JPS6397834A - ガスタ−ビン車の自動変速機制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービン車の自動変速制御装置に関する。

〔従来の技術〕

２軸式ガスタービンエンジンは、圧縮機と圧縮機タービ
ンとが１つの圧縮機軸で連結され、出力タービンがこれ
とは別の出力軸に取りつけられたものである。燃焼によ
り発生したガスは圧縮機タービン及び出力タービンを順
次に通り、圧縮機及び出力軸をそれぞれ駆動する。出力
タービンには可変翼ノズルが取りつけられ、可変翼ノズ
ルの面積を制御することによって効率的なエンジンの運
転が可能になっている。

一般的に、往復動内燃機関はスロットル弁開度に応じた
吸入空気量や、アジヤスティンダレバー開度に応じた燃
料噴射量により出力制御が行われ、その出力トルクは吸
入空気量や、燃料噴射量に対応している。従って、出力
トルクをその他の装置、即ち自動変速機等の制御に使用
する場合、エンジンの出力トルクを表すパラメータとし
て、スロットル開度やアクセル開度を直接に使用するこ
とができる。しかしながら、２軸式ガスタービンエンジ
ンはその出力トルクが、アクセル開度に対応している、
或いは比例しているとは言えず、アクセル開度と実際の
エンジン出力との間にはかなりの差がある。これは、２
軸式ガスタービンエンジンの運転が圧縮機のサージング
領域等を考慮してなされるためであり、よってエンジン
出力トルクを支配すると思われる燃料供給量がアクセル
開度に直接に比例しないのである。また２軸式ガスター
ビンエンジンでは、可変翼ノズルも部分負荷になるほど
絞られて、出力トルクが低回転数になるほど高くなる特
徴をも示すようになる。従って、２軸式ガスタービンエ
ンジンを搭載した自動車の自動変速機の制御にアクセル
開度を使用すると、適切な変速点が得られなくなる。従
って、２軸式ガスタービンエンジンを搭載した自動車の
自動変速機の制御には、出力トルクをエンジンの作動状
態に応じて求めることが必要になる。本出願人の先願で
ある特願昭６０−２１８９は、ガスタービンエンジンの
圧縮機の出口圧力及び可変翼ノズルの翼角度によりスロ
ットルレバーの目標位置を演算することを開示したもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記先願に開示されるように圧縮機の出口圧力及び可変
翼ノズルの翼角度によりエンジンの出力トルクを計算す
ることができ、これによって得た出力トルクはアクセル
開度から得られたものよりも精度が良いということがで
きる。しかしながら、圧縮機の出口圧力及び可変翼ノズ
ルの翼角度によりエンジンの出力トルクを計算しても、
自動変速機の制御のために使用するためには、精度上ま
だ満足できなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明によるガスタービ
ン車の自動変速制御装置は、２軸式ガスタービンエンジ
ンと自動変速機とを有するガスタービン車において、前
記２軸式ガスタービンエンジンの作動状態をあらわす少
なくとも３つの信号に応じてエンジン出力トルクを計算
する出力トルク計算手段と、該出力トルク計算手段によ
って計算された出力トルクに基づいて自動変速機のシフ
ト位置を制御するシフト位置制御手段とを有することを
特徴とするものである。

〔実施例〕

第１図はガスタービンエンジンｌＯ及び自動変速機１２
を有するガスタービン車の駆動系を示す図である。

ガスタービンエンジン１０は圧縮機１４と、圧縮機軸１
６で圧縮機１４に連結された圧縮機タービン１８と、出
力タービン２０及びこれに取りつけられた出力タービン
軸２２と、燃焼器２６と、熱交換器２８とを備えている
。燃焼器２６にはメータリングバルブ３０を介して燃料
が供給される。

さらに、出力タービン２０には可変翼ノズル３２が取り
つけられ、アクチュエータ３４によってその翼角度が制
御可能になっている。このアクチュエータ３４及びメー
タリングバルブ３０は第１の制御装置（ＥＣＵＩ）３６
によって制御される。

第１の制御装置３６にはアクセルペダル３８及びエンジ
ンのその他の検出器の検出信号が入力される。

ガスタービンエンジン１０は、公知のように、圧縮機１
４で圧縮した空気を熱交換器２８を通って燃焼器２６に
送り、そこで生成された高温の燃焼ガスが圧縮機タービ
ン１８及び出力タービン２０を駆動するものである。出
力タービン２０を通った燃焼ガスは熱交換器２８を通っ
て排気される。メータリングバルブ３０は燃料量を制御
するものである。可変翼ノズル３２はその翼角度の制御
によって出力タービン２０で消費される燃焼ガスの流れ
を制御し、例えば低負荷時に開口面積を絞ることによっ
て運転線をサージ側へ移行させ、高い作動温度を維持し
て効率の優れた運転を得るものである。これらのメータ
リングバルブ３０及び可変翼ノズル３２はそれぞれに制
御されるものであり、これらが相互に独立にエンジン出
力トルクに影響するので、前述したように、発生したエ
ンジン出力トルクを単にアクセルペダル３８の踏込み量
で評価することができないのである。

出力タービン軸２２は減速歯車装置４０を介して自動変
速機１２の入力軸（図示せず）に連結され、自動変速機
１２の出力軸は差動歯車装置４２を介して車輪４４に伝
達される。自動変速機１２はトルクコンバータ４６、ロ
ックアツプクラッチ４８、及び遊星歯車装置５０を有し
、公知のようにロックアツプクラッチ４８及び遊星歯車
装置５０を油圧により制御することによってシフト位置
を制御することができるものである。シフト位置の制御
のための油圧は複数の電磁弁５２によって達成され、電
磁弁５２は第２の制御装置（ＥＣＵ２）５４によって制
御されるものである。この第２の制御装置５４はガスタ
ービンエンジン１０の作ａ状態をあらわす少なくとも３
つの信号を受け、それに応じて出力トルクを計算し、こ
のようにして計算された出力トルクに基づいて自動変速
機１２のシフト位置を制御するものである。

第３図は車速及び出力トルクに応じて定められた自動変
速機１２の変速例を示し、実線はアップシフト時、鎖線
はダウンシフト時を示すものである。車速は自動変速機
１２の出力軸の回転数から直接に検出することができ、
出力トルクは前述したようにガスタービンエンジン１０
の作動状態をあらわす少なくとも３つの信号を受けて計
算されたものである。尚、従来の往復動内燃機関の場合
には出力トルクがスロットル開度によってあられされ、
スロットル弁の全開と全閉との間を分割している０本発
明においても、従来と同様に最大の出力トルクと最低の
出力トルクとの間で従来と同じ分割数で精度よく出力ト
ルクを計算できるものである。

この出力トルク計算のために、第１図に示されているよ
うに、例えば、圧縮器１４の出口圧力Ｐ３、圧縮器１４
の回転数Ｎ１　％出力タービン２０の回転数Ｎ３、出力
タービン２０の出口温度Ｔ！　、可変翼ノズル３２の開
口面積Ａ、大気条件をあらわす例えば空気の温度に等を
それぞれ検出するセンサが設けられる。これらのセンサ
が第２図にそれぞれ参照数字５６から６６によって示さ
れている０本発明においては、可変翼ノズル３２の開口
面積Ａが第４図に示される孝うに油圧式アクチュエータ
３４の位置Ｘ□に対応することを利用して、可変翼ノズ
ル３２の開口面積Ａをアクチュエータ３４の位置ＸＶＭ
を検出することによって検出している。これによって可
変翼ノズル３２の開口面積Ａを簡単に且つ正確に知るこ
とができる。

制御装置５４はマイクロコンピュータとしテ構成され、
演算と制御の機能を有する中央処理装置（ＣＰＵ）５６
と、プログラムを記憶させたり−ドオンリメモリ　（Ｒ
ＯＭ）５８と、データ等を記憶させるランダムアクセス
メモリ　（ＲＡＭ）６０とを備え、これらはバス６２に
よって相互に接続されるとともに、入出力インターフェ
ース６４にも接続されている。前述したセンサの検出信
号はこの入出力インターフェース６４を介して入力され
、またこの入出力インターフェース６４から自動変速機
１２のシフト位置を制御するための電磁弁５２に制御信
号が送られる。

第５図は自動変速機１２の制御のためのフローチャート
を示し、ステップ７０において、各種センサにより検出
されたガスタービンエンジンｌＯの作動状態をあらわす
信号、即ち、圧縮器１４の出口圧力Ｐ３、圧縮器１４の
回転数Ｎ１　％出力タービン２０の回転数Ｎ！、出力タ
ービン２０の出口温度Ｔ＆、可変翼ノズル３２の開口面
積Ａ、並びに大気条件をあらわす空気の温度Ｋ及び圧力
Ｐ０を読む０次にステップ７１において、検出された信
号に応じてエンジン出力トルクＴＱ、を計算する。この
エンジン出力トルクＴＱ、は各検出量の関数、ｆ　（Ｐ
ｌ、Ｎ＋　、Ｎｓ　、Ｔｈ　、Ａ）の形で計算されるよ
うになっている０次にステップ７２において車速Ｖを読
み、ステップ７３においてシフトチェンジ条件かどうか
を判定する。シフトチェンジ条件は第３図に示されるよ
うに車速■とエンジン出力トルクＴＱ、の２次元マツプ
として記憶されている。イエスの場合はステップ７４を
通ってシフトチェンジを行い、ノーの場合はそのままで
処理を終了する。

エンジン出力トルクＴＱ、を計算するに際して、実施例
においては５つの検出信号、即ち、圧縮器１４の出口圧
力Ｐｕ、圧縮器１４の回転数Ｎ、、出力タービン２０の
回転数Ｎ１、出力タービン２０の出口温度Ｔ！　、可変
翼ノズル３２の開口面積Ａを使用している。そして、エ
ンジン出力トルクＴＣｈは各検出量の関数、ｆ（Ｐｓ、
Ｎ＋、Ｎ３、Ｔ６、Ａ）の形で計算されるようになって
いる。即ち、 ＴＱｓ　＝ｆ　　（Ｐ３　、Ｎ＋　、Ｎ３　、Ｔｂ　、
Ａ）の関係式が準備されている。これを具体化して示す
と、 ＴＱｉ　＝　（ａＰ＊　＋ｂ）ｆ　　（Ｔｂ　、、Ｎ５
）−（ｃＡ＋ｄ）ｆ　　（Ｎ＋） が得られる。この式は次のように表すこともできる。

ＴＱ３　”　（ａ　Ｔｈ　Ｐ　ｓ　＋　ｂ　Ｎｓ　）−
（ｃＮ、Ａ＋ｄ） このように、本発明においてはエンジン出力トルクＴＱ
Ｉがエンジン作動状態をあらわす各検出信号の関数の形
で計算されることが一つの特徴である。そして、この関
数は上記先願で使用された２つの信号、即ち、圧縮器１
４の出口圧力Ｐ３と可変翼ノズル３２の開口面積Ａに対
して、さらに付加された検出信号、即ち、出力タービン
２０の出口温度７４　、出力タービン２０の回転数Ｎ３
、圧縮器１４の回転数Ｎ、を変数としての補正係数の形
で使用しているものである。実施例においては、エンジ
ン出力トルクＴＱ、を計算するために５つの変数、Ｐｌ
、Ｎｌ、Ｎ１、Ｔ５、Ａを使用しているが、最低３つの
変数を使用すればエンジン出力トルクＴ　Ｑ　３の計算
精度を従来よりも高めることができる。

例えば、上記５つの変数のうち、圧縮器１４の回転数Ｎ
、は第６図に示されるように圧縮器１４の出口圧力Ｐ、
と対応関係があるので、圧縮器１４の回転数Ｎ、に関す
る情報は圧縮器１４の出口圧力Ｐ３から得られる。また
、出力タービン２０の回転数Ｎ、は可変翼ノズル３２の
開口面積Ａと圧縮器１４の回転数Ｎ、とから推量するこ
とができる。圧縮器１４の出口圧力Ｐ、と可変翼ノズル
３２の開口面積Ａから得ることの出来ない情報は、燃焼
状態をあらわす信号であり、これをあらわすのが出力タ
ービン２０の出口温度Ｔ、である。従って、圧縮器１４
の出口圧力Ｐ３、可変翼ノズル３２の開口面積Ａ及び出
力タービン２０の出口温度Ｔ６を使用すれば精度よくエ
ンジン出力トルクＴ　Ｑ　３を計算することができ、出
力タービン２０の回転数Ｎ、をさらに付加的に使用すれ
ばさらに精度を高めることができ、そしてさらに圧縮器
１４の回転数Ｎ、並びに大気条件をあらわす信号を使用
すればさらに精度を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば精度よくエンジン
出力トルクを計算することができ、且つ精度よく計算さ
れたエンジン出力トルクを用いて自動変速機のシフト位
置を制御できるので、ガスタービン車の動力性能を最大
に発揮することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスタービン車の構成図、第２図
は第１図の制御装置の詳細図、第３図は自動変速機の変
速位置を示す図、第４図は可変翼ノズルの開口面積とそ
のアクチュエータの位置の関係を示す図、第５図は自動
変速機の制御のフローチャート、第６図は圧縮機の出口
圧力と回転数との関係を示す図である。 １０・・・エンジン、　　　１２・・・自動変速機、１
４・・・圧縮機、　　　１８・・・圧縮機タービン、２
０・・・出力タービン、２６・・・燃焼器、３２・・・
可変翼ノズル、５４・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２軸式ガスタービンエンジンと自動変速機とを有するガ
   スタービン車において、前記２軸式ガスタービンエンジ
   ンの作動状態をあらわす少なくとも３つの信号に応じて
   エンジン出力トルクを計算する出力トルク計算手段と、
   該出力トルク計算手段によって計算された出力トルクに
   基づいて自動変速機のシフト位置を制御するシフト位置
   制御手段とを有することを特徴とするガスタービン車の
   自動変速制御装置。