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Elektrische Reglung von Abgasturboladern für Verbrennungsmotoren Bei
Höhenmotoren, insbesondere für Flugzeuge, ist es notwendig, den. Ladedruck zu regeln.
Es wird die Aufgabe gestellt, den Druck der Verbrennungsluft vom Höhendruck, z.
B. o, i ata in 16 km Höhe, auf den Betriehsdruck von o,8 bis 1,4 ata zu bringen.
Hierdurch kann dann die Leistung des Triebwerkes geregelt werden. Bei der Reglung
der Leistung unter Verwendung einer Abgasturbine unterscheidet man zwischen der
Höhenreglung auf ,konstante Leistung in verschiedenenHöhen und 4erLeistungsreglun.g
in konstanter Höhe auf verschiedene Leistungen. Der die notwendige Verdichtung erreichende
Verdichter wird mit der Abgasturbine gekuppelt und dann als Abgasturbolader bezeichnet.
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Man hat nun, bisher in Abhängigkeit von einem den Regelimpuls gebenden.
Organ, z. B. eines: Ladedruckreglers oder oberhalb der Gleichdruckhöh e eines Drehzahlreglers,
Düsenquerschnitte :geändert bzw. unter Zuhilfenahme eines Ventils .den. Zutritt
der Abgase zur Turbine gesteuert. Die bisher unter Verwendung von mechanischen Mitteln
erreichte Steuerung weist die verschiedensten. Nachteile auf.
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Der wesentliche Fehler vorhandener Vorrichtungen, die sich elektrischer
Zwischenglieder zwischen Druckmembran und Regler bedienen, ist das vollkommene Fehlen
einer Rückführung zur Vermeidung von Pendelungen sowie .die nicht kraftschlüssige
und kontinuierliche Steuerung der Turbine.
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Eine iderartige ,Steuerung kann jedoch außerordentlich leicht ins
Schwingen kommen, da jede Überreglung des Druckes sich nach kurzer Zeit in einer
Erhöhung der Abgasmenge (oder Verminderung) bemerkbar macht, die wiederum zu
einer
entsprechenden Änderung der Turbinendrehzahl führt, d. h. die Liefermenge des Flugmotors
ist mit der Genauigkeit der Druckhaltung des Laders gekuppelt.
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Weiterhin. ist zu beachten, .daß die Regelcharakteristk des Ausblasventids
(b in. Abb. i) sich mit der Flughöhe stark verändert, da die Druckdifferenz vor
und hinter dem Ventil eine Funktion der Höhe ist. Das bedeutet, daß die Regelempfindlichkeit
in großen Höhen; stark ansteigt, während sie in niedrigen Höhen geringer ist. Eine
besonders starke Rückführung ist somit erforderlich, die erfahrungsgemäß., wenn
sie starr ausgeführt wird, eine große TJngleichförmi.gkeit ergibt. Es, ist deshalb
zweckmäßig, diese Rückführung elastisch zu machen.
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Zusammenlfassend :sind folgende Forderungen zu erfüllen: i. Große
Ansprechempfin;dlichkeit, 2. hohe Steuergeschwindigkeit, 3. kontinuierliche Reglung,
4. große, elastische Rückführung, 5. Überd:rehzahlschutz, d. h. eine kontinuierliche
Veränderung des Regelwertes. bei Erreichen ider Höchstdrehzahl im Sinne einer Drehzahlreglung
um diese Grenze, 6. Änderung :der Turbinenbeaufschlagung in größeren Flughöhen;.
Bezüglich der letzten Forderung ist zusagen, daß in größerenFlughöhenwegen der aus
Festigkeitsgründen der Abgasturbine festgelegten Grenzdrehzahl ein Punkt erreicht
wird, bei .dem der maximale Ladedruck nicht mehr eingestellt werden darf, da dann
die Turbine überdrehen würde. Infogedessen sinkt der Ladedruck bis zu einem Wert
ab, bei dem die Turbine infolge zu großer Beaufschlagung an den Drüsen kein Drehmoment
mehr abgeben würde. Durch stufenweise Veränderung der Düsenbeaufschlagung ist es
möglich, die Turbine wieder betriebsfähig zu machen und dadurch das Druckverhältnis
an den Schaufeln und damit die Antriebsleistung, die eine Funktion von Druckverhältnis,
Abgasmenge und Temperatur ist, zu erhöhen.
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Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
elektrischen Reglung :bzw. Drehzahlbegrenzung von Abgasturbosufladern für die Triebwerke
von Luftfahrzeiugen, bei welchen die Triebwerksleistung durch Veränderung von Druck
und Menge der die Abgasturbine zu beaufschlagenden Abgase indirekt eingeregelt wird..
Das Kennzeichen .der Erfindung liegt darin, daß -der zu regelnde Ladedruck und die
Drehzahl des Abgasturbol.a,der,s über an sich bekannte elektrische Verstärkereinrichtungen
die Drehzahl einer Ölpumpe beeinflussen, welche -den Steuerdruck für die Verstellung
der hydraulisch gesteuerten Abgasturbinenregelventile liefert. Bei Überschreiten.
der Höchstdrehzahl des Abgasturboladers wird. über den Grenzdrehzahlregler die Direhzahl
ider Ölpumpe und somit der Steuerdruck für das Abgastu@rbinenregelventil durch Beeinflussung
der Gitterspannung der Verstärkereinrichtung zum Zweck der Herabsetzung der Abgasturbinenbeschickung
vermindert. Zur Vermeidung von Pendelungen ist in die Verstärkereinrichtung eine
zeitabhängige elektrische Rückführung eingeschaltet, die in bekannter Weise aus
Kondensator und Widerstand besteht. Die Erfindung bezieht sich also a) auf die elektrische
Steuerung des Abgasturboaufladers und b) auf die elektrische Verschiebung -der Regelcharakteristik
des Hauptdruckregleirs bei Erreichen einer Höchstdrehzahl der Abgas- oder Lademaschine.
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Abb. i zeigt ein Ausfi`zhrungsbeispiel der Regelvorrichtung und Abb.
2 eine :Steuercharakteristik gemäß der Erfindung.
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In der Abb. i ist ein Motor a dargestellt, dessen Abgase wahlweise
über ein Ventil b ins Freie gefördert oder über je ein. Ventil c1 bzw. c2 einer
Abgasturbine d zugeführt werden können. Mit dieser Abgasturbine ist ein Lader e
-gekuppelt, ider die Aufladeluft in den Motor d fördert. Abhängig vom Ladedruck
wird eine Blende f verstellt, die die von einer Lampe g austretenden, Lichtstrahlen.
mehr oder minder freigibt, so daß sie auf einer Photozelle h auftreffen können.
Hierdurch wird ein veränderlicher Strom erzeugt. Dieser Strom erzeugt in idem vor
dem Vakuumrohr i vorgesehenen. Kreis eine Spannung, die .durch den Widerstand k
und die Kapazität L phasenverschoben wird. Diese phasenverschobene Spannung wird
@durch, den Stromrichter verstärkt, so daß entsprechend: -dem Strom man der Photoaelle
an. ,dem Elektromotor n ein verschieden hoher Strom eine diesem entsprechende Drehzahl
einstellt. -Der Elektromotor n ist mit eiaper. Ölpumpe o gekuppelt; die unter Zuhiffenahxne
eines Ölbehälters p Drucköl. einem Zylinder q mit einem Kolben .zuführt, der das
Ventil b steuert. ;So wird dann in Abhängigkeit vom Ladedruck die in, der Abb. 2
gezeigte Steuercharakteristik erzeugt. Über der Ölpumpendrethzahl n bzw. dem Öldruck
pol in Prozenten ist der Ladedruck p, :in ata aufgetragen.
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Es ist klar, daß durch geeignete Wahl der Zwischenverstärkung jede
.beliebige Empfindlichkeit erreicht werden kann und daß immer vorhandene Verzögerungen
innerhalb der Laldemia.schine .durch Einwirkung auf den Gitterkreis des Stromrichters
oder Vorverstärkers ausgeglichen werden .müssen. Zu diesem Zweck wird, wie beschrieben,
von dem zeitabhängigen, Verhalten einer Kapazität L mit Vorwiderstand k Gebrauch
gemacht werden. Diese Schaltung wird. .bei jeder Stromänderung einen dämpfenden
Gitterspannungsimpuls abgeben, der so lange im,Gitterkreis wirkt, bis :die Kapazitätsschaltung
sich an die neue Stromkurve angepaßt, .d..h. bis -d-ieAbgasturbinenaufladung sich
auf die Meßdose ausgewirkt hat.
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Um Pendelungen in der Verstärkereinrichtung zu vermeiden, ist in,
den Stromkreis des Stromrichters zwischen dem Umformer oder. Generator r eine zekabhängige
elektrische. Rückführung eingeschaltet, die vorzugsweise aus. Kondensatoren und
Widerständen besteht.
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Erreicht der. Lader :die (Grenzdrehzahl, so war bei .den bisher bekannten
Regeleinrichtungen ein Zentrifugalsystem vorgesehen, rdaß die Drehzahl des Laders-
mechanisch begrenzt. Diese mechanische Beeinflusisung ist aber bei den in Frage
kommenden
Drehzahlen: von 1o 000 bis 30 aoo Umdrehungen
je Minute nicht betriebssicher durchführbar. Gemäß der Erfindung wird eine solide
Beeinflussung der Regelcharakteristik betriebssicher und einfach dadurch erreicht,
daß in den Gitterkreis die Spannung eines Tourendynamos bzw. eines Grenzdrehzahlreglers
a eingeschaltet wird und so diese Spannung über einen Gleichrichter t der im Gitterkreis
vorhandenen jeweiligen, Spannung überlagert wird.
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Die Montage des z. B. konzentrischen permanenten Magneten auf der
Lader- und Turbinenwelle ist leicht möglich. Die Magnetspule steht infolge ,des
vorhandenen Luftspaltes in keiner direkten Berührung mit der schnell laufenden Welle.
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Die Einfachheit dieser Anordnung ist gegenüber .dem bekannten Zentrifugalregler
daher deutlich erkennbar. Abschließend sei bemerkt, d,aß die Reglung der Gasdurchsatzmenge
im Rahmen der beschriebenen .Schaltung magnetisch oder motorisch durch ein Steuerorgan
erfolgt, das mit Hilfe: eines Endkontaktes betätigt wird, der in der Endstellung
des Abgasdruckregelventils anspricht.