DE877381C - Flugzeugtriebwerk, insbesondere Hoehentriebwerk mit Abgasturbolader - Google Patents

Description

• Flugzeugtriebwerk, insbesondere Höhentriebwerk mit Abgasturbolader Die Erfindung bezieht sich auf ein Flug zeubtriebwerk, insbesondere ,auf ein Höhentriebwerk, mit Abgasturbolader.
• Es ist bekannt, bei Zweit.aktbrennkraftmaschinen mit einer Abgasturbine und einem Spül- und Ladegebläse, bei denen das Gebläse außer durch die Abgasturbine auch mechanisch von der Maschinenwelle ,aus angetrieben werden kann, sowohl mvischen der Maschinenwelle und dem Laufrad des Gebläses als auch zwischen einer Gebläsestufe und den fest mit der Abgasturbine gekuppelten weiteren Gebläsestufe eine Freilaufvorrichtung anzuordnen, wobei beide Freilaufvorrichtungen so .ausgebildet sind, daß sie ein Voreilen der Gebläsewelle gegenüber der Maschinenwelle bzw. der Turbinenwelle ermöglichen.
• Man hat diese Anordnung für Zweitaktmotoren deswegen vorgeschlagen, weil dort bei kleiner Belastung und insbesondere beim Anlassen der Maschine die erzeugten Abgasmengen nicht ausreichen würden, um die für das Zweitaktverfahren notwendige Spülluftme be zu erzeugen. Dier mechanische Antrieb des Gebläses hat also dort den Zweck, bei sehr niedrigen Teillasten den geivünschten Ablauf des Arbeitsverfahrens sicher zu stellen.
• Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, den Flugmotor mit dem Abgasturbolader mittels zweier Überholkupplungen und zweier Getriebe so, zu verbinden, daß oder Lader einerseits beim Betrieb am Erdboden. Moder in Bodennähe in einem bestimmten Übersetzungsverhältnis zur Motorwelle von dieser aus angetrieben wird, während :der Abgasdruck auf einen bestimmten Wert begrenzt und die überschüssige Ab:glasmenge ins Freie geblasen wird, und daß andererseits in sehr großen Höhen die Abgasturbine ihre üb.erschußleistung an den Motor abgibt, wobei wieder ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen Motor und Abgasturbine- besteht. In einem dazwischenliegenden Höhenheneich, in dem die Abgasturbine frei umläuft, besteht Gleichgewicht zwischen der Turbinen- und .der Lederleistung. Hierbei wird ,der Gasstaudruck ,auf den gleichen Wert wie im unteren Höhenbereich g ehalten.
• Der genannte Bereich erstreckt sich von der Höhe, in welcher das Gasgefälle ausreicht, am den Antrieb des Abgasturboladers allein zu übernehmen, so :daß die in dem mechanischen Antrieb angeordnete überholkupplung entlastet wird, bis zu -der Höhe, in welcher der Abgasturbolader infolge seiner inzwischen gesteigerten Drehzahl über die zweite Überholkupplung wieder mit dem Motor gekuppelt wird.. Diese Anordnung erstrebt im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen seine günstige Gestaltung der Betriebsverhältni;s!se bei unveränderter Last in verschiedenen Flughöhen, also bei gegenüber der ersten Anordnung neuartigen Betriebszuständen.
• Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, die Betriebsverhältnisse bei unveränderter Last in verschiedenen Höhen weiter zu verbessern und außerdem die Manövrierfähigkeit des Triebwerks ingbesondexe beim Übergang von kleiner ,auf große Leistung günstiger zu gestalten: Die Erfindung besteht darin, daß dem Ladegebläse in an sich bekannter Weise eine Einrichtung zur verlustarmen Regelung seiner Förderhölhe vorgeschaltet ist, beispielsweise eine im mechanischen Teil des Gebläseantriehes angeordrnerte Flüssigkeitsregelkupplung oder eine auf der Eintrittsseite des Gebläses angeordrnäte Dralldrossel, und daß der Gasdruck vor der Abgasturbine nach aber, hin auf ein, Wert begrenzt ist, der dem durch: die Einrichtung zur verlustarmen Regelung der Förderhöhe erzielten größeren Höhenbereich des mechanischen Gebläseantrieb@es entspricht..
• 'Durch' die Anwendung einer derartigen Regeleinrichtung ist es möglich, bei gleicher I-,löchsttemperatur der verdichteten Ladeluft am Boden, dem Ladegebläse eine größere Normalförderhöhe zu geben; d.h. bei Verwendung des gleichen Ladegebläses die Getriebeübersetzung so zu wählen, daß sich, auf mechanischem Wege höhere Laderdrehzablen erzielen lassen. Infolgedessen kann beim Übergang von kleiner auf große Motorlast, wobei der Lader in entsprechendem Maße zu beschleunigen, ist, ein größerer Anteil der zu überwindenden Drehzahldifferenz z. B. durch Füllen der hydraulischen Regelkupplung mit großer Beschleunigung überbrückt werden, so daß eine kleinere Drehzahldifferenz für die Beschleunigung durch den Gasantrieb übrigbleibt. Die Anwendung einer der genannten Regeleinrichtungen beseitigt also weitgehend einen der wesentlichsten Nachteile des Abgasturboladers, nämlich seine schlechte Beschleunigrungsfähigkeit.
• Eine weitere vorteilhafte Wirkung der Anwendung von Regeleinrichtungen der ,genannten Art ergibt sich in dem vorliegenden Zusammenhang aus folgernden Tatsachen: Der für die Erzerugung eines bestimmten Ladedrucks mit einem gegebenen Abgasturbolader erforderliche Gassta udruck ist bekanntlich von der Flughöhe abhängig, und zwar liegt er am Boden meist etwa in der Gegend des Ladedrucks, sinkt in .mittleren Höhen meist unter den Bodendruck Und steigt in größeren Höhen sehr rasch wieder an. Da, im Bereich des mechanischen Antriebs des Laders der Gassta!udruck aus Gründen der Einfachheit der Regelgeräte für unveränderte Last unverändert gehalten werden ruß, liegt also in dem durch die Regeleinrichtung ermöglichten größeren Höhenhereich für den mechanischen Antrieb ein großer Vorteil insofern, als in ,diesem ganzen Höhenbereich der Gasstaudruck niedriger eingestellt werden kann, als wenn die Regeleinrichtung nicht vorhanden wäre; denn in der größeren Höh .e,. in welcher die Antriebswirkung vom Motor her aufhört, .genügt nach -dem oben Gesagten, ein niedrigerer Gasstaudruck, um die volle Aufladeleistung aufzubringen. Dies äußert sich infolge der verbesserten Spülung in vergrößerter Motorleistung und geringeren Auslaßventilbeanspruchungen. Die durch die Anordnung der Regeleinrichtung im vorliegenden Fall bewirkten Vorteils gehen also weit über die Vorteile dieser Regeleinrichtungen bei den bekannten rein mechanischen Lederantrieben hinaus.
• In der Zeichnung veranschaulicht Abb. r die durch; die Erfindung ermöglichte Senkung des Gegendrucks gegenüber dem oben beschriebenen bekannten Höhentriebwerk. Hier sind die verschiedenen Drücke für unveränderte Last über der Flughöhe aufgetragen. Es bedeuten p, den unveränderlichean Ladedruck, p, :den bei gegebenem Abgasturholader zur Erzielung des Ladedrucks ps erforderlichen Gasstaudruck, der den ,oben beschriebenen Verlauf zeigt. Hl ist die Höhe, bis zu welcher bei dem oben beschriebenen bekannten Höhentriebwerk durch den mechanischen Antrieb der Lader der Ladedruck pr aufrechterhalten werden kann. p,' ist daher der für alle Höhen unveränderlich einzustellende Gasstaudruck. Durch Anordnung - der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist unter Aufrechterhaltung der gleichen Saugrohrtemperatur am Boden die Höhe, bis zu .der mit dem mechanischen Antrieb -der Ladedruck p, ,aufrechterhalten werden kann, auf H2 vergrößert. Im Bereich des mechanischen Antriebs, d. h. zwischen o km und H2, beträgt der einzustellende Gasstaudruck daher nur p-,". In dem über H2 liegenden Höhenbereich, in welchem der Abgasturbolader frei beweglich ist, kann ,entweder unter Beibehaltung des Gasstaudrucks p,' in bekannter Weise auf konstante Druckdifferenz zwischen Gasdruck und Ladedruck weitergeregelt werden, oder es wird jeweils der zur Erzeugung des Ladedrucks p, unbedingt erforderliche Mindestdruck p. eingestellt. In :ersterem Fall entspricht dann der schraffierte Bereich der durch die Erfindung im Vergleich zu dem bekannten Laderantrieb ermöglichten Senkung des Gegendrucks in der Abgasleitung.
• Die, Abb.2 zeigt ein. praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung. Von der Kurbelwelle 3 der Brennkraftmä.schine aus wird über die ins Schnelle übersetzenden Rädervorgelege 4, 5 'und 6, 7 der Primärteil 8 einer Flüssigkeitsregelkupplung .angetrieben, deren Sekundärteil g über ein ins Langsame übersetzendes Stimradpaar i o, i i und über eine innerhalb des Rades i i angeordnete Freilaufvorrichtung bzw. Überholkupplung 12 die La.ufradwelle 13 der Hochdruckstufe 14 des La.degebläses :antreibt. Infolge der Anordnung der Regelkupplung :auf einer Zwischenwelle 29",29b, welche eine höhere Drehzahl besitzt als die Gebläsewelle 13, kann die Regelkupplung in ihren Abmessungen besonders klein gehalten werden.
• Die Freila,ufvorrichtung 12 ist so, ausgebildet, daß sie der Welle 13 ein Voreilen ;gegenüber dem Stirnrad i i gestattet, jedoch sofort den Kraftschluß zwischen diesen beiden Teilen herstellt, sobald sich das Rad i i schneller drehen will als die Welle 13. Durch die Anordnung des Freilaufs :auf der Sekundärseite der Regelkupplung wird eine unerwünschte Steigerung der Drehzahl der Kupplung nach dem Lösen des Freilaufs vermieden.
• Die Welle i3 steht über das Rädervorgelege 15, 16, 17 mit der Laufradwelle 18 der Niederdruckstufe ig des Ladegebläses in kraftschlüssiger Verbindung. Des große Kegelrad 16 des Vorgeleges ist auf der Zwischenwelle 2o befestigt, die mit der gleichachsigen Laufradwelle 21 der Abgasturbine 22 durch eine Freilaufvorrichtung bzw. Ü berholkupplung 23 so verbunden ist, daß sie gegenüber der Laufrad@welle 21 voreilen kann, jedoch sofort von der Laufradivelle 21 mitgenommen wird, sobald diese sich schneller drehen will als die Zwischenwelle 2o. Die Aufgabe des Freilaufs 23 besteht im vorliegenden Fall hauptsächlich darin, eine hemmendeWirkung der Turbine a,uf die Ladegebläse bei starker Beschleunigung der letzteren zu vermeiden.
• Die bei 3o in die Niederdruckstufe ig des G:ebläs:es eintretende Verbrennungsluft wird, nachdem sie dort vorverdichtet ist, entsprechend dem unterbrochenen Linienzug 2q. der Hochdruckstufe 14 zugeleitet, vorn wo, .aus sie auf dem Wege 25 mit .dem gewünschten Ladedruck der Brennkraftmasehine zuströmt. Die auf dem Wege 26 :aus der Brennkraftm@aschine abströmenden Abgase werden, soweit zur Aufrechterhaltung :des gewünschten Ladedrucks erforderlich, durch die Turbine 22 geleitet, der überschüssige Teil der Abgase jedoch über ein Ventil 28 durch eine Rückstoßdüse 27 in :an sich bekannter Weise ins Freie abgeblasen. Anstatt durch dös Einfügen einer Regelkupplung in den maschinenseitigen GebläseantrIeb können die Vorteile der Erfindung jauch in gleichem Maße unter Wegfall der Regelkupplung durch eine sogenannte Dralldrossel erzielt werden, die an der Eintrittseiteeines jeden Ladegebläses angeordnet wird und deren Aufbau und Wirkung aus der schematischen Darstellung in Abb. 3 hervorgeht.
• In Abb. 3 bedeutet 31 das Laufrad des jeweiligen Ladegebläses mit den Schaufeln 32, .die in dem Gehäuse 33 =laufen. In dem Eintrittstutzen 34 des Gehäuses sind radiale Leitschaufeln 35 mit Hilfe von Zapfen 36 um ihre Längsachse drehbar angeordnet. Sämtliche Leitschaufeln können mittels eines drehbaren Zahnkranzes 37 über an jeder Schaufelachse befestigte Ritzel38 gleichzeitig so eingestellt werden, d@a.ß sie der durch den Stutzen 34. einströmenden Luft einen mehr oder weniger großen Drall in der Drehrichtung des Laufrades 31 des Ladegebläs s erteilen. Hierdurch wird einerseits der Lufteintritt in das Laufrad gedrosselt, andererseits .aber leistungsmäßig eine unterstützende. Wirkung ;auf .das Laufrad ausgeübt, so da.ß die Drosselung der Ladeluft mit weniger Energieverlust und dementsprechend auch mit wesentlich geringerer Temperaturerhöhung der Lufterfolgt :als bei einer ;gewöhnlichen Drosselklappe. Die Dr.alldross:el wirkt daher weitgehend in dem gleichen Sinn wie die Regelkupplung, indem sie eine verlustarme Regelung des Ladedrucks ohne unerwünschte Nebenwirkungen auf die Temperatur der Ladeluft ermöglicht.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Flugzeugtriebwerk, insbesondere Höhentriebwerk, mit Abgasturbolader, bei dem das Ladegebläse außer durch die Abgasturbine auch mechanisch von der Maschinenwelle aus angetrieben werden kann und bei dem sowohl zwischen der Maschinenwelle und .der Gebläsewelle :als auch zwischen der Turbinenwelle und der Gebläsewelle eine Freilaufvorrichtun.g (12,23) :angeordnet ist, welche ein Voreilen der Gebläsewelle gegenüber der Maschinenwelle bzw. gegenüber der Turbinenwelle ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ladegebläse in an sich bekannter Weise ;eine Einrichtung zur verlustarmen Regelung seiner Förderhöhe vorgeschaltet ist, beispielsweise eine im mechanischen Teil des Gebläseantriebs angeordnete Flüssigkeitsregelkupplung (8, 9) oder eine :auf der Eintrittsei,te des Gebläses angeordnete Dralldrossel (35), und daß der Gasstaudruck vor der Abgasturbine nach oben hin :auf einen Wert (r),') begrenzt wird, der dem durch die Einrichtung zur verlustarmen Regelung der Förderhöhe erzielten größeren Höhenbereich des mechanischen Gebläseantriebs entspricht.
2. 2. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Brennkraftmäschirne und dem Ladegebläse vorgesehene Freilaufvorrichtung (i2) zwischen der Regelkupplung (8, 9) und dem Ladegebläse (14, 19) angeordnet ist.
3. 3. Flugzeugtriebwerk nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkupplung (8, 9) lauf einer Zwischlenwelle (29a, 29a) angeordnet ist, die eine höhere Drehzahl hat als die Gebläsewelle (13 bzw. 18). Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 435 928, 649 56o; schweizerische Patentschrift Nr. 108 786.