JPH04171229A - ガスタービン機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービン機関の始動制御装置に関し、特に
、自動車に搭載されるガスタービン機関の始動制御装置
に関する。

〔従来の技術〕

第４図は自動変速機付の自動車に搭載される従来の二軸
式ガスタービン機関の一般的な構成の一例を示すもので
ある。

二軸式ガスタービン機関では、スタータＳＨによってフ
ロントギヤＦ／Ｇが回転して起動すると、吸気はコンプ
レッサＣにて圧縮され、熱交換器ＨＥにて加熱され、燃
焼器ＣＣにてアクチュエータＡ１により供給される燃料
と混合されて燃焼し、その燃焼ガスがコンプレッサＣと
同軸のコンプレッサタービンＣＴを回転させる。このコ
ンプレッサタービンＣＴの回転数がコンプレッサＣの圧
縮度を左右し、両者は総称してガスジェネレータＧＧと
呼ばれる。

コンプレッサタービンＣＴを駆動した燃焼ガスは、アク
チュエータＡ２に調整される可変ノズルＶＮを経てパワ
ー（出力）タービンＰＴを駆動した後、熱交換器ＨＥを
経て排気ガスとなって大気に排出される。

そして、出力タービンＰＴの回転は減速歯車Ｒ／Ｇによ
って減速されて自動変速１１Ａ／Ｔに伝えられ、シフト
状態に応じた回転数に変換された後に差動歯車りを介し
て車輪Ｗに伝達される。

なお、アクチュエータＡｔ、　Ａ２は制御回路Ｃ０ＮＴ
によって機関の運転状態に応じて駆動され、この為、制
御回路Ｃ０ＮＴにはアクセルペダルＡＰの開度や図示し
ないセンサからの機関の運転状態パラメータが入力され
る。また、一般に、第４図の■の位置の吸気圧をＰ３、
■の位置の温度をＴ４というように、吸気圧Ｐや温度Ｔ
に付された添え字はＯで囲まれた番号の位置の吸気圧Ｐ
や温度Ｔを示す。

ところで、ピストン機関では、始動時にスタータを回す
とピストンが往復動するために、燃焼室内に残留する燃
料は換気される。しかしながら、以上のように構成され
た車両用のガスタービン機関では、ピストンがないので
換気を行うものがなく、始動時に着火ミスがあると燃料
が供給され続け、燃料が燃焼器ＣＣに蓄積されていた。

そして、燃料が燃焼器ＣＣに蓄積された状態で燃料に着
火すると、燃焼器ＣＣ内あるいは燃焼器ＣＣの下流側の
コンプレッサタービンＣＴが高温になり、焼損する恐れ
があった。

そこで、始動時の失火を検出すると自動的に燃料を遮断
する装置（特開昭５９−１８２４１号公報）によって燃
料の供給を止めることが従来行われていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、始動時の失火を検出して自動的に燃料を遮断
しても、その後機関が停止してしまうため、燃料遮断前
に燃焼器ＣＣに供給された燃料が燃焼器ＣＣに蓄積され
る。この時、燃焼器ＣＣが高温の時にはこの蓄積燃料が
引火し、燃焼器ＣＣまたはコンプレッサタービンＣＴが
溶損する恐れがあった。

従って、本発明の目的は、始動時に着火ミスを判断した
時には、燃焼器ＣＣ内に残留する燃料量を計算し、その
値が設定値を超えれば、燃料の供給をカットすると共に
、その時の燃焼器ＣＣの温度に応じてガスジェネレータ
ＧＧにフリーランを行わせて自動的に換気を行うことが
でき、燃焼器ＣＣ内あるいは燃焼器ＣＣの下流側のコン
プレッサタービンＣＴが高温になって焼損する恐れのな
いガスタービン機関の始動制御装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の二輪式ガスタービン機関の
構成が第１図に示される。

本発明のガスタービン機関のサージング検出装置は、第
１図に示すように、コンプレッサＣとコンプレッサター
ビンＣＴと、燃焼器ＣＣと、別軸の出力タービンＰＴを
備えた二輪式ガスタービン機関において、機関の運転状
態により始動時における着火を判断する着火判断手段１
と、燃焼器ＣＣに溜まった燃料量を検出する蓄積燃料量
検出手段２と、燃焼器ＣＣの入口温度Ｔ、Ｓを検出する
温度検出手段３と、着火判断手段１により着火ミスと判
断された場合に、燃焼器ＣＣに溜まった燃料量が所定値
以内で、かつ燃焼器ＣＣの入口温度Ｔ３Ｓが所定値以上
の時に、スタータをＯＮ状態のまま燃料をカットする蓄
積燃料換気手段４とを備えることを特徴としている。

〔作用〕

本発明のガスタービン機関の始動制御装置によれば、機
関始動時に機関の着火が判断され、着火ミスの時に、燃
料の燃焼器ＣＣ内への蓄積量が計算され、燃料の蓄積量
が所定値以下の時で、かつ燃焼器ＣＣの温度が所定値以
上の時に、燃焼器ＣＣ内の蓄積燃料の気化量が多いと判
断されて所定時間燃料カットのままスタータの回転が継
続され、ガスジェネレータＧＧがフリーランして燃焼器
ＣＣ内に残留する燃料が吹き飛ばされて換気が行われる
。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第２図は自動変速機付き車両に搭載された本発明の二軸
式ガスタービン機関の一実施例の構成を示すものであり
、第４図に示した二軸式ガスタービン機関と同じ構成部
品については同じ符号（記号）を付しである。

図においてＧＴはガスタービンであり、このガスタービ
ンＧＴには燃料ポンプ、オイルポンプ、スタータ等の補
機類が接続するフロントギヤＦ／Ｇ　、コンプレッサＣ
１熱交換器ＨＥ、燃焼器ＣＣ、コンプレッサＣに回転軸
で直結されたコンプレッサタービンＣＴ、可変ノズルＶ
Ｎ、出力タービンＰＴ及び減速歯車Ｒ／Ｇ等がある。ス
タータＳＭによってフロントギヤＦ／Ｇが回転するガス
タービンＧＴの起動時には、コンプレッサＣから燃焼器
ＣＣに入る吸気とアクチュエータＡ１から燃焼器ＣＣに
供給される燃料とが混合され、点火プラグＰＬの火花に
よって着火して燃焼が開始される。

ガスタービンＧＴの起動後は、吸気はコンプレッサＣに
て圧縮され、熱交換器ＨＥにて加熱され、燃焼器ＣＣに
て燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガスがコンプレッ
サタービンＣＴを回転させる。コンプレッサタービンＣ
Ｔを駆動した燃焼ガスは、可変ノズルＶＮを経て出力タ
ービンＰＴを駆動した後、熱交換器ＨＥを経て排気ガス
となって大気に排出される。Ａ２は可変ノズルＶＮの開
度を調整するアクチュエータである。

ガスタービンＧＴの減速歯車Ｒ／Ｇには自動変速機Ａ／
Ｔが接続されており、ガスタービンＧＴの出力タービン
ＰＴの回転は減速歯車Ｒ／Ｇによって減速されて自動変
速機Ａ／Ｔに伝えられ、ここに内蔵されたトルクコンバ
ータ及び変速機構を介してシフト状態に応じた回転数に
変換されて車軸駆動出力となり、図示しない差動歯車を
経て駆動輪を回転させる。なお、トルクコンバータには
ロックアツプクラッチが設けられることもある。

ガスタービンＧＴおよび自動変速機Ａ／Ｔを制御する制
御回路１０には、アナログ信号用の入力インタフェース
ＩＮａ　、デジタル信号用の入力インタフェースＩＮｄ
　、入力インタフェースＩＮａからの信号をデジタル変
換するアナログ−デジタル変換器Ａ／Ｄ、中央処理ユニ
ットＣＰＵ　、ランダムアクセスメモリＲＡＭ　、読み
出し専用メモリＲＯＭ　、バックアップされたランダム
アクセスメモリＢ−ＲＡＭ　、および出力回路ＯＵＴ等
があり、それぞれパスライン１１で接続されている。

また、二輪式ガスタービン機関には、大気圧Ｐ０を検出
する温度センサｓｐ、、ガスジェネレータＧＧの回転数
Ｎ１を検出する回転数センサＳＮ、、コンプレッサＣの
出口温度Ｔ、を検出する温度センサＳＴ。

と出口圧力Ｐ３を検出する圧カセンサＳＰ３．燃焼器Ｃ
Ｃの入口温度Ｔ３Ｓを検出する温度センサ５Ｔ３Ｓ、出
力タービンＰＴの出口温度を検出する温度センサＳＴ、
。

減速歯車Ｒ／Ｇを経たガスタービンＧＴの回転数Ｎ。

を検出する回転数センサＳＮ３．及び車軸駆動回転数Ｎ
Ｆを検出する回転数センサＳＮｐ等が設けられている。

アナログ信号用の入力インタフェースＩＮａには、ガス
タービンＧＴに設けられた前述のセンサからの信号Ｎ３
．　Ｎ３．　ＮＦ、　Ｐ　ｏ、　Ｐ　３．　Ｔｓｓ、　
Ｔｈやアクセルペダルからのアクセル踏み込み量信号θ
ａｃｃ等が入力され、デジタル信号用の入力インタフェ
ースＩＮｄにはキースイッチからのオンオフ信号、シフ
トレバ−からのシフト位置信号、ブレーキカラノブレー
キ信号等のデジタル信号が入力される。

一方、出力回路ＯＵＴからは、燃焼器ＣＣのアクチュエ
ータＡ１に対して燃料流量（燃料噴射量）を指示する信
号Ｇｆ、アクチュエータＡ２に対して可変ノズルＶＮＯ
開度を指示する信号α５、トルクコンバータのロックア
ツプクラッチのオンオフを指示する信号Ｓ３、自動変速
機Ａ／Ｔの変速信号Ｓ２．Ｓｚやスロットルワイヤ信号
θ。、点火プラグＰＬへのイグニッション信号ＩＧ、ス
タータモータＳＭへの通電信号等が出力される。

ガスタービンＧＴの運転中の燃料流量Ｇｆは、ガスジェ
ネレータＧＧの回転数Ｎ＋、コンプレッサＣの出口圧力
Ｐ３、燃焼器ＣＣの入口温度Ｔ３Ｓ、およびアクセル踏
み込み量θａｃｃを基に、制御回路１０により演算され
る。燃料流量Ｇｆの信号はアクチュエータＡ１に入力さ
れ、図示しない燃料噴射ノズルから燃料流量Ｇｆに見合
った燃料が噴射される。燃斜流１１Ｇｆは減速時のみ、
ガスタービンＧＴのアイドリング噴射量Ｇｆｉよりも小
さくなる。また、点火プラグＰＬは制御回路１ｏがらの
イグニッション信号ＩＧにより制御される。

第３図は第２図の制御回路１０の始動時の制御手順の一
実施例を示すフローチャートであり、この実施例の制御
は所定周期、例えば、６０ｍ５毎に実行されるものとす
る。

ステップ３０１では機関の運転状態パラメータの読み込
みを行う。ここで読み込む運転状態パラメータは、ガス
ジェネレータの回転速度Ｎｌ、燃焼器ＣＣの入口温度Ｔ
、５、および出力タービンＰＴの出口温度Ｔ６である。

次のステップ３０２ではフリーランフラグＦＲＦが“ｌ
”か否かを判定する。このフリーランは、燃料をカット
した状態でスタータＳＭを稼働させ、コンプレッサＣを
回転させ、コンプレッサＣで発生した空気流を燃焼器Ｃ
Ｃ内を通過させて換気を行うものであり、機関始動時に
はフリーランフラグＦＲＦは“０”になっているものと
する。

従って、始動直後にステップ３０２に進んできた時には
、ＦＲＦは“０″であるので、ステップ３０３に進み、
フリーラン稼働時間を計数するカウンタＣＦＲの値を“
０”にしてステップ３０７に進む。−方、ステップ３０
２でフリーランフラグＦＲＦが“１”と判定された時は
ステップ３０４に進み、燃料流量ＧｆをＯにすると共に
、フリーラン稼働時間を計数するカウンタＣＦＲの値を
１だけインクリメントする。続くステップ３０５ではカ
ウンタＣＦＲの値が１７以上か否かを判定し、ＣＦＲ＜
１７の場合（ＮＯ）はステップ３０７ニ進み、ＣＦＲ≧
１７ノ場合（ＹＥＳ）フリーランを開始してから１秒以
上経過したことを示すので（６０ｍｓＸ１７＞　Ｉｓ）
ステップ３０６に進んでフリーランが１秒以上継続した
ことを示すフラグＦＲＩＳＦを“１″にし、カウンタＣ
ＦＲの上限を１７に設定してステップ３０６に進む。

ステップ３０７では始動後に着火せずに燃料が供給され
、その燃料の燃焼器ＣＣへの蓄積量が所定量を超えた時
に立つフラグＦＥＸＦが“１”が否かを判定する。この
フラグＦＥＸＦが“１”の時（ＹＥＳ）は燃焼器ＣＣに
許容量以上の燃料が蓄積され、機関を停止しなければ回
復が不可能な機関異常状態であるので、ステップ３２８
に進み、スタータＳＭを０ＦＦＬ、イグナイタをＯＦＦ
して点火プラグＰＬの点火を止め、燃料流量Ｇｆを０に
した後、ステップ３２９で機関の異常信号を出力してス
テップ３３０にてこのルーチンを終了する。一方、ステ
ップ３０７でフラグＦＥＸＦが０′の時（ＮＯ）は燃焼
器ＣＣに蓄積された燃料が許容範囲であるのでステップ
３０８に進む。

ステップ８０８は実際に燃焼器ＣＣに蓄積された燃料量
ＣＦＡＭが基準［５００を超えたか否かを判定するもの
であり、ＣＦＡＭ＜５００の時は蓄積燃料が許容量と判
定してステップ３１０に進み、ＣＦＡＭ≧５００の時は
蓄積燃料が許容量を超えて過剰になったと判定してステ
ップ３０９に進み、燃料の燃焼器ＣＣへの蓄積量が所定
量を超えた時に立つフラグＦＥＸＦを１“にし、このフ
ラグＦＥＸＦをバックアップされたランダムアクセスメ
モリＢ−ＲＡＭに格納してステップ３１０に進む、従っ
て、このフラグＦＥＸＦは機関のイグニッションを切っ
て機関を停止させた後も消えずにメモリＢ−ＲＡＭに保
存されているので、−旦このフラグＦＥＸＦ力ぜ１″に
なった後は、何らかの解除操作を行わない限り機関は始
動しない。

続くステップ３１０では燃焼器ＣＧの入口温度Ｔ”３５
が２００℃以上か否かを判定する。この温度Ｔ３５は始
動直後は燃焼器ＣＣの温度であり、この温度が高い時は
燃焼器ＣＣに溜まった燃料の気化率が高く、低い時は燃
焼器ＣＣに溜まった燃料の気化が悪いことにことになる
。従って、温度Ｔ、５が２００°Ｃ未満の時（Ｎｏ）は
ステップ３１１に進み、フリーランフラグＦＲＦを００
″にしてステップ３１９に進み、次回のルーチンでガス
ジェネレータＧＧのフリーランが行われないようにする
。一方、温度Ｔ３Ｓが２００”Ｃ以上の時（Ｙｌｌ！Ｓ
）はステップ３１２に進み、フリーランフラグＦＲＦを
ｊ＋１％にし、次回のルーチンでガスジェネレータＣＧ
のフリーランが行われるようにしてステップ３１３に進
む。

ステップ３１３ではガスジェネレータＧＧのフリーラン
が１秒以上続いたか否かをフラグＦＲＩＳＦが“１″か
否かで判定する。そして、フリーランの時間が１秒未満
の時（ＮＯ）はステップ３１９に進み、フリーランの時
間が１秒を趨えた時にはステップ３１４に進み、燃焼器
ＣＣに蓄積された燃料量ＣＦＡＭからフリーランにより
吹き飛ばされた量２．９９を減算してステップ３１５．
３１６を経てステップ３１７に進む。ステップ３１５と
ステップ３１６は燃焼器ＣＣに蓄積された燃料量ＧＦＡ
Ｍが負にならないようにするための下限設定を行うもの
である。

ステップ３１７では燃焼器ＣＣに蓄積された燃料量ＣＦ
ＡＭがｉｏ未満か否かを判定し、ＣＦＡＭ＜１０の時は
ステップ３１８に進んでフリーランフラグＦＲＦを“０
”にしてステップ３１９に進み、ＣＦＡＭ≧１０の時は
そのままステップ３１９に進む。ステップ３１９は一回
のルーチンの間に燃焼器ＣＣに蓄積される燃料量ＣＦＡ
Ｍを計算するものである。燃料流量Ｇｆの単位はｇ／ｓ
であるので、機関が着火しない時に一回のルーチン（６
０＋＋＋ｓ）の間に燃焼器ＣＣに蓄積される燃料量ＧＦ
ＡＭの増加分はＧｆ　Ｘｏ、０６である。

続くステップ３２０はガスジェネレータＧＧの回転数Ｎ
１の大きさにより機関が着火したか否かを判定するもの
である。ここでは、Ｎ、≧１９００Ｏｒｐｍの時に機関
が着火したものと判定し、Ｎ、　＜１９００Ｏｒｐｍの
時に機関が未着火と判定する。そして、機関が着火した
と判定した時はステップ３２１にて燃焼器ＣＣに蓄積さ
れた燃料量ＣＦＡＭを０にしてステップ３２２に進み、
未着火と判定した時はそのままステップ３２２に進む。

ステップ３２２は出力タービンＰＴの出口温度Ｔ。

によって機関が着火したか否かを判定するものである。

ここでは、Ｔ、　＜６００°Ｃの時の機関が未着火と判
定し、ステップ３２６でカウンタＣＧＦを“Ｏ″にして
ステップ３２７にてこのルーチンを終了するが、１６５
６００°Ｃの時はその継続時間をステップ３２４とステ
ップ３２５で判定し、Ｔ６≧６００″Ｃが所定時間継続
した時のみステップ３２５に進む。すなわち、ステップ
３２３では１６５６００°Ｃの継続時間を計数するカウ
ンタＣＧＦの値を１だけインクリメントし、続くステッ
プ３２４にてこのカウンタＣＯＦの値が８３を超えたか
否かを判定する。そして、カウンタＣＧＦの値が８３を
超えた時（ＹＥＳ）のみステップ３２５に進み、カウン
タＣＧＦをｄにすると共に、燃焼器ＣＣに蓄積された燃
料量ＣＦＡＭをＯにしてステップ３２７にてこのルーチ
ンを終了する。

以上説明した第２図の制御回路１０の始動時の制御手順
においては、次のような制御の場合がある。

（１）始動後何時までも機関が着火しない場合この時は
燃焼器ＣＣの入口温度Ｔ３Ｓ、出力タービンＰＴの出口
温度Ｔ６が上昇せず、機関回転数Ｎ１も上昇しないので
、燃焼器ＣＣに蓄積される燃料量ＣＦＡＭがステップ３
１９において増大するのみであり、そのうちステップ３
０８においてＣＦＡＭが５００以上となってフラグＦＥ
ＸＦが“１″になり、ステップ３０７からステップ３２
日以降に進んで機関が停止する。

（２）始動後に機関が直ぐに着火した場合この時は機関
回転数Ｎ、が直ぐに大きくなるので、ステップ３２０か
らステップ３２２に進み、燃焼器ＣＣに蓄積された燃料
量ＣＦＡＭがＯになるので、ステップ３１７からステッ
プ３１８に進んでフリーランフラグＦＲＦが“０″′に
されるので、フリーランも余り行われない。

（３）始動後に直ぐに着火しない場合 ステップ３１９において燃焼器ＣＣに蓄積される燃料量
ＣＦＡＭがステップ３１９において増大するが、燃焼器
ＣＣの入口温度Ｔ３５が２００″Ｃを趨えた時点でフリ
ーランフラグＦＲＦが“１”にされるので、フリーラン
が行われ、燃焼器ＣＣに蓄積される燃料量ＣＦＡＭが吹
き飛ばされる。この間にステップ３２０で機関回転数Ｎ
１が１９０００ｒｐｍを超えるか、出力タービンＰＴの
出口温度Ｔ４が６００℃を所定時間超えれば機関が始動
するが、始動時にはフリーランによって燃焼器ＣＣに蓄
積される燃料量ＣＦＡＭがそれほど多くないので、燃焼
器ＣＣの急激な温度上昇が防止され、燃焼器ＣＣあるい
はこの下流側のコンプレッサタービンＣＴの溶損が防止
される。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明のガスタービン機関の始動制
御装置によれば、始動時に着火ミスを判断した時には、
燃焼器ＣＣ内に残留する燃料量を計算し、その値が設定
値を超えれば、燃料の供給をカットすると共に、その時
の燃焼器ＣＣの温度に応じてガスジェネレータＧＧにフ
リーランを行わせて自動的に換気を行うことができるの
で、燃焼器ＣＣ内あるいは燃焼器ＣＣの下流側のコンプ
レッサタービンＣＴが高温になって焼損する恐れがない
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示すブロック図、第２図は
本発明のガスタービン機関の始動制御装置の構成を示す
全体概要図、 第３図は制御回路の制御手順の一例を示すフローチャー
ト、 第４図は従来の二軸式ガスタービン機関の一般的な構成
を示す図である。 １０・・・制御回路、 Ｃ・・・コンプレツサ、 ＣＣ・・・燃焼器ＣＣ１ ＣＴ・・・コンプレッサタービン、 ＧＧ・・・ガスジェネレータ、 ＨＥ・・・熱交換機、 ＰＬ・・・点火プラグ、 ＰＴ・・・出力タービン、 罪・・・スタータモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同軸のコンプレッサ（Ｃ）とコンプレッサタービン（Ｃ
   Ｔ）と、燃焼器（ＣＣ）と、別軸の出力タービン（ＰＴ
   ）を備えた二軸式ガスタービン機関の始動制御装置であ
   って、 機関の運転状態により始動時における着火を判断する着
   火判断手段（１）と、 燃焼器（ＣＣ）に溜まった燃料量を検出する蓄積燃料量
   検出手段（２）と、 燃焼器（ＣＣ）の入口温度（Ｔ＿３＿５）を検出する温
   度検出手段（３）と、 着火判断手段（１）により着火ミスと判断された場合に
   、燃焼器（ＣＣ）に溜まった燃料量が所定値以内で、か
   つ燃焼器（ＣＣ）の入口温度（Ｔ＿３＿５）が所定値以
   上の時に、スタータをＯＮ状態のまま燃料をカットする
   蓄積燃料換気手段（４）と、 を備えることを特徴とするガスタービン機関の始動制御
   装置。