ATA-100 järjestelmässä moottorin tehonsäätö kuuluu alueeseen ATA-76 (Engine
Control).
Moottorin tehonsäätö voidaan jakaa seuraaviksi alajärjestelmiksi:
- tehonsäätö
- polttoaineen syötön ohjaus ("Fuel ON" / "Fuel OFF")
- hätäpysäytysjärjestelmä
Tehonsäätöjärjestelmällä käyttäjä ohjaa moottorin polttoaineen säätöjärjestelmää, joka taas ohjaa moottorin polttoaineen syöttöä eli polttoaineen virtausta tankista polttokammioon. Järjestelmällä hallitaan moottorin antama teho joutokäynniltä täydelle työntöteholle sekä joutokäynniltä täydelle jarrutusteholle. Mekaanisessa ja käsin tapahtuvassa sähköisessä tehonsäädössä moottorilta ulostuleva teho muuttuu lineaarisesti tehovivun liikkeen mukaan. Tämä ominaisuus on tarpeen, jotta tehon tarkka säätäminen olisi mahdollista.
Koneissa, joissa on suihkumoottori tai ohivirtausmoottori, on ohjaamossa kutakin moottoria varten oma tehovipu. Vivut sijaitsevat ohjaamossa säätöviputelineen etuosassa. Suuressa osassa nykyisin käytössä olevia koneita on mekaaninen moottorin tehonsäätöjärjestelmä. Uusimmissa, 1990-luvulla valmistetuissa koneissa on elektroninen tehonsäätöjärjestelmä.
Jos kyseessä on mekaaninen säätöjärjestelmä, tehovivun liike välittyy mekaanisesti tehonsäätövaijerien ja "push pull"-kaapelin avulla moottorille ja siellä polttoaineen säätöjärjestelmälle. Jarrutustehon säätö ja suihkujarrun eli reverssijärjestelmän ohjaus tapahtuu tehovipuun kiinnittyvillä reverssijärjestelmän käyttö- ja säätövivuilla. Reverssivivulla annetut tehonsäätö- ja ohjauskomennot välittyvät reverssijärjestelmälle ja moottorin polttoaineen säätöjärjestelmälle saman vaijerilinjan välityksellä kuin eteenpäin vaikuttavan työntötehon ohjauskomennot; vaijerikehräpyörien liikesuunta ja vaijerien liike on vain päinvastainen. Reverssivivulla ohjataan tehon lisäksi myös reverssijärjestelmän luukkujen toimintaa.
Sähköisellä tehonsäätöjärjestelmällä varustettujen koneiden järjestelmän toiminta ohjaamossa on mekaanisen järjestelmän toiminnan kaltainen. Säätöviputelineessä on teho- ja reverssivivut ja niiden liike on samankaltainen kuin mekaanisessa säätöjärjestelmässä. Sähköisessä säätöjärjestelmässä säätöviputelineeltä lähtevät komennot ovat sähköisessä muodossa ja moottorin komentosignaalin arvo on verrannollinen tehovivun kulma-asentoon.
Lähes kaikissa liikennekoneissa on myös automaattinen tehonsäätöjärjestelmä (auto throttle). Tämä järjestelmä on osa koneen automaattista ohjausjärjestelmää (autopilot). Järjestelmään kuuluu laskin, joka laskee oikean suuruisen tehon tehovivun kulma-asennon perusteella, sekä toimilaitteet, joilla tehon säätö suoritetaan. Aikaisemmissa automaattisissa tehonsäätöjärjestelmissä toimilaite siirteli tehovipuja tehdessään säätöjä lasketun työntötehon mukaan. 1990-luvulla valmistetuissa koneissa järjestelmää on kehitetty niin että turhaa tehovipujen liikuttamista automaattisen tehonsäädön aikana ei tarvita. Tehovivulla valitaan haluttu tehoasetuksen alue, esimerkiksi lentoonlähtö tai matkalento. Tehoalueen valinnan jälkeen automaattinen säätöjärjestelmä säätää moottorille valitun tehon. Kun automaattinen tehonsäätö kytketään pois toiminnasta, tehovipujen kulma-asento määrää moottorin tehoasetuksen ja perinteinen käsisäätö on mahdollista.
Tehonsäätöjärjestelmä liittyy myös muutamiin muihin koneen järjestelmiin, joita ohjataan tehonsäätöasetuksen mukaan. Näitä tehoasetuksen mukaan ohjattavia järjestelmiä ovat mm. koneen ilmastointijärjestelmä, lentotilassa automaattiohjauksen nopeuden pito, automaattisen jarrujärjestelmän ohjaus, tietyt varoitukset ja automaattisen tehonsäädön irtikytkentä, kun valitaan reverssin käyttö.
Kun tehovipua työnnetään tyhjäkäyntiasennosta eteenpäin, kääntyy moottorin polttoainesäätimellä sijaitseva tehonsäätövipu. Tehonsäätövivun liike saa aikaan sen, että moottorin polttoaineensyöttö kasvaa ja teho lisääntyy. Tehovipujen maksimiliike ohjaamon säätöviputelineessä tyhjäkäynniltä maksimirajoittimeen on noin 60°. Kaikissa koneissa moottorin maksimiteho saavutetaan reilusti ennen kuin tehovipu tavoittaa säätöviputelineellä maksimiliikkeen rajoittimen.
Kun säädetään käsin moottorin tehoja, on huolehdittava siitä, että moottorin suurimpia sallittuja toiminta-arvoja ei ylitetä. Moottoreille on määritelty maksimirajat seuraaville toiminta-arvoille, joiden ylitys on mahdollista, kun kyseessä on manuaalinen tehonsäätö ja moottorilla on hydromekaaninen polttoainesäädin:
Tehon säätämisen helpottamiseksi on kaikissa liikennekoneissa yleensä myös automaattinen tehonsäätöjärjestelmä. Automaattinen tehonsäätöjärjestelmä (Auto throttle / Speed command, AT/SC) voidaan valita ohjaamaan ja säätämään moottorin tehoasetusta sekä valvomaan koneen nopeutta lennon eri vaiheissa.
Automaattisen tehonsäädön laskenta tapahtuu automaattisen ohjausjärjestelmän laskimilla. Laskennassa käytetään mm. seuraavia parametreja:
Automaattiseen tehonsäätöjärjestelmään kuuluu
Konetyypistä ja valmistusajankohdasta riippuen laskin on joko erillinen AT/SC-laskin tai se on osa Flight Control Computerin toimintoja.
Tarvittaessa käyttäjä voi aina säätää käsin haluamansa tehoasetuksen kytkemällä automaattisäädön pois tai kääntämällä käsin tehovipua automaattisäädintä vastaan. Automaattinen tehonsäätö kytkeytyy pois toiminnasta myös tietyissä toimintotiloissa, esimerkiksi kun käytetään reverssijärjestelmää.
Automaattinen tehonlaskenta avustaa käyttäjää laskemaan moottorin tehoasetus (EPR tai N1), joko suurimmalle sallitulle tehoasetukselle tai halutulle alemmalle, tietyn lentotilan mukaiselle tehoasetukselle. Järjestelmä voi myös komentaa AT-järjestelmää säätämään moottorille haluttu tehoasetus. Tehon laskennan suorittavassa laskimessa on moottorityypin mukaiset tehonlaskentaan tarvittavat parametrit ja käyrät, joiden perusteella laskenta eri tehoasetuksille suoritetaan. Tehonlaskennassa huomioidaan painekorkeus, ulkoilman lämpötila sekä ilman vuodatukset moottorilta. Thrust Rating-paneelissa on eri tehoasetusten valintakytkimet ja tehoasetuksen näyttö; moottorityypistä riippuen joko EPR tai N1.
Yleisesti käytettyjä tehoasetuksia
| T.O. | lentoonlähtöteho (Take Off) |
| T.O.FLEX | alennettu lentoonlähtöteho |
| G.A. | ylivetoteho (Go Around) |
| MCT | maksimi jatkuva teho (Max. Continuous Thrust) |
| C.L. | nousuteho (Climb) |
| C.R. | matkalentoteho (Cruise) |
Myös muita tehoasetuksia on käytössä. Jos AT-järjestelmä on kytkettynä, valittu tehoasetus on säädön yläraja, johon AT-järjestelmä säätää tehon.
Uusimmissa koneissa tehovipujen asentotieto lähetetään sähköisenä signaalina moottorin polttoaineen säädintä ohjaavalle yksikölle. Näissä koneissa moottorin polttoaineensäädintä ohjaava yksikkö on elektroninen laskinyksikkö. Laskimesta (prosessorista) käytetään englanninkielistä nimitystä Electronic Control Unit (ECU) tai Electronic Engine Control (EEC).
Laskin on ohjelmoitu laskemaan vastaanottamiensa syöttötietojen avulla tarvittavan polttoainevirtauksen suuruuden, joka vastaa tehovivun kulma-asentoa ja antaa moottorilta halutun tehon. Laskennan tuloksena saadaan uudet asetusarvot moottorin polttoainesäätimen toimilaitteille. Nämä signaalit ohjataan moottorin polttoainesäätimelle, joka varsinaisesti säätää moottorille menevän polttoaineen virtauksen, niin että moottori antaa halutun tehon.
Tavallisesti tehovivulla ohjataan säätöviputelineessä sijaitsevaa kulmamuunninta (resolver , sini-kosinimuunnin). Kulmamuuntimen laskimelle lähettämä ulostulosignaali on kulma-asentotieto, jonka laskin skaalaa siten, että
Edellä mainittujen muiden tehoasetusten rajalla tehovivun liikkeessä on pieni kynnys tai pidätinlovi (detent), josta ohjaaja huomaa tehoalueen rajan. Tehovivussa on mekaaninen salpa, joka estää siirtymisen suoraan tyhjäkäynniltä reverssitehoille.
Seuraava elektronisen tehonsäädön kuvaus on MD11-koneen järjestelmästä. Muiden samaa sukupolvea edustavien koneiden järjestelmät ovat hyvin samanlaisia. Suurimmat erot ovat käytetyssä terminologiassa.
MD11-koneessa on digitaalielektroniikalla toteutettu moottorien tehonsäätöjärjestelmä, jossa ohjaamossa sijaitsevan tehonsäätöyksikön ja moottorien välillä ei ole mekaanista yhteyttä. Moottorien tehonsäätö tapahtuu säätöviputelineessä sijaitsevalta tehonsäätöyksiköltä.
Tehonsäätöyksiköllä sijaitsevat kunkin moottorin tehovivut, reverssin ohjaus- ja reverssitehon säätövivut sekä moottorin polttoaineen syötön ohjauskytkimet. Moottorien teho säädetään kunkin moottorin tehovivulla. Moottorin tehovivun liike siirretään mekaanisesti vipujen välityksellä tehonsäätöyksiköllä sijaitseville kulmamuuntimelle, joita on kunkin moottorin säätöä varten kaksi kappaletta. Kulmamuunnin muodostaa valittua kulma-asentoa vastaavan sähköisen signaalin, joka lähetetään moottorin toimintoja säätävälle prosessorille. Riittävän luotettavuuden varmistamiseksi prosessorit ja säätökanavat on kahdennettu (kanavat A ja B tai primäärikanava ja sekundäärikanava). Prosessorin kumpikin kanava ottaa vastaan kaksoiskulmamuuntimelta oman signaalinsa samanaikaisesti toisen prosessorin kanssa. Vastaanottamistaan tiedoista kumpikin prosessori suorittaa itsenäisesti tehontarpeen laskennan.
Laskenta perustuu kulmamuuntimen lähettämään TRA-signaaliin (tehovivun kulma-asento), josta lasketaan polttoainesäätimen polttoainevirtausta säätävän venttiilin asento (Fuel Metering Valve position) niin, että saavutetaan vaadittu moottorin teho. Ohjaussignaali lähtee säätötoiminnoista vastaavan kanavan (A tai B) kautta polttoainesäätimelle, jonka servo siirtää polttoaineen virtausta säätävän venttiilin vaadittuun asentoon.
Jos tehovipujen ohjaamien kulmamuuntimien signaalin muodostuksessa tai signaalin siirrossa ilmenee häiriöitä, ECU:n prosessoreilla on muistissa vian ilmenemishetkellä ollut tehovivun kulma-asento. Vian ilmetessä ECU ohjaa säädintä muistissa olevan tiedon mukaisesti. Jos kelvollista TRA-tietoa ei ole ollenkaan saatavilla, ECU valitsee TRA-asennon 38° (joutokäynti). Prosessorilla on erillinen ohjelma, joka kontrolloi tietojen oikeellisuutta. Jos tiedon arvo ylittää tai alittaa ohjelmassa olevan raja-arvon, tieto hylätään kelvottomana ja käytetään sen prosessorin tietoa, joka läpäisee tiedon kelvollisuustarkastelun.
Prosessoreilla on myös ohjelma, jolla ne vertailevat vastaanottamiaan ja laskemiaan tietoja keskenään ja jos tiedoissa on liian suuri ero, tulkitsevat tiedon virheelliseksi. Virheellisen tiedon käsittelylle on oma ohjelmistonsa. Virheellisen tiedon tilalla voidaan käyttää synteettistä, muista tiedoista laskennallisesti johdettua arvoa.
| Tehovivun kulma-asentoalue | TRA |
| täysi mittausalue | 0°…90° |
| Maksimi rajoitin reverssiteholla | 7,7° |
| Joutokäyntialue | 25,3°…41,0° |
| Reverssijärjestelmän välilukitus | 33,0° |
| Joutokäyntirajoitin | 38,0° |
| Normaali liikkeenrajoitin | 80,9° |
| Tehovivun asema säätöviputelineellä | TLA |
| Tyhjäkäyntirajoitin | 0,0° |
| Normaali eteenpäin valitun tehon rajoitin | 84,0° |
TRA (Thrust Resolver Angle) = kulmamuuntimen kulma-asento
TLA (Thrust Lever Angle) = tehovivun kulma-asento
Potkuriturbiinimoottorien tehonsäätöjärjestelmä on hieman erilainen kuin suihkumoottorien tehonsäätöjärjestelmä. Potkuriturbiinimoottorin ohjaukseen tarvitaan kaksi vipua, tehovipu (power lever) ja potkurinsäätövipu (condition lever). Nämä vivut on yleensä mekaanisesti yhdistetty moottorin tai potkurin säätölaitteisiin. Vivuilla ohjataan polttoaineen virtausta eli moottorin tehoa ja potkurin lapakulmia.
Potkuriturbiinimoottoreita on kahta perustyyppiä. Etenkin vanhemmissa moottoreissa potkuri oli yhdistetty alennusvaihteella samalle akselille, joka pyöritti ahdinta. Tehokkaammassa ratkaisussa potkurin alennusvaihteistoa pyörittää ns. vapaaturbiini, joka ei ole kiinteässä akseliyhteydessä perusmoottoriin. Näiden moottoreiden tehonsäätö sekä tehovivun ja potkurin säätövivun toiminta poikkeavat toisistaan ( Ks. Suihkumoottorit; luku 3.2.4 ).
Lentotyhjäkäyntitehoa suuremmilla tehoilla tehovivulla säädetään moottorin tehoa ja kun teho on alle lentotyhjäkäyntitehon, vivulla säädetään moottorin tehon lisäksi myös potkurin lapakulmat. Potkurin säätövivulla säädetään tai valitaan potkurin vakionopeus eli potkurin haluttu pyörintänopeus, potkurin lepuutus ja moottorin korkeapaineisen polttoaineen syötön ohjaus. Seuraava kuvaus perustuu vapaaturbiinimoottorin tehon säätöön.
Tehovivun
säätöalue rajoittuu takana taka-asennon rajoittimeen eli täyteen
potkurijarrutusasentoon ja etuasennon rajoittimeen eli maksimitehon asentoon.
Vivulla ohjataan moottorin polttoainesäätimen toimintaa ja sitä kautta moottorin
tehoa. Beta-moodilla (teho on alle lentotyhjäkäynnin) säätyvät tehovivun
tehonsäädön liikkeen mukaan myös potkurin lapakulmat. Tämä tehoalue on käytössä
maassa liikehdittäessä. Vastaavasti alfa-moodia käytetään nousun, matkalennon ja
laskun aikana. Tyypillisesti beta-moodi kattaa moottorin kierroslukualueen 65…95
% ja Alfa-moodi alueen 95…100 %.
Säätöviputelineessä on pidätinlovi kohdassa, jossa moottori käy maajoutokäyntiä. Lentotyhjäkäyntiä vastaavalla kohdalla on pidätinkynnys (gate). Sen ohitus pienemmän tehon suuntaan vaatii mekaanisesti vapautettavan salvan (flight idle stop lever) nostamisen ylös, ennen kuin tehovipu siirtyy taaksepäin.
Lentotyhjäkäyntiä vastaavalla kohdalla oleva pidätinkynnys rajoittaa vahingossa tapahtuvan tehon valinnan suuremmilta tehoasetuksilta lentotyhjäkäyntiä pienemmille tehoille. Kun tehovipu halutaan siirtää lentotyhjäkäyntirajaa alemmalle tehoasetukselle, lentotyhjäkäynnin rajoitinvipu (flight idle stop lever) on nostettava ylös.
Kun puuskalukko (gustlock) on kytketty, on tehovivun liike eteenpäin rajoitettu ja moottorin maksimi tehoasetus on se teho joka sallitaan moottorin toimiessa APU-moodilla. APU-moodilla vain kaasugeneraattori pyörii ja potkurijarru on kytkettynä estäen voimaturbiinin ja potkurin pyörimisen.
Tehovivun liikekitkan säätöön on kummallekin tehovivulle erilliset säätimet.
Tyypillisessä potkuriturbiinimoottorissa potkurinsäätövivun ääriasennon toiminnot ovat seuraavat:
Vivulla ohjataan moottorin korkeapaineisen polttoaineen virtausta (ON / OFF).
Moottorin käynnistysvaiheessa vivun siirtäminen eteenpäin ohjaa elektronisen
polttoaineen säätöjärjestelmän kautta tai suoraan vaijereiden välityksellä
hydromekaanista polttoaineen säädintä, joka käynnistää korkeapaineisen
polttoaineen syötön. Pysäytysvaiheessa vipu vedetään taka-asentoonsa ja
polttoaineen syöttö moottorille loppuu, jolloin moottori pysähtyy.
Toinen tehtävä vivulla on potkurin pyörintänopeuden valinta ja potkurin
manuaalisen lepuutuksen valinta.
Beta-moodilla (teho on alle lentotyhjäkäynnin) tehovivun liikkeen mukaan
säätyvät myös potkurin lapakulmat.
Säätöviputelineellä vivun toiminnoissa tunnistetaan neljä pidätinlovea, joilla rajoitetaan vivun liikettä:
1990-luvulla digitaalielektroniikan käyttö ilma-alusten järjestelmissä lisääntyi nopeasti. Mekaaniset ratkaisut on korvattu mahdollisimman pitkälle elektronisilla sekä ohjaimissa, mittareissa ja tilailmaisimissa, että toimilaitteiden servoissa. ECU tai EEC on nykyisin alajärjestelmä korkeamman tason moottorin kokonaisvaltaiselle ohjausjärjestelmälle, josta käytetään englanninkielistä nimitystä Full Authority Digital Engine Control (FADEC).
ATA 100 -järjestelmässä FADEC liittyy useampiin alakohtiin , joten näillä sivuilla FADEC kuvataan omassa osiossaan.
Polttoaineen syötön ohjausjärjestelmällä kontrolloidaan moottorin korkeapaineisen polttoaineen virtausta moottorin käynnistys- ja pysäytysvaiheessa.
Säätöviputelineellä on kullekin moottorille erilliset korkeapainepolttoaineen sulkuvivut. Polttoaineen sulkuvivut sijaitsevat yleensä säätöviputelineen takaosassa. Kun käynnistysvaiheessa siirretään sulkuvipu OFF-asennosta eteenpäin ON-asentoon, niin vanhoissa koneissa liike siirtyy vaijerien, kehräpyörien, vipujen ja push pull-kaapelien välityksellä moottorin polttoainesäätimelle. Säätimellä avautuu korkeapaineisen polttoaineen virtausta ohjaava venttiili ja polttoaineen virtaus suuttimille alkaa. Kun moottori pysäytetään, korkeapainesulkuventtiili sulkeutuu, ja kun polttoaineen syöttö moottorille katkeaa, moottori pysähtyy.
Uusissa sähköisellä säätöjärjestelmällä varustetuissa moottoreissa korkeapaineisen polttoaineen virtausta ohjataan sähköisillä signaaleilla. Niissä koneissa, joissa on automaattinen moottoreiden käynnistystoiminto (auto start), polttoaineen syöttöä moottorin käynnistysvaiheessa ohjaa moottorin elektroninen säädin (FADEC/ECU).
Moottoripalon sattuessa hätäpysäytysjärjestelmällä voidaan moottori ja moottorin järjestelmät erottaa koneen muista järjestelmistä.
Hätäpysäytysjärjestelmään kuuluu moottorin palokahva, jolla voidaan sulkea polttoaineen tulo tankista moottorille.
Lisäksi kahvan käytöllä suljetaan hydrauliikkajärjestelmän palohana ja pneumatiikan ristisyöttöventtiilit ja irrotetaan moottorin käyttämä generaattori sähköverkostosta. Palokahvasta voidaan myös tarvittaessa laukaista moottoritilaan palonsammutuspullon sammutusaine. Kun OFF-asentoon siirrettyä palokahvaa käännetään joko vasemmalle tai oikealle, kyseisen sammutuspullon sisältämä sammutusaine laukeaa moottoritilaan.