DE701762C

DE701762C - Control method for internal combustion engines

Info

Publication number: DE701762C
Application number: DE1935A0077860
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1934-11-29
Filing date: 1935-11-30
Publication date: 1941-01-23

Description

Regelverfahren für Brennkraftmaschinen Es ist bekannt, die Leistung von Brennkraftmaschinen dadurch zu erhöhen oder die Leistungsabnahme bei zunehmender Flughöhe von Flugmotoren dadurch zu verhindern, daß man den Zylinder die Brennluft durch einen Verdichter zudrückt und damit entweder ein größeres Brennstoff-Luft-Gemisch-Gewicht in die Zylinder liefert, als der Motor bei freiem Ansaugen aufzunehmen vermöchte oder die Bodengemischmenge trotz abnehmender Luftdichte. konstant erhält. Als derartige Aufladevorrichtungen werden Gebläse verwendet, die entweder Kapsel- oder Kreiselverdichter sein können und deren Antrieb entweder unmittelbar vom Motor aus erfolgt oder die durch eine Gasturbine, die von den Abgasen des Motors gespeist wird, angetrieben werden. Sind es Kreiselverdichter, so wird meist den Schleuder- oder Radialverdichtern der Vorzug gegeben, @es sind aber auch hierfür schon Axialverdichter vorgeschlagen worden, für deren Antrieb sich die Gasturbine als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Beim Antrieb einer Gasturbine vereinfacht sich nämlich dasRegelproblem, da sich die Gasturbine selbsttätig auf den jeweiligen Leistungsbedarf einstellt und damit auch . ein Regeln des Verdichters unnötig macht. In vielen Fällen wird man dennoch zum einfacheren Antrieb des Aufladegebläses durch den Motor- selbst greifen, hat dann aber Vorkehrungen für die Regelung zu treffen, da bei der festen Kupplung des Gebläses mit dem Motor Luftmenge und Luftdruck nicht den jeweiligen Bedürfnissen entsprechen, da das Gebläse gezwungen ist, bei allen Belastungen oder Flughöhen mit der gleichen, der normalen Betriebsdrehzahl des Motors entsprechenden Drehzahl zu laufen.Control method for internal combustion engines It is known that the power of internal combustion engines thereby to increase or the decrease in power with increasing Avoid the altitude of aircraft engines by letting the cylinder use the combustion air by a compressor and thus either a greater fuel-air mixture weight delivers into the cylinders than the engine is able to absorb with free intake or the amount of soil mixture despite decreasing air density. constant. As such Charging devices use blowers that are either capsule or centrifugal compressors can be and their drive takes place either directly from the engine or the driven by a gas turbine, which is fed by the exhaust gases of the engine will. If there are centrifugal compressors, centrifugal or radial compressors are usually used given preference, but axial compressors have also been proposed for this purpose been, for the drive of which the gas turbine has proven to be particularly useful Has. When driving a gas turbine, the control problem is simplified because the gas turbine adjusts itself automatically to the respective power requirement and so too. makes regulating the compressor unnecessary. In many cases one will nevertheless, resort to the simpler drive of the supercharger by the engine itself, but then has to take precautions for the regulation, since with the fixed coupling of the blower with the motor air volume and air pressure do not meet the respective needs as the fan is forced to withstand all loads or altitudes at the same speed corresponding to the normal operating speed of the engine to run.

Handelt es sich um ein Radialgebläse, so hat man bisher bei unmittelbar gekuppelten Gebläsen zur Regelung die Luft im Ansaugestutzen gedrosselt und damit eine wesentliche Verminderung der Antriebsleistung erzielt. Man hat bei Radialgebläsen auch schon versucht, den übergroßen Verdichtungsdruck bei Teillasten oder geringen Flughöhen durch Ausblasen von verdichteter Luft herabzusetzen,, aber mit geringem Nutzen, da hierdurch der Wirkungsgrad der Aufladung stark verschlechtert wird. Es spielt besonders bei Flugmotoren der gute Wirkungsgrad der Rufladung eine besonders große Rolle, da ein schlechter Wirkungsgrad der Verdichtung einmal die Antriebsleistung, die vom Motor aufgebracht werden muß, vermehrt, weiter aber eine Verschlechterung des Gebläses eine Erhöhung der Temperatur der Ladeluft zur Folge hat, wodurch das Luftvolumen vergrößert, das von den Zylindern aufnehmbare Luftgewicht also herabgesetzt wird. Wegen des erforderlichen hohen Wirkungsgrades hat sich nun der Axialverdichter für die Aufladung als zweckmäßiger erwiesen als der Radialverdichter, besonders wenn für seine Regelung, gemäß vorliegender Erfindung, von gewissen Betriebseigenschaften desselben Gebrauch gemacht wird. Es haben nämlich eingehende Studien und Versuche gezeigt, daß das Verhalten des Axialverdichters gegenüber den zur Regelung bei gleichbleibender Drehzahl in Betracht kommenden Maßnahmen ein ganz anderes ist, als das der Radialverdichter und eine wirtschaftliche Regelung möglich ist, wenn statt des bisher gebräuchlichen Drosselns im Ansaugestutzen der Druck durch Abblasen von Luft aus dem Druckstutzen des Gebläses herabgesetzt wird. Die Regelung kann dann in >einfacher Weise dadurch geschehen, daß durch ein von Hand betätigtes oder selbsttätig wirkendes Ventil Luft aus der Druckleitung entlassen wird, so daß die zu den Zylindern fließende Luftmenge und der Förderdruck vermindert wird. Gleichzeitig nimmt aber auch die Antriebsleistung des Gebläses ab, so daß trotz voller Drehzahl des Gebläses der Antriebsaufwand ungefähr der gelieferten Verdichtungsarbeit entspricht.If it is a radial fan, so far one has directly Coupled fans for regulating the air in the intake port are throttled and thus achieved a significant reduction in drive power. One has with radial fans also tried the oversized compression pressure at partial loads or low Reduce flight altitudes by blowing out compressed air, but with little Benefit because this greatly reduces the efficiency of the charging process. It The good efficiency of the call charge plays a particularly important role in aircraft engines important role, since a poor efficiency of the compression once the drive power, which must be applied by the engine, increased, but further deterioration of the blower increases the temperature of the charge air, which causes the The air volume is increased, so the air weight that can be absorbed by the cylinders is reduced will. Because of the required high degree of efficiency has now the axial compressor has proven to be more suitable for supercharging than the radial compressor, especially if for its control, according to the present invention, of certain operating characteristics the same use is made. Namely, there have been in-depth studies and experiments shown that the behavior of the axial compressor compared to the control at constant Speed of the measures taken into consideration is completely different from that of the centrifugal compressor and economic regulation is possible if instead of what has been customary up to now Throttling the pressure in the intake port by blowing air out of the pressure port of the fan is reduced. The scheme can then> in a simple manner thereby happen that through a manually operated or automatically acting valve air is released from the pressure line, so that the amount of air flowing to the cylinders and the delivery pressure is reduced. At the same time, however, the drive power also decreases of the fan, so that despite the fan running at full speed, the drive expenditure is approximately corresponds to the compression work delivered.

Die durch diese Regelart in Verbindung mit dem Axialverdichtererzielbaren Vorteile können am besten aus der Gegenüberstellung der Kennlinien von Axialverdichter und Radialverdichter und den hierbei bisher üblichen Regelweisen erkannt werden. Es betreffen Abb. i a und i b Zustandskurven eines Axialverdichters mit der Regelweise gemäß der Erfindung, Abb.2a und 2b gehören zu einem Radialverdichter, der durch Drosseln im Saugstutzen und Abb. 3 a und 3 b zu einem Radialverdichter, der durch Ausblasen geregelt wird. In allen drei Fällen handelt es sich als Beispiel um ein Gebläse zur Konstanthaltung der Leistung eines Flugmotors, wobei die Ordinatenachsen den absoluten Druck angeben, d. h. den Druck, den die Luft hat, die vom Verdichter erzeugt wird und von ihm gleichbleibend auf Bodendruck zu halten ist und die Abszissen die Luftmenge darstellen, die das Gebläse ansaugt.The ones that can be achieved with this type of control in conjunction with the axial compressor Advantages can best be seen by comparing the characteristics of axial compressors and centrifugal compressors and the usual control modes are recognized. Figs. I a and i b relate to the state curves of an axial compressor with the control mode According to the invention, Fig.2a and 2b belong to a centrifugal compressor, which by Throttles in the suction nozzle and Fig. 3 a and 3 b to a centrifugal compressor, which by Blowing out is regulated. In all three cases it is an example of a Fan to keep the power of an aircraft engine constant, with the ordinate axes indicate the absolute pressure, d. H. the pressure of the air coming from the compressor is generated and is to be kept constant by it at ground pressure and the abscissa represent the amount of air sucked in by the fan.

Die Eigentümlichkeit der Axialverdichter, vor allem der mehrstufigen, wie sie für höhere Aufladedrücke in Betracht kommen, ist der steile Anstieg der Druckvolumenkurve. Sie ist durch Linie i-2 für ein Gebläse in großer Flughöhe, das also bei geringem Außendruck (i i) ansaugt und durch Linie 3-4 für einen Verdichter, der am Boden arbeitet (Außendruck 1o) dargestellt. Die Luftmenge, die vom Gebläse angesaugt wird, das in der Höhe arbeitet, ist 12-14, die Luftmenge des Gebläses am Boden dagegen 12-15. Die Schluckfähigkeit des Motors von Luft von Bodendruckverhältnissen ist aber nur 12-i3. Es muß die am Boden zuviel gelieferte Luft 13-15 also abgeblasen werden. Die Antriebsaufwandkurven sind für dieses Axialgebläse in Abb. i b gezeigt. Es ist 17 die Leistung, die der Liefermenge 12-14 entspricht. 18 ist die Leistung, die aufzuwenden ist, wenn das Gebläse am Boden arbeitet, aber die überschüssige Luft durch Abblasen aus dem Druckstutzen entfernt wird. Durch die vorgeschlagene Regelweise, d. h. durch Ausblasen der Luftmenge 13-15 wird der Leistungsbedarf für das nicht ausgenützte Gebläse also in einem Maße vermindert, wie dies bei Radialverdichternweder durch Abblasen noch durch Drosseln in gleichem Maße erreichbar ist.The peculiarity of the axial compressors, especially the multi-stage, how they come into consideration for higher boost pressures is the steep increase in the Pressure volume curve. It's through line i-2 for a high altitude fan that i.e. when the external pressure (i i) is low, and through line 3-4 for a compressor, who works on the ground (external pressure 1o) is shown. The amount of air coming from the fan that works at height is 12-14, the amount of air from the blower on the ground, however, 12-15. The engine's ability to swallow air from ground pressure conditions but is only 12-i3. The air 13-15 that was too much delivered on the ground must be blown off will. The drive effort curves for this axial fan are shown in Fig. I b. It is 17 the power that corresponds to the delivery quantity 12-14. 18 is the performance which has to be expended when the blower is working on the ground, but the excess Air is removed from the pressure port by blowing it off. By the proposed As a rule, d. H. by blowing out the amount of air 13-15, the power requirement for the unused fan is reduced to an extent that is not the case with centrifugal compressors can be achieved to the same extent by blowing off or by throttling.

Es ist in Abb.2a i'-2' wieder die Druckvolumenkurve des Gebläses in großer Flughöhe, 6-7 das angesaugte Volumen, 6-8 das geförderte Volumen, und zwar für ein Radialgebläse, das durch Drosseln im Saugstutzen geregelt wird. Wird beim Flug in Bodennähe die Luftmenge durch Drosseln im Saugstutzen vermindert, so arbeitet der Verdichter, vom geringen Einfluß der Temperatur abgesehen, unter gleichen Bedingungen wie im Höhenflug, d. h. auf der Kennlinie i'-2', seine Leistungskurve verläuft, wie in Abb. 2 b dargestellt, die Leistung in der Höhe liegt bei 5. Würde beim Flug in Bodennähe die angesaugte Luft nicht gedrosselt, so würde die Leistung bedeutend ansteigen. Durch die Drosselung wird sie ungefähr auf gleicher Höhe gehalten wie beim Höhenflug, sie bleibt aber noch wesentlich höher als der Leistungsbedarf des Axialverdichters der durch Abblasen geregelt wird.It is in Fig.2a i'-2 'again the pressure volume curve of the fan in high altitude, 6-7 the sucked volume, 6-8 the conveyed volume, namely for a radial fan that is regulated by throttling in the suction nozzle. Will be at Flight close to the ground reduces the amount of air by throttling in the suction nozzle, this is how it works the compressor, apart from the slight influence of temperature, under the same conditions like flying high, d. H. on the characteristic i'-2 ', its power curve runs, as shown in Fig. 2 b, the performance in altitude is 5. Dignity in flight if the intake air is not throttled near the ground, the performance would be significant increase. The throttling will keep it approximately at the same level as when flying high, but it remains significantly higher than the power requirement of the Axial compressor that is regulated by blowing off.

Es ließe sich auch der Radialverdichter durch Abblasen regeln. Die entsprechenden Zustandskurven sind in Abb. 3 a und 3 b wiedergegeben. Es ist i"-2" die Druckvolumenkurve im Höhenflug, 19 ist der Ansaugedruck. Kurve 3"-4" ist dieselbe Kurve in Bodennähe, 2o ist der atmosphärische Ansaugedruck. In großer Höhe wird das Volumen 21-22 angesaugt, in Bodennähe das Volumen 21-23. Die Schluckfähigkeit des Motors ist 21-24; die Menge 24-23 wird somit abgeblasen. 9 ist die Leistung im Höhenflug, 9' der Arbeitsaufwand in Bodennähe. Er ist also wesentlich höher als beim Höhenflug, für die gleichen Verhältnisse aber auch bedeutend höher als bei Drosselung in Saugstutzen oder bei Abblasen im Falle von Axialverdichtern.The centrifugal compressor could also be regulated by blowing off. the corresponding state curves are shown in Fig. 3 a and 3 b. It's i "-2" the pressure volume curve in flight, 19 is the suction pressure. Curve 3 "-4" is the same Curve close to the ground, 2o is the atmospheric suction pressure. At high altitude it will the volume 21-22 is sucked in, the volume 21-23 near the floor. The ability to swallow the engine is 21-24; the crowd 24-23 is thus blown off. 9 is performance when flying high, 9 'is the amount of work required close to the ground. So it is much higher than when flying high, but for the same conditions also significantly higher than when Throttling in the suction nozzle or with blow-off in the case of axial compressors.

Die durch die Verwendung der Axialgebläse ermöglichte Regelung durch Abblasen hat aber, wie bereits erwähnt, noch einen weiteren Vorteil. Die im Verdichter aufgewendete Arbeit verursacht eine Temperaturerhöhung der Luft, die eine Verminderung der Luftdichte und der Leistung des Flugmotors zur Folge hat, und um so größer ist, je größer das Verdichtungsverhältnis und je geringer der Wirkungsgrad der Verdichtung ist. Wird ein Teil der Luft abgeblasen, so-bleibt das Verdichtungsverhältnis niedrig, der Verdichtungswirkungsgrad aber gut. Die Temperatur der in den Motor gelangenden Luft ist dementsprechend tiefer als bei Drosselregelung, so daß zum geringeren Leistungsaufwand für den Verdichter noch die größere Mehrleistung des Motors infolge besserer Füllung der Zylinder hinzukommt.The regulation made possible by the use of the axial fan But, as already mentioned, blowing off has another advantage. The one in the compressor expended Work causes an increase in the temperature of the air, which decreases the density of the air and the power of the aircraft engine, and the bigger it is, the bigger it is Compression ratio and the lower the compression efficiency. Will some of the air is blown off, so the compression ratio remains low, the Compression efficiency but good. The temperature of the air entering the engine is accordingly lower than with throttle control, so that less power is required for the compressor, the greater power output of the motor due to better filling the cylinder is added.

Es ist vorteilhaft, das Ausblasen der Luft entgegen der Flugrichtung ,erfolgen zu lassen. Dadurch wird ein gewisser Vortrieb in Flugrichtung erzeugt und ein Teil der Energie der Luft nutzbringend verwendet.It is advantageous to blow the air against the direction of flight to be done. This creates a certain propulsion in the direction of flight and some of the energy in the air is put to good use.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control method for internal combustion engines, which are fed by an axial compressor driven directly by the machine, in particular to maintain the density of the load and thus the power in the case of an aircraft engine, characterized in that the compression pressure and the amount of air supplied to the machine by releasing air the pressure line of the compressor is changed. a. Aircraft engine with an axial compressor driven directly by the machine and a control method according to Claim i, characterized in that the excess air blows out in the direction opposite to the direction of flight, so that it helps propel the aircraft.