JPH03271525A - Biaxial gas turbine engine - Google Patents

Biaxial gas turbine engine

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Publication number
JPH03271525A
JPH03271525A JP6815290A JP6815290A JPH03271525A JP H03271525 A JPH03271525 A JP H03271525A JP 6815290 A JP6815290 A JP 6815290A JP 6815290 A JP6815290 A JP 6815290A JP H03271525 A JPH03271525 A JP H03271525A
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JP
Japan
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engine
temperature
time
variable nozzle
turbine
Prior art date
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Application number
JP6815290A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshito Nakaya
中家 義人
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH03271525A publication Critical patent/JPH03271525A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve acceleration performance at the time of abnormality by performing abnormality time control in accordance with accelerative and steady conditions of an engine even when an inlet temperature of a compressor turbine or an outlet temperature of an output turbine of the gas turbine engine is placed in an excessive value. CONSTITUTION:A biaxial gas turbine engine is provided with a gas generator GG, combustor CC, variable nozzle VN and an output turbine PT of a separate shaft. Here an engine acceleration condition is detected in an engine acceleration detecting means 2 by detecting a temperature in a predetermined location of the gas generator GG by an engine temperature detecting means 1. A steady time engine control means 3, in which an engine temperature T is compared with the first preset temperature Ta, controls an opening alphas of a variable nozzle VN in an opening direction, at the time of a relation where T>=Ta, and performs ordinary feedback control of the opening alphas at the time of the relation where T>=Ta continued for less than a predetermined time and at the time of a relation where T<Ta. An acceleration time engine control means 4 controls the opening alphas to a predetermined degree in an opening side, at the time of accelerating the engine, and also compares the engine temperature T with the second preset temperature Tc to perform control of changing the variable nozzle VN further to the opening side from the predetermined opening at the time of a relation T>=Tc.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は二軸式ガスタービン機関に関し、特に、自動車
に搭載される二輪式ガスタービン機関に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a two-shaft gas turbine engine, and particularly to a two-wheel gas turbine engine mounted on an automobile.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

二輪式ガスタービン機関は、低振動、使用燃料の多様性
、大きな定速トルク等の点で、近年、自動車用機関とし
ての実用化が検討されている。第5図は自動変速機付の
自動車に搭載される従来の二輪式ガスタービン機関の一
般的な構成の一例を示すものである。
Two-wheel gas turbine engines have recently been considered for practical use as automobile engines due to their low vibration, variety of fuels used, and large constant speed torque. FIG. 5 shows an example of a general configuration of a conventional two-wheel gas turbine engine mounted on an automobile with an automatic transmission.

二軸式ガスタービン機関では、クラッチ内蔵のスタータ
SMによってフロントギヤF/Gが回転して起動すると
、吸入空気(以下吸気という)はコンプレッサCにて圧
縮され、熱交換器HEにて加熱され、アクチュエータA
1により燃料が供給される燃焼器CCにて燃料と混合さ
れて燃焼し、その燃焼ガスがコンプレッサCと同軸のコ
ンプレッサタービンCTを回転させる。このコンプレッ
サタービンCTとコンプレッサCとは総称してガスジェ
ネレータGGと呼ばれることがあり、コンプレッサター
ビンCTの回転数がコンプレッサCの圧縮度を左右する
In a two-shaft gas turbine engine, when the front gear F/G is rotated and started by a starter SM with a built-in clutch, intake air (hereinafter referred to as intake air) is compressed by a compressor C, heated by a heat exchanger HE, Actuator A
The combustion gas is mixed with fuel and combusted in the combustor CC to which fuel is supplied by the combustor CC, and the combustion gas rotates a compressor turbine CT coaxial with the compressor C. The compressor turbine CT and compressor C may be collectively referred to as a gas generator GG, and the rotation speed of the compressor turbine CT determines the degree of compression of the compressor C.

コンプレッサタービンCTを駆動した燃焼ガスは、アク
チュエータA2に調整される可変ノズルVNを経てパワ
タービン(出力タービン)PTを駆動した後、熱交換器
HEを経て排気ガスとなって大気に排出される。そして
、パワタービンPTの回転は減速歯車R/Gによって減
速されて自動変速機A/Tに伝えられ、シフト状態に応
じた回転数に変換された後に差動歯車りを介して車輪W
に伝達される。
The combustion gas that has driven the compressor turbine CT passes through a variable nozzle VN adjusted by an actuator A2, drives a power turbine (output turbine) PT, and then passes through a heat exchanger HE as exhaust gas and is discharged to the atmosphere. Then, the rotation of the power turbine PT is decelerated by the reduction gear R/G and transmitted to the automatic transmission A/T, and after being converted to the rotation speed according to the shift state, it is passed through the differential gear to the wheel W.
transmitted to.

なお、アクチュエータAl、 A2は制御回路C0NT
によって機関の運転状態に応じて駆動され、この為、制
御回路C0NTにはアクセルペダルAPの開度や図示し
ないセンサからの機関の運転状態パラメータが入力され
る。また、一般に、第5図に示す吸気圧Pや温度Tに付
された添え字は○で囲まれた番号の位置の吸気圧Pや温
度Tを示す。
Note that the actuators Al and A2 are the control circuit C0NT.
Therefore, the opening degree of the accelerator pedal AP and engine operating state parameters from a sensor (not shown) are input to the control circuit C0NT. Further, in general, the subscripts attached to the intake pressure P and temperature T shown in FIG. 5 indicate the intake pressure P and temperature T at the position of the number surrounded by circles.

以上のように構成された二軸式ガスタービン機関におい
ては、従来、ガスジェネレータGGが加速を終了し、定
常に移行してからは機関の出力を効率良く取り出すため
に、出力タービンPTの出口温度T6が目標値になるよ
うに可変ノズルVNを作動させる制御が行われている。
In the two-shaft gas turbine engine configured as described above, conventionally, after the gas generator GG finishes accelerating and transitions to a steady state, the outlet temperature of the output turbine PT is adjusted in order to efficiently extract the output of the engine. Control is performed to operate the variable nozzle VN so that T6 becomes the target value.

即ち、二軸式ガスタービン機関では、機関のサイクル温
度が高い程、機関出力、及び熱効率が向上するため、そ
の制御パラメータとして出力タービンPTの出口温度T
6を使用し、出力タービンPTの出口温度T6が目標値
になるように可変ノズルVNをフィードバック制御する
方法が従来から用いられている。
That is, in a two-shaft gas turbine engine, the higher the cycle temperature of the engine, the higher the engine output and thermal efficiency.
Conventionally, a method has been used in which the variable nozzle VN is feedback-controlled using the variable nozzle VN so that the outlet temperature T6 of the output turbine PT becomes the target value.

第6図(a)は横軸をガスジェネレータGGの回転速度
Nl、縦軸に可変ノズルVNO開度αsとした時の、出
力タービンPTの出口温度T6をパラメータとしたガス
ジェネレータGGの回転速度N、−可変ノズルVNの開
度αs特性を示すものである。
FIG. 6(a) shows the rotational speed Nl of the gas generator GG with the outlet temperature T6 of the output turbine PT as a parameter, where the horizontal axis is the rotational speed Nl of the gas generator GG, and the vertical axis is the variable nozzle VNO opening αs. , - indicates the opening degree αs characteristic of the variable nozzle VN.

ところが、この従来の制御方法において目標値を常温に
おいて設定すると、大気温度変化や機関性能の変化によ
り出力タービンPTの出口温度T6が過度に上昇するこ
とがある。そこで、本出願人は、出力タービンPTの出
口温度T6が設定値と一致しているか否かを判定し、そ
の判定結果に応じて可変ノズルVNの開度αsを修正す
る方法を提案した(特開昭60−47872号公報)。
However, if the target value is set at normal temperature in this conventional control method, the outlet temperature T6 of the output turbine PT may rise excessively due to changes in atmospheric temperature or engine performance. Therefore, the present applicant has proposed a method of determining whether the outlet temperature T6 of the output turbine PT matches the set value and correcting the opening degree αs of the variable nozzle VN according to the determination result (especially Publication No. 60-47872).

この方法では、出力タービンPTの出口温度T、が設定
値を超えている異常時には、可変ノズルVNの開度α3
の値が第6図(a)の状態から第6図(b)に示すよう
に172にされ、可変ノズルVNが開き側に制御される
In this method, when there is an abnormality in which the outlet temperature T of the output turbine PT exceeds a set value, the opening degree α3 of the variable nozzle VN is
The value of is changed from the state shown in FIG. 6(a) to 172 as shown in FIG. 6(b), and the variable nozzle VN is controlled to the open side.

[発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、本出願人が提案した異常時の対策では、
機関の加速状態での制御と定常状態での制御とが同一で
あり、出力タービンPTの出口温度T6が高温になる加
速時と、そうでない定常時の同一制御には無理があると
いう問題がある。即ち、従来の対策では、異常状態とな
った機関の加速時と定常時に明確な制御の区別がなく、
加速時の機関の出力軸の回転速度N3の立ち上がり時間
が遅れ、加速性能が悪化する。
[Problem to be solved by the invention] However, the measures against abnormalities proposed by the applicant do not
There is a problem in that the control in the acceleration state of the engine and the control in the steady state are the same, and it is unreasonable to perform the same control during acceleration when the outlet temperature T6 of the output turbine PT is high and during steady state when it is not. . In other words, with conventional countermeasures, there is no clear distinction between control when an abnormal engine is accelerating and when the engine is in steady state.
The rise time of the rotational speed N3 of the output shaft of the engine during acceleration is delayed, and acceleration performance is deteriorated.

なお、前述の説明では出力タービンPTの出口温度T6
を制御する場合の例について説明したが、コンプレッサ
タービンCTの入口温度T4を制御する場合についても
同様の問題点がある。
In addition, in the above explanation, the outlet temperature T6 of the output turbine PT
Although an example of controlling the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT has been described, similar problems arise when controlling the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT.

本発明の目的は、従来の二軸式ガスタービン機関の異常
時の制御における課題を解消し、ガスタービン機関のコ
ンプレッサタービンCTの入口温度T4または出力ター
ビンPTの出口温度T6が過温度になっても、機関の加
速状態、定常状態に応じた異常時制御を行うことにより
、異常時の加速性能を向上させることができる二軸式ガ
スタービン機関を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the problem in controlling a conventional two-shaft gas turbine engine in the event of an abnormality, and to prevent the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT or the outlet temperature T6 of the output turbine PT of the gas turbine engine from becoming overtemperature. Another object of the present invention is to provide a two-shaft gas turbine engine that can improve acceleration performance during abnormal conditions by performing abnormal control according to the acceleration state and steady state of the engine.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成する本発明の二輪式ガスタービン機関の
構成が第1図に示される。本発明が適用される二軸式ガ
スタービン機関は、同軸のコンプレッサCとコンプレッ
サタービンCTを備えたガスジェネレータGGと、燃焼
器CCと、可変ノズルVNと、別軸の出力タービンPT
とを備えており、機関温度検出手段1はガスジェネレー
タGGの所定部位の温度を検出し、機関加速検出手段2
は機関の加速状態を検出する。そして、定常時機関制御
手段3は機関の定常時に機関温度Tを第1の設定温度T
aと比較し、T≧・Taの状態が所定時間継続した時に
可変ノズルVNの開度αsを開く方向に制御し、T≧T
aの継続が所定時間未満の時及びT<Taの時に可変ノ
ズルVNの開度αsの通常のフィードバック制御を行い
、加速時機関制御手段4は機関の加速時に可変ノズルV
Nの開度α8を開側の所定開度にすると共に、機関温度
Tを第1の設定温度Taより大きい第2の設定温度Tc
と比較し、T≧Tcの時に可変ノズルVNを前記所定開
度よりも更に開側に変更する制御を行う。
The configuration of a two-wheeled gas turbine engine according to the present invention that achieves the above object is shown in FIG. A two-shaft gas turbine engine to which the present invention is applied includes a gas generator GG having a coaxial compressor C and a compressor turbine CT, a combustor CC, a variable nozzle VN, and a separate output turbine PT.
The engine temperature detection means 1 detects the temperature of a predetermined part of the gas generator GG, and the engine acceleration detection means 2
detects the acceleration state of the engine. Then, the steady state engine control means 3 sets the engine temperature T to the first set temperature T when the engine is in a steady state.
When the state of T≧・Ta continues for a predetermined time, the variable nozzle VN is controlled in the direction of opening αs, and T≧T
When the continuation of a is less than a predetermined time and when T<Ta, normal feedback control of the opening degree αs of the variable nozzle VN is performed, and the acceleration engine control means 4 controls the variable nozzle V when the engine accelerates.
The opening α8 of N is set to a predetermined opening on the open side, and the engine temperature T is set to a second set temperature Tc that is higher than the first set temperature Ta.
When T≧Tc, the variable nozzle VN is controlled to be opened further than the predetermined opening.

〔作用〕[Effect]

本発明の二輪式ガスタービン機関によれば、機関が定常
状態の時には機関温度Tが第1の設定温度Taと比較さ
れる。そして、T≧Tbの状態が所定時間継続した時は
可変ノズルVNの開度α8が開く方向に制御され、T≧
Taの形態が所定時間未満の時及びT<Taの時に可変
ノズルVNの開度αSが通常にフィードバック制御され
る。一方、機関の加速状態の時には可変ノズルVNの開
度α8が開側の所定開度にされると共に、機関温度Tが
温度Taより大きい第2の設定温度Tcと比較され、T
≧Tcの時に可変ノズルVNが前記所定開度よりも更に
開側に変更される。
According to the two-wheeled gas turbine engine of the present invention, when the engine is in a steady state, the engine temperature T is compared with the first set temperature Ta. When the state of T≧Tb continues for a predetermined time, the opening degree α8 of the variable nozzle VN is controlled in the direction of opening, and T≧
When the shape of Ta is less than a predetermined time and when T<Ta, the opening degree αS of the variable nozzle VN is normally feedback-controlled. On the other hand, when the engine is in an accelerating state, the opening degree α8 of the variable nozzle VN is set to a predetermined opening degree on the open side, and the engine temperature T is compared with a second set temperature Tc which is higher than the temperature Ta.
When ≧Tc, the variable nozzle VN is changed to be further open than the predetermined opening.

〔実施例〕〔Example〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第2図は自動変速機付き車両に搭載された本発明の二軸
式ガスタービン機関の一実施例の構成を示すものであり
、第5図に示した二軸式ガスタービン機関と同じ構成部
品については同じ符号(記号)を付しである。
FIG. 2 shows the configuration of an embodiment of a two-shaft gas turbine engine of the present invention installed in a vehicle with an automatic transmission, and shows the same components as the two-shaft gas turbine engine shown in FIG. The same reference numerals (symbols) are given for the above.

図においてGTはガスタービンであり、このガスタービ
ンGTには燃料ポンプ、オイルポンプ、スタータモータ
等が接続するフロントギヤF/G 、回転軸が直結され
てガスジェネレータGGを構成するコンプレッサCとコ
ンプレッサタービンCT、熱交換器HE、燃焼器CC,
コンプレッサCに可変ノズルVN。
In the figure, GT is a gas turbine, and this gas turbine GT includes a front gear F/G to which a fuel pump, an oil pump, a starter motor, etc. are connected, a compressor C and a compressor turbine to which a rotating shaft is directly connected and constitutes a gas generator GG. CT, heat exchanger HE, combustor CC,
Variable nozzle VN on compressor C.

パワータービンPT及び減速歯車R/G等がある。吸気
はコンプレッサCにて圧縮され、熱交換器HEにて加熱
され、燃焼器CCにて燃料噴射弁から噴射される燃料と
混合されて燃焼し、その燃焼ガスがコンプレッサタービ
ンCTを回転させる。コンプレッサタービンCTを駆動
した燃焼ガスは、可変ノズルνNを経てパワータービン
PTを駆動した後、熱交換器)fEを経て排気ガスとな
って大気に排出される。
There is a power turbine PT, a reduction gear R/G, etc. Intake air is compressed by a compressor C, heated by a heat exchanger HE, mixed with fuel injected from a fuel injection valve in a combustor CC, and combusted, and the combustion gas rotates a compressor turbine CT. The combustion gas that has driven the compressor turbine CT passes through the variable nozzle νN to drive the power turbine PT, and then passes through the heat exchanger fE as exhaust gas and is discharged to the atmosphere.

AIは燃焼器CCに燃料を供給するアクチュエータであ
り、メータリングバルブを内蔵している。また、A2は
可変ノズルVNの開度αsを調整するアクチュエータで
ある。
AI is an actuator that supplies fuel to the combustor CC, and has a built-in metering valve. Further, A2 is an actuator that adjusts the opening degree αs of the variable nozzle VN.

ガスタービンGTの減速歯車RIGには自動変速機A/
Tが接続されており、ガスタービンGTのパワータービ
ンPTの回転は減速歯車R/Gによって減速されて自動
変速機A/Tに内蔵されるトルクコンバータを介して変
速機構に伝えられ、シフト状態に応じた回転数に変換さ
れて車軸駆動出力となる。
The reduction gear RIG of the gas turbine GT is equipped with an automatic transmission A/
The rotation of the power turbine PT of the gas turbine GT is decelerated by the reduction gear R/G and transmitted to the transmission mechanism via the torque converter built in the automatic transmission A/T, and the shift state is reached. It is converted to the corresponding rotational speed and becomes the axle drive output.

ガスタービンGTおよび自動変速機A/Tを制御する制
御回路10には、アナログ信号用の入力インタフェース
lNa−、デジタル信号用の入力インタフェースINd
 、入力インタフェースINaからの信号をデジタル変
換するアナログ−デジタル変換器A/D、中央処理ユニ
ットcpu 、ランダムアクセスメモリRAM 、読み
出し専用メモリROM 、および出力回路OUT等があ
り、それぞれパスライン11で接続されている。
The control circuit 10 that controls the gas turbine GT and the automatic transmission A/T includes an input interface lNa- for analog signals and an input interface INd for digital signals.
, an analog-to-digital converter A/D for digitally converting the signal from the input interface INa, a central processing unit CPU, a random access memory RAM, a read-only memory ROM, an output circuit OUT, etc., each connected by a pass line 11. ing.

また、二輪式ガスタービン機関にはガスジェネレータG
Gの回転数N、を検出する回転数センサSN、。
In addition, a gas generator G is used for two-wheel gas turbine engines.
A rotation speed sensor SN, which detects the rotation speed N, of G.

減速歯車R/Gを経たガスタービンGTの回転数N3を
検出する回転数センサSN3.及び車軸駆動回転数N、
を検出する回転数センサSNPのような回転数センサと
、大気温度を検出する温度センサST、、コンプレッサ
Cの出口温度T3を検出する温度センサSTY、熱交換
器HEの出口温度73Sを検出する温度センサ5Tzs
、パワタービンPTの00温度T6を検出する温度セン
サST6のような温度センサと、コンプレッサCの出口
圧力P3を検出する圧カセンサSP3.コンプレッサタ
ービンCTの出口圧力P5を検出する圧力センサSPS
のような圧力センサ等が設けられている。
A rotation speed sensor SN3. detects the rotation speed N3 of the gas turbine GT via the reduction gear R/G. and axle drive rotation speed N,
A rotation speed sensor such as a rotation speed sensor SNP that detects the temperature, a temperature sensor ST that detects the atmospheric temperature, a temperature sensor STY that detects the outlet temperature T3 of the compressor C, and a temperature sensor that detects the outlet temperature 73S of the heat exchanger HE. sensor 5Tzs
, a temperature sensor such as a temperature sensor ST6 that detects the 00 temperature T6 of the power turbine PT, and a pressure sensor SP3 that detects the outlet pressure P3 of the compressor C. Pressure sensor SPS that detects outlet pressure P5 of compressor turbine CT
A pressure sensor such as this is provided.

アナログ信号用の入力インタフェースINaには、前述
のセンサからの信号N、、N、、N、、P、、P6.T
、。
The analog signal input interface INa receives signals N, , N, , N, , P, , P6 . T
,.

T、、、T、やアクセルペダルAPからのアナログ信号
θSCe等が入力され、デジタル信号用の入力インタフ
ェースINdにはキースイッチからのオンオフ信号、シ
フトレバ−からのシフト位置信号、ブレーキからのブレ
ーキ信号等のデジタル信号が入力される。
Analog signals θSCe, etc. from T, ..., T and accelerator pedal AP are input, and the digital signal input interface INd receives on/off signals from the key switch, shift position signals from the shift lever, brake signals from the brake, etc. digital signal is input.

一方、出力回路OUTからは、燃焼器CCのアクチュエ
ータA1に対して燃料流量を指示する信号Gf、アクチ
ュエータA2に対して可変ノズルVNO開度を指示する
信号α8、トルクコンバータのロックアツプクラッチの
オンオフを指示する信号S4、変速機構の変速信号S、
、S2やスロットルワイヤ信号θ。等が出力される。更
に、この実施例では出力回路OUTに警報ランプやブザ
ー等によるアラームALが接続されており、出力タービ
ンPTの出口温度Tbを検出する温度センサST6の検
出値が設定値より高い時に、光や音で温度センサST、
の異常を車両の乗員に通知できるようになっている。
On the other hand, from the output circuit OUT, a signal Gf instructs the fuel flow rate to the actuator A1 of the combustor CC, a signal α8 instructs the variable nozzle VNO opening to the actuator A2, and a signal α8 instructs the lock-up clutch of the torque converter to turn on and off. a signal S4 for instructing, a speed change signal S for the speed change mechanism,
, S2 and throttle wire signal θ. etc. are output. Furthermore, in this embodiment, an alarm AL such as a warning lamp or a buzzer is connected to the output circuit OUT, and when the detected value of the temperature sensor ST6 that detects the outlet temperature Tb of the output turbine PT is higher than the set value, light or sound is emitted. temperature sensor ST,
It is now possible to notify vehicle occupants of any abnormalities.

次に以上のように構成された二軸式ガスタービン機関に
おける制御回路10の動作を第3図のフローチャート及
び第4図の特性図を用いて説明する。
Next, the operation of the control circuit 10 in the two-shaft gas turbine engine configured as described above will be explained using the flowchart of FIG. 3 and the characteristic diagram of FIG. 4.

なお、この実施例では二輪式ガスタービン機関における
機関温度をパワタービンPTの出口温度T。
In this embodiment, the engine temperature in the two-wheeled gas turbine engine is the outlet temperature T of the power turbine PT.

として説明する。It will be explained as follows.

まず、ステップ301においては、ガスジェネレータG
Gの回転速度N1が240Orpm以上か否かが判定さ
れ、NI<240Orpmの場合(NO)は次に進まず
、N1≧2400rprrlの場合(YES)はステッ
プ302に進んで時間が計数される。そして、ステップ
303において、10秒経過したか否かが判定される。
First, in step 301, the gas generator G
It is determined whether the rotational speed N1 of G is 240 Orpm or more. If NI<240 Orpm (NO), the process does not proceed to the next step; if N1≧2400rprrl (YES), the process proceeds to step 302 and time is counted. Then, in step 303, it is determined whether 10 seconds have elapsed.

このステップ301からステップ303は機関が始動時
でないことをii 認するためのものである。
Steps 301 to 303 are for confirming that the engine is not starting.

続くステップ304では機関が加速状態か否かが判定さ
れる。この判定はアクセルペダルAPの踏込量等で判断
される。そして、機関が定常状態の時(NO)はステッ
プ305に進み、機関が加速状態の時(YES)はステ
ップ313に進む。以後の制御は機関の定常状態と加速
状態とでは全く異なるので、まず、機関の定常状態の制
御について説明し、続いて機関の加速状態の制御につい
て説明する。
In the following step 304, it is determined whether the engine is in an acceleration state. This determination is made based on the amount of depression of the accelerator pedal AP. If the engine is in a steady state (NO), the process proceeds to step 305, and if the engine is in an accelerated state (YES), the process proceeds to step 313. Since the subsequent control is completely different between the steady state of the engine and the accelerated state, the control of the engine in the steady state will be explained first, and then the control of the engine in the accelerated state will be explained.

(1)機関の定常状態の制御 機関が定常状態にある時には、第1の判定温度を800
°C1第2の判定温度を1200°Cとして、出力ター
ビンPTの出口温度T6の値がどの領域にあるかによっ
て三通りの制御が行われる。ステップ305およびステ
ップ306は検出された出力タービンPTの出口温度T
6の属する領域を判定するものであり、1621200
°Cの時はステップ305でYESとなってステップ3
15に進み、800°C≦T、 <1200°Cの時は
ステップ305でNo、ステップ306でYESとなっ
てステップ307に進み、Tb <800 ”Cの時は
ステップ305でNO,ステップ307でNOとなって
ステップ310に進む。
(1) Steady state control of the engine When the engine is in a steady state, the first judgment temperature is set to 800.
With the second determination temperature of °C1 being 1200 °C, three types of control are performed depending on which range the value of the outlet temperature T6 of the output turbine PT is in. Steps 305 and 306 include the detected outlet temperature T of the output turbine PT.
This is to determine the area to which 6 belongs, 1621200
If it is °C, YES in step 305 and step 3
15, if 800°C≦T and <1200°C, NO in step 305, YES in step 306, and proceed to step 307; if Tb <800''C, NO in step 305, and YES in step 307. If NO, the process proceeds to step 310.

1621200°Cの場合は定常状態における過温度で
危険な状態であるので、ステップ315において燃料流
量Gfが0にされて燃料カントが行われ、機関の温度を
下げる制御が行われる。
If the temperature is 1,621,200° C., this is an overtemperature in the steady state, which is a dangerous condition, so in step 315, the fuel flow rate Gf is set to 0, fuel canting is performed, and control is performed to lower the engine temperature.

800°C≦Tb <1200”Cの場合は定常状態に
おいて機関温度が過温度ではあるが危険な状態ではない
ので、まず、ステップ307において燃料流量Gfが減
らされてアイドル時の値に制御され、カウンタが時間の
計数を行う。続くステップ308ではカウンタの計数値
がI sec以上か否かが判定される。
If 800°C≦Tb<1200”C, the engine temperature is overtemperature in the steady state but not in a dangerous state, so first, in step 307, the fuel flow rate Gf is reduced and controlled to the value at idle, A counter counts time.In step 308, it is determined whether the count value of the counter is greater than or equal to I sec.

即ち、この温度状態がI sec以上継続したか否かが
判定される。800°C≦T、 <1200°Cの温度
状態の継続がI sec未滴の時(No)はステップ3
11に進み、従来行っていた可変ノズルVNの開度αs
の制御が行われる。即ち、可変ノズルVNの開度α5が
第6図(a)に示した通常のVNINTマツプに従い、
ガスジェネレータGGの回転速度N、に応じて設定され
る。そして、ステップ312において可変ノズルVNの
開度α3のフィードバック制御が実行される。
That is, it is determined whether this temperature state has continued for I sec or more. If the continuation of the temperature state of 800°C≦T and <1200°C is I sec and there is no drop (No), step 3
Proceed to step 11 and change the opening αs of the variable nozzle VN, which was done previously.
control is performed. That is, if the opening degree α5 of the variable nozzle VN follows the normal VNINT map shown in FIG. 6(a),
It is set according to the rotational speed N of the gas generator GG. Then, in step 312, feedback control of the opening degree α3 of the variable nozzle VN is performed.

一方、800 ’C≦T6 <1200°Cの温度状態
が1 sec以上継続した時(YES)はステップ30
9に進み、可変ノズルVNの開度αsが第6図(a)に
示した通常のVNINTマツプに従い、ガスジェネレー
タGGの回転速度N1に応じて設定される値の半分にさ
れて可変ノズルνNの開度αsが開き側に制御される。
On the other hand, if the temperature state of 800'C≦T6<1200°C continues for 1 sec or more (YES), step 30
9, the opening degree αs of the variable nozzle VN is set to half the value set according to the rotational speed N1 of the gas generator GG according to the normal VNINT map shown in FIG. 6(a), and the opening degree αs of the variable nozzle νN is The opening degree αs is controlled to the opening side.

この制御は第6図@)に示したマツプによる制御と同じ
である。
This control is the same as the map-based control shown in FIG. 6@).

T、 <800°Cの場合はは定常状態において機関温
度が通常の状態であるので、ステップ310において時
間計数カウンタの値がクリアされ、ステップ311にて
可変ノズルVNの開度αsが第6図(a)に示した通常
のVNINTマツプに従い、ガスジェネレータGGの回
転速度N、に応じて設定される。そして、ステップ31
2において可変ノズルVNO開度α。
If T is <800°C, the engine temperature is normal in the steady state, so the value of the time counter is cleared in step 310, and the opening degree αs of the variable nozzle VN is changed to the value shown in FIG. 6 in step 311. It is set according to the rotational speed N of the gas generator GG according to the normal VNINT map shown in (a). And step 31
2, variable nozzle VNO opening degree α.

のフィードバック制御が実行される。feedback control is executed.

(2)機関の加速状態の制御 機関が加速状態にある時には、まず、ステップ313に
おいて可変ノズルVNの開度αsが2.0に固定される
。αs=2.0 という値は可変ノズルVNの開き側の
値である(αs=10で全閉、αs=0で全開)。次い
で、第1の判定温度を定常時より高い850°C1第2
の判定温度を定常時より高い1250℃として、出力タ
ービンPTの出口温度T、の値がどの領域にあるかがス
テップ314とステップ316において判定されて三通
りの制御が行われる。
(2) Control of the Acceleration State of the Engine When the engine is in the acceleration state, first, in step 313, the opening degree αs of the variable nozzle VN is fixed at 2.0. The value αs=2.0 is the value on the opening side of the variable nozzle VN (fully closed when αs=10, fully open when αs=0). Next, the first judgment temperature is set to 850°C, which is higher than the normal temperature.
The determination temperature of T is set at 1250° C., which is higher than the steady state, and it is determined in step 314 and step 316 which region the value of the outlet temperature T of the output turbine PT is in, and three types of control are performed.

ステップ314でYESとなる1621200°Cの場
合は加速状態における過温度で危険な状態であるので、
ステップ315において燃料流量Gfが0にされて燃料
カットが行われ、機関の温度を下げる制御が行われる。
In the case of 1621200°C, which is YES in step 314, it is a dangerous situation due to overtemperature in the acceleration state.
In step 315, the fuel flow rate Gf is set to 0, a fuel cut is performed, and control is performed to lower the engine temperature.

ステップ314でNoとなりステップ316でYESと
なる850°C≦T6 <1250°Cの場合は、加速
状態において機関温度が過温度ではあるが危険ではない
状態なので、ステップ317に進んで可変ノズルVNの
開度αsがOにされ、可変ノズルVNが全開にされ、こ
れ以上の温度の上昇が防止される。
If 850°C≦T6<1250°C (No in step 314 and YES in step 316), the engine temperature is overtemperature in the acceleration state, but it is not dangerous, so proceed to step 317 and turn on the variable nozzle VN. The opening degree αs is set to O, the variable nozzle VN is fully opened, and further temperature rise is prevented.

ステップ314でNoかつステップ316でNoとなる
Tb <850 ’Cの場合は加速状態において機関温
度が通常の状態であるので、可変ノズルVNの開度α3
が2.0に保持される。
If Tb<850'C, which is No in step 314 and No in step 316, the engine temperature is normal in the acceleration state, so the opening degree α3 of variable nozzle VN is
is held at 2.0.

このように、第1の判定温度と第2の判定温度とを定常
時より高い温度に設定するのは、出力タービンPTやメ
インハウジングの部品は熱容量が大きいからである。即
ち、燃料流量Gfを急激に増加させても実際の温度は急
激には上昇しないからである。そこで、定常時では出力
タービンPTが溶損する可能性がある温度であっても、
加速中(通常は数秒)は数秒程度以内であれば、この温
度より多少高い温度でも出力タービンPTは溶損するこ
とはない。そして、出力タービンPTの出口温度T6を
上げれば出力軸の回転速度N3が上昇するのは明らかで
あり、このために加速性が向上するのである。
The reason why the first determination temperature and the second determination temperature are set to higher temperatures than in the steady state is that the parts of the output turbine PT and the main housing have a large heat capacity. That is, even if the fuel flow rate Gf is suddenly increased, the actual temperature does not rise suddenly. Therefore, even if the temperature is such that the output turbine PT may melt during steady state,
During acceleration (usually several seconds), the output turbine PT will not melt even if the temperature is slightly higher than this temperature, as long as it is within several seconds. It is clear that if the outlet temperature T6 of the output turbine PT is increased, the rotational speed N3 of the output shaft will be increased, and therefore the acceleration performance will be improved.

第4図は、時刻t0でアイドル状態であった機関が加速
し、時刻t、において出力タービンPTの出口温度T6
が一時的に850°C−1250°Cの間になり、時刻
t2において出力タービンPTの出口温度T、が850
’C以下に復帰し、時刻t3において加速から定常状態
に移行し、時刻t4において出力タービンPTの出口温
度T6が800°C〜1200’Cの間になり、1 s
ec後の時刻t、でもまだ同し状態が継続しているモデ
ル運転状態を想定した時の第3図の手順による二軸式ガ
スタービン機関の各パラメータの変化を示すものである
FIG. 4 shows that the engine which was in an idle state at time t0 accelerates, and at time t, the outlet temperature of the output turbine PT is T6.
temporarily becomes between 850°C and 1250°C, and at time t2, the outlet temperature T of the output turbine PT becomes 850°C.
'C or below, the acceleration transitions to a steady state at time t3, and the outlet temperature T6 of the output turbine PT becomes between 800°C and 1200'C at time t4 for 1 s.
3 shows changes in each parameter of the two-shaft gas turbine engine according to the procedure shown in FIG. 3, assuming a model operating state in which the same state continues at time t after ec.

加速が開始されると、ステップ313により可変ノズル
νNの開度αs =2.0に保持され、時刻tlで16
2850°Cになるとステップ317により可変ノズル
VNの開度αsが0にされ、時刻t2でT。
When acceleration is started, the opening degree αs of the variable nozzle νN is maintained at 2.0 in step 313, and the opening degree αs of the variable nozzle νN is maintained at 2.0 at time tl.
When the temperature reaches 2850°C, the opening degree αs of the variable nozzle VN is set to 0 in step 317, and the opening degree αs of the variable nozzle VN is set to 0 at time t2.

〈850°Cになるとステップ313により可変ノズル
VNの開度αsが2.0に復帰する。そして、時刻t3
で定常状態になった後は可変ノズルVNの開度α。
<When the temperature reaches 850°C, the opening degree αs of the variable nozzle VN returns to 2.0 in step 313. And time t3
After the steady state is reached, the opening degree of variable nozzle VN is α.

はフィードバック制御され、時刻t4で出力タービンP
Tの出口温度T6が800°Cを超えても、ステップ3
08→311→312の経路で可変ノズルVNO開度α
sのフィードバック制御が保持され、I sec後の時
刻り、において可変ノズルVNの開度αsを1/2にす
る処理がステップ309によって行われる。
is feedback-controlled, and at time t4 the output turbine P
Even if the outlet temperature T6 of T exceeds 800°C, step 3
Variable nozzle VNO opening α on the path 08 → 311 → 312
The feedback control of s is maintained, and at a time after I sec, a process of reducing the opening degree αs of the variable nozzle VN to 1/2 is performed in step 309.

この結果、ガスタービン機関の出力軸の回転速度N、が
加速時にスムーズに立ち上がり、加速性能が向上する。
As a result, the rotational speed N of the output shaft of the gas turbine engine rises smoothly during acceleration, improving acceleration performance.

なお、前述の実施例ではステップ315において燃料流
量GfをOにして燃料カットを行っているが、燃料量を
大幅に減少する制御でも良い。また、ステップ317に
おいて可変ノズルVNの開度αsを全開にしているが、
このステップ317における可変ノズルVNの開度αs
は全開の90%程度に抑えても十分に効果がある。
In addition, in the above-mentioned embodiment, in step 315, the fuel flow rate Gf is set to O to perform a fuel cut, but the control may also be performed to significantly reduce the fuel amount. Also, in step 317, the opening degree αs of the variable nozzle VN is fully opened;
The opening degree αs of the variable nozzle VN in this step 317
It is sufficiently effective even if it is suppressed to about 90% of full opening.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の二輪式ガスタービン機関
によれば、ガスタービン機関のコンプレッサタービンC
Tの入口温度T4または出力タービンPTの出口温度T
6が過温度になっても、機関の加速状態、定常状態に応
じた異常時制御を行うことにより、異常時の加速性能を
向上させることができ、可変ノズルVNのハンチングを
防止することができるという効果がある。
As explained above, according to the two-wheeled gas turbine engine of the present invention, the compressor turbine C of the gas turbine engine
The inlet temperature T4 of T or the outlet temperature T of the power turbine PT
6 becomes overtemperature, by performing abnormality control according to the acceleration state and steady state of the engine, acceleration performance in abnormality can be improved and hunting of the variable nozzle VN can be prevented. There is an effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図は本発
明の二輪式ガスタービン機関の構成を示す全体概要図、 第3図は第2図の制御回路の制御手順の一例を示すフロ
ーチャート、 第4図はあるモデル運転状態における第3図の手順によ
る二軸式ガスタービン機関の各パラメータの変化を示す
特性図、 第5図は従来の二輪式ガスタービン機関の一般的な構成
を示す図、 第6図(a)は従来の機関正常時の可変ノズルVNの開
度αsの出力タービンPTの出口温度T6に応じた制御
特性図、 第6図い)は従来の機関異常時の可変ノズルVNの開度
αsの出力タービンPTの出口温度T6に応じた制御特
性図である。 10・・・制御回路、 AL・・・アラーム、 C・・・コンプレッサ、 CC・・・燃焼器、 CT・・・コンプレッサタービン、 GG・・・ガスジェネレータ、 PT・・・パワタービン、 Si2・・・温度センサ、 VN・・・可変ノズル。
Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of the present invention, Fig. 2 is an overall schematic diagram showing the configuration of the two-wheeled gas turbine engine of the present invention, and Fig. 3 shows an example of the control procedure of the control circuit in Fig. 2. Flowchart, Figure 4 is a characteristic diagram showing changes in each parameter of a two-wheel gas turbine engine according to the procedure shown in Figure 3 under a certain model operating state, and Figure 5 shows the general configuration of a conventional two-wheel gas turbine engine. Figure 6(a) is a control characteristic diagram according to the outlet temperature T6 of the output turbine PT for the opening degree αs of the variable nozzle VN when the conventional engine is normal, and Figure 6(a) is the control characteristic diagram when the engine is abnormal. It is a control characteristic diagram according to the outlet temperature T6 of the output turbine PT of the opening degree αs of the variable nozzle VN. 10...Control circuit, AL...Alarm, C...Compressor, CC...Combustor, CT...Compressor turbine, GG...Gas generator, PT...Power turbine, Si2... Temperature sensor, VN...variable nozzle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 同軸のコンプレッサ(C)とコンプレッサタービン(C
T)を備えたガスジェネレータ(GG)と、燃焼器(C
C)と、可変ノズル(VN)と、別軸の出力タービン(
PT)とを備えた二軸ガスタービン機関において、ガス
ジェネレータ(GG)の所定部位の温度(T)を検出す
る機関温度検出手段(1)と、 機関の加速状態を検出する機関加速検出手段(2)と、 機関の定常時に機関温度(T)を第1の設定温度(Ta
)と比較し、T≧Taの状態が所定時間継続した時に可
変ノズル(VN)の開度(α_s)を開く方向に制御し
、T≧Taの継続が所定時間未満の時及びT<Taの時
に可変ノズル(VN)の開度(α_s)の通常のフィー
ドバック制御を行う定常時機関制御手段(3)と、 機関の加速時に可変ノズル(VN)の開度(α_s)を
開側の所定開度にすると共に、機関温度(T)を第1の
設定温度(Ta)より大きい第2の設定温度(Tc)と
比較し、T≧Tcの時に可変ノズル(VN)を前記所定
開度よりも更に開側に変更する制御を行う加速時機関制
御手段(4)と、 を備えた二軸式ガスタービン機関。
[Claims] Coaxial compressor (C) and compressor turbine (C
A gas generator (GG) equipped with a gas generator (T) and a combustor (C
C), a variable nozzle (VN), and a separate shaft output turbine (
In a two-shaft gas turbine engine equipped with a two-shaft gas turbine engine (PT), the engine temperature detection means (1) detects the temperature (T) of a predetermined part of the gas generator (GG), and the engine acceleration detection means (1) detects the acceleration state of the engine. 2), and when the engine is steady, the engine temperature (T) is set to the first set temperature (Ta
), when the state of T≧Ta continues for a predetermined time, the opening degree (α_s) of the variable nozzle (VN) is controlled in the direction of opening, and when the state of T≧Ta continues for less than the predetermined time and when T<Ta a steady-state engine control means (3) that performs normal feedback control of the opening degree (α_s) of the variable nozzle (VN) when the engine is accelerating; degree, and compares the engine temperature (T) with a second set temperature (Tc) that is higher than the first set temperature (Ta), and when T≧Tc, the variable nozzle (VN) is opened at a temperature higher than the predetermined opening degree. A two-shaft gas turbine engine further comprising: acceleration engine control means (4) for performing control to change the engine to the open side.
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