DE2712056A1

DE2712056A1 - Internal combustion engine running on reformed methanol - is connected to reforming reactor and has controlled fuel feed

Info

Publication number: DE2712056A1
Application number: DE19772712056
Authority: DE
Inventors: Toshio Hirota; Akira Morita; Zene Ueno
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-03-19
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1977-09-29
Also published as: JPS52113426A

Abstract

An i.c. engine to run on reformed methanol is connected to a reforming reactor in which a temp. of 200-800 degrees C is maintained. The fuel feed is controlled to feed in normal operation, gas at a set temp. of =400 degrees C and a press. =50 kgf/cm2. The excess air factor is kept during the engine warm-up to 0.8-1.5 and during normal operation to 0.8-4.0. Ease of operation and working characteristics similar to a petrol engine, is obtd. engine efficiency is satisfactory, and the emission of CO and NOx is reduced.

Description

Dr.D.Thomsen PA^E Nl AN WALTS BÜRODr.D.Thomsen PA ^ E Nl AT WALTS OFFICE

& Teleion (0<fc) 530211& Teleion (0 <fc) 530211

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PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

Manchen: Frankfurt/M.: Some: Frankfurt / M .:

Dr. rer. nat. D. Thomson Dipl.-Ing. W. WeinkauffDr. rer. nat. D. Thomson Dipl.-Ing. W. Weinkauff

(Fuchshohl 71)(Fuchshohl 71)

Dresdner Bank AQ, München, Konto S 574 237Dresdner Bank AQ, Munich, account S 574 237

8000 München 2 Kaleer-Ludwlg-Platz6 18. März 19778000 Munich 2 Kaleer-Ludwlg-Platz6 March 18, 1977

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, JapanNissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan

VerbrennungsmotoranordnungInternal combustion engine assembly

mit einer Einrichtung zum Reformieren von als Brennstoff verwendetem Methanolwith a device for reforming methanol used as fuel

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsmotoranordnung mit einer Einrichtung zum Reformieren von Methanol in ein reformiertes Gas, das Wasserstoff und Kohlenmonoxyd als wesentliche Bestandteile enthält,und mit einer Brennstoffzufübungseinrichtung zum Einbringen des reformierten Gases in die Lufteinlaßleitung des Motors. Dabei werden die bedeutenden Faktoren in der Motoranordnung, wie z.B. die Temperatur der Reformierungseinrichtung, Temperatur und Druck des reformierten Gases, das Verhältnis von Luft zu reformiertem Gas, der Zündzeitpunkt des Motors und die Art der Aufwärmung der Reformierungseinrichtung, unter Berücksichtigung der verschiedenen Einflüsse in bestimmter Weise gesteuert, so daß der Motor eine gleich-The invention relates to an internal combustion engine arrangement having a device for reforming methanol into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide as essential components, and having a fuel supply device for introducing the reformed gas into the engine air intake duct. The important factors in the motor arrangement, such as the temperature of the Reforming device, temperature and pressure of the reformed gas, the ratio of air to reformed gas, the ignition timing of the engine and the type of heating of the reforming device, taking into account the various influences controlled in a certain way, so that the motor

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.ι·.ι ·

mäßige Betriebsweise und gute Brennstoffausnutzung unter Einhaltung einer sehr geringen Schadstoffkonzentration im Auspuffgas über den gesamten Betriebsbereich aufweist.moderate operation and good fuel economy while maintaining a very low pollutant concentration in the Has exhaust gas over the entire operating range.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Verbrennungsmotoranordnung, die eine Brennstoffreformierungseinrichtung zum Reformieren von Methanol, das wahlweise mit Wasser gemischt ist, in einen gasförmigen Brennstoff, der Wasserstoff und Kohlenmonoxyd als wesentliche Bestandteile enthält, sowie eine BrennstoffZuführungseinrichtung zum Betreiben des Motors mit einem Gemisch aus Luft und reformiertem Gas, wobei die Reformierungseinrichtung und die BrennstoffZuführungseinrichtung zum Zweck des gegenseitigen Zusammenwirkens so konstruiert und gesteuert sind, daß sowohl die Reformierungseinrichtung als auch der Motor mit maximalem Wirkungsgrad im gesamten Bereich der Motorbetriebsbedingungen arbeiten können.More particularly, the present invention relates to an internal combustion engine assembly that includes a fuel reforming device for reforming methanol, optionally mixed with water, into a gaseous fuel, hydrogen and contains carbon monoxide as essential components, as well as a fuel supply device for operating the Engine with a mixture of air and reformed gas, wherein the reforming device and the fuel supply device are so constructed and controlled for the purpose of mutual cooperation that both the reforming device as well as the engine can operate at maximum efficiency over the entire range of engine operating conditions.

Die zwei maßgeblichen Probleme, die heute bei Verbrennungsmotoren auftreten, liegen im Beitrag der Auspuffgase aus den Motoren zur Luftverunreinigung und in ihrer absoluten Abhängigkeit von Erdölbrennstoffen, von denen man annimmt, daß sie in naher Zukunft weltweit knapper werden. Die Benzinmotoren als typischste Gattung der heutigen Verbrennungsmotoren leiden neben den Problemen einer möglicherweise eintretenden Verknappung der Erdölvorräte und einem unvermeidlichen Preisanstieg für diese Brennstoffe vor allem auch an den folgenden Nachteilen. Erstens ist es für Benzinmotoren in theoretischer Hinsicht sehr schwierig, die Entwicklung oder Emission der drei hauptsächlichenThe two major problems that arise with internal combustion engines today are the contribution of exhaust gases from engines to air pollution and their absolute reliance on petroleum fuels, which are believed to be they will become scarcer worldwide in the near future. The petrol engines as the most typical type of today's internal combustion engines suffer alongside the problems of a possible shortage of oil stocks and an inevitable price increase for these fuels, in particular, the following disadvantages. First, for gasoline engines, it is great in theory difficult to develop or issue the three main ones

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Schadstoffe, nämlich Kohlenmonoxyd (CO), Stickstoffoxyde (NO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) vollkonmen zu unterbinden. Außerdem ist es schwierig, Benzinmotoren bis zu einer für die Praxis genügenden Vollkommenheit zu betreiben, wenn die allgemeine Erkenntnis, daß der thermische Wirkungsgrad oder die Brennstoffausnutzung im Motor durch Verwendung eines hinreichend mageren Luft-Brennstoff-Gemisches bis in die Nähe des Idealfalls gesteigert werden können, in die Praxis unigesetzt wird.Pollutants, namely carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO) and unburned hydrocarbons (HC). In addition, it is difficult to operate gasoline engines to practical perfection when the general knowledge that the thermal efficiency or the fuel economy in the engine by using a lean air-fuel mixture can be increased up to the vicinity of the ideal case, not used in practice will.

Als Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, die Verbrennungsmotoren mit einemgasförnigen Brennstoff zu betreiben, der durch Reformieren von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen hergestellt wurde und Wasserstoff sowie Kohlenmonoxyd als hauptsächliche Bestandteile enthält. Dabei wurde vorzugsweise Methanol als Ausgangsmaterial für die Brennstoffreformierung in Betracht gezogen, weil Methanol auf einfache Weise, z.B. aus natürlichem Gas,hergestellt und ohne weiteres in Wasserstoff und Kohlenmonoxyd zerlegt werden kann.As a solution to these problems, it has been proposed to operate the internal combustion engines with a gaseous fuel, made by reforming hydrocarbon fuels and contains hydrogen and carbon monoxide as the main components. This was preferably methanol as a starting material for fuel reforming drawn because methanol is produced in a simple way, e.g. from natural gas, and easily converted into hydrogen and carbon monoxide can be disassembled.

Die hauptsächlichen Vorteile für einen mit reformiertem Gas betriebenen Motor sind die folgenden: (1) Es ist praktisch möglich, den Motor mit einem hinreichend mageren Luft-Brennstoff-Gemisch mit Erfolg hinsichtlich eines stark verbesserten thermischen Wirkungsgrades zu betreiben, weil der Wasserstoff in dem reformierten Gas einen beachtenswert breiten Explosionsbereich zeigt, wenn er mit Luft vermischt ist. (2) Das Auspuff- The main advantages for a reformed gas engine are as follows: (1) It is practical possible to run the engine with a sufficiently lean air-fuel mixture to operate successfully in terms of greatly improved thermal efficiency because of the hydrogen exhibits a remarkably wide explosion range in the reformed gas when mixed with air. (2) The exhaust

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gas ist stets frei von UC, weil die brennbaren Komponenten des reformierten Gases im wesentlichen aus H₂ und CO bestehen, wobei die Emission von CO und die Bildung von NO, durch Ver-gas is always free of UC because the combustible components of the reformed gas essentially consist of H ₂ and CO, whereby the emission of CO and the formation of NO are caused by

sisi

Wendung eines geeignet hohen Luft/Brennstoff-Verhältnisses hinreichend gut unterdrückt werden kann.Use of a suitably high air / fuel ratio can be suppressed sufficiently well.

Jedoch ist dieser Motortyp nicht bis zu einem Grad herangereift, daß seine Vorteile in der praktischen Anwendung voll zur Geltung kommen. Wegen der Einbeziehung der Methanol-Refonr.ierungseinrichtung in die Motoranordnung und des wesentlichen Unterschieds zwischen dem reformierten Gas und den herkörmlichen Erdölbrennstoffen kann der Wirkungsgrad der Reformierungseinrichtung sowie die Arbeitsleistung und Bedienbarkeit des Motors nur dann zu einem praktisch befriedigenden Ergebnis gebracht werden, wenn die Reformierungseinrichtung und die BrennstoffZuführungseinrichtung, die die Reformierungseinrichtung mit dem Motor verbindet, in geeigneter Weise zueinander ausgebildet und gesteuert werden.However, this type of engine has not matured to such an extent that its advantages in practical use come into their own. Because of the inclusion of the methanol refining facility into the engine layout and the essential difference between the reformed gas and the conventional one Petroleum fuels can improve the efficiency of the reformer as well as the work performance and operability of the engine can only be brought to a practically satisfactory result if the reformer and the fuel supply device which is the reforming device connects to the engine, designed and controlled in a suitable manner to each other.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für den vorstehend beschriebenen Motortyp eine optimal aufeinander abgestimmte Konstruktion und Steuerung der Methanolreformierungseinrichtung sowie der Zuführungseinrichtung für das reformierte Gas vorzusehen, wobei die gesamten vorteilhaften Eigenschaften des Motors zutage treten und seine Betriebseigenschaften und Bedienbarkeit denen eines Benzinmotors über den gesamten Bereich der Motorbetriebsbedingungen vergleichbar sein sollen. The object of the present invention is to provide an optimally coordinated construction and control of the methanol reforming device and the feed device for the reformed gas for the motor type described above, whereby all the advantageous properties of the motor come to light and its operating properties and operability are those of a gasoline engine over the whole Range of engine operating conditions should be comparable.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der vorliegenden Erfindung eine Motoranordnung vorgesehen, die aus einem Verbrennungsmotor mit einer Lufteinlaßeinrichtung und einer Auspuffeinrichtung, einer Einrichtung zum Reformieren von Methanol, das wahlweise mit Wasser vermischt wird, zu einem reformierten Gas, das Wasserstoff und Kohlenmonoxyd als wesentliche Komponenten enthält, und aus einer Brennstoffzuführungseinrichtung zum Einbringen des reformierten Gases aus der Reformierungseinrichtung in die Lufteinlaßeinrichtung des Motors besteht, wobei die Auspuffeinrichtung so angeordnet ist, daß sie die Reformierungseinrichtung erhitzt, wobei die Temperatur in der Reformierungseinrichtung in einem Bereich von 2oo°bis 800⁰C gehalten ist, wobei die BrennstoffZuführungseinrichtung so gesteuert ist, daß sie bei Normalbetrieb des Motors das reformierte Gas bei einer vorbestimmten Temperatur im Bereich von der Raumtemperatur bis 400 C und bei einem vorbestimmten Druck im Bereich von ο bis 5o kg/cm (Atmosphärenüberdruck) einspeist, und wobei die BrennstoffZuführungseinrichtung außerdem noch so gesteuert ist, daß sie den Faktor der überschüssigen Luft in einem in den Motor eingespeisten Gemisch aus Luft und reformiertem Gas während der Erwärmungsphase des Motors bei 0,8 bis 1,5 und während des Nonnalbetriebs des Motors bei 0,8 bis 4,o hält.To solve this problem, an engine assembly is provided according to the present invention, which consists of an internal combustion engine with an air inlet device and an exhaust device, a device for reforming methanol, which is optionally mixed with water, to a reformed gas, the hydrogen and carbon monoxide as essential components includes, and is composed of a fuel feed device for introducing the reformed gas from the reformer into the air intake means of the engine, wherein the exhaust device is arranged so that it heats the reformer, the temperature in the reforming device in a range from 2oo ° to 800 ⁰ C. is held, wherein the fuel supply device is controlled so that, during normal operation of the engine, the reformed gas at a predetermined temperature in the range from room temperature to 400 C and at a predetermined pressure in the range from ο to 50 kg / cm ( Atmospheric pressure), and wherein the fuel supply device is also controlled so that it the factor of the excess air in a mixture of air and reformed gas fed into the engine during the warm-up phase of the engine at 0.8 to 1.5 and during normal operation of the motor at 0.8 to 4, o stops.

Vorzugsweise wird das Auspuffgas des Motors zum Erhitzen der Reformierungseinrichtung verwendet. Auch ist es vorteilhaft, die Innentemperatur der Reformierungseinrichtung und diePreferably, the exhaust gas from the engine is used to heat the reformer. It is also beneficial the internal temperature of the reformer and the

Temperatur sowie den Druck des reformierten Gases anhand derTemperature and pressure of the reformed gas based on the

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Menge des zum Erhitzen der Reformierungseinrichtung verwendeten Auspuffgases, der von anderen Wärmequellen als dem Auspuffgas der Reformierungseinrichtung zugeführten Wärmemenge, des überschußluftfaktors des Gemisches aus Luft und reformiertem Gas, des Zündzeitpunkts im Motor und/oder der Einspeiserate von Methanol in die Reformierungseinrichtung, entweder als absolute Rate oder als relativer Wert zur Zuführungsrate von reformiertem Gas in die Einlaßleitung des Motors zu steuern.Amount of exhaust gas used to heat the reformer, from heat sources other than exhaust gas the amount of heat supplied to the reformer, the excess air factor of the mixture of air and reformed gas, the ignition timing in the engine and / or the feed rate of methanol into the reformer, either as absolute Rate or as a relative value to the rate of introduction of reformed gas into the intake pipe of the engine.

Da die Reformierungseinrichtung während ihres Betriebs erhitzt werden muß, weist die Motoranordnung eine besondere Einrichtung auf, mit der der Motor für eine kurze Zeitspanne unmittelbar nach dem Start des Motors unabhängig von der Reformierungseinrichtung betrieben werden kann, bis sich die Reformierungseinrichtung ausreichend erhitzt hat. Um diese Zeitspanne so kurz wie möglich zu machen, ist in der Motoranordnung vorzugsweise eine Zusatz-Reformierungseinrichtung mit kleinerer Kapazität vorgesehen, die mit einer von der Auspuffeinrichtung des Motors unabhängigen Erhitzungseinrichtung ausgestattet ist.Since the reformer must be heated during its operation, the motor assembly has special equipment on with the engine for a short period of time immediately after starting the engine regardless of the Reformer can be operated until the reformer has heated sufficiently. Around To make the period of time as short as possible, an additional reforming device is preferably included in the motor arrangement A smaller capacity is provided with a heating device that is independent of the exhaust system of the engine Is provided.

Zum besseren Verständnis soll die Erfindung anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Darin zeigen:For a better understanding, the invention is intended to be based on the following detailed description of a preferred one Embodiment will be explained in more detail in conjunction with the accompanying drawings. Show in it:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Abgabeleistung eines Motors, der mit einem Gemisch ausFig. 1 is a diagram showing the dependence of the output power of an engine which is made with a mixture

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Luft und reformiertem Gas betrieben wird, von dem Überschußluftfaktor des Gemisches zeigt;Air and reformed gas is operated by the Shows excess air factor of the mixture;

Fig. 2 bis 5 Diagramme, die den Einfluß des Uberschuß-Fig. 2 to 5 diagrams showing the influence of the excess

luftfaktors auf die Emission von CO, die Emission von NO , die Emission von HC bzw. auf den thermischen Wirkungsgrad für einen mit einem Gemisch aus Luft und reformiertem Gas betriebenen Motor zeigen;air factor on the emission of CO, the emission of NO, the emission of HC or on the thermal efficiency for one with a Show mixture of air and reformed gas powered engine;

Fig. 6 ein Diagramm, das Bezugsgrößen für die Steuerung des Uberschußluftfaktors im Motor nach der Erfindung zeigt;6 is a diagram showing reference values for the control shows the excess air factor in the engine according to the invention;

Fig. 7, 8 und 1o Diagramme, die Änderungen des7, 8 and 10 are diagrams showing changes in the

optimalen Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von der Veränderung der Motordrehzahl und des Luftüberschußfaktors im erfindungsgemäßen Motor zeigen;show optimum ignition timing as a function of the change in engine speed and excess air factor in the engine according to the invention;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der NO -Emission vom Zündzeitpunkt desselben Motors zeigt;9 is a diagram showing the dependence of the NO emissions on the ignition timing of the same engine;

Fig.11 ein Diagramm, das die Veränderungen des optimalen Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von der Veränderung der Belastung desselben Motors zeigt;Fig.11 is a diagram showing the changes in the optimal Shows the ignition timing as a function of the change in load on the same engine;

Fig.12 ein Blockdiagramm einer Motoranordnung als bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der vorliegendenFig. 12 is a block diagram of a motor arrangement as a preferred embodiment of the present invention Erfindung;Invention;

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Fig. 13 bis 19 und 23 bis 26 teilweise und verschiedene Abwandlungen der Motoranordnung nach Fig. 12, die zusätzliche Merkmale der Erfindung darstellen;13 to 19 and 23 to 26 partially and various modifications of the motor arrangement according to FIG. 12, which illustrate additional features of the invention;

Fig. 2o und 21 ein Diagrammpaar, das die Abhängigkeit der NO -Emission des Motors nach Fig. 12 vom2o and 21 a pair of diagrams showing the dependency the NO emissions of the engine according to FIG. 12 from

JiJi

Zündzeitpunkt und vom maximalen Verbrennungsdruck im Motor zeigt; und Shows ignition timing and maximum combustion pressure in the engine; and

Fig. 22 ein Diagramm zur Erläuterung einer weiteren Art22 is a diagram for explaining another type

zur Steuerung des Zündzeitpunkts im selben Motor.to control the ignition timing in the same engine.

Die erfindungsgemäße Motoranordnung stützt sich auf die folgenden grundlegenden Erkenntnisse:The engine assembly according to the invention is based on the following basic knowledge:

(A) Reformierungseinrichtung(A) reformer

Die in der Erfindung verwendete Reformierungseinrichtung (die im folgenden der Einfachheit halber als Reformer bezeichnet wird) arbeitet nach dem Prinzip, daß sie kontinuierlich entweder mit Methanol oder mit einem Gemisch aus Methanol und Wasser beschickt wird und kontinuierlich ein reformiertes Gas als Produkt der katalytischen Zersetzung von Methanol abgibt. Wie bekannt ist, ist Platin ein typisches Beispiel für Katalysatoren, die vorteilhaft in Reformern dieses Typs eingesetzt werden können. Obwohl der Reformer nach einem kontinuierlichen Prinzip arbeitet, benötigt er eine gewisse Zeit zur vollständigen Umsetzung im Reformer. Natürlich kann die Einspeiserate anThe reformer used in the invention (hereinafter referred to as a reformer for the sake of simplicity is) works on the principle that it is continuous either with methanol or with a mixture of methanol and water is charged and continuously emits a reformed gas as the product of the catalytic decomposition of methanol. As is known, platinum is a typical example of catalysts which are advantageously used in reformers of this type can. Although the reformer works on a continuous principle, it takes some time to fully implement in the reformer. Of course, the feed rate can vary

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reformiertem Gas In den Motor keine augenblickliche Wirkung im Hinblick auf eine schnelle Veränderung der Betriebsbedingungen erzielen, selbst wenn die Einspeiserate von Methanol in den Reformer in geeigneter Weise gesteuert wird. Es ist deshalb notwendig, daß ständig eine gewisse Menge an reformiertem Gas außerhalb des Reformers beispielsweise durch Anbringung eines Puffertanks in der Motoranordnung bereitgehalten wird. Zur Erreichung eines schnellen Ansprechens ist es auch notwendig, daß das reformierte Gas unter einem gewissen Druck gehalten wird. Die geeignete Höhe des Drucks des reformierten Gases hängt von der Kapazität des Puffertanks ab. Gewöhnlich genügt es, wenn der Druck des reformierten Gases nur wenig oberhalb des Atmos-reformed gas in the engine no instantaneous effect in order to achieve a rapid change in operating conditions, even if the feed rate of methanol into the Reformer is controlled in a suitable manner. It is therefore necessary to keep a certain amount of reformed gas is kept ready outside the reformer, for example by attaching a buffer tank in the engine assembly. To the To achieve a quick response, it is also necessary that the reformed gas be kept under a certain pressure. The appropriate level of pressure of the reformed gas depends on the capacity of the buffer tank. It is usually sufficient if the pressure of the reformed gas is only slightly above the atmospheric

2 phärendrucks liegt, beispielsweise bei 5 kg/cm . Der Druck des reformierten Gases ist vorzugsweise nach den Betriebsbedingungen des Motors steuerbar. Eine hinreichende Empfindlichkeit kann über den gesamten Bereich der Betriebsbedingungen des Motors erreicht werden, wenn der Gasdruck innerhalb eines Bereiches von ο bis 5o kg/cm (in Atmosphärenüberdruck) gesteuert wird.2 spherical pressure is, for example at 5 kg / cm. The pressure of the reformed gas is preferably controllable according to the operating conditions of the engine. Sufficient sensitivity can Over the full range of engine operating conditions can be achieved when the gas pressure is within a range from ο to 5o kg / cm (in atmospheric pressure) is controlled.

Die Innentemperatur des Reformers (Temperatur des Katalysators) muß innerhalb eines Bereiches von 2oo°bis 8oo°C (z.B. bei 4oo°C) gehalten werden, um eine wirksame Reformierung des Methanols zu erreichen. Um die erwünschte Temperatur in Reformer zu halten, sollte die Durchflußrate des durch den Reformer strömenden Motorauspuffgases und/oder der Betrieb einer zusätzlichen Erhitzungseinrichtung für den Reformer steuerbar sein. Alternativ kann das Auspuffgas mit einer veränderlichen Menge an Luft verdünnt werden.The internal temperature of the reformer (temperature of the Catalyst) must be kept within a range of 2oo ° to 8oo ° C (e.g. at 4oo ° C) for effective reforming to achieve the methanol. In order to maintain the desired temperature in the reformer, the flow rate of the through the Reformer flowing engine exhaust gas and / or the operation of an additional heating device for the reformer controllable be. Alternatively, the exhaust gas can be diluted with a variable amount of air.

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Die katalytlsche Zersetzung von Methanol erfolgt nach den folgenden Gleichungen:The catalytic decomposition of methanol takes place after the following equations:

CH₃OH ■ CO + 2H₂ (endotherm)CH ₃ OH ■ CO + 2H ₂ (endothermic)

4CH-OH — 3CH. + CO- + 2H_0 (exotherm)4CH-OH - 3CH. + CO- + 2H_0 (exothermic)

Δ \ Z ZΔ \ Z Z

Die endotherme Reaktion überwiegt dann, v/enn die Temperatur in dem Reformer ansteigt, wobei sie eine Temperaturerniedrigung veranlaßt, während die exotherme Reaktion bei einem bestimmten Temperaturpunkt überwiegt. Dann steigt die Temperatur wieder an. Demzufolge neigt die Innentemperatur des Reformers dazu, in einem engen Bereich um eine bestimmte Temperatur herum zu verbleiben, bei welchem die zwei Reaktionstypen sich solange im Gleichgewicht befinden, wie die Zersetzung in einem Normalstadium verläuft.The endothermic reaction then predominates when the temperature in the reformer rises, with a decrease in temperature caused while the exothermic reaction predominates at a certain temperature point. Then it rises Temperature back on. As a result, the internal temperature of the reformer tends to be in a narrow range around a certain temperature around, in which the two types of reactions are in equilibrium as long as the decomposition in one Normal stage.

Das reformierte Gas muß aus Gründen der Motorwirkungsgrade, wie z.B. des Füllwirkungsgrads, bei Temperaturen, die von der Raumtemperatur bis 4oo C reichen, beispielsweise bei 5o°bis 80⁰C, in den Motor eingespeist werden. Aus diesem Grund besteht die Notwendigkeit, einen Wärmeaustausch zwischen dem reformierten Gas und einem geeigneten Fluid, vorzugsweise dem zu reformierenden Methanol, in gesteuerter Weise durchzuführen.The reformed gas has for reasons of engine efficiency, such as the filling efficiency, at temperatures ranging from room temperature to 4oo C, for example at 5o ° to 80 ⁰ C, are fed into the engine. For this reason, there is a need to carry out a heat exchange between the reformed gas and a suitable fluid, preferably the methanol to be reformed, in a controlled manner.

(B) Brennbares Gasgemisch(B) Combustible gas mixture

Das reformierte Gas wird im Motor in Form eines GemischesThe reformed gas is in the engine in the form of a mixture

mit Luft verbraucht. Das Verhältnis von Luft zu reformiertem Gasconsumed with air. The ratio of air to reformed gas

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sollte nicht konstant gehalten werden, sondern sollte aus den folgenden Gründen entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors gesteuert werden. In der vorliegenden Erfindung ist dieses Verhältnis,das den Uberschußluftfaktor Λ darstellt, der als Verhältnis von tatsächlich vorhandener Luft/Brennstoff-Verhältnis eines Luft-Brennstoff-Gemisches zu Luft/Brennstoff-Verhältnis eines stöchiometrischen Gemisches derselben Komponenten definiert ist.should not be kept constant, but should be adjusted according to the operating conditions of the for the following reasons Motor can be controlled. In the present invention, this ratio, which represents the excess air factor Λ, is used as Ratio of the actual air / fuel ratio of an air / fuel mixture to the air / fuel ratio a stoichiometric mixture of the same components is defined.

Im allgemeinen hängt die Abgabeleistung eines mit einem Gemisch von Luft und reformiertem Gas betriebenen Motor vom uberschußluftfaktor λ eines Gemisches ab, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Konzentrationen von CO und NO im Auspuffgas variieren, wie beispielhaft in Fig. 2 bzw. 3 gezeigt ist, je nach dem, wie der Uberschußluftfaktor A variiert(Fig. 4 zeigt, daß die Konzentration von HC im Auspuffgas dieses Motors stets konstant und extrem niedrig ist, wie vorstehend beschrieben wurde). Der thermische Wirkungsgrad des Motors, hängt ebenfalls vom uberschußluftfaktor ab, wie in Fig. 5 gezeigt ist.In general, the power output depends on one with one Mixture of air and reformed gas operated engine from the excess air factor λ of a mixture, as shown in FIG is. The concentrations of CO and NO in the exhaust gas vary, as shown by way of example in Fig. 2 and 3, depending on how the excess air factor A varies (Fig. 4 shows that the concentration of HC in the exhaust gas of this engine is always constant and is extremely low as described above). The thermal efficiency of the motor also depends on the excess air factor as shown in FIG.

In der vorliegenden Erfindung ist der uberschußluftfaktor λ während des Betriebs des Motors unter spezifischen Bedingungen in einem spezifischen Bereich gehalten; er wird jedoch in einen anderen Bereich verschoben, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern. Der spezifische Bereich von λ wurde unter entsprechender Betrachtung all dieser Wirkungen (Fig. 2 bis 5) von λ bestimmt, so daß der Motor in jedem Betriebsbereich mit guter Brennstoffausnutzung und geringer Schadstoffemission gleichmäßig gut gefahren werden kann. _709839/096l In the present invention, the excess air factor λ is kept in a specific range during operation of the engine under specific conditions; however, it is moved to a different area when the operating conditions change. The specific range of λ was determined by taking into account all these effects (FIGS. 2 to 5) of λ, so that the engine can be driven consistently well in every operating range with good fuel efficiency and low pollutant emissions. _{709839 / 096l}

Die Art der Steuerung des Uberschuflluftfaktors nach der vorliegenden Erfindung wird aus der Fig. 6 ersichtlich. Der Überschußluftfaktor λ wird bei 0,8 bis 1_fo gehalten, was ein nahezu stöchiometrlsches oder schwach mageres Gemisch bedeutet, wenn der Motor mit maximaler Abgabeleistung arbeiten soll und wird entsprechend der Belastung durch Erniedrigung der Zuflußrate des reformierten Gases bis zu einem konstanten Luftzufluß im Ansaugsystem des Motors stetig erhöht. In einem extrem niedrigen Delastungsbereich wird der Uberschußluftfaktor Λ bei einem innerhalb des Bereiches von 1,5 bis 4 liegenden Wert konstant gehalten. Unter extrem niedriger Belastung und bei niedriger Geschwindigkeit, wie z.B. im Leerlauf, sollte λ etwas niedriger gehalten werden, um eine Instabilität in den Motorbetriebsbedingungen zu vermeiden. Dementsprechend wird λ unter diesen Bedingungen bei 0,8 bis 1,5 gehalten, indem die Luftzuführungsrate viel größer ist, als die Erniedrigungsrate des zugeführten reformierten Gases. Es besteht keine Notwendigkeit für eine Beachtung der Instabilität bei einer niedrigen Belastung und hohem Geschwindigkeitsbereich, so daß in diesem Bereich, ähnlich wie im Fall einer Teillast, λ bei 1,5 bis 4 gehalten werden kann. Unter Betriebsbedingungen, die im wesentlichen einer Nichtbelastung entsprechen, und die verwirklicht sind, wenn ein Kraftfahrzeug aufgrund seiner Trägheitskraft weiterläuft, wird die Zuführung von reformiertem Gas weiter reduziert, so daß X bis zu 3 bis 6 ansteigt, oder kann ganz unterbrochen werden.The type of control of the excess air factor according to the present invention can be seen from FIG. The excess air factor λ is kept at 0.8 to 1 _f o, which means an almost stoichiometric or weakly lean mixture if the engine is to work with maximum output power and is corresponding to the load by lowering the flow rate of the reformed gas up to a constant air flow in The engine's intake system has increased steadily. In an extremely low load range, the excess air factor Λ is kept constant at a value within the range from 1.5 to 4. Under extremely light loads and at low speeds, such as idling, λ should be kept slightly lower to avoid instability in engine operating conditions. Accordingly, λ is kept at 0.8 to 1.5 under these conditions in that the air supply rate is much larger than the rate of lowering of the reformed gas supplied. There is no need to pay attention to the instability in a low load and high speed range, so that λ can be kept at 1.5 to 4 in this range, similarly to the case of a partial load. Under operating conditions which correspond essentially to no load and which are realized when a motor vehicle continues to run due to its inertia, the supply of reformed gas is further reduced so that X increases up to 3 to 6, or can be stopped altogether.

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(C) Zündzeitpunkt(C) ignition timing

Es gibt beträchtliche Veränderungen bei einem optimalen Zündzeitpunkt in dem mit einem reformierten Gas betriebenen Motor, je nachdem, ob der Uberschußluftfaktor X erheblich variiert wird. Außerdem hängt auch die Konzentration von NO im Auspuffgas von diesem Zündzeitpunkt ab. Es ist deshalb notwendig, den Zündzeitpunkt minutiös nach den Betriebsbedingungen des Motors zu steuern. Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Überschußluftfaktor X und einer minimalen Vorzündung (in Graden vor dem oberen Totpunkt), wie sie für ein optimales Drehmoment (MBT) bei einer bestimmten Motordrehzahl erforderlich ist. Die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und MET ist in Fig. 8 dargestellt. Die Konzentration von NO im Auspuffgas ändert sich im wesentlichen nach der in Fig. 9 dargestellten Kurve. Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit zur Verzögerung des Zündzeitpunkts, während Λ so eingestellt ist, daß es bei maximaler Abgabeleistung einen niedrigen Wert einnimmt, um dadurch einen Anstieg des NO -Eraissionsspiegels zu verhindern. Unter Berücksichtigung der in Fig. 7 bis 9 dargestellten Beziehungen ist es wünschenswert, den Zündzeitpunkt im Hinblick auf die Motordrehzahl und -belastung in einer in Fig. 1o und 11 gezeigten Weise zu steuern. Z. B. wird λ bei maximaler Abgabeleistung des Motors bei einem Wert von o,8 bis 1,o, wie in Fig. 6 gezeigt, gehalten, so daß unter diesen Bedingungen ein optimaler Zündzeitpunkt bei 16oo Umdrehungen/Minute im Bereich von ο bis ca. 4⁰BTDC, wie in Fig. 1o dargestellt, liegt. In Fig. 11 ist gezeigt, daß die optimale Vorzündung für eine maximale Ab-There are considerable changes in optimal ignition timing in the reformed gas engine depending on whether the excess air factor X is varied significantly. In addition, the concentration of NO in the exhaust gas also depends on this ignition point. It is therefore necessary to control the ignition timing meticulously according to the operating conditions of the engine. Figure 7 shows the relationship between the excess air factor X and a minimum pre-ignition (in degrees before top dead center) as required for optimum torque (MBT) at a given engine speed. The relationship between engine speed and MET is shown in FIG. The concentration of NO in the exhaust gas changes essentially according to the curve shown in FIG. Accordingly, there is a need to retard the ignition timing while Λ is set to be low at the maximum output to thereby prevent the NO emission level from rising. With the relationships shown in Figs. 7 through 9 in mind, it is desirable to control the ignition timing with respect to engine speed and load in a manner shown in Figs. For example, λ is kept at a value of 0.8 to 1.0, as shown in FIG ⁰ BTDC, as shown in Fig. 1o, is. In Fig. 11 it is shown that the optimal pre-ignition for a maximum ignition

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gabeleistung bei ο bis ca. 4° liegt, wenn die Motordrehzahl 16oo Umdrehungen/Minute beträgt.output is ο up to approx. 4 ° if the engine speed is 1,600 revolutions / minute.

(D) Anlaß- und Aufwärmestadium des Motors(D) engine starting and warm-up stages

Der Reformer befindet sich beim Anlassen des Motors noch nicht in einem erhitzten Zustand und kann demzufolge nicht sofort das reformierte Gas erzeugen. Der Motor muß deshalb unabhängig vom Reformer (mit der Ausnahme, daß das Auspuffgas zum Erhitzen des Reformers verwendet wird) betrieben werden, bis sich der Reformer genügend erhitzt hat. In der erfindungsgemäßen Motoranordnung wird der Motor während des Aufwärnestadiums des Reformers mit dem in einem Puffertank zur Verfügung gehaltenen reformierten Gas und/oder mit dem zu reformierenden Methanol betrieben. Die Methanolleitung ist in dieser Motoranordnung so ausgebildet, daß das Methanol unmittelbar in den Motor eingespeist werden kann, wenn dies erwünscht ist, entweder alternativ zu oder gleichzeitig mit der Einspeisung in den Reformer. Der Überschußluftfaktor \ wird bei 0,8 bis 2,o gehalten, um die Auspufftemperatur zu erhöhen und so den Reformer schnell zu erhitzen. Die Methanolleitung wird so gesteuert, daß die direkte Zuführung von Methanol in den Motor unterbrochen wird, wenn die Innentemperatur des Reformers eine vorbestimmte Temperatur innerhalb des Bereiches von 2oo° bis 800⁰C, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 2oo° bis 4oo°C, erreicht.When the engine is started, the reformer is not yet in a heated state and consequently cannot immediately generate the reformed gas. The engine must therefore be operated independently of the reformer (with the exception that the exhaust gas is used to heat the reformer) until the reformer has heated up sufficiently. In the engine arrangement according to the invention, the engine is operated with the reformed gas kept available in a buffer tank and / or with the methanol to be reformed during the warm-up stage of the reformer. The methanol line is designed in this engine arrangement so that the methanol can be fed directly into the engine, if this is desired, either as an alternative to or simultaneously with the feed into the reformer. The excess air factor is kept at 0.8 to 2.0 to increase the exhaust temperature and thus quickly heat the reformer. The methanol line is controlled so that the direct feeding is interrupted of methanol into the engine when the internal temperature of the reformer preferably reaches a predetermined temperature within the range of 2oo ° to 800 ⁰ C, within the range of 2oo ° to 4oo ° C, .

Fig. 12 zeigt als Ausführungsbeispiel die GrundkonstruktionFig. 12 shows the basic construction as an embodiment

der erfindungsgemäßen Motoranordnung. Mit dem Bezugszeichen 1othe engine assembly according to the invention. With the reference numeral 1o

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ist ein Reformer bezeichnet, der mit einem Verbrennungsmotor 12 des einfachen Kolbentyps verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 12 ist mit einer Lufteinlaßleitung 14 verbunden, die ein Drosselventil 16 aufweist, das an einen Fortschaltmechanismus 18 in der üblichen Weise angekoppelt ist. Die Auspuffleitung 2o dieses Motors 12 verläuft durch den Reformer 1o und weist einen Überhitzer 22, einen Verdampfer 24 und einen Schalldämpfer 26 auf, die alle unterhalb des Reformers 1o angeordnet und in Reihe geschaltet sind. Das Methanol (oder eine Mischung aus Methanol und Wasser), das in einem Tank 28 zur Verfügung gehalten wird, wird durch eine Pumpe 3o unter Druck gesetzt und auf dem folgenden Fließweg in den Reformer 1o geleitet. Ein Durchflußsteuerventil 32 steuert die Durchflußrate von Methanol. Das Methanol wird zuerst über das Steuerventil 32 in einen Wärmeaustauscher 34 geleitet und dann vor seiner Einführung in den Reformer 1o durch den Verdampfer 24 und den Überhitzer 22 in der genannten Reihenfolge hindurchgeführt.denotes a reformer connected to an internal combustion engine 12 of simple piston type. The internal combustion engine 12 is connected to an air inlet line 14 which has a throttle valve 16 which is connected to an indexing mechanism 18 is coupled in the usual way. The exhaust line 2o of this engine 12 runs through the reformer 1o and has a Superheater 22, an evaporator 24 and a muffler 26, all arranged below the reformer 1o and in series are switched. The methanol (or a mixture of methanol and water) that is kept available in a tank 28, is pressurized by a pump 3o and fed into the reformer 1o on the following flow path. A flow control valve 32 controls the flow rate of methanol. The methanol is first fed into a heat exchanger 34 via the control valve 32 passed and then before its introduction into the reformer 1o through the evaporator 24 and the superheater 22 in the order mentioned passed through.

Eine Leitung für das reformierte Gas verbindet den Reformer 1o mit der Lufteinlaßleitung 14 in einem Bereich unterhalb des Drosselventils 16. Diese Leitung verläuft zunächst durch den Wärmetauscher 34, um einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem heißen reformierten Gas und dem Methanol zu erreichen. Dann wird das reformierte Gas über ein Rückschlagventil 48 in einen Puffertank 36 geleitet. Der Puffertank 36 weist ein Entlüftungsventil 38 auf, um einen übermäßigen Anstieg des Druckes des reformierten Gases zu verhindern. Das aus dem Puffertank 36A line for the reformed gas connects the reformer 1o with the air inlet line 14 in an area below of the throttle valve 16. This line initially runs through the heat exchanger 34 in order to achieve an indirect heat exchange between the hot reformed gas and the methanol. Then the reformed gas is passed through a check valve 48 passed into a buffer tank 36. The buffer tank 36 has a vent valve 38 to prevent an excessive increase in pressure of the reformed gas. That from the buffer tank 36

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abgeleitete reformierte Gas durchströmt nacheinander ein Absperrventil 42, einen Druckregulator 44 und ein fiasdurchfluß-Steuerventil 46 und wird dann in die Lufteinlaßleitung 14 eingeführt. diverted reformed gas successively flows through a shut-off valve 42, a pressure regulator 44 and a flow control valve 46 and is then inserted into the air inlet duct 14.

Eine andere Methanolleitung, die mit einem Durchflußsteuerventil 4o in paralleler Anordnung zu dem Steuerventil 32 ausgestattet ist, verbindet die Pumpe 3o unmittelbar mit der Lufteinlaßleitung 14 in deren Venturibereich 14a.Another methanol line provided with a flow control valve 4o in parallel with the control valve 32, the pump 3o connects directly to the air inlet line 14 in its venturi area 14a.

Jede Brennkammer des Motors 12 ist mit einer Zündkerze 5o ausgestattet, wobei der Motor 12 eine Zündzeitpunkt-Steuerung 52 aufweist, die den Zündzeitpunkt aufgrund der von einen Motordrehzahl-Sensor 54,einem Ansaugvakuum-Sensor 56 und dem Fortschaltmechanismus 18 (oder einem separaten Sensor, der den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 anzeigt) erhaltenen Signale steuert.Each combustion chamber of the engine 12 is provided with a spark plug 5o equipped, wherein the engine 12 has an ignition timing controller 52, the ignition timing based on the from an engine speed sensor 54, an intake vacuum sensor 56 and the indexing mechanism 18 (or a separate sensor that controls the Opening degree of the throttle valve 16 indicating) controls received signals.

Um die Innentemperatur des Reformers 1o anzuzeigen, ist ein Temperaturfühler 58, beispielsweise ein Bimetallstreifen oder ein Thermoelement, angeordnet. Außerdem ist ein Ey-pass 6o vorgesehen, der das Auspuffgas aus dem Motor 12 ohne Durchleitung durch den Reformer 1o, den überhitzer 22 und den Verdampfer 24 direkt in den Schalldämpfer 26 einleiten soll. Der By-pass 6o zweigt von der Hauptauspuffleitung 2o in einem Bereich oberhalb des Reformers 1o ab, wobei ein im Abzweigepunkt vorgesehenes Umschaltventil 62 den By-pass 6o normalerweise geschlossen hält. Dieses Ventil 62 ermöglicht es dem Auspuffgas,A temperature sensor 58, for example a bimetal strip, is used to display the internal temperature of the reformer 1o or a thermocouple. In addition, an ey-pass 6o is provided, which removes the exhaust gas from the engine 12 without passing it through through the reformer 1o, the superheater 22 and the evaporator 24 are to be introduced directly into the silencer 26. Of the By-pass 6o branches off from the main exhaust line 2o in an area above the reformer 1o, with one in the branch point provided switching valve 62 keeps the by-pass 6o normally closed. This valve 62 allows the exhaust gas to

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durch den By-pass 60 zu strömen und verhindert gleichzeitig die Zuführung von Auspuffgas in den Reformer 1o, wenn die dort durch den Sensor 58 gemessene Temperatur einen vorbestimmten Temperaturwert übersteigt.to flow through the by-pass 60 and at the same time prevents the supply of exhaust gas into the reformer 1o, if the there temperature measured by sensor 58 exceeds a predetermined temperature value.

Ein Durchflußsensor 64 mißt die Durchflußrate von Luft in der Lufteinlaßleitung 14, während ein Drucksensor 66 den Gasdruck in dem Puffertank 36 mißt. Die Betätigung des Durchflußsteuerventils 32 beruht auf der von dem Sensor 58 gemessenen Temperatur sowie dem vom Sensor 66 gemessenen Gasdruck. Das Durchflußsteuerventil 4o spricht auf das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 58 an und fördert nur dann das Methanol unmittelbar in die Lufteinlaßleitung 14, wenn der Reformer 1o nicht genügend hoch erhitzt ist. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 58 wird auch zum Steuern des Absperrventils 42 und des Gasdurchfluß-Steuerventils 46 verwendet. Die Ausgangssignale des Luftdurchflußsensors 64 und des Fortschaltmechanismus 18 werden zur Betätigung des Gasdurchfluß-Steuerventils 46 verwendet.A flow sensor 64 measures the flow rate of air in the air inlet line 14, while a pressure sensor 66 den Gas pressure in the buffer tank 36 measures. The actuation of the flow control valve 32 is based on that measured by the sensor 58 Temperature and the gas pressure measured by the sensor 66. The flow control valve 4o responds to the output signal of the Temperature sensor 58 and only promotes the methanol directly into the air inlet line 14 when the reformer 1o is not heated sufficiently. The output of the temperature sensor 58 is also used to control the shut-off valve 42 and of the gas flow control valve 46 is used. The output signals of the air flow sensor 64 and the indexing mechanism 18 are used to operate the gas flow control valve 46.

Beim Kaltstarten des Motors 12 kann der Reformer 1o kein reformiertes Gas liefern, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Der Temperaturfühler 58 stellt in diesem Fall fest, daß der Reformer 1o nicht erhitzt ist und veranlaßt das Durchflußsteuerventil 32 zu schließen und das Durchflußsteuerventil 4o sich zu öffnen. Dann wird der Luft in der Lufteinlaßleitung Methanol zugemischt, wobei der Motor 12 mit diesem Gemisch betrieben wird. Da der Explosionsbereich von Methanol vergleichsweise sehr eng ist, wird der Überschußluftfaktor Λ dieses GemischesWhen the engine 12 is cold started, the reformer 1o do not provide reformed gas as described above. In this case, the temperature sensor 58 determines that the reformer 1o is not heated and causes the flow control valve 32 to close and the flow control valve 4o to open up. Methanol is then mixed into the air in the air inlet line, and the engine 12 is operated with this mixture. Since the explosion range of methanol is comparatively very narrow, the excess air factor becomes Λ of this mixture

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auf einen Wert von 0,8 bis 1,5 eingepegelt. Wenn reformiertes Gas in dem Puffertank 36 gespeichert ist, kann das Absperrventil 42 gleichzeitig mit dem Steuerventil 4o geöffnet werden, um das Starten des Motors 12 zu erleichtern. Das Umschaltventil 62 verbleibt in einem Normalzustand, um das Auspuffgas aus dem Motor 12 in den Reformer 1o einzuleiten.leveled to a value of 0.8 to 1.5. When reformed gas is stored in the buffer tank 36, the shut-off valve 42 are opened simultaneously with the control valve 4o to to facilitate starting the engine 12. The changeover valve 62 remains in a normal state to control the exhaust gas to be introduced from the engine 12 into the reformer 1o.

Der Reformer 1o wird durch das Aufpuffgas stetig erhitzt. Der Temperaturfühler 58 stellt den Anstieg der Innentemperatur des Reformers 1o fest und veranlaßt das Steuerventil 32 sich schrittweise zu öffnen und das Steuerventil 4o sich schrittweise zu schließen, bis das reformierte Gas in einem ausreichenden Maß aus dem Reformer 1o zur Verfügung gestellt werden kann und die direkte Zuführung von Methanol in die Lufteinlaeieitung 14 vollständig unterbrochen wird. Das Gasdurchfluß-Steuerventil 46 wird betätigt, um den Überschußluftfaktor λ in dem Maß anzuheben, wie reformiertes Gas anstelle von Methanol in den Motor 12 eingespeist wird.The reformer 1o is continuously heated by the Aufpuffgas. The temperature sensor 58 represents the rise in the internal temperature of the reformer 1o fixed and causes the control valve 32 to open gradually and the control valve 4o gradually to close until the reformed gas can be made available in a sufficient amount from the reformer 1o and the direct supply of methanol into the air inlet 14 is completely interrupted. The gas flow control valve 46 is operated to increase the excess air factor λ to the extent that how reformed gas is fed to engine 12 instead of methanol.

Die Innentemperatur des Reformers 1o wird auf einer vorbestimmten Temperatur ( z.B. bei 4oo°C ) innerhalb eines Dereiches von 2oo° bis 800⁰C hauptsächlich durch die Funktion der Steuerventile 32 und 46 gehalten, die von den Ausgangssignalen des Temperaturfühlers 58 gesteuert werden. Wie aus den zwei vorstehend dargestellten Gleichungen ersehen werden kann, verläuft die Zersetzung von Methanol in H₂ und CO langsamer, wenn die Innentemperatur des Reformers 1o zu niedrig ist.The internal temperature of the reformer 1o is maintained at a predetermined temperature (eg at 4oo ° C) within a Dereiches of 2oo ° to 800 ⁰ C mainly by the function of the control valves 32 and 46, which are controlled by the output signals of the temperature sensor 58th As can be seen from the two equations presented above, the decomposition of methanol into H ₂ and CO proceeds more slowly when the internal temperature of the reformer 1o is too low.

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Dies ist jedoch ungünstig für den Betrieb des Motors 12. Andererseits können übermäßig hohe Temperaturen eine Zersetzung und Zerstörung des Katalysators in dem Reformer 1o verursachen und wirken sich außerdem ungünstig auf die Lebensdauer des Reformers 1o aus. Die Temperatursteuerung innerhalb eines Bereiches von 2oo°bis 800⁰C beruht auf diesen Tatsachen.However, this is unfavorable for the operation of the engine 12. On the other hand, excessively high temperatures can cause decomposition and destruction of the catalyst in the reformer 1o and also have an adverse effect on the service life of the reformer 1o. The temperature control within a range of 2oo ° to 800 ⁰ C is based on these facts.

Dementsprechend wird das reformierte Gas aus dem Reformer 1o in einem erhitzten Zustand entnommen. Die Wärme des reformierten Gases wird im Wärmetauscher 34 auf das Methanol übertragen, so daß das reformierte Gas bei einer Temperatur gut unterhalb von 4oo°C in den Motor 12 eingespeist wird. Das Methanol wird weiter erhitzt und im Verdampfer 24 mithilfe der Wärme des Auspuffgases verdampft und im überhitzer 22 in einen überhitzten Zustand gebracht, bevor es in den Reformer Io eingespeist wird. Auf diese Weise ist das Auspuffgas bereits erheblich abgekühlt, bevor es in den Schalldämpfer 26 gelangt.Accordingly, the reformed gas is released from the reformer 1o taken in a heated state. The heat of the reformed gas is transferred to the methanol in the heat exchanger 34, so that the reformed gas is fed into the engine 12 at a temperature well below 400 ° C. That Methanol is heated further and in the evaporator 24 with the help of the Heat of the exhaust gas evaporates and brought into a superheated state in the superheater 22 before it is fed into the reformer Io will. In this way, the exhaust gas has already cooled down considerably before it reaches the muffler 26.

Wenn die Temperatur in dem Reformer 1o zu niedrig wird, um die endotherme Zersetzungsreaktion aufrechtzuerhalten, und nicht gesteigert werden kann, weil der Motor 12 bei niedrigen Geschwindigkeiten oder niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben wird, wird das Durchflußsteuerventil 32 teilweise geschlossen, um dadurch die Methanolzuführungsrate in den Reformer 1o zu erniedrigen, wodurch wiederum die im Reaktionssystem absorbierte Wärmemenge verringert wird. Eine daraus resultierende Verknappung der Brennstoffzuführung in den MotorIf the temperature in the reformer 1o is too low, to maintain the endothermic decomposition reaction, and cannot be increased because the engine 12 is at low Operating speeds or low ambient temperatures, the flow control valve 32 is partially is closed to thereby lower the methanol supply rate into the reformer 1o, which in turn reduces the amount of heat absorbed in the reaction system. One of them resulting shortage of fuel supply to the engine

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12 wird durch teilweises öffnen des Steuerventils 4o zum direkten Einführen von Methanol in die Lufteinlaßleitung 14 ausgeglichen. Alternativ kann das Gasdurchfluß-Steuerventil 46 etwas gedrosselt werden, um den Uberschußluftfaktor Λ (mit der Einschränkung, daß ein erheblicher Anstieg des Brennstoffverbrauchs oder der Schadstoffemission vermieden wird) zu erniedrigen und die Auspufftemperatur (und als Ergebnis davon auch die Temperatur im Reformer 1o) zu erhöhen.12 is by partially opening the control valve 4o to direct introduction of methanol into the air inlet line 14 compensated. Alternatively, the gas flow control valve 46 can be throttled slightly to reduce the excess air factor Λ (with the caveat that a significant increase in fuel consumption or the emission of pollutants is avoided) and the exhaust temperature (and as a result of which also the temperature in the reformer 1o) to increase.

Wenn die Innentemperatur des Reformers 1o zu hoch bleibt, wird das Methanoldurchfluß-Steuerventil 32 oder das Gasdurchfluß-Steuerventil 46 umgekehrt zu der vorstehenden Beschreibung betätigt. Wenn die Temperatur durch eine solche Maßnahme nicht ausreichend erniedrigt werden kann, wird das Umschaltventil betätigt, um das Auspuffgas durch den By-pass 6o ausströmen zu lassen.If the internal temperature of the reformer 1o remains too high, the methanol flow control valve 32 or the gas flow control valve becomes 46 operated in reverse of the description above. If the temperature by such a measure fails can be lowered sufficiently, the switching valve is operated to flow out the exhaust gas through the by-pass 6o allow.

Der Gaskreislauf für das reformierte Gas kann geschlossen ausgebildet sein und das reformierte Gas kann leichter gehandhabt werden, wenn es höher verdichtet wird. In der Praxis ist jedoch eine höhere Verdichtung des reformierten Gases nachteilig auf die Umsatzrate der Reformierungsreaktion, die Bildung des reformierten Gases und die Auslegung der Apparatur. Der Druck wird deshalb so gesteuert, daß er bei einem vorbestimmtenThe gas cycle for the reformed gas can be closed be formed and the reformed gas can be handled more easily when it is compressed higher. In practice however, a higher compression of the reformed gas is detrimental to the conversion rate of the reforming reaction, the formation of the reformed gas and the design of the apparatus. The pressure is therefore controlled so that it is at a predetermined

Wert innerhalb eines Bereiches von ο bis 5o kg/cm in Atmosphärenüberdruck, z.B. bei einem Wert von 5 kg/cm in Atmosphären überdruck, verbleibt. Wenn der Drucksensor 66 anzeigt, daß der Gasdruck einen vorbestimmten Druckwert überschreitet, wird das The value remains within a range from ο to 50 kg / cm in atmospheric pressure, for example at a value of 5 kg / cm in atmospheric pressure. If the pressure sensor 66 indicates that the gas pressure exceeds a predetermined pressure value, it will

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Steuerventil 32 gedrosselt, um die MethanolzufUhrungsrate in den Reformer Io zu erniedrigen.Control valve 32 throttled to the methanol feed rate to humiliate the reformer Io.

Das Drosselventil 16 für die Luft und das Gasdurchfluß-Steuerventil 46 arbeiten so, daß sie den Uberschußluftfaktor Λ auf einen Wert einstellen, der sich als optimal für den Brennstoffverbrauch und die Auspuffgaszusamnensetzung bei jeder Motordrehzahl und jedem Motordrehraoment (wie vorstehend beschrieben) zeigt, wobei die Einstellung aufgrund der Signale aus dem Fortschaltmechanismus 18 und dem Luftdurchflußsensor 64 erfolgt. Die Steuerung 52 arbeitet so, daß sie den Zündzeitpunkt in einer in den Fig. 1o und 11 dargestellten Weise in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fortschal tmechanismus 18, des Motordrehzahlsensors54 und des Ansaugvakuumsensors 56 einstellt.The throttle valve 16 for the air and the gas flow control valve 46 work so that they set the excess air factor Λ to a value that is optimal for the fuel consumption and the exhaust gas composition at each engine speed and engine torque (as described above) shows the setting due to the signals from the indexing mechanism 18 and the air flow sensor 64 takes place. The controller 52 operates so that they the ignition timing in a manner shown in Figs. 1o and 11 as a function of the output signal of the progressive mechanism 18, the engine speed sensor 54 and the Intake vacuum sensor 56 adjusts.

Das Absperrventil 42 wird zum Schließen veranlaßt, wenn der Zündschalter (nicht dargestellt) abgeschaltet ist, um den Motor 12 anzuhalten. Dann verhindern das Absperrventil 42 und das Rückschlagventil 48 den Ausfluß des reformierten Gases aus dem Puffertank 36.The shut-off valve 42 is caused to close when the ignition switch (not shown) is turned off to the Stop motor 12. Then the shut-off valve 42 and the check valve 48 prevent the reformed gas from flowing out from the buffer tank 36.

Die Konstruktion der Motoranordnung nach Fig. 12 kann in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden, wie aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 13 bis 26 hervorgeht.The construction of the motor assembly of FIG. 12 can can be modified in many ways, as will be apparent from the following description of FIGS.

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In Fig. 13 weist eine abgewandelte Motoranordnung einen Drucksensor 68 auf (der als Bourdon Meßgerät, als Diaphragmameßgerät oder als Halbleitermeßgerät ausgebildet sein kann), um den Druck im Reformer Io zu messen. Die Funktion der Methanolpumpe 3o (Drehzahl für eine Rotationspumpe bzw. Taktzahl für eine Kolbenpumpe) wird auf der Grundlage eines Ausgangssignals aus diesem Drucksensor 68 so gesteuert, daß die Methanolzuführungsrate in den Reformer 1o erniedrigt wird, wenn der Druck im Reformer Io zu hoch wird, um den Druck des reformierten Gases außerhalb des Reformers 1o in den vorbestimmten GrenzenIn Fig. 13, a modified motor assembly includes a Pressure sensor 68 on (as a Bourdon measuring device, as a diaphragm measuring device or can be designed as a semiconductor measuring device) to measure the pressure in the reformer Io. The function of the methanol pump 3o (speed for a rotary pump or number of cycles for a piston pump) is controlled on the basis of an output from this pressure sensor 68 so that the methanol supply rate is lowered in the reformer 1o when the pressure in the reformer Io is too high to the pressure of the reformed Gas outside the reformer 1o within the predetermined limits

2
(O bis 5o kg/cm in Atmosphärenüberdruck) zu halten.2
(0 to 50 kg / cm in atmospheric pressure).

Außerdem weist diese Motoranordnung in der Auspuffleitung 2o in einem Dereich oberhalb des Reformers 1o ein Durchfluß-Steuerventil 7o und einen Belastungssensor 72 auf, der entweder mit der Triebwelle 74 des Motors 12 oder mit dem Luftdrosselventil 16 verbunden ist. Das Auspuffgas-Durchflußsteuerventil arbeitet so, daß es die Auspuffgaszuführungsrate in den Reformer 1o, die auf dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers 58 beruht, reguliert, so daß die Einhaltung der vorbestimmten Temperatur in dem Reformer 1o mit Sicherheit erreicht werden kann. Das Ausgangssignal des Belastungssensors 72 wird zur Steuerung der Steuerventile 32 und 4o verwendet. Die Steuerventile 32 und 4o arbeiten so, daß die Temperatur des reformierten Gases bei niedriger Motorbelastung ansteigt und bei hoher Belastung erniedrigt wird. Auf diese Weise kann die Erniedrigung der Motortemperatur und Auspufftemperatur bei niedriger Motorbelastung verringert werden.In addition, this motor arrangement has a flow control valve in the exhaust line 2o in a region above the reformer 1o 7o and a load sensor 72, which either with the drive shaft 74 of the engine 12 or with the air throttle valve 16 is connected. The exhaust gas flow control valve operates to control the rate of exhaust gas delivery into the reformer 1o, which is based on the output signal of the temperature sensor 58, regulated, so that the maintenance of the predetermined temperature can be achieved in the reformer 1o with certainty. The output of the load sensor 72 becomes the control the control valves 32 and 4o are used. The control valves 32 and 4o operate so that the temperature of the reformed gas increases at low engine load and at high load is humiliated. In this way, the lowering of the engine temperature and the exhaust temperature can be achieved when the engine load is low be reduced.

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In Fig. 14 ist ein Überströmventil 78, das bei einem vorbestimmten Druck arbeitet, am Ausgangsende der Methanolpumpe 3o zu dem Zweck vorgesehen, das Methanol mit einem konstanten Druck in den Reformer 1o einzuspeisen. Dies trägt zur Stabiliserung der Reformierungsreaktion (und damit zur Lieferung des reformierten Gases) und zur Erleichterung der Steuerung des Reformers 1o bei. Alternativ kann statt der Verwendung eines Überströmventils 78 eine Pumpe des Typs als Methanolpumpe 3o verwendet werden, wenn der Druck konstant gehalten wird.In Fig. 14, an overflow valve 78 operating at a predetermined pressure is provided at the outlet end of the methanol pump 3o for the purpose of feeding the methanol into the reformer 1o at a constant pressure. This helps to stabilize the reforming reaction (and thus to the delivery of the reformed gas) and to facilitate the control of the reformer 1o. Alternatively, instead of using a spill valve 78, a pump of the methanol pump 3o type can be used if the pressure is kept constant.

In Fig. 15 ist ein (Bimetall) Temperaturfühler 8o in der den Reformer 1o mit der Lufteinlaßleitung 14 verbindenden Leitung für das reformierte Gas eingebaut und das Auspuffgas-Durchflußsteuerventil 7o in Abhängigkeit vom Ausgangssignal dieses Temperaturfühlers 8o geschaltet. Dies bewirkt eine sichere Einhaltung der Temperatur des reformierten Gases innerhalb der vorgegebenen Grenzen.In Fig. 15, a (bimetal) temperature sensor 8o is installed in the line connecting the reformer 1o to the air inlet line 14 for the reformed gas and the exhaust gas flow control valve 7o is switched as a function of the output signal of this temperature sensor 8o. This ensures that the temperature of the reformed gas is reliably maintained within the specified limits.

In Fig. 16 ist die Auspuffleitung 2o in einem Bereich stromaufwärts vom Reformer 1o mit einem Einspritzbrenner 82 und einer Zündkerze 84 ausgerüstet und eine zusätzliche Methanolleitung angeordnet, um dem Brenner 82 Methanol zuzuführen. Wenn die Temperatur im Reformer 1o bis an die untere Grenze des vorgegebenen Bereichs absinkt, wird vom Brenner 82 Methanol eingespritzt und die Zündkerze 84 gezündet. Die sich daraus ergebende Verbrennung von Methanol führt zu einem schnellenIn FIG. 16, the exhaust line 2o is equipped with an injection burner 82 and a spark plug 84 in a region upstream of the reformer 1o, and an additional methanol line is arranged in order to supply methanol to the burner 82. When the temperature in the reformer 1o drops to the lower limit of the predetermined range, methanol is injected from the burner 82 and the spark plug 84 is ignited. The resulting combustion of methanol leads to a rapid one

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Anstieg der Auspufftemperatur und damit der Temperatur im Reformer 1o. Es ist dann nicht notwendig, Luft in die Auspuffleitung einzuführen, um das Methanol zu verbrennen, da das Auspuffgas, das durch die Verbrennung eines mageren Gemisches von Luft und reformiertem Gas gebildet wird, einen Überschuß an Sauerstoff enthält.Increase in the exhaust temperature and thus the temperature in the Reformer 1o. It is then not necessary to introduce air into the exhaust line to burn the methanol, since the exhaust gas produced by the combustion of a lean mixture of air and reformed gas is one Contains excess oxygen.

Fig. 17 zeigt eine andere technische Ausgestaltung zur genauen Steuerung der Temperatur im Reformer 1o. Dabei ist ein Regenerator 86, dessen regenerative Elemente aus Keramikkörnern, einer Matrix aus Keramiken, aus Metallblechen oder Siebgaze bestehen können, in einem Zwischenbereich der Auspuffleitung 2o zwischen dem Motor 12 und dem Umschaltventil 6 2 für den By-pass 6o angeordnet. Der Regenerator 86 absorbiert die Wärme aus dem Auspuffgas, wenn die Auspuffgastemperatur zu hoch ist und hält die absorbierte Wärme zurück. Diese zurückgehaltene Wärme wird an das Auspuffgas abgegeben, wenn die Auspuffgastemperatur zu niedrig wird. Demzufolge weist die Auspuffgastemperatur vor dem Eintritt in den Reformer 1o keine bemerkenswerte Veränderung auf. Der By-pass 6o wird verwendet, wenn die Auspuffgastemperatur sehr hoch ist und durch den Regenerator 86 nicht in einem entsprechenden Maß gekühlt werden kann.FIG. 17 shows another technical embodiment for the precise control of the temperature in the reformer 1o. It is a regenerator 86, whose regenerative elements are made of ceramic grains, a matrix of ceramics, of sheet metal or Sieve gauze can exist in an intermediate region of the exhaust line 2o between the engine 12 and the switching valve 6 2 arranged for the by-pass 6o. The regenerator 86 absorbs the heat from the exhaust gas when the exhaust gas temperature is reached is too high and holds back the absorbed heat. This retained heat is released to the exhaust gas when the Exhaust gas temperature becomes too low. As a result, the exhaust gas temperature before entering the reformer 1o there was no noticeable change. The by-pass 6o is used when the exhaust gas temperature is very high and not cooled by the regenerator 86 to an adequate extent can.

In Fig. 18 ist der Reformer 1o so ausgestaltet, daß er die Reformierung in einer verkürzten Zeitdauer durchführen kann, um das reformierte Gas mit einer minimalen Zeitverzögerung ab der Einbringung des Methanols abgeben zu können. In diesemIn FIG. 18, the reformer 1o is designed so that it can carry out the reforming in a shortened period of time can in order to be able to deliver the reformed gas with a minimal time delay from the introduction of the methanol. In this

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Reformer 1o weist der Katalysator nicht die Form einer langen Säule auf, sondern ist in Form einer dünnen Schicht 88 nit einer verhältnismäßig großen Querschnittsfläche ausgebildet. Das Methanol wird mithilfe einer Zuführungsleitung 9o über die gesamte Fläche der einen Seite dieser Katalysatorschicht 88 verteilt und durchströmt die gesamte Dicke dieser Katalysatorschicht 88. Der Reformer 1o weist außerdem eine Abzugsleitung 92 zum Abziehen des reformierten Gases von der Gesamtfläche der anderen Seite der Katalysatorschicht 88 auf. Die Dicke der Katalysatorschicht 88 ist gerade ausreichend, um das Methanol vollständig zu zerlegen. Zum Beispiel weist die Katalysatorschicht 88 eine Dicke von ca. 1o cm oder weniger auf. In diesem Fall durchströmt das Methanol (oder das reformierte Gas) die Katalysatorschicht 88 in nur ca. o,5 Sekunden. Das bedeutet, daß der Reformer 1o eine ausreichende Angeglichenheit an die Betriebsbedingungen des Motors 12 aufweist. Es ist deshalb zulässig, den Puffertank 36 aus der Motoranordnung wegzulassen. Dann wird das reformierte Gas unmittelbar zu dem Druckregulator 44 geleitet.In the reformer 10, the catalyst is not in the form of a long column, but is in the form of a thin layer 88 a relatively large cross-sectional area. The methanol is using a feed line 9o via the entire area of one side of this catalyst layer 88 is distributed and flows through the entire thickness of this catalyst layer 88. The reformer 1o also has a discharge line 92 to withdraw the reformed gas from the entire surface of the other side of the catalyst layer 88. The fat the catalyst layer 88 is just sufficient to completely decompose the methanol. For example, the catalyst layer 88 has a thickness of about 10 cm or less. In this case, the methanol (or the reformed gas) flows through the catalyst layer 88 in only about 0.5 seconds. That means that the reformer 1o is sufficiently adapted to the operating conditions of the engine 12. It is therefore permissible to omit the buffer tank 36 from the engine assembly. Then the reformed gas immediately becomes the Pressure regulator 44 passed.

Der Reformer 1o zeigt eine größere Zeitverzögerung beim Aufbringen des reformierten Gases bezüglich der Zuführung von Methanol, wenn dessen Durchsatz vergrößert wird. In Fig. 19 ist deshalb der Reformer 1o aus verschiedenen Einheiten 1oa zusammengesetzt, die jeweils einzeln als ein Reformer dienen und zu einer parallenen Anordnung zusammengesetzt sind. Die Auspuffleitung 94 des Motors 12 ist so ausgelegt, daß es dem Auspuffgas möglich ist, in jede Einheit 1oa des ReformersThe reformer 1o shows a greater time lag in Applying the reformed gas with respect to the supply of methanol when its flow rate is increased. In Fig. 19 Therefore, the reformer 1o is composed of various units 1oa, each of which serves individually as a reformer and are assembled into a parallel arrangement. The exhaust line 94 of the engine 12 is designed so that it Exhaust gas is possible in each unit 1oa of the reformer

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zu gelangen. Da jede dieser Einheiten 1oa (und damit der Reformer 1o als Ganzes) das reformierte Gas mit einer ausreichend kleinen Zeitverzögerung erzeugt, braucht die Motoranordnung nicht einen Puffertank 36 aufzuweisen. Es wird beispielsweise angenommen, daß ein aus einer einzigen Einheit bestehender Reformer mit einer Kapazität, die für einen 2ooo ml-Vierzylindermotor ausreicht, seine beste Empfindlichkeit mit einer Zeitverzögerung von ca. o_#2 Sekunden zeigt, wenn der Motor mit maximaler Abgabeleitung arbeitet. Die Empfindlichkeit des Reformers ist jedoch nicht besser als ca. 4,o Sekunden, wenn der Motor mit minimaler Abgabeleistung arbeitet. Durch Unterteilung des Reformers in vier Einheiten mit jeweils gleicher Kapazität kann die Empfindlichkeit bei minimaler Motorabgabeleistung auf ca. 1,o Sekunden verbessert werden, wobei die Empfindlichkeit bei maximaler Motorabgabeleistung ebenfalls bei ca. o,2 Sekunden liegt. Die verbesserte Empfindlichkeit ist in der Praxis für den Motorbetrieb ausreichend. to get. Since each of these units 1oa (and thus the reformer 1o as a whole) generates the reformed gas with a sufficiently small time delay, the engine arrangement does not need to have a buffer tank 36. For example, it is believed that a single unit reformer with a capacity sufficient for a 2,000 ml four cylinder engine will show its best sensitivity with a time lag of about o _# 2 seconds when the engine is operating at maximum output. However, the sensitivity of the reformer is no better than about 4.0 seconds when the engine is operating with minimum output power. By subdividing the reformer into four units, each with the same capacity, the sensitivity can be improved to approx. 1.0 seconds at minimum motor output, the sensitivity at maximum motor output likewise being approx. 0.2 seconds. The improved sensitivity is sufficient for engine operation in practice.

Eine spezielle Betrachtung richtet sich auf die Steuerung des Zündzeitpunkts in einer Motoranordnung nach Fig. 23. Die Menge des im Motor 12 erzeugten NO hängt weitgehend vom Zündzeitpunkt ab, wie dies im allgemeinen in Fig. dargestellt ist. Der maximale Druck P__„ in jedem Motorzylinder hängt ebenfalls vom Zündzeitpunkt ab, wie aus Fig. 2o ersichtlich ist. Die Bildung von NO wird verstärkt, wenn P__„ ansteigtA special consideration is directed to the control of the ignition timing in an engine arrangement Fig. 23. The amount of NO generated in the engine 12 largely depends from the ignition timing, as shown generally in FIG. The maximum pressure P__ "in each engine cylinder also depends on the ignition time, as can be seen from FIG. 2o. The formation of NO increases when P__ “increases

X lud XX loaded X

und diese Verstärkung wird dann beachtlich, wenn P_and this gain becomes significant when P_

maxMax

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oberhalb eines bestimmten Niveaus liegt, wie aus Fig. 21 ersichtlich ist. Die Motoranordnung nach Fig. 2 3 weist einen Drucksensor 96 zum Feststellen des Verbrennungsdrucks in dem Motor 12 und eine Zündverzögerungs-Steuerung 98 auf, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drucksensors 96 ein Steuersignal an den Verteiler 1oo abgibt. Eine Zündspule bzw. eine Datterie sind mit dem Bezugszeichen 1o2 und 1o4 bezeichnet. Die Zündverzögerungs-Steuerung 9 8 arbeitet so, daß sie den zündzeitpunkt im Verhältnis zu einen Anstieg des Druckes P_max oberhalb eines vorbestimmten Drucks P verzögert, so wie dies in Fig. 22 dargestellt ist. Wenn ?_,_.is above a certain level, as can be seen from FIG. The engine arrangement according to FIG. 2 3 has a pressure sensor 96 for determining the combustion pressure in the engine 12 and an ignition delay control 98 which emits a control signal to the distributor 1oo as a function of the output signal of the pressure sensor 96. An ignition coil or a data set are denoted by the reference symbols 1o2 and 1o4. The ignition delay controller 9 8 operates to delay the ignition timing in proportion to an increase in the pressure P _max above a predetermined pressure P, as shown in FIG. If ?_,_.

Ill el ΛIll el Λ

unterhalb von P ist, wird der Zündzeitpunkt nicht verzögert, sondern in der vorstehend beschriebenen Weise vorverlegt, um dadurch eine Verstärkung der NO -Emission zu verhindern.is below P, the ignition point is not retarded, but moved forward in the manner described above in order to prevent an increase in NO emissions.

Es ist vorteilhaft, die Verdampfung von Methanol zu fördern, wenn dieses Methanol beim Anlassen des Motors 12 und noch für eine kurze Zeit darüberhinaus in die Einlaßleitung 14 eingebracht wird, weil eine solche Verdampfung des Methanols bis zu einem ausreichenden Grad es ermöglicht, den Motor 12 mit einem verhältnismäßig mageren Luft'Methanol-Gemisch zu betreiben, was vorteilhaft für die Verhinderung der Schadstoffemission ist.It is advantageous to promote the evaporation of methanol when this methanol when starting the engine 12 and also for a short time into the inlet pipe 14 is introduced because such evaporation of the methanol to a sufficient degree enables the engine 12 with to operate a relatively lean air / methanol mixture, which is beneficial for preventing the emission of pollutants.

In Fig. 24 ist die Leitung zum direkten Einführen von Methanol in die Lufteinlaßleitung 14 mit einer elektrischen Heizung 1o6 ausgestattet, die durch einen Schalter 1o8 ein- und ausschaltbar ist. Dieser Schalter 1o8 wird gleichzeitigIn Fig. 24, the line for introducing methanol directly into the air inlet line 14 is an electric one Heater 1o6 equipped, which can be switched on and off by a switch 1o8. This switch 1o8 is at the same time

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rait dem öffnen des Methanol-Durchflußsteuerventils 4o beim Anlassen des Motors 12 geschlossen, so daß das Methanol vor seiner Einführung in die Lufteinlaßleitung 14 mithilfe der elektrischen Heizung 1o6 erhitzt und verdampft wird. Das verdampfte Methanol mischt sich sehr gut mit der Luft in der Lufteinlaßleitung 14. Das Methanol-Durchflußsteuerventil 32 für den Reformer 1o und das Gasdurchfluß-Steuerventil 46 werden veranlaßt, schrittweise sich zu öffnen, wenn der Temperatursensor 58 einen Anstieg der Innentemperatur des Reformers anzeigt. Dann wird der Schalter 1o8 ausgeschaltet und das Steuerventil 4o gedrosselt. Das Steuerventil 4o wird vollkommen geschlossen, wenn die Temperatur im Reformer 1o bis zu einer vorgegebenen Temperatur ansteigt, so daß der Betrieb des Motors 12 einen Normalzustand erreicht, bei dem ausschließlich das reformierte Gas als Brennstoff verwendet wird. Der Anteil der Methanolzuführung in die Lufteinlaßleitung 14 während des Aufwärmestadiums des Reformers 1o wird mithilfe des Ausgangssignals des Durchflußsensors 64 gesteuert, der die Durchflußrate von Luft im Venturibereich 14a wiedergibt, so daß der Überschußluftfaktor Λ des Luft-Methanol-Gemisches bei 1,5 bis 2,ο gehalten wird. Während des Normalbetriebs des Motors 12 wird Λ im wesentlichen durch das Gasdurchfluß-Steuerventil 46 in einer Weise gesteuert, wie das vorstehend bereits beschrieben worden ist.rait the opening of the methanol flow control valve 4o closed when the engine 12 is started, so that the methanol is heated and evaporated by means of the electric heater 106 before it is introduced into the air inlet duct 14. The vaporized methanol mixes very well with the air in the air inlet line 14. The methanol flow control valve 32 for the reformer 10 and the gas flow control valve 46 are caused to gradually open when the temperature sensor 58 indicates an increase in the internal temperature of the reformer. Then switch 1o8 is switched off and control valve 4o is throttled. The control valve 4o is completely closed when the temperature in the reformer 1o rises to a predetermined temperature, so that the operation of the engine 12 reaches a normal state in which only the reformed gas is used as fuel. The proportion of methanol supply into the air inlet line 14 during the warm-up stage of the reformer 1o is controlled with the aid of the output signal of the flow sensor 64, which represents the flow rate of air in the venturi region 14a, so that the excess air factor Λ of the air-methanol mixture at 1.5 to 2 , ο is held. During normal operation of the motor 12 is essentially determined by the gas flow control valve controlled Λ 46 in a manner which has already been described above.

Fig. 25 zeigt eine andere Technik, mit der die Emission von Schadstoffen während des Aufwärmestadiums des Reformers auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann. Ein Umsteuer- Fig. 25 shows another technique with which the emission of pollutants can be kept at a low level during the warm-up stage of the reformer. A reversal

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ventil 11ο im Methanolzuführungskreislauf erlaubt die Zuführung von Methanol in die Lufteinlaßleitung 14 beim Starten des Motors 12. Die Methanolzuführungsleitung, die das Umsteuerventil 11o mit der Lufteinlaßleitung 14 verbindet, verzweigt sich in zwei parallele Leitungen, wobei eine dieser verzweigten Leitungen einen Zusatzreformer 112 enthält, der dem Reformer 1o grundsätzlich ähnlich, jedoch viel kleiner in seiner Reformierungskapazität ausgebildet ist. Die Durchflußdosierventile 114Λ und 114B in den beiden Abzweigleitungen ermöglichen es, daß ein geeigneter Anteil von Methanol in den Zusatzreformer 112 und der restliche Anteil unmittelbar in die Lufteinlaßleitung eingeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, das Durchflußdosierventil 114A vollständig zu schließen und dadurch die gesamte Menge an Methanol in den Zusatzreformer 112 einzuleiten. Wenn der Hauptreformer 1o genügend erhitzt ist, wird das Umsteuerventil 11o so eingestellt, daß das Methanol ausschließlich in den Reformer 1o fließt, wobei der Heizungsschalter 118 geöffnet wird. Es genügt, daß die Reforroierungskapazität des Zusatzreformers 112 oder die darin enthaltene Katalysatorrnenge ungefähr 1/2o bis ungefähr 1/3o der Kapazität des Hauptreformers 1o beträgt. Die Wärmemenge, die zum Vorheizen des Zusatzreformers 112 (mithilfe der Heizung 116) notwendig ist, kann zwischen ungefähr 2o bis ungefähr 5o Wh liegen, wenn der Zylinderinhalt des Motors 12 bei ca. 2ooo ml liegt.valve 11ο in the methanol feed circuit allows the feed of methanol into the air inlet line 14 when starting the engine 12. The methanol supply line that the reversing valve 11o connects to the air inlet duct 14, branches into two parallel ducts, one of which is branched ducts contains an additional reformer 112, which the reformer 1o basically similar, but much smaller in its reforming capacity. The flow metering valves 114Λ and 114B in the two branch lines allow a suitable proportion of methanol in the auxiliary reformer 112 and the remainder immediately in the air inlet line is introduced. However, it is also possible to completely close the flow metering valve 114A and thereby the to introduce the entire amount of methanol into the additional reformer 112. When the main reformer 1o is heated sufficiently, the reversing valve 11o is adjusted so that the methanol only flows into the reformer 1o, the heating switch 118 is opened. It is sufficient that the reforming capacity of the additional reformer 112 or the amount of catalyst contained therein about 1 / 2o to about 1 / 3o of the capacity of the main reformer 1o. The amount of heat needed to preheat of the additional reformer 112 (with the aid of the heater 116) is necessary, can be between approximately 2o to approximately 5o Wh, if the cylinder capacity of the motor 12 is approximately 2,000 ml.

Fig. 26 zeigt eine geringe Abänderung der Anordnung nach Fig. 25. In diesem Fall ist der Zusatzreformer 112 mit einem Methanolbrenner 122 ausgestattet. Beim Anlassen des MotorsFIG. 26 shows a slight modification of the arrangement according to FIG. 25. In this case, the additional reformer 112 is provided with a Methanol burner 122 equipped. When starting the engine

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12 wird Methanol sowohl dem Zusatzreformer 112 als auch dem Brenner 122 und vorteilhafterweise auch der Lufteinlaßleitung 14 zugeführt. Der Brenner 122 wird durch eine elektrische Zündeinrichtung 124, die über einen Schalter 126 mit einer Batterie 12o verbunden ist, gezündet. Die Verbrennung von Methanol mithilfe des Brenners 122 versorgt den Zusatzreformer 112 mit entsprechender Wärme, so daß das Aufwärmen dieses Zusatzreformers 112 ohne Verbrauch von elektrischer Energie durchgeführt werden kann.12, methanol is supplied to both auxiliary reformer 112 and burner 122 and advantageously also to the air inlet line 14 supplied. The burner 122 is activated by an electrical ignition device 124, which via a switch 126 has a Battery 12o is connected, ignited. The combustion of methanol with the aid of the burner 122 also supplies the additional reformer 112 corresponding heat, so that the warming up of this additional reformer 112 can be carried out without consuming electrical energy can.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung bereits zu erkennen war, weist die Motoranordnung nach der vorliegenden Erfindung ungeheure Vorteile auf, die im folgenden zusammengefaßt sind:As can already be seen from the above description, the motor arrangement according to the present invention Invention has tremendous advantages, which are summarized below:

(1) Die Emission von Schadstoffen bleibt, fast unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors,auf einem extrem niedrigen Niveau.(1) The emission of pollutants remains, almost independent of the respective operating conditions of the engine an extremely low level.

(2) Das Auspuffgas wird selbst bei einem Kaltstart des Motors hinreichend sauber gehalten.(2) The exhaust gas is kept sufficiently clean even when the engine is cold-started.

(3) Die Reformierung von Methanol, die Zusammensetzung des reformierten Gases und die Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches können jeweils in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Motors automatisch gesteuert werden.(3) The reforming of methanol, the composition of the reformed gas and the generation of a combustible gas mixture can each be automatically controlled in accordance with the operating conditions of the engine.

(4) Die Bedienbarkeit des mit einem reformierten Gas(4) The operability of the reformed gas

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betriebenen Motors ist gut und mit der eines Benzinmotors vergleichbar.powered engine is good and comparable to that of a gasoline engine.

(5) Die Temperatur im Reformer kann in einem optimalen Bereich gehalten werden, so daß das Methanol sehr wirkungsvoll in reformiertes Gas mit der gewünschten Zusammensetzung reformiert werden kann, wobei der Reformierungskatalysator seine Katalyseeigenschaften über eine lange Zeit beibehält.(5) The temperature in the reformer can be kept in an optimal range, so that the methanol is very effective can be reformed into reformed gas with the desired composition using the reforming catalyst Retains catalytic properties for a long time.

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Claims

Claims 9717DRR

1. J internal combustion engine assembly consisting of an internal combustion engine with an air inlet pipe and an exhaust pipe, a device for reforming methanol, which is optionally mixed with water, to a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide as essential components, and a fuel supply pipe for introducing the reformed gas into the air intake pipe of the engine, wherein the exhaust pipe is arranged so that it heats the reformer, characterized in that the temperature in the reformer (1o) is held in a range of 2oo ° to 800 ⁰ C; that the fuel supply line is controlled so that in normal operation of the engine, the reformed gas at a predetermined temperature in the range from room temperature to 400 C and at a

predetermined pressure in the range of 0 to 50 kg / cm (in atmospheric pressure) feeds; and that the fuel supply line is also controlled in such a way that it eliminates the excess air factor in a mixture fed into the engine Air and reformed gas at 0.8 to 1.5 during engine warm-up and during normal engine operation 0.8 to 4, o holds.

2. internal combustion engine assembly according to claim 1,

characterized in that the exhaust line (2o) facilities for heating and evaporating methanol prior to its introduction into the reforming device (1o) and that the

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ORIGINAL INSPECTED

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Fuel supply line a heat exchanger (34) contains, which cools the reformed gas using the methanol to be reformed.

3. Internal combustion engine arrangement according to claim 2, characterized in that the reforming device (1o) Contains a catalyst that both catalyzes an endothermic decomposition of methanol into hydrogen and carbon monoxide as well as for catalyzing an exothermic decomposition of methanol into methane, carbon dioxide and water, so that the temperature in the reforming device (1o) adjusts itself approximately constant.

4. Internal combustion engine assembly according to claim 3, characterized in that the specified temperature in the reforming device (1o) and the temperature / pressure ratio of the reformed gas are maintained by controlling at least one of the following factors: the flow rate of the exhaust gas through the reforming device, the Reformer externally supplied amount of heat, the pressure of the methanol supplied to the reformer, the excess air factor of the mixture of air and reformed gas, the ignition timing of the engine, the rate of supply of methanol to the reformer and the ratio of the amount of methanol supplied from the reformer and into the air inlet pipe (14 ) imported reformed gas.

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5. Verbrennungsinotoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet/ daß die Anordnung eine Methanolleitung enthält, die so angeordnet und gesteuert ist, daß sie Methanol unmittelbar in die Lufteinlaßleitung (14) einspeist, wenn die Temperatur in der Reformierungseinrichtung (1o) zu niedrig ist.5. Combustion engine arrangement according to claim 4, characterized in / that the arrangement is a methanol line contains, which is arranged and controlled to feed methanol directly into the air inlet line (14) when the Temperature in the reformer (1o) is too low.

6. Verbrennungsinotoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffleitung (2o) einen By-pass (6o) aufweist, über den das Auspuffgas ohne Durchströmen der Reformierungseinrichtung (1o) abgeführt werden kann, wenn die Temperatur in der Reformierungseinrichtung zu hoch ist.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the exhaust line (2o) one By-pass (6o), via which the exhaust gas can be discharged without flowing through the reforming device (1o) can when the temperature in the reformer is too high.

7. Verbrennungsinotoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt des Motors (12) so gesteuert ist, daß entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors eine Vorzündung vorgesehen ist, wenn der maximale Verbrennungsdruck im Motor unterhalb eines vorbestimmten Druckes liegt und daß in entsprechender Beziehung zu einem Ansteigen des maximalen Verbrennungsdruckes über einen vorbestimmten Wert hinaus eine Zündverzögerung vorgesehen ist.7. Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the ignition timing of the engine (12) is controlled so that a pre-ignition is provided according to the operating conditions of the engine when the maximum Combustion pressure in the engine is below a predetermined pressure and that in a corresponding relationship to a An ignition delay is provided if the maximum combustion pressure rises above a predetermined value.

8. Verbrennungsinotoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des reformierten Gases entsprechend dar Motorbelastung gesteuert ist.8. Internal combustion engine according to one of claims 5 to 7, characterized in that the temperature of the reformed gas is controlled according to the engine load.

9. Verbrennungsinotoranordnung nach einem der Ansprüche9. Internal combustion engine assembly according to one of the claims

5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschußluftfaktor5 to 8, characterized in that the excess air factor

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of the mixture of air and reformed gas at 3, ο to 6.0 is maintained when the engine (12) is running essentially unloaded at medium to high speeds.

10. Internal combustion engine arrangement according to one of the claims 5 to 9, characterized in that the arrangement in the exhaust line (2o) above the reforming device (1o) a burner (82) and a methanol line for introducing methanol into the burner (82), the burner and the methanol line are controlled so that methanol is burned by the burner only when the temperature is in the Reformer is too low.

11. Internal combustion engine arrangement according to one of the claims 5 to 9, characterized in that the arrangement contains a regenerator (86) which in the exhaust line (2o) in an area above the reforming device (1o) is arranged.

12. Internal combustion engine arrangement according to one of claims 5 to 9, characterized in that the catalyst in the Reformation device (1o) arranged in layer form (88) which has a thickness of about 10 cm or less and a large cross-sectional area opposite that thickness, wherein the catalyst layer (88) is oriented so that the methanol introduced into the reforming device (1o) is spread over the entire area of one side of the catalyst layer (88) distributed and through this catalyst layer to the

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other side flows.

13. Internal combustion engine arrangement according to one of the

Claims 5 to 9, characterized in that the reforming device (1o) consists of a plurality of reforming units (1oa) arranged parallel to one another.

14. Internal combustion engine arrangement according to one of claims 5 to 9, characterized in that the methanol line for the direct introduction of methanol into the air inlet line (14) with a heater (1o6) for heating and Evaporation of methanol prior to introducing it into the air inlet line (14) is provided.

15. Internal combustion engine arrangement according to one of claims 5 to 9, characterized in that the methanol line an additional reformer (112) for reforming for the direct introduction of methanol into the air inlet line (14) from methanol to reformed gas, external heating means (116, 122) for increasing the temperature in the auxiliary reformer (112) and a flow metering valve (114) which at least part of the to be introduced into the air inlet duct (14) Allow methanol to flow in advance through the additional reformer (112).

16. Combustion rotor assembly according to claim 15, characterized in that the external heating device consists of an electric heater (116).

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17. Internal combustion engine arrangement according to claim 15, characterized in that the external heating device consists of a methanol burner (122).

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