JPS592773B2 - 燃料供給制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はうず巻ポンプを含む流体送出し装置に関し、特
にシャッタ付きディフューザを有するうず巻ポンプ用の
制御装置に関する。

したがって、本発明の目的はうず巻ポンプのディフュー
ザ部と関連するシャツタ弁の位置を制御するための簡単
な制御装置を提供することである。

本発明の他の目的はシャッタ付制御弁を制御するための
所要サーボ力を与えるためのポンプ流通流体の圧力を利
用する上記のような制御装置を提供することである。

本発明の概要を述べると、上記および他の目的は、複面
環状ピストンとしても働く滑りシャッタによって羽根車
吐出し面積を変えるようなうず巻ポンプを提供すること
によって達成される。

比較的小さい面積を持つ２つのピストン面部が存し、そ
の一面部は羽根車吐出し圧力を受け、他面部はポンプ入
口圧力を受ける。

また比較的大きい面積を持つピストン面がシャッタ信号
圧力を受ける。

シャッタ信号圧力はポンプ入口圧力からポンプ吐出し圧
力までの変動範囲を有し、上記ピストンの面積差とそれ
にかかる圧力差によってシャッタをその行程の種々の点
まで移動させてポンプの出口面積を制御する。

シャッタ信号圧力は全燃料制御系統の一部をなす流量調
整弁と連結する信号弁によって制御される。

本発明を一層間らかにするため次に本発明の実施例を添
付の図面によって詳述する。

全図を通じて同じ要素は同じ符号で表わしである。

第１図に航空機の推進に使用可能なアフタバーナ付きタ
ーボファンエンジン１０を示す。

このエンジンは外殻または外側ダクト壁１１と内側ダク
ト壁１２を含む。

内側ダクト壁１２内に設置さレタコアエンジン１４がフ
ァンタービン１６を駆動するだめの高温ガス流を発生す
る。

タービン１６は軸１８によって空気流圧縮用の翼付きロ
ータまたはファン２０に連結される。

この空気流の外周側部分はダクト壁１Ｌ１２間を通り、
空気流の内側部分はファン２０によって圧縮された後入
口２２を通り、コアエンジン１４の圧縮機２４によって
さらに圧縮されてコアエンジン燃焼器２６内で燃料の燃
焼に役立つ。

燃料はポンプ２７によってコアエンジン燃焼器２６に送
られる。

ポンプ２７の出力は外側ダクト壁１１に装着された主燃
料制御装置２８によって制御される。

燃焼によって生じた高温ガス流はコアエンジンタービン
３０を駆動する。

このタービンは軸３２によってコアエンジン圧縮機２４
に連結されている。

タービン３０を駆動後、高温ガス流は前述のごとくファ
ンタービン１６を駆動する。

空気流の外周側部分の流れとファンタービン１６から出
たガス流はその後ファンタービン１６の下流に存するミ
キサ３４において混合する。

第１図に示すエンジンにおいて、上記の混合空気流はそ
の後アフタバーナ噴射棒３６によって追加燃料を与えら
れる。

この追加燃料の量は外側ダクト壁１１に装着された燃料
ポンプ３７およびアフタバーナ燃料制御装置３８によっ
て制御される。

アフタバーナ噴射棒３６はファン噴射棒４０とコアエン
ジン噴射棒４２と局所噴射棒または点火噴射棒４４を含
む。

アフタバーナ燃料制御装置３８は燃料流量調整弁４６を
介してファン噴射棒４０とコアエンジン噴射棒４２と局
所または点火噴射棒４４に送られる燃料の量を制御する
よう働く。

上記のように空気流に与えられた燃料は適当な点火器（
図示せず）によって点火される。

その結果中じた高エネルギガス流は、ミキサ３４の下流
に設置された排気ノズル４７を通って噴出する際に、ガ
スタービンエンジン１０に追加推力を与える。

上述の混流アフタバーナ付きターボファンエンジン１０
は本発明を適用しうる１種のエンジンを例示するに過ぎ
ない。

当業者には明らかなごとく、本発明の制御装置はいかな
る種類のガスタービンエンジンにも適用可能であり、さ
らに一般的には、うず巻燃料ポンプを利用する他の様々
な種類の装置に適用しうる。

たとえば本発明の制御装置は流体燃料ロケットエンジン
にも適用しうる。

したがってガスタービンエンジン１０の説明は本発明の
一特定適用例を示すに過ぎない。

第２図には第１図に関連して上述したアフタバーナ燃料
装置のある部分を図解的に示す。

図示のように、アフタバーナ噴射棒３６は流量調整弁４
６を備え、この弁はファン噴射棒４０とコアエンジン噴
射棒４２と局所または点火噴射棒４４に燃料を分配する
。

流量調整弁４６は簡単なスリーブ弁であり、この弁にお
いて燃料は入口４８に送られた後側々の流量調整出口５
０，５２，５４゜を通ってそれぞれファン噴射棒４０、
コアエンジン噴射棒４２および局所噴射棒４４に分配さ
れる。

燃料は当業者に周知の任意の方法で各噴射棒に送られる
。

本例において、出口５０，５２．５４の面積はスリーブ
５７内に設置された並進スプール５６によって制御され
る。

スプール５６とスリーブ５７は流量調整弁４６の構成部
分である。

スプール５６は開口、５１，５３，５５を有し、これら
の開口は周知の仕方で出口５０，５２，５４と整合する
。

また入口４８は第２図に示すようにスプール５６内に形
成可能であり、ある用途においては、分配すべき燃料の
全量を制御するため様々の形状に形成され５る。

燃料は燃料ポンプ３７によって導管５８を経て流量調整
弁４６の入口４８に送られる。

本例において燃料ポンプ３７は定速うず巻ポンプである
。

（第２図には単一の流量調整弁４６と導管５８を示しで
あるが、本発明の燃料送出し装置は複数の流量調整弁と
複数の導管を含みうる。

そしてエンジンの各燃料噴射点に対して個々に流量調整
弁を設けうる。

）燃料ポンプ３７は入口６２、環状出口６４、および出
口６４を囲むディフューザ６６を形成する外殻６０を有
する。

加えて、外殻６０はディフューザ６６に隣接する環状ピ
ストン室６８を形成するかまたはそれと合体する。

外殻６０は羽根車７０を囲み、羽根車７０はづなくも１
個の軸受７４によって支持された軸７２に装着されて、
外殻６０内において回転可能で凌る。

軸７２は任意の外部動力源によって、たとλば、エンジ
ン１０の外殻に装着された歯車箱によって駆動されうる
。

上述のごとく、定速うず巻燃料ポンプ３７ばをる狭い流
量範囲、通常情高流量範囲においてのみ効率よく動作す
るよう設計可能である。

燃料ポンプ３７が比較的低流量で動作する時、燃料温度
ら過大な上昇および／またはポンプ３１の動作のイ安定
を引起す。

それゆえ、燃料ポンプ３７は滑りシャッタ７６を備える
。

このシャッタＩ／′ｉ環状ピヌトン１８を有する中空シ
リンダからなり、環状ヒストン１８は中空シリンダと一
体的に形成され且つピストン室６８内に設置される。

第３図に明がのごとく、シャッタ了６は、ピストン７８
とは反対側に設けられそして好ましくはそれと一体に形
成された円筒部（延長部）８０が環状出口６４内に突入
しそして出口６４の成る部分を選択的に閉ざすことがで
きるよう配置される。

燃料は適当な貯蔵域（図示せず）からポンプ３γの入口
６２へ送られ、羽根車７０による作用を受け、そして出
口６４を通ってディ７ユーザ６６へ流れる。

デイフ壬−ザ６６から出た燃料は導管５８を通って流量
調整弁４６０入口４８へ流れる。

ディフューザ６６へ送られる燃料の全量はシャッタ７６
の位置によって制御される。

そしてこのシャッタの位置を制御する方法と装置が本発
明の重要部分を構成するものである。

第２図と第３図について述べると、シャッタ７６の環状
ピストン端部７８は、ピストン室６８と組合わされた時
、ピストン室６８を２つの別々の圧力室、つまりヘッド
室８２とロンド室８４とに分ける。

このような位置にある時、ピストン７８は圧力室８２内
に存する第１圧力面８６と、圧力室８４内に存する第２
圧力面８８と、ポンプ出口６４内に存する第３圧力面８
９とを有する。

さらに第３図に示すように、外殻６０とピストン１８は
、第１圧力面８６の面積が第２圧力面８８と第３圧力面
８９０面積の合計とほぼ等しいように設計される。

第２図と第３図を見れば明らかなように、圧力室８２．
８４内の圧力と出口６４内の圧力、したがって圧力面８
６，８８，８９にかかる力は滑りシャッタ７６の軸方向
位置を決定する。

第３図に明示のごとく、圧力室８４は小通路９１によっ
てポンプ３７の入口圧力に等しい圧力値に与圧され、他
方圧力面８９は出口６４におけるポンプの出口圧力を受
ける。

ピストン７８に適当な漏止め手段９０が設けられ、圧力
室８２゜８４間の流体の流れを阻止する。

圧力室８２はシャッタ信号圧力を受ける。

この信号圧力は第２図に示す制御装置の作用の下でポン
プ入口圧力とポンプ吐出し圧力の間を変動する。

上記の制御装置は信号弁９２を含み、この信号弁は流量
調整弁４６と関連する。

信号弁９２は多様な形状をとりうるので図解的に示され
ている。

本例の場合、信号弁９２は簡単なカム係合関係を介して
、流量調整弁４６の位置によって制御される。

すなわち、カム面９４を有するカム９３がスプール５６
と接続するよう設計され、そしてカム縦筒９６が枢着点
９８を中心として回転するよう保持され、かくて信号弁
９２を開閉する。

さらに第２図に示すように、信号弁９２は通常ばね１０
０のパイアスカによって閉ざされ、他方圧力室８２は抽
出口１０２と管部１０４，１０６゜１０８．１１０によ
って導管５８に連結される。

管部１０４はそれが管部１０６と交る点から上流方向に
少し離れた個所に制限部１１２を有する。

管部１０６の一端は管部１０８と連結し、その他端は信
号弁９２と連結する。

管部１０６，１０８゜１１０は任意の所望の仕方で相互
に連結され、管部１１０は適当な開口１１４を介して圧
力室８２と連結する。

次に本発明の燃料制御装置の働きを第２図と第３図によ
って説明する。

燃料はうず巻ポンプ３７の入口６２流入し、羽根車７０
０作用を受けた後、出口６４を通って流出する。

ポンプ３７は一定速度で駆動されるポンプであるから、
通常一定流量の燃料が出口６４を通ってディフューザ６
６に流入する。

装置の所要燃料流量はかなり変動するので、すなわち、
流量調整弁４６は各噴射棒に送られる燃料の量を変えそ
して動作サイクルの多くの部分においてポンプ３７の全
出力を必要としないので、滑りシャッタ７６ば、流量調
整弁４６に使われない燃料がディフューザ６６から羽根
車７０へ還流しないよ５ｉ状出ロ６４を選択的に開閉す
る為に利用される。

入口６２を通る燃料の一部が抽出されて通路９１を通り
、圧力室８４を与圧する。

かくて圧力室８４はポンプ３７０入ロ圧力値に等しい値
に与圧される。

同時に圧力面８９は出口６４における羽根車７０の吐出
圧力を受ける。

ディフューザ６６内の燃料はその後導管５８に流入し、
そして導管５８を通る燃料の一部は抽出口１０２から抽
出される。

この抽出流は管部１０４と制限部１１２を通って管部１
０６に達する。

信号弁９２はばね１００のパイアスカによって閉ざされ
ているので、管部１０６に達した流れは管部１０８、’
１１０を通って圧力室８２に達する。

すなわち、信号弁９２が閉ざされている時、圧力室８２
はポンプ３７の吐出し圧力に近い値に与圧される。

実際の値は制限部１１２前後の圧力降下と管部１０４，
１０６，１０８，１１０における内部損失とに依存する
。

第３図において、圧力面８６の面積は圧力面８８．８９
の面積の合計にほぼ等しく、圧力面８８にかかる圧力は
圧力面８６に最初にかかる圧力より低く、また圧力面８
９にかかる圧力は圧力面８６にかかる圧力にほぼ等しい
ので、ピストン７８には最初第３図の右方へ正味の力が
作用する。

この力の結果シャッタ７６は出口６４を閉ざす方向に動
き、かくてポンプ３７によってディフューザ６６に送ら
れる燃料の量を減らし、またこれによシ還流を減らし、
その結果低流量時においてポンプと関連する動力損失を
低減する。

流量調整弁４６のスプール５６が特定の移動点に達する
と、カム面９４は信号弁９２を開くようカム縦筋９６に
作用する。

信号弁９２の流面績は制限部１１２のそれより大きいの
で、管部１０６内の流れは信号弁９２を通って排出され
、かくて圧力室８２内の圧力を減らす。

適当な設計点において、圧力室８２内の圧力は、圧力面
８８，８９にかかる力がシャッタ７６を第２，３図の左
方へ動かすに十分な点に達し、かくて環状出口６４を開
く。

この結果、出口６４０面積と、流れに対して開くディフ
ューザ面積部分とが増加し、これにより高流量範囲にお
いて比較的効率の良いポンプが得られる。

カム面９４とばね１００とピストン７８を適当に設計す
ることによって、シャッタ７６の位置は燃料系統の動作
範囲に適合するよう正確に制御され５る。

このようにして、定速うず巻ポンプ３７によって送出さ
れる燃料の全量の制御を正確に行うことができ、そして
定速ポンプに通常伴う熱上昇と動作不安定を克服しつる
。

当業者には明らかなように、本発明の概念を逸脱しない
限り上述の装置の様々な変更が可能である。

たとえば、上述の装置はアフタバーナ燃料系統に使用す
る場合の一例を示すものであり、このような装置におい
て流量調整弁４６は相異なるアフタバーナ噴射棒に燃料
を正確に分配するよう利用される。

また本発明は単一の出力調整弁がエンジンの複数の個別
燃料噴射点用に設けられる主燃料系統に容易に適当し５
る。

この代替例では、１個の流量調整弁が主燃料系統におけ
る多数の個別燃料噴射点に燃料を分配するよう使用され
る。

また、流量調整弁４６の詳細は本発明にとって重要では
なく、そして滑りスプール形流量調整弁の代わりに任意
の代替設計のものを使用しうろことは明らかであろう。

したがって、本発明の特許請求の範囲は本発明装置の上
記その他の変更をすべて包含するよう意図される。

次に本発明の実施態様を要約して記す。

（イ）特許請求の範囲に記載の燃料送出し装置において
該シャッタ７６は環状ピ“ストン７８を含み、該信号弁
９２は該ピストン７８の第１面８６にかかる圧力を制御
する。

（ロ）上記（イ）項の燃料送出し装置において、更に、
該ピストン７８の第３面８９に該ポンプ３７の吐出し圧
力を与える手段が存する。

（ハ）上記（イ）項の燃料送出し装置において、該ピス
トン７８は複面環状ピストンであり、その第１面８６は
圧力値が該信号弁９２によって制御される信号圧力を受
ける。

に）上記（・９項の燃料送出し装置において、該信号圧
力は該ポンプ３７の吐出し圧力とその入口圧力との間を
変動し、該ピストン７８は第２および第３圧力面８８．
８９を有し、両正力面の面積の合計は第１圧力面８６の
面積と実質的に等しく、第２圧力面８８は該ポンプ３７
の入口圧力を受け、他方第３圧力面８９はその吐出し圧
力を受ける。

（ホ）上記（イ）項の燃料送出し装置において、該ポン
プ３Ｔは定速で駆動されるポンプである。

（へ）上記（イ）項の燃料送出し装置において、該弁手
段は供給された流体を少なくも２部分に分ける４ための
流量調整弁４６を含む。

（ト）上記（へ）項の燃料送出し装置において、該流量
調整弁４６は該信号弁９２を制御するカム手段９３．９
４．９６を備える。

（男 上記（ト）項の燃料送出し装置において、該カム
手段９３，９４．９６は該流量調整弁４６の滑りスプー
ル部分５６と結合する。

（男 特許請求の範囲第２項に記載の燃料制御装置にお
いて、該うず巻ポンプ３Ｔは定速で駆動されるポンプで
ある。

（ヌ）％許請求の範囲に記載の燃料制御装置において、
該シャックは複面環状ピストン７８を有し、該ピストン
は圧力値が該信号９２によって制御される信号圧力を受
ける第１面８６と、該ポンプ３７の出口圧力を受ける第
３面８９と、該ポンプ３７０入ロ圧力を受ける第２面８
８とを有する。

（／旬 上記（ヌ）項の燃料制御装置において、該流量
調整弁４６は滑りスプール５６を含み、該スプール５６
は該信号弁９２を制御するカム手段９３゜９４．９６を
備える。

（ヲ）上記Ｑ→項の燃料制御装置において、該管手段５
８は該ディフューザ６６と該流量調整弁４６の入口４８
との間に設けた抽出口１０２を含み、該抽出口１０２は
管１０４，１０６，１０８によって該ピストン７８の第
１面８６と流体的に連結する。

（ワ）上記（ヲ）項の燃料制御装置において、該信号弁
９２は導管１０４と連通し、導管１０４は該抽出口１０
２と該信号弁９２の間に存する制限部１１２を含み、該
制限部１１２０面積は該信号弁９２が開いている時該信
号弁９２０面積より小さく、これによシ該第１面８６は
該信号弁９２が閉じている時該ポンプ３７の吐出し圧力
を受けそして該信号弁９２が開いている時該吐出し圧力
より実質的に低い圧力を受ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を取り入れたガスタービンエンジンの部
分断面略式図、第２図は本発明の制御装置の図解的断面
図、第３図は第２図の一部分の拡大断面図である。 図の主要部分を表わす符号は次の通りである。 ３７は５ず巻ポンプ、３８はアフタバーナ燃料制御装置
、４０，４２．４４は燃料噴射棒、４６は流量調整弁、
５８は導管、６２はポンプ入口、６４はポンプ出口、６
６はディフューザ、７０は羽根車、７６は滑シシャツタ
、９２．は信号弁を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 出口がディフューザによって囲まれていて且つ羽根
   車が入口からディフューザへ燃料を供給するうず巻ポン
   プと、連結導管を介してうず巻ポンプから燃料の供給を
   受ける流量調整弁がある制御装置とを含む内燃機関用燃
   料供給装置であって、うず巻ポンプの前記出口に滑りシ
   ャッタを配置し、該滑りシャッタにはピストン室とその
   中のピストンがあり、該ピストンにはうず巻ポンプの出
   口に入り込む延長部があって前記ディフューザの断面積
   を変えるようになっていて、また該ピストンにはピスト
   ン室内に前記延長部と反対側の第１圧力面があり、ピス
   トン室内で前記延長部に隣接してうず巻ポンプの入口圧
   を受ける第２圧力面があり、そして延長部には５ず巻ポ
   ンプの出口圧を受ける第３圧力面があり、第１圧力面の
   面積が第２圧力面と第３圧力面の面積の合計に実質的に
   等しく、そして前記制御装置には信号弁があって、該信
   号弁が前記第１圧力面に信号を送って、流量調整弁の動
   作位置に対応して前記ピストンを動かし、かくしてピス
   トンの第１圧力面に作用する圧力、すなわちピストンの
   位置を流量調整弁の動作位置の関数として制御すること
   を特徴とする燃料供給装置。