JP2005220903A - 電子制御システムを備えるディーゼル・エンジン、特に大型ディーゼル・エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】制御システムを、最小数の電子システム構成要素を使用して組み立てることができる大型電子制御ディーゼル・エンジンを提供する。
【解決手段】大型ディーゼル・エンジンに電子制御システム１を備える。このエンジンは、複数のシリンダを含み、シリンダに関する局部的機能及びエンジン全体に関する大域的機能がその中で支配され得るエンジンである。各シリンダは、制御システムの１つのモジュール１０に関連する。これらの制御モジュールはそれぞれ、第１機能部分１１及び第２機能部分１２を有する同一設計の論理回路を含む。関連するシリンダは、第１機能部分を使用して制御することができる。大域的機能は、少なくともモジュールの一部に関して、それぞれの第２機能部分が別のモジュールの第２機能部分と協働することにより冗長な態様で実行することができる。この冗長性により、故障の場合にエンジン動力の少なくとも一部が維持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼル・エンジン、特に請求項１の特徴部に先立つ部分による電子制御システムを備える大型ディーゼル・エンジン並びにこのディーゼル・エンジンの使用に関する。この大型ディーゼル・エンジンは、２行程ディーゼル・エンジンのみならず、４行程ディーゼル・エンジンとすることも可能とされる。

電子制御システムを備える大型ディーゼル・エンジンは欧州特許第０９８９２９７号から知られ、そのエンジンには複数の電子モジュールを含む。エンジンのシリンダ内の燃料供給及びガス交換を調整するため、例えば、１つのモジュールが１つのシリンダにそれぞれ関連する（したがって、モジュールは１つに限らず、ともに稼働する２つのモジュール又はモジュール群を設けることもできる）。論理回路が同一設計されたそれらのモジュールを使用し、関連するシリンダに関する機能の全体が制御可能に支配される。シリンダに関する局部的機能の他に、エンジン全体に関する大域的機能がある。局部制御のためのモジュールと異なる別のモジュールが対応する大域的エンジン制御のために配備される。

大型ディーゼル・エンジンが特に航洋船の動力装置として使用される場合には、制御システムの個々の部分又はエンジンの構成要素が故障した場合に、エンジン動力の少なくとも一部がなお利用可能でなければならない。そのため、大域的エンジン制御は、適度に機能し続けなければならない。この種の故障中、エンジンは引き続き減少した動力で動作することができるので、個々のシリンダは機能を停止し得る。エンジンの永続的動作は、エンジンを冗長な態様で制御することによって、また個々の構成要素の複数の設置によって機械的部分の冗長性を生み出すことによっても達成することができる。大域的エンジン制御が能動的に行われる主制御に加えて、大域的エンジン制御に関しては受動的に協働するが必要の生じた場合には遅滞なく能動的制御状態に切換可能な第２の、同一の制御が可能である。シリンダ毎に電子モジュール（又は協働するモジュール群）を１つのみ設けられるが、電子システム構成要素を伴う大域的機能に関しては、同じシステム構成要素を制御システム内に少なくとも２重に含むことが必要とされ、この構成においては、モジュール又はモジュール群は「システム構成要素」と理解される。

本発明は、エンジン全体及び個々のシリンダの制御システムを、最小数の電子システム構成要素を使用して組み立てることができる電子制御ディーゼル・エンジンである大型のディーゼル・エンジンを提供することをその目的とする。部品を最小限数とすることは、コスト低減及び信頼性向上の理由により有利とされる。

この目的は、請求項１に記載されたエンジンにより達成される。
ディーゼル・エンジン、特に大型ディーゼル・エンジンは電子制御システムを備える。このエンジンは、複数のシリンダを含み、シリンダに関する局部的機能及びエンジン全体に関する大域的機能が支配（influence）され得るエンジンである。各シリンダは、制御システムの１つのモジュールに関連する。これらの制御モジュールは、それぞれに第１機能部分及び第２機能部分を有する同一設計の論理回路を含む。関連するシリンダは、第１機能部分を使用して制御することができる。大域的機能が、モジュールに配分された制御により支配され得る、即ち大域的エンジン制御が少なくともモジュールの一部に関して、それぞれの場合に第２機能部分が別のモジュールの第２機能部分と協働することにより冗長な態様で実行することができる。この冗長性により、故障の場合にエンジン動力の少なくとも一部が維持される。

従属請求項２から９は、本発明によるエンジンの有利な実施例に関する。本発明によるエンジンの使用を請求項１０の主題とする。

以下に、本発明を図面に基づいてさらに詳細に説明する。

図２に示された電子制御システム１を使用する本発明によるエンジンは、少なくとも４つのシリンダ２を有するエンジンである。制御システムのモジュール１０、１０’、１０’’、及び１０’’’が信号伝送のためにエンジンの構成要素に接続され、各モジュール１０が１つのシリンダ２に関連する。図１に示すエンジンの例（大型２行程ディーゼル・エンジン）における構成要素は、
ガス交換弁２１、バルブ部材２１１及びそれを通じて空気が供給され得るかつ燃焼ガスが抽出され得る通路２１２を有するガス交換システム２０と、
制御された噴射部材３２及びジェット２２（ジェット尖端２２ａ、２２ｂ）によりバルブ部材２１１とピストン２４の間の燃焼室２３に液体燃料３００を容量制御又は時間制御送りする噴射システム３０と、それぞれ燃料３００及び制御された送込み部材４２を介してガス交換弁２１内に移動される制御媒体４００を供給するポンプ３１、４１と、
制御部材４００用のアキュムレータ４３及び燃料３００用のアキュムレータ３３、それらのアキュムレータ３３及び４３が一方でポンプ３１及び４１に接続され、他方で全てのシリンダ２の噴射システム３０及びガス交換システム２０に接続されるいわゆる「コモン・レール」（図１のｃｒ）とである。

ポンプ３１、４１及び部材３２、４２は、各信号伝送接続３１０、４１０、３２０及び４２０を介して制御システム１に接続される。図２の制御システム１においては、前記接続３１０、４１０、３２０及び４２０並びに図示しない他の多くの接続を代表して接続リード１００のみ示す。図示のさらに別の接続２１０は、ガス交換弁２１のセンサに至る。

エンジンの付加的な、図示しない構成要素は、
噴射並びにガス交換を実行する部材を有する油圧システムと、
局所的及び大域的機能をエンジンにより駆動される軸の回転を使用して同期化するための角度検出と、燃料供給及びガス交換の調整装置及び始動空気の供給の制御装置とである。

本発明によるエンジンにおいて、シリンダ２に関する局所的機能及びエンジン全体に関する大域的機能が影響を受ける。各シリンダ２がモジュール１０又は制御システム１の一点鎖線で示すモジュール１０’、１０’’、１０’’’の１つに関連する。これらの制御モジュール１０’、１０’’、１０’’’はそれぞれに、第１機能部分１１及び第２機能部分１２を有する同一設計の論理回路を含む。関連するシリンダ２は、第１機能部分１１を使用して制御することができる。第２機能部分１２は、大域的機能に関して配列される。２つの機能部分１１及び１２は、モジュールのような部分ユニットに分離することはできない単一論理回路を合同で形成することが有利である。

機能部分１１と１２の間に接続が存在する。簡潔にするため、それらの接続を一本線１１２で示す。別の線１１３、１１４、１２３及び１２４についても同様とし、その接続を介して機能部分１１及び１２がバス・システム１３及び１４に接続される。バス・システム１３、１４は冗長な態様で接続を形成する。モジュール１０’において、バス・システム１３及び１４への接続をより簡潔に２本の線１２３’及び１１４’により示す。バス・システム１３及び１４への接続が取り付けられる端子の他に、全てのモジュール１０は第３バス・システム１５（及び対応する接続１１５、１２５及び１１５’）並びにさらに構成要素を取り付けることができる付加的な「離散的出力」（図示せず）を有する。

全てのモジュール１０は、同一の動作プログラムを備える。制御システム１におけるモジュール１０の一体化は、プラグ付き接続ケーブルによって達成され、個々のモジュール１０の相関性（functionalities）がそれらの接続によってもたらされる。個々のモジュール１０の相関性は、そのために設けられた端子へのプラグの挿入を通じて動作プログラムによって認識され且つ起動される。

図２に示す制御システム１において、モジュール１０の第２機能部分１２は別のモジュール１０’の対応する第２機能部分１２（図示せず）と対とされ、大域的エンジン制御がその対を使用して機能する。さらに２つのモジュール、例えばモジュール１０’’及び１０’’’が第２機能部分の同種の対として同様に設けられる。大域的エンジン制御はこのように２つの対の同時動作によって冗長な状態で実行される。

全ての制御モジュール１０、１０’、１０’’、１０’’’は同じとされる。信号入力並びに信号出力への接続が、少なくとも一部には、冗長バス・システム１３、１４（一点鎖線リード１３’はリード１３の継続）を介して生成される。制御システム１内のモジュール１０を一体化するためにさらに電子回路を必要としない。

２つの機能部分１２の２つの対をその出力で連結することが有利である。機能部分は論理回路の構成要素によって他の機能部分から保護され、したがってモジュールの１つ、例えばモジュール１０’が故障しても、故障のモジュール１０’によって損なわれることがなく大域的エンジン制御の継続が保証される。

大域的エンジン制御のために論理回路の第２機能部分１２を要さないモジュール１０では、対応する端子接続１２３、１２４又は離散的出力への接続が経済的理由により省かれる。

欠陥モジュール１０’を交換するために、上記モジュール１０’において局部的な解体工程のみ実行すれば良いように、個々のモジュール１０を制御システム１内に配置及び接続するのが有利である。

本発明によるエンジンの制御システム１は、特に、エンジンが船の駆動軸を回転させる航洋船で使用するために設けられる。

航洋船での使用のため、とりわけ船の警報システム、保安システム及び船の駆動軸の電子速度調整装置と、制御モジュール１０がそれにより情報を交換することができる信号入力を制御モジュール１０は有し、その情報を使用して制御システム１がさらに影響を受ける。船の警報システム、保安システム及び速度調整装置は例として挙げたものであり、図２に、それぞれ接続５００及び６００によって第３バス・システム１５に接続されるブロック５及び６により象徴的に示す。

図３は、本発明によるディーゼル・エンジンのための第２制御システム１を示す。この制御システム１は、図示されている限り、以下の構成要素、即ち、２つのバス・システム１３及び１４に接続されるモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅと、大域的機能の第１部分に関するブロック７（例えば、船の警報システム、保安システム、速度調整装置）と、及び大域的機能の別の部分に関するアクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃ及び９ａ、９ｂとを含む。ブロック７は、２つのバス・システム１７ａ、１７ｂ（バス・システム１５に代え）並びに２つのモジュール１０ａ及び１０ｂの同時動作により、冗長に制御される。モジュール１０ａ又は１０ｂが故障しても、ブロック７は引き続き制御に要する情報を受ける。

アクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃ及び９ａ、９ｂは、冗長を生じる数で存在する。これらのアクチュエータは、バス・システム１８ａ、１８ｂ、１８ｃを介してモジュール１０ｃ、１０ｄ及び１０ｅに取り付けられる。アクチュエータの１つが故障した場合には、無傷のアクチュエータの動作が、対応するモジュールにより適合される。アクチュエータ８ａ、８ｂ及び８ｃはサーボ・オイル用の３つのポンプとされ、アクチュエータ９ａ及び９ｂは、例えば、アキュムレータ３３に送られる燃料３００用のポンプとされる。例えば、アクチュエータ８ａが故障した場合には、無傷のアクチュエータ８ｂ及び８ｃの動作が制御システム１の対応するモジュール１０ｄ及び１０ｅを使用して適合される。この構成において、サーボ・オイルの所要量は、３つのアクチュエータのうち２つを使用し、２つの無傷のアクチュエータ８ｂ及び８ｃのポンピングを対応して増加させることによって補うことができる。アクチュエータ８ａ、８ｂ及び８ｃに関連するモジュール１０ｃ、１０ｄ又は１０ｅの一つが故障した場合には、対応するアクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃは動作を停止するが、これらのアクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃの冗長性により、エンジン全体が故障するには至らない。

大型ディーゼル・エンジン、特に２行程ディーゼル・エンジンの中心部を示す図である。 図１のディーゼル・エンジンを本発明により制御可能とする制御システムのきわめて簡素化した模式図である。 本発明によるディーゼル・エンジンの第２の制御システムを示す図である。

符号の説明

１ 電子制御システム
２ シリンダ
５、６ ブロック
８、９ アクチュエータ
１０、１０’〜１０’’’、１０ａ〜１０ｅ モジュール
１１ 第１機能部分
１２ 第２機能部分
１３、１４ バス・システム
２０ ガス交換システム
３０ 噴射システム
３１ ポンプ
３３ アキュムレータ
４１ ポンプ
４３ アキュムレータ
１００ 接続リード
１２３、１２４ 接続ライン
３００ 液体燃料
４００ 制御媒体

Claims (10)

1. 電子制御システム（１）を備えるディーゼル・エンジン、特に大型ディーゼル・エンジンにおいて、複数のシリンダ（２）を含み、シリンダに関する局部的機能及びエンジン全体に関する大域的機能が制御システムによってその中で支配され得るエンジンであって、
   各シリンダが制御システムの１つのモジュール（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０ａ、１０ｂ、．．．）に関連することと、これらの制御モジュール（１０）それぞれが、第１機能部分（１１）及び第２機能部分（１２）を有する同一設計の論理回路を含むことと、関連するシリンダを第１機能部分（１１）により制御することができることと、大域的機能がモジュール全体にわたって配分された制御により支配され得る、即ち大域的エンジン制御が、少なくともモジュールの幾つかに関して第２機能部分が別のモジュールの第２機能部分と協働することにより冗長な態様で実行されることができ、この冗長性により、故障の場合にはエンジン動力の少なくとも一部が維持されることを特徴とするエンジン。
2. 局部的及び大域的機能が、同一の動作プログラムを使用して、モジュール（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０ａ、１０ｂ、．．．）の同時動作により実行することができることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 複数の類似のアクチュエータ（８ａ、８ｂ、８ｃ；９ａ、９ｂ）を、少なくとも大域的機能の幾つかに関して使用することができることと、それらのアクチュエータが冗長性を生み出す数で存在することと、各場合において、１つのモジュール（１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）のみがそれらのアクチュエータのそれぞれに関連し、アクチュエータが故障した場合には、無傷のアクチュエータの動作を、対応するモジュールにより適合させることができることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン。
4. 別のモジュール（１０’）の対応する第２機能部分と対を成す第１モジュール（１０）の論理回路の第２機能部分（１２）が大域的エンジン制御のために備えられることと、２つの別のモジュール（１０’’、１０’’’）がそのような第２機能部分の対を備えることと、大域的エンジン制御をその２つの対（１０、１０’及び１０’’、１０’’’）の同時動作により冗長な態様で実行することができることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
5. 第２機能部分（１２）の２つの対（１０、１０’及び１０’’、１０’’’）がその出力部で結合され、論理回路の構成要素によって相互に保護され、それによって、モジュール（１０’）の１つの故障時には、大域的エンジン制御の継続が、故障のモジュール（１０’）に影響されることなく保証されることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
6. 全ての制御モジュール（１０、１０’、１０’’、１０’’’）が同じであることと、信号入力及び信号出力への接続が少なくとも一部には冗長バス・システム（１３、１４）を介して確立されることと、制御システム（１）内でモジュールを一体化するために別の電子回路を必要としないことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のエンジン。
7. 大域的エンジン制御のために論理回路の第２機能部分（１２）を必要としないモジュール（１０）において、対応する端子接続（１２３、１２４）又は離散的出力への接続が省かれることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のエンジン。
8. 個々のモジュール（１０）が、制御システム（１）において、欠陥モジュールを交換するためにそのモジュールに対して局部的解体工程を実行するだけであるように、また、１つのモジュールが無いときに制御システムが引き続き稼働可能であるように配置及び接続されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載のエンジン。
9. 制御システム（１）のモジュール（１０）がそれぞれ以下のエンジン構成要素、即ち、
   液体燃料（３００）を送るための、関連するシリンダの噴射システム（３０）、
   関連するシリンダのガス交換システム（２０）、
   燃料及び制御媒体（４００）を供給するためのポンプ（３１、４１）、
   制御媒体用のアキュムレータ（４３）及び燃料用のアキュムレータ（３３）、それらのアキュムレータがポンプ、噴射システム及びガス交換システムに接続されるいわゆるコモン・レール、
   噴射及びガス交換を実行するための機関を有する油圧システム、
   局部的及び大域的機能をエンジンに駆動される軸の回転により同期化するための角度検出、並びに燃料供給及びガス交換の調整装置及び始動空気の供給の制御装置、
   と信号伝送通信（１００）することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載のエンジン。
10. 制御システム（１）を支配するために、制御モジュール（１０）、とりわけ船の警報システム（５）、保安システム及び船の駆動軸の電子回転速度制御（６）から情報を受けることができる信号入力を有する、船の駆動軸を回転させるための航洋船における、請求項１から８までのいずれか一項に記載のエンジンの使用。

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