DE112012001097T5

DE112012001097T5 - Verfahren und Systeme zur Emissionssteuerung in einem Zweistoff-Motor

Info

Publication number: DE112012001097T5
Application number: DE112012001097.3T
Authority: DE
Inventors: Adam Edgar Klingbeil; Narendra Digamber Joshi; David James Walker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: US9932912B2; BR112013020790A2; BR112013020790B1; US20120222400A1; CA2828690A1; DE112012001097B4; WO2012121870A1

Abstract

Verschiedene Verfahren und System sind für einen Motor mit einem Abgasbehandlungssystem vorgesehen. In einem Beispiel wird in einem ersten Zustand ein erster Kraftstoff zur Verbrennung in dem Motor zugeführt. In einem zweiten Zustand wird ein zweiter Kraftstoff zur Verbrennung in dem Motor zugeführt, wobei sich zweite der Kraftstoff von dem ersten Kraftstoff unterscheidet. In einem dritten Zustand wird der erste Kraftstoff als ein Reduktionsmittel für das Abgasbehandlungssystem zugeführt.

Description

Gebiet
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verfahren und Systeme für einen Zweistoff-Motor mit einem Abgasbehandlungssystem.
Hintergrund
Kompressionszündungsmotoren (z. B. Dieselmotoren) sind ein Typ von Verbrennungsmotor, welcher Kompressionswärme zum Auslösen einer Zündung und zum Verbrennen von Kraftstoff nutzen. Kompressionszündungsmotoren haben einen höheren thermischen Wirkungsgrad als andere Verbrennungsmotoren, wie z. B. funkengezündete Motoren. Jedoch haben Kompressionszündungsmotoren höhere Emissionen (z. B. Stickoxide (NO_x), Partikel und dergleichen) im Vergleich zu anderen Verbrennungsmotoren. Der erhöhte Anteil von NO_x ist einer Diffusionsflammenverbrennung zuzurechnen. In der Diffusionsflamme wird Kraftstoff in einer stöchiometrischen Art oxidiert, welche relativ hohe lokale Temperaturen erzeugt. Die hohen lokalen Temperaturen erzeugen erhöhte Anteile von NO_x. Ferner beruhen die erhöhten Partikelemissionen auf dem heterogenen Verbrennungsereignis, in welchem lokale Äquivalenzverhältnisse hoch sind und eine Tendenz zur Partikelausbildung steigt. Deswegen kann ein Abgasbehandlungssystem mit einem Abgaskanal des Motors verbunden sein, um Emissionen zu reduzieren.
In einigen Beispielen können Emissionen verringert werden, indem der Kompressionszündungsmotor als ein Zweistoffmotor betrieben wird, welcher unter Nutzung von zwei unterschiedlichen Kraftstoffen arbeitet, wie z. B. mit einem Kraftstoff niedriger Reaktivität (z. B. Erdgas) und einem Kraftstoff hoher Reaktivität (z. B. Diesel). In einem derartigen Beispiel kann der Motor zwei Kraftstoffsysteme für die Kraftstoffe haben. Ferner kann das Abgasbehandlungssystem ein Reduktionsmittelsystem beinhalten, so dass ein Reduktionsmittel einer Abgasbehandlungsvorrichtung beispielsweise zur Reduktion von NO_x zugeführt werden kann. Somit kann der von dem Motor und dem Abgasbehandlungssystem eingenommene Raumbedarf vergrößert werden.
Kurzbeschreibung
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren für einen Motor mit einem Abgasbehandlungssystem in einem ersten Zustand den Schritt einer Zuführung eines ersten Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor. Das Verfahren beinhaltet ferner in einem zweiten Zustand die Zuführung eines zweiten Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor, wobei der sich zweite Kraftstoff von dem ersten Kraftstoff unterscheidet. In einem dritten Zustand beinhaltet das Verfahren die Zuführung des ersten Kraftstoffs als ein Reduktionsmittel für das Abgasbehandlungssystem.
Durch die Verwendung von wenigstens zwei unterschiedlichen Kraftstoffarten zur Verbrennung kann die Verbrennungsgeschwindigkeit verlangsamt werden. Beispielsweise kann ein Verbrennungsereignis durch Zuführen von jedem der Kraftstoffe zu unterschiedlichen Zeiten auf der Basis des ersten und zweiten Zustandes ausgelöst werden, und somit die Steuerung des Zündzeitpunktes verbessert werden. Ferner können auf der Basis der Zusammensetzung des ersten und zweiten Kraftstoffs der Wirkungsgrad des Motors erhöht und die Emissionen verringert werden. Der erste Kraftstoff kann ferner als ein Reduktionsmittel für die Abgasbehandlungsvorrichtung dienen und dadurch die Notwendigkeit für ein getrenntes System für das Reduktionsmittel verringern und eine Gesamtgröße des Motors und des Abgasbehandlungssystems verringern.
Es dürfte sich verstehen, dass die vorstehende Kurzbeschreibung zur Einführung einer vereinfachten Form einer Auswahl von Konzepten vorgesehen ist, die weitergehend in der detaillierten Beschreibung beschrieben werden. Sie ist nicht dafür gedacht, Schlüsselmerkmale oder wichtige Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstandes zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der detaillierten Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenlegung angegebene Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird besser mit dem Lesen der nachstehenden Beschreibung nicht-einschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, in welchen nachstehend:
1 eine schematische Darstellung einer Beispielausführungsform eines Schienenfahrzeugs mit einem Zweistoffmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 eine schematische Darstellung einer Beispielausführungsform eines Schienenfahrzeugs mit einem Zweistoffmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 eine schematische Darstellung einer Beispielausführungsform eines Schienenfahrzeugs mit einem Zweistoffmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 eine perspektivische Ansicht, angenähert im Maßstab, eines Motors mit einem Turbolader und einem Abgasbehandlungssystem zeigt.
5 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Zuführen von Kraftstoff zu einem mit einem Zweistoffmotor verbundenem Abgasbehandlungssystem veranschaulicht.
6 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Zuführen von Kraftstoff zu Zylindern eines Zweistoffmotors verbundenem und zum Zuführen von Kraftstoff zu einem mit dem Motor verbundenen Abgasbehandlungssystem veranschaulicht.
7–8 Zeitdiagramme zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Zweistoffmotor darstellen.
Detaillierte Beschreibung
Die nachstehende Beschreibung betrifft verschiedene Ausführungsformen von Verfahren und Systemen für einen Zweistoffmotor mit einem Abgasbehandlungssystem. In einer Beispielausführungsform beinhaltet ein Verfahren in einem ersten Zustand den Schritt der Zuführung eines ersten Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor. Das Verfahren beinhaltet ferner in einem zweiten Zustand den Schritt der Zuführung eines zweiten Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor, wobei sich der zweite Kraftstoff von dem ersten Kraftstoff unterscheidet. Beispielsweise kann der erste Kraftstoff Ethanol und der zweite Kraftstoff Diesel sein. In einem dritten Zustand beinhaltet das Verfahren ferner den Schritt der Zuführung des ersten Kraftstoffs als ein Reduktionsmittel für das Abgasbehandlungssystem. In einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite Kraftstoff direkt in den Motor eingespritzt werden. In weiteren Ausführungsformen kann der erste Kraftstoff in den Einlasskanal eingespritzt werden und der zweite Kraftstoff direkt eingespritzt werden. In einer derartigen Ausführungsform wird der erste Kraftstoff stromaufwärts von einer Abgasbehandlungsvorrichtung in dem Abgasbehandlungssystem eingespritzt.
In einigen Ausführungsformen sind der Motor und das Abgasbehandlungssystem für eine Anbringung in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Schienenfahrzeug, eingerichtet. Beispielsweise zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Beispielausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z. B. eines Lokomotivensystems), das hierin als ein Schienenfahrzeug 104 dargestellt ist, das zum Fahren auf einer Schiene 102 mittels mehrerer Räder 111 eingerichtet ist. Wie dargestellt, enthält das Schienenfahrzeug 104 ein mit einem Motor 106, wie z. B. einem Verbrennungsmotor, verbundenes Abgasbehandlungssystem. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann der Motor 106 ein stationärer Motor, wie z. B. einer Kraftwerksanwendung, oder ein Motor in einem Schiffsantriebssystem sein.
1 stellt eine Beispielausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders eines Mehrzylinderverbrennungsmotors 106 dar. Der Motor 106 kann wenigstens teilweise durch ein eine Steuerung 112 enthaltendes Steuerungssystem gesteuert werden. Der Zylinder (d. h. die Brennkammer) 108 des Motors 106 kann Brennkammerwände 152 mit einem darin positionierten Kolben 110 enthalten. Der Kolben 110 kann mit einer Kurbelwelle 154 so gekoppelt sein, dass die Hubbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 106 ein Viertaktmotor sein, in welchem jeder von den Zylindern in einer Zündfolge während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 154 zündet. In weiteren Ausführungsformen kann der Motor 106 ein Zweitaktmotor sein, in welchem jeder von den Zylindern in einer Zündfolge während einer Umdrehung der Kurbelwelle 154 zündet.
Der Zylinder 108 nimmt Einlassluft zur Verbrennung aus einem Einlasskanal 132 auf. Der Einlasskanal 132 nimmt Umgebungsluft aus einem (nicht dargestellten) Filter auf, das Luft von außerhalb des Schienenfahrzeugs 104 filtert. Der Einlassluftkanal 132 kann beispielsweise mit weiteren Zylindern des Motors 106 zusätzlich zu dem Zylinder 108 verbunden sein.
In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere von den Einlasskanälen eine Ladevorrichtung enthalten, wie z. B. einen Turbolader. Beispielsweise stellt 1 einen Motor 106 dar, der mit einem Turbolader 144 eingerichtet ist, der einen in dem Einlasskanal 132 angeordneten Kompressor 126 und eine entlang des Abgaskanals 134 angeordnete Abgasturbine 128 enthält. Der Kompressor 126 kann wenigstens teilweise durch die Abgasturbine 128 über eine Welle 130 angetrieben werden. Der Turbolader 124 erhöht die Luftladung der in den Einlasskanal 132 gesaugten Umgebungsluft, um eine größere Ladungsdichte während der Verbrennung zum Erhöhen der Leistungsabgabe und/oder des Motorwirkungsgrades bereitzustellen. Obwohl in diesem Falle nur ein Turbolader enthalten ist, kann das System mehrere Turbinen und/oder Kompressor-Stufen enthalten.
Das sich aus der Verbrennung in dem Motor 106 ergebende Abgas wird einem Abgaskanal 134 zugeführt. Das Abgas strömt durch den Abgaskanal 134 und aus einem (nicht dargestellten) Abgasauslass des Schienenfahrzeugs 104. Der Abgaskanal 134 kann beispielsweise auch Abgase von anderen Zylindern des Motors 106 zusätzlich zu dem Zylinder 108 aufnehmen.
Das Fahrzeugsystem 100 enthält ferner ein Abgasbehandlungssystem, das in den Abgaskanal stromabwärts von der Turbine 128 des Turboladers 104 eingefügt ist. Das Abgasbehandlungssystem beinhaltet eine Abgasbehandlungsvorrichtung 166. Beispielsweise kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 166 ein selektiver katalytischer Reduktions-(SCR)-Katalysator zum Reduzieren von Stickoxid-(NO_x)-Spezies in dem Abgasstrom sein. Der SCR-Katalysator kann Silber in der Washcoat-Formulierung enthalten. In weiteren Beispielen kann die Abgasbehandlungsvorrichtung ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder dergleichen zum Reduzieren von Partikelmaterial in dem Abgasstrom sein. In weiteren Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ einen Dreiwegekatalysator (DWC), NO_x-Speicher, verschiedene weitere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon enthalten.
Ferner enthält, in der in 1 dargestellten Beispielausführungsform, das Abgasbehandlungssystem eine Einspritzdüse 168, die stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung 166 angeordnet ist, um ein Reduktionsmittel in die Abgasbehandlungsvorrichtung einzuspritzen. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das Reduktionsmittel der in dem ersten Kraftstoffsystem 164 gespeicherte erste Kraftstoff. Beispielsweise kann der erste Kraftstoff Ethanol oder ein anderer Alkohol enthaltender Kraftstoff sein. In einer derartigen Ausführungsform wird die Notwendigkeit eines getrennten Systems für das Reduktionsmittel, wie z. B. dann, wenn Harnstoff das Reduktionsmittel ist, verringert. Somit wird eine von dem Abgasbehandlungssystem belegte Platzmenge verringert.
Das Fahrzeugsystem 100 enthält ferner einen in den Abgaskanal 134 stromaufwärts von der Turbine 128 des Turboladers 124 eingefügten ersten Abgassensor 170. Ein zweiter Abgassensor 172 ist stromabwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung 166 in dem Abgaskanal 134 angeordnet. Jeder Abgassensor 170 und 172 kann ein geeigneter Sensor zur Lieferung einer Anzeige des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases sein, wie z. B. ein idealer Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal- oder Weitbereichsabgas-Sauerstoffsensor), ein Zwei-Zustände-Sauerstoffsensor oder (EGO) (wie dargestellt) ein HEGO (beheizter EGO), ein NO_x-, HC- oder Co-Sensor. Durch Einfügen eines Abgassensors stromaufwärts und stromabwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung kann Information über das System, wie z. B. den NO_x-Umwandlungswirkungsgrad, ermittelt werden.
Jeder Zylinder des Motors 106 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile enthalten. Beispielsweise ist der Zylinder 108 mit einem in einem oberen Bereich des Zylinders 108 angeordneten Einlasstellerventil 136 und einem Auslasstellerventil 138 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 106, einschließlich des Zylinders 108 zwei oder mehr einem oberen Bereich des Zylinders angeordnete Einlasstellerventile und zwei oder mehr Auslasstellerventile haben.
Das Einlassventil 136 kann durch die Steuerung 112 über ein Betätigungselement 144 gesteuert werden. Ebenso kann das Auslassventil 138 durch die Steuerung 112 über ein Betätigungselement 146 gesteuert werden. In einigen Zuständen kann die Steuerung 112 die an die Betätigungselemente 144 und 146 gelieferten Signale zum Steuern des Öffnungs- und Schließvorgangs der entsprechenden Einlass- und Auslassventile verändern. Die Position des Einlassventils 136 und Auslassventils 138 kann durch entsprechende Ventilpositionssensoren 140 bzw. 142 ermittelt werden. Die Ventilbetätigungselemente können ein elektrischer Ventilbetätigungstyp oder ein Nockenbetätigungstyp oder beispielsweise eine Kombination davon sein.
Die Einlass- und Auslassventilzeitsteuerung kann gleichzeitig gesteuert werden, oder jede Möglichkeit einer variablen Einlassnockenzeitsteuerung, variablen Auslassnockenzeitsteuerung, doppelt unabhängig variablen Nockenzeitsteuerung oder festen Nockenzeitsteuerung kann angewendet werden. In weiteren Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile über ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder Betätigungssystem oder ein verstellbares Ventilzeitsteuerungs-Betätigungselement oder Betätigungssystem gesteuert werden.
In der Beispielausführungsform von 1 ist die Steuerung 112 als ein Mikrocomputer dargestellt. Die Steuerung 112 enthält eine Mikroprozessoreinheit 118, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 114, ein elektronisches Speichermedium, welches Code enthält, um eine Bordüberwachung und Steuerung des Schienenfahrzeugbetriebs zu ermöglichen, das als Nur-Lese-Speicherchip 116 in diesem speziellen Beispiel, Arbeitsspeicher 120, und Aufbewahrungsspeicher 122 und ein Datenbus dargestellt ist. Der Nur-Lesespeicher 116 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die von dem Prozessor 118 ausführbare Instruktionen zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie weiterer Varianten, die angenommen werden können aber nicht speziell aufgelistet sind, darstellen.
Die Steuerung 112 kann, obwohl sie die Steuerung und Verwaltung des Fahrzeugsystems 100 ausführt, dafür eingerichtet sein, Signale von einer Vielzahl von Motorsensoren, wie hierin weiter ausgeführt, zu empfangen, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu ermitteln und dementsprechend verschiedene Motorbetätigungselemente zum Steuern des Betriebs des Schienenfahrzeugs 104 zu ermitteln. Beispielsweise kann die Steuerung 112 Signale von verschiedenen Motorsensoren einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Motordrehzahl, Motorbelastung, Ladedruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur, Motorkühlmitteltemperatur (ECG) aus einem mit der Kühlbuchse 150 verbundenen Temperatursensor 14, usw. empfangen. Demzufolge kann die Steuerung 112 das Fahrzeugsystem 100 steuern, indem sie Befehle an verschiedene Komponenten wie z. B. Traktionsmotoren, Wechselrichter, Zylinderventile, Drosselklappe, usw. sendet.
Wie ferner unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ausgeführt, kann die Steuerung 112 in einigen Ausführungsformen Kommunikation von einem oder mehreren Abgassensoren (z. B. NO_x-Sensoren) 170 und 172 aufnehmen, die in dem Abgaskanal 134 positioniert sind. In Reaktion auf die Übertragung aus den Abgassensoren 170 und 172 kann die Steuerung 112 ein Signal an das erste Kraftstoffsystem 164 senden, um beispielsweise den ersten Kraftstoff (z. B. Ethanol) als ein Reduktionsmittel in den Auslasskanal 134 einzuspritzen. Auf diese Weise kann das Reduktionsmittel in die Abgasbehandlungsvorrichtung 166 eingespritzt werden, wenn das System eine Notwendigkeit für Reduktionsmittel auf der Basis von Signalen aus den Abgassensoren 170 bzw. 172 anzeigt. Somit kann eine Anhäufung von Reduktionsmitteln, welche zu einem Reduktionsmitteldurchschlupf führen kann, verringert werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 106 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen zur Zuführung von Kraftstoff dazu eingerichtet sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel stellt 1 den Zylinder 108 mit einer ersten Kraftstoffeinspritzdüse 162 und einer zweiten Kraftstoffeinspritzdüse 158 dar. Die zweite Kraftstoffeinspritzdüse 158 ist direkt mit dem Zylinder 108 verbunden, um darin Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des von der Steuerung 112 erhaltenen Signals FPW-2 einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 158 bereit, was als eine (hierin nachstehend als ”DI” bezeichnete) direkte Einspritzung eines zweiten Kraftstoffs in den Verbrennungszylinder 108 bekannt ist. Der zweite Kraftstoff kann der zweiten Kraftstoffeinspritzdüse 158 aus einem Hochdruckkraftstoffsystem 160 zugeführt werden, das ein Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und eine Kraftstoffleitung beinhaltet. Alternativ kann der zweite Kraftstoff von einer einstufigen Kraftstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden, wobei in diesem Falle die Zeitsteuerung der Direkt-Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionstaktes stärker eingeschränkt sein kann, als dann, wenn ein Hochdruckkraftstoffsystem verwendet wird. Ferner kann, obwohl es nicht dargestellt ist, der Kraftstoffbehälter einen ein Signal an die Steuerung 112 liefernden Druckwandler haben. In einem Beispiel ist der zweite Kraftstoff Dieselkraftstoff, der in dem Motor während der Kompressionszündung verbrannt wird. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen kann der zweite Kraftstoff Benzin, Kerosin, Biodiesel oder ein anderes Petroleumdestillat mit ähnlicher Dichte mit Kompressionszündung (und/oder Funkenzündung) sein.
Die erste Kraftstoffeinspritzdüse erzeugt eine DI eines ersten Kraftstoffes in einen Verbrennungszylinder 14. Der erste Kraftstoff kann dem Zylinder 108 über die erste Kraftstoffeinspritzdüse 162 aus einem Hochdruckkraftstoffsystem 164 mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe oder einer Kraftstoffleitung zugeführt werden. Alternativ kann der zweite Kraftstoff von einer einstufigen Kraftstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden, wobei in diesem Falle die Zeitsteuerung der Direkt-Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionstaktes stärker eingeschränkt sein kann, als dann, wenn ein Hochdruckkraftstoffsystem verwendet wird. Ferner kann, obwohl es nicht dargestellt ist, der Kraftstoffbehälter einen ein Signal an die Steuerung 112 liefernden Druckwandler haben. In einem ersten Beispiel ist der erste Kraftstoff Ethanol, das in dem Motor während der Kompressionszündung verbrannt wird. In weiteren nicht-einschränkenden Ausführungsformen kann der erste Kraftstoff ein anderer Alkohol enthaltender Kraftstoff, wie z. B. Methanol, ein Alkohol enthaltendes Gemisch oder eine andere Substanz, wie z. B. Wasser oder dergleichen, sein.
Die erste Kraftstoffeinspritzdüse 162 ist in dem Einlasskanal 132 statt in dem Zylinder 108 angeordnet in einer Anordnung dargestellt, die bereitstellt, was als Einlasskanaleinspritzung von Kraftstoff, hierin nachstehend als ”PFI” bezeichnet, in den Einlasskanal stromaufwärts von dem Zylinder 108 bekannt ist. Die erste Kraftstoffeinspritzdüse 162 kann Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite von der Steuerung 112 erhaltenen Signals FPW-1 sein. Der erste Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 162 durch das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung enthaltende zweite Kraftstoffsystem 164 zugeführt werden.
Kraftstoff kann dem Zylinder durch beide Einspritzdüsen während nur eines Zyklus des Zylinders zugeführt werden. Beispielsweise kann jede Einspritzdüse einen Teil einer Gesamtkraftstoffeinspritzung zuführen, die in dem Zylinder 108 verbrannt wird. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Menge des von jeder Einspritzdüse zugeführten Kraftstoffs mit Betriebszuständen variieren. Die relative Verteilung des von den Einspritzdüsen 158 und 162 gesamten eingespritzten Kraftstoffs kann als ein Einspritztyp bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Einspritzung des gesamten ersten Kraftstoffs für ein Verbrennungsereignis über die erste Einspritzdüse 162 als ein Beispiel eines ersten Einspritztyps bezeichnet werden, die Einspritzung des gesamten zweiten Kraftstoffs für ein Verbrennungsereignis über die zweite Einspritzdüse 158 kann als ein Beispiel eines zweiten Einspritztyps bezeichnet werden, die Einspritzung von Dreiviertel des ersten Kraftstoffs für ein Verbrennungsereignis über die erste Einspritzdüse 162 und eines Viertel des zweiten Kraftstoffs über die zweite Einspritzdüse 158 kann ein Beispiel eines dritten Einspritztyps sein, die Einspritzung eines Viertels des ersten Kraftstoffs für ein Verbrennungsereignis über die erste Einspritzdüse 162 und von Dreiviertel des zweiten Kraftstoffs über die zweite Einspritzdüse 158 kann ein Beispiel eines vierten Einspritztyps sein. Man beachte, dass dies lediglich Beispiele unterschiedlicher Einspritztypen sind, und dass verschiedene weitere Typen von Einspritzung und Zuführung verwendet werden können, und ferner dieser Ansatz auch auf mehr als zwei Einspritzdüsen angewendet werden kann.
Zusätzlich dürfte erkennbar sein, dass in den Einlasskanal eingespritzter Kraftstoff während eines Ereignisses eines offenen Einlassventils, während eines Ereignisses eines geschlossenen Einlassventils (z. B. im Wesentlichen vor den Einlasstakt) sowie sowohl einen Betrieb eines offenen und geschlossenen Einlassventils zugeführt werden kann. In ähnlicher Weise kann direkt eingespritzter Kraftstoff während eines Einlasstaktes, sowie teilweise während eines vorhergehenden Auslasstaktes; während des Einlasstaktes und teilweise während des Kompressionstaktes zugeführt werden. Somit kann selbst für nur ein Verbrennungsereignis der eingespritzte Kraftstoff an unterschiedlichen Zeitpunkten von einer Einlasskanal- und einer Direkteinspritzdüse eingespritzt werden. Ferner können für ein einzelnes Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Kompressionstaktes, Einlasstaktes oder bei jeder beliebigen Kombination davon ausgeführt werden.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 158 und 162 können unterschiedliche Eigenschaften haben. Diese umfassen Unterschiede in der Größe, beispielsweise kann eine Einspritzdüse ein größeres Einspritzloch als die andere haben. Weitere Unterschiede beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, unterschiedliche Einsspritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielpunkte, unterschiedliche Einspritzzeittakte, unterschiedliche Einspritzkennlinien, unterschiedliche Lagen usw.. Ferner können abhängig von dem Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs unter den Einspritzdüsen 158 und 162 unterschiedliche Effekte erzielt werden.
2 stellt eine weitere Beispielausführungsform eines Zweistoff-Motors 106 in einem Schienenfahrzeug 104 dar. Die in 2 dargestellte Ausführungsform besteht aus vielen gleichen Komponenten wie die in 1 dargestellte Ausführungsform. Demzufolge werden diejenigen Komponenten, welche ähnlich wie die in 1 dargestellten funktionieren, mit denselben Bezugszeichen in 2 bezeichnet und nicht nochmals beschrieben.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die erste Kraftstoffeinspritzdüse 162 eine Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzdüse und die zweite Kraftstoffeinspritzdüse 158 ist eine Direkt-Kraftstoffeinspritzdüse wie in der in 1 dargestellten Beispielausführungsform. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Beispielausführungsform ist die Abgasbehandlungsvorrichtung 166 stromaufwärts von der Turbine 128 des Turboladers 124 in dem Beispiel von 2 positioniert. Ferner enthält das in 2 dargestellte Fahrzeugsystem 200 keine in dem Abgaskanal 134 stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnete Kraftstoffeinspritzdüse.
In einer solchen Ausführungsform, wie der in 2 dargestellten, kann die erste Kraftstoffeinspritzdüse (z. B. die Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzdüse) 162 so gesteuert werden, dass sie den ersten Kraftstoff dem Zylinder 108 wenigstens zweimal während des Motorzyklus zuführt. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform in einem ersten Zustand der erste Kraftstoff (z. B. Ethanol) zur Verbrennung in dem Motor zugeführt werden, der zweite Kraftstoff (z. B. Diesel) kann zur Verbrennung in dem Motor in einem zweiten Zustand zugeführt werden, und der erste Kraftstoff kann als ein Reduktionsmittel für das Abgasbehandlungssystem in einem dritten Zustand zugeführt werden, wie es nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird. In einer derartigen Ausführungsform können der erste und der zweite Zustand beispielsweise auf einer Temperatur in dem Zylinder basieren und der dritte Zustand kann auf einem NO_x-Anteil in dem Abgasstrom basieren. Die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs kann beispielsweise unmittelbar vor einem Einlasstakt beispielsweise dann erfolgen, wenn das Auslassventil und das Einlassventil offen sind, sodass der zweite Kraftstoff die Verbrennung in dem Motor umgeht und zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 166 strömt, wo er als Reduktionsmittel dient.
Das Fahrzeugsystem 200 enthält ferner ein Abgasrückführungs-(EGR)-System 173, welches Abgas aus dem Abgaskanal 134 stromaufwärts von der Turbine 128 in den Einlasskanal stromabwärts von dem Kompressor 126 des Turboladers 124 zurückführt. Das EGR-System 173 enthält einen EGR-Kanal 174 und ein EGR-Ventil 176 zum Steuern einer Menge des Abgases, das von dem Abgaskanal 134 des Motors 106 zu dem Einlasskanal 132 des Motors 104 zurückgeführt wird. Durch Einführen von Abgas in den Zylinder 108 werden die Menge des verfügbaren Sauerstoffs für die Verbrennung verringert, und dadurch die Temperaturen der Verbrennungsflamme reduziert und die Ausbildung von Stickoxiden (z. B. NO_x) reduziert. Das EGR-Ventil 176 kann ein von der Steuerung 112 gesteuertes Ein/Aus-Ventil sein oder es kann beispielsweise eine variable Menge der EGR steuern. In einigen Ausführungsformen enthält das EGR-System 173 gemäß Darstellung in 2 ferner einen EGR-Kühler 178, um die Temperatur des Abgases zu reduzieren, bevor es in den Einlasskanal 132 eintritt. Gemäß Darstellung in der nicht-einschränkenden Beispielausführungsform von 2 ist das EGR-System 173 ein Hochdruck-EGR-System. In weiteren Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-EGR-System enthalten, das EGR von der Abstromseite der Turbine zur Anstromseite des Kompressors zurückführt.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform kann, wenn der erste Kraftstoff als ein Reduktionsmittel wie vorstehend beschrieben verwendet wird, ein Reduktionsmitteldurchschlupf stattfinden, wenn beispielsweise ein Reduktionsmittelspeicherungsbetrag größer als ein Schwellenwertbetrag ist. Durch Positionieren der Abgasbehandlungsvorrichtung 166 stromaufwärts von dem Hochdruck-EGR-Einlass kann ein Reduktionsmitteldurchschlupf der Schleife des EGR-Systems 173 folgen. Somit kann der Reduktionsmitteldurchschlupf zu dem Einlasskanal 132 zurückströmen und beispielsweise in den Zylinder 108 zur Verbrennung eintreten, um dadurch beispielsweise eine Menge des Reduktionsmitteldurchschlupfes zu reduzieren, der an Atmosphäre ausgegeben werden kann.
3 stellt eine weitere Beispielausführungsform eines Zweistoff-Motors 106 in einem Schienenfahrzeug 104 dar. Die in 3 veranschaulichte Ausführungsform besteht aus vielen gleichen Komponenten wie die in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen. Demzufolge werden diejenigen Komponenten, welche ähnlich wie die in 1 und 2 dargestellten funktionieren, mit denselben Bezugszeichen in 3 bezeichnet und nicht nochmals beschrieben.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die erste Kraftstoffeinspritzdüse 162 eine Direkt-Kraftstoffeinspritzdüse und die zweite Kraftstoffeinspritzdüse 158 ist eine Direkt-Kraftstoffeinspritzdüse. Ferner ist die Abgasbehandlungsvorrichtung 166 stromaufwärts von der Turbine 128 des Turboladers 124 in dem Beispiel von 3 angeordnet. Ferner enthält das Fahrzeugsystem 300 keine in dem Abgaskanal 134 stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnete Kraftstoffeinspritzdüse.
In einer Ausführungsform wie der in 3 dargestellten, kann die erste Kraftstoffeinspritzdüse (z. B. die Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzdüse) 162 so gesteuert werden, dass sie den ersten Kraftstoff dem Zylinder 108 wenigstens zweimal während des Motorzyklus zuführt. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform in einem ersten Zustand der erste Kraftstoff (z. B. Ethanol) zur Verbrennung in dem Motor zugeführt werden, der zweite Kraftstoff (z. B. Diesel) kann zur Verbrennung in dem Motor in einem zweiten Zustand zugeführt werden, und der erste Kraftstoff kann als ein Reduktionsmittel für das Abgasbehandlungssystem in einem dritten Zustand zugeführt werden, wie es nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird. In einer derartigen Ausführungsform können der erste und der zweite Zustand beispielsweise auf einer Temperatur in dem Zylinder basieren und der dritte Zustand kann beispielsweise auf einer NO_x-Menge in dem Abgasstrom basieren. Die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs kann beispielsweise während eines Expansionstaktes erfolgen, wenn das Auslassventil so offen ist, dass der zweite Kraftstoff nicht verbrannt wird und den Zylinder 108 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 166 hin verlässt, wo er als Reduktionsmittel dient.
Wie vorstehend beschrieben stellen die 1, 2 und 3 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors dar. Somit kann jeder Zylinder in ähnlicher Weise seinen eigenen Satz aus Einlass/Auslass-Ventilen, Kraftstoffeinspritzdüse(n), Zündkerze usw. enthalten. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 106 ein V12-Motor sein, welcher zwölf Zylinder enthält. Beispielsweise stellt 4 eine Beispielausführungsform eins V12-Motors dar, welcher angenähert maßstäblich ist, und welcher in den Fahrzeugsystemen von 1, 2 und 3 enthalten sein kann.
In dem Beispiel von 4 ist der Motor 402 ein V-Motor, welcher zwei Zylinderbänke enthält, die in einem Winkel von weniger als 180 Grad in Bezug zueinander so positioniert sind, dass sie einen V-förmigen Innenbereich haben und wie ein V erscheinen, wenn sie entlang einer Längsachse des Motors betrachtet werden. Die Längsachse des Motors ist in diesem Beispiel durch seine längste Abmessung definiert. In dem Beispiel von 4 ist die Längsrichtung mit 412 bezeichnet, die Vertikalrichtung mit 414 bezeichnet und die Seitenrichtung mit 416 bezeichnet. Jede Zylinderbank enthält mehrere Zylinder 410 (beispielsweise enthält jede Bank sechs Zylinder). Das Motorsystem 400 enthält ferner einen an einer Vorderseite des Motors positionierten Turbolader 404 und ein an einem oberen Abschnitt des Motors positioniertes Abgasbehandlungssystem 408.
In einem Lokomotivensystem kann, wenn ein Motor wie z. B. der in 4 dargestellte V12-Motor in dem Fahrzeug positioniert ist, der Einbauraum begrenzt sein. Durch die Verwendung des ersten Kraftstoffs als ein Kraftstoff zur Verbrennung sowie als ein Reduktionsmittel kann die Größe des Systems weiter reduziert werden, da ein getrenntes System für die Reduktionsmitteleinspritzung nicht erforderlich ist. In weiteren Ausführungsformen können die in 1, 2 und 3 dargestellten Fahrzeugsysteme einen Motor enthalten, welcher ein V6-, V16-, I4-, I6-, I8-, ein Vierzylinder-Boxer oder anderer Motortyp ist.
Des Weiteren ist in 4 ein ein Verfahren 500 zum Einspritzen eines ersten Kraftstoffs (z. B. Ethanol) in einen Abgaskanal stromaufwärts von einer Abgasbehandlungsvorrichtung als ein Reduktionsmittel für die Abgasbehandlungsvorrichtung veranschaulichendes Verfahren 500 dargestellt. Das Verfahren 500 kann in einem System, wie z. B. dem in 1 dargestellten Fahrzeugsystem 100, eingesetzt werden. Insbesondere ermittelt das Verfahren 500 eine NO_x-Menge in dem Abgasstrom und spritzt den ersten Kraftstoff dementsprechend in die Abgasbehandlungsvorrichtung ein.
Bei 510 von dem Verfahren 500 werden Betriebszustände ermittelt. Die Betriebszustände können eine Abgastemperatur, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, einen Anteil des in der Abgasbehandlungsvorrichtung gespeicherten Reduktionsmittels und dergleichen beinhalten.
Sobald die Betriebszustände ermittelt sind, geht das Verfahren 500 auf 512 über, wo eine NO_x-Menge stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung gemessen wird. Beispielsweise kann der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Abgassensor 170 zum Anzeigen einer NO_x-Konzentration in dem von dem Motor emittierten Abgas verwendet werden. Bei 514 wird eine NO_x-Menge stromabwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung gemessen. Beispielsweise kann der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Abgassensor bei 172 zum Anzeigen einer NO_x-Konzentration stromabwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung verwendet werden.
Bei 518 von dem Verfahren 500 wird ermittelt, ob der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad kleiner als ein Schwellenwert ist. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung die bei 512 und 514 erhaltenen NO_x-Messwerte nutzen, um den NO_x-Umwandlungswirkungsgrad zu berechnen. Wenn der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad kleiner als der Schwellenwert ist, kann NO_x die Abgasbehandlungsvorrichtung ohne Umwandlung passieren. Somit wird bei 520 von dem Verfahren 500 der erste Kraftstoff in den Abgaskanal stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung eingespritzt, um die NO_x-Menge zu erhöhen, die umgewandelt wird, während der Abgasstrom die Abgasbehandlungsvorrichtung passiert.
Andererseits geht, wenn ermittelt wird, dass der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad größer als der Schwellenwert ist, das Verfahren 500 auf 520 über, wo ermittelt wird, ob die Reduktionsmittelspeichermenge kleiner als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert kann auf aktuellen Betriebszuständen des Motors, wie z. B. dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtung oder dergleichen, basieren.
Wenn ermittelt wird, dass die Reduktionsmittelspeichermenge größer als die Schwellenwertmenge ist, endet die Routine. Im Gegensatz dazu geht, wenn ermittelt wird, dass die Reduktionsmittelspeichermenge kleiner als der Schwellenwertbetrag ist, das Verfahren 500 auf 518 über und der erste Kraftstoff wird in den Abgaskanal stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung eingespritzt, um die in der Vorrichtung gespeicherte Reduktionsmittelmenge zu erhöhen.
Somit kann durch Einbeziehung einer Einspritzdüse in den Abgaskanal der erste Kraftstoff eines Zweistoff-Motors, wobei sich der erste Kraftstoff (z. B. Ethanol) von dem zweiten Kraftstoff (z. B. Diesel) unterscheidet, stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung als ein Reduktionsmittel für die Abgasbehandlungsvorrichtung eingespritzt werden.
6 stellt ein Flussdiagramm dar, das ein Verfahren 600 zum Einspritzen eines ersten Kraftstoffs (Ethanol) und eines zweiten Kraftstoffs (Diesel) in einen Zweistoff-Motor während eines Motorzyklus veranschaulicht. Insbesondere ermittelt das Verfahren Betriebszustände und spritzt Kraftstoff dementsprechend in den Zylinder des Motors und die Abgasbehandlungsvorrichtung ein.
Bei 610 von dem Verfahren 600 werden Betriebszustände ermittelt. Die Betriebszustände können Zylindertemperatur, Zylinderdruck, NO_x-Umwandlungswirkungsgrad, Zylinderdruck, Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dergleichen beinhalten.
Sobald die Betriebszustände ermittelt sind, fährt das Verfahren 600 mit 612 fort, wo ermittelt wird, ob die Temperatur des ersten Zylinders größer als eine erste Schwellenwerttemperatur ist. Beispielsweise kann die erste Schwellenwerttemperatur eine Temperatur sein, bei welcher sich der erste Kraftstoff mit Ansaugluft in dem Zylinder bei dem momentanen Druck des Zylinders so vermischen kann, dass der erste Kraftstoff nicht gezündet wird, und eine Vorvermischung des ersten Kraftstoffs und der Einlassluft auftritt. In einigen Beispielen kann die erste Schwellenwerttemperatur einer Position des Zylinders während des Motorzyklus entsprechen.
Wenn ermittelt wird, dass die Zylindertemperatur nicht größer als die Schwellenwerttemperatur ist, kehrt das Verfahren 600 zu 612 zurück, bis die Temperatur des Zylinders kleiner als die erste Schwellenwerttemperatur ist. Sobald ermittelt wird, dass die Zylindertemperatur höher als die Schwellenwerttemperatur ist, geht das Verfahren 600 auf 614 über, wo der erste Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird.
In einer Ausführungsform, in welcher die erste Kraftstoffeinspritzdüse eine Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzdüse wie die in 2 dargestellte ist, kann die erste Schwellenwerttemperatur beispielsweise auftreten, wenn das Einlassventil während des Einlasstaktes offen ist. In einer Ausführungsform, in welcher die erste Kraftstoffeinspritzdüse eine Direkt-Kraftstoffeinspritzung wie die in 3 dargestellte ist, kann die erste Schwellenwerttemperatur beispielsweise spät in dem Einlasstakt auftreten, nachdem das Einlassventil geschlossen ist oder früh in dem Kompressionstakt. In weiteren Beispielen kann der erste Kraftstoff direkt in den Zylinder während des Kompressionstaktes oder während des Arbeitstaktes des Motorzyklus oder Kombinationen davon eingespritzt werden.
Bei 616 von dem Verfahren 600 wird ermittelt, ob die Zylindertemperatur höher als eine zweite Schwellenwerttemperatur ist. Die zweite Schwellenwerttemperatur kann höher als die erste Schwellenwerttemperatur sein. Beispielsweise kann die zweite Schwellenwerttemperatur einer Temperatur entsprechen, unterhalb welcher der zweite Kraftstoff in der Brennkammer zündet. Auf diese Weise führt die Vorvermischung des zweiten Kraftstoffs vor der Verbrennung beispielsweise zu relativ niedrigen Flammentemperaturen und lokalen Äquivalenzverhältnissen, die mager sind.
Wenn ermittelt wird, dass die Zylindertemperatur niedriger als die zweite Schwellenwerttemperatur ist, kehrt das Verfahren 600 zu 616 zurück, bis die Zylindertemperatur höher als die zweite Schwellenwerttemperatur ist. Sobald ermittelt ist, dass die Zylindertemperatur höher als die zweite Schwellenwerttemperatur ist, fährt das Verfahren 600 mit 618 fort, wo der zweite Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird.
In einer Ausführungsform, in welcher die erste Einspritzdüse eine Einlasskanal-Einspritzdüse ist, oder in einer Ausführungsform, in welcher die erste Kraftstoffeinspritzdüse eine Direkt-Einspritzdüse ist, kann der zweite Kraftstoff während des Kompressionstaktes so eingespritzt werden, dass der zweite Kraftstoff mit dem ersten Kraftstoff und der Ansaugluft in dem Zylinder vorvermischt werden kann (z. B. 40° bis 50° vor dem oberen Totpunkt). Somit können beispielsweise lokale Flammentemperaturen niedriger sein und die NO_x-Erzeugung kann reduziert werden. Ferner können durch Vorvermischung des zweiten Kraftstoffs mit dem ersten Kraftstoff und mit Luft Partikelemissionen reduziert werden.
Bei 620 wird ermittelt, ob der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad größer als ein Schwellenwert ist. Wenn ermittelt wird, dass der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad kleiner als der Schwellenwert ist, kehrt das Verfahren 600 zum Ausgangspunkt zurück. Im Gegensatz dazu dient, wenn ermittelt wird, dass der NO_x-Umwandlungswirkungsgrad größer als der Schwellenwert ist, das Verfahren 600 auf 622 über, wo der erste Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Beispielsweise kann der erste Kraftstoff durch Direkteinspritzung nach Auftreten der Verbrennung während des Auslasstaktes eingespritzt werden. Als weiteres Beispiel kann der erste Kraftstoff durch Einlasskanal- oder Direkteinspritzung während einer aktiven Ventilüberlappung während des Endes des Auslasstaktes/Beginn des Einlasstaktes eingespritzt werden, wobei sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil(e) wenigstens teilweise offen sind. Dieses kann eine Spülung erzeugen, bei der der Motor aufgeladen wird und ein Druck in dem Einlasssammler größer als ein Druck in dem Abgassammler dergestalt ist, dass Luft von dem Einlass zu dem Auslass des Zylinders durch die offenen Ventile ohne Teilnahme an dem Verbrennungsprozess wandert. Somit kann der in diesen frischen Luftstrom (entweder in den Einlasskanal oder in den Zylinder) eingespritzte erste Kraftstoff aus dem Zylinder zu dem Abgassystem transportiert werden. Auf diese Weise kann der erste Kraftstoff den Zylinder ohne Verbrennung verlassen, sodass er als ein Reduktionsmittel in dem Abgasbehandlungssystem verwendet werden kann.
Das Verfahren 600 kann beispielsweise für jeden Zylinder des Mehrzylindermotors wiederholt werden. Auf diese Weise kann der zweite Kraftstoff in jedem Zylinder des Motors zur Verbrennung und als ein Reduktionsmittel für die Abgasbehandlungsvorrichtung eingespritzt werden. Ferner können durch Einspritzung jedes Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt, wenn eine Vorvermischung auftreten kann, die Flammentemperaturen, die NO_x-Bildung und die Partikelausbildung verringert werden. Somit kann der Motorwirkungsgrad erhöht werden, während gleichzeitig die Emissionen verringert werden.
7 und 8 stellen nicht-einschränkende Beispiele von Zeitverläufen für die Kraftstoffeinspritzung in einen Zweistoff-Motor, wie z. B. dem vorstehend unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschriebenen Motor 106 dar. Insbesondere stellen die 7 und 8 den Kraftstoffeinspritzverlauf in einem Zylinder in einem Motorzyklus in einem Viertaktmotor bzw. Zweitaktmotor dar.
In der Beispielausführungsform von 7 ist eine erste Einspritzung eines ersten Kraftstoffs in der Nähe des unteren Totpunktes (BDC) während des Einlasstaktes des Vierzylindermotorzyklus bei 712 des Zeitdiagramms dargestellt. Die Einspritzung des zweiten Kraftstoffs ist in der Nähe des oberen Totpunktes (TDC) während des Kompressionstaktes des Vierzylindermotorzyklus bei 714 des Zeitdiagramms 700 dargestellt. Auf diese Weise kann der erste Kraftstoff so eingespritzt werden, dass eine Vorvermischung des ersten Kraftstoffs und der Einlassluft in den Zylinder vor der Einspritzung des zweiten Kraftstoffs erfolgt. In einigen Ausführungsformen kann die Einspritzung des zweiten Kraftstoffs beispielsweise ein Verbrennungsereignis auslösen.
Wie vorstehend beschrieben, kann auf der Basis eines Zustandes, wie z. B. eines niedrigen NO_x-Umwandlungswirkungsgrades der erste Kraftstoff ein zweites Mal eingespritzt werden. Die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs ist während des Auslasstaktes bei 716 des Zeitdiagramms 700, während das Abgasventil offen ist, dargestellt. In weiteren Ausführungsformen kann die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs (durch Einlasskanal-Einspritzung oder durch Direkteinspritzung) während des Auslass- und/oder Einlasstaktes während einer Ventilüberlappung, wie vorstehend beschrieben, erfolgen. Auf diese Weise kann die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs die Verbrennung in dem Zylinder so umgehen, dass der erste Kraftstoff als ein Reduktionsmittel für eine Abgasbehandlungsvorrichtung dienen kann.
In der Beispielausführungsform von 8 ist eine erste Einspritzung eines ersten Kraftstoffs früh in dem ersten Takt (z. B. nach BDC) bei 812 des Zeitdiagramms 800 auftretend dargestellt. Die Einspritzung des zweiten Kraftstoffs ist spät in dem ersten Takt unmittelbar vor TDC bei 814 des Zeitdiagramms 800 auftretend dargestellt. In einer derartigen Ausführungsform stellt die Einspritzung des ersten Kraftstoffs früh in dem ersten Takt eine Möglichkeit zur Vorvermischung des ersten Kraftstoffs und der Einlassluft bereit, bevor der zweite Kraftstoff spät in den ersten Takt eingespritzt wird.
Ferner ist eine zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs als nahe an BDC während des zweiten Taktes bei 816 in dem Zeitdiagramm 800 auftretend dargestellt. Auf diese Weise kann die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs so zugeführt werden, dass er nicht während des Zweitaktmotorzyklus verbrannt wird. Somit kann der erste Kraftstoff den Zylinder während des zweiten Taktes verlassen und zu der Abgasbehandlungsvorrichtung strömen, um beispielsweise NO_x-Emissionen zu verringern.
Es dürfte sich verstehen, dass die relativen Einspritzmengen und Zeitpunkte für den ersten Kraftstoff und den zweiten Kraftstoff, die in den 7 und 8 dargestellt sind, nur dem Zweck eines Beispiels dienen. In einigen Ausführungsformen kann eine größere Menge des ersten Kraftstoffs während der ersten Einspritzung des ersten Kraftstoffs als die zweite Einspritzung des ersten Kraftstoffs oder umgekehrt eingespritzt werden. In ähnlicher Weise kann beispielsweise eine Menge des zweiten Kraftstoffs kleiner, größer als oder gleich der Menge des während der ersten oder zweiten Einspritzung des ersten Kraftstoffs zugeführten ersten Kraftstoffes auf der Basis der aktuellen Betriebszustände sein. Ferner kann der Zeittakt für jede Einspritzung auf der Basis aktueller Betriebszustände variieren.
Wie vorstehend erläutert, sind die Begriffe ”hohe Temperatur” und ”niedrige Temperatur” relativ, was bedeutet, dass eine ”hohe” Temperatur eine Temperatur höher als eine ”niedrige” Temperatur ist. Umgekehrt ist eine ”niedrige” Temperatur eine Temperatur, die niedriger als eine ”hohe” Temperatur ist.
So wie hierin verwendet, soll ein in der Singularform bezeichnetes Element oder Schritt und dem auch die Worte ”einer, eine, eines” vorangestellt sind, nicht als mehrere Elemente oder Schritte ausschließend betrachtet werden, soweit nicht ein derartiger Ausschluss explizit angegeben wird. Ferner sollen Bezugnahmen auf ”eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht weitere ebenfalls die angegebenen Merkmale enthaltende Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale beinhalten. Ferner können, soweit nicht explizit gegenteilig angegeben, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer speziellen Eigenschaft ”aufweisen” oder ”haben”, zusätzliche derartige Elemente beinhalten, die nicht diese Eigenschaft haben. Die Begriffe ”enthaltend” und ”in welchen” werden als die Äquivalente in einfachem Englisch für die entsprechenden Begriffe ”aufweisend” und ”wobei” verwendet. Ferner werden die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und ”dritter” usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen oder eine spezielle Positionsreihenfolge bezüglich ihrer Objekte vorgeben.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.

Claims

Verfahren für einen Motor mit einem Abgasbehandlungssystem mit den Schritten: in einem ersten Zustand, Zuführen eines ersten Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor; in einem zweiten Zustand, Zuführen eines zweiten Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor, wobei sich zweite Kraftstoff von dem ersten Kraftstoff unterscheidet; und in einem dritten Zustand, Zuführen des ersten Kraftstoffs als ein Reduktionsmittel für das Abgasbehandlungssystem.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Kraftstoff den Zylindern des Motors durch Direkteinspritzung während eines Einlasstaktes eines Motorzyklus zugeführt wird, und wobei der dritte Zustand beinhaltet, dass ein Stickoxidwirkungsgrad unter einen Schwellenwert fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des zweiten Zustandes der zweite Kraftstoff Zylindern des Motors durch Direkteinspritzung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Zuführung des ersten Kraftstoffs als ein Reduktionsmittel die Zuführung des ersten Kraftstoffs zu einem oder mehreren Zylindern des Motors während eines Auslasstaktes eines Motorzyklus beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des zweiten Zustands der erste Kraftstoff Zylindern des Motors durch Einlassrohreinspritzung während eines Einlasstaktes eines Motorzyklus zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zuführung des ersten Kraftstoffs als ein Reduktionsmittel die Zuführung des ersten Kraftstoffs durch Einlasskanaleinspritzung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors während einer aktiven Ventilüberlappung während einer Aufladung des Motors beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zuführung des ersten Kraftstoffs als ein Reduktionsmittel die Zuführung des ersten Kraftstoffs durch eine stromaufwärts von einem selektiven Reduktionskatalysator in dem Abgasbehandlungssystem positionierte Einspritzdüse beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Abgasbehandlungssystem stromaufwärts von einem Abgasrückführungseinlass positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Zustand eine Zylindertemperatur über einer ersten Schwellenwerttemperatur beinhaltet, und der zweite Zustand eine Zylindertemperatur über einer zweiten Schwellenwerttemperatur beinhaltet, wobei die erste Schwellenwerttemperatur niedriger als die zweite Schwellenwerttemperatur ist.
Verfahren für einen Motor mit einem Abgasbehandlungssystem, mit den Schritten: in einem ersten Zustand, Zuführen eines ersten Kraftstoffs in einen Zylinder des Motors zur Verbrennung in dem Motor während eines Einlasstaktes eines Motorzyklus; in einem zweiten Zustand, Zuführen eines zweiten Kraftstoffs in den Zylinder des Motors zur Verbrennung in dem Motor während eines Kompressionstaktes des Motorzyklus, wobei sich der zweite Kraftstoff von dem ersten Kraftstoff unterscheidet; und in einem dritten Zustand, Zuführen des ersten Kraftstoffs in den Zylinder des Motors als ein Reduktionsmittel für einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion in dem Abgasbehandlungssystem während eines Auslasstaktes des Motorzyklus.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Kraftstoff durch eine erste Direkteinspritzdüse in den Zylinder zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Kraftstoff durch eine zweite Direkteinspritzdüse in den Zylinder zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion stromaufwärts von einer Turbine eines Turboladers positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Zustand eine Zylindertemperatur über einer ersten Schwellenwerttemperatur beinhaltet und der zweite Zustand eine Zylindertemperatur über einer zweiten Schwellenwerttemperatur beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der dritte Zustand einen Stickoxidumwandlungswirkungsgrad unter einem Schwellenwert beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der dritte Zustand beinhaltet, dass eine in dem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion gespeicherte Reduktionsmittelmenge kleiner als eine Schwellenwertmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Kraftstoff Ethanol und der zweite Kraftstoff Diesel ist.
System für einen Motor, aufweisend: ein erstes Kraftstoffsystem für Ethanolkraftstoff; ein zweites Kraftstoffsystem für Dieselkraftstoff; einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion, der in einem Auslasskanal des Motors positioniert ist; eine Steuerung, die dafür eingerichtet ist, während eines einzelnen Zylinderzyklus eine erste Einspritzung des Ethanolkraftstoffs zur Verbrennung in dem Motor während eines Einlasstaktes des Zyklus zuzuführen, den Dieselkraftstoff nach dem Einlasstakt in dem Zyklus zuzuführen und eine zweite Einspritzung des Ethanolkraftstoffs während eines Auslasstaktes des Zyklus als ein Reduktionsmittel für den Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion zuzuführen.
System nach Anspruch 18, wobei der Motor in einer Lokomotive angeordnet ist und der Motor ein V12-Viertaktmotor ist.
System nach Anspruch 18, wobei der Zylinder eine erste Direkteinspritzdüse und eine zweite Direkteinspritzdüse enthält, wobei die erste Direkteinspritzdüse die erste und zweite Einspritzung des Ethanols zuführt und die zweite Einspritzdüse den Dieselkraftstoff zuführt, und wobei die zweite Einspritzung von Ethanol während einer Ventilüberlappung zugeführt wird.