JPS62157240A - サ−ボ機構 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、液圧サーボ機構に係わり、更に詳細にはスナ
ップ作用式液圧サーボ機構に係わる。

従来の技術 比較的低い値の流体の流量によってサーボ弁の位置が調
節されることにより比較的高い値の流体の流量が制御さ
れるよう構成された種々の流体圧サーボ機構が従来より
知られている。多くの場合、比較的高い□値の流体の流
量を制御する可動のサーボ弁要素には流体が作用する表
面を有するランド又はこれと等価な部分が設けられてい
る。流体作用面に選択的に導かれる比較的低い値の流量
の流体の流れによりサーボ弁要素がその所望の位置へ駆
動され、これにより比較的高い値の流体の流量が調節さ
れる。

一般的な型式のサーボ機構に於ては、離散的な吐出通路
へ流体の流れを導く目的で、種々の位置へ移動し得るサ
ーボ弁要素が使用されている。かかるサーボ機構に於て
は、弁要素を成る一つの設定位置に維持しなければなら
ない場合には、サーボ弁要素がその種々の設定位置の間
に変化すること、即ちハンチング現象は好ましくない。

かかる変動はサーボ弁が所望の流量を維持する能力に悪
影響を及ぼすだけでなく、シールの如き種々の弁構成要
素の早期の摩耗や疲労をきたし、また例えば電気機械的
圧カドランスデューサによる弁位置の正確な信号化を阻
害する。従ってサーボ弁機構がスナップ作用式の作動を
すること、即ち弁要素が上述の如き変動を生じることな
く迅速に通常の作動位置の間に運動し、かくして迅速に
運動した後に流体圧の力によって所望の位置に維持され
ることが好ましい。

発明の開示 本発明の目的は、改良されたスナップ作用式流体作動型
サーボ機構を提供することである。

本発明によれば、サーボ出力部材のスナップ作用は、ノ
ズルを通る流体の流れに応答するアクチュエータによっ
て駆動される閉止部材により開口面積（流路面積）が制
御されるよう構成されたノズルを経て駆動圧を決定する
サーボ流体の流れを導くことによってサーボ出力部材に
作用する駆動圧を調節することにより達成される。サー
ボ出力部材の運動はノズル通過流にてアクチュエータに
対する正味の力を増減することにより行なわれる。

サーボ出力部祠の液圧応答及びアクチュエータの圧力応
答は、出力部材の所望の応答を行なわせるためのアクチ
ュエータの運動が出力部材それ自身の運動に先立って行
なわれ、これによりアクチュエータの設定の変化に対す
る出力部材の確実なスナップ作用式の応答が達成される
よう行なわれる。

好ましい実施例に於ては、サーボ出力部材はジェット燃
料用の方向転換弁要素を含んでおり、該弁要素はそれに
作用するサーボ流体圧に応答してそれが嵌合するシリン
ダ内を往復動するようになっている。弁要素に作用する
サーボ流体圧の大きさはノズル通過流により制御され、
ノズル通過流は流体応答型のベローズアクチュエータに
より駆動される閉止部材により制御される。ベローズア
クチュエータは流れ絞りを備えた孔を有する室内に配置
されている。作動に於ては、流れ絞りにより室を通るサ
ーボ流体の流れが遅延され、これによりノズル通過流に
よるベローズの加圧量が増大され、これにより上述の如
き弁要素のスナップ作用式の作動が達成される。

以下に添付の図を参照しつつ本発明を実施例について詳
細に説明する。

発明を実施するための最良の形態及び産業上の利用可能
性 これより本発明を軍事用又は民生用の航空機を推進駆動
するために使用されるガスタービンエンジンの如きガス
タービンエンジンのための燃料処理システムに適用され
た実施例について説明するが、本発明は液圧サーボ機構
が採用される任意の他の用途にも適用可能なものである
ことに留意されたい。

第１図に於て、ガスタービンエンジン１ｏは、本願出願
人であるユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイシ
ョンのハミルトン・スタンダード・ディビジョンにより
製造されているＪＦＣ−６０燃料制御装置の如き燃料制
御装置２ｏより導管１７を経てジェット燃料を供給され
る多数のバーナ（そのうちの一つが符号１５にて示され
ている）を含んでいる。燃料制御装置２ｏには内部にフ
ィルクスクリーン３５を有する導管３０を経てギヤポン
プ２５より燃料が供給されるようになっている。燃料は
互いに同心のインチ熱交換器４０及びアウタ熱交換器３
７より導管３０へ供給される。

図示の如く熱交換器４０には導管４５を経て燃料が供給
され、熱交換器３７には導管５０を経て燃料が供給され
る。導管５０には加圧されないリザーバ（図示せず）よ
り導管５７を経て燃料を吸引する遠心ポンプ５５より燃
料か供給される。遠心ポンプ５５はそれに供給される燃
料を加圧することによってギヤポンプ２５内に於るキャ
ビテーションの虞れを低減する。熱交換器３７及び４０
を流れる燃料の流れは、燃料制御装置２０との関連で使
用される電子回路（図示せず）の冷却の如き任意の所望
の冷却に使用されてよい。

燃料制御装置２０はエンジンの所望の及び実際の運転条
件に基づきバーナ１５へ所望量の燃料を計量供給する。

かかる目的で、燃料制御装置２０はその内部に組込まれ
ている種々の燃料処理装置により、エンジンへ吐出され
る燃料の圧力及び流量を調節する。典型的にはギヤポン
プ２５はエンジンの運転に必要な流量以上の流量の燃料
を供給し、過剰の燃料（バイパス燃料）は後に詳細に説
明する態様にて導管６０を経て燃料制御装置より吐出さ
れる。

本発明の改良されだ液圧サーボ機（１４は導管６０より
熱交換器３７及び４０へ供給されるバイパス燃料を制御
する。サーボ機構６５は図にて左端に於てストツノマフ
７（こよりシールされｔこシリンダ７５を含む方向転換
弁７０を含んでおり、シリンダ７５はランド側の端部に
環状室７８を何し、また導管４５及び６０と連通してい
る。また方向転換弁７０はシリンダ内に往復動可能に配
置された方向転換弁要素（出力部材）８０を含んでいる
。図示の如く、弁要素８０は直径の小さい中央部９５に
より互いに接続された一対のカップ形のラント８５及び
９０を有している。

弁要素８０か図示の位置にあるときには、導管６０を経
てサーボ機構へ供給されたバイパス燃料は、弁要素８０
により導管５０と連通ずる導管１００へ導かれ、また燃
料はポンプ５５より導管５０を経て熱交換器へ吐出され
る。図に於て矢印にて示されている如く、方向転換弁７
０により導管１００へ導かれたバイパス燃料は導管５０
を経てアウタ熱交換器３７へ吐出され、しかる後導管３
０を経てギヤポンプ２５へ供給される。弁要素８０が図
にて左方へ運動すると、導管４５が連通され、導管１０
０がランド９０により閉ざされ、導管６０より方向転換
弁を経て導管４５へ至る通路が開かれ、これによりバイ
パス燃料がインチ熱交換器４０へ吐出される。次いでそ
の燃料は熱交換器４０より導管３０へ供給され、ギヤポ
ンプ２５及び燃料制御装置２０へ戻される。

ランド８５の図にて左端には直径の大きいピストン１０
５か設けられており、該ピストンは加圧された圧力（Ｐ
ｓ　）の燃料供給源より導管１１０を経て供給される燃
料により図にて右側の面に於て加圧される。ランド８５
及び９０は互いに同一の直径を倚しており、従ってシリ
ンダのうち直径の小さい部分９５に隣接する部分より互
いに等しい流体力を受けるので、弁要素８０の位置はピ
ストン１０５に作用する圧力の大きさにより決定される
。従って図示の位置に於ては、調節された圧力ＰＩｌｌ
の燃料によりピストン１０５の左側の面及びランド８５
の内部に作用する圧力か、導管１１０内の圧力Ｐｓの燃
料によりピストン１０５の右側の表面に作用する圧力に
よる流体力よりも大きい場合には、弁要素８０は図にて
右方へ付勢される。逆に圧力Ｐｉか充分に低下すると、
圧力Ｐｓの燃料によりピストン１０５の右側の表面に対
する加圧により生じる流体力がピストンの左側の面に作
用する力に打ち勝ち、弁要素が図にて左方へ駆動されて
ストッパ７７に当接せしめられる。

方向転換弁のシリンダの図にて左端と導管１１０の」二
流側端部とを連通接続する通路１２０内には流体圧応答
電気トランスデユーサ（スイッチ）１１５が配置されて
いる。方向転換弁のシリンダの端部に於ける圧力Ｐ＋＋
＋とＰｓとの間の差圧に応答するスイッチ１１５は、ラ
ンプの如き適当な電気的表示装置（図示せず）へその差
圧の変化を示すＴ　Ｌ信号を出力する。方向転換弁のシ
リンダの図にて左端は内部にオリフィス１３０が設けら
れた導管１２５及び導管１３５を経て圧力Ｐｓの燃料に
て加圧される。

第２図に於て、導管１３５はその他端に於て室１４５の
底壁を貫通して延在するボアにねじ込まれたノズル１４
０と連通している。ノズルの上端に設けられた孔１５０
の流路面積は、ノズルの上端の窪み内に保持された半球
状の閉止部材１５５により１児１節される。閉１１一部
材１５５の位置はその端部に設けられた流体圧応答型の
ベローズアクチュエータ１６０により設定され、閉止部
材１５５゜には適当な手段によりピストン出力部材１６
５が機械的に接続されている。

第２図に於て、室１４５の上端はプラグ１７０によりシ
ールされており、該プラグはブッシング１７５を受ける
ねし孔を含んでおり、ブッシング１７５の長手方向の位
置はサーボ機構のトリップ点を調節すべくねじヘッド１
８０を調節することによりプラグ内にて調節されるよう
になっている。

ブッシング１７５には長手方向の流体通路１８５及び半
径方向の流体通路１８７が設けられており、通路１８５
は導管１９０及びプラグ１７０に設けられた通路１９５
を経て低圧（ポンプ人口圧の燃料と連通しており、通路
１９５にはオリフィス２００が設けられている。ブッシ
ング１７５はベローズアクチュエータ１６０内に配置さ
れ内部に長手方向の流体通路２１０を有する第二のブノ
ンング２０５に当接しており、通路２１０は半径方向通
路２１２を経てベローズの内部と連通しており、これに
よりベローズは導管１９０、通路１９５．１８７．１８
５．２１０．２１２を経てポンプ入口圧の燃料にてその
内部が加圧されるようになっている。

室１４５は流れ絞り（オリフィス）２２０が設けられた
導管２１５、環状室７８、及び導管１００を経てポンプ
５５よりの出口圧と連通している。

前述の如く、熱交換器への燃料の供給を選択的に切替え
る際に於る本発明のサーボ機構の方向転換弁要素８０及
び他の種々の構成要素の摩耗を低減するためには、方向
転換弁のスナップ作用式の作動特性が必要とされる。更
にかかるスナップ作用式の作動特性は、方向転換弁要素
が弁のシリンダ内の適正な位置に良好に留まることがで
き、また圧力応答スイッチ１１５がかかる位置を正確に
■連続的に表示し得るようにするために必要である。方
向転換弁要素のかかるスナップ作用式の作動を達成すべ
く、方向転換弁のシリンダ７５の図にて左端内に於る圧
力は、ベローズアクチュエータ１６０の制御された加圧
によってノズル１４０を通る燃料の流量を制御すること
により制御される。

サーボ機構の作動を説明する目的で、方向転換弁の弁要
素８０が図示の位１ｔにあるものと仮定すれば、バイパ
ス燃料の流れをアウタ熱交換器３７よりインカ熱交換器
へ方向転換するためには、弁要素８０を図にて左方へ駆
動することが必要である。かかる弁要素の駆動はエンジ
ン１０の速度の増大によりこれに伴って行なわれ、エン
ジンの速度の増大はポンプ５５の速度の増大、従ってそ
の吐出圧を増大する。ポンプの吐出圧を増大すると、室
１４５が導管５０及び１００、弁の環状室７８、及び導
管１１５を経てポンプと連通していることにより、室１
４５内の圧力が増大される。室１４５内の圧力が増大さ
れると、ベローズアクチュエータ１６０を横切る圧力降
下が増大され（ポンプの入口圧は一定に維持される）、
これによりベローズアクチュエータがビス゛トン１６５
及び閉止部材１５５をノズル１４０の上端より持上げる
。このことによりノズル１４０の有効開度が増大され、
従ってノズルを通る燃料の流量が増大され、これにより
方向転換弁のシリンダの図にて左端に於る圧力Ｐｍが低
下される。流れ絞り２２０は室１４５より導管２１５を
流れるノズル通Ａ流の吐出を送らせ、これによりベロー
ズアクチュエータの加圧を更に高くし、これによりベロ
ーズアクチュエータが高い速度にてピストン１６５及び
閉止部材１５５を持上げるようになる。

第３図に於て、室１４５よりのノズル通過流が流れ絞り
２２０により遅延されることにより、べローズアクチュ
エータの圧縮により発生される逆方向の復帰ばね力の増
大速度よりも早い速度にて、ベローズアクチュエータの
加圧の変化速度か増大せしめられる。従ってベローズア
クチュエータは第３図の二つの曲線の間の水平の平行線
か引かれた領域２３０により示されている如く、ノズル
１４０を通る流れの影響により早い速度にて開き、これ
によりノズルを経て方向転換弁のシリンダの図にて左端
の加圧を低減することが加速され、これにより方向転換
弁要素が確実にスナップ作用式に左方へ移動し、導管１
１０を経てピストン１０５が加圧されることによりその
位置に保持される。

かかる方向転換弁要素の確実なスナップ作用は、圧力応
答スイッチ１１５よりの連続的な（変調されていない）
出力信号により示される。

エンジン１０の速度が低下すると、ポンプ５５のインペ
ラの回転速度も低下し、これにより室１４５内の圧力が
低下される。ベローズアクチュエータ１６０の内部へ供
給されるポンプ入口圧は一定であるので、かくしてポン
プ速度か低下するとベローズアクチュエータを横切る圧
力降下か低下する。ベローズアクチュエータに於ける圧
力降下が低下すると、ベローズアクチュエータにより発
生される復帰ばね力によって閉止部材１５５か下降され
る。かくして閉止部材が下降されることによりノズルを
通る燃料の流量が低減され、このことによりベローズア
クチュエータをＫ　ＵＪる圧力降下が低下され、流れ絞
り２２０は導管２１５をばてベローズアクチュエータの
外部が再度；ノ０圧されることを低減する。かくして圧
力降下か低減されることによりノズルの流路面漬の低減
が加速され、これによりピストン１０５の図にて左端が
導管１２５及び１３５を経て再度加圧されるようになり
、これによりピストン１０５がスナップ作用式に図にて
右方へ駆動される。かかる運動により燃料の流れがイン
ナ熱交換器４０よりアウタ熱交換器３７へ切換られ、圧
力応答スイッチ１１５よりの信号が連続的に遮断される
。

ノズルを通る液圧流体の流量及びベローズの応答速度は
、ピストン１０５かそれに作用する圧力によって駆動さ
れる前にベローズが変化するポンプ速度（室の圧力）に
応答し、これにより上述のスナップ作用式の作動特性が
達成されるよう選定される。前述の如く、かかるスナッ
プ作用式の作動によりサーボ機構及び圧力応答スイッチ
の再現性があり且信頼性の高い確実な変動のない作動が
確保され、またシールの如きサーボ弁の（ｈ成要素の使
用寿命か増大される。

以」二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、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例か可能であ
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】

第１図は本発明によるスナップ作用式サーボ機（１′４
を示す概略構成図である。 第２図は第１図に示されたサーボ機構の要部を示す拡大
部分断１ｍ図である。 第３図はサーボ機ｆＭに使用される流体圧応答アクチュ
エータに作用する液圧力を示す解図的グラフである。 １０・・・ガスタービンエンジン、１５・・・バーナ。 ２０・・・燃料制御装置、２５・・・ギヤポンプ、３５
・・・フィルタスクリーン、３７・・・アウタ熱交換器
、４０・・・インチ熱交換器、５５・・・遠心ポンプ、
６５・・・サーボ機構、７０・・・方向転換弁、７５・
・・シリンダ７７７・・・ストッパ、７８・・・環状室
、８０・・方向転換弁要素（出力部材）、８５．９０・
・・ランド、９５・・・中央部、１０５・・・ピストン
、１１５・・・流体圧応答電気トランスデユーサ（スイ
ッチ）、１２０・・通路、１３０・・・オリフィス、１
４０・・ノズル、１４５・・・室、１５０・・・孔、１
５５・・・閉止部十」、１６０・・・ベローズアクチュ
エータ、１６５・・出力部ｔ４゜］７０・・・プラグ、
１７５・・・ブッシング、１８０・・ねじヘット、２０
０・・オリフィス、２０５・・ブッシング、２２０・・
・流れ絞り（オリフィス）特許出願人　ユナイテッド・
チクノロシーズ・コーポレインヨン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 両側のサーボ流体の差圧に応答して運動し得る第一の出
   力部材を有するサーボ機構にして、ノズルと、 前記第一の出力部材と前記ノズルとを流体的に連通接続
   し、前記第一の出力部材と前記ノズルとの間にサーボ流
   体の流れを導き、これにより前記第一の出力部材に対す
   る加圧を変化させる導管と、前記ノズルを通るサーボ流
   体の流量を調節するノズル閉止部材と、 前記閉止部材の位置を調節すべく前記閉止部材に機械的
   に接続された第二の出力部材を有する流体圧応答アクチ
   ュエータであって、前記第二の出力部材は前記アクチュ
   エータの復帰力により所定の閉止設定位置へ向けて付勢
   されており、前記復帰力は前記第二の出力部材の位置に
   応じて変化するよう構成された流体圧応答アクチュエー
   タと、前記アクチュエータと前記ノズルとを連通接続し
   前記復帰力に対抗して前記ノズルを経て前記アクチュエ
   ータへ前記サーボ流体の流れが供給されることを受入れ
   る室と、 前記室の開口部内に配置され、前記室よりの流れを絞り
   、これにより前記ノズル通過流による前記アクチュエー
   タに対する加圧を増大させる第一の流れ絞りと、 を含み、前記閉止部材が前記アクチュエータによって調
   節される際に於ける前記ノズル通過流による前記アクチ
   ュエータに対する加圧の変化速度が前記アクチュエータ
   の復帰力の変化速度よりも大きく、これにより前記第一
   の出力部材がスナップ作用式に運動するよう前記サーボ
   機構の一つの反作用面に於ける加圧の変化速度が低減さ
   れるよう構成されたサーボ機構。