KR101786405B1

KR101786405B1 - 항공기용 엔진의 점화장치

Info

Publication number: KR101786405B1
Application number: KR1020167005729A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 부르게오이스; 베노이트 그레니어; 니콜라스 구이체메레
Original assignee: 사프란 헬리콥터 엔진스
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2017-10-17
Also published as: EP3049659B1; FR3011037B1; CN105531466B; KR20160055797A; US20160222887A1; ES2638644T3; RU2641763C2; CA2921242A1; CN105531466A; US10100743B2; RU2016107728A; JP2016537561A; JP6212647B2; WO2015044557A1; CA2921242C; PL3049659T3; EP3049659A1; FR3011037A1

Abstract

본 발명은, 적어도 두 개의 스파크 플러그들을 포함한 항공기용 엔진의 점화장치에 관한 것이고, 전원 공급원, 제1 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제1 경로(3), 및 제2 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제2 경로(4)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 경로(3,4)들은 FADEC 방식의 제어 시스템에 의해 제어되는 전원공급원의 분배 수단(5)에 의해 상기 전원 공급원과 연결되며, 상기 분배 수단(5)은 상기 제1 경로(3) 또는 상기 제2 경로(4)에 전원을 교대로 공급하도록 구성된 제1 회로(6) 및, 제1 경로(3)와 상기 제2 경로(4)에 전원을 동시에 공급하기 위한 제2 회로(7)를 포함하고, 상기 점화장치는 시동 과정 동안 상기 제1 회로(6) 또는 제2 회로(7)를 이용하도록 구성된다.

Description

항공기용 엔진의 점화장치{IGNITION DEVICE FOR AN AIRCRAFT ENGINE}

본 발명은, 엔진을 점화하고 특히 스파크 플러그(spark plugs)에 전원을 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 특히, 항공기용 가스터빈을 위한 고출력 발전기에 적용된다.

엔진이 시동될 때 상기 스파크 플러그들은 전기 전원 공급원으로부터 전기를 공급받아서 엔진내에서 공기 및 연료의 혼합물을 점화시키는 스파크를 발생시킨다. 상기 스파크는, 전극들사이에서 고전압 전기 방전(discharge)을 발생시키는 커패시터(capacitor)로부터 구해진다. 일반적으로 모든 스파크 플러그들은 동일한 전원에 의해 전원을 공급받고, 상기 전원 공급원은 동시에 여러 개의 스파크 플러그들을 점화할 수 있는 전원을 공급할 수 있다. 각각의 스파크 플러그에 별도로 전원을 공급하기 위해, 스파크 플러그들은, 다른 스파크 플러그의 전원 공급 경로와 분리된 전원공급 경로에 의해 상기 전원 공급원과 연결된다.

또한, 상기 점화 장치는, 전기적 연결부내에서 전달(circulating)되는 신호에 의해 한 개이상의 스파크 플러그들을 점화하는 명령(requests)을 상기 점화장치로 제공하는 제어 시스템에 의해 제어된다. 항공학분야에서, 고출력 발전기는 예를 들어, FADEC (full authority digital engine control)형태의 전자제어 시스템에 의해 제어된다. FADEC은, 센서, 제어기, 비행 장치 및 조종사로부터 제한된 양의 정보를 수신하는 다중 채널(multiple channel) 컴퓨터이다. 상기 FADEC은 상기 FADEC내에 저장된 과정에 따라, 상기 데이터를 분석하고 비행장치로 제어 명령을 전송하여 응답한다.

상기 스파크 플러그의 마모를 방지하고 절약하기 위해, 시동(start up)할 때 단일 스파크 플러그를 이용하고 각각의 시동과정에서 교대로 스파크 플러그를 이용하는 것이 유리하다.

예를 들어, 문헌 제 US 7 509 812호에 설명된 장치는, 발전기 및 동일한 엔진에 구성된 두 개의 스파크 플러그들의 점화를 제어할 수 있는 제어시스템을 포함한다. 상기 문헌에 의하면 특히, 한 개의 제1 스파크 플러그를 이용하여 엔진을 점화하고 다음에 제2 스파크 플러그를 이용하여 엔진을 점화된 엔진이 독립적으로 유지하기 위해 충분한 회전속도로 가속시킬 수 있는 방법이 설명된다. 상기 방법에서 실화(failure)와 관련되는 특수한 경우에, 상기 제1 스파크 플러그가 작동하지 못하면 엔진을 점화하기 위해 제2 스파크 플러그가 이용될 수 있다.

문헌 제 US 6 195 247호에 공개된 발명은 두 개의 점들을 포함한 점화 회로에 관한 것이며, 상기 점화회로는 두 개의 이중 연결부들에 의해 상기 점화회로와 연결되는 두 개의 채널들을 포함한 제어 시스템을 가진다. 따라서 각각의 채널은 두 개의 스파크 플러그의 점화를 조정하여, 다른 한 개의 채널이 오동작되는 위험에 대해 시동을 보장한다.

그러나, 상기 장치들은, 스파크 플러그에 대한 전원 공급을 직접 교대로 조정하기 위해 제어시스템을 이용한다. 상기 장치들은 특히, 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위하여 각각의 경로에 대해 제어 시스템의 한 개의 채널을 이용해야 하며, 이러한 구성은 다른 비행 장치들을 조정해야 하는 제어 시스템에서 불리하다.

본 발명의 과제는, 상기 문제점을 극복하고 제어시스템에 대해 단지 한 개의 채널을 이용할 수 있는 점화 장치를 제안하는 것이다.

상기 목적을 위하여, 적어도 두 개의 스파크 플러그들을 포함한 항공기용 엔진의 점화장치는, 전원 공급원, 제1 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제1 경로, 및 제2 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제2 경로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 경로들은 전원공급원의 분배 수단에 의해 상기 전원 공급원과 연결된다.

상기 점화장치의 특징에 의하면, 상기 분배 수단은 상기 제1 경로 또는 상기 제2 경로에 전원을 교대로 공급하도록 구성된 제1 회로 및, 제1 경로와 상기 제2 경로에 전원을 동시에 공급하기 위한 제2 회로를 포함하고, 상기 점화장치는 시동 과정 동안 상기 제1 회로 또는 제2 회로를 이용하도록 구성된다.

그러므로, 상기 점화장치는 제1 회로를 위해 단일 스파크 플러그를 이용하거나 제2 회로를 위해 두 개의 스파크 플러그들을 동시에 이용하여 상기 점화장치가 엔진을 시동할 수 있게 하는 자신의 분배 수단을 가진다. 상기 시스템은 스파크 플러그를 점화하기 위해 각각의 경로를 직접 제어하지 않는다.

별도로 또는 함께 구성될 수 있는 본 발명의 다양한 실시예에 의하면,

상기 분배 수단은 상기 제1 회로 또는 제2 회로에 전원 공급원을 연결시키도록 구성된 제1 단안정 릴레이를 포함하고,

상기 제1 단안정 릴레이는 시간 지연식 릴레이이며,

상기 분배 수단은 상기 제1 회로를 상기 제1 경로 또는 제2 경로와 교대로 연결시키도록 구성되고 두 개의 코일을 가진 제2 쌍안정 릴레이를 포함하며,

상기 분배 수단은 상기 제2 쌍안정 릴레이의 두 개의 코일들을 전원 공급원에 교대로 연결시키도록 구성된 제3 쌍안정 릴레이를 포함하고,

LP 입력부에 의해 상기 분배 수단과 연결되는 단일 전기적 연결부를 이용하고 제1 회로에 의해 엔진 시동을 제어하는 제어 시스템을 포함하며,

상기 LP 입력부는 상기 제1 단안정 릴레이 및 제3 쌍안정 릴레이를 동시에 작동시키도록 구성되고,

상기 제어 시스템은 FADEC 형태이며,

상기 제어 시스템은 저전압 신호에 의해 제어되고,

상기 스파크 플러그들이 반도체 스파크 플러그들이며,

상기 시동 장치는 고출력 발전기이고,

상기 분배 수단과 상기 제1 및 제2 경로들이 고출력 하우징내에 일체로 구성된다.

본 발명은 또한, 상기 엔진용 점화장치를 포함한 항공기에 관한 것이다.

첨부된 도면들은 본 발명의 실시 방법을 명확하게 이해시킨다. 상기 도면들에서 동일한 도면부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은, 본 발명의 특수한 실시예를 따르는 점화장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는, 본 발명의 특수한 실시예를 따르는 방법의 블록 선도.

도 1을 참고할 때, 점화장치(1)는 항공기용 엔진의 고출력 발전기이다. 상기 발전기는 (도 1에 도시되지 않은) 전원 공급장치 예를 들어, 전원 공급원의 위상(2)에 대해 28V의 전압을 제공하는 배터리 및, 제1 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제1 경로(3) 및, 제2 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제2 경로(4)를 포함한다( 상기 스파크 플러그들은 도1 에 도시되지 않는다). 상기 스파크 플러그들은, 전극들사이에 공기를 가진 종래기술의 스파크 플러그 또는 반도체(semi-conductor) 스파크 플러그일 수 있다.

종래기술의 스파크 플러그는 약 20kV의 방전 전압을 요구하는 반면에, 반도체 스파크 플러그는 약 3kV의 전압을 요구한다.

제1 및 제2 경로(3,4)들은 제1 회로(6) 및 제2 회로(7)를 포함한 전원의 분배 수단(5)에 의해 전원과 연결된다. 상기 분배 수단(5) 및 제1 및 제2 경로(3,4)들은 고출력 발전기의 고출력 하우징내에 일체로 구성되는 것이 선호된다.

시동할 때 단지 한 개의 스파크 플러그를 이용하기 위해, 상기 제1 회로(6)는 제1 경로(3) 또는 제2 경로(4)에 전원을 공급하도록 구성된다. 또한, 전원이 상기 제1 및 제2 경로(3,4)에 교대로 공급되어, 스파크 플러그들은 사용수명 동안 균등하게(equally) 이용된다. 그러나, 상기 제2 회로(7)는, 상기 제1 및 제2 경로(3,4)들에 의해 전원이 두 개의 스파크 플러그들로 동시에 공급되도록 구성된다.

상기 장치(1)는 시동과정 동안 상기 제1 회로(6) 또는 제2 회로(7)를 이용하도록 구성된다. 그러므로, 정상적인 시동 과정 동안, 전원이 상기 제1 회로(6)로 공급되어 제1 회로는 단지 한 개의 스파크 플러그를 이용한다. 예를 들어, 온도가 매우 낮은 다른 조건에서, 두 개의 스파크 플러그들은 엔진의 시동을 보장해야 한다. 이 경우, 장치(1)는 제2 회로(7)를 이용하여 두 개의 스파크 플러그들에 전원을 동시에 공급하고 다음에 엔진을 더욱 용이하게 시동하게 된다.

상기 목적을 위하여, 분배 수단(5)은 상기 제1 회로(6) 및 제2 회로(7)에 배열된 전기 릴레이(relays)(8,9,10)들을 포함하여, 상기 전기 릴레이들은 상기 전원 공급원으로부터 제공된 전류를 선택된 회로로 향하게 한다. 상기 전기 릴레이(8,9,10)들은, 전기적 연결부들이 스위칭되는(switched) 것을 허용하는 부품들이다. 예를 들어, 코일을 포함한 전기기계적 릴레이는 활성화될 때 두 개의 위치들사이에서 접촉 또는 단절(break) 스위치와 같은 기계적 요소를 이동시킨다.

제1 단안정 릴레이(monostable relay)(8)는 전원 공급원을 상기 제1 회로(6) 또는 제2 회로(7)에 연결시킨다. 단안정 릴레이(8)는, 상기 코일에 전원이 공급되지 못할 때 제1 위치 및 상기 코일에 전원이 공급될 때 제2 위치사이에서 접촉부를 이동시킨다. 상기 코일에 전원이 공급될 때에만 제2 위치에서 접촉이 형성된다. 상기 코일에 더 이상 전원이 공급되지 못하면, 상기 접촉은 제1 위치로 귀환한다. 상기 제1 릴레이(8)는, 두 개의 전원 공급원 회로(6,7)들의 작동이 개시될 때 작동하도록 배열된다.

그러므로, 상기 제1 릴레이(8)가 작동하면, 단일 스파크 플러그에서 스파크 플러그의 전원 공급이 교대로(alternating mode)로 형성된다. 상기 제1 릴레이(8)가 더 이상 작동하지 못하면, 두 개의 스파크 플러그들의 전원공급이 동시에 형성된다.

상기 제1 회로(6)가 전원이 공급되어야 하는 스파크 플러그의 경로(3,4)와 연결되기 위한 시간을 허용하여 착오로 다른 스파크 플러그에 전원이 공급되는 위험을 회피하기 위해 상기 제1 단안정 릴레이(8)는 시간 지연 릴레이(time delayed relay)인 것이 선호된다.

분배 수단(5)은, 상기 제1 회로(6)를 제1 경로(3) 또는 제2 경로(4)에 교대로 연결하도록 구성된 두 개 코일을 가진 제2 쌍안정(two- coil bistable) 릴레이(9)를 포함한다. 코일에 전원이 공급되지 않을 때, 제위치에 유지된다는 점만 제외하면, 상기 쌍안정 릴레이는 단안정 릴레이와 동일한 요소를 포함한다. 두 개의 코일을 가진 쌍안정 릴레이를 위해, 전원이 제1 코일에 공급될 때 상기 제1 코일은 제1 위치에서 시동을 걸고(turn on ignition), 전원이 제2 코일에 공급될 때 상기 제2 코일은 제2 위치에서 시동을 건다. 원하는 위치에서 시동을 걸기 위해, 해당 코일에 전원이 공급되어야 한다.

도 1을 참고할 때, 두 개 코일을 가진 제2 쌍안정 릴레이(9)는 세 개의 연결부(11,12,13)들을 가지고, 제1 연결부는 전원 공급원의 위상(2) 및 두 개의 코일들에 모두 연결된다. 다른 두 개의 연결부(12,13)들은 코일들 중 한 개를 접지 연결시킨다.

분배 수단은, 상기 제2 쌍안정 릴레이(9)의 두 개 코일들을 상기 전원 공급원의 위상(2)에 교대로 연결시키는 제3 쌍안정 릴레이(10)를 포함한다. 상기 목적을 위해, 상기 제3 쌍안정 릴레이(10)는, 상기 제2 쌍안정 릴레이(9)의 제1 코일을 접지에 연결시키는 제1 위치, 및 상기 제2 쌍안정 릴레이의 제2 코일을 접지에 연결시키는 제2 위치를 가진다. 상기 두 개의 위치들에 대해 단지 한 개의 코일에 전원이 공급되고 다른 한 개의 코일은 상기 전원 공급원의 위상(2)에 연결되지 못한다. 단지 한 개의 스파크 플러그에 전원이 공급되는 경우에 있어서, 상기 제3 쌍안정 릴레이(10)는, 상기 제2 쌍안정 릴레이(9)의 접촉상태를 자동으로 변화시키기 위해 이용되고 따라서 전원이 공급되어야 하는 경로(3,4)들의 변화에 영향을 준다.

또한, 상기 점화 장치(1)는 FADEC 형태의 (도 1에 도시되지 않은) 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은 제1 회로(6)에 의해 엔진을 교대로 시동하도록 제어한다. 상기 제어 시스템은, 저전압 신호를 전송하기 위한 LP- 형태(LP는 저출력(low power)을 나타냄)의 입력(14)을 통해 단일 전기적 연결부에 의해 상기 분배 수단(5)과 연결된다. 그러므로, 단지 한 개의 제어 시스템 채널이 상기 제어 시스템을 상기 고출력 발전기에 연결하기 위해 이용된다.

상기 LP 입력(14)에 의해 상기 제1 단안정 릴레이(8) 및 제3 쌍안정 릴레이(10)가 동시에 작동될 수 있다. 상기 LP 입력(14)이 신호를 수신할 때 상기 제1 단안정 릴레이(8) 및 제3 쌍안정 릴레이(10)가 작동된다. 상기 제1 단안정 릴레이(8)는 단일 스파크 플러그를 이용하여 시동하기 위해 상기 제1 회로(6)를 전원 공급원의 위상(2)와 연결시키고, 상기 제3 쌍안정 릴레이(10)는 연결부(11,12,13)들에 의해 상기 전원 공급원과 연결된 상기 제2 쌍안정 릴레이(9)의 코일을 변경한다. 그러므로, 코일의 전원 공급원이 변경되면 제2 쌍안정 릴레이(9)의 접촉이 변경되며 따라서 스파크 플러그들의 전원 공급원 경로(3,4)들이 교체된다.

상기 LP 입력(14)에 신호가 전달될 때 제1 회로(6)가 선택되고 시동을 위해 이용되는 스파크 플러그가 자동으로 교체된다. 그러나, 상기 LP 입력(14)으로 신호가 전달되지 못 하면, 두 개의 코일들에 전원을 동시에 공급하고 스파크 플러그들을 점화하기 위해 이용되는 것은 제2 회로(7)이다.

상기 제1 및 제2 회로(6,7)들은, 상기 제1 및 제2 회로(6,7)들 중 한 개내에서 순환하는 전류가 다른 한 개의 회로속에 반대 방향으로 통과하는 것을 방지하는 다이오드(15,16)들을 추가로 포함한다. 상기 제1 및 제2 회로(6,7)는, 스파크 플러그들에 전원을 공급하기 위해 두 개의 경로(3,4) 영역에 연결된다.

도 2에 도시되고 두 개의 스파크 플러그들을 포함한 엔진을 위한 점화장치(1)의 이용과 관련된 방법(19)이

a) 상기 엔진의 시동을 제어하는 단계(20),

b) 교대(alternated)방식 제어 모드가 요청된 것을 검증하는 단계(21),

c) 상기 단계 b)가 만족되면 제1 스파크 플러그가 선택되고 이전의 교대방식 시동(alternated start-up)과정 동안 이용되지 못한 스파크 플러그를 선택하는 단계(22),

d) 전원 공급원의 연결부를 단계 c)에서 선택된 스파크 플러그의 경로로 이동시키는 단계(23,24),

e) 상기 단계 b)가 만족되지 못하면 상기 전원 공급원의 연결부를 상기 두 개의 스파크 플러그들의 경로로 이동시키는 단계(25),

f) 전원 공급원과 연결된 스파크 플러그(들)에 전원을 공급하는 단계(26)를 포함한다.

상기 방법(19)에 의해, 엔진의 스파크 플러그들에 대한 교대방식 시동 모드로부터 상기 스파크 플러그들에 대한 동시적 시동 모드(simultaneous start-up)로 또는 그 반대로 자동 전환될 수 있다. 또한, 엔진의 시동 모드를 형성하기 위해, 상기 시동 모드들 중 한 개, 이 경우 동시적 시동 모드의 제어에 관한 한 가지 정보를 가지는 것으로 충분하다.

3......제1 경로,
4......제1 경로,
5......분배 수단,
6......제1 회로,
7......제2 회로.

Claims

두 개이상의 스파크 플러그들을 포함한 항공기용 엔진의 점화장치로서, 전원 공급원, 제1 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제1 경로(3), 및 제2 스파크 플러그에 전원을 공급하기 위한 제2 경로(4)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 경로(3,4)들은 전원공급원의 분배 수단(5)에 의해 상기 전원 공급원과 연결되는 점화장치에 있어서,
상기 분배 수단(5)은 상기 제1 경로(3) 또는 상기 제2 경로(4)에 전원을 교대로 공급하는 제1 회로(6) 및, 제1 경로(3)와 상기 제2 경로(4)에 전원을 동시에 공급하기 위한 제2 회로(7)를 포함하고, 상기 점화장치는 시동 과정 동안 상기 제1 회로(6) 또는 제2 회로(7)를 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제1항에 있어서, 상기 분배 수단(5)은 상기 제1 회로(6) 또는 제2 회로(7)를 전원 공급원에 연결시키는 제1 단안정 릴레이(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 단안정 릴레이(8)는 시간 지연식 릴레이인 것을 특징으로 하는 점화장치.
제2항에 있어서, 상기 분배 수단(5)은 상기 제1 회로(6)를 상기 제1 경로(3) 또는 제2 경로(4)와 교대로 연결시키도록 구성되고 두 개의 코일을 가진 제2 쌍안정 릴레이(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제4항에 있어서, 상기 분배 수단(5)은 상기 제2 쌍안정 릴레이(9)의 두 개의 코일들을 전원 공급원에 교대로 연결시키는 제3 쌍안정 릴레이(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제5항에 있어서, 저전압 신호를 전송하기 위한 입력부(14)에 의해 상기 분배 수단(5)과 연결되는 단일 전기적 연결부를 이용하고 제1 회로(6)에 의해 엔진 시동을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제6항에 있어서, 상기 입력부(14)는 상기 제1 단안정 릴레이(8) 및 제3 쌍안정 릴레이(10)를 동시에 작동시키는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제7항에 있어서, 상기 제어 시스템은 다중 채널 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 점화장치.
제1항에 있어서, 상기 스파크 플러그들이 반도체 스파크 플러그들인 것을 특징으로 하는 점화장치.
제1항에 있어서, 상기 점화 장치는 고출력 발전기인 것을 특징으로 하는 점화장치.
제10항에 있어서, 상기 분배 수단(5)과 상기 제1 및 제2 경로(3,4)들이 고출력 하우징내에 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 점화장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항을 따르는 항공기용 엔진의 점화장치를 포함한 항공기.