CN111051671A - 用于操作多内燃机的系统的控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作多内燃机(2,3)的系统(1)的控制器。每个内燃机(2,3)布置在废气后处理装置(11,12)的上游，在该废气后处理装置中，相应内燃机的废气经历废气后处理。该控制器包括存储单元(21)，其中存储用于在限定的总距离上操作多内燃机(2,3)的系统(1)的操作配置或者用于在限定的总操作持续时间上操作多内燃机(2,3)的系统(1)的操作配置；处理器(22)，其根据操作配置的操作参数、要维持的边界条件和测量的操作数据将多内燃机(2,3)的系统(1)的所需总输出分成到个别内燃机(2,3)的子输出，使得子输出确保该废气后处理装置中或每个废气后处理装置(11,12)中的最佳废气后处理，同时最小化内燃机(2,3)的系统(1)的操作成本。

Description

用于操作多内燃机的系统的控制器
技术领域
本发明涉及一种用于操作多内燃机的系统的控制器。此外，本发明涉及一种具有这种控制器的多内燃机的系统。
背景技术
从DE 10 2014 014 636 A1已知一种用于操作多内燃机的系统的控制器。该系统的内燃机提供由普通消耗装置吸取的动力输出。在每个内燃机的下游布置有废气后处理，其中相应内燃机的废气经受废气后处理。个别的废气后处理装置或普通的废气后处理装置可以分别布置在每个内燃机或多内燃机的下游。从DE 10 2014 014 636 A1已知，控制器操作多内燃机的系统，使得用于再生废气后处理装置的控制器降低至少一个第一内燃机的驱动功率，从而升高该第一内燃机或每个第一内燃机的废气温度，并且进一步增加至少一个第二内燃机的驱动功率，使得第一内燃机或每个第一内燃机的驱动功率的降低被至少部分地补偿。优选地，所提供的总驱动功率保持恒定。
需要进一步改进多内燃机的系统的操作。
发明内容
从这一点出发，本发明的目的是创造一种用于操作多内燃机的系统的新型控制器和一种具有这种控制器的多内燃机的系统。
该目的通过根据权利要求1的控制器来解决。根据本发明，这里提出了一种用于操作多内燃机的系统的控制器，利用该控制器，对于系统操作，在存储单元中存储了该系统沿着限定的总距离操作的操作配置，或者存储了系统在限定的总操作持续时间内操作的操作配置，该操作配置优选地由多个配置部段组成。特别地，当多内燃机的系统是安装在船舶上的系统时，操作配置描述了系统沿着限定的总距离的操作，该总距离优选地由多个部段组成。特别地，当要操作的系统是具有多个内部燃烧的发电厂系统时，存储在控制器的存储单元中的操作配置描述了系统在优选由多个时段组成的限定的总操作持续时间内的操作。控制器的处理器基于存储在存储单元中的操作配置的操作参数，基于为该操作所要维持的边界条件以及基于系统的测量操作数据，将多内燃机的系统的请求的总输出分配成个别内燃机上的部分输出，即，使得个别内燃机的部分输出在最小化内燃机的系统的总操作成本的同时确保在该废气后处理装置中或每个废气后处理装置中的最佳废气后处理。因此，在最小化操作成本的同时，进行了最佳的废气后处理。通过这种方式，多内燃机的系统的最佳操作是可能的，无论是在船舶上的应用中还是在发电厂的应用中。
存储在存储单元中的操作配置优选地由处理器自动调适，即基于系统的过去操作和/或基于系统的当前操作和/或预测性地基于多内燃机的系统的未来操作。例如，当确定在系统的过去操作期间，实际操作配置偏离存储在控制器中的操作配置时，存储在控制器中的操作配置可以根据其进行调适。基于当前操作条件，例如当前时间、当前位置以及当前环境条件，还可以调适存储在控制器中的操作配置。还可以利用关于未来操作的信息以便预测性地调适存储在控制器中的操作配置。通过这种方式，可以灵活地对变化的操作参数、边界条件和操作数据做出反应，以确保系统的最佳操作，即最佳的废气后处理，同时最小化总操作成本。
基于测量的操作数据，处理器优选地确定该废气后处理装置或每个废气后处理装置的再生要求，其中处理器，特别是当处理器确定废气后处理装置的再生要求需要废气后处理装置再生时，自动确定再生触发的定时，并将多内燃机的系统的请求的总输出分配成个别内燃机上的部分输出，使得部分输出在最小化多内燃机的系统的操作成本的同时，确保相应废气后处理装置的最佳再生。通过这种方式，废气后处理在最小化操作成本的同时，可以被进一步优化，特别地，废气后处理装置可以以操作成本最优的方式经受再生。
权利要求10中限定了多内燃机的系统。
附图说明
本发明的优选进一步发展从从属权利要求和以下描述中获得。通过附图更详细地解释本发明的示例性实施例，但本发明不限于此。这里显示：
图1是示例性多内燃机系统的框图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于操作多内燃机的系统的控制器以及一种多内燃机的系统。
图1高度示意性地显示了多内燃机2、3的系统1。图1中所示的内燃机2、3优选地联接成使得由内燃机提供的驱动输出由公共消耗装置4吸取。该消耗装置4例如可以是液压的或电气的或机械的或其他的消耗装置，其所需的总驱动输出由总共两个内燃机2和3提供。
两个内燃机2和3提供总输出的部分输出。
根据图1，内燃机中的每一个一方面分别被供应燃料5和6，并且另一方面被供应燃烧空气7、8，其中在相应的内燃机2、3中，燃料5、6被燃烧，并且废气9、10从相应内燃机2、3排出。
在图1的系统1中，每个内燃机2、3被分配有个别的废气后处理装置11、12，其中相应内燃机2、3的相应废气9、10经受个别的废气后处理。因此，清洁的废气13、14离开废气后处理装置11、12。为了废气后处理，还原剂18、19被供给至废气后处理装置11、12。废气后处理装置11、12是SCR废气后处理装置，其被供给尿素作为还原剂18、19。
此外，图1示出了用于操作多内燃机2、3的系统1的控制器17。控制器17包括数据接口20、处理器22和存储单元21。数据接口20用于在系统操作期间与系统1的组件，特别是与内燃机2、3，与废气后处理装置11和12，以及与分配给废气后处理装置11、12的传感器15、16交换数据，该传感器15、16可以是例如NOx或NH3传感器或烟尘传感器等。存储单元21尤其用于数据存储，并且处理器22用于数据处理。数据接口20还可以包括输入数据接口和输出数据接口。
根据本发明的控制器17或根据本发明的多内燃机2、3的系统1的控制器17包括存储单元21，其中，存储多内燃机2、3的系统1沿着限定的总距离操作的操作配置，或者存储多内燃机2、3的系统1在限定的总操作持续时间内操作的操作配置。
特别地，当多内燃机2、3的系统1是安装在船舶上的内燃机系统时，多内燃机2、3的系统1在限定的总距离上操作的操作配置存储在存储单元21中，其中总距离由多个配置部段组成，即由用于总距离的部段的多个配置部段组成。就船舶而言，这些部段可以是例如港口进入、离开港口、在海岸附近航行或在公海航行。
特别地，当系统1是发电厂的内燃机系统时，操作配置存储在控制器17的存储单元21中，操作配置定义了在限定的总操作持续时间内的操作，其中总操作持续时间通常由多个时段组成，使得操作配置是由总操作持续时间的时段的多个配置部段组成的。这些时段可以是不同的日段或不同的工作日，它们例如相对于它们的请求总输出而不同。
对于根据本发明的控制器17，处理器22基于存储在存储单元21中的操作配置的操作参数，基于要维持的边界条件或基于测量的操作数据，确定系统1所需的总输出在个别内燃机2、3上的分配，即为了提供请求的总输出，个别内燃机2、3的部分输出。这些部分输出以这样的方式确定，或者系统1的总输出以这样的方式分配在个别内燃机2、3的部分输出上，即，在最小化多内燃机2、3的系统1的操作成本的同时，确保废气后处理装置11、12中的最佳废气后处理。
存储在存储单元21中的操作配置是具有用于多内燃机2、3的系统1的操作的设定点参数的设定点操作配置。处理器21可以自动调适存储在存储单元21中的操作配置，以便例如根据多内燃机的系统1的过去操作和/或根据多内燃机的系统1的当前操作和/或根据多内燃机的系统1的未来操作来调适操作配置，并且从而进一步改进多内燃机的系统1的操作，同时利用最佳的废气后处理最小化操作成本。
特别地，设置了处理器22基于测量的操作数据，特别是基于由传感器15、16提供的测量值，确定废气后处理装置11、12的再生要求。特别地，当处理器22确定废气后处理装置11、12的再生要求使得废气后处理装置再生成为必要时，控制器17的处理器22自动确定再生触发的定时，并将内燃机2、3的系统1的请求的总输出分成部分输出使得在最小化多内燃机2、3的系统1的操作成本的同时，确保相应的废气后处理装置11、12的最佳再生，即，优选地，在待再生的废气后处理装置11、12处提供再生所需的废气温度。如已经解释的，这也可以基于多内燃机的系统1的未来操作而发生，例如，在船舶的内燃系统的情况下，基于船舶前方的操作配置的配置部段或在船舶前方仍待航行的总距离的部段。最重要的始终是使最佳废气后处理的操作成本最小化，这里是指使待再生的废气后处理装置尽可能有效地再生。
如已经解释的，基于相应操作配置的操作参数、基于要维持的边界条件和基于测量的操作数据，将请求的总输出分配为内燃机的部分输出是以操作成本最小化和尽可能有效的废气后处理为目标的。
作为操作配置的操作参数，例如，使用要维持的操作配置相关的排放限值和请求的操作配置相关的多内燃机的系统的总输出。
作为要考虑的边界条件，例如考虑多内燃机的系统1的个别内燃机2、3的最小允许转速、最大允许转速、最小允许扭矩和最大允许扭矩。此外，对于个别内燃机2、3，考虑最小允许操作时间和最大允许操作时间。
此外，输出分配基于或考虑个别内燃机2、3的所需负荷储备或多内燃机2、3的系统1的负荷储备而进行。
此外，考虑操作材料的成本，即在内燃机2、3中要燃烧的燃料的成本，若需要还要考虑可用的多种替代燃料的成本以及还原剂的成本。
此外，考虑了个别内燃机2、3的负荷相关的效率、负荷相关的废气排放、负荷相关的废气温度。
特别地，当多内燃机2、3的系统1也与电动马达和电能蓄能器相互作用时，电动马达和电能蓄能器的操作参数和边界条件也被考虑在内，例如为了将电能蓄能器的充电状态保持在限定的极限内或者经由电机提供请求的输出。此外，这里可以考虑内燃机的喷射特性。
因此，本发明的目的是提供一种控制器，借助于该控制器，多内燃机2、3的系统1能够以最佳操作成本操作，即确保内燃机2、3的废气后处理装置11、12中的最佳高效废气后处理。基于存储在控制器的存储单元中的操作配置，基于要维持的边界条件和基于当前操作数据，请求的总输出以部分输出的形式分配在内燃机上，这使得多内燃机2、3的系统1的操作成本最佳和排放最佳的操作成为可能。
这里，存储在控制器中的操作配置可以特别地根据当前时间、根据当前位置数据和当前环境条件(例如像当前天气条件)进行调适，以便使存储的操作配置适应当前条件，并且从而进一步优化操作成本并提供高效的废气后处理，同时维持当前有效的排放限值。
这里，特别是要采用的操作材料之间的价格比是重要的基础，例如要采用的燃料与要采用的废气还原剂之间的价格比。根据价格比的这些成本，可以为内燃机2、3的操作选择限定的喷射特性，以便将总输出分成尽可能低的操作成本和最高效的废气后处理的应力比的部分输出。例如，当燃料相对于废气还原剂非常昂贵时，应当为内燃机选择优选的节省燃料的喷射特性或优选的节省燃料的操作。然而，当废气还原剂的成本与燃料相比较高时，从待优化的操作成本的角度来看，在某些条件下，为了以较低的效率减少排放，并且从而使还原剂的使用最小化，在内燃机2、3上接受较低的效率是有利的。
在船舶的内燃机的情况下，在操作开始之前，即在航行待航行的总距离之前，可以基于存储在存储单元21中的操作配置预先计算内燃机2、3的喷射特性，就像将距离配置相关的总负荷请求分配成个别内燃机的部分输出一样。在操作期间，内燃机2、3之间的喷射特性和/或输出分配可以例如基于测量的操作数据、基于当前时间和当前天气状况、基于关于关于内燃机2、3的系统1的过去操作的数据以及基于关于内燃机2、3的系统1的未来操作的数据进行调适。
因此，在操作优化期间，优先考虑操作配置的以下操作参数和边界条件：
优选地作为时间和/或地点以及环境条件的函数的系统1的预期和/或学习的输出配置。由运行的内燃机数量、其转速和负荷限定的预期操作点配置。当前或预期的系统输出请求或总输出请求。内燃机的系统输出的当前分配或总输出请求和操作点。当前使用的内燃机的燃料路径的喷射特性，包括任何局部相关的排放限值。系统1的所需的输出储备和系统1内的输出分配的限制。内燃机的允许的最小负荷和最大负荷。内燃机的操作时间。废气后处理和/或在下游连接的例如涡轮增压器等其他系统的请求的废气温度。表征操作范围内的内燃机的效率、废气排放和废气温度的特性配置的数据。储能单元的充电状态。还原剂与燃料的价格比。可用于操作系统1的不同燃料的价格。
本发明使得有可能特别是基于已知的操作配置来选择操作多内燃机2、3的系统1的操作配置，例如根据诸如位置、时间和环境条件的参数。基于选择的操作配置和现有的操作数据，例如源自对内燃机2、3的传感器的测量信号的评估的数据，可以确定例如废气后处理11、12的污染程度，并且从而可确定废气后处理11、12的再生要求。根据这一点，多内燃机2、3的系统1的请求的总输出特别是通过预测算法可以分配在个别内燃机2、3上。
特别地，内燃机的喷射特性可以基于优化目标预先计算，即内燃机2、3的系统1的操作成本最小化，从而确保在路线开始之前利用上述数据进行最佳废气后处理。
优选地，识别变化的框架条件，以便基于上述优化目标连续地调适所有内燃机的最佳操作点。
通过控制器的输入数据接口，操作员可以输入边界条件，例如像燃料和还原剂成本。此外，可以通过控制器的输入数据接口输入关于系统操作的进一步限制，例如内燃机的最小或最大负荷。
通过控制器的输出数据接口，优化的结果可以为操作员而被可视化，并且计算的数据也可以被传输到更高的工厂控制系统以供进一步使用。
附图标记列表
1系统
2内燃机
3内燃机
4消耗装置
5燃料
6燃料
7增压空气
8增压空气
9废气
10废气
11废气后处理装置
12废气后处理装置
13废气
14废气
15传感器
16传感器
17控制器
18还原剂
19还原剂
20数据接口
21存储单元
22处理器

Claims (13)

1.一种用于操作多内燃机(2, 3)的系统(1)的控制器，其中在每个内燃机(2, 3)的下游布置废气后处理装置(11, 12)，相应内燃机的废气在所述废气后处理装置中经受废气后处理，
具有存储单元(21)，在所述存储单元(21)中存储多内燃机(2, 3)的系统(1)沿着限定的总距离操作的操作配置或者多内燃机(2, 3)的系统(1)在限定的总操作持续时间内操作的操作配置，
具有处理器(22)，所述处理器(22)基于操作配置的操作参数、基于要维持的边界条件和基于测量的操作数据，将多内燃机(2, 3)的系统(1)的请求的总输出分配成个别内燃机(2, 3)上的部分输出，使得部分输出在使内燃机(2, 3)的系统(1)的操作成本最小化的同时确保在所述废气后处理装置(11, 12)中或每个废气后处理装置(11, 12)中的最佳废气后处理。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，存储在所述存储单元(21)中的操作配置由多个配置部段组成，即，由用于总距离的部段的多个配置部段组成，或者由用于总操作持续时间的时段的多个配置部段组成。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)自动地调适存储在所述存储单元(21)中的操作配置。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)基于内燃机(2, 3)的系统(1)的过去操作调适存储在所述存储单元(21)中的操作配置。
5.根据权利要求3或4所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)基于系统的当前操作，特别是基于当前时间、当前位置和当前环境条件例如天气条件调适存储在所述存储单元(21)中的操作配置。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)基于系统的未来操作预测性地调适存储在所述存储单元(21)中的操作配置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)基于测量的操作数据确定所述废气后处理装置(11, 12)或每个废气后处理装置(11, 12)的再生要求，并且所述处理器(22)特别是在所述处理器确立废气后处理装置的再生要求需要所述废气后处理装置再生时，自动确定所述再生的触发定时，并且将多内燃机(2, 3)的系统(1)的请求的总输出分成个别内燃机(2, 3)上的部分输出，使得所述部分输出在最小化多内燃机(2, 3)的系统(1)的操作成本的同时，确保相应的废气后处理装置(11, 12)的最佳再生。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)基于操作配置的以下操作参数和以下边界条件，将多内燃机(2, 3)的系统(1)的请求的总输出分成个别内燃机(2, 3)的部分输出：
要维持的操作配置相关的排放限值，
多内燃机(2, 3)的系统(1)的请求的操作配置相关的总输出，
多内燃机(2, 3)的系统(1)的个别内燃机(2, 3)的最小扭矩和最大扭矩，
多内燃机(2, 3)的系统(1)的个别内燃机(2, 3)的最小转速和最大转速，
多内燃机(2, 3)的系统(1)的个别内燃机(2, 3)的最短操作时间和最长操作时间，
个别内燃机(2, 3)和/或多内燃机(2, 3)的系统(1)的所需负荷储备，
要采用的操作材料的成本，即至少燃料的成本和还原剂的成本，
废气后处理和/或废气增压的请求的设定点废气温度，
多内燃机(2, 3)的系统(1)的个别内燃机(2, 3)的负荷相关的效率、负荷相关的废气排放、负荷相关的废气温度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制器，其特征在于，所述控制器具有输入数据接口，经由所述输入数据接口能输入边界条件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的控制器，其特征在于，所述控制器具有输出数据接口，经由所述输出数据接口能传输优化结果，所述优化结果还被可视化到更高的工厂控制系统。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的控制器，其特征在于，所述处理器(22)将多内燃机(2, 3)的系统(1)的请求的总输出分成部分输出，还考虑到例如电动马达和电能蓄能器等电气组件的操作参数和边界条件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的控制器，其特征在于，为了最小化内燃机(2,3)的系统(1)的操作成本并确保在所述废气后处理装置(11, 12)中或每个废气后处理装置(11, 12)中的最佳废气后处理，所述处理器(22)预先计算内燃机(2, 3)的喷射特性。
13.一种多内燃机(2, 3)的系统(1)，具有根据权利要求1至12中任一项所述的用于操作多内燃机(2, 3)的系统(1)的控制器(17)。
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