JPH02221636A - ガスタービンエンジンの始動制御装置 - 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 この発明は、ガスタービンエンジンにおいて、燃焼器内
混合気の空燃比に応じて点火装置を制御する始動制御装
置に関する。

従来の技術 一般的なガスタービンエンジンは、基本的には、燃焼ガ
スエネルギを利用して大気を圧縮するコンプレッサと、
このコンプレッサから与えられた圧縮空気を燃料の燃焼
によって加熱し、高温ガスを発生させる燃焼器と、ここ
で発生した高温ガスのエネルギを機械的仕事に変換する
出力タービンとから大略構成されている。

第５図は、一般的なガスタービンエンジンの燃焼器１周
辺の構成を示している。

燃焼器Ｉは、有底円筒状をなす外筒２と内筒３とから構
成され、かつ両者間に適宜な空間１ａを保った状態に重
ねられている。燃焼器ｌの底部中央には、燃料を微粒化
して噴射供給する燃料噴射弁４が内筒３内に向けて設け
られている。この燃料噴射弁４と燃料タンク５とを接続
した燃料供給通路１５には、燃料ポンプ６が介装されて
おり、かつこの燃料ポンプ６下流側に、燃料流量つまり
燃料供給量を可変制御する燃料制御弁７が介装されてい
る。この燃料制御弁７は、制御回路９からの一定周期の
パルス信号によって駆動され、かつそのＯＮデユーティ
比の制御によって流層制御がなされるものである。そし
て燃料制御弁７の下流側と上流側とを連通ずるようにリ
ターン通路１６が設けられ、ここに所定圧力で開く圧力
調整弁８が配設されている。

また１２は、上記燃焼器１へ圧縮空気を供給するコンプ
レッサであり、その圧縮空気は外筒２と内筒３との間の
空間１ａを通して内筒３内へ噴出する。このコンプレッ
サ１２は、図示せぬコンプレッサ駆動用タービンの出力
によって駆動されるようになっており、かつ始動時に自
立運転に至るまではスタータモータ１１により駆動され
る構成となっている。尚、上記燃料ポンプ６も、上記コ
ンプレッサＩ２と一体に駆動される。

また燃焼器ｌの底部寄りの位置に、混合気の点火を行う
点火栓１３が内筒３内に臨むように設けられている。１
４は、制御回路９からの制御信号に基づいて上記点火栓
１３に点火エネルギを供給する点火回路、ＩＯは電源を
示している。

上記のように構成されたガスタービンエンジンにおいて
は、その始動時には、例えば特開昭５１−１３０７１４
号公報に記載されているように、運転者のメインスイッ
チの投入後、スタータモータ１１の起動や点火が所定の
順序で自動的になされるシーケンス制御が行われるよう
になっている。

第６図は、従来の始動時の作動を示すタイムチャートで
あって、メインスイッチの投入に伴ってスタータモータ
１１が作動開始し、これによってコンプレッサ１２と燃
料ポンプ６とが起動する。

このときには、燃料制御弁７によって燃料供給が停止さ
れているが、コンプレッサ１２回転数が連続燃焼可能な
回転数に達し、かつ燃料圧力が所定の燃料噴射圧力に達
した時点で燃焼器１への燃料噴射が開始される。また、
この噴射開始と同時に点火回路１４が起動され、点火栓
１３による点火が開始される。尚、この点火ならびにス
タータモータ１１の作動は、コンプレッサ１２の回転数
が自立運転可能な回転数に上昇するまで継続される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来のガスタービンエンジン
の始動制御装置にあっては、燃料の噴射開始と同時に点
火が開始されるようになっていたため、点火栓Ｉ３近傍
の混合気が着火可能な空燃比となっていない段階でも、
点火火花が連続的に発生することになり、点火栓１３お
よび点火回路１４の耐久性が著しく低下してしまう。ま
た点火エネルギによるバッテリ電力の消費がそれだけ大
きくなり、この消耗したバッテリによってスタータモー
タ１１を駆動することになるので、コンプレッサ１２の
回転の立ち上がりが悪くなる、という問題点があった。

課題を解決するための手段 そこで、この発明は、第１図に示すように、燃焼ガスに
よって駆動され、かつ燃焼器Ａに圧縮空気を供給するコ
ンプレッサＢと、始動時に上記コンプレッサＢを駆動す
るスタータモータＣと、燃焼器Ａに燃料を供給する燃料
供給装置りと、始動時に作動して燃焼器Ａ内の混合気に
点火する点火装置Ｅとを備えてなるガスタービンエンジ
ンの始動制御装置において、空気、燃料の供給開始後に
上記燃焼器Ａ内の混合気の空燃比が最適空燃比になった
ことを検出もしくは推定する空燃比判定手段Ｆと、上記
点火装置Ｅの点火開始を、上記最適空燃比となるまで遅
延させる遅延手段Ｇとを設けたことを特徴としている。

作用 始動時にはスタータモータＣによってコンプレッサＢが
駆動されて、燃焼器Ａに圧縮空気が供給され、かつこれ
とともに燃料供給装置りにより燃料供給が開始される。

この空気および燃料の供給開始からある程度の時間が経
過すると、燃焼器Ａ内の混合気の空燃比が着火に最適な
空燃比となるので、その時点で点火装置Ｅによる点火が
開始される。上記の空燃比は、適宜なセンサで直接に検
出するようにしても良く、あるいは空気供給量の立ち上
がり特性と燃料供給量の立ち上がり特性等から推定する
こともできる。

実施例 第２図は、この発明の一実施例を示している。

尚、この実施例においては、ガスタービンエンジンとし
ての基本的構成は前述した従来のものと同様であるので
、同一部分に同一符号を付し、重複する説明は省略する
。

すなわち、外筒２と内筒３とからなる燃焼器１に燃料噴
射弁４および点火栓■３が装着されているとともに、上
記点火栓１３の近傍に、最適空燃比の検出を行うギャッ
プセンサ２１が配設されている。このギャップセンサ２
１は、一対の針状の電極を微小間隙を保った状態に配設
したものであって、ギャップセンサ回路２２によって両
電極間に数キロボルト程度の高電圧が加えられている。

従って、電極間の混合気が所定の空燃比になると絶縁状
態が破壊されて電極間が導通し、これによって所定空燃
比に達したことが検出されるのである。

また制御回路９は、例えばマイクロコンピュータシステ
ムから構成されるものであり、機能的にみれば、燃料制
御弁７を制御する燃料制御部９ａ、点火回路Ｉ４を制御
する点火制御部９ｂ、スタータモータ１１を制御するス
タータモータ制御部９Ｃとを有しており、かつこれらの
ほかに、上記ギャップセンサ回路２２からの信号によっ
て最適空燃比になったことを検出する空燃比検出部９ｄ
を有している。そして、上記点火制御部９ｂは、この空
燃比検出部９ｄが最適空燃比を検出したときに点火信号
の出力を開始するようになっている。

第３図は、この実施例の始動時の作動を示すタイムチャ
ートであって、図示せぬメインスイッチが投入されると
、スタータモータ１１が直ちに作動開始する。これによ
ってコンプレッサＩ２と燃料ポンプ６とが起動し、燃料
圧力および空気流１が図示するような特性で上昇して行
く。このメインスイッチ投入時には燃料制御弁７によっ
て燃料供給が停止されているが、その後、コンプレッサ
１２回転数が連続燃焼可能な回転数に達し、かつ燃料圧
力が所定の燃料噴射圧力に達した時点で燃料噴射が開始
される。

この噴射開始によって燃焼器１内には混合気が形成され
始める。やがて点火栓１３近傍の空燃比が、着火および
火炎伝播に達した最適空燃比になると、上述したように
、ギャップセンサ２１によって所定空燃比であることが
検出され、これに基づいて点火回路Ｉ４が起動される。

すなわち、点火栓１３から点火火花が連続的に放出され
、混合気の点火が行われる。この点火は、例えば一定時
間あるいはコンプレッサ１１回転数に基づいて着火が確
認された時点まで継続される。またスタータモータ！■
の作動は、コンプレッサＩ２の回転数が自立運転可能な
回転数に上昇するまで継続される。

尚、例えば所定時間経過してもコンプレッサ１１の回転
数が所定値まで上昇しない場合には点火失敗と判断され
、一連のシーケンスが再度繰り返される。

次に第４図は、ギャップセンサ２Ｉを具備しない実施例
を示す。これは、点火栓１３近傍の空燃比の変化を、燃
料噴射量の立ち上がり特性と空気流量の立ち上がり特性
とから推定するようにしたものである。

すなわち、始動開始後の燃料噴射１の立ち上がり特性と
空気流量の立ち上がり特性は既知であるから、両者の関
係から定まる空燃比と経過時間との関係が、予め制御回
路９内に空燃比マツプ９ｅとして与えられている。そし
て、制御回路９内のタイマによって始動開始からの経過
時間を計測するとともに、これに対応した空燃比を空燃
比マツプ９ｅから検索し、この推定空燃比が最適空燃比
となった時点で点火を開始するのである。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係るガスター
ビンエンジ。ンの始動制御装置によれば、燃焼器内の混
合気が最適空燃比に達したときに点火が開始されるので
、点火放電期間が従来のものよりも短縮され、点火栓電
極部の消耗が抑制されるとともに、点火回路の耐久性向
上が図れる。また点火エネルギによるバッテリの電力消
費が少なくなるので、スタータモータを一層大きなエネ
ルギで駆動でき、コンプレッサ等の回転数上昇が図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すクレーム対応図、第２図
はこの発明に係る始動制御装置の一実施例を示す構成説
明図、第３図はその始動時の作動を示すタイムチャート
、第４図はこの発明の他の実施例を示す構成説明図、第
５図は従来装置の構成を示す構成説明図、第６図は従来
の始動時の作動を示すタイムチャートである。 Ａ・・・燃焼器、Ｂ・・・コンプレッサ、Ｃ・・・スタ
ータモータ、Ｄ・・・燃料供給装置、Ｅ・・・点火装置
、Ｆ・・空燃比判定手段、Ｇ・・・遅延手段。 外３６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼ガスによって駆動され、かつ燃焼器に圧縮空
   気を供給するコンプレッサと、始動時に上記コンプレッ
   サを駆動するスタータモータと、燃焼器に燃料を供給す
   る燃料供給装置と、始動時に作動して燃焼器内の混合気
   に点火する点火装置とを備えてなるガスタービンエンジ
   ンの始動制御装置において、空気、燃料の供給開始後に
   上記燃焼器内の混合気の空燃比が最適空燃比になったこ
   とを検出もしくは推定する空燃比判定手段と、上記点火
   装置の点火開始を、上記最適空燃比となるまで遅延させ
   る遅延手段とを設けたことを特徴とするガスタービンエ
   ンジンの始動制御装置。