JPS6025610B2 - 燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタ−ビン型パワープラントに対する燃料制
御装置に係り、特に改良されたスロットル弁及びそのサ
ーボシステム並びにその乗算リンクシステムに係る。

本発明はュナィテツド・ェアクラフト・コーポレーショ
ンのハミルトンスタンダードデイビジヨンにより製作さ
れたＪＦＣ−２５ＪＦＣ−６０の如き型の燃料制御装置
であって米国特許第２８２２６６６号に開示されている
如き燃料制御装置に対する改良をなすものである。

周知の如く、上記の如き制御装置に用いられているスロ
ットル弁は全てサーボ型のもであり、それは関連する機
構及び乗算リンク機構と共にかなり大型であり従って重
いものである。従釆、パワープラントのバーナ区画へ送
る燃料を計量するスロットル弁はＷｆ／Ｐ３×Ｐ３（こ
こでＷｆは単位時間当たりポンドによる燃料流量であり
、Ｐ８はｐｓｉ単位による圧縮機吐出圧である）の積に
応答して位置決めされている。

又従来Ｗｆ／Ｐ３信号は支点てこに対するリンク装置の
位置に於てスケジュールされ且表わされており、又Ｐ３
はかかるリンク機構に加えられる力として表わされ、か
くして支点てこに於けるモーメント腕がサーボ弁を位置
決めするためのサーボシステムに対する入力として表わ
されている。この場合、前記支点てこはジェットノズル
のカーテンエリアを定め、前記カーテンエリアがスロッ
トル弁を位置決めするサ−ボピストンへの流れ及び圧力
を制御するようになっている。一つの力平衡フィードバ
ックシステムが通常の要領によりサーボ機構を中立化す
るようになっている。本発明者は、ピストン及びスロッ
トル弁組立体を回転させるべく巧妙に配置された装置を
用いることにより、精度を犠牲にすることなくサーボシ
ステムの液圧ピストンの寸法を低減し、従ってスロット
ル弁の寸法を低減することができ、これによって秦算、
フィードバック及びサーボシステム全体の寸法を低減で
きることを見し、出した。

例えば、パイロット弁が摩擦（静摩擦）の問題を克服す
るために回転されることは知られているが、これは寸法
あるいは重量の低減を実現させているものではない。回
転式弁に固有の問題が存在することから、かかる回転機
構を含むことは重量低減にはつながらず、むしろ重量を
増大させるものであることが当業者によって理解されて
いる。これに反して、本発明者は、全体の重量を著しく
低減することができるのみならず、計量システムの精度
をも増大させることができることを見し、出したもので
ある。フラッパー型のサ−ポ制御弁を用いる型の従来よ
り周知の燃料制御装置に於ては、ノズルに於ける流体の
圧力の変化によって種々の異なるカーテンエリアに於て
フラッパーノズルより噴出する流れによって生ずる支点
てこに及ぼされる衝撃力の変化に対しこれを補償する補
償装置を設けることが一般的である。

かかる補償を達成するためのべローズ、てこ、追加の流
れライン等のハードウェアが本発明によれば完全に省略
されるものである。本発明によれば、燃料制御装置がエ
ンジンへ向かう燃料を計量することのできる最大燃料量
を制限する作用をなす最大燃料流制限装置がフィードバ
ックシステムを力平衡型より位置フィードバックへ変換
し、従釆のシステムに比してより小さい荷重を直接必要
とするフラッパー及びサーボシステムを用い、かくして
これら要素の寸法及び重量を低減することを可能にして
いる。

更に本発明によれば、指令信号が発せられた時より出力
が表われるまでの応答時間を著しく改善することができ
る。

重量を低減する場合には、計量及び乗算システムに属す
る燃料制御装置の部分の重量を少くとも３０％低減する
ことができ、又時間応答性を改善する場合には少くとも
５０％の改善が達成される。本発明の一つの目的は、ガ
スタービン型のパワープラントに対する改良された燃料
制御装置を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、上記の型の燃料制御装
置のためにスロットル弁、秦算てこシステム及びそれに
属するサーボ機構の寸法を低減し、それによって重量を
低減させ、時間応答性を改善させる如き装置を提供する
ことである。

本発明の更に他の一つの目的は、上記の型の燃料制御菱
鷹のためにスロットル弁サーボピストン組合せ体に回転
運動を付与すべ〈巧妙に配置された装置を提供すること
である。更に本発明によれば、計量される燃料中に混入
している異物が回転機構に干渉することを防ぐ装置が設
けられる。本発明のその他の特徴及び利点は以下に添付
の図を参照しつつ行われる本発明の好ましい実施例につ
いての説明より明らかとなるであろう。添付の図に示さ
れた燃料制御菱鷹は、本発明の理解に必要な燃料制御装
置の一部のみを示すものであり、当業者にとって明らか
な如く、この部分は典型的には他の制御要素を収納する
ケーシング内に収められている。本発明は特にＪＦＣ一
２５、ＪＦＣ−６０の如き型の燃料制御装置に関するも
のであり、これら燃料制御装置はＷｆ／Ｐ３×Ｐ３原理
に塞くものであり、サーボスロツトル弁を位置決めする
ために支点てこ式乗算システムを用いるものである。周
知の如く、Ｗｆ／Ｐ３は圧縮機速度の一つの関数として
スケジュールされ、これは安定したエンジン作動を得べ
く他のエンジン作動パラメータによってバイヤスされて
もあるいはされなくても良く、又圧縮機速度と加速状態
に対する圧縮機入口温度との関数としてバイヤスされて
もされなくても良い。添付の図に示す如く、支点てこ１
０は枢軸１２の周りに枢動可能であり、プラテン１４を
経て作用する力としての圧縮機吐出圧力入力とロッド２
０‘こ取り付けられたローラを位置決めするベルクラン
ク１６を経て与えられるスケジュールされたＷｆ／Ｐ３
信号に応答する。

支点及びプラテン１４によって及ぼされる力に対するロ
ーラ１８の位置はＷｆ／Ｐ３×Ｐ３なる乗算によって得
られる乗算結果であるモーメント腕を与える。芋こ点て
こ１０に於ける如何なる力の不平衡もその一端に於ける
フラッパー弁２２の偏位を生じ、ノズル２４に対するカ
ーテンエリアを確立する。このエリアは制御されたサー
ボ流体に通ずるサーボライン２６に於ける流れを制御す
る。前記制御されたサーボ流体は周知の要領（図示せず
）によりその圧力を制御される櫨遇された燃料であり、
この流れは室３０へも供給されて弁６０を再位置決めす
る。以上のことから、室３０への流れはフラツバ２２に
より制御され、これはＷｆ／Ｐ３×Ｐ３の乗算結果ある
いはＷｆである。かくしてスロットル弁３２はライン３
４より受けられ、ライン３８及び４０並びに遮断弁４２
を経てエンジン３６へ送られる燃料を計量すべく位直決
めされる。

任意の従釆の形式のものであって良い圧力制御弁４６は
スロットル弁３２を横切って一定の圧力降下を維持する
作用をなす。

圧力制御弁４６はライン３４を経てスロットル弁３２の
上流側の圧力を測定し、又ライン４８を経て下流側の圧
力を測定し、圧力降下をばね５０の値に保持し、余剰流
をライン５４を経てポンプ５２の入口へバイパスさせる
。この実施例に示す如く、スロットル弁の下流側に遮断
弁を用いるのが一般的であり、これは航空機のコックピ
ットに位置するパイロットレバーにより直接作動される
。

弁４２は通常ばねにより開方向にバイヤスされており、
パイロットレバーに直接連結されたカム５６の運動によ
り閉位置に移動されるようになっている。図より解る如
く、図示の状態では封鎖位置にあるランド５８は弁４２
が閉じる時座から離れてライン３８をドレンに蓮運せし
め、最終的にはポンプ５２の入口へ蓮通せしめる。以上
に説明したことは燃料制御装置ＯＦＣ−２５、ＪＦＣ−
６疎等によって例示される如き燃料制御装置に一般的な
ものである。

以下の説明はかかる燃料制御装置の改良に関するもので
あり、これによって小型で且より軽量であり、改善され
た時定数を有し、しかも精度と信頼度を損わない制御装
置が得られるものである。この実施例に於て注目される
如く、スロツトル弁３２は両端間にあるボート６４に近
接して配着された計量ランド６２を有するハーフエリア
ピストン６０を有する。フルェリア端６６は室３０内に
配置されており、又この端部６６の有効面積の半分の面
積を有する反対側の端部７０は室７２内に配置されてい
る。高圧あるいはサーボ圧（ＰＲ）はライン７４を経て
室７２へ連続的に及ぼされており、又制御された圧力は
室３０へ及ぼされている。ピストン６０は端部カバー７
６を越えて延びており、その端部にてスプリングリテー
ナ８０‘こ固定された球軸受け７８により回転式に支持
されている。リテーナ８０は延長アーム８２を担持して
おり、該アームはその鞠線方向の運動に干渉することな
くその回動を阻止する綾状要素８４に当接している。ピ
ストン６０の偏位はリテーナ８０、バイメタルディスク
８８、スプリングリテーナ９０、スプリング９２及びス
プリングリテーナ９４を経て支点てこ１０へ伝達される
。

スプリングリテーナ９４の端面９６はナイフエッジに形
成されており、支点レバー１０‘こ対し押しつけられて
いる。これは支点レバー１０１こ対するフィードバック
力として作用する。上記のことから明らかな如く、支点
てこ１川まノズル２４から噴出する流体の力、ローラ１
８により及ぼされる力、前述のフィードバック力及びば
ね組立体１００の力を受ける。

このばね組立体は支点てこを釣り合わせ、又索引すべ〈
調節可能である。従釆のシステムに於ては、スロットル
弁を位置決めするに要する力はかなり大きく、このこと
がサーボシステムのフラッパーノズルに影響していた。
フラッパーノズルより噴出する流体の衝撃力はサーボ流
体の圧力の変化によって大きく変化する。従って、従来
のものに於てはかかる力の変化を補償するために追加の
ハードウェアの形による補償装置が必要とされた。しか
し、本発明によれば、スロットル弁が静摩擦を生ずるこ
となく非常に軽く滑かに動くことができるので、その動
きを制御するために室３０へ供給される流体の圧力変化
は非常に小さくてよく、フラッパーノズル２４より噴出
するサーボ流体に生ずる圧力の変化は非常に小さいもの
でよい。円筒形状をしたピストン６０はシリンダ１０２
内に配置されており、ランド６２により形成された一体
の計量弁は通路１０４及びボート１０６を経てライン３
８へ計量された燃料が導かれるように位置決めされてい
る。

全ての燃料流はピストン６０の両端位置の中間に於て生
ずる。歯車１０８が駆動歯車１１０を経てエンジンによ
りある減速された速度にて適当に駆動されており、ピス
トン６０を連続的に回転させている。互に噛み合うこれ
ら歯車の歯はピストン６０が偏位しても常に噛合いを維
持するに十分な寸法とされている。図示の如く歯車１０
８はピストン６０の両端間にハーフエリア端に近接し、
且燃料制御装置ケーシングのドレンキヤビティ内に配置
されている。櫨適され且環状通路１０４に於ける燃料の
圧力より高い圧力を有する制御されない高圧の燃料はド
リル通路１１２，１１４及び１１６内に導入され、ピス
トン６０の摺動面とそのシリソダの間にある確かな燃料
の流れを生ぜしめ、この燃料は環状通路１０２へ到り、
これによってエンジンへ供給されるべき燃料であって異
物を含む燃料がこれら摺敷面内へ侵入し、そこに異物を
沈積させることがないようにしている。ピストン６０の
偏位を制限するために最小燃料調整装置１ １８が設け
られて良い。

調整可能な最大燃料ストップ装置１１９がスロットル弁
６０の偏位を制限することによりエンジンへの燃料流を
制限するようになっている。従ってスロットル弁６０が
その最大の左向きストロークに達すると、それはストッ
プ装置１１９に当接し、支点てこ１０を直接位置決めし
、それを反時計方向へ回動させることにより計量ランド
６２を閉じる方向へスロットル弁６０を右方へ再位置決
めし、かくして燃料流を低減する。ピストン６０の運動
はストップ装置１１９を経て支点レバー１０１こ直接伝
えられるので、スプリング９２は非作動とされ、フィー
ドバックは力平衡型より位置型に変更される。作動に於
ては、Ｗｆ／Ｐ３入力はそれが定常状態であってもある
いは加速状態又は減速状態等であってもローラ１８へ伝
えられ、ここでそれはプラテン１４に於ける力として現
われるＰ３を掛けられる。支点てこ１０に於ける力の如
何なる平衡も入力信号の極幽こ応じてそれを時計方向あ
るいは反時計方向に回転させる。より多くの燃料流に対
する要求があると、支点てこ１０‘ま時計方向に回動し
、フラツパ２２のカーテンエリアを減小させ、ライン２
６に於ける流れを減小させ、これによって該流れを室３
０へ逸らせ、ピストン６０を左方へ移動させる。このこ
とはランド６２を開いて燃料流を増大させる。支点てこ
１０が反騰計方向に回動するとピストン６０は右方へ移
動しランド６２の計量エリアを減小させる。

ピストン６０のいずれの方向への移動もスプリング９２
の強さを変え、該ばねは支点てこ１０‘こ新しい力を加
え、かかるフィードバック力は支点てこを押し戻し、フ
ラッパを零位置へ移動させる。ピストン６０の連続的回
転、最大流量ストップ装置、スロツトル弁とピストン６
０の一体構造及び歯車の配置によってより小さく、より
軽く且改良された燃料制御装置が得られる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明の範囲内にて種々の修正が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による燃料制御装置の詳細を一部断面
にて又一部解図的に示す図である。 １０・・・・・・支点てこ、１４・・・・・・プラテン
、１６・・・…ベルクランク、２２……フラッパー弁、
２４…・・・ノズル、３２・・・・・・スロットル弁、
４２・・・・・・遮断弁、４６・・・・・・圧力制御弁
、５２・・・・・・ポンプ、８８……バイメタルディス
ク、９０……スプリングリテーナ、９２……スプリング
、９４……スプリングリテーナ、１０８，１１０・・・
・・・歯車。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービン型パワープラントのための燃料制御装置に
   して、枢動式に支持された支点てこ１０と該支点てこに
   対して相対的に移動する位置決めリンク機構１８，２０
   とを含み乗算結果が所要の燃料流量の関数となる如き二
   つのパラメータを乗算するための力平衡型乗算リンクシ
   ステム１０，１４，１８，２０と、遷移状態にあるとき
   前記支点てこと前記位置決めリンク機構とによりカーテ
   ン領域が設定されるフラツパー弁２２，２４を含むサー
   ボシステムと、前記フラツパー弁と作動的に連結されこ
   れによつて位置決めされるピストン式計量弁３２とを有
   し、前記計量弁は一つのシリンダ内に支持されて回転可
   能な計量オリフイス６４を有するスプール要素６０を有
   し、前記スプール要素の前記シリンダより延在する一端
   は前記支点てこより隔置され、該一端と前記支点てこの
   一端の間には非遷移状態に於て前記フラツパー弁を零位
   置とするばね装置９２が設けらており、更に前記スプー
   ル要素の前記一端にはこれに回転運動を与える駆動手段
   １０８，１１０が取付けられており、遷移状態に於ては
   前記フラツパー弁に於ける圧力が実質的に一定に維持さ
   れるような作動が行われることを特徴とする燃料制御装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項の燃料制御装置にして、前記
   スプール要素６０は対向する二つの作用面を有し、前記
   スプール要素の前記シリンダより延在する前記一端の側
   にはそれに近接して他方の側の作用面６６の実質的に半
   分の面積の作用面７０であつて常時加圧下の流体に曝さ
   れている作用面が設けられており、前記他方の作用面６
   ６に作用する流体の圧力は前記フラツバー弁２２，２４
   により制御されるようになつていることを特徴とする燃
   料制御装置。 ３ 特許請求の範囲第２項の燃料制御装置にして、前記
   ばね装置９２はその一端が前記支点てこ１０に当接しそ
   の他端が前記スプール要素の前記一端に当接するコイル
   ばねであり、前記コイルばねの一端を支持し軸受装置７
   ８，８０を有するスプリングリテーナが設けられており
   、該スプリングリテーナはそれが前記コイルばねの伸縮
   方向へ移動することを許すがそれが回転することを阻止
   する延長部８２を有していることを特徴とする燃料制御
   装置。 ４ 特許請求の範囲第３項の燃料制御装置にして、前記
   スプール要素６０内には通路１１４が設けられており、
   前記通路には前記計量オリフイス６４に於ける圧力より
   高い圧力の流体が供給されていることを特徴とする燃料
   制御装置。