KR101198188B1

KR101198188B1 - 전자식 모듈을 포함하는 제어 시스템을 구비한 디젤엔진

Info

Publication number: KR101198188B1
Application number: KR1020050033680A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 판크하우저
Original assignee: 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2012-11-12
Also published as: DE502005000487D1; PL1591649T3; EP1591649B1; ATE357587T1; JP2005315260A; DK1591649T3; CN100473820C; EP1591649A1; CN1690404A; JP4495026B2; KR20060047438A

Abstract

디젤엔진, 특히 대형 디젤엔진은 전자식 모듈(10)을 포함하는 제어 시스템(1)을 갖는다. 정보는 모듈간 버스 시스템(15)을 사용하는 모듈 사이에서 전달될 수 있다. 대체용 모듈(100)은 제어 시스템의 장애를 해결하기 위해 사용될 수 있다. 모듈간 버스 시스템에는 적어도 하나의 대체용 모듈(100)용 접속점(150)이 제공된다. 이러한 접속점에서, 부착된 대체용 모듈은 자동적으로 사전 처치된다. 이러한 배치에서, 소정의 작동 시스템이 로드되고 작동 파라미터가 활성화된다. 이러한 시스템에서, 사전 처치된 대체용 모듈이 모듈의 접속점에서 모듈간 버스 시스템에 삽입되어 대체된다.

디젤엔진, 제어 시스템, 실린더, 대체용 모듈, 잉여 방식, 사전 처치

Description

전자식 모듈을 포함하는 제어 시스템을 구비한 디젤엔진 {A DIESEL ENGINE WITH A CONTROL SYSTEM INCLUDING AN ELECTRONIC MODULE}

도 1은 특히 2행정 디젤엔진인 대형 디젤엔진의 중앙부를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진용 제어 시스템의 단순개략도이다.

본 발명은 디젤엔진, 특히 청구범위 제1항의 전제부에 따른 전자식 모듈을 포함하는 제어 시스템을 구비한 대형 디젤엔진에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 디젤엔진의 구동 방법 및 그 용도에 관한 것이다. 상기 대형 디젤엔진은 2행정 디젤엔진일 뿐만 아니라 4행정 디젤엔진일 수도 있다.

EP-A-0 989 297에 개시된, 엔진 제어부를 구비한 디젤엔진은 전자식 모듈로 이루어진 제어 시스템에 의해 작동된다. 이러한 디젤엔진과 같은 엔진에서는, 국부적인 기능, 즉 실린더에 관한 기능 및 엔진 전체에 관한 기능이 제어 시스템에 의해 지배된다. 보다 개선된 대형 디젤엔진에서는(미공개 특허출원 EP0445073.0), 제어 시스템이, 동일하게 설계된 논리 회로를 구비한 모듈을 포함한다. 실린더는 각각 제어 모듈 중 하나와 연관되고, 논리 회로는 각각 제1 기능부 및 제2 기능부를 포함한다. 연관되는 실린더는 제1 기능부를 이용하여 제어될 수 있다. 전체적인 기능은 모듈 전체에 분산되는 제어부에 의해, 엔진의 전체적인 제어가 각각의 경우에 제2 기능부를 이용하되 다른 모듈의 제2 기능부와 협동하여 모듈의 적어도 일부분에 대하여 잉여 방식(redundant manner)으로 수행될 수 있는 전체적인 엔진 제어 방식으로 지배된다.

대형 디젤엔진이 대양을 항해하는 선박의 구동에 사용되는 경우, 제어 시스템의 개별 부품 또는 엔진의 구성요소가 고장난 경우에도 엔진 동력의 적어도 일부는 여전히 이용될 수 있어야 한다. 또한, 엔진의 전체적인 제어는 적정한 정도로 기능을 유지해야 한다. 이러한 고장 동안에 엔진은 감소된 동력으로 가동될 수밖에 없기 때문에, 개별 실린더가 정지될 수 있다. 엔진의 중단 없는 가동은 잉여 방식의 제어 및 개별 구성요소의 다중 설치에 의한 기계적인 부품의 잉여 제공에 의해 달성된다. 엔진의 전체적인 제어를 능동적으로 조작하는 주 제어장치 외에, 이와 동일하며 전체적인 엔진 제어에 관하여 수동적으로 협동하여 가동되는 제2 제어장치는 필요시에 지체 없이 능동적인 제어 상태로 전환될 수 있다. 잉여 방식으로 인해, 고장의 경우에도 엔진 동력의 적어도 일부가 유지된다. 국부 제어를 위해 실린더마다 단지 하나의 전자식 모듈이 제공된다. 전자 시스템 부품을 구비한 전체적인 기능에 있어서, 제어 시스템에는 적어도 2개의 동일한 시스템 부품이 존재할 필요가 있다.

잉여 부품의 제공에도 불구하고, 모듈이 재차 고장나는 경우에 잉여 부품을 제공할 수 있도록 대체용 모듈을 보관해야 할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 보관된 교체용 모듈을 인출하여 삽입하고 대체용 모듈의 보관이 바람직한 방식으로 수행될 수 있는 디젤엔진에 대한 실시예를 제공하는 것이다. 상기 목적은 청구범위 제1항에 정의된 엔진에 의해 만족된다.

디젤엔진, 특히 대형 디젤엔진은 전자식 모듈을 포함하는 제어 시스템을 갖는다. 정보는 모듈간 버스 시스템(intermodular bus system)을 사용하여 모듈 사이에서 전달될 수 있다. 대체용 모듈은 제어 시스템의 장애를 해결하기 위해 사용될 수 있다. 모듈간 버스 시스템에는 적어도 하나의 대체용 모듈용 접속점이 제공된다. 부착된 대체용 모듈은 제어 시스템에 의해 자동적으로 사전 처치된다. 이러한 배치에서, 소정의 작동 시스템이 로드되고 작동 파라미터가 활성화된다. 대체용 모듈은 능동적으로 가동되는 제어 시스템 이외에도 대기 모드에서 수동적으로 작동될 수 있다. 능동적인 모듈이 고장난 경우, 대체용 모듈이 고장난 모듈의 대체를 위해 즉시 사용 가능한 상태로 된다. 사전 처치된 대체용 모듈이 모듈의 접속점에서 모듈간 버스 시스템에 삽입되어 대체된다.

종속청구항인 제2항 내지 제6항은 본 발명에 따른 디젤엔진의 바람직한 실시예에 관한 것이다. 제7항 및 제8항은 본 발명에 따른 엔진의 작동 방법에 관한 것이며, 제9항은 상기 엔진의 용도에 관한 것이다.

이하에서 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1에 부분적으로 나타낸 디젤엔진, 예를 들어 2행정 디젤엔진은 복수의 실린더를 포함하며, 실린더(2)에 관한 국부적인 기능 및 엔진 전체에 관한 포괄적인 기능이 제어된다.

제어 시스템(1) 외에, 도 1에 나타낸 엔진의 예시에서 부품은,

가스교환밸브(21), 밸브부재(211), 및 공기가 공급되고 연소가스가 배출될 수 있는 통로(212)를 구비하는 가스교환 시스템(20);

제어되는 분사부재(32) 및 분사기(22)(노즐팁(22a, 22b))에 의해 밸브부재(211)와 피스톤(24) 사이의 연소실(23) 내부에 분사될 수 있는 액체연료(300)를 용적 제어방식 또는 시간 제어방식으로 공급하는 분사 시스템(30);

연료(300), 및/또는 제어되는 공급부재(42)를 통해 가스교환밸브(21) 내부로 이동될 수 있는 제어매체(400)를 공급하는 각각의 펌프(31, 41); 그리고

제어매체(400)용 어큐뮬레이터(43) 및 소위 "커먼레일(common rail)"이라고 하는 연료(300)용 어큐뮬레이터(33)이며;

이들 어큐뮬레이터(33, 43)는 한편으로는 각각의 펌프(31, 41)에 연결되고, 다른 한편으로는 모든 실린더(2)의 각각의 분사 시스템(30) 및 가스교환 시스템(20)에 연결된다.

펌프(31, 41) 및 분사부재(32) 및 공급부재(42)는 신호전달 라인(310, 410, 320, 420)을 통해 제어 시스템에 연결된다. 추가의 연결라인(210)은 가스교환밸브(21)의 센서로 연결된다.

도시하지는 않았지만, 엔진의 추가적인 부품은,

분사 및 가스교환을 수행하는 부재를 구비한 유압 시스템; 그리고

엔진에 의해 구동되는 샤프트의 회전에 의해 국부적 및 포괄적 기능의 동기화를 위한 각도 결정, 및 연료공급과 가스교환을 제어하고 시동 공기 공급을 제어하는 장치이다.

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진의 바람직한 제어 시스템(1)을 상세하게 나타낸다. 제어 시스템(1)은 예시한 바와 같이, 제어 모듈(10), 구체적으로는 모듈(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)을 포함하며, 모든 모듈은 잉여 방식을 위해 2개의 버스 시스템(15a, 15b)으로 이루어지는 모듈간 버스 시스템(15)과 접속된다. 정보는 모듈간 버스 시스템(15)을 사용하여 접속된 대체용 모듈(100)을 포함하는 모듈(10) 사이에서 전달될 수 있다. 제어 시스템(1)의 또 다른 부품은 포괄적 기능의 제1 부분(예를 들어 선박의 경보 시스템, 안전 시스템, 회전속도의 제어)에 관한 블록(7), 및 포괄적 기능의 다른 부분에 관한 액추에이터(8a, 8b, 8c, 9a, 9b)이다. 블록(7)은 잉여 방식, 즉 2개의 버스 시스템(17a, 17b)을 통해 2개의 모듈(10a, 10b)을 동시에 작동시킴으로써 제어된다. 이들 모듈(10a, 10b) 중 하나가 고장나더라도, 블록(7)은 계속해서 제어에 필요한 정보를 받게된다.

모듈간 버스 시스템(15)에 2개 이상의 대체용 모듈(110)이 접속되면 바람직해질 수 있다. 경험에 의하면, 전자식 모듈은 대기 모드(즉, 모듈에 전압이 인가되어 있지만 부하가 인가되어 있지는 않음)로 작동되는 것이 저장소의 바람직하지 못한 환경(습기로 인한 응축수, 온도 변화)에 노출되어 보관되어 있는 대체용 모듈보다 수명이 길다. 모듈간 버스 시스템(15)에 접속되는 대체용 모듈(100)도 그 가 용성이 제어 시스템에 의해 모니터링되는 것이 바람직하다.

모든 모듈(10) 및 마찬가지로 모듈간 버스 시스템(15)에 접속되는 대체용 모듈(100)에는 제어될 디젤엔진을 위해 바람직하게 제작된 동일한 작동 프로그램이 제공된다. 모듈 및 대체용 모듈(100)은 또한, 개별 모듈의 작동 가능성의 관점에서 볼 때 작동 파라미터의 단지 일부만이 가용되는 것이 일반적이지만, 작동 파라미터에 대한 동일한 세트의 값을 수용한다. 제어 시스템(1)에서 모듈(10)의 집적은 예를 들어 플러그 커넥터를 구비한 접속 케이블에 의해 이루어지며, 개별 모듈(10)이 기능을 가지도록 하는 것은 이들 접속에 의해 달성된다. 개별 모듈(10)이 기능을 가지게 되는 것은 접속점에 플러그를 플러그인 함으로써 확인되고 활성화된다.

개별 모듈(10)은, 결함이 있는 모듈(10)을 교체하기 위해서는 단지 해제 단계만 수행되도록 제어 시스템(1)에 배치되고 접속된다. 개별 모듈(10)이 제거되는 경우, 제어 시스템(1)은 본 명세서의 도입부에서 간략히 설명한 바와 같이 잉여 방식에 의해 작동이 유지된다(즉, 각각의 경우에 논리 회로의 2개의 기능부 형태로, 연관되는 실린더는 제1 기능부에 의해 지배되고, 포괄적인 기능은 제2 기능부에 의해 지배된다).

각각의 모듈(10)에 대하여 대체용 모듈(100)과의 교환이 실행될 수 있다. 대체용 모듈(100)이 모듈간 버스 시스템에 제공되도록 하기 위해 적어도 하나의 접속점(150)이 제공된다. 보관고로부터 얻어진 하나의 대체용 모듈(100)이 장착된 후, 제어 시스템에 의해 자동적으로 사전 처치된다. 제어될 디젤엔진을 위해 작성 된 작동 프로그램이 로드되거나 활성화되며, 특정 값은 작동 파라미터와 연관된다. 접속된 대체용 모듈(100)은 능동적으로 가동하는 제어 시스템(1)에 더하여, 대기 모드로 협동한다. 활성 모듈(10)이 고장나면, 대체용 모듈(100)이 즉시 사용을 위해 준비되며, 대체될 모듈(10)의 접속점(150)에 있는 모듈간 버스 시스템(15)에 사전 처치된 대체용 모듈이 새로이 삽입된다.

대체용 모듈(100)의 사전 처치에는 모듈의 교환에 필요한 시간보다 상당히 긴 시간이 필요하다. 그러므로, 본 발명에 따라 사전 처치된 대체용 모듈(100)을 구비하는 디젤엔진에서는, 모듈간 버스 시스템(15)에서 모듈을 교환 후에 대체용 모듈(100)에 작동 시스템 및 작동 파라미터가 먼저 실행되어야 하는 엔진에 비해 시간이 절약된다.

도 2의 모듈간 버스 시스템(15)에 장착되는 대체용 모듈(100)은 주변장치(5)의 일부와 접속되는 "게이트웨이(gateway)"로서 접속점을 형성하며, 주변장치(5)는 변환기(105) 및 조작반(6)을 포함하고, 조작반(6)과 제어 시스템(1) 사이에서 정보의 교환이 수행될 수 있다. "게이트웨이"는 손상을 일으킬 수 있는 환경으로부터의 외부 방해적인 전기적 영향으로부터 모듈간 버스 시스템(15)을 보호하는 시스템 구성요소이다. "게이트웨이"는 통과될 정보의 교환에 필요한 신호만을 허용한다.

일반적으로 복수의 대체용 모듈(100)이 보관된다. 모듈간 버스 시스템(15)에 배치된 접속점(150)에서 대체용 모듈(100)이 교환되는 경우, 사전 처치를 행하고 사전 처치된 대체용 모듈(100)을 보관하는데 바람직하다. 이들 대체용 모듈(100)은 즉시 사용될 수 있고 사용되기 전에 처치되어, 즉 작동 프로그램이 로드되 고 조작 파라미터가 활성화되어, 고장난 모듈(10)의 직접 대체에 적합하다.

본 발명에 따른 디젤엔진의 제어 시스템(1)은 특히 선박의 구동샤프트를 회전시키는 엔진을 탑재한 대양 항해용 선박에 사용되도록 제공된다. 이러한 용도를 위해 제어 모듈(10)은 입력부 및 출력부를 가지며, 이를 통해 선박의 경보 시스템, 안전 시스템, 및 선박의 구동샤프트의 회전속도의 전자식 제어에 관한 정보를 교환할 수 있어서, 제어 시스템은 이러한 정보를 이용하여 추가적으로 영향을 받을 수 있다.

액추에이터(8a, 8b, 8c, 9a, 9b)는 잉여 개수로 존재한다. 이들은 버스 시스템(18a, 18b, 18c)을 통해 모듈(10c, 10d, 10e)에 부착된다. 이 중 하나의 액추에이터가 고장나더라도, 온전한 액추에이터가 대응되는 모듈(10)에 의해 적절히 조작된다. 액추에이터(8a, 8b, 8c)는 서보 오일을 위한 3개의 펌프이고, 액추에이터(9a, 9b)는 예를 들어 어큐뮬레이터(33)로 공급될 연료(300)용 펌프이다. 예를 들어 액추에이터(8a)가 고장나면, 온전한 액추에이터(8b, 8c)의 적절한 조작이 제어 시스템(1)의 대응되는 모듈(10d, 10e)을 이용하여 이루어진다. 이러한 장치에서, 서보 오일에 대한 요구량은 3개 중 2개의 액추에이터를 사용하여 이들 온전한 2개의 액추에이터(8b, 8c)의 펌프량을 증대시킴으로써 커버할 수 있다. 액추에이터(8a, 8b, 8c)와 연관되는 모듈(10c, 10d, 10e) 중 하나가 고장나면, 대응되는 액추에이터(8a, 8b, 8c)는 작동을 정지하지만 이들 액추에이터(8a, 8b, 8c)에 여유가 있기 때문에 엔진 전체에 장애가 발생하지는 않는다.

본 발명에 따르면, 보관된 교체용 모듈을 인출하여 삽입하고 대체용 모듈의 보관이 바람직한 방식으로 수행될 수 있는 디젤엔진이 제공된다.

Claims

제어 시스템(1)을 포함하는 디젤 엔진에 있어서,

상기 제어 시스템(1)은,

복수의 전자 모듈(10), 및

상기 제어 시스템의 장애를 해결하기 위한 적어도 하나의 대체 모듈을 포함하고,

모듈간 버스 시스템(intermodular bus system)(15)을 사용하여 상기 전자 모듈 사이에서 정보가 전달될 수 있고,

상기 모듈간 버스 시스템에는 하나 이상의 상기 대체 모듈(100)용 접속점(150)이 제공되고,

상기 접속점에 부착된 상기 대체 모듈은 소정의 작동 프로그램을 로딩하여 작동 파라미터를 활성화시킴으로써 상기 제어 시스템에 의해 자동적으로 사전 처치 가능하며,

상기 대체 모듈은 활성 동작 중인 제어 시스템 이외에도 대기 모드에서 수동적으로 작동될 수 있고,

활성 동작 중인 전자 모듈이 고장난 경우, 사전 처치된 상기 대체 모듈이 상기 전자 모듈의 접속점에서 상기 전자 모듈간 버스 시스템에 삽입되는,

디젤 엔진.
제1항에 있어서,

복수의 실린더(2)를 더 포함하고,

상기 실린더에 관한 국부적인 기능 및 상기 디젤 엔진 전체에 관한 포괄적인 기능이 상기 제어 시스템에 의해 이루어질 수 있고,

각각의 실린더는 상기 제어 시스템의 하나의 전자 모듈(10)과 연관되고,

상기 전자 모듈(10)의 각각은 제1 기능부 및 제2 기능부를 구비하여 동일하게 설계되는 논리회로를 포함하고,

상기 연관되는 실린더는 상기 제1 기능부에 의해 제어될 수 있고,

상기 포괄적인 기능은, 각각의 경우에, 다른 전자 모듈의 제2 기능부와 협동하는 제2 기능부를 가지고 상기 전자 모듈의 적어도 일부에 대하여 잉여 방식으로 포괄적인 엔진 제어가 수행되는 방식으로 상기 전자 모듈 전체에 분포되는 제어부에 의해 영향을 받고,

장애의 경우에는, 엔진 동력의 적어도 일부가 상기 잉여 방식에 의해 유지될 수 있는

것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
제2항에 있어서,

상기 국부적인 기능 및 상기 포괄적인 기능은 동일한 작동 프로그램을 사용하여 상기 전자 모듈(10)의 동시 작동에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전자 모듈간 버스 시스템(15)에 접속되는 상기 대체 모듈(100)은 주변장치(5)에 대한 "게이트웨이(gateway)"로서 접속점을 형성하고, 이를 통해 상기 제어 시스템(1)과의 정보 교환이 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각각의 전자 모듈(10)은 고장난 경우에 국부적인 해제(disassembly) 과정에 의해 상기 대체 모듈로 교체될 수 있도록 상기 제어 시스템(1)에 배치 및 접속되고,

상기 제어 시스템은 복수의 상기 전자 모듈 중 하나 이상이 고장나더라도 여전히 작동하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
제2항에 있어서,

상기 제어 시스템의 상기 전자 모듈(10)은 상기 디젤 엔진의 다음과 같은 구성요소,

- 액체 연료(300)를 공급하기 위한 상기 연관되는 실린더(2)용 분사 시스템(30):

- 상기 연관되는 실린더(2)용 가스교환 시스템(20),

- 상기 연료 및 제어 매체(400)를 공급하는 펌프(31, 41),

- 상기 펌프, 상기 분사 시스템, 및 상기 가스교환 시스템에 연결되는, 제어 매체용 어큐뮬레이터(43) 및 상기 연료용 어큐뮬레이터(33),

- 분사 및 가스교환을 실행하기 위한 부재를 구비하는 유압 시스템,

- 상기 엔진에 의해 구동되는 샤프트의 회전에 의해 국부적 및 포괄적 기능의 동기화를 위한 각도측정부재, 및

- 연료공급 및 가스교환을 조절하고 시동 공기 공급을 제어하는 장치

와 각각 신호 전달라인(100)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
제1항 또는 제2항에 따른 디젤 엔진의 작동 방법에 있어서,

사전 처치된 대체 모듈을 보관하기 위해, 복수의 대체 모듈(100)을 보관하고, 모듈간 버스 시스템(15)의 상기 대체 모듈을 위한 접속점(150)에서 상기 대체 모듈을 교환하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
제7항에 있어서,

상기 모듈간 버스 시스템에 접속되는 상기 대체 모듈(100)의 작동 능력이 제어 시스템에 의해 모니터링되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
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