PL196585B1 - Urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego i silnik spalinowy - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do wytwarzania sygna lów steruj a- cych prac a silnika spalinowego sterowanego elek- tryczno-hydraulicznie i maj acego wa l korbowy, zw laszcza wysokopr eznego silnika spalinowego du zej mocy, w którym to silniku spalinowym s a ste- rowane za pomoc a uk ladów hydraulicznych co naj- mniej wtrysk i wymiana ladunku cylindrów, przy czym uk lady hydrauliczne zawieraj a jednostki wysterowy- wania wst epnego, które za pomoc a elektrycznych sygna lów daj a si e uruchamia c przez jednostk e kon- troln a w taki sposób, ze steruj a one uk ladami hy- draulicznymi do wtryskiwania i wymiany ladunku w cylindrach, które to urz adzenie zawiera pewn a liczb e elementów steruj acych, tak umieszczonych, ze obracaj a si e synchronicznie z wa lem korbowym, znamienne tym, ze ponadto zawiera przyporz adko- wane tym elementom steruj acym (42a, 42b, 42c) czujniki (43, 43b), które wspó lpracuj a z elementami sterujacymi (42a, 42b, 42c) w ten sposób, ze ka zdy czujnik (43, 43b) przy zadanych po lo zeniach k ato- wych przyporz adkowanego mu elementu steruj acego (42a, 42b, 42c) przekazuje sygna l, przy czym za pomo- c a tych sygna lów s a wytwarzane elektryczne sygna ly steruj ace prac a silnika spalinowego. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196585 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 336378 ^{(51) Int.Cl.}

F01L 9/02 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 03.11.1999

Urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego i silnik spalinowy

(30) Pierwszeństwo: 04.11.1998,EP,98811102,7	(73) Uprawniony z patentu: Wartsila Schweiz AG,Winterthur,CH
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.05.2000 BUP 10/00	(72) Twórca(y) wynalazku: Alfred Franz Wunder,Hettlingen,DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(74) Pełnomocnik:
31.01.2008 WUP 01/08	Niewieczerzał Jan, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) 1. Urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego sterowanego elektryczno-hydraulicznie i mającego wał korbowy, zwłaszcza wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy, w którym to silniku spalinowym są sterowane za pomocą układów hydraulicznych co najmniej wtrysk i wymiana ładunku cylindrów, przy czym układy hydrauliczne zawierają jednostki wysterowywania wstępnego, które za pomocą elektrycznych sygnałów dają się uruchamiać przez jednostkę kontrolną w taki sposób, że sterują one układami hydraulicznymi do wtryskiwania i wymiany ładunku w cylindrach, które to urządzenie zawiera pewną liczbę elementów sterujących, tak umieszczonych, że obracają się synchronicznie z wałem korbowym, znamienne tym, że ponadto zawiera przyporządkowane tym elementom sterującym (42a, 42b, 42c) czujniki (43, 43b), które współpracują z elementami sterującymi (42a, 42b, 42c) w ten sposób, że każdy czujnik (43, 43b) przy zadanych położeniach kątowych przyporządkowanego mu elementu sterującego (42a, 42b, 42c) przekazuje sygnał, przy czym za pomocą tych sygnałów są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące pracą silnika spalinowego.

PL 196 585 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego i silnik spalinowy.

Wysokoprężne silniki spalinowe dużej mocy są na przykład stosowane jako agregaty napędowe statków lub jako stacjonarne urządzenia do uzyskiwania prądu. W znanych silnikach wysokoprężnych tego rodzaju typowe funkcje robocze, jak na przykład wtryskiwanie paliwa do cylindra i wymiana ładunku cylindrów, podczas której odprowadzane są gazy spalinowe z komory spalania cylindra, są sterowane mechaniczno-hydraulicznie przez napędy krzywkowe. Do tego celu przewidziany jest wał krzywkowy, napędzany przez wał korbowy silnika, który to wał krzywkowy w silnikach wysokoprężnych dużej mocy zwykle jest określany mianem wału rozrządu. Na wale rozrządu osadzona jest pewna liczba krzywek, którymi napędzane są pompy wtryskowe i pompy nadajnika skoku do uruchamiania zaworów.

Takie wały rozrządu, zwykle rozciągające się na całej długości wysokoprężnych silników spalinowych dużej mocy, zajmują dużo miejsca i przyczyniają się do znacznych nakładów związanych z konstrukcją . Poza tym momenty czasowe rozpoczę cia wtrysku, zakoń czenia wtrysku oraz otwarcia i zamkni ę cia zaworów wylotowych są zadane na stał e przez dane krzywki, tak ż e przestawienie tych momentów czasowych jest możliwe do zrealizowania tylko przy stosunkowo dużych nakładach. Tego typu przestawiania są jednak pożądane, w celu umożliwienia dla wszystkich stanów roboczych, na przykład przy pełnym obciążeniu, częściowym obciążeniu lub biegu wstecznym, optymalnego, możliwie ekonomicznego, efektywnego i oszczędzającego energię sposobu pracy silnika.

To są między innymi przyczyny, dla których zgodnie z nowszymi udoskonaleniami wysokoprężne silniki spalinowe dużej mocy są konstruowane bez wałów rozrządu (w klasycznym sensie). Silniki tego typu są sterowane elektryczno-hydraulicznie. Układy hydrauliczne, za pomocą których odbywa się wtrysk, wymiana ładunku cylindrów i ewentualnie układy pomocnicze, takie jak układy rozruchowe, dają się sterować za pomocą elementów wysterowywania wstępnego, na przykład zaworów wysterowywania wstępnego, przy czym te zawory wysterowywania wstępnego są uruchamiane za pomocą sygnałów elektrycznych, które pochodzą z centralnej jednostki kontrolnej. Ta jednostka kontrolna określa za pomocą kąta obrotu korby liczbę obrotów silnika i ewentualnie dalsze funkcje stanu, każdorazowo optymalny czasokres, jak i każdorazowo optymalną ilość paliwa dla wtrysku względnie momenty czasowe otwierania i zamykania zaworów wylotowych, i wysyła stosownie do tego elektryczne sygnały sterujące do zaworów wysterowywania wstępnego, które na ich podstawie uruchamiają przynależne układy hydrauliczne. Za pomocą tego elektryczno-hydraulicznego układu sterowania, zapewniającego duże możliwości regulowania, wtrysk i wymiana ładunku cylindra dają się w prosty sposób i dla wszystkich stanów roboczych wysokoprężnego silnika spalinowego duż ej mocy, optymalizować i dostosowywać do danego cyklu roboczego maszyny, ponieważ mechaniczne wymuszone sprzężenia pomiędzy położeniami tłoków i elementami uruchamiającymi, takimi jak pompy wtryskowe lub pompy nadajnika skoku, już nie istnieją.

W takich sterowanych elektryczno-hydraulicznie silnikach wysokoprężnych duż ej mocy jest jednak pożądane dysponowanie systemem awaryjnym, tak aby także przy każdej awarii „normalnego układu sterowania była jeszcze możliwa praca silnika, aby przykładowo napędzany tym silnikiem statek posiadał nadal zdolność manewrową.

Taki system awaryjny jest na przykład opisany w europejskim opisie patentowym nr EP-B-0 701 652. Ten system awaryjny jest systemem pracującym czysto mechaniczno-hydraulicznie. Ponadto suwaki zaworów sterujących, które przy normalnej pracy są ustawiane za pomocą sygnałów elektrycznych, są każdorazowo połączone z pierwszym tłokiem, który daje się uruchamiać hydraulicznie. Każdemu takiemu pierwszemu tłokowi jest przyporządkowany drugi tłok, który jest połączony z pierwszym tłokiem poprzez hydrauliczny drążek. Drugie tłoki poruszają się według krzywek umieszczonych na wale rozrządu, który obraca się synchronicznie z wałem korbowym. Jeśli teraz nastąpi awaria normalnego sterowania, to zostanie uaktywniony system awaryjny i napędzane przez krzywki drugie tłoki uruchamiają mechaniczno-hydraulicznie, poprzez pierwsze tłoki, suwaki zaworów sterujących. W razie potrzeby przełącza się więc na czysto mechaniczno-hydrauliczne sterowanie, które z zasady także działa jak sterowanie klasycznego wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy za pomocą wałów rozrządu i krzywek. Ten system awaryjny jest jednak stosunkowo kosztowny, gdyż dla każdego uruchamianego zaworu sterującego musi być przewidziany własny mechaniczno-hydrauliczny napęd awaryjny z odpowiednimi tłokami hydraulicznymi, przewodami łączącymi i urządzeniami zasilającymi.

PL 196 585 B1

Oznacza to stosunkowo wysokie nakłady związane z wyposażeniem i konstrukcją, które są także odpowiednio kosztowne.

Dlatego, biorąc za punkt wyjścia ten stan techniki, celem wynalazku jest dostarczenie urządzenia do wytwarzania sygnałów sterujących pracą sterowanego elektryczno-hydraulicznie silnika spalinowego, zwłaszcza wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy, za pomocą którego możliwa jest praca silnika także w przypadku awarii normalnego sterowania, przy czym urządzenie takie powinno być możliwie mało kosztowne, mieć zwartą konstrukcję i zajmować mało miejsca. Ponadto celem wynalazku jest zaproponowanie silnika spalinowego z takim urządzeniem, tak aby ten silnik spalinowy mógł jeszcze pracować także w przypadku awarii normalnego sterowania.

Urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego sterowanego elektryczno-hydraulicznie i mającego wał korbowy, zwłaszcza wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy, w którym to silniku spalinowym są sterowane za pomocą układów hydraulicznych co najmniej wtrysk i wymiana ładunku cylindrów, przy czym układy hydrauliczne zawierają jednostki wysterowywania wstępnego, które za pomocą elektrycznych sygnałów dają się uruchamiać przez jednostkę kontrolną w taki sposób, że sterują one układami hydraulicznymi do wtryskiwania i wymiany ładunku w cylindrach, które to urządzenie zawiera pewną liczbę elementów sterujących, tak umieszczonych, że obracają się synchronicznie z wałem korbowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ponadto zawiera przyporządkowane tym elementom sterującym czujniki, które współpracują z elementami sterującymi w ten sposób, że każdy czujnik przy zadanych położeniach kątowych przyporządkowanego mu elementu sterującego przekazuje sygnał, przy czym za pomocą tych sygnałów są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące pracą silnika spalinowego.

Korzystnie, elementy sterujące i przyporządkowane im czujniki współpracują bezstykowo.

Korzystnie, zawiera co najmniej dwa wały, napędzane przez wał korbowy i przebiegające w zasadzie równolegle, na każdym z których umieszczona jest pewna liczba elementów sterujących, przy czym elementy sterujące są zamocowane nieruchomo względem danego wału.

Korzystnie, zawiera trzy grupy elementów sterujących, a mianowicie pierwszą grupę do wytwarzania elektrycznych sygnałów dla rozpoczęcia wtrysku, drugą grupę do wytwarzania elektrycznych sygnałów dla zakończenia wtrysku i trzecią grupę do wytwarzania elektrycznych sygnałów dla sterowania wymianą ładunku cylindrów.

Korzystnie, grupy pierwsza i trzecia elementów sterujących są umieszczone wspólnie na jednym z dwóch wałów.

Korzystnie, jeden wał jest jako całość ułożyskowany obrotowo wokół osi wzdłużnej drugiego wału.

Korzystnie, na każdym wale znajduje się koło zębate, przy czym oba koła zębate są w zasadzie takie same i są wzajemnie zazębione, a oba wały są ponadto połączone ze sobą wzajemnie za pośrednictwem jarzma, tak że oba koła zębate współpracują ze sobą jako przekładnia planetarna.

Korzystnie, jarzmo posiada na swojej jednej stronie czołowej uzębienie, z którym zazębione jest trzecie koło zębate, którego obracanie powoduje obracanie się jednego wału jako całości wokół wzdłużnej osi drugiego wału.

Korzystnie, czujniki, które są przyporządkowane elementom sterującym na odchylnym wale, są umieszczone korzystnie nieruchomo względem jarzma.

Korzystnie, wszystkie elementy sterujące mają postać tarcz, które są umieszczone w sąsiedztwie w odniesieniu do osiowego kierunku danego wału, zwłaszcza z jednakowym odstępem pomiędzy sąsiadującymi tarczami, przy czym każdy element sterujący w postaci tarczy ma wybranie, które wyzwala sygnał, gdy mija ono przyporządkowany czujnik podczas obracania się elementu sterującego w postaci tarczy.

Silnik spalinowy, zwłaszcza wysokoprężny silnik spalinowy dużej mocy, który jest sterowany elektryczno-hydraulicznie i ma wał korbowy, z układami hydraulicznymi, które sterują co najmniej wtryskiem i wymianą ładunku cylindrów, przy czym układy hydrauliczne zawierają jednostki wysterowywania wstępnego, które za pomocą elektrycznych sygnałów dają się uruchamiać przez jednostkę kontrolną w taki sposób, że sterują one układami hydraulicznymi do wtryskiwania i wymiany ładunku w cylindrach, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego, które to urządzenie zawiera w znany sposób pewną liczbę elementów sterujących tak umieszczonych, że obracają się synchronicznie z wałem korbowym, a ponadto urzą dzenie do wytwarzania sygnał ów sterują cych pracą silnika spalinowego zawiera przyporządkowane tym elementom sterującym czujniki, które współpracują z elementami sterującymi w ten sposób, że każ dy czujnik przy zadanych położeniach kątowych przyporządkowanego mu ele4

PL 196 585 B1 mentu sterującego przekazuje sygnał, przy czym za pomocą tych sygnałów są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące pracą silnika spalinowego.

Korzystnie, silnik zawiera awaryjną jednostkę kontrolną, która przy zakłóceniu elektrycznohydraulicznego sterowania wytwarza z sygnałów czujników sygnały sterujące dla pracy silnika spalinowego i doprowadza je do jednostek sterujących.

Korzystnie, awaryjna jednostka kontrolna na podstawie sygnałów czujników ponadto wytwarza elektryczne sygnały sterujące dla układu rozruchowego.

Wynalazek w postaci urządzenia do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego oparty jest na pomyśle, polegającym na tym, aby elektryczne sygnały sterujące, które przy normalnej pracy są generowane przez jednostkę kontrolną, były wytwarzane przez urządzenie, które jest napędzane przez wał korbowy. Ponadto są przewidziane elementy sterujące, które są napędzane przez wał korbowy i obracają się synchronicznie z nim. Te elementy sterujące są przy tym tak ukształtowane i umieszczone, że przy zadanych położeniach kątowych, które odpowiadają określonym położeniom tłoka (w odniesieniu do cyklu roboczego), wyzwalają w przyporządkowanych im czujnikach sygnały, z których mogą być uzyskiwane elektryczne sygnały sterujące pracą silnika spalinowego. Za pomocą tych elektrycznych sygnałów sterujących mogą być potem sterowane jednostki wysterowywania wstępnego układu hydraulicznego. W przypadku awarii normalnego elektryczno-hydraulicznego sterowania mogą być więc przygotowywane, za pomocą urządzenia według wynalazku, potrzebne elektryczne sygnały sterujące, tak aby silnik spalinowy pozostawał gotowy do pracy. Jeśli takie urządzenie jest wbudowane w wysokoprężny silnik spalinowy dużej mocy, to praca awaryjna różni się od pracy normalnej zasadniczo tylko sposobem, w jaki są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące dla układu hydraulicznego. Tak więc nie są potrzebne żadne dodatkowe układy hydrauliczne, dzięki czemu urządzenie wymaga mało nakładów, ma zwartą budowę i zajmuje mało miejsca. W przypadku wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy z sześcioma cylindrami elementy sterujące i czujniki mogą być przykładowo umieszczone w obudowie, której długość wyniesie mniej niż 20 cm.

Dzięki temu, że elementy sterujące i przyporządkowane im czujniki współpracują bezstykowo, zapewniono szczególnie małe zużywanie się i dużą niezawodność.

Liczba elementów sterujących w każdej z przewidzianych trzech grup tych elementów odpowiada liczbie cylindrów silnika spalinowego, tak aby dla każdego cylindra przewidziane były trzy elementy sterujące. W rezultacie tego dla każdego cylindra są każdorazowo wytwarzane sygnał dla rozpoczęcia wtrysku, sygnał dla zakończenia wtrysku i sygnał dla wymiany ładunku cylindra, a zatem w szczególności dla uruchomienia zaworu wylotowego.

Ponieważ wały te służą do wytwarzania sygnałów sterujących, a nie do bezpośredniego mechanicznego uruchamiania układu hydraulicznego, więc mogą one być ukształtowane jako bardzo zwarte i krótkie wały, mające typowo niewiele centymetrów długości. Ich długość w przypadku wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy może wynosić mniej niż 20 cm.

Gdy grupy elementów sterujących pierwsza i trzecia lub druga i trzecia są umieszczone razem na jednym z obu wałów, to znaczy grupa elementów sterujących dla rozpoczęcia wtrysku z jednej strony i dla zakończenia wtrysku z drugiej strony są zamontowane na różnych wałach, uzyskuje się tę korzyść, że czas trwania wtrysku, a więc czasowe przesunięcie pomiędzy sygnałami dla rozpoczęcia wtrysku i dla zakończenia wtrysku jest nastawny. Ponadto jest korzystne takie zamontowanie wału, że może on jako całość obracać się wokół wzdłużnej osi drugiego wału, tak że czas trwania wtrysku jest nastawialny w prosty sposób, a mianowicie poprzez obrócenie jednego wału wokół drugiego.

Według korzystnej postaci na każdym z obu wałów znajduje się koło zębate, przy czym oba koła zębate są w zasadzie takie same i są wzajemnie zazębione, a ponadto oba wały są połączone ze sobą wzajemnie za pośrednictwem jarzma, tak że oba koła zębate współpracują ze sobą jako przekładnia planetarna, co stanowi szczególnie proste ukształtowanie konstrukcyjne, które po pierwsze gwarantuje to, że oba wały obracają się z tą samą prędkością obrotową, i po drugie to, że umożliwione jest obracanie jednego wału wokół osi wzdłużnej drugiego wału, tak że czas trwania wtrysku daje się nastawiać.

W celu umożliwienia nastawiania czasu trwania wtrysku jarzmo posiada korzystnie na swojej jednej stronie czołowej uzębienie, z którym zazębione jest trzecie koło zębate, tak że poprzez obracanie tego trzeciego koła zębatego jeden wał może jako całość obracać się wokół wzdłużnej osi drugiego wału.

Aby poprzez to obracanie wału nie następowała żadna istotna zmiana względnego położenia elementów sterujących względem przyporządkowanych im czujników, czujniki, przyporządkowane elementom sterującym na tym obrotowym wale, są umieszczone korzystnie nieruchomo względem jarzma.

PL 196 585 B1

W silniku spalinowym według wynalazku, który jest sterowany elektryczno-hydraulicznie, przewidziane jest urządzenie według wynalazku do wytwarzania elektrycznych sygnałów sterujących, które to urządzenie przy zakłóceniu pracy lub w przypadku awarii normalnego sterowania przejmuje wytwarzanie sygnałów sterujących dla układu hydraulicznego, tak że silnik spalinowy pozostaje zdolny do pracy.

Na podstawie sygnałów czujników są ponadto wytwarzane elektryczne sygnały sterujące dla układu rozruchowego, tak że silnik spalinowy może być uruchamiany także za pomocą układu awaryjnego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykład wykonania silnika spalinowego według wynalazku w przekroju, fig. 2 - schemat silnika spalinowego z fig. 1, fig. 3 - układ wtryskowy silnika spalinowego z fig. 1, częściowo w przekroju i częściowo w postaci schematu, fig. 4 - układ wymiany ładunku cylindrów silnika spalinowego z fig. 1, częściowo w przekroju i częściowo w postaci schematu, fig. 5 - przykł ad wykonania urzą dzenia według wynalazku, w przekroju wzdłużnym, fig. 6 - urządzenie z fig. 5, w przekroju, fig. 7 i fig. 8 elementy sterujące urządzenia z fig. 5, a fig. 8 - schematycznie sygnały sterujące.

Figura 1 ukazuje w przekroju przykład wykonania silnika spalinowego według wynalazku, który jako całość jest oznaczony odnośnikiem 1. Fig. 2 przedstawia schemat mający objaśnić sposób działania silnika spalinowego 1. Silnik spalinowy 1 ma postać wysokoprężnego dwusuwowego silnika spalinowego dużej mocy typu wodzikowego z przepłukiwaniem wzdłużnym. Takie silniki są stosowane na przykład do napędu statków. Silnik spalinowy 1 jest sterowany elektryczno-hydraulicznie, to znaczy, że nie ma on wału rozrządu w klasycznym sensie, lecz co najmniej wtrysk paliwa do cylindra i wymiana ładunku cylindra są sterowane za pomocą układów hydraulicznych, które zawierają jednostki wysterowywania wstępnego, które za pomocą sygnałów elektrycznych jednostki kontrolnej 9 mogą być uruchamiane tak, że sterują one układami hydraulicznymi dla wtrysku i wymiany ładunku cylindrów.

Silnik spalinowy 1 ma wał korbowy 2, który za pomocą koła zębatego 2a wału korbowego i zazębionego z nim koła zębatego 3 napędza pompę wysokociśnieniową 4, która tłoczy paliwo pod wysokim ciśnieniem, na przykład 2000 bar, poprzez przewód 46 do akumulatora paliwowego 6. Ponadto przewidziana jest pompa 5, również napędzana przez wał korbowy 2, która tłoczy medium hydrauliczne, na przykład olej hydrauliczny, poprzez przewód 57 do akumulatora hydraulicznego 7. Zarówno akumulator paliwowy 6 jak i akumulator hydrauliczny 7 są ukształtowane jako ruropodobne części konstrukcyjne, które rozciągają się wzdłuż silnika.

Silnik spalinowy 1 ma układ wtryskowy 10 do wtryskiwania paliwa do cylindra, który jest połączony zarówno z akumulatorem paliwowym 6 jak i z akumulatorem hydraulicznym 7 i pracuje według zasady „common rail, oraz układ 20 wymiany ładunku cylindrów, z zaworem wylotowym 21 do odprowadzania gazów spalinowych z cylindrów. Układ 20 wymiany ładunku cylindrów jest także połączony z akumulatorem hydraulicznym 7. W celu lepszej przejrzystości na fig. 2 układ wtryskowy 10 i ukł ad 20 wymiany ł adunku cylindrów są przedstawione tylko dla jednego cylindra.

Do elektryczno-hydraulicznego sterowania silnika spalinowego 1 są przeznaczone, zawarte w układzie wtryskowym 10 i układzie 20 wymiany ładunku cylindrów elementy wysterowywania wstę pnego, które mają postać elektromagnetycznych zaworów 30 wysterowywania wstępnego, to znaczy, że zawory 30 wysterowywania wstępnego są uruchamiane za pomocą elektrycznych sygnałów. Te elektryczne sygnały są podczas normalnej pracy silnika spalinowego przekazywane z jednostki kontrolnej 9, poprzez przewody sygnałowe S1, do elektromagnetycznych zaworów 30 wysterowywania wstępnego. Elektroniczna jednostka kontrolna 9 jest ponadto, poprzez przewód sygnałowy S2, połączona z nadajnikiem 8 kąta (shaft encoder), za pomocą którego może być ustalana prędkość wału korbowego 2 oraz kąt obrotu korby i tym samym każdorazowe położenia tłoka. Ze względów bezpieczeństwa są zwykle umieszczone dwa niezależne nadajniki 8 kąta. Nadajnik 8 kąta jest połączony, pod względem napędu, z wałem korbowym 2. Może on na przykład być umieszczony na osi, która jest napędzana przez koło zębate 3. Ewentualnie nadajnik 8 kąta jest napędzany przez nieprzedstawioną przekładnię, tak ażeby obracał się on z prędkością obrotową silnika. Ponadto dla każdego nadajnika 8 kąta jest jeszcze przewidziany nadajnik wzorcowy 8a, do kontrolowania synchronizacji pomiędzy wałem korbowym 2 i nadajnikiem 8 kąta. Na podstawie sygnałów odbieranych z nadajnika 8 kąta jednostka kontrolna 9 określa, przy uwzględnieniu chwilowego obciążenia i chwilowej liczby obrotów, najkorzystniejsze czasy i wielkości wtrysku dla poszczególnych cylindrów oraz czasy uruchamiania dla zaworów do wymiany ładunku cylindrów, a więc na przykład dla zaworów wylotowych 21, i wysyła odpowiednio do tego elektryczne sygnały do zaworów 30 wysterowywania wstępnego, które następnie sterują wtryskiem i wymianą ładunku cylindrów.

PL 196 585 B1

Poniżej zostanie teraz krótko objaśniony sposób działania układu wtryskowego 10 i układu 20 wymiany ładunku cylindrów oraz przynależnych układów hydraulicznych, przy czym objaśnienia te ograniczają się do jednego cylindra.

Typowo w silniku wysokoprężnym dużej mocy jest przewidzianych dla jednego cylindra kilka dysz wtryskowych 13, na przykład trzy (patrz fig. 2). Przewidziano urządzenie wtryskowe 11, które za pomocą zaworów 30 wysterowywania wstępnego jest wstępnie wysterowywane i odpowiednio zasila dysze wtryskowe 13 paliwem. W opisanym tu przykładzie wykonania jest dla każdej dyszy wtryskowej 13 przewidziany oddzielny zawór 30 wysterowywania wstępnego, ale jest także możliwe sterowanie kilkoma dyszami 13 razem za pomocą jednego zaworu 30 wysterowywania wstępnego.

Figura 3 ukazuje częściowo w postaci schematu i częściowo w przekroju możliwe ukształtowanie układu wtryskowego 10 z urządzeniem wtryskowym 11, które zawiera suwak sterujący 112, oraz tłok dozujący 111, który ma postać tłoka różnicowego i ogranicza przestrzeń dozującą 117. Urządzenie wtryskowe 11 jest zasilane paliwem przez akumulator paliwowy 6, do którego tłoczy paliwo pompa wysokociśnieniowa 4. Kanał wlotowy 113 dla paliwa rozgałęzia się na kanał 114, który prowadzi do strony tylnej tłoka dozującego 111, i na kanał główny 115. W przedstawionym położeniu suwaka sterującego 112 może paliwo, znajdujące się pod wysokim ciśnieniem, po pierwsze płynąć poprzez kanał 114 do tylnej strony tłoka dozującego i po drugie płynąć poprzez kanał główny 115 i kanał wlotowy 118 do przestrzeni dozującej 117. Na skutek różnicy powierzchni przechodzi tłok dozujący 111, obciążony dwustronnie ciśnieniem akumulatora paliwowego 6, w swoje określone położenie końcowe. Teraz zawór 30 wysterowywania wstępnego otrzymuje elektryczny sygnał z jednostki kontrolnej 9, tak że przełącza się on i olej hydrauliczny dostaje się z akumulatora hydraulicznego 7 na tłok sterujący 120 suwaka sterującego 112. Następnie suwak sterujący 112 przemieszcza się, zgodnie z rysunkiem, do góry, i najpierw przy tym zamyka kanał główny 115, a potem otwiera dostęp do przewodu doprowadzającego 121, który prowadzi do dyszy wtryskowej 13. Teraz paliwo może z przestrzeni dozującej 117 dostać się przez kanał 119 do przewodu doprowadzającego 121. Wówczas zaczyna się wtrysk. W celu zakoń czenia wtrysku zawór 30 wysterowywania wstę pnego otrzymuje znowu sygnał elektryczny i przełącza się on z powrotem w położenie przedstawione na fig. 3. Tłok sterujący 120 zostaje, poprzez odpływ medium hydraulicznego, odciążony i suwak sterujący 112 przemieszcza się, zgodnie z rysunkiem, do doł u, przy czym najpierw zamyka on dostę p do przewodu doprowadzają cego 121, na skutek czego zakończony zostaje wtrysk. Przy dalszym ruchu w dół suwak sterujący 112 otwiera połączenie pomiędzy kanałem głównym 115 i kanałem wlotowym 118 do przestrzeni dozującej 117, tak że znowu paliwo z akumulatora paliwowego 6 może dostawać się do przestrzeni dozującej 117.

Jest poza tym przewidziana instalacja czujnikowa 122, która określa położenie tłoka dozującego 111 i doprowadzona jest dalej do jednostki kontrolnej 9. Za pomocą tego uruchamianego elektrycznohydraulicznie układu wtryskowego 10 jest realizowany wolumetryczny pomiar paliwa.

Figura 4 ukazuje, częściowo w postaci schematu i częściowo w przekroju, możliwe ukształtowanie układu 20 wymiany ładunku cylindrów z zaworem wylotowym 21, mającym korpus zaworowy 27, który zależnie od swojego położenia otwiera lub zamyka połączenie pomiędzy komorą paliwową cylindra i przewodem odprowadzającym. W pokazanej postaci uzyskuje się właściwe uruchomienie zaworu wylotowego 21 za pomocą oleju roboczego, różnego od oleju hydraulicznego, który to olej roboczy może stanowić na przykład olej smarowy. Aby uniemożliwić mieszanie się tych dwóch mediów umieszczony jest tłok rozdzielający 23, który oddziela wzajemnie od siebie oba te układy cieczowe. Oznacza to, że po jednej stronie tłoka rozdzielającego 23 znajduje się olej roboczy, a po drugiej stronie olej hydrauliczny. Tłok rozdzielający 23 jest sterowany za pomocą tłoka sterującego 22, który ze swej strony jest wstępnie wysterowywany za pomocą zaworu 30 wysterowywania wstępnego. Tłok rozdzielający 23 jest, poprzez wypełniony olejem roboczym przewód łączący 25, który działa jak hydrauliczny drążek, połączony z tłokiem napędowym 26, który uruchamia korpus zaworowy 27. Korpus zaworowy 27 jest utrzymywany w jego położeniu zamknięcia przez sprężynę powietrzną 24. Tłok napędowy 26 ma postać tłoka stopniowego, w celu uwzględnienia faktu, że przy otwieraniu zaworu wylotowego 21 konieczna jest najpierw większa siła, aby otworzyć korpus zaworowy 27 pokonując ciśnienie gazów spalinowych i nacisk sprężyny powietrznej 24. Po obniżeniu się ciśnienia gazów spalinowych jest tylko jeszcze potrzebna mniejsza siła, aby korpus zaworowy doprowadzić całkowicie w położenie otwarcia względnie utrzymywać w położeniu otwarcia.

Pomiędzy tłokiem rozdzielającym 23 i tłokiem napędowym 26 do przewodu łączącego 25 uchodzi przewód zasilający 28 dla oleju roboczego. Dzięki temu olej roboczy może być tłoczony przez pompę 29 poprzez zawór zwrotny do przewodu łączącego 25.

PL 196 585 B1

W celu otwarcia zaworu wylotowego 21 zostaje tłok sterują cy 22 doprowadzony w położenie przedstawione na fig. 4. Ponadto przełącza się zawór 30 wysterowywania wstępnego, na skutek elektrycznego sygnału przekazanego z elektronicznej jednostki kontrolnej 9, w położenie, w którym odciążona zostaje, zgodnie z rysunkiem, górna powierzchnia czołowa tłoka sterującego 22, co oznacza, że w tym położeniu olej hydrauliczny znajdujący się ponad tą powierzchnią czołową może odpływać do przewodu powrotnego R. Dzięki jego sprężystemu obciążeniu sprężyną 22a przemieszcza się tłok sterujący 22, zgodnie z rysunkiem, do góry, w położenie pokazane na fig. 4. Na skutek tego zostaje otwarte połączenie pomiędzy akumulatorem hydraulicznym 7 i dolną stroną tłoka rozdzielającego 23, tak że olej hydrauliczny przemieszcza tłok rozdzielający 23, zgodnie z rysunkiem, do góry. Ruch ten zostaje przeniesiony przez olej roboczy w przewodzie łączącym 25 na tłok napędowy 26, który następnie przemieszcza korpus zaworowy 27 w położenie otwarcia.

W celu zamknię cia zaworu wylotowego 21 przełącza się zawór 30 wysterowywania wstę pnego w jego drugie położenie, w którym tworzy on połączenie pomiędzy akumulatorem hydraulicznym 7 i, według rysunku, górną powierzchnią czołową tłoka sterującego 22. Olej hydrauliczny płynie z akumulatora hydraulicznego 7 i obciąża tę powierzchnię czołową ciśnieniem, na skutek czego tłok sterujący 22 przemieszcza się, zgodnie z rysunkiem, do dołu, przeciwnie do działania siły sprężyny 22a. Wskutek tego przemieszczenia zostaje zamknięte połączenie pomiędzy akumulatorem hydraulicznym 7 i dolną stroną tłoka rozdzielającego 23. W rezultacie działania sprężyny powietrznej 24 tłok napędowy 26 prze ku górze i wypiera przy tym olej roboczy do przewodu łączącego 25. W rezultacie tego tłok rozdzielający 23 jest przez olej roboczy popychany, zgodnie z rysunkiem, do dołu i wypiera przy tym ciecz hydrauliczną ze swojej dolnej strony przez tłok sterujący 22 do przewodu powrotnego R. Na skutek oddziaływania sprężyny powietrznej tłok rozdzielający 23 zostaje doprowadzony niemal w swoje określone położenie wyjściowe, które jest przedstawione na fig. 4. Podczas okresu czasu aż do następnego przełączenia zaworu wymiany ładunku cylindra olej tracony poprzez wycieki i nieprzedstawione ciągłe odpowietrzanie jest dopełniany poprzez przewód zasilający 28 i zawór zwrotny, dzięki czemu tłok rozdzielający 23 jest całkowicie przemieszczany w jego położenie wyjściowe.

Przewidziany jest ponadto układ pomiarowy M z redundantną instalacją czujnikową, w celu wykrywania ruchu względnie położenia korpusu zaworowego 27. Odpowiedni sygnał pomiarowy jest przekazywany do elektronicznej jednostki kontrolnej 9, która na podstawie tego sygnału pomiarowego może rozpoznać, czy ruchy korpusu zaworowego 27 odpowiadają wartościom zadanym. Przy odchyleniach może jednostka kontrolna 9 interweniować i na przykład uniemożliwić następny wtrysk paliwa do odpowiedniego cylindra. Dzięki temu jest zagwarantowane to, że na przykład silnik z n cylindrami jest w stanie także pracować z (n-1) cylindrami.

Oprócz wtrysku i wymiany ładunku cylindrów mogą w takich sterowanych elektrycznomechanicznie silnikach spalinowych być napędzane elektryczno-hydraulicznie, poprzez zawory wysterowywania wstępnego także dalsze układy pomocnicze, takie jak układ rozruchowy. Ruch zaworu rozruchowego lub zaworu rozruchowego powietrza jest wówczas także sterowany przez jednostkę kontrolną 9, która potrzebne elektryczne sygnały przekazuje do przynależnych jednostek wysterowywania wstępnego, które uruchamiają układy pneumatyczne dla zaworów rozruchowych.

Przy normalnej pracy zasadnicze funkcje robocze wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy, takie jak wtrysk i wymiana ładunku cylindrów, są więc sterowane elektryczno-hydraulicznie przez elektroniczną jednostkę kontrolną 9, która elektryczne impulsy sterujące, dostraja do aktualnego cyklu roboczego silnika i we właściwych momentach czasowych, które odpowiadają określonym kątom obrotu korby i stąd położeniom tłoków, przekazuje do każdorazowo odpowiednich zaworów wysterowywania wstępnego. Jeśli teraz wystąpi zakłócenie lub awaria normalnego sterowania, na przykład uszkodzenie w nadajniku 8 kąta względnie w obu nadajnikach 8 kąta, tak że jednostka kontrolna 9 nie może już generować właściwie lub wcale nie może generować potrzebnych sygnałów elektrycznych, to potrzebny jest układ awaryjny, aby uzyskać zdolność pracy wysokoprężnego silnika dużej mocy.

Ponadto w silniku spalinowym 1 według wynalazku znajduje się urządzenie 40 do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego według wynalazku (fig. 2), które wytwarza elektryczne sygnały sterujące, dostrojone do cyklu roboczego silnika, dla jednostek wysterowywania wstępnego w postaci zaworów 30 wysterowywania wstę pnego. Przy tym urz ą dzenie 40 zawiera pewną liczbę elementów sterujących 42a, 42b, 42c (fig. 5), które obracają się synchronicznie z wałem korbowym 2. Przez określenie synchronicznie rozumie się przy tym to, że każdy element sterujący obraca się z taką samą prędkością obrotową jak wał korbowy 2, przy czym kierunek obrotów może być taki sam

PL 196 585 B1 jak kierunek obrotów wału korbowego 2 lub przeciwny, i że położenie fazowe pomiędzy wałem korbowym 2 i każdym z elementów sterujących jest stałe lub może być zmieniane w sposób kontrolowany.

Każdemu elementowi sterującemu 42a, 42b, 42c jest przyporządkowany czujnik 43, 43b. Czujniki 43, 43b współpracują z elementami sterującymi 42a, 42b, 42c w ten sposób, że każdy czujnik 43, 43b przy zadanych położeniach kątowych przyporządkowanych mu elementów sterujących wydaje sygnał. Z tych sygnałów są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące dla pracy silnika spalinowego 1. Dzięki synchronizacji pomiędzy obrotami wału korbowego 2 i obrotami poszczególnych elementów sterujących 42a, 42b, 42c wspomniane położenia kątowe odpowiadają kątom obrotu korby i tym samym położeniom tłoków cylindrów, tak że wytworzone sygnały są dopasowane pod względem czasowym do cyklu roboczego silnika spalinowego.

Poniżej jest na podstawie fig. 5 i fig. 6 bliżej objaśniony przykład wykonania urządzenia 40 do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego. Fig. 5 ukazuje przekrój wzdłużny przykładu wykonania, a fig. 6 - przekrój poprzeczny prostopadły do fig. 5. Urządzenie według tego przykładu wykonania jest przeznaczone dla sterowania sześciocylindrowym wysokoprężnym silnikiem spalinowym dużej mocy, przy czym liczba cylindrów ma tylko charakter przykładowy.

Urządzenie 40 zawiera obudowę 44, która w celu zapewnienia dobrego smarowania może być częściowo wypełniona olejem. W obudowie 44 znajdują się dwa wały, wał pierwszy 41a i wał drugi 41b, które to wały są w zasadzie wzajemnie równoległe. Wał pierwszy 41a jest ułożyskowany obrotowo w obudowie 44 i jest połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem korbowym 2 (patrz fig. 2), tak że wał korbowy 2 napędza pierwszy wał 41a. Jak pokazano symbolicznie na fig. 2, pierwszy wał 41a jest przykładowo połączony z osią, która za pośrednictwem koła zębatego 3 i koła zębatego 2a na wale korbowym jest napędzana przez wał korbowy 2. Gdy, jak pokazano na fig. 2, koło zębate 3 ma inną średnicę niż koło zębate 2a na wale korbowym 2, wówczas pomiędzy osią napędzaną przez koło zębate 3 i pierwszym wałem 41a znajduje się jeszcze mechanizm przekładniowy (niepokazany), tak aby pierwszy wał 41a obracał się z taką samą prędkością obrotową jak wał korbowy 2.

Drugi wał 41b jest ułożyskowany obrotowo w dwóch jarzmach 45, które umieszczone są w odstępie osiowym na pierwszym wale 41a, i rozciągają się od niego w zasadzie prostopadle względem osi wzdłużnej pierwszego wału 41a. Także pierwszy wał 41a jest ułożyskowany obrotowo w jarzmach 45. W ten sposób oba wały 41a, 41b są połączone wzajemnie ze sobą poprzez dwa jarzma 45. W osiowym są siedztwie jednego z dwóch jarzm 45 jest na każdym wale 41a, 41b umieszczone nieruchomo koło zębate 47a, 47b. Oba koła zębate 47a, 47b są w zasadzie ukształtowane jednakowo, to znaczy, że mają jednakową liczbę zębów. Oba koła zębate 47a, 47b są ze sobą zazębione, tak że pierwszy wał 41a poprzez te koła zębate 47a, 47b napędza drugi wał 41b. Oba wały 41a, 41b obracają się w rezultacie tego z taką samą prędkością obrotową, lecz w przeciwnych kierunkach, jak to wskazują strzałki na fig. 6. Koła zębate 47a, 47b tworzą więc razem z sąsiadującym jarzmem 45 przekładnię planetarną, w której koło zębate 47a stanowi koło słoneczne, a koło zębate 47b - koło obiegowe.

Oba jarzma 45 są połączone ze sobą wzajemnie za pomocą przęsła 49.

Na każdym z obu wałów 41a, 41b są pomiędzy jarzmami 45 umieszczone, jako sąsiadujące w kierunku osiowym, elementy sterujące 42a, 42b, 42c mające postać tarcz, przy czym odległość pomiędzy osiowo sąsiednimi tarczami 42a, 42b, 42c jest zawsze taki sam. Pomiędzy każdymi sąsiednimi tarczami jest umieszczona tarcza dystansowa 48. Każda z tarcz 42a, 42b, 42c jest zamontowana nieruchomo na danym wale 41a względnie 41b.

Dla każdego cylindra silnika spalinowego są przewidziane każdorazowo stanowiące elementy sterujące trzy tarcze 42a, 42b, 42c, z których pierwsza tarcza 42a służy do wytwarzania elektrycznego sygnału dla rozpoczęcia wtrysku w danym cylindrze, druga tarcza 42b służy do wytwarzania elektrycznego sygnału dla zakończenia wtrysku, a trzecia tarcza służy do wytwarzania elektrycznego sygnału dla sterowania wymianą ładunku cylindra. Ogół pierwszych tarcz 42a tworzy grupę A, ogół drugich tarcz 42b - grupę B, a ogół trzecich tarcz 42c - grupę C. Do każdej grupy należy więc tyle tarcz, ile silnik ma cylindrów. W niniejszym przykładzie wykonania do każdej grupy A, B, C należy każdorazowo sześć tarcz 42a, 42b, 42c.

Grupy A i C dla rozpoczęcia wtrysku i dla wymiany ładunku w cylindrach są umieszczone na pierwszym wale 41a, a grupa B dla zakończenia wtrysku jest umieszczona na drugim wale 41b.

W obudowie 44 znajduje się kilka czujników 43, umieszczonych obok siebie w taki sposób, że tworzą one szereg, który rozciąga się równolegle do pierwszego wału 41a. Dla każdej tarczy 42a, 42c na pierwszym wale 41a jest przewidziany oddzielny czujnik 43. Czujniki 43 są umieszczone każdorazowo przeciwlegle względem przyporządkowanych im tarcz 42a lub 42c, tak że promieniowo zePL 196 585 B1 wnętrzna powierzchnia ograniczająca tarczy 42a lub 42c przemieszcza się stale obok przyporządkowanego jej czujnika 43.

Także tarczom 42b na drugim wale 41b jest przyporządkowany każdorazowo oddzielny czujnik 43b. Te czujniki 43b są zamontowane w przęśle 49, łączącym wzajemnie ze sobą oba jarzma 45, tak że czujniki 43b są umieszczone nieruchomo względem jarzm 45. Czujniki 43b są natomiast tak umieszczone, że są każdorazowo położone naprzeciw przyporządkowanych im tarcz 42b.

Jak pokazano na fig. 5 i fig. 6, tarcze 42a, 42b, 42c i przyporządkowane im czujniki 43, 43b korzystnie współpracują ze sobą bezstykowo. Jest to w opisanym tu przykładzie wykonania realizowane w sposób opisany poniżej.

Figura 7 przedstawia tarczę 42c z trzeciej grupy C do sterowania wymianą ładunku cylindrów. Tarcza 42c ma wybranie 50c, które rozciąga się w obszarze kąta α i jest ograniczone przez dwie krawędzie 51c. Tarcza 42c jest zamocowana na pierwszym wale 41a, za pomocą elementu mocującego, na przykład gwintowanego trzpienia 52, wchodzącego w otwór, na przykład w otwór gwintowany, w pierwszym wale 41a. Wybranie 50c jest symetryczne względem trzpienia gwintowanego 52. Jeżeli teraz wybranie 50c podczas obrotów tarczy 42c mija przynależny czujnik 43, wówczas jest w tym czujniku wytwarzany sygnał, czas trwania którego, na skutek synchronizacji pomiędzy ruchem obrotowym wału korbowego 2 i ruchem obrotowym pierwszego wału 41a, odpowiada zakresowi kąta obrotu korby.

Czujniki 43, 43b mają na przykład postać indukcyjnych lub pojemnościowych czujników sterujących, które wytwarzają sygnały cyfrowe. Jeśli wybranie 50c obraca się obok czujnika 43, to czujnik ten dostarcza sygnał jeden, w innym wypadku dostarcza sygnał zero. Czujniki 43 i 43b mogą być wszystkie identyczne lub mieć taką samą budowę. Oczywiście, możliwe jest także zastosowanie czujników 43, 43b o innej konstrukcji, jak na przykład czujników magnetycznych lub optycznych. Możliwe są także ukształtowania, w których współpraca pomiędzy elementami sterującymi i czujnikami odbywa się poprzez bezpośredni kontakt.

Tarcze 42a, 42b z grup pierwszej A i drugiej B do sterowania wtryskiem mogą być wszystkie identycznie ukształtowane. Na fig. 8 jest przedstawiona taka tarcza 42a albo 42b. Także tarcza 42a lub 42b ma wybranie 50, które jednakże, patrząc w kierunku obwodowym, jest krótsze niż wybranie 50c w tarczy 42c. Wybranie 50 ma postać przebiegającej promieniowo szczeliny. W szczelinie tej znajduje się gwintowany trzpień 52, który sięga aż do wewnątrz otworu w przynależnym wale 41a lub 41b, i za jego pomocą jest na przynależnym wale ustalona tarcza 42a, 42b. Gdy wybranie 50 podczas ruchu obrotowego mija przynależny czujnik 43 lub 43b, wówczas wyzwalany jest w tym czujniku sygnał tworzący impuls, którego wznoszący się lub opadający bok, dzięki synchronizacji pomiędzy ruchem obrotowym wału korbowego 2 i ruchem obrotowym wału pierwszego 41a względnie drugiego 41b, odpowiada określonemu kątowi obrotu korby i tym samym określonemu położeniu tłoka.

Z powyższych wyjaśnień wynika, że są konieczne tylko dwa typy różnych tarcz, a mianowicie po pierwsze tarcze 42a, 42b dla wtrysku (rozpoczęcie wtrysku i zakończenie wtrysku) i po drugie tarcze 42c dla wymiany ładunku cylindrów. Jest to szczególnie korzystne z uwagi na aspekty konstrukcyjne. Tarcze należące do jednej grupy A, B lub C są każdorazowo identyczne, jednak są one zamontowane z róż nymi poł o ż eniami ką towymi na danym wale 41a wzglę dnie 41b. Powinno to zostać wyjaśnione przykładowo na podstawie grupy A dla rozpoczęcia wtrysku, przy czym zakłada się, że wtrysk do cylindra powinien zaczynać się wówczas, gdy jego tłok znajduje się w górnym martwym punkcie. Dla innych momentów czasowych te wyjaśnienia obowiązują jednak w sposób analogiczny.

Ta tarcza 42a z grupy A, za pomocą której wytwarzany jest sygnał dla pierwszego cylindra, jest pod względem jej położenia kątowego tak umieszczona na wale 41a, że wybranie 50 akurat wówczas przemieszcza się obok przynależnego czujnika 43, wyzwalając impuls, gdy tłok pierwszego cylindra znajduje się w swoim górnym martwym punkcie. Następna tarcza 42a jest względem tarczy wymienionej jako pierwsza tak obrócona kątowo umieszczona na pierwszym wale 41a, że jej wybranie akurat wówczas przechodzi, podczas ruchu obrotowego, obok przyporządkowanego czujnika 43, wyzwalając impuls, gdy tłok przynależnego cylindra znajduje się w swoim górnym punkcie i tak dalej.

Tarcze 42b drugiej grupy B dla zakończenia wtrysku są w podobny sposób co do idei rozwiązania umieszczone na drugim wale 41b i wzbudzają w ten sposób impulsy w przyporządkowanych czujnikach 43b, przy pomocy których zakańczany jest wtrysk w przynależnym cylindrze. Względna różnica kątowa pomiędzy wybraniem 50 w pierwszej tarczy 42a, które wyzwala impuls rozpoczęcia wtrysku w cylindrze, i wybraniem 50 w odpowiedniej drugiej tarczy 42b, które wyzwala impuls dla zakoń czenia wtrysku dla tego samego cylindra, odpowiada różnicy czasowej, przez którą jest ustalany czas

PL 196 585 B1 trwania wtrysku dla tego cylindra. Czas trwania wtrysku może być regulowany w sposób, który jest tu szerzej opisany.

Typowo, przynajmniej przy pracy w trybie awaryjnym, wymiana ładunku w cylindrach jest tak sterowana, że ruch korpusu zaworowego 27 (fig. 4) odbywa się symetrycznie do dolnego martwego punktu danego tłoka. W tym przypadku tarcze 42c trzeciej grupy C są każdorazowo tak umieszczone na pierwszym wale 41a, że trzpień gwintowany 52 tarczy 42c znajduje się wówczas dokładnie naprzeciw przyporządkowanego czujnika 43, gdy tłok cylindra przyporządkowanego tej tarczy 42c znajduje się w swoim dolnym martwym punkcie.

W praktyce jest pożądane, aby także przy pracy w trybie awaryjnym mógł być zmieniany czas trwania wtrysku. Daje się to zrealizować w opisanym tu przykładzie wykonania urządzenia 40 według wynalazku w ten sposób, że grupy A i B dla rozpoczęcia wtrysku i dla zakończenia wtrysku są zamontowane na różnych wałach 41a, 41b, i że drugi wał 41b jest tak ułożyskowany, że daje się on odchylać wokół wzdłużnej osi pierwszego wału 41a. Ponadto jarzma 45 na ich powierzchni czołowej, która jest najbliższa drugiemu wałowi 41b, są każdorazowo ukształtowane jako część koła zębatego, a więc zakrzywione i wyposażone w uzębienie 461.

Z tymi uzę bieniami 461 zazębione są dwa dalsze koła zębate 60, które są umieszczone na trzecim wale 61, rozciągającym się w zasadzie równolegle do obu wałów 41a, 41b. Trzeci wał 61 wystaje z obudowy 44 i w ten sposób może być obracany z zewnątrz, ręcznie lub za pomocą urządzenia napędowego. Jeśli trzeci wał 61 jest obracany, to w rezultacie tego drugi wał 41b zostaje cały obrócony wokół pierwszego wału 41a. Poprzez ten ruch obrotowy zmienia się względne położenie kątowe pomiędzy tarczami 42a pierwszej grupy A dla rozpoczęcia wtrysku i odpowiednimi tarczami 42b drugiej grupy B dla zakończenia wtrysku. Odpowiada to zmianie długości czasu trwania wtrysku.

Tarcze 42a pierwszej grupy A dla rozpoczęcia wtrysku i tarcze 42b drugiej grupy B dla zakończenia wtrysku są tak zamontowane na danym wale 41a, 41b, że wzajemnie przynależne impulsy dla rozpoczęcia wtrysku i zakończenia wtrysku są każdorazowo wyzwalane w tym samym czasie (długość czasu trwania wtrysku równa zeru), jeśli jarzma 45 znajdują się w neutralnym środkowym położeniu.

W postaci takiej, jak pokazano na fig. 6 jarzma 45 są ustawione równolegle względem ścianki dolnej i górnej obudowy 44, gdy jarzma te znajdują się w neutralnym środkowym położeniu, to znaczy gdy punkty środkowe trzech osi wałów 41a, 41b, 61 są usytuowane na jednej prostej. W tym przypadku nie uzyskuje się żadnego wtrysku. Zależnie od wymaganego kierunku obrotów silnika, a więc zależnie od tego, czy statek ma płynąć do przodu czy do tyłu, jarzma 45 i tym samym drugi wał 41b są obracane do góry (jak pokazano na fig. 6) lub do dołu za pomocą trzeciego wału 61, jak to pokazuje podwójna strzałka D. Z tego wynika różnica czasowa pomiędzy impulsami dla rozpoczęcia wtrysku i przynależ nymi impulsami dla zakoń czenia wtrysku, a wię c ostateczny czasu trwania wtrysku. Czas trwania wtrysku może być zmieniany za pomocą amplitudy ruchu obracania, tak że zależnie od obciążenia (na przykład obciążenie pełne lub obciążenie częściowe) może być ustawiony stosowny czas trwania wtrysku. Zakres obracania jarzm 45 wynosi na przykład do 30°.

Ponieważ czujniki 43b dla tarcz 42b są umieszczone nieruchomo względem jarzm 45, w przęśle 49, więc odstęp pomiędzy tarczami 42b i czujnikami 43b pozostaje stały także przy obracaniu drugiego wału 41b.

Ze względów konstrukcyjnych jest korzystnie, gdy czasowe następstwo impulsów i sygnałów dla różnych cylindrów jest ustalane w zasadzie przez względne położenie kątowe każdej z tarcz należących do tej samej grupy i w ten sposób poprzez rozstawienie otworów w wałach 41a, 41b, w które wchodzą trzpienie gwintowane 52. Tak więc urządzenie 40 może być w prosty sposób dostosowane do dowolnej liczby cylindrów i odstępów pomiędzy zapłonami, a mianowicie poprzez rozmieszczenie otworów dla gwintowanych trzpieni 52 na wałach 41a, 41b.

Oczywiście, jest w odpowiednio prosty sposób także możliwe ukształtowanie elementów sterujących jako tarcz negatywowych, co oznacza, że, zamiast wyzwalających impulsy wybrań, jak w powyżej opisanych tarczach 42a, 42b, 42c, w negatywowych tarczach znajdują się wyzwalające impulsy występy, które podczas ich obrotu obok wyzwalają sygnał w przyporządkowanym czujniku.

W zależnoś ci od rodzaju zastosowanych czujników 43, 43b względnie wysyłanych przez nie sygnałów wyjściowych sygnały przynależne ich wyjściu mogą być przekazywane bezpośrednio jako elektryczne sygnały sterujące do odpowiednich zaworów 30 wysterowywania wstępnego dla uruchamiania układów hydraulicznych, tak że na przykład każdy czujnik 43 lub 43b grupy A lub B jest każdorazowo łączony z tym zaworem 30 wysterowywania wstępnego, który dla danego cylindra, któremu przyporządkowany jest czujnik 43 lub 43b, steruje wtryskiem, a każdy czujnik 43 grupy C jest łączony

PL 196 585 B1 każdorazowo z zaworem 30 wysterowywania wstępnego, który steruje wymianą ładunku cylindra przyporządkowanego czujnikowi 43. Może być jednak także przewidziana awaryjna jednostka kontrolna 9a, która, jak pokazano na fig. 2, może być wbudowana w jednostkę kontrolną 9 lub może być ukształtowana jako oddzielna jednostka montażowa. Czujniki 43, 43b przekazują swoje sygnały wówczas do awaryjnej jednostki kontrolnej 9a, która wytwarza lub przygotowuje z tych sygnałów elektryczne sygnały sterujące dla pracy silnika spalinowego i doprowadza je do przynależnych zaworów 30 wysterowywania wstępnego. Może więc być konieczne, w zależności od rodzaju zastosowanych czujników, aby awaryjna jednostka kontrolna 9a wzmacniała sygnał czujnika lub przetwarzała go w inny sposób, tak aby otrzymany w rezultacie sygnał sterujący mógł dostrajać odpowiedni zawór 30 wysterowywania wstępnego.

Figura 9 ukazuje, w celu unaocznienia, na czterech wykresach przykładowo elektryczne sygnały, które mogą być generowane przez urządzenie według wynalazku za pomocą obracających się tarcz 42a, 42b, 42c i przyporządkowanych im czujników 43, 43b i które służą do sterowania silnikiem okrętowym z czterema cylindrami. Sygnały przedstawione z prawej strony pionowej osi, oznaczonej jako L, odnoszą się do ruchu poruszania się do przodu, a przedstawione na lewo od osi L odnoszą się do poruszania się do tyłu. Osie poziome KW podają każdorazowo kąt obrotu korby. Oznaczenie OTn (n=1,2,3,4) oznacza „górny martwy punkt, cylinder n, co znaczy, że przy tym kącie obrotu korby tłok cylindra n znajduje się w swoim górnym martwym punkcie. UT1 oznacza kąt obrotu korby, przy którym tłok pierwszego cylindra znajduje się w swoim dolnym martwym punkcie.

Pierwszy (najwyższy) wykres ukazuje sygnały sterujące dla uruchamiania zaworu wylotowego 21 pierwszego cylindra, które są wytwarzane za pomocą jednej z tarcz 42c grupy C. Przy wznoszącym się boku sygnału zawór wylotowy 21 jest otwierany, a przy opadającym boku sygnału zamykany. Ten ruch odbywa się symetrycznie względem dolnego martwego punktu. Zakres kąta obrotu korby, w którym otwarty jest zawór wylotowy 21, wynika z zakresu ką ta α , na którym wybranie 50c (fig. 7) rozciąga się w tarczy 42c.

Drugi wykres ukazuje tworzące impulsy sygnały dla rozpoczęcia wtrysku w pierwszym cylindrze, które to sygnały są wytwarzane za pomocą jednej z tarcz 42a pierwszej grupy A. Trzeci wykres ukazuje tworzące impulsy sygnały dla zakończenia wtrysku w pierwszym cylindrze, które to sygnały są wytwarzane za pomocą jednej z tarcz 42b drugiej grupy B. Początek wtrysku i zakończenie wtrysku następują każdorazowo przy wznoszącym się boku sygnału odpowiedniego impulsu. Impuls dla rozpoczęcia wtrysku jest wyzwalany w górnym martwym punkcie tłoka. Czas trwania wtrysku ED jest dany przez różnicę czasową względnie różnicę kątową pomiędzy impulsami dla rozpoczęcia wtrysku i dla zakończenia wtrysku. Tę różnicę, jak wspomniano powyżej, można regulować.

Czwarty (najniższy) wykres wyjaśnia, jak na podstawie sygnałów czujników 43, 43b mogą być wytwarzane dalsze elektryczne sygnały sterujące dla układu rozruchowego względnie jak ponadto mogą być wykorzystywane sygnały czujników 43, 43b do tego, aby uruchamiane były elektrycznie wysterowywane wstępnie zawory rozruchowe powietrza dla dostarczenia powietrza rozruchowego do cylindrów. Na wykresie tym jako ALn (n=1,2,3,4) oznaczony jest kąt obrotu korby, przy którym zawór rozruchowy powietrza n-tego cylindra otwarty jest tak, że powietrze rozruchowe dostaje się do tego cylindra. Do otwarcia zaworu rozruchowego powietrza n-tego cylindra wykorzystuje się opadający bok impulsu dla rozpoczęcia wtrysku n-tego cylindra. Do zamknięcia tego zaworu wykorzystuje się wznoszący się bok sygnału dla uruchamiania zaworu wylotowego n-tego cylindra, co oznacza, że zamykanie zaworu rozruchowego powietrza jest wyzwalane przez ten sam bok sygnału, który steruje otwieraniem zaworu wylotowego tego samego cylindra. Elektryczne sygnały sterujące dla układu rozruchowego są przekazywane odpowiednim zaworom wysterowywania wstępnego, na przykład z awaryjnej jednostki kontrolnej 9a.

Dla biegu wstecznego silnika uzyskuje się odwrotną kolejność zapłonu niż dla biegu do przodu. Tak więc jeśli na przykład kolejność zapłonu w cylindrze przy biegu do przodu jest 1-3-2-4-1-..., to dla biegu wstecznego kolejność jest 1-4-2-3-1-....

W silnikach wielocylindrowych są dla danej liczby cylindrów moż liwe różne kolejności zapłonu. Poprzez zamianę przyporządkowania pomiędzy czujnikami 43, 43b i cylindrami może być za pomocą urządzenia 40 według wynalazku realizowana każda dowolna kolejność zapłonu. W szczególności jest także możliwa zmiana kolejności zapłonu poprzez zmianę tego przyporządkowania.

Poprzez wynalazek zapewniono więc urządzenie, za pomocą którego mogą być wytwarzane elektryczne sygnały sterujące dla pracy sterowanego elektryczno-hydraulicznie silnika spalinowego, zwłaszcza wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy, przy zastosowaniu obrotowych elemen12

PL 196 585 B1 tów sterujących i przyporządkowanych im czujników. Przy zakłóceniu normalnego elektrycznohydraulicznego sterowania potrzebne elektryczne sygnały sterujące dla elementów roboczych mogą być więc generowane za pomocą urządzenia według wynalazku i doprowadzane do jednostek wysterowywania wstępnego, tak że silnik spalinowy może dalej pracować i tym sposobem na przykład statek, który jest napędzany wysokoprężnym silnikiem dużej mocy według wynalazku, ma nadal zdolność manewrową.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego sterowanego elektryczno-hydraulicznie i mającego wał korbowy, zwłaszcza wysokoprężnego silnika spalinowego dużej mocy, w którym to silniku spalinowym są sterowane za pomocą układów hydraulicznych co najmniej wtrysk i wymiana ładunku cylindrów, przy czym układy hydrauliczne zawierają jednostki wysterowywania wstępnego, które za pomocą elektrycznych sygnałów dają się uruchamiać przez jednostkę kontrolną w taki sposób, że sterują one układami hydraulicznymi do wtryskiwania i wymiany ładunku w cylindrach, które to urządzenie zawiera pewną liczbę elementów sterujących, tak umieszczonych, że obracają się synchronicznie z wałem korbowym, znamienne tym, że ponadto zawiera przyporządkowane tym elementom sterującym (42a, 42b, 42c) czujniki (43, 43b), które współpracują z elementami sterującymi (42a, 42b, 42c) w ten sposób, że każdy czujnik (43, 43b) przy zadanych położeniach kątowych przyporządkowanego mu elementu sterującego (42a, 42b, 42c) przekazuje sygnał, przy czym za pomocą tych sygnałów są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące pracą silnika spalinowego.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy sterujące (42a, 42b, 42c) i przyporządkowane im czujniki (43, 43b) współpracują bezstykowo.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera co najmniej dwa wały (41a, 41b), napędzane przez wał korbowy (2) i przebiegające w zasadzie równolegle, na każdym z których umieszczona jest pewna liczba elementów sterujących (42a, 42b, 42c), przy czym elementy sterujące (42a, 42b, 42c) są zamocowane nieruchomo względem danego wału (41a, 41b).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera trzy grupy (A, B, C) elementów sterujących (42a, 42b, 42c), a mianowicie pierwszą grupę (A) do wytwarzania elektrycznych sygnałów dla rozpoczęcia wtrysku, drugą grupę (B) do wytwarzania elektrycznych sygnałów dla zakończenia wtrysku i trzecią grupę (C) do wytwarzania elektrycznych sygnałów dla sterowania wymianą ładunku cylindrów.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że grupy pierwsza (A) i trzecia (C) elementów sterujących są umieszczone wspólnie na jednym z dwóch wałów (41a).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 3 albo 5, znamienne tym, że jeden wał (41b) jest jako całość ułożyskowany obrotowo wokół osi wzdłużnej drugiego wału (41a).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że na każdym wale (41a, 41b) znajduje się koło zębate (47a, 47b), przy czym oba koła zębate (47a, 47b) są w zasadzie takie same i są wzajemnie zazębione, a oba wały (41a, 41b) są ponadto połączone ze sobą wzajemnie za pośrednictwem jarzma (45), tak że oba koła zębate (47a, 47b) współpracują ze sobą jako przekładnia planetarna.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że jarzmo (45) posiada na swojej jednej stronie czołowej uzębienie (461), z którym zazębione jest trzecie koło zębate (60), którego obracanie powoduje obracanie się jednego wału (41b) jako całości wokół wzdłużnej osi drugiego wału (41a).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że czujniki (43b), które są przyporządkowane elementom sterującym (42b) na odchylnym wale (41b), są umieszczone korzystnie nieruchomo względem jarzma (45).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wszystkie elementy sterujące (42a, 42b, 42c) mają postać tarcz, które są umieszczone w sąsiedztwie w odniesieniu do osiowego kierunku danego wału (41a, 41b), zwłaszcza z jednakowym odstępem pomiędzy sąsiadującymi tarczami, przy czym każdy element sterujący (42a, 42b, 42c) w postaci tarczy ma wybranie (50, 50c), które wyzwala sygnał, gdy mija ono przyporządkowany czujnik (43, 43b) podczas obracania się elementu sterującego (42a, 42b, 42c) w postaci tarczy.
11. 11. Silnik spalinowy, zwłaszcza wysokoprężny silnik spalinowy dużej mocy, który jest sterowany elektryczno-hydraulicznie i ma wał korbowy, z układami hydraulicznymi, które sterują co najmniej wtryskiem i wymianą ładunku cylindrów, przy czym układy hydrauliczne zawierają jednostki wysterowywania wstępnego, które za pomocą elektrycznych sygnałów dają się uruchamiać przez jednostkę kontroPL 196 585 B1 lną w taki sposób, że sterują one układami hydraulicznymi do wtryskiwania i wymiany ładunku w cylindrach, znamienny tym, że zawiera urządzenie (40) do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego, które to urządzenie (40) zawiera w znany sposób pewną liczbę elementów sterujących (42a, 42b, 42c) tak umieszczonych, że obracają się synchronicznie z wałem korbowym (2), a ponadto urządzenie (40) do wytwarzania sygnałów sterujących pracą silnika spalinowego zawiera przyporządkowane tym elementom sterującym (42a, 42b, 42c) czujniki (43, 43b), które współpracują z elementami sterującymi (42a, 42b, 42c) w ten sposób, że każdy czujnik (43, 43b) przy zadanych położeniach kątowych przyporządkowanego mu elementu sterującego (42a, 42b, 42c) przekazuje sygnał, przy czym za pomocą tych sygnałów są wytwarzane elektryczne sygnały sterujące pracą silnika spalinowego.
12. 12. Silnik według zastrz. 11, znamienny tym, że zawiera awaryjną jednostkę kontrolną (9a), która przy zakłóceniu elektryczno-hydraulicznego sterowania wytwarza z sygnałów czujników (43, 43b) sygnały sterujące dla pracy silnika spalinowego i doprowadza je do jednostek sterujących (30).
13. 13. Silnik według zastrz. 12, znamienny tym, że awaryjna jednostka kontrolna (9a) na podstawie sygnałów czujników ponadto wytwarza elektryczne sygnały sterujące dla układu rozruchowego.