(57)【要約】【課題】亜音速や超音速に応じる燃焼のために、回転弁つまり円筒弁を使用して空気／燃料混合物を分配するとき、正確なエンジンタイミングを可能にするシステムを用意する。【解決手段】タイミング入力システム４００が、所定の周縁プロファイル４０５を有するプロファイルタイミングディスク１６０と、外側周縁に複数のスロット１８０を配した周波数ホイール１７０と、を備える。この周縁プロファイル４０５は、特定のＰＤＥ設計で採用された燃焼器１０５の数に対応した１つまたは複数の楕円形の切欠き部分を有する。周波数ホイールは、回転弁つまり円筒弁の１回転の間に弁の位置を多数のパルスに分割することによって、弁の位置をより正確に表すことができるようにする。プロファイルディスクおよび周波数ホイールは、プログラム可能なタイミング回路とともに使用されたとき、回転する弁と関連して燃料弁タイミングおよび点火の信号を与える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心および周縁を有するプロファイルディスクであって、該中心がエンジンの回転部材に結合され、前記回転部材の１回転がエンジンサイクル１回を表す、プロファイルディスクと、
前記プロファイルディスクの周縁に近接して設置され、前記周縁を出力用のプロファイルディスク信号に変換するプロファイルディスクセンサと、
を備えるエンジンタイミング入力システム。
【請求項２】
前記プロファイルディスクの周縁が前記中心から一定半径の距離にないことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロファイルディスクの周縁に少なくとも１つの段差があることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記段差がエンジンの所定の位置に対して割り出されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロファイルディスクセンサの出力に接続され、前記プロファイルディスクセンサの信号を既定のパルス列に調整するプロファイルディスク信号調整器をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロファイルディスク信号調整器が、
前記プロファイルディスクセンサの出力に接続され、前記プロファイルディスクの出力を出力用のパルス列に整形する電圧比較器と、
前記電圧比較器出力に接続され、前記電圧比較器パルス列のパルス幅を変更するワンショットマルチバイブレータと、
を備えることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
中心と、複数のスロットが配設された周縁と、を有し、該中心がエンジンの前記回転部材に結合された周波数ホイールと、
前記周波数ホイールの周縁に近接して設置され、前記周縁を出力用の周波数ホイール信号に変換する周波数ホイールセンサと、
をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記周波数ホイールセンサ出力に接続され、前記センサ信号を既定のパルス列に調整する周波数ホイール信号調整器をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記周波数ホイールの信号調整器が前記周波数ホイールセンサの出力に接続された電圧比較器を備え、前記電圧比較器が前記周波数ホイールの出力を出力用のパルス列に整形することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロファイルディスクの前記少なくとも１つの段差が前記周波数ホイールのスロットの１つに対して割り出されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記周波数ホイールの複数の前記スロットがエンジン位置の角度に対応することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロファイルディスクのパルス列が前記周波数ホイールのパルス列とともにエンジンのタイミング位置を決定することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記エンジンがパルス爆轟エンジンであることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロファイルディスクセンサがホール効果素子であることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記周波数ホイールセンサがホール効果素子であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
中心および周縁を有し、該中心がエンジンの回転部材に結合され、前記回転部材の１回転がエンジンサイクル１回を表す、プロファイルディスクと、
前記プロファイルディスクの周縁に近接して設置され、前記周縁を出力用のプロファイルディスク信号に変換するプロファイルディスクセンサと、
中心および周縁を有し、該中心がエンジンの前記回転部材に結合された周波数ホイールと、
前記周波数ホイールの縁に近接して設置され、前記周縁を出力用の周波数ホイール信号に変換する周波数ホイールセンサと、
を備えるエンジンタイミング入力システム。
【請求項１７】
前記プロファイルディスクセンサの出力に接続され、前記プロファイルディスクセンサの信号を既定のパルス列に調整するプロファイルディスク信号調整器と、
前記周波数ホイールセンサの出力に接続され、前記周波数ホイールセンサの信号を既定のパルス列に調整する周波数ホイール信号調整器と、
を備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロファイルディスクの周縁に少なくとも１つの段差があることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロファイルディスク信号調整器が、
前記プロファイルディスクセンサの出力に接続され、前記プロファイルディスクセンサの出力をパルス列に整形する電圧比較器と、
前記電圧比較器の出力に接続され、前記電圧比較器のパルス列のパルス幅を変更するワンショットマルチバイブレータと、
を備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記周波数ホイールセンサの出力に接続され、前記周波数ホイールセンサの信号を既定のパルス列に調整する周波数ホイール信号調整器をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記周波数ホイールの周縁が複数のスロットを有することを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プロファイルディスクの前記少なくとも１つの段差が前記周波数ホイールのスロットの１つに対して割り出されることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記周波数ホイールの複数の前記スロットがエンジン位置の角度に対応することを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、断続燃焼エンジンの分野に関し、詳しくは、パルス爆轟エンジンの爆轟燃焼器のタイミング入力を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス爆轟エンジン（ＰＤＥ：ｐｕｌｓｅ  ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  ｅｎｇｉｎｅ）は、主に、高速度かつ高度の高い環境において使用されるように設計された断続燃焼エンジンの一型式である。ＰＤＥは、可動部品をほとんど備えることなく、ガスタービンよりも優れた効率を実現することができる。
【０００３】
ＰＤＥは、他のジェットエンジンと同様に、その前端から空気を取り入れる。従来型のジェットエンジンは、ファンで取り入れた空気を多段圧縮機に通し、さらに燃焼セクションまたはバーナに送り込んで、継続的に燃料を燃焼させる。
【０００４】
ＰＤＥの動作原理は、パルスジェットエンジンと同様であるが、ＰＤＥが他と根本的に異なるのは、ＰＤＥが空気／燃料混合物を爆轟することである。パルスジェットは、一連のシャッタ（ｓｈｕｔｔｅｒｓ）を使用するか、入口を細心に調整することにより、エンジン内を空気が一方向にのみ通り抜けるように、混合物を確実に後方に吹き出すことによって、航空機を前方に押し出す。他とのもう一つの違いとして、エンジン内の気流および燃焼を制御する方法がある。
【０００５】
一般に、燃料は、緩慢な燃焼である爆燃と、またはそれよりも活発な燃焼プロセスである爆轟と、のいずれかによって消費される。爆轟は本質的に爆燃よりも燃焼効率が高い。ＰＤＥの燃焼プロセスは、空気／燃料混合物が一定の体積でエンジン内に残っているうちにそのすべてを燃焼させる。多くの型式のジェットエンジンの最大エネルギー効率が約３０％であるのに対し、ＰＤＥは５０％近い効率を達成することができる。
【０００６】
通常のジェットエンジンのすべて及びロケットエンジンの多くは、高速ではあるが亜音速で燃料が燃焼することによって動作する。ＰＤＥは、燃料の超音速爆轟によって動作するジェットエンジンである。
【０００７】
爆燃の特性の一つは、音速よりもかなり低い速度で火炎が進行することである。これに対し、爆轟は、空気／燃料混合物のさらに強力な反応であり、生み出される圧力波が超音速で進行するような高速の反応を引き起こす。爆轟は激しい爆発であり、爆燃プロセスよりも高い圧力を発生させる。
【０００８】
管の一端を閉塞端とし、この閉塞端に空気と燃料の混合物を充填し、火花で点火すると、管に沿って燃焼反応が伝播する。爆燃では、この反応が数十メートル／秒の速さで移動する。爆轟では、超音速の衝撃波が管の全長を数千メートル／秒の速さで進行する。爆轟は、幅が狭くて圧力の高い放熱ゾーンで、空気／燃料混合物をほぼ瞬間的に圧縮し、発火させる。
【０００９】
幅が狭くて圧力の高い放熱ゾーンを作り出すには、エンジンが爆燃爆轟遷移（ＤＤＴ）を起こすように、燃料の入力、気流および点火を正確に調整しなければならない。ＤＤＴは、通常の火炎が突然加速して強力な爆轟となるプロセスである。爆轟は、同じ燃料消費で爆燃以上の推力を発生させるが、一度に爆轟させることができる燃料の量はごくわずかである。継続的に推力を得るためには、１秒間当たり多数回の爆轟が必要とされる。例えば、パルスジェットのサイクル速度は、典型的には、２５０パルス／秒である。ＰＤＥは、数千パルス／秒である。
【００１０】
実現可能なＰＤＥでは、空気／燃料の流れが、典型的に、複数の燃焼管の間で切り換えられるが、各燃焼管において、空気／燃料混合物が１秒間当たり多数回の爆轟をきれいに行わなければならない。この切換えは、各燃焼器の入口に対する空気の流れの開放および閉鎖を交互に行う開口を有する回転弁ないし円筒弁が、１分間当たり数千回転することによってなされる。
【００１１】
弁が燃焼器に流れ込む空気の流れに燃料を導入し、火花を使ってＤＤＴを開始し、燃焼器の全長を移動する衝撃波を生成し、推力を生み出す、というサイクルが形成される。
【００１２】
回転弁を使用して爆轟を制御するＰＤＥの設計は、空気／燃料混合物の爆轟を最適化するのにちょうどよい瞬間に充填燃料（ｃｈａｒｇｅ）を噴射かつ爆轟させるように、外部駆動式の弁に各燃焼器を開閉させる高度な同期システムを必要とする。混合物を爆轟させるタイミングが早すぎれば、燃焼効率を下げてしまい、遅すぎても、混合物が燃焼管から出て行くことにより、燃焼効率を下げてしまう。
【００１３】
回転弁ないし円筒弁の位置は、空気／燃料の混合およびこれに続く着火のタイミングに重要である。１回の点火ミス（不適切なタイミングでの燃料供給または点火）によって、エンジン全体を破壊してしまうことがある。したがって、点火タイミングを実行するとき、弁の角度分解能の精度が±０．５°であることが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
パルス爆轟エンジンのタイミング制御を実行する様々なシステムおよび方法があるが、それらのシステムおよび方法は、完全に満足できるものではない。本発明の発明者は、亜音速にも超音速にも応じることができる燃焼のために、回転弁ないし円筒弁を使用して空気／燃料混合物を分配するとき、正確なエンジンタイミングを可能にするシステムを用意することが望ましいことを見出している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、弁の位置に対応する所定の周縁を有するプロファイルディスクを使用して、正確なエンジンタイミングを提供する。プロファイルディスクとともに周波数ホイール（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｗｈｅｅｌ）を使用し、回転弁ないし円筒弁の各回転の間に、弁の位置を多数のパルス信号に分割することによって、弁の位置をより正確に表示できるようにする。プロファイルディスクおよび周波数ホイールは、プログラミング可能なタイミング回路とともに使用されるとき、回転する空気弁システムと関連した燃料弁タイミングおよび点火の信号を与える。この制御システムを、弁の位置から独立させて（ｓｌａｖｅｄ  ｏｆｆ  ｏｆ）制御することもできる。
【００１６】
本発明の他の態様は、エンジンタイミング入力システムである。本発明のこの態様によるシステムは、中心および周縁を有するプロファイルディスクであって、プロファイルディスクの中心がエンジンの回転部材に結合され、その回転部材の１回転がエンジンサイクル１回を表す、プロファイルディスクと、プロファイルディスクの周縁に近接して設置され、周縁を出力のための信号に変換するセンサと、を備える。
【００１７】
システムのさらに他の態様は、センサの出力に接続され、かつセンサの信号を既定のパルス列に調整する信号調整器である。
【００１８】
本発明の１つまたは複数の実施例の詳細を、添付の図面および以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の説明および図面ならびに特許請求の範囲によって明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して記述され、全体を通して、類似した番号は類似した要素を示す。また、本願の明細書で使用される表現及び専門用語は、説明を目的としているもので、限定するものではないことを理解されたい。本明細書で使用される「含む」、「からなる」、「有する」及びこれらの言い換えは、その後に列挙される品目だけでなく、その等価物、並びに追加品目を包含することを意味する。「取り付けられた」、「接続された」、「接合された」という用語は、広義に使用され、直接的及び間接的に、「取り付けること」、「接続すること」、「接合すること」を包含する。さらに、「接続された」、「接合された」という用語は、物理的ないし機械的な接続又は接合に限定されない。
【００２０】
本発明の実施例は、回転式ないし円筒形の形状をした空気／燃料混合物の入口弁の位置に基づいて、ジェットエンジンのタイミング制御をするシステムを提示する。本発明は、周期的なエンジン機能が実行される位置を他の機能との間で調整する一次要素としてセンサおよびプロファイルディスクを使用して、エンジンタイミング入力を提供する。周波数ホイールは、毎回のエンジンサイクルに対してプロファイルディスクを使って割り出した弁の位置を多数のパルスに分割することにより、弁の位置をさらに正確に表示する。少なくとも±０．５°の精度を達成することができる。一実施例において、ＰＤＥのエンジンタイミング入力システムとして本発明を活用することができる。
【００２１】
図１は、本発明のタイミング制御システムを図解するＰＤＥの一実施例の断面図を示す。ＰＤＥは、細長い管状の構造を有する少なくとも１つの燃焼器（爆轟室）１０５を有する。２つ以上の燃焼器１０５を使用する場合、同一方向に推力を生じるように各燃焼器１０５を長手方向に互いに平行に延在させる。あるいは、合力として平行な推力を生じるように、燃焼器を異なる方向に組み合わせてもよいし、または延在させてもよい。各燃焼器１０５の出口端にノズル１１０を使用して、推力を１つにまとめることができる。この実施例では、４つの燃焼器１０５からなるクラスタを用いている。
【００２２】
各燃焼器１０５は、吸気マニホールド１１５からの空気および燃料マニホールド１２０からの燃料による空気／燃料混合物の供給を受ける。空気マニホールド１１５の吸気口は、吸気口ショックコーン（ｉｎｌｅｔ  ｓｈｏｃｋ  ｃｏｎｅ）の形状とすることができる。燃料マニホールド１２０は、燃料弁１３０によって制御される燃料源１２５からの燃料を供給する。ＰＤＥは、固体、液体または気体の燃料１２５を使用することができる。
【００２３】
各燃焼器１０５は、インテークマニホールド／回転弁アッセンブリ１３５によって吸気マニホールド１１５および燃料マニホールド１２０に結合されている。インテークマニホールド／回転弁アッセンブリ１３５は、インテークマニホールド／回転弁アッセンブリ１３５の上側にあるインテークマニホールド取付板１４５と、下側にある燃焼器取付板１５０と、の間に配置された回転ディスク弁１４０を有する。インテークマニホールド取付板１４５は、吸気マニホールド１１５と燃料マニホールド１２０とに結合されている。燃焼器取付板１５０は、各燃焼器１０５に結合されている。
【００２４】
回転ディスク弁１４０は、インテークマニホールド取付板１４５と、燃焼器取付板１５０と、の間に回転自在に取り付けられている。回転ディスク弁１４０は、図２Ａに示すように少なくとも１つの燃料供給開口つまりポート２００を有し、駆動モータ１５５によって回転させられる。
【００２５】
タイミングプロファイルディスク１６０は、キーないしスプラインを介して駆動モータ１５５の共通のシャフトないし補助シャフトに結合されている。プロファイルディスク１６０の位置を信号に変換するためのセンサ１６５が、プロファイルディスク１６０に隣接して取り付けられている。外周縁に複数のスロット１８０を有する周波数ホイール１７０も、同様に、キーないしスプラインを介して駆動モータ１５５の共通のシャフトないし補助シャフトに結合されている。周波数ホイール１７０に隣接して、センサ１７５が取り付けられている。
【００２６】
弁ディスク１４０が回転することにより、インテークマニホールド１４５と燃焼器取付板１５０との間の流路が開閉される。各燃焼器１０５の入口端付近に配置された点火装置１８５は、点火に使用するものであり、例えば、電極、点火プラグ、アークギャップまたはその他とすることができる。
【００２７】
回転ディスク弁１４０は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、２つの燃料供給ポート開口部２００を有する。しかし、使用する燃焼器の数に応じて、ポートの数を変えてもよい。ディスク弁１４０が回転するとき、燃料供給のために各燃焼器１０５の入口端の上方に開口部２００が選択的に位置づけられるように、開口部２００は、回転弁ディスク１４０の中心の周りで円周方向に配置されている。回転ディスク弁１４０の中心から開口部２００までの距離は、燃焼器クラスタの中心軸から燃焼器１０５の入口までの距離に対応する。
【００２８】
開口２００は、内側と外側の同心円の周縁によって画定される弓状の形状をなしている。開口部２００の内側縁と外側縁との間の距離（開口幅）を、燃焼器１０５の入口開口部の大きさに一致させることができる。
【００２９】
回転ディスク弁１４０の複数の開口部２００の各間には、中実部分２０５が配置されている。回転ディスク弁１４０が回転するとき、開口部２００および中実部分２０５が、燃焼器１０５入口の上方に交互に位置づけられる。そのため、入口端の上方に開口部２００が移動したとき、燃焼器１０５に燃料が供給される。同じ入口端の上方に中実部分２０５が移動したとき、燃焼器を点火することができる。
【００３０】
図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ燃料マニホールド１２０および吸気マニホールド１１５の上面を示す。燃料源１２５から、個々の燃料ダクト３００を介して、各燃焼器１０５に燃料が分配される。個々の燃料ダクト３００は、指の形状をした断面を有し、対応する燃焼器１０５の内部へ向けて開口している指の形状をしたポート３０５で終端する。
【００３１】
個々の燃料ダクト３００は、図３Ｂに示すように、部分的に個々の空気ダクト３１０の内部に含まれるように構成されている。個々の空気ダクト３１０は、吸気マニホールド１１５から各燃焼器１０５に空気を分配する。個々の空気ダクト３１０は、対応する燃焼器１０５の内部へ向けて開口している円形の空気ポート３１５で終端する。指の形状をした燃料ポート３０５（図３Ｂに破線で表示）は、空気ポート３１５の内部に構成されている。この構成により、燃料の供給後に、各燃焼器１０５に空気を満たすことができることを理解されたい。
【００３２】
さまざまな構成要素について説明したので、次に、図１のＰＤＥの動作を説明する。定常モードで燃料源１２５から燃料が分配され、同じく定常モードで吸気ダクトマニホールド１１５に空気が流入する。燃料／空気マニホールド取付板１４５と下側取付板１５０との間で、回転弁の駆動モータ１５５が、回転ディスク弁１４０を回転させる。
【００３３】
図３Ａおよび図３Ｂに示される燃料供給の構成では、燃焼器１０５の入口端の上方に、回転弁１４０の開口部２００が移動したとき、対応するポート３１０、３０５を通って、空気および燃料が燃焼器に流入する。回転ディスク弁１４０がさらに回転すると、開口部２００の後縁が指の形状をした燃料ポート３０５を閉じるが、空気は、円形ポート３１５の開口したままの一部分を通って燃焼器１０５に流入し続ける。こうして燃焼器１０５内の空気／燃料混合物に空気が満たされ、システム内に存在し得るギャップも空気で満たされる。この空気は、ロータアッセンブリを保護し、かつ近接する燃焼器１０５の過早点火（ｐｒｅ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を防ぐ付加的な断熱緩衝材として作用する。
【００３４】
爆轟が発生すると、燃焼器１０５の内側表面の全体に圧力が作用する。燃焼器１０５の入口端から出口端までの圧力差は、回転弁１４０に作用して、乗物の推力に寄与する。燃焼器１０５の内側側面に沿った圧力が推力に寄与するように、燃焼器１０５にテーパを付することができる。回転弁１４０から乗物構造への圧力の伝達は、回転弁軸受（図示せず）を介してなされる。
【００３５】
例えば、空気／燃料点火アルゴリズムと組み合わせてプロセッサを使用し、点火タイミング、弁の回転速度、および燃料噴射速度を変化させることにより、エンジン推力を制御することができる。また、プロセッサおよび入出力装置（Ｉ／Ｏ）を使用するソフトウェアを使って、ＰＤＥの動作を制御することができる。プロファイルディスク１６５および周波数ホイール１７５タイミングホイールからの入力信号を、１６ビットカウンタ／タイマに接続することにより、出力パルスを発生させることができる。
【００３６】
１つまたは複数の燃焼器１０５が点火される間に、他の１つまたは複数の燃焼器１０５に空気／燃料混合物としての燃料が供給されている。図１に示される４つの燃焼器１０５を有するＰＤＥの場合、第２の燃焼器および第４の燃焼器に燃料を供給している間に、第１の燃焼器および第３の燃焼器に点火することができる。回転弁ディスク１４０は、爆轟のために１つまたは複数の燃焼器１０５を閉鎖すると同時に、燃料の再充填のために隣接する燃焼器１０５を開口する。
【００３７】
燃焼器１０５の内部で発生する基本的なプロセスに従って、ＰＤＥ燃焼器１０５の爆轟サイクルを説明することができる。パルス爆轟燃焼器サイクルは、いくつかの明確なプロセスからなる。すなわち、１）爆轟室に空気／燃料混合物を充填するプロセス、２）回転弁１４０が燃料供給された燃焼器１０５を閉鎖し、閉塞端で爆轟を開始するプロセス、３）この燃焼器１０５の内部を爆轟波が進行するプロセス、４）爆轟波が燃焼器から抜け出して、燃焼ガスを排出するプロセス、５）回転弁１４０がこの燃焼器１０５を開口し、隣接する燃焼器１０５で爆轟が起こっている間に、開口した燃焼器１０５に燃料を再充填するプロセス、からなる。
【００３８】
図４は、本発明のエンジンタイミング入力システム４００を示す。本発明のタイミング入力システム４００は、ＰＤＥのための点火および燃料供給のタイミングを提供する。
【００３９】
タイミング入力システム４００は、所定の周縁プロファイル４０５を有するプロファイルタイミングディスク１６０と、外側周縁に複数のスロット１８０を配した周波数ホイール１７０と、を備える。この周縁プロファイル４０５は、特定のＰＤＥ設計で採用された燃焼器１０５の数に対応した１つまたは複数の楕円形の切欠き部分（ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  ｃｕｔｓ）を有する。
【００４０】
図５に示される実施例のプロファイルディスク１６０は、２つの楕円形の切欠き部分を有するので、２つの燃焼器１０５を有するＰＤＥ設計の構成に使用することができる。このプロファイルディスク１６０を、回転弁１４０のシャフトや回転弁１４０駆動モータ１５５のシャフト４１０に結合してもよいし、または回転弁１４０から離間して配置された歯車式または非歯車式の補助シャフト（図示せず）に設けてもよい。
【００４１】
非接触型センサ１６５が、プロファイルディスク１６０に隣接して設置され、プロファイルディスク１６０の周縁に近接している。このセンサ１６５を、ホール効果素子などの磁場センサとしてもよい。このセンサ１６５は、磁場の１成分のみを測定する。このセンサ１６５を使って、周縁プロファイル４０５をアナログ双極性出力電圧Ｖsensor1_outに変換する。
【００４２】
センサの出力信号Ｖsensor1_outの大きさは、時間の経過とともに周縁プロファイルによって生じる磁束の変化に追従する。この信号は、プロファイルディスク１６０の角速度の増加とともに、振幅が大きくなる。図６（６Ａ）は、センサの出力信号Ｖsensor1_outの時間変化を示す。
【００４３】
タイミング入力４００は、回転弁１４０の特定の角変位に対応するアナログ信号の鋭い立上りから方形波パルスを生成する。センサ１６５の出力Ｖsensor1_outは、電圧比較器として構成されたＭｏｔｏｒｏｌａ  ＭＣ４７４１ＣＬなどのオペアンプ（演算増幅器）ＩＣ１に接続されている。この比較器は、ダイオードＤ1でクランプされる。
【００４４】
入力電圧が既定の基準電圧Ｖrefより高いとき、比較器は、０Ｖｄｃの出力電圧ＶIC1_outを供給する。この実施例においては、Ｖref＝０．３５４Ｖｄｃである。
【００４５】
入力電圧Ｖsensor1_outが基準電圧Ｖrefより低いとき、比較器は、飽和電圧ＶIC1_out＝＋Ｖsatを出力する。演算増幅器は、±１５Ｖｄｃを電源とするため、飽和電圧＋Ｖsatは＋１５Ｖｄｃとなる。比較器の出力波形ＶIC1_outは、抵抗器Ｒ1および抵抗器Ｒ2を備える分圧器を使って、＋５Ｖｄｃまで低減される。
【００４６】
【数１】
2010281208.tif 000003
【００４７】
ここで、Ｖvd1は、Ｒ2からＲload1にかけて測定された電圧である。Ｒload1は、連結された負荷の入力インピーダンスである。Ｒ1およびＲ2の値を、それぞれＲ1＝３５．６ｋΩおよびＲ2＝１７．８ｋΩに設定することができる。図６（６Ｂ）は、分圧器の出力Ｖvd1の時間変化を示す。
【００４８】
連結された負荷Ｒload1は、一般にはワンショットマルチバイブレータとして知られる７４Ｃ２２１  ＩＣなどの単安定マルチバイブレータＩＣ２の入力インピーダンスである。ワンショットマルチバイブレータＩＣ２は、回転弁１４０の速度に関わらず、分圧器の出力Ｖvd1が所定の振幅およびパルス幅を有するパルス列となるように調整する。ワンショットマルチバイブレータＩＣ２は、分圧器の出力波形Ｖvd1の後縁つまり立下りエッジでトリガする。ワンショットマルチバイブレータＩＣ２によって１５０μｓのパルスが発生する。外部抵抗器Ｒ3およびコンデンサＣ1は、パルスの幅および振幅を規定する。この実施例において、Ｒ3＝１．３４３ｋΩであり、Ｃ1＝１．０μＦである。図６（６Ｃ）は、ワンショットマルチバイブレータＩＣ２の出力Ｖmm_outの時間変化を示す。
【００４９】
ワンショットマルチバイブレータの出力Ｖmm_outは、ＰＤＥのエンジン管理システム（図示せず）に接続されている。この管理システムは、ギャップにわたって火花を発生させるために、典型的には、高電圧設計の点火システムを制御する。このワンショットマルチバイブレータの出力Ｖmm_outを、例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＰＣ−ＴＩＯ−１０などのカウンタ／タイマ・デジタル入出力（Ｉ／Ｏ）ボードに接続してもよい。この管理システムについての考察は、本発明の開示の範囲外である。
【００５０】
図７に示される周波数ホイール１７０の実施例では、周波数ホイールの外周縁に３６個のスロットを有する。この周波数ホイール１７０を、プロファイルディスク１６０と同様に、回転弁１４０のシャフトや回転弁１４０駆動モータ１５５のシャフト４１０に結合してもよいし、回転弁１４０から離間して配置された歯車式または非歯車式の補助シャフト（図示しない）に設けてもよい。
【００５１】
周波数ホイール１７０は、プロファイルホイール１６０の回路と同様に、磁束の変化をもたらす。非接触型センサ１７５が、周波数ホイール１７０に隣接して設置され、かつ周波数ホイール１７０の周縁に近接している。このセンサ１７５を、ホール効果素子などの磁場センサとしてもよい。周波数ホイール１７０は、プロファイルディスク１６０とは異なり、１０°の角度ごとに刻まれた３６個のスロット１８０に分割されている。周波数ホイール１７０が回転すると、回転弁１４０の１０°の角度ごとの変位に対応してアナログ信号出力Ｖsensor2_outが生み出される。プロファイルディスク１６０と組み合わせた周波数ホイール１７０のアナログ出力信号Ｖsensor2_outにより、燃料の供給や点火のタイミングおよび制御のための正確なエンジンタイミング入力が可能となる。
【００５２】
磁束が変化することにより、周波数ホイール１７０の角速度の増加とともに振幅が増加する信号Ｖsensor2_outが生成される。センサ１７５の出力Ｖsensor2_outの時間変化を図８（８Ａ）に示す。信号Ｖsensor2_outは、Ｖref＝０．３５４Ｖdcを基準電圧とする電圧比較器として構成されたＭｏｔｏｒｏｌａ  ＭＣ４７４１Ｃ１などの演算増幅器ＩＣ３に接続されている。比較器出力ＶIC3_outは、ダイオードＤ2でクランプされる。
【００５３】
入力電圧が既定の基準電圧Ｖrefより大きいとき、比較器は、０Ｖdcの出力電圧ＶIC3_outを与える。
【００５４】
入力電圧Ｖsensor2_outが基準電圧Ｖrefより小さいとき、比較器は、飽和電圧ＶIC3_out＝＋Ｖsatを出力する。演算増幅器は、±１５Ｖｄｃを電源とするため、飽和電圧＋Ｖsatは＋１５Ｖｄｃとなる。比較器の出力波形は、抵抗器Ｒ4および抵抗器Ｒ5からなる分圧器を使って＋５Ｖｄｃまで低減される。
【００５５】
【数２】
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【００５６】
ここで、Ｖvd2は、Ｒ5からＲload2にかけて測定した電圧である。Ｒload2は、結合された負荷の入力インピーダンスである。Ｒ4およびＲ5の値を、それぞれ、Ｒ4＝３５．６ｋΩおよびＲ5＝１７．８ｋΩに設定することができる。図８（８Ｂ）は、分圧器の出力Ｖvd2の時間変化を示す。
【００５７】
Ｖvd2をパルス爆轟エンジン制御システムに接続することもできる。
【００５８】
バッテリ、吸入空気ないし吸入ガスを使用する交流発電機／直流発電機（ｉｎｌｅｔ  ａｉｒ  ｏｒ  ｇａｓ  ａｃ  ａｌｔｅｒｎａｔｏｒｓ／ＤＣ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ）、タービン発電機またはこれらの電源の組合せを含むいくつかの電源から、回転弁１４０駆動モータ１５５、エンジン管理システム、火花点火システムおよびその他の電気負荷に使用する電力を供給することができる。吸入空気ないし吸入ガスを使用する発電機システムは、小型の発電機を駆動するために空気ないしガスの発生装置の流れの中に置かれたタービン回転子などにより構成される。
【００５９】
火花を点火する方法は、エンジンの大きさおよび使用する燃料の特徴に応じて選択することができる。
【００６０】
具体的な実施例を参照して本発明を説明したが、これらの実施例は本発明の原理および用途を例示するものにすぎないことを理解されたい。従って、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、いくつかの変更がなされ、他の構成が考案され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】パルス爆轟エンジンの断面図。
【図２Ａ】回転弁ディスクの上面図。
【図２Ｂ】図２Ａに示された回転弁ディスクの側面図。
【図３Ａ】回転弁ディスクに対する燃料マニホールド入口の上面図。
【図３Ｂ】回転弁ディスクに対する空気マニホールド入口の上面図。
【図４】本発明によるエンジンタイミング入力の概略図。
【図５】プロファイルディスクの上面図。
【図６】プロファイルディスク位置センサの出力電圧Ｖsensor1_out（６Ａ）、プロファイルディスク分圧器の出力電圧Ｖvd1_out（６Ｂ）、およびマルチバイブレータの出力電圧Ｖmm_out（６Ｃ）の時間変化を示すプロット。
【図７】周波数ホイールの上面図。
【図８】周波数ホイール位置センサの出力電圧Ｖsensor2_out（８Ａ）および周波数ホイール分圧器の出力電圧Ｖvd2（８Ｂ）の時間変化を示すプロット。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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