AT515626B1 - Notlaufmodus für einen Kolbenmotor in einem Flugzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kolbenmotors (23) in einem Flugzeug (201) in einem Notlaufmodus, bei dem eine Mindestleistungsabgabe des Kolbenmotors (23) dadurch sichergestellt wird, dass ein von Messwerten jeweiliger für einen Betrieb des Kolbenmotors (23) vorgesehener Sensoren weitestgehend unabhängiger Notlaufmodus aktiviert wird, bei dem die Messwerte der Sensoren durch fest vorgegebene Werte ersetzt werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Flugzeug (201) sowie ein Notlaufsteuergerät (21) zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.

Description

[0001] Flugzeugkomponenten sind im Betrieb einer erheblichen Belastung ausgesetzt. Insbesondere sind Kolbenmotoren zum Antrieb eines Flugzeugs sowie zur Steuerung des Kolbenmotors benötigte Sensoren bspw. durch dreidimensionale Lageänderungen sowie starke Temperaturschwankungen während eines Flugs belastet.

[0002] Da ein Ausfall eines Antriebs eines Flugzeugs bzw. ein Ausfall von Kontrollen zur Bedienung des Antriebs des Flugzeugs während eines Flugs ein erhebliches Gefahrenpotential birgt, ist durch die Europäische Agentur für Flugsicherheit gefordert, dass eine Gefährdung durch einen Verlust einer Kontrolle über einen jeweiligen Antrieb, wie bspw. einen Kolbenmotor, durch einen Fehler in einer jeweiligen Steuerung ausreichend gering ist.

[0003] Zur Aufrechterhaltung einer Kontrolle bzw. einer Leistungsabgabe eines Kolbenmotors im Falle bspw. eines Sensordefekts oder ähnlicher Szenarien, die zu einem Verlust von Motorleistung bzw. Kontrolle über die Motorleistung führen, sind im Stand der Technik mechanische Lösungen, wie bspw. eine Verwendung einer Festdrossel bekannt.

[0004] Mechanische Lösungen zum Betrieb eines Kolbenmotors in einem Flugzeug im Falle einer Fehlfunktion haben jedoch den Nachteil, dass diese zusätzlichen Wartungsaufwand benötigen und dadurch selbst ebenfalls anfällig für Fehlfunktionen sind. Ferner bieten mechanische Lösungen nur bedingtes Potential zur Korrektur bzw. Anpassung an ein jeweiliges Störszenario.

[0005] Herkömmliche Regelsysteme und Notlaufsysteme sind beispielsweise aus der US 2012/191273 A1, der US 4,780,826 A, der US 2014/303871 A1 und der US 4,509,480 A bekannt.

[0006] Aus der angeführten US 2012/191273 A1 und der US 2014/303871 A1 sind Regelsysteme für Luftfahrzeuge bekannt, bei denen gefährliche Situationen erkannt und beseitigt werden.

[0007] Aus der angeführten US 4,780,826 A und der angeführten US 4,509,480 A sind Notlaufsysteme für Kolbenmotoren bekannt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG [0008] Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Flugzeug mit mindestens einem Kolbenmotor gemäß unabhängigem Patentanspruch 7 und ein Notlaufsteuergerät zum Betrieb eines Kolbenmotors in einem Flugzeug gemäß unabhängigem Patentanspruch 8 vorgestellt.

[0009] Elektronische Steuerungen von Kolbenmotoren werten eine Vielzahl an Sensoren aus, um eine Kontrolle bzw. eine Regelung mindestens eines jeweiligen Kolbenmotors zu optimieren. Beispiele für Parameter, die zur Regelung eines jeweiligen Kolbenmotors verwendet werden können, sind Kraftstoffmasse, Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt. Beispiele für Sensoren, die zur Messung von Parametern zur Regelung eines Kolbenmotors verwendet werden können, sind Luftdruck-, Lufttemperatur-, Kraftstoffdruck-, Kraftstofftemperatur- und Drehzahlsensoren.

[0010] Ein Ausfall oder eine Drift eines oder mehrerer derartiger Sensoren und/oder Aktuatoren, wie bspw. einer Drosselklappe kann aufgrund komplexer Wirkzusammenhänge zu einer Reduzierung eines aktuellen Moments bzw. einer aktuellen Leistungsabgabe eines jeweiligen Kolbenmotors führen. Falls ein Fehler in einer Motorsteuerung nicht ausreichend genau erkannt wird, kann dadurch eine Gefährdung entstehen. Aber auch wenn der jeweilige Fehler erkannt wird, ergibt sich für die jeweilige Motorsteuerung eine Herausforderung, wie mit dem erkannten /6

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Fehler umzugehen ist.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Notlaufmodus in einer elektronischen Steuerung eines jeweiligen Kolbenmotors für den Fall einer Fehlfunktion zur Verfügung zu stellen. Es ist vorgesehen, dass bei einer Aktivierung des Notlaufmodus eine vereinfachte Steuerung eines jeweiligen Kolbenmotors aktiviert, d. h. eingeschaltet wird. Die vereinfachte Steuerung funktioniert weitestgehend unabhängig von jeweiligen Sensorwerten jeweiliger Sensoren und garantiert dennoch eine Leistungsabgabe von mindestens 85 % einer jeweiligen Nennleistung des entsprechenden mindestens einen Kolbenmotors.

[0012] Um Mindestanforderungen an eine Leistungsabgabe eines jeweiligen Kolbenmotors, d. h. einer Kolbenmotoranordnung auch bei einem aktivierten Notlaufmodus zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die vereinfachte Steuerung auf Grundlage von fest vorgegebenen Ersatzwerten für jeweilige sensorabhängige Betriebsparameter arbeitet, so dass auf einen Einsatz von Sensoren möglichst verzichtet werden kann und ein schadhafter Einfluss eines defekten oder nicht korrekt arbeitenden Sensors vermieden wird.

[0013] Durch Verwendung fester Ersatzwerte, die bspw. in einem Permanentspeicher, wie bspw, einem EEPROM oder einem separaten Steuergerät hinterlegt werden können, kann ein Betrieb eines jeweiligen Kolbenmotors in einem definierten und sicheren Betriebsbereich auch ohne Verwendung von Sensoren und/oder Aktuatoren ermöglicht werden. Die hinterlegten Ersatzwerte können dazu bspw. mittels eines Testlaufs unter kontrollierten Bedingungen erhoben werden, so dass der Notlaufmodus bei Aktivierung einen kontrollierten und definierten Betriebsmodus mit einer definierten Mindestleistungsabgabe des mindestens einen Kolbenmotors ermöglicht.

[0014] In Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeweilige von einer Steuerung eines jeweiligen Kolbenmotors umfasste Sensoren überprüft werden und nur für den Fall einer Fehlfunktion eines jeweiligen Sensors Ersatzwerte für jeweilige als defekt erkannte Sensoren verwendet werden.

[0015] In Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, dass jeweilige von einer Steuerung eines Kolbenmotors umfasste Aktuatoren in einen Notlaufzustand, der bspw. fest vorgegeben sein kann, gebracht werden, so dass ein für einen Notlaufbetrieb des jeweiligen Kolbenmotors optimaler Betriebszustand vorliegt. Dazu können insbesondere jeweilige Drücke auf einen festen Wert gesetzt werden, eine Drosselklappe komplett geöffnet werden und/oder ein fest definierter Zündwinkel, über den eine hohe bzw. maximale Leistung gewährleistet werden kann, gesetzt werden. Ferner ist denkbar, dass eine Zündung dauerhaft aktiviert wird, so dass ein maximaler Saugrohrdruck entsteht und eine jeweilige Leistungsabgabe über eine Einspritzung geregelt wird.

[0016] Im Falle einer Kolbenmotoranordnung mit mehreren Kolbenmotoren können jeweilige zur Regelung eingesetzte Aktuatoren und/oder Sensoren und/oder Notlaufsteuergeräte einzelne, eine Anzahl ausgewählter oder alle von der Kolbenmotoranordnung umfasste Kolbenmotoren regeln.

[0017] Weiterhin ist denkbar, dass eine aktuelle Leistung einer elektrischen Kraftstoffpumpe maximiert wird, ein Raildruckventil in eine maximale Stellung gefahren wird, eine aktuelle Propellerwinkeleinstellung auf einen definierten Sollwert gesetzt wird, der zu keiner Leistungsreduktion führt und/oder jeweilige Temperaturkorrekturen in einer Regelung des jeweiligen Kolbenmotors durch Ersatzwerte ersetzt werden, so dass eine Leistungsreduktion des jeweiligen Kolbenmotors bzw. der jeweiligen Kolbenmotoranordnung vermieden wird.

[0018] Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Notlaufsteuerungssoftware auf einem separaten Notlaufsteuergerät hinterlegt ist, die lediglich für einen Betrieb eines jeweiligen Kolbenmotors essentielle Faktoren, wie bspw. Drehzahl und/oder Schubhebelstellung auswertet und daraus eine Menge an Kraftstoff berechnet, die dem Kolbenmotor zu geführt wird. Alle Komponenten, die nicht von der Notlaufsteuerungssoftware angesteuert werden, gehen dabei in einen Grundzustand, der bspw. die Zustände Drosselklappe offen, Zumesseinheit in Vollförderung

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Patentamt bei gleichzeitiger Verwendung eines Druckregelventils (PCVN) sowie Turbolader in einer zu definierenden sicheren Mittelstellung umfasst.

[0019] Generell ist vorgesehen, dass der Notlaufmodus unter Verwendung möglichst weniger Mess- und Regelgrößen eine möglichst hohe Leistungsabgabe bzw. ein hohes Moment des jeweiligen Kolbenmotors erzeugt Im Luftfahrtbereich wäre es dazu sogar akzeptabel, dass der Notlaufmodus nach einiger Zeit zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des jeweiligen Kolbenmotors führen könnte, bspw. durch Klopfen, solange sichergestellt ist, dass der Kolbenmotor während des Notlaufmodus noch mindestens für eine definierte Zeit betriebsfähig ist und das Flugzeug dadurch ausreichend lang manövrierfähig bleibt.

[0020] Um im Notlaufmodus eine möglichst hohe Leistungsabgabe des jeweiligen Kolbenmotors zu erzeugen, kann vorgesehen sein, dass jeweilige zur Steuerung des Kolbenmotors vorgesehene Aktuatoren in einen Notlaufzustand versetzt werden, wobei der Notlaufzustand insbesondere einen Betrieb innerhalb jeweiliger Betriebsgrenzen, die sich in geeigneten Vorversuchen als für einen Betrieb sehr sicher erwiesen haben, abläuft.

[0021] In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Notlaufmodus mittels eines Knopfs, der mit einem Steuergerät verbunden ist, aktiviert wird.

[0022] Um den Notlaufmodus möglichst schnell zu aktivieren, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Bedienung mittels eines Knopfs, der ein jeweiliges Steuergerät aktiviert, das bspw. zusätzlich zu einem für eine Motorsteuerung unter Standardbedingungen benötigten Steuergerät vorgesehen ist, bereitgestellt. Entsprechend kann der Knopf einen jeweiligen Kolbenmotor bzw. eine jeweilige Kolbenmotoranordnung in einen Notlaufmodus versetzen.

[0023] Eine weitere Möglichkeit zur Aktivierung des Notlaufmodus bietet ein sogenannter Kickdown-Schalter an einem Hebel zur Steuerung des Flugzeugs.

[0024] Durch eine Integration eines für eine Aktivierung des Notlaufs vorgesehenen Schalters in ein Bedienelement eines jeweiligen Piloten, wird dem Piloten ermöglicht, in Gefahrensituationen schnell und effizient den Notlaufmodus zu aktivieren. Dazu kann der Kick-down-Schalter bspw. derart ausgestaltet sein, dass ein Steuerungshebel zur Regelung einer Leistungsabgabe eines jeweiligen Kolbenmotors in einem bestimmten Bereich innerhalb der Standardbedingungen funktioniert und bei Überschreiten des bestimmten Bereichs durch den Steuerungshebel, der bspw. durch einen mechanischen Widerstand angezeigt werden kann, der Notlaufmodus aktiviert wird.

[0025] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Flugzeug mit einem Kolbenmotor und mindestens einer elektronischen Steuerung, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung eines Notlaufmodus den Kolbenmotor mittels mindestens eines fest vorgegebenen Wertes eines Betriebsparameters zu steuern.

[0026] Das Flugzeug ist insbesondere dazu ausgelegt, dass in einem aktivierten Notlaufmodus eines von dem Flugzeug umfassten Kolbenmotors eine definierte minimale Leistungsabgabe durch den Kolbenmotor aufrechterhalten werden kann, so dass ein Betrieb des Flugzeugs auch im Falle einer Fehlfunktion von bspw. Sensorik und/oder Aktuatoren aufrechterhalten werden kann.

[0027] Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Notlaufsteuergerät zum Betrieb eines Kolbenmotors in einem Flugzeug, das dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung eines Notlaufmodus den Kolbenmotor derart zu steuern bzw. zu regeln, dass eine vorgegebene minimale Leistungsabgabe des Kolbenmotors aufrechterhalten werden kann, so dass das Flugzeug manövrierbar bleibt.

[0028] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

[0029] Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden

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Erfindung zu verlassen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN [0030] Figur 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Ablaufs einer Aktivierung eines Notlaufmodus in einem Flugzeug gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0031] Figur 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flugzeugs mit einem Notlaufsteuergerät zum Betrieb eines von dem Flugzeug umfassten Kolbenmotors in einem Notlaufmodus.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG [0032] Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

[0033] Der in Figur 1 dargestellte Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt mit einem Verfahrensschritt 1, bei dem ein Knopf zur Aktivierung eines Notlaufmodus gedrückt wird, woraufhin in einem Verfahrensschritt 2 ein Notlaufsteuergerät aktiviert und in der Regel ein Standardsteuergerät deaktiviert wird. Das Notlaufsteuergerät deaktiviert in einem Verfahrensschritt 3 jeweilige zur Steuerung mindestens eines Kolbenmotors eines Flugzeugs vorgesehene Sensoren und stellt in einem Verfahrensschritt 4 jeweilige zur Steuerung des mindestens einen Kolbenmotors vorgesehene Aktuatoren auf einen fest definierten Zustand ein. Ferner werden jeweilige Sensorwerte der deaktivierten Sensoren durch fest in dem Notlaufsteuergerät hinterlegte Werte ersetzt.

[0034] In einem Verfahrensschritt 5 wird der mindestens eine Kolbenmotor durch das Notlaufsteuergerät in Abhängigkeit von Informationen zu lediglich einer Drehzahl und/oder einer Schubhebelstellung derart geregelt, dass der mindestens eine Kolbenmotor eine vorab definierte minimale Leistungsabgabe nicht unterschreitet.

[0035] Durch Aktivierung des Notlaufsteuergeräts wird demzufolge ein Notlaufmodus aktiviert, der den mindestens einen Kolbenmotor derart steuert bzw. regelt, dass für ein Manövrieren des Flugzeugs zumindest für einen definierten Zeitraum ausreichend Leistung durch den mindestens einen Kolbenmotor zur Verfügung gestellt wird. Dabei verwendet das Notlaufsteuergerät, im Falle einer Deaktivierung bzw. Ausfalls der Sensoren und eines damit verbundenen Entfallens von Messwerten, fest in dem Notlaufsteuergerät hinterlegte Ersatzwerte. Das Notlaufsteuergerät berechnet anhand fest vorgegebener Werte sowie ggf. verfügbarer Werte zu Drehzahl und Schubhebelstellung eine für eine Leistungsabgabe des mindestens einen Kolbenmotors bzw. für einen Schub des Flugzeugs optimale Menge an Kraftstoff, veranlasst eine Versorgung des mindestens einen Kolbenmotors mit eben dieser Menge an Kraftstoff und bringt sie zur Zündung. Bei dem Kolbenmotor kann es sich um einen Hubkolbenmotor handeln.

[0036] Entsprechend der Regelungen des Notlaufsteuergeräts kann ein in Notlage geratenes Flugzeug bestmöglich angetrieben und dadurch manövrierfähig gehalten werden.

[0037] Das in Figur 2 dargestellte Flugzeug 201 umfasst ein Notlaufsteuergerät 21 sowie Kolbenmotoren 23, die von dem Notlaufsteuergerät 21 im Falle einer Aktivierung eines Notlaufmodus derart angesteuert werden, dass ein Mindestniveau an Schub für das Flugzeug 201 bzw. Leistungsabgabe durch die Kolbenmotoren 23 bereitgestellt wird.

[0038] Um das minimale Leistungsniveau bzw. den minimalen Schub des Flugzeugs 201 durch die Kolbenmotoren 23 aufrechtzuerhalten, werden durch das Notlaufsteuergerät 21 Werte von jeweiligen Betriebsparametern der Kolbenmotoren 23 so verändert, dass diese robust, d. h. stabil bzw. ohne großen Regelaufwand geregelt werden.

[0039] Durch Aktivierung des Notlaufmodus bzw. des Notlaufsteuergeräts 21 kann das Flugzeug 201 auch im Falle einer Fehlfunktion von jeweiligen von dem Flugzeug 201 umfassten Sensoren und/oder Aktuatoren noch manövriert werden, so dass ein Absturz oder ein Motorschaden ggf. verhindert werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betrieb mindestens eines Kolbenmotors (23) in einem Flugzeug (201) in einem Notlaufmodus, bei dem eine Mindestleistungsabgabe des mindestens einen Kolbenmotors (23) dadurch sichergestellt wird, dass ein von Messwerten jeweiliger für einen Betrieb des mindestens einen Kolbenmotors (23) vorgesehener Sensoren weitestgehend unabhängiger Notlaufmodus aktiviert wird, bei dem die Messwerte der Sensoren durch fest vorgegebene Werte ersetzt werden und bei dem die fest vorgegebenen Werte in einem separaten Notlaufsteuergerät (21) hinterlegt sind, das nur während des Notlaufmodus aktiviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeweilige für einen Betrieb des mindestens einen Kolbenmotors (23) vorgesehene Aktuatoren in einen Notlaufzustand versetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Notlaufzustand ein fest vorgegebener Zustand ist.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Notlaufmodus mittels eines Knopfs, der mit mindestens einem Steuergerät verbunden ist, aktiviert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Notlaufmodus durch einen Kickdown-Schalter an einem Hebel zur Steuerung des Flugzeugs (201) aktiviert wird.

6. Flugzeug (201) mit mindestens einem Kolbenmotor (23) und mindestens einer elektronischen Steuerung, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung eines Notlaufmodus, den mindestens einen Kolbenmotor (23) mittels mindestens eines fest vorgegebenen Werts eines Betriebsparameters zu steuern, wobei der mindestens eine fest vorgegebene Wert in einem separaten Notlaufsteuergerät (21) hinterlegt ist, das nur während des Notlaufmodus aktiviert wird.

7. Notlaufsteuergerät zum Betrieb mindestens eines Kolbenmotors (23) in einem Flugzeug (201), das dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung eines Notlaufmodus, den mindestens einen Kolbenmotor (23) gemäß einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zu betreiben.