Abgasbehandlungssystem, bei dem ein reaktionsmittel in einen turbolader-bypass-kanal eingespritzt wird

Die vorliegenden Offenbarung betrifft ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug und befasst sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, mit einem Abgassystem, das dafür gestaltet ist, die Wirksamkeit von einer oder mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen zu verbessern, die in dem System bereitgestellt sind.

Fahrzeuge, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge, sind typischerweise mit Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ausgestattet, die dafür gestaltet sind, die Menge umweltschädlicher Substanzen zu verringern, die in Gasen, die vom Fahrzeug ausgestoßen werden, vorhanden sind. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen umfassen häufig einen Katalysator, der durch die Abgase auf eine Zündtemperatur erwärmt wird, bevor er beginnt, effizient Schadstoffe aus dem Abgas zu entfernen.

Mit dem effizienter werden moderner Motoren werden Abgase bei verringerten Temperaturen vom Motor ausgestoßen. Die Zeitspanne, die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen benötigen, um die gewünschte Betriebstemperatur zu erreichen nimmt deshalb zu.

Unter der Gesetzgebung der Euro-6-Abgasnorm müssen Emissionen bei allen Fahrzyklen im realen Betrieb (Real-World-Fahrzyklus) mit den gesetzlich geregelten Emissionsgrenzen übereinstimmen und somit müssen Emissionen sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Temperaturen gesteuert werden.

Deshalb ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung wünschenswert, die in einem Bereich erhöhter Temperaturen effizient arbeiten kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Abgassystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Abgaskanal, eine am Abgaskanal bereitgestellte Turboladerturbine, einen Turbolader-Bypass-Kanal, der ein erstes und ein zweites Ende umfasst, wobei das erste Ende prozessaufwärts der Turboladerturbine mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht und das zweite Ende prozessabwärts des Turboladers mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die prozessabwärts des Turbolader-Bypass-Kanals bereitgestellt ist, einen Einspritzer, der am Turbolader-Bypass-Kanal bereitgestellt und dafür gestaltet ist, ein Reaktionsmittel, das Wasserstoff umfasst, in den Turbolader-Bypass-Kanal einzuführen, und eine Wasserstoffquelle, die dafür gestaltet ist, dem Einspritzer den Wasserstoff bereitzustellen.

Der Turbolader-Bypass-Kanal und/oder der Einspritzer kann/können derart gestaltet sein, dass sich das Reaktionsmittel zuerst mit den Abgasen im Turbolader-Bypass-Kanal mischt.

Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann einen Katalysator umfassen, der dafür gestaltet ist, eine Reaktion zwischen den Abgasen und dem Reaktionsmittel zu katalysieren. Der Katalysator kann einen Zeolith-Katalysator umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Katalysator einen Metallkatalysator der Platingruppe, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion und/oder einen Dieseloxidationskatalysator umfassen.

Der Einspritzer kann dafür gestaltet sein, das Reaktionsmittel während eines Regenerationsereignisses der Abgasnachbehandlungsvorrichtung einzuführen. Zusätzlich oder alternativ kann der Einspritzer dafür gestaltet sein, das Reaktionsmittel während eines DeNOx- und/oder DeSOx-Ereignisses der Nachbehandlungsvorrichtung einzuführen.

Die Wasserstoffquelle kann einen Wasserstoffgenerator umfassen, der dafür gestaltet ist, Wasserstoff zu erzeugen, wenn dieser für das Abgassystem erforderlich ist. Der Wasserstoffgenerator kann gefordert sein, die Menge an Wasserstoff zu erzeugen, die durch den Einspritzer eingespritzt werden soll. Zusätzlich oder alternativ kann der Wasserstoffgenerator dafür gestaltet sein, Wasserstoff für das Speichern in einem Behälter der Wasserstoffquelle zu erzeugen. Der Wasserstoffgenerator kann nur zum Erzeugen von Wasserstoff verwendet werden, wenn im Behälter nicht ausreichend Wasserstoff zur Verfügung steht.

Das Abgassystem kann ferner ein Bypass-Ventil umfassen. Das Bypass-Ventil kann dafür gestaltet sein, den Strom der Abgase durch den Turbolader-Bypass-Kanal zu steuern. Zusätzlich oder alternativ kann das Bypass-Ventil dafür gestaltet sein, den Druck der Abgase im Turbolader-Bypass-Kanal zu steuern.

Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine Mager-NOx-Falle umfassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Fahrzeug Folgendes umfasst: einen Motor, einen Abgaskanal, eine am Abgaskanal bereitgestellte Turboladerturbine, einen Turbolader-Bypass-Kanal, der ein erstes und ein zweites Ende umfasst, wobei das erste Ende prozessaufwärts der Turboladerturbine mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht und das zweite Ende prozessabwärts des Turboladers mit dem Abgaskanal in Fluidverbindung steht, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die prozessabwärts des Turbolader-Bypass-Kanals bereitgestellt ist, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung einen Katalysator umfasst, einen Einspritzer, der am Turbolader-Bypass-Kanal bereitgestellt ist, und eine Wasserstoffquelle, die dafür gestaltet ist, dem Einspritzer Wasserstoff bereitzustellen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einführen eines Reaktionsmittels, das Wasserstoff von der Wasserstoffquelle umfasst, in den Turbolader-Bypass-Kanal unter Verwendung des Einspritzers.

Das Verfahren kann ferner das Betreiben des Motors unter fetten Verbrennungsbedingungen umfassen. Das Reaktionsmittel kann eingeführt werden, während der Motor unter fetten Verbrennungsbedingungen arbeitet.

Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ferner das Betreiben des Motors zum Erhöhen der Temperatur der Abgase umfassen. Das Reaktionsmittel kann eingeführt werden, während der Motor arbeitet, um die Temperatur der Abgase zu erhöhen.

Anders ausgedrückt kann das Reaktionsmittel eingeführt werden, während der Motor unter heißen und/oder fetten Verbrennungsbedingungen läuft.

Das Fahrzeug kann ferner ein Bypass-Ventil umfassen, das dafür gestaltet ist, den Strom von Abgasen durch den Turbolader-Bypass-Kanal zu steuern. Das Verfahren kann ferner das Betreiben des Bypass-Ventils zum Ändern einer Durchflussmenge von Abgasen durch den Bypass-Kanal während des Einführens des Reaktionsmittels umfassen. Zum Beispiel kann die Durchflussmenge an Bypass-Abgasen erhöht oder verringert werden, während das Reaktionsmittel eingespritzt wird.

Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Betreiben des Bypass-Ventils zum Ändern eines Drucks der Abgase im Bypass-Kanal während des Einführens des Reaktionsmittels umfassen. Zum Beispiel kann der Druck des Bypass-Abgases erhöht oder gesenkt werden, während das Reaktionsmittel eingespritzt wird.

Das Bypass-Ventil kann gesteuert werden, um Reaktionen zwischen dem Reaktionsmittel und den Abgasen prozessaufwärts des Katalysators zu minimieren.

Das Reaktionsmittel kann jede Substanz umfassen, die dafür gestaltet ist, in Anwesenheit des Katalysators mit den Abgasen zu reagieren. Zum Beispiel kann das Reaktionsmittel nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe, ein Reformergas und/oder Ammoniakgas umfassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, welches das Abgassystem gemäß einem zuvor genannten Aspekt der Offenbarung umfasst.

Um unnötige doppelte Mühen und Wiederholungen von Text in der Beschreibung zu vermeiden, sind bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einen oder mehrere Aspekte oder nur eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Merkmale, die in Bezug auf einen beliebigen Aspekt oder eine beliebige Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind, wo es technisch möglich ist, auch mit einem beliebigen andere Aspekt oder einer beliebigen anderen Ausführungsform der Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der Ansprüche verwendet werden können.

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur deutlicheren Darstellung, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielshalber auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Motors und eines Abgassystems gemäß Gestaltungsformen der vorliegenden Offenbarung und

2 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß Gestaltungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Bezüglich 1 umfasst ein Fahrzeug 1 einen Motor 2, einen Turbolader 3, einen Lufteinlass 4, ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 6 und ein Abgassystem 8. Wie in 1 dargestellt umfasst der Motor 2 einen Turbolader-Dieselmotor, wobei jedoch ebenso vorgesehen ist, dass die vorliegende Erfindung auch auf eine andere Art Fahrzeugmotor angewendet werden könnte, wie beispielsweise einen Benzinmotor. Zusätzlich oder alternativ kann der Motor ein Saugmotor sein oder einen Kompressor umfassen und/oder mit einer anderen Form verstärkter Zuführung ausgestattet sein. Das Fahrzeug kann einen zusätzlichen Motor umfassen, wie beispielsweise einen Elektromotor und der Motor 2 kann Teil eines Hybridantriebssystems sein.

In 1 tritt über den Einlass 4 Luft ein und wird durch einen Turboladerkompressor 3a verdichtet, bevor sie zu einem Einlasskrümmer 2a des Motors geführt wird. Prozessaufwärts des Einlasskrümmers 2a kann eine Drosselklappe 5 bereitgestellt sein, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer zu steuern. Die Luft wird über den Einlasskrümmers 2a in den Motor 2 gesaugt. Die Ansaugluft wird im Motor 2 mit Kraftstoff gemischt und die Mischung wird verbrannt, um Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen sowie für ergänzende Systeme, wie beispielsweise elektrische Systeme, die im Fahrzeug bereitgestellt sind. Das Verbrennen des Kraftstoffs und der Ansaugluft erzeugt Abgase, die Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO₂), Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickoxide (NO_X), Schwefeloxide (SO_X), Feinstaub (PM - Particulate Matter) und andere Substanzen enthalten, die über einen Abgaskrümmer 2b ausgestoßen werden.

Das AGR-System 6 umfasst einen Rückführungskanal 6a und ein Rückführungsventil 6b, das dafür gestaltet ist, einen Abgasstrom im Rückführungskanal 6a zu steuern. Wie in 1 dargestellt, umfasst das AGR-System 6 ein Hochdruck-AGR-System, das dafür gestaltet ist, Abgase zurückzuführen, bevor die Gase durch eine Turboladerturbine 3b ausgedehnt werden. Es ist jedoch auch vorgesehen, dass das AGR-System 6 ein Niederdruck-AGR-System umfassen kann, in dem Abgase nach dem Ausdehnen durch die Turboladerturbine 3b rückgeführt werden. Das Fahrzeug kann eine Kombination aus Niederdruck- und Hochdruck-AGR-System umfassen. Alternativ kann das Fahrzeug kein AGR-System umfassen. Das AGR-System 6 ermöglicht es, einen Teil der Abgase zurück zum Einlass des Motors 2 zu führen. Das Austauschen eines Teils der sauerstoffreichen Luft durch Verbrennungsabgase verkleinert das Mengenverhältnis der Inhalte jedes Zylinders, der für die Verbrennung zur Verfügung steht. Dies führt zu einer geringeren Wärmefreisetzung und zu einer niedrigeren Zylinderhöchsttemperatur und verringert dadurch die NO_x-Bildung.

Das Abgassystem 8 umfasst prozessaufwärts eines Abgasauslasses 14 einen Abgaskanal 9, eine Turboladerturbine 3b, eine Mager-NO_x-Falle (LNT) 10a und/oder eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Vorrichtung) 10b.

Abgase, die nicht über das AGR-System 6 rückgeführt werden, treten in einen Hochdruckabschnitt 9a des Abgaskanals 9 ein. Die Turboladerturbine 3b ist derart am Abgaskanal 9 bereitgestellt, dass Abgase, die durch den Abgaskanal strömen, z. B. der Hauptstrom der Abgase, durch die Turboladerturbine 3b ausgedehnt werden, um einen Niederdruckabschnitt 9b des Abgaskanals 9 zu erreichen. Die Turboladerturbine 3b ist an der gleichen Welle bereitgestellt wie der Turboladerkompressor 3a und dafür gestaltet, den Kompressor dazu anzutreiben, die Einlassluft zu verdichten und eine verstärkte Zuführung für den Motor 2 bereitzustellen.

Das Abgassystem 8 umfasst ferner einen Turbolader-Bypass-Kanal 12. Der Turbolader-Bypass-Kanal steht an einem ersten Ende 12a in Fluidverbindung mit dem Hochdruckabschnitt 9a des Abgaskanals, z. B. an einer Position des Abgaskanals 9 prozessaufwärts der Turboladerturbine 3b. Der Turbolader-Bypass-Kanal 12 steht an einem zweiten Ende 12b in Fluidverbindung mit dem Niederdruckabschnitt 9b des Abgaskanals, z. B. an einer Position des Abgaskanals 9 prozessabwärts der Turboladerturbine 3b. Der Turbolader-Bypass-Kanal ermöglicht es, einen Teil der Abgase an der Turboladerturbine 3b vorbeizuführen.

Es kann ein Turbolader-Bypass-Ventil 11 bereitgestellt sein, um das Mengenverhältnis der Abgase zu steuern, die durch die Turboladerturbine und/oder den Turbolader-Bypass-Kanal strömen. Das Steuern der Abgase auf diese Weise ermöglicht es, das Niveau des Ladedrucks zu steuern, der durch den Turbolader bereitgestellt wird. Wie in 1 dargestellt, kann das Turbolader-Bypass-Ventil 11 am Abgaskanal 9 bereitgestellt und dafür gestaltet sein, den Abgasstrom durch die Turboladerturbine 3b zu steuern, z. B. so, dass mehr oder weniger Abgase durch den Turbolader-Bypass-Kanal strömen. Zusätzlich oder alternativ kann das Turbolader-Bypass-Ventil 11 am Turbolader-Bypass-Kanal 12 bereitgestellt und dafür gestaltet sein, den Abgasstrom durch den Turbolader-Bypass-Kanal 12 direkt zu steuern. Das Turbolader-Bypass-Ventil 11 kann an oder hin zum ersten Ende 12a des Bypass-Kanals bereitgestellt sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Turbolader-Bypass-Ventil 11 an oder hin zum zweiten Ende 12b des Bypass-Kanals bereitgestellt sein. Und nochmals zusätzlich oder alternativ kann das Bypass-Ventil 11 an einer beliebigen Stelle zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 12a, 12b bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann das Turbolader-Bypass-Ventil 11 prozessauf- und/oder prozessabwärts des Einspritzers 22 bereitgestellt sein, wie im Weiteren beschrieben.

Wenn die umgeleiteten Abgase den Bypass-Kanal 12 verlassen, z. B. prozessabwärts des zweiten Endes 12b, können sich die umgeleiteten Abgase mit dem Hauptstrom der Abgase im Niederdruckabschnitt 9b mischen. Alternativ mischen sich die Abgase infolge der relativen Strömungseigenschaften, wie beispielsweise Druck, Geschwindigkeiten und/oder Strömungsregime des Hauptabgasstroms und des umgeleiteten Abgasstroms, prozessabwärts des zweiten Endes 12b möglicherweise nicht vor dem Erreichen der LNT 10a und/oder der SCR-Vorrichtung 10b. In jedem Fall können sowohl der Hauptstrom der Abgase und die umgeleiteten Abgase durch die LNT 10a und die SCR-Vorrichtung 10b geführt werden.

Die LNT 10a enthält typischerweise einen Zeolithkatalysator, der das Adsorbieren von NO_x-Verbindungen (insbesondere NO und NO₂) aus den Abgasen ermöglicht. Zeolith ist in der Lage eine, begrenzte Menge NO_x zu adsorbieren und wenn sich die Falle füllt, ist die NO_x-Adsorptionsrate verringert. Sobald die Falle voll ist, kann kein NO_x mehr adsorbiert werden und das Zeolith muss gereinigt werden, um das Adsorbieren von mehr NO_x zu ermöglichen.

Um die LNT 10a zu reinigen, kann der Motor unter fetten Verbrennungsbedingungen betrieben werden, was zum Erzeugen einer erhöhten Konzentration reduzierender Substanzen in den Abgasen führen kann, wie beispielsweise unverbrannter Kohlenwasserstoffe (HC). Der Motor kann außerdem dafür gesteuert werden, die Temperatur der Abgase zu erhöhen. Die erhöhte Konzentration reduzierender Substanzen und die hohe Temperatur können dazu führen, dass das eingefangene NO_x in Stickstoff und Wasser umgewandelt wird, das aus dem Fahrzeug ausgestoßen werden kann.

Während der Verwendung kann die LNT 10a außerdem SO_x aus den Abgasen einfangen. Das eingefangene SO_x kann ebenfalls im Zeolithkatalysator gespeichert werden. Das Speichern des SO_x kann die Fähigkeit des Katalysators zum Speichern von NO_x verringern. Somit kann es notwendig sein, wenn die Menge an im Zeolithen gespeichertem SO_x steigt, die Häufigkeit der Reinigung der LNT 10a zu erhöhen. Um die Menge an gespeichertem SO_x im Zeolithen zu verringern, kann es wünschenswert sein, einen Entschwefelungs(DeSO_x)-Vorgang auszuführen. Der DeSO_x-Vorgang kann auch das Betreiben des Motors unter fetten Verbrennungsbedingungen mit erhöhter Abgastemperatur umfassen, es kann jedoch notwendig sein, die LNT 10a auf höhere Temperaturen als während eines Reinigungsereignisses zu erwärmen, um das gespeicherte SO_x zu entfernen.

Die LNT 10a kann ferner einen Oxidationskatalysator umfassen. Die LNT kann zum Beispiel einen Metallkatalysator der Platingruppe, wie beispielsweise einen Platin-, Palladium-, Osmium-, Iridium-, Ruthenium-, oder Rhodiumkatalysator, umfassen. Die LNT kann dadurch dafür gestaltet sein, Stickoxide einzufangen und die Oxidation anderer Substanzen in den Abgasen zu katalysieren. Während des Betriebes des Fahrzeugs 1 kann der Oxidationskatalysator selbst oxidiert werden. Wenn die LNT wie oben beschrieben gereinigt wird, kann die erhöhte Konzentration reduzierender Substanzen in den Abgasen zur Reduzierung des Oxidationskatalysators führen. Dies kann es dem Katalysator ermöglichen, mit dem Katalysieren der Oxidationsreaktion von Substanzen in den Abgasen fortzufahren.

Die SCR-Vorrichtung 10b im in 1 dargestellten Abgassystem umfasst einen Katalysator, der dafür gestaltet ist, eine Reduktionsreaktion zu katalysieren, um die Konzentration von umweltschädlichen Substanzen, wie beispielsweise NO_x, im Abgas zu verringern. Prozessaufwärts der SCR-Vorrichtung wird typischerweise ein Reduktionsmittel eingespritzt, zum Beispiel durch ein SCR-Dosierungssystem (nicht dargestellt), das in Anwesenheit des SCR-Katalysators mit den Abgasen reagiert. Zum Beispiel kann NO_x durch das Reduktionsmittel zu Stickstoffgas und Wasserdampf reduziert werden. In einer typischen SCR-Vorrichtung wird Ammoniak als das Reduktionsmittel verwendet. Die Dosis des Reduktionsmittels kann gesteuert werden, um die Wirksamkeit zu bestimmen, mit der NO_x aus den Abgasen entfernt wird.

Bei anderen Anordnungen (nicht dargestellt), kann das Abgassystem 8 einen passiven NO_x-Adsorber (PNA) umfassen, der als LNT Lite bekannt sein kann. Der PNA kann dafür gestaltet sein, bei oder unter einer ersten Temperatur NO_x aus den Abgasen einzufangen und bei oder über einer zweiten Temperatur NO_x in die Abgase abzulassen. Der PNA kann ferner dafür gestaltet sein, mit Hilfe eines Katalysators Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und/oder andere Substanzen in den Abgasen zu oxidieren.

Bei einer weiteren Anordnung (nicht dargestellt), kann das Abgassystem 8 einen Dieselpartikelfilter (DPF) umfassen, der eine Filterstruktur umfasst, die dafür gestaltet ist, Feinstaub und Ruß aus den Abgasen einzufangen. Die Filterstruktur kann ein Filter für den Einmalgebrauch sein. Alternativ kann der DPF dafür gestaltet sein, den Filter durch Abbauen und Freisetzen des eingefangenen Feinstaubs zu regenerieren. Der Partikelfilter kann einen Katalysator umfassen, der dafür gestaltet ist, während der Regeneration das Entfernen eingefangenen Feinstaubs aus dem Filter zu verstärken.

Zusätzlich oder alternativ kann das Abgassystem 8 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) (nicht dargestellt) umfassen. Der DOC umfasst typischerweise ein Substrat, das mit einem Katalysator beschichtet ist, wie beispielsweise einem Metallkatalysator der Platingruppe, der dafür gestaltet ist, eine Oxidationsreaktion von Substanzen in den Abgasen wie CO, HC und PM zu katalysieren.

Und nochmals zusätzlich oder alternativ kann das Abgassystem eine kombinierte Nachbehandlungsvorrichtung umfassen, wie beispielsweise eine Kombination aus einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion und einem Dieselpartikelfilter (SCR/DPF), welche die Funktionen der oben beschriebenen Vorrichtungen kombiniert. Auf Wunsch kann eine andere Abgasnachbehandlungsvorrichtung enthalten sein. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können im Abgassystem in beliebiger Reihenfolge bereitgestellt sein.

Sobald die Abgase durch die LNT 10a und die SCR 10b geführt wurden, können sie über den Auslass 14 aus dem Fahrzeug ausgestoßen werden. Prozessaufwärts des Auslasses 14 kann ein Auslassemissionssensor 16, wie beispielsweise ein NO_x-Sensor, bereitgestellt sein, um die vom Fahrzeug erzeugten Emissionen zu bestimmen. Die vom Emissionssensor 16 aufgezeichneten Emissionswerte können zusammen mit einem Messwert von einem Motoremissionssensor 18 verwendet werden, um die Effizienz zu bestimmen, mit der die LNT 10a und die SCR 10b arbeiten, um Schadstoffe aus den Abgasen zu entfernen. Die bestimmte Effizienz kann verwendet werden, um die Menge an Reduktionsmittel zu bestimmen, das der SCR-Vorrichtung 10b zugesetzt werden soll, und/oder wann die LNT 10a gereinigt werden sollte.

Das Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Wasserstoffquelle 20. Die Wasserstoffquelle 20 kann einen Behälter umfassen, der dafür gestaltet ist, Wasserstoff zu speichern, und der bei Bedarf aufgefüllt werden kann, z. B. wenn er entleert ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Wasserstoffquelle 20 einen Wasserstoffgenerator umfassen, der dafür gestaltet ist, durch Elektrolyse, Reformation oder einen anderen geeigneten Prozess Wasserstoff zu erzeugen. Wasserstoff kann während des Betriebes des Fahrzeugs erzeugt werden, wenn er für die Verwendung durch Systeme des Fahrzeugs erforderlich ist. Der Wasserstoffgenerator kann dafür gestaltet sein, die Menge an Wasserstoff zu erzeugen, die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlich ist. Alternativ kann überschüssiger Wasserstoff, z. B. Wasserstoff, der nicht sofort erforderlich ist, erzeugt und im Behälter gespeichert werden. Der Wasserstoffgenerator wird möglicherweise nicht zum Erzeugen von Wasserstoff betrieben, wenn im Behälter genügend Wasserstoff zur Verfügung steht. Zusätzlich oder alternativ kann Wasserstoff erzeugt werden, auch wenn er nicht sofort benötigt wird, und kann im Tank gespeichert werden, um bei Bedarf verwendet zu werden.

Wie in 1 dargestellt, umfasst das Abgassystem 8 ferner einen Einspritzer 22. Der Einspritzer 22 ist am Turbolader-Bypass-Kanal 12 bereitgestellt und dafür gestaltet, Wasserstoff in den Bypass-Kanal einzuführen, z. B. direkt in den Bypass-Kanal 12. Der Einspritzer kann z. B. über einen Wasserstoffkanal 24 derart in Fluidverbindung mit der Wasserstoffquelle 20 stehen, dass Wasserstoff selektiv von der Wasserstoffquelle 20 in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 eingeführt werden kann. Der Einspritzer kann steuerbar sein, um selektiv den Druck zu ändern, mit dem Wasserstoff in den Bypass-Kanal eingeführt wird.

Das Bereitstellen des Einspritzers 22 am Turbolader-Bypass-Kanal 12 kann für das Motor-Packaging und die Führung des Wasserstoffkanals 24 von der Wasserstoffquelle 20 von Vorteil sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Bereitstellen des Einspritzers 22 am Turbolader-Bypass-Kanal 12 für die Leistung des Abgassystems 8 vorteilhaft sein, wie im Weiteren beschrieben wird.

Wasserstoffgas, das in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 eingeführt wird, kann in den Abgasen strömen, um die LNT 10a und/oder die SCR-Vorrichtung 10b zu erreichen. Wassersoff, der die SCR-Vorrichtung 10b erreicht, kann als Reduktionsmittel dienen und kann in Anwesenheit des SCR-Katalysators oder eines anderen Katalysators, der in der SCR-Vorrichtung 10b bereitgestellt ist, mit Substanzen im Abgas, wie beispielsweise NO_x, reagieren. Die Reaktion zwischen dem Wasserstoff und den Abgasen kann bei einer niedrigeren Temperatur ablaufen als die Reaktion zwischen Ammoniak und den Abgasen und somit kann unter Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel in der SCR-Vorrichtung 10b der Temperaturbereich, über den die SCR-Vorrichtung in der Lage ist zu arbeiten, vergrößert werden. Zusätzlich oder alternativ kann Wasserstoff in der SCR-Vorrichtung 10b mit Sauerstoff reagieren, um die Temperatur der Abgase und/oder der SCR-Vorrichtung 10b zu erhöhen. Damit kann die SCR-Vorrichtung eine Temperatur erreichen, bei der Ammoniak zu einem früheren Punkt, z. B. Zeit, im Antriebszyklus effektiv als Reduktionsmittel verwendet werden kann.

Wasserstoff kann vorrangig vor dem Einführen von Ammoniak in die SCR in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 eingeführt werden, z. B. bei allen Temperaturen. Alternativ können Wasserstoff und Ammoniak zu verschiedenen Zeitpunkten in einem Antriebszyklus und/oder zusammen, z. B, in Kombination, eingeführt werden. Die relativen Mengen an eingeführtem Wasserstoff und Ammoniak können gemäß den Fahrzeugbetriebsbedingungen variieren.

Unter einigen Bedingungen, wie zum Beispiel, wenn die Abgase und/oder die SCR-Vorrichtung 10b bei einer niedrigen Temperatur liegen, kann es wünschenswert sein, nur Wasserstoff in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 einzuführen. Dies kann ermöglichen, dass die SCR-Vorrichtung unter Verwendung des Wasserstoffs als Reduktionsmittel mit dem Betrieb beginnt, um bei der geringen Temperatur die Konzentrationen umweltschädlicher Substanzen, wie beispielsweise NO_x, zu senken. Der Wasserstoff kann auch mit Sauerstoff in den Abgasen reagieren, um die Temperatur der SCR-Vorrichtung zu erhöhen.

Ist die Temperatur der SCR-Vorrichtung hoch, ist es möglicherweise nicht vorteilhaft, Wasserstoff einzuführen. Zum Beispiel wird die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff erhöht und der Wasserstoff kann NO_x oder andere in den Abgasen vorhandene Schadstoffe weniger effektiv reduzieren. Somit kann es bei hohen Temperaturen wünschenswert sein, Ammoniak als Reduktionsmittel zu verwenden.

Bei mittleren Temperaturen kann es wünschenswert sein, sowohl Wasserstoff als auch Ammoniak einzuführen. Durch Einführen von sowohl Wasserstoff als auch Ammoniak kann die Wirksamkeit der SCR-Vorrichtung erhöht werden (verglichen mit der Einzelverwendung von Wasserstoff oder Ammoniak) und die Temperatur der SCR kann infolge der Reaktion zwischen dem Wasserstoff und Sauerstoff fortgesetzt steigen.

Wie oben angeführt, adsorbiert die LNT 10a bei normalem Betrieb NO_x aus den Abgasen und kann auch eine Oxidationsreaktion anderer Substanzen in den Abgasen, wie beispielsweise CO oder HC, katalysieren. Somit ist es während des normalen Betriebes der LNT 10a möglicherweise nicht vorteilhaft, Wasserstoff in die Vorrichtung einzuführen. Wenn die LNT 10a jedoch gereinigt wird, wie oben beschrieben, kann das Einführen von Wasserstoff wünschenswert sein. Zum Beispiel kann während der Reinigung eingeführter Wasserstoff mit dem eingefangenen NO_x reagieren, was die für das Reinigungsereignis erforderliche Zeit verringern kann, z. B. die Zeit, in der der Motor unter fetten Verbrennungsbedingungen betrieben werden muss. Zusätzlich kann der Wasserstoff die Temperatur verringern, bei der das adsorbierte NO_x in Stickstoff und Wasser umgewandelt werden kann.

Wie oben angeführt, kann es außerdem notwendig sein, den DeSO_x-Vorgang auszuführen, um SO_x zu entfernen, das im Zeolithkatalysator gespeichert wurde. Das Einführen von Wasserstoff während DeSO_x kann die Wirksamkeit des DeSO_x-Vorgangs verbessern. Wasserstoff kann tiefer und/oder schneller in den Zeolithkatalysator diffundieren, was zu einer erhöhten Rate der SO_x-Entfernung führen kann. Zusätzlich oder alternativ kann es möglich sein, beim Einführen von Wasserstoff den DeSO_x-Vorgang bei niedrigeren Temperaturen und Betreiben des Motors unter weniger mageren Bedingungen auszuführen.

Wenn die LNT 10a wie oben beschrieben einen Oxidationskatalysator umfasst, kann das Einführen von Wasserstoff während der Reinigung der LNT 10a oder während eines DeSO_x-Ereignisses die Geschwindigkeit erhöhen, mit der der Oxidationskatalysator reduziert wird, z. B. regeneriert, um in der Lage zu sein, zukünftige Oxidationsreaktionen zu katalysieren.

Wird Wasserstoff für die oben beschriebenen Zwecke bereitgestellt, kann der Wasserstoff prozessaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10a, 10b, z.B. in den Abgaskanal 9, in die Abgase eingespritzt werden. Damit wird gestattet, dass sich der Wasserstoff mit dem Hauptstrom der Abgase mischt, bevor diese in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung, z. B. die LNT 10a und/oder die SCR-Vorrichtung 10b, eintreten. Das Mischen des Wasserstoffs mit den Abgasen kann von Vorteil sein, da dies die Wahrscheinlichkeit erhöhen kann, dass Wasserstoff zur Verfügung steht, um neben dem Katalysator in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10a, 10b) mit den Abgasen zu reagieren, z. B. um NO_x oder andere Schadstoffe in den Abgasen zu reduzieren. Das Mischen des Wasserstoffs und der Abgase prozessaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann jedoch zur Oxidation des Wasserstoffs führen, bevor die Abgase den Katalysator erreichen. Somit kann es wünschenswert sein, das Mischen des eingespritzten Wasserstoffs mit den Hauptabgasen zu steuern.

Wenn Wasserstoff in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 eingespritzt wird, wie es in 1 gezeigt ist, kann sich der Wasserstoff anfänglich mit einem gesteuerten Teil der Abgase im Turbolader-Bypass-Kanal 12 mischen, bevor er in den Hauptstrom der Abgase im Abgaskanal 9 eintritt. Das Mischen des Wasserstoffs mit einem begrenzten Teil der Abgase ist vorteilhaft, da es eine übermäßige Verdünnung des Wasserstoffs und/oder eine Oxidation des Wasserstoffs durch die Abgase verhindert.

Das Turbolader-Bypass-Ventil 11 kann dafür justiert werden, die Durchflussmenge von Abgasen zu steuern, die sich im Turbolader-Bypass-Kanal 12 mit dem Wasserstoff mischen. Das Justieren des Turbolader-Bypass-Ventils 11 wird außerdem den Druck der Abgase im Turbolader-Bypass-Kanal 12 und/oder im Niederdruckabschnitt 9b des Abgaskanals beeinflussen.

Das Steuern des relativen Drucks des Wasserstoffs, der umgeleiteten Abgase und/oder des Hauptabgasstromes ermöglicht es, die Verteilung von Wasserstoff in den Abgasen an der LNT 10a und/oder der SCR 10b zu steuern. Darüber hinaus können Abgase, die durch den Turbolader-Bypass-Kanal 12 strömen, weniger turbulent sein als der Hauptabgasstrom. Das weniger turbulente Wesen des Bypass-Stromes kann die Verbreitung des Wasserstoffs in den Hauptstromgasen beschränken. Die Geschwindigkeit der Verteilung und/oder des Mischens des Wasserstoffs kann außerdem durch die relativen Strömungseigenschaften beeinflusst werden, z. B. Druck, Geschwindigkeit und/oder Strömungsregime der zwei Abgasströme, z. B. die umgeleiteten Abgase und Wasserstoff und des Hauptabgasstroms. Das Begrenzen der Verteilungsgeschwindigkeit von Wasserstoff kann die Geschwindigkeit der Wasserstoffoxidation verringern und seine Wirksamkeit beim Verbessern der Leistung der LNT 10a und/oder der SCR-Vorrichtung 10b erhöhen, wie oben beschrieben.

Anhand von 2 wird nun ein Verfahren 200 zum Betreiben eines Fahrzeugs beschrieben. Wie oben beschrieben, kann das Fahrzeug den Motor 2, den Abgaskanal 9, die Turboladerturbine 3b, den Turbolader-Bypass-Kanal 12, die LNT 10a und/oder die SCR-Vorrichtung 10b und den Einspritzer 22, der am Turbolader-Bypass-Kanal 12 bereitgestellt ist, umfassen, wie in 1 dargestellt. Das Verfahren 200 umfasst einen ersten Schritt 202, in dem ein Reaktionsmittel, z. B. Wasserstoff, unter Verwendung des Einspritzers 22 in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 eingespritzt wird.

Das Verfahren 200 kann einen zweiten Schritt 204 beinhalten, in dem der Motor unter heißen und/oder fetten Verbrennungsbedingungen betrieben wird. Wie oben beschrieben, können derartige Motorbetriebsbedingungen erforderlich sein, um die LNT 10a und/oder die SCR-Vorrichtung 10b zu regenerieren und es kann daher vorteilhaft sein, Wasserstoff einzuführen, während der Motor unter heißen und/oder fetten Verbrennungsbedingungen arbeitet.

Das Verfahren 200 kann einen vierten Schritt 204 umfassen, in dem das Turbolader-Bypass-Ventil 11 betrieben wird, um den Strom umgeleiteter Abgase im Bypass-Kanal 12 zu steuern. Wie oben beschrieben, kann das Steuern des Bypass-Stromes auf diese Weise die Durchflussmenge und/oder den Druck der Abgase im Bypass-Kanal beeinflussen, was das Mischen und/oder die Verteilung des eingespritzten Wasserstoffs mit den Abgasen beeinflussen kann. Das Turbolader-Bypass-Ventil 11 kann dadurch gesteuert werden, um Reaktionen zwischen dem Wasserstoff und den Abgasen prozessaufwärts des Katalysators zu minimieren, was die Wirksamkeit des Wasserstoffs beim Verbessern der Leistung der LNT 10a und/oder der SCR-Vorrichtung 10b maximieren kann.

Wenn das Turbolader-Bypass-Ventil 11 betrieben wird, z. B. im vierten Schritt 204, um die Durchflussmenge und/oder den Druck der Abgase im Turbolader-Bypass-Kanal 12 zu steuern, kann auch der Strom der Abgase durch die Turboladerturbine 3b beeinflusst werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozess des Einspritzens von Wasserstoff in den Bypass-Kanal selbst den Strom der Abgase im Bypass-Kanal 12 beeinflussen und somit den Strom durch die Turboladerturbine 3b. Eine Veränderung des Stromes der Abgase durch die Turboladerturbine 3b beeinflusst die Leistung, die durch den Turbolader 3b für den Turboladerkompressor 3a bereitgestellt wird, was das für den Motor 2 bereitgestellte Niveau verstärkter Einführung, z. B. Höhe des Ladedrucks, beeinflusst. Der Turbolader-Bypass, die Schaufeln und/oder die Düse der Turboladerturbine 3b kann/können justiert werden, um Änderungen der Durchflussmenge zu kompensieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Drosselklappe 5 justiert werden, um die Änderung der Höhe des Ladedrucks zu kompensieren, z. B. um zu gestatten, dass der Motor seinen Betrieb fortsetzt, um die gleiche Leistung wie zuvor bereitzustellen. Und nochmals zusätzlich oder alternativ kann das Rückführventil 6b justiert werden, um die Menge der Abgasrückführung zu justieren und die Änderung der Ladedruckhöhe zu kompensieren.

Obwohl die vorstehende Beschreibung anhand des Einführens von Wasserstoff in die Abgase gegeben wurde, ist gleichermaßen vorgesehen, dass unter Verwendung des Einspritzers 22 jedes andere Reaktionsmittel eingeführt werden kann, zum Beispiel kann HC, Reformergas, Ammoniak oder eine Kombination verschiedener Gase in den Turbolader-Bypass-Kanal 12 eingeführt werden.