Die Einrichtung ist zum Beispiel für ein Blockheizkraft- werk mit einem stationären Gasmotor vorgesehen.

Für einen erfolgreichen und wirtschaftlichen Betrieb von Blockheizkraftwerken sind im wesentlichen drei Kriterien aus- schlaggebend. Die Leistungsdichte, der Wirkungsgrad und die Berücksichtigung von Emissionsgrenzwerten.

Von den drei erwähnten Kriterien nehmen die spezifischen Emissionsraten der Verbrennungsprodukte-und unter diesen der Ausstoss an Nos-veine zentrale Stellung ein. Das liegt an staatlichen Bestimmungen, die für alle Aggregate, die mit fossilen Treibstoffen betrieben werden, NOx-Höchstwerte von 50 bis 80 ng/Nm3 vorgeben. Ein Gasmotor, der mit einem Aus- stoss von typischerweise 30 mg/Nm3 dieser Bedingung genügt, hat einen Wirkungsgrad von 32e. Andere Antriebskonzepte haben zwar einen höheren Wirkungsgrad, liegen mit ihren Abgaswerten aber sehr oft ausserhalb der gesetzlich vorgegebenen Grenz- werten.

Stand der Technik Für den Einsatz in Blockheizkraftwerken haben sich in der Praxis zwei Typen von Motoren durchgesetzt. Es sind dies einerseits ein Lambda-1-Saugmotor mit einem Dreiwegekataly- sator und andererseits ein Gasmagermotor mit einem Turboauf- lader, aber ohne Katalysator.

Beim Lambda-1-Saugmotor ist das Verhältnis zwischen der effektiv zugeführten Luftmenge und der zur Verbrennung not- wendigen Mindestluftmenge = 1, was bedeutet, dass der Ver- brennungsluft diejenige stöchiometrische Menge an Brenngas zugeführt wird, die notwendig ist, um alle Sauerstoffmoleküle der Luft in der Verbrennungsreaktion zu oxidieren. Die Abgase aus diesem Verbrennungsverfahren werden mit einem Dreiwege- katalysator gereinigt, so dass das austretende Abgas verhält- nismässig geringe, die vorgenannten Grenzwerte unterschrei- tende Emissionswerte aufweist. Die Regelung der Gaszufuhr zur Verbrennungsluft erfolgt in diesem Fall über eine im Ab- gasstrom angeordnete Lambdasonde, welche fortlaufend den Sau- erstoffgehalt im Abgasstrom misst und über ein steuerbares Stellglied die erforderliche Brenngasmenge in Abhängigkeit vom gemessenen Sauerstoffgehalt reguliert. Ein solcher Lambda-1-Saugmotor weist den Nachteil auf, dass er einen ver- hältnismässig geringen Wirkungsgrad besitzt, also eine ge- ringe Leistungsausbeute aufweist. Diese kann zwar durch Auf- ladung und Vorverdichtung des Luft-Brenngasgemisches erhöht werden. Dadurch steigen jedoch Druck und Temperatur im Brennraum an, was die Selbstentzündung unverbrannter Treibstoffteile, das sogenannte Klopfen, fördert und die Lebensdauer des Motors bedeutend reduziert. Ein Lambda-1- Saugmotor mit Aufladung ist demzufolge für eine stationäre Einrichtung mit hoher Lebensdauer nicht verwendbar.

Beim Gasmagermotor wird dem Brenngas eine überhöhte Menge an Verbrennungsluft zugeführt, um dadurch die Verbrennungs- temperatur möglichst gering zu halten und die Bildung von Schadstoffen zu reduzieren. Diese Technologie, bei welcher der Lambdawert üblicherweise 1,6 bis 1,8 beträgt, wird vor allem bei sogenannten Problemgasen, wie zum Beispiel bei Klärgas, Deponiegas oder Biogas, eingesetzt. Diese Gase kön- nen bei Verwendung als Verbrennungsgas nicht zusammen mit einem Dreiwegekatalysator verwendet werden, da sie bekannter- weise einen solchen zerstören würden. Es ist daher mit einem Gasmagermotor äusserst schwierig, die gesetzlich vorgeschrie- benen Emissions-Grenzwerte einzuhalten, und wenn ja, dann doch mit erheblichem Aufwand, beispielsweise mit Zuschaltung eines Oxidationskatalysators in den Abgasstrom. Dazu kommt, dass aufgrund des hohen Luftüberschusses die Leistungsaus- beute beim Gasmagermotor sehr gering ist. Um diesen Nachteil auszugleichen, wird das Luft-Brenngasgemisch vor dem Eintritt in die Verbrennungskammern des Motors in einem Abgasturbo- lader aufgeladen und verdichtet, wobei auch in diesem Fall die Brenngaszufuhr mittels einer Lambdasonde geregelt werden kann. Gerade aber bei der Verwendung von den sogenannten Problemgasen ist die Lebensdauer dieser Sonde stark verkürzt, was wiederum hohe Wartungskosten zur Folge hat.

Bei der Regelung der beiden vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotoren ist es unerlässlich, während des Betrie- bes das Verhältnis zwischen Verbrennungsluft und Brenngas fortlaufend zu korrigieren. Zum Starten des Motors, im Teillastbereich und bei wechselnden Einflüssen, wie Ände- rungen der Gasqualität, Temperatursprüngen etc. muss das Ge- mischverhältnis ständig den veränderten Betriebsbedingungen angepasst werden. Dazu kommt, dass insbesondere beim Betrieb des Lambda-1-Gasmotors dem Lambdafenster besonders enge Gren- zen gesetzt sind, um eine einwandfreie Umsetzungsrate des Dreiwegekatalysators zu erreichen. Die Steuerung der bekann- ten Motoren aufgrund dieser Parameter ist nicht optimiert und muss für eine Leistungssteigerung verbessert werden.

Abriss der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu- grunde, ein neuartiges Verfahren zur Regelung eines statio- nären Verbrennungsmotors, insbesondere Gasmotors, zu schaf- fen, das die vorgenannten Schwierigkeiten sowie insbesondere die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und er- möglicht, den Verbrennungsprozess möglichst schnell an sich ändernden Betriebsbedingungen anzupassen, um dadurch bei ho- her Betriebssicherheit und Lebensdauer eine möglichst geringe Schadstoffemission bei gleichzeitig erhöhter Wirkungsleistung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Verfah- ren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Einrich- tung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens und der Einrich- tung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Erfindungsgemäss wird bei einem mit einem Zusatzaggregat zur Verdichtung der zur Verbrennung erforderlichen Luft aus- gestatteten Lambda-1-Gasmotor der vorstehend beschriebenen Art eine bestimmte Menge des abgekühlten Abgases dem Luft- Brenngasgemisch beigemengt, wobei diese Zugabe in Abhängig- keit von der im Brennraum des Gasmotors gemessenen Temperatur gesteuert wird. Vorzugsweise wird dem Luft-Brennstoffgemisch fortlaufend abgekühltes Abgas zugeführt, und zwar soviel, dass der Anteil des Abgases in der gebildeten Gasmischung 20 bis 25 Vol. % beträgt.

Als Zusatzaggregat zur Verdichtung und Verbrennung des Luft-Brenngasgemisches dient vorzugsweise ein Turbolader.

Beim Turbolader wird die zur Verdichtung erforderliche Ener- gie durch eine Turbine dem Abgas entnommen.

Durch die Zugabe von aus dem Katalysator gewonnenem, ab- gekühltem Abgas wird der Verbrennungsprozess gekühlt. Da dem Abgas der Sauerstoff praktisch vollständig entzogen ist, kann dieses dem stöchiometrischen Luft-Brenngasgemisch beigemengt werden, ohne dass der Lambdawert verändert wird. Das erfindungsgemässe Verfahren vereint also die Vorteile des bekannten Lambda-1-Motors mit Dreiwegekatalysator, das heisst eine höhere Leistungsdichte und Einsatzmöglichkeit, mit der aus der Magerverbrennung bekannten Kühlung der Verbrennungs- temperatur, also der Erhöhung der Standzeiten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Der Erfindungsgegenstand soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert wer- den. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei ein Prinzip- schema einer erfindungsgemässen Einrichtung mit einem Lambda- 1-Verbrennungsmotor und einer Steuervorrichtung zur kontrol- lierten Rückführung von Abgas in den Verbrennungsmotor, bzw.

Gasmotor.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles Die in der Figur 1 als ganzes mit 1 bezeichnete Einrich- tung weist einen Gasmotor 2 auf, der von einem nicht gezeich- neten Gestell gehalten wird. Zum Gasmotor 2 führt eine An- saugleitung 3 für das Luft-Brenngasgemisch. Dieser Ansaug- leitung 3 ist eingangsseitig ein Gasmischer 4 zugeordnet, dem über ein wahlweise freigebbares Absperrorgan bzw. Ventil 6 Brenngas 8 und durch den Filter 5 Luft 7 zugeführt werden kann.

In der Ansaugleitung 3 ist ferner ein Turbolader 9 vorge- sehen, der durch Verdichtung des zur Verbrennung erforder- lichen Gasgemisches den Gasdurchsatz des Motors 2 vergrössert und damit eine höhere Leistungsdichte ermöglicht. Dem Turbo- lader 9 zugeordnet ist ferner ein Ladeluftkühler 10 zum Kühlen des verdichteten Luft-Brenngasgemisches.

Eine vom Gasmotor 2 wegführende Abgasleitung 11 führt zu einem Dreiwegekatalysator 12 mit dazugehörigem Abgaskühler 13. Beide sind bekannter Bauart und weisen einen Abgasauslass 14 auf, von welchem noch zusätzlich eine Abgasrückführungs- leitung 15 wegführt. Letztere ist erfindungsgemäss mit einem Abgasrückführungsventil 16 ausgestattet und mündet in die An- saugleitung 3.

Die Einrichtung 1 ist noch zusätzlich mit verschieden Messorganen ausgestaltet. Zu diesen gehören eine in der Ab- gasleitung 11 vor dem Dreiwegekatalysator 12 angeordnete Lambdasonde 17, eine Leistungsmess-Vorrichtung 18 (z. B. zur Messung der elektrischen Leistung des Generators), mindestens ein im Verbrennungsraum des Gasmotors 2 angeordneter Tempe- raturfühler 19 und ein ebenfalls im Gasmotor 2 angeordneter Klopf-sensor 20.

Die Einrichtung 1 weist des weiteren ein Steuerorgan 21 auf. Dieses ist mit den Steuermitteln 22,23 und 24 des Ab- gasrückführungsventils 16, des Gasmischventils 6 und dem bei- spielsweise als Drosselklappe ausgebildeten Stellglied 25 verbunden, das seinerseits zwischen dem Turbolader 9 und dem Motor 2 in der in diesem Bereich als Druckleitung ausgebilde- ten Ansaugleitung 3 angeordnet ist.

Das Steuer-und Überwachungsorgan 21 weist vorzugsweise noch Betätigungsorgane, Anzeigegeräte und elektronische Kom- ponenten auf, um den Betriebsablauf wahlweise manuell oder automatisch zu steuern und zu überwachen.

Um eine optimale Reinigung des durch die Abgasleitung 11 hindurch strömenden Abgases sicherzustellen und dadurch mög- lichst geringe Emissionswerte zu erzielen, werden die von der Lambdasonde 17 ermittelten Messwerte vom Steuerorgan 21 aus- gewertet und es wird aufgrund dieser Messwerte und gemäss einer vorgegebener Programmierung das beispielsweise als Stellglied mit Lambdaventil ausgebildete Steuerorgan 23 so angesteuert, dass das im Gasmischer 4 fortlaufend erzeugte Gas-Luftgemisch während des ganzen Verbrennungsprozesses das gewünschte stöchiometrische Verbrennungsverhältnis zwischen Brenngas und Verbrennungsluft aufweist.

Zum Ausgleich der vorstehend erwähnten und den Betrieb der Einrichtung nachteilig beeinflussenden Faktoren dient die Abgasrückführungsleitung 15 mit dem eingebauten Abgasrück- führungsventil 16. Letzteres ist beispielsweise als Regulie- rungsventil mit Stellglied ausgebildet und erlaubt eine durch das Steuerorgan 21 kontrollierte Zuführung von gekühltem Ab- gas in die Gasansaugleitung 3. Das Steuerorgan 21 reguliert dabei vorzugsweise fortlaufend die dem Luft-Brenngasgemisch pro Zeiteinheit zuzuführende Abgasmenge in Abhängigkeit von der vorzugsweise ebenfalls kontinuierlich gemessenen Brenn- raumtemperatur. Diese Temperatur wird von dem mindestens eine Temperaturfühler 19 gemessen, dessen Sensor in einem der meh- reren Brennzylinder des Motors 2 angeordnet ist. Die kontrol- lierbare Zuführung von gekühltem Abgas in den Verbrennungs- prozess erlaubt, die Verbrennungstemperatur den wechselnden Betriebsbedingungen anzupassen, und dies-wie bereits er- wähnt-ohne Einflussnahme auf das stöchiometrische Verhält- nis von Brenngas und Verbrennungsluft. Entscheidend bei der Regulierung der Abgasrezirkulationsrate ist eine kurze Reak- tionszeit des Regelkreises. Diese Bedingung wird durch die direkte Messung der Brennraumtemperatur und der von dieser Temperatur direkt abhängig gemachten Steuerung des Rück- laufventils 16 erfüllt.

Der mit dem Steuerorgan 21 ebenfalls verbundene Klopfsen- sor 20 und das Stellglied 25 der Ansaugleitung 3 sind weitere zur Steuerung des Verbrennungsprozesses dienende Komponenten.

Funktion und Steuerung dieser Komponenten sind dem Fachmann bekannt und werden daher nachfolgend nicht näher erläutert.

Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die dazu erforderli- che Verbrennungseinrichtung mit einem Abgasturbolader 9 in Verbindung mit einer zur Steuerung der Verbrennungstemperatur dienenden Abgasrückführung löst mehrere der eingangs genann- ten Probleme und weist eine gegenüber den bekannten Verfahren verbesserte Leistung auf. Die Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der zur Durchführung die- ses Verfahrens erforderlichen Einrichtung sind die folgenden : - Durch den fortlaufenden und sich verhältnismässig schnell auswirkenden Regulierungsmechansimus zur Steuerung der Verbrennungstemperatur kann das nachteilige Klopfen wirk- sam unterdrückt werden.

- Durch den Einsatz eines Lambda-1-Verbrennungsmotors in Kombination mit einem Dreiwegekatalysator erzeugt die erfindungsgemässe Einrichtung nur geringe Emissionswerte.

- Die Einrichtung erlaubt zudem einen verhältnismässig hohen Aufladegrad und somit eine deutliche Leistungssteigerung.

Die Leistungsdichte ist dabei um den Faktor 1,5 bis 2 grösser als bei den beiden eingangs beschriebenen Verbren- nungsmotoren und auch der Wirkungsgrad ist bedeutend höher als derjenige von vergleichbaren bekannten Einrichtungen.

- Dadurch, dass während des Betriebes des Motors 2 fortlau- fend die innermotorische Verbrennung kontrolliert und optimiert wird, lässt sich nicht nur der Wirkungsgrad bei möglichst geringen Abgasemissionen erhöhen, sondern es werden auch die Standzeiten relevanter Motorenkomponenten erhöht, d. h. deren Verschleiss ist bei der erfindungsge- mässen Lösung deutlich kleiner als bei den bekannten Ein- richtungen.