DE112010000892T5

DE112010000892T5 - Abgasreinigung mit Ammoniakerzeugung an Bord

Info

Publication number: DE112010000892T5
Application number: DE112010000892T
Authority: DE
Inventors: Scott B. Fiveland; Kevin L. Bruch; James J. Driscoll
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2012-06-14
Also published as: US20100212300A1; WO2010099291A2; WO2010099291A3; CN102333948A

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Motorsystems wird offenbart, welches das Betreiben einer ersten Zylindergruppe mit einer ersten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus und das Betreiben einer zweiten Zylindergruppe mit einer zweiten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus aufweist, wobei die zweite Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus anders ist als die erste Anzahl von Hüben pro Zyklus.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf Abgasreinigungssysteme für Motoren und insbesondere auf Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion mit Ammoniakerzeugung an Bord.
Hintergrund
Die slektive katalytische Reduktion (SCR) sieht ein Verfahren zur Entfernung von Stickoxydemissionen (NO_x-Emissionen) von mit fossilem Brennstoff angetriebenen Systemen für Motoren, Fabriken und Leistungserzeugungseinrichtungen vor. Während der SCR erleichtert ein Katalysator eine Reaktion zwischen Ammoniak im Abgas und NO_x, um Wasser und Stickstoffgas zu erzeugen, wodurch NO_x aus dem Abgas entfernt wird.
Der Ammoniak, der für das SCR-System verwendet wird, kann während des Betriebs des NO_x erzeugenden Systems hergestellt werden oder kann gespeichert werden, um eingespritzt zu werden, wenn benötigt. Wegen der hohen Reaktivität von Ammoniak kann die Speicherung von Ammoniak gefährlich sein. Weiterhin kann die an Bord stattfindende Erzeugung von Ammoniak teuer sein und spezielle Einrichtungen erfordern.
Zusammenfassung
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Motorsystems offenbart, welches aufweist, eine erste Zylindergruppe mit einer ersten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus zu betreiben und eine zweite Zylindergruppe mit einer zweiten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus zu betreiben, wobei die zweite Anzahl von Hüben pro Zyklus anders ist als die erste Anzahl von Hüben pro Zyklus.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Motor offenbart, der eine erste Zylindergruppe aufweist, die konfiguriert ist, um mit einer ersten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten und eine zweite Zylindergruppe, die konfiguriert ist, um mit einer zweiten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten, wobei die ersten und zweiten Arten von Verbrennungszyklen unterschiedliche Anzahlen von Hüben haben.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Motorsystem offenbart, welches eine erste Zylindergruppe aufweist, die konfiguriert ist, um mit einer ersten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten, wodurch NO_x erzeugt wird, und eine zweite Zylindergruppe, die konfiguriert ist, um mit einer zweiten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten, wodurch NO_x erzeugt wird, wobei die zweite Art von Verbrennungszyklus eine andere Anzahl von Hüben hat als die erste Art von Verbrennungszyklus. Das Motorsystem weist einen ersten Katalysator auf, der konfiguriert ist, um NO_x von der ersten Zylindergruppe aufzunehmen und zumindest einen Teil des NO_x in NH₃ umzuwandeln. Das Motorsystem weist weiter einen zweiten Katalysator auf, der konfiguriert ist, um NH₃ vom ersten Katalysator und NO_x von der zweiten Zylindergruppe aufzunehmen und der weiter konfiguriert ist, um eine Reaktion zwischen zumindest einem Teil des NO_x von der zweiten Zylindergruppe mit zumindest einem Teil des NH₃ vom ersten Katalysator zu begünstigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in der Beschreibung mit eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der schriftlichen Beschreibung dazu, die Prinzipien des offenbarten Systems zu erklären. In den Zeichnungen stellen die Figuren Folgendes dar:
1 eine schematische Abbildung einer Leistungsquelle gemäß einer beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
2 eine diagrammartige Darstellung von ersten und zweiten Zylindergruppen gemäß einer beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
3 eine schematische Abbildung von ersten und zweiten Zylindergruppen gemäß einer beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
4 eine schematische Darstellung einer Leistungsquelle gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
5A eine schematische Darstellung eines Abgasdurchlasses gemäß einer beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
5B eine schematische Darstellung eines Abgasdurchlasses gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
5C eine schematische Darstellung eines Abgasdurchlasses gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
6A eine schematische Darstellung einer Abgassystemkonfiguration gemäß einer beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
6B eine schematische Darstellung einer Abgassystemkonfiguration gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
7 eine schematische Darstellung einer Leistungsquelle gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
1 sieht eine schematische Darstellung einer Maschine 10 der vorliegenden Offenbarung vor, die eine Leistungsquelle 12 aufweist. Die Leistungsquelle 12 kann eine erste Zylindergruppe 14 und eine zweite Zylindergruppe 16 aufweisen. Die erste Zylindergruppe 14 kann strömungsmittelmäßig mit einem ersten Lufteinlassdurchlass 18 und einem ersten Auslass- bzw. Abgasdurchlass 20 verbunden sein. Die zweite Zylindergruppe 16 kann strömungsmittelmäßig mit einem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 und einem zweiten Abgasdurchlass 24 verbunden sein. In einer Ausführungsform ist der erste Lufteinlassdurchlass 18 strömungsmittelmäßig vom zweiten Lufteinlassdurchlass 22 isoliert.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Leistungsquelle 12 der vorliegenden Offenbarung einen Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 aufweisen, der konfiguriert sein kann, um zumindest einen Teil des Abgasstroms von der ersten Zylindergruppe 14 in Ammoniak umzuwandeln. Dieser Ammoniak kann durch eine Reaktion zwischen NO_x und anderen Substanzen im Abgasstrom von der ersten Zylindergruppe 14 erzeugt werden. Beispielsweis kann NO_x mit einer Vielzahl von anderen Verbrennungsnebenprodukten reagieren, um Ammoniak zu erzeugen. Diese anderen Verbrennungsnebenprodukte können beispielsweise H₂ (Wasserstoffgas), C₃H₆ (Propen) oder CO (Kohlenmonoxyd) aufweisen.
Der Ammoniak erzeugende Katalysator 26 kann aus einer Vielzahl von Materialien gemacht sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Ammoniak erzeugende Katalysator 26 ein Perovskit aufweisen, wie beispielsweise ABX3, wobei A und B Kationen sind und X ein Anion ist, beispielweise CaTiO₃. In einem Ausführungsbeispiel kann der Ammoniak erzeugende Katalysator 26 zumindest einen der folgenden Stoffe aufweisen: Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Kupfer, Chrom, Vanadium, Titan, Eisen oder Caesium. Kombinationen dieser Materialien können verwendet werden, und das Katalysatormaterial kann basierend auf der Art des verwendeten Brennstoffs, basierend auf dem erwünschten Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis oder zur Übereinstimmung mit Umweltstandards ausgewählt werden.
Die erstes Zylindergruppe 14 kann einen oder mehrere Zylinder aufweisen, und die zweite Zylindergruppe 16 kann zumindest zwei Zylinder aufweisen. Beispielsweise kann die erste Zylindergruppe 14 zwischen einem und zehn Zylindern aufweisen, und die zweite Zylindergruppe 16 kann zwischen zwei und zwölf Zylindern aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Zylindergruppe 14 nur einen Zylinder aufweisen, und die zweite Zylindergruppe 16 kann fünf Zylinder aufweisen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Zylindergruppe 14 einen Zylinder aufweisen, und die zweite Zylindergruppe 16 kann sieben Zylinder aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erste Zylindergruppe 14 einen Zylinder aufweisen, und die zweite Zylindergruppe 16 kann elf Zylinder aufweisen. Die Anzahl der Zylinder in der ersten Zylindergruppe 14 und die Anzahl der Zylinder in der zweiten Zylindergruppe 16 können basierend auf einer erwünschten Leistungsausgabe ausgewählt werden, die von der Leistungsquelle 12 erzeugt werden soll.
Die erste Zylindergruppe 14 kann mit einer (nicht gezeigten) ersten Ventilanordnung 60 versehen sein, um Strömungsmittelflüsse in irgendeinen der Zylinder in der ersten Zylindergruppe 14 und aus diesem heraus zu steuern. Die erste Ventilanordnung 60 kann durch eine erste (nicht gezeigte) Betätigungsanordnung 64 angetrieben werden. Die Betätigungsanordnung 64 kann beispielsweise eine Nockenwelle, einen Elektromagneten oder eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung aufweisen. Die zweite Zylindergruppe 16 kann mit einer zweiten (nicht gezeigten) Ventilanordnung 62 versehen sein, um Strömungsmittelflüsse in irgendwelche Zylinder in der zweiten Zylindergruppe 16 und aus diesen heraus zu steuern. Die zweite Ventilanordnung 62 kann durch eine (nicht gezeigte) erste Betätigungsanordnung 66 angetrieben werden. Die Betätigungsanordnung 66 kann beispielsweise eine Nockenwelle, einen Elektromagnet oder eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung aufweisen.
Die erste Zylindergruppe 14 mit ihrer assoziierten ersten Ventilanordnung 60 und der ersten Betätigungsanordnung 64 kann konfiguriert sein, um mit einer ersten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten. Die zweite Zylindergruppe 16 mit ihrer assoziierten zweiten Ventilanordnung 62 und der zweiten Betätigungsanordnung 62 kann konfiguriert sein, um mit einer zweiten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten. Die ersten und zweiten Verbrennungszyklen können unterschiedliche Anzahlen von Hüben haben. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Zylindergruppe 16 mit einem Vier-Takt-Prinzip arbeiten, d. h. Betriebsabfolgen von Einlass-, Kompressions- bzw. Verdichtungs-, Leistungs- und Auslasshüben. Die erste Zylindergruppe kann mit Verbrennungszyklen mit einer höheren Anzahl von Hüben pro Zyklus arbeiten. Beispielsweise kann die erste Zylindergruppe mit einem 6-, 8-, 10- oder 12-Takt-Zyklus arbeiten. Ein 6-Takt-Zyklus kann beispielsweise eine Abfolge von Einlass-, ersten Kompressions-, ersten Leistungs-, zweiten Kompressions-, zweiten Leistungs- und Abgashüben aufweisen. Ein Blowdown- bzw. Abblasereignis kann während oder zwischen dem ersten Leistungshub und dem zweiten Kompressionshub auftreten, um unerwünscht hohe Spitzendrücke in einem oder mehreren Zylindern zu vermeiden. Zusätzlich kann Brennstoff während des zweiten Kompressions- und/oder Leistungshubes eingespritzt werden, um den zweiten Leistungshub zu unterstützen.
Die Verwendung von unterschiedlichen Hüben pro Verbrennungszyklus für die ersten und zweiten Zylindergruppen 14, 16 kann es der ersten Zylindergruppe 14 ermöglichen, näher an der stöchiometrischen Verbrennung zu arbeiten als die zweite Zylindergruppe 16. Die Verwendung von unterschiedlichen Hüben pro Verbrennungszyklus für die ersten und zweiten Zylindergruppen 14, 16 kann es der zweiten Zylindergruppe 16 gestatten, näher an der mageren Verbrennung zu arbeiten als die erste Zylindergruppe 14.
Um es den ersten und zweiten Zylindergruppen 14, 16 zu ermöglichen, mit unterschiedlichen Verbrennungszyklen zu arbeiten, können die ersten und zweiten Betätigungsanordnungen 64, 66 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten. Wo beispielsweise die ersten und zweiten Betätigungsanordnungen 64, 66 Nockenwellen sind und die ersten und zweiten Zylindergruppen 12, 14 mit einem 6- bzw. mit einem 4-Takt-Zyklus arbeiten, können die Nockenwelle der ersten Betätigungsanordnung 64 mit einem Drittel der Motordrehzahl arbeiten, während die Nockenwelle der zweiten Betätigungsanordnung 66 mit der halben Motordrehzahl arbeiten kann.
Der erste Abgasdurchlass 20 kann strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Abgasdurchlass 24 an einem Punkt stromabwärts der Brennstoffliefervorrichtung 28 in Verbindung stehen, um einen zusammengeführten Abgasdurchlass 30 zu bilden. Der zusammengeführte Abgasdurchlass 30 kann eine Mischung aus einem Abgasstrom, der von der zweiten Zylindergruppe 16 erzeugt wird, und einem Ammoniak enthaltenden Abgasstrom enthalten, der von dem Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 im ersten Abgasdurchlass 20 erzeugt wird.
Ein NO_x reduzierender Katalysator 32 kann in dem zusammengeführten Abgasdurchlass 30 angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der NO_x reduzierende Katalysator 32 eine Reaktion zwischen dem Ammoniak und NO_x erleichtern, um zumindest teilweise NO_x aus dem Abgasstrom im zusammengeführten Abgasdurchlass 30 zu entfernen. Beispielsweise kann der NO_x reduzierende Katalysator 32 eine Reaktion zwischen Ammoniak und NO_x erleichtern bzw. ausführen, um Stickstoffgas und Wasser neben weiteren Reaktionsprodukten zu erzeugen.
Die Leistungsquelle 12 kann Systeme mit gezwungener Einleitung aufweisen, um die Leistungsausgabe zu steigern und/oder die Luft/Brennstoffdampf-Verhältnisse in den Zylindern der ersten Zylindergruppe 14 oder der zweiten Zylindergruppe 16 zu steuern. Systeme mit gezwungener Einleitung können beispielsweise Turbolader und/oder Superlader bzw. Kompressoren aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann ein erstes System 34 mit gezwungener Einleitung betriebsmäßig mit dem ersten Lufteinlassdurchlass 18 verbunden sein, und ein zweites System 36 mit gezwungener Einleitung kann betriebsmäßig mit dem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 verbunden sein.
In einem Ausführungsbeispiel können das erste System 34 mit gezwungener Einleitung oder das zweite System 36 mit gezwungener Einleitung einen Turbolader. aufweisen. Der Turbolader kann das Abgas im ersten Abgasdurchlass 20 oder im zweiten Abgasdurchlass 24 verwenden, um Leistung für einen Kompressor zu erzeugen, und dieser Kompressor kann zusätzliche Luft in den ersten Lufteinlassdurchlass 18 oder in den zweiten Lufteinlassdurchlass 22 liefern. Wenn das erste System 34 mit gezwungener Einleitung oder das zweite System 36 mit gezwungener Einleitung einen Turbolader aufweisen, kann daher der Turbolader betriebsmäßig sowohl mit einem Abgasdurchlass 20, 24 als auch einem Lufteinlassdurchlass 18, 22 verbunden sein, wie in 1 gezeigt.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Ammoniak erzeugende Katalysator 26 stromabwärts des ersten Systems 34 mit gezwungener Einleitung positioniert sein. Der Abgasstrom im ersten Abgasdurchlass 20 kann stromabwärts des ersten Systems 34 mit gezwungener Einleitung kühler sein als stromaufwärts des ersten Systems 34 mit gezwungener Einleitung. Der Ammoniak erzeugende Katalysator 26 kann dahingehend wirken, dass er effizienter funktioniert, wenn er einem kühleren Abgas stromabwärts des ersten Systems 34 mit gezwungener Einleitung ausgesetzt ist.
In einem Ausführungsbeispiel können das erstes System 34 mit gezwungener Einleitung oder das zweite System 36 mit gezwungener Einleitung einen Superlader bzw. Kompressor aufweisen. Der Kompressor kann seine Leistung von einem Riemen abnehmen, der direkt mit einem Motor verbunden ist. Weiterhin müssen Kompressoren nicht mit dem Abgasstrom verbunden sein. Wenn daher das erste System 34 mit gezwungener Einleitung oder das zweite System 36 mit gezwungener Einleitung einen Kompressor aufweisen, kann der Kompressor betriebsmäßig mit dem ersten Lufteinlassdurchlass 18 oder mit dem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 verbunden sein, aber der Kompressor muss nicht betriebsmäßig mit dem ersten Abgasdurchlass 20 oder dem zweiten Abgasdurchlass 24 verbunden sein.
In einer alternativen Ausführungsform können der erste Lufteinlassdurchlass 18 oder der zweite Lufteinlassdurchlass 22 natürlich beatmet sein. Ein natürlich beatmeter Lufteinlassdurchlass kann kein System mit gezwungener Einleitung aufweisen. Alternativ kann der Lufteinlassdurchlass ein System mit gezwungener Einleitung aufweisen, jedoch kann das System mit gezwungener Einleitung basierend auf den Anforderungen eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Wenn beispielsweise ein gesteigerter Luftfluss benötigt wird, können das erstes System 34 mit gezwungener Einleitung oder das zweite System 36 mit gezwungener Einleitung angeschaltet werden, um zusätzliche Luft zum ersten Lufteinlassdurchlass 18 und/oder zum zweiten Lufteinlassdurchlass 22 zu liefern. Wenn weniger Lufteinlass benötigt wird, wie beispielsweise wenn wenig Leistung von der Leistungsquelle 12 benötigt wird, können der erste Lufteinlassdurchlass 18 und/oder der zweite Lufteinlassdurchlass 22 natürlich beatmet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Lufteinlassdurchlass 22 betriebsmäßig mit dem zweiten System 36 mit gezwungener Einleitung verbunden sein und der erste Lufteinlassdurchlass 18 kann natürlich beatmet sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Abgasdurchlass 24 einen Oxydationskatalysator 37 aufweisen NO_x kann verschiedene Stickoxyde aufweisen, die Stickstoffmonoxyd (NO) und Stickstoffdioxyd (NO₂) aufweisen, und der NO_x reduzierende Katalysator 32 kann dahingehend wirken, dass er am effizientesten bei einem Verhältnis von NO:NO₂ von ungefähr 1:1 funktioniert. Der Oxydationskatalysator 37 kann konfiguriert sein, um ein Verhältnis von NO:NO₂ im zweiten Abgasdurchlass 24 zu steuern. Weiterhin kann der Oxydationskatalysator 37 durch Steuerung eines Verhältnisses von NO:NO₂ im zweiten Abgasdurchlass 24 auch ein Verhältnis von NO:NO₂ im zusammengeführten Abgasdurchlass 30 steuern.
Eine Vielzahl von zusätzlichen Katalysatoren und/oder Filtern kann in dem ersten Abgasdurchlass 20 und/oder im zweiten Abgasdurchlass 24 vorgesehen sein. Diese Katalysatoren und Filter können Partikelfilter, NO_x-Fallen und/oder Drei-Wege-Katalysatoren aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel können der erste Abgasdurchlass 20 und/oder der zweite Abgasdurchlass 24 beispielsweise einen oder mehrere Dieselpartikelfilter aufweisen.
2 sieht eine schematische Darstellung der Leistungsquelle 12 gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform vor. Wie oben beschrieben, kann die Leistungsquelle 12 eine erste Zylindergruppe 14 und eine zweite Zylindergruppe 16 aufweisen, wobei die erste Zylindergruppe 14 strömungsmittelmäßig mit dem ersten Lufteinlassdurchlass 18 und dem ersten Abgasdurchlass 20 verbunden sein kann, und wobei die zweite Zylindergruppe 16 strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 und dem zweiten Abgasdurchlass 24 verbunden sein kann.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Lufteinlassdurchlass 18 konfiguriert sein, um Luft mit einem ersten Satz von Eigenschaften zur ersten Zylindergruppe 14 zu liefern, und der zweite Lufteinlassdurchlass 22 kann konfiguriert sein, um Luft mit einem zweiten Satz von Eigenschaften zur zweiten Zylindergruppe 16 zu liefern. Die Lufteinlassdurchlässe können konfiguriert sein, um eine oder mehrere Lufteigenschaften zu modifizieren, wie beispielsweise den Luftdruck, die Flussrate oder die Temperatur. Insbesondere können der erste Lufteinlassdurchlass 18 und der zweite Lufteinlassdurchlass 22 so konfiguriert sein, dass Luft mit dem ersten Satz von Charakteristiken bzw. Eigenschaften anders als die Luft mit dem zweiten Satz von Eigenschaften sein kann, wobei die ersten und zweiten Sätze von Eigenschaften eine oder mehrere Lufteigenschaften aufweisen können.
Beispielsweise kann der erste Lufteinlassdurchlass 18 eine kleinere Querschnittsfläche aufweisen als der zweite Lufteinlassdurchlass 22, um den Druck der Luft zu reduzieren, die an die erste Zylindergruppe 14 geliefert wird. Das Beliefern der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 mit Luft mit unterschiedlichen Eigenschaften kann gestatten, dass die erste Zylindergruppe 14 und die zweite Zylindergruppe 16 unterschiedliche Emissionsniveaus erzeugen, während sie im Wesentlichen ähnliche Leistungsausgaben aus jedem Zylinder erzeugen.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Lufteinlassdurchlass 18 strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 verbunden sein, wobei der erste Lufteinlassdurchlass 18 ein Ventil 50 aufweisen kann. Das Ventil 50 kann irgendeine Vorrichtung aufweisen die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Lufteigenschaften zu modifizieren. Insbesondere kann das Ventil 50 konfiguriert sein, um eine oder mehrere Lufteigenschaften zu modifizieren, so dass die Luft stromabwärts des Ventils 50 einen ersten Satz von Charakteristiken bzw. Eigenschaften haben kann, und dass Luft stromaufwärts des Ventils 50 einen zweiten Satz von Charakteristiken haben kann. Beispielsweise kann das Ventil 50 konfiguriert sein, um den Luftdruck und/oder die Flussrate stromabwärts des Ventils 50 zu reduzieren. Das Ventil 50 kann konfiguriert sein, um den Luftdruck innerhalb des ersten Lufteinlassdurchlasses 18 relativ zum zweiten Lufteinlassdurchlass 22 zu reduzieren, so dass die erste Zylindergruppe 14 mit Luft mit einem niedrigeren Druck beliefert werden kann als die Luft, die zur zweiten Zylindergruppe 16 geliefert wird.
Das Ventil 50 kann einen Drossel, eine induktive Venturi-Öffnung oder eine andere ähnliche Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Lufteigenschaft zu modifizieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Ventil 50 konfiguriert sein, um selektiv eine Lufteigenschaft innerhalb des ersten Lufteinlassdurchlasses 18 während eines Betriebs mit variabler Last der Leistungsquelle 12 zu modifizieren. Beispielsweise kann das Ventil 50 eine Lufteigenschaft basierend auf einer Betriebsbedingung der Leistungsquelle 12 modifizieren, wie beispielsweise basierend auf der Motordrehzahl oder der Motorlast. Wenn die Motordrehzahl zunimmt, kann das Ventil 50 die Druckdifferenz zwischen der Luft im ersten Lufteinlassdurchlass 18 und im zweiten Lufteinlassdurchlass 22 steigern, indem die Luftflussrate durch das Ventil 50 verringert wird.
In einigen Ausführungsbeispielen können die erste Zylindergruppe 14 und die zweite Zylindergruppe 16 mit Verbrennungsreaktionen mit unterschiedlichen Wirkungsgraden arbeiten. Das Beliefern der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 mit Luft mit unterschiedlichen Eigenschaften kann Verbrennungsreaktionen mit unterschiedlichen Wirkungsgraden innerhalb der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 gestatten. Verbrennungsreaktionen mit unterschiedlichen Wirkungsgraden können unterschiedliche Verbrennungsprodukte und unterschiedliche Emissionsniveaus aus der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 erzeugen. Beispielsweise kann das Beliefern der ersten Zylindergruppe 14 mit Luft mit einem niedrigeren Druck als die Luft, die zur zweiten Zylindergruppe 16 geliefert wird, gestatten, dass die erste Zylindergruppe 14 relativ zur zweiten Zylindergruppe 16 gesteigerte NO_x-Niveaus erzeugt. Emissionsniveaus können auch durch andere Betriebsparameter der Leistungsquelle 12 beeinflusst werden, wie beispielsweise durch das Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis, die Ventilzeitsteuerung oder die Brennstoffeinspritzzeitsteuerung.
Die Leistungsquelle 12 kann ein oder mehrere Systeme mit gezwungener Einleitung aufweisen, um die Leistungsausgabe zu steigern, wie zuvor beschrieben. Wie in 4 gezeigt, kann ein System 54 mit gezwungener Einleitung betriebsmäßig mit dem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 und dem ersten Lufteinlassdurchlass 18 verbunden sein, wobei der erste Lufteinlassdurchlass 18 das Ventil 50 aufweisen kann. Das System 54 mit gezwungener Einleitung kann einen Superlader bzw. Kompressor aufweisen, der betriebsmäßig mit der Leistungsquelle 12 durch einen Riemen und/oder durch eine Zahnradanordnung verbunden ist. Der Kompressor kann einen Teil der Energie verwenden, die von der Leistungsquelle 12 erzeugt wird, um Luft in dem ersten Lufteinlassdurchlass 18 und im zweiten Lufteinlassdurchlass 22 unter Druck zu setzen, wodurch die Leistungsausgabe der Leistungsquelle 12 gesteigert wird.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das System 54 mit gezwungener Einleitung einen Turbolader aufweisen. Wie oben beschrieben, kann der Turbolader das Abgas im zweiten Abgasdurchlass 24 und/oder im ersten Abgasdurchlass 20 verwenden, um Leistung für einen Kompressor zu erzeugen. Der Kompressor kann weiter konfiguriert sein, um die Luft im ersten Lufteinlassdurchlass 18 und im zweiten Lufteinlassdurchlass 22 unter Druck zu setzen.
Verschiedene Katalysatoren und/oder Filter können in dem ersten Abgasdurchlass 20 und/oder im zusammengeführten Durchlass 30 vorgesehen sein. Beispielhafte Katalysatoren und Filter können Partikelfilter, NO_x-Fallen und/oder Drei-Wege-Katalysatoren aufweisen. Wie zuvor beschrieben, kann der erste Abgasdurchlass 20 eine Brennstoffliefervorrichtung 28 und/oder einen Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Ammoniakerzeugung im ersten Abgasdurchlass 20 zu erleichtern bzw. durchzuführen. Der erste Abgasdurchlass 20 kann auch einen Dieselpartikelfilter 27 aufweisen, der konfiguriert ist, um Emissionen mit festen und flüssigen Partikelstoffen zu sammeln. Der Dieselpartikelfilter 27 kann auch in dem zusammengeführten Abgasdurchlass 30 angeordnet sein. Zusätzlich kann der erste Abgasdurchlass 20 auch einen Teiloxydationskatalysator 29 aufweisen, der konfiguriert ist, um Emissionen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen und flüssigen Kohlenwasserstoffpartikeln zu reduzieren.
Die 6A–6C sehen schematische Abbildungen des ersten Abgasdurchlasses 20 gemäß verschiedener beispielhafter offenbarter Ausführungsformen vor. Genauso wie verschiedene Katalysatoren und/oder Filter kann der erste Abgasdurchlass 20 eine Turbokomponente 52 aufweisen, die konfiguriert ist, um zusätzliche Energie zur Maschine 10 zu liefern. Die Turbokomponente 52 kann konfiguriert sein, um Energie in den Abgasen der Leistungsquelle 12 in Drehenergie umzuwandeln, die der Leistungsquelle 12 hinzugefügt werden kann.
Wie oben beschrieben, können die Abgase In dem ersten Abgasdurchlass 20 und/oder im zweiten Abgasdurchlass 24 verwendet werden, um einen herkömmlichen Turbolader anzutreiben. Nach dem Durchlaufen durch den herkömmlichen Turbolader können die Abgase dann in die Turbokomponente 52 geleitet werden, um eine Turbine zu drehen. Die Turbine kann konfiguriert sein, um zusätzliche Leistung zur Leistungsquelle 12 zu liefern, Beispielsweise können die Umdrehungen der Turbine durch mechanische Räder und/oder eine Hydraulikkupplung heruntergestuft bzw. untersetzt werden, um eine Welle anzutreiben, die mechanisch mit der Leistungsquelle 12 verbunden ist.
Wie in 5A gezeigt, kann die Turbokomponente 52 an irgendeiner Position innerhalb des ersten Abgasdurchlasses 20 angeordnet sein. Insbesondere kann die Turbokomponente 52 stromaufwärts oder stromabwärts des Dieselpartikelfilters 27, des Teiloxidationskatalysators 29 und/oder des Ammoniak erzeugenden Katalysators 26 gelegen sein. Weiterhin kann der erste Abgasdurchlass 20 die Brennstoffliefervorrichtung 28 stromaufwärts oder stromabwärts des Dieselpartikelfilters 27 aufweisen oder nicht aufweisen.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Abgasdurchlass 20 zusätzliche und/oder weniger Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann der erste Abgasdurchlass 20, wie in 5B gezeigt, die Brennstoffliefervorrichtung 28 und den Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 aufweisen. Der erste Abgasdurchlass 20 kann auch die Turbokomponente 52 aufweisen, die stromaufwärts oder stromabwärts der Brennstoffliefervorrichtung 28 und des Ammoniak erzeugenden Katalysators 26 gelegen ist.
Der erste Abgasdurchlass 20 kann eine oder mehrere verzweigte Konfigurationen aufweisen. Wie in 5C gezeigt, kann sich der erste Abgasdurchlass 20 in zwei Unterdurchlässe aufteilen, einen ersten Abgasunterdurchlass 20' und einen zweiten Abgasunterdurchlass 20''. Jeder Unterdurchlass kann mindestens einen der verschiedenen Katalysatoren, Filter und/oder die Turbokomponente 52 aufweisen. Insbesondere kann der erste Abgasunterdurchlass 20' die Brennstoffliefervorrichtung 28 und/oder den Teiloxidationskatalysator 29 aufweisen. Der erste Abgasdurchlass 20 kann den Dieselpartikelfilter 27 stromaufwärts oder stromabwärts von jedem Unterdurchlass aufweisen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Turbokomponente 52 irgendwo innerhalb des ersten Abgasdurchlasses 20, des ersten Abgasunterdurchlasses 20' oder des zweiten Abgasunterdurchlasses 20'' positioniert sein kann.
Die 7A–7B sehen schematische Diagramme von einem oder mehreren Abgasdurchlässen gemäß verschiedenen beispielhaften offenbarten Ausführungsformen vor. Wie oben besprochen, können der erste Abgasdurchlass 20, der zweite Abgasdurchlass 24 und/oder der zusammengeführte Durchlass 30 verschiedene Katalysatoren und/oder Filter aufweisen. Beispielweise kann der zusammengeführte Durchlass 30 einen Ammoniak reduzierenden Katalysator 31 aufweisen, der konfiguriert ist, um Ammoniak aus dem Abgas zu entfernen, um im Wesentlichen das Freigeben von Ammoniak in die Atmosphäre zu verhindern.
Wie in 6A gezeigt, kann die Turbokomponente 52 an irgendeiner geeigneten Position innerhalb des ersten Abgasdurchlasses 20 und/oder des zusammengeführten Durchlasses 30 angeordnet sein. Insbesondere kann die Turbokomponente 52 stromaufwärts oder stromabwärts des Ammoniak erzeugenden Katalysators 26 im ersten Abgasdurchlass 20 gelegen sein. Die Turbokomponente 52 kann auch stromaufwärts des Dieselpartikelfilters 27 im zusammengeführten Durchlass 30 gelegen sein.
In einigen Ausführungsbeispielen können der erste Abgasdurchlass 20, der zweite Abgasdurchlass 24 und/oder der zusammengeführte Durchlass 30 zusätzliche und/oder weniger Komponenten aufweisen. Wie beispielsweise in 6B gezeigt, kann der erste Abgasdurchlass 20 den Dieselpartikelfilter 27 und den Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 aufweisen, und der zweite Abgasdurchlass 24 kann den Dieselpartikelfilter 27 aufweisen. Weiterhin kann der zusammengeführte Durchlass 30 den NO_x reduzierenden Katalysator 32 und den Ammoniak reduzierenden Katalysator 31 aufweisen. Die Turbokomponente 52 kann auch stromaufwärts oder stromabwärts des Dieselpartikelfilters 27 im ersten Abgasdurchlass 20, stromaufwärts des NO_x reduzierenden Katalysators 32 im zusammengeführten Durchlass 30, oder stromabwärts des Dieselpartikelfilters 27 im zweiten Abgasdurchlass 24 gelegen sein.
7 sieht eine schematische Darstellung einer Maschine 10' vor, die eine Leistungsquelle 12 gemäß einer weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsform aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 1, wobei die Leistungsquelle 12 eine erste Zylindergruppe 14 und eine zweite Zylindergruppe 16 aufweisen kann. Die erste Zylindergruppe 14 kann strömungsmittelmäßig mit einem ersten Lufteinlassdurchlass 18 und einem ersten Abgasdurchlass 20 verbunden sein. Die zweite Zylindergruppe 16 kann strömungsmittelmäßig mit einem zweiten Lufteinlassdurchlass 22 und einem zweiten Abgasdurchlass 24 verbunden sein.
Die Maschine 10' weist weiter erste und zweite Systeme 34, 36 mit gezwungener Einleitung auf (beispielsweise Turbolader). Die ersten und zweiten Systeme 34, 36 mit gezwungener Einleitung können konfiguriert sein, um separat Luft zum ersten Lufteinlassdurchlass 18 und zum zweiten Lufteinlassdurchlass 22 zu liefern. In einigen Ausführungsbeispielen können die getrennten Systeme 34, 36 mit gezwungener Einleitung eine schnelle und genaue Steuerung der Leistungsausgabe in jedem der. Zylinder der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 gestatten.
Die Leistungsausgabe von jedem der Zylinder der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 können durch eine Anzahl von unterschiedlichen Faktoren gesteuert werden, beispielsweise durch das Luft/Brennstoff-Verhältnis, durch die absoluten Mengen an Luft und Brennstoff in den Zylindern und/oder durch die Einspritzzeitsteuerung. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Leistungsquelle 12 eine Motorsteuereinheit 33 aufweisen, die konfiguriert ist, um die Leistungsausgabe von jedem der Zylinder der ersten Zylindergruppe 14 und der zweiten Zylindergruppe 16 zu steuern.
Die Steuereinheit 33 kann eine Vielzahl von geeigneten elektronischen Maschinensteuereinheiten aufweisen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 33 einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine Speichereinheit, eine Datenspeichervorrichtung, einen Kommunikations-Hub bzw. Kommunikationsverteiler und/oder andere in der Technik bekannte Komponenten aufweisen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Steuereinheit 33 mit einem allgemeinen Steuersystem integriert sein kann, welches fähig ist, verschiedene Funktionen der Leistungsquelle 12 und/oder anderer Komponenten der Maschine 10 zu steuern. Weiterhin kann die Steuereinheit verschiedene Betriebsparameter der Maschine bestimmen und Ausgangssignale liefern, um einen gewünschten Betrieb der Leistungsquelle 12 oder irgendeines anderen Abgassystems oder der Maschinenkomponenten zu bewirken.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 33 die Menge und/oder die Zeitsteuerung von Luft und/oder Brennstofflieferungen steuern, die in die Zylinder der Leistungsquelle 12 geliefert werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 33 den Betrieb der Turbolader 34, 36 steuern, um die Luft/Brennstoff-Verhältnisse in den Zylindern zu steuern. Zusätzlich können die ersten und/oder zweiten Einlassdurchlässe 18, 22 weiter geeignete Ventile 35 oder andere Systeme zur Steuerung der Luftlieferung von den Turboladern 34, 36 oder einer Ein-lasssammelleitung aufweisen.
Zusätzlich kann die Steuereinheit 33 die Menge und die Zeitdauer der Brennstofflieferung steuern, die in die Zylinder der Leistungsquelle 12 geliefert wird. Beispielsweise kennen die ersten und zweiten Zylindergruppen 14, 16 Brennstoffliefersysteme aufweisen, wie beispielsweise die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 15, 17. Die Steuereinheit 33 kann konfiguriert sein, um die Brennstoffeinspritzung zu steuern, um die Leistungsausgabe und die Emissionen aus jedem Zylinder der ersten und zweiten Zylindergruppen 14, 16 zu steuern.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 33 konfiguriert sein, um eine im Wesentlichen gleiche Leistungsausgabe aus jedem der Zylinder der ersten und zweiten Zylindergruppen 14, 16 zu erzeugen, um Schwingungen der Leistungsquelle zu steuern. Weiterhin kann die Steuereinheit, während sie im Wesentlichen gleiche Leistungsausgaben aus jedem Zylinder erzeugt, eine Erzeugung von unterschiedlichen Abgaszusammensetzungen bewirken. Wie zuvor erwähnt, kann es beispielsweise wünschenswert sein, eine höhere Menge an NO_x in der ersten Zylindergruppe 14 zu erzeugen, wodurch gestattet wird, dass NO_x bei einem stromabwärts gelegenen Ammoniak erzeugenden Katalysator in Ammoniak umgewandelt wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung sieht ein Abgasreinigungssystem vor, welches eine Leistungsquelle mit einer Ammoniakerzeugung an Bord aufweist. Dieses Reinigungssystem kann in allen Motorbauarten nützlich sein, die NO_x-Emissionen erzeugen.
Der Betrieb der Motorzylinder kann vom Verhältnis der Luft zum Brennstoffdampf abhängen, der in die Zylinder während des Betriebs eingespritzt wird. Das Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis wird oft als ein Lamda-Wert ausgedrückt, der von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis abgeleitet wird. Das stöchiometrische Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis ist das chemisch richtige Verhältnis, damit eine Verbrennung stattfindet. Das stöchiometrische Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis kann als äquivalent einem Lamda-Wert von 1,0 angesehen werden.
Die Motorzylinder können bei nicht stöchiometrischen Luft/Brennstoffdampf-Verhältnissen arbeiten. Ein Motorzylinder mit einem niedrigeren Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis hat einen Lamda-Wert von weniger als 1,0 und wird als fett bezeichnet. Ein Motorzylinder mit einem höheren Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis hat einen Lamda-Wert von mehr als 1,0 und wird als mager bezeichnet.
Der Lamda-Wert kann die NO_x-Emissionen und den Brennstoffwirkungsgrad eines Zylinders beeinflussen. Ein mager betriebener Zylinder kann einen verbesserten Brennstoffwirkungsgrad im Vergleich zu einem Zylinder haben, der unter stöchiometrischen oder fetten Bedingungen arbeitet. Jedoch kann ein magerer Betrieb die NO_x-Erzeugung steigern oder kann das Eliminieren von NO_x im Abgas schwierig machen, da restlicher Sauerstoff im Abgasstrom negativ die Umwandlung von NO_x in NH₃ beeinflussen kann.
Die Zylinder der ersten Zylindergruppe 14 und/oder der zweiten Zylindergruppe 16 können eine Vielzahl von geeigneten Motorzylinderbauarten aufweisen. Beispielsweise können geeignete Motorbauarten Dieselmotorzylinder, Erdgaszylinder oder Benzinzylinder aufweisen. Die spezielle Zylinderbauart kann basierend auf der speziellen Anwendung, der erwünschten Leistungsausgabe, der verfügbaren Brennstoffinfrastruktur und/oder basierend auf irgendeinem anderen geeigneten Faktor ausgewählt werden. Beispielsweise können Erdgasmotoren für gewissen Motorarten ausgewählt werden, wie beispielsweise Generatorsätze. Dieselmotoren können für Straßenlastwägen ausgewählt werden. Jedoch können unterschiedliche Motorarten für jede Anwendung ausgewählt werden, wenn sich die verfügbare Brennstoffinfrastruktur, die Brennstoffkosten und die Emissionsstandards verändern.
SCR-Systeme sehen ein Verfahren zur Verringerung von NO_x-Emissionen im Abgas durch Verwendung von Ammoniak vor. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann NO_x aus dem Motor, welches durch eine erste Art eines Verbrennungszyklus in der ersten Zylindergruppe 14 erzeugt wird, in Ammoniak umgewandelt werden. Dieser Ammoniak kann mit einem SCR-System verwendet werden, um NO_x zu entfernen, welches als Nebenprodukt einer Verbrennung von Brennstoff in der Leistungsquelle 12 erzeugt wird.
Ein stöchiometrischer Betrieb der ersten Zylindergruppe 14 kann eine besser gesteuerte NO_x-Erzeugung im Vergleich zu einem mageren oder fetten Betrieb der ersten Zylindergruppe 14 gestatten. Weiterhin kann die Effizienz der Umwandlung von NO_x in Ammoniak durch den Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 unter fetten Bedingungen verbessert werden. Daher kann Brennstoff zu diesem NO_x enthaltendem Abgas hinzugeliefert werden, um ein fettes NO_x enthaltendes Abgas zu erzeugen, welches verwendet werden kann, um Ammoniak durch den Ammoniak erzeugenden Katalysator 26 zu erzeugen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Zylindergruppe 14 mit einer ersten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus arbeiten und die zweite Zylindergruppe 16 kann mit einer zweiten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus arbeiten, wodurch die zweite Anzahl von Hüben pro Zyklus anders ist als die erste Anzahl von Hüben pro Zyklus. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Zylindergruppe 16 mit einem Vier-Takt-Zyklus arbeiten, während die erste Zylindergruppe 14 mit einem Zyklus arbeiten kann, der mehr als 4 Hübe aufweist, wie beispielsweise mit einem 6-, 8-, 10- oder 12-Takt-Zyklus. In einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Hübe pro Zyklus für die erste Zylindergruppe 14 verändert werden, während die Leistungsquelle 12 läuft. Beispielsweise kann die erste Zylindergruppe 14 mit einem 6-Takt-Zyklus für eine Zeitperiode arbeiten, und kann mit einer anderen Anzahl von Hüben pro Zyklus für eine andere Zeitperiode arbeiten. Die Zeitperioden können beispielsweise von der Last, von der Drehzahl, den erwünschten Emissionscharakteristiken und/oder dem erwünschten Brennstoffverbrauch abhängen. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Zylindergruppe 14 speziell mit einem 6-Takt-Zyklus arbeiten und die zweite Zylindergruppe 16 kann mit einem 4-Takt-Zyklus arbeiten.
In Ausführungsbeispielen, bei denen die erstes Zylindergruppe 14 mit einem Zyklus mit einer größeren Anzahl von Hüben arbeitet als der Zyklus der zweiten Zylindergruppe 16, kann die erste Zylindergruppe 14 näher an dem stöchiometrischen Verhältnis arbeiten als die zweite Zylindergruppe 16. Zusätzlich oder als eine Alternative kann die zweite Zylindergruppe 16 in Ausführungsbeispielen, wo die erste Zylindergruppe 14 mit einem Zyklus mit einer größeren Anzahl von Hüben arbeitet als der Zyklus der zweiten Zylindergruppe 16, mager arbeiten, d. h. mit einem magereren Luft/Brennstoff-Verhältnis als die erste Zylindergruppe. In einem Ausführungsbeispiel, wo die erste Zylindergruppe 14 mit einem Zyklus mit einer größeren Anzahl von Hüben arbeitet als der Zyklus der zweiten Zylindergruppe 16 kann die erste Zylindergruppe 14 mit einem im Wesentlichen stöchiometrischen Verhältnis arbeiten und die zweite Zylindergruppe kann im Wesentlichen mager arbeiten.
In einem Ausführungsbeispielen kann die erste Zylindergruppe 14 mit einem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis innerhalb eines oder mehrerer Zylinder der ersten Zylindergruppe 14 arbeiten. Der eine Zylinder oder die Vielzahl von Zylindern der ersten Zylindergruppe 14, der bzw. die mit einem stöchiometrischen Luft/Brennstoffdampf-Verhältnis arbeitet bzw. arbeiten, kann bzw. können einen stöchiometrischen Abgasstrom erzeugen, der NO_x enthält. Der stöchiometrische NO_x enthaltende Abgasstrom kann in den ersten Abgasdurchlass 20 fließen, der strömungsmittelmäßig mit dem einen Zylinder oder der Vielzahl von Zylindern der ersten Zylindergruppe 14 verbunden sein kann.
Um die fetten Bedingungen zu erzeugen, die die Umwandlung von NO_x in Ammoniak begünstigen, kann eine Brennstoffliefervorrichtung 28 konfiguriert sein, um Brennstoff in den ersten Abgasdurchlass 20 zu liefern. In einem Ausführungsbeispiel kann ein stöchiometrischer NO_x enthaltender Abgasstrom zum ersten Abgasdurchlass 20 geliefert werden, und die Brennstoffliefervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um Brennstoff in den ersten Abgasdurchlass 20 zu liefern, wodurch der Abgasstrom fett gemacht wird, In einem Ausführungsbeispiel kann der Abgasstrom im ersten Abgasdurchlass 20 stromaufwärts der Brennstoffliefervorrichtung 28 stöchiometrisch sein und stromabwärts der Brennstoffliefervorrichtung 28 fett sein.
3 veranschaulicht die Strömungsmittelverbindungen von Lufteinlassdurchlässen und Luftauslassdurchlässen mit den Zylindern der 2. In diesem Ausführungsbeispiel können der erste Lufteinlassdurchlass 18 und der erste Abgasdurchlass 20 strömungsmittelmäßig mit dem einzelnen Zylinder 38 der ersten Zylindergruppe 14 in Verbindung stehen. Weiterhin kann der zweite Lufteinlassdurchlass 22 strömungsmittelmäßig mit dem Zylinder 40 der zweiten Zylindergruppe 16 in Verbindung stehen, genauso wie mit all den anderen Zylindern 42, 44, 46, 48 der zweiten Zylindergruppe 16, und der zweite Lufteinlassdurchlass 22 kann strömungsmittelmäßig vom ersten Lufteinlassdurchlass 18 isoliert sein. Zusätzlich kann der zweite Abgasdurchlass 24 strömungsmittelmäßig mit dem Zylinder 40 der zweiten Zylindergruppe 16 in Verbindung stehen, genauso wie mit all den anderen Zylindern 42, 44, 46, 48 der zweiten Zylindergruppe 16.
Das Steuern der Leistungsausgaben von jedem der Zylinder der Leistungsquelle 12 kann die Ammoniakerzeugung, die NO_x-Emissionen, die maximale Leistungsausgabe und/oder den Brennstoffwirkungsgrad beeinflussen. Wenn beispielsweise eine gesteigerte Leistungsausgabe benötigt wird, können alle Zylinder der Leistungsquelle 12 mit maximaler Leistung arbeiten. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Leistungsausgabe von einem der Zylinder der ersten Zylindergruppe 14 geringer sein als die Leistungsausgabe von jedem der Zylinder der zweiten Zylindergruppe 16. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die erste Zylindergruppe 14 weniger Leistung erzeugen, jedoch kann der Betrieb der ersten Zylindergruppe 14 gesteuert werden, so dass die Ammoniakerzeugung an die NO_x-Erzeugung von der zweiten Zylindergruppe 16 angepasst wird.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den offenbarten Systemen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der offenbarten Systeme und Verfahren werden dem Fachmann bei einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Ausführungsbeispiele offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Motorsystems, welches Folgendes aufweist: Betreiben einer ersten Zylindergruppe mit einer ersten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus; Betreiben einer zweiten Zylindergruppe mit einer zweiten Anzahl von Hüben pro Verbrennungszyklus, wobei die zweite Anzahl von Hüben pro Zyklus anders ist als die erste Anzahl pro Zyklus.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, die erste Zylindergruppe näher am stöchiometrischen Verhältnis zu betreiben als die zweite Zylindergruppe.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, die zweite Zylindergruppe magerer zu betreiben als die erste Zylindergruppe.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, die erste Zylindergruppe im Wesentlichen stöchiometrisch zu betreiben und die zweite Zylindergruppe im Wesentlichen mager zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter das Umwandeln von mindestens einem Teil des NO_x, welches während eines Verbrennungszyklus in dem ersten Zylinder erzeugt wird, in NH₃ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, welches weiter aufweist, zumindest einen Teil des NO_x, welches während eines Verbrennungszyklus im zweiten Zylinder erzeugt wurde, mit dem NH₃ zu behandeln.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, die Anzahl der Hübe der ersten und/oder der zweiten Zylindergruppen während des Betriebs des Motors zu verändern.
Motor, der Folgendes aufweist: eine erste Zylindergruppe, die konfiguriert ist, um mit einer ersten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten; eine zweite Zylindergruppe, die konfiguriert ist, um mit einer zweiten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten, wobei die ersten und zweiten Arten von Verbrennungszyklen unterschiedliche Anzahlen von Hüben haben.
Motor nach Anspruch 8, wobei die zweite Art von Verbrennungszyklus weniger Hübe als die erste Art von Verbrennungszyklus hat.
Motor nach Anspruch 8, wobei die erste Art von Verbrennungszyklus ein 6-Takt-Zyklus ist, und wobei die zweite Art von Verbrennungszyklus ein 4-Takt-Zyklus ist.
Motor nach Anspruch 8, wobei die erste Art von Verbrennungszyklus näher an der stöchiometrischen Verbrennung ist als die zweite Art von Verbrennungszyklus.
Motor nach Anspruch 8, wobei die zweite Art von Verbrennungszyklus näher an der mageren Verbrennung ist als die erste Art von Verbrennungszyklus.
Motor nach Anspruch 8, wobei der Motor ein Reihenmotor ist und wobei die erste Zylindergruppe mit einem ersten Satz von Ventilen versehen ist, der durch eine erste Nockenwelle betätigt wird, und wobei die zweite Zylindergruppe mit einem zweiten Satz von Ventilen versehen ist, der durch eine zweite Nockenwelle betätigt wird.
Motor nach Anspruch 13, wobei die ersten und zweiten Nockenwellen mit einem Drittel bzw. mit der Hälfte der Motordrehzahl arbeiten.
Motor nach Anspruch 8, wobei die Anzahl von Hüben in dem ersten und/oder dem zweiten Verbrennungszyklus verändert werden kann, während der Motor arbeitet.
Motorsystem, welches Folgendes aufweist: eine erste Zylindergruppe, die konfiguriert ist, um mit einer ersten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten, wodurch NO_x erzeugt wird; eine zweite Zylindergruppe, die konfiguriert ist, um mit einer zweiten Art von Verbrennungszyklus zu arbeiten, wodurch NO_x erzeugt wird, wobei die zweite Art von Verbrennungszyklus eine andere Anzahl von Hüben hat als die erste Art von Verbrennungszyklus; einen ersten Katalysator, der konfiguriert ist, um NO_x von der ersten Zylindergruppe aufzunehmen und zumindest einen Teil des NO_x in NH₃ umzuwandeln; einen zweiten Katalysator, der konfiguriert ist, um NH₃ vom ersten Katalysator und NO_x von der zweiten Zylindergruppe aufzunehmen, und der weiter konfiguriert ist um eine Reaktion zwischen zumindest einem Teil des NO_x von der zweiten Zylindergruppe mit zumindest einem Teil des NH₃ von dem ersten Katalysator zu begünstigen.
Motorsystem nach Anspruch 16, wobei die erste Art von Verbrennungszyklus die folgenden Hübe aufweist: einen ersten Kompressions- bzw. Verdichtungshub; einen ersten Leistungshub; einen zweiten Kompressions- bzw. Verdichtungshub; einen zweiten Leistungshub; einen Auslasshub; einen Einlasshub.
Motorsystem nach Anspruch 17, wobei ein Blowdown- bzw. Abblasereignis während des ersten Leistungshubes und/oder des zweiten Verdichtungshubes auftritt.
Motorsystem nach Anspruch 17, wobei eine Brennstoffmenge zum Ende des zweiten Verdichtungshubes hin oder nahe dem Beginn des zweiten Leistungshubes eingespritzt wird.
Motorsystem nach Anspruch 16, welches weiter eine steuerbare Überleitung aufweist, die konfiguriert ist, um eine steuerbare Überleitung über den ersten Katalysator für das NO_x von der ersten Zylindergruppe vorzusehen.