Journal of the JIME Vol.00,No.00(2005) －1－ 日本マリンエンジニアリング学会誌 第 00 巻 第 00 号 (2005)

1. はじめに

当社がライセンスを取得している Winterthur Gas & Diesel（WinGD）社は，その前身の Wärtsilä Switzerland 時代の 1981 年から燃料噴射システムの

電子制御を含んだ，エンジン全体を電子制御するシス

テムの開発を進め，RT-flex機関としてリリースした．

当社としてこの RT-flex システムを搭載した初めての

機関は DU-6RT-flex58T-B 型機関であり，2003 年 3月に陸上運転を終え，同年 8 月に就航した．2019 年 9月現在で，アップデートされた同社の電子制御システ

ムUNICを搭載したものを含め185台の出荷を数えて

いる．WinGD 社としての実績は約 1500 台に達しよう

としている．

2. RT-flexシステム 商用の初代電子制御システム RT-flex は，コモンレ

ール技術を採用し，シンプルで信頼性が高く，柔軟性

の高い燃料噴射及び排気弁開閉コントロールを有しつ

つ，従来の機械駆動式の燃料噴射・排気弁駆動 RTA機関との間では各種部品に互換性を有するよう開発さ

表 1 RT-flex 機関主要目

機関型式 - RT-flex58T-B

シリンダ径 mm 580

行程 mm 2416

出力(R1) kW/cyl. 2125

定格回転速度(R1) min-1 105 シリンダ内最高圧 MPa 15.0

正味平均圧力 MPa 1.95(R1)

燃料レール内圧 MPa 100

サーボレール内圧 MPa 20

れ，低負荷における燃料消費率やエミッション及び燃

焼改善を実現した．自動車エンジンでは採用が進んで

いたが，船舶用の大型 2 ストローク低速エンジンに対

しては世界で初めて搭載された画期的なシステムであ

った．表 1 にRT-flex58T-B 型機関の主要目を示す． RT-flex システムは，燃料及びサーボ油供給ポンプ

（サプライユニット），コモンレール，起動用電磁弁及

びWECS-9500と呼ばれる電子制御システムで構成さ

れた．またコモンレールシステムは図1に示すように，

燃料用コモンレール，サーボ油用コモンレール及び起

動空気の 3 系統からなる．

図 1 flex システム概要図

2.1 燃料供給系 燃料は機関駆動のサプライユニット（図 2）内の燃

料加圧ポンプにより約 100MPa に昇圧され，燃料用の

コモンレールに供給された後，高速電磁弁（レールバ

ルブ，後述）で制御される容積型噴射コントロールユ

ニットを通して燃料噴射弁に供給される．コントロー

ルユニットは各シリンダに一つあり，WECS9500 制

御システムで制御され，燃料噴射タイミング，燃料噴

射量及び燃料噴射パターンを各燃料弁に対して個別に

調整している．

電子制御機関における燃料噴射システム＊

- WinGD電子制御コモンレール式低速機関

野村 守＊＊

＊原稿受付 令和 元年 10月 27日． ＊＊正会員 IHI原動機（兵庫県相生市5292）．

電子制御機関における燃料噴射システム＊

- WinGD電子制御コモンレール式低速機関

野　村　　　守＊＊

Journal of the JIME Vol. 55, No. 1（2020） 日本マリンエンジニアリング学会誌　第55巻　第 1 号（2020）― 81 ―

電子制御機関における燃料噴射システム

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図 2 サプライユニット断面

2.2 燃料噴射制御 レールバルブは RT-flex システムの最も重要な部品

で，燃料噴射および排気弁をコントロールするために

開発された（図 3）．非常に短い弁切換時間(1ms)の実

現により最適な燃料噴射および排気弁タイミングを実

現している．

図 3 レールバルブ

また，大型舶用機関では一回当たり一つの燃料弁か

ら噴射される燃料の量も多く，また使用される燃料が

低質の残渣油であり高温であることから電磁弁のみで

直接燃料噴射を制御することは困難であったため，コ

ントロールオイルを容積型燃料噴射装置（ICU）の作

動油として用い，その作動タイミングをレールバルブ

で制御する方式を採用している（図 4）．

2.3 制御システム

WECS-9500 制御システムは，機能の点から見れば，

機械駆動機関のガバナー，ガバナーアクチュエータ，

燃料連桿及び起動空気管制弁と置き換わることになる．

クランク軸端部に取付けられたセンサーの回転角度信

号を検出し噴射タイミング，排気弁開閉，起動空気の

図 4 ICU

投入順序など全ての制御を司っている．

WECS9500 システムのインターフェースがパソコ

ンを内蔵した WECS アシスタントと呼ばれるもので，

機関のリモートコントロールシステムとは独立してお

り，コモンレールに装備されたWECS-9500 のメイン

コントロールモジュールに接続され，CAN-BUS によ

りデータ通信が行われている．WECS アシスタントは

機関の各種パラメーターの設定，変更時に使用される．

3. UNICシステム WinGD 社から，4st エンジンで採用されていたシス

テムを展開する形で，新たに適用が始まった新型の電

子制御システムである．当社では 2015 年に DF エン

ジン試験機に搭載される形で採用が始まっている．現

在はX 型のディーゼルエンジンにも搭載されている． UNICの基本コンセプトはRT-flexと同じだが，ICU

のレールバルブに相当する電磁弁を各燃料弁に装備し，

燃料弁個別に噴射時期及び噴射量を制御している．こ

のためRT-flexにあった独立したICUは廃止されてい

る．また RT-flex では燃料の噴射量制御が容積制御だ

ったのに対し，UNIC からは電磁弁のON・OFF で制

御する時間制御になり，シンプル化された．電磁弁の

ON 時間で燃料流量を，ON を行うタイミングで燃料

図 5 燃料弁動作の模式図

電磁弁

オリフィス

燃料入

針弁

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電子制御機関における燃料噴射システム - WinGD 電子制御コモンレール式低速機関82

電子制御機関における燃料噴射システム

Journal of the JIME Vol.00,No.00(2005) －3－ 日本マリンエンジニアリング学会誌 第 00 巻 第 00 号 (2005)

噴射時期の制御を行う（図 5）． ノズルにはサックボリュームを減らしたFASTタイ

プを採用し，サック内の燃料残油がなくなることで，

噴射後の後だれ減少による燃費率の改善及び汚れの少

ない燃焼室の実現を狙っている．（図 6）

図 6 燃料弁とノズル（FASTタイプ）

制御装置の構成は，CCM-20 制御装置によるシリン

ダ毎の分散制御である等は RT-flex と同じであるが，

制御装置のパラメーターをモニターするための

flexView のパソコンが不要となり，専用のモニター

（LDU-20）が装備された．（図 7） またガバナー機能が UNIC 内に取り込まれ

MCM-11 となるとともに，前出の通り燃料弁に噴射制

御機能が装備された．

図 7 UNIC制御装置の構成

各 CCM-20 が，各シリンダの燃料噴射・排気弁開

閉・始動弁・シリンダ注油の制御を行うと共にフィー

ドバック信号を監視し，経年劣化などによるタイミン

グのずれなど検知すれば，自動的に補正して性能低下

を最小限に抑えている（図 8）．ディーゼルエンジンで

はオプションではあるが，燃焼監視装置（ICC）を装

備することにより，燃焼最高圧力（Pmax）を自動で

調整することで大気条件による燃料消費の悪化を防止

することが可能である．

図 8 CCM-20のシリンダ制御

UNICの基本コンセプトは従来型の電子制御システ

ム RT-flex と同じくコモンレール方式であり，油圧生

成部（サプライユニット）が同じく装備される．サプ

ライユニットの燃料ポンプは，インライン型を採用し，

構成部品を簡素化している（図 9）．

図 9 サプライポンプ

4. 電子制御機関の性能

機械駆動式燃料ポンプを装備するディーゼル機関に

はクランク軸の回転に同期して歯車を介し駆動される

燃料ポンプがシリンダ毎に装備されていたため，機関

回転速度や機関負荷が下がれば燃料噴射圧は下がる特

性を持っていた．flex やUNIC のようなコモンレール

システムを持った電子制御機関は，全シリンダに共通

な高圧一定のコモンレールから負荷に応じた燃料を各

シリンダに噴射するので，低負荷でも噴射圧力を高く

保持することができる． 同時に図 10 に示すように，従来機関では低負荷で

UNIC 用燃料弁

LDU-20

MCM-11 CCM-20

CCM-20

サーボオイルポンプ

燃料ポンプ

Cylinder Lubrication unit

Cylinder Press. Sensor Power supply (2x24VDC)

3 Fuel Injectors Start Pilot Valve VCU Exhaust Valve Position Feedback

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電子制御機関における燃料噴射システム - WinGD 電子制御コモンレール式低速機関 83

電子制御機関における燃料噴射システム

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のスモークが著しく増加するのに対し，本機関では全

負荷域において非常に低いスモークレベルとなってい

る．今後規制が強化されていくと予想される，微粒子

（PM）やブラックスモークには優位点となるだろう．

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Engine Load (%)

Filte

r Sm

oke

Num

ber [

FSN

]

6RT-flex58T-B

6RTA58T Conventional

Smoke Visibility Limit = 0.15

Diesel Oil operation

図 10 スモークレベル

従来の燃料噴射システムは燃料の昇圧と燃料の噴射

量及びタイミング制御の3つの機能を一つの燃料ポン

プにより行っていたが，これらの機能を分離し，コモ

ンレールと電子制御を組合せることにより，噴射量及

び噴射率パターンの制御に対してより自由度が広がり，

各シリンダにある3つの燃料噴射弁はプログラムによ

り必要に応じて任意の噴射モード（シーケンシャルイ

ンジェクション）で作動をさせることができる．

7RT-flex84TD (R1) 100%L [ 0°/6°/2°(#1 / #2 / #3) ]

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

Pcyl

. ( b

ar )

Tier 1 spec

Tier 2 Pre-test

0

50

100

150

200

250

300

-20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Crank Angle (deg.)

H. R

. [ d

Q/dθ

] （ k

J/C

.A ）

図 11 シーケンシャルインジェクション

による熱発生率の抑制例

例えば，シーケンシャルインジェクションにより高

圧噴射による良好な燃焼を維持したまま，熱発生率を

抑制することができる．低 NOx 排出率はもとより，

シリンダ内燃焼最高圧力が維持できることから低燃費

ともに両立する．（図 11）． 高圧噴射は，燃料噴霧を微細化し，噴射後の燃焼期

間が短縮され，燃料消費率の低減に寄与する．一方で

NOx 排出率の増加も考えられる．このような状況に於

いて上述のシーケンシャルインジェクションは有効で

あると言える． 噴射圧力を低く設定し，燃料噴射率を低下させ，熱

発生率を抑制する方法でも同様の効果が期待できるが，

粗悪燃料使用時などは，後燃え期間がより長くなるな

どによる燃焼室の損傷リスクが増加すると考えられる． その他に，低負荷時には作動する燃料弁数を減じて，

1 本の燃料弁からのみ噴射し，1 シリンダ分の全量を 1つの燃料弁から噴射することで1弁あたりの燃料の量

を増加させる，スモークレスオペレーションも行って

いる． 1 弁当たりの噴射レートを一定以上に維持できるこ

とから，燃料噴霧を良好に保つことができる．低負荷

でも安定した運転が可能であると共に，ブラックスモ

ークや微粒子（PM）の抑制に寄与している（図 12）．

図 12 スモークレスオペレーション

電子制御システムを採用した場，上述の高圧燃料噴

射や燃料噴射時期コントロールだけでなく，燃料レー

ル圧力・排気弁開閉タイミングといったパラメーター

も運転中に変えることができる．このため燃焼改善以

外に，部分負荷燃費を重視するもの，常用負荷全体を

改善するものなど，機械駆動式の場合にはできなかっ

たようなエンジンのチューニングパターンをフレキシ

ブルに設定でき，お客様のニーズにきめ細かく対応す

ることが可能になった．（図 13）

熱熱発発生生率率

シシリリンンダダ燃燃焼焼圧圧力力

従従来来型型噴噴射射

シシーーケケンンシシャャルル

ななだだららかかなな

燃燃焼焼圧圧力力上上昇昇

熱熱発発生生率率ピピーーククのの低低下下

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電子制御機関における燃料噴射システム - WinGD 電子制御コモンレール式低速機関84

電子制御機関における燃料噴射システム

Journal of the JIME Vol.00,No.00(2005) －5－ 日本マリンエンジニアリング学会誌 第 00 巻 第 00 号 (2005)

Standard Tuning Normal（90％負荷以上）を重視した運航 Delta Tuning Normal（90％より低い負荷）を重視した運航 Delta Bypass Tuning 50％以上ではDelta Tuning の燃費率を維持しつつ，高い排気温度で排熱回収を行う運航 Low-Load Tuning 低速運転重視で場合により増速が可能な運航

図 13 様々なチューニングのパターン

5．状態診断

RT-flex や UNIC と言った電子制御システムは，多

くのセンサーが装備され，制御パラメーターがほぼす

べて電子化されていることから，エンジンの各種情報

を細かく把握することができる．従って当社で進めて

いる機関の状態診断を行う上で親和性が高い（図 14）． 今後予想される船舶主機を取り巻く環境の変化を考

えると，親和性の高さは重要度を増していくものと思

われる．

図 14 状態診断装置（LC-A）とのデータやり取り

6．終わりに

初めて当社としてRT-flex機関を製造して17年近く

が過ぎ，今では当たり前となってしまっているが，今

後増えていくであろうデュアルフューエル機関に於い

て，電子制御技術は更に重要さを増しており，エンジ

ンの性能改善のみならず信頼性の維持，更には状態診

断に基づいたCBM へと広がって行くものと考えられ

る．

著者紹介

野村 守 日本マリンエンジニアリング学会 正会員 1967 年生． 株式会社 IHI 原動機 九州大学工学部

WECS

Alarm Monitoring

System LC-A

flexView

Et

Data from AMS and WECS

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電子制御機関における燃料噴射システム - WinGD 電子制御コモンレール式低速機関 85