JPH0575891B2 - - Google Patents
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- JPH0575891B2 JPH0575891B2 JP58155544A JP15554483A JPH0575891B2 JP H0575891 B2 JPH0575891 B2 JP H0575891B2 JP 58155544 A JP58155544 A JP 58155544A JP 15554483 A JP15554483 A JP 15554483A JP H0575891 B2 JPH0575891 B2 JP H0575891B2
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- turbine
- set value
- engine
- rotation speed
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
- F02C9/50—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
- F02C9/54—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow by throttling the working fluid, by adjusting vanes
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電子制御ガスタービンエンジンの可
動部制御方法に係り、特に、自動車等の車両に用
いられるガスタービンエンジンに適用するのに好
適な、少くともガスゼネレータ回転数に応じて、
予め設定された制御パターンを用いて、タービン
温度が設定値となるよう可変ノズル又は可変イン
レツトガイドベーンの角度を制御するようにした
電子制御ガスタービンエンジンの可動部制御方法
に関する。
〔従来技術〕
近年、車両用燃料、特に自動車用燃料の多様化
を図る目的で、ガスタービンエンジンを自動車に
用いる試みがなされている。このガスタービンエ
ンジンにおいては、アクセル操作に応じて、安定
な、時には迅速に変化する出力を発生する為に、
エンジンの全ての構成要素の作動点が許容範囲
内、できれば最適な位置にくるように、燃焼器に
供給される燃料流量、及び、ガスゼネレータ(以
下GGと称する)を構成するコンプレツサタービ
ンの出側に配設される可変ノズル(以下VNと称
する)の角度や同じくGGを構成するコンプレツ
サの入側に配設される可変インレツトガイドベー
ン(以下VIGVと称する)の角度等の可動部を
刻々制御する必要がある。従つて、例えば、GG
回転数に応じて、予め設定された制御パターンを
用いて、タービン入口温度が設定値となるよう
VN角度を用いて、タービン入口温度が設定値と
なるようVN角度を制御することが考えられる。
2軸式ガスタービンエンジンに適用された、前
記のようなVN角度制御の原理を、第1図に示
す。図において、横軸は、GG回転数N1を、その
定格回転数(通常のエンジンで数万rpmから10万
rpm程度)を100%として、%単位で示したもの
であり、アイドリングの回転数は、例えば、50%
となる。又、縦軸は、VN角度θvnを示したもの
であり、図の上方に行く程、開くものとする。
一般に、GG回転数N1が一定であれば、VN角
度θvnを閉じるほど、タービン入口温度T4及びタ
ービン出口温度T6が高くなり、エンジンの熱効
率が向上する。しかしながら、このタービン入口
温度T4及びタービン出口温度T6には、タービン
の材料等による上限がある。
今、タービン入口温度T4の上限値又は設定値
T4setでエンジンが作動するように制御する場合
を例にとつて説明する。尚、前記設定値T4set
は、ここでは、説明を簡単にする為に、一定値と
しているが、実際には、次式に示す如く、GG回
転数N1等の関数であつてもよい。
T4set=f(N1) ………(1)
大気条件が定まつた場合、例えば15℃1気圧の
時に、タービン入口温度T4が設定値T4setになる
VN角度θvnは、エンジンが定常状態にあれば、
例えば、第1図に示す線分ABとなる。又、エン
ジンがアイドリングの時は、VN角度θvnを開の
状態にしておく方が、燃料流量が少いので、アイ
ドリング回転数50%以下の時は、線分EFで示す
如く、VN角度θvnを全開とする。結局、GG回転
数N1に応じた、定常状態でエンジンを熱効率良
く運転できる最適なVN角度θvnは、線分FECAB
に示されるものとなる。勿論、GG回転数N1がA
点より小さい領域では、タービン入口温度T4が
設定値T4setより低くなつている。
以上のことから、エンジンコントローラ内に、
第1図の線分FECAB(以下設定制御パターンθs
(N1)と称する)を与えておき、GG回転数N1が
定まつた時に、その時の最適なVN角度θvnを設
定制御パターンθs(N1)から求めて、その角度に
なるように、VNを制御すればよい。
又、エンジンを加速した場合には、第2図に示
す如く、VN角度θvn、線分FMG上を通つて変化
する。第2図において、線分FGは、第1図の線
分ABの一部分である。又、N1setは、アクセル
ペダルで制御されるGG回転数の設定値である。
従つて、GG回転数は、設定値N1setに追従して
変化する。今、点F上で、GG回転数N1及びその
設定値N1setが共にN1iの定常状態にあり、設定
値T4setの温度でエンジンが作動していたのが、
次の瞬間にアクセルペダルが踏込まれて、GG回
転数の設定値が第2図に示されるN1set(>N1i)
となつたとする。この時、エンジンコントローラ
は、GG回転数N1iがその設定値N1setに等しくな
るように、燃料流量を増加し、同時にVN角度
θvnを予め設定された加速用制御パターンに従つ
て制御するので、エンジンは線分FMGをたどつ
て加速する。そして、GG回転数N1が設定値
N1setに達した時、VN角度θvnが、設定制御パタ
ーン上の点θs(N1set)になるように、即ち、点
Gで作動するように制御される。
一方、例えば大気温度が変化して大気条件が変
化すると、タービン入口温度T4が設定値T4setに
なるVN角度θvnは、前記第1図の線分ABから線
分CDに変化する。これに伴つて、タービン入口
温度T4がその設定値T4setになるVN角度θvnが、
第3図に示す如く、θs(N1)からθs′(N1)に変化
したとする。この時、線分FGJ上でエンジンを作
動すると、即ち、設定制御パターンθs(N1)上で
作動すると、タービン入口温度T4はその設定値
T4set以上となり、エンジンの破損に繋がるおそ
れがある。第3図は、θs′(N1)>θs(N1)の状態
を示すが、勿論、大気条件やエンジン性能の変化
により、θs′(N1)<θs(N1)になることもある。
この場合には、設定制御パターンθs(N1)上でエ
ンジンを作動すると、タービン入口温度T4は設
定値T4setよりも低くなり、エンジンを熱効率の
悪い所で使用することになる。
このように、タービン入口温度T4が設定値
T4setになる作動線が、設定制御パターンθs
(N1)、即ち線分FGJからずれた場合には、それ
を補正し、設定値T4setの温度でエンジンを運転
する必要がある。従つて、第3図の点Fから点G
に加速した時、タービン入口温度T4が設定値
T4setになつているので、タービン入口温度T4の
フイードバツク制御により、タービン入口温度
T4が設定値T4setになるようにVN角度を開いて
いくようにすると、点Gから点Hに移る。そし
て、点Hで設定値T4setの温度で運転される。次
にこの状態からアクセルペダルを踏込み、GG回
転数の設定値N1setがN1′setになつたとすると、
エンジンは、点Hから点Jへ加速する。次いで、
点Gから点Hへ移つた時と同様にして、タービン
入口温度T4のフイードバツク制御により、点J
から点Kに移る。
このようにして、タービン入口温度T4のフイ
ードバツク制御を行うことにより、設定値T4set
に、ある程度近づけて制御することが考えられる
が、この場合には、点G及び点Jで運転されるこ
となどからわかるように、精度要良くタービン入
口温度T4を設定値T4setに制御することができな
いという問題点を有していた。
尚、前記説明においては、タービン入口温度
T4を制御する場合を例にとつて説明しているが、
タービン入口温度T4の代わりに、タービン出口
温度T6を用いた場合でも同様の問題点を有して
いた。勿論、このタービン出口温度T6を用いた
制御においては、その設定値T6setになるVN角
度θvnは、GG回転数N1と出力軸回転数N3の両者
の関数で与えられる。
〔発明の目的〕
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくな
されたもので、制御パターン修正の信頼性を高め
て、大気条件やエンジン性能が変化した場合も、
タービン温度を精度良く制御することができ、従
つて、常にエンジンを熱効率の良いところで運転
することができると共に、過温度によるエンジン
破損を防止することができる電子制御ガスタービ
ンエンジンの可動部制御方法を提供することを目
的とする。
〔発明の構成〕
本発明は、少くともガスゼネレータ回転数に応
じて、予め設定された制御パターンを用いて、タ
ービン温度が設定値となるよう可変ノズル又は可
変インレツトガイドベーンの角度を制御するよう
にした電子制御ガスタービンエンジンの可動部制
御方法において、第4図にその要旨を示す如く、
タービン温度が設定値と一定したいるか否かを判
定し、タービン温度が設定値と一致していない時
は、可変ノズル又は可変インレツトガイドベーン
の角度を変化させて、タービン温度が設定値にな
るようにし、タービン温度が設定値と一致した時
は、その時の可変ノズル又は可変インレツトガイ
ドベーンの角度と制御パターン上の角度との偏差
に応じて、修正時のガスゼネレータ回転数から遠
いデータ程、修正量が徐々に小さくなるように、
ガスゼネレータ回転数に対応するデータを重み付
け変更することにより、前記制御パターンを修正
することによつて、前記目的を達成したものであ
る。
〔発明の作用〕
本発明においては、大気条件やエンジン性能が
変化して、タービン温度が設定値と一致していな
い時は、可変ノズル又は可変インレツトガイドベ
ーンの角度を変化させて、タービン温度が設定値
になるようにし、タービン温度が設定値と一致し
た時は、その時の可変ノズル又は可変インレツト
ガイドベーンの角度と制御パターン上の角度との
偏差に応じて、修正時のガスゼネレータ回転数か
ら遠いデータ程、修正量が除々に小さくなるよう
に、ガスゼネレータ回転数に対応するデータを重
み付けして変更することにより、前記制御パター
ンを修正するようにしたので、制御パターン修正
の信頼性を高めて、大気条件やエンジン性能が変
化した時でも、タービン温度を精度良く制御する
ことができ、従つて、エンジンを熱効率の良いと
ころで運転することができる。
即ち、前出第3図で説明したように、設定制御
パターンθs(N1)を用いてVN角度を制御してい
る場合に、大気条件やエンジン性能の変化によ
り、タービン入口温度T4がその設定値T4setとな
る制御パターンがθs(N1)からずれてθs′(N1)に
なつた時は、タービン入口温度T4の制御精度が
悪化してしまう。これに対して、タービン入口温
度T4が設定値T4setになる制御パターンが
θs′(N1)となつた時に、第5図に示す如く、制御
パターンをθs(N1)の代りにθs′(N1)とすること
ができれば、例えば、点Iからエンジンを加速す
る場合、線分INHと加速して、タービン入口温
度T4を設定値T4setに精度良く制御することがで
きる。従つて、大気条件やエンジン性能が変化し
た場合に、制御パターンθs(N1)を修正して
θs′(N1)とすることにより、タービン入口温度を
精度よく制御することができ、過温度によるエン
ジンの破損や設定値T4setよりもタービン入口温
度T4が低くなり、熱効率が悪い領域でエンジン
が作動することを防止できる。従つて、本発明で
は、制御パターンθs(N1)を固定せずに、逐次修
正していく方法が採用している。
〔実施例〕
この際、修正時のガスゼネレータ回転数から遠
いデータ程、修正量が徐々に小さくなるように、
ガスゼネレータ回転数に対応するデータを重み付
けして変更することにより、制御パターン修正の
信頼性を高めている。
以下図面を参照して、本発明に係る電子制御ガ
スタービンエンジンの可動部制御方法が採用され
た自動車用ガスタービンエンジンの実施例を詳細
に説明する。
本発明の第1実施例は、本発明を2軸式ガスタ
ービンエンジンのVN角度の制御に適用したもの
で、第6図に示す如く、吸気を圧縮する為のコン
プレツサ10A及び該コンプレツサ10Aを回転
する為のコンプレツサタービン10Bからなる
GG、該コンプレツサタービン10Bに燃焼ガス
を供給する為の燃焼器10C、前記コンプレツサ
タービン10Bから排出される燃焼ガスの流量を
制御する為の、本発明に係る制御が行われるVN
10D、該VN10Dを通過した燃焼ガスが供給
されるパワータービン10E、該パワータービン
10Eを通過したガスによつて、前記コンプレツ
サ10Aを介して燃焼器10Cに供給される吸気
を加熱する為の熱交換器10F、前記パワーター
ビン10Eの出力軸の回転を減速する為の減速歯
車10G、10Hからなるガスタービンエンジン
10と、前記減速歯車10G及び10Hによつて
減速された前記パワータービン10Eの回転を、
自動車の走行状態に合わせて変速する為の自動変
速機(以下ATと称する)12と、該自動変速機
12の出力軸の回転を左右の車輪16に伝える為
の差動歯車装置14と、アクセルペダル18の踏
込み量に応じて出力、即ちGG回転数の設定値
N1setが変化するアクセルセンサ20と、前記コ
ンプレツサ10A及びコンプレツサタービン10
GからなるGGの回転数N1に比例した出力を発生
するGG回転数検出器22と、前記減速歯車10
Hの回転数、即ち、エンジン出力軸の回転数N3
に比例した出力を発生するエンジン出力軸回転数
検出器24と、前記コンプレツサ10Aの出口圧
力CDPに比例した出力を発生する為の、圧力セ
ンサとアンプからなるCDP検出器26と、前記
熱交換器10Fの空気側出口温度、即ち燃焼器1
0Cの入口空気温度T35に比例した出力を発生す
る為の、熱電対とアンプからなる燃焼用空気温度
検出器28と、前記パワータービン10Eの出力
温度、即ちタービン出口温度T6に比例した出力
を発生する為の、同じく熱電対とアンプからなる
タービン出口温度検出器30と、前記VN10D
の角度αfに比例した出力を発生する為の、ポテン
シヨンメータとアンプからなるVN角度検出器3
2と、前記AT12のシフト位置Spiに比例した
出力を発生するシフト位置検出器34と、前記
GG回転数設定値N1set、GG回転数N1i、エンジ
ン出力軸回転数N3i、コンプレツサ出口圧力
CDP、燃焼器入口温度T35、タービン出口温度
T6、VN角度αf等のアナログ信号を順次デジタル
信号に変換する為のアナログ−デジタル変換器
(以下A/D変換器と称する)36と、予め定め
られた制御プログラムに従つて、前記A/D変換
器36やシフト位置検出器34等から入力される
デジタル信号をソフトウエアで処理して、計量弁
38によつて制御される。燃料タンク40から前
記燃焼器10Cに供給される燃料流量Gf、VN制
御用アクチユエータ42によつて制御されるVN
角度指令値αs、AT制御用アクチユエータ44に
よつて制御される前記AT12のシフト位置Sp等
を制御する為のマイクロコンピユータ46と、か
ら構成されている。
前記GG回転数検出器22は、第7図に詳細に
示す如く、GGの回転に連動する磁性体の回転歯
車22Aと、該回転歯車22Aの回転をGG回転
数N1に比例した周波数の交流信号で取出す為の
電磁ピツクアツプ22Bと、該電磁ピツクアツプ
22Bの出力を増幅すると共に矩形波に整形する
為のアンプ22Cと、該アンプ22Cの出力をア
ナログ電圧信号に変換して出力する為の周波数−
電圧変換回路22Dとから構成されている。
前記マイクロコンピユータ46は、第8図に詳
細に示す如く、燃料流量Gf、VN角度指令値αs、
シフト位置Sp等を制御する為の演算手順を定め
た制御プログラム及び故障診断のプログラムを記
憶しているリードオンメモリ(以下ROMと称す
る)46Aと、該ROM46Aに記憶された制御
プログラムを順次呼び出して、その手順に対応す
る演算処理を実行する中央処理ユニツト(以下
CPUと称する)46Bと、該CPU46Bの演算
処理に関連する各種データ及びCPU46Bでの
演算結果を記憶すると共に、そのデータの必要時
にCPU46Bによる呼び出しが可能なランダム
アクセスメモリ(以下RAMと称する)46C
と、水晶振動子46Dを含み、前記各種演算の為
の基準クロツクパルスを発生するクロツク発生回
路46Eと、前記シフト位置検出器34から入力
されるシフト位置信号Spiを入力する為の入出力
ポート(以下I/Fと称する)46Gと、前記
CPU46Bの演算結果に応じて、燃料流量Gf、
VN角度指令値αs、シフト位置Sp等の制御信号を
出力する為のI/F46Hと、から主に構成され
ている。マイクロコンピユータ46は、エンジン
キイスイツチの投入により作動開始する安定化電
源回路(図示省略)からの安定化電圧の供給を得
て作動状態となり、所定の演算処理を設定周期例
えば50ミリ秒で繰返して、燃料流量Gf、VN角度
指令値αs、シフト位置Spの制御指令を発生して
いる。
本発明においては、前記設定制御パターンθs
(N1)は固定せずに逐次修正していく必要がある
為、該設定制御パターンθs(N1)が前記RAM4
6Cに記憶されているが、その方法としては、座
標で与える方法と、関数で与える方法が考えられ
る。例えば、座標で与える場合には、第9図及び
下記第1表に示す如く、RAM46Cの中に、1
番目からi+5番目までのデータを、GG回転数
N1(%)とVN角度θvn(゜)で与えることができ
る。なお、ここでは、VNの全開度はθvn=30゜、
全閉時はθvn=−30゜とした場合の例を示してい
る。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for controlling the moving parts of an electronically controlled gas turbine engine, and in particular, the present invention relates to a method for controlling the moving parts of an electronically controlled gas turbine engine, and in particular, it is suitable for applying to a gas turbine engine used in a vehicle such as an automobile. In response to the,
The present invention relates to a method for controlling the movable parts of an electronically controlled gas turbine engine, in which the angle of a variable nozzle or variable inlet guide vane is controlled using a preset control pattern so that the turbine temperature reaches a set value. [Prior Art] In recent years, attempts have been made to use gas turbine engines in automobiles for the purpose of diversifying vehicle fuels, particularly automobile fuels. In this gas turbine engine, in order to generate output that is stable and sometimes changes quickly depending on the accelerator operation,
The fuel flow rate supplied to the combustor and the output of the compressor turbine constituting the gas generator (hereinafter referred to as GG) should be adjusted so that the operating points of all engine components are within acceptable ranges and preferably at optimal positions. The movable parts such as the angle of the variable nozzle (hereinafter referred to as VN) installed on the side and the angle of the variable inlet guide vane (hereinafter referred to as VIGV) installed on the inlet side of the compressor, which also constitutes the GG, are constantly adjusted. need to be controlled. Therefore, for example, GG
Using a preset control pattern according to the rotation speed, the turbine inlet temperature is set to the set value.
It is conceivable to use the VN angle to control the VN angle so that the turbine inlet temperature becomes a set value. FIG. 1 shows the principle of VN angle control as described above applied to a two-shaft gas turbine engine. In the figure, the horizontal axis represents the GG rotation speed N 1 and its rated rotation speed (from tens of thousands of rpm to 100,000 rpm for a normal engine).
RPM) is 100%, and the idling speed is, for example, 50%.
becomes. Further, the vertical axis indicates the VN angle θvn, and it is assumed that the angle increases as it goes upward in the figure. Generally, if the GG rotational speed N 1 is constant, the closer the VN angle θvn is, the higher the turbine inlet temperature T 4 and the turbine outlet temperature T 6 will be, and the thermal efficiency of the engine will be improved. However, the turbine inlet temperature T 4 and the turbine outlet temperature T 6 have upper limits depending on the material of the turbine and the like. Now, the upper limit or set value of the turbine inlet temperature T 4
An example of controlling the engine to operate with T 4 set will be explained. In addition, the above set value T 4 set
is assumed here to be a constant value to simplify the explanation, but in reality, it may be a function of the GG rotation speed N1, etc., as shown in the following equation. T 4 set = f (N 1 ) ...... (1) When the atmospheric conditions are fixed, for example, when the temperature is 15°C and 1 atmosphere, the turbine inlet temperature T 4 becomes the set value T 4 set.
VN angle θvn is, if the engine is in steady state,
For example, the line segment AB shown in FIG. Also, when the engine is idling, it is better to keep the VN angle θvn open because the fuel flow rate is smaller, so when the idling speed is less than 50%, the VN angle θvn is set as shown by the line segment EF. Fully open. In the end, the optimal VN angle θvn that allows the engine to operate thermally efficiently in a steady state according to the GG rotation speed N 1 is the line segment FECAB
It will be as shown in Of course, GG rotation speed N 1 is A
In a region smaller than the point, the turbine inlet temperature T 4 is lower than the set value T 4 set. From the above, in the engine controller,
The line segment FECAB in Figure 1 (hereinafter the setting control pattern θs
(N 1 )) is given, and when the GG rotation speed N 1 is determined, the optimal VN angle θvn at that time is determined from the set control pattern θs (N 1 ), and the angle is set to that angle. Just control the VN. Furthermore, when the engine is accelerated, the VN angle θvn changes along the line segment FMG, as shown in FIG. In FIG. 2, line segment FG is a portion of line segment AB in FIG. Further, N 1 set is a set value of the GG rotation speed controlled by the accelerator pedal.
Therefore, the GG rotation speed changes following the set value N 1 set. Now, at point F, the GG rotational speed N 1 and its set value N 1 set are both in a steady state of N 1 i, and the engine is operating at a temperature of set value T 4 set.
At the next moment, the accelerator pedal is depressed and the set value of GG rotation speed is N 1 set (>N 1 i) as shown in Figure 2.
Suppose it becomes. At this time, the engine controller increases the fuel flow rate so that the GG rotation speed N 1 i becomes equal to the set value N 1 set, and at the same time controls the VN angle θvn according to a preset acceleration control pattern. Therefore, the engine accelerates following the line segment FMG. Then, GG rotation speed N 1 is the set value
When N 1 set is reached, the VN angle θvn is controlled to be at point θs (N 1 set) on the set control pattern, that is, to operate at point G. On the other hand, for example, when the atmospheric temperature changes and the atmospheric conditions change, the VN angle θvn at which the turbine inlet temperature T 4 becomes the set value T 4 set changes from the line segment AB in FIG. 1 to the line segment CD. Along with this, the VN angle θvn at which the turbine inlet temperature T 4 becomes its set value T 4 set is
As shown in FIG. 3, it is assumed that θs(N 1 ) changes to θs'(N 1 ). At this time, when the engine is operated on the line segment FGJ, that is, when it is operated on the set control pattern θs (N 1 ), the turbine inlet temperature T 4 is equal to its set value.
T 4 sets or more may result in engine damage. Figure 3 shows a situation where θs'(N 1 ) > θs(N 1 ), but of course, due to changes in atmospheric conditions and engine performance, θs'(N 1 ) < θs(N 1 ) may occur. be.
In this case, when the engine is operated according to the set control pattern θs (N 1 ), the turbine inlet temperature T 4 becomes lower than the set value T 4 set, and the engine is used in a place with poor thermal efficiency. In this way, the turbine inlet temperature T 4 is the set value
The operating line that becomes T 4 set is the set control pattern θs
(N 1 ), that is, when it deviates from the line segment FGJ, it is necessary to correct it and operate the engine at the temperature of the set value T 4 set. Therefore, from point F to point G in Figure 3
When accelerating to , the turbine inlet temperature T 4 reaches the set value
T 4 set, the turbine inlet temperature can be adjusted by feedback control of the turbine inlet temperature T 4 .
If the VN angle is opened so that T 4 becomes the set value T 4 set, it will move from point G to point H. Then, at point H, it is operated at a temperature of set value T 4 set. Next, if you step on the accelerator pedal from this state and the set value of GG rotation speed N 1 set becomes N 1 ′set,
The engine accelerates from point H to point J. Then,
In the same way as when moving from point G to point H, by feedback control of the turbine inlet temperature T4 , point J is
Move from to point K. In this way, by performing feedback control of the turbine inlet temperature T 4 , the set value T 4 set
It is conceivable to control the turbine inlet temperature T 4 to a certain degree close to the set value T 4 set with good precision, as can be seen from the fact that it is operated at points G and J. The problem was that it was not possible to do so. In the above explanation, the turbine inlet temperature
The explanation uses the case of controlling T 4 as an example, but
Similar problems occur even when the turbine outlet temperature T 6 is used instead of the turbine inlet temperature T 4 . Of course, in the control using this turbine outlet temperature T 6 , the VN angle θvn that becomes the set value T 6 set is given by a function of both the GG rotation speed N 1 and the output shaft rotation speed N 3 . [Object of the Invention] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional art.
A method for controlling the moving parts of an electronically controlled gas turbine engine is provided that can control the turbine temperature with high accuracy, thereby allowing the engine to always be operated at a high thermal efficiency and preventing engine damage due to overtemperature. The purpose is to provide. [Structure of the Invention] The present invention uses a preset control pattern to control the angle of a variable nozzle or variable inlet guide vane so that the turbine temperature reaches a set value according to at least the gas generator rotation speed. In the method for controlling the moving parts of an electronically controlled gas turbine engine, as shown in FIG.
Determine whether the turbine temperature is constant with the set value. If the turbine temperature does not match the set value, change the angle of the variable nozzle or variable inlet guide vane to bring the turbine temperature to the set value. When the turbine temperature matches the set value, depending on the deviation between the angle of the variable nozzle or variable inlet guide vane and the angle on the control pattern, the data that is farther from the gas generator rotation speed at the time of correction is , so that the amount of correction gradually becomes smaller.
The above object is achieved by modifying the control pattern by changing the weighting of data corresponding to the gas generator rotation speed. [Operation of the invention] In the present invention, when the turbine temperature does not match the set value due to changes in atmospheric conditions or engine performance, the angle of the variable nozzle or variable inlet guide vane is changed to adjust the turbine temperature. When the turbine temperature matches the set value, the gas generator rotation is adjusted according to the deviation between the angle of the variable nozzle or variable inlet guide vane and the angle on the control pattern at that time. The control pattern is corrected by weighting and changing the data corresponding to the gas generator rotation speed so that the amount of correction becomes gradually smaller as the data is farther from the number, so the reliability of control pattern correction is improved. The turbine temperature can be controlled accurately even when atmospheric conditions or engine performance change, and the engine can therefore be operated with high thermal efficiency. That is, as explained in Fig. 3 above, when the VN angle is controlled using the set control pattern θs (N 1 ), the turbine inlet temperature T 4 may change due to changes in atmospheric conditions or engine performance. When the control pattern for the set value T 4 set deviates from θs (N 1 ) and becomes θs' (N 1 ), the control accuracy of the turbine inlet temperature T 4 deteriorates. On the other hand, when the control pattern in which the turbine inlet temperature T 4 becomes the set value T 4 set becomes θs'(N 1 ), the control pattern is changed to θs(N 1 ) as shown in FIG. If θs′(N 1 ) can be set, for example, when accelerating the engine from point I, the turbine inlet temperature T 4 can be accurately controlled to the set value T 4 set by accelerating along the line segment INH. . Therefore, when atmospheric conditions or engine performance change, by modifying the control pattern θs(N 1 ) to θs′(N 1 ), the turbine inlet temperature can be controlled accurately and overtemperature It is possible to prevent damage to the engine due to this, and to prevent the engine from operating in a region with poor thermal efficiency due to the turbine inlet temperature T 4 being lower than the set value T 4 set. Therefore, in the present invention, a method is adopted in which the control pattern θs(N 1 ) is not fixed but is successively modified. [Example] At this time, the amount of correction becomes gradually smaller as the data is farther from the gas generator rotation speed at the time of correction.
By weighting and changing the data corresponding to the gas generator rotation speed, the reliability of control pattern correction is increased. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an automobile gas turbine engine in which a method for controlling moving parts of an electronically controlled gas turbine engine according to the present invention is adopted will be described in detail with reference to the drawings. The first embodiment of the present invention is an application of the present invention to the control of the VN angle of a two-shaft gas turbine engine, and as shown in FIG. Consists of compressor turbine 10B for
GG, a combustor 10C for supplying combustion gas to the compressor turbine 10B, and a VN in which control according to the present invention is performed to control the flow rate of combustion gas discharged from the compressor turbine 10B.
10D, a power turbine 10E to which the combustion gas that has passed through the VN 10D is supplied, and a heat exchanger for heating the intake air that is supplied to the combustor 10C via the compressor 10A with the gas that has passed through the power turbine 10E. a gas turbine engine 10 consisting of reduction gears 10G and 10H for reducing the rotation of the output shaft of the power turbine 10E, and the rotation of the power turbine 10E reduced by the reduction gears 10G and 10H;
An automatic transmission (hereinafter referred to as AT) 12 for changing gears according to the driving condition of the automobile, a differential gear device 14 for transmitting the rotation of the output shaft of the automatic transmission 12 to the left and right wheels 16, and an accelerator. Output according to the amount of depression of the pedal 18, that is, the set value of GG rotation speed
an accelerator sensor 20 whose N 1 set changes; the compressor 10A; and the compressor turbine 10.
a GG rotational speed detector 22 that generates an output proportional to the rotational speed N1 of the GG consisting of G; and the reduction gear 10.
The rotation speed of H, that is, the rotation speed of the engine output shaft N 3
an engine output shaft rotation speed detector 24 that generates an output proportional to the output pressure CDP, a CDP detector 26 consisting of a pressure sensor and an amplifier that generates an output proportional to the outlet pressure CDP of the compressor 10A, and the heat exchanger Air side outlet temperature of 10F, i.e. combustor 1
A combustion air temperature detector 28 consisting of a thermocouple and an amplifier is configured to generate an output proportional to the inlet air temperature T35 of 0C, and an output proportional to the output temperature of the power turbine 10E, that is, the turbine outlet temperature T6. The turbine outlet temperature detector 30, which also consists of a thermocouple and an amplifier, and the VN10D
VN angle detector 3 consisting of a potentiometer and an amplifier to generate an output proportional to the angle αf of
2, a shift position detector 34 that generates an output proportional to the shift position Spi of the AT 12;
GG rotation speed setting value N 1 set, GG rotation speed N 1 i, engine output shaft rotation speed N 3 i, compressor outlet pressure
CDP, combustor inlet temperature T35 , turbine outlet temperature
An analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an A/D converter) 36 for sequentially converting analog signals such as T 6 and VN angle αf into digital signals, and the A/D converter according to a predetermined control program. Digital signals input from the D converter 36, shift position detector 34, etc. are processed by software and controlled by the metering valve 38. Fuel flow rate Gf supplied from the fuel tank 40 to the combustor 10C, VN controlled by the VN control actuator 42
It is comprised of a microcomputer 46 for controlling the angle command value αs, the shift position Sp of the AT 12 controlled by the AT control actuator 44, and the like. As shown in detail in FIG. 7, the GG rotational speed detector 22 includes a rotating gear 22A made of a magnetic material that interlocks with the rotation of the GG, and an alternating current with a frequency proportional to the GG rotational speed N 1 to detect the rotation of the rotating gear 22A. An electromagnetic pickup 22B for extracting signals, an amplifier 22C for amplifying the output of the electromagnetic pickup 22B and shaping it into a rectangular wave, and a frequency for converting the output of the amplifier 22C into an analog voltage signal and outputting it.
It is composed of a voltage conversion circuit 22D. As shown in detail in FIG. 8, the microcomputer 46 inputs the fuel flow rate Gf, the VN angle command value αs,
A read-on memory (hereinafter referred to as ROM) 46A stores a control program that defines the calculation procedure for controlling the shift position Sp, etc. and a program for fault diagnosis, and the control programs stored in the ROM 46A are sequentially called. , a central processing unit (hereinafter referred to as
A random access memory (hereinafter referred to as RAM) 46C that stores various data related to the arithmetic processing of the CPU 46B and the arithmetic results of the CPU 46B, and can be called by the CPU 46B when the data is needed.
, a clock generation circuit 46E that includes a crystal oscillator 46D and generates reference clock pulses for the various calculations, and an input/output port (hereinafter referred to as (referred to as I/F) 46G, and the above
According to the calculation result of CPU46B, fuel flow rate Gf,
It mainly consists of an I/F 46H for outputting control signals such as the VN angle command value αs and the shift position Sp. The microcomputer 46 is activated by receiving a stabilized voltage from a stabilized power supply circuit (not shown) that starts operating when the engine key switch is turned on, and repeats predetermined arithmetic processing at a set cycle of, for example, 50 milliseconds. , fuel flow rate Gf, VN angle command value αs, and control commands for shift position Sp are generated. In the present invention, the setting control pattern θs
(N 1 ) needs to be corrected sequentially without being fixed, so the setting control pattern θs (N 1 ) is
6C, and there are two possible ways to do this: one is to give it as coordinates, and the other is to give it as a function. For example, when giving coordinates, as shown in Figure 9 and Table 1 below, 1
The data from the th to the i+5th, GG rotation number
It can be given by N 1 (%) and VN angle θvn (°). In addition, here, the full opening degree of VN is θvn=30°,
An example is shown in which θvn = -30° when fully closed.
【表】【table】
以上説明した通り、本発明によれば、制御パタ
ーン修正の信頼性を高めて、大気条件やエンジン
性能が変化した場合にも、タービン温度を精度よ
く制御することができる。従つて、常にエンジン
を熱効率の良い作動状態で運転することができる
と共に、過温度によるエンジン破損を防止するこ
とができるという優れた効果を有する。
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the reliability of control pattern correction and to control the turbine temperature with high accuracy even when atmospheric conditions or engine performance change. Therefore, the engine can always be operated in a thermally efficient operating state, and engine damage due to overtemperature can be prevented, which is an excellent effect.
第1図は、VN角度の制御パターンの例を示す
線図、第2図は、加速時のGG回転数とVN角度
の関係を示す線図、第3図は、加速時に大気条件
等が変化した時のGG回転数とVN角度の関係の
例を示す線図、第4図は、本発明に係る電子制御
ガスタービンエンジンの可動部制御方法の要旨を
示す流れ図、第5図は、本発明の原理を説明する
為の、加速時のGG回転数とVN角度の関係の例
を示す線図、第6図は、本発明が採用された自動
車用電子制御ガスタービンエンジンの第1実施例
の構成を示すブロツク線図、第7図は、前記実施
例で用いられているGG回転数検出器の構成を示
すブロツク線図、第8図は、同じく、マイクロコ
ンピユータの構成を示すブロツク線図、第9図
は、前記マイクロコンピユータのRAMに記憶さ
れているVN角度の制御パターンの例を示す線
図、第10図は、前記マイクロコンピユータにお
ける主要な演算処理の流れを示す流れ図、第11
図は、前記流れ図における定常状態の判定方法を
説明する為の、タービン入口温度の変化状態の例
を示す線図、第12図は、同じく前記流れ図にお
けるVN角度を制御する為の手順を詳細に示す流
れ図、第13図は、前記第12図に示される手順
を更に詳細に示す流れ図、第14図は、前出第1
2図に示す流れ図における制御パターンを修正す
る手順で行われる、比較例としての第1の修正方
法の原理を説明する線図、第15図は、同じく、
比較例としての第2の修正方法の原理を示す線
図、第16図は、同じく、本発明の実施例として
の第3の修正方法の原理を示す流れ図、第17図
は、本発明が採用された自動車用電子制御ガスタ
ービンエンジンの第2実施例の構成を示すブロツ
ク線図、第18図は、前記第2実施例のマイクロ
コンピユータにおける主要な演算処理の流れを示
す流れ図、第19図は、前記流れ図における
VIGV角度を制御する為の手順を詳細に示す流れ
図、第20図は、前記第2実施例におけるVIGV
角度の制御パターンの例を示す線図である。
GG…ガスゼネレータ、N1…GG回転数、T4…
タービン入口温度、T6…タービン出口温度、θs
(N1)…設定制御パターン、αs…VN角度指令、
βs…VIGV角度指令値、10…ガスタービンエン
ジン、10A…コンプレツサ、10B…コンプレ
ツサタービン、10D…可変ノズル(VN)、1
0J…可変インレツトガイドベーン(VIGV)、
20…アクセルセンサ、22…GG回転数検出
器、28…燃焼用空気温度検出器、30…タービ
ン出口温度検出器、32…VN角度検出器、42
…VN制御用アクチユエータ、46…マイクロコ
ンピユータ、50…VIGV制御用アクチユエー
タ。
Figure 1 is a diagram showing an example of a VN angle control pattern, Figure 2 is a diagram showing the relationship between GG rotation speed and VN angle during acceleration, and Figure 3 is a diagram showing changes in atmospheric conditions, etc. during acceleration. FIG. 4 is a flowchart showing the gist of the method for controlling the movable parts of an electronically controlled gas turbine engine according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the GG rotation speed and the VN angle when Figure 6 is a diagram showing an example of the relationship between the GG rotation speed and the VN angle during acceleration to explain the principle of the invention. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the GG rotational speed detector used in the embodiment, FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the microcomputer, FIG. 9 is a diagram showing an example of a VN angle control pattern stored in the RAM of the microcomputer, FIG. 10 is a flowchart showing the flow of main arithmetic processing in the microcomputer, and FIG.
The figure is a line diagram showing an example of the state of change in the turbine inlet temperature to explain the method of determining the steady state in the flowchart, and FIG. 12 is a diagram showing the procedure for controlling the VN angle in detail in the flowchart. 13 is a flowchart showing the procedure shown in FIG. 12 in more detail, and FIG. 14 is a flowchart showing the procedure shown in FIG.
Similarly, FIG. 15 is a diagram illustrating the principle of the first modification method as a comparative example, which is performed in the procedure for modifying the control pattern in the flowchart shown in FIG.
FIG. 16 is a diagram illustrating the principle of the second modification method as a comparative example, and FIG. 16 is a flow chart illustrating the principle of the third modification method as an embodiment of the present invention. FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the electronically controlled gas turbine engine for automobiles, and FIG. , in the flowchart
FIG. 20, a flowchart showing in detail the procedure for controlling the VIGV angle, shows the VIGV angle in the second embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an angle control pattern. GG...Gas generator, N 1 ...GG rotation speed, T 4 ...
Turbine inlet temperature, T 6 ...Turbine outlet temperature, θs
(N 1 )...Setting control pattern, αs...VN angle command,
βs...VIGV angle command value, 10...Gas turbine engine, 10A...Compressor, 10B...Compressor turbine, 10D...Variable nozzle (VN), 1
0J...Variable inlet guide vane (VIGV),
20... Accelerator sensor, 22... GG rotation speed detector, 28... Combustion air temperature detector, 30... Turbine outlet temperature detector, 32... VN angle detector, 42
...VN control actuator, 46...microcomputer, 50...VIGV control actuator.
Claims (1)
め設定された制御パターンを用いて、タービン温
度が設定値となるよう可変ノズル又は可変インレ
ツトガイドベーンの角度を制御するようにした電
子制御ガスタービンエンジンの可動部制御方法に
おいて、 タービン温度が設定値と一致しているか否かを
判定し、 タービン温度が設定値と一致していない時は、
可変ノズル又は可変インレツトガイドベーンの角
度を変化させて、タービン温度が設定値になるよ
うにし、 タービン温度が設定値と一致した時は、その時
の可変ノズル又は可変インレツトガイドベーンの
角度と制御パターン上の角度との偏差に応じて、
修正時のガスゼネレータ回転数から遠いデータ
程、修正量が徐々に小さくなるように、ガスゼネ
レータ回転数に対応するデータを重み付け変更す
ることにより、前記制御パターンを修正すること
を特徴とする電子制御ガスタービンエンジンの可
動部制御方法。[Scope of Claims] 1. The angle of the variable nozzle or the variable inlet guide vane is controlled using a preset control pattern according to at least the rotational speed of the gas generator so that the turbine temperature becomes a set value. In the method for controlling the moving parts of an electronically controlled gas turbine engine, it is determined whether the turbine temperature matches the set value, and if the turbine temperature does not match the set value,
The angle of the variable nozzle or variable inlet guide vane is changed so that the turbine temperature reaches the set value, and when the turbine temperature matches the set value, the angle and control of the variable nozzle or variable inlet guide vane at that time is changed. Depending on the deviation from the angle on the pattern,
The electronic control is characterized in that the control pattern is corrected by changing the weighting of data corresponding to the gas generator rotation speed so that the farther the data is from the gas generator rotation speed at the time of correction, the smaller the correction amount becomes gradually. A method for controlling moving parts of a gas turbine engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15554483A JPS6047824A (en) | 1983-08-25 | 1983-08-25 | Movable-part controlling method for electronically controlled gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15554483A JPS6047824A (en) | 1983-08-25 | 1983-08-25 | Movable-part controlling method for electronically controlled gas-turbine engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6047824A JPS6047824A (en) | 1985-03-15 |
| JPH0575891B2 true JPH0575891B2 (en) | 1993-10-21 |
Family
ID=15608373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15554483A Granted JPS6047824A (en) | 1983-08-25 | 1983-08-25 | Movable-part controlling method for electronically controlled gas-turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6047824A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4270176B2 (en) * | 2005-07-14 | 2009-05-27 | トヨタ自動車株式会社 | Flying machine control device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51111518A (en) * | 1975-03-28 | 1976-10-01 | Hitachi Ltd | Controlling method of gas turbine |
| GB1597129A (en) * | 1976-12-20 | 1981-09-03 | Gen Electric | Gas turbine engine control system |
| JPS5735157A (en) * | 1980-08-08 | 1982-02-25 | Nippon Denso Co Ltd | Ignition timing control system for internal combustion engine |
-
1983
- 1983-08-25 JP JP15554483A patent/JPS6047824A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6047824A (en) | 1985-03-15 |
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