专利名称：尤其是带有电子控制系统的大型柴油发动机的柴油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油发动机，尤其是带有电子控制系统的大型柴油发动机，这种发动机是包括有多个气缸的发动机，其中可对与气缸相关的局部功能和与整个发动机相关的全局功能施加影响，本发明还涉及到该柴油发动机的使用。这种大型柴油发动机不仅可以是两冲程柴油发动机，而且可以是四冲程柴油发动机。
背景技术：
从EP-A-0989297中已知了带有电子控制系统的大型柴油发动机，其包括多个电子模块。例如，为了调节发动机气缸中的燃料供给和气体换向，一个模块与一个相应的气缸相关联(除了一个模块之外，也可提供两个模块或一组模块来一起工作)。利用这些模块即相同设计的逻辑电路，就可以控制性地影响与有关气缸相关的总功能。除了与气缸相关的局部功能之外，还有涉及到整个发动机的全局功能。其它模块用于实现相应的发动机全局控制，这些模块不同于用于局部控制的模块。
如果大型柴油发动机用作尤其用于远洋船只的动力装置时，那么如果控制系统的单个部分或发动机的部件失效，仍然需要可以获取至少一部分发动机功率。为此，发动机全局控制必须仍保持足够程度的功能。在这种故障期间，由于发动机仍在降低的功率下运行，因此个别气缸会停止作用。通过以冗余方式来控制发动机，并通过单个部件的多次安装来实现机械部件的冗余度，便可实现发动机的永久运行。除了与主动运行发动机全局控制相关的主控制系统之外，还可考虑运行相同的第二控制系统，其被动地与发动机全局控制协同工作，但在需要时可以无延时地切换到主动控制状态。尽管只为每个气缸提供一个电子模块(或一组协作模块)，然而就电子系统部件的全局功能而言，需要在控制系统中至少两倍地包含相同的系统部件；在这种装置中，一个模块或一组模块应当理解为用语“系统部件”。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型柴油发动机，它是电子式控制的柴油发动机，其中用于整个发动机和各个气缸的控制系统可以利用最少量的电子系统部件而组装起来。最少的部件数量有利于降低成本和提高可靠性。这一目的可通过下述发动机来满足。
该柴油发动机尤其是大型柴油发动机具有电子控制系统。该发动机是包括有多个气缸的发动机，其中可对与气缸相关的局部功能和与整个发动机相关的全局功能施加影响。每个气缸与控制系统的一个模块相关联。这些控制模块均包括带有第一功能部分和第二功能部分的相同设计的逻辑电路。利用第一功能部分可以控制相关的气缸。通过分布在这些模块上的控制部件便可影响全局功能，即对于至少一部分模块而言，在所有情况下均可利用第二功能部分与其它模块的第二功能部分的协作以冗余的方式来执行发动机全局控制。由于有这种冗余性，在存在失效的情况下可以保持至少一部分发动机功率。
在本发明的优选实施例中，可利用相同的操作程序并通过这些模块的同时操作来执行局部功能和全局功能。对至少某些全局功能可采用多个相似的执行机构，这些执行机构以一定数量的形式存在以产生冗余性，在所有情况下只有一个模块与这些执行机构中的每一个相关联，其中在一个执行机构失效的情况下，可通过相应的模块来实现完好执行机构的操作调节。第一模块的逻辑电路的第二功能部分与另一模块的相应第二功能部分配对，用于发动机全局控制，另两个模块也设有这样一对第二功能部分，而且通过这两对模块的同时操作以冗余的方式来执行发动机全局控制。这两对模块的第二功能部分在其输出端处相连，并通过逻辑电路部件而相互间被保护起来，这样，当其中一个模块失效时，仍可保证发动机全局控制得以延续，不受失效模块的影响。所有控制模块都是相同的，与信号输入端和输出端的连接至少部分地通过冗余式总线系统来建立，对于这些模块在控制系统中的集成而言不需要其它的电子电路。在发动机全局控制不需要所述逻辑电路的第二功能模块的模块中，可以省略相应的端子连接或与分散输出端的连接。单个模块在控制系统中以一定方式进行设置和连接，使得只需要对该模块执行局部的拆除步骤便可更换有缺陷的模块，而且在缺少了一个模块时，控制系统仍能工作。控制系统的模块分别与发动机的下述部件形成信号传输通信用于相关气缸的液体燃料供给的喷射系统；用于相关气缸的气体换向系统；用于提供燃料和控制介质的泵；用于控制介质的储集器和用于燃料的储集器，即所谓的“公用给油管”，其中这些储集器与上述泵、喷射系统和气体换向系统相连；液压系统，其具有用于执行喷射和气体换向的机构；利用发动机驱动的轴的旋转来使局部功能和全局功能同步的角度检测装置，以及用于调整燃料供给和气体换向并控制空气开始供给的装置。本发明的发动机可在远洋船只中用于使船只驱动轴旋转，其中，控制模块具有信号输入端，该控制模块可通过信号输入端而从船只的报警系统、安全系统和船只驱动轴的电子式转速控制装置中获得信息，从而对控制系统施加影响。
在下文中将根据附图来更准确地解释本发明，在图中图1是大型柴油发动机、尤其是两冲程柴油发动机的中心部分，图2是根据本发明的可以控制图1所示柴油发动机的控制系统的非常简略的示意图，和图3是根据本发明的用于柴油发动机的第二控制系统。
具体实施例方式
使用了图2所示电子控制系统1的根据本发明的发动机是具有至少四个气缸2的发动机。控制系统的模块10，10’，10”和10与用于信号传输目的的发动机部件相连，每个模块10都与一个气缸2相关联。在图1所示发动机的例子(大型两冲程柴油发动机)中出现的部件是气体换向系统20，其具有气体换向阀21、阀件211和通道212，通过通道212可供应空气和抽取燃气；用于液态燃料300的体积控制进给或时间控制供给的喷射系统30，液态燃料300可通过受控喷射部件32和喷嘴22(喷口22a，22b)而喷射到处于阀件211和活塞24之间的燃烧室23中；用于提供燃料300和控制介质400的相应的泵31，41，燃料300和控制介质400可通过受控供给部件42进入到燃气换向阀21中；用于控制介质400的储集器43和用于燃料300的储集器33，即所谓的“公用给油管”(图1中的cr)，其中，这些储集器33和43一方面连接到相应的泵31和41上，另一方面连接到所有气缸2的相应的喷射系统30和气体换向系统20上。
泵31，41和部件32，42通过相应的信号传输连接310，410，320和420与控制系统1相连。在图2所示的控制系统1中，只显示了一条连接线100，其表示了所提到的连接310，410，320和420以及许多其它未提到的连接。图中示出的另一连接210通向气体换向阀21的传感器。
另外，未示出的发动机部件是液压系统，其具有用于执行喷射和气体换向的部件；利用发动机所驱动的轴的旋转来使局部功能和全局功能同步的角度传感器，以及用于调节燃料供给和气体换向并控制空气开始供给的装置。
在根据本发明的发动机中，可对与气缸2相关的局部功能和与整个发动机相关的全局功能施加影响。每个气缸2与模块10或由点划线示出的控制系统1中的模块10’，10”，10中的一个相关联。这些控制模块10，10’，10”，10均包括带有第一功能部分11和第二功能部分12的相同设计的逻辑电路。可利用第一功能部分11来控制相关的气缸2。第二功能部分12针对全局功能来设置。这两个功能部分11和12优选连接起来，形成一个不可分离成模块化单元的单个逻辑电路。
这两个功能部分11和12之间存在连接。为了简便起见，用一条线112来显示这些连接。将功能部分11和12与总线系统13和14相连的连接也类似地用其它线113，114，123和124来显示。总线系统13，14以冗余方式形成连接。在模块10’中，其与总线系统13和14的连接通过两条线123’和114’来更简单地显示。除了与总线系统13，14相连的连接的端子之外，所有模块10都具有用于第三总线系统15(以及相应的连接115，125和115’)的端子，以及与其它部件相连的额外的“分散输出端”(未示出)。
所有模块10都装有相同的操作程序。模块10在控制系统1中的集成是通过带有插头的连接电缆来实现的，通过这些连接便可对单个模块10的功能施加影响。通过在为插头所准备的端子中插入插头，就可由操作程序来识别并激发单个模块10的功能。
在图2所示的控制系统1中，模块10的第二功能部分12与另一模块10’的相应第二功能部分12(未示出)配对，利用这对功能部分便可对发动机全局控制进行操作。另两个模块如模块10”和10同样设有这种类型的一对第二功能部分。这样，通过这两对功能部分的同时操作，就可以冗余的方式来执行发动机全局控制。
所有控制模块10，10’，10”，10都是相同的。通过冗余式总线系统13，14(点划线13’是线13的延续部分)便可至少成对地形成与信号输入端和信号输出端的连接。对于模块10在控制系统1中的集成来说，不需要其它的电子电路。
这两对两个功能部分12优选在其输出端相连。它们通过逻辑电路的部件相互间被保护起来，这样，如果其中一个模块如模块10’失效，那么仍可保证发动机全局控制得以延续，不会被失效模块10’破坏。
在发动机全局控制不需要其逻辑电路的第二功能部分12的模块10中，出于经济方面的原因，可以省略相应的端子连接123，124或到分散输出端中的连接。
单个模块10优选在控制系统1中以一定方式进行设置和连接，使得只需要执行局部的拆除步骤便可在所述模块10’处替换有缺陷的模块10’。
根据本发明的发动机的控制系统1尤其可用在远洋船只上，其中发动机使船只的驱动轴旋转。
为了这一使用目的，控制模块10具有信号输入端，这些模块可通过这些信号输入端而与船只的报警系统、安全系统和船只驱动轴的电子式速度调节装置等交换信息，这样便可利用这些信息来额外地影响控制系统1。图2中以方框5和6示意性示出了作为所提到例子的船只报警系统、安全系统和速度调节装置，它们分别通过连接500和600而与第三总线系统15相连。
图3显示了根据本发明的用于柴油发动机的第二控制系统1。该控制系统1包括以下显示出来的部件与两个总线系统13和14相连的模块10a，10b，10c，10d，10e；与全局功能的第一部分相关的方块7(例如船只的报警系统、安全系统、速度调整装置)；以及与全局功能的另一部分相关的执行机构8a，8b，8c和9a，9b。方块7通过两个总线系统17a，17b(而非总线系统15)以及两个模块10a和10b的同时操作而以冗余方式受控。如果模块10a或10b中的一个失效，方块7仍可接收到进行控制所需的信息。
执行机构8a，8b，8c和9a，9b以一定数量的形式存在，从而产生冗余性。它们通过总线系统18a，18b，18c而与模块10c，10d和10e相连。如果其中一个执行机构失效，那么可由相应模块来执行完好执行机构的操作调节。执行机构8a，8b和8c是三个用于油伺服机构的泵，而执行机构9a和9b是例如用于燃料300的泵，燃料300将提供到储集器33中。例如，如果执行机构8a失效，那么就利用控制系统1的相应模块10d和10e来执行完好执行机构8b和8c的操作调节。在这种装置中，利用三个执行机构中的两个并通过相应地提高两个完好执行机构8b和8c的泵送作用，便可满足油伺服机构的需求。如果与执行机构8a，8b，8c相关的模块10c，10d或10e中的一个模块失效，那么相应的执行机构8a，8b，8c将停止工作，然而由于这些执行机构8a，8b，8c的冗余性，因此不会导致整个发动机失效。
权利要求
1.一种柴油发动机，尤其是带有电子控制系统(1)的大型柴油发动机，所述发动机是一种包括有多个气缸(2)的发动机，其中可通过所述控制系统来对与所述气缸相关的局部功能和与整个发动机相关的全局功能施加影响，其特征在于，各所述气缸均与所述控制系统的一个模块(10，10’，10”，10；10a，10b，...)相关联，这些控制模块(10)中的每一个均包括带有第一功能部分(11)和第二功能部分(12)的相同设计的逻辑电路，利用所述第一功能部分(11)可控制相关的气缸，通过分布在这些模块上的控制部件便可影响所述全局功能，即对于至少一些模块而言，可利用所述第二功能部分与其它模块中的第二功能部分的协作以冗余的方式来执行发动机全局控制，其中在失效的情况下，因所述冗余性便可维持至少一部分发动机功率。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，利用相同的操作程序并通过所述模块(10，10’，10”，10；10a，10b，...)的同时操作来执行所述局部功能和全局功能。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，对至少某些全局功能可采用多个相似的执行机构(8a，8b，8c；9a，9b)，所述这些执行机构以一定数量的形式存在以产生冗余性，在所有情况下只有一个模块(10c，10d，10e)与所述这些执行机构中的每一个相关联，其中在一个执行机构失效的情况下，可通过相应的模块来实现完好执行机构的操作调节。
4.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述第一模块(10)的逻辑电路的第二功能部分(12)与另一模块(10’)的相应第二功能部分配对，用于发动机全局控制，另两个模块(10”，10)也设有这样一对第二功能部分，而且通过所述两对模块(10，10’和10”，10)的同时操作以冗余的方式来执行发动机全局控制。
5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述两对(10，10’和10”，10)的第二功能部分(12)在其输出端处相连，并通过逻辑电路部件而相互间被保护起来，这样，当其中一个模块(10’)失效时，仍可保证发动机全局控制得以延续，不受失效模块(10’)的影响。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的发动机，其特征在于，所有控制模块(10，10’，10”，10)都是相同的，与信号输入端和输出端的连接至少部分地通过冗余式总线系统(13，14)来建立，对于这些模块在所述控制系统(1)中的集成而言不需要其它的电子电路。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的发动机，其特征在于，在发动机全局控制不需要所述逻辑电路的第二功能模块(12)的模块(10)中，可以省略相应的端子连接(123，124)或与分散输出端的连接。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的发动机，其特征在于，单个所述模块(10)在所述控制系统(1)中以一定方式进行设置和连接，使得只需要对该模块执行局部的拆除步骤便可更换有缺陷的模块，而且在缺少了一个模块时，所述控制系统仍能工作。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的发动机，其特征在于，所述控制系统(1)的模块(10)分别与发动机的下述部件形成信号传输通信(100)-用于相关气缸的液体燃料(300)供给的喷射系统(30)，-用于相关气缸的气体换向系统(20)，-用于提供燃料和控制介质(400)的泵(31，41)，-用于所述控制介质的储集器(43)和用于燃料的储集器(33)，即所谓的“公用给油管”，其中，这些储集器与所述泵、所述喷射系统和所述气体换向系统相连，-液压系统，其具有用于执行喷射和气体换向的机构；-利用所述发动机驱动的轴的旋转来使局部功能和全局功能同步的角度检测装置，以及用于调整燃料供给和气体换向并控制空气开始供给的装置。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的发动机在远洋船只中使船只驱动轴旋转的使用，其特征在于，所述控制模块(10)具有信号输入端，所述控制模块可通过所述信号输入端而从船只的报警系统(5)、安全系统和船只驱动轴的电子式转速控制装置(6)中获得信息，从而对所述控制系统(1)施加影响。
全文摘要
一种柴油发动机尤其是大型柴油发动机，其具有电子控制系统(1)。该发动机是包括有多个气缸(2)的发动机，其中可对与气缸相关的局部功能和与整个发动机相关的全局功能施加影响。每个气缸与控制系统的一个模块(10，10’，10”，10’”)相关联。这些控制模块(10)均包括带有第一功能部分(11)和第二功能部分(12)的相同设计的逻辑电路。利用第一功能部分(11)可以控制相关的气缸。通过分布在这些模块上的控制部件便可影响全局功能，即对于至少一部分模块而言，在所有情况下均可利用第二功能部分与其它模块的第二功能部分的协作以冗余的方式来执行发动机全局控制。由于有这种冗余性，在存在失效的情况下可以保持至少一部分发动机功率。
文档编号F02D45/00GK1651740SQ20051000833
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月4日 优先权日2004年2月5日
发明者S·范克豪泽 申请人:瓦特西拉瑞士股份有限公司