JPH0131089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼器組立体を有するガスタービンエ
ンジンに関するものであり、より詳しく言えば連
続的点火系を有する自動車用ガスタービンエンジ
ンに関するものである。

自動車用ガスタービンエンジン駆動系に於いて
燃焼排出物を制御するために、燃焼器は予気化室
を有し、該予気化室内では空気と燃料が一次反応
室への放出前に混合される。

予気化室の上流に位置する旋回羽根は燃料膜を
一次空気と混合し、予気化室の中央部に位置する
パイロツト（点火）ノズルと点火装置組立体は、
空気／燃料混合物が予気化室から燃焼器に流入す
る時に該空気／燃料混合物に点火する。前記の如
き装置は公知である（例えば米国特許3930369
号）。そのような装置に於いては、特にエンジン
が冷えて、気化室壁からの燃料の有効な気化が行
なわれる前に、パイロツト燃料ノズルからの燃料
が燃焼を開始するために点火され、火炎面が反応
室で生じた時にパイロツトノズルは止められる。

本発明による自動車用ガスタービンエンジン
は、エンジンの自動車用ガスタービンエンジン燃
焼器の一次反応室内部で連続的にパイロツト炎を
保つための改良されたパイロツト炎管装置を有
し、 該パイロツト炎管装置はシールド管を有し、エ
ンジン作動が無負荷回転から完全ガス化速度まで
の間の吹消えを防止すべくパイロツト炎を保護す
る。該パイロツト炎管装置はさらに残留燃料を包
含する空気／燃料混合物の比が燃料の可燃限度に
満たない状態に於いて該空気／燃料混合物中の燃
料を直接的に燃やすように広がり反応室に入る長
いパイロツト炎をエンジン燃料供給の始動時及び
停止時に供する。

本発明とそれが如何に構成されるかは以下に詳
細に述べられている。

図面に言及すれば、自動車用ガスタービンエン
ジン燃焼器１０はガスタービンエンジンのハウジ
ング１２内に取り付けられており、第１図に於い
てそのハウジング１２の一部が図示されている。
支柱１４は燃焼器１０に該燃焼器をハウジング１
２内に位置決めし、支持するように固定されてい
る。

このようなエンジンと燃焼器組立体のより詳細
な構造は公知である（例えば米国特許3930369号、
3077074号、3267674号、3490746号）。

ハウジング１２は燃焼器１０の周りに加圧可能
な室１６を画成し、ガス化スプールコンプレツサ
ーが該室１６へ圧縮された燃焼器空気を供給す
る。なお、燃焼器空気は室１６に流入する前に蓄
熱器により熱しておくこともできる。燃焼器１０
には燃料／空気の入口１８が設けられており、該
入口１８は粗い内表面２１を備える環状の予気化
室壁２０を有する。燃料は環状出口多岐管２２を
介して供給される。多岐管２２には予気化室壁２
０の入口端部２８の複数の円周方向に離間した燃
料穴２６が設けられ、該燃料穴２６は予気化室壁
２０の内部表面２１に、燃料が該表面２１を横切
る膜として流れるように連通する。入口端部２８
はまた空気旋回羽根３０の環状列を有し、空気は
それを通り室１６から予気化室３２へ流れる。該
予気化室３２は予気化室３２の内部で旋回羽根３
０により該旋回羽根３０と同心状に支持されてい
る中央本体３４の周りに形成されている。中心本
体３４はまた予気化室３２、したがつて燃焼器１
０をハウジング１２内の加圧可能な室１６内の適
正位置に固定、支持する支柱１４のための連続点
として機能する。

パイロツト燃料ノズル３５は中心本体３４に設
けられて予気化室内に位置している。このノズル
は圧縮空気と燃料とを供給される空気噴霧型が望
しい。この型の燃料ノズルの場合は、燃料は空気
噴流により細かい粒滴で噴射される。パイロツト
燃料ノズルは、特にエンジンが冷えてそのために
予気化室からの燃料の気化が充分でない時に、燃
焼を開始させるように空気／燃料混合物を噴射す
る。パイロツト燃料ノズルは通常の作動が始まつ
た後に不作動とされる。ガス燃料の使用の如き他
の始動方法も用い得るが、そのような方法はパイ
ロツトノズルの使用程信頼性が高くはないと思わ
れる。

一次燃焼空気はまた旋回装置３８に形成される
複数の旋回装置流路３６と外側ライナー４２に整
列された流路４０を通り予気化室３２に導かれ
る。該流路３６，４０は予気化室３２の下流に位
置する一次反応室４６の一端部に連通する。一次
空気はまた複数の側流路４８を通り一次反応室４
６に導かれる。該側流路４８は一次空気を直接的
に一次反応室４６に供給すべく旋回装置３８の軸
開口５０に連通するように外側ライナー４２の円
周方向に離間して形成される。該反応室４６では
旋回装置５２がバイパスされた空気を室３２の出
口の燃焼器壁４４上のフラツシユ予防ダム５４を
通過して流入した空気／燃料と混合する。ダイリ
ユーシヨン（希釈）帯５５は複数のダイリユーシ
ヨン空気流孔５６を通じて加圧可能な室１６と連
通する。

ダイリユーシヨン孔５６を通る空気流は、排気
ガスがエンジン出力を供するためにタービンノズ
ルを通りタービンを横切つて通過する前に、ダイ
リユーシヨン帯５５内部で燃焼過程を完了する。

室１６内の圧縮空気は旋回羽根３０の列を通り
予気化室壁２０の内部に対して接線方向に向けて
流入する。該予気化室壁２０の内部では孔２６を
通り予気化室壁２０の内表面に沿つている燃料に
圧縮空気が吹きつけられる。旋回羽根３０からの
熱く早い動きの空気は燃料を熱し、気化させ、一
次反応室４６へ流入する前に燃料と完全に混合す
る。

旋回装置３０により流入した空気に加えて、示
された装置では予気化室３２の出口付近に流路４
０によつて構成されたもう一組の半径方向内方に
向いている空気流入部を有する。

多岐管２２からの燃料流の増加に伴い一次空気
流を増加したほうが望しい場合には、可動制御要
素により流路３６を通る空気流量を変えることが
できる。さらに、これらの可動制御要素は側路５
０とダイリユーシヨン孔５６とを通る空気流量を
所望量へと同時に調整するように連動させること
もできる。

図示の燃焼器１０は孔２６から流入する燃料流
を気化し、一次反応室４６内で混合し、燃焼さ
せ、ダイリユーシヨン帯５５内で最終燃焼させる
ように空気および燃料のための流路が設けられて
おり、本発明に使用するのに適した燃焼器の典型
的なものである。さらに、該燃焼器１０は自動車
用ガスタービンエンジンに於いて典型的なガスタ
ービンエンジン燃焼器の一タイプであり、かかる
燃焼器に於いては広範囲の状況下で燃焼を開始し
維持することをしばしば要求される。例えば、エ
ンジンが冷えており、予気化室３２内で充分に気
化がなされる前に始動できることが要求される。
エンジンへの空気と燃料流が減少するような状況
下、例えば減速の如き状況下で生じた燃焼停止の
際に始動できることも要求される。そのような状
況下では、一次反応室４６内のパイロツト炎が連
続的に燃焼していることが望しく、このように連
続的に燃焼しているパイロツト炎は多岐管２２及
び空気流入口並びにノズル３５をそれぞれ介して
導入された空気／燃料混合物の連続的燃焼を保証
するものである。

さらに詳述すれば、燃焼器壁４４は孔５８を有
し、該孔５８にはパイロツト炎支持管６０が設置
されている。該パイロツト炎支持管６０は位置決
め兼シールリング６４に連結する外部フランジ６
２を有する。

本発明に従い構成された連続的パイロツト炎を
供するパイロツト炎管装置６５はその周囲を密封
するリング６４に取り付けられたシールド６６を
有する。シールド６６の上端６８は支持本体７０
に溶接されている。シールド６６は一次反応室４
６内に延在するパイロツト炎管７２を有する。支
持本体７０のコネクタフランジ７４は適切な締め
付け手段７６によりエンジン壁のセグメント７８
に連結され、該セグメントは加圧可能な室１６の
一部を囲う。

連続的パイロツト炎の電気点火は支持本体７０
内に支持されている火花点火装置８０によりなさ
れる。シールドポケツト８２は点火装置８０を受
け入れ、第３図に示されている如くパイロツト炎
管７２の側孔８４に隣接するように電極チツプを
位置させる。火炎検知棒８６もまた支持本体７０
に延在し、該火炎検知棒の先端はパイロツト炎が
点火された際に生じるイオン化を検知するために
パイロツト炎管装置６５の出口に隣接する。

火炎検知棒８６はリード線８８へと信号を発信
し、該信号は火炎検知棒８６の先端でパイロツト
炎により生じたイオン化を指摘する。リード線８
８に伝達された信号は制御装置９０へと伝達され
る。パイロツト炎９５がパイロツト炎管装置６５
の火炎管７２に点火された時に、制御装置９０は
出力信号をライン９２に発信してソレノイド駆動
式主燃料弁９４を作動させ、主燃料流を多岐管２
２に流す。

パイロツト炎９５はシールド６６内に保たれて
いるので、エンジンが作動している間吹き消され
ない。パイロツト炎９５の大きさはエンジンの燃
料源９８から一次燃料供給管９６を流れる燃料流
により画定される。

パイロツト炎９５がシールド６６内に保たれて
いる作動位相下では、パイロツト炎は燃焼器の一
次反応室４６内の旋回空気／燃料混合物の燃焼火
炎に付加される制御された熱源を構成する。この
付加された熱源は該混合物の燃焼火炎が吹き消さ
れない限度での空気と燃料の希薄な比率に近い状
態でも該混合物の燃焼火炎を安定させる。

詳述すれば、燃料源９８から生じるパイロツト
炎９５により付加熱が生じるので、一次反応室４
６内の空気／燃料混合物の温度を燃料／空気比が
希薄なために生じてしまう吹き消えから防止する
のに通常パイロツト炎９５が無ければ要する温度
よりも約56℃低い温度にしても空気／燃料混合物
の燃焼を維持できることが判明した。即ち、パイ
ロツト炎９５により一次反応室に熱が付加される
ので、通常よりも約56℃低い空気／燃料混合物の
温度で燃焼が維持できる。一次反応室４６内の全
ての燃焼混合物の温度が下がるので、予気化室か
ら一次反応室４６に流入する空気／燃料混合物の
燃焼の間の窒素酸化物の生成は押えられる。

図示装置に於いて、パイロツト炎管装置６５に
は燃料源９８から燃料流が供給されてパイロツト
炎９５が形成される。該パイロツト炎９５はパイ
ロツト炎管装置６５によつてオリフイスダム５４
のすぐ下流で一次反応室４６の長手方向軸線に対
して約45゜の角度で配向されている。

改良されたパイロツト炎管装置６５は単一ユニ
ツトとして単一支持本体７０の全ての要素ととも
に挿入される。パイロツト炎管装置６５は、上述
のようにパイロツト炎９５をオリフイスダム５４
のすぐ下流で一次反応室４６の長手方向軸線に対
して約45゜の角度で配向する図示適正位置で密封
される。該適正位置は一次反応室４６に流入した
空気／燃料混合物の燃焼熱から独立した加熱源を
一次反応室４６内に供するのに好ましいものであ
る。

さらなる本発明の特徴はパイロツト炎管装置６
５への燃料供給装置の制御方法に見い出される。

詳述すれば、図示装置に於いては、エンジン燃
料供給が始動し又は停止する間炭化水素の残留物
を基とする燃料は予気化室から一次反応室４６へ
導かれる。かかる残留物内に存する燃料の量はエ
ンジン始動又はエンジン停止という短時間では燃
料の可燃限度に満たない空気／燃料混合物が生じ
る程少量のものである。

この作動の位相の間、ノズル１０１と導管９６
からの燃料流により形成されるパイロツト炎９５
はシールド６６により吹き消しから保護される。
このパイロツト炎９５は残留燃料を包含する空
気／燃料混合物に十分接するものではなく残留燃
料を全て燃焼させるものではない。従つて、制御
システム１００はパイロツト炎管装置６５への燃
料供給装置と組み合わされ、段階的に制御されソ
レノイドで駆動する弁１０２を有する。該弁１０
２はスロツトル１０４が始動或いは停止制御位置
のいずれかに位置する時、制御装置９０から信号
を受ける。スロツトル１０４のいずれの位置で
も、一次反応室４６へ流入する燃料／空気混合物
はエンジン始動及び停止の際に弁１０２を通る増
加した燃料流により長くなつたパイロツト炎の先
端１０６により燃焼させられる。パイロツト炎の
先端１０６は一次反応室４６内の旋回する空気／
燃料混合物を捕らえるため一次反応室内に該一次
反応室の長手方向軸線に対して約45゜の角度で外
方に末広状に延びる。燃料／空気混合物の混合比
がエンジン停止及び始動の際に燃料可燃限度に満
たないとしても、末広状のパイロツト炎の先端１
０６は残留燃料と空気の混合物を可燃範囲にする
のに充分な高温の温度源を一次反応室内に供して
燃焼器からの全炭化水素の排出物を減少するよう
に炭化水素を燃焼する。

したがつて、本発明による自動車用ガスタービ
ンエンジンによれば、エンジン燃料供給始動時と
エンジン燃料供給停止時にパイロツト炎管装置へ
のパイロツト炎用燃料量を増加させてパイロツト
炎をシールド管から外方に末広状に広がつて延在
せしめて反応室内で燃料残留物を燃焼させ、もつ
て燃焼器からの全炭化水素排出物を減少させ、ま
た、その他のエンジン作動時に於いてはパイロツ
ト炎管装置がシールド管によつてガス流による吹
き消えから保護されているパイロツト炎を連続的
に供して反応室内での燃料／空気混合物の燃焼に
よる火炎の吹き消えを防止すると共に、該連続的
に燃焼しているパイロツト炎は前記燃料／空気混
合物の燃焼による火炎とは別個の更なる熱源を構
成して反応室内の燃料／空気混合物の完全燃焼の
ために必要な温度を低下させ、もつて窒素酸化物
の生成を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパイロツト炎管と燃料供
給系を示す縦方向の燃焼器の断面図である。第２
図は第１図に於ける装置の矢印２−２方向に於け
る立面図である。第３図と第４図はパイロツト炎
管装置の第２図に於ける線３−３，４−４に沿つ
た断面図である。第５図は、第１図の線５−５に
沿つた断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、３２……一次入口
予気化室、４６……一次反応室、４４……燃焼器
外壁、５４……環状フラツシユ予防装置、１０…
…燃焼器、９５……連続的パイロツト炎、６５…
…パイロツト炎管装置、７２……シールド管、１
０２……段階的に制御される弁、７４……支持フ
ランジ、６６……シールド、９６……燃料導入手
段、８０……火花点火手段、８６……火炎検知
棒、１２……支持部材、８２……ポケツト部、５
８……点検口、６４……シール組立体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料の予気化と燃料の空気との混合のための
   一次入口予気化室３２と該予気化室の出口端部と
   連通して一次反応室４６を画成する燃焼器壁４４
   とが設けられ、該予気化室と一次反応室との間に
   環状フラツシユ予防装置５４が設けられている型
   の燃焼器１０のための燃料供給装置を有する自動
   車用ガスタービンエンジンであつて、燃料及び空
   気の入口１８が旋回燃料／空気混合物を前記予気
   化室３２を通り前記一次反応室４６へ流入するよ
   うに導びき、連続的に作動するパイロツト炎管装
   置６５が燃焼器壁４４に支持され、前記一次反応
   室の長手方向軸線に対して約45゜の角度で該一次
   反応室内へと延びるシールド管７２を有し、該パ
   イロツト炎管装置は前記シールド管７２内で連続
   的にパイロツト炎９５を保持しエンジン作動中該
   連続的パイロツト炎は一次反応室内に延在するよ
   うに作動し、前記連続的に作動するパイロツト炎
   管装置は前記燃料及び空気の入口１８の下流に配
   置されてエンジン作動の間前記反応室内における
   旋回燃料／空気混合物の燃焼によつて引き起こさ
   れる火炎の吹き消えを防止し、前記パイロツト炎
   は、前記燃料／空気混合物の燃焼による熱とは別
   に更なる熱源を供し、前記反応室内の旋回燃料／
   空気混合物の完全燃焼のために必要な温度を低下
   させ、もつて前記燃料／空気混合物の燃焼の間窒
   素酸化物の形成を減少させ、前記燃料及び空気の
   入口１８が、エンジン始動時及びエンジン停止時
   に燃料／空気混合物の空気対燃料比率が燃料の可
   燃限度に満たない未燃炭化水素の残留物と空気と
   の混合物を前記予気化室出口において生じさせる
   自動車用ガスタービンエンジンに於いて、前記パ
   イロツト炎管装置６５はエンジンが無負荷回転か
   ら最大出力までの作動時に発生し該パイロツト炎
   管装置を横切るガス流がある時にパイロツト炎の
   吹き消しを防止する様にパイロツト炎管装置のシ
   ールド管７２内に完全に位置するパイロツト炎９
   ５を供する一次パイロツト炎燃料流をエンジン作
   動時に供給するように作動する一次燃料供給装置
   と、エンジン燃料供給が始動、停止する際に長い
   火炎の先端１０６を供するようにパイロツト炎管
   装置６５へより多量の燃料流を燃焼器始動及び停
   止命令に応答して供給するように段階的に制御さ
   れる弁１０２を有する手段とを有し、該長い炎の
   先端１０６は前記燃料の未燃残留物を捕えるため
   に前記パイロツト炎管装置のシールド管７２から
   外方に末広状に広がつて前記反応室４６に入りか
   つ前記燃焼器１０からの全炭化水素排出物を減少
   するため前記燃料残留物を燃焼するものであるこ
   とを特徴とする自動車用ガスタービンエンジン。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の自動車用ガス
   タービンエンジンに於いて、前記パイロツト炎管
   装置６５は支持フランジ７４とシールド６６と外
   部環状環と燃料導管手段９６と火花点火手段８０
   と火炎検知棒８６とを有し、該支持フランジ７４
   は離間する孔と該フランジを支持部材１２へ可動
   に接続する締付け手段７６とを有し、前記シール
   ド６６は開端部が前記反応室内へと延びるように
   位置する軸状に延在する火炎管７２を有し前記フ
   ランジから垂下するものであり、前記シールドは
   前記火炎管に対して軸線が傾いたポケツト部８２
   を有しかつ前記孔の一つおよび前記火炎管内部に
   対して開いており、前記外部環状環は前記ポケツ
   トと前記火炎管を囲う前記シールド上に位置し、
   前記燃焼器壁４４の点検孔５８に対して前記パイ
   ロツト炎管装置を密封するシールド組立体６４と
   該外部環状環の外面が係合するものであり、前記
   燃料導管手段９６は前記フランジ上に位置し可燃
   性空気／燃料混合物を前記火炎管に導びき、前記
   火花点火手段８０は前記ポケツト部に位置し燃料
   流が反応室に入つた時前記火炎管内で前記空気／
   燃料混合物に点火するものであり前記外部環状環
   と前記火炎管は他のフランジ部及びその開端部に
   隣接する火炎管の内部と連通する前記シールド内
   の解放域を画成し、前記火炎検知棒８６は前記フ
   ランジに支えられており前記反応室への主燃料流
   を流し始めるための信号を発信するために前記火
   炎管内部で火炎により生じるイオン化を検知する
   ため前記解放域に延在し前記フランジ７４を前記
   支持部材１２に可動に接続する前記締付け手段７
   ６は前記火炎管７２、点火装置８０及び火炎検知
   棒８６が予じめ正確に離間配列されその後前記燃
   焼器１０への作動関係で固定されることができる
   ものであることを特徴とする自動車用ガスタービ
   ンエンジン。