DE102020209156A1 - Exhaust system for a hydrogen internal combustion engine and method for operating an exhaust system of a hydrogen internal combustion engine - Google Patents

Exhaust system for a hydrogen internal combustion engine and method for operating an exhaust system of a hydrogen internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasstrang (100) für einen Wasserstoffverbrennungsmotor (10) und ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrangs (100) eines Wasserstoffverbrennungsmotors, der mit Wasserstoffgas als Kraftstoff betrieben wird. Der erfindungsgemäße Abgasstrang (100) umfasst eine Abgasleitung (102), eine in der Abgasleitung (102) angeordnete erste Katalysatorvorrichtung (110), die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, eine in der Abgasleitung (102) stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung (110) angeordnete zweite Katalysatorvorrichtung (120), die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, und eine stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) angeordnete Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung (170), die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas einzuspritzen, damit das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) vorliegenden Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagiert.The present invention relates to an exhaust system (100) for a hydrogen internal combustion engine (10) and a method for operating an exhaust system (100) of a hydrogen internal combustion engine that is operated with hydrogen gas as fuel. The exhaust line (100) according to the invention comprises an exhaust pipe (102), a first catalytic converter device (110) arranged in the exhaust pipe (102) and designed to at least partially post-treat the exhaust gas, a catalytic converter device (110) installed in the exhaust pipe (102) upstream of the first catalytic converter device ( 110) arranged second catalyst device (120), which is designed to at least partially post-treat the exhaust gas, and a hydrogen gas injection device (170) arranged upstream of the second catalyst device (120), which is designed to inject hydrogen gas so that the injected hydrogen gas with the in the second catalytic device (120) reacts oxygen present to heat the exhaust gas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasstrang für einen Wasserstoffverbrennungsmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrangs eines Wasserstoffverbrennungsmotors, insbesondere einen Abgasstrang für einen Wasserstoffverbrennungsmotor mit einer Vorrichtung zum schnellen Erwärmen der Katalysatorvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren hierfürThe present invention relates to an exhaust system for a hydrogen internal combustion engine and a method for operating an exhaust system of a hydrogen internal combustion engine, in particular an exhaust system for a hydrogen internal combustion engine with a device for rapidly heating the catalyst device and a corresponding method for this

Wasserstoffverbrennungsmotoren werden im Zuge der immer strengeren Emissionsvorschriften, insbesondere im Hinblick auf die Kohlenstoffoxidemission, wichtiger. Bei einem Wasserstoffverbrennungsmotor kann es aufgrund der hohen Temperaturen und dem in der Luft vorrätigen Stickstoff auch zu Stickoxiden im Abgas kommen, die mit Hilfe einer Katalysatorvorrichtung, wie beispielsweise einer auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion basierenden Katalysatorvorrichtung, in Kombination mit Wasserstoffgas nachbehandelt werden können, um die Stickoxidemission weitestgehend zu reduzieren. Von fossilen Verbrennungskraftmotoren ist es bekannt, dass eine Katalysatorvorrichtung, wie beispielsweise eine auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion basierende Katalysatorvorrichtung, auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur erwärmt werden muss, damit effiziente Umsetzung der Stickoxide realisiert werden kann. Hierfür ist es bekannt, ein konventionelles Katalysatorsubstrat mit einer elektrisch beheizbaren Scheiben zu vereinen, die das Katalysatorsubstrat auf die vorbestimmte Temperatur erwärmen kann.Hydrogen internal combustion engines are becoming more important as emission regulations become more stringent, particularly with regard to carbon oxide emissions. In the case of a hydrogen combustion engine, due to the high temperatures and the nitrogen present in the air, nitrogen oxides can also occur in the exhaust gas, which can be post-treated with the aid of a catalytic converter device, such as a catalytic converter device based on the principle of selective catalytic reduction, in combination with hydrogen gas. to reduce nitrogen oxide emissions as much as possible. It is known from fossil internal combustion engines that a catalytic converter device, such as a catalytic converter device based on the principle of selective catalytic reduction, must be heated to a predetermined operating temperature so that efficient conversion of the nitrogen oxides can be implemented. For this purpose, it is known to combine a conventional catalyst substrate with an electrically heatable disc that can heat the catalyst substrate to the predetermined temperature.

Ferner ist aus der DE 10 2007 021 827 A1 ein Abgasreinigungssystem für einen Wasserstoffmotor bekannt. Das darin offenbarte Abgasreinigungssystem umfasst einen Wasserstoffspeichertank zum Speichern von Wasserstoff unter Hochdruck, einen Wasserstoffmotor zum Verbrennen von Wasserstoff, der aus dem Wasserstoffspeichertank zugeführt wird, und einen Katalysator. Das Abgasreinigungssystem ist in der Lage, während des Betriebs des Wasserstoffmotors Wasserstoffgas in das Abgasrohr einzuleiten. Ferner weist das System einen stromaufwärtsseitigen Abgassensor, der in dem Abgasrohr stromaufwärts des Katalysators zum Detektieren des Abgaselements angeordnet ist, und eine auslassseitige Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung auf, die stromaufwärts des stromaufwärtsseitigen Abgassensors zum Einspritzen von Wasserstoffgas in das Abgasrohr ausgebildet ist.Furthermore, from the DE 10 2007 021 827 A1 an exhaust gas purification system for a hydrogen engine is known. The exhaust gas purification system disclosed therein includes a hydrogen storage tank for storing high-pressure hydrogen, a hydrogen engine for combusting hydrogen supplied from the hydrogen storage tank, and a catalyst. The emission control system is capable of introducing hydrogen gas into the exhaust pipe during the operation of the hydrogen engine. Further, the system includes an upstream exhaust gas sensor arranged in the exhaust pipe upstream of the catalyst for detecting the exhaust element, and a downstream hydrogen gas injector formed upstream of the upstream exhaust gas sensor for injecting hydrogen gas into the exhaust pipe.

Der vorliegenden Erfindung liegt zumindest teilweise die Aufgabe zugrunde, einen Abgasstrang für einen Wasserstoffverbrennungsmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrangs eines Wasserstoffverbrennungsmotors bereitzustellen, mit dem jeweils die im Abgasstrang angeordnete Katalysatorvorrichtung möglichst frühzeitig und schnell auf ihre Betriebstemperatur zu erwärmen.The present invention is at least partially based on the object of providing an exhaust system for a hydrogen internal combustion engine and a method for operating an exhaust system of a hydrogen internal combustion engine, with which the catalytic converter device arranged in the exhaust system can be heated to its operating temperature as early and quickly as possible.

Diese Aufgabe wird mit einem Abgasstrang für einen Wasserstoffverbrennungsmotor gemäß unabhängigen Anspruch 1 und einem Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrangs eines Wasserstoffverbrennungsmotors mit den Merkmalen gemäß unabhängigen Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with an exhaust line for a hydrogen internal combustion engine according to independent claim 1 and a method for operating an exhaust line of a hydrogen internal combustion engine having the features according to independent claim 10 . Preferred and advantageous configurations are specified in the dependent claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, eine (Haupt-)Katalysatorvorrichtung, insbesondere SCR-Katalysatorvorrichtung, eines Abgasstrangs für einen Wasserstoffverbrennungsmotor dadurch auf ihre vorbestimmte Betriebstemperatur zu erwärmen, dass eine zusätzliche Katalysatorvorrichtung stromaufwärts der (Haupt-)Katalysatorvorrichtung und eine Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas stromaufwärts der weiteren Katalysatorvorrichtung einzuspritzen, vorzusehen, damit das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der weiteren Katalysatorvorrichtung vorliegenden Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagieren kann. Das dadurch erwärmte Abgas kann dann durch die (Haupt-)Katalysatorvorrichtung zum frühzeitigen Erwärmen derselben verwendet werden, um diese frühestmöglich und schnellstmöglich auf die vorbestimmte Betriebstemperatur zu erwärmen.The present invention is essentially based on the idea of heating a (main) catalytic converter device, in particular an SCR catalytic converter device, of an exhaust system for a hydrogen internal combustion engine to its predetermined operating temperature in that an additional catalytic converter device upstream of the (main) catalytic converter device and a hydrogen gas injection device, adapted to inject hydrogen gas upstream of the further catalyst device, to allow the injected hydrogen gas to react with the oxygen present in the further catalyst device to heat the exhaust gas. The exhaust gas heated in this way can then be used by the (main) catalytic converter device to heat it up early, in order to heat it up to the predetermined operating temperature as early and as quickly as possible.

Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt ein Abgasstrang für einen Wasserstoffverbrennungsmotor offenbart, der dazu ausgebildet ist, mit Wasserstoffgas als Kraftstoff betrieben zu werden. Das Wasserstoffgas wird in zumindest einem Verbrennungsraum mit Luft verbrannt. Der erfindungsgemäße Abgasstrang weist eine Abgasleitung zum Leiten des aus dem zumindest einen Verbrennungsraum ausströmenden Abgases, eine in der Abgasleitung stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordnete erste Katalysatorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, eine in der Abgasleitung stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung angeordnete zweite Katalysatorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, und eine stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung angeordnete Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas einzuspritzen, damit das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung vorliegenden Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagiert und bei Weiterströmen durch die Abgasleitung und durch die erste Katalysatorvorrichtung diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur erwärmt.Thus, according to a first aspect, an exhaust system for a hydrogen internal combustion engine configured to be operated with hydrogen gas as a fuel is disclosed. The hydrogen gas is combusted with air in at least one combustion chamber. The exhaust line according to the invention has an exhaust line for conducting the exhaust gas flowing out of the at least one combustion chamber, a first catalytic converter device which is arranged in the exhaust line downstream of the at least one combustion chamber and is designed to at least partially post-treat the exhaust gas, an exhaust line in the exhaust line downstream of the at least one combustion chamber and a second catalytic converter device arranged upstream of the first catalytic converter device, which is designed to at least partially after-treat the exhaust gas, and a hydrogen gas injection device arranged upstream of the second catalytic converter device, which is designed to inject hydrogen gas so that the injected hydrogen gas is mixed with the oxygen present in the second catalytic converter device reacts to heat the exhaust gas and upon further flow through the exhaust pipe and through the first catalytic device device to a predetermined operation heated to room temperature.

Die Erfindung macht sich dabei zu Nutze, dass in der zweiten Katalysatorvorrichtung das stromaufwärts eingespritzte Wasserstoffgas mit dem darin befindlichen Sauerstoff reagieren und zu exothermer Energie führen kann, was gleichzeitig das dahindurch strömende Abgas signifikant erwärmen kann. Das weiterströmende, signifikant erwärmte Abgas kann dann die in der Abgasleitung stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung angeordnete erste Katalysatorvorrichtung deutlich schneller auf die vorbestimmte Betriebstemperatur erwärmen. Das kann dazu führen, dass die erste (Haupt-)Katalysatorvorrichtung früher in ihren effizienten Normalbetrieb gelangen und somit die Schadstoffemissionen des Wasserstoffverbrennungsmotors reduziert werden können.The invention makes use of the fact that in the second catalytic converter device the hydrogen gas injected upstream can react with the oxygen contained therein and lead to exothermic energy, which at the same time can significantly heat the exhaust gas flowing through it. The further flowing, significantly heated exhaust gas can then heat the first catalytic converter device, which is arranged in the exhaust pipe downstream of the second catalytic converter device, to the predetermined operating temperature much faster. This can lead to the first (main) catalytic converter device getting into its efficient normal operation earlier and thus the pollutant emissions of the hydrogen internal combustion engine can be reduced.

Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Katalysatorvorrichtung um eine sogenannte SCR-Katalysatorvorrichtung, die auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion mit Wasserstoffgas beruht. Hierbei konvertiert das eingespritzte Wasserstoffgas mit den im Abgas befindlichen Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff.The first catalytic converter device is preferably a so-called SCR catalytic converter device, which is based on the principle of selective catalytic reduction with hydrogen gas. Here, the injected hydrogen gas is converted into water and nitrogen with the nitrogen oxides in the exhaust gas.

Ferner ist es bevorzugt, dass es sich bei der zweiten Katalysatorvorrichtung um eine Oxidatonskatalysatorvorrichtung handelt. Dabei kann sich das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der Oxidationskatalysatorvorrichtung vorhandenen Sauerstoff durch katalytische Wirkung leicht verbinden, wobei Wärmeenergie freigesetzt wird. Diese freigesetzte Wärmeenergie erwärmt das Abgas, das wiederum die erste Katalysatorvorrichtung schneller erwärmen kann.Furthermore, it is preferred that the second catalyst device is an oxidation catalyst device. At this time, the injected hydrogen gas can easily combine with the oxygen present in the oxidation catalyst device by catalytic action, thereby releasing thermal energy. This released thermal energy heats the exhaust gas, which in turn can heat the first catalytic device more quickly.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Abgasstrang ferner eine Bypassleitung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Abgas an der zweiten Katalysatorvorrichtung vorbei direkt zur ersten Katalysatorvorrichtung zu leiten. Dabei ist die Bypassleitung derart angeordnet, dass diese denjenigen Bereich der Abgasleitung, in der die zweite Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, umgeht und das Abgas daran vorbeileitet, damit dieses dann direkt durch die erste Katalysatorvorrichtung strömen kann.Furthermore, it is advantageous if the exhaust line according to the invention also has a bypass line which is designed to direct the exhaust gas past the second catalytic converter device directly to the first catalytic converter device. The bypass line is arranged in such a way that it bypasses that area of the exhaust line in which the second catalytic converter device is arranged and directs the exhaust gas past it so that it can then flow directly through the first catalytic converter device.

Vorzugsweise befindet sich zumindest teilweise in der Bypassleitung ein Steuerungsventil, das dazu ausgebildet ist, den Abgasstrom entweder durch die zweite Katalysatorvorrichtung oder durch die Bypassleitung zu leiten. Bevorzugt handelt es sich bei dem Steuerungsventil um ein 3/2-Wege-Ventil.A control valve is preferably located at least partially in the bypass line and is configured to direct the exhaust gas flow either through the second catalytic converter device or through the bypass line. The control valve is preferably a 3/2-way valve.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Abgasstrang ferner eine weitere Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas in die Abgasleitung an einer Position stromaufwärts der ersetn Katalysatorvorrichtung und stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung einzuspritzen. Insbesondere dient das mittels der zumindest einen weiteren Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung eingespritzte Wasserstoffgas als Reduktionsmittel für die in der ersten Katalysatorvorrichtung ablaufende Reduktion.In a further preferred embodiment, the exhaust system according to the invention also has a further hydrogen gas injection device which is designed to inject hydrogen gas into the exhaust pipe at a position upstream of the first catalytic converter device and downstream of the second catalytic converter device. In particular, the hydrogen gas injected by means of the at least one further hydrogen gas injection device serves as a reducing agent for the reduction taking place in the first catalytic converter device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasstrangs ist die Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung dazu ausgebildet, Wasserstoff in den zumindest einen Verbrennungsraum während einer Arbeitsphase und/oder während einer Ausstoßphase des Wasserstoffverbrennungsmotors einzuspritzen. Insbesondere kann dabei die Haupteinspritzvorrichtung für das Wasserstoffgas verwendet werden, um unverbranntes Wasserstoffgas in die Abgasleitung einzuleiten, damit dieses, wie bereits erwähnt, mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung vorliegenden Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagieren kann.In a further advantageous embodiment of the exhaust line according to the invention, the hydrogen gas injection device is designed to inject hydrogen into the at least one combustion chamber during a working phase and/or during an exhaust phase of the hydrogen internal combustion engine. In particular, the main injection device for the hydrogen gas can be used to introduce unburned hydrogen gas into the exhaust pipe so that, as already mentioned, this can react with the oxygen present in the second catalytic converter device to heat the exhaust gas.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wasserstoffmotor offenbart, der zumindest einen Verbrennungsraum und einen stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordneten erfindungsgemäßen Abgasstrang aufweist.According to a further aspect of the present invention, a hydrogen engine is disclosed which has at least one combustion chamber and an exhaust line according to the invention arranged downstream of the at least one combustion chamber.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrangs eines Wasserstoffverbrennungsmotors offenbart, der dazu ausgebildet ist, mit Wasserstoffgas als Kraftstoff betrieben zu werden. Das Wasserstoffgas wird dabei in zumindest einem Verbrennungsraum mit Luft verbrannt. Der Abgasstrang weist eine Abgasleitung zum Leiten des aus dem zumindest einen Verbrennungsraum ausströmenden Abgases, eine in der Abgasleitung stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordnete erste Katalysatorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, eine in der Abgasleitung stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung angeordnete zweite Katalysatorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, und eine stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung angeordnete Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas einzuspritzen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Einspritzen von Wasserstoffgas mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung, damit das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung vorliegenden Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagieren kann, ein Erwärmen der ersten Katalysatorvorrichtung mittels Strömen des in der zweiten Katalysatorvorrichtung erwärmten Abgases dahindurch und ein Beenden des Einspritzens von Wasserstoffgas, wenn die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung eine vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.According to a further aspect of the present invention, a method for operating an exhaust train of a hydrogen internal combustion engine configured to be operated with hydrogen gas as a fuel is disclosed. The hydrogen gas is burned with air in at least one combustion chamber. The exhaust system has an exhaust pipe for conducting the exhaust gas flowing out of the at least one combustion chamber, a first catalytic converter device which is arranged in the exhaust pipe downstream of the at least one combustion chamber and is designed to at least partially post-treat the exhaust gas, a catalytic converter device in the exhaust pipe downstream of the at least one combustion chamber and a second catalyst device arranged upstream of the first catalyst device and designed to at least partially after-treat the exhaust gas, and a hydrogen gas injection device arranged upstream of the second catalyst device and designed to inject hydrogen gas. The method of the present invention includes injecting hydrogen gas by means of the hydrogen gas injector to allow the injected hydrogen gas to react with the oxygen present in the second catalyst device to heat the exhaust gas, heating the first catalyst device by flowing the exhaust gas heated in the second catalyst device therethrough, and terminating the injection of hydrogen gas when the temperature of the first catalyst device has reached a predetermined operating temperature.

Das zusätzliche Wasserstoffgas wird dabei solange in die Abgasleitung eingespritzt, bis die erste Katalysatorvorrichtung auf ihre vorbestimmte Betriebstemperatur erwärmt ist. Danach schaltet der Betrieb des Abgasstrangs auf Normalbetrieb um.The additional hydrogen gas is injected into the exhaust line until the first catalytic converter device is heated to its predetermined operating temperature. The operation of the exhaust system then switches to normal operation.

Vorzugsweise weist der Abgasstrang ferner eine Bypassleitung, die dazu ausgebildet ist, das Abgas an der zweiten Katalysatorvorrichtung vorbei zur ersten Katalysatorvorrichtung zu leiten, und ein zumindest teilweise in der Bypassleitung angeordnetes Steuerungsventil auf, das dazu ausgebildet ist, den Abgasstrom entweder durch die zweite Abgaskatalysatorvorrichtung oder durch die Bypassleitung zu leiten. Insbesondere erfolgt das Einspritzen von Wasserstoffgas dann, wenn das Steuerungsventil die Bypassleitung sperrt und das Abgas samt dem eingespritzten Wasserstoffgas folglich durch die zweite Katalysatorvorrichtung strömen kann.Preferably, the exhaust system also has a bypass line, which is designed to conduct the exhaust gas past the second catalytic converter device to the first catalytic converter device, and a control valve which is at least partially arranged in the bypass line and is designed to direct the exhaust gas flow either through the second exhaust gas catalytic converter device or through the bypass line. In particular, hydrogen gas is injected when the control valve blocks the bypass line and the exhaust gas together with the injected hydrogen gas can consequently flow through the second catalytic converter device.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Einspritzen von zusätzlichem Wasserstoffgas in die Abgasleitung an einer Position stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung und stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung auf, wenn die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung die vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat. Die zusätzliche Einspritzung des Wasserstoffgases wird somit während des Normalbetriebs des Abgasstrangs als Reduktionsmittel für die erste Katalysatorvorrichtung verwendet, die insbesondere eine SCR-Katalysatorvorrichtung ist.In a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises injecting additional hydrogen gas into the exhaust line at a position upstream of the first catalyst device and downstream of the second catalyst device when the temperature of the first catalyst device has reached the predetermined operating temperature. The additional injection of the hydrogen gas is thus used during normal operation of the exhaust system as a reducing agent for the first catalytic converter device, which is in particular an SCR catalytic converter device.

In einer alternativen Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Einspritzen von zusätzlichem Wasserstoffgas in den zumindest einen Verbrennungsraum während einer Arbeitsphase und/oder während einer Ausstoßphase des Wasserstoffverbrennungsmotors auf, wenn die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung die vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat. Insbesondere kann dadurch unverbranntes Wasserstoffgas in die Abgasleitung gelangen und dort in der ersten Katalysatorvorrichtung als Reduktionsmittel verwendet wird.In an alternative embodiment, the method according to the invention further includes injecting additional hydrogen gas into the at least one combustion chamber during a working phase and/or during an exhaust phase of the hydrogen internal combustion engine when the temperature of the first catalytic converter device has reached the predetermined operating temperature. In particular, as a result, unburned hydrogen gas can get into the exhaust line and be used there as a reducing agent in the first catalytic converter device.

Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Betriebstemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung ungefähr 100 °C.Preferably, the predetermined operating temperature of the first catalytic device is approximately 100°C.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln eines erfolgten Starts des Wasserstoffverbrennungsmotors auf, wobei Wasserstoffgas zum Erwärmen der ersten Katalysatorvorrichtung eingespritzt wird, wenn ein erfolgter Start des Wasserstoffverbrennungsmotors ermittelt worden ist.In a further preferred embodiment, the method according to the invention also includes determining that the hydrogen internal combustion engine has started, with hydrogen gas being injected to heat the first catalytic converter device when it has been determined that the hydrogen internal combustion engine has started.

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Wasserstoffverbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Abgasstrang zeigt,
  • 2 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Wasserstoffverbrennungsmotors mit einem weiteren erfindungsgemäßen Abgasstrang zeigt, und
  • 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Abgasstrangs eines Wasserstoffverbrennungsmotors zeigt.
Other objects and features of the present invention will become apparent to those skilled in the art by practicing the present teachings and considering the accompanying drawings, in which:
  • 1 shows a schematic view of an exemplary hydrogen internal combustion engine with an exhaust system according to the invention,
  • 2 shows a schematic view of an exemplary hydrogen internal combustion engine with a further exhaust system according to the invention, and
  • 3 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for operating an exhaust system of a hydrogen internal combustion engine.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided with the same reference symbols across the figures.

Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Wasserstoffverbrennungsmotors 10 mit einem erfindungsgemäßen Abgasstrang 100. Der Wasserstoffverbrennungsmotor 10 wird mit Wasserstoffgas als Kraftstoff betrieben und ist prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere wird ein Wasserstoffgas-Luft-Gemisch in zumindest einem Verbrennungsraum (nicht explizit dargestellt) des Wasserstoffverbrennungsmotors 10 verbrannt und das erhaltene Abgas wird über den erfindungsgemäßen Abgasstrang 100 an die Umwelt abgegeben. Der Wasserstoffverbrennungsmotor 10 ist insbesondere ein Viertaktmotor mit den Phasen Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen.the 1 shows a schematic view of an exemplary hydrogen internal combustion engine 10 with an exhaust system 100 according to the invention. The hydrogen internal combustion engine 10 is operated with hydrogen gas as fuel and is known in principle from the prior art. In particular, a hydrogen gas-air mixture is burned in at least one combustion chamber (not shown explicitly) of the hydrogen internal combustion engine 10 and the exhaust gas obtained is released to the environment via the exhaust system 100 according to the invention. The hydrogen internal combustion engine 10 is in particular a four-stroke engine with the phases intake, compression, work and exhaust.

Der Abgasstrang 100 weist eine Abgasleitung 102 auf, die mit dem zumindest einen Verbrennungsraum (nicht explizit dargestellt) des Verbrennungsmotors 10 fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, das aus dem zumindest einen Verbrennungsraum ausströmenden Abgas zu leiten. Der Abgasstrang 100 weist ferner eine in der Abgasleitung 102 stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordnete erste Katalysatorvorrichtung 110 auf, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln. Die erste Katalysatorvorrichtung 110 ist vorzugsweise eine SCR-Katalysatorvorrichtung, die auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion mit Wasserstoffgas beruht.The exhaust line 100 has an exhaust line 102 which is fluidly connected to the at least one combustion chamber (not explicitly shown) of the internal combustion engine 10 and is designed to conduct the exhaust gas flowing out of the at least one combustion chamber. The exhaust line 100 also has a first catalytic converter device 110 which is arranged in the exhaust line 102 downstream of the at least one combustion chamber and is designed to at least partially post-treat the exhaust gas. The first catalyst device 110 is preferably an SCR catalyst device based on the principle of selective catalytic reduction with hydrogen gas.

Der Abgasstrang 100 weist ferner eine in der Abgasleitung 102 stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung 110 angeordnete zweite Katalysatorvorrichtung 120 auf, die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln. Die zweite Katalysatorvorrichtung 120 ist vorzugsweise eine Oxidationskatalysatorvorrichtung.The exhaust line 100 also has a second catalytic converter device 120 which is arranged in the exhaust pipe 102 downstream of the at least one combustion chamber and upstream of the first catalytic converter device 110 and is designed for this purpose is to at least partially post-treat the exhaust gas. The second catalyst device 120 is preferably an oxidation catalyst device.

Der Abgasstrang 100 weist ferner eine Sensorvorrichtung 130 auf, die stromabwärts der ersten Katalysatorvorrichtung 110 angeordnet und dazu ausgebildet ist, das Abgas hinsichtlich seiner Bestandteile zu messen.The exhaust system 100 also has a sensor device 130, which is arranged downstream of the first catalytic converter device 110 and is designed to measure the exhaust gas with regard to its components.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Sensorvorrichtung 130 um einen Stickoxidsensor, der dazu ausgebildet ist, etwaige im Abgas befindliche Stickoxide zu erfassen. Die Sensorvorrichtung 130 kann beispielsweise als Stickoxidsensor mit zusätzlich integrierter Mischpotentialelektrode bzw. -sensor ausgebildet sein und auf dem elektrochemischen Prinzip basieren. Vorzugsweise kann die Sensorvorrichtung130 die im Abgas befindliche Stickoxidkonentration und Wasserstoffkonzentration erfassen.Sensor device 130 is preferably a nitrogen oxide sensor which is designed to detect any nitrogen oxides present in the exhaust gas. Sensor device 130 can be designed, for example, as a nitrogen oxide sensor with an additionally integrated mixed potential electrode or sensor and can be based on the electrochemical principle. Sensor device 130 can preferably detect the nitrogen oxide concentration and hydrogen concentration in the exhaust gas.

Optional kann eine weitere Sensorvorrichtung 140 vorgesehen sein, die stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums und stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung 120 in der Abgasleitung 102 angeordnet und dazu ausgebildet sein kann, Bestandteile im Abgas zu erfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei der weiteren Sensorvorrichtung 140 ebenfalls um einen Stickoxidsensor, der dazu ausgebildet ist, im Abgas befindliche Stickoxide zu erfassen.Optionally, a further sensor device 140 can be provided, which is arranged downstream of the at least one combustion chamber and upstream of the second catalytic converter device 120 in the exhaust gas line 102 and can be designed to detect components in the exhaust gas. Further sensor device 140 is preferably also a nitrogen oxide sensor, which is designed to detect nitrogen oxides present in the exhaust gas.

Ferner weist der Abgasstrang 100 der 1 eine Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 150 auf, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas in die Abgasleitung 102 an einer Position stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung 120 und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung 110 einzuspritzen. Das mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 150 eingespritzte Wasserstoffgas kann insbesondere als Reduktionsmittel für die erste Katalysatorvorrichtung 110 verwendet werden.Furthermore, the exhaust line 100 of 1 a hydrogen gas injector 150 configured to inject hydrogen gas into the exhaust pipe 102 at a position downstream of the second catalyst device 120 and upstream of the first catalyst device 110 . In particular, the hydrogen gas injected by the hydrogen gas injection device 150 can be used as a reducing agent for the first catalyst device 110 .

Der Abgasstrang 100 der 1 kann ferner eine stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung 120 und stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordnete Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas als Reduktionsmittel in die Abgasleitung 102 einzuspritzen.The exhaust line 100 of 1 may further comprise a hydrogen gas injection device 170 arranged upstream of the second catalytic converter device 120 and downstream of the at least one combustion chamber, which is configured to inject hydrogen gas as a reducing agent into the exhaust line 102.

Die erste Sensorvorrichtung 130, die zweite Sensorvorrichtung 140, die Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 150 und die Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 sind jeweils mit einer Steuervorrichtung 160 verbunden, die dazu ausgebildet ist, die jeweiligen Signale zu empfangen und auch wiederum Signale zum Steuern der Wasserstoffgaseinspritzung mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtungen 150, 170 zu steuern. Zur Steuerung der mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 einzuspritzenden Wasserstoffgasmenge ist die Sensorvorrichtung 140 vorgesehen.First sensor device 130, second sensor device 140, hydrogen gas injection device 150 and hydrogen gas injection device 170 are each connected to a control device 160, which is designed to receive the respective signals and also in turn to send signals for controlling the hydrogen gas injection by means of hydrogen gas injection devices 150, 170 steer. Sensor device 140 is provided for controlling the amount of hydrogen gas to be injected by means of hydrogen gas injection device 170 .

Die 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Abgasstrangs 100 für einen Wasserstoffverbrennungsmotor 10. Der Abgasstrang 100 der 2 unterscheidet sich vom Abgasstrang der 1 darin, dass zusätzlich eine Bypassleitung 104 vorgesehen ist, die das aus dem zumindest einen Verbrennungsraum des Wasserstoffverbrennungsmotors 10 austretende Abgas um die zweiten Katalysatorvorrichtung 120 herum zur ersten Katalysatorvorrichtung 110 leitet. Zur Steuerung des Abgases ist hierzu ein Steuerungsventil 106 stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung 120 vorgesehen, das zumindest teilweise in der Bypassleitung 104 angeordnet ist. Das Steuerungsventil 106 somit in der stromaufwärtsseitigen Mündung der Bypassleitung 104 in die Abgasleitung 102 vorgesehen und ist vorzugsweise ein 3/2-Wege-Ventil und kann das Abgas entweder durch den Bypass 104 oder durch die zweite Katalysatorvorrichtung 120 leiten. Zur Steuerung des Steuerungsventils 106 ist das Steuerungsventil 106 mit der Steuervorrichtung 160 verbunden.the 2 shows a further inventive embodiment of an exhaust line 100 for a hydrogen internal combustion engine 10. The exhaust line 100 of FIG 2 differs from the exhaust system 1 in that a bypass line 104 is additionally provided, which directs the exhaust gas emerging from the at least one combustion chamber of the hydrogen internal combustion engine 10 around the second catalytic converter device 120 to the first catalytic converter device 110 . To control the exhaust gas, a control valve 106 is provided upstream of the second catalytic converter device 120 for this purpose, which is at least partially arranged in the bypass line 104 . The control valve 106 is thus provided in the upstream orifice of the bypass line 104 into the exhaust line 102 and is preferably a 3/2-way valve and can route the exhaust gas either through the bypass 104 or through the second catalytic converter device 120 . To control the control valve 106, the control valve 106 is connected to the control device 160.

Zudem unterscheidet sich der Abgasstrang 100 der 2 von dem Abgasstrang 100 der 1 darin, dass die Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 150 bei der Ausgestaltung gemäß 2 nicht vorhanden ist. Das Wasserstoffgas, welches als Reduktionsmittel für die erste Katalysatorvorrichtung 110 dient, kann hier aus derjenigen Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung entnommen werden, welche die Haupt-Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung für den zumindest einen Verbrennungsraum des Wasserstoffverbrennungsmotors 10 darstellen. Es ist natürlich für den Fachmann selbstredend, dass auch bei der Ausgestaltung gemäß 2 die Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 150 angeordnet sein kann, die wiederum stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung 120 und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung 110 angeordnet sein kann.In addition, the exhaust line 100 differs 2 from the exhaust system 100 of 1 in that the hydrogen gas injector 150 in the embodiment according to FIG 2 is not available. The hydrogen gas, which serves as a reducing agent for the first catalytic converter device 110, can be taken from that hydrogen gas injection device which represents the main hydrogen gas injection device for the at least one combustion chamber of the hydrogen internal combustion engine 10. It is of course self-evident for the person skilled in the art that also in the design according to 2 the hydrogen gas injector 150 may be arranged, which in turn may be arranged downstream of the second catalyst device 120 and upstream of the first catalyst device 110 .

Unter Verweis auf die 3 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des erfindungsgemäßen Abgasstrangs der 1 beschrieben.Referring to the 3 is an exemplary flowchart of a method according to the invention for operating the exhaust system according to the invention 1 described.

Das Verfahren gemäß 3 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem ermittelt wird, ob der Wasserstoffverbrennungsmotor 10 gestartet worden ist. Das Verfahren verbleibt solange beim Schritt 210, bis ein Start des Wasserstoffverbrennungsmotors 10 ermittelt worden ist.The procedure according to 3 starts at step 200 and then proceeds to step 210 where it is determined whether the hydrogen engine 10 has been started. The method remains at step 210 until a start of the hydrogen internal combustion engine 10 has been determined.

Wenn beim Schritt 210 bestimmt wird, dass ein Start des Wasserstoffverbrennungsmotors erfolgt ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, an dem mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 Wasserstoffgas in die Abgasleitung 102 eingespritzt wird. Das mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 eingespritzte Wasserstoffgas kann mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung 120 vorliegenden Sauerstoff reagieren und exotherme Energie erzeugen, die die Temperatur des Abgases signifikant erhöht. Das erwärmte Abgas strömt dann weiter zur ersten Katalysatorvorrichtung 110, wo es dann die Wärme wiederum an diese abgeben kann, um die erste Katalysatorvorrichtung 110 zumindest teilweise zu erwärmen.When it is determined in step 210 that a hydrogen engine start is occurring , the process proceeds to step 220 where hydrogen gas is injected into the exhaust pipe 102 by the hydrogen gas injector 170 . The hydrogen gas injected via the hydrogen gas injector 170 may react with the oxygen present in the second catalytic device 120 and generate exothermic energy that significantly increases the temperature of the exhaust gas. The heated exhaust gas then flows on to the first catalytic device 110 where it can then give up the heat thereto in turn in order to at least partially warm the first catalytic device 110 .

In einem darauffolgenden Schritt 230 wird ermittelt, ob die erste Katalysatorvorrichtung 110 ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Wird beim Schritt 230 ermittelt, dass die Betriebstemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 110 noch nicht erreicht ist, gelangt das Verfahren wieder zum Schritt 220 und es wird weiterhin Wasserstoffgas mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 eingespritzt.In a subsequent step 230, it is determined whether the first catalytic converter device 110 has reached its operating temperature. If it is determined in step 230 that the operating temperature of the first catalytic converter device 110 has not yet been reached, the method returns to step 220 and hydrogen gas continues to be injected by means of the hydrogen gas injection device 170 .

Wenn beim Schritt 230 ermittelt wird, dass die vorbestimmte Betriebstemperatur, beispielsweise ungefähr 100 °C, der ersten Katalysatorvorrichtung 110 erreicht wurde, gelangt das Verfahren zum Schritt 240, an dem das Einspritzen des zur Erwärmung vorgesehen Wasserstoffgases mittels der weiteren Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 beendet wird und in den Normalbetrieb des Abgasstrangs 100 geschalten wird. Während des Normalbetriebs wird dann Wasserstoffgas mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 150 eingespritzt, das als Reduktionsmittel für die erste Katalysatorvorrichtung 110 dient. Das Verfahren endet dann beim Schritt 250.If it is determined in step 230 that the predetermined operating temperature, for example approximately 100 °C, of the first catalytic converter device 110 has been reached, the method proceeds to step 240, at which the injection of the hydrogen gas provided for heating by means of the further hydrogen gas injection device 170 is ended and in the normal operation of the exhaust line 100 is switched. Then, during normal operation, hydrogen gas serving as a reducing agent for the first catalyst device 110 is injected by the hydrogen gas injector 150 . The method then ends at step 250.

Beim Schritt 220 kann alternativ zum Einspritzen von Wasserstoffgas mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 das zum Erwärmen des Abgases in der zweiten Katalysatorvorrichtung vorgesehene Wasserstoffgas auch aus einer Haupt-Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung stammen, das während einer Arbeitsphase und/oder Ausstoßphase des Wasserstoffverbrennungsmotors 10 eingespritzt wird und unverbrannt in den Abgasstrang 100 strömen kann.At step 220, as an alternative to injecting hydrogen gas by means of the hydrogen gas injector 170, the hydrogen gas provided for heating the exhaust gas in the second catalytic converter device can also come from a main hydrogen gas injector, which is injected during a working phase and/or exhaust phase of the hydrogen internal combustion engine 10 and unburned into the exhaust system 100 can flow.

Unter zusätzlichen Verweis auf die 2 kann die Erwärmung der ersten Katalysatorvorrichtung 110 mittels zusätzlich eingespritztem Wasserstoffgas auch dadurch erfolgen, dass während der Aufwärmphase der ersten Katalysatorvorrichtung 110 das Steuerungsventil 106 derart gesteuert wird, dass das Abgas durch die zweite Katalysatorvorrichtung 120 strömt und somit nicht durch den Bypass 104 gelangt. Folglich kann das Wasserstoffgas mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung 110 vorliegenden Sauerstoff reagieren und, wie bereits beschrieben, das Abgas signifikant erwärmen, bevor es in die erste Katalysatorvorrichtung 100 strömt.With additional reference to the 2 First catalytic converter device 110 can also be heated by additionally injected hydrogen gas by controlling control valve 106 during the warm-up phase of first catalytic converter device 110 in such a way that the exhaust gas flows through second catalytic converter device 120 and therefore does not pass through bypass 104. Consequently, the hydrogen gas can react with the oxygen present in the second catalytic device 110 and, as previously described, significantly heat the exhaust gas before it flows into the first catalytic device 100 .

Sobald beim Schritt 230 der 3 ermittelt wird, dass die vorbestimmte Betriebstemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 110 erreicht ist, schaltet das Steuerungsventil 106 in eine Stellung, in der das Abgas durch den Bypass 104 gelangt und nicht mehr durch die zweite Katalysatorvorrichtung 120. Gleichzeitig wird wiederum das Einspritzen des zur Erwärmung der ersten Katalysatorvorrichtung 110 vorgesehenen Wasserstoffgases (entweder mittels der Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung 170 oder über die Haupt-Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung des Wasserstoffverbrennungsmotors) beendet und das Verfahren gelangt dann zum Schritt 240, an dem der Abgasstrang in den Normalbetrieb zum Nachbehandeln des Abgases geschalten wird.Once at step 230 the 3 it is determined that the predetermined operating temperature of the first catalytic converter device 110 has been reached, the control valve 106 switches to a position in which the exhaust gas passes through the bypass 104 and no longer through the second catalytic converter device 120. At the same time, the injection of the to heat the first Catalyst device 110 provided hydrogen gas (either by means of the hydrogen gas injector 170 or via the main hydrogen gas injector of the hydrogen internal combustion engine) and the method then proceeds to step 240, where the exhaust line is switched to normal operation for after-treatment of the exhaust gas.

Die Maßnahme der Katalysatoraufheizung durch Oxidation von Wasserstoffgas mit Sauerstoff im Oxidationskatalysator kann auch mit anderen Aufheizmaßnahmen wie Zündwinkelverspätung und/oder Drehzahlanhebung im Leerlauf nach dem Start (z.B. über 1500 U/min) verstärkt werden, wobei die anderen Maßnahmen weiter solange bestehen können, bis die Katalysatorvorrichtung ihre Betriebstemperatur von ungefähr 100°C erreicht.The measure of heating the catalyst by oxidizing hydrogen gas with oxygen in the oxidation catalyst can also be reinforced with other heating measures such as delayed ignition timing and/or increasing the engine speed when idling after the start (e.g. above 1500 rpm), whereby the other measures can continue to exist until the Catalyst device reaches its operating temperature of about 100 ° C.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102007021827 A1 [0003]DE 102007021827 A1 [0003]

Claims (15)

Abgasstrang (100) für einen Wasserstoffverbrennungsmotor (10), der dazu ausgebildet ist, mit Wasserstoffgas als Kraftstoff betrieben zu werden, wobei das Wasserstoffgas in zumindest einem Verbrennungsraum mit Luft verbrannt wird, wobei der Abgasstrang (100) aufweist: - eine Abgasleitung (102) zum Leiten des aus dem zumindest einen Verbrennungsraum ausströmenden Abgases, - eine in der Abgasleitung (102) stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordnete erste Katalysatorvorrichtung (110), die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, - eine in der Abgasleitung (102) stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung (110) angeordnete zweite Katalysatorvorrichtung (120), die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, und - eine stromaufwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) angeordnete Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung (170), die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas einzuspritzen, damit das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) vorliegenden Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagiert.Exhaust system (100) for a hydrogen internal combustion engine (10), which is designed to be operated with hydrogen gas as fuel, the hydrogen gas being combusted with air in at least one combustion chamber, the exhaust system (100) having: - an exhaust pipe (102) for conducting the exhaust gas flowing out of the at least one combustion chamber, - a first catalytic converter device (110) which is arranged in the exhaust pipe (102) downstream of the at least one combustion chamber and is designed to at least partially post-treat the exhaust gas, - a second catalytic converter device (120) arranged in the exhaust pipe (102) downstream of the at least one combustion chamber and upstream of the first catalytic converter device (110), which is designed to at least partially post-treat the exhaust gas, and - a hydrogen gas injection device (170) arranged upstream of the second catalytic device (120) and adapted to inject hydrogen gas so that the injected hydrogen gas reacts with the oxygen present in the second catalytic device (120) to heat the exhaust gas. Abgasstrang (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Katalysatorvorrichtung eine SCR-Katalysatorvorrichtung (110) ist, die auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion mit Wasserstoffgas beruht.Exhaust system (100) after claim 1 , wherein the first catalyst device is an SCR catalyst device (110) based on the principle of selective catalytic reduction with hydrogen gas. Abgasstrang (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Katalysatorvorrichtung eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (120) ist.The exhaust system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the second catalyst device is an oxidation catalyst device (120). Abgasstrang (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit - einer Bypassleitung (104), die dazu ausgebildet ist, das Abgas an der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) vorbei zur ersten Katalysatorvorrichtung (110) zu leiten.Exhaust line (100) according to any one of the preceding claims, further comprising - A bypass line (104) which is designed to conduct the exhaust gas past the second catalytic converter device (120) to the first catalytic converter device (110). Abgasstrang (100) nach Anspruch 4, ferner mit: - einem zumindest teilweise in der Bypassleitung (104) angeordneten Steuerungsventil (106), das dazu ausgebildet ist, den Abgasstrom entweder durch die die zweite Katalysatorvorrichtung (120) oder durch die Bypassleitung (104) zu leiten.Exhaust system (100) after claim 4 , further comprising: - a control valve (106) arranged at least partially in the bypass line (104) and adapted to direct the flow of exhaust gas either through the second catalytic device (120) or through the bypass line (104). Abgasstrang (100) nach Anspruch 5, wobei das Steuerungsventil ein 3/2-Wegeventil ist.Exhaust system (100) after claim 5 , wherein the control valve is a 3/2-way valve. Abgasstrang (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer weiteren Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung (150), die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas in die Abgasleitung (102) an einer Position stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung (110) und stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) einzuspritzen.The exhaust system (100) according to any one of the preceding claims, further comprising a further hydrogen gas injector (150) which is adapted to inject hydrogen gas into the exhaust line (102) at a position upstream of the first catalyst device (110) and downstream of the second catalyst device (120). . Abgasstrang (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wasserstoffeinspritzvorrichtung dazu ausgebildet ist, Wasserstoff in den zumindest einen Verbrennungsraum des Wasserstoffverbrennungsmotors (10) während einer Arbeitsphase und/oder während einer Ausstoßphase des Wasserstoffverbrennungsmotors (10) einzuspritzen.Exhaust system (100) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the hydrogen injection device is designed to inject hydrogen into the at least one combustion chamber of the hydrogen internal combustion engine (10) during a working phase and/or during an exhaust phase of the hydrogen internal combustion engine (10). Wasserstoffmotor (10) mit: - zumindest einem Verbrennungsraum, und - einem stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordneten Abgasstrang (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Hydrogen engine (10) with: - at least one combustion chamber, and - A downstream of the at least one combustion chamber arranged exhaust line (100) according to any one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrangs (100) eines Wasserstoffverbrennungsmotors, der dazu ausgebildet ist, mit Wasserstoffgas als Kraftstoff betrieben zu werden, wobei das Wasserstoffgas in zumindest einem Verbrennungsraum mit Luft verbrannt wird, wobei der Abgasstrang (100) eine Abgasleitung (102) zum Leiten des aus dem zumindest einen Verbrennungsraum ausströmenden Abgases, eine in der Abgasleitung (102) stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums angeordnete erste Katalysatorvorrichtung (110), die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, eine in der Abgasleitung (102) stromabwärts des zumindest einen Verbrennungsraums und stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung (110) angeordnete zweite Katalysatorvorrichtung (120), die dazu ausgebildet ist, das Abgas zumindest teilweise nachzubehandeln, eine stromaufwärts der zweite Katalysatorvorrichtung (120) angeordnete Wasserstoffgaseinspritzvorrichtung (170), die dazu ausgebildet ist, Wasserstoffgas einzuspritzen, wobei das Verfahren aufweist: - Einspritzen von Wasserstoffgas mittels der Wasserstoffeinspritzvorrichtung (170), damit das eingespritzte Wasserstoffgas mit dem in der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) vorrätige Sauerstoff zum Erwärmen des Abgases reagiert, - Erwärmen der ersten Katalysatorvorrichtung (110) mittels Strömen des in der ersten Katalysatorvorrichtung (120) erwärmten Abgases dahindurch, und - Beenden des Einspritzens von Wasserstoffgas, wenn die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung (110) eine vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.Method for operating an exhaust system (100) of a hydrogen internal combustion engine, which is designed to be operated with hydrogen gas as fuel, the hydrogen gas being combusted with air in at least one combustion chamber, the exhaust system (100) having an exhaust line (102) for conducting the from the exhaust gas flowing out of at least one combustion chamber, a first catalytic converter device (110) which is arranged in the exhaust gas line (102) downstream of the at least one combustion chamber and is designed to at least partially post-treat the exhaust gas, a first catalytic converter device (110) in the exhaust gas line (102) downstream of the at least one combustion chamber and a second catalyst device (120) arranged upstream of the first catalyst device (110) and designed to at least partially post-treat the exhaust gas, a hydrogen gas injection device (170) arranged upstream of the second catalyst device (120) and designed to inject hydrogeng to inject as, the method comprising: - injecting hydrogen gas by means of the hydrogen injection device (170) so that the injected hydrogen gas reacts with the oxygen stored in the second catalytic device (120) to heat the exhaust gas, - heating the first catalytic device (110) by flowing the exhaust gas heated in the first catalytic device (120) therethrough, and - stopping the injection of hydrogen gas when the temperature of the first catalyst device (110) has reached a predetermined operating temperature. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Abgasstrang (100) ferner eine Bypassleitung (104), die dazu ausgebildet ist, das Abgas an der zweiten Katalysatorvorrichtung (120) vorbei zur ersten Katalysatorvorrichtung (110) zu leiten, und ein zumindest teilweise in der Bypassleitung (104) angeordnetes Steuerungsventil (106) aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Abgasstrom entweder durch die zweite Katalysatorvorrichtung (120) oder durch die Bypassleitung (104) zu leiten, wobei das Einspritzen von Wasserstoffgas erfolgt, wenn das Steuerungsventil (106) die Bypassleitung (104) sperrt und das Abgas durch die zweite Katalysatorvorrichtung (120) leitet.procedure after claim 10 , The exhaust line (100) further comprising a bypass line (104) which is designed to the exhaust gas at the second catalytic converter device (120) past the first catalytic converter device (110), and having a control valve (106) which is at least partially arranged in the bypass line (104) and which is designed to direct the exhaust gas flow either through the second catalytic converter device (120) or through the bypass line (104), the injection of hydrogen gas occurring when the control valve (106) blocks the bypass line (104) and directs the exhaust gas through the second catalytic device (120). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, ferner mit: - Einspritzen von zusätzlichem Wasserstoffgas in die Abgasleitung (102) an einer Position stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung (110) und stromabwärts der zweiten Katalysatorvorrichtung (120), wenn die ersten Katalysatorvorrichtung (110) die vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.Procedure according to one of Claims 10 and 11 , further comprising: - injecting additional hydrogen gas into the exhaust line (102) at a position upstream of the first catalyst device (110) and downstream of the second catalyst device (120) when the first catalyst device (110) has reached the predetermined operating temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, ferner m it: - Einspritzen von Wasserstoffgas in den zumindest einen Verbrennungsraum während einer Arbeitsphase oder während einer Ausstoßphase des Wasserstoffverbrennungsmotors, wenn die ersten Katalysatorvorrichtung (110) die vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.Procedure according to one of Claims 10 and 11 , further comprising: - injecting hydrogen gas into the at least one combustion chamber during a working phase or during an exhaust phase of the hydrogen internal combustion engine when the first catalytic device (110) has reached the predetermined operating temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die vorbestimmte Betriebstemperatur ungefähr 100 °C beträgt.Procedure according to one of Claims 10 until 13 , wherein the predetermined operating temperature is about 100 °C. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, ferner mit: - Ermitteln eines erfolgten Starts des Wasserstoffverbrennungsmotors, wobei das Wasserstoffgas zum Erwärmen der ersten Katalysatorvorrichtung (110) eingespritzt wird, wenn ein erfolgter Start des Wasserstoffverbrennungsmotors ermittelt wurde.Procedure according to one of Claims 10 until 14 , further comprising: - determining a successful start of the hydrogen internal combustion engine, wherein the hydrogen gas is injected to heat the first catalyst device (110) when a successful start of the hydrogen internal combustion engine is determined.
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