DE102023110236A1 - NOx-MINDERUNGSSTRATEGIE IN METHANOL- VERBRENNUNGSMOTOR - Google Patents

NOx-MINDERUNGSSTRATEGIE IN METHANOL- VERBRENNUNGSMOTOR Download PDF

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Abstract

Der Betrieb eines Verbrennungsmotorsystems (8) beinhaltet das Zuführen eines Stroms druckbeaufschlagter Ansaugluft zu einer Vielzahl von Zylindern (14) in einem Motor (10) zur Verbrennung mit einem Methanolkraftstoff. Ein Motorparameter, der zumindest entweder einen NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswertes des Motors angibt, wird überwacht, und Wasser wird basierend auf dem überwachten Motorparameter in eine Ansaugleitung (22) für den Motor eingespritzt, um den NOx-Abgaswert des Motors zu begrenzen. Ein entsprechendes Gerät und eine entsprechende Steuerlogik sind offenbart.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf die Steuerung der NOx-Emissionen eines Verbrennungsmotors und insbesondere auf das Einspritzen von Wasser in eine Ansaugleitung zum Begrenzen des NOx-Abgaswertes eines mit Methanolkraftstoff betriebenen Motors.
  • Stand der Technik
  • Verbrennungsmotoren sind in der ganzen Welt für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt, vom Antrieb in Land- und Wasserfahrzeugen bis hin zur Erzeugung elektrischer Energie und dem Betrieb von Pumpen, Verdichtern und anderen Geräten. Ingenieure haben jahrzehntelang mit Strategien zur Steuerung bestimmter Emissionen aus dem Betrieb von Verbrennungsmotoren experimentiert, die Feinstaub, Stickoxide oder „NOx“ und andere beinhalten. In den letzten Jahren wurden beträchtliche Forschungsanstrengungen auf die Verwendung alternativer Kraftstoffe gerichtet, die im Vergleich zu herkömmlichen Kohlenwasserstoffkraftstoffen wie Diesel, Benzin und Erdgas geringere Mengen an verschiedenen Emissionen erzeugen und/oder einen anderen Emissions-Fußabdruck aufweisen.
  • Ein solcher alternativer Kraftstoff, der eine breite Akzeptanz verspricht, ist Methanol und Methanolgemische. Methanol bietet den Vorteil, dass die Produktion bestimmter Emissionen erheblich reduziert wird und möglicherweise nahezu bei Null liegt. Viele der bekannten Motoren und Betriebsstrategien sind jedoch ungeachtet dessen speziell für herkömmliche Kohlenwasserstoffkraftstoffe ausgelegt. Daher suchen Ingenieure weiterhin nach Verbesserungen im Hinblick auf die Anpassung bestehender Plattformen an Methanol sowie die Entwicklung völlig neuer Konfigurationen von Motoren und Kraftstoffsystemen sowie Betriebs- und Emissionsminderungsstrategien. Das US-Patent Nr. 5,560,344 an Chan beschreibt eine bekannte Technologie, die auf eine Vorrichtung zur Zuführung und Lagerung von Kraftstoff für einen Mehrstoffmotor abzielt, der Methanol verwendet.
  • Kurzdarstellung
  • In einem Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotorsystems das Zuführen eines Stroms von druckbeaufschlagter Ansaugluft durch eine Ansaugleitung zu einer Vielzahl von Zylindern in einem Motor und das Verbrennen eines Methanolkraftstoffs und der druckbeaufschlagten Luft in der Vielzahl von Zylindern. Das Verfahren beinhaltet ferner das Überwachen eines Motorparameters, der zumindest einen NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors angibt. Das Verfahren beinhaltet ferner das Einspritzen von Wasser zum Reduzieren oder Begrenzen der Temperatur in der Vielzahl von Zylindern, basierend auf dem überwachten Motorparameter, und das Begrenzen des NOx-Abgaswertes des Motors basierend auf dem eingespritzten Wasser.
  • In einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verbrennungsmotorsystem eine Methanolkraftstoffversorgung, einen Motor mit einer Vielzahl von darin gebildeten Verbrennungszylindern und eine Vielzahl von Methanoleinlassventilen, die mit der Methanolkraftstoffversorgung in Fluidverbindung stehen. Das Motorsystem beinhaltet ferner eine Ansaugleitung mit einem Wasseranschluss, die sich zu dem Motor erstreckt, um einen Strom druckbeaufschlagter Ansaugluft zu der Vielzahl von Zylindern zu leiten, sowie einen mit dem Wasseranschluss gekoppelten Wasserinjektor. Das Motorsystem beinhaltet ferner einen zum Überwachen eines Motorparameters strukturierten Sensor, der zumindest einen NOx-Abgaswert des Motors oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors angibt. Das Motorsystem beinhaltet ferner eine mit dem Sensor gekoppelte NOx-Steuereinheit, die in Steuerverbindung mit dem Wasserinjektor steht. Die NOx-Steuereinheit ist zum Empfangen von Daten des überwachten Motorparameters, die von dem Sensor erzeugt werden, und zum Ausgeben eines Wassereinspritzbefehls an den Wasserinjektor basierend auf den Daten strukturiert, um den NOx-Abgaswert des Motors durch Einspritzen von Wasser in die Ansaugleitung zu begrenzen.
  • In einem weiteren Aspekt beinhaltet ein NOx-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor eine Wasserversorgungsleitung, einen mit der Wasserversorgungsleitung in Fluidverbindung stehenden Wasserinjektor und eine mit der Wasserversorgungsleitung gekoppelte Heizvorrichtung, die zum Erwärmen des zum Wasserinjektor geförderten Wassers zur Einspritzung als Dampf in eine Ansaugleitung eines Motors strukturiert ist. Das NOx-Steuersystem beinhaltet ferner einen zum Überwachen eines Motorparameters strukturierten Sensor, der zumindest entweder einen NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors angibt, und eine mit dem Sensor gekoppelte NOx-Steuereinheit, die in Steuerverbindung mit dem Wasserinjektor steht. Die NOx-Steuereinheit ist zum Empfangen von Daten des überwachten Motorparameters, die von dem Sensor erzeugt werden, zum Vergleichen eines durch die Daten angegebenen NOx-Abgaswertes mit einem Soll-NOx-Abgaswert und zum Ausgeben eines Wassereinspritzbefehls an den Wasserinjektor basierend auf einer Differenz zwischen dem angegebenen NOx-Abgaswert und dem Soll-NOx-Abgaswert strukturiert. Die NOx-Steuereinheit ist ferner zum Begrenzen des NOx-Abgaswertes des Motors basierend auf einer Einspritzung von Wasser als produzierten Dampf in Reaktion auf den Wassereinspritzbefehl strukturiert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer Ausführungsform; und
    • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das beispielhafte Verfahrensweisen und den Logikablauf gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Verbrennungsmotorsystem 8 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Motorsystem 8 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Motorgehäuse 12, in dem eine Vielzahl von Verbrennungszylindern 16 ausgebildet ist. Innerhalb der Zylinder 14 ist eine Vielzahl von Kolben 16 angeordnet, die auf herkömmliche Weise zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition bewegt werden können, üblicherweise, wenn auch nicht notwendigerweise, in einem Viertaktmotorzyklus. Die Zylinder 14 können eine beliebige Anzahl und eine beliebige Anordnung beinhalten, wie beispielsweise eine Reihenanordnung, eine V-Anordnung oder eine andere. Das Motorsystem 8 kann unter anderem für den Antrieb von Fahrzeugen, den Betrieb eines Verdichters, einer Pumpe oder eines elektrischen Generators eingesetzt werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Das Motorsystem 8 umfasst ebenfalls ein Ansaugsystem 18 mit einem Lufteinlass 20 und eine sich zu dem Motor 10 erstreckende Ansaugleitung 22, um der Vielzahl von Zylindern 14 einen Strom druckbeaufschlagter Ansaugluft zuzuführen. Die Ansaugleitung 22 umfasst einen Wasseranschluss 24. In der dargestellten Ausführungsform befindet sich der Wasseranschluss 24 fluidisch zwischen einem Verdichter 36 in einem Turbolader 34 und einem mit dem Motorgehäuse 12 gekoppelten Ansaugkrümmer 26. Das Motorsystem 8 beinhaltet auch ein Abgassystem 28 mit einem Abgaskrümmer 30 und einem Abgasauslass 38. Die von dem Abgaskrümmer 30 zu dem Abgasauslass 38 geförderten Abgase strömen durch eine Turbine 32 in Turbolader 34.
  • Das Motorsystem 8 beinhaltet ferner ein Kraftstoffsystem 40 mit einer Methanolkraftstoffversorgung 42, zumindest einer Pumpe 44 und einer sich von der Pumpe 44 zu einer Vielzahl von Methanoleinlassventilen 46 erstreckenden Kraftstoffversorgungsleitung 45. Die Methanoleinlassventile 46 können als Anschlussinjektoren ausgelegt sein, die zum Einspritzen eines flüssigen Methanolkraftstoffs unmittelbar stromaufwärtig der Zylinder 14 in einen zu den Zylindern 14 geförderten Strom von druckbeaufschlagter Ansaugluft positioniert sind. Die Methanoleinlassventile 46 können jeweils einen elektrischen Aktor 47 beinhalten, der auf herkömmliche Weise betrieben werden kann, um den Zeitpunkt und die Art der Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Die Methanolkraftstoffversorgung 42 kann einen flüssigen Methanolkraftstoff wie beispielsweise reines Methanol, Methanolgemische, in denen Methanol überwiegt, oder möglicherweise auch einen anderen alkoholbasierten Kraftstoff enthalten. Das Kraftstoffsystem 40 beinhaltet ebenfalls eine Pilotkraftstoffversorgung 48, eine Pilotkraftstoff-Niederdruckpumpe 50 und eine Pilotkraftstoff-Hochdruckpumpe 52. Das Kraftstoffsystem 40 kann auch eine Vielzahl von direkten Pilotkraftstoffinjektoren 54 umfassen, die jeweils positioniert sind, um sich teilweise in einen der Zylinder 14 zu erstrecken. Die Pilotkraftstoffinjektoren 54 können gemäß herkömmlichen Strategien auch elektrisch betätigt sein. Die Methanoleinlassventile 46 und die Pilotkraftstoffinjektoren 54 können jeweils eine Versorgung mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff, Methanol bzw. Pilotkraftstoff aus einem gemeinsamen druckbeaufschlagten Kraftstoffvorratsbehälter oder Common Rail empfangen. In anderen Implementierungen könnten so genannte Einheitsinjektoren bereitgestellt werden, um den Kraftstoff für einen oder mehr als einen, aber weniger als alle, der jeweiligen Injektoren mit Druck zu beaufschlagen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können auch andere Strategien zur Druckbeaufschlagung und Zuführung von Kraftstoff verwendet werden. Der Pilotkraftstoff kann jeder geeignete kompressionsgezündete Flüssigkraftstoff sein, wie beispielsweise ein Dieseldestillatkraftstoff oder ein Kraftstoff mit niedrigerem Cetanwert und einem Cetanverbesserer. In einer praktischen Implementierung kann eine relativ kleine Piloteinspritzung von Pilotkraftstoff in jeden Zylinder 14 eingespritzt und kompressionsgezündet werden, um eine relativ größere, über einen Anschluss eingespritzte Hauptladung von Methanolkraftstoff zu zünden. Das Motorsystem 8 kann auch für den Betrieb in einem reinen Dieselbetrieb ausgelegt sein, bei dem kein Methanol zugeführt wird und der gesamte Kraftstoffbedarf durch Einspritzung von Dieselkraftstoff gedeckt wird.
  • Das Motorsystem 8 kann ferner ein Wassersystem 56 mit einem Wassertank 58, einem mit dem Wasseranschluss 24 gekoppelten Wasserinjektor 60 und einer sich von dem Wassertank 58 zu dem Wasserinjektor 60 erstreckenden Wasserleitung 62 beinhalten. Das Motorsystem 8 kann ebenfalls eine zum ausreichenden Erwärmen des Einspritzwassers für die Einspritzung als Dampf strukturierte Heizung 64 beinhalten. Das ausreichende Erwärmen des Wassers für die Einspritzung als Dampf beinhaltet das Erwärmen des Wassers zumindest auf eine Siedetemperatur, die in der Regel über der Siedetemperatur von Wasser auf Meereshöhe (100 °C) liegt. Wasser kann auch erwärmt oder weiter erhitzt werden, sobald es in Dampfform vorliegt. In einer praktischen Implementierung wird der Dampf durch den Wasserinjektor 60 eingespritzt. Der Wasserinjektor 60 oder andere Komponenten in dem Wassersystem 56 können ausgelegt sein, um Dampf unter Druck für die Einspritzung zu speichern oder um Wasser zu ermöglichen, mehr oder weniger sofort zu Dampf zu verdampfen, wenn der Wasserinjektor 60 geöffnet wird. Das in die Ansaugleitung 22 eingespritzte Wasser reduziert oder begrenzt die Verbrennungstemperaturen auf Werte, die mit einer Reduzierung der NOx-Produktion verbunden sind.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Heizvorrichtung 64 einen mit der Wasserleitung 62 gekoppelten Abgas-Wasser-Wärmetauscher, wodurch Motorabgase und Wasser als Arbeitsflüssigkeiten verwendet werden. Eine Wasserpumpe 59 pumpt Wasser aus dem Wassertank 58 durch die Heizvorrichtung 64, um es zu dem Wasserinjektor 60 zu fördern. Dementsprechend tauscht ein Strom heißer Motorabgase von dem Abgaskrümmer 30 zu dem Abgasauslass 38 Wärme mit durch die Wasserleitung 62 gepumptem Wasser aus. Geeignete Pump- und Temperatursteuerungen können zur Regelung der Wassertemperatur über die Erwärmung in der Heizvorrichtung 64 und eines Stroms von Wasser und/oder Dampf eingesetzt werden, sodass bei Betätigung des Wasserinjektors 60 Dampf zur Einspritzung in die Ansaugleitung 22 zur Verfügung steht. Die elektrische Erwärmung des Wassers für die Einspritzung kann in einigen Ausführungsformen alternativ oder ergänzend zur Erwärmung des Wassers durch Abgaswärme verwendet werden. Wie aus der folgenden Beschreibung weiter hervorgeht, ist das Motorsystem 8 in einzigartiger Weise zum kontrollierbaren Einspritzen von Wasser ausgelegt, um die Verbrennungstemperaturen in dem Motor 10 zu steuern und dadurch einen NOx-Abgaswert der Abgase des Motors 10 zu begrenzen. Die Wassereinspritzung zur NOx-Steuerung kann auch in Verbindung mit anderen bekannten Strategien implementiert werden, die beispielsweise die Anpassung der Zündzeitpunkte, Abgasrückführung (AGR) und/oder selektive katalytische Reduktion (SCR) beinhalten.
  • Zu diesem Zweck beinhaltet das Motorsystem 8 ferner ein NOx-Steuersystem 70. Das NOx-Steuersystem 70 kann als die Wasserversorgungsleitung 62, den Wasserinjektor 60, die Heizvorrichtung 64 und verschiedene Sensoren und elektronische Steuerungen zur NOx-Begrenzung beinhaltend verstanden werden. In einer Ausführungsform beinhaltet das NOx-Steuersystem 70 einen NOx-Sensor 72, der zur direkten Erfassung von NOx in dem Abgas des Motors 10 positioniert ist, beispielsweise zwischen der Turbine 34 und dem Abgasauslass 38, wie dargestellt. Das NOx-Steuersystem 70 kann auch einen oder mehrere Temperatursensoren beinhalten, die strukturiert sind, um indirekt einen NOx-Abgaswert des Motors 10 anzugeben, zu schätzen oder zu folgern. So kann das NOx-Steuersystem 70 beispielsweise zumindest einen Ansaugtemperatursensor 74 oder einen Abgastemperatursensor 76 beinhalten, der zum Überwachen von Motortemperaturparametern strukturiert ist, die eine bekannte oder ermittelbare Beziehung zu dem NOx-Abgaswert aufweisen. Das NOx-Steuersystem 70 beinhaltet in der Regel zumindest einen zum Überwachen eines Motorparameters strukturierten Sensor, der zumindest entweder einen NOx-Abgaswert des Motors 10 oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors 10 angibt. Das NOx-Steuersystem 70 kann einen oder mehrere der in 1 dargestellten Sensoren zur Verwendung bei der Überwachung eines oder mehrerer Motorparameter beinhalten, die einen NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors 10 angeben. Fachleute auf dem Gebiet werden sich verschiedene alternative Sensoranordnungen, einschließlich virtueller Sensoren, vorstellen können, die zum Ermitteln oder Schätzen eines NOx-Abgaswertes eines Motors verwendet werden können.
  • Das NOx-Steuersystem 70 umfasst ferner eine NOx-Steuereinheit 80. Die NOx-Steuereinheit 80 kann eine programmierbare Logiksteuerung wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder eine andere programmierbare Logikeinheit beinhalten, die mit dem zumindest einen Sensor gekoppelt ist, der den betreffenden Motorparameter überwacht und in Steuerverbindung mit dem Wasserinjektor 60 steht. Der Wasserinjektor 60 kann elektrisch, beispielsweise elektromagnetisch, betätigt werden. Die NOx-Steuereinheit 80 ist zum Empfangen von Daten des überwachten Motorparameters, die von dem Sensor 72, 74, 76 erzeugt werden, und zum Ausgeben eines Wassereinspritzbefehls an den Wasserinjektor 60 basierend auf den Daten strukturiert, um den NOx-Abgaswert des Motors 10 durch Einspritzen von Wasser in die Ansaugleitung 22 zu begrenzen.
  • Das NOx-Steuersystem 70 kann auch einen Ortungssensor 78 beinhalten. Fachleute auf dem Gebiet sind mit den unterschiedlichen gesetzlichen oder regionalen Anforderungen an die NOx-Emissionswerte vertraut. Die zulässigen oder gewünschten NOx-Emissionswerte, wenn ein Wasserfahrzeug im Hafen liegt, können sich beispielsweise von den zulässigen oder gewünschten NOx-Emissionswerten auf hoher See unterscheiden. Der Ortungssensor 78 kann Ortungsdaten, wie beispielsweise globale Positionsbestimmungs-(GPS-)Daten, erzeugen, die den Standort einer mobilen Maschine, die das Motorsystem 8 nutzt, wie beispielsweise eines Wasserfahrzeugs, angeben. In anderen Fällen können unterschiedliche zulässige oder gewünschte NOx-Emissionswerte angetroffen werden, wenn das Motorsystem 8 in einem Landfahrzeug verwendet wird.
  • Wie hierin weiter erläutert, kann die NOx-Steuereinheit 80 ferner zum Ermitteln eines NOx-Fehlers und zur iterativen Reduzierung des NOx-Fehlers über den Wassereinspritzbefehl strukturiert sein. Das Ermitteln eines NOx-Fehlers kann den Vergleich eines durch den überwachten Motorparameter angegebenen NOx-Abgaswertes, einschließlich zumindest entweder eines NOx-Abgaswertes oder einer Abgastemperatur, wie hierin erläutert, mit einem Soll-NOx-Abgaswert beinhalten. Basierend auf einem ermittelten oder geschätzten Standort einer das Motorsystem 8 nutzenden Maschine kann ein Soll-NOx-Wert von der NOx-Steuereinheit 80 festgelegt werden. In einer Implementierung beinhaltet die NOx-Steuereinheit 80 einen computerlesbaren Speicher, in dem verschiedene NOx-Sollwerte gespeichert sind, die verschiedenen Maschinenstandorten entsprechen. In einer anderen Implementierung könnte die NOx-Steuereinheit 80 beispielsweise mit einer externen Vorrichtung oder einem externen System kommunizieren, das die zulässigen NOx-Abgaswerte überträgt. In verschiedenen Implementierungen kann die NOx-Steuereinheit 80 Daten empfangen, die auf eine Änderung des Soll-NOx-Abgaswertes hinweisen, einschließlich Standortdaten oder anderer Daten. Die iterative Reduzierung eines NOx-Abgasfehlers durch Einspritzung von Wasser in die Ansaugleitung 22 ist ein Beispiel für die Begrenzung des NOx-Abgaswertes gemäß der vorliegenden Offenbarung und kann als eine NOx-Begrenzung im geschlossenen Kreislauf verstanden werden. Beispielsweise kann die NOx-Steuereinheit 80 kontinuierlich oder periodisch den NOx-Abgaswert abfragen und im Verlauf der Zeit bei Bedarf Wasser einspritzen, um den NOx-Abgaswert durch Reduzieren eines NOx-Fehlers in Richtung eines Soll-NOx-Abgaswertes zu treiben oder den NOx-Abgaswert auf oder unterhalb des Soll-NOx-Abgaswertes zu halten. In einem anderen Beispiel könnte der Betrieb ein offener Regelkreis sein, bei dem die NOx-Steuereinheit 80 einen NOx-Abgaswert überwacht oder einen NOx-Abgasfehler ermittelt und die Wassereinspritzung basierend auf einer zugeordneten Beziehung zwischen der Wassereinspritzmenge oder -dauer, dem NOx-Abgaswert und/oder anderen Motorparametern wie beispielsweise der Abgastemperatur und/oder der Motorlast kontrolliert befiehlt.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Mit nunmehriger Bezugnahme auch auf 2 ist ein Ablaufdiagramm 100 dargestellt, das gemäß einer Ausführungsform eine beispielhafte Methodik und einen beispielhaften Logikstrom veranschaulicht. In einem Block 110 wird ein Strom druckbeaufschlagter Ansaugluft durch die Ansaugleitung 22 den Zylindern 14 in dem Motor 10 zur Verbrennung mit Methanolkraftstoff zugeführt. Wie hierin erläutert, könnte die Verbrennung eines Methanolkraftstoffs und druckbeaufschlagter Luft in den Zylindern 14 durch Kompressionszündung eines direkt eingespritzten flüssigen Pilotkraftstoffs eingeleitet werden. In anderen Fällen kann eine Funkenzündung über Zündkerzen verwendet werden, die jeweils mit einem der Zylinder 14 verbunden sind. In einigen Implementierungen könnten auch Glühkerzen verwendet werden.
  • Von Block 110 geht das Ablaufdiagramm 100 zur Überwachung eines Motorparameters, der zumindest entweder den NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswertes angibt, zu einem Block 120 über. Wie hierin erläutert, könnte der überwachte Motorparameter einen direkt überwachten NOx-Abgaswert oder einen indirekt ermittelten, geschätzten oder gefolgerten NOx-Abgaswert beinhalten. Von Block 120 geht das Ablaufdiagramm 100 zum Vergleichen des von dem überwachten Motorparameter angegebenen NOx-Abgaswertes mit einem Soll-NOx-Abgaswert zu einem Block 130 über. Es sei daran erinnert, dass der Soll-NOx-Abgaswert beispielsweise auf einem gegenwärtigen Standort des Motorsystems 8 und den geltenden gesetzlichen oder regionalen Anforderungen basieren kann.
  • Von Block 130 geht das Ablaufdiagramm 100 zum Ermitteln eines NOx-Fehlers zu einem Block 140 über. Der NOx-Fehler könnte beispielsweise eine arithmetische Differenz zwischen einem angegebenen NOx-Abgaswert und einem Soll-NOx-Wert beinhalten. Anstelle einer arithmetischen Differenz kann in einigen Ausführungsformen auch ein anderer quantitativer Begriff oder sogar ein qualitativer Begriff wie beispielsweise „hohes NOx“ oder „mittleres NOx“ oder „niedriges NOx“ verwendet werden. Von Block 140 geht das Ablaufdiagramm 100 zum Ausgeben eines Wassereinspritzbefehls, wie beispielsweise eines elektrischen Strombefehls an einen Magnetaktor des Wasserinjektors 60, zum Einspritzen von Wasser, üblicherweise als Dampf, in die Ansaugleitung 22 zu einem Block 150 über. Der Wassereinspritzbefehl kann auf einer Differenz zwischen dem von dem überwachten Motorparameter angegebenen NOx-Abgaswert und dem Soll-NOx-Abgaswert, und in dem dargestellten Fall auf dem ermittelten NOx-Fehler basieren.
  • Die vorliegende Beschreibung dient lediglich zur Veranschaulichung und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Fachleute auf dem Gebiet werden es daher begrüßen, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen erfolgen könnten, ohne von dem beabsichtigten und angemessenen Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Prüfung der beigefügten Zeichnungen und angefügten Ansprüche deutlich werden. In der hierin verwendeten Form sollen die Artikel „ein/eine/einer/eines“ ein oder mehrere Elemente beinhalten und können mit „ein oder mehr“ austauschbar verwendet werden. Wenn nur ein Gegenstand beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Auch die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „umfassend“ oder dergleichen sind als offene Begriffe gedacht. Des Weiteren soll der Ausdruck „basierend auf" zumindest teilweise basierend auf bedeuten, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5560344 [0003]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotorsystems (8), umfassend: Zuführen eines Stroms druckbeaufschlagter Ansaugluft durch eine Ansaugleitung (22) zu einer Vielzahl von Zylindern (14) in einem Motor (10); Verbrennen eines Methanolkraftstoffs und der druckbeaufschlagten Luft in der Vielzahl von Zylindern; Überwachen eines Motorparameters, der zumindest entweder einen NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors angibt; Einspritzen von Wasser zum Reduzieren oder Begrenzen der Temperatur in der Vielzahl von Zylindern, basierend auf dem überwachten Motorparameter; und Begrenzen des NOx-Abgaswertes des Motors basierend auf der Wassereinspritzung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen von Wasser das Einspritzen des Wassers als Dampf beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend das direkte Einspritzen eines Pilotkraftstoffs in jeden der Vielzahl von Zylindern und das Zünden des Methanolkraftstoffs durch Kompressionszündung des Pilotkraftstoffs.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Einspritzen von Wasser ferner das Einspritzen von Wasser an einer Einspritzstelle der Ansaugleitung umfasst, die sich zwischen einem Verdichter (36) und einem Ansaugkrümmer (26) des Motors befindet; und das Verfahren ferner das Erwärmen des Wassers über die Abgaswärme des Motors vor der Einspritzung umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überwachen eines Motorparameters zumindest das Überwachen entweder eines NOx-Abgaswertes oder einer Abgastemperatur beinhaltet; das Verfahren ferner umfassend: Vergleichen eines durch den überwachten Motorparameter angegebenen NOx-Abgaswertes mit einem Soll-NOx-Abgaswert; und Ermitteln eines NOx-Abgasfehlers und iteratives Reduzieren des NOx-Abgasfehlers durch das Einspritzen von Wasser in die Ansaugleitung.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Empfangen von Daten, die eine Änderung des Soll-NOx-Abgaswertes angeben; und wobei die Daten, die eine Änderung des Soll-NOx-Wertes angeben, Standortdaten beinhalten.
  7. Verbrennungsmotorsystem (8), umfassend: eine Methanolkraftstoffversorgung (42); einen Motor (10) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Verbrennungszylindern (14) und einer Vielzahl von Methanoleinlassventilen (46), die in Fluidverbindung mit der Methanolkraftstoffversorgung stehen; eine Ansaugleitung (22), die einen Wasseranschluss (24) beinhaltet und sich zu dem Motor erstreckt, um der Vielzahl von Zylindern einen Strom von druckbeaufschlagter Ansaugluft zuzuführen; einen mit dem Wasseranschluss gekoppelt Wasserinjektor (60); einen zum Überwachen eines Motorparameters strukturierten Sensor (72, 74, 76), der zumindest entweder einen NOx-Abgaswert des Motors oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors angibt; eine mit dem Sensor gekoppelte und in Steuerverbindung mit dem Wasserinjektor stehende NOx-Steuereinheit (80), wobei die NOx-Steuereinheit strukturiert ist zum: Empfangen von Daten des von dem Sensor erzeugten überwachten Motorparameters; und Ausgeben eines Wassereinspritzbefehls an den Wasserinjektor basierend auf den Daten, um den NOx-Abgaswert des Motors durch Einspritzen von Wasser in die Ansaugleitung zu begrenzen.
  8. Motorsystem nach Anspruch 7, ferner umfassend eine zum ausreichenden Erwärmen des Wassers für die Einspritzung als Dampf strukturierte Heizvorrichtung (64); wobei die Heizvorrichtung einen Abgas-Wasser-Wärmetauscher beinhaltet; und wobei der Sensor einen Abgas-NOx-Sensor (72) beinhaltet; und wobei die NOx-Steuereinheit ferner zum Ermitteln eines NOx-Fehlers und zur iterativen Reduzierung des NOx-Fehlers über den Wassereinspritzbefehl strukturiert ist.
  9. Motorsystem nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend einen Ortungssensor (78), und wobei die NOx-Steuereinheit ferner zum Festlegen eines Soll-NOx-Abgaswerte basierend auf den von dem Ortungssensor erzeugten Standortdaten strukturiert ist.
  10. Motorsystem nach einem der Ansprüche 7-9, ferner umfassend eine Pilotkraftstoffversorgung (48), die einen kompressionsgezündeten Pilotkraftstoff enthält, und eine Vielzahl von direkten Pilotkraftstoffinjektoren (54), die mit der Vielzahl von Zylindern gekoppelt sind.
  11. NOx-Steuersystem (70) für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend: eine Wasserversorgungsleitung (62); einen mit der Wasserversorgungsleitung in Fluidverbindung stehenden Wasserinjektor (60); eine mit der Wasserversorgungsleitung gekoppelte und zum ausreichenden Erwärmen des zu dem Wasserinjektor geförderten Wassers für die Einspritzung als Dampf in eine Ansaugleitung (22) für den Motor strukturierte Heizvorrichtung (64); einen zum Überwachen eines Motorparameters strukturierten Sensor (72, 74, 76), der zumindest entweder einen NOx-Abgaswert oder eine Änderung des NOx-Abgaswerts des Motors angibt; und eine mit dem Sensor gekoppelte und in Steuerverbindung mit dem Wasserinjektor stehende NOx-Steuereinheit (80), wobei die NOx-Steuereinheit strukturiert ist zum: Empfangen von Daten des von dem Sensor erzeugten überwachten Motorparameters; Vergleichen eines durch die Daten angegebenen NOx-Abgaswertes mit einem Soll-NOx-Wert; Ausgeben eines Wassereinspritzbefehls an den Wasserinjektor basierend auf einer Differenz zwischen dem angegebenen NOx-Abgaswert und dem Soll-NOx-Wert; und Begrenzen des NOx-Abgaswertes des Motors basierend auf einer Einspritzung von Wasser als produzierten Dampf in Reaktion auf den Wassereinspritzbefehl.
  12. NOx-Steuersystem nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Ortungssensor (78), und wobei die NOx-Steuereinheit ferner zum Festlegen des Soll-NOx-Wertes basierend auf den von dem Ortungssensor erzeugten Standortdaten strukturiert ist.
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