Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit Brennstoffen auf Basis von Kohlenwasserstoffen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Brennstoffversorgungsvorrichtung zum Liefern von Brennstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Brennstoffquelle zum Liefern von de- hydrierbarem Brennstoff auf der Basis von Kohlenwasserstoffen und einer Zuführ- einrichtung zum Zuführen von Brennstoff zu der Verbrennungskraftmaschine.

Bei üblichen Kraftfahrzeugen wird Brennstoff in Form von Benzin oder Diesel aus einem Tank zu der als Ottomotor bzw. Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine geleitet. Bei Luftfahrzeugen, wie insbesondere Flugzeugen oder Hubschraubern, kommen heutzutage meist Turbinen als Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz, die mit Brennstoff in Form von Kerosin (z.B. Jet A1) aus den Brennstofftanks versorgt werden.

Aus dem derzeitigen Stand der Technik sind die im folgenden beschriebenen Ein- spritzverfahren für Dieselmotoren, Ottomotoren und Turbinen bekannt.

Bei einem Dieselmotor lassen sich die Einspritzverfahren im wesentlichen nach einem kompakten Brennraum und einem unterteilten Brennraum unterscheiden. Ein geteilter Brennraum findet seine Anwendung in Kammermotoren, die je nach Unterteilung dem Vorkammer-, Wirbelkammer- und Lanova-Einspritzverfahren zugeordnet werden. Ein einteiliger Brennraum wird für die Direkteinspritzung verwendet, wobei der Brennraum teilweise oder ganz im Kolbenboden liegen kann, wie insbesondere bei einem sogenannten MAN-M-Verfahren. Für die zuvor genannten Verfahren werden verschiedene Pumpensysteme zum Aufbau der Ein- spritzdrücke verwendet. Motoren mit Vorkammer oder Wirbelkammereinspritzung verwenden als Pumpensysteme Einzeleinspritzpumpen, Verteilereinspritzpumpen oder Reiheneinspritzpumpen. Motoren, die mit einer Direkteinspritzung betrieben werden, verwenden als Pumpsysteme Einzeleinspritzpumpen, Reiheneinspritzpumpen, Verteilereinspritzpumpen, Pumpe-Düse-Einspritzsysteme oder Common- Rail-Einspritzung.

Neuere Ottomotoren verwenden zunehmend Direkteinspritzverfahren, wie dies beispielsweise bei FSI- und GDI-Motoren der Fall ist. Hierbei ist die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in dem Brennraum nicht an die Einlasssteuerzeiten der Ventile gebunden und kann so auch erst später in der Verdichtungsphase erfolgen. Damit werden Schichtladungen, also Zonen im Zylinder mit unterschiedlicher Gemischzusammensetzung ermöglicht, etwa beim Magermotor. Im Magermotor befinden sich zündfreudiges, fettes oder stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis, d. h. 14,7 Teile Luft: 1 Teil Kraftstoff, im Bereich der Zündkerze und das Magergemisch im restlichen Brennraum.

Ebenso wird bei modernen Stahltriebwerken Kraftstoff in eine Brennkammer eingespritzt.

Bei all den zuvor genannten Einspritzverfahren wird bei Neuentwicklungen überall dasselbe Ziel verfolgt, nämlich Leistungssteigerung, Verbrauchsoptimierung und Emissionsminderung. Hier stellt das Beimengen von Wasserstoff zum Kraftstoff eine Möglichkeit dar, diese Ziele zu erreichen.

Derzeit sind Verfahren bekannt, bei denen Ammoniak bzw. Harnstoff als Wasser- stoffträger erfolgreich eingesetzt werden.

Ein bekanntes Verfahren zur Abspaltung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffgemischen ist das PDh-Verfahren (von Partielle Dehydrierung). Hierbei wird in einer endothermen Reaktion dem Kohlenwasserstoff ein Teil des Wasserstoffs abgespalten. Die Umsetzung dieser Reaktion erfolgt in einem Reaktor mittels eines Katalysators, z.B. eines Platinkatalysators, der sich auf einer modifizierten Trägerschicht befindet. Zur Durchführung der endothermen Reaktion, muss dieser Wärme hinzugeführt werden.

Bekannte PDh-Verfahren gehen aus der WO 2007/071654 A1 und der DE 10 2005 044 926 B3 hervor.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine auf der Basis von Kohlenwasserstoff vorzuschlagen, mit dem sich auf besondere einfache Art und Weise eine Leistungssteigerung, Verbrauchsopti- mierung und/oder Emissionsminderung erreichen lässt. Insbesondere soll eine einfache Onboard-Bereitstellung von Wasserstoff zum Erreichen dieser Zwecke vorgeschlagen werden.

Weiter soll eine Brennstoffversorgungsvorrichtung geschaffen werden, mit der sich ein solches Verfahren durchführen lässt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Schritten des Patenanspruches 1 bzw. eine Brennstoffversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit Brennstoff auf Basis von Kohlenwasserstoffen durch partielles De- hydrieren des Brennstoffs und Einleiten des partiell dehydrierten Brennstoffes zusammen mit dem Wasserstoff in die Verbrennungskraftmaschine lässt sich eine Beschleunigung der Verbrennung und somit eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreichen. Zusätzlich werden die Emissionen von Kohlenstoff, Russpartikeln und Stickoxiden vermindert. Des weiteren kann der Wartungsaufwand verringert werden, da der dehydrierte Brennstoff zusammen mit dem Wasserstoff eine Rußbildung durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe verringert. Zusätzlich senkt das Ver- fahren den Aufwand für eine Abgasnachbehandlung, so dass keine weiteren und teuren Vorrichtungen für die Abgasnachbehandlung erforderlich sind. Der Brennstoff wird vorteilhaft mittels eines PDh-Katalysators partiell dehydriert. Der verwendete PDh-Katalysator ermöglicht eine hohe Wasserstoffausbeute.

Vorteilhafterweise wird Wärme zur Dehydrierung zugeführt, so dass eine bessere Durchführbarkeit des Verfahrens gewährleistet ist.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass Wärme aus der Verbrennungskraftmaschine hinzugeführt wird. Somit sind keine zusätzlichen Wärmequellen vonnöten.

Vorteilhaft erfolgt die Dehydrierung bei einer Temperatur zwischen 200 und 450 ⁰ C. Innerhalb dieses Temperaturbereichs ist eine optimale Durchführung der Dehydrierung gewährleistet, was schließlich zu einer erhöhten Wasserstoffaus- beute führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der partiell dehydrierte Brennstoff und der Wasserstoff ohne Trennung gleich von der Dehydrierung gemeinsam in die Verbrennungskraftmaschine geleitet. Dadurch ist nur eine Zuführeinrichtung von der Dehydriereinrichtung zur Verbrennungskraftmaschine erforderlich. Weiterhin wird keine zusätzliche Einrichtung zum Trennen des partiell dehydrierten Brennstoffes und Wasserstoffes benötigt, so dass Komplexität und Kosten einer derartigen Vorrichtung reduziert werden können.

Vorteilhaft wird der entstandene Wasserstoff bei der partiellen Dehydrierung in dem flüssigen Brennstoff gelöst oder als Bläschen in dem flüssigen Brennstoff erzeugt, wodurch eine gute Transportierbarkeit des Gemisches ermöglicht wird.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der partiell dehydrierte Brennstoff mit dem Wasserstoff gemeinsam in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Durch die Einspritzung ergibt sich vorteilhafterweise eine sehr gute Zerstäubung des Kraftstoffgemisches, was eine vollständigere Verbrennung zur Folge hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Brennstoffversorgungsvorrich- tung verwendet, die eine Dehydrogeniereinrichtung zum partiellen Dehydrieren des Brennstoffes hat, wobei die Brennstoffquelle mit der Dehydriereinrichtung verbunden ist, um den dehydrierbaren Brennstoff zu der Dehydriereinrichtung zu leiten, wobei die Zuführeinrichtung derart ausgebildet und an die Dehydriereinrichtung angeschlossen ist, dass sie den partiell dehydrierten Brennstoff zusammen mit dem aus dem dehydrierbaren Brennstoff gewonnenen Wasserstoff zu der Verbrennungskraftmaschine leitet. Die Brennstoffversorgungsvorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise eine On-board-Erzeugung des Wasserstoffs aus dem Brennstoff. Somit sind keine Zusatzstoffe erforderlich, wie beispielsweise bei konventionellen Vorrichtungen, die zusätzlich Methan mitführen, um daraus durch Dehydrierung Wasserstoff zu gewinnen. Folglich wird durch die Verwendung des Brennstoffes zur Dehydrierung Kosten gespart.

Vorteilhafterweise weist die Dehydriereinrichtung einen Reaktor auf, der einen PDh-Katalysator enthält.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorrichtung mit einer Wärmezuführeinrichtung zum Zuführen von Wärme aus der Verbrennungskraftmaschine zur Nutzung bei der partiellen Dehydrierung vorgesehen. Dadurch entfällt eine zusätzliche Einrichtung, die Wärme an die Dehydrogeniereinrichtung zuführt. Vorteilhafterweise ergibt sich hieraus eine Gewichts- und Kostenersparnis innerhalb der Vorrichtung.

Vorteilhaft wird die Dehydrogeniereinrichtung und/oder die Verbrennungskraftmaschine ausschließlich mit Brennstoff aus der Brennstoffquelle versorgt.

Vorteilhaft ist eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Mischung aus dehydriertem Brennstoff und Wasserstoff in die Verbrennungskraftmaschine vorgese- hen. Mit Hilfe einer Einspritzeinrichtung erfolgt eine vorteilhafte Zerstäubung des Gemisches innerhalb der Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine, so dass eine bessere und vollständigere Verbrennung gewährleistet wird.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verfahren und die Brennstoffversorgungsvorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, Luftfahrzeug oder Wasserfahrzeug, Verwendung findet.

Bei dem Fahrzeug wird vorteilhafterweise eine Verbrennungskraftmaschine ver- wendet, die entweder ein Dieselmotor, ein Ottomotor oder eine Turbine ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen in schematischer Weise dargestellt sind. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Brennstoffversorgungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Flugzeugs mit Strahltriebwerken als Verbrennungskraftmaschine und einer weiteren Ausführungsform einer Brennstoffversorgungsvorrichtung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Otto- oder Dieselmotor als Verbrennungskraftmaschine und einer weiteren

Ausführungsform einer Brennstoffversorgungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform einer Brennstoffversorgungsvorrichtung 10 zur partiellen Dehydrierung eines Brennstoffes 34. Die Brennstoffversor- gungsvorrichtung 10 weist eine Brennstoffquelle 22 mit einer Brennstoffleitung 12, die den dehydrierbaren Brennstoff 34 aus der Brennstoffquelle 22 in eine Dehyd- riereinrichtung 14, die als Reaktor ausgebildet ist und mit einem Katalysator - PDh-Katalysator 36 - versehen ist, leitet. Im Anschluss an die Dehydriereinrich- tung 14 wird über eine Zuführeinrichtung 16, hier in Form von einer Leitung, der dehydrierte Brennstoff zusammen mit dem Wasserstoff 38 in eine Verbrennungs- kraftmaschine 20 eingeleitet. Die Einleitung des dehydrierten Brennstoffes mit dem Wasserstoff 38 erfolgt über eine Einspritzeinrichtung 17. Zusätzlich weist die Brennstoffversorgungseinrichtung 10 eine Wärmezuführeinrichtung 18 auf, die Abwärme - Wärme 40 - aus der Verbrennungskraftmaschine 20 in die Dehydrier- einrichtung 14 einleitet.

Im Nachfolgenden wird ein mit der Brennstoffversorgungsvorrichtung 10 durchführbares Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 20 mit Brennstoff 34 auf Basis von Kohlenwasserstoff beschrieben. Der dehydrierbare Brennstoff 34 wird in einen Reaktor mit einem Katalysator geleitet. Im Reaktor läuft eine katalytische Reaktion ab, die dem Brennstoff 34 einen geringen Teil des gebundenen Wasserstoffs entzieht. Nähere Einzelheiten zu dieser Reaktion sowie zu einer Vorrichtung zum Durchführen dieser Reaktion sind aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 036495.6-14 zu entnehmen, auf die ausdrücklich verwiesen wird. Der Inhalt dieser älteren Anmeldung bildet auch Teil der hiesigen Offenbarung. Diese im Reaktor durchgeführte Reaktion wird als partielle Dehydrogenierung bezeichnet und beruht auf einer endothermen Reaktion. Folglich sollte dem Prozess Wärme 40 hinzugeführt werden, wobei der bevorzugte Temperaturbereich der Reaktion bei etwa 200° bis 450 ⁰ C liegt. Nach der Dehydrierung liegt der Wasserstoff je nach Druck, Temperatur und Menge entweder ge- löst oder als Bläschen in dem dehydrierten Brennstoff vor. Beispielsweise liegt der dehydrierte Brennstoff und der Wasserstoff 38 als Gemisch, insbesondere als Dispersion, vor. Anschließend wird der dehydrierte Brennstoff zusammen mit dem Wasserstoff 38 - also z.B. die bei der Dehydrierung erzeugte Dispersion - in die Verbrennungskraftmaschine 20 eingespritzt. Es erfolgt demnach keine Trennung des Gemisches aus dehydriertem Brennstoff und erzeugtem Wasserstoff 38, vielmehr wird das Gemisch zur Verbrennungskraftmaschine 20 geleitet.

Das Verfahren lässt sich wie folgt zusammenfassen:

PDh -> Wasserstoff+dehydrierter Brennstoff -> Turbine/Otto- oder Dieselmotor

Die Erfindung unterscheidet sich von bisher bekannten PDh-Verfahren insbesondere in der Form, dass sofort nach der katalytischen Dehydrierung der gesamte Brennstoff in die Verbrennungskraftmaschine 20 (Turbine oder Otto- oder Dieselmotor) eingespritzt wird.

Dies stellt eine brauchbare Lösung dar, da Wasserstoff bekannt dafür ist, die Effektivität einer Verbrennung zu erhöhen. Durch zusätzlichen Wasserstoff in dem flüssigen Brennstoff, startet der Wasserstoff, im Gegensatz zu dem umgebenden Brennstoff, die Verbrennung idealerweise bei einer niedrigeren Temperatur und verbrennt schneller. Eine derartig verteilte Verbrennung verursacht eine schnellere und vollständigere Verbrennung, obwohl der Brennstoff zu einer schnelleren Wärmeentwicklung in dem Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine 20 führt.

Die im Gemisch entstandenen Bläschen helfen, die Menge an Ruß und CO, die während der Verbrennung gebildet werden, zu reduzieren, da eine vollständigere Verbrennung abläuft.

Das Verfahren ist ebenso vorteilhaft in dem Sinn, dass eine Wasserstoffumgebung für kurze Distanzen gebildet wird, die in die Turbinen oder Otto- oder Dieselmotoren eingespritzt wird, um die Verbrennung zu fördern.

Die einfache onboard-Bereitstellung von Wasserstoff aus Kraftstoff durch den hier beschriebenen Prozess ermöglicht es, die Ziele Leistungssteigerung, Emissions- minderung, vor allem C, Ruß und NO _x , geringerer Wartungsaufwand durch eine geringere Rußbelastung, geringerer Aufwand für die Abgasnachbehandlung sowie keine Verwendung von Zusatzstoffen aufgrund der einfachen onboard Bereitstellung des Wasserstoffs, zu erreichen.

Fig. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Brennstoffversorgungsvorrichtung 10 anhand eines Luftfahrzeugs 24. Bei dieser Ausführungsform wird aus einem oder mehreren Kerosintanks 25 das Kerosin über die Brennstoffleitung 12 in die zentral angeordnete Dehydriereinrichtung 14 geleitet und anschließend par- tiell dehydriert. Nach der partiellen Dehydrierung wird das partiell dehydrierte Kerosin zusammen mit dem Wasserstoff über eine Zuführeinrichtung 16 in die Turbine 26 eingespritzt. Die für die Reaktion benötigte Wärme wird über die Wärmezuführeinrichtung 18, die z.B. von den Turbinen 26 zu der Dehydriereinrichtung 14 führt, geleitet.

Fig. 3 zeigt ein weiteres praktisches Ausführungsbeispiel für den Einsatz einer Brennstoffversorgungsvorrichtung 10 in einem Kraftfahrzeug 28. In dieser Ausführungsform wird ein Otto- oder Dieselkraftstoff aus einem im Heckbereich gelegenen Kraftstofftank 32 über die Brennstoffleitung 12 in die zwischen den beiden Achsen gelegene Dehydriereinrichtung 14 geleitet, in der die Dehydrierung des Otto- oder Dieselkraftstoffes erfolgt. Nach der Dehydrierung wird der partiell dehydrierte Otto- oder Dieselkraftstoff zusammen mit dem Wasserstoff über eine Zuführeinrichtung 16 in einen Otto- oder Dieselmotor eingespritzt. Auch hier wird ausgehend von dem Otto- oder Dieselmotor über die Wärmezuführeinrichtung 18, die für die reaktion benötigte Wärme in die Dehydriereinrichtung 14 eingeleitet.

Die Dehydriereinrichtung 14 ist jeweils so aufgebaut, wie in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 036 495.6-41 gezeigt und beschrieben. Es wird für weitere Einzelheiten ausdrücklich hierauf Bezug genommen, auch hinsichtlich des Dehydrierprozesses. Bezugszeichenliste

10 Brennstoffversorgungsvorrichtung

12 Brennstoffleitung (zum Zuführen des dehydrierbaren Brennstoffes) 14 Dehydriereinrichtung

16 Zuführeinrichtung (zum gemeinsamen Zuführen des partiell dehydrierten Brennstof- fes und Wasserstoff)

17 Einspritzeinrichtung

18 Wärmezuführeinrichtung 20 Verbrennungskraftmaschine

22 Brennstoffquelle

24 Luftfahrzeug

25 Kerosintank

26 Turbine 28 Kraftfahrzeug

30 Otto- oder Dieselmotor

32 Kraftstofftank

34 (dehydrierbarer) Brennstoff

36 PDh-Katalysator (z.B. betrieben bei 400 ⁰ C) 38 Partiell dehydrierter Brennstoff und Wasserstoff

40 Wärme