DE2135650C3

DE2135650C3 - Verfahren zum Betrieb eines Spaltgasgenerators zur Speisung von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2135650C3
Application number: DE2135650A
Authority: DE
Inventors: H-J Henkel; C Koch; H Kostka; A Michel; R Schnarz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-16
Filing date: 1971-07-16
Publication date: 1979-12-13
Also published as: AU473458B2; ZA724858B; JPS4835227A; LU65732A1; DE2135650B2; IT962852B; JPS5531306B2; GB1395260A; DE2135650A1; SE377164B; CS157150B2; CA967440A; SU493073A3; BE786225A; SU464999A3; FR2146756A5; BR7204700D0; AU4459072A; NL7208580A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlassen und Betrieb eines Spaltgasgenerators zur Erzeugung w von Brenngas zur Speisung von Brennkraftmaschinen, das durch Spaltung von flüssigem Brennstoff, wie beispielsweise Benzin, dadurch erhalten wird, daß unter Zugabe von Primärluft und/oder Abgas der Brennkraftmaschine zum flüssigen Brennstoff bei erhöhter π Temperatur rußfrei beim Oberleiten über Katalysatoren ein Brenngas entsteht, das Methan und Kohlenmonoxid enthält

Aus der DE-PS 7 20535 ist ein katalytischer Vergasungsreaktor, insbesondere zur Vergasung von t>o Schweröl, bekannt, der in einem abgasbeheizten schweren Kessel Rohre aus massivem Metallkatalysator enthält, durch die ein Gemisch aus Brennstoff und Primärluft geleitet wird. Der Metallkatalysator soll nämlich in dem die Rohre durchströmenden Brennstoff &■> zunächst die schwersten Moleküle in leichtere Moleküle spalten und anschließend den freigewordenen Kohlenstoff möglichst vollständig in Kohlenmonoxid überfüh ren. Offenbar wird dabei jedoch die Primärluft nur teilweise zur Kohlenmonojid-Erzeugung verwendet und der verbleibende Luftanneil wirkt als Ballast, denn es wird vorgeschlagen, diiü Primärluft ganz oder teilweise durch Abgas zu ersetzen, um mit möglichst wenig Primärluft eine möglichst starke Beheizung des Katalysators ohne Gefahr zu starker Vorverbrennung des Brennstoffes zu erreichen. Das Brenngas wird zusammen mit Verbrennungsluft (Sekundärluft) in einer Brennkraftmaschine verbrannt Maßnahmen zur Regelung der Katalysatortempera tür sind nicht vorgesehen. Insbesondere wird das Verhältnis von Primärluft und Abgas während des Betriebes nicht entsprechend der Motorlast geändert, vielmeiur werden lediglich die angesaugten Mengen von Sekundärluft und Brenngas durch entsprechende Drosselklappen in der Gemischleitung geregelt Das Anlassen und der Leerlauf- bzw. Schubbetrieb bereitet hierbei besondere Schwierigkeiten. Deshalb ist vorgesehen, die Brennkraftmaschine mittels eines herkömmlichen Benzinvergasers zu starten, bis die erzeugten Abgase den schweren Kessel und die katalytischen Metailrohre ausreichend aufgeheizt haben. Für den Leerlauf wird ein eigener, besonders dimensionierter Leerlaufmischer benötigt, und ferner ist vorteilhaft denn Vergasungsreaktor ein elektrisch beheizter Reiniger nachgeschaltet in dem flüssiger Brennstoff, der bei tiefen Temperaturen nicht umgesetzt wird und auskondensiert verdampft wird. Eine Katalyse, bei der der flüssige Brennstoff möglichst weitgehend umgesetzt und störende Nebenprodukte vermieden werden, ist mit diesem Verfahren nicht möglich, vielmehr entstehen z. B. schwere Polymerisationsprodukte, die im Reiniger abgefangen werden müssen. Das Verfahren ist ferner aufwendig und kann nicht an die verschiedenen während des Betriebes auftretenden Lastzustände einer Brennkraftmaschine angepaßt werden.

Aus der US-PS 17 95 037 ist ein anderer Gasgenerator bekannt der ebenfalls in einem schweren, abgasdurchströmten Kessel Rohrs zuw Erhitzen und katalytischen Umsetzen von flüssigem Brennstoff mit Primärluft enthält Ein Ersailz von Primärluft durch Abgas ist dabei nicht vorgesehen. Der Katalysator soll auf der Betriebstemperatur gehalten werden, indem der Abgasstrom nur teilweise 2:11m Erhitzen durch den Kessel geleitet wird.

Dadurch kann aber weder eine Überhitzung des Katalysators verhindert noch bei einem Absinken der Abgastemperatur z. B. im Schubbetrieb eine ausreichende Erwärmung sichergestellt werden. Ferner ist auch ein rasches Anlassen nicht möglich, vielmehr wird zum Starten zunächst Brennstoff elektrisch verdampft und direkt der Brennkraftmaschine zugeführt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren noch wesentlich zu verbessern. Insbesondere soll dabei das bisher bei bekannten Spaltgasgeneratori:n (insbesondere hinsichtlich des Betriebs von Kraftfahrzeugen) problematische praxisgerechte Hochfahren aus kaltem Zustand und die lastwechselgerechte Versorgung der Brennkraftmaschine mit Spaltgas sowie eine Prozeßsteuerung ermöglicht werden, die während des Anlaufens, Warmlaufens und unter Last sowie auch im Schubbetrieb gleichermaßen umweltschonende Abgase erbringt

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß zum Anlassen Brennstoff und schwach unterstöchiometrisch Primärluft zugeführt und an einer Zündeinrichtung gezündet werden. Nach Erreichen der

Anspringtemperatur wird zum Warmlaufen der Luftanteil im Gemisch aus Brennstoff und Primärluft verringert, bis die Reformiertemperatur for das Brennstoff-Abgas-Gemisch erreicht ist Zur Einregelung der Betriebstemperatur des Katalysators beim Übergang auf Lastbetrieb werden Primärluft und Brennstoff teilweise durch Abgas ersetzt

Unter einer unterstöchiometrischen Luftzuführung wird hierbei verstanden, daß die zugeführte Luftmenge unter der Menge liegt, die zur stöchiomelrischen m Verbrennung des Brennstoffes benötigt wird. Unter der Anspringtemperatur des Katalysators wird dabei die Temperatur verstanden, bei der die Wirkung des Katalysators zu einer merklichen Reaktion führt Nach der üblichen chemischen Therminologie wird mit Reformierung die endotherme Umsetzung von Brennstoff mit Wasserdampf zu Methan, Kohlenmonoxid und gegebenenfalls Wasserstoff bezeichnet, so daß unter Reformiertemperatur hier die Temperatur zu verstehen ist, bei der aus Brennstoff und Abgas (das unter anderem Wasserdampf und Kohlendioxid enthält) ein entsprechendes Gasgemisch gewonnen wird.

Die Umsetzung von Brennstoff mit Lufc erfolgt exotherm, ist also mit einer Temperaturerhöhung und einem Verbrauch an chemischer Energie verbunden. Dagegen verläuft die Umsetzung mit Abgas endotherm, ist daher mit einer Temperaturerniedrigung und einem Gewinn an chemischer Energie verbunden. Entsprechend kann man eine rasche Temperaturerhöhung durch eine höhere (schwächer unterstöchiometrische) jo Primärluftzufuhr erreichen. Umgekehrt kann zur Temperaturerniedrigung die Primärluftzufuhr erniedrigt und/oder ein Teil der Primärluft durch Abgas ersetzt werden. Der teilweise Ersatz von Primärluft durch Abgas bedeutet dabei einen wirtschaftlichen und y, brennstoffsparenden Betrieb. Das Verfahren eignet sich sowohl für Maschinen mit kontinuierlicher wie mit diskontinuierlicher innerer Verbrennung.

Als Brennstoff eignet sich unter anderem aliphatischen geradkettiger Kohlenwasserstoff kleiner Ketten- länge, also niedriger Octanzahl, z.B. CjHt₆. Das entstehende Spaltgas besitzt eine hohe Octanzahl, man benötigt daher nicht den Zusatz von Antiklopfmitteln wie Blei und aromatische Kohlenwasserstoffe, die beim konventionellen Betrieb von Brennkraftmaschine umweltbelastende Schadstoffe im Abgas verursachen. Ein Betrieb mit einem Brennstoff, der aromatische Kohlenwasserstoffe enthält, ist jedoch möglich, da diese weitgehend in unschädliche Bestandteile zerlegt werden. Der auf Methan, Kohlenmonoxid und gegebenen- % falls Wasserstoff enthaltendes Spaltgas eingestellte Betrieb bedeutet ferner eine starke Minderung der Emission voii umweltbelastenden Stickoxiden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Spaltvergaser ermöglichen es, Kraftfahrzeuge am γ, vorhandenen Tankstellennetz aufzutanken. Da man dem Brennstoff keine Antiklopfmittel zugeben muß, erniedrigt sich der Aufwand in der Raffinerie. Im Vergleich zu einem konventionellen Vergaserbetrieb wird der Wirkungsgrad dadurch erhöht, daß eine eo spezifische Leistungsminderung (pro Hubraum) durch eine Minderung des spezifischen Brennstoffverbrauches (pro aufgebrachter Arbeit) eines Kraftfahrzeuges überkompensiert wird.

Vorteilhaft kann man Primärluft durch Abgas im Verhältnis 1 :1 ersetzen und den Brennstoff bei vollständigem Ersatz der Luft durch Abgas um etwa Ui vermindern. Man erreicht dadurch, daß im Lastbetrieb bei konstanter Lastabgabe ein Spaltgas konstanter Zusammensetzung und somit konstanten Heizwertes erzeugt wird. Die chemische Energie des eingesparten Brennstoffes wird dann dadurch ersetzt, daß dem Abgas Wärmeenergie entzogen und in chemische Energie umgesetzt wird. Auch den Obergang vom Hochfahren auf Lastbetrieb kann man auf diese Weise vorteilhaft regeln. Im allgemeinen wird die Primärluft nur teilweise durch Abgas ersetzt werden können, ohne daß die Betriebstemperatur absinkt, die Brennstoffmenge kann daher auch nur entsprechend weniger vermindert werden.

Wenn man beim Anlassen die Zugabe von Sekundärluft stark drosselt und beim Warmlaufen mit zunehmender Brennstoffzugabe bzw. sinkender Primärluftzugabe zunehmend mehr Sekundärluft zugibt, erreicht der Spaltgasgenerator schnell den Betriebszustand und die Brennkraftmaschine kann schon beim Warmlaufen des Spaltgasgenerators belastet werden, ohne daß Schadstoffe im Abgas auftreten. Besonders rasches Hochfahren erzielt man, wenn beim Warmlau'ra mit zunehmender Brennstoffzugabe entsprechend mehr Sekundärluft zugegeben wird. Die Erfindung ermöglicht den Spaltvergaser aus kaltem Zustand schnell auf Nennbetriebszustand hochzufahren, ohne ein starkes Überschwingen der Temperatur über die Solltemperatur in Kauf nehmen zu müssen. Bei Lastbetrieb kann die Betriebstemperatur in engen Grenzen eingehalten werden.

Vorteilhaft kann im Lastbetrieb zur Regelung der Katalysatortemperatur auf einen Sollwert bei sinkender Temperatur Primärluft mit einer dazu stöchiometrischen Menge an Brennstoff zusätzlich zugegeben werden. Von einem gegebenen Verhältnis von Primärluft und Brennstoff ausgehend bedeutet die zusätzliche Zugabe eines Brennstoffluftgemisches von stöchiometrischem Mischungsverhältnis nämlich, daß insgesamt der Heizwert des erhaltenen Spaltgases kaum erhöht wird, jedoch eine Wärme entwickelt wird, die ungefähr der bei stöchiometrischer Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffes zu Abgas entstehenden Wärme entspricht und einem Absinken der Temperatur entgegenwirkt Umgekehrt kann bei steigender Temperatur die Zufuhr an Primärluft vermindert und die Zugabe an Brennstoff um eine zur Luftminderung stöchiometrische Brennstoffmenge vermindert werden.

Schadstoffarme Abgase im Schubbetrieb eines Kraftfahrzeuges erzwingt man, wenn man bei einem vorgewählten Betrag oberhalb des bei Lastwechsel auftretenden größten Unterdrucks in der Spaltgas zur Brennkraftmaschine führenden Ansaugleitung — Schubbetrieb — die Abgasrückführung unterbindet und im Vergleich zum Lastbetrieb geringe Mengen Primärluft und Brennstoff in stöchiometrischem Verhältnis zugibt nämlich nur soviel, wie zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des Katalysators benötigt wird. Dadurch kann ein Kraftfahrzeugmotor im Schubbetrieb (z. B. Bergabfahrt) keine unvollständig verbrennenden Gase ansaugen. Sollte trotz der vorgeschlagenen Temperaturregelung bei extremen Betriebsbedingungen, die Reformiei temperatur unterschritten oder eine vorgewählte Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur überschritten werden, so kann die Temperatur analog zur Warmlaufphase wieder eingeregelt werden.

Es ist ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens, daß sich der Spaltgasgenerator durch eine zentrale Steuer- und Regeleinrichtung betreiben läßt Hierbei ist ausschlaggebend, daß aus der hohen Anzahl an Parametern erfinduneseemäß solche ausgewählt wer-

den, die einen einfachen Eingriff in den ProzeBverlauf ermöglichen.

Eine günstige Steuer- und Regeleinrichtung für einen solchen Spaltgasgenerator ist mit bekannten Mitteln folgendermaßen ausgelegt: Eingangsgröße ist die im > Reaktionsraum gemessene Temperatur (Isttemperatur). Unterhalb der Anspringtemperatur ist eine elektrische Zündeinrichtung eingeschaltet und die Benzindosiervorrichtung in Abstimmung auf schwachunterstöchiometrische Verbrennung in Betrieb gesetzt Bei Erreichen der i< > Anspringtemperatur gibt die Steuer- und Regeleinrichtung ein Ausschaltsignal für den Schalter der Zündeinrichtung. Nach Überschreiten der Anspringtemperatur und bis Erreichen der Reformierungstemperatur wird das zunächst stark gedrosselte Sekundärluftventil i'> proportional zu der Differenz zwischen Isttemperatur und Anspringtemperatur geöffnet und die Benzinzugabe erhöht Nach Erreichen der Reformungstemperatur wird uas Abgasventil gcufiiiei und aiii Regelung geschaltet Bei der Regelung dient die Isttemperatur als FührungsgröBe für die Zuführung von Primärluft, Brennstoff und Abgas. Überlagert ist eine Steuerung der Benzindosiervorrichtung in Abhängigkeit vom Öffnungszustand des Lastventils. Nach einer Variante sind noch Mittel vorgesehen, die das Sekundärluftventil 2> proportional zu der Differenz zwischen Isttemperatur und Anstiegstemperatur öffnen und das Primärluftventil entsprechend drosseln.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, des in der F i g. 1 schematisch dargestellten J" Spaltgasgenerators und des in F i g. 2 gezeigten Temperaturdiagrammes noch weiter erläutert.

An den Spaltgasgenerator 1 ist eine Brennkraftmaschine 2 bei 3 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiei ist die Brennkraftmaschine der Motor eines Kxaftfahrzeu- )^r> ges. Der Spaltgasgenerator 1 besteht im wesentlichen aus einer Kammer 4 mit einem Reaktionsraum, in dem Katalysatorkörper 5 zusammen mit einem Temperaturfühler 6 und einer Zündeinrichtung 7, vorteilhaft ein in einem Heizstromkreis liegender, mit Katalysator *o belegter Glühdraht, Metallkatalysator oder Sinterlochstein aus Halbleiterkatalvsator. aneeordnet sind. Die Zündeinrichtung 7 ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen, zumindest vor einem Katalysatorkörper anzuordnen. ⁴^

Die Katalysatorkörper 5 sind poröse, mit zusätzlichen Durchtrittskanälen versehene Sintersteine aus AI2O3 mit Platin als Katalysator, wobei etwa 5 mg Platin auf 1 cm³ des Trägermaterials kommen. Die Anspringtemperatur dieses Katalysators liegt etwa bei 120⁰C, die Reformie- w rungstemperatur etwa bei 420⁰C und die Betriebstemperatur etwa bei 480° C Ein solcher Katalysatorkörper ist als Sinterstein aus reinem Aluminium hergestellt und kann ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer bis 800° C belastet werden.

Dem Reaktionsraum ist ein Wärmetauscher 8 vorgeschaltet und ein Wärmetauscher 9 nachgeschaltet Von dem nachgeschalteten Wärmetauscher 9 führt eine Rohrleitung 10 für das Spaltgas zu einem steuerbaren Drosselventil 11, das hier als Lastvenril bezeichnet «> werden solL Im Fall eines Kraftfahrzeuges ist es mit dem Fahrpedal gekoppelt Falls die Brennkraftmaschine 2 nicht wie bei einem Kraftfahrzeugmotor während des Lastbetriebes in ihrer Leistung frei gesteuert werden muß, kann das Lastventil 11 auch entfallen. Vor dem Lastventii mündet eine Rohrleitung 12 für Sekundärluft, in der ein Ventil 13 angeordnet ist

Vom Wärmetauscher 9 führt eine weitere Rohrlei

tung 10 zu einer Brennstoffdosiervorrichtung 14. Dieser Brennstoffdosiervorrichtung wird über das Ventil IS Brennstoff und über die Rohrleitung 16 Priinärluft bzw. Abgas zugeleitet Vor der Brennstoffdosiervorrichtung 14 ist ein Ventil 17 für Primärluft angeordnet. Zwischen dem Primärluftventil 17 und der Brennstoffdosiervorrichtung 14 mündet eine Rohrleitung 18 für das Abgas in die Rohrleitung 16. In der Rohrleitung 18 ist das Ventil 19 für Abgas angeordnet von hier führt die Rohrleitung 18 weiter zum vorgeschalteten Wärmetauscher 8. Die Wärmetauscher 8 und 9 sind einmal über den Reaktionsraum, zum anderen über die Rohrleitung 20 miteinander verbunden.

Vom vorgeschalteten Wärmetauscher 8 führt eine Rohrleitung 2t zum Anschluß 3 für die Abgasleitung 22 der Brennkraftmaschine Z Der Auspuff der Anlage ist mit 23 bezeichnet Hier können Mittel vorgesehen sein, die einen Strömungswiderstand und gleichzeitig einen ιη.ιιαιηιαιιιμΐΕΐ um 3k.ik.ii. ui-Ev-tsvin-mS!:; KZTiTi '.TTi Auspuff 23 auch ein weiteres Ventil angeordnet sein, das mit dem Abgasventil 19 so gekoppelt ist, daß das Auspuffventil in Drosselstellung geht wenn das Abgasventil öffnet und selbst geöffnet wird, wenn das Ventil schließt

Der nachgeschaltete Wärmetauscher 9 kühlt das entstehende Spaltgas, so daß man eine Selbstentzündung bei der Sekundärluftzugabe und ein Klopfen des Moton vermeidet und sich der Füllgrad der Zylinder der Brennkraftmaschine erhöht was leistungssteigernd wirkt Gleichzeitig wird das dem Reaktionsraum zuzuführende Gemisch aufgeheizt was eine hohe Wärmerückführung ermöglicht

Es ist günstig und erleichtert den Aufbau einer einfachen Zentralelektronik 24, wenn man die Ventile folgendermaßen auslegt: Das Primärluftventil 17 mit offener Ruhestellung, die Brennstoffdosiervorrichtung 14 für Brennstoffzugabe im Betrieb, das Abgasventil 19 mit geschlossener Ruhestellung, das Sekundärluftventil 13 und das Lastventil 11 mit gedrosselter Ruhestellung. An den Ventilen sind Stellmittel 25 angeordnet

Von der als Zentralelektronik ausgebildeten Steuer- und Regeleinrichtung 24 führen Anschlüsse 26 jeweils zu den Stellmitteln 25 des Primärluftventils 17, des Abgasventils 19, der Brennstoffdosiervorrichtung 14 bzw. des Ventils 15 des Sekundärluftventils 13 sowie zu einem Geber am Lastventil 11, einem Schalter 27 für die Zündeinrichtung 7 und zu Meßstellen in der Kammer 4 Als Meßstelle dient hier der Temperaturfühler t zwischen den Katalysatorkörpern 5.

Es soll jetzt die Arbeitsweise des erfindungsgemäßer Spaltgasgenerators näher erläutert werden:

Zum Anlassen — im Falle eines Kraftfahrzeugmotor: mit Einschalten des Zündschlosses — wird Brennstoff und schwach unterstöchiometrisch Primärluft dei Brennstoffdosiervorrichtung 14 zugeführt, dort ver mischt und dem Reaktionsraum über die beider Wärmetauscher 9 und 8 zugeleitet Die Zündeinrichtung 7 wird gezündet Wird als Brennstoff Benzin dei mittleren Summenformel C₈Hi₆ verwendet so ist zui stöchiometrischen Verbrennung von einem Kilogramn Brennstoff etwa 60 Mol Primärluft erforderlich. Be Betätigen des Anlassen wird nun ein Verhältnis voi etwa 10 m³ Primärluft je Kilogramm CgHi₆ angesaugt was 50 MoI Luft je MoI Brennstoff entspricht Di< nahezu stöchiometrische Verbrennung ist stark exo therm und liefert ein Gasgemisch, das zwar einer geringen Heizwert aufweist, aber noch ausreicht un zusammen mit einer entsprechend geringen Sekundär

luftmenge in der Brennkraftmaschine vollständig verbrannt zu werden und den Leerlauf aufrecht zu erhalten. Der Anlasser, der das Verbrennungsgemisch durch die Brennkraftmaschine zunächst ansaugen ließ, kann daher abgeschaltet werden. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden durch den vorgeschalteten Wärmetauscher aus dem Auspuff zurückgeführt. In Fig. 2 ist die Temperatur T in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Nach etwa 10 Sekunden ist die Anspringtemperatur Ta erreicht und die Zündeinrichtung wird abgeschaltet.

Zum Warmlaufen des Spaltgasgenerators wird dann der Luftanteil im Gemisch bis auf ein Verhalts von etwa 4 m^J Luft je Kilogramm Brennstoff vermindert, was etwa 20 Mol Luft pro Mol Brennstoff entspricht. Dabei läuft im Reaktionsraum folgende Reaktion ab:

4(O₂ + 4 N₂) + C₈Hi₆- 4(CH, + CO₂ + 4 N₂)

iii uci oiciiiiMaiMiiäSCniiic wnu uas
Spaltgas bei ausreichender Sekundärluft zu Abgas nach der Reaktion verbrannt:

4(CH₄ + CO₂ + 4 N₂) + 8(O₂ + 4 N₂)

- 8 (CO₂ + H₂O + 6 N₂)

Während der Verminderung des Luftanteiles wird also der Brennkraftmaschine 2 ein Spaltgas mit laufend steigendem Heizwert zugeführt. Das Sekundärluftventil, das zunächst stark gedrosselt ist, wird dabei zunehmend weiter geöffnet, so daß entsprechend mehr Sekundärluft zum Spaltgas zugegeben wird.

■.Venn zur Verminderung des Luftanteiles im Gemisch die Primärluft bei konstanter Brennstoffzugabe vermindert wird, verlangsamt man das Aufheizen in der Kammer 4 und es wird ein weicher Übergang in die Betriebstemperatur oberhalb der Reformierungstempe- as ratur ohne weitere Steuerungseingriffe erzielt. Dagegen wird die Anlage besonders rasch hochgefahren, wenn man bei konstanter Primärluftzugabe die Zugabe von Brennstoff erhöht. Beim Erreichen der Reformierungstemperatur kann auf Lastbetrieb mit beliebigen Lastwechseln übergegangen werden. Hierbei wird nach Erreichen der ReformierunestemDeratur Primärluft und ein Teil des Brennstoffes durch Abgas in der Weise ersetzt, daß die Katalysatortemperatur auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur ansteigt und auf diese einschwingt. Hierzu wird die Primärluft zunehmend durch Abgas im Verhältnis 1 :1 ersetzt. Ist z. B. die Hälfte der Luft durch Abgas ersetzt, so läuft in der Katalysatorkammer folgende Reaktion ab:

2(O₂ + 4 N₂) + 2(CO₂ + H₂O + 6 N₂) + C₈H₁₆ ^X

- 5 (CH₄ + CO₂ + 4 N₂)

In der Brennkraftmaschine wird das entstehende Spaltgas dann folgendermaßen verbrannt:

5 (CH₄ + CO₂ + 4 N₂) + 10(O₂ + 4 N₂)

- 10(CO₂ + H₂O + 6N₂)

Gleichzeitig wird der Brennstoff anteilig zur ersetzten Luftmenge um etwa '/3 vermindert. Wenn beispielsweise zunächst 12 m³/h Primärluft und 3 kg/h Benzin zugeführt wurden und zunehmend Abgas bis zu

6 m³ Abgas und 6 m³ verbleibende Luft zugeführt werden, so ist der Brennstoff um V3 von V₂, also um Ve zu vermindern. Es sind dann schließlich nur noch 3 kg — 3 kg · '/6=3 kg — 0,5 kg=2^ kg Brennstoff zuzuführen.

Das Umschalten auf zunehmende Abgasrückführung erfolgt bei einer Temperatur Tu über der Reformie-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen rungstemperatur Tr und unter der Betriebstemperatur Tb- Die einsetzende endotherme Umsetzung mit Spaltgas führt zu einer Herabsetzung der Temperatur, die bei dieser Regelung nunmehr auf die Betriebstemperatur einschwingt.

Allgemein empfiehlt es sich, beim Umschalten die Temperatur Tu nahe der Reformierungstemperatur Tr zu wählen. Man erzielt dadurch eine Gegensteuerung beim raschen Hochfahren von Anlassen über das Warmlaufen und begünstigt ein rasches Einschwingen auf die Betriebstemperatur. Andererseits wird das Einschwingen bei langsamem Hochfahren begünstigt, wenn man nahe der Betriebstemperatur Tn mit zunehmender Abgasrückführung beginnt. Auch im Lastbetrieb kann man dadurch, daß man entsprechend mehr oder weniger Primärluft durch Abgas ersetzt, einem Ansteigen oder Absinken der Temperatur entgegenwirken. Man erhält dadurch ein Spaltgas gleichbleibender Zusammensetzung.

Zur Regelung des Lastbetriebes wird die Betriebstemperatur des Katalysators bei näherungsweise gleichbleibender Spaltgaserzeugung dadurch aufrecht erhalten, daß bei sinkender Temperatur Primärluft mit einer dazu stöchiometrischen Brennstoffmenge zusätzlich zugegeben wird. Bei steigender Temperatur vermindert man die Zufuhr an Primärluft und Brennstoff um eine zur Luftminderung stöchiometrische Menge.

Zur freien Steuerung der Brennkraftmaschine wird in Strömungsrichtung hinter der Sekundärluftzuführung der Gasdurchsatz zur Leistungserhöhung gesteigert, indem das Lastventil 11 über ein Fahrpedal weiter geöffnet wird. Die Brennstoffdosiervorrichtung kann in konventioneller Weise so ausgelegt sein, daß bei erhöhtem Gasdurchsatz die Brennstoffzugabe erhöht wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch über die Zentraleinheit 24 das Zupumpen von Brennstoff so gesteuert, daß bei erhöhtem Gasdurchsatz entsprechend mehr Brennstoff zugegeben wird. Zur Leistungsminderung der Brennkraftmaschine wird der Gasdurchsatz mittels des Lastventils 11 gedrosselt und entsprechend weniger Brennstoff zugegeben.

Die Steuer- und Regeleinrichtung ist mit gängigen Mitteln so ausgelegt, daß in Abhängigkeit von der beim Katalysator mittels des Temperaturfühlers 6 gemessenen Temperatur im Bereich unterhalb der Anspringtemperatur die Zündeinrichtung 7 eingeschaltet und die Benzindosiervorrichtung in Abstimmung auf schwach unterstöchiometrischer Verbrennung in Betrieb gesetzt ist. Bei der Anspringtemperatur erfo'.gt die Signalgabe, die Zündeinrichtung abzuschalten; oberhalb der Anspringtemperatur bis zum Erreichen der Reformierungstemperatur ist die Temperaturdifferenz zwischen Isttemperatur und Anspringtemperatur maßgebend. Proportional zu dieser Temperaturdifferenz wird das Sekundärluftventil geöffnet und die Benzinzugabe erhöht Nach Erreichen der Reformierungstemperatur erfolgt die Signalabgabe, das Abgasventil allmählich zu öffnen und gleichzeitig ist selbsttätig auf Regelung zu schalten, wonach die Isttemperatur als Fühningsgröße für Primärluft-, Brennstoff- und Abgaszuführung dient Es sind Mittel vorgesehen für eine gleichzeitig überlagerte Steuerung, der eine Einspritzpumpe enthaltenden Benzindosiervorrichtung. Wird jedoch eine Dosiervorrichtung verwandt die abhängig vom Gasdurchsatz Brennstoff ansaugt so erübrigen sich derartige Mittei. Mit der geschilderten Steuer- und Regeleinrichtung wird ein schnelles Hochfahren der Anlage erzielt

909 650/134

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Anlassen und Betrieb eines Spaltgasgenerators zur Erzeugung von Brenngas zur Speisung von Brennkraftmaschinen, das durch Spaltung von flüssigem Brennstoff, wie beispielsweise Benzin, dadurch erhalten wird, daß unter Zugabe von Primärluft und/oder Abgas der Brennkraftmaschine zum flüssigen Brennstoff bei erhöhter ι ο Temperatur rußfrei Methan und Kohlenmonoxid enthaltendes Brenngas beim Oberleiten Ober Katalysatoren entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zum Anlassen Brennstoff und schwach unterstöchiometrisch Primärluft zugeführt und an einer Zündeinrichtung gezündet werden, und

b) nach Erreichen der Anspringtemperatur zum Warmlaufen der Luftanteil im Gemisch verringert wird bis die Reformiertemperatur für das Brennstoifabgasgemisch erreicht ist, und

c) daß zur Einregeiung der Betriebstemperatur des Katalysators beim Obergang auf Lastbetrieb Primärluft und Brennstoff teilweise durch Abgase ersetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lastbetrieb bei konstanter Lastabgabe Primärluft durch Abgas im Verhältnis 1:1 ersetzt und der Brennstoff bei vollständigem Ersatz der Luft durch Abgas um etwa '/3 vermindert wird.

3. Verfahre.) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Lastbc'xieb zur Regelung der Temperatur des Katalysators auf einen Sollwert bei sinkender Temperatur zasätzl'-oh ein Brennstoff- )^r> luftgemisch von stöchiometrischem Mischungsverhältnis zugeführt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Obergang der Brennkraftmaschine in Schubbetrieb die Abgasrückführung unterbrochen wird und Primärluft und Brennstoff im stöchiometrischen Verhältnis nur in der zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des Katalysators notwendigen Menge zugeführt werden.

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