JPH078828Y2 - 自動車用ガスタービンエンジンのの制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、自動車用ガスタービンエンジンに係わり、
特に、ガスタービンに於けるタービンロータの耐久性を
向上させるのに好適した自動車用ガスタービンエンジン
の制御装置に関する。

（従来の技術） 自動車用エンジンの１つとして、ガスタービンエンジン
が知られているが、現時点に至るまで、まだ、実用に供
されているものはない。即ち、ガスタービンエンジンの
実用化を阻む原因には幾つかあるが、その原因の１つ
は、ガソリンを燃料とした場合、ガスタービンエンジン
の燃費がレシプロエンジンに比べて劣ることである。

ガスタービンの燃費を向上するには、タービンロータへ
の燃焼ガスの入口温度を高めることが考えられるが、こ
の場合には、加熱温度に対し、その機械的強度が余り低
下せず、しかも、必要な強度を確保できる材料、例え
ば、セラミックスで、タービンロータを製造するのが好
ましい。

一方、この種の自動車用ガスタービンエンジンに於いて
は、アクセルペダルの踏込み量に応じて目標タービン回
転数が予め設定されており、従って、ガスタービンに供
給される燃料供給量は、ガスタービンの実タービン回転
数がアクセルペダルの踏込み量に対応した目標タービン
回転数となるように、調量されている。

（考案が解決しようとする課題） ところで、セラミックス製のタービンロータを使用した
としても、ガスタービンの運転条件によっては、例えセ
ラミックス製といえども、その機械的強度が急激に低下
する温度まで、タービンロータの入口温度が上昇してし
まう虞がある。このような運転条件とは、運転者がクラ
ッチを踏み込むか、又は、トランスミッションを中立位
置に切り換えてもなお、アクセルペダルを更に踏み込む
ような場合である。この場合、無負荷の運転状態である
にも拘らず、アクセルペダルが踏み込まれ続けているこ
とから、ガスタービン、つまり、タービンロータの回転
は急激に上昇してしまい、また、これに伴い、タービン
ロータ自体の温度も、瞬間的に高温となって、タービン
ロータには大きな熱応力が加わることになる。しかも、
この熱応力のみならず、タービンロータには、高回転に
起因する大きな遠心応力もまた同時に加わることから、
これら熱応力及び遠心応力の合成応力がタービンロータ
の許容応力を越えてしまうことにもなる。

この考案は、上述した事情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、ガスタービンの不所望な回転
上昇を抑え、タービンロータの耐久性及びその運転上の
安全性を高めることができる自動車用ガスタービンエン
ジンの制御方法及びその装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この考案によれば、前述したタイプの自動車用ガスター
ビンエンジンに於いて、クラッチが断たれたとき、検出
信号を出力するクラッチスイッチと、トランスミッショ
ンが中立の切換え位置にあるとき、検出信号を出力する
中立検出スイッチと、ガスタービンの実タービン回転数
を検出する回転速度センサと、アクセルペダルの踏込み
量を検出するアクセル開度センサと、これらセンサから
の信号に基づき、ガスタービンへの燃料供給量を調量す
る燃料供給手段とを備えた自動車用ガスタービンエンジ
ンの制御装置が提供され、そして、この考案の制御装置
の場合、燃料供給装置は、クラッチスイッチ及び中立検
出スイッチのいずれからも検出信号が入力されないとき
には、上記目標タービン回転数に、回転速度センサで検
出したガスタービンの実タービン回転数を維持すべく、
ガスタービンへの燃料供給量を調量し、一方、クラッチ
スイッチ及び中立検出スイッチの少なくとも一方からの
検出信号が入力され、且つ、アクセルペダルの踏込み量
が所定の値以上であるときには、目標タービン回転数よ
りも低く設定されている規制タービン回転数に、ガスタ
ービンの実タービン回転数を維持すべく、ガスタービン
への燃料供給量を調量するようになっている。

（作用） 上述した自動車用ガスタービンエンジンの制御装置は、
運転者により、クラッチが断たれるか、又は、トランス
ミッションが中立の切換え位置に切換えられると、燃料
供給手段は、運転者がアクセルペダルを所定量以上に踏
み込んだとしても、上述した目標タービン回転数ではな
く、この目標タービン回転数よりも低く設定されている
規制タービン回転数に、ガスタービンの実タービン回転
数を維持すべく、ガスタービンへの燃料供給量を調量す
る。従って、ガスタービンが無負荷の状態で運転される
際には、例え、アクセルペダルが更に踏み込まれても、
ガスタービンの実タービン回転数が規制タービン回転数
以上に急激に上昇することはない。

（実施例） 以下、この考案の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、自動車の一部を概略的に示したものであり、
この自動車には、ガスタービン１が備えられている。こ
のガスタービン１は、エアコンプレッサ２と、このエア
コンプレッサ２に連結軸３を介して同軸に連結されたタ
ービンロータ４とを有しており、そして、これらエアコ
ンプレッサ２とタービンロータ４との間には、燃焼室５
が配置されている。この燃焼室５は、燃料供給管６を介
して、燃料供給手段を構成する燃料噴射装置７に接続さ
れている。

従って、第１図中、矢印で示すように、エアコンプレッ
サ２により取り入れられた吸気は、所定の圧力まで加圧
されて、燃焼室５に供給される。また、この燃焼室５内
には、燃料噴射装置７から燃料供給管６及び図示しない
燃料噴射弁を介して、燃料が噴射され、そして、この噴
射された燃料は、図示しない点火プラグにより、着火さ
れて燃焼される。この燃焼により生じ且つ膨脹した燃焼
ガスは、燃焼室５からタービンロータ４に供給され、タ
ービンロータ４を回転駆動する。尚、タービンロータ４
を通過した燃焼ガス、即ち、排ガスは、図示しないけれ
ども、排気パイプを通じて排気されることになる。

上述したようにしてタービンロータ４が回転駆動される
と、このタービンロータ４の回転力は、連結軸３を介し
てエアコンプレッサ２に伝達され、このエアコンプレッ
サ２を駆動させることとなり、これにより、エアコンプ
レッサ２による吸気、燃焼室５内での燃焼、燃焼ガスに
よるタービンロータ４の回転駆動が連続して行われるこ
ととなる。

一方、タービンロータ４の回転力、つまり、その回転出
力は、動力伝達機構８を介して、駆動輪、この実施例の
場合には、２つの後輪９に伝達されることになる。

ここで、動力伝達機構８について簡単に説明すれば、こ
の実施例の場合、エアコンプレッサ２は、減速歯車列10
の一方のギアに連結されており、減速歯車列10の他方の
ギアは、クラッチ軸11を介して、無段変速機12に連結さ
れている。この無段変速機12は、一対のプーリ13、14間
にＶベルト15を掛け回したものであり、クラッチ軸11
は、プーリ13に連結されている。そして、クラッチ軸11
には、クラッチ15が介挿されており、このクラッチ15の
断続作動は、図示しないクラッチペダルによりなされ
る。無段変速機12の他方のプーリ14は、トルクコンバー
タ16を介して、トランスミッション17に連結されてお
り、このトランスミッション17は、プロペラシャフト1
8、デファレンシャルギア18及び後車軸19を介して、各
後輪９に連結されている。

前述した燃料噴射装置７は、通常、第２図に示されてい
るように、アクセルペダル20の踏込み量に応じ、予め設
定されている目標タービン回転数に、ガスタービン１の
実タービン回転数を維持するように、燃焼室５に向けて
噴射する燃料供給量を調量する機能を有している。この
ような燃料供給量の制御のため、アクセルペダル20に
は、アクセル開度センサ21が組合わされており、このア
クセル開度センサ21は、アクセルペダル20の踏込み量、
即ち、アクセル開度を検出し、このアクセル開度に対応
した検出信号を燃料噴射装置７に供給する。また、燃料
噴射装置７には、ガスタービン１の実タービン回転数を
検出する回転速度センサ22からの信号もまた入力され
る。従って、燃料噴射装置７に於いては、アクセル開度
センサ21からの信号に基づき、第２図の特性ラインから
目標タービン回転数NGoを求めた後、次式から、燃焼室
５に噴射すべき燃料供給量Gfを決定する。

Gf＝K1（NGo−NGa）＋K2NGa ここで、NGoは、目標タービン回転数を示し、NGaは、回
転速度センサ22により求められる実タービン回転数であ
り、更に、K1,K2は、比例定数を夫々表している。ま
た、第２図の特性ラインでは、アクセル開度が100％、
即ち、アクセルペダル20が完全に踏み込まれたとき、目
標タービン回転数NGoは、許容最大回転数MAXに設定さ
れ、一方、アクセル開度が０％、即ち、アクセルペダル
20の踏込みがないとき、目標タービン回転数NGoは、許
容最小回転数、つまり、アイドル回転数NIに設定されて
いることが表されている。

燃料噴射装置７は、アクセル開度センサ21及び回転速度
センサ22からの検出信号のみならず、前述したクラッチ
15の断続、この実施例の場合には、クラッチ１が断たれ
たときに作動するクラッチスイッチ23、並びに、トラン
スミッション17が中立の切換え位置に切換えられたとき
に作動する中立検出スイッチ24からの夫々の検出信号も
また、入力されるようになっている。

そして、この考案の場合、燃料噴射装置７がクラッチス
イッチ23及び中立検出スイッチ24のいずれかから、その
検出信号を受け取ると、燃料噴射装置７は、前述した第
２図の特性ラインから求められる目標タービン回転数NG
oではなく、第３図の特性ラインから求められる規制タ
ービン回転数NR及び前式に基づき、同様にして上記燃料
供給量Gfを制御する。

ここで、第２図及び第３図の特性ラインを比較すれば明
らかなように、この実施例の場合、第３図の規制タービ
ン回転数NRは、アクセル開度が０％から所定のＡ％まで
の領域で、第２図の目標タービン回転数NOと同様に、ア
クセルペダル20の踏み込みに従って増加されるが、しか
しながら、規制タービン回転数NRは、アクセル開度がＡ
％から100％までの領域では、目標タービン回転数Noよ
りも低い値で一定に保持されている。第２図と第３図と
の間の比較を容易にするため、第３図には、アクセル開
度Ａ％以上の領域での目標タービン回転数を破線で示し
てある。

また、第２図及び第３図の特性ラインは、燃料噴射装置
７内の記憶部に予め記録されているものである。

上述したように、燃料噴射装置７にアクセル開度に応じ
て達成すべき目標タービン回転数NO及び規制タービン回
転数NRが予め別々に準備されていると、ガスタービンエ
ンジンの運転条件に応じて、燃焼室５への燃料供給量Gf
を制御することが可能となる。つまり、クラッチ15が繋
がっており、また、トランスミッション17も中立の切換
え位置以外の切換え位置に切換えられている通常の運転
条件の場合には、燃料供給量Gfは、アクセル開度から求
められる第２図の目標タービン回転数Noに実タービン回
転数Naを一致させるべく、制御されることから、アクセ
ルペダル20の踏込み量にほぼ比例して、ガスタービン１
の回転数を円滑に上昇させることができる。

一方、クラッチ15が断たれたり、又は、トランスミッシ
ョン17が中立の切換え位置に切換えられたような無負荷
での運転条件となると、クラッチスイッチ23又は中立検
出スイッチ24からの検出信号が燃料噴射装置７に供給さ
れることにより、この燃料噴射装置７は、第２図の目標
タービン回転数Noではなく、第３図の規制タービン回転
数NRに、実タービン回転数Naを一致させるべく、燃料供
給量Gfを制御する。

従って、ガスタービン１が無負荷状態で運転されるとき
には、第３図から明らかなように、アクセルペダル20の
踏み込みにより、アクセル開度が例えＡ％以上となって
も、ガスタービン１の実タービン回転数Naは、予め設定
されている規制タービン回転数NR以上に上昇する虞はな
い。この結果、無負荷状態での運転条件では、例えアク
セルペダル20が誤操作されても、ガスタービン１の回転
数を必要以上に上昇させることがないので、ガスタービ
ン１に於けるタービンロータ４の過熱をも防止すること
ができる。それ故、タービンロータ４の遠心応力及び熱
応力の双方を軽減して、これら応力の合成応力もまた、
タービンロータ４自体の許容応力以下に確実に抑えるこ
とが可能となり、ガスタービン１の耐久性のみならず、
その運転上での安全性をも向上することができる。

更に、無負荷運転中でのガスタービンの回転数を規制タ
ービン回転数に抑えることにより、燃料消費量をも低減
できることになる。

この考案は、上述した一実施例に制約されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、第１図に示した
ガスタービン１は、タービンロータ４が１個の１軸式の
ものであるが、ガスジェネレータ用とパワージェネレー
タ用との２つのタービンロータを備え、出力がパワージ
ェネレータ用のタービンロータから取り出される２軸式
のガスタービンにも、この考案を適用できることは勿論
である。

（考案の効果） 以上説明したように、この考案の自動車用ガスタービン
エンジンの制御装置によれば、自動車のクラッチが断た
れるか、又は、そのトランスミッションが中立の切換え
位置に切換えられることで、ガスタービンが無負荷の状
態で運転されるときには、ガスタービンの回転数を、ア
クセルペダルの踏込み量に対応した目標タービン回転数
ではなく、この目標タービン回転数とは別の規制タービ
ン回転数に維持すべく、ガスタービンへの燃料供給量を
調量して制御するようにしたから、例え、無負荷状態で
の運転中に、アクセルペダルが大きく踏み込まれても、
ガスタービンの回転数は、目標タービン回転数よりも低
い規制タービン回転数に維持される。この結果、ガスタ
ービンの急激な回転上昇、並びに、そのタービンロータ
の過熱を抑制して、タービンロータに加わる遠心応力及
び熱応力を軽減でき、ガスタービンの耐久性のみなら
ず、その安全運転に大きく貢献する。また、無負荷運転
中でのガスタービンの回転数を規制タービン回転数に抑
えることで、ガスタービンに供給される燃料が不所望に
消費されることもない等の利点も有する。

【図面の簡単な説明】

図面は、この考案の一実施例を示し、第１図は、ガスタ
ービンエンジンの概略図、第２図は、アクセル開度に対
する目標タービン回転数を表す特性図、第３図は、アク
セル開度に対する規制タービン回転数を表す特性図であ
る。 １……ガスタービン、７……燃料噴射装置（燃料供給手
段）、８……動力伝達機構、15……クラッチ、17……ト
ランスミッション、20……アクセルペダル、21……アク
セル開度センサ、22……回転速度センサ、23……クラッ
チスイッチ、24……中立検出スイッチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンと、このガスタービンの回転
   出力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、この動力伝達
   機構に夫々介挿され、ガスタービンから駆動輪への動力
   の伝達を断続するクラッチ、並びに、トランスミッショ
   ンとを備えてなる自動車用ガスタービンエンジンに於い
   て、 クラッチが断たれたとき、検出信号を出力するクラッチ
   スイッチと、トランスミッションが中立の切換え位置に
   あるとき、検出信号を出力する中立検出スイッチと、ガ
   スタービンの実タービン回転数を検出する回転速度セン
   サと、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開
   度センサと、クラッチスイッチ及び中立検出スイッチの
   いずれからも検出信号が入力されないときには、アクセ
   ルペダルの踏込み量に基づき予め設定されている目標タ
   ービン回転数に、回転速度センサで検出される実タービ
   ン回転数を維持すべく、ガスタービンへの燃料供給量を
   調量し、一方、クラッチスイッチ及び中立検出スイッチ
   の少なくとも一方からの検出信号が入力され、且つ、ア
   クセルペダルの踏込み量が所定量以上であるときには、
   上記目標タービン回転数よりも低く設定されている規制
   タービン回転数に、実タービン回転数を維持すべく、ガ
   スタービンへの燃料供給量を調量する燃料供給手段とを
   具備したことを特徴とする自動車用ガスタービンエンジ
   ンの制御装置。