JPS5918241A - ガスタ−ビンエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用２軸ガスタービンエンジンの制御装置
に関し、特に失火検出と失火時の制御機能に関するもの
である。

従来の自動車用２軸ガスターヒンエンシン（以下単にガ
スタービンと記す）の制御装置としては例えば特開昭５
２−４７１１３号等がある。

自動車用のガスタービンは、他の応用分野での使用状況
と異なり、負荷変動が大きい９部分負荷での運転が多い
、運転者が熟練者でない等の特質があり、更に低燃費、
高加速性、エンジンブレーキが効く、操作が容易で安全
である等が必要とされる。

−１−記のように自動車用のガスタービンでは、使用者
がガスタービンについての専門知識を有しない場合が多
いので、燃焼器が失火した場合に、燃料が供給されたま
まになることがあり、そのため再始動が困難になると共
に安全性でも問題が生じる。

」１記の問題を解決するため、失火を検出して自動的に
燃料を停止させることが考えられる。

従来の失火検出方法としては、燃焼器にのぞき窓をつけ
、フォトトランジスタ等の受光素子を設け、その出力に
よって判断する方法があるが、のぞき窓の汚れや受光素
子の耐熱性等の理由で検知精度が低下しやすい。また燃
焼炎内にイオン電極を挿入し、燃焼時に発生するイオン
を検出する方法においては、イオン電極がカーホンの付
着によってショートしやすいので、誤動作が多くなる。

上記のように従来の失火検出方法は信頼性が低く、その
ため失火時に燃料を必ず停止させるという保障がな（、
安全性及び容易な操作性を満足することが出来なかった
。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、確実
に失火を検出して燃料供給を自動的に停止する機能を備
えた制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明においては。

ガスタービンのガス温度の下降速度と回転数の下降速度
とによって失火を検出し、失火時には自動的に燃料を遮
断するように構成している。

また本発明においては、運転条件に応じて失火の判断を
禁止する手段を設けることにより、誤判断を防止するよ
うに構成している。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用するガスタービンの概略図である
。

第１図において、コンプレッサタービン２は。

コンプレッサ軸３を介してコンプレッサ１を駆動する。

このコンプレッサ１は図示していない空気取入口から空
気を吸い込んで圧縮し、熱交換器５に送り込む。この熱
交換器５で予熱された空気は燃焼器６に流入する。この
燃焼器６には図示していない燃料噴射弁から燃料が噴射
される。この燃料は熱交換器５で予熱された空気と共に
燃焼する。

燃焼することで熱せられたガスは、まずコンプレッサタ
ービン２を駆動して回転させる。コンプレッサタービン
２を回転させたガスは、可変ノズル８を介してパワータ
ービン７も回転させ、熱交換器５を通り、コンプレッサ
１から吸入した空気を温めた後、大気に放出される。パ
ワータービン７は、パワータービン軸９を介して変速ギ
ア１ｏを回転させ、駆動軸１１を通じて負荷である車輪
１２を駆動する。

次に第２図、第３図を用いてガスタービンの制御につい
て説明する。

第２図は閉ループ制御の概念図である。

第２図において、１３はカスタービン本体である。

閉ループ制御は、まず目標回転数設定器１４で、主に回
転数の要求値であるアクセルの踏み量により目標回転数
を決め、その目標値に対応した燃料値をコン）ｏ−ラ１
５で演算し、燃料噴射弁を含む燃料系１６を駆動してコ
ンプレッサタービン（図示せず、第１図の２）を回転さ
せる。この回転数は回転センサ１７で検出され、前述の
目標回転数との偏差を演算され、偏差が零になるように
制御される。

一方、目標温度設定器１８は２回転数に応じて最も効率
が良くなるように予め定めた目標温度値を。

関数発生器によって発生し、出力する。この目標温度値
に従ってコントローラ１９が制御信号を出力し、可変ノ
ズル２０（第１図の８に相当）の開度を制御する。

この可変ノズル２０の開度も、前記の燃料系と同様に、
ガス温度センサ２１で検出した実際の温度と目標温度値
との偏差が零になるようにフィードバック制御される。

次に第３図は、第２図で示した概念図をより具体的に示
した図である。

第３図において、　ＮＳＩは始動開始直後の目標回転数
を与える信号、　Ｎ８２は始動直後等における低回転の
アイドル時の目標回転数を与える信号であり、スイッチ
ＳＷ、によっていずれか一方が選択され、−次遅れ回路
２２を通って加算器２３へ送られる。

またＮＳ３は上記ＮＳＩ　、　ＮＳ２より高いアイドル
時の目標回転数を与える信号であり、　Ａｃはアクセル
ペダル開度に対応した目標回転数を与える信号である。

これらの信号１”Ｊｓ３．　ＡＣもそれぞれスイッチＳ
Ｗ２．　ｓｗ３を介して加算器２３へ送られる。これら
のスイッチＳＷ１〜ＳＷａは運転状態に応じて開閉する
ようになっている。

上記の信号は、加算器２３で加算されたのち２Ｍ・大回
転数を定めるリミッタ２４を通り、目標回転数信号Ｓ、
として偏差検出回路２５へ送られる。

偏差検出回路２５は２回転センサ１７から送られる実回
転数信号Ｓ２と」−記目標回転数信号Ｓ１との偏差に対
応した偏差信号Ｓ３を出力する。

最小値優先回路２６は、後述する温度の偏差信号Ｓ８と
上記の偏差信号Ｓ３とのうちの小さい方を最小値信号Ｓ
４として出力する。

ＰＩＤ回路２７は、最小値信号Ｓ４に比例した値、積分
した値及び微分した値をそれぞれ加算して制御信号Ｓ５
を作る。

この制御信号Ｓ５は、スイッチＳＷ４を介して駆動回路
２９に送られる。駆動回路２９は制御信号Ｓ５に対応し
た駆動信号Ｓ７を出力し、それによって燃料噴射弁３０
を駆動して目標回転数にするのに必要な量の燃料をガス
ターヒン１３に供給する。

なおスイッチＳＷ４は９通常運転時はＰＩＤ回路２７側
に接続されているが、始動時には一定時間のあいだ始動
時燃料設定回路２８側に切換えられる。

始動時燃料設定回路２８は、始動時に適した燃料噴射量
を与える信号Ｓ６を出力する。この信号Ｓ６の値は、温
度やその他の運転パラメータに応じて定められる値であ
り、始動開始時点からの経過時間に応じて変化するよう
になっている。

一方、温度制御は、可変ノズル３７の開度を制御するこ
とによって行なう。

まず関数発生器３１は、実回転数信号ｓ２の値に応じて
、予め定められた関数に従った目標温度信号を算出し、
それに大気温度Ｔｏ等による補正を加えた目標温度信号
Ｓ９を出方する。この目標温度信号Ｓ９はオペアンプ３
２を介して出力される。

目標温度信号Ｓ９は、最大温度を定めるリミッタ３３を
通って偏差検出回路３４に送られる。

偏差検出回路３４は、カス温度センサ２１がら送られる
実温度信号Ｓ＋ｏ　（ガス温度に対応した値）と上記の
リミッタ３３の出力との偏差に対応した偏差信号Ｓ８を
出力する。これが前記の最小値優先回路２Ｇに送られる
。

また目標温度信号Ｓ９は、偏差検出回路３５にも送られ
、ここで実温度信号８１０との偏差に対応した偏差信号
Ｓｌｌが検出される。

この偏差信号８１１は、スイッチＳＷ５を介して駆動回
路３６に送られる。

駆動回路３６は、偏差信号８１１に対応した駆動信号Ｓ
Ｉ２を出力し、それによって可変ノズル３７の陣〇度が
制御されて、ガス温度が目標温度と一致するように制御
される。

なおＴＲ，は加速時、　ＴＲ２は減速時、　ＳＴはスタ
ー）時、ＲＥはサージングを回避する時に、可変ノズル
３７の開度をそれらの状態に適合した特定の位置に制御
するための信号であり、それぞれの場合にスイッチＳＷ
６〜ＳＷｇのうちの該当するものがオンになって、必要
な信号が駆動回路３６に送られる。

なおこの時はスイッチＳＷ５はオフになる。

なお、第１図のコンプレッサ１の入口に可変案内翼を設
け、コンプレッサ１に入る空気に適当な旋回を与えるこ
とにより、コンプレッサの同一回転数における燃料消費
を減少させ、アイドリング時の燃費を向上させることも
行なわれている。

本発明は、カスターヒンの温度と回転数との下降速度か
ら失火を判定し、失火時に燃料供給を自動的に停止する
ようにしたものである。

以下詳細に説明する。

第４図は本発明の一実施例のブロック図である。

第４図において、３８は失火判定回路であり、その他の
部分は第３図と同じである。

失火判定回路３８は２回転センサ１７がら与えられる実
回転数信号Ｓ２と、ガス温度センサ２１がら与えられる
実温度信号８１０とを入力し１回転数と温度との下降速
度がそれぞれ所定値以上のとき失火と判定する。そして
失火と判定したときは、制御信号Ｓ５又はＳ６を遮断し
、その代りに燃料供給を停止させる信号を駆動回路２９
へ送り、それによって燃料噴射を停止させる。

次に、第５図は失火判定回路３８の一実施例の回路図で
ある。

第５図において、２６〜３０及びＳＷ４は第４図の同符
号のものと同一部分を示し、その他の部分が失火判定回
路３８である。

スイッチＳＷ４を通った制御信号Ｓ５又はＳ６は。

オペアンプ６１で増］１】されたのち、スイッチＳＷ、
。

を介して駆動回路２９へ送られる。なおオペアンプ３８
のダイオードＤ１は、負電圧をカットするものである。

また正常運転時は、スイッチＳＷ、、はＡ側に接続され
ている。

駆動回路２９は、トランジスタＱ１及びダーリントン接
続されたトランジスタＱ２．Ｑ３等がら構成されており
、入力する制御信号に応じて燃料噴肢弁３０を駆動する
。

一方、４０は温度判定回路、　４］は回転数判定回路４
２は禁止回路である。

まず温度判定回路４０において、オペアンプ４３゜コン
デンサＣ１及び抵抗Ｒｏは、微分回路を構成しており、
実温度信号ＳＩＯの負の微分値を演算し。

温度の下降速度を正の信号で出方する。すなわちガスタ
ービンが失火してガス温度が急激に低下すると、この微
分回路の出力が大になる。なおコンデンサＣ２は外部か
らの急激なノイズをカットするために接続したものであ
る。

また実温度信号８１０は、ガス温度に対応した値であり
１例えば燃焼器の出口温度、コンプレッサタービンの入
口温度又はパワータービンの入口温度に対応した信号で
ある。

次にオペアンプ４４と抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、ヒステリシス
特性をもった比較器を構成しており、微分回路の出力が
基準値以上になると低レベルになる信号を出力する。上
記の基準値は電源電圧Ｖを抵抗Ｒ１とＲ２とで分圧した
値であり、かつオペアンプ４４の出力が抵抗Ｒ３を介し
て加算されるようになっており、それによってヒステリ
シス特性が与えられる。

」１記の比較器の出力をオペアンプ４５で反転した信号
が温度判定信号ＳＩ３となる。

したがって温度判定信号８１３は、正常運転時は“′０
“°であり、温度の下降速度が所定値以」―のとき“１
′′となる。

次に回転数判定回路４１において、実回転数信号Ｓ２は
５例えばコンプレッサタービンが１回転するごとに１０
パルス出力されるパルス信−号である。

１ｉ”Ｖ変換器（周波数・電圧変換器）４６は、」−記
の実回転数信号Ｓ２の周波数に比例したアナロク電圧の
信号を出力する。

またオペアンプ４７．４８．４９等から構成される回路
は＋　ｉｆ記湿温度判定回路４０同様の微分回路、比較
器及び反転回路であり、コンプレッサタービンの回転数
の下降速度が所定値以」−になると“１゛′になる回転
数判定信号８１４を出力する。

次に禁止回路４２において、可変抵抗５０はアクセルペ
ダルに連動する摺動抵抗器であり、アクセルペダルの踏
角に応じた重用を出力する。

またオペアンプ５１とコンデンサ等で構成される回路は
、前記と同様の微分回路であり、可変抵抗５０の出力電
圧の下降速度に対応した正の信号を出力する。

またオペアンプ５２と抵抗は、ヒステリシス特性をもっ
た比較器を構成しており、微分回路の出力が基準値以上
になると”ｏ”になる信号ＳＩ７を出力する。

すなわち信号ＳＩ７は、アクセルペダルの踏角が急激に
減少（減速指令時）したときに０゛′になる。

またスイッチＳＷ、ｏは、前記のスイッチＳＷ４　と連
動するスイッチであり、始動時（クランキング中又は着
火と判定されるまで）にはＡ側（接地）。

通常運転時はＢ側に切換えられる。

またスイッチＳＷ、２は、エンジン停止スイッチと連動
するスイッチであり、エンジン停止指令時にはオン（接
地）になる。

上記の信号Ｓ］７及びスイッチＳＷ＋ｏ　、　５Ｗ１２
の出力はアンド回路５３に与えられる。したがってアン
ド回路５３の出力は、上記の三つの信号のうち−っでも
′０“のときはパ０゛になる。このアンド回路５３の出
力が禁止信号ＳＩ５となる。この禁止信号ＳＩ５が′罪
“のときは禁止条件が満足されたことになり。

失火判定を禁止する。

−１−記の温度判定信号５１３９回転数判定信号ＳＩ４
及１０び禁止信号ＳＩ５はアンド回路５４に与えられる
。

−１，記の三つの信号ＳＩ３〜ＳＩ５の全てがｌ′′の
とき。

すなわち温度と回転数の下降速度が所定値以上であり、
かつ禁止条件に該当していない時は、アナログ回路５４
の出力すなわち失火判定信号８１６が１″になる。

失火判定信号ＳＩ６がパ１”になると、トランジスタＱ
４がオンになってリレー３９が励磁され、その接点であ
るスイッチＳＷ、、がＢ側に切換えられる。

スイッチｓｗ＋、がＢ側に切換えられると、制御信号Ｓ
５又はＳ６が遮断され９代りに所定電圧Ｖ８が駆動回路
２９へ送られる。そのため駆動回路２９のトランジスタ
Ｑ１がオン＋　Ｑ２１　Ｑ３がオフに固定され。

燃料噴射弁３０による燃料供給が停止させられる。

上記のように第５図の回路においては、カス温度すなわ
ち燃焼器の出口温度又はコンプレッサタービンやパワー
タービンの入口温度の下降速度が所定値具−してあり、
かつコンプレッサタービンの回転数の下降速度が所定値
具」二のとき失火と判定するように構成しているので、
信頼性の高い失火判定が可能となる。

また９回転数の低い始動時、エンジン停止時及び急減速
時には、失火判定を禁止するように構成しているので、
誤判定のおそれが更に少なくなるなお駆動回路２９のト
ランジスタＱ１に発光タイオード５５を接続し、トラン
ジスタＱ１がオンのときに点灯させるように構成すれば
、失火と判定して燃料を停止にさせたことを簡単に表示
することが出来る。

また温度判定回路４０と回転数判定回路４１の基鴎値（
オペアンプ４４と４８のプラス側入力）を運転パラメー
タ（例えば目標回転数、目標温度値等）に応して変化さ
せるように構成すれば更に精密な判定をすることが出来
る。

次に第６図は、失火判定回路３８の他の実施例図であり
９図示しない部分は第５図と同一である。

第６図において、実温度信号ＳＩＯを入力するオペアン
プ５６はヒステリンス特性をもった比較器を構成し、ま
たオペアンプ５７は反転回路を構成している。したがっ
て信号８１８は、カス温度が所定値具−１−１のときは
’１”、未満のときは０゛′となる。

またＦＶ変換器５８は、実回転数信号Ｓ２を入力し。

その信号の周波数に比例したアナログ電圧を出力する。

またオペアンプ５９．６０は上記と同様の比較器及び反
転回路を構成している。したがって信号Ｓ１９は、実回
転数が所定値具」二のとき“’１”、未満のとき゛０パ
となる。

−１−記の信号Ｓ１８　＋　８１９を、前記の信号ＳＩ
３〜ＳＩ５と共にアンド回路５４に与える。

したがって第６図の回路（７″おいては、ガス温度２０
が所定値具］−であり、かつ回転数が所定値以上であり
、しかも前記の禁止信号ｓ＋５が１″のときに。

ガス温度と回転数の下降速度が所定値具−１−になった
場合に失火と判定することになる。

このように構成したことにより、失火の判定を遅らせる
ことなく、かつ失火と判断すべきてない条件を確実に設
定することが出来るので、信頼性の高い判定が可能とな
る。

なお第２〜第６図においては、アナログ回路を用いて制
御回路を構成した場合を例示したが、マイクロコンピュ
ータを用いてプログラム制御することが出来ることは当
然である。

以−１−説明したごとく本発明によれば、ガス温度と回
転数の下降速度から間接的に失火を判定するように構成
しているので、長期間にわたって信頼１性の高い失火判
定を行なうことが出来る。

また始動時等のように失火判定を行なう必要のない場合
は、失火判定を禁止するように構成しているので、誤判
定を行なうことがなく、確実に動作する。

また失火と判定して燃料供給を停止した場合に。

発光ダイオード等の表示装置を作動させることにより、
失火したことを運転者に容易に知らせることが出来る。

また第６図の実施例に示すごとく、特定の運転状態のと
きだけ失火判定を行なうように構成したことにより、失
火と判断すべきでない条件を確実に設定することが出来
るので、より信頼性の高い判断が可能になる等、多くの
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するガスタービンの一例図、第２
図は閉ループ制御の概略のブロック図。 第３図は閉ループ制御の詳細なブロック図、第４図は本
発明の一実施例のブロック図、第５図は本発明の一実施
例の回路図、第６図は本発明の他の実施例の回路図であ
る。 符号の説明 １・・・コンプレッサ　　２・・・コンプレッサタービ
ン３・・・コンプレッサ軸　５・・・熱交換器６・・・
燃焼器　　　　　７・・・パワータービン８・・・可変
ノズル　　　９・・・パワータービン軸１０・・変速ギ
ア　　　　１１・駆動軸１２・・・車軸　　　　　　１
３・・ガスタービン本体１４・・目標回転数設定器 １５・・・コントローラ　　１６・・・燃料系１７・・
・回転センサ　　　１８・・・目標温度設定器１９・・
・コントローラ　　２０・・・可変ノズル２１・・・ガ
ス温度センサ　２２・・・−次遅れ回路２３・・・加算
器　　　　　２４・・・リミッタ２５・・偏差検出回路
　　２６・・最小値優先回路２７・・・ＰＩＤ回路　　
　　２８・始動時燃料設定回路２９・・駆動回路　　　
　３０・・燃料噴射弁３１・・・関数発生器　　　３２
・・・オペアンプ３３・・・リミッタ　　　　３４．３
５・・・偏差検出回路３６・・・駆動回路　　　　３７
・・・可変ノズル３８・・・失火判定回路　　３９・・
リレー４０・・温度判定回路　　４１・・・回転数判定
回路４２・・・禁止回路　　　　４６．５８・・・ＦＶ
変換器代理人弁理士　中村純之助

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　コンプレッサタービンとパワータービンとを有ス
   る２軸ガスタービンエンジンにおいて、ガス温度を検出
   する手段と、コンプレッサタービンの回転数を検出する
   手段と、ガス温度の下降速度が第１所定値以」−である
   条件と回転数の下降速度が第２所定値以上である条件と
   の両方が満足されかつ失火判定を禁止する特定の運転状
   態でない場合に失火と判定して燃料供給を停止する手段
   とを備えたガスタービンエンジンの制御装置。 ２、」―記の失火判定を禁止する特定の運転状態ｌとし
   て、始動開始時から着火までの間、急減速指令時、エン
   ジン停止指令時、ガス温度が所定値以ドの時９回転数が
   所定値以下の時、のうちの一つもしくは二つ以］−を組
   合せて用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のガスタービンエンジンの制御装置。 ３、」１記ガス温度として、燃焼器の出口温度。 コンプレッサタービンの入口温度及びパワータービンの
   入口温度のうちのいずれかを用いることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のカスタービンエンジンの制御
   装置。 ４　上記第１所定値と第２所定値とを運転状態に応じて
   変化させるように構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のガスタービンエンジンの制御装置。 ５　失火と判定して燃料供給を停止した場合にそれを表
   示する表示手段を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のカスタービンエンジンの制御装置。