AT524011A1

AT524011A1 - Motor vehicle with an internal combustion engine powered by carbon-free fuel with an exhaust system connected thereto

Info

Publication number: AT524011A1
Application number: ATA50564/2020A
Authority: AT
Inventors: Raser Dipl Ing Bernhard; Macherhammer Dipl Ing Josef; Hadl Dr Klaus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-01-15
Also published as: AT524011B1; DE112021001728A5; CN115667683A; WO2022000012A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor mit daran angeschlossenem Abgassystem (1), welches einen insbesondere ersten Stickoxidreduktionskatalysator (2) aufweist. Erfindungsgemäß weist das Abgassystem (1) ferner einen Wärmetauscher (3) auf, wobei vom Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas vor einer Zufuhr zum Stickoxidreduktionskatalysator (2) mit einem einstellbaren Anteil durch den Wärmetauscher (3) geleitet werden kann. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des durch den Wärmetauscher (3) geleiteten Abgases in Verbindung mit einem Betrieb des Wärmetauschers (3) und/oder einer Energierückgewinnungseinrichtung (6) so gewählt wird, dass eine Temperatur des ersten Stickoxidreduktionskatalysators (2) zumindest überwiegend unterhalb einer vorgebbaren oberen Temperaturgrenze gehalten wirdThe invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine operated with carbon-free fuel and with an exhaust system (1) connected thereto, which has in particular a first nitrogen oxide reduction catalytic converter (2). According to the invention, the exhaust system (1) also has a heat exchanger (3), wherein exhaust gas emitted by the internal combustion engine can be passed through the heat exchanger (3) with an adjustable proportion before it is fed to the nitrogen oxide reduction catalytic converter (2). The operating method according to the invention is characterized in that the proportion of the exhaust gas routed through the heat exchanger (3) is selected in connection with operation of the heat exchanger (3) and/or an energy recovery device (6) such that a temperature of the first nitrogen oxide reduction catalytic converter (2) is kept at least predominantly below a predeterminable upper temperature limit

Description

Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem Kraftstoff betriebenen Motor vehicle with a carbon-free fuel

Verbrennungsmotor mit daran angeschlossenem Abgassystem Combustion engine with exhaust system connected to it

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugs mit den The invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine operated with carbon-free fuel having the features of the preamble of claim 1 and a method for operating such a motor vehicle with the

Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12. Features of the preamble of claim 12.

Aus der DE 10 2007 021 827 A1 ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug bekannt. Der entsprechende Verbrennungsmotor wird mit Wasserstoff als kohlenstofffreiem Kraftstoff betrieben. Auslasseitig des Verbrennungsmotors wird dem Abgassystem aus einem Speichertank entnommener Wasserstoff zugeführt. Ein stromabwärts im Abgassystem angeordneter Katalysator entfernt im Abgas enthaltene Stickoxide A generic motor vehicle is known from DE 10 2007 021 827 A1. The corresponding internal combustion engine runs on hydrogen as a carbon-free fuel. Hydrogen taken from a storage tank is fed to the exhaust gas system on the outlet side of the internal combustion engine. A catalytic converter arranged downstream in the exhaust system removes nitrogen oxides contained in the exhaust gas

durch katalysierte Reduktion mit dem zugeführten Wasserstoff. by catalyzed reduction with the supplied hydrogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor anzugeben, welches eine demgegenüber The object of the invention is to provide a motor vehicle with an internal combustion engine operated with carbon-free fuel, which has a

verbesserte Energieausnutzung und Abgasreinigung ermöglicht. improved energy utilization and exhaust gas cleaning.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und This object is achieved by a motor vehicle with the features of claim 1 and

durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. solved by a method with the features of claim 12.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor auf, der mit einem kohlenstofffreien Kraftstoff betrieben wird. Ein an den Verbrennungsmotor angeschlossenes Abgassystem weist einen insbesondere ersten Stickoxidreduktionskatalysator und ferner einen Wärmetauscher auf, wobei vom Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas vor einer Zufuhr zum Stickoxidreduktionskatalysator mit einem einstellbaren Anteil durch den Wärmetauscher geleitet werden kann. Der Verbrennungsmotor ist bevorzugt als funkengezündeter Hubkolbenmotor The motor vehicle according to the invention has an internal combustion engine which is operated with a carbon-free fuel. An exhaust system connected to the internal combustion engine has, in particular, a first nitrogen oxide reduction catalytic converter and also a heat exchanger, wherein exhaust gas emitted by the internal combustion engine can be passed through the heat exchanger with an adjustable proportion before it is fed to the nitrogen oxide reduction catalytic converter. The internal combustion engine is preferably a spark-ignited reciprocating engine

ausgebildet. Aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Wärmetauschers kann Abgas des educated. Due to the heat exchanger provided according to the invention, exhaust gas of the

Verbrennungsmotors vor Erreichen des Stickoxidreduktionskatalysators temperiert, internal combustion engine temperature before reaching the nitrogen oxide reduction catalyst,

insbesondere gekühlt werden. Während ein erster vorgebbarer Anteil des gesamten, be cooled in particular. While a first predeterminable portion of the total

vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases durch den Wärmetauscher geleitet wird, gelangt der verbleibende zweite Anteil unter Umgehung des Wärmetauschers zum Stickoxidreduktionskatalysator. Der vorgebbare und einstellbare erste Anteil des gesamten, vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases kann dabei Werte zwischen 0 % und 100 % annehmen. Der durch den Wärmetauscher geleitete Teilabgasstrom wird wieder mit dem den Wärmetauscher umgehenden Abgasstrom zusammengeführt und ein gemeinsamer, temperierter Gesamtabgasstrom dem Stickoxidreduktionskatalysator zugeführt. Auf diese Weise kann der Stickoxidreduktionskatalysator zumindest überwiegend in seinem Betriebstemperaturbereich gehalten werden. Bevorzugt wird dem durch den Wärmetauscher geleiteten Abgas Wärme entzogen und der dem Stickoxidreduktionskatalysator zugeführte Gesamtabgasstrom ist daher gekühlt. Somit kann eine Wirksamkeit des Stickoxidreduktionskatalysators auch bei hoher abgegebener Leistung des Verbrennungsmotors mit Ausstoß von Abgas mit entsprechend hohen, oberhalb des Betriebstemperaturbereichs des Stickoxidreduktionskatalysators liegenden Temperaturen erreicht werden. Dies ermöglicht in einem erweiterten Motorbetriebsbereich eine effektive Stickoxidreduktion. Weiterhin ist auch der Einsatz von Katalysatormaterialien mit einem relativ niedrigen Betriebstemperaturbereich ermöglicht. Ebenso kann durch den vorgeschalteten umgehbaren Wärmetauscher vermieden werden, dass der Stickoxidreduktionskatalysator eine Degradationstemperaturgrenze erreicht oder überschreitet. Somit ist auch eine Dauerhaltbarkeit des Stickoxidreduktionskatalysators exhaust gas discharged from the internal combustion engine is passed through the heat exchanger, the remaining second portion, bypassing the heat exchanger, reaches the nitrogen oxide reduction catalytic converter. The predefinable and adjustable first portion of the total exhaust gas emitted by the internal combustion engine can assume values between 0% and 100%. The partial exhaust gas flow passed through the heat exchanger is combined again with the exhaust gas flow bypassing the heat exchanger and a common, temperature-controlled total exhaust gas flow is fed to the nitrogen oxide reduction catalytic converter. In this way, the nitrogen oxide reduction catalytic converter can be kept at least predominantly in its operating temperature range. Heat is preferably withdrawn from the exhaust gas conducted through the heat exchanger and the total exhaust gas flow supplied to the nitrogen oxide reduction catalytic converter is therefore cooled. Thus, an effectiveness of the nitrogen oxide reduction catalytic converter can be achieved even at high output power of the internal combustion engine with emission of exhaust gas with correspondingly high temperatures lying above the operating temperature range of the nitrogen oxide reduction catalytic converter. This enables effective nitrogen oxide reduction in an extended engine operating range. Furthermore, the use of catalyst materials with a relatively low operating temperature range is also made possible. Likewise, the bypassable heat exchanger connected upstream can prevent the nitrogen oxide reduction catalytic converter from reaching or exceeding a degradation temperature limit. Thus, there is also a durability of the nitrogen oxide reduction catalytic converter

verbessert. improved.

In Ausgestaltung der Erfindung weist das Abgassystem eine Energierückgewinnungseinrichtung auf, die Nutzenergie aus der durch den Wärmetauscher geleitetem Abgas entzogenen Wärmeenergie erzeugen kann. Die Energierückgewinnungseinrichtung kann beispielsweise als thermoelektrischer Generator ausgebildet sein, der elektrische Nutzenergie erzeugt. Es kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein, welche durch einen thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise einen Rankine-Prozess, mechanische Nutzenergie erzeugt. Hierfür wird im Wärmetauscher dem Abgas Wärme entzogen und einem Betriebsmittel zugeführt. Das Betriebsmittel wird zur Energierückgewinnungseinrichtung geleitet, wo die aufgenommene Wärme teilweise in mechanische Nutzenergie überführt wird. In der In an embodiment of the invention, the exhaust gas system has an energy recovery device that can generate useful energy from the thermal energy extracted from the exhaust gas conducted through the heat exchanger. The energy recovery device can be designed, for example, as a thermoelectric generator that generates useful electrical energy. A device can also be provided which generates useful mechanical energy through a thermodynamic cycle process, for example a Rankine cycle. For this purpose, heat is extracted from the exhaust gas in the heat exchanger and fed to an operating medium. The equipment is routed to the energy recovery facility, where some of the heat absorbed is converted into useful mechanical energy. In the

Energierückgewinnungseinrichtung erzeugte elektrische oder mechanische Energie Energy recovery device generated electrical or mechanical energy

kann im Kraftfahrzeug beispielsweise in Hilfseinrichtungen genutzt werden. Dadurch can be used in the motor vehicle, for example, in auxiliary equipment. Through this

verbessert sich insgesamt die Energieausnutzung des Kraftfahrzeugs. overall improves the energy efficiency of the motor vehicle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweiter Stickoxidreduktionskatalysator vorgesehen, der dem ersten Stickoxidreduktionskatalysator strömungstechnisch vorgeschaltet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einem typischerweise vorhandenen Temperaturgefälle längs des Abgasweges zumindest einer der beiden Stickoxidreduktionskatalysatoren auf Betriebstemperatur ist. Insbesondere ist es infolge des Wärmetauschers zudem möglich, das Temperaturgefälle in diesem Sinne zu beeinflussen. Somit ist der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors in welchem eine wirksame Stickoxidentfernung aus dem Abgas erfolgen kann stark erweitert. Dabei kann es vorteilhaft sein, für den ersten und den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator Katalysatormaterialien mit unterschiedlichen Betriebstemperaturbereichen vorzusehen. Beispielsweise kann der zweite Stickoxidreduktionskatalysator einen niedrigeren Betriebstemperaturbereich als der erste Stickoxidreduktionskatalysator aufweisen. Dadurch steht der zweite Stickoxidreduktionskatalysator nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors rasch zur Stickoxidreduktion zur Verfügung. Erwärmt sich der zweite Stickoxidreduktionskatalysator bei einem Warmlauf auf eine Temperatur oberhalb seines Betriebstemperaturbereichs, so ist inzwischen der erste Stickoxidreduktionskatalysator auf Betriebstemperatur und kann Stickoxide aus dem Abgas entfernen. Ebenso kann es vorgesehen sein, die Volumina der beiden Stickoxidreduktionskatalysatoren unterschiedlich zu wählen. Beispielsweise kann der zweite Stickoxidreduktionskatalysator ein geringeres Volumen als der erste Stickoxidreduktionskatalysator aufweisen. Dadurch ist eine besonders rasche Aufwärmung des zweiten Stickoxidreduktionskatalysators auf Betriebstemperatur ermöglicht. Der zweite Stickoxidreduktionskatalysator kann beispielsweise weniger als 80 %, 60 % oder 40 % des Volumens des ersten Stickoxidreduktionskatalysators oder ein noch geringeres Volumen aufweisen. Weiterhin kann es vorgesehen sein, den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator motornah, beispielsweise in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs anzuordnen, während der erste Stickoxidreduktionskatalysator motorfern in einem Unterbodenbereich des In a further embodiment of the invention, a second nitrogen oxide reduction catalytic converter is provided, which is connected upstream of the first nitrogen oxide reduction catalytic converter in terms of flow. As a result, at least one of the two nitrogen oxide reduction catalytic converters is at the operating temperature when there is a temperature gradient that is typically present along the exhaust gas path. In particular, as a result of the heat exchanger, it is also possible to influence the temperature gradient in this way. Thus, the operating range of the internal combustion engine in which an effective removal of nitrogen oxides from the exhaust gas can take place is greatly expanded. It can be advantageous to provide catalyst materials with different operating temperature ranges for the first and the second nitrogen oxide reduction catalyst. For example, the second nitrogen oxide reduction catalyst can have a lower operating temperature range than the first nitrogen oxide reduction catalyst. As a result, the second nitrogen oxide reduction catalytic converter is quickly available for nitrogen oxide reduction after a cold start of the internal combustion engine. If the second nitrogen oxide reduction catalytic converter heats up to a temperature above its operating temperature range during warm-up, the first nitrogen oxide reduction catalytic converter is now at the operating temperature and can remove nitrogen oxides from the exhaust gas. It can also be provided that the volumes of the two nitrogen oxide reduction catalysts are selected differently. For example, the second nitrogen oxide reduction catalyst can have a smaller volume than the first nitrogen oxide reduction catalyst. This enables the second nitrogen oxide reduction catalytic converter to be heated up to operating temperature particularly quickly. The second nitrogen oxide reduction catalytic converter can have, for example, less than 80%, 60% or 40% of the volume of the first nitrogen oxide reduction catalytic converter or an even smaller volume. Provision can also be made for the second nitrogen oxide reduction catalytic converter to be arranged close to the engine, for example in an engine compartment of the motor vehicle, while the first nitrogen oxide reduction catalytic converter is remote from the engine in an underbody area of the

Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Motor vehicle is arranged.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher strömungstechnisch dem ersten Stickoxidreduktionskatalysator vorgeschaltet und dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator nachgeschaltet. Strömungstechnisch gesehen ist somit der Wärmetauscher zwischen dem weiter stromauf angeordneten zweiten und dem weiter stromab angeordneten ersten Stickoxidreduktionskatalysator angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass dann, wenn der zweite Stickoxidreduktionskatalysator bereits oberhalb seiner Betriebstemperatur ist, bei einer drohenden zu starken weiteren Erwärmung des ersten Stickoxidreduktionskatalysators dessen Wirksamkeit durch entsprechenden Betrieb des Wärmetauschers weiterhin aufrechterhalten werden In a further embodiment of the invention, the heat exchanger is fluidically connected upstream of the first nitrogen oxide reduction catalytic converter and downstream of the second nitrogen oxide reduction catalytic converter. In terms of flow, the heat exchanger is therefore arranged between the second nitrogen oxide reduction catalytic converter, which is arranged further upstream, and the first nitrogen oxide reduction catalytic converter, which is arranged further downstream. This has the advantage that when the second nitrogen oxide reduction catalytic converter is already above its operating temperature, if the first nitrogen oxide reduction catalytic converter threatens to heat up too much, its effectiveness can still be maintained by appropriate operation of the heat exchanger

kann. can.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Reduktionsmittel zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden am ersten und/oder am zweiten Stickoxidreduktionskatalysator der zum Betrieb des Verbrennungsmotors eingesetzte Kraftstoff. Damit kann ein Vorratsbehälter für ein separates Reduktionsmittel entfallen oder zumindest verkleinert ausgeführt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Verbrennungsmotor ausgebildet ist, das Reduktionsmittel über einen Brennraum des Verbrennungsmotors dem Abgassystem zuzuführen. Hierfür ist für wenigstens einen Zylinder des Verbrennungsmotors vorzugsweise ein schnell arbeitendes Kraftstoffeinbringventil vorgesehen, über welches der Kraftstoff direkt in den entsprechenden Brennraum eingebracht werden kann. Dadurch wird eine separate Zuführeinrichtung zur Zuführung des Reduktionsmittels zum Abgas eingespart. Zudem ist auf diese Weise eine besonders homogene Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas ermöglicht. Bevorzugt wird der als Reduktionsmittel eingesetzte Kraftstoff durch eine derart spät im Arbeitstakt durchgeführte Kraftstoff-Nacheinspritzung bzw. -Einblasung in den Brennraum oder die Brennräume eingebracht, dass er chemisch zumindest annähernd unverändert mit dem Ausschiebetakt ausgestoßen wird. Bevorzugt erfolgt diese in In a further advantageous embodiment of the invention, the reducing agent for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas at the first and/or at the second nitrogen oxide reduction catalytic converter is the fuel used to operate the internal combustion engine. A reservoir for a separate reducing agent can thus be omitted or at least be made smaller. It is particularly advantageous if, in a further embodiment of the invention, the internal combustion engine is designed to supply the reducing agent to the exhaust system via a combustion chamber of the internal combustion engine. For this purpose, a fast-acting fuel feed valve is preferably provided for at least one cylinder of the internal combustion engine, via which the fuel can be fed directly into the corresponding combustion chamber. This saves a separate feed device for feeding the reducing agent to the exhaust gas. In addition, a particularly homogeneous distribution of the reducing agent in the exhaust gas is made possible in this way. The fuel used as a reducing agent is preferably introduced into the combustion chamber or combustion chambers by post-injection or injection of fuel that is carried out so late in the power stroke that it is ejected chemically at least approximately unchanged with the exhaust stroke. This is preferably done in

einem Kurbelwinkelbereich von 120 ° bis 180 ° nach dem oberen Totpunkt. a crank angle range of 120° to 180° after top dead center.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors Wasserstoff. Dadurch werden klimaschädliche Kohlendioxidemissionen vermieden. Ebenfalls vermieden werden Emissionen von Rußpartikeln, Kohlenwas-In a further embodiment of the invention, the fuel for operating the internal combustion engine is hydrogen. This avoids climate-damaging carbon dioxide emissions. Also avoided are emissions of soot particles, hydrocarbons

serstoffen und Kohlenmonoxid. Bei einer vorzugsweise zumindest überwiegend hydrogen and carbon monoxide. In a preferably at least predominantly

vorgesehenen mageren Betriebsweise des Verbrennungsmotors entstehen bei der Kraftstoffverbrennung als Schadstoff lediglich Stickoxide, die jedoch durch einen intended lean operation of the internal combustion engine arise in the fuel combustion as a pollutant only nitrogen oxides, but by a

Stickoxidreduktionskatalysator aus dem Abgas entfernt werden können. Nitrogen oxide reduction catalyst can be removed from the exhaust gas.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Stickoxidreduktionskatalysator ein Mager-Denox-Katalysator ist, der eine Reduktion von Stickoxiden mit Wasserstoff als Reduktionsmittel katalysieren kann. Diese Ausführungsform ist insbesondere in Verbindung mit einem als Wasserstoffmotor ausgeführten Verbrennungsmotor vorteilhaft, da dann der zum Betrieb des Motors verwendete Kraftstoff auch als Reduktionsmittel für eine Reduktion von Stickoxiden am zweiten Stickoxidreduktionskatalysator eingesetzt werden kann. Hierfür kann der Wasserstoff entweder über einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder über eine motorexterne Dosiervorrichtung dem Abgas zugeführt werden. Der Mager-Denox-Katalysator weist bevorzugt eine katalytische Beschichtung auf, welche Edelmetalle, insbesondere der Platingruppe, wie Platin und/oder Rhodium enthält. Generell ist eine katalytische Beschichtung vorgesehen, welche eine Stickoxidreduktion mit Wasserstoff als Reduktionsmittel auch bei Vorliegen eines Sauerstoffüberschusses im Abgas katalysieren kann. Insbesondere bei einem Platin und/oder Rhodium und/oder Palladium enthaltenden Mager-Denox-Katalysator ist der Betriebstemperaturbereich dabei relativ niedrig. Eine untere Temperaturgrenze des Betriebsbereichs kann bei etwa 80 °C liegen. Eine obere Temperaturgrenze des Betriebsbereichs kann bei etwa 250 °C liegen. Der Mager-Denox-Katalysator ist damit sehr rasch nach einem In a further embodiment of the invention, it is provided that the second nitrogen oxide reduction catalytic converter is a lean DeNOx catalytic converter which can catalyze a reduction of nitrogen oxides using hydrogen as the reducing agent. This embodiment is particularly advantageous in connection with an internal combustion engine designed as a hydrogen engine, since the fuel used to operate the engine can then also be used as a reducing agent for reducing nitrogen oxides at the second nitrogen oxide reduction catalytic converter. For this purpose, the hydrogen can be added to the exhaust gas either via a combustion chamber of the internal combustion engine or via a metering device external to the engine. The lean denox catalytic converter preferably has a catalytic coating which contains noble metals, in particular from the platinum group, such as platinum and/or rhodium. In general, a catalytic coating is provided, which can catalyze a nitrogen oxide reduction with hydrogen as the reducing agent even when there is an excess of oxygen in the exhaust gas. The operating temperature range is relatively low, particularly in the case of a lean Denox catalytic converter containing platinum and/or rhodium and/or palladium. A lower temperature limit of the operating range can be around 80°C. An upper temperature limit of the operating range may be around 250°C. The lean Denox catalyst is thus very quickly after a

Kaltstart des Verbrennungsmotors betriebsbereit. Cold start of the internal combustion engine ready for operation.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eingangsseitig des ersten Stickoxidreduktionskatalysators eine Dosiervorrichtung zur Einbringung eines ammoniakhaltigen Reduktionsmittels ins Abgas vorgesehen. Ammoniak kann in freier oder gebundener Form im Reduktionsmittel enthalten sein. Bevorzugt ist eine Dosiervorrichtung zur Einbringung einer wässrigen Harnstofflösung ins Abgas vorgesehen. Die Harnstofflösung wird dabei bevorzugt mittels einer Fördereinrichtung von einem separaten Vorratsbehälter zur Dosiervorrichtung gefördert. Die Dosiervorrichtung ist bevorzugt in Strömungsrichtung gesehen nach der Zusammenführungsstelle von durch den Wärmetauscher geleitetem und den Wärmetauscher umgehenden Abgas vorge-In a further embodiment of the invention, a metering device for introducing a reducing agent containing ammonia into the exhaust gas is provided on the inlet side of the first nitrogen oxide reduction catalyst. Ammonia can be present in the reducing agent in free or bound form. A dosing device for introducing an aqueous urea solution into the exhaust gas is preferably provided. The urea solution is preferably conveyed by means of a conveying device from a separate storage container to the dosing device. The dosing device is preferably provided, viewed in the direction of flow, after the point of convergence of exhaust gas that is routed through the heat exchanger and bypasses the heat exchanger.

sehen. see.

Bei Einsatz eines Ammoniak enthaltenden Reduktionsmittels kann der erste Stickoxidreduktionskatalysator als klassischer SCR-Katalysator, beispielsweise als Kupfer oder Eisen enthaltender zeolithischer Katalysator ausgeführt sein. Insbesondere ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Stickoxidreduktionskatalysator Vanadium enthalt. Vanadium liegt dabei bevorzugt als Oxid, insbesondere als Vanadiumpentoxid vor. Weitere in Bezug auf eine Förderung der selektiven Stickoxidreduktionsfähigkeit wirksame Bestandteile wie Oxide von Wolfram, Molybdän und/oder Titan können natürlich ebenfalls vorgesehen sein. Der Betriebstemperaturbereich des vorgesehenen Stickoxidreduktionskatalysators liegt typischerweise aus anwendungstechnischer Sicht betrachtet in einem mittleren Bereich von etwa 180 °C — 200 °C bis etwa 420 °C — 480 °C. In Betracht kommende vanadiumhaltige Stickoxidreduktionskatalysatoren können jedoch eine vergleichsweise niedrige Temperaturgrenze in Bezug auf Stabilität bzw. Degradation aufweisen. Aus diesem Grund ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Temperatur des in den Stickoxidreduktionskatalysator eintretenden Abgases durch Kühlung mittels des Wärmetauschers zumindest überwiegend unterhalb von 350 °C, insbe-When using a reducing agent containing ammonia, the first nitrogen oxide reduction catalytic converter can be designed as a classic SCR catalytic converter, for example as a zeolitic catalytic converter containing copper or iron. In particular, it is provided in a further embodiment of the invention that the first nitrogen oxide reduction catalyst contains vanadium. Vanadium is preferably present as an oxide, in particular as vanadium pentoxide. Other ingredients effective in promoting selective nitrogen oxide reduction capability such as oxides of tungsten, molybdenum and/or titanium may of course also be provided. The operating temperature range of the envisaged nitrogen oxide reduction catalytic converter is typically in a medium range from about 180° C.-200° C. to about 420° C.-480° C. from the point of view of application technology. However, possible vanadium-containing nitrogen oxide reduction catalysts can have a comparatively low temperature limit with regard to stability or degradation. For this reason, it is preferably provided that the temperature of the exhaust gas entering the nitrogen oxide reduction catalytic converter is at least predominantly below 350° C., in particular

sondere unterhalb von 300 °C gehalten wird. especially kept below 300 °C.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors Ammoniak. Damit werden schädliche kohlenstoffhaltige Emissionen ebenfalls vermieden. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors auch als Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden im Abgassystem eingesetzt werden. Dadurch kann ein separater Reduktionsmittelvorratsbehälter entfallen. Ammoniak als Stickoxidreduktionsmittel kann einem Stickoxidreduktionskatalysator des Abgassystems motorisch, speziell durch eine spät im Arbeitstakt vorgenommen Einbringung in einen Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt werden. Bevorzugt erfolgt diese in einem Kurbelwinkelbereich von 120 ° bis 180 ° nach dem oberen Totpunkt. Eine motorexterne Zufuhr zum Abgas kann jedoch zusätzlich oder alternativ durch eine separate Dosiervorrichtung erfolgen. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für ein wie vorstehend beschrieben ausgeführtes Kraftfahrzeug sieht vor, dass der Anteil des durch den Wärmetauscher geleiteten Abgases in Verbindung mit einem Betrieb des Wärmetauschers und/oder der Energierückgewinnungseinrichtung so gewählt wird, dass eine Temperatur des In a further embodiment of the invention, the fuel for operating the internal combustion engine is ammonia. This also avoids harmful carbon emissions. Furthermore, the fuel for operating the internal combustion engine can advantageously also be used as a reducing agent for reducing nitrogen oxides in the exhaust system. As a result, a separate reducing agent reservoir can be omitted. Ammonia as a nitrogen oxide reducing agent can be supplied to a nitrogen oxide reduction catalytic converter of the exhaust system by a motor, specifically by being introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine late in the working cycle. This preferably takes place in a crank angle range of 120° to 180° after top dead center. However, an engine-external supply to the exhaust gas can additionally or alternatively be effected by a separate dosing device. The operating method according to the invention for a motor vehicle designed as described above provides that the proportion of the exhaust gas conducted through the heat exchanger is selected in connection with operation of the heat exchanger and/or the energy recovery device such that a temperature of the

ersten Stickoxidreduktionskatalysators zumindest überwiegend unterhalb einer first nitrogen oxide reduction catalyst at least predominantly below one

vorgebbaren oberen Temperaturgrenze gehalten wird. Die vorgebbare Temperaturgrenze kann in Abhängigkeit von einer oberen Betriebstemperaturgrenze oder einer Temperaturstabilitätsgrenze des Stickoxidreduktionskatalysators gewählt werden. Eine obere Temperaturgrenze von 350 °C bis 300 °C, insbesondere von 300 °C ist bevorzugt. Weist das Abgas, das eine Verzeigungsstelle zur Aufteilung des Abgasstroms in einen durch den Wärmetauscher strömenden Anteil und einen den Wärmetauscher umgehenden Anteil erreicht, eine die obere Temperaturgrenze überschreitende Temperatur auf, so wird mittels eines Verstellelements ein bestimmter Anteil des Abgases durch den Wärmetauscher geleitet. Eine Aufteilung des Abgasstroms in einen durch den Wärmetauscher geleiteten Anteil und in einen den Wärmetauscher umgehenden Anteil erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und der vorgesehenen oberen Temperaturgrenze. Dabei kann zusätzlich die Kühlwirkung des Wärmetauschers durch Beeinflussung der Menge des durch den Wärmetauscher strömenden und Wärme aufnehmenden Betriebsmittels entsprechend angepasst werden. Insbesondere kann die Kühlwirkung durch Erhöhung des Betriebsmittelstroms falls notwendig gesteigert werden. Dadurch kann auf zuverlässige Weise vermieden werden, dass in den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator eintretendes Abgas die obere Temperaturgrenze überschreitet. Somit kann eine hohe Wirksamkeit des Reduktionsmittelkatalysators erzielt und dessen predetermined upper temperature limit is maintained. The predefinable temperature limit can be selected as a function of an upper operating temperature limit or a temperature stability limit of the nitrogen oxide reduction catalytic converter. An upper temperature limit of 350°C to 300°C, in particular 300°C, is preferred. If the exhaust gas that reaches a branching point for dividing the exhaust gas flow into a portion flowing through the heat exchanger and a portion bypassing the heat exchanger has a temperature that exceeds the upper temperature limit, a certain portion of the exhaust gas is routed through the heat exchanger by means of an adjustment element. A division of the exhaust gas flow into a portion routed through the heat exchanger and a portion bypassing the heat exchanger is preferably carried out as a function of the exhaust gas temperature and the intended upper temperature limit. In addition, the cooling effect of the heat exchanger can be adjusted accordingly by influencing the quantity of the operating medium flowing through the heat exchanger and absorbing heat. In particular, the cooling effect can be increased if necessary by increasing the operating medium flow. This can reliably prevent exhaust gas entering the second nitrogen oxide reduction catalytic converter from exceeding the upper temperature limit. Thus, a high effectiveness of the reducing agent catalyst can be achieved and its

Degradation vermieden werden. degradation are avoided.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird dem ersten und/oder dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator Reduktionsmittel zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden aus einem externen Vorratsbehälter zugeführt. Insbesondere für den ersten Stickoxidreduktionskatalysator kann eine Reduktionsmittelversorgung aus einem externen Vorratsbehälter vorgesehen sein. Wenn ein zweiter Stickoxidreduktionskatalysator vorhanden ist, so kann zusätzlich oder alternativ für diesen eine Reduktionsmittelversorgung aus einem externen Vorratsbehälter vorgesehen sein. Als Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion am ersten und/oder am zweiten Stickoxidreduktionskatalysator kommt insbesondere wässrige Harnstofflösung infrage. Als Reduktionsmittel kann aber auch Ammoniak, In an embodiment of the operating method according to the invention, the first and/or the second nitrogen oxide reduction catalytic converter is supplied with reducing agent from an external reservoir to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas. A reducing agent supply from an external reservoir can be provided in particular for the first nitrogen oxide reduction catalytic converter. If a second nitrogen oxide reduction catalytic converter is present, a supply of reducing agent from an external reservoir can be provided for this additionally or alternatively. Aqueous urea solution is particularly suitable as a reducing agent for nitrogen oxide reduction at the first and/or at the second nitrogen oxide reduction catalytic converter. Ammonia can also be used as a reducing agent,

insbesondere gasförmiges Ammoniak, oder Wasserstoff vorgesehen sein. in particular gaseous ammonia or hydrogen may be provided.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird zumindest einem Brennraum des Verbrennungsmotors Kraftstoff zu einem derart späten Zeitpunkt eines Arbeitstakts zugeführt, dass der Kraftstoff zumindest annähernd chemisch unverändert aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen und dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator als Reduktionsmittel zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden zugeführt wird. In diesem Fall wirkt der zum Betrieb des Verbrennungsmotors eingesetzte Kraftstoff auch als Reduktionsmittel zur Stickoxidreduktion zumindest am zweiten Stickoxidreduktionskatalysator. Eine Späteinbringung von gasförmigem Ammoniak oder Wasserstoff als Kraftstoff in einen Brennraum oder in mehrere Brennräume erfolgt vorzugsweise in einem Kurbelwinkelbereich von 120 ° bis 180 ° nach dem oberen Totpunkt. Damit ist gewährleistet, dass in den Brennraum eingebrachter Kraftstoff nicht mehr oder nur zu einem unwesentlichen Teil an der Verbrennung teilnimmt und praktisch chemisch unverän-In a further embodiment of the operating method according to the invention, fuel is supplied to at least one combustion chamber of the internal combustion engine at such a late point in time of a power cycle that the fuel is ejected from the internal combustion engine at least approximately chemically unchanged and is supplied to the second nitrogen oxide reduction catalytic converter as a reducing agent for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas. In this case, the fuel used to operate the internal combustion engine also acts as a reducing agent for nitrogen oxide reduction at least at the second nitrogen oxide reduction catalytic converter. A late introduction of gaseous ammonia or hydrogen as fuel into a combustion chamber or into several combustion chambers preferably takes place in a crank angle range of 120° to 180° after top dead center. This ensures that fuel introduced into the combustion chamber no longer participates in the combustion or only to an insignificant extent and is chemically practically unchanged.

dert aus dem Brennraum in das Abgassystem ausgeschoben wird. is pushed out of the combustion chamber into the exhaust system.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Figurenbeschreibungen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Oben genannte sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nichteinschränkender Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Dabei The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention. The above and other features and advantages of the invention result from the following description of preferred, non-limiting exemplary embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. Included

zeigen: show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform 1 shows a schematic representation of a first advantageous embodiment

eines Abgassystems des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, an exhaust system of the motor vehicle according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform 2 shows a schematic representation of a second advantageous embodiment

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten vorteilhaften Ausführungsform 3 shows a schematic representation of a third advantageous embodiment

eines Abgassystems des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und an exhaust system of the motor vehicle according to the invention, and

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform 4 shows a schematic representation of a first advantageous embodiment

Fig. 1 zeigt lediglich schematisch und stark vereinfacht ein erstes Beispiel für eine vorteilhafte Ausführungsform eines an einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs angeschlossenen Abgassystems 1. Auf eine Darstellung des Kraftfahrzeugs wurde dabei verzichtet. Der ebenfalls nicht dargestellte Verbrennungsmotor ist als ein mit kohlenstofffreiem Kraftstoff betriebener Verbrennungsmotor ausgeführt. Bevorzugt ist eine Ausführung als Wasserstoffmotor. Eine Ausführung als Ammoniakmotor ist jedoch ebenfalls möglich. Jedenfalls ist ein zumindest überwiegend magerer Betrieb, d.h. ein Betrieb mit Luftüberschuss für den Verbren-1 shows only schematically and greatly simplified a first example of an advantageous embodiment of an exhaust gas system 1 connected to an internal combustion engine of a motor vehicle. The motor vehicle is not shown. The internal combustion engine, also not shown, is designed as an internal combustion engine operated with carbon-free fuel. An embodiment as a hydrogen engine is preferred. However, an embodiment as an ammonia engine is also possible. In any case, at least predominantly lean operation, i.e. operation with excess air for combustion

nungsmotor vorgesehen. voltage motor provided.

Vom Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas tritt über eine Abgasleitung 13 in das Abgassystem 1 ein. Entsprechend der mit einem offenen Pfeil gekennzeichneten Abgasströmungsrichtung strömt das Abgas zunächst durch einen hier als zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 bezeichneten katalytischen Konverter. Stromab des zweiten Stickoxidreduktionskatalysators 8 ist eine Umgehungsleitung 4 vorgesehen, die einen Abgasleitungsteilabschnitt 13‘ umgeht. Über Stellmittel 9, 9‘ kann ein erster Abgasteilstrom 5 durch die Umgehungsleitung 4 geleitet werden, während der verbleibende Anteil des gesamten Abgasstroms als zweiter Abgasteilstrom 10 durch den zur Umgehungsleitung 4 strömungstechnisch parallelen Abgasleitungsteilabschnitt 13‘ geführt wird. Am Stellmittel 9° mündet die Umgehungsleitung 4 wieder in die Abgasleitung 13 und die Abgasteilströme 5, 10 werden wieder zusammengeführt. Der durch die zusammengeführten Abgasteilströme 5, 10 wieder gebildete Gesamtabgasstrom wird sodann durch einen hier als ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 Exhaust gas discharged from the internal combustion engine enters the exhaust system 1 via an exhaust pipe 13 . According to the direction of exhaust gas flow indicated by an open arrow, the exhaust gas first flows through a catalytic converter, referred to here as the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 . A bypass line 4 is provided downstream of the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8, which bypasses an exhaust line section 13'. A first partial exhaust gas flow 5 can be routed through the bypass line 4 via adjusting means 9, 9', while the remaining portion of the total exhaust gas flow is routed as a second partial exhaust gas flow 10 through the partial exhaust line section 13', which is fluidically parallel to the bypass line 4. At the adjusting means 9°, the bypass line 4 opens back into the exhaust gas line 13 and the partial exhaust gas flows 5, 10 are brought together again. The total exhaust gas flow formed again by the merged partial exhaust gas flows 5, 10 is then passed through a first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2

bezeichneten katalytischen Konverter geführt. designated catalytic converter out.

In der Umgehungsleitung 4 ist ein Wärmetauscher 3 angeordnet, welcher der Übertragung von Wärme vom ersten Abgasteilstrom 5 auf ein Arbeitsfluid dient. Das Arbeitsfluid wird in einem Arbeitsfluidkreislauf 7 einerseits durch den Wärmetauscher 3 und andererseits durch eine Energierückgewinnungseinrichtung 6 geführt. Die Energierückgewinnungseinrichtung 6 kann mit dem Arbeitsfluid zugeführte Wärme in In the bypass line 4, a heat exchanger 3 is arranged, which is used to transfer heat from the first partial flow of exhaust gas 5 to a working fluid. The working fluid is conducted in a working fluid circuit 7 on the one hand through the heat exchanger 3 and on the other hand through an energy recovery device 6 . The energy recovery device 6 can be supplied with the working fluid heat in

Nutzenergie umwandeln. Vorzugsweise arbeitet die Energierückgewinnungs-convert useful energy. Preferably, the energy recovery

einrichtung 6 als thermodynamischer Kreisprozess bzw. als Teil eines thermodynamischen Kreisprozesses und kann mechanische Nutzenergie aus der mittels des Arbeitsfluids dem ersten Abgasteilstrom 5 entzogenen Wärme erzeugen. Dadurch wird das Arbeitsfluid abgekühlt und wird wieder zurück zum Wärmetauscher 3 geführt, wo es erneut Wärme vom ersten Abgasteilstrom 5 aufnehmen kann. Vorzugsweise sind hier nicht näher dargestellte Fördermittel vorgesehen, welche den Arbeitsfluidkreislauf 7 in Gang halten und dessen Stärke einstellbar steuern können. Dadurch ist eine Steuerung des dem Abgasteilstrom 5 entnommenen Wärmestroms steuerbar. Weiterhin ist eine Steuerung der dem Abgas entzogenen Wärme durch Betätigung der Stellmittel 9, 9‘ vorgesehen, über welche der Anteil des ersten Abgasteilstroms 5 am Gesamtabgasstrom bedarfsgerecht eingestellt werden kann. device 6 as a thermodynamic cycle process or as part of a thermodynamic cycle process and can generate useful mechanical energy from the heat extracted from the first exhaust gas partial flow 5 by means of the working fluid. As a result, the working fluid is cooled and is fed back to the heat exchanger 3, where it can again absorb heat from the first exhaust gas partial flow 5. Conveying means, not shown in detail, are preferably provided here, which keep the working fluid circuit 7 going and can control its strength in an adjustable manner. As a result, the heat flow extracted from the partial exhaust gas flow 5 can be controlled. Furthermore, the heat extracted from the exhaust gas is controlled by actuating the adjusting means 9, 9', via which the proportion of the first partial exhaust gas flow 5 in the total exhaust gas flow can be adjusted as required.

Eines der beiden Stellmittel 9, 9‘ kann auch entfallen. One of the two adjusting means 9, 9' can also be omitted.

Stromauf des ersten Stickoxidreduktionskatalysators 2 und stromab der Vereinigungsstelle von erstem Abgasteilstrom 5 und zweitem Abgasteilstrom 10 ist eine erste Reduktionsmittelzugabevorrichtung 11 vorgesehen, die ein Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden dem Abgas bedarfsgerecht zuführen kann. Analog ist stromauf des zweiten Stickoxidreduktionskatalysators 8 eine zweite Reduktionsmittelzugabevorrichtung 12 vorgesehen, mit welcher ebenfalls ein Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden dem Abgas zugeführt werden kann. Das jeweilige Reduktionsmittel wird vorliegend einem nicht näher dargestellten Vorratsbehälter entnommen. Als Reduktionsmittel kommen Wasserstoff, Ammoniak oder wässrige Harnstofflösung in Betracht. Für den ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 und den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 kann das gleiche Reduktionsmittel vorgesehen sein. Es können jedoch auch unterschiedliche Reduktionsmittel zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann Harnstofflösung als Reduktionsmittel für den ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 und Wasserstoff oder Ammoniak für den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 oder umgekehrt vorgesehen sein. Die Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel ist insbesondere dann vorgesehen, wenn der Verbrennungsmotor als Wasserstoffmotor ausgeführt ist. Die Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel ist insbesondere dann vorgesehen, wenn der Verbrennungsmotor als Ammoniakmotor ausgeführt ist. In beiden Fällen kann in vorteilhafter Weise der für den Verbrennungsmotor eingesetzte Kraftstoff als Reduk-A first reducing agent addition device 11 is provided upstream of the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 and downstream of the junction of the first partial exhaust gas flow 5 and the second partial exhaust gas flow 10. Similarly, a second reducing agent addition device 12 is provided upstream of the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8, with which a reducing agent for the reduction of nitrogen oxides can also be supplied to the exhaust gas. In the present case, the respective reducing agent is taken from a reservoir that is not shown in detail. Hydrogen, ammonia or aqueous urea solution can be used as the reducing agent. The same reducing agent can be provided for the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 and the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 . However, different reducing agents can also be used. For example, urea solution can be provided as a reducing agent for the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 and hydrogen or ammonia for the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 or vice versa. The use of hydrogen as a reducing agent is provided in particular when the internal combustion engine is designed as a hydrogen engine. The use of ammonia as a reducing agent is provided in particular when the internal combustion engine is designed as an ammonia engine. In both cases, the fuel used for the internal combustion engine can advantageously be used as a reduction

tionsmittel eingesetzt werden. resources are used.

Das für den ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 und für den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 eingesetzte Katalysatormaterial wird vorteilhafterweise abhängig von der Art des jeweils eingesetzten Reduktionsmittels gewählt. Besonders bevorzugt ist eine Niedertemperaturausführung für den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8, da dieser vorzugsweise motornah verbaut ist. Auf diese Weise ist er nach einem Kaltstart besonders rasch einsatzbereit. Ein bevorzugter Betriebstemperaturbereich liegt dabei zwischen etwa 100 °C und etwa 250 °C. Dies lässt sich bei Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel durch einen Mager-Denox-Katalysator erreichen, der beispielsweise ein Platin, Palladium und/oder Rhodium enthaltendes Katalysatormaterial aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform mit Einsatz von Ammoniak oder wässriger Harnstofflösung als Reduktionsmittel für den ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 ist dieser bevorzugt als Vanadium enthal-The catalyst material used for the first nitrogen oxide reduction catalyst 2 and for the second nitrogen oxide reduction catalyst 8 is advantageously selected depending on the type of reducing agent used in each case. A low-temperature design for the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 is particularly preferred, since this is preferably installed close to the engine. In this way, it is ready for use particularly quickly after a cold start. A preferred operating temperature range is between about 100°C and about 250°C. When hydrogen is used as the reducing agent, this can be achieved by a lean denox catalyst which has, for example, a catalyst material containing platinum, palladium and/or rhodium. In an advantageous embodiment with the use of ammonia or aqueous urea solution as a reducing agent for the first nitrogen oxide reduction catalyst 2, this is preferably contained as vanadium

tender Katalysator ausgeführt. the catalytic converter is running.

Beim Betrieb des Verbrennungsmotors wird dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 Reduktionsmittel über die zweite Reduktionsmittelzugabevorrichtung 12 mengenreguliert zugeführt, sofern der zweite Stickoxidreduktionskatalysator 8 betriebsbereit ist. Kann durch den zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 keine oder nur eine unvollständige Stickoxidreduktion erfolgen, so wird dem ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 Reduktionsmittel über die erste Reduktionsmittelzugabevorrichtung 11 zugeführt, sofern der erste Stickoxidreduktionskatalysator 2 betriebsbereit ist. Dabei ermöglicht es der vorgesehene Wärmetauscher 3 in Verbindung mit der Energierückgewinnungseinrichtung 6, dass der erste Stickoxidreduktionskatalysator 2 selbst dann in seinem Betriebstemperaturbereich gehalten werden kann, wenn das aus dem zweite Stickoxidreduktionskatalysator 8 ausströmende Abgas eine höhere Temperatur aufweist. In einem solchen Fall werden die Stellmittel 9, 9‘ derart betätigt, dass sich durch Aufteilung des Abgasstroms auf den ersten Abgasteilstrom 5 und auf den zweiten Abgasteilstrom 10 für das in den ersten Stickoxidreduktionskatalysator 2 einströmende Abgas eine Temperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs, vorzugsweise jedoch unterhalb von 300 °C, ergibt. Dabei kann die dem ersten Abgasteilstrom 5 entzogene Wärmemenge durch Betrieb der Energierückgewinnungseinrichtung 6 bzw. durch Steuerung des Arbeitsfluid-During operation of the internal combustion engine, reducing agent is supplied to the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 in a quantity-regulated manner via the second reducing agent addition device 12 , provided that the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 is ready for operation. If no nitrogen oxide reduction or only incomplete nitrogen oxide reduction can take place through the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8, then reducing agent is supplied to the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 via the first reducing agent addition device 11 if the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 is ready for operation. The provided heat exchanger 3 in connection with the energy recovery device 6 enables the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 to be kept in its operating temperature range even when the exhaust gas flowing out of the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 has a higher temperature. In such a case, the adjusting means 9, 9' are actuated in such a way that, by dividing the exhaust gas flow into the first partial exhaust gas flow 5 and the second partial exhaust gas flow 10, the exhaust gas flowing into the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 has a temperature within the operating temperature range, but preferably below 300°C. The amount of heat extracted from the first partial exhaust gas flow 5 can be achieved by operating the energy recovery device 6 or by controlling the working fluid

kreislaufs zusätzlich eingestellt werden. circuit can also be set.

In den Figuren 2 bis 4 sind Abgassysteme ähnlich dem von Fig. 1 dargestellt, wobei die entsprechenden Bauteile, soweit sie mit den Teilen von Fig. 1 übereinstimmen, jeweils durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Aufgrund der Ähnlichkeiten mit dem in Fig. 1 dargestellten Abgassystem wird nachfolgend lediglich auf Exhaust systems similar to that of FIG. 1 are shown in FIGS. 2 to 4, the corresponding components, insofar as they correspond to the parts of FIG. 1, being identified by the same reference numbers. Due to the similarities with the exhaust system shown in FIG

diesbezügliche Unterschiede eingegangen. differences in this regard.

In dem in Fig.2 dargestellten Abgassystem 1 ist im Unterschied zum Abgassystem 1 von Fig.1 der zweite Stickoxidreduktionskatalysator 8 strömungstechnisch hinter der Zusammenführung des ersten Abgasteilstroms 5 und des zweiten Abgasteilstroms 10 und stromauf des ersten Stickoxidreduktionskatalysators 2 angeordnet. Damit kann bereits das dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 zugeführte Abgas bei Bedarf gekühlt werden. Dementsprechend ist es vorteilhaft, als zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 eine Niedertemperaturausführung, beispielsweise einen MagerDenox-Katalysator einzusetzen. Der Betrieb des in Fig. 2 dargestellten Abgassystems 1 erfolgt analog zur oben beschrieben Vorgehensweise, wobei vorliegend bereits die Temperatur des strömungstechnisch weiter stromauf angeordneten zweiten Stickoxidreduktionskatalysators 8 eingestellt bzw. begrenzt werden kann. Aufgrund eines typischerweise längs des Abgasströmungswegs auftretenden Temperaturgefälles ist daher die Überschreitung einer unerwünscht hohen Temperatur des ersten Stickoxidreduktionskatalysators 2 mit noch größerer Sicherheit ver-In the exhaust system 1 shown in FIG. 2, in contrast to the exhaust system 1 of FIG. In this way, the exhaust gas supplied to the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 can already be cooled if required. Accordingly, it is advantageous to use a low-temperature version as the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8, for example a lean denox catalytic converter. The operation of the exhaust gas system 1 shown in FIG. 2 takes place analogously to the procedure described above, in which case the temperature of the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8, which is arranged further upstream in terms of flow, can already be set or limited in the present case. Due to a temperature gradient that typically occurs along the exhaust gas flow path, it is therefore even more certain that an undesirably high temperature of the first nitrogen oxide reduction catalytic converter 2 will be exceeded.

meidbar. avoidable.

Das in Fig. 3 dargestellte Abgassystem 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten lediglich durch Wegfall der externen Reduktionsmittelzufuhr zum zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8, d.h. durch Wegfall der zweiten Reduktionsmittelzugabevorrichtung 12. In diesem Fall erhält der zweite Stickoxidreduktionskatalysator Reduktionsmittel zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden durch den Verbrennungsmotor. Hierfür erfolgt beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit Wasserstoff oder Ammoniak als Kraftstoff neben einer regulären, dehmomenterzeugenden Kraftstoffeinspritzung bzw. -Einblasung eine späte Einspritzung bzw. Einblasung von Kraftstoff gegen Ende des Arbeitstaktes. Diese ist vorzugsweise nicht drehmomentwirksam und erfolgt bevorzugt in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 120 ° und The exhaust system 1 shown in FIG. 3 differs from that shown in FIG. 1 only in that the external supply of reducing agent to the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 is omitted, ie, the second reducing agent addition device 12 is omitted. In this case, the second nitrogen oxide reduction catalytic converter receives reducing agent for the catalytic reduction of nitrogen oxides the combustion engine. For this purpose, when the internal combustion engine is operated with hydrogen or ammonia as the fuel, in addition to a regular, torque-generating fuel injection or injection, fuel is injected or injected late toward the end of the working cycle. This is preferably not torque-effective and preferably occurs in a crank angle range between 120 ° and

180 ° nach dem oberen Totpunkt. Der spät in den Brennraum eingebrachte Kraftstoff 180° after top dead center. The fuel introduced late into the combustion chamber

wird mit dem Ausschiebetakt als Bestandteil des gesamten Abgases ausgeschoben is pushed out with the exhaust stroke as part of the total exhaust gas

und dann weiter zum Abgassystem 1 geleitet. Am zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8 bewirkt der als Reduktionsmittel fungierende, im Abgas enthaltende Kraftstoffanteil eine katalytische Reduktion der ebenfalls im Kraftstoff enthaltenen Stickoxide. Der weitere Betrieb des Abgassystems 1, insbesondere in Bezug auf eine Abgastemperatureinstellung mittels des Wärmetauschers 3 und der Energierückgewinnungseinrichtung 6, erfolgt analog zur and then on to exhaust system 1. At the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 , the proportion of fuel contained in the exhaust gas that acts as a reducing agent brings about a catalytic reduction of the nitrogen oxides that are also contained in the fuel. The further operation of the exhaust system 1, in particular with regard to an exhaust gas temperature setting by means of the heat exchanger 3 and the energy recovery device 6, is analogous to

in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Betriebsweise. Operation explained in connection with FIG.

Analog unterscheidet sich das in Fig. 4 dargestellte Abgassystem 1 von dem in Fig. 2 dargestellten ebenfalls lediglich durch Wegfall der externen Reduktionsmittelzufuhr zum zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 8. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 erhält der zweite Stickoxidreduktionskatalysator 8 Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden durch den Verbrennungsmotor wie oben in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Ansonsten erfolgt der Betrieb des entsprechenden Abgassystems 1 Similarly, the exhaust system 1 shown in Fig. 4 differs from that shown in Fig. 2 also only in that the external supply of reducing agent to the second nitrogen oxide reduction catalytic converter 8 is omitted Internal combustion engine as described above in connection with FIG. Otherwise, the corresponding exhaust system 1 is operated

analog zu dem von Fig. 2. analogous to that of Fig. 2.

Es versteht sich, dass das Abgassystem 1 nach den Figuren 1 bis 4 nicht gesondert dargestellte Sensoren für Temperatur und Abgaskomponenten umfasst, die notwendig sind, um den Betriebszustand des Abgassystems 1 bzw. seiner Komponenten zu erfassen und entsprechende Steuersignale zur Steuerung des Betriebs des Abgas-It goes without saying that the exhaust system 1 according to FIGS. 1 to 4 comprises sensors for temperature and exhaust gas components, which are not shown separately, which are necessary in order to detect the operating state of the exhaust system 1 or its components and corresponding control signals for controlling the operation of the exhaust gas

systems 1 zu erzeugen. system 1 to generate.

9 10 11 9 10 11

12 13 13° 12 13 13°

14 14

Bezugszeichenliste Reference List

Abgassystem exhaust system

Erster Stickoxidreduktionskatalysator Wärmetauscher First nitrogen oxide reduction catalyst heat exchanger

Umgehungsleitung bypass line

Erster Abgasteilstrom Energierückgewinnungseinrichtung Arbeitsfluidkreislauf First partial flow of exhaust gas, energy recovery device, working fluid circuit

Zweiter Stickoxidreduktionskatalysator Stellmittel Second nitrogen oxide reduction catalyst adjusting agent

Stellmittel setting means

Zweiter Abgasteilstrom Second exhaust stream

Erste Reduktionsmittelzugabevorrichtung Zweite Reduktionsmittelzugabevorrichtung Abgasleitung First reducing agent adding device Second reducing agent adding device Exhaust pipe

Abgasleitungsteilabschnitt exhaust pipe section

AVL List GmbH AVL List GmbH

Claims

Patentansprüchepatent claims

1. Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor mit daran angeschlossenem Abgassystem (1), welches einen insbesondere ersten Stickoxidreduktionskatalysator (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem (1) ferner einen Wärmetauscher (3) aufweist, wobei vom Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas vor einer Zufuhr zum Stickoxidreduktionskatalysator (2) mit einem einstellbaren Anteil durch den 1. Motor vehicle with an internal combustion engine operated with carbon-free fuel and with an exhaust system (1) connected thereto, which has in particular a first nitrogen oxide reduction catalytic converter (2), characterized in that the exhaust system (1) also has a heat exchanger (3), the exhaust gas emitted by the internal combustion engine before a supply to the nitrogen oxide reduction catalyst (2) with an adjustable proportion by the

Wärmetauscher (3) geleitet werden kann. Heat exchanger (3) can be directed.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem (1) eine Energierückgewinnungseinrichtung (6) aufweist, die Nutzenergie aus der durch den Wärmetauscher (3) geleitetem Abgas 2. Motor vehicle according to claim 1, characterized in that the exhaust system (1) has an energy recovery device (6), the useful energy from the exhaust gas conducted through the heat exchanger (3).

entzogenen Wärmeenergie erzeugen kann. can generate extracted heat energy.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Stickoxidreduktionskatalysator (8) vorgesehen ist, der dem ersten 3. Motor vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that a second nitrogen oxide reduction catalyst (8) is provided which is the first

Stickoxidreduktionskatalysator (2) strömungstechnisch vorgeschaltet ist. Nitrogen oxide reduction catalyst (2) is connected upstream in terms of flow.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) strömungstechnisch dem ersten Stickoxidreduktionskatalysator (2) vorgeschaltet und dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator 4. Motor vehicle according to claim 3, characterized in that the heat exchanger (3) fluidically upstream of the first nitrogen oxide reduction catalyst (2) and the second nitrogen oxide reduction catalyst

(8) nachgeschaltet ist. (8) is downstream.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden am ersten und/oder am zweiten Stickoxidreduktionskatalysator (2, 8) der zum 5. Motor vehicle according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reducing agent for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas on the first and / or on the second nitrogen oxide reduction catalyst (2, 8) of the

Betrieb des Verbrennungsmotors eingesetzte Kraftstoff ist. Operation of the internal combustion engine fuel is used.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ausgebildet ist, das Reduktionsmittel über einen 6. Motor vehicle according to claim 5, characterized in that the internal combustion engine is designed, the reducing agent via a

Brennraum des Verbrennungsmotors dem Abgassystem (1) zuzuführen. To feed the combustion chamber of the internal combustion engine to the exhaust system (1).

7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Motor vehicle according to one of claims 1 to 6, characterized in that

der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors Wasserstoff ist. the fuel for operating the internal combustion engine is hydrogen.

8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stickoxidreduktionskatalysator (8) ein Mager-Denox-Katalysator ist, der eine Reduktion von Stickoxiden mit Wasserstoff als Reduktionsmittel 8. Motor vehicle according to one of claims 3 to 7, characterized in that the second nitrogen oxide reduction catalyst (8) is a lean DeNOx catalyst which is a reduction of nitrogen oxides with hydrogen as a reducing agent

katalysieren kann. can catalyze.

9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig des ersten Stickoxidreduktionskatalysators (2) eine Dosiervorrichtung (11) zur Einbringung eines ammoniakhaltigen Reduktionsmittels ins 9. Motor vehicle according to one of claims 1 to 8, characterized in that the input side of the first nitrogen oxide reduction catalyst (2) has a metering device (11) for introducing an ammonia-containing reducing agent into the

Abgas vorgesehen ist. Exhaust is provided.

10. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10. Motor vehicle according to one of claims 1 to 9, characterized in that

der erste Stickoxidreduktionskatalysator (2) Vanadium enthält. the first nitrogen oxide reduction catalyst (2) contains vanadium.

11. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 11. Motor vehicle according to one of claims 1 to 9, characterized in that

der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors Ammoniak ist. the fuel for operating the internal combustion engine is ammonia.

12. Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des durch den Wärmetauscher (3) geleiteten Abgases in Verbindung mit einem Betrieb des Wärmetauschers (3) und/oder der Energie-12. Operating method for a motor vehicle according to one of claims 1 to 11, characterized in that the proportion of the through the heat exchanger (3) conducted exhaust gas in connection with an operation of the heat exchanger (3) and / or the energy

rückgewinnungseinrichtung (6) so gewählt wird, dass eine Temperatur des recovery device (6) is selected so that a temperature of

ersten Stickoxidreduktionskatalysators (2) zumindest überwiegend unterhalb first nitrogen oxide reduction catalyst (2) at least predominantly below

einer vorgebbaren oberen Temperaturgrenze gehalten wird. a predeterminable upper temperature limit is maintained.

13. Betriebsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten und/oder dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator (2, 8) Reduktionsmittel zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden aus 13. Operating method according to claim 12, characterized in that the first and / or the second nitrogen oxide reduction catalyst (2, 8) from reducing agents for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas

einem externen Vorratsbehälter zugeführt wird. is fed to an external reservoir.

14. Betriebsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Brennraum des Verbrennungsmotors Kraftstoff zu einem derart späten Zeitpunkt eines Arbeitstakts zugeführt wird, dass der Kraftstoff zumindest annähernd chemisch unverändert aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen und dem zweiten Stickoxidreduktionskatalysator (8) als Reduktionsmittel zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden 14. Operating method according to Claim 12 or 13, characterized in that at least one combustion chamber of the internal combustion engine is supplied with fuel at such a late point in time of a power cycle that the fuel is expelled from the internal combustion engine at least approximately chemically unchanged and is used by the second nitrogen oxide reduction catalytic converter (8) as a reducing agent Reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas

zugeführt wird. is supplied.