(57)【要約】【課題】簡素な構成で故障検知精度の向上を図ることができるガスタービンエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置１は、ガスタービンエンジン用燃料アクチュエータ３のバルブの開度制御を行う第１ＣＰＵ１０と、第１ＣＰＵ１０の予備として機能する第２ＣＰＵ１５と、第１ＣＰＵ１０の異常を検出する第１監視手段１２と、第１監視手段１２が第１ＣＰＵ１０の異常を検出した場合に、バルブの開度制御を第１ＣＰＵ１０から第２ＣＰＵ１５に切り換える切換手段１９と、バルブの開度制御の異常を検出する開度異常検出手段１４と、を備え、切換手段１９は、開度異常検出手段１４が異常を検出した場合に、バルブの開度制御を第１ＣＰＵ１０から第２ＣＰＵ１５に切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用燃料アクチュエータのバルブの開度制御を行う第１制御部と、
前記第１制御部の予備として機能する第２制御部と、
前記第１制御部の異常を検出する監視手段と、
前記監視手段が前記第１制御部の異常を検出した場合に、前記バルブの開度制御を前記第１制御部から前記第２制御部に切り換える切換手段と、
前記バルブの開度制御の異常を検出する開度異常検出手段と、
を備え、
前記切換手段は、前記開度異常検出手段が異常を検出した場合に、前記バルブの開度制御を前記第１制御部から前記第２制御部に切り換えることを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記開度異常検出手段は、前記ガスタービンエンジンの回転数に基づいて前記バルブの開度目標値を算出し、当該開度目標値と前記バルブの開度との比較から前記バルブの開度制御の異常を検出することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、制御系の二重化を図ることでＣＰＵ［Central  Processing  Unit］の冗長性を確保したガスタービンエンジンの制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の制御装置は、メインの制御系が二つのＣＰＵを有しており、同じ演算を行う二つのＣＰＵの演算結果が一致しない場合、故障と判断してエンジン制御を予備の制御系に切り換えることで故障検知精度の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０７７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、制御装置の小型化のためには冗長構成を最小となる二重系で構成する必要がある。しかしながら、二重系構成は三重系構成と比べて機器の故障検知精度が低くなり、特にＣＰＵが故障していながら正常と判断される疑似正常状態故障の検出が非常に困難という問題がある。一方、上述した従来の制御装置のように、故障検知精度の向上のためにＣＰＵを増やすと、構成が複雑化して生産コストの増加を招いてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、簡素な構成で故障検知精度の向上を図ることができるガスタービンエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、ガスタービンエンジン用燃料アクチュエータのバルブの開度制御を行う第１制御部と、第１制御部の予備として機能する第２制御部と、第１制御部の異常を検出する監視手段と、監視手段が第１制御部の異常を検出した場合に、バルブの開度制御を第１制御部から第２制御部に切り換える切換手段と、バルブの開度制御の異常を検出する開度異常検出手段と、を備え、切換手段は、開度異常検出手段が異常を検出した場合に、バルブの開度制御を第１制御部から第２制御部に切り換えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置によれば、監視手段に第１制御部の異常が検出された場合にバルブの開度制御を第２制御部に切り換える二重系構成を採用しているので、制御部の異常に対する冗長性を確保することができる。しかも、開度異常検出手段がバルブの開度制御を監視し、開度制御に異常がある場合には第２制御部にバルブの開度制御を切り換えるので、第１制御部が故障していながら監視手段に正常と判断される疑似正常状態故障にも適切に対応することができる。従って、この制御装置によれば、三重系構成の採用やＣＰＵの追加を行うことなく疑似正常状態故障に対応することができるので、簡素な構成で故障検知精度の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置においては、開度異常検出手段は、ガスタービンエンジンの回転数に基づいてバルブの開度目標値を算出し、当該開度目標値とバルブの開度との比較から開度制御の異常を検出することが好ましい。
本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置によれば、ガスタービンエンジンの回転数から算出したバルブの開度目標値とバルブの開度との比較から、バルブの開度が大きすぎるなどの開度制御の異常を検出することができ、異常検出に係る信頼性の向上を図ることができる。なお、開度目標値は、例えばエンジン回転数毎のバルブの最大開度に対応する値として算出される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置によれば、簡素な構成で故障検知精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料アクチュエータの構成を示すブロック図である。
【図３】図１の開度異常検出手段の構成を示すブロック図である。
【図４】開度目標値とガスジェネレータ修正回転数との関係を示すグラフである。
【図５】制御装置の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、本実施形態に係るガスタービンエンジンの制御装置１は、航空機用のガスタービンエンジン２へ供給する燃料流量を調整する燃料アクチュエータ３を制御する。ガスタービンエンジン２では、吸引した空気を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサで圧縮した空気を燃料アクチュエータ３から供給された燃料と混合して燃焼させる燃焼器と、燃焼器から生じる燃焼ガスにより回転されるタービンとから構成される部分をガスジェネレータと呼んでいる。尚、ガスジェネレータ、燃焼器、及びタービンは図示していない。従って、エンジンの回転数とガスジェネレータの回転数とは等しい。
【００１３】
図１及び図２に示されるように、燃料アクチュエータ３は、制御装置１からの制御信号に応じて、ガスタービンエンジン２への燃料流量を調整するものである。燃料アクチュエータ３は、燃料流量を調整する調量機構としてのバルブを備えた燃料調量部２０と、燃料調量部２０のバルブを駆動するステッピングモータ２１と、燃料調量部２０のバルブの開度を検出する開度センサ２２と、から構成されている。
【００１４】
燃料調量部２０は、図示しない燃料ポンプからガスタービンエンジン２に燃料を供給するための燃料流路の一部を構成するものである。燃料調量部２０では、燃料流路に設けられたバルブの開度を調整することにより燃料流量の調整が行われる。燃料調量部２０では、バルブの開度が大きくなると燃料流量が増加し、開度が小さくなると燃料流量が減少する。
【００１５】
ステッピングモータ２１は、燃料調量部２０のバルブを駆動するものである。ステッピングモータ２１は、パルス信号に同期してモータの回転を高精度に制御する。ステッピングモータ２１は、制御装置１から入力された制御信号に応じてバルブを駆動させることで開度の調整を行う。開度センサ２２は、現在のバルブの開度を検出する。開度センサ２２は、検出したバルブの開度に応じた開度信号αを後述する開度異常検出手段１４に出力する。
【００１６】
図１に示されるように、ガスタービンエンジンの制御装置１は、燃料アクチュエータ３の開度制御を行うための２つのチャンネル（制御系）を備えている。第１のチャンネルは、第１ＣＰＵ（第１制御部）１０、第１制御用センサ１１、第１監視手段１２、第１イネーブリング手段１３、及び開度異常検出手段１４から構成されている。第２のチャンネルは、第２ＣＰＵ（第２制御部）１５、第２制御用センサ１６、第２監視手段１７、及び第２イネーブリング手段１８から構成されている。また、ガスタービンエンジンの制御装置１は、燃料アクチュエータ３の開度制御を第１のチャンネルと第２のチャンネルとに切り換える切換手段１９を備えている。
【００１７】
第１ＣＰＵ１０は、燃料アクチュエータ３の制御を行う制御部として機能する。第１ＣＰＵ１０は、ガスタービンエンジン２に接続された第１制御用センサ１１から出力される検出信号に基づいて、燃料アクチュエータ３を開度制御するための制御信号を出力する。
【００１８】
第１制御用センサ１１は、複数のセンサから構成されており、ガスジェネレータ回転数（エンジン回転数）、タービン入口温度、及びコンプレッサ出口圧力などのガスタービンエンジン２の運転状態パラメータを検出する。また、第１制御用センサ１１は、航空機外部の大気温度や大気圧力を検出する。第１制御用センサ１１は、検出信号を第１ＣＰＵ１０及び開度異常検出手段１４に出力する。
【００１９】
第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０を監視して異常を検出する。第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０に要求信号を出力し、要求信号に対して第１ＣＰＵ１０から出力された回答信号を認識することで第１ＣＰＵ１０を監視する。第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０の異常を検出しない場合、第１イネーブリング手段１３に許可信号を出力する。第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０の異常を検出した場合、異常検出信号を第１イネーブリング手段１３に出力する。また、第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０の異常を検出しない場合であっても開度異常検出手段１４から開度異常信号が入力された時には、第１ＣＰＵ１０は疑似正常状態故障であると判断して異常検出信号を第１イネーブリング手段１３に出力する。
【００２０】
また、第１監視手段１２は、第２のチャンネルを構成する第２監視手段１７と接続されている。第１監視手段１２は、異常検出信号を第１イネーブリング手段１３に出力した場合、第２監視手段１７に異常検出信号を出力して第１のチャンネルに異常があることを知らせる。なお、第１監視手段１２は、既に第２監視手段１７から異常検出信号が出力されている場合、すなわち第２のチャンネルが異常である場合には、第１ＣＰＵ１０の異常を検出しても異常検出信号を出力しない。制御装置１は、いずれかのチャンネルで異常を検出した場合には、外部の人間に異常の発生を報知する。
【００２１】
第１イネーブリング手段１３は、第１ＣＰＵ１０の制御信号の出力を許可するか否かを判定する。第１イネーブリング手段１３は、第１監視手段１２から許可信号が入力された場合、制御信号の出力を許可する。第１イネーブリング手段１３は、第１監視手段１２から異常検出信号が入力された場合、制御信号の出力を許可せずに禁止する。
【００２２】
図１及び図３に示されるように、開度異常検出手段１４は、燃料アクチュエータ３の開度センサ２２の開度信号αと第１制御用センサ１１の検出信号とに基づいて、燃料アクチュエータ３の開度制御に異常があるか否かを判定する。開度異常検出手段１４は、燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３、比較器２４、及びラッチ回路２５から構成されている。
【００２３】
燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３は、第１制御用センサ１１の検出信号に基づいて燃料アクチュエータ３の最大開度を算出する。航空機用のガスタービンエンジン２においては、航空機の高度状態により空気密度が変化するためエンジン出力も変わり、エンジン回転数に応じて供給可能な最大燃料流量も変化する。そこで、燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３は、航空機の高度状態すなわち大気温度Ｔ及び大気圧力Ｐを考慮して燃料アクチュエータ３の最大開度を算出する。
【００２４】
具体的には、燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３は、第１制御用センサ１１の検出信号から、ガスジェネレータ回転数（エンジン回転数）Ｎ、大気温度Ｔ、及び大気圧力Ｐを認識する。燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３は、所定の標準大気温度Ｔｓｔｄと大気温度Ｔとを用いてガスジェネレータの回転数Ｎを修正することで、ガスジェネレータ修正回転数Ｎｃを算出する。ガスジェネレータ修正回転数Ｎｃは、大気温度Ｔを標準大気温度Ｔｓｔｄで除した値θを用いて下記の式（１）により算出される。
【数１】
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【００２５】
ここで、図４は、最大開度に対応する開度目標値αｓとガスジェネレータ修正回転数Ｎｃとの関係を示すグラフである。図４は、航空機の高度状態に応じて修正されたガスジェネレータ修正回転数Ｎｃに対応する燃料アクチュエータ３の開度の上限値特性を示している。図４に示すδは、大気圧力Ｐを所定の標準大気圧Ｐｓｔｄで除した値である。開度目標値αｓは、実際に使用する最大開度に対し、若干のマージンを持って設定される。燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３は、算出したガスジェネレータ修正回転数Ｎｃを用いて図４に示す関係から開度目標値αｓを設定する。
【００２６】
比較器２４は、燃料アクチュエータ最大開度設定手段２３の設定した開度目標値αｓと開度センサ２２からの開度信号αとの比較を行う。比較器２４は、開度信号αが開度目標値αｓより小さいと判定した場合は、開度制御は正常であると判断する。比較器２４は、開度信号αが開度目標値αｓより大きいと判定した場合は、開度制御が異常であると判断してラッチ回路２５に開度異常信号を出力する。
【００２７】
ラッチ回路２５は、比較器２４からの信号をホールドする回路である。ラッチ回路２５では、比較器２４から一度でも開度異常信号が出力された場合、この状態を保持して開度異常信号を第１監視手段１２に出力する。このような構成により、開度異常検出手段１４は、燃料アクチュエータ３のバルブの開度制御を監視し、異常を検出した場合には開度異常信号を第１監視手段１２に出力する。
【００２８】
また、開度異常検出手段１４は、ディスクリート回路によって構成されている。このように、開度異常検出手段１４をＣＰＵに依存しないディスクリート回路から構成することで、異常検出に係る信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
図１に示されるように、切換手段１９は、異常検出信号が入力された場合に、燃料アクチュエータ３の開度制御を行うチャンネルを切り換えるものである。具体的には、切換手段１９は、第１のチャンネルから異常検出信号が入力された場合、燃料アクチュエータ３の開度制御を第１のチャンネルから第２のチャンネルに切り換える。換言すると、燃料アクチュエータ３の開度制御の制御主体を第１ＣＰＵ１０から第２ＣＰＵ１５に切り換える。
【００３０】
第２のチャンネルは、第１のチャンネルの予備制御系である。第２のチャンネルを構成する第２ＣＰＵ１５、第２制御用センサ１６、第２監視手段１７、及び第２イネーブリング手段１８は、それぞれ第１ＣＰＵ１０、第１制御用センサ１１、第１監視手段１２、及び第１イネーブリング手段１３と同様の機能を備えている。第２のチャンネルの構成についての説明は省略する。
【００３１】
次に、上述したガスタービンエンジンの制御装置１の処理手順の一例を説明する。ここでは、通常時に開度制御を行う第１のチャンネルから第２のチャンネルに制御が切り換えられる場合について説明する。なお、第２のチャンネルに異常はないものとする。
【００３２】
図５に示されるように、ガスタービンエンジンの制御装置１では、第１監視手段１２が第１ＣＰＵ１０を監視しており、異常の検出を行う（Ｓ１）。第１監視手段１２は、出力した要求信号に対する回答信号の応答により第１ＣＰＵ１０の監視を行う。第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０の異常を検出した場合、ステップＳ３に移行する。
【００３３】
一方、第１監視手段１２は、第１ＣＰＵ１０の異常を検出せず正常であると判断した場合、開度異常検出手段１４から開度異常信号が出力されているか否かを判定する（Ｓ２）。第１監視手段１２は、開度異常検出手段１４から開度異常信号が出力されていると判定した場合、燃料アクチュエータの開度制御に異常があると判断してステップＳ３に移行する。第１監視手段１２は、開度異常検出手段１４から開度異常信号が出力されていないと判定した場合、第１イネーブリング手段１３に許可信号を出力する。その後、第１監視手段１２は、ステップＳ１に戻って第１ＣＰＵ１０の監視を継続する。
【００３４】
ステップＳ３において、第１監視手段１２は第１イネーブリング手段１３に異常検出信号を出力する。第１イネーブリング手段１３は、第１ＣＰＵ１０の制御信号の出力を禁止すると共に、異常検出信号を切換手段１９に出力する。切換手段１９は、燃料アクチュエータ３の開度制御を第１のチャンネルから第２のチャンネルに切り換えるチャンネル切換処理を行う。その後、制御装置１は、外部の人間にＣＰＵの異常を報知するための報知処理を行う（Ｓ４）。報知処理の後、制御装置１は、第１のチャンネルの第１ＣＰＵ１０の監視を終了する。
【００３５】
以上説明したガスタービンエンジンの制御装置１によれば、第１監視手段１２に第１ＣＰＵ１０の異常が検出された場合にバルブの開度制御を第２ＣＰＵ１５に切り換える二重系構成を採用しているので、ＣＰＵの異常に対する冗長性を確保することができる。しかも、開度異常検出手段１４が第１ＣＰＵ１０の開度制御を監視し、開度制御に異常がある場合にはバルブの開度制御を第２ＣＰＵ１５に切り換えるので、第１ＣＰＵ１０が故障していながら第１監視手段１２に正常と判断される疑似正常状態故障にも適切に対応することができる。従って、この制御装置１によれば、三重系構成の採用やＣＰＵの追加を行うことなく疑似正常状態故障に対応することができるので、簡素な構成で故障検知精度の向上を図ることができる。
【００３６】
この制御装置１によれば、燃料アクチュエータ３の開度制御の異常から第１ＣＰＵ１０の疑似正常状態故障を判断するので、ガスタービンエンジンの致命的な故障の原因の一つである過剰な燃料の供給状態となる事象を有効に検知し、チャンネル切換えにより正常な制御を継続することが可能になる。これにより、燃料の過剰供給によって例えばタービンの過温度やエンジンの過回転のような致命的故障が発生する前に有効に対処することが可能になる。さらに、制御装置１の冗長構成を最小となる二重系で構成することで、故障検知精度の向上による高信頼性を達成しながらも装置の小型化及び軽量化を図ることができる。この構成は、小型エンジンの用途において特に有利である。
【００３７】
また、この制御装置１によれば、ガスタービンエンジンの回転数から算出したバルブの開度目標値αｓとバルブの開度との比較から、バルブの開度が大きすぎるなどの開度制御の異常を検出することができ、異常検出に係る信頼性の向上を図ることができる。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、本発明に係る制御装置は、航空機用のガスタービンエンジンの他、発電用のガスタービンエンジンなどに対しても適用できる。また、本発明に係る制御装置は、第２のチャンネルにも開度異常検出手段を有する構成であっても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１…制御装置  ２…ガスタービンエンジン  ３…燃料アクチュエータ  １０…第１ＣＰＵ（第１制御部）  １１…第１制御用センサ  １２…第１監視手段  １３…第１イネーブリング手段  １４…開度異常検出手段  １５…第２ＣＰＵ（第２制御部）  １６…第２制御用センサ  １７…第２監視手段  １８…第２イネーブリング手段  １９…切換手段  ２０…燃料調量部  ２１…ステッピングモータ  ２２…開度センサ  ２３…燃料アクチュエータ最大開度設定手段  ２４…比較器  ２５…ラッチ回路  Ｎ…ガスジェネレータ回転数  Ｎｃ…ガスジェネレータ修正回転数  Ｐ…大気圧力  Ｔ…大気温度  α…開度信号  αｓ…開度目標値
【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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