CN105649791B - 用于操作多个内燃发动机的系统的方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于操作多个内燃发动机的系统的方法和控制装置，具体地涉及一种用于操作多个内燃发动机的系统的方法，其中，内燃发动机以这种方式被加以联接，即运转中的内燃发动机可用的部分驱动动力输出由至少一个共同的使用设备所接收，并且其中，内燃发动机以这样的方式被加以操作，即运转中的内燃发动机相当于部分驱动动力输出的总和的可用的总驱动动力输出相当于至少是或者每个共同的使用设备所要求的动力，并且其中，在提供每个运转中的内燃发动机所要求的动力的情况下来确定单独的操作点，并且在这一单独的操作点中操作各自内燃发动机，即使得在维持排放极限值的情况下带来系统的最小操作成本。

Description

用于操作多个内燃发动机的系统的方法和控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于操作多个内燃发动机的系统的方法。本发明还涉及一种用于执行该方法的控制装置。

背景技术

在海运应用中已知的是多个联接的内燃发动机系统，它们被这样联接以使得内燃发动机可用的部分驱动动力输出由至少一个共同的使用设备所接受。系统的内燃发动机可用的部分驱动动力输出使得所述（每个）共同的使用设备所接受的总动力输出是可用的。各使用设备可以是机械使用设备或者电气使用设备或液压使用设备，其中，在共同的机械使用设备的情形中，这被称作机械联接式内燃发动机，在共同的电气使用设备的情形中，这被称作电气联接式内燃发动机，在共同的液压使用设备的情形中，这被称作液压联接式内燃发动机。相应地，由航海应用中所知晓的是，作为共同机械使用设备的机械联接式内燃发动机的系统以机械方式驱动船舶的推进器。进一步知晓的是，作为电气使用设备的电气联接式内燃发动机的系统驱动用于产生电能的发电机，其中所产生的电能可以被用于例如驱动电马达和/或其它使用设备。而且可能的是，取决于这种多个共同使用设备构造的内燃发动机以机械和/或电气和/或液压方式被加以联接。

根据实践，多个联接的内燃发动机的系统以这种方式被加以操作，即多个运转中的内燃发动机取决于（每个）共同的使用设备所要求的动力分别利用相同的部分驱动动力输出，以使得利用由（每个）共同的使用设备所要求的动力输出。如果所述（每个）共同的使用设备所要求的动力相对较高，通常所有的内燃发动机以这样的方式加以操作，使得所有的内燃发动机利用相同的部分驱动动力输出。相反地，如果所述（每个）共同的使用设备所要求的动力相对较低，则可以关闭该系统的一个或多个内燃发动机，而其余运转中的内燃发动机进而以这样的方式加以操作，使得运转中的内燃发动机利用相同的部分驱动动力输出。

发明内容

从这点出发，本发明基于这样的目的，即创造一种新型的用于操作多个内燃发动机的系统的方法以及一种用于执行该方法的控制设备。

这一目的是由根据权利要求1所述的方法来解决的。

根据本发明，在利用每个运转中的内燃发动机所要求的动力的情况下确定单独的操作点，并且在这个操作点中操作各自内燃发动机，即使得在维持排放极限值的同时带来系统的最小操作成本。

利用本发明，可以以特别经济的方式操作多个内燃发动机的系统。

相应地，选定运转中的内燃发动机的操作点使得总体系统产生的操作成本最小。为此，不是所有的运转中的内燃发动机都是在一致的操作点中操作，而是针对每个运转中的内燃发动机确定单独的操作点并且内燃发动机在该单独的操作点中操作。最优操作点并不是根据单独的内燃发动机来确定，而是特别地根据多个内燃发动机的系统来执行。这在维持排放极限值的情况下发生，该排放极限值必须在操作中得到严格保持。

优选地，系统的至少一个运转中的内燃发动机以这样的方式在单独的操作点处操作，即该内燃发动机的NO_X未经处理的排放和/或CO₂未经处理的排放和/或充入压力和/或燃料喷射压力和/或压缩比和/或燃料空气比和/或排气温度与系统的（每个）其它的运转中的内燃发动机的相应操作参数不同，特别地达到至少10%，优选地达到至少20%，最优选地达到至少50%。由此，多个联接的内燃发动机的系统的特别有利的操作是可能的。

根据有利的进一步发展，通过这样的方式针对每个运转中的内燃发动机确定单独的操作点，即针对系统带来最小的操作资源成本的操作成本和维护成本。作为操作成本，例如燃料成本和维护成本或检修成本的操作资源成本被加以考虑，以确定联接式内燃发动机的系统的每个内燃发动机的单独的操作点。由此，多个联接的内燃发动机的系统的特别经济的操作是可能的。

优选地，对针对每个运转中的内燃发动机和/或总体系统的储备动力和/或负载连接能力的提供加以考虑。特别地，当不仅仅排放极限值而且还有针对系统的储备动力和/或负载连接能力被加以考虑时，可以特别有利地对同样的情况进行操作。

优选地，当确定运转中的内燃发动机的单独操作点时，优先考虑因素也被加以考虑，其特别取决于燃料成本和/或维护成本和/或直到下次检修时可用的剩余驱动动力输出。优先考虑使得通过将操作者指定的优先考虑因素加以考虑来确定内燃发动机的操作点成为可能。

在排气后处理装置存在的情况下，通常必须保持最小的温度。根据本发明的方法同样可以在此运用。出于这个目的，以这样的方式来操作内燃发动机，即以最小的操作成本来得到所期望的、通常是上升的排气温度。由于通过其它常用的措施（例如降低空气/燃料比或启动喷射调整）来提升排气温度导致大量增加的燃料消耗，因此使用根据本发明的方法在此是特别有效的。出于这个目的，利用不同的负载来操作不同的发动机，因此得到不同的排气温度或者可以减少用于加热排气的花费。

根据本发明的控制装置包括用于执行根据本发明的方法的机构。

附图说明

由从属权利要求和以下的描述获得本发明的进一步优选的改进。借助于附图并不局限于该附图，本发明的示例性实施例将更加详细地加以解释。在附图中：

图1是多个内燃发动机的第一系统的线框图；并且

图2是多个内燃发动机的第二系统的线框图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于操作多个内燃发动机的系统的方法，并涉及一种用于执行该方法的控制设备。

图1以高度示意的方式示出了多个内燃发动机2、3的第一系统1。在图1中示出的内燃发动机2、3以这样的形式加以联接，即内燃发动机2、3可用的部分驱动动力输出可以由共同的使用设备（Verbraucher）4所接收。这一使用设备4可以例如是液压或电气或机械或其它使用设备，其所需要的总体驱动动力输出可以由内燃发动机2和3两者提供。根据图1，内燃发动机的每一者一方面分别供应燃料5和6，另一方面分别供应燃烧空气7和8，其中燃料5、6在各自内燃发动机2、3中燃烧并且排气9、10从各自内燃发动机2、3中排出。在图1的系统1中，每个内燃发动机2、3指定有单独的排气后处理装置11、12，各自内燃发动机2、3的分别排气9、10在排气后处理装置11、12中受到单独的排气后处理。相应地，经过清洁的排气13、14离开排气后处理装置11、12。内燃发动机2、3和/或排气后处理装置11、12的操作由控制装置15所控制和/或调节。

根据本发明，联接式内燃发动机2、3的系统1以这种形式加以操作，即在提供系统1的每个运转中的内燃发动机2、3共同的使用设备4所要求的动力的情况下来确定单独的操作点，并且各自内燃发动机2、3在这个确定的单独的操作点中加以操作，即使得在维持指定的排放极限值的同时为系统1带来最小的操作成本。

在操作成本方面，可以考虑操作资源成本和维护成本。具体地，操作资源成本包括内燃发动机2、3中燃烧的燃料5、6的燃料成本，在操作资源成本中还包括还原剂和/或吸收剂的成本，这在排气后处理系统11、12的部位中对于离开内燃发动机2、3的排气9、10的排气后处理是需要的。

相应地，特别当排气后处理设备11、12是例如SCR-催化剂转换器时，对于排气后处理来说，需要例如尿素、胍甲酸盐、氨基甲酸铵、甲酸铵或类似物质的氨或氨前体物质作为还原剂。

相应地，尿素根据以下化学方程式分解成异氰酸和氨：

(NH₂)₂CO → NH₃ + HNCO

其中异氰酸和内含在排气中的水根据以下化学方程式进一步分解：

HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂。

根据以下化学方程式，一摩尔尿素在完全水解期间产生两摩尔氨和一摩尔二氧化碳：

(NH₂)₂CO + H₂O → 2NH₃ + CO₂。

鉴于此，对于排气后处理，通过尿素的水解，作为还原剂的氨可以在SCR-催化剂转换器中使用。

根据以下化学方程式，一摩尔一氧化氮的转换需要一摩尔氨：

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O。

在这种情况中，氨和氮氧化物之间的比例被称作进料比α=NH₃/NO_x，其中具有理想催化剂的进料比α=1意味着实现了所有氮氧化物都被还原的100%的NO_x的转换。以下化学方程式适用于NO_X转换X_NOx：

X_NOx = (c_NOx,0-c_NOx)/c_NOx,0。

具体地，当例如还原剂相对于燃料成本成比例增加时，可以转变运转中的内燃发动机的操作点使得通过减少的未经处理的排放，在排气后处理装置11、12中需要较少的还原剂。

同样地，对于脱硫系统或类似系统，针对CH₂O-氧化催化剂转换器、NO-氧化催化剂转换器、NO_x-储存催化剂转换器、CH₄-氧化催化剂转换器中的排气后处理需要还原剂或吸收剂，这决定了操作资源成本。如前所述，通过以下方式来决定系统1的运转中的内燃发动机2、3的单独操作点，即对于整个系统1带来最小的操作成本（具体的是最小的操作资源成本）。

除了操作资源成本之外，当确定系统1的内燃发动机2、3的单独操作点时，优选地同样对维护成本加以考虑。

相应地，以确定的间隔在内燃发动机2、3以及排气后处理装置11、12上发生维护操作或检修操作，这同样影响系统1的操作成本。在这种情况中，除了其它因素以外，维护间隔或检修间隔取决于内燃发动机2、3操作或在过去操作所在的操作点。相应地，当确定系统1的运转中的内燃发动机2、3的单独操作点时，优选地还将维护成本和检修成本加以考虑。

在多个联接的内燃发动机2、3的系统1的操作期间，系统1的至少一个运转中的内燃发动机以这样的方式在单独的操作点处操作，即该内燃发动机的NO_X未经处理的排放和/或CO₂未经处理的排放和/或充入压力和/或燃料喷射压力和/或压缩比和/或燃料空气比和/或排气温度与系统1的（每个）其它的运转中的内燃发动机2、3的相应操作参数不同。如已经说明的，使得操作成本最小化的排放极限值在此处被加以考虑。

特别有利的是这样一种构造，其中，至少一个运转中的内燃发动机的这些操作参数中的至少一个与（每个）其它的运转中的内燃发动机的相应操作参数偏离达到至少10%、优选地达到至少20%、最优选地达到至少50%。

在本发明的优选构造中，单独的操作点是针对联接式内燃发动机的系统1的每个内燃发动机2、3取决于内燃发动机2、3的操作资源成本、取决于排气后处理装置11、12的操作资源成本、取决于内燃发动机2、3的维护成本并取决于排气后处理装置11、12的维护成本所确定，即通过这样的方式使得在提供（每个）共同的使用设备4所要求的动力（内燃发动机2、3可用作总的动力输出）的同时并受到维持系统1的有约束力的排放极限值，在操作期间带来系统的最小操作成本。由此，多个联接的内燃发动机的系统的特别经济的操作是可能的。

此外，根据本发明的有利的进一步改进，系统1的运转中的每个内燃发动机2、3的单独操作点的确定是在考虑将要提供的储备动力和将要提供的系统1的负载连接能力的情况下发生的。

相应有可能的是，除了考虑到（每个）共同的电气使用设备4所要求的动力之外，储备动力应该能够被系统1的内燃发动机2、3所使用。此外，可以考虑动态改变的负载，以选择内燃发动机2、3的单独操作点，以使得系统1最终具有良好的负载连接能力。相应地，根据该进一步改进，在考虑将要维持的排放极限值、所期望的负载连接能力和储备动力所要求的动力的情况下并在是总体系统1的操作成本最小的情况下来进行系统1的内燃发动机2、3的单独操作点的确定。

特别有利的是本发明的这样一种构造，其中在确定运转中的内燃发动机的单独操作点期间，例如可由操作者指定的优先考虑因素被加以考虑。相应地，对比于维护成本，可以给予燃料成本更高的优先权，因此燃料成本比维护成本对内燃发动机2、3的单独操作点的确定具有更大的影响。此外，对于系统的操作可以优先考虑单独的内燃发动机，即考虑直到下次检修时单独的内燃发动机可用的剩余驱动动力输出。

如果例如由于系统1的内燃发动机之前负载使得可用的剩余驱动动力输出较低、但是对于系统1的其它内燃发动机由于之前较低负载而使得系统1的其它内燃发动机可用的剩余驱动动力输出较高，对于进一步操作而言，可以给予具有较高可用剩余驱动动力输出的内燃发动机更高的优先权，以使得增加系统1到达下次所需检修时的可能的操作持久性。

上述方法完全由控制装置15自动执行，该控制装置15控制或调节内燃发动机2、3的操作和/或排气后处理装置11、12的操作。为此，根据虚线箭头，控制装置15与内燃发动机2、3并与排气后处理装置11、12交换数据。而且，控制装置15与（每个）共同的使用设备4交换数据，以确定例如由（每个）使用设备所要求的动力。

控制装置15包括用于执行该方法的机构，它们是硬件机构和/或软件机构。硬件机构是接口，以便与那些涉及执行根据本发明的方法的组件交换数据。而且，这些硬件机构是用于数据存储的存储装置和用于数据处理的处理器。软件机构是用于执行根据本发明的方法的程序模块。

特别有利的是本发明的这样一种构造，其中系统1的内燃发动机2、3使得部分驱动动力输出是可用的，将它们供给到直流网络中并使得它们对于共同的使用设备4是可用的。在这种情况中，内燃发动机2、3的操作点可以不受在交流发电机情况中常见的机载系统频率的影响而自由选定，其结果是内燃发动机和由此的总体系统1则可以以特别经济的方式来操作。

内燃发动机可以是柴油发动机、火花点火式发动机或者连续流动式的机器。

特别有利地，本发明与用于船舶的驱动系统一起使用，其中内燃发动机2、3则典型地被具体实施为使用重油的海运柴油机内燃发动机。

热交换器可以布置在内燃发动机2、3的下游，特别地在排气催化剂转换器11、12的下游，以利用排气热量用于对流体加热。内燃发动机2、3的系统1的经济性可由此进一步增加。

在内燃发动机2和3的在图1的系统1中，单独的排气后处理装置11、12被连接到每个内燃发动机2、3的下游。与此相反，图2示出了多个内燃发动机22、23的系统21，内燃发动机22、23的每个使得部分驱动动力输出对于共同的使用设备24是可用的，其中在燃烧空气27、28存在的情况下在燃料25和26的燃烧期间在内燃发动机22、23中分别生成的内燃发动机22、23的排气29、30经由共同的排气后处理装置31而进行传导，清洁的排气32从该排气后处理装置31流出。如参考图1的示例性实施例所描述的，在这种情况中，控制装置33控制共同的排气后处理装置31和两个内燃发动机22、23的操作，其中在提供共同的使用设备24所要求的内燃发动机22、23的动力的情况下来分别确定单独的操作点，并且在这一单独的操作点中操作各自运转中的内燃发动机22、23，即使得受制于维持排放极限值的限制（例如优选地受制于提供储备动力和/或期望的负载连接能力），对于系统21带来最小的操作成本。

相应地，本发明的目标是确定多个联接的内燃发动机的系统的内燃发动机的最优单独操作点，即不基于各自的内燃发动机的最优值而是基于总体系统的最优值，使得带来关于操作资源成本和维护成本的最低操作成本，其中可以按用户决定的方式优先考虑单独的因素和内燃发动机。在这里，考虑总体系统的负载连接能力所期望的动态特性、将要提供的动力的储备率和将要维持的排放极限值。特别地，考虑内燃发动机以及由此的总体系统的负载连接能力的动态储备，这使得多个内燃发动机的系统的特别有利的操作成为可能。

附图标记列表

1 系统

2 内燃发动机

3 内燃发动机

4 使用设备

5 燃料

6 燃料

7 充入空气

8 充入空气

9 排气

10 排气

11 排气后处理装置

12 排气后处理装置

13 排气

14 排气

15 控制装置

21 系统

22 内燃发动机

23 内燃发动机

24 使用设备

25 燃料

26 燃料

27 充入空气

28 充入空气

29 排气

30 排气

31 排气后处理装置

32 排气

33 控制装置。

Claims (10)

1.一种用于操作多个内燃发动机的系统（1；21）的方法，其中，所述内燃发动机以这种方式被加以联接，即运转中的内燃发动机可用的部分驱动动力输出由至少一个共同的使用设备（4；24）所接收，并且其中，所述内燃发动机以这样的方式被加以操作，即所述运转中的内燃发动机的相当于所述部分驱动动力输出的总和的可用的总驱动动力输出至少相当于所述共同的使用设备（4；24）所要求的动力，其特征在于，在提供每个运转中的内燃发动机所要求的动力的情况下来确定单独的操作点，并且在这一单独的操作点中操作各自内燃发动机，即以这样的方式使得在维持排放极限值的情况下为所述系统（1；21）带来最小的操作成本。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统（1；21）的至少一个运转中的内燃发动机在单独的操作点处以这样的方式操作，即这一内燃发动机的NO_X未经处理的排放和/或CO₂未经处理的排放和/或充入压力和/或燃料喷射压力和/或压缩比和/或燃料空气比和/或排气温度与所述系统（1；21）的所述其它的运转中的内燃发动机的相应操作参数不同。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，这些操作参数中的至少一个与所述其它的运转中的内燃发动机的相应操作参数偏离达到至少10%。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，针对每个内燃发动机，以这样的方式确定单独的操作点，即针对所述系统带来最小的维护成本和操作资源成本的操作成本。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各自内燃发动机的排气受到单独的排气后处理所在的单独的排气后处理装置（11、12）在所述系统（1）的每个内燃发动机的下游，或者所述各自内燃发动机的所述排气受到共同的排气后处理所在的共同的排气后处理装置（31）在所述系统（21）的多个内燃发动机的下游，并且其特征在于，对于每个运转中的内燃发动机，以这样的方式确定单独的操作点，即取决于将要在所述内燃发动机中燃烧的燃料的成本并且取决于在所述排气后处理系统（11、12；31）中用于排气后处理的还原剂和/或吸收剂的成本，以使得在维持排放极限值及在提供所要求的动力的情况下带来燃料和还原剂和/或吸收剂的最小操作资源成本。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在提供每个内燃发动机所要求的动力和提供储备动力和/或负载连接能力的情况下来确定单独的操作点，并且在这一单独的操作点操作各自内燃发动机，即使得在维持排放极限值的情况下带来所述系统（1；21）的最小操作成本。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述内燃发动机的所述单独的操作点时，优先考虑因素被加以考虑。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机的所述优先考虑因素取决于燃料成本和/或取决于维护成本和/或取决于所述内燃发动机直到下次检修时可用的其剩余驱动动力输出。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统（1；21）的所述内燃发动机可用的部分驱动动力输出被供给入直流网络并且对于使用设备（4；24）是可用的。

10.一种控制设备，其特征在于，所述控制设备用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

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