Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischen Steuersignalen für den Betrieb einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs.

[0002] Grossdieselmotoren werden beispielsweise als Antriebsaggregate für Schiffe oder als Stationäranlagen zur Stromgewinnung eingesetzt. Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieses Art werden die typischen Betriebsfunktionen, wie die Einspritzung des Brennstoffs in die Zylinder und der Gaswechsel, bei dem die Verbrennungsgase aus dem Brennraum der Zylinder abgeführt werden, mechanisch-hydraulisch über Nockenantriebe gesteuert. Dazu ist eine von der Kurbelwelle des Motors angetriebene Nockenwelle vorgesehen, die bei Grossdieselmotoren üblicherweise als Steuerwelle bezeichnet wird. Auf der Steuerwelle sitzen mehrere Nocken, mit denen die Einspritzpumpen und die Hubgeberpumpen für die Ventilbetätigung angetrieben werden.

[0003] Solche Steuerwellen, die sich üblicherweise über die gesamte Länge des Grossdieselmotors erstrecken, nehmen viel Platz in Anspruch und bringen einen erheblichen konstruktiven Aufwand mit sich. Ferner sind die Zeitpunkte für den Einspritzbeginn, das Einspritzende sowie das Öffnen und Schliessen der Auslassventile durch die jeweiligen Nocken fest vorgegeben, sodass eine Variation dieser Zeitpunkte nur mit einem relativ grossen Aufwand realisierbar ist. Derartige Variationen sind aber wünschenswert, um für alle Betriebszustände, beispielsweise bei Vollast, Teillast oder Rückwärtslauf eine optimale, möglichst wirtschaftliche, effiziente und energiesparende Arbeitsweise des Motors zu ermöglichen.

[0004] Dies sind unter anderem die Gründe, warum gemäss neuerer Entwicklungen Grossdieselmotoren ohne Steuerwelle (im klassischen Sinne) gebaut werden. , Motoren dieses Typs werden elektrisch-hydraulisch gesteuert. Die Hydrauliksysteme, mit denen die Einspritzung, der Gaswechsel und gegebenenfalls Hilfssysteme, wie das Anlasssystem, betrieben werden, sind mittels Vorsteuerelementen, beispielsweise Vorsteuerventilen, ansteuerbar, wobei die Vorsteuerventile mittels elektrischer Signale betätigt werden, die von einer zentralen Kontrolleinheit kommen. Diese Kontrolleinheit bestimmt mittels des Kurbelwinkels, der Drehzahl des Motors und eventuell weiterer Zustandsgrössen den jeweils optimalen Zeitraum sowie die jeweils optimale Brennstoffmenge für die Einspritzung bzw. die Zeitpunkte für das Öffnen und Schliessen der Auslassventile und sendet dementsprechend die elektrischen Steuersignale an die Vorsteuerventile, die daraufhin das zugehörige Hydrauliksystem betätigen. Durch diese sehr variable elektrisch-hydraulische Steuerung lässt sich die Einspritzung und der Gaswechsel in einfacher Weise und für alle Betriebszustände des Grossdieselmotors optimieren und an den jeweiligen Arbeitszyklus der Maschine anpassen, weil die mechanischen Zwangskopplungen zwischen den Stellungen der Kolben und den Betätigungselementen wie Einspritzpumpen oder Hubgeberpumpen nicht mehr vorhanden sind.

[0005] Bei solchen elektrisch-hydraulisch gesteuerten Grossdieselmotoren ist es aber wünschenswert, ein Notsystem zur Verfügung zu haben, damit auch bei einem Ausfall der "normalen" Steuerung noch ein Betrieb des Motors möglich ist, sodass beispielsweise das von dem Motor angetriebene Schiff manövrierfähig bleibt.

[0006] Ein solches Notsystem ist beispielsweise in der EP-B-0 701 652 beschrieben. Dieses Notsystem arbeitet rein mechanisch-hydraulisch. Dazu sind die Schieber der Steuerventile, die im normalen Betrieb mittels elektrischer Signale positionierbar sind, jeweils mit einem ersten Kolben verbunden, der hydraulisch betätigbar ist. Jedem solchen ersten Kolben ist ein zweiter Kolben zugeordnet, der mit dem ersten Kolben über eine hydraulische Stange verbunden ist. Die zweiten Kolben folgen Nocken, die auf einer Steuerwelle angeordnet sind, welche synchron mit der Kurbelwelle rotiert. Falls nun die normale elektrische Steuerung ausfällt, wird das Notsystem aktiviert und die von den Nocken angetriebenen zweiten Kolben betätigen über die ersten Kolben die Schieber der Steuerventile mechanischhydraulisch. Im Notfall wird also auf eine rein mechanisch-hydraulische Steuerung umgeschaltet, die vom Prinzip her gleich funktioniert wie die Steuerung eines klassischen Grossdieselmotors mittels Steuerwelle und Nocken. Dieses Notsystem ist jedoch relativ aufwendig. So muss für jedes zu betätigende Steuerventil ein eigener mechanisch-hydraulischer Notantrieb mit den entsprechenden Hydraulikkolben, Verbindungsleitungen und Versorgungseinrichtungen vorgesehen werden. Dies bedeutet einen relativ hohen apparativen und konstruktiven Aufwand, der dementsprechend auch kostenintensiv ist.

[0007] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für den Betrieb einer elektrisch-hydraulisch gesteuerten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Grossdieselmotors, bereitzustellen, mit der auch beim Ausfall der normalen Steuerung ein Betrieb der Maschine möglich ist, wobei die Vorrichtung möglichst wenig aufwendig, kompakt und platzsparend sein soll. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Vorrichtung vorzuschlagen, sodass die Brennkraftmaschine auch beim Ausfall der normalen elektrisch-hydraulischen Steuerung noch betrieben werden kann.

[0008] Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind duch die Merkmale des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gekennzeichnet.

[0009] Erfindungsgemäss wird also eine Vorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb einer elektrisch-hydraulisch gesteuerten und eine Kurbelwelle aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines Grossdieselmotors, vorgeschlagen, bei welcher Brennkraftmaschine zumindest die Einspritzung und der Gaswechsel mittels Hydrauliksystemen gesteuert sind, wobei die Hydrauliksysteme Vorsteuereinheiten umfassen, die mittels elektrischer Signale von einer Kontrolleinheit derart betätigbar sind, dass sie die Hydrauliksysteme für die Einspritzung und den Gaswechsel steuern. Die von der Vorrichtung erzeugten Steuersignale sind elektrische Steuersignale. Dazu umfasst die Vorrichtung mehrere Steuerelemente, die so angeordnet sind, dass sie synchron mit der Kurbelwelle rotieren, und es sind den Steuerelementen zugeordnete Sensoren vorgesehen, die derart mit den Steuerelementen zusammenwirken, dass jeder Sensor bei vorgegebenen Winkelpositionen des ihm zugeordneten Steuerelements ein Signal abgibt. Mittels dieser Signale sind die elektrischen Steuersignale für den Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugbar.

[0010] Die Erfindung basiert also auf der Idee, die elektrischen Steuersignale, die im Normalbetrieb durch eine Kontrolleinheit generiert werden, durch eine Vorrichtung zu erzeugen, die von der Kurbelwelle angetrieben wird. Dazu sind die Steuerelemente vorgesehen, die von der Kurbelwelle angetrieben werden und synchron mit dieser rotieren. Die Steuerelemente sind dabei so ausgestaltet und angeordnet, dass sie bei vorgegebenen Winkelpositionen, die bestimmten Stellungen der Kolben (bezogen auf den Arbeitszyklus) entsprechen, in den ihnen zugeordneten Sensoren Signale auslösen, aus denen die elektrischen Steuersignale für den Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelbar sind. Mit diesen elektrischen Steuersignalen können dann die Vorsteuereinheiten der Hydrauliksysteme angesteuert werden. Bei einem Ausfall der normalen elektrisch-hydraulischen Steuerung können somit mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung die benötigten elektrischen Steuersignale für die Hydrauliksysteme bereitgestellt werden, sodass die Brennkraftmaschine betriebsbereit bleibt. Ist eine solche Vorrichtung in einem Grossdieselmotor integriert, so unterscheidet sich der Notbetrieb vom Normalbetrieb im wesentlichen nur durch die Art und Weise, wie die elektrischen Steuersignale für die Hydrauliksysteme erzeugt werden. Somit sind keine zusätzlichen hydraulischen Systeme vonnöten, wodurch die Vorrichtung wenig aufwendig, sehr kompakt und sehr platzsparend ist. Für einen Grossdieselmotor mit sechs Zylindern können beispielsweise die Steuerelemente und die Sensoren in einem Gehäuse untergebracht werden, dessen Längserstreckung weniger als 20 cm beträgt.

[0011] Vorzugsweise wirken die Steuerelemente und die ihnen zugeordneten Sensoren berührungslos zusammen, weil dies eine besonders verschleissarme und zuverlässige Ausgestaltung darstellt.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens zwei von der Kurbelwelle angetriebene, im wesentlichen parallel verlaufende Wellen, auf denen jeweils mehrere Steuerelemente angeordnet sind, wobei die Steuerelemente bezüglich der jeweiligen Welle ortsfest montiert sind. Es sind drei Gruppen von Steuerelementen vorgesehen, nämlich eine erste Gruppe zum Erzeugen elektrischer Signale für den Einspritzbeginn, eine zweite Gruppe zum Erzeugen elektrischer Signale für das Einspritzende und eine dritte Gruppe zum Erzeugen elektrischer Signale für die Steuerung des Gaswechsels. Dabei entspricht die Anzahl der Steuerelemente in einer Gruppe der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, sodass für jeden Zylinder drei Steuerelemente vorgesehen sind. Folglich wird für jeden Zylinder jeweils separat ein Signal für den Einspritzbeginn, ein Signal für das Einspritzende und ein Signal für den Gaswechsel, also insbesondere die Betätigung des Auslassventils, erzeugt.

[0013] Da diese Wellen der Erzeugung der Steuersignale dienen und nicht der direkten mechanischen Betätigung von Hydrauliksystemen, können sie als sehr kompakte und kurze, typischerweise nur wenige Zentimeter lange Wellen ausgestaltet sein. Ihre Länge kann für einen Grossdieselmotor z. B. weniger als 20 cm betragen.

[0014] Besonders bevorzugt sind die erste und die dritte Gruppe oder die zweite und die dritte Gruppe von Steuerelementen gemeinsam auf einer der beiden Wellen angeordnet, das heisst die Gruppe der Steuerelemente für den Einspritzbeginn einerseits und für das Einspritzende andererseits sind auf unterschiedlichen Wellen montiert. Diese Massnahme bringt den Vorteil mit sich, dass die Einspritzdauer, also die zeitliche Verschiebung zwischen den Signalen für den Einspritzbeginn und das Einspritzende veränderbar ist. Dazu ist es vorteilhaft, die eine Welle derart zu lagern, dass sie gesamthaft um die Längsachse der andere Welle schwenkbar ist, sodass die Einspritzdauer in einfacher Weise, nämlich durch Schwenken der einen Welle um die andere Welle, einstellbar ist.

[0015] Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf jeder Welle ein Zahnrad vorgesehen, wobei die beiden Zahnräder im wesentlichen gleich sind und miteinander kämmen. Die beiden Wellen sind ferner über einen Steg miteinander verbunden, sodass die beiden Zahnräder als Planetengetriebe zusammenwirken. Dies stellt eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung dar, die zum einen gewährleistet, dass sich beide Wellen mit gleicher Drehzahl drehen, und die zum anderen ein Schwenken der einen Welle um die Längsachse der anderen Welle ermöglicht, sodass die Einspritzdauer einstellbar ist.

[0016] Zum Einstellen der Einspritzdauer weist der Steg vorzugsweise an seiner einen Stirnseite eine Zahnung auf, in welche ein drittes Zahnrad eingreift, sodass durch Drehen des dritten Zahnrads die eine Welle gesamthaft um die Längsachse der anderen Welle schwenkbar ist.

[0017] Damit durch das Schwenken der Welle keine wesentliche Änderung in der relativen Lage der Steuerelemente bezüglich der ihnen zugeordneten Sensoren auftritt, sind die Sensoren, die den Steuerelementen auf der schwenkbaren Welle zugeordnet sind, bevorzugt ortsfest bezüglich des Stegs angeordnet.

[0018] Die Steuerelemente sind vorzugsweise jeweils als Scheiben ausgestaltet, die bezüglich der axialen Richtung der jeweiligen Welle benachbart, insbesondere mit gleichem Abstand zwischen benachbarten Scheiben, angeordnet sind, wobei jede Scheibe eine Ausnehmung aufweist, die ein Signal auslöst, wenn sie bei der Rotation der Scheibe den zugeordneten Sensor passiert.

[0019] Bei der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine, die elektrisch-hydraulisch gesteuert ist, ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischen Steuersignalen vorgesehen, die bei einer Störung oder einem Ausfall der normalen Steuerung die Erzeugung der Steuersignale für die Hydrauliksysteme übernimmt, sodass die Brennkraftmaschine betriebsfähig bleibt.

[0020] Vorzugsweise werden anhand der Signale der Sensoren ferner elektrische Steuersignale für das Anlasssystem erzeugt, sodass die Brennkratmaschine mit dem Notsystem auch gestartet werden kann.

[0021] Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0022] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der schematischen, nicht massstäblichen Zeichnung zeigen:

Fig. 1:

einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine,

Fig. 2:

eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine aus Fig.1,

Fig. 3:

eine teilweise schematische teilweise geschnittene Darstellung des Einspritzsystems der Brennkraftmaschine aus Fig. 1,

Fig. 4:

eine teilweise schematische, teilweise geschnittene Darstellung des Gaswechselsystems der Brennkraftmaschine aus Fig. 1,

Fig. 5:

einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 6:

einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Fig. 5,

Fig. 7,8:

Darstellungen der Steuerelemente der Vorrichtung aus Fig. 5, und

Fig. 9:

schematische Darstellungen von Steuersignalen.

[0023] Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 ist als Zweitakt-Kreuzkopf-Grossdieselmotor mit Längsspülung ausgestaltet. Solche Maschinen werden beispielsweise zum Antreiben von Schiffen eingesetzt. Die Brennkraftmaschine 1 ist elektrisch-hydraulisch gesteuert, das heisst, sie hat keine Steuerwelle im klassischen Sinne, sondern zumindest die Einspritzung des Brennstoffs in die Zylinder und der Gaswechsel sind mit Hydrauliksystemen gesteuert, die Vorsteuereinheiten umfassen, welche mittels elektrischer Signale von einer Kontrolleinheit 9 derart betätigbar sind, dass sie die Hydrauliksysteme für die Einspritzung und den Gaswechsel steuern.

[0024] Die Brennkraftmaschine 1 hat eine Kurbelwelle 2, welche über ein Kurbelwellenzahnrad 2a und ein mit diesem kämmendes Zahnrad 3 eine Hochdruckpumpe 4 antreibt, die den Brennstoff unter Hochdruck, z. B. bis zu 2000 bar, durch eine Leitung 46 in einen Brennstoffakkumulator 6 fördert. Ferner ist eine ebenfalls von der Kurbelwelle 2 angetriebene Pumpe 5 vorgesehen, welche ein Hydraulikmedium, beispielsweise ein Hydrauliköl, über eine Leitung 57 in einen Hydraulikakkumulator 7 fördert. Der Brennstoffakkumulator 6 und der Hydraulikakkumulator 7 sind jeweils als rohrähnliche Bauteile ausgebildet, die sich entlang des Motors erstrecken.

[0025] Die Brennkraftmaschine 1 hat ein Einspritzsystem 10 zum Einspritzen des Brennstoffs in die Zylinder, das sowohl mit dem Brennstoffakkumulator 6 als auch mit dem Hydraulikakkumulator 7 in Verbindung steht und nach dem Common-Rail-Prinzip arbeitet, sowie ein Gaswechselsystem 20, mit einem Auslassventil 21 zum Abführen der Verbrennungsgase aus den Zylindern. Das Gaswechselsystem 20 ist auch mit dem Hydraulikakkumulator 7 verbunden. Aus Gründen der besseren Übersicht sind in Fig. 2 das Einspritzsystem 10 und das Gaswechselsystem 20 nur für jeweils einen Zylinder dargestellt.

[0026] Zur elektrisch-hydraulischen Steuerung der Brennkraftmaschine 1 sind im Einspritzsystem 10 und im Gaswechselsystem 20 jeweils Vorsteuerelemente vorgesehen, die als elektromagnetische Vorsteuerventile 30 ausgebildet sind, das heisst die Vorsteuerventile 30 sind mittels elektrischer Signale betätigbar. Diese elektrischen Signale werden im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 von der Kontrolleinheit 9 über Signalleitungen S1 an die magnetischen Vorsteuerventile 30 übermittelt. Die elektronische Kontrolleinheit 9 ist ferner über eine Signalleitung S2 mit einem Winkelgeber 8 (shaft encoder) verbunden, mit dem die Drehzahl der Kurbelwelle 2 sowie der Kurbelwinkel und somit die jeweiligen Kolbenstellungen bestimmbar sind. Aus Sicherheitsgründen sind üblicherweise zwei autonome Winkelgeber 8 vorgesehen. Der Winkelgeber 8 ist mit der Kurbelwelle 2 antriebsverbunden. Er kann beispielsweise auf einer Achse angeordnet sein, die von dem Zahnrad 3 angetrieben wird. Gegebenenfalls wird der Winkelgeber 8 über ein nicht dargestelltes Getriebe angetrieben, damit er mit der Motordrehzahl dreht. Ferner ist für jeden Winkelgeber 8 noch ein Referenzgeber 8a vorgesehen, um den Synchronismus zwischen der Kurbelwelle 2 und dem Winkelgeber 8 zu überwachen. Anhand der vom Winkelgeber 8 empfangenen Signale bestimmt die Kontrolleinheit 9 unter Berücksichtigung der momentanen Last und der momentanen Drehzahl die günstigsten Einspritzzeiten und -mengen für die einzelnen Zylinder sowie die Betätigungszeitpunkte für die Gaswechselventile, also z. B. die Auslassventile 21, und sendet dementsprechend die elektrischen Signale an die Vorsteuerventile 30, die daraufhin die Einspritzung und den Gaswechsel steuern.

[0027] Im Folgenden wird nun kurz die Funktionsweise des Einspritzsystems 10 und des Gaswechselsystems 20 sowie der zugehörigen Hydrauliksysteme erläutert, wobei sich die Erläuterungen auf einen Zylinder beschränken.

[0028] Typischerweise sind bei einem Grossdieselmotor für jeden Zylinder mehrere Einspritzdüsen 13 vorgesehen, beispielsweise drei (siehe Fig. 2). Es ist eine Einspritzvorrichtung 11 vorgesehen, die mittels der Vorsteuerventile 30 vorgesteuert wird und dementsprechend die Einspritzdüsen 13 mit Brennstoff versorgt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist für jede Einspritzdüse 13 ein separates Vorsteuerventil 30 vorgesehen, es ist aber auch möglich, mehrere Einspritzdüsen 13 gemeinsam mit einem Vorsteuerventil 30 zu steuern.

[0029] Fig. 3 zeigt teilweise schematisch, teilweise im Schnitt eine mögliche Ausgestaltung des Einspritzsystems 10 mit der Einspritzvorrichtung 11, welche einen Steuerschieber 112 umfasst, sowie einen Dosierkolben 111, der als Differenzkolben ausgebildet ist und einen Dosierraum 117 begrenzt. Die Einspritzvorrichtung 11 wird von dem Brennstoffakkumulator 6, in welchen die Hochdruckpumpe 4 den Brennstoff fördert, mit Brennstoff beschickt. Ein Eingangskanal 113 für den Brennstoff verzweigt sich in einen Kanal 114, der zur Rückseite des Dosierkolbens 111 führt und in einen Hauptkanal 115. Bei der dargestellten Position des Steuerschiebers 112 kann der unter Hochdruck befindliche Brennstoff zum einen durch den Kanal 114 zur Rückseite des Dosierkolbens 111 strömen und zum anderen durch den Hauptkanal 115 und einen Einlasskanal 118 in den Dosierraum 117. Aufgrund der Flächendifferenz läuft der beidseitig mit dem Druck des Brennstoffakkumulators 6 beaufschlagte Dosierkolben 111 in seine definierte Endstellung. Erhält nun das Vorsteuerventil 30 ein elektrisches Signal von der Kontrolleinheit 9 so schaltet es und aus dem Hydraulikakkumulator 7 gelangt Hydrauliköl auf einen Steuerkolben 120 des Steuerschiebers 112. Daraufhin bewegt sich der Steuerschieber 112 darstellungsgemäss nach oben, verschliesst dabei zunächst den Hauptkanal 115 und öffnet dann den Zugang zu einer Zuführleitung 121, die zur Einspritzdüse 13 führt. Jetzt kann der Brennstoff aus dem Dosierraum 117 durch einen Kanal 119 in die Zuführleitung 121 gelangen. Die Einspritzung beginnt. Zum Beenden der Einspritzung erhält das Vorsteuerventil 30 wieder ein elektrisches Signal, und es schaltet zurück in die in Fig. 3 dargestellte Stellung. Der Steuerkolben 120 wird durch Abströmen des Hydraulikmediums entlastet und der Steuerschieber 112 bewegt sich darstellungsgemäss nach unten, wobei er zunächst den Zugang in die Zuführleitung 121 verschliesst, wodurch die Einspritzung beendet wird. Bei der weiteren Abwärtsbewegung gibt der Steuerschieber 112 die Verbindung zwischen dem Hauptkanal 115 und dem Einlasskanal 118 in den Dosierraum 117 frei, sodass wieder Brennstoff aus dem Brennstoffakkumulator 6 in den Dosierraum 117 gelangen kann.

[0030] Es ist ferner eine Sensorik 122 vorgesehen, welche die Lage des Dosierkolbens 111 erfasst und an die Kontrolleinheit 9 weiterleitet. Mit diesem elektrisch-hydraulisch betätigten Einspritzsystem 10 ist eine volumetrische Brennstoffzumessung realisiert.

[0031] Fig. 4 zeigt in einer teilweise schematischen, teilweise geschnittenen Darstellung eine mögliche Ausgestaltung des Gaswechselsystems 20 mit dem Auslassventil 21, das einen Ventilkörper 27 aufweist, welcher je nach seiner Stellung die Verbindung zwischen dem Brennraum des Zylinders und einer Abführleitung öffnet oder verschliesst.. Bei der gezeigten Ausgestaltung erfolgt die eigentliche Betätigung des Auslassventils 21 mit einem von dem Hydrauliköl verschiedenen Arbeitsöl, das beispielsweise ein Schmieröl ist.

[0032] Um eine Vermischung dieser beiden Medien zu vermeiden, ist ein Trennkolben 23 vorgesehen, der die beiden Flüssigkeitssysteme voneinander trennt, das heisst, auf der einen Seite des Trennkolbens 23 befindet sich das Arbeitsöl und auf der anderen Seite das Hydrauliköl. Der Trennkolben 23 wird mittels eines Steuerkolbens 22 gesteuert, der seinerseits mit dem Vorsteuerventil 30 vorgesteuert wird. Der Trennkolben 23 ist über eine mit dem Arbeitsöl gefüllte Verbindungsleitung 25, die als hydraulische Stange wirkt, mit einem Antriebskolben 26 verbunden, der den Ventilkörper 27 betätigt. Der Ventilkörper 27 wird durch eine Luftfeder 24 in seiner Schliessstellung gehalten. Der Antriebskolben 26 ist als Stufenkolben ausgebildet, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass beim Öffnen des Auslassventils 21 zunächst eine grössere Kraft notwendig ist, um den Ventilkörper 27 gegen den Druck der Verbrennungsgase und der Luftfeder 24 zu öffnen. Nachdem sich der Druck der Verbrennungsgase abgebaut hat, ist nur noch eine kleinere Kraft nötig, um den Ventilkörper vollständig in die Offenstellung zu bringen, bzw. in der Offenstellung zu halten.

[0033] Zwischen dem Trennkolben 23 und dem Antriebskolben 26 mündet eine Versorgungsleitung 28 für das Arbeitsöl in die Verbindungsleitung 25. Durch diese kann von einer Pumpe 29 Arbeitsöl über ein Rückschlagventil in die Verbindungsleitung 25 gefördert werden.

[0034] Zum Öffnen des Auslassventils 21 wird der Steuerkolben 22 in die in Fig. 4 dargestellte Position gebracht. Dazu schaltet das Vorsteuerventil 30 aufgrund eines von der elektronischen Kontrolleinheit 9 übermittelten elektrischen Signals in eine Stellung, in welcher die darstellungsgemäss obere Stirnfläche des Steuerkolbens 22 entlastet wird, das heisst in dieser Stellung kann das oberhalb dieser Stirnfläche vorhandene Hydraulikök in die Rückführung R abströmen. Aufgrund seiner Federbelastung durch eine Feder 22a bewegt sich der Steuerkolben 22 darstellungsgemäss nach oben in die in Fig. 4 dargestellte Position. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Hydraulikakkumulator 7 und der Unterseite des Trennkolbens 23 geöffnet, sodass das Hydrauliköl den Trennkolben 23 darstellungsgemäss nach oben bewegt. Diese Bewegung wird durch das Arbeitsöl in der Verbindungsleitung 25 auf den Antriebskolben 26 übertragen, der dann den Ventilkörper 27 in die Offenstellung bewegt.

[0035] Zum Schliessen des Auslassventils schaltet das Vorsteuerventil 30 in seine zweite Stellung, in welcher es eine Verbindung zwischen dem Hydraulikakkumulator 7 und der darstellungsgemäss oberen Stirnfläche des Steuerkolbens 22 herstellt. Das Hydrauliköl strömt aus dem Hydraulikakkumulator 7 und beaufschlagt diese Stirnfläche mit Druck, wodurch sich der Steuerkolben 22 gegen die Kraft der Feder 22a darstellungsgemäss nach unten bewegt. Durch diese Bewegung wird die Verbindung zwischen dem Hydraulikakkumulator 7 und der Unterseite des Trennkolbens 23 geschlossen. Aufgrund der Wirkung der Luftfeder 24 wird der Antriebskolben 26 nach oben drückt und verdrängt dabei Arbeitsöl in die Verbindungsleitung 25. Folglich wird der Trennkolben 23 von dem Arbeitsöl darstellungsgemäss nach unten gedrückt und verdrängt dabei Hydraulikflüssigkeit von seiner Unterseite über den Steuerkolben 22 in die Rückführung R. Durch die Wirkung der Luftfeder wird der Trennkolben 23 nahezu in seine definierte Ausgangsstellung gebracht, die in Fig. 4 dargestellt ist. Während der Zeit bis zum nächsten Schalten des Gaswechselventils wird durch Leckageverluste und eine nicht dargestellte ständige Entlüftung verlorengegangenes Arbeitsöl über die Versorgungsleitung 28 und das Rückschlagventil nachgefüllt, wodurch der Trennkolben 23 vollständig in seine Ausgangsstellung bewegt wird.

[0036] Es ist ferner ein Messsystem M mit einer redundanten Sensorik vorgesehen, um die Bewegung bzw. die Lage des Ventilkörpers 27 zu detektieren. Ein entsprechendes Messsignal wird an die elektronische. Kontrolleinheit 9 übermittelt, die anhand dieses Messsignals erkennen kann, ob die Bewegungen des Ventilkörpers 27 den Sollwerten entsprechen. Bei Abweichungen kann die Kontrolleinheit 9 eingreifen und beispielsweise die nächste Brennstoffeinspritzung in den entsprechenden Zylinder unterbinden. Dadurch ist gewährleistet, dass z. B. ein Motor mit n Zylindern auch mit (n-1) Zylindern betreibbar bleibt.

[0037] Neben der Einspritzung und dem Gaswechsel können bei einer solchen elektrisch-hydraulisch gesteuerten Brennkraftmaschine auch weitere Hilfssysteme wie das Anlasssystem elektrisch-hydraulisch über Vorsteuerventile betrieben werden. Die Bewegung von Anlass- oder Startluftventilen wird dann ebenfalls von der Kontrolleinheit 9 gesteuert, welche die benötigten elektrischen Signale an die zugehörigen Vorsteuereinheiten übermittelt, welche die Pneumatiksysteme für die Anlassventile betätigen.

[0038] Im Normalbetrieb werden also die wesentlichen Betriebsfunktionen des Grossdieselmotors wie Einspritzung und Gaswechsel elektrisch-hydraulisch von der elektronischen Kontrolleinheit 9 gesteuert, welche die elektrischen Steuerimpulse auf den momentanen Arbeitszyklus des Motors abgestimmt und zu den richtigen Zeitpunkten, die bestimmten Kurbelwinkeln und damit Stellungen der Kolben entsprechen, an die jeweils betroffenen Vorsteuerventile übermittelt. Tritt nun eine Störung oder ein Ausfall der normalen Steuerung auf, beispielsweise ein Schaden an dem Winkelgeber 8 bzw. an beiden Winkelgebern 8, sodass die Kontrolleinheit 9 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.

[0039] Hierzu ist bei der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung 40 (Fig. 2) vorgesehen, welche die elektrischen Steuersignale für die Vorsteuereinheiten 30 auf den Arbeitszyklus des Motors abgestimmt erzeugt. Dazu umfasst die Vorrichtung 40 mehrere Steuerelemente 42a,42b,42c (Fig. 5), die synchron mit der Kurbelwelle 2 rotieren. Mit "synchron" ist dabei gemeint, dass jedes Steuerelement mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 2 rotiert, wobei die Rotationsrichtung gleich oder entgegengesetzt der Rotationsrichtung der Kurbelwelle 2 sein kann, und dass die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle 2 und den jeweiligen Steuerelementen konstant ist oder kontrolliert veränderbar ist.

[0040] Jedem Steuerelement 42a,42b,42c ist ein Sensor 43,43b zugeordnet. Die Sensoren 43,43b wirken derart mit den Steuerelementen 42a,42b,42c zusammen, dass jeder Sensor 43, 43b bei vorgegebenen Winkelpositionen des ihm zugeordneten Steuerelements ein Signal abgibt. Aus diesen Signalen werden die elektrischen Steuersignale für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erzeugt. Aufgrund des Synchronismus zwischen der Rotation der Kurbelwelle 2 und der Rotation der einzelnen Steuerelemente 42a,42b,42c entsprechen die erwähnten Winkelpositionen jeweils Kurbelwinkeln und damit Stellungen der Kolben der Zylinder, sodass die erzeugten Signale zeitlich an den Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine angepasst sind.

[0041] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 40 anhand der Fig. 5 und 6 näher erläutert. Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel und Fig. 6 einen zu Fig. 5 senkrechten Querschnitt. Dieses Ausführungsbeispiel ist für die Steuerung eines Grossdieselmotors mit sechs Zylindern ausgebildet, wobei die Zylinderzahl jedoch nur beispielhaften Charakter hat.

[0042] Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 44, das aus Gründen einer guten Schmierung teilweise mit Öl gefüllt sein kann. In dem Gehäuse 44 sind zwei Wellen, nämlich eine erste Welle 41a und eine zweite Welle 41b, vorgesehen, die im wesentliche parallel zueinander verlaufen. Die erste Welle 41a ist drehbar im Gehäuse 44 gelagert und ist drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbunden (siehe Fig. 2), sodass die Kurbelwelle 2 die erste Welle 41a antreibt. Wie in Fig. 2 symbolisch dargestellt, ist die erste Welle 41a beispielsweise mit der Achse verbunden, welche über das Zahnrad 3 und das Kurbelwellenzahnrad 2a von der Kurbelwelle 2 angetrieben wird. Falls, wie in Fig. 2 dargestellt, das Zahnrad 3 einen anderen Durchmesser aufweist als das Kurbelwellenzahnrad 2a, ist noch ein Übersetzungsgetriebe (nicht dargestellt) zwischen der vom Zahnrad 3 angetriebenen Achse und der ersten Welle 41a vorgesehen, damit die erste Welle 41a mit der gleichen Drehzahl rotiert wie die Kurbelwelle 2.

[0043] Die zweite Welle 41b ist drehbar in zwei Stegen 45 gelagert, welche axial beabstandet auf der ersten Welle 41a angeordnet sind, und sich von dieser im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der ersten Welle 41a erstrecken. Auch die erste Welle 41a ist in den Stegen 45 drehbar gelagert. Somit sind die beiden Wellen 41a,41b über die beiden Stege 45 miteinander verbunden. Axial benachbart zu einem der beiden Stege 45 ist auf jeder Welle 41a,41b ein Zahnrad 47a,47b fest angebracht. Die beiden Zahnräder 47a,47b sind im wesentlichen gleich ausgestaltet, das heisst sie weisen die gleiche Anzahl Zähne auf. Die beiden Zahnräder 47a, 47b kämmen miteinander, sodass die erste Welle 41a die zweite Welle 41b über diese Zahnräder 47a,47b antreibt. Die beiden Wellen 41a,41b rotieren folglich mit der gleichen Drehzahl aber in entgegengesetzten Richtungen, wie dies die Pfeile in Fig. 6 andeuten. Die Zahnräder 47a,47b bilden also zusammen mit dem benachbarten Steg 45 ein Planetengetriebe, bei welchem das Zahnrad 47a das Sonnenrad ist und das Zahnrad 47b das Planetenrad.

[0044] Die beiden Stege 45 sind durch ein Joch 49 miteinander verbunden.

[0045] Auf den beiden Wellen 41a, 41b sind jeweils zwischen den Stegen 45 die als Scheiben 42a,42b,42c ausgebildeten Steuerelemente bezüglich der axialen Richtung benachbart angeordnet, wobei der Abstand zwischen axial benachbarten Scheiben 42a,42b,42c immer gleich ist. Zwischen benachbarten Scheiben ist jeweils eine Distanzscheibe 48 vorgesehen. Die Scheiben 42a,42b,42c sind fest auf der jeweiligen Welle 41a bzw.41b montiert.

[0046] Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine sind jeweils drei Scheiben 42a,42b,42c als Steuerelemente vorgesehen, von denen die erste Scheibe 42a der Erzeugung elektrischer Signale für den Einspritzbeginn bei dem jeweiligen Zylinder dient, die zweite Scheibe 42b der Erzeugung elektrischer Signale für das Einspritzende, und die dritte Scheibe der Erzeugung elektrischer Signale für die Steuerung des Gaswechsels. Die Gesamtheit der ersten Scheiben 42a bildet eine Gruppe A, die Gesamtheit der zweiten Scheiben 42b eine Gruppe B und die Gesamtheit der dritten Scheiben 42c eine Gruppe C. Zu jeder Gruppe gehören also soviele Scheiben wie der Motor Zylinder hat. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gehören also zu jeder Gruppe A,B,C jeweils sechs Scheiben 42a,42b,42c.

[0047] Die Gruppen A und C für den Einspritzbeginn und den Gaswechsel sind auf der ersten Welle 41a angeordnet, die Gruppe B für das Einspritzende ist auf der zweiten Welle 41b angeordnet.

[0048] Im Gehäuse 44 sind nebeneinander mehrere Sensoren 43 so angeordnet, dass sie eine Reihe bilden, die sich parallel zur ersten Welle 41a erstreckt. Für jede Scheibe 42a,42c auf der ersten Welle 41a ist ein separater Sensor 43 vorgesehen. Die Sensoren 43 sind jeweils den ihnen zugeordneten Scheiben 42a oder 42c gegenüberliegend angeordnet, sodass sich die radial äussere Begrenzungsfläche der Scheibe 42a oder 42c stets an dem ihr zugeordneten Sensor 43 vorbei bewegt.

[0049] Auch den Scheiben 42b auf der zweiten Welle 41b ist jeweils ein separater Sensor 43b zugeordnet. Diese Sensoren 43b sind in dem Joch 49, das die beiden Stege 45 miteinander verbindet, montiert, sodass die Sensoren 43b bezüglich der Stege 45 ortsfest angeordnet sind. Die Sensoren 43b sind wiederum so platziert, dass sie jeweils den ihnen zugeordneten Scheiben 42b gegenüberliegen.

[0050] Wie dies die Fig. 5 und 6 zeigen, wirken die Scheiben 42a,42b,42c und die ihnen zugeordneten Sensoren 43,43b vorzugsweise berührungslos zusammen. Dies ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wie folgt realisiert.

[0051] Fig. 7 zeigt eine Scheibe 42c der dritten Gruppe C für die Steuerung des Gaswechsels. Die Scheibe 42c weist eine Ausnehmung 50c auf, die sich über einen Winkelbereich α erstreckt und von zwei Kanten 51c begrenzt wird. Die Scheibe 42c ist mittels eines Befestigungsmittels, z. B. eines Gewindestifts 52, der bis in ein Loch, z. B. eine Gewindebohrung, in der ersten Welle 41 a reicht, auf dieser befestigt. Die Ausnehmung 50c ist bezüglich dieses Gewindestifts 52 symmetrisch. Passiert nun die Ausnehmung 50c bei der Rotation der Scheibe 42c den zugehörigen Sensor 43, so wird in diesem ein Signal erzeugt, dessen zeitliche Dauer aufgrund des Synchronismus zwischen der Rotation der Kurbelwelle 2 und der Rotation der ersten Welle 41a einem Kurbelwinkelbereich entspricht.

[0052] Die Sensoren 43, 43b sind beispielsweise als induktive oder kapazitive Schaltsensoren ausgebildet, die digitale Signale erzeugen. Dreht sich die Ausnehmung 50c an dem zugehörigen Sensor 43 vorbei, so liefert dieser beispielsweise das Signal eins, andernfalls das Signal Null. Die Sensoren 43 und 43b können alle identisch oder baugleich sein. Natürlich sind auch andere Ausgestaltungen der Sensoren 43, 43b möglich, wie beispielsweise magnetische oder optische. Ferner sind Ausgestaltungen möglich, bei denen das Zusammenwirken zwischen den Steuerelementen und den Sensoren über direkten körperlichen Kontakt erfolgt.

[0053] Die Scheiben 42a,42b der ersten und zweiten Gruppe A, B zur Steuerung der Einspritzung können alle identisch ausgestaltet sein. In Fig. 8 ist eine solche Scheibe 42a oder 42b dargestellt. Auch die Scheibe 42a oder 42b weist eine Ausnehmung 50 aus, die jedoch in Umfangsrichtung gesehen kürzer ist als die Ausnehmung 50c in der Scheibe 42c. Die Ausnehmung 50 ist als radial verlaufender Spalt ausgebildet. In diesem Spalt befindet sich ein Gewindestift 52, der bis in ein Loch in der zugehörigen Welle 41a oder 41b reicht, und mit dem die Scheibe 42a,42b auf der zugehörigen Welle fixiert ist. Wenn die Ausnehmung 50 bei der Rotation den zugehörigen Sensor 43 oder 43b passiert, so wird in diesem ein impulsförmiges Signal ausgelöst, dessen aufsteigende und abfallende Flanke aufgrund des Synchronismus zwischen der Rotation der Kurbelwelle 2 und der Rotation der ersten bzw. zweiten Welle 41a bzw.41b einem bestimmten Kurbelwinkel und damit einer bestimmten Kolbenstellung entspricht.

[0054] Aus den vorangehenden Erläuterungen ergibt sich, dass nur zwei unterschiedliche Typen von Scheiben notwendig sind, nämlich zum einen die Scheiben 42a, 42b für die Einspritzung (Einspritzanfang und Einspritzende) und zum anderen die Scheiben 42c für den Gaswechsel. Dies ist besonders unter konstruktiven Aspekten vorteilhaft. Die zu einer Gruppe A, B oder C gehörenden Scheiben sind jeweils identisch, sie sind jedoch mit unterschiedlichen Winkellagen auf der jeweiligen Welle 41a bzw. 41b montiert. Dies soll anhand der Gruppe A für den Einspritzbeginn beispielhaft erläutert werden, wobei angenommen wird, dass die Einspritzung in den Zylinder dann beginnen soll, wenn sich sein Kolben im oberen Totpunkt befindet. Für andere Einspritzzeitpunkte gelten die Erläuterungen jedoch in analoger Weise.

[0055] Diejenige Scheibe 42a der Gruppe A, mit welcher das Signal für den ersten Zylinder erzeugt wird, ist bezüglich ihrer Winkellage so auf der Welle 41a angeordnet, dass sich die Ausnehmung 50 gerade dann impulsauslösend an dem zugehörigen Sensor 43 vorbei bewegt, wenn sich der Kolben des ersten Zylinders in seinem oberen Totpunkt befindet. Die nächste Scheibe 42a ist bezüglich der erstgenannten so um einen Winkel verdreht auf der ersten Welle 41a angeordnet, dass sich ihre Ausnehmung gerade dann impulsauslösend an dem zugeordneten Sensor 43 vorbei dreht, wenn sich der Kolben des zugehörigen Zylinders in seinem oberen Totpunkt befindet, und so weiter.

[0056] Die Scheiben 42b der zweiten Gruppe B für das Einspritzende sind in sinngemäss gleicher Weise auf der zweiten Welle 41b angeordnet und erzeugen so jeweils Impulse in den zugeordneten Sensoren 43b, mit denen die Einspritzung in den zugehörigen Zylinder beendet wird. Die relative Winkeldifferenz zwischen der Ausnehmung 50 in einer ersten Scheibe 42a, die den Impuls für den Einspritzbeginn in einen Zylinder auslöst, und der Ausnehmung 50 in der korrespondierenden zweiten Scheibe 42b, die den Impuls für das Einspritzende für den gleichen Zylinder auslöst, entspricht einer Zeitdifferenz, durch welche die Einspritzdauer für diesen Zylinder festgelegt ist. Die Einspritzdauer ist in weiter hinten beschriebener Weise einstellbar.

[0057] Typischerweise wird zumindest im Notlaufbetrieb der Gaswechsel in den Zylindern so gesteuert, dass die Bewegung des Ventilkörpers 27 (Fig. 4) symmetrisch zum unteren Totpunkt des jeweiligen Kolbens erfolgt. In diesem Fall sind die Scheiben 42c der dritten Gruppe C jeweils so auf der ersten Welle 41a angeordnet, dass der Gewindestift 52 einer Scheibe 42c genau dann dem zugeordneten Sensor 43 gegenüberliegt, wenn sich der Kolben des zu dieser Scheibe 42c gehörenden Zylinders in seinem untern Totpunkt befindet.

[0058] Für die Praxis ist es wünschenswert, dass auch im Notlaufbetrieb die Einspritzdauer veränderbar ist. Dies ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung 40 dadurch realisierbar, dass die Gruppen A und B für den Einspritzbeginn und das Einspritzende auf unterschiedlichen Wellen 41a,41b montiert sind, und dass die zweite Welle 41b so gelagert ist, dass sie gesamthaft um die Längsachse der ersten Welle 41a schwenkbar ist. Dazu sind die Stege 45 an ihrer Stirnfläche, die der zweiten Welle 41b am nächsten ist, jeweils als Teil eines Zahnrads, also gekrümmt und mit einer Zahnung 461 versehen, ausgebildet.

[0059] In diese Zahnungen 461 greifen zwei weitere Zahnräder 60 ein, die auf einer dritten Welle 61 angebracht sind, welche sich im wesentlichen parallel zu den beiden Wellen 41a,41b erstreckt. Die dritte Welle 61 reicht aus dem Gehäuse 44 heraus und ist so von aussen entweder manuell oder mittels einer Antriebsvorrichtung drehbar. Wird die dritte Welle 61 gedreht, so hat dies zur Folge, dass die zweite Welle 41b gesamthaft um die erste Welle 41a geschwenkt wird. Durch diese Schwenkbewegung ändert sich die relative Winkellage zwischen den Scheiben 42a der ersten Gruppe A für den Einspritzbeginn und den korrespondierenden Scheiben 42b der zweiten Gruppe B für das Einspritzende. Dies entspricht einer Änderung der Einspritzdauer.

[0060] Die Scheiben 42a der ersten Gruppe A für den Einspritzbeginn und die Scheiben 42b der zweiten Gruppe B für das Einspritzende sind so auf den jeweiligen Wellen 41a,41b montiert, dass zusammengehörende Impulse für den Einspritzbeginn und das Einspritzende jeweils zeitgleich ausgelöst werden (Einspritzdauer gleich Null), wenn sich die Stege 45 in einer neutralen Mittellage befinden. In einer Darstellung wie in Fig. 6 sind die Stege 45 parallel bezüglich der unteren und oberen Wand des Gehäuses 44 ausgerichtet, wenn sie sich in der neutralen Mittellage befinden, das heisst die Mittelpunkte der drei Achsen der Wellen 41a,41b,61 liegen dann auf einer Geraden. In diesem Fall erfolgt keine Einspritzung. Abhängig von der gewünschten Drehrichtung des Motors, also beispielsweise abhängig davon, ob das Schiff vorwärts oder rückwärts fahren soll, werden die Stege 45 und damit die zweite Welle 41b mittels der dritten Welle 61 nach oben (wie in Fig. 6 dargestellt) oder nach unten geschwenkt wie dies der Doppelpfeil D andeutet. Daraus resultiert eine Zeitdifferenz zwischen den Impulsen für den Einspritzbeginn und den zugehörigen Impulsen für das Einspritzende und somit eine endliche Einspritzdauer. Durch die Amplitude der Schwenkbewegung kann die Dauer der Einspritzung variiert werden, sodass je nach Last (z. B. Vollast oder Teillast) eine geeignete Einspritzdauer einstellbar ist. Der Schwenkbereich der Stege 45 beträgt z. B. bis zu 30°.

[0061] Da die Sensoren 43b für die Scheiben 42b ortsfest bezüglich der Stege 45, nämlich in dem Joch 49, angeordnet sind, bleibt der Abstand zwischen den Scheiben 42b und den Sensoren 43b auch beim Schwenken der zweiten Welle 41b konstant.

[0062] Unter konstruktiven Aspekten ist es vorteilhaft, dass die zeitliche Folge der Impulse und Signale für die unterschiedlichen Zylinder im wesentlichen nur durch die relative Winkelposition jeweils der Scheiben, die zu der gleichen Gruppe gehören, festgelegt ist, und damit durch die Anordnung der Löcher in den Wellen 41a,41b, in welche die Gewindestifte 52 eingreifen. Somit kann die Vorrichtung 40 in einfacher Weise an beliebige Zylinderzahlen und Zündabstände angepasst werden, nämlich durch eine entsprechende Anordnung der Löcher für die Gewindestifte 52 auf den Wellen 41a,41b.

[0063] Natürlich ist es in sinngemäss gleicher Weise auch möglich, die Steuerelemente als Negativscheiben auszugestalten, das heisst, dass anstelle der impulsauslösenden Ausnehmungen bei den vorangehend beschriebenen Scheiben 42a,42b,42c bei den Negativscheiben impulsauslösende Vorsprünge vorgesehen sind, die bei ihrem Vorbeidrehen am zugeordneten Sensor ein Signal auslösen.

[0064] Je nach Art der verwendeten Sensoren 43, 43b bzw. des von ihnen jeweils gelieferten Ausgangssignals können die an ihrem Ausgang anliegenden Signale direkt als elektrische Steuersignale an die entsprechenden Vorsteuerventile 30 zur Betätigung der Hydrauliksysteme übermittelt werden, z. B. indem jeder Sensor 43 bzw. 43b der Gruppe A bzw. B mit jeweils dem Vorsteuerventil 30 verbunden wird, das für denjenigen Zylinder, dem der Sensor 43 oder 43b zugeordnet ist, die Einspritzung steuert, und jeder Sensor 43 der Gruppe C mit jeweils dem Vorsteuerventil 30, das für den dem Sensor 43 zugeordneten Zylinder den Gaswechsel steuert. Es kann aber auch eine Notkontrolleinheit 9a vorgesehen sein, die - wie in Fig. 2 gezeigt - in der Kontrolleinheit 9 integriert sein kann, oder als baulich getrennte Einheit ausgebildet sein kann. Die Sensoren 43, 43b übermitteln ihre Signale dann an die Notkontrolleinheit 9a, die aus diesen Signalen die elektrischen Steuersignale für den Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugt oder bereitstellt und diese den zugehörigen Vorsteuerventilen 30 zuführt. So kann es je nach Art des verwendeten Sensors notwendig sein, dass die Notkontrolleinheit 9a das Sensorsignal verstärkt oder in anderer Weise verarbeitet, sodass das daraus resultierende Steuersignal das entsprechende Vorsteuerventil 30 ansteuern kann.

[0065] Fig. 9 zeigt zur Veranschaulichung in vier Diagrammen beispielhaft elektrische Steuersignale, die mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung mittels den rotierenden Scheiben 42a,42b,42c und den zugeordneten Sensoren 43,43b generierbar sind und für die Steuerung eines Schiffsmotors mit vier Zylindern dienen. Die rechts der mit L bezeichneten vertikalen Achse dargestellten Signale beziehen sich auf die Vorwärtsfahrt, die links der Achse L dargestellten auf die Rückwärtsfahrt. Die horizontalen Achsen KW geben jeweils den Kurbelwinkel an. Die Bezeichnung OTn (n=1,2,3,4) steht für "oberer Totpunkt, Zylinder n", was bedeutet dass sich bei diesem Kurbelwinkel der Kolben des Zylinders n in seinem oberen Totpunkt befindet. UT1 bezeichnet den Kurbelwinkel, bei dem sich der Kolben des ersten Zylinders in seinem unteren Totpunkt befindet.

[0066] Das erste (oberste) Diagramm zeigt die Steuersignale für die Betätigung des Auslassventils 21 des ersten Zylinders, die mit Hilfe einer der Scheiben 42c der Gruppe C erzeugt werden. Bei aufsteigender Signalflanke wird das Auslassventil 21 geöffnet, bei abfallender Signalflanke geschlossen. Diese Bewegung erfolgt symmetrisch zum unteren Totpunkt. Der Kurbelwinkelbereich, über den das Auslassventil 21 geöffnet ist, ergibt sich aus dem Winkelbereich α, über den sich die Ausnehmung 50c (Fig. 7) in der Scheibe 42c erstreckt.

[0067] Das zweite Diagramm zeigt die impulsförmigen Signale für den Einspritzbeginn in den ersten Zylinder, welche mit Hilfe einer der Scheiben 42a der ersten Gruppe A erzeugt werden. Das dritte Diagramm zeigt die impulsförmigen Signale für das Einspritzende für den ersten Zylinder, welche mit Hilfe einer der Scheiben 42b der zweiten Gruppe B erzeugt werden. Der Einspritzbeginn und das Einspritzende erfolgen jeweils bei der ansteigenden Signalflanke des entsprechenden Impulses. Der Impuls für den Einspritzbeginn wird im oberen Totpunkt des Kolbens ausgelöst. Die Einspritzdauer ED ist durch die Zeit- bzw. Winkeldifferenz zwischen den Impulsen für den Einspritzbeginn und das Einspritzende gegeben. Diese Differenz ist wie vorne erläutert einstellbar.

[0068] Das vierte (unterste) Diagramm verdeutlicht, wie anhand der Signale der Sensoren 43,43b ferner elektrische Steuersignale für das Anlasssystem erzeugt werden können bzw. wie die Signale der Sensoren 43,43b dazu verwendet werden können, um die elektrisch vorsteuerbaren Startluftventile zum Einbringen der Anlassluft in die Zylinder zu betätigen. In diesem Diagramm ist mit ALn (n=1,2,3,4) der Kurbelwinkelbereich bezeichnet, über den das Startluftventil des n-ten Zylinders geöffnet ist, sodass die Anlassluft in diesen Zylinder gelangt. Zum Öffnen des Startluftventils des n-ten Zylinders wird die abfallende Flanke des Impulses für den Einspritzbeginn des n-ten Zylinders verwendet. Zum Schliessen dieses Startluftventils wird die ansteigende Flanke des Signals für die Betätigung des Auslassventils des n-ten Zylinders verwendet, das heisst das Schliessen des Startluftventils wird durch die gleiche Signalflanke ausgelöst, die das Öffnen des Auslassventils des gleichen Zylinders steuert. Die elektrischen Steuersignale für das Anlasssystem werden den entsprechenden Vorsteuerventilen z. B. von der Notkontrolleinheit 9a übermittelt.

[0069] Für den Rückwärtslauf des Motors ergibt sich die umgekehrte Zündfolge wie für den Vorwärtslauf. Ist also beispielsweise die Zündfolge der Zylinder im Vorwärtslauf 1-3-2-4-1-..., so ist die Zündfolge für den Rückwärtslauf 1-4-2-3-1-....

[0070] Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen sind für eine gegebene Zylinderzahl verschiedene Zündreihenfolgen möglich. Durch Vertauschen der Zuordnung zwischen den Sensoren 43,43b und den Zylindern kann mit der erfindungsgemässen Vorrichtung 40 jede beliebige Zündreihenfolge realisiert werden. Insbesondere ist es auch möglich, durch eine Änderung dieser Zuordnung die Zündreihenfolge zu verändern.

[0071] Durch die Erfindung wird also eine Vorrichtung bereitgestellt, mit welcher die elektrischen Steuersignale für den Betrieb einer elektrisch-hydraulisch gesteuerten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Grossdieselmotors, mittels rotierender Steuerelemente und zugeordneter Sensoren erzeugbar sind. Bei einer Störung der normalen elektrisch-hydraulischen Steuerung können also die benötigten elektrischen Steuersignale für die Leistungsteile mit der erfindungsgemässen Vorrichtung generiert werden und den Vorsteuereinheiten zugeführt werden, sodass die Brennkraftmaschine weiter betrieben werden kann und somit z. B ein Schiff, das von einem erfindungsgemässen Grossdieselmotor angetrieben wird, manövrierfähig bleibt.

Ansprüche

1. Vorrichtung (40) zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb einer elektrisch-hydraulisch gesteuerten und eine Kurbelwelle (2) aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines Grossdieselmotors, bei welcher Brennkraftmaschine zumindest die Einspritzung und der Gaswechsel mittels Hydrauliksystemen gesteuert sind, wobei die Hydrauliksysteme Vorsteuereinheiten (30) umfassen, die mittels elektrischer Signale von einer Kontrolleinheit (9) derart betätigbar sind, dass sie die Hydrauliksysteme für die Einspritzung und den Gaswechsel steuern; welche Vorrichtung (40) mehrere Steuerelemente (42a,42b,42c) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie synchron mit der Kurbelwelle (2) rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Steuersignale elektrische Steuersignale sind, dass den Steuerelementen (42a,42b,42c) zugeordnete Sensoren (43,43b) vorgesehen sind, die derart mit den Steuerelementen (42a,42b,42c) zusammenwirken, dass jeder Sensor (43,43b) bei vorgegebenen Winkelpositionen des ihm zugeordneten Steuerelements (42a,42b,42c) ein Signal abgibt, und dass mittels dieser Signale die elektrischen Steuersignale für den Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerelemente (42a,42b,42c) und die ihnen zugeordneten Sensoren (43,43b) berührungslos zusammenwirken.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit mindestens zwei von der Kurbelwelle (2) angetriebenen, im wesentlichen parallel verlaufenden Wellen (41a, 41b), auf denen jeweils mehrere Steuerelemente (42a,42b,42c) angeordnet sind, wobei die Steuerelemente (42a,42b,42c) bezüglich der jeweiligen Welle (41a,41b) ortsfest montiert sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei drei Gruppen (A,B,C) von Steuerelementen (42a,42b,42c) vorgesehen sind, nämlich eine erste Gruppe (A) zum Erzeugen elektrischer Signale für den Einspritzbeginn, eine zweite Gruppe (B) zum Erzeugen elektrischer Signale für das Einspritzende und eine dritte Gruppe (C) zum Erzeugen elektrischer Signale für die Steuerung des Gaswechsels.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste und die dritte Gruppe (A,C) gemeinsam auf einer der beiden Wellen (41a) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, wobei die eine Welle (41b) derart gelagert ist, dass sie gesamthaft um die Längsachse der andere Welle (41a) schwenkbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher auf jeder Welle (41a,41b) ein Zahnrad (47a,47b) vorgesehen ist, wobei die beiden Zahnräder (47a,47b) im wesentlichen gleich sind und miteinander kämmen, und bei welcher die beiden Wellen (41a,41b) über einen Steg (45) miteinander verbunden sind, sodass die beiden Zahnräder (47a,47b) als Planetengetriebe zusammenwirken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Steg (45) an seiner einen Stirnseite eine Zahnung (461) aufweist, in welche ein drittes Zahnrad (60) eingreift, sodass durch Drehen des dritten Zahnrads (60) die eine Welle (41b) gesamthaft um die Längsachse der anderen Welle (41a) schwenkbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher die Sensoren (43b), die den Steuerelementen (42b) auf der schwenkbaren Welle (41b) zugeordnet sind, ortsfest bezüglich des Stegs (45) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-9, bei welcher die Steuerelemente jeweils als Scheiben (42a,42b,42c) ausgestaltet sind, die bezüglich der axialen Richtung der jeweiligen Welle (41a,41b) benachbart, insbesondere mit gleichem Abstand zwischen benachbarten Scheiben, angeordnet sind, wobei jede Scheibe (42a,42b,42c) eine Ausnehmung (50,50c) aufweist, die ein Signal auslöst, wenn sie bei der Rotation der Scheibe (42a,42b,42c) den zugeordneten Sensor (43,43b) passiert.

11. Brennkraftmaschine, insbesondere Grossdieselmotor, die elektrisch-hydraulisch gesteuert ist und eine Kurbelwelle aufweist, mit Hydrauliksystemen, welche zumindest die Einspritzung und den Gaswechsel steuern, wobei die Hydrauliksysteme Vorsteuereinheiten (30) umfassen, die mittels elektrischer Signale von einer Kontrolleinheit (9) derart betätigbar sind, dass sie die Hydrauliksysteme für die Einspritzung und den Gaswechsel steuern, mit einer Vorrichtung (40) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 mit einer Notkontrolleinheit (9a), die bei Störung der elektrisch-hydraulischen Steuerung aus den Signalen der Sensoren (43,43b) die elektrischen Steuersignale für den Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugt, und diese den Vorsteuereinheiten (30) zuführt.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei welcher die Notkontrolleinheit (9a) anhand der Signale der Sensoren ferner elektrische Steuersignale für das Anlasssystem erzeugt.

Claims

1. Apparatus (40) for the production of control signals for the operation of an electrically-hydraulically controlled internal combustion engine having a crankshaft (2), in particular of a large diesel engine, in said internal combustion engine at least the injection and the gas exchange being controlled by means of hydraulic systems, with the hydraulic systems comprising pre-control devices (30) which can be actuated by means of electrical signals from a control unit (9) in such a manner that they control the hydraulic systems for the injection and the gas exchange; said apparatus (40) comprising a plurality of control elements (42a, 42b, 42c), which are arranged in such a manner that they rotate synchronously with the crankshaft (2), characterised in that the control signals which are produced are electrical signals; in that sensors (43, 43b) which are associated with the control elements (42a, 42b, 42c) are provided which cooperate with the control elements (42a, 42b, 42c) in such a manner that each sensor (43, 43b) emits a signal at a predetermined angular position of the control element (42a, 42b, 42c) which is associated with it; and in that the electrical control signals for the operation of the internal combustion engine can be produced by means of these signals.

2. Apparatus in accordance with claim 1, with the control elements (42a, 42b, 42c) and the sensors (43, 43b) which are associated with them cooperating without contact.

3. Apparatus in accordance with claim 1 or claim 2 comprising at least two shafts (41a, 41b) which are driven by the crankshaft (2), which extend substantially in parallel and on which in each case a plurality of control elements (42a, 42b, 42c) are arranged, with the control elements (42a, 42b, 42c) being mounted in fixed position with respect to the respective shaft (41a, 41b).

4. Apparatus in accordance with one of the preceding claims, with three groups (A, B, C) of control elements (42a, 42b, 42c) being provided, namely a first group (A) for the production of electrical signals for the beginning of the injection, a second group (B) for the production of electrical signals for the termination of the injection and a third group (C) for the production of electrical signals for the control of the gas exchange.

5. Apparatus in accordance with claim 4, with the first and third group (A, C) being jointly arranged on one of the two shafts (41a).

6. Apparatus in accordance with one of the claims 3 to 5, with the one shaft (41b) being journalled in such a manner that it can be pivoted in its entirety about the longitudinal axis of the other shaft (41a).

7. Apparatus in accordance with claim 6, in which a gear (47a, 47b) is provided on each shaft (41a, 41b), with the two gears (47a, 47b) being substantially similar and meshing with one another, and in which the two shafts (41a, 41b) are connected to one another via a web (45) so that the two gears (47a, 47b) cooperate as a planetary transmission.

8. Apparatus in accordance with claim 7, with the web (45) having toothing (461) at its one end side into which a third gear (60) engages so that through a rotation of the third gear (60) the one shaft (41b) is pivotable in its entirety about the longitudinal axis of the other shaft (41a).

9. Apparatus in accordance with claim 7 or claim 8 in which the sensors (43b) which are associated with the control elements (42b) on the pivotable shaft (41b) are arranged in fixed position relative to the web (45).

10. Apparatus in accordance with one of the claims 3 to 9 in which the control elements are in each case designed as discs (42a, 42b, 42c) which are arranged adjacently with respect to the axial direction of the respective shaft (41a, 41b), in particular with the same distance between adjacent discs, with each disc (42a, 42b, 42c) having a cut-out (50, 50c) which triggers a signal when it passes the associated sensor (43, 43b) during the rotation of the disc (42a, 42b, 42c).

11. Internal combustion engine, in particular a large diesel engine, which is electrically-hydraulically controlled and which has a crankshaft with hydraulic systems which control at least the injection and the gas exchange, with the hydraulic systems including pre-control devices (30) which can be actuated by means of electrical signals from a control unit (9) in such a manner that they control the hydraulic systems for the injection and the gas exchange and with an apparatus (40) in accordance with one of the preceding claims.

12. Internal combustion engine in accordance with claim 11 comprising an emergency control unit (9a) which produces the electrical control signals for the operation of the internal combustion engine from the signals of the sensors (43, 43b) when the electric-hydraulic control is faulty and supplies the electrical control signals to the pre-control devices (30).

13. Internal combustion engine in accordance with one of the claims 11 or 12 in which the emergency control unit (9a) furthermore produces electrical control signals for the starter system on the basis of the signals of the sensors.

Revendications

1. Dispositif (40) pour générer des signaux de commande pour le fonctionnement d'un moteur à combustion interne commandé de manière électrohydraulique et comprenant un vilebrequin (2), plus particulièrement d'un gros moteur diesel dans lequel au moins l'injection et le changement des gaz sont commandés à l'aide de systèmes hydrauliques, moyennant quoi les système hydrauliques comprennent des unités pilotes (30) qui peuvent être actionnées à l'aide de signaux électriques par une unité de contrôle (9) de telle sorte qu'ils commandent les systèmes hydrauliques pour l'injection et le changement des gaz, lequel dispositif (40) comprend plusieurs éléments de commande (42a, 42b, 42c) disposés de façon à tourner de manière synchrone avec le vilebrequin (2), caractérisé en ce que les signaux de commande générés électriques sont des signaux de commande électriques, en ce qu'aux éléments de commande (42a, 42b, 42c) sont associés des capteurs (43, 43b) qui interagissent avec les éléments de commande (42a, 42b, 42c) de telle sorte que chaque capteur (43, 43b) envoie un signal pour des positions angulaires prédéterminées de l'élément de commande (42a, 42b, 42c) auquel il est associé et en ce qu'à l'aide de ces signaux, les signaux de commande électriques peuvent être générés pour le fonctionnement du moteur à combustion interne.

2. Dispositif selon la revendication 1, moyennant quoi les éléments de commande (42a, 42b, 42c) et les capteurs (43, 43b) qui leur sont associés interagissent sans contact.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 avec au moins deux arbres (41a, 41b) parallèles entraînés par le vilebrequin (2), sur lesquels se trouvent plusieurs éléments de commande (42a, 42b, 42c), moyennant quoi les éléments de commande (42a, 42b, 42c) sont fixes par rapport à l'arbre (41a, 41b) correspondant.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, moyennant quoi trois groupes (A, B, C) d'éléments de commande (42a, 42b, 42c) sont prévus, un premier groupe (A) pour générer des signaux électriques pour le début de l'injection, un deuxième groupe (B) pour générer des signaux électriques pour la fin de l'injection et un troisième groupe (C) pour générer des signaux électriques pour la commande de changement des gaz.

5. Dispositif selon la revendication 4, moyennant quoi le premier et le troisième groupe (A, C) se trouvent ensemble sur un des deux arbres (41a).

6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, moyennant quoi un arbre (41b) est logé de telle sorte qu'il puisse pivoter entièrement autour de l'axe longitudinal de l'autre arbre (41a).

7. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel, sur chaque arbre (41a, 41b) se trouve une roue dentée (47a, 47b), moyennant quoi les deux roues dentées (47a, 47b) sont globalement identiques et s'engrènent mutuellement, et dans lequel les deux arbres (41a, 41b) sont reliés entre eux à l'aide d'une entretoise (45), de façon à ce que les deux roues dentées (47a, 47b) interagissent comme un engrenage planétaire.

8. Dispositif selon la revendication 7, moyennant quoi l'entretoise (45) comporte, sur sa face frontale, une denture (461) sur laquelle s'engrène un troisième roue dentée (60), de telle sorte que, lors de la rotation de la troisième roue dentée (60), l'arbre, (41b) pivote entièrement autour de l'axe longitudinal de l'autre arbre (41a).

9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les capteurs (43b) associés aux éléments de commande (42b) disposés sur l'arbre pivotant (41b), sont fixes par rapport à l'entretoise (45).

10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, dans lequel les éléments de commande sont conçus comme des disques (42a, 42b, 42c) disposés dans la direction axiale de l'arbre (41a, 41b), plus particulièrement avec la même distance entre eux, moyennant quoi chaque disque (42a, 42b, 42c) comprend un évidement (50, 50c) qui déclenche un signal lorsqu'il passe, lors de la rotation du disque (42a, 42b, 42c), devant le capteur correspondant (43, 43b).

11. Moteur à combustion interne, plus particulièrement un gros moteur diesel, commandé de manière électrohydraulique et comprenant un vilebrequin, avec des systèmes hydrauliques qui commandent au moins l'injection et le changement des gaz, moyennant quoi les systèmes hydrauliques comprennent des unités pilotes (30) qui sont actionnés à l'aide de signaux électriques par une unité de contrôle (9) de façon à commander les systèmes hydrauliques pour l'injection et le changement des gaz, avec un dispositif (40) selon l'une des revendications précédentes.

12. Moteur à combustion interne selon la revendication 11 avec une unité de contrôle de secours (9a) qui, lors d'une perturbation de la commande électrohydraulique, génère, à partir des signaux des capteurs (43, 43b), les signaux de commande électriques nécessaires au fonctionnement du moteur à combustion interne et transmet ceux-ci aux unités pilotes (30).

13. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel l'unité de contrôle de secours (9a) génère en outre, à l'aide des signaux des capteurs, des signaux de commande électriques pour le système de démarrage.

Zeichnung