JP3213524B2 - 燃料インジェクタにおける燃焼不安定度の能動的制御及びコークス除去装置 - Google Patents
燃料インジェクタにおける燃焼不安定度の能動的制御及びコークス除去装置Info
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Description
における燃焼不安定度の能動的制御及びコークス除去装
置に関するものである。本発明は特に、一方では燃焼室
内及びアフターバーニング室内での燃焼の不安定度を制
御し、窒素酸化物NOX の発生を抑えるために、もう一
方では燃料インジェクタを分解することなくその場でイ
ンジェクタからコークスを除去するために、航空機のエ
ンジンに適用される。
るあらゆるタイプの燃焼室及びアフターバーニング室内
にみられる振幅の大きい振動である。これらの不安定度
は、一般には、非定常圧力場とエネルギー発散との間の
結合によって励起される空洞の形態(modes de
cavite)に対応している。振動は、特定の機構
を劣化させる恐れがある振動を引き起こすことからとり
わけ有害であるとともに、発生する音のレベルも増大さ
せ、インジェクタを徐々に破壊する恐れもある。
来の方法は、防音ライニングまたはヘルムホルツ共振器
のような受動的装置で構成されている。これらの装置は
一般に、複雑で費用がかかり、場所をとることから、実
際に設置することが難しい。さらに、これらの装置のほ
とんどが500Hz未満の低周波数の振動を取り除くの
には効果がない。さらに、燃焼室中に噴射される燃料の
流量が、検知された不安定度に応じて調整される、燃焼
不安定度の能動的制御装置も存在する。流量の調整は、
拡声器あるいは振動膜を利用して得ることができる。し
かしこれらの装置は信頼度が非常に低く、老朽化と温度
耐性に問題がある。同様に流量の調整は、低周波数につ
いてはサーボ弁を用いても行うことができる。しかしこ
れらのシステムは低周波数には有効であるが、数百ヘル
ツを超える場合には機能しない。さらに、これらのシス
テムのいずれもが、少なくともおよそ百キロヘルツに達
する周波数での作動が必要となる燃料インジェクタのコ
ークス除去を行うことはできない。
の装置の欠点を解消し、低周波数(数百ヘルツ)でも高
周波数(数キロヘルツ)でも有効な燃焼不安定度の能動
的制御装置をつくりだすことにある。
を分解する必要なく、インジェクタのコークス除去を行
えるように、百キロヘルツまでの超音波周波数範囲で作
動する燃焼不安定度の能動的制御装置をつくりだすこと
にある。
るもしくは除去するために、本発明は、圧力検知器また
は光学センサのような検知器を用いて炎の非定常挙動を
記録し、検知された信号を分析し、動圧が最小となる段
階中にエネルギーが最大限発散されるように、位相をず
らして燃料の流量を調整することからなる。燃料の流量
の調整は、燃料噴射孔の上流において、燃焼室あるいは
アフターバーニング室の燃料を供給するライン上に接続
された圧電装置によって制御される。圧電装置は、燃料
インジェクタの出口において、燃焼の不安定度を減少あ
るいは除去させることができる燃料流量の変動と脈動を
記録できるように選択された振幅及び周波数をもつ電圧
によって供給される。電圧は、圧力の不安定度の測定に
基づき、エンジンの作動点及び飛行条件を考慮に入れて
決められる。
は、圧電装置は、噴射孔の上流に設置された容量Vのチ
ャンバ内に配置される。
置は、噴射孔の上流または噴射孔のレベルに位置する縮
小部内に配置される。
制御及び燃料インジェクタのコークス除去装置は以下の
ものを備えることを特徴とする。
力の変動を測定するための少なくとも1台の検知器、検
知器によって測定された信号の処理及び制御用電圧のフ
ィードバック生成手段、及び制御用電圧の作用の下に、
燃料インジェクタの出口において燃料流量の脈動を生み
出すために燃焼室またはアフターバーニング室に燃料を
供給する油圧ライン上に配置された少なくとも1台の圧
電装置。
的なものとして、以下に本発明のその他の特徴及び利点
をわかりやすく説明する。
料供給は、燃料インジェクタに接続された油圧回路によ
って行われる。
は、ベルヌーイの法則によって支配される。
あり、Pはインジェクタの上流P1と下流P2との圧力
差である。
る方法で行うことができる。つまり圧力及び燃料の流量
の変化によって、あるいはインジェクタの流量係数の変
化によって行う。
料流量の脈動装置の実施例は、図1、図2、図4に示さ
れている。
流量の変化は、容積Vのチャンバの容積の変化によって
得られる。このために、圧電装置10、20が、流量係
数がKSである噴射孔の上流において油圧ライン上に配
置された容積Vのチャンバ内に組み込まれる。図1にお
いては、容積Vのチャンバ11は、燃料の入口12と燃
料の噴射孔13との間に設けられた燃料インジェクタの
内部空洞である。図2においては、容積Vのチャンバ
は、燃料インジェクタの上流において油圧ラインに組み
入れられた圧電コイル20の内部空洞である。
置は変形し、チャンバの容積の変化が生じる。低周波数
においては、つまり配管内の流体の共鳴振動数未満の周
波数については、チャンバ11の容積Vの変化が燃料容
量の変化をもたらし、その結果燃料の流量も変化する。
の共鳴振動数より大きい周波数については、チャンバ1
1の容積Vの変化は、周波数と振幅がそれぞれ圧電装置
の周波数とその供給電圧の有効値に左右されるような圧
力波を生じる。圧力の変化は、このように燃料の流量の
変化をもたらす。
みられる。このシステムは、燃料の不安定度を減少させ
るために必要な燃料流量の脈動の振動数が大きければ大
きいほど効果的である。
流量について、振動数に応じたこのシステムのレスポン
ス例が示されている。これらの流体の流量は最小値と最
大値である。マグニチュードdQ/dU(QとUはそれ
ぞれ流体の流量と加えられた電圧を示している)を示し
ているこれら2本の曲線は、加えられた電圧の振幅が一
定である場合には流量の脈動が周波数に比例することを
示している。
化は、中間流量係数の変化によって得られる。このため
に、油圧ラインの断面積より小さい断面積Sをもち、縮
小部を形成する圧電コイル30は、噴射孔31の上流で
油圧ラインに接続されている。圧電コイル30に電圧が
供給されると、コイルは変形し、コイルの断面Sの変化
dSが起きる。この変化dSは、コイルの下流における
圧力P1を値dP1だけ変動させ、その結果、燃料流量
の変動がもたらされる。
形成するために多層に巻き付けられたポリフッ化ビニリ
デン(PVDF)の薄膜を利用していることが望まし
い。このとき、圧電薄膜の層が多数であることによって
縮小部の効果が増大する。
による燃料流量の脈動の実施例が示されている。
ジェクタの噴射孔41のレベルに配置されている。供給
電圧の作用によって、コイルは変形し、インジェクタの
通路の断面積及びその流量係数KSを変化させる。
クタの温度に起因してテクノロジーの観点から実施が難
しい。図1、図2、図4に示されている装置では、圧電
本体を冷却区域に配置することができるのでこのような
問題はない。
ターバーニング室内の燃料の不安定度の能動的制御装置
のフローチャートを示している。
アフターバーニング室51のなかの圧力不安定度の検知
器50と、検知器50によって測定された信号の処理及
び燃焼室またはアフターバーニング室への燃料供給用の
油圧ラインに接続されている圧電装置53の制御用電圧
Uのフィードバック生成手段52を備えている。制御用
電圧に応答して、圧電装置は変形し、流量または圧力の
変化を介して燃料に直接働きかけ、その結果、インジェ
クタの出口において燃料流量の脈動を生じる。脈動の振
幅と振動数はそれぞれ、制御電圧の振幅と振動数に応じ
て異なる。
は、圧電装置の通常使用に対応して、インジェクタの出
口における燃料の流量の脈動が、燃料の最大流量の1%
から10%の間に位置し、燃料の流量の脈動の振動数は
200Hzと3000Hzの間に位置する。この領域の
振動数については、圧電装置53と燃料供給用油圧ライ
ンの間で機械的インピーダンスの整合を行う必要があ
る。
装置53と油圧ラインとの間の接触表面のサイズの最適
化によって行われる。
ることもでき、ここでは、水力連結表面54(surf
ace de couplage hydromeca
nique)が圧電装置と油圧ラインとの間に配置され
る。この場合、圧電装置のサイズはありふれたものであ
り、その結果標準型圧電装置の使用が可能になり、一
方、連結表面54は、インピーダンスの適合を最適化す
るために調整されたサイズを有している。連結表面54
は、油圧ラインに加えられる圧力の変化形態の下に圧電
装置の変形を直接伝達できるように、たとえば金属性の
十分な剛性を有する材料でつくりだされる。このとき圧
力の変化は、燃料流量の変化を引き起こす。
圧電センサまたは光学センサである。圧力の不安定度の
検知器50によって測定される信号の処理手段52は、
燃焼室またはアフターバーニング室51内の圧力の変動
に対応する信号を発生させるために測定される信号の静
的成分のフィルタリング手段55、設定値に対するフィ
ルタリング手段55の出口で得られる圧力変動の比較手
段56、燃焼室またはアフターバーニング室内の圧力の
変動を小さくするように、比較結果に応じて圧電装置の
制御電圧を生成するための電子装置57を備えている。
Qを調整できるように圧電装置53に加えられる電圧の
周波数を変化させることができるとともに、もう一方で
は、あらかじめ設定された最大値dQ maxの燃料の流量
の変化を得るために必要な最大出力を最良化できるよう
に、圧電装置に加えられる電圧の振幅Uを変えることが
できる。最大値dQ maxは、航空機及びエンジンのパラ
メータ、特にエンジンの作動点と飛行条件に応じて決定
される。たとえば、最大値dQ maxは、一定の条件にお
いては燃料の最大流量の2%、他の条件においては4%
に等しくなるように選択できる。
定度の能動的制御装置は、インジェクタのコークス除去
のためにも使用できるという利点を有している。こうし
たコークス除去段階においては、電子装置は、たとえば
およそ数キロヘルツの超音波領域において振幅が大きく
周波数が高い電圧のパルスを生成する。
ェクタを分解せずに「その場で」行われ、その結果、メ
ンテナンスを改善することができる。
って自動的に制御することができる。この作業の際に、
電圧と周波数の値は、インジェクタの洗浄条件内に納ま
るように調整される。
ンテナンスチームによって操縦室から直接制御すること
もできる。
Vのチャンバ内に組み入れられている燃料流量脈動装置
の実施例を示す図である。
Vのチャンバ内に組み入れられている燃料流量脈動装置
の実施例を示す図である。
ンス例を示す図である。
ンス例を示す図である。
部中に置かれる燃料流量の脈動装置の実施例を示す図で
ある。
る燃料流量の脈動装置の実施例を示す図である。
グ室内の燃焼の不安定度の能動的制御装置のフローチャ
ートを示す図である
Claims (11)
- 【請求項1】 燃焼室またはアフターバーニング室内の
燃焼の不安定度の能動的制御装置であって、 燃焼室(51)またはアフターバーニング室内の圧力変
動を測定するための少なくとも1台の検知器(50)
と、 検知器(50)によって測定される信号の処理及び制御
用電圧のフィードバック生成手段(52)と、 制御用電圧の作用の下で、燃料インジェクタの出口にお
ける燃料流量の脈動を生み出すために、燃焼室(51)
またはアフターバーニング室への燃料供給油圧ライン上
に配置された少なくとも1台の圧電装置(53)とを備
えることを特徴とする装置。 - 【請求項2】 圧電装置(53)が噴射孔の上流に位置
する容積Vのチャンバ内に配置されることを特徴とする
請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 圧電装置(53)が噴射孔の上流に位置
する縮小部内に配置されることを特徴とする請求項2に
記載の装置。 - 【請求項4】 縮小部が噴射孔のレベルに位置すること
を特徴とする請求項3に記載の装置。 - 【請求項5】 さらに圧電装置(53)と燃料供給用油
圧ラインとの間に配置された水力連結手段(54)を備
えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に
記載の装置。 - 【請求項6】 水力連結手段(54)が、圧電装置と油
圧ラインとの間のインピーダンスの整合を行うことがで
きるようにあらかじめ設定されたサイズの表面によって
構成されていることを特徴とする請求項5に記載の装
置。 - 【請求項7】 検知器(50)によって測定された信号
の処理及び制御用電圧のフィードバック生成手段(5
2)が、圧力の変動に対応する信号を発生するために測
定された信号の静的成分のフィルタリング手段(55)
と、設定値に対する圧力変動の比較手段(56)と、圧
電装置の制御用電圧を決定するための電子装置(57)
とを備えることを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 【請求項8】 燃焼の不安定度の能動的制御段階におい
て、制御用の電圧が、比較結果に応じてまたエンジンの
作動点と飛行条件を考慮に入れて決定されることを特徴
とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 燃料インジェクタのコークス除去段階に
おいて、電子装置(57)が超音波領域において高周波
数の電圧パルスを生成することを特徴とする請求項7に
記載の装置。 - 【請求項10】 高周波数の電圧パルスが電子装置(5
7)によって自動的に始動されることを特徴とする請求
項9に記載の装置。 - 【請求項11】 高周波数の電圧パルスが地上でのメン
テナンス作業中に操縦室から始動されることを特徴とす
る請求項9に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP29132195A Expired - Lifetime JP3213524B2 (ja) | 1994-11-09 | 1995-11-09 | 燃料インジェクタにおける燃焼不安定度の能動的制御及びコークス除去装置 |
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JP (1) | JP3213524B2 (ja) |
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FR (1) | FR2726603B1 (ja) |
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