EP1591649B1 - Dieselmaschine mit einem elektonische Module umfassenden Steuerungssystem - Google Patents

Dieselmaschine mit einem elektonische Module umfassenden Steuerungssystem Download PDF

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EP1591649B1
EP1591649B1 EP05405272A EP05405272A EP1591649B1 EP 1591649 B1 EP1591649 B1 EP 1591649B1 EP 05405272 A EP05405272 A EP 05405272A EP 05405272 A EP05405272 A EP 05405272A EP 1591649 B1 EP1591649 B1 EP 1591649B1
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EP
European Patent Office
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modules
module
control system
engine
control
Prior art date
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EP05405272A
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EP1591649A1 (de
Inventor
Stefan Fankhauser
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Wartsila NSD Schweiz AG
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Wartsila NSD Schweiz AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions

Definitions

  • the invention relates to a diesel engine, in particular a large diesel engine, comprising an electronic module comprehensive control system according to the preamble of claim 1. It also relates to a method for operating the inventive diesel engine and a use of this machine.
  • the large diesel engine can be both a two-stroke and a four-stroke diesel engine.
  • a diesel engine with a motor control which is carried out by a control system composed of electronic modules.
  • the control system will affect local cylinder functions and global engine-related functions.
  • the control system comprises modules with identical logic circuits.
  • the cylinders are each assigned to one of the control modules and the logic circuits each comprise a first and a second functional subarea.
  • the associated cylinder can be controlled with the first functional subarea.
  • the global functions are influenced by a control distributed to the modules, namely such that the global motor control can be performed in a redundant manner for at least a part of the modules, each having the second functional sub-area in cooperation with second functional sub-areas of the other modules.
  • the global engine control must remain sufficiently functional. Individual cylinders may fail as the machine continues to operate at a reduced power in such a failure. A permanent operation of the machine can be achieved by controlling these in a redundant manner and also in the mechanical components redundancy by multiple installation of individual components.
  • a main controller with which the global motor control is actively operated, you can run simultaneously a second, identical control, which cooperates passively with respect to the global motor control, but which can be switched without delay if necessary in the active control state.
  • the object of the invention is to provide an embodiment for a diesel engine, in which replacement modules are put into storage, in which the use and storage of the replacement modules can be carried out in an advantageous manner. This object is achieved by the machine defined in claim 1.
  • the diesel engine which is in particular a large diesel engine, has an electronic module comprehensive control system.
  • an intermodular bus system information can be transmitted between the modules.
  • Replacement modules are available to remedy failures in the control system.
  • At least one connection point for replacement modules is provided at the intermodular bus line system.
  • a connected replacement module is automatically activated by the Control system preconditionable. It loads a specific operating program and updates operating parameters.
  • the replacement module can be co-operated passively idle in addition to the active running control system. In the event of failure of an active module, the replacement module is ready for immediate substitution of the failing module. In this case, the preconditioned replacement module is used at the connection point of the module to be substituted on the intermodular bus system.
  • a diesel engine for example, the two-stroke large diesel engine partially shown in Fig. 1, is a multiple cylinder 2 comprehensive engine, in which by an electronic control system 1 local, the cylinder 2 relevant functions and global, the entire engine functions are influenced.
  • the pumps 31, 41 and organs 32, 42 are connected via signal-transmitting connections 310, 410, 320 and 420 to the control system 1.
  • Another connection 210 leads to a sensor of the gas exchange valve 21.
  • FIG. 2 shows details of a particular control system 1 of the diesel engine according to the invention.
  • the control system 1 comprises - as far as is shown - control modules 10, in particular modules 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f and a replacement module 100, wherein all said modules are connected to an intermodular bus system 15, which for the sake of Redudanz from two bus subsystems 15a and 15b composed.
  • intermodular bus line system 15 information between the modules 10, including the connected spare modules 100 can be transmitted.
  • control system 1 Further components of the control system 1 are a block 7, which relates to a first part of global functions (eg ship alarm system, safety system, speed control), and actuators 8a, 8b, 8c and 9a, 9b ("actuators"), which refer to another part of the global functions.
  • the block 7 is controlled redundantly, namely via two bus subsystems 17a, 17b and by simultaneously operating two modules 10a and 10b. If one of the modules 10a or 10b fails, the block 7 continues to receive the information required for the control.
  • replacement module 100 can be connected to the intermodal bus system 15.
  • the replacement modules 100 connected to the intermodular bus system 15 can advantageously also be monitored by the control system with respect to their functionality.
  • All of the modules 10 - and also the replacement modules 100 connected to the intermodular bus system 15 - are or will be equipped with an identical operating program specifically formulated for the diesel engine to be controlled. Also for the operating parameters, the modules 10 and replacement modules 100 each receive the same set of values, although in general only a part of the operating parameters for the individual module with regard to its functionality must be available.
  • the integration of the modules 10 in the control system 1 is z. B. made by connecting cable with plugs, the functionalities of the individual modules 10 resulting from these compounds. By plugging the plug into the connection points provided for it, the functionality of the individual module 10 is detected and activated by the operating program.
  • the individual modules 10 are arranged and connected in the control system 1 such that only a disassembly intervention on this module 10 is required to replace a defective module 10.
  • the control system 1 Upon removal of a single module 10, the control system 1 continues to operate, thanks to a redundancy as briefly described in the introduction (namely, in the form of two functional sections of the logic circuits: the first Functional subarea becomes the assigned cylinder and the second functional subareas affect the global functions).
  • an exchange with or a replacement module 100 is feasible.
  • At least one connection point 150 for replacement modules 100 is provided on the intermodular bus line system.
  • the connected replacement module 100 is co-operated in addition to the actively running control system 1 passive idle. In the event of failure of an active module 10, the replacement module 100 is immediately available for substitution of the defective module 10, the preconditioned replacement module 100 being newly inserted at the connection point 150 of the module 10 to be substituted on the intermodular bus system 15.
  • the preconditioning of the replacement module 100 requires a time that is significantly longer than the duration required for the module replacement. Therefore, there is a time saving for the inventive diesel engine with preconditioned replacement module 100 compared to a machine in which after a module replacement on the intermodular bus system 15 first still loading the replacement module 100 must be made with the operating program and the operating parameters.
  • the replacement module 100 connected in FIG. 2 to the intermodular bus system 15 provides as "gateway" a connection point to a peripheral device 5 which comprises a converter 105 and a console 6, an information exchange being feasible between this console 6 and the control system 1.
  • a "gateway” is a system component that shields the inter-modular bus system 15 from external electrical interference that could be detrimental to the environment.
  • the "Gateway” only allows the signals required for the exchange of information to pass through.
  • replacement modules 100 are stocked. It may then be helpful to replace the replacement modules 100 at the connection points 150 for the replacement modules 100 that are arranged on the intermodular bus system 15 so as to perform preconditioning and store the thus preconditioned replacement modules 100 in stock.
  • These replacement modules 100 are suitable for direct replacement of defective modules 10 such that they are ready for immediate use and not conditioned prior to their use, i. loaded with the operating program and operating parameters must be updated.
  • the control systems 1 of the diesel engine according to the invention are in particular intended for use on a deep-sea ship on which the engine rotates a ship propulsion shaft.
  • the control modules 10 have for this use inputs and outputs, through which they can exchange information with, inter alia, a ship alarm system, a safety system and an electronic speed control of the marine propulsion shaft, so that the control system 1 can be additionally influenced with this information.
  • the actuators 8a, 8b, 8c and 9a, 9b are present in a redundancy-generating number. They are connected via bus line systems 18a, 18b and 18c to modules 10, namely the modules 10c, 10d and 10e, respectively. In case of failure of an actuator with the corresponding modules 10 causes an adjustment during operation of the intact actuators.
  • the actuators 8a, 8b and 8c are, for example, three pumps for a servo oil and the actuators 9a and 9b pumps for the fuel 300, which is to be fed into the accumulator 33.
  • an adaptation during operation of the intact actuators 8b and 8c is effected with the corresponding modules 10d and 10e of the control system 1.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dieselmaschine, insbesondere einen Grossdieselmotor, mit einem elektronische Module umfassenden Steuerungssystem gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemässen Dieselmaschine sowie eine Verwendung dieser Maschine. Der Grossdieselmotor kann sowohl ein Zweitakt- als auch ein Viertakt-Dieselmotor sein.
  • Aus der EP-A- 0 989 297 ist eine Dieselmaschine mit einer Motorsteuerung bekannt, die durch ein aus elektronischen Modulen zusammengesetzten Steuerungssystem ausgeführt wird. Bei einem Motor wie dieser Dieselmaschine werden durch das Steuerungssystem lokale, nämlich Zylinder betreffende Funktionen und globale, den gesamten Motor betreffende Funktionen beeinflusst. Bei einem weiter entwickelten Grossdieselmotor (vgl. die nicht vorveröffentlichte Anmeldung EP04405073.0 = P.7386) umfasst das Steuerungssystem Module mit identisch ausgebildeten Logikschaltungen. Die Zylinder sind jeweils einem der Steuerungsmodule zugeordnet und die Logikschaltungen umfassen jeweils einen ersten und einen zweiten Funktionsteilbereich. Mit dem ersten Funktionsteilbereich ist der zugeordnete Zylinder steuerbar. Die globalen Funktionen werden durch eine auf die Module verteilte Steuerung beeinflusst, nämlich so, dass für mindestens einen Teil der Module mit jeweils dem zweiten Funktionsteilbereich in Zusammenspiel mit zweiten Funktionsteilbereichen der weiteren Module die globale Motorsteuerung in einer redundanten Weise durchgeführt werden kann.
  • Wird der Grossdieselmotor zum Antrieb eines Hochseeschiffs verwendet, so ist es notwendig, dass bei Versagen einzelner Teile des Steuerungssystems oder von Komponenten des Motors zumindest noch ein Teil der Motorleistung weiter zur Verfügung steht. Dazu muss die globale Motorsteuerung in ausreichendem Mass funktionstüchtig bleiben. Einzelne Zylinder können ausfallen, da die Maschine bei einem solchen Ausfall mit einer reduzierten Leistung weiter betreibbar ist. Einen permanent durchführbaren Betrieb der Maschine erreicht man, indem man diese in redundanter Weise steuert und auch bei den mechanischen Bestandteilen eine Redundanz durch mehrfachen Einbau einzelner Komponenten herstellt. Zu einer Hauptsteuerung, mit der die globale Motorsteuerung aktiv betrieben wird, lässt man simultan eine zweite, identische Steuerung laufen, die bezüglich der globalen Motorsteuerung passiv bleibend mitarbeitet, die aber im Bedarfsfall ohne Verzug in den aktiven Steuerungszustand umgeschaltet werden kann. Aufgrund der Redundanz bleibt im Fehlerfall zumindest ein Teil der Motorleistung aufrecht erhalten. Es ist für die lokale Steuerung nur je ein elektronisches Modul pro Zylinder vorgesehen. Bezüglich den globalen Funktionen mit deren elektronischen Systemkomponenten ist es erforderlich, dass mindestens ein zweites Mal die gleichen Systemkomponenten im Steuerungssystem enthalten sind.
  • Trotz der vorgesehenen Redundanz ist es notwendig, Ersatzmodule an Lager zu halten, um bei Ausfall eines Moduls Redundanz wieder herstellen zu können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Dieselmaschine, bei der Ersatzmodule an Lager genommen sind, eine Ausführungsform zu schaffen, bei der sich der Einsatz und die Lagerhaltung der Ersatzmodule in einer vorteilhaften Art durchführen lässt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Maschine gelöst.
  • Die Dieselmaschine, die insbesondere ein Grossdieselmotor ist, weist ein elektronische Module umfassendes Steuerungssystem auf. Mit einem intermodularen Busleitungsystem ist Information zwischen den Modulen übermittelbar. Zur Behebung von Ausfällen im Steuerungssystem stehen Ersatzmodule zur Verfügung. Am intermodularen Busleitungsystem ist mindestens eine Anschlussstelle für Ersatzmodule vorgesehen. An dieser Anschlussstelle ist ein angeschlossenes Ersatzmodul selbsttätig durch das Steuerungssystem vorkonditionierbar. Es weden dabei ein spezifisches Betriebsprogramm geladen und Betriebsparameter aktualisiert. Das Ersatzmodul ist neben dem aktiv laufenden Steuerungssystem passiv bleibend im Leerlauf mitbetreibbar. Bei Versagen eines aktiven Moduls ist das Ersatzmodul zur Substitution des versagenden Moduls sofort einsatzbereit. Dabei wird an der Anschlussstelle des zu substituierenden Moduls am intermodularen Busleitungsystem das vorkonditionierte Ersatzmodul eingesetzt.
  • Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 betreffen besondere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Dieselmaschine. Die Ansprüche 7 und 8 beziehen sich auf Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemässen Maschine, während eine Verwendung dieser Maschine Gegenstand des Anspruchs 9 ist.
    • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen zentralen Ausschnitt eines Grossdieselmotors, im Speziellen eines Zweitakt-Dieselmotors, und
    Fig. 2
    ein stark vereinfachtes Schema eines Steuerungssystems zu einer erfindungsgemässen Dieselmaschine.
  • Eine Dieselmaschine, beispielsweise der in Fig. 1 teilweise dargestellte Zweitakt-Grossdieselmotor, ist ein mehrere Zylinder 2 umfassender Motor, bei dem durch ein elektronisches Steuerungssystem 1 lokale, die Zylinder 2 betreffende Funktionen und globale, den gesamten Motor betreffende Funktionen beeinflussbar sind.
  • Die beim Beispiel des in Fig. 1 dargestellten Motors auftretenden Komponenten sind neben dem Steuerungssystem 1:
    • ein Gaswechselsystem 20 mit Gaswechselventil 21, Ventilkörper 211 und Kanal 212, durch den Luft zuführbar und Verbrennungsgase abführbar sind;
    • ein Einspritzsystem 30 zum volumetrischen oder zeitgesteuerten Einspeisen von flüssigem Brennstoff 300, der durch ein gesteuertes Einspritzorgan 32 und Düsen 22 (Düsenspitzen 22a, 22b) in einen Verbrennungsraum 23 zwischen dem Ventilkörper 211 und einem Kolben 24 einspritzbar ist;
    • Pumpen 31, 41 zum Zuführen des Brennstoffs 300 bzw. eines Steuermediums 400, das durch ein gesteuertes Einspeiseorgan 42 in das Gaswechselventil 21 förderbar ist;
    • ein Akkumulator 43 für das Steuermedium 400 und ein Akkumulator 33 für den Brennstoff 300, ein sogenanntes "Common Rail", wobei diese Akkumulatoren 33 und 43 einerseits mit den Pumpen 31 bzw. 41 und andererseits mit den Einspritzsystemen 30 bzw. den Gaswechselsystemen 20 aller Zylinder 2 verbunden sind.
  • Die Pumpen 31, 41 und Organe 32, 42 sind über signalübermittelnde Verbindungen 310, 410, 320 bzw. 420 an das Steuerungssystem 1 angeschlossen. Eine weitere Verbindung 210 führt zu einem Sensor des Gaswechselventils 21.
  • Zusätzliche, nicht dargestellte Komponenten des Motors sind:
    • ein hydraulisches System mit Organen zur Durchführung des Einspritzens sowie des Gaswechsels;
    • Winkelerfassung zur Synchronisation der lokalen und globalen Funktionen mit der Drehung einer vom Motor angetriebenen Welle; und
    • Vorrichtungen zum Regeln der Brennstoffzufuhr sowie des Gaswechsels und zur Steuerung einer Startluftzufuhr.
  • Die Fig. 2 zeigt Details zu einem besonderen Steuerungssystem 1 des erfindungsgemässen Dieselmotors. Das Steuerungssystem 1 umfasst - soweit es dargestellt ist - Steuerungsmodule 10, insbesondere Module 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f und ein Ersatzmodul 100, wobei alle genannten Module an ein intermodulares Busleitungsystem 15 angeschlossen sind, das zwecks Redudanz sich aus zwei Busleitungsteilsystemen 15a und 15b zusammensetzt. Mit dem intermodularen Busleitungsystem 15 ist Information zwischen den Modulen 10, einschliesslich den angeschlossenen Ersatzmodulen 100 übermittelbar. Weitere Komponenten des Steuerungssystems 1 sind ein Block 7, der sich auf einen ersten Teil von globalen Funktionen bezieht (z.B. Schiffsalarmsystem, Sicherheitssystem, Drehzahlregelung), und Aktoren 8a, 8b, 8c und 9a, 9b (engl. "actuators"), die sich auf einen weiteren Teil der globalen Funktionen beziehen. Der Block 7 wird redundant gesteuert, nämlich über zwei Busleitungsteilsysteme 17a, 17b und durch ein simultanes Betreiben von zwei Modulen 10a und 10b. Bei Ausfall eines der Module 10a oder 10b erhält der Block 7 weiterhin die für die Steuerung benötigte Information.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn mehr als ein Ersatzmodul 100 an das intermodulare Busleitungsystem 15 angeschlossen sind. Wie die Erfahrung zeigt, ist für ein elektronisches, im Leerlauf betriebenes Modul (d.h. Modul unter Spannung aber ohne Beanspruchung durch eine Last) eine längere Lebensdauer zu erwarten als für ein gelagertes Ersatzmodul, das an einem Lagerplatz ungünstigen Umwelteinflüssen (Kondenswasser aufgrund von Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen) ausgesetzt ist. Die am intermodularen Busleitungsystem 15 angeschlossenen Ersatzmodule 100 lassen sich vorteilhafterweise auch durch das Steuerungssystem hinsichtlich deren Funktionstüchtigkeit überwachen.
  • Alle Module 10 - und ebenso die am intermodularen Busleitungsystem 15 angeschlossenen Ersatzmodule 100 - sind oder werden mit einem identischen Betriebsprogramm ausgestattet, das spezifisch für die zu steuernde Dieselmaschine formuliert ist. Auch für die Betriebsparameter erhalten die Module 10 und Ersatzmodule 100 jeweils den gleichen Wertesatz, obwohl in der Regel nur ein Teil der Betriebsparameter für das individuelle Modul hinsichtlich dessen Funktionalität verfügbar sein muss. Die Integrierung der Module 10 im Steuerungssystem 1 wird z. B. durch Verbindungskabel mit Steckern hergestellt, wobei die Funktionalitäten der einzelnen Module 10 sich durch diese Verbindungen ergeben. Durch das Einstecken der Stecker an den für sie vorgesehenen Anschlussstellen wird die Funktionalität des individuellen Moduls 10 durch das Betriebsprogramm erkannt und aktiviert.
  • Die einzelnen Module 10 sind im Steuerungssystem 1 derart angeordnet und angeschlossen, dass zum Ersetzen eines defekten Moduls 10 lediglich Demontageeingriffe an diesem Modul 10 durchzuführen sind. Bei einem Entfernen eines einzelnen Moduls 10 bleibt das Steuerungssystem 1 weiter arbeitsfähig, dank einer Redundanz, wie sie in der Einleitung kurz beschrieben worden ist (nämlich in Form von jeweils zwei Funktionsteilbereichen der Logikschaltungen: mit dem ersten Funktionsteilbereich wird der zugeordnete Zylinder und mit den zweiten Funktionsteilbereichen werden die globalen Funktionen beeinflusst).
  • Für jedes Modul 10 ist ein Austausch mit dem oder einem Ersatzmodul 100 durchführbar. Am intermodularen Busleitungsystem ist mindestens eine Anschlussstelle 150 für Ersatzmodule 100 vorgesehen. Nach Anschliessen eines aus dem Lager bezogenen Ersatzmoduls 100 wird dieses selbsttätig durch das Steuerungssystem vorkonditioniert: es wird ein für die zu steuernde Dieselmaschine erstelltes Betriebsprogramm geladen oder aktualisiert; und den Betriebsparametern werden spezifische Werte zugeordnet. Das angeschlossene Ersatzmodul 100 wird neben dem aktiv laufenden Steuerungssystem 1 passiv bleibend im Leerlauf mitbetrieben. Bei Versagen eines aktiven Moduls 10 steht das Ersatzmodul 100 zur Substitution des defekten Moduls 10 sofort zur Verfügung, wobei an der Anschlussstelle 150 des zu substituierenden Moduls 10 am intermodularen Busleitungsystem 15 neu das vorkonditionierte Ersatzmodul 100 eingesetzt wird.
  • Das Vorkonditionieren des Ersatzmoduls 100 erfordert eine Zeitdauer, die bedeutend länger ist als die für den Modulaustausch benötigte Dauer. Daher gibt es für die erfindungsgemässe Dieselmaschine mit vorkonditioniertem Ersatzmodul 100 eine Zeitersparnis im Vergleich zu einer Maschine, bei der nach einem Modulaustausch am intermodularen Busleitungsystem 15 zuerst noch ein Laden des Ersatzmoduls 100 mit dem Betriebsprogramm und den Betriebsparametern vorgenommen werden muss.
  • Das in Fig. 2 am intermodularen Bussystem 15 angeschlossene Ersatzmodul 100 stellt als "Gateway" eine Anschlussstelle zu einem Peripheriegerät 5 her, das einen Konverter 105 und eine Konsole 6 umfasst, wobei zwischen dieser Konsole 6 und dem Steuerungssystem 1 ein Informationsaustausch durchführbar ist. Ein "Gateway" ist eine Systemkomponente, die das intermodulare Bussystem 15 gegen externe elektrische Störeinflüsse abschirmt, die aus der Umgebung schädigend einwirken könnten. Das "Gateway" lässt nur die für den Informationsaustausch erforderlichen Signale passieren.
  • In der Regel wird eine Mehrzahl von Ersatzmodulen 100 an Lager genommen. Es kann dann hilfreich sein, wenn an den Anschlussstellen 150 für die Ersatzmodule 100, die am intermodularen Busleitungsystem 15 angeordnet sind, die Ersatzmodule 100 ausgetauscht werden, um so Vorkonditionierungen vorzunehmen und die so vorkonditionierten Ersatzmodule 100 an Lager zu nehmen. Diese Ersatzmodule 100 eignen sich für einen direkten Ersatz von defekten Modulen 10 derart, dass sie sofort einsatzbereit sind und nicht noch vor ihrem Einsatz konditioniert, d.h. mit dem Betriebsprogramm geladen und Betriebsparameter aktualisiert werden müssen.
  • Die Steuerungssysteme 1 der erfindungsgemässen Dieselmaschine sind insbesondere zur Verwendung auf einem Hochseeschiff vorgesehen, auf dem die Maschine eine Schiffsantriebswelle dreht. Die Steuerungsmodule 10 weisen für diese Verwendung Ein- und Ausgänge auf, durch die sie Information unter anderem mit einem Schiffsalarmsystem, einem Sicherheitssystem und einer elektronischen Drehzahlregelung der Schiffsantriebswelle austauschen können, so dass mit dieser Information das Steuerungssystem 1 zusätzlich beeinflussbar ist.
  • Die Aktoren 8a, 8b, 8c und 9a, 9b sind in einer Redundanz erzeugenden Anzahl vorhanden. Sie sind über Busleitungsysteme 18a, 18b und 18c an Module 10, nämlich die Module 10c, 10d bzw. 10e, angeschlossen. Bei Ausfall eines Aktors wird mit den entsprechenden Modulen 10 eine Anpassung beim Betrieb der intakten Aktoren bewirkt. Die Aktoren 8a, 8b sowie 8c sind beispielsweise drei Pumpen für ein Servo-Öl und die Aktoren 9a sowie 9b Pumpen für den Brennstoff 300, der in den Akkumulator 33 einzuspeisen ist. Bei Ausfall beispielsweise des Aktors 8a wird mit den entsprechenden Modulen 10d und 10e des Steuerungssystems 1 eine Anpassung beim Betrieb der intakten Aktoren 8b und 8c bewirkt. Es kann dabei mit zwei der drei Aktoren der Bedarf an Servo-Öl gedeckt werden, indem die Förderleistung der beiden intakten Aktoren 8b und 8c entsprechend vergössert wird. Bei Ausfall eines der den Aktoren 8a, 8b, 8c zugeordneten Module 10c, 10d oder 10e stellt der entsprechende Aktor 8a, 8b bzw. 8c ebenfalls seinen Betrieb ein, was aber dank der Redundanz dieser Aktoren 8a, 8b, 8c nicht zu einem Ausfall der gesamten Maschine führt.

Claims (9)

  1. Dieselmaschine, insbesondere Grossdieselmotor, mit einem elektronische Module (10) umfassenden Steuerungssystem (1), wobei mit einem intermodularen Busleitungsystem (15) Information zwischen den Modulen übermittelbar ist und zur Behebung von Ausfällen im Steuerungssystem Ersatzmodule (100) zur Verfügung stehen,
    dadurch gekennzeichnet, dass am intermodularen Busleitungsystem mindestens eine Anschlussstelle (150) für Ersatzmodule (100) vorgesehen ist, an der ein angeschlossenes Ersatzmodul selbsttätig durch das Steuerungssystem vorkonditionierbar ist, nämlich durch Laden mit einem spezifischen Betriebsprogramm und Aktualisierung von Betriebsparametern, dass dieses Ersatzmodul neben dem aktiv laufenden Steuerungssystem passiv bleibend im Leerlauf mitbetreibbar ist und dass bei Versagen eines aktiven Moduls das Ersatzmodul zur Substitution des versagenden Moduls sofort einsatzbereit ist, wobei an der Anschlussstelle des zu substituierenden Moduls am intermodularen Busleitungsystem das vorkonditionierte Ersatzmodul einzusetzen ist.
  2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine ein mehrere Zylinder (2) umfassender Motor ist, bei dem durch das Steuerungssystem (1) lokale, die Zylinder betreffende Funktionen und globale, den gesamten Motor betreffende Funktionen beeinflussbar sind, dass jeder Zylinder einem Modul (10) des Steuerungssystems zugeordnet ist, dass jeder dieser Steuerungsmodule (10) eine identisch ausgebildete Logikschaltung mit einem ersten und einem zweiten Funktionsteilbereich umfasst, dass mit dem ersten Funktionsteilbereich der zugeordnete Zylinder steuerbar ist und dass die globalen Funktionen durch eine auf die Module verteilte Steuerung beeinflussbar sind, nämlich so, dass für mindestens einen Teil der Module mit jeweils dem zweiten Funktionsteilbereich in Zusammenspiel mit zweiten Funktionsteilbereichen der weiteren Module die globale Motorsteuerung in einer redundanten Weise durchführbar ist, wobei in einem Fehlerfall aufgrund der Redundanz zumindest ein Teil der Motorleistung aufrecht erhalten bleibt.
  3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen und globalen Funktionen durch ein simultanes Betreiben der Module (10) mit identischem Betriebsprogramm durchführbar sind.
  4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das am intermodularen Bussystem (15) angeschlossene Ersatzmodul (100) als "Gateway" eine Anschlussstelle (150) zu einem Peripheriegerät (5) herstellt, mittels dem ein Informationsaustausch mit dem Steuerungssystem (1) ausführbar ist.
  5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module (10) im Steuerungssystem (1) derart angeordnet und angeschlossen sind, dass zum Ersetzen eines defekten Moduls lediglich lokale Demontageeingriffe an diesem Modul durchzuführen sind, und dass beim Fehlen eines einzelnen Moduls das Steuerungssystem weiter arbeitsfähig bleibt.
  6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (10) des Steuerungssystems (1) jeweils mit folgenden Komponenten des Motors in signalübermittelnder Verbindung (100) stehen:
    - einem Einspritzsystem (30) für den zugeordneten Zylinder (2) zum Einspeisen von flüssigem Brennstoff (300),
    - einem Gaswechselsystem (20) für den zugeordneten Zylinder,
    - Pumpen (31, 41) zum Zuführen des Brennstoffs und eines Steuermediums (400),
    - einem Akkumulator (43) für das Steuermedium und einem Akkumulator (33) für den Brennstoff, einem sogenannten "Common Rail", wobei diese Akkumulatoren mit den Pumpen, den Einspritzsystemen und den Gaswechselsystemen verbunden sind,
    - einem hydraulischen System mit Organen zur Durchführung des Einspritzens und des Gaswechsels,
    - Winkelerfassung zur Synchronisation der lokalen und globalen Funktionen mit der Drehung der vom Motor angetriebenen Welle, und
    - Vorrichtungen zum Regeln der Brennstoffzufuhr sowie des Gaswechsels und zur Steuerung einer Startluftzufuhr.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Dieselmaschine gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Steuerungssystem (1) eine Mehrzahl von Ersatzmodulen (100) an Lager genommen wird und dass am intermodularen Busleitungsystem (15) Ersatzmodule an den Anschlussstellen (150) für die Ersatzmodule ausgetauscht werden, um vorkonditionierte Ersatzmodule an Lager zu nehmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am intermodularen Busleitungsystem (15) angeschlossenen Ersatzmodule (100) durch das Steuerungssystem (1) hinsichtlich deren Funktionstüchtigkeit überwacht werden.
  9. Verwendung einer Maschine gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6 auf einem Hochseeschiff zum Drehen einer Schiffsantriebswelle, wobei die Steuerungsmodule (10) Signaleingänge aufweisen, durch die sie Information unter anderem von einem Schiffsalarmsystem, von einem Sicherheitssystem und von einer elektronischen Drehzahlregelung der Schiffsantriebswelle zur Beeinflussung des Steuerungssystems (1) empfangen können.
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