WO2018015294A1 - System und ein verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2018015294A1
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Norbert Lorenz Mergel
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Definitions

  • the invention relates to a system and a method for operating an internal combustion engine, wherein at least a partial flow of the exhaust gas flow is recirculated from an exhaust side of the internal combustion engine to a suction side of the internal combustion engine via a recirculation path with a reaction chamber to the internal combustion engine.
  • an internal combustion engine also referred to as an internal combustion engine or internal combustion engine
  • a mixture of fuel and air is burned to generate mechanical energy.
  • the exhaust gas generated in the combustion is discharged.
  • the exhaust gases contain, among others, carbon dioxide, carbon monoxide, unburned hydrocarbons and water.
  • DE 10 201 1 1 19 599 A1 or DE 10 2013 016 443 A1 referred to as reformer reaction chambers in which from a fuel-air mixture optionally with additional supply of exhaust gases and Water is generated a hydrogen-containing synthesis gas.
  • the synthesis gas can either be returned together with the fuel to the internal combustion engine or used in other ways.
  • a system for operating an internal combustion engine comprising a recirculation path arranged between the exhaust side and the intake side of the internal combustion engine for at least a partial flow of an exhaust gas stream of the internal combustion engine, a mixing chamber having a feed for hydrocarbonaceous fuel disposed in the recirculation path, is moved to the mixing chamber arranged reaction chamber with catalysts and a gas line system that connects the reaction chamber with the intake side of the engine, so that a gas flowing from the reaction chamber gas mixture is at least partially directly supplied to the engine, created, the reaction chamber at least partially designed as a heat exchanger and indirectly by means of a thermal energy the exhaust gas stream of the internal combustion engine can be heated, wherein an inlet for water and / or hydrogen is provided in front of or at the mixing chamber, in the Mixing chamber of at least the partial stream of the exhaust gas stream of the internal combustion engine, the supplied hydrocarbon-containing fuel and the supplied water and / or hydrogen, a gas mixture comprising a carbon component, such as carbon monoxide and
  • a method for operating an internal combustion engine in which at least a partial flow of an exhaust gas flow from the exhaust side of the internal combustion engine to the intake side of the internal combustion engine via a Return path with a mixing chamber and arranged after the mixing chamber reaction chamber in which catalysts are provided, is returned to the engine in gaseous form, wherein the reaction chamber is at least partially indirectly heated by a thermal energy of the exhaust stream of the engine, wherein the return path before or at the mixing chamber hydrocarbon-containing fuel and water and / or hydrogen are supplied, wherein in the mixing chamber at least a partial flow of the exhaust gas stream of the internal combustion engine, the supplied hydrocarbonaceous fuel and the supplied water and / or the supplied hydrogen to a gas mixture comprising a carbon component such as carbon monoxide and or carbon dioxide and / or hydrocarbon-containing fuel, and comprising a hydrogen component, such as water vapor and / or molecular hydrogen, are mixed, and wherein in the reaction With the use of the thermal energy of the exhaust gas stream and using the catalyst
  • At least a partial flow of the exhaust gas flow can be recirculated in the system according to the invention and / or the method according to the invention, so as to efficiently use chemically usable components present in the exhaust gas.
  • the system and / or method is / are both for the operation of an internal combustion engine provided in a motor vehicle as well as for an example provided in a combined heat and power plant internal combustion engine used to increase the efficiency of the internal combustion engine and reduce pollutant emissions.
  • the reaction chamber is designed in one embodiment such that a sabatizing process and / or a Fischer-Tropsch synthesis are carried out in the reaction chamber.
  • a sabatizing process and / or a Fischer-Tropsch synthesis are carried out in the reaction chamber.
  • other processes are also conceivable.
  • the selection of the necessary catalysts for this purpose is carried out by the skilled person, taking into account the fuel used and a desired fuel gas composition.
  • Catalysts used for the Sabatier process nickel or nickel alloys or even platinum group metals such as ruthenium are used in one embodiment.
  • Catalysts used for the Fischer-Tropsch process cobalt- and iron-containing in one embodiment
  • Catalysts used in one embodiment are ceramics, aluminum oxides, sintered compounds and temperature-stable metallic supports.
  • An oxygen is bound in carbon dioxide or water in an internal combustion engine combustion and expelled with the exhaust gas. This oxygen can be regenerated in the reaction chamber according to the invention for recovery in a subsequent combustion again. Therefore, with the system and method according to the invention less fresh air supply is required than in a conventional operation of an internal combustion engine. Depending on the fuel used and the amount of water added, it is conceivable to operate the internal combustion engine for a short time without additional supply of oxygen.
  • an internal combustion engine with an external lack of oxygen for example at altitudes or in mining mine environments, can be operated with undiminished power.
  • the hydrogen component used for the chemical reactions in the reaction chamber is exclusively hydrogen present in the hydrocarbon-containing fuel and / or the exhaust gas.
  • this hydrogen component can be obtained from the water vapor content of a partial flow of the exhaust gas flow which is not supplied to the return path or from excess water vapor content of the fuel gas mixture, advantageously via a corresponding condensate section.
  • the thus obtained hydrogen component is supplied to the mixing chamber.
  • an additional water source in particular a water tank is provided. The supply of water ensures that the reaction chamber operates with an excess of hydrogen, which further promotes the re-synthesis of a fuel gas mixture that can be utilized by the internal combustion engine.
  • the fuel used to operate the internal combustion engine is a carbonaceous, preferably liquid, fuel, such as gasoline, diesel, heavy fuel oil, fuel oil, etc.
  • the inventive system or method is operated in parallel with a conventional fuel supply system, with conventional fuel at the intake side along with in the reaction chamber synthesized fuel gas mixture is supplied. This mode of operation may be advantageous, for example, to more quickly reach an operating temperature that is necessary for the function of the reaction chamber.
  • the mixing chamber is designed in advantageous embodiments as a heat exchanger in order to form a gas mixture for the reaction chamber by indirectly using the thermal energy of the exhaust gas flow from the supplied materials.
  • the thermal energy present in the exhaust gas is preferably also used for the vaporization or gasification of the supplied fuel.
  • the hydrocarbons of the supplied fuel can already be cracked and isomerized in the mixing chamber.
  • a water supply system upstream of the mixing chamber comprising an evaporator chamber, wherein the evaporator chamber is designed to at least partially vaporize a supplied water in the evaporator chamber and / or to split it into hydrogen and oxygen.
  • additional catalysts are provided in the evaporator chamber, with the aid of which at least part of the water is split.
  • the evaporator chamber is arranged on an exhaust side of the internal combustion engine, in particular on an exhaust manifold of the internal combustion engine and connected to heat transfer this / this.
  • the existing in the exhaust gas thermal energy is not only used to supply energy for the reaction chamber, but also to evaporate with their help, the externally added water and split thermolytically or thermochemically.
  • the evaporator chamber is preferably located where the highest temperatures prevail on the engine outside of the combustion chamber, such as in the vicinity of the exhaust valves or on the exhaust manifold.
  • a distribution element is provided, by means of which an exhaust gas stream of the internal combustion engine can be subdivided into a main stream and at least one secondary stream, wherein the main stream of the exhaust gas can be fed to the reaction chamber to form the fuel gas mixture after it has previously heated the reaction chamber on the outside.
  • the at least one secondary flow or at least one secondary flow is used in advantageous embodiments for heating the mixing chamber.
  • the reaction chamber is configured to form a synthetic fuel gas mixture containing oxygen and hydrocarbons, such as methane, for the internal combustion engine.
  • the reaction chamber is in several, in particular in three, in Flow direction sequentially arranged process chambers divided, wherein in the process chambers different temperature levels can be realized and / or different catalysts are provided in the process chambers.
  • the reaction chamber is functionally divided into different process chambers.
  • the individual process chambers or subchambers of this reaction chamber are connected to one another by gas flows and can lie both parallel to one another and serially to one another.
  • a flow can be influenced, for example, by baffles.
  • the process chambers together form a main zone, wherein the reaction chamber is designed as a heat exchanger and also in one embodiment has a secondary zone materially separated from the main zone, through which an exhaust gas stream for heating the main zone is performed.
  • a heat insulation On an outside wall of the reaction chamber is a heat insulation, which should avoid a heat loss in the environment.
  • the thermal insulation is preferably designed individually for each process chamber so as to support the creation of a plurality of, but at least two, distinctly different temperature levels in the interior of the reaction chamber.
  • thermostable internals In the interior of the main chamber are preferably metallic or ceramic temperature-stable internals, in the form of designed as required grids, sheets, rods and tubes that form by their design and flexibility partly deceleration, partly acceleration sections, partly steering aids for the gas flow through the main chamber and thereby also to support the creation of several, but at least two, clearly delimited temperature stages and reaction zones in the interior of the reaction chamber.
  • These internals carry on their surfaces in advantageous embodiments catalysts or are made of catalytically active materials, wherein the design can also be made individually for each process chamber, so that on the catalysts or by these mediated chemical reactions can proceed in the process chambers of the main zone.
  • the reactions and catalysts to be established depend on the type of fuel with which the engine is to be operated, and are selected and arranged by those skilled in the art according to the state of the art and technology.
  • the main zone is designed and / or equipped in advantageous embodiments such that carried out in their steam reforming, the Sabatier-Senderens process, water gas shift reactions, syntheses according to Fischer and Tropsch and thermo-catalytic water splits become.
  • a fuel gas cooler between the outlet of the reaction chamber and the suction side of the internal combustion engine, wherein the fuel gas cooler preferably has an integrated gas storage, on which also a venting and pressure relief valve is provided.
  • a cooling system or more cooling systems can be used according to the prior art.
  • the fuel gas cooler is designed such that a branching of the gas stream takes place at the latest when entering the last cooler before the intake of the engine into several individual streams and then takes place in or immediately after the last cooler a new collection of the gas stream in a common gas storage
  • the gas storage is preferably designed with a device for collecting and removing condensation and / or a device for pressure equalization.
  • the gas storage is also preferably connected by means of a suitable gas line system with the engine so that each piston can suck depending on its clock required for combustion and kept ready in the gas storage gas.
  • a gas compressor is provided downstream in the return path to the reaction chamber. If present, the compressor sits in advantageous embodiments between the reaction chamber and the fuel gas cooler, so that the compressor receives the flowing gas stream from the reaction chamber and compressed to the subsequent fuel gas cooler emits again.
  • the kinetic energy of the exhaust gas is used to operate the compressor, wherein the compressor is driven by means disposed in the exhaust gas flow turbine. The turbine is arranged before or after a distribution element provided on the exhaust gas stream.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a system according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the system according to the invention with exemplary embodiment of the gas flows
  • FIG 3 shows a third embodiment of the system according to the invention, expanded by a fuel gas compressor
  • FIGS. 1 to 3 each show an embodiment of a system 2 for operating the internal combustion engine 1 coupled to an internal combustion engine 1.
  • the same reference numerals are used for the same or similar components. A repeated description of the components is omitted.
  • the internal combustion engine 1 also referred to as engine for short, in one embodiment it is a conventional internal combustion engine which operates, for example, after the Otto process or after the diesel process.
  • the engine 1 has an intake side 10 and an exhaust gas side 12.
  • a fuel for operating the engine 1 is a carbonaceous, preferably liquid fuel, such as gasoline, diesel, heavy fuel oil, etc.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the system 2 comprising three essential components, namely a recirculation section 3, also referred to as exhaust gas recirculation, a reaction chamber 4 arranged in the recirculation section 3 and a mixing chamber 6 arranged in the recirculation section 3.
  • a recirculation section 3 also referred to as exhaust gas recirculation
  • reaction chamber 4 arranged in the recirculation section 3
  • a mixing chamber 6 arranged in the recirculation section 3.
  • a primary fuel and air is possible in a conventional manner via an injection system or a carburetor 1 1 on the suction side 10.
  • a first partial flow of the gas from the exhaust side 12 is recirculated, only a smaller second partial flow passes through an exhaust pipe 71 into the environment.
  • a proportion of the first partial flow to the second partial flow may i.a. regulated by a throttle valve 72.
  • the mixing chamber 6 and the reaction chamber 4 are flowed around by the exhaust gas for the purpose of heat transfer. Downstream, the first partial flow of the exhaust gas stream passes through the mixing chamber 6 and the reaction chamber 4.
  • the mixing chamber 6 has an inlet 5 for the supply of hydrocarbon-containing fuel. A supply of the fuel via the inlet 5 is possible in addition to or as an alternative to the supply on the suction side.
  • the mixing chamber 6 further has an inlet 80 for water and / or hydrogen.
  • the first partial stream of the exhaust gas stream receives fuel and / or water and / or hydrogen and is driven by the exhaust gas pressure into the reaction chamber 4.
  • the supplied gas mixture is chemically reacted by means of catalysts, so that a synthetic fuel gas mixture for the internal combustion engine 1 is formed.
  • the finished fuel gas is fed back directly into the intake tract 10.
  • the system 2 according to FIGS. 2 and 3 comprises in each case a return line 3 with a plurality of sections 30, 32, 33, 34, 36, 38 for at least one partial flow of the exhaust gas. It is understood that the illustrated sections 30, 32, 33, 34, 36, 38 are merely exemplary and a number, a course, an arrangement, etc. of the sections can be made suitable by the skilled person depending on the application.
  • a reaction chamber 4 is provided, wherein at least the partial flow of the exhaust gas flow guided back to the internal combustion engine via the return path 3 is guided through the reaction chamber 4.
  • the sections 36, 38 form a gas line system connecting the reaction chamber to the intake side of the internal combustion engine.
  • a fuel inlet 5 is further provided in each case.
  • the fuel inlet 5 is provided in the illustrated embodiments at an upstream or upstream of the reaction chamber 4 arranged mixing chamber 6.
  • the mixing chamber 6 the fuel is mixed with a partial stream of the exhaust gas flow supplied via the sections 32, 33 from preceding combustion cycles of the engine 1.
  • the fuel-off-gas mixture is supplied to the reaction chamber 4 via the section 34.
  • the reaction chamber 4 is at least partially designed as a heat exchanger with a main zone 40 in which take place the chemical reactions, and a separate secondary zone 42 and indirectly heated by means of a thermal energy of the exhaust gas stream of the internal combustion engine 1.
  • the recirculation path 3 initially passes through a secondary zone 42 of the reaction chamber 4.
  • the secondary zone 42 is upstream of the main zone 40.
  • the main zone 40 is heated.
  • the partial flow of the exhaust gas is then the mixing chamber 6 and from this the main zone 40 supplied for a fuel gas mixture synthesis.
  • a heat insulation 44 is also provided, which will be discussed below.
  • the fuel is evaporated before being fed to the reaction chamber 40.
  • the mixing chamber 6 is also divided for this purpose as a heat exchanger into a main zone 60, in which the supplied fuel is mixed with the partial flow of the exhaust stream, and a secondary zone 62, is passed through which a heat-conducting partial flow of the exhaust gas.
  • a distribution element 7 is provided, by means of which the exhaust gas stream of the internal combustion engine 1 is subdivided into a main stream fed to the recirculation line 3 and a secondary stream branched off from it.
  • the main flow of the exhaust gas is supplied via the main zone 60 of the mixing chamber 6 of the main zone 40 of the reaction chamber 4 to form the fuel gas mixture.
  • the secondary flow can be used for heating the mixing chamber 6, wherein the secondary flow for this purpose by means of a line section 70 of the secondary zone 62 of the mixing chamber 6 can be fed. After heating the secondary zone 62, the secondary stream 62 is discharged via the exhaust pipe 71 into the environment.
  • the representation of the heat exchanger is merely exemplary.
  • the secondary zones 42, 62 surround the main zones 40, 60
  • embodiments are conceivable in which the main zones surround the secondary zones and / or the main zone or the secondary zone run in meandering fashion.
  • the recirculation section 3 additionally has an inlet 80 provided for the mixing of water vapor and / or hydrogen at the mixing chamber 6.
  • the mixing chamber 6 in the illustrated embodiment an inlet 81 for a pure water supply.
  • a reaction chamber 4 upstream water supply system 8 comprising an evaporator chamber 82 is provided.
  • the evaporator chamber 82 is arranged on an exhaust gas side 12 of the internal combustion engine 1, in particular on an exhaust manifold, not shown, of the internal combustion engine 1 and with this / this heat transfer connected. Due to the waste heat of the internal combustion engine 1, a water supplied to the evaporator chamber 82 at an inlet 84 is at least partially evaporated, so that the mixing chamber 6 is supplied via the inlet 80, a water vapor mixture.
  • the evaporator chamber 82 is alternatively or additionally designed such that even in the evaporator chamber 82, the added water is at least partially split into hydrogen and oxygen.
  • the evaporator chamber 82 is designed in advantageous embodiments as a thermolysis cell, in which case catalysts are additionally used.
  • a fuel gas cooler 9 is further provided between the outlet of the reaction chamber 4 and the suction side 10 of the internal combustion engine 1.
  • the fuel gas flow is split into partial flows for improved cooling.
  • the fuel gas cooler 9 has an integrated gas storage 90.
  • excess water vapor present in the fuel gas mixture is preferably condensed and removed. The water thus obtained is preferably recycled and reused.
  • the system 2 can additionally have one or more connections 20, 22, 24 for an air supply.
  • a fuel can be supplied in parallel to the supply to the mixing chamber 6 via a conventional device 1 1 in addition to the suction side.
  • a conventional device 1 1 in addition to the suction side.
  • Fuel is then supplied exclusively via the mixing zone 6.
  • a compressor 100 is additionally provided downstream of the reaction chamber 4 in the return path 3, wherein the compressor 100 is driven by means of a turbine 101 arranged in the first section 30.
  • the reaction chamber 4 of the system 2 is designed, as mentioned, to use the thermal energy of the exhaust gas flow from the fuel-exhaust gas mixture comprising a carbon component, such as carbon monoxide and / or carbon dioxide, and a hydrogen component, such as water vapor and / or or molecular hydrogen, forming a synthetic fuel gas, for example methane, and regenerated oxygen by converting the carbon monoxide and / or carbon dioxide present in the exhaust gas, which are then fed into the internal combustion engine 1.
  • catalysts for desired chemical reactions are preferably provided for this purpose.
  • a heating of the reaction chamber 4 takes place in the embodiments shown in FIGS. 2 and 3 via one of the secondary zone 42 of the reaction chamber 4 supplied exhaust gas stream.
  • the illustrated reaction chamber 4, more precisely the main zone 40 of the reaction chamber 4, is subdivided into a plurality of process chambers 45, 46, 47, arranged in the flow direction one after another, whereby different temperature stages can be realized in the process chambers 45, 46, 47 and / or in the process chambers 45, 46, 47
  • Process chambers 45, 46, 47 different catalysts are provided so that run in the process chambers 45, 46, 47 different chemical processes.
  • the process chambers 45, 46, 47 are fluidly connected to one another for the purpose of a continuous, free gas flow and are arranged parallel to one another or else serially one after the other as required.
  • cracking, reforming and ionization take place in the process chambers 45, 46, 47, the desired chemical processes being carried out according to the fuel used (gasoline, diesel, Heavy oils, waste oils, etc.) and the desired fuel gas.
  • the temperature levels can be influenced by suitable guidance of the exhaust gas flow, by active or passive cooling and / or the intended heat insulation. Due to suitable exhaust gas routing, a temperature in a process chamber 47 arranged at the outlet is advantageously highest, in which process chamber 47 a water which may possibly be present in the gas mixture is split into hydrogen and oxygen. However, the temperature is chosen so that an already synthesized hydrocarbon, such as an already synthesized methane, is no longer split.
  • 4 schematically shows a section through a reaction chamber 4 with a main zone 40 divided here into three process chambers 45, 46, 47 and a secondary zone 42 materially separated therefrom.
  • the three process chambers 45, 46, 47 are consecutively of one continuous Gas mixture flows through 31, which receives its flow energy from the exhaust pressure ago, since it consists in volume predominantly of exhaust gas.
  • a catalyst support 450, 460, 470 is provided in each case.
  • each process chamber 45, 46, 47 has an individualized heat insulation 44.
  • the design of the catalyst supports 450, 460, 470 and the design of the thermal insulation are dependent on the desired chemical processes.
  • the catalysts are preferably selected such that a sabatizing process or a Fischer-Tropsch synthesis are carried out in the process chambers 45, 46, 47.
  • a reaction chamber more preferably from other processes, such as a thermal-catalytic cleavage of water, cleavage and isomerization of hydrocarbons, steam reforming, provision of synthesis gas, water gas shift reaction.
  • the primary fuel and exhaust gases used are supplied from preceding combustion cycles of the engine 1, water and / or hydrogen and possibly air to the mixing chamber 6.
  • the supplied substances - if not already present as gas or vapor - are converted into steams and / or gases with the supply of heat and pressure.
  • the gas-vapor mixture thus obtained is fed to the reaction chamber 4.
  • the supplied gas-vapor mixture is converted into a fuel gas mixture for the engine 1, and from the exhaust gas, a secondary fuel for the engine 1 is newly synthesized while oxygen is also regenerated.
  • the fuel gas mixture is supplied to the engine 1 at its suction side 10. At least one partial flow of the exhaust gas, the main flow, is thereby continuously circulated and only a quantitatively small secondary flow 70, 62 is discharged to the environment.
  • the design of the reaction chamber 4 depends inter alia on the type of additionally supplied fuel. On the type of fuel and the desired composition of the newly synthesized fuel gas further depends on whether and where further outside air into the system. 2 a supply is as shown, but only in rare cases, for example in the mixing chamber 6, immediately after the mixing chamber 6 or following the reaction chamber 4 possible. Or a conventional air supply of the internal combustion engine 1 is maintained.
  • the fuel generated in the reaction chamber 4 is gaseous.
  • the internal combustion engine is operated as a gas engine and the fuel intake is advantageously integrated into the return path.
  • a provided in a conventional operation of an internal combustion engine carburetor or injection system can therefore be omitted in the operation of the engine according to the invention.
  • it is conceivable to provide the system in parallel with existing fuel carburetor and injection systems for example, for a quick start, cold start and / or interval operation on a conventional operation to change.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, wobei zumindest ein Teilstrom eines Abgasstroms von der Abgasseite (12) des Verbrennungsmotors (1) zu der Ansaugseite (10) des Verbrennungsmotors (1) über eine Rückführungsstrecke (3) mit einer Mischkammer (6) und einer nach der Mischkammer (6) angeordneten Reaktionskammer (4), in welcher Katalysatoren vorgesehen sind, zu dem Verbrennungsmotor gasförmig zurückgeführt wird, wobei die Reaktionskammer (4) zumindest abschnittsweise indirekt mittels einer thermischen Energie des Abgasstroms des Verbrennungsmotors (1) erwärmt wird, wobei der Rückführungsstrecke (3) vor oder an der Mischkammer (6) kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff und Wasser und/oder Wasserstoff zugeführt wird, wobei in der Mischkammer (6) zumindest der Teilstrom des Abgasstroms des Verbrennungsmotors (1), der zugeführte kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff und das zugeführte Wasser und/oder der zugeführte Wasserstoff zu einem Gasgemisch, umfassend eine Kohlenstoff-Komponente, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und/oder kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff, und umfassend eine Wasserstoff-Komponente, wie Wasserdampf und/oder molekularer Wasserstoff, vermengt werden, und wobei in der Reaktionskammer (4) unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms und unter Nutzung der Katalysatoren aus dem Gasgemisch unter Umwandlung des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxids und/oder Kohlenstoffdioxids sowie unter Umwandlung des zugegebenen kohlenstoffhaltigen Kraftstoffes ein synthetisches Brenngas-Gemisch für den Verbrennungsmotor gebildet wird, das regenerierten Sauerstoff und neu synthetisierte Kohlenwasserstoffe enthält.

Description

System und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
ANWENDUNGSGEBI ET UND STAND DER TECHNI K
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, wobei zumindest ein Teilstrom des Abgasstroms von einer Abgasseite des Verbrennungsmotors zu einer Ansaugseite des Verbrennungsmotors über eine Rückführungsstrecke mit einer Reaktionskammer zu dem Verbrennungsmotor zurückgeführt wird.
In einem Verbrennungsmotor, auch als Brennkraftmaschine oder Verbrennungskraftmaschine bezeichnet, wird ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft zur Erzeugung mechanischer Energie verbrannt. Nach erfolgter Verbrennung wird das bei der Verbrennung erzeugte Abgas ausgestoßen. Bei einer Verbrennung kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoffe enthalten die Abgase unter anderem Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Wasser.
Es ist beispielsweise aus DE 198 52 373 A1 und aus WO 2013/063052 A1 bekannt, dass unter Ausnutzung der Abwärme des Abgases aus dem Kohlenstoffdioxid/Kohlenstoffmonoxid und dem Wasser des Abgases mit Hilfe von Katalysatoren in einer Reaktionskammer neue sekundäre Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden können (Sabatier-Prozess, Fischer- Tropsch-Verfahren). Der verbrannte primäre Kraftstoff kann dadurch teilweise regeneriert werden. Der Betrieb eines Verbrennungsmotors kann ferner durch eine Aufbereitung des primären Kraftstoffes verbessert werden. Hier sind beispielsweise aus DE 1 1 2008 001 062 T5, DE 10 201 1 1 19 599 A1 oder DE 10 2013 016 443 A1 als Reformer bezeichnete Reaktionskammern bekannt, in welchen aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch ggf. unter zusätzlicher Zufuhr von Abgasen und Wasser ein wasserstoffhaltiges Synthesegas erzeugt wird. Das Synthesegas kann entweder gemeinsam mit dem Kraftstoff wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt oder auf andere Weise genutzt werden.
Daneben ist aus DE 2103008 A1 eine Abgasrückführung bekannt, wobei ein Brennstoff-Luft- Abgas-Gemisch einer Reaktionskammer zugeführt wird, um den zugeführten nicht klopffesten Brennstoff in Methan umzuwandeln, wobei das so entstandene Gasgemisch mit zusätzlichem Sauerstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Betrieb eines Verbrennungsmotors durch effiziente Nutzung verwertbarer Komponenten des motorischen Abgases zu schaffen und dies mit einer Aufbereitung des primären Kraftstoffes zu verbinden. Diese Aufgabe wird gelöst durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein System zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, umfassend eine zwischen der Abgasseite und der Ansaugseite des Verbrennungsmotors angeordnete Rückführungsstrecke für zumindest einen Teilstrom eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors, eine in der Rückführungsstrecke angeordnete Mischkammer mit einem Zulauf für kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff, eine nach der Mischkammer angeordnete Reaktionskammer mit Katalysatoren und ein Gasleitungssystem, das die Reaktionskammer mit der Ansaugseite des Verbrennungsmotors verbindet, sodass ein aus der Reaktionskammer strömendes Gasgemisch zumindest teilweise dem Verbrennungsmotor gasförmig direkt zuführbar ist, geschaffen, wobei die Reaktionskammer zumindest abschnittsweise als Wärmeübertrager gestaltet und indirekt mittels einer thermischen Energie des Abgasstroms des Verbrennungsmotors erwärmbar ist, wobei vor oder an der Mischkammer ein Zulauf für Wasser und/oder Wasserstoff vorgesehen ist, in der Mischkammer aus zumindest dem Teilstrom des Abgasstroms des Verbrennungsmotors, dem zugeführten kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff und dem zugeführten Wasser und/oder Wasserstoff ein Gasgemisch, umfassend eine Kohlenstoff-Komponente, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenwasserstoffe, und umfassend eine Wasserstoff-Komponente, wie Wasserdampf und/oder molekularer Wasserstoff, erzeugbar ist, und die Reaktionskammer gestaltet ist, um unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms und unter Nutzung der in der Reaktionskammer vorgesehenen Katalysatoren aus dem Gasgemisch unter Umwandlung des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxids und/oder Kohlenstoffdioxids sowie unter Umwandlung des zugegebenen kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffes ein synthetisches Brenngas-Gemisch für den Verbrennungsmotor zu bilden, das aus dem Abgas regenerierten Sauerstoff und neu synthetisierte Kohlenwasserstoffe enthält.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors geschaffen, bei dem zumindest ein Teilstrom eines Abgasstroms von der Abgasseite des Verbrennungsmotors zu der Ansaugseite des Verbrennungsmotors über eine Rückführungsstrecke mit einer Mischkammer und einer nach der Mischkammer angeordneten Reaktionskammer, in welcher Katalysatoren vorgesehen sind, zu dem Verbrennungsmotor gasförmig zurückgeführt wird, wobei die Reaktionskammer zumindest abschnittsweise indirekt mittels einer thermischen Energie des Abgasstroms des Verbrennungsmotors erwärmt wird, wobei der Rückführungsstrecke vor oder an der Mischkammer kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff und Wasser und/oder Wasserstoff zugeführt werden, wobei in der Mischkammer zumindest ein Teilstrom des Abgasstroms des Verbrennungsmotors, der zugeführte kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff und das zugeführte Wasser und/oder der zugeführte Wasserstoff zu einem Gasgemisch, umfassend eine Kohlenstoff-Komponente, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und/oder kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff, und umfassend eine Wasserstoff-Komponente, wie Wasserdampf und/oder molekularer Wasserstoff, vermengt werden, und wobei in der Reaktionskammer unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms und unter Nutzung der Katalysatoren aus dem Gasgemisch unter Umwandlung des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxids und/oder Kohlenstoffdioxids sowie unter Umwandlung zugegebenen kohlenstoffhaltigen Kraftstoffes ein synthetisches Brenngas-Gemisch für den Verbrennungsmotor gebildet wird, das regenerierten Sauerstoff und neu synthetisierte Kohlenwasserstoffe enthält.
Zumindest ein Teilstrom des Abgasstroms kann bei dem erfindungsgemäßen System und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren rezirkuliert werden, um so in dem Abgas vorhandene chemisch verwertbare Anteile effizient zu nutzen.
Das System und/oder das Verfahren ist/sind sowohl zum Betrieb eines in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors als auch für einen beispielsweise bei einem Blockheizkraftwerk vorgesehenen Verbrennungsmotor einsetzbar, um die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern und eine Schadstoffabgabe zu verringern. Für eine Neusynthese eines kohlenwasserstoffhaltigen Brenngas-Gemischs aus dem im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid ist die Reaktionskammer in einer Ausgestaltung derart gestaltet, dass in der Reaktionskammer ein Sabatier-Prozess und/oder eine Fischer-Tropsch-Synthese durchgeführt werden. Es sind jedoch - je nach in dem Verbrennungsmotor eingesetztem kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff - auch andere Prozesse denkbar. Die Auswahl der hierfür nötigen Katalysatoren erfolgt durch den Fachmann unter Berücksichtigung des eingesetzten Kraftstoffs und einer gewünschten Brenngas- Zusammensetzung. Für den Sabatier-Prozess werden in einer Ausgestaltung Nickel oder Nickellegierungen oder auch Metalle der Platingruppe wie Ruthenium verwendet. Für das Fischer-Tropsch-Verfahren werden in einer Ausgestaltung cobalt- und eisenhaltige Katalysatoren eingesetzt. Als Katalysatorträger dienen in einer Ausgestaltung Keramiken, Aluminiumoxide, Sintermassen und temperaturstabile metallische Träger.
Ein Sauerstoff wird bei einer in einem Verbrennungsmotor stattfindenden Verbrennung in Kohlenstoffdioxid oder Wasser gebunden und mit dem Abgas ausgestoßen. Dieser Sauerstoff kann in der erfindungsgemäßen Reaktionskammer für die Verwertung bei einer nachfolgenden Verbrennung wieder regeneriert werden. Es wird mit dem erfindungsgemäßen System und Verfahren daher weniger Frischluftzufuhr benötigt als bei einem herkömmlichen Betrieb eines Verbrennungsmotors. Je nach eingesetztem Kraftstoff und zugesetzter Wassermenge ist es dabei denkbar, den Verbrennungsmotor kurzzeitig auch ohne zusätzliche Sauerstoffzufuhr zu betreiben. Zudem kann mit dem erfindungsgemäßen System oder dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verbrennungsmotor unter externem Sauerstoffmangel, etwa in Höhenlagen oder in Bergwerksgrubenumgebungen, mit unverminderter Leistung betrieben werden.
Je nach Größe der Anlage können dabei mehrere Systeme oder einzelne Komponenten des Systems parallel betrieben werden, um so die einzelnen Bauteile geeignet zu dimensionieren. Auch kann mit überschüssigem Brenngas aus dem erfindungsgemäßen System bzw. Verfahren an einem Verbrennungsmotor noch ein zweiter Verbrennungsmotor unterstützend betrieben werden.
In einer Ausgestaltung wird als Wasserstoff-Komponente für die chemischen Umsetzungen in der Reaktionskammer ausschließlich in dem kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff und/oder dem Abgas vorhandener Wasserstoff verwendet. In einer Ausgestaltung kann diese Wasserstoffkomponente aus dem Wasserdampfgehalt eines nicht der Rückführungsstrecke zugeführten Teilstroms des Abgasstroms oder aus überschüssigem Wasserdampfgehalt des Brenngasgemischs gewonnen werden, zweckmäßigerweise über eine entsprechende Kondensatstrecke. Die so gewonnene Wasserstoff komponente wird der Mischkammer zugeführt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine zusätzliche Wasserquelle, insbesondere ein Wassertank vorgesehen. Durch die Wasserzufuhr wird erreicht, dass die Reaktionskammer mit einem Wasserstoffüberschuss arbeitet, wodurch die Neusynthese eines durch den Verbrennungsmotor verwertbaren Brenngas-Gemisches weiter begünstigt wird.
Als Kraftstoff zum Betreiben des Verbrennungsmotors dient ein kohlenstoffhaltiger, vorzugsweise flüssiger Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin, Diesel, Schweröl, Heizöl etc. In einer Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße System bzw. das erfindungsgemäße Verfahren parallel zu einem herkömmlichen Kraftstoffzufuhrsystem betrieben, wobei an der Ansaugseite herkömmlicher Kraftstoff zusammen mit dem in der Reaktionskammer synthetisierten Brenngas-Gemisch zugeführt wird. Diese Betriebsweise kann beispielsweise vorteilhaft sein, um schneller eine Betriebstemperatur zu erreichen, die für die Funktion der Reaktionskammer nötig ist.
Die Mischkammer ist in vorteilhaften Ausgestaltungen als Wärmeübertrager gestaltet, um unter indirekter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms aus den zugeführten Stoffen ein Gasgemisch für die Reaktionskammer zu bilden. Die in dem Abgas vorhandene thermische Energie wird dabei vorzugsweise auch zur Verdampfung oder Vergasung des zugeführten Kraftstoffs genutzt. Je nach Steuerung und Höhe der Temperatur können bereits in der Mischkammer die Kohlenwasserstoffe des zugeführten Kraftstoffs gecrackt und isomerisiert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein der Mischkammer vorgeschaltetes Wasserzufuhrsystem umfassend eine Verdampferkammer vorgesehen, wobei die Verdampferkammer gestaltet ist, um in der Verdampferkammer ein zugeführtes Wasser zumindest teilweise zu verdampfen und/oder in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. In der Verdampferkammer sind in einer Ausgestaltung zusätzlich Katalysatoren vorgesehen, mit deren Hilfe zumindest ein Teil des Wassers gespalten wird. Für eine Wärmezufuhr ist in vorteilhaften Ausgestaltungen dabei vorgesehen, dass die Verdampferkammer an einer Abgasseite des Verbrennungsmotors, insbesondere an einem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors angeordnet und mit dieser/diesem wärmeübertragend verbunden ist. Die in dem Abgas vorhandene thermische Energie wird dabei nicht nur zur Energiezufuhr für die Reaktionskammer genutzt, sondern auch um mit ihrer Hilfe das von außen zugegebene Wasser zu verdampfen und thermolytisch oder thermochemisch zu spalten. Die Verdampferkammer ist vorzugsweise dort angebracht, wo die höchsten Temperaturen am Motor außerhalb des Verbrennungsraumes herrschen, etwa in der Nähe der Auslassventile oder am Abgaskrümmer. In einer Ausgestaltung ist ein Verteilelement vorgesehen, mittels welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors in einen Hauptstrom und mindestens einen Nebenstrom unterteilbar ist, wobei der Hauptstrom des Abgases der Reaktionskammer zur Bildung des Brenngas- Gemisches zuführbar ist, nachdem er zuvor die Reaktionskammer außenseitig erwärmt hat. Der mindestens eine Nebenstrom oder mindestens ein Nebenstrom wird in vorteilhaften Ausgestaltungen für eine Erwärmung der Mischkammer genutzt.
Die Reaktionskammer ist gestaltet, um ein synthetisches, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methan, enthaltendes Brenngas-Gemisch für den Verbrennungsmotor zu bilden. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Reaktionskammer in mehrere, insbesondere in drei, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Prozesskammern unterteilt, wobei in den Prozesskammern unterschiedliche Temperaturstufen realisierbar und/oder in den Prozesskammern unterschiedliche Katalysatoren vorgesehen sind. In anderen Worten ist die Reaktionskammer funktionell in verschiedene Prozesskammern gegliedert. Die einzelnen Prozesskammern oder Teilkammern dieser Reaktionskammer sind durch Gasströmungen miteinander verbunden und können dabei sowohl parallel als auch seriell zueinander liegen. Eine Strömung kann beispielsweise durch Leitbleche beeinflusst werden. Die Prozesskammern bilden gemeinsam eine Hauptzone, wobei die Reaktionskammer als Wärmeübertrager gestaltet ist und zudem in einer Ausgestaltung eine von der Hauptzone stofflich getrennte Nebenzone aufweist, durch welche ein Abgasstrom für eine Erwärmung der Hauptzone geführt wird. An einer außenseitigen Wand der Reaktionskammer befindet sich eine Wärmeisolation, die zum einen Wärmeverluste in die Umwelt vermeiden soll. Die Wärmeisolation ist dabei vorzugsweise für jede Prozesskammer individuell gestaltet, um so eine Schaffung mehrerer, mindestens aber zweier, deutlich voneinander abgegrenzter Temperaturstufen im Innenraum der Reaktionskammer zu unterstützen. Im Innenraum der Hauptkammer sind vorzugsweise metallische oder keramische temperaturstabile Einbauten, in Form von nach Bedarf gestalteten Gittern, Blechen, Stäben und Röhren, die durch ihre Gestaltung und Beweglichkeit teils Verzögerungs-, teils Beschleunigungsstrecken, teils Lenkhilfen für den Gasstrom durch die Hauptkammer bilden und dadurch ebenfalls eine Schaffung mehrerer, mindestens aber zweier, deutlich voneinander abgegrenzter Temperaturstufen und Reaktionszonen im Innenraum der Reaktionskammer zu unterstützen. Diese Einbauten tragen auf ihren Oberflächen in vorteilhaften Ausgestaltungen Katalysatoren oder sind aus katalytisch aktiven Materialien hergestellt, wobei die Gestaltung ebenfalls für jede Prozesskammer individuell erfolgen kann, so dass an den Katalysatoren oder durch diese vermittelt chemische Reaktionen in den Prozesskammern der Hauptzone ablaufen können. Die hierbei einzurichtenden Reaktionen und Katalysatoren hängen von der Art des Kraftstoffes ab, mit dem der Motor betrieben werden soll, und werden vom Fachmann nach dem Stand der Wissenschaft und Technik ausgewählt und angeordnet. Neben allgemeinen chemisch-physikalischen Prozessen wie Ionisation und Pyrolyse ist die Hauptzone in vorteilhaften Ausgestaltungen derart gestaltet und/oder ausgerüstet, dass in ihr Dampfreformierungen, der Sabatier-Senderens-Prozess, Wassergas- Shift-Reaktionen, Synthesen gemäß Fischer und Tropsch sowie thermokatalytische Wasserspaltungen durchgeführt werden.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist zwischen dem Auslass der Reaktionskammer und der Ansaugseite des Verbrennungsmotors ein Brenngaskühler, wobei der Brenngaskühler vorzugsweise einen integrierten Gasspeicher aufweist, an dem außerdem ein Entlüftungs- und Druckentlastungsventil vorgesehen ist. Um das Brenngas-Gemisch, welches die Reaktionskammer verlässt, zu kühlen, können ein Kühlsystem oder mehrere Kühlsysteme nach dem Stand der Technik verwendet werden. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist der Brenngaskühler derart gestaltet, dass eine Verzweigung des Gasstromes spätestens beim Eintritt in den letzten Kühler vor dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors in mehrere Einzelströme erfolgt und anschließend noch im oder unmittelbar nach dem letzten Kühler eine erneute Sammlung des Gasstroms in einem gemeinsamem Gasspeicher erfolgt. Der Gasspeicher ist vorzugsweise mit einer Einrichtung zum Sammeln und Entfernen von Kondenswasser und/oder einer Vorrichtung zum Druckausgleich gestaltet. Der Gasspeicher ist zudem vorzugsweise mittels eines geeigneten Gasleitungssystems mit dem Verbrennungsmotor derart verbunden, dass jeder Kolben je nach seinem Takt das zur Verbrennung benötigte und im Gasspeicher bereitgehaltene Gas frei ansaugen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist in der Rückführungsstrecke nachgeschaltet zu der Reaktionskammer ein Gasverdichter vorgesehen. Sofern vorhanden, sitzt der Verdichter in vorteilhaften Ausgestaltungen zwischen der Reaktionskammer und dem Brenngaskühler, sodass der Verdichter den aus der Reaktionskammer strömenden Gasstrom aufnimmt und an den nachfolgenden Brenngaskühler verdichtet wieder abgibt. In vorteilhaften Ausgestaltungen wird die kinetische Energie des Abgases zum Betreiben des Verdichters genutzt, wobei der Verdichter mittels einer in dem Abgasstrom angeordneten Turbine angetrieben ist. Die Turbine ist dabei vor oder nach einem an dem Abgasstrom vorgesehenen Verteilelement angeordnet. KURZBESCHREI BU NG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
Fig.1 eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems, Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems mit beispielhafter Ausführung der Gasströme;
Fig. 3 eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems, erweitert um einen Brenngasverdichter; und
Fig. 4 den allgemeinen Aufbau einer Reaktionskammer. DETAI LLI ERTE BESCHREI BUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPI ELE
Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils eine mit einem Verbrennungsmotor 1 gekoppelte Ausführungsform eines Systems 2 zum Betreiben des Verbrennungsmotors 1 . In allen Figuren werden für gleiche oder ähnliche Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Auf eine wiederholte Beschreibung der Komponenten wird verzichtet.
Bei dem Verbrennungsmotor 1 , auch kurz als Motor bezeichnet, handelt es sich in einer Ausgestaltung um einen herkömmlichen Verbrennungsmotor, welcher beispielsweise nach dem Otto-Prozess oder nach dem Diesel-Prozess arbeitet. Der Motor 1 weist eine Ansaugseite 10 und eine Abgasseite 12 auf. Als Kraftstoff zum Betreiben des Motors 1 dient ein kohlenstoffhaltiger, vorzugsweise flüssiger Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin, Diesel, Schweröl, Heizöl etc.
Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung des Systems 2 umfassend drei wesentliche Komponenten, nämlich eine Rückführungsstrecke 3, auch als Abgasrückführung bezeichnet, eine in der Rückführungsstrecke 3 angeordnete Reaktionskammer 4 und eine in der Rückführungsstrecke 3 angeordnete Mischkammer 6.
Eine Zugabe eines primären Kraftstoffes und Luft ist auf herkömmliche Weise über ein Einspritzsystem oder einen Vergaser 1 1 an der Ansaugseite 10 möglich. Ein erster Teilstrom des Gases von der Abgasseite 12 wird rezirkuliert, nur ein kleinerer zweiter Teilstrom geht über ein Auspuffrohr 71 in die Umwelt. Eine Proportion des ersten Teilstroms zu dem zweiten Teilstrom kann u.a. über eine Drosselklappe 72 reguliert werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Mischkammer 6 und die Reaktionskammer 4 vom Abgas zum Zwecke der Wärmeübertragung umströmt. Stromabwärts zieht der erste Teilstrom des Abgasstroms durch die Mischkammer 6 und Reaktionskammer 4 hindurch. Die Mischkammer 6 besitzt einen Zulauf 5 zur Zufuhr von kohlenwasserstoffhaltigem Kraftstoff. Eine Zufuhr des Kraftstoffs über den Zulauf 5 ist dabei zusätzlich oder alternativ zu der Zufuhr an der Ansaugseite möglich.
Die Mischkammer 6 besitzt weiter einen Zulauf 80 für Wasser und/oder Wasserstoff. In der Mischkammer 6 nimmt der erste Teilstrom des Abgasstroms Kraftstoff und/oder Wasser und/oder Wasserstoff auf und wird vom Abgasdruck in die Reaktionskammer 4 getrieben. In der Reaktionskammer 4 wird mit Hilfe von Katalysatoren das zugeführte Gasgemisch chemisch umgesetzt, sodass ein synthetisches Brenngas-Gemisch für den Verbrennungsmotor 1 gebildet wird. Das fertige Brenngas wird direkt in den Ansaugtrakt 10 zurückgeführt.
In der Reaktionskammer 4 werden mit Hilfe von Katalysatoren aus dem Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserdampf des Abgases sowie mit Hilfe der Abwärme des Abgases neue Kohlenwasserstoffe synthetisiert, der Sauerstoff wird regeneriert und das gesamte neue Gasgemisch wieder der Ansaugseite 10 zugeführt. In Figur 2 und 3 werden die Gasströmungen detaillierter ausgeführt. Das System 2 gemäß Fig. 2 und 3 umfasst jeweils eine Rückführungsstrecke 3 mit mehreren Abschnitten 30, 32, 33, 34, 36, 38 für zumindest einen Teilstrom des Abgases. Es versteht sich, dass die dargestellten Abschnitte 30, 32, 33, 34, 36, 38 lediglich beispielhaft sind und eine Anzahl, ein Verlauf, eine Anordnung etc. der Abschnitte je nach Anwendung durch den Fachmann geeignet gestaltet werden kann. In der Rückführungsstrecke 3 ist eine Reaktionskammer 4 vorgesehen, wobei zumindest der über die Rückführungsstrecke 3 zu dem Verbrennungsmotor zurück geführte Teilstrom des Abgasstroms durch die Reaktionskammer 4 geführt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Abschnitte 36, 38 ein Gasleitungssystem, das die Reaktionskammer mit der Ansaugseite des Verbrennungsmotors verbindet. In den in Fig. 2 und 3 dargestellten Rückführungsstrecken 3 ist weiter jeweils ein Kraftstoff- Zulauf 5 vorgesehen. Der Kraftstoff-Zulauf 5 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen an einer stromaufwärts oder vor der Reaktionskammer 4 angeordneten Mischkammer 6 vorgesehen. In der Mischkammer 6 wird der Kraftstoff mit einem über die Abschnitte 32, 33 zugeführten Teilstrom des Abgasstroms aus vorausgehenden Verbrennungstakten des Motors 1 vermengt. Das Kraftstoff-Abgas-Gemisch wird über den Abschnitt 34 der Reaktionskammer 4 zugeführt. Die Reaktionskammer 4 ist zumindest abschnittsweise als Wärmeübertrager mit einer Hauptzone 40, in welcher die chemischen Umsetzungen stattfinden, und einer davon getrennten Nebenzone 42 gestaltet und indirekt mittels einer thermischen Energie des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 1 erwärmbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel führt die Rückführungsstrecke 3 zunächst durch eine Nebenzone 42 der Reaktionskammer 4. In anderen Worten liegt die Nebenzone 42 stromaufwärts der Hauptzone 40. Mittels des durch die Nebenzone 42 strömenden Teilstroms des Abgases wird die Hauptzone 40 erwärmt. Der Teilstrom des Abgases wird anschließend der Mischkammer 6 und von dieser der Hauptzone 40 für eine Brenngas-Gemisch-Synthese zugeführt. An der Reaktionskammer 4 ist zudem eine Wärmeisolation 44 vorgesehen, welche weiter unten erörtert wird.
In vorteilhaften Ausgestaltungen wird der Kraftstoff vor einer Zufuhr zu der Reaktionskammer 40 verdampft. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Mischkammer 6 zu diesem Zweck ebenfalls als Wärmeübertrager in eine Hauptzone 60, in welcher der zugeführte Kraftstoff mit dem Teilstrom des Abgasstroms vermengt wird, und eine Nebenzone 62 aufgeteilt, durch die ein Wärme führender Teilstrom des Abgases geleitet wird.
In den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist jeweils ein Verteilelement 7 vorgesehen, mittels welchem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 1 in einen der Rückführungsstrecke 3 zugeführten Hauptstrom und einen davon abgezweigten Nebenstrom unterteilt wird. Der Hauptstrom des Abgases wird über die Hauptzone 60 der Mischkammer 6 der Hauptzone 40 der Reaktionskammer 4 zur Bildung des Brenngas-Gemisches zugeführt. Der Nebenstrom ist für eine Erwärmung der Mischkammer 6 nutzbar, wobei der Nebenstrom hierfür mittels eines Leitungsabschnitts 70 der Nebenzone 62 der Mischkammer 6 zuführbar ist. Nach einer Erwärmung der Nebenzone 62 wird der Nebenstrom 62 über das Auspuffrohr 71 in die Umgebung ausgelassen. Es ist offensichtlich, dass stromabwärts der Nebenzone 62 dabei theoretisch noch zusätzliche Vorrichtungen für eine Reinigung des restlichen, nach außen geführten Abgasstroms vorgesehen sein können - praktisch erübrigen sie sich. Mittels eines Drosselventils 72 ist die mengenmäßige Aufteilung des Abgasstroms in den Hauptstrom und den Nebenstrom regulierbar.
Die Darstellung der Wärmeübertrager ist lediglich beispielhaft. Selbstverständlich sind alternativ zu den dargestellten Ausführungsformen, bei welchen die Nebenzonen 42, 62 die Hauptzonen 40, 60 umgeben, Ausgestaltungen denkbar, bei welchen die Hauptzonen die Nebenzonen umgeben und/oder die Hauptzone oder die Nebenzone mäanderförmig verlaufen. Bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten System 2 weist die Rückführungsstrecke 3 zudem einen an der Mischkammer 6 vorgesehenen Zulauf 80 für eine Wasserdampf- und/oder Wasserstoff-Zufuhr auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Mischkammer 6 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Zulauf 81 für eine reine Wasserzufuhr auf.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein der Reaktionskammer 4 vorgeschaltetes Wasserzufuhrsystem 8 umfassend eine Verdampferkammer 82 vorgesehen. Die Verdampferkammer 82 ist an einer Abgasseite 12 des Verbrennungsmotors 1 , insbesondere an einem nicht dargestellten Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors 1 angeordnet und mit dieser/diesem wärmeübertragend verbunden. Aufgrund der Abwärme des Verbrennungsmotors 1 wird ein der Verdampferkammer 82 an einem Zulauf 84 zugeführtes Wasser zumindest teilweise verdampft, sodass der Mischkammer 6 über den Zulauf 80 ein Wasserdampf-Gemisch zugeführt wird. Die Verdampferkammer 82 ist alternativ oder zusätzlich derart gestaltet, dass bereits in der Verdampferkammer 82 das zugegebene Wasser zumindest teilweise in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Zu diesem Zweck ist die Verdampferkammer 82 in vorteilhaften Ausgestaltungen als Thermolyse-Zelle gestaltet, wobei dann zusätzlich Katalysatoren eingesetzt werden.
Bei dem in Figur 2 und 3 dargestellten System 2 ist weiter zwischen dem Auslass der Reaktionskammer 4 und der Ansaugseite 10 des Verbrennungsmotors 1 ein Brenngaskühler 9 vorgesehen. In dem dargestellten Brenngaskühler 9 erfolgt eine Aufteilung des Brenngasstroms in Teilströme für eine verbesserte Kühlung. Zudem weist der Brenngaskühler 9 einen integrierten Gasspeicher 90 auf. An dem Brenngaskühler 9 wird vorzugsweise auch in dem Brenngas-Gemisch vorhandener überschüssiger Wasserdampf kondensiert und entfernt. Das hierbei erhaltene Wasser wird vorzugsweise zurückgeführt und wiederverwendet.
Das System 2 kann je nach Anwendungsfall zusätzlich einen oder mehrere Anschlüsse 20, 22, 24 für eine Luft-Zufuhr aufweisen. Ein Kraftstoff kann parallel zur Zufuhr an der Mischkammer 6 über eine herkömmliche Einrichtung 1 1 zusätzlich an der Ansaugseite zugeführt werden. In vorteilhaften Ausführungen der Erfindung kann auf die herkömmliche Kraftstoff- und Luftzufuhr auch ganz verzichtet werden. Kraftstoff wird dann ausschließlich über die Mischzone 6 zugeführt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zudem in der Rückführungsstrecke 3 nachgeschaltet zu der Reaktionskammer 4 ein Verdichter 100 vorgesehen, wobei der Verdichter 100 mittels einer in dem ersten Abschnitt 30 angeordneten Turbine 101 angetrieben wird.
Die Reaktionskammer 4 des erfindungsgemäßen Systems 2 ist wie erwähnt gestaltet, um unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms aus dem Kraftstoff-Abgas-Gemisch umfassend eine Kohlenstoff-Komponente, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid, und eine Wasserstoff-Komponente, wie Wasserdampf und/oder molekularer Wasserstoff, unter Umwandlung des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxids und/oder Kohlenstoffdioxids ein synthetisches Brenngas, beispielsweise Methan, sowie regenerierten Sauerstoff zu bilden, die dann in den Verbrennungsmotor 1 geführt werden. In der Reaktionskammer 4 sind zu diesem Zweck vorzugsweise Katalysatoren für erwünschte chemische Reaktionen vorgesehen. Eine Erwärmung der Reaktionskammer 4 erfolgt in den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausgestaltungen über einen der Nebenzone 42 der Reaktionskammer 4 zugeführten Abgasstrom. Die dargestellte Reaktionskammer 4, genauer die Hauptzone 40 der Reaktionskammer 4, ist in mehrere, hier beispielhaft drei, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Prozesskammern 45, 46, 47 unterteilt, wobei in den Prozesskammern 45, 46, 47 unterschiedliche Temperaturstufen realisierbar und/oder in den Prozesskammern 45, 46, 47 unterschiedliche Katalysatoren vorgesehen sind, sodass in den Prozesskammern 45, 46, 47 unterschiedliche chemische Prozesse ablaufen. Die Prozesskammern 45, 46, 47 sind zum Zweck eines durchgehend freien Gasdurchflusses strömungstechnisch miteinander verbunden und liegen je nach Bedarf parallel zueinander oder auch seriell nacheinander. In den Prozesskammern 45, 46, 47 finden zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Neusynthese eines Brenngases aus im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid auch ein Cracken, eine Reformierung und eine Ionisation statt, wobei die gewünschten chemischen Prozesse gemäß dem verwendeten Kraftstoff (Benzin, Diesel, Schweröle, Abfallöle, etc.) und dem erwünschten Brenngas eingerichtet werden.
Die Temperaturstufen sind durch geeignete Führung des Abgasstroms, durch aktive oder passive Kühlung und/oder die vorgesehene Wärmeisolation beeinflussbar. Aufgrund geeigneter Abgasführung ist vorteilhafterweise eine Temperatur in einer am Auslass angeordneten Prozesskammer 47 am höchsten, wobei in dieser Prozesskammer 47 ein evtl. im Gasgemisch vorhandenes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Gleichwohl ist die Temperatur so gewählt, dass ein bereits synthetisierter Kohlenwasserstoff, beispielsweise ein bereits synthetisiertes Methan, nicht mehr gespalten wird. Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Reaktionskammer 4 mit einer hier in drei Prozesskammern 45, 46, 47 aufgeteilten Hauptzone 40 und einer davon stofflich getrennten Nebenzone 42. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die drei Prozesskammern 45, 46, 47 nacheinander von einem kontinuierlichen Gasgemisch 31 durchströmt, das seine Strömungsenergie vom Abgasdruck her erhält, da es volumenmäßig überwiegend aus Abgas besteht. In den Prozesskammern 45, 46, 47 ist jeweils ein Katalysatorträger 450, 460, 470 vorgesehen. Zudem weist jede Prozesskammer 45, 46, 47 eine individualisierte Wärmeisolation 44 auf. Die Gestaltung der Katalysatorträger 450, 460, 470 und die Gestaltung der Wärmeisolation sind abhängig von den gewünschten chemischen Prozessen. Für eine Neusynthese von kohlenwasserstoffhaltigem Brenngas aus dem im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid sind die Katalysatoren vorzugsweise derart gewählt, dass in den Prozesskammern 45, 46, 47 ein Sabatier-Prozess oder eine Fischer-Tropsch-Synthese durchgeführt werden. Zudem laufen in einer Reaktionskammer insgesamt vorzugsweise weitere Prozesse ab, wie beispielsweise eine thermisch-katalytische Spaltung von Wasser, Spaltung und Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen, Dampfreformierung, Bereitstellung von Synthesegas, Wassergas-Shift- Reaktion.
Für einen Betrieb des Verbrennungsmotors 1 werden der eingesetzte primäre Kraftstoff und Abgase aus vorausgehenden Verbrennungstakten des Motors 1 , Wasser und/oder Wasserstoff sowie ggf. Luft der Mischkammer 6 zugeführt. In der Mischkammer 6 werden die zuführten Stoffe - sofern nicht bereits als Gas oder Dampf vorliegend - unter Zufuhr von Wärme und unter Ausnutzung von Druck in Dämpfe und/oder Gase umgewandelt. Das so erhaltene Gas- Dampf-Gemisch wird der Reaktionskammer 4 zugeführt. In der Reaktionskammer 4 wird das zugeführte Gas-Dampf-Gemisch in ein Brenngas-Gemisch für den Motor 1 umgewandelt, wobei aus dem Abgas heraus ein sekundärer Kraftstoff für den Motor 1 neu synthetisiert und dabei außerdem Sauerstoff regeneriert wird. Das Brenngas-Gemisch wird dem Motor 1 an dessen Ansaugseite 10 zugeführt. Zumindest ein Teilstrom des Abgases, der Hauptstrom, wird dabei fortlaufend zirkuliert und lediglich ein mengenmäßig kleiner Nebenstrom 70, 62 an die Umgebung ausgestoßen.
Bei einem von dem Erfinder gebauten Prototyp hat sich eine volumenmäßige Aufteilung des Abgasstromes, Hauptstrom zu Nebenstrom, im Verhältnis 2:1 bewährt. Der kleinere Teil stellt das reale, in die Umwelt gehende Abgas dar, das jedoch weiter gedrosselt wird, je nach Effizienz der in der Reaktionskammer 4 arbeitenden chemischen Prozesse. Der weitaus größere Teil des aus dem Verbrennungsmotor 1 strömenden Abgases wird fortlaufend rezirkuliert und gelangt vom Verbrennungsmotor 1 über die Mischkammer 6 und durch die Reaktionskammer 4 hindurch in einem ununterbrochenen Gasfluss zurück in den Ansaugtrakt 10 des Verbrennungsmotors 1 . Auf diesem Weg lassen sich bei gleicher Leistung des Verbrennungsmotors 1 Kraftstoffeinsparungen von mindestens 50% erreichen. Das restliche, quantitativ stark reduzierte reale Abgas liegt außerdem qualitativ weit unterhalb der gegenwärtigen oder geplanten Grenzwerte gesetzlicher Abgasnormen.
Die Gestaltung der Reaktionskammer 4 hängt u.a. von der Art des zusätzlich zugeführten Kraftstoffes ab. Von der Art des Kraftstoffs und der gewünschten Zusammensetzung des neu synthetisierten Brenngases hängt weiter ab, ob und wo weitere Außenluft in das System 2 eingeführt wird, ein Zufuhr ist wie dargestellt, jedoch nur in seltenen Fällen beispielsweise in der Mischkammer 6, unmittelbar nach der Mischkammer 6 oder im Anschluss an die Reaktionskammer 4 möglich. Oder es wird eine herkömmliche Luftzufuhr des Verbrennungsmotors 1 beibehalten. Der in der Reaktionskammer 4 erzeugte Brennstoff ist gasförmig. Der Verbrennungsmotor wird als Gasmotor betrieben und die Kraftstoffaufnahme ist vorteilhafterweise in die Rückführungsstrecke hinein integriert. Ein bei einem herkömmlichen Betrieb eines Verbrennungsmotors vorgesehener Vergaser oder Einspritzsystem kann daher bei dem erfindungsgemäßen Betrieb des Motors entfallen. Es ist jedoch denkbar, das System parallel zu bestehenden Kraftstoffvergaser und -Einspritzsystemen vorzusehen, um beispielsweise für einen Schnellstart, Kaltstart und/oder Intervall betrieb auf einen herkömmlichen Betrieb umstellen zu können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
System zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1 ), umfassend eine zwischen der Abgasseite (12) und der Ansaugseite (10) des Verbrennungsmotors (1 ) angeordnete Rückführungsstrecke (3) für zumindest einen Teilstrom eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (1 ), eine in der Rückführungsstrecke (3) angeordnete Mischkammer (6) mit einem Zulauf (5) für kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff, eine in der Rückführungsstrecke (3) nach der Mischkammer (6) angeordnete Reaktionskammer (4) mit Katalysatoren, und ein Gasleitungssystem (36, 38), das die Reaktionskammer (4) mit der Ansaugseite (10) des Verbrennungsmotors (1 ) verbindet, sodass ein aus der Reaktionskammer (4) strömendes Gasgemisch zumindest teilweise dem Verbrennungsmotor (1 ) gasförmig direkt zuführbar ist, wobei die Reaktionskammer (4) zumindest abschnittsweise als Wärmeübertrager gestaltet und indirekt mittels einer thermischen Energie des Abgasstroms des Verbrennungsmotors erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
vor oder an der Mischkammer (6) ein Zulauf (80, 81 ) für Wasser und/oder Wasserstoff vorgesehen ist,
in der Mischkammer (6) aus zumindest dem Teilstrom des Abgasstroms des Verbrennungsmotors (1 ), dem zugeführten kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoff und dem zugeführten Wasser und/oder Wasserstoff ein Gasgemisch, umfassend eine Kohlenstoff-Komponente, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenwasserstoffe, und umfassend eine Wasserstoff-Komponente, wie Wasserdampf und/oder molekularer Wasserstoff, erzeugbar ist, und
die Reaktionskammer (4) gestaltet ist, um unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms und unter Nutzung der in der Reaktionskammer (4) vorgesehenen Katalysatoren aus dem Gasgemisch unter Umwandlung des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxids und/oder Kohlenstoffdioxids sowie unter Umwandlung des zugegebenen kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffes ein synthetisches Brenngas- Gemisch für den Verbrennungsmotor (1 ) zu bilden, das aus dem Abgas regenerierten Sauerstoff und neu synthetisierte Kohlenwasserstoffe enthält.
System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (6) zumindest abschnittsweise als Wärmeübertrager gestaltet ist, um unter indirekter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms aus den zugeführten Stoffen das Gasgemisch für die Reaktionskammer (4) zu bilden. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Mischkammer (6) vorgeschaltetes Wasserzufuhrsystem (8) umfassend eine Verdampferkammer (82) vorgesehen ist, wobei die Verdampferkammer (82) gestaltet ist, um in der Verdampferkammer (82) ein zugeführtes Wasser zumindest teilweise zu verdampfen und/oder in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkammer (82) an einer Abgasseite (12) des Verbrennungsmotors (1 ), insbesondere an einem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors (1 ) angeordnet und mit dieser/diesem wärmeübertragend verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Verteilelement (7) vorgesehen ist, mittels welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors (1 ) in einen Hauptstrom und mindestens einen Nebenstrom unterteilbar ist, wobei der Hauptstrom des Abgases der Reaktionskammer (4) zur Bildung des Brenngas-Gemisches zuführbar ist, und wobei vorzugsweise der mindestens eine Nebenstrom für eine Erwärmung der Mischkammer (6) nutzbar ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Reaktionskammer (4) in mehrere, insbesondere in drei, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Prozesskammern (45, 46, 47) unterteilt ist, wobei in den Prozesskammern (45, 46, 47) unterschiedliche Temperaturstufen realisierbar und/oder in den Prozesskammern (45, 46, 47) unterschiedliche Katalysatoren vorgesehen sind, und wobei vorzugsweise eine Temperatur in einer am Auslass angeordneten Prozesskammer (47) am höchsten ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Gasleitungssystem (36, 38) zwischen dem Auslass der Reaktionskammer (4) und der Ansaugseite (10) des Verbrennungsmotors (1 ) ein Brenngaskühler (9) vorgesehen ist, wobei der Brenngaskühler (9) vorzugsweise einen integrierten Gasspeicher (90) aufweist, an dem ein Druckentlastungsventil vorgesehen ist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Rückführungsstrecke (3) nachgeschaltet zu der Reaktionskammer (4) ein Verdichter (100) vorgesehen ist, wobei der Verdichter (100) vorzugsweise mittels einer in dem Abgasstrom angeordneten Turbine (101 ) angetrieben ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1 ), wobei zumindest ein Teilstrom eines Abgasstroms von der Abgasseite (12) des Verbrennungsmotors (1 ) zu der Ansaugseite (10) des Verbrennungsmotors (1 ) über eine Rückführungsstrecke (3) mit einer Mischkammer (6) und einer nach der Mischkammer (6) angeordneten Reaktionskammer (4), in welcher Katalysatoren vorgesehen sind, zu dem Verbrennungsmotor gasförmig zurückgeführt wird, wobei der Rückführungsstrecke (3) vor oder an der Mischkammer (6) kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff zugeführt wird, wobei die Reaktionskammer (4) zumindest abschnittsweise indirekt mittels einer thermischen Energie des Abgasstroms des Verbrennungsmotors (1 ) erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rückführungsstrecke (3) vor oder an der Mischkammer (6) Wasser und/oder Wasserstoff zugeführt wird,
in der Mischkammer (6) zumindest der Teilstrom des Abgasstroms des Verbrennungsmotors (1 ), der zugeführte kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff und das zugeführte Wasser und/oder der zugeführte Wasserstoff zu einem Gasgemisch, umfassend eine Kohlenstoff-Komponente, wie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und/oder kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoff, und umfassend eine Wasserstoff-Komponente, wie Wasserdampf und/oder molekularer Wasserstoff, vermengt werden, und
in der Reaktionskammer (4) unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms und unter Nutzung der Katalysatoren aus dem Gasgemisch unter Umwandlung des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffmonoxids und/oder Kohlenstoffdioxids sowie unter Umwandlung des zugegebenen kohlenstoffhaltigen Kraftstoffes ein synthetisches Brenngas-Gemisch für den Verbrennungsmotor gebildet wird, das regenerierten Sauerstoff und neu synthetisierte Kohlenwasserstoffe enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (6) unter Nutzung der thermischen Energie des Abgasstroms erwärmt wird, um aus den ihr zugeführten Stoffen ein gasförmiges Gemisch für die Reaktionskammer (4) zu bilden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser in einer Verdampferkammer (82) zumindest teilweise verdampft und/oder mindestens teilweise gespalten wird und das dabei entstehende Gemisch aus Wasser, Wasserdampf, Sauerstoff und Wasserstoff über die Mischkammer (6) der Rückführungsstrecke (3) und der Reaktionskammer (4) zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkammer (82) durch eine Abwärme des Verbrennungsmotors (82) erwärmt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Abgasstrom des Verbrennungsmotors (1 ) in einen Hauptstrom und mindestens einen Nebenstrom unterteilt wird, wobei der Hauptstrom des Abgases der Reaktionskammer (4) zur Bildung des Brenngas-Gemisches zuführbar ist, und wobei vorzugsweise der mindestens eine Nebenstrom für eine Erwärmung der Mischkammer (6) genutzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (4) in mehrere, insbesondere in drei, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Prozesskammern (45, 46, 47) unterteilt ist, wobei in den Prozesskammern (45, 46, 47) unterschiedliche Temperaturstufen realisiert werden, und wobei vorzugsweise eine Temperaturstufe in einer am Auslass angeordneten Prozesskammer (47) am höchsten ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Reaktionskammer erzeugtes Brenngas-Gemisch zwischen dem Auslass der Reaktionskammer (16) und der Ansaugseite (2) des Verbrennungsmotors (1 ) abgekühlt und/oder teilweise zwischengespeichert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Reaktionskammer erzeugtes Brenngas-Gemisch zwischen dem Auslass der Reaktionskammer (16) und der Ansaugseite (2) des Verbrennungsmotors (1 ) verdichtet wird, wobei ein Verdichten vorzugsweise mittels einer in dem Abgasstrom angeordneten Turbine (101 ) erfolgt.
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