JPH0849562A - 燃料流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 航空機用ジェットエンジンの始動時におい
て、ジェットエンジンが安全にアイドル状態となるまで
作動させる手動燃料流量制御装置を提供すること。 【構成】 減算器１は、予め設定されたアイドル状態時
のエンジン回転数情報から実機のエンジン回転数情報を
減算して乗算器２へ出力する。乗算器２は上記減算結果
に定数を乗じて加算器３へ出力する。加算器３は、乗算
器２の出力にアイドル状態時の燃空比値を加算して乗算
器４へ出力する。乗算器４は、加算器３が出力する値に
エンジンの圧縮機の圧力及び入口温度情報を乗じて燃料
流量値を算出し高値選択部５へ出力する。高値選択部５
は乗算器４が出力する燃料流量値と手動制御による燃料
流量値とを比較して大きい方の燃料流量値を選択する。
選択された燃料流量値が予め定められた範囲内であれば
燃料流量指令値として、この値に従って燃料流量が制御
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、航空機用ジェットエ
ンジンに用いて好適な燃料流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より航空機用のジェットエンジンと
して、ターボファンエンジンがしばしば用いられる。図
２はこの種のターボファンエンジンの概略構造を示す断
面図である。同図において外部から取り入れられた流入
空気ａはファンｂで圧縮され、その一部はファン空気排
出ダクトｃを通過して直接エンジン外へバイパス推力と
して噴出される。一方、圧縮空気はファン出口ｄよりケ
ーシング内にも取り込まれ、圧縮機ｅによってさらに圧
縮された後、燃焼室ｆに送り込まれ供給燃料と混合され
て燃焼する。燃焼室ｆから排出された排気ガスは、圧縮
機タービンｇおよびファンタービンｈを回転させると共
に排気ダクトｉよりコア推力として噴出される。また、
圧縮機タービンｇおよびファンタービンｈは、それぞれ
圧縮機ｅとファンｂに回転軸で結ばれており排気ガスか
ら得た回転力を回転軸により、それぞれ圧縮機ｅおよび
ファンｂに伝える。これにより、圧縮機ｅおよびファン
ｂは各々流入空気ａの圧縮を行う。

【０００３】また、通常ジェットエンジンは、始動時に
おいて十分な排気ガスを発生できず、自力で空気の圧縮
を行うことができないため、外部の動力によりファンｂ
および圧縮機ｅを作動させ空気の圧縮を行う。この状態
で、徐々に燃焼室ｆに送り込む燃料流量を増大させて燃
焼を増加すると、ファンｂおよび圧縮機ｅを回転させる
に足る排気ガスが発生するようになり、外部の動力を必
要としない自立作動が可能となり、アイドル状態とな
る。

【０００４】通常使用される制御方式ではスロットルレ
バーで目標回転数を指示し、これにエンジンの回転数が
追従するように燃料流量を制御する。しかし、エンジン
の振動探索等の特殊な目的の運転においてはスロットル
レバーにより直接燃料流量を指示し、この燃料流量を流
すことが必要となる場合がある。この場合、上述した燃
料室ｆに送り込む供給燃料の流量は、スロットルレバー
により手動で制御を行うので、燃焼室ｆに送り込む燃料
流量を過度に増加させてしまい、その結果、燃焼室内で
生成するガスの温度が高くなり、ガスの密度は低くなる
ことがある。このガス密度の低下は、ファンタービンｈ
の回転力を低下させる原因となり、圧縮機の圧縮能力が
低下する。この現象をサージングといい、圧縮機失速や
エンジンの作動停止の原因となる。

【０００５】また、ジェットエンジンに供給する燃料流
量を極度に制限した場合、エンジンの作動が停止してし
まうといった問題を起こす危険性がある。特にエンジン
スタート時はこの危険性が高い。このような問題を回避
する目的で、燃料流量の制限を行う燃料流量制御装置を
設け、手動による燃料流量制御と併用することにより、
手動制御により燃料流量の過多あるいは過少とならない
ような燃料流量制御を行っているが、手動ではアイドル
にスムースに到達させるのは難しく、オーバーシュート
やアイドル到達時間超過等の問題が発生しやすい。

【０００６】ここで、ジェットエンジンにおける従来の
燃料流量制御装置の一例を図３を参照して説明する。こ
の図において、１０は手動燃料流量算出部であり、図示
しないスロットルレバーが操作されるとスロットルレバ
ーの角度情報Ｄが供給され、この角度情報に対応する手
動燃料流量値ＷＦmを計算する。１１はスタート加速ス
ケジュール部であり、修正回転数情報Ｎ／√θ（Ｎ：ジ
ェットエンジン回転数、θ：（273.15＋圧縮機の入口温
度）／288.15）に対応するスタート加速燃空比（ＷＦ／
（Ｐ√θ））sを計算する。ここで、修正回転数は、圧
縮機の入口温度の違いによって生じるエンジンの性能を
補正したものである。また、ＷＦsは現時点のエンジン
回転数において、サージストールなどの障害を発生しな
い上限の燃料流量値を意味する。Ｐは圧縮機の圧力であ
る。

【０００７】１２は乗算器であり、スタート加速スケジ
ュール部１１が出力するスタート加速燃空比にＰ√θを
乗じ、スタート加速燃料流量ＷＦsを出力する。１３は
低値選択部であり、手動燃料流量算出部１０が出力する
手動燃料流量値ＷＦmと乗算器１２が出力するスタート
加速燃料流量値ＷＦsを比較し、低い値を示す燃料流量
値を選択し、出力する。

【０００８】１４は減速スケジュール部であり、修正回
転数情報Ｎ／√θに対応する減速燃空比（ＷＦ／（Ｐ√
θ））rを計算する。１５は乗算器であり、減速スケジ
ュール部１４が出力する減速燃空比にＰ√θを乗じ、減
速燃料流量値ＷＦrを高値選択部１６へ出力する。ここ
で、減速燃料流量値ＷＦrは、現時点のエンジン回転数
において燃料流量減少によりエンジンの作動停止を招か
ない下限の燃料流量値である。高値選択部１６は、低値
選択部１３が出力する燃料流量値と乗算器１５が出力す
る減速燃料流量値ＷＦrとを比較し、より高い値を示す
燃料流量値を燃料流量指令値ＷＦとして出力する。そし
て、ジェットエンジンの燃焼室には燃料流量指令値ＷＦ
に従った燃料が供給される。

【０００９】上述した燃料流量制御装置において、スロ
ットルレバーを操作しジェットエンジンに供給する燃料
流量を制御する場合を考える。まず、手動燃料流量算出
部１０はスロットルレバーの角度情報Ｄに対応する手動
燃料流量値ＷＦmを計算して低値選択部１３へ出力す
る。一方、スタート加速スケジュール部１１は現時点に
おけるエンジンの修正回転数Ｎ／√θに対応するスター
ト加速燃空比（ＷＦ／（Ｐ√θ））sを算出した後、乗
算器１２においてスタート加速燃料流量値ＷＦsに変換
して低値選択部１３へ出力する。低値選択部１３は、手
動燃料流量値ＷＦmとスタート加速燃料流量値ＷＦsとを
比較し、いずれか低い値を示す燃料流量値を高値選択部
１６へ出力する。

【００１０】ここで、例えば手動燃料流量値ＷＦmがス
タート加速燃料流量値ＷＦsを上回る場合は、スタート
加速燃料流量値ＷＦsが選択され、高値選択部１６へ出
力される。これにより、過度の燃料流量がジェットエン
ジンの燃焼室へ送り込まれないように制限される。ま
た、手動燃料流量値ＷＦmがスタート加速燃料流量値Ｗ
Ｆsを下回る場合、手動燃料流量値ＷＦmはそのまま高値
選択部１６へ出力される。

【００１１】一方、減速スケジュール部１４が現時点に
おけるエンジンの修正回転数Ｎ／√θに対応する減速燃
空比（ＷＦ／（Ｐ√θ））rを算出した後、乗算器１５
は減速燃料流量値ＷＦrを出力し高値選択部１６へ出力
する。高値選択部１６において、低値選択部１３が出力
する燃料流量値と減速燃料流量値ＷＦrとを比較し、い
ずれか高い値を示す燃料流量値を選択して出力する。す
なわち、低値選択部１３から供給された燃料流量値が減
速燃料流量値ＷＦrを下回る場合は、減速燃料流量値が
燃料流量指令値ＷＦとして選択され、ジェットエンジン
に燃料流量指令値ＷＦ（＝ＷＦr）に相当する燃料が送
り込まれる。

【００１２】また、低値選択部１３から供給された燃料
流量値が減速燃料流量値を上回る場合は、手動燃料流量
値ＷＦmまたはスタート加速燃料流量値ＷＦsが燃料流量
指令値ＷＦとして選択される。以上説明したように、従
来の手動燃料流量制御装置ではジェットエンジンのある
回転数に対応する燃料流量の上限値・下限値が設定され
ており、その範囲内においてのみ手動による燃料流量制
御が可能となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の手動燃料流量制御装置において、エンジンの始
動からエンジンが自立動作するアイドル状態となるまで
の間は、手動による燃料流量制御のみに依存していた。
このため、エンジンの始動時においてスタート加速スケ
ジュールにより燃料流量過多となることはないが、アイ
ドルを超える回転に到達（オーバーシュート）したり、
スロットルの進め方が遅い場合はエンジンの回転数が上
昇しないハングアップなどを起こす危険性が伴ってい
た。

【００１４】この発明は以上のような事情に鑑み、航空
機用ジェットエンジンを始動からアイドル状態となるま
で安全に作動させる手動燃料流量制御装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ジェットエンジンの回転数に対応して燃料流量の上限値
および下限値を算出し、該上限値および下限値の範囲内
で手動制御により燃料流量値を設定し、前記燃料流量値
に基づいてジェットエンジンに対する燃料流量の制御を
行う燃料流量制御装置において、予め設定された目標ア
イドル回転数情報からジェットエンジンの回転数情報を
減算する減算器と、前記減算器が出力する減算結果に予
め設定された定数を乗算する第１の乗算器と、前記第１
の乗算器の出力に対し、予め設定したアイドル状態にお
ける燃空比情報を加算する加算器と、前記加算器が出力
する加算結果に対してジェットエンジンの圧縮機の入口
温度情報および前記圧縮機の圧力情報を乗じて燃料流量
値を算出する第２の乗算器と、前記第２の乗算器が出力
する燃料流量値と前記手動制御による燃料流量値とを比
較し、より大きい燃料流量値を前記ジェットエンジンに
対する燃料流量値として選択する高値選択手段とを具備
することを特徴とする燃料流量制御装置である。

【００１６】

【作用】この発明によれば、減算器によってジェットエ
ンジンの回転数とアイドル状態における目標回転数との
差をとり、その結果に定数を乗じてアイドル状態におけ
る燃空比情報に加算して燃料流量制御を行う。すなわ
ち、まず初めに手動制御による燃料流量値が最低となる
状態に固定し、高値選択手段にこの発明によるアイドル
燃料流量制御値を常に高値選択部５において選択させる
ようしてジェットエンジンの始動を開始する。始動当初
は上記目標回転数とジェットエンジンの回転数との差が
大きいため、アイドル状態における燃空比情報に加算さ
れる値が大きく、したがって、ジェットエンジンに対し
てアイドル状態における燃料流量よりも多い燃料流量が
供給されるが、低値選択部１３においてスタート加速ス
ケジュールのＷＦsが選択され、このスケジュールに沿
ってジェットエンジンの回転が上昇する。

【００１７】徐々にジェットエンジンの回転数が上昇し
て目標回転数に近づくに従って、両者の差が“０”に近
づき、アイドル状態における燃空比情報に加算される値
も“０”に近づくので、ジェットエンジンに供給される
燃料流量はアイドル状態における燃料流量に近づいてく
る。目標回転数とジェットエンジンの回転数が一致する
と、ジェットエンジンにはアイドル状態における燃料流
量がそのまま供給され、アイドル状態を維持する。ま
た、ジェットエンジンの回転数が目標回転数を上回る
と、減算器の出力はマイナスとなり、第１の乗算器で定
数を乗じた後、加算器においてアイドル状態における燃
空比情報から目標回転数を上回った値に定数を乗じた分
が減算される。このためジェットエンジンにはアイドル
状態における燃料流量よりも少ない燃料流量が供給さ
れ、ジェットエンジンの回転数を目標回転数に戻す方向
に制御される。

【００１８】ジェットエンジンがアイドル状態になった
ことを確認した後は、手動により燃料流量制御を行う。
この時、高値選択手段はアイドル状態の燃料流量を上回
る範囲で手動制御による燃料流量値を選択するので、任
意の手動燃料流量制御を行うことができる。以上のよう
に、この発明はジェットエンジンの始動からアイドル状
態に至るまで過不足なく燃料流量を制御するので、手動
による燃料流量制御において発生し易いオーバーシュー
トおよびハングアップ等の危険を回避できる。また、ジ
ェットエンジンがアイドル状態となった後は、過度もし
くは過少な燃料流量を制限するため、ジェットエンジン
の作動の安全性を確保できる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。図１はこの発明の一実施例による燃
料流量制御装置の構成を示すブロック図であり、この図
において、図３の各部と対応する部分については同一の
符号を付し、その説明を省略する。この図に示す実施例
が図３のものと異なる点は次の通りである。１は減算器
であり、予め設定されたエンジンのアイドル状態におけ
る目標回転数情報Ｎidleおよび図示しないエンジン回転
数検出器から供給される回転数情報Ｎが入力されてお
り、目標回転数Ｎidleからエンジンの回転数Ｎを減算し
出力する。２は乗算器であり、減算器１の出力および予
め設定されている定数Ｋとが入力されており、減算器１
の出力に定数Ｋを乗じて出力する。

【００２０】３は加算器であり、乗算器２において定数
Ｋを乗じた値にアイドル状態における燃空比（以下、ア
イドル燃空比と称する）（ＷＦ／（Ｐ√θ））idleを加
算して出力する。ここで、アイドル燃空比はスタート時
スタート加速燃空比及び減速燃空比より大きい値とな
る。４は乗算器であり、加算器３が出力する値にＰ√θ
を乗じ、アイドル燃料流量値ＷＦidleを出力する。５は
高値選択部であり、乗算器４が出力するアイドル燃料流
量値ＷＦidleと手動燃料流量計算部１０が出力する手動
燃料流量値ＷＦmとを比較し、いずれか高い値を示す燃
料流量値を低値選択部１３へ出力する。

【００２１】次に上述した燃料流量制御装置の動作を説
明する。まず、手動燃料流量計算部１０が出力する手動
燃料流量値ＷＦmが最小値となるように図示しないスロ
ットルレバーを操作した後ジェットエンジンの始動を行
う。減算器１は予め設定されたアイドル状態における目
標回転数情報Ｎidleからエンジン回転数情報Ｎを減算
し、両者の差分を乗算器２へ出力する。乗算器２は、予
め設定されている定数Ｋを上記差分に乗じてその結果を
加算器３へ出力する。

【００２２】加算器３において、乗算器２の出力にアイ
ドル燃空比値（ＷＦ／（Ｐ√θ））idleを加え、乗算器
４へ出力する。乗算器４において、加算器３が出力した
数値にＰ√θを乗じて、ＷＦidleと乗算器２の出力とを
加えた燃料流量値が高値選択部５へ出力される。高値選
択部５において、手動燃料流量計算部１０が手動燃料流
量値ＷＦmを最小値で出力するため、乗算器４が出力す
る燃料流量値が選択され、低値選択部１３へ出力され
る。

【００２３】その後、高値選択部５が出力する燃料流量
値は低値選択部１３においてスタート加速燃料流量値Ｗ
Ｆsと、また、高値選択部１６において減速燃料流量値
ＷＦrと比較され、スタート時は最終的にＷＦsの燃料流
量値が燃料流量指令値ＷＦとして出力されてスタート加
速スケジュール燃料流量値に相当する燃料流量がジェッ
トエンジンに対して供給される。

【００２４】以上ような燃料流量制御により、徐々にジ
ェットエンジンの回転数Ｎが上昇して予め設定されたア
イドル状態における目標回転数Ｎidleに近づいてくると
両者の差は小さくなり減算器１の出力は“０”に近づ
く。すなわち、加算器３において、アイドル燃空比値
（ＷＦ／（Ｐ√θ））idleに加算される値が徐々に小さ
くなって行き、低値選択部１３において高値選択部５の
出力が選ばれるようになり、乗算器４の出力においてア
イドル燃料流量値ＷＦidleに近づいて行く。

【００２５】さらにジェットエンジンの回転数Ｎが上昇
して、予め設定されたアイドル状態における目標回転数
Ｎidleと一致すると、減算器１の出力は“０”となるた
め、乗算器４が出力するアイドル状態における燃料流量
値ＷＦidleがそのままジェットエンジンの燃料流量指令
値ＷＦとなり、燃料流量を制御する。このとき、ジェッ
トエンジンは自立作動しアイドル状態となる。

【００２６】ここで、ジェットエンジンの回転数Ｎがア
イドル状態における目標回転数Ｎidleを超えた場合、減
算器１の出力はマイナスに転じ乗算器２で減算器１の出
力に定数Ｋを乗じた後、加算器３において、アイドル燃
空比（ＷＦ／（Ｐ√θ））idleを減じ、乗算器４の出力
においてアイドル燃料流量ＷＦidleを下回る燃料流量が
ジェットエンジンに供給される。これにより、ジェット
エンジンの回転数Ｎをアイドル状態における目標回転数
Ｎidleまで低下させるための制御を行い、以後、アイド
ル状態における目標回転数Ｎidleを維持するように燃料
流量を制御する。

【００２７】一旦エンジンがアイドル状態となった後
は、スロットルレバーを操作して任意の手動燃料流量制
御を行うことができ、その場合は、従来の燃料流量制御
と同様にスタート加速燃料流量値ＷＦsおよび減速燃料
流量値ＷＦrの範囲内で安全にジェットエンジンの燃料
流量制御を行うことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
始動時からアイドル状態となるまで、オーバーシュート
やハングアップを起こすことなくジェットエンジンの燃
料流量を制御し、アイドル状態となった後はそれを維持
する制御を行う。また、アイドル状態となった後は手動
による任意の燃料流量制御が可能となり、かつ、手動に
よる燃料流量制御が過度あるいは過小にならないように
制限される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例による燃料流量制御装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】 ターボファンエンジンの概略構造を示す断面
図である。

【図３】 従来の燃料流量制御装置の一例の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１……減算器、２……乗算器、３……加算器、４……乗
算器、５……高値選択部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジェットエンジンの回転数に対応して燃
   料流量の上限値および下限値を算出し、該上限値および
   下限値の範囲内で手動制御により燃料流量値を設定し、
   前記燃料流量値に基づいてジェットエンジンに対する燃
   料流量の制御を行う燃料流量制御装置において、 予め設定された目標アイドル回転数情報からジェットエ
   ンジンの回転数情報を減算する減算器と、 前記減算器が出力する減算結果に予め設定された定数を
   乗算する第１の乗算器と、 前記第１の乗算器の出力に対し、予め設定したアイドル
   状態における燃空比情報を加算する加算器と、 前記加算器が出力する加算結果に対してジェットエンジ
   ンの圧縮機の入口温度情報および前記圧縮機の圧力情報
   を乗じて燃料流量値を算出する第２の乗算器と、 前記第２の乗算器が出力する燃料流量値と前記手動制御
   により設定した燃料流量値とを比較し、より大きい燃料
   流量値を前記ジェットエンジンに対する燃料流量値とし
   て選択する高値選択手段とを具備することを特徴とする
   燃料流量制御装置。