專利名稱：尤其是帶有電子控制系統(tǒng)的大型柴油發(fā)動機的柴油發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)動機，尤其是帶有電子控制系統(tǒng)的大型柴油發(fā)動機，這種發(fā)動機是包括有多個氣缸的發(fā)動機，其中可對與氣缸相關(guān)的局部功能和與整個發(fā)動機相關(guān)的全局功能施加影響，本發(fā)明還涉及到該柴油發(fā)動機的使用。這種大型柴油發(fā)動機不僅可以是兩沖程柴油發(fā)動機，而且可以是四沖程柴油發(fā)動機。
背景技術(shù)：
從EP-A-0989297中已知了帶有電子控制系統(tǒng)的大型柴油發(fā)動機，其包括多個電子模塊。例如，為了調(diào)節(jié)發(fā)動機氣缸中的燃料供給和氣體換向，一個模塊與一個相應(yīng)的氣缸相關(guān)聯(lián)(除了一個模塊之外，也可提供兩個模塊或一組模塊來一起工作)。利用這些模塊即相同設(shè)計的邏輯電路，就可以控制性地影響與有關(guān)氣缸相關(guān)的總功能。除了與氣缸相關(guān)的局部功能之外，還有涉及到整個發(fā)動機的全局功能。其它模塊用于實現(xiàn)相應(yīng)的發(fā)動機全局控制，這些模塊不同于用于局部控制的模塊。
如果大型柴油發(fā)動機用作尤其用于遠(yuǎn)洋船只的動力裝置時，那么如果控制系統(tǒng)的單個部分或發(fā)動機的部件失效，仍然需要可以獲取至少一部分發(fā)動機功率。為此，發(fā)動機全局控制必須仍保持足夠程度的功能。在這種故障期間，由于發(fā)動機仍在降低的功率下運行，因此個別氣缸會停止作用。通過以冗余方式來控制發(fā)動機，并通過單個部件的多次安裝來實現(xiàn)機械部件的冗余度，便可實現(xiàn)發(fā)動機的永久運行。除了與主動運行發(fā)動機全局控制相關(guān)的主控制系統(tǒng)之外，還可考慮運行相同的第二控制系統(tǒng)，其被動地與發(fā)動機全局控制協(xié)同工作，但在需要時可以無延時地切換到主動控制狀態(tài)。盡管只為每個氣缸提供一個電子模塊(或一組協(xié)作模塊)，然而就電子系統(tǒng)部件的全局功能而言，需要在控制系統(tǒng)中至少兩倍地包含相同的系統(tǒng)部件；在這種裝置中，一個模塊或一組模塊應(yīng)當(dāng)理解為用語“系統(tǒng)部件”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大型柴油發(fā)動機，它是電子式控制的柴油發(fā)動機，其中用于整個發(fā)動機和各個氣缸的控制系統(tǒng)可以利用最少量的電子系統(tǒng)部件而組裝起來。最少的部件數(shù)量有利于降低成本和提高可靠性。這一目的可通過下述發(fā)動機來滿足。
該柴油發(fā)動機尤其是大型柴油發(fā)動機具有電子控制系統(tǒng)。該發(fā)動機是包括有多個氣缸的發(fā)動機，其中可對與氣缸相關(guān)的局部功能和與整個發(fā)動機相關(guān)的全局功能施加影響。每個氣缸與控制系統(tǒng)的一個模塊相關(guān)聯(lián)。這些控制模塊均包括帶有第一功能部分和第二功能部分的相同設(shè)計的邏輯電路。利用第一功能部分可以控制相關(guān)的氣缸。通過分布在這些模塊上的控制部件便可影響全局功能，即對于至少一部分模塊而言，在所有情況下均可利用第二功能部分與其它模塊的第二功能部分的協(xié)作以冗余的方式來執(zhí)行發(fā)動機全局控制。由于有這種冗余性，在存在失效的情況下可以保持至少一部分發(fā)動機功率。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可利用相同的操作程序并通過這些模塊的同時操作來執(zhí)行局部功能和全局功能。對至少某些全局功能可采用多個相似的執(zhí)行機構(gòu)，這些執(zhí)行機構(gòu)以一定數(shù)量的形式存在以產(chǎn)生冗余性，在所有情況下只有一個模塊與這些執(zhí)行機構(gòu)中的每一個相關(guān)聯(lián)，其中在一個執(zhí)行機構(gòu)失效的情況下，可通過相應(yīng)的模塊來實現(xiàn)完好執(zhí)行機構(gòu)的操作調(diào)節(jié)。第一模塊的邏輯電路的第二功能部分與另一模塊的相應(yīng)第二功能部分配對，用于發(fā)動機全局控制，另兩個模塊也設(shè)有這樣一對第二功能部分，而且通過這兩對模塊的同時操作以冗余的方式來執(zhí)行發(fā)動機全局控制。這兩對模塊的第二功能部分在其輸出端處相連，并通過邏輯電路部件而相互間被保護(hù)起來，這樣，當(dāng)其中一個模塊失效時，仍可保證發(fā)動機全局控制得以延續(xù)，不受失效模塊的影響。所有控制模塊都是相同的，與信號輸入端和輸出端的連接至少部分地通過冗余式總線系統(tǒng)來建立，對于這些模塊在控制系統(tǒng)中的集成而言不需要其它的電子電路。在發(fā)動機全局控制不需要所述邏輯電路的第二功能模塊的模塊中，可以省略相應(yīng)的端子連接或與分散輸出端的連接。單個模塊在控制系統(tǒng)中以一定方式進(jìn)行設(shè)置和連接，使得只需要對該模塊執(zhí)行局部的拆除步驟便可更換有缺陷的模塊，而且在缺少了一個模塊時，控制系統(tǒng)仍能工作?？刂葡到y(tǒng)的模塊分別與發(fā)動機的下述部件形成信號傳輸通信用于相關(guān)氣缸的液體燃料供給的噴射系統(tǒng)；用于相關(guān)氣缸的氣體換向系統(tǒng)；用于提供燃料和控制介質(zhì)的泵；用于控制介質(zhì)的儲集器和用于燃料的儲集器，即所謂的“公用給油管”，其中這些儲集器與上述泵、噴射系統(tǒng)和氣體換向系統(tǒng)相連；液壓系統(tǒng)，其具有用于執(zhí)行噴射和氣體換向的機構(gòu)；利用發(fā)動機驅(qū)動的軸的旋轉(zhuǎn)來使局部功能和全局功能同步的角度檢測裝置，以及用于調(diào)整燃料供給和氣體換向并控制空氣開始供給的裝置。本發(fā)明的發(fā)動機可在遠(yuǎn)洋船只中用于使船只驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)，其中，控制模塊具有信號輸入端，該控制模塊可通過信號輸入端而從船只的報警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和船只驅(qū)動軸的電子式轉(zhuǎn)速控制裝置中獲得信息，從而對控制系統(tǒng)施加影響。


在下文中將根據(jù)附圖來更準(zhǔn)確地解釋本發(fā)明，在圖中圖1是大型柴油發(fā)動機、尤其是兩沖程柴油發(fā)動機的中心部分，圖2是根據(jù)本發(fā)明的可以控制圖1所示柴油發(fā)動機的控制系統(tǒng)的非常簡略的示意圖，和圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于柴油發(fā)動機的第二控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
使用了圖2所示電子控制系統(tǒng)1的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機是具有至少四個氣缸2的發(fā)動機。控制系統(tǒng)的模塊10，10’，10”和10與用于信號傳輸目的的發(fā)動機部件相連，每個模塊10都與一個氣缸2相關(guān)聯(lián)。在圖1所示發(fā)動機的例子(大型兩沖程柴油發(fā)動機)中出現(xiàn)的部件是氣體換向系統(tǒng)20，其具有氣體換向閥21、閥件211和通道212，通過通道212可供應(yīng)空氣和抽取燃?xì)猓挥糜谝簯B(tài)燃料300的體積控制進(jìn)給或時間控制供給的噴射系統(tǒng)30，液態(tài)燃料300可通過受控噴射部件32和噴嘴22(噴口22a，22b)而噴射到處于閥件211和活塞24之間的燃燒室23中；用于提供燃料300和控制介質(zhì)400的相應(yīng)的泵31，41，燃料300和控制介質(zhì)400可通過受控供給部件42進(jìn)入到燃?xì)鈸Q向閥21中；用于控制介質(zhì)400的儲集器43和用于燃料300的儲集器33，即所謂的“公用給油管”(圖1中的cr)，其中，這些儲集器33和43一方面連接到相應(yīng)的泵31和41上，另一方面連接到所有氣缸2的相應(yīng)的噴射系統(tǒng)30和氣體換向系統(tǒng)20上。
泵31，41和部件32，42通過相應(yīng)的信號傳輸連接310，410，320和420與控制系統(tǒng)1相連。在圖2所示的控制系統(tǒng)1中，只顯示了一條連接線100，其表示了所提到的連接310，410，320和420以及許多其它未提到的連接。圖中示出的另一連接210通向氣體換向閥21的傳感器。
另外，未示出的發(fā)動機部件是液壓系統(tǒng)，其具有用于執(zhí)行噴射和氣體換向的部件；利用發(fā)動機所驅(qū)動的軸的旋轉(zhuǎn)來使局部功能和全局功能同步的角度傳感器，以及用于調(diào)節(jié)燃料供給和氣體換向并控制空氣開始供給的裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機中，可對與氣缸2相關(guān)的局部功能和與整個發(fā)動機相關(guān)的全局功能施加影響。每個氣缸2與模塊10或由點劃線示出的控制系統(tǒng)1中的模塊10’，10”，10中的一個相關(guān)聯(lián)。這些控制模塊10，10’，10”，10均包括帶有第一功能部分11和第二功能部分12的相同設(shè)計的邏輯電路?？衫玫谝还δ懿糠?1來控制相關(guān)的氣缸2。第二功能部分12針對全局功能來設(shè)置。這兩個功能部分11和12優(yōu)選連接起來，形成一個不可分離成模塊化單元的單個邏輯電路。
這兩個功能部分11和12之間存在連接。為了簡便起見，用一條線112來顯示這些連接。將功能部分11和12與總線系統(tǒng)13和14相連的連接也類似地用其它線113，114，123和124來顯示?？偩€系統(tǒng)13，14以冗余方式形成連接。在模塊10’中，其與總線系統(tǒng)13和14的連接通過兩條線123’和114’來更簡單地顯示。除了與總線系統(tǒng)13，14相連的連接的端子之外，所有模塊10都具有用于第三總線系統(tǒng)15(以及相應(yīng)的連接115，125和115’)的端子，以及與其它部件相連的額外的“分散輸出端”(未示出)。
所有模塊10都裝有相同的操作程序。模塊10在控制系統(tǒng)1中的集成是通過帶有插頭的連接電纜來實現(xiàn)的，通過這些連接便可對單個模塊10的功能施加影響。通過在為插頭所準(zhǔn)備的端子中插入插頭，就可由操作程序來識別并激發(fā)單個模塊10的功能。
在圖2所示的控制系統(tǒng)1中，模塊10的第二功能部分12與另一模塊10’的相應(yīng)第二功能部分12(未示出)配對，利用這對功能部分便可對發(fā)動機全局控制進(jìn)行操作。另兩個模塊如模塊10”和10同樣設(shè)有這種類型的一對第二功能部分。這樣，通過這兩對功能部分的同時操作，就可以冗余的方式來執(zhí)行發(fā)動機全局控制。
所有控制模塊10，10’，10”，10都是相同的。通過冗余式總線系統(tǒng)13，14(點劃線13’是線13的延續(xù)部分)便可至少成對地形成與信號輸入端和信號輸出端的連接。對于模塊10在控制系統(tǒng)1中的集成來說，不需要其它的電子電路。
這兩對兩個功能部分12優(yōu)選在其輸出端相連。它們通過邏輯電路的部件相互間被保護(hù)起來，這樣，如果其中一個模塊如模塊10’失效，那么仍可保證發(fā)動機全局控制得以延續(xù)，不會被失效模塊10’破壞。
在發(fā)動機全局控制不需要其邏輯電路的第二功能部分12的模塊10中，出于經(jīng)濟(jì)方面的原因，可以省略相應(yīng)的端子連接123，124或到分散輸出端中的連接。
單個模塊10優(yōu)選在控制系統(tǒng)1中以一定方式進(jìn)行設(shè)置和連接，使得只需要執(zhí)行局部的拆除步驟便可在所述模塊10’處替換有缺陷的模塊10’。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的控制系統(tǒng)1尤其可用在遠(yuǎn)洋船只上，其中發(fā)動機使船只的驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)。
為了這一使用目的，控制模塊10具有信號輸入端，這些模塊可通過這些信號輸入端而與船只的報警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和船只驅(qū)動軸的電子式速度調(diào)節(jié)裝置等交換信息，這樣便可利用這些信息來額外地影響控制系統(tǒng)1。圖2中以方框5和6示意性示出了作為所提到例子的船只報警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和速度調(diào)節(jié)裝置，它們分別通過連接500和600而與第三總線系統(tǒng)15相連。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于柴油發(fā)動機的第二控制系統(tǒng)1。該控制系統(tǒng)1包括以下顯示出來的部件與兩個總線系統(tǒng)13和14相連的模塊10a，10b，10c，10d，10e；與全局功能的第一部分相關(guān)的方塊7(例如船只的報警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、速度調(diào)整裝置)；以及與全局功能的另一部分相關(guān)的執(zhí)行機構(gòu)8a，8b，8c和9a，9b。方塊7通過兩個總線系統(tǒng)17a，17b(而非總線系統(tǒng)15)以及兩個模塊10a和10b的同時操作而以冗余方式受控。如果模塊10a或10b中的一個失效，方塊7仍可接收到進(jìn)行控制所需的信息。
執(zhí)行機構(gòu)8a，8b，8c和9a，9b以一定數(shù)量的形式存在，從而產(chǎn)生冗余性。它們通過總線系統(tǒng)18a，18b，18c而與模塊10c，10d和10e相連。如果其中一個執(zhí)行機構(gòu)失效，那么可由相應(yīng)模塊來執(zhí)行完好執(zhí)行機構(gòu)的操作調(diào)節(jié)。執(zhí)行機構(gòu)8a，8b和8c是三個用于油伺服機構(gòu)的泵，而執(zhí)行機構(gòu)9a和9b是例如用于燃料300的泵，燃料300將提供到儲集器33中。例如，如果執(zhí)行機構(gòu)8a失效，那么就利用控制系統(tǒng)1的相應(yīng)模塊10d和10e來執(zhí)行完好執(zhí)行機構(gòu)8b和8c的操作調(diào)節(jié)。在這種裝置中，利用三個執(zhí)行機構(gòu)中的兩個并通過相應(yīng)地提高兩個完好執(zhí)行機構(gòu)8b和8c的泵送作用，便可滿足油伺服機構(gòu)的需求。如果與執(zhí)行機構(gòu)8a，8b，8c相關(guān)的模塊10c，10d或10e中的一個模塊失效，那么相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)8a，8b，8c將停止工作，然而由于這些執(zhí)行機構(gòu)8a，8b，8c的冗余性，因此不會導(dǎo)致整個發(fā)動機失效。
權(quán)利要求
1.一種柴油發(fā)動機，尤其是帶有電子控制系統(tǒng)(1)的大型柴油發(fā)動機，所述發(fā)動機是一種包括有多個氣缸(2)的發(fā)動機，其中可通過所述控制系統(tǒng)來對與所述氣缸相關(guān)的局部功能和與整個發(fā)動機相關(guān)的全局功能施加影響，其特征在于，各所述氣缸均與所述控制系統(tǒng)的一個模塊(10，10’，10”，10；10a，10b，...)相關(guān)聯(lián)，這些控制模塊(10)中的每一個均包括帶有第一功能部分(11)和第二功能部分(12)的相同設(shè)計的邏輯電路，利用所述第一功能部分(11)可控制相關(guān)的氣缸，通過分布在這些模塊上的控制部件便可影響所述全局功能，即對于至少一些模塊而言，可利用所述第二功能部分與其它模塊中的第二功能部分的協(xié)作以冗余的方式來執(zhí)行發(fā)動機全局控制，其中在失效的情況下，因所述冗余性便可維持至少一部分發(fā)動機功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于，利用相同的操作程序并通過所述模塊(10，10’，10”，10；10a，10b，...)的同時操作來執(zhí)行所述局部功能和全局功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機，其特征在于，對至少某些全局功能可采用多個相似的執(zhí)行機構(gòu)(8a，8b，8c；9a，9b)，所述這些執(zhí)行機構(gòu)以一定數(shù)量的形式存在以產(chǎn)生冗余性，在所有情況下只有一個模塊(10c，10d，10e)與所述這些執(zhí)行機構(gòu)中的每一個相關(guān)聯(lián)，其中在一個執(zhí)行機構(gòu)失效的情況下，可通過相應(yīng)的模塊來實現(xiàn)完好執(zhí)行機構(gòu)的操作調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于，所述第一模塊(10)的邏輯電路的第二功能部分(12)與另一模塊(10’)的相應(yīng)第二功能部分配對，用于發(fā)動機全局控制，另兩個模塊(10”，10)也設(shè)有這樣一對第二功能部分，而且通過所述兩對模塊(10，10’和10”，10)的同時操作以冗余的方式來執(zhí)行發(fā)動機全局控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其特征在于，所述兩對(10，10’和10”，10)的第二功能部分(12)在其輸出端處相連，并通過邏輯電路部件而相互間被保護(hù)起來，這樣，當(dāng)其中一個模塊(10’)失效時，仍可保證發(fā)動機全局控制得以延續(xù)，不受失效模塊(10’)的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的發(fā)動機，其特征在于，所有控制模塊(10，10’，10”，10)都是相同的，與信號輸入端和輸出端的連接至少部分地通過冗余式總線系統(tǒng)(13，14)來建立，對于這些模塊在所述控制系統(tǒng)(1)中的集成而言不需要其它的電子電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的發(fā)動機，其特征在于，在發(fā)動機全局控制不需要所述邏輯電路的第二功能模塊(12)的模塊(10)中，可以省略相應(yīng)的端子連接(123，124)或與分散輸出端的連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的發(fā)動機，其特征在于，單個所述模塊(10)在所述控制系統(tǒng)(1)中以一定方式進(jìn)行設(shè)置和連接，使得只需要對該模塊執(zhí)行局部的拆除步驟便可更換有缺陷的模塊，而且在缺少了一個模塊時，所述控制系統(tǒng)仍能工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的發(fā)動機，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(1)的模塊(10)分別與發(fā)動機的下述部件形成信號傳輸通信(100)-用于相關(guān)氣缸的液體燃料(300)供給的噴射系統(tǒng)(30)，-用于相關(guān)氣缸的氣體換向系統(tǒng)(20)，-用于提供燃料和控制介質(zhì)(400)的泵(31，41)，-用于所述控制介質(zhì)的儲集器(43)和用于燃料的儲集器(33)，即所謂的“公用給油管”，其中，這些儲集器與所述泵、所述噴射系統(tǒng)和所述氣體換向系統(tǒng)相連，-液壓系統(tǒng)，其具有用于執(zhí)行噴射和氣體換向的機構(gòu)；-利用所述發(fā)動機驅(qū)動的軸的旋轉(zhuǎn)來使局部功能和全局功能同步的角度檢測裝置，以及用于調(diào)整燃料供給和氣體換向并控制空氣開始供給的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的發(fā)動機在遠(yuǎn)洋船只中使船只驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)的使用，其特征在于，所述控制模塊(10)具有信號輸入端，所述控制模塊可通過所述信號輸入端而從船只的報警系統(tǒng)(5)、安全系統(tǒng)和船只驅(qū)動軸的電子式轉(zhuǎn)速控制裝置(6)中獲得信息，從而對所述控制系統(tǒng)(1)施加影響。
全文摘要
一種柴油發(fā)動機尤其是大型柴油發(fā)動機，其具有電子控制系統(tǒng)(1)。該發(fā)動機是包括有多個氣缸(2)的發(fā)動機，其中可對與氣缸相關(guān)的局部功能和與整個發(fā)動機相關(guān)的全局功能施加影響。每個氣缸與控制系統(tǒng)的一個模塊(10，10’，10”，10’”)相關(guān)聯(lián)。這些控制模塊(10)均包括帶有第一功能部分(11)和第二功能部分(12)的相同設(shè)計的邏輯電路。利用第一功能部分(11)可以控制相關(guān)的氣缸。通過分布在這些模塊上的控制部件便可影響全局功能，即對于至少一部分模塊而言，在所有情況下均可利用第二功能部分與其它模塊的第二功能部分的協(xié)作以冗余的方式來執(zhí)行發(fā)動機全局控制。由于有這種冗余性，在存在失效的情況下可以保持至少一部分發(fā)動機功率。
文檔編號F02D45/00GK1651740SQ20051000833
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者S·范克豪澤 申請人:瓦特西拉瑞士股份有限公司