DK174249B1 - Flercylindret forbrændingsmotor med elektronisk styresystem - Google Patents

Description

DK 174249 B1 i

Opfindelsen angår en flercylindret forbrændingsmotor med elektronisk styresystem, navnlig en totakts krydshovedmotor til fremdrivning af et skib, omfattende en første central motorstyreenhed og flere cylinderin-5 terfaceenheder, der er fordelt på cylindrene og afgiver styresignaler i det mindste til aktuatorer for brændselsindsprøjtningen i cylindrene i afhængighed af signaler modtaget fra motorstyreenheden, og hvor styresystemet afgiver styresignaler til aktuatorer for 10 cylindrenes udstødsventiler samt eventuelt til aktuatorer for øvrige cylinderkomponenter.

Elektroniske styresystemer til forbrændingsmotorer har været kendt i mange år. Eksempelvis kendes fra US patent 4 009 695 en firtakts benzinmotor med elektro-15 nisk styring af udstøds- og indsugningsventilerne samt af brændselstilførslen og tændingen. Patentet kalder en sådan styring en "elektronisk kamaksel", og fordelene herved er grundigt beskrevet og omfatter blandt andet fri indstilling af ventilernes åbne- og lukketids-20 punkter i afhængighed af den aktuelle driftstilstand for motoren. Den elektroniske styring af samtlige aktuatorer foregår direkte fra en enkelt central motorstyreenhed på basis af modtagne signaler om brændselskvaliteten,luftdensiteten, krumtapbevægelsen, 25 den ønskede motoreffekt og den øjeblikkelige motorydelse. Den beskrevne styring er meget sårbar, idet et svigt i processoren medfører afbrydelse af hele motorstyringen.

Fra US patent 4 933 862 kendes en firtaktsmotor 30 med elektronisk styring af motorens brændselstilførsel, lufttilførsel og af recirkulering af udstødsgas, hvor der er foretaget en opdeling af styringen af brændselstilførslen, så hovedparten af de hertil anvendte signalberegninger foregår i underenheder, der er 35 fordelt med en processor for hver enkelt eller for DK 174249 B1 2 hvert par af cylindre. Denne fordeling af nogle af beregningerne til flere processorer nævnes at forbedre motorens driftssikkerhed, idet svigt i en enkelt processor ikke nødvendigvis medfører standsning af 5 motoren. Hvis der sker svigt i den centrale styreenhed, vil styringen bryde sammen.

I et forsøg på at forbedre driftssikkerheden i en totakts dieselmotor af førstnævnte type foreslås i EP-B1 0 509 189 et elektronisk styresystem, hvor en enkelt 10 central motorstyringsenhed tilknyttes en enkelt cylinderstyreenhed for hver cylinder, og hvor cylinderstyreenheden afgiver mindst to styresignaler til styring af den pågældende cylinders brændselsinjektor og udstødsventil. Den centrale motorstyringsenhed afgiver signa-15 ler for brændselsmængde og -timing, udstødsventiltiming og krumtapbevægelsen til cylinderstyreenheden. Hvis et svigt forekommer i motorstyreenheden, rammes alle cylinderstyreenhederne af manglende signaltilførsel, og motoren stopper. Det er endvidere en ulempe, at et 20 svigt i en styreenhed normalt vil nødvendiggøre midlertidig standsning af motoren for at tage den pågældende cylinder ud af drift, navnlig hvis også cylindersmøringen integreres i den samme styreenhed.

Hvis en cylinder ikke smøres, vil det være påkrævet at 25 afkoble stemplet fra krumtappen, inden motoren igen kan sættes i drift, idet stemplet ikke kan køre i en tør cylinderforing. Når først cylinderen er koblet korrekt ud, er der med det beskrevne styresystem opnået den fordel, at motoren igen kan igangsættes for drift på de 30 øvrige cylindre, men selv et midlertidigt stop kan være stærkt uønsket eller uacceptabelt, hvis motoren er en fremdrivningsmotor i et skib.

Det er kendt at driftssikkerheden af elektroniske styresystemer med en central processor kan forbedres 35 ved at anvende to processorer, hvor den ene holdes i 3 DK 174249 B1 såkaldt varm-stand-by, dvs. løbende tilføres de samme indgangssignaler som den aktive processor. Den aktive processor overvåges af en omskifteenhed, der ved konstateret svigt skifter styresystemet over på stand-5 by processoren, der umiddelbart kan tages i brug. Et sådant styresystem har heller ikke den fornødne driftssikkerhed til styring af en fremdrivningsmotor i et skib, idet omskifteenheden også kan svigte.

Det er endvidere kendt at forsyne en elektronisk 10 styret skibsmotor med et rent mekanisk virkende back-up system, se eksempelvis W094/29577, hvilket dog medfører uønskede omkostninger.

Den foreliggende opfindelse har til formål at anvise en forbrændingsmotor med en elektronisk styring, 15 der er særdeles fejltolerant, så risikoen for driftsstop som følge af svigt i styresystemet er minimal.

Med henblik herpå er motoren ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at styresystemet endvidere omfatter i det mindste en anden central motorstyreenhed, der 20 fungerer parallelt med den første centrale motorstyreenhed, og i det mindste en første og en anden, af hinanden uafhængige sensorindretninger til detektion af krumtapakslens drejestilling og -bevægelse samt mindst to separate kommunikationsforbindelser mellem de 25 centrale motorstyreenheder og cylinderinterfaceen-hederne, at den første sensorindretning er tilsluttet en anden kommunikationsforbindelse end den anden sensorindretning, at cylinderinterfaceenhederne ved normal drift af styresystemet modtager signaler fra 30 både den første og den anden centrale motorstyreenhed, og at cylinderinterfaceenhederne er tilknyttet en omskifterfunktion, der foretager en valideringskontrol af de modtagne signaler fra motorstyringsenhederne.

Ved at anvende mindst to centrale motorstyreen-35 heder, der ved normal drift begge afleverer signaler DK 174249 B1 4 til cylinderinterfaceenhederne via mindst to separate kommunikationsforbindelser opnås en meget stor fejltolerance i styresystemet, idet en fejl i en motorstyreenhed eller i en af kommunikationsforbindelserne ikke 5 medfører manglende signalmodtagelse i cylinderinterfaceenhederne. Motoren kan således køre med fuld elektronisk styring af alle cylindre, selv om en motorstyreenhed falder ud eller en kommunikationsforbindelse brydes. Hvis en motorstyreenhed svigter, står signaler-10 ne fra den anden motorstyreenhed umiddelbart til rådighed for cylinderinterfaceenhederne, fordi flere motorstyreenheder ved normal drift sender signalerne ud via kommunikationsforbindelserne. Ved svigt i en motorstyreenhed undgås dermed udfald af styresignaler 15 i netop det øjeblik, hvor svigtet sker. Dette er af betydning for cylinderstyringen, der normalt indeholder tidskritiske signaler.

Det er væsentligt for opfindelsen, at omskifter-funktionernene er tilknyttet cylinderinterfaceenhederne 20 og ikke de centrale motorstyreenheder, idet valideringskontrollen af signalerne afgivet fra motorstyreenhederne dermed er distribueret på motorens cylindre, ligesom også cylinderinterfaceenhederne er distribueret på cylindrene. Hvis der skulle ske et svigt i en enhed, 25 der udfører omskifterfunktionen, vil svigtet kun kunne påvirke den eller de motorcylindre, hvis styring afhænger af signaler videregivet af enheden med svigtende omskifterfunktion. På tilsvarende vis kan et svigt i en interfaceenhed kun påvirke den eller de 30 motorcylindre, der styres helt eller delvist af den svigtende interfaceenhed.

Opbygningen af styresystemet med mindst to af hinanden uafhængige sensorindretninger til detektion af krumtapakslens drejestilling og -bevægelse tillader 35 også fortsat drift af motoren ved svigt i en af sen- 5 DK 174249 B1 sorindretningerne.

Opretholdelse af smøringen i en cylinderforing er afgørende for, om stemplet kan vedblive at køre op og ned i cylinderen i et længere tidsrum efter at et antal 5 af de normale cylinderfunktioner er ophørt som følge af et cylinder-lokalt svigt i styresystemet, eksempelvis forårsaget af en fejl i en cylinderinterfaceenhed. Det er muligt inden for opfindelsens rammer at standse motoren midlertidigt og foretage afkobling af stemplet 10 på traditionel vis, hvorefter motoren kan køre videre med den pågældende cylinder udkoblet. I en foretrukken udførelsesform er motoren sikret kontinuert kørsel ved svigt af en interfaceenhed, idet behovet for midlertidig standsning er undgået derved, at cylindersmøringen 15 på en cylinder styres af mindst to forskellige cylin-derinterfaceenheder, fortrinsvis cylinderinterfaceen-heder hørende til par af nabocylindre. Ved svigt i én af interfaceenhederne bortfalder smøringen ved de smøresteder, der styres af interfaceenden, men smørin-20 gen ved smørestederne styret af den anden interfaceenhed opretholdes, hvorved oliefilmen på cylinderforingens inderside bevares, så stemplet ikke kører tørt i foringen. Ved at lade interfaceenheder på par af nabocylindre styre smøring ved smøresteder på både 25 enhedens egen cylinder og på nabocylinderen opnås korte kommunikationsforbindelser og forholdsvis få interfaceenheder, såsom én enhed per cylinder. Det er også muligt at styre cylindersmøringen på en cylinder af mindst to forskellige cylinderinterfaceenheder hørende 30 til samme cylinder.

Det er yderligere muligt at lade cylindersmøringen på en cylinder styres af mindst to separate kontrolprocessorer for hver cylinder, uanset om disse er fysisk placeret i en enkelt eller i flere interfaceenheder på 35 samme eller på flere cylindre. Hvis smøringen på den DK 174249 B1 6 netop beskrevne måde styres af to forskellige inter-faceenheder, foretages styringen af to kontrolprocessorer.

Den ene processor eller cylinderinterfaceenhed, 5 der styrer en del af cylinderens smøring, kan dosere ekstra smøreolie, hvis der konstateres svigt af den anden processor eller cylinderinterfaceenhed, der styrer en anden del af cylinderens smøring. Dette er især fordelagtigt, hvis forbrændingen i cylinderen ikke 10 afbrydes ved svigttilstanden, idet forbrændingsrestprodukterne forbruger en ikke ubetydelig andel af smøreolien i cylinderen. Hvis forbrændingen i cylinderen afbrydes, er behovet for ekstra smøring ved de tilbageværende aktive smøresteder mindre.

15 Hver cylinderinterfaceenhed kan hensigtsmæssigt indeholde mindst en kommunikations- og kontrolprocessor, der på basis af signalerne modtaget fra den første og/eller den anden centrale motorstyreenhed foretager signalbehandling til bestemmelse af aktuatorstyresig-20 nalerne. Den decentrale foretagelse af beregningerne i interfaceenhederne forbedrer systemets sikkerhed, fordi beregningerne foregår tættest muligt på anvendelsesstedet, og samtidig kan der afhængigt af beregningernes karakter opnås en fordelagtig mindskelse af signaltra-25 fikken i kommunikationsforbindelserne. Det foretrækkes, at signalerne modtaget fra motorstyreenheden indeholder de grundparametre, såsom den øjeblikkelige driftstilstand og krumtapakselstilling, der indgår ved beregning af aktuatorstyresignalerne.

30 Motorstyreenheden kan passende være opsamlings punkt for de ydre reguleringssignaler, såsom manøvre-signaler modtaget fra skibets bro, signaler om propellerstigningen, reguleringskommandoer afgivet af maskinpersonalet osv. Disse signaler videregives til 35 cylinderinterfaceenhederne, eventuelt sammen med 7 DK 174249 B1 signaler for valg af en driftstilstand blandt flere mulige, forhåndsbestemte tilstande.

I en foretrukken udførelsesform foretager motorstyreenhederne beregning af de belastningsafhængige do-5 seringsmængder for brændsel, mens signalbehandlingen i kontrolprocessoren beregner det ønskede indsprøjtnings-forløb og de tilhørende styresignaler. Begge typer af beregninger er forholdsvis processorkrævende, og denne opdeling af beregningerne giver for det første et 10 passende hurtigtvirkende styresystem med en god fordeling af processorbelastningerne. For det andet skal der ved bestemmelsen af doseringsmængderne af brændsel til de enkelte cylindre tages hensyn til de statiske unøjagtigheder i brændselsdoseringen, der fremkommer 15 som følge af forskelle i det fysiske indsprøjtnings-system på hver cylinder, såsom forskelle i brændselsinjektorernes dysearealer og åbne- og lukketryk samt eventuelle forskelle i brændselspumpernes lækagemængder og strømningsmodstandene i rørforbindelser mellem pumpe 20 og injektorer osv. Der bør også ved brændselsdoseringen tages hensyn til, at motorens omløbstal varierer inden for en enkelt motoromdrejning, hvorfor doseringen bør ske på basis af et middelomløbstal. Ved beregningen af doseringsmængderne kan der kompenseres for de statiske 25 unøjagtigheder ved, at beregningerne indeholder et integretionsled, der anvendes ved beregningerne for alle cylindrene og korrigerer for de unøjagtigheder, der forekommer i løbet af et længere tidsrum, såsom i løbet af flere motoromdrejninger. Ved at foretage 30 beregningerne af doseringsmængderne i motorstyreenhederne står integrationsleddet fra foregående beregninger umiddelbart til rådighed ved den aktuelle beregning. Beregningen af indsprøjtningsforløbet i interfaceenheden fastlægger den tidsafhængige dose-35 ringsrate, der i løbet af en motorcyklus fører til DK 174249 B1 8 indsprøjtning af den ønskede mængde brændsel. Der kan eksempelvis være tale om opdeling af doseringsmængden i en forindsprøjtning og en hovedindsprøjtning eller om flere intermitterende indsprøjtninger. I en mere simpel 5 udførelsesform, hvor der blot indsprøjtes med en i det væsentlige konstant rate, sker der ingen beregning af indsprøjtningsforløbet i interfaceenhederne.

I en anden udførelsesform indeholder grundparametrene modtaget fra motorstyreenheden oplysning om den 10 øjeblikkelige og den ønskede motorbelastning, kontrolprocessoren beregner i det mindste den belastningsafhængige doseringsmængde for brændsel og de tilhørende aktuatorstyresignaler, og kontrolprocessoren afgiver til mindst en anden cylinderinterfaceenhed og/eller til 15 motorstyreenhederne et signal, der anvendes til korrektion for statiske unøjagtigheder i brændselsdoseringerne til cylindrene. Det afgivne signal kan typisk være det ovennævnte integrationsled, som indgår i beregningerne af doseringssignalerne. Dette signal kan enten 20 rundsendes til alle enheder eller kan adresseres specifikt til en eller flere enheder ved hjælp af en token.

Det foretrækkes, at cylinderinterfaceenheden omfatter en timingprocessor, der synkroniserer styre-25 signalerne med krumtapakslens position. Denne udformning med separat timingsprocessor bevirker en aflastning af kontrolprocessoren og fremskynder den signalbehandling, der skal foretages i cylinderinterfaceen-heden. Dette er især en fordel, hvis cylinderinterface-30 enheden modtager signaler direkte fra et antal af sensorindretningerne.

Det er også muligt at fremskynde signalbehandlingen i cylinderinterfaceenheden ved at lade den omfatte en separat underprocessor, der styrer brænd-35 selsindsprøjtningen. Beregningerne til fastlæggelse af 9 DK 174249 B1 s tyre signal erne for brændselsindsprøjtningen er de mest krævende i interfaceenheden, og ved at skille disse beregninger ud til foretagelse i en separat underprocessor opnås hurtigst mulig færdigberegning af alle de 5 styresignaler, som cylinderens aktuatorer skal bruge i løbet af en enkelt motorcyklus.

I en foretrukken udførelsesform leverer de mindst to uafhængige sensorer signaler direkte til både de centrale motorstyringsenheder og direkte til cylin-10 derinterfaceenhederne. Dette giver den fordel, at signalerne til brug for beregningen af krumtapakslens øjeblikkelige drejestilling og bevægelse står til rådighed hos alle enhederne, hvilket giver mulighed for at bestemme timingsignalerne i alle enheder uafhængigt 15 af de øvrige enheder, og dette forbedrer styresystemets driftssikkerhed.

I en alternativ udførelsesform, der giver mulighed for forenkling af ledningsføringen mellem sensorerne og de tilkoblede enheder, leverer de mindst to uafhængige 20 sensorer udelukkende signaler direkte til motorstyringsenhederne. På basis af signalerne fra sensorerne beregner motorstyringsenhederne krumtapakslens øjeblikkelige drejestilling og bevægelse og tilfører cylinderinterfaceenhederne de signaler, der er nødven-25 dige for timingsmæssig korrekt aktivering af aktua-torerne. Det foretrækkes, at hver sensor leverer signaler til begge motorstyringsenheder.

I en videreudvikling af denne alternative udførelsesform indeholder såvel motorstyreenhederne som 30 cylinderinterfaceenhederne indbyrdes synkroniserede ure, og de i cylinderinterfaceenheden modtagne signaler fra motorstyreenheden er tilknyttet oplysning om, til hvilket tidspunkt styresignalet til den enkelte aktua-tor skal afgives. Cylinderinterfaceenheden kan så 35 foretage den nødvendige signalbehandling til tilveje DK 174249 B1 10 bringelse af aktuatorstyresignalet, inden dette skal afgives, hvorefter styresignalet afgives, når dens eget lokale ur når frem til det forudbestemte tidspunkt for signalafgivelsen.

5 I en yderligere udføreIsesform færdigberegner motorstyreenhederne signaler til brug ved styringen af i det mindste én af cylinderinterfaceenhedens aktua-torer og afgiver signalet et forudbestemt tidsrum, inden aktuatoren skal aktiveres, og cylinderinterfa-10 ceenheden foretager udelukkende valideringskontrollen af signalet og videregiver dette til aktuatoren. Dette giver mulighed for en meget simpel opbygning af cylinder interfaceenhederne, idet signalberegningerne foregår i motorstyringsenhederne. Det forudbestemte tidsrum kan 15 have en længde, der svarer til den tid, der medgår til afleveringen af signalet til interfaceenheden og til udførelse af valideringskontrollen. I dette tilfælde behøver interfaceenheden ikke at styre signalafgivelsen til aktuatoren i forhold til et lokalt ur, men videre-20 giver blot signalet med det samme. Det foretrækkes dog, at det forudbestemte tidsrum er væsentligt længere, og at aktiveringen af aktuatoren synkroniseres med motorcyklussen under anvendelse af et lokalt, synkroniseret ur, som beskrevet ovenfor, idet styresystemet derved 25 bliver mere præcist og mindre følsomt over for de ændringer i signaltrafikken, der kan forekomme ved svigt i et antal af styresystemets komponenter.

De på cylindrene fordelte cylinderinterfaceenheder kan hver især betjene flere cylindre, eksempelvis to 30 eller tre cylindre. Dette nedbringer det totale antal af interfaceenheder på en given motor og mindsker omkostningerne til styresystemet, men samtidig mindskes driftssikkerheden, idet svigt i en interfaceenhed vil påvirke flere af motorens cylindre. Det foretrækkes 35 derfor af hensyn til opnåelse af en meget driftssikker 11 DK 174249 B1 motor, at der for hver cylinder er mindst en cylinder-interfaceenhed.

Det er muligt at udforme motoren ifølge opfindelsen således, at i det mindste én af aktuatorerne 5 hørende til cylinderinterfaceenheden betjener mindst to cylindre. Der kan eksempelvis være tale om, at et aktuatordrevet smøreapparat med flere fælles aktiverede doseringsstempler leverer olie til smøresteder på mere end én cylinder, hvilket på enkel vis implementerer 10 sikker cylindersmøring på én cylinder ved hjælp af mindst to forskellige interfaceenheder. I det tilfælde, at en interfaceenhed betjener mere end én cylinder kan en aktuator for brændselsindsprøjtningen betjene to cylindre, og fortrinsvis kan en aktuator for udstøds-15 ventilen betjene to cylindre. Antallet af cylinderin-terfaceenheder kan i så fald svare til antallet af aktuatorer af samme type.

Eksempler på udførelsesformer for opfindelsen forklares herefter nærmere med henvisning til den 20 stærkt skematiske tegning, hvorpå fig. 1-3 viser tre forskellige former for overordnet kommunikationsforbindelse mellem enhederne i motorens styresystem, fig. 4-6 tre forskellige udførelsesformer for en 25 cylinderinterfaceenhed, fig. 7 et eksempel på en kommunikations- og kontrolprocessor, og fig. 8 og 9 to skematiske eksempler på styringen af cylindersmøring.

30 I den efterfølgende beskrivelse af forskellige udførelsesformer anvendes for enkelheds skyld de samme henvisningstal for elementer med samme funktion.

I fig. 1 er en stor, langsomtgående totakts dieselmotor af krydshovedtypen generelt betegnet med 1.

35 Motoren kan være fremdrivningsmotor i et skib eller en 12 DK 174249 B1 stationær, generatordrivende motor, der producerer el til et ledningsnet. Motoren er flercylindret og kan typisk have fra 4 til 14 cylindre, i det viste eksempel seks cylindre 2, der hver har en udstødsventil, en 5 brændselsenhed med brændselsinjektorer, cylindersmøresteder, en starte- eller manøvreluftventil og sensorer til overvågning af cylinderdriften, såsom cylindertryk, temperatur og tryk af udstødsgas og temperatur af udvalgte cylinderkomponenter. De styrede komponenter på 10 cylinderen aktiveres af ikke viste aktuatorer og er typisk hydraulisk drevne. De enkelte komponenter med tilhørende aktuatorer er velkendte i teknikken og behøver ikke nærmere beskrivelse. Motorens ydelse per cylinder kan idag typisk være fra 400 til 5900 kW. Med 15 langsomtgående motor skal i den foreliggende anvendelse forstås en motor med et omdrejningstal beliggende i intervallet fra 30 til 200 omdr./min. Opfindelsen er dog også anvendelig ved medium-speed, firtaktsmotorer til skibsfremdrivning, hvor omdrejningstallet er 2 0 beliggende i intervallet fra 100 til 1000 omdr./min, og ydelsen per cylinder er beliggende i intervallet fra 100 til 1000 kW. I dette tilfælde har hver cylinder også en indsugningsventil.

Motorens elektroniske styresystem omfatter flere 25 sensorindretninger 3 til detektion af krumtapakslens øjeblikkelige drejestilling og -bevægelse, flere centrale motorstyreenheder 4, flere cylinderinterface-enheder 5 og flere kommunikationsforbindelser 6 mellem enhederne 4 og 5.

30 Sensorindretningerne 3 er velkendte i teknikken og kan eksempelvis være af magneto-elektrisk eller opto-elektrisk type, såsom en optical incremental encoder, der eksempelvis med en eller flere sensorer detekterer passagen af målepunkter anbragt på et element, der 35 følger med i krumtapakslens drejebevægelse. Der kan 13 DK 174249 B1 eksempelvis være 2048 målepunkter per akselomdrejning samt en nulpulsgiver. Målepunkterne kan også være kodede alt efter, hvor de er placeret på akslen. I dette tilfælde er nulpulsgiveren overflødig. På basis 5 af de indsamlede taktsignaler kan den øjeblikkelige drejestilling, drejningshastighed og -acceleration for akslen bestemmes på velkendt vis. De mindst to sensorer er indbyrdes mekanisk uafhængige og kan eksempelvis være placeret ved hver ende af motoren.

10 Motorstyreenhederne 4 er centrale processorer, der modtager overordnede overvågnings- og regulerings-signaler fra sensorer monteret på motoranlægget og fra ydre enheder og afgiver signaler til cylinderinterface-enhederne 5 samt til fælles motorenheder, såsom for-15 syningspumper for brændsel, vand og hydraulik, hjælpeblæsere, kompressorer for manøvreluft mv.

Motorstyreenhederne 4 kan eksempelvis modtage overvågningssignaler 7 fra motorens turboladersystem, fra skylleluftsystemet, fra systemet til fødning af 20 cylinderaktuatorerne med hydraulikvæske, fra brændselsforsyningssystemet, fra aksel- og propellersystemet og fra cylinderinterfaceenhederne. Der gives herefter nogle eksempler på typiske signaltyper. Fra turboladersystemet kan signalerne vedrøre driftstilstanden, såsom 25 omdrejningstal og eventuelle vibrationsparametre, for turboladere og parametre for indsugningsluft og udstødsgas, såsom temperaturer og tryk. Fra skylleluft-systemet er der typisk tale om måling af tryk og temperatur i skylleluftreceiveren. Fra hydrauliksys-3 0 ternet er der typisk tale om måling af fødetryk. Fra brændselsforsyningssystemet kan signalerne vedrøre temperatur og tryk for brændslet leveret til cylindrene samt eventuelt parametre for brændselskvaliteten. Fra aksel- og propellersystemet kan der modtages signaler 35 for akslens omdrejningstal og for propellerens øjeblik- 14 DK 174249 B1 kelige stigning, hvis der er tale om en CP-propeller. Endvidere kan motorstyreenhederne modtage signaler fra eventuelle akselgeneratorer og fra skibets sikkerhedssystemer .

5 Motorstyreenhederne kan eksempelvis modtage ydre reguleringssignaler 8 fra skibets kommandobro, fra motorkontrolrummet eller fra en nødstyringspult. Som eksempler på sådanne signaltyper kan nævnes besked om igangsætning eller standsning af motoren, besked om 10 belastningsændring, manuel aktivering af specifikke driftstilstande eller af optimeringsparametre for motordriften.

Motorstyreenhederne foretager fortrinsvis en validering af de modtagne sensorsignaler. Hvis et 15 signal fra en eller flere sensorer udebliver kan motorstyreenheden være indrettet til at foretage en omtrentberegning af det manglende signal på basis af signalerne fra de øvrige sensorer og/eller på basis af forudgående signaler af den manglende type, idet der 20 ved omtrentberegningen anvendes en forudbestemt og indprogrammeret tilstandsbeskrivelse af det motordelsystem, hvori det manglende signal hører hjemme.

Motorstyreenhederne afgiver styresignaler 9 til de fælles motorenheder. Der kan eksempelvis være tale om 25 styring af hydrauliktrykket i et redundant opbygget hydrauliksystem, af lufttrykket i et redundant opbygget manøvreluftsystem, af brændselstrykket i et redundant opbygget brændselssystem, af hjælpeblæsere og turboladere osv.

30 Motorstyreenhederne afgiver endvidere signaler til cylinderinterfaceenhederne 5. Som eksempler på signaler til brug i en udførelsesform, hvor beregningerne i videst muligt omfang foretages i interfaceenhederne, kan nævnes signaler for valg af den øjeblikkeligt 35 ønskede driftstilstand og signaler for ændring af 15 DK 174249 B1 motorbelastningen. Der kan i interfaceenhederne eksempelvis være forhåndsprogrammeret beregningsrutiner for driftstilstandene start af motor, standsning af motor, drift ved lav belastning, drift med lavt brænd-5 selsforbrug, drift med minimal NO -dannelse ved for- .Λ» brændingen, drift ved stigende motorbelastning, drift ved faldende motorbelastning, drift med uændret belastning og drift i sikkerhedstilstand. I en anden udførelsesform kan beregningerne i videst muligt omfang 10 foretages i motorstyreenhederne, hvilket betyder, at beregningsrutinerne for de forskellige driftstilstande er lagret i motorstyreenhederne, der så til cylinderin-terfaceenhederne afgiver signaler for åbning og lukning af udstødsventilen til bestemte tidspunkter, signaler 15 for aktiveringer af brændselsaktuatoren, dvs. tidsbestemte start og stop for brændselsindsprøjtningen, der kan være intermitterende, kan bestå af en sammenhængende indsprøjtning eller kan være sammensat af en forindsprøjtning og en hovedindsprøjtning, tidsbestemte 20 signaler for aktivering af cylindersmøringen og tidsbestemte signaler for påsætning af manøvreluft. Den førstnævnte udførelsesform foretrækkes, idet de decentrale beregninger i interfaceenhederne giver et styresystem med større sikkerhed og mindre trafik i kommuni-25 kationsforbindelserne. Det er naturligvis også muligt at udforme styresystemet som en mellemting mellem de to nævnte yderpunkter.

Cylinderinterfaceenhederne 5 modtager ved normal drift signaler fra begge eller alle motorstyreenhederne 30 4 og skal udføre en valideringskontrol af de modtagne signaler, hvorved der for hver signaltype udvælges signalet fra kun en af motorstyreenhederne. Risikoen for en beregningsmæssig fejl i en motorstyreenhed, der i øvrigt har fungeret korrekt, er særdeles ringe. Hvis 35 en motorstyreenhed afgiver et forkert signal vil dette 16 DK 174249 B1 derfor så godt som altid skyldes fejl i tilgangssignalerne til denne enhed, eksempelvis forårsaget af en fejlbehæftet sensor i motorovervågningen. Validerings-kontrollen i interfaceenheden kan derfor omfatte en 5 sammenligning af størrelsen af signalerne fra de forskellige motorstyreenheder. Hvis signalerne er ens eller har en indbyrdes afvigelse, der er mindre end en forudbestemt grænseværdi, kan signalet fra én af motorstyreenhederne have l. prioritet, så dette signal 10 udvælges og anvendes af interfaceenheden. Hvis signalsammenligningen viser en forskel, der er større end den forudbestemte grænseværdi, kan der vælges på flere måder. Den enkleste valgmetode er at acceptere det signal, der afviger mindst fra det forudgående vali-15 derede signal af samme type, forudsat at der ikke er modtaget signal om skift af driftstilstand. Hvis driftstilstanden er skiftet, kan der vælges det af signalerne, der stemmer bedst overens med indprogrammerede standard signalværdier hørende til den nye 20 driftstilstand. Sammenligning med sådanne standardværdier hørende til den aktuelle driftstilstand kan også anvendes som valgmetode i det tilfælde, hvor der ikke er skiftet driftstilstand. Hvis de modtagne signaler af samme type alle falder uden for forudbe-25 stemte intervaller hørende til den aktuelle driftstilstand, kan interfaceenheden være programmeret til at forkaste de modtagne signaler og i stedet anvende en forudbestemt signalværdi, der muliggør sikker, men ikke optimal drift af cylinderen. Eksempelvis kan der med 30 hensyn til brændselstilførslen være tale om signaler, der medfører indsprøjtning af en forholdsvis lille brændselsmængde, og for aktiveringen af udstødsventilen kan der være tale om åbning og lukning af ventilen på en kendt måde, der begrænser maksimaltrykket i cylin-35 deren i løbet af forbrændingen, og for cylindersmørin- 17 DK 174249 B1 gen kan der være tale om dosering af en forudbestemt rigelig mængde smøreolie.

Hvis der kun modtages ét signal kan validerings-kontrollen acceptere dette, ud fra den antagelse, at 5 det manglende signal fra den anden motorstyreenhed skyldes svigt i denne eller brud på kommunikationsforbindelserne til denne enhed med medfølgende manglende signalafgivelse.

Kommunikationsforbindelserne 6 er i det mindste 10 udformet som dobbelte forbindelser, således at hver af enhederne 4 og 5 er tilsluttet mindst to kommunikationsforbindelser og kan kommunikere indbyrdes via hver af forbindelserne. Kommunikationsforbindelserne er på tegningen vist som multidrop-forbindelser, dvs. åbne 15 strenge, hvortil enhederne er parallelt tilsluttede. Kommunikationforbindelserne kan alternativt laves som ringnet, dvs. lukkede strenge, hvortil enhederne er parallelt tilsluttede.

I udførelsesformen vist i fig. 1 er sensorindret-20 ningerne 3 forbundet med såvel enhederne 4 og enhederne 5 via separate dobbelte signalledninger 10. I udførelsesformen vist i fig. 2 er sensorindretningerne 3 tilsluttet hver sin motorstyreenhed 4 via en signalledning 10a. Det er valgfrit også muligt at tilslutte 25 sensorindretningerne 3 til den anden sensorindretnings motorstyreenhed via en signalledning 10b, så begge motorstyreenheder kan modtage signaler fra begge sensorindretningerne via separate, fortrinsvis galvanisk adskilte signalindgange, hvilket forbedrer sys-30 temets driftssikkerhed. Motorstyreenhederne kan i dette tilfælde være indrettet til at foretage validerings-kontrol af signalerne modtaget i de to eller flere signalindgange fra sensorindretningerne 3. I udførelsesformen vist i fig. 3 er der mellem sensorindret-35 ningerne 3 og de dobbelte kommunikationsforbindelser 6 18 DK 174249 B1 indsat en processorenhed 3a, der omformer pulssignalerne modtaget fra sensorerne 3 til signaler repræsentative for krumtapakslens øjeblikkelige position og bevægelse, hvilket bevirker, at disse beregninger udføres 5 centralt inden distribueringen til enhederne 4 og 5.

Cylinderinterfaceenhederne 5 kan udformes på forskellige måder. En mulighed er at samle samtlige beregninger for valideringskontrol og bestemmelse af aktuatorstyresignalerne i en enkelt kommunikations- og 10 kontrolprocessor, der er tilsluttet de to separate kommunikationsforbindelser 6 og de forskellige aktua-torer hørende til en enkelt cylinder 2. En anden mulighed er illustreret i fig. 4, hvor en cylinderin-terfaceenhed 5 omfatter en kommunikations- og kontrol-15 processor 12 og en timingsprocessor 13, der kommunikerer indbyrdes, eksempelvis via en intern bus 14 i enheden 5. Timingsprocessoren 13 tilføres pulssignaler 15 fra sensorindretningerne 3. Dette kan ske via signalledningerne 10 som vist i fig. 1.

20 Processoren 12 i fig. 4 afleverer styresignaler til en aktuator 16 i en brændselsenhed for brændselslevering. Aktuatoren aktiveres af signalerne til at effektuere en brændselsindsprøjtning via et antal injektorer 17 med den ønskede timing i forhold til 25 motorcyklussen. Brændselsenheden kan indeholde en brændselspumpe, der ved hjælp af aktuatoren er hydraulisk drevet og elektronisk styret, og som er tilsluttet en forsyningskilde for brændsel ved forholdsvist lavt tryk. Brændselspumpen afgiver ved aktiveringen brændsel 30 ved højt tryk til en eller flere injektorer. I en alternativ udformning kan brændselsenheden være tilsluttet en højtrykskilde for brændsel og indeholde styreventiler, som af aktuatoren åbnes og lukkes for igangsætning og afslutning af indsprøjtningsforløbet, 35 dvs. et brændselssystem af den såkaldte fælles streng 19 DK 174249 B1 type (common rail) .

Processoren 12 afleverer også styresignaler til en cylindersmøreenhed 18, så denne doserer smøremængder, der er afpasset efter den aktuelle driftstilstand, 5 fortrinsvis således, at doseringen sker på bestemte tidspunkter af motorcyklussen.

Hvis timingsprocessoren 13 er tilsluttet mere end én sensor 3 via separate signalledninger 10 foretager den en validering af de modtagene pulssignaler. Vali-10 deringen af sensorsignalerne er enkel at udføre, idet der er veldefinerede og forholdsvis snævre grænser for, hvor hurtigt motoren kan ændre sit omløbstal. I sin simpleste udformning kan valideringen omfatte, at det ene signal er tildelt 1. prioritet, og at dette an-15 vendes, sålænge det holder sig inden for et forudbestemt interval, og at det andet signal anvendes, når det første udebliver eller falder uden for intervallet.

Timingsprocessoren kan eksempelvis omregne de modtagne pulssignaler til signaler, der er repræsenta-20 tive for den øjeblikkelige drejestilling og -bevægelse for krumtapakslen, og den kan eksempelvis beregne de tidspunkter i løbet af motorcyklussen, ved hvilke de forskellige styresignaler til cylinderens aktuatorer skal afgives, og den kan i overensstemmelse hermed 25 sende de nødvendige signaler til processoren 12. Timingprocessoren kan endvidere afgive styresignaler direkte til en aktuator 19 for en udstødsventil 20 og ved start og reversering også styresignaler direkte til en aktuator 21 for en manøvreluftventil.

30 I fig. 5 ses en udførelsesform, hvor interfaceen- heden 5 indeholder en separat underprocessor 22 for udførelse af beregningerne af brændselsindsprøjtnings-forløbet. Timingprocessoren 13 kan i dette tilfælde aflevere oplysninger om cylindertimingen både til pro-35 cessoren 12 og til underprocessoren 22. Processoren 12 20 DK 174249 B1 bestemmer styresignalerne til aktuatorerne 18, 19 og 21 for henholdsvis cylindersmøringen, udstødsventilen 20 og manøvreluftpåsætningen.

I fig. 6 ses en udførelsesform, hvor to selv-5 stændige interfaceenheder af nogenlunde samme type som vist i fig. 4 er samlet i et fælles ydre hus. Inter-faceenhederne 5 omfatter to adskilte kommunikations- og kontrolprocessorer 12 med hver sin timingsprocessor 13.

Den ene processor 12 styrer brændselsleveringen via 10 aktuatoren 16 og styrer en aktuator 18 for cylindersmøringen. Den anden processor 12 styrer udstødsventilen 20, manøvreluftpåsætningen og en anden aktuator 18 for separat cylindersmøring på samme cylinder.

Kommunikations- og kontrolprocessoren 12 kan være 15 udformet som vist i fig. 7. Tilslutningen til de to kommunikationsforbindelser 6 foregår via to separate linie-driv/modtagelseskredse 22 (line driver/receiver), der eksempelvis kan være af typen RS485. En strømkilde 23, der kan være et 24 V batteri, er via en strømkreds 20 24 parallelforbundet med to DC/DC-convertere 25, der har galvanisk adskilte ind- og udgange og forsyner hver sin kommunikationskreds med spænding ved eksempelvis 5 V. Hver kreds 22 er forbundet med en tilhørende kommunikationscontroller 26 via et antal, eksempelvis tre, 25 signalveje 27, der indeholder et galvanisk adskillende element 28, såsom en optokobler eller en kondensator. Controllerne 26 er via en intern bus 29 forbundet med en processor 30, der er programmeret til foretagelse af signalvalideringen og udførelsen af de ønskede be-30 regninger. Processoren 30 er via en DC/DC-converter 31 forbundet med strømkilden 23. Denne opbygning sikrer, at de to kommunikationsforbindelser 6 med tilhørende enheder i kommunikations- og kontrolprocessoren 12 er fuldstændig elektrisk adskilte, ligesom processoren 30 35 er elektrisk adskilt fra kredsene 22. Dermed kan en DK 174249 B1 21 spændingsmæssig overbelastning af den ene forbindelse 6, såsom ved fejlagtig tilslutning til en 220 V strømkilde, med medfølgende ødelæggelse af de kredse 22, der er direkte tilsluttet forbindelsen, ikke medføre nogen 5 skade hverken på processoren 30 eller på den anden forbindelse 6 med de dertil direkte tilsluttede kredse 22.

Det foretrækkes som nævnt, at cylindersmøringen på hver cylinder 2 styres af to uafhængige processorer eller to cylinderinterfaceenheder 5. I fig. 8 ses en 10 illustration af en udførelsesform, hvor hver cylinder er tilknyttet to interfaceenheder, der hver varetager smøringen af en del af cylinderforingens smøresteder 32. Der kan være en særskilt doseringsindretning ved hvert smørested, eller en doseringsenhed, der leverer 15 smøreolie til flere smøresteder. I første tilfælde illustrerer ringene 33 en signalforbindelse til doseringsindretningerne og i andet tilfælde illustrerer de fordelingsledninger for smøreolie fra doseringsenhederne til smørestederne.

20 I fig. 9 illustrerer en udførelsesform, hvor hver cylinder har en ihterfaceenhed 5, og hvor styringen af cylindrenes smøring er således parvis sammenhørende, at interfaceenheden hørende til en cylinder i et par styrer smøringen ved en del af smørestederne på sin 25 egen cylinder og ved en del af smørestederne på den anden cylinder i parret.

Detaljer i opbygningen af ovennævnte forskellige udførelsesformer for opfindelsen kan kombineres til frembringelse af yderligere udførelsesformer inden for 30 opfindelsens rammer. Eksempelvis kan en eller begge af de separate processorer 12, 13 vist i fig. 6 være udformet som vist i fig. 5, og aktuatorerne 16, 18, 19 og 21 kan styres af andre af processorerne end vist i figurerne.

35

Claims (15)

1. Flercylindret forbrændingsmotor (1) med elektronisk styresystem, navnlig en totakts krydshovedmotor til fremdrivning af et skib, med en første central 5 motorstyreenhed (4) og i det mindste flere cylinderin-terfaceenheder (5) , der er fordelt på cylindrene (2) og afgiver styresignaler i det mindste til aktuatorer (16) for brændselsindsprøjtningen i cylindrene i afhængighed af signaler modtaget fra motorstyreenheden, og hvor 10 styresystemet afgiver styresignaler til aktuatorer (19) for cylindrenes udstødsventiler (20) samt eventuelt til aktuatorer for andre cylinderkomponenter, kende -tegnet ved, at styresystemet endvidere omfatter i det mindste en anden central motorstyreenhed (4) , der 15 fungerer parallelt med den første centrale motorstyreenhed (4), og i det mindste en første og en anden, af hinanden uafhængige sensorindretninger (3) til detek-tion af krumtapakslens drejestilling og -bevægelse samt mindst to separate kommunikationsforbindelser (6) 20 mellem de centrale motorstyreenheder og cylinderinter-faceenhederne, at den første sensorindretning er tilsluttet en anden kommunikationsforbindelse end den anden sensorindretning, at cylinderinterfaceenhederne (5) ved normal drift af styresystemet modtager signaler 25 fra både den første og den anden centrale motorstyreenhed (4) , og at cylinderinterfaceenhederne er tilknyttet en omskifterfunktion, der foretager en validerings-kontrol af de modtagne signaler fra motorstyrings-enhederne.

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kende tegnet ved, at cylindersmøringen på en cylinder styres af mindst to forskellige cylinderinterfaceen-heder (5), fortrinsvis cylinderinterfaceenheder hørende til par af nabocylindre.

3. Forbrændingsmotor ifølge krav 1 eller 2, DK 174249 B1 kendetegnet ved, at cylinderinterfaceenheden (5) indeholder mindst en kommunikations- og kontrolprocessor (12) , der på basis af signalerne modtaget fra den første og/eller den anden centrale motorstyreenhed 5 (4) foretager signalbehandling til bestemmelse af aktuatorstyresignalerne, idet signalerne modtaget fra motorstyreenheden hensigtsmæssigt indeholder de grundparametre, såsom den øjeblikkelige driftstilstand og krumtapakselstilling, der indgår ved beregning af 10 aktuatorstyresignalerne.

4. Forbrændingsmotor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at motorstyreenhederne (4) foretager beregning af de belastningsafhængige doseringsmængder for brændsel, mens signalbehandlingen i kontrolproces- 15 soren (12) beregner det ønskede indsprøjtningsforløb og de tilhørende styresignaler.

5. Forbrændingsmotor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at grundparametrene modtaget fra motorstyreenheden (4) indeholder oplysning om den 20 øjeblikkelige og den ønskede motorbelastning, at kontrolprocessoren (12) beregner i det mindste den belastningsafhængige doseringsmængde for brændsel og de tilhørende aktuatorstyresignaler, og at kontrolprocessoren til mindst en anden cylinderinterfaceenhed (5) 25 og/eller til motorstyreenhederne (4) afgiver et signal, der anvendes til korrektion for statiske unøjagtigheder i brændselsdoseringerne til cylindrene.

6. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 3-5, kendetegnet ved, at cylinderinterfaceenheden 30 (5) omfatter mindst en timingprocessor (13), der synkroniserer styresignalerne med krumtapakslens position.

7. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 3-6, kendetegnet ved, at cylinderinterfaceenheden 35 (5) omfatter en separat underprocessor (22), der styrer DK 174249 B1 brændselsindsprøj tningen.

8. Forbrændingsmotor ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at de mindst to uafhængige sensorer (3) leverer signaler direkte til 5 både de centrale motorstyringsenheder (4) og direkte til cylinderinterfaceenhederne (5).

9. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-7, kendetegnet ved, at de mindst to uafhængige sensorer udelukkende leverer signaler direkte til 10 motorstyringsenhederne, fortrinsvis således at hver sensor leverer signaler til begge motorstyringsenheder.

10. Forbrændingsmotor ifølge krav 9, kendetegnet ved, at såvel motorstyreenhederne som cylinderinterfaceenhederne indeholder indbyrdes synkro- 15 niserede ure, og at de i cylinderinterfaceenheden modtagne signaler fra motorstyreenheden er tilknyttet oplysning om, til hvilket tidspunkt styresignalet til den enkelte aktuator skal afgives.

11. Forbrændingsmotor ifølge krav 9 eller 10, 20 kendetegnet ved, at motorstyreenhederne færdigberegner signaler til brug ved styringen af i det mindste én af cylinderinterfaceenhedens aktuatorer og afgiver signalet et forudbestemt tidsrum, inden aktua-toren skal aktiveres, og at cylinderinterfaceenheden 25 udelukkende foretager valideringskontrollen af signalet og videregiver dette til aktuatoren.

12. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-9, kendetegnet ved, at cylindersmøringen på en cylinder (2) styres af mindst to forskellige kontrol- 30 processorer (12) hørende til samme cylinder.

13. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 2 og/eller 12, kendetegnet ved, at den ene processor eller cylinderinterfaceenhed, der styrer en del af cylinderens smøring, doserer ekstra smøreolie, 35 hvis der konstateres svigt af den anden processor eller DK 174249 B1 cylinderinterfaceenhed, der styrer en anden del af cylinderens smøring.

14. Forbrændingsmotor ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at der for hver 5 cylinder (2) er mindst én cylinderinterfaceenhed (5) .

15. Forbrændingsmotor ifølge krav 10, k ende-tegnet ved, at i det mindste én af aktuatorerne hørende til cylinderinterfaceenheden (5) betjener mindst to cylindre. 10