JPH0518268A - ガスタービン自動車の加速制御装置 - Google Patents

ガスタービン自動車の加速制御装置

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JPH0518268A
JPH0518268A JP3175119A JP17511991A JPH0518268A JP H0518268 A JPH0518268 A JP H0518268A JP 3175119 A JP3175119 A JP 3175119A JP 17511991 A JP17511991 A JP 17511991A JP H0518268 A JPH0518268 A JP H0518268A
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Hitotsugu Maruyama
仁嗣 丸山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用ガスタービンの制御系で、速度目標
値の増加に対する速度の追従性を向上させること。 【構成】 コンプレッサの入口部分にVIGV(可変入
口案内翼)を設置し、このVIGVの角度(コンプレッ
サ翼列に対する流入空気の流れ方向の角度)αを、関数
器54で算出した速度目標値Vr に対応する基準値αS
から、1次微分器56で算出した速度目標値Vr の変化
率に応じた修正値Aを減じた値αr (=α S −A)のう
ち0度以上に制限して設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン自動車の制
御装置に適用される加速制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7に、従来の自動車用ガスタービンの
制御系を示す。従来は、コンプレッサ3の入口部分には
一般に可変入口案内翼(以下、必要に応じてVIGVと
略称する)を設置していなかった。あるいは、VIGV
を設置していても効果的な制御方法は見い出されていな
かった。
【0003】ここで、図7において、制御対象たるガス
タービン車について説明する。コンプレッサ3とタービ
ン5は回転軸4に同軸上に配置されて回転するようにな
っており、コンプレッサ3は吸気流路1から空気を吸い
込み、これを圧縮して圧力を高め、流路6を通して燃焼
室7へ送り込む。燃料はポンプ8により送出され、調節
弁9により流量を調節されつつ配管10を通して燃焼室
7へ送られ、燃焼室7内で空気と混合して燃焼し、高温
のガスとなってタービン5へ流入する。タービン5はガ
スの膨張により生じる熱落差をエネルギとして取り出
し、回転動力を発生して回転軸4を回転させる。タービ
ン5の排気ガスは流路11を通して大気中へ排出され
る。コンプレッサ3はタービン5の回転動力の一部を受
けて空気を圧縮する仕事を行う。タービン5の大部分の
回転動力は減速機12を介して出力軸13を回転させ
る。更に、出力軸13の回転動力が無段変速機14を介
して動力伝達軸15を回転させ、この回転動力がディフ
ァレンシャルギア16を介して車軸17を回転させて、
この車軸17に取り付けられた車輪18を回転させる。
これにより車両が走行する。
【0004】上記ガスタービンの制御は制御装置25に
より次のように行われる。運転者が車両の速度目標値V
r をアクセルペダル26の踏み角として与えると、この
速度目標値Vr は伝送線27を通って制御装置25へ伝
わる。また、センサ19がタービン5の回転数Nを検出
し、伝送線20を通して制御装置25へ伝える。更に、
センサ21がタービン入口のガス温度Tを検出し、セン
サ23が車両の速度Vを検出し、それぞれ伝送線22,
24を通して制御装置25へ伝える。制御装置25はこ
れらの検出値Vr ,N,T及びVから、調節弁9の開度
Fを算定して伝送線28を通して調節弁9へ伝え、燃料
流量を制御する。また、制御装置25は無段変速機14
の変速比Rを算定して伝送線29を通して無段変速機1
4へ伝え、変速比を制御する。
【0005】図8に制御装置25の構成例を示し、これ
を説明する。図8において、アクセルペダル26が発生
する速度目標値Vr が減算器34へ伝送され、またセン
サ23で検出された速度Vも減算器34へ伝送され、こ
こで次式(1)により速度の制御偏差DVが算定されて
伝送線35を通してコントローラ36へ伝えられる。
【0006】
【数1】 DV=Vr −V …式(1)
【0007】コントローラ36では、次式(2)による
比例積分演算によりタービン5の回転数目標値Nr を算
定し、伝送線37を通して減算器38へ伝える。但し、
式(2)中で、KN は比例ゲイン、TN は積分時定数、
tは時間である。
【0008】
【数2】
【0009】また、センサ19からの回転数Nが減算器
38へ伝えられ、ここで次式(3)により、タービン回
転数の制御偏差DNが算定されて伝送線39を通してコ
ントローラ40へ伝えられる。
【0010】
【数3】 DN=Nr −N …式(3)
【0011】コントローラ40では、次式(4)による
比例積分演算により調節弁9に対する弁開度要求値Fr
を算定し、伝送線41を通して減算器48へ伝える。但
し、式(4)中で、KF は比例ゲイン、TF は積分時定
数、tは時間である。
【0012】
【数4】
【0013】一方、定数器42はタービン入口温度に対
する温度制御値TLを発生し、伝送線43を通して減算
器44へ伝える。この減算器44にはセンサ21からの
タービン入口温度Tが伝わり、ここで次式(5)により
タービン入口温度の偏差DT F が算定されて伝送線45
を通してコントローラ46へ伝えられる。
【0014】
【数5】 DTF =TL −T …式(5)
【0015】コントローラ46では、次式(6)により
弁開度修正量DFを算定して、伝送線47を通して減算
器48へ伝える。但し、式(6)中で、KLは比例ゲイ
ンである。
【0016】
【数6】
【0017】減算器48では、前述の弁開度要求値Fr
と弁開度修正値DFとから、次式(7)により弁開度F
を算定し、伝送線28を通して調節弁9へ伝えて弁開度
を定める。
【0018】
【数7】 F=Fr −DF …式(7)
【0019】次に、関数器49は速度目標値Vr に基づ
いて、速度に対応して定まるタービン5の温度目標値T
r を発生し、伝送線50を通して減算器51へ伝える。
この減算器51にはセンサ21からのタービン入口温度
Tも伝えられ、ここで次式(8)により温度偏差DTR
が算定され、伝送線52を通してコントローラ53へ伝
えられる。
【0020】
【数8】 DTR =T−Tr …式(8)
【0021】コントローラ53は、次式(9)による比
例積分演算により変速比Rを算定し、伝送線29を通し
て無段変速機14へ伝えて変速比を定める。但し、式
(9)中で、KR は比例ゲイン、TR は積分時定数、t
は時間である。
【0022】
【数9】
【0023】上述したガスタービンの制御装置25によ
れば、アクセルペダル26による速度目標値Vr に応じ
てタービン入口温度の目標値Trが設定され、計測した
タービン入口温度Tが目標値Tr に一致するように無段
変速機14の変速比Rが増減調節される。無段変速機1
4としては可変プーリ比ベルト変速機等が適用できる。
【0024】また、速度目標値Vr に計測した実際の速
度Vが一致するように、タービン5の回転数目標値Nr
が増減調節されて速度が制御される。
【0025】更に、この回転数目標値Nr に計測した実
際のタービン回転数Nが一致するように、燃料調節弁9
の弁開度要求値Fr が増減調節されてタービン回転数が
制御される。そして、計測したタービン入口温度Tが制
限値TL を越える場合は、調節弁9の弁開度修正値DF
が算出され、これにより弁開度要求値Fr を減少させる
修正が加えられて弁開度Fが設定される。
【0026】かくして、弁開度に応じた値に燃焼流量が
調節され、温度制限値を大幅に越えないようにタービン
温度を制限しながら、タービン回転数が制御される。
【0027】上述した自動車及びガスタービンの制御に
よる走行特性例を図9に示す。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】図9に示した走行特性
例中の21秒〜25秒の間に見られるように、従来の技
術では、速度目標値の増加に対して実際の速度の追従が
遅れるという問題がある。
【0029】この場合、燃料流量を増加してタービン回
転数を増加しようとしても、タービン入口温度に制限が
あるから、燃料投入が不十分となり回転数の上昇は迅速
に行われない。そのため、タービン回転数の上昇により
出力を増大させて速度の速応性を良好に保つことができ
なかった。
【0030】本発明は上述した従来技術に鑑み、速度及
びタービン出力の速応性を向上させる装置を提供するこ
とを目的とする。
【0031】
【課題を解決するための手段】本発明によるガスタービ
ン自動車の加速制御装置は、コンプレッサ入口部分に可
変入口案内翼を備えたガスタービンを動力とする自動車
の制御系において、自動車の加速の増加に応じて可変入
口案内翼角を減少させて設定する制御装置を具備するこ
とを特徴とするものである。
【0032】
【作用】図2に示すように、可変入口案内翼(以下、V
IGVと称す)2はコンプレッサの翼列3Aに対する流
入空気の流れ方向の角度αを変化させることが可能な案
内翼である。この角度αを以下VIGV角と呼ぶ。VI
GV2をコンプレッサの入口部分に設けると、図3に示
すように、α=0度を基準にするとき、αが大なる場合
ほどコンプレッサの吸入空気量が減少する。
【0033】そこで、VIGVの上記特性を利用するこ
とにより、タービン回転数を増加させることなく、空気
流量を増加させる操作が可能となり速応性が向上する。
即ち、下記〜の方法を採用する。 初期はVIG
V角αを大にして運転しているものとする。 加速の
増加に応じてVIGV角αを大から小に変更操作する。
これにより、図3の特性からコンプレッサへの空気
流量が増加する。
【0034】空気流量が増加すると、タービンを通過す
るガスの流量が増加するので、タービン出力が増加す
る。従って、タービン回転数の増加を待たずに、VIG
V角αの減少のみでタービン出力の増加即ち加速を増加
する操作が可能となる。
【0035】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図6に基づ
いて説明する。図1は本発明による加速制御装置32
を、図7に示した従来の自動車用ガスタービンの制御系
に付加した場合の実施例を示す。従って、図1中で、図
7と同一機能部分には同一符号を付して説明の重複を省
く。
【0036】図1において、コンプレッサ3の入力部分
に図2に示したようにVIGV(可変入口案内翼)2を
設置し、アクセルペダル26から伝送線27を通して速
度目標値Vr を加速制御装置32が入力し、この速度目
標値Vr からVIGV角αを算出して、伝送線33を通
してVIGV2へ伝えて、VIGV角αを設定する。
【0037】加速制御装置32は、具体的には、速度目
標値Vr に基づきVIGV角の基準値を算定し、また、
速度目標値Vr の変化から加速率を算出してこれからV
IGV角の修正値を算定し、基準値から修正値を減じた
量をVIGV角の設定値αとしている。
【0038】この場合、基準値は走行速度に対してガス
タービンの効率が高く保てるように設定する。つまり、
同出力で比較すると、タービン入口温度Tが高いほど熱
効率が高まるため、Tを高するために空気流量を少なく
設定する、つまりVIGV角の基準値を大きく設定する
のが通例である。また、修正値は、速度目標値が増加さ
れて加速率が生じると、加速率が大なるほど大きな値と
なるように設定する。これにより、VIGV角の設定値
αは加速の増加に応じて減少する。よって、前述の原理
により、コンプレッサ3の吸込空気流量が増加してター
ビン5を通過するガス流量が増加し、タービン5が発生
する動力が速応的に増大する。即ち、車両を駆動する動
力が増大するので、走行速度が追従性良く増大する。な
お、VIGV2は周知のサーボ機構により、コンプレッ
サ3の翼列に対する流入空気の流れ方向を、設定された
通りの角度αにとる。
【0039】次に、図4により加速制御装置32を実現
する演算回路の実施例を説明する。この実施例では、関
数器54と、1次微分器56と、減算器58と、定数器
60と、最大値選択器62とで構成してある。
【0040】関数器54は速度目標値Vr を入力し、V
r に対応して定めたVIGV角の基準値αS を算定し、
伝送線55を通して減算器58へ伝える。本実施例では
基準値αS を一定値60度としているが、αS =−a・
r +bという如く、低速時には大に設定して高効率を
得、高速時には小に設定して大出力を得るようにしても
良い。
【0041】1次微分器56は次式(10)による1次
微分演算により、速度目標値Vr の時間変化率(dVr
/dt)の近似値を発生して加速率Aを算出し、伝送線
57を通して減算器58へ伝える。
【0042】
【数10】
【0043】減算器58では、次式(11)の演算によ
り、VIGV角の要求値αr を算定し、伝送線59を通
して最大値選択器62へ伝える。
【0044】
【数11】 αr =αS −A …式(11)
【0045】定数器60は定数値0(ゼロ)を発生し
て、伝送線61を通して最大値選択器62へ伝える。
【0046】最大値選択器62では、定数値0とVIG
V角要求値αr とのうち最大値の方を選択し、これをV
IGV角の設定値αとして伝送線33を通してVIGV
2へ伝える。これにより、本実施例ではαを0度以上に
制限している。
【0047】上述した実施例によれば、運転者がアクセ
ルペダル26を踏んで速度目標値V r を増加させると、
その変化率に応じてVIGV角αを基準値αS よりも減
少させ、図3の特性から説明した原理により、コンプレ
ッサ3の吸込空気流量が増大する。これにより、タービ
ン5を流れるガス流量が増加して動力が増加し、車速が
増加する。従って、従来から用いられている制御装置2
5の作用による加速作用に加えて、本発明による加速制
御装置特有の加速作用により車両の加速が増強されるの
で、車速Vの目標値Vrへの追従性が向上する。
【0048】図5,図6に加速制御装置32の作用効果
が典型的に現われている走行特性の例を示す。これらの
図の20秒から27秒にかけての加速区間において、加
速率の増加を受けてVIGV角αが減少し、十分な加速
特性が得られていることが良く判る。このことは、従来
技術での走行特性例を示す図9での同じ区間と比べると
明確に認知することができる。
【0049】
【発明の効果】本発明によるガスタービン自動車の加速
制御装置によれば、速度目標値の増加に際して、速度目
標値の変化率に応じてVIGV角αを減少させて速応的
にタービンの発生動力を増加させ、加速を増強させるの
で、速度の追従遅れが極めて小さくなる。このような速
度の追従性向上により、ガスタービン自動車の運転性能
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加速制御装置を備えた自動車用ガスタ
ービンの制御系を示す図。
【図2】可変入口案内翼(VIGV)の説明図。
【図3】可変入口案内翼角減少による空気流量増加の原
理図。
【図4】加速制御装置の実施例を示す演算回路図。
【図5】本発明の作用と効果の例を示す走行特性の過渡
応答図。
【図6】本発明の作用と効果の例を示す走行特性の過渡
応答図。
【図7】従来の自動車用ガスタービンの制御系を示す
図。
【図8】従来から制御系に用いられている制御装置例の
演算回路図。
【図9】従来の走行特性例を示す過渡応答図。
【符号の説明】
2 可変入口案内翼(VIGV) 3 コンプレッサ 4 回転軸 5 タービン 7 燃焼器 8 ポンプ 9 調節弁 12 減速機 14 無段変速機 16 ディファレンシャルギア 17 車軸 19 回転数検出用センサ 21 温度検出用センサ 23 車速検出用センサ 25 制御装置 26 アクセルペダル 32 加速制御装置 34,38,44,48,51,58 減算器 36,40,53 比例積分コントローラ 42,60 定数器 46 比例コントローラ 49,54 関数器 56 1次微分器 62 最大値選択器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 コンプレッサ入口部分に可変入口案内翼
    を備えたガスタービンを動力とする自動車の制御系にお
    いて、自動車の加速の増加に応じて可変入口案内翼角を
    減少させて設定する制御装置を具備することを特徴とす
    るガスタービン自動車の加速制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100738151B1 (ko) * 2005-10-18 2007-07-10 현대자동차주식회사 자동차용 샤시부품의 부식피로 평가방법
JP2010071435A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Toyota Motor Corp フライホイールの製造方法及びフライホイール
US8323815B2 (en) 2006-06-16 2012-12-04 Porous Power Technology, LLC Optimized microporous structure of electrochemical cells
CN111980804A (zh) * 2020-08-24 2020-11-24 广州沐风信息科技有限公司 一种燃气轮机发电设备

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