JP2013506794A - 航空エンジンのための燃料供給回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、航空エンジンのための燃料供給回路（１０）に関する。燃料供給回路（１０）は、燃焼室インジェクタ（２４）に高圧の燃料を送出するための高圧ポンプシステム（１８）を備える。高圧ポンプシステムは、エンジンによって同時に駆動される第１および第２の容積型ギヤポンプ（１８ａ、１８ｂ）を有する。油圧スイッチ部材（３８）は、ポンプのそれぞれの出口（３６ａ、３６ｂ）の間に配置される。この部材は、一方の状態では、燃焼室インジェクタに高圧の燃料を送出するために２つのポンプからの出口流れを合流させ、他方の状態では、第１のポンプからの出口流れの一部または全部を低圧供給ライン（２０）に送る。電気制御部材（５０）は、油圧スイッチ部材を一方の状態から他方の状態へ移行させるように働く。

Description

本発明は、航空エンジンのための燃料供給回路に関し、より詳細には、エンジンの燃焼室インジェクタに燃料を供給するために、また、任意選択的に、エンジンの可変形状部材のアクチュエータを制御するための作動流体として使用するために、燃料を送出する回路に関する。

通常、航空エンジンの燃料供給回路は、高圧ポンプに結合された低圧ポンプから構成されるポンプシステムを有する。高圧ポンプは、一般に、一定のシリンダ容積を有する容積型ギヤポンプの形態である。容積型ギヤポンプは、アクセサリギヤボックス（ＡＧＢ）を介して、エンジンによって駆動される。ポンプの機能は、燃焼室インジェクタに、および、エンジンの可変形状部材のアクチュエータに高圧の燃料を送出することである。

燃料供給回路によっては、高圧ポンプは、２段のポンプである。つまり、このような高圧ポンプは、エンジンによって同時に駆動され、かつ、異なるシリンダ容積を有するギヤの２つの異なる段を有する。このタイプのポンプでは、段のうちの一方が、もっぱら燃焼室インジェクタに燃料を供給するためのものであり、他方の段が、エンジンの可変形状部材を作動するためのアクチュエータに燃料を供給するためのものである。

どのような構成が、高圧ポンプのために選択されたとしても、燃料が送出されるレートは、エンジンの実際の要求と一致せず、エンジンの回転レートの広い範囲にわたってこのような要求を上回ってしまう。その結果、エンジンがこのようなレートで回転している間に、燃料回路によって消費されない燃料の流れが、高圧ポンプよりも上流に戻ってしまう。

このような強制される燃料の戻りは、第１に、高圧ポンプを駆動するために取り出される機械力（この力は、エンジンからの推力に寄与しない）を生み出し、第２に、燃料の温度を上昇させる。燃料のこの加熱は、エンジンの温度全体に影響を与える。なぜなら、燃料が、「冷たい」流体を構成し、一方で、油が、「熱い」流体を構成するからである。結果として、燃料による冷却能力が低下し、それにより、空気／油熱交換器によって、熱を空気中に発散させる必要が生じる。これは、重量、収容空間、および、抗力の点で損失である。

したがって、本発明の主な目的は、次のような、航空エンジンのための燃料供給回路を提案することによって、このような欠点を緩和することである。燃料供給回路は、単純かつ信頼できる方式で、異なるシリンダ容積を用いながら、燃焼室インジェクタに、および、エンジンの可変形状アクチュエータに燃料を送出することを可能にする。

上記の目的は、次のような航空エンジンのための燃料供給回路によって達成される。燃料供給回路は、低圧供給ラインから燃焼室インジェクタに高圧の燃料を送出するためのものであり、かつ、エンジンによって同時に駆動される第１および第２の容積型ギヤポンプを有する高圧ポンプシステムを備える、燃料供給回路であって、
ポンプのそれぞれの出口の間に配置される油圧スイッチ部材であって、一方の状態では、２つのポンプからの出口流れを合流させ、それにより、高圧燃料を燃焼室インジェクタに送出し、他方の状態では、第１のポンプからの出口流れの一部または全部を低圧供給ラインに送ることを可能にする油圧スイッチ部材と、
油圧スイッチ部材を一方の状態から他方の状態に移行させるために油圧スイッチ部材を制御するための電気制御部材と
をさらに備えることを特徴とする、燃料供給回路である。

本発明の燃料回路ポンプは、異なるシリンダ容積を有する。詳細にいえば、第１のポンプは、好ましくは、第２のポンプよりも高い圧送性能を有する。このようにして、エンジンの動作点に応じて、燃料の送出される流れが、両方のポンプ、または、これらのうちの１つのみ（詳細には、第２のポンプ）からくることを、スイッチ部材に保証させることが可能になる。例えば、エンジンを始動させるとき（高流量の燃料を必要とする）に、スイッチ部材は、送出される燃料流れが、両方のポンプからくるように、作動されてもよい。アイドリング状態と巡航状態との間の動作点では、つまり、このような高流量を必要としない点では、スイッチ部材は、送出される燃料の流れが、第２のポンプのみからくるように、作動される。最後に、巡航点を越える動作点では、スイッチ部材は、送出される燃料の流れが、両方のポンプからくるように、作動される。

したがって、従来技術における知られている解決策と比べて、本発明の燃料回路は、熱出力の点（高圧に高められ、その後、戻される燃料の量を制限することによって）、および、テークオフされる機械力の量の点（この場合、エンジン推力に寄与しないこのような機械的テークオフが、抑えられ得る）の両方の点で、大幅な改善をもたらす。

さらに、上記の回路に必要なのは、油圧スイッチ部材および電気制御部材のみを備え付けることであるため、そのような回路は、実施するのが簡単である。燃料回路の他の構成要素への影響はない。詳細にいえば、調整バルブまたは燃料計測装置への影響はない。

本発明の燃料回路は、さらに、使用時に高い融通性を提供する。詳細にいえば、１つのポンプのみが作動している、アイドリング状態から巡航状態の範囲の動作点の場合に、加熱される燃料が必要な冷却条件下で、他のポンプを駆動するようにスイッチ部材に作用することが可能である。さらに、過レートの場合、電気制御下で、第１のポンプのスイッチを切り、それにより、燃料が噴射されるレートを最大巡航レートに相当するレートまで減少させることが可能である。

最後に、本発明の燃料回路は、第２のポンプのシリンダ容積の寸法を最適化し、それにより、より良い熱的な改善およびより良い機械的テークオフの改善を得るのに適しているという利点を有する。

好ましくは、スイッチ部材が、ポンプのそれぞれの出口の間に配置され、かつ、油圧方向制御バルブを備える油圧スイッチ部材を備え、油圧方向制御バルブが、第１のポンプの出口に接続された供給口と、第２のポンプの出口に接続された高圧送出口と、燃料戻り管によって低圧供給ラインに接続された低圧送出口とを有し、供給口が、油圧バルブのスライドの制御された位置に応じて、高圧送出口、または、低圧送出口に接続されることが可能であり、これにより、２つのポンプからの出口流れを合流させるか、または、第１のポンプからの出口流れの一部または全部を低圧供給ラインに送る。

電気制御装置は、燃料分岐管に配置されるソレノイドバルブを備えてもよい。この場合の燃料分岐管は、第１に、戻り管に接続され、第２に、油圧バルブのパイロット室の一方に接続される。このような状況下で、油圧バルブの他方のパイロット室は、第２のポンプの出口に接続される。油圧バルブのパイロット室は、ダイヤフラムを介して、相互に連通している。

あるいは、スイッチ部材を制御するための電気部材は、燃料戻り管に配置されるソレノイドバルブを備えてもよい。このような状況下で、ソレノイドバルブはオン／オフ式であっても、または、流量調整型であってもよい。

本発明は、さらに、上に規定した燃料供給回路を備える航空エンジンを提供する。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら与えられる以下の説明から明らかになる。添付図面は、実施形態を示しているが、実施形態は、いかなる限定的な特徴も有さない。

本発明による燃料供給回路の第１の実施形態を示す。 本発明による燃料供給回路の第１の実施形態を示す。 本発明による燃料供給回路の第２の実施形態を示す。 本発明による燃料供給回路の第２の実施形態を示す。

以下、本発明による燃料供給回路の第１の実施形態が、図１および図１Ａを参照しながら、ガスタービン飛行機エンジンへの応用という脈絡の中で、説明される。しかしながら、本発明の応用分野は、他の航空機、特に、ヘリコプターのためのガスタービンエンジンにまで及び、また、ガスタービン以外の航空エンジンにまで及ぶ。

本発明のこの第１の実施形態の燃料供給回路１０は、従来通りに、低圧ポンプ１２と、燃料／油熱交換器１４と、メイン燃料フィルタ１６と、高圧ポンプシステム１８とを備える（熱交換器１４の位置およびフィルタ１６の位置は、例として示されているが、これらの要素は他の方式で配置されることが可能である）。

低圧ポンプ１２は、上流側では飛行機の燃料タンク（図示せず）に接続されており、下流側では低圧供給ライン２０を介して高圧ポンプシステム１８に接続されている。

高圧ポンプシステム１８の出口で、燃料供給回路１０は、複数の別個の燃料ラインに分かれている。つまり、これらの燃料ラインとは、燃焼室インジェクタ２４に燃料を供給するための燃料ライン２２（燃料がインジェクタに噴射されるレートは、燃料計測装置２６による知られている方式で計測される）と、エンジンの可変形状部材３０のアクチュエータに動力を供給するための別の燃料ライン２８と、使用されない燃料の流れを低圧供給ライン２０に戻すための、調整バルブ３４を備える燃料戻りライン３２とである。

高圧ポンプシステム１８は、２段式である。つまり、高圧ポンプシステム１８は、２つの容積型ギヤポンプ１８ａおよび１８ｂから構成されている。これらのギヤポンプは、エンジンによって同時に駆動され、異なるシリンダ容積を送出する。より正確にいえば、第１のポンプ１８ａは、第２のポンプ１８ｂよりも大きなシリンダ容積を有する。つまり、作動時に、第１のポンプ１８ａは、第２のポンプによって作動時に燃料が噴射されるレートよりも速いレートで燃料を噴射することができる。言い換えれば、高圧ポンプシステムの第１のポンプ１８ａは、第２のポンプ１８ｂよりも高い圧送性能を有する。

低圧ポンプ１２、さらに高圧ポンプシステム１８の２つのポンプ１８ａおよび１８ｂは、ＡＧＢを介してエンジンの高圧軸によって同時に駆動される。

本発明によると、燃料供給回路１０は、さらに、油圧スイッチ部材を、スイッチ部材を制御するための電気制御部材とともに備える。油圧スイッチ部材は、高圧ポンプシステムの２つのポンプ１８ａおよび１８ｂのそれぞれの出口３６ａおよび３６ｂの間に配置される。

図１および図１Ａの第１の実施形態では、スイッチ部材は、油圧方向制御バルブ３８の形態である。電気制御部材の動作の下で、油圧バルブ３８は、２つの異なる位置を取ることができる。第１の位置では、２つのポンプ１８ａおよび１８ｂの出口３６ａおよび３６ｂが、相互に連通する。これにより、２つのポンプの流れが合流して、高圧燃料が、燃焼室インジェクタ２４および可変形状アクチュエータ３０に送出される（図１を参照のこと）。第２の位置では、第１のポンプ１８ａの出口が、燃料戻り管４０と連通する。これにより、ポンプ１８ａからの出口流れのすべてが、低圧供給ライン２０に送られる（図１Ａを参照のこと）。

より正確にいえば、油圧バルブ３８は、第１のポンプ１８ａの出口３６ａに接続された供給口ＯＡと、第２のポンプ１８ｂの出口３６ｂに接続された高圧送出口Ｕ１と、燃料戻り管４０に接続された低圧送出口Ｕ２とを備える。

バルブ３８は、さらに、スライド４２を有する。スライド４２は、電気制御部材の動作の下で、シリンダ内部を直線的に平行移動することができる。スライドの位置が、上記した２つの位置を規定している。第１の位置では、供給口ＯＡが、高圧送出口Ｕ１に接続される。これにより、２つのポンプの出口３６ａおよび３６ｂが相互に連通し、低圧送出口Ｕ２が遮蔽される（図１）。第２の位置では、供給口ＯＡが、低圧送出口Ｕ２と連通する。これにより、燃料が戻り管４０を介して低圧供給ライン２０に戻されることが可能になり、高圧送出口Ｕ１が、遮蔽される（図１Ａ）。

バルブ３８は、さらに、２つのパイロット室を有する。つまり、２つのパイロット室とは、第２のポンプ１８ｂの出口３６ｂに接続された第１のパイロット室Ｐ１と、後述される分岐管４４に接続された第２のパイロット室Ｐ２とである。また、第２のパイロット室Ｐ２には、ばね４６が、配置されている。さらに、パイロット室Ｐ１およびＰ２は、チャネル４８によって、相互に連通している。チャネル４８は、スライド４２を貫通しており、チャネル４８に取り付けられたダイヤフラム４９を有する。

バルブを制御するための電気制御部材は、第２のパイロット室Ｐ２に加わる圧力に影響を与えるように働く。このとき、パイロット室Ｐ１およびＰ２に加わる圧力が、相反するように働いて、バルブのスライド４２の移動を制御する。

この目的のために、バルブの電気制御部材は、ソレノイドバルブ５０（つまり、電気的に制御されるバルブ）を備える。ソレノイドバルブ５０は、分岐管４４に配置されている。分岐管４４は、第１に、燃料戻り管４０に接続され、第２に、バルブの第２のパイロット室Ｐ２に接続されている。

このソレノイドバルブ５０は、オン／オフ式である。つまり、通電された場合、ソレノイドバルブが開き、燃料が、第２のパイロット室Ｐ２と燃料戻り管４０との間の分岐管４４を流れることができる。しかしながら、ソレノイドバルブに通電されない場合、ソレノイドバルブが閉まり、少しの燃料の流れも、分岐管を流れない。異なる実施形態では、ソレノイドバルブが、調整された流量を提供する型であってもよい。

このように、ソレノイドバルブ５０に通電されない場合、第１の室Ｐ１の内部の圧力は、第２のポンプ１８ｂの出口３６ｂにおける高圧Ｐ_ＨＰと等しい。分岐管４４が閉じているので、第２の室Ｐ２内に存在する圧力は、圧力Ｐ_ＨＰと等しい（このパイロット室Ｐ２は、チャネル４８を介して他方のパイロット室Ｐ１と連通している）。その上に、ばね４６によって圧力が加えられる。このようにして、第２の室Ｐ２内の力が、より高くなり、油圧バルブのスライド４２が、第１の位置に移動する（図１に示されているように、この場合、２つのポンプの出口が、相互に連通している）。

ソレノイドバルブ５０に通電される場合、第１の室Ｐ１の内部の圧力は、高圧Ｐ_ＨＰと等しいままである。このときは分岐管４４が開いているので、第２の室Ｐ２内に存在する圧力は、低圧ポンプの出口に存在する圧力Ｐ_ＬＰと等しい（このパイロット室Ｐ２は、分岐管４０および戻り管４４を介して、低圧供給ライン２０と連通する）。その上に、ばね４６によって力が加えられる。このようにして、第１の室Ｐ１内の圧力が、より高くなり、油圧バルブのスライド４２が、第２の位置に移動する（図１Ａに示されているように、この場合、第１のポンプによって噴射される流れが戻される）。

ソレノイドバルブ５０は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）によって制御される。エンジン制御装置（ＥＣＵ）は、バルブに通電するのに必要な電力を供給する。

さらに、この第１の実施形態の変形例を考えることができる。詳細にいえば、油圧バルブのスライドおよびソレノイドバルブが、１つの部品に一体化され得る。

図２および図２Ａを参照しながら、本発明の第２の実施形態における燃料供給回路１０’について説明する。

回路１０’は、特に次の点で第１の実施形態の回路と異なっている。それは、油圧バルブ３８’が、第１のポンプ１８ａの出口３６ａに接続された供給口ＯＡと、第２のポンプ１８ｂの出口に接続されたただ１つの送出口Ｕ１とを有している点である。

さらに、この油圧バルブ３８’を制御するための電気制御部材が、燃料戻り管４０に直接配置されたソレノイドバルブ５０’を備える。

第１の実施形態の回路をさらに参照すると、油圧バルブの第１のパイロット室Ｐ１が、第２のポンプ１８ｂの出口３６ｂに接続され、第２のパイロット室Ｐ２が、第１のポンプ１８ａの出口３６ａに接続されている。

この場合、油圧バルブの動作は、以下の通りである。最初に、ばね４６からの力が、調整され、それにより、バルブのスライド４２が、供給口ＯＡと高圧送出口Ｕ１とを連通させるように配置される。これにより、２つのポンプの出口が、相互に連通する。これ以降、ソレノイドバルブ５０’の位置に応じて、動作が異なる。

ソレノイドバルブ５０’に通電されない（バルブが閉じる）場合、油圧バルブの第２の室Ｐ２の内部の圧力は、第１のポンプの出口３６ａにおける高圧にばね４６からの力を加えたものと等しい。結果的に、油圧バルブのスライド４２は、供給口ＯＡが高圧送出口Ｕ１と連通する位置にとどまる（図２に示されているように）。

ソレノイドバルブ５０’に通電される（バルブが開く）場合、油圧バルブの第１の室Ｐ１の内部の圧力は、第２のポンプの出口３６ｂにおける燃料の高圧と等しくなり、一方で、第２の室Ｐ２が、分岐管４０（低圧の燃料）に接続される。このようにして、油圧バルブのスライドが、供給口ＯＡおよび高圧送出口Ｕ１が遮蔽される第２の位置に移動する（図２Ａに示されているように、この場合、第１のポンプによって噴射される流れが、燃料戻り管４０によって戻される）。

第１の実施形態の場合のように、ソレノイドバルブ５０’は、ＥＣＵによって制御される。ＥＣＵは、バルブを制御するために必要な通電をする。

さらに、ソレノイドバルブ５０’は、オン／オフ式であっても、または、流量調整型であってもよい。ソレノイドバルブ５０’が、調整型の場合、第１のポンプ１８ａによって噴射される燃料の戻される流れは、このようにして、有利に調整されてもよい。

さらに、この第２の実施形態の変形例を考えることができる。詳細にいえば、ソレノイドバルブは、第１のポンプ１８ａの出口３６ａと分岐管４４との間のノードに配置されてもよい。このようにして、油圧バルブからスライドを取り除くことが可能になる。このとき、スライドが果たす機能は、ソレノイドバルブの圧力を調整することによって実施される（このとき、ソレノイドバルブは、第１のポンプの出口３６ａに接続された入口と、２つの出口（１つは、戻り管４０に接続され、もう１つは、第２のポンプの出口３６ｂに接続される）とを有すべきである）。さらに、油圧バルブのスライド４２を貫通しているチャネル４８内のダイヤフラム４９の存在は、この実施形態では必須ではない。

より一般的には、特定の変形例が、上記した実施形態の両方に適用される。

詳細にいえば、燃料戻り管４０が低圧供給ライン２０につながるのは、図に示されているように熱交換器１４より上流、または、熱交換器１４とメイン燃料フィルタ１６との間、または、メイン燃料フィルタより上流（高圧ポンプシステムのポンプ１８ａおよび１８ｂの両入口への分岐点より上流、または、第１のポンプ１８ａの入口より上流）のいずれであってもよい。

さらに、両実施形態に共通する、本発明の有利な提供形態では、チェックバルブ６０が、油圧バルブ３８、３８’の高圧送出口Ｕ１を第２のポンプ１８ｂの出口３６ｂに接続している燃料ラインに配置される。図２の実施形態では、このチェックバルブ６０が、可変形状アクチュエータに燃料を供給するための燃料ライン２８と高圧送出口Ｕ１との間に配置されるものとした。このようにして、このような状況下では、チェックバルブは、スイッチングがおこなわれる間、燃料戻り管４０を介する低圧ラインへの寄生流れ（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｆｌｏｗ）を回避するように働く。

Claims (9)

1. 低圧供給ライン（２０）から燃焼室インジェクタ（２４）に高圧の燃料を送出するためのものであり、かつ、エンジンによって同時に駆動される第１および第２の容積型ギヤポンプ（１８ａ、１８ｂ）を有する高圧ポンプシステム（１８）を備える、航空エンジンのための燃料供給回路（１０、１０’）であって、
   ポンプのそれぞれの出口（３６ａ、３６ｂ）の間に配置され、かつ、油圧方向制御バルブ（３８、３８’）を備える油圧スイッチ部材（３８、３８’）であって、油圧方向制御バルブ（３８、３８’）が、第１のポンプ（１８ａ）の出口（３６ａ）に接続された供給口（ＯＡ）と、第２のポンプ（１８ｂ）の出口（３６ｂ）に接続された高圧送出口（Ｕ１）と、燃料戻り管（４０）によって低圧供給ライン（２０）に接続された低圧送出口（Ｕ２）とを有し、供給口が、油圧バルブのスライド（４２）の制御された位置に応じて、一方の状態では、高圧送出口に接続されることが可能であり、他方の状態では、低圧送出口に接続されることが可能であり、これにより、２つのポンプからの出口流れが合流するか、または、第１のポンプからの出口流れの一部もしくは全部が、低圧供給ラインに送られる、油圧スイッチ部材（３８、３８’）と、
   油圧スイッチ部材を一方の状態から他方の状態に移行させるために油圧スイッチ部材を制御するための電気制御部材（５０、５０’）と
   をさらに備えることを特徴とする、燃料供給回路
2. 電気制御部材が、燃料分岐管（４４）に配置されるソレノイドバルブ（５０）を備え、燃料分岐管（４４）が、第１に、戻り管（４０）に接続され、第２に、油圧バルブの一方のパイロット室（Ｐ２）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
3. 油圧バルブの他方のパイロット室（Ｐ１）が、第２のポンプ（１８ｂ）の出口（３６ｂ）に接続され、油圧バルブのパイロット室（Ｐ１、Ｐ２）が、ダイヤフラム（４９）を介して、相互に連通することを特徴とする、請求項２に記載の回路。
4. スイッチ部材を制御するための電気部材が、燃料戻り管（４０）に配置されるソレノイドバルブ（５０’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
5. ソレノイドバルブ（５０’）が、オン／オフ式であることを特徴とする、請求項４に記載の回路。
6. ソレノイドバルブ（５０’）が、流量調整型であることを特徴とする、請求項４に記載の回路。
7. チェックバルブ（６０）が、油圧バルブ（３８、３８’）の高圧送出口（Ｕ１）と第２のポンプ（１８ｂ）の出口（３６ｂ）との間に配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の回路。
8. 第１のポンプ（１８ａ）が、第２のポンプ（１８ｂ）より高い圧送性能を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の回路。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料供給回路（１０、１０’）を備える航空エンジン。

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