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Drehzahlbegrenzung im Höhenbetrieb für Lader mit regelbarer Drehzahl
Bei Höhenmotoren, die mit Ladern mit Drehzah'1-rege-lung, z,. B:. Abgasturboladern,
ausgerüstet sind und. bei denen die Leistung durch Wähgl. eines bestimmten Lad-edrudkes,
geregelt wird, kann ges oberhalb der Volldruckhöhe, die in diesem Faal durch die
mechanischen Beanspruchung gen in den umlaufenden Teilen des Turboläufers gekennzeichnet
ist, vorkommen, d.aß der durch die Stellung des Leistungshebels gewählte Ladedruck
nur noch mit Drehzahlen .des Laders erzielt werden kanng, die oberhalib der festigkeitsmäßig
zulässigen Drehzahlen liegen, und: daß, sofern nach in der Drehzahlregelung des
Laders Reserven -liegen, .der Ladedruck eine Überschreitung der zulässigen, Höchst
drebzahl bewirkt. Diese Reserven können genau so wie bei motorischem Antrieb des
Laders in einem noch nicht ganz auf Maximaldrehzahl stehenden Dreh zahlversteilllglied
bei Abgasturboladern darin gbestehen, daß z. B. Abblasventil,e für Luft und für
Gas in Volldruckhöhe noch nicht ganz schlossen sind, oder auch nur darin, daß mit:
zu-
nehmender Flughöhe der Gegendruck sinkt, also das, Wärmegefälle der Turbine
wächst. Besonders wichtig ist eine solche Drehz.ahlibegrenzung bei Abgastüribinen
.durch deren hohe thermische und mechanische Beanspruchung.
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Um eine solche Überschreitung der fest@i.gkeitsm,äßiig höchstzulässigen
Drehzahlen oberhalb der Vd,l'ldruckhohe durch die Wahl eines unzulässig hohen Ladedruckes
zu vermeiden, wird v ielgfach ein
Drehzahlregler bzw. ein Drehzahlbegremzer
vorgesehen, der beispielsweise von der Welle des Abgast7urbaladers angetrieben wird
und den höchstenswählbaren Ladedruck so begrenzt, daß die zulläss-ige Höchstdrehzahl
nicht überschritten wird, d. h. also, in diesem Fall würde die Leistungsregelung
durch die Drehzahlregelung der festigkeitsmäßig gefährdeten Teile überholt und von
der Regelung auf konstante Turbinen- bzw. Laderdrehzahl übernomm!en werden.
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Die bauliche Durchführung der Anlage wird dadurch vielfach
erheblich erschwert, zumal eine unmittelbare, meist mechanische Verbdnidunig der
Reglerteile mit dem Aufladeaggregat erforderlich wird, was eine B:eschrün,kurng
in der freien: Wahl der Unterbringung der Reglerteile zur Folge hat.
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Diese Komplikation soll nun gemäß, der Erfindung dadurch vermieden
werden, daß man. an irgendeiner Stelle )im Gestänge, beispielsweise zwischen; Leistungshebel
und L.adedruckwühler, ein höhenabhängiges Korrekturglied: einschaltet, das so ausgeführt
:ist, daß bei Höchstlaststellung des Leistungshabe:ls d:er .am Ladedruclrnwähler
selbst eingestellte Ladedruck den in-den verschiedenen Höhen im Hinblick auf die
Drehzahl: jeweils. zulässigem Ladedruck nicht überschreitet. Datbei kann. das Korrekturfed
die Verringerung der Drehzahl des Turboladers- in der Weise herbeiführen, daß es
die die Drehzahl des Aufladeaggregates bestimmenden Regelorgane verstellt, z. B.
durch entsprechende Verstellung von in der Albgas- oder Einlaßleitung angeandnetern
Abblasventilen oder Drosseln.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der schematischen Zeichnung,
die ein Beispiel für eine Schaltschema zur Steuerung der Regelorgane gemäß der Erfindung
darstellt.
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Der vom Flugzeugführer zu bedienende Leistungshebel i ist mit einem
Ges.eänge 2 und dieses mit einem Gestänge 3 gelenkig verbunden. Ferner ist mit ,dem
Gestänge 3 ein weiteres Gestänge 5 verbunden und dieses mit einem Hebel 6. Dieser
kann mit einem fest mit ihm verbundenen NOCkeni 7 um eine feste Achse 8 schwingen.
Gegen: den Nocken, 7 stützt sich ein Arm 9 eines um einen festem Punkt io -drehbaren
Kniehebels afb" dessen ariderer Arm i i mit, einem Hebel 12 gelenkig verbunden isti.
An dem einen, Ende des Hebels 12 greift ein mit einer Barometerdose 13 eines Laded'ruckreglers:
2o verbundenes Gestänge 14 und an dem anderen Ende .die Stange 15 dies Steuerkolb.enis
16 an. Der Kolben, 16 steuert die Bewegung des zum Öffnen und Schließern des in
der Abgasleitung 17 angeordneten Abblasventils i8 dienenden Arbeitskolbens ig.
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Das Geihäu.se 2o der Barometerdose 13 ist über eine Öffnung 2 i mit
der La:deluftleitung des Motors verbunden, so daß die Dose 13 von dem je weil"s
in der Ladeluftleitung herrschenden Ladedruck b.eeinfiußtt wird.
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Die Verstellung des Gestänges erfolgt einerseits willkürlich -durch
den Leistungshebel i und anderseits selbsttätig durch ein höhengesteuertes Korrekturglied.
Dieses besteht aus einer über eine Öffnung 28 vom Außendruck beaufschlagten
Barometerdose' 22 und einem Servomotor 30. Sowohl die Kolbenstange .des Steuerkolbens
23 als auch die des Arbeitskollbens 26 -sind: gelenkig mit einem Hebel- 3'1 verbunden;,
der durch eine, Feder 4 gegen einen Nocken 24 gezogen wird. Der Nocken, 24 sitzt
fest auf einer über einen Hebel 32 drehbaren Achse 33, während der Hebel 32 mit
der durch die Barometlerdos.e a12 hin und her verschidbbaren Stange 34 gelenkig
verbunden: ist. Bei der Drehung des Nockens wird auch .der Hebel 31 um den Punkt
215 verschwenkt und verschiebt dabei auch den Steuerkulben 2:3, bis :dieser die
nach .dem Arbeitszylinder 35 hin führenden, Überströmschlit.ze für das Druckmitel`
freigibt und dieses ihn den, Arbeitszylinider einströmen kann,;, so daß nunmehr
auch der Arbeitskolben 2.6 verschoben wird. Bei diesen Verschiebung wird auch der
Hebel Y um den, NTocken 2.4 als festen; Drehpunkt versehwenkt und ebenso die Stange
des SteuerkdI#bens 23 mitgenommen. Bei diesem Vorgang wird der Arbeitskolben, 26
in: dem Sinne vom Druckmittel beawfsch'lagt, dafi der SteuerkoDbeni 23 in der entgegengesetzten,
Richtung wie zuvor verschoben wird und somit die Überstmämschlitze wieder schließt.
Der für die Schließung der Überströmsch'litze durch den Steuerkolben 23 erforderliche.
Hub dies. Arbeitskolbens 26 hängt dabei, von: dem Drehungswinkel des Nockens 41
und somit von. der Ausschlagweite des Hebels 3,1 bzw. von der Flughöhe ab.
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Die Stange des Aribeitskolbens, 26 isti an ihrem freien Ende gelenkig
mit dem Gestänge 3 verbunden, so daß .sie dieses bei ihrer Verschiebung um [den
Punkt 29 als Drehpunkt verschwenkt, und zwar ,um einten ihrer Verschiebung entsprechendem
Betrag.
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Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung ist folgernde: Bei Leerla:ufnehmen
der Leistungshebel i d.ie Stellung L und das Genfänge 2, 3, 5, 6., 9, 11 sowie dien
Nocken,,? die gestrichelt: dargestellte Laage ein,. Der Arbeitskolben 19 nimmt eine
Lage endsprechend der größten; Öffnungsstellung des: Abblasventails 18 ein. Wird
der Leistungshebel i aus seiner Leemlaufstel:lung heraus z. B. in die in der Zeichnung
voll ausgezogene Stellung verschwenkt, so gelangen auch .das Geistlänge 2, 3,, 5,
6, 9; 11 sowie der Nocken 7 in. die voll aus,- gezogene- Lage. Gleichzeitig
wird der Hebel 12 um den Punkt 27 als Drehpunkt nach unten versch--wenkt und nimmt
dabei die Stange 15 -des Steuerko-Iben:s 16 mit. Hierdurch wird der Arbeitskolben
19 im Schließungssinne des Albblasventils 1.8 bewegt, so daß die Abgasturbine von
einer größeren Abgasmenge beaufscblagt wird und somit dien Ladedruck in der Ladeleitung
steigt. Infolge .dieser Druckzunahmne zieht sich die Membran:dose 13. zusammen,
so daß der Hebel' 1:z nunmehr von der Strange 14 . um .lern Punkt 36 als Drehpunkt
verschwenkt wird und dabei die Kolben, Stange 15 des Steuerkolbens 16 nach oben
Vera schiebt und dieser die nach dem Zylinder des Arbeits!kolbens: i9 zu führenden:
Überströmschlitze verschfießt. Der Kolben i9 behälti die in, diesem Augenblick eingenommene
Lage bei gleicher Lei-.
stugg der Maschine auch weiter bei. Dieser
Vorgang wiederholt sich bei weiterer Verschwenkung des Lei,stu@ni,-"shebels nach
der Vollaststellung in; der Weise, daß das: Ab bl.asventil i8 weiterhin, im Schliießungssirnne
verstellt wird.
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Sollte uun bei Voll,druckhöhe, d. h. also. -bei höchstzulässiger Drehzahl
des Turboläufers, das Aibibla,sventil i8 noch nicht völlig geschlossen sein., so
bewirkt eine weitere Erhöhung des Ladedruckes durch vällständige Schließung des
Abblasventils eine Überschreitung der festigkeitsmäßig zulässigen Drehzahl und somit
eine Gefährdung der uml.aufen:den Teile. Um dieses zu verhüten:, ist das höhenbetätigte
Korrekturglied eingeschaltet. Dieses arbeitet einer Schließung des Abblasventils
und somit einer un@zuläss,igen Überschreitung der Maximaldrehzahl des Turboläufers
in folgender Weise entgegen: Bei zunehmender Flughöhe und somiti mit zunehmender
Druckabnahme dehnt die Barometerdose 22 sich aus und. nimmt dabei die Stange 34
Mit so, daß diese den Hebel 32 und somit d.en Nocken 24 um die Achse 3-3 dreht.
Hierdurch wird auch der Hebel 31 entgegen der Wirkung der Feder 4 nach links gedrückt
und somit der Steuerkolben 23 ebenfalls nach 1;i-nks verschoben, so d.aß er die
zum Zylinider des Arbeitskalbeus 26 führenden. überströmschlitze für das Druckmittel
freigibt und dieser durch das Druckmittel in entegegengesetzter R,ichtung wie der
Steuerkolben 23 verschoben! wird-. Diese Bewegung hält so lange an, bis der an ihr
teilnehmende Steuerkolben 23 die Überströmschlitze wieder verschlossen hat. Bei
dieser Verschiebung des Arbeitgkolbens z6. wird das Gestänge 3 ebenfalls nach rechts
verschoben und nimmt dabei die Verbindungsstange 5 sowie den Hebel 6 und den Nocken
7 mit, so. daß, der Kniehebel 9 Ibis i i im Uhrzei,gersinn;e .gedreht wird. und
durch Verschwenlcen des Hebels 12 um den Punkt 27 ebenfalls den Steuerkolbens 16
nach oben verschiebt, so daß das Drucköd den Arbeitskolben ig im öffnungssinne des
Abblasventi.ls i8 und daher, im Seinne einer Drehza'hlverminderung des- Turiboläufers
versc'hie'bt.
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Der Nocken 24 kannselbstverständlich so ausgebildet sein, daß das
höhenbetätigte- Korrekturglied nicht nur bei Erreichung der durch die mechanische
Beanspruchung der umlaufenden Teile des Tu:#böläufers gekennzeichneten Volldruckhöhe
zur Wirkung kommt, d. h. also @in diesem Fall, daß es die Drehzahl der Vofldruckhöh-e
anpaßt, sondern da'ß bei I-Iöchstlasts.telilung des Lei:stungshebel's der am Ladedruckwähler
selbst eingestellte Ladedruck den in den verschiedenen Höhen im Hinblick auf die
Drehzahl jeweils zulässigen Ladedruck nicht überschreitet. Das heißt also, daß die
die Drehzahl des Turboläufers bestimmenden. Regelorgane nicht nur in Väl1l,drudkh,öhe,
sondern auch in, jeder anderem Flughöhe sowohl durch den. Ladedruckwähler als auch
durch das. Korrekturglied gesteuert werden.
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Außer der dargestellten Anordnung zur Drehzahlbegrenzung durch Gasabblasen
ist! die Erfindung ibei .allen anderen Regelmethoden, wie Luftabblasen, Gas- oder
Luftdrosseln oder Veränderung des Beaufschlagungsgrades usw. anwendbar.