hierbei soll die Drehzahl des Gasgenera­ tors bei plötzlich auftretenden Leistungsbedarfsbedingungen erhöht werden. Dies geschieht in der Weise, daß der Wert der Erhöhung der Kraft, die auf eine Druckfeder wirkt, durch Entregung eines Solenoids erzeugt wird, so daß der Bypass-Fluß an einem Regelventil reduziert wird. Die Erhöhung der Gasgeneratordrehzahl erfolgt unmittelbar bevor der Turbine Leistung aufgegeben wird und reduziert damit die Beschleuni­ gungsdauer des Triebwerkes.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Brennstoffzumeßeinrichtung die Leerlaufdrehzahl des Gaser­ zeugers eines Gasturbinentriebwerks mit freier Nutzleistungs­ turbine in besonders zweckmäßiger und brennstoffsparender Weise zu steuern.

Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Kennzei­ chens des Anspruches 1 erreicht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches 2.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Brennstoffzumeß­ einrichtung wird erreicht, daß der Gasgenerator unmittelbar bevor eine Beschleunigung des Gasturbinentriebwerks erfolgen soll mit einer Drehzahl umläuft, die höher ist als die normale Leerlaufdreh­ zahl; diese höhere Drehzahl des Gasgenerators verbessert das Beschleunigungsansprechen des Gasturbinentriebwerks, ohne daß dadurch unnötiger Brennstoff verbraucht wird, indem der Gasgenerator laufend mit seiner höheren Leerlaufdrehzahl betrieben wird.

Das Gasturbinen-Triebwerk besitzt eine Welle, die mit der Nutzleistungs­ welle einer Kupplung verbunden ist, sowie eine Vorrichtung die so ausgelegt ist, daß sie die Drehzahl einer Getriebeeingangswelle, die mit der Kupplung verbunden ist, feststellt und das die bevorstehende Belastung des Triebwerkes anzeigende Signal erzeugt, wenn die festge­ stellte Drehzahl einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Dies ist besonders zweckmäßig für ein Gasturbinentriebwerk, das ein Straßenfahrzeug antreibt, bei dem der Antrieb von der Kupplung auf die Räder über ein normales Drehzahländerungsge­ triebe übertragen wird. Hat das Getriebe seine neutrale Position eingenommen, läuft die von der Kupplung kommende Getriebeeingangswelle normalerweise mit einer Drehzahl über dem vorbestimmten Wert um, so daß der Gasgenerator bei der niedrigeren Drehzahl im Leerlauf läuft; sobald das Getriebe jedoch zum Starten des Fahrzeuges geschaltet wird, läuft die Getriebeeingangswelle nicht mehr um, und der Gasgenerator beschleunigt sofort.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich­ nung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Gasturbinen­ triebwerks und einer Antriebsübertragung nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Energierückge­ winnungs-Antriebsübertragung des Gasturbinentriebwerks, von dem Teile im Umriß dargestellt sind,

Fig. 3 eine teilweise schematische Teilschnittansicht der Energierückgewinnungskupplung und der zugeordneten hydraulischen Einrichtung längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine teilweise schematische Querschnittsansicht der rotierenden Gruppe des Gasturbinentriebwerks, wobei zugeordnete Steuerungen in schematischer Blockschalt­ bild-Darstellung gezeigt sind,

Fig. 5 eine perspektivische Vorderansicht (von rechts) eines Teiles des Gehäuses, der Leitungskanäle und der Verbrennungseinrichtung des Gasturbinentriebwerks, wobei zur besseren Darstellung Teile weggebrochen gezeichnet sind,

Fig. 6 eine teilschematische Schnittansicht des Brennstoff­ reglers, wobei Teile zur Verdeutlichung der Arbeits­ weise perspektivisch dargestellt sind,

Fig. 6A eine Teilschnittansicht der Brennstoffpumpe in vergrößertem Maßstab, längs der Linie 6a-6a der Fig. 6, und

Fig. 6B, 6C, 6D Schnittansichten eines Teiles der Brenn­ stoffreglersteuerung im vergrößertem Maßstab, wobei unterschiedliche Betriebspositionen des Solenoids dargestellt sind.

In den Zeichnungen ist ein Gasturbinentriebwerk allgemein mit 30 bezeichnet. Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist der Motor mit einem Getriebe herkömmlicher Ausführung für ein Fahrzeug, insbes. einen Lastwagen mit einer Leistung von 450 bis 600 PS gekoppelt, und es ist eine Nutzleistungswelle 32 als Eingangswelle in eine Antriebsübertragungskupplung 34 vorgesehen. Eine Getriebeeingangswelle 36 ist zwischen Kupplung 34 und Schaltgetriebe 38 eingeschaltet. Das Schaltgetriebe 38 ist ein von Hand betätigbares Zahnradgetriebe, es können jedoch auch andere, die Drehzahl ändernde Getriebe vorgesehen sein. In herkömmlicher Weise hat das Getriebe 38 eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionen, nämlich mehrere Vorwärtsgänge, einen Rückwärtsgang und eine neutrale Position. In der neutralen Position wird keine Leistung zwischen der Getriebe­ eingangswelle 36 und der Getriebeausgangswelle 40 übertragen, die in herkömmlicher Weise zum Achsantrieb 42 und den Antriebsrädern 44 des Fahrzeuges führt. Die Auswahl der gewünschten Übersetzung erfolgt über einen Handschalthebel 46, und ein Drehzahlmesser 48 erzeugt ein Signal, das die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 36 angibt. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist und nachstehend näher ausgeführt wird, kann der Drehzahlgeber 48 in beliebiger Weise ausge­ führt sein. Vorzugsweise erzeugt der Drehzahlgeber ein elektrisches Signal, das durch die Leitung 50 auf die elektronische Steuereinheit des Gasturbinentriebwerks übertragen wird.

In den Fig. 1 bis 4 ist das Gasturbinentriebwerk mit Wärmerückgewinnung 30 dargestellt. Es enthält einen Gasgeneratorabschnitt 52, eine Nutz-Leistungsturbine 54, die auf einer Welle befestigt ist, die getrennt von der des Gasgenerators 52 ist, und einem Rekupe­ rator 56, der Abwärme von dem Auslaßstrom aus dem Motor rückfördert, um das komprimierte Strömungsmittel aufzuheizen, bevor es in den Verbrennungsvorgang eingeführt wird. Der Motor weist ferner eine Brennstoffquelle 58, einen Brenn­ stoffregler 60, der eine Brennstoffpumpe enthält, ein Betriebsventil 62 zur Steuerung des Brennstoffdurchflusses in normaler Weise während der Beschleunigung oder Verzögerung des Motors durch eine Brennstoffleitung 64, die zum Gasgene­ ratorabschnitt 52 führt, und eine Steuerung 66 zum variablen Positionieren veränderlicher Statorschaufeln, die im Lei­ stungsturbinenabschnitt 54 vorhanden sind, auf. Eine elektroni­ sche Steuereinheit 68 nimmt verschiedene Eingangsparameter­ signale auf, und verarbeitet sie, und erzeugt Ausgangssteuer­ signale zum Regler 60 und zur Schaufelbetätigersteuerung 66.

Es ist eine elektrische Speicherbatterie 70 und ein zugeord­ neter Anlassermotor 72 vorgesehen, der vorzugsweise sowohl mit dem Gasgenerator 52 als auch mit einer Anlasserluftpumpe 74 gekoppelt ist. Während des Anlaufvorganges wird der Motor 72 so gesteuert, daß er sowohl eine Anlasserluftpumpe 74 wie auch die Hauptgasgeneratorwelle 76 antreibt. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Antriebsübertragung 78, die der Gasgenerator­ welle 76 zugeordnet ist, und eine weitere Antriebsübertragung 80, die einer Hauptwelle 82 der Leistungsturbine 54 zugeord­ net ist und von der Hauptwelle 82 angetrieben wird, auf. Die beiden Antriebsübertragungen 78 und 80 sind über eine hydraulische Kupplung 84 verhältnismäßig geringer Leistung selektiv miteinander in Eingriff bringbar. Diese Kupplung wird üblicherweise als die Leistungsrückkopplungskupplung bezeichnet, und ihr Aufbau ist in Verbindung mit Fig. 3 im einzelnen beschrieben, während ihre Funktion in Verbindung mit dem Leistungsrückkopplungsvorgang nach der Erfindung erläutert ist.

Der Gasgenerator 52 hat einen mit einem Filter versehenen Lufteinlaß 86, durch den Umgebungsluft einem Paar von in Serie geschalteten Radialverdichtern 88 und 90 aufgegeben wird. Die Verbindungsleitung 92 führt den kompri­ mierten Luftstrom aus dem ersten Kompressor 88 zum zweiten Kompressor 90. Der Gasgenerator 52 weist ferner eine Lei­ tungsanordnung 94 auf, die in Fig. 5 dargestellt ist und die den komprimierten Luftstromauslaß aus dem kreisförmigen Umfang des zweiten Kompressors 90 umgibt und sammelt, sowie diesen komprimierten Luftstrom in zwei Zuführleitungen 95 zum Rekuperator in einer nichtmischenden Wärmeaustauschbeziehung zum Rekuperator führt. Während verschiedene Ausführungsformen von Rekuperatorausgestaltungen in Verbindung mit vorliegender Erfindung verwendet werden können, ist eine beispielsweise Ausführungsform in US-PS 38 94 581 beschrieben. Obgleich es für das Verständnis vorliegender Erfindung nicht unbedingt notwendig sein mag, wird auf dieses Patent in Zusammenhang mit einer detaillierten Beschreibung eines Rekuperators und seines Arbeitsvorganges Bezug genommen. Für die Zwecke vorliegender Erfindung reicht es aus, festzuhalten, daß der komprimierte Luftstrom aus den Leitungen 95 im Rekuperator durch die Abwärme aus dem Auspuffstrom der Maschine vorge­ heizt wird. Der vorgeheizte, komprimierte Luftstrom wird dann über die Leitung 96 in ein Flammrohr 98 geführt. Wie sich am besten aus der Fig. 5 ergibt, gelangt der aufgeheizte Strom aus dem Rekuperator durch eine Vielzahl von Öffnungen 97 in einen Auffüllteil der Leitung 96, dann durch Öffnungen 97 A in einen Teil der Gehäuseanordnung, der das Flammrohr 98 aufnimmt. Das Flammrohr 98 hat einen perforier­ ten inneren Belag 99 und der Luftstrom aus den Öffnungen 97 A gelangt in die Zone zwischen dem inneren und dem äußeren Belag, und strömt dann durch den perforierten Innenbelag 99 in die Brennerzone. Ein oder mehrere elektrische Zündkerzen 100 sind mit einer Hochspannungsquelle in herkömmlicher Weise verbunden. Die Zündkerze ist so betätigbar, daß sie einen kontinuierlichen Verbrennungsvorgang im Inneren des Brenners aufrechterhält, in welchem der von der Leitung 64 gelieferte Brennstoff gemischt und mit dem komprimierten Luftstrom aus der Leitung 96 verbrannt wird.

Der Gasgenerator 52 weist ferner eine Gasgeneratorturbine 102 mit radialem Zufluß auf. Der komprimierte, aufgeheizte Gasstrom aus dem Brenner 98 wird über die Turbineneinlaß­ drosseldüsen 104, die in kreisförmiger Anordnung um den ringförmig gestalteten Einlaß 106 angeordnet sind, zum Gasgeneratorturbinenabschnitt abgegeben. Während des Motor­ betriebes halten die Düsen 104 den Druck im Brenner 98 auf einem Wert, der höher ist als der der Umgebung. Der Fluß dieses aufgeheizten komprimierten Gases durch die Turbine 102 bewirkt eine Drehung der Turbine und der Gasgeneratorhaupt­ welle 76 mit hoher Drehzahl. Diese Drehung treibt die beiden Zentrifugalkompressoren 88 und 90 an. Die Welle ist durch Lager 108 mit dem stationären Gehäuse 110 des Gasturbinentriebwerks befe­ stigt.

Der Nutz-Leistungsturbinenabschnitt 54 weist einen Leitungsab­ schnitt 112 und entsprechende Schaufeln 114 auf, um den Gasfluß aus der Gasgenerator-Leistungsturbine 102 gegen zwei axiale Leistungsturbinen 116 und 118 zu richten, die mit der Leistungsturbinen-Hauptwelle 82 befestigt sind. Der Lei­ stungsturbinenabschnitt besitzt ferner Sätze 120 und 122 mit veränderlich positionierbaren Leit- bzw. Führungsschaufeln, die stromabwärts in bezug auf die zugeordneten Axialturbinen 116, 118 und ihre zugeordneten Schaufeln 117, 119 angeordnet sind.

Nach den Fig. 4, 6, 6A-6D nimmt der Brennstoffregler 60 Brennstoff aus der Brennstoffquelle 58 über ein entsprechendes Filter 136 in eine Einlaßöffnung 138 eines Brennstoffpumpen­ gehäuses 140 auf. Das Gehäuse 140 ist mit einem anderen Teil des Hauptmotorgehäuses 110 verbunden und kann integral damit ausgebildet sein. Der Regler ist so betätigbar, daß er die Brennstoffflußabgabe durch eine oder beide der Abgabelei­ tungen 142, 144 zur Abgabe an das Betriebsventil 62 bereit­ stellt. Der Regler 60 ist ein hydromechanischer Regler, der in der Lage ist, auf von außen aufgegebene mechanische und elektrische Signale anzusprechen, und weist eine entspre­ chende Antriebsverbindung auf, die schematisch durch die Leitung 146 dargestellt ist, sowie ein zugeordnetes Dreh­ zahluntersetzungsgetriebe 148, wie es erforderlich ist, um ein Zahnrad 150 und eine Antriebswelle 152 anzutreiben. Die Welle 152 treibt eine Brennstoffpumpe in Form einer Rota­ tionszahnradpumpe 154 mit positiver Verdrängung an, die Brennstoff aus der Einlaßöffnung 138 aufnimmt und ihn mit einem wesentlich höheren Druck durch eine Abgabeleitung 156 transportiert. Wie in Fig. 6A dargestellt, weist die Zahn­ radpumpe zwei miteinander kämmende Zahnräder 158 und 160 auf, deren eines von der Antriebswelle 152 angetrieben wird und deren anderes mit einer Leerlaufwelle 162 befestigt ist, die innerhalb des Gehäuses 140 gelagert ist. Drei Durchfluß­ kanäle, nämlich die Abgabeleitung 142, die Bypassbohrung 164 und der Hauptflußzumeßkanal 166 werden in parallelem Durch­ fluß aus der Abgabeleitung 156 gespeist. In der Bypassbohrung 164 ist ein den Bypass regulierender Ventilkegel 168 inner­ halb der Bohrung 164 so verschiebbar angeordnet, daß über­ schüssiger Durchfluß aus der Ausgangsleitung 156 in veränder­ licher Weise an einen Rückführkanal 170 zugemessen wird, der zur Brennstoffeinlaßöffnung 138 zurückverbunden wird. Der Druck des Brennstoffes in der Bohrung 164 bewegt den Ventil­ kegel 168 nach unten, so daß der Bypassfluß durch den Kanal 170 vergrößert wird, während eine Spiraldruckfederanordnung 172 gegen den Druck des Brennstoffs wirkt, damit der Kegel 168 nach oben gedrückt und das Durchflußvolumen aus der Bohrung 164 zum Kanal 170 reduziert wird. Durch einen Druckkanal 182 steht das untere Ende der Bypassbohrung 164 in Verbindung mit der Brennstoffspeiseleitung 64. Somit wird ein Strömungsmitteldruck in der Leitung 64 auf die Unterseite des Bypass-Ventilkegels 168 ausgeübt, der die Feder 172 dabei unterstützt, daß der Kraft entgegengewirkt wird, die durch das Hochdruckströmungsmittel in der Abgabeleitung 156 erzeugt wird. Der Kanal 166 endet in einer Zumeßdüse 174, die durch die Platte 176 mit dem Gehäuse befestigt ist und die eine Öffnung 178 mit verringertem Durchmesser hat, die mit einem zentralen Hohlraum 180 in Verbindung steht.

Der Brennstoffregler 60 weist ferner einen Handdrosseleingang in Form eines Drosselhebels 184 auf, der zwischen entgegen­ gesetzten einstellbaren Anschlägen 186, 188 verschiebbar ist, welche einstellbar mit dem Gehäuse 140 befestigt sind. Durch ein entsprechendes Lager 190 ist eine Welle 192, die inner­ halb des Innenhohlraumes 180 angeordnet ist, relativ zum Gehäuse 140 drehbar. Ein Nockenabschnitt 194 mit offenen Seiten ist integral von der Welle 192 aufgenommen; in diesen Nockenabschnitt sind mit Preßsitz zwei Stummelwellen 196 eingesetzt, die die Rollen 198 aufnehmen. Die Rollen 198 können mit der unteren Schulter eines Federanschlages 200 so in Eingriff gebracht werden, daß eine Drehung des Drossel­ hebels 184 und der Welle 192 eine entsprechende Drehung der Stummelwellen 196 ergibt, die nicht mit der Hauptrotations­ achse der Welle 192 ausgerichtet sind, und damit eine Vertikalverschiebung des Federanschlages 200 durch die Rollen 198. Während der vertikalen oder Längsverschiebung wird der Federanschlag 200 durch einen Führungsstab 202 geführt, der einen oberen Führungsbolzen 204 aufweist, welcher sich gleitend durch eine zentrale Bohrung des Federanschlages 200 erstreckt. Die Führungsstange 202 wird durch Schraubverbin­ dung im Gehäuse 140 aufgenommen und mit dem Gehäuse 140 befestigt, z. B. durch eine Sperrmutter 206.

Der Regler 60 besitzt ferner einen mechanischen Drehzahlmes­ ser, der einen zur Drehung mit der Welle 152 starr befestig­ ten Fliehgewichtträger 208 aufweist. Mit dem Träger 208 laufen eine Vielzahl von regelmäßig versetzten Fliehgewichten 210 um, die so befestigt sind, daß sie eine Schwenkbewegung an den Bolzen 212 ausführen können, welche die Fliehgewichte 210 an dem Träger 208 festlegen. Abhängig von der Drehzahl der Welle 152 bewirkt die Zentrifugalkraft eine Drehung der Fliehgewichte 210 um die Bolzen 212, wobei die inneren Enden sich nach unten bewegen, wie in Fig. 6 gezeigt, und den inneren umlaufenden Laufring 214 einer Rollenlageranordnung ebenfalls nach abwärts antreiben. Über Kugellager 216 wird diese nach abwärts gerichtete Kraft auf den nichtumlaufenden äußeren Laufring 218 der Lageranordnung übertragen, wodurch eine nach abwärts gerichtete Verschiebung eines nichtumlau­ fenden Segmentes 220 erzielt wird. Am unteren Ende nimmt das Segment 220 eine Federanschlagschulter 222 auf, und eine Antriebsfeder 224 erstreckt sich antriebsmäßig zwischen dem Anschlag 222 des Segmentes 220 und dem Federanschlag 200, der dem Drosseleingangsmechanismus zugeordnet ist. Durch Vorbe­ lastung der Feder 224, die auf das Segment 220 wirkt, werden die Fliehgewichte normalerweise nach oben in die Null- oder Niedrigdrehzahlposition gedrückt, wie in Fig. 6 dargestellt. Eine Erhöhung der Drehzahl der Welle 152 bewirkt eine Verschiebung des Segmentes 220 nach abwärts. Daraus ergibt sich, daß der Drosselhebel 184 im wesentlichen so wirkt, daß die Gasgeneratordrehzahl gewählt wird, die durch die Drehzahl der Welle 152 bestimmt ist, da die Kompression der Feder 224 durch Drehen des Drosselhebels 184 eingestellt wird und ihr dann durch die durch Drehung der Welle 152 erzeugte Zentri­ fugalkraft entgegengewirkt wird. Die vertikale Position des Segmentes 220 gibt deshalb eine Anzeige der Differenz zwischen der ausgewählten Drehzahl (Position der Eingangs­ drossel 184) und der tatsächlichen Gasgeneratordrehzahl, wie sie durch die Fliehgewichte 210 festgestellt wird.

Der Regler 60 weist ferner einen Hauptbrennstoffdrosselhebel 226 auf, der über den Bolzen 228 schwenkbar mit dem Gehäuse 140 befestigt ist. Ein Arm 230 des Hebels 226 endet in einem kugelförmigen Ende 230 innerhalb einer Aufnahmenut 232 auf dem Segment 220 der Drehzahlfehlersignalvorrichtung. Ein entgegengesetzter Arm 234 des Hebels 226 ist auf die Zumeß­ mündung 178 zu und von ihr weg in Abhängigkeit von der Verschiebung des Segmentes 220 beweglich, damit der Brenn­ stofffluß aus dem Kanal 166 in den Innenraum 180 auf variable Weise zugemessen wird. Der regulierende Ventilkegel 168 wird in variabler Weise in Abhängigkeit von dem Druckunterschied zwischen dem Kanal 168 und der Leitung 64 stromabwärts in bezug auf die Zumeßmündung 178 positioniert, damit der Bypass-Strömungsmittelfluß durch den Kanal 170 in variabler Weise zugemessen wird, um einen im wesentlichen konstanten Druckunterschied an der Strömungsmittelzumeßmündung aufrecht­ zuerhalten, der zwischen der Zumeßöffnung 178 und dem Arm 234 des Brennstoffhebels 226 erzeugt wird. Somit ist die Ge­ schwindigkeit des Brennstoffdurchflusses, der aus dem Kanal 166 in den Raum 180 und die Ausgangsleitung 144 abgegeben wird, im wesentlichen nur eine Funktion der Position des Armes 234 relativ zu der Zumeßöffnung 178, wenn letztere der den Brennstoffdurchfluß steuernde Parameter ist. Zweckmäßi­ gerweise kann eine Dämpfungsmündung 236 in die Druckabfühl­ leitung 182 eingeschaltet sein, um die Bewegung des Bypass- Ventilkegels 168 zu stabilisieren.

Ein in einer Richtung wirkendes, proportional arbeitendes Solenoid 239 hat ein äußeres Gehäuse 238 integral mit der Platte 176 oder in sonstiger Weise stationär mit dem Gehäuse 140 verbunden. Innerhalb des Gehäuses 238 ist eine Spule 240 und ein zentrisch angeordneter Anker 242 vorgesehen. Eine zentrische Kolbenwelle 244, deren oberes Ende mit dem Hebelarm 234 in Eingriff kommt, ist starr befestigt und bildet einen Teil des Ankers 242. Federn 246, 248 mit linearem Gradienten sind zwischen Anschlägen am Gehäuse 238 so angeordnet, daß sie mit zugeordneten Schultern auf der Kolbenwelle 244 in Eingriff kommen, um letztere normalerweise in ihre dargestellte entregte Position zu drücken. Eine Erregung des Solenoids durch entsprechende elektrische Leitungen 250 bewirkt eine Verschiebung des Ankers 242 und der Kolbenwelle 244 nach oben, so daß letztere in Eingriff mit dem Hebelarm 234 kommt und eine nach oben gerichtete Kraft auf diesen Hebelarm ausübt, die der Kraft, die von der Feder 224 auf den Hebel 226 ausgeübt wird, entgegengerichtet ist und sich von ihr subtrahiert.

Während die Kolbenwelle 244 erforderlichenfalls direkt in Eingriff mit dem Hebelarm 234 kommen kann, wird bei der bevorzugten Ausführungsform für den Arm 234 eine Anordnung mit "schwebender Fläche" verwendet. Bei dieser Anordnung wird eine schwebende, ebene, tellerförmige Fläche 252 innerhalb des Armes 234 mit der Zumeßöffnung 178 ausgerichtet aufgenom­ men. Diese schwebende Fläche ist normalerweise gegen die Zumeßmündung federvorgespannt, und das obere Ende der Kolbenwelle 244 kann damit in Eingriff kommen. Der Zweck der schwebenden Fläche 254 besteht darin, Herstelltoleranzen zu kompensieren und sicherzustellen, daß eine verhältnismäßig ebene Oberfläche direkt mit der Zumeßöffnung 178 ausgerichtet ist und senkrecht zum Strömungsmitteldurchfluß aus der Öffnung liegt, damit eine einwandfreie Zumessung des Brenn­ stoffes sichergestellt ist. Die Feder 254 spannt die schweben­ de Fläche 252 gegen die Öffnung 178 vor. Eine Verschwenkung des Armes 234 gegen die Feder zur Erhöhung des Brennstoff­ flusses wird solange zugelassen, bis die Fläche 252 in Kontakt mit dem oberen Ende des Kolbens 244 kommt. Dieser Hub des Armes 234 ist sehr begrenzt, reicht jedoch aus, um eine Durchflußsättigung der ringförmigen Mündung zu erzielen, die zwischen der Öffnung 178 und der Fläche 252 definiert ist.

Auf der entgegengesetzten Seite des Hebelarmes 234 in bezug auf das Solenoid 239 ist ein Gehäuse 256 eines weiteren richtungsabhängigen Einweg-Solenoids 257 angeordnet, das in den Fig. 6B-6D gezeigt ist. Das Solenoid 257 besitzt eine Spule 258, einen Anker 260 und eine Kolbenwelle 262, die beweglich damit befestigt ist. Über entsprechende Anschläge drücken normalerweise Zentrierfedern 264, 266 die Kolbenwelle 262 in die dargestellte entregte Position. Bei Erregung der Spule 258 über entsprechende Zuleitungen 268 werden der Anker 260 und die Kolbenwelle 262 nach abwärts so verschoben, daß die Kolbenwelle in Eingriff mit dem Hebelarm 234 kommt, derart, daß eine Kraft darauf ausgeübt wird, die sich zu der Kraft hinzuaddiert, welche durch die Feder 224 und den Hebel 226 erzeugt wird, um den Arm 234 von der Öffnung 178 weg zu verschieben. Das Gehäuse 256 des Solenoids 257 ist beispiels­ weise durch Schrauben 272 starr mit der Befestigungsplatte 176 verbunden. Ähnlich der schwebenden Fläche 252 kommt in der bevorzugten Ausführungsform der Kolben 262 nicht direkt mit dem Hebelarm 234 in Eingriff, sondern wirkt vielmehr über einen schwebend in Eingriff kommenden Bolzen 272, damit eine Kraft auf den Arm 234 ausgeübt wird. Der Bolzen 272 ist durch eine Feder 274 zur Erzielung einer schwebenden Wirkung darauf vorgespannt, um zu gewährleisten, daß der Kolben 262 in einwandfreier Weise mit dem Hebelarm 234 in Eingriff kommen und auf ihn eine Kraft ausüben kann, unabhängig von Änderun­ gen in den Herstelltoleranzen und/oder der Position des Hebels 226 relativ zu der Schwenkwelle 228.

Beide Solenoide werden in ihre entregte Position durch Federn mit linearem Gradienten bewegt, und ungleiche digitale Solenoide mit Ein-Aus-Zustand, Änderung in der Strom- und/oder Spannungseingabe an ihre Spule ergeben eine analoge Positionierung des Kolbens 244 des Solenoids 239 in Zuwachs­ schritten und bewegen den Kolben 262 in die Position nach Fig. 6C oder 6D.

Der Kolben 262 des Solenoids 257 kann aus dem entregten Zustand nach Fig. 6B in zwei verschiedene erregte Zustände nach den Fig. 6C und 6D verschoben werden. Ein elektri­ sches Eingangssignal vorgewählter Leistung bewirkt, daß der Anker 260 sich in die Position nach Fig. 6C verschiebt, wobei der Kolben 262 soweit bewegt wird, bis die Fläche der einstellbaren Anschlagsmutter 263 in Kontakt mit dem Feder­ anschlag 267 kommt. Diese Bewegung des Kolbens 262 drückt gegen den Stößel 272 und komprimiert die Feder 274, so daß der Arm 234 von der Öffnung 178 weg verschoben wird und der Brennstoffdurchfluß erhöht wird, bis die Gasgeneratordrehzahl auf einen Wert angestiegen ist, der der durch das Solenoid 257 erzeugten Signalkraft entspricht. Somit trägt die Anordnung aus Stößel 272 und Feder 274 dazu bei, daß ein kleineres als das maximale Leistungssignal zur Erzeugung einer Kraft vorbestimmter Größe auf den Arm 234 möglich ist.

Ein weiteres elektrisches Eingangssignal größerer Leistung bewirkt, daß der Anker sich zum Ende seines Hubes verschiebt, wobei die Fläche 261 die benachbarte Anschlagfläche 259 des Gehäuses 256 berührt, wie in Fig. 6D gezeigt. Diese Bewegung bewirkt, daß der Kolbenstößel 262 die Zentrierfeder 266 komprimiert und bewirkt, daß das untere Ende in direktem Kontakt mit dem Arm 234 kommt und letzteren so beaufschlagt, daß ein maximaler Durchfluß durch die Mündung ermöglicht wird, die zwischen Öffnung 178 und Kolben 252 ausgebildet ist. Wie im einzelnen weiter unten noch beschrieben wird, ist die Erregung des Solenoids 257 in die Position nach Fig. 6D im wesentlichen ein falsches Drosselsignal, das die Drehzahl verdoppelt, die aus dem Gasgenerator erwünscht ist, wenn die Drossel in die Position maximalen Brennstoffdurchflusses und maximaler Leistung niedergedrückt wird.

Arbeitsweise

Anlauf
In konventioneller Weise wird der Anlassermotor 72 elektrisch erregt, um eine Drehung der Gasgenerator-Antriebswelle 76 und der Eingabe 152 des Brennstoffreglers 60 in Drehbewegung zu setzen. Die Steuerbaueinheit 68 erregt das normalerweise offene Brennstofffolgesolenoid 350, und das Solenoid 352 nimmt ebenfalls eine offene Position ein, um die Brennstoff­ leitung 64 zur Abgabe an das Flammrohr freizu­ halten. Eine pneumatische Zusatzpumpe 74 gibt druckaufgela­ dene Luft in das Flammrohr 98, in dem Zündkerzen 100 zu wirken beginnen. Der Motor 72 dient zum Antrieb der verschiedenen beschriebenen Bestandteile, bis der Gasgeneratorabschnitt seine sich selbsthaltende Drehzahl erreicht hat, die normalerweise im Bereich von etwa 40% der maximalen Nenndrehzahl des Gasgenerators liegt

Während des anfänglichen Drehens und Startens des Motors kann die niedrige Drehzahl der Brennstoffreglerantriebswelle 152 die Vorspannung 224 nicht überwinden, und so wird der Brennstoffhebel 226 von der Mündung 178 weg und diese freigehalten, damit ein Brennstofffluß von der Leitung 166 zur Ausgangsleitung 144 gelangen kann. Während des anfängli­ chen Startens sind die Brennertemperatur und der Brennerdruck verhältnismäßig niedrig, so daß das Betriebsventil 62 auch einen wesentlichen Brennstoffdurchfluß durch die Leitung 64 zur Verbrennungseinrichtung ermöglicht.

Niedrige Leerlaufdrehzahl
Wenn die Drehzahl der Gasgeneratorwelle 76 über die selbst­ haltende Drehzahl steigt, wird der Anlaßmotor 72 abgeschaltet und der Verbrennungsvorgang ermöglicht einen selbsthaltenden Betrieb des Gasgenerators. Die Feder 224 wird normalerweise so eingestellt, daß sie eine niedrige Leerlaufdrehzahl von etwa 50% der maximalen Gasgnerator-Nenndrehzahl aufrechter­ hält. Entsprechend arbeitet der mechanische Fliehkraftregler entgegengesetzt der Feder 224, um den Brennstoffhebel 226 einzustellen und den Brennstoffluß durch die Mündung 178 aufrechtzuerhalten, damit die Gasgeneratordrehzahl auf einem Wert von 50% der maximalen Drehzahl gehalten wird. Diese 50%ige niedrige Leerlaufdrehzahl tritt ein, wenn das Propor­ tionalsolenoid 257 den entregten Zustand nach Fig. 6 ein­ nimmt.

Die elektronische Steuerbaueinheit 68 hält normalerweise das Solenoid 257 im entregten Zustand, um die niedrige Leerlauf­ drehzahl des Gasgenerators zu gewährleisten, wenn eine Mindestdrehzahl der Getriebeeingangswelle 36 durch den Drehzahlmesser 48 festgestellt wird. Dies ist normalerweise der Fall, wenn die Kupplung 34 mit dem Über­ setzungsgetriebe 38, das sich in der neutralen Position befindet, in Eingriff steht, oder wenn das Fahrzeug sich bewegt; dann unabhängig davon, ob die Kupplung 34 eingelegt oder gelöst ist. Während des Leerlaufes, wenn nichts der Bewegung des Gasturbinentriebwerks entge­ gengewirkt wird, stellt eine Vergleichseinrichtung der elektronischen Steuerbaueinheit 68 fest, daß die Drehzahl der Welle 36 über einem vorbestimmten Minimum "e" liegt, wodurch kein Signal aus der elektronischen Steuereinrichtung übertragen wird. Das Solenoid 257 bleibt dann entregt, und die Gasgenerator­ drehzahl wird durch den Regler auf etwa 50% der maximalen Drehzahl gesteuert.

Hohe Leerlaufdrehzahl
Die maximale Zugkraft muß normalerweise aus einem Gasturbinentriebwerk, das ein Bodenfahrzeug antreibt, dann entwickelt werden, wenn die Beschleunigung des Fahrzeuges von einem stationären oder im wesentlichen stationären Start aus eingeleitet wird. Als Folge des Anfahrens aus dem Stand kommt die Getriebeeingangs­ welle 36 auf eine Nulldrehzahl oder eine sehr niedrige Drehzahl, wenn die Kupplung 34 gelöst ist, während der Schalthebel 46 so eingelegt ist, daß er die Übertragung durch das Getriebe bewirkt. Wenn die Drehzahl der Welle 36 unter eine vorbestimmte Drehzahl gefallen ist, erzeugt die Vergleichseinrichtung der elektronischen Steuereinheit ein Ausgangssignal. Da der Beschleunigungshebel 184 noch seine Leerlaufposition einnimmt, erzeugt ein Sensor ein Signal, über das die Vergleichseinrichtung erregt wird und ein positives Signal abgibt, das einen Funktionsgenerator erregt und dem konstanten Leerlaufbefehl von 50% einen Betrag von 20% hinzuaddiert, so daß ein 70% Befehlssignal erzeugt wird. Somit wird das Solenoid 257 über ein entsprechendes Stromsi­ gnal durch die Leitung 268 erregt und in die in Fig. 6C gezeigte Position verschoben. In dieser Position ist das Solenoid 257 genügend erregt worden, um die Welle 262 und den Stößel 272 in Fig. 6C nach abwärts zu bewegen und eine Kraft auf den Brennstoffhebel 226 auszuüben, der letzteren von der Mündung 178 weg dreht und die Öffnung der Mündung vergrößert. Die zusätzliche durch das Solenoid 257 ausgeübte Kraft reicht aus, um den Brennstoffdurchfluß durch die Mündung 178 zu vergrößern und die Gasgeneratordrehzahl auf einen vorbe­ stimmten höheren Wert, z. B. 70% der maximalen Gasgenerator­ drehzahl zu erhöhen. Der Fliehkraftregler arbeitet in der Weise, daß er die Gasgeneratordrehzahl auf diesem Wert konstant hält.

Claims (2)

1. Brennstoffzumeßeinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, welches einen aus Verdichter, Verbrennungseinrichtung und Verdichterantriebsturbine bestehenden Gasgenerator und eine freie Nutzleistungsturbine, die über eine Schalt­ kupplung antriebsmäßig mit der Eingangswelle eines Schaltgetriebes verbindbar ist, aufweist, wobei die Brennstoffzumeßeinrichtung auf ein eine bevorstehende Belastung des Triebwerks anzeigendes Signal anspricht, um eine bei unbelastetem Triebwerk gehaltene Leerlaufdreh­ zahl des Gasgenerators auf eine erhöhte Leerlaufdrehzahl anzuheben, dadurch gekennzeichnet, daß das eine bevorste­ hende Belastung anzeigende Signal erzeugt wird, wenn die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle (36) des Schaltgetriebes (38) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

2. Brennstoffzumeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschleunigungsvorrichtung (184) die Leistungsabgabe des Triebwerkes steuert und daß das eine Belastung anzeigende Signal nur erzeugt wird, wenn die Beschleunigungsvorrichtung innerhalb eines begrenzten Bereiches von Positionen einschließlich der eine Nullei­ stungsabgabe aus dem Triebwerk entsprechenden Position angeordnet ist.