(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素である第１の燃料と、液状の燃料である第２の燃料とを含有する少なくとも２種の燃料を用いて内燃機関を運転する方法であって、前記少なくとも２種の異なる燃料を内燃機関の少なくとも１つの燃焼室（１３０）に同時に供給し、該少なくとも１つの燃焼室（１３０）に供給された前記少なくとも２種の燃料の量比を変化させる形式のものにおいて、前記少なくとも２種の燃料量比を内燃機関の触媒器温度に関連して決定し、前記触媒器温度が上昇した場合には、前記燃焼室（１３０）に供給された水素の量を、前記燃焼室（１３０）に供給された前記液状の燃料量に対し、前記触媒器の温度に比例した所定の値だけ減少させ、前記触媒器（１５０）に供給された水素空気混合物の水素を前記第１の燃料のタンクから供給することを特徴とする、内燃機関を運転する方法。
【請求項２】
前記液状の燃料がベンジン又はディーゼルである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
触媒器（１５０）を備えた排ガス装置を有する内燃機関を、第１の燃料としての水素と第２の燃料としての液状の燃料とを含有する少なくとも２種の燃料を用いて運転する装置であって、前記異なる燃料のための少なくとも２つの燃料供給装置と、該燃料供給装置と内燃機関の燃焼室（１３０）との間に配置された少なくとも１つの燃料調量ユニットとを有し、該少なくとも１つの燃料調量ユニットが、前記少なくとも２種の燃料を同時に調量するための少なくとも１つの燃料調量装置（３０，８０）と、前記少なくとも２種の燃料を個別に制御するための制御ユニット（１００）と、内燃機関の少なくとも１つの特性値を検出する手段と、該少なくとも１つの特性値から前記少なくとも２種の燃料の量を決定するための手段とを有している形式のものにおいて、前記少なくとも１つの特性値を検出する前記手段が、前記触媒器（１５０）に配置された温度センサ（１７０）であって、該温度センサ（１７０）が前記制御ユニット（１００）に接続されており、前記燃料供給装置の少なくとも１つが水素タンク（６０）と接続されているか（ａ）又は少なくとも１つの別の燃料供給装置から供給可能な燃料を水素に変換するためのリフォーマ（６０′）と接続されており、（ｂ）該リフォーマ（６０′）自体が前記少なくとも１つの別の燃料供給装置と接続されており、１つの水素供給装置と前記触媒器（１５０）との間に、水素空気混合物を調量するための少なくとも１つの調量弁（２００）を有する水素導管（１９０）が配置されており、前記燃焼室（１３０）に供給された液体燃料の量に対する当該燃焼室（１３０）に供給される水素の量の比の制御が触媒器温度に関連して行なわれることを特徴とする、触媒器（１５０）を有する排ガス装置を備えた内燃機関を運転する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は独立請求項１と８とに各々上位概念として記載した、内燃機関を特に自動車にて複数の燃料で運転する方法と装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知のバイフューエルシステムにおいては内燃機関は選択的に第１の燃料だけで又は第２の燃料だけで運転可能である。
【０００３】
特に自動車技術においては燃料を選択することで、１つには有害物質のエミッションの減少を達成することが望まれ、もう１つには１回のタンク充填量での航続距離をできるだけ大きくすることが望まれている。
【０００４】
この航続距離は存在する燃料供給ネットのもとで、自動車の行動性が制限されないように充分に大きいものでなければならない。
【０００５】
このためにＢＭＷ  ＡＧ社のエクスポ（ＥＸＰＯ）車は選択的にガソリン又は純水素で運転される。この場合、純ガソリン運転と純水素運転との間の切換えは運転者によって行なわれる。
【０００６】
純水素運転ではＣＯ２−、ＣＯ−及びＨＣ−エミッションは発生しない。さらにＮＯｘ−エミッションも強く減少させられる。もちろん水素のための補給所の数は今日では特に陸上地域では少ないので自動車の行動性は純水素運転ではきわめて制限される。これに対し純ガソリン運転のためには良好に構成された既存の給油ネットを使用できるが、純ガソリン運転では有害物質のエミッションが純水素運転に較べて著しく大きい。
【０００７】
ＵＳ第６０３５８３７号明細書によれば内燃機関を２種の液状燃料で交互に運転するためのバイフューエル噴射システムが公知である。
【０００８】
この場合にも内燃機関は一方の燃料又は他方の燃料で運転されなければならない。
【０００９】
【特許文献１】
ＵＳ第６０３５８３７号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は冒頭に述べた形式の方法と装置を改良し、バイフューエル原理に従って運転される場合に有害物質のエミッションが減少され、同時に自動車の航続距離が拡大されるようにすることである。
【００１１】
さらに前述の装置は費用的に好適にかつわずかな技術的労力で実現可能であるようにしたい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は独立請求項１と８とに記載された特徴によって解決された。有利な構成は従属請求項に記載されている。
【００１３】
本発明による方法の根本思想は、自動車を少なくとも２種の燃料で運転するときに、少なくとも２種の燃料を同時に少なくとも１つの燃焼室に供給し、航続距離の削減が行なわれることなく、有害物質のエミッションを減少させることである。
【００１４】
本発明の方法の有利な実施形態によれば、燃焼室に供給された少なくとも２種の燃料の量比が変えられ、運転の間、その都度の燃料の適正化が行われるようになっている。
【００１５】
有害物質のエミッションを減少させるためには、本発明による方法の有利な実施形態では量比は内燃機関の少なくとも１つの特性値に関連して決定される。特に有利であるのは内燃機関の運転状態に関連して燃料を調量することである。
【００１６】
さらに触媒器を有する内燃機関を運転するためには、量比を触媒器温度に関連して決定することが有利である。これによって各燃料の割合を、温度に関連する触媒器の効率に適合させ、ひいては有害物質のエミッションを減少させることができる。
【００１７】
触媒器温度が上昇した場合には、燃焼室に供給される別の燃料の量に対する、燃焼室に供給される第１の燃料の量比が、触媒器温度に比例したあらかじめ与えられた値に減少させられることが有利である。すなわち、実験によれば、有害物質のエミッションを減らす燃料の割合を増量させると、触媒器が冷えている状態で内燃機関を始動させた場合の有害物質の放出が著しく減じられることが判明した。
【００１８】
前記燃料の調量は触媒器が暖まるにつれて減じられかつ同時に別の燃料の割合が増大させられて第１の燃料の消費量が低下させられ、自動車の航続距離が増大される。
【００１９】
水素を燃焼させる場合にはわずかなＮＯｘは発生するがＣＯ２−、ＣＯ−及びＨＣ−エミッションは発生しないので、燃焼室に水素を第１の燃料として供給することが有利である。さらに別の燃料としてガソリン又はディーゼルを使用することには、この燃料が広く普及しておりこの場合には供給（給油）の問題が発生しないという利点がある。したがってこの燃料と水素との組合せは自動車を少ない有害物質のエミッションでかつ同時に大きな航続距離で運転するのにきわめて適している。
【００２０】
さらに純粋な水素を燃焼室へ噴射する場合には例えばガソリン噴射の場合のようには壁膜は発生しない。この壁膜は油膜の形成を妨げ、これにより燃焼室における走行面が損なわれ、ピストン及び／又はシリンダの寿命が純粋な水素運転に比較して減退させられる。
【００２１】
本発明の方法の別の実施形態では、触媒器に所定量の水素−空気−混合物を供給することが提案されている。すなわち、広範囲の実験によれば水素を触媒器へ供給することで触媒器の加熱期が著しく短縮され、この結果、触媒器の効率の迅速な上昇と有害物質のエミッションの低下とが生ぜしめられることが確認された。
【００２２】
本発明の方法を実施するための本発明の装置の特徴は、少なくとも１つの調量ユニットが、少なくとも２種の燃料の量を個別に制御するための制御ユニットを有する、少なくとも２種の燃料を同時に調量する少なくとも１つの燃料調量装置と、内燃機関の少なくとも１つの特性値を検出する手段と、前記少なくとも１つの特性値から前記２種の燃料の量を決定する手段とを有していることである。これによって両方の燃料の各々の量、例えば水素とガソリン又はディーゼルとの量は、内燃機関の運転状態に関連して調量可能になる。したがって有害物質のエミッションの減少の他に燃料の消費の減少が達成され、ひいては自動車の航続距離の延長が達成されるようになった。
【００２３】
触媒器の温度で触媒器の効率、ひいては有害物質のエミッションも変化するので、少なくとも１つの特性値を検出するための手段が触媒器に配置された温度センサであると有利である。これにより簡単にかつわずかな技術的労力で触媒器の温度を十分な精度で検出することができるようになる。
【００２４】
水素の供給は純原理的に種々の形式で行なうことができる。
【００２５】
第１の有利な実施形態では水素の供給装置は水素タンクに接続されている。この実施形態は水素タンクのために十分な大きさの構成空間を有している大型自動車にとって特に有利である。この場合、許容できる大きさは、自動車の航続距離を制限しないために十分な貯蔵容量を有する水素蓄圧器で与えられる。さらに水素容器は充填が簡単である。
【００２６】
別の実施例は、構成空間の少ない自動車の場合に特に有利な形式で用いることができる。この場合には選択的に第１の燃料供給装置がリフォーマに接続され、このリフォーマで少なくとも１つの別の燃料供給装置から供給可能な燃料が水素に変換可能であることで水素タンクは省略されている。このリフォーマ自体は少なくとも１つの燃料供給装置に結合されている。この場合にはいずれにしても存在する別の燃料、例えばディーゼル又はガソリンから水素が発生させられるという利点が得られる。
【００２７】
触媒器の有効度をできるだけ迅速に高めるためには、有利な形式で水素供給装置と触媒器との間に、水素量を調量するために少なくとも１つの調量弁を有する特別な水素供給導管が配置されている。これにより、わずかな技術的な労力で触媒器にいずれにしても自動車に存在する水素が供給される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１ａに示された内燃機関は水素と別の燃料とで運転可能である。
【００２９】
タンク１０からは前記別の燃料、例えばガソリン又はディーゼルが燃料導管２０を介して燃料調量装置３０に供給される。燃料調量装置３０にて決定された燃料量は別の燃料導管４０を介し噴射弁５０に送られる。
【００３０】
同時に水素が水素タンク６０、例えば水素蓄圧器から水素導管７０を介し、水素量調量装置８０に供給され、該水素量調量装置８０内で調量された水素量は別の水素導管９０を介し、噴射弁５０に供給され、そこで、別の燃料量と水素量との混合が行なわれる。
【００３１】
水素タンクの代りに水素を貯えかつ／又は準備するのに適した別の装置を使用することもできる。
【００３２】
燃料調量装置３０、水素調量装置８０及び噴射弁５０の制御は、制御ユニット１００によって導線１１０，１２０及び１２５を介して行なわれる。
【００３３】
このようにして形成された水素−燃料−混合物は噴射弁５０を介し内燃機関の燃焼室１３０に供給される。
【００３４】
燃焼室１３０内での燃焼によって発生する排ガスは排ガス管１４０を介し触媒器１５０に供給され、そこで公知の形式で排ガスの浄化が行なわれる。浄化された排ガスは別の排ガス管１６０を介し排出される。
【００３５】
触媒器１５０においては少なくとも１つの温度センサ１７０が配置されている。導線１８０を介し温度を表す測定値が制御装置１００に伝送される。
【００３６】
制御装置１００においては触媒器１５０の温度を考慮して水素と別の材料との間の量比が決められ、この量比に相応する水素量もしくは燃料量が噴射弁５０に供給される。
【００３７】
さらに水素タンク６０からは調量弁２００を有する別の水素導管１９０を介して噴射ユニット２２０に水素が供給される。自体公知の形式でこの水素は空気（図示せず）と混合されかつ触媒器１５０に直接的に供給される。
【００３８】
これにより触媒器１５０は排ガス浄化に関し高い効率を有する運転温度に迅速に達する。
【００３９】
別の水素導管１９０は水素タンク６０と接続される代りに水素導管７０と接続されていることもできる。
【００４０】
図１ｂに示された第２実施例においては、図１ａに示された第１実施例と同じである部材は同じ符号で示されているので、これらの部材に関する説明は第１実施例の記述を内容的に援用する。
【００４１】
この第２実施例は、図１ａに示された第１実施例とは、水素タンク６０の代りにリフォーマ６０′が設けられている点で異なっている。このリフォーマ６０′には燃料導管６５を介してタンク１０から別の燃料が供給される。燃料導管６５は純原理的には燃料導管６５と接続されていることもできる。リフォーマ６０′によっては別の材料から水素が発生させられる。
【００４２】
図１ｃには第３の択一的な実施例が示されている。この実施例においては図１ａに示された第１実施例の部材と同じである部材は、同じ符号で示されており、その説明については第１実施例のための記述の内容を全面的に援用する。この第３実施例は図１ａに示された第１実施例とは唯一の共通の噴射弁５０の代りに２つの別個の噴射弁５０′と５０″とが水素のためと別の燃料とのために設けられていることで異なっている。噴射弁５０″は燃料導管４０と結合されておりかつ導線１２５″を介して制御される。これに対し噴射弁５０′は水素導管９０と結合され、導線１２５′を介して制御される。導線１２５は図示の実施例では省略される。
【００４３】
噴射弁５０′と５０″は離されて配置されていることができるが、共通の構成ユニットの部分を形成することもできる。この場合には燃料が噴射弁内ではなく、例えば燃焼室内で混合されることが重要である。
【００４４】
第４の、択一的な実施例は図１ｄに示されている。図１ｃに示された第３の実施例の部材と同じである部材は同様に同じ符号で示されているので、それらについての記述は図１ｃに示された実施例についての説明を内容的に援用する。この第４の実施例は図１ｃに示された第３実施例とは、図１ｂによる第２実施例の場合のように、水素タンク６０の代りに燃料導管６５を有するリフォーマ６０′が設けられている点で異なっている。
【００４５】
図１ａから図１ｄまでの実施例における装置部分の配置は例として見なされるべきものである。したがって純原理的に燃料調量装置３０と８０は共通のケーシング内で噴射弁５０もしくは５０′と５０″と共に１つの燃料調量ユニットを実現することができる。同様に制御ユニット１００もこの燃料調量ユニットの部分であることができる。
【００４６】
図２においては曲線Ａは本発明の方法を実施する場合の、触媒器温度Ｔに関連した、別の燃料に対する水素の量比（Ｈ２／燃料）を示している。曲線Ｂは量比に関連した有害物質のエミッションの量の経過を示したものである。曲線Ｃは別の燃料だけを用いて運転した場合の有害物質のエミッションの量の経過を触媒器温度Ｔに関連して示した曲線である。
【００４７】
曲線Ａ、Ｂ及びＣの根底を成す横座標の値は同じである。同様に曲線ＢとＣの縦座標の値も同じである。これに対し曲線Ａの縦座標の値は前記縦座標の値とは異なっている。
【００４８】
曲線の図示の経過も値も関連性を例として示そうとするものであって、純原理的には他の直線経過も考えられる。
【００４９】
触媒器温度が低い場合には内燃機関の燃焼室には温度Ｔ０と温度Ｔｇｒｅｎｚとによって制限された温度インターバルにおいて当初は、すなわち温度Ｔ０では純粋な水素が供給される。水素燃焼では有害物質のエミッションが少ないので、有害物質のエミッションは運転の開始にあたっては触媒器の温度が温度インターバルＩにある間は、曲線Ｂで示すようにきわめてわずかである。
【００５０】
触媒器温度が上昇するにつれて温度インターバルＩ内では水素の割合は触媒器がその最高効率に達する触媒器１５０の限界温度Ｔｇｒｅｎｚにて別の燃料に対する水素の量比が限界値Ｍｇｒｅｎｚに調節されるまで減じられる。したがって有害物質エミッションは曲線Ｂで示すように、曲線Ｃで示した別の燃料だけを用いた運転に比較して少なく、もちろん水素消費量も、別の燃料及び／又は水素を補給することなく例えば５００ｋｍの十分な航続距離を達成できるように減じられる。
【００５１】
触媒器温度が限界温度Ｔｇｒｅｎｚを上回ると、曲線Ｂで示すように有害物質エミッションは例えば曲線Ｃで示した別の燃料だけを用いた場合の値の下側の値に上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】水素タンクからの水素と別の燃料とを同時に用いて内燃機関を運転する、共通の噴射弁を有する装置を概略的に示した図。
【図１ｂ】図１ａに示した実施例に対し択一的な、リフォーマを備えた水素タンクを有する実施例を示した図。
【図１ｃ】図１ａに示した実施例に対し択一的な、水素と別の燃料とのために２つの別個の噴射弁を有する実施例を示した図。
【図１ｄ】図１ｃの実施例に対し択一的な、水素タンクの代りにリフォーマを備えた実施例を示した図。
【図２】水素と別の燃料との量比を、触媒器温度と有害物質のエミッションの経過とに関し、別の燃料だけを用いて運転した場合と比較して示した線図。
【符号の説明】
１０  タンク、  ２０  燃料導管、  ３０  燃料調量装置、  ４０  燃料導管、  ５０  噴射弁、  ６０  水素タンク、  ７０  水素導管、  ８０  水素量調量装置、  ９０  水素導管、  １００  制御装置、  １１０，１２０，１２５  導線、  １３０  燃焼室、  １４０  排ガス管、  １５０  触媒器、  １６０  排ガス管、  １７０  温度センサ、  １８０  導線、  １９０  水素導管、  ２００  調量弁、  ２２０  噴射弁
【図１ａ】
0004365118.tif 000002
【図１ｂ】
0004365118.tif 000003
【図１ｃ】
0004365118.tif 000004
【図１ｄ】
0004365118.tif 000005
【図２】
0004365118.tif 000006