DE3924776C2

DE3924776C2 -

Info

Publication number: DE3924776C2
Application number: DE3924776A
Authority: DE
Inventors: Takashi Okazaki Aichi Jp Iwaki; Kazunori Ohbu Aichi Jp Itou; Hiroshi Toyota Aichi Jp Matsumoto; Kunitoshi Fukuoka Jp Watanabe; Hiroyuki Kitakyushu Fukuoka Jp Suzuki; Juzo Aichi Jp Shibata; Nobuyuki Hoya Tokio/Tokyo Jp Uematsu; Mamoru Chiba Jp Takeda
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
Current assignee: Toyota Industries Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1989-07-26
Publication date: 1992-09-03
Also published as: US5088452A; US5082048A; DE3943581C2; US5092281A; US5067447A; DE3924776A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur geregelten Abgabe von Wasserstoff an eine mit Wasserstoffen betriebene Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zu des sen Betrieb.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Starten eines Wasserstoffmotors, auf ein Verfahren zum Stillsetzen eines solchen Motors, auf ein Verfahren zur Regelung der Erwärmung eines solchen Behälters (Tanks), der eine Wasserstoff-Einschluß legierung enthält, und auf ein Verfahren zur Kühlung eines eine Wasserstoff-Einschlußlegierung enthaltenden Be hälters.

Zum Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die beigefügten Fig. 8 und 9 bezug genommen.

Die Fig. 8 zeigt ein System mit einem Wasserstoffmotor, wobei eine Wasserstoff-Einschlußlegierung zur Anwendung kommt, das beispielsweise beschrieben ist in "A trial manu facture of an engine system utilizing metal hydride" auf Seite 247 einer Kollektion 851 der "Automotive Technique Academic Seminars", veröffentlicht durch Society of Automotive Engineers, Inc. im Mai 1985.

Wie die Fig. 8 zeigt, wird ein Motor 61 durch Wasserstoff betrieben, der in einem Behälter 65 für eine Wasserstoff- Einschlußlegierung erzeugt wird, wobei dieser Behälter im folgenden als MH-Tank bezeichnet wird, und in einem Abgas- Wärmetauscher wird die Wärme seines Abgases auf einen Zwi schenwärmeträger, der im MH-Tank 65 mit einer konstanten Strömungsmenge zirkuliert und der über eine Zwischenwärme trägerleitung zugeführt wird, übertragen.

Der Zwischenwärmeträger gelangt mit der Wasserstoff-Ein schlußlegierung im MH-Tank 65 in Wärmetausch, und der MH- Tank 65, der Wärme empfangen hat, gibt Wasserstoff in Über einstimmung mit den Gleichgewichtsbedingungen der Wasser stoff-Einschlußlegierung, die durch die Temperaturen und Drücke bestimmt sind, frei.

Die Wärmetauschvorgänge im MH-Tank werden durchgeführt, wie folgt:

Zuerst kann ein Wärmestrom Q_wm erlangt werden, wie folgt:

Q_wm = (T_w-T_m)/R_wm
= 2(T_wein-T_w) γ_wC_wF_w (kcal/h) (1)

auf der Grundlage der Bedingungen

T_w = (T_wein+T_waus)/2.

Es sind:
T_w : Durchschnittstemperatur des Zwischenwärmeträgers im Tank;
T_wein : Temperatur des Zwischenwärmeträgers am Einlaß in den Tank;
T_waus : Temperatur des Zwischenwärmeträgers am Auslaß des Tanks;
T_m : Durchschnittstemperatur der Wasserstoff-Einschlußlegierung im Tank;
R_wm : Wärmewiderstand zwischem dem Zwischenwärmeträger und der Legierung;
γ_w : spezifisches Gewicht des Zwischenwärmeträgers;
C_w : spezifische Wärme des Zwischenwärmeträgers;
F_w : Strömungsmenge des im Tank zirkulierenden Zwischenwärmeträgers;

Die Legierungstemperatur T_m kann erlangt werden, wie folgt:

T_m = ∫ (Q_wm-Q_mt-Q_m/C_m dt (2)

Q_m = α · Fe (3)

auf den Grundlagen von
α : Wärmemenge der Wasserstoff-Dissoziation (kcal/Nm);
Fe : Strömungsmenge des erzeugten Wasserstoffs;
Q_mt : Strömungsmenge der an der Oberfläche des Tanks abgegebenen Wärme;
C_m : Wärmekapazität der Legierung.

Wenn der MH-Tank 65 wärmeisoliert ist, so kann Q_mt niedrig sein. Demzufolge kann, wenn die MH-Legierung auf einen Wärmegleichgewichtszustand gelangt, eine Beziehung Q_wm=Q_m nach der Gleichung (2) erlangt werden, und Wasserstoff wird in der Menge erzeugt, die der vom Zwischenwärmeträger über tragenen Wärmemenge entspricht.

In einem solchen System, wie es oben beschrieben wurde, werden zum Zweck, den Druck des Wasserstoffs auf einem vorbestimmten Niveau zu haben, die Einströmmenge des Abgases in den Abgas-Wärmetauscher 67 und dessen Einström-Wärmemenge durch ein Abgas-Regelventil 68 geregelt, das durch die Signale von einem Druckregler 70 betätigt wird. Die Temperatur des Zwischenwärmeträgers auf der Eintrittsseite des MH-Tanks 65 wird sich in Übereinstimmung mit den Änderungen der Einström-Wärmemenge in den Abgas-Wärmetauscher 67 ändern.

Wenn beispielsweise der Druck des Wasserstoffs unter das vorbestimmte Niveau abfällt, so wird der Druckregler 70 das Abgas-Regelventil 68 so betätigen, daß das Abgas zum Wärmetauscher 67 geführt wird. Als Ergebnis dessen steigt die Temperatur des zirkulierenden Zwischenwärmeträgers allmählich an und erhitzt die Legierung im MH-Tank 65. Auf diese Weise erhöht sich die Menge des erzeugten Wasserstoffs, und der Druck des Wasserstoffs kann wieder erlangt werden.

Wenn dagegen der Druck über das vorbestimmte Niveau hinaus ansteigt, so wird der umgekehrte Vorgang ablaufen.

In dem oben beschriebenen System ist jedoch die Zeitkonstante des Prozesses hinsichtlich des Druckreglers 70 wegen der Wärmekapazität des den Zwischenwärmeträger im Kreislauf führenden Systems, das den Abgas-Wärmetauscher 67 einschließt, groß, und es treten unvermeidlich unstabile Änderungen in den Wasserstoffdrücken auf der Grundlage einer solchen Zeitverzögerung auf. Insbesondere wird, wenn eine Motorbelastung sich plötzlich ändert, auch der Wasserstoffdruck in hohem Maß verändert, was ein Faktor sein kann, der einen stabilen Betrieb erschwert oder verhindert.

Die Fig. 9 zeigt die Ergebnisse von Betriebssimulationen des in Fig. 8 dargestellten Systems.

Auf der Abszisse ist die Zeit (Sekunden) aufgetragen, während auf der Ordinate die Temperatur (°C) und der mit 10 multi plizierte Druck des Wasserstoffs (kg/cm²G) aufgetragen sind. Die Motorbelastungen sind in derselben Figur dargestellt, und es wurden Vollasten sowie Leerläufe mehrere Male wieder holt. Gleich nach einem Start des Betriebs wird Wasserstoff, selbst bei einem Leerlaufen, im Übermaß erzeugt, weil Wasser stoff am Beginn des Betriebs in seiner vollen Menge einge schlossen ist.

Wenn der MH-Motor 61 auf seine volle Belastung gelangt, so wird der Wasserstoffdruck bei etwa 8 kg/cm² eines vorbestimm ten Niveaus eingeregelt. Bei 1200 s jedoch überschreitet der Wasserstoffdruck das vorbestimmte Niveau in hohem Ausmaß in Übereinstimmung mit einem raschen Abfall in der Motorlast.

Danach wird während eines langen Leerlaufs der Wasserstoff druck abgesenkt, weil ein geringer Mangel an Wärmemenge des Abgases einen Anstieg der Temperatur des Zwischenwärmeträ gers verhindert. Etwa 6 min nach einer zweiten vollen Bela stung bei 3500 s gelingt es dem Wasserstoffdruck, auf das vorbestimmte Niveau zu kommen, jedoch können unstabile Ände rungen im Wasserstoffdruck nicht beendet werden.

Im allgemeinen hat ein Antriebsmechanismus eines Wasserstoff motors, z.B. eines Wasserstoffmotors mit Vergasern, eine Leitung, die einen MH-Tank mit dem Motor verbindet, und nach einer Einregelung des Drucks des Wasserstoffgases durch einen an der Leitung vorgesehenen Regler strömt das Gas vom Vergaser durch einen Ansaugkrümmer in das Innere eines Brennraumes, in dem das Gas durch die Funken einer Zündkerze gezündet wird. Auf diese Weise wird das Wasserstoffgas ver brannt (zur Explosion gebracht), um den Motor zu starten.

Eine Zündvorrichtung muß abgeschaltet werden, um die Funken bildung an der Zündkerze zu beenden, so daß der Motor still gesetzt wird. Zu nahezu derselben Zeit wird das Erwärmen der Wasserstoff-Einschlußlegierung beendet und die Zufuhr von Wasserstoffgas zum Motor abgesperrt.

Jedoch ist das Wasserstoffgas in der zum Motor führenden Leitung noch nicht verbrannt und gelangt auch nicht aus dem Motor heraus, wenn dieser zum Stillstand kommt. Demzufolge verbleibt Wasserstoffgas im Regler, im Vergaser und im An saugkrümmer des Motors. Wenn der Motor erneut gestartet wird, so tritt außerhalb des Brennraumes eine Verbrennung (Explo sion) auf, die üblicherweise als eine Fehlzündung bezeichnet wird und darauf beruht, daß Rest-Wasserstoffgas die Wasser stoffdichte bei einem Beginn des Zündens oder der Funken bildung erhöht. Es wurden bezüglich der Technik, die Fehl zündung bei dem Start des Motors zu verhindern, verschiede ne Wege in Betracht gezogen, weil fortwährende Fehlzündun gen den Motor zum Stillstand bringen.

Im Hinblick auf die obigen Feststellungen zum Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, die Zufuhr von Wasser stoff zur Brennkraftmaschine zu stabilisieren und einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile wie auch die Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Be schreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Wasserstoffmotor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Ergebnisse von Betriebssimu lationen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zeigt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Startvorrich tung eines Motors;

Fig. 5 einen Flußplan zum Startvorgang eines Motors mit Hilfe der Startvorrichtung von Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Stillsetzen eines Motors;

Fig. 7 einen Flußplan für den Vorgang zum Stillsetzen des Motors mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Wasserstoffmotor nach dem Stand der Technik;

Fig. 9 ein Diagramm zu Ergebnissen von Betriebssimulatio nen des in Fig. 8 gezeigten Systems;

Ein System mit einem Wasserstoffmotor in einer ersten erfin dungsgemäßen Ausführungsform wird im folgenden unter Bezug nahme auf die Fig. 1 erläutert.

Hiernach ist ein Kühler 3 mit einer Brennkraftmaschine einem Wasserstoffmotor 1 über eine Kühlwasserleitung 11 verbunden, die der Führung von Wasser zur Kühlung des Motors 1 dient. Zwischen den Kühler 3 und den Motor 1 sind ein Temperaturschalter 4 sowie eine Kühlwasserpumpe 2 geschaltet, welche das im Kühler 3 abge kühlte Kühlwasser dem Motor 1 zuführt. Die Temperatur des Kühlwassers wird bei dieser Ausführungsform mittels des Tem peraturschalters 4 auf beispielsweise 80°C gehalten.

Über eine Abgasleitung 13 und ein Abgas-Regelventil 8 ist ein Wärmetauscher 7 mit dem Motor 1 verbunden. Ein eine Was serstoff-Einschlußlegierung enthaltender Behälter (MH-Tank: Metall-Hybrid-Speicher) 5 ist thermisch mit dem Wärmetauscher 7 über einen Zwischen wärmeträger verbunden, welcher in einer Zwischenwärmeträger leitung 12 mit Hilfe einer Umwälzpumpe 6 umgewälzt wird. Ein eine Wärmeregeleinrichtung bildender Temperaturschalter 17 ist auf der Eintrittsseite des Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 mit der Zwischenwärmeträgerleitung 12 verbun den. Der Temperaturschalter 17 steuert das Abgas-Regelventil 8, um die Einströmmenge an Abgas vom Motor 1 in den Wärmetau scher 7 so zu regeln, daß die Temperatur des Zwischenwärmeträ gers in dessen Leitung 12 im wesentlichen auf einem maxima len Niveau an der Eintrittsseite in den MH-Tank 5 gehalten werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die se Temperatur des Zwischenwärmeträgers auf 85°C gehalten, jedoch ist klar, daß sich dieser Temperaturwert in Über einstimmung mit dem Zwischenwärmeträger ändern kann.

An der Eintrittsseite des Zwischenwärmeträgers in den MH- Tank 5 ist an der Zwischenwärmeträgerleitung 12 eine Regeleinrichtung bzw. ein Regel ventil 15 vorgesehen, das die Einströmmenge des im Wärmetau scher 7 erwärmten Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 re gelt. An der Zwischenwärmeträgerleitung 12 ist zwischen der stromaufwärtigen Seite des Regelventils 15 und der Austritts seite des Zwischenwärmeträgers aus dem MH-Tank 5 ein Ventil 16 vorgesehen, das den Zwischenwärmeträger in der Leitung 12 in Übereinstimmung mit der Einströmmenge durch das Regel ventil 15 in den MH-Tank 5 an diesem vorbeiführt, so daß eine Unterbrechung in der Zirkulation des Zwischenwärmeträ gers verhindert wird.

Mit dem MH-Tank 5 ist eine Wasserstoffleitung 14 verbunden, um den Motor 1 mit dem aus der Wasserstoff-Einschlußlegie rung im MH-Tank 5 erzeugten Wasserstoff zu versorgen. An dieser Wasserstoffleitung 14 ist ein Druckminderventil 9 angeordnet, das den Druck des vom MH-Tank 5 dem Motor 1 zu geführten Wasserstoffs unter einem konstanten Niveau hält. Das Regelventil 15 regelt die Einströmmenge des Zwischenwär meträgers in den MH-Tank 5 entsprechend dem Druck des in der Wasserstoffleitung 14 geführten Wasserstoffs.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Regelung der Erwärmung des obigen Wasserstoff-Antriebssystems erläutert.

Abgas vom Motor 1 strömt durch den Wärmetauscher 7 und er wärmt den Zwischenwärmeträger in der Leitung 12 auf eine maximale Temperatur, wobei die Einströmmenge durch das Abgas- Regelventil 8 eingestellt wird. Der erwärmte Zwischenwärme träger strömt durch den Tank 5 und erwärmt die in diesem befindliche Wasserstoff-Einschlußlegierung in Übereinstim mung mit seiner Einströmmenge, die durch das Regelventil 15 bestimmt wird. Demzufolge erzeugt die Einschlußlegierung Wasserstoff in einer Menge, die dem Grad an aufgenommener Wärme entspricht, und der erzeugte Wasserstoff wird dem Mo tor 1 über die Wasserstoffleitung 14 unter Einregelung sei nes Drucks durch das Druckminderventil 9 zugeführt.

Bei dem oben beschriebenen System wird die Temperatur des zirkulierenden Zwischenwärmeträgers ständig auf einem maxi malen Wert gehalten, wenn die Leistung der Wärmequelle, d.h. im vorliegenden Fall die Abgasmenge, ausreichend ist. Demzu folge wird die Wärmemenge, die in den MH-Tank 5 eingeführt wird, durch Änderung der Einströmmenge des Zwischenwärme trägers in den MH-Tank 5 eingeregelt.

Bei einem Verfahren zur Regelung der Erwärmung eines Wasser stoffmotor-Antriebssystems nach dem Stand der Technik, das in Fig. 8 gezeigt ist, wird die in den MH-Tank eingeführte Wärmemenge durch Erhöhen und Absenken der Temperatur T_w von Warmwasser entsprechend der Gleichung (1) geregelt. Dagegen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmeregelung die Wärmemenge für den MH-Tank 5 durch Änderung der Einström menge F_w an Warmwasser geregelt.

Durch die Erfindung können folglich die unstabilen Änderungen im Wasserstoffdruck vermindert werden, weil die Einströmmen ge des Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 augenblicklich durch Öffnen oder Schließen des Regelventils 15, das ein rasches Ansprechverhalten auf drastische Änderungen in der Menge des zu verwendenden Wasserstoffs hat, erhöht und ver mindert werden kann. Bei einem plötzlichen Lastabfall am Motor 1 während eines Leerlaufs od. dgl. kann der abnormale Anstieg im Wasserstoffdruck minimiert werden, wenn der Zustrom des Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 unterbrochen wird, weil die fühlbare Wärme des Zwischenwärmeträgers im MH-Tank 5 niedrig ist.

Wie aus dem Obigen hervorgeht, können durch das erfindungs gemäße Verfahren zur Wärmeregelung die unstabilen Änderungen im Wasserstoffdruck, welche im Stand der Technik auf Grund einer plötzlichen Laständerung auftreten, vermindert werden.

Die Fig. 3 zeigt Ergebnisse von Betriebssimulationen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, um die Erwärmung durch die selbe Anlage unter den gleichen Betriebsbedingungen, wie sie für die Betriebssimulationen des in Fig. 9 gezeigten Wasserstoffmotor-Antriebssystems gelten, zu regeln.

Wie die Fig. 3 zeigt, übersteigt wegen der oben erläuterten Gründe der Druck das vorbestimmte Niveau kurz nach einem Starten des Betriebs. Nach einem Vollast-Betrieb ist jedoch der Wasserstoffdruck außerordentlich stabil, wie dargestellt ist.

Die allmähliche Abnahme in der Temperatur des Zwischenwärme trägers während eines langen Leerlaufens ist auf den Mangel an von dem Motor 1 zugeführter Wärmemenge zurückzuführen. Wenn jedoch die Wärmemenge ausreichend ist, wird die Tempe ratur des Zwischenwärmeträgers exakt auf 85°C gehalten.

Bei der gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 abgewandel ten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist eine Zwi schenwärmeträgerleitung 20 auf der Austrittsseite des Zwi schenwärmeträgers am MH-Tank 5 mit der Kühlwasserpumpe 2 verbunden, um anstelle des Umwälzens des Zwischenwärmeträ gers mittels der Umwälzpumpe 6 Kühlwasser dem Motor 1 zuzu führen. Die Kühlwasserpumpe 6 ist in diesem Fall mit der Kühlwasserleitung 11 verbunden und liefert das durch das Kühlen des Motors erhitzte heiße Kühlwasser als den Zwischen wärmeträger in den MH-Tank 5 über den Wärmetauscher 7 und das Regelventil 15. Der übrige Aufbau dieses Systems ist demjenigen des Systems von Fig. 1 gleich.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform wird das als Zwi schenwärmeträger durch den MH-Tank 5 geführte Kühlwasser auf Grund des endothermischen Effekts, wenn Wasserstoff aus der Wasserstoff-Einschlußlegierung im MH-Tank 5 erzeugt wird, abgekühlt. Der Zwischenwärmeträger wird dann über die Kühl wasserpumpe 2 dem Motor 1 zugeführt und kühlt diesen zusammen mit dem Kühlwasser vom Kühler 3, denn der MH-Tank 5 unter stützt als eine Wärmesenke die Kühlwirkung des Kühlers 3 gegenüber dem Motor 1. Demzufolge können die Kapazität und die Größe des Kühlers 3 klein gemacht werden, so daß das Wasserstoffmotor-Antriebssystem und folglich das gesamte Fahrzeug, das dieses System trägt, mit geringen Größenabmes sungen gefertigt werden können. Darüber hinaus ist das An triebssystem mit einem Wasserstoffmotor in der vorliegenden abgewandelten Ausführungsform für ein Fahrzeug geeignet, das üblicherweise mit niedrigen Geschwindigkeiten fährt und zu einem Überhitzen seines Motors neigt, wie z.B. ein Gabel stapler, weil das Kühlen des Motors 1 in ausreichender, zufriedenstellender Weise sowohl durch den Kühler 3 als auch durch den MH-Tank 5 bewerkstelligt wird.

Bei der abgewandelten, oben beschriebenen Ausführungsform kann der vom Motor 1 über die Umwälzpumpe 6 abgegebene Zwi schenwärmeträger unmittelbar ohne ein Durchströmen des Wär metauschers 7 dem MH-Tank 5 zugeführt werden, so daß der Wärmetauscher 7 wegfallen kann und insofern die Größenabmes sungen des Waserstoffmotor-Antriebssystems kleiner gehalten werden können.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 wird eine Einzelheit für das Wasserstoffmotor-Antriebssystem gemäß der Erfindung erläutert.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist in einem MH-Tank 21 eine Wasser stoff-Einschlußlegierung, die durch Erwärmung mittels Abgas, Kühlwassers von hoher Temperatur, das bei der Kühlung eines Motors usw. erhitzt worden ist, Wasserstoffgas bei ihrer Erwärmung erzeugt. Ein mit dem MH-Tank 21 in Verbindung ste hendes Filter 22 entfernt im Wasserstoffgas enthaltene Fremd materialien, wie feine Legierungspartikel. Das gereinigte Wasserstoffgas wird über ein zum Filter 22 stromabwär tiges Rückschlagventil 23 einem Druckminderventil 24 zuge führt. Wenn eine Fehlzündung auftritt, so verhindert das Rückschlagventil 23 einen Eintritt der Flamme in den MH- Tank 21. Vom Druckminderventil 24 wird das Wasserstoffgas nach Herabsetzen dessen Drucks auf das Niveau, das auf der Grundlage der Sicherheit einer Rohrleitung usw. vorbestimmt wird, einem Elektromagnet-Regelventil 25 zugeführt.

Dieses Elektromagnet-Regelventil 25 kann zwischen zwei Stel lungen - einer Stellung a und einer Stellung b - umgeschaltet werden. In der in Fig. 4 gezeigten Stellung b ist das vom Druckminderventil 24 herangeführte Wasserstoffgas an einem weiteren Strömen gehindert. Wird das Regelventil 25 zur Stel lung a umgeschaltet, so wird das Wasserstoffgas im Druck auf annähernd den Atmosphärendruck an einem nach dem Regel ventil 25 liegenden Regler 26 eingeregelt, worauf es einem anschließenden Vergaser 27 zugeführt wird, in dem das Wasser stoffgas mit der durch ein Luftfilter 28 herangeführten Luft gemischt wird. Dann strömt das Wasserstoffgas durch einen Ansaugkrümmer 30 des Motors 29 und wird in einem (nicht dar gestellten) Brennraum komprimiert, in welchem es durch Zün den mittels einer Zündkerze 31 verbrannt wird.

Im folgenden wird eine elektrische Einrichtung zur Betäti gung des Elektromagnet-Regelventils 25 erläutert.

Ein Steuergerät 33 betreibt und stoppt einen Anlasser 34 des Motors 29 auf der Grundlage einer An/Aus-Betätigung eines Zündschalters 32, und es bewirkt und stoppt einen Zündvorgang der Zündkerze 31 mittels einer Zündvorrichtung 35, wobei von einem eingebauten Zeitgeber gemäß einem vorge speicherten Programm eine Zeit gezählt wird. Das Steuerge rät 33 gibt an das Elektromagnet-Regelventil 25 Signale zu dessen Er- sowie Entregung ab und schaltet dieses Ventil 25 in entweder die Stellung a oder die Stellung b, so daß der MH-Tank 21 und der Motor 29 entweder miteinander verbun den oder voneinander getrennt sind. Mit dem Steuergerät 33 ist auch ein Motor-Drehzahlfühler 36 verbunden, der die Dreh zahl des Motors 29 ermittelt, so daß das Steuergerät das Drehen des Motors 29 in Übereinstimmung mit den Signalen vom Drehzahlfühler 36 überwacht.

Ein Verfahren zur Regelung des Startens des Motors 29 mit dem System von Fig. 4 wird im folgenden erläutert.

Es wird angenommen, daß der Motor 29 stillsteht, das Elektro magnet-Regelventil 25 sich in der Stellung b befindet und der MH-Tank 21 sowie der Motor 29 voneinander getrennt sind. Wenn der Zündschalter 32 zum Starten des Motors 29 angeschal tet wird, so stellt das das Steuergerät 33 im Schritt S 1 fest, und es dreht im Schritt S 2 den Anlasser 34, um den Motor 29 im Leerlauf zu drehen. Das restliche Wasserstoffgas, das seit dem letzten Stillsetzen des Motors 29 im Regler 26, Vergaser 27 und Ansaugkrümmer 30 verblieben ist, wird deshalb aus dem Motor 29 ausgestoßen. Das Steuergerät 33 zählt im Schritt S 3 die Zeit der Leerlaufdrehung des Motors 29 und wartet für eine bestimmte Zeitspanne (im vorliegenden Fall 1,5 s), bis das im Motor seit dem letzten Stillstand noch verbliebene Wasserstoffgas vollständig ausgestoßen wor den ist. Nach Ablauf dieser Zeitspanne gibt im Schritt S 4 das Steuergerät an die Zündvorrichtung 35 ein Signal, um die Funkenbildung an der Zündkerze 31 auszulösen.

Nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne (0,5 s) im Schritt S 5, d.h. zum Zeitpunkt, da die Zündkerze 31 gänz lich für ein Zünden bereit ist, prüft im Schritt S 6 das Steu ergerät 33 mittels der Signale vom Drehzahlfühler 36, ob der Motor 29 tatsächlich dreht oder nicht. Dies geschieht, um eine solche Situation zu vermeiden, daß Wasserstoffgas dem Motor 29 zugeführt wird, während dieser noch nicht dreht, weil der Anlasser 34 auf Grund eines Ausfalls der Batterie usw. nicht dreht. Wenn entschieden wird, daß der Motor 29 dreht, so gibt das Steuergerät 33 Signale im Schritt S 7 an das Elektromagnet-Regelventil 25 ab, um dessen Stellung von b nach a zu ändern. Dadurch kommen der MH-Tank 21 und der Motor 29 miteinander in Verbindung, so daß Wasserstoffgas dem Motor 29 zugeführt wird. Demzufolge wird nach dem Mi schen des Wasserstoffgases mit der Luft im Vergaser 27 die erste Verbrennung im Brennraum des Motors 29 bewirkt, so daß dieser mit seinem Laufen beginnt. Es ist zu bemerken, daß dann, wenn im Schritt S 6 festgestellt wird, daß der Motor 29 nicht dreht, das dafür angesehen wird, daß der Anlasser 34 nicht in Ordnung sind, weshalb das Steuergerät 33 ver schiedene Schritte unternimmt, die hier nicht näher zu er läutern sind.

Der Motor 29 kann zum Stillstand kommen, wenn der Zünd schalter 32 ausgeschaltet wird, um die Funkenbildung an der Zündkerze 31 zu unterbrechen, und hierbei wird die Stellung des Elektromagnet-Regelventils 25 durch das Steuergerät 33 von der Stellung a nach b verändert, wobei auch eine Behei zung der Wasserstoff-Einschlußlegierung im MH-Tank 21 in geeigneter Weise beendet wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei der erläuterten Ausfüh rungsform eine Fehlzündung mit Sicherheit verhindert, weil das zwischen dem Regelventil 25 und dem Brennraum des Motors 29 verbliebene Wasserstoffgas durch ein Leerdrehen des Motors 29 vor dessen tatsächlichem Starten restlos ausgestoßen wird.

Wenngleich diese Ausführungsform derart ausgestaltet ist, daß das Elektromagnet-Regelventil 25 durch das Steuergerät 33 zwischen den Stellungen a und b umgeschaltet wird, um entweder den MH-Tank 21 und den Motor 29 miteinander zu ver binden oder voneinander zu trennen, ist es möglich, eine der artige Ausbildung vorzusehen, wobei anstelle der Schaltkon trolle des Steuergeräts 33 gegenüber dem Elektromagnet-Regel ventil 25 bei einem Starten des Motors 29 die Menge des in den Brennraum einströmenden Wasserstoffgases allmählich er höht wird und die erste Verbrennung (Explosion) störungsfrei abläuft.

Um bei der vorliegenden Ausführungsform das Wasserstoffgas in einem solchen Zustand zuzuführen, daß dessen Zündung er möglicht wird, wartet das Regelventil 25 nach dem Zünden der Kerze 31 für 0,5 s mit seinem Öffnen. Jedoch kann die ses Regelventil 25 entweder bei einem Zünden oder kurz vor einem Zünden je nach der Zeitsteuerung bei einem Start des Motors 29 öffnen, um sicherzustellen, daß die erste Zündung erst einsetzt, nachdem das im Ansaugkrümmer 30 und im Motor 29 usw. seit dem letzten Stillsetzen des Motors 29 verblie bene Wasserstoffgas restlos aus dem Motor 29 ausgestoßen ist.

Ferner wird bei dieser Ausführungsform die Entscheidung, ob das restliche Wasserstoffgas noch vorhanden ist oder nicht, auf der Grundlage einer Zeit getroffen, jedoch kann mittels des Feststellens der Anzahl der Drehungen des vom Anlasser 34 gedrehten Motors 29 die Entscheidung über das Vorhandensein von restlichem Wasserstoffgas auf der Zahl der Umdrehungen beruhend getroffen werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird eine weitere Ein zelheit des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar zum Still setzen desselben Systems, das anhand der Fig. 4 und 5 erläu tert wurde, beschrieben.

Wie die Fig. 6 zeigt, wird das Elektromagnet-Regelventil 25 in der Stellung a gehalten, wobei der Motor 29 mit dem vom MH-Tank 21 zugeführten Wasserstoffgas läuft. Wenn der Zündschalter 32 zum Stillsetzen des Motors 29 ausgeschaltet wird, so stellt das das Steuergerät im Schritt S 1 der Fig. 7 fest, und es ändert die Stellung des Regelventils 25 von a nach b, um den MH-Tank 21 und den Motor 20 voneinander im Schritt S 3 zu trennen, während die Zündvorrichtung 35 betrieben und die Zündkerze 31 des Motors 29 im Schritt S 2 im Zündzustand gehalten wird. Demzufolge verbleibt Wasser stoffgas nicht länger im Regler 26, Vergaser 27, Ansaugkrüm mer 30 usw., weil das gesamte, auf der stromabwärtigen Seite des Regelventils 25 verbleibende Wasserstoffgas unter der Saugwirkung eines (nicht dargestellten) Kolbens, der sich im Motor 29 bewegt, im Brennraum komprimiert und dort ver brannt wird, so daß ein Ausstoß in die Atmosphäre erfolgt.

Wenn nach dem Ausstoßen des verbliebenen Wasserstoffgases aus dem Motor 29 das Steuergerät 33 im Schritt S 4 auf Grund der Signale vom Motor-Drehzahlfühler 36 entscheidet, daß der Motor 29 stillsteht, dann unterbricht das Steuergerät 33 im Schritt S 5 das Zünden an der Zündkerze 31 über die Zündvorrichtung 35 und führt den Stillsetzvorgang für den Motor 29 zum Ende.

Bei diesem Verfahren zum Stillsetzen des Motors 29, wie es oben beschrieben wurde, wird das gesamte, zwischen dem Regel ventil 25 und dem Brennraum des Motors 29 verbliebene Wasser stoffgas im Brennraum komprimiert und entzündet, um nach dem Beendigen der Zufuhr von Wasserstoffgas vom MH-Tank 21 zum Motor 29 durch die Änderung in der Stellung des Regelven tils 25 ausgestoßen zu werden. Demzufolge verbleibt im Motor 29 und im Antriebssystem für diesen bei einem Stillsetzen des Motors 29 keinerlei Wasserstoffgas, so daß die auf rest lichem Wasserstoffgas beruhende Fehlzündung vermieden wer den kann, wenn der Motor 20 erneut gestartet wird.

Wenngleich bei der erläuterten Ausführungsform der Zündvor gang unterbrochen wird, nachdem die Maschine 29 stillsteht, so kann das beispielsweise, wie folgt, abgewandelt werden:

(1) die Zahl der Zündungen nach dem Schließen des Elektro magnet-Regelventils 25 wird für jeden Zylinder des Motors 29 im voraus bestimmt, so daß der Zündvorgang sich nicht fortsetzt, nachdem die vorbestimmte Anzahl an Zündungen aus geführt worden ist;

(2) wenn nach dem Schließen des Regelventils 25 der Motor 29 mit einer vorbestimmten Anzahl an Umdrehungen gedreht hat, wird der Zündvorgang nicht weiter fortgesetzt.

Claims

1. Vorrichtung zur geregelten Abgabe von Wasserstoff an eine mit Wassertoff betriebene Brennkraftmaschine (1), deren Abgasmenge betriebsparameterabhängig mittels eines Abgasregelventils (8) durch einen Wärmetauscher (7) geleitet wird, in welchem es im Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträger steht, der in einem Wärmeträgerkreis mit einer Pumpe (6), dem Wärmetauscher (7) und einem Metall-Hybrid-Speicher (5) umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasregelventil (8) in Abhängigkeit von der Temperatur des Zwischenwärmeträgers vor Eintritt in den Metall-Hybrid-Speicher (5) mittels eines Temperaturschalters (17) angesteuert wird, und daß stromabwärts der Temperaturmeßstelle für den Temperaturschalter (17) im Wärmeträgerkreis eine Regeleinrichtung (15) angeordnet ist, vor der ein den Metall-Hybrid-Speicher (5) umgehender Bypass für den Wärmeträgerkreis vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreis zum Wärmetausch zusätzlich durch den Kühlerkreislauf der Brennkraftmaschine (1) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreis zum Wärmetausch durch den Kühlerkreislauf der Brennkraftmaschine (1) verläuft und der Wärmetaucher (7) weggelassen wird.

4. Regelverfahren für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Temperatur des Zwischenwärmeträgers vor Eintritt in den Metall-Hybrid-Speicher (5) auf einen im wesentlichen konstanten Wert geregelt wird, indem das Abgasregelventil (8) angesteuert wird, und daß andererseits die Menge des in den Metall-Hybrid-Speicher (5) einströmenden Zwischenwärmeträgers mittels der Regeleinrichtung (15) in Abhängigkeit vom Wasserstoffdruck des aus dem Metall-Hybrid-Speicher (5) ausströmenden Wassertoffs gesteuert wird, um einen möglichst konstanten Wasserstoffdruck zu erhalten.

5. Verfahren zum Starten einer mit Wasserstoff betriebenen Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Verbindung zwischen dem Metall-Hybrid-Speicher (5) und der Brennkraftmaschine (1) unterbrochen wird, daß in einem zweiten Schritt für eine festgelegte Zeitspanne die Brennkraftmaschine (1) ohne Zündung durch einen Anlasser (34) angetrieben wird, um eine sich in Verbindungsleitungen befindende Restmenge an Wasserstoff auszustoßen, daß in einem dritten Schritt die Zündung eingeschaltet wird, und daß in einem vierten Schritt nach einer weiteren festgelegten Zeitspanne die Verbindung zwischen Metall-Hybrid- Speicher (5) und Brennkraftmaschine (1) hergestellt wird, um die Brennkraftmaschine nach dem Start mit Wasserstoff zu beliefern.

6. Verfahren zum Stillsetzen einer mit Wasserstoff betriebenen Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt bei weiterhin eingeschalteter Zündung die Verbindung zwischen dem Metall- Hydrid-Speicher (5) und der Brennkraftmaschine (1) unterbrochen wird, wobei die sich in Verbindungsleitungen befindende Restmenge an Wasserstoff verbrannt und ausgestoßen wird, und daß in einem zweiten Schritt nach dem Stillstehen der Brennkraftmaschine (1) die Zündung ausgeschaltet wird.