JPH11513768A - 加圧、流量測定および流量配分を行う複合弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料を供給源から可変オリフイス流量測定弁を経、可変オリフイスの加圧弁を経て、エンジンへ供給する燃料ポンプを備えた燃料システムは、加圧弁のオリフイスの面積を決定し加圧弁を通過する燃料流量を確認する。加圧弁はピストン部付きの可動ピストンを包有し、ピストン部は線形的に移動してオリフイスを選択的に開閉する。加圧弁は円筒状の空胴部を形成し、この内部で往復動するピストンを有する。この空胴部には流入ポートと側壁の少なくとも一の流出ポートと側壁の流出ポートに沿つて摺動されオリフイスの有効な大きさを選択的に増減させるピストン部とが具備されている。変換器はピストンに連結され、ピストンの位置表示を付与する。第２のオリフイスを選択的に開閉する第２ピストン部が設けられる。ピストンは両方のオリフイスが開口する一方の最端部位置と、両方のオリフイスが閉口される他方の最端部位置と、一方のオリフイスの大きさが変化しているが他方のオリフイスが閉塞した状態の第１の位置範囲と、両方のオリフイスの大きさが変化している第２の位置範囲とを有する。流出ポートの円周方向の寸法が実質的に一定の位置であるときは、オリフイス面積とピストン位置の関係は線形となる。

Description

【発明の詳細な説明】 加圧、流量測定および流量配分を行う複合弁 （技術分野） 本発明は流量の調整、特に流体の流量の測定および調整を行う流体調整弁に関 する。 （背景技術） 米国特許出願第5,111,653 号に開示されたような航空機の燃料制御シテムスに おいては、正確な燃料流量の調整は燃料節約上の観点から重要である。流量を測 定する、即ち可変オリフイス式流量測定弁を調整することにより、燃料の流量を 正確に調整することは周知である。この場合代表的なシステムでは、流量測定弁 と後段の加圧弁を介し燃料をタンクからエンジンへ供給する燃料ポンプが用いら れている。電子制御装置は命令された燃料流量と、流量計からの実際の燃料流量 の測定値とを入力し、流量測定弁を調整して二つの燃料流量値が近ずくように調 整する。このようなシステムにおいて個別に流量計を使用せずに同程度の機能を 確保することの期待は大である。 ある航空機のエンジンには、第１と第２に分けられた燃料流入マニホルドが具 備され、各燃料システムは燃料を各々のマニホルドに供給するために個別の弁を 使用して、低濃度の燃料供給時には第１マニホルドにのみに導入され、高流量の 燃料の導入時には両マニホルドに導入されるように構成される。且つ必要に応じ て一のマニホルドのみに、あるいは両マニホルドに燃料を導入する機能を果たす 弁を単一化すること の期待も大である。 （発明の開示） 本発明によれば上記の課題が、二重オリフイス加圧弁を介してエンジンの第１ および第２の流入マニホルドへの燃料の供給量を調整する構成をとることによつ て解決される。この場合加圧弁は第１マニホルドへの燃料流量を調整するために 第１のオリフイスを選択的に開閉する第１のピストン部と、第２マニホルドへの 燃料流量を調整するために第２のオリフイスを選択的に開閉する第２のピストン 部とを有する移動可能なピストンを備える。このピストンは両方のオリフイスが 開口する一方の最端部位置と、両方のオリフイスが閉口する他方の最端部位置と の間を移動可能であり、一方のオリフイスが閉口状態で他方のオリフイスの大き さが変化している第１の位置領域と、両方のオリフイスの大きさが変化する第２ の位置領域とを有する。ピストンの位置変換器によつてピストン運動が指示され 、この運動指示がエンジンマニホルドに向けられる燃料流量の値に変換される。 また本発明の燃料システムには供給源から可変オリフイス流量を測定する弁を経 、更に可変オリフイス加圧弁を経て、エンジンに燃料を供給するための燃料ポン プが包有され、加圧弁のオリフイス面積を測定して弁のオリフイス面積の測定機 能と燃料を加圧する機能とを達成する単一の手段が具備され、且つまた燃料シス テムには測定される領域を利用して加圧弁を通過する燃料流量を確認する手段も 包含されることを特徴とする。 （図面の簡単な説明） 図１は航空機の燃料システムの簡略説明図、図２ａ〜図２ｃは図１の加圧弁の 一連の動作を示す大幅に簡単化した断面図、図３ａ〜図３ｃは好ましい円筒状側 壁部のポートの部分断面図、図４は図１の加圧弁の好適な実施態様の断面図、図 ５は図１の加圧弁の別の好適な実施態様の断面図である。 図に付した番号は全図を通して同一の部分に共通して用い、示してある。 （発明を実施するための最良の形態） 図１には燃料を燃料タンク源11からフイルタ13を経て、可変オリフイスの流量 測定弁17へ、更に加圧弁19を経てエンジンへ供給する燃料ポンプ15を備えた燃料 システムの一部が示される。このようなシステムには通常、電子制御装置21に対 し流量レベルのフイードバツク情報を与える個別の流量計が使用される。このフ イードバツク情報はライン22上の命令された流量レベルと比較され、測定弁オリ フイスは好適に修正されて測定弁17が正確に調整され、この結果決定流量が入力 22により示される所望流量とほぼ一致される。燃料が１個以上の流入ポートから エンジンに供給される場合、別々の流入マニホルドへの流量を調整するために個 別の弁が使用される。本発明においては加圧弁のオリフイス面積の測定は例えば 線形の可変差分変換器のような弁位置変換器29によつて行われる。 図１の加圧弁19は番号23で示される第１の流入マニホルドと番号25で示される 第２の流入マニホルドの双方に燃料を供給するように機能する。この加圧弁が両 機能を果たす構成が 図２ａ〜図２ｃに示される。線形的に移動するピストンはピストンロツド49に固 定される二個のピストン部45、47を有する。このピストンは円筒状の空胴部59内 で線形的に移動される。ここで測定弁17からの燃料は流入ポート31に供給される 。このとき図２ａに示す位置では流出ポート61、63の双方が各々のピストン部45 、47によつて閉口され、従つて燃料は導管33、35を通過せず、エンジンに燃料は 流入されない。図２ｂに示す位置ではピストンはバネ67の力に抵抗して右へ距離 51だけ移動されている。この距離は無論変換器29によつて検出され、電子制御装 置21へ送られる。ポート61の一部はオリフイス41を形成し開口されており、燃料 がそこを通過して導管33を経てエンジンへ流れる。ピストンが更に右方に運動す るとオリフイス41のサイズが大になりポート63が開口されて、第２のオリフイス 43が得られ、ここを経て図２ｃに示す位置では第２のマニホルドの燃料が流れる 。多数の同様のポートが円筒状面59の周部に円周方向に離間して形成されている 。また図２ｂおよび図２ｃには互いに120 度離間された３個の第１ポートを想定 しているが、その内２個（61、73）のみを図示してある。同様にこれらの図では ３個の第２ポートを想定しているが、互いに120 度離間された２個の第２ポート 63、75のみを図示してある。オリフイス面積を測定する際は、これらの３個の開 口部面積を合計する。ピストン部45には多数の通路37、39が具備され、燃料は流 入ポート31からオリフイス43へ流入させ得る。図２ｃに示すようにピストンは閉 鎖位置（図２ａに図示の位置）から距離53だけ移動されてい る。変換器29はピストンロツド49に連結され、この構成により距離53の情報が電 子制御装置21に送られる。 側壁の流出ポート61、62の好適な形状が図３ａおよび図３ｂに示される。流出 ポート61、63は軸方向（図３ａおよび図３ｂでは水平方向）の寸法のほぼ全体に 亘り実質的に一定の円周方向の寸法（図３ａおよび図３ｂでは垂直方向の寸法） を有するように設けられており、オリフイス面積とピストン位置とが実質的に線 形で現され得る関係となる用構成される。オリフイスでの圧力降下が一定であれ ば、燃料の流量は面積に正比例し、面積はピストンによつて移動される距離に正 比例し、延いては流量が変換器29により検出される距離の単に整数倍になる。円 形領域57が開口し始めると上記の関係は非線形になる。このとき円形領域は図３ ｃに沿つて詳細に後述するように、ピストン行程の端部付近で燃料流量が最高値 に達し、ピストンは相対的には制限されつゝ移動される。 図３ａおよび図３ｂは図２ａ〜図２ｃと同一の縮尺で図示しておらず、ポート は図２ａ〜図２ｃの図示の長さのほぼ２倍になる。オリフイス41は図３ａでは端 部41ａとして示してあるが、図２ａに示すように閉口されている。図２ｂに図示 の如くピストン部45の左縁部が図３ａの位置41ｂまで移動し、斜線によつて示さ れるオリフイスが形成される。ピストンが図２ｃにおける距離53だけ移動すると 、右のピストン部47の左縁部が図３ｂの位置43ｃにあり、図３ｂの斜線で示され たオリフイスが形成される。このときオリフイス41は図３ａの位置41ｃまで延長 され得る。オリフイス41、43の両方が閉 塞されている場合、ピストンが図２ａで示されるような左の最端部位置にある。 オリフイス41の大きさが変化し一方オリフイス43が閉塞されている場合、図２ａ と図２ｂとで示す位置間に、即ち距離51間の第１の範囲に位置する。両方のオリ フイスの大きさが変化する場合、図２ｃの前記の距離53間の第２の範囲に位置す る。右のピストン部47の左縁部で円形領域57を開口すると、ピストン部は効果的 に最右位置となり両方のオリフイスが全開状態になる。最端部位置を決定する場 合横断ピン69、71のような止め部材を必要に応じて設けることができる。 バネ67（図２ａ）が圧縮されると、オリフイス間での圧力降下が幾分増加する 。一方比較的低い流量ではこの変化が小になり、無視できるか、あるいは電子制 御装置21による流量計算により補正できる。従つてより低い範囲の流量では、弁 19間の圧力降下はほぼ一定であり、燃料流量とピストンの位置とが第１および第 ２の範囲並びに円形領域57が開口し始める位置までの第２の範囲の一部でほぼ線 形の関係となる。第１の範囲での線形関係はｆ＝ｋ₁ ^*ｄ、第２の範囲の一部での 線形関係はｆ＝ｋ₂ ^*ｄとなる。ここにｆは流量を表し、ｄは最初の開口位置から のピストンの移動距離を表し、例えば距離51あるいは距離53であり、またｋ₁と ｋ₂は定数で、ｋ₂はｋ₁より大である。ポート61、63は円周方向の長さが同一に される。ｋ₂＝２^*ｋ₁。 第１および第２エンジンの燃料の流れの特徴を有する加圧弁の好適な実施態様 が図４に示される。図４では、図２ａ〜 図２ｃと同様な機能を持つ弁の構成部材は、図２ａ〜図２ｃで用いた対応部材の 番号に100 を和した番号で示してある。図４に示すピストン部145 はピストンが 右方向に移動したとき、流出ポート161、173 を開口するスカート部77 を有する 。円周方向に離間された第１の流出ポート161、173が少なくとも２個設けられ、 また円周方向に離間された第２の流出ポート163、175が少なくとも２個設けられ ている。ピストン部147のスカート部79は流出ポート163、175 を開口するが、第 １の流れが所望のレベルに達したときだけ開口し始めるよう調整される。好適な 一実施態様においては、この所望のレベルが約31.7kg／時（70ポンド／時）にさ れる。燃料は軸方向を左から矢印131 方向へ流れる。第１のマニホルドに向かう 流れは、弁から流出して導管133 を通り、一方第２の流れは導管135を通過する 。 図５は単一の燃料流出部を有する加圧弁の他の好適な実施態様を示している。 図５では図２ａ〜図２ｃと同様の機能を持つ弁の構成部材には、図２ａ〜図２ｃ で用いた対応部材の番号に200 を和した番号で示してある。図４と図５を比較す るに、他の態様の構成を組み込み、構成を変えていることが明らかであろう。変 換器には図１で採用した線形に可動する差分変換器29を用いずに、レゾルバ65を 有した変換器29が採用されている。レゾルバ65は図１に沿つて説明した線形可動 の差分変換器のアナログ型のものと言える。またレゾルバ65はピストンロツド24 9 の軸運動を駆動ピン81によつて角運動に変換するスプール・カラー構成83と係 合した駆動ピン81に より角度の入力を受ける。燃料はチヤンバ87と連通する導管から導入され、チヤ ンバ87を通過して導管から導出される。またピストン部245 はスカート部を備え 、このスカート部はピストン部がバネ267 の力に抗して右方に移動するときオリ フイス、即ちポート241、273を選択的に開口する。 具体的な態様では、圧力降下が689.5kpa（100psi）で所望の流量範囲が9.1kg ／時〜226.8kg／時(20pph〜500pph)の場合、加圧弁が最初に開口することを想定 する。この場合最初の面積は0.1097mm²（1.7×10^-4インチ²）である。測定する 溝の幅が0.508mm(0.02インチ)であれば、ピストンによつて移動される最初の開 口距離は0.2159mm（0.0085インチ）となる。オリフイス間での圧力降下が一定な らば、68kg／時(150pph)の流量に対する移動行程、即ちピストンによつて移動さ れる全距離は1.623mm（0.0639インチ）にされる。バネ267が13.02kg／cm(15ポン ド／インチ)のバネ率を有する場合、オリフイスでの圧力降下は実際744.6kp(108 psi)となり、実際の行程はほぼ1.5621mm（0.0615インチ）になる。 図３ｃは上述の態様で実施し、高流速を得るのに長手のピストン行程を必要と しない、１対のポート241、273の各々の形状を示している。位置55の左側におい て、このポートの矩形部分は高さが0.254mm（0.010インチ）で、幅が1.5621mm（ 0.0615インチ）になる。このポートの全長は2.54mm（0.10インチ）であり、最右 縁部の高さは0.9144mm(0.036インチ)である。ピストン部245 が左側から右方に 移動するとき、ピストン部245 によりこのポートが開口される。この面積は位置 55まではピストンが移動する距離の線形関数となり、そのときの面積はピストン が移動する追加距離の２乗に比例して変化する。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 定の位置であるときは、オリフイス面積とピストン位置 の関係は線形となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料を供給源から可変のオリフイス流量測定弁（17）を経、可変のオリフイ ス加圧弁（19）を経てエンジンへ供給する燃料ポンプ（15）を備え、加圧弁（19 ）が加圧弁のオリフイス面積（29、65）を測定し、一の装置（19）で弁のオリフ イス面積の測定並びに燃料の加圧の両機能を与える測定手段を備え、システムは 測定された面積を利用して加圧弁（19）を通過する燃料の流量を確認する手段を 包有してなることを特徴とする燃料システム。 ２、加圧弁（19）に可動ピストン部（45、145）が包有され、ピストン部（45、1 45）はオリフイス（41、73、141、173）を選択的に開閉するべく線形的に可動に 設けられ、前記測定手段にピストン部（45、145）と連結されたピストンの位置 を表示する変換器（29、65）が包有されることを特徴とする請求項１のシステム 。 ３、システムが電子制御手段（21）からなる改良されたフイードバツク流量制御 構成部を備え、電子制御手段（21）に測定されたオリフイス面積を利用して燃料 の流量を決定し、決定された燃料流量を所望の燃料流量と比較し、流量測定弁（ 17）の可変オリフイスを修正（27）して、決定した燃料流量を所望の燃料流量と 一致させる手段が包有されることを特徴とする請求項１のシステム。 ４、前記測定手段(29、65)装置には、可動のピストン部(45、145)と連結されピ ストンの位置の表示を与える変換器（29、65）が包有されることを特徴とする請 求項３のシステム。 ５、変換器（29、65）がレゾルバ（65）でなることを特徴とする請求項４のシス テム。