DE2557137A1

DE2557137A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2557137A1
Application number: DE19752557137
Authority: DE
Inventors: Tsuchio Bunda; Masaaki Noguchi; Masaharu Sumiyoshi; Taro Tanaka
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-06-24
Also published as: GB1525600A; US4230072A

Description

Verbrennungsmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor soll eine Verminderung der Emission giftiger Bestandteile im Motorabgas ermöglichen und dazu ohne Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs in der Lage sein. Eine solche Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs tritt bei herkömmlichen Einrichtungen zur Steuerung der Abgasemission in der Regel auf. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Verbrennungsmotor, der mit

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einem System bzw. einer Anlage zum Umwandeln eines Gemischs aus Luft und Methanol in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch und zum Einleiten dieses reformierten Gasgemischs

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in den Motor versehen ist, damit dadurch die Verbrennung im Motor- verbessert wird.

Zur Verminderung der Emission giftiger Bestandteile im Motorabgas ist ein Verbrennungsmotor vorgeschlagen worden, bei dem ein Kohlenwasserstoffkraftstoff, beispielsweise Benzin, bevor er mit Luft gemischt und in einen Brennraun} des Motors eingeleitet wird, mit Wasser, Luft und Motorabgas gemischt wird, so daß sich daraus ein Gemisch ergibt, das dann in einen mit Katalysatoren gefüllten Reaktionsbehälter geleitet wird, in dem die Katalysatoren eine Reaktion zwischen den Komponenten des Gemischs bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 1000 ⁰C bewirken, die zur Folge hat, daß ein. Teil des Kraftstoffs in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt wird, das Wasserstoff oder Kohlenmonoxid enthält und das- dann in einen Brennraum des Motors eingeleitet wird. Ferner ist bereits ein Verbrennungsmotor vorgeschlagen worden, bei dem gasförmiger Wasserstoff aus einem Wasserstoffbehälter mit einem Kohlenwasserstoff kraftstoff gemischt wird und zusammen mit diesem in einen Brennraum des Verbrennungsmotors eingeleitet wird.

Bei dem erstgenannten bekannten Verbrennungsf
motor ist ein Wasserbehälter erforderlich, der insofern zu Schwierigkeiten führen kann, daß das Wasser im. Winter oder.in kalten Gegenden im Behälter gefriert und der Behälter dann platzt. Wenn der verwendete Kraftstoff eine Bleiver-

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bindung enthält, enthält auch das in den Reaktionsbehälter zurückgeführte Motorabgas diese BIe!verbindung, so daß dadurch die Katalysatoren beschädigt werden. Selbst wenn der Kraftstoff keine Bleiverbindung enthält, befindet sich Ruß und/oder Teer im Motorabgas. Dieser Ruß und/oder dieser Teer werden auf den Oberflächen der Katalysatoren abgelagert, wodurch die Wirksamkeit der"Katalysatoren vermindert wird. Ferner enthält das reformierte Gasgemisch gasförmige Komponenten, die für den Betrieb des Motors nicht benötigt werden und daher den Füllwirkungsgrad des reformierten Gasgemischs in den Brennräumen des Motors vermindern und nachteilig die Motorleistung beeinflussen. Wenn ein Kraftstoff verwendet wird, der zyklische Kohlenwasserstoffe und Gum enthält, beispielsweise also Benzin, Leichtöl oder Kerosin, wird Ruß· ,und Teer auf den Oberflächen der Katalysatoren, den Innenflächen des Reaktionsbehälters und in den Kanälen zwischen dem Reaktionsbehälter und den Brennräumen des Motors abgelagert, was zu einer Zerstörung der Katalysatoren und zum Blockieren der Kanäle führt.

Der zweitgenannte bekannte Verbrennungsmotor erfordert eine Wasserstoffflasche, was zwangsläufig die Gefahr einer Explosion mit sich bringt. Eine solche Wasserstoffflasche ist unvermeidlich voluminös und schwer. Daher ist ein solcher Verbrennungsmotor nicht als Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug geeignet.

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Um die Motorabgase frei von schädlichen Bestandteilen zu halten, ist ferner ein fackelgezündeter Verbrennungsmotor bzw. Verbrennungsmotor mit Schichtladung vorgeschlagen worden, der einen Hauptbrennraum■, in den ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch eingeleitet wird, und einen Nebenbrennraum umfaßt, der auch als Sammelkammer bezeichnet werden kann und in den ein fettes Gemisch eingeleitet wird, das von einer Zündkerze gezündet wird, so daß sich eine Flammenfackel ergibt, die das magere Gemisch im Hauptbrennräum zündet und die Energiefreisetzung im Hauptbrennraum einleitet. Das Gesamtgemisch aus dem mageren Gemisch und dem fetten Gemisch ist ein mageres Gemisch, damit dadurch die giftigen Bestandteile im Motorabgas vermindert werden.

• Es ist festgestellt worden, daß bei einem solchen Motor 'im Gegensatz zur oberen Grenze des Luft-Kraftstoff-Ver- · hältnisses von ungefähr 18 bei normalen Verbrennungsmotoren ohne Nebenbrennraum noch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von bis zu ungefähr 18 bis 24 gezündet werden kann und daß der Motor mit einem solchen Gemisch betrieben werden kann. Es ist bekannt, daß, um eine wirksame Verminderung der Emission giftiger Stickoxide im Motorabgas zu erreichen, mit einem sehr mageren Luft- . Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff,-Verhältnis von mehr als 18 gearbeitet werden muß. Wenn ein so extrem mageres" Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem fackelgezündeten

. Verbrennungsmotor' verbrannt wird, treten dadurch Schwierig-

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keiten auf, daß durch verzögerte Zündung des mageren Gemischs oder durch verzögerte Flammenausbreitung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten der Arbeitstakte zu Schwankungen des Drehmoments auf der Ausgangswelle des Motors führen. Wenn der Motor in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, erhöht dies die Gefahr, daß durch den unregelmäßigen Motorlauf und Resonanz des Motors mit den Getrieben zu- und abnehmende Bewegungen hervorgerufen werden. Trotz der Tatsache, daß mit einem solchen Motor magere Luft-Kraftstoff-Gemische verbrannt werden können, verringert dies die Brauchbarkeit und Fahreigenschaften des Fahrzeugs erheblich. Außerdem nimmt bei einem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mehr als 20 das Volumen der nicht brennbaren Lagen bzw. Schichten des Gemischs nahe den Wänden des Brennraumes zu, was den Nachteil zur Folge hat, daß die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe erheblich zunimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erläuterten Schwierigkeiten zu beheben. Dies soll erreicht werden,·indem ein Brennraum eines Verbrennungsmotors mit einem zusammengesetzten Gemisch aus Luft, einem Kohlenwasserstoffkraftstoff und einem reformierten Gasgemisch gespeist wird, das aus einem Gemisch aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2 erzeugt worden ist.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, das reformierte Gasgemisch in einen Hauptbrennraum oder einen Nebenbrennraum eines fackelgezündeten Verbrennungsmotors durch einen Haupteinlaßkanal oder einen Nebeneinlaßkanal des Motors einzuspeisen, damit Unregelmäßigkeiten der Arbeitstakte .während der Verbrennung eines sehr mageren Luft-K-raftstoff-Gemiscfc verhindert werden, damit das Volumen nicht brennbarer Schichten bzw. Lagen des Gemischs zur Verringerung der Emission von Kohlenwasserstoffen vermindert wird und damit die Brenngeschwindigkeit des mageren Gemischs zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung erhöht wird.

Erfindungsgemäße Verbrennungsmotoren und ein

erfindungsgemäßes Methanolreformiersystem sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Ein Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich aus durch einen Brennraum und ein Methanolreformiersystem bzw. eine Methanolreformieranlage zum Umwandeln eines Gemischs aus Luft und Methanol in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch und zum Einleiten dieses reformierten Gasgemischs in den Brennraum, wobei das Methariolreformiersystem einen Reformierreaktionsbehälter, der in Verbindung mit dem Brennraum steht, sowie eine in Verbindung mit dem Reformierreaktionsbehälter stehende Gemischbildungseinrichtung umfaßt, die den Reformierreaktions-

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behälter mit einem Gemisch aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2 versorgt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung sorgt für eine zuverlässige Verbrennungs eines Luft-Kraftstoff-Gemischs mit einem sehr hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dies bewirkt eine Abnahme des Gehalts an giftigen Bestandteilen im Motorabgas, eine Verbesserung der Kraftstoffausnutzung bzw. Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und eine Behebung des bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren auf- : tretenden Problems, das darin besteht, daß während der Reformierreaktion Ruß und Teer gebildet und auf den Katalysatoren sowie den Innenflächen der Kanäle abgelagert wird, so daß dadurch die Katalysatoren zerstört und die Kanäle blockiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnunen. Es zeigen:

Fig. 1 · ein Diagramm, das in Abhängigkeit von der zu

einer Methanolmenge von 0,15 cm³/min je Minute , zugegebenen Luftmenge die je Minute aus dem

Luft-Methanol-Gemisch erzeugte Rußmenge und die je Minute erzeugte Gesamtmenge an Wasserstoff ( und Kohlenmonoxid (CO) im Gasgemisch zeigt, das

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aus dem Luft-Methanol-Gemisch erzeugt und reformiert wird;

Fig. 2 eine ausschnittsweise, schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht, die eine zweite .Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 4 . einen schematischen Längsschnitt durch einen Reformierreaktionsbehälter eines Methanolreformiersystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 6· eine vergrößerte Schnittdarstellung durch einen

/Reformierreaktionsbehälter der vierten Ausführungs-• form gemäß VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 eine ausschnittsweise, schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 8 eine ausschnittsweise, schematische Schnittansicht eines Motorblocks einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische, ausschnittsweise Schnitt-.ansicht einer siebenten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ein Blockdiagramm, das die elektrische Steuerschaltung der in Fig. 9 gezeigen Ausführungsform zeigt; .

Fig. 11 eine Fig. 9 ähnliche Ansicht, die eine achte Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 12 eine schematische, vergrößerte, ausschnittsweise Schnittansicht eines Teils der in Fig. dargestellten Ausführungsform;

Fig. 13 ein Blockdiagramm einer elektrischen Steuerschaltung für die Ausführungsform gemäß den Fig. und 12;

Fig. 14 eine Abwandlung der achten Ausführungsform in vergrößerter, schematischer, ausschnittsweiser Schnittansicht;

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Fig. 15 ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Luft-Methanol-Verhältnis eines Luft-Methanol-Gemischs die aus 1 cm³ Methanol gewonnene Wasserstoffmenge sowie den Heizwert eines aus 1 mol Methanol gewonnenen reformierten Gasgemischs zeigt;

Fig. 16A eine ausschnittsweise, schematische Schnittansicht eines Teils einer neunten Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 16B eine ausschnittsweise, schematische Schnittansicht des übrigen Teils der in Fig. 16A dargestellten neunten Ausführungsform;

Fig. 17 eine vergrößerte Darstellung einer wärmedehnbaren Einrichtung, die bei dem Methanolreformiersystem der in den Fig. 16A und 16B ■ -.--' dargestellten neunten Ausführungsform; und

Fig. 18 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer j- Abwandlung der in den Fig. 16B und 17

dargestellten wärmedehnbaren Einrichtung.

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Als Kraftstoff, der mit Luft gemischt wird, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, das erfindungsgemäß zu einem wasserstoffreichen Gasgemisch umgewandelt und reformiert wird, können auch andere Alkohole als Methanol in Betracht gezogen werden. Allerdings werden Alkohole mit mehr als drei Kohleatomen je Molekül vorzugsweise nicht verwendet, da bei solchen Alkoholen während der Reaktion zwischen den Bestandteilen eines Gemisch aus Luft und diesen Alkoholen Ruß und Teer erzeugt wird und auf den Oberflächen von Katalysatoren in einem Reformierbehälter abgelagert wird, wodurch die Katalyse durch die Katalysatoren vermindert wird. Im Vergleich zu Methanol ist Äthanol weniger günstig, da Äthanol meh'r Ruß und Teer erzeugt, wie Tabelle 1 zeigt, in der Ruß und Teer unter den "anderen" Bestandteilen aufgeführt sind. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse katalytischer Reaktionen zwischen den Bestandteilen eines Luft-Methanol-Gemischs und zwischen den Bestandteilen eines Luft-Äthanol-Gemischs·.Außerdem ist Äthanol teurer als Methanol. Methanol wird daher vorgezogen, da es im praktischen Betrieb größeren Nutzen hat.

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Tabelle 1

• Ergebnisse katalytischer Reaktionen zwischen den Bestandteilen eines Luft-Methanol-Gemischs und zwischen den Bestandteilen eines Luft-Äthänol-Gemischs.

Alkohol art	Menge der zugegebenen Luft (cm³ /min)	Menge des. reformierten ■Gasgemischs (cm³/min)	Bestandteile des reformierten Gasqemischs	Stick stoff	Kohlen monoxid	Methan	Kohlen dioxid	Andere	Erzeugte Wassermenge (cm³/min)
Methyl alkohol	100	305	Wasser stoff	26,2%	20,1%	2,9%	5,7%	0,03%	0,015
Äthyl alkohol	100	230	45,0%	80 cm³ /min	61 cm³/min	9 cm³ /min	17 cm³ /min	1 cm³ /min	0,013
137 cm³ /min	34,8%	16,9%	9,1%	6,9%	20,4%
20,9%	80 cm³/min	39 cm³ /min	21 cm³ /min	16 cm³ /min	47 cm³ /min
48 cm³ /min

Reaktionsbedincfungen Katalysatortemperatur: 500⁰C Katalysator: Pt-Al₃O₃ Zugeführte Kraftstoffmenge: 0,15cm³/min

ro cn cn

co

Vorzugsweise wird die Luft dem Methanol erfindungsgemäß in solcher Menge zugegeben, daß nur wenig Ruß auf den Oberflächen der Katalysatoren und der anderen Elemente des Reaktionsbehälters abgelagert wird und daß große Mengen an Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, liegt die günstigste Luftmenge bei ungefähr 15vol% der Luftmenge, die für eine stochiometrische oder vollständige Verbrennung des Methanols erforderlich ist; das stöchioiretrische Luft-Methanol-Verhältnis liegt bei 6,5. Fig. 1 zeigt, daß es für am günstigsten gehalten . wird, eine Luftmenge von 100 cm³/min zu einer Methanolmenge von 0,15 cm³/min zuzugeben. Dies entspricht praktisch einem Luft-Methanol-Verhältnis von 0,65, was 1/10 des stöchxometrischen Luft-Methanol-Verhältnisses ist. Die Reaktion zwischen den chemischen Bestandteilen des Luft-Methanol-Gemisches mit diesem Luft-Methanol-Verhältnis wird durch folgende thermochemische Gleichung wiedergegeben: CH-OH.+ 0,255O„+ 0,9ON₉+ 120kcal/mol ^»0,90 N₀+ 1,65 H

„J Lt Lt &* La

+ 0,70 CO + 0,10 CH₄ + 0,15 H₃O + 0,20 CO₃ (1)

Wie sich aus dieser Gleichung ergibt, handelt es sich um eine endotherme Reaktion mit einer Wärmeaufnahme von 120 kcal/mol, Daher kann die chemische Energie eines aus einem Luft-Methanol-Gemisch erzeugten reformierten Gasgemischs größer sein als die des Luft-Methanol-Gemischs, so daß die chemische Energie des Kraftstoffs beispielsweise durch Ausnutzung der Wärme des Motorabgases erhöht werden kann. Bei

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einem Luft-Methanol-Verhältnis von mehr als 0,65 geht obige endotherme Reaktion in eine exotherme Reaktion über, was zur Folge hat, daß mehr Kohlendioxid und weniger Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt werden. Bei einem Luft-Methanol-Verhältnis von mehr als 2 nehmen die günstigen Wirkungen stark ab, die durch Einspeisung der Reaktionsprodukte, d.h. des reformierten Gasgemischs, in einen Verbrennungsmotor erreicht werden können. Andererseits ist die Menge des bei der Umwandlung von Methanol in ein Gasgemisch erzeugten Rußes selbst bei einem Luft-Methanol-Verhältnis von null, d.h. wenn" dem Methanol keinerlei Luft zugegeben wird, sehr gering, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Bildung einer so geringen Rußmenge beeinträchtigt die Lebensdauer von Katalysatoren aus geeignet gewählten Materialien nicht wesentlich. Das im praktischen Betrieb geeignete Luft-Methanol-Verhältnis α des Luft-Methanol-Gemischs, das in ein Reformiersystem eingespeist wird, wird daher erfindungsgemäß durch folgende Gleichung wiedergegeben:

⁰ = ^am ~ ² <²⁾

Für die Erfindung werden Katalysatoren nicht unbedingt benötigt; zur Unterstützung einer katalytischen Reaktion werden sie jedoch vorzugsweise eingesetzt. Wenn Katalysatoren benutzt werden, können diese beliebige der üblichen Katalysatormaterialien umfassen. Beispiele für brauchbare Katalysatoren sind Metalle wie beispielsweise Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Cu, Cr,

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Au, Legierungen oder Oxide dieser Metalle und Komponenten aus üblichen keramischen Materialien wie beispielsweise Al₂O-, SiO_2r MgO₇ CaO, ZnO und dergleichen. Allerdings sind die Bestandteile und die Menge des reformierten Gasgemischs, die Anfangstemperatur der Reformierreaktion und die Menge des erzeugten Rußes für verschiedene Arten von Katalysatoren unterschiedlich. Unter den oben genannten Katalysatorarten haben sich Katalysatoren als am wirksamsten erwiesen, die hauptsächlich Platin oder Nickel enthalten. Die Erzeugung'des gasförmigen Gemischs beginnt bei einer Reaktionstemperatur von ungefähr 250⁰C. Im praktischen Betrieb wird jedoch eine Reaktionstemperatur im Bereich von 300⁰C bis 700⁰C vorgezogen.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 18 erläutert. Zunächst wird auf Fig. 2 eingegangen, in der eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt ist« Dieser Verbrennungsmotor umfaßt einen Motorblock 100a, zu dem ein Zylinderblock 102 und ein Zylinderkopf 104 gehören, der oben auf den Zylinderblock montiert ist. Im Zylinderblock 102. sind Zylinder 106 ausgebildet, von denen lediglich einer dargestellt ist. Im Zylinder 106 sitzt hin- und herverschiebbar ein Kolben 108, der zusammen mit dem Zylinder 106/ und der Unterseite des Zylinderkopfes .104 einen Brennraum 110"begrenzt. Im Zylinderkopf 104 ist ein Einlaß

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sowie ein nicht dargestellter Auslaß ausgebildet. In den Zylinderkopf T04 ist hin- und herverschiebbar ein Einlaßventil 114 so eingesetzt, daß der Ventilkopf 116 des Einlaßventils den Einlaß 112 auf herkömmliche Weise öffnen und schließen kann. Ferner ist am.Zylinderkopf 104 eine Zündkerze 118 so montiert, daß deren Elektroden im Brennraum 110 freiliegen.

Der Einlaß 112 ist stromauf mit einer Saugleitung 120 verbunden, die ihrerseits an ihrem stromauf gelegenen Ende mit einem Hauptkraftstoffkreis verbunden ist, zu dem ein Hauptvergaser 122 mit einer Mischkammer 124 gehört, der ein Gemisch aus Luft und einem Kohlenwasserstoffkraftstoff, beispielsweise Benzin, erzeugen kann. Stromab der Mischkammer 124 befindet sich im Hauptkraftstoffkreis eine Drosselklappe 126, die die Einspeisung des Hauptkraftstoffs in den Brennraum 110 auf bekannte Weise steuert.

Die Abgase aus den nicht dargestellten einzelnen Auslässen werden in einem Abgassammelbereich 128 eines Abgassammlers gesammelt und dann in ein damit verbundenes Auspuffrohr 129 geleitet. ■

Der Motor 10 ist mit einem Methanolreformiersystem bzw. einer Methanolreformieranlage 130 versehen. Das Methanolrer formier sy stern 130 dient zur Umwandlung eines Gemisches aus Luft und Methanol in ein wasserstoffreiches

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reformiertes Gasgemsich. Zu diesem Zweck umfaßt das System 130 einen Nebenvergaser 132, der bei der dargestellten Ausführungsform mit dem Hauptvergaser 122 zu einer Einheit zusammengefaßt ist und der eine Mischkammer 134 aufweist, die zur Erzeugung eines sehr fetten Luft-Methanol-Gemischs mit einem Luft-Methanol-Verhältnis im Bereich von 1/20 bis 1/5 des stöchiometrischen Luft-Methanol-Verhältnisses (6,5) dient. Im Nebenvergaser 132 befindet sich eine Nebendrosselklappe 136, die über eine geeignete Verbindungseinrichtung, beispielsweise einen Gestängemechanismus 138, funktional mit der Drosselklappe 126 verbunden ist.

Der Nebenvergaser 132 ist über einen Kanal 140 mit einem Einlaß 141 eines Reformierreaktionsbehälters 142 verbunden, der im Abgassammelbereich 128 angeordnet ist. Innerhalb des Reaktionsbehälters 142 befindet sich eine Reaktionskammer 144 sowie ein Leitelement 146, das zusammen mit der Innenseite des Reaktionsbehälter 142 einen mit Katalysatorteilchen 148 gefüllten Labyrinthkanal begrenzt. Außen am Reaktionsbehälter 142 befinden sich zahlreiche Rippen 150, die die vom Abgas überstrichene Fläche der Außenseite des Reaktionsbehälters 142 vergrößern, so daß den Katalysatorteilchen 148 vom Abgas des Motors wirksam Wärme zugeführt wird, damit die Reformierreaktion zwischen den Bestandteilen des Luft-Msthanol-Gemischs unterstützt wird. Die Reformierreaktion hat zur Folge, daß das Luft-Methanol-Gemisch

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zu einem wasserstoffreichen reformierten Gasgemisch umgewandelt wird, wie dies bereits erläutert wurde.' per Reaktionsbehälter 142 weist einen Auslaß 152 auf, der mit einem Kühler 154 verbunden ist, der in Wärmeaustausch mit umgebender Luft steht. Das stromab gelegene Ende des Kühlers 154 ist über einen Kanal 156 mit der Saugleitung 120 verbunden.

über einen Kanal 160, der die Nebenmischkammer 134 und die Nebendrosselklappe 136 umgeht und in den Kanal 140 stromab der Drosselklappe 136 mündet, wird Sekundärluft in das Luft-Methanol-Gemisch eingeleitet. Durch diese Sekundärluft wird ein Teil des überfetten Luft-Methanol-Gemischs auf ein Luft-Methanpl-Verhältnis verdünnt, bei dem das Gemisch von einer Zündkerze 162 gezündet werden kann, die am Methanolreformiersystem stromab des stromab gelegenen Endes des Kanals 160 zur Sekundärlufteinspeisung angeordnet ist. Die Zündkerze 162 bewirkt eine unvollständige Oxidationsreaktion eines Teils des Luft-Methanol-Gemischs, damit die Katalysatorteilchen 148 im Reaktionsbehälter 142 durch die dadurch erzeugte Wärme erwärmt werden, damit dadurch die Reformierreaktion im Reaktionsbehälter 142 unterstützt wird, wenn der Motor kalt angelassen wird. Auch nachdem der Motor warmgelaufen ist, kann die Zündkerze 162 in Betrieb bleiben oder genommen werden, damit die Verdampfung des Methanols in Übergangsbereichen, beispielsweise zum Zeitpunkt einer Beschleunigung oder Verzögerung des Motors, unterstützt wird

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und der Motor zu solchen Zeitpunkten besser anspricht. Die Zündkerze 162 kann durch eine elektrische Heizung mit einem Nickelchromdraht oder einem Tantaldraht ersetzt werden.

Die beschriebene Ausführungsform arbeitet in folgender Weise. Das im Nebenvergaser 132 erzeugte fette Luft-Methanol-Gemisch wird mittels der Zündkerze 162 erwärmt und dann in den Reformierrekationsbehälter 142 eingeleitet, wobei ein Teil des Gemischs unvollständig oxidiert bzw. verbrannt.ist. Dieses Gemisch wird mit Hilfe der Katalysatorteilchen 148, die mittels.des Motorabgases wirksam auf hoher Temperatur gehalten werden, in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt. Das reformierte Gasgemisch tritt mit hoher Temperatur aus dem Reaktionsbehälter 142 aus und in den Kühler '154 ein, der das Gasgemisch kühlt, wonach dieses durch den Kanal 156 in die Saugleitung 120 strömt, in der das abgekühlte reformierte Gasgemisch mit dem mageren Luft-Benzin-Gemisch aus dem Hauptvergaser 122 gemischt wird, so daß sich ein weiteres Gemisch aus Luft, Benzin und reformiertem Gasgemisch ergibt. Dieses Gemisch wird im folgenden als zusammengesetztes Gemisch bezeichnet und wird durch den Einlaß 112 in den Brennraum 110 geleitet und von der Zündkerze 118 gezündet.

Es wurden Untersuchungen mit einem zusammengesetzten ' Gemisch durchgeführt, bei dem das Verhältnis des Volumens , äes flüssigen Methanols zum Gesamtvolumen aus flüssigem Me-

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thanol und flüssigem Benzin, das als Hauptkraftstoff vom Hauptvergaser zugeführt wird, im Bereich von 1 : 20 bis 1:4 lag. Mit solchen zusammengesetzten Gemischen wurde stabile Zündung und stabile Verbrennung in einem Vierzylindermotor mit einem Hubraum von 1600 cm³ bei einem Verdichtungsverhältnis von 8,5 erreicht. Der Motor arbeitete auch dann noch gut mit dem zusammengesetzten Gemisch, wenn das auf Benzin umgerechnete, äquivalente Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zusammengesetzten Gemischs größer als 2 0 war; der Luftüberschuß λ betrug 1,3. Im Vergleich zu einem Motor, der nur mit einem Gemisch aus Luft und Benzin mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Bereich von 16 bis 18 betrieben wurde, wurde festgestellt, daß der Verbrennungswirkungs-' grad des Motors bei Betrieb mit dem zusammengesetzten Gemisch unter den genannten Bedingungen besser war, daß der thermische Wirkungsgrad des gesamten Motors wegen der Ausnutzung der Wärme des Motorabgases ebenfalls.um 10 bis 20% verbessert war und daß bei gleichem thermischen Wirkungsgrad die Emission von Stickoxiden aus dem Motor um 50 bis 80% vermindert war.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform 20 eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors. Dieser Verbrennungsmotor umfaßt einen Motorblock 100b, der im wesentlichen wie der Motorblock 100a der ersten Ausführungsform konstruiert ist. Gleiche Elemente und Teile des Motorblocks 100b

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weisen das um den Buchstaben "b" ergänzte gleiche Bezugszeichen auf wie die entsprechenden Elemente und Teile des Motorblocks 100a. Der Verbrennungsmotor 20 ist so ausgelegt, daß er nur mit einem Gemisch aus Luft und einem Gasgemisch gespeist wird, das aus einem Luft-Methanol-Gemisch reformiert wurde, wie noch ausführlicher erläutert werden wird. Daher ist die Saugleitung 120b des Motors 2 0 mit einem einfachen Luftsaugrohr 122' verbunden, in dem sich eine Hauptdrosselklappe 126b befindet. Zum Motor 20 behört ein Methanolreformiersystem bzw. eine Methanolreformieranlage 230, die einen Flachstromvergaser 232 umfaßt, der getrennt vom Luftsaugrohr 122' angeordnet ist und zu dem eine Mischkammer gehört, in die von einer Spritzdüse 235 flüssiges Methanol eingespritzt wird, so daß der Vergaser 232 ein Gemisch aus Luft und Methanol erzeugt. Dieses Gemisch wird durch einen an den Vergaser 232 angeschlossenen Kanal 240 und einen Einlaß 241 in einen Reformierreaktionsbehälter 242 eingeleitet. Der Reaktionsbehälter ist mit Katalysatorteilchen 248 gefüllt, die von einer elektrischen Heizvorrichtung 250 beheizt werden, die Heizelemente aus Nickelchromdraht oder dergleichen umfaßt, die im Reaktionsbehälter 242 angeordnet sind und durch ein von den Katalysatortexlchen gebildetes Bett verlaufen. Die Heizvorrichtung 250 wird von einer Spannungsquelle 251 mit Strom versorgt und mittels eines Schalters 251' gesteuert. Da der Reaktionsbehälter 242 nicht so ausgelegt ist, daß er vom Motorabgas beheizt wird, kann der Reaktionsbehälter

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günstig so angeordnet werden, daß er nicht den Motorschwingungen ausgesetzt ist.

Das in den Reformierreaktionsbehälter 242 eingeleitete Luft-Methanol-Gemisch wird wie bei der ersten Ausführungsform zu einem reformierten Gasgemisch umgewandelt. Das reformierte Gasgemisch wird dann mit hoher Temperatur durch einen Auslaß 252 des Reaktionsbehälters 242 aus diesem abgeführt und in einen Kanal 256 geleitet, der von einem Rohr 257 gebildet wird, das durch einen Kühler 254 verläuft, durch den Motorkühlwasser umgewälzt wird. Das reformierte Gasgemisch wird daher vom Kühlwasser praktisch auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt, wonach es in die Saugleitung 120b eingeleitet wird, in der das reformierte Gasgemisch mit Luft aus dem Luftsaugrohr 122¹ vermischt und von dieser verdünnt wird, wonach dieses zusammengesetzte Gemisch durch den Einlaß 112b in den Brennraum 110b eingeleitet wird. Am stromab gelegenen Ende des Kanals 256 befindet sich eine Nebendrosselklappe 236, die den Durchfluß des reformierten und gekühlten Gasgemischs in die Saugleitung 120b steuert und über einen Gestängemechanxsmus 238 funktional mit der Hauptdrosselklappe 126b verbunden ist. Die Wasserkühlung des reformierten Gasgemischs hat den Vorteil, daß das Gemisch im wesentlichen auf die bestimmte Temperatur abgekühlt wird. Dies ermöglicht eine einfache Steuerung der Menge des reformierten Gasgemischs und somit der Methanolmenge, das bzw. die in den

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Brennraum eingeleitet wird.

Im Vergleich zur ersten Ausführungsform ist die zweite Ausführungsform einfacher konstruiert, da nur ein Kraftstoffkreis erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der zweiten Ausführungsform besteht darin, daß das Gemisch aus Luft und wasserstoffreichem reformiertem Gasgemisch in einem im Vergleich zu einem Luft-Benzin-Gemisch weiteren Bereich des Luft-Methanol-Verhältnisses zündbar und brennbar ist und zu einer stabilen Verbrennung im Motor führt. Das Verhältnis von Luft und reformiertem Gasgemisch, die zusammengemischt werden, hängt vom Verhältnis der öffnung der Hauptdrosselklappe 126b zur öffnung der Nebendrosselklappe 236 ab. Das Öffnungsverhältnis der Drosselklappen kann in Abhängigkeit von der Belastung des Motors so gesteuert werden, daß wie bei Kraftstoffregelanlagen für Dieselmotoren die Pumpenverluste günstig vermindert werden und daß der Kraftstoffverbrauch des Motors bei Teillastbetrieb ebenfalls günstig verbessert ist.

Auch die Verwendung des Flachstromvergasers 232 bringt einen Vorteil mit sich, der darin besteht, daß das aus der Spritzdüse 235 ausgespritzte Methanol dazu neigt, dicht über dem Boden des waagerecht verlaufenden Kanals 240 zu strömen. In der Nähe einer Zündkerze 262, die unmittelbar stromab" des Vergasers 232 in den Kanal 240 ragt, liegt

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daher ein mageres Luft-Methanol-Gemisch mit einem solchen Luft-Methanol-Verhältnis vor, daß eine Zündung durch die Zündkerze 262 erfolgen kann. Bei der zweiten Ausführungsform wird daher kein Sekundärluftkanal wie der Kanal 160 der ersten Ausführungsform benötigt.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Zu dieser Ausführungsform gehört ein Methanolreformiersystem 330, das einen Flachstromvergaser umfaßt, der dem Flachstromvergaser 232 der zweiten Ausführuhgsform ähnlich ist. Der Flachstromvergaser 332 erzeugt ein •Gemisch aus Luft und Methanol und ist mit einem Reformierreaktionsbehälter 342 verbunden, der nicht mit Katalysatorteilchen gefüllt ist, sondern so ausgelegt ist, daß die Reformierreaktion im Behälter mittels einer Zündkerze 362, die in den Behälter ragt, und einer im Behälter angeordneten elektrischen Heizeinrichtung 350 durchgeführt wird. Der Behälter 342 ist mit einer Schicht 360 aus wärmeisolierendem Material belegt. Im Reaktionsbehälter 342 sind zahlreiche Drahtgitter oder perforierte Metallbleche 370 angeordnet, die quer zur Achse des Behälters verlaufen. Die Drahtgitter oder perforierten Metallbleche 370 haben in Axialrichtung des Reaktionsbehälters 342 Abstand voneinander. Jeweils in dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Drahtgittern oder perforierten Metallblechen 370 ist ein Heizelement der elektrischen Heizeinrichtung 350 angeordnet. Diese Heizelemente

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sind parallel an eine Spannungsquelle 351 angeschlossen. Wenn das Luft-Methanol-Verhältnis einen Wert hat, bei dem die Reformierreaktion zwischen den Komponenten des Luft-Methanol-Gemischs eine endotherme Reaktion ist, wird der elektrischen Heizeinrichtung 350 vorzugsweise dauernd Energie zugeführt, so daß sie das Luft-Methanol-Gemisch im Reaktionsbehälter erwärmt. Wenn jedoch das Luft-Methanol-Verhältnis einen Wert hat, bei dem die Reformierreaktion eine exotherme Reaktion i'st, braucht der Heizeinrichtung 350 nur dann Energie zugeführt zu werden, wenn der Reaktionsbehälter eine niedrige Temperatur hat, wie dies beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors der Fall ist.

Der Reaktionsbehälter 342 ist mit einem nicht dargestellten Motorblock, der entweder ähnlich wie der Motorblock 100a der ersten Ausführungsform oder ähnlich wie der Motorblock 100b der zweiten Ausführungsform konstuiert ist, so verbunden, daß diesem ähnlich wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch zugeführt wird, so daß dadurch die Emission giftiger Bestandteile im Motorabgas stark verringert ist.

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist in Form eines fackelgezündeten Verbrennungsmotors 40 bzw. Verbrennungsmotors mit Schichtladung in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Dieser Motor umfaßt einen Motorblock 100d. Die-

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jenigen Teile des Motorblocks 10Od, die Teilender in Fig. dargestellten ersten Ausführungsform gleichen oder entsprechen, sind mit dem dort verwendeten Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "d" bezeichnet. Im folgenden wird lediglich der Unterschied zwischen dem Motorblock 100d und dem in Fig. 2 dargestellten Motorblock 100a erläutert. Der Brennraum 110d wird hier aus Gründen, die noch klar werden werden, als Hauptbrennraum bezeichnet. Der Hauptbrennraum 110d umfaßt eine Ausnehmung 110d', die im Zylinderkopf 104d ausgebildet ist. In die Ausnehmung 110d" ragt eine Zündkerze 118d. Von der Oberseite des Zylinderkopfes 104d geht eine im wesentlichen senkrechte 3ohrung 101 aus, die in die Ausnehmung 110d' mündet. In die Bohrung 101 ist ein napfförmiges Element 103 so eingesetzt, daß dessen halbkugelförmiges Ende in die Ausnehmung 11Od¹ ragt. Der Innenraum des napfförmigen Elementes 103 bilden einen Nebenbrennraum bzw. eine Sammelkammer 105, der bzw. die über eine im napfförmigen Element 103 ausgebildete öffnung 107 in Verbindung mit der Ausnehmung 110d' und somit mit dem Hauptbrennraum 110d steht. Ferner steht der Nebenbrennraum 105 über eine ebenfalls im napfförmigen Element 103 ausgebildete zweite öffnung 109 in Verbindung mit den Elektroden der Zündkerze 118d. Das obere Ende der Bohrung 101 schließt ein Einsatz 111, durch den ein Neben-

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einlaßventil 113 hin-und herbewegt werden kann. Im inneren Endabschnitt des Einsatzes 111 ist ein axialer Kanal 113' ausgebildet, der in Verbindung mit einem Nebeneinlaßkanal 115 steht, der im Zylinderkopf 104d unabhängig vom Haupteinlaß-

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kanal 112d ausgebildet ist. Der Rand des axialen Kanals 113' dient als Ventilsitz, der mit einem Ventilkopf des Nebeneinlaßventils 113 in der Weise zusammenwirkt, daß dadurch die Verbindung zwischen dem Nebenbrennraum 103 und dem Nebeneinlaßkanal 115 gesteuert wird.

Der Haupteinlaßkanal 112d ist an seinem stromauf gelegenen Ende mit einer Saugleitung 12Od verbunden, die ihrerseits mit einem Hauptvergaser 122d verbunden ist, so daß ein Hauptkraftstoffkreis besteht. Bei dem Hauptvergaser 122d handelt es sich um einen zweistufigen Registervergaser mit zwei'Mischkammern 124d und 124d*, die jäweils in einem der zwei Saugrohre angeordnet sind, und zwei Drosselklappen 126d und 126d^r.

Ferner gehört zur vierten Ausführungsform ein Methanolreformiersystem 430, das einen Vergaser 432 zur Erzeugung eines Gemischs aus Luft und Methanol umfaßt. Dieser Vergaser kann ähnlich wie der Vergaser 232 in Fig. 3 konstruiert sein. Der Vergaser 432 ist über einen Kanal 440 mit einem Luft-Methanol-Gemischeinlaß 441 eines Reformierreaktionsbehälters 442 verbunden, der einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat (siehe Fig. 6) und mit einer Schicht 460 aus wärmeisolierendem Material belegt ist. Der Einlaß 441 ist· in der Umfangswänd des Behälters 442 ausgebildet. Das Luft-Methanol-Gemisch aus dem Vergaser 432 wird

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durch den Einlaß 441 in eine Reaktionskainmer 444 im Behälter 442 eingeleitet. In der Reaktionskammer 442 befindet sich eine Leitwand 446, die darin-einen Labyrin-thkanal bildet, der mit Katalysatorteilchen 448 gefüllt ist, die ein sich quer zum Inneren des Reaktionsbehälters 442 erstreckendes Katalysatorbett bilden

An seinem einen axialen Ende ist der Reaktionsbehälter 442 mit einer Abgassammeikammer 128d so verbunden, daß Motorabgas in den Reaktionsbehälter 442 einströmt. In Axialrichtung verlaufen durch das Katalysatorbett zahlreiche Kanäle 450, durch die das Motorabgas strömt, so daß ein Wärmeaustausch mit dem Katalysatorbett erfolgt.

Das in die Reaktionskammer 444 eingeleitete Luft-Methanol-Gemisch strömt durch das Katalysatorbett und wird dabei zu einem reformierten Gasgemisch umgewandelt, das mit hoher Temperatur aus dem Reaktionsbehälter 442 durch dessen Auslaß 452 abgeführt und in einen Kühler 454 eingeleitet wird, von dem es gekühlt wird. Das stromab gelegene Ende des Kühlers 454 ist mit einem Kanal 456 verbunden, der seinerseits mit einem im folgenden zu beschreibenden Nebenkraftstoff kreis verbunden ist. Der Nebenkraftstoffkreis umfaßt einen Nebenvergaser 480, der ein fettes Gemisch aus Luft und Benzin erzeugt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Nebenvergaser 480 mit dem Hauptvergaser 122d zu

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einer Einheit zusammengefaßt und über eine Nebensaugleitung 482 mit dem Nebeneinlaßkanal 115 im Zylinderkopf 104d verbunden. In der Nebensaugleitung 4S2 ist eine Nebendrosselklappe. 436 angeordnet, die über eine beliebige herkömmliche Verbindungseinrichtung, beispielsweise einen Gestängemechanismus 438, mit den Hauptdrosselklappen 126d und 126d' verbunden ist. Der Kanal 454 ist an die Nebensaugleitung 482 stromauf ■der Nebendrosselklappe 436 angeschlossen.

Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Vergaser 432 ein Gemisch aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von ungefähr 1/10 des stöchiometrischen Luft-Methanol-Verhältnisses. Dieses Gemisch wird in den Reaktionsbehälter 442 eingeleitet und auf zuvor beschriebene Weise in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch umgewandelt. Bei Bedarf kann eine stromab des Vergaser 432 im Kanal 440 angeordnete Zündkerze dazu benutzt werden, einen Teil des Luft-Methanol-Gemischs aus den oben erläuterten Gründen zu oxidieren. Zwischen dem Vergaser 432 und der Zündkerze 462 ist eine Flammensicherung 470 angeordnet, die den Vergaser vor bei der Verbrennung;des Luft-Methanol-Gemischs erzeugten Flammen schützt.

Das reformierte Gasgemisch wird aus dem Reaktionsbehälter 442 in den Kühler 454 geleitet und von diesem gekühlt, wonach es in die Nebensaugleitung 482 gelangt, in

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der das reformierte Gasgemisch mit einem Luft-Benzin-Gemisch vom Nebenvergaser 480 gemischt wird, so daß sich ein zusammengesetztes Gemisch ergibt, das über die Nebensaugleitung 482 und den Nebeneinlaßkanal 115 in den Nebenbrennraum 105 eingespeist wird. Ferner wird vom Hauptvergaser 122d ein mageres Luft-Benzin-Gemisch mit einem Luft-Benzin-Verhältnis von mehr als 20 erzeugt, das bei einem Saugtakt des Motors 40 durch den Haupteinlaß 112d in den Hauptbrennraum 110d eingesaugt wird. Gleichzeitig strömt ein Teil des zusammengesetzten' Gemischs aus dem Nebenbrennraum 105 durch die öffnung 107 in den Hauptbrennraum 110d. Beim Verdichtungshub des Motors werden die Gemische im Hauptbrennraum 110d und im Nebenbrennraum 105 verdichtet. Dann wird zunächst das Gemisch im Nebenbrennraum 105 von der Zündkerze 118d gezündet, so daß eine Flamme entsteht, die wie eine Fackel durch die öffnung 107 in den Hauptbrennraum schlägt und dadurch das magere Gemisch im Hauptbrennraum 11Od zündet. Da sich im Nebenbrennraum 105 und im Hauptbrennraum 110d das reformierte Gasgemisch befindet, erfolgt eine stabile Verbrennung des mageren Gemischs im Hauptbrennraum. Die Ausbreitung der Flammenfront erfolgt schneller und stabiler als bei einem reinen Luft-Benzin-Gemisch, so daß dadurch Taktunregelmäßigkeiten vermieden werden. Das reformierte Gasgemisch im Hauptbrennraum bringt, ferner den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß der Kraftstoffverbrauch des Motors verringert bzw. die Kraftstoffausnutzung erhöht ist und daß

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die nicht brennbare Schicht aus Luft-Kraftstoff-Gemisch, die sich normalerweise über der Innenwand des Zylinders und dergleichen bildet, äußerst gering ist, so daß dadurch wirksam die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe vermindert wird.

Fig. 7. zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung mit einem Nebenkraftstoffkreis 530. Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten vierten Ausführungsform ist der Nebenkraftstoffkreis so ausgebildet, daß ein Luft-Methanol-Gemisch in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt wird, das dann mit einem Luft-Benzin-Gemisch zu einem zusammengesetzten Gemisch gemischt wird, das in den Nebenbrennraum eingespeist wird. Der Nebenkraftstoffkreis 530 der fünften Ausführungsform ist dagegen so konstruiert und ausgebildet,.daß ein Luft-Methanol-Gemisch in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt wird, dem lediglich Benzin hinzugefügt wird, wonach dann dieses zusammengesetzte Gemisch in einen Nebenbrennraum des Motors eingespeist wird. Der Nebenkraftstoffkreis 530 ist weitgehend wie der Nebenkraftstoff kreis 430 der viertaiAusführungsform konstruiert, wobei allerdings der Unterschi-ed besteht, daß ein Kanal 546e, durch den reformiertes und gekühltes Gasgemisch strömt, an den Einlaß eines Vergasers 48Oe angeschlossen ist. Diejenigen Teile der fünften Ausfihrungsform, die Teilen des Motors gemäß der vierten Ausführungsform gleichen oder entsprechen,

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. · -32-

sind mit den gleichen Bezugszahlen unter Hinzufügung eines "e" versehen.

Fig. 8 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung in Form eines Verbrennungsmotors 60. Dieser Verbrennungsmotor 60 arbeitet mit Fackelzündung und umfaßt einen Motorblock 100f. Zu diesem gehört ein Haupteinlaßkanal 112f, der mit einem nicht dargestellten Hauptkraftstoffkreis verbunden ist, der jedoch ähnlich wie der Hauptkraftstoffkreis gemäß Fig. 5 oder gemäß Fig. 7 ausgebildet sein kann. Durch den Haupteinlaßkanal 112f wird ein mageres Luft-Benzin-Gemisch in einen Hauptbrennraum 110f eingespeist. In eine Bohrung 101f in einem Zylinderkopf 104f ist ein napfförmiges Element 103f so eingesetzt, daß dessen halbkugelförmiges Ende in den Hauptbrennraum 110f ragt. Im napfförmigen Element 103f ist ein Nebenbrennraum 105f aufgebildet, der ständig durch am halbkugelförmigen Ende des Elementes 103f ausgebildete öffnungen 107f und 107f in Verbindung mit dem Hauptbrennraum 110f steht. In der Bohrung 101f ist mittels eines das napfförmige Element sichernden Einsatzes 111f eine Zündkerze 118f so montiert, daß die Elektroden der Zündkerze 118f im Nebenbrennraum 105f an dessen vom Hauptbrennraum entfer.ntem Ende liegen. Der das napfförmige Element sichernde Einsatz 11 If ist am Zylinderkopf 104f mittels einer Hülse 111f mit Außengewinde befestigt, die in den Zylinderkopf 104f geschraubt

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ist und das äußere Ende der Zündkerze 118f umgibt.

Im Zylinderkopf 104f ist ein Nebeneinlaßkanal 115f ausgebildet, dessen stromab gelegenes Ende in den Haupteinlaßkanal 112f nahe dessen stromab gelegenem Ende, d.h. unmittelbar über der Rückseite eines Ventilkopfes 116f eines Einlaßventils 114f, mündet. Das stromauf gelegene Ende des .Nebeneinlaßkanals 115f kann mit einem Nebenkraftstoffkreis

der in Fig. 5 oder in Fig. 7 dargestellten Art verbunden sein, so daß durch den Nebeneinlaßkanal 115f ein zusammengesetztes Gasgemisch eingespeist wird, das reich an Benzin und Wasserstoff ist.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist der Motorblock 10Of nicht mit einem Einlaßventil für den Nebenkraftstoffkreis versehen. Statt dessen wird die Zufuhr des gasförmigen Nebenkraftstoffs, d.h. des zusammengesetzten Gemischs, in den Nebenbrennraum 105f vom Ventilkopf 116f des Einlaßventils gesteuert. Wenn das Einlaßventil 114f in seine geöffnete Stellung gebracht wird, strömt das zusammengesetzte Gemisch aus dem stromab gelegenen Ende des Nebeneinlaßkanals 115f aus. Ein erheblicher Anteil des zusammengesetzten Gemischs strömt entlang einem Wandabschnitt 110f des Hauptbrennraumes 110f zur öffnung 107f und dann in den Nebenbrennraum 105f, wobei dieser Anteil des zusammengesetzten Gemischs vom Wandabschnitt 110f geleitet wird.

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Damit dies erfolgen kann, ist die öffnung 107f zum stromab gelegenen Ende des Haupteinlaßkanals 112f gerichtet. Der Nebenbrennraum 105f ist teilweise in zwei Zonen unterteilt, von denen eine direkt in Verbindung mit der öffnung 107f und die andere direkt in Verbindung mit der öffnung 107f' steht. Die Unterteilung des Nebenbrennraums erfolgt durch eine Trennwand 105f, die im halbkugelförmigen Endabschnitt des napfförmigen Elementes 103f zwischen den öffnungen 107f und 107f angeordnet ist und sich über eine gewisse Strecke im Nebenbrennraum 105f in Richtung zu den Elektroden der Zündkerze 118f erstreckt. Die zwei Zonen des Nebenbrennraumes gehen nahe den Elektroden der Zündkerze ineinander über, so daß das durch die öffnung 107f in den Nebenbrennraum 105f eingeleitete zusammengesetzte Gemisch von der 'Trennwand 105f daran gehindert wird, von der öffnung 107f direkt zur anderen öffnung 107f zu strömen. Die Trennwand 105f leitet das zusammengesetzte Gemisch zur Zündkerze und;.= sorgt dafür, daß sich das zusammengesetzte Gemisch im Nebenbrennraum 105f in der Nähe der Elektroden der Zündkerze aufhält, so daß es von diesen gezündet werden kann.

Die übrigen Teile und Elemente des Motorblocks 10Of entsprechen denen des Motorblocks 10Od gemäß Fig. 5 und sind daher mit den gleichen Bezugzeichen unter Hinzufügung eines "f" versehen. Der Verbrennungsmotor 60 arbeitet in ähnlicher Weise wie der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Verbrennungsmotor 4 0.

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Bei den vorstehend beschriebenen vierten, fünften und sechsten Ausführungsbeispielen wird das reformierte Gasgemisch nur durch den Nebeneinlaßkanal in den Nebenbrennraum eingeleitet. Das reformierte Gasgemisch kann jedoch auch durch den Haupteinlaßkanal in den Hauptbrennraum in der Weise eingeleitet werden, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Hauptbrennraum eingespeisten zusammengesetzten Gemischs gleich dem Luft-Benzin-Verhältnis eines üblicherweise in den Hauptbrennraum eingespeisten Luft-Benzin-Gemischs ist. Durch· das Einspeisen des reformierten Gasgemischs in den Hauptbrennraum werden in vorteilhafter Weise die Taktunregelmäßigkeiten vermindert, die sich andernfalls durch die verzögerte Flammenausbreitung in den Motorzylindern ergeben würden, wenn in die Hauptbrennräume lediglich ein mageres Luft-Benzin-Gemisch eingespeist wird, so daß eine bessere Kraftstoffausnutzung die Folge ist.

Außerdem ist es auch möglich, in entsprechender Abwandlung der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform den Nebenbrennraum nur mit reformiertem Gasgemisch zu speisen. Um bei' einem normalen Verbrennungsmotor ohne Nebenbrennraum eine Verbrennung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs durch Zugabe des reformierten Gasgemischs zu einem Luft-Benzin-Gemisch zu erreichen, muß das Verhältnis des im reformierten Gasgemisch enthaltenen Wasserstoffs zum gesamten dem Motor zugeführten Kraftstoff mehr als 5gew% betragen. Im Gegensatz

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dazu hat ein mit einem Nebenbrennraum versehener Verbrennungsmotor mit Schichtladung den Vorteil, daß ein Anteil des Wasserstoffs aus dem reformierten Gasgemisch von weniger als 5gew% am gesamten dem Motor zugeführten Kraftstoff ausreicht, um eine stabile Verbrennung im Motor zu erreichen, da es bei einem solchen Motor möglich ist, das wasserstoffhaltige reformierte Gasgemisch gezielt in den Nebenbrennraum in die Nähe einer Zündkerze einzuleiten, was die Verbrennung des reformierten Gasgemischs im Nebenbrennraum und somit eines mageren Luft-Benzin-Gemischs im Hauptbrennraum ermöglicht. . ·

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine siebente Ausführungsform der Erfindung. Wenn die Temperatur der Reformier-'reaktionsbehälter der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nicht hoch genug für die Reformierung eines Luft-Methanol-Gemisches ist, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn der Motor kalt gestartet wird, wird das Gemisch nicht zu einem wasserstoffreichen reformierten Gasgemisch umgewandelt, was zur Folge hat, daß das Methanol in nicht umgewandelter Form in den Motor eingespeist wird. Dies bedeutet, daß die Verbrennungs des mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs nicht durch Zugabe eines reformierten Gasgemischs unterstützt wird. Wenn das auf Benzin umgerechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zusammengesetzten Gemischs aus Luft,Benzin und Methanol auf einem hohen Wert gehalten wird,

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d.h. wenn das Luft-Kraftstoff-Geraisch mager ist, führt dies zu einem ungünstigen Betriebszustand des Motors und im ungünstigsten Fall zum Motorstillstand. Wenn im Reaktionsbehälter eine Reformierung erfolgt, wird das Luft-Methanol-Gemisch in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt, dessen Volumen unmittelbar stromab des Reaktionsbehälters stark erhöht 1st. Wenn jedoch der Reaktionsbehälter nicht arbeitet, bewirkt er nur eine geringe Ausdehnung des Luft-Methanol-Gemischs. Bei gleicher öffnung einer Drosselklappe stromab des Reaktionsbehälters hängt der Luftdurchsatz durch einen stromauf des Reaktionsbehälters angeordneten Vergasers stark davon ab, ob der Reaktionsbehälter im Reformierbetrieb arbeitet oder nicht. Entsprechend ändert sich der Methanolverbrauch. Wenn nämlich der Reaktionsbehälter eine niedrige Temperatur hat und nicht im Reformierbetrieb arbeitet, ist der Methanolverbrauch höher, was zu einem Anstieg der Methanolkosten je Kalorie und zu einer Vergeudung von Methanol· führt. Mit der in den Fig. 9 und 10 dargestellten siebenten Ausführungsform sollen diese Schwierigkeiten behoben werden.

In Fig. 9 ist als siebente Ausführungsform der Erfindung ein Verbrennungsmotor 70 dargestellt, der einen Motorblock 100g umfaßt, der weitgehend ähnlich wie der in Fig. 2 dargestellte Motorblock 100a konstruiert ist. Gleiche Teile des Motorblocks 100g sind daher mit gleichen Bezugs-

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zeichen unter Hinzufügung eines "g" bezeichnet. Der Kraftstoffkreis des Motors 70 umfaßt einen Hauptvergaser 122g, der in seiner Mischkammer 124g ein Gemisch aus Luft und einem Kohlenwasserstoffkraftstoff erzeugt. Die Einspeisung des Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemischs in einen Brennraum 110g wird von einer Hauptdrosselklappe 126g gesteuert, die im Kraftstoffkreis stromab des Vergasers 122g angeordnet ist.

Der Verbrennungsmotor 70 umfaßt ferner, ein Methanolreformiersystem bzw. eine Methanolreformieranlage 730, die teilweise weitgehend mit der Methanolreformieranlage 430 der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform übereinstimmt. Diejenigen Teile des Methanolreformiersystems 730, die Teilen des Methanolreformiersystems 43 0 gleichen bzw. entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "g" versehen. Es werden hier nur die Unterschiede des Methanolreformiersystems 73 0 im Vergleich zu den Methanolreformiersystemen' der viertenbis sechsten Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Ein Nebenvergaser 4 32g erzeugt ein Gemisch aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2. Das Luft-Methanol-Gemisch wird in einen Reformierreaktionsbehälter 442g eingespeist und mit Hilfe von Katalysatorteilchen, die vorzugsweise Ni oder Cu enthalten, in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt. Der Katalysator

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kann auf ähnliche Weise, wie dies bereits beschrieben wurde, vom Motorabgas beheizt werden. Das reformierte Gasgemisch strömt aus dem Reaktionsbehälter aus und durch einen Kanal 456g in den Kraftstoffkreis stromab der Hauptdrosselklappe 126g.

Das Methanolreformiersystem 730 umfaßt keinen Kühler zum Kühlen des aus dem Reaktionsbehälters 442g austretenden reformierten Gasgemischs sondern statt dessen eine Steuereinrichtung, die im folgenden beschrieben wird. Am Reaktionsbehälter 442g befindet sich ein Temperaturfühler in Form eines Thermistors bzw. Heißleiters 722, der die Temperatur im Reaktionsbehälter mißt. Der Thermistor 732 ist elektrisch mit einer Steuerschaltung 750 verbunden, die in Abhängigkeit vom Ausgang des Thermistors 732 feststellt, ob die Temperatur im Reaktionsbehälter 442g für eine Reformierreaktion ausreicht oder nicht. Die Steuerschaltung 750 ist elektrisch mit einem Solenoid 734 verbunden und kann dieses Solenoid 734 so steuern, daß das Solenoid entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 738 ein im Kanal 456g angeordnetes Ventil 736 öffnet. Stromab dieses Absperrventils 736 ist eine Nebendrosselklappe 436g im Kanal 456g angeordnet, die über eine herkömmliche Verbindungseinrichtung, beispielsweise einen Gestängemechanismus' 438g,mit der Hauptdrosselklappe 126g verbunden ist. Die Steuerschaltung 750 ist ferner elektrisch mit einem zweäten Solenoid 740 verbunden und steuert die

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Energiezufuhr zu diesem Solenoid so, daß das Solenoid eine Luftklappe 742, die stromauf des Hauptvergasers 122g angeordnet ist, in der V7eise steuert, daß die Luftströmung von einem Luftfilter 746 zum Hauptvergaser 122g von der Luftklappe 74 2 so gesteuert wird, daß sich dadurch das vom Hauptvergaser 122g erzeugte Verhältnis von Luft und Kohlenwasserstoffkraftstoff ändert. Zur Luftklappe 742 gehört eine Rückstellfeder 744.

Die Steuerschaltung 750 wird im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. Die Steuerschaltung umfaßt einen Verstärker 752, der die Spannung am Thermistor 732 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers wird auf einen Vergleicher 754 gegeben, der diesen Ausgang mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht, die durch Widerstände R1 und R2 bestimmt ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 754 macht einen Transistor 756 leitend oder sperrend, so daß dieser den elektrischen Strom von einer Spannungsquelle 758 zu den Solenoiden 734 und 740 sperrt oder durchläßt. Ferner weist die Steuerschaltung zwischen den Solenoiden 734 und 740 sowie der Spannungsquelle 758 einen Zündschloßschalter 760 auf. Wenn der Motor kalt gestartet wird und sich das Katalysatorbett im Reaktionsbehälter 442g auf einer so niedrigen Temperatur befindet, daß das Luft-Methanol-Gemisch nicht in ein reformiertes Gasgemisch umgewandelt werden kann, hat der Thermistor 732 einen so hohen Widerstand, daß der Ausgang des Verstärkers 752 der Steuerschaltung

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750 größer als die vorgegebenen Spannung am Vergleicher ist, was zur Folge hat, daß am Ausgang des Vergleichers eine logische "O" vorliegt, wodurch der Transistor 756 gesperrt wird. Daher kann kein Strom zu den Solenoiden 7 34 und 74 0 fließen. Dies hat zur Folge, daß das Absperrventil 736 von der Rückstellfeder 738 in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird und den Kanal 456g sperrt, so daß kein Methanol in die Mischkammer im Vergaser 4 32g eingespritzt wird, da dieser vom im Motor erzeugten Unterdruck getrennt ist. Da außerdem auch das Solenoid 740 stromlos . ist, wird die Luftklappe 742 von ihrer Rückstellfeder 744 in gewissem Ausmaß geschlossen gehalten, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Hauptvergaser 122g erzeugten .

Luft-Kifaftstoff-Gemischs kleiner und somit dieses Gemisch fetter als unter normalen Betriebsbedingungen des Motors wird, was für zuverlässigen Betrieb des Motors und gleichmäßigen Motorlauf sorgt.

Der Motor läuft dann weiter, was zu einem Anstieg der Temperatur des Motorabgases führt, so daß die Katalysatorteilchen 448g im Reaktionsbehälter 442g auf eine so hohe Temperatur erwärmt werden, daß diese zur Durchführung der Reformierreaktion des Luft-Methanol-Gemischs ausreicht. Dadurch wird der Widerstand des Thermistors 732 so klein, daß der Ausgang des Verstärkers 752 der Steuerschaltung 750 kleiner als die vorgegebene Spannung am Vergleicher 754 wird,

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was zur Folge hat, daß am Ausgang des Vergleichers eine logische "1" vorliegt, so daß der Transistor 756 leitendgemacht wird. Daher wird den Solenoiden 734 und 74 0 elektrischer Strom zugeführt, was zur Folge hat, daß diese erregt werden'. Das Absperrventil 736 wird daher entgegen der Kraft seiner Rückstellfeder 738 geöffnet, so daß· der Unterdruck des Motors auf den Vergaser 432g wirken kann und dieser ein Gemisch aus Luft und Methanol mit einem bestimmten Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2 erzeugt. Das auf diese Weise erzeugte Luft-Methanol-Gemisch wird von einer Zündkerze 462g gezündet und dann durch einen Kanal 440g in den Reaktionsbehälter 442g eingeleitet, in dem das Gemisch unter Einwirkung der erwärmten Katalysatorteilchen 448g zu einem wasserstoffreichen reformierten Gasgemisch umge-• wandelt wird.

Da auch das Solenoid 740 erregt ist und die Luftklappe 742 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 744 in ihre offene Stellung bewegt worden ist, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Hauptvergaser 122g erzeugten Gemischs aus Luft und Kohlenwasserstoffkraftstoff um so höher,so daß dieses Gemisch nun sehr mager ist. Die Ströme des reformierten Gasgemischs und des mageren Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-

Gemischs in dem Einlaßkanal 112g werden von der Nebendrosselklappe 436g und der Hauptdrosselklappe 126g, die funktional miteinander verbunden sind, so gesteuert, daß sich

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in zuvor beschriebener Weise ein wasserstoffhaltiges zusammengesetztes Gemisch ergibt, das im Brennraum 110g gezündet und verbrannt werden kann, obwohl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zusammengesetzten Gemischs, berechnet als Luft-Benzin-Verhältnis, sehr hoch bzw. das Gemisch sehr mager ist. Das Luft-Methanol-Gemisch kann praktisch vollständig, d.h. praktisch zu 100%, in reformiertes Gasgemisch umgewandelt werden, wenn das Katalysatorbett auf ungefähr 250⁰C erwärmt ist, sofern der Katalysator'448g hauptsächlich Ni oder Cu enthält. Das Absperrventil 73 5 und die Luftklappe 742 werden daher vorzugsweise bei einer Temperatur von ungefähr 250⁰C geöffnet. Diese Temperatur kann sich allerdings mit der Art des Katalysators ändern.

Die beschriebene siebente Ausführungsform ist so ausgelegt, daß die Zugabe von Methanol vollständig unterbleibt, wenn der Reaktionsbehälter eine niedrige Temperatur hat. Bei- einer Änderung der Temperatur im Reaktionsbehälter kann jedoch die Methanoleinspeisung allmählich so geändert werden, daß die Methanolzugabe bei steigender Temperatur allmählich erhöht wird.

Die Fig. 11 bis 13 zeigen eine achte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um einen fackelgezündeten Verbrennungsmotor mit einem Methanolreformiersystem, das so ausgebildet ist, daß für

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korrekten Motorbetrieb gesoi"gt ist, wenn sich der Reformierbehälter auf einer niedrigen Temperatur befinder., wie noch erläutert werden wird. Die achte Ausführungsform ist in Form eines fackelgezündeten Verbrennungsmotors 8 0 realisiert, der einen Motorblock 100h umfaßt. Im Aufbau gleicht dieser Motorblock im wesentlichen dem Motorblock 100d der in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform. Gleiche oder entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugzeichen und Hinzufügung eines "h" versehen. Die Unterschiede werden im folgenden erläutert.

Ein Hauptkraftstoffkreis des Motors 80 umfaßt einen Haupteinlaßkanal 112h in einem Zylinderkopf 104h. Im Zylinderkopf sitzt ein Haupteinlaßventil 114h, das die Verbindung zwischen einem Hauptbrennraum 11Oh und dem Haupteinlaßkanal 112h steuert. Der Haupteinlaßkanal ist mit einer Hauptsaugleitung 12 0h verbunden, die ihrerseits über einen Krümmer 121h mit einem Hauptvergaser 122h verbunden ist. Der Hauptvergaser 122h ist als Flachstromvergaser mit variabler Mischkammer ausgebildet. Im senkrechten Abschnitt 121h' des Krümmers.121h ist eine Hauptdrosselklappe 126h vorgesehen.

Im Zylinderkopf 104h ist ein Nebenbrennraum 105h ausgebildet, der über einen Kanal 107h mit dem Hauptbrennraum 110h verbunden ist. Dieser Kanal 107h kann aus Gründen, die noch klar werden werden, als Fackelkanal bezeichnet

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werden. Im Zylinderkopf 104h ist ferner eine im wesentlichen senkrechte Bohrung 113'h ausgebildet, die an ihrem unteren Ende in den Nebenbrennraum 105h mündet. Das andere Ende der Bohrung 113'h ist mit einem im wesentlichen waagerechten Nebeneinlaßkanal 115h verbunden. Im Zylinderkopf 104h sitzt hin- und herverschiebbar ein Nebeneinlaßventil 113h in der Weise, daß der Ventilkopf des Nebeneinlaßventils die Verbindung zwischen dem Nebenbrennraum 105h und der Bohrung 113'h steuern kann. Der Nebeneinlaßkanal 115h ist mit einer Nebensaugleitung 482h verbunden, die über einen waagerechten Kanal 480h mit dem senkrechten Abschnitt 121h¹ des Krümmers 121h stromauf der Hauptdrosselklappe 126 verbunden ist. In der Nebensaugleitung 482h befindet sich eine Nebendrosselklape 436h, die über eine Verbindungseinrichtung, beispielsweise einen Gestängemechanismus 438h funktional mit der Hauptdrosselklappe 126h verbunden ist.

Zum Verbrennungsmotor 80 gehört ein Methanolreformiersystem bzw. eine Methanolreformieranlage 830. Das Methanolreformiersystem 83 0 stimmt teilweise mit dem Methanolreformiersystem 430 der in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform überein. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "h" versehen. Ein an seinem einen Ende an einen Auslaß 4 52h angeschlossener Kanal 456h ist an seinem anderen Ende mit der Nebensaugleitung 482h stromauf der Nebendrosselklappe 436h verbunden.

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Zu den oben erwähnten Maßnahmen, die für richtigen Motorbetrieb auch bei niedriger Temperatur im Reformierreaktionsbehälter sorgen, gehört ein Temperaturfühler, in Form eines Thermistors 732h, der elektrisch mit einer Steuerschaltung 750h verbunden ist. Im Kanal 546h befindet sich ein erstes Absperrventil 736h. Ein zweites Absperrventil befindet sich im waagerechten Kanal 480h. Eine Luftklappe 742h befindet sich im Hauptkraftstoffkreis stromauf des Hauptvergaser 122h.Das erste Absperrventil 736h, das.zweite Absperrventil 84 0 und die Luftklappe 742h können jeweils von einem Solenoid 734h bzw. 842 bzw. 74 0h betätigt werden, wobei diese Solenoide elektrisch mit der Steuerschaltung 750h verbunden sind, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist.

Im folgenden wird auf Fig. 13 eingegangen, in der die Steuerschaltung 750h dargestellt ist, die teilweise der in Fig. 10 dargestellten Steuerschaltung 750 gleicht. Gleiche oder entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsz.eichen unter Hinzufügung eines "h" versehen. Die Unterschiede werden im folgenden erläutert. Der Ausgang des Vergleichers 754h wird parallel auf einen ersten Transistor 756h und eine Nicht-Schaltung 852 gegeben. An den Kollektor des ersten Transistors 756h sind parallel die Solenoide 734h und 740h angeschlossen, wogegen der Ausgang der Nicht-Schaltung auf einen zweiten Transistor 854 führt, dessen Kollektor mit dem Solenoid 842 verbunden ist.

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Im folgenden wird die Funktionsweise der achten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wenn der Motor kalt gestartet wird und das Katalysatorbett im Reaktionsbehälter 442h eine so niedrige Temperatur hat, daß der Katalysator das Luft-Methänol-Gemisch nicht in ein reformiertes Gasgemisch umwandeln kann, hat der Thermistor 732h einen großen Widerstand. Der Ausgang des Verstärkers 752h ist daher so hoch, daß am Ausgang des Vergleichers 754h eine logische "O" liegt, so daß der erste Transistor 756h sperrt und die Solenoide 734hund 740h enterregt werden bzw. bleiben. Daher wird das erste Absperrventil 736h von einer Rückstellfeder 738h in seine geschlossene Stellung gebracht. Auch die Luftklappe 742h wird von einer Rückstellfeder 744h bis in eine bestimmte Stellung geschlossen. Auf den zweiten Transistor 854 gelangt jedoch das Ausgangssignal des Vergleichers 754h in negierter Form, so daß der Transistor leitet und das Solenoid 842 erregt ist und dadurch das zweite Absperrventil 840 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 844 öffnet bzw. offen hält. Der Vergaser 342h ist daher vom im Motor erzeugten Unterdruck abgesperrt, so daß er kein Gemisch aus Luft und Methanol erzeugt. Dadurch, daß die Luftklappe bis in die bestimmte Stellung geschlossen ist, hat das vom Hauptvergaser.122h erzeugte Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemisch ein im Vergleich zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei normalem Betrieb des Motors niedrigeres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, was bedeutet, daß das Gemisch fetter ist.

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Dieses fette Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch die Hauptsaugleitung 120h und den Einlaßkanal 112h in den Hauptbrennraum und.durch den waagerechten Kanal 480h, die Nebensaugleitung 482h und den Nebeneinlaßkanal 115h in den Nebenbrennraum 105h eingeleitet, da das zweite Absperrventil zu diesem Zeitpunkt offen ist. Das in den Nebenbrennraum eingeleitete fette Gemisch wird von der Zündkerze 118h zuverlässig gezündet, so daß sich ein störungsfreier Motorbetrieb ergibt, wenn der Motor eine niedrige Temperatur hat. Die Verwendung des Flachstromvergasers 122h mit variabler Mischkammer bringt den Vorteil mit sich,daß ein Teil des in die Mischkammer des Vergaserseingespritzten Kraftstoffs über den Boden eines waagerechten Abschnitts 121h" des Krümmers strömt. Dieser Kraftstoffanteil gelangt in den waagerechten Kanal 480h. Wenn dann das zweite Absperrventil 840 offen ist, d.h. wenn der Reaktionsbehälter 442h eine niedrige Temperatur hat, strömt dieser Kraftstoffanteil aus dem waagerechten Kanal 480h in die Nebensaugleitung 482h. Dieser Kraftstoffanteil führt daher zu einer Anreicherung des durch den Nebeneinlaßkanal 115h in den Nebenbrennraum 105h einströmenden Luft-Kraftstoff-Gemischs. Dies heißt mit anderen Worten,- daß das in den Nebenbrennraum -105h eingespeiste Gemisch fetter als das in den Hauptbrennraum 110h eingespeiste Gemisch ist, so daß praktisch eine Schichtladung erreicht wird.

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Wenn dann der Motor weiterläuft und das Katalysatorbett im Reaktionsbehälter 442h von den Motorabgasen auf eine Temperatur erwärmt wird, die hoch genug ist, um eine Umwandlung des Luft-Methanol-Gemischs in ein reformiertes Gasgemisch zu ermöglichen, nimmt der Widerstand des Thermistors 732h so weit ab, daß der Ausgang des Verstärkers 752h niedriger als die vorgegebene Spannung am Vergleicher 754h ist, so daß an dessen Ausgang eine logische "1" erscheint, was zur Folge hat, daß der erste Transistor 756h leitend wird und der zweite Transistor 845 sperrt. Die Solenoide 734h und 740h werden daher erregt und bringen das Absperrventil 736 und die Luftklappe 742h in ihre vollständig offenen Stellungen. Dagegen wird das Solenoid 842 enterregt, so daß das zweite Absperrventil 840 von der Rückstellfeder 844 geschlossen wird, was zur Folge hat, daß die Verbindung zwischen dem Hauptkraftstoffkreis und dem Nebenkraftstoffkreis unterbrochen wird. Am Nebenvergaser 432h im Nebenkraftstoffkreis liegt daher Unterdruck an, so daß dieser Vergaser ein Gemisch aus Luft und Methanol mit einem bestimmten Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2 erzeugt. Das auf diese Weise erzeugte Luft-Methanol-Gemisch wird von einer Zündkerze 462h gezündet und dann in den Reformierreaktionsbehälter 442h eingeleitet, in dem das Gemisch von den erwärmten Katalysatoren in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch umgewandelt wird.

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Da die Luftklappe 742h nun vollständig geöffnet ist, wird außerdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Hauptvergaser 122h erzeugten Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemischs erhöht, was bedeutet, daß dieses Gemisch magerer wird. Die Ströme des reformierten Gasgemischs in den Nebenbrennraum 105hund des Luft-Kohlenwasserstoffkraftstöff-Gemischs in den Hauptbrennraum 11Oh werden von der Hauptdrosselklappe 126h bzw. der Nebendrosselklappe 436h gesteuert. Das in den Nebenbrennraum 105h eingeleitete reformierte Gasgemisch wird zuverlässig und gleichmäßig von · der Sündkerze 118h gezündet, da in diesem Gemisch Wasserstoff vorhanden ist, so daß eine Flamme erzeugt wird, die als Feuerstrahl durch den Fackelkanal 107h in den Hauptbrennraum 110h schlägt und dort das magere Luft-Kohlenwasserstoff kraftstoff -Gemisch zuverlässig zündet. Da im Hauptbrennraum ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet und verbrannt wird, ist die Emission von giftigen Bestandteilen im Motorabgas stark vermindert.

Es ist festgestellt worden, daß dann, wenn

es sich bei dem in den Hauptbrennraum eingespeisten Kohlenwasserstoffkraftstoff um Benzin handelt, das Verhältnis des in den Nebenbrennraum eingeleiteten Methanols zur Gesamtmenge aus Benzin und Methanol am günstigsten im Bereich von 5 bis 30 vol% liegt; diese Angabe bezieht sich auf Flüssigkeit svolumina. Wenn das Verhältnis kleiner als 5 vol% ist,

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tritt die Schwierigkeit auf, daß die Menge des mit dem reformierten Gasgemischs in den Nebenbrennraum eingespeisten Wasserstoffs unzureichend ist, so daß Fehlzündungen auftreten, was dazu führt, daß im Motorabgas mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten sind und daß gleichmäßiger Betrieb des Motors erschwert ist. Wenn andererseits das Verhältnis höher als 30 vol% liegt, tritt die Schwierigkeit auf, daß das Volumenverhältnis des reformierten Gasgemischs zur gesamten in den Motor eingesaugten Luftraenge so groß ist, daß die Füllung schlechter wird und dementsprechend die Motorleistung sinkt und daß teures Methanol vergeudet wird.

Fig. 14 zeigt eine Abwandlung der achten Ausführungsform. Dieser abgewandelte Verbrennungsmotor unterscheidet sich vom Verbrennungsmotor 80 in folgenden Punkten. Der abgewandelte Motor umfaßt einen Hauptvergaser 122h-1, bei dem es sich um einen zweistufigen Registerfallstromvergaser handelt., der an das stromauf gelegene Ende der Hauptsaugleitung 120h-1 angeschlossen ist. Der Vergaser 122h-1 ähnelt grundsätzlich in seinem Aufbau dem Hauptvergaser 122d der in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform und umfaßt zwei Mischkammern 124h-1 und 124h'-1, von denen jeweils eine in jedem der beiden Saugrohre angeordnet ist. Stromab der Mischkammern 124h-1 und 124h'-1 befindet sich jeweils eine Drosselklappe 126h-1 bzw. 126h'-1. In einem

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der Saugrohre des Hauptvergasers 122h-1 befindet sich stromauf der Mischkammer 124h-1 eine automatische Luftklappe 742h-1, die von einem herkömmlichen Stellantrieb, beispielsweise einer nicht dargestellten Bimetallspirale, angetrieben wird.

Der Nebenkraftstoffkreis der in Fig. 14 dargestellten Abwandlung umfaßt einen Nebenvergaser 48Oh-1 in Form eines Fallstromvergasers, der mit dem·Hauptvergaser 122h-1 zu einer Einheit zusammengefaßt ist und der ähnlich wie der Nebenvergaser 480 der in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsform konstruiert ist. Der Nebenvergaser ist an seinem stromab gelegenen Ende mit einer Nebensaugleitung 482h-1 verbunden,, in der sich eine Nebendrosselklappe 436h-1 befindet, die über eine herkömmliche Verbindungseinrichtung, beispielsweise einen Gestängeraechanismus 438h-1, funktional mit den Drosselklappen 126h-1 und 126h¹-1 des Hauptkraftstoffkreises verbunden ist.

Der Nebenkraftstoffkreis ist an einer Stelle

stromauf der Nebendrosselklappe 436h-1 mit einem Kanal 456h-1 verbunden. Der Kanal 456h-1 ist mit einem Methanolreformiersystem verbunden, das nicht dargestellt ist, jedoch ähnlich wie das in Fig. 11 dargestellte Methanolreformiersystem aufgebaut sein kann. Ein erstes Absperrventil 736h-1, dessen konstruktion der Konstruktion des in Fig. 12 dar-

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gestellten Absperrventils 736h gleichen kann, befindet sich im Kanal 456h-1. Ein weites Absperrventils 840h-1, das gleiche Konstruktion wie das in Fig. 12 dargestellte Ventil 84 0 haben kann, befindet sich im Nebenkraftstoffkreis stromauf der Verbindungsstelle zwischen dem Nebenkraftstoffkreis und dem Kanal 456h-1. Das erste Absperrventil 736h-1 und das zweite Absperrventil 840h-1 sind so ausgelegt, daß sie von nicht dargestellten Solenoiden betätigt werden können, die elektrisch mit einer Steuerschaltung 75Oh-1 verbunden sind, die gleichen Aufbau wie die Steuerschaltung 750h hat und die elektrisch mit einem nicht dargestellten Thermistor verbunden ist, der am nicht dargestellten Reaktionsbehälter des nicht dargestellten Methanolreformiersystems sitzt.

Wenn bei dieser abgewandelten Ausführungsform im Inneren des Reaktxonsbehälters eine niedrige Temperatur herrscht, wird das erste Absperrventil 736h-1 von der Steuerschaltung 75Oh-1 geschlossen gehalten, so daß der Nebenbrennraum des Motors mit einem vom Nebenvergaser 48Oh-1 erzeugten fetten Gemisch aus Luft und Kohlenwasserstoffkraftstoff gespeist wird. Außerdem wird der Hauptbrennraum des Motors mit einem vom Hauptvergaser 122h-1 erzeugten Gemisch aus Luft und Kraftstoff gespeist, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, das dem Ausmaß der öffnung der automatischen Luftklappe 742h-1 entspricht. Auf diese Weise

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wird eine Schichtladung des Motors erreicht, und das Kraftstoffgemisch im Motor kann auf zuvor beschriebene Weise zuverlässig gezündet und verbrannt werden. Wenn dann das Innere des Reaktionsbehälters von den Motorabgasen ausreichend erwärmt worden ist, wird das zweite Absperrventil 840h-1 geöffnet und das erste Absperrventil 736h-1 geschlossen, so daß im nicht dargestellten Methanolreformiersystem ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch erzeugt wird, das durch den Kanal 456h-1 in den. Nebenkraftstoffkreis und somit in den Nebenbrennraum eingeleitet wird. In zuvor beschriebener Weise kann dann der Motor zuverlässig mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch, das Wasserstoff enthält, betrieben werden.

In den Fig. 16A, 16B und 17 ist eine neunte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die vorstehend beschriebene siebente und achte Ausführungsform der Erfindung sind so -ausgelegt, daß die Zufuhr von Methanol zum Reaktionsbehälter unterbrochen wird, wenn sich das darin befindliche Katalysatorbett auf einer niedrigeren Temperatur befindet. Dagegen ist die neunte Ausführungsform der Erfindung speziell unter Berücksichtigung der folgenden Gesichtspunkte ausgelegt. Fig. 15 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der aus 1 cm³ Methanol erhaltenen Wasserstoffmenge (in litern) vom Luft-Methanol-Verhältnis des Luft-Methanol-Gemischs und die Abhängigkeit des Heizwertes (in kcal) des aus 1 mol Methanol

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erhaltenen reformierten Gasgemischs vom Luft-Methanol-Verhältnis des Luft-Methanol-Gemischs. Bei der Umwandlung eines Gemischs aus Luft und Methanol in ein reformiertes Gasgemisch wird zur Verhinderung der Erzeugung von Ruß und im Hinblick auf den Wasserstoffgehalt im reformierten Gasgemisch im praktischen Betrieb ein Luft-Methanol-Verhältnis des Gemischs im Bereich von 0,3 bis 1,5 bevorzugt. Bei einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 1,6 ist es jedoch schwierig, eine Reformierreaktion durchzuführen, wenn sich der Reformierreaktxonsbehälter auf niedriger Temperatur befindet. Wie aus Fig. 15 erkennbar ist, ist festgestellt worden, daß ein Luft-Methanol-Gemisch mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von mehr als 1,6 mittels einer Zündkerze leicht gezündet werden kann und daß diese Zündung eine ausreichende Reformierreaktion im Reaktionsbehälter einleitet. Aus Fig. 15 ist ferner erkennbar, daß selbst dann, wenn das Luft-Methanol-Verhältnis auf einen Wert im Bereich von 1,6 bis 2,0 erhöht wird, die Menge des im reformierten Gasgemischs enthaltenen Wasserstoffs und der Heizwert des reformierten Gasgemischs nicht stark vermindert sind. Die neunten Ausführungsform der Erfindung ist daher mit einer Einstellvorrichtung für das Luft-Methanol-Verhältnis versehen, mittels der das Luft-Methanol-Verhältnis des Luft-Methanol-Gemischs auf einen Wert von über 1,6 eingestellt wird, wenn sich der Rekationsbehälter auf einer niedrigen Temperatur befindet, und mittels der das Luft-Methanol-Verhältnis auf

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einen Wert im Bereich von 0,3 bis 1,5 eingestellt wird, wenn der Reaktionsbehälter auf eine Temperatur erwärmt worden ist, die hoch genug ist, um mittels der Katalysatoren im Reaktionsbehälter die Reformierreaktion durchzuführen.

Im folgend.en wird auf die Fig. 16A und 16B eingegangen, in denen die neunte Ausführungsform in Form eines Verbrennungsmotors 90 dargestellt ist, der einen Motorblock 100i umfaßt, der im wesentlichen die gleiche Konstruktion wie der Motorblock 100a der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat. Gleiche oder entsprechende Teile des Motorblocks 100i sind mit den gleichen Bezugzeichen unter Hinzufügung eines "i" bezeichnet.

Das Methanolreformiersystem 930 der neunten Ausführungsform umfaßt einen Nebenvergaser 932, der ein Gemisch aus Luft und Methanol erzeugen kann. Stromab des Nebenvergaser 932 weist das Methanolreformiersystem eine Nebendrosselklappe bzw. ein Nebendrosselventil 936 auf. Der stromab des Nebendrosselventils 936 gelegene Teil des Methanolreformiersystems 930 gleicht in seiner Konstruktion im wesentlichen dem entsprechenden Teil des Methanolrefonniersystems 430 der in Fig. 5 dargestellten

vierten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß das Methanolreformiersystem 930 keinen Kühler zum Kühlen eines reformierten Gasgemischs aufweist. Die mit dem Methanolreformiersystem übereinstimmenden Teile und Elemente des Methanolreformier-

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systems 930 sind mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines ⁿi" bezeichnet. Das stromab gelegene Ende'des Methanolreformiersystems 930 ist an einer Stelle stromab einer Hauptdrosselklappe 126i an einen Hauptkraftstoffkreis so angeschlossen, daß ein reformiertes Gasgemisch, das unter Einwirkung von Katalysatoren in einem Reformierreaktionsbehälter 442i aus dem Luft-Methanol-Gemisch erzeugt wurde, in einer Saugleitung 12Oi mit einem Genisch aus Luft und Kohlenwasserstoffkraftstoff gemischt wird, das von einem Hauptvergaser 122i erzeugt wurde, so daß ein zusammengesetztes Gemisch gebildet wird, das dann in einen Brennraum 110i eingespeist und dort von einer Zündkerze 118i gezündet wird.

Die bereits erwähnte Einstellvorrichtung für das Luft-Methanol-Verhältnis ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 950 bezeichnet und umfaßt eine Luftleitung 982, die das Innere eines Luftfilters 981, der oben auf dem Hauptvergaser sitzt, mit einem Ende eines Temperaturfühlers 980 verbindet, der aus einem ü-förmigen Metallrohr besteht, das am Reaktionsbehälter 442i so montiert ist, daß seine Krümmung in das Katalysatorbett im Reaktionsbehälter ragt, so daß die Luft vom Luftfilter 981 bei der Durchströmung des Temperaturfühlers 980 in Wärmeaustausch mit den Katalysatorteilchen steht. Während die Luft vom Luftfilter 946 durch den Temperaturfühler 980 strömt, wird sie erwärmt. Die erwärmte Luft strömt dann durch eine zweite Luftleitung 983 in eine Temperatur-

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meßkammer 944, die in einem Gehäuse 945 ausgebildet ist, von wo die Luft durch eine dritte Luftleitung 947 zum Hauptkraftstoffkreis zurückgeführt wird und stromab der Hauptdrosselklappe 126i in diesen eingeleitet wird.

Bas Gehäuse 94 5 ist an einer stromauf gelegenen Verlagerung 934 des Vergaser 932 montiert. Die Temperaturmeßkammer 944 wird von dem Gehäuse 945 und einer Stützplatte 948 begrenzt, die im Inneren des Gehäuses 945 quer verläuft. Die Stützplatte 948 stützt eine dehnbare Einrichtung 952 ab. Di.ese Einrichtung 952 umfaßt einen mittels einer Halterung 954 fest mit der Stützplatte 948 verbundenen Zylinder 953, einen verschiebbar in den Zylinder 953 eingesetzten Kolben 955, eine Masse aus wärmedehnbarem Material 956, die in den vom Zylinder 953 und vom Kolben 955 begrenzten Raum gefüllt ist, sowie eine Schraubenfeder 957, die den Kolben gegen das wärmedehnbare Material 956 drückt. Bei dem wärmedehnbaren Material kann es sich um eine anorganische Verbindung wie beispielsweise MgO, ein Metall wie beispielsweise Pb oder eine Metallegierung wie beispielsweise Lötmetall (Pb-Sn) handeln. Wenn die zweite Luftleitung 942 so lang ist, daß die während ihres Durchlaufs durch den Temperaturfühler erwärmte Luft wesentliche abgekühlt ist, bevor sie die Temperaturmeßkammer 944 erreicht, wird als wärmedehnbares Material vorzugsweise Paraffin benutzt.

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Wenn das wärmedehnbare Material 9 56 von der erwärmten Luft, die der Temperaturmeßkammer 944 zugeführt wird, ausgedehnt wird, wird der Kolben 955 nach unten verschoben. Am Kolben 955 befindet sich eine Kolbenstange 958_r die auf der Oberseite einer verschiebbaren Platte 960 aufsitzt, die unterhalb der Stützplatte 948 verschiebbar im Gehäuse 945 sitzt. Unterhalb der verschiebbaren Platte 960 sitzt ferner im Gehäuse 945 verschiebbar ein Kolbenventil 962, zu dem ein Ventilkörper 963 gehört, der durch eine seitliche, öffnung 964 in der Umfangswand der Verlagerung des Vergasers gleitend verschiebbar in ein Luftsaugrohr 935 in der Verlagerung 934 des Vergasers ragt, so daß dieser Ventilkörper 963 des Kolbenventils 962 die Querschnittsfläche des Luftsaugrohres 935 ändern kann. Der Raum zwischen . der verschiebbaren Platte 960 und der Verlängerung 934 des Vergasers wird von dem Kolbenventil 962 in eine obere Kammer 966 und eine untere Kammer 968 unterteilt. In der oberen Kammer 966 sitzt zwischen der verschiebbaren Platte 960 und dem Kolbenventil 962 eine Schraubendruckfeder 970. Die von der Schraubendruckfeder 970 auf das Kolbenventil 962 ausgeübte Kraft ändert sich bei einer Verschiebung der verschiebbaren Platte 960, die verschoben wird, wenn sich das wärmedehnbare Material 960 ausdehnt oder zusammenzieht. Die obere Kammer 966 steht über einen Kanal 971 stromauf des Ventilkörpers 963 ständig in Verbindung mit dem Luftsaugrohr •935, wogegen die untere Kammer 968 über einen Kanal 972 ständig

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stromab des Ventilkörpers 963 in Verbindung mit dem Luftsaügrohr 935 steht, so daß die obere Kammer dem stromab des Ventilkörpers 936 herrschenden Druck ausgesetzt ist, wogegen die untere Kammer dem stromauf des Ventilkörpers herrschenden Druck, d.h. atmosphärischem Druck, ausgesetzt ist. Das Kolbenventil -962 stellt die Differenz dieser beiden Drücke entsprechend der von der Feder 970 ausgeübten Kraft ein, d.h. entsprechend der Verschiebung des Kolbens 955, die von der Dehnung oder Zusammenziehung des wärmedehnbaren Materials 956 aufgrund von Temperaturänderungen in der Temperaturmeßkammer 944 hervorgerufen wird.

Der Vergaser 932 umfaßt ein Vergasergehäuse 933, in dem eine Schwimmerkammer 937 auf der Unterseite des Luftsaugrohres 935 und ein Raum auf der Oberseite des Luftsaugrohres 935 ausgebildet sind. Durch diesen Raum verläuft im wesentlichen quer eine Membran 938, die den Raum in eine erste Druckkammer 939 und eine zweite Druckkammer 94 0 unterteilt. In der ersten Druckkammer 939 sitzt eine Schraubendruckfeder 939a, die nach unten auf die Membran 938 drückt. An der Unterseite der Membran 938 ist .ein Saugkolben 941 angebracht, der gleitend verschiebbar quer zum Luftsaugrohr 935 zur Schwimmerkammer 936 ragt. Ferner ist an der

ί · - ■

Membran 938 koaxial zum Saugkolben 941 eine Nadel 942 angebracht, 'die hin- und herverschiebbar in eine Öffnung einer Düse 943 ragt, die vom Luftsaugrohr 935 ausgehend,in die

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Schwimmerkammer 936 ragt und mit ihrem offenen unteren Ende dicht über dem Boden der Schwimmerkammer endet. Die erste Druckkammer 939 ist über einen Kanal 939b mit dem Luftsaugrohr 935 stromab des Saugkolbens 941 verbunden, wogegen die zweite Kammer 94 0 über einen Kanal 94 0b mit dem. Luftsaugrohr 935 stromauf des Saugkolbens 941 verbunden ist. Der Saugkolben 941 kann entsprechend der Druckdifferenz an der Membran 938 nach oben oder nach unten verschoben werden und-ändert dabei die Querschnittsfläche des Luftsaugfohres 935 nahe der öffnung der Düse 943 in der"Weise, daß die Druckdifferenz am Saugkolben 941 auf einem bestimmten konstanten Wert gehalten wird. Die Schwimmerkammer 936 ist über einen Entlüftungskanal 973 entlüftet. Ferner kann die Schwimmerkammer durch Entfernen einer Verschlußschraube am Boden der Kammer entleert werden, über einen Luftkanal 94 0a steht das Innere der Düse 943 in Verbindung mit dar zweiten Druckkammer 940.

Im folgenden wird die Funktionsweise der neunten Ausführungsform erläutert. Unmittelbar nach einem Kaltstart des Motors ist die Temperatur im Reformierreaktionsbehälter 442i niedrig. Daher hat die durch den Temperaturfühler 980 geströmte Luft eine niedrige Temperatur, so daß sich das wärmedehnbare Material 960 der wärmedehnbaren Einrichtung 952 in der Temperaturmeßkammer 944 nicht ausdehnt. Demzufolge übt die Feder 970 keine starke Kraft auf das Kolbenventil

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aus, so daß nur eine geringe Druckdifferenz zwischen dem Druck stromauf des Ventilkörpers 96 3 und dem Druck" stromab des Ventilkörpers 963 besteht. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Druckabfall in dem Teil des Luftsaugrohres 935, der sich bei der öffnung der Düse 943 befindet, so gering ist, daß der Vergaser 9 32 ein Gemisch aus Luft aus dem Luftsaugrohr 935 und aus der Düse 94 3 eingespritztem Methanol mit . einem verhältnismäßig großen Luft-Methanol-Verhältnis von mehr als ungefähr 1,6 erzeugt. Bei diesem Luft-Methanol-Verhältnis kann das Luft-Methanol-Gemisch von der Zündkerze 4 62i gezündet werden, wie aus Fig. 15 erkennbar ist. Diese Zündung führt mit Sicherheit zu einer Methanolreformierreaktion im Reaktionsbehälter 442i selbst dann, wenn sich der Behälter auf einer niedrigen Temperatur befindet, so daß' das Luft-Methanol-Gemisch in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch umgewandelt wird.

Bei fortgesetztem Betrieb des Motors wird das Katalysatorbett im Reaktionsbehälter 442i auf eine höhere Temperatur gebracht, was zur Folge hat, daß auch die durch den Temperaturfühler 98 0 strömende Luft erwärmt wird. Diese erwärmte Luft wird in die Temperaturmeßkammer 944 geleitet, so daß sich das wärmedehnbare Material 960 der wärmedehnbaren Einrichtung 952 ausdehnt, was. zu einer Erhöhung der auf die Druckfeder 970 ausgeübten Kraft führt, die eine Verschiebung des Ventilkörpers 963 des Kolbenventils 962 nach

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unten in das Luftsaugrohr 935 bewirkt, so daß der Druckabfall stromab des Ventilkörpers 96 3 und somit der Druckabfall im Bereich nahe der öffnung der Düse 94 3 höher ist. Aus diesem Grunde wird das Luft-Methanol-Verhältnis des vom Vergaser 932 erzeugten Luft-Methanol-Gemischs allmählich vermindert. Wenn das Katalysatorbett im Reaktionsbehälter auf eine Temperatur erwärmt worden ist, die für eine Reformierreaktion ausreicht, erzeugt der Vergaser 932 das Luft-Methanol-Gemisch mit dem optimalen Luft-Methanol-Verhältnis, das im Bereich von 0,3 bis 1,5 liegt. Dieses Gemisch wird im Reaktionsbehälter 442i zu einem wasserstoffreichen reformierten Gasgemisch so umgewandelt, daß bei dieser Umwandlung praktisch kein Ruß entsteht.

Das reformierte Gasgemisch strömt durch den Kanal 456i in die Saugleitung 12Oi, in der das reformierte Gasgemisch mit einem mageren Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemisch vom Hauptvergaser 122i zu einem zusammengesetzten Gemisch gemischt wird, das in den Brennraum 110i eingeleitet wird. Das Vorhandensein von Wasserstoff im zusammengesetzten Gemisch ermöglicht eine zuverlässige Verbrennung eines- sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum und eine Verminderung der Emission giftiger Bestandteile im Motorabgas. Aus vorstehender Beschreibung er-gibt sich, daß das Luft-Methanol-Gemisch auch dann in ein

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reformiertes Gasgemisch umgewandelt wird, wenn der Motor noch eine niedrige Temperatur hat, so daß der Motor auch dann schon, wenn er noch eine niedrige Temperatur hat, gleichmäßig und störungsfrei betrieben werden kann. Wenn bei der neunten Ausführungsform als Kohlenwasserstoffkraftstoff Benzin benutzt wird, gibt es ferner einen im Hinblick auf die Laufeigenschaften des Motors und die Verminderung der Emission giftiger Abgasbestandteile bevorzugten Bereich des Verhältnisses von zugeführtem Methanol zur Gesamtmenge des zugeführten Benzins und Methanols.

Bei der neunten Ausführungsform ist die wärmeempfindliche Einrichtung 952 so au'sgelegt, daß sie auf Temperaturänderungen der durch die Wärme im Reaktionsbehälter 442i erwärmten Luft anspricht. Um die Temperatur im Reaktionsbehälter 442i direkt oder indirekt festzustellen, ist es jedoch auch möglich, das Motorabgas, das, reformierte Gasgemisch oder das Motorkühlwasser in die Temperaturmeßkammer 944 einzuleiten.

Fig. 18 zeigt eine abgewandelte wärmedehnbare

Einrichtung 952a, die insbesondere für den Betrieb mit heißem Gas, beispielsweise dem Motorabgas, ausgelegt ist. Die wärmedehnbare Einrichtung 952a umfaßt eine Stange 956a aus wärmebeständigem Metall, die durch eine Temperaturmeßkainmer 944a in einem Gehäuse 953a ragt, das an einer Stütztplatte 948a

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befestigt oder fest mit dieser verbunden ist. Die Stange 956a ist an ihrem oberen Ende am Gehäuse 953a befestigt und weist einen unteren Endabschnitt 958a auf, der durch eine öffnung in der Stützplatte 948a frei verschiebbar ist. Das untere Ende des Stangenabschnitts 958a kann auf der verschiebbaren Platte 960 aufsitzen, so daß eine Temperaturänderung direkt in eine Verschiebung der verschiebbaren Platte 960 umgesetzt werden kann.

Die neunte Ausführungsform wurde in Verbindung mit einem üblichen Verbrennungsmotor mit einem Brennraum erläutert. Das Methanolreformiersystem der neunten Ausführungsform kann jedoch auch sinnvoll bei einem mit Schichtladung arbeitenden Verbrennungsmotor mit einem Nebenbrennraum eingesetzt werden, wobei dann ebenfalls das Luft-Methanol-Verhältnis des in den Reformierreaktxonsbehälter eingespeisten Luft-Methanol-Gemischs entsprechend der Temperatur im Rekationsbehälter gesteuert wird.

Bei der Erfindung handelt es sich somit um

einen Verbrennungsmotor mit einem Hauptkraftstoffkreis zur Erzeugung eines mageren Gemischs aus Luft und einem Kohlenwasserstoffkraftstoff, das in einen Brennraum eingespeist wird, und einem Nebenkraftstoffkreis, zu dem ein Nebenvergaser gehört, der ein Gemisch aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2,0 erzeugt. Das

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Luft-Methanol-Gemisch wird in einen Reaktionsbehälter eingeleitet, in dem sich ein Katalysatorbett befindet, das zur Unterstützung der Reaktion zwischen den Bestandteilen des Luft-Methanol-Gemischs erwärmt wird. Durch diese Reaktion wird das Luft-Methanol-Gemisch in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch umgewandelt, das dann mit dem Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemisch zu einem zusammengesetzten Gemisch gemischt wird, das in den Brennraum eingespeist wird. Durch das Vorhandensein von Wasserstoff im zusammengesetzten Gemisch wird zuverlässig für Zündbarkeit und stabile Verbrennung des zusammengesetzten Gemischs gesorgt, das im Hinblick auf das Luft-Benzin-Verhältnis ein sehr hohes Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, wodurch die Emission giftiger Bestandteile im Motorabgas vermindert und die Kraftstoffausnutzung verbessert bzw. der Kraftstoffverbrauch verringert wird.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen Brennraum (110; .11Ob; 110d, 105; 110f, 105f; 110g; 110h, 105h; 11Oi) und ein Methanolreformier sy stern bzw. eine Methanolreformieranlage (130, 230, 330, 430, 530, 730, 830, 930) zum Umwandeln eines Gemischs aus Luft und Methanol in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch und zum Einleiten dieses reformierten Gasgemischs in den Brennraum, wobei das.Methanolreformiersystem einen Reformierreaktionsbehälter (142, 242, . 342, 442, 442e, 442g, 442h, 442i), der in Verbindung mit dem Brennraum steht, sowie eine in Verbindung mit dem Reformierreaktionsbehälter stehende Gemischbildungseinrichtung (132, 232, 332, 432, 432e, 432g, 432h, 932) umfaßt, die den Reformierreaktionsbehälter mit einem Gemisch aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2 versorgt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abgaseinrichtung (128, 128d, 128e, 128g, 128h, 128i), die einen Abgaskanal für das Motorabgas bildet, in dem der Reformierreaktionsbehälter (142, 442d, 442e, 442g, 442h, 442i) so angeordnet ist, daß er in Wärmeaustausch mit dem Motorabgas steht.

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3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zum Methanolreformiersystem (130, 230, 43O₇ 530) gehörende, zwischen dem Reformierreaktionsbehälter (142, 242, 442, 442e) und dem Brennraum (110; 110b; 110d, 105) angeordnete Kühleinrichtung (154, 254, 454, 4'54'e) zum Kühlen des reformierten Gasgemischs, bevor dieses in den Brennraum eingeleitet wird.

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn- ■ zeichnet durch eine in Verbindung mit dem Brennraum (110, 110b, 110d, 110f, 110g, 110h, 110i) stehende zweite Gemischbildungseinrichtung (122, 122d, i22e, 122g, 122h, 122i) zum Erzeugen eines Gemischs aus Luft und einem üblichen Kohlenwasserstoffkraftstoff, das normalerweise ein hohes Luft-Kohlenwasserstoff kraftstoff -Verhältnis hat, und zum Einleiten dieses Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemischs in den Brennraum.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine* Einrichtung (734, 736, 750; 734h, 736h, 750h; 736h-1, 750h-1), die das Einleiten von in der ersten Gemischbildungseinrichtung (432g, 432h) erzeugtem Luft-Methanol-Gemisch in den Reformierreaktionsbehälter (442g, 442h) bei niedriger Temperatur des Reformierreaktionsbehälters unterbindet, und eine Steuereinrichtung (740, 742, 750; 740h, 742h, 750h; 742h-1, 750h-1) zur Steuerung der zweiten Gemischbildungseinrichtung

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(122g_r 122h, 122h-1) in der Weise, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von der zweiten Gemxschbxldungsexnrichtung erzeugten Luft-Kohlenwasserstoffkraftstoff-Gemischs niedriger ist, wenn der Reformierreaktionsbehälter die niedrigere Temperatur hat.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (950), die die erste Gemischbildungseinrichtung (932) so steuert, daß das Luft-Methanol-Verhältnis des von der ersten Gemischbildungseinrichtung erzeugten Luft-Methanol-Gemischs bei niedrigerer Temperatur des Reformierreaktxonsbehälters (442i) hoch bzw. höher ist und daß dieses Luft-Methanol-Verhältnis bei steigender Temperatur im Reformierreaktionsbehälter abnimmt, und Mittel (462i) zur Erleichterung einer Reformierreaktion zwischen den Bestandteilen des Luft-Methanol-Gemischs im Reformierreaktionsbehälter, so daß der Reformierreaktionsbehälter eine ausreichende Menge reformierten Gasgemischs auch dann erzeugt, wenn der Reformierreaktionsbehälter die niedrigere Temperatur hat.

7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum aus einem Hauptbrennraums (110d, 110h) und einem Nebenbrennraum (105, 105h) besteht und daß das reformierte Gasgemisch nur in den Nebenbrennraum eingeleitet wird.

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-8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (740h, 742h, 750h), die das Einleiten von in der ersten Gemischbildungseinrichtung (4 32h) erzeugtem Luft-Methanol-Gemisch in den Reformierreaktionsbehälter (442h) bei niedriger Temperatur des Reformierreaktionsbehälters unterbindet und eine Einrichtung (734h, 736h, 750h, 840, 842), die bei niedriger Temperatur des Reformierreaktionsbehälters ein Gemisch aus Luft und üblichem Kraftstoff in den Nebenbrennraum (105h) einleitet.

9. Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen Brennraum, der einen Hauptbrennraum (110d, 110f, 110h) und einen Nebenbrennraum (105, 105f, 105h) umfaßt, eine mit dem Hauptbrennraum in Verbindung stehende Gemischbildungseinrichtung (122d, 122e, 122h, 122h-1) zum Erzeugen eines mageren Gemischs aus Luft und Benzin und zum Einleiten dieses Gemischs in den Hauptbrennraum, einen mit dem Nebenbrennraum in Verbindung stehenden Methanolreformierreaktionsbehälter (442, 442e, 442h) zum Umwandeln eines Gemischs aus Luft und Methanol in ein wasserstoffreiches reformiertes Gasgemisch und zum Einleiten dieses reformierten Gasgemischs in den Nebenbrennraum und eine in Verbindung mit dem Methanolreformierreaktionsbehälter stehende Gemischbildungseinrichtung (432, 432e, 432h) zum Erzeugen eines Luft-Methanol-Gemischs mit einem Luft-Methanol-Verhältnis, das unter normalen Betriebsbedingungen kleiner als 2 ist,

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und zum Einleiten dieses Luft-Methanol-Gemischs in den Reformierreaktionsbehälter, wobei dafür gesorgt ist, daß die dem Reformierreaktionsbehälter zugeführte Methanolmenge 5 bis 30 vol%_/ jeweils auf Flüssigkeitsvolumina bezogen, der Gesamtmenge aus dem von der Gemischbildungseinrichtung für das magere Luft-Benzin-Gemisch gelieferten Benzin und dem von der Gemischbildungseinrichtung für das Luft-Methanol-Gemisch gelieferten Methanol ausmacht.

10. Methanolreformiersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Brennraum, gekennzeichnet durch eine Gemischbildungseinrichtung (132, 432, 432e, 432g, 432h, 932) zum Erzeugen eines Gemischs aus Luft und Methanol mit einem Luft-Methanol-Verhältnis von weniger als 2_f einen Reaktionsbehälter (142, 442, 442e, 442g, 442h, 442i), in dem sich eine Reaktionskammer (144, 444) befindet und der einen Einlaß (141, 441, 441e, 441g, 441h) sowie einen Auslaß (152, 452, 452e,- 452g, 452h) aufweist, wobei der Einlaß mit der Gemischbildungseinrichtung verbunden ist und zum Einleiten des Luft-Methanol-Gemischs in die Reaktionskammer dient und wobei der Auslaß mit dem Brennraum (110; 110d, 105; 110g; 110h, 105h; 110i) des Motors verbunden ist, und Katalysatorteilchen (148, 448, 448e, 448g), die die Reaktionskammer füllen und die umwandlung des Luft-Methanol-Gemischs in ein wasserstoff reiches Gasgemisch fördern, wobei der Reaktionsbehälter so. konstruiert ist, daß die Katalysatorteilchen in Wärmeaustausch mit dem Motorabgas stehen.

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