DE20114367U1 - Guide vane adjustment device for turbine wheel of turbocharger for internal combustion engine has actuator applying force to spring-loaded crank and has second crank rotating setting wheel - Google Patents
Guide vane adjustment device for turbine wheel of turbocharger for internal combustion engine has actuator applying force to spring-loaded crank and has second crank rotating setting wheelInfo
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Abstract
Description
Stelleinrichtung für den Leitapparat einer Turbine von Turboladern für FlugmotorenControl device for the guide vane of a turbine of turbochargers for aircraft engines
Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für den Leitapparat einer Turbine von Turboladern für Flugmotoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an actuating device for the guide apparatus of a turbine of turbochargers for aircraft engines according to the preamble of the main claim.
Seit langem ist es allgemein vorbekannt, die Leitschaufeln von Abgasturbinen in Turboladern über Stellmotoren und -mechanismen betriebsabhängig einzustellen.It has long been common knowledge that the guide vanes of exhaust gas turbines in turbochargers can be adjusted depending on the operation using actuator motors and mechanisms.
Ein verstellbarer Leitapparat ist mit einem Kranz von jeweils um Schwenkachsen schwenkbaren Leitschaufeln versehen, die zentrisch um eine Rotorachse angeordnet und mittels eines Verstellrings oder dgl. einstellbar sind.An adjustable guide vane is provided with a ring of guide vanes which can each be pivoted about pivot axes and which are arranged centrally around a rotor axis and can be adjusted by means of an adjusting ring or the like.
Dieser Leitapparat ist über Stellmechanismen mit einem Stellmotor gekoppelt, der entsprechend dem Betriebszustand des Motors angesteuert einzustellen ist und dabei vorzugsweise in einer Richtung gegen die Kraft einer Feder wirkt.This guide apparatus is coupled via adjusting mechanisms to a servo motor, which can be adjusted according to the operating state of the engine and preferably acts in one direction against the force of a spring.
Die Regelung der Turbolader erfolgt bei Flugmotoren vielfach durch Verstellen der Turbinenleitschaufeln mittels einer Unterdruckdose, die gegen Federkraft stellt.In aircraft engines, turbochargers are often controlled by adjusting the turbine guide vanes using a vacuum cell that counteracts spring force.
Ist die Unterdruckdose nicht vom Unterdruck beaufschlagt, dann stehen die Leitschaufeln in einer solchen Stellung, bei der kein für alle Flugsituationen genügender Ladedruck aufgebaut wird.If the vacuum chamber is not subjected to negative pressure, the guide vanes are in a position in which sufficient boost pressure is not built up for all flight situations.
Die Wandlung des elektrischen Signals der Motorsteuerung für das Verstellen der Turbinenleitschaufeln in den für das Verstellen notwendigen Unterdruck erfolgt z. B.The conversion of the electrical signal of the engine control for adjusting the turbine guide vanes into the negative pressure required for the adjustment takes place, for example,
in einem elektro-pneumatischen Wandler.in an electro-pneumatic converter.
Derartige Systeme sind aus mehreren Gründen erheblich störanfällig:Such systems are extremely susceptible to failure for several reasons:
- Versagen der Unterdruckversorgung,- Failure of the vacuum supply,
- Fehler an elektrischen Leitungen (unterbrochen oder kurzgeschlossen),- Faults in electrical wiring (open or short-circuited),
- Ausfall des elektropneumatischen Wandlers.- Failure of the electropneumatic converter.
Bei Ausfall der Ladedruckregelung geben hochaufgeladene Flugmotoren nur noch - 30 % ihrer Nennleistung ab, jedoch sind mindestens 50 % der Nennleistung für eine Fortsetzung des Fluges erforderlich. Die vorbeschriebenen Mängel schränken somit die Flugsicherheit ein.If the boost pressure control fails, supercharged aircraft engines only deliver 30% of their rated power, but at least 50% of the rated power is required to continue the flight. The defects described above therefore limit flight safety.
Vorbekannt ist es durch die DE 33 25 756 C1, die Leitschaufeln von Abgasturbinen in Turbolader jeweils um ihre Schwenkachsen zwischen zwei Endbegrenzungen frei schwenkbar anzuordnen, wobei der freie Schwenkbereich durch Verstellung einerIt is already known from DE 33 25 756 C1 to arrange the guide vanes of exhaust gas turbines in turbochargers so that they can pivot freely around their pivot axes between two end limits, whereby the free pivoting range can be adjusted by adjusting a
schwenkbar anzuordnen, wobei der freie Schwenkbereich durch Verstellung einer Endbegrenzung veränderbar ist. Die Leitschaufeln sind bei geringer Belastung in dem vorgegebenen Einstellwinkelbereich frei schwenkbar, jedoch liegen sie bei zunehmender Belastung an der einstellbaren Endbegrenzung an. Mit dieser Gestaltung sollen Spalt- und/oder Stoßverluste gegenüber in üblicher Weise mechanisch verstellbaren Leitschaufeln reduziert werden.to be arranged so that it can pivot, whereby the free pivoting range can be changed by adjusting an end stop. The guide vanes can pivot freely within the specified setting angle range when the load is low, but they rest against the adjustable end stop when the load increases. This design is intended to reduce gap and/or impact losses compared to guide vanes that are mechanically adjustable in the usual way.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Stelleinrichtung für den Leitapparat des Abgasturboladers in der Weise auszuführen, dass auch bei unwirksamem Stellmotor die maximale Leistung des Flugmotors erreichbar ist.It is an object of the invention to design a generic actuating device for the guide apparatus of the exhaust gas turbocharger in such a way that the maximum power of the aircraft engine can be achieved even when the actuator is ineffective.
Erfindungsgemäß wird diese dadurch gelöst, dass der Leitapparat des Abgasturboladers unmittelbar oder mittelbar im Eingriff mit einer ortsfest gegengelagerten Feder steht, deren Kraft in Richtung - großer Querschnitt der Turbine - gerichtet ist. Dabei ist ein für den Leitapparat wirksamer Anschlag in solcher Stellung angeordnet, dass beim Anliegen des Leitapparates oder der Stellmechanismen an diesem Anschlag, der Leitapparat in einer Stellung steht, bei der die Turbine eine genügende Förderung des Laders zum sicheren Erreichen der Nennleistung des Flugmotors gewährleistet.According to the invention, this is achieved in that the guide device of the exhaust gas turbocharger is directly or indirectly engaged with a stationary counter-mounted spring, the force of which is directed in the direction of the large cross-section of the turbine. A stop effective for the guide device is arranged in such a position that when the guide device or the adjusting mechanisms rest against this stop, the guide device is in a position in which the turbine ensures sufficient delivery of the charger to reliably achieve the rated power of the aircraft engine.
Die Nennleistung des Motors kann dadurch auch bei defekter Ladedruckregelung annähernd gehalten werden, jedoch mit ungünstigen, aber die Sicherheit nicht einschränkenden, Betriebswerten. Im Nennleistungspunkt des Motors fällt der Ladedruck nur um einen zulässigen Betrag unter den Sollwert ab. Auf diese Weise wird die Flugfähigkeit auch dann erhalten, wenn der Stellmotor nicht mehr angesteuert wird und damit unwirksam ist. Die vorbeschriebene Einstellung hat im Teillastbereich keine wesentlichen Auswirkungen auf den Ladedruck.This means that the engine's rated power can be maintained almost even if the boost pressure control is defective, but with unfavorable operating values that do not limit safety. At the engine's rated power point, the boost pressure only drops below the setpoint by a permissible amount. In this way, flight capability is maintained even if the servo motor is no longer controlled and is therefore ineffective. The setting described above has no significant effect on the boost pressure in the partial load range.
Von der Motorsteuerung wird der Ausfall der Stelleinrichtung über die Ladedruck-Regelabweichung als Fehler erkannt und in einen Fehlerspeicher eingeschrieben, wobei gleichzeitig eine Fehleranzeige erfolgt.The engine control unit detects the failure of the actuator as an error via the boost pressure control deviation and writes it into an error memory, while at the same time an error message is displayed.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.An embodiment of the invention is explained below with reference to a drawing.
das Gehäuse des Turboladers nicht dargestellt. Das Turbinenrad 3 und der Lagerring 4 des Leitapparates 2 sind zueinander zentrisch im Gehäuses des Turboladers gelagert. Im Lagerring 4 des Leitapparates sind Achsen 5 der das Turbinenrad 3 umgebenden Leitschaufeln 6 schwenkbar gelagert. Die Achsen 5 sind mit Schwenkhebeln 7 versehen, die radial gerichtete Eingriffskonturen 70 aufweisen. Diese Eingriffskonturen 70 greifen schwenkbar gleitend in nach innen gerichtete Führungsnuten 8 des Stellringes 9 ein.the housing of the turbocharger is not shown. The turbine wheel 3 and the bearing ring 4 of the guide device 2 are mounted centrally in the housing of the turbocharger. Axles 5 of the guide vanes 6 surrounding the turbine wheel 3 are pivotally mounted in the bearing ring 4 of the guide device. The axles 5 are provided with pivot levers 7 which have radially directed engagement contours 70. These engagement contours 70 engage in a pivotally sliding manner in inwardly directed guide grooves 8 of the adjusting ring 9.
Dieser Stellring 9 ist zentrisch zum Lagerring 4 schwenkbar im nicht dargestellten Turbolagergehäuse gelagert. Er ist mit der Stelleinrichtung 1 mechanisch gekoppelt und wird von dieser bewegt.This adjusting ring 9 is pivotably mounted centrally to the bearing ring 4 in the turbo bearing housing (not shown). It is mechanically coupled to the adjusting device 1 and is moved by it.
Bewegt sich der Stellring 9 gegenüber dem Lagerring 4 werden die Schwenkhebel 7 und damit auch die Leitschaufeln 6 geschwenkt.If the adjusting ring 9 moves relative to the bearing ring 4, the pivoting levers 7 and thus also the guide vanes 6 are pivoted.
Die Stelleinrichtung 1 mit ihren Koppelelementen 10 wird von einem am oder gegenüber dem nicht dargestellten Gehäuse fest gegengelagerten Stellmotor 11 bewegt, der in bekannter Weise als Unterdruckdose, pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagter Stellzylinder oder elektrisch angesteuertes Stellglied ausgeführt sein kann. Von einem als schwenkbar gelagertem Hebel ausgeführten Koppelelement 10' wird die Stellbewegung auf den Stellring 9 übertragen. Hierzu greift dieses in eine der Führungsnuten 8 im Stellring 9 ein.The actuating device 1 with its coupling elements 10 is moved by a servomotor 11 which is fixedly mounted on or opposite the housing (not shown) and which can be designed in a known manner as a vacuum box, pneumatically or hydraulically actuated actuating cylinder or electrically controlled actuator. The actuating movement is transmitted to the actuating ring 9 by a coupling element 10' designed as a pivotably mounted lever. For this purpose, the latter engages in one of the guide grooves 8 in the actuating ring 9.
Dem Stellring 9 oder einem der Koppelelemente 10 der Stelleinrichtung 1 ist erfindungsgemäß ein ortsfest abgestützter Anschlag 12 zugeordnet, der eine solche Stellung aufweist, dass beim Anliegen des Stellringes 9 oder eines Koppelelements 10 an diesem Anschlag 12, der Leitapparat 2 in einer Stellung für definiertes Beaufschlagen des Turbinenrades 3 steht.According to the invention, the adjusting ring 9 or one of the coupling elements 10 of the adjusting device 1 is assigned a stationary stop 12 which has a position such that when the adjusting ring 9 or a coupling element 10 rests against this stop 12, the guide apparatus 2 is in a position for defined loading of the turbine wheel 3.
Eine ortsfest gegengelagerte Feder 13 kann direkt im bzw. am Stellmotor 11 oder an einem der Koppelelemente 10 angreifend angeordnet sein. Sinngemäß gleiches gilt auch für die Zuordnung des orstfest angeordneten Anschlages 12.A stationary counter-mounted spring 13 can be arranged directly in or on the actuator 11 or on one of the coupling elements 10. The same applies to the assignment of the stationary stop 12.
Die Kraft F der Feder 13 ist in Richtung großer Querschnitt der Turbine gerichtet. Bei Ausfall des Stellmotors 11 legt die Kraft F der Feder 13 je nach Ausführung entweder den Stellring 9 - nicht dargestellt - oder eines der Koppelelemente 10 an denThe force F of the spring 13 is directed towards the large cross-section of the turbine. If the actuator motor 11 fails, the force F of the spring 13 applies, depending on the design, either the adjusting ring 9 - not shown - or one of the coupling elements 10 to the
vorbeschriebenen Anschlag 12 an. Die Leitschaufeln 6 stehen damit in einer Stellung für definiertes Beaufschlagen des Turbinerades 3.the stop 12 described above. The guide vanes 6 are thus in a position for defined loading of the turbine wheel 3.
Φ·Φ Φ ·ΦΦ·ΦΦ·Φ
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