WO2004108256A1 - Abgasnachbehandlungsvorrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device of a fuel-operated internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with an aftertreatment fuel supply device, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a motor vehicle with a corresponding exhaust gas aftertreatment device according to the preamble of claim 10.
  • Exhaust aftertreatment devices of the type mentioned at the outset and corresponding motor vehicles are known.
  • At least one suitable aftertreatment fuel that, for example, enables a desired NO x reduction in the context of exhaust gas aftertreatment.
  • the provision of such an aftertreatment fuel is relatively complex. It is known in particular to carry at least one additional fuel specially provided for exhaust gas aftertreatment in a motor vehicle, for example.
  • the exhaust gas aftertreatment device is characterized in that the aftertreatment fuel supply device is preceded by a treatment device for the exhaust gas of a fuel cell and / or the reformate of a fuel cell
  • the reformer has. Because of the processing device, it is thus possible to dispense with the relatively complex carrying, for example in a motor vehicle, of an additional fuel specially provided for the exhaust gas aftertreatment, since the fuel cell exhaust gas and the regformat can be used for a suitable treatment for the exhaust gas aftertreatment.
  • At least one aftertreatment operating agent is advantageously ammonia and the treatment device is an ammonia catalyst.
  • the treatment device is an ammonia catalyst.
  • carrying ammonia is problematic due to the regular refueling of the motor vehicle with a second fuel, which is toxic and thus represents a danger. Carrying and providing ammonia in this way is therefore not acceptable for the everyday operation of a motor vehicle.
  • a conversion of at least part of the fuel cell exhaust gas and / or the reformate into ammonia by means of the processing device (ammonia catalyst) now makes it possible to use ammonia in a motor vehicle for exhaust gas aftertreatment in a manner that is reliable, while the ammonia supply is also possible in a relatively simple manner.
  • the ammonia catalyst is preferably designed as an ammonia precious metal catalyst.
  • the processing device is preferably connected on its inlet side for the fuel cell exhaust gas and / or the reformate to a fuel cell system and on its outlet side to a reduction catalytic converter for NO x reduction.
  • the conditioning device thus represents a direct connection between the fuel cell system and the reduction catalytic converter, so that a compact arrangement of these otherwise independent functional devices, for example in a motor vehicle, is possible.
  • the reduction catalytic converter is advantageously an SCR catalytic converter.
  • the SCR catalytic converter is a selective reduction catalytic converter ("selective catalytic reduction"), its construction and mode of operation are known per se, so that a corresponding detailed description is dispensed with.
  • the treatment device is additionally connected on its outlet side to an ammonia buffer, which in turn is connected to the reduction catalyst.
  • an ammonia buffer can serve to temporarily store excess ammonia or gases containing ammonia in the same.
  • the reduction catalytic converter requires a higher ammonia, which may occasionally occur, it can be additionally or exclusively supplied with a sufficient amount of ammonia from the ammonia buffer.
  • the ammonia buffer is thus used for the adapted and flexible ammonia loading of the reduction catalytic converter.
  • the processing device and the ammonia buffer are advantageously connected on their respective outlet sides to a corresponding metering device, which are used for metered ammonia loading of the reduction catalyst.
  • a corresponding metering device By means of the metering devices it is possible to ensure an almost stoichiometric supply of ammonia to the reduction catalyst in a relatively efficient and operationally advantageous manner.
  • the respective metering device is preferably designed as a flow control device.
  • the fuel cell system is preferably connected to an exhaust line of the exhaust gas aftertreatment device by means of an additional, switchable fuel cell exhaust gas bypass line.
  • the fuel cell exhaust gas which is led through the bypass line, is not directed to the processing device and is therefore not converted into ammonia, so that an overproduction of ammonia by means of the processing device from the fuel cell exhaust gas can be avoided.
  • the excess fuel cell exhaust gas led through the bypass line goes directly into an exhaust line of the exhaust gas aftertreatment device, preferably into the reduction catalytic converter.
  • the reduction catalytic converter is connected on its exhaust gas inlet side, with the interposition of an oxidation catalytic converter, to an internal combustion engine on its exhaust gas side.
  • the oxidation catalytic converter is operated either in a lean combustion engine operation or by means of additional air injection with excess air in order to oxidize carbon monoxide to carbon dioxide, nitrogen monoxide to nitrogen oxide, and hydrocarbon compounds to carbon dioxide and water, in each case using oxygen.
  • the reduction catalytic converter works without an additional air injection under lack of air and reduces the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen, releasing oxygen.
  • Such catalysts are known per se, so that their detailed description and mode of operation are dispensed with.
  • 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.
  • a fuel cell system used in this way is operated in a quasi-stationary manner and allows flexible coverage of the amount of ammonia required for exhaust gas aftertreatment. Due to this degree of freedom, a considerably simplified process control of the exhaust gas aftertreatment is possible, in particular due to the controllable ammonia generation by means of the processing device, which is connected downstream of the fuel cell system.
  • a motor vehicle with an exhaust gas aftertreatment device is also proposed.
  • the advantages mentioned above with regard to the exhaust gas aftertreatment device can be achieved by means of such a motor vehicle.
  • Figure 1 is a schematic representation of an exhaust gas aftertreatment device integrated in a motor vehicle according to a possible embodiment
  • Figure 2 is a diagrammatic representation of a possible catalytic
  • Ammonia formation from a fuel cell exhaust gas as a function of the operating temperature of the same fuel cell exhaust gas is a function of the operating temperature of the same fuel cell exhaust gas.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exhaust gas aftertreatment device, generally designated 10, in a motor vehicle (not shown).
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 has an aftertreatment fuel supply device 12 and an exhaust gas delivery device 14.
  • the exhaust gas delivery device 14 is connected to the exhaust side of an internal combustion engine 16 and leads to an oxidation catalytic converter 18, which is connected to a reduction catalytic converter 22 by means of an exhaust pipe 20.
  • An exhaust pipe 24 leads from the reduction catalytic converter 22 to at least one functional unit, not shown, of the motor vehicle for forwarding the internal combustion engine exhaust gas according to arrow 26.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 is connected to a fuel cell system, generally designated 28.
  • the fuel cell system 28 contains a reformer 29, which generates a reformate from the fuel supplied by means of a fuel supply line (arrow 32), in which hydrogen is split off, a plurality of fuel cells 30, by means of which electrical energy is generated, in particular for efficient on-board power production and a branch 31 by means of which reformate can be led out of the fuel cell system 28 without passing through the fuel cells 30.
  • Fuel cell exhaust gas and / or branched reformate are fed through lines 34 to a processing device 36, by means of which ammonia is generated.
  • the processing device 36 is preferably designed as an ammonia noble metal catalyst.
  • An ammonia feed line (arrow 38) leads from the conditioning device 36 to the reduction catalyst 22.
  • the ammonia feed line 38 is provided with a metering device 40, which is preferably designed as a flow control device.
  • the ammonia feed line 38 is simultaneously connected to an ammonia feed line (double arrow 42), which connects an ammonia buffer 46 to the ammonia feed line 38.
  • the ammonia delivery line 42 is also provided with a metering device 44, in particular in the form of a flow provided expensive facility.
  • a fuel cell exhaust gas bypass line (dashed arrow 48) also leads from the fuel cell system 28 to the ammonia supply line 38.
  • the bypass line 48 serves to lead fuel cell exhaust gas directly from the fuel cells 30 to the ammonia supply line 38 and from there into the reduction catalytic converter 22, without the bypass line fuel Cell waste gas is converted into ammonia by means of the treatment device 36. Becomes.
  • the bypass line 48 is also provided with a metering device 50, which is preferably designed as a flow control device.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 is thus treated with ammonia as the aftertreatment operating agent for the exhaust gas aftertreatment, the ammonia (NH 3 ) being obtained from the fuel cell exhaust gas and / or the reformate by means of the treatment device 36.
  • the ammonia (NH 3 ) can optionally be temporarily stored in the ammonia buffer 46 and, if necessary, can be fed into the reduction catalytic converter 22 in a controlled manner by means of the metering device 50 (in cooperation with the metering device 44).
  • the excess fuel cell exhaust gas can alternatively or in addition to the buffer solution be fed through the bypass line 48 by means of the metering device 50 in a controlled manner through the ammonia supply line 38 in cooperation with the metering device 40 into the reduction catalyst 22 ,
  • the fuel cell system 28 is supplied with as much fuel according to arrow 32 as is necessary to generate the electrical power required in each case, which is to be covered by the fuel cell system 28.
  • the fuel supplied is converted into a hydrogen-rich gas at the reformer 29.
  • a variable portion of the hydrogen is consumed in the fuel cells 30 for the production of electrical energy, so that a rest of hydrogen (H 2 ) remains in the fuel cell exhaust along with other exhaust components such as CO, CO 2 , N 2 and CH 4 .
  • This fuel cell exhaust gas which is hot above 100 ° C., can be fed to the processing device 36, which can be designed, for example, as an ammonia noble metal catalyst.
  • the processing device 36 is used to synthesize a significant amount of ammonia from the fuel cell exhaust gas and / or the reformate.
  • FIG. 2 in which the Y-axis represents the throughput in mol / sec and the X-axis represents the operating temperature in ° C.
  • the characteristic curve "a” corresponds to the N 2 component in the processed fuel cell exhaust gas and / or reformate
  • the characteristic curve "c” represents the corresponding NH 3 component
  • the characteristic curve “d” represents the corresponding H 2 component
  • the characteristic curve "b” represents the corresponding residual portion in the processed fuel cell exhaust gas and / or reformate, that is to say when it leaves the processing device 36.
  • the ammonia buffer is in particular an optional functional unit.
  • the further structural design and the mode of operation of the functional units shown in FIG. 1 are known per se, so that their detailed description is dispensed with.

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Abstract

Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) einer mit Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (16), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung (12) aufweisend eine Aufbereitungseinrichtung (36) und mit einem der Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung zugeordneten Brennstoffzellensystem (28) aufweisend mindestens eine Brennstoffzelle (30) und einen der Brennstoffzelle (30) vorgeschalteten Reformer (29), wobei die Aufbereitungseinrichtung (36) dem Brennstoffzellensystem (28) nachgeschaltet ist und ein Abgas der Brennstoffzelle (30) und/oder ein Reformat des Reformers (29) zum Nachbehandlungsbetriebsstoff aufbereitet, und dass der Reformer (28) mit Kraftstoff gespeist ist.

Description

Abqasnachbehandlunqsvorrichtung einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung einer mit Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
Abgasnachbehandlungsvorrichtungen der eingangs genannten Art und entsprechende Kraftfahrzeuge sind bekannt. Zur Durchführung einer Abgasnachbehandlung der Verbrennungsabgase einer Brennkraftmaschine ist die Bereitstellung mindestens eines geeigneten Nachbehandlungsbetriebsstoffs erforderlich, der beispielsweise eine erwünschte NOx-Reduktion im Rahmen der Abgasnachbehandlung ermöglicht. Die Bereitstellung eines derartigen Nachbehandlungsbetriebsstoffs ist verhältnismäßig aufwendig. Dabei ist es insbesondere bekannt, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mindestens einen zusätzlichen, eigens für die Abgasnachbehandlung vorgesehenen Betriebsstoff mitzuführen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher in verhältnismäßig einfacher Weise eine hinreichende Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellung möglich ist.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsbetriebsstoff- Bereitstellungseinrichtung eine Aufbereitungseinrichtung für das Abgas einer Brennstoffzelle und/oder das Reformat eines der Brennstoffzelle vorgeschalteten Reformers aufweist zur Bereitstellung mindestens eines Nachbehandlungsbetriebsstoffs zur Nutzung bei der Abgasnachbehandlung mittels der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Aufgrund der Aufbereitungseinrichtung ist es somit möglich, auf die verhältnismäßig aufwendige Mitführung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, eines zusätzlichen, eigens für die Abgasnachbehandlung vorgesehen Betriebsstoffs zu verzichten, da das anfallende Brennstoffzellenabgas und das Regformat nach einer geeigneten Aufbereitung zur Abgasnachbehandlung genutzt werden können.
Mit Vorteil ist mindestens ein Nachbehandlungsbetriebsstoff Ammoniak und die Aufbereitungseinrichtung ein Ammoniak-Katalysator. Insbesondere im Personenkraftwagenbereich ist das Mitführen von Ammoniak problematisch aufgrund eines regelmäßigen Betankens des Kraftfahrzeugs mit einem zweiten Betriebsstoff, der toxisch ist und somit eine Gefahr darstellt. Eine derartige Mitführung und Bereitstellung von Ammoniak ist somit für den Alltagsbetrieb eines Kraftfahrzeugs nicht akzeptabel. Eine Umwandlung wenigstens eines Teils des Brennstoffzellenabgases und/oder des Reformats in Ammoniak mittels der Aufbereitungseinrichtung (Ammoniak-Katalysator) erlaubt es nun, Ammoniak betriebssicher auch in einem Kraftfahrzeug zur Abgasnachbehandlung einzusetzen, wobei gleichzeitig auch die Ammoniakbereitstellung in verhältnismäßig einfacher Weise möglich ist. Der Ammoniak-Katalysator ist vorzugsweise als Ammoniak-Edelmetallkatalysator ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Aufbereitungseinrichtung an ihrer Eintrittsseite für das Brennstoffzellenabgas und/oder das Reformat mit einem Brennstoffzellensystem und an ihrer Austrittsseite mit einem Reduktionskatalysator zur NOx-Reduktion verbunden. Die Aufbereitungseinrichtung stellt somit eine direkte Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem und dem Reduktionskatalysator dar, so dass gegebenenfalls eine kompakte Anordnung dieser voneinander ansonsten unabhängigen Funktionseinrichtungen beispielsweise in einem Kraftfahrzeug möglich ist.
Vorteilhafterweise ist der Reduktionskatalysator ein SCR-Katalysator. Bei dem SCR-Katalysator handelt es sich um einen selektiven Reduktionskatalysator („selective catalytic reduction"), dessen konstruktiver Aufbau und Funktionsweise an sich bekannt sind, so dass auf eine entsprechende detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Aufbereitungseinrichtung an ihrer Austrittsseite zusätzlich mit einem Ammoniak-Zwischenspeicher verbunden, der seinerseits mit dem Reduktionskatalysator in Verbindung steht. Übersteigen die mittels der Aufbereitungseinrichtung gebildeten Ammoniakströme den Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bedarf des Reduktionskatalysators der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, so kann der Ammoniak-Zwischenspeicher dazu dienen, überschüssiges Ammoniak, beziehungsweise ammoniakhaltige Gase, in selbigem zwischenzuspeichern. Bei einem gegebenenfalls zeitweise auftretenden höheren Ammoniak-Bedarf des Reduktionskatalysators kann selbiger zusätzlich oder ausschließlich mit einer hinreichenden Menge an Ammoniak aus dem Ammoniak- Zwischenspeicher beaufschlagt werden. Somit dient der Ammoniak- Zwischenspeicher zur angepassten und flexiblen Ammoniakbeaufschlagung des Reduktionskatalysators.
Mit Vorteil sind die Aufbereitungseinrichtung und der Ammoniak- Zwischenspeicher an ihrer jeweiligen Austrittsseite mit einer entsprechenden Dosiereinrichtung verbunden, die zur dosierten Ammoniakbeaufschlagung des Reduktionskatalysators dienen. Mittels der Dosiereinrichtungen ist es möglich, eine nahezu stöchiometrische Ammoniakversorgung des Reduktionskatalysators in relativ effizienter und betriebsgünstiger Weise zu gewährleisten. Dabei ist die jeweilige Dosiereinrichtung vorzugsweise als Durchflusssteuereinrichtung ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Brennstoffzellensystem mittels einer zusätzlichen, zuschaltbaren Brennstoffzellenabgas-Bypassleitung mit einem Abgasstrang der Abgasnachbehandlungsvorrichtung verbunden. Somit wird das Brennstoffzellenabgas, das durch die Bypassleitung geführt wird, nicht zur Aufbereitungseinrichtung geleitet und somit auch nicht in Ammoniak umgewandelt, so dass eine Überproduktion von Ammoniak mittels der Aufbereitungseinrichtung aus dem Brennstoffzellenabgas vermieden werden kann. Das durch die Bypassleitung geführte überschüssige Brennstoffzellenabgas gelangt direkt in einen Abgasstrang der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, vorzugsweise in den Reduktionskatalysator. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reduktionskatalysator an seiner Abgaseintrittsseite, unter Zwischenschaltung eines Oxidationskatalysa- tors, mit einem Verbrennungsmotor an dessen Abgasseite verbunden. Der Oxida- tionskatalysator wird entweder bei einem mageren Verbrennungsmotorbetrieb oder mittels zusätzlicher Lufteinblasung unter Luftüberschuss betrieben, um Koh- lenmonoxid zu Kohlendioxid, Stickstoffmonoxid zu Stickstoffoxid, sowie Kohlenwasserstoff-Verbindungen zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren, jeweils unter Verbrauch von Sauerstoff. Dagegen arbeitet der Reduktionskatalysator ohne eine zusätzliche Lufteinblasung unter Luftmangel und reduziert die im Abgas enthaltenen Stickoxide zur Stickstoff unter Freisetzung von Sauerstoff. Derartige Katalysatoren sind an sich bekannt, so dass auf deren detaillierte Beschreibung und Funktionsweise verzichtet wird.
Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise eine Energiebereitstellungs- Hilfseinrichtung zur kontinuierlichen oder zeitweisen Versorgung mindestens einer Funktionseinheit mit elektrischem Strom. Ein derart eingesetztes Brennstoffzellensystem wird quasi stationär betrieben und erlaubt dabei eine flexible Bedarfsdeckung der zur Abgasnachbehandlung notwendigen Ammoniakmenge. Aufgrund dieses Freiheitsgrads ist eine erheblich vereinfachte Prozessführung der Abgasnachbehandlung möglich, insbesondere aufgrund der kontrollierbaren Ammoniakerzeugung mittels der Aufbereitungseinrichtung, die dem Brennstoffzellensystem nachgeschaltet ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Kraftfahrzeug, mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen. Mittels eines derartigen Kraftfahrzeugs lassen sich die in bezug auf die Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorerwähnten Vorteile erzielen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer in einem Kraftfahrzeug integrierten Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einer möglichen Ausführungsform und
Figur 2 eine Diagrammdarstellung in bezug auf eine mögliche katalytische
Ammoniakbildung aus einem Brennstoffzellenabgas in Abhängigkeit der Betriebstemperatur desselben Brennstoffzellenabgases.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer allgemein mit 10 bezeichneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt). Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 weist eine Nachbehandlungsbetriebsstoff- Bereitstellungseinrichtung 12 und eine Abgasfördereinrichtung 14 auf. Die Abgasfördereinrichtung 14 ist mit der Abgasseite eines Verbrennungsmotors 16 verbunden und führt zu einem Oxidationskatalysator 18, der mittels einer Abgaslei- tung 20 mit einem Reduktionskatalysator 22 verbunden ist. Vom Reduktionskatalysator 22 führt eine Abgasleitung 24 zu mindestens einer, nicht dargestellten Funktionseinheit des Kraftfahrzeugs zur Weiterleitung des Verbrennungsmotorabgases gemäß Pfeil 26. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ist mit einem allgemein mit 28 bezeichneten Brennstoffzellensystem verbunden. Das Brennstoffzellensystem 28 enthält einen Reformer 29, der aus dem mittels einer Kraftstoffzuführleitung (Pfeil 32) zugeführten Kraftstoff ein Reformat erzeugt, in dem Wasserstoff abgespalten ist, eine Mehrzahl an Brennstoffzellen 30, mittels welchen elektrische Energie, insbesondere zur wirkungsgradgünstigen On-Board- Stromproduktion erzeugt wird und eine Abzweigung 31 mittels derer Reformat aus dem Brennstoffzellensystem 28 herausgeführt werden kann, ohne die Brennstoffzellen 30 zu durchlaufen. Brennstoffzellenabgas und/oder abgezweigtes Reformat werden durch Leitungen 34 zu einer Aufbereitungseinrichtung 36 geführt, mittels welcher die Erzeugung von Ammoniak erfolgt. Hierzu ist die Aufbereitungseinrichtung 36 vorzugsweise als Ammoniak-Edelmetallkatalysator ausgebildet. Von der Aufbereitungseinrichtung 36 führt eine Ammoniakzuführleitung (Pfeil 38) zum Reduktionskatalysator 22. Die Ammoniakzuführleitung 38 ist mit einer Dosiereinrichtung 40 versehen, die vorzugsweise als Durchflusssteuereinrichtung ausgebildet ist. Die Ammoniakzuführleitung 38 ist gleichzeitig mit einer Ammoniakförderleitung (Doppelpfeil 42) verbunden, die einen Ammoniak-Zwischenspeicher 46 mit der Ammoniakzuführleitung 38 verbindet. Die Ammoniakförderleitung 42 ist e- benfalls mit einer Dosiereinrichtung 44, insbesondere in Form einer Durchfluss- teuereinrichtung versehen. Vom Brennstoffzellensystem 28 führt ferner eine Brennstoffzellenabgas-Bypassleitung (gestrichelter Pfeil 48) zur Ammoniakzuführleitung 38. Die Bypassleitung 48 dient dazu, Brennstoffzellenabgas direkt von den Brennstoffzellen 30 zur Ammoniakzuführleitung 38 und von dieser in den Reduktionskatalysator 22 zu führen, ohne dass das Bypassleitungs-Brennstoff- zellenabgas mittels der Aufbereitungseinrichtung 36 in Ammoniak umgewandelt. Wird. Die Bypassleitung 48 ist ebenfalls mit einer Dosiereinrichtung 50 versehen, die bevorzugt als Durchflusssteuereinrichtung ausgebildet ist.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 wird somit zur Abgasnachbehandlung mit Ammoniak als Nachbehandlungsbetriebsstoff beaufschlagt, wobei das Ammoniak (NH3) mittels der Aufbereitungseinrichtung 36 aus dem Brennstoffzellenabgas und/oder dem Reformat gewonnen wird. Überschüssiges Ammoniak kann gegebenenfalls im Ammoniak-Zwischenspeicher 46 zwischengespeichert werden und bei Bedarf mittels der Dosiereinrichtung 50 (in Kooperation mit der Dosiereinrichtung 44) kontrolliert in den Reduktionskatalysator 22 eingegeben werden. Bei einer in bezug auf den Ammoniak-Bedarf des Reduktionskatalysators 22 überschüssigen Brennstoffzellenabgasproduktion kann alternativ oder zusätzlich zur Zwischenspeicher-Lösung das überschüssige Brennstoffzellenabgas durch die Bypassleitung 48 mittels der Dosiereinrichtung 50 kontrolliert durch die Ammoniakzuführleitung 38 in Kooperation mit der Dosiereinrichtung 40 in den Reduktionskatalysator 22 geführt werden.
Mittels der Bypass- und/oder Zwischenspeicher-Lösung in Kooperation mit den Dosiereinrichtungen 50, 44, 40 ist es möglich, eine nahezu stöchiometrische Versorgung des Reduktionskatalysators 22 mit Ammoniak zu gewährleisten. Dabei kommt es im Reduktionskatalysator 22 zur folgenden Reaktion:
2 - NH3 + N02 + NO< >2 - N2 + 3 - H20 .
Dem Brennstoffzellensystem 28 wird in bekannter Weise soviel Kraftstoff gemäß Pfeil 32 zugeführt, wie zur Erzeugung der jeweils geforderten elektrischen Leistung, welche durch das Brennstoffzellensystem 28 abzudecken ist, notwendig ist. Am Reformer 29 wird der zugeführte Kraftstoff in ein wasserstoffreiches Gas umgesetzt. Ein variabler Anteil des Wasserstoffs wird in den Brennstoffzellen 30 zur Herstellung elektrischer Energie verbraucht, so dass ein Rest an Wasserstoff (H2) im Brennstoffzellenabgas neben anderen Abgaskomponenten, wie zum Beispiel CO, CO2, N2 und CH4, vorhanden bleibt. Dieses über 100°C heiße Brennstoffzellenabgas kann der Aufbereitungseinrichtung 36 zugeführt werden, welche beispielsweise als Ammoniak-Edelmetallkatalysator ausgebildet sein kann. Mittels der Aufbereitungseinrichtung 36 wird aus dem Brennstoffzellenabgas und/oder dem Reformat eine signifikante Menge an Ammoniak synthetisiert. Dies geht aus Figur 2 hervor, in welcher Y-Achse die Durchsatzmenge in mol/sek und die X- Achse die Betriebstemperatur in °C darstellt. Die Kennlinie "a" entspricht dem N2- Anteil im aufbereiteten Brennstoffzellenabgas und/oder Reformat, die Kennlinie "c" stellt den entsprechenden NH3-Anteil, die Kennlinie "d" stellt den entsprechenden H2-Anteil und die Kennlinie "b" stellt den entsprechenden Rest-Anteil im aufbereiteten Brennstoffzellenabgas und/oder Reformat, das heißt bei Austritt aus der Aufbereitungseinrichtung 36, dar.
Bei dem Ammoniak-Zwischenspeicher handelt es sich insbesondere um eine optionale Funktionseinheit. Der weitere konstruktive Aufbau und die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Funktionseinheiten sind an sich bekannt, so dass auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) einer mit Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (16), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung (12) aufweisend eine Aufbereitungseinrichtung (36) und mit einem der Nachbehandlungsbetriebsstoff-Bereitstellungseinrichtung (12) zugeordneten Brennstoffzel- lensystem (28) aufweisend mindestens eine Brennstoffzelle (30) und einen der Brennstoffzelle (30) vorgeschalteten Reformer (29), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungseinrichtung (36) dem Brennstoffzellensystem (28) nachgeschaltet ist und ein Abgas der Brennstoffzelle (30) und/oder ein Reformat des Reformers (29) zum Nachbehandlungsbetriebsstoff aufbereitet, und dass der Reformer (29) mit Kraftstoff gespeist ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nachbehandlungsbetriebsstoff Ammoniak und die Aufbereitungseinrichtung (36) ein Ammoniak-Katalysator ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungseinrichtung (36) an ihrer Eintrittsseite für das Brennstoffzellenabgas und/oder das Reformat mit einem Brennstoffzellensystem (28) und an ihrer Austrittsseite mit einem Reduktionskatalysator (22) zur NOχ-Reduktion verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionskatalysator (22) ein SCR-Katalysator ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungseinrichtung (36) an ihrer Austrittsseite zusätzlich mit einem Ammoniak-Zwischenspeicher (46) verbunden ist, der seinerseits mit dem Reduktionskatalysator (22) in Verbindung steht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungseinrichtung (36) und der Ammoniak- Zwischenspeicher (46) an ihrer jeweiligen Austrittsseite mit einer entsprechenden Dosiereinrichtung (40,42) verbunden sind, die zur dosierten Ammoniakbeaufschlagung des Reduktionskatalysators (22) dienen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (28) mittels einer zusätzlichen, zuschaltbaren Brennstoffzellenabgas-Bypassleitung (48) mit einem Abgasstrang der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionskatalysator (22) an seiner Abgaseintrittsseite, unter Zwischenschaltung eines Oxidationskatalysators (18) mit einem Verbrennungsmotor (16) an dessen Abgasseite verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (28) eine Energiebe- reitstellungs-Hilfseinrichtung ist zur kontinuierlichen oder zeitweisen Versorgung mindestens einer Funktionseinheit mit elektrischem Strom.
10. Kraftfahrzeug mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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