DE202017105323U1 - Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen - Google Patents

Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen Download PDF

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Abstract

Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems (1) aus mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), wobei jeder Brennkraftmaschine (2, 3) eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12), in welcher das Abgas der jeweiligen Brennkraftmaschine einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird, nachgeordnet ist, mit einem Speicher (21), in welchem für den Betrieb des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) entlang einer definierten Gesamtwegstrecke oder für den Betrieb des System (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) über eine definierte Gesamtbetriebsdauer ein Betriebsprofil hinterlegt ist, mit einem Prozessor (22), der auf Basis von Betriebsparametern des Betriebsprofils, auf Basis von einzuhaltenden Randbedingungen und auf Basis von gemessenen Betriebsdaten eine angeforderte Gesamtleistung des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) in Teilleistungen auf die einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) derart aufteilt, dass die Teilleistungen unter Minimierung der Betriebskosten des Systems (1) aus den Brennkraftmaschinen (2, 3) eine optimale Abgasnachbehandlung in der oder jeder Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12) gewährleisten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System aus mehreren Brennkraftmaschinen mit einer solchen Steuerungseinrichtung.
  • Aus der DE 10 2014 014 636 A1 ist eine Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen bekannt. Die Brennkraftmaschinen des Systems stellen Abtriebsleistungen bereit, die von einem gemeinsamen Verbraucher abgenommen werden. Jeder Brennkraftmaschine ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung nachgeordnet, in welcher das Abgas der jeweiligen Brennkraftmaschine einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird. Dabei kann jeder Brennkraftmaschine eine individuelle Abgasnachbehandlungseinrichtung oder mehreren Brennkraftmaschinen eine gemeinsame Abgasnachbehandlungseinrichtung nachgeordnet sein. Aus der DE 10 2014 014 636 A1 ist es bekannt, dass die Steuerungseinrichtung das System aus mehreren Brennkraftmaschinen derart betreibt, dass die Steuerungseinrichtung zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung die Antriebsleistung mindestens einer ersten Brennkraftmaschine reduziert, dadurch die Temperatur des Abgases der oder jeder ersten Brennkraftmaschine erhöht und ferner die Antriebsleistung mindestens einer zweiten Brennkraftmaschine derart erhöht, dass die Reduzierung der Antriebsleistung an der oder jeder ersten Brennkraftmaschine zumindest teilweise kompensiert wird. Vorzugsweise wird die bereitgestellte Gesamtantriebsleistung konstant gehalten.
  • Es besteht Bedarf daran, den Betrieb eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen weiter zu verbessern.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen und ein System aus mehreren Brennkraftmaschinen mit einer solchen Steuerungseinrichtung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei welcher in einem Speicher für den Betrieb des Systems entlang einer definierten Gesamtwegstrecke oder für den Betrieb des Systems über eine definierte Gesamtbetriebsdauer ein Betriebsprofil hinterlegt ist, welches vorzugsweise aus mehreren Profilabschnitten zusammengesetzt ist. Dann, wenn es sich bei dem System aus mehreren Brennkraftmaschinen um ein auf einem Schiff installiertes System handelt, beschreibt das Betriebsprofil den Betrieb des Systems entlang einer definierten Gesamtwegstrecke, die vorzugsweise aus mehreren Streckenabschnitten zusammengesetzt ist. Dann, wenn es sich beim zu betreibenden System um ein Kraftwerksystems aus mehreren Brennkraftmaschinen handelt, beschreibt das im Speicher der Steuerungseinrichtung hinterlegte Betriebsprofil den Betrieb des Systems über eine definierte Gesamtbetriebsdauer, die vorzugsweise aus mehreren Zeitabschnitten zusammengesetzt ist. Der Prozessor der Steuerungseinrichtung teilt auf Basis von Betriebsparametern des im Speicher hinterlegten Betriebsprofils, auf Basis von für den Betrieb einzuhaltenden Randbedingungen und auf Basis von gemessenen Betriebsdaten des Systems eine angeforderte Gesamtleistung des Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen in Teilleistungen auf die einzelnen Brennkraftmaschinen auf, und zwar derart, dass die Teilleistungen der einzelnen Brennkraftmaschinen unter Minimierung der Gesamtbetriebskosten des Systems aus den Brennkraftmaschinen eine optimale Abgasnachbehandlung in der oder jeder Abgasnachbehandlungseinrichtung gewährleisten. Es erfolgt demnach unter Minimierung von Betriebskosten eine optimale Abgasnachbehandlung. Hiermit ist ein optimaler Betrieb eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen möglich, sei es in einer Anwendung auf einem Schiff oder in einer Anwendung in einem Kraftwerk.
  • Das im Speicher hinterlegte Betriebsprofil wird vorzugsweise vom Prozessor automatisch adaptiert, und zwar auf Basis des zurückliegenden Betriebs des Systems und/oder auf Basis des aktuellen Betriebs des Systems und/oder prädiktiv auf Basis des zukünftigen Betriebs des Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen. Wird zum Beispiel festgestellt, dass während des zurückliegenden Betriebs des Systems das Ist-Betriebsprofil von dem in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Betriebsprofil abweicht, so kann abhängig hiervon das in der Steuerungseinrichtung hinterlegte Betriebsprofil adaptiert werden. Auch kann auf Grundlage von aktuellen Betriebsbedingungen, wie einer aktuellen Uhrzeit, einem aktuellen Standort sowie aktuellen Umgebungsbedingungen, das in der Steuerungseinrichtung hinterlegte Betriebsprofil angepasst werden. Auch Informationen über den zukünftigen Betrieb können genutzt werden, um das in der Steuerungseinrichtung hinterlegte Betriebsprofil prädiktiv anzupassen. Hiermit kann flexibel auf sich ändernde Betriebsparameter, Randbedingungen und Betriebsdaten reagiert werden, um einen optimalen Betrieb des Systems zu gewährleisten, nämlich eine optimale Abgasnachbehandlung unter Minimierung der Gesamtbetriebskosten.
  • Vorzugsweise ermittelt der Prozessor auf Grundlage gemessener Betriebsdaten einen Regenerationsbedarf der oder jeder Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei der Prozessor dann, wenn derselbe feststellt, dass der Regenerationsbedarf einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Regeneration derselben erfordert, den Zeitpunkt der Auslösung der Regeneration automatisch bestimmt und die angeforderte Gesamtleistung des Systems aus den mehreren Brennkraftmaschinen derart in Teilleistungen auf die einzelnen Brennkraftmaschinen aufteilt, dass derselbe unter Minimierung der Betriebskosten des Systems aus den mehreren Brennkraftmaschinen eine optimale Regenration der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung gewährleistet. Hiermit kann die Abgasnachbehandlung unter Minimierung der Betriebskosten weiter optimiert werden, insbesondere können Abgasnachbehandlungseinrichtungen betriebskostenoptimal einer Regeneration unterzogen werden.
  • Das System aus mehreren Brennkraftmaschinen ist in Anspruch 10 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1: ein Blockschaltbild eines beispielhaften Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen.
  • Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen und ein Systems aus mehreren Brennkraftmaschinen.
  • 1 zeigt stark schematisiert ein System 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3. Die in 1 gezeigten Brennkraftmaschinen 2, 3 sind vorzugsweise derart gekoppelt, dass von denselben bereitgestellte Antriebsleistungen von einem gemeinsamen Verbraucher 4 abgenommen werden. Bei diesem Verbraucher 4 kann es sich zum Beispiel um einen hydraulischen oder elektrischen oder mechanischen oder sonstigen Verbraucher handeln, dessen benötigte Gesamtantriebsleistung von beiden Brennkraftmaschinen 2 und 3 in Summe bereitgestellt wird.
  • Beide Brennkraftmaschinen 2 und 3 stellen Teilleistungen einer Gesamtleistung bereit.
  • Gemäß 1 wird jeder der Brennkraftmaschinen einerseits Kraftstoff 5 bzw. 6 und andererseits Verbrennungsluft 7, 8 zugeführt, wobei in der jeweiligen Brennkraftmaschine 2, 3 der Kraftstoff 5, 6 verbrannt wird und aus der jeweiligen Brennkraftmaschine 2, 3 Abgas 9, 10 abgeführt wird.
  • Beim System 1 der 1 ist jeder Brennkraftmaschine 2, 3 eine individuelle Abgasnachbehandlungseinrichtung 11, 12 zugeordnet, in welcher das jeweilige Abgas 9, 10 der jeweiligen Brennkraftmaschine 2, 3 einer individuellen Abgasnachbehandlung unterzogen wird. Entsprechend verlässt die Abgasnachbehandlungseinrichtung 11, 12 gereinigtes Abgas 13, 14. Zur Abgasnachbehandlung wird den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11, 12 ein Reduktionsmittel 18, 19 zugeführt. Bei den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11, 12 handelt es sich um SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtungen, denen als Reduktionsmittel 18, 19 Harnstoff bzw. Urea zugeführt wird.
  • 1 zeigt weiterhin eine Steuerungseinrichtung 17, die dem Betrieb des Systems 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 dient. Die Steuerungseinrichtung 17 verfügt über Datenschnittstellen 20, einen Prozessor 22 sowie einen Speicher 21. Die Datenschnittstellen 20 dienen dazu, um im Betrieb des Systems 1 mit den Baugruppen des Systems 1, insbesondere mit den Brennkraftmaschinen 2, 3, mit den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11 und 12 sowie mit den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11, 12 zugeordneten Sensoren 15, 16, bei welchen es sich zum Beispiel um einen NOx-Sensor oder NH3-Sensor oder einen Rußsensor oder dergleichen handeln kann, Daten auszutauschen. Der Speicher 21 dient insbesondere der Datenspeicherung und der Prozessor 22 der Datenverarbeitung. Zu den Datenschnittstellen 20 könne auch eine Eingabedatenschnittstelle und eine Ausgabedatenschnittstelle gehören.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 17 bzw. die Steuerungseinrichtung 17 des erfindungsgemäßen Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 verfügt über den Speicher 21, in welchem für den Betrieb des Systems 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 entlang einer definierten Gesamtwegstrecke oder für den Betrieb des Systems 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 ein Betriebsprofil über eine definierte Gesamtbetriebsdauer hinterlegt ist.
  • Dann, wenn es sich bei dem System 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 um ein auf einem Schiff installiertes Brennkraftmaschinensystem handelt, ist im Speicher 21 ein Betriebsprofil für den Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 über eine definierte Gesamtwegstrecke hinterlegt, wobei die Gesamtwegstrecke aus mehreren Profilabschnitten zusammengesetzt ist, nämlich aus mehreren Profilabschnitten für Streckenabschnitte der Gesamtwegstrecke. Bei diesen Streckenabschnitten kann es sich im Falle eines Schiffs zum Beispiel um eine Hafeneinfahrt, eine Hafenausfahrt, um einen Fahrt in Küstennähe sowie um eine Fahrt auf hoher See handeln.
  • Dann, wenn es sich bei dem System 1 um ein Brennkraftmaschinensystem eines Kraftwerks handelt, ist im Speicher 21 der Steuerungseinrichtung 17 ein Betriebsprofil hinterlegt, welches den Betrieb über eine definierte Gesamtbetriebsdauer definiert, wobei die Gesamtbetriebsdauer typischerweise aus mehreren Zeitabschnitten zusammengesetzt ist, sodass dann das Betriebsprofil aus mehreren Profilabschnitten für Zeitabschnitte der Gesamtbetriebsdauer zusammengesetzt ist. Bei diesen Zeitabschnitten kann es sich um unterschiedliche Tagesabschnitte oder unterschiedliche Wochentage handeln, die sich zum Beispiel hinsichtlich ihrer angeforderten Gesamtleistung unterscheiden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 17 ermittelt der Prozessor 22 auf Basis von Betriebsparametern des im Speicher 21 hinterlegten Betriebsprofils, auf Basis von einzuhaltenden Randbedingungen und auf Basis von gemessenen Betriebsdaten eine Verteilung der für das System 1 angeforderten Gesamtleistung auf die einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3, also Teilleistungen für die einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3, zur Bereitstellung der angeforderten Gesamtleistung. Diese Teilleistungen werden dabei derart ermittelt bzw. die Gesamtleistung des Systems 1 auf Teilleistungen der einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3 derart aufgeteilt, dass unter Minimierung der Betriebskosten des Systems 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 eine optimale Abgasnachbehandlung in den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11, 12 gewährleistet wird.
  • Das im Speicher 21 hinterlegte Betriebsprofil ist ein Soll-Betriebsprofil mit Soll-Parametern für den Betrieb des Systems 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3. Der Prozessor 22 kann das in dem Speicher 21 hinterlegte Betriebsprofil automatisch adaptieren, um dasselbe zum Beispiel abhängig vom zurückliegenden Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen und/oder abhängig vom aktuellen Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen und/oder in Abhängigkeit vom zukünftigen Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen anzupassen bzw. zu adaptieren, und so den Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen unter Minimierung der Betriebskosten bei optimaler Abgasnachbehandlung weiter zu verbessern.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass der Prozessor 22 auf Basis gemessener Betriebsdaten, insbesondere auf Basis der von den Sensoren 15, 16 bereitgestellten Messwerte, einen Regenerationsbedarf für die Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11, 12 ermittelt. Dann, wenn der Prozessor 22 feststellt, dass der Regenerationsbedarf einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 11, 12 eine Regeneration derselben erforderlich macht, ermittelt der Prozessor 22 der Steuerungseinrichtung 17 selbsttätig den Zeitpunkt der Auslösung der Regeneration und teilt die angeforderte Gesamtleistung des Systems 1 aus den mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 derart in die Teilleistungen auf, dass unter Minimierung der Betriebskosten des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 eine optimale Regeneration der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung 11, 12 gewährleistet wird, und zwar vorzugsweise dadurch, dass an der zu regenerierenden Abgasnachbehandlungseinrichtung 11, 12 für die Regeneration erforderliche Abgastemperatur bereitgestellt wird. Wie bereits ausgeführt, kann dies auch auf Basis des zukünftigen Betriebs des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen erfolgen, so zum Beispiel bei einem Brennkraftmaschinensystems eines Schiffs auf Basis von vor dem Schiff liegenden Profilabschnitten des Betriebsprofils bzw. von vor dem Schiff liegenden, noch zu befahrenden Streckenabschnitten der Gesamtwegstrecke. Im Vordergrund steht dabei immer die Minimierung der Betriebskosten bei optimaler Abgasnachbehandlung, hier bei möglichst effektiver Regeneration der zu regenerierenden Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Aufteilung der angeforderten Gesamtleistung auf die Teilleistungen der Brennkraftmaschinen mit dem Ziel einer Betriebskostenminimierung und möglichst effektiven Abgasnachbehandlung auf Basis von Betriebsparametern des jeweiligen Betriebsprofils, auf Basis von einzuhaltenden Randbedingungen sowie auf Basis von gemessenen Betriebsdaten.
  • Als Betriebsparameter des Betriebsprofils finden dabei zum Beispiel einzuhaltende betriebsprofilabhängige Emissionsgrenzwerte sowie eine angeforderte, betriebsprofilabhängige Gesamtleistung des Systems aus den mehreren Brennkraftmaschinen Verwendung.
  • Als zu berücksichtigende Randbedingungen wird zum Beispiel eine minimal zulässige Drehzahl, eine maximal zulässige Drehzahl, ein minimal zulässiges Drehmoment und ein maximal zulässiges Drehmoment der einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3 des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen berücksichtigt. Ferner werden für die einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3 minimal zulässige Betriebsstunden und maximal zulässige Betriebsstunden berücksichtigt.
  • Ferner erfolgt die Leistungsverteilung auf Grundlage bzw. unter Berücksichtigung einer benötigten Lastreserve der einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3 bzw. einer Lastreserve des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3.
  • Ferner werden Kosten der Betriebsmittel berücksichtigt, nämlich Kosten eines in den Brennkraftmaschinen 2, 3 zu verbrennenden Kraftstoffs, ggf. Kosten mehrerer zur Verfügung stehender, alternativer Kraftstoffe, sowie Kosten des Reduktionsmittels.
  • Ferner werden lastabhängige Wirkungsgrade, lastabhängige Abgasemissionen, lastabhängige Abgastemperaturen der einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3 berücksichtigt.
  • Dann, wenn das System 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 auch mit Elektromotoren und elektrischen Energiespeichern zusammenwirkt, werden weiterhin Betriebsparameter und Randbedingungen von Elektromotoren und elektrischen Energiespeichern bei der Aufteilung der Gesamtleistung in die Teilleistungen berücksichtigt, so zum Beispiel, um einen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers in definierten Grenzen zu halten oder über eine elektrische Maschine eine angeforderte Leistung bereitzustellen. Ferner können Einspritzcharakteristiken der Brennkraftmaschine hierbei berücksichtigt werden.
  • Es liegt demnach im Sinne der Erfindung, eine Steuerungseinrichtung bereitzustellen, mit Hilfe derer ein System 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 betriebskostenoptimal betrieben werden kann, und zwar unter Gewährleistung einer optimal effizienten Abgasnachbehandlung in den Abgasnachbehandlungseinrichtungen 11, 12 der Brennkraftmaschinen 2, 3. Auf Grundlage von in dem Speicher der Steuerungseinrichtung hinterlegten Betriebsprofilen, auf Basis von einzuhaltenden Randbedingungen sowie auf Basis von aktuellen Betriebsdaten wird dabei eine angeforderte Gesamtleistung auf die Brennkraftmaschinen in Teilleistungen aufgeteilt, die einen betriebskostenoptimalen und emissionsoptimalen Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 ermöglichen.
  • Dabei kann ein in der Steuerungseinrichtung hinterlegtes Betriebsprofil insbesondere abhängig von einer aktuellen Uhrzeit, abhängig von aktuellen Positionsdaten sowie aktuellen Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel aktuellen Wetterbedingungen angepasst werden, um das hinterlegte Betriebsprofil an aktuelle Bedingungen anzupassen und so Betriebskosten weiter zu minimieren und effiziente Abgasnachbehandlung unter Einhaltung von aktuell gültigen Emissionsgrenzwerten bereitzustellen.
  • Dabei spielt insbesondere das Preisverhältnis zwischen einzusetzenden Betriebsmitteln eine wichtige Grundlage, so zum Beispiel das Preisverhältnis zwischen dem einzusetzenden Kraftstoff und dem einzusetzenden Abgasreduktionsmittel. Abhängig von diesen Kosten bzw. dem Preisverhältnis kann eine definierte Einspritzcharakteristik für den Betrieb der Brennkraftmaschinen 2, 3 gewählt werden, um im Spannungsverhältnis aus möglichst geringen Betriebskosten und möglichst effizienter Abgasnachbehandlung die Gesamtleistung in Teilleistungen aufzuteilen. Ist zum Beispiel der Kraftstoff im Verhältnis zum Abgasreduktionsmittel sehr teuer, so sollte eine möglichst kraftstoffsparende Einspritzcharakteristik bzw. ein möglichst kraftstoffsparender Betrieb für die Brennkraftmaschinen gewählt werden. Sind jedoch die Kosten des Abgasreduktionsmittels im Vergleich zum Kraftstoff höher, so kann es aus Sicht der zu optimierenden Gesamtbetriebskosten unter Umständen von Vorteil sein, einen schlechteren Wirkungsgrad an den Brennkraftmaschinen 2, 3 in Kauf zu nehmen, um bei schlechterem Wirkungsgrad Emissionen zu reduzieren und so den Reduktionsmitteleinsatz zu minimieren.
  • Im Falle eines Brennkraftmaschinensystems eines Schiffs ist es möglich, vor Beginn des Betriebs, also vor dem Befahren der zu befahrenden Gesamtwegstrecke, auf Basis des im Speicher 21 hinterlegten Betriebsprofils eine Einspritzcharakteristik für die Brennkraftmaschinen 2, 3 vorauszuberechnen, ebenso wie eine Verteilung der streckenprofilabhängigen Gesamtlastanforderungen in Teillasten für die einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3. Während des Betriebs kann die Einspritzcharakteristik und/oder die Leistungsverteilung zwischen den Brennkraftmaschinen 2, 3 angepasst werden, zum Beispiel auf Basis gemessener Betriebsdaten, auf Basis von aktuellen Uhrzeiten und aktuellen Wetterbedingungen, auf Basis von Daten über den zurückliegenden Betrieb sowie auf Basis von Daten über den zukünftigen Betrieb des Systems 1 aus Brennkraftmaschinen 2, 3.
  • Folgende Betriebsparameter des Betriebsprofils und Radbedingen finden demnach bei der Betriebsoptimierung vorzugsweise Berücksichtigung:
    Erwartetes und/oder angelerntes Leistungsprofil des Systems 1 vorzugsweise in Abhängigkeit von Zeit und/oder Ort und Umgebungsbedingungen. Erwartetes Betriebspunktprofil definiert durch die Anzahl der laufenden Brennkraftmaschinen sowie deren Drehzahlen und Lasten. Aktuelle oder erwartete Systemleistungsanforderung bzw. Gesamtleistungsanforderung. Aktuelle Aufteilung der Systemleistung bzw. Gesamtleistungsanforderung und Betriebspunkte der Brennkraftmaschinen. Aktuell verwendete Einspritzcharakteristiken des Kraftstoffpfads der Brennkraftmaschinen inklusive ggf. ortsabhängiger Emissionsgrenzwerte. Benötigte Leistungsreserven des Systems 1 und Restriktionen in der Leistungsaufteilung innerhalb des Systems 1. Minimale und maximal erlaubte Belastungen der Brennkraftmaschinen. Betriebsstunden der Brennkraftmaschinen. Angeforderte Abgastemperaturen für eine Abgasnachbehandlung und/oder weiterer nachgeschalteter Systeme wir Turbolader. Daten, die den charakteristischen Verlauf von Wirkungsgrad, Abgasemission und Abgastemperaturen der Brennkraftmaschinen innerhalb des Betriebsbereichs kennzeichnen. Ladezustand einer Energiespeichereinheit. Preisverhältnis von Reduktionsmittel zu Kraftstoff. Preise unterschiedlicher Kraftstoffe, die zum Betrieb des Systems 1 verwendet werden können.
  • Die Erfindung ermöglicht es, insbesondere auf Grundlage von bekannten Betriebsprofilen ein Betriebsprofil für den Betrieb des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 z.B. abhängig von Parametern wie Ort, Zeit und Umweltbedingungen auszuwählen. Auf Basis des ausgewählten Betriebsprofils und vorhandener Betriebsdaten, die z.B. aus der Auswertung von Messsignalen von Sensoren der Brennkraftmaschinen 2, 3 stammen, kann z.B. ein Verschmutzungsgrad der Abgasnachbehandlungen 11, 12 und damit ein Regenerationsbedarf der Abgasnachbehandlungen 11, 12 ermittelt werden. Abhängig hiervon kann eine angeforderte Gesamtleistung des Systems 1 aus mehreren Brennkraftmaschinen 2, 3 auf die einzelnen Brennkraftmaschinen 2, 3 verteilt werden, insbesondere mittels prädiktiver Algorithmen.
  • Insbesondere kann die Einspritzcharakteristik für die Brennkraftmaschinen auf Basis des Optimierungszieles, nämlich der Minimierung der Betriebskosten des Systems 1 aus den Brennkraftmaschinen 2, 3 unter Gewährleistung einer optimalen Abgasnachbehandlung, unter Nutzung der oben genannten Daten vor Beginn einer Route vorausberechnet.
  • Vorzugsweise werden sich verändernde Rahmenbedingungen erkannt, um kontinuierlich den optimalen Betriebspunkt aller Brennkraftmaschinen auf Basis des obigen Optimierungszieles anzupassen.
  • Über eine Eingabedatenschnittstelle der Steuerungseinrichtung kann ein Operator Randbedinge eingeben, so zum Beispiel von Kraftstoff- und Reduktionsmittelkosten. Ferner können über eine Eingabedatenschnittstelle der Steuerungseinrichtung weitere Restriktionen für den Betrieb des Systems, wie Mindest- oder Maximalbelastung der Brennkraftmaschinen, eingeben werden.
  • Über eine Ausgabedatenschnittstelle der Steuerungseinrichtung können die Ergebnisse der Optimierung sowohl dem Operator visualisiert als auch die berechneten Daten zur weiteren Verwendung an ein übergeordnetes Anlagensteuerungssystem übermittelt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    System
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Brennkraftmaschine
    4
    Verbraucher
    5
    Kraftstoff
    6
    Kraftstoff
    7
    Ladeluft
    8
    Ladeluft
    9
    Abgas
    10
    Abgas
    11
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    12
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    13
    Abgas
    14
    Abgas
    15
    Sensor
    16
    Sensor
    17
    Steuerungseinrichtung
    18
    Reduktionsmittel
    19
    Reduktionsmittel
    20
    Datenschnittstelle
    21
    Speicher
    22
    Prozessor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (13)

  1. Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Systems (1) aus mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), wobei jeder Brennkraftmaschine (2, 3) eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12), in welcher das Abgas der jeweiligen Brennkraftmaschine einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird, nachgeordnet ist, mit einem Speicher (21), in welchem für den Betrieb des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) entlang einer definierten Gesamtwegstrecke oder für den Betrieb des System (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) über eine definierte Gesamtbetriebsdauer ein Betriebsprofil hinterlegt ist, mit einem Prozessor (22), der auf Basis von Betriebsparametern des Betriebsprofils, auf Basis von einzuhaltenden Randbedingungen und auf Basis von gemessenen Betriebsdaten eine angeforderte Gesamtleistung des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) in Teilleistungen auf die einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) derart aufteilt, dass die Teilleistungen unter Minimierung der Betriebskosten des Systems (1) aus den Brennkraftmaschinen (2, 3) eine optimale Abgasnachbehandlung in der oder jeder Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12) gewährleisten.
  2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das im Speicher (21) hinterlegte Betriebsprofil aus mehreren Profilabschnitten zusammensetzt, nämlich aus mehreren Profilabschnitten für Streckenabschnitte der Gesamtwegstrecke oder aus mehreren Profilabschnitten für Zeitabschnitte der Gesamtbetriebsdauer.
  3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) das in dem Speicher (21) hinterlegte Betriebsprofil automatisch adaptiert.
  4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) das in dem Speicher (21) hinterlegte Betriebsprofil auf Basis des zurückliegenden Betriebs des Systems (1) aus den Brennkraftmaschinen (2, 3) adaptiert.
  5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) das in dem Speicher (21) hinterlegte Betriebsprofil auf Basis des aktuellen Betriebs des Systems adaptiert, insbesondere auf Basis einer aktuellen Uhrzeit, einem aktuellen Standort und aktuellen Umgebungsbedingungen wie Wetterbedingungen.
  6. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) das in dem Speicher (21) hinterlegte Betriebsprofil auf Basis des zukünftigen Betriebs des Systems prädiktiv adaptiert.
  7. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) auf Grundlage gemessener Betriebsdaten einen Regenerationsbedarf der oder jeder Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12) ermittelt, und dass der Prozessor (22) dann, wenn derselbe feststellt, dass der Regenerationsbedarf einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Regeneration derselben erfordert, den Zeitpunkt der Auslösung der Regeneration automatisch bestimmt und die angeforderte Gesamtleistung des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) derart in Teilleistungen auf die einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) aufteilt, dass derselbe unter Minimierung der Betriebskosten des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) eine optimale Regenration der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12) gewährleistet.
  8. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) auf Grundlage folgender Betriebsparameter des Betriebsprofils und folgender Randbedingungen die angeforderte Gesamtleistung des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) in Teilleistungen der einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) aufteilt: einzuhaltende, betriebsprofilabhängige Emissionsgrenzwerte, angeforderte, betriebsprofilabhängige Gesamtleistung des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), minimale und maximale Drehmomente der einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), minimale und maximale Drehzahlen der einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), minimale und maximale Betriebsstunden der einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), benötigte Lastreserve der einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) und/oder des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), Kosten einzusetzender Betriebsmittel, nämlich Kosten mindestens eines Kraftstoffs und Kosten eines Reduktionsmittels, angeforderte Soll-Abgastemperaturen für die Abgasnachbehandlung und/oder Abgasaufladung, lastabhängige Wirkungsgrade, lastabhängige Abgasemissionen, lastabhängige Abgastemperaturen der einzelnen Brennkraftmaschinen (2, 3) des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3).
  9. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine Eingabedatenschnittstelle aufweist, über die Randbedingungen eingebbar sind.
  10. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine Ausgabedatenschnittstelle aufweist, über die Ergebnisse der Optimierung visualisiert als auch an ein übergeordnetes Anlagensteuerungssystem übermittelbar sind.
  11. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) die angeforderte Gesamtleistung des Systems (1) aus den mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) in die Teilleistungen weiterhin unter Berücksichtigung von Betriebsparametern und Randbedingungen elektrischer Baugruppen wie Elektromotoren und elektrischer Energiespeicher aufteilt.
  12. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (22) zur Minimierung der Betriebskosten des Systems (1) aus den Brennkraftmaschinen (2, 3) und zur Gewährleistung einer optimale Abgasnachbehandlung in der oder jeder Abgasnachbehandlungseinrichtung (11, 12) ein Einspritzcharakteristik der Brennkraftmaschinen (2, 3) vorausberechnet.
  13. System (1) aus mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3), mit einer Steuerungseinrichtung (17) zum Betreiben des Systems (1) aus mehreren Brennkraftmaschinen (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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