JP2019148264A - 大型２ストローク圧縮点火内燃エンジン用の燃料又は潤滑ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料又は潤滑液を大型２ストローク圧縮点火内燃エンジンに供給するポンプを提供すること。【解決手段】ポンプ（４０）は２つ以上のポンプ・ユニット（４１、４２、４３）を備える。各ポンプ・ユニット（４１、４２、４３）は、ポンプ・シリンダ（６１）に摺動可能に配置されたポンプ・ピストン（６２）と、ポンプ・ピストン（６２）を駆動するためにポンプ・ピストン（６２）に結合された駆動ピストン（４６）を有する駆動シリンダ（４５）に摺動可能に配置された液圧駆動ピストン（４６）とを備える。【選択図】図４

Description

本開示は、大型低速２ストローク・ユニフロー圧縮点火内燃エンジン用の燃料又は潤滑ポンプに関する。

通常、大型２ストローク・ユニフロー・ターボチャージャ付き圧縮点火内燃クロスヘッド・エンジンは、大型船の推進システム又は発電所の原動機として使用される。その圧倒的なサイズ、重量、及び出力は、一般的な内燃エンジンとは全く異なり、大型２ストローク・ターボチャージャ付き圧縮点火内燃エンジンは独自のものとして分類される。

大型２ストローク圧縮点火内燃エンジンは従来、例えば燃料油すなわち重油等の液体燃料によって動作する。しかし、環境面への関心の高まりによって、ガス、メタノール、石炭スラリー、石油コークス等の代替燃料の使用に向けた開発が成されてきた。

これらの代替タイプの燃料は、従来の燃料ポンプでは取扱いが困難な特徴を有する。石炭スラリーのように摩耗作用のあるもの、ガソリンのように潤滑性能が非常に低いもの、他には極低温ガスである液化ガスのように極低温を必要とするものがある。

特許文献１は、複数のシリンダ・オイル・ポンプを有するシリンダ潤滑システムを開示している。各シリンダ・オイル・ポンプには、複数の計量プランジャと結合される駆動ピストンが設けられている。

そのため、これらの代替燃料を取り扱えるポンプを提供する必要がある。

ＷＯ２０１６／０１５７３２

本発明の目的は、上述した問題を克服又は少なくとも軽減するポンプを提供することである。

上述及び他の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実装形式は、従属請求項、明細書、及び図面によって明白となる。

第１の態様によると、２つ以上のポンプ・ユニットを含み、各ポンプ・ユニットは、ポンプ・シリンダに摺動可能に配置されたポンプ・ピストン、及び駆動シリンダに摺動可能に配置された液圧駆動ピストンを備え、駆動ピストンはポンプ・ピストンを駆動するためにポンプ・ピストンに結合されている、極低温燃料を圧送するためのポンプが提供される。

各ポンプ・ピストンがリニア液圧アクチュエータによって作動されるポンプを提供することによって、クランクシャフトの制限及び慣性とは独立に任意の適切なポンプ・ピストンを完全に柔軟な方法で駆動させられ、それによって、圧送される液体に完全に適合されたポンプ・ピストンの動作特徴が可能になる。

第１の態様の第１の可能な実施形態によると、ポンプは、１つ又は複数のポンプ・ユニットの駆動シリンダへの作動液の流れ及び駆動シリンダからの作動液の流れを制御するために、高圧作動液の供給源及びタンクに接続された少なくとも１つの液圧制御バルブを更に備え、高圧作動液の供給源は、好ましくは可変で制御可能な圧力レベルの供給源である。

第１の態様の第２の可能な実施形態によると、駆動シリンダは駆動室及び戻し室を備える。

第１の態様の第３の可能な実施形態によると、駆動室は液圧制御バルブに接続され、戻し室は、高圧作動液の供給源の圧力よりも低い圧力である作動液の供給源に好ましくは常時接続される。

第１の態様の第４の可能な実施形態によると、駆動シリンダに、関係する駆動シリンダ中の駆動ピストンの位置を感知するための位置センサが設けられる。

第１の態様の第５の可能な実施形態によると、燃料供給システムは、位置センサからの信号を受け取る電子制御ユニットを更に備え、少なくとも１つの液圧制御バルブは電子制御ユニットに結合された電子制御バルブである。

第１の態様の第６の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、ポンプ・ユニットの駆動室を高圧作動液の供給源又はタンクに選択的に接続するよう構成される。

第１の態様の第７の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動ピストンのポンプ・ストロークを、別の駆動ピストンのポンプ・ストロークが終点に近づき、終わるポンプ・ストロークと始まるポンプ・ストロークとの間に小さいオーバーラップがあるときに開始するよう構成される。したがって、大きい圧力変動もなく、ポンプを離れる燃料又は潤滑液の実質的に安定した流れが実現できる。

第１の態様の第８の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、ポンプから高圧燃料又は高圧潤滑液の実質的に一定な流れを得るために、ポンプ・ストロークが終わる際の動力及びポンプ・ストロークが始まる際の動力を計算に入れるよう構成される。

第１の態様の第９の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動シリンダ／ユニットの内の１つのポンプ・ストロークをいつ開始すべきかを決定するよう、及び駆動シリンダの内の任意のポンプ・ストロークをいつ終了すべきかを決定するよう、構成される。したがって、ポンプ・ストロークが始まる地点、及び特に、どこでポンプ・ストロークが終わるかが正確に制御され得る。

第１の態様の第１０の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、それぞれの駆動シリンダを実質的に連続して、好ましくは小さいオーバーラップで作動させるよう構成される。

第１の態様の第１１の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、ポンプ・ユニットの１つが故障した場合、残りの機能しているポンプ・ユニットの駆動ピストンを動作させるよう構成される。したがって、冗長性が得られ、ポンプ・ユニットの１つが故障してもポンプ作用を続けることができる。

第１の態様の第１２の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、残りの機能して
いるポンプ・ユニットの駆動シリンダが実質的に連続して、好ましくは小さいオーバーラップで作動されるよう、残りの機能しているポンプ・ユニットの駆動ピストンを動作させるよう構成される。

第１の態様の第１３の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、高圧ポンプから高圧気化器までの液化ガスの流れの大きさに関連して、駆動室が高圧作動液の供給源から切り離される駆動ピストンの位置を調整するよう構成される。したがって、ポンプ・ピストン及び駆動ピストンのスピード及び生じた慣性に関わらず、ポンプ・ストロークが逆転する位置を同じ位置に保つことができる。

第１の態様の第１４の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、ポンプからの燃料又は潤滑液の流れが増加するとき、関係する駆動ピストンの駆動室が高圧液の供給源から切り離される駆動ピストンの位置を駆動ストロークの方向と反対方向に調整するよう構成される。

第１の態様の第１５の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、ポンプからの燃料又は潤滑液の流れが減少するとき、関係する駆動ピストンの駆動室が高圧液の供給源から切り離される駆動ピストンの位置を駆動ストロークの方向に調整するよう構成される。

第１の態様の第１６の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、ポンプ・シリンダの摩耗を軽減するためにポンプ・ピストンのストローク領域にわたってポンプ・ピストンが逆転する位置を分散させるために、アルゴリズム、計画、又は無作為によって、関係する駆動ピストンの駆動室が高圧液の供給源から切り離される駆動ピストンの位置を調整するよう構成される。

第１の態様の第１７の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動室に供給された作動液の圧力を制御することにより、ポンプによって送達されて圧送される燃料又は潤滑液の圧力を制御するよう構成される。したがって、圧送される燃料又は潤滑液の圧力の、効果的かつ即座に反応する制御が実現される。

第１の態様の第１８の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動室に供給される作動液の圧力を制御するためのフィードフォワード機能において、圧送される燃料又は潤滑液の所望の圧力を使用するよう構成される。液圧を介する液化ガスの圧力のフィードフォワード制御を使用することによって、圧送される燃料又は潤滑液の圧力の更に迅速で安定した制御が実現できる。

第１の態様の第１９の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動室に供給される作動液の圧力を制御するためのフィードバック機能において、圧送される燃料又は潤滑液の測定された圧力を使用するよう構成される。したがって、非直線性及び一時的変動を制御システムによって適応させることができる。

第１の態様の第２０の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動室へ供給される作動液の圧力を制御することとは独立に、それぞれの駆動ピストンの作動及び作動停止を制御するよう構成される。したがって、駆動ピストンの作動のための制御方法は、圧力制御とは独立に電子制御ユニットによって最適化され得る。

第１の態様の第２１の可能な実施形態によると、電子制御ユニットは、駆動ピストンの作動及び作動停止を制御するために、駆動ピストンの位置を表す信号を使用するよう構成される。

第２の態様によると、第１の態様及びその任意の可能な実施形態によるポンプを有する、大型２ストローク・ターボチャージャ付き圧縮点火内燃エンジンが提供される。

第３の態様によると、第２の態様によるエンジンを有する貨物船が提供される。

第４の態様によると、高圧ガスをエンジンに噴射するために、燃料又は潤滑液を内燃エンジンに圧送するための方法が提供される。この方法は、
燃料又は潤滑液を貯蔵タンクに貯蔵することと、
燃料又は潤滑液を、ポンプを使用してエンジンに圧送することと
を備え、
ポンプは２つ以上のポンプ・ユニットを備え、各ポンプ・ユニットは、ポンプ・シリンダに摺動可能に配置されるポンプ・ピストン、及びポンプ・ピストンを駆動するためにポンプ・ピストンに結合された液圧駆動ピストンを備え、方法は更に、
駆動ピストンを駆動するために、高圧の作動液を駆動シリンダに供給することと、
駆動シリンダに供給された作動液の圧力を制御することによって、高圧ポンプを離れる燃料又は潤滑液の圧力を制御することと
を備える。

第４の態様の第１の可能な実施形態によると、方法は、駆動ストロークのために駆動ピストンの１つを作動させることと、その後リターン・ストロークのためにその１つの駆動ピストンを作動停止させることと、を更に備える。

第４の態様の第２の可能な実施形態によると、ポンプ・ピストン及び駆動ピストンは互いに接続されて同時に動く。

第４の態様の第３の可能な実施形態によると、方法は、駆動ピストンのポンプ・ストロークを、別の駆動ピストンのポンプ・ストロークが終点に近づき、終わるポンプ・ストロークと始まるポンプ・ストロークとの間に小さいオーバーラップがあるときに開始することを更に備える。

第４の態様の第４の可能な実施形態によると、方法は、ポンプからエンジンへの燃料又は潤滑液の実質的に一定な流れを得るために、ポンプ・ストロークが終わる際の動力及びポンプ・ストロークが始まる際の動力を計算に入れることを更に備える。

第４の態様の第５の可能な実施形態によると、方法は、それぞれの駆動シリンダを実質的に連続して、好ましくは小さいオーバーラップで作動させることを更に備える。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明する実施形態から明白になろう。

本開示の以下の詳細部分において、本発明は図面に示す例示的な実施形態を参照して、更に詳細に説明される。

例示的な実施形態による、大型２ストローク・ディーゼル・エンジンの立正面図 高圧天然ガスをＬＮＧ貯蔵タンクから図１の大型２ストローク・ディーゼル・エンジンに供給する燃料供給システムを表す図 図２の燃料噴射システムの高圧ポンプの立面図 図３の高圧ポンプを表す図 図３の高圧ポンプのポンプ・ユニットの詳細断面図 図３の高圧ポンプの動作を例示するグラフ 図３の高圧ポンプの動作を例示するグラフ 図３の高圧ポンプの動作を例示するグラフ 図３の高圧ポンプを制御するための制御システムを表す図 様々なスピードにおける図３の高圧ポンプのピストンの動きを例示するグラフ 様々なスピードにおける図３の高圧ポンプのピストンの動きを例示するグラフ

以下の詳細な説明では、クロスヘッドを有する大型２ストローク低速ターボチャージャ付き圧縮点火内燃エンジンのための燃料供給システムが例示的な実施形態を参照して説明されるが、この内燃エンジンは、ターボチャージャ付き又はターボチャージャ無し、排気ガス再循環若しくは選択的接触還元付き又は排気ガス再循環若しくは選択的接触還元無しの、２ストロークのオットー、４ストロークのオットー又はディーゼル等の別のタイプでもあり得ることを理解されたい。また、クロスヘッドを有する大型２ストローク低速ターボチャージャ付き圧縮点火内燃エンジンに燃料又は潤滑液を供給するためのポンプが、例示的な実施形態を参照して説明されるが、この内燃エンジンは、ターボチャージャ付き又はターボチャージャ無し、排気ガス再循環若しくは選択的接触還元付き又は排気ガス再循環若しくは選択的接触還元無しの、２ストロークのオットー、４ストロークのオットー又はディーゼル等の別のタイプでもあり得る。

図１に、回転輪及びクロスヘッドを有する大型低速ターボチャージャ付き２ストローク・ディーゼル・エンジンを示す。この例示的な実施形態では、エンジンは直列６気筒である。大型低速ターボチャージャ付き２ストローク・ディーゼル・エンジンは通常、直列の４個から１４個のシリンダを有し、エンジン・フレーム６に支えられたシリンダ・フレームに支えられる。このエンジンは、例えば、船舶の主エンジン又は発電所の発電機を動作させる定置エンジンとして使用され得る。このエンジンの総出力は、例えば、１，０００〜１１０，０００ｋＷの範囲であり得る。

この例示的な実施形態では、エンジンは、シリンダ１の下部領域に掃気口、及びシリンダ・ライナー１の上部に中央排気バルブ４を有する、２ストローク・ユニフロー・タイプの圧縮点火エンジンである。掃気は、掃気レシーバ２から個々のシリンダ１の掃気口へ送られる。シリンダ・ライナー１のピストンは掃気を圧縮し、例えば、ガス燃料などの高圧の燃料はシリンダ・カバー内の燃料バルブを通して噴射され、燃焼が起こり、排気ガスが発生する。

排気バルブ４が開くと、排気ガスはシリンダ１に関連付けられた排気ダクトを通して排気ガス・レシーバ３に流れ、ターボチャージャ５のタービンに進み、そこから排気ガスは排気管を通して大気へ流出する。ターボチャージャ５のタービンは、空気入口を介して外気を供給されたコンプレッサを駆動する。コンプレッサは、圧縮した掃気を掃気レシーバ２に導く掃気管へ送達する。掃気管内の掃気はインタークーラー７を通過して、冷却される。

図２は、エンジンの燃料又は潤滑液の供給システムの簡略図である。燃料供給システムは、例えばＬＮＧ船又はコンテナ船等の船舶に設置することができる。

燃料供給システムは、例えば燃料油等のような燃料又は潤滑液を貯蔵する燃料貯蔵タンク８を備える。或いは、燃料は極低温（cryogenic）状態で貯蔵された液化ガスである。

フィード管９は、燃料又は潤滑液の貯蔵タンク８の出口を高圧ポンプ４０の入口に接続する。フィード・ポンプ１０は、燃料又は潤滑液を貯蔵タンク８からポンプ４０の入口まで移送するのを補助する。

ポンプ４０は燃料又は潤滑液を、供給管１８を介してエンジンに圧送する。バルブ装置１９は、燃料／潤滑液供給システムと大型２ストローク・ディーゼル・エンジンとの間の接続を制御する。

ポンプ４０には、２つ以上のポンプ・ユニット４１、４２、４３（本実施形態では３つのポンプ・ユニットが示される）が設けられる。各ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、ポンプ・シリンダ６１に摺動可能に配置されたポンプ・ピストン６２と、前記ポンプ・ピストン６２を駆動するためにポンプ・ピストン６２に結合された駆動ピストン４６を有する駆動シリンダ４５に摺動可能に配置された液圧駆動ピストン４６とを含む。

ポンプ・ピストン６２及びポンプ・シリンダ６１は、容積式ポンプを形成する。１つの実施形態において、ポンプ・ピストン６２及びポンプ・シリンダ６１は、液化ガスを圧送するためのポンプ室６３を有する極低温ポンプ・ユニットの、いわゆるコールド・エンドを形成する。

ポンプ・シリンダ６１は、関係したポンプ・ユニット４１、４２、４３の駆動ピストンにピストン・ロッド４９を介して接続される。駆動ピストン４６は、駆動シリンダ４５の内部を駆動室４８と戻し室４７とに分割する。

駆動シリンダ４５は、高圧作動液の供給源２０、例えば高圧作動液供給管２３を介したポンプ又はポンプ・ステーションに接続される。示された実施形態において、高圧作動液の供給源２０は、高圧ポンプ２２を駆動する電動駆動モータ２１を含む。高圧ポンプ２２は、例えば容積式ポンプ、好ましくは可変容量形容積式ポンプとすることができる。１つの実施形態において、冗長性目的のため、高圧作動液の供給源は、それぞれがその電気駆動モータ２１によって駆動する２つの高圧液圧ポンプ２２を含む。

図３は、フレーム３５によって支持された、それぞれポンプ・シリンダ６１を有する３つのポンプ・ユニット４１、４２、４３と、駆動シリンダ４５と、制御バルブ２４とを有する高圧ポンプ４０を、高圧ポンプ４０の高い圧力を均一化し、かつ戻し室の低い圧力を均一化するためのアキュムレータ５３とともに示す立面図である。ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、フレーム３５上にコンパクトに配置され、フレーム３５上の構成要素はスパークが発生しない構成要素でＡＴＥＸに承認された電気構成要素のみを有し、そのため、ユニットはＡＴＥＸ環境に対して問題なく設置できる。

図４は、高圧ポンプ４０を、そのポンプ・ユニット４１、４２、４３とともに表す図である。各ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、作動液戻しライン２６を介してタンクに接続され、かつ、作動液供給管２３を介してそれぞれのポンプ・ユニット４１、４２、及び４３に接続する可変容量形容積式ポンプ２２を含む高圧作動液の供給源に接続される。各ポンプ・ユニット４１、４２、及び４３は、供給管１８に接続される。

各ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、それぞれの駆動室４８を、制御管２５を介して高圧作動液の供給源又はタンクに選択的に接続するよう構成された液圧制御バルブ２４を備える。

各ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、駆動ピストン４６が中に摺動可能に配置された駆動シリンダ４５によって形成されるリニア液圧アクチュエータの形式の駆動ユニット
４４を備える。戻し室４７は液圧供給源に常時接続される。液圧供給源は液圧ポンプ３０、例えば可変容量形容積式ポンプを、戻し室供給ライン３１を介して含み、戻し室供給ライン３１は好ましくは流量制限３３を含み、戻し室４７へ加圧された作動液を安定して供給することを確かにするためのアキュムレータ３２に結合される。或いは、圧力低減バルブを介して高圧液圧システムから低圧供給源が得られる。１つの実施形態において、戻し室に供給される作動液の圧力は、駆動室４８に供給される作動液の圧力よりも大幅に小さい。或いは、戻し室４７に面した駆動ピストン４６の側面の有効圧力面は、駆動室４８に面した駆動ピストンの有効圧力面よりも大幅に小さくなるよう配置され得る。後者の場合、戻し室４７内の作動液の圧力は駆動室に供給される作動液の圧力と実質的に等しくすることができる。

各ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、ポンプ室６３を形成するためポンプ・ピストン６２をそこに受けるポンプ・シリンダ６１によって形成されるリニア容積式ポンプの形式のポンプ６０を備える。ポンプ室６３は、圧力室６３への流れだけを可能にする第１の一方向弁５１を介して、フィード管９に接続される。ポンプ室６３は、圧力室６３からの流れだけを可能にする第２の一方向弁５２を介して、供給管１８に接続される。

図５は、高圧ポンプ４０のポンプ・ユニット４１、４２、４３の詳細断面図である。ポンプ・ユニット４１、４２、４３は、駆動ピストン４６が中に配置されたシリンダ４５を含む液圧リニア・アクチュエータ４４を備える。駆動ピストン４６はピストン・シャフト４７に、好ましくは一体として接続される。ピストン・ロッド４９及び駆動ピストン４６には、位置センサ５６のロッド５７を受ける穴５８が設けられる。位置センサ５６の信号は電子制御ユニット７０へ送られる。駆動ピストン４６は、駆動シリンダ４５の内部を駆動室４８と戻し室４７とに分割する。図５において、駆動ピストン４６が駆動ストロークの終点に達しているために戻し室は確認できない。駆動室４８は穴２５を介して液圧制御バルブ２４に接続される。戻し室４７は穴３１を介して液圧の供給源に常時接続される。

リニア液圧アクチュエータ４４のピストン・ロッド４７は、極低温ポンプ６０のピストン・ロッド６２に接続される（ポンプ６０は、極低温ではない液体を圧送する通常のリニア容積式ポンプでもよい）。ピストン・ロッド４９とピストン・ロッド６２との間の接続は、コネクタ・ピース５４によってピストン・ロッド４９とピストン・ロッド６２とが一体で動くように確立される。駆動シリンダ４５は、ボルト接続部５５によってポンプ・シリンダ６１に接続される。ポンプ６０にはポンプ室６３を移送管５０に接続する出口が設けられる。

図９は高圧ポンプ４０の動作を制御するための電子制御ユニット７０の形式の制御システムを表す図である。

電子制御ユニット７０は燃料又は潤滑液の圧力設定点７１を受け取る。圧力設定点７１は加算地点７２に送られる。第１の加算地点７２において測定された圧力は差し引かれ、設定点とポンプ４０の出口で測定された圧力との間の差がフィードバック制御ループの一部であるＰＩコントローラ７４に送られる。

圧力設定点はフィードフォワード・ピストン比率ゲイン・ユニット７８に送られる。フィードフォワード・ピストン比率ゲイン・ユニット７８からの信号は、第２の加算地点７６においてＰＩコントローラ７４からの信号と比較される。

第１の加算地点７２に送られた測定された燃料又は潤滑液の圧力は、エンジンのパイプ・ボリューム内、すなわちバルブ装置１９の下流の圧力の測定値に基づくことができる。バルブ装置１９は二輪ブロックで、供給管１８から燃料又は潤滑液の流れを受け取るブリ
ード・バルブ装置である。測定された燃料又は潤滑液の圧力はフィルター８６でフィルターにかけられる。

第２の加算地点７６における比較の結果は、高圧作動液の供給源２０に送られる。その信号に基づき、高圧作動液の供給源２０は修正した圧力を有する作動液を高圧ポンプ・ユニット４０へ送達する。

電子制御ユニット７０は、駆動ピストンの位置を表す信号を受け取り、ピストン監理ユニット９２においてこの位置信号を処理する。ピストン監理ユニット９２はピストン作動方法ユニット９０に結合される。ピストン監理ユニット９２及びピストン作動方法ユニット９０の動作の詳細は、以下で更に詳細に示され説明される。ピストン作動方法ユニット９０の信号は、駆動ピストン４６を作動させるために高圧ポンプ４０の制御バルブ２４に送られる。

駆動ピストン４６が作動することにより、燃料又は潤滑液を、供給管１８を通して圧送する。

電子制御ユニット７０の主圧力制御はフィードフォワードである。ＰＩ（比例積分）コントローラは、非直線性を補償し、一時的変動に対して補助を行う。

燃料又は潤滑液の圧力は、液圧送りの圧力をポンプ・ユニット４１、４２、４３に設定することによって自動制御される。圧力制御は液圧側で行われ、ガス側で行う必要はない。液圧が適切に制御される場合、このシステムでは燃料又は潤滑液の圧力が高くなりすぎることは起こり得ない。

駆動ピストン４６は、圧力制御のアクティブパーツではない制御方法を介して制御される。

各ポンプ・ユニット４１、４２、４３は個別に制御可能である。したがって、異なるピストン方法及び種々の動作条件で稼働させることが可能である。更に、２ストロークの間で３つのポンプ・ユニット４１、４２、４３から２つのポンプ・ユニットに変えることが可能なため、ポンプ・ユニット４１、４２、４３を個別に稼働させる可能性は冗長性を提供する。

戻るスピードは前進する（ポンプ）スピードより速くなり得るので、２つのポンプ・ユニットだけを稼働するときにオーバーラップすることが可能になる。ポンプ・ユニット４１、４２、４３の間のオーバーラップは、圧力スパイクを減少させるための必要性に従って調整され得る。

シリンダの固定位置で高い摩耗が起こることと対照的に、ポンプ・シリンダ６１の領域にわたって摩耗を分散するために、ポンプ・ストロークの最終位置は経時的に変化し得る。

システムにより、たとえ突然のシャットダウン時（ピストン停止）でも過度の圧力はほとんど又は全く発生しない。これは非常に低い慣性及び動的応答に否定的に影響する他の要因のためである。

制御バルブ２４は液圧制御バルブ又は電子制御バルブであり得る。制御バルブ２４は液圧制御バルブである本実施形態において、電子制御されたソレノイド・バルブ（図示せず）が設けられ、制御バルブ２４への液圧制御信号を制御する。電子制御されたソレノイド
・バルブは電子制御ユニット７０から電子制御信号を受け取る。

電子制御ユニット７０、詳細にはピストン作動方法ユニット９０は、ポンプ・ユニット４１、４２、４３の駆動室４８を高圧作動液の供給源２０又はタンクに選択的に接続するよう構成される。

電子制御ユニット７０、詳細にはピストン作動方法ユニット９０は、駆動ピストン４７のポンプ・ストロークを、別の駆動ピストン４７のポンプ・ストロークが終点に近づき、終わるポンプ・ストロークと始まるポンプ・ストロークとの間に小さいオーバーラップがあるときに開始するよう構成される。１つの実施形態において、電子制御ユニット７０は、それぞれの駆動シリンダを実質的に連続して、好ましくは小さいオーバーラップで作動させるよう構成される。したがって、図６及び図７の例示のように、大きい圧力変動もなく、ＬＮＧの高圧気化器１４への実質的に安定した流れが実現できる。

図６、図７、及び図８は、高圧ポンプ４０の通常動作を例示する。薄い連続線はポンプ・ユニット４１を表し、濃い連続線はポンプ・ユニット４２を表し、点線はポンプ・ユニット４３を表す。図６は、駆動ピストン４６／ポンプ・ピストン６２の動きを示すグラフである。グラフからわかるように、次のポンプ・ユニットのポンプ・ストロークは、現在作動しているポンプ・ユニットのポンプ・ストロークが終わる直前に始まる。図７は、３つのポンプ・ユニット４１、４２、４３の移送管５０からの圧力出力から構成されて得られた圧力を示す。得られた圧力は実質的に一定で、変動がない。

図８は、ポンプ・ユニットのスピードの特徴を示す。ここでは戻りストロークのスピードがポンプ・ストロークのスピードより著しく速いことが明確に見られ、そのため、３つ以上のポンプ・ユニットの内２つだけを使用しても、ポンプ・ユニット間のオーバーラップを可能にする。

１つの実施形態において、電子制御ユニット７０、詳細にはピストン作動方法ユニット９０は、高圧ポンプから高圧気化器１４への高圧液化ガスの実質的に一定な流れを得るために、ポンプ・ストロークが終わる際の動力及びポンプ・ストロークが始まる際の動力を計算に入れるよう構成される。

１つの実施形態において、電子制御ユニット７０、詳細にはピストン作動方法ユニット９０は、ポンプ・ユニット４１、４２、４３の内の１つのポンプ・ストロークをいつ開始すべきかを決定するよう、及び駆動ユニット４１、４２、４３の内の任意のポンプ・ストロークをいつ終えるべきかを決定するよう構成される。したがって、ポンプ・ストロークを開始する地点、詳細にはポンプ・ストロークを終える地点は、ピストン作動方法ユニット９０によって、好ましくはピストン監理ユニット９２とともに正確に制御され得る。

１つの実施形態において、電子制御ユニット７０は、ポンプ・ユニット４１、４２、４３の内の１つが故障した場合、ポンプ・ユニット４１、４２、４３の内の機能する残りの駆動ピストンが動作するよう構成される。したがって、冗長性が得られ、ポンプ・ユニット４１、４２、４３の内の１つが故障してもポンプ作用を続けることができる。

１つの実施形態において、電子制御ユニット７０は、高圧ポンプ４０から高圧気化器までの液化ガスの流れの大きさに関連して、駆動室４８が高圧作動液の供給源から切り離される駆動ピストン４６の位置を調整するよう構成される。したがって、駆動ピストン４６及びポンプ・ピストン６２のスピード及び生じた慣性に関わらず、ポンプ・ストロークが逆転する位置を制御することができる。

１つの実施形態によると、高圧ポンプからエンジンへの燃料又は潤滑液の流れが増加する場合、電子制御ユニット７０は、関係する駆動ピストン４６の駆動室４８が高圧液の供給源２０から切り離される位置で、駆動ピストンの位置を駆動ストロークと反対の方向に調整するよう構成される。また、高圧ポンプからエンジンへの燃料又は潤滑液の流れが減少する場合、電子制御ユニット７０は、関係する駆動ピストン４６の駆動室４８が高圧液の供給源２０から切り離される位置で、駆動ピストン４６の位置を駆動ストロークの方向に調整するよう構成される。これは図１０及び図１１に示されている。

図１０は、駆動ストローク／ポンプ・ストロークの最終位置での駆動ピストン４６及びポンプ・ピストン６２の増加したスピードの効果を示している。薄い連続線はポンプ・ユニット４１を表し、濃い連続線はポンプ・ユニット４２を表し、点線はポンプ・ユニット４３を表す。電子制御ユニット７０は、駆動ピストンが８０ｍｍのストロークに達したとき、高圧ポンプ４０によって送達された液化ガスの流れの荷重／大きさに関係なく、液圧制御バルブ２４に対して駆動室４８をタンクに接続するようシグナリングする。慣性とより速いスピードのため、駆動ピストン４６の停止／逆転位置は、２５％荷重での８５ｍｍから、５０％荷重での８９ｍｍ、１００パーセント荷重での９８ｍｍへと変化する。

図１１は、荷重が大きい場合はより短いストロークで、また荷重が小さいときはより長いストロークで、駆動室４８をタンクに接続することによって駆動ピストン４６／ポンプ・ピストン６２の増加したスピードを補償する電子制御ユニット７０の効果を示すグラフである。グラフに見られるように、電子制御ユニット７０は駆動／ポンプ・ストロークの最終位置を、このように正確にコントロールできる。

グラフの例において、次の駆動シリンダのための２５％荷重（すなわち、高圧ポンプ４０の最大容量の２５％）のために駆動室４８をタンクに接続する信号は、前のシリンダが駆動室に７５ｍｍ入ったときに発せられる。「前の」駆動シリンダの駆動室は、そのシリンダが駆動室に９３ｍｍ入ったときに、タンクに接続される。次の駆動シリンダの高圧の供給源への接続の「信号ＯＮ」及び、「前の」シリンダのタンクへの接続の「信号ＯＦＦ」は以下の表１に示される。

当然、ポンプ・シリンダ６１の摩耗を低減するために開始位置を意図的に変えるよう、電子制御ユニット７０をプログラムすることもまた可能である。

１つの実施形態において、電子制御ユニット７０は、ポンプ・シリンダ６１の摩耗を軽減するためにポンプ・ピストン６２のストローク領域にわたってポンプ・ピストン６２が逆転する位置を分散させるため、アルゴリズム、計画、又は無作為によって、関係する駆動ピストン４６の駆動室４８が高圧液の供給源２０から切り離される駆動ピストン４６の位置を調整するよう構成される。ポンプ・シリンダ６１の摩耗は、ポンプ・ストロークの終点位置が最も激しいことが知られている。ポンプ・ストロークの終点位置を変化させることによって、ポンプ・シリンダ６１の摩耗はより大きい領域にわたって拡散され得るので、ポンプ・シリンダ６１の寿命は大幅に増加され得る。

１つの実施形態において、電子制御ユニット７０は、駆動室４８へ供給される作動液の制御圧力とは独立に、それぞれの駆動ピストン４６の作動及び作動停止を制御するよう構成される。したがって、駆動ピストンの作動のための制御方法は、圧力制御とは関係なく電子制御ユニット７０によって最適化され得る。

本発明について、本明細書の様々な実施形態とともに説明してきた。しかし、請求された発明を実行する当業者は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することによって、開示された実施形態の他の変形を理解し、実現することができる。特許請求の範囲において、「備える」という単語は他の要素又はステップを排除せず、複数であり得ることが明記されていない構成が複数であり得ることを排除しない。電子制御ユニットは、個別の電子制御ユニットの組合せによって形成され得る。特定の測定値が互いに異なる従属クレームに列挙されているということだけでは、これら測定されたものの組合せを利点として使用できない、ということを示さない。特許請求の範囲で使用される参照符号を、範囲を制限するものと解釈してはならない。

Claims (18)

1. 極低温燃料を圧送するための極低温ポンプ（４０）であって、２つ以上のポンプ・ユニット（４１、４２、４３）を備え、各ポンプ・ユニット（４１、４２、４３）は、単一のポンプ・シリンダ（６１）に摺動可能に配置されたポンプ・ピストン（６２）、及び単一の駆動シリンダ（４５）に摺動可能に配置された液圧駆動ピストン（４６）を備え、前記駆動ピストン（４６）は前記ポンプ・ピストン（６２）を駆動するために前記ポンプ・ピストン（６２）に結合されており、
   １つ又は複数の前記ポンプ・ユニット（４１、４２、４３）の前記駆動シリンダ（４５）への作動液の流れ及び前記駆動シリンダ（４５）からの作動液の流れを制御するために、高圧作動液の供給源（２０）及びタンクに接続された少なくとも１つの電子制御バルブ（２４）を更に備え、
   前記駆動シリンダに、関係する前記駆動シリンダ（４５）中の前記駆動ピストン（４６）の位置を感知するための位置センサ（５６）が設けられ、
   前記位置センサ（５６）からの信号を受け取る電子制御ユニット（７０）を更に備え、前記電子制御バルブ（２４）は、前記電子制御ユニット（７０）に結合され、
   少なくとも１つの前記電子制御ユニット（７０）は、前記ポンプ・ユニットの前記駆動シリンダを前記高圧作動液の供給源又はタンクに選択的に接続するよう構成され、
   前記電子制御ユニット（７０）は、前記極低温ポンプ（４０）によって圧送された燃料又は潤滑液の流れの大きさに関連して、前記駆動室（４８）が前記高圧作動液の供給源（２０）から切り離されることにより前記駆動ピストン（４６）の位置を調整するよう構成され、
   前記電子制御ユニット（７０）によって、前記極低温ポンプ（４０）により圧送された極低温燃料の流れが増加するとき、関係する前記駆動ピストン（４６）の前記駆動シリンダ（４５）が前記高圧液の供給源から切り離されることにより前記駆動ピストンの位置で、駆動ストロークの方向と反対方向に調整するよう構成され、
   前記電子制御ユニット（７０）によって、前記極低温ポンプ（４０）から極低温燃料の流れが減少するとき、関係する前記駆動ピストン（４６）の前記駆動シリンダ（４５）が前記高圧液の供給源から切り離されることにより前記駆動ピストン（４６）の位置で、駆動ストロークの方向に調整するよう構成される、極低温ポンプ（４０）。
2. 前記高圧作動液の供給源（２０）は、可変で制御可能な圧力レベルを有する供給源である、請求項１記載の極低温ポンプ（４０）。
3. 前記駆動シリンダ（４５）は駆動室（４８）及び戻し室（４７）を備える、請求項１又は２記載の極低温ポンプ（４０）。
4. 前記駆動室（４８）は前記制御バルブ（２４）に接続され、前記戻し室（４７）は、前記高圧作動液の供給源（２０）の圧力よりも低い圧力（３０）である作動液の供給源に接
   続された、請求項３記載の極低温ポンプ（４０）。
5. 前記電子制御ユニット（７０）は、駆動ピストンのポンプ・ストロークを、別の駆動ピストンのポンプ・ストロークが終点に近づいているとき、終わるポンプ・ストロークと始まるポンプ・ストロークとの間に小さいオーバーラップがあるように開始するよう構成される、請求項１記載の極低温ポンプ（４０）。
6. 前記電子制御ユニット（７０）は、前記ポンプからの燃料又は潤滑液の実質的に一定な流れを得るために、ポンプ・ストロークが終わる際の動力及びポンプ・ストロークが始まる際の動力を計算に入れるよう構成される、請求項１記載の極低温ポンプ（４０）。
7. 前記電子制御ユニット（７０）は、それぞれの前記駆動シリンダを実質的に連続して、小さいオーバーラップで作動させるよう構成される、請求項６記載の極低温ポンプ（４０）。
8. 前記電子制御ユニット（７０）は、前記ポンプ・シリンダの摩耗を軽減するために前記ポンプ・ピストンのストローク部分にわたって前記ポンプ・ピストンが逆転する位置を分散させるために、アルゴリズム、計画、又は無作為によって、駆動ピストンの位置を調整するよう構成される、請求項１〜７の何れかに記載の極低温ポンプ（４０）。
9. 前記電子制御ユニット（７０）は、前記駆動室に供給される作動液の圧力を制御することによって、前記ポンプを離れる燃料又は潤滑液の圧力を制御するよう構成される、請求項１〜８の何れかに記載の極低温ポンプ（４０）。
10. 電子制御ユニット（７０）は、前記駆動ピストンに供給される作動液の圧力を制御するためのフィードフォワード機能において、前記ポンプを離れる燃料又は潤滑液の所望の圧力を使用するよう構成される、請求項９記載の極低温ポンプ（４０）。
11. 前記電子制御ユニット（７０）は、前記駆動ピストンに供給される作動液の圧力を制御するためのフィードバック機能において、前記ポンプを離れる燃料又は潤滑液の測定された圧力を使用するよう構成される、請求項９又は１０記載の極低温ポンプ（４０）。
12. 前記電子制御ユニット（７０）は、前記駆動室に供給される作動液の圧力の制御とは独立に、それぞれの前記駆動ピストン（４６）の作動及び作動停止を制御するよう構成される、請求項１〜１１の何れかに記載の極低温ポンプ（４０）。
13. 前記電子制御ユニット（７０）は、前記駆動ピストンの作動及び作動停止を制御するために、前記駆動ピストン（４６）の位置を表す信号を使用するよう構成される、請求項１〜１２の何れかに記載の極低温ポンプ（４０）。
14. 燃料又は潤滑液をエンジンに供給するために請求項１〜１３の何れかに記載の極低温ポンプ（４０）を備えた、大型２ストローク・ターボチャージャ付き圧縮点火内燃エンジン。
15. ポンプ（４０）のポンプ・ピストンの作動を制御するための方法であって、前記ポンプ（４０）は２つ以上のポンプ・ユニット（４１、４２、４３）を備え、各ポンプ・ユニット（４１、４２、４３）は、ポンプ・シリンダ（６１）に摺動可能に配置されたポンプ・ピストン（６２）、及び駆動シリンダ（４５）に摺動可能に配置された液圧駆動ピストン（４６）を備え、前記駆動ピストン（４６）は前記ポンプ・ピストン（６２）を駆動するために前記ポンプ・ピストン（６２）に結合されており、
    １つ又は複数の前記ポンプ・ユニット（４１、４２、４３）の前記駆動シリンダ（４５）への作動液の流れ及び前記駆動シリンダ（４５）からの作動液の流れを制御するために、高圧作動液の供給源（２０）及びタンクに接続された少なくとも１つの電子制御バルブ（２４）を備え、
    関係する前記駆動シリンダ（４５）中の前記駆動ピストン（４６）の位置を感知するための位置センサ（５６）が設けられていることを特徴とし、前記方法は、
    駆動ストロークのために前記電子制御バルブ（２４）を備えた駆動ピストン（４６）を作動させ、その後、戻りストロークのために前記電子制御バルブ（２４）を備えた前記駆動ピストン（４６）を作動停止することと、
    前記駆動ストロークの間に前記位置センサ（５６）を備えた前記駆動ピストン（４６）の位置を計測することと、
    前記駆動ピストン（４６）が戻り位置にあるときに前記駆動ピストン（４６）を作動することと、
    前記極低温ポンプ（４０）によって圧送された燃料又は潤滑液の流れの大きさに関連して、前記駆動ピストン（４６）の位置で前記駆動ピストン（４６）を作動停止することとを備え、
    前記極低温ポンプ（４０）により圧送された極低温燃料の流れが増加するとき、関係する前記駆動ピストン（４６）の前記駆動シリンダ（４５）は前記高圧液の供給源から切り離されることにより前記駆動ピストンの位置で、駆動ストロークの方向と反対方向に調整し、
    前記極低温ポンプ（４０）から極低温燃料の流れが減少するとき、関係する前記駆動ピストン（４６）の前記駆動シリンダ（４５）は前記高圧液の供給源から切り離されることにより前記駆動ピストン（４６）の位置で、駆動ストロークの方向に調整する、方法。
16. 前記駆動ピストン（４６）は、現在作動している駆動ピストン（４６）が作動停止する直前に次の駆動ピストン（４６）が作動するよう、実質的に連続して作動される、請求項１５記載の方法。
17. 高圧作動液を前記駆動ピストン（４６）に供給し、
    前記駆動ピストン（４６）に供給された前記作動液の圧力を制御することによって前記ポンプ（４０）を離れる燃料又は潤滑液の圧力が制御される、請求項１５又は１６記載の方法。
18. 前記駆動ピストン（４６）は、現在作動している駆動ピストン（４６）が作動停止する直前に次の駆動ピストン（４６）が作動するよう、実質的に連続して作動される、請求項１５〜１７の何れかに記載の方法。

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