(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で燃料を燃焼させて加圧空気を加熱して高温ガスをつくる燃焼器と、燃焼器に臨み始動時に通電して加熱されるグロープラグと、グロープラグに供給される電力を蓄えるバッテリと、始動時にグロープラグを通電する通電手段と、を備えるガスタービンエンジンの点火装置において、グロープラグに電力を供給する前の無負荷時のバッテリ電圧をバッテリ初期電圧として検出する無負荷時のバッテリ電圧検出手段と、グロープラグを通電している間のバッテリ電圧の平均値をグロープラグ通電中の電圧平均値として検出する負荷時のバッテリ電圧検出手段と、検出された負荷時におけるバッテリの降下電圧をバッテリ初期電圧とグロープラグ通電中の電圧平均値の差として算出する降下電圧算出手段と、バッテリ初期電圧と算出された降下電圧とに応じてグロープラグを通電する時間を補正する通電時間補正手段と、を備えたことを特徴とするガスタービンエンジンの点火装置。
【請求項２】
前記通電手段は予熱時にグロープラグを周期的に通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱時にグロープラグの通電回数を増やす構成とした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点火装置。
【請求項３】
前記通電手段は予熱時にグロープラグを継続して通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱時にグロープラグの通電継続時間を長くする構成とした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点火装置。
【請求項４】
前記通電手段は予熱終了後にグロープラグを周期的に通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱終了後の通電時間を長くする構成とした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点火装置。
【請求項５】
前記通電手段は予熱終了後にグロープラグを周期的に通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱終了後の通電周期を短くする構成とした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点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンの点火装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンの点火装置として、表面が熱面となるグロープラグを燃焼器に臨ませ、燃料に着火するものがある(特開平２−２３８１３４号公報、参照)。
【０００３】
従来、この種のガスタービンエンジンの点火装置として、例えばグロープラグが着火温度に達するまでの予熱時間を定めておき、予熱終了後にグロープラグの電源入力を周期的にＯＮ・ＯＦＦするＰＷＭ制御を行い、グロープラグの表面温度を一定に保つものがある。
【０００４】
また、本出願人により特願平６−３３６６４号として、既に提案されているものは、グロープラグに通電する前にバッテリの初期電圧を検出し、グロープラグへの通電時間を補正して、グロープラグの表面温度を一定に保つようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービンエンジンの点火装置にあっては、バッテリの放電特性は、バッテリの種類、容量、温度等によって異なり、バッテリ初期電圧に対してグロープラグに通電中のバッテリ電圧が大幅に下降して、グロープラグの表面温度が着火温度に達しなかったり、あるいはグロープラグに通電中のバッテリ電圧があまり下降せず、グロープラグが過熱される可能性がある。
【０００６】
例えば、グロープラグを通電するバッテリとしてＮｉＣｄ蓄電池を使用した場合、十分な放電をせずに充電を繰り返すと、容量が減少し、グロープラグの表面温度が着火温度に達しなくなる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ガスタービンエンジンの点火装置において、バッテリの放電特性に対応してグロープラグの表面温度を一定に保つようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のガスタービンエンジンの点火装置は、図１０に示すように、内部で燃料を燃焼させて加圧空気を加熱して高温ガスをつくる燃焼器１７と、燃焼器１７に臨み始動時に通電して加熱されるグロープラグ１２と、グロープラグ１２に供給される電力を蓄えるバッテリ１３と、始動時にグロープラグ１２を通電する通電手段２１とを備えるガスタービンエンジンの点火装置において、グロープラグ１２に電力を供給する前の無負荷時のバッテリ電圧をバッテリ初期電圧として検出する無負荷時のバッテリ電圧検出手段２２と、グロープラグ１２を通電している間のバッテリ電圧の平均値をグロープラグ通電中の電圧平均値としてを検出する負荷時のバッテリ電圧検出手段２３と、検出された負荷時におけるバッテリ１２の降下電圧をバッテリ初期電圧とグロープラグ通電中の電圧平均値の差として算出する降下電圧算出手段２４と、バッテリ初期電圧と算出された降下電圧とに応じてグロープラグ１２を通電する時間を補正する通電時間補正手段２５とを備える。
【０００９】
請求項２に記載のガスタービンエンジンの点火装置は、請求項１に記載の発明において、前記通電手段は予熱時にグロープラグを周期的に通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱時にグロープラグの通電回数を増やす構成とする。
【００１０】
請求項３に記載のガスタービンエンジンの点火装置は、請求項１に記載の発明において、前記通電手段は予熱時にグロープラグを継続して通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱時にグロープラグの通電継続時間を長くする構成とする。
【００１１】
請求項４に記載のガスタービンエンジンの点火装置は、請求項１に記載の発明において、前記通電手段は予熱終了後にグロープラグを周期的に通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱終了後の通電時間を長くする構成とする。
【００１２】
請求項５に記載のガスタービンエンジンの点火装置は、請求項１に記載の発明において、前記通電手段は予熱終了後にグロープラグを周期的に通電する構成とし、前記通電時間補正手段は算出された降下電圧が高くなるのにしたがって予熱終了後の通電周期を短くする構成とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載のガスタービンエンジンの点火装置によれば、負荷時におけるバッテリ１３の降下電圧を算出し、算出された降下電圧に応じてグロープラグ１２を通電する時間を補正するため、バッテリ１３の放電特性に対応してグロープラグ１２の表面温度を一定に保つことができ、燃料の着火が確実に行われ、始動性の向上がはかれる。また、グロープラグ１２を過熱することが防止され、グロープラグ１２に要求される耐熱性を低下させて製品のコストダウンがはかれる。
【００１４】
請求項２に記載のガスタービンエンジンの点火装置によれば、予熱時にグロープラグを周期的に通電し、負荷時におけるバッテリの降下電圧が高くなるのにしたがって予熱時にグロープラグの通電回数を増やすため、バッテリの放電特性に対応してグロープラグの表面温度を着火温度まで上昇させられ、始動性の向上がはかれる。
【００１５】
請求項３に記載のガスタービンエンジンの点火装置によれば、予熱時にグロープラグを継続して通電し、負荷時におけるバッテリの降下電圧が高くなるのにしたがって予熱時にグロープラグの通電継続時間を長くするため、バッテリの放電特性に対応してグロープラグの表面温度を着火温度まで上昇させられ、始動性の向上がはかれる。
【００１６】
請求項４に記載のガスタービンエンジンの点火装置によれば、予熱終了後にグロープラグを周期的に通電し、負荷時におけるバッテリの降下電圧が高くなるのにしたがって予熱終了後の通電時間を長くするため、バッテリの放電特性に対応してグロープラグの表面温度を着火温度に保つことができ、始動性の向上がはかれる。
【００１７】
請求項５に記載のガスタービンエンジンの点火装置によれば、予熱終了後にグロープラグを周期的に通電し、負荷時におけるバッテリの降下電圧が高くなるのにしたがって予熱終了後の通電周期を短くするため、バッテリの放電特性に対応してグロープラグの表面温度を着火温度に保つことができ、始動性の向上がはかれる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、ガスタービンエンジン１は、大気を吸入して必要な圧力まで圧縮するコンプレッサ９と、内部で燃料を燃焼させこのコンプレッサ９から送られる圧縮空気を加熱して高温ガスをつくる燃焼器７と、燃焼器７から出た燃焼ガスのもつエネルギーを機械的な仕事に変換するタービン１０とから基本的に構成される。
【００２０】
燃焼器７に送られる燃料供給量を調整するため、燃料噴射手段８が設けられる。燃料噴射手段８によって調整される燃料噴射量は、コントローラ４からの指令によって制御される。
【００２１】
ガスタービンエンジン１を始動するため、コンプレッサ９およびタービン１０の回転軸にスタータモータ５が連結されるとともに、表面が熱面となるグロープラグを燃焼器の臨ませ、燃料に着火するようになっている。
【００２２】
グロープラグ２にはバッテリ３からの電流がプラグ通電手段６を介して導かれる。プラグ通電手段６は電流を断続するスイッチング回路により構成され、グロープラグ２の電源入力をコントローラ４からの指令によって周期的にＯＮ・ＯＦＦするＰＷＭ制御が行われる。プラグ通電手段６のＯＮデューティーが１００％のときは、バッテリ３の電圧がそのままグロープラグ２に導かれ、ＯＮデューティーが小さくなるほどグロープラグ２に導かれる電圧が小さくなる。
【００２３】
コントローラ４は、ガスタービンエンジン１の始動時にプラグ通電手段６に所定のＯＮデューティー信号を出力して、グロープラグ２の表面が所定の着火温度に達するまで予熱する。そして、予熱終了後にＯＮデューティーを減らして、グロープラグ２の表面温度を一定に保つ制御を行う。
【００２４】
グロープラグ２の予熱終了後に燃料噴射手段８から燃焼器７に噴射された燃料は、グロープラグ２の熱面に触れて着火し燃焼する。
【００２５】
しかし、グロープラグ２の予熱時間とグロープラグ２の表面温度を一定に保つためのＯＮデューティーが一定の条件で設定されていると、グロープラグ２の表面温度が所定の着火温度に達することができなかったり、あるいはグロープラグ２の表面温度が十分に高くなっているのに通電が行われ、グロープラグ２を過熱する可能性がある。
【００２６】
本発明はこれに対処して、コントローラ４によりバッテリ３の電圧を検出し、検出された負荷時におけるバッテリ２の降下電圧を算出し、算出された降下電圧に応じてグロープラグ２を通電する時間を補正する制御を行う。
【００２７】
図２のフローチャートは上記グロープラグ２の通電を制御するルーチンを示しており、コントローラ４において一定周期毎に実行される。
【００２８】
これについて説明すると、まずステップ１にて、スタータモータ５およびグロープラグ２等に電力を供給する前の無負荷時におけるバッテリ電圧を読込み、これをバッテリ初期電圧としてメモリに記録する。
【００２９】
続いてステップ２に進んで、スタータモータ５を駆動し、規定された回転数に保つ。
【００３０】
続いてステップ３に進んで、グロープラグ２の予熱を開始する。このときプラグ通電手段６に対するＰＷＭ制御は、例えば０．２ｓｅｃ周期で６０ｍｓｅｃだけＯＮとする。その際の１サイクル（０．２ｓｅｃ）を通電回数１回としてカウントする。
【００３１】
続いてステップ４とステップ５に進んで、通電回数が規定の例えば１０回に達するまでの予熱時に、グロープラグ２を通電している負荷時におけるバッテリ電圧をメモリに記録する。
【００３２】
通電回数が規定の１０回に達すると、ステップ６に進んで、記録したバッテリ電圧の平均値を算出する。算出された値をプラグ通電中の電圧平均値としてメモリに記録する。
【００３３】
続いてステップ７に進んで、プラグ通電中の電圧平均値が規定の例えば１８Ｖ以上かどうかを判定する。
【００３４】
ここで、プラグ通電中の電圧平均値が規定の１８Ｖ未満であると判定された場合、バッテリ３の容量不足と判断し、ステップ１６に進んで、グロープラグ２の通電を停止した後、図示しない異常処理ルーチンへと移行する。
【００３５】
一方、電圧平均値が規定の１８Ｖ以上であると判定された場合、ステップ８に進んで、バッテリ初期電圧とプラグ通電中の電圧平均値の差を算出し、この値をプラグ通電時の降下電圧としてメモリに記録する。
【００３６】
続いてステップ９に進んで、図３に示すマップに基づいてプラグ通電時の降下電圧に応じて予熱時のプラグ通電回数を検索して求める。このマップにおいて、プラグ通電時の降下電圧が高くなるのにしたがって、予熱時のプラグ通電回数が増え、予熱時間が長くなるように設定されている。
【００３７】
さらに、ステップ９にて、図４に示すマップに基づいてプラグ通電回数に応じて予熱終了後のプラグ通電時間を検索して求める。このマップにおいて、プラグ通電回数が増えるのにしたがって、予熱終了後のプラグ通電時間が長くなるように設定されている。すなわち、予熱終了後はプラグ通電周期を一定としたまま、プラグ通電時の降下電圧が高くなるのにしたがってプラグ通電時間が長くなるように設定されている。
【００３８】
なお、ステップ９における処理が、本発明の通電時間補正手段を構成している。
【００３９】
続いてステップ１０に進んで、グロープラグ２の通電を再開し、１１回目の通電を行う。したがって、ステップ６からステップ９で行われる処理は、通電回数１０回目と１１回目の間（０．２ｓｅｃ−０．０６ｓｅｃ＝０．１４ｓｅｃ）に行う必要がある。
【００４０】
続いてステップ１１に進んで、ステップ９にて求められたプラグ通電回数に達したことが判定されると、グロープラグ２の通電を停止し、予熱を終了する。
【００４１】
続いてステップ１２に進んで、燃料噴射手段８から燃焼器７への燃料噴射を始める。
【００４２】
続いてステップ１３に進んで、ステップ９にて求められたプラグ通電時間をＯＮデューティーとして、グロープラグ２を通電する。
【００４３】
続いてステップ１４に進んで、燃焼器７に噴射される燃料が着火したかどうかを判定する。ここで着火したことが判定されると、ステップ１５に進んで、グロープラグ２への通電を停止し、本ルーチンを終了する。
【００４４】
図５は上記した制御例を示すタイミングチャートである。コントローラ４は、ガスタービンエンジン１の始動時にプラグ通電手段６に所定のＯＮデューティー信号を出力して、グロープラグ２の表面が所定の着火温度に達するまで予熱する。予熱終了後にＯＮデューティーを減らして、グロープラグ２の表面温度を一定に保つ。
【００４５】
図５において、バッテリ初期電圧に対して電圧平均値は、スタータモータ５およびグロープラグ２への通電のため、一旦下降した後に次第に上昇している。バッテリ３の放電特性は、バッテリ３の種類、容量、温度等によって異なる。
【００４６】
これに対処して、無負荷時とプラグ通電時におけるバッテリ２の降下電圧に基づいて、予熱時間（プラグ通電回数）を補正するとともに、予熱終了後にプラグ通電時間を補正するため、バッテリ３の放電特性に対応してグロープラグ２の表面温度を一定に保つことができ、燃料の着火が確実に行われ、始動性の向上がはかれる。また、グロープラグ２を過熱することが防止され、グロープラグ２に要求される耐熱性を低下させて製品のコストダウンがはかれる。
【００４７】
次に、他の実施形態として、図６に示すフローチャートはグロープラグ２の予熱時における制御ルーチンを示しており、コントローラ４において一定周期毎に実行される。
【００４８】
これについて説明すると、まずステップ１とステップ２にて、グロープラグ２の予熱を開始する。このときプラグ通電手段６のＯＮデューティーを１００％とし、規定時間に達するまでグロープラグ２の通電を継続する。これにより、グロープラグ２の抵抗が大きくなっても、予熱時間が長くなることが抑えられる。
【００４９】
規定時間に達するまでグロープラグ２の通電を継続した後、ステップ３に進んで、グロープラグ２を通電している負荷時におけるバッテリ電圧をメモリに記録する。なお、負荷時におけるバッテリ電圧として、通電中のバッテリ電圧を所定の周期でサンプリングし、その平均値を算出してもよい。
【００５０】
続いてステップ４に進んで、プラグ通電中の電圧平均値が規定の１８Ｖ以上かどうかを判定する。
【００５１】
ここで、プラグ通電中の電圧平均値が規定の１８Ｖ未満であると判定された場合、バッテリ３の容量不足と判断し、ステップ８に進んで、グロープラグ２の通電を停止した後、図示しない異常処理ルーチンへと移行する。
【００５２】
一方、電圧平均値が規定の１８Ｖ以上であると判定された場合、ステップ５に進んで、バッテリ初期電圧とプラグ通電中の電圧の差を算出し、この値をプラグ通電時の降下電圧としてメモリに記録する。
【００５３】
続いてステップ６に進んで、図８に示すマップに基づいてプラグ通電時の降下電圧に応じて予熱時のプラグ通電時間を検索して求める。このマップにおいて、プラグ通電時の降下電圧が高くなるのにしたがって、予熱時のプラグ通電時間が長くなるように設定されている。
【００５４】
なお、このステップ６における処理が、本発明の通電時間補正手段を構成している。
【００５５】
続いてステップ７に進んで、ステップ６にて求められたプラグ通電時間に達したことが判定されると、グロープラグ２の通電を停止し、予熱を終了する。
【００５６】
図７に示すフローチャートはグロープラグ２の予熱終了後における制御ルーチンを示しており、コントローラ４において一定周期毎に実行される。
【００５７】
これについて説明すると、まずステップ１にて、図９に示すマップに基づいて予熱時のプラグ通電時間に応じて予熱終了後のプラグ通電周期を検索して求める。このマップにおいて、予熱時のプラグ通電時間が増えるのにしたがって、予熱終了後のプラグ通電周期が短くなるように設定されている。すなわち、予熱終了後はプラグ通電時間を一定としたまま、プラグ通電時の降下電圧が高くなるのにしたがってプラグ通電周期が短くなるように設定されている。
【００５８】
なお、このステップ１における処理が、本発明の通電時間補正手段を構成している。
【００５９】
続いてステップ２に進んで、燃料噴射手段８から燃焼器７への燃料噴射を始める。
【００６０】
続いてステップ３に進んで、ステップ１にて求められたプラグ通電周期で６０ｍｓｅｃだけＯＮとするＰＷＭ制御を行う。
【００６１】
続いてステップ４に進んで、燃焼器７に噴射される燃料が着火したかどうかを判定する。ここで着火したことが判定されると、ステップ５に進んで、グロープラグ２への通電を停止し、本ルーチンを終了する。
【００６２】
この実施形態でも、無負荷時とプラグ通電時におけるバッテリ２の降下電圧に基づいて、予熱時間を補正するとともに、予熱終了後にプラグ通電時間を補正するため、バッテリ３の放電特性に対応してグロープラグ２の表面温度を一定に保つことができ、燃料の着火が確実に行われ、始動性の向上がはかれる。また、グロープラグ２を過熱することが防止され、グロープラグ２に要求される耐熱性を低下させて製品のコストダウンがはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じくバッテリ初期電圧およびプラグ通電時の降下電圧とプラグ通電回数の関係を設定したマップ。
【図４】同じくプラグ通電回数と予熱終了後のプラグ通電時間の関係を設定したマップ。
【図５】同じく制御例を示すタイミングチャート。
【図６】他の実施形態における制御内容を示すフローチャート。
【図７】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図８】同じくバッテリ初期電圧およびプラグ通電時の降下電圧とプラグ通電回数の関係を設定したマップ。
【図９】同じくプラグ通電回数と予熱終了後のプラグ通電周期の関係を設定したマップ。
【図１０】請求項１に記載の発明を示すクレーム対応図。
【符号の説明】
１  ガスタービンエンジン
２  グロープラグ
３  バッテリ
４  コントローラ
５  スタータモータ
６  グロープラグ通電手段
７  燃焼器
８  燃料噴射手段
９  コンプレッサ
１０  タービン
１２  グロープラグ
１３  バッテリ
１７  燃焼器
２１  通電手段
２２  無負荷時のバッテリ電圧検出手段
２３  負荷時のバッテリ電圧検出手段
２４  降下電圧検出手段
２５  通電時間補正手段
【図１】
0004054393.tif 000002
【図２】
0004054393.tif 000003
【図３】
0004054393.tif 000004
【図４】
0004054393.tif 000005
【図５】
0004054393.tif 000006
【図６】
0004054393.tif 000007
【図７】
0004054393.tif 000008
【図８】
0004054393.tif 000009
【図９】
0004054393.tif 000010
【図１０】
0004054393.tif 000011