DE3328608A1

DE3328608A1 - Steuervorichtung fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE3328608A1
Application number: DE3328608A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Yokosuka Kanagawa Yoshida
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-08-10
Filing date: 1983-08-08
Publication date: 1984-02-16
Also published as: GB2126382A; GB8320928D0; GB2126382B; DE3328608C2; US4545198A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Energieumsetzung in einem Gasturbinentriebwerk, das einen Turbinen-Gasgenerator und eine durch den Gasgenerator antreibbare Leistungsturbine umfaßt, unter Vermeidung des sogen. Pumpzustands. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung mit den im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Es gibt auf dem Fachgebiet des Kraftfahrzeugbaus bereits Gasturbinen, in denen bei der Verbrennung eines Brennstoffs freigesetzte Wärmeenergie in mechanische Energie umgesetzt wird. Bei diesen und insbesondere bei den zweiachsig ausgeführten Gasturbinen-Typer tritt ein als Pumpen oder Pumpzustand (englisch: "Surge") bezeichneter und von Pfeifen und Vibrationen begleiteter Betriebszustand auf, der an das gleichzeitige Vorhandensein von zwei Bedingungen, nämlich einem bestimmten Luftmengendurchsatz durch den Verdichter und einem bestimmten Verhältnis zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck des Verdichters, gebunden ist. Wenn sich ■ eine Gasturbine im Pumpzustand befindet, dann arbeitet sie nicht besonders wirtschaftlich und manchmal überhaupt nicht. Da eine \ Gasturbine jedoch, um ihren größten Nutzeffekt zu erzielen, möglichst sehr nahe bei dem Niveau des Pumpzustands betrieben werden sollte, ergibt sich daraus das Problem, das Triebwerk so nahe wie möglich an dem Pumpniveau zu betreiben und gleichzeitig den Pumpzustand selbst zu vermeiden.

Es ist bereits versucht worden, eine Vorrichtung zum Steuern der Energieumwandlungsfunktion der Gasturbine mittels aus abgetasteten Arbeitszuständen des Triebwerks erstellten Rechenwerten so anzusteuern, daß die Turbine in einem gewünschten Bereich arbeitet. Um aber ein Turbinen-Pumpen über den gesamten Bereich der möglichen Turbinenlaufzustände hinweg mit Sicherheit vermei-

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den zu können, müssen in Bezug auf ein gutes Beschieunigungsverhalten und andere Leistungsdaten Abstriche gemacht v/erden. Da sich im Laufe der Zeit und durch Ablagerungen in den Strömungskanälen einer Gasturbine gewisse charakteristische Daten verändern, werden sich auch die entsprechenden berechneten Grenzwerte der Turbine so verändern, daß schließlich eine Vermeidung des Pumpzustands nicht mehr über den gesamten Arbeitsbereich der Turbine hinweg möglich ist.

Ein weiteres Problem tritt auf bei solchen Gasturbinen, die ein geschlossenes Rückkopplungssystem zur Drehzahlregelung des Gasgenerators aufweisen. Da der Gasgenerator zur Drehzahlverminderung neigt, wenn die Turbine sich im Pumpzustand befindet, versucht das geschlossene Regelsystem die Gasgenerator-Drehzahl durch erhöhte Brennstoffzufuhr an die Turbine auszugleichen, mit dem Ergebnis, daß sie den Pumpzustand noch forciert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Steuervorrichtung für eine Gasturbine zu schaffen, bei deren Anwendung es möglich ist, das Triebwerk unter Vermeidung des Pumpzustands sehr nahe bei seinem· Pumpzustandsniveau zu betreiben 0 und dadurch einen hohen Turbinenwirkungsgrad und gute Beschleunigungswerte ohne Beeinträchtigung des Fahrgefühls zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin,, den Prozeß der Umsetzung von thermischer in mechanische Energie in einem Gasturbinentriebwerk, das einen Gasgenerator mit Verdichterturbine

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und eine durch den Gasgenerator angetriebene separate Leistungsturbine umfaßt, mittels einer Steuervorrichtung zu kontrollieren, die mittels entsprechender Schaltungen einen Betriebs-Istwert des Triebwerks in Form eines Istwertsignals mit einem erzeugten zugeordneten Sollwertsignal vergleicht und in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz zwischen Ist- und Sollwertsignal einen Korrekturwert festlegt, mit dem die Energieumsetzung so beeinflußt wird, daß die Differenz gegen Null reduziert wird, und die ferner das Auftreten von Pumpzuständen am Triebwerk mittels eines Fühlers und einer überwachungsschaltung, welche durch Abgabe eines Pumpzustand-Erkennungssignals in dem Fall, daß die ermittelte Pumpzustandsintensität einen Bezugswert überschreitet, das Betriebs-Sollwertsignal bei dessen Erzeugung in Abhängigkeit von dem Erkennungssignal so abwandelt, daß der Pumpzustand des Triebwerks unterdrückt wird.

Die überwachungsschaltung enthält vorzugsweise Elemente, mit denen ein erzeugter Hintergrundrauschpegel für die Dauer eines gegebenen Zeitraums nach dem Auftreten des Pumpzustand-Erkennungssignals reduziert wird. Ferner ist vorzugsweise ein Indikator vorhanden, um über eine aktuelle Sollwert-Abwandlung auf Grund des Erkennungssignals zu informieren. Die Abwandlung ■ des Sollwertsignals kann durch Subtraktion eines rasant ansteigenden und langsamer auf sein Ausgangsniveau zurückkehrenden Korrekturwertes von dem Sollwert erfolgen.

Vorzugsweise ist eine Zusatzschaltung vorhanden, mittels der im Fall einer festgestellten Störung im Bereich des Pumpzustandfühlers das Sollwertsignal so abgewandelt wird, daß über den ganzen Arbeitsbereich.des Triebwerks hinweg Pumpzustände sicher vermieden werden. Dieser Störungsfall wird vorzugsweise optisch und/oder akustisch angezeigt.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für und mit einer Gasturbine, dargestellt

in Form eines schematischen Blockschaltbilds,

Fig. 2 eine abgebrochene Schnittdarstellung des Verdichters einer Gasturbine,

Fig. 3A und 3B ein Blockschaltbild mit Einzelheiten der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und (Fig. 3B) ein

darin enthaltenes Tiefpaßfilter,

Fig. 4A und 4B ein Detail-Blockschaltbild einer in Fig. 3A enthaltenen Pumpzustand-Reaktionsschaltung mit (Fig. 3B) darin enthaltenem HRP-Generator, Fig. 5 (a ... g) grafische Signaldarstellungen zu Fig. 4A, Fig. 6 (a ... g) grafische Signaldarstellungen zu Fig. 3A,

Fig. 7A ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Gasturbine,

Fig. 7B eine grafische Darstellung mit Kurven in Bezug auf eine Solltemperatur, und -

Fig. 8 grafische Signaldarstellungen zu der Schaltung von Fig. 7A.

Die nachstehend erläuterte und das Prinzip der Erfindung verwirklichende Steuervorrichtung kommt an einer zweiachsigen Gasturbine, die einen Turbinen-Gasgenerator und eine durch den Gasgenerator antreibbare separate Leistungsturbine umfaßt, zur Anwendung. Die zur Beeinflussung der Kennwerte des Energieumwandlungsprozesses des Turbinentriebwerks gewählten variablen 0 Steuergrößen sind die dem Triebwerk zugemessene Brennstoffmenge und/oder die Stellung einer den Gasstrom vom Gasgenerator zur

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Leistungsturbine regulierenden variablen Düse. Diese variablen Steuergrößen werden während des Betriebs der Gasturbine durch geeignete Stellglieder jeweils so eingestellt, daß dabei die Umwandlung der durch Brennstoffverbrennung freigesetzten Wärmeenergie in mechanische Energie beeinflußt wird. Zur Bestimmung von den jeweils eingestellten Steuergrößen entsprechenden Wer- ^: ten dient eine Steuereinheit.

Im Rahmen der Erfindung wird die variable Steuergröße "Brennstoffmenge", von der die Gasgenerator-Drehzahl abhängt, als des Bedieners (Fahrers) Soll-Steuergröße für die Gasgenerator-Drehzahl benutzt und in Abhängigkeit von einem der abgetasteten Gasgeneratordrehzahl entsprechenden Rückkopplungssignal verändert. Ferner wird die gesteuerte Position der variablen Düse, von der die Temperatur am Einlaß der Verdichterturbine abhängt, als SoIl-Steuergröße für die Verdichterturbinen-Einlaßtemperatur benutzt und in einer Abhängigkeit von einem dem abgetasteten Zustand der Verdichtereinlaßtemperatur entsprechenden Rückkopplungssignal verändert. Die Steuereinheit errechnet auf der Grundlage . von Abtastwerten der Gasgeneratordrehzahl und der Einlaßluft-0 temperatur die Verdichtereinlaß-Solltemperatur, und sie enthält eine Pumpzustand-Detektorschaltung, welche bei Erkennung des Eintretens eines Pumpzustands der Gasturbine durch eine entsprechende Änderung des Sollwertes der vorgegebenen Steuergröße den Pumpzustand der Gasturbine verhindert.

Die in Fig. 1 dargestellte Steuereinheit 11 der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung dient der Regelung einer zweiachsigen Gasturbine, die einen auf der Welle 1A einer Verdichterturbine befestigten Verdichter 1 und eine über ein Untersetzungsgetriebe 4 sowie ein hier nicht dargestelltes Fahrzeuggetriebe mit den Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs gekoppelte Leistungsturbine 3 umfaßt.

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Durch ein vorgesetztes Luftfilter 5 gereinigte und von dem Verdichter 1 verdichtete Luft wird über einen Wärmetauscher 6, wo sie durch Abgaswärme aufgeheizt wird, in eine Brennkammer 7 geleitet, um darin an der Verbrennung von durch ein Brennstoffzuführsystem 8 zugeführtem Brennstoff teilzunehmen. Die dabei entstehenden heißen Verbrennungsgase treiben die Verdichterturbine 2, gelangen durch eine veränderbare Düse 9 in die Leistungsturbine 3, um diese strömungsdynamisch anzutreiben, und verlassen das System über den Wärmetauscher 6, wo ihnen nutzbringend Wärme entzogen wird, und über einen Schalldämpfer 10 in Richtung Atmosphäre.

Das Brennstoffzuführsystem 8 dient der Leistungsregulierung der Leistungsturbine 3 und enthält z.B. eine durch elektrische Im-

die pulse ansteuerbare Einspritzpumpe o.dgl·., bei der Brennstoff-Fördermenge von der Breite oder den Abständen der zugeführten elektrischen Impulse abhängig ist.

Die Stellung und damit die Größe des Gas-DurchTaßquerschnitts der zwischen der Verdichterturbine 2 und der Leistungsturbine 3 liegenden veränderbaren Düse 9 wird durch eine Düsentreiber-0 stufe 12, die z.B. ein elektrohydraulisches Servoventil, einen hydraulischen Zylinder mit Pumpe und ein übliches mechanisches Gestänge umfaßt, reguliert. Mit kleiner werdendem Gas-Durchlaßquerschnitt der Düse 9 wird die Temperatur am Einlaß der Verdichterturbine 2 und damit auch Neigung der Gasturbine zum Pumpzustand ("Surge") größer.

Die jeweilige Drehzahl des Gasgenerators (Verdichter 1 mit Turbine 2) sowie die Drehzahl der Leistungsturbine 3 werden durch je einen Drehzahlwandler 13 bzw. 14 überwacht und in Form eines Signals, dessen Frequenz der ermittelten Drehzahl proportional ist, an die Steuereinheit 11 gemeldet. Ferner werden die Tempe-

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ratur am Eingang der Verdichterturbinc 2 sowie die Temperatur am Einlaß des Verdichters 1 durch je einen Temperaturfühler bzw. 16 überwacht und in Form eines Analogsignals, dessen Amplitude der Größe der Temperatur proportional ist, an die Steuereinheit 11 gemeldet. Außerdem wird in die Steuereinheit die vom Fahrer vorgegebene Gaspedal-Stellung durch einen Gaspedalfühler 17 in Form eines amplitudenproportionalen Analogsignals eingegeben.

Ein Pumpzustandfühler 18 überwacht die Intensität eines Pumpzustands der Gasturbine unter Prüfung des. Druckes am Einlaß und/oder*-Auslaß und/Oder einer bestehenden Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß des Verdichters 1 und erkennt dabei aus mehr oder weniger großen Schwankungen der jeweiligen Druckdifferenzen zwischen Einlaß- und Auslaßbereich des Verdichters 1, ob das Triebwerk im oder nahe am Pumpzustand arbeitet.

Die Steuereinheit ermittelt aus der abgetasteten Gaspedalstellung eine Solldrehzahl für den Gasgenerator, errechnet eine dafür passende Brennstoffmenge für den Gasgenerator und steuert das Einspritzventil des Brennstoffzuführsystems 8 entsprechend an, damit die errechnete Brennstoffmenge in die Brennkammer 7 gelangt. Durch einen geschlossenen Regelkreis in der Steuereinheit wird die Drehzahl des Gasgenerators jeweils dem ermittelten Sollwert angepaßt.

Ferner ermittelt die Steuereinheit 11 eine dem besten Nutzeffekt bei der abgetasteten Gasgeneratordrehzahl entsprechende Solltemperatur am Einlaß der Verdichterturbine 2, errechnet • die zu ihrer Einhaltung notwendige Stellung der veränderbaren Düse 9 und stellt die Düse 9 dementsprechend mittels eines zugeordneten Regelkreises auf die erforderliche Stellung nach.

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In Abhängigkeit von der durch den Fühler 18 festgestellten Pumpzustandsintensität vermeidet die Steuereinheit 11.den Pumpzustand durch entsprechende Vorgabe der Steuergrößen Brennstoffmenge und/oder Stellung der veränderbaren Düse 9 und/oder anderer Steuergrößen.

Der in Fig. 2 dargestellte Verdichter 1 enthält innerhalb eines durch ein Gehäuse 2 02 und einen Hüllkörper 2 03 begrenzten Luftkanals 201 ein mit einer Welle 204 fest verbundenes Flügelrad 205 und in Strömungsrichtung dahinter eine Leitschaufelanordnung 206. Ein nahe der Einlaßseite des Flügelrades 205 zum Luftkanal 201 hin offenes kleines Loch 208 in dem Hüllkörper 203 ist rückseitig durch den Pumpzustandfühler 18 abgedeckt, so daß dieser den statischen Druck im Luftkanal 201 neben dem Einlaßende des Flügelrades 205 abtasten kann. Alternativ kann der Pumpzustandfühler 18, wie dargestellt, aber auch hinter einem kleinen Loch 209 in dem Hüllkörper 203 sitzen, welches zwischen Flügelrad 205 und Leitschaufelanordnung 206 in den Luftkanal 201 mündet, um den statischen Druck am Ausgangsende des Flügelrades 205 zu erfassen. Der Pumpzustandfühler 18 hat eine kurze Ansprechzeit von 1 bis 10 ms und ist fest genug, um die im Pumpzustand auftretenden Druckstöße aushalten zu können.

Die Steuereinheit 11 von Fig. 1 errechnet die optimalen Sollwerte für das Brennstoffzuführsystem 8 und die Düsentreiber- stufe 12 und steuert diese Elemente durch entsprechende Steuersignale an. Ferner aktiviert die Steuereinheit 11 durch entsprachende Befehlssignale einen Indikator 19, damit er den Bediener (Fahrer) des Triebwerks im Fall eines festgestellten Triebwerks-Pumpzui:tands durch ein entsprechendes Licht- oder Tonsignal darauf aufmerksam macht, oder einen Störungsindikator 20,

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damit der Fahrer bei einem Ausfall des Pumpzustandfühlers 18 optisch oder akustisch über diese Störung informiert wird.

Bei der in Fig. 3A dargestellten Schaltung der Steuereinheit - 11 wirα vom Gaspedalfühler 17 kommendes Gaspedalstellungssig- nal 17S in einen Solldrehzahlsignal-(kurz SDS-) Generator 32 über ein Tiefpaßfilter 31 mit verzögerndem RC-Integrator eingespeist, damit durch Verzögerung des Signals 17S die Anforderungsschwelle für Drehzahlanhebungen des Gasgenerators 1, 2 abgegrenzt wird. Das in Fig. 3B separat dargestellte Tiefpaßfilter 31. besitzt am Eingang.für das Signal 17S einen Pufferverstärker 311, dessen Ausgang über in Reihe geschaltete Widerstände 312, 313 mit dem über einen Kondensator 315 an Masse liegenden Filterausgang verbunden ist. Wenn ein den Widerstand 313 überbrückender analoger Schalter 314 normal geschlossen ist, .dann hat der vorliegende RC-Intogrator eine erste Zeitkonstante Ot= R1 · c. Darin sind R1 und C die Werte des Widerstands 312 bzw. des Kondensators 315.

Durch ein Störungsmeldesignal 145S einer weiter hinten beschriebenen Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 wird der Schalter 314 geöffnet und dadurch dem RC-Integrator eine zweite größere Zeitkonstante ß= (R1 + R2) - C verliehen. R2 ist der Wert des Widerstands 313. Dadurch wird die Anforderungsschwelle für Beschleunigungen des Gasgenerators noch weiter und so eingegrenzt, daß bei Störungen an dem Pumpzustandfühler 18 oder der Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 im gesamten Gaspedalstellungsbereich ein Triebwerks-Pumpzustand sicher verhindert wird.

Der SDS-Generator 32 in Fig. 3A enthält Funktionsgeneratoren zum Erzeugen eines dem eingehenden gefilterten Signal 31S direkt proportionalen Signals sowie eines Signals zur Vorgabe

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einer unter Leerlaufbedingungen erforderlichen Gasgeneratordrehzahl. Beide Signale werden durch einen Addierer addiert und in Form eines Solldrehzahlsignals 32S in Bezug auf die Gasgeneratordrehzahl an eine Subtraktionsschaltung 33 abgegeben, welche es mit einem ersten Ausgangssignal 122S der Reaktionsschaltung 37 vergleicht und ein entsprechendes Differenzsignal an eine Subtraktionsschaltung 3 4 abgibt.

Das Drehzahlsignal· 13S des Drehzahlwandlers 13 wird durch einen Frequenz/Spannungswandler 38 in ein Spannungssignal 38S umgesetzt, dessen Spannungswert eine Funktion der Frequenz des Signals 13S ist und das als Istdrehzahlsignal 38S der Subtraktionsschaltung 3 4 zugeführt wird, damit sie es mit dem Ausgang der Schaltung 3 3 vergleicht und ein entsprechendes Drehzahldifferenzsignal 34S an eine Brennstoffregulierschaltung 35 abgibt.

Durch einen proportional, integrierend und differenzierend arbeitenden PID-Regler in der Brennstoffregulierschaltung 35 wird das Drehzahldifferenzsignal 34S schrittweise gegen Null reduziert und das PID-Reglersignal durch einen Begrenzer innerhalb nach einer gegebenen Funktion variabler Grenzen so begrenzt, daß Übertemperaturen und ein Flammenausstoß aus der Brennkammer 7 vermieden werden. Das von der Schaltung 35 abgegebene Brennstoffsteuersignal 35S geht in eine Brennstoffzuführ-Treiberschaltung 36, welche es mittels eines Pulsmodulators in eine zum Treiben des Brennstoffzuführsystems 8 geeignete Serie von Pulsen umwandelt.

Die über separate Eingänge mit dem Frequenz/Spannungswandler 38 und dem Pumpzustandfühler 18 verbundene Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 erzeugt in Abhängigkeit von der durch

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den Fühler 18 gemeldeten Pumpzustandsintensität das erste Ausgangssignal 122S für die Subtraktionsschaltung 33, ferner, wenn ein Pumpzustand erkannt ist, ein zweites Ausgangssignal 132S für den Indikator 19, das bereits erwähnte Störungsmeldesignal 145S für das Tiefpaßfilter 31 und, im Fall einer Störung am Pumpzustandfühler 18, ein zweites Störungsmeldesignal 151S für den Hilfsindikator 20.

Gemäß Fig. 4A ist die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 in einen Pumpzustand-Detektorabschnitt 110, einen Funktionsgene-TO ratorabschnitt 120, einen Meldeabschnitt 130, einen Fehlerdetektorabschnitt 140 und einen Fehleranzeigeabschnitt 150 unterteilt.

Das von dem .Detektorabschnitt 110 der Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 aufgenommene Ausgangssignal 18S des Pumpzustandfühlers 18 wird zuerst mittels eines Filters 111 von unerwünschten Komponenten befreit und als gefiltertes Signal 111S, dessen Wellenformen 111Ξ-1 einem starken, 111S-2 einem schwachen und 111S-3 einem mittleren Pumpzustand entsprechen (s. Fig. 5a), an einen Komparator 113 (Fig. 4A) und einen Hintergrundrauschpegel-(kurz: HRP-) Generator 112, in welchem

das Signal 111S gleichgerichtet und zu dem in Fig. 5a darge- - stellten und einen Hintergrundrauschpegel bildenden Signal 112S umgeformt wird, abgegeben.

Der in Fig. 4B separat dargestellte HRP-Generator 112 enthält in Reihe geschaltet einen Analogschalter SW, einen Halbwellengleichrichter HWR, ein Tiefpaßfilter LPF und einen Verstärker AMP. Solange kein Pumpzustand erkannt ist,· bleibt der Schalter SW geschlossen, und es wird ein durchgehendes Hintergrundrauschpegelsignal 112S abgegeben. Ein bestimmtes Zeit-

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Intervall nach Feststellung eines Pumpzustands wird der Analogschalter SW geöffnet und damit das Signal 112S in diesem Zeitintervall auf Null abgesenkt, damit es nicht übermäßig ansteigt. Angesteuert wird der Analogschalter SW. durch ein Steuersignal 116S eines monostabilen Multivibrators 116.

Gemäß Fig. 4A vergleicht der Komparator 113 das Signal 112S mit dem gefilterten Signal 111S und erzeugt, wenn ΠIS >-Tf2S ist, ein Pumpzustandmeldesignal 113S, das gemäß Fig. 5b einen oder mehrere Pulse umfaßt. Je stärker der jeweilige Pumpzustand ist, desto mehr und breitere Pulse umfaßt das Signal 113S. Das Signal 113S wird durch einen Integrator 114 mit einer schneller aufladbaren als entladbaren Kapazität in ein integriertes Signal 114S (Fig. 5c) umgeformt und an einen Komparator 115 abgegeben, welcher es mit einem Bezugspegel V₁₁,.

vergleicht und ein Erkennungssignal 115S (Fig. 5d) abgibt, wenn das Signal 114S größer als das Bezugspegelsignal ist. Vorzugsweise vergleicht der Komparator 115 das integrierte Signal 114S hystereseartig bei steigender Tendenz mit einem höheren Bezugspegel V und bei fallender Tendenz mit einem niedrigeren Bezugspegel Vc' . Der Komparator ermöglicht eine hochempfindliche Pumpzustands-Uberwachung, vermeidet aber die Abgabe eines Erkennungssignals 115S, wenn das Triebwerks-Pumpen nur schwach ist oder wenn das integrierte Signal 114S nur durch Störsignale o.dgl. verursacht wurde. Voraussetzung für die Abgabe des Erkennungssignals 115S ist ein erkannter Pumpzustand mit vorbestimmter Mindest-Intensität. Angesteuert durch die Vorderflanke des Erkennungssignals 115S gibt der monostabile Multivibrator 116 das Steuersignal 116S mit gegebener Pulsbreite an den HRP-Generator 112 ab und veranlaßt ihn, wie bereits erläutert die Abgabe seines Hintergrundrausch pegelsignals 112S zu unterbrechen.

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Ein in dem Funktionsgeneratorabschnitt 120 enthaltener monostabiler Multivibrator 121 gibt abhängig von der Vorderflanke des zugeführten Erkennungssignals 115S ein in Fig. 5f dargestelltes Signal 121S mit einer gegebenen Pulsbreite an einen nachgeschalteten Integrator 122 ab, dessen Kapazität durch das Signal 121S relativ rasant aufgeladen und langsamer entladen wird, so daß der Integrator das schon oben erwähnte erste Ausgangssignal 122S (Fig. 5g) erzeugt, welches die Subtraktionsschaltung 33 von dem Solldrehzahlsignal 32S subtrahiert, so daß als Ergebnis ein Solldrehzahlsignal entsteht, das schnell um einen gegebenen Wert reduziert und anschließend langsamer wieder angehoben wird

Ein in dem Meldeabschnitt 130 enthaltener monostabiler Multivibrator 131 erzeugt abhängig von der Vorderflanke des ihm zugeführten Erkennungssignals 115S des Komparators 115 ein zeitlich mit dem Signal 122S übereinstimmendes Signal 131S mit einer gegebenen Pulsbreite, welches durch einen nachgeschalteten Leistungsverstärker 132 in das schon erwähnte zweite Ausgangssignal 132S umgewandelt und an den Pumpzustand-Indikator 19 abgegeben wird. Eine in dem Indikator" 19 enthaltene Leuchtdiode 0 oder Glühlampe informiert den Bediener (Fahrer) des Triebwerks visuell, daß das Solldrehzahlsignal für den Gasgenerator über den bestimmten Zeitraum nach Erscheinen des Erkennungssignals 115S durch das Ausgangssignal 122S eine Abwandlung erfährt. Der Indikator 19 kann auch eine Flüssigkristallanzeige und/oder einen Schallgeber wie Summer o. dgl. enthalten, der durch das Signal 132S zur Abgabe eines hörbaren Tonsignals veranlaßt wird Es sei bemerkt, daß der Multivibrator 131 statt durch das Erkennungssignal 115S auch durch das Signal 122S aktivierbar sein kann; der Effekt ist derselbe.

Das in den Fehlerdetektorabschnitt 140 gehende Ausgangssignal 18S des Pumpzustandfühlers 18 wird mittels eines Filters 141 von unerwünschten Komponenten befrei t und als gefiltertes Sig-

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nal 141S in ein Siebglied 142 eingegeben, das daraus durch Gleichrichten und Glätten ein Signal 142S für einen nachgeschalteten Komparator 143 erzeugt, der das Signal 142S mit einem Bezugspegel V ._ vergleicht. Das Ausgangssignal des Komparators 143 geht hoch, wenn das Signal 142S kleiner als der Bezugspegel V₁₄₃ ist.

Ein zweiter Komparator 144 im Abschnitt 140 der Ausführung von Fig. 4A vergleicht das Istdrehzahlsignal 38S des Frequenz/Spannungswandlers 38 mit einem Gasgeneratordrehzahl-Bezugspegel V_-144 und gibt einen hochliegenden Ausgang ab, wenn das Signal 38S größer als der Be'zugspegel V₁₄₄ ist. Die Ausgänge beider Komparatoren 143 und 144 in Form von Signalen 143S und 144S werden einem UND-Glied 145 zugeführt, das ein Störungsmeldesignal 145S abgibt, wenn die beiden Komparator-Ausgänge 143S hoch liegen.

Der Drehzahl-Bezugspegel V₁₄₄ entspricht einer Gasgeneratordrehzahl, bei welcher der Pumpzustandfühler 18 einen bestimmten pumpzustandfreien Ausgang hat. Beispielsweise entspricht der Drehzahl-Bezugspegel V₁₄₄ einer etwas über dem Leerlaufbereich liegenden Gasgeneratordrehzahl. Der Bezugspegel V ₄_ ist auf einen etwas unter dem Ausgangssignal 142S des Siebglieds 142 liegenden Wert festgelegt, bei einer dem anderen Bezugspegel V₁₄₄ entsprechenden Gasgeneratordrehzahl. Somit ist es möglich, unabhängig von Pumpzuständen des Triebwerks Störungen oder Beeinträchtigungen des Pumpzustandfühlers 18 zu erkennen. Selbstverständlich werden auch alle anderen auftretenden Störungen im Bereich von Steck- und Leitungsverbindungen des Fühlers 18 mitüberwacht. Das Störungsmeldesignal-145S geht zum Tiefpaßfilter 31, welches die Bcsahleunigun'gsmöql ichkeit der Gasgeneratordrehzahl auf einen Pege_fl begrenzt, bei dem normalerweise kein Triebwerks-Pumpzustand auftritt.

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Das Störungsmeldesignal' 145S wird auch dem Fehleranzeigeabschnitt 150 zugeführt und darin durch einen Leistungsverstärker 151 in ein Störungsmeldesignal 151S für den Störungsindikator 20 verwandelt. Durch eine Leuchtdiode, Glühlampe, Flüssigkristallanzeige und/oder einen Summer oder anderen akustischen Signalgeber ^^irW^pBeSiener (Fahrer), des Triebwerks visuell und/oder akustisch auf einen aufgetretenen Störungsfall hingewiesen, wenn das Meldesignal 151S vorliegt.

Nachstehend wird die Funktion der Steuerschaltung gemäß Fig. 3A in Verbindung mit den Signaldarstellungen von Fig. 6 erläutert. Zu einem Zeitpunkt T1 tritt der Fahrer das Gaspedal voll, durch, so daß gemäß Fig. 6a die Gasgeneratordrehzahl stark ansteigt und das Solldrehzahlsignal 32S (in Fig. 6 als Ngg¹ bezeichnet) vom Ausgang des SDS-Generators 32 den in Fig. 6b erkennbaren Anstieg zeigt. Das dabei ähnlich ansteigende Drehzahldifferenzsignal 34S veranlaßt die Brennstoffregulierschaltung 35 gemäß Fig. 6e dem Triebwerk mehr Brennstoff (Wf) zuzuführen. Durch die erhöhte Brennstoffzuführung steigt die Gasgeneratordrehzahl (Ngg) gemäß Fig. 6c an, so daß auch die in'Fig. 6d dargestellte Drehzahl (Npt) der Leistungsturbine ansteigt, nur in einem etwas längeren Zeitraum.

Wie der Fachmann weiß, tritt ein Pumpzustand bei einem· Turbinentriebwerk oft im Zuge der Beschleunigung des Gasgenerators und insbesondere bei starkem Anstieg der Gasgeneratordrehzahl auf. In Fig. 6 beginnt zu einem Zeitpunkt T2 während der Beschleunigung des Gasgenerators ein Pumpzustand auf den der Pumpzustandfühler 18 mit einem Ausgangssignal 18S mit starken Schwankungen reagiert, siehe 18S-1 in Fig. 6f. In Abhängigkeit davon erzeugt die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 das erste Ausgangssignal 122S (Fig. 6g), und folglich fällt das Solldreh-

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zahlsignal Ngg¹ (Fig. 6b) für den Gasgenerator stark ab. Dadurch erhält das Triebwerk gemäß Fig. 6e zeitweilig weniger Brennstoff zugeführt (Wf), um den Pumpzustand des Triebwerks zu unterbinden.

Das abhängig von dem ersten Ausgangssignal 122S durch die Reaktionsschaltun.g 37 erzeugte Signal 132S hat eine der Auftrittszeit des Ausgangssignals 122S entsprechende Pulsbreite, siehe Fig. 6h. Dieses durch einen erkannten Pumpzustand hervorgerufene Signal 132S veranlaßt den Indikator 19, den Fahrer durch ein ent sprechendes Warnsignal darüber zu informieren, daß das Solldrehzahlsignal für den Gasgenerator durch das erste Ausgangssignal 122S modiziert beziehungsweise beeinflußt worden ist.

Da die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 sehr feinfühlig ausgelegt ist, kann diese nicht nur schwache Pumpzustände sondern bereits die ersten Anzeichen des drohenden Pumpzustands erkenner, und folglich das Triebwerk pumpzustandfrei aber so nahe am Pumpzustandsniveau fahren, daß ein optimaler Nutzeffekt ohne negatives Fahrgefühl· erzieibar ist. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung beherrscht nicht nur typische Pumpzustände wie sie gemaß Fig. 6 bei einem Beschleunigungsvorgang auftreten sondern auch alle anderen Pumpzustandsfälle unter normalen Betriebsbedingungen.

Ferner erkennt die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 Störungen am Pumpzustandfühler 18 und begrenzt in einem solchen Fall die Beschleunigungsmöglichkeit des Gasgenerators auf einen Wert, be. dem normalerweise das Triebwerk nicht in den Pumpzustand gerate: kann. Auf diese Weise wird das Triebwerk bei einem Ausfall des Pumpzustandfühlors 18 vor Schaden bei einem durch Beschleunigun hervorgerufenen Pumpzustand des Triebwerks geschützt. Durch Ab-

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gäbe des Störungsmeldesignals 151S teilt die Reaktionsschaltung 37 dem Fahrer über den Störungsindikator 20 mit, daß die.Möglich keiten für eine Gasgeneratorbeschleunigung zur Zeit auf ein Niveau begrenzt sind, bei dem normalerweise das Triebwerk nicht in den Pumpzustand geraten kann.

Bei dem in Fig. 7A dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuereinheit bzw. Steuerschaltung tragen mit Fig. 1 bzw. Fig. 3A übereinstimmende Einzelheiten die gleichen Bezugszahlen.

Der Solldrehzahlsignal- oder SDS-Generator 32 der Steuereinheit 11 von Fig. 7A enthält Funktionsgeneratoren zur Abgabe eines dem Gaspedalstellungssignal 17S direkt proportionalen Signals sowie eines der Leerlauf-Gasgeneratordrehzahl entsprechenden Signals und einen Addierer, der diese beiden Funktionsgeneratorausgänge zu dem Solldrehzahlsignal 32S für den Gasgenerator kombiniert. Das durch den Frequenz/Spannungswandler 38 in das Istdrehzahlsignal 38S umgewandelte Drehzahlsignal 13S von dem Drehzahlwandler 13 wird durch eine Subtraktionsschaltung 34 mit dem Solldrehzahlsignal 32S aus dem Generator 32 verglichen, und daraus ergibt sich das Drehzahldifferenzsignal 34S (Ngg), welches der Brennstoffregulierschaltung 35 zugeführt wird und darin zur Erzeugung des BrennstoffSteuersignals 35S ausgenutzt wird. Wie bereits bei der Beschreibung von Fig. 3A erläutert, enthält die Brennstoffregulierschaltung 35 einen PID-Regler, dessen Funktionen bereits in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 3A erläutert worden sind. Das Brennstoffsteuersignal 35S wird durch einen Pulsmodulator innerhalb der nachgeschalteten Brennstoffzuführtreiberschaltung 36 in das Fördertreibersignal 36S umgesetzt, welches aus einer Anzahl von zum Treiben des Brennstoffzuführsystems 8 geeigneten Impulsen besteht.

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In eine Rechenschaltung 40 von Fig. 7A wird außer dem Istdreh zahlsignal 38S auch noch ein die Lufttemperatur an der Einlaß seite des Verdichters 1 angebendes Lufttemperatursignal 16S eingespeist. Die Rechenschaltung 40 wandelt das Istdrehzahlsignal 38S nach folgender Gleichung ab:

Ngg

Darin bedeutet Ngg die Ist-Drehzahl des Gasgenerators, Ngg die abgewandelte Gasgeneratordrehzahl, T1 die Lufttemperatur des Verdichters in °Kelvin und To eine 15⁰C entsprechende Bezugstemperatur in °Kelvin. Das so modifizierte Ausgangssignal 4OS der Rechenschaltung 40 geht in den Solltemperatursignalgenerator 41 .

Die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 ist mit der oben in Verbindung in Fig. 3Ä und 4A beschriebenen identisch. Sie erzeugt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal 18S das erste Ausgangssignal 122S für die Subtraktionsschaltung 42, das zweite Ausgangssignal 132S für den Pumpzustands-Indikator 19 und bei einer Störung des Pumpzustandfühlers 18 das Störungsmeldesignal ' 145S für den Solltemperatursignalgenerator 41 wie das Störungsmeldesignal 151S für den Störungsindikator 20.

Das von dem Solltemperatursignalgenerator 41 abgegebene Solltemperatursignal 41S gibt die unter den durch die Fühler 16 und 18 ermittelten Betriebszuständen erforderliche Temperatur für die Erzielung des höchsten Wirkungsgrades an. Zu diesem Zweck enthält der Solltemperatursignalgenerator 41 einen Funktionsgenerator zur Erzeugung eines Solltemperatursignals, welches im ungestörten Zustand des Pumpzustandfühlers dem Verlauf der durchgehenden Kurve A in Fig.- 7B entspricht und als Funktion einer gewünschten Beziehung zwischen der Solltempera-

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tür und dem modifizierten Signal aufzufassen ist. In Abhängigkeit von dem Störungsmeldesignal 145S der Reaktionsschaltung 37 reduziert der Solltemperatursignalgenerator 41 die Solltemperatur um einen vorgegebenen Betrag, welcher der unterbroche- _ nen Kurve B in Fig. 7B entspricht, um auf diese Weise einen Pumpzustand des Triebwerks ohne Rücksicht auf dessen Arbeitsbedingungen zu unterdrücken.. Eine Subtraktionsschaltung 42 vergleicht das Solltemperatursignal 41S mit dem ersten Ausgangssignal 122S der Reaktionsschaltung 37 und erzeugt ein der festgestellten Differenz entsprechendes Ausgangssignal.

Das der Lufttemperatur an der Einlaßseite der Verdichterturbine 2 entsprechende Signal 15S des Temperaturfühlers 15 wird durch einen Verstärker 46 verstärkt und als Einlaßtemperatursignal 46S an die Subtraktionsschaltung 43 abgegeben, die es mit dem von der Subtraktionsschaltung 42 kommenden Solltemperatursignal vergleicht und als Tcc-Fehlersignal 43S an die Temperaturregelschaltung 44 abgibt.

Die Temperaturregelschaltung 4 4 enthält einen PID-Regler, der proportional, integrierend und differenzierend arbeitet und das Tcc-Fehlersignal 43S schrittweise gegen Null reduziert. Ferner ist ein Begrenzer vorhanden, welcher das PID-Signal nach einer gegebenen Funktion begrenzt verändert, mit der Düsentreiberstufe 12 nicht plötzliche große Signale zugeführt werden können. Das von der Regelschaltung 44 abgegebene Temperaturregelsignal 44S wird durch einen in einer nachgeschalteten Düsenstellschaltung enthaltenen Spannungs/Stromwandler in ein stromführendes Stellsignal 45S für die Düsentreiberstufe

12, die wie oben erläutert hydraulisch arbeitet, umgewandelt. · Wenn im Betrieb der in Fig. 7A dargestellten Ausführung der

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Steuereinheit 11 bzw. Steuerschaltung zum Zeitpunkt T1 der Fahrer das Gaspedal gemäß Fig. 8a ganz durchtritt, dann gibt der Solldrehzahlsignalgenerator 32 ein entsprechend steil ansteigendes Solldrehzahlsignal 32S bzw. Ngg¹ (Fig. 8b) ab, was zu einem entsprechenden Anstieg des Drehzahldifferenzsignals 34S führt und die Brennstoffregulierschaltung 35 veranlaßt, gemäß Fig. 8e die Brennstoffördermenge Wf zu erhöhen. In Abhängigkeit von der erhöhten Brennstoffzuführung steigt die Gasgeneratordrehzahl Ngg nach Fig. 8c an, und die Drehzahl der Leistungsturbine 3 (Npt) folgt gemäß Fig. 8d wesentlich langsamer.

Mit steigender Gasgeneratordrehzahl Ngg erhöht sich auch die modifizierte Gasgeneratordrehzahl Ngg , und ein auftretender geringer Abfall des Solltemperatursignals 41S (Fig. 8f) veranlaßt die Temperaturregelschaltung 44 die Öffnung der veränderbaren Düse 9 gemäß Fig. 8h zu vergrößern. Mit größer werdender öffnung der veränderbaren Düse 9 findet ein Temperaturäbfall gemäß Fig. 8g am Einlaß der Verdichterturbine 2 statt.

Triebwerke kommen oft bei der Beschleunigung des Gasgenerators in den Pumpzustand, und diese Tendenz erhöht sich mit zunehmenden Beschleunigungswerten. Der während der Gasgeneratorbeschleunigung zum Zeitpunkt T2 eintretende Pumpzustand verursacht ein entsprechendes Fühler-Ausgangssignal 18S mit stark veränderlicher Amplitude, siehe 18S-1 in Fig. 8i. Die Reaktionsschaltung 37 reagiert darauf mit dem Ausgangssignal 122S gemäß Fig. 8j, damit das Solltemperatursignal gemäß Fig. 8f schnell kleiner wird und langsam auf seinen Ausgangspegel zurückkehrt. Als Folge davon wird die öffnung der veränderbaren Düse 9 gemäß Fig. 8h kurzzeitig vergrößert und damit ein Pumpzustand des Triebwerks verhindert.

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Das zeitlich übereinstimmend mit dem ersten Ausgangssignal 122S erzeugte zweite Ausgangssignal 132S der Reaktionsschaltung 37 (Fig. 8k) wird in den Pumpzustand-Indikator 19 übertragen, um anzuzeigen, daß eine Abwandlung des Solltemperatursignals durch das Ausgangssignal 122S stattfindet.

Da die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 sehr feinfühlig ausgelegt ist, kann sie nicht nur schwache Pumpzüstände sondern bereits die ersten Anzeichen eines drohenden Pumpzustands erkennen und damit einen Betrieb ohne Pumpzustände gewährleisten jedoch das Triebwerk so nahe am Pumpzustandsniveau fahren, daß ein optimaler Nutzeffekt ohne negatives Fahrgefühl erzielbar ist. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nicht nur für Beschleunigungsvorgänge typische Pumpzustände gemäß Fig. 8 verhindern, sondern dies auch bei allen übrigen Betriebszuständen des Triebwerks erfolgreich durchführen.

Zusätzlich erkennt die Pumpzustand-Reaktionsschaltung 37 eine Störung des Pumpzustandfühlers 18 und veranlaßt durch Abgabe eines entsprechenden Störungsmeldesignals 145S den Solltemperatursignalgenerator 41, daß Solltemperatursignal 41S auf einen solchen vorgegebenen Wert abzusenken, wo normalerweise " kein Pumpzustand eintreten kann. Dadurch wird das Triebwerk im Fall eines Versagens des Pmnpzustandfühlers 18 bei Beschleunigungsvorgängen vor Schaden geschützt. Die Reaktionsschaltung 37 veranlaßt ferner durch Abgabe des Störungsmeldesignals 151S an den Störungsindikator 20, daß der Fahrer informiert wird, wenn das Solltemperatursignal 41S durch das Störungsmeldesignal 145S zur Vermeidung eines Pumpzustands abgewandelt wird.-'

J
Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Che'm. Dr. N. tor Meor Dipl.-Ing. H. Steinmeister

Dipl.-Ing. F. E. Müller

Triftstrasso Λ,

D-8OOO MÖNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Artur-Ladebock-Strasr.e 51

Case: WG 83060/123 (3)/TK ■MÜ/Gdt/b

8. August 1983

NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

Prioritäten:

für Gasturbinentriebwcrkc

10. August 1982, Japan, Ser.Nos.

14. Dezember 1982, Japan, Ser. No, 28. Dezember 1982, Japan, Ser. No.

[57-120561/1982 57-120562/1982 57-137916/1982

^57-1 37917/1 982

57-217730/1982 57-227645/1982

PATENTANSPRÜCHE

(1.)Vorrichtung zur Steuerung eines durch Verbrennen von Brennstoff freigesetzte Wärmeenergie in mechanische Energie umsetzenden Gasturbinentriebwerks, das einen Gasgenerator mit einem Verdichter sowie einer Verdichterturbine und eine durch den Gasgenerator antreibbare separate Leistungsturbine enthält, mit Einrichtungen zum Regulieren der Energieumsetzung,

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TER MEER . MÜLLER · STEIFvMEISTgR ·..--..· .. ..'

gekennzeichnet durch

- einen Pumpzustandfühler (18) zur Erfassung der Intensität eines Pumpzustands in dem Triebwerk,

- einen Istsignalgeber (38; 46) zur Abgabe eines dem vorhandenen Wert einer Betriebsbedingung des Triebwerks entsprechenden elektrischen Istwertsignals,

- einen Sollwertgenerator (32; 41) zum Erzeugen eines dem Sollwert der betreffenden Betriebsbedingung des Triebwerks entsprechenden elektrischen Sollwertsignals,

- eine Vergleichsschaltung (34; 43) zur Abgabe eines der Differenz zwischen Ist- und Sollwerten entsprechenden Fehlersignals,

- ein&uSchaltung (35; 4 4) zum Berechnen eines der Stellung der Reguliereinrichtung für die Energieumsetzung entsprechenden Wertes, mit dem das Fehlersignal gegen Null reduzierbar ist,

- eine Pumpzustand-Reaktionsschaltung (37) zum Abgeben eines entsprechenden Ausgangssignals, wenn die ermittelte Intensität eines Pumpzustands einen Bezugspegel überschreitet, und ■ '

- eine Bemessungsschaltung (33; 42) zur Abwandlung des Sollwertsignals im Sinne der Unterdrückung des Pumpzustands bei dem Triebwerk.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsschaltung (37)

- einen ersten Komparator (113), der die ermittelte Intensität des Pumpzustands mit einem Hintergrundrauschpegel vergleicht und ein Pumpzustand-Meldesignal (113S) abgibt, wenn die ermittelte .Intensität größer als der Rauschpegel ist, und

- einen zweiten Komparator (115), der das Pumpzustand-Meldesignal mit einem Bezugswert (V₁₁₅) vergleicht und ein

TER MEER · MÜLLER · STEINMÖSt£r

NISSTW - WG83060/123(3)/TK

Pumpzustand-Erkennungssignal (115S) erzeugt, wenn das Meldesighal den Bezugswert überschreitet, enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpzustand-Reaktionsschaltung (37) eine Einrichtung (112) aufweist, mittels der nach dem Auftreten des Pumpzustand-Erkennungssignals (115S) der Hintergrundrauschpegel für einen gegebenen Zeitraum reduzierbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,

gekennzeichnet durch eine Indikatoreinrichtung (132; 19), die abhängig von dem Erkennungssignal (115S) einen Hinweis gibt, wenn die Bemessungsschaltung den Sollwert für den Triebwerkbetriebszustand auf der Grundlage des Pumpzustand-Meldesignals abändert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessungsschaltung (33; 42) eine Einrichtung zum Subtrahieren eines rasant auf eine gegebene Größe ansteigenden und danach langsamer auf seine Ausgangsgröße abfallenden Wertes von dem Sollwert für den Triebwerkbetriebszustand aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessungsschaltung (33; 42) einen in Abhängigkeit von dem Erkennungssignal (115S) der Reaktionsschaltung (37) ein Pulssignal mit einer bestimmten Pulsbreite erzeugenden monostabilen Multivibrator (121), einen in Abhängigkeit von dem Pulssignal des Multivibrators (121) ein rasant bis auf einen festgelegten Wert ansteigendes und

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TER MEER · MÜLLER · STEINK1E1SXER

NISSAN - WG83060/123(3)/TK

danach langsamer abfallendes Steuersignal (122S) erzeugenden Integrator (122) und eine Subtraktionsschaltung (33), welche unter Vergleich des Betriebs-Sollwertes aus dem Sollwertgenerator mit dem Steuersignal (122S) ein dem Unterschied zwischen beiden entsprechendes Differenzsignal abgibt, umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch einen Schaltungsabschnitt (140) zur Erzeugung eines Störungsmeldesignals (145S) im Fall einer Störung im Bereich des Pumpzustandfühlers und Schaltungselemente (31; 41), welche in Abhängigkeit von dem Störungsmeldesignal das Betriebs-Sollwertsignal so abwandeln, daß ein Pumpzustand des Triebwerkes ohne Rücksicht auf dessen Betriebsbedingungen vermieden

4-

wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch einen Schaltungsabschnitt (140) zur Erzeugung eines Störungsmeldesignals (145S) im Fall einer Störung im Bereich des Pumpzustandfühlers und Schaltungselemente (150, 20), welche in Abhängigkeit von dem Störungsmeldesignal einen Hinweis darauf geben, daß im Bereich des Pumpzustandfühlers (18) eine Störung erkannt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Istsignalgeber einen Frequenz/ Spannungswandler (38) zur Abgabe eines der Gasgeneratordrehzahl· entsprechenden Istdrehzahlsignals (38S) aufweist, der Sollwertgenerator (32) ein dem Bedarf des Bedieners entsprechendes Solldrehzahlsignal (32S) in Bezug auf die Gasgeneratordrehzahl abgibt und die Schaltung zur Kontrolle der Energieumsetzung eine Brennstoffregulierschaltung (35) und eine zugeordnete Treiberschaltung (36) zur Dosierung der Brennstoffzuführung an den Gasgenerator in Abhängigkeit von dem berechneten Wert umfaßt.

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TER-MEER. MÜLLER · STElNi^PSTER ·..* --" ■-.■'.." NISSAN - WG83060/123 (3)/ΤΚ

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, . '. gekennzeichnet durch ein Schaltungsglied zum Subtrahieren eines rasant ansteigenden und danach langsamer abfallenden Wertes von dem Solldrehzahlwert für den Gasgenerator.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

- einen monostabilen Multivibrator (121), der abhängig von dem Pumpzustand-Erkennungssignal (115S) ein Pulssignal (121S mit einer bestimmten Pulsbreite abgibt,

- eine Integrierschaltung (122), die abhängig von dem Pulssignal (121S) ein Steuersignal (122S) erzeugt, welches rasant auf einen gegebenen Wert ansteigt und danach gemächlicher wieder abfällt, und

- eine Subtraktionsschaltung (33), die unter Vergleich des Solldrehzahlsignals mit dem Steuersignal ein entsprechendes Differenzsignal (34S) erstellt.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gaspedalfühler (17) zum Abgeben eines der Gaspedalstellung entsprechenden Pedalstellungssignals (17S), ein Tiefpaßfilter (31) zur Filterung und Umwandlung des Pedalstellungssignals in ein gefiltertes Signal (31S) und einen Solldrehzahlsignalgenerator (32), welcher in Abhängigkeit von

■ dem gefilterten Signal das auf die Gasgeneratordrehzahl bezogene Solldrehzahlsignal (32S) erzeugt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch, gekennzeichnet, daß der Solldrehzahlsignalgenerator (32) Funktionsgeneratoren zur Erzeugung eines dem gefilterten Signal direkt proportionalen Signals und eines der unter Leerlaufbedingungen erforderlichen Gasgeneratordrehzahl entsprechenden Signals sowie eine Additionsschaltung zum Addieren der

Funktionsgeneratorsignale enthält. COPV

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TER MEER -MÜLLER ■ STEINMEiajgR -., ..- ·..··..· NISSAN - WG83060/123 (3)/TK

14. Vorrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpzustand-Reaktionsschaltung (37) Einrichtungen zur Überwachung des Pumpzustandfühlers auf Störungen sowie zur Abgabe eines Störungsmeldesignals im Störungsfall, und ein Tiefpaßfilter (31) mit einem durch einen Kondensator (315) mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen (312, 313) gebildeten Integrator und einem normalerweise geschlossenen, parallel zu dem zweiten Widerstand (313) gelegten und in Abhängigkeit von dem Störungsmeldesignal offenen Schalter (314) enthält.

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Is'tsignalgeber eine Schaltung (46) zur Erzeugung eines der Temperatur im Einlaßbereich der Verdichterturbine (2) entsprechenden Einlaßtemperatursignals (46S),

- der Sollwertgenerator Schaltungen (40, 41) zum Erzeugen eines Sollwertes in Bezug auf die Einlaßtemperatur der Verdichterturbineund

- die Einrichtungen zur Regulierung der Energieumsetzung Elemente (12, 45) zur Beeinflussung der. Einlaßtemperatur der Verdichterturbine

aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß zu den Temperaturbeeinflussungselementen bezüglich der Einlaßtemperatur der Verdichterturbine eine veränderbare Düse (9) gehört, mittels der ein wirksamer Gas-Durchlaßquerschnitt in einem die Verdichterturbine mit der Leistunqsturbine verbindenden Gaskanal veränderbar ist.

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TER MEER -MÖLLER ■ STEINMEISTER ".. ..' ·..·.-· NISSAN - WG83060/123 (3)/TK

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,

gekennzeichnet durch eine Indikatoreinrichtung (132, 19) zur Abgabe eines Hinweises, sobald die Uberwachungs- bzw. die Bemessungsschaltung den Temperatursollwert in Abhängigkeit von dem Pumpzustand-Melde- oder Erkennungssignal abwandelt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, gekennzeichnet durch ein Schaltungsglied zum Subtrahieren eines rasant ansteigenden und danach gemächlicher abfallenden Wertes von dem Temperatursollwert.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch

- einen monostabilen Multivibrator (121), der abhängig von dem Pumpzustand-Erkennungssignal (115S) ein Pulssignal (121S) mit einer bestimmten Pulsbreite abgibt,

- eine Integrierschaltung (122), die abhängig von dem Pulssignal (121S) ein Steuersignal (122S) erzeugt, welches rasant auf einen gegebenen Wert-ansteigt und danach gemächlicher wieder abfällt, und

- eine Subtraktionsschaltung (33), die unter Vergleich des Solltemperatursignals (41S) mit dem Steuersignal ein entsprechendes Differenzsignal abgibt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch einen Schaltungsabschnitt (140) zur Erzeugung eines Störungsmeldesignals (145S) im Fall einer Störung im Bereich des Pumpzustandfühlers und Schaltungselemente (31), welche in Abhängigkeit von dem Störungsmeldesignal das Solltemperatursignal so abwandeln, daß ein Pumpzustand des Triebwerks ohne Rücksicht auf.dessen Betriebsbedingungen vermieden wird.

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IER MEER · MÜLLER -STElKMBISTbF-J

NISSAN - WG83060/123(3)/TK

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20,
gekennzeichnet durch einen Frequenz/Spannungswandler (38)

zur Abgabe eines der Gasgeneratordrehzahl entsprechenden Istdrehzahlsignals (38S), einen Temperaturfühler (16) zur Abgabe eines der Einlaßlufttemperatur des Gasgenerators entsprechenden Temperatursignals (16S), eine Rechenschaltung (40) zur
Abänderung des Gasgenerator-Drehzahlsignals auf der Grundlage des Temperatursignals in ein geändertes Signal und einen Generator (41) zur Erzeugung eines Solltemperatursignals (41S)
als Funktion einer Beziehung zwischen dem geänderten Signal
und dem Solltemperatursignal.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21,

dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (41) das Solltemperatursignal abhängig von dem Pumpzustand-Erkennungssignal
um einen bestimmten Wert vermindert, um unter allen vorkommenden Triebwerks-Betriebsbedingungen Pumpzustände zu vermeiden.

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