DE102022123284A1 - Verfahren und systeme für einen vielstoffmotor - Google Patents

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Adam Edgar Klingbeil
Thomas Michael Lavertu
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Anpassen einer Stelle einer Kraftstoffeinspritzung als Reaktion auf eine Substitutionsrate und eine gewünschte AGR-Strömung bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Einspritzen eines ersten Kraftstoffs in einen Brennraum über einen Direkteinspritzer, der positioniert ist, um direkt in den Brennraum einzuspritzen, das Einspritzen eines zweiten, anderen Kraftstoffs in den Brennraum über einen Auslassstutzeneinspritzer, der positioniert ist, um hin zu einem Auslassventil des Brennraums einzuspritzen, und das gemeinsame Verbrennen des ersten und des zweiten Kraftstoffs in den Brennraum umfassen.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen einen Vielstoffmotor und genauer das Anpassen von Betriebsbedingungen, um die Verbrennung bestimmter Kraftstofftypen durch Anpassen der Kraftstoffeinspritzstellen und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts zu verbessern.
  • ERLÄUTERUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Verbrennungsmotoren können Kompressionszündungs- und/oder Ottomotoren umfassen. Der Verbrennungsmotor kann mehrere Typen von Kraftstoff verbrennen. Der Verbrennungsmotor kann mehrere Injektoren aufweisen, die positioniert sind, um direkt in einen Brennraum und in einen Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors einzuspritzen. Eine Substitutionsrate des Kraftstoffs kann angepasst werden, um der Verbrennungsmotorleistungsabgabe, Emissionen, der Verbrennungsmotortemperatur etc. anzupassen. Einige Kraftstoffe können, obwohl sie energiedicht sind, anfällig für das Erzeugen von schlechten Verbrennungsbedingungen aufgrund einer hohen Verdampfungswärme, schlechter Gemischbildung, und/oder einer geringen Flammengeschwindigkeit sein. Es kann daher wünschenswert sein, über Verfahren und Systeme zur Kraftstoffverbrennung zu verfügen, welche sich von jenen unterscheiden, die aktuell erhältlich sind.
  • DARSTELLUNG
  • In einer Ausführungsform kann ein Verfahren das Einspritzen eines ersten Kraftstoffs in einen Brennraum über einen Direkteinspritzer, der positioniert ist, um direkt in den Brennraum einzuspritzen, das Einspritzen eines zweiten, anderen Kraftstoffs in den Brennraum über einen Auslassstutzeneinspritzer, der positioniert ist, um zu einem Auslassventil des Brennraums einzuspritzen, und das gemeinsame Verbrennen des ersten und des zweiten Kraftstoffs in dem Brennraum umfassen. Eine Auslassventilsteuerung kann eingestellt werden, um eine Abgaswiederaufnahme zu erhöhen. Das Verfahren kann ferner das Einspritzen des zweiten Kraftstoffs in einen Abgasrückführungs(AGR)-kanal über einen AGR-Kanaleinspritzer umfassen. Der AGR-Kanaleinspritzer kann in der Nähe einer Abzweigung zwischen dem AGR-Kanal und einem Abgaskanal angeordnet sein. Eine Menge des zweiten Kraftstoffs, der durch den AGR-Kanaleinspritzer eingespritzt wird, kann auf einer gewünschten AGR-Kühlung und einer aktuellen Substitutionsrate basieren. In einem Beispiel wird das Kühlen der AGR in dem AGR-Kanal möglicherweise nur über das Einspritzen von dem AGR-Kanaleinspritzer bereitgestellt. Das Einspritzen des ersten Kraftstoffs kann ein erstes Einspritzen während eines Ansaugtakts und ein zweites Einspritzen während eines Verdichtungstakts des Brennraums umfassen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugsystems mit einem Verbrennungsmotor.
    • 2 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Verbrennungsmotorsystems.
    • 3 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen, ob Mehrstoffverbrennung in des Verbrennungsmotors gewünscht wird.
    • 4 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine Abgasrückführung während dem Mehrstoffbetrieb des Verbrennungsmotors gewünscht wird.
    • 5 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Reduktionsmittelladung zur selektiven katalytischen Reduktion während des Mehrstoffbetriebs des Verbrennungsmotors.
    • 6 zeigt eine Zeitachse, die Einstellungen bezüglich des Dieseleinspritzzeitpunkts während des Mehrstoffbetriebs des Verbrennungsmotors zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung offenbart und können sich auf Verfahren und Systeme zum Steigern der Leistung eines Verbrennungsmotors (ICE, Internal Combustion Engine) beziehen. Die ICE kann über eine Kombination von unterschiedlichen Kraftstoffen arbeiten. Diese Kraftstoffe können relativ unterschiedliche Mengen an Kohlenstoff aufweisen. In einem Beispiel kann die ICE ein Vielstoffmotor sein, der konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Kraftstoffen zu verbrennen. Die ICE kann eines oder mehrere von Benzin, Diesel, von aus Hydrierung gewonnener erneuerbarer Diesel (HDRD, Hydrogenation-DerivedRenewable Diesel), Alkohol, Ammoniak, Biodiesel, Wasserstoff, Erdgas, Kerosin, synthetisches Gas und dergleichen verbrennen. Die Vielzahl von Kraftstoffen können gasförmige Kraftstoffe und Flüssigkraftstoffe allein oder in einer Kombination umfassen. Eine Substitutionsrate eines Primärkraftstoffs der ICE mit einem Sekundärkraftstoff kann basierend auf einer aktuellen Verbrennungsmotorlast bestimmt werden. In einer Ausführungsform kann die Substitutionsrate einer Einspritzmenge eines Kraftstoff mit einem verhältnismäßig geringeren Kohlenstoffgehalt oder keinem Kohlenstoffgehalt (z.B. Wasserstoffgas) entsprechen. Mit zunehmender Substitutionsrate nimmt der relative Anteil von Kraftstoff mit dem geringeren oder keinem Kohlenstoffgehalt zu und nimmt die Gesamtmenge an Kohlenstoffgehalt in dem kombinierten Kraftstoff ab.
  • In einem Beispiel kann die ICE Kraftstoffe verbrennen, die sowohl Diesel als auch Ammoniak umfassen. Während einiger Betriebsmodi verbrennt die ICE möglicherweise nur Diesel, nur Ammoniak oder eine Kombination davon (z.B. jeweils während ersten, zweiten und dritten Bedingungen). Wenn Ammoniak bereitgestellt wird, können die Betriebsbedingungen angepasst werden, um eine verstärkte Verbrennung von Ammoniak zu fördern. Genauer kann eine Verbrennungsmotorkonfiguration der ICE angepasst werden, um vorteilhafterweise einen oder mehrere Ammoniakeinspritzer an verschiedenen Stellen anzuordnen, wo sich Ammoniak mit heißen Abgasen vormischen kann, ohne der Verbrennungsmotoren- oder Ansaugkrümmer-Temperatur zu erhöhen, um das Ammoniak zu verdampfen. Zum Beispiel kann ein Injektor in einem Auslassstutzen positioniert werden und Ammoniak zu einem Auslassventil eines Brennraums hin einspritzen. In einigen Beispielen können das Auslassventilöffnen und das Auslassventilschließen verzögert werden, um die Abgaswiederaufnahme zu erhöhen, wenn das Ammoniak in den Auslassstutzen eingespritzt wird. Die Abgaswiederaufnahme kann umfassen, dass Abgase, die aus dem Brennraum ausgestoßen werden, zurück in den Brennraum gesaugt werden, indem das Auslassventil während dem Ansaugtakt offen gehalten wird. Die Abgasrückhaltung kann umfassen, dass die Auslassventilsteuerung angepasst wird, um eine Menge an Abgas, die aus dem Zylinder ausgestoßen wird, durch Schließen des Auslassventils vor einem Ende eines Ausstoßtakts zu verringern. Sowohl die Abgaswiederaufnahme als auch die Abgasrückhaltung können eine Abgasrückführungs(AGR)-strömungsrate beeinflussen. Das Abgas, das bei der Abgaswiederaufnahme und der Abgasrückhaltung verwendet wird, kann eine höhere Temperatur in Bezug auf AGR aus einem AGR-Kanal aufweisen, da weniger Wärme zu verschiedenen Verbrennungsmotormaterialien und einer Umgebungsatmosphäre verloren geht. Die höchsten Abgastemperaturen können das Ammoniak verdampfen, was eine Brennbarkeit davon verbessern kann. Andere Betriebseinstellungen können das Aktivieren eines Spenderzylinders, das Vormischen von Diesel mit Ammoniak über einen vorgezogenen Dieseleinspritzzeitpunkt und/oder das Einspritzen von Ammoniak direkt in einen AGR-Strom umfassen. Es werden verschiedene Beispiele und Routinen zum Fördern der Ammoniakverbrennung hierin beschrieben.
  • Ausführungsformen des hierin beschriebenen Systems können verschiedene Verbrennungsmotortypen und verschiedene durch einen Verbrennungsmotor angetriebene Systeme aufweisen. Einige dieser Systeme können stationär sein, während sich andere auf semi-mobilen oder mobilen Plattformen befinden können. Semi-mobile Plattformen können zwischen Betriebszeiträumen verlagert werden, wie etwa auf Flachbettanhängern montiert werden. Mobile Plattformen können selbstfahrende Fahrzeuge umfassen. Solche Fahrzeuge können Straßentransportfahrzeuge (z.B. Kraftfahrzeuge), Bergbaugeräte, Schiffe, Flugzeuge, Schienenfahrzeuge und sonstige Geländefahrzeuge (OHVs, Off-Highway Vehicles) umfassen. Zugunsten einer deutlichen Veranschaulichung kann ein Schienenfahrzeug, wie etwa eine Lokomotive, als ein Beispiel einer mobilen Plattform bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann ein Fahrzeugsystem einen Verbrennungsmotor, einen Turbolader, ein Nachbehandlungssystem, ein Kraftstoffsystem und ein Steuersystem aufweisen.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z.B. ein Verbrennungsmotorsystem). In der veranschaulichten Ausführungsform ist einen Verbrennungsmotor 104 (z.B. ein Verbrennungsmotor) an ein Fahrzeug gekoppelt, welches als ein Schienenfahrzeug (z.B. eine Lokomotive) dargestellt ist. Das Fahrzeug kann über eine Vielzahl von Rädern 112 auf einer Schiene 102 fahren. Wie dargestellt, kann das Fahrzeug der Verbrennungsmotor aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das Fahrzeugsystem in einem Straßenfahrzeug, wie etwa einem Kraftfahrzeug oder einem Lastkraftwagen, angeordnet sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem ein Schiff, Bergbaugeräte, landwirtschaftliche Geräte, industrielle Geräte, Geländefahrzeugantriebssysteme oder beliebige sonstige Geräte, denen eine Zugkraft zugrunde liegt, die durch eine Kombination von einer oder mehreren Verbrennungsmotoren und einem oder mehreren Motoren erzeugt wird, aufweisen. In anderen nicht-beschränkenden Ausführungsformen kann sich der Verbrennungsmotor in einer stationären Plattform befinden.
  • Der Verbrennungsmotor kann eine Vielzahl von Zylindern 101 (in 1 ist nur ein repräsentativer Zylinder gezeigt) aufweisen, die jeweils mindestens ein Ansaugventil 103, mindestens ein Auslassventil 105 und mindestens einen Kraftstoffeinspritzer 108 aufweisen. Das Ansaugventil, das Auslassventil und der Kraftstoffeinspritzer können jeweils ein Stellglied aufweisen, das über ein Signal von einem Controller 110 des Verbrennungsmotors betätigt werden kann. Die Zylinder des Verbrennungsmotors können Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem 109 über eine Kraftstoffleitung 107 erhalten. In einigen Beispielen kann die Kraftstoffleitung mit einem Common-Rail und einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzern gekoppelt (z.B. fluidisch gekoppelt) sein. In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor ein Vielstoffmotor sein und einen oder mehrere Kraftstofftypen verbrennen, die diesem zugeführt werden. Ein detaillierteres Beispiel des Vielstoffmotors wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 ausführlich erläutert.
  • Während dem Betrieb kann jeder Zylinder (z.B. Brennraum) innerhalb des Verbrennungsmotors einen Viertaktzyklus anwenden. Der Zyklus umfasst den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil und öffnet sich das Ansaugventil. Luft wird über einen Ansaugkrümmer in den Brennraum eingeleitet und ein Kolben bewegt sich zu einer Unterseite des Zylinders, um ein Volumen innerhalb des Brennraums zu vergrößern. Eine Position, in welcher sich der Kolben in der Nähe der Unterseite des Zylinders und an einem Ende seines Hubs befindet (wenn z.B. der Brennraum sein größtes Volumen aufweist), kann als „unterer Totpunkt“ (BDC, Bottom Dead Center) bezeichnet werden. Während des Verdichtungstakts sind das Ansaugventil und das Auslassventil geschlossen. Der Kolben bewegt sich zu einem Zylinderkopf des Zylinders hin, um die Luft innerhalb des Brennraums zu verdichten. Eine Position, in welcher sich der Kolben am Ende seines Hubs und am nächsten bei dem Zylinderkopf befindet (wenn z.B. der Brennraum sein kleinstes Volumen aufweist), kann als „oberer Totpunkt“ (TDC, Top Dead Center) bezeichnet werden. In einem Prozess, der im Folgenden als Direkteinspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. In einigen Beispielen kann Kraftstoff mehrere Male während eines einzelnen Zylindertakts in einen Zylinder eingespritzt werden. In einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch Kompressionszündung entzündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts drücken sich ausdehnende Gase den Kolben zurück zu dem BDC (z.B. von dem TDC). Eine Kurbelwelle wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment einer Drehwelle um. Schließlich öffnet sich während dem Ausstoßtakt das Auslassventil, um das verbrannte Kraftstoff/Luft-Gemisch zu einem Auslasskrümmer freizugeben, und kehrt der Kolben zu dem TDC zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass das Vorherige nur als ein Beispiel beschrieben ist und dass die Ansaug- und Auslassventilöffnungs- und/oder -schließzeitpunkte variieren können, wie etwa zum Bereitstellen einer positiven oder negativen Ventilüberlappung, einem späten Ansaugventilschließen oder verschiedenen sonstigen Beispielen. Zum Beispiel kann ein Zeitpunkt des Öffnens und/oder Schließens des Ansaug- und/oder Auslassventils vorgezogen werden, um eine Temperatur von Abgasen, die in ein Nachbehandlungssystem des Fahrzeugsystems eintreten, zu verringern, z.B. zum Steigern einer Effizienz des Nachbehandlungssystems. In einigen Beispielen kann ein Zwei-Takt-Zyklus anstelle eines Vier-Takt-Zyklus verwendet werden.
  • Der Verbrennungsmotor kann Ansaugluft zur Verbrennung von einem Ansaugkanal 114 erhalten. Die Ansaugluft umfasst Umgebungsluft von außerhalb des Fahrzeugs, die durch einen Luftfilter 160 in den Ansaugkanal strömt. Der Ansaugkanal kann den Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors aufweisen und/oder mit diesem gekoppelt sein. Abgas, das aus der Verbrennung in des Verbrennungsmotors resultiert, wird über einen Auslassstutzen einem Auslasskanal 116 zugeführt. Das Abgas strömt durch den Auslasskanal zu einem Schalldämpfer 118 und aus einem Endrohr 119 des Fahrzeugs heraus.
  • In einem Beispiel ist das Fahrzeug ein dieselelektrisches Fahrzeug, wobei der Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Leistungserzeugungssystem einschließlich einer Lichtmaschine/Generator 122 und elektrischer Antriebsmotoren 124 gekoppelt sein kann. Die Lichtmaschine/Generator kann zusätzlich einen Gleichstrom(DC)-generator aufweisen. In anderen Beispielen kann der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Biodieselmotor, ein Alkohol- oder Wasserstoffmotor, ein Erdgasmotor (Funken- oder Kompressionszündung) oder eine Kombination aus zwei oder mehreren der vorherigen sein, der während dem Betrieb eine Drehmomentleistung erzeugt. Die Drehmomentleistung kann an den elektrischen Generator oder die Lichtmaschine durch eine mechanische Kopplung von des Verbrennungsmotors übertragen werden. In einem Beispiel, und wie in 1 dargestellt, entsprechen sechs Paare von Antriebsmotoren jedem von sechs Paaren von Antriebsrädern des Fahrzeugs. In einem anderen Beispiel kann die Lichtmaschine/Generator mit einem oder mehreren Widerstandsgittern 126 oder einer Energiespeichervorrichtung (z.B. einer Batterie) gekoppelt sein. Die Widerstandsgitter können ein übermäßiges Verbrennungsmotor-Drehmoment und/oder Elektrizität, die von Antriebsmotoren im dynamischen Bremsmodus über Wärme erzeugt wird, die durch die Netze anhand von erzeugter Elektrizität produziert wird, ableiten. Die Energiespeichervorrichtung kann verwendet werden, um dynamische Bremsenergie oder Energie direkt von dem Generator oder von einer Anzahl von selektiv koppelbaren Elektrizitätsquellen aufzunehmen (und kann umgekehrt Energie ausgeben, wie es nützlich sein kann oder befohlen sein kann).
  • Die Lichtmaschine/Generator produziert elektrischen Strom, der gespeichert (wie etwa in einer Batterie) werden kann und/oder zur anschließenden Ausbreitung zu einer Vielfalt von stromabwärtigen elektrischen Bauteilen angelegt werden kann. In einem Beispiel kann die Lichtmaschine/Generator mit einem elektrischen System gekoppelt werden, welches eine oder mehrere elektrische Verbraucher aufweisen kann, die konfiguriert sind, um mit Elektrizität zu funktionieren, die von der Lichtmaschine/Generator erzeugt wird, wie etwa Fahrzeugscheinwerfer, ein Fahrgastzellenbelüftungssystem und ein Entertainmentsystem, und kann ferner eine Energiespeichervorrichtung (z.B. eine Batterie) aufweisen, welche durch Elektrizität geladen werden kann, die von der Lichtmaschine/Generator erzeugt wird.
  • Das Fahrzeugsystem kann einen Turbolader 120 aufweisen, der zwischen dem Ansaugkanal und dem Auslasskanal angeordnet sein kann. Der Turbolader erhöht die Luftladung von Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal hineingezogen wird, um eine höhere Ladedichte während der Verbrennung bereitzustellen, um die Leistungsausgabe und/oder der Verbrennungsmotor-Betriebseffizienz zu erhöhen. Der Turbolader kann einen Kompressor 121 (der in dem Ansaugkanal angeordnet ist) aufweisen, welcher mindestens teilweise von einer Turbine 123 angetrieben werden kann (die in dem Auslasskanal angeordnet ist). Die Turbine kann eine Turbine mit fester Geometrie sein, oder die Turbine kann eine Turbine mit variabler Geometrie sein, wobei eine variable Schaufelsteuerung eine Position von Turbinenschaufeln mit variabler Geometrie anpasst. In dem Fall der Turbine mit variabler Geometrie können Abgase durch die Turbine hindurch strömen, wobei sie wenig Energie zum Drehen der Turbine zuführen, wenn sich die Schaufeln in einer offenen Position befinden, während Abgase durch die Turbine hindurch strömen und eine erhöhte Kraft auf die Turbine aufbringen können, wenn sich die Schaufeln in einer geschlossenen Position befinden. Wenn sich die Turbine dreht, können Wärme und kinetische Energie in den Abgasen in mechanische Energie umgewandelt werden, welche verwendet werden kann, um den Kompressor des Turboladers anzutreiben, um Druckluft dem Verbrennungsmotoreinlass zu liefern (z.B., um den Zylindern des Verbrennungsmotors basierend auf Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen einen Druckanstieg bereitzustellen). Wenngleich in 1 ein einziger Turbolader beinhaltet ist, kann das System mehrere Turbinen- und/oder Kompressorstufen oder mehrere Turbolader aufweisen. Die Turbine kann einen Turbinendrehzahlsensor 180 zum Messen einer Turbinendrehzahl aufweisen, und ein Turbineneinlasstemperatursensor 125 kann in dem Auslasskanal stromaufwärts eines Einlasses der Turbine positioniert sein, um dort eine Temperatur zu messen.
  • In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein E-Turbo sein, wobei eine elektrische Maschine 190, die mechanisch mit der Turbine gekoppelt ist, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann. Der E-Turbo kann in eine Welle des Turboladers integriert sein, wo der Kompressor und die Turbine mechanisch verbunden sind. Der E-Turbo kann als ein Motor/Generator betrieben werden, der verwendet werden kann, um die Welle anzutreiben (z.B. zu beschleunigen), um eine Arbeitsleistung des Kompressors zu erhöhen oder die Welle zu verlangsamen, um überschüssige Energie zu extrahieren. Während dem Betrieb in einem Erzeugungsmodus kann das Extrahieren der überschüssigen Abführungsenergie zu einer verbesserten Gesamteffizienz des Verbrennungsmotors führen. Während dem Betrieb in einem Antriebsmodus kann der Kompressor des Verbrennungsmotors einen zusätzlichen Luftstrom bereitstellen, welcher eine Verbrennung und/oder Emissionen des Fahrzeugs verbessern kann. Zusätzlich kann die elektrische Energie verwendet werden, um eine oder mehrere Zusatzgeräte des Fahrzeugs, wie etwa einen Elektromotor, mit Energie zu versorgen, und/oder in einer Energiespeichervorrichtung 196 (z.B. einer Batterie, einer Kondensatorbank oder einem elektrochemischen Wandler) gespeichert werden. In einem Beispiel treibt der Elektromotor ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs an.
  • Das Fahrzeugsystem kann einen Kompressorumgehungskanal 140 aufweisen, der direkt mit dem Ansaugkanal stromaufwärts des Kompressors und stromaufwärts des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. In einem Beispiel kann der Kompressorumgehungskanal mit dem Ansaugkanal stromaufwärts des Ansaugkrümmers des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. Der Kompressorumgehungskanal kann den Luftstrom (z.B. vor dem Kompressoreinlass) von des Verbrennungsmotors (oder dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors) weg und zur Atmosphäre umleiten.
  • Zusätzlich kann ein Wastegate-Ventil 127 in einem Umgehungskanal um die Turbine herum angeordnet sein, welches durch die Betätigung vom Controller eingestellt werden kann, um die Abgasströmung durch die Turbine zu erhöhen oder verringern. Zum Beispiel kann das Öffnen des Überdruckventils (oder das Erhöhen eines Öffnungsgrads) die Abgasströmung durch die Turbine verringern und entsprechend eine Drehzahl des Kompressors verringern. Folglich kann weniger Luft in der Verbrennungsmotor eintreten, wodurch das -Kraftstoff/Luft-Verhältnis (AFR, Air-Fuel Ratio) der Verbrennung verringert wird.
  • Das Fahrzeugsystem kann ferner ein Kühlsystem 150 (z.B. ein Verbrennungsmotorkühlsystem) aufweisen. Das Kühlsystem kann Kühlmittel durch der Verbrennungsmotor zirkulieren, um Verbrennungsmotorabwärme zu absorbieren, um sie zu einem Wärmetauscher, wie etwa einem Kühlkörper 152 (z.B. einem Kühlkörperwärmetauscher) zu verteilen. In einem Beispiel kann das Kühlmittel Wasser, Frostschutzmittel oder eine Mischung aus beidem sein. In einem anderen Beispiel kann das Kühlmittel Öl sein. Ein Lüfter 154 kann ferner mit dem Kühlkörper gekoppelt sein, um einen Luftstrom durch den Kühlkörper aufrechtzuerhalten, wenn sich das Fahrzeug langsam bewegt oder angehalten wird, während der Verbrennungsmotor läuft. In einigen Beispielen kann eine Lüfterdrehzahl vom Controller gesteuert werden. Kühlmittel, das von dem Kühlkörper gekühlt wird, kann in einen Tank (nicht in 1 gezeigt) eintreten. Das Kühlmittel kann dann durch eine Pumpe 156 zurück zu des Verbrennungsmotors oder zu einer anderen Komponente des Fahrzeugsystems gepumpt werden.
  • Das Fahrzeugsystem kann ein Nachbehandlungssystem 117 aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Nachbehandlungssystem in den Auslasskanal stromabwärts des Turboladers gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann das Nachbehandlungssystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC, Diesel Oxidation Catalyst) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen aufweisen. Solche Emissionssteuervorrichtungen können einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR (Selective Catalytic Reduction)-Katalysator), einen Drei-Wege-Katalysator, eine NOx-Falle oder verschiedene sonstige Vorrichtungen oder Systeme umfassen. In einem Beispiel ist ein Nachbehandlungstemperatursensor 115 an oder stromaufwärts von einem Einlass des Nachbehandlungssystems angeordnet, welcher eine Temperatur des Abgases vor dem Eintreten in das Nachbehandlungssystem messen kann. Zusätzlich können ein oder mehrere AFR-Sensoren (Air-Fuel Ratio-Sensoren) oder Sauerstoff-Sensoren (O2-Sensoren) an einer Abgasleitung stromaufwärts und/oder stromabwärts des Nachbehandlungssystems angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein AFR-Sensor oder ein O2-Sensor 181 an dem Einlass des Nachbehandlungssystems angeordnet sein, welcher ein AFR (Kraftstoff/Luft-Verhältnis) des Verbrennungsmotors von dem Abgas vor dem Eintreten in das Nachbehandlungssystem schätzen kann, oder kann ein AFR-Sensor oder ein O2-Sensor 182 stromabwärts des Nachbehandlungssystems (z.B. an einem Abgasrohr) angeordnet sein, welcher das AFR von Abgas, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, messen kann. Zusätzlich oder alternativ können NOx- und/oder Ammoniaksensoren (nicht in 1 gezeigt) stromabwärts des Nachbehandlungssystems angeordnet sein, um ein Maß des NOx- und/oder Ammoniakschlupfs dadurch zu erfassen.
  • Es sind Katalysatoren gezeigt, die eine maximale (z.B. Spitzen-) Nox-Umwandlung bei einer bestimmten Abgastemperatur zeigen. Von daher kann es zum Minimieren der Fahrzeugemissionen wünschenswert sein, Temperaturen innerhalb eines Temperaturbereichs in der Nähe einer Spitzenumwandlung des/der Katalysators/Katalysatoren, die in dem Nachbehandlungssystem verwendet werden, zu halten. Zum Beispiel erfolgt möglicherweise keine Oxidation oder Umwandlung bei niedrigen Abgastemperaturen (z.B. unter ungefähr 120 °C). Wenn eine Temperatur eines Katalysators in dem Nachbehandlungssystem steigt, können Oxidations- oder Umwandlungsraten zunehmen. Wenn die Katalysatortemperatur über eine Schwellentemperatur (z.B. 150 °C) ansteigt, können die Umwandlungsraten mit zunehmender Temperatur steil auf maximale Umwandlungsraten ansteigen [z.B. 90% für Kohlenstoffmonoxid (CO) und 70% für Kohlenwasserstoff (HC)]. Bei hohen Temperaturen (z.B. 250 °C - 350 °C) stabilisiert sich die Katalysatorleistung, um ein charakteristisches Plateau auf einer Light-off-Kurve des Katalysators zu bilden. Von daher kann es zumindest zum Minimieren der Fahrzeugemissionen wünschenswert sein, die Abgastemperatur über der Plateautemperatur und innerhalb eines Bereichs, in welchem ein entsprechendes Nachbehandlungssystem eine beinahe maximale Umwandlungseffizienz aufweist, zu halten.
  • Das Fahrzeugsystem kann ein AGR-System 185 aufweisen, das mit des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Das AGR-System kann das Abgas von dem Auslasskanal des Verbrennungsmotors zu dem Ansaugkanal stromabwärts des Turboladers leiten. In einigen Ausführungsformen kann das AGR-System ausschließlich mit einer Gruppe von einem oder mehreren Spenderzylindern des Verbrennungsmotors (auch als ein Spenderzylindersystem bezeichnet) gekoppelt sein.
  • Der Controller kann verschiedene Komponenten und Operationen bezüglich des Fahrzeugs steuern. Als ein Beispiel können verschiedene Komponenten des Fahrzeugsystems über einen Kommunikationskanal oder Datenbus an den Controller gekoppelt sein. In einem Beispiel weist der Controller ein Computersteuersystem auf. Der Controller kann zusätzlich oder alternativ einen Speicher aufweisen, in dem nichtflüchtige computerlesbare Speichermedien (nicht gezeigt) aufgenommen sind, die Code zum Ermöglichen einer bordeigenen Überwachung und Steuerung des Fahrzeugbetriebs umfassen. In einigen Beispielen kann der Controller mehr als einen Controller aufweisen, die jeweils miteinander kommunizieren, wie etwa einen ersten Controller zum Steuern des Verbrennungsmotors und einen zweiten Controller zum Steuern anderer Betriebsparameter des Fahrzeugs (wie etwa der Verbrennungsmotorlast, der Verbrennungsmotordrehzahl, das Bremsmoment usw.). In einem Beispiel kann der erste Controller verschiedene Stellglieder basierend auf der Ausgabe, die aus dem zweiten Controller empfangen wird, steuern, und/oder kann der zweite Controller verschiedene Stellglieder basierend auf der Ausgabe, die von dem ersten Controller erhalten wird, steuern.
  • Der Controller kann Informationen von einer Vielzahl von Sensoren erhalten und kann Steuersignale an eine Vielzahl von Stellgliedern senden. Zum Beispiel kann der Controller während der Überwachung der Steuerung und Verwaltung des Fahrzeugs Signale von einer Vielfalt von Verbrennungsmotorsensoren empfangen. Die Signale können verwendet werden, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und entsprechend verschiedene Verbrennungsmotor-Stellglieder einzustellen, um den Betrieb des Fahrzeugs zu steuern. Zum Beispiel kann des Verbrennungsmotor-Controller Signale von verschiedenen Verbrennungsmotorsensoren empfangen, die der VerbrennungsmotorDrehzahl, der Verbrennungsmotorlast (die z.B. von der Betankungsmenge, die von dem Verbrennungsmotor-Controller angeordnet wird, der Betankungsmenge, die durch gemessene Kraftstoffsystemparameter angegeben wird, gemittelten Drehmomentdaten, dem Krümmerdruck und/oder der elektrischen Stromausgabe von der Lichtmaschine oder dem Generator abgeleitet werden), die Massenluftstrommenge/-rate (z.B. über einen Massenluftstrommesser), den Ansaugkrümmerluftdruck, den Anstiegsdruck, den Abgasdruck, den Umgebungsdruck, die Umgebungstemperatur, die Abgastemperatur (wie etwa die Abgastemperatur, die in die Turbine eintritt, wie anhand des Turbineneinlasstemperatursensors bestimmt, oder die Abgastemperatur, die in das Nachbehandlungssystem eintritt, wie anhand des Nachbehandlungstemperatursensors bestimmt), die Partikelfiltertemperatur, den Partikelfilterrückdruck, den Verbrennungsmotorkühlmitteldruck, die Menge an Abgasoxiden von Stickstoff (z.B. von dem NOx-Sensor), die Abgasrußmenge (z.B. von einem Ruß-/Partikelsensor), den Abgassauerstoffpegel oder dergleichen umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Entsprechend kann der Controller das Fahrzeug durch Senden von Befehlen an verschiedene Komponenten, wie etwa den Antriebsmotoren, der Lichtmaschine/Generator, Zylinderventilen, Kraftstoffeinspritzer, einer Drossel, dem Kompressor-Bypass-Ventil (oder einem Verbrennungsmotor-Bypass-Ventil in alternativen Ausführungsformen), dem Wastegate-Ventil oder dergleichen, steuern. Andere aktiv arbeitende und steuernde Stellglieder können an verschiedene Stellen in dem Fahrzeug gekoppelt werden.
  • Der Controller kann eine Verbrennungsmotordrosseleinstellung überwachen. Solch eine Überwachung kann für einen Verbrennungsmotordrehzahlregler durchgeführt werden. Zum Beispiel kann des Verbrennungsmotor-Drehzahlregler auf der Verbrennungsmotor-Drosseleinstellung reagieren, um den Verbrennungsmotorbetrieb anzupassen. In einer Ausführungsform kann die Drosseleinstellung kontinuierlich anpassbar sein. In einer Ausführungsform kann ein Bediener des Fahrzeugs eine Eingabevorrichtung zwischen einer Vielzahl von bestimmen Verbrennungsmotordrosseleinstellungen anpassen. Basierend auf einer ausgewählten Verbrennungsmotordrosseleinstellung kann der Controller den Verbrennungsmotorbetrieb anpassen, um eine gewünschte Verbrennungsmotorleistung (wie z.B. eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit) bereitzustellen. Als Beispiel können die Vielzahl von Verbrennungsmotordrosseleinstellungen verwendet werden. Vorbestimmte Drosseleinstellungen können als Fahrstufeneinstellungen bezeichnet werden. Geeignete Fahrstufeneinstellungen können eine Fahrstufe 0, eine Fahrstufe 1, eine Fahrstufe 2, eine Fahrstufe 3, eine Fahrstufe 4, eine Fahrstufe 5, eine Fahrstufe 6, eine Fahrstufe 7 und eine Fahrstufe 8 umfassen. Eine Erhöhung der des numerischen Werts des Verbrennungsmotorfahrstufeneinstellung kann (direkt oder indirekt) einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder des Verbrennungsmotorleistungsabgabe entsprechen. Beim Anpassen des Verbrennungsmotorfahrstufeneinstellung können ferner Anpassungen der Kraftstoffeinspritzsteuerung und des Common-Rail-Drucks vorgenommen werden. Die Fahrstufe 0 kann eine Leerlaufeinstellung sein. Zum Beispiel kann die Fahrstufe 0 dem Nichtbewegen der Lokomotive entsprechen, kann die Fahrstufe 4 eine mittlere Geschwindigkeitsstufe bereitstellen und kann die Fahrstufe 8 eine Höchstgeschwindigkeitseinstellung sein. Zum Beispiel kann der Controller die Umdrehungen pro Minute (UpM) des Verbrennungsmotors, die Getriebeübersetzung, Ventilsteuerungen und sonstige Parameter anpassen, um das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die der ausgewählten Verbrennungsmotordrosseleinstellung entspricht. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor eingestellt werden, um mehr Leistung zu erzeugen, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen oder eine schwere Last (z.B. aufgrund einer Ladung und/oder einem Gefälle) bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit aufzunehmen.
  • Eine detailliertere Ansicht des Verbrennungsmotors, von Einspritzern des Kraftstoffsystems und des Nachbehandlungssystems ist in 2 gezeigt. Ein Controller des Fahrzeugsystems kann eine Vielzahl von verschiedenen Steuerstrategien verwenden, um die Auslassventilsteuerung, den Dieseleinspritzzeitpunkt und den Ammoniakeinspritzort basierend auf Substitutionsraten, Verbrennungsmotortemperaturen und Abgastemperaturen anzupassen, wie bei den Verfahren von 3-5 gezeigt. Ein beispielhafter Zeitpunkt von Operationen der Verfahren aus 3-5 ist in 6 gezeigt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 206, das ein nicht-beschränkendes Beispiel des Fahrzeugs 106 aus 1 sein kann. Das Fahrzeugsystem kann ein Hybrid sein, der Antriebskraft von dem Verbrennungsmotorsystem 208 und/oder einer bordeigenen Energiespeichervorrichtung ableiten kann. Eine Energieumwandlungsvorrichtung, wie etwa ein Generator, kann betrieben werden, um Energie von der Fahrzeugbewegung und/oder dem Verbrennungsmotorbetrieb zu absorbieren und dann die absorbierte Energie in eine Energieform umzuwandeln, die zur Speicherung durch die Energiespeichervorrichtung geeignet ist.
  • Ein geeignetes Verbrennungsmotorsystem kann einen Verbrennungsmotor 210 mit einer Vielzahl von Zylindern 230 aufweisen, welche zum Beispiel den Zylinder 101 aus 1 umfassen können. Jeder Zylinder kann ein Ansaugventil 232 und ein Auslassventil 234 aufweisen. Jeder Zylinder kann eine Kraftstoffeinspritzung von einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern erhalten. Zum Beispiel kann jeder Zylinder einen Kraftstoffdirekteinspritzer 282 aufweisen, der mit einem ersten Kraftstofftank 280 gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor kann ein Vielstoffmotor sein, der konfiguriert ist, um mehrere Typen von Kraftstoffen getrennt oder in Kombination zu verbrennen. In einem Beispiel können die Einspritzungen der verschiedenen Kraftstoffe an unterschiedlichen Stellen des Verbrennungsmotorsystems erfolgen. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor optional einen oder mehrere eines Ansaugstutzeneinspritzers 292 und eines Auslassstutzeneinspritzers 294 aufweisen, die mit einem zweiten Kraftstofftank 290 gekoppelt sind. Der erste Kraftstofftank kann einen ersten Kraftstoff aufnehmen und der zweite Kraftstofftank kann einen zweiten Kraftstoff aufnehmen. Der erste Kraftstoff kann einen kohlenstoffhaltigen Kraftstoff umfassen und der zweite Kraftstoff kann einen kohlenstofffreien Kraftstoff zuführen. In einem Beispiel kann der kohlenstoffhaltige Kraftstoff einen von Benzin, Diesel, Biodiesel, Erdgas, HDRD und Alkohol umfassen. Der kohlenstofffreie Kraftstoff kann Ammoniak und/oder Wasserstoff umfassen. In einigen Beispielen kann der Verbrennungsmotor ein Verbrennungsmotor ohne Zündkerze sein. In anderen Beispielen kann der Verbrennungsmotor ein Verbrennungsmotor mit Zündkerze sein. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Kraftstoff einen Kraftstoff mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt als der erste Kraftstoff umfassen.
  • Der Ansaugstutzeneinspritzer kann positioniert sein, um Ammoniak (z.B. den kohlenstofffreien Kraftstoff) in einen Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors einzuspritzen. Der Auslassstutzeneinspritzer kann positioniert sein, um Ammoniak in einen Auslassstutzen des Verbrennungsmotors einzuspritzen. In einem Beispiel kann die Ammoniakeinspritzung von dem Auslassstutzeneinspritzer das Auslassventil berühren und sich auf diesem sammeln, was diesem eine Kühlwirkung bereitstellen kann. In einigen Beispielen können die Auslassventilsteuerung und/oder der Einspritzzeitpunkt eingestellt werden, um eine Kontaktmenge zwischen dem Auslassventil und der Ammoniakeinspritzung anzupassen. In einem Beispiel kann, wenn Mehrstoffverbrennung gewünscht wird, eine Menge an Ammoniak, die über den Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt wird, proportional zu einer gewünschten Auslassventilkühlung sein. Zum Beispiel kann die Menge an Ammoniak, die eingespritzt wird, als Reaktion auf die gewünschte Abgasventilkühlungszunahme zunehmen. In einigen Beispielen kann zusätzlich oder alternativ die Substitutionsrate als Reaktion auf die gewünschte Abgasventilkühlungszunahme zunehmen.
  • Der Verbrennungsmotor weist einen Verbrennungsmotoreinlass 223 und einen Verbrennungsmotorauslass 225 auf. Des Verbrennungsmotoreinlass weist eine Luftansaugdrossel 262 auf, die fluidisch mit einem Verbrennungsmotor-Ansaugkrümmer 244 über einen Ansaugkanal 242 gekoppelt ist. Des Verbrennungsmotorauslass weist einen Auslasskrümmer 248 auf, der zu einem Auslasskanal 235 führt, der Abgas in die Atmosphäre leitet. Wahlweise können einer oder mehrere der Zylinder derart miteinander verbunden sein, dass Abgase von einem Zylinder zu einem anderen Zylinder strömen können. In einem Beispiel können Durchgänge 236 zwei oder mehr Zylinder derart verbinden, dass Abgase eines ersten Zylinders zu einem zweiten Zylinder geleitet werden können, ohne in den Auslasskrümmer oder den Auslasskanal einzutreten. In einem Beispiel ist der erste Zylinder ein Spenderzylinder, der konfiguriert ist, um AGR intern zuzuführen.
  • Des Verbrennungsmotorauslass kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 270 aufweisen, die in einer nahe gekoppelten Position oder in einer Position weit unterhalb des Unterbodens montiert sind. Die eine oder mehreren Emissionssteuervorrichtungen können einen Drei-Wege-Katalysator, eine Magerstickoxidfalle, einen Dieselpartikelfilter, einen Oxidationskatalysator, eine SCR-Vorrichtung usw. umfassen. In einem Beispiel kann ein Katalysatoreinspritzer 298 stromaufwärts der einen oder mehreren Emissionssteuervorrichtungen positioniert sein. In einem Beispiel können die eine oder mehreren Emissionssteuervorrichtungen mindestens die SCR-Vorrichtung (oder eine Vielzahl von SCR-Vorrichtungen) umfassen, wobei der Katalysatoreinspritzer eine Menge an Reduktionsmittel darin wiederauffüllen kann. Der Katalysatoreinspritzer kann mit dem zweiten Kraftstofftank gekoppelt werden, wenn der zweite Kraftstoff Ammoniak ist. Wenn das zweite Kraftstoffsystem ein Ammoniakkraftstoffsystem ist, dann kann ein Harnstoffsystem zum Verringern der SCR-Vorrichtung entfallen und kann Ammoniak, das von dem Katalysatoreinspritzer 298 eingespritzt wird, die SCR-Vorrichtung verringern. Dies kann Verpackungsbeschränkungen und Herstellungskosten verringern.
  • Ein AGR-Kanal 272 kann von dem Auslasskanal an einer Abzweigung (z.B. einer Überschneidung) stromaufwärts einer Turbine 252 abzweigen. Der AGR-Kanal kann einen optionalen AGR-Kühler 274 und einen Kühler-Bypass 276 aufnehmen. Ein AGR-Ventil 278 kann eine Menge an AGR-Strömung zu dem Ansaugkanal stromabwärts eines Kompressors 254 steuern. Die Turbine kann über eine Welle 256, ähnlich wie der Turbolader von 1, mechanisch mit dem Kompressor gekoppelt sein. Somit ist in dem Beispiel von 2 der AGR-Kanal ein Hochdruck(HP, High-Pressure)-AGR-Kanal, der konfiguriert ist, um Abgase von stromaufwärts der Turbine zu einem Abschnitt des Einlasses stromabwärts des Kompressors zu leiten. Der AGR-Kanal kann ferner einen AGR-Kanaleinspritzer 296 aufweisen, der mit dem zweiten Kraftstofftank gekoppelt ist. In einem Beispiel kann der AGR-Kanaleinspritzer stromaufwärts eines AGR-Kühlereinlasses und stromabwärts des Kühler-Bypasses bezüglich einer Richtung der Abgasströmung angeordnet sein. In einem anderen Beispiel kann zusätzlich oder alternativ der AGR-Kanaleinspritzer innerhalb einer Schwellendistanz angeordnet sein, von welcher der AGR-Kanal von dem Auslasskanal stromaufwärts des Kühler-Bypasses abzweigt. Die Schwellendistanz kann einem positive Wert ungleich Null entsprechen und auf einem Temperaturabfall oder einer thermischen Zersetzung von Abgas durch den AGR-Kanal basieren. Zum Beispiel kann der AGR-Kanaleinspritzer in der Nähe oder neben der Abzweigung zwischen dem Auslasskanal und dem AGR-Kanal positioniert sein, wo der Abgastemperaturabfall am geringsten oder niedriger als ein Schwellenabfall ist. Der AGR-Kanaleinspritzer kann positioniert sein, um in einer Richtung mit spitzem Winkel oder parallel zu der Abgasströmung in dem AGR-Kanal einzuspritzen. Der AGR-Kanaleinspritzer kann eine bestimmte Menge an AGR-Kühlung bereitstellen, so dass eine AGR-Kühler-Nutzung verringert werden kann, wodurch die Langlebigkeit des AGR-Kühlers verbessert wird. In einigen Beispielen kann der AGR-Kühler-Bypass entfallen.
  • In einigen Beispielen kann der AGR-Kanal ohne den AGR-Kühler konfiguriert sein. In solchen Beispielen ist die AGR-Kühlung möglicherweise nur über den AGR-Kanaleinspritzer bereitgestellt. Wenn zum Beispiel AGR-Kühlung gewünscht wird, kann der AGR-Kanaleinspritzer aktiviert werden, wobei eine Menge an Ammoniak, die damit eingespritzt wird, auf einer gewünschten AGR-Kühlung basieren kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Menge an Ammoniak, die eingespritzt wird, auf einer aktuell erlaubten Substitutionsrate und/oder einer Reduktionsmittelladung der SCR-Vorrichtung basieren. Als Beispiel, wenn die Menge an Ammoniak, die für die AGR-Kühlung nachgefragt wird, größer als eine Menge ist, die basierend auf der aktuell erlaubten Substitutionsrate erlaubt ist, dann kann eine AGR-Strömungsrate verringert werden, so dass die Menge an Ammoniak, die basierend auf der aktuell erlaubten Substitutionsrate zulässig ist, ausreicht, um die AGR zu kühlen.
  • In einigen Beispielen können zusätzlich oder alternativ die AGR und das Ammoniak durch Einspritzen des Ammoniaks in den AGR-Kanal vorgemischt werden. Die eingespritzte Menge kann basierend auf der gewünschten AGR-Kühlung festgelegt werden. Wenn die eingespritzte Menge größer als die aktuelle Substitutionsrate ist, dann kann das Vorgemisch aus AGR und Ammoniak zu einer Vorratseinrichtung strömen, um während künftigen Fahrbedingungen verbraucht zu werden.
  • In einigen Beispielen kann zusätzlich oder alternativ Ammoniak als Kühlmittel innerhalb des AGR-Kühlers verwendet werden. Zum Beispiel kann Ammoniak von dem zweiten Kraftstofftank zu dem AGR-Kühler strömen, wobei AGR, das durch diesen hindurchströmt, gekühlt werden kann und das Ammoniak erhitzt werden kann. Das erhitzte Ammoniak kann zu dem zweiten Kraftstofftank zurückgeführt werden oder an ein Kraftstoff-Rail geschickt werden, die mit einem oder mehreren des Ansaugstutzeneinspritzers, des Auslassstutzeneinspritzers und des AGR-Kanaleinspritzers gekoppelt ist. Das erhitzte Ammoniak kann im Vergleich zu kühlerem Ammoniak effektiver verdampfen, nachdem es eingespritzt wurde.
  • In einigen Beispielen können zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere NOx-Sensoren um die SCR-Vorrichtung herum beabstandet sein. Zum Beispiel kann ein erster NOx-Sensor stromaufwärts der SCR-Vorrichtung und stromabwärts des AGR-Kanals in Bezug auf eine Richtung der Abgasströmung angeordnet sein. Ein zweiter NOx-Sensor kann stromabwärts der SCR-Vorrichtung angeordnet sein. Die NOx-Sensoren können eine Menge an NOx und Ammoniak in dem Abgas sensieren, wobei der zweite NOx-Sensor einen NOx-/Ammoniakschlupf durch die SCR-Vorrichtung sensieren kann. In einigen Beispielen können die Substitutionsrate, eine Ammoniakeinspritzmenge über den Auslassstutzeneinspritzer und den AGR-Kanaleinspritzer und eine Ammoniakeinspritzmenge über den Katalysatoreinspritzer auf dem NOx-/Ammoniakschlupf durch die SCR-Vorrichtung basieren. Zum Beispiel kann mit zunehmendem Schlupf dann die Substitutionsrate abnehmen. Wenn der Schlupf abnimmt oder nicht mehr vorhanden ist, kann dann die Substitutionsrate zunehmen.
  • Das Fahrzeugsystem kann ferner ein Steuersystem 214 aufweisen. Es ist das Steuersystem gezeigt, das Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 216 erhält (von welchen hierin verschiedene Beispiele beschrieben sind) und Steuersignale an eine Vielzahl von Stellgliedern 281 sendet (von welchen hierin verschiedene Beispiele beschrieben sind). Als ein Beispiel können die Sensoren einen Abgassensor 226, der sich stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung befindet, einen Temperatursensor 228 und einen Drucksensor 229 umfassen. Andere Sensoren, wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, AFR- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Stellen in dem Fahrzeugsystem gekoppelt sein. Als weiteres Beispiel können die Stellglieder die Luftansaugdrossel umfassen.
  • Ein Controller 212 kann als ein herkömmlicher Mikrocomputer einschließlich einer Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüssen, eines Nur-Lese-Speichers, eines Direktzugriffsspeichers, eines Keep-alive-Speichers, Controller Area Networks (CAN-Bus) usw. konfiguriert sein. In einem Beispiel kann der Controller als Antriebsstrangsteuermodul (PCM, Powertrain Control Module) konfiguriert sein. Der Controller kann für zusätzliche Energieeffizienz zwischen Schlaf- und Aufwachmodi umgeschaltet werden. Der Controller kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren erhalten, die Eingangsdaten verarbeiten und die verschiedenen Stellglieder als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf einem Befehl oder Code, der darin programmiert ist, entsprechend einer oder mehreren Routinen auslösen.
  • Somit kann ein Verbrennungsmotorsystem einen Vielstoffmotor aufweisen, der konfiguriert ist, um einen oder mehrere Kraftstoffe zu verbrennen. Ein erstes Kraftstoffsystem kann einen ersten Kraftstoff über Direkteinspritzer Zylindern des Verbrennungsmotors bereitstellen. Ein zweites Kraftstoffsystem kann einen zweiten Kraftstoff über eine Vielfalt von Einspritzern einschließlich Ansaugstutzeneinspritzer, Auslassstutzeneinspritzer und des AGR-Kanaleinspritzers bereitstellen. Ein Controller mit darauf gespeicherten Befehlen kann die Anpassung von Mengen des zweiten Kraftstoffs, die von einem oder mehreren der Injektoren des zweiten Kraftstoffsystems eingespritzt werden, basierend auf einer oder mehreren Betriebsbedingungen, die bezüglich der nachstehenden Verfahren beschrieben sind, anordnen. Während einigen Betriebsmodi können einer oder mehrere der Injektoren des zweiten Kraftstoffsystems verwendet werden, wobei der Controller Mengen des zweiten Kraftstoffs ausgleichen kann, die über den Auslassstutzeneinspritzer, den AGR-Kanaleinspritzer und den Ansaugkanaleinspritzer eingespritzt werden. In einem Beispiel können Einspritzungen durch die Auslassstutzeneinspritzer und den AGR-Kanaleinspritzer gegenüber dem Ansaugkanaleinspritzer priorisiert werden. Das Priorisieren der Auslassstutzeneinspritzer und des AGR-Kanaleinspritzers kann das Einspritzen einer höchsten gewünschten Menge des zweiten Kraftstoffs über einen oder mehrere des AGR-Kanaleinspritzers und der Auslassstutzeneinspritzer vor dem Einspritzen des zweiten Kraftstoffs über den Ansaugstutzeneinspritzer umfassen.
  • Das Verbrennungsmotorsystem kann ferner mehrere Verfahren zum Bereitstellen von AGR umfassen. Hierin ist AGR als ein Abgas definiert, das aus einem Zylinder ausgestoßen und zur Verbrennung zu des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird, kann AGR über einen zugehörigen Spenderzylinder, eine eingestellte Auslassventilsteuerung und/oder den AGR-Kanal bereitgestellt werden. Der Spenderzylinder kann Abgase aus seinem inneren Volumen ausstoßen und die Abgase zu einem anderen Zylinder strömen, der fluidisch mit diesem gekoppelt ist. Die eingestellte Auslassventilsteuerung kann umfassen, dass sich ein Auslassventilöffnen mit einem Ansaugventilöffnen überlappen kann, was zu einem Vakuum des Zylinders führt, der die ausgestoßenen Abgase zurück in den Zylinder saugt. Dadurch kann die AGR-Rate über den/die Spenderzylinder, die eingestellte Auslassventilsteuerung und die Ventilstellung in dem AGR-Kanal festgelegt werden.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 3 zeigt ein Flussdiagramm höherer Ebene ein Verfahren 300 zum Bestimmen, ob Vielstoffverbrennung gewünscht wird. Das Verfahren kann von einem Prozessor eines Controllers eines Fahrzeugs, wie etwa dem Controller des Fahrzeugs aus 1 oder 2, basierend auf Befehlen, die in einem Speicher des Controllers gespeichert sind, ausgeführt werden.
  • Das Verfahren kann bei Schritt 302 beginnen, wo das Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Fahrzeugbetriebsparametern und/oder -bedingungen umfassen kann. Die Fahrzeugbetriebsparameter und/oder -bedingungen können basierend auf einer oder mehreren Ausgaben verschiedener Sensoren des Fahrzeugs geschätzt werden (wie z.B. einem oder mehreren Auslasstemperatursensoren, einer Verbrennungsmotordrehzahl, einer Raddrehzahl, und/oder einem Turbowellendrehzahlsensor, einem Drehmomentsensor, einem Drucksensor usw., wie zuvor unter Bezugnahme auf das Fahrzeugsystem von 1 beschrieben wurde). Fahrzeugbetriebsbedingungen können der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und der Verbrennungsmotorlast, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Getriebeöltemperatur, die Abgasströmungsrate, die Massenluftströmungsrate, die Kühlmitteltemperatur, die Kühlmittelströmungsrate, der Verbrennungsmotoröldrücke (z.B. Ölleitungsdrücke), die Betriebsmodi eines oder mehrerer Ansaugventile und/oder eines oder mehrerer Auslassventile, die Elektromotordrehzahl, die Batterieladung, der Verbrennungsmotordrehmomentleistung, das Fahrzeugraddrehmoment und dergleichen umfassen.
  • Bei Schritt 304 kann das Verfahren das Bestimmen, ob eine Mehrstoffverbrennung gewünscht wird, umfassen. Die Mehrstoffverbrennung kann die Verbrennung von mindestens einem Primärkraftstoff und einem Sekundärkraftstoff umfassen. In einem Beispiel kann der Primärkraftstoff kohlenstoffhaltiger Kraftstoff sein und kann der Sekundärkraftstoff ein kohlenstofffreier Kraftstoff sein, der weniger Kohlenstoffe pro Molekül aufweist als der kohlenstoffhaltige Kraftstoff. Die Mehrstoffverbrennung kann die Kohlenstoffemissionen des Fahrzeugs durch Erhöhen einer Menge Sekundärkraftstoffs und Verringern einer Menge des Primärkraftstoffs verringern. In einem Beispiel kann die Mehrstoffverbrennung Diesel als den Primärkraftstoff und Ammoniak als den Sekundärkraftstoff umfassen. Bedingungen, die sich auf eine gewünschte Substitutionsrate auswirken können, können den Verbrennungsmotorluftstrom, der Verbrennungsmotorlast, die Ansaugkrümmertemperatur, den Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur, den Auslasskrümmerdruck und dergleichen umfassen. Die gewünschte Substitutionsrate kann als ein Prozentsatz der gesamten Kraftstoffenergie, der durch den Sekundärkraftstoff bereitgestellt wird, definiert sein. Wenn zum Beispiel die gewünschte Substitutionsrate 60% beträgt, dann kann Ammoniak 60% der Kraftstoffenergie bereitstellen und kann Diesel 40% der Kraftstoffenergie bereitstellen. In einem Beispiel nimmt eine Menge an kohlenstofffreiem Kraftstoff mit zunehmender Substitutionsrate zu.
  • Zusätzlich oder alternativ kann in einigen Beispielen die gewünschte Substitutionsrate als Reaktion auf Kohlenstoffemissionen und/oder NOx-Emissionen angepasst werden. Zum Beispiel kann, wenn die Kohlenstoffemissionen zunehmen, es dann erwünscht sein, die Substitutionsrate zu erhöhen. Alternativ kann es erwünscht sein, die Substitutionsrate zu verringern, wenn die Verbrennungseffizienz abnimmt. Zusätzlich oder alternativ kann ein Fahrzeugcontroller auswählen, ob eine Mehrstoffverbrennung erwünscht ist. Zum Beispiel umfassen bestimmte Orte bzw. Stellen möglicherweise keine Tankstellen, die alternative Kraftstoffe, wie etwa HDRD, Ammoniak, Wasserstoff und dergleichen, aufweisen. Der Fahrzeugcontroller kann die Verbrennung eines einzelnen Kraftstoffs anfordern, z.B. wenn andere Kraftstoffquellen an lokalen Tankstellen nicht erhältlich sind. Der Fahrzeugcontroller kann an Bord oder nicht an Bord des Fahrzeugs vorhanden sein, je nach der gewählten Konfiguration. In einer Ausführungsform ist der Fahrzeugcontroller ein Bediener, der sich während dem Betrieb an Bord des Fahrzeugs befindet.
  • Wenn Mehrstoffverbrennung nicht gewünscht wird, dann kann bei Schritt 306 das Verfahren das Einspritzen nur des kohlenstoffhaltigen Kraftstoffs umfassen. Der Controller kann dem Direkteinspritzer des Verbrennungsmotors signalisieren, den kohlenstoffhaltigen Kraftstoff einzuspritzen. Der Controller kann ferner signalisieren, den Ansaugstutzeneinspritzer, den Auslassstutzeneinspritzer und den AGR-Kanaleinspritzer zu deaktivieren.
  • Wenn Mehrstoffverbrennung gewünscht wird, dann kann bei Schritt 308 das Verfahren das Einspritzen des kohlenstoffhaltigen Kraftstoffs und des Ammoniaks umfassen. In einem Beispiel wird der kohlenstoffhaltige Kraftstoff möglicherweise nur über den Direkteinspritzer eingespritzt. Ammoniak kann über einen oder mehrere des Ansaugstutzeneinspritzers, des Auslassstutzeneinspritzers und des AGR-Kanaleinspritzers in der Verbrennungsmotor eingespritzt und an diese geliefert werden. Wie in Bezug auf 4 beschrieben, kann erwünscht sein, Ammoniak erhöhten Temperaturen auszusetzen, um die Verdampfung zu fördern. Es kann wünschenswert sein, dies ohne eine Erhöhung einer Verbrennungsmotortemperatur über eine obere Schwellentemperatur durchzuführen. Eine Stelle des Einspritzens des Ammoniaks kann basierend auf verschiedenen Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen ausgewählt oder angepasst werden. Das Verfahren 300 von 3 kann zu dem Verfahren 400 von 4 voranschreiten.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 4 zeigt ein Flussdiagramm höherer Ebene ein Beispiel des Verfahrens 400 zum Einstellen einer Stelle, an der Ammoniak bereitgestellt wird, wenn eine Mehrstoffverbrennung gewünscht wird. Das Verfahren kann die Stelle, an welchem Ammoniak bereitgestellt wird, basierend auf AGR-Bedingungen einstellen.
  • Bei Schritt 402 kann das Verfahren das Bestimmen, ob AGR gewünscht wird, umfassen. AGR kann gewünscht werden, wenn eine Verbrennungsmotortemperatur höher als eine Schwellentemperatur ist. In einem Beispiel entspricht die Schwellentemperatur einer Temperatur, die höher als ein gewünschter Verbrennungsmotortemperaturbetriebsbereich ist. Dadurch kann die AGR der Verbrennungsmotortemperatur verringern. Zusätzlich oder alternativ kann AGR als Reaktion auf eine Menge des Verbrennungsmotor-NOx-Produktion gewünscht werden. Wenn zum Beispiel die Menge des Verbrennungsmotor-NOx-Produktion größer als eine Schwellen-NOx-Ausgabe ist, dann kann AGR gewünscht werden, um die Menge des Verbrennungsmotor-NOx-Produktion zu verringern.
  • Wenn AGR gewünscht wird, dann kann bei Schritt 404 das Verfahren das Bestimmen, ob AGR-Kühlung gewünscht wird, umfassen. Eine AGR-Kühlung kann gewünscht werden, wenn der Verbrennungsmotortemperatur höher als die Schwellentemperatur ist. Zusätzlich oder alternativ kann AGR-Kühlung gewünscht werden, wenn eine größere Menge an Ladungsluft gewünscht wird. Zum Beispiel kann gekühlte AGR die Ansaugluft kühlen, wodurch eine größere Menge an Ladungsluft in den Brennraum eintreten kann.
  • Wenn keine AGR-Kühlung gewünscht wird, dann kann bei Schritt 405 das Verfahren das Bestimmen, ob Auslassventilkühlung gewünscht wird, umfassen. Es kann eine Auslassventilkühlung gewünscht werden, wenn eine Auslassventiltemperatur höher als oder so hoch wie eine Schwellenauslassventiltemperatur ist. In einem Beispiel kann die Auslassventiltemperatur basierend auf einer Zylinderkopftemperatur geschätzt werden, wobei die Zylinderkopftemperatur basierend auf einer geschätzten Kühlmitteltemperatur, einer Verbrennungsmotorbetriebsbedingung, indirekten Messungen anderer Parameter oder einer Kühlmitteltemperatur, die direkt über einen Temperatursensor gemessen wird, bestimmt werden kann. Wenn eine Auslassventilkühlung gewünscht wird, dann kann das Verfahren 400 von 4 zu einem Verfahren 500 fortfahren, wie in 5 gezeigt.
  • Wenn keine Auslassventilkühlung gewünscht wird, dann kann bei Schritt 406 das Verfahren das Bereitstellen von AGR über einen Spenderzylinder (z.B. einen zugehörigen AGR-Zylinder) oder den AGR-Kanal oder das Einstellen einer Auslassventilsteuerung umfassen. Der Verbrennungsmotor kann eine Vielzahl von internen AGR-Durchgängen aufweisen, die konfiguriert sind, um Abgase von einem ersten Zylinder zu einem zweiten Zylinder zu strömen. Dadurch kann ein Teil der AGR über einen Spenderzylinder bereitgestellt werden, der fluidisch mit einem Nicht-Spenderzylinder über interne AGR-Kanäle gekoppelt ist. Die Vielzahl von internen AGR-Durchgängen koppeln in einem Beispiel möglicherweise nur direkt benachbarte Zylinder. In anderen Beispielen können ein oder mehrere Zylinder einer Vielzahl von Zylindern als zugehörige AGR-Zylinder während einigen Verbrennungsmotorbedingungen fungieren, wie etwa, wenn eine Mehrstoffverbrennung gewünscht wird. Während diesen Bedingungen können die zugehörigen AGR-Zylinder Abgase zu mindestens einem der Vielzahl von internen AGR-Durchgängen oder zu einem Behälter, aus welchem Abgase zu anderen Zylindern verteilt werden können, ausstoßen. Zusätzlich oder alternativ können Abgase durch den AGR-Kanal durch Öffnen eines AGR-Ventils in dem AGR-Kanal bereitgestellt werden. Das Öffnen des AGR-Ventils kann auf anderen AGR-Quellen (z.B. Spenderzylinder, Abgaswiederaufnahme und Abgasrückhaltung) basieren, um einer gewünschten AGR-Strömungsrate zu entsprechen.
  • Wenn keine Kühlung gewünscht wird, können Abgase, die durch den AGR-Kanal strömen, den AGR-Kühler über einen Kühler-Bypass umgehen. Von daher kann das AGR-Ventil in eine Stellung gebracht werden, die Abgase zu dem Kühler-Bypass strömt und verhindert, dass Abgase zu dem AGR-Kühler strömen. Abgase in dem Kühler-Bypass können an einer Stelle stromabwärts des AGR-Kühlers wieder in den AGR-Kanal eintreten.
  • Zusätzlich oder alternativ kann eine Auslassventilsteuerung der Zylinder eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Auslassventilsteuerung für einen gegebenen Zylinder eingestellt werden, so dass ein Schließzeitpunkt eines Auslassventils während eines Ausstoßtakts vorgezogen wird. Abgase in dem Zylinder können basierend auf dem Vorziehen des Schließzeitpunkts zurückgehalten werden. Zum Beispiel können mit zunehmendem Vorziehen mehr Abgase zurückgehalten werden, wodurch eine AGR-Rate effektiv erhöht wird.
  • In einigen Beispielen kann zusätzlich oder alternativ die Auslassventilsteuerung derart verzögert werden, dass das Auslassventil mit einem Ansaugventil des Zylinders während eines Ansaugtakts offen sein kann. Durch Verzögern des Zeitpunkts des Auslassventilschließens können Abgase wieder in den Zylinder eingeleitet werden. In einem Beispiel wird, wenn das Auslassventilschließen weiter verzögert wird, eine Menge an Abgas, die wieder in den Zylinder aufgenommen wird, erhöht, wodurch die AGR-Rate erhöht wird.
  • Bei Schritt 408 umfasst das Verfahren das Einspritzen von Ammoniak nur in den Ansaugstutzen. In einem Beispiel wird Ammoniak nicht in den AGR-Kanal eingespritzt, da AGR-Kühlung nicht gewünscht wird. Von daher kann der AGR-Kanaleinspritzer deaktiviert werden und tritt kein durch eine Ammoniakeinspritzung bereitgestellter Kühleffekt auf. Zusätzlich oder alternativ wird Ammoniak möglicherweise nicht in den Auslassstutzen über den Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt, weil keine Auslassventilkühlung gewünscht wird.
  • In einigen Beispielen kann zusätzlich oder alternativ eine Menge an Ammoniak, die in den AGR-Kanal über den AGR-Kanaleinspritzer eingespritzt wird, auf eine geringere Menge geregelt werden, wenn AGR-Kühlung nicht gewünscht wird, verglichen dazu, wenn AGR-Kühlung gewünscht wird. Zum Beispiel kann die Menge an Ammoniak auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer aktuellen AGR-Temperatur und einer niedrigsten gewünschten AGR-Temperatur, der niedrigsten gewünschten AGR-Temperatur basierend auf des Verbrennungsmotorschwellentemperatur, basieren. Wenn in einigen Beispielen Einspritzungen über den AGR-Kanaleinspritzer gewünscht werden, wenn eine AGR-Kühlung nicht gewünscht wird, dann können eine Verstärkung („Boost“) und sonstige Verbrennungsmotorbedingungen angepasst werden, um die Ansaugtemperaturen zu erhöhen und das Kühlen auszugleichen, das durch das eingespritzte Ammoniak bereitgestellt wird. In weiteren Beispielen können ein oder mehrere Zylinder deaktiviert sein. Eine Temperatur der (verbleibenden) aktivierten Zylinder kann zunehmen, wenn eine Last davon erhöht wird, um die deaktivierten Zylinder auszugleichen. Dadurch kann die Aufnahme einer AGR mit niedrigerer Temperatur aufgrund der erhöhten Zylindertemperatur toleriert werden. Durch Einspritzen von Ammoniak in den AGR-Kanal wird eine Zeitdauer, während welcher das Ammoniak verdampfen kann, in Bezug auf die Ansaugstutzeneinspritzung verlängert. Von daher können die Verbrennungsbedingungen zur verbesserten Verbrennung angepasst werden.
  • Unter Rückbezug auf Schritt 404, kann dann, wenn eine AGR-Kühlung gewünscht wird, bei Schritt 410 das Verfahren das Strömen von AGR durch den AGR-Kanal umfassen. Zusätzlich können Abgasventilsteuerroutinen, die konfiguriert sind, um die Abgaswiederaufnahme zu erhöhen, in Kombination mit dem Strömen von AGR durch den AGR-Kanal ausgeführt werden (wie zuvor bei Schritt 406 erläutert wurde).
  • Bei Schritt 412 kann das Verfahren das Einspritzen von Ammoniak in den AGR-Kanal und/oder den Auslassstutzen umfassen. Das Einspritzen von Ammoniak in den AGR-Kanal kann umfassen, dass dem AGR-Kanaleinspritzer signalisiert wird, Ammoniak einzuspritzen. Eine Menge an Ammoniak, die durch den AGR-Kanaleinspritzer eingespritzt wird, kann auf einer Substitutionsrate und/oder einer gewünschten AGR-Kühlung basieren. Zum Beispiel kann, wenn die Substitutionsrate zunimmt und/oder die gewünschte AGR-Kühlung zunimmt, die Menge an Ammoniak, die durch den AGR-Kanaleinspritzer eingespritzt wird, zunehmen. In einem Beispiel, wenn die Substitutionsrate relativ hoch ist und die gewünschte AGR-Kühlung relativ gering ist, so dass die Menge an Ammoniak, die zur Verbrennung nachgefragt wird, größer als eine Menge ist, die benötigt wird, um der gewünschten AGR-Kühlung zu entsprechen, kann dann der AGR-Kanaleinspritzer eine Menge an Ammoniak einspritzen, die für die AGR-Kühlung nachgefragt wird, und kann ein Rest des Ammoniaks durch den Ansaugstutzeneinspritzer eingespritzt werden. Wenn die gewünschte AGR-Kühlung relativ hoch ist und die Substitutionsrate relativ niedrig ist, so dass die Menge an Ammoniak, die nachgefragt wird, um die AGR zu kühlen, größer als die Menge entsprechend der Substitutionsrate ist, dann kann die Menge an Ammoniak, die über den AGR-Kanaleinspritzer eingespritzt wird, auf der Substitutionsrate basieren und das AGR-Ventil kann dahingehend eingestellt werden, um mindestens einen Teil der AGR durch den Kühler zu strömen. Von daher kann eine gewünschte AGR-Temperatur durch Mischen der durch den Kühler gekühlten AGR und der AGR, die um den Kühler herum umgeleitet wird, erhalten werden.
  • Während einigen Bedingungen können die AGR-Kühlung und die Auslassventilkühlung gleichzeitig erwünscht sein. Die AGR-Strömung kann zwischen dem AGR-Kanal und der Abgaswiederaufnahme über die eingestellte Auslassventilsteuerung ausgeglichen werden, um einer gewünschten AGR-Rate zu entsprechen, während eine gewünschte Verbrennungsmotortemperaturverringerung und eine gewünschte Auslassventiltemperaturverringerung bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann das Ammoniak in den Auslassstutzen und den AGR-Kanal eingespritzt werden. Die Menge an Ammoniak, der durch den Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt wird, kann basierend auf einer gewünschten Auslassventilkühlung festgelegt und priorisiert werden. Wenn die gewünschte Auslassventilkühlung zunimmt, kann die Menge an Ammoniak, der durch den Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt wird, zunehmen. Nachdem die gewünschte Auslassventilkühlung eingehalten wird, kann dann die Menge an Ammoniak, der durch den AGR-Kanaleinspritzer eingespritzt wird, basierend auf der gewünschten AGR-Kühlung und/oder der Substitutionsrate bestimmt werden, wie zuvor beschrieben wurde. Wenn die Menge an Ammoniak, der durch den Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt wird, der Substitutionsrate entspricht, dann kann der AGR-Kanaleinspritzer deaktiviert werden und kann die AGR-Kühlung durch nur den AGR-Kühler bereitgestellt werden. In Beispielen, wo der AGR-Kühler weggelassen ist, kann dann AGR über nur die eingestellte Auslassventilsteuerung bereitgestellt werden. Dadurch können die gesamte AGR und die gesamte Auslassventilkühlung über den Auslassstutzeneinspritzer bereitgestellt werden. Wie zuvor beschrieben wurde, kann der Auslassstutzeneinspritzer positioniert sein, um direkt in das Auslassventil einzuspritzen, was an diesem einen Kühleffekt bereitstellen kann. Wenn Abgase durch die verzögerte Auslassventilsteuerung wieder in den Zylinder aufgenommen werden, können die Abgase über das Ammoniak auf dem offenen Auslassventil gekühlt werden. Wenn die Menge an Ammoniak, die nachgefragt wird, um die AGR und das Auslassventil zu kühlen, geringer als die Substitutionsrate ist, dann kann dem Ansaugstutzeneinspritzer signalisiert werden, eine verbleibende Menge an Ammoniak einzuspritzen.
  • Bei Rückkehr zu Schritt 402, wenn AGR nicht gewünscht wird, dann kann das Verfahren zu Schritt 414 voranschreiten, wo das Verfahren das Einspritzen von Ammoniak über nur den Ansaugstutzeneinspritzer umfassen kann. Der Auslassstutzeneinspritzer und der AGR-Kanaleinspritzer können deaktiviert werden, so dass ein Vorgemisch aus Ammoniak und AGR nicht zu des Verbrennungsmotors strömen kann.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 5 zeigt diese das Verfahren 500 zum Anpassen von Ammoniakeinspritzungen basierend auf einer SCR-Reduktionsmittelnachfrage. Das Verfahren kann bei Schritt 502 beginnen, wo das Verfahren das Bestimmen, ob eine SCR-Reduktionsmittelladung geringer als eine Schwellenladung ist, umfassen kann. In einem Beispiel basiert die Schwellenladung auf einer Menge an Ammoniak, die zum Verringern von NOx-Emissionen erwünscht ist. Die Schwellenladung kann ein dynamischer Wert basierend auf einer aktuellen Verbrennungsmotor-NOx-Ausgabe sein. Wenn die aktuelle Verbrennungsmotor-NOx-Ausgabe zunimmt, kann die Schwellenladung auch zunehmen, da mehr Ammoniak von einer SCR-Vorrichtung verbraucht wird.
  • Wenn die SCR-Reduktionsmittelladung nicht geringer als die Schwellenladung ist, dann kann bei Schritt 504 das Verfahren das Einstellen einer Auslassventilsteuerung dahingehend, während einer gesamten Auslassstutzeneinspritzung offen zu bleiben, umfassen. Zum Beispiel können durch derartiges Verzögern des Auslassventilschließens, dass sich das Auslassventilöffnen mit einem Ansaugtakt überlappen kann, Abgase wieder eintreten, um mindestens einen Teil einer gewünschten AGR zuzuführen. Die Auslassstutzeneinspritzung kann zu dem Auslassventil eingespritzt werden, um die gewünschte Kühlung an diesem bereitzustellen. Wenn die SCR-Reduktionsmittelladung größer als oder gleich groß wie die Schwellenladung ist, ist es möglicherweise nicht erwünscht, dass Ammoniak zu der SCR-Vorrichtung strömt. In einem Beispiel kann eine übermäßige Ammoniakströmung zu der SCR-Vorrichtung zu einem Ammoniakschlupf führen, welcher die NOx-Emissionen erhöhen kann. Indem das Auslassventil während mindestens einer ganzen Auslassstutzeneinspritzung des Ammoniaks offen gehalten wird, kann die Ammoniakströmung zu der SCR-Vorrichtung beschränkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Ammoniakströmung oder die Strömung des zweiten Kraftstoffs zu dem Auslasskanal durch Anpassen eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, einer Kraftstoffeinspritzdauer und/oder -menge gesteuert werden.
  • Bei Schritt 506 kann das Verfahren das Einspritzen von Ammoniak in den Auslassstutzen umfassen. Die Menge an Ammoniak, die in den Auslassstutzen eingespritzt wird, kann auf einer gewünschten Auslassventilkühlung und/oder einer Substitutionsrate basieren. In einem Beispiel kann, wenn die Menge an Ammoniak, die zum Kühlen des Auslassventils nachgefragt wird, größer als die Menge an Ammoniak ist, die zum Entsprechen der Substitutionsrate nachgefragt wird, dann Ammoniak auch in den Ansaugstutzen über den Ansaugstutzeneinspritzer eingespritzt werden. Ein Gleichgewicht zwischen der Menge an Ammoniak, die in den Ansaugstutzen und den Auslassstutzen eingespritzt wird, kann auf einer oder mehreren einer Verbrennungsmotortemperatur, einer Auslasstemperatur, einer Auslassventilsteuerung und einer Auslassventiltemperatur basieren. Eine Menge an Ammoniak, die in den Auslassstutzen eingespritzt wird, kann zunehmen, wenn die Auslasstemperatur zunimmt und/oder die Auslassventilsteuerung weiter verzögert wird und/oder die Auslassventiltemperatur zunimmt. Wenn die Menge an Ammoniak, die in den Auslassstutzen eingespritzt wird, zunimmt, kann sich die Menge an Ammoniak, die in den Ansaugstutzen eingespritzt wird, verringern.
  • Wenn die SCR-Reduktionsmittelladung bei Schritt 502 geringer als die Schwellenladung ist, dann kann bei Schritt 508 das Verfahren das Anpassen eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts des Auslassstutzeneinspritzers umfassen. Das Anpassen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts kann das Aktivieren des Auslassstutzenkraftstoffeinspritzers während dem Ausstoßtakt umfassen. Genauer wird der Auslassstutzenkraftstoffeinspritzer während eines Teils des Ausstoßtakts aktiviert, in welchem das Auslassventil offen ist. Zum Beispiel kann der Auslassstutzenkraftstoffeinspritzer vor dem TDC des Ausstoßtakts aktiviert werden und kann sich eine Ammoniakeinspritzung davon mit Abgasen mischen und zu der SCR-Vorrichtung strömen. Eine Menge an Ammoniak, die während dem Ausstoßtakt eingespritzt wird, kann einer SCR-Ammoniak-Nachfrage entsprechen, und eine Menge an Ammoniak, die während eines Ansaugtakts eingespritzt wird, kann einer gewünschten Substitutionsrate und/oder einer gewünschten Kühlung entsprechen.
  • Bei Schritt 510 kann das Verfahren das Einspritzen von Ammoniak in den Auslassstutzen umfassen. Die Menge an eingespritztem Ammoniak kann auf einer oder mehreren der gewünschten Auslassventilkühlung, der SCR-Reduktionsmittelnachfrage und der Substitutionsrate basieren. Wenn die Menge an Ammoniak, die für die Auslassventilkühlung und die SCR-Reduktionsmittelnachfrage gewünscht wird, geringer als die Substitutionsrate ist, dann kann der Ansaugstutzeneinspritzer aktiviert werden, um eine verbleibende Menge an Ammoniak einzuspritzen, wie zuvor beschrieben wurde. Wenn die Menge an Ammoniak, die für die Auslassventilkühlung und die SCR-Reduktionsmittelnachfrage gewünscht wird, größer als die Substitutionsrate ist, dann kann die Auslassstutzeneinspritzung des Ammoniaks der Substitutionsrate in Kombination mit der SCR-Reduktionsmittelnachfrage entsprechen. Die Auslassventilsteuerung kann für einen Teil der Auslassstutzeneinspritzung entsprechend der Substitutionsrate auf „OFFEN“ eingestellt werden wodurch erlaubt wird, dass ein Rest der Auslassstutzeneinspritzung zu der SCR-Vorrichtung strömt, um der SCR-Reduktionsmittelnachfrage zu entsprechen.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 6 zeigt diese ein Zeitdiagramm 600, das eine Auslassventilsteuerung für einen Vielstoffmotor veranschaulicht. Das Schaubild 610 veranschaulicht eine Auslassstutzeneinspritzeraktivität. Das Schaubild 620 veranschaulicht eine Direkteinspritzeraktivität. Das Schaubild 630 veranschaulicht eine Auslassventilstellung. Das Schaubild 640 veranschaulicht die Abgasrückhaltung. Eine Verbrennungsmotorposition ist auf der Abszisse veranschaulicht.
  • Während eines anfänglichen Ausstoßtakts bewegt sich ein Kolben von dem BDC (unteren Totpunkt) zu dem TDC (oberen Totpunkt). Der Auslassstutzeneinspritzer und der Direkteinspritzer sind ausgeschaltet. Das Auslassventil wird in einer frühen Phase des Ausstoßtakts in der Nähe des BDC geöffnet. In einem Beispiel kann die frühe Phase des Ausstoßtakts innerhalb von 50, 30 oder 15 Kurbelwinkeln des BDCs liegen. Die Abgasrückhaltung ist relativ gering (z.B. Null) aufgrund dessen, dass der Kolben Abgase aus dem Brennraum heraus drückt. Die ausgestoßenen Abgase können zu einem oder mehreren des AGR-Kanals, der Turbine, der Nachbehandlungsvorrichtung und des Auspuffrohrs strömen.
  • Während eines darauffolgenden Ansaugtakts bleibt das Auslassventil offen. Dadurch wird ein Schließen des Auslassventils verzögert. Eine Dauer des Öffnens des Auslassventils kann auf einer Auslassstutzeneinspritzeraktivität und/oder einer gewünschten Abgasrückhaltung basieren. Zum Beispiel kann das Auslassventil später in den Ausstoßtakt hinein geöffnet werden und länger in den Ansaugtakt hinein offen gehalten werden, wenn die gewünschte Abgasrückhaltung zunimmt. Zusätzlich oder alternativ kann das Auslassventil aufgrund einer längeren Einspritzdauer des Auslassstutzeneinspritzers länger offen gehalten werden, wenn eine Substitutionsrate zunimmt.
  • Der Auslassstutzeneinspritzer wird in einer frühen Phase des Ansaugtakts, wie etwa innerhalb von 50 oder 30 oder 15 Kurbelwinkeln des TDCs, aktiviert. Die Bewegung des Kolbens zusammen mit einer Positionierung des Auslassstutzeneinspritzers leitet eine Ammoniakeinspritzung zu dem Brennraums hin. Die Ammoniakeinspritzung kann das Auslassventil berühren, was das Auslassventil kühlen kann, bevor sie in den Brennraum hinein strömt. Zusätzlich können Abgase von einem vorherigen Verbrennungsereignis eines Zylinders in einen anderen Brennraum eines anderen Zylinders während dem Ansaugtakt hinein gezogen werden, wodurch die Abgasrückhaltung verstärkt wird. In dem Beispiel von 6 wird das Auslassventil in Folge einer Deaktivierung des Auslassstutzeneinspritzers in die geschlossene Stellung bewegt. Die Abgasrückhaltung ist relativ hoch.
  • Der Direkteinspritzer wird aktiviert und spritzt Dieselkraftstoff oder einen anderen Kraftstoff, wie etwa einen beliebigen der Kraftstoffe, die zuvor beschrieben wurden, im Anschluss auf das Schließen des Auslassventils während dem Ansaugtakt ein. Der kohlenstoffhaltige Kraftstoff (z.B. der Dieselkraftstoff) kann sich entsprechend mit einem (Vor-)Gemisch aus Ansaugluft, AGR und Ammoniak mischen, was eine Entzündbarkeit davon verstärken kann. In einigen Beispielen kann zusätzlich oder alternativ der Direkteinspritzer aktiviert werden, wenn das Auslassventil offen ist. Dadurch können die wieder aufgenommenen Abgase, die mit dem Ammoniak vorgemischt werden, in den Zylinder strömen und sich mit der Einspritzung von dem Direkteinspritzer mischen. Somit können in einem Beispiel der erste Kraftstoff, welcher ein Kraftstoff sein kann, der entzündlicher ist, und der zweite Kraftstoff, welcher ein weniger brennbarer Kraftstoff sein kann, mit AGR und Ansaugluft vor einem Verdichtungstakt vorgemischt werden, um ein brennbareres Gemisch zu erzeugen.
  • Während eines Verdichtungstakts kann das Ammoniak aufgrund von höheren Brennraumtemperaturen, die durch die relativ hohe Abgasrückhaltung erreicht werden, die während dem Ansaugtakt bereitgestellt wird, verdampfen. Der Direkteinspritzer kann erneut in der Nähe des TDC des Verdichtungstakts aktiviert werden, wodurch eine zusätzliche Entzündungsquelle über den kohlenstoffhaltigen Kraftstoff bereitgestellt wird, wodurch die Brennbarkeit des Gemischs weiter erhöht wird.
  • Während eines Arbeitstakts wird das Gemisch aus Ammoniak und Diesel verbrannt. In Beispielen von funkengezündeten Verbrennungsmotor kann der erste Kraftstoff Benzin sein, und während dem Arbeitstakt kann eine Zündungsvorrichtung einen Funken bereitstellen, um das Gemisch zu verbrennen.
  • Während eines anschließenden Ausstoßtakts wird das Auslassventil während einer frühen Phase des Ausstoßtakts geöffnet, wie etwa innerhalb von 50 oder 30 oder 15 Kurbelwinkeln des BDC, und während der späten Phase des Ausstoßtakts geschlossen, so dass sich das Auslassventilöffnen nicht mit dem Arbeitstakt oder einem anschließenden Ansaugtakt überlappt. Das Auslassventilschließen kann nicht mehr verzögert werden, weil eine Einzelverbrennung erwünscht ist, wobei der Einzelbrennstoff der kohlenstoffhaltige Kraftstoff in dem Beispiel von 6 sein kann. Eine Einzelverbrennung kann als Reaktion auf erhöhte Nox-Emissionen, eine schlechte Verbrennung, eine verstärkte Fahrernachfrage, Umgebungsbedingungen, eine Verbrennungsmotorbetriebsbedingung oder aus anderen Gründen erwünscht sein. Während der Einzelverbrennung wird die Substitutionsrate auf 0% verringert und werden der Auslassstutzeneinspritzer und andere Ammoniakeinspritzer, die positioniert sind, um Ammoniak in eine Gasströmung einzuspritzen, die zu einem Verbrennungsmotoreinlass hin strömt, deaktiviert.
  • In einigen Beispielen können zusätzlich oder alternativ der Auslassstutzen- und/oder Ansaugstutzeneinspritzzeitpunkt angepasst werden, um eine Menge an unverbranntem Ammoniak zu der SCR-Vorrichtung zu strömen. Das unverbrannte Ammoniak kann die Reduktion von NOx an der SCR-Vorrichtung fördern, was höhere Substitutionsraten und/oder längere Zeiträume der Mehrstoffverbrennung erlauben kann. Solche höheren Substitutionsraten und/oder längeren Zeiträume der Mehrstoffverbrennung können mit einer Minderung des Ammoniakschlupfs durch die SCR-Vorrichtung ausgeglichen werden, da die Ammoniakströmung zu einer Umgebungsatmosphäre unerwünscht sein kann. Das Strömen von unverbranntem Ammoniak zu der SCR-Vorrichtung kann das Aktivieren des Auslassstutzeneinspritzers während dem Ausstoßtakt umfassen. Das Strömen von unverbranntem Ammoniak kann ferner das Anpassen eines Einspritzzeitpunkts des Einspritzens des kohlenstoffhaltigen Kraftstoffs umfassen, so dass er nach dem TDC des Arbeitstakts erfolgt, was die Verbrennung verzögern und zu einer unvollständigen Verbrennung des Ammoniaks führen kann.
  • Somit kann eine Leistung eines Verbrennungsmotorsystems eines Fahrzeugs durch Anpassen einer Stelle, an der Ammoniak als Kraftstoff eingespritzt wird, maximiert werden. In einem Beispiel kann das Ammoniak in einen Auslassstutzen und/oder einen AGR-Kanal eingespritzt und mit heißen Abgasen vorgemischt werden. Das Vorgemisch aus Ammoniak und Abgas kann eine Brennbarkeit des Ammoniaks verbessern und das Abgas kühlen. Insbesondere ist eine technische Wirkung des Einspritzens von Ammoniak in den Auslassstutzen und/oder den AGR-Kanal, dass heiße Abgase verwendet werden können, um das Ammoniak zur Verbrennung zu verdampfen, während das Ammoniak die Abgase kühlt, um eine AGR-Kühler-Nutzung zu verringern. Folglich kann eine Systemlanglebigkeit mindestens aufgrund einer verringerten Nachfrage nach dem AGR-Kühler verbessert werden.
  • Die Offenbarung bietet Unterstützung für ein Verfahren umfassend das Einspritzen eines ersten Kraftstoffs in einen Brennraum über einen Direkteinspritzer, der positioniert ist, um direkt in den Brennraum einzuspritzen, das Einspritzen eines anderen, zweiten Kraftstoffs in den Brennraum über einen Auslassstutzeneinspritzer, der positioniert ist, um zu einem Auslassventil des Brennraums hin einzuspritzen, und das gemeinsame Verbrennen des ersten und des zweiten Kraftstoffs in des Brennraums. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst ferner das Anpassen eines Öffnungszeitpunkts und/oder eines Schließzeitpunkts des Auslassventils, um Abgase wieder aufzunehmen, während der zweite Kraftstoff eingespritzt wird, wobei der zweite Kraftstoff gasförmig ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass der zweite Kraftstoff ein Reduktionsmittel ist, ferner umfassend das Zuführen von an einen Katalysator über den Auslassstutzeneinspritzer oder einen Katalysatoreinspritzer. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das zusätzliche Einspritzen des zweiten Kraftstoffs in einen Abgasrückführungs(AGR)-kanal über einen AGR-Kanaleinspritzer. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das Bestimmen einer Menge des zweiten Kraftstoffs, die in den AGR-Kanal eingespritzt werden soll, zumindest teilweise basierend auf einer gewünschten Substitutionsrate. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das Kühlen von AGR durch Einspritzen des zweiten Kraftstoffs über den AGR-Kanaleinspritzer. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass das Einspritzen des ersten Kraftstoffs ein erstes Einspritzen während eines Ansaugtakts und ein zweites Einspritzen während eines Verdichtungstakts umfasst.
  • Die Offenbarung bietet Unterstützung für ein System, das ein erstes Kraftstoffsystem, das fluidisch mit Direkteinspritzern einer Vielzahl von Zylindern gekoppelt ist und konfiguriert ist, um einen ersten Kraftstoff zuzuführen, ein zweites Kraftstoffsystem, das fluidisch mit Ansaugstutzeneinspritzern, Auslassstutzeneinspritzern, einem Abgasrückführungs(AGR)-kanaleinspritzer und einem Katalysatoreinspritzer gekoppelt ist, wobei das zweite Kraftstoffsystem konfiguriert ist, um einen zweiten Kraftstoff, der sich von dem ersten Kraftstoff unterscheidet, zuzuführen, und einen Controller mit Befehlen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, den Controller veranlassen zum Bestimmen einer gewünschten Substitutionsrate, Bestimmen einer gewünschten AGR-Strömungsrate und Einspritzen des zweiten Kraftstoffs von dem zweiten Kraftstoffsystem über einen oder mehrere der Ansaugstutzeneinspritzer, der Auslassstutzeneinspritzer und des AGR-Kanaleinspritzers basierend auf der gewünschten Substitutionsrate und der gewünschten AGR-Strömungsrate, aufweist. Ein erstes Beispiel des Systems umfasst ferner, dass die Befehle ferner bewirken, dass der Controller einen ersten Kraftstoff von dem ersten Kraftstoffsystem über die Direkteinspritzer während eines Ansaugtakts und einem Verdichtungstakt der Vielzahl von Zylindern einspritzt, und wobei der zweite Kraftstoff Ammoniak ist. Ein zweites Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass die Befehle ferner bewirken, dass der Controller eine Auslassventilsteuerung eines Auslassventils eines Zylinders der Vielzahl von Zylindern einstellt. Ein drittes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass das Einstellen der Auslassventilsteuerung mindestens das Verzögern der Auslassventilsteuerung durch späteres Öffnen des Auslassventils in einem Ausstoßtakt und/oder Schließen des Auslassventils während eines Ansaugtakts als Reaktion darauf, dass die Auslassstutzeneinspritzer den zweiten Kraftstoff einspritzen, umfasst. Ein viertes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass das Einstellen der Auslassventilsteuerung das Verzögern der Auslassventilsteuerung durch Schließen des Auslassventils in einem Ansaugtakt als Reaktion darauf, dass die Auslassstutzeneinspritzer den zweiten Kraftstoff einspritzen, umfasst. Ein fünftes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass der AGR-Kanaleinspritzer in einem AGR-Kanal stromaufwärts eines Kühlers angeordnet ist, und wobei ein Kühlmittel des Kühlers der zweite Kraftstoff ist. Ein sechstes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass der Katalysatoreinspritzer stromaufwärts einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung angeordnet ist. Ein siebtes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Befehle ferner bewirken, dass der Controller eine gewünschte AGR-Kühlung und eine gewünschte Auslassventilkühlung bestimmt, und wobei eine Menge des zweiten Kraftstoffs, der durch den AGR-Kanaleinspritzer und die Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt wird, basierend auf der gewünschten AGR-Kühlung und der gewünschten Auslassventilkühlung angepasst wird.
  • Die Offenbarung bietet Unterstützung für ein Verfahren, das das Vormischen von Ammoniak und Abgasrückführung (AGR) und das Strömen des Vorgemischs aus Ammoniak und AGR zu einem Zylinder eines Verbrennungsmotors umfasst. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst ferner das Strömen des Vorgemischs aus Ammoniak und AGR durch ein Auslassventil des Zylinders. Ein zweites Beispiel des Verfahrens, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass das Vormischen das Einspritzen von Ammoniak zu einem Auslassventil des Zylinders hin umfasst, und wobei das Verfahren ferner das Öffnen des Auslassventils während einer späten Phase eines Ausstoßtakts und das Schließen des Auslassventils während eines Ansaugtakts des Zylinders umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass das Vormischen das Einspritzen von Ammoniak in einen Abschnitt eines AGR-Kanals benachbart zu einer Überschneidung zwischen einem Auslasskanal und dem AGR-Kanal umfasst. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das Übertragen von Wärmeenergie von dem Abgas in der AGR auf das Ammoniak.
  • In einer Ausführungsform kann bei dem Steuersystem oder dem Controller ein lokales Datensammelsystem eingesetzt werden und kann Machine Learning verwenden, um ableitungsbasierte Lernergebnisse zu ermöglichen. Der Controller kann anhand eines Datensatzes (der Daten umfasst, die von den verschiedenen Sensoren bereitgestellt werden) lernen und Entscheidungen in Bezug auf diesen treffen, indem datengesteuerte Vorhersagen getroffen werden und gemäß dem Datensatz angepasst werden. In Ausführungsformen kann das Machine Learning das Durchführen einer Vielzahl von Machine-Learning-Aufgaben durch Machine-Learning-Systeme beinhalten, wie etwa überwachtes Lernen, nicht-überwachtes Lernen und verstärkendes Lernen. Das überwachte Lernen kann das Präsentieren eines Satzes von Beispieleingaben und gewünschten Ausgaben für die Machine-Learning-Systeme umfassen. Das unüberwachte Lernen kann umfassen, dass der Lernalgorithmus seine Eingabe nach Verfahren strukturiert, wie etwa Mustererkennung und/oder Merkmalslernen. Das verstärkende Lernen kann umfassen, dass die Machine-Learning-Systeme in einer dynamischen Umgebung ausgeführt werden und dann eine Rückmeldung bezüglich richtiger und falscher Entscheidungen bereitstellen. In Beispielen kann Machine Learning eine Vielzahl von anderen Aufgaben basierend auf einer Ausgabe des Machine-Learning-Systems umfassen. Die Aufgaben können Machine-Learning-Probleme, wie etwa Klassifizierung, Regression, Clustering, Dichteschätzung, Dimensionalitätsverringerung, Anomalieerkennung und dergleichen sein. In Beispielen kann das Machine Learning eine Vielzahl von mathematischen und statistischen Techniken umfassen. Die Machine-Learning-Algorithmen können entscheidungsbaumbasiertes Lernen, Assoziationsregellernen, Deep Learning, künstliche neuronale Netze, genetische Lernalgorithmen, induktives logisches Programmieren, Support-Vektor-Maschinen (SVMs), Bayes'sches Netz, verstärkendes Lernen, Representation Learning, regelbasiertes Machine Learning, Sparse Dictionary Learning, Ähnlichkeits- und Metriklernen, Lernende Klassifikatorsysteme (LCS, Learning Classifier Systems), Logistische Regression, Random Forest, K-Means, Gradient Boost, K-nearest neighbors (KNN), A-priori-Algorithmen und dergleichen umfassen. In Ausführungsformen können bestimmte Machine-Learning-Algorithmen verwendet werden (z.B. zum Lösen sowohl von beschränkten als auch unbeschränkten Optimierungsproblemen, die auf natürlicher Auswahl basieren können). In einem Beispiel kann der Algorithmus verwendet werden, um Probleme der gemischten ganzzahligen Programmierung zu lösen, wo einige Komponenten darauf beschränkt sind, ganzzahlig zu sein. Algorithmen und Machine-Learning-Techniken und -systeme können in intelligenten Rechensystemen, Computer Vision, Natürlicher Sprachverarbeitung (NLP, Natural Language Processing), Recommender-Systemen, verstärkendes Lernen dem Bilden von grafischen Modellen und dergleichen verwendet werden. In einem Beispiel kann Machine Learning für Fahrzeugleistung und -steuerung, Verhaltensanalytiken und dergleichen verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform kann der Controller eine Richtlinien-Engine aufweisen, die eine oder mehrere Richtlinien anwenden kann. Diese Richtlinien können mindestens zum Teil auf Richtlinien eines gegebenen Ausrüstungsgegenstands oder einer gegebenen Umgebung basieren. In Bezug auf Steuerrichtlinien kann ein neuronales Netz eine Eingabe einer Anzahl von umgebungs- und Task-bezogener Parameter erhalten. Das neuronale Netz kann trainiert werden, um eine Ausgabe basierend auf diesen Eingaben zu erzeugen, wobei die Ausgabe eine Maßnahme oder Reihe von Maßnahmen darstellt, die das Verbrennungsmotorsystem ergreifen sollte. Dies kann für das Ausgleichen von miteinander konkurrierenden Beschränkungen bezüglich des Verbrennungsmotors nützlich sein. Während dem Betrieb einer Ausführungsform kann eine Bestimmung durch Verarbeiten der Eingaben durch die Parameter des neuronalen Netzes erfolgen, um einen Wert an dem Ausgangsknoten zu erzeugen, der diese Maßnahme als die gewünschte Maßnahme kennzeichnet. Diese Maßnahme kann in ein Signal übersetzt werden, dass bewirkt, dass der Verbrennungsmotor arbeitet. Dies kann über Backpropagation, Feed-forward-Prozesse, Regelungsrückkopplung oder Steuerungsrückkopplung erfolgen. Alternativ kann statt dem Verwenden von Backpropagation das System zum maschinellen Lernen des Controllers Evolutionsstrategietechniken verwenden, um verschiedene Parameter des künstlichen neuronalen Netzes abzustimmen. Der Controller kann neuronale Netzarchitekturen mit Funktionen verwenden, die möglicherweise nicht immer unter Verwendung von Backpropagation gelöst werden können, zum Beispiel Funktionen, die nicht-konvex sind. In einer Ausführungsform weist das neuronale Netz einen Satz Parameter auf, die Gewichtungen seiner Knotenverbindungen darstellen. Es wird eine Anzahl von Kopien dieses Netzes erzeugt, und dann werden verschiedene Anpassungen bei den Parametern vorgenommen und Simulationen durchgeführt. Nachdem die Ausgabe von den verschiedenen Modellen erhalten wird, kann sie bezüglich ihrer Leistung unter Verwendung einer bestimmten Erfolgsmetrik ausgewertet werden. Es wird das beste Modell ausgewählt, und der Fahrzeugcontroller führt diesen Plan aus, um die gewünschten Eingangsdaten zu erhalten, um das vorhergesagte beste Ergebnisszenario zu spiegeln. Zusätzlich kann die Erfolgsmetrik eine Kombination der optimierten Ergebnisse sein. Diese können in Bezug zueinander gewichtet werden.
  • So wie sie hierin verwendet werden, sollen die Begriffe „Element“ oder „Schritt“, die in der Einzahl aufgeführt sind und denen das Wort „ein“ oder „eine“ vorausgeht, derart verstanden werden, dass sie nicht die Mehrzahl der Elemente oder Schritte ausschließen, es sei denn, solch ein Ausschließen wird ausdrücklich angegeben. Ferner schließen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung nicht das Vorhandensein von zusätzlichen Ausführungsformen aus, in denen ebenfalls die aufgeführten Merkmale enthalten sind. Soweit nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben wird, können ferner Ausführungsformen, die ein Element oder eine Vielzahl von Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „einschließen“ oder „haben“, solche zusätzlichen Elemente aufweisen, die nicht jene Eigenschaft besitzen. Die Begriffe „einschließlich“ und „in welcher/welchem“ werden als die Klartextäquivalente der jeweiligen Begriffe „der/die/das aufweist“ und „wobei“ verwendet. Ferner werden die Begriffe „erstes“, „zweites“ und „drittes“ usw. nur als Bezeichnungen verwendet und sollen bezüglich ihrer Objekte keine numerischen Anforderungen oder eine bestimmte Positionsreihenfolge auferlegen.
  • Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuersystem einschließlich des Controllers in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellgliedern und sonstiger Verbrennungsmotor-Hardware ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, darstellen. Von daher können verschiedene Aktionen, Operationen und/oder Funktionen, die veranschaulicht sind, in der veranschaulichten Sequenz parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen wird die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise benötigt, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird einer einfachen Veranschaulichung und Beschreibung wegen bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der bestimmten Strategie, die verwendet wird, wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotor-Steuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Befehle in einem System einschließlich der verschiedenen Verbrennungsmotor-Hardwarekomponenten in Kombination mit dem elektronischen Controller ausgeführt werden.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich des besten Modus, und auch um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich des Herstellens und Verwendens beliebiger Vorrichtungen oder Systeme und des Durchführens beliebiger aufgenommener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die einem Fachmann ersichtlich sind. Diese anderen Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wortwörtlichen Ausdrucksweise der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden in Bezug auf den genauen Wortlaut der Ansprüche aufweisen.

Claims (20)

  1. Verfahren, umfassend: Einspritzen eines ersten Kraftstoffs in einen Brennraum über einen Direkteinspritzer, der positioniert ist, um direkt in den Brennraum einzuspritzen; Einspritzen eines anderen, zweiten Kraftstoffs in den Brennraum über einen Auslassstutzeneinspritzer, der positioniert ist, um hin zu einem Auslassventil des Brennraums einzuspritzen; und gemeinsames Verbrennen des ersten und zweiten Kraftstoffs in dem Brennraum.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Anpassen eines Öffnungszeitpunkts und/oder eines Schließzeitpunkts des Auslassventils, um Abgase wieder aufzunehmen, während der zweite Kraftstoff eingespritzt wird, wobei der zweite Kraftstoff gasförmig ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Kraftstoff ein Reduktionsmittel ist, ferner umfassend das Zuführen von Reduktionsmittel an einen Katalysator über den Auslassstutzeneinspritzer oder einen Katalysatoreinspritzer.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das zusätzliche Einspritzen des zweiten Kraftstoffs in einen Abgasrückführungs(AGR)-kanal über einen AGR-Kanaleinspritzer.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend das Bestimmen einer Menge des zweiten Kraftstoffs, die in den AGR-Kanal eingespritzt werden soll, zumindest teilweise basierend auf einer gewünschten Substitutionsrate.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Kühlen der AGR durch Einspritzen des zweiten Kraftstoffs über den AGR-Kanaleinspritzer.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen des ersten Kraftstoffs ein erstes Einspritzen während eines Ansaugtakts und ein zweites Einspritzen während eines Verdichtungstakts umfasst.
  8. System, aufweisend: ein erstes Kraftstoffsystem, das fluidisch mit Direkteinspritzern einer Vielzahl von Zylindern gekoppelt und konfiguriert ist, um einen ersten Kraftstoff zuzuführen; ein zweites Kraftstoffsystem, das fluidisch mit Ansaugstutzeneinspritzern, Auslassstutzeneinspritzern, einem Abgasrückführungs(AGR)-kanaleinspritzer und einem Katalysatoreinspritzer gekoppelt ist, wobei das zweite Kraftstoffsystem konfiguriert ist, um einen zweiten Kraftstoff zuzuführen, der sich von dem ersten Kraftstoff unterscheidet; und einen Controller mit Befehlen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, den Controller veranlassen zum: Bestimmen einer gewünschten Substitutionsrate; Bestimmen einer gewünschten AGR-Strömungsrate; und Einspritzen des zweiten Kraftstoffs von dem zweiten Kraftstoffsystem über einen oder mehrere der Ansaugstutzeneinspritzer, der Auslassstutzeneinspritzer und den AGR-Kanaleinspritzer basierend auf der gewünschten Substitutionsrate und der gewünschten AGR-Strömungsrate.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die Befehle ferner bewirken, dass der Controller einen ersten Kraftstoff aus dem ersten Kraftstoffsystem über die Direkteinspritzer während eines Ansaugtakts und eines Verdichtungstakts der Vielzahl von Zylindern einspritzt, und wobei der zweite Kraftstoff Ammoniak ist.
  10. System nach Anspruch 8, wobei die Befehle ferner bewirken, dass der Controller eine Auslassventilsteuerung eines Auslassventils eines Zylinders der Vielzahl von Zylindern einstellt.
  11. System nach Anspruch 10, wobei das Einstellen der Auslassventilsteuerung das Verzögern der Auslassventilsteuerung durch späteres Öffnen des Auslassventils in einem Ausstoßtakt und/oder das Schließen des Auslassventils während eines Ansaugtakts als Reaktion darauf, dass die Auslassstutzeneinspritzer den zweiten Kraftstoff einspritzen, umfasst.
  12. System nach Anspruch 10, wobei das Einstellen der Auslassventilsteuerung das Verzögern der Auslassventilsteuerung durch Schließen des Auslassventils in einem Ansaugtakt als Reaktion darauf, dass die Auslassstutzeneinspritzer den zweiten Kraftstoff einspritzen, umfasst.
  13. System nach Anspruch 8, wobei der AGR-Kanaleinspritzer in einem AGR-Kanal stromaufwärts eines Kühlers angeordnet ist, und wobei ein Kühlmittel des Kühlers der zweite Kraftstoff ist.
  14. System nach Anspruch 8, wobei der Katalysatoreinspritzer stromaufwärts einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung angeordnet ist.
  15. System nach Anspruch 8, wobei die Befehle ferner bewirken, dass der Controller eine gewünschte AGR-Kühlung und eine gewünschte Auslassventilkühlung bestimmt, und wobei eine Menge des zweiten Kraftstoffs, der durch den AGR-Kanaleinspritzer und die Auslassstutzeneinspritzer eingespritzt wird, basierend auf der gewünschten AGR-Kühlung und der gewünschten Auslassventilkühlung angepasst wird.
  16. Verfahren, umfassend: Vormischen von Ammoniak und Abgasrückführung (AGR); und Strömen des Vorgemischs aus Ammoniak und AGR zu einem Zylinder eines Motors.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das Strömen des Vorgemischs aus Ammoniak und AGR durch ein Auslassventil des Zylinders.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Vormischen das Einspritzen von Ammoniak zu einem Auslassventil des Zylinders hin umfasst, und wobei das Verfahren ferner das Öffnen des Auslassventils während einer späten Phase eines Ausstoßtakts und das Schließen des Auslassventils während eines Ansaugtakts des Zylinders umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Vormischen das Einspritzen von Ammoniak in einen Abschnitt eines AGR-Kanals benachbart zu einer Überschneidung zwischen einem Auslasskanal und dem AGR-Kanal umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend das Übertragen von Wärmeenergie von dem Abgas in der AGR auf das Ammoniak.
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