JPH0672557B2 - サ−ボ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液圧サーボ機構に係わり、更に詳細にはスナ
ップ作用式液圧サーボ機構に係わる。

従来の技術 比較的低い値の流体の流量によってサーボ弁の位置が調
節されることにより比較的高い値の流体の流量が制御さ
れるよう構成された種々の流体圧サーボ機構が従来より
知られている。多くの場合、比較的高い値の流体の流量
を制御する可動のサーボ弁要素には流体が作用する表面
を有するランド又はこれと等価な部分が設けられてい
る。流体作用面に選択的に導かれる比較的低い値の流量
の流体の流れによりサーボ弁要素がその所望の位置へ駆
動され、これにより比較的高い値の流体の流量が調節さ
れる。

一般的な型式のサーボ機構に於ては、離散的な吐出通路
へ流体の流れを導く目的で、種々の位置へ移動し得るサ
ーボ弁要素が使用されている。かかるサーボ機構に於て
は、弁要素を或る一つの設定位置に維持しなければなら
ない場合には、サーボ弁要素がその種々の設定位置の間
に変化すること、即ちハンチング現象は好ましくない。
かかる変動はサーボ弁が所望の流量を維持する能力に悪
影響を及ぼすだけでなく、シールの如き種々の弁構成要
素の早期の摩耗や疲労をきたし、また例えば電気機械的
圧力トランスデューサによる弁位置の正確な信号化を阻
害する。従ってサーボ弁機構がスナップ作用式の作動を
すること、即ち弁要素が上述の如き変動を生じることな
く迅速に通常の作動位置の間に運動し、かくして迅速に
運動した後に流体圧の力によって所望の位置に維持され
ることが好ましい。

発明の開示 本発明の目的は、改良されたスナップ作用式流体作動型
サーボ機構を提供することである。

本発明によれば、サーボ出力部材のスナップ作用は、ノ
ズルを通る流体の流れに応答するアクチュエータによっ
て駆動される閉止部材により開口面積（流路面積）が制
御されるように構成されたノズルを経て駆動圧を決定す
るサーボ流体の流れを導くことによってサーボ出力部材
に作用する駆動圧を調節することにより達成される。サ
ーボ出力部材の運動はノズル通過流にてアクチュエータ
に対する正味の力を増減することにより行なわれる。サ
ーボ出力部材の液圧応答及びアクチュエータの圧力応答
は、出力部材の所望の応答を行なわせるためのアクチュ
エータの運動が出力部材それ自身の運動に先立って行な
われ、これによりアクチュエータの設定の変化に対する
出力部材の確実なスナップ作用式の応答が達成されるよ
う行なわれる。

好ましい実施例に於ては、サーボ出力部材はジェット燃
料用の方向転換弁要素を含んでおり、該弁要素はそれに
作用するサーボ流体圧に応答してそれが嵌合するシリン
ダ内を往復動するようになっている。弁要素に作用する
サーボ流体圧の大きさはノズル通過流により制御され、
ノズル通過流は流体応答型のベローズアクチュエータに
より駆動される閉止部材により制御される。ベローズア
クチュエータは流れ絞りを備えた孔を有する室内に配置
されている。作動に於ては、流れ絞りにより室を通るサ
ーボ流体の流れが遅延され、これによりノズル通過流に
よるベローズの加圧量が増大され、これにより上述の如
き弁要素のスナップ作用式の作動が達成される。

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 これより本発明を軍事用又は民生用の航空機を推進駆動
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
タービンエンジンのための燃料処理システムに適用され
た実施例について説明するが、本発明は液圧サーボ機構
が採用され任意の他の用途にも適用可能なものであるこ
とに留意されたい。

第１図に於て、ガスタービンエンジン10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・ディビジョンにより製
造されているJFC−60燃料制御装置の如き燃料制御装置2
0より導管17を経てジェット燃料を供給される多数のバ
ーナ（そのうちの一つが符号15にて示されている）を含
んでいる。燃料制御装置20には内部にフィルタスクリー
ン35を有する導管30を経てギヤポンプ25より燃料が供給
されるようになっている。燃料は互いに同心のインナ熱
交換器40及びアウタ熱交換器37より導管30へ供給され
る。図示の如く熱交換器40には導管45を経て燃料が供給
され、熱交換器37には導管50を経て燃料が供給される。
導管50には加圧されないリザーバ（図示せず）より導管
57を経て燃料を吸引する遠心ポンプ55より燃料が供給さ
れる。遠心ポンプ55はそれに供給される燃料を加圧する
ことによってギヤポンプ25内に於るキャビテーションの
虞れを低減する。熱交換器37及び40を流れる燃料の流れ
は、燃料制御装置20との関連で使用される電子回路（図
示せず）の冷却の如き任意の所望の冷却に使用されてよ
い。

燃料制御装置20はエンジンの所望の及び実際の運転条件
に基づきバーナ15へ所望量の燃料を計量供給する。かか
る目的で、燃料制御装置20はその内部に組込まれている
種々の燃料処理装置により、エンジンへ吐出される燃料
の圧力及び流量を調節する。典型的にはギヤポンプ25は
エンジンの運転に必要な流量以上の流量の燃料を供給
し、過剰の燃料（バイパス燃料）は後に詳細に説明する
態様にて導管60を経て燃料制御装置より吐出される。

本発明の改良された減圧サーボ機構は導管60より熱交換
器37及び40へ供給されるバイパス燃料を制御する。サー
ボ機構65は図にて左端に於てストッパ77によりシールさ
れたシリンダ75を含む方向転換弁70を含んでおり、シリ
ンダ75はランド側の端部に環状室78を有し、また導管45
及び60と連通している。また方向転換弁70はシリンダ内
に往復動可能に配置された方向転換弁要素（出力部材）
80を含んでいる。図示の如く、弁要素80は直径の小さい
中央部95により互いに接続された一対のカップ形のラン
ド85及び90を有している。

弁要素80が図示の位置にあるときには、導管60を経てサ
ーボ機構へ供給されたバイパス燃料は、弁要素80により
導管50とを連通する導管100へ導かれ、また燃料はポン
プ55より導管50を経て熱交換器へ吐出される。図に於て
矢印にて示されている如く、方向転換弁70により導管10
0へ導かれたバイパス燃料は導管50を経てアウタ熱交換
器37へ吐出され、しかる後導管30を経てギヤポンプ25へ
供給される。弁要素80が図にて左方へ運動すると、導管
45連通され、導管100がランド90により閉ざされ、導管6
0より方向転換弁を経て導管45へ至る通路が開かれ、こ
れによりバイパス燃料がインナ熱交換器40へ吐出され
る。次いでその燃料は熱交換器40より導管30へ供給さ
れ、ギヤポンプ25及び燃料制御装置20へ戻される。

ランド85の図にて左端には直径の大きいピストン105が
設けられており、該ピストンは加圧された圧力（Ps）の
燃料供給源より導管110を経て供給される燃料により図
にて右側の面に於て加圧される。ランド85及び90は互い
に同一の直径を有しており、従ってシリンダのうち直径
の小さい部分95に隣接する部分より互いに等しい流体力
を受けるので、弁要素80の位置はピストン105に作用す
る圧力の大きさにより決定される。従って図示の位置に
於ては、調節された圧力Pmの燃料によりピストン105の
左側の面及びランド85の内部に作用する圧力が、導管11
0内の圧力Psの燃料によりピストン105の右側の表面に作
用する圧力による流体力よりも大きい場合には、弁要素
80は図にて右方へ付勢される。逆に圧力Pmが充分に低下
すると、圧力Psの燃料によりピストン105の右側の表面
に対する加圧により生じる流体力がピストンの左側の面
に作用する力に打ち勝ち、弁要素が図にて左方へ駆動さ
れてストッパ77に当接せしめられる。

方向転換弁のシリンダの図にて左端と導管110の上流側
端部とを連通接続する通路120内には流体圧応答電気ト
ランスデューサ（スイッチ）115が配置されている。方
向転換弁のシリンダの端部に於ける圧力PmとPsとの間の
差圧に応答するスイッチ115は、ランプの如き適当な電
気的表示装置（図示せず）へその差圧の変化を示す電気
信号を出力する。方向転換弁のシリンダの図にて左端は
内部にオリフィス130が設けられた導管125及び導管135
を経て圧力Psの燃料にて加圧される。

第２図に於て、導管135はその他端に於て室145の底壁を
貫通して延在するボアにねじ込まれたノズル140と連通
している。ノズルの上端に設けられた孔150の流路面積
は、ノズルの上端の窪み内に保持された半球状の閉止部
材155により調節される。閉止部材155の位置はその端部
に設けられた流体圧応答型のベローズアクチュエータ16
0により設定され、閉止部材155には適当な手段によりピ
ストン出力部材165が機械的に接続されている。

第２図に於て、室145の上端はプラグ170によりシールさ
れており、該プラグはブッシング175を受けるねじ孔を
含んでおり、ブッシング175の長手方向の位置はサーボ
機構のトリップ点を調節すべくねじヘッド180を調節す
ることによりプラグ内にて調節されるようになってい
る。ブッシング175には長手方向の流体通路185及び半径
方向の流体通路187が設けられており、通路185は導管19
0及びプラグ170に設けられた通路195を経て低圧（ポン
プ入口圧の燃料と連通しており、通路195にはオリフィ
ス200が設けられている。ブッシング175はベローズアク
チュエータ160内に配置され内部に長手方向の流体通路2
10を有する第二のブッシング205に当接しており、通路2
10は半径方向通路212を経てベローズの内部と連通して
おり、これによりベローズは導管190、通路195、187、1
85、210、212を経てポンプ入口圧の燃料にてその内部が
加圧されるようになっている。

室145は流れ絞り（オリフィス）220が設けられた導管21
5、環状室78、及び導管100を経てポンプ55よりの出口圧
と連通している。

前述の如く、熱交換器への燃料の供給を選択的に切替え
る際に於る本発明のサーボ機構の方向転換弁要素80及び
他の種々の構成要素の摩耗を低減するためには、方向転
換弁のスナップ作用式の作動特性が必要とされる。更に
かかるスナップ作用式の作動特性は、方向転換弁要素が
弁のシリンダ内の適正な位置に良好に留まることがで
き、また圧力応答スイッチ115がかかる位置を正確に且
連続的に表示し得るようにするために必要である。方向
転換弁要素のかかるスナップ作用式の作動を達成すべ
く、方向転換弁のシリンダ75の図にて左端内に於る圧力
は、ベローズアクチュエータ160の制御された加圧によ
ってノズル140を通る燃料の流量を制御することにより
制御される。

サーボ機構の作動を説明する目的で、方向転換弁の弁要
素80が図示の位置にあるものと仮定すれ、バイパス燃料
の流れをアウタ熱交換器37よりインナ熱交換器へ方向転
換するためには、弁要素80を図にて左方へ駆動すること
が必要である。かかる弁要素の駆動はエンジン10の速度
の増大によりこれに伴って行なわれ、エンジンの速度の
増大はポンプ55の速度の増大、従ってその吐出圧を増大
する。ポンプの吐出圧を増大すると、室145が導管50及
び100、弁の環状室78、及び導管115を経てポンプと連通
していることにより、室145内の圧力が増大される。室1
45内の圧力が増大されると、ベローズアクチュエータ16
0を横切る圧力降下が増大され（ポンプの入口圧は一定
に維持される）、これによりベローズアクチュエータが
ピストン165及び閉止部材155をノズル140の上端より持
上げる。このことによりノズル140の有効開度が増大さ
れ、従ってノズルを通る燃料の流量が増大され、これに
より方向転換弁のシリンダの図にて左端に於る圧力Pmが
低下される。流れ絞り220は室145より導管215を流れる
ノズル通過流の吐出を送らせ、これによりベローズアク
チュエータの加圧を更に高くし、これによりベローズア
クチュエータが高い速度にてピストン165及び閉止部材1
55を持上げるようになる。

第３図に於て、室145よりのノズル通過流が流れ絞り220
により遅延されることにより、ベローズアクチュエータ
の圧縮により発生される逆方向の復帰ばね力の増大速度
よりも早い速度にて、ベローズアクチュエータの加圧の
変化速度が増大せしめられる。従ってベローズアクチュ
エータは第３図の二つの曲線の間の水平の平行線が引か
れた領域230により示されている如く、ノズル140を通る
流れの影響により早い速度にて開き、これによりノズル
を経て方向転換弁のシリンダの図にて左端の加圧を低減
することが加速され、これにより方向転換弁要素が確実
にスナップ作用式に左方へ移動し、導管110を経てピス
トン105が加圧されることによりその位置に保持され
る。かかる方向転換弁要素の確実なスナップ作用は、圧
力応答スイッチ115よりの連続的な（変調されていな
い）出力信号により示される。

エンジン10の速度が低下すると、ポンプ55のインペラの
回転速度も低下し、これにより室145内の圧力が低下さ
れる。ベローズアクチュエータ160の内部へ供給される
ポンプ入口圧は一定であるので、かくしてポンプ速度が
低下するとベローズアクチュエータを横切る圧力降下が
低下する。ベローズアクチュエータに於ける圧力降下が
低下すると、ベローズアクチュエータにより発生される
復帰ばね力によって閉止部材155が下降される。かくし
て閉止部材が下降されることによりノズルを通る燃料の
流量が低減され、このことによりベローズアクチュエー
タを横切る圧力降下が低下され、流れ絞り220は導管215
を経てベローズアクチュエータの外部が再度加圧される
ことを低減する。かくして圧力降下が低減されることに
よりノズルの流路面積の低減が加速され、これによりピ
ストン105の図にて左端が導管125及び135を経て再度加
圧されるようになり、これによりピストン105がスナッ
プ作用式に図にて右方へ駆動される。かかる運動により
燃料の流れがインナ熱交換器40よりアウタ熱交換器37へ
切換られ、圧力応答スイッチ115よりの信号が連続的に
遮断される。

ノズルを通る液圧流体の流量及びベローズの応答速度
は、ピストン105がそれに作用する圧力によって駆動さ
れる前にベローズが変化するポンプ速度（室の圧力）に
応答し、これにより上述のスナップ作用式の作動特性が
達成されるよう選定される。前述の如く、かかるスナッ
プ作用式の作動によりサーボ機構及び圧力応答スイッチ
の再現性があり且信頼性の高い確実な変動のない作動が
確保され、またシールの如きサーボ弁の構成要素の使用
寿命が増大される。

以上に於ては本発明を特定の実施例については詳細に説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、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図は本発明によるスナップ作用式サーボ機構を示す
概略構成図である。 第２図は第１図に示されたサーボ機構の要部を示す拡大
部分断面図である。 第３図はサーボ機構に使用される流路圧応答アクチュエ
ータに作用する液圧力を示す解図的グラフである。 10……ガスタービンエンジン,15……バーナ,20……燃料
制御装置,25……ギヤポンプ,35……フィルタスクリー
ン,37……アウタ熱交換器,40……インナ熱交換器,55…
…遠心ポンプ,65……サーボ機構,70……方向転換弁,75
……シリンダ,77……ストッパ,78……環状室,80……方
向転換弁要素（出力部材）,85、90……ランド,95……中
央部,105……ピストン,115……流体圧応答電気トランス
デューサ（スイッチ）,120……通路,130……オリフィ
ス,140……ノズル,145……室,150……孔,155……閉止部
材,160……ベローズアクチュエータ,165……出力部材,1
70……プラグ,175……ブッシング,180……ねじヘッド,2
00……オリフィス,205……ブッシング,220……流れ絞り
（オリフィス）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両側のサーボ流体の差圧に応答して運動し
   得る第一の出力部材を有するサーボ機構にして、 ノズルと、 前記第一の出力部材と前記ノズルとを流体的に連通接続
   し、前記第一の出力部材と前記ノズルとの間にサーボ流
   体の流れを導き、これにより前記第一の出力部材に対す
   る加圧を変化させる導管と、 前記ノズルを通るサーボ流体の流量を調節するノズル閉
   止部材と、 前記閉止部材の位置を調節すべく前記閉止部材に機械的
   に接続された第二の出力部材を有する流体圧応答アクチ
   ュエータであって、前記第二の出力部材は前記アクチュ
   エータの復帰力により所定の閉止設定位置へ向けて付勢
   されており、前記復帰力は前記第二の出力部材の位置に
   応じて変化するよう構成された流体圧応答アクチュエー
   タと、 前記アクチュエータと前記ノズルとを連通接続し前記復
   帰力に対抗して前記ノズルを経て前記アクチュエータへ
   前記サーボ流体の流れが供給されることを受入れる室
   と、 前記室の開口部内に配置され、前記室よりの流れを絞
   り、これにより前記ノズル通過流による前記アクチュエ
   ータに対する加圧を増大させる第一の流れ絞りと、 を含み、前記閉止部材が前記アクチュエータによって調
   節される際に於ける前記ノズル通過流による前記アクチ
   ュエータに対する加圧の変化速度が前記アクチュエータ
   の復帰力の変化速度よりも大きく、これにより前記第一
   の出力部材がスナップ作用式に運動するよう前記サーボ
   機構の一つの反作用面に於ける加圧の変化速度が低減さ
   れるよう構成されたサーボ機構。