Motorsteuerungssystem für einen Flugdieselmotor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Motorsteuerungssystem für einen Flugdieselmotor für Propellerflugzeuge zur Steuerung der von Aktoren betätigten Einspritz-, Ladedruck-, Com- monraildruck- und Propellerregelventile das eine Mehrzahl Sensoren und eine mit diesen und den Aktoren verbundene Regelvorrichtung umfasst.
Es ist bekannt, mit Flugzeugkraftstoff (Kerosin) betriebene Kraftfahrzeug-Dieselmotoren zum Antrieb von Propellerflugzeugen einzusetzen. Derartige Flugdieselmotoren werden mit Turboladern zur Erzielung eines bestimmten Ladedrucks sowie mit einer Common-Rail-Einspritzung betrieben und verfügen dementsprechend über Einspritzventile sowie Ladedruck-, Raildruck- und Propellerregelventile, die von - den Ventilen zugeordneten - Aktoren betätigt werden. Die Steuerung der nicht redundanten Aktoren erfolgt - ausgehend von den von Sensoren erzeugten Sensorsignalen - mittels einer Motorsteuerung. Bei einer Störung in der Motorsteuerung ist jedoch die zuverlässige Funktion des Dieselmotors nicht mehr gewährleistet, und zwar mit im Falle des Einsatzes als Flugdieselmotor nicht vertretbaren Folgen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach ausgebildete, redundante Steuerung für die nicht re- dundanten Aktoren der Regelventile von Flugdieselmotoren anzugeben, die auch beim Auftreten von Fehlern eine sichere Funktion des Motors gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Motorsteue-
rungssystem gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Motorsteuerungssystem für einen Flugdieselmotor für Propellerflugzeuge zur Steuerung der von nicht redundanten Aktoren betätigten Einspritz-, Ladedruck-, Common- raildruck- und Propellerregelventile, das eine Mehrzahl Sensoren und eine mit diesen und den Aktoren verbundene Regelvorrichtung umfasst, sind zwei mit den Sensoren ver- bundene und jeweils an eine erste und an eine zweite Stromversorgung angeschlossene - erste und zweite - Triebwerksregler vorgesehen, die über einen seriellen Bus miteinander verbunden sind und über - mit dem ersten Triebwerksregler mit Spannung versorgte - Relais wahlwei- se an die Aktoren anschließbar sind, wobei die beiden
Triebwerksregler jeweils über eine Diagnosefunktion zur Berechnung des durch die erfassten Fehler bestimmten jeweiligen Health-Levels (A und B) verfügen, die über den seriellen Bus austauschbar sind und die miteinander ver- glichen werden. Bei einem unter dem Health-Level (B) des zweiten Triebwerksreglers liegenden Health-Level (A) des ersten Triebwerksreglers wird die Stromzufuhr zu den Relais unterbrochen, so dass der zweite Triebwerksregler über die abgefallenen Relais automatisch mit den Aktoren verbunden ist und mithin ein redundantes Motorsteuerungssystem für einen Flugdieselmotor vorliegt. Der Kern der Erfindung liegt in der automatisch umschaltbaren Verbindung der beiden miteinander kommunizierenden Triebwerksregler über Relais in Abhängigkeit von dem errechneten Health-Level. Wenn die Spannungsversorgung des ersten
Triebwerksreglers ausfällt oder der erste Triebwerksregler defekt ist, wird der zweite Triebwerksregler automatisch aktiviert. Durch einen Fehler am Ausgang des einen Triebwerksreglers wird der andere Triebwerksregler nicht beeinflusst, da beide nie direkt miteinander verbunden sind. Zudem führt in den meisten Fehlermodi ein Ausfall
eines Relais nicht zu einem vollständigen Motorausfall. Beispielsweise fällt das betreffende Relais bei einem Windungsschluss ab und der betreffende Ausgang wird von dem anderen Triebwerksregler angesteuert. Ist ein Relais- kontakt hochohmig, so wird es wahrscheinlich ein Kontakt des in der Regel aktiven ersten Triebwerksreglers sein. Dann kann die Steuerung immer noch über den zweiten Triebwerksregler erfolgen.
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind dem Flugdieselmotor wichtige, redundante Sensoren und weniger wichtige, nicht redundante Sensoren zugeordnet.
Gemäß einem noch anderen Merkmal der Erfindung sind die Relais über einen manuell betätigbaren Schalter angeschlossen, wobei die Umschaltung auf den zweiten Triebwerksregler vom Piloten durch manuelle Unterbrechung der Spannungsversorgung durchführbar ist. Das heißt, der Pilot kann wegen der nicht 100%-igen Fehlererkennung durch das Motorsteuerungssystem auch ein Umschalten auf den zweiten Triebwerksregler erzwingen.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist an beide Triebwerksregler eine Warnlampe zur Signalisierung eines nicht maximalen Health-Levels (A, B) angeschlossen. Der zur Kommunikation zwischen den beiden Triebwerksreglern vorgesehene serielle Bus ist vorzugsweise ein CAN-Bus .
Die Diagnosefunktion des ersten und zweiten Triebwerks- reglers beinhaltet das Erfassen von Fehlern und die Berechnung des Health-Levels auf der Grundlage der übermittelten Fehler, wobei die Fehler entsprechend ihrer Bedeutung für den Motorbetrieb unterschiedlich gewichtet werden. Die in den Health-Level eingehende Fehler umfassen im Wesentlichen Kurzschlüsse, defekte Sensoren, Überspannungen, Überdrehzahlen, einen zu hohen oder zu niedrigen
Rail- oder Ladedruck, fehlende serielle Kommunikation oder dgl ..
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen redundan- ten Motorsteuerungssystems wird anhand der Zeichnung, in der ein Schaltschema der Verknüpfung von zwei Motorsteuerungen mit einem Flugdieselmotor dargestellt ist, näher erläutert .
Das Motorsteuerungssystem umfasst zwei aus der Luftfahrt unter der Bezeichnung FADEC (Füll Authority Digital Engine Control) bekannte und daher hier nicht näher beschriebene voll digitale - erste und zweite - Triebwerksregler 1 (FADEC A) und 2 (FADEC B) , die über eine Verbindungs- platte 3 miteinander und mit einem Flugdieselmotor 4 verbunden sind und die jeweils an eine Spannungsversorgung 21, 22 angeschlossen sind. Der Flugdieselmotor weist vier Einspritzventile 5 bis 8 sowie ein Ladedruckregelventil 9, ein Raildruckregelventil 10 und ein Propellerregelven- til 11 auf, denen zur Betätigung jeweils nicht redundante Aktoren 5' bis 11' zugeordnet sind. Der Flugdieselmotor 4 verfügt des Weiteren über eine Mehrzahl für den Motorbetrieb wichtiger und daher redundanter Sensoren 12 (zum Beispiel Drehzahl, Leistungsvorgabe und dgl.) sowie weni- ger wichtiger und daher nicht redundanter Sensoren 13.
Die Anschlüsse 12' und 13' der redundanten und nicht redundanten Sensoren 12, 13 sind mit entsprechenden Anschlüssen 12'', 13'' der beiden Triebwerksregler 1 und 2 (FADEC A und FADEC B) verbunden. Andererseits sind die zur Ventileinstellung vorgesehenen Aktoren 5' bis 11' jeweils über eine Steuerleitung mit einem Relais 14 bis 20 auf der Verbindungsplatte 3 verbunden. Die Relais' 14 bis 20 sind über einen manuell betätigbaren Schalter 23 an den Triebwerksregler 1 angeschlossen. An den beiden Triebwerksreglern 1 und 2 sind jeweils Regelventilanschlüsse 5'' bis 8'' zur Steuerung der Aktoren 5' bis 8'
der Einspritzventile 5 bis 8 über die Relais 14 bis 17 und Regelventilanschlüsse 9'' bis H'' zur Steuerung der Aktoren 9' bis 11 'des Ladedruckregelventils 9, des Raildruckregelventils 10 und des Propellerregelventils 11 über die Relais 18, 19 und 20 vorgesehen. Darüber hinaus weist jeder Triebwerksregler 1 bzw. 2 jeweils zwei Anschlüsse 21' und 22' zur Spannungsversorgung 21 bzw. 22 sowie jeweils einen Anschluss 24', 25' zu einer Warnlampe 24 bzw. 25 auf. Schließlich ist am Triebwerksregler 1 noch ein Relaisanschluss 23' für die Verbindung über den Schalter 23 mit den Relais 14 bis 20 vorgesehen. Jeweils über eines der Relais 14 bis 20 sind die Einspritzventil- und Regelventilanschlüsse 5'' bis H'' des ersten Triebwerksreglers 1 (FADEC A) oder des zweiten Triebwerksreg- lers 2 (FADEC B) mit den Aktoren 5' bis 11' der Einspritzventile 5 bis 8 bzw. dem jeweiligen Regelventil 9 bis 11 verbunden. Zur seriellen Kommunikation zwischen den beiden Triebwerksreglern 1 und 2 (FADEC A und FADEC B) sind diese über einen seriellen Bus 26, hier einen CAN-Bus, und entsprechende Bus-Anschlüsse am jeweiligen Triebwerksregler 1 und 2 miteinander verbunden. Somit sind zwei identische Motorsteuerungen (FADEC A und FADEC B) vorhanden, die über den seriellen Bus 26 miteinander kommunizieren können und von denen jeweils eine aktiv ist und über die Relais 14 - 20 auf der Verbindungsplatte 3 mit den Aktoren 5' bis 11' für die am Flugdieselmotor 4 angeordneten Ventile (5 bis 11) verbunden ist, um diese anzusteuern .
Die beiden Triebwerksregler 1 und 2 haben interne Diagnosefunktionen, die beispielsweise die Kurzschlusserkennung an den Ausgängen (Anschlüssen) , die Erkennung von Überspannungen, defekten Sensoren, Überdrehzahlen, eines zu hohen oder zu niedrigen Ladedrucks oder Raildrucks, einer fehlenden seriellen Kommunikation und anderer Fehler umfassen. Die Diagnosefunktionen berechnen jeweils einen
sogenannten Health-Level A bzw. B, in dem die möglichen Fehler unterschiedlich stark gewichtet werden. Das heißt, dass beispielsweise der Ausfall eines weniger wichtigen Sensors zu einem kleineren Abfall des jeweiligen Health- Levels führt als der Ausfall eines wichtigen Sensors oder das Auftreten eines Kurzschlusses. Die beiden Triebwerksregler 1 und 2 kommunizieren über den seriellen Bus 26 miteinander. Der Triebwerksregler 1 (FADEC A) umfasst zudem einen Vergleicher, der die beiden berechneten Health- Level A und B miteinander vergleicht. Wenn beide Health- Level gleich sind (A = B) oder der Health-Level des Triebwerksreglers 1 größer als der des Triebwerksreglers 2 ist (A > B) , schaltet der Triebwerksregler 1 die Relais auf der Verbindungsplatte 3 ein und hat somit die Kon- trolle über die Aktoren 5' bis 11'. Wenn jedoch der
Health-Level B des Triebwerksreglers 2 (FADEC B) einen höheren Wert als der Health-Level A hat, werden die Relais 14 bis 20 abgeschaltet, so dass - wie in der Zeichnung dargestellt - der Triebwerksregler 2 (FADEC B) die Kontrolle über die Aktoren 5' bis 11' hat. Mit der an jeden Triebwerksregler 1 und 2 angeschlossenen Warnlampe 24 bzw. 25 wird außerdem das Nichterreichen des maximalen Health-Levels A oder B signalisiert. Da eine 100%-ige Fehlererkennung praktisch nicht möglich ist, hat der Pilot über den Schalter 23 außerdem die Möglichkeit, die Verbindung der Relais 14 bis 20 mit dem Triebwerksregler 1 zu unterbrechen und damit die Relais 14 bis 20 manuell auf den Triebwerksregler 2 umzuschalten. Bei einem Ausfall der Spannungsversorgung 21 des Triebwerksreglers A fallen die Relais 14 bis 20 ab und der Triebwerksregler 2 wird automatisch aktiv. Auch bei einem Defekt des Triebwerksreglers 1 ist der Triebwerksregler 2 aufgrund der nicht eingeschalteten Relais automatisch aktiv.
Bezugszeichenliste
I erster Triebwerksregler (FADEC A) 2 zweiter Triebwerksregler (FADEC B)
3 Verbindungsplatte
4 Flugdieselmotor 5 - 8 Einspritzventile
9 Ladedruckregelventil 10 Raildruckregelventil
II Propellerregelventil 5' - 11' Aktoren v. 5 - 11
5'' - H'' Einsprit z-/Regelventilanschlüsse von 1, 2
12 redundante Sensoren v. 4 13 nicht redundante Sensoren v. 4
12', 13' Sensoranschlüsse an 4
12'', 13'' Sensoranschlüsse an 1, 2
14 - 20 Relais auf 3
21, 22 Spannungsversorgung v. 1, 2 23 manueller Schalter
23' Relaisanschluss v. 1
24, 25 Warnlampe v. 1, 2
26 serieller Bus
26' Busanschluss an 1, 2