JP2005315260A - ディーゼル・エンジン、特に、電子モジュールを含む制御システムをもつ大型のディーゼル・エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼル・エンジン、特に、電子モジュールを含む制御システムをもつ大型のディーゼル・エンジンを提供すること。
【解決手段】ディーゼル・エンジン、特に大型のディーゼル・エンジンが、電子モジュール（１０）を備える制御システム（１）を有する。モジュール間バス・システム（１５）を使用して、情報が伝送される。制御システム内の故障を修理するために、代替モジュール（１００）が利用可能である。モジュール間バス・システムに、代替モジュール（１００）のための接続点（１５０）が少なくとも１つ設けられている。この接続点で、接続された代替モジュールを自動的に事前調整することができる。この措置で、具体的な動作プログラムがロードされ、動作パラメータが始動させられる。このシステムでは、モジュール間バス・システムに代替えしようとするモジュールの接続点で事前調整された代替モジュールが挿入される。
【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のプリアンブル部分による電子モジュールを含む制御システムをもつ大型のディーゼル・エンジンに関する。本発明は、本発明によりディーゼル・エンジンを運転するための方法にも、又このエンジンの使用にも関する。その大型のエンジンは、２サイクル・エンジンだけでなく４サイクル・エンジンとすることができる。

エンジン制御装置をもつディーゼル・エンジンは、欧州特許公開公報第０９８９２９７号から、電子モジュールで構成されている制御システムにより運転されるものが周知である。このディーゼル・エンジンのようなエンジンでは、局部的な機能、すなわちシリンダに関する機能及び全体機能、すなわちエンジン全体に関係する機能が、制御システムの影響を受ける。さらに開発された大型ディーゼル・エンジン（公開されていない欧州特許出願第０４４０５０７３．０号）では、制御システムは同一設計されたロジック回路をもつモジュールを含む。シリンダは、それぞれ制御システムの１つと関連づけられ、ロジック回路は、それぞれ第１の機能部分及び第２の機能部分を含む。第１の機能部分を使用して、関連するシリンダを制御することができる。全体機能は、モジュールにわたる制御によって影響を受ける、すなわち、それぞれの場合、さらなるモジュールの第２の機能部分と協働する第２の機能部分を使用して、少なくともモジュールの一部分について冗長な形でエンジン全体の制御がなされる。

外航船を動かすのに大型のエンジンを使用する場合、制御システムの個々の部品又はエンジンの構成部品が故障したとき、エンジン出力の少なくとも一部はなお利用可能であることが必要である。さらに、全体的なエンジン制御は、十分な程度にまで機能し続けなければならない。そのような故障の場合、エンジンは出力を落として依然として動作されうるので、個々のシリンダは故障することができる。エンジンの継続運転は、それを冗長な方式で制御し、かつまた個々の構成部品を複数設置して機械部品において冗長性を生成することによって、達成されている。全体的なエンジン制御を能動的に行う主制御に加え、全体的なエンジン制御に関して受動的に協働するが、必要な場合には遅れなく能動的な制御状態に切り替わることができる全く同様な第２の制御が動作することを可能にしている。冗長性により、エンジンの少なくとも一部分は、故障の場合でも維持される。それぞれのシリンダごとに、局部制御のための電子モジュールが１個だけ設けられている。電子システム構成部品をもつ全体機能に関しては、制御システムにおいて少なくとも２倍の同じシステム構成部品が存在する必要がある。

設けられた冗長性の他に、モジュールの故障の場合に再度冗長性を生成できるように、貯蔵所に代替モジュールを保持する必要がある。

本発明の目的は、取替え用のモジュールが貯蔵庫から取り出され、代替モジュールの挿入及び貯蔵を有利な方式で行うことができる、ディーゼル・エンジンのための実施例を提供することである。この目的は、請求項１に定義するエンジンによってかなえられる。

ディーゼル・エンジン、特に大型のディーゼル・エンジンは、電子モジュールを含む制御システムを有する。モジュール間バス・システムを使用してモジュール間で情報を伝送することができる。制御システム内の故障を修理するために代替モジュールの利用が可能である。モジュール間バス・システムに、代替モジュールのための接続点が少なくとも１つ設けられている。制御システムにより、接続された代替モジュールを自動的に事前調整することができる。この措置で、具体的な動作プログラムがロードされ、動作パラメータが始動させられる。代替モジュールは、制御システムを能動的に動作させることに加え、アイドル・モードで受動的に協働させられうる。事前調整された代替モジュールは、モジュール間バス・システムに代替えしようとするモジュールの接続点で挿入される。

従属請求項２から６は、本発明によるディーゼル・エンジンの特殊な実施例に関する。請求項７及び８は、本発明によるエンジンを運転方法するための方法に関し、一方、本エンジンの使用は請求項９の主題である。

本発明を、図面と共に下記に説明する。

ディーゼル・エンジン、例えば、図１に部分的に示す２サイクルのディーゼル・エンジンは、複数のシリンダを備え、その内部ではシリンダ２に関する局部的機能及び全エンジンに関する全体機能が影響されうる。

制御システム１に加え、図１に示すエンジンの例に現われる構成要素は、ガス改変バルブ２１、バルブ部材２１１及びそれを通して空気が供給され、燃焼排ガスが引き出される通路２１２を備えたガス改変システム２０と、液体の燃料３００が、制御された噴射部材３２及びノズル２２（ノズル先端２２ａ、２２ｂ）によりバルブ部材２１１とピストン２４の間にある燃焼チャンバ２３に噴射されうるが、燃料３００を体積又は時間制御して送り込むための噴射システム３０と、制御された送込み部材４２を経由して移動させることができる燃料３００及び／又は制御媒体４００をガス改変バルブ２１に供給するためのポンプ３１、４１と、所謂「コモン・レール」である制御媒体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とであり、これらアキュムレータ３３及び４３が、一方でポンプ３１及び４１に、他方では全シリンダ２の噴射システム３０及びガス改変システム２０に連結されている。

ポンプ３１、４１及び部材３２、４２は、信号伝達用の接続線３１０、４１０、３２０及び４２０を経由して制御システム１に接続されている。さらなる接続線２１０がガス改変バルブ２１のセンサにつながっている。

エンジンの構成要素で図示されていないものには、これらに加え、噴射及びガス改変をも実施するための部材をもつ油圧システム、局部的及び全体機能をエンジンにより駆動されるシャフトの回転と同期させるための角度決定装置、及び、燃料供給及びガス改変の調整並びに空気供給開始時期の制御のための装置がある。

図２は、本発明による、ディーゼル・エンジンの特別な制御システム１の詳細を示す。制御システム１は、図示に限ると、制御モジュール１０、具体的にはモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ及び代替モジュール１００を含み、ここに掲げたモジュールは全て、２つのバス・システム１５ａ及び１５ｂで冗長性を構成しているモジュール間バス・システム１５に接続されている。モジュール間バス・システム１５を使用して、接続された代替モジュール１００を含むモジュール１０間で情報は伝送される。制御システム１のさらなる構成部品は、全体機能の第１の部分（例えば船の警報システム、セキュリティ・システム、回転速度制御）に関するブロック７並びに全体機能のさらなる部分に関するアクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃ及び９ａ、９ｂである。ブロック７は、冗長的に、すなわち２つのバス・システム１７ａ、１７ｂを介して、かつ２つのモジュール１０ａ及び１０ｂの同時動作により制御されている。モジュール１０ａ又は１０ｂのうちの１つが故障してもブロック７は、制御に必要な信号を受けつづける。

１つ以上の代替モジュール１１０がモジュール間バス・システム１５に接続されるならば、有利であり得る。経験上、電子モジュールをアイドリング・モード（モジュールに電圧をかけるが、負荷はかけない）で動作させると、保管場所の好ましくない環境の影響（湿気による凝縮水、温度変化）に曝される保管代替品より長い寿命が期待できる。モジュール間バス・システム１５に接続された代替モジュール１００は制御システムによって、都合よく、有用性に関して監視される。

モジュール１０は全て、モジュール間システム１５に接続された代替モジュール１００も同様に、制御しようとするディーゼル・エンジンのために具体的に策定された動作プログラムを備えている或は備えられる。原則として、個々のモジュールには、その動作の能力を勘案して動作パラメータの一部分のみが利用可能でなければならないが、モジュール１０及び代替モジュール１００も、動作パラメータ用に同じセットの値を受け取る。モジュール１０の制御システム１への組込みは、例えばプラグ・コネクタ付き接続ケーブルによって確立され、個々のモジュール１０が機能する能力は、これらを接続することにより達成される。個々のモジュール１０が機能する能力は、それらのために設けられた接続点にこれらプラグを差し込むことによって認識され、動作させられる。

個々のモジュール１０は制御システム１内で、欠陥モジュール１０の所でそれを取り替えるための取外しステップだけを実施すれば良いように配置され接続されている。個々のモジュール１０のうちの１つを除去するとき、本明細書の導入部分で簡単に説明したように、冗長性のおかげで制御システムは動作可能な状態にとどまる（すなわち、各場合において、論理回路に２つの機能部分を設けるという形態で、関連するシリンダが、第１の機能部分の影響を受け、全体機能が第２の機能部分の影響を受ける）。

代替モジュールすなわち代替モジュール１００との取替えを各モジュール１０について実施することができる。モジュール間バス・システムに少なくとも１つの接続点１５０が、代替部品１００のために設けられている。貯蔵所から取り出した代替モジュール１００を接続すると、このモジュールは制御システムによって事前調整され、制御しようとするディーゼル・エンジンのために書かれた動作プログラムがロードされるか、実行され、具体的な値が動作パラメータに関連づけられる。接続された代替モジュール１００は、制御システム１を能動的に動作させることに加え、アイドリング・モードで協働する。動作中のモジュール１０が故障すると、予め調整された代替モジュール１０が、代替しようとするモジュール１０の接続点１５０で新たにモジューラ間バス・システム１５に挿入されると共に、代替モジュール１００はすぐに使用できる状態である。

代替モジュール１００の事前調整には、モジュール取替えに要する時間よりかなり長い時間を要する。従って、予め調整された代替モジュール１００を伴なう本発明によるディーゼル・エンジンでは、モジュール間バス・システム１５でモジュール取替えを実施した後に代替モジュール１００への動作システム及び動作パラメータのローディングを先ず実施しなくてはならないディーゼル・エンジンに比べ、時間を節約できる。

図２でモジュール間バス・システム１５に接続される代替モジュール１００は、「ゲートウェイ」として、コンバータ１０５及び制御装置６を備え、この制御装置６と制御システム１の間の情報の交換を実施することができる１個の周辺装置５への接続点を形成する。「ゲートウェイ」は、システムの構成部品であり、損傷の原因になる、環境からの外部の妨害になる電気的な影響からモジュール間バス・システム１５を保護する。「ゲートウェイ」は、情報交換に必要な信号だけが通過できるようにする。

原則として、複数の代替モジュール１０が貯蔵所に取り入れられている。事前の調整を実施し、そのようにして事前調整された代替モジュール１００を貯蔵所に取り入れるために代替モジュール１００をモジュール間バス・システム１５に配置された接続点１５０で交換すれば有用であり得る。これら代替モジュール１００は、それらを即座に使用することができ、かつ使用前に調整を必要としない、すなわち動作プログラムのロードや動作パラメータの始動を必要としない方式で欠陥モジュール１０を直接取り替えるのに適している。

ディーゼル・エンジンの本発明による制御システム１は、エンジンが船の駆動シャフトを回転させる外航船での使用のために特に提供される。制御モジュール１０は、そのための入力及び出力を有し、それらを通して、とりわけ船の警報システム、セキュリティ・システム及び船のドライブ・シャフトの電子回転速度制御装置と情報を交換し、それによって制御システムは、この情報の使用の下でさらに影響されうる。

アクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃ、９ａ、９ｂは、冗長性を生成する数に応じて存在する。これらは、バス・システム１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを介してモジュール１０、すなわちモジュール１０ｃ、１０ｄ及び１０ｅに接続されている。アクチュエータの１つが故障すると健全なアクチュエータの動作における適応は、対応するモジュール１０を使用することによって達成される。アクチュエータ８ａ、８ｂは８ｃも含めて、例えばサーボ・オイルのための３つのポンプであり、アクチュエータ９ａは９ｂも含めて、アキュムレータ３３に供給される燃料３００のためのポンプである。例えば、アクチュエータ８ａが故障すると、健全なアクチュエータ８ｂ及び８ｃの動作における適応は、制御システム１の対応するモジュール１０ｄ及び１０ｅを使用することによって達成される。このような措置では、健全なアクチュエータ８ｂ及び８ｃの供給容量を対応して増加させることによって３つのアクチュエータのうちの２つを使用してサーボ・オイルの要求量が満たされる。８ａ、８ｂ、８ｃに関連した１０ｃ、１０ｄ又は１０ｅのうちの１つのモジュールが故障した場合には、対応するアクチュエータ８ａ、８ｂ又は８ｃが動作を中止し、これらのアクチュエータ８ａ、８ｂ、８ｃの冗長性ゆえにエンジン全体の故障にはつながらない。

大型ディーゼル・エンジン、特に２サイクル・ディーゼル・エンジンの中心部の図である。 本発明によるディーゼル・エンジンのための制御システムを極端に簡素化した図である。

Claims (9)

1. モジュール間バス・システム（１５）を使用してモジュール間で情報を伝送することができ、制御システム（１）での故障を修正するための代替モジュール（１００）が利用可能である電子モジュール（１０）を含む制御システム（１）をもつディーゼル・エンジン、特に大型のディーゼル・エンジンにおいて、
   前記制御システムが、そこに接続された代替モジュールを自動的に予め調整することができる、すなわち具体的な動作プログラムをロードし、動作パラメータを始動させることができる、少なくとも１つの接続点（１５０）が代替モジュール（１００）のために前記モジュール間バス・システムに設けられ、
   この代替モジュールは制御システム１を能動的に動作させることに加え、アイドリング・モードで受動的に協働させることができ、
   動作中のモジュールの１つが故障した場合、前記代替しようとするモジュールの接続点で前記モジュール間バス・システムに挿入される前記予め調整された前記代替モジュールをもって、前記代替モジュールが前記故障したモジュールに替わって即座に使用できる状態であることを特徴とするディーゼル・エンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンにおいて、
   前記エンジンが、複数のシリンダ（２）を有し、前記シリンダに関する局部的機能及び前記エンジン全体に関する全体機能が前記制御システムによって影響されるエンジンであり、
   各シリンダが、前記制御システムの１モジュール（１０）に関連付けられており、
   それら制御モジュール（１０）の各々が、同一に設計された第１の機能部分及び第２の機能部分をもつ論理回路を含み、
   関連するシリンダが前記第１の機能部分によって制御されることができ、
   前記全体機能が、前記モジュールにわたって配分された制御によって影響される、すなわち、それぞれの場合に、さらなるモジュールの第２の機能部分と協働する前記第２の機能部分をもって前記モジュールの少なくとも一部について冗長な形でエンジンの制御が実施できるような方式で前記全体機能が影響され、故障の場合、冗長性により少なくともエンジン出力の一部が保たれることを特徴とする、エンジン。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンにおいて、前記局部的及び全体機能が、同一の動作プログラムを使用して前記モジュール（１０）を同時に動作させることによって、実行されることを特徴とする、エンジン。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載のエンジンにおいて、前記モジュール間バス・システム（１５）に接続された前記代替モジュール（１００）が、周辺機器（５）への「ゲートウェイ」として接続点（１５）を確立し、それによって前記制御システム（１）との情報の交換が実行されることを特徴とする、エンジン。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載のエンジンにおいて、
   故障モジュールを取り替えるために、このモジュールの所で単に局部的な取外しステップを実施するべきであるように、前記個々のモジュール（１０）が前記制御システム（１）内で配置され接続され、
   個々のモジュールが欠けたならば、前記制御システムが、なお動作することができることを特徴とする、エンジン。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載のエンジンにおいて、
   前記制御システムの前記モジュール（１０）が、前記エンジンの下記構成要素、すなわち、
   前記関連するシリンダ（２）に液体燃料（３００）を送り込むための噴射システム（３０）、
   前記関連するシリンダ（２）のためのガス改変システム（３０）、
   前記燃料及び制御媒体（４００）を供給するためのポンプ（３１、４１）、
   前記制御媒体のためのアキュムレータ（４３）及び前記燃料のためのアキュムレータ（３３）であって、これらのアキュムレータが前記ポンプ、前記噴射システム及び前記ガス改変システムに連結されている所謂「コンモン・レール」であるアキュムレータ、
   前記噴射及び前記ガス改変を実施するための部材をもつ油圧システム、
   前記局部的及び全体的機能を、前記エンジンにより駆動されるシャフトの回転と同期させるための角度決定システム、
   燃料供給及びガス改変の調整並びに開始空気供給の制御のための装置
   とそれぞれ信号伝送接続（１００）されていることを特徴とする、エンジン。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載のディーゼル・エンジンの運転方法であって、複数の代替モジュール（１００）が貯蔵され、事前調整された前記代替モジュールを貯蔵所に取り入れるために、これら代替モジュールをモジュール間バス・システム（１５）の前記代替モジュールのための接続点（１５０）で交換することを特徴とする、運転方法。
8. 請求項７に記載の運転方法において、モジュール間バス・システム（１５）に接続された代替えモジュール（１００）が、その動作する能力に関して制御システムにより監視されていることを特徴とする、運転方法。
9. 外航船における船のドライブ・シャフトの回転のための請求項１から６までのいずれか一項に記載のエンジンの使用において、制御モジュール（１０）が信号入力を有し、それを通して前記制御モジュールが、前記制御システム（１）に影響を及ぼすために、とりわけ船の警報システム、セキュリティ・システム及び船のドライブ・シャフトの電子回転速度制御装置から情報を受け取ることができる、エンジンの使用。

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