DE10133390A1

DE10133390A1 - Motor vehicle drive system with an internal combustion engine

Info

Publication number: DE10133390A1
Application number: DE10133390A
Authority: DE
Inventors: Rene Van Doorn; Jens Arik Almkermann; Michael Kah
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: DE10133390C2; WO2003006814A1

Abstract

The invention relates to a vehicle driving system (10) comprising an internal combustion engine (12). According to the invention, a fuel cell device (16), which generates exhaust gas, is functionally connected to the internal combustion engine in order to at least partially supply the internal combustion engine (12) with fuel cell exhaust gas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a motor vehicle drive system with an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Es ist bereits bekannt, in Kraftfahrzeug-Antriebssystemen mit einem Verbrennungsmotor eine Rückführung wenigstens eines Teils des Verbrennungsmotorabgases zur Reduktion von Schadstoff-Emissionen und insbesondere von NO_x während des Betriebs des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Dabei wird mittels einer Rückführung des Verbrennungsmotorabgases prinzipiell der Sauerstoffgehalt in einer Zylinderfüllung verringert und der Inertgasanteil in selbiger entsprechend erhöht. Aufgrund einer sich einstellenden Verringerung der Verbrennungstemperatur und des Sauerstoffanteils des Verbrennungsgemischs wird eine deutlich niedrigere Stickoxidbildung im Verbrennungsmotorabgas erhalten. Dabei sind zur Erzielung einer effektiven NO_x-Verringerung bei direkteinspritzenden Diesel-Motoren sowie bei direkteinspritzenden Otto-Motoren verhältnismäßig hohe Rückführraten des entsprechenden Verbrennungsmotorabgases notwendig. Zur Volumenstromsicherstellung derartiger rückzuführender Verbrennungsmotorabgase ist es erforderlich, vor Erzeugung eines Abgas-Luft-Gemischs eine Androsselung der Ladeluft (Ansaugluft) vorzunehmen, so dass eine geeignete beziehungsweise ausreichende Druckdifferenz zwischen dem Ladeluftstrom und dem Verbrennungsmotorabgasstrom vor deren Mischung vorliegt. Nachteilhafterweise ist eine derartige Ladeluftdrosselung mit einem Wirkungsgradverlust des Gesamtsystems verbunden. In motor vehicle drive systems with an internal combustion engine, it is already known to recirculate at least part of the internal combustion engine exhaust gas to reduce pollutant emissions and in particular NO _x during the operation of the motor vehicle. By recycling the internal combustion engine exhaust gas, the oxygen content in a cylinder charge is reduced in principle and the proportion of inert gas in the same is increased accordingly. As a result of a reduction in the combustion temperature and the oxygen content of the combustion mixture, a significantly lower formation of nitrogen oxide in the exhaust from the engine is obtained. In order to achieve an effective NO _x reduction in direct-injection diesel engines and in direct-injection gasoline engines, relatively high recirculation rates of the corresponding internal combustion engine exhaust gas are necessary. To ensure volume flow of such internal combustion engine exhaust gases to be recirculated, it is necessary to throttle the charge air (intake air) before generating an exhaust gas / air mixture, so that there is a suitable or sufficient pressure difference between the charge air flow and the internal combustion engine exhaust gas flow before they are mixed. Such charge air throttling is disadvantageously associated with a loss in efficiency of the overall system.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wirkungsgradgünstigere Reduzierung von Schadstoff-Emissionen und insbesondere NO_x Emissionen im Verbrennungsmotorabgas ermöglicht. It is an object of the invention to provide a motor vehicle drive system of the type mentioned at the outset which enables a more efficient reduction in pollutant emissions and in particular NO _x emissions in the internal combustion engine exhaust.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Abgas erzeugende Brennstoffzellen-Einrichtung vorgesehen ist, welche zu einer wenigstens teilweisen Zuführung des Brennstoffzellenabgases in den Verbrennungsmotor mit selbigem wirkverbunden ist. Mittels Zuführung eines Brennstoffzellenabgases in den Verbrennungsmotor ist es möglich, bei verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad die bekannten Vorteile einer konventionellen Verbrennungsmotorabgas-Rückführung zu erzielen. Dabei kann zusätzlich ein verbleibender Restheizwert des im Wesentlichen aus N₂, CO, CO₂, Wasser und Resten an Sauerstoff und Wasserstoff bestehenden Brennstoffzellenabgases bei der Kraftstoffverbrennung im Verbrennungsmotor genutzt werden. Insbesondere ist eine die konventionelle Verbrennungsmotorabgas-Rückführung ergänzende Brennstoffzellenabgas-Zuführung in den Verbrennungsmotor vorgesehen. Da die Brennstoffzellen- Einrichtung bei Arbeitsdrücken oberhalb des Umgebungsdrucks (Atmosphärendruck) betrieben wird, kann das Brennstoffzellenabgas auch einer ungedrosselten Ansaugluft (Ladeluft) zugeführt und mit selbiger vermischt werden. Da der bei einer ergänzenden Zuführung von Brennstoffzellenabgas verbleibende Bedarf an rückzuführendem Verbrennungsmotorabgas entsprechend reduziert ist, ist vorteilhafterweise auch eine entsprechend geringere Drosselung der Ansaugluft erforderlich. Aufgrund der drosselungsbedingten Wirkungsgradverluste ist mittels einer Zuführung des Brennstoffzellenabgases vorteilhafterweise ein höherer Gesamtwirkungsgrad im Kraftfahrzeug-Antriebssystem erzielbar als bei einer ausschließlichen konventionellen Verbrennungsmotorabgas-Rückführung. To achieve the object, a motor vehicle drive system with the features of claim 1 is proposed, which is characterized in that an exhaust gas-producing fuel cell device is provided which is operatively connected to the fuel cell exhaust gas at least partially in the internal combustion engine with the same. By supplying a fuel cell exhaust gas to the internal combustion engine, it is possible to achieve the known advantages of a conventional internal combustion engine exhaust gas recirculation with a relatively high degree of efficiency. In addition, a residual calorific value of the fuel cell exhaust gas, which essentially consists of N ₂ , CO, CO ₂ , water and residues of oxygen and hydrogen, can be used in the combustion of fuel in the internal combustion engine. In particular, a fuel cell exhaust gas supply, which supplements the conventional internal combustion engine exhaust gas recirculation, is provided in the internal combustion engine. Since the fuel cell device is operated at working pressures above ambient pressure (atmospheric pressure), the fuel cell exhaust gas can also be supplied to an unrestricted intake air (charge air) and mixed with the same. Since the need for recirculating internal combustion engine exhaust gas to be returned when fuel cell exhaust gas is supplemented is correspondingly reduced, a correspondingly lower throttling of the intake air is also advantageously required. Due to the throttling-related efficiency losses, a higher overall efficiency in the motor vehicle drive system can advantageously be achieved by supplying the fuel cell exhaust gas than with an exclusive conventional internal combustion engine exhaust gas recirculation.

Mit Vorteil ist die Brennstoffzellen-Einrichtung mit einer Abgasrückführeinrichtung verbunden. Da die Zuführung des Brennstoffzellenabgases in den Verbrennungsmotor insbesondere in Kombination mit der konventionellen Brennstoffzellenabgas-Rückführung erfolgt, ist es von Vorteil, die Abgasrückführeinrichtung wenigstens teilweise zur Zuführung des Brennstoffabgases in den Verbrennungsmotor zu nutzen. The fuel cell device with an exhaust gas recirculation device is advantageous connected. Because the supply of the fuel cell exhaust gas to the internal combustion engine especially in combination with the conventional fuel cell exhaust gas recirculation takes place, it is advantageous to at least partially for the exhaust gas recirculation device Use the supply of the fuel exhaust gas in the internal combustion engine.

Entsprechend einer möglichen Ausführungsform weist die Brennstoffzellen-Einrichtung eine Membran-Brennstoffzelle und einen Kraftstoffreformer auf. Bei Einsatz einer derartigen Brennstoffzellen-Einrichtung ist es vorteilhafterweise nicht notwendig, einen weiteren, speziellen Kraftstoff im Kraftfahrzeug zu speichern und mitzuführen. According to a possible embodiment, the fuel cell device has a membrane fuel cell and a fuel reformer. When using a such a fuel cell device, it is advantageously not necessary to add another to store and carry special fuel in the motor vehicle.

Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform enthält die Brennstoffzellen- Einrichtung eine Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzelle. Diese Art von Brennstoffzellen- Einrichtungen erlaubt eine Kohlenwasserstoff-Direktverstromung. According to a further alternative embodiment, the fuel cell Establishment of a high temperature solid oxide fuel cell. This kind of fuel cell Facilities allow direct hydrocarbon power generation.

Der Verbrennungsmotor kann ein Otto-Motor oder ein Diesel-Motor, insbesondere mit Direkteinspritzung, sein. Dabei ist eine vorteilhafte Zuführung des Brennstoffzellenabgases in im Vergleich zur konventionellen Verbrennungsmotorabgas-Rückführung ausgedehnteren Betriebskennfeldbereichen möglich. Im Falle eines Diesel-Motors mit Direkteinspritzung ergibt sich nachteilhafterweise bei einer Erhöhung der Ladegastemperatur aufgrund einer hohen Verbrennungsmotorabgas-Rückführung eine entsprechende Erhöhung des Rußausstoßes. Dieser Effekt ist als sogenannte "NO_x-Ruß-Schere" bekannt. Zur Einschränkung dieses negativen Effekts ist ein Kompromiss in Bezug auf die Regelung des Ansaugluft-Volumenstroms notwendig. Mittels Zuführung des Brennstoffzellenabgases kann auch dieser Kompromiss günstiger gestaltet werden, da die chemische Zusammensetzung des Brennstoffzellenabgases zur effektiven NO_x Reduktion beiträgt, jedoch die verhältnismäßig niedrigen Betriebstemperaturen des Brennstoffzellenabgases, welche bei einer Membranbrennstoffzelle kleiner als 150°C ist, eine im Vergleich zu einer reinen konventionellen Verbrennungsmotorabgas-Rückführung geringere Neigung zu einer nicht erwünschten Rußbildung im Verbrennungsmotorabgas hervorruft. The internal combustion engine can be a gasoline engine or a diesel engine, in particular with direct injection. In this case, an advantageous supply of the fuel cell exhaust gas is possible in operating map areas which are more extensive than in the conventional internal combustion engine exhaust gas recirculation. In the case of a diesel engine with direct injection, an increase in the charge gas temperature due to a high internal combustion engine exhaust gas recirculation disadvantageously results in a corresponding increase in soot emissions. This effect is known as so-called "NO _x soot scissors". To limit this negative effect, a compromise with regard to the regulation of the intake air volume flow is necessary. By supplying the fuel cell exhaust gas, this compromise can also be made more favorable, since the chemical composition of the fuel cell exhaust gas contributes to the effective NO _x reduction, but the relatively low operating temperatures of the fuel cell _exhaust gas, which in a membrane fuel cell is less than 150 ° C., are one compared to a pure one conventional engine exhaust gas recirculation causes less tendency to undesirable soot formation in the engine exhaust gas.

Mit Vorteil weist die Abgasrückführeinrichtung eine Mischkammer zur wenigstens teilweisen Zusammenführung eines Ladeluftstroms, eines Verbrennungsmotor-Abgasstroms und eines Brennstoffzellen-Abgasstroms unter Ausbildung eines in den Verbrennungsmotor zuführbaren Abgas-Luft-Gemischs auf. Dabei kann in einer derartigen Mischkammer vorteilhafterweise mittels einer geeigneten Messeinrichtung die jeweilige Zusammensetzung des sich einstellenden Abgas-Luft-Gemischs festgestellt werden. The exhaust gas recirculation device advantageously has at least one mixing chamber partial merging of a charge air flow, an internal combustion engine exhaust gas flow and a fuel cell exhaust gas flow to form one in the Internal combustion engine feedable exhaust air mixture. It can be in such a mixing chamber advantageously the respective one by means of a suitable measuring device Composition of the resulting exhaust gas-air mixture can be determined.

Die Zusammensetzung des Abgas-Luft-Gemischs ist vorzugsweise mittels wenigstens eines Ventils insbesondere automatisiert einstellbar. Hierdurch wird eine betriebsangepasste und flexible Einstellung einer Verbrennungsmotorabgas-Rückführung und/oder einer Brennstoffzellenabgas-Zuführung in den Verbrennungsmotor ermöglicht. The composition of the exhaust gas-air mixture is preferably at least a valve, in particular automatically adjustable. This will create a operationally adapted and flexible setting of an internal combustion engine exhaust gas recirculation and / or allows a fuel cell exhaust gas supply in the internal combustion engine.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die Brennstoffzellen-Einrichtung abgasseitig mit einer zwischengeschalteten Reaktoreinheit verbunden zur Erzeugung von Wasserstoffperoxid oder von OH-Radikalen aus dem Brennstoffzellenabgas. Der Einsatz einer derartigen Reaktoreinheit ist in einem Kraftfahrzeug mit Diesel-Motor sinnvoll. Dabei erfolgt die Erzeugung von Wasserstoffperoxid oder von OH-Radikalen in einem chemischen Prozess, zum Beispiel mittels katalytisch unterstützter Dehydrierung von Wasser oder mittels Synthese aus dem im Brennstoffzellenabgas enthaltenen Restwasserstoff und Luftsauerstoff. Freie OH-Radikale sind für eine erwünschte Rußoxidation von besonderer Bedeutung und erlauben somit eine vorteilhafte Verringerung grundsätzlich zu vermeidender Partikelemissionen mit dem Verbrennungsmotorabgas. Dagegen dissoziiert das gebildete Wasserstoffperoxid fast vollständig im Verbrennungsraum zu freien OH-Radikalen, so dass es zur Erzielung des vorteilhaften Effekts einer erwünschten Rußverminderung im Verbrennungsmotorabgas beitragen kann. Darüber hinaus erlauben niedrigere Partikelemissionen im Verbrennungsmotorabgas die Nutzung höherer Rückführraten desselben (bis zu 50%), so dass vorteilhafterweise eine weitere Reduktion von NO_x Emissionen im Verbrennungsmotorabgas erzielbar sind. According to a preferred embodiment, the fuel cell device is connected on the exhaust side to an intermediate reactor unit for generating hydrogen peroxide or OH radicals from the fuel cell exhaust gas. The use of such a reactor unit makes sense in a motor vehicle with a diesel engine. Hydrogen peroxide or OH radicals are generated in a chemical process, for example by means of catalytically supported dehydrogenation of water or by synthesis from the residual hydrogen and atmospheric oxygen contained in the fuel cell exhaust gas. Free OH radicals are of particular importance for a desired soot oxidation and thus allow an advantageous reduction in particle emissions to be avoided in principle with the internal combustion engine exhaust gas. In contrast, the hydrogen peroxide formed dissociates almost completely in the combustion chamber to form free OH radicals, so that it can contribute to achieving the advantageous effect of a desired soot reduction in the combustion engine exhaust gas. In addition, lower particle emissions in the internal combustion engine exhaust allow the use of higher recirculation rates (up to 50%), so that a further reduction of NO _x emissions in the internal combustion engine exhaust can advantageously be achieved.

Vorzugsweise enthält die Abgasrückführeinrichtung ein insbesondere automatisiert verstellbares Ladeluftzuführsystem zur unabhängigen Einstellung des Ladeluftdrucks und/oder der Rückführrate des Verbrennungsmotorabgases. Der Einsatz eines derartigen Ladeluftzuführsystems ist insbesondere bei direkt einspritzenden Diesel-Motoren sinnvoll. Dabei ist das Ladeluftzuführsystem vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass eine variable Veränderung der Turbinengeometrie eines Laders möglich ist. Wenn sich bei einer Turbinenverstellung des Laders neben dem Ladeluftdruck zusätzlich auch das vorliegende Druckgefälle an einem Verbrennungsmotorabgas-Rückführventil verändert, führt dies gleichzeitig zu einer entsprechenden Variation der Rückführrate des Verbrennungsmotorabgases. In dieser Weise ist eine von der Zuführung des Brennstoffzellengases entkoppelte Steuerung beziehungsweise Regelung der Verbrennungsmotorabgas- Rückführrate und des Ladeluftdrucks aufgrund des geschaffenen zusätzlichen Freiheitsgrads möglich. Dabei ist auch die Brennstoffzellenabgas-Zuführrate von der Verbrennungsmotorabgas-Rückführung unabhängig einstellbar. The exhaust gas recirculation device preferably contains a particularly automated one adjustable charge air supply system for independent adjustment of the charge air pressure and / or the recirculation rate of the engine exhaust. The use of such Charge air supply system is particularly useful for direct-injection diesel engines. The charge air supply system is advantageously designed such that a variable change of the turbine geometry of a loader is possible. If at one Turbine adjustment of the charger in addition to the charge air pressure also that changes existing pressure drop at an engine exhaust gas recirculation valve leads this simultaneously leads to a corresponding variation in the return rate of the Engine exhaust gas. In this way, one of the supply of the fuel cell gas decoupled control or regulation of the internal combustion engine exhaust Return rate and charge air pressure due to the additional created Degree of freedom possible. The fuel cell exhaust gas feed rate is also from Internal combustion engine exhaust gas recirculation can be set independently.

Vorteilhafterweise ist die Brennstoffzellen-Einrichtung eine Energiehilfseinrichtung. Eine derartige Energiehilfseinrichtung dient insbesondere zur Deckung eines sich ständig steigenden Bedarfs an elektrischer Leistung und somit einer entsprechenden elektrischen Energiebereitstellung in einem Kraftfahrzeug. Derartige Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen bestehen aus einer Brennstoffzellen-Einheit und einer Kraftstoffaufbereitungseinheit. Da mittels einer Brennstoffzellen-Hilfseinrichtung eine im Vergleich zu einer vom Verbrennungsmotor angetriebenen Lichtmaschine wirkungsgradgünstigere Stromerzeugung möglich ist, eignet sich deren Einsatz beispielsweise besonders in Oberklassenfahrzeugen, die eine relativ hohe Anzahl an elektrischen Verbrauchern aufweisen. The fuel cell device is advantageously an energy auxiliary device. A Such an auxiliary energy device serves in particular to cover itself increasing demand for electrical power and thus a corresponding electrical Provision of energy in a motor vehicle. such Fuel cell auxiliary devices consist of a fuel cell unit and a Fuel conditioning unit. Since by means of a fuel cell auxiliary device in comparison to one of the Internal combustion engine driven alternator more efficient Electricity generation is possible, their use is particularly suitable, for example, in Luxury vehicles with a relatively high number of electrical consumers.

Mit Vorteil ist eine zentrale Steuereinheit vorgesehen zur automatisierten Einstellung der Zusammensetzung des Abgas-Luft-Gemischs und/oder des in den Verbrennungsmotor zuzuführenden Volumenstroms des Abgas-Luft-Gemischs in Abhängigkeit von Betriebsdaten des Verbrennungsmotors und/oder der Brennstoffzellen-Einrichtung. Mittels einer derartigen zentralen Steuereinheit kann eine flexible und betriebsgünstige Brennstoffzellenabgas-Zuführung und/oder Verbrennungsmotorabgas-Rückführung in den Verbrennungsmotor erfolgen. A central control unit is advantageously provided for the automated setting of the Composition of the exhaust gas-air mixture and / or in the internal combustion engine volume flow of the exhaust-air mixture to be supplied as a function of Operating data of the internal combustion engine and / or the fuel cell device. By means of a Such a central control unit can be flexible and economical Fuel cell exhaust gas supply and / or engine exhaust gas recirculation in the Internal combustion engine take place.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Further advantageous embodiments of the invention result from the description.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In einer einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Antriebssystem anhand eines Blockschaltbildes dargestellt. The invention is described in an exemplary embodiment based on an associated Drawing explained in more detail. In a single figure is an inventive Motor vehicle drive system shown using a block diagram.

Die Figur zeigt ein allgemein mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug-Antriebssystem in schematischer Darstellung. Das Antriebssystem 10 enthält einen Verbrennungsmotor 12, der ein direkteinspritzender Otto-Motor oder ein direkteinspritzender Diesel-Motor sein kann. Ferner ist eine Abgasrückführeinrichtung 14 vorgesehen, mittels welcher das Verbrennungsmotorabgas wenigstens teilweise in den Verbrennungsmotor 12 rückführbar ist. Die Abgasrückführeinrichtung 14 enthält einen Abgaskrümmer 18, der zur Rückführung des Verbrennungsmotorabgases mit einer Leitung 22 verbunden ist, welche zu einer Mischkammer 42 führt. In der Leitung 22 ist ein Verbrennungsmotorabgas-Kühler 24 und ein diesem nachgeschaltetes Verbrennungsmotorabgas-Ventil 26 integriert. Nicht in den Verbrennungsmotor 12 rückzuführendes Verbrennungsmotorabgas wird durch die Leitung 20 einem Turbolader 28 zugeführt, welcher in an sich bekannter Weise mittels einer Leitung 30 unter Zwischenschaltung eines Ladeluftkühlers 32 Ladeluft in die Mischkammer 42 zuführt. Erfindungsgemäß ist die Mischkammer 42 mittels einer Leitung 36 mit einer Brennstoffzellen-Einrichtung 16 derart verbunden, dass das Brennstoffzellenabgas in die Mischkammer 42 zugeführt werden kann. Dabei führt die Leitung 36 abgasseitig von der Brennstoffzellen-Einrichtung 16 zu einem H₂O₂-Katalysator 34, von diesem zu einem Brennstoffzellenabgas-Ventil 38 und schließlich zu der Mischkammer 42. Die Mischkammer 42 dient zur wenigstens teilweisen Zusammenführung des Ladeluftstroms (Leitung 30) und/oder des Verbrennungsmotor-Abgasstroms (Leitung 22) und/oder des Brennstoffzellen-Abgasstroms (Leitung 36) unter Ausbildung eines in den Verbrennungsmotor 12 zuführbaren Abgas-Luft-Gemischs mittels einer von der Mischkammer 42 in den Verbrennungsmotor 12 führenden Leitung 40 (Ansaugkanal). Ferner ist eine zentrale Steuereinheit 44 vorgesehen, die zur Durchführung einer betriebsgünstigen und automatisierten Einstellung der Brennstoffzellenabgas-Zuführung und der Verbrennungsmotorabgas-Rückführung in den Verbrennungsmotor 12 mit dem Brennstoffzellenabgas-Ventil 38 und dem Verbrennungsmotorabgas-Ventil 26 mittels Steuerleitungen 48 operativ wirkverbunden ist. Dabei erhält die zentrale Steuereinheit 44 mittels Datenleitungen 46 geeignete Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs. Gegebenenfalls kann auch der Turbolader 28 mittels der zentralen Steuereinheit 44 variabel einstellbar sein. The figure shows a motor vehicle drive system, generally designated 10 , in a schematic representation. The drive system 10 includes an internal combustion engine 12 , which may be a direct injection gasoline engine or a direct injection diesel engine. Furthermore, an exhaust gas recirculation device 14 is provided, by means of which the internal combustion engine exhaust gas can be at least partially recycled into the internal combustion engine 12 . The exhaust gas recirculation device 14 contains an exhaust manifold 18 which is connected to a line 22 for returning the internal combustion engine exhaust gas, which leads to a mixing chamber 42 . An internal combustion engine exhaust gas cooler 24 and an internal combustion engine exhaust gas valve 26 downstream thereof are integrated in the line 22 . Internal combustion engine exhaust gas not to be returned to the internal combustion engine 12 is fed through the line 20 to a turbocharger 28 which, in a manner known per se, feeds charge air into the mixing chamber 42 by means of a line 30 with the interposition of an intercooler 32 . According to the invention, the mixing chamber 42 is connected to a fuel cell device 16 by means of a line 36 such that the fuel cell exhaust gas can be fed into the mixing chamber 42 . The line 36 leads on the exhaust side from the fuel cell device 16 to an H ₂ O ₂ catalyst 34 , from there to a fuel cell exhaust valve 38 and finally to the mixing chamber 42 . The mixing chamber 42 is used to at least partially combine the charge air flow (line 30 ) and / or the internal combustion engine exhaust gas flow (line 22 ) and / or the fuel cell exhaust gas flow (line 36 ) by forming an exhaust gas / air mixture which can be fed into the internal combustion engine 12 by means of a line 40 leading from the mixing chamber 42 into the internal combustion engine 12 (intake duct). Furthermore, a central control unit 44 is provided, which is operatively connected to the fuel cell exhaust valve 38 and the combustion engine exhaust valve 26 by means of control lines 48 in order to carry out an operationally advantageous and automated adjustment of the fuel cell exhaust gas supply and the internal combustion engine exhaust gas return to the internal combustion engine 12 . The central control unit 44 receives suitable operating data of the motor vehicle by means of data lines 46 . If necessary, the turbocharger 28 can also be variably adjustable by means of the central control unit 44 .

Das Kraftfahrzeug-Antriebssystem 10 erlaubt somit eine wirkungsgradgünstige und flexible Brennstoffzellenabgas-Zuführung und/oder Verbrennungsmotorabgas-Rückführung in den Verbrennungsmotor 12 zur Erzielung einer erwünschten Reduktion von NO_x-Emissionen beim Betreiben des Kraftfahrzeugs. The motor vehicle drive system 10 thus permits an efficient and flexible fuel cell exhaust gas supply and / or internal combustion engine exhaust gas recirculation into the internal combustion engine 12 in order to achieve a desired reduction in NO _x emissions when operating the motor vehicle.

Claims

1. Motor vehicle drive system with an internal combustion engine, characterized in that an exhaust gas-producing fuel cell device ( 16 ) is provided, which is operatively connected to an at least partial supply of the fuel cell exhaust gas to the internal combustion engine ( 12 ).

2. Motor vehicle drive system according to claim 1, characterized in that the fuel cell device ( 16 ) with the exhaust gas recirculation device ( 14 ) is connected.

3. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell device ( 16 ) has a membrane fuel cell and a fuel reformer.

4. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell device ( 16 ) contains a high-temperature solid oxide fuel cell.

5. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine ( 12 ) is a gasoline engine or a diesel engine, in particular with direct injection.

6. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation device ( 14 ) has a mixing chamber ( 42 ) for at least partially merging a charge air flow, an internal combustion engine exhaust gas flow and a fuel cell exhaust gas flow with formation of an in the internal combustion engine ( 12 ) feedable exhaust-air mixture.

7. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the composition of the exhaust gas-air mixture by means of at least one valve ( 26 , 36 ) is particularly adjustable automatically.

8. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell device ( 16 ) on the exhaust gas side is connected to an intermediate reactor unit ( 34 ) for generating hydrogen peroxide or OH radicals from the fuel cell exhaust gas.

9. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation device ( 14 ) has a particularly automatically adjustable charge air supply system ( 28 ) for independent adjustment of the charge air pressure and / or the recirculation rate of the internal combustion engine exhaust gas.

10. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell device ( 16 ) is an energy auxiliary device.

11. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that a central control unit ( 44 ) is provided for automated adjustment of the composition of the exhaust gas-air mixture and / or of the volume flow of the exhaust gas-air to be supplied to the internal combustion engine ( 12 ) Mixture depending on operating data of the internal combustion engine ( 12 ) and / or the fuel cell device ( 16 ).