JP2570379B2 - ガスタービンエンジン車両の変速制御装置 - Google Patents

ガスタービンエンジン車両の変速制御装置

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JP2570379B2
JP2570379B2 JP63098291A JP9829188A JP2570379B2 JP 2570379 B2 JP2570379 B2 JP 2570379B2 JP 63098291 A JP63098291 A JP 63098291A JP 9829188 A JP9829188 A JP 9829188A JP 2570379 B2 JP2570379 B2 JP 2570379B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンエンジン車両の変速制御装置に
関する。
〔従来の技術〕
2軸式ガスタービンエンジンは、コンプレッサと燃焼
器とタービンとを含み、タービンがコンプレッサと同軸
上に取りつけられたコンプレッサタービンと、出力を取
り出すためのパワータービンとからなるものである。燃
焼ガスがコンプレッサタービンからパワータービンを通
り、これらのタービンを駆動する。コンプレッサタービ
ンとパワータービンとの間にはバリアブルノズルが設け
られ、燃焼ガスの作用をコンプレッサタービンとパワー
タービンとに分配するようになっている。
最近のレシプロエンジンを搭載した車両では、オート
マチックトランスミッションはエンジンの回転数と負荷
(スロットル開度)に応じて自動的にシフトチェンジを
行うことができるようになっている。レシプロエンジン
の場合には、オートマチックトランスミッションのシフ
トチェンジ中にトルクショックが発生するという問題が
あり、これを防止するために、例えば、特開昭48−2034
8号公報は、エンジンの出力軸の回転数とトランスミッ
ションの出力軸の回転数とをそれぞれ求め、シフトチェ
ンジ中にはエンジンの出力軸の回転数をトランスミッシ
ョンの出力軸の回転数と同期するようにスロットルバル
ブの制御装置を動かす(スロットル開度を開閉制御す
る)ことを開示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ガスタービンエンジンを搭載した車両でも、エンジン
の回転数と負荷に応じて作動するオートマチックトラン
スミッションを取りつけることができる。そして、ガス
タービンエンジンの場合にもオートマチックトランスミ
ッションのシフトチェンジ中にトルクショックが発生す
るという問題があることが分かった。従って、これを解
決するために、レシプロエンジンの場合と同様に、シフ
トチェンジ中にガスタービンエンジンの出力を変化させ
る制御を試みた。なお、レシプロエンジンの場合には、
シフトチェンジ中のトルクショックの防止は、上述した
スロットル弁の開度制御によっても達成できるが、燃料
噴射式エンジンの場合には単に燃料の量を制御すること
によっても達成できる。同様に、シフトチェンジ中のト
ルクショックの防止のために、ガスタービンエンジンの
場合にも供給する燃料の量を変化させることによって出
力制御することができる。
しかしながら、ガスタービンエンジンを搭載した車両
のオートマチックトランスミッションにおいては、供給
する燃料の量を変化させることによってシフトチェンジ
中のトルクショックを防止することはできるが、同時に
コンプレッサの回転数が変化してしまい、シフトチェン
ジ終了後のレスポンスが悪化することが分かった。例え
ばシフトアップ中には、燃料の量を減量することによっ
てエンジンの出力を低下させることになるが、するとコ
ンプレッサの回転数が低下してしまい、シフトチェンジ
終了後の加速レスポンスが悪化するという問題があっ
た。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によるガスタービンエンジン車両の変速制御装
置は、バリアブルノズルを備えた2軸式ガスタービンエ
ンジンと、該ガスタービンエンジンの出力を車輪に伝達
するトランスミッションとを有する車両において、トラ
ンスミッションのシフトチェンジを検出する手段と、シ
フトチェンジ中に発生するトルク変化を逆に増減するよ
うに前記ガスタービンエンジンに供給する燃料の量を変
化させる手段と、シフトチェンジ中に前記ガスタービン
エンジンのコンプレッサの回転数が変化するのを防止す
る方向に前記バリアブルノズルの開度を変化させる手段
とを設けたことを特徴とするものである。
〔実施例〕 以下本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図を参照すると、本発明による車両は、ガスター
ビンエンジン10、オートマチックトランスミッション1
2、及び車輪14を有する。
ガスタービンエンジン10はコンプレッサ16と、コンプ
レッサ16と同軸上に取りつけられたコンプレッサタービ
ン18と、コンプレッサタービン18とは別の軸に取りつけ
られたパワータービン20と、燃焼器22と、熱交換器24と
からなる。コンプレッサタービン18とパワータービン20
との間の燃焼ガスの通路上にバリアブルノズル26が配置
されている。バリアブルノズル26はアクチュエータ28に
よって開度を調節することができ、角度を開く側に制御
することによって燃焼ガスのエネルギーをコンプレッサ
タービン18側により多く分配することができるようにな
っている。また、燃料は燃料タンク30から燃料ポンプ32
によって燃料アクチュエータ34に送られ、燃料アクチュ
エータ34がアクセル踏み込み量等に従った量の燃料を燃
焼器22に供給する。
空気は二重矢印で示されるようにコンプレッサ16に吸
入され、コンプレッサ16で圧縮されて熱交換器24を介し
て燃焼器22に送られ、それから燃焼ガスとしてコンプレ
ッサタービン18及びパワータービン20を通り、よってコ
ンプレッサタービン18及びパワータービン20をそれぞれ
に駆動する。
パワータービン20の出力は減速歯車(R/G)36を介し
てオートマチックトランスミッション12に伝達される。
オートマチックトランスミッション12はガスタービンエ
ンジン10の出力を車輪14に伝達するものであり、公知の
遊星歯車列とその切り換え用ソレノイドを有して例えば
第2図及び第3図に示されるように前進4段の変速を行
うことができる。第2図はエンジン回転数と負荷に応じ
てシフトチェンジを行うための自動変速線図の例を示
し、第3図は2個のソレノイド(S1、S2)によって前進
4段の変速を行うことができる例を示している。第1図
には、オートマチックトランスミッション12のアクチュ
エータ38が代表的に示されており、アクチュエータ38は
第3図の2個のソレノイド(S1、S2)を含むものであ
る。
ガスタービンエンジン10及びオートマチックトランス
ミッション12の制御のために、幾つかのセンサが配置さ
れている。例えば、アクセルペダル(図示せず)の踏み
込み量、及びトランスミッションのセレクトレバー(図
示せず)の位置を検出するセンサがそれぞれ設けられ
る。3個の電磁ピックアップ42,44,46がそれぞれコンプ
レッサ16の回転数、減速歯車36の回転数(即ち、パワー
タービン20の回転数)、オートマチックトランスミッシ
ョン12の出力回転数を検出するために設けられる。ま
た、コンプレッサ16の出口圧力を検出する圧力センサ4
8、燃焼器22の入口温度を検出する温度センサ50及びパ
ワータービン20の出口温度を検出する温度センサ52が設
けられる。
以後の説明において、記号は次の意味を表す。
N1…コンプレッサ16の回転数 N3…パワータービン20の回転数 P3…コンプレッサ16の出口圧力 T4…コンプレッサタービン18の入口温度 α…バリアブルノズル26の開度 Gf……燃料量 コンプレッサタービン18の入口温度T4は、燃焼器22の
入口温度とそのときの空燃比から推定できる。
制御装置40は、ガスタービンエンジン10の燃料供給量
Gfを計算する手段54、バリアブルノズル26の開度α
計算する手段56、及びオートマチックトランスミッショ
ン12のシフトチェンジを制御する手段58を含むものであ
る。制御装置40はマイクロコンピュータとして構成さ
れ、演算と制御の機能を有する公知の中央処理装置(CP
U)と、プログラムを記憶させたリードオンリメモリ(R
OM)と、データ等を記憶させるランダムアクセスメモリ
(RAM)とを備え、入出力インターフェースを介して外
部の機器と接続される。
燃料供給量Gfを計算する手段54はパワータービン20の
回転数N3とアクセルペダルの踏み込み量から計算するこ
とができる。この場合、コンプレッサ16の出口圧力P3
コンプレッサタービン18の入口温度T4等によって補正す
ることが必要である。また、バリアブルノズル26の開度
αはコンプレッサ16を高い効率で運転できるように主
にコンプレッサ16の回転数N1とコンプレッサ16の出口圧
力P3に基づいて計算される。オートマチックトランスミ
ッション12の制御手段58は第2図及び第3図を参照して
説明したように構成される。
さらに、本発明においては、オートマチックトランス
ミッション12のシフトチェンジ中を検出する手段60が設
けられる。このシフトチェンジ検出手段60は例えば第3
図において1速から2速に変速するときのシフトアップ
をソレノイドS1がオンを続け且つソレノイドS2がオフか
らオンになることを検出することによって実施できる。
シフトダウンについても同様に検出できる。前記ソレノ
イドS2がオフからオンになる瞬間がシフトアップの開始
時点であり、これが例えば第4図の時点t1に相当する。
さらに、本発明においては、シフトチェンジ中である
ことが検出されたら、燃料計算手段54で定められた燃料
量を変化(増加又は減少)させる手段62と、バリアブル
ノズル26の開度を変化させる手段64とを備えている。
第4図はシフトアップ中の作動を説明する図である。
時点t1にシフトアップが開始されると、実線で示される
ように、パワータービン20の回転数N3(ガスタービンエ
ンジン10の出力回転数)は急速に低下して、或る時間後
の時点t2において再び上昇するようになる。この時点t1
から時点t2の間の期間をシフトチェンジ中と判断するこ
とができ、これは通常0.6秒程度であるので、時点t1
ら所定の期間を予め設定しておくこともできる。また、
回転数の変化からシフトチェンジ中と判断することもで
きる。第5図は同様にシフトダウン中の作動を説明する
図である。
ガスタービンエンジン10のトルクは、破線で示される
ように、回転数の増加とともに低下し、時点t1において
回転数が低下するのにつれて急激に増大し、これがトル
クショックの原因となる。本発明はこのようなトルクシ
ョックを防止、又は二点鎖線で示されるように低減する
ことを目的とするものである。
第6図はマイクロコンピュータとして構成された制御
装置40において実施される制御のフローチャートを示す
図である。ステップ70において、各種のセンサからの検
出信号を読こむ。次にステップ71において、燃料供給量
及びバリアブルノズル26の開度を計算する。この場合、
第1図の手段54及び56について説明したように、シフト
チェンジ中であるか否かにかかわりなく計算を行う。本
発明ではこれが最終出力とはならないので、添え字Aを
つけたGfA、αSAとして求める。次にステップ72におい
て、オートマチックトランスミッション12のシフト位置
を求める。
ステップ73においては、シフトアップ中かどうかの判
定を行い、イエスであればステップ74に進み、ノーであ
ればステップ76に進む。ステップ76においては、シフト
ダウン中かどうかの判定を行い、イエスであればステッ
プ77に進み、ノーであればステップ79に進む。ステップ
79においては、シフトチェンジ中でないので、さきに求
めたGfA、αSAを最終出力Gf、αにして、それぞれ燃
料アクチュエータ34及びバリアブルノズル26を制御す
る。
ステップ73ではシフトアップ中であるのでトルクショ
ック低減のために必要なトルク減少量を計算する。ガス
タービンエンジン10の出力トルクTQは、 TQ=f(T4、αs,P3・N3) の関係で与えられ、変速段毎に所望のトルク減少量を求
めることができる。このようにして、トルク減少量が求
められると、それに応じた燃料量が分かり、そこで、ス
テップ75において、GfAからそのトルク減少量分の燃料
量を引いて燃料量Gfを求める。このとき、トルク減少量
を燃料減量によって制御すると、コンプレッサ16の回転
数も低下して、時点t2からの加速性能が悪化するので、
バリアブルノズル26の開度をコンプレッサ16の回転数を
高い値に維持するのに必要な値αを計算する。この値
αはコンプレッサタービン20により多くの燃焼エネル
ギーを分配するためにαSAよりも開き側の値であり、即
ち、バリアブルノズル26の開度を大きくする。
第4図を参照すると、シフトアップ中には、燃料量Gf
をA、B、C、Dで示されるように減量し、同時にバリ
アブルノズル26の開度αをE、F、G、Hで示される
ように大きくする。シフトチェンジが終了したと判断さ
れるときには、燃料量Gf及びバリアブルノズル26の開度
αを第6図のステップ71で計算した値に復帰させる。
第6図のステップ73ではシフトダウン中であるので、
ステップ77で逆にトルク増加量を計算し、ステップ78で
その分だけ燃料量Gfを増量させる計算を行うとともに、
同時にバリアブルノズル26の開度αを閉じ側(小さく
する)になるように制御することになる。この様子が第
5図に示されている。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、トランスミッ
ションのシフトチェンジを検出する手段と、シフトチェ
ンジ中に発生するトルク変化を逆に増減するようにガス
タービンエンジンに供給する燃料の量を変化させる手段
と、シフトチェンジ中にガスタービンエンジンのコンプ
レッサの回転数が変化するのを防止する方向にバリアブ
ルノズルの開度を変化させる手段とを設けたので、変速
に伴うトルクショックを低減できるとともにコンプレッ
サの回転数を高い値に維持して加速性能を確保すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるガスタービンエンジン車両の変速
制御装置の構成図、第2図は第1図のオートマチックト
ランスミッションの変速線図、第3図はオートマチック
トランスミッションのソレノイドによる変速作動を説明
する図、第4図はシフトアップ中の作動を説明するため
の共通の時間軸に対して燃料量、バリアブルノズルの開
度、エンジン回転数、及びエンジン出力トルクを示す
図、第5図は同様にシフトダウン中の作動を説明する
図、第6図はシフトチェンジを検出して燃料量及びバリ
アブルノズルの開度を制御するフローチャートである。 10……ガスタービンエンジン、 12……オートマチックトランスミッション、 16……コンプレッサ、 20……パワータービン、 22……燃焼器、 26……バリアブルノズル。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バリアブルノズルを備えた2軸式ガスター
    ビンエンジンと、該ガスタービンエンジンの出力を車輪
    に伝達するトランスミッションとを有する車両におい
    て、トランスミッションのシフトチェンジを検出する手
    段と、シフトチェンジ中に発生するトルク変化を逆に増
    減するように前記ガスタービンエンジンに供給する燃料
    の量を変化させる手段と、シフトチェンジ中に前記ガス
    タービンエンジンのコンプレッサの回転数が変化するの
    を防止する方向に前記バリアブルノズルの開度を変化さ
    せる手段とを設けたガスタービンエンジン車両の変速制
    御装置。
JP63098291A 1988-04-22 1988-04-22 ガスタービンエンジン車両の変速制御装置 Expired - Lifetime JP2570379B2 (ja)

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