DE924910C

DE924910C - Control device for the fuel supply of an internal combustion engine with continuous injection of the fuel into the combustion chamber, in particular a combustion gas turbine

Info

Publication number: DE924910C
Application number: DES19666A
Authority: DE
Inventors: Joseph Szydlowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-03-19
Filing date: 1950-09-27
Publication date: 1955-03-10

Description

Regelungsvorrichtung für die Brennstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum, insbesondere einer Brenngasturbine Der Lauf einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum ist von ihrer Brennstoffzufuhr abhängig, so daß es zur Erhaltung der Maschine unumgänglich notwendig ist, für ihre Brennstoffzufuhr bestimmte Bedingungen zu beachten. Dies trifft in erhöhtem Maße für Brenngasturbinen zu, die gegenüber Erhöhung der Verbrennungsgastemperatur äußerst empfindlich sind. Es ist deshalb notwendig, bei einer solchen Brennkraftmaschine eine Regelung des Brennstoffeinlasses in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine und von der Temperatur der Verbrennungsgase vorzusehen, damit beide nicht eine gewisse Höhe überschreiten. Im allgemeinen wirddie erstereRegelung mittels eines Zentrifugal:reglers, durchgeführt, der auf ein Regelorgan in der Brennstoffzuflußleitung zwischen Brennstoffpumpe und Brennkraftmaschine einwirkt. Zur ordnungsgemäßen Wirkungsweise des Kraftreglers ist es notwendig, daß die Brennstoffzufuhr bei konstantem Druck erfolgt, wobei dieser Druck andererseits einstellbar sein muß.Control device for the fuel supply of an internal combustion engine with continuous injection of fuel into the combustion chamber, in particular of a combustion gas turbine The running of an internal combustion engine with continuous injection of the fuel in the combustion chamber depends on its fuel supply, so that it is absolutely necessary for the maintenance of the machine for its fuel supply certain conditions to be observed. This applies to a greater extent to fuel gas turbines which are extremely sensitive to an increase in the combustion gas temperature. It is therefore necessary in such an internal combustion engine to regulate the Fuel inlet as a function of the engine speed and the temperature to provide the combustion gases so that both do not exceed a certain level. In general, the former control is carried out by means of a centrifugal regulator, on a control element in the fuel supply line between the fuel pump and Internal combustion engine acts. For the correct operation of the force controller it is necessary that the fuel supply is carried out at constant pressure, with this Pressure on the other hand must be adjustable.

Zweck der Erfindung ist die Vereinfachung dieser notwendigen Regelungsvorrichtungen. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß die auf die Temperatur der Verbrennungsgase ansprechenden Regelungsmittel in einem Nebenschluß zur Brennstoffpumpe arbeiten und mit Drosselventilen für den Durchlaß des Brennstoffes in dem Nebenschluß kombiniert sowie mit einer zusätzlichen Regelungseinrichtung verbunden sind, um den Auslaßdruck der Brennstoffpumpe auf einem regelbaren konstanten Wert zu halten, wobei die zusätzliche Regelungseinrichtung mit dem Nebenschluß derart zusammenwirkt, daß unter der Wirkung des von dem Brennstoff ausgeübten Druckes, dessen Auslaß durch Drosselventile begrenzt wird, um je nach den Umständen einen um dieBrennstoffpumpe herumgeführten N ebenschluß zu öffnen oder zu schließen und so die der Brenn kraftmaSChlne zugeführte Brennstoffmenge zu ändern.The purpose of the invention is to simplify these necessary regulating devices. This is achieved according to the invention in that the temperature of the combustion gases appealing Control means in a bypass to the fuel pump work and with throttle valves for the passage of the fuel in the shunt combined and connected to an additional control device in order to to keep the outlet pressure of the fuel pump at an adjustable constant value, the additional control device interacting with the shunt in such a way that that under the action of the pressure exerted by the fuel, its outlet through Throttle valves is limited to one around the fuel pump, depending on the circumstances led around to open or close and so that of the internal combustion to change the amount of fuel supplied.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung- schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. i eine Speisevorrichtung, bei welcher die Begrenzung der Brennstoffmenge durch allmähliche Regelung der Brennstofflieferung erhalten wird, Fig. 2 und 3 eine Vorrichtung zur Steuerung des Kontaktes zur Bestimmung der Ansprechtemperatur der Regelvorrichtung in geschlossener und geöffneter Stellung.In the drawing is an embodiment of the subject matter of Invention shown schematically. It shows Fig. I a feed device at which limits the amount of fuel by gradually regulating the fuel delivery 2 and 3 show a device for controlling the contact for determination the response temperature of the control device in the closed and open position.

Die in Fig. i dargestellte Verbrennungsvorrichtung umfaßt eine einzige Brennkammer oder mehrere Brennkammern, welche in einem Gehäuse i" angeordnet sind und die Verbrennungsgase für die Schaufeln einer in einem Gehäuse 2a enthaltenen Gasturbine liefern. Die Brennkammer i" wird mit Brennstoff durch eine Pumpe 3a gespeist, welche diesen Brennstoff über eine Leitung 4a aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter ansaugt. Die Pumpe 3a fördert den Brennstoff durch eine Leitung 5a. Zur. Regelung des Druckes des geförderten Brennstoffes ist in einen Nebenschluß 7a ein Ventil 6a eingeschaltet. Der Nebenschluß 7a mündet vor und hinter der Pumpe 3a, so daß der flüssige Brennstoff mit einem konstanten, aber regelbaren Druck geliefert wird.The combustion apparatus shown in Fig. I comprises a single one Combustion chamber or several combustion chambers which are arranged in a housing i ″ and the combustion gases for the blades of one contained in a casing 2a Supply gas turbine. The combustion chamber i "is fed with fuel by a pump 3a, which this fuel via a line 4a from a storage container, not shown sucks. The pump 3a conveys the fuel through a line 5a. To the. regulation of the pressure of the fuel delivered is a valve in a bypass 7a 6a switched on. The shunt 7a opens in front of and behind the pump 3a, so that the liquid fuel is supplied with a constant but controllable pressure.

In der Leitung 5a ist ein Ventil 8" zur Regelung der in eine Leitung 9a zu fördernden Brennstoffmenge angeordnet, mit welcher die Brennkammern gespeist werden. Das Ventil 8a ist durch eine Stange roa mit der beweglichen Reglermuffe iia eines Fliehkraftreglers i?," befestigt. Die Fliehgewichte 13" des Reglers 12, werden durch eine Welle i4" in Umdrehung versetzt, welche in nicht dargestellter Weise mit den umlaufenden Organen der Turbine verbunden ist. Der Wirkung der Fliehgewichte i3" auf die Reglermuffe iia wirkt- eine Rückführungsfeder 15a entgegen.In the line 5a is a valve 8 ″ for regulating the in a line 9a arranged amount of fuel to be conveyed, with which the combustion chambers are fed will. The valve 8a is connected to the movable regulator sleeve by a rod roa iia of a centrifugal governor i ?, "attached. The flyweights 13" of the governor 12, are set in rotation by a shaft i4 ″, which is not shown in FIG Way is connected to the rotating organs of the turbine. The effect of the flyweights A return spring 15a counteracts i3 ″ on the regulator sleeve iia.

In der Leitung 5" ist ein von Hand betätigbares Ventil 30 vorgesehen, mit welchem die Brennstoffmenge von Hand geregelt werden kann. Am Austritt der Verbrennungsgase aus den in dem Gehäuse i" enthaltenen Kammern ist eine thermoelektrische Sonde 23a angeordnet, welche durch die Leiter 22a mit- der Spule eines Relais Zia in Reihe geschaltet ist. In den Stromkreis 22-a ist ein Widerstand q.o eingeschaltet, der durch einen Kontakt 41 kurzgeschlossen werden kann. Der bewegliche Anker igä des Relais Zia ist in einen Stromkreis mit der Stromquelle i8" und der Wicklung eines Elelctromagneten 17a eingeschaltet. Der bewegliche Anker igä als Kontaktglied gestattet die Einschaltung oder die Unterbrechung des Stromes in der Wicklung 17a. Der Elektromagnet 17, steuert mit seinem beweglichen Anker ein Ventil 37. A manually operated valve 30 is provided in the line 5 ″, with which the fuel quantity can be regulated by hand - the coil of a relay Zia is connected in series. A resistor qo, which can be short-circuited by a contact 41, is connected to the circuit 22-a. The movable armature igä of the relay Zia is connected to a circuit with the current source i8 "and the winding of an Elelctromagneten 17a. The movable armature igä as a contact element allows the switching on or interruption of the current in the winding 17a. The electromagnet 17 controls with its movable armature a valve 37.

Das Ventil 37 ist in einem zweiten Nebenschluß 36 der Brennstoffpumpe 3a angeordnet, der ebenfalls vor der Pumpe 3" in die Leitung 4a und hinter der Pumpe 3a in die Leitung 5a mündet, wobei die letztere hinter, der entsprechenden Einmündung des Nebenschlusses 7a liegt-Das Ventil 6" zur Konstanthaltung des Druckes weist in einem Zylinder 33 eine Kammer auf, von der eine Wand durch einen beweglichen. Kolben oder Membran 43 gebildet wird, die die Stange des den Nebenschluß 7a _ verschließenden Ventils 44 trägt. Zwischen dem beweglichen Organ 43 und einem weiteren in dem Zylinder 33 gleitenden beweglichen Kolben 32 ist eine Feder 31 angeordnet. Der Zylinder 33 steht einerseits über einen Stutzen mit einer D@rosselstelle34 mit der Leitung 5" und andererseits über einen Stutzen mit einer Drosselstelle 35 mit der Kammer des Ventils 37 in Verbindung. Der Nebenschluß 36 enthält also hintereinander das Ventil 37, die Drosselstelle 35, die Kammer des Zylinders 33 und die Drosselstelle 34.The valve 37 is in a second bypass 36 of the fuel pump 3a arranged, which is also in front of the pump 3 ″ in the line 4a and behind the pump 3a opens into the line 5a, the latter behind the corresponding junction of the shunt 7a is located - The valve 6 ″ points to keep the pressure constant a chamber in a cylinder 33, one wall of which is through a movable one. Piston or membrane 43 is formed, which closes the rod of the shunt 7a _ Valve 44 carries. Between the movable member 43 and another in the cylinder 33 sliding movable piston 32, a spring 31 is arranged. The cylinder 33 stands on the one hand via a nozzle with a D @ rosselstelle34 with line 5 " and on the other hand via a nozzle with a throttle point 35 with the chamber of the Valve 37 in connection. The shunt 36 thus contains the valve one behind the other 37, the throttle point 35, the chamber of the cylinder 33 and the throttle point 34.

Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn die Temperatur des Thermo.-elementes 23a unter der gewählten Temperatur liegt, wird der Antriebselektromagnet 17a nicht erregt, und das Ventil 37 ist geschlossen. Die Wicklung des Relais Zia erhält. nämlich keinen für die Schließung des Kontaktes iga ausreichenden Strom. Der Brennstoffdruck in dem Zylinder 33 ist gleich dem- Druck -dieses Brennstoffes in der Leitung 5a, und die Feder 31 ist am stärksten zusammengedrückt. In diesem Fall erfolgt die Regelung der Brennstoffzufuhr zu den Brennkammern ausschließlich durch den Drehzahlregler.The device described above works as follows: When the The temperature of the thermocouple element 23a is below the selected temperature the drive solenoid 17a is not energized and the valve 37 is closed. the Winding of relay Zia receives. namely none for the closing of the contact iga sufficient electricity. The fuel pressure in the cylinder 33 is equal to Pressure of this fuel in the line 5a, and the spring 31 is strongest pressed together. In this case, the fuel supply to the is regulated Combustion chambers exclusively through the speed controller.

Wenn die Temperatur des Thermoelementes 23, den gewählten Wert erreicht oder überschreitet, wird das Relais Zia genügend erregt und der Kontakt iga geschlossen. Die Wicklung 17" erhält Strom, und das Ventil 3-7 wird geöffnet. Die Kammer 33 entleert sich allmählich über die Drosselstelle 3-5 und den Nebenschluß 36, die Feder 31 entspannt sich, so daß der Druck des Brennstoffes in der Leitung 5, allmählich gesenkt wird, bis die Temperatur des Thermoelementes-23a unter die gewählte Temperatur sinkt. Der Druck des Brennstoffes in der Leitung 5a und in der Leitung 9a fällt nämlich, und die in der Zeiteinheit den Brennkammern zugeführte Brennstoffmenge nimmt -allmählich aib. Die Temperatur sinkt ebenfalls am Ausgang dieser Kammern und somit in der Nähe des Thermoelementes. Wenn die Temperatur des Thermoelementes 21, niedriger als die gewählte Temperatur ist, wird das Relais Zia nicht mehr hinreichend erregt, und der - Kontakt iga öffnet sich, so daß das Ventil 37 wieder unter der Einwirkung seiner Feder geschlossen wird, da die Wicklung 17a stromlos geworden ist. Der Brennstoff füllt allmählich die Kammer 33 über die Drosselstelle 34 und drückt langsam die Federar zusammen., so daß der Druck in der Leitung 5" ebenfalls allmählich zunimmt und die Vergrößerung der Zufuhr zu den Brennkammern ermöglicht. Die Verbrennungstemperatur steigt dann wieder bis zu der gewählten Temperatur.When the temperature of the thermocouple 23 reaches or exceeds the selected value, the relay Zia is sufficiently energized and the contact iga is closed. The winding 17 ″ receives current and the valve 3-7 is opened. The chamber 33 empties gradually via the throttle point 3-5 and the bypass 36, the spring 31 relaxes, so that the pressure of the fuel in the line 5, is gradually decreased until the temperature of the thermocouple -23a falls below the selected temperature. The pressure of the fuel in the line 5a and in the line 9a falls, and the amount of fuel supplied to the combustion chambers in the unit of time gradually increases. The temperature drops also at the exit of these chambers and thus in the vicinity of the thermocouple. If the temperature of the thermocouple 21 is lower than the selected temperature, the relay Zia is no longer sufficiently energized and the contact iga opens, so that the valve 37 again is closed under the action of its spring, since the winding 17a has become de-energized. The fuel gradually fills the chamber 33 via the throttle point 34 and presses for a long time sam the Federar together., so that the pressure in the line 5 "also increases gradually and allows the supply to the combustion chambers to be increased. The combustion temperature then rises again up to the selected temperature.

Von diesem Augenblick an kann der oben beschriebene Kreislauf wieder beginnen. Durch Bemessung bzw. Einstellung des Querschnittes der Drosselstellen 34 und 35 und Anpassung dieser Einstellungen an die Kenngrößen der Anlage kann man die wirklichen Schwankungen der Verbrennungstemperatur um die gewählte Temperatur auf sehr kleine Änderungen beschränken.From this moment on, the cycle described above can resume kick off. By dimensioning or setting the cross-section of the throttle points 34 and 35 and adaptation of these settings to the characteristics of the system can be the real fluctuations in the combustion temperature around the selected temperature limit to very small changes.

Es ist häufig erforderlich, die Leistung der Brennkraftmaschine für bestimmte Zeit zu erhöhen, z. B. im Augenblick des Abflugs eines Flugzeuges, wenn die Turbine 2.a die Antriebskraft eines Flugzeuges liefert. Für diese Mehrleistung ist wieder eine zeitweilige Erhöhung der Verbrennungstemperatur erforderlich. Dies wird erfindungsgemäß mit Hilfe des Kontaktes 41 durch Öffnung des Stromkreises des in den Stromkreis des Therm@celementes 23a eingeschalteten Widerstandes 4o ermöglicht. Dieser Widerstand 4o bewirkt die Erhöhung der Temperatur, auf welche das Relais Zia anspricht.It is often necessary to increase the power of the internal combustion engine for to increase certain time, e.g. B. at the moment of departure of an aircraft, if the turbine 2.a supplies the propulsion power of an aircraft. For this extra performance a temporary increase in the combustion temperature is required again. this is according to the invention with the help of the contact 41 by opening the circuit of the in the circuit of the Therm @ celementes 23a enabled resistor 4o. This resistance 4o causes the increase in temperature to which the relay Zia speaks.

Die Betätigung des Kontaktes 41 kann auch mit der des Regelhebels 30 verbunden werden, so, daß der Kontakt 41 nur für die Stellung der weitesten Öffnung des Ventils 30 geöffnet wird.The actuation of the contact 41 can also be connected to that of the control lever 30 so that the contact 41 is only opened for the position of the widest opening of the valve 30 .

Um zu vermeiden., daß die zeitweilig erzwungene tJ6erlastung zu lange dauert, wird die öffnungsdauer des Kontaktes 41, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, durch eine Zeitschaltvorrichtung begrenzt. Diese Vorrichtung besitzt ein nicht dargestelltes Uhrwerk, welches langsam ein Rad ioi in Umdrehung versetzt, das eine gewisse Zahl von Nocken trägt und selbsttätig stehenbleibt, wenn ein Nocken nach ,einer gewissen Zeit die Stellung der vorhergehenden eingenommen hat.In order to avoid that the temporarily forced load is too long lasts, the opening time of the contact 41, as shown in Fig. 2 and 3, limited by a timer. This device has one not shown Clockwork, which slowly sets a wheel in rotation, that a certain number of cams and stops automatically when a cam follows a certain Time has taken the position of the previous one.

Wenn man den Kontakt4i öffnen -will, schwenkt man den Hebel rot von N nach S, wodurch die Stange 104 mittels des Anschlags io5 nach links verschoben und gleichzeitig auf den Hebel 103 eingewirkt wird, welcher die Zeitschaltvorrichtung auslöst und den Kontakt 4i mittels eines auf der Stange 104 angebrachten Anschlags unterbricht.If you want to open the Kontakt4i, swivel the lever red from N to S, as a result of which the rod 104 is displaced to the left by means of the stop io5 and at the same time acting on the lever 103 which is the timer triggers and the contact 4i by means of a stop mounted on the rod 104 interrupts.

Der Nocken des Rades ioi hebt die Stange io4 langsam an, die nach einer gewissen Zeit, die kleiner als t ist und vonderBewegungsgeschwindigkeit des Nockens des Rades ioi abhängt, von dem Ende des Hebels io2 freikcmmt und durch die Feder io6 nach rechts zurückgeführt wird, wodurch der Kontakt 4i wieder geschlossen wird.The cam of the wheel ioi slowly lifts the rod io4, which after a certain time, which is less than t and the speed of movement of the Cam of the wheel ioi depends on the end of the lever io2 free and through the Spring io6 is returned to the right, whereby contact 4i is closed again will.

Um den Kontakt 41 von neuem zu öffnen, ruß der Hebel io2 in die Stellung N zurückgeführt und dann wieder nach S bewegt werden.In order to open the contact 41 again, the lever io2 soot in the position N and then moved back to S again.

Es ist selbstverständlich, daß man, ohne den Rahmen der Erfindung- zu verlassen, Veränderungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vornehmen kann. Insbesondere kann der thermische Regler 23a anstatt über die elektromagnetische Antriebsvorrichtung Zia auf das Ventil für konstanten Druck einzuwirken, einen Elektromotor steuern, der das Ventil 30 langsam schließt und ebenso wieder öffnet, je nach der Richtung des Steuerstromes. Ebenso kann die elektromagnetische Steuerungsvorrichtung Zia auf den Drehzahlregler durch einen Elektromotor einwirken, der die Drehzahl langsam in dem gewünschten Sinn verändert, indem er auf die Feder 15 der Fliehgewichte einwirkt.It goes without saying that, without departing from the scope of the invention, changes can be made to the embodiments described above. In particular, instead of acting on the constant pressure valve via the electromagnetic drive device Zia, the thermal controller 23a can control an electric motor which slowly closes the valve 30 and also opens it again, depending on the direction of the control current. Likewise, the electromagnetic control device Zia can act on the speed regulator through an electric motor which slowly changes the speed in the desired sense by acting on the spring 15 of the flyweights.

Unter diesen Bedingungen(bleibt die Veränderung der Fördermenge mit der Zeit die gleiche wie die vorstehend beschriebene. Die kinematischen Verbindungen zur Erzielung derartiger Einwirkungen auf das Ventil 30 oder den Drehzahlregler sind wohlbekannt und brauchen nicht näher beschrieben zu werden.Under these conditions (the change in flow rate over time remains the same as that described above. The kinematic connections for achieving such effects on the valve 30 or the speed controller are well known and need not be further described.

Was ferner den elektrischen Teil der Vorrichtung anbetrifft, so kann man für diesen andere Ausführungsformen wählen, insbesondere hinsichtlich der Verstärkung des von dem Thermoelement 23a gelieferten Stromes und der VerzögeTungsvorrichtung.As for the electrical part of the device, so can you can choose other embodiments for this, especially with regard to the reinforcement the current supplied by the thermocouple 23a and the delay device.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control device for the fuel supply to an internal combustion engine, in particular a combustion gas turbine, in which on the Temperature of the combustion gases responsive control means on one of the fuel pump associated shunt act, characterized in that in your temperature-dependent Shunt (33, 36) adjustable throttle points (34, 35) are arranged and that a second shunt (7a, 4a) is assigned to the pump (3a), the control valve of which (44) on the difference between the full delivery pressure of the pump (3a) and the pressure is controlled between the throttle points (34, 35) and the delivery pressure of the pump (3a) with given: -nen operating conditions keep constant.

2. Control device according to claim i, characterized in that in the shunt @ (3, 3, 36) with the Throttling points (34, 35) a valve (37) controlled by an electromagnet (17a) is arranged, the drive magnet (17a) of a thermoelectric relay (23a) is controlled in the combustion gas flow.

3. Control device according to claim i, characterized in that in the second shunt (7a) a chamber (6a) with variable volume is arranged and that the bypass valve (44) on a spring-loaded membrane (43) is attached, the counter-pressure spring (3i) on a movable piston (32) of a second chamber (33) of variable volume supported, which is in the shunt (36) and the pressure of the temperature changes of the combustion gases controlled via the bypass valve (37) will. q .. Control device according to claim 3, characterized in that the Passage of the first chamber (6a) with variable volume into the outlet line (5a) the fuel pump (3a) between, its outlet and the inlet to the chamber (33) opens with the throttle valve (3q.). Control device according to claim q., Characterized characterized in that in the outlet line (5a) of the fuel pump (3a) a by hand actuated. Control element (3.0) is arranged for the fuel supply. 6. Control device according to claim 2, characterized in that in the circuit of the thermoelectric: Element (23a) a series-connected resistance element (4o) and a Short-circuit contact (q.1) are switched on for this. 7. Control device according to Claim 6, characterized in that the short-circuit contact (q.1) can be operated by hand is. B. Control device according to claim 5 and 6, characterized in that the short-circuit contact (q.1) for the resistance element (q.0) with the control element (30) in the outlet line (5a) 'of the fuel pump (3a) connected in the manner is that the short-circuit contact (q.1) is open when the control element (30) is in the maximum open position.