DE60203715T2 - Kraftstoffversorgungsanlage für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffversorgungsanlage für eine brennkraftmaschine Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein System zum Liefern von Kraftstoff an einen Verbrennungsmotor und ein Abgasreinigungssystem.
  • Beschreibung des relevanten Standes der Technik
  • Ein Ziel bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren besteht heute in der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen. Es ist außerdem erwünscht, andere Schadstoffe im Abgas, insbesondere Stickstoffoxide (NOx), zu mindern.
  • Kraftfahrzeuge mit Spaltvergasern, in denen Kohlenwasserstoffkraftstoffe vor dem Eintreten in den Verbrennungsmotor durch eine Teiloxidationseinrichtung umgewandelt werden, sind wohlbekannt. Dieser Umwandlungsprozess erfordert jedoch typischerweise Temperaturen von über 800°C, was zur Bildung von Rußpartikeln führt. Darüber hinaus führt die exotherme Natur der Reaktion während der chemischen Umwandlung zu einem Energieverlust.
  • DeNOx- (Stickstoffoxidentfernungs-) Katalysatoren, die Stickstoffoxide im Abgas durch Umwandeln der Stickstoffoxide in Stickstoff mittels eines geeigneten Katalysators und Reduktionsmitteln mindern, sind bekannt. Im Hinblick darauf ist es wohlbekannt, Wasserstoff und Kohlenmonoxid an Bord des Fahrzeugs aus Kohlenwasserstoffen oder Harnstoff zu erzeugen. Die Verwendung von Harnstoff erfordert einen separaten Harnstofftank.
  • US 3,986,350 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spalten von Methanol, wobei das gespaltene Methanol zum Betrieb einer minimale Schadstoffe erzeugenden Kraftstoffverbrennungseinrichtung verwendet wird. In einem Tank gespeicherter Methanolkraftstoff wird mittels einer Pumpe einem ersten Abschnitt eines Wärmetauschers zugeführt, der einen Methanolspaltkatalysator enthält. Wasserstoffhaltiges Gas, das aus dem ersten Abschnitt des Wärmetauschers austritt, wird der Kraftstoffverbrennungseinrichtung zugeführt, wo es mit Luft zusammenkommt, um die Verbrennung in der Kraftstoffverbrennungseinrichtung zu unterstützen. Abga se aus der Kraftstoffverbrennungseinrichtung werden einem Katalysator und anschließend einem zweiten Abschnitt des Wärmetauschers zugeführt, um die zum Spalten von Methanol erforderliche Wärme im ersten Abschnitt des Wärmetauschers bereitzustellen. Der Katalysator, der in einer Abgasleitung der Kraftstoffverbrennungseinrichtung angeordnet ist, verringert in Anwesenheit von Wasserstoff und Kohlenmonoxid die Stickoxide, die in dem aus der Kraftstoffverbrennungseinrichtung austretenden Abgas vorhanden sind. Zur Erzeugung einer Reduktionsatmosphäre im Katalysator werden Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die aus dem ersten Abschnitt des Wärmetauschers austreten, der Abgasleitung stromaufwärts vom Katalysator über eine Umgehungsleitung zugeführt, wobei der Wasserstoff- und Kohlenmonoxidfluss mittels eines Reglerventils gesteuert wird, das in der Umgehungsleitung angeordnet ist.
  • Es besteht weiterhin Bedarf an einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen von Verbrennungsmotoren.
  • Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein energieeffizientes System zum Liefern von Kraftstoff an einen Verbrennungsmotor und ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, das eine zuverlässige Steuerung der Betriebstemperatur der verschiedenen Komponenten des Systems ermöglicht.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Das vorliegende System umfasst einen Wasserstoffgenerator zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Kraftstoffes zur Verbrennung in einem Verbrennungsmotor. Der wasserstoffreiche Kraftstoff kann auch in einem stromabwärts angeordneten DeNOx-Katalysator verwendet werden, um den NOx-Gehalt des Motorabgases zu verringern. Wärme wird aus dem Abgasstrom zurückgewonnen und dem Wasserstoffgenerator zugeführt, um die endotherme Umwandlung des Rohkraftstoffes in wasserstoffreichen Kraftstoff zu unterstützen.
  • Die Verwendung endothermer Reaktionen während der Erzeugung wasserstoffreichen Kraftstoffes erhöht den Heizwert der Reaktionsteilnehmer um die Energiemenge, die aus dem Motorabgas zurückgewonnen wird. Dies führt zu einer entsprechend höheren Gesamteffizienz des gesamten Systems, was mit einer Verringerung der Kohlenmonoxidemissionen Hand in Hand geht.
  • Wasserstoffreicher Kraftstoff, der durch endotherme Dampfreformierung erzeugt wird, ist – über seine Eignung zur Verbrennung im Verbrennungsmotor hinaus – als Reduktionsmittel in einem DeNOx-Katalysator besonders nützlich. Der erhöhte Stickstoffausstoß, der im Falle von Methanol – aufgrund der hohen Reinheit des Kraftstoffs – hauptsächlich aus thermischen Stickstoffoxiden besteht, kann durch einen DeNOx-Katalysator in Verbindung mit dem Einsatz des erzeugten wasserstoffreichen Kraftstoffes als Reduktionsmittel verringert werden. Dies ermöglicht es, die Verbrennungstemperatur und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
  • Neben herkömmlichen Kraftstoffen, wie etwa Benzin und Diesel, sind alternative Kraftstoffe, wie etwa Methanol, Dimethylether ("DME") oder Ethanol, zum Gebrauch geeignet. Insbesondere Methanol, aber auch DME, können bei niedrigen Temperaturen in einen wasserstoffreichen Kraftstoff umgewandelt werden. Der wasserstoffreiche Kraftstoff besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und möglicherweise etwas nicht umgewandeltem Kraftstoff. Die niedrigen Temperaturen vereinfachen die Wahl des Rohkraftstoffs und fördern die Rückgewinnung thermischer Energie aus dem Motorabgas. Bei Verwendung von Methanol beispielsweise kann unter Verwendung allein des Motorabgases eine Energierückgewinnungsrate von ungefähr 20% erzielt werden. Zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffkraftstoffen müssen ähnliche Energiemengen bei erheblich höheren Temperaturen übertragen werden, so dass der Energieinhalt und das Temperaturniveau potenziell nur dafür ausreichen, den Kraftstoff teilweise umzuwandeln.
  • Insbesondere im Falle von Methanol, aber auch bei DME, werden während der Umwandlung keine Rußpartikel oder nur sehr geringe Mengen davon erzeugt. In ähnlicher Weise verursacht die Verbrennung der resultierenden Gemische aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie möglicherweise nicht umgewandelter Kraftstoffbestandteile im Verbrennungsmotor keine Probleme bezüglich der Bildung von Schadstoffen, einschließlich Rußpartikel. Dieses System ist ein Gasmotor mit all den wohlbekannten Vorteilen hinsichtlich Gemischbildung und -verbrennung. Darüber hinaus sind Methanol und DME äußerst reine Substanzen, so dass die Verbrennung und die Abgasreinigung nicht durch andere unerwünschte Substanzen, wie etwa Schwefel, verunreinigt werden.
  • Sämtliche der aufgeführten Kraftstoffe können aus Erdgas oder, als erneuerbare Energiequelle, aus Biomasse gewonnen werden. Dies trägt zur langfristigen Herabsetzung der globalen Kohlendioxidpegel bei. Insbesondere Alkohole und DME erzeu gen weniger Kohlendioxid, einfach aufgrund ihres geringeren Kohlenstoffgehaltes pro freigegebener Energieeinheit.
  • Die korrosiven Eigenschaften der Rohkraftstoffe stellen bei dem Verbrennungsmotor kein Problem dar, da die Umwandlung in Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid unter Bedingungen stattfindet, die sich völlig von denen einer Verbrennung in einem Verbrennungsmotor unterscheiden. Ferner sind Wasserstoff und Kohlendioxid nicht korrosiv.
  • Mögliche Nachteile des Wasserstoffgenerators während eines Kaltstarts oder bei Laständerungen können vermieden werden, indem die Rohkraftstoffe direkt im Verbrennungsmotor verbrannt werden, wenn diese Zustände auftreten.
  • Das System umfasst einen Verdampfer, der zwischen einer Pumpe und einem Wasserstoffgenerator in einer Zufuhrleitung für Rohkraftstoff angeordnet ist, wobei der Verdampfer mit einer Abgasleitung in thermischem Kontakt steht und wobei die Abgasleitung eine Hauptabgasleitung und eine Abgasumgehungsleitung aufweist, wobei die Abgasumgehungsleitung durch die Abgasumgehungsleitung strömendes Abgas dem Verdampfer zuzuführen vermag.
  • Diese und andere Aspekte gehen unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur aus der folgenden genauen Beschreibung hervor.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen)
  • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des vorliegenden Systems zum Zuführen von Kraftstoff an einen Verbrennungsmotor.
  • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Rohkraftstoff, vorzugsweise in flüssiger Form, wird in einem Fahrzeug in einem Tank 1 mitgeführt und einem Wasserstoffgenerator 3 (z.B. einem Reformer) über eine Rohkraftstoff-Zufuhrleitung 2 zugeführt. Die Rohkraftstoff-Zufuhrleitung 2 enthält eine Pumpe 4, die den Rohkraftstoff pumpt und eventuell dosiert. Im Wasserstoffgenerator 3 wandelt eine endotherme Reaktion den Rohkraftstoff in einen gasförmigen wasserstoffreichen Kraftstoff um, der dann über eine Zufuhrleitung 6 für wasserstoffreichen Kraftstoff einem Verbrennungsmotor 5 zugeführt wird. Zum Regeln der Menge des zugeführten wasserstoffreichen Kraftstoffes ist die Zufuhrleitung für wasserstoffreichen Kraftstoff mit einem ersten Ventil 11 ausgestattet. Für die Verbrennung erforderliche Luft wird dem Verbrennungsmotor 5 über eine Einlassleitung 7 zugeführt. Nach der Verbrennung wird das Abgas durch eine Abgasleitung 8 abgeführt.
  • Die Abgasleitung 8 enthält ein Abgasreinigungssystem 9, vorzugsweise einen DeNOx-Katalysator, in dem im Abgas enthaltene Stickstoffoxide unter Verwendung von im Abgas vorhandenen Reduktionsmitteln zu Stickstoff reduziert werden.
  • Zum Zuführen oder Erhöhen der Menge an Reduktionsmitteln im Abgas ist eine Umgehungsleitung 10 für wasserstoffreichen Kraftstoff vorgesehen, um die Zufuhrleitung 6 für wasserstoffreichen Kraftstoff stromaufwärts des Abgasreinigungssystems 9 mit der Abgasleitung 8 zu verbinden. Der wasserstoffreiche Kraftstoff aus der Kraftstoffzufuhrleitung 6 kann sich stromaufwärts des Abgasreinigungssystems 9 mit dem Abgas in der Leitung 8 vermischen. Alternativ kann die Umgehungsleitung 10 für wasserstoffreichen Kraftstoff direkt in das Abgasreinigungssystem 9 führen. Darüber hinaus enthält die Umgehungsleitung 10 für wasserstoffreichen Kraftstoff ein zweites Ventil 16, um die Menge des wasserstoffreichen Kraftstoffs zu regeln, die dem Abgasreinigungssystem 9 zugeführt werden soll.
  • Da die Reaktion, die im Wasserstoffgenerator stattfindet, eine endotherme Reaktion ist, muss der Wasserstoffgenerator 3 erwärmt werden, und folglich ist der Wasserstoffgenerator 3 in der in 1 gezeigten repräsentativen Ausführungsform in einen Wärmetauscher 12 integriert. Der Wärmetauscher 12 umfasst eine Heizkammer 13, die mit dem Wasserstoffgenerator 3 über eine Trennwand 14 in thermischem Kontakt steht. Die Heizkammer 13 ist stromabwärts des Abgasreinigungssystems 9 in die Abgasleitung 8 integriert, so dass Abgas die Heizkammer 13 passiert, wobei thermische Energie aus dem Abgas zur Reaktionszone des Wasserstoffgenerators 3 übertragen wird. Nach dem Passieren der Heizkammer 13 kann das Abgas an die Umgebung entlassen werden.
  • Zusätzlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform sind andere Konfigurationen möglich, um thermische Energie aus dem Abgas auf den Wasserstoffgenerator 3 zu übertragen. Es kann beispielsweise stromaufwärts des Wasserstoffgenerators 3 ein Wärmetauscher in die Rohkraftstoff-Zufuhrleitung 2 integriert werden, so dass die übertragene thermische Energie durch die Reaktionsteilnehmer in den Wasserstoffgenerator 3 eingebracht wird. Es ist außerdem möglich, ein zusätzliches Wärme tauschmedium zwischenzufügen, so dass Wärme indirekt an den Rohkraftstoff übertragen wird.
  • Der flüssige Rohkraftstoff wird typischerweise in einem Verdampfer 15 verdampft und eventuell überhitzt, bevor er in den Wasserstoffgenerator 3 eintritt. Zu diesem Zweck kann der Verdampfer 15 analog zum Wärmetauscher 12 ausgestaltet sein, wodurch eine Verdampfungskammer 17 über eine Trennwand 18 mit einer Heizkammer 19 in thermischem Kontakt steht. Abgas strömt durch die Heizkammer 19, die in die Abgasleitung 8 integriert ist. Das Abgas kann nacheinander die Heizkammern 13 und 19 der Wärmetauscher 12 und 15 passieren. Alternativ kann eine Umgehungsleitung 20 stromaufwärts des Wärmetauschers 12 von der Abgasleitung 8 abzweigen und sich zwischen den Wärmetauschern 12 und 15 wieder mit der Abgasleitung 8 verbinden. In diesem Fall passiert die Strömung die Wärmetauscher 12 und 15 zumindest teilweise parallel. Alternativ kann die Strömung vollständig parallel durch die Wärmetauscher 12 und 15 geleitet werden. In diesem Fall ist die dem Wasserstoffgenerator 3 zugeordnete Heizkammer in die Abgasleitung 8 integriert, während die der Verdampfungskammer 17 zugeordnete Heizkammer 19 in der Umgehungsleitung 20 angeordnet ist, wobei sich die Umgehungsleitung 20 stromabwärts des Verdampfers 15 mit der Abgasleitung 8 verbindet.
  • Alternativ kann ein Teil der thermischen Energie, die zum Verdampfen des Rohkraftstoffs und/oder des Wassers benötigt wird, vom Kühlsystem eines Verbrennungsmotors 5 erhalten werden.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann sich das Abgasreinigungssystem 9, in Abhängigkeit des gewünschten Temperaturniveaus, auch stromabwärts des Wärmetauschers 12 und/oder Wärmetauschers 15 in der Abgasleitung 8 befinden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Geräuschdämpfer 21 in der Abgasleitung 8 angeordnet werden. Darüber hinaus kann die Zufuhrleitung 6 für wasserstoffreichen Kraftstoff einen weiteren Wärmetauscher 22 enthalten, der mit einem Kühlmedium gefüllt ist, um den aus dem Wasserstoffgenerator 3 austretenden wasserstoffreichen Kraftstoff zu kühlen. Schließlich kann ein Speicherbehälter 23 für wasserstoffreichen Kraftstoff bereitgestellt werden, der mit der Zufuhrleitung 6 für wasserstoffreichen Kraftstoff verbunden ist. Der Speicherbehälter 23 ist vorzugsweise stromabwärts des Wärmetauschers 22 mit der Zufuhrleitung 6 für wasserstoffreichen Kraftstoff verbunden, so dass nur gekühlter wasserstoffreicher Kraftstoff dem Spei cherbehälter 23 zugeführt wird, wodurch die Speicherkapazität des Speicherbehälters 23 erhöht wird.
  • Der Druck in der Zufuhrleitung 6 für wasserstoffreichen Kraftstoff ist für gewöhnlich nur geringfügig höher als der Umgebungsdruck. Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens und der Dosierung kann der Druck auf einem etwas höheren Niveau liegen, vorzugsweise auf einem Überschussdruck von zwischen 1 und 10 Bar.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 5 durch eine zusätzliche Rohkraftstoff-Zufuhrleitung 2a mit dem Tank 1 verbunden sein, so dass flüssiger Rohkraftstoff dem Verbrennungsmotor 5 unmittelbar zugeführt werden kann. In diesem Fall kann, sollten schnelle Laständerungen auftreten und/oder während eines Kaltstarts, ein Teil des oder der gesamte Kraftstoff, der dem Verbrennungsmotor 5 direkt zugeführt wird, flüssiger Rohkraftstoff sein. Zu diesem Zweck ist in der Rohkraftstoff-Zufuhrleitung 2a ein drittes Ventil 24 angeordnet.
  • Typische Kraftstoffe umfassen Alkohole oder andere Kraftstoffe, die katalytisch oder thermisch gespalten werden können, wie etwa Methanol, Dimethylether, Ethanol, Benzin und Diesel.
  • In Abhängigkeit des eingesetzten Kraftstoffs können verschiedene Stoffumwandlungsprozesse im Wasserstoffgenerator 3 stattfinden. Im Fall von Methanol umfassen diese:
    Pyrolyse: CH3OH → CO + 2H2
    Dampfreformierung: CH3OH + H2O → CO2 + 3H2
  • Beide Reaktionen finden vorzugsweise an herkömmlichen Kupferkatalysatoren bei Temperaturen von über 200°C und mit einem Wärmeeintrag von ungefähr 4000 kJ/kg statt. Die Dampfreformierung hat den Vorteil, dass die Bildung von Rußpartikeln unterdrückt wird. Des Weiteren werden Wasserstoff und Kohlendioxid als wasserstoffreicher Kraftstoff erzeugt, es werden jedoch nur geringe Mengen an toxischem Kohlenmonoxid gebildet. Das Methanol kann zusammen mit dem Wasser im Verdampfer 15 verdampft werden, was ein Verkoken des Verdampfers 15 unterdrückt. Ein Nachteil der Dampfreformierung besteht in dem höheren Verdampfungsenergiebedarf, der auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass eine größere, teurere Vorrichtung benötigt wird. Darüber hinaus müssen, wenn das Wasser im Tank mitge führt werden soll, die Abmessungen des Tanks größer sein. Als Alternative kann Wasser aus dem Abgas zurückgewonnen werden. Diese Technologie ist jedoch technisch kompliziert und somit teuer. Wenn eine Kombination aus Pyrolyse und Dampfreformierung verwendet wird, kann der gesamte Prozess im Hinblick auf die Tankgröße, den Verdampfungsenergiebedarf und die endotherme Umwandlung, die Größe der erforderlichen Ausrüstung sowie den erforderlichen Energieinhalt und die Temperatur des Abgases optimiert werden.
  • Wenn Ethanol verwendet wird, das einen höheren Heizwert als Methanol hat, sind die Reaktionen wie folgt:
    Pyrolyse: C2H5OH → CO + 3H2 + C
    Dampfreformierung: C2H5OH + H2O → 2CO + 4H2
  • Beide Reaktionen finden bei Temperaturen von über 500°C statt. Wiederum besteht ein Vorteil der Dampfreformierung in dem geringeren Risiko, dass sich Rußpartikel bilden. Ein gemeinsames Verdampfen von Ethanol und Wasser kann das Verkoken des Verdampfers verringern. Eine erhöhte Zufuhr von Wasser kann die Partikelbildung weiter verringern und unterstützt gleichzeitig die Umwandlung eines Teils des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid und Wasserstoff durch eine Kohlenmonoxid-Konvertierung. Die Nachteile der Dampfreformierung sind bei Methanol und Ethanol gleich und wie vorstehend ausgeführt.
  • Wenn ein Kraftstoff wie etwa Dimethylether (DME) verwendet wird, muss die Tatsache berücksichtigt werden, dass er unter normalen Umgebungsbedingungen gasförmig ist. DME verflüssigt sich jedoch bei niedrigem Druck und kann demgemäß bei vergleichsweise niedrigem Druck als Flüssigkeit in einem Drucktank mitgeführt werden.
  • Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass, obgleich hierin aus Gründen der Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, verschiedene Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims (8)

  1. System zum Zuführen von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor (5) und einem Abgasreinigungssystem (9), das in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors (5) angeordnet ist, wobei das System aufweist: – einen Tank (1) zum Speichern von Rohkraftstoff, – einen Wasserstoffgenerator (3) zum Umwandeln des Rohkraftstoffs in einen gasförmigen wasserstoffreichen Kraftstoff, – eine Rohkraftstoff-Zufuhrleitung (2) zwischen dem Tank (1) und dem Wasserstoffgenerator (3), – eine Pumpe (4), die in der Rohkraftstoff-Zufuhrleitung (2) angeordnet ist, – eine Zufuhrleitung (6) für wasserstoffreichen Kraftstoff zwischen dem Wasserstoffgenerator (3) und dem Verbrennungsmotor (5), – eine Umgehungsleitung (10) für wasserstoffreichen Kraftstoff, die die Zufuhrleitung (6) für wasserstoffreichen Kraftstoff mit dem Abgasreinigungssystem (9) oder der Abgasleitung stromaufwärts des Abgasreinigungssystems (9) zu verbinden vermag, und – ein Ventil (16), das in der Umgehungsleitung (10) für wasserstoffreichen Kraftstoff angeordnet ist, wobei der Wasserstoffgenerator (3) mit der Abgasleitung in thermischem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner einen Verdampfer (15) umfasst, der zwischen der Pumpe (4) und dem Wasserstoffgenerator (3) in der Rohkraftstoff-Zufuhrleitung (2) angeordnet ist, wobei der Verdampfer (15) mit der Abgasleitung in thermischen Kontakt steht und wobei die Abgasleitung eine Hauptabgasleitung (8), welche das Abgasreinigungssystem (9) umfasst und mit dem Wasserstoffgenerator (3) in thermischem Kontakt steht, und eine Abgasumgehungsleitung (20) aufweist, wobei die Abgasumgehungsleitung (20) stromaufwärts des Wasserstoffgenerators (3) von der Hauptabgasleitung (8) abzweigt und sich zwischen dem Wasserstoffgenerator (3) und dem Verdampfer (15) wieder mit der Hauptabgasleitung (8) verbindet und wobei die Abgasumgehungsleitung (20) durch die Abgasumgehungsleitung (20) strömendes Abgas dem Verdampfer (15) zuzuführen vermag.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem der Verdampfer (15) bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts des Wasserstoffgenerators (3) mit der Hauptabgasleitung (8) in thermischem Kontakt steht.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem der Wasserstoffgenerator (3) in der Hauptabgasleitung (8) und der Verdampfer (15) in der Abgasumgehungsleitung (20) angeordnet ist und bei dem sich die Abgasumgehungsleitung (20) stromabwärts des Verdampfers (15) wieder mit der Hauptabgasleitung (8) verbindet.
  4. System nach Anspruch 1, bei dem der Verbrennungsmotor (5) ein Kühlsystem aufweist und bei dem der Verdampfer (15) mit dem Kühlsystem in thermischem Kontakt steht.
  5. System nach Anspruch 1, das ferner einen Wärmetauscher (22) umfasst, der in der Zufuhrleitung (6) für wasserstoffreichen Kraftstoff angeordnet ist.
  6. System nach Anspruch 1, das ferner einen Speicherbehälter (23) umfasst, der mit der Zufuhrleitung (6) für wasserstoffreichen Kraftstoff verbunden ist.
  7. System nach Anspruch 1, das ferner zwischen dem Tank (1) und dem Verbrennungsmotor (5) eine Rohkraftstoff-Zufuhrleitung (2a) umfasst.
  8. System nach Anspruch 1, bei dem das Abgasreinigungssystem (9) einen DeNOx-Katalysator umfasst.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003903283A0 (en) * 2003-06-26 2003-07-10 H.A.C. Technologies Pty Ltd Reformate assisted combustion
DE102004028651B4 (de) * 2004-06-15 2006-09-28 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennkraftmaschine
WO2006010277A2 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Nxtgen Emission Controls Inc. Integrated system for reducing fuel consumption and emissions in an internal combustion engine
US7273044B2 (en) * 2004-09-27 2007-09-25 Flessner Stephen M Hydrogen fuel system for an internal combustion engine
ATE406507T1 (de) * 2004-10-11 2008-09-15 Volvo Lastvagnar Ab System und verfahren zur verringerung von stickoxiden aus durch verbrennungsmotoren mit magerer verbrennung erzeugten abgasen
FR2876734B1 (fr) * 2004-10-18 2009-04-10 Renault Sas Dispositif de chauffage pour un catalyseur comportant un reformeur d'hydrocarbures et procede de mise en oeuvre d'un tel dispositif
US7520350B2 (en) * 2004-11-22 2009-04-21 Robert Hotto System and method for extracting propulsion energy from motor vehicle exhaust
JP4730216B2 (ja) * 2005-09-26 2011-07-20 株式会社デンソー 還元剤改質装置およびこれを用いた排気ガス浄化装置
CN100579815C (zh) * 2005-10-18 2010-01-13 董银谈 氢混合动力电动汽车
JP4711233B2 (ja) * 2006-05-10 2011-06-29 スズキ株式会社 水素エンジンの排気ガス浄化システム
US8211276B2 (en) 2006-10-20 2012-07-03 Tetros Innovations, Llc Methods and systems of producing fuel for an internal combustion engine using a plasma system at various pressures
US20080131744A1 (en) * 2006-10-20 2008-06-05 Charles Terrel Adams Methods and systems of producing molecular hydrogen using a low-temperature plasma system
US7946258B2 (en) * 2006-10-20 2011-05-24 Tetros Innovations, Llc Method and apparatus to produce enriched hydrogen with a plasma system for an internal combustion engine
EP2089315A2 (de) * 2006-10-20 2009-08-19 Semgreen, L.P. Verfahren und systeme zur herstellung eines brennstoffs für einen verbrennungsmotor mit einem plasmasystem
US8220440B2 (en) 2006-10-20 2012-07-17 Tetros Innovations, Llc Methods and systems for producing fuel for an internal combustion engine using a low-temperature plasma system
US20080131360A1 (en) * 2006-10-20 2008-06-05 Charles Terrel Adams Methods and systems of producing molecular hydrogen using a plasma system at various pressures
US20080138676A1 (en) * 2006-10-20 2008-06-12 Charles Terrel Adams Methods and systems of producing molecular hydrogen using a plasma system in combination with a membrane separation system
US8511073B2 (en) * 2010-04-14 2013-08-20 Stewart Kaiser High efficiency cogeneration system and related method of use
JP4789116B2 (ja) * 2007-05-17 2011-10-12 本田技研工業株式会社 内燃機関用エタノール燃料改質システム
JP4483901B2 (ja) * 2007-06-29 2010-06-16 株式会社日立製作所 エンジンシステム
DE102007039081A1 (de) * 2007-08-18 2009-02-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennkraftmaschinensystem
JP4616878B2 (ja) * 2007-12-14 2011-01-19 三菱重工業株式会社 ガスエンジンシステムの制御方法及び該システム
JP4563443B2 (ja) * 2007-12-14 2010-10-13 三菱重工業株式会社 ガスエンジンシステムの制御方法及び該システム
EP2078834B1 (de) * 2008-01-10 2014-06-04 Haldor Topsoe A/S Verfahren und System zur Reinigung von Abgas aus Dieselmotoren
KR100983616B1 (ko) * 2008-06-25 2010-09-24 한국기계연구원 엔진의 개질가스 공급시스템
US8006653B2 (en) * 2008-07-22 2011-08-30 General Electric Company Combustion method, system, and article
DE102008041291A1 (de) * 2008-08-15 2010-02-18 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH NOx Reduktion in Abgasen
KR101784021B1 (ko) 2009-06-29 2017-10-10 몬산토 테크놀로지 엘엘씨 개질된 에탄올 엔진들
DE102010049957B4 (de) 2010-10-04 2013-11-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Abgasreinigungsvorrichtung, Verfahren zur Abgasreinigung sowie Pyrolysereaktor
JP5601362B2 (ja) * 2012-10-16 2014-10-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS517244B1 (de) * 1971-05-26 1976-03-06
GB1372160A (en) * 1972-03-22 1974-10-30 Nissan Motor Exhaust cleaning apparatus for internal combustion engines
DE2410644A1 (de) * 1974-03-06 1975-09-18 Reinhold Dipl Ing Schmidt Anordnungen an brennkraftmaschinen und/oder feuerungsanlagen bei methanol-betrieb
DE2501250A1 (de) * 1975-01-14 1976-07-15 Siemens Ag Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine
JPS51123422A (en) * 1975-04-21 1976-10-28 Nissan Motor Co Ltd Fuel modulating system
JPS5231995A (en) * 1975-09-08 1977-03-10 Nissan Motor Co Ltd Gas generator
JPS5264529A (en) * 1975-11-25 1977-05-28 Toyota Motor Corp Control method and device of fuel enriching device to be mounted on ca r
US4033133A (en) * 1976-03-22 1977-07-05 California Institute Of Technology Start up system for hydrogen generator used with an internal combustion engine
US4476818A (en) * 1982-09-03 1984-10-16 Conoco Inc. Constant air feed alcohol dissociation process for automobiles
US6155212A (en) * 1989-06-12 2000-12-05 Mcalister; Roy E. Method and apparatus for operation of combustion engines
JP2858405B2 (ja) * 1991-05-08 1999-02-17 アイシン精機株式会社 アフタバーナ制御装置
US5272871A (en) * 1991-05-24 1993-12-28 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Method and apparatus for reducing nitrogen oxides from internal combustion engine
JPH05106430A (ja) * 1991-10-16 1993-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 内燃機関の窒素酸化物低減装置
US5419121A (en) * 1993-04-16 1995-05-30 Engelhard Corporation Method and apparatus for reduction of pollutants emitted from automotive engines by flame incineration
US5813222A (en) * 1994-10-07 1998-09-29 Appleby; Anthony John Method and apparatus for heating a catalytic converter to reduce emissions
JPH0913955A (ja) * 1995-06-27 1997-01-14 Komatsu Ltd ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置
US5921076A (en) * 1996-01-09 1999-07-13 Daimler-Benz Ag Process and apparatus for reducing nitrogen oxides in engine emissions
US5845485A (en) * 1996-07-16 1998-12-08 Lynntech, Inc. Method and apparatus for injecting hydrogen into a catalytic converter
US5865262A (en) * 1996-07-24 1999-02-02 Ni; Xuan Z. Hydrogen fuel system for a vehicle
US5964089A (en) * 1997-06-27 1999-10-12 Lynntech, Inc Diagnostics and control of an on board hydrogen generation and delivery system
JP3565035B2 (ja) * 1998-07-10 2004-09-15 三菱ふそうトラック・バス株式会社 燃焼排ガス用NOx還元システム
DE19853379C1 (de) * 1998-11-19 2000-06-15 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Anordnung zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases

Also Published As

Publication number Publication date
DE10135643A1 (de) 2003-02-13
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