專利名稱：帶有包括電子模塊的控制系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是帶有包括電子模塊的控制系統(tǒng)的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其中可利用模塊間總線系統(tǒng)在模塊之間傳輸信息，并且在控制系統(tǒng)中設(shè)有替代模塊用于失效校正。本發(fā)明還涉及到一種驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和該發(fā)動(dòng)機(jī)的使用。這種大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不僅可以是兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，而且可以是四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
從EP-A-0989297中已知了帶有發(fā)動(dòng)機(jī)控制的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其由電子模塊組成的控制系統(tǒng)來(lái)操作。在發(fā)動(dòng)機(jī)如這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，控制系統(tǒng)對(duì)局部功能即與氣缸相關(guān)的功能和與整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的全局功能施加影響。在進(jìn)一步研制出來(lái)的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中(參見(jiàn)尚未公開(kāi)的申請(qǐng)EP04405073.0＝P.7386)，控制系統(tǒng)包括帶有相同設(shè)計(jì)的邏輯電路的模塊。氣缸分別與控制模塊的其中之一相關(guān)聯(lián)，邏輯電路分別包括第一功能部分和第二功能部分?？捎玫谝还δ懿糠謥?lái)控制相關(guān)聯(lián)的氣缸。通過(guò)分布在這些模塊上的控制部件便可影響全局功能，即對(duì)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(lái)執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)全局控制。
在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)洋船只時(shí)，如果控制系統(tǒng)的單個(gè)部分或馬達(dá)的部件失效，仍然需要可以獲取至少一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)全局控制必須仍保持足夠程度的功能。在這種失效期間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)仍可在降低的功率下運(yùn)行，因此個(gè)別的氣缸會(huì)停止作用。通過(guò)以冗余方式來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)，并通過(guò)單個(gè)部件的多次安裝來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械部件的冗余性，便可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的永久運(yùn)行。除了與主動(dòng)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)全局控制相關(guān)的主控制系統(tǒng)之外，還可考慮運(yùn)行相同的第二控制系統(tǒng)，其被動(dòng)地與發(fā)動(dòng)機(jī)全局控制協(xié)同工作，但在需要時(shí)可以無(wú)延時(shí)地切換到主動(dòng)控制狀態(tài)。由于有這種冗余性，在存在故障的情況下可以保持至少一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。只為每個(gè)氣缸提供一個(gè)用于相應(yīng)局部控制的電子模塊。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。
盡管提供有冗余性，還需要保持儲(chǔ)備有替代模塊，以便在模塊失效的情況下能再次產(chǎn)生冗余性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中可從儲(chǔ)備中取出替代模塊，并且可以有利的方式執(zhí)行替代模塊的插入和儲(chǔ)備。該目的可由如下所述的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
尤其是大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有包括電子模塊的控制系統(tǒng)?？衫媚K間總線系統(tǒng)在模塊之間傳輸信息。在控制系統(tǒng)中設(shè)有替代模塊用于失效的校正。在模塊間總線系統(tǒng)中提供了至少一個(gè)用于替代模塊的連接點(diǎn)?？捎煽刂葡到y(tǒng)自動(dòng)地預(yù)處理相連的替代模塊。在這種配置中裝載有特定的操作系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)。除了主動(dòng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)之外，替代模塊可在怠速模式下被動(dòng)地協(xié)同工作。在主動(dòng)模塊失效時(shí)，替代模塊立刻準(zhǔn)備好用來(lái)替代失效的模塊。經(jīng)預(yù)處理的替代模塊可插入在模塊間總線系統(tǒng)中的待替代模塊的連接點(diǎn)處。
從下面的描述中可以清楚根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的具體實(shí)施例、根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作方法以及這種發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。


下面將借助于附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中圖1顯示了大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其是兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的中心部分，和圖2顯示了用于根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的非常簡(jiǎn)略的示意圖。
具體實(shí)施例方式
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、，例如圖1所部分地顯示出的兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是包括多個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，可對(duì)與氣缸2相關(guān)的局部功能和與整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的全局功能施加影響。
除了控制系統(tǒng)1之外，在圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)例中出現(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(guò)通道212可供應(yīng)空氣和抽取燃?xì)?；用于液態(tài)燃料300的體積控制進(jìn)給或時(shí)間控制供給的噴射系統(tǒng)30，液態(tài)燃料300可通過(guò)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/或控制介質(zhì)400的泵31，41，燃料300和控制介質(zhì)400可通過(guò)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(chǔ)集器43和用于燃料300的儲(chǔ)集器33，即所謂的“公用給油管”，其中，這些儲(chǔ)集器33和43一方面連接到泵31和41上，另一方面連接到所有氣缸2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(guò)信號(hào)傳輸連接310，410，320和420與控制系統(tǒng)1相連。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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)使局部功能和全局功能同步的角度檢測(cè)器；以及用于調(diào)節(jié)燃料供給和氣體換向并控制空氣開(kāi)始供給的裝置。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)具體控制系統(tǒng)1的細(xì)節(jié)。該控制系統(tǒng)1包括所顯示出來(lái)的控制模塊10，具體地是模塊10a，10b，10c，10d，10e，10f和替代模塊100，為了冗余性的目的，所有提到過(guò)的模塊與由兩個(gè)總線系統(tǒng)15a，15b組成的模塊間總線系統(tǒng)15相連?？捎媚K間總線系統(tǒng)15在包括相連的替代模塊100在內(nèi)的模塊10之間傳輸信息?？刂葡到y(tǒng)1的其它部件有與全局功能的第一部分相關(guān)的方塊7(例如船只的報(bào)警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制裝置)；以及與全局功能的另一部分相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)8a，8b，8c和9a，9b。方塊7通過(guò)兩個(gè)總線系統(tǒng)17a，17b以及兩個(gè)模塊10a和10b的同時(shí)操作而以冗余方式受控。如果模塊10a或10b中的一個(gè)失效，方塊7仍可接收到進(jìn)行控制所需的信息。
如果將超過(guò)一個(gè)替代模塊100連接到模塊間總線系統(tǒng)15上，那將是有利的。經(jīng)驗(yàn)表明，與暴露在儲(chǔ)備位置中的不利環(huán)境影響(因潮濕所產(chǎn)生的凝結(jié)水、溫度的變化)下的儲(chǔ)備替代模塊相比，工作在怠速模式(例如，模塊加有電壓但未加載負(fù)荷)下的電子模塊預(yù)期有更長(zhǎng)的壽命。優(yōu)選可用控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控連接到模塊間總線系統(tǒng)15上的替代模塊100的操作性能。
在所有的模塊10上以及同樣地在連接到模塊間系統(tǒng)15的替代模塊100上安裝專門(mén)為待控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)編制的同一操作程序。盡管對(duì)于單個(gè)的模塊來(lái)說(shuō)，針對(duì)其操作性能而言通常只需要一部分操作參數(shù)必須可用，但是模塊10和替代模塊100還接收操作參數(shù)的相同組的值。通過(guò)如帶有插塞式連接器的連接電纜建立了模塊10在控制系統(tǒng)1中的集成，其中，通過(guò)這些連接可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)模塊10的功能。單個(gè)模塊10的功能通過(guò)在為插塞提供的連接點(diǎn)處插入插塞來(lái)識(shí)別和啟動(dòng)。
在控制系統(tǒng)1中，單個(gè)模塊10設(shè)置和連接成只須在有缺陷的模塊10處執(zhí)行拆卸步驟就可以替換它。當(dāng)將單個(gè)模塊10移開(kāi)時(shí)，由于如在本說(shuō)明書(shū)的前言部分中所簡(jiǎn)單描述的冗余性(即在所有情況下均為邏輯電路的兩個(gè)功能部分的形式相關(guān)的氣缸受第一功能部分的影響，而全局功能受第二功能部分的影響)，控制系統(tǒng)1仍可以保持工作。
對(duì)于每一個(gè)模塊10來(lái)說(shuō)，可執(zhí)行與該替代模塊或與替代模塊100的交換。在模塊間總線系統(tǒng)上為替代模塊100提供了至少一個(gè)連接點(diǎn)150。在連接了從儲(chǔ)備處獲得的一個(gè)替代模塊100之后，控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)的預(yù)處理加載或?qū)嵤榇刂频牟裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)所寫(xiě)的操作程序；以及使具體的值與操作參數(shù)相關(guān)聯(lián)。除了主動(dòng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)1外，在怠速模式下相連的替代模塊100可協(xié)同地工作。在主動(dòng)模塊10失效時(shí)，替代模塊100立刻準(zhǔn)備好待用，可將經(jīng)預(yù)處理的替代模塊10重新插入在模塊間總線系統(tǒng)15中的被替代模塊10的連接點(diǎn)150處。
替代模塊100的預(yù)處理需要比模塊的交換所需的時(shí)間更長(zhǎng)得多的一段時(shí)間。因此，與在模塊內(nèi)總線系統(tǒng)15處進(jìn)行模塊交換之后必須首先進(jìn)行向替代模塊100加載操作系統(tǒng)和操作參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，使用經(jīng)預(yù)處理的替代模塊100可以節(jié)省時(shí)間。
圖2中的連接到模塊間總線系統(tǒng)15上的替代模塊100形成有象“網(wǎng)關(guān)”一樣的到外圍設(shè)備5的部件上的連接點(diǎn)，該外圍設(shè)備5包括轉(zhuǎn)換器105和控制臺(tái)6，可在控制臺(tái)6和控制系統(tǒng)1之間進(jìn)行信息交換?！熬W(wǎng)關(guān)”是可保護(hù)模塊間總線系統(tǒng)15不受來(lái)自環(huán)境的會(huì)帶來(lái)?yè)p害的外部電干擾的影響的系統(tǒng)部件。該“網(wǎng)關(guān)”只允許用于信息交換所必需的信號(hào)通過(guò)。
通常會(huì)將多個(gè)替代模塊10放入到儲(chǔ)備中。如果在設(shè)置于模塊間總線系統(tǒng)15中的連接點(diǎn)150處交換替代模塊100，以便進(jìn)行預(yù)處理以及將經(jīng)如此預(yù)處理過(guò)的替代模塊100放入到儲(chǔ)備中，這將是有益的。這些替代模塊100適合用于直接替代失效的模塊10，使得它們可被立刻使用且不需要在使用之前進(jìn)行處理，即加載操作程序和實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)1尤其可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)使船只驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)洋船只中。控制模塊10具有用于該應(yīng)用的輸入端和輸出端，模塊可通過(guò)這些輸入端和輸出端來(lái)與尤其是船只的報(bào)警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和船只驅(qū)動(dòng)軸的電子式轉(zhuǎn)速控制裝置進(jìn)行信息交換，從而利用該信息來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)額外地施加影響。
執(zhí)行機(jī)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(guò)總線系統(tǒng)18a，18b，18c而與模塊10即模塊10c，10d和10e相連。如果其中一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效，那么可由相應(yīng)的模塊10來(lái)執(zhí)行完好執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作調(diào)節(jié)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)8a，8b和8c例如是三個(gè)用于油伺服機(jī)構(gòu)的泵，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)9a和9b是例如用于燃料300的泵，燃料300將提供到儲(chǔ)集器33中。例如，如果執(zhí)行機(jī)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(lái)執(zhí)行完好執(zhí)行機(jī)構(gòu)8b和8c的操作調(diào)節(jié)。在這種裝置中，利用三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)并通過(guò)相應(yīng)地提高兩個(gè)完好執(zhí)行機(jī)構(gòu)8b和8c的供應(yīng)容量，便可滿足油伺服機(jī)構(gòu)的需求。如果與執(zhí)行機(jī)構(gòu)8a，8b，8c相關(guān)的模塊10c，10d或10e中的一個(gè)模塊失效，那么相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)8a，8b或8c將停止工作，然而由于這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)8a，8b，8c的冗余性，因此不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)失效。
權(quán)利要求
1.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是帶有包括電子模塊(10)的控制系統(tǒng)(1)的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其中可利用模塊間總線系統(tǒng)(15)在所述模塊之間傳輸信息，在所述控制系統(tǒng)中設(shè)有替代模塊(100)用于失效校正，其特征在于，在所述模塊間總線系統(tǒng)中提供了至少一個(gè)用于替代模塊(100)的連接點(diǎn)(150)，在此處可由所述控制系統(tǒng)自動(dòng)地預(yù)處理相連的替代模塊，即裝載特定的操作程序并實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)，除了主動(dòng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)之外，所述替代模塊可在怠速模式下被動(dòng)地協(xié)同工作，在主動(dòng)模塊失效時(shí)，所述替代模塊立刻準(zhǔn)備好用來(lái)替代失效的模塊，經(jīng)預(yù)處理的替代模塊可插入在所述模塊間總線系統(tǒng)中的待替代模塊的連接點(diǎn)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)是包括有多個(gè)氣缸(2)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中可通過(guò)所述控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)與所述氣缸相關(guān)的局部功能和與整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的全局功能施加影響，其中，各所述氣缸均與所述控制系統(tǒng)的一個(gè)模塊(10)相關(guān)聯(lián)，這些控制模塊(10)中的每一個(gè)均包括帶有第一功能部分和第二功能部分的相同設(shè)計(jì)的邏輯電路，利用所述第一功能部分可控制相關(guān)的氣缸，通過(guò)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(duì)于至少一部分模塊而言，在所有情況下均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(lái)執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)全局控制，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(dòng)機(jī)功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，利用相同的操作程序并通過(guò)所述模塊(10)的同時(shí)操作來(lái)執(zhí)行所述局部功能和全局功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，連接到所述模塊間總線系統(tǒng)(15)上的所述替代模塊(100)建立了象“網(wǎng)關(guān)”一樣的到外圍設(shè)備(5)的連接點(diǎn)(150)，可通過(guò)它執(zhí)行與所述控制系統(tǒng)(1)之間的信息交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，單個(gè)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(duì)該模塊執(zhí)行局部的拆除步驟便可更換有缺陷的模塊，而且在缺少了單個(gè)模塊時(shí)，所述控制系統(tǒng)仍能工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)的模塊(10)分別與發(fā)動(dòng)機(jī)的下述部件形成信號(hào)傳輸連接(100)-用于相關(guān)氣缸(2)的液體燃料(300)供給的噴射系統(tǒng)(30)，-用于相關(guān)氣缸(2)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(chǔ)集器(43)和用于燃料的儲(chǔ)集器(33)，即所謂的“公用給油管”，其中，這些儲(chǔ)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部件，-利用所述發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)使局部功能和全局功能同步的角度檢測(cè)裝置，和-用于調(diào)整燃料供給和氣體換向并控制空氣開(kāi)始供給的裝置。
7.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的操作方法，其特征在于，將多個(gè)替代模塊(100)放入到儲(chǔ)備中，在模塊間總線系統(tǒng)(15)的用于替代模塊的連接點(diǎn)(150)處交換所述替代模塊，以便將經(jīng)預(yù)處理的替代模塊放入到儲(chǔ)備中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，可通過(guò)所述控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控連接到所述模塊間總線系統(tǒng)(15)上的替代模塊(100)的操作性能。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)在遠(yuǎn)洋船只中用于使船只驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用，其中，所述控制模塊(10)具有信號(hào)輸入端，所述模塊可通過(guò)所述信號(hào)輸入端接收來(lái)自尤其是船只的報(bào)警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和船只驅(qū)動(dòng)軸的電子式轉(zhuǎn)速控制裝置的信息，以對(duì)所述控制系統(tǒng)(1)施加影響。
全文摘要
一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，具有包括電子模塊(10)的控制系統(tǒng)(1)。可利用模塊間總線系統(tǒng)(15)來(lái)傳輸信息。在控制系統(tǒng)中設(shè)有替代模塊(100)用于故障的修正。在模塊間總線系統(tǒng)中提供了至少一個(gè)用于替代模塊(100)的連接點(diǎn)(150)。在該連接點(diǎn)處可自動(dòng)地對(duì)相連的替代模塊進(jìn)行預(yù)處理。在這種配置中裝載有特定的操作系統(tǒng)并可實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)。在該系統(tǒng)中，經(jīng)預(yù)處理的替代模塊可插入在模塊間總線系統(tǒng)中的待替代模塊的連接點(diǎn)處。
文檔編號(hào)F02D41/26GK1690404SQ20051007001
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者S·范克豪澤 申請(qǐng)人:瓦特西拉瑞士股份有限公司