(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダ（２）にそれぞれ関連した複数の電子モジュール（１０）を含む制御システム（１）をもつディーゼル・エンジンであって、モジュール間バス・システム（１５）を使用して前記複数の電子モジュール（１０）間で情報が伝送され、代替電子モジュールが故障した電子モジュール（１０）の代替のために利用可能であるディーゼル・エンジンにおいて、
少なくとも１つの接続点（１５０）が少なくとも１つの代替電子モジュール（１００）のために前記モジュール間バス・システム（１５）に設けられ、
前記少なくとも１つの接続点（１５０）には少なくとも１つの代替電子モジュール（１００）が接続されていて、前記接続されている代替電子モジュール（１００）は前記制御システム（１）によって事前に調整されていて、該事前調整は前記代替電子モジュール（１００）と前記複数の電子モジュール（１０）が同一の動作プログラム及び動作パラメータを得るために前記複数の電子モジュール（１０）の１つ又は前記制御システム（１）から動作プログラム及び動作パラメータをロードすることであり、前記接続点（１５０）に接続されている前記代替電子モジュール（１００）が電圧はかけられているが負荷はかけられていないアイドリングモードで動作されていて、動作中の電子モジュール（１０）の１つが故障した場合、前記接続点（１５０）に接続されている前記代替電子モジュール（１００）が前記故障した電子モジュール（１０）に替わって即座に使用できる状態にあることを特徴とするディーゼル・エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼル・エンジンにおいて、
前記ディーゼル・エンジンが、前記シリンダ（２）に関する局部的機能及び前記ディーゼル・エンジン全体に関する全体機能が前記制御システム（１）によって制御されるディーゼル・エンジンであり、
前記電子モジュール（１０）の各々が第１の機能部分及び第２の機能部分をもつ同一設計の論理回路を含み、
前記シリンダ（２）に関する局部的機能が前記第１の機能部分によって制御され、
前記ディーゼル・エンジン全体に関する全体機能が、前記第２の機能部分全体によって冗長な形で制御され、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、ディーゼル・エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のディーゼル・エンジンにおいて、前記局部的機能及び全体機能が、同一の動作プログラムを使用している前記電子モジュール（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、ディーゼル・エンジン。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載のディーゼル・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電子モジュール（１００）が、前記制御システム（１）との情報交換をすることができる周辺機器（５）への「ゲートウェイ」として１つの接続点を確立していることを特徴とする、ディーゼル・エンジン。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載のディーゼル・エンジンにおいて、
故障電子モジュールを取り替えるために、この故障電子モジュールの所で単に取外し工程を実施すればよいように、前記複数の電子モジュール（１０）が前記制御システム（１０）内で接続され、
前記接続されている代替電子モジュール（１００）と故障した電子モジュール（１０）を交代させる際も、前記制御システム（１）の冗長性によって前記制御システム（１）が、なお動作していることを特徴とする、ディーゼル・エンジン。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載のディーゼル・エンジンにおいて、
前記複数の電子モジュール（１０）が、前記ディーゼル・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）のための吸排気システム（２０）、
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吸排気システムに連結されている所謂「コモン・レール」であるアキュムレータ、
燃料噴射及び給排気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、前記ディーゼル・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、
燃料供給及び給排気の調整並びに始動時の空気供給の制御のための装置
とそれぞれ信号伝送接続されていることを特徴とする、ディーゼル・エンジン。
【請求項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・エンジンにおいて、前記ディーゼル・エンジンが外航船用のエンジンであることを特徴とする、ディーゼル・エンジン。
【請求項８】
請求項１から７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、複数の代替電子モジュール（１００）が貯蔵され、事前調整された代替電子モジュールを貯蔵所に取り入れるために、これら代替電子モジュールをモジュール間バス・システム（１５）の前記代替電子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。
【請求項９】
請求項８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）に接続された代替電子モジュール（１００）が、その動作する能力に関して前記制御システム（１）により監視されていることを特徴とする、運転方法。
【請求項１０】
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７までのいずれか一項に記載のディーゼル・エンジンの使用において、前記電子モジュール（１０）が信号入力を有し、それを通して前記電子モジュールが、前記制御システム（１）の制御のために、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、ディーゼル・エンジンの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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複数の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。
【背景技術】
【０００２】
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、複数の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、制御システムによって制御されている。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複数の電子モジュールを含む。各シリンダは、それぞれ電子モジュールの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、関連するシリンダが制御される。エンジン全体の機能は、複数の電子モジュール全体によって制御される、すなわち、複数の電子モジュールの少なくとも一部分の電子モジュールの第２の機能部分が別の電子モジュールの第２の機能部分と協働して冗長な態様でエンジン全体の制御がなされる。
【０００３】
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。
【０００４】
設けられた冗長性の他に、電子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、代替電子モジュールを用意しておく必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、代替電子モジュールが準備状態から取り出され、代替電子モジュールの挿入及び準備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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ディーゼル・エンジン、特に大型のディーゼル・エンジンは、複数の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複数の電子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電子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、代替電子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、接続されている代替電子モジュールは自動的に事前に調整される。これにより、具体的な動作プログラムが代替電子モジュールにロードされ、動作パラメータが始動させられる。事前調整された代替電子モジュールは、モジュール間バス・システムの代替電子モジュールのための接続点で挿入される。
【０００７】
従属請求項２から７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８及び９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１０の主題である。
【０００８】
本発明を、図面と共に下記に説明する。
【実施例】
【０００９】
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２を備え、該ディーゼル・エンジンでは、シリンダ２に関する局部的機能及びエンジン全体に関する全体機能が制御されている。
【００１０】
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、吸排気バルブ２１、バルブ部材２１１、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を備えた吸排気システム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、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を吸排気バルブ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及び吸排気システム２０に連結されている。
【００１１】
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が吸排気バルブ２１のセンサにつながっている。
【００１２】
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、噴射及び吸排気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、燃料供給及び吸排気の調整並びに始動時の空気供給の制御のための装置がある。
【００１３】
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、制御のための電子モジュール１０、具体的には電子モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ及び代替電子モジュール１００を含み、ここに掲げた電子モジュールは全て、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、接続された代替電子モジュール１００を含む電子モジュール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つの電子モジュール１０ａ及び１０ｂの同時動作により制御されている。電子モジュール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。
【００１４】
１つ以上の代替電子モジュール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（電子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電子モジュール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に接続された代替電子モジュール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。
【００１５】
複数の電子モジュール１０は全て、モジュール間システム１５に接続された代替電子モジュール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、個々の電子モジュールには、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、複数の電子モジュール１０及び代替電子モジュール１００も、同じ動作パラメータを受け取る。複数の電子モジュール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、個々の電子モジュール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。個々の電子モジュール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。
【００１６】
個々の電子モジュール１０は制御システム１内で、故障電子モジュール１０の所でそれを取り替えるための取替え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。個々の電子モジュール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、論理回路の２つの機能部分という形態において、関連するシリンダが、第１の機能部分によって制御され、エンジン全体の機能が第２の機能部分によって制御される）。
【００１７】
代替電子モジュール１００との取替えを各電子モジュール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、代替電子モジュール１００のために設けられている。貯蔵所から取り出した代替電子モジュール１００を接続すると、この代替電子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複数の電子モジュール１０の１つ又は制御システム１からロードされ、具体的な値が動作パラメータに関連づけられる。接続された代替電子モジュール１００は、アイドリング・モードで動作し、動作中の電子モジュール１０が故障すると、事前調整されているので、代替電子モジュール１００はすぐに使用可である。
【００１８】
代替電子モジュールの調整には、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、事前調整された代替電子モジュール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電子モジュールへの動作プログラ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。
【００１９】
図２でモジュール間バス・システム１５に接続される代替電子モジュール１００は、「ゲートウェイ」として、周辺装置５への接続点を形成し、該ゲートウェイはコンバータ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。「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の通過を許している。
【００２０】
原則として、複数の代替電子モジュール１００が貯蔵所に取り入れられている。これら代替電子モジュール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故障電子モジュール１０を直接取り替えるのに適している。
【００２１】
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。電子モジュール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制御される。
【００２２】
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を介して電子モジュール１０、すなわち電子モジュール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、対応する電子モジュール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の対応する電子モジュール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つの電子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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】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。
【図１】
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【図２】
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