CN114508424A - 飞行器用的内燃机 - Google Patents

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Abstract

提供能够提高燃料消耗率的飞行器用的内燃机。飞行器用的内燃机(1)具备燃气轮机(2)、供润滑油流通的润滑油供给管(31)、向燃气轮机(2)供给润滑油的可变容量型的电动泵(33)、检测润滑油的温度的温度检测部(5)、检测润滑油的供给量的供给量检测部(6)、检测燃气轮机(2)的转速的转速检测部(4)、控制部(7)。控制部(7)基于由转速检测部(4)检测出的燃气轮机(2)的转速及由温度检测部(5)检测出的润滑油的温度来设定润滑油的目标供给量，控制润滑油的喷出量，以使由供给量检测部(6)检测出的润滑油的供给量与目标供给量一致。

Description

飞行器用的内燃机
技术领域
本发明涉及飞行器用的内燃机。
背景技术
以往，已知有搭载于飞行器等机体并使用了燃气轮机发动机作为用于推进机体的动力源的飞行器用内燃机的结构。在以往的燃气轮机发动机中，主流结构是利用经由驱动轴而与发动机的主轴连结的机械式泵来向发动机供给润滑油。图5是表示以往技术的发动机转速与液压之间的关系的线图。图5的线图G101是指每个发动机转速下的发动机要求液压。图5的线图G102是指根据发动机转速而从机械式泵供给的润滑油的实际的液压。如图5的线图G102所示，在以往的机械式泵中，润滑油的液压根据发动机的转速的变化而变化。因此，有时相对于要求液压(参照线图G101)而实际的液压、即润滑油的实际的供给量的浪费多，另外，难以稳定地确保润滑油的供给量。因此，提出了各种使用无论发动机的转速如何均能够稳定地供给润滑油的电动泵来供给润滑油的技术。
例如在专利文献1(日本特开2020-37925号公报)中，公开了如下结构：涉及一种向燃气轮机发动机的轴承供给润滑油的供给装置，其具备：抽气管，其与压缩机连通并在轴承侧具有喷射口；油管，其将油箱与抽气管连接；以及电动泵，其设置于油管的中途，用于从油箱抽吸润滑油并向抽气管供给润滑油。利用电动泵从油箱向在与压缩机连通的抽气管中流通的高压空气供给润滑油，并将由此生成的油雾向轴承供给。
根据专利文献1所记载的技术，通过使用电动泵，无论发动机的转速如何均能够供给恒定量的润滑油。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的技术中，润滑油的供给量恒定，因此有时即便在例如发动机的负荷小的情况下，也比要求油量偏多地供给润滑油。因此，尤其在发动机的负荷小而要求油量小的情况下，润滑油的供给量有可能过剩。由此，会浪费地消耗泵的驱动所涉及的电力，燃料消耗率有可能恶化。
于是，本发明的目的在于，提供能够提高燃料消耗率的飞行器用的内燃机。
用于解决课题的方案
本发明的飞行器用的内燃机具有以下的结构。
(1)本发明的一方案的飞行器用的内燃机具备：燃气轮机，其搭载于飞行器的机体；润滑油供给管，其与所述燃气轮机连接，供润滑油流通；可变容量型的电动泵，其设置于所述润滑油供给管，用于向所述燃气轮机供给所述润滑油；温度检测部，其检测供给到所述燃气轮机的所述润滑油的温度；供给量检测部，其检测由所述电动泵向所述燃气轮机供给的所述润滑油的供给量；转速检测部，其检测所述燃气轮机的转速；以及控制部，其基于所述温度检测部、所述供给量检测部及所述转速检测部的检测结果，来控制从所述电动泵喷出所述润滑油的喷出量，所述控制部基于由所述转速检测部检测出的所述燃气轮机的转速及由所述温度检测部检测出的所述润滑油的温度，来设定所述润滑油的目标供给量，所述控制部对所述电动泵的转速进行反馈控制，以使由所述供给量检测部检测出的所述润滑油的供给量与所述目标供给量一致，由此控制所述润滑油的喷出量。
(2)在上述(1)的方案的飞行器用的内燃机的基础上，也可以是，所述供给量检测部是检测从所述电动泵喷出的所述润滑油的压力的压力传感器，所述控制部基于所述燃气轮机的转速及所述润滑油的温度来设定所述润滑油的目标压力，所述控制部对所述电动泵的转速进行反馈控制，以使由所述压力传感器检测出的所述润滑油的压力与所述目标压力一致。
(3)在上述(1)或(2)的方案的飞行器用的内燃机的基础上，也可以是，所述控制部在使所述燃气轮机停止之后，利用来自电力源的电力来拖动所述燃气轮机，并且与所述拖动连动而从所述电动泵供给规定量的所述润滑油。
(4)在上述(3)的方案的飞行器用的内燃机的基础上，也可以是，所述控制部在所述拖动的动作中测定由所述温度检测部检测到的所述润滑油的温度变化，所述控制部根据所述温度变化来控制从所述电动泵喷出所述润滑油的喷出量。
发明效果
根据(1)的方案，使用可变容量型的电动泵来向燃气轮机供给润滑油。由控制部控制从电动泵喷出的润滑油的喷出量。控制部首先基于润滑油的温度及燃气轮机的转速来设定润滑油的目标供给量。之后，控制部对电动泵的转速进行反馈控制，以使由供给量检测部检测出的润滑油的当前的供给量与目标供给量一致。由此，从电动泵向燃气轮机供给润滑油的供给量被控制部精密地控制，因此润滑油的量不会过剩或不足而能够将恰当的量的润滑油稳定地向燃气轮机供给。而且，控制部针对目标供给量而进行反馈控制，以使由供给量检测部检测出的当前的润滑油的供给量与目标供给量一致。由此，能够基于当前的润滑油的供给量而更进一步地进行精密的控制。
目标供给量基于润滑油的温度及燃气轮机的转速而设定。因此，例如在发动机负荷小的情况(要求油量小的情况)下，能够减小目标供给量的值。因而，与无论转速如何均利用电动泵供给恒定量的润滑油的以往技术相比，尤其在发动机负荷小的情况下，能够抑制浪费地消耗电动泵的驱动电力。通过削减电动泵的驱动电力，从而与以往技术相比能够提高燃料消耗率。
因此，能够提供能够提高燃料消耗率的飞行器用的内燃机。
根据(2)的方案，供给量检测部是检测从电动泵喷出的润滑油的压力的压力传感器。由此，能够以简单的结构精密地测定润滑油的当前的供给量。控制部基于燃气轮机的转速及润滑油的温度来设定目标压力，对电动泵进行反馈控制，以使由压力传感器检测出的润滑油的压力与目标压力一致。由此，能够由控制部以压力为参数而精密地控制从电动泵向燃气轮机供给润滑油的供给量。因而，润滑油的量不会过剩或不足而能够将恰当的量的润滑油稳定地向燃气轮机供给。
根据(3)的方案，控制部在使燃气轮机停止之后，拖动燃气轮机。由此，能够冷却燃气轮机。控制部开始拖动，并且与拖动连动而从电动泵供给规定量的润滑油。由此，能够抑制在燃气轮机刚停止之后润滑油的供给停止所引起的润滑油的焦化(油附着)的发生。通过在燃气轮机停止后也供给润滑油，能够在拖动时更迅速地冷却燃气轮机。
根据(4)的方案，控制部在拖动的动作中，根据测定到的润滑油的温度变化来控制从电动泵喷出润滑油的喷出量。由此，在拖动的动作中，能够供给最佳量的润滑油。因而，能够抑制供给过剩的量的润滑油，抑制浪费地消耗电动泵的驱动电力。通过削减电动泵的驱动电力，能够实现与以往技术相比进一步的燃料消耗率的提高。
附图说明
图1是搭载有实施方式的内燃机的飞行器的外观图。
图2是实施方式的内燃机的简要结构图。
图3是表示实施方式的内燃机中的液压、燃气轮机的转速及电动泵的转速的关系的线图。
图4是说明实施方式的由控制部进行的反馈控制的流程的流程图。
图5是表示以往技术的燃气轮机的转速与液压之间的关系的线图。
附图标记说明：
1 内燃机
2 燃气轮机
4 转速检测部
5 温度检测部
6 供给量检测部
7 控制部
10 飞行器
11 机体
31 润滑油供给管
33 电动泵
N (燃气轮机的)转速
P (润滑油的)压力
Pt 目标压力
S (润滑油的)供给量
St 目标供给量
T (润滑油的)温度。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
(燃气轮机系统)
图1是搭载有实施方式的飞行器用的内燃机1(以下，有时仅称作内燃机1。)的飞行器10的外观图。
飞行器10例如具备机体11、多个旋翼12A～12D、多个电动机14A～14D、安装构件16A～16D、内燃机1。以下，在不对多个旋翼12A～12D互相区别的情况下，称作旋翼12，在不对多个电动机14A～14D互相区别的情况下，称作电动机14。
旋翼12A经由安装构件16A而安装于机体11。在旋翼12A的基部(旋转轴)安装有电动机14A。电动机14A驱动旋翼12A。电动机14A例如为无刷DC马达。旋翼12A是在飞行器10为水平姿势的情况下，绕与重力方向平行的轴线旋转的叶片的固定翼。关于旋翼12B～12D、安装构件16B～16D及电动机14B～14D，也具有与上述同样的功能结构，因此省略说明。
通过旋翼12根据控制信号而旋转，从而飞行器10以期望的飞行状态飞行。控制信号是基于操作者的操作或自动操纵中的指示得到的用于控制飞行器10的信号。例如，旋翼12A和旋翼12D沿着第一方向(例如顺时针方向)旋转，旋翼12B和旋翼12C沿着第二方向(例如逆时针方向)旋转，由此飞行器10飞行。也可以是，除了上述的旋翼12以外还设置有未图示的姿势保持用或水平推进用的辅助旋翼等。
图2是实施方式的内燃机的简要结构图。
内燃机1是搭载于飞行器10的内部的飞行器用的内燃机1。内燃机1发出成为对上述的飞行器10的旋翼12A～12D(参照图1)进行驱动的动力源的电力。内燃机1由所谓的燃气轮机发动机构成。内燃机1具备燃气轮机2、润滑装置3、转速检测部4、温度检测部5、供给量检测部6、控制部7。
燃气轮机2具有压缩机21、涡轮22、轴23、轴承24。压缩机21对从设置于飞行器10的机体11的未图示的通风孔吸入的吸入空气进行压缩。涡轮22与压缩机21连接而与压缩机21一体旋转。轴23将压缩机21与涡轮22连结。轴承24配置于轴23的外周部。在燃气轮机2的轴23上，连接有与轴23同轴设置的未图示的发电机。发电机经由减速机构等而与轴23连接。发电机通过涡轮22的驱动来发出电力(交流电力)。由发电机发出的交流电力由未图示的动力驱动单元(PDU)的转换器变换为直流电力，并储存于蓄电池35。来自蓄电池35的放电电力向电动机14供给，由此电动机14驱动。需要说明的是，也可以代替蓄电池35而从燃气轮机2的发电机直接向电动机14供给电力。
润滑装置3使润滑油循环而向燃气轮机2供给润滑油。润滑装置3具备油箱32、润滑油供给管31、电动泵33。
油箱32储存润滑油。润滑油供给管31的一端部与油箱32连通，润滑油供给管31的另一端部与燃气轮机2连接。在润滑油供给管31的内部，流通润滑油。
电动泵33设置于润滑油供给管31的中途。电动泵33由来自蓄电池35的电力驱动。需要说明的是，也可以代替蓄电池35而从燃气轮机2的发电机直接向电动泵33供给电力。电动泵33从油箱32抽吸润滑油而使润滑油在润滑油供给管31的内部循环。电动泵33向燃气轮机2供给润滑油。借助电动泵33而在润滑油供给管31中流通的润滑油尤其朝向燃气轮机2的轴承24供给。由此，抑制轴承24的烧结(抱死)，并且进行燃气轮机2的冷却。电动泵33是根据来自详情后述的控制部7的信号能够变更向燃气轮机2供给的润滑油的量的可变容量型的电动泵33。
转速检测部4检测燃气轮机2的转速N。转速检测部4例如是安装于燃气轮机2的轴23的旋转变压器等转速传感器。
温度检测部5检测供给到燃气轮机2的润滑油的温度T。温度检测部5例如是测定轴承24附近的润滑油的温度T的温度传感器。
供给量检测部6检测由电动泵33向燃气轮机2供给的润滑油的供给量S。在本实施方式中，供给量检测部6例如是位于比燃气轮机2靠上游侧处的润滑油供给管31内设置的压力传感器。即，供给量检测部6根据润滑油供给管31内的润滑油的压力P来算出润滑油的供给量S。
控制部7与电动泵33、转速检测部4、温度检测部5及供给量检测部6分别连接。控制部7取得由转速检测部4、温度检测部5及供给量检测部6检测到的信息(燃气轮机2的转速N、润滑油的温度T及润滑油的压力P)。而且，控制部7经由驱动器50而取得电动泵33的转速等信息。控制部7向电动泵33发送信号而控制电动泵的转速，由此控制来自电动泵33的润滑油的喷出量。控制部7基于转速检测部4、温度检测部5及供给量检测部6的检测结果，来控制来自电动泵33的润滑油的喷出量。
具体而言，控制部7基于由转速检测部4检测出的燃气轮机2的转速N及由温度检测部5检测出的润滑油的温度T，来设定润滑油的目标供给量St。控制部7对电动泵33的转速进行反馈控制，以使由供给量检测部6检测出的润滑油的供给量S与目标供给量St一致。在本实施方式中，目标供给量St被设定为目标压力Pt。因而，在本实施方式中，控制部7基于燃气轮机2的转速N及润滑油的温度T来设定目标压力Pt，并对电动泵33的转速进行反馈控制，以使由压力传感器检测出的润滑油的压力P与目标压力Pt一致。
图3是表示实施方式的内燃机1中的液压、燃气轮机2的转速N及电动泵33的转速的关系的线图。图3的线图G1是指由控制部7设定的目标压力Pt随时间的变化。线图G2是指燃气轮机2的转速N随时间的变化。线图G3是指由控制部7控制的电动泵33的转速随时间的变化。
如线图G1及G2所示，控制部7以不与燃气轮机2的转速N成比例而进行动作的方式设定目标压力Pt。该目标压力Pt以与内燃机1的要求液压一致的方式设定。如线图G3所示，电动泵33的转速基于目标压力Pt来控制，因此能够不与燃气轮机2的转速N成比例而进行动作。通过像这样控制部7控制电动泵33的转速，能够在通过必要最小限度的液压来抑制摩擦的同时，削减电动泵33的驱动电力。
图4是说明实施方式的由控制部7进行的反馈控制的流程的流程图。
参照图4，更详细地说明由控制部7进行的控制的流程。
在开始图4的流程之前的状态下，内燃机1(燃气轮机2)处于驱动中。当开始控制部7的流程时，控制部7首先检测获知燃气轮机2的系统状态(ST01)。接着，控制部7判断燃气轮机2的系统状态是否正常(ST03)。在判断为燃气轮机2的系统状态不正常的情况(在ST03中为“否”的情况)下，控制部7视作存在燃气轮机2的停止要求，使燃气轮机2停止(ST13的“是”)。
在步骤ST03中判断为燃气轮机2的系统状态正常的情况(在ST03中为“是”的情况)下，控制部7使电动泵33驱动(ST07)。接着，控制部7从转速检测部4取得燃气轮机2的转速N，并且从温度检测部5取得润滑油的温度T。控制部7基于取得的燃气轮机2的转速N及润滑油的温度T，来算出目标供给量St(ST09)。在本实施方式中，控制部7基于燃气轮机2的转速N及润滑油的温度T，来算出目标压力Pt。
接着，控制部7从供给量检测部6取得向燃气轮机2供给的润滑油的供给量S。控制部7将取得的润滑油的供给量S与在步骤ST09中算出的目标供给量St进行比较，对电动泵33的转速进行反馈控制，以使润滑油的供给量S与目标供给量St一致(ST11)。在本实施方式中，作为供给量S的参数而取得润滑油的压力P。因而，在步骤ST11中，控制部7将取得的润滑油的压力P与在步骤ST09中算出的目标压力Pt进行比较，对电动泵33的转速进行反馈控制，以使润滑油的压力P与目标压力Pt一致。
接着，控制部7判定是否存在燃气轮机2的停止要求(ST13)。在存在停止要求的情况(在ST13中为“是”的情况)下，使燃气轮机2的驱动停止。之后，控制部7如详情后述那样对燃气轮机2进行拖动(motoring)(ST14)。当拖动完成时，控制部7使电动泵33的驱动停止，由此使润滑油的供给停止而结束本流程(ST15)。
另一方面，在步骤ST113中不存在燃气轮机2的停止要求的情况(在ST13中为“否”的情况)下，返回步骤ST01，反复进行上述的流程，直至存在燃气轮机2的停止要求。
在此，详细说明步骤ST14的燃气轮机2拖动时的控制部7的控制。在步骤ST14中，控制部7在使燃气轮机2停止之后，通过来自未图示的电力源的电力来使燃气轮机2拖动以冷却燃气轮机2。此时，控制部7与拖动连动而从电动泵33向燃气轮机2供给规定量的润滑油。具体而言，控制部7在拖动的动作中，首先，取得由温度检测部5检测到的润滑油的温度变化。控制部7根据取得的润滑油的温度变化，来控制来自电动泵33的润滑油的喷出量。
接着，说明在燃气轮机2停止后再次使燃气轮机2启动时的由控制部7进行的控制。
在本实施方式中，控制部7在使燃气轮机2启动之前，首先使电动泵33驱动，向燃气轮机2供给润滑油。从电动泵33的驱动开始经过规定的时间而来自电动泵33的润滑油的喷出量达到期望的值之后，控制部7开始燃气轮机2的驱动。在燃气轮机2开始驱动之后，控制部7开始基于上述的流程(参照图4)进行的电动泵33的反馈控制。
(作用、效果)
接着，说明上述的内燃机1的作用、效果。
根据本实施方式的内燃机1，使用可变容量型的电动泵33来向燃气轮机2供给润滑油。来自电动泵33的润滑油的喷出量由控制部7控制。控制部7首先基于润滑油的温度T及燃气轮机2的转速N来设定润滑油的目标供给量St。之后，控制部7对电动泵33的转速进行反馈控制，以使由供给量检测部6检测出的润滑油的当前的供给量S与目标供给量St一致。由此，从电动泵33向燃气轮机2供给润滑油的供给量S由控制部7精密地控制，因此润滑油的量不会过剩或不足而能够将恰当的量的润滑油稳定地向燃气轮机2供给。而且，控制部7针对目标供给量St进行反馈控制，以使由供给量检测部6检测出的当前的润滑油的供给量S与目标供给量St一致。由此，能够基于当前的润滑油的供给量S而更进一步地进行精密的控制。
目标供给量St基于润滑油的温度T及燃气轮机2的转速N来设定。因此，例如在发动机负荷小的情况(要求油量小的情况)下，能够减小目标供给量St的值。因而，与无论转速如何均利用电动泵33供给恒定量的润滑油的以往技术相比，尤其在发动机负荷小的情况下，能够抑制浪费地消耗电动泵33的驱动电力。通过削减电动泵33的驱动电力，从而与以往技术相比能够提高燃料消耗率。
因此，能够提供能够提高燃料消耗率的飞行器用的内燃机1。
供给量检测部6是检测从电动泵33喷出的润滑油的压力P的压力传感器。由此，能够以简单的结构来精密地测定润滑油的当前的供给量S。控制部7基于燃气轮机2的转速N及润滑油的温度T来设定目标压力Pt，并对电动泵33进行反馈控制，以使由压力传感器检测出的润滑油的压力P与目标压力Pt一致。由此，能够以压力P为参数，利用控制部7来精密地控制从电动泵33向燃气轮机2供给润滑油的供给量S。因而，润滑油的量不会过剩或不足而能够将恰当的量的润滑油稳定地向燃气轮机2供给。
控制部7在使燃气轮机2停止之后，对燃气轮机2进行拖动。由此，能够冷却燃气轮机2。控制部7开始拖动，并且与拖动连动而从电动泵33供给规定量的润滑油。由此，能够抑制在燃气轮机2刚停止之后润滑油的供给停止所引起的润滑油的焦化(油附着)的发生。通过在燃气轮机2停止后也供给润滑油，能够在拖动时更迅速地冷却燃气轮机2。
控制部7在拖动的动作中，根据测定到的润滑油的温度变化来控制从电动泵33喷出润滑油的喷出量。由此，在拖动的动作中，能够供给最佳量的润滑油。因而，能够抑制供给过剩量的润滑油，抑制浪费地消耗电动泵33的驱动电力。通过削减电动泵33的驱动电力，能够实现与以往技术相比更进一步的燃料消耗率的提高。
控制部7在内燃机1启动时，先使电动泵33驱动，之后开始燃气轮机2的驱动。由此，能够在内燃机1启动时提前开始润滑。因而，与在驱动燃气轮机2之后开始润滑的情况相比，能够减少燃气轮机2的刚驱动之后的摩擦。
需要说明的是，本发明的技术范围并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
例如，供给量检测部6也可以是压力传感器以外的结构。供给量检测部6例如也可以是流量计。供给量检测部6例如也可以是通过取得泵的转速来算出润滑油的供给量S的结构。供给量检测部6例如也可以是通过取得对泵进行驱动的蓄电池35的电力消耗量，来算出润滑油的供给量S的结构。
温度检测部5例如也可以测定燃气轮机2的压缩机21、涡轮22、轴23等的温度。温度检测部5例如也可以测定从燃气轮机2排出后的润滑油、即在比燃气轮机2靠下游侧的润滑油供给管31内流通的润滑油的温度。
除此之外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当将上述的实施方式中的构成要素替换为周知的构成要素，另外，也可以适当组合上述的实施方式。

Claims (4)

1.一种飞行器用的内燃机，其中，
所述飞行器用的内燃机具备：
燃气轮机，其搭载于飞行器的机体；
润滑油供给管，其与所述燃气轮机连接，供润滑油流通；
可变容量型的电动泵，其设置于所述润滑油供给管，用于向所述燃气轮机供给所述润滑油；
温度检测部，其检测供给到所述燃气轮机的所述润滑油的温度；
供给量检测部，其检测由所述电动泵向所述燃气轮机供给的所述润滑油的供给量；
转速检测部，其检测所述燃气轮机的转速；以及
控制部，其基于所述温度检测部、所述供给量检测部及所述转速检测部的检测结果，来控制从所述电动泵喷出所述润滑油的喷出量，
所述控制部基于由所述转速检测部检测出的所述燃气轮机的转速及由所述温度检测部检测出的所述润滑油的温度，来设定所述润滑油的目标供给量，
所述控制部对所述电动泵的转速进行反馈控制，以使由所述供给量检测部检测出的所述润滑油的供给量与所述目标供给量一致，由此控制所述润滑油的喷出量。
2.根据权利要求1所述的飞行器用的内燃机，其中，
所述供给量检测部是检测从所述电动泵喷出的所述润滑油的压力的压力传感器，
所述控制部基于所述燃气轮机的转速及所述润滑油的温度来设定所述润滑油的目标压力，
所述控制部对所述电动泵的转速进行反馈控制，以使由所述压力传感器检测出的所述润滑油的压力与所述目标压力一致。
3.根据权利要求1或2所述的飞行器用的内燃机，其中，
所述控制部在使所述燃气轮机停止之后利用来自电力源的电力来拖动所述燃气轮机，并且与所述拖动连动而从所述电动泵供给规定量的所述润滑油。
4.根据权利要求3所述的飞行器用的内燃机，其中，
所述控制部在所述拖动的动作中测定由所述温度检测部检测到的所述润滑油的温度变化，
所述控制部根据所述温度变化来控制从所述电动泵喷出所述润滑油的喷出量。
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