DE102022131566A1 - Verfahren und systeme für einen vielstoffmotor - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für einen Vielstoffmotor bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Erhöhen einer temperaturverringernden Masse eines Verbrennungsgemischs während einem Übergang zu Vielstoffverbrennung von Einzelverbrennung.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen einen Vielstoffmotor, und genauer das Anpassen der Betriebsbedingungen zum Fördern höherer Substitutionsverhältnisse.
  • ERLÄUTERUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Verbrennungsmotoren können Kompressionszündungs- und/oder Funkenzündungsmotoren umfassen. Der Motor kann mehrere Arten von Kraftstoff verbrennen. Der Motor kann mehrere Einspritzer aufweisen, die positioniert sind, um direkt in eine Brennkammer und in eine Ansaugstutzen des Motors einzuspritzen. Ein Substitutionsverhältnis der Motorkraftstoffzufuhr kann angepasst werden, um die Motorleistungsabgabe, die Emissionen, die Motortemperatur und so weiter anzupassen. Einige Kraftstoffe können, wenngleich sie energiereich sind, für das Erzeugen von schlechten Verbrennungsbedingungen aufgrund einer hohen Verdampfungshitze, einer schlechten Gemischbildung und/oder einer niedrigen Flammengeschwindigkeit anfällig sein. Es kann daher wünschenswert sein, über Verfahren und Systeme zur Kraftstoffverbrennung zu verfügen, welche sich von jenen unterscheiden, die aktuell verfügbar sind.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • In einer Ausführungsform kann ein Verfahren das Erhöhen einer temperaturverringernden Masse eines Verbrennungsgemischs während einem Übergang zu Vielstoffverbrennung von Einzelverbrennung umfassen. Die Vielstoffverbrennung kann Ammoniak und/oder Wasserstoff umfassen. Die Einzelverbrennung kann einen Kraftstoff von Diesel, durch Hydrierung hergestelltem erneuerbarem Diesel (HDRD), Biodiesel, Synthesegas, Alkohol, Benzin, Kerosin, Ether und Erdgas umfassen. Die temperaturverringernde Masse kann Luft, Abgasrückführung (AGR), Wasser und sonstige Zusatzstoffe je nach den Verbrennungsbedingungen, die konfiguriert sind, um eine Zylindertemperatur zu verringern, umfassen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Zugs, der eine Lokomotivenmehrfachtraktion aufweist.
    • 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Ausführungsform einer Lokomotive aus 1 mit einem Zweistoffmotor.
    • 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftstofftenders, welcher in dem Zug von 1 enthalten sein kann.
    • 4 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Motorsystems.
    • 5 zeigt ein Verfahren zum Anpassen einer temperaturverringernden Masse basierend auf einem Substitutionsverhältnis.
    • 6 zeigt ein Verfahren zum Maximieren der Ladeluft der temperaturverringernden Masse.
    • 7 zeigt eine Zeitlinie, die Anpassungen bei den Verbrennungsbedingungen basierend auf der temperaturverringernden Masse und dem Substitutionsverhältnis veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung offenbart und können sich auf Verfahren und Systeme zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (ICE, Internal Combustion Engine) beziehen. Der ICE kann über eine Kombination von unterschiedlichen Kraftstoffen als ein Gemisch und in unterschiedlichen Proportionen zueinander arbeiten, um ein Substitutionsverhältnis von einem Kraftstoff zu einem anderen zu bilden. Diese Kraftstoffe können relativ unterschiedliche Mengen an Kohlenstoff enthalten und geeignete Kraftstoffe können Benzin und/oder Diesel und/oder durch Hydrierung hergestellten erneuerbaren Diesel (HDRD) und/oder Alkohol(e) und/oder Äther und/oder Ammoniak und/oder Biodiesel und/oder Wasserstoff und/oder Erdgas und/oder Kerosin und/oder Synthesegas und dergleichen umfassen. Die Vielzahl von Kraftstoffen können gasförmige Kraftstoffe und flüssige Kraftstoffe alleine oder in Kombination umfassen. Das Substitutionsverhältnis eines primären Kraftstoffs des ICE in Bezug auf einen sekundären Kraftstoff kann durch einen Controller bestimmt werden. Der Controller kann das Substitutionsverhältnis basierend zumindest teilweise auf einer aktuellen Motorlast bestimmen. Der Controller kann das Substitutionsverhältnis basierend zumindest teilweise auf den Kraftstoffen, die in dem Gemisch verwendet werden und ihren zugehörigen Eigenschaften bestimmen. Das Substitutionsverhältnis kann als ein Prozentsatz einer Gesamtkraftstoffenergie, die durch den zweiten Kraftstoff bereitgestellt wird, definiert sein. In einer Ausführungsform kann das Substitutionsverhältnis einer Einspritzmenge eines Kraftstoffs mit einem relativ geringeren Kohlenstoffgehalt oder einem Null-Kohlenstoff-Gehalt (z. B. Wasserstoffgas oder Ammoniak) entsprechen. Mit zunehmendem Substitutionsverhältnis nimmt das relative Verhältnis von Kraftstoff mit dem geringeren Kohlenstoffgehalt oder Null-Kohlenstoff-Gehalt zu und nimmt die Gesamtmenge des Kohlenstoffgehalts in dem kombinierten Kraftstoff ab.
  • In einem Beispiel kann der ICE Kraftstoffe verbrennen, die sowohl Diesel als auch Wasserstoff umfassen. Während einigen Betriebsmodi kann der ICE nur Diesel, nur Wasserstoff oder eine Kombination davon verbrennen (z. B. jeweils während einer ersten, zweiten und dritten Bedingung). Wenn Wasserstoff bereitgestellt wird, können die Betriebsbedingungen so angepasst werden, dass der Wasserstoff berücksichtigt wird und eine verstärkte Verbrennung des Wasserstoffs gefördert wird. Wenn Ammoniak bereitgestellt wird, können die Betriebsbedingungen so angepasst werden, dass das Ammoniak berücksichtigt wird und eine verstärkte Verbrennung des Ammoniaks gefördert wird.
  • In einer Ausführungsform kann das Motorsystem ein Gemisch von drei oder mehr Kraftstoffen als ein Beispiel verbrennen: Diesel, Wasserstoff und Ammoniak. Zusätzlich oder alternativ kann Ethanol in dem Verbrennungsgemisch enthalten sein. Eine Motorkonfiguration des ICE kann so angepasst werden, dass vorteilhafterweise ein oder mehrere Ammoniakeinspritzer an verschiedenen Orten angeordnet werden, wo Ammoniak mit heißen Abgasen eine Vorgemischbildung eingehen kann. Dadurch kann die Zündwilligkeit von Ammoniak erhöht werden, ohne die Motor- oder Ansaugkrümmertemperaturen zu erhöhen, um das Ammoniak zu verdampfen. Zum Beispiel kann ein Einspritzer in einer Auslassöffnung positioniert sein und Ammoniak in ein Auslassventil einer Brennkammer einspritzen. In einigen Beispielen können das Auslassventilöffnen und das Auslassventilschließen verzögert werden, um die Abgaswiederaufnahme zu erhöhen, wenn das Ammoniak in die Auslassöffnung eingespritzt wird. Die Abgaswiederaufnahme kann umfassen, dass Abgase, die aus der Brennkammer ausgestoßen werden, zurück in die Brennkammer gesaugt werden, indem das Auslassventil während dem Ansaugtakt offen gehalten wird. Die Abgas-Retention kann umfassen, dass die Auslassventilsteuerung angepasst wird, um eine Menge an Abgas zu verringern, das aus dem Zylinder ausgestoßen wird, indem das Auslassventil vor einem Abschluss eines Ausstoßtakts geschlossen wird. Sowohl die Abgaswiederaufnahme als auch die Abgas-Retention können sich auf die Abgasrückführungsströmungsrate (AGR-Strömungsrate) auswirken. Das Abgas, das bei der Abgaswiederaufnahme und der Abgas-Retention verwendet wird, kann eine höhere Temperatur in Bezug auf AGR von einem AGR-Kanal aufweisen, da weniger Wärme an verschiedene Motormaterialien, einen AGR-Kühler und eine Umgebungsatmosphäre verloren geht. Die höchsten Abgastemperaturen können das Ammoniak verdampfen, was eine Zündwilligkeit davon verstärken kann. Andere Betriebsanpassungen können das Aktivieren eines Spenderzylinders, die Vorgemischbildung von Diesel mit Ammoniak durch einen vorgezogenen Dieseleinspritzzeitpunkt und/oder das Einspritzen von Ammoniak direkt in einen AGR-Strom umfassen. Der Spenderzylinder kann das gesamte Abgas davon oder einen Teil davon zu einem anderen Zylinder strömen. Dadurch kann AGR entlang einer Route geliefert werden, die sich von einem AGR-Kanal unterscheidet, durch welchen der AGR-Strom strömt. Es sind verschiedene Beispiele und Routinen zum Fördern der Ammoniakverbrennung hierin beschrieben.
  • In einem Beispiel können Systeme und Verfahren für den Vielstoffmotor das Verbrennen eines primären Kraftstoffs in Kombination mit einem oder mehreren sekundären Kraftstoffen umfassen. Der Vielstoffmotor kann den primären Kraftstoff alleine verbrennen. Während einigen Bedingungen kann der Vielstoffmotor eine Menge an primärem Kraftstoff, der verwendet wird, durch Substitution von einem oder mehreren sekundären Kraftstoffen in ein Verbrennungsgemisch verringern. Die sekundären Kraftstoffe können einen verringerten Kohlenstoffgehalt bezüglich des primären Kraftstoffs aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die sekundären Kraftstoffe kostengünstiger, leichter verfügbar und/oder effizienter sein. Die sekundären Kraftstoffe können hinsichtlich der Zündwilligkeits- und Brenneigenschaften variieren. Ein Zündzeitpunkt des Vielstoffmotors kann als Reaktion auf das Verbrennungsgemisch angepasst werden, um die Aufnahme der sekundären Kraftstoffe zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, wenn eine Menge an Wasserstoff erhöht wird. Als weiteres Beispiel kann der Zündzeitpunkt vorgezogen werden, wenn eine Menge an Ammoniak erhöht wird. Der Zündzeitpunkt kann ferner dadurch als Reaktion auf das Hinzugeben und Entfernen des primären Kraftstoffs und des einen oder der mehreren sekundären Kraftstoffe zu bzw. von dem Verbrennungsgemisch angepasst werden. Dadurch können ein Klopfen, eine Fehlzündung und eine Vorverbrennung abgeschwächt werden. In einem Beispiel wird der Zeitpunkt verzögert, um ein Klopfen und eine Vorverbrennung abzuschwächen. Als weiteres Beispiel wird der Zeitpunkt vorgezogen, um den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern oder eine Fehlzündung abzuschwächen.
  • Ausführungsformen des hierin beschriebenen Systems können verschiedene Motorarten und verschiedene motorgesteuerte Systeme umfassen. Einige dieser Systeme können stationär sein, während sich andere auf semimobilen oder mobilen Plattformen befinden können. Semimobile Plattformen können zwischen Betriebsperioden verschoben werden, zum Beispiel auf Tiefladern montiert werden. Mobile Plattformen können selbstangetriebene 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 wird ein Schienenfahrzeug, wie etwa eine Lokomotive, als ein Beispiel für eine mobile Plattform verwendet. Geeignete Systeme können einen Motor, einen Turbolader, ein Kraftstoffsystem und einen Controller oder ein Steuersystem umfassen. Einige Ausführungsformen können ein Nachbehandlungssystem oder ein sonstiges Emissionsverringerungssystem umfassen. Die Fahrzeuge können einzeln betrieben werden oder sich als eine Gruppe bewegen. Eine Fahrzeuggruppe kann mechanisch (wie bei einer Mehrfachtraktion) und/oder virtuell (wie bei einer Kolonne oder einem Schwarm) zum Koordinieren ihrer Bewegungen zusammengekoppelt sein.
  • Vor einer weiteren Erläuterung der Verfahren zum Erhöhen der Motoranlasseffizienz wird eine beispielhafte Plattform gezeigt, in welcher die Verfahren implementiert werden können. 1 stellt einen beispielhaften Zug 100 einschließlich einer Vielzahl von Schienenfahrzeugen 102, 104, 106, eines Kraftstofftenders 160 und Waggons 108, die auf einer Schiene 110 fahren können, dar. Die Vielzahl von Schienenfahrzeugen, der Kraftstofftender und die Waggons sind durch Koppelelemente 112 miteinander gekoppelt. In einem Beispiel können die Vielzahl von Schienenfahrzeugen Lokomotiven sein, einschließlich einer Spurlok und einer oder mehreren Remote-Lokomotiven. Wenngleich das dargestellte Beispiel drei Lokomotiven, einen Kraftstofftender und vier Waggons zeigt, kann eine beliebige geeignete Anzahl von Lokomotiven, Kraftstofftendern und Waggons in dem Zug enthalten sein. Ferner können die Lokomotiven in dem Zug eine Mehrfachtraktion bilden. Zum Beispiel können die Lokomotiven in der dargestellten Ausführungsform eine Mehrfachtraktion 101 bilden. Verschiedene Fahrzeuge können Fahrzeuggruppen (wie etwa Mehrfachtraktionen, Konvoys, Schwärme, Flotten, Kolonnen und dergleichen) bilden. Die Fahrzeuge in einer Gruppe können mechanisch und/oder virtuell miteinander gekoppelt sein.
  • In einigen Beispielen kann die Mehrfachtraktion aufeinanderfolgende Lokomotiven aufweisen, wo z. B. die Lokomotiven sequentiell ohne dazwischen positionierte Waggons angeordnet sind. Wie in 1 veranschaulicht, können in anderen Beispielen die Lokomotiven durch einen oder mehrere Waggons in einer Konfiguration, die einen verteilten Leistungsbetrieb ermöglicht, getrennt sein. Bei dieser Konfiguration können Schub- und Bremsbefehle von der führenden Lokomotive zu den entfernten Lokomotiven zum Beispiel durch eine Funkverbindung oder ein physisches Kabel weitergeleitet werden.
  • Die Lokomotiven können durch einen Motor 10 angetrieben werden, während die Waggons möglicherweise nicht-angetrieben sind. In einem Beispiel kann der Motor ein Vielstoffmotor sein. Zum Beispiel kann der Motor gasförmige und/oder flüssige Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kohlenstoffmengen und in variierenden Verhältnissen der Kraftstoffe zueinander verbrennen. In einigen Beispielen kann der Vielstoffmotor insbesondere ein Zweistoffmotor zum Verbrennen von zwei Kraftstoffen sein, von welchen jeder ein gasförmiger oder ein flüssiger Kraftstoff sein kann, der kohlenwasserstoff- oder nichtkohlenwasserstoffbasiert ist. In anderen Beispielen kann der Motor ein Einstoffmotor sein, der einen gasförmigen oder einen flüssigen Kraftstoff verbrennen kann.
  • Der Zug kann ferner ein Steuersystem aufweisen. Das Steuersystem kann mindestens einen Motorcontroller 12 aufweisen und kann mindestens einen Mehrfachtraktionscontroller 22 aufweisen. Wie in 1 dargestellt, weist jede Lokomotive einen Motorcontroller auf. Der Motorcontroller kann mit dem Mehrfachtraktionscontroller kommunizieren. Der Mehrfachtraktionscontroller kann sich auf einem Fahrzeug des Zugs befinden, wie etwa der führenden Lokomotive, oder kann entfernt liegen, zum Beispiel in einer Leitstelle. Der Mehrfachtraktionscontroller kann Informationen von jeder der Lokomotiven der Traktion erhalten und Signale zu diesen übertragen. Zum Beispiel kann der Mehrfachtraktionscontroller Signale von verschiedenen Sensoren auf dem Zug empfangen und Zugoperationen entsprechend anpassen. Der Mehrfachtraktionscontroller ist auch mit jedem Motorcontroller zum Anpassen der Motoroperationen jeder Lokomotive gekoppelt.
  • Der Zug kann mindestens einen Kraftstofftender aufweisen, welcher einen oder mehrere Kraftstoffspeichertanks 162 aufnehmen kann, und weist einen Controller 164 auf. Obgleich der Kraftstofftender vor der Remote-Lokomotive 106 positioniert ist, können andere Beispiele abwechselnde Standorte des Kraftstofftenders entlang des Zugs umfassen. Zum Beispiel kann der Kraftstofftender stattdessen hinter der Remote-Lokomotive oder zwischen der führenden Lokomotive und der Remote-Lokomotive positioniert sein.
  • In einem Beispiel wird der Kraftstofftender möglicherweise nicht für Vortrieb mit Energie versorgt, z. B. ohne einen Motor oder elektrische Fahrmotoren (z. B. die elektrischen Fahrmotoren 124, die in 2 gezeigt sind). In anderen Beispielen kann jedoch der Kraftstofftender zum Antrieb mit Energie versorgt werden. Wie in 3 gezeigt, kann der Kraftstofftender zum Beispiel einen Motor aufweisen. Der Motor des Kraftstofftenders kann den Kraftstoff, der in dem Kraftstoffspeichertank gelagert ist, und/oder Kraftstoff, der in einem anderen Fahrzeug des Zugs gelagert ist, verbrennen.
  • Der eine oder die mehreren Kraftstoffspeichertanks des Kraftstofftenders können eine geeignete Struktur zum Lagern einer bestimmten Art von Kraftstoff aufweisen. In einem Beispiel kann der Kraftstoffspeichertank zur kryogenen Lagerung von Flüssigerdgas (LNG, Liquified Natural Gas) eingerichtet sein. Als weiteres Beispiel kann der Kraftstoffspeichertank einen Kraftstoff in einem flüssigen Zustand bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck lagern, wie etwa Diesel oder Ammoniak. In noch einem anderen Beispiel kann der Kraftstoffspeichertank einen Kraftstoff als ein verdichtetes Gas, wie etwa Wasserstoff oder Erdgas, lagern. In jedem Fall kann der Kraftstofftender mit verschiedenen Mechanismen und Vorrichtungen zur Lagerung des bestimmten Kraftstoffs ausgestattet sein. Weitere Details des Kraftstofftenders sind weiter unten unter Bezugnahme auf 3 gezeigt.
  • In einigen Beispielen wird Kraftstoff möglicherweise nur an dem Kraftstofftender gelagert. In anderen Beispielen kann Kraftstoff sowohl an dem Kraftstofftender als auch an einer oder mehreren der Lokomotiven gelagert werden, wie z. B. in 2 gezeigt. Zusätzlich kann in einigen Fällen der Kraftstofftender ein Brennstoffzellensystem lagern, das eine Brennstoffzelle und einen oder mehrere Tanks mit komprimiertem Wasserstoffgas aufweist. Alternativ kann das Brennstoffzellensystem an einer oder mehreren der Lokomotiven gelagert werden.
  • 2 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Lokomotive als Teil eines Zugs dar, der über eine Vielzahl von Rädern 116 auf der Schiene 110 fahren kann. Die Leistung zum Antrieb der Lokomotive kann zumindest teilweise durch den Motor geliefert werden. Der Motor erhält Ansaugluft zur Verbrennung von einem Ansaugtrakt 118. Der Ansaugtrakt erhält gefilterte Umgebungsluft von einem Luftfilter (nicht gezeigt). Abgas, das aus der Verbrennung in dem Motor resultiert, wird einem Auslasstrakt 120 zugeführt. Das Abgas strömt durch den Auslasstrakt und aus einem Abgasschacht (nicht gezeigt) der Lokomotive heraus.
  • In einer Ausführungsform arbeitet der Motor als Kompressionszündungsmotor. In einer anderen Ausführungsform arbeitet der Motor als Funkenzündungsmotor. Der Motor verbrennt möglicherweise nur eine bestimmte Kraftstoffart oder kann in der Lage sein, zwei oder mehrere Arten von Kraftstoff zu verbrennen, z. B. ein Vielstoffmotor. Von daher können die verschiedenen Kraftstoffarten einzeln oder gemeinsam, z. B. gleichzeitig, in dem Motor verbrannt werden. In einer Ausführungsform kann der Vielstoffmotor ein Zweistoffmotor sein, wie in 2 dargestellt, und kann der Zweistoffmotor einen ersten Kraftstoff von einem ersten Kraftstoffbehälter 134 und einen zweiten Kraftstoff von einem zweiten Kraftstoffbehälter 136 erhalten.
  • Wenngleich die Lokomotive in 2 mit zwei Kraftstoffbehältern ausgestattet ist, weist die Lokomotive in anderen Beispielen möglicherweise nur einen Kraftstoffbehälter oder keinen Kraftstoffbehälter auf. Zum Beispiel kann mindestens einer der Kraftstoffbehälter in dem Kraftstofftender, z. B. dem Kraftstofftender 160 von 1, gelagert sein. Alternativ kann ein dritter Kraftstoff in dem Kraftstofftender zusätzlich zu dem ersten Kraftstoff in dem ersten Kraftstoffbehälter und dem zweiten Kraftstoff in dem zweiten Kraftstoffbehälter der Lokomotive gelagert sein. In einem Beispiel können Kraftstoffe, welche mit Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur ohne irgendeine zusätzliche Ausrüstung oder spezialisierte Speichertankkonfigurationen gelagert werden können, wie etwa Diesel, in der Lokomotive gelagert werden. Kraftstoffe, die eine spezialisierte Ausrüstung benötigen, wie etwa für kryogene Lagerung oder Hochdrucklagerung, können an Bord des Kraftstofftenders gelagert werden. In anderen Beispielen können jedoch die Lokomotive und der Kraftstofftender jeweils Kraftstoffe lagern, die keine spezialisierte Ausrüstung benötigen.
  • Der erste, der zweite und der dritte Kraftstoff (z. B. beliebige Kraftstoffe, die an Bord des Zugs gelagert werden) können jeweils ein beliebiger einer Anzahl an verschiedenen Kraftstoffarten sein. Zum Beispiel können die Arten von Kraftstoff kohlenstoffbasierte Kraftstoffe, wie etwa Diesel, Erdgas, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, sonstige Alkohole, Dimethylether (DME), sonstige Ether, Biodiesel, HDRD, Synthesegas usw. umfassen. Alternativ können die Kraftstoffe nicht-kohlenwasserstoffbasierte Kraftstoffe sein, wie etwa Wasserstoff, Ammoniak usw. Die zuvor aufgelisteten Kraftstoffe sind nichtbeschränkende Beispiele von Kraftstoffen, welche an dem Motor verbrannt werden können, und es sind verschiedene sonstige Arten von Kraftstoffen möglich.
  • Zusätzlich kann jeder der gelagerten Kraftstoffe ein gasförmiger oder ein Flüssigphasenkraftstoff sein. Somit kann der Motor, wenn er als ein Kompressionszündungsmotor konfiguriert ist, der eine einzige Kraftstoffart verbrennt, einen gasförmigen Kraftstoff oder einen Flüssigkraftstoff verbrauchen. Wenn der Kompressionszündungsmotor ein Vielstoffmotor ist, verbrennt der Motor möglicherweise nur Flüssigkraftstoffe, nur gasförmige Kraftstoffe oder eine Kombination von Flüssig- und gasförmigen Kraftstoffen. Wenn der Motor als ein Funkenzündungsmotor konfiguriert ist, der eine einzige Kraftstoffart verbrennt, kann er ähnlich auch entweder einen gasförmigen Kraftstoff oder einen Flüssigkraftstoff verbrennen. Wenn der Motor als ein Mehrstofffunkenzündungsmotor konfiguriert ist, verbrennt er möglicherweise nur Flüssigkraftstoffe, nur gasförmige Kraftstoffe oder eine Kombination von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen.
  • Als eine der Funkenzündungs- oder der Kompressionszündungsvielstoffmotorkonfigurationen kann der Motor Kraftstoffkombinationen auf verschiedene Arten verbrennen. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffart ein primärer Verbrennungskraftstoff sein und kann eine andere Kraftstoffart ein sekundärer, additiver Kraftstoff sein, der unter bestimmten Bedingungen verwendet wird, um Verbrennungseigenschaften anzupassen. Zum Beispiel kann während dem Motoranlassen ein Kraftstoffverbrennungsgemisch einen kleineren Anteil an Diesel zum Bereitstellen der Zündung aufweisen, während Wasserstoff einen größeren Anteil des Gemischs bilden kann. In anderen Beispielen kann ein Kraftstoff zur Voreinspritzung vor der Einspritzung des primären Verbrennungskraftstoffs verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Substitutionsrate basierend auf einer oder mehreren Bedingungen zum Erhöhen einer Menge an kohlenstofffreiem Kraftstoff zum Verringern der Kohlenstoffemissionen festgelegt werden. Ein Verhältnis von kohlenstofffreien Kraftstoffen, die verwendet werden, kann basierend auf einem gewünschten Zündzeitpunkt angepasst werden, wobei der gewünschte Zündzeitpunkt auf einer Motorlast und/oder einer Ansaugkrümmertemperatur und/oder einem Ansaugkrümmerdruck und/oder einer Brennbarkeit des Kraftstoffgemischs basiert.
  • Der Motor, wie der Vielstoffmotor, kann verschiedene Kombinationen der Kraftstoffe verbrennen, und die Kraftstoffe können vor der Verbrennung vorgemischt werden oder nicht. In einem Beispiel kann der erste Kraftstoff Wasserstoff sein und kann der zweite Kraftstoff Diesel sein. In einem anderen Beispiel kann der erste Kraftstoff Ammoniak sein und kann der zweite Kraftstoff Diesel sein. In noch einem anderen Beispiel kann der erste Kraftstoff Ammoniak sein und kann der zweite Kraftstoff Ethanol sein. Es sind weitere Kombinationen mit der Lagerung des dritten Kraftstoffs in dem Kraftstofftender möglich. Zum Beispiel kann LNG in dem Kraftstofftender gelagert werden und kann der Motor LNG und Wasserstoff, oder LNG, Diesel und Wasserstoff, oder LNG, Ammoniak und Wasserstoff verbrennen. Von daher sind zahlreiche Kombinationen von Kraftstoffarten möglich, wobei die Kombinationen basierend auf der Kompatibilität der Kraftstoffe bestimmt werden können. Ein Verfahren zum Zuführen der Kraftstoffe zu dem Motor zur Verbrennung kann ähnlich von Eigenschaften der Kraftstoffart abhängen.
  • Wenn die Motorbedingungen die Verbrennung von nur einem einzelnen Kraftstoff (entweder Funkenzündung oder Kompressionszündung) erlauben, kann der Motor einen einzelnen Flüssigphasenkraftstoff verbrauchen. Zum Beispiel kann der Motor Diesel, Benzin, Ammoniak, LNG oder einen sonstigen Flüssigphasenkraftstoff verbrennen. Ähnlich kann der Motor einen einzelnen gasförmigen Kraftstoff, wie etwa Wasserstoff, oder einen sonstigen gasförmigen Kraftstoff verbrennen.
  • Ein Kraftstoff, der an Bord in einem physikalischen Zustand, z. B. gasförmig oder flüssig, gelagert wird, kann dem Motor in demselben Zustand oder einem anderen Zustand geliefert werden. Zum Beispiel kann LNG kryogen in der Flüssigphase gelagert werden, jedoch einem Übergang zu der Gasphase, z. B. in einer Regasifizierungseinheit in dem Kraftstofftender, vor der Einspritzung an dem Motor unterliegen. Andere Kraftstoffe können jedoch als eine Flüssigkeit gelagert und als eine Flüssigkeit eingespritzt werden oder als ein Gas gelagert und als ein Gas eingespritzt werden.
  • Kraftstoffe können an dem Motor zum Beispiel gemäß mehr als einer Einspritztechnik eingespritzt werden. Bei einem Beispiel können einer oder mehrere der Kraftstoffe den Motorzylindern über ein indirektes Einspritzverfahren, wie etwa Einlasssaugrohreinspritzung und/oder Auslasssaugrohreinspritzung, geliefert werden. Bei einem anderen Beispiel kann mindestens einer der Kraftstoffe über Direkteinspritzung in die Motorzylinder eingeführt werden. Bei noch einem anderen Beispiel kann mindestens einer der Kraftstoffe durch eine zentrale Saugrohreinspritzung eingespritzt werden. Der Motor kann die Kraftstoffe ausschließlich durch indirekte Einspritzung, ausschließlich durch direkte Einspritzung oder durch eine Kombination von indirekter und direkter Einspritzung erhalten. Als Beispiel können die Kraftstoffe während geringer Lasten über Saugrohreinspritzung eingespritzt werden und während hoher Lasten durch Direkteinspritzung eingespritzt werden. Insbesondere wenn einer der Kraftstoffe ein gasförmiger Kraftstoff ist, kann die Vorgemischbildung des gasförmigen Kraftstoffs mit Luft und/oder AGR über Saugrohreinspritzung erwünscht sein. Die Kraftstoffe können auch vorgemischt werden, wenn sie durch zentrale Saugrohreinspritzung eingeführt werden. Eine Vorgemischbildung durch Direkteinspritzung, wie etwa durch Einspritzen des gasförmigen Kraftstoffs während einem Ansaugtakt der Motorzylinder, ist möglich. Zusätzlich oder alternativ kann ein Ort des Einspritzens von einem oder mehreren Kraftstoffen auf einer Brennbarkeit eines Kraftstoffs basieren. Zum Beispiel kann Ammoniak indirekt eingespritzt werden und mit Ladeluft und/oder AGR vorgemischt werden, um die Brennbarkeit und Verdampfung davon zu verbessern.
  • Jede Art von Einspritzung kann die Einspritzung von gasförmigen Kraftstoffen oder Flüssigphasenkraftstoffen umfassen. Einige Einspritzverfahren können jedoch je nach bestimmten Eigenschaften des Kraftstofftyps für bestimmte Kraftstoffe geeigneter sein. Zum Beispiel kann Wasserstoff durch Saugrohreinspritzung oder Direkteinspritzung eingespritzt werden. Flüssigphasenkraftstoffe, wie etwa Diesel, können durch Direkteinspritzung eingespritzt werden. Ammoniak und Erdgas können jeweils selektiv durch Saugrohreinspritzung oder Direkteinspritzung eingespritzt werden. Ähnlich können Kraftstoffe, wie etwa Methanol und Ethanol, entweder eine Öffnung eingespritzt werden oder direkt eingespritzt werden. In einigen Fällen kann der Motor Kraftstoffeinspritzer aufweisen, die in der Lage sind, zwischen dem Einspritzen von gasförmigen Kraftstoffen und flüssigen Kraftstoffen zu wechseln.
  • Die Kraftstoffe, die durch den Vielstoffmotor verbrannt werden, entweder in der Gasphase oder der Flüssigphase, werden gemäß der Art von Kraftstoff möglicherweise vor der Verbrennung vorgemischt oder nicht. Zum Beispiel kann je nach den Betriebsbedingungen die Vorgemischbildung von Wasserstoff, Erdgas, Ammoniak, Methanol, Ethanol und DME wünschenswert sein. Während anderen Betriebsbedingungen werden Kraftstoffe, wie etwa Diesel, Wasserstoff, Erdgas, Methanol und Ethanol, möglicherweise nicht vorgemischt. Zum Beispiel kann bei höheren Lasten ein höheres Maß an Vorgemischbildung von Wasserstoff erwünscht sein und kann bei niedrigeren lasten ein geringeres Maß an Vorgemischbildung von Wasserstoff erwünscht sein. Die Vorgemischbildung der Kraftstoffe kann die Saugrohreinspritzung mindestens eines der Kraftstoffe in einen Ansaugkrümmer oder eine Einlassöffnung umfassen, wo sich der Kraftstoff vor dem Eintreten in einen Zylinder mit Luft mischen kann. Als weiteres Beispiel kann jeder der Kraftstoffe durch eine Öffnung eingespritzt werden, was ermöglicht, dass sich die Kraftstoffe vor der Verbrennung miteinander und mit Luft vermischen. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff bzw. können die Kraftstoffe in eine Vorbrennkammer eingespritzt werden, die fluidisch mit einem Zylinderkopf gekoppelt ist, wo der Kraftstoff bzw. die Kraftstoffe sich mit Luft in der Vorbrennkammer mischen kann bzw. können, bevor er bzw. sie zu dem Zylinderkopf strömen.
  • Wie zuvor beschrieben, können die Kraftstoffe alternativ an die Motorzylinder durch direktes Einspritzen von einem oder mehreren Kraftstoffen in die Motorzylinder geliefert werden, wenn die Zylinder mit mindestens der Druckluft und, in einigen Fällen, dem Gasphasenkraftstoff gefüllt sind. Die Direkteinspritzung kann Hochdruckdirekteinspritzung (HPDI, High Pressure Direct Injection) und Niederdruckdirekteinspritzung (LPDI, Low Pressure Direct Injection) umfassen. Wenn sie direkt eingespritzt werden, werden die Kraftstoffe in einem Beispiel möglicherweise nicht vorgemischt. In einem anderen Beispiel kann jedoch eine Vorgemischbildung durch Direkteinspritzung von einem oder mehreren der Kraftstoffe vor einem Verdichtungstakt der Motorzylinder ermöglicht werden, wie zuvor beschrieben wurde.
  • Bei Ausführungsformen des Motors, wo der erste Kraftstoff Wasserstoff ist und der zweite Kraftstoff Diesel ist, kann die Vorgemischbildung des Wasserstoffs mit Luft für das Einspritzverfahren stabilere Kraftstoff/Luft-Gemische bei geringen Motordrehzahlen und einem sanfteren Motoranlassen bereitstellen. Bei höheren Motordrehzahlen kann jedoch die Saugrohreinspritzung des Wasserstoffs eine Wahrscheinlichkeit von Motorklopfen erhöhen. Eine Direkteinspritzung von Wasserstoff kann ein Klopfen abschwächen. Somit kann in einigen Beispielen eine kombinierte Anwendung der Saugrohreinspritzung von Wasserstoff bei geringen Motordrehzahlen und der Direkteinspritzung von Wasserstoff bei hohen Motordrehzahlen zum Abschwächen eines Klopfens erwünscht sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Kraftstoff mit einer geringeren Brennbarkeit, wie etwa Ammoniak, mit Wasserstoff vorgemischt werden, um ein Klopfen abzuschwächen.
  • Ferner kann eine Art von gasförmigem Kraftstoff, der verwendet wird, bestimmen, ob die Direkteinspritzung HPDI oder LPDI oder sowohl HPDI als auch LPDI umfassen kann. Zum Beispiel kann Wasserstoff, wenn er als ein verdichtetes Gas gelagert wird, je nach der Motorlast und dem verfügbaren Lieferdruck durch HPDI oder durch LPDI eingespritzt werden. Insbesondere kann die HPDI von Wasserstoff ein Klopfen aufgrund des kontinuierlichen Brennens des Wasserstoffs abschwächen, wenn sich der Wasserstoff in den Motorzylindern vermischt. Ferner kann die HPDI höhere Substitutionsraten von Wasserstoff ermöglichen, z. B. als Ersatz von Diesel, wodurch zum Beispiel Kohlenwasserstoff, NOx und Feinstaubemissionen während dem Motorbetrieb verringert werden.
  • Wie in 2 gezeigt, ist der Motor mit einem elektrischen Stromerzeugungssystem gekoppelt, welches eine Lichtmaschine/Generator 122 und die elektrischen Fahrmotoren aufweist. Zum Beispiel erzeugt der Motor eine Drehmomentausgabe, die zu der Lichtmaschine/Generator übertragen wird, welche(r) mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist. Die Lichtmaschine/Generator produziert elektrischen Strom, der gespeichert und für eine anschließende Verteilung auf verschiedene stromabwärtigen elektrischen Bauteilen angewendet werden kann. Als Beispiel kann die Lichtmaschine/Generator elektrisch mit den elektrischen Fahrmotoren gekoppelt sein und kann die Lichtmaschine/Generator den elektrischen Fahrmotoren elektrischen Strom bereitstellen. Wie dargestellt, sind die elektrischen Fahrmotoren jeweils mit einem einer Vielzahl von Rädern 116 verbunden, um eine Zugleistung zum Antreiben der Lokomotive bereitzustellen. Eine beispielhafte Lokomotivenkonfiguration umfasst einen Fahrmotor pro Rad. Wie hierin dargestellt, entsprechen sechs Paare Fahrmotoren jedem von sechs Paaren Rädern der Lokomotive.
  • Die Lokomotive kann einen oder mehrere Turbolader 126 aufweisen, die zwischen dem Ansaugtrakt und dem Auslasstrakt angeordnet sind. Der Turbolader erhöht die Luftladung der Umgebungsluft, die in den Ansaugtrakt eingezogen wird, um eine höhere Ladungsdichte während der Verbrennung bereitzustellen, um die Leistungsabgabe und/oder die Motorbetriebseffizienz zu erhöhen. Der Turbolader kann einen Verdichter (nicht gezeigt) aufweisen, welcher mindestens teilweise durch eine Turbine (nicht gezeigt) angetrieben wird. Wenngleich in diesem Fall ein einzelner Turbolader enthalten ist, kann das System mehrere Turbinen- und/oder Verdichtungsstufen aufweisen. Ferner kann in einigen Ausführungsformen ein Überdruckventil bereitgestellt sein, welches ermöglicht, dass Abgas um den Turbolader herumgeleitet wird. Das Überdruckventil kann zum Beispiel geöffnet werden, um die Abgasströmung von der Turbine weg zu leiten. Dadurch kann die Drehzahl des Kompressors und somit die Ladung, die durch den Turbolader dem Motor bereitgestellt wird, geregelt werden.
  • Die Lokomotive kann ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 170 aufweisen. Das AGR-System kann Abgas von dem Auslasstrakt stromaufwärts des Turboladers zu dem Ansaugtrakt stromabwärts des Turboladers leiten. Das AGR-System weist einen AGR-Kanal 172 und ein AGR-Ventil 174 zum Steuern einer Menge von Abgas, das von dem Auslasstrakt des Motors zu dem Ansaugtrakt des Motors rezirkuliert wird, auf. Durch Einleiten von Abgas in den Motor wird die Menge an verfügbarem Sauerstoff zur Verbrennung verringert, wodurch die Verbrennungsflammentemperaturen verringert werden und das Bilden von Stickoxiden (z. B. NOx) verringert wird. Das AGR-Ventil kann ein Einschalt-/Ausschaltventil sein, das durch den Lokomotivencontroller gesteuert wird, oder es kann zum Beispiel eine variable Menge an AGR steuern.
  • Das AGR-System kann ferner einen AGR-Kühler 176 zum Verringern der Temperatur des Abgases, bevor es in den Ansaugtrakt eintritt, aufweisen. Wie in der nichtbeschränkenden beispielhaften Ausführungsform von 2 dargestellt, ist das AGR-System ein Hochdruck-AGR-System. In anderen Ausführungsformen kann die Lokomotive zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System aufweisen, das AGR von einem Ort stromabwärts des Turboladers zu einem Ort stromaufwärts des Turboladers bezüglich einer Richtung der Abgasströmung leitet. Zusätzlich kann das AGR-System ein Spenderzylinder-AGR-System sein, wo ein oder mehrere Zylinder Abgas nur dem AGR-Kanal und dann dem Einlass bereitstellen. Zusätzlich oder alternativ kann das Spenderzylinder-AGR-System das Leiten von Abgasen direkt zu einem oder mehreren benachbarten Zylindern umfassen.
  • Die Lokomotive weist ein Abgasbehandlungssystem auf, das in dem Auslasstrakt gekoppelt ist, um geregelte Emissionen zu verringern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Abgasbehandlungssystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC, Diesel Oxidation Catalyst) 130 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 132 aufweisen. Der DOC kann Abgasbestandteile oxidieren, wodurch Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Feinstaubemissionen verringert werden. Der DPF kann Partikel, die auch als Feinstaub (ein Beispiel davon ist Ruß) bekannt sind, einfangen, die während der Verbrennung produziert werden, und kann Keramik, Siliziumcarbid oder ein beliebiges geeignetes Material sein. In anderen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem zusätzlich einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), einen Drei-Wege-Katalysator, eine NOx-Falle, verschiedene sonstige Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem stromaufwärts des Turboladers positioniert sein, während in anderen Ausführungsformen das Abgasbehandlungssystem stromabwärts des Turboladers positioniert sein kann.
  • Die Lokomotive kann ferner eine Drosselklappe 142 aufweisen, die mit dem Motor gekoppelt ist, um Leistungspegel anzugeben. In dieser Ausführungsform ist die Drosselklappe als eine Fahrstufendrosselklappe dargestellt. Es liegt jedoch jede beliebige Drosselklappe innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung. Jede Fahrstufe der Fahrstufendrossel kann einem diskreten Leistungspegel entsprechen. Der Leistungspegel gibt eine Menge der Last oder Motorleistung an, die an der Lokomotive anliegt, und steuert die Geschwindigkeit, mit welcher die Lokomotive fahren wird. Wenngleich acht Fahrstufeneinstellungen in der beispielhaften Ausführungsform von 2 dargestellt sind, kann in anderen Ausführungsformen die Gasstufe mehr als acht Fahrstufen oder weniger als acht Fahrstufen sowie Fahrstufen für inaktive Modi und dynamische Bremsmodi umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Fahrstufeneinstellung durch einen menschlichen Bediener der Lokomotive ausgewählt werden. In einem Beispiel entspricht ein Wert der Fahrstufeneinstellung einer Motorlast, wobei ein höherer Wert einer höheren Motorlast entspricht. In anderen Ausführungsformen kann der Mehrfachtraktionscontroller einen Fahrplan bestimmen (z. B. kann ein Fahrplan unter Verwendung einer Reiseoptimierungssoftware, wie etwa Trip Optimizer system (erhältlich bei Wabtec Corporation) erstellt werden und/oder kann ein Lastverteilungsplan unter Verwendung von Mehrfachtraktionsoptimierungssoftware, wie etwa Consist Manager (erhältlich bei Wabtec Corporation) einschließlich Fahrstufeneinstellungen basierend auf Motor- und/oder Lokomotivenbetriebsbedingungen erstellt werden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird).
  • Der Motorcontroller kann verschiedene Bauteilen bezüglich der Lokomotive steuern. Als Beispiel können verschiedene Bauteilen der Lokomotive mit dem Motorcontroller über einen Kommunikationskanal oder eine Datensammelschiene gekoppelt sein. In einem Beispiel können der Motorcontroller und der Mehrfachtraktionscontroller jeweils ein Computersteuersystem aufweisen. Der Motorcontroller und der Mehrfachtraktionscontroller können zusätzlich oder alternativ einen Speicher aufweisen, in dem nichtflüchtige computerlesbare Speichermedien (nicht gezeigt) enthalten sind, die Code zum Ermöglichen einer bordeigenen Überwachung und Steuerung des Lokomotivenbetriebs aufweisen. Der Motorcontroller kann mit dem Mehrfachtraktionscontroller zum Beispiel über einen digitalen Kommunikationskanal oder Datensammelschiene gekoppelt sein.
  • Sowohl der Motorcontroller als auch der Mehrfachtraktionscontroller können Informationen von einer Vielzahl von Sensoren empfangen und Steuersignale an eine Vielzahl von Stellgliedern senden. Der Motorcontroller kann, während er die Steuerung und Verwaltung der Lokomotive überwacht, Signale von verschiedenen Motorsensoren 150 empfangen, wie weiter hierin ausgeführt, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und entsprechend verschiedene Motorstellelement 152 anzupassen, um den Betrieb der Lokomotive zu steuern. Zum Beispiel kann der Motorcontroller Signale von verschiedenen Motorsensoren einschließlich der Motordrehzahl, der Motorlast, des Ansaugkrümmerluftdrucks, des Ladedrucks, des Abgasdrucks, des Umgebungsdrucks, der Umgebungstemperatur, der Abgastemperatur, der Motortemperatur, des Abgassauerstoffpegels usw., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, empfangen. Entsprechend kann die Motorsteuerung die Lokomotive durch Senden von Befehlen zu verschiedenen Bauteilen, wie etwa den elektrischen Fahrmotoren, der Lichtmaschine/Generator, Zylinderventilen, Kraftstoffeinspritzern, der Fahrstufendrossel usw. steuern. Andere Stellglieder können an verschiedene Stellen in der Lokomotive gekoppelt sein.
  • Der Mehrfachtraktionscontroller kann einen Kommunikationsabschnitt aufweisen, der mit einem Steuersignalabschnitt operativ gekoppelt ist. Der Kommunikationsabschnitt kann Signale von Lokomotivensensoren einschließlich Lokomotivenpositionssensoren (z. B. GPS-Gerät), Umgebungsbedingungssensoren (z. B. zum Sensieren der Höhe, Umgebungsfeuchtigkeit, Temperatur und/oder Luftdruck oder dergleichen), Lokomotivenkopplerkraftsensoren, Streckenneigungssensoren, Lokomotivenfahrstufensensoren, Bremspositionssensoren usw. empfangen. Verschiedene sonstige Sensoren können an verschiedene Stellen in der Lokomotive gekoppelt sein. Der Steuersignalabschnitt kann Steuersignal erzeugen, um verschiedene Lokomotivenstellglieder auszulösen. Beispielhafte Lokomotivenstellglieder können pneumatische Bremsen, einen Bremsluftkompressor, Fahrmotoren usw. umfassen. Sonstige Stellglieder können mit verschiedenen Orten in der Lokomotive gekoppelt sein. Der Mehrfachtraktionscontroller kann Eingaben von den verschiedenen Lokomotivensensoren erhalten, die Daten verarbeiten und die Lokomotivenstellglieder als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf einer Anweisung oder einem Code, die darin programmiert sind, entsprechend einer oder mehreren Routinen auslösen. Ferner kann der Mehrfachtraktionscontroller Motordaten (wie durch die verschiedenen Motorsensoren bestimmt, wie etwa einem Motorkühlmitteltemperatursensor) von dem Motorcontroller erhalten, die Motordaten verarbeiten, Motorstellelementeinstellungen bestimmen und Anweisungen oder Code zum Auslösen der Motorstellelement basierend auf Routinen, die von dem Mehrfachtraktionscontroller durchgeführt werden, zurück an den Motorcontroller übertragen (z. B. herunterladen).
  • Zum Beispiel kann der Mehrfachtraktionscontroller einen Reiseplan zum Verteilen der Last unter allen Lokomotiven in dem Zug basierend auf Betriebsbedingungen bestimmen. Unter einigen Bedingungen kann der Mehrfachtraktionscontroller die Last ungleichmäßig verteilen, d. h., einige Lokomotiven können mit einer höheren Leistungseinstellung oder einer höheren Fahrstufendrosseleinstellung als andere Lokomotiven betrieben werden. Die Lastverteilung kann auf einer Vielzahl von Faktoren basieren, wie etwa der Kraftstoffeinsparung, Kopplungskräften, Tunnelbetrieb, Neigung usw. In einem Beispiel kann die Lastverteilung basierend auf einer Verteilung der Lokomotivenmehrfachtraktion,
    z. B. einer Positionierung jeder der Lokomotiven der Lokomotivenmehrfachtraktion, über den Zug angepasst werden. Zum Beispiel kann mindestens eine Lokomotive an einem Ende des Zugs positioniert sein und kann mindestens eine Lokomotive auf einer Vorderseite des Zugs positioniert sein. Die Lokomotive am Ende des Zugs kann den Vortrieb des Zugs anschieben und die Lokomotive auf der Vorderseite des Zugs kann den Zug ziehen, insbesondere während einer Bergauffahrt. Von daher kann eine größere Last auf die schiebende Lokomotive am Ende des Zugs aufgebracht werden.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 3 ist eine Ausführungsform des Kraftstofftenders 160 aus 1 gezeigt. Wie zuvor beschrieben, weist der Kraftstofftender den Kraftstoffspeichertank, den Controller 164 und einen Motor 302 auf. Der Kraftstofftender kann ferner eine erste Einheit 304 aufweisen, welche eine Vorrichtung zum Steuern einer Temperatur und eines Drucks innerhalb des Kraftstoffspeichertanks sein kann. Zum Beispiel kann die erste Einheit ein Kryostat sein, wenn LNG in dem Kraftstoffspeichertank gespeichert wird. Die Kraftstoffspeichertankgrößen und -konfigurationen können basierend auf Endnutzungsparametern ausgewählt werden, können von dem Kraftstofftender entfernt werden und können Kraftstoff von einer externen Auftankstation über die Öffnung 306 erhalten.
  • Der Kraftstoffspeichertank kann Kraftstoff einer Kraftstoffmodifizierungseinheit 312 zuführen. Die Kraftstoffmodifizierungseinheit kann eine Eigenschaft des Kraftstoffs anpassen. Zum Beispiel kann der Kraftstoff von einer flüssigen Phase in eine Gasphase an der Kraftstoffmodifizierungseinheit umgewandelt werden, wie etwa wenn der Kraftstoff LNG ist. Als weiteres Beispiel kann die Kraftstoffmodifizierungseinheit eine Pumpe zum Anpassen eines Zuführdrucks des Kraftstoffs sein, wenn der Kraftstoff in der Gasphase gelagert wird. In anderen Beispielen, wo die Kraftstoffmodifizierung nicht erforderlich ist, kann die Kraftstoffmodifizierungseinheit entfallen. Der Kraftstoff kann von der Kraftstoffmodifizierungseinheit an Motoren der Lokomotiven zugeführt werden.
  • Durch Zuführen von Kraftstoff von dem Kraftstoffspeichertank an die Lokomotivenmotoren und dem Motor des Kraftstofftenders kann der Kraftstoff von den Motoren verbrannt werden, die über den Zug verteilt sind. In einer anderen nichtbeschränkenden Ausführungsform kann der Kraftstofftendermotor Elektrizität erzeugen, die an eine oder mehrere Bauteilen an Bord des Kraftstofftenders und/oder an Bord der Lokomotiven geliefert werden kann. In einem Beispiel, wie in 3 dargestellt, kann der Kraftstofftendermotor ein Drehmoment erzeugen, das über eine Antriebswelle 316 auf eine Stromwandlungseinheit 314 übertragen wird. Die Stromwandlungseinheit kann das Drehmoment in elektrische Energie umwandeln, die über die Stromsammelschiene 318 verschiedenen stromabwärtigen elektrischen Bauteilen in dem Kraftstofftender zugeführt wird. Solche Bauteilen können die erste Einheit, die Kraftstoffmodifizierungseinheit, den Controller, einen Drucksensor 320, einen Temperatursensor 322, Batterien 324, verschiedene Ventile, Durchflussmesser, zusätzliche Temperatur- und Drucksensoren, Kompressoren, Gebläse, Heizkörper, Batterien, Beleuchtung bordeigene Überwachungssysteme, Anzeigen, Klimasteuerungen und dergleichen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, von denen einige der Kürze wegen in 3 nicht veranschaulicht sind. Zusätzlich kann elektrische Energie von der Stromsammelschiene einem oder mehreren Bauteilen der Lokomotiven bereitgestellt werden.
  • In einem Beispiel weist die Stromwandlungseinheit eine Lichtmaschine (nicht gezeigt) auf, die in Reihe mit einem oder mehreren Gleichrichtern (nicht gezeigt) geschaltet ist, die die elektrische Wechselstromleistung der Lichtmaschine in elektrischen Gleichstrom vor dem Übertragen entlang der Stromsammelschiene umwandeln. Basierend auf einem stromabwärtigen elektrischen Bauteil, das Strom von der Stromsammelschiene erhält, können ein oder mehrere Wechselrichter den elektrischen Strom von der Stromsammelschiene vor dem Zuführen von elektrischem Strom zu dem stromabwärtigen Bauteil umrichten. In einem Beispiel kann ein einzelner Wechselrichter elektrischen Wechselstrom von einer elektrischem Gleichstromsammelschiene einer Vielzahl von Bauteilen zuführen. In einer anderen nichtbeschränkenden Ausführungsform kann jeder einer Vielzahl von unterschiedlichen Wechselrichtern elektrischen Strom einem gesonderten Bauteil zuführen.
  • Der Controller an Bord des Kraftstofftenders kann verschiedene Bauteilen an Bord des Kraftstofftenders, wie etwa die Kraftstoffmodifizierungseinheit, den Kraftstofftendermotor, die Stromwandlungseinheit, die erste Einheit, Steuerventile und/oder sonstige Bauteilen an Bord des Kraftstofftenders, durch Senden von Befehlen zu solchen Bauteilen steuern. Der Controller kann auch Kraftstofftenderbetriebsparameter im aktiven Betrieb, in inaktiven Zuständen und Abschaltzuständen überwachen. Solche Parameter können den Druck und die Temperatur des Kraftstoffspeichertanks, einen Druck und eine Temperatur der Kraftstoffmodifizierungseinheit, die Kraftstofftendermotortemperatur, den Druck und die Last, den Kompressordruck, die Heizfluidtemperatur und den Heizfluiddruck, die Umgebungslufttemperatur und dergleichen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. In einem Beispiel kann der Kraftstofftendercontroller Code ausführen, um den Motor und die Kraftstoffmodifizierungseinheit als Reaktion auf eine oder mehrere Steuersystemroutinen automatisch anzuhalten, automatisch zu starten, zu betreiben und/oder fein einzustellen. Die computerlesbaren Speichermedien können Code ausführen, um Kommunikationen zu den Motorcontrollern an Bord der Lokomotiven zu senden und von diesen zu empfangen.
  • Der in 3 dargestellte Kraftstofftender ist ein nicht-beschränkendes Beispiel dafür, wie der Kraftstofftender konfiguriert sein kann. In anderen Beispielen kann der Kraftstofftender zusätzliche oder alternative Bauteile aufweisen. Beispielsweise kann der Kraftstofftender ferner einen oder mehrere zusätzliche Sensoren, Durchflussmesser, Steuerventile, verschiedene sonstige Vorrichtungen und Mechanismen zum Steuern der Kraftstoffzufuhr und Lagerbedingungen usw. aufweisen.
  • Eine detailliertere Ansicht eines Zylinders des Motors und der Einspritzer des Kraftstoffsystems ist in 4 gezeigt. Ein Controller des Fahrzeugsystems kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Steuerstrategien verwenden, um den Auslassventilzeitpunkt, den Dieseleinspritzzeitpunkt und die Ammoniakeinspritzstelle basierend auf Substitutionsverhältnissen, Motortemperaturen und Abgastemperaturen anzupassen, wie bei den Verfahren von 5 und 6 gezeigt. Eine beispielhafte Betriebssequenz ist in 7 gezeichnet.
  • 4 zeigt nun einen beispielhaften Zylinder 401 des Motors. Der Zylinder kann einer von einer Vielzahl von Zylindern sein, die jeweils mindestens ein Einlassventil 403 und mindestens ein Auslassventil 405 aufweisen. Jeder der Vielzahl von Zylindern kann mindestens einen Direkteinspritzer 412 und mindestens einen Saugrohr-Injektor 422 aufweisen. Jeder Kraftstoffeinspritzer kann ein Bedienungselement aufweisen, das über ein Signal vom Controller des Motors betätigt werden kann. Die Zylinder des Motors können Kraftstoff von einem oder mehreren Kraftstoffsystemen basierend auf Betriebsbedingungen erhalten. Die Kraftstoffsysteme können eine oder mehrere Kraftstoffleitungen aufweisen, die einen Kraftstofftank, eine Pumpe und ein Kraftstoff-Rail mit dem Direkteinspritzer und/oder dem Saugrohr-Einspritzer fluidisch koppeln. Genauer kann der Direkteinspritzer Kraftstoff von einem ersten Kraftstoffsystem 410 über eine erste Kraftstoffleitung 411 erhalten. Der Saugrohrkraftstoffeinspritzer kann Kraftstoff von einem zweiten Kraftstoffsystem 420 über eine zweite Kraftstoffleitung 421 erhalten. In einem Beispiel kann das erste Kraftstoffsystem einen kohlenstoffhaltigen Kraftstoff zuführen und kann das zweite Kraftstoffsystem einen kohlenstofffreien Kraftstoff zuführen. Der kohlenstoffhaltige Kraftstoff kann Benzin und/oder Diesel und/oder Biodiesel und/oder Erdgas und/oder HDRD und/oder Ether und/oder Synthesegas und/oder Kerosin und/oder Alkohol umfassen. Der kohlenstofffreie Kraftstoff kann Ammoniak und/oder Wasserstoff umfassen. In einigen Beispielen kann der Motor ein explosionsgeschützter Motor sein. In anderen Beispielen kann der Motor ein funkengezündeter Motor sein.
  • In einem Beispiel kann der Motor eine oder mehrere Kraftstoffarten verbrennen, die diesem zugeführt werden. Zum Beispiel kann der Direkteinspritzer den ersten Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzen und kann der Öffnungskraftstoffeinspritzer einen zweiten Kraftstoff direkt in eine Ansaugstutzen 404 einspritzen. In einem Beispiel wird der erste Kraftstoff als ein flüssiger Kraftstoff eingespritzt und wird der zweite Kraftstoff als ein gasförmiger Kraftstoff eingespritzt. Der erste Kraftstoff und der zweite Kraftstoff können sich innerhalb eines Innenvolumens des Zylinders vermischen, das durch Zylinderwände, einen Zylinderkopf und den Kolben 402 definiert ist. Nach der Verbrennung kann das Auslassventil Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder in eine Auslassöffnung 406 ausstoßen.
  • Während dem Betrieb kann jeder Zylinder innerhalb des Motors einen Vier-Takt-Zyklus durch die Betätigung des Kolbens entlang einer Achse verwenden. Der Zyklus umfasst den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während dem Ansaugtakt schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil und öffnet sich das Einlassventil. Luft wird in die Brennkammer über den Ansaugkrümmer eingeführt und der Kolben bewegt sich zu der Unterseite des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer zu vergrößern. Eine Saugrohreinspritzung kann während dem Ansaugtakt erfolgen. Die Position, in welcher sich der Kolben in der Nähe der Unterseite des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z. B. wenn die Brennkammer ihr größtes Volumen aufweist), wird von einem Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (BDC, Bottom Dead Center) bezeichnet. Während dem Verdichtungstakt sind das Einlassventil und das Auslassventil geschlossen. Der Kolben bewegt sich zu dem Zylinderkopf hin, um die Gase innerhalb der Brennkammer zu verdichten. Die Stelle, an welcher sich der Kolben am Ende seines Hubs und am nächsten bei dem Zylinderkopf befindet (z. B. wenn die Brennkammer ihr kleinstes Volumen aufweist), wird von einem Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (TDC, Top Dead Center) bezeichnet. Bei einem Prozess, der im Folgenden als Direkteinspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. In einigen Beispielen kann Kraftstoff mehrere Male während einem einzigen Zylinderzyklus in den Zylinder eingespritzt werden. In einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch Kompressionszündung entzündet, was zu Verbrennung führt. Während dem Arbeitstakt drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zu dem BDC. Die Kurbelwelle wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Rotationswelle um. Schließlich öffnet sich während dem Ausstoßtakt das Auslassventil, um das verbrannte Kraftstoff/Luft-Gemisch an den Auslasskrümmer freizusetzen, und stellt sich der Kolben zu dem TDC zurück. Es wird angemerkt, dass die obigen Ausführungen nur als ein Beispiel beschrieben werden und dass die Ansaug- und die Auslassventilöffnungs- und/oder -schließzeitpunkte variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Einlassventilschließen oder verschiedene sonstige Beispiele bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Zeitpunkt des Öffnens und/oder Schließens der Einlass- und/oder Auslassventile vorgezogen werden, um eine Temperatur der Abgase, die in ein Nachbehandlungssystem des Fahrzeugsystems eintreten, zu verringern, um eine Effizienz des Nachbehandlungssystems zu erhöhen. Ferner kann in einigen Beispielen ein Zwei-Takt-Zyklus anstatt eines Vier-Takt-Zyklus verwendet werden.
  • Ein Zündzeitpunkt des Motors kann entweder über die Kraftstoffeinspritzung und/oder den Funkenzeitpunkt angepasst werden. Das Anpassen einer Einlassventilsteuerung und/oder eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und/oder einer Kraftstofftemperatur und/oder eines Kraftstoffdrucks und/oder einer Motordrehzahl und/oder einer Motorlast und/oder einer Lufttemperatur und/oder einer Motortemperatur und/oder eines Funkenzeitpunkts und/oder eines Ladedrucks und/oder Krümmerdrucks kann ermöglichen, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und/oder der Funkenzeitpunkt anhand einer Baseline-Steuerung angepasst werden. Der Zündzeitpunkt kann auf einer Position des Kolbens während dem Motorzyklus basieren und kann bei oder in der Nähe des TDC eines Verbrennungstakts erwünscht sein. Ein weiter vorgezogener Zündzeitpunkt kann beinhalten, dass der Zündzeitpunkt vor den TDC des Verbrennungstakts verschoben wird, und ein weiter verzögerter Zündzeitpunkt kann umfassen, dass der Zündzeitpunkt hinter den TDC des Verbrennungstakts verschoben wird.
  • Verschiedene Oberflächen des Motors, der Zylinder, des Ansaugkrümmers und des Auslasskrümmers können mit einer Beschichtung aus Zink feuerverzinkt sein oder können mit einem anderen geeigneten Material beschichtet sein, das eine chemisch reaktive Umgebung tolerieren kann. Solche Beschichtungen und Beschichtungsprozesse umfassen Epoxidbeschichtungen, chemische CVD-Beschichtungen und eloxierte Beschichtungen. Die Oberflächen können aufgrund von Abgasbestandteilen, die sich in darin enthaltenem Wasser lösen, feuerverzinkt werden. Zum Beispiel können sich CO2-Verbindungen zusammen mit NOx-Bestandteilen in Wasser auflösen. Die CO- und NOx-Bestandteile können in säurehaltige Verbindungen protonieren, welche zusammen mit dem CO2 einen pH-Wert des Abgases verringern können, wodurch eine Säure des Abgases erhöht wird. Bei bestimmten AGR-Strömungsraten kann das Abgas korrosiv sein. Der Wassergehalt des Abgases kann während Betriebsbedingungen, wo Wasserstoff verbrannt wird, erhöht werden. Durch Verzinken des Motors kann die Korrosivität des Abgases toleriert werden.
  • Somit kann ein Motorsystem einen Vielstoffmotor aufweisen, der konfiguriert ist, um einen oder mehrere Kraftstoffe zu verbrennen. Ein erstes Kraftstoffsystem kann einen ersten Kraftstoff über Direkteinspritzer Zylindern des Motors bereitstellen. Ein zweites Kraftstoffsystem kann einen zweiten Kraftstoff über Saugrohr-Injektoren bereitstellen. Ein Controller mit darin gespeicherten Anweisungen kann eine Anpassung der Mengen des zweiten Kraftstoffs, die durch einen oder mehrere der Einspritzer des zweiten Kraftstoffsystems eingespritzt werden, basierend auf einer oder mehreren Betriebsbedingungen, die bezüglich der nachstehenden Verfahren beschrieben werden, befehlen.
  • Das Motorsystem kann ferner mehrere Verfahren zum Bereitstellen von AGR umfassen. Hierin ist AGR als ein Abgas definiert, das aus einem Zylinder ausgestoßen wird und zur Verbrennung an den Motor zurückgeführt wird. Das AGR kann über einen dedizierten Spenderzylinder, eine angepasste Auslassventilsteuerung und/oder den AGR-Kanal bereitgestellt werden. Der Spenderzylinder kann Abgase aus seinem Innenvolumen ausstoßen und die Abgase an einen anderen Zylinder strömen, der fluidisch mit diesem gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Spenderzylinder Abgase direkt in den AGR-Kanal ausstoßen. Die angepasste Auslassventilsteuerung kann umfassen, dass sich ein Auslassventilöffnen mit einem Einlassventilöffnen überschneiden kann, was dazu führt, dass ein Vakuum des Zylinders ausgestoßene Abgase zurück in den Zylinder zieht. Dadurch kann die AGR-Rate über den/die Spenderzylinder, die angepasste Auslassventilsteuerung und/oder die Ventilposition in dem AGR-Kanal festgelegt werden.
  • In einem anderen Beispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine Auslassventilsteuerung der Zylinder angepasst werden. In einem Beispiel kann die Auslassventilsteuerung derart für einen gegebenen Zylinder angepasst werden, dass ein Schließzeitpunkt eines Auslassventils während einem Ausstoßtakt vorgezogen wird. Abgase in dem Zylinder können basierend auf der vorgezogenen Ventilsteuerung, welche das Auslassventilschließen vor dem Abschluss des Ausstoßtakts umfasst, zurückgehalten werden. Dadurch kann eine AGR-Rate erhöht werden.
  • In einigen Beispielen kann zusätzlich oder alternativ die Auslassventilsteuerung derart verzögert werden, dass das Auslassventil mit einem Einlassventil des Zylinders während einem Ansaugtakt offen sein kann. Durch Verzögern des Zeitpunkts des Auslassventilschließens können Abgase wieder in den Zylinder aufgenommen werden. In einem Beispiel nimmt eine Menge an Abgas, das wieder in den Zylinder aufgenommen wird, zu, wenn das Auslassventilschließen weiter verzögert wird, wodurch die AGR-Rate erhöht wird. Die Wiederaufnahme von AGR kann während Bedingungen erwünscht sein, wo eine AGR-Kühlerkondensatmenge relativ hoch ist und/oder wenn eine Ansaugkrümmertemperatur relativ hoch ist.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 5 zeigt ein High-Level-Flussdiagramm ein Verfahren 500 zum Bestimmen, ob Vielstoffverbrennung erwünscht ist. Das Verfahren kann durch einen Controller eines Fahrzeugs, wie etwa dem Controller aus 1-4, basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher des Controllers gespeichert sind, durchgeführt werden.
  • Das Verfahren kann bei Schritt 502 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 (wie zum Beispiel ein oder mehrere Abgastemperatursensoren, eine Motordrehzahl, eine Radgeschwindigkeit und/oder eines Turbowellendrehzahlsensors, eines Drehmomentsensors, eines Krümmerdrucksensors usw., wie zuvor unter Bezugnahme auf das Fahrzeugsystem von 1-4 beschrieben) geschätzt werden. Die Fahrzeugbetriebsbedingungen können eine Motordrehzahl, eine Motortemperatur und ein Motordrehmoment, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Getriebeöltemperatur, eine Abgasströmungsrate, eine Massenströmungsluftrate, eine Kühlmitteltemperatur, eine Kühlmittelströmungsrate, Motoröldrücke (z. B. Ölgalleriedrücke), Zylindertemperaturen, Betriebsmodi eines oder mehrerer Einlassventile und/oder eines oder mehrerer Auslassventile, eine Elektromotorgeschwindigkeit, eine Batterieladung, eine Motordrehmomentausgabe, ein Fahrzeugraddrehmoment und dergleichen umfassen. Die Motortemperatur kann auf einer oder mehreren einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur, einer Oberflächentemperatur des Motors oder einem nahegelegenen Bauteil und einer Temperatur des verdichteten Gemischs in der Nähe des TDC basieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Motortemperatur basierend auf einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Bedingungen berechnet oder geschätzt werden.
  • Bei Schritt 504 kann das Verfahren 500 das Bestimmen, ob Vielstoffverbrennung erwünscht ist, umfassen. Vielstoffverbrennung kann basierend auf einer Vielzahl von Bedingungen einschließlich eines Emissionsziels und/oder von Kraftstoffkosten und/oder eines Verbrennungsgemischwirkungsgrads und/oder einer Kraftstoffverfügbarkeit, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, erwünscht sein. Das Emissionsziel kann auf einem einzelnen Fahrzeugemissionsziel basierend auf einer Regierungsvorgabe basieren. Zusätzlich oder alternativ kann das Emissionsziel auf einer lokalen Regierungsvorgabe für einen geografisch abgegrenzten Ort basieren. Zum Beispiel kann eine Stadt ein anderes Emissionsziel haben als ein ländlicher Standort. Ein Verbrennungsgemisch kann für eine Vielzahl von Fahrzeugen angepasst werden, die in der Stadt fahren, so dass die Gesamtemissionen von der Vielzahl von Fahrzeugen lokalen Emissionszielen entsprechen. Dadurch können die Emissionsziele von einzelnen Fahrzeugen an bestimmten Betriebsstellen übertroffen werden, um Emissionen der Vielzahl von Fahrzeugen auszugleichen, um lokalen Emissionszielen zu entsprechen.
  • In einigen Beispielen kann Vielstoffverbrennung basierend auf Kraftstoffkosten erwünscht sein. Die Kraftstoffkosten können über eine Rückmeldung von einem oder mehreren einer Vielzahl von Fahrzeugen, Auftankstationen, Fahrzeugbetreiber und so weiter bestimmt werden. Durchschnittliche Kraftstoffkosten können für jede Art von Kraftstoff, der in der Mehrfachtraktion enthalten ist, bestimmt werden. Wenn zum Beispiel die Mehrfachtraktion Diesel, Wasserstoff, Ammoniak und Ethanol aufweist, können die Kosten für jede der Kraftstoffarten bestimmt werden und kann ein Verbrennungsgemisch basierend mindestens auf den Kosten der Kraftstoffarten angepasst werden. In einem Beispiel kann erwünscht sein, die Kosten des Verbrennungsgemischs zu minimieren.
  • In weiteren Beispielen kann zusätzlich oder alternativ die Verbrennungsgemischeffizienz ein Verbrennungsgemisch vorgeben. Das Verbrennungsgemisch kann in einem Beispiel angepasst werden, um die Verbrennungsgemischeffizienz zu maximieren. In einem anderen Beispiel kann das Verbrennungsgemisch angepasst werden, um eine Motorleistungsabgabe zu maximieren. Ein Fahrzeugbetreiber kann wählen, die Motorleistungsabgabe oder die Verbrennungsgemischeffizienz zu priorisieren.
  • In noch weiteren Beispielen kann zusätzlich oder alternativ das Verbrennungsgemisch als Reaktion auf die Kraftstoffverfügbarkeit angepasst werden. An bestimmten Orten können einer oder mehrere der Kraftstoffe, die in der Mehrfachtraktion enthalten sind, eine geringe Verfügbarkeit besitzen. Der Verbrauch eines Kraftstoffs mit einer geringen Verfügbarkeit kann in einigen Beispielen verringert sein. Der Verbrauch eines Kraftstoffs mit einer höheren Verfügbarkeit kann erhöht sein. Die Kraftstoffverfügbarkeit kann basierend auf einer Rückmeldung von einer Vielzahl von Fahrzeugen und Auftankstationen bestimmt werden. Die Verfügbarkeit kann basierend auf einer Reichweite von einem aktuellen Standort des Fahrzeugs bestimmt werden. Die Reichweite kann einer verbleibenden Meile basierend auf aktuellen Kraftstoffpegeln entsprechen.
  • Die Vielstoffverbrennung kann die Verbrennung mindestens eines ersten Kraftstoffs und eines zweiten Kraftstoffs umfassen. In einem Beispiel kann der erste Kraftstoff ein kohlenstoffhaltiger Kraftstoff sein und kann der zweite Kraftstoff ein kohlenstofffreier Kraftstoff sein, der weniger Kohlenstoff als der kohlenstoffhaltige Kraftstoff aufweist. Die Vielstoffverbrennung kann CO2- und/oder NOx-Emissionen des Fahrzeugs durch Erhöhen einer Menge des zweiten Kraftstoffs und Verringern einer Menge des ersten Kraftstoffs verringern. In einem Beispiel kann die Vielstoffverbrennung Diesel als den ersten Kraftstoff und Wasserstoff als den zweiten Kraftstoff umfassen. Das Substitutionsverhältnis kann als ein prozentualer Anteil der gesamten Kraftstoffenergie, die durch den zweiten Kraftstoff bereitgestellt wird, definiert werden. Bedingungen, die ein Substitutionsverhältnis beeinflussen können, können die Motorluftströmung, die Motorlast, die Ansaugkrümmertemperatur, den Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur, die Motortemperatur und den Abgaskrümmerdruck umfassen. Wenn zum Beispiel das gewünschte Substitutionsverhältnis 60% beträgt, dann kann der zweite Kraftstoff 60% der Kraftstoffenergie bereitstellen und kann der erste Kraftstoff 40% der Kraftstoffenergie bereitstellen. In einem Beispiel nimmt eine Menge des kohlenstofffreien Kraftstoffs mit zunehmendem Substitutionsverhältnis zu.
  • Zusätzlich oder alternativ kann in einigen Beispielen das gewünschte Substitutionsverhältnis als Reaktion auf die Kohlenstoffemissionen (z. B. CO2, Kohlenwasserstoffe und sonstige kohlenstoffhaltige Verbrennungsnebenprodukte) und/oder NOx-Emissionen angepasst werden. Zum Beispiel kann, wenn die Kohlenstoffemissionen zunehmen, es dann erwünscht sein, das Substitutionsverhältnis zu erhöhen. Alternativ kann es erwünscht sein, das Substitutionsverhältnis zu verringern, wenn der Verbrennungswirkungsgrad abnimmt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann ein Fahrzeugcontroller basierend auf der Kraftstoffverfügbarkeit auswählen, ob eine Vielstoffverbrennung erwünscht ist. Zum Beispiel gibt es an bestimmten Orte möglicherweise keine Tankstellen mit alternativen Kraftstoffen, wie etwa HDRD, Ammoniak, Wasserstoff und dergleichen. Der Fahrzeugcontroller kann die Verbrennung eines einzelnen Kraftstoffs anfordern, wenn z. B. andere Kraftstoffquellen nicht an lokalen Tankstellen verfügbar sind. Der Fahrzeugcontroller kann sich an Bord oder außerhalb des Fahrzeugs befinden, je nach der gewählten Konfiguration. In einer Ausführungsform ist der Fahrzeugcontroller ein Bediener, der sich während dem Betrieb an Bord des Fahrzeugs befindet. Als weiteres Beispiel kann Vielstoffverbrennung basierend auf Kraftstoffkosten erwünscht sein. Durchschnittliche Kraftstoffkosten können über einen Prozessor eines zentralen Servers bestimmt werden, der eine Rückmeldung von Controllern verschiedener Controller unterschiedlicher Fahrzeugsysteme erhält. Die durchschnittlichen Kraftstoffkosten können für jeden Fahrzeugtyp innerhalb von verschiedenen geografisch abgegrenzten Bereichen bestimmt werden, wobei die geografisch abgegrenzten Bereiche Straßen, Städte, Schulen, Postleitzahlen, Staaten, Radien von einem aktuellen Fahrzeugstandort und Landmarken umfassen können.
  • Wenn eine Vielstoffverbrennung nicht erwünscht ist, dann kann das Verfahren bei Schritt 506 das Verbrennen nur eines einzelnen Kraftstoffs umfassen. In einem Beispiel kann der einzelne Kraftstoff ein kohlenstoffhaltiger Kraftstoff oder ein nicht-erneuerbarer Kraftstoff sein. In einem Beispiel ist der einzelne Kraftstoff Diesel oder Wasserstoff. In einigen Beispielen kann der einzelne Kraftstoff zusätzlich oder alternativ ein erneuerbarer Kraftstoff, wie etwa HDRD und/oder Biodiesel, sein.
  • Bei Schritt 508 kann das Verfahren das Verringern einer temperaturverringernden Masse umfassen. Die temperaturverringernde Masse kann einem Teil eines Verbrennungsgemischs eines Zylinders einschließlich Luft, AGR, Wasser und eines oder mehrerer alternativer und/oder sekundärer Kraftstoffe entsprechen. Die temperaturverringernde Masse kann während der Einzelverbrennung aufgrund dessen, dass die Wärmeerzeugung im Vergleich zu Vielstoffverbrennung einschließlich einiger zweiter Kraftstoffe, wie etwa Wasserstoff, relativ gering ist, verringert werden. Der Zündzeitpunkt und die Motorkühlung können gewünschte Werte durch Anpassen von Kühlmittelströmungsraten, der Ventilsteuerung, der Einspritzzeitsteuerung und dergleichen einhalten.
  • Unter Rückbezug auf Schritt 504, wenn Vielstoffverbrennung erwünscht ist, dann kann bei Schritt 510 das Verfahren das Verbrennen von mehreren Kraftstoffen umfassen. In einem Beispiel kann die Vielstoffverbrennung mindestens den ersten Kraftstoff und den zweiten Kraftstoff umfassen. In dem Beispiel des Verfahrens von 5 ist der erste Kraftstoff Diesel und ist der zweite Kraftstoff Wasserstoff. Wie zuvor beschrieben, kann der Vielstoffmotor jedoch eine Vielzahl von Kraftstoffen mit einer Vielzahl von Mengenverhältnissen verbrennen. Wasserstoff kann eine Zylindertemperatur aufgrund seiner Zündwilligkeit erhöhen. Daher kann es erwünscht sein, die Zylindertemperaturen während Bedingungen zu verringern, die die Vielstoffverbrennung unterstützen können, um den Verbrauch des ersten Kraftstoffs (z. B. der kohlenstoffhaltigen Kraftstoffe) zu verringern. Die Zylindertemperaturen können über die temperaturverringernde Masse verringert werden.
  • Bei Schritt 512 kann das Verfahren das Erhöhen der temperaturverringernden Masse umfassen. Das Erhöhen der temperaturverringernden Masse kann das Erhöhen einer Menge von Luft und/oder AGR und/oder Wasser umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann ein alternativer Kraftstoff (z. B. ein dritter Kraftstoff) in der temperaturverringernden Masse enthalten sein, wobei der dritte Kraftstoff eine geringere Zündwilligkeit und/oder Brennrate als der erste und der zweite Kraftstoff besitzt. Der dritte Kraftstoff, der in der temperaturverringernden Masse enthalten ist, kann immer noch während der Verbrennung verbrannt werden. In einem Beispiel wird die Menge an Diesel als Reaktion darauf, dass der dritte Kraftstoff in der temperaturverringernden Masse enthalten ist, verringert, wodurch das Substitutionsverhältnis erhöht wird. Der dritte Kraftstoff kann eine Gesamtzylindertemperatur auf eine ähnliche Art wie andere Bestandteile verringern, die in der temperaturverringernden Masse enthalten sind.
  • In einem Beispiel kann eine Nicht-Kraftstoff-Masse des Verbrennungsgemischs vor dem Einführen eines dritten Kraftstoffs auf eine maximale Menge erhöht werden. Die Nicht-Kraftstoff-Masse kann Ladung, AGR und Wasser umfassen. Dadurch wird eine Kraftstoffeinsparung verbessert, während ein Substitutionsverhältnis eingehalten wird.
  • In einigen Beispielen verbessern zusätzlich oder alternativ die Verbrennungsbedingungen möglicherweise nicht eine Zündwilligkeit des dritten Kraftstoffs, so dass er als ein Verdünnungsmittel und nicht ein Kraftstoff agiert. Als Beispiel kann, wenn Ammoniak in der temperaturverringernden Masse enthalten ist, das Ammoniak im Vergleich zu Bedingungen, wo Ammoniak als ein Kraftstoff verwendet wird, später in einem Arbeitstakt eingespritzt werden. Zusätzlich oder alternativ wird das Ammoniak möglicherweise nur in den Ansaugstutzen eingespritzt und möglicherweise nicht oder minimal mit AGR vorgemischt. In einem Beispiel kann das Substitutionsverhältnis unverändert sein, wenn Ammoniak als eine temperaturverringernde Masse verwendet wird. Das Ammoniak kann als Reaktion darauf, dass eine Reduktionsmittelladung einer Nachbehandlungsvorrichtung geringer als eine gewünschte Menge ist, als ein Nicht-Kraftstoff verwendet werden. Das Ammoniak kann eine Zylindertemperatur verringern und brennt möglicherweise nicht während der Verbrennung, gefolgt von einem Strömen zu der Nachbehandlungsvorrichtung und dem Erhöhen einer Reduktionsmittelladung davon. Andere Beispiele von dritten Kraftstoffen können Alkohole, wie etwa Methanol und Ethanol, umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen, wenn Ammoniak in der temperaturverringernden Masse enthalten ist, kann das Ammoniak eine relativ große Menge an Wärmeenergie zum Verbrennen in einem gewünschten Zustand erfordern. Somit kann das Ammoniak verwendet werden, um verschiedene Motorbauteilen zusammen mit dem Verbrennungsgemisch zu kühlen. Zum Beispiel kann das Ammoniak zu dem Auslassventil über einen Auslasssaugrohr-Injektor eingespritzt werden, welcher das Ammoniak erhitzen und das Auslassventil kühlen kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Ammoniak verwendet werden, um das AGR zu kühlen, was das Ammoniak erhitzen und das AGR kühlen kann, wodurch eine Gesamtverbrennungstemperatur verringert wird.
  • Bei Schritt 514 kann das Verfahren das Maximieren einer Menge der Ladeluft in der temperaturverringernden Masse umfassen. Die Ladeluft kann zum Verringern der Betriebskosten in Bezug auf den Verbrauch von alternativen Kraftstoffen und/oder Wasser maximiert werden. Ferner kann die Ladeluft leichter erhältlich sein als andere temperaturverringernden Massenelemente, während auch weitere Betriebsparameteranpassungen angefordert werden. In einem Beispiel kann die Ladeluft basierend auf einer höchsten erhältlichen Turbodrehzahl auf eine maximale Menge erhöht werden. Die höchste erhältliche Turbodrehzahl kann auf aktuellen Betriebsbedingungen einschließlich des Substitutionsverhältnisses und/oder eines Spitzenzylinderdrucks und/oder der Motortemperatur und/oder der Ansaugkrümmertemperatur basieren. Der Spitzenzylinderdruck kann auf einem Verdichtungsdruck und einem Verbrennungsdruckanstieg basieren. Daher kann eine Erhöhung der Ladung von einer aktuellen Ladung auf einer Balance zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Verbrennungsdruckanstieg basieren. Die Erhöhung kann ferner auf einer Schwellenansaugkrümmertemperatur basieren. Das Maximieren der Ladung zum Erhöhen der temperaturverringernden Masse als Reaktion auf ein Substitutionsverhältnis wird unter Bezugnahme auf 6 genauer ausgeführt.
  • Bei Schritt 516 kann das Verfahren das Bestimmen, ob die temperaturverringernde Masse einer gewünschten temperaturverringernden Masse entspricht, umfassen. Die gewünschte temperaturverringernde Masse kann auf dem Substitutionsverhältnis, dem Spitzenzylinderdruck und der Motortemperatur basieren. Zum Beispiel kann sich mit zunehmendem Substitutionsverhältnis die gewünschte temperaturverringernde Masse erhöhen. Eine obere Grenze der gewünschten temperaturverringernden Masse kann auf dem Spitzenzylinderdruck basieren, der unter einem Schwellenspitzenzylinderdruck bleibt. Die gewünschte temperaturverringernde Masse kann mit zunehmender Motortemperatur zunehmen. Obwohl die Ladeluft heißer als eine nichtverstärkte Luftströmung ist, kann die Ladeluft zum Beispiel immer noch eine Kühlwirkung bereitstellen, wenn mehrere Kraftstoffe verbrannt werden, einschließlich wenn einer der mehreren Kraftstoffe Wasserstoff ist. Die temperaturverringernde Masse kann erlauben, einen Zündzeitpunkt auf einen gewünschten Zeitpunkt zum Abschwächen des Klopfens anzupassen, was erlauben kann, dass eine größere Vielzahl von Motorbedingungen über Vielstoffverbrennung ausgeführt werden.
  • Wenn die temperaturverringernde Masse der gewünschten temperaturverringernden Masse entspricht, dann kann bei Schritt 518 das Verfahren umfassen, nicht weitere temperaturverringernde Massenelemente, wie etwa Wasser, AGR und Ammoniak, bereitzustellen.
  • Wenn die temperaturverringernde Masse nicht gleich der gewünschten temperaturverringernden Masse ist (z. B. geringer als diese ist), dann kann bei Schritt 520 das Verfahren das Bereitstellen anderer temperaturverringernder Massenelemente umfassen, bis die gewünschte temperaturverringernde Masse eingehalten wird. In einem Beispiel kann der Controller einem Einspritzer signalisieren, Ammoniak in Ansaugstutzen des Motors einzuspritzen, wobei der Einspritzzeitpunkt und Verbrennungsbedingungen fördern, dass das Ammoniak als Verdünnungsmittel agiert. Als weiteres Beispiel kann Wasser in den Motor eingespritzt oder eingeleitet werden. Wasser kann als Kondensat in dem AGR-Kühler oder als ein Nebenprodukt der Wasserstoffverbrennung erhalten werden.
  • Somit kann in einem Beispiel ein Verfahren das Erhöhen einer Nicht-Kraftstoff-Masse eines Zylinders während eines Übergangs zu Vielstoffverbrennung, einschließlich eines ersten Kraftstoffs und eines zweiten Kraftstoffs, von Einzelverbrennung einschließlich nur des ersten Kraftstoffs umfassen. Eine Menge der Nicht-Kraftstoff-Masse ist proportional zu einer Motortemperatur, wobei die Motortemperatur basierend auf einer oder mehreren einer oder mehreren einer Einlasstemperatur, einer Auslasstemperatur, einer Oberflächentemperatur des Motors oder einer nahegelegenen Komponente und einer Temperatur eines verdichteten Gemischs in der Nähe des TDC bestimmt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Motortemperatur basierend auf einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Bedingungen berechnet oder geschätzt werden. Die Nicht-Kraftstoff-Masse kann Luft und/oder AGR und/oder Wasser umfassen. Wenn ein Nicht-Kraftstoff-Masse-Schwellenwert erreicht ist, wenn die Zylindertemperatur immer noch oberhalb einer gewünschten Temperatur liegt, dann kann ein dritter Kraftstoff, wie etwa Ammoniak oder ein Alkohol, mit dem Verbrennungsgemisch aufgenommen werden. Die verringerte Zündwilligkeit des Ammoniaks und/oder des Alkohols kann weiter unter die Zylindertemperatur abnehmen. Die Menge des ersten Kraftstoffs kann verringert werden, um zu ermöglichen, den dritten Kraftstoff aufzunehmen. In einem Beispiel ist der erste Kraftstoff Diesel, ist der zweite Kraftstoff Wasserstoff und ist der dritte Kraftstoff Ammoniak, Methanol oder Ethanol.
  • Unter Bezugnahme nunmehr auf 6 ist ein Verfahren 600 zum Maximieren der Aufladung in einer temperaturverringernden Masse gezeigt. Bei Schritt 602 kann das Verfahren das Bestimmen eines gewünschten Substitutionsverhältnisses umfassen. Das gewünschte Substitutionsverhältnis kann auf einem Emissionsziel und/oder Kraftstoffkosten und/oder einer Verbrennungsgemischeffizienz und/oder einer Kraftstoffverfügbarkeit basieren, wie zuvor beschrieben. Das gewünschte Substitutionsverhältnis kann ferner auf einer Motordrehzahl, einer Motorlast, einem Umgebungsdruck und einer Umgebungstemperatur basieren. In einem Beispiel kann das gewünschte Substitutionsverhältnis als Reaktion auf eine niedrigere Motordrehzahl, eine niedrigere Motorlast, einen höheren Umgebungsdruck und eine niedrigere Umgebungstemperatur erhöht werden. Daher kann das gewünschte Substitutionsverhältnis als Reaktion auf eine höhere Motordrehzahl, eine höhere Motorlast, einen niedrigeren Umgebungsdruck und eine höhere Umgebungstemperatur verringert werden. In einem Beispiel definiert das gewünschte Substitutionsverhältnis eine Menge des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs, die dem Vielstoffmotor bereitgestellt wird, wobei die Menge des zweiten Kraftstoffs zunimmt, wenn das gewünschte Substitutionsverhältnis zunimmt.
  • In einem Beispiel ist der erste Kraftstoff Diesel und ist der zweite Kraftstoff Wasserstoff. Die Menge des Wasserstoffs, die dem Motor bereitgestellt wird, kann zunehmen, wenn das Substitutionsverhältnis zunimmt. Ein höheres Substitutionsverhältnis kann dem Motor während geringeren Motorlasten aufgrund einer Wahrscheinlichkeit eines Klopfens und/oder einer Frühzündung bei höheren Lasten bereitgestellt werden. In einigen Beispielen kann das Verbrennungsgemisch mit zusätzlichen Kraftstoffen versehen werden, die weniger brennbar sind als Wasserstoff bei höheren Motorlasten, um den Verbrauch von Diesel oder sonstigen nicht-erneuerbaren kohlenstoffhaltigen Kraftstoffen zu verringern.
  • Bei Schritt 604 kann das Verfahren das Anpassen der Motoreinstellungen zum Erhöhen der Aufladung umfassen, welche einem Ansaugkrümmerdruck entspricht. Die Aufladung kann basierend auf einem Spitzenzylinderdruck, Turboladerdrehzahlgrenzen und Emissionsgrenzen hin zu einer gewünschten Auflademenge erhöht werden. Der Spitzenzylinderdruck kann über einen Innenzylinderdrucksensor erfasst werden oder basierend auf einem Krümmerdruck und einer Krümmertemperatur geschätzt werden oder basierend auf anderen Motorparametern geschätzt werden. Turboladerdrehzahlgrenzen können basierend auf einer Drosselgrenze und/oder mechanischen Eigenschaften eines Kompressors und/oder einer Turbine und/oder dem Krümmerdruck und der Krümmertemperatur, der Motortemperatur, dem Innenzylinderdruck und einer AGR-Strömungsrate basieren. Zusätzlich oder alternativ kann eine aktuelle maximale Turboladerdrehzahl basierend auf dem Schwellenspitzenzylinderdruck beschränkt werden. Wenn sich der Spitzenzylinderdruck dem Schwellenspitzenzylinderdruck nähert, dann kann die aktuelle maximale Turboladerdrehzahl verringert werden, um zu verhindern, dass der Schwellenspitzenzylinderdruck überschritten wird.
  • Bei Schritt 606 kann das Verfahren das Bestimmen, ob eine nicht-motorisierte Turbodrehzahl geringer als die angeforderte Drehzahl ist, umfassen. In einem Beispiel entspricht die nicht-motorisierte Turbodrehzahl einer aktuellen Turbodrehzahl ohne Unterstützung von einem Elektromotor oder dem Motor. Die angeforderte Turbodrehzahl kann proportional zu der gewünschten Aufladung sein. Die nicht-motorisierte Turbodrehzahl kann auf einer Abgasströmungsrate, einer Düsenschaufelposition, einer Drosselposition, einer Motorlast, einer Luftströmungsrate und einer Ansaugkrümmertemperatur ohne Erhöhen seiner Drehzahl über den Elektromotor oder den Motor basieren.
  • Wenn die nicht-motorisierte Turbodrehzahl nicht geringer als die angeforderte Drehzahl ist (z. B. höher als oder so hoch wie diese ist), dann kann bei Schritt 608 das Verfahren das Bestimmen, ob die nicht-motorisierte Turbodrehzahl höher als die angeforderte Drehzahl ist, umfassen. In einem Beispiel kann die nicht-motorisierte Turbodrehzahl während höheren Lasten höher als die angeforderte Drehzahl sein, wobei die Abgasströmung durch die Turbine relativ hoch ist. Wenn die nicht-motorisierte Turbodrehzahl nicht höher als die angeforderte Drehzahl ist, dann kann bei Schritt 610 das Verfahren das Beibehalten der aktuellen Turbodrehzahl umfassen.
  • Bei Schritt 612 kann das Verfahren das Anpassen der Kraftstoffzufuhr und eines Einspritzzeitpunkts während einem Übergang von Einzelverbrennung zu Vielstoffverbrennung umfassen. Das Anpassen der Kraftstoffzufuhr kann das Anpassen einer Menge des ersten Kraftstoffs und einer Menge des zweiten Kraftstoffs, so dass diese dem gewünschten Substitutionsverhältnis entsprechen, umfassen. In einem Beispiel wird die Menge des ersten Kraftstoffs verringert und wird die Menge des zweiten Kraftstoffs erhöht. Der Einspritzzeitpunkt des ersten Kraftstoffs und/oder des zweiten Kraftstoffs kann basierend auf einem gewünschten Zündzeitpunkt angepasst werden. In einem Beispiel kann eine AGR-Strömungsrate ferner den Einspritzzeitpunkt beeinflussen. In einem Beispiel können ein erster Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und/oder ein zweiter Kraftstoffeinspritzzeitpunkt als Reaktion darauf, dass das AGR zu dem Motor strömt, verzögert werden. Ein Ausmaß der Verzögerung kann proportional zu der AGR-Strömungsrate sein. Somit können der erste Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der zweite Kraftstoffeinspritzzeitpunkt weiter verzögert sein, wenn die AGR-Strömungsrate zunimmt.
  • In einem Beispiel kann der Einspritzzeitpunkt verzögert werden, wenn AGR bereitgestellt wird, aufgrund eines Einlasses bei der Ansaugkrümmertemperatur. Zusätzlich oder alternativ kann der Einspritzzeitpunkt vorgezogen werden, wenn AGR bereitgestellt wird, um eine Wahrscheinlichkeit eines Klopfens und von NOx-Emissionen zu verringern. Der Einspritzzeitpunkt, wenn AGR bereitgestellt wird, kann basierend auf der aktuellen Emissionsausgabe, der Klopfwahrscheinlichkeit und der Ansaugkrümmertemperatur gewählt werden.
  • Wenn die nicht-motorisierte Turbodrehzahl höher als die angeforderte Turbodrehzahl ist, dann kann bei Schritt 614 das Verfahren das Verringern der Turbodrehzahl, um der angeforderten Turbodrehzahl zu entsprechen, umfassen. In einem Beispiel kann das Verringern der Turbodrehzahl das Verlangsamen einer Wellendrehzahl des Turbos über einen Elektromotor oder Generator umfassen. Der Elektromotor kann in einen Generatormodus eintreten und die Turbodrehzahl durch Verlangsamen der Welle verringern, was einen Ladezustand (SOC, State-Of-Charge) der Batterie erneuern kann, während auch erlaubt wird, dass die gewünschte Luftströmungsrate realisiert wird und daher die gewünschte temperaturverringernde Masse eingehalten wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Turbine verwendet werden, um Räder mit dem Motor anzutreiben, was einen Elektromotorwirkungsgrad erhöhen kann. Indem der Turbo verwendet wird, um den Motor beim Antreiben der Räder zu unterstützen, kann die Luftströmungsrate, die durch den Kompressor erzeugt wird, verringert werden, um mit der gewünschten Luftströmungsrate übereinzustimmen. Alternativ kann die Turboladerdrehzahl unter Verwendung eines Überdruckventils zum Umleiten einiger Abgasenergie um die Turboladerturbine herum verringert werden.
  • Bei Schritt 616 kann das Verfahren das Anpassen des Kraftstoffzufuhr- und - einspritzzeitpunkts basierend auf dem gewünschten Substitutionsverhältnis ähnlich wie bei Schritt 612 umfassen.
  • Unter Rückbezug auf Schritt 606, wenn die nicht-motorisierte Turbodrehzahl geringer als die angeforderte Turbodrehzahl für das gewünschte Substitutionsverhältnis ist, dann kann bei Schritt 618 das Verfahren das Bestimmen einer höchsten motorisierten Turbodrehzahl während den aktuellen Bedingungen umfassen. Die aktuellen Bedingungen können eine aktuelle Abgasströmungsrate 620 und/oder wahlweise einen Batterieladezustand (SOC) 622 umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die aktuelle Abgasströmungsrate kann über einen Abgasströmungssensor erfasst werden. Die aktuelle Abgasströmungsrate kann auf einer Motorlast und/oder eine Gasstellung und/oder einem Kraftstoff/Luft-Verhältnis und/oder einer Hochdruckabgasrückführungsrate (HP-AGR-Rate) basieren.
  • Der Batterie-SOC kann über eine Vorrichtung erfasst werden, die eine Batteriespannung erfasst. Zusätzlich oder alternativ kann der Batterie-SOC im Laufe der Zeit durch Messen eines Stromflusses zu und von der Batterie verfolgt werden. Die höchste Turbodrehzahl kann auf der Abgasströmungsrate und dem Batterie-SOC basieren. In einem Beispiel kann die höchste Turbodrehzahl basierend auf Turbinenbedingungen berechnet werden, die die Turbinendrehzahl und daher die Turbodrehzahl erhöhen. Zum Beispiel kann die höchste Turbodrehzahl basierend darauf berechnet werden, dass das Überdruckventil geschlossen ist, die Düsenschaufeln offen sind und eine HP-AGR-Rate relativ gering ist.
  • Bei Schritt 624 kann das Verfahren das Bestimmen, ob die höchste motorisierte Turbodrehzahl höher als oder so hoch wie die angeforderte Turbodrehzahl ist, umfassen. Wenn die höchste motorisierte Turbodrehzahl höher als oder so hoch wie die angeforderte Turbodrehzahl ist, dann kann der gewünschte Krümmerdruck über eine Kombination von Abgas und dem Elektromotor, der den Turbo antreibt, eingehalten werden.
  • Bei Schritt 626 kann das Verfahren das Motorisieren des Turbos, um die angeforderte Turbodrehzahl einzuhalten, umfassen. In einem Beispiel kann der Elektromotor die Turbinen- und die Turbodrehzahl erhöhen. In einem anderen Beispiel kann der Motor betrieben werden, um die Turbinen- und die Turbodrehzahl zu erhöhen. Eine Motorleistung kann auf eine Leistungsabgabe erhöht werden, die größer als eine Fahreranforderung ist. Die zusätzliche Leistung, die der Differenz zwischen der Motorleistung und der von dem Fahrer angeforderten Leistung entspricht, kann verwendet werden, um den Kompressor anzutreiben und eine zusätzliche Menge an Luftströmung bereitzustellen. In einem Beispiel kann der Turbo auf eine aktuelle maximale Drehzahl basierend auf aktuellen Bedingungen oder auf eine niedrigere Drehzahl als die aktuelle maximale Drehzahl basierend auf der angeforderten Turbodrehzahl angetrieben werden.
  • Bei Schritt 628 kann das Verfahren das Anpassen des Kraftstoffzufuhr- und - einspritzzeitpunkts umfassen, wie zuvor beschrieben.
  • Wenn in einigen Beispielen des Verfahrens ein aktuelles Substitutionsverhältnis bei dem gewünschten Substitutionsverhältnis liegt und eine aktuelle Luftströmungsrate höher als eine gewünschte Luftströmungsrate, der gewünschten Luftströmungsrate basierend auf dem gewünschten Substitutionsverhältnis, ist, dann kann die aktuelle Luftströmungsrate verringert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das gewünschte Substitutionsverhältnis auf ein Substitutionsverhältnis erhöht werden, das der aktuellen Luftströmungsrate entspricht.
  • Wenn die höchste motorisierte Turbodrehzahl nicht höher als oder so hoch wie die angeforderte Turbodrehzahl ist, dann kann bei Schritt 630 das Verfahren das Überwachen des Turbos auf die höchste Drehzahl und das Bereitstellen anderer Elemente der temperaturverringernden Masse umfassen. In einem Beispiel, wenn der Batterie-SOC geringer als ein Schwellen-SOC ist, dann ist möglicherweise eine gewünschte Menge der elektrischen Energie von der Batterie nicht verfügbar, um den Turbo auf die angeforderte Turbodrehzahl anzusteuern. In einem anderen Beispiel wird der Motor möglicherweise nicht angetrieben, um die Turbodrehzahl basierend auf aktuellen Betriebsbedingungen zu erhöhen. Wenn zum Beispiel die Fahreranforderung relativ hoch ist, dann kann die maximale Drehzahl des Turbos verringert werden. Als weiteres Beispiel kann die Motorleistungsabgabe basierend auf lokalen Emissionsrichtlinien und sonstigen externen Faktoren beschränkt werden.
  • Eine Menge anderer Elemente der temperaturverringernden Masse, die bereitgestellt wird, kann proportional zu einer Differenz zwischen der aktuellen maximalen motorisierten Turbodrehzahl und der gewünschten Turbodrehzahl sein. Wenn die Differenz zunimmt, dann kann die Menge der anderen Elemente der temperaturverringernden Masse auch zunehmen. Die anderen Elemente der temperaturverringernden Masse können AGR, Wasser, Ammoniak, Alkohole und sonstige Elemente, die eine Zylindertemperatur verringern können, umfassen. Ammoniak kann als ein Kraftstoff während anderen Vielstoffverbrennungsbetriebsparametern verwendet werden. Bei den Beispielen von 5 und 6 kann jedoch Ammoniak als ein Kraftstoff und ein temperaturverringerndes Element aufgrund seiner verringerten Zündwilligkeit verwendet werden. Der Ammoniak, wenn er verwendet wird, kann dem Motor mit einer geringeren Temperatur und einer verringerten Zerstäubung zum Fördern der Wärmereduktion in dem Zylinder bereitgestellt werden. In einem Beispiel, wenn Ammoniak als ein Verdünnungsmittel verwendet wird, wobei das Ammoniak nicht während der Verbrennung brennt, dann kann das Ammoniak in dem Abgasstrom verfügbar sein, der als ein Reduktionsmittel in dem Nachbehandlungssystem zu verwenden ist. Wenngleich dies die temperaturverringernden Eigenschaften von Ammoniak in der temperaturverringernden Masse weiter verbessern kann, wird das Ammoniak möglicherweise nur als ein Verdünnungsmittel verwendet, wenn Reduktionsmittel von dem Nachbehandlungssystem angefordert wird. In einem Beispiel kann eine Menge an verbranntem Ammoniak proportional zu einer Reduktionsmittelanforderung des Nachbehandlungssystems und der Zylindertemperatur sein.
  • 7 zeigt nun ein Diagramm 700, das grafisch eine oder mehrere Anpassungen der Motorbetriebsbedingungen als Reaktion auf ein ausgewähltes Substitutionsverhältnis veranschaulicht. Das Diagramm 710 veranschaulicht ein Substitutionsverhältnis und die gestrichelte Linie 712 veranschaulicht ein gewünschtes (z. B. ein gewähltes) Substitutionsverhältnis. Das Diagramm 720 veranschaulicht eine Menge eines ersten Kraftstoffs, die dem Motor zugeführt wird. Das Diagramm 730 veranschaulicht eine Menge eines zweiten Kraftstoffs, die dem Motor zugeführt wird. Das Diagramm 740 veranschaulicht eine gesamte temperaturverringernde Masse und die gestrichelte Linie 742 veranschaulicht eine gewünschte temperaturverringernde Masse. Das Diagramm 750 veranschaulicht eine Turbodrehzahl, die gestrichelte Linie 752 veranschaulicht eine gewünschte Turbodrehzahl und die gestrichelte Linie 754 veranschaulicht eine maximale Turbodrehzahl. Das Diagramm 760 veranschaulicht eine temperaturverringernde Masse von Elementen, die sich von der Ladeluft unterscheiden. Die Zeit nimmt entlang einer Abszisse von einer linken zu einer rechten Seite der Figur zu. Die Werte für jedes Diagramm können entlang der Ordinaten schwanken.
  • Vor tl ist das Substitutionsverhältnis relativ gering und entspricht einem gewünschten Substitutionsverhältnis, was zu einer hohen Menge des ersten Kraftstoffs und einer geringen Menge des zweiten Kraftstoffs führt, die dem Motor bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann das relativ geringe Substitutionsverhältnis einem Einstoffbetrieb entsprechen, wobei nur der erste Kraftstoff dem Motor bereitgestellt wird und der zweite Kraftstoff nicht. In einem Beispiel kann der erste Kraftstoff Diesel sein. Wie zuvor beschrieben, kann der erste Kraftstoff andere kohlenstoffhaltige Kraftstoffe sein. Die temperaturverringernde Masse kann relativ gering sein, da die Zylindertemperaturen während der Einzelverbrennung relativ gering sind.
  • Bei t1 nimmt das ausgewählte Substitutionsverhältnis zu. In einem Beispiel kann sich eine Motorbetriebsbedingung von einer ersten Bedingung, wo nur der erste Kraftstoff erwünscht ist, zu einer zweiten Bedingung, wo sowohl der erste als auch der zweite Kraftstoff erwünscht sind, ändern.
  • Zwischen t1 und t2 nimmt die Menge des ersten Kraftstoffs ab und nimmt die Menge des zweiten Kraftstoffs zu. Die Turbodrehzahl wird auf die aktuelle maximale Turbodrehzahl erhöht, welche geringer als die erwünschte Turbodrehzahl ist. Von daher ist die Menge, in welcher die gesamte temperaturverringernde Masse zunimmt, geringer als die gewünschte temperaturverringernde Masse. Das Substitutionsverhältnis nimmt möglicherweise nicht bis zu dem gewünschten Substitutionsverhältnis zu aufgrund dessen, dass die temperaturverringernde Masse geringer als die gewünschte temperaturverringernde Masse ist.
  • In einem Beispiel kann die gewünschte temperaturverringernde Masse auf einer Differenz zwischen einer aktuellen Zylindertemperatur und einer Schwellenzylindertemperatur basieren. Wenn die Differenz abnimmt, kann die gewünschte temperaturverringernde Masse zunehmen, um weiter einen Temperaturanstieg des Zylinders aufgrund der Vielstoffverbrennung zu verringern. Für einen Motor, der eine Vielzahl von Zylindern aufweist, kann die temperaturverringernde Masse für jeden der Vielzahl von Zylindern basierend auf Temperaturen davon individuell angepasst werden. Die temperaturverringernde Masse, die jeder der Vielzahl von Zylindern geliefert wird, kann über AGR angepasst werden, das durch Spenderzylinder, Wassereinspritzungen und Ammoniakeinspritzungen bereitgestellt wird. Somit kann in einem Beispiel, in welchem jeder der Vielzahl von Zylindern eine unterschiedliche Masse anfordert, die Turbodrehzahl erhöht werden, um einer niedrigsten gewünschten temperaturverringernden Masse der Vielzahl von Zylindern zu entsprechen. Ammoniakeinspritzungen in jeden der Vielzahl von Zylindern können dann angepasst werden, um der Differenz zwischen der Ladungsströmung und der gewünschten temperaturverringernden Masse zu entsprechen.
  • Bei t2 werden dem Motor weitere Elemente der temperaturverringernden Masse bereitgestellt. In einem Beispiel kann Ammoniak dem Motor über Saugrohr-Injektor bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine AGR-Strömungsrate erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ kann dem Motor Wasser bereitgestellt werden. Die Menge weiterer Elemente der temperaturverringernden Masse, die bereitgestellt wird, kann proportional zu der Differenz zwischen einer aktuellen temperaturverringernden Masse, welche auf der aktuellen Turbodrehzahl basiert, und der gewünschten temperaturverringernden Masse sein. Zwischen t2 und t3 nimmt das Substitutionsverhältnis so zu, das es dem gewünschten Substitutionsverhältnis entspricht. Der erste Kraftstoff wird weniger und der zweite Kraftstoff wird mehr. Das Substitutionsverhältnis und die temperaturverringernde Masse werden bei t3 und danach beibehalten.
  • Die technische Wirkung des Erhöhens einer temperaturverringernden Masse als Reaktion auf ein Substitutionsverhältnis ist das Verringern von Zylindertemperaturanstiegen, während Verbrennungsbedingungen mit erhöhter Nutzung von kohlenstofffreien Kraftstoffen gefördert werden. Dadurch kann der Verbrauch von kohlenstoffhaltigen Kraftstoffen über ein breiteres Spektrum von Betriebsbedingungen verringert werden.
  • Die Offenbarung bietet Unterstützung für ein Verfahren umfassend das Erhöhen einer temperaturverringernden Masse eines Verbrennungsgemischs während einem Übergang zu Vielstoffverbrennung von Einzelverbrennung. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst ferner, dass eine Menge der temperaturverringernden Masse proportional zu einer Motortemperatur ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass die temperaturverringernde Masse Luft und/oder AGR und/oder Wasser umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das Bereitstellen von Ammoniak für das Verbrennungsgemisch während dem Übergang. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass das Erhöhen der temperaturverringernden Masse das Bereitstellen einer zusätzlichen Menge der Ladung umfasst, wobei die zusätzliche Menge der Ladung auf einem Spitzenzylinderdruck basiert. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das Erhöhen einer Ladeluftströmung basierend auf einer AGR-Strömungsrate und/oder einem Batterie-SOC und/oder einer Fahreranforderung und/oder einem Spitzenzylinderdruck. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner das Verzögern eines Einspritzzeitpunkts mindestens eines der Kraftstoffe, die dem Verbrennungsgemisch bereitgestellt werden. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Vielstoffverbrennung zwei oder mehr von Benzin, Diesel, durch Hydrierung hergestelltem erneuerbarem Diesel (HDRD), Alkohol, Ether, Ammoniak, Biodiesel, Wasserstoff, Erdgas, Kerosin und Synthesegas umfasst.
  • Die Offenbarung bietet ferner Unterstützung für ein System einschließlich eines ersten Kraftstoffsystems, das einen ersten Kraftstoff enthält, eines zweiten Kraftstoffsystems, das einen zweiten Kraftstoff enthält, der sich von dem ersten Kraftstoff unterscheidet, eines Turboladers, der eine Turbine und einen Kompressor umfasst, und eines Controllers, der computerlesbare Anweisungen umfasst, die in einem nichtflüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, ermöglichen, dass der Controller eine temperaturverringernde Masse eines Verbrennungsgemischs als Reaktion auf ein gewünschtes Substitutionsverhältnis anpasst. Ein erstes Beispiel des Systems umfasst ferner, dass die Anweisungen ferner ermöglichen, dass der Controller die temperaturverringernde Masse als Reaktion auf die Zunahme des gewünschten Substitutionsverhältnisses erhöht. Ein zweites Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass das erste Kraftstoffsystem mit einem Direkteinspritzer gekoppelt ist, der positioniert ist, um direkt in ein Volumen eines Zylinders eines Motors einzuspritzen, und wobei das zweite Kraftstoffsystem mit einem Saugrohr-Injektor gekoppelt ist, der positioniert ist, um in einen Ansaugstutzen des Zylinders einzuspritzen. Ein drittes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Anweisungen ferner ermöglichen, dass der Controller eine Drehzahl des Turboladers als Reaktion auf ein aktuelles Substitutionsverhältnis, das geringer als ein gewünschtes Substitutionsverhältnis ist, und eine Luftströmungsrate, die geringer als eine gewünschte Luftströmungsrate ist, anpasst. Ein viertes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass das aktuelle Substitutionsverhältnis auf einer aktuellen maximalen Drehzahl des Turboladers basiert, wobei die aktuelle maximale Drehzahl des Turboladers auf einem oder mehreren Betriebsparametern eines Motors basiert. Ein fünftes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass der erste Kraftstoff Diesel ist und der zweite Kraftstoff Wasserstoff ist. Ein sechstes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Anweisungen ferner ermöglichen, dass der Controller die temperaturverringernde Masse des Verbrennungsgemischs als Reaktion auf die Zunahme des gewünschten Substitutionsverhältnisses erhöht, wobei das gewünschte Substitutionsverhältnis auf einer Motorlast basiert.
  • Die Offenbarung bietet ferner Unterstützung für ein Verfahren einschließlich des Auswählens eines Substitutionsverhältnisses als Reaktion auf eine Motorlast und des Anpassens einer temperaturverringernden Masse eines Verbrennungsgemischs zumindest basierend auf dem Substitutionsverhältnis. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst ferner das Anpassen der temperaturverringernden Masse weiter als Reaktion auf eine Motortemperatur. Ein zweites Beispiel des Verfahrens, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass das Anpassen der temperaturverringernden Masse das Erhöhen der temperaturverringernden Masse als Reaktion darauf, dass das Substitutionsverhältnis zunimmt und/oder die Motortemperatur zunimmt, umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die temperaturverringernde Masse Ladeluft aufweist, und wobei eine Menge der Ladeluft in der temperaturverringernden Masse auf einem Spitzenzylinderdruck basiert. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorherigen Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Menge der Ladeluft in der temperaturverringernden Masse vor der Hinzugabe von sonstigen Nicht-Kraftstoff-Elementen maximiert wird.
  • Bei einer Ausführungsform können in dem Steuersystem oder dem Controller ein lokales Datensammelsystem eingesetzt werden, und kann das Steuersystem oder der Controller Machine Learning verwenden, um ableitungsbasierte Lernergebnisse zu ermöglichen. Der Controller kann von einem Satz Daten (einschließlich Daten, die von den verschiedenen Sensoren bereitgestellt werden) lernen und Entscheidungen diesbezüglich treffen, indem datengesteuerte Vorhersagen getroffen werden und gemäß dem Satz Daten angepasst werden. Bei manchen Ausführungsformen kann Machine Learning das Durchführen einer Vielzahl von Machine-Learning-Aufgaben durch Machine-Learning-Systeme, wie etwa überwachtes Lernen, unüberwachtes Lernen und Verstärkungslernen, beinhalten. Überwachtes Lernen kann das Präsentieren eines Satzes von beispielhaften Eingaben und gewünschten Ausgaben in die Machine-Learning-Systeme umfassen. Unüberwachtes Lernen kann umfassen, dass der Lernalgorithmus seine Eingabe durch Verfahren wie Mustererkennung und/oder Merkmalslemen strukturiert. Verstärkungslernen kann umfassen, dass die Machine-Learning-Systeme in einer dynamischen Umgebung ausgeführt werden und dann eine Rückmeldung hinsichtlich korrekter und falscher Entscheidungen geben. In Beispielen kann Machine Learning eine Vielzahl von anderen Aufgaben basierend auf einer Ausgabe des Machine-Learning-Systems aufweisen. Die Aufgaben können Machine-Learning-Probleme, wie etwa Klassifikation, Regression, Clustering, Dichteschätzung, Dimensionalitätsreduktion, Anomaliedetektion und dergleichen sein. In Beispielen kann Machine Learning eine Vielzahl von mathematischen und statischen Techniken umfassen. Die Machine-Learning-Algorithmen können entscheidungsbaumbasiertes Lernen, Assoziationsregel-Lernen, Deep Learning, künstliche neuronale Netze, genetische Lernalgorithmen, induktive logische Programmierung, Unterstützungsvektormaschinen (SVMs, Support Vector Machines), Bayesianisches Netzwerk, Verstärkungslernen, Repräsentationslernen, regelbasiertes Machine Learning, Sparse Dictionary Learning, Ähnlichkeits- und metrisches Lernen, Lernklassifizierersysteme (LCS, Learn Classifier Systems), logistische Regression, Random Forest, K-Means, Gradientenverstärkung, K-nearest neighbors (KNN), A-priori-Algorithmen und dergleichen umfassen. In Ausführungsformen können bestimmte Machine-Learning-Algorithmen verwendet werden (z. B. zum Lösen sowohl beschränkter als auch unbeschränkter Optimierungsprobleme, die auf natürlicher Auswahl basieren können). In einem Beispiel kann der Algorithmus verwendet werden, um Probleme der gemischten Ganzzahlprogrammierung anzugehen, wo einige Bauteilen so beschränkt sind, dass sie ganze Werte besitzen. Algorithmen und Machine-Learning-Techniken und -systeme können in Rechenintelligenzsystemen, Computer Vision, Natural Language Processing (NLP), Empfehlungssystemen, Verstärkungslernen, 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 Policy-Engine aufweisen, die eine oder mehrere Richtlinien anwenden kann. Diese Richtlinien können mindestens teilweise auf Merkmalen eines gegebenen Elements von Geräten oder der Umgebung basieren. Bezüglich Steuerrichtlinien kann ein neuronales Netz eine Eingabe einer Anzahl von umwelt- und aufgabenbezogenen Parametern erhalten. Das neuronale Netz kann so trainiert werden, dass es eine Ausgabe basierend auf diesen Eingaben erzeugt, wobei die Ausgabe eine Maßnahme oder Sequenz von Maßnahmen darstellt, die das Motorsystem ergreifen sollte. Dies kann zum Ausgleichen von miteinander konkurrierenden Beschränkungen bezüglich des Motors 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 jene Maßnahme als die gewünschte Maßnahme bestimmt. Diese Maßnahme kann in ein Signal umgewandelt werden, das bewirkt, dass der Motor arbeitet. Dies kann durch Backpropagation, Feed-Forward-Prozesse, Closed-Loop-Feedback oder Open-Loop-Feedback erreicht werden. Alternativ kann statt dem Verwenden von Backpropagation das Machine-Learning-System des Controllers Evolutionsstrategietechniken verwenden, um verschiedene Parameter des künstlichen neuronalen Netzes fein einzustellen. 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 ihrer Knotenverbindungen darstellen. Es wird eine Anzahl von Kopien dieses Netzwerks erzeugt, und dann werden verschiedene Anpassungen bezüglich der Parameter vorgenommen und Simulationen durchgeführt. Nachdem die Ausgabe von den verschiedenen Modellen erhalten wird, können sie bezüglich ihrer Leistung unter Verwendung einer bestimmten Erfolgsmetrik ausgewertet werden. Das beste Modell wird ausgewählt und der Fahrzeugcontroller führt jenen Plan aus, um zu erreichen, dass die gewünschten Eingabedaten das vorhergesagte beste Ergebnisszenario abbilden. 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“ voransteht, derart verstanden werden, dass sie nicht die Mehrzahl der Elemente oder Schritte ausschließen, es sei denn, dieser Ausschluss wird ausschließlich angegeben. Ferner schließen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung nicht das Vorhandensein von zusätzlichen Ausführungsformen aus, die ebenfalls die genannten Merkmale enthalten. Es sei denn, es wird explizit das Gegenteil angegeben, können ferner Ausführungsformen, die ein Element oder eine Vielzahl von Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „einschließen“ oder „besitzen“, zusätzliche derartige Elemente aufwiesen, die nicht jene Eigenschaft besitzen. Die Begriffe „einschließlich“ und „in welchem/welcher“ werden als die klartextsprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe „der/die/das aufweist“ und „wobei“ verwendet. Ferner werden die Begriffe „erste(r)“, „zweite(r)“ und „dritte(r)“ usw. nur als Bezeichnungen verwendet und sollen keine numerischen Voraussetzungen oder eine bestimmte Positionsreihenfolge bezüglich ihrer Objekte auferlegen.
  • Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und durch das Steuersystem mit dem Controller in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellgliedern und sonstiger Motor-Hardware ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hierin beschrieben sind, können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Von daher können verschiedene Maßnahmen, Operationen und/oder Funktionen, die veranschaulicht sind, in der veranschaulichten Sequenz durchgeführt werden, 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 der Veranschaulichung und Beschreibung wegen bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wo die beschriebenen Maßnahmen durch Ausführen der Anweisungen in einem System einschließlich der verschiedenen Motor-Hardware-Bauteilen in Kombination mit dem Elektronik-Controller ausgeführt werden.
  • Diese Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung einschließlich des besten Modus, und auch um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, einschließlich der Herstellung und Verwendung beliebiger Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung beliebiger aufgenommener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die einem Fachmann in den Sinn kommen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von der wortwörtlichen Ausdrucksweise der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden in Bezug auf die wortwörtlichen Ausdrucksweisen der Ansprüche aufweisen.

Claims (20)

  1. Verfahren, umfassend: Erhöhen einer temperaturverringernden Masse eines Verbrennungsgemischs während einem Übergang von Einzelverbrennung zu Vielstoffverbrennung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Menge der temperaturverringernden Masse proportional zu einer Motortemperatur ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die temperaturverringernde Masse Luft und/oder AGR und/oder Wasser umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bereitstellen von Ammoniak für das Verbrennungsgemisch während dem Übergang.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhöhen der temperaturverringernden Masse das Bereitstellen einer zusätzlichen Menge an Ladung umfasst, wobei die zusätzliche Menge an Ladung auf einem Spitzenzylinderdruck basiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erhöhen einer Ladeluftströmung basierend auf einer AGR-Strömungsrate und/oder einem Batterie-SOC und/oder einer Fahreranforderung und/oder einem Spitzenzylinderdruck.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Verzögern eines Einspritzzeitpunkts von mindestens einem der Kraftstoffe, die dem Verbrennungsgemisch bereitgestellt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielstoffverbrennung zwei oder mehr von Benzin, Diesel, durch Hydrierung hergestelltem erneuerbarem Diesel (HDRD), Alkohol, Ether, Ammoniak, Biodiesel, Wasserstoff, Erdgas, Kerosin und Synthesegas umfasst.
  9. System, aufweisend: ein erstes Kraftstoffsystem, das einen ersten Kraftstoff enthält; ein zweites Kraftstoffsystem, das einen zweiten Kraftstoff enthält, der sich von dem ersten Kraftstoff unterscheidet; einen Turbolader, der eine Turbine und einen Kompressor aufweist; und einen Controller, der computerlesbare Anweisungen umfasst, die in einem nichtflüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, ermöglichen, dass der Controller: eine temperaturverringernde Masse eines Verbrennungsgemischs als Reaktion auf ein gewünschtes Substitutionsverhältnis anpasst.
  10. System nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen ferner ermöglichen, dass der Controller die temperaturverringernde Masse als Reaktion auf die gewünschte Substitutionsverhältniserhöhung erhöht.
  11. System nach Anspruch 9, wobei das erste Kraftstoffsystem mit einem Direkteinspritzer gekoppelt ist, der positioniert ist, um direkt in ein Volumen eines Zylinders eines Motors einzuspritzen, und wobei das zweite Kraftstoffsystem mit einem Saugrohr-Injektor gekoppelt ist, der positioniert ist, um in eine Ansaugstutzen des Zylinders einzuspritzen.
  12. System nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen ferner ermöglichen, dass der Controller eine Drehzahl des Turboladers als Reaktion darauf, dass ein aktuelles Substitutionsverhältnis geringer als ein gewünschtes Substitutionsverhältnis ist und eine Luftströmungsrate geringer als eine gewünschte Luftströmungsrate ist, anpasst.
  13. System nach Anspruch 9, wobei das aktuelle Substitutionsverhältnis auf einer aktuellen maximalen Drehzahl des Turboladers basiert, wobei die aktuelle maximale Drehzahl des Turboladers auf einem oder mehreren Betriebsparametern eines Motors basiert.
  14. System nach Anspruch 9, wobei der erste Kraftstoff Diesel ist und der zweite Kraftstoff Wasserstoff ist.
  15. System nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen ferner ermöglichen, dass der Controller die temperaturverringernde Masse des Verbrennungsgemischs als Reaktion auf die gewünschte Substitutionsverhältniserhöhung erhöht, wobei das gewünschte Substitutionsverhältnis auf einer Motorlast basiert.
  16. Verfahren, umfassend: Auswählen eines Substitutionsverhältnisses als Reaktion auf eine Motorlast; und Anpassen einer temperaturverringernden Masse eines Verbrennungsgemischs basierend mindestens auf dem Substitutionsverhältnis.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Anpassen der temperaturverringernden Masse weiter als Reaktion auf eine Motortemperatur erfolgt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Anpassen der temperaturverringernden Masse das Erhöhen der temperaturverringernden Masse als Reaktion auf die Substitutionsverhältniserhöhung und/oder die Motortemperaturerhöhung umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die temperaturverringernde Masse Ladeluft aufweist, und wobei eine Menge der Ladeluft in der temperaturverringernden Masse auf einem Spitzenzylinderdruck basiert.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Menge der Ladeluft in der temperaturverringernden Masse vor dem Hinzufügen sonstiger Nicht-Kraftstoff-Elemente maximiert wird.
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