DE10349899B4 - Process for the regeneration of a particulate filter - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regeneration eines von einem Abgas durchströmten Partikelfilters (28) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein oxidationsfähiges Reformatgas (40; 44; 56) aus einem Kohlenwasserstoffreformer (30) vor oder im Partikelfilter (28) in das Abgas zugeführt wird und das Abgas durch katalytische Oxidation des zugeführten Reformatgases (40; 44; 56) auf Temperaturen über 550°C erwärmt wird, und wobei der Kohlenwasserstoffreformer (30) Reformatgas (40; 44; 56) für ein Brennstoffzellensystem (6) erzeugt und zur Regeneration des Partikelfilters (28) ein Teil des Reformatgases (40; 44; 56) aus dem Brennstoffzellensystem (6) abgezweigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass abgereichertes Reformatgas (56) aus einem Brennstoffzellenstapel (34) des Brennstoffzellensystems (6) abgezweigt wird und die Menge des dem Abgas zugeführten Reformatgases (56) gesteuert verändert wird.A process for the regeneration of a particulate filter (28) of a motor vehicle through which an exhaust gas is fed, wherein an oxidizable reformate gas (40; 44; 56) from a hydrocarbon reformer (30) is fed into the exhaust gas before or in the particulate filter (28) and the exhaust gas is fed by catalytic oxidation The hydrocarbon reformer (30) generates reformate gas (40, 44, 56) for a fuel cell system (6) and regenerates the particulate filter (28) Part of the reformed gas (40; 44; 56) is branched off from the fuel cell system (6), characterized in that depleted reformate gas (56) is branched off from a fuel cell stack (34) of the fuel cell system (6) and the amount of the reformate gas ( 56) is changed controlled.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines von einem Abgas durchströmten Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter und einem Kohlenwasserstoffreformer gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 7.The invention relates to a method for regenerating a particle filter of a motor vehicle through which an exhaust gas flows and to a motor vehicle having an internal combustion engine, a particle filter arranged in an exhaust line of the internal combustion engine, and a hydrocarbon reformer.

Es ist zu erwarten, dass die zukünftige Abgasgesetzgebung für Kraftfahrzeuge zumindest in der Europäischen Gemeinschaft, den USA und Japan im Hinblick auf die Partikelemission immer mehr verschärft werden wird. Zur Erfüllung weiter herabgesetzter Emissionsgrenzwerte für Partikel wird es daher erforderlich werden, das Abgas einer zusätzlichen Nachbehandlung zu unterziehen.It is expected that the future emissions legislation for motor vehicles, at least in the European Community, the USA and Japan, will be increasingly tightened in terms of particulate emissions. To meet further reduced emission limits for particles, it will therefore be necessary to subject the exhaust gas to an additional aftertreatment.

Zur Reduzierung des Ausstoßes von Dieselruß und anderen bei der Verbrennung eines Kraftstoffs im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs entstehenden partikelförmigen Abgasbestandteilen ist es bereits seit langem bekannt, das Abgas durch einen in der Abgasleitung angeordneten Partikelfilter hindurchzuleiten. Insbesondere dann, wenn das Fahrzeug über längere Zeit im Schwachlastbereich betrieben wird, muss dieser Partikelfilter von Zeit zu Zeit regeneriert werden, wobei die vom Filter zurückgehaltenen Partikel von den Filteroberflächen entfernt werden, um eine einwandfreie Funktion des Partikelfilters über seine weitere Laufzeit zu gewährleisten. Zur Regeneration des Partikelfilters ist es erforderlich, den Filter selbst und/oder den durch den Filter hindurchtretenden Abgasstrom aufzuheizen, um die vom Filter zurückgehaltenen Partikel zu verbrennen und dabei in gasförmige Reaktionsprodukte umzuwandeln.To reduce the emission of diesel soot and other in the combustion of a fuel in the internal combustion engine of a motor vehicle resulting particulate exhaust gas components, it has long been known to pass the exhaust gas through a arranged in the exhaust pipe particulate filter. In particular, when the vehicle is operated for a long time in the low load range, this particulate filter must be regenerated from time to time, the particles retained by the filter are removed from the filter surfaces to ensure proper functioning of the particulate filter over its remaining term. To regenerate the particulate filter, it is necessary to heat the filter itself and / or the exhaust gas stream passing through the filter in order to burn the particles retained by the filter and thereby to convert them into gaseous reaction products.

Bisher bekannte Verfahren sehen dabei entweder eine langsame passive Regeneration des Partikelfilters mit NO2 durch den CRT-Effekt bei Temperaturen ab 250°C oder eine schnelle aktive thermische Regeneration durch Reaktion des Kohlenstoffrußes mit Sauerstoff ab einer Temperatur von 550°C vor, wobei sich das zuletzt genannte Verfahren auch zur Notregeneration des Filters eignet.Previously known methods provide either a slow passive regeneration of the particulate filter with NO 2 by the CRT effect at temperatures above 250 ° C or a rapid active thermal regeneration by reaction of carbon soot with oxygen from a temperature of 550 ° C, wherein the the latter method is also suitable for emergency regeneration of the filter.

Da die für diese Verfahren erforderlichen Mindesttemperaturen in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors jedoch vor allem im Stadtverkehr selten oder nie erreicht werden, muss eine zusätzliche Aufheizung des Filters oder des Abgases erfolgen. Diese zusätzliche Aufheizung wird bisher gewöhnlich durch einen Eingriff ins Motormanagement herbeigeführt. Dabei unterscheidet man einerseits zwischen rein motorseitigen Heizmaßnahmen in Form eines Eingriffs in den Verbrennungsablauf sowie andererseits katalytischen Heizmaßnahmen, zum Beispiel in Form einer späten Nacheinspritzung, bei der die an der Oberfläche eines Oxidationskatalysators erzeugte Wärme zur Aufheizung des Abgasstroms und zur Regeneration des nachgeschalteten Partikelfilters ausgenutzt wird.However, since the minimum temperatures required for these methods in the exhaust pipe of an internal combustion engine, especially in city traffic rarely or never be achieved, an additional heating of the filter or the exhaust gas must take place. This additional heating is usually brought about by an intervention in the engine management. A distinction is made on the one hand between purely motor-side heating measures in the form of an intervention in the combustion process and on the other hand catalytic heating measures, for example in the form of a late post-injection, in which the heat generated at the surface of an oxidation catalyst for heating the exhaust stream and for the regeneration of the downstream particulate filter is utilized ,

Bei beiden Verfahren ist jedoch von Nachteil, dass sie einen erhöhten Kraftstoffverbrauch infolge eines ungünstigeren Motorbetriebs und eine mögliche Ölverdünnung durch Kraftstoffeintrag zur Folge haben.However, both methods have the disadvantage that they result in increased fuel consumption due to less favorable engine operation and possible oil dilution due to fuel input.

Grundsätzlich sind aus dem Stand der Technik die US 2003/0143442 A1 , die DE 199 13 794 A1 sowie die US 5,409,784 bekannt.Basically, from the prior art US 2003/0143442 A1 , the DE 199 13 794 A1 as well as the US 5,409,784 known.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Regeneration des Partikelfilters ohne Eingriff in das Motormanagement und ohne die damit verbundenen ungünstigen Betriebszustände des Motors ermöglicht wird.Proceeding from this, the present invention seeks to improve a method and a motor vehicle of the type mentioned in that regeneration of the particulate filter without intervention in the engine management and without the associated unfavorable operating conditions of the engine is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Abgas vor seinem Eintritt in den Partikelfilter aus einem Kohlenwasserstoffreformer ein oxidationsfähiges Reformatgas zugeführt wird, um durch eine katalytische Oxidation des Reformatgases die zu regenerierende Rußschicht an der Oberfläche des Partikelfilters direkt oder indirekt durch Aufheizung des Abgases auf die für eine aktive thermische Regeneration erforderlichen Temperaturen zu erhitzen.This object is achieved in that the exhaust gas before its entry into the particulate filter from a hydrocarbon reformer oxidative reformat gas is supplied to the regenerated by a catalytic oxidation of the reformate soot layer on the surface of the particulate filter directly or indirectly by heating the exhaust gas on the to heat for an active thermal regeneration required temperatures.

Der verhältnismäßig hohe Brennwert des Reformatgases und die niedrigen Zündtemperaturen des im Reformatgas enthaltenen Wasserstoffs H2 und Kohlenmonoxids CO führen bereits bei niedrigen Temperaturen zu einem sehr schnellen Einsetzen der katalytischen oxidativen Umsetzung des Reformatgases und damit zu einer schnellen Aufheizung des Partikelfilters bzw. des diesen durchströmenden Abgases und somit zu einer schnellen Einleitung der Regeneration, bei der die im Partikelfilter abgeschiedenen Partikel oxidiert und in gasförmige Reaktionsprodukte umgesetzt werden.The relatively high calorific value of the reformate gas and the low ignition temperatures of the hydrogen contained in the reformate H 2 and carbon monoxide CO already at low temperatures to a very rapid onset of catalytic oxidative conversion of the reformate gas and thus to rapid heating of the particulate filter or the exhaust gas flowing through it and thus to a rapid initiation of the regeneration, in which the particles deposited in the particle filter are oxidized and converted into gaseous reaction products.

Da die Zufuhr von Reformatgas von der jeweiligen Betriebsweise des Verbrennungsmotors unabhängig ist, lässt sich zudem die Regeneration des Partikelfilters vollständig vom Motorbetrieb entkoppeln, wodurch ein Eingriff in das Motormanagement zur Filterregeneration vermieden und dieses dadurch vereinfacht wird. Außerdem kann der Kraftstoffverbrauch insgesamt verringert werden.In addition, since the supply of reformate gas is independent of the particular mode of operation of the internal combustion engine, the regeneration of the particulate filter can be completely decoupled from engine operation, thereby avoiding intervention in the engine management for filter regeneration, thereby simplifying it. In addition, the overall fuel consumption can be reduced.

Die katalytische Oxidation des Reformatgases kann in einem vor dem Partikelfilter in der Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordneten Oxidationskatalysator oder vorzugsweise innerhalb des katalytisch beschichteten Partikelfilters selbst erfolgen, um eine hohe thermische Belastung des Oxidationskatalysators zu vermeiden. Im zuerst genannten Fall wird das Reformatgas dem Abgas zweckmäßig vor dessen Eintritt in den in der Abgasleitung angeordneten Oxidationskatalysator zugeführt, um es innerhalb des Oxidationskatalysators zu oxidieren und so den Abgasstrom auf die für eine aktive thermische Regeneration erforderlichen Temperaturen von mehr als 550°C zu erhitzen, bei denen die im Partikelfilter abgeschiedenen Rußpartikel unter Bildung gasförmiger Reaktionsprodukte mit dem Restsauerstoff im aufgeheizten Abgas reagieren.The catalytic oxidation of the reformate gas can be arranged in a front of the particulate filter in the exhaust pipe of the internal combustion engine Oxidation catalyst or preferably within the catalytically coated particulate filter itself to avoid high thermal stress of the oxidation catalyst. In the former case, the reformate gas is expediently supplied to the exhaust gas prior to its entry into the oxidation catalyst disposed in the exhaust conduit to oxidize it within the oxidation catalyst to heat the exhaust stream to the temperatures of more than 550 ° C required for active thermal regeneration in which the soot particles deposited in the particle filter react with the residual oxygen in the heated exhaust gas to form gaseous reaction products.

Im zuletzt genannten Fall wird das Reformatgas dem Abgas zweckmäßig nach dessen Austritt aus dem Oxidationskatalysator zugeführt und vorzugsweise kurz vor dem Partikelfilter in die Abgasleitung eingespeist, um Wärmeverluste zu minimieren.In the last-mentioned case, the reformate gas is expediently fed to the exhaust gas after it leaves the oxidation catalytic converter and is preferably fed into the exhaust gas line shortly before the particle filter in order to minimize heat losses.

Wenn, wie bei manchen Kraftfahrzeugen, in der Abgasleitung zwei Oxidationskatalysatoren vorhanden sind, von denen einer in der Nähe des Verbrennungsmotors angeordnet ist, um eine hohe Abgaseintrittstemperatur sicherzustellen, wird das Reformatgas dem Abgas zweckmäßig nach seinem Austritt aus dem ersten und vor seinem Eintritt in den zweiten Oxidationskatalysator zugeführt.If, as in some motor vehicles, in the exhaust pipe two oxidation catalysts are present, one of which is located in the vicinity of the internal combustion engine to ensure a high exhaust gas inlet temperature, the reformate gas is the exhaust gas after its exit from the first and before entering the supplied to the second oxidation catalyst.

Der Kohlenwasserstoffreformer, aus dem das zur Regeneration des Partikelfilters verwendete Reformatgas stammt, kann eine unabhängige Komponente sein, die nur das zur Regeneration des Partikelfilters und ggf. das beim Start des Verbrennungsmotors zur Aufheizung des Oxidationskatalysators erforderliche Reformatgas erzeugt und daher ohne eine nachgeschaltete Gasreinigungseinheit auskommt. Vorzugsweise ist er jedoch Teil eines Brennstoffzellensystems des Kraftfahrzeugs, das die zum Betrieb verschiedener Verbraucher des Fahrzeugs benötigte elektrische Energie erzeugt.The hydrocarbon reformer, from which the reformate gas used for the regeneration of the particulate filter originates, may be an independent component which generates only the reformate gas required for regeneration of the particulate filter and possibly the reforming gas required to heat the oxidation catalyst and therefore does not require a downstream gas purification unit. Preferably, however, it is part of a fuel cell system of the motor vehicle, which generates the electrical energy required to operate various consumers of the vehicle.

In beiden Fällen wird im Reformer vorzugsweise der zum Betrieb des Verbrennungsmotors eingesetzte Kraftstoff umgesetzt. Während das dabei erzeugte Reformatgas aus einer unabhängigen Komponente direkt in die Abgasleitung zugeführt wird, wird es aus einem Brennstoffzellensystem vorzugsweise zwischen dem Reformer und einem Brennstoffzellenstapel abgezweigt, wobei die Entnahme vor oder hinter einer Gasreinigungseinheit erfolgen kann, sofern das Brennstoffzellensystem mit einer solchen Einheit ausgestattet ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, abgereichertes Reformatgas in Form von Anodenrestgas hinter dem Brennstoffzellenstapel abzuzweigen und in die Abgasleitung zuzuführen.In both cases, the fuel used to operate the internal combustion engine is preferably converted in the reformer. While the reformate gas thus generated from an independent component is fed directly into the exhaust pipe, it is preferably branched off from a fuel cell system between the reformer and a fuel cell stack, the removal can be done in front of or behind a gas cleaning unit, if the fuel cell system is equipped with such a unit , Alternatively, it is also possible to divert depleted reformate gas in the form of anode residual gas behind the fuel cell stack and feed it into the exhaust pipe.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der Kombination der in den Unteransprüchen genannten Merkmale.Further advantageous embodiments will become apparent from the combination of the features mentioned in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings in several embodiments. Show it:

1: eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, Katalysator und Partikelfilter, der zur Regeneration mit Reformatgas aus einem Reformer eines zur Stromversorgung dienenden Brennstoffzellensystems beaufschlagbar ist; 1 : a schematic representation of a non-inventive motor vehicle with internal combustion engine, catalyst and particulate filter, which can be acted upon for regeneration with reformate gas from a reformer serving for a power supply fuel cell system;

2: eine schematische Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Abwandlung des Kraftfahrzeugs aus 1; 2 : A schematic representation of a non-inventive modification of the motor vehicle 1 ;

3: eine schematische Darstellung einer weiteren, nicht erfindungsgemäßen Abwandlung des Kraftfahrzeugs aus 1; 3 : A schematic representation of a further, non-inventive modification of the motor vehicle from 1 ;

4: eine schematische Darstellung einer noch weiteren, erfindungsgemäßen Abwandlung des Kraftfahrzeugs aus 1. 4 : A schematic representation of yet another modification of the invention of the motor vehicle 1 ,

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines nicht erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor 2, einer dem Verbrennungsmotor 2 nachgeschaltete Abgasbehandlungseinrichtung 4 und einem Brennstoffzellensystem 6. Der Verbrennungsmotor 2 weist eine Luftansaugeinrichtung 8 auf, umfassend eine Luftzufuhrleitung 10 mit einer Drosselklappe 12, durch die Umgebungsluft 38 in Brennräume der Zylinder 16 des Verbrennungsmotors 2 gesaugt wird. Der Verbrennungsmotor 2 weist weiter einen Abgassammler 18 auf, der in eine Abgasleitung 20 mündet, durch welche die bei der Verbrennung des Kraftstoffs in den Brennräumen der Zylinder 16 erzeugten Abgase zur Abgasbehandlungseinrichtung 4 geleitet und nach ihrer Behandlung in der Abgasbehandlungseinrichtung 4 durch einen Auspuff 22 an die Umgebung abgegeben werden. 1 shows a schematic representation of a part of a non-inventive motor vehicle with an internal combustion engine 2 , one of the internal combustion engine 2 Downstream exhaust treatment device 4 and a fuel cell system 6 , The internal combustion engine 2 has an air intake device 8th on, comprising an air supply line 10 with a throttle 12 , by the ambient air 38 in combustion chambers of the cylinders 16 of the internal combustion engine 2 is sucked. The internal combustion engine 2 also has an exhaust manifold 18 on that in an exhaust pipe 20 opens, through which the combustion of the fuel in the combustion chambers of the cylinder 16 produced exhaust gases to the exhaust treatment device 4 passed and after their treatment in the exhaust treatment device 4 through an exhaust 22 be delivered to the environment.

Die Abgasbehandlungseinrichtung 4 besteht im Wesentlichen aus einem Oxidationskatalysator 24, einer dem Oxidationskatalysator 24 vorgeschalteten Lambdasonde 26, sowie einem dem Katalysator 24 nachgeschalteten Partikelfilter 28, der die im Abgas enthaltenen Feststoffpartikel, insbesondere Rußpartikel aus unvollständig verbranntem Kraftstoff, aus dem Abgasstrom filtert und ihren Austritt durch den Auspuff 22 in die Umgebung verhindert.The exhaust treatment device 4 consists essentially of an oxidation catalyst 24 , one of the oxidation catalyst 24 upstream lambda probe 26 , as well as the catalyst 24 downstream particle filter 28 , which filters the particulate matter contained in the exhaust gas, in particular soot particles from incompletely combusted fuel, from the exhaust gas flow and their exit through the exhaust 22 prevented in the environment.

Das Brennstoffzellensystem 6 besteht im Wesentlichen aus einem Kohlenwasserstoffreformer 30, einer Gasreinigungseinheit 32 und einem Brennstoffzellenstapel 34. Im Reformer 30 werden Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise der zum Betrieb des Verbrennungsmotors 2 verwendete Kraftstoff 36, wie Otto- oder Dieselkraftstoff, unter Zufuhr von verdichteter Umgebungsluft 38 oder Abgas der Verbrennungskraftmaschine über eine partielle Oxidation bzw. autotherme Reformierung in ein oxidationsfähiges Reformatgas 40 umgewandelt, das in erheblichen Mengen Wasserstoff H2 (bis zu 45 Vol.-%) und Kohlenmonoxid CO (bis zu 20 Vol.-%) enthält. Als weitere Bestandteile kann das Reformatgas 40 Kohlendioxid CO2, Wasserdampf H2O, Stickstoff N2, Methan CH4 und geringe Mengen restlicher Kohlenwasserstoffe mit etwa zwei bis fünf Kohlenstoffatomen enthalten. Vorteilhafterweise wird im Reformer 30 ein Reformierungsverfahren durchgeführt, für das kein oder nur wenig Wasser benötigt wird, so dass der eventuelle Wasserbedarf durch Rückführung von Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel 34 gedeckt werden kann und ein Nachtanken von Wasser entbehrlich ist. Diese Vorgaben werden zum Beispiel erfüllt, wenn im Reformer 30 eine katalytische partielle Oxidation der Kohlenwasserstoffe (CPO) oder eine autotherme Reformierung (ATR) des Kraftstoffs erfolgt, wie auf dem Fachgebiet bekannt.The fuel cell system 6 consists essentially of a hydrocarbon reformer 30 , a gas purification unit 32 and a fuel cell stack 34 , In the reformer 30 become Hydrocarbons, preferably for the operation of the internal combustion engine 2 used fuel 36 , such as gasoline or diesel fuel, with supply of compressed ambient air 38 or exhaust gas of the internal combustion engine via a partial oxidation or autothermal reforming in an oxidizable reformate gas 40 which contains significant amounts of hydrogen H 2 (up to 45% by volume) and carbon monoxide CO (up to 20% by volume). As further ingredients, the reformate gas 40 Carbon dioxide CO 2 , water vapor H 2 O, nitrogen N 2 , methane CH 4 and small amounts of residual hydrocarbons containing about two to five carbon atoms. Advantageously, in the reformer 30 carried out a reforming process for which little or no water is needed, so that the eventual need for water by recycling water from the fuel cell stack 34 can be covered and a refueling of water is unnecessary. These requirements are met, for example, if in the reformer 30 catalytic partial hydrocarbon oxidation (CPO) or autothermal reforming (ATR) of the fuel occurs as known in the art.

Das Reformatgas 40 aus dem Reformer 30 wird durch eine Leitung 42 in die Gasreinigungseinheit 32 zugeführt, die zum Beispiel aus einer Shiftstufe und/oder einem selektiven Oxidationsreaktor bestehen kann und dazu dient, den Anteil von Kohlenmonoxid oder anderen unerwünschten Bestandteilen im Reformatgas 40 auf einen zum Einsatz im Brennstoffzellenstapel 34 geeigneten Wert zu vermindern. Aus der Gasreinigungseinheit 32 strömt das gereinigte Reformatgas 44 durch eine Leitung 46 in den Brennstoffzellenstapel 34. Im Brennstoffzellenstapel 34 wird daraus elektrische Energie erzeugt, die über Anschlüsse 48 an Verbraucher des Kraftfahrzeugs abgegeben werden kann. Weiter entsteht im Brennstoffzellenstapel 34 Kathodenrestgas und Anodenrestgas, die beide Wasserdampf enthalten, der zur Verwendung bei der Reformierung kondensiert und in einem Tank (nicht dargestellt) gespeichert werden kann. Der in 1 dargestellte Brennstoffzellenstapel 34 enthält PEM-Brennstoffzellen, welche die Vorschaltung der Gasreinigungseinheit 32 erforderlich machen.The reformate gas 40 from the reformer 30 is through a line 42 in the gas cleaning unit 32 supplied, which may for example consist of a shift stage and / or a selective oxidation reactor and serves to the proportion of carbon monoxide or other undesirable constituents in the reformate gas 40 on one for use in the fuel cell stack 34 reduce the appropriate value. From the gas cleaning unit 32 the purified reformate gas flows 44 through a pipe 46 in the fuel cell stack 34 , In the fuel cell stack 34 From this, electrical energy is generated via connections 48 can be delivered to consumers of the motor vehicle. Next arises in the fuel cell stack 34 Cathode residual gas and anode residual gas, both containing water vapor that may be condensed for use in reforming and stored in a tank (not shown). The in 1 illustrated fuel cell stack 34 contains PEM fuel cells, which are the upstream of the gas purification unit 32 make necessary.

Aus der Leitung 42 oder aus der Leitung 46 zweigt eine mit einem Dosierventil 50 versehene Verbindungsleitung 52 ab, durch die ein Teil des unter Druck stehenden Reformatgases 40 bzw. 44 zur Regeneration des Partikelfilters 28 in der Abgasbehandlungseinheit 4 in die Abgasleitung 20 zugeführt werden kann, in welche die Verbindungsleitung 52 vor dem Oxidationskatalysator 24 mündet.From the line 42 or from the line 46 one branches with a metering valve 50 provided connection line 52 through which a part of the pressurized reformate gas 40 respectively. 44 for regeneration of the particulate filter 28 in the exhaust treatment unit 4 in the exhaust pipe 20 can be supplied, in which the connecting line 52 before the oxidation catalyst 24 empties.

Zur Regeneration des Partikelfilters 28 wird bei Bedarf das Dosierventil 50 geöffnet und Reformatgas 40 bzw. 44 in die Abgasleitung 20 zugeführt, von wo es in den Katalysator 24 strömt. Innerhalb des Katalysators 24 wird das Reformatgas 40 bzw. 44 mittels des im Abgas enthaltenen Sauerstoffs O2 vollständig katalytisch oxidiert. Die zugeführte Menge an Reformatgas 40 bzw. 44 ist dabei so gering, dass der Sauerstoff O2 nicht vollständig verbraucht wird, so dass das Abgas noch ausreichend Restsauerstoff O2 für die Verbrennung der im Partikelfilter 28 abgeschiedenen Partikel enthält. Bei der katalytischen Oxidation des Reformatgases 40 bzw. 44 im Oxidationskatalysator 24 laufen beispielhaft die folgenden Reaktionen ab: CO + 1/2O2 → CO2 + Δ (1) H2 + 1/2O2 → H2O + Δ (2) CmHn + (m + n)/4)O2 → n/2H2O + mCO2 + Δ (3) For regeneration of the particle filter 28 If necessary, the metering valve 50 opened and reformat gas 40 respectively. 44 in the exhaust pipe 20 fed from where it enters the catalyst 24 flows. Inside the catalyst 24 becomes the reformate gas 40 respectively. 44 completely catalytically oxidized by means of the oxygen contained in the exhaust gas O 2 . The amount of reformate gas supplied 40 respectively. 44 is so small that the oxygen O 2 is not completely consumed, so that the exhaust still sufficient residual oxygen O 2 for the combustion of the particulate filter 28 contains deposited particles. In the catalytic oxidation of the reformate gas 40 respectively. 44 in the oxidation catalyst 24 The following reactions take place by way of example: CO + 1 / 2O 2 → CO 2 + Δ (1) H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O + Δ (2) C m H n + (m + n) / 4) O 2 → n / 2H 2 O + m CO 2 + Δ (3)

Durch die bei diesen exothermen Reaktionen an der Oberfläche des Oxidationskatalysators 24 freigesetzte Wärmemenge Δ wird das durch die Abgasleitung 20 in den Partikelfilter 28 strömende Abgas stark aufgeheizt, so dass es beim Eintritt in den Partikelfilter 28 eine Temperatur von über 550°C aufweist.By in these exothermic reactions on the surface of the oxidation catalyst 24 amount of heat released Δ is the through the exhaust pipe 20 in the particle filter 28 flowing exhaust gas strongly heated, so it enters the particle filter 28 has a temperature of about 550 ° C.

Der im Abgas enthaltene Restsauerstoff O2 bewirkt dann im Partikelfilter 28 eine Verbrennung der dort abgeschiedenen, überwiegend aus Kohlenstoffruß bestehenden Partikel gemäß der Reaktion: C + O2 + Δ → CO2 (4) wobei die entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte, zum größten Teil CO2, durch den Auspuff 22 in die Umgebung abgegeben werden.The residual oxygen O 2 contained in the exhaust gas then effects in the particle filter 28 a combustion of the deposited there, consisting predominantly of carbon black particles according to the reaction: C + O 2 + Δ → CO 2 (4) the resulting gaseous reaction products, mostly CO 2 , through the exhaust 22 be discharged into the environment.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 mündet die Verbindungsleitung 52 bei dem ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der 2 hinter dem Oxidationskatalysator 24 und unmittelbar vor dem Partikelfilter 28 in die Abgasleitung 20, wodurch eine übermäßige thermische Belastung des Oxidationskatalysators 24 vermieden werden kann. In diesem Fall wird das in die Leitung 20 zugeführte Reformatgas 40 bzw. 44 im Inneren des mit einem Edelmetall katalytisch beschichteten Partikelfilters 28 selbst katalytisch oxidiert. Durch die gezielte Oxidation des Reformatgases 40 bzw. 44 im Inneren des Partikelfilters 28 kann dort ein maximaler Temperaturhub erzielt werden. Weiter können Wärmeverluste minimiert und die begrenzten Mengen an vorhandenem oxidierbarem Material im Reformatgas bzw. an verfügbarem Reformatgas 40 bzw. 44 optimal ausgenutzt werden.In contrast to the embodiment of 1 opens the connection line 52 in the likewise not inventive embodiment of 2 behind the oxidation catalyst 24 and immediately before the particle filter 28 in the exhaust pipe 20 , causing excessive thermal load of the oxidation catalyst 24 can be avoided. In this case, that will be in the line 20 added reformate gas 40 respectively. 44 inside the catalytically coated with a noble metal particulate filter 28 itself catalytically oxidized. Due to the targeted oxidation of the reformate gas 40 respectively. 44 inside the particulate filter 28 can be achieved there a maximum temperature increase. Furthermore, heat losses can be minimized and the limited amounts of oxidizable material present in the reformate gas or available reformate gas 40 respectively. 44 be used optimally.

Bei dem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in 3 enthält die Abgasleitung 20 vor dem Partikelfilter 28 zwei im Abstand hintereinander angeordnete Oxidationskatalysatoren 24a und 24b, zwischen denen die Verbindungsleitung 52 in die Abgasleitung 20 mündet.In the non-inventive embodiment in 3 contains the exhaust pipe 20 in front of the particle filter 28 two spaced apart oxidation catalysts 24a and 24b between which the connecting line 52 in the exhaust pipe 20 empties.

Bei dem in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird an Stelle des aus dem Reformer 30 oder der Gasreinigungseinheit 32 austretenden Reformatgases 40 bzw. 44 wasserstoffhaltiges Anodenrestgas 56, das heißt abgereichertes Reformatgas, aus dem Brennstoffzellenstapel 34 zur Regeneration des Partikelfilters 28 benutzt. Das Anodenrestgas wird nach seinem Austritt aus dem Brennstoffzellenstapel 34 durch eine Leitung 58 entweder vor oder hinter dem Oxidationskatalysator 24 in die Abgasleitung 20 zugeführt. In der Leitung 58 ist ein Dosierventil 50 angeordnet, mit dem die Menge des in die Abgasleitung 20 zugeführten Anodenrestgases 56 gesteuert verändert werden kann.At the in 4 illustrated embodiment of the invention is made in place of the reformer 30 or the gas cleaning unit 32 exiting reformate gas 40 respectively. 44 Hydrogen-containing anode residual gas 56 , that is depleted reformate gas, from the fuel cell stack 34 for regeneration of the particulate filter 28 used. The anode residual gas, after its exit from the fuel cell stack 34 through a pipe 58 either before or after the oxidation catalyst 24 in the exhaust pipe 20 fed. In the line 58 is a metering valve 50 arranged, with which the quantity of into the exhaust pipe 20 supplied anode residual gas 56 can be changed controlled.

Selbstverständlich kann die Zufuhr des Reformatgases 40, 44 bzw. 56 auch direkt in den oder die Oxidationskatalysatoren 24 oder 24b oder direkt in den Partikelfilter 28 erfolgen, insbesondere wenn eine verteilte Zudosierung des Reformatgases beabsichtigt ist, um die Reaktionszonen im Filter 28 über einen größeren Bereich zu verteilen.Of course, the supply of the reformate gas 40 . 44 respectively. 56 also directly into the oxidation catalyst (s) 24 or 24b or directly into the particle filter 28 take place, especially if a distributed metered addition of the reformate gas is intended to the reaction zones in the filter 28 spread over a larger area.

Weiter kann der Brennstoffzellenstapel 34 an Stelle der PEM-Brennstoffzellen auch Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) enthalten, die keine dem Reformer 30 nachgeschaltete Gasreinigungseinheit 32 erfordern, so dass in diesem Fall das Reformatgas für die Regeneration des Partikelfilters 28 entweder zwischen dem Reformer 30 und dem Brennstoffzellenstapel 34 oder hinter dem letzteren abgezweigt werden kann.Next, the fuel cell stack 34 In place of the PEM fuel cells also contain high-temperature fuel cells (SOFC), not the reformer 30 downstream gas cleaning unit 32 require, so in this case the reformate gas for the regeneration of the particulate filter 28 either between the reformer 30 and the fuel cell stack 34 or can be branched off behind the latter.

Claims (13)

Verfahren zur Regeneration eines von einem Abgas durchströmten Partikelfilters (28) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein oxidationsfähiges Reformatgas (40; 44; 56) aus einem Kohlenwasserstoffreformer (30) vor oder im Partikelfilter (28) in das Abgas zugeführt wird und das Abgas durch katalytische Oxidation des zugeführten Reformatgases (40; 44; 56) auf Temperaturen über 550°C erwärmt wird, und wobei der Kohlenwasserstoffreformer (30) Reformatgas (40; 44; 56) für ein Brennstoffzellensystem (6) erzeugt und zur Regeneration des Partikelfilters (28) ein Teil des Reformatgases (40; 44; 56) aus dem Brennstoffzellensystem (6) abgezweigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass abgereichertes Reformatgas (56) aus einem Brennstoffzellenstapel (34) des Brennstoffzellensystems (6) abgezweigt wird und die Menge des dem Abgas zugeführten Reformatgases (56) gesteuert verändert wird.Process for the regeneration of a particle filter through which an exhaust gas flows ( 28 ) of a motor vehicle, wherein an oxidation-capable reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) from a hydrocarbon reformer ( 30 ) in front of or in the particle filter ( 28 ) is supplied into the exhaust gas and the exhaust gas by catalytic oxidation of the supplied reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) is heated to temperatures above 550 ° C, and wherein the hydrocarbon reformer ( 30 ) Reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) for a fuel cell system ( 6 ) and for the regeneration of the particulate filter ( 28 ) a part of the reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) from the fuel cell system ( 6 ), characterized in that depleted reformate gas ( 56 ) from a fuel cell stack ( 34 ) of the fuel cell system ( 6 ) is branched off and the amount of the reformate gas supplied to the exhaust gas ( 56 ) is changed controlled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reformatgas (40; 44; 56) als oxidationsfähige Bestandteile mindestens Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) enthält.Process according to claim 1, characterized in that the reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) contains as oxidizable constituents at least hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reformatgas (40; 44; 56) dem Abgas nach seinem Austritt aus einem vor dem Partikelfilter (28) angeordneten Oxidationskatalysator (24) zugeführt wird.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) the exhaust gas after its exit from a front of the particulate filter ( 28 ) arranged oxidation catalyst ( 24 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reformatgas (40; 44; 56) dem Abgas vor seinem Eintritt in einen vor dem Partikelfilter (28) angeordneten Oxidationskatalysator (24) zugeführt wird.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) the exhaust gas before entering one of the particulate filters ( 28 ) arranged oxidation catalyst ( 24 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reformatgas (40; 44; 56) dem Abgas nach dem Austritt aus einem ersten und vor dem Eintritt in einen zweiten vor dem Partikelfilter (28) angeordneten Oxidationskatalysator (24a, 24b) zugeführt wird.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) the exhaust after leaving a first and before entering a second before the particulate filter ( 28 ) arranged oxidation catalyst ( 24a . 24b ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reformatgas (40; 44; 56) direkt in den Partikelfilter (28) zugeführt wird.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) directly into the particle filter ( 28 ) is supplied. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2) und einem in einer Abgasleitung (20) des Verbrennungsmotors (2) angeordneten Partikelfilter (28), sowie mit einem Kohlenwasserstoffreformer (30), wobei Zufuhreinrichtungen (50, 52) zum Zuführen von Reformatgas (40; 44; 56) aus dem Kohlenwasserstoffreformer (30) in die Abgasleitung (20) vor dem Partikelfilter (28) oder in den Partikelfilter (28) vorgesehen sind und der Kohlenwasserstoffreformer (30) Teil eines Brennstoffzellensystems (6) ist, welches einen mit dem Reformatgas (40; 44) aus dem Reformer (30) beaufschlagbaren Brennstoffzellenstapel (34) umfasst, und wobei die Zufuhreinrichtungen (50, 52) eine Verbindungsleitung (52) umfassen und durch die Abgasleitung (20) strömendes Abgas durch katalytische Oxidation des zugeführten Reformatgases (40; 44; 56) auf Temperaturen über 550°C erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (52) hinter dem Brennstoffzellenstapel (34) aus einer Leitung mit abgereichertem Reformatgas (56) abzweigt, wobei in der Leitung ein Dosierventil (50) angeordnet ist, mit dem die Menge des in die Abgasleitung (20) zugeführten Reformatgases (56) gesteuert veränderbar ist.Motor vehicle with an internal combustion engine ( 2 ) and one in an exhaust pipe ( 20 ) of the internal combustion engine ( 2 ) arranged particulate filter ( 28 ), as well as with a hydrocarbon reformer ( 30 ), with feeders ( 50 . 52 ) for supplying reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) from the hydrocarbon reformer ( 30 ) in the exhaust pipe ( 20 ) in front of the particle filter ( 28 ) or in the particle filter ( 28 ) and the hydrocarbon reformer ( 30 ) Part of a fuel cell system ( 6 ), which one with the reformate gas ( 40 ; 44 ) from the reformer ( 30 ) fuel cell stack ( 34 ), and wherein the supply means ( 50 . 52 ) a connection line ( 52 ) and through the exhaust pipe ( 20 ) flowing exhaust gas by catalytic oxidation of the supplied reformate gas ( 40 ; 44 ; 56 ) is heated to temperatures above 550 ° C, characterized in that the connecting line ( 52 ) behind the fuel cell stack ( 34 ) from a line with depleted reformate gas ( 56 ), wherein in the line a metering valve ( 50 ) is arranged, with which the amount of in the exhaust pipe ( 20 ) supplied reformate gas ( 56 ) is controlled controlled. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtungen (50, 58) eine Verbindungsleitung (58) umfassen, die den Kohlenwasserstoffreformer (30) mit der Abgasleitung (20) oder dem Partikelfilter (28) verbindet.Motor vehicle according to claim 7, characterized in that the supply means ( 50 . 58 ) a connection line ( 58 ) comprising the hydrocarbon reformer ( 30 ) with the exhaust pipe ( 20 ) or the particle filter ( 28 ) connects. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (58) ein Dosierventil (50) umfasst.Motor vehicle according to claim 8, characterized in that the connecting line ( 58 ) a metering valve ( 50 ). Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (58) hinter einem Oxidationskatalysator (24) in die Abgasleitung (20) mündet. Motor vehicle according to claim 8 or 9, characterized in that the connecting line ( 58 ) behind an oxidation catalyst ( 24 ) in the exhaust pipe ( 20 ) opens. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (52) vor einem Oxidationskatalysator (24) in die Abgasleitung (20) mündet.Motor vehicle according to claim 7 or 8, characterized in that the connecting line ( 52 ) in front of an oxidation catalyst ( 24 ) in the exhaust pipe ( 20 ) opens. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (58) zwischen zwei Oxidationskatalysatoren (24a, 24b) in die Abgasleitung (20) mündet.Motor vehicle according to claim 7 or 8, characterized in that the connecting line ( 58 ) between two oxidation catalysts ( 24a . 24b ) in the exhaust pipe ( 20 ) opens. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter katalytisch beschichtet ist.Motor vehicle according to one of claims 7 to 12, characterized in that the particle filter is coated catalytically.
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