JPH01161116A - 重量流量計量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃料制御装置に係イつり、史に詳細には燃料
の温度変化を補償する燃料制御装置に係わる。

従来の技術 燃料制御装置はガスタービンエンジンの燃焼室へ燃料を
５１量倶給する。泪量供給される燃料の重量流量は、速
度及び吸入空気の密度が一定である或る与えられた運転
条件に対し一定であることが好ましい。しかし燃料制御
装置へ供給される燃料の温度は一般に一６５〜２３０下
（−５４〜１コ０°Ｃ）の範囲にて変化する。かかる温
度変化により燃料の密度か約７％変化される。燃料制御
装置の多くの計量弁は体積流量を一定に制御する装置で
あるので、燃料の密度変化が補償されなけりば、燃料の
重量流量に誤差か生じる。従来の装置に於ては、一般に
、燃料の重量流量を一定に維持すべく、温度の関数とし
て燃料制御装置の計量弁を横切る圧力降下が調節される
ようになっている。

軍事航空機用の高速エンジンのなかには、ジェット排気
速度を増大し従って推力を増大すべく、ガスタービンエ
ンジンよりの排気ガスに燃料を添加することにより排気
ガスかより一層高い温度に加熱されるオーグメンタ（ア
フタバーナ）か設けられたものかある。オーグメンタは
一般に短時間しか使用されず、長時間に亙り非作動状態
に維持される。オーグメンタの燃料制御装置、従ってそ
の内部の燃料はオーグメンタの非作動中に非常に高い温
度になることがある。しかしオーグメンタか作動される
と、非常に低い温度の燃料が燃料タンクよりオーグメン
タの燃料制御装置へ供給される。かかる急激な温度変化
により燃料の密度か急激に変化され、このことにより燃
料の重量流量に比較的大きい誤差が発生される。かがる
変化を補償する従来の方法は一般に緩慢なものである。

−般にかかる補償が効果を有するようになるまでにオー
グメンタの作動が停止される。

発明の開示 本発明の一つの目的は、燃料制御装置を通過する燃料の
密度変化を迅速に補償し、これにより燃料制御装置より
供給される燃料の重量流量を正確に制御することである
。

本発明の他の一つの目的は、燃料制御装置にデジタル式
の電子制御装置を組込むことなく上述の如き補償を直接
的に行なうことである。

本発明によれば、流体の一定の重量流量を５１瓜ししか
も流体の温度変化を補償する重量流量計量装置が得られ
る。温度変化を検出する温度プローブか温度変化に応答
して或る与えられたパーセンテージ変化する。一定の重
量流量を計量する弁であって、複数個のウィンドウ及び
これらのウィンドウと共働するスプールを有する弁によ
り、温度プローブのパーセンテージ変化に対応するパー
センテージ変化の流量が計量される。

本発明の一つの特徴によれば、温度プローブは第一の金
属要素と、該第−の金属要素の周りにこれと同軸に配置
された第二の金属要素とよりなり、第二の金属要素は検
出される流体か第−及び第二の金属要素により容品に検
出されるよう複数個の孔を有している。温度プローブは
計量弁の内部に配置され、これにより燃料制御装置へ流
入する燃料に曝される。かかる位置に於ては、温度プロ
ーブはオーグメンタへ調量供給される燃料の実際の温度
に良好に応答する。

本発明の他の一つの特徴によれば、計量弁のウィンドウ
は指数関数的な流量制御が可能であるよう特殊な形状に
て設けられる。かかる形状により温度プローブのパーセ
ンテージ変化に対応するパーセンテージ変化にて重量流
量を制御することができる。

以下に添（−＝Ｉの図を参照しつつ、本発明を実施例に
ついて詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 第１図に本発明の温度プローブの一つの実施例が組込ま
れた燃料制御装置１０の一部が図示されている。この燃
料制御装置は図には示されていないターボファンエンジ
ン又はターボジェットエンジンの図には示されていない
アフタバーナセグメントへ供給される燃料の量及び順序
を制御するよう構成されている。燃料制御装置は一般に
ハウジング１４と、計量弁１６と、温度プローブ１２と
、複数個の遮断及び圧力制御弁］８とを含んでいる。

計量弁１６は導管２０．２２及び遮断及び圧力制御弁１
８を経てアフタバーナセグメントへ流れる燃料の量を制
御する。各遮断及び圧力制御弁は必要に応じて各アフタ
バーナセグメントへの流路を開き、計量弁を横切る圧力
降下を制御する（遮断及び圧力制御弁は本発明の一部を
なすものではない）。Ａ１量弁コロは実質的に円筒形の
スプール２４を有しており、該スプールはハウジング１
４内に配置された円筒形のスリーブ２６内に往復動可能
に密に嵌合されている。スプール２６は第２図に於て破
線にて示されている如く複数個の孔２８を有しており、
これらの孔はスリーブに設けられた特殊な形状のウィン
ドウ３０（後に説明する）の形状に似ている。スリーブ
に設けられた各ウィンドつは導管２０を介して遮断及び
圧力制御弁１８と連通している。

円筒形のフランジ３２がスリーブ２６の大径部３４内に
位置するスプール２４の図にて左側の部分より半径方向
外方へ延在している。液圧流体が導管３６又は３８を経
てフランジに作用するよう導かれるようになっている。

図には示されていないデジタル式の電子燃料制御装置が
電磁流体弁４０を制御するようになっており、弁４０は
導管３６又は３８へ導かれてフランジ３２、従ってスプ
ールに作用する流体の圧力を制御し、これによりスプー
ルを横方向へ駆動する圧力のアンバランスを創成するよ
うになっている。スプールの横方向への移動によりウィ
ンドウ３０と孔２８とか所定の通路断面積にて連通され
、これにより各アフタバーナセグメントへ燃料か計量供
給される。

温度プローブ１２はスプール２４内にこれと同軸に配置
されている。温度プローブは外部シェル４２と、ロッド
４４と、フィードバック装置４６とよりなっている。シ
ェル及びロッドは互いに異なる金属（アメリカ合衆国ニ
ューヨーク州プレインヴユー所在のジェネラル・アエロ
スペース（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ）より
販売されているＡＭ８５６３０鋼及びニッケル合金（Ｉ
ＮＶＡＲ（登録商標）等）よりなり、温度に感応するバ
イメタル要素を構成している。バイメタル要素の作動は
当技術分野に於てよく知られている。シェル（第３図参
照）は小孔を有する薄い壁よりなる中空の部祠てあり、
五つの同軸の部分を有している。シェルは従来の手段に
よりスプール２４に取（−Ｊけられた大径の第一の部分
４５と、図にて左方へ向かうにつれて先細状をなす円錐
形の第二の部分４７と、該第二の部分より図にて左方へ
延在する円筒形の第三の部分４８と、該第三の部分より
図にて左方へ向かうにつれて先細状をなす円錐形の第四
の部分５０と、該第四の部分より図にて左方へ延在する
円筒形の第五の部分５２とを合している。ねじ部５４が
第五の部分の図にて左側の端部の内側に設けられている
。シェルは流体かシェルの内側及びロッドに到達するこ
とを可能にする複数個の小孔を有している。燃料かスプ
ール内を図にて右方より左方へ移動すると、その圧力は
燃料か図にて右方より左方へ向けて各部分を通過するに
つれて低下する。

図にて右方へ向かうにつれて直径が次第に増大する温度
プローブの形状により、スプールの全長に亙り燃料の圧
力が一定に維持される。

ロッド４４はシェル４２の第五の部分５２のねし部５４
と螺合するねじ切りされた第一の端部５６を何している
。ロッドの第二の端部５８か例えばレゾルバ−又はリニ
ア型可変トランスデューザを含むフィードバック装置４
６に取付けられてい−〇　− る。ロッドはハウジングの軸受６０内に往復動可能に装
着されている。フィードバック装置は図には示されてい
ないデジタル式の電子燃料制御装置へ信号を出力するよ
うになっている。

スリーブ２６に設けられたウィンドウ３０（第２図及び
第４図参照）は指数関数的な流量制御が可能であるよう
特殊な形状にて設けられている。

例えば以下の関係式か知られている。

Ｑ＝ＫＡ（δＰＳ）０゛５ ここにＱ＝エンジンへの燃料流量 Ａ−計量弁のウィンドウの流路面積 δＰ＝計量弁の圧力降下 Ｓ＝燃料の比重 に＝オリフィスの流量係数 燃料の流量Ｑの変化は比重Ｓの変化に依存していること
が解る。

ＱはＳの変化に拘らず一定に維持されることが望ましい
ので、以］；の式が成立することか好ましい。

この式より、Ｓか１％変化するとＡか０．５％変化され
なければならないことか解る。

更に、温度プローブのシェル及びロンドは温度の関数と
・して互いに異なる膨張係数を有している。

これらの部祠は、当技術分野に於て知られている如くＸ
軸に沿って僅かな偏差膨張（ｄｘ）が生じるよう構成さ
れ、従って以下の式か成立する。

ｄｘ＝ｋｄＴ ここにｋは定数である。

また燃料の比重は以下の如（定義されることか知られて
いる。

５＝ａＴ＋に こにａは温度変化に伴なう比重の変化率であり、Ｃは定
数である。

同様に比重の変化は以下の如く表わされる。

ｄＳ＝ａｄＴ 従って温度変化により生じる比重の変化によってｄｘが
発生されることか解る。スプールのストローク（Ｘ）は
以下の如く定義される。

ｘ　＝　ｃｌｎ（Ｑ　） ここにＣは定数である。

Ｓか一定であるときには Ｑ　　ｄＡ Ｑ であるので 　　　　Ａ 従ってストローク（Ｘ）のパーセンテージ変化はＱ又は
Ａの対応するパーセンテージ変化を生しる。

Ｑか一定であることが必要であるので、Ａ（ウィンドウ
の面積）を変化させることが必要である。

いま計量弁１６とフィードバック装置４６との間に適当
な大きさのｄｘか設計されておれば、計量弁は温度変化
に起因する燃料の密度変化を補償し、燃料の流量の大き
さに拘らず一定のパーセンテージにて流量を変化させる
。かかるｄｘは温度プローブ１２により与えられる。

指数関数の流路形状を有するウィンドウは定義により以
下のＸ座標及びＸ座標（第４図参照）を有している。

ｘ＝ｃｌｎ　Ｑ Ｘ＝　ｃ（ｌｎＱ　−ｌｎＱ　ｍ１ｎ）又はＸ＝　ｃｌ
ｎ（Ｑ　／　Ｑ　ｍ１ｎ） これはウィンドウの長さである。また δＰ　−（Ｑ　ｍｉｎ　Ｉｎ　（Ｑ　ｍａｘ／Ｑ　ｍ１
ｎ））／（ｂｙ　ｍｉｎ　ｘ　ｍａｘ）ここにｂは定数
、δＰは既知である。

ｙはδＰより以下の如く求められる。

ｙ　＝　（Ｑ／Ｑｍｉｎ）ｙｍｉｎ ここにｙはウィンドウの幅である。

作動に於ては、燃料か計量弁のスプール２４へ流入し、
温度プローブ１２を浸す。シェルの表面積が大きく且そ
の厚さか小さく、シェルの小孔を経て燃料かロッドに到
達することかでき、燃料の流路内に温度プローブか配置
されているので、ロッド４４及びシェル４２は温度変化
に迅速に応答する。かくしてロッド及びシェルが迅速に
応答することによりロッドかハウジングの軸受６０内に
て往復動せしめられ、これによりフィードバック装置４
６か再位置決めされる。フィードバック装置はデジタル
式の電子燃料制御装置へ信号を出力し、電子燃料制御装
置は電磁流体弁４０へ指令信号を出力し、弁４０は導管
３６及び３８内を流れる燃料の流量を制御し、これによ
りスプール２４が駆動される。ウィンドウ３０は指数関
数的な流路形状にて設けられているので、燃料の比重（
密度）のパーセンテージ変化により計量弁のウィンドウ
３０と孔２８との間の連通面積が変化され、これに対応
する燃料流量のパーセンテージ変化が達成され、これに
より比重の変化が相殺される。

デジタル式の電子燃料制御装置は燃料の実際の温度を検
出することを必要とぜす、燃料の温度変化か解りさえず
ればよい。温度プローブ］２が指数関数的流路形状のウ
ィンドウと組合されることにより、単純で迅速に作動す
る計量で（員頼件の高い装置か得られる。

本発明の利点は以下の如くである。温度プローブは燃料
の流路内に直接配置され、従って非常に迅速に（２〜４
秒の内に）応答することができる。

また温度プローブは非常に剛固であり、従って機械的誤
差を生じることがない。また燃料の実際の温度を知る必
要かない。

以」二に於ては特定の実施例について詳細に説明したが
、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、本
発明の範囲内にて他の種々の実施例か可能であることは
当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は１；１量される燃料の流量を燃料の温度の関数
として調整する本発明の装置の一つの実施例が組込まれ
た燃料制御装置を一部破断して示す解図である。 第２図は第１図に示された；１量弁のスリーブ及びスプ
ールを展開して示す解図である。 第３図は第１図のシェルを示す断面図である。 第４図は第２図に示されたスリーブのウィンドウを示す
拡大部分図である。 １０・・燃料制御装置、１２・・温度プローブ、１４・
・・ハウジング、１６・・・計量弁１１８・遮断及び圧
力制御弁、２４・・スプール、２６・・・スリーブ。 ２８・・・孔、３０・ウィンドウ、３２・・フランジ。 ４０・・電磁流体弁、４２・・・シェル、４４・・・ロ
ッド。 ４６・フィードバック装置、５４・・ねし部２５６・・
第一の端部、５８・・・第二の端部、６０・軸受特許出
願人　　ユナイテッド・チクノロシース・コーポレイシ
ョン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の一定の重量流量を計量し前記流体の温度変
   化を補償する重量流量計量装置にして、温度変化を検出
   し前記流体の温度が変化すると或る与えられたパーセン
   テージ変化する温度変化検出手段と、 前記一定の重量流量を計量する弁であって、通過する前
   記流体を制御する所定断面形状の孔を有するウィンドウ
   手段と、 前記温度変化検出手段の周りに配置され前記孔の面積を
   制御するスプールであって、前記温度変化検出手段が或
   る与えられたパーセンテージ変化すると前記ウィンドウ
   手段を通る流路面積が対応するパーセンテージ変化され
   、これにより一定の重量流量が維持されるよう前記温度
   変化検出手段と共働するよう構成されたスプールと、 を含む弁と、 を含む重量流量計量装置。
2. （２）通過する流体の温度変化に応じて計量弁を補正す
   るバイメタル式温度プローブにして、軸線に沿って配置
   され第一の熱膨張係数を有するロッドと、 前記計量弁及び前記ロッドに取付けられ前記ロッドの一
   部を囲繞し小孔を有するシェルであって、前記流体の温
   度変化により前記ロッドが前記軸線に沿って往復動せし
   められるよう第二の熱膨張係数を有するシェルと、 を含むバイメタル式温度プローブ。