(57)【要約】      （修正有）【課題】パルスデトネーションエンジンに関し、出力を制御するプログラマブルコントローラを備えた制御システムを提供する。【解決手段】プログラマブルコントローラ３２が、アルゴリズムソフトウェアにより対応する低圧タービン２７のシャフト速度信号又は所望の出力とパルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジンにより生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、ＰＤＣ１４の燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの回転シャフト速度、ＰＤＣ空気入口バルブ１８回転速度及びＰＤＣ燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更にＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機１２からの質量空気流量とＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量とを一致させる。【選択図】図３
2010144732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プログラマブルコントローラ（３２）を備えたパルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）であって、前記プログラマブルコントローラ（３２）が、アルゴリズムソフトウェアによって、
所望の出力とＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）により生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、更にＰＤＣ（１４）の燃料充填時間信号に応答して、前記ＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）の回転シャフト速度、前記ＰＤＣ（１４）の空気入口バルブ（１８）回転速度及び前記ＰＤＣ（１４）の燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更に前記ＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）が加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機（１２）からの質量空気流量と前記ＰＤＣ（１４）を介して吸い込まれる質量空気流量とを一致させるように指示される、
パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）。
【請求項２】
前記ＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）が、対応するタービン（２１）上で時間的に均一な負荷平衡と空間的に均一な負荷平衡とを提供するよう構成された複数の多管パルス放出燃焼器（１４）を備える、
請求項１に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）。
【請求項３】
前記燃料充填時間期間が、前記空気入口バルブ（１８）の回転速度とは無関係である、
請求項１または２に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）。
【請求項４】
前記空気入口バルブ（１８）の回転速度が、対応するタービン（２１）の所与の負荷で方位角方向に均一且つ連続している、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）。
【請求項５】
前記プログラマブルコントローラ（３２）が更に、ＰＤＣ燃料吸入バルブ（２０）の閉鎖に応答して火花の開始を制御するようアルゴリズムソフトウェアによって指示される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）。
【請求項６】
パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジン（１０）において、
共通の回転シャフトを有する単一のスプールエンジンとして共に構成されたタービン（２１）及び圧縮機（１２）と、
前記タービン（２１）上で時間的に均一な負荷平衡と空間的に均一な負荷平衡とを提供するよう構成された複数の多管パルス放出燃焼器を含むＰＤＣ（１４）と、
アルゴリズムソフトウェアによって、所望の出力と前記ＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）により生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、更に前記ＰＤＣ（１４）の燃料充填時間信号に応答して、前記回転シャフトの速度、前記ＰＤＣ（１４）の空気入口バルブ（１８）回転速度及び前記ＰＤＣ（１４）の燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更に前記ＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）が加速モード（３８）又は減速モード（４０）で作動している間、空気圧縮機（１２）からの質量空気流量と前記ＰＤＣ（１４）を介して吸い込まれる質量空気流量とを一致させるように指示されるプログラマブルコントローラ（３２）を有する制御システム（３０）と、
を備える、
パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジン（１０）
【請求項７】
前記燃料充填時間期間が、前記空気入口バルブ（１８）の回転速度とは無関係である、
請求項６に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）。
【請求項８】
前記空気入口バルブ（１８）の回転速度が、対応するタービン（２１）の所与の負荷で方位角方向に均一且つ連続している、
請求項６または７に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）。
【請求項９】
パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジン（１０）において、
共通の回転シャフトを有する単一のスプールエンジンとして共に構成されたタービン（２１）及び圧縮機（１２）と、
前記タービン（２１）上で時間的に均一な負荷平衡と空間的に均一な負荷平衡とを提供するよう構成された複数の多管パルス放出燃焼器（２２）を含むＰＤＣ（１４）と、
アルゴリズムソフトウェアによって、対応する低圧タービン（ＬＰＴ）（２７）のシャフト速度に応答して、更に前記ＰＤＣ（１４）の燃料充填時間信号に応答して、前記回転シャフトの速度、前記ＰＤＣ（１４）の空気入口バルブ（１８）回転速度及び前記ＰＤＣ（１４）の燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更に前記ＰＤＣベースハイブリッドエンジン（１０）が加速モード（３８）又は減速モード（４０）で作動している間、空気圧縮機（１２）からの質量空気流量と前記ＰＤＣ（１４）を介して吸い込まれる質量空気流量とを一致させるように指示されるプログラマブルコントローラ（３２）を有する制御システム（３０）と、
を備える、
パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジン（１０）
【請求項１０】
前記燃料充填時間期間が、前記空気入口バルブ（１８）の回転速度とは無関係である、
請求項９に記載のＰＤＣベースハイブリッドエンジン制御システム（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的にパルスデトネーションエンジンに関し、より詳細には、パルスデトネーション燃焼ベースハイブリッドエンジンによって発生する出力の始動、停止、及びランプアップ及び／又はランプダウンを制御するための制御システム及び方法を含む発電用地上単純サイクルパルスデトネーション燃焼（ＰＤＣ）エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスデトネーション燃焼器は、ガス（通常は空気）と炭化水素燃料との混合気を燃焼させることによって高温高圧のデトネーション波を生成する。デトネーション波は、パルスとしてパルスデトネーション燃焼器管体から出ることによりスラストをもたらすようになる。
【０００３】
パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）及びエンジン（ＰＤＥ）の最近の開発では、航空機エンジンにおいて、及び／又は地上発電システムなどにおける付加的なスラスト／推進力を発生する手段としてなど、特定用途においてＰＤＣ／ＰＤＥを使用する様々な取り組みが進行中である。更に、ＰＤＣ／ＰＤＥ装置を、運転効率の最大化の目的で従来のガスタービンエンジン技術とＰＤＣ／ＰＤＥ技術の両方の組み合わせを用いた「ハイブリッド」エンジンに利用する取り組みがある。以下の議論の対象は、これらの用途の何れかに向けたものである。以下の検討は、「パルスデトネーション燃焼器（すなわちＰＤＣ）」に向けたものとなる点を理解されたい。しかしながら、この用語の使用は、パルスデトネーションエンジン及び同様のものを含むことを意図している。
【０００４】
低温低圧の燃焼器入口条件での当該燃料空気混合気においてはデトネーション開始が達成可能ではないことを認識して、燃焼器入口圧力及び温度が燃料空気混合気のデトネーション開始を可能にするまで、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンによって生成される出力をランプアップする機構を提供することが有利となる。
【発明の概要】
【０００５】
要約すると、本発明の１つの実施形態によれば、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースのハイブリッドエンジンは、プログラマブルコントローラを備えた制御システムを含み、該プログラマブルコントローラは、アルゴリズムソフトウェアによって、所望の出力とＰＤＣベースハイブリッドエンジンにより生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、更にＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの回転シャフト速度、ＰＤＣの空気入口バルブ回転速度及びＰＤＣの燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更に、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量がＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量と一致するように指示される。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースのハイブリッドエンジンは、プログラマブルコントローラを備えた制御システムを含み、該プログラマブルコントローラは、アルゴリズムソフトウェアによって、対応する低圧タービン（ＬＰＴ）のシャフト速度に応答して、更にＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの回転シャフト速度、ＰＤＣの空気入口バルブ回転速度及びＰＤＣの燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更に、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量がＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量と一致するように指示される。
【０００７】
本発明の更に別の実施形態によれば、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジンは、共通の回転シャフトを有する単一のスプールエンジンとして共に構成されたタービン及び圧縮機と、タービン上で時間的に均一な負荷平衡と空間的に均一な負荷平衡とを提供するよう構成された複数の多管パルス放出燃焼器を含むＰＤＣと、アルゴリズムソフトウェアによって、所望の出力とＰＤＣベースハイブリッドエンジンにより生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、更にＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、回転シャフトの速度、ＰＤＣの空気入口バルブ回転速度及びＰＤＣの燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更にＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量とＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量とを一致させるように指示されるプログラマブルコントローラを有する制御システムと、を備える。
【０００８】
本発明の更に別の実施形態によれば、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジンは、共通の回転シャフトを有する単一のスプールエンジンとして共に構成されたタービン及び圧縮機と、タービン上で時間的に均一な負荷平衡と空間的に均一な負荷平衡とを提供するよう構成された複数の多管パルス放出燃焼器を含むＰＤＣと、アルゴリズムソフトウェアによって、対応する低圧タービン（ＬＰＴ）のシャフト速度に応答して、更にＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、回転シャフトの速度、ＰＤＣの空気入口バルブ回転速度及びＰＤＣの燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更にＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量とＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量とを一致させるように指示されるプログラマブルコントローラを有する制御システムと、を備える。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態によれば、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジンを制御する方法は、所望の出力とＰＤＣベースハイブリッドエンジンにより生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号を生成する段階と、ＰＤＣの燃料充填時間信号を生成する段階と、出力差信号及びＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの回転シャフト速度、ＰＤＣの空気入口バルブ回転速度及びＰＤＣの燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更にＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量がＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量と一致するようにする段階と、を含む。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態によれば、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースハイブリッドエンジンを制御する方法は、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの対応する低圧タービン（ＬＰ）シャフト速度信号を生成する段階と、ＰＤＣの燃料充填時間信号を生成する段階と、対応する低圧タービン（ＬＰ）シャフト速度信号及びＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの回転シャフト速度、ＰＤＣの空気入口バルブ回転速度及びＰＤＣの燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更にＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量がＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量と一致するようにする段階と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つの実施形態による、発電用地上単純サイクルパルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースのハイブリッドエンジンを示す簡易システムブロック図。
【図２】本発明の１つの実施形態による、図１に示すＰＤＣの軸方向断面図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、始動及び運転停止中の図１に示すＰＤＣベースハイブリッドエンジンの制御、並びにハイブリッドエンジンにより生成された出力のランプアップ及びランプダウン制御のための制御システムを示す概略図。
【図４】図３に示す制御システムによって制御されるＰＤＣベースハイブリッドエンジンの運転の各段階を示す概略図。
【図５】本発明の１つの実施形態による、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンを制御する方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【００１３】
上記の図面は代替の実施形態を示しているが、当該議論において記載されるように、本発明の他の実施形態も企図される。全ての事例において、本開示は、限定ではなく代表的なものとして本発明の例示的な実施形態を示している。当業者であれば、本発明の原理の範囲及び思想内にある他の多くの修正形態及び実施形態を想起することができる。
【００１４】
従来のガスタービンエンジンから供給される出力の増減は、単に、エンジン回転速度及び質量流量を監視して、所望の出力を得るためにエンジン回転速度のそれぞれの増減に応じて燃料の量を増減することによって達成することができる。しかしながら、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンでは、発生するエンジン出力の所望の増減を得るために、従来のガスタービンエンジンが必要とするよりも多くの運転変数を制御することが必要となる。
【００１５】
ＰＤＣベースエンジンから供給される出力を増減するには、依然として、エンジン回転速度を増減することが必要とされる。加えて、ＰＤＣベースエンジンは、それぞれの出力増減を提供するためにＰＤＣの動作周波数を調整する必要がある。ＰＤＣ運転の１つの実施例は、１０パルス／秒で１０％エンジン出力を達成する、５０パルス／秒で５０％エンジン出力を達成する、１００パルス／秒で１００％エンジン出力を達成する、などである。勿論、ＰＤＣパルスレートは、例えば、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンのタイプ及び大きさを含む多くの要因に依存することになり、例えば、実際の試験データ又は履歴データに基づいて発見的問題解決によって決定することができる。
【００１６】
以下で更に詳細に説明される特定の実施形態によれば、ＰＤＣパルスレートは、所望の出力とＰＤＣベースハイブリッドエンジンによって生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、更にＰＤＣの燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣの空気入口バルブ開放時間期間及びＰＤＣの燃料充填時間期間を調整することによって達成され、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持されるようになり、更に、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機からの質量空気流量がＰＤＣを介して吸い込まれる質量空気流量と一致するようになる。
【００１７】
図５は、本発明の１つの実施形態による、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンを制御するための方法を示すフローチャートである。ブロック５２で示すように、最初にＰＤＣベースハイブリッドエンジンの出力を測定する。次いでブロック５４で示すように、測定されたエンジン出力と所望のエンジン出力とに基づいた出力差信号を生成する。最後に、ブロック５６で示すように、出力差信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジンの回転速度と、空気入口バルブ開放時間期間と、燃料充填時間信号に基づいたＰＤＣの燃料充填時間期間とが調整されて、１）所望の燃料充填率及び理論混合比を達成し、２）ＰＤＣベースハイブリッドエンジンが加速モード又は減速モードで作動している間、対応する空気圧縮機からの質量空気流量がＰＤＣの吸い込んだ質量空気流量と一致するようにする。
【００１８】
各図に関して本明細書で説明される実施形態は、以下の前提に基づいている。
（ｉ）ハイブリッドエンジンは、複数のバンドルを有し、各バンドルは少なくとも４つの管体を備えた多管ＰＤＣである。バンドルの数は、タービンの負荷平衡が時間的に均一であるように選ばれる。管の数は、タービンの負荷平衡が空間的に均一であるように選ばれる。
（ｉｉ）各ＰＤＣは、バルブ調整された空気ストリームとバルブ調整された燃料ストリームとを含む。燃料供給時間は、空気バルブ回転速度とは無関係にダイアル調整することができる。
（ｉｉｉ）タービン及び圧縮機は同じシャフト上に装着される（単一スプール）。
（ｉｖ）バルブ調整された回転速度は、タービンの所与の負荷において方位角方向で均一且つ連続している。
（ｖ）ＰＤＣ管体は十分にパージされている。ＰＤＣ管体内には残留燃焼生成物は残っていない。パージ率＋燃料供給率＝１である。
（ｖｉ）充填マッハ数は、〜０．３（最小充填損失）であり、所与の周波数及び燃焼器入口条件で利用可能な充填時間によって決まる。
（ｖｉｉ）擬似デトネーション（デトネーション＋高速デフラグレーション）
当業者であれば、上記の前提が本明細書に記載される新規の原理に従って構成され且つ作動する他の発電エンジンの実施形態に適用することができ、或いは適用できない場合があることは、容易に理解されるであろう。
【００１９】
図１は、本発明の１つの実施形態による、発電用地上単純サイクルパルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースのハイブリッドエンジン１０を示す簡易システムブロック図である。圧縮機１２は、加圧空気を生成し、プレナム１３を介してＰＤＣ１４に供給する。ＰＤＣバンドル管体２４への加圧空気の供給は、例えば回転型バルブとすることができる対応する空気入口バルブ１８によって制御される。空気入口バルブ１８から各ＰＤＣバンドル管体２４に下流側に供給される燃料は、対応する燃料吸入バルブ２０によって制御される。結果として生じた空気／燃料混合気は、図２により詳細に示すＰＤＣバンドル２２を通過し、対応するガスノズル３７を通って出てＰＤＣ管体延長部１９に入り、該ＰＤＣ管体延長部１９は、タービン入口２８を介して結果として生じた空気／燃料混合気を高圧タービン２１に伝送するよう構成されている。結果として生じた空気／燃料混合気は、高圧タービンから出た後、プレナム２３を介して低圧タービン２７に伝送される。圧縮機１２からの加圧空気はまた、デフラグレーション燃焼管２６を介して高圧タービン入口２８に伝送される。
【００２０】
図２は、本発明の１つの実施形態による、図１に示すＰＤＣ燃焼器１４の軸方向断面図である。ＰＤＣ燃焼器１４は、４つのバンドル２２を備え、各々が４つのＰＤＣ管体２４と単一のデフラグレーション燃焼管体２６を有することが分かる。各バンドル２２は、燃料／空気混合気を対応するタービン入口２８に供給する。ＰＤＣ管体２４は、輪状に配列されて、ＰＤＣ１４の燃焼中に高圧タービンに平衡負荷を提供する。
【００２１】
図３は、本発明の１つの実施形態による、始動及び運転停止中の図１に示すＰＤＣベースハイブリッドエンジン１０の制御、並びにハイブリッドエンジンにより生成された出力のランプアップ及びランプダウン制御のための制御システム３０を示す概略図である。
【００２２】
コントローラ３２は、圧縮機１２、ＰＤＣ１４、及びタービン２１、２７を含むターボ機械の速度を制御するよう構成されている。コントローラ３２はまた、空気入口バルブ１８の回転速度と、燃料吸入バルブ２０を介した燃料充填時間とを制御するよう構成されている。コントローラ３２は、既定の設定ポイント及び検知変数に応答して、所望のターボ機械速度、空気入口バルブの回転速度、及び燃料充填時間を決定付けるアルゴリズムソフトウェアによる指示に従う。
【００２３】
アルゴリズムソフトウェアにより使用される既定の設定ポイントは、限定ではないが、定格ＰＤＣベースハイブリッドエンジン出力に占める所望の出力の割合、燃料充填率、パージ率、及び理論混合比を含むことができる。アルゴリズムソフトウェアにより使用される検知変数は、限定ではないが、燃料充填長、燃料供給圧力、燃料流量、及び発生出力を含むことができる。
【００２４】
ＰＤＣベースハイブリッドエンジンにより発生される出力は、発電エンジンの当業者によく知られた１又はそれ以上の制御限界技術を用いて決定され制御することができる。これらの制御限界は、限定ではないが、速度限界、圧力限界、温度限界、及び／又は質量流量限界を含むことができる。このような既知の制御限界技術の詳細は、簡潔にするため、及び本明細書で説明される原理に関する明瞭化を向上させるために、本明細書ではこれ以上議論しない。
【００２５】
図４は、図３に示すコントローラ３２によって制御されるＰＤＣベースハイブリッドエンジンの運転のそれぞれの加速及び減速段階３８、４０を示す概略図である。加速モード３８の間、ターボ機械の速度Ｎは、定格出力状態の所望の割合に対応する速度までランプアップされる。この作用により、システムを通過する質量流量（〜Ｎ）が、定格出力条件の所望の割合に対応する質量流量にまで増大する。
【００２６】
減速モード４０の間、本発明の１つの態様に従ってＮ３にスケール調整するターボ機械速度Ｎは、定格出力状態の所望の割合に対応する速度にランプダウンされる。この作用により、システムを通過する質量流量（〜Ｎ）が、定格出力条件の所望の割合に対応する質量流量にまで減少する。
【００２７】
特定の実施形態により以下の数式１〜１５で表される関係は、ターボ機械の速度Ｎ、空気入口バルブ１８の回転速度θｖａｌｖｅ、及び燃料吸入バルブ２０の燃料充填時間ｔｆｆを制御するようコントローラ３２に指令するアルゴリズムソフトウェアにより使用される。燃料充填時間ｔｆｆが既定であるので、パージ時間ｔｐｕｒｇｅもまた既知である。或いは、Ｖｆｉｌｌは、以下の数式（３）、（７）、（８）及び（１４）により定められる関係を用いて決定することができ、燃料充填時間ｔｆｆもまた、以下の数式（１３）により示される関係を用いて決定することができる。
【００２８】
【数１】
2010144732.tif 000003
【００２９】
基準時間に対してのＰＤＣ燃焼室内部の静圧が上流側総圧力以下である時間は、式（１１）にｔｖｏとして示され、ここで基準時間とは、バルブ１８が閉鎖し火花点火装置４４により火花が起こった時間である。比ｔｖｏ／ｔｃｙｃｌｅは一定であり、ｔｃｙｃｌｅは、ｆ、θｖａｌｖｅの関数である。従って、所与の出力レベルにおいて、ｔｖｏは、上記の式（３）、（９）、（１０）及び（１１）から分かるようにターボ機械速度Ｎの関数としてスケール調整される。
【００３０】
要約して説明すると、パルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースのハイブリッドエンジンは、プログラマブルコントローラ３２を備えた制御システム３０を含み、該プログラマブルコントローラ３２は、アルゴリズムソフトウェアによって、所望の出力とＰＤＣベースハイブリッドエンジン１０により生成された実際の出力との差違に基づいた出力差信号に応答して、更にＰＤＣ１４の燃料充填時間信号に応答して、ＰＤＣベースハイブリッドエンジン１０の回転シャフト速度、ＰＤＣ１４の空気入口バルブ１８開放時間期間及びＰＤＣ１４の燃料充填時間期間を制御し、その結果、所望の燃料充填率及び理論混合比が維持され、更に、ＰＤＣベースハイブリッドエンジン１０が加速モード又は減速モードで作動している間、空気圧縮機１２からの質量空気流量がＰＤＣ１４を介して吸い込まれる質量空気流量と一致するように指示される。
【００３１】
次いで、加速段階３８の間、発生出力が定格出力の指定割合にまでランプアップされるのに伴って、ターボ機械の速度Ｎ、空気入口バルブ１８の回転速度θｖａｌｖｅ、及び燃料吸入バルブ２０の燃料充填時間ｔｆｆを含む制御変数がランプアップされる。これらの変数を制御する効果は、圧縮機速度Ｎに応じて直接的に変化する圧縮機１２からの質量流量と、ＰＤＣ１４が吸い込むことができる質量流量とを一致させることである。これは、それぞれの空気入口バルブ１８及び燃料吸入バルブのスイッチング周波数θｖａｌｖｅ、ｔｆｆを変化させることによって得られる。
【００３２】
ＰＤＣベースハイブリッドエンジン出力は、本明細書で説明されるシステム及び方法を用いて、例えば１０％間隔の離散的な間隔で１００％出力条件までランプアップ又はダウンさせることができる。ランプアップは、パルスデトネーションが可能になるまで燃焼器入口圧力及び温度が増大するのに伴い、デフラグレーションモードで開始することにより達成される。ランプダウンは、デフラグレーションモードだけが可能になるまで燃焼器入口圧力及び温度が減少するのに伴い、パルスデフラグレーションモードで開始することにより達成される。
【００３３】
本発明の特定の特徴のみを本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、多くの変更形態及び変形が想起されるであろう。従って、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような変更形態及び変更全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  地上単純サイクルパルスデトネーション燃焼器（ＰＤＣ）ベースのハイブリッドエンジン
１２  圧縮機
１３  プレナム
１４  ＰＤＣ
１８  空気入口バルブ
１９  ＰＤＣ管体延長部
２０  燃料吸入バルブ
２１  高圧タービン
２２  ＰＤＣバンドル
２３  プレナム
２４  ＰＤＣバンドル管体
２６  デフラグレーション燃焼管
２７  低圧タービン
２８  高圧タービン入口
３０  ＰＤＣベースハイブリッドエンジン制御システム
３２  プログラマブルコントローラ
３７  ガスノズル
３８  加速段階
４０  減速段階
４２  燃料センサ
４４  火花点火装置
５０  ＰＤＣベースハイブリッドエンジンを制御する方法のフローチャート
５２  フローチャート５０の第１の段階
５４  フローチャート５０の第２の段階
５６  フローチャート５０の最終段階
【図１】
2010144732.tif 000004
【図２】
2010144732.tif 000005
【図３】
2010144732.tif 000006
【図４】
2010144732.tif 000007
【図５】
2010144732.tif 000008