DE2322688A1

DE2322688A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2322688A1
Application number: DE2322688A
Authority: DE
Inventors: Wenpo Dr Ing Lee
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1971-09-29
Filing date: 1973-05-05
Publication date: 1974-11-21

Description

VOLKSWAGENWERK Aktiengesellschaft

518 Wolfsburg
Unsere Zeichen: K 1484
1702-Pt/We/Fi

'·. J. 73

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei der Brennkraftmaschine zumindest zeitweise gleichzeitig flüssiger und gasförmiger Brennstoff zur Verbrennung zugeführt wird und wobei die anteilmäßige Zusammensetzung des insgesamt zugeführten Kraftstoffes unter Berücksichtigung verschiedener Parameter, wie Motorbelastung, Drehzahl, Temperaturen und Zustand der "Umgebungsluft geregelt und geändert wird, nach Patent Nr. ... ( Patentanmeldung P 21 48 506.3 ), und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die von dem Hauptpatent vorgeschlagene gleichzeitige Zuführung von flüssigem und gasförmigem Brennstoff sollte einen Betrieb der Brennkraftmaschine schaffen, bei welchem das

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die Arbeitsräume der Maschine verlassende Abgas möglichst frei von Schadstoffen ist und bei dem andererseits eine den herkömmlichen, mit flüssigem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschinen vergleichbare Leistung erzielt wird. So sollte beispielsweise der Brennkraftmaschine beim KaSstart und im unteren Teillastbereich überwiegend gasförmiger Kraftstoff zugeführt werden, der mit zunehmender Annäherung an den Vollastbetrieb zu Gunsten des flüssigen Kraftstoffes kontinuierlich verringert wird. Der im unteren Teillastbereich hauptsächlich gasförmige Kraftstoff erzeugt bei seiner motorischen Verbrennung im Gegensatz zum flüssigen Kraftstoff verhältnismäßig wenig schädliche Bestandteile, zeigt jedoch einen niedrigeren Gemischheizwert, so daß zur Verbesserung der Leistung im höheren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine flüssiger Kraftstoff zugemischt wird.

Me der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, daß von dem Hauptpatent angegebene Verfahren weiterzubilden und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird daher gemäß der Erfindung vorgeschkgen, daß der Brennkraftmaschine im unteren Teillastbereich bis zu einem vorbestimmten Teillast-Betriebspunkt ausschließlich gasförmiger Brennstoff und bei weiter steigenden Leistungen zur Dekkung des über die Auslegeteillast-Brennstoffmenge hinausgehenden Brennstoffbedarfs zusätzlich eine entsprechende Menge an flüssigem Brennstoff zugeführt wird. Anders als bei der in dem Hauptpatent schon vorgeschlagenen Ver-■fahrensvariante, bei der der Brennkraftmaschine beim Kaltstart und im unteren Teillastbereich ausschließlich gasförmiger Kraftstoff und im Vollast-Betrieb ausschließlich

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flüssiger Kraftstoff zugeführt wird, wobei mit zunehmender Annäherung an den Vollast-Betrieb d-er Anteil des gasförmigen Kraftstoffes kontinuierlich bis auf Null abnimmt, während gleichzeitig der Anteil des flüssigen Kraftstoffes mit zunehmender Annäherung an den Vollast-Betrieb kontinuierlich bis zu seinem Höchstwert zunimmt, soll also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch im Vollast-Betrieb eine gewisse Menge von gasförmigem Brennstoff zugeführt werden. Die Menge des im Vollast-Betrieb zugeführten gasförmigen Brennstoffes entspricht dabei in etwa der Auslegeteillast-Brennstoffmenge. Dadurch, daß bis zum Auslegeteillastpunkt ausschließlich gasförmiger Brennstoff verwendet wird und bei Leistungen oberhalb des Auslegebetriebspunktes die maximale Gasmenge und zusätzlich eine entsprechende Menge an flüssigem Brennstoff wird die Regelung der Brennstoffzuführung wesentlich vereinfacht. Da überdies der gasförmige Brennstoff insbesondere dann, wenn er in einem der Brennkraftmaschine vorgeschalteten Reaktionsvergaser aus flüssigem Brennstoff durch katalytische und/oder thermische Reaktion unter Luftmangel erzeugt wird, einen gewissen Anteil inerter Gase enthält, die bei der Verbrennung temperaturmindernd wirken, ergibt sich durch die Verbrennung eines Gemisches von gasförmigem und flüssigem, verdampftem Brennstoff auch im Vollast-Betrieb eine gegenüber der Verbrennung von reinem flüssigem Brennstoff geringere NO - Bildung.

Wenn der gasförmige Brennstoff in einem derartigen, der Brennkraftmaschine vorgeschalteten Reaktionsvergaser erzeugt wird, wird gemäß der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß der den Reaktionsvergaser durchsetzenden Luft- bzw. Luft-Abgasströmung die gesamte, dem jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zugeordnete Brennstoffmenge in Form

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flüssigen Brennstoffes zugeführt wird und daß davon in dem R_eaktionsvergaser nur höchstens die dem Auslegeteillast-Betriebspunkt zugeordnete Brennstoffmenge in Brenngas umgewandelt wird. Diese Maßnahme hat zum einen den Vorteil, daß der gesamte, zuzuführende flüssige Brennstoff lediglich an einer Stelle·, nämlich vor dem Reaktionsvergaser zugeführt wird. Bis zu dem Auslegeteillast-Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wird dabei die gesamte Brennstoffmenge in Brenngas umgewandelt, während bei höheren Leistungen der Brennkraftmaschine der nicht umgewandelte Anteil des flüssigen Brennstoffes beim Durchgang durch den auf Betriebstemperatur befindlichen Reaktionsvergaser zumindest wirkungsvoll aufbereitet wird.

Zur Durchführung des "Verfahrens wird nun gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Brennkraftmaschfae ein gasförmigen Brennstoff aus flüssigem Brennstoff durch thermische und/ oder katalytische Reaktion unter Luftmangel erzeugender Reaktionsvergaser vorgeschaltet ist, dessen Größe und Reaktionskapazität so bemessen ist, daß er höchstens die dem Auslegeteillast-Betriebspunkt zugeordnete Brennstoffmenge in Brenngas umwandelt. Wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in Strömungsrichtung gesehen vor dem Reaktionsvergaser eine in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine geregelte Brennstoffzuführeinrichtung vorgesehen ist, die die gesamte, von der Brennkraftmaschine entsprechend ihrem jeweiligen Betriebspunkt benötigte Brennstoffmenge in Form flüssigen Brennstoffes in die den Reaktionsvergaser passierende, zur Brennkraftmaschine führende Luft- bzw. Luft-Abgasströmung zuführt, wird auf sehr, einfache Weise die von dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagene Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffes aus flüssigem und gasförmigem

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Brennstoff erreicht. Dabei wird nur an einer Stelle eine überdies herkömmliche Regelung, nämlich bei der Zugabe der gesamten Brennstoffmenge in die Luft- bzw. Luft-Abgasströmung vor dem Reaktionsvergaser vorgenommen. JDa der Reaktionsvergaser erfindungsgemäß so bemessen ist, daß er nur die Teillast-Brenngasmenge erzeugen kann, ergibt sich dann selbsttätig die richtige Brennstoffzusammensetzung in Abhängigkeit von der Leistung der Maschine.

Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung in schematischer Darstellungsweise das Schaltbild einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschinenanlage.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Motor eines Kraftfahrzeuges gezeigt, der über einen Ansaugkanal 2 ein brennbares Luft-Brennstoff-Gemisch erhält. Der in diesem Gemisch enthaltene Brennstoffanteil kommt dabei aus einem dem Moirr vorgeschalteten Reaktionsvergaser 3» an dessen Zuströmseite flüssiger Brennstoff über eine Zuführeinrichtung 4 äem den Reaktionsvergaser 3 durchströmenden Gasstrom zugeführt wird. Der Reaktionsvergaser 3 weist Katalysatoren 5 auf, die die Umwandlung des flüssigen bzw. verdampften Brennstoffes in gasförmigen Brennstoff bewirken. Um die für diese Umwandlungsreaktion erforderliche hohe Betriebstemperatur in dem Reaktionsvergaser 3 aufrechtzuerhalten, weist dieser einen von den heißen Abgasen des Motors durchströmten Abgasmantel 6 auf, der über die Abgasleitung 7 mit dem Motor 1 verbunden ist.

Über eine Leitung 10 auf der Zuströmseite des Reaktonsvergasers 3 wird Frischluft angesaugt, der bei Bedarf zur

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Aufrechterhaltung einer autothermen Reaktion in dem Vergaser über eine von einer Absperrvorrichtung 9 gesteuerte Leitung 8 eine gewisse Menge Abgas zugemischt wird. Dem Reaktionsvergaser 5 nachgeschaltet ist eine Mischvorrichtung 11, in der das aus dem Reaktionsvergaser J> kommende Gasgemisch, das je nach Betriebspunkt des Motors aus Brenngas oder aus einem Gemisch von Brenngas und flüssigem Brennstoff besteht, mit aus einer Frischluftleitung 12 zugeführter !Frischluft vermischt wird, so daß in dem Motor 1 eine vollständige Verbrennung erfolgen kann.

Gemäß der Erfindung ist nun der Reakti ons vergaser nur für eine Teillast-Brennstoffmenge ausgelegt, so daß er nur bis zu einem bestimmten Betriebspunkt den vor dem Reaktionsvergaser mit Hilfe der Brennstoffzuführeinrichtung zugeführten flüssigen Brennstoff in Brenngas umwandelt. Bei höheren Leistungen des Motors verläßt also ein Teil der vor der Brennst off zuführ einrichtung 4 zugeführten Brennstoffmenge unumgewandelt den Reaktionsvergaser 5» ^so daß dann dem Motor ein Gemisch aus Brenngas und flüssigem bzw. verdampftem Brennstoff zugeführt wird. Auf dem Weg durch den mit verhältnismäßig hohen Temperaturen betriebenen Reaktionsvergaser wird jedoch auch der nicht umgewandelte Teil des Brennstoffes durch Verwirbelung und Wärmeeinwirkung gut aufbereitet, so daß die Voraussetzungen für eine vollständige Verbrennung in dem Motor auch für diesen Brennstoffteil bestens gegeben sind.

Der auf diese Weise betriebene Motor erhält also im Kaltstartbetrieb und bei niedrigen Teillasten reines Brenngas, das gerade in diesen Lastbereichen besonders günstig ist, da nur wenig schädliche Stoffe bei seiner motorischen Verbrennung erzeugt werden. Bei höheren Teillasten wird

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dagegen zusätzlich eine kontinuierlich ansteigende Menge an flüssigem, bzw. verdampftem Brennstoff verarbeitet, was gegenüber dem reinen Gasbetrieb wegen des höheren Gemischheizwertes eine bessere Leistungsausbeute des Motors ergibt. Das weiterhin auch in diesen Betriebsbereichen verwendete, in dem Reaktionsvergaser erzeugte Brenngas, das teilweise auch inerte Gasbestandteile enthält, bewirkt eine vorteilhafte Verringerung der Verbrennungsspitzentemperaturen und damit eine Reduzierung der in den Abgasen enthaltenen Stickoxide.

Die vorstehend aufgezählten Vorteile werden dabei ohne einen wesentlich größeren Regelaufwand erreicht, da die Brennstoffzuführung nur an einer Stelle, nämlich bei der Zuführung des flüssigen Brennstoffes in üblicher Weise gere^Lt wird.

Neben der in der vorstehenden Beschreibung erläuterten Brennkraftmaschine, bei der die gesamte Brennstoffmenge, also einschließlich des nicht zur Umwandlung in Gasform kommenden Anteils, vor dem Reaktionsvergaser zugeführt wird, ist selbstverständlich auch eine Ausführung möglich, bei der der über den Auslegeteillast-Bedarf hinausgehende Teil des Brennstoffes erst hinter dem Reaktionsvergaser mittels einer gesonderten Zuführeinrichtung dem Gasstrom zugemischt wird.

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Claims

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ANSPRÜCHE

11./Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei der Brennkraftmaschine zumindest zeitweise gleichzeitig flüssiger und gasförmiger Brennstoff zur Verbrennung zugeführt wird und wobei die anteilmäßige Zusammensetzung des insgesamt zugeführten Brennstcffes unter Berücksichtigung verschiedener Parameter, wie Motorbelastung, Drehzahl, Temperaturen, und Zustand der Umgebungsluft geregelt und geändert wird, nach Patent Nr. ... ( Patentanmeldung P 21 48 506.3 ), dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschine (1) im unteren Teillastbereich bis zu einem vorbestimmten Teillast-Betriebspunkt ausschließlich gasförmiger Brennstoff und bei weiter steigenden Leistungen zur Deckung des über die Auslegeteillast-Brennstoffmenge hinausgehenden Brennstoffbedarfs zusätzlich eine entsprechende Menge an flüssigem Brennstoff zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Brennstoff in einem der Brennkraftmaschine vorgeschalteten Eeaktionsvergaser aus flüssigem Brennstoff durch kata-

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lytische und/oder thermische Reaktion unter Luftmangel erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der den Reaktionsvergaser durchsetzenden Luft- bzw. Luft-Abgasströmung die gesamte, den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zugeordnete Brennstoffmenge in Form flüssigen Brennstoffes- zugeführt wird und daß davon in dem Reaktionsvergaser nur höchstens die dem Auslegeteillast-Betriebspunkt zugeordnete Brennstoffmenge in Brenngas umgewandelt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschine (1) ein gasförmigen Brennstoff aus flüssigem Brennstoff durch thermische und/oder katalytische Reaktion unter Luftmangel erzeugender Reaktionsvergaser (3) vorgeschaltet ist, dessen Größe und Reaktionskapazität so bemessen ist, daß er höchstens die dem Auslegeteillast-Betriebspunkt zugeordneten Brennstoffmenge in Brenngas umwandelt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung gesehen vor dem Reaktionsvergaser (3) eine in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) geregelte Brennstoffzuführeinrichtung (4) vorgesehen ist, die die gesamte von der Brennkraftmaschine entsprechend ihrem jeweiligen Betriebspunkt benötigte Brennstoffmenge in Form flüssigen Brennstoffes der den Reaktionsvergaser passierenden, zur Brennkraftmaschine führenden Luft- bzw. Luft-Abgasströmung beimischt.

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