JP4434834B2

JP4434834B2 - ガスタービン・エンジンの制御装置

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Publication number: JP4434834B2
Application number: JP2004156636A
Authority: JP
Inventors: 弘宜村松; 幸伸杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: GB2414570A; CA2508231A1; GB2414570B; JP2005337105A; US20050267667A1; GB0510806D0; CA2508231C; US7571045B2

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、特に航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置においては、一般に、プライマリレーンとセカンダリレーン（それぞれ「チャネル」ともよばれる）からなる少なくとも２つの制御系を備える。２つの制御系は制御系ごとに設けられたタービンの回転数などエンジンの運転状態を示す値を出力する複数個のセンサから出力された値を入力し、入力された値に基づいてエンジンに供給すべき燃料量の指令値を算出すると共に、異常の有無を自己診断している。プライマリレーンが異常と自己診断されない場合、プライマリレーンが算出した指令値がそのまま出力されると共に、プライマリレーンが異常と自己診断された場合、セカンダリレーンも異常と自己診断されない限り、セカンダリレーンが算出した指令値が出力される。そして、出力された指令値に基づいてエンジンに燃料が供給される。

これら２つの制御系においては、通常、センサ出力から比例積分要素を用いて指令値を算出しているため、プライマリレーンが算出した指令値からセカンダリレーンが算出した指令値に直ちに切り替えると、積分要素の影響を受けて切り替えられた指令値とそれ以前の指令値との差が過大となって不適切になる恐れがあった。

そのため、下記の特許文献記載の技術においては、２つの制御器がそれぞれ対応するセンサ群の出力を入力して出力を生じると共に、それら各制御器からの出力を加算して制御信号を生成する制御装置において、各センサの出力が所定範囲内で許容範囲内にあるとき、各センサの出力の平均値を用いると共に、一方のセンサの出力が許容範囲を超えているときは他方のセンサの出力を用いることが提案されている。
特開平７−１８２００８号公報

しかしながら、上記した従来技術は２つの制御器の出力から最終的な指令値が算出されるものであって、プライマリレーンが異常と自己診断された場合にセカンダリレーンが代替するものではなく、従って、プライマリレーンが算出した指令値からセカンダリレーンが算出した指令値に切り替えられたとき、それ以前の指令値との差が過大となる不都合を解消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、２つの制御系の一方が異常と自己診断されて他方が算出した指令値に切り替えられたとき、それ以前の指令値との差が過大となることがない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１基のタービンを備えたガスタービン・エンジンにおいて、前記タービンの回転数を含む、前記エンジンの運転状態を示す値を出力する複数個のセンサ、前記複数個のセンサから出力された値を入力し、前記入力された値に基づいて前記エンジンに供給すべき燃料量の第１の指令値を算出する第１の制御系、前記第１の制御系と平行して動作し、前記複数個のセンサから出力された値を入力し、前記入力された値に基づいて前記エンジンに供給すべき燃料量の第２の指令値を算出する第２の制御系、前記エンジンの運転状態に応じて前記第１、第２の指令値の出力の切り替えを指示する切り替え指示手段、および前記切り替えられた指令値に基づいて前記エンジンに燃料を供給する燃料供給手段からなるガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第２の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示がない限り、前記第１の指令値を用いて前記第２の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第２の指令値をそのまま出力する如く構成した。

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、前記第１の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示がない限り、前記第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第１の指令値をそのまま出力する如く構成した。

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、前記切り替え指示手段は点検のために前記第２の制御系と前記第１の制御系の間で前記指令値の出力の交互の切り替えを指示するものであり、前記第２の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示がない限り、前記第１の指令値を用いて前記第２の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第２の指令値をそのまま出力すると共に、前記第１の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から第１の制御系への切り替え指示がない限り、前記第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第１の指令値をそのまま出力する如く構成した。

請求項１にあっては、第２の指令値を算出する第２の制御系は、第２の制御系への切り替え指示がない限り、第１の制御系が算出した第１の指令値を用いて第２の指令値を算出して出力する一方、第２の制御系への切り替え指示があるとき、算出された第２の指令値をそのまま出力する如く構成したので、第２の制御系が算出した第２の指令値に切り替えられたとき、切り替えられた直後は、第２の指令値がそれ以前の第１の指令値とほぼ等しくなり、それ以前の第１の指令値との差が過大となることがない。

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、第１の制御系は、第１の制御系への切り替え指示がない限り、第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方、前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、算出された第１の指令値をそのまま出力する如く構成したので、上記した効果に加え、第１の制御系が算出した第１の指令値に再び切り替えられたときも、切り替えられた直後は、第１の指令値がそれ以前の第２の指令値とほぼ等しくなり、それ以前の第２の指令値との差が過大となることがない。

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、点検のために第２の制御系と第１の制御系の間で前記指令値の出力の交互の切り替えを指示するとき、第２の制御系は、第２の制御系への切り替え指示がない限り、第１の指令値を用いて第２の指令値を算出して出力する一方、第２の制御系への切り替え指示があるとき、算出された第２の指令値をそのまま出力すると共に、前記第１の制御系も同様に動作する如く構成したので、上記した効果に加え、エンジンの始動直後などの始業点検においても、それ以前の指令値との差が過大となることがなく、点検を支障なく、実行することができる。

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）が設けられ、その部位の温度に応じた信号を出力する。

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、図４）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（ＦＭＶ）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（Control Area Network）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。

図３は、図２に示すＥＣＵ８０の動作を機能的に示すブロック図である。

ＥＣＵ８０は４０ｍｓｅｃごとに起動され、入力値に基づき、図示の処理が実行される。即ち、ブロック８０ａにおいてスラストレバー角度ＴＬＡなどに応じて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が算出されると共に、その算出値は高圧圧縮機２４の出力圧Ｐ３で除した値として出力される。

それと平行し、ブロック８０ｂにおいて同様にスラストレバー角度ＴＬＡなどに応じて高圧タービン回転数Ｎ２と目標回転数Ｎ２ｃｏｍの偏差が減少するように、指令値Ｗｆが算出され、出力圧Ｐ３で除した値として出力される。ブロック８０ａとブロック８０ｂで算出された値はブロック８０ｃに入力され、いずれかが選択される。

さらに、ブロック８０ｄ，８０ｅ，８０ｆにおいて、検出された高圧タービン回転数Ｎ２、出力圧Ｐ３および排ガス温度ＥＧＴなどに基づき、それらがそれぞれリミット値を超えない範囲で指令値Ｗｆが算出されて出力圧Ｐ３で除した値として出力されると共に、ブロック８０ｇにおいて、高圧タービン回転数Ｎ２などから、加速状態にあるとき、加速用の同種の値が算出される。

スイッチ８０ｃおよびブロック８０ｄなどの出力はブロック８０ｈに送られ、算出された値の中で低い（最小の）値が選択される。また、ブロック８０ｉにおいて高圧タービン回転数Ｎ２などから、減速状態にあるとき、減速用の同種の値が算出される。上記でブロック８０ａ，８０ｂ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆでは比例積分要素を用いて値が算出されると共に、ブロック８０ｇでは比例微分要素を用いて値が算出される。

ブロック８０ｈおよびブロック８０ｉの出力はブロック８０ｊに送られ、そこで高い（最大の）値が選択される。選択された値はブロック８０ｋを経て乗算段８０ｌに送られ、そこで出力圧Ｐ３が乗じられ、よって得られた積、即ち、分子Ｗｆがエンジン１０に供給すべき最終燃料量（燃料流量）の指令値（操作量）Ｗｆｃｏｍ（ＦＭＶＣＭＤ）として算出され、それに基づいてトルクモータ９８への通電電流指令値Ｉｃｏｍが算出されてＦＣＵ３０に出力される。尚、乗算段８０ｌの前のブロック８０ｋにおいて指令値の書き換え処理が行われるが、それについては後述する。

図２の説明に戻ると、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Ｗｆｃｏｍ（ＦＭＶＣＭＤ）を算出し（図２でＷｆ（ＦＭＶＣＭＤ）と示す）、それからトルクモータ９８への通電電流指令値Ｉｃｏｍを算出して出力する。ＦＣＵ３０は算出された指令値を入力し、算出された燃料流量の指令値となるように燃料供給を制御する。

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４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の２つの制御系からなり、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。

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への通電電流指令値を算出し、サーボドライバ２００ｄ，２０２ｄ（図２と図３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４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。尚、一方のレーンのみ入力されるセンサ出力につき、他方のレーンはＣＡＮ通信を介してその出力を入力する。

プライマリレーン２００においてモニタＣＰＵ２００ｂとＷＤＴ２００ｃが自己診断回路を構成し、同種のセンサ出力からＣＰＵ２００ａと同様の出力を生じる。それらの出力はＡＮＤ回路２００ｆに送られる。ＡＮＤ回路２００ｆは入力が全て一致したとき、換言すれば、プライマリレーン２００が異常ではないと判定されるとき、Ｈレベル信号を出力してスイッチ２００ｇを閉じ、ＣＰＵ２００ａの出力をサーボドライバ２００ｄに送る。

セカンダリレーン２０２においてもモニタＣＰＵ２０２ｂとＷＤＴ２０２ｃが自己診断回路を構成し、同種のセンサ出力から同様の出力を生じ、それらの出力もＡＮＤ回路２０２ｆに送られる。また、プライマリレーン２００のＡＮＤ回路２００ｆの出力は、インバータ２００ｈを介してセカンダリレーン２０２のＡＮＤ回路２０２ｆに入力される。

従って、プライマリレーン２００においてＡＮＤ回路２００ｆの出力が一致しているとき、セカンダリレーン２０２においてＡＮＤ回路２０２ｆの入力は一致せず、Ｌレベル信号を出力する結果、スイッチ２０２ｇを開放し、ＣＰＵ２０２ａの出力をサーボドライバ２０２ｄに出力しない。一方、プライマリレーン２００においてＡＮＤ回路２００ｆの出力が一致しないとき、セカンダリレーン２０２においてモニタＣＰＵ２０２ｂとＷＤＴ２０２ｃの出力が一致する限り、そのＡＮＤ回路２０２ｆはＨレベル信号を出力してスイッチ２０２ｇを閉じ、ＣＰＵ２０２ａの出力をサーボドライバ２０２ｄに送る。

尚、プライマリレーン２００のモニタＣＰＵ２００ｂとＷＤＴ２００ｃの出力はセカンダリレーン２０２のＣＰＵ２０２ａに送られる一方、セカンダリレーン２０２の同種の出力はプライマリレーン２００のＣＰＵ２００ａに送られる。

このような自己診断回路によってプライマリレーン２００が異常か否か判定され、異常と判定されたとき、セカンダリレーン２０２の出力（燃料流量の指令値Ｗｆｃｏｍ（より詳しくはトルクモータ９８への通電電流指令値Ｉｃｏｍ））に基づいて燃料供給が制御される。

次いで、前記したＥＣＵ８０の動作の中の図３のブロック８０ｋにおける指令値の書き換え処理について説明する。

図５はその処理を示すフロー・チャートであり、具体的にはプライマリレーン２００が実行する処理である。また図６は同種のフロー・チャートであり、具体的にはセカンダリレーン２０２が実行する処理である。尚、前記した如く、ＥＣＵ８０の指令値の算出が４０ｍｓｅｃごとに行われることから、図５と図６に示すプログラムもそれと同一の時間間隔で実行される。図７は、図５と図６の処理を示すタイム・チャートである。

図５を参照して説明すると、Ｓ１０においてプライマリレーン異常フラグ（後述）のビットが０にリセットされているか否か判断する。最初のプログラムループではＳ１０の判断は通例肯定されてＳ１２に進み、前記した自己診断回路において自レーンのＣＰＵ２００ａが異常と判定されているか否か（即ち、上記したようにＣＰＵ２００ａ，２００ｂ，ＷＤＴ２００ｃの出力が一致していないと判定されているか否か）判断すると共に、それに加え、自レーンのＮ２センサ６４および燃料調量バルブ３２が異常（故障）か否か、さらには自レーンで動作電源２８Ｖが確保されていないか否か判断する（図で、プライマリレーン２００は＠Ｐで示す）。尚、燃料調量バルブ３２の異常（故障）は、トルクモータ９８への通電電流指令値Ｉｃｏｍに対する検出位置（ＦＭＶＰセンサの出力から検出される燃料調量バルブ３２の位置）から、即ち、指令通りにバルブ３２が駆動されているか否か判定することで判断する。

Ｓ１２で肯定されるときはＳ１４に進み、上記したフラグのビットを１にセットする。このように、このフラグのビットが１にセットされることは上記した異常（故障）が生じていることを意味する。従って、その場合、次回以降のプログラムループにおいてはＳ１０の判断は否定されてＳ１６に進み、プライマリレーン２００が動作不能と判定してプログラムを終了する。

他方、Ｓ１２で否定されるときはＳ１８に進み、プライマリレーン点検フラグのビットが０にセットされているか否か判断する。先に述べたようにエンジン１０の始動直後などの始業点検のためにプライマリレーン２００とセカンダリレーン２０２の間で出力の交互の切り替え指示がなされるが、図７タイム・チャートの（１）（２）（３）に示す如く、このフラグのビットが０にセットされるとき、セカンダリレーン２０２からプライマリレーン２００への出力の切り替え指示がなされた（切り替え指示がある）ことを意味すると共に、１にリセットされるとき、その指示がなされていない（切り替え指示がない）ことを意味する。

Ｓ１８で否定されるときはセカンダリレーン２０２からプライマリレーン２００への出力の切り替え指示がなされていないと判断されることから（図７タイム・チャートの（２））、Ｓ２０に進み、他レーン（セカンダリレーン２０２）のブロック８０ｊから算出・出力された値Ｗｆ／Ｐ３、より正確にはその前回値（前回プログラムループ時の値、即ち、４０ｍｓｅｃ前の値）Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠ＳをＣＡＮ通信を介して入力し、自レーンの出力の前回値Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠Ｐとして書き換える。即ち、他レーンから出力された値の前回値を自レーンの出力の前回値として書き換える。

他方、Ｓ１８で肯定されるときはセカンダリレーン２０２からプライマリレーン２００への出力の切り替え指示がなされていると判断されることから（図７タイム・チャートの（１）（３））、Ｓ２２に進み、自レーン（プライマリレーン２００）のブロック８０ｊから出力された値Ｗｆ／Ｐ３、より正確にはその前回値（前回プログラムループ時の値、即ち、４０ｍｓｅｃ前の値）Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠Ｐを、自レーンの出力の前回値Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠Ｐとして書き換える。即ち、自レーンから出力された値の前回値を、そのまま自レーンの出力の前回値として書き換える。

セカンダリレーン２０２の処理も同様であり、図６を参照して説明すると、Ｓ１００においてセカンダリレーン異常フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。最初のプログラムループではその判断は通例肯定されてＳ１０２に進み、自己診断回路において自レーンのＣＰＵ２０２ａなどが異常と判定されているか否か、自レーンのＮ２センサ６４および燃料調量バルブ３２が異常（故障）か否か、自レーンにおいて動作電源２８Ｖが確保されていないか否か判断する。

Ｓ１０２で肯定されるときはＳ１０４に進み、上記したフラグのビットを１にセットする。従って、次回以降のプログラムループにおいてＳ１００の判断は否定されてＳ１０６に進み、セカンダリレーン２０２が動作不能と判定してプログラムを終了する。

他方、Ｓ１０２で否定されるときはＳ１０８に進み、プライマリレーン異常フラグのビットが１にセットされているか、換言すればプライマリレーン２００が動作不能と判定されているか否か判断し、否定されるときはＳ１１０に進み、セカンダリレーン点検フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。同様に、このフラグのビットが０にセットされるとき、プライマリレーン２００からセカンダリレーン２０２への出力の切り替え指示がなされた（切り替え指示がある）ことを意味すると共に、１にリセットされるとき、その指示がなされていない（切り替え指示がない）ことを意味する。

Ｓ１１０で否定されるときは切り替え指示がなされていないと判断されることから（図７タイム・チャートの（１）（３））、Ｓ１１２に進み、他レーン（プライマリレーン２００）のブロック８０ｊから出力された値Ｗｆ／Ｐ３、より正確にはその前回値（前回プログラムループ時の値、即ち、４０ｍｓｅｃ前の値）Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠ＰをＣＡＮ通信を介して入力して自レーンの値（自レーンの出力）の前回値Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠Ｓとして書き換える。

他方、Ｓ１１０で肯定されるときは切り替え指示がなされたと判断されることから（図７タイム・チャートの（２））、Ｓ１１４に進み、自レーン（セカンダリレーン２０２）のブロック８０ｊから出力された値Ｗｆ／Ｐ３、より正確にはその前回値（前回プログラムループ時の値、即ち、４０ｍｓｅｃ前の値）Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠Ｓをそのまま自レーンの値（自レーンの出力）の前回値Ｗｆ／Ｐ３(t-1)＠Ｓとして書き換える。これは、Ｓ１０８で肯定されるときも同様である（図７タイム・チャートの（４））。

尚、図３に示す如く、ＥＣＵ８０は、ブロック８０ｋで書き換えられた値Ｗｆ／Ｐ３を乗算段８０ｌに送り、そこで出力圧Ｐ３を乗じ、よって得られた積、即ち、分子Ｗｆをエンジン１０に供給すべき最終燃料量（燃料流量）の指令値（操作量）Ｗｆｃｏｍ（ＦＭＶＣＭＤ）として算出し、それからトルクモータ９８への通電電流指令値Ｉｃｏｍが算出して出力すると共に、ＦＣＵ３０は算出された指令値を入力し、算出された燃料流量の指令値となるように燃料供給を制御する。

従って、図５のＳ２０，Ｓ２２と図６のＳ１１２，Ｓ１１４で書き換えられる値Ｗｆ／Ｐ３は、正確には指令値Ｗｆ（Ｗｆｃｏｍ）そのものではないが、その値から指令値が算出される意味で、指令値と等価な値とみなすことができる。

このように、図６に示すセカンダリレーン２０２の処理においては、プライマリレーン２００が異常と判定されない限り、プライマリレーン２００の出力Ｗｆ／Ｐ３をセカンダリレーン２０２の出力として書き換える一方、異常と判定されるとき、その直後は、書き換えられた値をそのまま出力する。

また、エンジン１０の始業点検においては、図５および図６に示す処理において、プライマリレーン２００とセカンダリレーン２０２の間で出力の切り替え指示がなされない限り、他方の算出した値を自己が算出した値として書き換えて出力する一方、切り替え指示がなされたとき、その直後は、自ら算出した値をそのまま出力する。

図８は、図７に示す切り替えに伴うそれぞれのレーンでの演算を示すタイム・チャートである。図示の簡略化のため、Ｗｆ／Ｐ３(t-1)を前回値、Ｗｆ／Ｐ３(t)を今回値（出力値）と略称する。図８に示す如く、出力値は差分（前回値と今回値の差）に前回値を加算することで算出される。

図８（および図７）タイム・チャートにあっては、エンジン１０の始動に伴って先ず（１）においてプライマリレーン２００の出力に基づいて始業点検がなされるが、プライマリレーン２００では、図５フロー・チャートに従って以下のように出力が算出される。
今回値＠Ｐ＝（今回値＠Ｐ−前回値＠Ｐ）＋前回値＠Ｐ・・・式１

また、セカンダリレーン２０２ではそれと平行して図６フロー・チャートに従って以下のように出力が算出される。
今回値＠Ｓ＝（今回値＠Ｓ−前回値＠Ｓ）＋前回値＠Ｐ・・・式２

次いで、（２）において、プライマリレーン２００からセカンダリレーン２０２への出力の切り替え指示がなされたことから、セカンダリレーン２０２では図６フロー・チャートに従って出力が以下のように算出される。
今回値＠Ｓ＝（今回値＠Ｓ−前回値＠Ｓ）＋前回値＠Ｓ・・・式３

また、プライマリリレーン２００ではそれと平行して図５フロー・チャートに従って以下のように出力が算出される。
今回値＠Ｐ＝（今回値＠Ｐ−前回値＠Ｐ）＋前回値＠Ｓ・・・式４

次いで、（３）において、セカンダリレーン２０２からプライマリレーン２００の出力の切り替え指示がなされ、プライマリレーン２００では図５フロー・チャートに従って上記した式１のように出力が算出されると共に、セカンダリレーン２０２ではそれと平行し、図６フロー・チャートに従って上記した式２のように出力が算出される。

上記で、式３の右辺第３項の前回値＠Ｓは、切り替え直後は、式２の左辺の今回値＠Ｓに等しい。従って、式２の今回値＠Ｓに対して式３の今回値＠Ｓが相違するのは、同一レーンの今回値と前回値との差分のみであり、微小な値に過ぎないはずである。

さらに、式２の左辺の今回値＠Ｓは、右辺の第３項に示すプライマリレーン２００の出力の前回値＠Ｐを用いて算出される値である。説明は省略するが、（４）の場合も同様である。即ち、自レーンの出力値は、他レーンで算出された出力値に自レーンでの差分（今回値と前回値の）を加算して算出される値である。

この実施例は上記の如く、エンジン１０の始業点検のためにレーン出力が切り替えられたとき、切り替え後の出力は切り替え前の出力とほぼ等しくすることができ、それ以前の出力との差が過大となるのを防止することができ、エンジン１０の始業点検を支障なく実行することができる。

また、プライマリレーン２００に異常が生じてセカンダリレーン２０２の出力（指令値）に切り替えられたときも、切り替え後の出力は切り替え前の出力とほぼ等しくすることができ、それ以前の出力との差が過大となるのを防止することができる。

尚、上記において、図７タイム・チャートにおいて、プライマリレーン２００に異常が発生して動作不能となってセカンダリレーン２０２に切り替えられた後、セカンダリレーン２０２にも異常が発生して動作不能となったとき（同図の（５））、図８タイム・チャートに示すようにシャットオフ動作、即ち、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ようにしたが、図７に想像線で示す如く（同図（６））、プライマリレーン２００が正常に回復したとき、セカンダリレーン２０２からプライマリレーン２００に再び切り替えるようにしても良い。

上記の如く、この実施例にあっては、少なくとも１基のタービン（低圧タービン４２あるいは高圧タービン４０）を備えたガスタービン・エンジン１０において、前記タービンの回転数を含む、前記エンジンの運転状態を示す値を出力する複数個のセンサ（Ｎ１センサ６２など）、前記複数個のセンサから出力された値を入力し、前記入力された値に基づいて前記エンジンに供給すべき燃料量の第１の指令値（Ｗｆ／Ｐ３）を算出する第１の制御系（プライマリレーン２００）、前記第１の制御系と平行して動作し、前記複数個のセンサから出力された値を入力し、前記入力された値に基づいて前記エンジンに供給すべき燃料量の第２の指令値（Ｗｆ／Ｐ３）を算出する第２の制御系（セカンダリレーン２０２）、前記エンジンの運転状態に応じて前記第１、第２の指令値の出力の切り替えを指示する切り替え指示手段（図５のＳ１８，図６のＳ１０８，Ｓ１１０）、および前記切り替えられた指令値に基づいて前記エンジンに燃料を供給する燃料供給手段からなるガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第２の制御系（セカンダリレーン２０２）は、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示がない限り、前記第１の指令値を用いて前記第２の指令値を算出して出力する一方（図６のＳ１１２）、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第２の指令値をそのまま出力する（図６のＳ１１４）如く構成した。

また、前記第１の制御系（プライマリレーン２００）は、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示がない限り、前記第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方（図５のＳ２０）、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第１の指令値をそのまま出力する（図５のＳ２２）如く構成した。

また、前記切り替え指示手段は点検のために前記第２の制御系と前記第１の制御系の間で前記指令値の出力の交互の切り替えを指示するものであり、前記第２の制御系（セカンダリレーン２０２）は、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示がない限り、前記第１の指令値を用いて前記第２の指令値を算出して出力する一方（図６のＳ１１２）、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第２の指令値をそのまま出力する（図６のＳ１１４）と共に、前記第１の制御系（プライマリレーン２００）は、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から第１の制御系への切り替え指示がない限り、前記第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方（図５のＳ２０）、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第１の指令値をそのまま出力する（図５のＳ２２）如く構成した。

尚、上記した書き換え手法に代え、ローパスフィルタを利用することも考えられるが、反応が遅い分、スラスト（推力）の変動が生じる恐れがあることから、上記した書き換え手法に比較し、実効性において劣る。

また、上記において、図３に示す乗算段８０ｌの入力を書き換えるようにしたが、乗算段８０ｌの後の値を書き換えても良く、さらには通電電流指令値Ｉｃｏｍを書き換えても良い。

また、上記において、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に示すＥＣＵの動作を機能的に示すブロック図である。図２に示す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３の書き換えブロックの指令値の書き換え処理で、図４に示すプライマリレーンによって実行される処理を示すフロー・チャートである。図３の書き換えブロックの指令値の書き換え処理で、図４に示すセカンダリレーンによって実行される処理を示すフロー・チャートである。図５と図６の処理を説明するタイム・チャートである。同様に、図５と図６の処理を説明するタイム・チャートである。

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）
１６低圧圧縮機
２４高圧圧縮機
３０ＦＣＵ（Fuel Control Unit。燃料制御部)
３２燃料調量バルブ
４０高圧タービン
４２低圧タービン
６２Ｎ１センサ
６４Ｎ２センサ
６８Ｔ１センサ
７０Ｐ１センサ
７２Ｐ０センサ
７４Ｐ３センサ
７６ＥＧＴセンサ
８０ＥＣＵ（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）

Claims

少なくとも１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．前記タービンの回転数を含む、前記エンジンの運転状態を示す値を出力する複数個のセンサ、
ｂ．前記複数個のセンサから出力された値を入力し、前記入力された値に基づいて前記エンジンに供給すべき燃料量の第１の指令値を算出する第１の制御系、
ｃ．前記第１の制御系と平行して動作し、前記複数個のセンサから出力された値を入力し、前記入力された値に基づいて前記エンジンに供給すべき燃料量の第２の指令値を算出する第２の制御系、
ｄ．前記エンジンの運転状態に応じて前記第１、第２の指令値の出力の切り替えを指示する切り替え指示手段、
および
ｅ．前記切り替えられた指令値に基づいて前記エンジンに燃料を供給する燃料供給手段、
からなるガスタービン・エンジンの制御装置において、前記第２の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示がない限り、前記第１の指令値を用いて前記第２の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第２の指令値をそのまま出力することを特徴とするガスタービン・エンジンの制御装置。
前記第１の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示がない限り、前記第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第１の指令値をそのまま出力する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。
前記切り替え指示手段は点検のために前記第２の制御系と前記第１の制御系の間で前記指令値の出力の交互の切り替えを指示するものであり、前記第２の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示がない限り、前記第１の指令値を用いて前記第２の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第１の制御系から前記第２の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第２の指令値をそのまま出力すると共に、前記第１の制御系は、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から第１の制御系への切り替え指示がない限り、前記第２の指令値を用いて前記第１の指令値を算出して出力する一方、前記切り替え指示手段からの前記第２の制御系から前記第１の制御系への切り替え指示があるとき、前記算出された第１の指令値をそのまま出力する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。