DE2042541C3

DE2042541C3 - Kraftstoffeinspntzanlage fur Fahrzeuggasturbinen

Info

Publication number: DE2042541C3
Application number: DE2042541A
Authority: DE
Inventors: Franz 7000 Stuttgart Eheim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-08-27
Filing date: 1970-08-27
Publication date: 1973-09-27
Also published as: DE2042541B2; ES394521A1; DE2042541A1; PL73504B1; FR2101347A5; AT309155B; SE414071B; US3797235A; RO61102A; BR7105603D0

Description

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (30) ein induktives Rückmeldeglied (32) betätigt.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (17) zwecks Kühlung von Kraftstoff umspült wird.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, mit einem induktiven Drehzahlgeber, dessen magnetischer Kreis innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis aus einer mit der Pumpenanlriebswelle (2) verbundenen Zahnscheibe (49) und zwei diametral gegenüberliegenden Gebern (54) besteht, die je ein eine Induktionsspule (51) tragendes Joch (50) haben, dessen der Zahnscheibe (49) gegenüberliegendes Ende eine entsprechende Zahnung aufweist.

7. Kraftstofleinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil (36) in bekannter Weise zum Zumeßventil (13) hydraulisch in Reihe geschaltet ist.

8. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil (36) in bekannter Weise eine vom Differenzdruck beaufschlagte Membran (37) hat, die in ihrem mittleren Bereich mit einem gehäusefesten Flachsitzteil (39) zusammenarbeitet (Fig. 8) oder auf einen Steuerschieber(133) einwirkt (F i g. 9).

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für Fahrzeuggasturbinen, mit einer kontinuierlich fördernden Einspritzpumpe, in deren zu den Einspritzdüsen führenden Druckleitung der Steuerschieber eines Zumeßventils angeordnet ist, der in einer nut Steuerschlitzen versehenen Buchse gleitbar ge-Sgeri und durch ein von Betriebskenngroßen beeinflußtes Elektromagnetsystem venj^bar «it und der S eine -nit einer Steuerkante versehene Ringnut auiweTst^owie mit einer den Druckabfall am Zumeßventil konstant haltenden Vorrichtung (Differenz-

^drBd^Vderartigen Kraftstoiieinspritzanlagen wkJ an-ίο gestrebt, mit einer den Betriebsbedingungen der Gasfurbine entsprechenden auf das ZumeßvenUl wirkenden Stellgröße eine dieser entsprechende Durchströmquerschnittsänderung zu erreichen und mittels eine, möglichst konstanten Druckgefalles an diesem Durchströmquerschnitt eine dem freien Querschnitt entsprechende gleichbleibend genaue kraftstoffcumessung zu erhalten, die unabhängig von den Drukken vor^gund nach dieser Zumeßstelle ist. Dabei muß die Kraftstoffeinspritzanlage selbst in hohem Maße ao zuverlässig arbeiten und Sicherheitseinrichtungen, z.B. bei Überdrehzahl und Übertemperatur, cnt-

Esisl bekannt, bei derartigen Regelvorrichtungen ein Zumeßventii in der Kraftstoffleitung vorzusehen,

*5 das auf Grund der Abweichung einer vorgewählten Drehzahl von einer Isturehzahl gesteuert und an dem das Druckgefälle durch ein Differenzdruckventil möglichst konstant gehalten wird. Derartige Vorrichtungen dienen dazu, Abweichungen einer zu

regelnden Betriebsgröße auf einen Nullwert emzu-

Bd"einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage für Gasturbinen ist der Durchströmquerschnitt des KraftstolTzumeßventils durch ein mit dem SteuerschieDer

des Kraftstoffzumeßvcntils unmittelbar verbundenen Elektromagnetsystems änderbar. Dabei dient als Steuergröße direkt die drehzahlabhbiidge Spannung eines Generators, der mit festem Übersetzungsverhältnis von der Gasturbine angetrieben wird. Dies

hat den Nachteil, daß die Drehzahl der Gasturbine nur langsam auf den ungefähr gewünschten Wert einstellbar ist Die Anlage wird weiterhin unkontrollierbar durch den auf die Einspritzleitungen rückwirkenden Brennraumdruck und durch die sich ändernde

Brennstoffdurchsatzmenge, die sich direkt auf den Durchströmquerschnilt des Zumeßventils auswirkt, in ungünstiger Weise beeinflußt. Die Anlage arbeitet folglich ungenau. Es wird ferner bei dieser Anordnung ein federbelasteter Hubmagnet verwendet und

als Zumeßventil ein axial verschiebbarer Schieber, was unerwünschter Weise einen verhältnismäßig großen Bauraum bedingt.

Es ist jedoch äußerst schwierig, mechanische Regler zu entwickeln, die den Erfordernissen moderner

Gasturbinen entsprechen und schnell genug auf Änderungen der Betriebsbedingungen reagieren und erforderliche Korrekturen vornehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler zu schaffen, der den Erfordernissen moderner

Gasturbinen entspricht, zuverlässig arbeitet unter Vermeidung unkontrollierter Beeinflussung der Einspritzmenge dutch Betriebsgrößen der Gasturbine und der eine kompakte kleine Bauform hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

löst, daß das Elektromagnetsystem für Drehbewegung ausgebildet und der Steuerschieber drehbar gelagert ist und seine Steuerkante von zwei sich diametral gegenüberliegenden schrägen Flächen gebildet wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Gegen- F i g. 7 ein Differenzdruckventil mit Membran und

Standes der Erfindung besteht darin, daß der Ver- Steuerschieber.

Stellwinkel des Steuerschiebers durch eine mit ihm F i g. 1 zeigt schematisch eine Kraftstoffeinspritzfest verbundene Kurvenscheibe, die mit Anschlägen anlage KA einer für Fahrzeuge bestimmten Zweizusammenwirkt, begrenzbar und der Steuerschieber 5 Wellen-Gasturbine mit einem Verdichter V für die im stromlosen Zustand des Mengenstellwerkes durch Verbrennungsluft, einer Verdichterturbine·VT, einem eine Rückholfeder auf Null zurückstellbar ist und durch eine Steuereinrichtung L V hydraulisch veraußerdem, daß die Kurvenscheibe ein induktives stellbaren Leitapparat L vor der Arbeitsturbine A T Rückmeldeglied betätigt. Bei einer Ausführungsform und einem Wärmetauscher WT, in dem die Verbrender eingangs beschriebenen Anlage mit einem induk- ie> nungsluft durch Abgas erwärmt wird,
liven Drehzahlgeber, dessen magnetischer Kreis in- Die Kraftstoffeinspritzanlage KA enthält eine von nerhalb des Gehäuses angeordnet ist, besteht eine der Verdichterturbine VT angetriebene Einspritzweitere Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfin- pumpe-3, die aus einem Kraftstofftank K Kraftstoff dung darin, daß der magnetische K,eis aus einer mit über ein Zumeßventil 13, an dem ein Differenzdruckder Pumpenantriebswelle verbundenen Zahnscheibe 15 ventil 36 eine konstante Druckdifferenz aufrecht- und zwei diametral gegenüberliegenden Gebern be- erhält und dessen Steuerschieber elektromagnetisch sieht, die je ein eine Induktionsspule tragendes von einem Mengenstellwerk 17 betätigbar ist, zu joch haben, dessen der Zahnscheibe gegenüber- Düsen D in einer Brennkammer BK fördert. Der ge-Iiegendes Ende eine entsprechende Zahnung auf- wünschte Betriebszustand der gasturbine läßt sich weist. _{ao am} Gaspedal A willkürlich einstellen, wobei die Stel-

Bei der elektronischen Regelung von mit Gas- lung des Pedals A den Sollwert für den elektronischen turhinen angetriebenen Kraftfahrzeugen ist es erfor- Regler ER darstellt. Der tatsächliche Betriebszustand «terlich. Wandler zu schaffen, die die elektrischen der Gasturbine wird dem elektronischen Regier ER Ausgangsgrößen der elektronischen Steuergeräte in einerseits von einem induktiven Rückmeldeglied 32, mechanische Größen umformen, womit dann auf den 25 das mit dem Steuerschieber des Zumeßventils ver-Betriebszustand der Gasturbine eingewirkt wird. Ein bunden ist und auf dessen der Durchflußmenge entclektronischcr Reglertyp ist vom Prinzip her für alle sprechenden Stellung anspricht und andererseits von Arien von Gasturbinen geeignet, denn die jeweiligen einem mit der Einspritzpumpenwelle 2 verbundenen Kennlinien sind leicht daran einzustellen; bei mecha- induktiven Drehzahlgeber 48 gemeldet. Bei Ahweinischen Reglern dagegen muß für jeden Gasturbinen- 30 chung von der Sollwertvorgabe erfolgt dann durch typ ein spezieller Regler oder komplizierte Zusatz- ein entsprechendes Signal vom elektronischen Regler geräte zum Grundtyp entworfen werden. Mit Hilfe ER eine Korrektur des Durchflußquerschnitts am iks innerhalb des Pumpengehäuses angeordneten Zumeßventil. Ein Überdruckventil 100 zwischen Drehmagnetsystems ist es in einfacher Weise mög- Pumpendruck- und -saugseite begrenzt den Maximallich, eine elektrische Steuergröße in eine derartige 35 druck in der Kraftstoffeinspritzanlage KA.
mechanische Steuergröße umzuwandeln, die eine In Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Zumeßventil Veränderung der Einspritzmenge bewirkt. Der raum- 13 der Kraftstoffeinsprit/anlage gezeigt, die innerhalb sparend in das Reglergehäuse integrierte induktive des Reglergehäuses 1 eine über die Antriebswelle 2 Drehzahlgeber enthält vorteilhafterweise aus Sicher- von der Verdichterlurbine angetriebene Zahnradheitsgründen und zum Aasgleich von auftretenden 40 pumpe 3 enthält, die Kraftstoff über die Bohrung 4 Rundlauftoleranzen des Luftspaltes zwei diametral in eine Ringnut 5 einer Gleitbuchse 6 fördert, von gegenüber angeordnete Geber. wo aus der Kraftstoff über Bohrungen 7 in eine

In vorteilnafter Ausgestaltung ist der Drehschieber Ringnut 8 gelangt, die vom Steuerschieber 11 und

reibungsarm zwischen Spitzen gelagert, die sich einer- der Innenbohrung 14 der Gleitbuchse 6 gebildet wird,

seits auf einer Einstellschraube und andererseits auf 45 Die Bohrung 4 kann erforderlichenfalls als hydrau-

cinem federnden Glied abstützen. Dadurch läßt sich lisches Dämpfungselement (Speicher) ausgebildet

auf einfache Weise eine Anpassung des Zumeßventils sein. Die beiden Steuerkanten 12 des Steuerschiebers

an die jeweilige zugehörige. Anlage erzielen. 11 und die entsprechenden Steuerschlitze 15 Nlden

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den ein Zumeßventil, dessen Durchflußquerschnitt 21

Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden 50 durch ein direkt mit dem Steuerschieber 11 verbun-

näher beschrieben. Es zeigt denes Mengenslellwerk 17 änderbar is*. Das Mengen-

F i g. 1 eine schematische Anordnung einer Kraft- stellwerk enthält einen Drehmagneten Ii!, der drehbar

Stoffeinspritzanlage für eine Zwei-Wellen-Gasturbine zwischen den beiden Spulen 19 angeordnet ist, die

mit verstellbarem Leitapparat vor der Arbeitsturbine sich auf einem Kern 20 befinden, so daß sich i'ber

und dem elektronischen Regler (Blockschaltbild), 55 den Drehmagnoten 18 und den Kern 20 ein ge-

der die Einspritzmenge und die Leitapparatverstel- schlossener magnetischer Kreis ausbilden kann

lung regelt, (F i g. 4). Der Drehmagnet 18 ist auf dnm Steuer-

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Kraftstoff- schieber 11 befestigt, der in axialer Richtung 7.wi-

einspritzanlage, sehen zwei Spitzen 23 gelagert ist. Die axiale Fixie-

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III 60 rung des Steuerschiebers Il erfolgt durch die Ein-

in Fig. 2, stellschraube 24 gegen den Anschlag25, der sich im

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Kraftstoffeinspritz- Deckel 27 gegen die Feder 26 abstützt,

anlage ohne Deckel, Oberhalb des Drehmagneten 18 ist auf dem Steuer-

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V schieber 11 eine Nockenscheibe30 angeordnet, die

in F i g. 2, 65 entsprechend der Drehung des Steuerschiebers 11

Fig. 6 eine Kraftstoffeinspritzanlage, bei der das über einen Taster 31 ein induktives Rückmeldeglied

Zumeßventil mit dem Differenzdruckventil in Reihe 32 betätigt (F i g. 4).

geschaltet ist, in vereinfachter Darstellung, Der an den Steuerschlitzen 15 zugemessene Kraft-

in die obere kammer 35 des

36. das als Flachsitzvenul »*&***}

Membran 37 eschen Reglergehau^e 1

gehäuse 38 in emer Ebene mit dem, .e|

geordneten Ventil»*» «"ÄJ Mu« 38 stüW sich über einen

Schraubenfeder 41 ab, ^dl* ^e'ⁿf
CharakteiisiikhaL

die Membran 37 ^
nungsrichtung. so daß

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_k zurück-

_d Zahnscheibe 49

halb ^d^.^R
hergestellt.

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innerhalb dsSte*«
Fig. i zeigt era«

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SCiiianuaciicii <·> u"" ■ ~ "" der .

und 'der Anschlagplatte 74. Eine Rückholfeder 77 stellt im stromlosen Zustand des Mengenstellwerks 17 den Steuerschieber 11 auf die Nullstellung zurück, in der der Durchflußquerschnitt 21 Null ist. Auf dem induktiven Rückmeldeglied 32 sind Kontaktflächen angebracht, die bei geschlossenem Decke! 27 geeen die Kontaktfedern 59 der Leiterplatte 58 gepreßt werden. Über die Kontaktfedern 6β werden die Spulen 19 mit der Betriebsspannung versorgt.

F i g. 5 zeigt den in das Reglergehäuse integrierten Drehzahleeber. Die auf der Antriebswelle 2 befestige Zahnscheibe 49 bildet zusammen mit zwei überschüs- 15 diametral gegenüberliegenden Gebern 54, die aus je einer Induktionsspule 51 und einem Joch 50 bestehen, dessen der Zahnscheibe gegenüberliegende Enden eine entsprechende Zahnung aufweisen, einen magnetischen Kreis. Der obere Geber weist und wirkunes- *° zwei Kontaktfahnen 56 auf. an die die Anschlüsse ikanal*46 der Induktionsspulen 51 führen. Durch die Verwendung von zwei Gebern sollen auftretende Rundlauftoleranzen im Luftspalt ausgeglichen werden.

ι ciiii ^u.«^..· - — ^Die Wirkungsweise des in Fig. 1 bis 5 dargestell-

48 aneebracht. die zu- »5 ten Ausfi'nrungsbeispiels ist folgende:

Mit Hilfe des elektronischen Reglers ER in den unter anderem als Eingangsgröße die Stellung des Gaspedals .4 eingeht, und mit Hilfe eines im elektronischen Regler enthaltenen Steuergeräts wird eine elektrische Stellgröße erzeugt, die so verstärkt wird, daß sie den Drehmagneten 18 entgegen dem Uhrzeigersinn und entgegen der Spannung der Rückholfeder 77 zu verdrehen vermag. Die jeweilige Stellung

»ie aus »e einem jo«i~ — «»« des Drehmagneten wird hierbei über das induktive 51 gebildeten Geber 54 sind an dem 35 Rückmeldeglied 32 den; elektronischen Regler ge-. , ..τ— _i~:„v,io;ic Vnntattfahnen meldet.

Als weitere Größen cchen in den elektronischen Regler ER die Temper η tür Γ der Gase in der Brennkammer BK und der Druck der Außenatmosphäre ein. Der Drehmagnet 18. dessen Ruhelage durch eine Rückholfeder 77 bei sternlosen Spulen 19 eingestellt wird, verstellt bei seiner Drehbewegung über eine Nockenscheibe 30 das induktive Rückmeldeglied 32.

π veruiuuuiit>._u ·—— Dieses enthält zwei in Reihe geschaltete Induktiviauf der Leiterplatte 58 45 täten, die als Spulen ausgebildet sind und innerhalb die aus dem Regler- deren ein Ferritkern axial beweglich angeordnet ist.

Die Bewegung der Nockenscheibe 30 wird über einen Taster 31 auf den Ferritkern übertragen. Die Reproduzierbarkeit der Ausgangsgröße des induktiven Rückmelders wird durch eine Spielausgleichsfeder erhöht, die den Ferritkern ständig leicht gegen den Taster 31 und diesen gegen die Nockenscheibe drückt. Der Kraftstoff wird von der Zahnradpumpe 3 zum Zumeßventil 13 gefördert, an dem die Zumessung unter Aufrechterhaltung eines konstanten Druckgefälles durch das Differenzdruckventil 36 erfolgt. Dadurch ist der Durchflußquerschnitt 21 ein Maß für die Kraftstoffdurchflußmenge.

F i g. 6 zeigt schematisch die schon in Fig.- beschriebene konstruktive Anordnung einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Mengcnstellwerk 17 und einem zum Zumeßventil 13 in Reihe geschalteten DitTerenzdruckventil 36, das als Flachshzventi' ausgebildet ist und als bewegliches Teil eine Membran i 37 hat. die mit einem gehäusefesten Flachsitztcil zusammenarbeitet Fin. 7 zeigt ein Differciötdru«*" Membran 37

stoff ungedrosselt durch
_merl0des Diff^ru

Aus der Kammer 10 wird eine sige Kr^tofi^ dun:h eme in den Raum 45 P^teL^o^e ,m System auftretenden

system. ^d^

induktiven

voll kühlt um .^

im Deckel 27 in den

geleitet zu «rden.

a ^AU„ u'vir, SrÄlBe

des induktiven Drenzahige ^

sammen mit je einem Joccι a«_ scheibe gegenu^rhegende Endennnne Zahnung auf^e.sen {ir ig-_Γ^ eine ^ Kre.s bilden a««nm^.cu™.™ -

chend der *^m^f^^h™fJ^jZch 59 Ut jeweils 49 !»^,^^s^JStebrS. in welcher ?^ne h Ä HuSe^nL SpSnesimpulse indudurch ^ώεΠιΙ^^αε™^ηζν JocliSO und einer

s-ss

h öS «id Eto ^ed-r»häuse 1 wird von angeschlG^en ,^ ^f ^f Jf^inen als Stecker emem Deckel^ersessen α _Innenseiie *>

r^gÄ.ri 27 Set s.ch,e£"e leiterplatte 58, die ι , KOTtakSS.59 und teilwSe Kontaktflh η -rirSe im Betrieb eeeen Kontaktfeder* 6Θ IiS Alle ekktriSien Verbindungen innergcprcßt ^S1"i,;^A"^e^ ^ Liltt 58

halb ^d^^Refl^eI^ger^_ü;^ die aus g

ⁿ; _{rfen sollen}. _werden untera'Stl Fortsatzes 57 an w ii^f. Äi ^fiihrt- die druckdicht und tempera

_USg_e kontakte

_{durch dle} Kraft-Mengenstell- hliiS

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^W?S ^Uns,e2rkänTl 2 Zum Druckausgleich ist der

und ^dcI.^Stel^^^a"^lC _R *_ 45 _durch eine Bohrung 7β

^Rar¹7 „^mLdurch wirf dne vom Kraftstoffdruck verbunden^Dadurch ^«^ Betätigung des unabh^HgJgc und rarnrngsanm. .

Stcucr^icbers 11

in ι ig-·* ι ι
cinspni/anlagc nacn

Kraftstoffgezeigt wobei der

51 für den magncuSn Drehzahlgebers ru αϊ»ρΜ« 18 ist dk Nok-S^ die auf den TaMcr^ des

KiK.-kmckk.TlMK ^2 wirti

ventil, im Gegensatz zu Fig. 6, einen mit ihr kraftschlüssig verbundenen Steuerschieber 133 betätigt Der über den Kanal 131 einer Ringnut 136 zufließende Kraftstoff strömt entsprechend der Stellung einer S; merkante 132 über den Einspritzkanal 113 zur Düse D. Auf die der Membran 37 abgewandte Stirnfläche des Steuerschiebers 133 wirkt eine Feder

134 in öffnungsrichtung des Ventils. Die am Steuerschieber 133 durchleckende Kraftstoffmenge wird über einen Leckkanal 135 zum Kraftstorlbehältei rückgeleitet. Diese Ventilkonstruktion hat den Voiteil, daß Druckänderungen in der Leitung 113 eint geringere Rückwirkung auf den Differenzdruck ergeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

309635

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoffeinspritzanlage für Fahrzeuggasturbinen, mit einer kontinuierlich fördernden Einspritzpumpe, in deren zu den Einspritzdüsen führenden Druckleitung der Steuerschieber eines Zumeßventils angeordnet ist, der in einer mit Steuerschlitzen versehenen Buchse gleitbar gelagert und durch ein von Betriebskenngrößen beeinflußtes Elektromagnetsystem verstellbar ist und der eine mit einer Steuerkante versehene Ringnut aufweist, sowie mit einer den Druckabfall am Zumeßventil konstant haltenden Vorrichtung (Differenzdruckventil), dadurch gekennzeichnet, daß das Elektromagnetsystem (17) für Drehbewegung ausgebildet und der Steuerschieber drehbar gelagert ist und seine Steuerkante (12) von zwei sich diametral gegenüberliegenden schrägen Flachen gebildet wird.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber reibungsarm zwischen Spitzen (23) gelagert ist, die sich einerseits auf einer Einstellschraube (24) und andererseits auf einem federnden Glied (25, 26) abstützen.

3. Kraftstofleinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellwinkel des Steuerschiebers (11) durch eine mit ihm fest verbundene Kurvenscheibe (30), die mit Anschlügen (74, 75, 76) zusammenwirkt, begrenzbar und der Steuerschieber (11) im strornlosen Zustand des Mengenstellwerkes (17) du.ch eine Rückholfeder (77) auf Null zurückstellbar ist.