JPS6054483B2 - 燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン動力装置の燃料制御に係り、特に、米
国特許第２８２２６６６号に例示されている形．式およ
びユナイデツド・エアクラフト・コーポレーションのハ
ミルトン・スタンダード・デイビジヨンにより製作され
ているＪＦＣ−１２、ＪＦＣ−２５、ＪＦＣ−（１）形
の形式の改良に係る。

この燃料制御の技術分野で周知のように、燃料、制御は
燃料流量を制御する役をするだけでなく、エンジン制御
に関連する多くの他の対象を制御するにも利用されてき
た。

たとえば、燃料制御はエンジンの固定羽根、抽気弁その
他のエンジンの対象を制御するのに利用されてよい。あ
る応用にお・いては、上記のような機能を互いに独立に
制御できるようにすべきである。本発明は、燃料制御が
動力装置への燃料流量を制御する機能とならんで動力装
置の固定羽根を制御する機能を含む場合に有用である。
この観点で、本発明は、一定のエンジン動力を保つため
無負荷速度を自動的に再設定することと、単一カムおよ
び単一カム従動体の利用により可変の固定羽根の位置を
自動的に設定することの二重機能を得るのに設立つもの
である。

これは、二つのカムと二つの従動体を利用するもの、あ
るいは、二つのプロフィルを持つ単一のカムと各プロフ
ィルにそれぞれ対応する従動体を利用するもａのと対照
的である。さらに、レバー比とばね定数を適当な値にす
ることにより、単一の接触点から無負荷時の垂下スケジ
ュールが定められる。

この燃料制御の他の観点は、乗算を行なう絞り弁の利用
によりＷｆ／Ｐ３×Ｐ３による燃料制御の機能を得るこ
とである（ここに、Ｗｆ＝燃料流量、Ｐ３＝圧縮機吐出
圧力）。

この機能を得るため通常は支点レバーの力平衡システム
を利用してきたところに、本発明によれば、絞り弁に作
用する流体圧力による力を制御することと、その窓の一
つを独特な形状にしておくことによつて、この機能を得
ている。この見地で、本発明による燃料制御は、定常状
態に対し圧縮機速度の伝動レバー位置の関数として、ま
た、加速に対し圧縮機速度と圧縮機入口温度の関数とし
てＷｆ＝Ｐ３のスケジュールを作ることと、この値にＰ
３を乗じることとを含み、効率的な燃料制御を達成する
とともに、エンジンが過大あるいは過小の吹出し、過大
な温度上昇およびサージを生じないことを保証するもの
である。

本発明の目的は改良された燃料制御を得ることである。
さらに本発明の目的は、タービン動力装置の燃料制御用
として、単一のカムと単一のカム従動体を利用し、固定
羽根の位置の制御と燃料流量の制御の二重機能を得るこ
とてある。さらに本発明の目的は、絞り弁の位置を流体
サーボ機構て制御することと、その絞り弁を関数発生器
として利用することにより、Ｗｆ／Ｐ３とＰ３の乗算を
行なうことである。

さらに本発明の目的は、前記の燃料制御用として、カム
とリング仕掛から成り、最大燃料流量制限を与える付加
的機能を有する燃料しや断機構を得ることである。

その他の特徴と効果は本発明の一つの実施例を付図にも
とずいて説明するなかで明らかになるであろう。

第１Ａ図および第１Ｂ図は本発明の理解に最も適した一
実施例の概要図である。

燃料制御装置は一括して参照数字１０で示してあり、こ
れがタービン動力装置１６の固定羽根１４と燃料流量の
両方を制御する。動力装置がシングルあるいはトウイン
●スプール、ファン、ソリッド●シャフト、フリー・タ
ービンなどいかなる形式であつても本発明の範囲内にあ
るものと当業者により理解されるべきである。燃料制御
装置１０は測定部分、固定羽根駆動部分および演算器部
分から成る。

測定部分は本質的に絞り弁１８、適当なポンプ２０およ
び圧力調整器２２から成る。基本的に測定部分の作用は
、燃料に圧力を与えて送り出し、管路２８および３０と
環状通路３２を経て絞り弁１８のなかに形成される窓２
４および２６を通して流量を測定することにより、演算
器部分から指令された値に燃料流量を調整して、それを
最終的にエンジンの燃焼器部分に流すことである。後で
さらに明らかに説明するように、窓２６は関数発生器て
あり、そこで圧力降下により弁３４の変位を燃料流量Ｗ
ｆに比例させるような形状になつている。本質的に、絞
り弁１８は孔３６のなかに、回転できるように支えられ
ているスプール３４から成る。

軸４０はスプール３４の上端に形成されている孔のなか
に、軸受４２から少し離れた位置まで挿入されており、
チャンバ４４を部定している。はね４６はチャンバ４４
のなかに軸４０の端部とスプール３４に接して組み込ま
れており、軸受４２を介してスプール３４を下方に押し
付けている。スプール３４のなかに軸方向に穿孔された
通路４８はスプール３４に設けられた穿孔通路５２及び
その周りに設けられた筒状のフィルタ要素を経て環状通
路３２につながつており、環状通路３２のなかの流体は
、穿孔通路５２、チャンバ４４、ボート（ロ）５４およ
び管路５６を経て、Ｗｆ／Ｐ３弁５０を伝えられる。

圧力調整器は任意の適当な形式、たとえば前記のＪＦＣ
−１２、ＪＦＣ−２５およびＪＦＣ一印形に用いられて
いるもの、あるいは米国特許第２８２２６６６号に記載
されているものでよく、測定オリフィス２４に生ずる圧
力降下を予め定められた一定の値に保つ役をする。

測定オリフィス２４の上流側圧力（管路２８のなかの圧
力）を管路６２および分岐管路６４を経て測定要素６０
の上端に加え、また、オリフィス２４の下流側圧力（環
状通路３２のなかの圧力）を管路６６を経て測定要素６
０の下端に加えることにより、弁２２が前記の上流側圧
力を検出する、と説明するだけで十分であろう。これら
の圧力と、測定要素６０の下側に組み込まれているばね
６８の力とによつて、測定要素６０は過剰燃料をポンプ
２０の入口側に還流するように位置決めされて、窓２４
における圧力降下を一定に保つ。要素６０の上端に作用
する上流側圧力とその下端に作用する下流側圧力は同一
の面積に加わるので、ばね６８の力により圧力降下の値
が決まる。この値はたとえば４０ｐＳｉ（２．８ｋ９１
ｃ１ｔ）であつてよい。上記のように、絞り弁１８はス
ケジュール信号Ｗｆ／Ｐ３に圧縮機吐出圧力の実際値Ｐ
３を乗する役をする。

実際値Ｐ３はベロー７０て検出され、真空ベロー７２を
基準とする絶対値として、ピボット７６を支点とするレ
バー７４に加えられる。ベアリング保持器８０を支えて
いるローラ７８はスプール３４の位置を決め、したがつ
て、弁１８の窓２４および２６の位置を決める役をする
。このＰ３の力とばね８２および４６の力のほかに、ス
プール３４は、その上部と下部に、チャンバ４４および
８４のなかの流体の圧力によつて生ずる力を受ける。こ
れらの圧力はＷｆ／Ｐ３パイロット弁５０により制御さ
れており、Ｗｆ／Ｐ３スケジュール信号を作る役をする
。上記のように、最終的に管路３０を通つてエンジンに
与えられる環状通路３２のなかの圧力は、管路５６およ
びボート８８を経てパイロット弁５０に伝えられる。そ
の流量と圧力は、流体がボート９２、分岐管路９牡ボー
ト９６、形窓９８、ボート１００および管路１０２を経
て弁５０を通過するとき、オリフィスとしての形窓９０
および９８の面積により影響を受け、分岐管９４に於け
る圧力が管路１０３を経てチャンバ８４へ伝えられ、そ
れによつてスプール３４における圧力降下が定まる。乗
算システムの原理を第３図を参照しながら説明する。

この図は乗算システムの各要素の機能を示すブロック図
であり、記号の意味は次のとおりてある。Ｐ３＝圧縮機
吐出圧力 ＡＢ＝ベローの有効面積 ＬＲ＝ベローと絞り弁の間のレバー比 Ｆ８＝ベローによる力 Ｋｓ＝絞り弁のばね定数 Ｘ，＝絞り弁の動程 Ｗｆ＝燃料流量 ΔＰ＝絞り弁の関数窓により生ずる圧力 ＡＲ＝Ｗｆ／Ｐ３弁の面積比 Ｐｍ＝ＡＲ弁により分割された後の圧力 ＡＴＶ＝絞り弁におけるＰｍの作用面積 前記のように、実際値Ｐ３により生ずる力と、チャンバ
４４および８４（第１Ｂ図）のなかに作用する圧力によ
り生じ、Ｗｆ／Ｐ３パイロット弁５０により決定される
力との和がＷｆを生ずるように絞り弁１８を変位させる
。

絞り弁１８の形窓２６は関数発生器であり、ブロック１
１０に示すスケジュールを得るのに必要な圧力降下（Δ
Ｐ）を定める。圧力と形窓の面積から定まる弁１８に作
用する力はＷｆ／Ｐ３信号を生じ、これを加算点１１２
に加えると、エンジンに流すＷｆの値が得られるのであ
る。この乗算の根拠は第３図のブロック図の関係を表わ
す数式から導くことがてきる。

第１式 この式の両辺をＰ３で割ると、第２式が得られる。

第２式 この式を簡単にすると、第３式から得られる。

第３式から、ぁ，とＰ３を除けば、すべて値は既知、か
つ、一定であることがわかる。

したがつてＷｆ／Ｐ３を知るには、必要なＷｆ／Ｐ３を
満足する適当な？を生ずるようにＡＲを予めめ定めてＷ
ｆ／Ｐ３弁の窓の形を切つておけばよい。もしＡＲがＷ
ｆ／Ｐ３弁の位置により選択され、また、もしＰ３がベ
ローに加えられれば、適当なＷｆがこのシステムから得
られることになる。上記の説明と第１Ａ図および第１Ｂ
図から、弁５０の変位が窓９０および９８の面積を決め
、したがつてＷｆ／Ｐ３スケジュール信号を定めること
は明らかである。

この値は、ピボット１１２を支点とするベルクランク１
１０の位置により決められる。再設定用伝動カム１１４
に接続されている伝動レバーの信号は、適当なアタッチ
メント機構を通してベルクランク１１０の一端に接続さ
れているばね１１６への力を設定する。加速スケジュー
ルは、圧縮機入口温度の関数として回転され、また、圧
縮機速度の関数として移動される三次元カム１１８の設
定によつて決められる。

エンジン圧縮機により、駆動される遠心おもり式速度セ
ンサ１２０は速度変化に応じてピボット１２４を支点と
してレバー１２２を動かす。これは次にノズル１２６の
カーテン面積を再設定して、そこから噴射する流体の抵
抗を変化させ、また、穿孔通路１３０のなかの固定絞り
１２８に生する圧力降下を変化させる。管路１３４を経
てチャンバ１３２に入つた与圧流体は穿孔通路１３０を
通り、チャンバ１３６を通り、管路１３８を通つて流れ
、ノズル１２６を通つて噴射している。明らかに、ノズ
ル１２６の設定によりチャンバ１３６のなかの圧力が決
まり、したがつて、ピストン棒１４０に同軸に固定され
ている三次元カム１１８の位置が定まる。ピストン棒１
４０の移動によりばね１４２の高さが変化し、レバー１
２２に作用する力が変化する。この力と、レバー１２２
の他端に作用する可調整ばね１４４とノズル１２６から
の流体噴射による力とが再び力平衡状態になり、サーボ
・システム全体を平衡させる。第２図には第１Ａ図の線
２−２における断面図を示してあるが、この図かられか
るように、三次元カム１１８は圧縮機入口温度検出器１
４６により回転させられる。温度検出器１４６では適当
なベロー式温度センサがばねの力に逆らつて棒１５２を
押し付けており、ベロー１５０の移動は、歯車１５６と
噛み合う歯車組立１５４を介して、カム１１８を、検出
温度の関数として回転させる役をする。温度および速度
の検出機構も三次元カムも前記の米国特許第２８２２６
６６号にさらに詳細に説明されているので、ここでは、
Ｗｆ／Ｐ３のスケジュールが圧縮機速度と圧縮機入力温
度により作られ、三次元カムにより表わされるという説
明で十分であろう。

上記のように本燃料制御装置はエンジンの固定羽根の位
置を決める役をするが、それを、もともとある三時元カ
ムの利用により行なつている。

カム１１８の位置は既に圧縮機の入口温度と速度の関数
てあるから、プロフィル１６０は所望の固定羽根の位置
を与えるような輪部になつている。力ームを押し付けて
いる従動体１６４はレバー１６２に取り付けられている
。レバー１６２は一端ではピボット１６６により、他端
では固定羽根駆動レバー１７１に固定されているピン１
６８により支えられている。レバー１６２は二つの部分
から成るが、その理由は後の説明で明らかになるであろ
う。尚カム１１８に於けるプロフィル１５９はＷｆ／Ｐ
３スケジュール信号を定めるべくベルクランク１１０に
作用する部分である。正常運転に対しては、パイロット
弁１７２とピン１６９に支えられているレバー１７１の
位置をレバー１６２が決めるように作動すると説明する
だけで十分であろう。

パイロット弁１７２は、固定羽根駆動部分のピストン１
７４のいずれかの側に与圧流体を与えることにより、ピ
ストン１７４の位置を制御する役をする。ピストン１７
４には同軸に棒１７０が結合されており、これが適当な
機構（図示されていない）を介して固定羽根を駆動する
。板ばね１７８は、ピストンがその行程の端部に達した
後にレバーの行程が行き過ぎてもよいようにするための
ものである。パイロット弁１７２は、図示のような任意
の適当なスプール形の弁あるいは任意の他のサーボ制御
弁てあつてよく、圧縮機の入口温度と速度の関数である
入力信号に応答して固定羽根駆動部分の位置決めをする
役をする。

スプール１８２が変位して、その適当なランドが管路１
９８および１８０のいずれかを高圧管路１９０に連絡さ
せることにより、高圧流体はこれらの管路を経てピスト
ン１７４のいずれかの端部に導かれる。ピストンの一方
の端部が高圧に連絡しているとき、他方の端部は管路１
９２あるいは１９４のいずれかを経てドレンに連絡して
いる。カムによるレバー１６２の変位がレバー１７１と
スプール１８２とピストン棒１７０の変位を惹き起すが
、その結果、レバー１６２はその原位置に戻り、パイロ
ット弁１７２は平衡状態に戻ることは明らかである。

本発明の他の特徴として、固定羽根駆動部分に対するス
ケジュールを決定する役をするプロフィル１６０が無負
荷時の再設定スケジュールを与えるためにも利用される
。

この場合、単一のカム従動体１６４しか必要としない。
この発明によれば、リンク２００をピボット１６６に取
り付け、また、それとレバー１６２の腕板２０４の中間
にばね２０２を組み込む。ばね２０２の力によつて、レ
バー２０５により妨げられる場合を除いて、リンク２０
０はレバー１６２の腕板２０３との接触を保つ。このリ
ンク２００は無負荷運転時にはレバー２０５とレバー２
０５により位置決めされているばね２０６により無視さ
れている。したがつて、カム従動体１６４の信号は腕板
２０３をリンク２００を経て伝達され、リンク２００お
よびベルクランク１１０に連結されているばね２０６へ
の負荷を変化させる。ばね２０６は、ピボット支点１１
２が置かれている面と平行の面に位置する一つの点でベ
ルクランク１１０の腕板２０８に結合されているので、
ベルクランク１１０は軸２１０（ピボット支点１１２の
回転軸）の周りて回転し、それによりＷｆ／Ｐ３の弁５
０の再位置決めを行う。これにより次に燃料流量を調整
して、無負荷時の設定が一定の馬力を保つように再設定
される。第５図（縦軸はＷｆ／Ｐ３、横軸は圧縮機の速
度あるいは温度に応じて補正されたエンジン速度）に示
すように定常状態ラインＢおよび垂下ラインＣの交さ点
に位置する無負荷点Ａが、馬力変化の極性に応じて、Ｄ
およびＥで表わされる点に再設定されることになり、こ
の変化は垂下ラインが適当な定常状態カーブと交わるま
で、垂下スケジュールに追従する。

垂下スケジュールすなわち第５図のラインＣはカム１１
８のプロフィルの適当な条件とレバー比およびばね定数
の適当な値を選定することにより表現される。

第４図には固定羽根のスケジュールがＸ（固定羽根の位
置）対被補正速度のプロットにより表わされている。カ
ーブＭは、固定羽根の閉位置と開位置の間の転移すなわ
ち羽根の最小開口面積から最大開口面積への転移を示し
ている。カーブＭの上の適当な動作点を選定し、カーブ
のその部分を無負荷時の再設定に利用することと、リン
ク２００の長さとばね２０６を適当に選択することによ
り、第５図の傾斜すなわち無負荷時の垂下カーブＣを決
めることができる。燃料供給を停止するための条件レバ
ー（図には示していない）に結合して作動するカム２１
２は本発明において、最大燃料流量制限を定める二重機
能としても利用されている。

図に示すように、正常運転中はカム２１２は可調整のね
じ２１４から離れた位置にある。絞り弁１８のスプール
３４か下方（すなわち燃料の流量を増大させる方向）に
十分な行程を移動すると、レバー７４が反時計方向に回
転して、ネジ２１４力幼ム２１２に衝突−し、それ以上
の移動を防止する。したがつて絞り弁１８はその最大燃
料流量の位置に止まる。明らかに、カム２１２がその最
大半径のところでネジ２１４に接するような位置にある
と、スプール３４は上方に移動して、絞り弁１８を閉止
し、エン．ジンの運転を停止することになる。本発明は
以上に説明してきた実施例に限定されることなく、本発
明の範囲から逸脱せずに種々の変更が行なわれてよいこ
とは理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１Ｂ図は本発明の一つの実施例の概要
図である。 第２図は一部は第１図の線２一２における断面図であり
、一部は第１図を補う概要図である。第３図は本発明に
よる乗算の原理を示すブロック図である。第４図は固定
羽根スケジュールのグラフであり、被補正エンジン速度
対固定羽根位置て画いてある。第５図は本発明により定
められる垂下ラインを説明するため定常状態スケジュー
ルで運転するエンジンの状態を示すグラフであり、Ｗｆ
／Ｐ３比対被補正速度で画いてある。１０〜燃料制御一
括、１４〜固定羽根、１６〜タービン動力装置、１８〜
絞り弁、２０〜ポンプ、２２〜圧力調整器、２４，２６
〜形窓オリフィス、３４〜スプール、５０〜Ｗｆ／Ｐ３
パイロット弁、６０〜差圧測定要素、７０〜圧縮機圧力
検出ベロー、７２〜真空ベロー、７４〜レバー、９０，
９８〜形窓、１１０〜ベルクランク、１１４〜再設定用
電動カム、１１８〜三次元カム、１２０〜遠心おもり式
速度センサ、１２６〜ノズル、１２８〜固定絞り、１４
０〜ピストン棒、１４６〜圧縮機入口温度検出器、１５
０〜温度検出ベロー１５４，１５６〜歯車、１６０〜プ
ロフィル、１６２〜レバー、１６４〜カム従動体、１７
１〜レバー、１７２〜パイロット弁、１７４〜固定羽根
駆動部分のピストン、１８０〜スプール、２００〜リン
ク、２０３，２０４〜腕板、２０５〜レバー、２１０〜
軸、２１２〜停止用カム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 調整可能なガイドベーンを有するガスタービンエン
   ジンのための燃料制御装置にして、燃料供給管路３０の
   途中に設けられた絞り弁１８と、該エンジンの圧縮機の
   入口温度と回転速度に応答して回転方向と軸線方向に調
   整可能な第一及び第二の三次元カムプロフィル１５９、
   １６０と、前記第一のカムプロフィル１５９に応答して
   圧縮機の圧力に対する燃料流量の比を表す信号を発生す
   る第一のカム従動装置１１０、２１０と、前記比と圧縮
   機の圧力の積を作りかつそれに応答して加速中の燃料流
   量を制御する積算装置と、前記第二のカムプロフィル１
   ６０に応答してガイドベーンの位置を制御する第二のカ
   ム従動装置１６２、１６４とを有し、前記第一及び第二
   のカムプロフィル１５９、１６０は一つの単一の三次元
   カム体１１８に設けられており、さらに前記の圧縮機圧
   力に対する燃料流量の比に応答して前記絞り弁１８を位
   置決めする液圧的制御手段が設けられており、前記液圧
   的制御手段は前記第一のカム従動装置により調整される
   てこ部材１１０により制御されるパイロット弁５０を含
   んでおり、更に圧縮機の圧力に応答して前記絞り弁１８
   を位置決めする制御手段７０、７２、７４と、エンジン
   のアイドル運転時の燃料流量を前記第二のカムプロフィ
   ル１６０によつて制御すべく前記第二のカム従動装置１
   ６２、１６４と前記てこ部材１１０とを接続する手段が
   設けられていることを特徴とする燃料制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の燃料制御装置にして、前記
   てこ部材１１０は枢動式に装着されたベルクランク１１
   ０であり、前記第二のカムプロフィル１６０に応答する
   前記第二のカム従動装置１６２、１６４はカム従動体１
   ６４を備えかつ枢動式に装着されたレバー１６４を有し
   、前記レバー１６２は該レバーに枢動式に装着されかつ
   ばね力により該レバーの突出した一部２０３との係合状
   態に維持される部材２００と共働するようになつており
   、前記部材２００はばね２０６により前記ベルクランク
   １１０と連結されていることを特徴とする燃料制御装置
   。 ３ 特許請求の範囲第２項の燃料制御装置にして、前記
   三次元カム体１１８には更に第三のレバー２０５が共働
   しており、前記部材２００は該第三のレバー２０５に枢
   動式に連結されていることを特徴とする燃料制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項〜第３項の何れかの燃料制御
   装置にして、前記第二のカムプロフィル１６０は前記ガ
   イドベーンの位置を計画的に定める予め定められた傾斜
   を有しており、この傾斜がアイドル時の燃料流量の低下
   スケジュールを与えるように選択されていることを特徴
   とする燃料制御装置。５ 特許請求の範囲第１項〜第４
   項の何れかの燃料制御装置にして、前記パイロット弁５
   ０は直列に配置された二つの制御用輪郭を有する形窓９
   ０、９８を有し、前記絞り弁１８は前記燃料供給管路３
   ０に直列に組込まれた二つのオリフィス２４、２６を制
   御するスプール３４を有し、前記液圧的制御手段は圧縮
   機の圧力に対する燃料流量の比に応じて前記スプール３
   ４を位置決めすべく前記スプールと関係する二つの圧力
   室４４、８４と、前記圧力室の一つ４４と前記パイロッ
   ト弁の形窓９０、９８の一つ９０との間に設けられた第
   一の管路５６と、前記パイロット弁の前記形窓の一方９
   ０と他方９８の間に設けられた第二の管路９４と、前記
   パイロット弁の前記他方の形窓９８と前記燃料供給管路
   ３０の前記絞り弁１８より下流側の部分との間に設けら
   れた第三の管路１０２と、前記圧力室の他方８４と前記
   第二の管路９４の途中との間に設けられた第四の管路１
   ０３とを有し、前記絞り弁１８の前記圧力室の一つ４４
   は前記二つのオリフィス２４、２６の中間にて前記燃料
   供給管路３０にも連通していることを特徴とする燃料制
   御装置。