JP6923069B2 - 燃料供給制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、燃料供給制御装置に関する。本願は、２０１８年３月８日に日本に出願された日本国特願２０１８−０４２１１１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

燃料ポンプ（ギヤポンプ）の内部リーク量は、ギヤポンプの経年劣化とともに増加する。そのため、経年劣化する前と後でギヤポンプを同じ回転数で駆動している場合でも、経年劣化した後の燃料の吐出流量は、経年劣化する前の燃料の吐出流量と比較して低下する。下記特許文献１には、ギヤポンプの下流側にバルブ（加圧バルブ）を設け、当該加圧バルブでギヤポンプの吐出流量を計測することにより、ギヤポンプの経年変化に対してギヤポンプの回転数を補正して精度の高い燃料供給を実現する燃料供給システムが開示されている。また、下記特許文献２及び非特許文献１にも、燃料供給システムが開示されている。

日本国特開２０１２−１１７３９１号公報 米国特許７４８１１０２号公報

Seki, Naoki, Noriko Morioka, Oyori Hitoshi and Yasuhiko Yamamoto (2015)"DEVELOPMENT OF FUEL CONTROL SYSTEM FOR MORE ELECTRIC ENGINE,"GT2015-43213, Proceedings of ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition GT2015 June 15 - 19, 2015, Montreal, Canada

ところで、上述した従来の燃料供給システムでは、加圧バルブの挙動にヒステリシスが存在するので、燃料ポンプの吐出流量の計測に関する再現性が乏しい。したがって、従来の燃料供給システムでは、燃料供給の精度が必ずしも十分ではない。

本開示は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料供給における精度を従来よりも向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本開示では、燃料供給制御装置に係る第１の態様として、オリフィスと加圧バルブとの並列流路を燃料供給量の複合加圧バルブとして用い、差圧計で検出された複合加圧バルブの前後差圧に基づいて燃料供給ポンプを制御する燃料供給制御装置であって、燃料供給ポンプの回転数が所定のしきい値を下回る場合に、前後差圧及び前後差圧と燃料流量との相互関係から得られる第１燃料計測量に基づいて燃料供給ポンプを制御するように構成され、回転数が所定のしきい値を超える場合に、前記燃料供給ポンプの内部リーク面積を加味したポンプ容積効率とポンプ理論吐出容積とから得られる第２燃料計測量に基づいて燃料供給ポンプを制御するように構成されている燃料供給制御装置、という手段を採用する。

本開示では、燃料供給制御装置に係る第２の態様として、上記第１の態様において、第１燃料計測量及び第２燃料計測量を演算する流量演算部と、燃料供給ポンプの回転数を所定のしきい値と比較することにより切替信号を生成する切替ロジック回路と、切替信号に基づいて第１燃料計測量あるいは第２燃料計測量を択一的に選択する流量選択スイッチと、流量選択スイッチの出力と制御目標値との偏差を演算する減算器と、偏差に所定の制御演算処理を施すことにより燃料供給ポンプの操作量を生成する制御演算部とを備える燃料供給制御装置、という手段を採用する。

本開示では、燃料供給制御装置に係る第３の態様として、上記第１または第２の態様において、燃料供給ポンプの回転数が所定のしきい値を下回る状態において内部リーク面積を取得するように構成されている燃料供給制御装置、という手段を採用する。

本開示では、燃料供給制御装置に係る第４の態様として、上記第１〜第３のいずれかの態様において、内部リーク面積は、第１燃料計測量、回転数、ポンプ理論吐出容積、燃料供給ポンプの流入口における燃料温度、燃料供給ポンプの前後差圧、及び燃料供給ポンプの流量係数から得られる燃料供給制御装置、という手段を採用する。

本開示では、燃料供給制御装置に係る第５の態様として、上記第１〜第４のいずれかの態様において、ポンプ容積効率は、内部リーク面積、回転数、燃料供給ポンプの流入口における燃料温度、燃料供給ポンプの前後差圧、及び燃料供給ポンプの流量係数から得られる燃料供給制御装置、という手段を採用する。

本開示によれば、燃料ポンプから吐出される燃料の計測再現性を従来よりも向上させることができる。

本開示における燃料供給装置のシステム構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態に係る燃料供給制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態における流量演算部の機能構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態の変形例における流量演算部の機能構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態の変形例に係る燃料供給装置のシステム構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。最初に、図１を参照して本実施形態における燃料供給装置Ｆについて説明する。この燃料供給装置Ｆは、所定の燃料をガスタービンＧに供給する装置であり、より詳しくは、ガスタービンＧの燃焼器に備えられた複数の燃料ノズルＺに所定量の燃料を供給する装置である。

なお、ガスタービンＧは、飛行のための推力源として航空機に備えられる内燃機関であり、燃焼器で得られる燃焼排ガスを後方に噴射することによって推力を得るジェットエンジンである。すなわち、本実施形態における燃料供給装置Ｆは、航空機に備えられる装置である。

このような燃料供給装置Ｆは、図１に示すように、燃料タンク１から供給された燃料をガスタービンＧに供給する装置であり、低圧ポンプ２、高圧ポンプ３、電気モータ４、温度計５、ポンプ差圧計６、加圧バルブ７、オリフィス８、バルブ差圧計９、及び燃料供給制御装置１０を備える。

燃料タンク１は、所定量の燃料を貯留する容器であり、低圧ポンプ２に燃料を供給する。低圧ポンプ２は、燃料を上記燃料タンク１から汲み出して所定の圧力になるように昇圧して低圧燃料とし、その低圧燃料を高圧ポンプ３に向けて吐出する遠心ポンプ（非容積型ポンプ）である。なお、上記燃料タンク１は、機体燃料ポンプ（遠心ポンプ）を備えていてもよい。このような場合は、機体燃料ポンプから低圧ポンプ２に燃料が供給される。

高圧ポンプ３は、上記低圧ポンプ２から供給された低圧燃料を所定の圧力になるように昇圧して高圧燃料とし、その高圧燃料を複数の燃料ノズルＺの各々に向けて吐出するギヤポンプ（容積型ポンプ）である。この高圧ポンプ３は、燃料供給装置ＦからガスタービンＧ（燃料ノズルＺ）に供給する燃料の供給量（燃料供給量）を最終的に設定するものであり、本実施形態における燃料供給ポンプである。

電気モータ４は、低圧ポンプ２及び高圧ポンプ３を回転駆動する動力源である。この電気モータ４の出力軸（駆動軸）は、所定の連結機（図示略）を介して低圧ポンプ２の回転軸（従動軸）及び高圧ポンプ３の回転軸（従動軸）に軸結合されている。すなわち、電気モータ４の回転数（モータ回転数）と、低圧ポンプ２の回転数及び高圧ポンプ３の回転数との間には、一定の相関関係が成立する。

また、この電気モータ４は、自らの回転数であるモータ回転数を燃料供給制御装置８に出力する。本実施形態では、便宜上、上記モータ回転数を燃料供給ポンプの回転数Ｎとして取り扱う。なお、低圧ポンプ２と高圧ポンプ３とを軸結合させるのではなく、低圧ポンプ２及び高圧ポンプ３に対して個別に設けた電気モータによって低圧ポンプ２及び高圧ポンプ３を個別に回転駆動してもよい。すなわち、２台の電気モータを設けてもよい。

温度計５は、高圧ポンプ３に入流する低圧燃料の温度を燃料温度Ｔとして検出する温度検出器である。この温度計５は、上記燃料温度Ｔを燃料供給制御装置１０に出力する。ポンプ差圧計６は、高圧ポンプ３の入口（上流側、流入口側）と出口（下流側、流出口側）との差圧、つまり低圧燃料の流入圧と高圧燃料の吐出圧との差圧を高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰとして検出する差圧伝送器である。このポンプ差圧計６は、上記高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰを燃料供給制御装置１０に出力する。

加圧バルブ７は、高圧ポンプ３の吐出口と燃料ノズルＺの流入口とを接続する燃料配管の途中部位に設けられている。加圧バルブ７は、高圧ポンプ３の吐出量が比較的低い場合に閉弁し、高圧ポンプ３の吐出量が所定値を超える場合に開弁する。オリフィス８は、このような加圧バルブ７と同様に、高圧ポンプ３の吐出口と燃料ノズルＺの流入口とを接続する燃料配管の途中部位に設けられている。

これら加圧バルブ７及びオリフィス８は、図示するように、燃料配管を介して並列流路を形成している。すなわち、加圧バルブ７の流入口とオリフィス８の流入口は何れも、燃料配管を介して高圧ポンプ３の吐出口に接続され、加圧バルブ７の流出口とオリフィス８の流出口は何れも、燃料配管を介して燃料ノズルＺの流入口に接続されている。このような加圧バルブ７及びオリフィス８は、高圧ポンプ３から燃料ノズルＺに供給される高圧燃料の流量（燃料供給量）を検出する複合加圧バルブを構成している。

バルブ差圧計９は、加圧バルブ７及びオリフィス８の上流側（流入口側）と下流側（流出口側）との差圧をバルブ前後差圧ΔＰとして検出する差圧伝送器である。このバルブ前後差圧ΔＰは、燃料流量、つまりモータ回転数に応じて変化する圧力量、つまり燃料流量に対応する物理量である。このバルブ差圧計９は、バルブ前後差圧ΔＰを燃料供給制御装置１０に出力する。

燃料供給制御装置１０は、上述した燃料温度Ｔ、回転数Ｎ、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及びバルブ前後差圧ΔＰ、並びに上位制御系から入力される制御目標値Ｒとに基づいて電気モータ４を制御することにより、燃料供給装置ＦからガスタービンＧ（燃料ノズルＺ）に供給される高圧燃料の流量を制御する。この燃料供給制御装置１０は、所定の制御プログラムを所定のハードウエアで実行することにより電気モータ４の操作量を生成するソフトウエア制御装置である。なお、上記所定のハードウエアは、制御プログラム等を記憶する記憶装置(Random Access Memory、Read Only Memory、Hard Disk Driveなど)、制御プログラムを直接実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵと電気モータ４との間及びＣＰＵと各種検出器（温度計５、ポンプ差圧計６及びバルブ差圧計９）との間に介在して各種信号の授受を行うインタフェース回路、等である。

このような燃料供給制御装置１０は、制御プログラム（ソフトウエア）とハードウエアとの協働によって実現される機能構成要素として、図２に示す流量演算部１０ａ、流量選択スイッチ１０ｂ、切替ロジック回路１０ｃ、減算器１０ｄ、及び制御演算部１０ｅを備えている。

流量演算部１０ａは、上述した燃料温度Ｔ、回転数Ｎ、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及びバルブ前後差圧ΔＰに基づいて、ガスタービンＧの始動時における高圧燃料の流量（第１燃料計測量Ｑ１）と、ガスタービンＧの始動時以外の時期における高圧燃料の流量（第２燃料計測量Ｑ２）とを演算する。すなわち、この流量演算部１０ａは、予め記憶された所定の流量計測プログラムに基づいて４つの計測量（燃料温度Ｔ、回転数Ｎ、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及びバルブ前後差圧ΔＰ）に情報処理を施すことにより、第１燃料計測量Ｑ１及び第２燃料計測量Ｑ２を推定演算する演算装置である。流量演算部１０ａは、第１燃料計測量Ｑ１及び第２燃料計測量Ｑ２を流量選択スイッチ１０ｂに出力する。

流量選択スイッチ１０ｂは、切替ロジック回路１０ｃから入力される切替信号Ｃに基づいて第１燃料計測量Ｑ１あるいは第２燃料計測量Ｑ２のいずれか一方を択一的に選択する。この流量選択スイッチ１０ｂは、自らが選択した燃料流量（第１燃料計測量Ｑ１あるいは第２燃料計測量Ｑ２）を減算器１０ｄに出力する。なお、第１燃料計測量Ｑ１と第２燃料計測量Ｑ２との切替時に生じる急激な流量変化を抑制するために、第１燃料計測量Ｑ１と第２燃料計測量Ｑ２との平均値を経由させて両者を切り替えたり、あるいは第１燃料計測量Ｑ１と第２燃料計測量Ｑ２を傾斜補間して滑らかな流量変化となるように両者を切り替えてもよい。

切替ロジック回路１０ｃは、上述した回転数Ｎに基づいて切替信号Ｃを生成するロジック回路である。すなわち、この切替ロジック回路１０ｃは、回転数Ｎが所定の切替しきい値以下である場合に、第１燃料計測量Ｑ１を流量選択スイッチ１０ｂに選択させる切替信号Ｃを生成し、回転数Ｎが上記所定の切替しきい値を超える場合に、第１燃料計測量Ｑ１に代えて第２燃料計測量Ｑ２を流量選択スイッチ１０ｂに選択させる切替信号Ｃを生成する。

減算器１０ｄは、ＦＡＤＥＣ（Full Authority Digital Engine Control）から入力された制御目標値Ｒ（燃料流量の制御目標値）に対する流量選択スイッチ１０ｂの出力の偏差（燃料流量偏差）を演算し、当該燃料流量偏差を制御演算部１０ｅに出力する。

制御演算部１０ｅは、減算器１０ｄから入力される燃料流量偏差に所定の制御演算処理（ＰＩＤ演算処理）を施すことにより電気モータ４の操作量を生成する。ここで、高圧ポンプ３は電気モータ４によって回転駆動されるので、制御演算部１０ｅが生成する操作量は、電気モータ４の操作量であると共に高圧ポンプ３の操作量でもある。

ここで、上述した流量演算部１０ａの詳細な構成について、図３を参照して説明する。この流量演算部１０ａは、図示するように差圧/流量変換テーブル１０ｆ、燃料密度演算部１０ｇ、リーク面積演算部１０ｈ、容積効率演算部１０ｉ、及び乗算器１０ｊを備えている。

差圧/流量変換テーブル１０ｆは、バルブ前後差圧ΔＰと燃料流量Ｑとの相互関係を示す制御テーブルである。この差圧/流量変換テーブル１０ｆは、複合加圧バルブの特性として予め取得されて燃料供給制御装置８の内部記憶装置に記憶されている。このような差圧/流量変換テーブル１０ｆは、バルブ差圧計９から入力されるバルブ前後差圧ΔＰに対応する燃料流量Ｑを、リーク面積演算部１０ｈに出力すると共に第１燃料計測量Ｑ１として流量選択スイッチ１０ｂに出力する。

燃料密度演算部１０ｇは、温度計５から入力される燃料温度Ｔに基づいて燃料の密度（燃料密度ρ）を取得する。すなわち、この燃料密度演算部１０ｇは、燃料について予め得られた演算式、つまり燃料密度ρと燃料温度Ｔとの関係式に基づいて燃料密度ρを演算する。そして、燃料密度演算部１０ｇは、この燃料密度ρをリーク面積演算部１０ｈ及び容積効率演算部１０ｉに出力する。

リーク面積演算部１０ｈは、上述した燃料流量Ｑ（第１燃料計測量Ｑ１）、及び燃料密度ρ、高圧ポンプ３に関する回転数Ｎ、ポンプ理論吐出容積Ｖth、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及び流量係数Ｃｄに基づいて、高圧ポンプ３の内部リーク面積Ａ_leakを取得する。すなわち、このリーク面積演算部１０ｈは、内部記憶装置に予め記憶された下式（１）に、上述した燃料流量Ｑ（第１燃料計測量Ｑ１）、燃料密度ρ、回転数Ｎ、ポンプ理論吐出容積Ｖth、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及び流量係数Ｃｄを代入することにより内部リーク面積Ａ_leakを演算する。そして、リーク面積演算部１０ｈは、この内部リーク面積Ａ_leakを容積効率演算部１０ｉに出力する。

容積効率演算部１０ｉは、このように演算された内部リーク面積Ａ_leakと、上述した燃料密度ρ、回転数Ｎ、ポンプ理論吐出容積Ｖth、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及び流量係数Ｃｄとに基づいて、高圧ポンプ３の容積効率ηｖ（ポンプ容積効率）を取得する。すなわち、この容積効率演算部１０ｉは、内部記憶装置に予め記憶された下式（２）に、上述した内部リーク面積Ａ_leak、燃料密度ρ、回転数Ｎ、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及び流量係数Ｃｄを代入することにより容積効率ηｖを演算する。そして、容積効率演算部１０ｉは、この容積効率ηｖを乗算器１０ｊに出力する。

乗算器１０ｊは、このように演算された容積効率ηｖと、上述したポンプ理論吐出容積Ｖth、及び回転数Ｎを乗算することにより第２燃料計測量Ｑ２を取得する。そして、乗算器１０ｊは、この第２燃料計測量Ｑ２を流量選択スイッチ１０ｂに出力する。

続いて、本実施形態に係る燃料供給制御装置１０の動作について詳しく説明する。この燃料供給制御装置１０は、基本的な動作として、燃料供給量が制御目標値Ｒと等しくなるように操作量を生成して高圧ポンプ３（燃料供給ポンプ）に出力することにより、当該高圧ポンプ３をフィードバック制御する。すなわち、燃料供給制御装置１０は、減算器１０ｄによって演算される燃料偏差が「ゼロ」となるように制御演算部１０ｅに操作量を生成させる。

ここで、この燃料供給制御装置１０では、選択スイッチ１０ｂで選択された第１燃料計測量Ｑ１あるいは第２燃料計測量Ｑ２が、制御量として減算器１０ｄに入力される。また、この選択スイッチ１０ｂにおける制御量の選択は、切替信号Ｃに基づいて行われる。そして、この切替信号Ｃは、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定の切替しきい値を下回る場合に第１燃料計測量Ｑ１を選択スイッチ８ｆに選択させ、高圧ポンプ３の回転数Ｎが上記所定の切替しきい値を超える場合に第１燃料計測量Ｑ１に代えて第２燃料計測量Ｑ２を選択スイッチ８ｆに選択させる。

すなわち、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定の切替しきい値を下回る場合、例えば加圧バルブ５が閉弁している状態のように燃料供給量が比較的小さな低流量領域（低流量状態）では、バルブ差圧計９で検出されたバルブ前後差圧ΔＰと差圧/流量変換テーブル１０ｆとによって生成された第１燃料計測量Ｑ１（制御量）に基づいて、高圧ポンプ３の回転がフィードバック制御される。すなわち、例えばガスタービンＧの始動時における燃料供給量の状態のような低流量領域では、第１燃料計測量Ｑ１を制御量として用いることにより、高圧ポンプ３がフィードバック制御される。

これに対して、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定の切替しきい値を超える場合、例えば加圧バルブ５が開弁する直前の状態から開弁した状態のように燃料供給量が比較的大きな高流量領域（高流量状態）では、高圧ポンプ３の内部リーク面積Ａ_leakを加味して生成された第２燃料計測量Ｑ２（制御量）に基づいて、高圧ポンプ３の回転がフィードバック制御される。すなわち、例えばガスタービンＧの始動時以外の時期における燃料供給量の状態のような高流量域では、第２燃料計測量Ｑ２を制御量として用いることにより、高圧ポンプ３がフィードバック制御される。

ここで、上記内部リーク面積Ａ_leakは、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定の切替しきい値を下回る状態において取得される。すなわち、リーク面積演算部１０ｈは、高圧ポンプ３の内部リーク量が高圧ポンプ３の吐出量に占める割合が大きい状態つまり低流量領域のタイミングで、内部リーク面積Ａ_leakを演算する。したがって、この内部リーク面積Ａ_leakは、高流量領域のタイミングで取得される内部リーク面積Ａ_leakと比較して高い精度で演算される。

このような本実施形態によれば、加圧バルブ５が閉弁している状態のような低流量領域では、第１燃料計測量Ｑ１を制御量として高圧ポンプ３をフィードバック制御し、加圧バルブ５が開弁した後の開弁している状態のような高流量域では、高圧ポンプ３の内部リーク面積Ａ_leakを加味して生成された第２燃料計測量Ｑ２を制御量として高圧ポンプ３をフィードバック制御する。これにより、加圧バルブ５のヒステリシスの影響を軽減することが可能である。したがって、本実施形態によれば、燃料供給装置ＦからガスタービンＧへの燃料供給の精度を従来よりも向上させることができる。

また、本実施形態によれば、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定の切替しきい値を下回る状態において取得した内部リーク面積Ａ_leakを加味して第２燃料計測量Ｑ２を生成する。これによっても、高流量域における燃料供給の精度をさらに向上させることができる。

また、本実施形態によれば、燃料流量Ｑ（第１燃料計測量Ｑ１）、燃料密度ρ、回転数Ｎ、ポンプ理論吐出容積Ｖth、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及び流量係数Ｃｄに基づいて、内部リーク面積Ａ_leakを取得する。これにより、高精度な内部リーク面積Ａ_leakを取得することができる。したがって、本実施形態によれば、これによっても、高流量域における燃料供給の精度をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、内部リーク面積Ａ_leak、燃料密度ρ、回転数Ｎ、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ、及び流量係数Ｃｄに基づいて、高圧ポンプ３の容積効率ηｖを取得する。これにより、高精度な容積効率ηｖを取得することができる。したがって、本実施形態によれば、これによっても、高流量域における燃料供給の精度をさらに向上させることができる。

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示すような変形例が考えられる。

（１）上記実施形態では、流量演算部１０ａを図３に示したように構成したが、図３の構成はあくまで一例であり、本開示はこれに限定されない。例えば、図４に示す流量演算部１０ａ’を流量演算部１０ａに代えて採用してもよい。

すなわち、流量演算部１０ａ’は、上述した差圧/流量変換テーブル１０ｆ、燃料密度演算部１０ｇ、リーク面積演算部１０ｈ、容積効率演算部１０ｉ、及び乗算器１０ｊに加えて、第１の高圧ポンプ差圧演算部１０ｋ、回転数/流量変換テーブル１０ｍ、及び第２の高圧ポンプ差圧演算部１０ｎを備えている。

第１の高圧ポンプ差圧演算部１０ｋは、差圧/流量変換テーブル１０ｆから入力される燃料流量Ｑ、別途入力される、バルブ前後差圧ΔＰ、低圧ポンプ入口圧Ｐin、回転数Ｎ、燃焼器圧力Ｐｂ、及び燃焼ノズル差圧ΔＰnに基づいて、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ’を演算する。すなわち、第１の高圧ポンプ差圧演算部１０ｋは、燃料流量Ｑと回転数Ｎとに基づいて低圧ポンプ２の昇圧量（低圧ポンプ昇圧Ｓ）を演算し、この低圧ポンプ昇圧Ｓ、バルブ前後差圧ΔＰ、低圧ポンプ入口圧Ｐin、燃焼器圧力Ｐｂ及び燃焼ノズル差圧ΔＰnに基づく下式（３）に基づいて高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ’を演算する。
ΔＨＰ’＝｛Ｐｂ−ΔＰn−ΔＰ−（Ｐin＋Ｓ）｝・・・（３）

なお、燃焼器圧力Ｐｂについては、ＦＡＤＥＣ（燃料供給制御装置の外部に設けられている制御装置）から取得し、低圧ポンプ入口圧Ｐinについては、燃料供給装置に別途設けた圧力計から取得する。また、燃焼ノズル差圧ΔＰnについては、事前の試験結果等に基づいて燃料流量Ｑとの関係を示す制御テーブルを作成し、燃料供給制御装置に予め記憶させておく。このような第１の高圧ポンプ差圧演算部１０ｋは、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ’をリーク面積演算部１０ｈに出力する。

回転数/流量変換テーブル１０ｍは、高圧ポンプ３の回転数Ｎと燃料流量Ｑとの相互関係を示す制御テーブルである。この回転数/流量変換テーブル１０ｍは、高圧ポンプ３の特性として予め取得されて内部記憶装置に記憶されている。このような回転数/流量変換テーブル１０ｍは、電気モータ４から入力される回転数Ｎに対応する燃料流量Ｑを第２の高圧ポンプ差圧演算部１０ｎに出力する。

第２の高圧ポンプ差圧演算部１０ｎは、回転数/流量変換テーブル１０ｍから入力される燃料流量Ｑ、別途入力される、バルブ前後差圧ΔＰ、低圧ポンプ入口圧Ｐin、回転数Ｎ、燃焼器圧力Ｐｂ及び燃焼ノズル差圧ΔＰnに基づいて、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ”を演算する。すなわち、第２の高圧ポンプ差圧演算部１０ｎは、燃料流量Ｑと回転数Ｎとに基づいて低圧ポンプ２の昇圧量（低圧ポンプ昇圧Ｓ）を演算し、この低圧ポンプ昇圧Ｓ、バルブ前後差圧ΔＰ、低圧ポンプ入口圧Ｐin、燃焼器圧力Ｐｂ、及び燃焼ノズル差圧ΔＰnに基づく下式（４）に基づいて高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ”を演算する。このような第２の高圧ポンプ差圧演算部１０ｎは、この高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ”を容積効率演算部１０ｉに出力する。
ΔＨＰ”＝｛Ｐｂ−ΔＰn−ΔＰ−（Ｐin＋Ｓ）｝・・・（４）

すなわち、この変形例における流量演算部１０ａ’は、計測値としてのバルブ前後差圧ΔＰ及び回転数Ｎに基づいて、内部リーク面積Ａ_leakの演算に必要な高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ’と、容積効率ηｖの演算に必要な高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ”とを個別に取得する。このような流量演算部１０ａ’を採用することにより、ポンプ差圧計６を不要とすることができると共に、より精度の高い内部リーク面積Ａ_leak及び容積効率ηｖを取得することができる。

（２）上記実施形態では、図１に示したように加圧バルブ７及びオリフィス８からなる複合加圧バルブからガスタービンＧに燃料を直接供給したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図５に示すように最低圧加圧弁１１を介して複合加圧バルブからガスタービンＧに燃料を供給する燃料供給装置Ｆ１を採用してもよい。

この最低圧加圧弁１１は、低流量領域において機体燃料ポンプの出口圧の変動に応じて加圧バルブの出口圧を調整し、高圧ポンプ３から見て機体燃料ポンプの出口圧が一定になったように振る舞う。なお、このような最低圧加圧弁１１を設ける場合には、機体燃料ポンプの出口圧の入力は不要となるが、最低圧加圧弁１１の設計によって定まる補正計算を第１の高圧ポンプ差圧演算部１０ｋで燃料流量Ｑ（第１燃料計測量Ｑ１）に基づいて行う必要がある。

（３）高圧ポンプ３の特性は摩耗等により変化するので、出荷試験等に基づいて燃料供給制御装置に予め記憶させた特性（容積効率ηｖ）は、経時変化する。このような容積効率ηｖの経時変化を考慮すると、回転数/流量変換テーブル１０ｍの制御テーブルを順次更新することが考えられる。または、容積効率演算部１０ｉと同様の演算部を回転数/流量変換テーブル１０ｍに代えて設け、高圧ポンプ前後差圧ΔＨＰ”として制御器の前回値を用いることが考えられる。この場合、前回値は、制御器の制御周期が例えば１ｍｓの場合であれば、１ｍｓ前（過去）の値である。さらには、回転数/流量変換テーブル１０ｍを用いることなく、燃料流量Ｑ（第２燃料計測量Ｑ２）の前回値を保持しておいて第２の高圧ポンプ差圧演算部１０ｎに出力することが考えられる。

（４）ガスタービンＧ（エンジン）の運転中に高圧ポンプ３（燃料供給ポンプ）の回転数Ｎが所定のしきい値を何度か超える場合がある。その度に第１燃料計測量Ｑ１と第２燃料計測量Ｑ２とを切り替えると、両者の切替時に燃料制御が不安定になる可能性がある。このような可能性を考慮すると、ガスタービンＧ（エンジン）の始動時において、高圧ポンプ３（燃料供給ポンプ）の回転数Ｎが所定のしきい値を上回るまでは第１燃料計測量Ｑ１を用い、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定のしきい値を一度上回った後は、ガスタービンＧが停止するまで第２燃料計測量Ｑ２を用いることが考えられる。

（５）高圧ポンプ３（燃料供給ポンプ）の回転数Ｎと燃料流量との関係は、高圧ポンプ３が摩耗して劣化してくると、同じ回転数Ｎでも燃料流量が減ってくる。よって、高圧ポンプ３の回転数Ｎを所定のしきい値と比較すると、第１燃料計測量Ｑ１と第２燃料計測量Ｑ２との切替時におけるガスタービンＧの動作状態が一定でなくなる可能性がある。ガスタービンＧの動作状態が安定して制御されることに主眼を置いた場合、第１燃料計測量Ｑ１と第２燃料計測量Ｑ２との切替は一定のエンジン状態でのみ発生する方が、ガスタービンＧの動作状態の制御が不安定になることを防止し易い。

すなわち、ガスタービンＧの状態量（例えば、エンジン回転数、燃焼器圧力、及びそれらの計測値から演算して求められる合成値）を用い、高圧ポンプ３の回転数Ｎが所定のしきい値を上回るまでは第１燃料計測量Ｑ１を用い、高圧ポンプ３の回転数が所定のしきい値を一度上回った後は、ガスタービンＧが停止するまで第２燃料計測量Ｑ２を用いることが考えられる。

（６）上記実施形態では、燃料密度演算部１０ｇを採用することにより、燃料密度ρと燃料温度Ｔとの関係式に基づいて燃料密度ρを演算したが、本開示はこれに限定されない。例えば、燃料密度ρと燃料温度Ｔとの相互関係を予め取得して、このような相互関係を示す制御テーブル（温度/密度変換テーブル）を用いて燃料密度ρを取得してもよい。

本開示によれば、燃料ポンプから吐出される燃料の計測再現性を従来よりも向上させることができる。

Ｆ、Ｆ１ 燃料供給装置
１ 燃料タンク
２ 低圧ポンプ
３ 高圧ポンプ
４ 電気モータ
５ 温度計
６ ポンプ差圧計
７ 加圧バルブ
８ オリフィス
９ バルブ差圧計
１０ 燃料供給制御装置
１０ａ 流量演算部
１０ｂ 流量選択スイッチ
１０ｃ 切替ロジック回路
１０ｄ 減算器
１０ｅ 制御演算部
１０ｆ 差圧/流量変換テーブル
１０ｇ 燃料密度演算部
１０ｈ リーク面積演算部
１０ｉ 容積効率演算部
１０ｊ 乗算器
１０ｋ 差圧/流量変換テーブル
１０ｍ 差圧/流量変換テーブル
１０ｎ 差圧/流量変換テーブル
１１ 最低圧加圧弁

Claims (4)

1. オリフィスと加圧バルブとの並列流路を燃料供給量の複合加圧バルブとして用い、差圧計で検出された前記複合加圧バルブの前後差圧に基づいて燃料供給ポンプを制御する燃料供給制御装置であって、
   前記燃料供給ポンプの回転数が所定のしきい値を下回る場合に、前記前後差圧及び前記前後差圧と燃料流量との相互関係から得られる第１燃料計測量に基づいて前記燃料供給ポンプを制御するように構成され、
   前記回転数が前記所定のしきい値を超える場合に、前記燃料供給ポンプの内部リーク面積を加味したポンプ容積効率とポンプ理論吐出容積とから得られる第２燃料計測量に基づいて前記燃料供給ポンプを制御するように構成され、
   前記第１燃料計測量及び前記第２燃料計測量を演算する流量演算部と、
   前記燃料供給ポンプの前記回転数を前記所定のしきい値と比較することにより切替信号を生成する切替ロジック回路と、
   前記切替信号に基づいて前記第１燃料計測量あるいは前記第２燃料計測量を択一的に選択する流量選択スイッチと、
   前記流量選択スイッチの出力と制御目標値との偏差を演算する減算器と、
   前記偏差に所定の制御演算処理を施すことにより前記燃料供給ポンプの操作量を生成する制御演算部と、
   を備える燃料供給制御装置。
2. 前記燃料供給ポンプの前記回転数が前記所定のしきい値を下回る状態において前記内部リーク面積を取得するように構成されている、請求項１に記載の燃料供給制御装置。
3. 前記内部リーク面積は、前記第１燃料計測量、前記回転数、前記ポンプ理論吐出容積、前記燃料供給ポンプの流入口における燃料温度、前記燃料供給ポンプの前記前後差圧、及び前記燃料供給ポンプの流量係数から得られる、請求項１または２に記載の燃料供給制御装置。
4. 前記ポンプ容積効率は、前記内部リーク面積、前記回転数、前記燃料供給ポンプの流入口における燃料温度、前記燃料供給ポンプの前記前後差圧、及び前記燃料供給ポンプの前記流量係数から得られる、請求項３に記載の燃料供給制御装置。

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