[0001] Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkaftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere
einen Zweitakt-Dieselmotor.
[0002] Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Dieselmotoren werden als Hauptmaschine
für Schiffsantriebe aber auch als Stationär-Anlagen zur Stromerzeugung angewendet.
Diese Maschinen haben eine Steuerwelle (Nockenwelle), welche die Brennstoffpumpen
über auf dieser befindlichen Nocken betätigen, ausserdem werden die Gaswechselventile
über diese Steuerwelle über Nocken und Stossstangen bzw. durch Nocken betätigte Pumpen,
sogenannte hydraulische Stossstangen und Kolbenantriebe betätigt. Die Steuerwelle
selbst stellt schon einen grossen konstruktiven Aufwand dar und zwar wegen ihrer Länge
über die Gesamtlänge des Motors, der grossen Masse, der mittels Öldruck zu schmierenden
Lager des Umsteuermechanismus bei in beiden Drehrichtungen arbeitenden Maschinen und
nicht zuletzt wegen der erforderlichen mindestens zwei (bis vier) Zahnräder (und/oder
Ketten) zum Antrieb derselben durch die Kurbelwelle. Ferner sind Vorrichtungen zur
Dämpfung von Torsionsschwingungen erforderlich.
[0003] Die Nachteile dieser Bauart liegen darin, dass einerseits die Zeitpunkte für den
Einspritzbeginn, das Öffnen und Schliessen der Gaswechselventile durch die jeweiligen
Nocken fest vorgegeben sind und andererseits zum variablen Betätigen der Gaswechselventile
und/oder für einen variablen Einspritzbeginn grössere konstruktive Aufwendungen notwendig
sind.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren
Zylindern unter Vermeidung der genannten Nachteile zu verbessern.
[0005] Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind darin zu sehen, dass aus der Anwendung
der elektronischen Steuerung eine kostengünstigere Ausführung der Maschine, ein geringerer
Brennstoffverbrauch, ein geringerer Schadstoffausstoss, eine geringe Erwärmung der
Bauteile, eine einfachere Wartung und ein zuverlässigerer Betrieb folgt. Im weiteren
wird der Betrieb der Maschine mit einer Drehzahl von weniger als 25 % der Nenndrehzahl
verbessert, was insbesondere bei langsamer Fahrt durch enge Gewässer den kontinuierlichen
Betrieb der Maschine durch verbesserten Rundlauf ermöglicht.
[0006] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
[0007] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Zweitakt-Dieselmotor;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der Maschine gemäss Fig. 1;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Einspritzvorrichtung;
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung eines Gaswechselsystems;
- Fig. 5
- ein Blockschema der Steuerung für die Maschine;
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung einer Einspritzvorrichtung
und
- Fig. 7
- eine Einzelheit A in Fig.4.
[0008] Es wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Die Fig. 1 zeigt einen Zweitakt - Dieselmotor
der z.B. vier nicht dargestellten Zylindern aufweist und bei welchem das Zusammenspiel
zwischen Gaswechselventilbewegung, Brennstoffzufuhr und Kolbenstellung elektronisch
gesteuert wird. Die Maschine hat ein an der Kurbelwelle montiertes erstes Zahnrad
1 und ein zweites Zahnrad 2, das mit dem ersten Zahnrad kämmt. Das zweite Zahnrad
2 ist bei einem mechanischen Antrieb für Hilfsenergie vorhanden und kann bei bestimmten
Zylinderzahlen zum Antrieb der Kompensation der Massenkräfte zweiter Ordnung benutzt
werden. Die Maschine enthält Hochdruckpumpen 3, vorzugsweise Saugdrosselpumpen mit
variablen Förderdruck für den Brennstoff, einen Druckregleraktuator 4, Akkumulatoren
5 für den Brennstoff, die über Rohrleitungen 6 mit den Hochdruckpumpen in Verbindung
stehen, Druckpumpen 7, 107 für Steueröl und Akkumulatoren 8,108 für Steueröl, die
über eine Rohrleitung 109 mit der Druckpumpe 107 in Verbindung stehen, wobei jeweils
nur eine Pumpe, ein Akkumulator und eine Rohrleitung dargestellt sind. Die Hochdruckpumpe
3 für den Brennstoff wird durch das zweite Zahnrad 2 angetrieben und die Pumpe 107
für das Steueröl wird durch einen Hilfsmotor angetrieben.
[0009] Wie die Figur 2 zeigt ist für einen Zylinder ein Einspritzsystem 11, das mit dem
Akkumulator 5 als auch mit dem zweiten Akkumulator 108 in Verbindung steht und ein
Gaswechselsystem 12 vorgesehen, das mit einem dritten Akkumulator 8 in Verbindung
steht.
[0010] Die Akkumulatoren 5, 108 sind rohrähnliche Bauteile mit oder ohne Einbauten. Bei
den Akkumulatoren ohne Einbauten beruht die Volumenspeicherung vorzugsweise einzig
auf der Elastizität der zu speichernden Medien. Am Akkumulator 5 für den Brennstoff
ist ein Sicherheitsventil 16, das den Druck im Akkumulator auf einen festen Maximalwert
begrenzt und ein Drucksensor 17 vorgesehen, der den Druck im Akkumulator feststellt.
[0011] Die Druckpumpen 7, 107 der Akkumulator 8, 108 für Arbeitsöl bzw. Steueröl sowie Vorsteuerventile
14 bilden jeweils ein hydraulisches System zur Steuerung des Einspritzsystems und
des Gaswechselsystems, wobei jeder Pumpe ein Filter 13 vorgeschaltet und jeder Akkumulator
8, 108 mit einem Drucksensor 18, 19 versehen ist. In den Zu- und Ablauf des hydraulischen
Steuersystems sowie in die Brennstoffleitung zwischen Akkumulator 5 und Einspritzsystem
11 sind Ventile 40, 41, 42 eingebaut, welche erlauben, das Einspritzsystem jedes einzelnen
Zylinders vom Motor abzutrennen, so dass Reparaturen am Einspritzsystem bei laufendem
Motor durchgeführt werden können.
[0012] Die Maschine weist eine elektronische Steuervorrichtung auf. Zum Feststellen der
Drehzahl der Kurbelwelle und des Kurbelwinkels sind Winkelgeber 25 über mechanische
Mittel mit der Kurbelwelle schlupf- und spielfrei verbunden, wobei zwischen dem zweiten
Zahnrad 2 und den Winkelgebern 25 ein Getriebe (nicht dargestellt) vorgesehen werden
kann, so dass die Winkelgeber mit der Motordrehzahl drehen. Es sind zwei Referenzgeber
26 vorgesehen, um den Synchronismus zwischen der Kurbelwelle und dem Winkelgeber zu
überwachen.
[0013] Die Steuervorrichtung enthält mindestens eine Zentraleinheit 21, ein Steuermodul
22 für jeden Zylinder, eine Fernsteuerung 23 und einen Drehzahlregler 24. Die Zentraleinheit
21 und die Steuermodule 22 sind über ein Datenbus vernetzt bilden aber eigenständige
Steuereinheiten mit einem fest zugewiesenen Aufgabenbereich. Die Fernsteuerung 23
ist mit der Zentraleinheit sigalübertragend verbunden. Die Drucksensoren 17, 18 und
19 sind mit Zentraleinheit 21 verbunden. Die Zentraleinheit 21 ist ferner mit dem
Druckregleraktuator bzw. Druckregleraktuatoren 4 der Hochdruckpumpen 3 für Brennstoff
und dem Druckstellglied bzw. Druckstellgliedern der Hochdruckpumpe bzw. Druckpumpen
7 für Arbeitsöl verbunden. Das Steuermodul 22 ist mit den Vorsteuerventilen 14 des
Einspritzsystems 11 und des Gaswechselsystems 12 sowie einem Messystem 71 des Gaswechselsystems
und einem Messystem 36 zur volumetrischen Einspritzung verbunden (Fig. 7).
[0014] Die Zentraleinheit 21 enthält einen Speicher, in welchem sämtliche den Motor betreffende
Funktionen gespeichert sind. Die Steuermodule enthalten ebenfalls einen Speicher,
in welchen die den Zylinder betreffenden Funktionen abgelegt sind.
[0015] Die Zentraleinheit 21 bildet die Schnittstelle der motorrelevanten Sensoren, dem
Drehzahlregler und der Fernsteuerung (Operator Interface) zu den Steuereinheiten der
Zylinder. Zudem ist sie für die Regelung der Drücke in den verschiedenen Medien zuständig.
[0016] Entsprechend den zugeführten Daten wird in der Zentraleinheit der momentane und der
gewünschte Betriebszustand des Motors festgelegt und den Steuermodulen 22 über den
Bus mitgeteilt.
[0017] Die Steuermodule 22 bestimmen diesen Daten entsprechend den Einspritzzeitpunkt, die
Einspritzmenge sowie die Gaswechsel-Steuerzeiten unter Berücksichtigung der zylinderindividuellen
Offsets und Totzeiten. Aus Sicherheitsgründen ist bei dieser Ausführung die Zentraleinheit
21 in redundanter Form vorzusehen. Der Ausfall eines Steuermoduls 22 wird in Kauf
genommen, da trotz des Ausfalls eines Zylinders die Betriebserhaltung gewährleistet
ist.
[0018] Als Ausführungsvariante mit nur einer Zentraleinheit 21 kann diese nur noch die Funktionen
als Druckregler und als Schnittstelle zum Operator beinhalten. Diese beiden Funktionen
sind mit einem von der Zentraleinheit unabhängigen, einfachen Backup-System abgesichert.
Alle übrigen Daten und Funktionen sind in jeder einzelnen Steuereinheit 22 integriert,
womit der Motor sowohl beim Ausfall der Zentraleinheit 21, als auch einer Steuereinheit
22 betriebsfähig bleibt.
[0019] Nachfolgend wird das Einspritzsystem 11 beschrieben, das für jeden der vier Zylinder
z.B. drei Brennstoffdüsen 31 und eine Einspritzvorrichtung 32 umfasst und der ein
oder mehrere Vorsteuerventile 14 zugeordnet sind.
[0020] Die Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Einspritzvorrichtung 32 in der Grundstellung.
Die Einspritzvorrichtung enthält einen Dosierkolben 34, einen Ventilschieber 35 und
eine Wegaufnehmersystem 36 zur Überwachung der Stellung des Dosierkolbens, um eine
volumetrische Einspritzung zu realisieren. Der Dosierkolben 34 ist als Differenzkolben
ausgebildet. Der Dosierkolben 34 ist in einer Dosierkammer 37 angeordnet, in welche
einerseits ein Verbindungskanal zum Akkumulator 5 mündet und die andererseits mit
einem Kanal 140 in Verbindung steht. Dieser Kanal verbindet eine Kammer 141 und eine
Kammer 142, wobei mit Vorteil die Länge des Kanals kurz ausgelegt ist, um dynamische
Druckunterschiede gering zu halten und ein selbstständiges Öffnen des Ventilschiebers
zu verhindern. In die Kammer 141 mündet eine Blindbohrung 143. In der Kammer 141 ist
eine Feder 145 angeordnet, die einerseits am Ventilschieber 35 und andererseits in
der Kammer 141 abgestützt und dazu bestimmt ist, den Ventilschieber in der Grundstellung
zu halten. Am Ventilschieber 35 sind ein Ventilsitz 38
I und zwei Steuerkanten 38
II und 38
IV ausgebildet. Der Ventilschieber 35 ist im Gehäuse angeordnet und bildet mit diesem
Spaltdichtungen 38
III, 38
V und 39. Der Ventilschieber 35 weist einen Kolben 144 auf, der in die Blindbohrung
hineinragt. In den Einspritzkanal zweigt ein Rücklaufkanal für Brennstoff ab, der
mit einer Blende 30 versehen ist, so dass bei hängengebliebener Düsennadel keine Brennstoffeinspritzung
erfolgt, weil der Brennstoff über die Blende in den drucklosen Raum abfliesst.
[0021] Das Vorsteuerventil ist als ein Umschaltventil ausgebildet und muss eine positive
Überdeckung zwischen den Schaltstellungen aufweisen, um ein Leerlaufen des zweiten
Akkumulators 108 bei hängengebliebenen Ventilkolben zu verhindern.
[0022] Ferner ist eine nicht dargestellte Einheit vorgesehen, um jeden Zylinder in Abhängigkeit
der Last und/oder des Kurbelwinkels mit Schmiermittel zu versorgen.
[0023] Nachfolgend wird die Funktion des Einspritzsystems beschrieben. In der Grundstellung
des Ventilschiebers 35 strömt Brennstoff vom Akkumulator 5 über die Steuerkante 38
IV des Ventilschiebers 35 in die Dosierkammer 37. Wegen der Flächendifferenz läuft der
beidseits mit Akkudruck beaufschlagte Dosierkolben 34 in seine definierte Endstellung.
Der Dosierkolben 34 und der Ventilschieber 35 sperren den Durchfluss von Brennstoff
aus dem Akkumulator 5 zu den Brennstoffdüsen 31 und verhindern ein Auslaufen des Akkumulators
5, wenn z.B. die Düsennadel einer Brennstoffdüse hängengeblieben ist. Ferner strömt
Brennstoff über den Kanal 140 in die Kammern 141 und 142, so dass in diesen der gleiche
Druck herrscht. Dies hat den Vorteil, dass der Ventilschieber nur aufgrund eines Steuerbefehls
betätigt werden kann.
[0024] Das Vorsteuerventil 14 wird durch das Steuermodul 22 geschaltet, so dass Steueröl
aus dem Akkumulator 108 auf den Steuerkolben 39 des Ventilschieber 35 gelangt und
diesen verschiebt. Wegen der positiven Überdeckung zwischen dem Ventilsitz 38
I und der Steuerkante 38
II schliesst 38
IV bevor 38
II sich öffnet. Bei offener Steuerkante 38
II besteht eine Verbindung zwischen der Dosierkammer 37 und den Brennstoffdüsen 31.
Durch die Verschiebung des Ventilschiebers 35 wird der Kolben 144 in die Blindbohrung
143 verschoben, wobei durch die Steuerkante 147 die Bremsung der Bewegung des Ventilschiebers
eingeleitet und in besonders vorteilhafter Weise eine Dämpfung erzielt wird.
[0025] Die Rückseite des Dosierkolbens ist mit dem Akkumulator 5 verbunden und der Druck
in diesem verschiebt Brennstoff zur Brennstoffdüse 31 solange, bis das Brennstoffvolumen
dem Produkt Dosierkolbenfläche mal Dosierkolbenhub entspricht, um den von dem Drehzahlregler
vorgegebenen Drehzahlwert zu erhalten, d.h. es wird eine volumetrische Brennstoffzumessung
realisiert. Die Verschiebung des Dosierkolbens 34 wird mittels des Messersystems 36
erfasst und das Steuermodul 22 schaltet das Vorsteuerventil 14 um, so dass beim Ventilschieber
35 zuerst die Steuerkante 38
II schliesst und anschliessend die Steuerkante 38
IV öffnet. Dadurch wird die Brennstoffzufuhr zur Brennstoffdüse 31 unterbrochen.
[0026] Jeder Brennstoffdüse 31 ist ein Ventilschieber 35 zugeordnet, so dass die Brennstoffdüsen
für jeden Zylinder unabhängig voneinander gesteuert werden können und alle Einspritzmöglichkeiten,
wie z.B. einfache Einspritzung - einfach oder mehrfach unterbrochene Einspritzung
- verschieden lange Einspritzzeiten an den einzelnen Brennstoffdüsen jeweils auch
mit zyklischer oder stochastischer Vertauschung durchführbar sind (Fig.2). Es ist
von Vorteil, wenn die Brennstoffdüse mit einer Dämpfung für die Düsennadel versehen
ist. Hierzu ist eine Kammer 148 und ein Kanal 149 im Gehäuse ausgebildet, welcher
die Kammer mit der Leckleitung verbindet. Die Düsennadel ist an dem Ventilsitz abgewandten
Ende mit einem Kolben 150 versehen, der in die Kammer hinragt. Als low-cost Version
kann ein einziger Ventilschieber 35 alle Brennstoffdüsen eines Motorzylinders bedienen.
Mit dem beschriebenen System können auch die bei diesen Motoren üblichen Schwer- und
Rückstandsöle verwendet werden.
[0027] Wie die Fig. 4 zeigt, enthält das Gaswechselsystem 12 eine Einrichtung 51 mit einem
Trennkolben 56 und einen Steuerkolben 52, welche jeweils einem Gaswechselventil 53
zugeordnet sind. Der Trennkolben 56 ist dazu bestimmt, das hydraulische System (Arbeitsöl)
vom Schmierölkreislauf zu trennen sowie die Bewegung des Auslassventils 53 im Bereich
der Endstellungen zu dämpfen. Das Vorsteuerventil 14 entnimmt in einer Schaltstellung
Arbeitsöl aus dem Akkumulator 8 und schaltet den Steuerkolben 52 in eine von zwei
möglichen Stellungen, in der das Gaswechselventil 53 wegen einer Ventilluftfeder 61
in die "geschlossen"-Position gelangt. Dabei wird ein Antriebskolben 54 über dem Ventilschaft
verschoben und verdrängt Öl in eine Rohrleitung 55, welches seinerseits einen Kolben
56 verdrängt und nahezu in eine definierte Ausgangsstellung bringt. Der Kolben 56
seinerseits verdrängt Arbeitsöl über den Steuerkolben 52 in die Leitung 57 zu einem
Sammeltank. Während der Zeit bis zum nächsten Schalten des Gaswechselventils 53 wird
wegen Leckverlusten und durch eine nicht dargestellte ständige Entlüftung verloren
gegangenes Öl über eine Leitung 58 und Rückschlagventil 59 nachgefüllt und dadurch
Kolben 56 vollends in die definierte Ausgangsstellung gebracht.
[0028] Wird das Vorsteuerventil 14 in die andere Stellung gestellt, bewegt eine Druckfeder
60 den Steuerkolben 52 in die andere Stellung, so dass das Arbeitsöl über das Vorsteuerventil
14 abfliessen kann, und verbindet über den Steuerkolben 52 die Seite des Kolbens 56,
die der Rohrleitung 58 abgewandt ist, mit dem Akkumulator 8. Das über den Kolben 56,
die Rohrleitung und den Antriebskolben 54 strömende Arbeitsöl öffnet das Gaswechselventil
gegen den noch im Zylinder des Motors herrschenden Gasdruck und die Ventilluftfeder
61.
[0029] Weil nur zu Beginn dieser Bewegung, im Falle der Verwendung des Gaswechselventils
als Auslassventil, eine grosse Kraft vorhanden sein muss, um gegen den noch im Zylinder
vorhandenen Restdruck zu öffnen, ist der Antriebskolben 54 als Stufenkolben 65, 66
ausgebildet. Zu Beginn der Wegstrecke der Ventilbewegung wirkt der grössere Kolben
65 mit seiner grösseren Querschnittsfläche und erzeugt die Kraft, die nötig ist, das
Gaswechselventil 53 zu öffnen. Im weiteren Verlauf der Ventilbewegung genügt eine
kleinere Kraft, um das Gaswechselventil 53 den vollständigen Hub ausführen zu lassen.
Der grössere Kolben 65 bewegt sich gegen einen Anschlag 67, wobei die Bewegung kurz
vor Erreichen dieses Anschlages durch eine nicht dargestellte Dämpfung gebremst wird.
Mit dieser Anordnung der Kolben 65 und 66 wird die dem zweiten Akkumulator 8 entnommene
Menge an Arbeitsöl minimiert.
[0030] Das Messystem 71 enthält einen Stufenkegel 72 und redundante Sensoren 78, um die
Bewegung des Gaswechselventils zu detektieren und ein Messignal zu erzeugen, das zum
Steuermodul 22 geleitet wird. Die Steuerung erkennt, ob die Gaswechselventilbewegungen
den Sollwerten entsprechen, greift bei Fehlschaltungen ein und unterbindet z.B. die
nächste Brennstoffeinspritzung an dem betreffenden Zylinder. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass z.B. ein n-Zylindermotor mit (n-1) Zylindern betrieben werden kann. Wie die Fig.7
zeigt, weist der Stufenkegel 72 einen ersten kegelförmigen Abschnitt 79, einen daran
angrenzenden zylindrischen Abschnitt 76 und einen anschliessenden zweiten kegelförmigen
Abschnitt 77 auf, wobei der Kegelwinkel des ersten und zweiten Abschnittes möglichst
gross gewählt ist, um den Messbereich der Sensoren voll auszunützen. Der erste Abschnitt
79 erfasst das Öffnungsverhalten des Ventils und ermöglicht die Dämpfung während der
Öffnung des Ventils zu beurteilen. Der zweite Abschnitt 77 erfasst das Schliessverhalten
des Ventils und ermöglicht die Dämpfung während dem Schliessen des Ventils zu beurteilen.
Bei kleineren Motoren mit weniger Auslassventilhub und geringeren Toleranzen ist auch
eine Ausführung mit einem einfachen Kegel möglich, welcher den ganzen Ventilhub mit
nur einem Kegelabschnitt abdeckt.
[0031] Wenn aus irgendeinem Grunde das Gaswechselventil 53 nicht ganz schliesst, steht auch
der Stufenkolben 65 und 66 nicht in seiner Ausgangsposition, d.h. es befindet sich
zuviel Oel in der Leitung 55. Wenn nun der Kolben 56 die volle Menge Oel fördert,
würde das Gaswechselventil 53 mit der Luftfeder 61 undefiniert mit grosser Geschwindigkeit
gegen die Ventilführungsbüchse gedrückt, was zu einer Motorhavarie führen könnte.
Um dieses zu verhindern, sind Tellerfedern vorgesehen, welche durch Zusammendrücken
die Bewegungsenergie der Masse des Gaswechselventils aufnehmen und dadurch Schäden
am Motor verhindern. Eine nicht dargestellte ständige Entlüftung des Systems zwischen
der Rohrleitung 55 und dem Antriebskolben 54 sowie die nicht vermeidbaren Leckverluste
sorgen dafür, dass bei Ausfall der hydraulischen Steuerung während der "offen"-Phase
des Gaswechselventils dieses nach einiger Zeit (Minuten) selbsttätig schliesst.
[0032] Da der Kolben 56 das hydraulische System vom Schmierölkreislauf trennt, ist die Verschmutzungsgefahr
des Arbeitsölkreises weitgehend eliminiert, weil bei Abdecken des Zylinders der mit
feingefiltertem Öl gefüllte Arbeitsölkreis nicht geöffnet werden muss. In die Leitung
zwischen dem zweiten Akkumulator 8 und Steuerkolben 52, sowie in die Nachspeiseleitung
58 vor Rückschlagventil 59 und in die Abflussleitung 57 sind Ventile 73, 74, 75 eingebaut,
welche erlauben, das Gaswechselsystem jedes einzelnen Zylinders vom Motor abzutrennen,
so dass Reparaturen an der Auslassventilsteuerung bei laufendem Motor durchgeführt
werden können.
[0033] Wie die Fig. 5 zeigt, kann die Steuervorrichtung zwei Zentraleinheiten 21 aufweisen,
wobei eine als Haupteinheit und die andere als Reserveeinheit betrieben wird. Die
Zentraleinheiten 21 sind mit jedem Steuermodul 22 und den Gebern 25, 26 mittels Bus-System
verbunden. Die Geber 25, 26 sind so angeordnet, dass bei einer bestimmten Winkelstellung
der Kurbelwelle alle Gebersignale über eine Logik auf ihre Gültigkeit geprüft werden.
Wird ein Fehler festgestellt, kann auch der defekte Geber festgestellt werden. Jede
Steuereinheit 22 steuert mit Hilfe der Daten der Zentraleinheit 21 das Einspritzsystem,
das Gaswechselsystem, und die Startluftventile 28. Falls eine Einlasssteuerung 27,
eine Wassereinspritzung oder eine sequentielle Kolbenschmierung vorgesehen ist, wird
diese ebenfalls von dem Steuermodul 22 gesteuert. Im Normalbetrieb teilen sich die
beiden in Fig. 5 dargestellten Busse die Aufgaben in dem Sinn, als das der eine nur
zur Kommunikation zwischen den Modulen dient, der andere nur zur Übertragung der aktuellen
Kurbelwellenposition und der Drehzahl. Im Notbetrieb, also bei Defekt an einem der
Busse, kann der Motor mit geringerer Genauigkeit auch nur mit dem intakten Bus betrieben
werden.
[0034] Tritt eine Störung oder ein Ausfall der elektronischen Steuerung auf, beispielsweise
ein Schaden an beiden Winkelgebern 25, so dass die Zentraleinheit 21 die benötigten
elektrischen Signale nicht mehr korrekt oder gar nicht mehr generieren kann, so bedarf
es eines Notsystems, um die Betriebsfähigkeit des Grossdieselmotors zu erhalten. Wie
die Fig.5 zeigt, kann hierzu bei der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine eine Impulssteuerwelle
91 vorgesehen werden, welche die elektrischen Steuersignale für die Vorsteuereinheiten
14 auf den Arbeitszyklus des Motors abgestimmt erzeugt. Die Impulssteuerwelle 91 ist
eine separate Einheit, die mit der Kurbelwelle der Maschine mechanisch verbunden ist.
[0035] Die Fig. 6 zeigt eine andere Ausführung der Einspritzvorrichtung. Die Druckpumpe
7, der Akkumulator 8 und Vorsteuerventile 14 bilden ein hydraulisches System zur Steuerung
der Einspritzung und zur Betätigung des Gaswechsels.
[0036] Die Einspritzvorrichtung enthält einen Dosierkolben 81, einen Ventilschieber 82,
ein Steuerventil 83 und ein Wegaufnehmersystem 84 zur Überwachung der Stellung des
Dosierkolbens, um eine volumetrische Einspritzung zu realisieren. Der Dosierkolben
ist als Druckverstärker ausgebildet. Eine Druckpumpe 86 fördert den Brennstoff in
den Druckverstärker 81 und das Steuerventil 83 sperrt den Durchfluss zu den Einspritzdüsen.
[0037] In der Grundstellung ist der Ventilschieber geschlossen, der Druckverstärker in der
Ausgangsstellung und das Steuerventil geschlossen. Der mittels der Druckpumpe in den
Druckverstärker geförderte Brennstoff hält den Druckverstärker in der Ausgangsstellung.
Wird der Steuerschieber durch das hydraulische System mit dem Vorsteuerventil 14a
betätigt, strömt unter Druck stehendes Steueröl in den Druckverstärker und verschiebt
diesen. Der Druckverstärker erhöht den Druck im Brennstoff auf Einspritzdruck. Es
wird darauf hingewiesen, dass für jeden Zylinder ein oder mehrere Vorsteuerventile
14 oder Steuerventile 83 vorgesehen werden können.
[0038] Die Hubkolbenbrennkraftmaschine enthält ein Einspritzsystem zur volumetrischen Einspritzung
für jeden Zylinder, eine oder mehrere Hochdruckpumpen zum Zuführen von Brennstoff,
mindestens eine Druckpumpe zum Zuführen von Steuermedium, jeweils einen Akkumulator
für Brennstoff, Steuer und Arbeitsöl, welche mit den Pumpen als auch mit dem Gaswechselsystem
in Verbindung steht, ein hydraulisches System mit Organen zur Steuerung der Einspritzung
und Betätigung des Gaswechsels, einen oder mehrere Winkelgeber und eine Steuervorrichtung
mit einer Zentraleinheit und mehreren elektronischen Steuermodulen, um die Startluftzufuhr,
die Einspritzung, den Gaswechsel und die Zentralschmierung zu steuern.
[0039] Die Maschine wird im Normalbetrieb auf rein elektronischem Wege gesteuert.
1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere Zweitakt-Dieselmotor,
enthaltend ein Einspritzsystem (11) zur volumetrischen Einspritzung von Brennstoff
mittels Dosierkolben für jeden Zylinder, ein Gaswechselsystem (12) für jeden Zylinder,
mehrere Pumpen (4, 7, 107, 15) zum Zuführen von Brennstoff und Steuermedium, einen
oder mehrere Akkumulatoren für Brennstoff und Steuermedium, welche mit den Pumpen
als auch mit dem Einspritzsystem und/oder dem Gaswechselsystem in Verbindung stehen,
ein hydraulisches System mit Organen (14) zur Steuerung der Einspritzung und des Gaswechsels,
eine Schmiervorrichtung für jeden Zylinder, einen oder mehrere Winkelgeber (22, 24)
und eine Steuervorrichtung (21) mit mehreren elektronischen Steuermodule (92), um
die Brennstoffzufuhr und den Gaswechsel zu regeln und die Startluftzufuhr zu steuern.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere Zweitakt-Dieselmotor,
enthaltend ein Einspritzsystem (11) zur volumetrischen Einspritzung von Brennstoff
mittels Dosierkolben für jeden Zylinder, ein Gaswechselsystem (12) für jeden Zylinder,
mehrere Pumpen (3, 7, 107, 15) zum Zuführen von Brennstoff und Steuermedium, einen
oder mehrere Akkumulatoren (15; 8; 108) für Brennstoff und Steuermedium, welche mit
den Pumpen als auch mit dem Einspritzsystem und/oder dem Gaswechselsystem in Verbindung
stehen, ein hydraulisches System mit Organen (14) zur Steuerung der Einspritzung und
des Gaswechsels, eine Schmiervorrichtung für jeden Zylinder, einen oder mehrere Winkelgeber
(25, 26) und eine Steuervorrichtung mit einer Zentraleinheit (21) für die Maschine
und mit einem autonomen elektronischen Steuermodul (22) für jeden Zylinder, der Art,
dass zur Brennstoffzufuhr die Brennstoffdüsen individuell ansteuerbar sind sowie der
Gaswechsel regelbar und die Startluftzufuhr steuerbar ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher eine Hochdruckpumpe (4) vorzugsweise
mit einer Saugdrosselsteuerung für den Brennstoff versehen ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Pumpe (7)
für Arbeitsmedium mit der Kurbelwelle verbunden ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche einen Hilfsantrieb
für die Pumpe (7) für Arbeitsmedium aufweist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher Akkumulatoren
(5, 8, 108) mit oder ohne Einbauten vorgesehen sind.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Sicherheitsventil
(16) für den Akkumulator (5) für Brennstoff vorgesehen ist, um den Druck im Akkumulator
auf einen eingestellten Maximalwert zu halten.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher in den Förderleitungen
für Brennstoff und Steuermedium jeweils Ventile (40, 41, 42; 73, 74, 75) vorgesehen
sind, um die Einspritzvorrichtung (11) und das Gaswechselventil (13) jedes einzelnen
Zylinders vom Motor abzutrennen, wobei die Ventile manuell betätigt werden können.
9. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher zur Dosierung
des Brennstoffes ein Differenzkolben (34) oder ein Stufenkolben (81) vorgesehen ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche ein Messystem aufweist,
um die Bewegung des Dosierkolbens (34, 81) zu regeln.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher eine Zentralschmierung
mit einer Druckregelung vorgesehen ist.
12. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher eine getaktete
Zentralschmierung vorgesehen ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher für jeden Zylinder
ein elektrisch steuerbares Ventil für Startluft vorgesehen ist.
14. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche eine Impulssteuerwelle
(23) aufweist, die mit der Kurbelwelle verbunden ist, um die Maschine bei Ausfall
der Steuervorrichtung zu steuern.
15. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche mehrere auf einer
Welle angeordnete Winkelgeber (25), um ein den Kurbelwinkel darstellendes Signal zu
erzeugen und mehrere Referenzgeber (26) mit einer Steuerlogik vorgesehen sind, um
das den Kurbelwinkel darstellende Signal zu überprüfen.
16. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher jedem Zylinder
ein Steuermodul zugeordnet ist, das mit der Steuervorrichtung signalübertragend verbunden
ist.
17. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche ein Messystem aufweist,
um die Bewegung des Gaswechselventils zu regeln.
18. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher für jeden Zylinder
eine Einlasssteuerung (27) vorgesehen ist.
19. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass Filter (13) vorgesehen sind, die den Pumpen (7, 107) für Steueröl vorgeschaltet
sind.