JPH0622125Y2 - ガスタービンの燃料噴射装置 - Google Patents

ガスタービンの燃料噴射装置

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JPH0622125Y2
JPH0622125Y2 JP1988105813U JP10581388U JPH0622125Y2 JP H0622125 Y2 JPH0622125 Y2 JP H0622125Y2 JP 1988105813 U JP1988105813 U JP 1988105813U JP 10581388 U JP10581388 U JP 10581388U JP H0622125 Y2 JPH0622125 Y2 JP H0622125Y2
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JP
Japan
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fuel
pressure
injection hole
valve
injection
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忠弘 山本
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、例えば車両等に使用されるガスタービンの燃
料噴射装置とりわけ液体燃料を連続的に噴射する燃料噴
射装置に関する。
従来の技術 この種従来のガスタービンの燃料噴射装置としては、例
えば第4図に示すようなものが知られている(Oil Burn
er NOZZLES and Accessories,米国Delavan社,198
7年発行,P13〜P14等参照)。
概略を説明すれば、1は液体燃料を貯留した燃料タン
ク、2は燃料供給管3の途中に配設されて、燃料を一定
量に加圧制御しつつ燃料噴射弁4に圧送する加圧ポン
プ、5は燃料噴射弁4から戻された余剰燃料を燃料タン
ク1に戻すリターン管であって、このリターン管5に
は、リターン流量をON−OFF的に制御する電磁制御
弁6が設けられている。また、上記燃料噴射弁4は、第
5図に示すように略円筒状のアダプタ7の先端側に、先
端に噴孔8が形成されたノズルボディ9が螺着されてい
ると共に、アダプタ7の内部軸方向に上記供給管3に接
続された供給通路10が形成されている。また、ノズル
ボディ9の内部には、後端がアダプタ7内のスクリュー
ピン11で保持されたディストリビュータ12が収納さ
れており、このディストリビュータ12の先端円錐面に
上記供給通路10と噴孔8とを連通する旋回溝13が形
成されている。更に、上記ディストリビュータ12とス
クリューピン11及びアダプタ7内には、余剰燃料を上
記リターン管5に戻すリターン通路14が形成されてい
る。
そして、加圧ポンプ2により供給通路10に圧送された
液体燃料は、旋回溝13を通過する際に旋回運動が付与
されてそのまま噴孔8から図外の燃料器内に連続して噴
射され、これによって噴射燃料の微粒化促進を図り、燃
焼効率の向上を図るようになっている。
考案が解決しようとする課題 然し乍ら、上記従来の燃料噴射装置にあっては、噴孔8
から噴射される燃料量制御をリターン通路14の流量制
御、つまり電磁制御弁6のON−OFF制御によって余
剰流量を増加・減少制御することにより行っている。し
たがって、噴射燃料流量を減少させたために、余剰流量
を増加させて噴孔8付近の圧力を低下させると、該噴孔
8の開口面積が一定になっているため、噴射燃料の流速
が小さくなり、旋回流速の低下により微粒化の促進が不
十分となり、燃焼の不安定化を招来する。また、他の従
来例としては、特公昭53−34648号公報や特開昭
62−70628号公報に記載された発明のように、ニ
ードル弁を圧縮スプリングのばね圧によって噴孔の閉方
向へ付勢して、該噴孔の開口面積を上記ばね力と噴孔付
近の燃料圧力との相対圧力で決定するものも提供されて
いる。しかし、該各従来例は、噴孔付近の燃料圧力を燃
料供給源の吐出圧等を変化させることにより制御するよ
うになっているため、噴射制御圧の応答性を向上させる
ことができないばかりか、高精度な制御を得られない。
また、2重のニードル弁を2つの噴孔に適宜切り替えて
噴射量を制御しているため、特に噴孔の切り替え時にお
ける噴射燃料の微粒化が十分に図れないといった種々の
問題を有している。
課題を解決するための手段 本考案は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたもの
で、一定圧の加圧ポンプにより燃料噴射弁の先端側に圧
送された燃料を、ニードル弁で開閉される噴孔から噴射
すると共に、該噴孔から噴射されなかった余剰燃料をリ
ターン通路に帰還させるように構成した燃料噴射装置に
おいて、上記噴孔の開口面積を上記ニードル弁を閉方向
に付勢するスプリングのばね圧と上記噴孔付近の燃料圧
力との相対圧で決定すると共に、上記リターン通路に上
記噴孔付近の燃料圧力を制御する流量制御弁を設け、か
つ該流量制御弁の開弁時間を、コントローラを介してア
クセル開度とタービン入口温度及びタービン回転数の各
情報信号に基づいてデューティ比制御したことを特徴と
している。
作用 上記構成によれば、タービン入口温度やタービン回転数
が許容最大回転数よりも小さく、またアクセル開度が零
のときは、コントローラからのパルス巾を最大にして流
量制御弁の開弁時期を最長に制御する。したがって、リ
ターン通路を通過する燃料量が最大となり、噴孔からの
噴射燃料量が零になる。
一方、この状態でアクセル開度量を漸次大きくすると流
量制御弁のパルス巾が徐々に小さくなり、アクセル開度
量が最大になると、パルス巾は零になり、流量制御弁を
全閉にする。したがって、噴孔からの噴射燃料量が最大
になる。
また、タービン入口温度やタービン回転数が夫々許容最
大値よりも大きくなった場合は、パルス巾を加算補正し
て、流量制御弁の開弁時期を適宜延長する。したがっ
て、リターン通路からの戻り燃料流量が多くなり、ニー
ドル弁がスプリングのばね力によって噴孔の開口面積を
小さく制御する。このため、斯かる絞り作用により、即
座に噴孔付近の燃圧が元の燃圧に復帰して、噴射燃料が
少量に制御されると共に、噴射圧が高く維持される。
実施例 以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳述する。
第1図は本考案に係るガスタービンの燃料噴射装置の一
実施例を示し、21は内部に軽油等の液体燃料を貯留し
た燃料タンク、22は該燃料タンク21内の燃料を燃料
噴射弁23に供給する供給管、24は該供給管22の途
中に配置されて燃料を一定圧(例えば2kg/cm2)で圧送
する加圧ポンプ、25は燃料噴射弁23で噴射されなか
った燃料を上記燃料タンク21に戻すリターン管であっ
て、このリターン管25には、デューティ比により開度
時間が制御される流量制御弁たる電磁弁26が設けられ
ている。
そして、上記燃料噴射弁23は、連続噴射式であって、
その構成は第1図及び第2図に示すように略円筒状のボ
ディ27の先端側に円筒状のケース28とスペーサ29
がキャップ30を介して連結固定されていると共に、上
記ケース28の先端に小径円柱状の噴孔31が形成され
ている。また、ケース28の内部には、ニードル弁32
が軸方向へ摺動自在に収納されており、このニードル弁
32の先端に上記噴孔31内に進退して該噴孔31の開
口面積を制御する円錐状の弁体33が設けられている。
更に、この弁体33外周面とケース28先端側周壁34
の内周面との間に略円錐状の旋回室35が形成されてい
る一方、上記周壁34の外周面に環状溝36が形成され
ている。上記周壁34の直径方向の両側には、第2図に
示すように上記環状溝36から旋回室35へ略螺旋状に
貫通した2本の旋回孔37,37が穿設されている。更
に、上記環状溝36には、一端が供給管22に接続され
た供給通路38の他端が開口形成されており、また一端
がニードル弁32とケース28間の環状室39を介して
旋回室35上端に開口形成されたリターン通路40の他
端が上記リターン管25の一端に接続されている。更
に、上記ボディ27は、余剰油の排出通路である中空部
27aの外端に螺着されたコネクタ41を介して燃料タ
ンク21に連通していると共に、中空部27a内には上
記ニードル弁32の弁体33を噴孔31の開口面積を小
さくする方向つまり図中右方向に付勢するコイルスプリ
ング42がスプリングシート43を介して弾装されてい
る。上記スプリングシート43は、中空部27aの内周
面に左右方向へ移動可能に螺着され、これによってコイ
ルスプリング42のばね圧を調整できるようになってい
る。この実施例では、コイルスプリング42のばね圧は
約2kg/cm2に設定されている。したがって、ニードル弁
32は、旋回室35内の油圧が2kg/cm2以下ではコイル
スプリング42のばね圧で噴孔31を閉塞するようにな
っている。また、ニードル弁32は、その最大開度位置
が自身の一端縁がボディ27の先端面27bに当接して
規制されるようになっている。尚、ニードル弁32の内
部には、一端が上記環状室39に他端が該ニードル弁3
2外周面とケース28内周との摺動部位に開口した潤滑
用通路44が形成されている。
一方、上記電磁弁26は、マイクロコンピュータである
コントローラ45によってデューティ比制御されてお
り、上記コントローラ45はアクセル開度センサ46か
らの開度信号αとタービン入口温度検出センサ47から
の温度信号T及びタービン回転数検出センサ48からの
回転数信号Nとを入力して上記電磁弁26の開弁時間を
演算し、そのパルス信号を出力している。このコントロ
ーラ45による電磁弁26の制御を第3図のフローチャ
ート図に基づいて説明すれば、まず、セクション1でア
クセル開度量αとタービン入口温度Tとタービン回転数
Nとを読み込み、セクション2で現在のタービン入口温
度Tが許容最大温度Tmaxよりも小さいか否かを判別
し、小さいと判別した場合はセクション3に進み、ここ
では現在のタービン回転数Nが許容最大回転数Nmaxよ
りも小さいか否かを判別し、ここで小さいと判別した場
合はセクション4に進む。このセクション4では、デュ
ーティ比Twとアクセル開度αとの相対関係で予め創世
されたデータマップに基づいてパルス巾を決定してお
り、アクセル開度αが零の時はパルス巾を40msの最大
値として電磁弁26の開弁時間を最大とし、アクセル開
度量が大きくなるにしたがってパルス巾を小さくして9
0°の最大開度時にはパルス巾を零にして電磁弁26を
全閉状態にする。一方、上記セクション2及び3でター
ビン入口温度Tやタービン回転数Nが夫々許容最大値T
max,Nmaxよりも大きいと判別した場合は、セクション
5に進み、ここで前回のデューティ比Twに微少デュー
ティ比△Tを加算補正して現在のデューティ比Twに置
換してその所定のパルス巾の信号を電磁弁26に出力す
る。
したがって、この実施例によれば、加圧ポンプ24の作
動により略2kg/cm2の一定圧(一定量)の燃料が供給管
22及び供給通路38を介して環状溝36内に供給され
ると、この燃料はここから旋回孔37,37を通過する
際に旋回運動を付与されながら旋回室35に流入する。
ここで、電磁弁26が上述の制御に基づいてコントロー
ラ45によって閉塞されている場合は、リターン通路4
0には戻り燃料が通流しないため、旋回室35内の燃圧
が2kg/cm2以上に高くなり、ニードル弁32をコイルス
プリング42のばね圧に抗して図中左方向つまり弁体3
3を開方向に移動させる。したがって、噴孔31からは
所定量の燃料が旋回しつつ高流速で噴射される。
そして、該噴射燃料量を少量に制御する場合は、電磁弁
26の開弁時間が適宜の長さに延長され、これによって
リターン通路40の戻り燃料量が多くなって旋回室35
の内圧が2kg/cm2以下になるとスプリング42のばね圧
が打ち勝ってニードル弁32を閉方向に移動させる。し
たがって、弁体33が噴孔31内に挿入して開口面積を
小さく制御する。このため、噴射量が少量に制御される
と共に、旋回室35内の燃圧が即座に高くなって噴射燃
圧が高く維持される。依って、燃焼器内には、噴射燃料
量の大小つまりアクセル開度量の大小に拘わらず常に一
定の強い旋回流の噴射燃料が供給されるので、微粒化が
促進され良好な燃料状態が得られる。
尚、噴孔31の径は、旋回室35と環状溝36内の差圧
が1kg/cm2程度となるように設定されており、したがっ
て加圧ポンプ24の加圧能力は3kg/cm2程度でよい。ま
た、電磁弁26の前後差圧も2kg/cm2に制御されるた
め、リターン流量の関係が線形になり、噴射量の制御も
容易となる。
しかも、噴孔31付近の燃圧を電磁弁26を介してリタ
ーン通路40の戻り流量によって制御するため、供給側
の吐出圧を制御する場合に比較して噴射燃料量の制御応
答性が一段と向上する。また、ボディ27の中空部27
aを通って排出管49から燃料タンク21に戻される燃
料は、ニードル弁32とケース28との間の小さなクリ
アランスからリークした潤滑用等の極めて少量なもので
あるため、噴孔31の燃圧に影響を与えるものではな
い。また、本考案は、噴射燃料に旋回運動を付与するも
のに限定されない。
考案の効果 以上の説明で明らかなように、本考案に係るガスタービ
ンの燃料噴射装置によれば、とりわけリターン通路に設
けられた流量制御弁によって戻り燃焼量を制御すること
により、噴孔付近の燃圧を制御して、ニードル弁による
単一の噴孔の開口面積を制御するようにしたため、供給
側の吐出圧を制御する場合に比較して、噴射燃料量の制
御応答性が一段と向上すると共に、一定の強い燃圧が維
持されて噴射燃料の微粒化の促進が図れ、この結果、燃
焼効率が向上する。
また、上記流量制御弁は、コントローラを介してタービ
ン入口温度やタービン回転数及びアクセル開度量の各情
報信号に基づきデューティ比制御されるため、戻り燃料
量の制御を介して噴射燃料量を高精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例を示す全体構成図、第2図は
第1図のII−II線断面図、第3図は本実施例に供される
コントローラの制御フローチャート図、第4図は従来の
装置を示す全体構成図、第5図は従来の燃料噴射弁を示
す断面図である。 23…燃料噴射弁、24…加圧ポンプ、25…リターン
管、26…流量制御弁、31…噴孔、32…ニードル
弁、33…弁体、35…旋回室、38…供給通路、40
…リターン通路、42…コイルスプリング、45…コン
トローラ。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】一定圧の加圧ポンプにより燃料噴射弁の先
    端側に圧送された燃料を、ニードル弁で開閉される単一
    の噴孔から噴射すると共に、該噴孔から噴射されなかっ
    た余剰燃料をリターン通路に帰還させるように構成した
    燃料噴射装置において、上記噴孔の開口面積を、上記ニ
    ードル弁を閉方向に付勢するスプリングのばね圧と上記
    噴孔付近の燃料圧力との相対圧で決定すると共に、上記
    リターン通路に上記噴孔付近の燃料圧力を制御する流量
    制御弁を設け、かつ該流量制御弁の開弁時間を、コント
    ローラを介してアクセル開度とタービン入口温度及びタ
    ービン回転数の各情報信号に基づいてデューティ比制御
    したことを特徴とするガスタービンの燃料噴射装置。
JP1988105813U 1988-08-10 1988-08-10 ガスタービンの燃料噴射装置 Expired - Lifetime JPH0622125Y2 (ja)

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JPH0226736U JPH0226736U (ja) 1990-02-21
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007255815A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Niigata Power Systems Co Ltd 燃料噴射弁

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JPS5334648A (en) * 1976-09-14 1978-03-31 Komatsu Mfg Co Ltd Electron beam welding
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