DE19758869B4 - Multi-cylinder internal combustion engine with an electronic control system - Google Patents

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Joern Skovgaard Andersen
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Abstract

Mehrzylindriger Verbrennungsmotor (1) mit einem elektronischen Steuersystem, insbesondere Zweitakt-Kreuzkopfmotor zum Antrieb eines Schiffes, bestehend aus einer ersten zentralen Motorsteuereinheit (4) und zumindest einer Zylinderinterfaceeinheit (5) für jeden Zylinder (2), wobei die Zylinderinterfaceeinheiten (5) Steuersignale zumindest an Betätigungsglieder (16) für die Brennstoffeinspritzung in die Zylinder in Abhängigkeit von von der Motorsteuereinheit empfangenen Signalen abgeben und das Steuersystem Steuersignale an Betätigungsglieder (19) für die Austrittsventile (20) der Zylinder und ggf. an Betätigungsglieder für andere Zylinderkomponenten liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem ferner zumindest eine weitere zentrale Motorsteuereinheit (4) umfaßt, die parallel mit der ersten zentralen Motorsteuereinheit (4) arbeitet, daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit (5) zumindest einen Kommunikations- und Kontrollprozessor (12) umfaßt, der auf der Basis der von der ersten oder der zweiten zentralen Motorsteuereinheit (4) empfangenen Signale eine Signalverarbeitung zur Bestimmung der Betätigungsgliedsteuersignale vornimmt, daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit (5) über gesonderte Signalleitungen (10) mit mehreren Sensoreinrichtungen (3) zum Erfassen der Winkelstellung und Bewegung...Multi-cylinder internal combustion engine (1) having an electronic control system, in particular a two-stroke crosshead engine for propelling a ship, comprising a first central engine control unit (4) and at least one cylinder interface unit (5) for each cylinder (2), the cylinder interface units (5) providing control signals at least output to actuators (16) for fuel injection into the cylinders in response to signals received from the engine control unit and the control system provides control signals to actuators (19) for the outlet valves (20) of the cylinders and optionally actuators for other cylinder components, characterized in that the control system further comprises at least one further central engine control unit (4) operating in parallel with the first central engine control unit (4), that the respective cylinder interface unit (5) comprises at least one communication and control processor (12) based on the signals received by the first or the second central engine control unit (4) performs signal processing for determining the actuator control signals that the respective cylinder interface unit (5) via separate signal lines (10) with a plurality of sensor means (3) for detecting the angular position and movement ...

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor mit einem elektronischen Steuersystem, insbesondere Zweitakt-Kreuzkopfmotor zum Antrieb eines Schiffes, bestehend aus einer ersten zentralen Motorsteuereinheit und mehreren Zylinderinterfaceeinheiten, die auf die Zylinder verteilt sind und Steuersignale zumindest an Betätigungsglieder für die Brennstoffeinspritzung in die Zylinder in Abhängigkeit von von der Motorsteuereinheit empfangenen Signale abgeben, wobei das Steuersystem ferner Steuersignale an Betätigungsglieder für die Austrittsventile der Zylinder und ggf. an Betätigungsglieder für andere Zylinderkomponenten abgibt.The The present invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine with an electronic control system, in particular two-stroke crosshead motor for propulsion of a ship, consisting of a first central Engine control unit and a plurality of cylinder interface units, the are distributed to the cylinders and control signals at least to actuators for the Fuel injection into the cylinders as a function of the engine control unit emit received signals, wherein the control system further control signals to actuators for the Outlet valves of the cylinder and possibly actuators for others Gives cylinder components.

Elektronische Steuersysteme für Verbrennungsmotoren sind seit vielen Jahren bekannt. Zum Beispiel beschreibt die US 4 009 695 A einen Viertakt-Benzinmotor mit elektronischer Steuerung der Auslaß- und Einlaßventile, der Brennstoffzufuhr und der Zündung. Das Patent bezeichnet eine solche Steuerung als ”elektronische Nockenwelle” und ihre Vorteile sind ausführlich beschrieben und umfassen die freie Einstellung der Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Betriebszustand des Motors. Die elektronische Steuerung sämtlicher Betätigungsglieder erfolgt direkt von einer einzigen zentralen Motorsteuereinheit auf der Basis empfangener Signale über die Brennstoffbeschaffenheit, Luftdichte, Kurbelwellenbewegung, gewünschte Motorleistung und das augenblickliche Motorverhalten. Die beschriebene Steuerung ist sehr störanfällig, wobei ein Ausfall des Prozessors zur Unterbrechnung der gesamten Motorsteuerung führt.Electronic control systems for internal combustion engines have been known for many years. For example, that describes US 4 009 695 A a four-stroke gasoline engine with electronic control of the exhaust and intake valves, the fuel supply and the ignition. The patent refers to such control as "electronic camshaft" and its advantages are described in detail and include the free adjustment of the opening and closing times of the valves depending on the current operating state of the engine. The electronic control of all actuators is provided directly by a single central engine control unit based on received fuel condition, air density, crankshaft motion, desired engine power and instantaneous engine behavior signals. The control described is very susceptible to interference, with a failure of the processor leads to the interruption of the entire engine control.

Die US 4 933 862 A beschreibt einen Viertaktmotor mit elektronischer Steuerung der Brennstoffzufuhr, der Luftzufuhr und des Auslaßgasumlaufs, wobei eine Teilung der Brennstoffzufuhrsteuerung derart vorgenommen ist, daß die Mehrheit der Signalberechnungen für diesen Zweck in Untereinheiten erfolgt, die mit einem Prozessor für jeden Zylinder oder jedes Paar von Zylindern verteilt sind. Diese Verteilung einiger der Berechnungen auf mehrere Prozessoren soll die Betriebssicherheit des Motors verbessern, so daß ein Ausfall eines Prozessors nicht notwendigerweise zu einem Abschalten des Motors führt. Falls die zentrale Steuereinheit ausfällt, bricht die Steuerung zusammen.The US 4,933,862 A describes a four-stroke engine with electronic control of the fuel supply, the air supply and the exhaust gas circulation, wherein a division of the fuel supply control is made such that the majority of the signal calculations for this purpose in subunits, which are distributed with a processor for each cylinder or each pair of cylinders , This distribution of some of the calculations to multiple processors is intended to improve the operational safety of the engine so that failure of one processor does not necessarily result in engine shutdown. If the central control unit fails, the controller breaks down.

In einem Versuch, die Betriebssicherheit eines Zweitakt-Dieselmotors der eingangs erwähnten Art zu verbessern, wird durch EP 0 509 189 B1 elektronisches Steuersystem vorgeschlagen, bei dem eine einzige zentrale Motorsteuereinheit mit einer einzigen Zylindersteuereinheit für jeden Zylinder verbunden ist und bei dem die Zylindersteuereinheit zumindest zwei Steuersignale für die Steuerung der Brennstoffeinspritzung und des Auslaßventils des in Rede stehenden Zylinders abgibt. Die zentrale Motorsteuereinheit gibt Signale für die Brennstoffmenge und die Brennstoffzeitsteuerung, die Auslaßventilzeitsteuerung und die Kurbelwellenbewegung an die Zylindersteuereinheit. Wenn ein Ausfall in der Motorsteuereinheit auftritt, werden sämtliche Zylindersteuereinheiten durch die ausbleibende Signallieferung in Mitleidenschaft gezogen, und der Motor bleibt stehen. Es ist darüber hinaus ein Nachteil, daß ein Ausfall einer Steuereinheit normalerweise ein zeitweiliges Anhalten des Motors erforderlich macht, um den in Rede stehenden Zylinder außer Betrieb zu nehmen, insbesondere, wenn auch die Zylinderschmierung in die gleiche Steuereinheit integriert ist. Wenn ein Zylinder nicht geschmiert wird, ist es notwendig, den Kolben von der Kurbelwelle zu trennen, bevor der Motor den Betrieb wieder aufnehmen kann, da der Kolben nicht in einer trockenen Zylinderlaufbuchse laufen kann. Wenn der Zylinder korrekt gelöst ist, hat das beschriebene Steuersystem den Vorteil erreicht, daß der Motor für einen Betrieb mit den anderen Zylindern wieder angelassen werden kann; aber selbst ein zeitweiliges Anhalten kann höchst unerwünscht oder unakzeptabel sein, wenn es sich bei dem Motor um den Antriebsmotor eines Schiffes handelt.In an attempt to improve the reliability of a two-stroke diesel engine of the type mentioned, is by EP 0 509 189 B1 proposed electronic control system, wherein a single central engine control unit is connected to a single cylinder control unit for each cylinder and in which the cylinder control unit emits at least two control signals for the control of the fuel injection and the exhaust valve of the cylinder in question. The central engine control unit provides fuel quantity and fuel timing signals, exhaust valve timing, and crankshaft motion signals to the cylinder control unit. When a failure occurs in the engine control unit, all cylinder control units are affected by the lack of signal delivery and the engine stops. It is also a disadvantage that failure of a control unit normally requires a temporary stoppage of the engine to decommission the cylinder in question, particularly if the cylinder lubrication is also integrated into the same control unit. If a cylinder is not lubricated, it is necessary to disconnect the piston from the crankshaft before the engine can resume operation because the piston can not run in a dry cylinder liner. When the cylinder is properly released, the described control system has achieved the advantage that the engine can be restarted for operation with the other cylinders; but even a temporary stop can be highly undesirable or unacceptable if the engine is the propulsion engine of a ship.

Es ist bekannt, daß die Betriebssicherheit elektronischer Steuersysteme mit einem zentralen Prozessor durch die Verwendung zweier Prozessoren verbessert werden kann, von denen der eine auf sogenannte Betriebsbereitschaft gehalten, nämlich mit den gleichen Eingangssignalen wie der aktive Prozessor auf einer kontinuierlichen Basis versorgt wird. Der aktive Prozessor wird von einer Schalteinheit überwacht, die, wenn ein Ausfall festgestellt wird, das Steuersystem auf den Bereitschaftsprozessor umschaltet, der unmittelbar in Betrieb genommen werden kann. Es ist ferner bekannt, einen elektronisch gesteuerten Schiffsmotor mit einem rein mechanisch wirkenden Stützsystem zu versehen, vgl. z. B. WO 94/29577 A1 , was jedoch zu unerwünschten Kosten führt.It is known that the reliability of electronic control systems can be improved with a central processor by the use of two processors, one of which is kept so-called operational readiness, namely with the same input signals as the active processor on a continuous basis. The active processor is monitored by a switching unit which, if a failure is detected, switches the control system to the standby processor, which can be immediately put into service. It is also known to provide an electronically controlled marine engine with a purely mechanically acting support system, cf. z. B. WO 94/29577 A1 , which, however, leads to undesirable costs.

Aus der DE 42 20 247 A1 ist eine redundant aufgebaute Steuerung für Fahrzeuge mit mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren bekannt. Die Steuerung umfasst zwei parallele Rechner zur Berechnung und/oder Durchführung derselben Steuerfunktion. Beide Rechner führen unabhängig voneinander eine Überwachungsmaßnahme anhand eines Plausibilitätsvergleichs durch und sind über separate Leitungen mit den Gaspedaleinstellungsgebern verbunden.From the DE 42 20 247 A1 is known a redundant controller for vehicles with multi-cylinder internal combustion engines. The controller comprises two parallel computers for calculating and / or performing the same control function. Both computers independently perform a monitoring measure based on a plausibility comparison and are connected via separate lines to the accelerator pedal position sensors.

Aus der DE 44 37 336 A1 ist ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines mehrzylindrischen Dieselmotors bekannt, bei dem zwei Steuereinheiten zur Berechnung der Kraftstoffsollmenge und zu einer dieser entsprechenden Stellgröße vorgesehen sind. Hierfür werden die Steuereinheiten mit Signalen eines Kurbelwellen- bzw. Nockenwellensensors versorgt, aus denen dann einerseits die Drehzahl bestimmt und mit denen andererseite eine Schwellwertbetrachtung vorgenommen wird.From the DE 44 37 336 A1 Also, a method and apparatus for controlling a multi-cylinder diesel engine is known in which two control units for calculating the fuel target amount and one of these corresponding Stell size are provided. For this purpose, the control units are supplied with signals from a crankshaft or camshaft sensor, from which then on the one hand determines the speed and with the other side a threshold value is made.

Die DE 43 14 118 A1 offenbart ebenfalls wenigstens zwei Steuereinheiten für einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, bei dem für den Datenaustausch eine zusätzliche Kommunikationsleitung vorgesehen ist.The DE 43 14 118 A1 also discloses at least two control units for a multi-cylinder internal combustion engine, in which an additional communication line is provided for the data exchange.

Die DE 35 15 040 A1 betrifft den Aufbau und den Datenverkehr eines dezentralen Rechnersystems, wobei dem Hauptrechner ein Rechner für die Berechnung der Zündung, des Einspritzvorgangs sowie ein Steuerungsrechner für die Betätigung der Gaswechselventile zugeordnet ist.The DE 35 15 040 A1 relates to the structure and the data traffic of a decentralized computer system, wherein the main computer is assigned a computer for the calculation of the ignition, the injection process and a control computer for the actuation of the gas exchange valves.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit einer elektrischen Steuerung zu schaffen, die in hohem Maße fehlertolerant ist, derart, dass das Risiko eines Stehenbleibens aufgrund eines Ausfalls des Steuersystems auf ein Minimum herabgesetzt ist.Of the Invention is based on the object with an internal combustion engine to provide an electrical control that is highly forgiving, such that the risk of stagnation due to failure of the tax system to a minimum.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Motor nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem ferner zumindest eine weitere zentrale Motorsteuereinheit aufweist, die parallel mit der ersten zentralen Motorsteuereinheit arbeitet, daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit zumindest einen Kommunikations- und Kontrollprozessor aufweist, der auf der Basis der von der ersten oder der zweiten zentralen Motorsteuereinheit empfangenen Signale eine Signalverarbeitung zur Bestimmung der Betätigungsgliedsteuersignale durchführt, daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit über gesonderte Signalleitungen mit mehreren Sensoreinrichtungen zum Erfassen der Winkelstellung und Bewegung der Kurbelwelle verbunden ist und daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit über zumindest zwei gesonderte Kommunikationsleitungen mit den zentralen Motorsteuereinheiten verbunden ist.to solution this object is the engine according to the invention characterized that this Control system further comprises at least one further central engine control unit having in parallel with the first central engine control unit works that the respective Cylinder interface unit at least one communication and control processor which is based on that of the first or the second central Motor control unit received signals to the signal processing Determining the actuator control signals performs, that the respective cylinder interface unit via separate signal lines with several sensor devices for detecting the angular position and movement of the crankshaft is connected and that the respective Cylinder interface unit via at least two separate communication lines with the central Motor control units is connected.

Die Verwendung von zumindest zwei zentralen Motorsteuersystemen, von denen beide Signale an die Zylinderinterfaceeinheiten über zumindest zwei gesonderte Kommunikationsleitungen liefern, bietet eine sehr hohe Toleranz gegenüber Fehlern im Steuersystem. Der Aufbau des Steuersystems mit mehreren Sensoreinrichtungen zum Feststellen der Winkelposition und Bewegung der Kurbelwelle ermöglicht einen fortgesetzten Betrieb des Motors im Falle des Versagens einer der Sensoreinrichtungen.The Use of at least two central engine control systems, of which both signals to the cylinder interface units over at least two Provide separate communication lines, provides a very high Tolerance Errors in the tax system. The construction of the control system with several Sensor devices for detecting the angular position and movement the crankshaft allows a continued operation of the engine in case of failure of a the sensor devices.

Jede Zylinderinterfaceeinheit weist zumindest einen Kommunikations- und Kontrollprozessor auf, der auf der Basis der von der ersten oder der zweiten zentralen Motorsteuereinheit empfangenen Signale die Signalverarbeitung zur Bestimmung der Betätigungsgliedsteuersignale durchführt. Die dezentralisierte Ausführung der Berechnungen in den Interfaceeinheiten erhöht die Sicherheit des Systems, da die Berechnungen so nahe wie möglich am Ort ihrer Anwendung stattfinden, und gleichzeitig kann, in Abhängigkeit von der Art der Berechnungen, eine vorteilhafte Verringerung des Signaldatenverkehrs in den Kommunikationsleitungen erreicht werden.each Cylinder interface unit has at least one communication and Control processor based on that of the first or the second central engine control unit received signals the Performs signal processing for determining the actuator control signals. The decentralized execution the calculations in the interface units increase the security of the system, since the calculations are as close as possible to the place of their application take place, and at the same time, depending on the type of calculations, one advantageous reduction of the signal data traffic in the communication lines be achieved.

Vorzugsweise umfaßt die Zylinderinterfaceeinheit einen Zeitsteuerprozessor, der mit Impulssignalen von den Sensoreinrichtungen zur Synchronisierung der Steuersignale mit der Stellung der Kurbelwelle beliefert wird. Diese Ausbildung mit einem gesonderten Zeitsteuerprozessor entlastet den Kontrollprozessor und beschleunigt die in der Zylinderinterfaceeinheit durchzuführende Signalverarbeitung. Dies ist insbesondere dann ein Vorteil, wenn die Zylinderinterfaceeinheit Signale direkt von einer Anzahl von Sensoreinrichtungen erhält.Preferably comprises the cylinder interface unit has a timing processor that works with Pulse signals from the sensor devices for synchronization the control signals are supplied with the position of the crankshaft. Relieving this training with a separate timing processor the control processor and accelerates the in the cylinder interface unit to be performed Signal processing. This is especially an advantage if the cylinder interface unit signals directly from a number of Sensor devices receives.

Vorzugsweise umfassen die in der Zylinderinterfaceeinheit von der Motorsteuereinheit empfangenen Signale die Basisparameter für die Berechnung der Betätigungsgliedsteuersignale.Preferably include those in the cylinder interface unit of the engine control unit received signals the basic parameters for the calculation of the actuator control signals.

Die Motorsteuereinheit kann zweckmäßig ein Sammelpunkt für die äußeren Regulierungssignale sein, wie etwa die von der Brücke des Schiffes empfangenen Ansteuersignale, Signale über die Propellersteigung, Regulierungskommandos, die vom Motorpersonal gegeben werden, usw. Diese Signale werden an die Zylinderinterfaceeinheiten weitergegeben, ggf. zusammen mit Signalen zur Wahl eines Betriebszustands unter mehreren möglichen vorbestimmten Zuständen.The Engine control unit may be appropriate Collection point for the outer regulatory signals be like those from the bridge the ship received control signals, signals on the Propeller pitch, regulation commands provided by engine personnel etc. These signals are sent to the cylinder interface units passed on, if necessary together with signals for selecting an operating state among several possible predetermined states.

In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet die Signalverarbeitung im Kontrollprozessor den gewünschten Einspritzverlauf und die zugehörigen Steuersignale. Es müssen bei der Bestimmung der Dosierungsmengen des Brennstoffs an den einzelnen Zylinder die aufgrund von Unterschieden im physischen Einspritzsystem jedes Zylinders auftretenden baulichen Ungenauigkeiten berücksichtigt werden, wie etwa Unterschiede in den Düsenflächen der Brennstoffeinspritzventile und in ihrem Öffnungs- und Schließdruck sowie jedwede Unterschiede in den Leckagemengen der Brennstoffpumpen und Strömungswiderstände in Rohrverbindungen zwischen der Pumpe und den Einspritzventilen usw. Die Berechnung des Einspritzverlaufs in der Interfaceeinheit bestimmt die zeitabhängige Dosierungsrate, die zur Einspritzung der gewünschten Brennstoffmenge während eines Motorkreislaufs führt. Ein Beispiel kann die Unterteilung der Dosierungsmenge in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung oder in mehrere intermittierende Einspritzungen sein.In a preferred embodiment, the signal processing in the control processor calculates the desired injection profile and the associated control signals. When determining the metered quantities of fuel to the individual cylinder, account must be taken of the structural inaccuracies due to differences in the physical injection system of each cylinder, such as differences in the nozzle areas of the fuel injectors and in their opening and closing pressures and any differences in the leakage quantities Fuel pumps and flow resistances in pipe connections between the pump and the injectors, etc. The calculation of the injection curve in the interface unit determines the time-dependent metering rate which results in the injection of the desired amount of fuel during an engine cycle. An example may be the subdivision of the dosage amount into a pre-injection and a main injection or into be several intermittent injections.

Bei einer weiteren Ausführungsform enthalten die von der Motorsteuereinheit empfangenen Grundparameter Daten über die augenblickliche und die gewünschte Motorbelastung, und der Kontrollprozessor berechnet zumindest die belastungsabhängige Dosierungsmenge des Brennstoffs und die zugehörigen Betätigungsgliedsteuersignale. Die Brennstoffdosierung kann berücksichtigen, daß die Drehgeschwindigkeit des Motors innerhalb einer einzigen Motorumdrehung variiert, aus welchem Grund die Dosierung auf der Grundlage einer mittleren Drehgeschwindigkeit vorgenommen werden sollte. Die Berechnung der Dosierungsmengen kann die baulichen Ungenauigkeiten durch Einbeziehung einer Integrationskomponente (Berechnung einer Summierung oder eines integralen Terms) ausgleichen, die für die Berechnungen für alle Zylinder verwendet wird und über einen langen Zeitraum, wie über mehrere Motorumdrehungen, auftretende Ungenauigkeiten korrigiert. Der Kontrollprozessor gibt an zumindest eine weitere Zylinderinterfaceeinheit und/oder die Motorsteuereinheit ein zur Korrektur für bauliche Ungenauigkeiten in der Brennstoffdosierung an den Zylindern verwendetes Signal ab. Das Abgabesignal kann typischerweise die obige integrale Komponente sein, die Teil der Berechnungen des Dosierungssignals ist. Dieses Signal kann entweder an alle Einheiten rundgesendet oder speziell an eine oder mehrere Einheiten mittels eines Tokens gerichtet werden.at a further embodiment contain the basic parameters received from the engine control unit Data about the momentary and the desired Engine load, and the control processor calculates at least the load-dependent Dosing amount of the fuel and the associated actuator control signals. The fuel dosage can take into account that the Rotational speed of the motor within a single motor revolution varies for whatever reason the dosage based on a average rotational speed should be made. The calculation The dosage levels can include the structural inaccuracies by inclusion an integration component (calculation of a summation or a integral terms) for the calculations for all cylinders is used and over a long period, how about several engine revolutions, occurring inaccuracies corrected. The control processor specifies at least one further cylinder interface unit and / or the engine control unit for structural correction Inaccuracies in the fuel metering used on the cylinders Signal off. The output signal may typically be the above integral Component, which is part of the calculations of the dosing signal is. This signal can either be broadcast to all units or specifically to one or more units by means of a token be directed.

Es ist ferner möglich, die Signalverarbeitung in der Zylinderinterfaceeinheit dadurch zu beschleunigen, daß sie einen gesonderten, die Brennstoffeinspritzung steuernden Unterprozessor umfaßt. Die Berechnungen zur Bestimmung der Steuersignale für die Brennstoffeinspritzung sind die aufwendigsten in der Interfaceeinheit, und eine Abtrennung dieser Berechnungen durch Durchführung in einem gesonderten Unterprozessor erbringt die schnellste Fertigberechnung aller Steuersignale, die von den Zylinderbetätigungsgliedern während eines einzelnen Motorarbeitsspiels benötigt werden.It is also possible the signal processing in the cylinder interface unit thereby accelerate that a separate fuel injection controlling sub-processor includes. The calculations to determine the control signals for the fuel injection are the most elaborate in the interface unit, and a partition of these calculations by execution in a separate sub-processor yields the fastest finished computation all control signals from the cylinder actuators during a individual engine working game needed become.

Die auf die Zylinder verteilten Zylinderinterfaceeinheiten können mehrere Zylinder, z. B. zwei oder drei Zylinder, bedienen. Dieses reduziert die Gesamtzahl an Interfaceeinheiten für einen spezifischen Motor und reduziert die Kosten des Steuersystems, wobei jedoch gleichzeitig die Betriebssicherheit reduziert wird, da ein Ausfall einer Interfaceeinheit mehrere Motorzylinder in Mitleidenschaft zieht. Um daher einen sehr betriebssicheren Motor zu erhalten, ist vorzugsweise zumindest eine Zylinderinterfaceeinheit für jeden Zylinder vorgesehen.The Cylinder interface units distributed to the cylinders may have several Cylinder, z. B. two or three cylinders operate. This reduced the total number of interface units for a specific engine and reduces the cost of the tax system, but at the same time the reliability is reduced because a failure of an interface unit several engine cylinders are affected. Therefore, a very To obtain reliable engine is preferably at least one Cylinder interface unit for each cylinder provided.

Es ist möglich, den Motor nach der Erfindung so auszubilden, daß zumindest eines der der Zylinderinterfaceeinheit zugeordneten Betätigungsglieder zumindest zwei Zylinder bedient. Als Beispiel kann angeführt werden, daß eine von einem Betätigungsglied betriebene Schmiervorrichtung mit mehreren gemeinsam betätigten Dosierkolben Öl an Schmierstellen an mehr als einem Zylinder liefern kann, was auf einfache Weise die Zylinderschmierung an einem Zylinder mittels zumindest zweier verschiedener Interfaceeinheiten erfüllt. Im Falle, daß eine Interfaceeinheit mehr als einen Zylinder bedient, kann ein Betätigungsglied für die Brennstoffeinspritzung zwei Zylinder bedienen, und vorzugsweise kann auch ein Betätigungsglied für das Auslaßventil zwei Zylinder bedienen. In diesem Fall kann die Zahl der Zylinderinter faceeinheiten der Zahl von Betätigungsgliedern des gleichen Typs entsprechen.It is possible, the engine according to the invention in such a way that at least one of the cylinder interface unit associated actuators at least operated two cylinders. As an example, it can be stated that one of an actuator operated lubricating device with several jointly operated metering piston oil at lubrication points can deliver more than one cylinder, which in a simple way the cylinder lubrication on a cylinder by means of at least two various interface units met. In the case of an interface unit Serving more than one cylinder may include an actuator for fuel injection operate two cylinders, and preferably also an actuator for the outlet valve operate two cylinders. In this case, the number of Zylinderinter faceeinheiten the number of actuators of the same type.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung rein schematisch veranschaulicht sind; es zeigen:Further Features and advantages of the invention will be apparent from the claims and the following description in conjunction with the drawing, in the several embodiments the subject of the invention are illustrated purely schematically; show it:

1 bis 3 drei verschiedene Formen von Gesamtkommunikations-Verbindungen zwischen den Einheiten des Steuersystems des Motors, 1 to 3 three different forms of total communication connections between the units of the control system of the engine,

4 bis 6 drei verschiedene Ausführungsformen einer Zylinderinterfaceeinheit, 4 to 6 three different embodiments of a cylinder interface unit,

7 ein Beispiel eines Kommunikations- und Kontrollprozessors und 7 an example of a communication and control processor and

8 und 9 zwei schematische Beispiele der Steuerung der Zylinderschmierung. 8th and 9 two schematic examples of the control of the cylinder lubrication.

Aus Gründen der Einfachheit werden in der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen für Bauteile mit der gleichen Funktion verwendet.Out establish Simplicity will be different in the following description embodiments the same reference numerals for Components with the same function used.

1 zeigt einen großen, langsamlaufenden Zweitakt-Dieselmotor des Kreuzkopftyps, der allgemein mit 1 bezeichnet ist. Der Motor kann ein Antriebsmotor eines Schiffes oder ein stationärer generatortreibender Motor sein, der Strom für ein Stromnetz erzeugt. Der Motor hat mehrere Zylinder, typischerweise vier bis vierzehn Zylinder, in dem dargestellten Beispiel sechs Zylinder, die mit 2 bezeichnet sind und jeweils ein Auslaßventil, eine Brennstoffeinheit mit Brennstoffeinspritzventilen, Zylinderschmierstellen, ein Start- oder Ansteuerluftventil und Sensoren zur Überwachung des Zylinderbetriebs, wie des Zylinderdrucks, der Temperatur und des Drucks des Auslaßgases und der Temperatur ausgewählter Zylinderkomponenten, aufweisen. Die gesteuerten Komponenten des Zylinders werden durch Betätigungsglieder (nicht gezeigt) aktiviert und sind typischerweise hydraulisch angetrieben. Die einzelnen Bauteile mit zugehörigen Betätigungsgliedern sind bekannter Stand der Technik und bedürfen keiner detaillierten Beschreibung. Die Motorleistung pro Zylinder kann derzeit typischerweise im Bereich von 400 bis 5900 kW liegen. Ein langsamlaufender Motor gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet einen Motor mit einer Nenndrehzahl im Bereich von 30 bis 200 U/min. Jedoch ist die Erfindung auch auf Vierzylindermotoren mittlerer Drehzahl zum Antrieb von Schiffen mit einer Drehzahl im Bereich von 100 bis 1000 U/min und einer Leistung pro Zylinder im Bereich von 100 bis 1000 kW anwendbar. In diesem Fall hat jeder Zylinder auch ein Ansaugventil. 1 shows a large, low-speed cross-type two-stroke diesel engine, commonly with 1 is designated. The engine may be a propulsion engine of a ship or a stationary generator driving engine that generates power for a utility grid. The engine has a plurality of cylinders, typically four to fourteen cylinders, in the illustrated example, six cylinders with 2 and each comprising an exhaust valve, a fuel unit with fuel injection valves, cylinder lubrication points, a start or Ansteuerluftventil and sensors for monitoring the cylinder operation, such as the cylinder pressure, the temperature and the pressure of the outlet gas and the temperature of selected cylinder components have. The controlled components of the cylinder are activated by actuators (not shown) and are typically hydraulically powered. The individual components with associated actuators are known prior art and require no detailed description. The engine power per cylinder can currently typically be in the range of 400 to 5900 kW. A low-speed engine according to the present invention means a motor with a rated speed in the range of 30 to 200 rpm. However, the invention is also applicable to four-cylinder medium-speed engines for driving ships at a speed in the range of 100 to 1000 rpm and a power per cylinder in the range of 100 to 1000 kW. In this case, each cylinder also has a suction valve.

Das elektronische Steuersystem des Motors umfaßt mehrere Sensoreinrichtungen 3 zum Feststellen der augenblicklichen Winkelposition und Bewegung der Kurbelwelle, mehrere zentrale Motorsteuereinheiten 4, mehrere Zylinderinterfaceeinheiten 5 und mehrere Kommunikationsleitungen 6 zwischen den Einheiten 4 und 5.The electronic control system of the engine includes a plurality of sensor devices 3 for detecting the instantaneous angular position and movement of the crankshaft, a plurality of central engine control units 4 , several cylinder interface units 5 and several communication lines 6 between the units 4 and 5 ,

Die Sensoreinrichtungen 3 sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise eine magnetoelektrische oder optoelektrische Ausführung haben, wie etwa ein optischer Inkrementalkodierer, der beispielsweise mit einem oder mehreren Sensoren den Durchgang von Meßpunkten feststellt, die an einem der Drehbewegung der Kurbelwelle folgenden Teil angeordnet sind. Es können z. B. 2.048 Meßpunkte pro Wellenumdrehung wie auch ein Nullimpulsgeber vorhanden sein. Die Meßpunkte können auch in Abhängigkeit von ihrer Position auf der Welle kodiert sein. In diesem Fall ist der Nullimpulsgeber überflüssig. Auf der Basis der gesammelten Taktsignale können die augenblickliche Winkelstellung, die Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung der Welle in allgemein bekannter Weise bestimmt werden. Die zumindest zwei Sensoren können beispielsweise an dem jeweiligen Ende des Motors an geordnet sein.The sensor devices 3 are known in the art and may for example have a magnetoelectric or opto-electrical design, such as an optical incremental encoder, which detects, for example, with one or more sensors, the passage of measuring points, which are arranged on a part of the rotational movement of the crankshaft. It can z. B. 2,048 measuring points per shaft revolution as well as a zero pulse encoder be present. The measuring points can also be coded as a function of their position on the shaft. In this case, the zero pulse generator is superfluous. On the basis of the collected clock signals, the instantaneous angular position, angular velocity and acceleration of the shaft can be determined in a well-known manner. The at least two sensors may be arranged, for example, at the respective end of the engine.

Die Motorsteuereinheiten 4 sind zentrale Prozessoren, die die Gesamtüberwachungs- und Regulierungssignale von an der Motoranlage angebrachten Sensoren und von Außeneinheiten erhalten und Signale an die Zylinderinterfaceeinheiten 5 und an gemeinsame Motoreinheiten, wie etwa Versorgungspumpen für Brennstoff, Wasser und Hydraulikmedien, Hilfsgebläse, Kompressoren für Ansteuerluft usw., abgeben.The engine control units 4 are central processors that receive the overall monitoring and control signals from sensors mounted on the engine and outdoor units, and signals to the cylinder interface units 5 and to common engine units, such as supply pumps for fuel, water and hydraulic media, auxiliary blowers, compressors for drive air, etc.

Die Motorsteuereinheiten 4 können beispielsweise Überwachungssignale 7 vom Turboladesystem des Motors, vom Spülluftsystem, vom System zur Versorgung der Zylinderbetätigungsglieder mit Hydraulikmedium, vom Brennstoffversorgungssystem, vom Wellen- und Propellersystem und von den Zylinderinterfaceeinheiten erhalten. Einige Beispiele typischer Signalarten werden nun angeführt. Vom Turboladersystem können sich die Signale auf den Betriebszustand beziehen, wie etwa die Drehzahl und eventuelle Vibrationsparameter für Turbolader und Parameter für Ansaugluft und Auslaßgas, wie etwa Temperatur und Druck. Vom Spülluftsystem sind die Signale typischerweise Messungen des Drucks und der Temperatur im Spülluftempfänger. Die Hydrauliksystemsignale sind typischerweise Messungen des Zuführdrucks. Aus dem Brennstoffversorgungssystem können sich die Signale auf Temperatur und Druck für den den Zylindern zugeführten Brennstoff und ggf. Parameter für die Brennstoffbeschaffenheit beziehen. Aus dem Wellen- und Propellersystem können Signale bezüglich der Drehzahl der Welle und der augenblicklichen Steigung des Propellers im Falle eines CP-Propellers empfangen werden. Des weiteren können die Motorsteuereinheiten Signale von eventuellen Wellengeneratoren und vom Sicherheitssystem des Schiffes empfangen.The engine control units 4 For example, monitoring signals 7 from the turbocharger system of the engine, the scavenging air system, the system for supplying the cylinder actuators with hydraulic medium, the fuel supply system, the shaft and propeller system and the cylinder interface units. Some examples of typical types of signals will now be given. From the turbocharger system, the signals may refer to the operating condition, such as the speed and any turbocharger vibration parameters and parameters for intake and exhaust gases, such as temperature and pressure. From the purge air system, the signals are typically measurements of pressure and temperature in the purge air receiver. The hydraulic system signals are typically measurements of the delivery pressure. From the fuel supply system, the signals may relate to temperature and pressure for the fuel supplied to the cylinders, and possibly parameters for the fuel condition. From the shaft and propeller system signals can be received regarding the speed of the shaft and the instantaneous pitch of the propeller in the case of a CP propeller. Furthermore, the engine control units can receive signals from any wave generators and from the ship's security system.

Die Motorsteuereinheiten können beispielsweise äußere Regulierungssignale 8 von der Kommandobrücke des Schiffes, aus dem Motorsteuerraum oder von einem Notsteuerpult erhalten. Beispiele solcher Arten von Signalen könnten ein Befehl sein, den Motor zu starten oder zu stoppen, ein Befehl zur Belastungsänderung, eine manuelle Aktivierung spezifischer Betriebszustände oder Optimierungsparameter für den Motorbetrieb sein.The engine control units may, for example, external regulatory signals 8th obtained from the ship's command bridge, from the engine control room or from an emergency control panel. Examples of such types of signals could be a command to start or stop the engine, a load change command, manual activation of specific operating conditions, or optimization parameters for engine operation.

Die Motorsteuereinheiten führen vorzugsweise eine Gültigkeitsprüfung der empfangenen Sensorsignale aus. Falls ein Signal von einem oder mehreren Sensoren ausbleibt, kann die Motorsteuereinheit so eingerichtet sein, daß eine ungefähre Berechnung des fehlenden Signals auf der Basis der Signale von den anderen Sensoren und/oder auf der Basis früherer Signale der fehlenden Art durchgeführt wird, wobei die Näherungsberechnung eine vorbestimmte und vorprogrammierte Beschreibung des Zustandes des Motorteilsystems benutzt, zu dem das fehlende Signal gehört.The Run engine control units preferably a validity check of received sensor signals. If a signal from one or more Sensors fails, the engine control unit can be set up be that one approximate Calculation of the missing signal on the basis of the signals from the other sensors and / or based on previous signals of the missing Kind performed is, taking the approximate calculation a predetermined and preprogrammed description of the state of the Engine subsystem used, to which the missing signal belongs.

Die Motorsteuereinheiten geben Steuersignale 9 an die gemeinsamen Motoreinheiten ab. Diese können beispielsweise die Steuerung des hydraulischen Druckes in einem redundant aufgebauten hydraulischen Systems, des Luftdruckes in einem redundant aufgebauten Ansteuerungsluftsystem, des Brennstoffdruckes in einem redundant aufgebauten Brennstoffsystem, der Hilfsgebläse und Turbolader usw. betreffen.The engine control units give control signals 9 to the common motor units. These may include, for example, control of hydraulic pressure in a redundant hydraulic system, air pressure in a redundant drive air system, fuel pressure in a redundant fuel system, auxiliary blower and turbocharger, and so on.

Die Motorsteuereinheiten geben ferner Signale an die Zylinderinterfaceeinheiten 5 ab. Beispiele von Signalen zur Verwendung in einer Ausführungsform, in der die Berechnungen in den Interfaceeinheiten in dem möglichen Ausmaß vorgenommen werden, können Signale zur Wahl des augenblicklich gewünschten Betriebszustands und Signale zum Ändern der Motorbelastung sein. Die Interfaceeinheiten können beispielsweise vorprogrammierte Berechnungsroutinen für die Betriebsarten aufweisen: Start des Motors, Stop des Motors, Betrieb mit niedriger Belastung, Betrieb mit niedrigem Brennstoffverbrauch, Betrieb mit minimaler NOx-Bildung bei der Verbrennung, Betrieb mit steigender Motorbelastung, Betrieb mit fallender Motorbelastung, Betrieb mit unveränderter Belastung und Betrieb im Sicherheitszustand. In einer anderen Ausführungsform können die Berechnungen in dem möglichen Umfang in den Motorsteuereinheiten durchgeführt werden, was bedeutet, daß die Berechnungsroutinen für die verschiedenen Betriebszustände in den Motorsteuereinheiten gespeichert sind, die dann Signale an die Zylinderinterfaceeinheiten zum Öffnen und Schließen der Auslaßventile zu bestimmten Zeitpunkten, Signale zur Aktivierung der Brennstoffbetätigungsglieder, nämlich zeitspezifische Starts und Stops der Brennstoffeinspritzung, die intermittierend sein kann, aus einer fortlaufenden Einspritzung bestehen oder aus einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung zusammengesetzt sein kann, zeitspezifische Signale zur Betätigung der Zylinderschmierung und zeitspezifische Signale zur Anwendung von Ansteuerluft abgeben. Die erstere Ausführungsform kann vorzuziehen sein, da die dezentralisierten Berechnungen in den Interfaceeinheiten ein Steuersystem abgeben, das eine höhere Sicherheit und weniger Datenverkehr in den Kommunikationsleitungen erbringt. Natürlich ist es auch möglich, das Steuersystem als eine Zwischenlösung zwischen den beiden genannten Extremen auszubilden.The engine control units also provide signals to the cylinder interface units 5 from. Examples of signals for use in an embodiment in which the calculations in the interface units are made to the extent possible can include signals for selecting the current desired operating state and signals for changing the current state be the engine load. The interface units may include, for example, preprogrammed calculation routines for the modes of operation: starting the engine, stopping the engine, operating at low load, operating at low fuel consumption, operating at minimum NO x formation during combustion, operating at increasing engine load, operating at decreasing engine load, Operation with unchanged load and operation in safety state. In another embodiment, the calculations may be performed to the extent possible in the engine control units, which means that the calculation routines for the various operating conditions are stored in the engine control units, which then send signals to the cylinder interface units for opening and closing the exhaust valves at particular times, signals for activating the fuel actuators, namely time-specific fuel injection starts and stops, which may be intermittent, consist of a continuous injection or may be composed of a pilot injection and a main injection, provide time-specific signals for actuating the cylinder lubrication and time-specific signals for the application of control air. The former embodiment may be preferable because the decentralized calculations in the interface units provide a control system that provides higher security and less data traffic in the communication lines. Of course, it is also possible to design the control system as an interim solution between the two extremes.

Im Normalbetrieb empfangen die Zylinderinterfaceeinheiten 5 Signale von beiden oder allen Motorsteuereinheiten 4 und müssen eine Gültigkeitsüberprüfung der empfangenen Signale ausführen, wobei für jeden Signaltyp das Signal von nur einer der Motorsteuereinheiten gewählt wird. Das Risiko eines Berechnungsfehlers in einer ansonsten korrekt funktionierenden Motorsteuereinheit ist außerordentlich gering. Falls eine Motorsteuereinheit ein falsches Signal abgibt, würde dieses daher praktisch stets einem Fehler in den Eingangssignalen zu dieser Einheit zuzuschreiben sein, beispielsweise verursacht durch einen fehlerhaften Sensor bei der Motor überwachung. Daher kann eine Gültigkeitsüberprüfung in der Interfaceeinheit einen Vergleich der Größe des Signals von den verschiedenen Motorsteuereinheiten umfassen. Falls die Signale identisch sind oder voneinander um weniger als einen vorbestimmten Grenzwert abweichen, kann das Signal aus einer der Motorsteuereinheiten erste Priorität haben, so daß dieses Signal ausgewählt und von der Interfaceeinheit verwendet wird. Falls der Signalvergleich einen Unterschied zeigt, der größer ist als der vorbestimmte Grenzwert, können mehrere Möglichkeiten gewählt werden. Die einfachste Wahlmethode ist es, das Signal zu akzeptieren, das am wenigsten von dem vorherigen Gültigkeitssignal desselben Typs abweicht, vorausgesetzt, daß kein Signal der Änderung des Betriebszustandes empfangen worden ist. Falls der Betriebszustand geändert worden ist, kann das Signal gewählt werden, das am besten mit den vorprogrammierten Standardsignalwerten übereinstimmt, die zu dem neuen Betriebszustand gehören. Ein Vergleich mit solchen zum augenblicklichen Betriebszustand gehörenden Standardwerten kann auch als Auswahlmethode in dem Fall verwendet werden, in dem der Betriebszustand nicht geändert worden ist. Falls die empfangenen Signale vom gleichen Typ sämtlich aus vorbestimmten Intervallen herausfallen, die zu dem augenblicklichen Betriebszustand gehören, kann die Interfaceeinheit so vorprogrammiert sein, daß die empfangenen Signale zurückgewiesen werden und statt dessen ein vorbestimmter Signalwert verwendet wird, der einen sicheren, aber nicht optimalen Betrieb des Zylinders möglich macht. Zum Beispiel können bezüglich der Brennstoffversorgung die Signale zu einer Einspritzung einer verhältnismäßig kleinen Brennstoffmenge führen, und die Betätigung des Auslaßventils kann so gewählt werden, daß das Ventil in einer bekannten Weise geöffnet und geschlossen wird, die den Maximaldruck im Zylinder während der Verbrennung begrenzt, und im Falle der Zylinderschmierung kann eine vorbestimmte reichliche Menge an Schmieröl zugeteilt werden.In normal operation, the cylinder interface units receive 5 Signals from both or all engine control units 4 and must perform a validity check of the received signals, wherein for each signal type the signal from only one of the motor control units is selected. The risk of a calculation error in an otherwise correctly functioning engine control unit is extremely low. Therefore, if a motor control unit outputs an incorrect signal, this would always be due to an error in the input signals to this unit, for example caused by a faulty sensor in the engine monitoring. Therefore, a validity check in the interface unit may include a comparison of the magnitude of the signal from the various engine control units. If the signals are identical or deviate from one another by less than a predetermined limit, the signal from one of the motor control units may have first priority so that this signal is selected and used by the interface unit. If the signal comparison shows a difference greater than the predetermined threshold, several options can be chosen. The simplest choice method is to accept the signal that is least different from the previous validity signal of the same type, provided that no signal of change of operating state has been received. If the operating state has been changed, the signal that best matches the preprogrammed standard signal values associated with the new operating state may be selected. A comparison with such default values associated with the current operating state can also be used as a selection method in the case where the operating state has not been changed. If the received signals of the same type all fall out of predetermined intervals pertaining to the current operating state, the interface unit may be preprogrammed to reject the received signals and instead use a predetermined signal value providing safe, but not optimal operation makes the cylinder possible. For example, with respect to the fuel supply, the signals may result in injection of a relatively small amount of fuel and the actuation of the exhaust valve may be selected to open and close the valve in a known manner that limits the maximum pressure in the cylinder during combustion and in the case of cylinder lubrication, a predetermined abundant amount of lubricating oil may be allocated.

Falls nur ein Signal empfangen wird, kann die Gültigkeitsüberprüfung dieses auf der Grundlage der Annahme akzeptieren, daß das fehlende Signal von der anderen Motorsteuereinheit deren Ausfall oder einem Bruch der Kommunikationsleitungen zu dieser Einheit mit einem daraus folgenden Ausbleiben der Signalzuführung zuzuschreiben ist.If If only one signal is received, the validity check of this can be done on the basis of Accept acceptance that missing signal from the other engine control unit whose failure or a break in the communication lines to this unit with a resulting from the subsequent failure of the signal feed is attributed.

Die Kommunikationsleitungen 6 sind zumindest als Doppelverbindungen ausführt, so daß jede der Einheiten 4 und 5 mit zumindest zwei Kommunikationsleitungen verbunden ist und sie über jede der Leitungen miteinander kommunizieren können. Die Kommunikationsleitungen sind in der Zeichnung als Übertragungsleitungen mit mehreren Stationen gezeigt, nämlich offenen Strängen, an die die Einheiten parallel angeschlossen sind. Statt dessen können die Kommunikations- bzw. Übertragungsleitungen als Ringnetz ausgeführt werden, nämlich als geschlossene Stränge, mit denen die Einheiten parallel verbunden sind.The communication lines 6 are at least as double compounds, so that each of the units 4 and 5 is connected to at least two communication lines and they can communicate with each other via each of the lines. The communication lines are shown in the drawing as multi-station transmission lines, namely open strands to which the units are connected in parallel. Instead, the communication or transmission lines can be implemented as a ring network, namely as closed strands with which the units are connected in parallel.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Sensoreinrichtungen 3 sowohl mit den Einheiten 4 als auch den Einheiten 5 über gesonderte doppelte Signalleitungen 10 verbunden. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinrichtungen 3 mit der jeweiligen Motorsteuereinheit 4 über eine Signalleitung 10a verbunden. Wahlweise ist es auch möglich, die Sensoreinrichtungen 3 mit der Motorsteuereinheit der anderen Sensoreinrichtung über eine Signalleitung 10b zu verbinden, so daß beide Motorsteuereinheiten Signale von beiden Sensoreinrichtungen über getrennte, vorzugsweise galvanisch getrennte, Signaleingänge erhalten, was die Betriebssicherheit des Systems verbessert. In diesem Fall können die Motorsteuereinheiten so eingerichtet sein, daß sie eine Gültigkeitsüberprüfung der in den beiden oder mehr Signaleingängen von den Sensoreinrichtungen 3 empfangenen Signale ausführen. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Prozessoreinheit 3a zwischen die Sensoreinrichtungen 3 und die doppelten Kommunikationsleitungen 6 zum Umformen der von den Sensoren 3 empfangenen Im pulssignale in für die augenblickliche Position und Bewegung der Kurbelwelle repräsentative Signale eingesetzt, die bewirkt, daß diese Berechnungen zentral vor der Verteilung an die Einheiten 4 und 5 ausgeführt werden.In the in 1 Shown embodiment, the sensor devices 3 both with the units 4 as well as the units 5 via separate double signal lines 10 connected. In the in 2 Shown embodiment, the sensor devices 3 with the respective engine control unit 4 via a signal line 10a connected. Optionally, it is also possible to use the sensor devices 3 with the engine control unit of the other sensor device via a signal line 10b connect, so that both motor control units receive signals from both sensor devices via separate, preferably galvanically isolated, signal inputs, which improves the reliability of the system. In this case, the engine control units may be arranged to perform a validity check on the two or more signal inputs from the sensor devices 3 perform received signals. In the in 3 The embodiment shown is a processor unit 3a between the sensor devices 3 and the duplicate communication lines 6 for reshaping of the sensors 3 The pulse signals received are used in signals representative of the instantaneous position and motion of the crankshaft, which causes these calculations to be centralized prior to distribution to the units 4 and 5 be executed.

Die Zylinderinterfaceeinheiten 5 können auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Eine Möglichkeit besteht darin, sämtliche Berechnungen für Gültigkeitsüberprüfungen und Bestimmung der Betätigungsgliedsteuersignale in einem einzigen Kommunikations- und Kontrollprozessor zu sammeln, der mit den beiden getrennten Kommunikationsleitungen 6 und den verschiedenen einem einzigen Zylinder 2 zugeordneten Betätigungsgliedern verbunden ist. Eine andere Möglichkeit ist in 4 veranschaulicht, in der eine Zylinderinterfaceeinheit 5 einen Kommunikations- und Kontrollprozessor 12 und einen Zeitsteuerprozessors 13 umfaßt, die, z. B. über einen internen Bus 14 in der Einheit 5, miteinander kommunizieren. Der Zeitsteuerprozessor 13 wird mit Impulssignalen 15 von den Sensoreinrichtungen 3 versorgt. Dieses kann über die Signalleitungen 10 erfolgen, wie in 1 gezeigt.The cylinder interface units 5 can be designed in various ways. One possibility is to collect all calculations for validity checks and determination of the actuator control signals in a single communication and control processor connected to the two separate communication lines 6 and the different one single cylinder 2 associated actuating members is connected. Another possibility is in 4 illustrates in which a cylinder interface unit 5 a communication and control processor 12 and a timing processor 13 includes, which, for. B. via an internal bus 14 in the unit 5 , communicate with each other. The timing processor 13 becomes with pulse signals 15 from the sensor devices 3 provided. This can be done via the signal lines 10 done as in 1 shown.

Der Prozessor 12 in 4 liefert Steuersignale an ein Betätigungsglied 16 in einer Brennstoffeinheit zur Brennstoffzufuhr. Das Betätigungsglied wird durch die Signale in der Weise betätigt, daß eine Brennstoffeinspritzung über eine Anzahl von Einspritzdüsen 17 mit der gewünschten Zeiteinstellung im Verhältnis zu dem Motorarbeitsspiel ausgeführt wird. Die Brennstoffeinheit kann eine Brennstoffpumpe aufweisen, die mittels des Betätigungsglieds hydraulisch betrieben und elektronisch gesteuert wird und die mit einer Versorgungsquelle für Brennstoff mit verhältnismäßig niedrigem Druck verbunden ist. Bei der Betätigung liefert die Brennstoffpumpe Brennstoff mit einem hohen Druck an eine oder mehrere Einspritzdüsen. In einer anderen Ausführung kann die Brennstoffeinheit mit einer Hochdruckquelle für Brennstoff verbunden sein und Steuerventile enthalten, die durch das Betätigungsglied zum Ingangsetzen und Abschließen des Einspritzvorgangs geöffnet und ge schlossen werden, d. h. ein Brennstoffsystem vom sogenannten Typ des gemeinsamen Stranges (common rail).The processor 12 in 4 provides control signals to an actuator 16 in a fuel unit for fuel supply. The actuator is actuated by the signals in such a manner that a fuel injection via a number of injection nozzles 17 is performed with the desired timing in relation to the engine work cycle. The fuel assembly may include a fuel pump hydraulically operated and electronically controlled by the actuator and connected to a relatively low pressure fuel supply source. Upon actuation, the fuel pump delivers fuel at a high pressure to one or more injectors. In another embodiment, the fuel assembly may be connected to a high pressure source of fuel and may include control valves that are opened and closed by the actuator to initiate and complete the injection event, ie, a so-called common rail type fuel system.

Der Prozessor 12 liefert ferner Steuersignale an eine Zylinderschmiereinheit 18, derart, daß diese Schmiermittelmengen zuteilt, die an die augenblicklichen Betriebszustände angepaßt sind, vorzugsweise derart, daß die Dosierung zu spezifischen Zeitpunkten des Motorarbeitsspiels stattfindet.The processor 12 further supplies control signals to a cylinder lubrication unit 18 in that it allocates amounts of lubricant adapted to the current operating conditions, preferably such that the metering takes place at specific times of the engine working cycle.

Wenn der Zeitsteuerprozessor 13 mit mehr als einem Sensor 3 über gesonderte Signalleitungen 10 verbunden ist, führt er eine Gültigkeitsprüfung der empfangenen Impulssignale aus. Die Gültigkeitsprüfung der Sensorsignale ist einfach durchzuführen, da gut definierte und verhältnismäßig enge Grenzen dafür vorliegen, wie schnell der Motor seine Drehzahl ändern kann. In ihrer einfachsten Ausführung kann die Gültigkeitsprüfung vorsehen, daß ein Signal die erste Priorität hat und daß dieses Signal verwendet wird, solange es sich in einem vorbestimmten Intervall hält, und daß das andere Signal verwendet wird, wenn das erste Signal ausbleibt oder aus dem Intervall herausfällt.When the timing processor 13 with more than one sensor 3 via separate signal lines 10 connected, it performs a validity check of the received pulse signals. The validation of the sensor signals is easy to do, since well-defined and relatively narrow limits exist for how fast the motor can change its speed. In its simplest form, the validation may provide that one signal has the first priority and that this signal is used as long as it is at a predetermined interval and that the other signal is used when the first signal is absent or drops out of the interval ,

Der Zeitsteuerprozessor kann beispielsweise die empfangenen Impulssignale in Signale umrechnen, die für die augenblickliche Winkelposition und Bewegung der Kurbelwelle repräsentativ sind, und er kann beispielsweise die Zeitpunkte während des Motorarbeitsspiels berechnen, bei denen verschiedene Steuersignale zu den Betätigungsgliedern der Zylinder zuzuführen sind und er kann in Übereinstimmung hiermit die notwendigen Signale an den Prozessor 12 senden. Der Zeitsteuerprozessor kann ferner Steuersignale direkt an ein Betätigungsglied 19 für ein Auslaßventil 20 und bei Start und Reversieren auch Steuersignale direkt an ein Betätigungsglied 21 für ein Ansteuerluftventil liefern.For example, the timing processor may convert the received pulse signals into signals representative of the instantaneous angular position and motion of the crankshaft, and may, for example, calculate the times during engine work cycles at which various control signals are to be applied to the actuators of the cylinders hereby the necessary signals to the processor 12 send. The timing processor may further provide control signals directly to an actuator 19 for an exhaust valve 20 and at start and reversing also control signals directly to an actuator 21 supply for a control air valve.

Die 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Interfaceeinheit 5 einen gesonderten Unterprozessor 22 zur Durchführung der Berechnungen des Brennstoffeinspritzverlaufs aufweist. In diesem Fall kann der Zeitsteuerprozessor 13 Daten über die Zylinderzeitsteuerung sowohl an den Prozessor 12 als auch an den Unterprozessor 22 liefern. Der Prozessor 12 bestimmt die Steuersignale an die Betätigungsglieder 18, 19 und 21 für die Zylinderschmierung, das Auslaßventil 20 und die Ansteuerluftanwendung.The 5 shows an embodiment in which the interface unit 5 a separate sub-processor 22 for performing the calculations of the fuel injection history. In this case, the timing processor can 13 Data about the cylinder timing both to the processor 12 as well as to the sub-processor 22 deliver. The processor 12 determines the control signals to the actuators 18 . 19 and 21 for cylinder lubrication, the exhaust valve 20 and the driving air application.

Die 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei unabhängige Interfaceeinheiten von etwa dem gleichen Typ wie dem in 4 gezeigten in einem gemeinsamen Außengehäuse zusammengfaßt sind. Die Interfaceeinheiten 5 umfassen zwei gesonderte Kommunikations- und Kontrollprozessoren 12 mit jeweiligem Zeitsteuerprozessor 13. Der eine Prozessor 12 steuert die Brennstoffzuführung über das Betätigungsglied 16 und steuert ein Betätigungsglied 18 für die Zylinderschmierung. Der andere Prozessor 12 steuert das Auslaßventil 20, die Ansteuerungsluftanwendung und ein zweites Betätigungsglied 18 für eine gesonderte Zylinderschmierung bei demselben Zylinder.The 6 shows an embodiment in which two independent interface units of about the same type as in FIG 4 are summarized in a common outer housing summarized. The interface units 5 comprise two separate communication and control processors 12 with respective timing processor 13 , The one processor 12 controls the fuel supply via the actuator 16 and controls an actuator 18 for cylinder lubrication. The other processor 12 controls the exhaust valve 20 , the control air application and a second actuator 18 for a separate cylinder lubrication for the same cylinder.

Der Kommunikations- und Kontrollprozessor 12 kann die in 7 gezeigte Ausführung aufweisen. Die Verbindung mit den beiden Kommunikationsleitungen 6 findet über zwei gesonderte Leitungstreiber/Empfänger 22 statt, die beispielsweise vom Typ RS485 sein können. Eine Stromquelle 23, die eine 24-V-Batterie sein kann, ist über einen Stromkreis 24 parallel verbunden mit zwei Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlern 25, die galvanisch getrennte Ein- und Ausgänge besitzen und entsprechende Kommunikationskreise mit Spannung von beispielsweise 5 V versehen. Jeder Kreis 22 ist mit einem zugehörigen Kommunikationskontrollglied 26 über eine Anzahl von, etwa 3, Signalwegen 27 verbunden, die ein galvanisch getrenntes Glied 28, wie etwa einen Optokoppler oder einen Kondensator, enthalten. Über einen internen Bus 29 sind die Kontrollglieder 26 mit einem Prozessor 30 verbunden, der so programmiert ist, daß er die Signalgültigkeitsüberprüfung und die Ausführung der gewünschten Berechnungen durchführt. Über einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 31 ist der Prozessor 30 mit der Stromquelle 23 verbunden. Dieser Aufbau gewährleistet, daß zwei Kommunikationsleitungen 6 mit zugehörigen Einheiten im Kommunikations- und Kontrollprozessor vollständig elektrisch getrennt sind, wobei der Prozessor 30 ebenfalls von den Kreisen 22 elektrisch getrennt ist. Somit kann eine Spannungsüberlastung der einen Verbindungsleitung 6, wie etwa aus einer fehlerhaften Verbindung mit einer 220-V-Stromquelle mit daraus folgender Zerstörung der direkt mit der Leitung verbundenen Kreise 22 nicht zu irgendeiner Beschädigung des Prozessors 30 oder der anderen Leitung mit den direkt mit dieser verbundenen Kreisen 22 führen.The communication and control processor 12 can the in 7 have shown embodiment. The connection with the two communication lines 6 finds over two separate line drivers / receivers 22 instead, which can be of the type RS485, for example. A power source 23 , which can be a 24V battery, is via a circuit 24 connected in parallel with two DC / DC converters 25 , which have galvanically isolated inputs and outputs and provide corresponding communication circuits with voltage of 5 V, for example. Every circle 22 is with an associated communication controller 26 over a number of, about 3, signaling paths 27 connected, which is a galvanically isolated member 28 such as an optocoupler or a capacitor. Via an internal bus 29 are the control members 26 with a processor 30 which is programmed to perform the signal validity check and the execution of the desired calculations. About a DC / DC converter 31 is the processor 30 with the power source 23 connected. This construction ensures that two communication lines 6 with associated units in the communication and control processor are completely electrically isolated, wherein the processor 30 also from the circles 22 is electrically isolated. Thus, a voltage overload of a connecting line 6 such as from a faulty connection to a 220 V power source with consequent destruction of the circuits directly connected to the line 22 not to any damage to the processor 30 or the other line with the circles directly connected to it 22 to lead.

Wie oben erwähnt, wird die Zylinderschmierung jedes Zylinders 2 vorzugsweise von zwei unabhänigen Prozessoren oder zwei Zylinderinterfaceeinheiten 5 gesteuert. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der jeder Zylinder mit zwei Interfaceeinheiten verbunden ist, von denen jede die Schmierung eines Teils der Schmierstellen 32 der Zylinderlaufbuchse vornimmt. Jede Schmierstelle kann eine spezifische Dosiereinrichtung aufweisen, oder sie besitzen eine Dosiereinheit, die Schmieröl an mehrere Schmierstellen liefert. Im ersten Fall veranschaulichen die Ringe 33 eine Signalleitung zu den Dosiereinrichtungen, und im zweiten Fall veranschaulichen sie Verteilerleitungen für Schmieröl von den Dosiereinheiten zu den Schmierstellen.As mentioned above, the cylinder lubrication of each cylinder 2 preferably two independent processors or two cylinder interface units 5 controlled. 8th shows an embodiment in which each cylinder is connected to two interface units, each of which lubricates a portion of the lubrication points 32 the cylinder liner makes. Each lubrication point may have a specific metering device, or they may have a metering unit that delivers lubricating oil to multiple lubrication points. In the first case, the rings illustrate 33 a signal line to the metering devices, and in the second case, they illustrate manifolds for lubricating oil from the metering units to the lubrication points.

9 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der jeder Zylinder eine Interfaceeinheit 5 aufweist und bei der die Steuerung der Schmierung der Zylinder paarweise ausgeführt wird, derart, daß die einem Zylinder eines Paares zugeordnete Interfaceeinheit die Schmierung bei einem Teil der Schmierstellen an ihrem eigenen Zylinder und die Schmierung an einem Teil der Schmierstellen des anderen Zylinders des Paares steuert. 9 illustrates an embodiment in which each cylinder is an interface unit 5 and in which the control of the lubrication of the cylinders is performed in pairs such that the interface unit associated with one cylinder of a pair controls lubrication at a portion of the lubrication points on its own cylinder and lubrication at a portion of the lubrication points of the other cylinder of the pair.

Einzelheiten des Aufbaus der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung können kombiniert werden, um innerhalb des Rahmens der Erfindung weitere Ausführungsformen zu schaffen. Einer oder beide der gesonderten Prozessoren 12, 13, die in 6 gezeigt sind, können beispielsweise so ausgebildet sein, wie in 5 gezeigt, und die Betätigungsglieder 16, 18, 19 und 21 können von anderen Prozessoren als den in der Zeichnung gezeigten gesteuert werden.Details of the construction of the various embodiments of the invention described above may be combined to provide further embodiments within the scope of the invention. One or both of the separate processors 12 . 13 , in the 6 For example, as shown in FIG 5 shown, and the actuators 16 . 18 . 19 and 21 can be controlled by processors other than those shown in the drawing.

Claims (12)

Mehrzylindriger Verbrennungsmotor (1) mit einem elektronischen Steuersystem, insbesondere Zweitakt-Kreuzkopfmotor zum Antrieb eines Schiffes, bestehend aus einer ersten zentralen Motorsteuereinheit (4) und zumindest einer Zylinderinterfaceeinheit (5) für jeden Zylinder (2), wobei die Zylinderinterfaceeinheiten (5) Steuersignale zumindest an Betätigungsglieder (16) für die Brennstoffeinspritzung in die Zylinder in Abhängigkeit von von der Motorsteuereinheit empfangenen Signalen abgeben und das Steuersystem Steuersignale an Betätigungsglieder (19) für die Austrittsventile (20) der Zylinder und ggf. an Betätigungsglieder für andere Zylinderkomponenten liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem ferner zumindest eine weitere zentrale Motorsteuereinheit (4) umfaßt, die parallel mit der ersten zentralen Motorsteuereinheit (4) arbeitet, daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit (5) zumindest einen Kommunikations- und Kontrollprozessor (12) umfaßt, der auf der Basis der von der ersten oder der zweiten zentralen Motorsteuereinheit (4) empfangenen Signale eine Signalverarbeitung zur Bestimmung der Betätigungsgliedsteuersignale vornimmt, daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit (5) über gesonderte Signalleitungen (10) mit mehreren Sensoreinrichtungen (3) zum Erfassen der Winkelstellung und Bewegung der Kurbelwelle verbunden ist und daß die jeweilige Zylinderinterfaceeinheit (5) über zumindest zwei gesonderte Kommunikationsleitungen (6) mit den zentralen Motorsteuereinheiten verbunden ist.Multi-cylinder internal combustion engine ( 1 ) with an electronic control system, in particular two-stroke crosshead engine for propulsion of a ship, consisting of a first central engine control unit ( 4 ) and at least one cylinder interface unit ( 5 ) for each cylinder ( 2 ), whereby the cylinder interface units ( 5 ) Control signals at least at actuators ( 16 ) for the fuel injection into the cylinders in response to signals received from the engine control unit and the control system sends control signals to actuators ( 19 ) for the outlet valves ( 20 ) provides the cylinder and possibly actuators for other cylinder components, characterized in that the control system further comprises at least one further central engine control unit ( 4 ) in parallel with the first central engine control unit ( 4 ), that the respective cylinder interface unit ( 5 ) at least one communication and control processor ( 12 ) based on the first or the second central engine control unit ( 4 ) receives signal processing for determining the actuator control signals that the respective cylinder interface unit ( 5 ) via separate signal lines ( 10 ) with several sensor devices ( 3 ) is connected for detecting the angular position and movement of the crankshaft and that the respective cylinder interface unit ( 5 ) via at least two separate communication lines ( 6 ) is connected to the central engine control units. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderinterfaceeinheit einen Zeitsteuerprozessor (13) umfaßt, der mit Impulssignalen von den Sensoreinrichtungen (3) beliefert wird.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the cylinder interface unit comprises a timing processor ( 13 ), which is supplied with pulse signals from the sensor devices ( 3 ) is supplied. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zylinderinterfaceeinheit (5) von der Motorsteuereinheit (4) empfangenen Signale die Grundparameter für die Berechnung der Betätigungsgliedsteuersignale enthalten.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the cylinders in the cylinder interface unit ( 5 ) from the engine control unit ( 4 ) contain the basic parameters for the calculation of the actuator control signals. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung im Kontrollprozessor (12) den gewünschten Einspritzverlauf und die zugehörigen Steuersignale berechnet.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the signal processing in the control processor ( 12 ) calculates the desired injection curve and the associated control signals. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Motorsteuereinheit (4) empfangenen Grundparameter Daten über die augenblickliche und die gewünschte Motorbelastung enthalten und der Kontrollprozessor (12) zumindest die belastungsabhängige Dosierungsmenge von Brennstoff und die zugehörigen Betätigungsgliedsteuersignale berechnet.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that that of the engine control unit ( 4 basic parameters contain data on the instantaneous and the desired engine load and the control processor ( 12 ) calculates at least the load-dependent dosage amount of fuel and the associated actuator control signals. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollprozessor ein Signal zur Korrektur für bauliche Ungenauigkeiten in der Brennstoffdosierung zu den Zylindern an zumindest eine weitere Zylinderinterfaceeinheit (5) und/oder die Motorsteuereinheiten (4) abgibt.Internal combustion engine according to Claim 5, characterized in that the control processor sends a signal for correction of structural inaccuracies in the fuel metering to the cylinders to at least one further cylinder interface unit ( 5 ) and / or the engine control units ( 4 ). Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsteuerprozessor (13) die Steuersignale mit der Position der Kurbelwelle synchronisiert.Internal combustion engine according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the time control processor ( 13 ) synchronizes the control signals with the position of the crankshaft. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderinterfaceeinheit (5) einen gesonderten, die Brennstoffeinspritzung steuernden Unterprozessor (22) umfaßt.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cylinder interface unit ( 5 ) a separate fuel injection controlling sub-processor ( 22 ). Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (3) Signale direkt an sowohl die zentralen Motorsteuereinheiten (4) als auch direkt an die Zylinderinterfaceeinheiten (5) liefern.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sensors ( 3 ) Signals directly to both the central engine control units ( 4 ) as well as directly to the cylinder interface units ( 5 ) deliver. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollprozessor (12) Steuersignale an ein Betätigungsglied (16) in einer Brennstoffeinheit liefert, die mit einer Hochdruckquelle für Brennstoff in einem Brennstoffsystem vom sog. Speichereinspritzungstyp (common rail) verbunden ist.Internal combustion engine according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the control processor ( 12 ) Control signals to an actuator ( 16 ) in a fuel unit connected to a high pressure fuel source in a so-called common rail fuel system. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuereinheiten (4) externe Steuersignale von der Kommandobrücke des Schiffes, wie etwa vom Motorpersonal abgegebene Steuerbefehle, empfangen.Internal combustion engine according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the engine control units ( 4 ) receive external control signals from the command bridge of the ship, such as commands issued by the engine operator. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuereinheiten (4) Signale (7) von dem System zur Versorgung der Zylinderbetätigungsglieder mit Hydraulikflüssigkeit und vom Brennstoffzufuhrsystem empfangen und sie Steuersignale (9) an gemeinsame Motoreinheiten abgeben.Internal combustion engine according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the engine control units ( 4 ) Signals ( 7 ) are received by the system for supplying the cylinder actuators with hydraulic fluid and from the fuel supply system and they receive control signals ( 9 ) to common motor units.
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