JP4434814B2 - ガスタービン・エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガスタービン・エンジンの制御装置、より具体的には航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置に関する。

ガスタービン・エンジンの制御においては、エンジンが過渡状態にあるか、あるいは定常状態にあるか判定すると共に、それに応じて燃料供給制御を実行する必要がある。それに関し、下記の特許文献１に記載されるように、低圧タービン回転数の変化率から急減速状態を判断し、それに対応する高圧タービン回転数目標値を算出するなどして燃料供給制御を実行し、定常状態から急減速状態に移行したときに生じやすいファンストール（いわゆるサージ）を回避する技術が提案されている。
特開平６−２１３００５号公報

しかしながら、特許文献１に記載した従来技術においては、低圧タービン回転数の変化率に基づいて定常状態から急減速状態に移行したと判定しているに過ぎず、加速状態も含めた過渡状態を広く判定するものではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、エンジンが加速も含めた過渡状態にあるか、あるいは定常状態にあるかを精度良く判定できるようにしたガスタービン・エンジンの制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、少なくとも低圧タービンと高圧タービンからなる２基のタービンを備えたガスタービン・エンジンにおいて、前記低圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の低圧タービン回転数センサ、前記高圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の高圧タービン回転数センサ、前記低圧タービンから排出される排ガスの温度を示す出力を生じる、少なくとも１個の温度センサ、少なくとも前記センサ群から出力された値を入力し、入力された値の全部または一部に基づいて前記エンジンへの燃料供給を制御する第１の制御系を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第１の制御系が、前記センサ群から出力された値を入力し、所定時間ごとに前記出力された値の変化率あるいは差をそれぞれ対応する所定のしきい値と比較する比較手段、および前記センサ群から出力された値の中、前記所定のしきい値以上と判断されたセンサ出力の個数が所定数以上であるとき、前記エンジンが過渡状態にあると判定する一方、前記出力された値が前記所定のしきい値未満と判断された回数が前記比較手段で比較された回数の中の半数以上であるとき、前記エンジンが定常状態にあると判定する運転状態判定手段からなる過渡・定常判定手段を備える如く構成した。

請求項２に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、さらに、前記第１の制御系に異常が生じたとき、前記第１の制御系に代わって前記エンジンへの燃料供給を制御する第２の制御系を備えると共に、前記第２の制御系が前記過渡・定常判定手段を備える如く構成した。

請求項３に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、前記第１の制御系と第２の制御系の過渡・定常判定手段のいずれかが、第４のセンサを備える如く構成した。

請求項４に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、前記第１の制御系と第２の制御系がそれぞれ、前記センサ群の中、同種のセンサからの出力同士が同一と許容できる範囲内にあるか否か判断して前記燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否か判定するセンサ出力可否判定手段、および前記判定された運転状態に応じて前記許容できる範囲を変更する許容範囲変更手段、を備える如く構成した。

請求項１に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、センサ群から出力された値を入力し、入力された値の全部または一部に基づいてエンジンへの燃料供給を制御する第１の制御系が、センサ群から出力された値を入力し、所定時間ごとに出力された値の変化率あるいは差をそれぞれ対応する所定のしきい値と比較し、センサ群から出力された値の中、しきい値以上と判断されたセンサ出力の個数が所定数以上であるとき、エンジンが過渡状態にあると判定する一方、しきい値未満と判断された回数が比較手段で比較された回数の中の半数以上であるとき、エンジンが定常状態にあると判定する過渡・定常判定手段を備える如く構成したので、ノイズなどの影響を受けることなく、エンジンが定常状態にあるか、あるいは加速も含めた過渡状態にあるかを精度良く判定することができる。

請求項２に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、さらに、第１の制御系に異常が生じたとき、前記第１の制御系に代わって前記エンジンへの燃料供給を制御する第２の制御系を備えると共に、第２の制御系が上記した過渡・定常判定を行う如く構成したので、前記した効果に加え、２つの制御系の判定結果が異なる場合、センサ出力に異常が生じたと推定することができ、それに応じて適切な対応をとることができる。

請求項３に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、第１の制御系と第２の制御系の過渡・定常判定のいずれかが、第４のセンサを備える如く構成したので、前記した効果に加え、第４のセンサとして例えば高圧タービンで駆動される圧縮機の出力圧を検出するセンサを使用するとき、運転状態の変化は高圧タービン側に時間的に先行して生じることから、そのパラメータを加えて判定することで運転状態の変化を精度良く判定できると共に、２つの制御系の判定結果が異なる場合、サージが生じた可能性があると予測できて適切な対応をとることができる。

請求項４に係るガスタービン・エンジンの制御装置にあっては、第１の制御系と第２の制御系がそれぞれ、センサ群の中、同種のセンサからの出力同士が同一と許容できる範囲内にあるか否か判断して前記燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否か判定すると共に、判定された運転状態に応じて許容できる範囲を変更する如く構成したので、前記した効果に加え、燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否かを適切に判定でき、よって燃料供給制御を一層適切に行うことができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係るガスタービン・エンジンの制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、そのガスタービン・エンジンの制御装置を全体的に示す概略図である。

尚、ガスタービン・エンジンとして、航空機用ガスタービン・エンジンを例にとる。また、航空機用ガスタービン・エンジンとしては、ターボジェット・エンジン、ターボファン・エンジン、ターボプロップ・エンジンおよびターボシャフト・エンジンの４種が知られているが、以下、２軸のターボファン・エンジンを例にとって説明する。

図１において、符号１０はターボファン・エンジン（ガスタービン・エンジン。以下「エンジン」という）を示し、符号１０ａはエンジン本体を示す。エンジン１０は機体（図示せず）の適宜位置にマウントされる。

エンジン１０はファン（ファン動翼）１２を備え、ファン１２は高速で回転しつつ外気から空気を吸引する。ファン１２にはロータ１２ａが一体的に形成され、ロータ１２ａは対向して配置されたステータ１４と共に低圧圧縮機（コンプレッサ）１６を構成し、そこで吸引した空気を圧縮しつつ後方に圧送する。

尚、ファン１２の付近にはセパレータ２０によってダクト（バイパス）２２が形成され、吸引された空気の大部分は後段（コア側）で燃焼させられることなく、ダクト２２を通ってエンジン後方に噴出させられる。ファン排気は、その反作用としてエンジン１０が搭載される機体（図示せず）に推力（スラスト）を生じさせる。推力の大部分は、このファン排気によって生じる。

低圧圧縮機１６で圧縮された空気は後段の高圧圧縮機２４に送られ、そこでロータ２４ａおよびステータ２４ｂによってさらに圧縮された後、後段の燃焼器２６に送られる。

燃焼器２６は燃料ノズル２８を備え、燃料ノズル２８にはＦＣＵ（Fuel Control Unit 。燃料制御ユニットあるいは燃料制御部）３０で調量された燃料が圧送される。即ち、ＦＣＵ３０は燃料調量バルブ３２を備え、燃料ポンプ（ギヤポンプ）３４によって機体の適宜位置に配置された燃料タンク３６から汲み上げられた燃料は、燃料調量バルブ３２で調量された後、燃料供給通路３８を通って燃料ノズル２８に供給される。

噴霧された燃料は高圧圧縮機２４から圧送された圧縮空気と混合し、エンジン始動時にエキサイタ（図１で図示省略）および点火プラグ（図示せず）で点火されて燃焼する。混合気は一度着火されて燃焼を開始すると、かかる圧縮空気と燃料からなる混合気を連続的に供給されて燃焼を継続する。

燃焼によって生じた高温高圧ガスは高圧タービン４０に送られ、高圧タービン４０を高速回転させる。高圧タービン４０は前記した高圧圧縮機のロータ２４ａに高圧タービン軸４０ａを介して接続され、前記ロータ２４ａを回転させる。

高温高圧ガスは、高圧タービン４０を回転駆動した後、低圧タービン４２に送られ、低圧タービン４２を比較的低速で回転させる。低圧タービン４２は前記した低圧圧縮機１６のロータ１２ａに低圧タービン軸４２ａ（軸４０ａと同心二軸構造）を介して接続されており、前記ロータ１２ａおよびファン１２を回転させる。

低圧タービン４２を通過した高温高圧ガス（タービン排気）は、ダクト２２を通ってそのまま排出されるファン排気と混合させられてジェットノズル４４からエンジン後方に噴出される。

エンジン本体１０ａの外部下面の前側寄りには、アクセサリ・ドライブ・ギアボックス（以下「ギアボックス」という）５０がステー５０ａを介して取り付けられると共に、ギアボックス５０の前端には一体的に構成されたスタータおよびジェネレータ（以下「スタータ」と総称する）５２が取り付けられる。尚、ギアボックス５０の後端には前記したＦＣＵ３０が配置される。

エンジン１０の始動時、スタータ５２によって軸５６が回転させられると、その回転は駆動軸５８（および図示しないベベルギアなどのギア機構）を介して高圧タービン軸４０ａに伝えられ、燃焼に必要な空気が送り込まれる。

他方、軸５６の回転はＰＭＡ（パーマネントマグネット・オルタネータ）６０と高圧（燃料）ポンプ３４に伝えられて高圧（燃料）ポンプ３４を駆動し、前記したように燃料を燃料ノズル２８を介して噴霧する。よって生じた混合気は、点火されて燃焼を開始する。

エンジン１０が自立運転回転数に達すると、高圧タービン軸４０ａの回転が逆に駆動軸５８（および図示しないベベルギアなどのギア機構）を介して軸５６に伝えられ、燃料ポンプ３４を駆動すると共に、ＰＭＡ６０とスタータ５２を駆動する。それによって、ＰＭＡ６０は発電すると共に、スタータ５２は、機体に電力を供給する。

エンジン１０において、低圧タービン軸４２ａの付近にはＮ１センサ（回転数センサ）６２が配置され、低圧タービン回転数（低圧タービン軸４２ａの回転数）Ｎ１に比例する信号を出力すると共に、軸５６の付近にはＮ２センサ（回転数センサ）６４が配置され、高圧タービン回転数（高圧タービン軸４０ａの回転数）Ｎ２に比例する信号を出力する。

またエンジン本体１０ａの前面の空気取り入れ口６６の付近にはＴ１センサ（温度センサ）６８およびＰ１センサ（圧力センサ）７０が配置され、流入空気の温度Ｔ１および圧力Ｐ１に比例する信号を出力すると共に、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit 。電子制御ユニット）の内部にはＰ０センサ（圧力センサ）７２が設けられ、大気圧Ｐ０に比例する信号を出力する。また、ＥＣＵの内部には温度センサ（図示せず）が配置され、その部位の温度に比例する信号を出力する。

またロータ２４ａの下流にはＰ３センサ（圧力センサ）７４が配置されて高圧圧縮機２４の出力圧Ｐ３に比例する信号を出力すると共に、低圧タービン４２の下流の適宜位置にはＥＧＴセンサ（温度センサ）７６が配置され、排ガス温度ＥＧＴ（低圧タービン４２から排出される排ガスの温度）に比例する信号を出力する。

エンジン本体１０ａの上端位置には前記したＥＣＵ（符号８０で示す）が収納される。上記したエンジン１０の運転状態を示すセンサ群の出力は、ＥＣＵ８０に送られる。

図２は、ＥＣＵ８０および前記したＦＣＵ３０の構成、特にＦＣＵ３０の構成を全体的に示すブロック図である。

前記したセンサ群に加え、機体操縦席（コックピット。図示せず）付近に設置されたスラストレバー（スロットルレバー）８２の付近にはＴＬＡセンサ（スラストレバー角度センサ）８４が配置され、パイロット（操縦者）が入力したスラストレバー角度あるいは位置（操作者要求推力）ＴＬＡに比例する信号を出力する。ＴＬＡセンサ８４の出力もＥＣＵ８０に入力される。尚、図２（および後述する図３）において各センサ（Ｐ０センサ、ＴＬＡセンサなど）は、その検出対象パラメータ名（Ｐ０、ＴＬＡなど）で示す。

さらに、ＦＣＵ３０の適宜位置にはＦＭＶＰセンサ（バルブ位置センサ。図２で図示省略）が設けられ、燃料調量バルブ３２のバルブ位置ＦＭＶＰに比例する信号を出力する。ＦＭＶＰセンサの出力もＥＣＵ８０に入力される。

さらに、ＥＣＵ８０には、ＣＡＮ（通信）インターフェース・ユニット８８を介して前記したスラストレバー８２以外の機器のパイロット選択指令９０、機体搭載コンピュータ（Air Data Computer あるいはＡＤＣ）９２からのデータ（例えばマッハ数Ｍｎ、圧力高度ＡＬＴ、外気温度（より具体的には全温度ＴＡＴ、真大気温度ＳＡＴ））、および第２のエンジン（図示せず）のＥＣＵ９４からのデータが入力（あるいは出力）されると共に、コックピット内のディスプレイ９６に接続されてＥＣＵ８０のデータを表示させる。

ＥＣＵ８０は１０ｍｓｅｃごとに起動され、入力値に基づき、後述する如く過渡・定常の運転状態判定およびセンサ出力の可否判定を行うと共に、４０ｍｓｅｃごとに、スラストレバー角度（操作者要求出力）ＴＬＡに応じて低圧タービン軸回転数（低圧タービン回転数）Ｎ１と目標回転数Ｎ１ｃｏｍの偏差が減少するように、エンジン１０に供給すべき燃料量（燃料流量）の指令値（操作量）Ｗｆを、トルクモータ９８への通電電流指令値として算出してＦＣＵ３０に送る。

さらに、ＥＣＵ８０は検出された低圧タービン回転数Ｎ１および高圧タービン回転数Ｎ２の値のいずれかがリミット値（例えば、それぞれの最高回転数の１０７％相当値）を超えるか否か監視し、検出された低圧タービン回転数Ｎ１および高圧タービン回転数Ｎ２のいずれかがリミット値を超えるときはオーバースピードと判断し、エンジン１０に供給すべき燃料流量が所定値、より具体的には零あるいは最小となるようにトルクモータ９８への通電電流指令値を決定してＦＣＵ３０に送る。

さらに、ＥＣＵ８０は検出された高圧タービン回転数Ｎ２の変化率Ｎ２ドット（Ｎ２の微分値。加減速率）と目標加減速率Ｎ２ドットｃｏｍの偏差が減少するようにエンジン１０に供給すべき燃料流量の指令値Ｗｆ、より詳しくはトルクモータ９８への通電電流指令値を決定してＦＣＵ３０に送る。

ＦＣＵ３０は低圧（燃料）ポンプ１００を備え、燃料タンク３６（図２で図示省略）から汲み上げられた燃料は、フィルタ（およびオイルクーラ）１０２を経て前記した高圧（燃料）ポンプ３４で高圧化されて燃料調量バルブ３２に送られる。トルクモータ９８は燃料調量バルブ３２に接続され、そのスプール位置を決定する。従って、高圧ポンプ３４を介して圧送された燃料は、燃料調量バルブ３２でそのスプール位置に応じた流量に調節（調量）される。調量された燃料は、シャットオフバルブ１０４、ドレーンバルブ１０６およびシャットオフ機構１０８を介して前記した燃料ノズル２８に供給される。このように、ＥＣＵ８０は、４０ｍｓｅｃごとにエンジン１０に供給すべき燃料流量の指令値Ｗｆを算出し、それに応じてＦＣＵ３０で算出された燃料流量となるように燃料供給が制御される。

尚、低圧タービン軸４２ａには非常停止スイッチ１１０が接続されており、低圧タービン軸４２ａが何らかの理由から変位するとオンし、シャットオフ機構１０８を動作させて燃料ノズル２８への燃料供給を機械的に遮断する。同様に、ソレノイド１１２が設けられ、パイロット選択指令９０に応じてシャットオフバルブ１０４を動作させて燃料ノズル２８への燃料供給を遮断する。

図３は、上記したＥＣＵ８０およびＦＣＵ３０の構成をハードウェアで示すブロック図である。

エンジン１０が航空機用ガスタービン・エンジンであることから、ＥＣＵ８０およびＦＣＵ３０はプライマリレーン（Primary Lane。第１の制御系）２００とセカンダリレーン（Secondary Lane。第２の制御系）２０２からなり、それぞれ上記した動作を行うＣＰＵ２００ａ，２０２ａ、その動作をモニタするモニタＣＰＵ２００ｂ，２０２ｂと、さらにモニタＣＰＵの動作を監視するＷＤＴ（ウォッチドグタイマ）２００ｃ，２０２ｃとを備える。モニタ結果からレーン２００に異常が生じたと判断される場合、レーン２０２がレーン２００に代わって燃料供給制御を実行する。

２個のＣＰＵ２００ａと２０２ａが上記したＥＣＵ８０およびＦＣＵ３０として動作し、図示のセンサ出力に基づいてトルクモータ９８への通電指令値を算出し、サーボドライバ２００ｄ，２０２ｄ（図２で図示省略）を介してトルクモータ９８に出力する（サーボドライバ２００ｄ，２０２ｄの動作はモニタ（回路）２００ｅ，２０２ｅでモニタされる）。図３から明らかな如く、トルクモータ９８も実際には、プライマリレーン用の９８１とセカンダリレーン用の９８２の２個が設けられる。尚、プライマリレーンのＣＰＵ２００ａが正常に動作している限り、プライマリレーンの出力のみがトルクモータ９８１に送られる。

同様に、上記した種々のセンサの多くも、実際には、２個以上設けられる。ＴＬＡセンサ８４は、図示の如く、３個設けられ、その出力が２つのレーン２００，２０２に入力される。Ｎ１センサ６２、ＥＧＴセンサ７６およびＦＭＶＰセンサ（図２で図示省略）は２個設けられ、それぞれ２つのレーン２００，２０２に入力される。さらに、Ｎ２センサ６４は両レーン用に２個（Ａ，Ｂで示す）、合計４個設けられ、その中のＡ，Ｂ２個のセンサ出力が２つのレーン２００，２０２に入力される。

Ｎ２センサ６４は具体的には磁気ピックアップからなり、同種の構造のものが軸５６の付近に４個配置されてなる。Ｎ１センサ６２も同様の構造の磁気ピックアップが低圧タービン軸４２ａの付近に２個配置されてなる。他のセンサについても同様に、同種構造のものが該当個数だけ配置される。尚、これらのセンサは、出力が同一の値となるように設定される。

また、Ｐ１センサ７０およびＰ０センサ７２の出力は全てレーン２００に入力される。Ｐ３センサ７４の出力はレーン２０２のみに入力される。これらのセンサの入力を一方のレーンに限定したのは、Ｎ１センサ６２およびＮ２センサ６４などタービン回転数を検出するものに比せば重要度が低いためである。

次いで、前記したＥＣＵ８０の動作の中の、過渡・定常の運転状態判定およびセンサ出力の可否判定動作について説明する。

図４は、その動作を機能的にブロック化して示すブロック図である。尚、同図は、具体的には上記したレーン２００，２０２（第１、第２の制御系）において４個のＣＰＵの中、ＣＰＵ２００ａ，２０２ａが平行して行う動作である。

以下説明すると、エンジン１０の運転状態を示す前記したセンサ出力（出力された値）は、先ず図示しないローパスフィルタに入力されてノイズ成分が除去され、波形処理がなされた後、カウンタなどにおいて運転状態を示すパラメータ（例えばＮ１センサ６２でいえばｒｐｍ相当の値）に変換された後、１０ｍｓｅｃごとに初期チェックブロック３００に入力され、そこで適宜設定された許容範囲にあるか否かチェックされる。尚、ローパスフィルタはセンサ出力に応じてセンサ出力のノイズ成分が可能な限り除去されるようにカットオフ周波数が設定され、それによってセンサ出力に重畳するノイズ成分が除去される。

尚、センサ出力は、前記した低圧タービン回転数を示すＮ１センサ６２、高圧タービン回転数を示すＮ２センサ６４など前記したセンサの全ての出力を含む。センサは少なくとも２個設けられるが、４個設けられるＮ２センサ６４の出力については、レーン２００，２０２で２個ずつを対象として以下に述べる判定が行われる。

初期チェックブロック３００の出力は故障判定ブロック３０２に送られ、そこで許容範囲内にないと判定された回数がカウントされて所定の値と比較されることで、センサが故障しているか否か判定される。故障判定ブロック３０２の出力は出力分離ブロック３０４に送られると共に、初期チェックブロック３００の出力も出力分離ブロック３０４に送られる。出力分離ブロック３０４は、故障判定ブロック３０２の判定結果に基づき、入力したセンサ出力の中、故障と判定されなかったセンサ出力を同種の値ごとに分離して出力する。尚、初期チェックブロック３００は判定保留としたセンサ出力については一時休止フラグFlagを付して出力する。

図４で、「４値ＯＫ」と示すものは、Ｎ２センサ６４の出力４個が全て正常と判定されて出力された場合を、「３値ＯＫ」と示すものはその４個の中の３個が正常と判断された場合を、「２値ＯＫ」と示すものはその４個の中の２個が正常と判断された場合を、「１値ＯＫ」と示すものはその４個の中の１個が正常と判定された場合を示す。また、「全ＮＧ」と示すものは、Ｎ２センサ６４の出力が故障と判定された場合を示す。これはＴＬＡセンサ８４など他のセンサについても同様であり、「３値ＯＫ」と示すものは，ＴＬＡセンサなどの３個の出力を有するものの全てがそのまま正常と判定された場合を、「２値ＯＫ」と示すものは３個の出力の中の２個が正常と判断された場合、およびＮ１センサ６２などの２個の出力がそのまま正常と判断された場合を、「１値ＯＫ」と示すものはＮ１センサ６２などの２個の出力の中の１個が正常と判定された場合を示す。「全ＮＧ」と示すものが、そのセンサが故障と判定された場合を示すことも同様である。

出力分離ブロック３０４の出力は出力選別ブロック３０６に送られる。前記した初期チェックブロック３００で判定保留とされて一時休止フラグFlagを付して出力されたセンサ出力も出力選別ブロック３０６に送られる。出力選別ブロック３０６では判定保留とされたセンサ出力が除去されつつ、比較すべき信号の選別が行われた後、可否判断ブロック３０８に送られ、そこで同種の出力同士が同一と許容できる範囲内にあるか否か比較して判断され、燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否か可否判定される。

可否判断ブロック３０８に記載されている比較に関して下から説明すると、１値のみ入力されたときは比較相手が存在しないことから、そのまま制御信号として出力される。この場合、１個の制御信号のみ出力されることから、レーン２００，２０２のいずれかは他レーンに入力されるその信号を参照することになる。

２値比較の場合、相互に同一と許容できる範囲内にあるか判断され、許容できる範囲内にあると判断された場合、２個の信号が制御信号としてレーン２００，２０２のそれぞれに出力される。

記載は省略するが、他のパラメータについても同様な範囲が設定される。尚、この範囲はエンジン１０の運転状態が過渡と定常のいずれにあるかによって異なる値に設定されることから、後述する運転状態の判定結果に基づいていずれかを選択する。また、この範囲は続いて述べる３値比較および４値比較においても使用される。

３値比較に関しては、図５に示す如く、２値比較を３回行い、図６に示すように比較結果を求め、それに基づいて制御信号として使用可能な信号を選定すると共に、併せて異常信号であるか否かの可否判断を行う。例えば、図３を参照して説明すると、Ａは自レーンに入力されるセンサ出力，Ｂは他レーンに入力されるセンサ出力，ＣはＣＡＮを介して入力されるセンサ出力を示し、これは優先度の順も示す。即ち、全て同一と判断された場合、図示の如く、Ａが制御信号として使用されることを意味する。

図６に示す如く、比較結果に基づいて図示のような論理で判定がなされる。Case１は、異常信号がないと判定された場合、Case２は異常信号が１個と判定された場合、Case３は、全て異常信号と判定された場合である。Case３の場合、そのセンサの出力の全てについて異常検知とし、制御信号として使用中のときは、その値に固定して使用し続けると共に(Freeze)、Warning（警告）を出力する。Case１の中、Ａ丸付き数字２の場合、極めて低いが、生じ得る可能性もあることから、Ａが最も確からしいと判定する。

４値比較に関しては、図７に示す如く、４値の中の３値を用いて２値比較を３回行い、正常と判定された信号（センサ出力）と、４値目を比較する。４値はＮ２センサ６４の出力に限定されることから、Ａは自レーンに入力されるＮ２センサＡの出力，Ｂは他レーンに入力されるＮ２センサＡの出力，Ｃは自レーンに入力されるＮ２センサＢの出力、Ｄは他レーンに入力されるＮ２センサＢの出力を意味し、優先度もその順となる。従って、優先度の高い順のＡ，Ｂ，Ｃについて３値比較を行い、それらが全て正常と判定された場合（Case１）、あるいは３値の中の１値が異常信号と判定された場合（Case２）、それらと優先度において最も低いＤとの２値比較を行う。尚、３値比較自体は、Warning（警告）を出力しない点を除くと、図５に示したものと異ならない。

図７に示す如く、３値比較結果がCase１の場合、Ｄとの２値比較結果は、４個の出力が正常（全信号正常）か、あるいはＤが異常（Single Fail）となる。３値比較結果がCase２の場合、Ｄとの２値比較結果は、４個の中の１個が異常（Single Fail）か、あるいはＤとその他の出力１個が異常（Double Fail）となる。

また、３値比較結果がCase３の場合も、Ｄとの３値比較を行い、可能ならば、使用信号を選択する。図８にその比較ロジックを、図９に比較結果に基づく可否判断を示す。図９にCase１, Case２と示す場合、Ｄとの再比較によって使用信号が選択された場合を示す。尚、図示の如く、Ｄとの再比較によって一旦異常と判定されたＡ，Ｂ，Ｃ信号のいずれかが使用信号として選択されることもある。尚、図９にCase 3と示す場合は、図６のCase３の場合と同様、そのセンサの出力の全てについて異常検知とし、制御信号として使用中のときは、その値に固定して使用し続けると共に(Freeze)、Warning（警告）を出力する。

図４の説明に戻ると、初期チェックブロック３００の出力は過渡・定常判定ブロック３１０にも入力され、そこでエンジン１０の運転状態が判定される。

図１０は、過渡・定常判定ブロック３１０の構成を詳細に示すブロック図である。

過渡・定常判定に使用されるセンサ出力（パラメータ）は、図示の如く、Ｎ１センサ６２、Ａ，Ｂ２個のＮ２センサ６４、およびＥＧＴセンサ７６の出力ならびにＰ３センサ７４の出力が１個ずつ使用される（具体的には、正常と判定される限り、優先度の高い出力Ａが使用される）。

具体的には、レーン２００の判定にはＮ１，Ｎ２Ａ，Ｂ，ＥＧＴの４種が、レーン２０２の判定にはそれらにＰ３を加えた５種のパラメータが使用される。レーン２０２の判定パラメータにＰ３が追加されるのは、レーン２０２はセカンダリであり、レーン２００に異常が生じた場合、レーン２００に代わって燃料供給制御を実行するレーンであることから、判断をより慎重に行うためである。

それら４種あるいは５種の出力は、１０ｍｓｅｃごとに変化率しきい値ブロック３１０ａに入力され、センサごとに予め設定された変化率しきい値と比較される。

図１０に示す如く、ブロック３１０ａでは入力された値を対応するしきい値と比較し、比較結果を判定ブロック３１０ｂに送る。判定ブロック３１０ｂでは、比較結果に基づき、４０ｍｓｅｃごとに運転状態が判定される。判定は原則的には多数決でなされるが、具体的には以下のようになされる。即ち、レーン２００における判定では、４値中２値以上（半数以上）が対応するしきい値以上であるとき、エンジン１０が過渡状態にあると判定する一方、４値中２値以上が対応するしきい値未満である状態が連続３回生じたか、または４回中３回生じるとき、エンジン１０が定常状態にあると判定する。比較は、１０ｍｓｅｃごとに、入力値としきい値との間でなされることから、４０ｍｓｅｃの間の比較回数は４回となる。尚、４値中２値同士の同数となったときは、Ｎ２センサ６４の出力を１個除去し、残りの３値で判定して判定結果が過半数となるか否か判断する。

レーン２０２における判定では、５値中３値以上が対応するしきい値以上であるとき、エンジン１０が過渡状態にあると判定する一方、５値中３値以上が対応するしきい値未満である状態が連続３回生じたか、または４回中３回生じたとき、エンジン１０が定常状態にあると判定する。

また、レーン２００，２０２におけるＴＬＡを用いた判定では、３値中２値以上が対応するしきい値以上であるとき、エンジン１０が過渡状態にあると判定する一方、３値中２値以上が対応するしきい値未満である状態が連続３回生じたか、または４回中３回生じるとき、エンジン１０が定常状態にあると判定する。

尚、上記では所定時間ごとに出力される値の変化率をしきい値として判定するようにしたが、所定時間ごとに出力された値同士の差を求めてしきい値として判定するようにしても良い。

過渡・定常判定ブロック３１０は、判定結果を出力する。

図４の説明に戻ると、過渡・定常判定ブロック３１０の判定結果は可否判断ブロック３０８に送られ、ブロック３０８では送られた判定結果に応じ、同一と許容できる範囲について過渡と定常のいずれかを選択して使用する。また、過渡・定常判定ブロック３１０の判定結果に基づいて相応する燃料供給制御が実行される。

尚、Ｎ１，Ｐ３，ＥＧＴなどに関しては合成信号作成部３１２で他のパラメータより推測された値を用いて合成信号が作成され、可否判断ブロック３０８においてそれとの比較を通じて可否判断が再度なされる。

上記の如く、この実施例にあっては、少なくとも低圧タービン（４２）と高圧タービン（４０）からなる２基のタービンを備えたガスタービン・エンジン（１０）において、前記低圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の低圧タービン回転数センサ（Ｎ１センサ６２）、前記高圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の高圧タービン回転数センサ（Ｎ２センサ６４）、前記低圧タービンから排出される排ガスの温度を示す出力を生じる、少なくとも１個の温度センサ（ＥＧＴセンサ７６）、少なくとも前記センサ群から出力された値を入力し、入力された値の全部または一部に基づいて前記エンジンへの燃料供給を制御する第１の制御系（プライマリレーン２００）を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第１の制御系が、前記センサ群から出力された値を入力し、所定時間ごとに前記出力された値の変化率あるいは差をそれぞれ対応する所定のしきい値と比較する比較手段（変化率しきい値ブロック３１０ａ）、および前記センサ群から出力された値の中、前記所定のしきい値以上と判断されたセンサ出力の個数が所定数以上であるとき、より具体的には４値中２値あるいは５値中３値以上であるとき、前記エンジンが過渡状態にあると判定する一方、前記出力された値が前記所定のしきい値未満と判断された回数が前記比較手段で比較された回数の中の半数以上であるとき、より具体的には連続３回または４回中３回以上であるとき、前記エンジンが定常状態にあると判定する運転状態判定手段（判定ブロック３１０ｂ）からなる過渡・定常判定手段（過渡・定常判定ブロック３１０）を備える如く構成した。これにより、ノイズなどの影響を受けることなく、エンジン１０が定常状態にあるか、あるいは加速も含めた過渡状態にあるかを精度良く判定することができる。

さらに、前記第１の制御系に異常が生じたとき、前記第１の制御系に代わって前記エンジンへの燃料供給を制御する第２の制御系（セカンダリレーン２０２）を備えると共に、前記第２の制御系が前記過渡・定常判定手段（過渡・定常判定ブロック３１０）を備える如く構成した。これにより、前記した効果に加え、２つの制御系の判定結果が異なる場合、センサ出力に異常が生じたと推定することができ、それに応じて適切な対応をとることができる。

また、前記第１の制御系と第２の制御系の過渡・定常判定手段（過渡・定常判定ブロック３１０）のいずれかが、より具体的には第２の制御系が第４のセンサ（より具体的にはＰ３センサ７４）を備える如く構成した。従って、第４のセンサとして例えば高圧タービンで駆動される圧縮機の出力圧を検出するＰ３センサ７４を使用するとき、運転状態の変化は高圧タービン側に時間的に先行して生じることから、そのパラメータを加えて判定することで運転状態の変化を精度良く判定できると共に、２つの制御系の判定結果が異なる場合、サージが生じた可能性があると予測できて適切な対応をとることができる。

また、前記第１の制御系と第２の制御系がそれぞれ、前記センサ群の中、同種のセンサからの出力同士が同一と許容できる範囲内にあるか否か判断して前記燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否か判定するセンサ出力可否判定手段（可否判断ブロック３０８）、および前記判定された運転状態に応じて前記許容できる範囲を変更する許容範囲変更手段（可否判断ブロック３０８）、を備える如く構成した。これにより、前記した効果に加え、燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否かを適切に判定でき、よって燃料供給制御を一層適切に行うことができる。

また、この実施例にあっては、少なくとも低圧タービン（４２）と高圧タービン（４０）からなる２基のタービンを備えたガスタービン・エンジン（１０）において、前記低圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の低圧タービン回転数センサ（Ｎ１センサ６２）、前記高圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも２個の高圧タービン回転数センサ（Ｎ２センサ６４）、前記低圧タービンから排出される排ガスの温度を示す出力を生じる、少なくとも１個の温度センサ（ＥＧＴセンサ７６）、少なくとも前記センサ群から出力された値を入力し、入力された値の全部または一部に基づいて前記エンジンへの燃料供給を制御する第１の制御系（プライマリレーン２００）、および少なくとも前記センサ群と同一のセンサ群を備えると共に、前記同一のセンサ群から出力された値を入力し、前記第１の制御系に異常が生じたとき、前記第１の制御系に変わって入力された値の全部または一部に基づいて前記エンジンへの燃料供給を制御する第２の制御系（セカンダリレーン２０２）、を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第１、第２の制御系が、前記少なくとも２個の高圧タービン回転数センサ（Ｎ２センサ６４）から出力される少なくとも４個の値を入力し、その中の少なくとも３個の値が同一と許容できる範囲内にあるか否か判断する３値比較手段（可否判断ブロック３０８）、および前記少なくとも３値がそれぞれ残りの少なくとも１個の値と同一と許容できる範囲内にあるか否か判断して前記燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否か判定する４値比較手段（可否判断ブロック３０８）を備える如く構成した。これにより、３値比較と４値比較を行うことで、高圧タービン回転数センサ（Ｎ２センサ６４）などが複数個設けられるときも、その中から燃料供給制御などに使用可能なセンサ出力（制御信号）を的確に選択することができ、制御精度を向上させることができる。

また、前記３値比較手段および４値比較手段（可否判断ブロック３０８）は、前記燃料制御に使用不可能なセンサ出力（異常信号）も判定する如く構成した。これにより、前記した効果に加え、そのような異常な信号が制御に使用されるのを回避することができ、よって制御精度を一層向上させることができる。

さらに、前記低圧タービン回転数センサ（Ｎ１センサ６２）、高圧タービン回転数センサ（Ｎ２センサ６４）および温度センサ（ＥＧＴセンサ７６）から出力された値を入力し、所定時間ごとに前記出力された値の変化率あるいは差をそれぞれ対応する所定のしきい値と比較し、比較結果に基づいて前記エンジンが過渡状態と定常状態のいずれにあるか判定する運転状態判定手段（過渡・定常判定ブロック３１０）、および前記判定された運転状態に応じて前記許容できる範囲を変更する許容範囲変更手段（可否判断ブロック３０８）を備える如く構成した。これにより、燃料供給制御に使用可能なセンサ出力を一層的確に選択することができ、制御精度を一層向上させることができる。

尚、上記した実施例において、航空機用ガスタービン・エンジンとしてはターボファン・エンジンを例にとったが、ターボジェット・エンジン、ターボプロップ・エンジンおよびターボシャフト・エンジンなどであっても良い。

この発明の一つの実施例に係るガスタービン・エンジンの制御装置を全体的に示す概略図である。 図１装置の中のＥＣＵおよびＦＣＵの構成を示す説明ブロック図である。 図２のＥＣＵおよびＦＣＵの構成をハードウェアで示すブロック図である。 図２のＥＣＵの動作の中の、過渡・定常の運転状態判定およびセンサ出力の可否判定動作を機能的にブロック化して示すブロック図である。 図４の可否判断ブロックの３値比較を示すブロック図である。 図５の３値比較の結果に基づいて制御信号として使用可能な信号を選定すると共に、併せて異常信号であるか否かの可否判断を示す説明図である。 図４の可否判断ブロックの４値比較を示すブロック図である。 図７の４値比較の中の３値が異常のときの残る値との比較を示すブロック図である。 図８の４値比較の結果に基づいて制御信号として使用可能な信号を選定すると共に、併せて異常信号であるか否かの可否判断を示す説明図である。 図４の過渡・定常判定ブロックの構成を詳細に示すブロック図である。

符号の説明

１０ 航空機用ガスタービン・エンジン（ターボファン・エンジン）
１２ ファン
１２ａ ロータ
１４ ステータ
１６ 低圧圧縮機
２４ 高圧圧縮機
２４ａ ロータ
２４ｂ ステータ
２６ 燃焼器
２８ 燃料ノズル
３０ ＦＣＵ（Fuel Control Unit。燃料制御部)
３２ 燃料調量バルブ
４０ 高圧タービン
４０ａ 高圧タービン軸
４２ 低圧タービン
４２ａ 低圧タービン軸
６２ Ｎ１センサ
６４ Ｎ２センサ
６８ Ｔ１センサ
７０ Ｐ１センサ
７２ Ｐ０センサ
７４ Ｐ３センサ
７６ ＥＧＴセンサ
８０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit 。燃料制御部）
８２ スラストレバー（スロットルレバー）
９８ トルクモータ
２００ プライマリレーン（第１の制御系）
２０２ セカンダリレーン（第２の制御系）
３０２ 故障判定ブロック
３０８ 可否判断ブロック
３１０ 過渡・定常判定ブロック

Claims (4)

1. 少なくとも低圧タービンと高圧タービンからなる２基のタービンを備えたガスタービン・エンジンにおいて、
   ａ．前記低圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の低圧タービン回転数センサ、
   ｂ．前記高圧タービンの回転数を示す出力を生じる、少なくとも１個の高圧タービン回転数センサ、
   ｃ．前記低圧タービンから排出される排ガスの温度を示す出力を生じる、少なくとも１個の温度センサ、
   ｄ．少なくとも前記センサ群から出力された値を入力し、入力された値の全部または一部に基づいて前記エンジンへの燃料供給を制御する第１の制御系、
   を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第１の制御系が、
   ｅ．前記センサ群から出力された値を入力し、所定時間ごとに前記出力された値の変化率あるいは差をそれぞれ対応する所定のしきい値と比較する比較手段、
   および
   ｆ．前記センサ群から出力された値の中、前記所定のしきい値以上と判断されたセンサ出力の個数が所定数以上であるとき、前記エンジンが過渡状態にあると判定する一方、前記出力された値が前記所定のしきい値未満と判断された回数が前記比較手段で比較された回数の中の半数以上であるとき、前記エンジンが定常状態にあると判定する運転状態判定手段、
   からなる定常・過渡判定手段を備えたことを特徴とするガスタービン・エンジンの制御装置。
2. さらに、前記第１の制御系に異常が生じたとき、前記第１の制御系に代わって前記エンジンへの燃料供給を制御する第２の制御系を備えると共に、前記第２の制御系が前記定常・過渡判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン・エンジンの制御装置。
3. 前記第１の制御系と第２の制御系の定常・過渡判定手段のいずれかが、第４のセンサを備えることを特徴とする請求項２記載のガスタービン・エンジンの制御装置。
4. 前記第１の制御系と第２の制御系がそれぞれ、
   ｇ．前記センサ群の中、同種のセンサからの出力同士が同一と許容できる範囲内にあるか否か判断して前記燃料供給制御に使用可能なセンサ出力か否か判定するセンサ出力可否判定手段、
   および
   ｈ．前記判定された運転状態に応じて前記許容できる範囲を変更する許容範囲変更手段、を備えることを特徴とする請求項２記載のガスタービン・エンジンの制御装置。

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