CN100473820C - 带有包括电子模块的控制系统的柴油发动机 - Google Patents
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Abstract
一种柴油发动机尤其是大型柴油发动机，具有包括电子模块(10)的控制系统(1)。可利用模块间总线系统(15)来传输信息。在控制系统中设有替代模块(100)用于故障的修正。在模块间总线系统中提供了至少一个用于替代模块(100)的连接点(150)。在该连接点处可自动地对相连的替代模块进行预处理。在这种配置中装载有特定的操作系统并可实现操作参数。在该系统中，经预处理的替代模块可插入在模块间总线系统中的待替代模块的连接点处。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油发动机，尤其是带有包括电子模块的控制系统的大型柴油发动机，其中可利用模块间总线系统在模块之间传输信息，并且在控制系统中设有替代模块用于失效校正。本发明还涉及到一种驱动根据本发明的柴油发动机的方法和该发动机的使用。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中已知了带有发动机控制的柴油发动机，其由电子模块组成的控制系统来操作。在发动机如这种柴油发动机中，控制系统对局部功能即与气缸相关的功能和与整个发动机相关的全局功能施加影响。在进一步研制出来的大型柴油发动机中(参见尚未公开的申请EP04405073.0＝P.7386)，控制系统包括带有相同设计的逻辑电路的模块。气缸分别与控制模块的其中之一相关联，逻辑电路分别包括第一功能部分和第二功能部分。可用第一功能部分来控制相关联的气缸。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。
在大型柴油发动机用于驱动远洋船只时，如果控制系统的单个部分或马达的部件失效，仍然需要可以获取至少一部分发动机功率。另外，发动机全局控制必须仍保持足够程度的功能。在这种失效期间，由于发动机仍可在降低的功率下运行，因此个别的气缸会停止作用。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性，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。由于有这种冗余性，在存在故障的情况下可以保持至少一部分发动机功率。只为每个气缸提供一个用于相应局部控制的电子模块。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。
尽管提供有冗余性，还需要保持储备有替代模块，以便在模块失效的情况下能再次产生冗余性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于柴油发动机的实施例，其中可从储备中取出替代模块，并且可以有利的方式执行替代模块的插入和储备。该目的可由如下所述的发动机来实现。
尤其是大型柴油发动机的柴油发动机具有包括电子模块的控制系统。可利用模块间总线系统在模块之间传输信息。在控制系统中设有替代模块用于失效的校正。在模块间总线系统中提供了至少一个用于替代模块的连接点。可由控制系统自动地预处理相连的替代模块。在这种配置中装载有特定的操作系统，并且可以实现操作参数。除了主动运行的控制系统之外，替代模块可在怠速模式下被动地协同工作。在主动模块失效时，替代模块立刻准备好用来替代失效的模块。经预处理的替代模块可插入在模块间总线系统中的待替代模块的连接点处。
从下面的描述中可以清楚根据本发明的柴油发动机的具体实施例、根据本发明的发动机的操作方法以及这种发动机的应用。
附图说明
下面将借助于附图来说明本发明，在附图中：
图1显示了大型柴油发动机、尤其是两冲程柴油发动机的中心部分，和
图2显示了用于根据本发明的柴油发动机的控制系统的非常简略的示意图。
具体实施方式
柴油发动机，例如图1所部分地显示出的两冲程柴油发动机是包括多个气缸的发动机，其中，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。
除了控制系统1之外，在图1所示的发动机的实例中出现的部件是：
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/或控制介质400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”，其中，这些储集器33和43一方面连接到泵31和41上，另一方面连接到所有气缸2的喷射系统30和气体换向系统20上。
泵31，41和部件32，42通过信号传输连接310,410,320和420与控制系统1相连。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检测器；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。
图2显示了根据本发明的柴油发动机的一个具体控制系统1的细节。该控制系统1包括所显示出来的控制模块10，具体地是模块10a，10b，10c，10d，10e，10f和替代模块100，为了冗余性的目的，所有提到过的模块与由两个总线系统15a，15b组成的模块间总线系统15相连。可用模块间总线系统15在包括相连的替代模块100在内的控制模块10之间传输信息。控制系统1的其它部件有：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、转速控制装置)；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。
如果将超过一个替代模块100连接到模块间总线系统15上，那将是有利的。经验表明，与暴露在储备位置中的不利环境影响(因潮湿所产生的凝结水、温度的变化)下的储备替代模块相比，工作在怠速模式(例如，模块加有电压但未加载负荷)下的电子模块预期有更长的寿命。优选可用控制系统来监控连接到模块间总线系统15上的替代模块100的操作性能。
在所有的控制模块10上以及同样地在连接到模块间系统15的替代模块100上安装专门为待控制柴油发动机编制的同一操作程序。尽管对于单个的模块来说，针对其操作性能而言通常只需要一部分操作参数必须可用，但是控制模块10和替代模块100还接收操作参数的相同组的值。通过如带有插塞式连接器的连接电缆建立了控制模块10在控制系统1中的集成，其中，通过这些连接可以实现单个控制模块10的功能。单个控制模块10的功能通过在为插塞提供的连接点处插入插塞来识别和启动。
在控制系统1中，单个控制模块10设置和连接成只须在有缺陷的控制模块10处执行拆卸步骤就可以替换它。当将单个控制模块10移开时，由于如在本说明书的前言部分中所简单描述的冗余性(即在所有情况下均为逻辑电路的两个功能部分的形式：相关的气缸受第一功能部分的影响，而全局功能受第二功能部分的影响)，控制系统1仍可以保持工作。
对于每一个控制模块10来说，可执行与该替代模块或与替代模块100的交换。在模块间总线系统上为替代模块100提供了至少一个连接点150。在连接了从储备处获得的一个替代模块100之后，控制系统对其进行自动的预处理：加载或实施为待控制的柴油发动机所写的操作程序；以及使具体的值与操作参数相关联。除了主动运行的控制系统1外，在怠速模式下相连的替代模块100可协同地工作。在控制模块10失效时，替代模块100立刻准备好待用，可将经预处理的替代模块100重新插入在模块间总线系统15中的被替代控制模块10的连接点150处。
替代模块100的预处理需要比模块的交换所需的时间更长得多的一段时间。因此，与在模块内总线系统15处进行模块交换之后必须首先进行向替代模块100加载操作系统和操作参数的发动机相比，对于根据本发明的柴油发动机来说，使用经预处理的替代模块100可以节省时间。
图2中的连接到模块间总线系统15上的替代模块100形成有象“网关”一样的到外围设备5的部件上的连接点，该外围设备5包括转换器105和控制台6，可在控制台6和控制系统1之间进行信息交换。“网关”是可保护模块间总线系统15不受来自环境的会带来损害的外部电干扰的影响的系统部件。该“网关”只允许用于信息交换所必需的信号通过。
通常会将多个替代模块100放入到储备中。如果在设置于模块间总线系统15中的连接点150处交换替代模块100，以便进行预处理以及将经如此预处理过的替代模块100放入到储备中，这将是有益的。这些替代模块100适合用于直接替代失效的控制模块10，使得它们可被立刻使用且不需要在使用之前进行处理，即加载操作程序和实现操作参数。
根据本发明的柴油发动机的控制系统1尤其可以用于发动机使船只驱动轴旋转的远洋船只中。控制模块10具有用于该应用的输入端和输出端，模块可通过这些输入端和输出端来与尤其是船只的报警系统、安全系统和船只驱动轴的电子式转速控制装置进行信息交换，从而利用该信息来对控制系统额外地施加影响。
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而与控制模块10即模块10c，10d和10e相连。如果其中一个执行机构失效，那么可由相应的控制模块10来执行完好执行机构的操作调节。执行机构8a，8b和8c例如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的供应容量，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或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。
Claims (9)
1.一种柴油发动机，其带有包括控制模块(10)的控制系统(1)，其中可利用总线系统(15)在所述控制模块之间传输信息，在所述控制系统中设有替代模块(100)用于失效校正，其特征在于，在所述总线系统中提供了至少一个用于替代模块(100)的连接点(150)，在此处可由所述控制系统自动地预处理相连的替代模块，即装载特定的操作程序并实现操作参数，除了主动运行的控制系统之外，所述替代模块可在怠速模式下被动地协同工作，在主动模块失效时，所述替代模块立刻准备好用来替代失效的主动模块，经预处理的替代模块可插入在所述总线系统中的待替代模块的连接点处。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机，其特征在于，所述柴油发动机包括有多个气缸(2)，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柴油发动机相关的全局功能施加影响，其中，各所述气缸均与所述控制系统的一个控制模块(10)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和第二功能部分的相同设计的逻辑电路，利用所述第一功能部分可控制相关的气缸，通过分布在控制模块上的控制部件便可影响所述全局功能，即对于至少一部分控制模块而言，在所有情况下均可利用所述第二功能部分与其它控制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，在失效的情况下，因冗余性便可维持至少一部分发动机功率。
3.根据权利要求2所述的柴油发动机，其特征在于，利用相同的操作程序并通过所述控制模块(10)的同时操作来执行所述局部功能和全局功能。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的柴油发动机，其特征在于，连接到所述总线系统(15)上的所述替代模块(100)建立了象“网关”一样的到外围设备(5)的连接点(150)，可通过它执行与所述控制系统(1)之间的信息交换。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的柴油发动机，其特征在于，单个所述控制模块(10)在所述控制系统(1)中以一定方式进行设置和连接，使得只需要对该控制模块执行局部的拆除步骤便可更换有缺陷的模块，而且在缺少了单个控制模块时，所述控制系统仍能工作。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的柴油发动机，其特征在于，所述控制系统的控制模块(10)分别与发动机的下述部件形成信号传输连接：
-用于相关气缸(2)的液体燃料(300)供给的喷射系统(30)，
-用于相关气缸(2)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部件，
-利用所述柴油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，和
-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。
7.一种用于操作根据权利要求1到3中任一项所述的柴油发动机的方法，其特征在于，将多个替代模块(100)放入到储备中，在总线系统(15)的用于替代模块的连接点(150)处交换所述替代模块，以便将经预处理的替代模块放入到储备中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，可通过所述控制系统来监控连接到所述总线系统(15)上的替代模块(100)的操作性能。
9.一种根据权利要求1到3中任一项所述的柴油发动机在远洋船只中用于使船只驱动轴旋转的应用，其中，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接收来自船只的报警系统、安全系统和船只驱动轴的电子式转速控制装置的信息，以对所述控制系统(1)施加影响。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090401 Termination date: 20210425 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |