DE112005001835B4 - Integrated system for reducing fuel consumption and emissions of an internal combustion engine - Google Patents

Integrated system for reducing fuel consumption and emissions of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem, mit: (a) einem Kraftstofftank und einem Kraftstoffzuführungssubsystem zum Führen von Kraftstoff zum Motor, (b) einem Luftzuführungssubsystem zum Führen von Luft zum Motor über eine Lufteinlassleitung, (c) einer Motorabgasstromleitung, die zum Empfangen eines Abgasstroms aus dem Motor angeschlossen ist, (d) mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, die betätigbar fluidleitend mit der Motorabgasstromleitung verbunden ist, (e) einem Kraftstoffprozessor zum Erzeugen eines Syngasstroms, wobei der Kraftstoffprozessor eine Syngas-Abgabeleitung aufweist, die betätigbar fluidleitend mit der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassleitung fluidleitend zum Empfangen überschüssigen Syngases aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung und aus der Syngas-Abgabeleitung angeschlossen ist.An internal combustion engine and aftertreatment system, comprising: (a) a fuel tank and a fuel delivery subsystem for supplying fuel to the engine, (b) an air delivery subsystem for routing air to the engine via an air intake conduit, (c) an engine exhaust streamline adapted to receive an exhaust stream from the engine (d) at least one exhaust aftertreatment device operably fluidly connected to the engine exhaust stream line; (e) a fuel processor for generating a syngas stream, the fuel processor having a syngas discharge line operably fluidly connected to the at least one exhaust aftertreatment device therethrough characterized in that the air inlet conduit is fluidly connected to receive excess syngas from the exhaust aftertreatment means and from the syngas discharge conduit.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Verbrennungsmotoren, einschließlich dieselbetriebener und benzinbetriebener Verbrennungsmotoren, und insbesondere einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Motorsystems.The present invention relates to the field of internal combustion engines including diesel powered and gasoline powered internal combustion engines, and more particularly to an internal combustion engine having an exhaust aftertreatment system and a method of operating such an engine system.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Das vorliegende integrierte System ist dazu in der Lage, den Kraftstoffverbrauch und geregelte Emissionen von Verbrennungsmotoren zu verringern. Diese Fähigkeit wird durch Integrieren eines Kraftstoffprozessors in das Motorsystem und andere Einrichtungen erreicht, die beim Verringern geregelter Emissionen helfen. Das vorliegende integrierte Kraftstoffverarbeitungssystem führt einen wasserstoffhaltigen Strom zu einem oder mehreren Teilen des Motorsystems, was zu reduziertem Kraftstoffverbrauch und verringerten Emissionen führt. Das vorliegende System ist solchermaßen integriert, dass Bauteile des Motors zusätzlich zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und verringerten geregelten Emissionen Vorteile bieten.The present integrated system is capable of reducing fuel consumption and controlled emissions of internal combustion engines. This capability is achieved by incorporating a fuel processor into the engine system and other devices that help reduce regulated emissions. The present integrated fuel processing system delivers a hydrogen-containing stream to one or more parts of the engine system, resulting in reduced fuel consumption and reduced emissions. The present system is integrated such that components of the engine provide benefits in addition to reducing fuel consumption and reduced regulated emissions.

Aufgrund des ständig steigenden Kraftstoffpreises suchen Betreiber von Verbrennungsmotoren immer nach Möglichkeiten, die Kraftstoffkosten zu verringern. Ferner suchen Motorenhersteller immer nach kosteneffizienten Verfahren zum Verringern von Emissionen, so dass neue Motorkonstruktionen nach ständig strenger werdenden Emissionsvorschriften zertifiziert werden können.Due to the ever increasing fuel price, operators of internal combustion engines are always looking for ways to reduce fuel costs. Furthermore, engine manufacturers are always looking for cost-effective methods for reducing emissions so that new engine designs can be certified to ever-stricter emissions regulations.

Bisher ging das Verringern des Kraftstoffverbrauchs üblicherweise mit erhöhten Emissionswerten einher. Umgekehrt erhöhen Verfahren, die Emissionen verringern, typischerweise den Kraftstoffverbrauch. Keines dieser Ergebnisse ist für Motorenbetreiber oder Motorenhersteller wünschenswert. Der Zielkonflikt zwischen Emissionen und Kraftstoffverbrauch ist deshalb ein erhebliches Problem, das sich Motorenbetreibern und -herstellern stellt.So far, reducing fuel consumption has usually been associated with increased emissions. Conversely, processes that reduce emissions typically increase fuel economy. None of these results is desirable for engine operators or engine manufacturers. The trade-off between emissions and fuel consumption is therefore a significant problem faced by engine operators and manufacturers.

In der Vergangenheit sind NOx-Emissionen hauptsächlich durch Erhöhen und/oder Kühlen des Abgasrückführungsstroms (EGR) reduziert worden. Eine andere Vorgehensweise, die zum Verringern von NOx(Stickstoffoxyd)-Emissionen angewandt wurde, bestand im Verzögern des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes. Diesbezüglich kann der Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer(n) des Motors gegenüber einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, der zum Verringern von NOx-Emissionen verzögert ist, früher stattfinden. Ein Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes verringert den Kraftstoffverbrauch und erhöht NOx-Emissionen im Motorabgas, die ihrerseits stromabwärts in dem Nachbehandlungsteil des vorliegenden Systems reduziert werden.In the past, NO x emissions have been reduced mainly by increasing and / or cooling the exhaust gas recirculation (EGR) flow. Another approach used to reduce NO x emissions was to retard fuel injection timing. In this regard, the timing of fuel injection into the combustion chamber (s) of the engine may take place earlier than a fuel injection timing delayed to reduce NO x emissions. Advancing the fuel injection timing reduces fuel consumption and increases NO x emissions in the engine exhaust, which in turn are reduced downstream in the aftertreatment section of the present system.

Obwohl jede der vorstehenden Vorgehensweisen fähig ist, NOx-Emissionen zu verringern, erhöhen sie auch den Kraftstoffverbrauch des Motors. Bisher gibt es keine etablierten Vorgehensweisen, um gleichzeitig sowohl NOx-Emissionen und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.Although each of the above approaches is capable of reducing NO x emissions, they also increase the fuel consumption of the engine. So far, there are no established approaches to simultaneously reduce both NO x emissions and fuel consumption.

Aus der DE 102 11 122 A1 ist ein gattungsgemäßes Motorsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben bekannt.From the DE 102 11 122 A1 a generic engine system and a method for operating the same is known.

Aus der EP 1 421 987 A2 sind ein Verfahren und ein System zum Regenerieren von NOx-Adsorbern und/oder Partikelfiltern bekannt. Zum Regenerieren des NOx-Adsorbers werden H2 und CO aus einem Reformer in den Abgasstrom eingespeist, der in den NOx-Adsorber eintritt.From the EP 1 421 987 A2 For example, a method and system for regenerating NO x adsorbers and / or particulate filters is known. For regenerating the NO x adsorber, H 2 and CO are fed from a reformer into the exhaust gas stream which enters the NO x adsorber.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Das vorliegende integrierte System verringert sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch gleichzeitig geregelte Emissionen, ohne einen signifikanten nachteiligen Effekt auf Kapitalkosten und mit dem Potential verbesserter Betriebskosten als Resultat einer besseren Kraftstoffausnutzung. Kapitalkosten können potentiell durch Eliminieren bestimmter Teile verringert werden, wie etwa Bestandteile eines Abgasrückführungssystems, und/oder durch die Möglichkeit, bestimmte Teile wie etwa Dieselpartikelfilter und den Motorhubraum/das Gesamtzylindervolumen kleiner auszuführen.The present integrated system reduces both fuel consumption and concurrently regulated emissions without a significant adverse effect on capital costs and with the potential for improved operating costs as a result of better fuel economy. Capital costs can potentially be reduced by eliminating certain parts, such as components of an exhaust gas recirculation system, and / or by making it possible to make certain parts, such as diesel particulate filters and engine displacement / volume, smaller.

Die oben genannten und/oder weitere Nachteile bekannter Vorgehensweisen zum Verringern von NOx-Emissionen werden durch einen Verbrennungsmotor und ein Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1 überwunden.The above and / or other disadvantages of known NO x emission reduction techniques are overcome by an internal combustion engine and an aftertreatment system according to claim 1.

In einer bevorzugten Systemausführungsform kann die Umwandlung des zum Kraftstoffprozessor geleiteten Kraftstoffstroms in einen H2 und CO enthaltenden Ausgangsstrom durch eine thermische Einrichtung unterstützt werden. In einer bevorzugten Systemausführungsform kann die Umwandlung des zum Kraftstoffprozessor geleiteten Kraftstoffstroms in einen H2 und CO enthaltenden Ausgangsstrom auch durch ein Katalysatormaterial unterstützt werden. Ein bevorzugtes Katalysatormaterial absorbiert CO und umfasst vorzugsweise Platin. Das platinhaltige Katalysatormaterial kann auf einem Trägersubstrat angeordnet sein. Ein bevorzugtes Trägersubstrat ist Keramik, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkonoxyd und Aluminiumoxyd.In a preferred system embodiment, the conversion of the fuel flow directed to the fuel processor into an output stream containing H 2 and CO may be assisted by a thermal means. In a preferred system embodiment, the conversion of the fuel flow directed to the fuel processor into an output stream containing H 2 and CO may also be assisted by a catalyst material. A preferred catalyst material absorbs CO and preferably comprises platinum. The platinum-containing catalyst material can be arranged on a carrier substrate. A preferred carrier substrate is ceramic, preferably selected from the group consisting of zirconia and alumina.

In einer bevorzugten Systemausführungsform ist die molare Konzentration des Kraftstoffprozessorausgangsstroms von H2 und CO jeweils im Bereich von 5 bis 30%. In a preferred system embodiment, the molar concentration of the fuel processor output stream of H 2 and CO is each in the range of 5 to 30%.

In einer bevorzugten Systemausführungsform wird der H2 und CO enthaltende Kraftstoffprozessorausgangsstrom periodisch durch das Katalysator/Adsorptionsmittelbett geführt, um adsorbiertes NOx bei einer Temperatur niedriger als die NOx-Desorptionstemperatur von Stromzusammensetzungen außer der des Kraftstoffprozessorausgangsstroms freizusetzen. In einer bevorzugten Systemausführungsform wird der H2 und CO enthaltende Kraftstoffprozessorausgangsstrom periodisch durch das Katalysator/Adsorptionsmittelbett geführt, um adsorbiertes SOx bei einer Temperatur niedriger als die SOx-Desorptionstemperatur von Stromzusammensetzungen außer der des Kraftstoffprozessorausgangsstroms freizusetzen.In a preferred system embodiment, the H 2 and CO containing fuel processor output stream is periodically passed through the catalyst / adsorbent bed to release adsorbed NO x at a temperature lower than the NO x desorption temperature of current compositions other than the fuel processor output stream. In a preferred system embodiment, the H 2 and CO containing fuel processor output stream is periodically passed through the catalyst / adsorbent bed to release adsorbed SO x at a temperature lower than the SO x desorption temperature of stream compositions other than the fuel processor output stream.

Erfindungsgemäße Verfahren zum Verringern von NOx-Emissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors sind in den Ansprüchen 13 und 31 angegeben.Methods according to the invention for reducing NO x emissions and / or fuel consumption of an internal combustion engine are specified in claims 13 and 31.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gegenüber einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorgezogen, der zum Verringern von NOx-Emissionen verzögert ist.In a preferred embodiment of the method, the fuel injection timing is advanced over a fuel injection timing that is retarded to reduce NO x emissions.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Umwandlung des zum Kraftstoffprozessor geleiteten Kraftstoffstroms in einen H2 und CO enthaltenden Ausgangsstrom durch eine thermische Einrichtung unterstützt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Umwandlung des zum Kraftstoffprozessor geleiteten Kraftstoffstroms in einen H2 und CO enthaltenden Ausgangsstrom auch durch ein Katalysatormaterial unterstützt werden. Ein bevorzugtes Katalysatormaterial adsorbiert CO und umfasst vorzugsweise Platin. Das platinhaltige Katalysatormaterial kann auf einem Trägersubstrat angeordnet sein. Ein bevorzugtes Trägersubstrat ist Keramik, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkonoxyd und Aluminiumoxyd.In a preferred embodiment of the method, the conversion of the fuel flow directed to the fuel processor into an output stream containing H 2 and CO may be assisted by a thermal means. In a preferred embodiment of the method, the conversion of the fuel flow directed to the fuel processor into an output stream containing H 2 and CO may also be assisted by a catalyst material. A preferred catalyst material adsorbs CO and preferably comprises platinum. The platinum-containing catalyst material can be arranged on a carrier substrate. A preferred carrier substrate is ceramic, preferably selected from the group consisting of zirconia and alumina.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfahrens ist die molare Konzentration des Kraftstoffprozessorausgangstroms an H2 und CO jeweils im Bereich von 5 bis 30%.In a preferred embodiment of experience, the molar concentration of fuel processor output current to H 2 and CO is each in the range of 5 to 30%.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der H2 und CO enthaltende Kraftstoffprozessorausgangsstrom periodisch durch das Katalysator/Adsorptionsmittelbett geführt, um adsorbiertes NOx bei einer Temperatur niedriger als die NOx-Desorptionstemperatur von Stromzusammensetzungen außer der des Kraftstoffprozessorausgangsstroms freizusetzen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der H2 und CO enthaltende Kraftstoffprozessorausgangsstrom periodisch durch das Katalysator/Adsorptionsmittelbett geführt, um SOx bei einer Temperatur niedriger als die SOx-Desorptionstemperatur von Stromzusammensetzungen außer der des Kraftstoffprozessorausgangsstroms freizusetzen.In a preferred embodiment of the process, the H 2 and CO containing fuel processor output stream is periodically passed through the catalyst / adsorbent bed to release adsorbed NO x at a temperature lower than the NO x desorption temperature of current compositions other than the fuel processor output stream. In a preferred embodiment of the process, the H 2 and CO containing fuel processor output stream is periodically passed through the catalyst / adsorbent bed to release SO x at a temperature lower than the SO x desorption temperature of current compositions other than the fuel processor output stream.

In dem vorliegenden System und Verfahren werden ein Kraftstoff- und ein Motorabgasstrom dazu verwendet, einen Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Strom zu erzeugen. Dieser Strom wird im Wesentlichen kontinuierlich in einer Kraftstoffverarbeitungseinrichtung erzeugt und einem Katalysator und Adsorptionsmittelbett zugeführt, welches an dem Adsorptionsmittel und/oder dem Adsorptionsmittel/Katalysator adsorbierte, aufgefangene Stickoxyde (NOx) enthält. Der Strom fördert eine NOx-Desorption und reagiert mit dem NOx und regeneriert das NOx-Adsorptionsmaterial, so dass es für einen weiteren Zyklus des Auffangens von NOx aus dem Motorabgasstrom zur Verfügung gestellt werden kann. Der Katalysator und das Adsorptionsmittelbett können in verschiedenen Betten enthalten sein, einschließlich eines sich drehenden Bettes, das auf eine Weise gesteuert wird, welche die Menge des zum Erzielen einer gewünschten Reduktion an NOx-Emissionen erforderlichen Reduktionsmittels minimiert und/oder die Größe und Kosten der beteiligten Apparaturen verringert oder minimiert und/oder einen gewissen Kompromiss zwischen der Menge des benötigten Reduktionsmittels und der Größe/den Kosten der Apparaturen bietet. Das Adsorptionsmittel kann ebenfalls in einer Reihe von Betten enthalten sein, die einem Zyklus der Adsorption und Regeneration unterzogen werden. Die Zykluslänge und Frequenz wird so gesteuert oder eingestellt, dass die Menge des Reduktionsmittels minimiert wird, die erforderlich oder wünschenswert ist, um eine gewünschte Reduktion an NOx-Emissionen zu erreichen.In the present system and method, a fuel and an engine exhaust stream are used to generate a hydrogen and carbon monoxide containing stream. This stream is generated substantially continuously in a fuel processor and fed to a catalyst and adsorbent bed which contains adsorbed nitrogen oxides (NO x ) adsorbed on the adsorbent and / or the adsorbent / catalyst. The stream promotes NO x desorption and reacts with the NO x and regenerates the NO x adsorbent material so that it can be made available from the engine exhaust stream for another cycle of capturing NO x . The catalyst and adsorbent bed may be contained in various beds including a rotating bed which is controlled in a manner which minimizes the amount of reductant required to achieve a desired reduction in NO x emissions and / or the size and cost of the catalyst reduced or minimized and / or offers some compromise between the amount of reductant required and the size / cost of the equipment involved. The adsorbent may also be included in a number of beds undergoing a cycle of adsorption and regeneration. The cycle length and frequency are controlled or adjusted to minimize the amount of reductant required or desirable to achieve a desired reduction in NO x emissions.

Potentiell kann ein einziges Material sowohl als Katalysator als auch als Adsorptionsmittel dienen. Solch ein Material würde Platin umfassen, das in katalytischen Kohlenwasserstoffreaktoren (Reformern) als ein Katalysator zur Zersetzung des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials in Wasserstoff, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd wirkt und darüber hinaus als ein Adsorptionsmittel für Kohlenmonoxyd wirkt, welches vorzugsweise an platinhaltigen Katalysatormaterialien adsorbiert. Andere solche Adsorptionsmittel/Katalysatormaterialien sind Kohlenstoff-Nanohorns, die Ethanol adsorbieren und in Gegenwart von Sauerstoff die Oxydationsreaktion zwischen Ethanol und Sauerstoff katalysieren (siehe Nisha et al., ”Adsorption and catalytic properties of single-walled carbon nanohorns”, Chemical Physics Letters 328 (2000), pp. 381–386).Potentially, a single material can serve as both a catalyst and adsorbent. Such a material would include platinum, which acts as a catalyst for decomposing the hydrocarbon feedstock into hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide in catalytic hydrocarbon reactors (reformers) and also acts as a carbon monoxide adsorbent which preferentially adsorbs to platinum-containing catalyst materials. Other such adsorbent / catalyst materials are carbon nanohorns that adsorb ethanol and catalyze the oxidation reaction between ethanol and oxygen in the presence of oxygen (see Nisha et al., "Adsorption and catalytic properties of single-walled carbon nanohorns", Chemical Physics Letters 328 (US Pat. 2000), pp. 381-386).

Kurzbeschreibung der Figur(en) Brief description of the figure (s)

1 ist ein schematisches Verfahrensablaufdiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Systems zum Verringern von Emissionen und Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotorsystems darstellt. 1 FIG. 12 is a schematic process flow diagram illustrating a preferred embodiment of the present system for reducing emissions and fuel consumption of an internal combustion engine system. FIG.

2 ist eine schematische Draufsicht auf das rotierende Adsorptionsmittelbett des in 1 dargestellten Systems zum Verringern von Emissionen und Kraftstoffverbrauch. 2 FIG. 12 is a schematic plan view of the rotating adsorbent bed of FIG 1 illustrated system for reducing emissions and fuel consumption.

3 ist eine schematische Querschnittsansicht des rotierenden Adsorptionsmittelbettes des dargestellten Systems zum Verringern von Emissionen und Kraftstoffverbrauch. 3 Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the rotating adsorbent bed of the illustrated system for reducing emissions and fuel consumption.

4 zeigt eine alternative Katalysator- und Adsorptionsmittelbettanordnung, bei der zwei oder mehr Betten zwischen einem Adsorptions- und einem Regenerationsschritt hin und her geschaltet werden. 4 shows an alternative catalyst and adsorbent bed assembly in which two or more beds are toggled between an adsorption and a regeneration step.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)Detailed Description of the Preferred Embodiment (s)

In 1 wird ein Eingangsluftstrom 1 einem Verbrennungsmotor 3 zugeführt. Das Lufteinlasssystem umfasst typischerweise Filter und Durchflusssteuereinrichtungen wie ein Drosselventil oder einen Verdichter irgendeiner Art. Wenn ein Verdichter wie etwa ein Turbolader oder ein Kompressor eingesetzt wird, kann ein Ladeluftkühler Teil des Lufteinlasssystems sein. Sensoren wie beispielsweise Temperatur- und Durchflussmesseinrichtungen sind typischerweise vorhanden, um beim Optimieren des Motorbetriebs zu helfen. Die meisten Motoren werden auch der Eingangsluft Abgas als Teil eines Abgasrückführungs(EGR)systems zuführen, welches zum Verringern der Emissionen des Motors eingesetzt wird.In 1 becomes an input airflow 1 an internal combustion engine 3 fed. The air intake system typically includes filters and flow control devices such as a throttle valve or a compressor of some type. When a compressor such as a turbocharger or a compressor is employed, an intercooler may be part of the air intake system. Sensors such as temperature and flow meters are typically included to aid in optimizing engine operation. Most engines will also supply the input air exhaust as part of an exhaust gas recirculation (EGR) system used to reduce engine emissions.

Ein Kraftstoffstrom 2 wird dem Verbrennungsmotor 3 zugeführt. Typischerweise findet die Zuführung des Kraftstoffstroms 2 mittels Kraftstoffeinspritzdüsen statt, die unterschiedliche Kraftstoffsprühmuster und Einspritzschemata haben können, welche von der Motorsteuereinheit 14 gesteuert werden. Die Sprühmuster und Einspritzschemata werden verwendet, um den Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionsbetriebsparameter zu verbessern oder zu optimieren. Kraftstoffzuführungseinrichtungen werden ständig verbessert und deshalb sollte die in der Ausführungsform verwendete Kraftstoffzuführungseinrichtung diejenige sein, die als erhältlich und gut oder bestgeeignet für die gewünschte Endanwendung betrachtet wird.A fuel flow 2 becomes the internal combustion engine 3 fed. Typically, the delivery of fuel flow takes place 2 by means of fuel injectors, which may have different fuel spray patterns and injection schemes provided by the engine control unit 14 to be controlled. The spray patterns and injection schemes are used to improve or optimize fuel economy and exhaust emission operating parameters. Fuel supply devices are constantly being improved, and therefore the fuel supply device used in the embodiment should be the one that is considered to be available and good or most suitable for the desired end use.

Der Verbrennungsmotor 3 kann ein mit Diesel, Benzin, Erdgas, flüssigem Propangas (LPG) oder ähnlichem Treibstoff betriebener Motor vom Kompressionszündungs- oder Fremdzündungstyp sein. Der Motor wird höchstwahrscheinlich ein Abgasrückführungssystem haben, jedoch ist dies für die vorliegende Ausführungsform nicht erforderlich. Auch kann der Motor optional verschiedene Nachbehandlungseinrichtungen (in 1 nicht gezeigt) aufweisen, die im Abgassystem angeordnet sind. Solche Nachbehandlungseinrichtungen wären typischerweise Oxidationskatalysatoren und Partikelfilter, die dem Motorgesamtsystem dabei helfen, verschiedene Emissionsvorschriften zu erfüllen.The internal combustion engine 3 may be a compression ignition or spark ignition type diesel, gasoline, natural gas, liquid propane gas (LPG) or similar fuel driven engine. The engine will most likely have an exhaust gas recirculation system, but this is not required for the present embodiment. Also, the engine may optionally include various aftertreatment devices (in 1 not shown), which are arranged in the exhaust system. Such aftertreatment devices would typically be oxidation catalysts and particulate filters that help the engine system to meet various emissions regulations.

Der Motorabgasstrom 4a verlässt den Motor 3 und ein Abgasrückführungsstrom 4b wird vom Strom 4a abgezogen, gesteuert durch die Motorsteuereinheit 14 mittels des Abgasrückführungsventils 4c. Ein Strom 5, der einen Teil des Gesamtabgasstroms des Motors darstellt, wird ebenfalls aus dem Gesamtabgasstrom abgezogen. Dies kann an unterschiedlichen Stellen der Ströme 4, 4b, 4d und 4e stattfinden. Der Strom 5 wird einer Kraftstoffverarbeitungseinrichtung 7 zugeleitet. Die mittels des Stroms 5 zugeführte Abgasmenge kann optional durch ein Ventil oder eine ähnliche Durchflusssteuereinrichtung gesteuert werden. Vorzugsweise sollte keine aktive Steuereinrichtung vorhanden sein, vielmehr ist ein breiter Bereich an Durchflussmengen für die Anforderungen des Kraftstoffprozessors akzeptabel, die aus der passiven Art der Einrichtung resultieren. Ein Beispiel für eine solche passive Einrichtung ist eine Öffnung, die auf dem Konzept der Schallgeschwindigkeitsströmung basiert, um die Durchflussmenge oder den Durchflussmengenbereich durch die Öffnung zu begrenzen. Der Kraftstoffprozessor ist dafür ausgelegt, wie gewünscht in dem sich aus der passiven Natur ergebenden Bereich zu funktionieren. Ferner wird ein Kraftstoffstrom 6 in einer von der Motorsteuereinheit 14 gesteuerten Menge zugeführt. Der Kraftstoffstrom 6 ist vorzugsweise aus derselben Kraftstoffart wie im Strom 2 zusammengesetzt und wird vorzugsweise aus derselben Aufbewahrungseinrichtung (in 1 nicht dargestellt) zugeführt. Es ist allerdings möglich, dass die Kraftstoffart im Strom 6 verschieden von der Kraftstoffart des Stroms 2 ist.The engine exhaust stream 4a leaves the engine 3 and an exhaust gas recirculation stream 4b gets from the stream 4a subtracted, controlled by the engine control unit 14 by means of the exhaust gas recirculation valve 4c , A stream 5 , which is a part of the total exhaust gas flow of the engine, is also subtracted from the total exhaust stream. This can be done in different places of the streams 4 . 4b . 4d and 4e occur. The current 5 becomes a fuel processing device 7 fed. The by means of the current 5 supplied amount of exhaust gas can optionally be controlled by a valve or similar flow control device. Preferably, there should be no active controller, but a wide range of flow rates is acceptable to the requirements of the fuel processor resulting from the passive nature of the device. An example of such a passive device is an opening based on the concept of sonic velocity flow to limit the flow rate or range of flow through the aperture. The fuel processor is designed to function as desired in the region resulting from the passive nature. Further, a fuel flow 6 in one of the engine control unit 14 supplied controlled amount. The fuel flow 6 is preferably of the same fuel type as in the stream 2 is preferably composed of the same storage device (in 1 not shown). However, it is possible that the fuel in the stream 6 different from the fuel type of the stream 2 is.

Die Kraftstoffverarbeitungseinrichtung 7 verwendet den Sauerstoff und das Wasser in dem Motorabgasstrom zum Umwandeln des Kraftstoffstroms 6 in Bestandteile wie Wasserstoff und Kohlenmonoxyd. Das Vorhandensein von Kohlendioxyd in dem Motorabgasstrom hat darüber hinaus vorteilhafte Auswirkungen auf die Reaktionen, die die gewünschten Wasserstoff- und Kohlenmonoxydbestandteile erzeugen, die in dem stromabwärtigen Nachbehandlungsteil des vorliegenden Systems verwendet werden. Die genaue Zusammensetzung hängt von einer Reihe Parameter wie etwa der Menge an zugeführtem Abgasstrom und der Abgasstromzusammensetzung ab. Die Zusammensetzung ist ein Ergebnis der inneren Konstruktion des Kraftstoffprozessors. Vorzugsweise wird kein Katalysator verwendet, um die gewünschten Reaktionen zu unterstützen. Wichtige Auslegungsgesichtspunkte sind Reaktionspartnermischraten, Temperaturprofile, eingesetzte Katalysatoren (falls vorhanden) und ihre Position in der Kraftstoffverarbeitungseinrichtung sowie weitere Gesichtspunkte. Die Auslegung des Kraftstoffprozessors und seiner Betriebsparameter wird für jede unterschiedliche Anwendung verschieden sein. Der Kraftstoffprozessor 7 ist vorzugsweise mechanisch in den Abgasstrom 11 integriert, um in der Einrichtung gewünschte Temperaturprofile zu unterstützen und Ausrüstungskosten zu verringern. Diesbezüglich ist vorgesehen, das Reaktorrohr in der Gesamtabgasstromleitung anzuordnen, jedoch ist dies nicht notwendig.The fuel processing device 7 uses the oxygen and water in the engine exhaust stream to convert the fuel flow 6 in components such as hydrogen and carbon monoxide. The presence of carbon dioxide in the engine exhaust stream also has beneficial effects on the reactions that produce the desired hydrogen and carbon monoxide components used in the downstream aftertreatment section of the present system. The exact composition depends on a number of parameters, such as the amount of exhaust gas flow supplied and the exhaust flow composition. The composition is a result of the internal construction of the Fuel processor. Preferably, no catalyst is used to assist the desired reactions. Important design considerations include reactant mixture rates, temperature profiles, catalysts used (if any) and their location in the fuel processing facility, as well as other considerations. The design of the fuel processor and its operating parameters will be different for each different application. The fuel processor 7 is preferably mechanical in the exhaust stream 11 integrated to support desired temperature profiles in the facility and reduce equipment costs. In this regard, it is intended to arrange the reactor tube in the overall exhaust gas flow line, but this is not necessary.

Das Nichtbenötigen von Reaktionspartnern außer dem Kraftstoffstrom und dem Motorabgasstrom vereinfacht das System stark und reduziert dadurch Kosten und erhöht die Systemzuverlässigkeit.Not requiring reactants other than fuel flow and engine exhaust stream greatly simplifies the system, thereby reducing costs and increasing system reliability.

Der Produktstrom 8 des Kraftstoffprozessors kann optional ganz oder teilweise dem Lufteinlassstrom 1 des Motors zugeführt werden. Wenn ein Teil des Stroms 8 dem Motoreinlass zugeführt werden soll, kann dies unmittelbar oder mittels des Abgasrückführungsstroms 4d geschehen, wie in 1 gezeigt. Bei manchen Motorkonstruktionen beeinflusst die Zuführung von H2 und CO zum Lufteinlassstrom die Verbrennungseigenschaften in einer günstigen Weise, die dazu verwendet werden kann, Emissionen und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Beispielsweise wird bei einem Benzinmotor die Zugabe von H2 und CO oder solchen Verbindungen die Magerverbrennungsgrenze des Verbrennungsgemisches ausdehnen. Dies erlaubt es, mehr Luft zur Verbrennung zuzuführen und verringert somit Emissionen und erhöht die Effizienz. Solche Leistungsverbesserungen sind auch von Dieselkompressionszündungsmotoren berichtet worden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Motorleistung erhöht wird, wenn H2 und CO oder solche Verbindungen der Eingangsluft des Motors vom Kraftstoffprozessor zugeführt werden.The product stream 8th of the fuel processor may optionally be wholly or partially the air inlet stream 1 be supplied to the motor. If a part of the stream 8th the engine inlet to be supplied, this can be directly or by means of the exhaust gas recirculation flow 4d happen, as in 1 shown. In some engine designs, the supply of H 2 and CO to the air intake stream affects the combustion characteristics in a favorable manner that can be used to reduce emissions and fuel consumption. For example, in a gasoline engine, the addition of H 2 and CO or such compounds will extend the lean burn limit of the combustion mixture. This allows more air to be burned, thus reducing emissions and increasing efficiency. Such performance improvements have also been reported by diesel compression ignition engines. Another advantage is that the engine power is increased when H 2 and CO or such compounds are supplied to the engine's input air from the fuel processor.

Ein weiterer, sehr vorteilhafter Grund zum Zuführen eines Teils des oder des gesamten Stroms 8 zum Lufteinlass des Motors ist, dass dies dem Kraftstoffprozessor 7 erlaubt, in einer vollständig oder ziemlich stationären Weise zu arbeiten statt ständig unterschiedliche Übergangszustände zu durchlaufen. Ein stationärer Betrieb führt zu einer geringeren Beanspruchung der Einrichtung und erhöht so ihre Lebensdauer.Another very advantageous reason for supplying part or all of the electricity 8th to the air intake of the engine is that this is the fuel processor 7 allows you to work in a completely or fairly stationary way rather than constantly going through different transient states. Stationary operation leads to less stress on the device and thus increases its service life.

Ein Teil oder der gesamte Produktstrom 9 des Kraftstoffprozessors wird einer NOx-Auffangeinrichtung 12 zugeführt, die NOx aus dem Abgasstrom 11 zurückhalten kann, wenn er durch das aus Katalysator und/oder Adsorptionsmittel bestehende Bettmaterial geführt wird. Wenn das Material des Betts dem Strom 9 aus dem Kraftstoffprozessor ordnungsgemäß ausgesetzt wird, desorbiert und reagiert das NOx unter Bildung unbedenklicher Emissionen wie N2 und H2O. Der Produktstrom 9 des Kraftstoffprozessors wird auch dazu eingesetzt, Schwefeloxyd(SOx)verbindungen zu entfernen, die auf dieselbe Weise wie NOx, welches adsorbiert worden sein kann, an dem Adsorptionsmittel adsorbiert worden sein können.Part or all of the product stream 9 the fuel processor is a NO x -Aufangeinrichtung 12 fed, the NO x from the exhaust stream 11 when it passes through the bedding material consisting of catalyst and / or adsorbent. When the material of the bed meets the current 9 is properly exposed from the fuel processor, desorbs and reacts the NO x to form harmless emissions such as N 2 and H 2 O. The product stream 9 The fuel processor is also used to remove sulfur oxide (SO x ) compounds which may have been adsorbed to the adsorbent in the same manner as NO x which may have been adsorbed.

Ein Teil oder der gesamte Strom 8 oder ein anderer Syngas-Strom kann ferner zu einem Dieselpartikelfilter geleitet werden, um bei der Regeneration dieser Einrichtung zu helfen (Syngas, auch als Synthesegas bezeichnet, ist ein Gattungsbegriff, der sich auf einen Fluidstrom bezieht, der Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthält, wie er beispielsweise in industriellen Prozessen gebildet wird, die aus Kohle stammende Mischungen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff verwenden). Diese Regenerationsunterstützung kann entweder passiv oder aktiv oder eine Kombination sein, abhängig von der Vorrichtungskonstruktion und dem Arbeitszyklus der Anwendung.Part or all of the electricity 8th or another syngas stream may also be directed to a diesel particulate filter to aid in the regeneration of that device (syngas, also referred to as syngas, is a generic term that refers to a fluid stream containing hydrogen and carbon monoxide, such as, for example formed in industrial processes using coal-derived mixtures of carbon monoxide and hydrogen). This regeneration support may be either passive or active or a combination, depending on the device design and the work cycle of the application.

Andere Verwender der hier involvierten Technologie setzen Stoffe wie Dieselkraftstoff ein, um am Bett adsorbiertes NOx und SOx zu entfernen. Die Verwendung von H2 und/oder CO erlaubt die Entfernung dieser Materialien auf eine wirksamere Weise und bei niedrigeren Temperaturen, die ein einfacheres, billigeres System mit längerer Lebensdauer ermöglichen.Other users of the technology involved here use substances such as diesel fuel to remove NO x and SO x adsorbed on the bed. The use of H 2 and / or CO allows the removal of these materials in a more efficient manner and at lower temperatures, enabling a simpler, cheaper system with longer life.

2 zeigt einige Details des Adsorptionsmittelbetts 12. Der Kern 21 des Betts 12 ist ein Aufbau, der mit Materialien bedeckt ist, die die Fähigkeit unterstützen, NOx aufzufangen und NOx-Arten in Arten wie N2, H2O und CO2 umzuwandeln. Das Adsorptionsmittel enthält typischerweise Platin, Bariumoxyd und Rhodium. Andere geeignete Adsorptionsmittel können ebenfalls eingesetzt werden. Die genauen verwendeten Materialien und ihre Mengen hängen von den speziellen Eigenschaften der Anwendung und den gewünschten Resultaten ab. 2 shows some details of the adsorbent bed 12 , The core 21 of the bed 12 is a structure which is covered with materials that supplement the capacity to absorb NO x and NO x TYPES in species such as N 2, H 2 O and convert CO 2. The adsorbent typically contains platinum, barium oxide and rhodium. Other suitable adsorbents may also be used. The exact materials used and their quantities depend on the specific properties of the application and the desired results.

Die Struktur des Kerns 21, auf dem die aktiven Materialien platziert werden, kann aus unterschiedlichen Materialien wie Cordierit, Metallnetzen, Drahtnetzen und/oder Fiberglas bestehen.The structure of the nucleus 21 on which the active materials are placed can be made of different materials such as cordierite, metal mesh, wire mesh and / or fiberglass.

Die Materialien können auf ungleichförmige Weise abgelagert werden, um die gewünschten Forderungen hinsichtlich geringer Produktkosten und minimaler Reduktionsmittelanforderungen besser erfüllen zu können.The materials can be deposited in a non-uniform manner to better meet the desired requirements of low product cost and minimal reductant requirements.

Unter Einsatz einer geeigneten mechanischen Ausführung wird der Strom 11 durch ein Auffangsegment 22 des Betts geleitet, während der Reduktionsmittelstrom 9 durch das Regeneriersegment 23 des Betts geführt wird. Die relativen Größen der beiden Segmente hängen von den speziellen Eigenschaften der Anwendung und den gewünschten Ergebnissen ab. Das Bett kann entweder im Urzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden, so dass alle Teile des Betts abwechselnd dem Abgasstrom 11 und dem Produktstrom 9 des Kraftstoffprozessors ausgesetzt sind. Die Geschwindigkeit, mit der das Bett dreht, kann falls gewünscht gesteuert werden. Ein Anpassen der Drehgeschwindigkeit des Betts kann die Bettgröße verringern oder minimieren und die erforderliche Menge des Stroms 9 verringern oder minimieren. Es kann wünschenswert sein, das Bett mit einer Geschwindigkeit zwischen 2 und 120 Umdrehungen pro Minute (ein Zyklus alle 0,5 Sekunden bis 30 Sekunden) drehen zu lassen. Aufgrund der sehr schnellen Adsorption, Desorption und Reaktionsgeschwindigkeiten würde eine schnelle Zyklusrate die Bettgröße reduzieren oder minimieren.Using a suitable mechanical design, the current 11 through a collection segment 22 led the bed while the reducing agent flow 9 through the regeneration segment 23 of the bed. The relative sizes of the two segments depend on the particular characteristics of the application and the desired results. The bed can be rotated either clockwise or counterclockwise so that all parts of the bed alternate with the exhaust flow 11 and the product stream 9 are exposed to the fuel processor. The speed at which the bed turns can be controlled if desired. Adjusting the rotational speed of the bed can reduce or minimize bed size and the required amount of flow 9 reduce or minimize. It may be desirable to rotate the bed at a rate between 2 and 120 revolutions per minute (one cycle every 0.5 seconds to 30 seconds). Due to the very rapid adsorption, desorption and reaction rates, a fast cycle rate would reduce or minimize bed size.

Das Bett kann auch mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht werden, dass die NOx-Beladung auf einem Niveau gehalten wird, das einen guten Kompromiss zwischen der Effizienz der Adsorptionsschritte und der Effizienz der Desorptions/Reduktionsschritte darstellt, die zu niedrigen NOx-Emissionen führen.The bed can also be rotated at a rate to maintain NO x loading at a level that is a good compromise between the efficiency of the adsorption steps and the efficiency of the desorption / reduction steps resulting in low NO x emissions.

In 3 werden der Abgasstrom 11 und der Strom 9 einem Ventil zugeführt, welches in der Lage ist, den Fluss sowohl des Stroms 9 als auch des Stroms 11 zu den gewünschten Betten zu führen. Es ist möglich, jegliche Anzahl von Betten größer als 1 zu haben, wobei der Strom 9 lediglich jeweils zu einer kleinen Anzahl, einschließlich nur eines Bettes geleitet wird. Die praktischste Ausführungsform würde 2 bis 5 Betten umfassen, wobei der Strom 9 jeweils zu einem Bett geleitet wird, während die übrigen Betten den Strom 11 empfangen.In 3 become the exhaust gas flow 11 and the stream 9 supplied to a valve which is capable of controlling the flow of both the flow 9 as well as the current 11 to lead to the desired beds. It is possible to have any number of beds larger than 1, with the electricity 9 only in each case to a small number, including only one bed is passed. The most practical embodiment would comprise 2 to 5 beds, with the electricity 9 each to a bed, while the other beds the electricity 11 receive.

In 4 wird ein Ventil 31a dazu benutzt, den Fluss der Ströme 9 und 11 abwechselnd zu Betten 32 und 33 zu leiten. Das Ventil 31a wird mit einer solchen Geschwindigkeit verstellt, dass die Größe der zwei Betten 32 und 33 minimiert und zugleich eine gewünschte Regeneration der Betten ermöglicht ist. Wie bei dem rotierenden Bett kann das Ventil mit einer Geschwindigkeit hin und her geschaltet werden, die die NOx-Beladung des Bettes weitgehend konstant hält. Das Ventil 31a kann auch mit einer Geschwindigkeit hin und her geschaltet werden, die dabei hilft, die Gesamtgröße und Masse des Systems zu verkleinern. Ein Ventil 31b wird gleichzeitig mit dem Ventil 31a hin und her geschaltet. Ein Strom 13b aus dem Bett, das regeneriert wird, kann dann in den Lufteinlassstrom geführt werden, um eine Verschwendung von Kraftstoffenergie zu vermeiden. Ein Strom 13a ist analog dem Strom 10 aus 1, hat jedoch den Vorteil, dass der rezirkulierte Strom über/durch die Katalysator- und Adsorptionsmittelbetten fließt, um auf den Betten einen Reinigungseffekt zu erzielen. Wie zuvor ausgeführt kann dies auch die Motorleistung aufgrund erhöhter Kraftstoffzufuhr steigern oder zu vorteilhaften Verbrennungszuständen führen.In 4 becomes a valve 31a used to the flow of streams 9 and 11 alternately to beds 32 and 33 to lead. The valve 31a is adjusted at such a speed that the size of the two beds 32 and 33 minimized and at the same time a desired regeneration of the beds is possible. As with the rotating bed, the valve can be switched back and forth at a rate that keeps the bed's NO x loading substantially constant. The valve 31a can also be toggled at a speed that helps reduce the overall size and mass of the system. A valve 31b will be simultaneously with the valve 31a switched back and forth. A stream 13b from the bed that is being regenerated may then be directed into the air inlet stream to avoid wasting fuel energy. A stream 13a is analogous to the current 10 out 1 however, has the advantage that the recirculated stream flows over / through the catalyst and adsorbent beds to provide a cleaning effect on the beds. As stated above, this can also increase engine performance due to increased fuel supply or lead to advantageous combustion conditions.

Einige Gruppen haben den Einsatz eines einsträngigen Aufbaus vorgeschlagen, bei dem der gesamte Motorabgasstrom während des Regenerationsschritts das Adsorptionsmittelbett passiert. Dieser Aufbau erfordert große Mengen an Sauerstoff, die jedes Mal durch Verbrennen mit Kraftstoff verbraucht werden müssen, wenn das Adsorptionsmittelbett regeneriert werden soll. Die Vorteile der in den 2 bis 4 gezeigten Anordnungen bestehen darin, dass die Sauerstoffmenge, die verbraucht werden muss, damit eine Regeneration stattfinden kann, erheblich reduziert ist und dadurch der mit einer Regenerierung verbundene Kraftstoffmehrverbrauch deutlich verringert ist.Some groups have suggested the use of a single-stranded design in which the entire engine exhaust stream passes the adsorbent bed during the regeneration step. This construction requires large amounts of oxygen, which must be consumed by burning with fuel each time the adsorbent bed is to be regenerated. The benefits of in the 2 to 4 Arrangements shown are that the amount of oxygen that must be consumed so that regeneration can take place, is significantly reduced, thereby significantly reducing the additional fuel consumption associated with a regeneration.

Der Abgasstrom mit verringerten geregelten Emissionen wird dann mittels des Stroms 13a in die Atmosphäre abgegeben. Der Abgasstrom 13a kann optional durch andere Nachbehandlungseinrichtungen geführt werden, bevor er in die Atmosphäre ausgestoßen wird.The exhaust flow with reduced regulated emissions then becomes by means of the flow 13a released into the atmosphere. The exhaust gas flow 13a may optionally be passed through other aftertreatment devices before being expelled to the atmosphere.

Der Kraftstoffverbrauch des Motors kann ebenfalls reduziert werden durch Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und Verwenden des oben genannten Nachbehandlungsabschnitts des vorliegenden Systems, um NOx-Werte im Motorabgasstrom, die aus dem vorgezogenen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt resultieren, auf akzeptable Werte zu verringern. Ein Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes hat den weiteren Vorteil der Verringerung partikelförmiger Dieselstoffe im Abgas und somit einer Verringerung der Größe und Kosten einer zur Entfernung von Dieselruß erforderlichen Einrichtung.The fuel consumption of the engine can also be reduced by advancing the fuel injection timing, and using the above-mentioned post-treatment portion of the present system in order to reduce NO x levels in the engine exhaust gas flow, resulting from the early fuel injection timing to acceptable levels. Advancing the fuel injection timing has the further advantage of reducing particulate diesel in the exhaust and thus reducing the size and cost of equipment required to remove diesel soot.

Claims (32)

Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem, mit: (a) einem Kraftstofftank und einem Kraftstoffzuführungssubsystem zum Führen von Kraftstoff zum Motor, (b) einem Luftzuführungssubsystem zum Führen von Luft zum Motor über eine Lufteinlassleitung, (c) einer Motorabgasstromleitung, die zum Empfangen eines Abgasstroms aus dem Motor angeschlossen ist, (d) mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, die betätigbar fluidleitend mit der Motorabgasstromleitung verbunden ist, (e) einem Kraftstoffprozessor zum Erzeugen eines Syngasstroms, wobei der Kraftstoffprozessor eine Syngas-Abgabeleitung aufweist, die betätigbar fluidleitend mit der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassleitung fluidleitend zum Empfangen überschüssigen Syngases aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung und aus der Syngas-Abgabeleitung angeschlossen ist.An internal combustion engine and aftertreatment system, comprising: (a) a fuel tank and a fuel delivery subsystem for supplying fuel to the engine, (b) an air delivery subsystem for routing air to the engine via an air intake conduit, (c) an engine exhaust streamline adapted to receive an exhaust stream from the engine (d) at least one exhaust aftertreatment device operably fluidly connected to the engine exhaust streamline; (e) a fuel processor for generating a syngas stream, the fuel processor having a syngas discharge line operable fluidly connected to the at least one exhaust aftertreatment device, characterized in that the air inlet line is fluidly connected to receive excess syngas from the exhaust aftertreatment device and from the syngas discharge line. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kraftstoffprozessor fluidleitend mit der Motorabgasstromleitung verbunden ist, um zumindest einen Teil des Motorabgasstroms zu erhalten.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1 wherein the fuel processor is fluidly connected to the engine exhaust streamline to obtain at least a portion of the engine exhaust stream. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 2, bei dem der Kraftstoffprozessor fluidleitend mit der Motorabgasstromleitung verbunden ist, um zumindest einen Teil des Motorabgasstroms über eine passive Durchflusssteuereinrichtung zu erhalten.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 2, wherein the fuel processor is fluidly connected to the engine exhaust streamline to receive at least a portion of the engine exhaust stream via a passive flow control device. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kraftstoffprozessor fluidleitend mit dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffzuführungssubsystem verbunden ist, um den Kraftstoff zu erhalten.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1, wherein the fuel processor is fluidly connected to the fuel tank and the fuel delivery subsystem to receive the fuel. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Abgasnachbehandlungssystem zumindest eine Mager-NOx-Falle aufweist.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1, wherein the exhaust aftertreatment system comprises at least one lean NO x trap. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Abgasnachbehandlungssystem ein Paar von Mager-NOx-Fallen aufweist.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1, wherein the exhaust aftertreatment system comprises a pair of lean NO x traps. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, bei dem jede des Paares von Mager-NOx-Fallen abwechselnd fluidleitend mit der Motorabgasstromleitung und mit dem Kraftstoffprozessor durch einen stromaufwärts des Fallenpaars angeordneten Flussumschalter angeschlossen ist.Combustion engine and the post-treatment system according to claim 6, wherein each of the pair of lean NO x traps is alternately fluidly connected with the engine exhaust gas flow line and with the fuel processor is arranged by a pair upstream of the case flow switch. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 6, bei dem die Lufteinlassleitung fluidleitend zum Empfangen abegereichterten Syngases abwechselnd von jeder des Paares von Mager-NOx-Fallen durch einen stromabwärts des Fallenpaars angeordneten Flussumschalter angeschlossen ist.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 6, wherein the air inlet conduit is fluidly connected to receive spent syngas alternately from each of the pair of lean NO x traps through a flow diverter located downstream of the trap pair. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kraftstoffprozessor ein nicht katalytischer Reaktor ist.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1, wherein the fuel processor is a non-catalytic reactor. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kraftstoffprozessor ein katalytischer Reaktor ist.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1, wherein the fuel processor is a catalytic reactor. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem die molare Konzentration von H2 und CO in dem Syngasstrom jeweils im Bereich von 5 bis 30% ist.The internal combustion engine and after-treatment system according to claim 1, wherein the molar concentration of H 2 and CO in the syngas stream is in the range of 5 to 30%, respectively. Verbrennungsmotor und Nachbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem das System keine Abgasrückführungsleitung zum Führen zumindest eines Teils des Motorabgasstroms zum Lufteinlass aufweist.The internal combustion engine and aftertreatment system of claim 1, wherein the system does not include an exhaust gas recirculation line for guiding at least a portion of the engine exhaust stream to the air inlet. Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Abgasnachbehandlungssystem und einem Kraftstoffprozessor, wobei das Verfahren umfasst: (a) Führen eines Kraftstoffstroms aus einer Kraftstoffversorgung zum Motor und Führen eines Luftstroms zum Motor über eine Lufteinlassleitung und Betreiben des Motors, um einen Motorabgasstrom zu erzeugen, (b) Betreiben des Kraftstoffprozessors zum Erzeugen eines Syngasstroms, (c) zumindest periodisches Führen wenigstens eines Teils des Motorabgasstroms zu wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgasnachbehandlungssystem zum Verringern geregelter Emissionen aus dem Motorsystem, (d) zumindest periodisches Führen wenigstens eines Teils des Syngasstroms zu der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Heizen oder Regenerieren der Einrichtung, wodurch ein abgereicherter Syngasstrom erzeugt wird, (e) Führen eines Überschuss-Syngasstroms, der den abgereicherten Syngasstrom aus der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung und Syngas aus dem Kraftstoffprozessor enthält, zum Motor über die Lufteinlassleitung.A method of operating an engine system having an exhaust aftertreatment system and a fuel processor, the method comprising: (a) passing a fuel flow from a fuel supply to the engine and passing an airflow to the engine via an air intake conduit and operating the engine to produce an engine exhaust stream; (b) operating the fuel processor to generate a syngas stream, (c) at least periodically directing at least a portion of the engine exhaust stream to at least one exhaust aftertreatment device in the exhaust aftertreatment system to reduce regulated emissions from the engine system, (d) at least periodically guiding at least a portion of the syngas stream to the at least one exhaust aftertreatment device to heat or regenerate the device, thereby producing a depleted syngas stream; (e) passing an excess syngas stream containing the depleted syngas stream from the at least one exhaust aftertreatment device and syngas from the fuel processor to the engine via the air inlet line. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem wenigstens ein Teil des Motorabgasstroms über eine Abgasrückführungsleitung zum Motor rezirkuliert wird.The method of claim 13, wherein at least a portion of the engine exhaust stream is recirculated to the engine via an exhaust gas recirculation line. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das überschüssige Syngas und wenigstens ein Teil des Motorabgasstroms über eine Abgasrückführungsleitung zum Motor rezirkuliert werden.The method of claim 13, wherein the excess syngas and at least a portion of the engine exhaust stream are recirculated to the engine via an exhaust gas recirculation line. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Kraftstoff aus der Kraftstoffversorgung und wenigstens ein Teil des Motorabgasstroms zum Kraftstoffprozessor geführt und darin reagiert werden, um das Syngas zu erzeugen.The method of claim 13, wherein fuel is supplied from the fuel supply and at least a portion of the engine exhaust stream to the fuel processor and reacted therein to produce the syngas. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Durchflussmenge des Motorabgasstroms zum Kraftstoffprozessor passiv gesteuert wird.The method of claim 16, wherein the flow rate of engine exhaust stream to the fuel processor is passively controlled. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die geregelten Emissionen NOx, partikelförmige Stoffe und Kohlenwasserstoffe umfassen. The method of claim 13, wherein the controlled emissions comprise NO x , particulate matter and hydrocarbons. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Abgasnachbehandlungssystem wenigstens eine Mager-NOx-Falle aufweist.The method of claim 13, wherein the exhaust aftertreatment system comprises at least one lean NO x trap. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Abgasnachbehandlungssystem ein Paar Mager-NOx-Fallen aufweist.The method of claim 13, wherein the exhaust aftertreatment system comprises a pair of lean NO x traps. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein Motorabgasflussumschalter, der stromaufwärts des Mager-NOx-Fallenpaares angeordnet ist, zwischen einem Führen wenigstens eines Teils des Motorabgasstroms zu einer ersten und dann einer zweiten des Fallenpaares wechselt zur gleichen Zeit wie ein stromaufwärts des Mager-NOx-Fallenpaares angeordneter Syngas-Gasstromumschalter zwischen dem Führen wenigstens eines Teils des Syngasstroms zu der zweiten bzw. der ersten Falle des Fallenpaars wechselt, um die Fallen zu regenerieren.The method of claim 20, wherein an engine exhaust flow diverter located upstream of the lean NO x trap pair switches between passing at least a portion of the engine exhaust flow to a first and then a second of the pair of traps at the same time as an upstream of the lean NO x- pair of trapped syngas gas flow switch between passing at least a portion of the syngas stream to the second and the first trap of the pair of traps to regenerate the traps. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein stromaufwärts des Mager-NOx-Fallenpaars angeordneter kombinierter Flussumlenker wenigstens einen Teil des Motorabgasstroms zu einer ersten Falle des Fallenpaars führt und gleichzeitig wenigstens einen Teil des Syngasstroms zu der zweiten Falle des Fallenpaars zum Regenerieren der zweiten Falle führt, abwechselnd mit dem Führen wenigstens eines Teils des Motorabgasstroms zu der zweiten Falle des Fallenpaars gleichzeitig mit dem Führen wenigstens eines Teils des Syngasstroms zu der ersten Falle des Fallenpaars zum Regenerieren der ersten Falle.The method of claim 20, wherein a combined flow diverter located upstream of the lean NO x trap pair carries at least a portion of the engine exhaust flow to a first trap of the trap pair and simultaneously delivers at least a portion of the syngas flow to the second trap trap trap for regeneration of the second trap alternating with passing at least a portion of the engine exhaust stream to the second trap of the trap pair simultaneously with passing at least a portion of the syngas stream to the first trap of the trap pair to regenerate the first trap. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem wenigstens ein stromabwärtiger Flussumschalter, der stromabwärts des Mager-NOx-Fallenpaars angeordnet ist, abwechselnd den abgereichterten Syngasstrom von derjenigen Falle des Fallenpaars, die regeneriert wird, über die Lufteinlassleitung zum Motor führt.The method of claim 21 or 22, wherein at least one downstream flow diverter located downstream of the lean NO x trap pair alternately directs the discharged syngas flow from the trap of the trap pair being regenerated to the engine via the air inlet duct. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem jede Falle des Mager-NOx-Fallenpaars zwischen einem Betrieb in einem Regeneriermodus und einem Auffangmodus hin und her geschaltet wird, so dass dann, wenn eine sich in einem Regeneriermodus befindet, die andere sich in einem Auffangmodus befindet.The method of claim 20, wherein each trap of the lean NO x trap pair is toggled between operation in a regeneration mode and a trap mode, such that when one is in a regeneration mode, the other is in a trap mode , Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Kraftstoffprozessor im Wesentlichen kontinuierlich betrieben wird, um Syngas zu erzeugen, während der Motor läuft.The method of claim 13, wherein the fuel processor is operated substantially continuously to generate syngas while the engine is running. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Motors gegenüber einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorgezogen wird, der zum Verringern von NOx-Emissionen verzögert ist.The method of claim 13, wherein the fuel injection timing of the engine is advanced over a fuel injection timing that is retarded to reduce NO x emissions. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Motorabgasstrom nicht über eine Abgasrückführungsleitung zum Motor rückgeführt wird.The method of claim 13, wherein the engine exhaust stream is not recycled to the engine via an exhaust gas recirculation line. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Umwandlung eines zum Kraftstoffprozessor geführten Kraftstoffstroms in einen Syngasstrom durch eine thermische Einrichtung unterstützt wird.The method of claim 13, wherein a conversion of fuel flow to the fuel processor into a syngas stream is assisted by a thermal device. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Umwandlung eines zum Kraftstoffprozessor geführten Kraftstoffstroms in einen Syngasstrom durch ein Katalysatormaterial unterstützt wird.The method of claim 13, wherein the conversion of fuel flow to the fuel processor into a syngas stream is assisted by a catalyst material. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die molare Konzentration an H2 und CO in dem Syngasstrom jeweils im Bereich von 5 bis 30% ist.The method of claim 13, wherein the molar concentration of H 2 and CO in the syngas stream is in the range of 5 to 30%, respectively. Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit verbesserter Kraftstoffausnutzung, wobei das Motorsystem ein Abgasnachbehandlungssystem und einen Kraftstoffprozessor aufweist, wobei das Verfahren umfasst: (a) Einspritzen eines Kraftstoffstroms aus einer Kraftstoffversorgung in den Motor und Führen eines Luftstroms zum Motor durch eine Lufteinlassleitung und Betreiben des Motors, um einen Motorabgasstrom zu erzeugen, wobei der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung im Sinne verbesserter Kraftstoffausnutzung gewählt ist, jedoch so, dass der Wert geregelter Emissionen im Motorabgasstrom stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems zumindest periodisch vorschriftsmäßige Werte übersteigt, (b) Betreiben des Kraftstoffprozessors zum Erzeugen eines Syngasstroms, (c) zumindest periodisches Führen wenigstens eines Teils des Motorabgasstroms zu der mindestens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgasnachbehandlungssystem zum Verringern geregelter Emissionen aus dem Motorsystem unter die geregelten Werte, (d) zumindest periodisches Führen wenigstens eines Teils des Syngasstroms zu der mindestens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Beheizen oder Regenerieren der Einrichtung.A method of operating an engine system with improved fuel economy, the engine system including an exhaust aftertreatment system and a fuel processor, the method comprising: (a) injecting a fuel flow from a fuel supply to the engine and directing air flow to the engine through an air intake conduit and operating the engine to produce an engine exhaust stream, wherein the timing of fuel injection is selected for improved fuel economy, but such that the value regulated emissions in the engine exhaust stream upstream of the exhaust aftertreatment system exceed at least periodically regulatory values, (b) operating the fuel processor to generate a syngas stream, (c) at least periodically routing at least a portion of the engine exhaust stream to the at least one exhaust aftertreatment device in the exhaust aftertreatment system to reduce regulated emissions from the engine system below the regulated values, (D) at least periodically guiding at least a portion of the syngas stream to the at least one exhaust aftertreatment device for heating or regenerating the device. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem Motorabgas nicht zum Motor rückgeführt wird.The method of claim 31, wherein engine exhaust is not returned to the engine.
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