JPH0424200A - 可変ピッチプロペラのピッチ制御装置 - 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】

本発明は、エンジンにより回転される可変ピッチプロペ
ラの同ピッチを制御する可変ピッチプロペラのピッチ制
御装置に関する。

【従来技術】

従来、この種の装置として特開昭第６０−７６４９９号
公報に開示されたものが知られている。 同装置によれば、航空機の運行中におけるマツハ数、高
度、大気全部及びエンジン軸出力のデータに基づいて、
プロペラの作動効率（プロペラ効率）が最大となるよう
にプロペラピッチ及びプロペラ回転数を制御している。

【発明が解決しようとする課題】

上述した従来の装置では、可変ピッチプロペラにおける
プロペラの作動効率を向上せしめようとしているものの
、エンジン出力とプロペラ作動効率の積が最大となった
状態での最大推力、あるいはエンジン効率とプロペラ作
動効率の積が最大となる最適燃費状態というような所定
条件のもとでの最適状態を考慮すると、プロペラの作動
効率だけが最適となったとしてもそれがパイロ・ノドの
望む操縦状態であるとは限らなかった。 一方、エンジンの出力を直に検出することは容易でない
ため、エンジン条件から同エンジン出力を推定しようと
することがある。しかるに、スロットル開度や吸気管内
圧力、あるいは点火時期などを計測してエンジン条件の
パラメータとすると、かかるパラメータに含まれる誤差
が積み重ねられ、正確なエンジン出力を推定することが
できない。 従って、かかる推定によって得られたエンジン出力を可
変ピッチプロペラのピッチ制御に利用しようとしても正
確な制御はできない。 本発明は、上記課題に対処するためになされたもので、
常時、正確に所定条件のもとでの最適状態で運航せしめ
ることが可能な可変ピッチプロペラのピッチ制御装置を
提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、
第１図に示すように、エンジンにより回転される可変ピ
ッチプロペラの同ピンチを制御する可変ピッチプロペラ
のピッチ制御装置において、上記可変ピッチプロペラの
ピッチ角を検出すピッチ角検出手段１と、上記エンジン
の回転数を検出する回転数検出手段２と、大気密度を検
出する大気密度検出手段３と、機体速度を検出する機速
検出手段４と、上記検出ピッチ角と上記検出エンジン回
転数と上記検出大気密度と上記検出機速とを入力して上
記可変ピッチプロペラの特性に基づいて上記エンジンの
出力を導出する第１の導出手段５と、上記導出されたエ
ンジン出力を入力して上記エンジンの特性に基づいて当
該エンジン出力における所定条件のもとでの最適回転数
を導出する第２の導出手段６と、上記検出回転数が上記
最適回転数となるように上記可変ピッチプロペラのピッ
チを制御するピッチ制御手段７とを備えたことにある。

【発明の作用及び効果】

上記のように構成した本発明においては、ピッチ角検出
手段１が可変ピッチプロペラのピッチ角を検出し、回転
数検出手段２がエンジンの回転数を検出し、大気密度検
出手段３が大気密度を検出し、機速検出手段４が機体速
度を検出すると、第１の導出手段５が上記検出ピッチ角
と上記検出エンジン回転数と上記検出大気密度と上記検
出機速とを入力して上記可変ピッチプロペラの特性に基
づいて上記エンジンの出力を導出し、第２の導出手段６
が上記導出されたエンジン出力を入力して上記エンジン
の特性に基づいて当該エンジン出力における所定条件の
もとでの最適回転数を導出するため、ピッチ制御手段７
は上記検出回転数が上記最適回転数となるように上記可
変ピッチプロペラのピッチを制御する。 すなわち、エンジンの特性と可変ピッチプロペラの特性
とに基づいて現運航状況下における所定条件下での最適
なエンジンの回転数を求めているため、エンジン特性を
もふまえて正確に所定条件のもとでの最適状態で運航せ
しめることができ、かつ、上記回転数を導出するときに
必要なエンジン出力は当該エンジン出力によって駆動さ
れる可変ピッチプロペラの状況等に基づいて導出するよ
うにしているので誤差が少なく、制御の正確性を向上さ
せている。

【実施例】

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。 第２図は単発飛行機に適用される本発明による可変ピッ
チプロペラのピッチ制御装置を概略的に示していて、当
該装置は可変ピッチ機構ｌＯと油圧制御回路２０と電子
制御装置３０とにより構成されている。 可変ピッチ機構１０は、第３図にて示したように、軸方
向へのみ移動可能なピストン１１！１とリターンスプリ
ングＩＩＩ）とを備える油圧シリンダ１１と、この油圧
シリンダ１１のピストンｌ１ｍと一体的に軸方向へ移動
するピン１２と、このピン１２が嵌合するカム孔１３ａ
を有してエンジン（図示省略）によって回転されるノ〜
ウジング１４に回転可能かつ軸方向へ移動不能に組み付
けられたハブ１３と、このハブ１３の一端に一体的に形
成されたギヤ１３ｂと、ハウジング１４に回転可能かつ
軸方向へ移動不能に組み付けられたブレード１５の一端
に一体的に形成されて前記ギヤ１３ｂに噛合するギヤ１
５ａなどによって構成されていて、油圧制御回路２０か
ら油圧シリンダ１１に付与される作動油によりピストン
ｌｌａが図示右方に移動すると、ブレード１が図示矢印
方向に回転して当該ブレード１５のピッチ（ブロベラビ
、２チ）が高ピッチに変更されるようになっている。 油圧制御回路２０は、第２図に示したように、エンジン
によって駆動されるオイルポンプ２１と、このオイルポ
ンプ２１から吐出される油圧を一定にするレギュレータ
弁２２と、前記油圧シリンダ１１に供給される作動油の
流量を制御する電磁流量制御弁２３及び絞り２４などに
よって構成されている。電磁流量制御弁２３は、スプリ
ングセンタ型の３ポート電磁弁であって、電子制御装置
３０による各ソレノイドａ、　　ｂへの励磁電流の付与
に応じて油圧シリンダ１１への作動油の供給及び排出を
制御可能であり、各ソレノイドａ、　　ｂの非励磁時に
は図示中立位置に保持されて、油圧シリンダ１１に接続
されたボート２３ａがオイルポンプ２１に接続されたボ
ート２３ｂ及び油溜２５に接続されたボート２３ｃから
遮断され、ソレノイド８の励磁時には電磁弁が上方へ移
動してボート２３ａとボート２３ｂとが連通され、ソレ
ノイドｂの励磁時には電磁弁が下方へ移動してボート２
３ａとボート２３ｃとが連通されるように構成されてい
る。なお、絞り２４は、油圧シリンダ１１に供給される
作動油の一部（小量）を常に油溜２５に逃すものであり
、電磁流量制御弁２３の非制御状態（例えば、電子制御
装置３０．ソレノイドａ、　　ｂのシロートまたは断線
等の故障時）において油圧シリンダ１１内の作動油を逃
してブレード１５のピッチを低ピッチ（一般に知られて
いる単発飛行機におけるフェイルセーフ側）にするもの
である。 電子制御装置３０は、当該飛行機の対気速度Ｖを検出す
る機運センサ３１と、運航時の大気圧Ｐを検出する大気
圧センサ３２と、運航時の大気温度Ｔを検出する大気温
センサ３３と、当該飛行機のプロペラを駆動するエンジ
ンの回転数ＮＢを検出するエンジン回転数センサ３４と
、可変ピッチプロペラのピッチ角βを検出するピッチ角
センサ３５と、マイクロコンピュータ３６などによって
構成されており、各センサ３１〜３５はマイクロコンピ
ュータ３６にそれぞれ接続されている。 マイクロコンピュータ３６は、各センサ３１〜３５との
信号の授受などを行なうインターフェイスと、演算処理
を行なうＣＰＵと、同ＣＰＵが実行するフローチャート
（第４図及び第７図参照）に対応したプログラム及び同
プログラムの処理に必要なマツプ（第５図及び第６図参
照）などを記憶するＲＯＭと、上記ＣＰＵが上記プログ
ラムの実行時に変数などを一時的に記憶せしめるＲＡＭ
などを共通のバスに接続して構成されている。ＲＯＭに
記憶されたマツプは、進行率Ｊとピッチ角βに対応した
パワー係数Ｃｐ　　（第５図参照）を示す二次元マツプ
（Ｃｐ（Ｊ、　　β）　ＭＡＰ　）と、エンジン出力Ｐ
ｓに対応する最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴ　（、第６図参照
）を示す一次元マツブ（Ｎ　ＢＥＳＴ　（Ｐ　ｓ　）　
ＭＡＰ）であり、二次元マツプ（Ｃｐ　　（Ｊ、　　β
）　ＭＡＰ　）には可変ピッチプロペラの特性を考慮し
た理論的考察を経て実験的に確認されたデータが記憶さ
れ、−次元マツプ（Ｎ　ＢＥＳＴ　（Ｐ　ｓ　）　ＭＡ
Ｐ　）には可変ピ・、チプロペラの特性とエンジン特性
とを考慮した理論的考察を経て実験的に確認されたデー
タが記憶されている。 対気速度センサ３１は実質的に機体速度を検出するもの
であり、機運■を検出して同検出機速■０を表す機運信
号を出力する。大気圧センサ３２は運航時の機体周囲の
大気圧Ｐを検出し、同検出大気圧ＰＯを表す大気圧信号
を出力する。大気温センサ３３は運航時の機体周囲の大
気温Ｔを検出し、同検出大気温Ｔｏを表す大気温信号を
出力する。 エンジン回転数センサ３４は、可変ピッチプロペラを駆
動せしめるエンジンの回転数ＮＥを検出するものであり
、本実施例ではレシプロエンジンを使用するため、同エ
ンジンの点火信号に基づいて同エンジンにおけるクラン
ク軸の単位時間あたりの検出回転数ＮＥＯを表す回転数
信号を出力するなお、同回転数は光学的に計測したり、
磁気的に計測することも可能である。 ピッチ角センサ３５は可変ピッチプロペラにおけるブレ
ード１５のピッチ角βを検出するものであり、第３図に
示すハブ１３の回転軸に接続されたボテンシＵメータ３
５ａで同ハブ１３の回転角度を検出し、同ポテンショメ
ータ３５ａの出力端子３５ｂ、３５ｃを図示しないスリ
ップリングに接続して検出ピッチ角βＯを表すピッチ角
信号を取り出している。 なお、各センサ３１〜３５はいずれもアナログ値の検出
信号をマイクロコンピュータ３６に出力し、マイクロコ
ンビ１−夕３６のインターフェイスにてディジタル値に
変換シてイル。 マイクロコンビ１−夕３６には、これらの各センサ３１
〜３５が出力する検出信号が入力される信号線が接続さ
れるとともに、電磁流量制御弁２３の各ソレノイドａ、
　　ｂに対して励磁電流を通電せしめるか否かの制御信
号を出力する制御信号線が接続されている。 次に、上記のように構成した実施例の動作について説明
する。エンジンが始動されるとマイクロコンビニ−タ３
６では、ＣＰＵが第４図に示す制御プログラムの実行を
開始し、ステップ１０００にて各種変数の初期化などを
行なう初期設定処理を実行した後、ステップ１１００〜
１８００からなる一連の処理を繰り返し実行する。 本実施例における最適状態とは、当該運航状況下におい
て最適燃費となる運航状態を示し、そのために最適燃費
制御を行なうものとする。 初期設定処理の終了後、ＣＰＵはステップ１１００にて
各センサ３１〜８５からの検出信号より各検出データを
読み込む。すなわち、機運センサ３１が検出した対気速
度■０と、大気圧センサ３２が検出した大気圧ＰＯと、
大気温センサ３３が検出した大気温ＴＯと、エンジン回
転数センサ３４が検出したエンジン回転数ＮＥＯと、ピ
ッチ角センサ３５が検出したピッチ角β０とがインター
フェイスを介して読み込まれ、ＣＰＵは各データをＲＡ
Ｍの所定領域に記憶せしめる。 大気圧ＰＯと大気温ＴＯを読み込んだのは、大気密度ρ
０を検出するためであり、ＣＰＵは同大気圧ＰＯと大気
温ＴＯを読み込んだ後、ステ、プ１２００にて大気密度
ρ０を算出する。 大気密度ρ０を算出したら、ＣＰＵはステップ１３００
にて検出エンジン回転数ＮＥＯに基づいて次式よりプロ
ペラ回転数ＮＰｆｌを算出する。 ＮＰ＝ｋＸＮＥ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
次に、ＣＰＵはステップ１４００にて検出機速ＶＯと上
記算出したプロペラ回転数ＮＰＯとに基づいて次式より
現在の進行率ＪＯを算出する。 Ｊ　＝Ｖ／　（ＮＰ−Ｄ）　　　　　　　　　・・・（
２）但し、Ｄ：　プロペラ直径 進行率ＪＯが算出されたら、ＣＰＵはステップ１５００
にて当該算出進行率ＪＯと検出ピッチ角βＯとによって
プロペラのパワー係数Ｃｐマツプ（Ｃｐ（Ｊ、　　β）
　ＭＡＰ　）を参照し、現在のパワー係数ＣｐＯを読み
出す。 パワー係数ＣＰＯが得られたら、ＣＰＵはステップ１６
００にて当該パワー係数ＣＰＯと上記算出したプロペラ
回転数ＮＰＯとに基づいて次式より現在のプロペラ出力
ＰＳを算出する。 このプロペラ出力はエンジン出力と同じであるので、Ｃ
ＰＵはステップ１７００にて最適回転数マツプ（ＮＢＥ
ＳＴ（Ｐ　ｓ　）　ＭＡＰ　）を参照し、現在の運航状
況下において最適燃費となるエンジンの回転数Ｎ　ＢＥ
ＳＴを読み出す。 ステップ１７００にて現在の最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴが
読み出、されたら、ＣＰＵはステップ１８ｏｏにて、可
変ピッチプロペラのピッチ制御ルーチンを実行し、同ピ
ッチ制御ルーチン（第７図参照）にてエンジンの回転数
ＮＢがこの最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴとなるようにピッチ
を制御する。 具体的には、ＣＰＵはステップ２０００にてエンジン回
転数センサ３４が検出したエンジン回転数ＮＥＯを読み
込み、ステップ２０１０にてこの読み込んだ現在のエン
ジン回転数ＮＥＯと上記のようにして算出した最適回転
数Ｎ　ＢＥＳＴとを比較する。 いま、現在のエンジン回転数ＮＥＯが最適回転数Ｎ　Ｂ
ＥＳＴより小さかったとする。 ステップ２０１０における比較の結果、ＣＰＵはステッ
プ２０２０を実行することになり、ソレノイドａに接続
された信号線には当該ソレノイドａに励磁電流を通電せ
しめないような制御信号を出力するとともに、ソレノイ
ドｂに接続された信号線に制御信号を出力して当該ソレ
ノイドｂに励磁電流を通電せしめる。 ソレノイドｂが励磁されると、第２図において電磁弁は
下方へ移動し、オイルポンプ２１から吐出された作動油
は電磁流量制御弁２３のポート２３ｂにて遮断され、可
変ピッチプロペラ１０内の油圧シリンダ１１はポート２
３ａよりポート２３Ｃへと導かれて油溜２５に連通ずる
。油圧シリンダ１１が油溜２５に連通すると、同シリン
ダｌｌ内の作動油が排出され、リターンスプリング１１
ｂの押圧力によってピストンｌｌａは第３図において左
方向へ移動し、ビン１２とカム孔１３ａからなるカム機
構、及びギヤ１３ｂとギヤ１５ａとからなるギヤ機構に
よってブレード１５は第３図に示す矢印と反対の方向へ
回転する。ブレード１５が同矢印方向へ回転した場合、
ピッチは低ピッチ側になるため、ブレード１５による吸
収馬力が減少してエンジンの回転数が増加する。 エンジン回転数ＮＥＯが最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴより小
さい間はこのステップ２０００．　２０１０．２０２０
のルーチンが繰り返され、エンジン回転数ＮＥＯが徐々
に最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴに近づいていく。 このルーチンが数回繰り返されることによりエンジン回
転数ＮＥＯは最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴに近づいていき、
ついには両者が一致する。すると、ステップ２０１Ｏに
おける比較ではエンジン回転数ＮＥＯと最適回転数Ｎ　
ＢＥＳＴが等しいと判断されてステップ２０３０を実行
することになる。 ステップ２０３０では、ＣＰＵは両ソレノイドａ、　　
ｂに接続された信号線に対して励磁電流を通電せしめな
いようにする制御信号を出力する。この結果、電磁流量
制御弁２３における電磁弁は中立位置に戻って停止する
。 同電磁弁が中立位置にある場合、オイルポンプ２１から
吐出された作動油は電磁流量制御弁２３のポート２３ｂ
にて遮断されるとともに、可変ピ、チプロペラ１０内の
油圧シリンダ１１もポート２３８にて遮断される。従っ
て、これ以上は可変ピ、チブロベラ１０内の油圧シリン
ダ１１から作動油が流出されず、同シリンダｌｌ内にお
けるピストン１１ａは現状位置にて停止する。ただし、
厳密にはフェイルセーフ機構により絞り２４より小量の
作動油が流出するため、ピストンｌｌａはわずかづつ左
方向へ移動してブレード１５は低ピッチ側へ回転してい
る。 この停止状態に至ったときにはエンジンの回転数ＮＥＯ
が最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴとなったのであるから、当該
ピッチ制御ルーチンを終了してメインルーチンであるス
テップ１８００に戻る。 ステップ１８００が終了すると、処理はステップ１１０
０に移行し、時々刻々と変化する運航状態をセンサ３１
〜３５にて検出し、上述した処理を繰り返し実行する。 上述した説明では、ステップ１１００〜１７００にて導
出した最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴよりエンジンの回転数Ｎ
ＥＯの方が小さい場合であったが、最適回転数Ｎ　ＢＥ
ＳＴよりエンジンの回転数ＮＥＯＯ方が大きい場合は次
のようになる。 ステップ１１００〜１７００にて最適回転数ＮＢＥＳＴ
を算出した後、ステップ１８００でピンチ制御ルーチン
を実行し、同ピッチ制御ルーチン内のステップ２０１０
にてエンジンの回転数ＮＥＯと最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴ
とを比較すると、エンジンの回転数ＮＥＯの方が最適回
転数Ｎ　ＢＥＳＴより大きいと判断されてステップ２０
４０を実行する。 同ステップでは、ＣＰＵはソレノイドａに接続された信
号線に制御信号を出力して当該ソレノイドａに励磁電流
を通電せしめるとともに、ソレノイドｂに接続された信
号線には当該ソレノイドｂに励磁電流を通電せしめない
ような制御信号を出力する。 ソレノイド８が励磁されると、第２図において電磁弁は
上方へ移動し、オイルポンプ２１から吐出された作動油
が可変ピッチプロペラ１０内の油圧シリンダ１１へと導
かれる。油圧シリンダ１１へ作動油が供給されると、ピ
ストンｌｌａは第３図において右方向へ移動し、ピン１
２とカム孔１３ａからなるカム機構、及びギヤ１３ｂと
ギヤ１５８とからなるギヤ機構によってブレード１５は
第３図に示す矢印方向へ回転する。ブレード１５が同矢
印方向へ回転した場合、ピッチは高ピッチ側になるため
、ブレード１５による吸収馬力が増大し、エンジンの回
転数が減少する。 このルーチンが数回繰り返されることによりエンジン回
転数ＮＥＯは最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴに近づいていき、
ついには両者が一致する。すると、ステ。 ブ２０１０における比較ではエンジン回転数ＮＥＯと最
適回転数Ｎ　ＢＥＳＴが等しいと判断されてステ。 プ２０３０を実行し、当該ピッチ制御ルーチンを終了し
てメインルーチンへ戻ることになる。 このように、算出された最適回転数Ｎ　ＢＥＳＴと現在
のエンジン回転数ＮＥＯが異なる場合にはピンチ制御ル
ーチン内にて電磁流量制御弁２３におけるソレノイドａ
、　　ｂの励磁電流を制御し、油圧制御によって可変ピ
ッチプロペラ１０におけるブレード１５のピッチを変更
せしめる結果、エンジン回転数は算出された最適回転数
に近づくよう制御され、当該運航状態において最適燃費
となるように制御することができる。 なお、上記実施例においては、大気圧センサ３２と大気
温センサ３３の検出結果に基づいて大気密度を算出して
いるが、他の手段によって大気密度を検出する構成とし
ても良い。 上記実施例においては最適燃費で運航する状態を最適状
態としていたが、他の状態、例えば、最大推力を発生す
る状態を最適状態として最大推力制御を実施したり、最
も騒音の少ない状態で運航する最静粛状態を最適状態と
して最静粛制御を実施したりすることなども可能である
。 また、コクピット内に備えらたセレクトスイッチを操作
することによって複数のマツプを切り換え、最適燃費制
御や最大推力制御や最静粛制御を選択的に実施するよう
な構成とすれば、場合に応じた適切な制御を行なうこと
が可能となり、操縦性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は上記特許請求の範囲に記載した本発明の構成に
対応するクレーム対応図、第２図は単発飛行機の概略図
、第３図は可変ピ・ノチプロペラにおけるピッチ変動機
構の要部断面図、第４図は制御プログラムのメインルー
チンに対応したフローチャート、第５図は進行率とピッ
チ角に対応したパワー係数のマツプを示す図、第６図は
エンジン出力に対応する最適回転数のマツプを示す図、
第７図は制御プログラムのピッチ制御ルーチンに対応し
たフローチャートである。 符　　号　　の　　説　　明 １０・・・可変ピッチ機構、２０・・・油圧制御回路、
３０・・・電子制御装置、３１〜３５・・・センサ、３
６・・・マイクロコンビ二一夕、β０・・・ピッチＬｖ
。 ・・・機運、ρ０・・・大気密度、ＮＥＯ・・・エンジ
ン回転数、Ｎ　ＢＥＳＴ・・・最適回転数。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　長谷照−（外１名）第 図 第 図 ３６・・マイクロコンビ島−タ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンにより回転される可変ピッチプロペラの同ピッ
   チを制御する可変ピッチプロペラのピッチ制御装置にお
   いて、 上記可変ピッチプロペラのピッチ角を検出すピッチ角検
   出手段と、 上記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 大気密度を検出する大気密度検出手段と、 機体速度を検出する機速検出手段と、 上記検出ピッチ角と上記検出エンジン回転数と上記検出
   大気密度と上記検出機速とを入力し、上記可変ピッチプ
   ロペラの特性に基づいて上記エンジンの出力を導出する
   第１の導出手段と、 上記導出されたエンジン出力を入力し、上記エンジンの
   特性に基づいて当該エンジン出力における所定条件のも
   とでの最適回転数を導出する第２の導出手段と、 上記検出エンジン回転数が上記最適回転数となるように
   上記可変ピッチプロペラのピッチを制御するピッチ制御
   手段と を備えたことを特徴とする可変ピッチプロペラのピッチ
   制御装置。