JPH0656110B2 - 計量弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、全体的には弁に係り、更に詳細にはガスター
ビンエンジン用の燃料計量弁に係る。

従来の技術 航空機を推進駆動するために使用されるガスタービンエ
ンジンの如きガスタービンエンジンに於ては、一般に、
エンジンの所望の性能を達成すべくエンジンへ供給され
る燃料の流量を正確に計量するための計量弁が使用され
ている。かかる計量弁は従来よりサーボ制御されてい
る。即ち計量弁そのサーボ流体圧により調節され得るよ
うになっている。多くの場合サーボ流体はエンジンの燃
料それ自身である。従って対応する燃料ポンプはエンジ
ンのハーナーへ燃料を供給するに十分であるだけでく計
量弁のサーボ制御に十分なほど燃料を加圧するに十分な
容量を有していなければならない。かかる燃料ポンプの
容量によりりガスタービンエンジンの燃料ポンプは許容
し難いほど大きくなることがあり、また許容し難いほど
の熱を発生することがある。

ポンプの大きさ及びポンプの発生熱量を低減すべく、燃
料計量弁の設定を制御するために液圧サーボ制御装置で
はなく電気機械的モータを使用することが従来より提案
されている。かかるモータは液圧サーボ制御装置に比し
て軽量であり、また熱効率の高いものであるが、かかる
モータを使用することはその出力容量により制限され
る。ガスタービンエンジンの燃料計量弁は、計量弁内の
燃料通路が異物によって栓塞されることによりエンジン
へ燃料が供給されなくなる虞れを低減すべく、弁が閉弁
する際に捕捉される燃料の固体汚染物質を破壊してこれ
を引離し得るものでなければならない。従って計量弁の
電気機械的制御装置の大きさ及び熱的効率の悪さ低減す
るためには、捕捉された異物を破壊し得る力の高い燃料
計量弁が非常に望ましい。

発明の開示 従って本発明の目的は、捕捉された固体汚染物質を破壊
してこれを引離す能力の優れた改良された電気機械式に
制御される計量弁を提供することである。

本発明によれば、回転式燃料計量弁内に捕捉された汚染
物質は弁の閉弁により半径方向内方へ掃引され、これに
より弁の回転式電気機械的アクチュエータの出力トルク
が汚染物質を破壊してこれを引離し、弁内を流れる燃料
の流れより汚染物質を除去するために最も効果的に使用
される。

本発明の一つの特徴によれば、本発明の計量弁は静止弁
本体と、該弁本体上に装着され且電気機械的アクチュエ
ータにより駆動される回転可能な計量要素（弁要素）と
を含んでおり、また弁本体に対する計量要素の相対運動
を制限する機械的ストッパを含んでおり、これらのスト
ッパは計量弁がガスタービンエンジンの燃料制御装置内
に設置される際にその調節を行う目的で計量弁に容易に
近接し得るよう互いに他に対し近接して配置されてい
る。

本発明の他の一つの特徴によれば、弁本体にはそれを貫
流する燃料流を受入れる窓が設けられており、この窓は
それを横切る圧力降下に起因する弁に対する力に打勝つ
に必要なアクチュエータの出力トルクを低減する目的
で、計量要素の回転中心に近接して配置されている。

本発明の更に他の一つの特徴によれば、弁本体及び計量
弁はそれらの溝が設けられた互いに接触する表面にて互
いに係合し前記溝内に受入れられたサーボ燃料により弁
を横切る燃料の圧力が均等化され、これにより弁を横切
る圧力降下に起因する弁の運動に対する摩擦抵抗が低減
されるようになっている。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態及び 産業上の利用可能性 添付の各図、特に第１図及び第２図に於て、符号１０に
て全体的に示された本発明の計量弁は、本願出願人であ
るユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションの
ハミルトン・スタンダード・ヴィヴィジョン（Hamilton
Standard Division）により製造され販売されている燃
料制御装置の如き種々のガスタービンエンジンの燃料制
御装置に組込まれているハウジングの如きハウジング１
５内に配置されている。ハウジング１５には下端に軸線
方向ボア２５を有する室２０が設けられており、ボア２
５にはＯリングシール３０を受けるための溝及び環状室
３５を形成するための溝が設けられており、計量弁１０
を通る排出燃料が環状室３５を経て半径方向のドレン通
路４０へ導かれるようになっている。ボア２５の下端に
は、計量弁１０により計量された燃料を弁より排出する
ための軸線方向排出通路４５が設けられている。燃料は
ポート４７を経て室２０内へ導入されるようになってい
る。

計量弁それ自身は、ボア２５内に受入れられ且孔５７に
ねじ込まれたキャップねじ５５によりハウジングに固定
された実質的に円筒形の弁本体５０と、弁本体５０上に
回転可能に装着された計量要素６０とを含んでいる。後
に詳細に説明する如く、計量要素６０及び弁本体５０は
それぞれ窓を有しており、これらの窓は互いに共働して
弁内を通る流体通路を郭定している。またこれらの弁の
相互の整合は、弁本体に対する計量要素の相対的回転位
置を調節することによって制御され、これにより弁内を
流れる燃料の流量が制御される。

計量要素を弁本体上に良好に着座させ、これによりこれ
らの間の流体の漏洩量を低減する目的で、計量要素６０
内にはこれに圧力を及ぼすばね６５が受入れられてい
る。回転可能な駆動部材７０がボルト８０（第２図）に
てハウジング１５にボルト締結された電気機械的アクチ
ュエータ（モータ）７５により回転されるようになって
おり、またモータと計量要素６０とを機械的に接続し、
これによりモータの選択的励磁により計量要素の位置の
調節が行われるようになっている。

第２図に最もよく示されている如く、弁本体５０は直立
ピン９５を受入れるためのボア９０及びカウンタボア９
２を有する中空円筒状のベース部８５を含んでいる。ピ
ン９５は締り嵌め、ろう付等によりベース部８５に固定
されている。またベース部８５にはドリル孔１００が傾
斜して設けられており、該ドリル孔１００はカウンタボ
ア９２と環状通路３５とを連通接続し、これにより計量
要素と弁本体との間を漏洩した燃料がカウンタボア、ド
リル孔１００、環状通路３５、及び半径方向ボア４０を
経て適当な燃料リザーバ（図示せず）へ導かれるように
なっている。弁本体はボア２５内に配置されていると共
に、ベース部８５の上端より半経方向外方へ延在するフ
ランジ１０５により室２０の底面上に着座している。フ
ランジ１０５はスロットを有するラグ１１０を含んでお
り、弁本体を室２０の底面に確実に締結するねじ５５が
ラグのスロットに受入れられている。弁本体より軸線方
向及び半径方向外方へ延在する第一のストッパアーム１
１５が第一のストッパ１２０を担持しており、該ストッ
パねじ部を有するカラー１２５と、ストッパを調節可能
にする目的でカラーにねじ込まれたねじ１３０とを含ん
でいる。またアーム１１５は該アームの上方部分より軸
線方向内方（図にて下方）へ延在する突起１３５を有し
ている。後に詳細に説明する如く、突起１３５は第二の
ストッパのための運動抑止突起として機能し、第一及び
第二のストッパは弁本体５０に対する弁要素６０の相対
回転を制限する。カラー１２５及び突起１３５はアーム
１１５と一体に形成されていてよく、アーム１１５はフ
ランジ１０５及びラグ１１０と共に例えば鋳造により弁
本体の円筒状のベース部８５と一体に形成されていてよ
い。

第４図に於て、弁本体５２は平滑に機械加工された上面
１４０が設けられており、該上面はその半径方向内方の
部分に４つの辺を有する窓１４５を有している。窓１４
５は弁要素６０と弁本体の中空内部とを連通している。
また上面１４０には半径方向の溝１５０が設けられてお
り、これらの溝は窓１４５の両側に設けられており、ま
た上面１４０の半径方向内方の部分とその半径方向外縁
部との間に延在している。

弁要素６０は半径方向に突出する円形のベース１５５
と、上端にリセス１６５が設けられた軸線方向に突出す
る部分１６０と、半径方向のスロット１７７を有する半
径方向外方へ延在する入力アーム１７５とを含んでい
る。アーム１７５、ベース１５５及び突出部１６０は鋳
造等により一体に形成されていてよい。第５図に最もよ
く示されている如く、弁要素のベース１５５にはピン９
５を摺動可能に受入れるための孔１８０が穿孔されてお
り、計量弁内の流路面積を変化させるべく弁要素が弁本
体５０に対し相対的に回転される際に弁要素がピン９５
の周りに枢動するようになっている。ベース１５５の底
面は平坦面１９５に機械加工されており、平坦面１９５
は弁本体５０の上面１４０と接触している。実質的に切
頭された三日月形をなす窓２００がベース１５５を貫通
して設けられており、窓の半径方向内方の部分は軸線方
向に突出する部分１６０を貫通して延在している。窓２
００は窓１４５と同様計量弁内の半径方向内方の位置に
配置されている。平坦面１９５には孔１８０より半径方
向外外方へ延在する溝２０５及び窓２００の切頭された
端部より周方向へ延在する溝２１０が設けられている。
コイルばね６５がシム２２０に当接しており、計量要素
６０と駆動部材７０との間に保持されており、計量要素
と弁要素との間の流体の漏洩量を低減すべきこれらの間
に圧縮シール力を与えている。

駆動部材７０は例えばピン接続によりモータ７５の回転
出力軸２３０に取付けられるよう軸線方向の孔を有する
中央部２２５を含んでいる。また駆動部材７０は半径方
向外方へ延在する駆動アーム２３２を含んでおり、該駆
動アームはその端部に駆動ドッグ２３５を有している。
駆動ドッグ２３５は入力アーム１７５に設けられた半径
方向のスロット１７７内に受入れられたピン２４０を含
んでいる。かくしてモータ７５の励磁による出力軸２３
０の回転によりピン２４０が回転され、これにより計量
要素６０が回転される。この場合駆動部材と計量要素と
の間の偏心はスロット１７７内にてピン２４０が半径方
向に運動することにより受入れられる。かかる計量要素
の回転により窓１４５及び２００の相互の整合が調節さ
れ、これにより弁の有効通路断面積が変化される。

また駆動部材７０には半径方向外方及び軸線方向下方へ
延在するアーム２４５を含む第二のストッパが設けられ
ており、アーム２４５はその端部にねじ２５５を受入れ
るじ部を有するカラー２５０を担持している。また第一
のストッパ用の運動抑止突起２６０が中央部２２５より
半径方向外方へ延在している。第２図に最もよく示され
ている如く、ねじ２５５はストッパ１３５と軸線方向及
び半径方向に整合されている。同様に運動抑止突起２６
０はストッパ１２０により弁本体５０に保持されたじ１
３０と軸線方向及び半径方向に整合されている。従って
駆動部材７０及び計量要素６０が第１図で見て時計廻り
方向へ回転すると、ストッパねじ２５５が運動抑止突起
１３５と係合し、これにより駆動部材及び計量要素の回
転角度が所定値に制限される。同様に駆動部材７０及び
計量要素が第１図で見て反時計廻り方向へ回転すると、
運動抑止突起２６０がストッパねじ１３０と係合し、こ
れにより計量要素の溌時計廻り方向への回転角度が制限
される。かかる回転運動の範囲はカラー内のストッパね
じを調節することにより容易に調節される。

前述の如く、航空機、ミサイル等を推進するガスタービ
ンエンジンの如きガスタービンエンジンの通常の作動に
於ては、計量弁の流体通路内に付着した汚染物質を引剥
す能力を有する計量弁をエンジンの燃緑制御装置に設け
ることが一般に行われている。。本発明によれば、第３
図に最もよく示されている如く、計量要素の窓の外縁部
の半径は、計量要素が矢印２６５の方向へ回転されるに
つれ二つの窓により郭定された計量弁を通る流体通路を
半径方向内方へ徐々に閉じるべく、計量弁の回転軸線に
対し連続的に減少する半径を有している。このことによ
り二つの窓の間に捕捉された汚染物質が計量弁に対し半
径方向内方へ付勢され、これにより計量要素のエッジと
弁本体の窓のエッジとの間に於て汚染物質を剪断するこ
とによってモータの出力トルクが汚染物質を破壊して引
離すことに最も効果的に使用される。

また本発明の計量弁は他の種々の特徴により従来の弁と
区別される。計量要素の半径方向外方へ延在する入力ア
ームにより汚染物質を破壊するための電磁アクチュエー
タよりのトルクが増大される。また入力アームに設けら
れた半径方向のスロットにより駆動部材とアクチュエー
タと計量要素との間の半径方向の偏心が受入れられる。
ストッパが互いに他に対し軸線方向及び半径方向に相対
的に近接していることにより、計量弁が採用された燃料
制御装置より一つの近接孔を経てストッパを容易に調節
することができる。アーム１１５の片持ち構造により、
運動抑止突起及びストッパが互いに係合する際の衝撃エ
ネルギを吸収する能力が計量弁に与えられる。計量要素
及び弁本体の半径方向内方部に窓を設けることにより、
それらの窓を横切る圧力降下により発生される弁に作用
する流体力による弁節に対する抗力が低減される。同様
に弁本体及び計量要素の互いに接触する面に設けられた
溝により、供給圧にて燃料が受入れられ、これにより計
量弁の内外の間の圧力が良好に均等化され、これにより
軸線方向の流体圧の力により及ぼされる抵抗に打勝つに
必要な駆動トルクが低減される。

以上に於ては本発明の計量弁をガスタービンエンジンの
燃料制御装置に適用された実施例について説明したが、
本発明の計量弁は他の種々の用途にも適したものである
ことが理解されよう。更に特定の窓の形状が図示された
が、窓の厳密な形状は計量弁に必要とされる流体の流量
特性により決定される。従って種々の設定に基き計量弁
の流量特性により決定される他の種々の形状の窓が本発
明の範囲内にて採用されてよい。同様に本発明の計量弁
の構造について他の種々の修正が本発明の範囲内にて行
われてよく、また本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の計量弁を示す分解斜視図である。 第２図は本発明の計量弁の一部を破断して示す解図であ
る。 第３図は第２図に線３−３に沿う平断面図である。 第４図は本発明の計量弁の本体の第２図で見て上面の平
面図である。 第５図は本発明の計量弁の回転可能な計量要素の第２図
で見て下面の平面図である。 １０……計量弁，１５……ハウジング，２０……室，２
５……軸線方向ボア，３０……Ｏリングシール，３５…
…溝，４０……ドレン通路，４５……軸線方向排出通
路，４７……ポート，５０……弁本体，５５……ねじ，
５７……孔，６０……計量要素，６５……ばね，７０…
…駆動部材，７５……電気機械的アクチュエータ（モー
タ），８０……ボルト，８５……ベース部，９０……ボ
ア，９２……カウンタボア，９５……ピン，１００……
ドリル孔，１０５……フランジ，１１０……ラグ，１１
５……ストッパアーム，１２０……第一のストッパ，１
２５……カラー，１３０……ねじ，１３５……運動抑止
突起，１４０……上面，１４５……窓，１５０……溝，
１５５……ベース，１６０……突出部，１６５……リセ
ス，１７５……入力アーム，１７７……スロット，１８
０……孔，１９５……平坦面，２００……窓，２０５、
２１０……溝，２２０……シム，２２５……中央部，２
３０……出力軸，２３２……駆動アーム，２３５……駆
動ドッグ，２４０……ピン，２４５……アーム，２５０
……カラー，２５５…ねじ，２６０……運動抑止突起

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁本体と、該弁本体上に配置され且回転軸
   線の周りに前記弁本体に対し相対的に回転可能な計量要
   素とを含む計量弁にして、前記弁本体及び前記計量要素
   にはそれぞれ窓が設けられており、前記窓は互いに共働
   して前記計量弁内を通る流体通路を少なくとも部分的に
   郭定しており、前記弁本体に対する前記計量要素の相対
   的回転位置を調節することにより選択的に整合され得る
   ようになっており、前記窓の一方は前記計量要素の回転
   により前記流体通路を半径方向内方へ徐々に閉ざし、ま
   た前記流体通路内の固体汚染物質が半径方向内方へ付勢
   され前記計量要素の前記窓のエッジと前記弁本体の前記
   窓のエッジとの間にて剪断されることによって効果的に
   破壊されるよう、前記回転軸線に対し連続的に変化する
   半径の湾曲した外縁部を含んでいることを特徴とする計
   量弁。