DE10045607A1 - Emissionsminderndes Kraftfahrzeugaggregat und entsprechendes Verfahren - Google Patents

Emissionsminderndes Kraftfahrzeugaggregat und entsprechendes Verfahren

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein emissionsminderndes Kraftfahrzeugaggregat mit einem Verbrennungsmotor, einem diesem nachgeschalteten Katalysator und einem Kraftstoffreformer sowie ein Verfahren zur Emissionsminderung eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Kraftfahrzeugaggregat. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Katalysator (2) ein Nachbrenner (11) nachgeschaltet ist und dass der Kraftstoffreformer (3) zumindest vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) den Nachbrenner (11) zu seinem Aufheizen versorgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugaggregat mit einem Verbrennungsmotor, einem diesem nachgeschalteten Katalysator und einem Kraftstoffreformer. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Emissionsminderung eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Kraftfahrzeugaggregat.
Bei Kraftfahrzeugen, die mit einem Verbrennungsmotor betrieben werden, führt die Energiebereitstellung durch den Verbrennungsmotor prozessbedingt zur Bildung von Schadstoffen, die mit dem Abgas in die Atmosphäre emittiert werden. Die Schadstoffe sind im Wesentlichen Produkte einer unvollständigen Verbrennung, wie Kohlenstoffmonoxid (CO) und teilweise verbrannte oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), sowie Stickstoffoxide (NOx), die aufgrund hoher Brennraumtemperaturen thermisch aus dem Stickstoff der Verbrennungsluft gebildet werden. Um den Anteil solcher Komponenten im Abgas zu mindern, ist es Stand der Technik, eine Abgasnachbehandlung mittels eines dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Katalysators durchzuführen.
Zur Minderung der Schadstoffemissionen ist es ferner bekannt, dem Verbrennungsmotor ein in einem Kraftstoffreformer teiloxidiertes Reformergas zusätzlich zum Kraftstoff oder anstelle des Kraftstoffs als Betriebsstoff zuzuführen und zur beschleunigten Aufheizung des Katalysators diesen mittels Reformergas zu beaufschlagen. Da das Reformergas weitgehend keine Kohlenwasserstoffverbindungen enthält, führt eine Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors mit Reformergas zu einer deutlichen Verringerung des HC-Gehalts im Abgas. Bedingt durch das beschleunigte Aufheizen des Katalysators wird zudem schneller ein katalytischer Abbau der im Abgas enthaltenen Schadstoffe erzielt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Kraftfahrzeugaggregat derart weiterzubilden, dass eine weitergehende Minderung der Schadstoffemissionen in einfacher und effektiver Weise erzielt wird. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Emissionsminderung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Katalysator ein Nachbrenner nachgeschaltet ist und dass der Kraftstoffreformer zumindest vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors den Nachbrenner zu seinem Aufheizen versorgt. Mittels des Nachbrenners erfolgt ein Abbau von Abgasschadstoffen, die im Katalysator nicht umgesetzt werden. Da der Nachbrenner erfindungsgemäß vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors auf eine gewünscht hohe Temperatur aufgeheizt wird, weist der Nachbrenner bereits bei der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors einen hohen Umsetzungsgrad auf, so dass die während dieser Motorbetriebsphase verstärkt gebildeten Schadstoffe weitgehend abgebaut werden. Es ist weiterhin möglich, das Heizen des Nachbrenners auch während des Betriebs des Verbrennungsmotors aufrechtzuerhalten. Dies kann mit der gleichen Intensität wie vor dem Start des Verbrennungsmotors erfolgen oder auch mit verminderter Intensität oder mit einer von der Temperatur des Nachbrenners abhängigen Intensität. Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass eine Nachrüstung der bisherigen Motor- Katalysator-Kraftstoffreformer-Systeme in einfacher Weise möglich ist.
Vorteilhafterweise ist der Nachbrenner des Kraftfahrzeugaggregats vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors auf Betriebstemperatur aufheizbar. Als Betriebstemperatur ist hierbei die Temperatur zu verstehen, bei der ein Dauerbetrieb des Nachbrenners mit einer verhältnismäßig wirkungsgradgünstigen Umsetzungsrate erfolgt. Mittels der Betriebstemperatur ist es möglich, den Zeitpunkt zu bestimmen, ab dem der Nachbrenner in einem wirkungsgradgünstigen Betrieb arbeitet und ab dem bei einer Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors bereits eine verhältnismäßig hohe Emissionsminderungswirkung erzielt wird.
Es ist ebenso vorteilhaft, dass der Kraftstoffreformer dem Nachbrenner ein wasserstoffhaltiges Medium zuführt. Unter dem wasserstoffhaltigen Medium ist hierbei ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Stickstoff zu verstehen (Reformergas), wobei die Anteile der drei Komponenten je nach verwendetem Reformertyp verschieden sein können. Die Reformerprodukte eines nach dem Teiloxidationsprinzip arbeitenden Kraftstoffreformers (POx-Reformer) setzen sich beispielsweise zu etwa 21% aus Wasserstoff, zu 24% aus Kohlenstoffmonoxid und zu rund 55% aus Stickstoff zusammen. Auf Grund des hohen Wasserstoffanteiles kann der Nachbrenner aus dem kalten Zustand schnell aufgeheizt werden, ohne dass es zu Beschädigungen des Nachbrenners kommt. Die Versorgung des Nachbrenners mittels des wasserstoffhaltigen Mediums wirkt sich damit vorteilhaft auf die Lebensdauer des Nachbrenners aus.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Kraftstoffreformer mit einem Kohlenwasserstoffgemisch, vorzugsweise mit Benzin, versorgt ist. Da prozessbedingt der Kraftstoffreformer nur Kohlenwasserstoffverbindungen reformiert, ist es sinnvoll, den Anteil an Nicht-Kohlenwasserstoffverbindungen, die dem Kraftstoffreformer zugeführt werden, möglichst gering zu halten. Auf Grund der definierten und standardisierten Zusammensetzung, insbesondere aufgrund des geringen Anteils an Nicht- Kohlenwasserstoffverbindungen bietet sich die Verwendung von Verbrennungsmotoren- Kraftstoffen als Reformerbetriebsmittel besonders an.
Nach einer Weiterbildung des Kraftfahrzeugaggregats ist vorgesehen, dass mit dem Kohlenwasserstoffgemisch ebenfalls der Verbrennungsmotor versorgt wird. Dadurch ist nur ein Kraftstoff und nur ein Kraftstoffbehälter erforderlich, wodurch vorteilhafterweise Kosteneinsparungen möglich sind.
Es kann vorgesehen sein, den Nachbrenner mittels des Kraftstoffreformers direkt zu versorgen. Dies bedeutet, dass keine Aggregate zwischen diesen Bauteilen geschaltet sind und dass der Kraftstoffreformer mittels einer Mediumleitung direkt mit dem Nachbrenner verbunden ist. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dem Kraftstoffreformer eine Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung nachgeschaltet wird, welche die Versorgung des Nachbrenners vornimmt. Da die Wasserstoffanreicherung mit einer Minderung des CO-Gehalts im vom Kraftstoffreformer erzeugten wasserstoffhaltigen Mediums einhergeht, ergibt sich durch die Wasserstoff- Anreicherungseinrichtung nicht nur der Vorteil einer höheren Wasserstoffausbeute, sondern auch der Vorteil einer Verringerung der durch den Reformer verursachten CO- Emission.
In einer weiteren Ausführungsform des Kraftfahrzeugaggregats ist vorgesehen, dass nicht nur vor der Inbetriebnahme, sondern auch im fortlaufenden Betrieb des Verbrennungsmotors der Nachbrenner mittels des Kraftstoffreformers direkt oder unter Zwischenschaltung der Wasserstoff Anreicherungseinrichtung versorgbar ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugaggregats ist vorgesehen, dass der Kraftstoffreformer, insbesondere die dem Kraftstoffreformer nachgeschaltete Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung, zusätzlich eine Bordnetz- Energieerzeugungsvorrichtung für das Kraftfahrzeug versorgt. Ferner ist vorgesehen, dass die Bordnetz-Energieerzeugungsvorrichtung eine Brennstoffzelle aufweist. Die Brennstoffzelle ermöglicht vorteilhafterweise eine sichere elektrische Bordnetz- Energieversorgung, da unabhängig von der Betriebsweise des Verbrennungsmotors, also auch bei Motorleerlauf und Motorabschaltung, ausreichend elektrische Bordnetz- Energie bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise ist die Brennstoffzelle als Polymer-Membran-Brennstoffzelle ausgebildet. Der Einsatz eines anderen Brennstoffzellentyps ist alternativ ebenso möglich.
Nach einer Weiterbildung des Fahrzeugaggregats ist ferner eine Wasserstoff- Abtrenneinrichtung zur Versorgung der Brennstoffzelle vorgesehen, welche dem Kraftstoffreformer oder der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung nachgeschaltet ist. Diese Einrichtung ermöglicht es, der Brennstoffzelle das Brennstoffzellen-Betriebsmittel Wasserstoff zuzuführen. Andere im wasserstoffhaltigen Medium enthaltenen Bestandteile, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoffmonoxid, die von der Brennstoffzelle nicht genutzt werden können und teilweise sogar schädigend auf die Brennstoffzelle wirken, werden durch die Wasserstoff-Abtrenneinrichtung von der Brennstoffzelle ferngehalten. Damit erfolgt mittels der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung eine Qualitätsverbesserung des der Brennstoffzelle zugeführten Produktgases.
Vorzugsweise ist vorgesehen, das ein in der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung anfallendes Restmedium dem Nachbrenner zugeführt wird. Durch den Nachbrenner ist es vorteilhafterweise möglich, die im Restmedium enthaltenen Schadstoffe - hier insbesondere CO - abzubauen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugaggregats ist eine Umleitvorrichtung vorgesehen, die zwischen dem Kraftstoffreformer und der Wasserstoff- Abtrenneinrichtung oder zwischen der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung und der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung geschaltet ist, um unter wahlweiser Umgehung der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung eine direkte Verbindung zum Nachbrenner herzustellen. Die Umleitvorrichtung enthält ein schaltbares Umleitelement, das entweder dem Kraftstoffreformer oder der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung nachgeschaltet ist, sowie eine Bypassleitung, die den Mediumstrom unter Umgehung der Wasserstoff- Abtrenneinrichtung vom Umleitelement direkt zum Nachbrenner führt. Der Umleitvorgang wird durch ein Umschalten des Umleitelements eingeleitet. Als Umleitelement kann hierbei beispielsweise ein Dreiwegeventil eingesetzt werden. Andere Ausführungsformen des Umleitelementes sind ebenso denkbar, sofern eine Umleitung des wasserstoffhaltigen Mediums in die Bypassleitung ermöglicht wird. Die Umleitvorrichtung kann derart geschaltet werden, dass entweder der Nachbrenner oder die Brennstoffzelle oder beide Aggregate zusammen versorgt werden. Die Umleitvorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise die vorstehend beschriebene Zuteilung des vom Kraftstoffreformer erzeugten wasserstoffhaltigen Mediums in kontrollierter Art und Weise.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugaggregats ist ferner eine zentrale, mit dem Kraftstoffreformer, der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung, der Umleitvorrichtung, der Brennstoffzelle und/oder dem Nachbrenner zusammenwirkende Steuereinheit zur kontrollierten Minderung der Emissionen vorgesehen. Die zentrale Steuereinheit ermöglicht in einfacher Weise eine Überwachung und eine Regelung des gesamten Kraftfahrzeugaggregats derart, dass eine Minderung des Schadstoffausstoßes des Kraftfahrzeugs erzielt wird. Mittels der zentralen Steuereinheit kann alternativ oder ergänzend zur kontrollierten Emissionsminderung auch die Bordnetz-Energieversorgung in kontrollierter Weise optimiert werden, sofern das Kraftfahrzeug beispielsweise zusätzlich eine Brennstoffzelle zur Bordnetz-Energieerzeugung enthält.
Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, wird ferner mittels eines Verfahrens zur Emissionsminderung gemäß Anspruch 16 gelöst. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das im Katalysator bereits behandelte Abgas in einem Nachbrenner nachverbrannt wird und dass der Nachbrenner zumindest vor Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors aufgeheizt wird. Der Nachbrenner ermöglicht einen Abbau von Schadstoffverbindungen im Abgas, die im Katalysator nicht umgesetzt werden und diesen passieren. Das betrifft insbesondere die im Abgas enthaltenen oxidierbaren Bestandteile CO und HC. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Nachbrenner bereits vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors aufgeheizt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, dass während der von hohen Schadstoffemissionen begleiteten Inbetriebnahmephase des Verbrennungsmotors der Nachbrenner auf Grund des vorherigen Anheizens bereits eine hohe Umsetzungsrate aufweist und somit eine hohe Nachbrennerwirkung beziehungsweise Emissionsminderungswirkung entfalten kann. Ebenso ist es möglich, das Heizen des Nachbrenners während des Betriebs des Verbrennungsmotors aufrechtzuerhalten.
Vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass der Nachbrenner mittels eines in einem Kraftstoffreformer erzeugten wasserstoffhaltigen Mediums aufgeheizt wird. Bedingt durch den hohen Wasserstoffanteil dieses Mediums ist es dadurch möglich, den Nachbrenner im kalten Zustand, das heißt bei auf Umgebungstemperatur abgekühlten Bauteilen, in Betrieb zu nehmen und rasch aufzuheizen, ohne dass der Nachbrenner geschädigt wird.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das im Kraftstoffreformer erzeugte wasserstoffhaltige Medium zusätzlich mit Wasserstoff angereichert wird. Sofern diese Anreicherung beispielsweise mittels Wassergasreaktion erfolgt, ergibt sich der Vorteil, dass bei gleicher dem Kraftstoffreformer zugeführter Kraftstoffmenge eine höhere Wasserstoffausbeute erzielt und gleichzeitig der CO-Gehalt im Abgas gesenkt wird.
Es ist ebenso vorgesehen, dass nicht nur vor der Inbetriebnahme, sondern auch im fortlaufenden Betrieb des Verbrennungsmotors der Nachbrenner mit dem wasserstoffhaltigen Medium versorgt wird.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das wasserstoffhaltige Medium zusätzlich oder alternativ zur Bordnetz- Energieerzeugung des Kraftfahrzeugs in einer Brennstoffzelle genutzt wird. Die Verwendung des wasserstoffhaltigen Mediums in der Brennstoffzelle ermöglicht eine verbesserte und weitergehende Ausnutzung des wasserstoffhaltigen Mediums, insbesondere in den Phasen, in denen der Nachbrenner nicht mehr beziehungsweise nur noch geringfügig mit wasserstoffhaltigem Medium versorgt werden muss. Da zur elektrischen Bordnetz-Energieversorgung im Kraftfahrzeug gewöhnlich eine Batterie verwendet wird und da die Aufladung dieser Batterie mittels eines vom Verbrennungsmotor angetriebenen elektrischen Bordgenerators erfolgt, ist bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen eine Abhängigkeit zwischen der Generatorstromabgabe und der Motordrehzahl gegeben. Dadurch ergibt sich der nachteilige Effekt, dass die Bereitstellung eines ausreichenden Angebots an elektrischer Bordnetzenergie in bestimmten Betriebssituationen des Verbrennungsmotors, beispielsweise bei Motorleerlauf und Motorabschaltung, über einen längeren Zeitraum nicht aufrecht erhalten werden kann. Das Vorhandensein der Brennstoffzelle und deren Versorgung mittels eines Kraftstoffreformers bietet hier vorteilhafterweise die Möglichkeit, ausreichend elektrische Bordnetzenergie unabhängig von der Betriebsweise des Verbrennungsmotors bereitzustellen.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Abtrennung des Wasserstoffs vom wasserstoffhaltigen Medium erfolgt und dieser alleine der Brennstoffzelle zugeführt wird. Damit wird vorteilhafterweise vermieden, dass oxidierbare Bestandteile des wasserstoffhaltigen Mediums (z. B. Kohlenstoffmonoxid) ungenutzt im Abgas der Brennstoffzelle als Emission entweichen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das bei der Wasserstoffabtrennung anfallende Restmedium nachverbrannt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Anteil der im Restmedium enthaltenen Schadstoffe (z. B. Kohlenstoffmonoxid) zu mindern.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Versorgung des Nachbrenners und/oder der Brennstoffzelle unter Berücksichtigung von ermittelten Betriebsdaten gesteuert wird. Dadurch ist in einfacher Art und Weise eine Überwachung und eine Regelung des gesamten Kraftfahrzeugaggregats derart möglich, dass eine optimierte Minderung des Schadstoffausstoßes des Kraftfahrzeugs erzielt wird.
Die Erfindung wird in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung (Figur) zeigt das erfindungsgemäße Fahrzeugaggregat in Form eines Blockschaltbildes.
Die Figur zeigt einen Verbrennungsmotor 1, dem ein Katalysator 2 nachgeschaltet ist, sowie einen Kraftstoffreformer 3 mit einer nachgeschalteten Wasserstoff- Anreicherungseinrichtung 4, wobei der Verbrennungsmotor 1 und der Kraftstoffreformer 3 aus einem gemeinsamen Kraftstoffbehälter 5 versorgt werden. Der Wasserstoff- Anreicherungseinrichtung 4 ist eine Umleitvorrichtung 6 nachgeschaltet, die aus einem schaltbaren Umleitelement 7 und einer an diesem Umleitelement 7 angeschlossenen Bypassleitung 8, die direkt in einen Nachbrenner 11 mündet, besteht. Der Umleitvorrichtung 6 nachgeschaltet ist eine Wasserstoff-Abtrenneinrichtung 9, die zwei Gasausgänge aufweist, von denen der eine Gasausgang mit einer Brennstoffzelle 10 und der andere Gasausgang mit dem Nachbrenner 11 in Wirkverbindung steht. Der Nachbrenner 11 ist derart angeordnet, dass er ebenso mit dem Katalysator 2 gasseitig wirkverbunden ist. Die Brennstoffzelle 10 ist Bestandteil einer Bordnetz- Energieerzeugungsvorrichtung 13, die an das Bordnetz gemäß Pfeil 34 angeschlossen ist. Der Nachbrenner 11 und die Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung 4 sind zur Erfassung von Betriebsparametern, wie beispielsweise Temperatur, mittels einer Messleitung 16, 17 mit jeweils einem elektrischen Sensor 14, 15 elektrisch wirkverbunden. Die Sensoren 14 und 15 sind Teil einer zentralen Steuereinheit 18, die ebenso ein Steuerelement 19 und die Signalleitungen 20, 21, 22, 23 und 24 zu den Sensoren 14 und 15 sowie zum Kraftstoffreformer 3, zum Umleitelement 7 und zur Brennstoffzelle 10 enthält. Die zentrale Steuereinheit 18 enthält ferner eine Schnittstelle (Pfeil 32) am Steuerelement 19, mittels der eine Ankopplung an andere Steuersysteme oder ein Erfassen weiterer Regelparameter, wie beispielsweise Parameter zur Quantifizierung der Abgasqualität, möglich ist.
Es ergibt sich folgende Funktionsweise: Im Falle eines Dauerbetriebs des Verbrennungsmotors 1 wird dem Kraftstoffreformer 3 aus dem Kraftstoffbehälter 5 Kraftstoff gemäß Pfeil 25 als Betriebsstoff zugeführt. Die Reformierung des zugeführten Kraftstoffs 25 erfolgt im Kraftstoffreformer 3 unter Zufuhr von Luft 26. Das im Kraftstoffreformer 3 erzeugte Reformergas 27, das im Wesentlichen aus Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Stickstoff besteht, wird in einem nächsten Verfahrensschritt der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung 4 zugeleitet, in der unter Zufuhr von Wasser 28 eine Wassergasreaktion stattfindet. Da die Reaktionsprodukte Wasserstoff und Kohlendioxid sowie die Edukte der Reaktion Wasser und Kohlenstoffmonoxid sind, kommt es zu einer Anreicherung an Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid sowie zu einer Abnahme des Kohlenstoffmonoxidgehaltes im Reformergas 29. Das wasserstoffangereicherte Reformergas 29 wird in einem nächsten Verfahrensschritt der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung 9 zugeführt, in der eine Abtrennung des Wasserstoffs vom wasserstoffangereicherten Reformergas 29 erfolgt. Das verbleibende Reformerrestgas wird als Abgas gemäß Pfeil 40 dem Nachbrenner 11 zugeführt. Der in der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung 9 abgetrennte Wasserstoff wird gemäß Pfeil 30 der Brennstoffzelle 10 als Betriebsstoff zugeleitet. In der Brennstoffzelle 10 reagiert der Wasserstoff 30 unter Mitwirkung von Luftsauerstoff 31 unter Abgabe von elektrischem Strom 32 zu Wasser 33. Der von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Strom wird gemäß Pfeil 34 dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs (hier nicht dargestellt) zugeführt.
Der Verbrennungsmotor 1 wird ebenfalls mit dem im Kraftstoffbehälter 5 befindlichen Kraftstoff gemäß Pfeil 36 versorgt. Dem Verbrennungsmotor 1 wird zusätzlich Verbrennungsluft gemäß Pfeil 37 zugeführt. Das bei der motorischen Nutzung entstehende Abgas wird gemäß Pfeil 38 dem Katalysator 2 zur Nachbehandlung zugeleitet. Das im Katalysator 2 nachbehandelte Abgas wird gemäß Pfeil 39 mit dem von der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung 9 abströmenden Reformerrestgas gemäß Pfeil 40 im Mischpunkt 41 zusammengeführt und über einen gemeinsamen Abgasstrang gemäß Pfeil 42 dem Nachbrenner 11 zugeleitet. Dort erfolgt unter Mitwirkung von Luft 43 eine Nachverbrennung der im Abgas enthaltenen oxidierbaren Bestandteile, bevor das Abgas gemäß Pfeil 45 in die Atmosphäre abströmt.
Im Falle eines Aufheizens des Nachbrenners 11 erfolgt eine direkte Zuführung des aus der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung 4 kommenden Reformergasstroms 29 mittels der Umleitvorrichtung 6 zum Nachbrenner 11. Dies geschieht in der Weise, dass der Reformergasstrom 29 mittels des umgeschalteten Umleitelements 7 über die Bypassleitung 8 an einem Mischpunkt 44 in den direkt zum Nachbrenner 11 führenden Abgasstrang 40 geleitet wird.
Um einen hohen Emissionsminderungseffekt bei und unmittelbar nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 1 zu erzielen, ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel folgende zeitliche Reihenfolge für die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Fahrzeugaggregat-Komponenten vorgesehen: Vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors 1 wird der Kraftstoffreformer 3 in Betrieb genommen und mittels des Reformergases 27 die Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung 4 sowie der Nachbrenner 11, der mittels der Umleitvorrichtung 6 direkt mit Reformergas 29 beaufschlagbar ist, in Gang gesetzt bzw. auf Betriebstemperatur gebracht. Der Verbrennungsmotor 1 wird in Betrieb genommen, wenn der Nachbrenner 11 seine Betriebstemperatur erreicht hat. Die Brennstoffzelle 10 wird in Betrieb genommen, wenn die der Brennstoffzelle 10 vorgeschalteten Wasserstoff-Behandlungseinrichtungen (Anreicherungs- und Abtrenneinrichtung 4, 9) ihre Betriebstemperatur erreicht haben.
Eine Betriebsdatenerfassung erfolgt mittels der zentralen Steuereinheit 18. Die Steuereinheit 18 erkennt den aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und leitet in Abhängigkeit dieses Betriebszustands eine Inbetriebnahme der weiteren Kraftfahrzeugaggregat-Komponenten sowie die Versorgung des Nachbrenners und/oder der Brennstoffzelle in der vorstehend beschriebenen Weise ein.

Claims (23)

1. Kraftfahrzeugaggregat mit einem Verbrennungsmotor, einem diesem nachgeschalteten Katalysator und einem Kraftstoffreformer, dadurch gekennzeichnet, dass dem Katalysator (2) ein Nachbrenner (11) nachgeschaltet ist und dass der Kraftstoffreformer (3) zumindest vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) den Nachbrenner (11) zu seinem Aufheizen versorgt.
2. Kraftfahrzeugaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachbrenner (11) vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) auf Betriebstemperatur aufheizbar ist.
3. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffreformer (3) dem Nachbrenner (11) ein wasserstoffhaltiges Medium (27) zuführt.
4. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffreformer (3) mit einem Kohlenwasserstoffgemisch (25), vorzugsweise mit Benzin, versorgt ist.
5. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kohlenwasserstoffgemisch (25, 36) ebenfalls der Verbrennungsmotor (1) versorgt ist.
6. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftstoffreformer (3) eine Wasserstoff- Anreicherungseinrichtung (4) nachgeschaltet ist, welche die Versorgung des Nachbrenners (11) vornimmt.
7. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch im fortlaufenden Betrieb des Verbrennungsmotors (1) der Nachbrenner (11) mittels des Kraftstoffreformers (3) direkt oder unter Zwischenschaltung der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung (4) versorgbar ist.
8. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffreformer (3) oder die Wasserstoff- Anreicherungseinrichtung (4) eine Bordnetz-Energieerzeugungsvorrichtung (13) für das Kraftfahrzeug versorgt.
9. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordnetz-Energieerzeugungsvorrichtung (13) eine Brennstoffzelle (10) aufweist.
10. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (10) als Polymer-Membran- Brennstoffzelle ausgebildet ist.
11. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wasserstoff-Abtrenneinrichtung (9) zur Versorgung der Brennstoffzelle (10).
12. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Abtrenneinrichtung (9) dem Kraftstoffreformer (3) oder der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung (4) nachgeschaltet ist.
13. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung (9) anfallendes Restmedium (40) dem Nachbrenner (11) zugeführt ist.
14. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Umleitvorrichtung (6), die zwischen den Kraftstoffreformer (3) und der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung (9) oder zwischen der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung (4) und der Wasserstoff- Abtrenneinrichtung (9) geschaltet ist, um unter wahlweiser Umgehung der Wasserstoff-Abtrenneinrichtung (9) eine direkte Verbindung zum Nachbrenner (11) herzustellen.
15. Kraftfahrzeugaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zentrale, mit dem Kraftstoffreformer (3), der Wasserstoff-Anreicherungseinrichtung (4), der Umleitvorrichtung (6), der Brennstoffzelle (10) und/oder dem Nachbrenner (11) zusammenwirkende Steuereinheit (18) zur kontrollierten Minderung der Emissionen.
16. Verfahren zur Minderung von Emissionen eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem diesem nachgeschalteten Katalysator dadurch gekennzeichnet, dass das im Katalysator (2) bereits behandelte Abgas in einem Nachbrenner (11) nachverbrannt wird und dass der Nachbrenner (11) zumindest vor Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) aufgeheizt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachbrenner (11) mittels eines in einem Kraftstoffreformer erzeugten wasserstoffhaltigen Mediums (27) aufgeheizt wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kraftstoffreformer (3) erzeugte wasserstoffhaltige Medium (27) zusätzlich mit Wasserstoff angereichert wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch im fortlaufenden Betrieb des Verbrennungsmotors (1) der Nachbrenner (11) mit dem wasserstoffhaltigen Medium (27, 29) versorgt wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserstoffhaltige Medium (27, 29) zusätzlich oder alternativ zur Bordnetz-Energieerzeugung des Kraftfahrzeugs in einer Brennstoffzelle (10) genutzt wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtrennung des Wasserstoffs (30) vom wasserstoffhaltigen Medium (27, 29) erfolgt und dieser der Brennstoffzelle (10) zugeführt wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Wasserstoffabtrennung anfallende Restmedium (40) nachverbrannt wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgung des Nachbrenners (11) und/oder der Brennstoffzelle (10) unter Berücksichtigung von ermittelten Betriebsdaten gesteuert wird.
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