JP2009013811A - 航空機用電子スロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＢＷ式の航空機用電子スロットル制御装置での安全性を確保する。
【解決手段】航空機用内燃機関に供給される空気量を制御するためにスロットルボディ１１にスロットル弁１２が設けられ、このスロットル弁１２を電動モータ２１で駆動する航空機用電子スロットル制御装置１０において、スロットルボディ１１のボディ本体１５にスロットル弁１２を支持するスロットル軸１７が回転自在に取付けられ、ボディ本体１５側とスロットル軸１７側との間に、電動モータ２１の非作動時にスロットル弁１２を全開方向へ付勢する捩りコイルばね２８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機用電子スロットル制御装置の改良に関するものである。

従来の航空機用電子スロットル制御装置として、スロットル弁をモータで駆動する、いわゆる、ＤＢＷ（Ｄｒｉｖｅ−Ｂｙ−Ｗｉｒｅ）式のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平４−２４１９７号公報

特許文献１の第２図を以下の図７で説明する。なお、符号は振り直した。
図７は従来の航空機用電子スロットル制御装置の説明図である。
可変ピッチプロペラ機の制御装置１００は、ブレード１０１のプロペラピッチを変更する可変ピッチ機構１０２と、この可変ピッチ機構１０２に供給する油圧を制御する油圧制御回路１０３と、スロットル弁モータ部１０４で吸気管１０６内のスロットル弁１０７が開閉制御されるスロットル開度制御機構１０８と、マイクロコンピュータ１１１に入力された各種情報に基づいて油圧制御回路１０３及びスロットル開度制御機構１０８を制御する電子制御装置１１２とからなる。

スロットル開度制御機構１０８は、マイクロコンピュータ１１１から出力される制御信号θｔｈに応じてスロットル弁モータ部１０４の出力軸を回転させ、スロットル弁１０７の開度を制御するものである。

上記特許文献１において、例えば、上記のスロットル弁モータ部１０４によってスロットル弁１０７の開閉ができなくなった場合のフェールセーフ機能が明らかにされていないが、このようなＤＢＷ式の航空機用電子スロットル制御装置での安全性確保が望まれる。
本発明の目的は、ＤＢＷ式の航空機用電子スロットル制御装置での安全性を確保することにある。

請求項１に係る発明は、航空機用内燃機関に供給される空気量を制御するためにスロットルボディにスロットル弁が設けられ、このスロットル弁を電動モータで駆動する航空機用電子スロットル制御装置において、スロットルボディの本体にスロットル弁を支持するスロットル軸が回転自在に取付けられ、本体側とスロットル軸側との間に、電動モータの非作動時にスロットル弁を全開方向へ付勢するリターンスプリングが設けられていることを特徴とする。

例えば、電動モータによるスロットル弁の駆動が出来なくなった場合、スロットルボディの本体側とスロットル軸側との間に設けられたリターンスプリングでスロットル弁を強制的に全開方向に回転させる。この結果、航空機用内燃機関に十分な空気量が供給され、航空機用内燃機関の運転が継続される。

請求項２に係る発明は、スロットル弁で開閉される吸気通路の中心軸に対してスロットル軸を偏心させ、更に、スロットル軸又はスロットル弁に、全開方向に回転力を与える錘を設けたことを特徴とする。

作用として、例えば、リターンスプリングによるスロットル弁の全開方向への付勢力が得られなくなった場合、スロットル軸の偏心によってスロットル軸を境とする両側のスロットル弁の受風面積を異ならせることで、吸気通路内の空気流によってスロットル弁に全開方向への回転力を与え、また、同様に、錘によってスロットル弁に全開方向への回転力を与えることで、スロットル弁を強制的に全開方向に回転させる。

この結果、航空機用内燃機関に十分な空気量が供給され、航空機用内燃機関の運転が継続される。これらのスロットル軸の偏心及び錘によって、リターンスプリングに加えて、二重、三重のフェールセーフ機能が発揮される。

請求項１に係る発明では、スロットルボディの本体にスロットル弁を支持するスロットル軸が回転自在に取付けられ、本体側とスロットル軸側との間に、電動モータの非作動時にスロットル弁を全開方向へ付勢するリターンスプリングが設けられているので、例えば、地上を走行する車両に備えるスロットルボディとは逆に、リターンスプリングの付勢力を全開方向へ作用させることで、航空機用内燃機関の出力を維持することができ、航空機特有の安全性を確保することができる。従って、信頼性の高いＤＢＷ式の航空機用電子スロットル制御装置を構築することができる。

請求項２に係る発明では、スロットル弁で開閉される吸気通路の中心軸に対してスロットル軸を偏心させ、更に、スロットル軸又はスロットル弁に、全開方向に回転力を与える錘を設けたので、リターンスプリングによる付勢力が得られなくなった場合でも、スロットル軸の偏心と錘とによって、スロットル弁を確実に全開方向に回転させることができ、安全性を確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る航空機用電子スロットル制御装置の断面図であり、航空機用電子スロットル制御装置１０（以下「スロットル装置１０」と記す。）は、エンジンの燃焼室に供給する空気量を制御するスロットルボディ１１と、このスロットルボディ１１に備えるバタフライ形のスロットル弁１２を開閉するスロットル弁開閉機構１３とからなる。

スロットルボディ１１は、ボディ本体１５と、このボディ本体１５に形成されてエンジンの燃焼室側に通じる吸気通路１６と、この吸気通路１６を横切るようにボディ本体１５に貫通して回転自在に取付けられたスロットル軸１７と、吸気通路１６を開閉するためにスロットル軸１７に取付けられたスロットル弁１２とからなる。

スロットル弁開閉機構１３は、ボディ本体１５に取付けられた電動モータ２１と、この電動モータ２１のモータ軸２１ａに取付けられたモータ軸ギヤ２２と、ボディ本体１５に取付けられた支軸２３と、この支軸２３を中心に回転するとともにモータ軸ギヤ２２に噛み合うアイドラ大径ギヤ２４と、このアイドラ大径ギヤ２４に一体的に設けられたアイドラ小径ギヤ２６と、このアイドラ小径ギヤ２６に噛み合うとともにスロットル軸１７に取付けられたスロットル軸ギヤ２７と、このスロットル軸ギヤ２７に一端が係合されるとともに他端がボディ本体１５に係合されてスロットル軸ギヤ２７をスロットル弁１２が全開する方向に付勢する捩りコイルばね２８とからなる。
上記のアイドラ大径ギヤ２４及びアイドラ小径ギヤ２６はアイドラギヤ３１を構成するものである。

図中の３５，３５はスロットル軸１７を回転自在に支持するためにボディ本体１５に取付けられたベアリング、３６はスロットル軸１７の一端を覆うためにボディ本体１５にビス３７，３７で取付けられた蓋部材、３８，４１はアイドラギヤ３１を回転自在に支持するために支軸２３に取付けられたベアリング、４２，４３は捩りコイルばね２８の両端を係合するためにスロットル軸ギヤ２７及びボディ本体１５にねじ込まれたビス、４４はスロットル弁開閉機構１３の側方を覆うためにボディ本体１５の側面に複数のビス４６で取付けられたカバー部材である。

図２（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル弁開閉機構の側面図である。
（ａ）において、電動モータ２１のモータ軸２１ａの回転は、モータ軸ギヤ２２とアイドラ大径ギヤ２４とで減速され、更に、アイドラ大径ギヤ２４の回転は、アイドラ小径ギヤ２６とスロットル軸ギヤ２７とで減速されてスロットル軸１７に伝えられる。

スロットル軸ギヤ２７は、外周に切欠き２７Ａが形成され、この切欠き２７Ａに２つの端面２７ａ，２７ｂを備える。
端面２７ａは、スロットル弁１２（図１参照）が全閉とされたときにボディ本体１５に設けられたストッパ５１に当たり、端面２７ｂは、スロットル弁１２が全開とされたときにボディ本体１５に設けられたストッパ５２に当たる部分である。

（ｂ）において、捩りコイルばね２８の両端部２８ａ，２８ｂはそれぞれ円弧状に形成され、それぞれ端部２８ａ，２８ｂがスロットル軸ギヤ２７側のビス４２と、ボディ本体１５側のビス４３とに係合されている。

図３は本発明に係るスロットル弁の取付状態を示す側面図であり、スロットル軸１７の軸線１７Ａ（図１も参照。ここでは軸線１７Ａを黒丸で示している。）は、吸気通路１６の軸線１６Ａに対して上方に距離δだけオフセットさせて配置されているため、これに伴い、スロットル弁１２は、スロットル軸１７よりも上に位置する上バルブ半体１２ａに対して、スロットル軸１７よりも下に位置する下バルブ半体１２ｂの方がスロットル軸１７に直交する方向に長い、即ちバルブ面積が大きくなっている。

従って、下バルブ半体１２ｂの方が、上バルブ半体１２ａよりも吸気通路１６を流れる空気流を受ける受圧面積が大きくなり、空気流によって常にスロットル弁１２を全開方向に回転させるモーメントがスロットル軸１７に働くことになる。

更に、上バルブ半体１２ａには、空気流の上流側の面に側面視三角形状の錘５５が取付けられているため、この錘５５によってもスロットル弁１２を全開方向に回転させるモーメントがスロットル軸１７に発生する。
このように、錘５５をスロットル弁１２に設けることで、スロットル弁１２を全開方向に付勢する構造を簡素にすることができ、コストアップを抑えることができる。

図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル装置の作用を示す第１作用図である。
（ａ）はスロットル弁が全閉のときのスロットル装置１０を示している。即ち、電動モータを作動させ、スロットル軸ギヤ２７を矢印Ａの向きに回転させ、スロットル軸ギヤ２７の端面２７ａをストッパ５１に当てた状態を示している。

このとき、捩りコイルばね２８、詳しくは捩りコイルばね２８の端部２８ａは、捩りコイルばね２８の弾性力でスロットル軸ギヤ２７のビス４２をスロットル弁の全開方向である矢印Ｂの向きに付勢するとともに、この付勢力に抗して矢印Ａの向きに回転させられる。

（ｂ）はスロットル弁が全開のときのスロットル装置１０を示している。即ち、電動モータを作動させ、又は電動モータを停止して捩りコイルばね２８の弾性力で、スロットル軸ギヤ２７を矢印Ｃの向きに回転させ、スロットル軸ギヤ２７の端面２７ｂをストッパ５２に当てた状態を示している。

このときも、捩りコイルばね２８の端部２８ａは、捩りコイルばね２８の弾性力でスロットル軸ギヤ２７のビス４２をスロットル弁の全開方向である矢印Ｂの向きに付勢しながら矢印Ｃの向きに回転する。

このように、捩りコイルばね２８は、スロットル軸ギヤ２７を常にスロットル弁１２（図３参照）が全開する方向に付勢しているため、例えば、エンジンが運転中、電動モータ２１（図１参照）への通電が停止した場合等の電動モータ２１が非作動時に、スロットル弁１２を全開方向へ回転させることができ、スロットル弁の開度が小さくなることによるエンジンの出力低下を防止することができる。

図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル装置の作用を示す第２作用図である。
（ａ）は吸気通路１６内のスロットル弁１２が全閉の状態を示している。
この状態からスロットル弁１２が開き始めると、スロットル弁１２は吸気通路１６内の空気流を受ける。

スロットル弁１２の下バルブ半体１２ｂは、上バルブ半体１２ａよりも面積が大きいから、より多くの量の空気流を受けるため、スロットル軸１７には矢印で示す向き、即ち、スロットル弁１２を全開にする向きにモーメントＭが発生する。

更に、スロットル弁１２の上バルブ半体１２ａに取付けられた錘５５の重量Ｗ１によっても上記と同様に、スロットル軸１７に、スロットル弁１２を全開にする向きにモーメントが発生する。

（ｂ）は吸気通路１６内のスロットル弁１２が全開の状態を示している。
スロットル弁１２は吸気通路１６内の空気流にほぼ沿う状態になり、上バルブ半体１２ａと下バルブ半体１２ｂとの受圧面積の差による全開方向へのモーメントは発生しなくなるが、錘５５によるモーメントは発生しているため、スロットル弁１２は全閉方向に戻りにくくなる。

上記（ａ），（ｂ）に示したように、スロットル軸１７を偏心させ、スロットル弁１２に錘５５を設けることで、図４で示した捩りコイルばね２８に加えて、スロットル軸１７の偏心及び錘５５による三重のフェールセーフを施すことになり、安全性を確保することができる。

以上の図１に示したように、本発明は第１に、航空機用内燃機関に供給される空気量を制御するためにスロットルボディ１１にスロットル弁１２が設けられ、このスロットル弁１２を電動モータ２１で駆動する航空機用電子スロットル制御装置１０において、スロットルボディ１１の本体としてのボディ本体１５にスロットル弁１２を支持するスロットル軸１７が回転自在に取付けられ、ボディ本体１５側とスロットル軸１７側との間に、電動モータ２１の非作動時にスロットル弁１２を全開方向へ付勢するリターンスプリングとしての捩りコイルばね２８が設けられているので、例えば、地上を走行する車両に備えるスロットルボディとは逆に、捩りコイルばね２８の付勢力を全開方向へ作用させることで、航空機用内燃機関の出力を維持することができ、航空機特有の安全性を確保することができる。従って、信頼性の高いＤＢＷ式の航空機用電子スロットル制御装置１０を構築することができる。

本発明は第２に、図１、図３に示されるように、スロットル弁１２で開閉される吸気通路１６の中心軸としての軸線１６Ａに対してスロットル軸１７、詳しくは軸線１７Ａを偏心させ、更に、スロットル軸１７又はスロットル弁１２に、全開方向に回転力を与える錘５５を設けたので、捩りコイルばね２８による付勢力が得られなくなった場合でも、スロットル軸１７の偏心と錘５５とによって、スロットル弁１２を確実に全開方向に回転させることができ、安全性を確保することができる。

図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル装置の別実施形態を示す説明図であり、図１に示した実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るスロットル装置の別実施形態の作用を示す作用図である。
図６（ａ）はスロットル装置６０の断面図であり、スロットル装置６０は、スロットル弁１２（図１参照）を支持するスロットル軸６１と、このスロットル軸６１の端部に設けられた小径部６１ａに取付けられたアーム６２と、このアーム６２の先端に取付けられた錘６３とを備える。なお、６４はカラーである。

（ｂ）はスロットル装置６０の側面図であり、スロットル軸６１から斜め上方にアーム６２が延ばされ、このアーム６２の先端に錘６３が取付けられているので、スロットル軸６１には、錘６３の重量Ｗ２によって常にスロットル弁１２を全開方向に回転させるモーメントＭが働いている。

更に、図７（ａ）に示したように、スロットル弁１２に錘５５（図３参照）を設けた実施例において、錘５５の重心５５Ａが、スロットル軸１７の軸線１７Ａを通る鉛直線７０上の位置する条件では、ねじりコイルばね２８及びスロットル軸１７の偏心によりスロットル弁１２は全開方向に開くが、錘５５によるモーメントが発生しなくなるためにスロットル弁１２が全開方向に開かなくなる。

これに対して、図７（ｂ）のように、本発明の図６（ａ），（ｂ）に示した錘６３では、錘６３の位置が容易に調整可能なため、スロットル弁１２を全開方向に回転させることが可能である。

図６（ａ），（ｂ）に示したように、スロットル軸１７にアーム６２を介して錘６３を設け、この錘６３を吸気通路１６の外部に設けることで、錘６３を容易に交換することができ、上記したモーメントを機種に応じて容易に変更することができ、更に、鉛直方向とスロットル弁側の重心との位置関係がどのような場合においても、錘６３を外部の適した位置に配置することができ、常にスロットル弁１２を全開方向に回転させることが可能である。

本発明の電子スロットル制御装置は、航空機に好適である。

本発明に係る航空機用電子スロットル制御装置の断面図である。 本発明に係るスロットル弁開閉機構の側面図である。 本発明に係るスロットル弁の取付状態を示す側面図である。 本発明に係るスロットル装置の作用を示す第１作用図である。 本発明に係るスロットル装置の作用を示す第２作用図である。 本発明に係るスロットル装置の別実施形態を示す説明図である。 本発明に係るスロットル装置の別実施形態の作用を示す作用図である。 従来の航空機用電子スロットル制御装置の説明図である。

符号の説明

１０，６０…航空機用電子スロットル制御装置、１１…スロットルボディ、１２…スロットル弁、１５…本体（ボディ本体）、１６…吸気通路、１６Ａ…吸気通路の中心軸（軸線）、１７，６１…スロットル軸、１７Ａ…軸線、２１…電動モータ、２８…リターンスプリング（捩りコイルばね）、５５，６３…錘。

Claims (2)

1. 航空機用内燃機関に供給される空気量を制御するためにスロットルボディにスロットル弁が設けられ、このスロットル弁を電動モータで駆動する航空機用電子スロットル制御装置において、
   前記スロットルボディの本体に前記スロットル弁を支持するスロットル軸が回転自在に取付けられ、前記本体側と前記スロットル軸側との間に、前記電動モータの非作動時に前記スロットル弁を全開方向へ付勢するリターンスプリングが設けられていることを特徴とする航空機用電子スロットル制御装置。
2. 前記スロットル弁で開閉される吸気通路の中心軸に対して前記スロットル軸を偏心させ、更に、前記スロットル軸又は前記スロットル弁に、全開方向に回転力を与える錘を設けたことを特徴とする請求項１記載の航空機用電子スロットル制御装置。

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