JPS598653B2 - ジドウシヤヨウ ２ ジクガスタ−ビンノセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動車用ガスタービン、とくに自動車用２軸
再生式ガスタービンの制御装置に関する。

自動車の推進動力用の２軸式ガスタービンエンジンは負
荷変動が大きい、部分負荷運転が多い、操作者が不慣れ
である等の特質がある。

このため自動車用ガスタービンは他の内燃機関と競合し
実用化されるためには、その制御面において性能の向上
（低燃費、高加速性、エンジンブレーキ可など）、操作
が容易、人的、機械的な安全運転可能などを実現する必
要がある。

従来、自動車用２軸ガスタービンの制御システムは油圧
式、電気式あるいはこれらを組合せた方式などがあるが
、何れも制御機能に不備な点が多く、例えば部分負荷運
転時の燃費が悪い、自動起動時の各種エンジンプロテク
ション機能が悪い、エンジンブレーキモードがない、加
速時の応答カ遅いなど種々の欠点を有していた。

この発明は上記の点に鑑みなされたもので、運転状況に
応じたアイドル指令電圧を発生する手段と、前記アイド
ル指令電圧とアクセルペダルの踏込み状態に応じた電圧
との和電圧と、ガスジエネ゛レータの実測の回転数に比
例したフィードバック電圧との差電圧によりガスジエネ
レータの回転速度の制御を行う手段と、加速時のガスジ
エネレータタービンの入口温度の基準値を電圧に変換し
た後、この加速基準電圧と実際のガスジエネレータター
ビンの入口温度に対応する出力電圧とを比較してガスジ
エネレータタービンの加速制限信号を得る手段と、熱交
換器の入口温度及びパワータービンの回転数を計測しこ
れらを電圧に変換したのち、それぞれの電圧が所定の値
に達すると燃料流量制限を行うとともに最小燃料流量を
設定し減速指令時における吹き消え防止を行う手段と、
エンジン異常を検知して異常時に緊急的に燃料供給を遮
断する手段とを具備したことを要旨とし、燃料消費が少
なく、加速性に優れるとともにエンジンブンーキ機能を
有し、さらに操作が容易で安全性の向上が著しく計れる
等、極めて優れた特長を有する自動車２軸ガスタービン
の制御装置を提供することを目的とする。

以下この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は一般的な自動車用２軸再生式のガスタービンエ
ンジンの概略を示す図で、コンプレツサ１とガスジエネ
レータタービン２を相互に連結する回転軸３からなるガ
スジエ坏レータ４を有し、熱交換器５、燃焼器６、パワ
ータービン７の作動ガス流入角が調節可能なバリアブル
ノズル８、パワータービン出力軸９、減速歯車群１０に
より構成されている。

第１図において、エンジンそれ自体の詳細な構成、動作
はここでは省略する。

次に、この発明の一実施例に係るガスタービンエンジン
の制御装置を第２図のブロック図によシ説明する。

第２図において、２１はアクセルペダルで、このアクセ
ルペダル２１が踏込まれると、図示破線で示す機械的伝
達機構２２を介してポテンショメータ２３が変位する。

このポテンンヨメータ２３の摺動端子２３ａにはアクセ
ルペダル２１の踏込み量に比例した出力電圧Ｖ１が発生
する。

２４はアクセルスイッチで、このアクセルスイ、ツチ２
４はアクセルペダル２１が踏込まれると開かれ、踏込ま
れていないときに閉じているものである。

そして、上記ポテンショメータ２３の出力電圧ｖ１ハア
クセルペダル２１が踏込まれないときぱ零、一杯に踏込
まれたときは所定の電圧ＶｍａＸの電圧が与えられる。

２５ぱアイト゛ルセットスイッチで、このアイドルセッ
トスイッｆ２’Ｊｄ２つの接点２５ａ，２５ｂを有し、
これらの接点は操作者により選択的に開閉操作される。

すなわち、エンジン始動のときは、エンジンのガスジェ
不レータ速度を低アイドルに選ぶため、その接点２５ａ
が閉じられ、ライン２５７には低アイト゛ル指令電圧ｖ
Ｌが発生する。

またエンジンのガスジエネレータ速度を高アイト゛ルに
し、エンジン出力を有効に取出す準備をするときは、そ
の接点２５ｂが閉じられ、ライン２５Ａには高アイドル
指令電圧ｖＨが発生する。

この電圧ｖＬ，ＶＨは十分に安定化された電源と接地端
子間に設けられた抵抗分圧回路等により構成される基準
電圧発生器２６ａ，２６ｂにより出力される。

そしてライン２５Ａの発生電圧は一次遅れ回路装置２７
に入力される。

この一次遅れ回路装置２７はスイッチ２５の接点２５ａ
，２５ｂのどちらか一方が選択されて、ライン２５ｔの
電圧がＶＬからＶＨまたはＶＨからｖＬに瞬時に変化し
たとき、一定の時定数で指数関数的にゆるやかにその出
力ライン２７７の電位を変化させて、エンジンの運転状
態変化を不必要な過渡現象（・・ンチング等）から守る
ためのもので、接点２５ａが選択されたときはその出力
ライン２７ＡにはＶＬが出力し、接点２５ｂが選択され
たときはＶＨとなるが、ある一定時間後には等しい電圧
となる。

この出力ライン２７，６の電圧は加算器２８の一方の入
力端に供給される。

加算器２８は上記電圧ｖＬあるいは電圧ＶＨと前記ポテ
ンショメータ２３からのアクセル踏込み量に比例した出
力電圧ｖ１の和電圧ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ）を出力する。

この和電圧はエンジンの出力レベルを定める基準電圧で
あシ、これをアクセル２１の操作、アイドルセットスイ
ッチ２５の操作との関連において説明すると下表のよう
に表わせる。

しかして、上記表の状態番号によりさらに詳細に説明す
ると、ＬＡ状態はエンジンの始動前及び始動直後の状態
であり、あるいは長時間エンジンをアイドリンク回転さ
せる必要のあるときの状態であり、エンジンは自力運転
可能な最低アイドリンク回転速度（ガスジエネレータ回
転）付近にセットするための指令電圧Ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ
） を与えるために用いられる。

また、ＬＢ，ＬＣ状態はＬＡ状態からアクセルペダル２
１を操作することによって作シ出されるが、一般にはＬ
Ａ状態からＬＢ，ＬＣ状態に移行してエンジンから有効
出力を取出すには応答が遅いので使われない。

ＨＡ状態は引き続きＨＢ，ＨＣ状態に移行して有効なエ
ンジン出力を取出す操作を行う際に十分な応答速度を得
られるためにＬＡ状態からアイドルセットスイッチ２５
を操作することにより作シ出される。

ＨＡ状態ではＬＡ状態よりエンジンのガスジエネレータ
速度は１０〜２０係高い値が選ばれる。

ｆ｛Ｂ状態はエンジンの部分負荷運転状態であり、アク
セルペダル２１の踏込み量に比例してエンジンの出力レ
ベルが任意のレベルに調節される。

ＨＣ状態は最大負荷運転状態であシ、このときの加算器
２８からの和電圧Ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ）は最大値となる。

よって、このときの値をこの発明を適用するエンジンの
ガスジエネレータの最大許容回転修正速度を与えるため
の基準電圧として実際の値を定める。

以上よシ明らかなように加算器２８の和電圧Ｖ（ Ｎｇ
／ｒ ｅ ｆ ）”エンジンの出力レベルを定めるとこ
ろの操作者の操作によシ指令される基準電圧である。

すなわち和電圧ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ）はエンジンの出力レ
ベルを与える指令の基準電圧である。

次にエンジンのガスジエネレータの実際の回転速度、修
正回転速度をフィードバックし操作者の指令通シにエン
ジンを運転するためにこれらを実測し、あるいは演算す
る必要がある。

エンジンのガスジエネレータの回転速度検出器２９は第
１図で示したガスジエネレータ回転軸３に直接あるいは
図示されていない補機駆動の歯車列を介して間接的に接
続され、磁電変換式パルス発生器により回転速度を検出
するものである。

このパルス周波数ｆはガスジエネレータ回転速度Ｎｇに
比例する。

上記回転速度検出器２９の出力パルスは適肖な増幅器を
組込んだ周波数一電圧変換器（以下ｆ −Ｖ変換器と言
う）３０に送られ回転速度に比例した電圧ＶＮｇを得る
。

また、３１はコンプレツサ入口の大気温度Ｔａを測定す
るための温度検出器で、コンプレツサ入口付近に設けら
れる。

この温度検出器３１は白金抵抗線温度計あるいはサーミ
スタ温度計等の温度一電圧変換器が用いられ、その出力
電圧は増幅器３２で増幅されたのち、関数発生器３３に
供給されるとともに掛算器３４に供給される。

上記関数発生器３３はその出力電圧ＶｔがＴａの絶対温
度の平方根の逆数に比例するように変換する。

ここでＴａの変化は自動車用の場合、−２０〜＋４０℃
程度の変化であることを利用し、＝２８３°Ｋ，Δヂ＝
３０℃とおけぱＴａ＝２８３（１±０、１０６）’Ｋと
なり、これによりしたがって、変化範囲は＋５．３１％
と極くわずかであるから、このように近似値の関数発生
器で代替できる。

関数発生器３３の出力電圧ｖｔは掛算器３５の一方の入
力端に供給され、他方の入力端には前記ｆ−Ｖ変換器３
０の出力電圧ｖＮｇが供給される。

この掛算器３５の出力電圧はガスジエネレータ回転速度
Ｎ２の修正回転速度Ｎｇ’ａｃｔを表わす。

そこで、以下実測のガスジエネンータの修正回転速度を
表わす掛算器３５の出力ライン３５７の電圧をＶ（Ｎｇ
’ａｃｔ）で表わすものとする。

この掛算器３５の出力は比較器３６で、前記加算器２８
の和電圧ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ）と比較され、その差電圧Δ
ＶＮｇ’＝Ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ） −Ｖ（Ｎｇ’ａｃｔ）
をその出力ライン３６，５に出力する。

すなわち、この差電圧ΔＶＮｇ′は操作者指令のエンジ
ンの出力レベルを与える基準電圧（加算器２８の和電圧
Ｖ（ Ｎｇ’ｒ ｅ ｆ ） ）と実際に運転されてい
るエンジンの出力レベルの対応する実測のフィードバッ
ク電圧（掛算器３５の出力電圧Ｖ（Ｎｇ’ａｃｔ））と
の差である。

しかして、この差電圧ΔＶＮｇ′の値に比例してエンジ
ンの燃料供給流量Ｑ［を与えるよう゛に燃料制御を行う
のがこの発明の基本制御機能の１つである。

すなわち、差電圧ΔＶＮｇ′は他の後述する制御信号群
とともに、最小値選択装置３７の入力となり、差電圧Δ
ＶＮｊが他の後述する制御信号群のどれよクも小さい場
合には最小値選択装置３７から差電圧ΔＶＮｇ′がその
まま出力ライン３７Ｉ！，に出力され最大値選択装置３
８の一方の入力端に供給される。

この最大値選択装置３８のもう一方の端子にはスケジュ
ール装置３９からの出力電圧が供給される。

このスケジュール装置３９は掛算器３５の出力電圧Ｖ（
Ｎｇ’ａｃｔ）の値に応じてエンジンの燃焼器６（第１
図）が、ガスジエネレータの運転中の実際の修正回転速
度Ｎｇ’ａｃｔのすべての範囲に渡り吹き消え（Ｂｌｏ
ｗ Ｏｕｔ）を起さない最小の燃料流量を与える信号電
圧Ｖｆを出力する関数発生器で、修正回転速度Ｎｇ’ａ
ｃｔの増大とともにＶｆも比例的に増大するように実験
的に定められた関係によってアナログ演算素子を用いて
つくることができる。

このスケジュール装置３９はコストの関係または適用す
るエンジンの吹き消え防止のための燃料の最小流量が修
正回転速度Ｎｇ’ａｃｔによって変化しないかあるいは
変化させる必要がないと認められるときは、これを既知
の抵抗分割等による一定電圧発生器にて簡略化しても良
い。

しかして、上記最大値選択装置３８の出力電圧は上記差
電圧ΔＶＮｇ′か信号電圧ｖｆのうちどちらか大きい値
をその出力ライン３８ｔに出力し、サーボアンプ４０に
供給される。

このサーボアンプ４０はその入力電圧に比例した出力電
流を燃料メータリングサーボバルプ４１のコイルに流す
。

燃料メータリングサーボバルブ４１はそのコイル電流に
比例した燃料流量を燃焼器に送る。

燃料流量Ｑｔは上記の様に基本的に差電圧ΔＶＮｇ′に
比例しておシ、これによシ明らかなように、操作者の指
示の和電圧Ｖ（Ｎｇ’ｒｅｆ）に対し、実測の”（Ｎｇ
’ａｃ ｔ ） （掛算器３５の出力）が一致するまで
燃料流量Ｑｆは増大または減少させる。

これによって操作者はアクセルペダルの踏込み量に応じ
たガスジエネレータの回転速度を制御することができる
。

しかして燃料流量Ｑｆは差電圧ΔＶＮｇ′に比例するか
ら、アクセルペダル２１が急激に踏込まれた場合、燃料
流量Ｑｆは一次的に過大となり、ガスジエネレータター
ビン入口のガス温度Ｔ７は急上昇する。

この結果、ガスジエネレータコンプレツサがサージング
現象を起したシ、ガスジエネレータタービンの材料的許
容限界温度Ｔ７ｍａＸを超えて破壊に至る場合があり、
この発明ではこれを防ぐため次のように制御している。

？算器３５の出力ライン３５７には前記したようにｖ（
Ｎｇ’ａｃｔ）が発生している。

この信号”（Ｎｇ’ａｃｔ）を利用してすべての修正回
転速度Ｎｇａｃｔの範囲で最適なガス温度Ｔ７のスケジ
ュールを行い、これをＴ７ｒｅｆとする。

これを詳細に説明すると、まず信号ライン３５，ｆｆの
電圧Ｖ（Ｎｇ’ａｃｔ）を用いて、関数発生器４２によ
ってＴ７ ｒ ｅ ｆ ＝Ｔ７ｒｅｆ／Ｔ１なる・々ラ
メータＴ７ｒｅｆを表わす出力電圧Ｖ（ｒｌｒｅｆ ）
を発生させる。

ここで修正回転速度Ｎｇ’ａｃｔの関数としてＴ７′ｒ
ｏｆはどのように設定すれば良いかを第３図によって説
明する。

一般的にパラメータＴ７ｒｅｆはガスジエネレータにお
けるコンプンツサ入口温度Ｔ１ とガスジエネレータ
タービン入口温度Ｔ７の比であシ、温度上昇比を表わす
ので、運転状態をガスジエネレータ修正回転速度Ｎｇ’
ａｃｔとパラメータＴ７′ｒ８ｆで見る場合、コンプレ
ツサのサージング領域は曲線Ａ．ＪＪ上の領域に固定化
して表わすことができることは周知である。

エンジンとくにガスジエネレータの運転状態が曲線Ａか
またはその上の領域に入ることは危険であるので、この
曲線Ａの下にサージ余裕をとった曲線Ｂを実用的な限界
運転線とすることは容易に推察できる。

よってここでは、実用的な限界曲線Ｂを加速時限界線と
呼称する。

これは加速時に供給する燃料が増大してガスジエネレー
タタービン入口のガス温度Ｔ７が急上昇しても、これ以
上上昇してはならない限界の運転線である。

さらにエンジンを応答よく加速するために定常運転線Ｃ
を定め、上記曲線ＣとＢとの差は加速余裕温度ΔＴ７′
と言う。

このΔＴ７′はエンジンの加速性能を重視し定常運転時
の燃費を軽視するときは大きく、加速性能は劣っても定
常運転における燃費を良くしたいときには小さく選ぶ。

上記したようにパラメータＴ７ｒｅｆは実測にもとすく
修正回転速度Ｎｇ’ａｃｔをもって曲線Ｃに対応させて
設定する。

このように設定することによシ、定常運転状態にあるエ
ンジンのＴ７／Ｔ１の比は修正回転速度Ｎｇ’ａｃｔが
一定であれば一定に保つ目標値を定め得たことになる。

また修正回転速度Ｎｇ’ａ ｃ ｔが変化したときは、
その運転状態が定常状態にある限シ、やはシ新しいＴ７
／Ｔ１の目標値が定まることは言うまでもない。

しかして、関数発生器４２によシｖ（Ｔ７’ｒｅｆ）な
る基準電圧を得、これをさらに掛算器３４により、増幅
器３２の出力電圧によってＴ７ｒｅｆを表わす電圧Ｖ（
Ｔ７ｒｅｆ）に変換してその出力ライン３４ｔに出力す
る。

これを第４図で説明すると、曲線群Ｃが修正回運速度Ｎ
ｇ’ａｃｔの関数として与えられることを示している。

曲線群Ｃはコンプレツサ入口温度Ｔ１ が高いとき高い
Ｔ７ｒｅｆを与えることを示している。

以上のように定常状態時の基準となるガスジエネレータ
タービン入口温度Ｔ７ｒｅｆが創成されたが、これを用
いて、一定の加速余裕温度ΔＴ７″を加えて加速時のＴ
７０基準値Ｔ７ｒｅｆ，ａｃｃ（Ｔ７ｒｅｆ−ａｃｃ＝
Ｔ７ｒｅｆ＋ΔＴ７′）をツくルコトができる。

すなわちライン３４７に既知の方法で一定電圧Ｖ（ΔＴ
７）をつくり加算器４４によって加算してｖ（Ｔ７ｒｅ
ｆ．ａｃ。

）をつくりこれをリミタ４５に送る。

リミタ４５はその出力電圧がＴ７の最高許容温度Ｔ７ｍ
ａｘに相当する電圧を起さないように制限する装置であ
る。

このＴＴｍａＸはガスジェネレータタービンの材質的な
許容限界温度によって定まるＴ７の最高許容温度であり
、第４図において直線ｄで示されるところの一定の値で
ある。

リミタ４５の出力電圧は結局、修正回転数Ｎｇ’ａｃｔ
とコンプレツサ入口の大気温度Ｔａ応じて高々ＴＴｍａ
Ｘに相当する電圧を越えない第４図の曲線群ｂまたは直
線ｄで表わされるところの加速度時運転線を電圧によっ
て創生じたものである。

一方、実際のガスジエネレータタービン入口温度Ｔ７は
温度検出器４６により電気量に変換され、増幅器４７で
取扱い容易な電圧に増幅される。

この温度検出器４６は経済性と諸性能の点から考えてク
ロメル〜アルメル熱電対が適当であるが、他の熱電対や
パイロメータ等でも良い。

上記増幅器４Ｔにはチョツパアンプ等が適当である。

さらに温度検出器４６の低応答性を補償し、低応答性の
ために温度コントロールの誤差でガスジエネレータター
ビンの破損に至ることのないように応答時間補正装置４
８が設けられる。

この応答時間補正装置４８は温度検出器４６が熱電対の
場合にはその検出部が高速燃焼ガス流の中に配置され、
ガス流速の大小により応答遅れの時定数が変化するため
に、ｆ−Ｖ変換器３０の出力ｖＮｇをこのガス流速の代
替として利用し、補正装置４８の補正時定数を変化させ
うるもので、いわゆる位相進み補償回路であり、その一
例を第５図に示す。

第５図において、この機能を説明する。

入力端子４８１に時定数要素であるコンデンサ４８２と
抵抗４８３の直列接続回路と抵抗４８４とデュアルＦＥ
Ｔ４８５の一方のＦＥＩ：Ｔ４８５ａの直列接続回路を
並列に接続しアナログオペアンプ４８６の反転入力端子
に接続する。

また他方のＦＥＩ；Ｔ４８５ｂと抵抗４８γを直列接続
してオペアンプ４８Ｇの出力端子４８９に接続する。

デュアルＦｇＴ４８５のそれぞれのソースは端子４８８
に接続される。

上記入力端子４８１０入力電圧は第２図の増幅器４７の
出力端子に接続されているのでＶ（Ｔ７）であるがこれ
をｅｉとする。

そして出力端子４８９の出力電圧をｅ。

、抵抗４８３，４８４，４８７の抵抗値をそれぞれＲ１
，Ｒ２ ，Ｒ３，デュアルＦＥＴ４８５の２つの素子
４８５ａ，４８５ｂの各々のソース・ドレイン間抵抗は
等しくこれをＲ４ とし、コンデンサ４８２の容量をＣ
１ とするとＲ２＝Ｒ３のときは、ラプラス演算子Ｓを
用いて ここでＲ４は端子４８８の電位ｖＮｇに比例して変化し
、■Ｎｇが大きいときはＲは小さい値をとる。

このため時定数ｔ，は変化して、位相進み時定数を変化
させることができる。

このようにしてガスジエネレータタービン入口温度Ｔ７
の実際値を電圧に変換した信号ｖ（ Ｔ７ａｃｔ）
を出力ライン４８，ｆｆに得ることができる。

しかして、比較器４９によってリミタ４５の出力電圧ｖ
（Ｔ．ｒｅｆ．ａｏｏ）と応答時間補正装置４８の出力
電圧Ｖ（Ｔ７ａｃｔ）を比較し、その出力ライン４９ｔ
に加速制限信号電圧ΔＶ（Ｔ７ａｃｅ）を得る。

ここにΔＶＴ７ａｃｃ＝Ｖ（Ｔ，ｒｅｆ−ａｃｃ） ”
（Ｔ７ａｃｔ）である。

このΔ”ｒａｃｅは前記最小値選択装置３７の入力の１
つとして用いられる。

すでに説明した通り、供給燃料流量Ｑｆは基本的に差電
圧ΔＶＮｇ／に比例するごとく制御され、いわゆる速度
制御として十分な機能を、有するが、アクセルペダルの
急激な操作によシ、流量Ｑｆが一時的に増大スる結果、
ガスジエネレータタービン入口ガス温度Ｔ７が急上昇し
、コンプレッサがサージングに突入しあるいはタービン
の材料的許容限界温度Ｔ７ｍａＸを越えて破壊に至るこ
とを防止するため、前記Δ”ｒａｃｅ を最小値選択装
置３７の入力として用いることにより、Ｔ７の実際値が
前記スケジュールされたｖ（Ｔ７ｒｅｆ．ａｃｃ）に近
ずくにつれ、最小値選択装置３７によって、その出力電
圧ぱΔｖＮｇ／，ΔＶＴ７ａｃｅのうち小さい方を出力
するから、ΔＶＮｇ／の過大による前記不具合は解消さ
れる。

以上によって速度制御とガスジエネレータタービン入口
のガス温度Ｔ７の温度制御が燃料流量をクローズドルー
プ制御することによって達成されている。

しかしこの発明においては、さらに熱交換器の温度によ
る破壊予防と、パワータービンのオーバラン防止機能を
次のようにして合せ持たせている。

まず第１図に示した熱交換器５０入口温度ＴＥを温度検
出器５０によシ電気量に変換され増幅器５１で取扱いの
容易な電圧に増幅する。

この電圧はさらに必要な場合には応答時間補正装置５２
により応答遅れによる不十分な制御機能を補うこともで
きる。

温度検出器５０はＴ７測定における温度検出器４６と同
様の機能を持ち、増幅器５１は増幅器４７と同様の機能
を持ち応答時間補正装置５２は同４８と同様の機能を持
っている。

そして補正装置５２の出力ＶＴＥは比較器５３の一方の
入力端子に供給され、この比較器５３の他方の入力端子
には基準電圧発生器５４からの出力電圧Ｖ（ＴＥｍａｘ
）が供給される。

この電圧Ｖ（ＴＥｍａｘ）は上記熱交換器５の許容限界
温度を表わす電圧値である。

比較器５３の出力にはΔＶＴＥ＝ｖ（ＴＥｍａｘ）
ＶＴＥ で表わされる電圧ΔＶＴＥをその出力ライン５３Ｉ！，
に出力する。

このΔＶＴＥは最小選択装置３７の１つの入力として用
いられる。

次に第１図で示したパワータービン７の出力動力を取出
す減速歯車群１０の回転速度を検出する方法を説明する
。

検出自体は公知の磁気変換式パルス発生器５５によって
パワータービン回転速度ＮＰＴに比例するパルス周波数
ｆ′を得る。

このパルス周波数ｆ′はｆ−Ｖ変換器５６によシ、パワ
ータービン回転速度ＮＰＴに比例する電圧Ｖ（ＮＰＴ）
に変換する。

この電圧Ｖ（ＮＰＴ）は比較器５７の一方の入力として
用いられ、基準電圧発生器５８で発生する出力電圧ｖ（
ＮＰＴ１ｏｏ）と比較され、Δｖ（ＮＰＴ）＝ｖ（ＮＰ
Ｔ１００） −■（ＮＰＴ）が得られる。

上記ΔＶ（ＮＰＴ）は最小値選択装置３７０１つの１つ
の入力として用いられる。

この最小値選択装置３７には上記したように４つの入力
が供給されている。

すなわち速度制御のためのΔｖＮｇ／、加速時のＴ７コ
ントロールのためのΔｖ（ Ｔ ７ ａ ｃ ｃ ）、
熱交換器の入口温度ＴＥの過温ｉ防止のためのΔＶＴＥ
、パワータービンのオーバラン防止のためのΔＶ（ Ｎ
Ｐ Ｔ ）の４つの入力である。

最小値選択装置３７ぱこれらの４つの信号電圧の最小の
ものを選択し、それを出力するために定常運転状態では
速度制御信号ΔＶＮｇ／が選択され、加速時には大きな
値のΔＶＮｇ／が入カされるが、たとえばΔｖ（Ｔ７ａ
ｃｅ）が実際のＴ７が上昇するためにスケジュールされ
たＴ７ｒｅｆ．ａｃｃに近ずくと小さくなり、Δｖ（Ｔ
７ａｃｅ）が選択されて供給燃料流量Ｑｆを低くする信
号が最小値選択装置３７から出力される。

最小値選択装置３７によって種々の運転状態におけるガ
スジエネレータの回転速度Ｎｇを指令値に保つとともに
、ガスジエネレータタービン入口温度Ｔ７の過上昇、熱
交換器の入口温度ＴＥの過上昇、パワータービン回転速
度？’Ｊｐ’ｒの過上昇が起きる前に未然にこれらの制
限事項によって不都合な状態が予防できる。

減速指令が発せられると、ΔＶＮｇ／ は一時的に負の
信号となシ、最小値選択装置３７は上記他の３つの入力
信号よりもΔｖＮｇ／ を選択し、この場合には最大値
選択装置３８によって、前記した吹き消え防止のための
最小燃料流量を与えるための信号電圧ｖ（Ｑｆｍｉｎ）
が選択されて吹き消えを未然に防止することができる。

燃料コントロールは以上の他に、緊急時には完全に燃料
を遮断する保護装置が設けられている。

すなわち、燃料メータリングサーボバルプ４１を通過し
た燃料オイルが電磁シャットオフ弁５９を経て、燃焼器
へ供給される。

この電磁シャットオフ弁５９は既知の３方弁であり、そ
のコイルに通電時は燃焼器へ燃料を送り、非通電時は燃
料はバイパスして燃料タンク（図示せず）へ戻シ燃焼器
へは供給されないようになっている。

通電状態であるか否かは緊急処理論理装置６０の出力に
より制御される。

この緊急処理論理装置６０には４つの信号が判定器６１
、シーケンスロジック装置６２、油圧・油温検出装置６
３、判定器６４からそれぞれ供給される。

上記判定器６１は基準電圧？（Ｎｇ００）を発生する基
準電圧発生装置６５からの出力電圧と回転速度Ｎ に比
例するＶＮｇとｇ の大小を判定する。

すなわちライン６１の電位の符号がｖ（Ｎｇ１ｏｏ）く
ＶＮ２のとき反転することを利用して、Ｎｇ＝１００％
（定格回転）を示す基準電圧ｖ（Ｎｇｔｏｏ）よシも実
測のｖＮｇが大きくなると、燃料を遮断するように作用
する。

シーケンスロジック装置６２はエンジン始動時に所期の
スケジュールをはずれ、具体的にはオーバクランクやミ
ス着火等を検知したときに緊急的に燃料供給を遮断する
ための信号を発生する装置である。

油圧・油温検出装置６３はエンジンが作動状態にあると
き潤滑油温と潤滑油圧の異常が発生したとき緊急的に燃
料供給を遮断するための信号を発生する装置である。

判定器６４は基準電圧ｖ（ＮｐＴｏｖｅｒ）を発生する
基準電圧発生装置６６からの入力電圧とライン５６Ａの
実測回転数１’Ｊｐ’ｒ に比例する電圧Ｖ（ＮＰＴ）
の大小を判定しＶ（ＮＰＴｏｖｅｒ）＜ｖ（ＮＰＴ）の
場合にはライン５１の電位の符号が反転することを利用
し、Ｖ（ＮＰＴｏｖｅｒ）よクもＶ（ＮＰＴ）が大きく
なった場合に燃料供給を遮断する装置である。

以上の様にして、エンジンを緊急的に燃料を遮断するこ
とにより、故障等の事故の保護装置が設けられる。

電磁シャットオフ弁５９および緊急処理論理装置６０の
他の役目について補足すると、操作者によるエンジンの
始動、停止指令を受けて、図示しない始動スイッチによ
って周知の自動車用内燃機の始動停止操作と同様に、停
止の操作がなされたときは緊急処理論理装置６０、電磁
シャットオフ弁５９のコイルの電源の供給を停止するこ
となどの適当な方法によって優先的に燃料供給を即時遮
断し、始動の操作がなされた以降は前記遮断信号がない
ときは上記装置６０、弁５９のコイルに通電し燃料供給
がなされるよう構成してエンジンの始動、停止の基本機
能を持っている。

以上は燃料流量制御系について詳述したが、次にバリア
ブルノズル制御について説明する。

第１図のバリアブルノズル８は周知のように環状の円周
に等間隔に配置した可動翼列によって構成され、作動ガ
スのパワータービンへの流出角を変え、ガスジエネレー
タタービンとパワータービンの動力配分を変化させるた
めのものである。

バリアブルノズル８の翼角を変える装置を第６図に示ス
。

第６図において、バリアブルノズル８の翼角を変えるア
クチュエータはタンデム式油圧シリンダ１１１であり、
そのロツド１１１ａは左右に突出し、その直径は受圧面
積比が左右である比”Ｋ”になるように定めてある。

ロツド１１１ａの大径側にはその直線的変位量を電気的
に変換するポジションフィードバックセンサ１１２が配
置されて諭る。

電気油圧サーボバルブ１１３には、後述するようにロツ
ド１１１ａを変位させるためにエンジンの潤滑油系統の
作動圧及び作動流体を利用して、その流量及び方向を制
御する電気信号が与えられる。

パイロットオペレーテツドダンプバルプ１１４はソレノ
イドバルブ１１５によって制御される。

すなわちソレノイドバルブ１１５のコイルに通電しない
ときは固定絞シ弁１１６を通過した圧油はオイルリザー
バ１１７にドレンされるようソレノイドバルブ１１５は
その油路を開くので、パイロットライン１１８の圧力は
下り、パイロットオベレーテツドダンフハル７’１ １
４のポートＡはポートＰと連通される。

またソレノイドバルブ１１５を通電すると、その油路は
閉じるのでパイロットライン１１８の圧力が上昇し、パ
イロットオペレーテツドダンプバルプ１１４のポ−トＡ
はオイルリザーバ１１７に通ずるポートに切換りシリン
ダ１１１の図示右室の圧力は低下する。

このときシリンダレータ１１９に蓄積された圧油の吐出
する油量の合計がシリンダ１１１の左室に流れ込みロツ
ド１１１ａを急速に図示右方へ移動する。

ポンプ１２０は第１図に示したガスジエネレータ６によ
って駆動されておシ、エンジンが運転されているときは
常に圧油を発生しておシ、チェック弁１２１を通して、
バリアプルノズルの駆動装置系と、潤滑油循環系１２２
に必要油量を供給しつづける。

ガスジエネレータ６０回転速度Ｎｇの変動により、ポン
プ１２０の吐出量は変化するが、回転速度Ｎｇが自力運
転の最小値Ｎ ・ のときに必要十分な吐出量を得られ
るよ・ｇｍｌｎ うその容量は選択されている。

回転速度ＮｇがＮ ・ よシ大きいときには余分の吐出
量は循環ｇｍｌｎ 系１２２でオイルリザーバ１１７に戻されるとともに必
要な制御圧は一定に保たれるように構成されている。

次にロツド１１１ａの変位とエンジンの制御状態の関係
について説明する。

上記ソレノイドバルプ１１５のコイルに通電しないとき
はバルブ１１４のポー｝ＡぱポートＰと通じている。

この状態ではシリンダ１１１の右室へ出入する圧油はサ
ーボバルブ１１３によって制御されている。

サーボバルブ１１３には第２図のサーボアンプ６７の出
力電気信号が供給されており、サーボアンプ６７の入力
電圧ΔＶＮとロツド１１１ａの変位を検出するポジショ
ンフィードバックセンサ１１２の出力電圧が等しくなる
ようにフィードバック制御される結果、ロツド１１１ａ
の変位はサーボアンプ６γの入力電圧ΔｖＮに比例する
位置に制御されるようになっている。

ΔｖＮはロッド１１１ａの位置を指令する制御信号で、
その値が大きいときはロツド１１１ａは左方にあってこ
のときはバリアブルノズル８は絞られ、パワータービン
の吸収馬力を大きクシ、ガスジエネレータタービン入口
のガス温度Ｔ７を高める働きをする。

ΔＶＮが小さくなると、バリアブルノズル８は開かれ、
パワータービンの吸収馬力を小さクシ、ガスジエネレー
タタービンの吸収馬力を大きクシ、ガスジエネレータ回
転速度Ｎｇを高める作用をするとともに、Ｔ７を低める
働きをする。

次にソレノイドバルブ１１５のコイルに通電したときは
ΔＶＮがどのような値であっても前記した作用によって
通電直後にはシリンダ１１１の右室の圧力が零近くまで
下るためにロツド１１１ａは急速に右方へ移動し、この
動きによってバリアプルノズル８の翼角を開き位置をこ
えた逆向きの位置（これをリタード位置という）にし、
パワータービンには逆向きのトルクを与え、いわゆるリ
タード状態とする。

この逆向きトルクはパワータービンが正回転中にはその
回転速度１’Ｊｐ’ｒにほぼ比例するが、回転速度ＮＰ
Ｔが下り、零付近では、わずかに正トルクとなるように
構成する。

従って、パワータービンは逆回転することはない。

リタード状態はガスタービンにエンジンブレーキ状態を
つくり得ることを示し、自動車推進用エンジンとしては
この作用があることが望ましい。

リタード状態の詳細については後述する。

次に第２図によりバリアブルノズル制御の機能と作用を
説明する。

Ｔ７ｒｅｆを表わす電圧ｖ（Ｔ７ｒｅｆ）が掛算器３４
の出力ライ７３４１ＶＣ出力されていることは前記した
通レである。

また、このＴ ｒｅｆぱ第４図の曲線群Ｃで表わされ、
これは定常時のガスジエネレータタービン入口のガス温
度の基準の目標温度であることも前記した通りである。

上記ｖ（Ｔ７ｒｅｆ）はリミタ６８に送られ、そこでＴ
７の最高温度Ｔ７ｍａＸに相当する電圧を越えるときは
、そのＴ７ｍａＸに相当する電圧にｖ（Ｔ７ｒｅｆ）を
制限する。

Ｔ７ｍａＸは第４図の直線ｄによって表わされており、
ガスジェネレータ回転速度Ｎ，（または修正回転速度Ｎ
ｇ’ａｃｔ）によらない一定の温度である。

よって第４図の曲線群Ｃで表わされるＴ７ｒｅｆはＮｇ
／ａｏｔとＴ１ によって変化するが、最大はＴ
で押えられる基７ｍａＸ 準温度に相描する電圧をリミタ６８の出力ライン６８ｔ
に得ることができる。

この出力電圧は比較器６９０一方の入力となり、応答時
間補正装置４８からのガスジエネレータタービン入口ガ
ス温度の実際値を電圧に変換した信号ｖ（Ｔ７ａｏｔ）
との差 ΔＶＴ７””’（Ｔ７ｒｅｆ） ＝Ｖ（Ｔ７ａｃｔ）を
比較器６９の出力ライン６９ｔに得る。

ΔｖＴは一次遅れ回路装置７０によって不要なハンチン
グ等を起さないようにわずかの時間遅れを持たせて、次
のＶ−Ｎ（バリアブル・ノズル）制御信号処理装置７１
に入力する。

このＶ−Ｎ制癲信号処理装置７１にはこの他に入力信号
ラインとして７２／！，，７３ｔ，７４ｔ，７５ｔが接
続される。

信号ライン７２ｔの信号は急加速判定信号で、判定器１
２において、ライン３６ｔの信号電圧ΔｖＮｇ／が一定
電圧ｖ（ Ｎｇ’ａ ｃ ｃ ）を越えたときはその出
力ライン７２，６の電圧が正負反転することを利用する
。

一定電圧ｖ（Ｎｇ’ａｃｃ）は周知の抵抗分圧などによ
って発生器７６でつくるが、その値は修正回転数Ｎｇ／
ａｃｔの定格最大値の数係に相当する電圧とする。

このようにすればゆるやかなアクセル操作では、実際の
修正回転速度Ｎｇ／ａｏｔは前記に説明した燃料コント
ロールによって十分、指令のＮｇ／ｒ８ｆに追従制限さ
れるので、ΔＶＮｇ／はｖ（Ｎｇ’ａｃｃ）を越えるこ
とはなく急加速とは判定されない。

この場合にはサーボアンプ６７の入力信号ΔｖＮは前記
一次遅れ回路装置７０の出力電圧ΔＶＴ／が用いられる
。

また、アクセルペダル２１を急に踏込み、急速な加速指
令が出て、Δ■Ｎｇ／がｖ（Ｎｇ’ａｃｃ）を越えると
、７２，６はその電位の正負が反転させられるので、こ
れによってＶ−Ｎ制御信号処理装置１１はΔｖＴをサー
ボアンプ６７への入力とすることを止め、代りに前記バ
リアプルノズル８の翼角を加速のために、わずかに開く
ための一定の制御電圧ｖａｏｏをサーボアンプ６１への
入力とするように作用する。

制御電圧Ｖａｏｏはこれによって対応するシリンダ１１
１のロツド１１１ａの変位が丁度ハＩＪアブルノスル８
の翼角をある位置に開き、その結果、ガスジエネレータ
タービンの吸収トルクが増大して加速されやすい位置に
なるように定めてある。

急加速と判定されないときは上記ΔＶＴ がサーボアン
プ６７の入力電圧となっていて、この場合にはΔｖＴが
小さいときは上記ΔｖＮが小さいのであるから、バリア
ブルノズル８ぱ開かれ、パワータービンの吸収馬力を小
さクシ、ガスジエネレータタービンの吸収馬力を大きく
するとともに実測のガスジエネレータタービン入口ガス
温度Ｔ７ａｃｔを下げる。

一方、ΔＶＴが大きいときは逆の作用を行う。

結局ΔＶＴはある小さな値を保持するために、Ｔ７ａｃ
ｔは定常時（すなわち急加減速時以外）には第４図曲線
群ｃ，ｄで与えられるＴ７ｒｅｆに近い値を保持するこ
とができる。

よってエンジンはＴ７の温度コントロールを達成して、
回転速度Ｎ２のすべての範囲にわたって最適の状態すな
わち最良の燃料消費率を達成することが可能となる。

次に信号ライン７３Ａの信号はスイッチ７３によって強
力なエンジンブレーキ指令をＶ−Ｎ制御信号処理装置７
１に与えるもので、スイッチ７３は自動車の運転席に設
けられ、操作者によって操作可能な２極双投型のスイッ
チで、操作者がその運転状況に応じてエンジンブレーキ
を望むとき操作するものである。

この操作により接点７３ａが閉じられると、ライン７３
ｔは接地され、Ｖ−Ｎ制御信号処理装置７１はこれを検
知してソレノイドバルブ１１５のコイルに通電する。

このため前記したようにバリアブルノズル８の翼角はリ
タード位置になる。

一方、スイッチ７３の接点７３ｂも接点７３ａと同様に
閉じられ、一定電圧発生器７７の出力電圧Ｖ（ Ｎｇ’
ｒ ｅ ｔ ）がライン７３ｂｔに出力される。

上記出力電圧ｖ（Ｎｇ’ｒｅｔ）は強力なエンジンブレ
ーキ作用を与えるためにその結果としてライン２８ｌ！
．の電圧”（Ｎｇ’ｒｅｆ）が修正回転速度Ｎｇ／ａ
ｏｊの定格回転速度の約８０係に相当する電圧を発生す
るように関係づけられるように定められる。

Ｖ（Ｎｇ’ｒｅｔ）はこの場合、アクセルペダル２１が
踏込まれない状態のときにマイクロスイッチ７８の接点
が閉じられることによって上記修正回転速度Ｎｇ’ａ
ｃ ｔの約８０％相当の電圧をライン２８ｔに生ずるよ
うに設定される。

従って、アクセルペダル２１が踏込まれるとライン２３
２に生ずる踏込み量に比例する電圧ｖ１とｖ（Ｎｇ’ｒ
ｅｔ）が加算器２８によって加算されることはない。

しかして、接点７３ａ，７３ｂが閉じられるとバリアブ
ルノズル８は直ちにリタード位置になり、パワータービ
ンには逆向きトルクが発生するとともにライン２８Ａの
Ｖ（ Ｎｇ’ｒ ｅ ｆ ）が定格の８０係の電圧を発
生し、これによって燃料コントロールの前記した各種エ
ンジンの破壊防止のための保護機能を保持しつつ燃料は
供給される。

こうしてガスジエネレータは多量の作動ガスを発生し、
パワータービンに送り込み、バリアブルノズル８がリタ
ード位置にあるためにパワータービンは逆向きトルクを
強力に発生してエンジンブレーキ作用を強力に行うこと
ができる。

この場合、ガスタービンは外部より動力を供給されてい
るので、Ｔ７ａｃｔやＴＥが上昇するが、このときは前
記保護機能が働いて不必要に燃料を供給してエンジンを
破壊するのを未然に防止していることは言うまでもない
。

次に信号ライン７４ｔの信号はパワータービン回転速度
？’Ｊｐ’ｒ が例えばその定格の１１０係に達すると
バリアブルノズル８をリタード位置とすることにより、
パワータービンに逆向きトルクを与え、それ以上オーバ
ーランしないように保護するための信号で、ライン５６
ｔに出力されているＮＰＴの実測値に比例する電圧Ｖ（
ＮＰＴ）と基準電圧発生装置７９からの基準電圧Ｖ（Ｎ
ＰＴｒｅｔ）とを判定器７４で大きさを比較してＶ（Ｎ
ＰＴ）がＶ（ＮｐＴｒｅｔ）を越えると判定器７４の出
力電圧が正負反転するので、Ｖ−Ｎ制御信号処理装置γ
１はこのときンレノイドバルブ１１５に通電してバリア
ブルノズル８をリタード位置とする。

ここでは■（ＮＰＴｒｅｔ）の設定電圧は定格オーバ率
を１０係にしたが、適用するエンジンに応じて任意の値
にすることは自由である。

次に信号ライン７５ｔの信号はエンジン始動時を除き、
このエンジンを自動車推進系に用いる場合、その出力歯
車群１０（第１図）の後段に設けられる周知の図示しな
いクラッチ装置、トランスミッションの操作を容易にす
るために一次的にバリアブルノズル８をリタード位置に
してパワータービンの回転速度ＮＰＴを下げるためのも
ので、クラッチがトランスミッションのシフト操作に先
たち、これが“断”の状態のとき、これを検出するマイ
クロスイッチ７５の接点７５ａが閉じられ、ライン７５
ｔは接地電位となる。

これをＶ−Ｎ制御信号処理装置７１が検知して、ソレノ
イドバルブ１１５に通電し、バリアブルノズルはリター
ド位置とされる。

このため一時的にパワータービンの負荷がクラッチ“断
”となることにより急激に無クなシ、ハワータービンが
オーバランすることを未然に防ぐとともにパワータービ
ンを低速に押えることによシトランスミッションのシフ
ト後の動力伝達を滑らかにすることができる。

以上詳述したようにこの発明によれば、運転状況に応じ
たアイドル指令電圧を発生する手段と、前記アイドル指
令電圧とアクセルペダルの踏込み状態に応じた電圧との
和電圧と、ガスジエネレータの実測の回転数に比例した
フィードバック電圧との差電圧によシガスジエネレータ
の回転速度の制御を行う手段と、加速時のガスジエネレ
ータタービンの入口温度の基準値を電圧に変換した後、
この加速基準電圧と実際のガスジエネレータタービンの
入口温度に対応する出力電圧とを比較してガスジエネレ
ータタービンの加速制限信号を得る手段と、熱交換器の
入口温度及びパワータービンの回転数を計測しこれらを
電圧に変換したのち、それぞれの電圧が所定の値に達す
ると燃料流量制限を行うとともに最小燃料流量を設定し
減速指令時における吹き消え防止を行う手段と、エンジ
ン異常を検知して異常時に緊急的に燃料供給を遮断する
手段とを具備したことを要旨としているので、部分負荷
運転時においても燃料消費が少なく、燃焼ガス温度、熱
交換器入口ガス温度を応答良く検出しかつ制御できると
ともにガスジエネレータターヒン、パワータービンのオ
ーバランヲ未然ニ防止でき安全性の向上、操作の容易性
、加速性等種種の点において極めて優れた特徴を有する
自動車用２軸ガスタービンの制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るガスタービンエンジ
ンの概略を示す図、第２図は同実施例の制御回路を示す
ブロック図、第３図は同実施例に２けるガスジエネレー
タタービン入口修正温度の制御目標スケジュールを示す
図、第４図は同実施例におけるガスジエネレータタービ
ン入口温度の定常時及び加速時の制御目標値を説明する
図、第５図は第２図における応答時間補正装置の構成を
示す図、第６図はバリアブルノズル角を駆動する機械・
油圧装置の実施例を示す図である。 １・・・コンプレツサ、２・・・ガスジエネレータター
ビン、３・・・回転軸、４・・・ガスジエネレータ、５
・・・燃交換器、６・・・燃焼器、７・・・パワーター
ビン、８・・・バリアプルノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 運転状況に応じたアイドル指令電圧を発生する手段
   と、前記アイドル指令電圧とアクセルペダルの踏込み状
   態に応じた電圧との和電圧と、ガスジエネレータの実測
   の回転数に比例したフィードバック電圧との差電圧によ
   シガスジエネレータの回転速度の制御を行う手段と、加
   速時のガスジエ坏レータタービンの入口温度の基準値を
   電圧に変換した後、この加速基準電圧と実際のガスジエ
   ネレータタービンの入口温度に対応する出力電圧とを比
   較してガスジエネレータタービンの加速制限信号を得る
   手段と、熱交換器の入口温度及びパワータービンの回転
   数を計測しこれらを電圧に変換したのち、それぞれの電
   圧が所定の値に達すると燃料流量制限を行うとともに最
   小燃料流量を設定し減速指令時における吹き消え防止を
   行う手段と、エンジン異常を検知して異常時に緊急的に
   燃料供給を遮断する手段とを具備したことを特徴とする
   自動車用２軸ガスタービンの制御装置。 ２ 前記アイドル指令電圧とアクセルペダルの踏込み状
   態に応じた電圧との和電圧と、ガスジエネレータの実測
   の回転数に比例したフィードバック電圧との差電圧を受
   けて、急加速指令か否かを判定し、急速な加速指令が発
   せられるとバリアブルノズルの翼角を一定角開く手段を
   有する特許請求の範囲第１項記載の自動車用２軸ガスタ
   ービンの制御装置。