JPH0580581B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、概してガスタービンエンジン用の燃
料制御装置に係り、更に詳細にはエンジンの過速
度運動に対する保護を提供するガスタービンエン
ジンの燃料制御装置の改善された流体機械的部分
に係る。

背景技術 機械的な過負荷や温度の作動温度に起因する破
壊の危険性を低減するために、多くのガスタービ
ンエンジンの作動速度には上限が設けられてい
る。特に航空機の推進駆動に使用されているエン
ジンに於ては、エンジンの燃料制御装置の中の計
量弁の破損、或いは付随する電子エンジン制御装
置から計量弁に過度に高い流量を提供するように
指令する誤つた信号が送られることによつて、エ
ンジンの過速度運転状態が生じる。過去に於て
は、このエンジンの過速度運転状態はエンジンを
本質的に停止させることによつて回避された。し
かしながら、当業者によく知られているように、
航空機用ガスタービンエンジンが完全に停止させ
られた時に生じる空力抵抗は無視できない。何故
ならば、かかる抵抗力はこの作動不能となつたエ
ンジンを含む複数のエンジンを有する航空機の全
運動効率に悪影響を及ぼすのみならず、長期間に
亙るエンジンの保守特性に対しても悪影響を及ぼ
すからである。

発明の開示 従つて、本発明の第一の目的は、エンジンの過
速度運転状態に応答して生ずるエンジンの停止に
よるエンジンの空力抵抗の効果を低減する、ガス
タービンエンジン用の燃料制御装置を提供するこ
とである。

本目的及び、以下の詳細な説明と共に特許請求
の範囲と添付の図面とからより明らかになるであ
ろう、本発明の他の幾つかの目的は、エンジンの
過速度運転状態に応答して海面高度に於けるエン
ジンの最低推力に対応する値まで燃料流量を低下
させる燃料制御装置によつて達成される。このこ
とにより実質的に、本装置が使用されていない場
合には燃料の供給が完全に停止して作動不能とな
るエンジンによつて生じる空力抵抗が低減され、
従つて一つ或いはそれ以上のエンジンがかかる状
態を経験するような複数のエンジンを有する航空
機の効率及び保守特性が高められるのである。エ
ンジンへ供給される燃料の流量は、エンジンの燃
料制御装置内のバイパス回路によつて減少させら
れる。このバイパス回路は、エンジンの過速度運
転状態に応答して燃料制止弁を作動させることに
より、エンジンへ供給される燃料流れを有効にバ
イパスさせて低減するものである。このバイパス
回路は、計量弁の破損、或いは付随す電子エンジ
ン制御装置の誤つた指令に起因して計量弁が同流
量の燃料を提供するような位置に設定された場合
でも、上述の制限された燃料流量を維持する流量
制限装置を含んでいる。エンジン制止弁は、エン
ジンの過速度運転状態を示す信号に応答してバイ
パス回路を開閉する、バイパス回路と通じている
転換弁によつて変化する流体圧によつて作動させ
られる。このバイパス回路は、計量弁の入口と流
量制限装置の下流の位置との間に連結された如何
なる既存の圧力調節弁と共に用いられることも可
能である。通常の作動条件下で、転換弁によつて
バイパス回路が閉じられ制限装置内に燃料が流れ
なくなつた時には、圧力調節弁が実際に計量弁前
後の圧力差を感知することによつてエンジンへ供
給される燃料に対する通常の状態での制御が行わ
れる。

発明を実施するための最良の形態及び工業への応
用 図面を参照して、ガスタービンエンジン１５の
燃焼器１０へ送られる燃料の流量は、流体機械的
部分２０と電子エンジン制御（EEC）部分（図
示されていない）とを有する燃料制御装置によつ
て制御される。説明の目的で図面には、流体機械
的部分２０のうち本発明に係る部分のみが詳細に
示されている。流体機械的燃料制御装置はそれ自
体従来技術に於て一般によく知られており、その
代表的なものとしては、ユナイテツド・テクノロ
ジ社のハミルトン・スタンダード・デイヴイジヨ
ンによつて製造されているJFC−60型及びJFC−
68型の燃料制御装置が挙げられる。

従来技術に於て良く知られている形式の通り、
加圧された燃料は適当なポンプ２７によつて入口
ストレーナ３０及びフイルタ３５を通して主燃料
管２５へ送られる。ストレーナとフイルタとによ
つて燃料の圧力は管４５のタツプ４０に於ける値
まで幾分下げられる。このタツプ４０に於ける圧
力は以下に於ては供給圧若しくは高圧（符号HP
によつて示されている）と呼ばれる。管４５は、
調節されたサーボ圧（RP）を出口５５に於て実
現し且維持する圧力調節弁０へ、供給圧力を有す
る燃料を供給する。このサーボ圧の高さは、低排
油圧（LP）と供給圧力との間にあつて、燃料制
御装置の様々な部分に於ける一定制御圧力として
使用される。管２５内の高圧燃料は、出口７５を
通つて燃焼器１０へ放出される前に（燃料流量を
設定する）計量弁６５と制止弁７０とを通過す
る。

計量弁６５は、括れた中間部分７５を有しロツ
ド８５によつてピストン８０に連結されている可
動の弁エレメント７０を含んでいる。ロツド８５
は、破線１０３によつて示されている適当な連結
手段によつて分析機１００に機械的に連結されて
いるシヤフト９５を駆動するアーム９０と連結し
ている。分析機１００は、計量弁の位置を示す電
気的なフイードバツク信号をEECへ提供する。
調節されることが可能なストツプ１０５と１１０
とがそれぞれ、弁エレメント７０とピストン８０
との移動量に制限を与えている。弁内部の弁エレ
メントとピストンとの間の領域の圧力は、排油圧
に維持されており、一方、ピストン８０の下端部
の圧力は調節圧（RP）に維持されている。

弁エレメント７０及びピストン８０に加わる圧
力による下向きの正味の力がこれらの部品に加わ
る上向きの正味の力に等しい時に弁が平衡位置に
保たれ通過する燃料の流量が一定値に保たれるこ
とは、当業者に良く理解されよう。計量弁６５を
通過する燃料の流量を調節するためには、入口１
２０を通して調節圧RPの燃料と共に供給される
管１１５内の圧力が調節されることによつて、弁
エレメント７０の上面の流体圧力が調節される。
管１１５内の圧力の調節は、出口１３５から排出
される燃料の流量を選択的に変化させるソレノイ
ドアクチユエーテツドフラツパ１３０の位置を設
定することにより、ノズル１２５の有効面積を調
節することによつて達成される（調節されない場
合のこの有効面積は調節ねじ１２７によつて決め
られる）。ソレノイドアクチユエーテツドフラツ
パへの入力信号はEECから送られる。

主燃料管２５を通る燃料流れは、往複運動する
ことが可能であり流体圧によつて作動させられる
弁エレメント１４０を有するチヤンバを含む制止
弁７０の開閉によつて制御される。弁エレメント
１４０はばね１４５によつて下向きにバイアスさ
れており、弁エレメントの上面に於て管１５０と
連結している。管１５０を通じて弁エレメント１
４０に高圧の燃料が供給されると、弁エレメント
は弁座１５２に接する位置まで移動し、このこと
によつて主燃料管２５を通過する燃料の流れが遮
断される。管１５０内の圧力が高圧から排油圧に
変わると、主燃料管２５を通る流れが弁エレメン
トを持ち上げて弁エレメントは弁座１５２から離
れ、このことによつて主燃料管２５内を燃料が流
れる。制止弁が閉じるとスイツチ１５５が作動さ
せられ、閉じたことを示す信号がEECへ送られ
る。

計量弁６５と制止弁７０との間の位置に於て主
燃料管２５から枝分かれをしている戻り管１６５
の途中に、制止弁７０と類似の構造を有するウイ
ンドミルバイパス弁１６０が配置されている。制
止弁と同様に、ウインドミルバイパス弁６１０は
ばねによつて下向きにバイアスされている流体に
よつて作動させられる往復運動することが可能な
弁エレメント（図示されていない）を含んでい
る。バイパス弁エレメントが閉じると、管１７０
によつて弁エレメントに加えられる流体圧力によ
つて戻り管１６５内の流れが遮断される。一方、
弁エレメントに排油圧が加えられることによつ
て、弁エレメントは持ち上げられ管１６５内を燃
料が流れることが可能となる。

管１５０及び１７０の中の流体圧力はシークエ
ンス弁１７５によつて制御される。シークエンス
弁１７５は管１８０及び１８５を通して供給され
る流体圧力によつて作動させられるスプール型の
弁エレメント（図示されていない）を有してい
る。管１８０への高圧燃料の供給はソレノイド制
止パイロツト弁１９０によつて制御され、一方、
管１８５への高温燃料の供給はソレノイド始動パ
イロツト弁２００によつて制御される。これらソ
レノイド弁はEECから送られる信号によつて作
動する。制止弁７０とウインドミルバイパス弁１
６０とシークエンス弁１７５とは、付随する制御
管群とソレノイド弁と共に、通常の作動条件下に
於けるエンジンの始動と停止とを制御する回路を
含んでいることは、当業者に理解されよう。燃料
制御のこの部分に関する詳細な説明は米国特許第
4493187号に記載されている。エンジン１５が始
動させられる必要がある時、シークエンス弁１７
５はパイロツト弁の適切な作動によつて制止弁７
０へ排油圧を供給すべく設定され、このことによ
つて弁エレメント１４０は主燃料管２５を通して
排出されるポンプ燃料によつて持ち上げられられ
て弁座１５２から離れ、管２５内を燃料が連続的
に流れる。これと同時に、シークエンス弁１７５
はウインドミルバイパス弁１６５の弁エレメント
に高圧力を供給して戻り管１６５が閉じられ、こ
のことによつてポンプから排出される全ての燃料
が燃焼器１０に於て使用されることになる。エン
ジン１５が停止される必要がある時、パイロツト
弁１９０と２００とは制止弁７０とウインドミル
バイパス弁１６０とに供給される制御圧力を逆向
きにし、このことによつて弁７０は閉じられ加圧
された燃料は管１６５及びウインドミルバイパス
弁を経由してポンプへ送り返される。

圧力調節弁２１０が計量弁６５前後の圧力差を
一定の予め定められた値に維持しており、このこ
とによつてエンジンへ送られる燃料の流量は計量
弁の流路断面積の関数として精密にプログラムさ
れることが可能である。圧力調節弁２１０は、適
当な調節機構及び温度補償機構が提供されている
マウント２２５上に支持されたばね２２０によつ
て上向きにバイアスされた、往復運動することが
可能な弁エレメント２１５を含んでいる。図示さ
れている通り、この弁へ流入する燃料の漏れを最
小限に抑える目的で弁エレメント２１５の面に延
在する溝２２７へ高圧の流体が供給されることが
可能である。管２３０及び２３５によつて弁エレ
メント２１５の相対する端面に加えられる圧力の
差が制御されている。（要求される圧力差の維持
のために不必要な）過剰の燃料流れは、主燃料管
２５から圧力調節弁２１０及び戻り管１６５を経
由してポンプへ送り返される。

上述の燃料制御装置２０の部分は本発明に含ま
れないが、本発明の過速度状態制御が最も有用で
あるような環境の例として説明された。

先に説明されている通り、過速度状態に於ける
エンジンの停止に伴つた空力抵抗を減少させるた
めに、エンジンへ最低限の燃料が供給され続けら
れ、エンジンが海面高度に於ても幾らかの推力を
発生するようにすることが望ましい。このことは
本発明に於ては、制止弁７０の周囲を流れる燃料
流れを切り替えるバイパス管２５０と、このバイ
パス管２５０の中に配置された転換弁２６０と、
転換弁２６０とソレノイドパイロツト弁２７０と
を結ぶ制御管２６５とを含んだ制御手段２５５と
によつて達成される。

バイパス管２５０は、制止弁周囲の燃料流れを
切り替えるべくその相対する両端部に於て主燃料
管と連結している。バイパス管２５０の中のバイ
パス管が制御管２３５と連結する位置より僅か上
流側に配置された流れ制限器（オリフイス）２７
５は、管２５０を通過する燃料流量を海面高度に
於てエンジンが最低限の正の推力を維持するため
に十分なだけの値に制限する。転換弁２６０は、
バイパス管２５０の開閉を制御し、往復運動する
ことが可能であつて、流体力によつて作動させら
ればね２８５によつて下向きにバイアスされてい
る弁エレメント２８０を含んでいる。図示されて
いる通り、弁エレメント２８０は概してその中央
に配置されたランド２９０と溝２９５及び３００
を含んでおり、溝２９５は制御管２６５と通じて
いる。

図示されている通り、ソレノイドパイロツト弁
２７０は制御管２６５の入口への従つて転換弁の
ランド２９０の下面への高圧燃料の供給を制御す
る。

本発明の過速度状態制御システムの作動は以下
の通りである。通常の作動条件の場合、（図示さ
れている如く）転換弁エレメント２８０は座に接
しており、バイパス管内の流れは全てせき止めら
れている。管２５０内に燃料は流れないので、圧
力制御弁のための制御管２３５がオリフイス２７
５の下流に於てバイパス管２５０と繋がつていて
も、圧力調節弁２１０は計量弁エレメント７５の
前後の圧力差を感知し維持する。過速度運転状態
が感知された場合、高圧燃料によつて連結弁２６
５を開くべくEECからソレノイド弁２７０へ信
号が送られる。この高圧燃料は転換弁エレメント
ランド２９０の下面に加えられ、ばね２８５の下
向きのバイアス力に抗して弁を持ち上げる。転換
弁エレメントの座から離れることによつて、高圧
の燃料が転換弁エレメント内の円周状の溝２９５
を連続的に通過し、更には管１５０へ流入する。
管１５０へ高圧の燃料を供給することにより、制
止弁エレメント１４０の内側に高圧力が加わり、
この弁エレメントが座と接して主燃料管２５内の
燃料流れをせき止める。しかしながら、この様な
転換弁の作動に伴つてその弁エレメントの下側に
於てバイパス管２５０が開の状態となる。この時
点で主燃料管２５はせき止められ一方バイパス管
は開かれているので、今度は燃料は計量弁とオリ
フイス２７５とバイパス管２５０と閉じた制止弁
７０の周囲とを通つて出口７５へ流れる。主燃料
管２５は閉じられバイパス管２５０は開かれてい
るので、圧力調節弁２１０は今度は順番に連結さ
れている計量弁６５とオリフイス２７５との前後
の圧力差を感知し維持する。この圧力差が一定に
保たれること及びオリフイス２７５の流れ断面積
が一定に保たれることによつて、一定の最低限の
燃料流量がエンジンへ供給され、海面高度に於て
もエンジンは予め決められた一定の推力を発生さ
せ続けることが可能となる。このことによつて、
エンジンが完全に停止してしまつた場合に生じる
空力抵抗及びこれに伴う不利な空気力学的特性が
低減される。

先に説明されたように、スイツチ１５５はパイ
ロツトにエンジンの過速度運転状態を知らせる、
或いは過速度制御システムを試験する目的で、制
止弁７０の作動を示すものである。

以上に於ては、本発明の特定の実施例について
のみ説明したが、種々の修正があり得ることは当
業者にとつて明らかであろう。従つて、高圧及び
調節圧の燃料が種々の制御弁の作動のために用い
られるように意図されているが、複数の別々の制
御用流体が用いられることが可能であることは理
解されよう。同様に、以上では制御弁の特定の構
造についてのみ説明したが、過速度運転状態に応
答してエンジンの最低限の推力を維持すべく最低
限の燃料を制止弁に於て自動的にバイパスさせる
ことが可能な、他の同等の弁機構が使用されるこ
とも可能である。従つて、特許請求の範囲は、こ
のこと及び本発明の範囲に含まれる他の全ての実
施例を包含していると解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

添付の単一の図は、本発明を含んだガスタービ
ンエンジンの燃料制御装置の部分の部分概要図で
ある。 １０…燃焼器、１５…ガスタービンエンジン、
２０…流体力学的部分、２５…主燃料管、２７…
ポンプ、３０…入口トレーナ、３５…フイルタ、
４０…タツプ、４５…管、５０…圧力調節弁、５
５…出口、６５…計量弁、７０…制止弁（弁エレ
メント）、７５…出口、８０…ピストン、８５…
ロツド、９０…アーム、９５…シヤフト、１００
…分析機、１０５，１１０…ストツプ、１１５…
管、１２０…入口、１２５…ノズル、１２７…調
節ねじ、１３０…ソレノイドアクチユエーテツド
フラツパ、１３５…出口、１４０…弁エレメン
ト、１４５…ばね、１５０…管、１５２…弁座、
１５５…スイツチ、１６０…ウインドミルバイパ
ス弁、１６５…戻り管、１７０…管、１７５…シ
ークエンス弁、１８０，１８５…管、１９０…ソ
レノイド制止パイロツト弁、２００…ソレノイド
始動パイロツト弁、２１０…圧力調節弁、２１５
…弁エレメント、２２０…ばね、２２５…マウン
ト、２２７…溝、２３０，２３５…管、２５０…
バイパス管、２５５…制御手段、２６０…転換
弁、２６５…制御管、２７０…ソレノイドパイロ
ツト弁、２７５…オリフイス、２８０…弁エレメ
ント、２８５…ばね、２９０…ランド、２９５，
３００…溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼器を有するガスタービンエンジンのため
   の燃料制御装置であつて、燃料が制止弁を有する
   主燃料管を通つて前記燃料器へ供給されており、
   通常のエンジンの作動条件の下で前記制止弁が開
   かれた場合には前記燃焼器への燃料流れを生じ閉
   じられた場合には前記燃料流れを停止させるよう
   構成された燃料制御装置にして、 前記主燃料管内の燃料流れを前記制止弁を迂回
   させるために前記主燃料管と相対する両端部に於
   て連結しているバイパス管と、 前記バイパス管内に配置され前記バイパス管を
   通過する燃料の流量を海面高度に於て前記エンジ
   ンの最低限の正の推力を維持するために十分な量
   に制限するための手段と、 前記バイパス管と通じ且前記制止弁に連結され
   ており、エンジンの通常の作動条件の下では前記
   バイパス管をせき止め、エンジンが過速度運転状
   態にある時には前記制止弁を閉じると同時に前記
   バイパス管を開いて前記エンジンへ前記制限され
   た流れを前記制止弁を迂回させて供給する制御手
   段と、 を含んでいることを特徴とする燃料制御装置。