DE10336339A1 - Automotive piston engine exhaust system has catalytic nitrogen oxides converter drawing ammonia from fuel cell fuel system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a post-treatment fuel supply device, according to the preamble of claim 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 11.Further The invention relates to a motor vehicle with a corresponding Exhaust aftertreatment device, according to the preamble of the claim 11th
Abgasnachbehandlungsvorrichtungen und entsprechende Kraftfahrzeuge sind bekannt. Eine Abgasnachbehandlung wird durchgeführt, damit die bei einer Kraftstoffverbrennung entstandenen Schadstoffe nach Verlassen des Verbrennungsraumes vollständig oder wenigstens teilweise in unschädliche Stoffe umgewandelt werden. Eine derartig erwünschte Umwandlung von Abgasschadstoffen erfolgt mittels einer thermischen Nachverbrennung unter Einsatz von geeigneten Katalysatoreinrichtungen. Zum Betreiben einer derartigen Abgasnachbehandlungsvorrichtung werden ein oder mehrere Nachbehandlungsbetriebsstoffe benötigt, welche als Komponenten einer Abgasnachbehandlung dienen. Diese zusätzlichen Komponenten müssen eigens für die Abgasnachbehandlung in verhältnismäßig aufwendiger Weise zwischengespeichert, der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführt und gegebenenfalls sogar zusätzlich speziell aufbereitet werden, bevor sie in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zum Einsatz kommen können.exhaust aftertreatment devices and corresponding motor vehicles are known. Exhaust aftertreatment is carried out, thus the pollutants that result from fuel combustion after leaving the combustion chamber completely or at least partially in harmless substances being transformed. Such a desired conversion of exhaust pollutants is carried out by means of thermal post-combustion using of suitable catalytic devices. To operate such Exhaust aftertreatment device become one or more aftertreatment fuels needed which serve as components of an exhaust gas aftertreatment. These additional Components must especially for the exhaust gas aftertreatment in a relatively complex manner temporarily stored, fed to the exhaust gas aftertreatment device and possibly even additional are specially prepared before being in the exhaust gas aftertreatment device can be used.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher eine verhältnismäßig einfache und hinreichende Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellung möglich ist.It is the object of the invention, an exhaust gas aftertreatment device to create the type mentioned, by means of which a relatively simple and sufficient post-treatment fuel supply is possible.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung bereitzustellen.Further it is an object of the invention to provide a motor vehicle with a corresponding Provide exhaust gas aftertreatment device.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung mit einer Betriebsstoffbereitstellungseinrichtung eines Brennstoffzellensystems verbunden ist zur Nutzung mindestens eines Brennstoffzellenbetriebsstoffs zur Abgasnachbehandlung. Dabei kann es sich bei der Betriebsstoffbereitstellungseinrichtung um eine Förder- beziehungsweise Zuführeinrichtung, eine Zwischenspeichereinrichtung, eine Brennstoffzellenfunktionseinheit (zum Beispiel einer Reformereinheit) oder ähnliches handeln. Aufgrund der gleichzeitigen Nutzung eines Brennstoffzellensystems zur Erzeugung elektrischen Stroms sowie zur Versorgung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit mindestens einem geeigneten Brennstoffzellenbetriebsstoff ist eine verhältnismäßig einfache und effektive Bereitstellung eines entsprechenden Nachbehandlungsbetriebsstoffs zum Betreiben der Abgasnachbehandlungsvorrichtung möglich. Es können somit katalytische Komponenten mindestens eines Brennstoffzellenbetriebsstoffs sowohl zum Betreiben des Brennstoffzellensystems als auch zur Abgasnachbehandlung genutzt werden. Das Brennstoffzellensystem erfüllt somit mehrere, voneinander unabhängige Funktionen, nämlich die Erzeugung und/oder Bereitstellung von elektrischer Energie sowie mindestens eines Nachbehandlungsbetriebsstoffs. Das Brennstoffzellensystem ist somit auch als eine Funktionseinheit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu betrachten.The Task is solved by an exhaust gas aftertreatment device with the features of the claim 1. According to the invention Exhaust gas aftertreatment device characterized in that the Post-treatment fuel supply device with a Fuel supply system of a fuel cell system is connected to use at least one fuel cell fuel for exhaust gas aftertreatment. This can be the case with the operating material supply device for a funding or feed device, an intermediate storage device, a fuel cell functional unit (for example a reformer unit) or the like. by virtue of the simultaneous use of a fuel cell system for generation electrical current and to supply the exhaust gas aftertreatment device with at least one suitable fuel cell fuel a relatively simple one and effective provision of an appropriate aftertreatment fuel possible to operate the exhaust gas aftertreatment device. So it can catalytic components of at least one fuel cell fuel both for operating the fuel cell system and for exhaust gas aftertreatment be used. The fuel cell system thus fulfills several independent functions, namely the generation and / or provision of electrical energy and at least one aftertreatment fuel. The fuel cell system is therefore also a functional unit of the exhaust gas aftertreatment device consider.
Mit Vorteil weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen Reduktionskatalysator zur NOx-Reduktion auf. Dabei kann es sich um einen sogenannten HC-SCR-Katalysator („hydrocarbon selective catalytic reduction"-Katalysator, bzw. kohlenwasserstoffbetriebener selektiver Reduktionskatalysator) oder um einen SCR-Katalysator(„selective catalytic reduction"-Katalysator, bzw. selektiver Reduktionskatalysator) handeln, mittels welchen zur Abgasnachbehandlung eine NOx-Reduktion erzielbar ist. Reduktionskatalysatoren arbeiten ohne eine zusätzliche Lufteinblasung unter Luftmangel und Reduzieren die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff unter Freisetzung von Sauerstoff. Im Gegensatz zu den Reduktionskatalysatoren werden Oxidationskatalysatoren entweder bei einem mageren Verbrennungsmotorbetrieb oder mittels zusätzlicher Lufteinblasung unter Luftüberschuss betrieben, um Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid zu oxidieren, unter Verbrauch von Sauerstoff, sowie um Kohlenwasserstoff-Verbindungen zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren, ebenfalls unter Verbrauch von Sauerstoff. Derartige Katalysatoren sind an sich bekannt, so dass auf deren detaillierte Beschreibung und Funktionsweise verzichtet wird.The exhaust gas aftertreatment device advantageously has a reduction catalytic converter for NO x reduction. This can be a so-called HC-SCR catalytic converter ("hydrocarbon selective catalytic reduction" catalytic converter or hydrocarbon-operated selective reduction catalytic converter) or an SCR catalytic converter ("selective catalytic reduction" catalytic converter or selective reduction catalytic converter), by means of which a NO x reduction can be achieved for exhaust gas aftertreatment. Reduction catalytic converters work without an additional air injection under lack of air and reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen with the release of oxygen. In contrast to the reduction catalytic converters, oxidation catalytic converters are operated either with a lean combustion engine operation or by means of additional air injection with excess air in order to oxidize carbon monoxide to carbon dioxide, using oxygen, and to oxidize hydrocarbon compounds to carbon dioxide and water, likewise using oxygen. Such catalysts are known per se, so that their detailed description and mode of operation are dispensed with.
Vorteilhafterweise enthält der Brennstoffzellenbetriebsstoff Kohlenwasserstoffverbindungen zur Abgasnachbehandlung, also zum Beispiel CH2. Kohlenwasserstoffverbindungen werden von einer Reformereinheit des Brennstoffzellensystems erzeugt und können so mit in betriebsgünstiger Weise zum Betreiben der Abgasnachbehandlungsvorrichtung abgezweigt werden. Bei Verwendung von Kohlenwasserstoffverbindungen zur Abgasnachbehandlung wird vorzugsweise ein HC-SCR-Katalysator eingesetzt. Dabei kann auf die Zufuhr eines zusätzlichen, speziellen Betriebsstoffs zur NOx-Reduktion im Rahmen einer Abgasnachbehandlung verzichtet werden. Aufgrund der Bifunktionalität der Reformereinheit (Erzeugung eines Brennstoffzellenbetriebsstoffs und gleichzeitig eines Nachbehandlungsbetriebsstoffs) kann auf den Einsatz gegebenenfalls weiterer notwendiger Funktionseinrichtungen, wie zum Beispiel eines sogenannten "Crack-Katalysators", verzichtet werden.The fuel cell fuel advantageously contains hydrocarbon compounds for exhaust gas aftertreatment, for example CH 2 . Hydrocarbon compounds are generated by a reformer unit of the fuel cell system and can thus be branched off in an operationally advantageous manner for operating the exhaust gas aftertreatment device. When using hydrocarbon compounds for exhaust gas aftertreatment, an HC-SCR catalyst is preferably used. The supply of an additional, speci fuel for NO x reduction as part of exhaust gas aftertreatment. Due to the bifunctionality of the reformer unit (generation of a fuel cell fuel and at the same time an aftertreatment fuel), the use of further necessary functional devices, such as a so-called "cracking catalyst", may be dispensed with.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist das Brennstoffzellensystem eine Reformereinheit, eine Brennstoffzellenbetriebsstoff-Abzweigleitung und eine Brennstoffzelleneinheit auf. Die Brennstoffzellenbetriebsstoff-Abzweigleitung führt zum Reduktionskatalysator dient zur Beaufschlagung des Reduktionskatalysators mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Reformat (mittels der Reformereinheit erzeugter Betriebsstoff).Corresponding a preferred embodiment the fuel cell system has a reformer unit, a fuel cell fuel branch line and a fuel cell unit. The fuel cell fuel branch line leads to Reduction catalyst is used to apply the reduction catalyst with a hydrocarbon-containing reformate (using the reformer unit generated fuel).
Mit Vorteil ist der Reduktionskatalysator an seiner Abgaseintrittsseite, unter Zwischenschaltung eines Oxidationskatalysators, mit einem Verbrennungsmotor an dessen Abgasseite verbunden. Mittels derart in Reihe geschalteter Katalysatoren (Oxidationskatalysator, Reduktionskatalysator in Form eines HC-SCR-Katalysators) ist eine hinreichende und zuverlässige Abgasnachbehandlung möglich unter gleichzeitiger Ausnutzung des Brennstoffzellensystems zur Nachbehandlungsbetriebsstoffzuführung beziehungsweise -bereitstellung.With The advantage is the reduction catalytic converter on its exhaust gas inlet side, with the interposition of an oxidation catalyst, with a Internal combustion engine connected to its exhaust side. By means of such catalysts connected in series (oxidation catalyst, reduction catalyst in the form of an HC-SCR catalytic converter) is an adequate and reliable exhaust gas aftertreatment possible with simultaneous use of the fuel cell system Aftertreatment fuel supply respectively deployment.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante kann der Brennstoffzellenbetriebsstoff Ammoniak sein. Bei Einsatz von Ammoniak (NH3) als Nachbehandlungsbetriebsstoff wird vorzugsweise ein SCR-Katalysator zur Erzielung einer selektiven NOx-Reduktion eingesetzt. Gegebenenfalls können auch kombinierte Katalysatorsysteme, wie zum Beispiel sogenannte VHRO-Katalysatoren (Vorkatalysator, Harnstoffzersetzender Katalysator, Reduktionskatalysator, Oxidationskatalysator für Rest-NH3), bei Verwendung von Ammoniak als Nachbehandlungsbetriebsstoff zum Einsatz kommen. Dabei sind derartige Reduktionskatalysatoren durch eine verhältnismäßig hohe Selektivität in Bezug auf NOx gekennzeichnet. Jedoch erfordern sie die Bereitstellung von Ammoniak als zusätzlichen Betriebsstoff in reiner oder auch in gebundener Form. Da in einem Kraftfahrzeug aus Sicherheitsgründen ein Befüllen und ein Transport von reinem Ammoniak zu vermeiden ist, werden zum Betreiben von Reduktionskatalysatoren geeignete Ammoniakträgerstoffe, wie zum Beispiel Ammoniumcarbamat (NH2CO2NH4) oder Harnstoff (CO(NH2)2) eingesetzt, welche nicht toxisch sind und in verhältnismäßig einfacher Weise kontrolliert in einem Kraftfahrzeug zu Ammoniak umgesetzt werden können. Dabei ist allen Ammoniakbildenden Betriebsstoffen gemein, dass sie prinzipiell auch zur Erzeugung von Wasserstoff geeignet sind, welcher zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems genutzt werden kann. Eine derartige Wasserstoffversorgung kann beispielsweise im Rahmen einer an sich bekannten Ammoniakreformierung erfolgen.According to an alternative embodiment variant, the fuel cell fuel can be ammonia. When ammonia (NH 3 ) is used as the aftertreatment fuel, an SCR catalyst is preferably used to achieve a selective NO x reduction. If necessary, combined catalyst systems, such as so-called VHRO catalysts (pre-catalyst, urea-decomposing catalyst, reduction catalyst, oxidation catalyst for residual NH 3 ), can also be used when ammonia is used as the aftertreatment fuel. Such reduction catalysts are characterized by a relatively high selectivity with respect to NO x . However, they require the provision of ammonia as an additional operating material in pure or in bound form. Since filling and transportation of pure ammonia should be avoided in a motor vehicle for safety reasons, suitable ammonia carriers, such as ammonium carbamate (NH 2 CO 2 NH 4 ) or urea (CO (NH 2 ) 2 ), are used to operate reduction catalysts, which are non-toxic and can be converted into ammonia in a relatively simple manner in a controlled manner in a motor vehicle. It is common to all ammonia-forming operating materials that they are in principle also suitable for generating hydrogen, which can be used to operate a fuel cell system. Such a hydrogen supply can take place, for example, as part of an ammonia reforming known per se.
Vorteilhafterweise ist eine Ammoniakerzeugungseinheit vorgesehen zur Erzeugung von Ammoniak aus einem Ammoniakträgerstoff. Als Ammoniakträgerstoff kann Ammoniumcarbamat (NH2CO2NH4) oder Harnstoff (CO(NH2)2) herangezogen werden.An ammonia generating unit is advantageously provided for generating ammonia from an ammonia carrier. Ammonium carbamate (NH 2 CO 2 NH 4 ) or urea (CO (NH 2 ) 2 ) can be used as the ammonia carrier.
Gemäß einer möglichen Ausführungsvariante weist das Brennstoffzellensystem eine Reformereinheit und eine Brennstoffzelleneinheit auf, wobei die Ammoniakerzeugungseinheit mit der Reformereinheit zu deren Ammoniakbeaufschlagung mittels einer Ammoniak-Zuführleitung verbunden ist, von welcher eine Ammoniak-Abzweigleitung zum Reduktionskatalysator führt. Dabei ist der Reduktionskatalysator insbesondere ein SCR-Katalysator. Somit wird bei dieser Ausführungsvariante der Brennstoffzellenbetriebsstoff in Form von Ammoniak (NH3) vor dessen Eintritt in das Brennstoffzellensystem und insbesondere vor Eintritt in deren Reformereinheit zur Nutzung als Nachbehandlungsbetriebsstoff abgezweigt und dem Reduktionskatalysator zugeführt.According to a possible embodiment variant, the fuel cell system has a reformer unit and a fuel cell unit, the ammonia generation unit being connected to the reformer unit for the ammonia supply thereof by means of an ammonia feed line, from which an ammonia branch line leads to the reduction catalyst. The reduction catalytic converter is in particular an SCR catalytic converter. Thus, in this embodiment variant, the fuel cell fuel in the form of ammonia (NH 3 ) is branched off before it enters the fuel cell system and in particular before it enters its reformer unit for use as an aftertreatment fuel and is fed to the reduction catalyst.
Mit Vorteil weist die Ammoniak-Abzweigleitung eine einstellbare Dosiereinrichtung, insbesondere in Form einer Durchflusssteuereinrichtung, auf. Mittels der Dosiereinrichtung wird gewährleistet, dass bei einer selektiven Reduktion von Stickoxiden mittels des Reduktionskatalysators kein überschüssiges Ammoniak in das nachzubehandelnde Abgas gelangt. Bei entsprechend hinreichender Ammoniakerzeugung kann somit eine nahezu stöcheometrische Versorgung des Reduktionskatalysators (SCR-Katalysator) mit Ammoniak in besonders effizienter Weise erfolgen.With The ammonia branch line advantageously has an adjustable metering device, in particular in the form of a flow control device. through the dosing device ensures that in a selective reduction of nitrogen oxides using the reduction catalyst no excess ammonia gets into the exhaust gas to be treated. If there is sufficient Ammonia generation can thus provide an almost stoichiometric supply to the Reduction catalyst (SCR catalyst) with ammonia in particular done efficiently.
Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise eine Energiebereitstellungs-Hilfseinrichtung zur kontinuierlichen oder zeitweisen Versorgung mindestens einer Funktionseinheit mit elektrischem Strom. Ein derartiger Einsatz von Brennstoffzellensystemen ist bei Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor von besonderem Vorteil. Das Brennstoffzellensystem wird somit zu mehreren Zwecken genutzt, in dem es zur Erzeugung und/oder Bereitstellung von elektrischer Energie sowie von mindestens einem Nachbehandlungsbetriebsstoff herangezogen wird.The The fuel cell system is preferably an auxiliary energy supply device for the continuous or temporary supply of at least one Functional unit with electrical current. Such an effort of fuel cell systems is in motor vehicles with an internal combustion engine of particular advantage. The fuel cell system is thus too used for multiple purposes in which it is used for generation and / or deployment of electrical energy and at least one aftertreatment fuel is used.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen. Mittels eines derartigen Kraftfahrzeugs lassen sich die in Bezug auf die Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorerwähnten Vorteile erzielen.to solution The task is also a motor vehicle with an exhaust gas aftertreatment device according to claim 11 suggested. By means of such a motor vehicle the advantages mentioned in relation to the exhaust gas aftertreatment device achieve.
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 zwei Ausführungsbeispielen anhand zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The In the following, the invention is described in two exemplary embodiments with the aid of the associated drawings explained in more detail. It demonstrate:
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Mittels
der funktionellen Integration des Brennstoffzellensystems
Diese
Gleichung gilt an einem Reduktionskatalysator
Das
erzeugte Ammoniak (NH3) wird mittels einer
Ammoniak-Zuführleitung
(Pfeil
Der
Reduktionskatalysator
Im
Reduktionskatalysator
Dabei wird diese Reaktion an TIO2, WO3 oder V2O5 erzielt.This reaction is achieved on TIO 2 , WO 3 or V 2 O 5 .
Zur
nahezu stöcheometrischen
Versorgung des Reduktionskatalysators
Claims (11)
Priority Applications (1)
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DE2003136339 DE10336339A1 (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Automotive piston engine exhaust system has catalytic nitrogen oxides converter drawing ammonia from fuel cell fuel system |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2003136339 DE10336339A1 (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Automotive piston engine exhaust system has catalytic nitrogen oxides converter drawing ammonia from fuel cell fuel system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2003136339 Withdrawn DE10336339A1 (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Automotive piston engine exhaust system has catalytic nitrogen oxides converter drawing ammonia from fuel cell fuel system |
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2003
- 2003-08-08 DE DE2003136339 patent/DE10336339A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |