(57)【要約】【課題】  航空機エンジンへの燃料供給の適正な制御を実現する航空機のための燃料供給システムを提供すること。【解決手段】  エンジン駆動の主ポンプ25と、モータ駆動の補助ポンプ27（電動ポンプ）と、この補助ポンプ27を制御する電子制御ユニット23と、を備える航空機のための燃料供給システムであって、さらに電子制御ユニット23は、エンジンの運転状態に応じて、補助ポンプ27のモータの回転数を制御して電動ポンプ27の燃料吐出量を制御するよう構成されている。好ましい態様としては、電子制御ユニットが、主ポンプおよび補助ポンプによる合成燃料吐出量が、エンジンの運転状態に応じた燃料消費量に所定の安全余剰を加えた値となるよう、モータの回転数を制御するよう構成されていることである。   【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の燃料供給システムであって、
エンジン駆動の燃料ポンプと、
モータ駆動の燃料ポンプと、
前記モータ駆動の燃料ポンプを制御する電子制御ユニットと、を備え、
前記電子制御ユニットは、前記エンジンの運転状態に応じて、前記モータ駆動の電動ポンプのモータの回転数を制御して該モータ駆動の燃料ポンプの燃料吐出量を制御するよう構成されている、燃料供給システム。
【請求項２】
前記電子制御ユニットは、
前記エンジン駆動のポンプおよび前記電動ポンプによる合成燃料吐出量が、前記エンジンの運転状態に応じた燃料消費量に所定の安全余剰を加えた値となるよう、前記モータの回転数を制御するよう構成された、請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記電子制御ユニットは、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしてエンジンの回転数を用い、該回転数が所定の値を超えることに応じて、前記電動ポンプを停止させるよう構成されている、請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項４】
前記電動ポンプは、前記エンジン駆動のポンプと直列に設けられており、前記電子制御ユニットは、前記エンジンの回転数が所定値を超えることに応じて、前記電動ポンプの出力を低減させて該電動ポンプを与圧ポンプとして使用するよう構成されている、請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項５】
前記電子制御ユニットは、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしてエンジンの回転数を用い、該回転数が所定の値に達するまでは前記電動ポンプの出力が一定となるよう前記モータを制御し、該回転数が前記所定の値を超えると、該電動ポンプの出力を漸減させて停止させるよう構成されている、請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項６】
前記電子制御ユニットは、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとして燃料圧力をさらに用い、該燃料圧力が所定の値よりも低下すると、該エンジン駆動の燃料ポンプが故障であると判断して、該電動ポンプを起動又は該電動ポンプの出力を増大させるよう構成されている、請求項３から５のいずれかに記載の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機エンジンの燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に見られるように、低翼式の単発機などの航空機においてエンジンにより駆動される機械式の主ポンプ（メカポンプ）およびモータ駆動の補助ポンプ（電動ポンプ）を用いる複合式の燃料供給システムが知られている。補助ポンプは、エンジン始動時、アイドル運転時、メカポンプの不作動時に補助的に使用され、手動のスイッチによってオン、オフの制御がなされている。
【０００３】
このように補助ポンプをオンオフ制御で使用すると、エンジンの運転状態によっては、必要以上の燃料がエンジンに送られ、エンジンから燃料タンクに戻される燃料が増大する。つまり、補助ポンプを駆動する電力が無駄に使用され、バッテリに必要以上の負荷をかけている。また、この補助ポンプは、パイロットが手動でオン、オフ制御するので、パイロットに操作上の負担をかけ、操作タイミングが不適切な場合は、エンジンへの燃料供給不足、バッテリの消耗などのトラブルを生じることがある。
【非特許文献１】新航空工学講座第３巻  航空機システム、p252-254、 発行所  社団法人  日本航空技術協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、航空機エンジンへの燃料供給の適正な制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、この発明の航空機のための燃料供給システムは、エンジン駆動の主ポンプと、モータ駆動の補助ポンプ（電動ポンプ）と、この補助ポンプを制御する電子制御ユニットと、を備える。この電子制御ユニットは、エンジンの運転状態に応じて、補助ポンプのモータの回転数を制御して電動ポンプの燃料吐出量を制御するよう構成されている。
【０００６】
この発明によると、エンジンの運転状態に応じて補助ポンプの燃料吐出量が電子制御されるので、必要以上の燃料をエンジンに供給して電力を無駄に消費する現象が改善され、消費電力を低減させることができる。また、パイロットによる手動操作の負担を軽減することができる。
【０００７】
この発明の一形態では、電子制御ユニットは、主ポンプおよび補助ポンプによる合成燃料吐出量が、エンジンの運転状態に応じた燃料消費量に所定の安全余剰を加えた値となるよう、モータの回転数を制御するよう構成されている。
【０００８】
この形態によると、上記の効果に加え、エンジンへの安全な燃料供給を確保することができるという利点が得られる。
【０００９】
この発明のもう一つの形態では、電子制御ユニットは、エンジンの運転状態を表すパラメータとしてエンジンの回転数を用い、この回転数が所定の値を超えることに応じて、補助ポンプを停止させるよう構成されている。
【００１０】
この形態によると、補助ポンプが自動的に停止されるので、手動スイッチの戻し忘れなどの誤操作に起因するトラブルを解消することができる。
【００１１】
さらにこの発明のもう一つの形態では、補助ポンプは、エンジン駆動のポンプと直列に設けられており、電子制御ユニットは、エンジンの回転数が所定値を超えることに応じて、補助ポンプの出力を低減させてこのポンプを与圧ポンプとして使用するよう構成されている。
【００１２】
この形態によると、低翼機においても与圧（ブースタ）ポンプを別途設ける必要がないという利点が得られる。
【００１３】
また、この発明のもう一つの形態では、電子制御ユニットは、エンジンの運転状態を表すパラメータとしてエンジンの回転数を用い、回転数が所定の値に達するまでは補助ポンプの出力が一定となるようモータを制御し、回転数がこの所定の値を超えると、補助ポンプの出力を漸減させて停止させるよう構成されている。
【００１４】
この形態によると、簡単な制御ロジックで効率よく消費電力を低減させることができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の実施例の燃料供給システムの全体的な構成を示す機能ブロック図である。航空機は、エンジン11および主翼30を備え、主翼30には燃料タンク31a、31bが配置されている。エンジン11には、燃料噴射装置（インジェクタ）14、インジェクタ14に接続された燃料レール13、および燃料レール内の燃料圧力を調整し、余剰の燃料を燃料タンク31aまたは31bに環流させる圧力調整器15が備えられている。低翼式の航空機の場合、燃料は与圧（ブースタ）ポンプ33aまたは33bにより与圧を与えられ、主ポンプ25によりエンジン11に供給される。主ポンプ25は、エンジン11のクランク軸から動力を得て駆動される機械式のポンプである。燃料タンク31a、31bのどちらから燃料を供給するかは、燃料の残量によって決められ、切替弁35を作動させることにより切り替えられる。
【００１６】
燃料供給管は、切替弁35の下流で副管36aと主管36bに分岐している。主管36bは、主ポンプ25に通じ、副管36aは、補助ポンプ27に通じている。主ポンプ25および補助ポンプ27と、燃料レール13との間には燃料の逆流を防ぐ逆止め弁17bおよび17aが設けられている。
【００１７】
補助ポンプ27は図示していないバッテリからの電力を供給されるモータ29によって駆動される。補助ポンプ27は、エンジン11の始動時などエンジンの回転数が低く主ポンプ25が十分な燃料を供給することができないときに駆動されて主ポンプ25とともに燃料をエンジン11に供給する。補助ポンプ27は、エンジン11の始動時のほか、航空機の離陸時、上昇時などエンジンが巡航状態に比べて多量の燃料を必要とする時に駆動される。先に示した非特許文献１に見られるように、従来、補助ポンプは、手動でスイッチをオンにすることにより、電源が入れられ駆動が開始され、スイッチをオフにすることにより、電源が切られ停止されていた。
【００１８】
この発明においては、補助ポンプ27は、電子制御ユニット（ECU）23により制御される。ECU23は、コンピュータであり、プロセッサ、このプロセッサに作業領域を与えるランダム・アクセス・メモリ（RAM）、プロセッサが実行するプログラムを格納する読み取り専用メモリ（ROM）、航空機に備えられて各種のセンサからの信号を受け取る入力インターフェス、航空機の各部に指令信号および駆動信号を送り出す出力インターフェスを備える。
【００１９】
図２は、ECU23の機能ブロック図である。このブロック図は、この発明の燃料供給システムに関する機能に限って作成されている。入力インターフェス51は、エンジン11その他航空機の各部に設けられたセンサからの信号を受け取る。入力インターフェス51は、入力信号のサンプリングを行ってディジタル信号に変換するAD変換回路（図示しない）を備えている。図１を参照すると、入力インターフェス51は、エンジン11の回転数を検出するNEセンサ21からの信号NE、燃料レール13における燃料の圧力を検出する燃圧センサ19からの信号Pf、エンジンの吸気管（マニホールド）の圧力を検出するセンサ（図示しない）からの信号Pb、その他の信号を受け取る。
【００２０】
運転状態判定部53は、入力インターフェス51から送られてくる、たとえばエンジン回転数NEおよび吸気管圧力Pbに基づいてエンジンの運転状態、すなわち、エンジンの始動時、航空機の離陸時、航空機の上昇時などの状態を判定し、この状態を示す信号を補助ポンプ制御部55に送る。
【００２１】
補助ポンプ制御部55は、運転状態判定部53から受け取る信号が示す運転状態にしたがって補助ポンプ27のモータ29を駆動するための制御信号を出力インターフェス61を介してモータ29に送る。こうして補助ポンプ27は、エンジン11の運転状態に応じて制御される。燃圧センサ19からの信号Pfが燃圧の低下、すなわち主ポンプ25の故障を示すとき、運転状態判断部53は、主ポンプの故障を示す信号を補助ポンプ制御部55に送る。補助ポンプ制御部55は、この信号に応答して、補助ポンプ27を起動させるか又は補助ポンプ27の出力を増大させて、主ポンプ25に代わって燃料をエンジン11に供給するようモータ29を制御する。
【００２２】
図３は、エンジン始動時における電子制御によらない従来の補助ポンプの利用形態における燃料の吐出状態を示す。曲線Aは、エンジン回転数に応じたエンジンの燃料消費特性を表す。曲線Bは、エンジンによって駆動される主ポンプの燃料吐出特性を表す。直線Cは、モータ駆動の補助ポンプの燃料吐出特性を表し、ここでは、エンジン始動時に手動が補助ポンプのスイッチがオンにされており、始動時から一定出力で燃料が吐出されている。この図では、エンジン回転数がｈに達した時点で補助ポンプのスイッチがオフにされ、燃料の吐出が停止している。曲線Gは、主ポンプによる燃料吐出量（曲線B）と補助ポンプによる燃料吐出量（直線C）との和であり、２つのポンプによる合成吐出量を表す。
【００２３】
曲線Gと曲線Aとの差分（ハッチングで示す）は、燃料タンク31aまたは31bからエンジン11に送られる余剰の燃料であり、環流管38から切り替え弁37を介して燃料タンク31aまたは31bに戻される。この余剰燃料の吐出、環流は、エネルギーの無駄な消費であり、バッテリの電力を消費する。
【００２４】
図４は、この発明の一実施例にしたがって補助ポンプ27が電子制御されたときの燃料の吐出状態を表し、図３に対応する。
【００２５】
再び図２を参照すると、図４に対応する実施例では、ECU23の主ポンプ吐出量判断部57がエンジン回転数NEに応じた主ポンプ25の燃料吐出量Qmfを求め、その値を補助ポンプ制御部55に送る。また、燃料消費量判断部59がエンジン回転NEに応じたエンジンの燃料消費量Qcを求める。エンジン回転数NEに応じたエンジンの燃料消費量Qcは、エンジン温度、吸気管圧力その他の運転状態によって異なる。この実施例では、簡単のため、エンジン回転数NEに応じて消費する最大の燃料消費量を表すテーブルを予め用意してECU23のROMに格納しておき、このテーブルを参照して燃料消費量を求める。
【００２６】
補助ポンプ制御部55は、補助ポンプ27の燃料吐出量Qefを次の式で求め、これにしたがって補助ポンプ27のモータ29を制御する。
Qef = Qc + α - Qmf       （式１）  
ここで、αは、安全余剰燃料量、すなわち、エンジンへの燃料供給が必要量を下回ることがないよう、安全対策としてエンジンに供給する余剰燃料の量である。
【００２７】
この実施例では、補助ポンプの燃料吐出量が、図４の曲線Bのように主ポンプによる燃料吐出量の増加に伴って低下していき、主ポンプ25だけで十分な燃料を供給することができるようになるときゼロとなるように、モータ29が制御される。
【００２８】
図５は、もう一つの燃料吐出形態を示す。この形態では、補助ポンプ制御部55は、エンジンの始動とともに補助ポンプ27を一定出力で駆動し、主ポンプ25による燃料の吐出量Qmf（曲線B）がエンジンの燃料消費量Qcを安全余剰量α以上上回るとき、補助ポンプを停止させる。
【００２９】
図６は、さらにもう一つの燃料吐出形態を示す。この形態では、補助ポンプ制御部55は、エンジンの始動とともに補助ポンプ27の駆動を開始し、主ポンプの燃料吐出量が十分大きくなった時点から補助ポンプ27の吐出量が漸減するようモータ29を制御する。図６に示す例では、補助ポンプ27の吐出量は、エンジン始動と共に補助ポンプ27を一定出力で駆動し、主ポンプによる吐出量が十分大きくなった時点から急な傾斜で低減する。
【００３０】
図７は、この発明のもう一つの実施例の全体的な構成を示す。図１のものと同じ構成要素は同じ参照番号で示す。図１の実施例との相違は、補助ポンプ27が主ポンプ25と直列の設けられていることと、与圧ポンプ33a、33bが省略されていることである。
【００３１】
この実施例では、ECU23の補助ポンプ制御部55は、主ポンプ25および補助ポンプ27による燃料の合成吐出量が図４の曲線Gに沿うように補助ポンプ27のモータ29を制御する。すなわち、合成吐出量Gがエンジン回転数に応じた燃料消費量Qcを安全余剰燃料量αだけ上回るよう、モータ29が制御される。低翼機にこの発明を適用する場合、この実施例では、補助ポンプ27は、燃料の与圧ポンプを兼ねることができる。この場合、補助ポンプ27は、エンジン回転数が上がって主ポンプが十分に機能するにようになってからも、与圧ポンプとして機能し続ける。与圧ポンプ（図７の本発明の補助ポンプ27）は、燃料タンクがエンジンよりも低い位置に設けられている低翼機において、燃料を燃料タンクより高い位置（主ポンプ25）まで送り出し、主ポンプおよび補助ポンプの働きを助けるためのものである。
【００３２】
補助ポンプ27は、与圧ポンプの機能を兼ねる場合、図８に示すように、エンジン11よりも低い位置（図示下方）にある燃料タンク31a,31bから、燃料タンク31a,31bより高い位置（図示上方）、例えばエンジン11とほぼ同じ高さにある主ポンプ25の位置まで、燃料を送り出す与圧ポンプの働きをする。
【００３３】
以上に、この発明を特定の実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施例の燃料供給システムの全体的構成を示す図。
【図２】電子制御ユニット（ECU）の機能ブロック図。
【図３】従来の燃料供給システムの燃料供給形態を示す図。
【図４】この発明の実施例における燃料供給形態の一例を示す図。
【図５】この発明の実施例における燃料供給形態の一例を示す図。
【図６】この発明の実施例における燃料供給形態の一例を示す図。
【図７】この発明の第２の実施例の燃料供給システムの全体的構成を示す図。
【図８】補助ポンプが与圧ポンプを兼ねる場合の燃料供給システムの要部を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１１  エンジン
２３  電子制御ユニット
２５  主ポンプ
２７  補助ポンプ
２９  モータ
31a、31b    燃料ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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