(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給系を備え、該燃料供給系は、付属の消費装置のための接続部（６ａ，６ｂ）を有する少なくとも１つの循環管路（５）を備え、該循環管路には、選択的に使用可能な燃料のための複数のタンク（１５，１６）を有する供給装置（１４）により燃料が供給可能でありかつ循環管路（５）の送り管路（５ａ）に付属して燃料温度を調節するためのコンディショニング装置（８）が設けられている形式の内燃機関、特に大型ディーゼル機関において、
前記コンディショニング装置（８）は、一の燃料種から他の燃料種への燃料種の各交換時に起動可能でありかつプログラミング可能なコントロール装置（１９）を備え、燃料温度は、各交換時に、当該交換のためにそれぞれ既定されたプログラムと、該プログラム内に含まれるランプ関数とに従って、それまでの燃料種に適した温度レベルから新しい燃料種に適した温度レベルへ前記コントロール装置により調節可能であり、この際所定のランプ関数によって行われる燃料温度調節には、燃料粘性と温度勾配との監視・制御が組合わされることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記コントロール装置（１９）は、前記コンディショニング装置（８）へのエネルギー供給量制御のための制御信号を発生する調整装置（２１）を備え、該調整装置は、所定のランプ関数を含む温度調節のためのプログラムと粘性及び温度勾配制御のための基準値とをファイル可能であるプログラム記憶装置（２３）と、微分装置を備えた温度センサ（２５）及び粘性測定装置（２４）とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記調整装置（２１）は、コンピュータにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記プログラム記憶装置（２３）は、少なくとも１つの燃料種交換のために、負荷に関連する複数のランプ関数を備え、該複数のランプ関数は、前記コントロール装置（１９）に送信される負荷信号に応じて選択可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記コントロール装置（１９）により負荷が調整可能であり、全負荷の７５％を越える部分負荷時の燃料交換開始時に、該負荷が全負荷の高くとも７５％の部分負荷まで低減可能であり、かつ該部分負荷に対応するランプ関数が選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記コントロール装置（１９）は、前記コントロール装置（１９）に送信されることになる負荷信号が送信されない場合に、全負荷の５０％の部分負荷に対応するランプ関数による燃料温度調節を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記コンディショニング装置（８）へのエネルギー供給量は、温度勾配が毎分２℃を越えず、かつ粘性が２ｃｓｔを越えないように制御されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記コントロール装置（１９）は、燃料タンク（１５，１６）内の温度も調節可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記供給装置（１４）は、混合弁（１８）を有し、該混合弁の入口は燃料タンク（１５，１６）に接続され、前記混合弁は、コントロール装置（１９）により、前記循環管路（５）に供給された全燃料量のうち、それまでの燃料割合が徐々に減少し新たな燃料割合が相応して増大するように動作可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記混合弁（１８）の出口側には、混合タンク（３８）が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料供給系を備え、該燃料供給系が、付属の消費装置のための接続部を有する少なくとも１つの循環管路を備え、該循環管路には、選択的に使用可能な燃料のための複数のタンクを有する供給装置により燃料が供給可能でありかつ循環管路の送り管路に付属して燃料温度を調節するためのコンディショニング装置が設けられている形式の内燃機関、特に大型ディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記形式の、特に船舶用原動機として使用される内燃機関は、異なる性質の燃料、例えば重油及び軽油を選択的に使用して運転される。洋上では重油が使用される。沿岸又は港内では軽油を使用しなければならない。従って、一の燃料種から他の燃料種への切り替え工程がしばしば必要になるが、この工程はこれまで手動で行われている。
【０００３】
燃料噴射ポンプに供給される燃料は、良好な霧化を達成するために、循環管路の範囲に配置されたコンディショニング装置によって加熱されるが、この場合重油は、望ましい粘性を得るためにディーゼル軽油よりも著しく高い温度まで加熱されなければならない。このことは、切り替え工程を困難なものとする。というのは、粘性が過度に高い場合には容積流量が不正確になり、また粘性が過度に低い場合には、ポンププランジャのかじりの結果、高い摩耗の危険性が生じるからである。温度変化が急速に行われることも望ましくない。というのは、噴射ポンプは粘性が過度に低下した場合と同様に、温度変化が急速である場合にも極めて故障を生じやすいからである。従って、一の燃料種から他の燃料種への手動による切り替えは、長時間をかけて行わなくてはならず、かつ熟練した作業員を必要とする。いずれも、今日の船舶においては困難なことである。従って、燃料ポンプの前記摩耗現象及び破損の危険性が生じている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、はじめに述べた形式の内燃機関を、上記の欠点を回避しつつ運転上の高い安全性が保証されるように改良することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は、上位概念部に記載の内燃機関において、コンディショニング装置に、一の燃料種から他の燃料種への燃料種の各交換時に起動可能でありかつプログラミング可能なコントロール装置を備え、燃料温度は、各交換時に、当該交換のためにそれぞれ既定されたプログラムと、該プログラム内に含まれるランプ関数とに従って、それまでの燃料種に適した温度レベルから新しい燃料種に適した温度レベルへ前記コントロール装置により調節可能であり、この際所定のランプ関数によって行われる温度調節には、燃料粘性と温度勾配との監視・制御が組合わされることによって解決されている。
【０００６】
このような手段は、一の燃料種から他の燃料種への自動的な、監督を必要としない切り替えを可能にする利点を有する。切り替えが自動的に経過することにより、安全限界を逸脱することなく、比較的短い切り替え時間が達成される。温度調節を制御するランプ関数に、粘性と温度勾配との監視・制御が重ね合わされるため、短い切り替え時間にも拘わらず、噴射装置領域における摩耗現象及び損傷の回避が確実に保証される。従って、本発明の手段によれば、はじめに述べた問題点が確実に排除される。
【０００７】
上記手段の有利な構成及び発展は従属請求項に記載されている。
【０００８】
コントロール装置は、好ましくは、コンディショニング装置へのエネルギー供給量を制御する調節信号を発生させる調整装置を含んでいるように構成することができる。また、前記調整装置には、所定のランプ関数を含む温度調節のためのプログラムと粘性及び温度勾配のための基準値とをファイル可能であるプログラム記憶装置、および微分装置を備えた温度センサと粘性測定装置とを付属させることができる。これにより、単にソフトウエア側の変更を必要とするだけで、本発明による装置を種々異なる状態、例えば、種々異なる燃料種に適合させることが可能である。従って、このような適合を比較的簡単に行うことが可能である。
【０００９】
さらに本発明によれば、プログラム記憶装置が、少なくとも１つの燃料種交換のために、負荷に関連する複数のランプ関数を含んでいるように構成することができる。前記ランプ関数は、コントロール装置に供給可能な負荷信号に関連して選択可能である。これにより、少なくとも１つの切り替え工程、例えば重油から軽油への切り替え工程を、全負荷航行中にも、また停止中にも遅滞なく実施することができる。
【００１０】
燃料タンクに付属した加熱装置も、コントロール装置によって制御可能であるようにすると有利である。こうすることにより、燃料の予備的コンディショニングが可能となり、これにより循環管路の領域に設けられたコンディショニング装置の負荷を軽減することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の特に有利な構成によれば、供給装置に混合弁を設け、該混合弁の入口を燃料タンクに接続し、循環管路に供給された全燃料量のうち、それまでの燃料割合が徐々に減少し新たな燃料割合が相応して増大するように、前記混合弁をコントロール装置により動作させることが可能である。循環管路に供給された燃料混合物は、既に混合温度を有しているから、特に短い切り替え時間を達成することができる。混合割合は、０〜１００％または１００％〜０へ徐々に変化するから、粘性及び温度勾配に関する限界値は比較的簡単に守られる。
【００１２】
混合弁の出口側に混合タンクを配置すると、さらに利点がある。この手段によれば、混合工程に多くの時間をかけることができ、特に良好な混合が保証される。
【００１３】
本発明のさらに別の有利な構成及び発展は、他の従属請求項に記載されており、図面に基づく以下の説明のより明らかにされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、燃料供給系を備えた２サイクル−大型ディーゼル機関に関する本発明一実施形態の構成図である。
【００１５】
ディーゼル機関、特に大型ディーゼル機関の基本構造及び作動形態は公知であるから、本発明に関連して、新たな説明は不要である。図１に示す実施形態は、２サイクル−大型ディーゼル機関に基づくものである。この型式の機関は、通常船舶用原動機とし使用される。機関の各シリンダ２には、噴射ポンプ３及び噴射ノズル４から成る噴射装置が取付けられている。噴射ポンプ３の全てには、共通の１つの燃料供給系から燃料が供給される。
【００１６】
燃料供給系は、送り管路５ａ及び戻し管路５ｂを有する循環管路５を備えており、該循環管路には、接続部６ａ及び６ｂによって示されているように、全ての噴射装置の送り側及び戻し側が接続している。送り管路５ａには循環ポンプ装置７と、コンディショニング装置８と、フィルター装置９とが設けられている。循環ポンプ装置７は、２つの並列に接続されたポンプを含んでおり、これらのポンプは選択的に運転可能であり、保守整備が容易である。
【００１７】
コンディショニング装置８は、送り管路５ａ中を流れる燃料の温度を調節するために役立つ。燃料は、コンディショニング装置によって加熱可能であり、また特別の場合には冷却可能である。従って、コンディショニング装置８には、加熱媒体又は冷却媒体を選択的に供給可能である。コンディショニング装置８は、実際には熱交換器として製作されており、該熱交換器には、送り管路５ａから分岐した燃料ループ１０と、加熱媒体または冷却媒体が供給されるコンディショニング媒体ループ１１とが接続されている。通常の運転では、送り管路５ａを流れる燃料の加熱を必要とするに過ぎない。以下に詳細説明されるように、一の燃料種から他の燃料種への切り替えが行われるときには、加熱または冷却の中断が必要である。
【００１８】
戻し管路５ｂは、加圧タンク１２を介して送り管路５ａから戻される。加圧タンク１２は加圧弁１３を有し、該加圧弁は、後に詳細に説明されるように、デッキ下に配置されたタンク装置に接続されている。
【００１９】
循環管路５は、全体を符号１４で示された供給装置によって燃料を供給される。供給装置１４は、上記タンク装置を含んでおり、該タンク装置は、この場合、重油用のタンク１５及び軽油用のタンク１６、並びにタンク出口に接続可能な供給ポンプ装置１７を含んでいる。また、供給ポンプ装置１７は、選択的に運転可能な２つのポンプを有している。供給装置１４は、供給ポンプ装置１７の吐出管路接続部により、循環管路５の、循環ポンプ装置７の入口側に配置された管路に接続されている。
【００２０】
供給装置１４は、この場合、３方向混合弁１８を含んでおり、該混合弁の入口は、タンク１５，１６の出口に接続されており、また該混合弁の出口は、供給ポンプ装置１７の吸引側に接続されている。３方向混合弁１８により、循環管路５には、一方の燃料または他方の燃料、あるいは両燃料の混合燃料を、選択的に供給することができる。
【００２１】
重油用のタンク１５は加熱装置４０を有している。同様に軽油用のタンク１６は加熱装置２０を有している。加熱装置４０，２０により、それぞれのタンク１５，１６の内容物は既に予熱可能である。これによって、コンディショニング装置８への負荷は、通常運転時にも、また一方の燃料種から他方の燃料種への切り替えの際にも軽減される。
【００２２】
機関１によって駆動される船舶の位置（洋上であるか沿岸または港内であるか）に応じて、機関１は重油または軽油で運転される。重油は、噴射装置に約１５０℃の温度で供給され、軽油は、約５０℃の温度で供給される。ある程度の基底温度は、加熱装置４０または２０によって得られる。正確な温度調節は、コンディショニング装置８によって行われる。比較的緩慢な通常運転時には、燃料管路及び噴射装置は燃料温度を吸収する。一方の燃料種から他方の燃料種へ切り換えられるときには、噴射装置に供給される燃料温度は、それまでの燃料に適した温度レベルから、新しい燃料に適した温度レベルへ調節する必要がある。この場合、ある限界条件が守られなければならない。すなわち温度変化は、２℃／分より大であってはならない。また粘性は、２ｃｓｔ（センチストークス）を下回ってはならない。
【００２３】
切り替え工程が監督の必要無しに行われ得るようにするために、コンディショニング装置８には、全体として符号１９で示されているコントロール装置が接続されている。該装置は、以下のようなプログラミングが可能である。すなわち、それは、一方の燃料種から他方の燃料種への燃料種の各交換時に、当該交換のために既定されたプログラムと、該プログラムに含まれる数学的なランプ関数とに基づいて、燃料温度が、それまでの燃料種に適した温度レベルから新しい燃料種に適した温度レベルへ調節され、かつ同時に、粘性及び温度勾配が許容限度内に保持されるようなプログラミングである。
【００２４】
このためにコントロール装置１９は、好ましくは、コンピュータにより構成された調整装置２１を含んでいる。該調整装置は、符号２２で示される信号導線を経由して、コンディショニング装置８のコンディショニングループ１１へエネルギ供給のための調整信号を送信する。この信号により、コンディショニングループ１１に通される加熱媒体または冷却媒体の量が調節され、あるいは、これらの媒体の供給が完全に遮断される。好ましくは、コンピュータとして構成された調整装置２１には、プログラム記憶装置２３が付属している。該記憶装置には、個々の燃料切り替え工程の経過並びにこれに対応するランプ関数を含んだ、一の燃料種から他の燃料種への切り替えを実施する際の温度調節のためのプログラムと、粘性及び温度勾配に関する基準値とが記憶可能である。
【００２５】
実際には調整回路として構成されているコントロール装置１９はまた、調整装置２１に付属した現在値監視装置を、循環管路５の送り管路５ａの機関側の端部の領域に配置された粘性測定装置２４及び温度センサ２５の形で含んでおり、該温度センサには微分装置が備えられている。この場合、微分動作は、好ましくは、調整装置２１を構成するコンピュータにより行われる。温度センサ２５は、粘性測定装置２４内に一体化されてもよい。粘性測定装置の出力側は、信号導線２６を介して調整装置２１に接続されている。調整装置２１とプログラム記憶装置２３とを、粘性測定装置２４と組合わせることも可能である。粘性と温度勾配との監視・調整は、所望の温度変化に適したランプ関数による制御と組合わせて行われる。
【００２６】
プログラム記憶装置２３に記憶されるプログラムの総数は、燃料交換実施の際に生じる可能性のある状況の数に相応している。図示の実施形態のように、２つの燃料種がある場合には、少なくとも２つのプログラムが存在する。切り替えは、全負荷から停止時までの種々異なる負荷状態のもとで行われ得るから、各プログラムは、瞬間的な負荷に関連して選択されかつ活性化される複数のランプ関数を含んでいるべきである。調整装置２１はまた、符号２７で示される信号導線を通じて負荷信号を受ける。前記信号導線は、図示の例では、粘性測定装置２４の入力側に接続されている。粘性測定装置２４は、温度センサ２５の出力を受け、信号導線２６を介して調整装置２１に信号伝達する。簡単な場合、例えば、単に重油から軽油への交換のためには、負荷に関連した複数のランプ関数が設けられているだけで十分である。というのは、軽油から重油への交換は、常に所定の負荷時に、例えば７５％の部分負荷時に行われるからである。
【００２７】
調整装置２１によれば、一方の燃料種から他方の燃料種への切り替えの際に、タンク１５または１６内の温度も監視することができる。このために調整装置２１は、加熱装置４０または２０へのエネルギー供給を制御する調節信号を信号導線２８，２９に流す。かつ調整装置２１は、タンク１５，１６に付属する温度センサ３０，３１の出力側に生じる信号を、相応する現在値信号として、信号導線３２，３３を介して受信する。燃料交換は、コントロール装置１９の遠隔操作装置を介して供給可能な信号によって、操縦ブリッジまたは機械室から開始することができる。このことは図示の例では、調整装置２１に付属するさらに別の信号入力３４によって示されている。
【００２８】
軽油から重油への交換を行う場合、相応のプログラムが実行され、調整装置２１が、まず重油用タンク１５内の温度を検知し、ついで加熱装置４０の温度が調節され、タンク１５内に存在する重油の種類に応じて、タンク内の温度を５０℃〜１００℃に上昇させ、かつこのレベルに保持する。温度がさらに高い場合には相応して下げられなければならない。調整装置２１はさらに、瞬間的な負荷状況をコントロールする。この負荷状況が全負荷の７５％を越えている場合には、７５％の部分負荷に減少される。相応して７５％の部分負荷に対応するランプ関数も活性化される。７５％の部分負荷を上回る部分負荷では、如何なる交換も行われない。信号導線２７に負荷信号が送信されない場合、安全性の理由から、５０％の部分負荷と仮定され、そして、この部分負荷に対応するランプ関数が選択される。上記部分負荷の調節は、調整装置２１により、信号導線３５を介して可能である。
【００２９】
上記の条件が満たされると直ちに、循環管路５中を流れる軽油の温度が、選択されたランプ関数に従ってコンディショニング装置８の相応する制御によって６０℃〜８０℃へ高められる。この場合、選択されたランプ関数による温度制御には、粘性と温度勾配との監視・調整が組合わされる。コンディショニング装置８は、これに相応して、粘性が２ｃｓｔを下回らないように、かつ温度勾配が２℃／分を越えないように制御を行う。粘性及び温度の現在値は、粘性測定装置２４及び温度センサ２５によって供給される。調整装置２１を構成するコンピュータは、順次得られる温度信号から温度勾配を計算する。
【００３０】
上記のプログラムによれば、さらにタンク１５内の温度と循環管路５の送り管路５ａ内の温度の温度差が監視される。この温度差がもはや２５℃よりも大きくない場合、例えば、タンク１５内の温度が９５℃で循環管路５の送り管路５ａの温度が７０℃である場合、調整装置２１は、信号導線３６を介して、直ちに切り替え信号を発する。この場合、軽油から重油への切り替えは、タンク１６の出口が閉鎖され、かつタンク１５の出口が開かれることによって行われる。
【００３１】
重油から軽油への切り替えが行われる場合には、相応するプログラムが実行され、まず軽油用のタンク１６内の温度が検知され、ついでタンク１６内の温度が約５０℃となるように、かつこの値に保持されるように、付属の加熱装置２０が制御される。同時に、コンディショニング装置８のコンディショニング媒体ループ１１への加熱媒体の供給が止められ、かつ、場合によっては冷却媒体の供給が行われる。しかし実際には、多くの場合、単に加熱媒体の供給が停止されるだけで十分である。冷却媒体の供給は、特別な要求がある場合にのみ必要とされるに過ぎない。信号導線２７を介して伝達される負荷信号が、全負荷の７５％を越える負荷を示す場合、信号導線３５を介して、７５％の部分負荷への負荷軽減並びに対応するランプ関数の選択が行われる。いかなる負荷信号もない場合には、５０％の部分負荷への調節及び対応するランプ関数の選択が行われる。この限りにおいては前と同一である。
【００３２】
同時に、タンク１６及び循環管路５の送り管路５ａ内の温度差が監視される。この温度差がもはや２５℃より大きくない場合、信号導線３６を介して切り替え信号が発せられる。この場合、重油温度、要するに循環管路５の送り管路５ａ内の温度が、切り替え前、７５℃より低くないようにすべきである。
【００３３】
図示の実施形態では、供給装置１４が先に既に述べた混合弁１８を有しており、該混合弁の入口はタンク１５，１６に、出口は供給ポンプ装置１７の吸引側に接続されている。混合弁１８によれば、切り替え工程において、それまで使用されていた燃料と新たに使用される燃料とを混合することができる。その混合比は、調整装置２１によって、信号導線３７を介して制御可能である。これにより、切り替えの際に、それまでの燃料割合をゆっくり減少させ、かつ新たな燃料割合を同程度にゆっくり増大させることが可能である。
【００３４】
混合比の変化は、約２０％ずつのステップで徐々に行うのが望ましい。このような混合により、切り替え工程に必要な時間を短縮することができる。というのは、このような混合により、軽油の比較的高い粘性及び温度が得られるからである。他方において重油は希釈される。このような手段によれば、負荷軽減またはコンディショニング装置８の加熱を場合によっては省略することができ、あるいは、省略できなくても、比較的狭い限度内に保つことが可能である。
【００３５】
図示の実施形態では、混合弁１８の出口側に混合タンク３８が配置されている。これにより混合が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  燃料供給系を備えた本発明の一実施形態である２サイクル−大型ディーゼル機関の構成図である。
【符号の説明】
５  循環管路
５ａ  送り管路
６ａ，６ｂ  接続部
８  コンディショニング装置
１４  供給装置
１５  燃料タンク（重油用）
１６  燃料タンク（軽油用）
１９  コントロール装置
２１  調整装置
２３  プログラム記憶装置
２４  粘性測定装置
２５  温度センサ
【図１】
0003792073.tif 000002