JPH078827Y2

JPH078827Y2 - 自動車用ガスタービンエンジン

Info

Publication number: JPH078827Y2
Application number: JP10868389U
Authority: JP
Inventors: 則雄中沢; 浩司荻田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2004-09-19
Also published as: JPH0349340U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は、自動車に適用されるガスタービンエンジン
に係わり、特に、１軸式のガスタービンを備えた自動車
用ガスタービンエンジンに関する。

（従来の技術）１軸式のガスタービンは、その大きさがコンパクトであ
り、また、構造も比較的簡単なものとなることから、自
動車用ガスタービンエンジンとして好適したものとな
る。また、この種のガスタービンエンジンでは、ガスタ
ービンに回転蓄熱式の熱交換器を組み合わせるのが一般
的であり、この熱交換器の作用により、吸気を余熱し
て、燃焼効率を高めることが可能となる。

（考案が解決しようとする課題）ところで、自動車が加速した後に一定の車速で走行する
場合、また、変速機をシフトアップする場合等の自動車
の加速抵抗や走行抵抗が小さくなる走行状態に於いて、
運転者は、ガスタービンの目標タービン回転数を下げる
ために、アクセルペダルの踏込み量を小さくし、ガスタ
ービンに供給する燃料流量を減少させることになるが、
しかしながら、燃料流量を減少しても、上述した熱交換
器の時定数の影響から、ガスタービンのタービンロータ
に流入する燃焼ガスの温度は、ある時間の間、比較的高
温のままに止まることになる。それ故、燃料流量の減少
に伴い、ガスタービンの実タービン回転数を目標タービ
ン回転数まで低下させるのに遅れが生じ、この結果、運
転者は、ブレーキペダルを多用しがちとなる。

この考案は、上述の事情に基づいてなされたもので、そ
の目的とするところは、自動車が所定の減速状態にある
とき、ガスタービンの実タービン回転数を目標タービン
回転数までに速やかに低下させ、その応答性に優れた自
動車用ガスタービンエンジンを提供することにある。

（課題を解決するための手段）この考案によれば、一軸式のガスタービンを備えた自動
車用ガスタービンエンジンに於いて、ガスタービンのエ
アコンプレッサから熱交換器を介して燃焼器まで延びる
吸気通路に、自動車が所定の減速状態にあるとき、燃焼
器に向かって流れる吸気流量の一部を大気に解放する抽
気手段が設けられている。

（作用）この考案の上述した自動車用ガスタービンエンジンによ
れば、自動車が所定の減速状態にあるときには、エアコ
ンプレッサから燃焼器に向かって流れる吸気流量の一部
が抽気手段により、大気に逃がされるので、実際に、燃
焼器からタービンロータに供給される燃焼ガス流量もま
た減少される。従って、タービンロータを回転駆動する
エネルギが減少して、タービンロータ即ちガスタービン
の実タービン回転数が低下することになる。

（実施例）以下、この考案の一実施例を第１図及び第２図を参照し
て説明する。

第１図は、自動車用ガスタービンエンジンを概略的に示
しており、このガスタービンエンジンは、１軸式のガス
タービン１を備えている。このガスタービン１は、遠心
式のエアコンプレッサ２と、このエアコンプレッサ２に
連結軸３を介して同軸に連結されたタービンロータ４と
を有している。そして、エアコンプレッサ２は、吸気通
路５を介して燃焼器６に接続されており、この燃焼器６
は、燃焼ガス通路７を介して、タービンロータ４に接続
されている。また、燃焼器６は、図示しない燃焼供給装
置に接続されており、この燃焼供給装置から所定の燃料
流量が燃焼器６に供給されるようになっている。更に詳
述すれば、燃料供給装置から燃焼器６への燃料流量は、
図示しないアクセルペダルの踏込み量によって決定され
る。つまり、アクセルペダルの踏込み量によって、ガス
タービン１の目標タービン回転数が決定され、この目標
タービン回転数に、ガスタービン１の実タービン回転数
が一致するように、燃焼器６への燃料流量が制御される
ことになる。

吸気通路５には、エアコンプレッサ２と燃焼器６との間
に位置して、回転蓄熱式の熱交換器８が介挿されてお
り、一方、タービンロータ４から延びる排ガス通路９
は、熱交換器８を貫通して延びている。従って、ガスタ
ービン１が駆動されると、排ガスの熱を利用して、熱交
換器８により、吸気を余熱することができ、ガスタービ
ン１の熱効率を高めることができる。

そして、エアコンプレッサ２の吸気取入れ口10内には、
その周方向に等間隔を存して、複数の可変案内翼11が設
けられている。各可変案内翼11は、この実施例の場合、
第２図に示されているように、エアコンプレッサ２の回
転軸線に向かって延びるプレート形状をなしており、可
変案内翼11は、吸気取入れ口10からエアコンプレッサ２
のコンプレッサロータ2aへの吸気流の向き、即ち、吸気
流のスワールを制御する機能を有している。

各可変案内翼11に於いて、吸気取入れ口10の径方向でみ
たその外端からは、支持軸12が延び、この支持軸12は、
吸気取入れ口10を規定するリングカバー13を貫通し、そ
して、このリングカバー13に回転自在に取り付けられて
いる。

一方、リングカバー13の外側には、このリングカバー13
を同心的に囲むようなギアリング14が配置されており、
このギアリング14は、図示しない支持手段を介して、第
２図中破線の矢印で示されているように、エアコンプレ
ッサ２の回転軸線の回りを回転自在に支持されている。
また、リングカバー13に於ける一方の端面は、図示しな
いけれども、歯面として形成されており、この歯面に
は、各可変案内翼11の支持軸12に取り付けた歯車15が噛
合されている。従って、ギアリング14を所定の回転角の
範囲で回転させることにより、各可変案内翼11の翼角度
を調整することができる。ギアリング14を回転させる手
段としては、種々のものが考えられるが、例えば、ギア
リング14の周面からブラケット16を突設するとともに、
このブラケット16に液圧シリンダ17を連結し、この液圧
シリンダ17の伸縮により、ギアリング14を回転させるよ
うにすればよい。なお、第２図には、可変案内翼11のう
ち幾つかのみが具体的に示されており、また、第２図で
は、示された可変案内翼11の翼角度が夫々異なった状態
となっているが、実際には、全ての可変案内翼11の翼角
度は、同じ値をとるように可変される。

そして、前述した吸気通路５には、この吸気通路５内を
流れる吸気流の一部を大気に逃がす抽気手段が設けられ
ている。この実施例の場合、抽気手段は、エアコンプレ
ッサ２と熱交換器８との間の部位から分岐された抽気通
路18を備えており、この抽気通路18の先端は、大気に解
放されている。そして、抽気通路18には、抽気弁19が介
挿されている。この抽気弁19は、その流路断面積を可変
することができる絞り弁等の流量調整弁からなり、ま
た、その抽気弁19の開度は、駆動回路20によって制御さ
れるようになっている。

上述した構成のガスタービン１の回転出力は、動力伝達
経路21を介して、駆動輪、通常は、２つの後輪22に伝達
されることになるが、ここで、動力伝達経路21に関して
簡単に説明すれば、ガスタービン１の回転出力は、エア
コンプレッサ２のロータ軸に連結された減速歯車列23を
介して取り出され、そして、この減速歯車列23からＶベ
ルト式の無段変速機いわゆるCVT24、トルクコンバータ2
5、トランスミッション26、デファレンシャルギア27を
介して、各後輪22の後車軸に伝達されることになる。

次に、上述した一実施例に係わる自動車用ガスタービン
エンジンの作動を説明する。

アクセルペダルが踏み込まれると、このアクセルペダル
の踏込み量に応じて、ガスタービン１の目標タービン回
転数が決定され、この目標タービン回転数に、ガスター
ビン１の実タービン回転数が維持されるべく、燃料供給
装置から燃焼器６への燃料流量が制御される。つまり、
目標タービン回転数と実際に回転速度センサ（図示しな
い）で検出して得た実タービン回転数とを比較しなが
ら、燃料流量の制御を行うことになる。

そして、自動車を減速しようとして、運転者がアクセル
ペダルを戻したり、また、その踏込み量を小さくした場
合、ガスタービン１の目標タービン回転数は低くなる
が、このとき、この目標タービン回転数よりも実タービ
ン回転数が所定の値α以上大きくなると、即ち、NGa＞N
Go＋αの関係を満たすとき、抽気弁19は、その開度が大
きくなるように、駆動回路20によって作動される。この
ようにして抽気弁19が開かれると、エアコンプレッサ２
から燃焼器６に向かう吸気流量の一部が熱交換器８に達
する前に大気に解放されることになるので、実際に燃焼
器６に供給される吸気流量は、減少されることになる。
このようにして、燃焼器６への吸気流量が減少すると、
タービンロータ４に供給される燃焼ガス流量、つまり、
タービンロータ４を回転させるためのエネルギが減少さ
れることになる。従って、ガスタービン１のタービン仕
事量が低減して、その実タービン回転数NGaは低下する
ことになる。この結果、熱交換器８の時定数に起因した
悪影響を受けるとしても、ガスタービン１の実タービン
回転数NGoを目標タービン回転数NGoまで速やかに低下さ
せて、この目標タービン回転数NGoに維持させることが
でき、アクセルペダルの踏込み量に応じたガスタービン
１の応答性を改善することできる。

また、自動車の減速時、抽気弁19によって燃焼器６への
吸気流量を低減するようにすると、この吸気流量の低減
分に見合うだけ、燃料流量もまた減少させることがで
き、燃費の改善をも図れることになる。

更に、燃焼器６への吸気流量の低減は、一方に於いて、
熱交換器８の時定数を増大させることになる。即ち、熱
交換器８の時定数Ｔは、Gaを吸気流量とし、C1、C2を夫
々定数とすると、Ｔ＝C1＋C2/Ga で表されるが、ここで、吸気流量Gaが減少すると、時定
数Ｔが増加することが分かる。時定数Ｔの増加は、熱交
換器８内に蓄熱される熱量の増大を表していることか
ら、自動車が一旦減速された後に再加速される間、ター
ビンロータ４に於けるタービン入口温度を高温に維持で
き、この結果、加速時に於ける燃費を少なくできる利点
もある。更に、この実施例に於いては、エアコンプレッ
サ２に可変案内翼11を設けてあるので、前式の条件を満
たすとき、可変案内翼11の翼角度を、第２図中P1の位置
に示された可変案内翼の翼角度に調整することで、吸気
流に対し、第２図中実線の矢印で示されているエアコン
プレッサ２の回転方向とは逆向きの方向にスワールを与
えることができる。吸気流にこのようなスワールが与え
られると、エアコンプレッサ２の回転にとって、吸気流
が抵抗となるから、エアコンプレッサ２の仕事量を増大
させることができ、エアコンプレッサ２の回転数、即
ち、実タービン回転数NGaを更に速やかに目標タービン
回転数NGoまで低下させることができる。この場合、エ
アコンプレッサ２の回転抵抗が増加することから、エン
ジンブレーキ力を高める利点もある。

次に、自動車を定速で走行させる場合や、また、自動車
を加速しようとする場合には、抽気弁19の開度は、最小
の開度に設定されることになる。一方、可変案内翼11に
関しては、アクセルペダルが更に踏み込まれて、自動車
が加速されるときに、目標タービン回転数NGoが実ター
ビン回転数NGaよりも所定の値β以上に大きくなると、
つまり、NGo＞NGa＋βの関係を満たすと、可変案内翼11
の翼角度は、第２図中P2の位置に示された可変案内翼の
翼角度に調整される。この場合には、吸気流に対し、エ
アコンプレッサ２の回転方向と同じ向きにスワールが与
えられるから、吸気流はエアコンプレッサ２の回転を助
けるように働き、エアコンプレッサ２の回転数、即ち、
実タービン回転数NGaを目標タービン回転数NGoまで速や
かに上昇させ、そして、この目標タービン回転数NGoに
維持することが可能となる。

また、上述の説明では、自動車が所定の減速状態となっ
たとき、抽気弁19を所定の開度に開くものとしたが、実
際には、目標タービン回転数NGoと実タービン回転数NGa
との間の偏差の大きさに応じて、その開度を調整するの
が好ましく、これに関しては、可変案内翼11の翼角度の
調整についても同様である。

なお、自動車が定速で走行しているような場合にあって
は、可変案内翼11の翼角度は、第２図中、P3位置に示さ
れた可変案内翼での翼角度に調整される。つまり、この
場合の翼角度としては、吸気流のスワールがエアコンプ
レッサ２の回転に影響を与えない程度に調整される。

この考案は、上述した一実施例に制約されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、第３図を参照す
れば、この考案の変形例が示されている。この変形例で
は、抽気手段は、熱交換器８よりも上流側に位置した吸
気通路５から２本の抽気通路18a,18bが分岐されてお
り、これら抽気通路18a、18bの夫々に、抽気弁28が介挿
されている。これら抽気弁28は、いずれも開閉弁から構
成されている。

従って、上述した変形例の場合には、自動車の減速時、
目標タービン回転数NGoと実タービン回転数NGaとの偏差
の大きさに応じて、いずれか一方、又は、両方の抽気弁
28を開弁させることで、熱交換器８に向かう吸気流量を
調整することができる。この場合、抽気弁28の開閉作動
には、ヒステリシスを設けておくことが好ましく、これ
により、各抽気弁28の不所望なハンチングを防止するこ
とができる。

更に、この考案は、上述の変形例以外にも制約されるも
のではなく、熱交換器８に向かう吸気流量を調整するた
めには、例えば、吸気通路に、抽気通路と開閉弁からな
る抽気弁の組を３つ以上設けて、開弁される抽気弁の個
数を上記偏差の大きさに応じて可変するようにしてもよ
いし、また、第１図に示した抽気弁19の代わりに、抽気
弁28を使用し、そして、この抽気弁28の開弁時間を上記
偏差の大きさに応じてデューティ制御するようにしても
よい。

（考案の効果）以上説明したように、この考案の自動車用ガスタービン
エンジンによれば、エアコンプレッサから熱交換器を介
して燃焼器まで延びる吸気通路に、自動車が所定の減速
状態となったとき、吸気通路から吸気流の一部を大気に
解放する抽気手段を設けてあるから、自動車の減速時に
は、燃焼器に向けて実際に供給される吸気流量を減少さ
せることができる。従って、この場合には、吸気流量の
減少に伴い、タービンロータに供給される燃焼ガス流量
もまた減少されることで、タービンロータを回転させる
エネルギが減少し、これにより、ガスタービンの実ター
ビン回転数をその目標タービン回転数まで速やかに低下
させることができ、ガスタービンの応答性を大幅に改善
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、この考案の一実施例を示し、第１
図は、自動車用ガスタービンエンジンの概略図、第２図
は、エアコンプレッサに於ける吸気取入れ口の正面図、
第３図は、この考案の変形例を示し、ガスタービンエン
ジンの一部の概略図である。１……ガスタービン、２……エアコンプレッサ、５……
吸気通路、６……燃焼器、８……熱交換器、18,18a,18b
……抽気通路、19,28……抽気弁。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】一軸式のガスタービンのエアコンプレッサ
と燃焼器とを接続する吸気通路に熱交換器を介挿する一
方、ガスタービンのタービンロータからの排気通路が上
記熱交換器を通じて延びてなる自動車用ガスタービンエ
ンジンに於いて、自動車が所定の減速状態にあるとき、
吸気通路内を燃焼器に向かって流れる吸気流量の一部を
大気に解放する抽気手段を設けたことを特徴とする自動
車用ガスタービンエンジン。
【請求項２】抽気手段は、熱交換器よりも上流側の吸気
通路の部位から吸気を抽気し、その抽気量を調整可能な
流量調整弁を具備してなることを特徴とする請求項１に
記載の自動車用ガスタービンエンジン。
【請求項３】抽気手段は、熱交換器よりも上流側の吸気
通路の部位から吸気を抽気可能で、且つ、独立して開閉
作動される複数の開閉弁を具備してなることを特徴とす
る請求項１に記載の自動車用ガスタービンエンジン。