DE102006032399A1

DE102006032399A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102006032399A1
Application number: DE102006032399A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Coufal; Andreas Dr. Endesfelder; Johannes Ing. Fellner; Frank Dr. Schröder
Original assignee: AMI Agrolinz Melamine International GmbH
Current assignee: AMI Agrolinz Melamine International GmbH
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-17
Also published as: WO2008003508A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors, mit mindestens einem Harnstoffvorrat (2), wobei der Harnstoff zumindest teilweise fest ist, mindestens einer Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) zur Herstellung von Harnstoffschmelze (6) aus dem zumindest teilweise festen Harnstoff, mindestens einem ersten Fördermittel (17, 18; 24, 26) zum Fördern des zumindest teilweise festen Harnstoffs zur Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder zum Fördern der Harnstoffschmelze (6) zum Abgassystem (13) und mindestens einem Zuführmittel (11) zum Zuführen der Harnstoffschmelze (6) in das Abgassystem (13). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem (13) eines Verbrennungsmotors, bei dem zumindest teilweise fester Harnstoff eines Harnstoffvorrats (2) zu mindestens einer Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) zur Herstellung von Harnstoffschmelze (6) gefördert wird und anschließend mit mindestens einem Zuführmittel (12) in das Abgassystem (13) eingetragen wird. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Kartusche und einen Behälter zur Aufnahme eines Harnstoffvorrats.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Verwendung dieser Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 61, eine Kartusche zur Aufnahme eines Harnstoffvorrats nach dem Oberbegriff des Anspruchs 64 und ein Verfahren zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 76.
Unter der Bezeichnung „AdBlue" ist eine Technologie bekannt, bei welcher eine ca. 33%ige wässrige Harnstofflösung in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges eingedüst wird und anschließend die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide (NO_x) mittels spezifischer katalytischer Reduktion (selective catalytic reduction; SCR-Katalyse) zu Stickstoff und Wasser in Form von Wasserdampf reduziert werden. Die Dosierung der wässrigen Harnstofflösung in das Abgassystem erfolgt mittels einer Umwälzpumpe und einer Düse. Die so in das Abgassystem eingebrachte Harnstofflösung wird anschließend in einem Thermohydrolysereaktor gemäß der folgenden Reaktionsgleichungen (I) und (II) zuerst thermolytisch in Isocyansäure und NH₃ umgesetzt, und die Isocyansäure wird dann zu Kohlendioxid und Ammoniak hydrolysiert: (NH₂)₂CO → NH₃ + HNCO (Thermolyse) (I) HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂ (Hydrolyse) (II)
Der Ammoniak setzt anschließend die Stickoxide entsprechend den Reaktionsgleichungen (III) und (IV) katalytisch zu Stickstoff und Wasserdampf um: 4NO + 4NH₃ → 4N₂ + 6H₂O (III) NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O (IV)
Dieses Verfahren ist beispielsweise in der DE 40 38 054 A1 beschrieben.
Nachteilig dabei ist, dass – bedingt durch die hohe Verdünnung des Harnstoffs in der nur 33%igen Lösung – erhebliche Volumina gefördert werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Harnstofflösung bei –11 °C gefriert und demnach für ausreichende Beheizung gesorgt werden muss, wenn die SCR-Katalyse auch bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden soll. Das bringt bei den großen einzusetzenden Volumina einen erheblichen technischen und energetischen Aufwand mit sich.
Um die genannten Nachteile zu umgehen, werden gemäß der DE 102 51 498 A1 anstatt einer Harnstofflösung Pellets aus festem Harnstoff in das Abgassystem dosiert. Die treibende Kraft für die Dosierung der Pellets in das Abgassystem wird mit Luft aus einem Kompressor bereitgestellt, die die Pellets dem Thermohydrolysereaktor zuführt. Bei diesem Verfahren wird zwar das Problem des Einfrierens der Harnstofflösung bei Temperaturen unterhalb von –11 °C vermieden, allerdings besteht die Schwierigkeit, dass Feststoffe im Vergleich mit Flüssigkeiten sehr viel schwieriger exakt zu dosieren sind.
Für die SCR-Katalyse ist es jedoch notwendig, dass in Abhängigkeit der Stickoxidwerte im Abgas, welche kontinuierlich gemessen werden können, eine exakt berechnete Menge Harnstoff in das Abgassystem zugeführt wird, um wiederum genau die benötigte Menge an Ammoniak als effektivem Reagens für die Reduktionsreaktion der Stickoxide zu erhalten. Dies erfordert eine exakte Massekonstanz der Pellets, welche sehr schwierig zu gewährleisten ist. Beispielsweise treten häufig Zwillingspellets auf, die eine temporäre, unkontrollierbare und unerwünschte Verdoppelung der zugesetzten Harnstoffmenge bedingen. Ein weiterer Nachteil bei diesem System ist, dass starke Druckluftströme für die Dosierung der Pellets in das Abgassystem benötigt werden. Diese Druckluftströme sind insbesondere bei Pkws nur mit einem zusätzlich zu installierenden Kompressor zu realisieren, der einen erheblichen Kostenaufwand und Platzbedarf mit sich bringt.
Gemäß der EP 1 607 372 A2 werden ebenfalls feste Harnstoffpartikel in das Abgassystem dosiert. Die Dosierung erfolgt hier nicht mittels eines Druckluftstroms, sondern durch die Zentrifugalkraft: Harnstoffkugeln werden durch eine schnelle Drehbewegung einer Exzenterscheibe auf eine spiralförmige Bahn gezwungen und anschließend durch ein gerades Auslaufstück aus der Scheibe herausgeschleudert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei denen die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Dosierung einer Harnstofflösung bzw. von festem Harnstoff umgangen werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine solche Vorrichtung weist mindestens einen Harnstoffvorrat aus zumindest teilweise festem Harnstoff, mindestens eine Schmelzvorrichtung zum Schmelzen des zumindest teilweise festen Harnstoffs zu einer Harnstoffschmelze, mindestens ein erstes Fördermittel zum Fördern des zumindest teilweise festen Harnstoffs zur Schmelzvorrichtung und/oder zum Fördern der Harnstoffschmelze zum Abgassystem und mindestens ein Zuführmittel zum Zuführen der Harnstoffschmelze in das Abgassystem auf. Als erstes Fördermittel kann beispielsweise eine Feststoffpumpe verwendet werden, die den festen Harnstoff in die Schmelzvorrichtung pumpt. Ebenso ist ein Schneckenförderer, ein druckbeaufschlagter Stempel oder ein Luftstrahl als erstes Fördermittel denkbar.
Durch das Aufschmelzen des Harnstoffs aus dem Harnstoffvorrat wird eine flüssige Phase (Harnstoffschmelze) erhalten, welche massegenau je nach Stickoxidkonzentration in das Abgassystem dosiert werden kann. Auf diese Weise sind die hohen Anforderung an die Massekonstanz oder die Sphärizität von Harnstoffkugeln, welche direkt als Feststoff dem Abgasstrom zugesetzt werden signifikant vermindert bzw. hinfällig.
Darüber hinaus müssen – bedingt durch die dem Abgassystem zugesetzte Harnstoffschmelze – verhältnismäßig kleinere Volumina bewegt werden und keine zusätzliche Energie zur Wasserverdampfung aufgewendet werden, wie dies beim Einsatz einer Harnstofflösung der Fall ist. Dies führt vorteilhafterweise zu einer Verkleinerung der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung, bei der die Dosierung des Harnstoffs in Form einer 33%igen Harnstofflösung erfolgt.
Der Harnstoffvorrat besteht vorzugsweise aus Harnstoffgranulat, Harnstoffprills, Harnstoffpulver, sphärischen Harnstoffpartikeln, kristallinem Harnstoff, Harnstoff-Formkörpern und/oder zu Formkörpern gepresstem Harnstoff bzw. zu Formkörpern erstarrter Harnstoffschmelze oder einer Mischung aus diesen Harnstoffformen.
Vorzugsweise ist der Harnstoff im Harnstoffvorrat vollständig fest. Dadurch, dass ein Feststoff (und damit zu praktisch 100% Wirkstoff) verwendet wird, sind nur sehr viel kleinere Lagervolumina nötig als bei der Verwendung einer Harnstofflösung (der Wirkstoffanteil bei AdBlue beträgt nur rund 33%). Auch wird das Problem des Gefrierens der Harnstofflösung bei tiefen Außentemperaturen umgangen, wenn mit einem Feststoff gearbeitet wird.
In einer Alternative der Erfindung kann der Harnstoff des Harnstoffvorrats aber auch einen Wassergehalt von beispielsweise 20% aufweisen. Mit einem solchen Wassergehalt lässt sich der Harnstoff noch zu einem Formkörper, beispielsweise einem Block oder einer Stange, verpressen. Das heißt, das Problem des Gefrierens bei tiefen Außentemperaturen von < –11 °C tritt auch bei solch einem wasserhaltigen Harnstoff nicht auf. Ein Harnstoff mit einem Wassergehalt von 20% hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Schmelzpunkt des Harnstoffs von 133 °C auf ca. 80 °C erniedrigt ist. Zur Herstellung einer Harnstoffschmelze aus einem Harnstoff mit einem Wasseranteil von 20% muss folglich weniger Energie aufgewandt werden, als dies bei wasserfreiem Harnstoff der Fall ist.
Der Harnstoff ist vorzugsweise in einem Behälter angeordnet, wobei der Behälter bevorzugt mindestens zwei von einander getrennte Kammern aufweist, die jeweils zur Aufnahme eines separaten Teils des Harnstoffvorrats dienen.
Vorzugsweise ist der Behälter beweglich bzw. drehbar um eine Achse gelagert. Dabei sind die Kammern des Behälters vorzugsweise so angeordnet, dass durch eine Bewegung des Behälters um die Achse jeweils eine Kammer des Behälters so mit der Schmelzvorrichtung in Verbindung gebracht wird, dass der Harnstoffvorrat aus dieser Kammer in die Schmelzvorrichtung überführt werden kann. Auf diese Weise lassen sich nacheinander alle Kammern eines Behälters leeren. Ein Wiederauffüllen oder Ersetzen des Behälters ist erst dann notwendig, wenn der Harnstoffvorrat aus allen Kammern des Behälters aufgebraucht ist.
Damit eine Bewegung des Behälters durch die Vorrichtung erfolgen kann, weist sie vorzugsweise Bewegungsmittel auf, die insbesondere durch einen Motor angetrieben werden. Die Bewegungsmittel interagieren vorzugsweise mit Transportmitteln, die in den Behälter integriert sind. Diese Interaktion kann beispielsweise durch eine Zahnradverbindung erfolgen, wenn sowohl Bewegungsmittel als auch Transportmittel als Zahnräder ausgebildet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Behälter als Kartusche ausgebildet, die einfach und ohne apparativen Aufwand in die Vorrichtung eingesetzt wird und ebenso einfach aus der Vorrichtung wieder entnommen werden kann, wenn der in ihr enthaltene Harnstoffvorrat aufgebraucht ist. Für das Auswechseln der Kartusche ist vorzugsweise kein Werkzeug erforderlich, so dass der durchschnittliche Nutzer der Vorrichtung die Auswechselung selbst vornehmen kann.
Um für einen Druckausgleich im Behälter, in dem der Harnstoffvorrat angeordnet ist, zu sorgen, der dann notwendig wird, wenn Harnstoff aus dem Behälter entnommen wird, wodurch ein Unterdruck im Behälter entsteht, sind der Behälter und die Schmelzvorrichtung vorzugsweise durch mindestens eine Druckausgleichsleitung miteinander verbunden. Diese Druckausgleichsleitung dient nicht dem Transport von festem Harnstoff, sondern lediglich dem Gasausgleich zwischen beiden Behältnissen, das heißt zwischen dem Behälter und der Schmelzvorrichtung.
Da vorzugsweise nicht der gesamte Harnstoff des Harnstoffvorrats zeitgleich geschmolzen wird, weist der Harnstoffvorrat einen Schmelzbereich auf, innerhalb dessen ein Schmelzen des Harnstoffs mittels der Schmelzvorrichtung erfolgt. Je nach Ausgestaltung des Harnstoffvorrats und der Schmelzvorrichtung erstreckt sich der Schmelzbereich dabei über einen bestimmten Bereich des Harnstoffvorrats.
Das Schmelzen des Harnstoffvorrats in der Schmelzvorrichtung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich, wobei ein kontinuierliches Schmelzen besonders bevorzugt ist.
Der vorzugsweise eingesetzte Harnstoff weist nur einen geringen Anteil an Zersetzungsprodukten und/oder Verunreinigungen auf, damit das Abgassystem nicht mit Substanzen belastet wird, die bei einer Thermohydrolyse des Harnstoffs gar nicht zu Ammoniak reagieren und darüber hinaus möglicherweise Bauteile des Verbrennungsmotors wie beispielsweise den Katalysator schädigen.
So weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat vorzugsweise einen Biuretgehalt von kleiner gleich 20 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 12 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 7 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 5 Gewichtsprozent, ganz besonders weniger als 2 Gewichtsprozent auf.
Auch weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat bevorzugt einen Wassergehalt von kleiner gleich 30 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 20 Gewichtsprozent, ganz besonders kleiner gleich 10 Gewichtsprozent auf.
Bevorzugt weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat einen Aldehydgehalt von kleiner gleich 10 mg/kg auf.
Um vom Harnstoff ausgehende Geruchsbelästigungen zu vermeiden, weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat vorzugsweise einen Anteil an freiem Ammoniak von kleiner gleich 3 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 1 Gewichtsprozent, ganz besonders kleiner gleich 0,2 Gewichtsprozent auf.
Vorzugsweise weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat einen summarischen Anteil an Erdalkalimetallen von kleiner gleich 1,0 mg/kg, insbesondere kleiner gleich 0,7 mg/kg auf.
Der Harnstoff im Harnstoffvorrat weist bevorzugt einen summarischen Anteil an Alkalimetallen von kleiner gleich 0,75 mg/kg, insbesondere von kleiner gleich 0,50 mg/kg auf.
Phosphat ist für Katalysatoren eine besonders schädliche Verbindung. Daher weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat vorzugsweise einen Anteil an Phosphat von kleiner gleich 0,5 mg/kg, insbesondere von kleiner gleich 0,2 mg/kg auf.
Bevorzugt weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat einen Anteil an Schwefel von kleiner gleich 2,0 mg/kg, insbesondere kleiner gleich 1,5 mg/kg, ganz besonders kleiner gleich 1,0 mg/kg auf.
Vorzugsweise weist der Harnstoff im Harnstoffvorrat einen Anteil an anorganisch vorliegendem Chlor von kleiner gleich 2,0 mg/kg, insbesondere kleiner gleich 1,5 mg/kg, ganz besonders kleiner gleich 1,0 mg/kg auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Harnstoffvorrat nicht aus reinem Harnstoff, sondern aus einem Gemisch aus Harnstoff und einem Modifikator. Der Modifikator dient dabei zur Erniedrigung des Schmelzpunktes des Harnstoffs. Bei der Wahl des Modifikators ist darauf zu achten, dass der Modifikator im Abgassystem des Verbrennungsmotors vollständig in Substanzen umgesetzt wird, die die Funktionsweise der nachgeschalteten Katalysatoren nicht beeinträchtigen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Substanzen, in die der Modifikator umgesetzt wird, unbrennbar und nicht toxisch sind bzw. in unbrennbare und nicht toxische Substanzen weiterreagieren.
Als Modifikator werden daher vorzugsweise Wasser und/oder eine oder mehrere Substanzen, bei deren Zersetzung Ammoniak entsteht, eingesetzt. Solche Substanzen sind insbesondere Ammoniumsalze wie Ammoniumcarbonat, Ammoniumformiat und Ammoniumacetat. Aber auch andere Ammoniumsalze organischer Säuren sind als Modifikator geeignet.
Ein Schmelzen des Harnstoffs in der Schmelzvorrichtung wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung mindestens ein Heizelement zum Beheizen der Schmelzvorrichtung aufweist. Dieses Heizelement ist vorzugsweise ein Wärmetauscher zur Nutzung der Wärme des Abgases aus dem Abgassystem, ein auf Verbrennung basierendes Heizelement, ein elektrisches Heizelement und/oder eine Dampfheizung. Bei Nutzung der Abgaswärme zum Schmelzen des Harnstoffs wird die Menge der zusätzlich benötigten Energie deutlich erniedrigt.
Vorzugsweise werden der Druck und die Temperatur in der Schmelzvorrichtung und/oder in den der Schmelzvorrichtung nachgeschalteten Elementen und Bereichen der Vorrichtung, die von der Harnstoffschmelze durchströmt werden, derart gewählt, dass die Harnstoffschmelze im Wesentlichen frei von Gasblasen ist. Als Gasblase wird dabei eine Menge eines Gases verstanden, die nicht mehr gelöst in der Harnstoffschmelze, sondern im gasförmigen Zustand in der Harnstoffschmelze vorliegt. Als Gase, deren Entstehung in der Harnstoffschmelze oder Freisetzung aus der Harnstoffschmelze eine Gasblasenbildung bewirken kann, kommen insbesondere Ammoniak, Luft, Kohlendioxid und/oder Wasserdampf in Betracht. Das Vermeiden von gasförmigem Ammoniak oder die Verringerung des Anteils von gasförmigem Ammoniak in der Harnstoffschmelze stabilisiert die Harnstoffschmelze und erhöht den Zersetzungspunkt des Harnstoffs.
Bevorzugt wird auch die Verweilzeit der Harnstoffschmelze in der Schmelzvorrichtung und/oder in den der Schmelzvorrichtung nachgeschalteten Elementen und Bereichen der Vorrichtung, die von der Harnstoffschmelze durchströmt werden, derart gewählt, dass die Harnstoffschmelze im Wesentlichen frei von Gasblasen ist. Bei den zu betrachtenden Gasen sind wiederum Ammoniak, Luft, Kohlendioxid und/oder Wasserdampf von vorrangiger Bedeutung. Als im Wesentlichen frei von Gasblasen kann die Harnstoffschmelze dann betrachtet werden, wenn bereits vorhandene oder durch Temperatureinwirkung entstandene Gase nur in einer solchen Menge vorliegen, dass sie im Wesentlichen vollständig in der Harnstoffschmelze gelöst sind.
Um eine Gasentwicklung in der Harnstoffschmelze weitgehend zu vermeiden oder auf einem solch niedrigen Niveau zu halten, dass die Gase nicht in Form von Gasblasen aus der Harnstoffschmelze freigesetzt werden, sondern im Wesentlichen in der Harnstoffschmeize gelöst bleiben, wird die auf den Harnstoff einwirkende Energiedichte an den Kontaktflächen zwischen den beheizten Elementen der Vorrichtung einerseits und dem zu schmelzenden Harnstoff und/oder der Harnstoffschmelze andererseits vorzugsweise entsprechend niedrig eingestellt.
Um für eine verbesserte Löslichkeit von Gasen in der Harnstoffschmelze zu sorgen, wird die Vorrichtung vorzugsweise derart mit einem zusätzlichen Druck beaufschlagt, dass die Harnstoffschmelze unter einem gegenüber dem Standardluftdruck höheren Druck vorliegt.
Für Gase, die aus der Harnstoffschmelze oder dem Harnstoff in der Schmelzvorrichtung oder in den Bereichen der Vorrichtung, die von der Harnstoffschmelze durchströmt werden, entstehen, weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Rückführvorrichtung auf, mittels der die Gase beispielsweise zum Harnstoffvorrat zurückgeführt werden. Durch das Entfernen der Gase, welche insbesondere Ammoniak, Luft, Kohlendioxid und/oder Wasserdampf umfassen, wird die Harnstoffschmelze hinsichtlich der angestrebten weitgehenden Blasenfreiheit stabilisiert.
Um ein Schmelzen des Harnstoffs in der Schmelzvorrichtung zu erreichen, ist die Temperatur in der Schmelzvorrichtung vorzugsweise höher als die Schmelztemperatur von Harnstoff bzw. höher als die Schmelztemperatur des Gemischs aus Harnstoff und dem Modifikator. Damit der Harnstoff nach dem Schmelzen nicht wieder erstarrt, sind auch allen anderen Elemente, durch die der geschmolzene Harnstoff aus der Schmelzvorrichtung hinaus zum Abgasstrom hin befördert werden muss, – dies sind die Bereiche oder Abschnitte der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze eingerichtet sind und die auch als nachgeschaltete Elemente bezeichnet werden – auf eine Temperatur geheizt, die höher als die Schmelztemperatur von Harnstoff bzw. höher als die Schmelztemperatur des Gemischs aus Harnstoff und dem Modifikator ist. Die der Schmelzvorrichtung nachgeschalteten Elemente der Vorrichtung, durch die der geschmolzene Harnstoff befördert wird, sind beispielsweise ein Fördermittel, eine Leitung und eine Zuführmittel. Die Schmelztemperatur von reinem Harnstoff liegt bei rund 133 °C.
Die Temperatur in der Harnstoffschmelze ist vorzugsweise höher als 135 °C, damit gewährleistet ist, dass reiner Harnstoff in der Schmelzvorrichtung geschmolzen wird. Diese Temperaturangabe bezieht sich dabei auf eine Temperatur, die bei Standardluftdruck gemessen wird.
Da sich Harnstoff bei hohen Temperaturen insbesondere zu Biuret, Triuret und anderen höhermolekularen Produkten zersetzt, sollte die Temperatur in der Harnstoffschmelze nicht zu hoch gewählt werden. Vorzugsweise ist die Temperatur in der Schmelzvorrichtung und den nachgeschalteten Elementen daher niedriger als 300 Grad Celsius, insbesondere niedriger als 230 °C, insbesondere niedriger als 165 °C und ganz besonders niedriger als 145 °C. Die Obergrenze der zulässigen Temperatur hängt stark von der Verweilzeit der Schmelze in der Schmelzvorrichtung ab. Aus diesem Grund ist die Vorrichtung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die maximale Verweilzeit des geschmolzenen Harnstoffs in der Schmelzvorrichtung eine maximale Zeitspanne nicht überschreitet. Diese maximale Zeitspanne kann vorbestimmt werden und bemisst sich unter anderem nach der Temperatur und dem Druck, die in der Schmelzvorrichtung vorherrschen.
Um den geschmolzenen Harnstoff aus der Schmelzvorrichtung heraus bzw. in die Schmelzvorrichtung wieder hinein zu fördern, weist die Vorrichtung vorzugsweise mindestens ein zweites Fördermittel auf.
Um den zumindest teilweisen festen Harnstoff aus dem Harnstoffvorrat zur Schmelzvorrichtung hin zu fördern und/oder um den Harnstoff bzw. die Harnstoffschmelze in der Schmelzvorrichtung zu fördern, weist die Vorrichtung vorzugsweise einen Schneckenförderer auf, der beispielsweise in Form einer extruderähnlichen Vorrichtung ausgestaltet sein kann.
Zum Fördern der Harnstoffschmelze aus der Schmelzvorrichtung hinaus zum Abgassystem und/oder rückführend auch wieder vor dem Erreichen des Abgassystems zurück zur Schmelzvorrichtung weist die Vorrichtung vorzugsweise mindestens ein zweites Fördermittel auf.
Dieses zweite Fördermittel ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Kreiselpumpe, eine Membranpumpe, eine Zahnradpumpe und/oder eine Kolbenpumpe. Solche Pumpen werden beispielsweise in der HPLC-Technik verwendet.
Um eine Variation der Pumpgeschwindigkeit und der damit einher gehenden Förderleistung der Pumpe zu vermeiden, ist das zweite Fördermittel vorzugsweise eine Pumpe, die mit konstanter Förderleistung arbeitet. Auf diese Weise werden Ungenauigkeiten, die sich durch das Einstellen verschiedener Pumpgeschwindigkeiten ergeben, vermieden. Auch kann so auf eine Steuerungselektronik der Pumpe verzichtet werden.
Das zweite Fördermittel ist vorzugsweise in einem Fördermittelkreislauf angeordnet, welcher an der Schmelzvorrichtung beginnt und dort wieder endet, so dass Harnstoffschmelze durch den Fördermittelkreislauf aus der Schmelzvorrichtung entnommen und wieder in die Schmelzvorrichtung zurück geführt werden kann.
Damit stets die richtige Menge an Harnstoff in den Abgasstrom zugeführt wird, weist die Vorrichtung vorzugsweise mindestens ein Dosiermittel zum Dosieren der zuzuführenden Harnstoffmenge auf. Als "richtig" wird dabei die Harnstoffmenge verstanden, die gerade notwendig ist, um soviel Ammoniak zu erzeugen, dass die Stickoxide gemäß den Reaktionsgleichungen (III) und (IV) vollständig reduziert werden können. Ein Überangebot an Harnstoff und damit an Ammoniak im Abgas ist unerwünscht, da dieser Ammoniak aufgrund seiner toxischen Eigenschaften wieder aus dem Abgasstrom entfernt werden muss. Die tatsächlich benötigte Harnstoffmenge, die dem Abgasstrom zugeführt werden muss, ergibt sich somit aus dem Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors und dessen Kennzahlen sowie insbesondere aus der Menge der infolge der Verbrennung des Kraftstoffs erzeugten Stickoxide.
Das Dosiermittel ist vorzugsweise an einer Zuführungsleitung, welche vom Fördermittelkreislauf abgezweigt ist, angeordnet. Alternativ kann das Dosiermittel auch direkt im Fördermittelkreislauf integriert sein.
Das Dosiermittel dient vorzugsweise dazu, den geschmolzenen Harnstoff in einen ersten Anteil und in einen zweiten Anteil zu unterteilen. Der erste Anteil wird im Fördermittelkreislauf wieder zurück in die Schmelzvorrichtung gefördert. Der zweite Anteil wird hingegen dem Abgassystem zugeführt.
Vorzugsweise ist das zweite Fördermittel als Dosiermittel ausgestaltet. Auf diese Weise kann auf ein separates Bauteil verzichtet werden. Es ist aber auch möglich, dass das Dosiermittel als separates Bauteil ausgebildet und dem Zuführmittel vorgeschaltet ist.
Alternativ ist es möglich, dass das Dosiermittel in das Zuführmittel integriert ist. In diesem Fall würde ein solches Bauteil ein regelbares Ventil und/oder eine regelbare Düse sein.
Das Zuführmittel weist vorzugsweise mindestens eine Düse, mindestens eine Lochblende und/oder mindestens eine Kapillare auf. Mit dem Zuführmittel kann beispielsweise die Richtung und die Verteilung des zweiten Anteils der Harnstoffschmelze im Abgassystem eingestellt werden. Mit einer Düse kann beispielsweise eine feine Verteilung der Harnstoffschmelze beim Einbringen in das Abgassystem erreicht werden.
Vorzugsweise ist das Zuführmittel als Einstoffdüse, Zweistoffdüse, selbstansaugende Zweistoffdüse, Ultraschalldüse, getaktete Düse und/oder Piezodüse ausgestaltet. Je nach bevorzugter Zuführungsverteilung der Harnstoffschmelze kann eine geeignete Düse ausgewählt werden.
Besonders bevorzugt wird eine Zweistoffdüse als Zuführmittel verwendet, die neben dem geschmolzenen Harnstoff zusätzlich ein Hilfsmedium in den Abgasstrom einbringt.
Ein solches Hilfsmedium kann beispielsweise Luft sein. In diesem Fall wird eine bessere und feinere Zerstäubung der Harnstoffschmelze bewirkt, da an der Düse feinste Tröpfchen entstehen, die sehr schnell im Abgassystem bzw. im Thermohydrolysereaktor pyrolisiert werden können. Das hat zur Folge, dass der für die SCR-Katalyse benötigte Ammoniak sehr schnell bereitgestellt wird. Verzögerungen der Reaktion, welche eine kompliziertere Regelung des Harnstoffzuführens in das Abgassystem bedingen, werden so weitgehend minimiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Hilfsmedium erwärmte Luft verwendet, die eine Temperatur aufweist, die mindestens so groß ist wie die Temperatur im Abgasstrom. Dadurch wird ein zusätzlicher Energieeintrag in das Abgassystem bewirkt. Demgegenüber würde bei Verwendung von kalter Luft als Hilfsmedium ein Teil der Energie des Thermohydrolysereaktor, die für die Pyrolyse des Harnstoffs aufgewendet werden muss, verbraucht werden. Die Pyrolysereaktion würde dadurch – je nach Menge der eingedüsten Harnstoffschmelze – ohne zusätzliche Erwärmung des Thermohydrolysereaktors nur unter suboptimalen Bedingungen ablaufen können.
Das Zuführmittel ist bevorzugt so ausgestaltet, dass der Durchmesser der Harnstofftröpfchen, die durch das Zuführmittel aus der Harnstoffschmelze erzeugt werden, so bemessen ist, dass die Thermohydrolysereaktion des Harnstoffs im Abgassystem bzw. im Thermohydrolysereaktor unter optimalen Bedingungen erfolgt. Auf diese Weise wird für eine hohe Betriebsverlässlichkeit der Vorrichtung gesorgt.
Das Zuführmittel ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Durchmesser der Harnstofftröpfchen, die durch das Zuführmittel aus der Harnstoffschmelze erzeugt werden, kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner als 1,5 mm, insbesondere kleiner als 500 µm, insbesondere kleiner als 200 µm und ganz besonders kleiner als 100 µm ist.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das Zuführen der Harnstoffschmelze in das Abgassystem kontinuierlich, diskontinuierlich oder getaktet erfolgt. Die Steuerung der Zuführung der Harnstoffschmelze in das Abgassystem kann dabei beispielsweise durch das Dosiermittel, das Zuführmittel oder eines der Fördermittel erfolgen.
Das Zuführmittel, welches die Harnstoffschmelze in den Abgasstrom einbringt, ist unmittelbar an einem Thermohydrolysereaktor angeordnet, in welchem die Thermohydrolyse des Harnstoffs gemäß den Reaktionsgleichungen (I) und (II) erfolgt. In diesem Thermohydrolysereaktor herrscht eine Temperatur von höher als 200 °C, bevorzugt von rund 300 bis 400 °C. Deshalb besteht an dem Zuführmittel die Gefahr, dass sich die Harnstoffschmelze in dem Zuführmittel zersetzt, wenn sie über einen längeren Zeitraum (beispielsweise nach Ende oder Unterbrechung des Betriebs der Vorrichtung) im Zuführmittel verweilt. Das Zuführmittel könnte auf diese Weise verstopfen. Aufgrund dessen weist die Vorrichtung vorzugsweise mindestens eine Spülvorrichtung auf, die in und/oder an den Bereichen der Vorrichtung, die zum Durchströmen mit Harnstoffschmelze konzipiert sind, angeordnet ist.
Mittels dieser Spülvorrichtung kann eine Spülung des Zuführmittels und der anderen Bereichen der Vorrichtung, die zum Durchströmen mit Harnstoffschmelze konzipiert sind, erfolgen.
Dies ist insbesondere für die Bereiche der Vorrichtung interessant, die beispielsweise aufgrund einer räumlichen Nähe zum Abgassystem eine hohe Aufwärmung beim Betrieb des Verbrennungsmotors erfahren. Zu diesen Bereichen zählt ganz besonders das Zuführmittel.
Die Spülvorrichtung arbeitet vorzugsweise mit Luft als Spülmittel, so dass auf den Einsatz zusätzlicher Spülmittel, welche zusätzliche unerwünschte Substanzen in die Vorrichtung einbringen könnten, verzichtet werden kann.
Es ist in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung denkbar, dass die Spülvorrichtung in Form des zweiten Fördermittels realisiert ist. In diesem Fall wäre das zweite Fördermittel derart ausgestaltet, dass es eine Umkehrung des Fördermittelkreislaufs und dass damit ein Rücksaugen der Harnstoffschmelze aus dem Dosiermittel und/oder dem Zuführmittel sowie den entsprechenden Leitungen bewirken kann.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise mindestens ein Messmittel auf, mittels dessen das Dosiermittel zur Veränderung der Menge der in das Abgassystem zuzuführenden Harnstoffschmelze geregelt wird.
Dazu ist das Messmittel vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es die Volumina, die Volumenströme, die Drücke, die Temperaturen und/oder die Massenströme der Harnstoffschmelze bzw. des Hilfsmediums misst.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise mindestens eine Regelvorrichtung zur Einstellung eines definierten Massenstroms der in das Abgassystem zuzuführenden Harnstoffschmelze auf, wobei der Massenstrom der Harnstoffschmelze vom Lastzustand des Verbrennungsmotors abhängt.
Dazu ist die Regelvorrichtung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie als Messgrößen neben dem Lastzustand des Verbrennungsmotors die Volumina, die Volumenströme, die Drücke, die Temperaturen und/oder die Massenströme der Harnstoffschmelze bzw. des Hilfsmediums verwendet.
Vorzugsweise stellt die Regelvorrichtung als Stellgrößen Parameter des Zuführmittels, des Dosiermittels, des ersten Fördermittels, des zweiten Fördermittels, die Heizleistung der Schmelzvorrichtung, Parameter einer Temperaturreglung des Hilfsmediums und/oder Parameter einer Mengenregelung des Hilfsmedium ein, um so für eine an den Lastzustand des Verbrennungsmotors angepasste Menge an Harnstoffschmelze in das Abgassystem zuzuführen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vorzugsweise zur Verwendung in Kombination mit einem SCR-Katalysator eines Verbrennungsmotors. Dabei ist die Verwendung in einem Kraftfahrzeug (beispielsweise einem Pkw) oder einem Nutzfahrzeug (beispielsweise einem Lkw) besonders vorteilhaft.
Wird die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug angewendet, beträgt der mittlere Massenstrom der in das Abgassystem zugeführten Harnstoffschmelze vorzugsweise 1 bis 500 g/h, insbesondere 1 bis 300 g/h, insbesondere 1 bis 200 g/h, wobei je nach Lastzustand des Verbrennungsmotors stark voneinander unterschiedliche Massenströme in das Abgassystem zugeführt werden müssen.
Wird die Vorrichtung in einem Nutzfahrzeug angewendet, beträgt der mittlere Massenstrom der in das Abgassystem zugeführten Harnstoffschmelze vorzugsweise 30 bis 2000 g/h, insbesondere 30 bis 1500 g/h, insbesondere 30 bis 1000 g/h, wobei je nach Lastzustand des Verbrennungsmotors stark voneinander unterschiedliche Massenströme in das Abgassystem zugeführt werden müssen.
Die Erfindung betrifft auch eine Kartusche mit den Merkmalen des Anspruchs 64, die zur Aufnahme eines Harnstoffvorrats dient. Zur Aufnahme des Harnstoffvorrats weist die Kartusche mindestens einen Hohlraum auf, der von einem Mantel gebildet wird. Die Kartusche ist dazu eingerichtet und vorgesehen, in die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt zu werden und aus der Vorrichtung auch wieder entfernt werden zu können.
Die Kartusche zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass sie ohne Benutzung eines Werkzeugs in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden kann und ebenso aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne ein Werkzeug herausnehmbar ist. Das erleichtert den Kartuschenwechsel erheblich.
Um eine Aufnahme von Wasser oder Wasserdampf durch den hygroskopischen Harnstoff des Harnstoffvorrats in der Kartusche zu vermeiden, ist der Mantel der Kartusche vorzugsweise im Wesentlichen wasserundurchlässig ausgebildet. Als Material für den Mantel kommt insbesondere ein wasserundurchlässiger Kunststoff in Betracht. Je nach Ausgestaltung des Mantels kann die Kartusche in eine andere (Aufnahme-)Kartusche bzw. ein Magazin oder Behälter eingesetzt werden oder auch als selbständiges Element verwendet werden
Da auf den Harnstoffvorrat durch den Betrieb des Verbrennungsmotors bzw. durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor angeordnet ist, Erschütterungen, Rüttelbewegungen, Stöße und/oder ähnliche Schwingungen übertragen werden können, die zu einem Brechen des Harnstoffvorrats – insbesondere wenn dieser als Harnstoffformkörper ausgestaltet ist – führen können, weist der Mantel vorzugsweise ein Material mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften auf. So kann der den Harnstoffvorrat umgebende Mantel Schwingungen, Stöße und vergleichbare Energieeinwirkungen, die auf den Harnstoffvorrat übertragen werden, dämpfen und die Gefahr des Brechens des Harnstoffformkörpers vermeiden oder verringern.
Der Harnstoffvorrat in der Kartusche besteht vorzugsweise aus einem Harnstoffformkörper, der aus gepresstem Harnstoff und/oder aus erstarrter Harnstoffschmelze hergestellt wurde. Dies bringt gegenüber der Verwendung anderer Harnstoffformen (Granulat, Pulver etc.) aufgrund der höheren Dichte und der besseren Raumnutzung eines Formkörpers ein geringeres benötigtes Volumen bei gleicher Harnstoffmasse mit sich.
Die Erfindung betrifft ferner einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 69, der mindestens eine Kammer zur Aufnahme eines Harnstoffvorrats aufweist. Der Behälter ist dazu eingerichtet und vorgesehen, in die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt zu werden und aus der Vorrichtung auch wieder entfernt werden zu können.
Der Behälter ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass er ohne Benutzung eines Werkzeugs in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden kann und ebenso aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne ein Werkzeug herausnehmbar ist. Das erleichtert den Behälterwechsel erheblich.
Vorzugsweise weist der Behälter mindestens zwei voneinander getrennte Kammern auf, die jeweils mit einem separaten Harnstoffvorrat gefüllt sind. Die separaten Harnstoffvorräte können von der erfindungsgemäßen Vorrichtung nacheinander aufgebraucht werden.
Um eine Aufnahme von Wasser oder Wasserdampf durch den hygroskopischen Harnstoff des Harnstoffvorrats im Behälter zu vermeiden, sind der Behälter bzw. die Kammer des Behälters vorzugsweise im Wesentlichen wasserundurchlässig abgedichtet.
Der Harnstoffvorrat im Behälter besteht vorzugsweise aus einem Harnstoffformkörper, der aus gepresstem Harnstoff und/oder aus erstarrter Harnstoffschmelze hergestellt wurde. Dies bringt gegenüber der Verwendung anderer Harnstoffformen (Granulat, Pulver etc.) aufgrund der höheren Dichte und der besseren Raumnutzung eines Formkörpers ein geringeres benötigtes Volumen bei gleicher Harnstoffmasse mit sich.
Bevorzugt liegt der Harnstoffvorrat im Behälter als eine erfindungsgemäße Kartusche vor. Das hat den Vorteil, dass der Harnstoffvorrat des Behälters leicht erneuert werden kann. Sofern eine Kartusche eingesetzt wird, die bereits einen im Wesentlichen wasserundurchlässigen Mantel aufweist, muss der Behälter zudem nicht gesondert gegenüber der Umgebung wasserundurchlässig abgedichtet sein, um den Harnstoff vor Wasser und Wasserdampf aus der Umgebung zu schützen. Wird eine Kartusche in den Behälter eingesetzt, dient der Behälter als Aufnahmekartusche bzw. Magazin.
Damit der Behälter in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewegt werden kann, weist er mindestens eine Transportvorrichtung auf, in die ein Bewegungsmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingreifen kann. Bei Transport- und Bewegungsmittel kann es sich beispielsweise um Zahnräder handeln. So können die einzelnen Kammern des Behälters derart gegenüber der Schmelzvorrichtung positioniert werden, dass der Harnstoffvorrat aus den jeweiligen Kammern in die Schmelzvorrichtung überführbar ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Motors mit den Merkmalen des Anspruchs 76 gelöst. Nach diesem Verfahren wird zumindest teilweise fester Harnstoff eines Harnstoffvorrats zu mindestens einer Schmelzvorrichtung zur Herstellung von Harnstoffschmelze gefördert, und diese Harnstoffschmelze wird anschließend mit mindestens einem Zuführmittel in das Abgassystem des Verbrennungsmotors eingebracht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand nachfolgender Zeichnungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert werden. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors,
3 den Harnstoffvorrat und die Schmelzvorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors,
4a den Harnstoffvorrat und die Schmelzvorrichtung aus 3 in Kombination mit einem drehbaren Behälter,
4b einen Querschnitt durch den drehbaren Behälter aus 4a,
5a eine Anordnung der Schmelzvorrichtung aus 3 in einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in einen Abgasstrom eines Motors und
5b eine Anordnung der Schmelzvorrichtung aus 3 in einer Variante des dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in einen Abgasstrom eines Motors.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Harnstoffzuführungsvorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors. Die Harnstoffzuführungsvorrichtung der 1 weist einen Behälter 1 auf, welcher mit festem Harnstoff 2 als Harnstoffvorrat gefüllt ist. Dieser feste Harnstoff 2 muss rieselfähig sein, er darf nicht zusammenbacken und ferner nahezu keinen Abrieb aufweisen. Daher eignet sich insbesondere Harnstoffgranulat als fester Harnstoff 2, da dieses Harnstoffgranulat die genannten Anforderungen erfüllt. Ebenso kann beschichteter Harnstoff oder hydrophobierter Harnstoff verwendet werden.
Der Behälter 1 ist über eine Harnstoffleitung 3 mit einem Schmelzbehälter 4 verbunden. Eine weitere Verbindung zwischen dem Behälter 1 und dem Schmelzbehälter 4 ist über eine Gaspendelleitung 5 als Druckausgleichsleitung hergestellt. Durch diese Gaspendelleitung 5 wird ein Unterdruck im Behälter 1, der durch eine Entnahme von festem Harnstoff 2 aus dem Harnstoffvorrat entsteht, ausgeglichen.
Im Schmelzbehälter 4 als Schmelzvorrichtung wird der feste Harnstoff 2 zu Harnstoffschmelze 6 geschmolzen. Die Harnstoffschmelze 6 kann mittels einer Pumpe 7 als Fördermittel durch einen Pumpenkreislauf 8 als Fördermittelkreislauf gepumpt werden. Der Pumpenkreislauf 8 besteht aus Rohrleitungen, welche auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Harnstoffs geheizt sind. Eine erste Rohrleitung 8a verbindet den Schmelzbehälter 4 mit der Pumpe 7. Eine zweite Rohrleitung 8b verbindet die Pumpe 7 mit einem Verzweigungspunkt 9, von welchem einerseits eine dritte Rohrleitung 8c wieder zurück zum Schmelzbehälter 4 führt und von welchem andererseits eine vierte Leitung 10 als Zuführungsleitung zu einer Düse 11 als Einbringmittel führt.
In die Düse 11 ist ein Ventil 12 integriert, welches als Dosiermittel fungiert. Je nach Öffnungsgrad des Ventils 12 kann ein bestimmter Anteil der Harnstoffschmelze 6 den Pumpenkreislauf 8 an dem Verzweigungspunkt 9 durch die vierte Leitung 10 verlassen. Dieser Harnstoffanteil durchfließt dann das Ventil 12, um von der Düse 11 in den Thermohydrolysereaktor des SCR-Katalysators 13 eingesprüht bzw. eingedüst zu werden. Durch diesen Thermohydrolysereaktor des SCR-Katalysators 13 strömt das Abgas oder ein Teil des Abgases aus dem Verbrennungsmotor. Bei dem Motor kann es sich beispielsweise um den Motor eines Kraftfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs handeln. Auch ist der Einsatz in einem Schiffsmotor denkbar.
Die Pumpe 7 arbeitet mit konstanter Drehzahl. Das bedeutet, dass der Volumenstrom der Harnstoffschmelze 6 im Pumpenkreislauf 8 konstant ist. Je nach Öffnungsgrad des Ventils 12 wird ein bestimmter Anteil der Harnstoffschmelze 6 aus dem Pumpenkreislauf 8 entnommen. Die Regelung der Menge der in den Thermohydrolysereaktor des SCR-Katalysators 13 einzusprühenden Harnstoffschmelze 6 wird folglich mittels des Ventils 12 und nicht mittels der Pumpe 7 geregelt.
Ist das Ventil 12 vollständig geschlossen, wälzt die Pumpe 7 die Harnstoffschmelze 6 nur im Pumpenkreislauf 8 um. Ist das Ventil 12 hingegen vollständig geöffnet, wird nur ein sehr geringer Anteil der Harnstoffschmelze 6 durch die dritte Leitung 8c wieder in den Schmelzbehälter 4 zurück transportiert. Dieser Anteil ergibt sich aus den spezifischen Charakteristika der dritten Leitung 8c, der vierten Leitung 10, des Ventils 12 und der Düse 11. Hierbei sind insbesondere die von den zuvor genannten Elementen aufgebrachten Rückdrücke zu berücksichtigen.
Die Leitungen 8a, 8b, 8c, 10, durch die die Harnstoffschmelze 6 fließt, müssen ebenso wie der Schmelzbehälter 4, die Pumpe 7, das Ventil 12 und die Düse 11 auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur beheizt werden, damit die Harnstoffschmelze 6 nicht wieder fest wird.
Je nach Verweilzeit und Temperatur in dem System, das die Harnstoffschmelze 6 durchfließt, kann es zur Bildung und Ablagerung von Zersetzungsprodukten des Harnstoffs kommen. Damit diese Ablagerungen aus dem System entfernt werden können, sind im Bereich der zweiten Rohrleitung 8b des Pumpenkreislaufs 8 in Fließrichtung kurz hinter der Pumpe 7 sowie im Bereich der vierten Leitung 10 kurz vor dem Ventil 12 eine erste Spülvorrichtung 14 bzw. eine zweite Spülvorrichtung 15 angeordnet.
Über die erste Spülvorrichtung 14 bzw. über die zweite Spülvorrichtung 15 kann ein Spülmittel in das vom geschmolzenen Harnstoff 6 durchflossene System eingebracht werden. Als Spülmittel bietet sich insbesondere die Verwendung von Luft an. Die durch die Spülvorrichtungen 14 bzw. 15 eingebrachte Luft drückt Harnstoffschmelze 6, welche sich bei Betriebsende noch im System der Zuführungsvorrichtung befindet, aus dem System heraus.
Dadurch wird einerseits verhindert, dass die Harnstoffschmelze 6 in der Harnstoffzuführungsvorrichtung nach Betriebsende erstarrt und vor einer erneuten Inbetriebnahme des Systems zunächst geschmolzen werden muss. Andererseits wird so auch ein Weiterreagieren der Harnstoffschmelze 6 zu Abbauprodukten des Harnstoffs, wie beispielsweise Biuret und Triuret, verhindert. Ein solches Weiterreagieren kann insbesondere in den Bereichen der Harnstoffzuführungsvorrichtung auftreten, die eine hohe Temperatur aufweisen. Dies sind beispielsweise die Düse, die direkt mit dem Abgassystem des Verbrennungsmotors, welches von heißen Abgasen durchströmt wird, in Kontakt steht, sowie weitere Bereiche der Harnstoffzuführungsrichtung, die dicht am Abgassystem des Verbrennungsmotors angeordnet sind und so eine Erwärmung erfahren.
Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Harnstoffzuführungsvorrichtung mit einem Behälter 1, in dem fester Harnstoff 2 in Form von Harnstoffgranulat als Harnstoffvorrat gelagert ist. Bereits in der 1 verwendete Bezugszeichen werden für gleiche Elemente auch in der 2 verwendet.
Am unteren Ende des Behälters 1 ist ein Einlaufspalt 16 angeordnet, über den der Behälter 1 mit einem Schneckenförderer 17 als extruderähnlicher Vorrichtung verbunden ist. Im Inneren des Schneckenförderers 17 ist eine Förderschnecke 18 angeordnet, die von einem Motor 19, der mit der Förderschnecke 18 verbunden ist, angetrieben wird. Die Förderschnecke 18 dient zur Aufnahme von Partikeln des festen Harnstoffs 2 und zum Transport dieser Partikel in Förderrichtung F im Schneckenförderer 17.
Damit die Partikel des festen Harnstoffs 2 aus dem Behälter 1 stets durch den Einlaufspalt 16 in den Schneckenförderer 17 bei Bewegung der Förderschnecke 18 fallen können, ist im Behälter 1 ein Rüttler 20 angeordnet, der eine Rüttelbewegung im Behälter 1 und damit im Harnstoffvorrat vermittelt.
An dem Schneckenförderer 17 ist zudem eine regelbare elektrische Widerstandsheizung 21 als Heizelement angeordnet. Mittels dieser Widerstandsheizung kann der in Förderrichtung F stromabwärts gelegene Abschnitt des Schneckenförderers 17 auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts von Harnstoff beheizt werden. Der Schneckenförderer 17 ist somit gleichzeitig eine erste Fördereinrichtung und eine Schmelzvorrichtung, wobei das Innere des Schneckenförderers 17 eine Feststoffleitung im Sinne der Erfindung darstellt.
Im Betrieb der Harnstoffzuführungsvorrichtung der 2 gelangt der feste Harnstoff 2 aus dem Harnstoffreservoir 1 in den Schneckenförderer 17 und wird in diesem durch die Förderschnecke 18 in Förderrichtung bewegt und dabei gleichzeitig geschmolzen, so dass an dem in Förderrichtung F stromabwärts gelegenen Ende des Schneckenförderers 17 Harnstoffschmelze 6 vorliegt.
An diesem in Förderrichtung F stromabwärts gelegenen Ende des Schneckenförderers 17 ist auch eine Temperaturkontrolleinrichtung 22 angeordnet, die die Temperatur der Harnstoffschmeize 6 kontrolliert. Die Temperaturkontrolleinrichtung 22 ist mit einer Regelung 23 der Widerstandsheizung 21 verbunden. Sobald die Temperatur der Harnstoffschmelze 6 eine vorgegebene Temperatur über- oder unterschreitet, wird die Heizleistung der Widerstandsheizung 21 durch die Regelung 23 erniedrigt bzw. erhöht, so dass die Harnstoffschmelze 6 stets die gewünschte Temperatur aufweist.
Die Harnstoffschmelze 6 tritt aus dem Schneckenförderer 17 in dem Bereich, in dem die Temperaturkontrolieinrichtung 22 am Schneckenförderer 17 angeordnet ist, in eine erste Leitung 8a ein. Diese erste Leitung 8a ist mit einer Pumpe 7 als zweitem Fördermittel verbunden. Die Pumpe 7 saugt die Harnstoffschmelze 6 aus der ersten Leitung 8a und drückt sie in eine zweite Leitung 8b, die mit einer in der 2 nicht dargestellten Düse oder mit einem anderen Einbringmittel zum Einbringen der Harnstoffschmelze 6 in das Abgassystem eines Verbrennungsmotors – äquivalent zu der in der 1 dargestellten Anordnung – verbunden ist.
Wird eine selbstansaugende Düse verwendet, kann auf den Einsatz der Pumpe 7 verzichtet werden. Der Schneckenförderer 17 wird dann vorzugsweise direkt mit der Düse verbunden.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist, anders als beim Ausführungsbeispiel der 1, eine Rückführung des geschmolzenen Harnstoffs in die Schmelzvorrichtung, das heißt in den Schneckenförderer 17, nicht vorgesehen. Vielmehr erfolgt hier eine Regulation der Menge des geschmolzenen Harnstoffs 6, die in den Abgasstrom eingebracht werden soll, über die Drehzahl der Förderschnecke und/oder der Pumpe 7. Auf den Einsatz eines Ventils im Bereich der Zuführungsleitungen, das heißt der ersten Leitung 8a und der zweiten Leitung 8b, zur Begrenzung des Harnstoffstroms kann daher verzichtet werden.
Die 3 zeigt die Schmelzvorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit festem Harnstoff 2, welcher als Harnstoffvorrat in einem Behälter 1 angeordnet ist. Bei der Beschreibung der 3 werden für bereits in den 1 und 2 dargestellte Elemente, welche auch in der 3 enthalten sind, die bereits verwendeten Bezugszeichen benutzt.
Der feste Harnstoff 2 ist vorzugsweise gepresster Harnstoff oder erstarrte Harnstoffschmelze, der oder die als Formkörper geformt sind. Es ist zur Herstellung des Formkörpers sowohl ein Gießverfahren direkt aus der Harnstoffschmelze denkbar als auch ein Gießverfahren aus einer Mischung aus Harnstoffschmelze und Prills. Beim letzteren Verfahren wird die notwendige Kühlzeit verkürzt. Eine Verpressung von festem Harnstoff erfolgt analog zur Brikettherstellung und entspricht einer Presskompaktierung. Es ist auch denkbar, den Harnstoffformkörper durch Extrusion zu gewinnen.
Der Formkörper des festen Harnstoffs 2 weist eine zylindrische Form auf und lässt sich formschlüssig mit den Seitenwänden des Behälters 1 in diesen einführen. Der Behälter 1 hat demgemäß auch eine im Wesentlichen zylindrische Grundform. Er kann teilweise aus elastischem Material gefertigt sein, um elastische Eigenschaften in Teilbereichen des Behälters 1 zu erzeugen.
Der Behälter 1 ist an seinem in Förderrichtung F hinteren Ende offen. Durch dieses offene Ende ragt ein Stempel 24, welcher über eine Dichtung 25 formschlüssig mit den Seitenwänden des Behälters 1 abschließt, in den Behälter 1 hinein. Der Stempel 24 weist dabei an seinem in Förderrichtung F hinteren Ende einen Kolben 26 auf, mittels dessen der Stempel 24 in Förderrichtung F oder entgegen der Förderrichtung F bewegt werden kann.
Durch eine Bewegung des Stempels 24 in Förderrichtung F wird der feste Harnstoff 2 gegen den in Förderrichtung F angeordneten vorderen Bereich des Behälters 1 gedrückt.
In diesem vorderen Bereich des Behälters 1 ist eine Schmelzvorrichtung 27 angeordnet. Diese Schmelzvorrichtung 27 weist mehrere Heizelemente 28 auf, welche in einem Haltematerial fixiert sind. Die spezielle Anordnung der Heizelemente 28 sowie eine nicht dargestellte Steuerungselektronik sorgen für eine der Fahrweise und damit dem Lastzustand des Verbrennungsmotors angepasste Leistungsabgabe durch die Heizelemente 28.
Die Schmelzvorrichtung 27 vermittelt möglichst einen direkten Wärmeübergang auf den aufzuschmelzenden Harnstoff 2 und weist eine möglichst geringe Wärmekapazität auf. Die Schmelzvorrichtung 27 weist ferner eine besonders glatte, vorzugsweise polierte Wandoberfläche auf, um Anbackungen des Harnstoffs 2 oder der Harnstoffschmelze 6 bzw. von Verunreinigungen zu vermeiden. Sie ist darüber hinaus aus einem Material gefertigt, das beständig gegen Harnstoff ist.
Um für eine Reduktion von Zersetzungsreaktionen des Harnstoffs nach Betriebsende der Vorrichtung zu sorgen, kann die Schmelzvorrichtung mit dünnen Kühlleitungen, insbesondere aus dem Bordkühlwassernetz, versehen sein, die ein schnelles Abkühlen der Schmelzvorrichtung 27 bewirken. Solche Kühlleitungen sind in der 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Innerhalb des im Bereich der Schmelzvorrichtung angeordneten Schmelzbereichs S wird der feste Harnstoff 2 durch die Heizelemente 28 der Schmelzvorrichtung 27 geschmolzen. Die dabei entstehende Harnstoffschmelze 6 ist im in Förderrichtung F vordersten Bereich des Behälters 1 bzw. der Schmelzvorrichtung 27 angeordnet.
Die Schmelzvorrichtung 27 weist ferner seitliche Aufweitungen 29 auf. In diese seitlichen Aufweitungen 29 kann die Harnstoffschmelze 6 eindringen, um so eine Selbstabdichtung des Bereichs, in dem die Harnstoffschmelze 6 enthalten ist, von den anderen Bereichen des Behälters 1 zu ermöglichen.
Durch Druck auf den Stempel 24 in Förderrichtung F, welcher durch Betätigung des Kolbens 26 erfolgen kann, wird die Harnstoffschmelze 6 durch die erste Leitung 8a in Pfeilrichtung aus dem Behälter 1 zu einer Pumpe bzw. zum Abgassystem des Verbrennungsmotors gefördert. Für Details dieser Anordnungen wird auf die 5a und 5b verwiesen. Als Material für diese Leitungen bietet sich PEEK(Polyetheretherketon) an, das gegenüber Harnstoff inert ist und auch hohen Drücken gegenüber stabil ist.
Ein Teil der Harnstoffschmelze 6, der nicht in das Abgassystem eingeführt werden soll, kann über die dritten Leitungen 8c in Pfeilrichtung wieder in die Schmelzvorrichtung zurückgeführt werden. Dieser rückgeführte Anteil der Harnstoffschmelze 6 hat dabei einen Energieeintrag durch die von der – nicht dargestellten – Pumpe aufgebrachte Kompressionsenergie erfahren. Diese Energie kann der rückgeführte Anteil der Harnstoffschmelze 6 zum Schmelzen des Harnstoffs in der Schmelzvorrichtung 27 beisteuern.
Es ist auch denkbar, den rückgeführten Anteil der Harnstoffschmelze 6 auf eine etwas höhere Temperatur zu bringen, um so den Aufschmelzvorgang innerhalb der Schmelzvorrichtung 27 zu beschleunigen. Dazu müssten an der dritten Leitung 8c oder einer anderen Leitung, durch die der rückgeführte Anteil der Harnstoffschmelze 6 geführt wird, weitere Heizelemente angeordnet sein.
Die Einheit aus Schmelzvorrichtung, Pumpe und einem Überströmventil, das die Rückführung eines Teils der Harnstoffschmelze in die Schmelzvorrichtung 27 regelt, kann in einem möglichst kompakten Heizblock angeordnet sein.
Die 4a zeigt den Harnstoffvorrat und die Schmelzvorrichtung aus der 3, wobei der Harnstoffvorrat in Form von festem Harnstoff 2 in einem Behälter 1 angeordnet ist, welcher vier Kammern 30 aufweist. Diese Kammern 30 sind voneinander getrennt und dienen jeweils zur Aufnahme eines separaten Harnstoffvorrats. Der Behälter 1 ist drehbar um eine Behälterachse 31 gelagert, so dass jede der Kammern 30 des Behälters 1 so gedreht werden kann, dass der in dieser Kammer 30 befindliche Harnstoffvorrat durch den Stempel 24 in Förderrichtung F zur Schmelzvorrichtung 27 gefördert werden kann.
Auf diese Weise ist es möglich, nachdem der Harnstoffvorrat aus einer der Kammern 30 verbraucht ist, ohne Austausch des Behälters 1 einen weiteren Harnstoffvorrat zum Aufschmelzen in der Schmelzvorrichtung 27 bereitstellen zu können. Erst nachdem alle vier Kammern 30 des Behälters 1 geleert sind, muss ein neuer Behälter 1 in die Harnstoffzuführungsvorrichtung eingesetzt werden.
Der Behälter 1 kann, wie in der 4a dargestellt, direkt mit einem Harnstoffvorrat gefüllt sein und nach dem Verbrauch des Harnstoffvorrats durch einen neuen Behälter 1 ausgetauscht wird, also als Einwegartikel ausgebildet sein. In diesem Fall weist der Behälter 1 vorzugsweise entsprechende Abdichtungen gegenüber Wasser und Wasserdampf auf, damit der hygroskopische Harnstoff kein Wasser aus der Umgebung aufnehmen kann.
Der mit den Kammern 30 versehene Behälter 1 zur Aufnahme des festen Harnstoffs 2 kann auch als Magazin oder Aufnahmekartusche wirken. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn er mit einer oder mehreren separaten Harnstoffkartuschen gefüllt ist. Eine solche, in den Behälter 1 einzusetzende Kartusche muss dabei nicht notwendigerweise durch ein festwandiges Behältnis gebildet sein, sondern kann beispielsweise aus einem Harnstoffformkörper bestehen, der von einem Mantel aus wasserundurchlässigem Material umgeben ist. Ein solches Material könnte beispielsweise eine Kunststofffolie sein. Nach dem Fördern des Harnstoffs aus dem Mantel der Kartusche in die Schmelzvorrichtung bleibt der Mantel der Kartusche dann im Magazin zurück.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung muss der Behälter 1 nicht nach dem Aufbrauchen des Harnstoffvorrats ausgetauscht werden, sondern kann als Mehrwegartikel mit einem neuen Harnstoffvorrat in Form von Harnstoffkartuschen bestückt werden. Bei dieser Neubestückung wird dann der Mantel der jeweiligen geleerten Kartusche aus dem Magazin entfernt. Bei der Verwendung solcher in den Behälter 1 einzusetzenden Kartuschen ist eine möglichst wasserdichte Abdichtung des Behälters 1 gegenüber der Umgebung nicht notwendig, da ein Schutz des hygroskopischen Harnstoffs vor Wasser bereits durch den Mantel, der den Harnstoff umgibt, erreicht wird.
Wird ein weiches, insbesondere schwingungs- und/oder energieabsorbierendes bzw. komprimierbares, Material für den Mantel der Kartusche verwendet, kann der Mantel auch zur Dämpfung von Schwingungen, die durch den Motor oder Fahrbetrieb auf den Harnstoffvorrat übertragen werden, dienen. Auf diese Weise lässt sich die Stabilität der als Harnstoffvorrat eingesetzten Harnstoffformkörper dahingehend erhöhen, dass ein durch die übertragenen Schwingungen möglicherweise verursachtes Brechen dieser Formkörper vermieden wird.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die von einem Mantel umgebene Harnstoffkartusche auch ohne den Einsatz in einen Behälter bzw. in ein Magazin verwendet werden. In diesem Fall muss der Mantel aber eine solche Festigkeit aufweisen, dass er dem beim Fördern des Harnstoffs zur Schmelzvorrichtung 27 hin von dem Stempel 24 aufgebrachten Druck standhält.
Um eine Drehbarkeit des Behälters 1 zu ermöglichen, weist der Behälter 1 an seinen in der 4a seitlich dargestellten Enden, das heißt an den Enden, die in Förderrichtung F vorne bzw. hinten an dem Behälter 1 angeordnet sind, eine Transportvorrichtung 34 auf, die mit einem Bewegungsmittel 35 in Wirkungskontakt steht. Das Bewegungsmittel 35 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb angetrieben und kann seine Bewegung auf die Transportvorrichtung 34 des Behälters 1 übertragen. Die Wirkungsverbindung zwischen der Transportvorrichtung 34 und dem Bewegungsmittel 35 kann dabei ohne apparativen Aufwand unterbrochen werden, so dass eine einfache Auswechselbarkeit des Behälters 1 gewährleistet ist.
Die 4b zeigt einen Querschnitt durch den Behälter 1 der 4a entlang der Linie B-B. Die separaten Kammern 30, welche jeweils mit festem Harnstoff 2 als Harnstoffvorrat gefüllt sind, sind in dieser Darstellung gut zu erkennen. Der Pfeil markiert die Drehrichtung des Behälters 1 um die Drehachse 31. Die Kammern 30 sind vorzugsweise mit Harnstoffformkörpern aus gepresstem Harnstoff oder aus erstarrter Harnstoffschmelze bzw. mit entsprechenden Harnstoffkartuschen gefüllt. Dies hat gegenüber der auch möglichen Verwendung von Harnstoffgranulat, Harnstoffprills, Harnstoffpulver, sphärischen Harnstoffpartikeln und kristallinem Harnstoff den Vorteil, dass keine Hohlräume zwischen den Harnstoffpartikeln bestehen, der gesamte zur Verfügung stehende Raum also besser genutzt ist.
Durch einen mit neuen Kartuschen aufgefüllten bzw. einen ganz neuen Behälter 1 können gleichzeitig mehrere Harnstoffvorräte in die Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff eingesetzt werden. Dies erleichtert die Handhabung der Vorrichtung erheblich. Ein Behälter 1 mit vier Kammern 30, die jeweils eine Zylinderform aufweisen, kann bei einem Durchmesser von 65 mm und einer Länge von 60 cm der einzelnen Kammern 30 eine Menge von 10,5 kg Harnstoff aufnehmen. Werden statt vier Kammern 30 sieben Kammern 30 mit einem Durchmesser von 60 mm und einer jeweiligen Länge von 40 cm verwendet, ist die Aufnahme von 10,6 kg Harnstoff in einem Behälter 1 möglich.
Die 5a zeigt eine Anordnung des Harnstoffvorrats und der Schmelzvorrichtung aus der 3 in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors. Unter Bezugnahme auf die bereits erläuterten 3, 4a und 4b wird hier insbesondere die Zuführung der Harnstoffschmelze 6 aus der Schmelzvorrichtung 27 zum Abgassystem des Verbrennungsmotors dargestellt. Die Harnstoffschmelze 6 wird durch eine Pumpe 7 aus der Schmelzvorrichtung 27 durch eine erste Leitung 8a angesaugt und in eine zweite Leitung 8b weiter gedrückt.
Die Pumpe 7 enthält einen Vorfilter, damit eventuelle Verunreinigungen nicht in die Pumpe gelangen. Sie ist ferner begleitgeheizt und weist eine möglichst geringe Wärmekapazität auf. Um die Leitungen 8a, 8b, 8c, 10 zu beheizen, sind diese Leitungen, die vorzugsweise als Kapillaren ausgeführt sind, direkt zwischen elektrisch selbstlimitierenden Heizbändern angeordnet. Sie lassen sich analog zu einem Kabelbaum bei der Fahrzeugmontage auf einfache Weise verlegen. Alternativ kann die Beheizung auch mit einem geschlossenen Wärmeträgersystem erfolgen.
Aus der zweiten Leitung 8b gelangt die Harnstoffschmelze 6 durch ein Ventil 12 über eine vierte Leitung 10 zu einer Düse 11, durch die die Harnstoffschmelze 6 in das Abgassystem bzw. den Thermohydrolysereaktor 13 des Verbrennungsmotors eingedüst wird.
Mittels des Ventils 12 wird dabei die Menge der einzudüsenden Menge der Harnstoffschmelze 6 geregelt. Dazu ist das Ventil 12 mit einem Regelungsmechanismus, welcher Parameter des Verbrennungsmotors und des Massenstroms der Harnstoffschmelze 6 zur Regelung nutzt, verbunden. Mittels einer dritten Leitung 8c kann der Anteil der Harnstoffschmelze, der nicht über die Düse 11 in das Abgassystem des Verbrennungsmotors eingedüst wird, wieder in die Schmelzvorrichtung 27 zurückgeführt werden. Dabei durchläuft dieser Anteil der Harnstoffschmelze einen Ausgleichsbehälter 32, in welchem ein Anteil an Harnstoffschmelze 6 vorrätig gehalten wird. Dieser im Ausgleichsbehälter 32 vorrätig gehaltene Anteil an Harnstoffschmelze darf nicht zu groß sein, um eine Zersetzung der Harnstoffschmelze durch zu lange Verweilzeit bei hohen Temperaturen zu vermeiden.
Die Düse 11, der Ausgleichsbehälter 32 und das die Rückführung des Harnstoffs regelnde Überströmventil können in ein Bauteil kombiniert werden.
Die Pumpe 7 ist nicht nur mit der ersten Leitung 8a und der zweiten Leitung 8b, sondern auch mit der dritten Leitung 8c verbunden. Damit ist eine Förderung der Harnstoffschmelze 6 aus dem Ausgleichsbehälter 32 wieder zur Düse 11 und damit zum Abgassystem möglich, ohne dass die Harnstoffschmelze 6 zuvor wieder in die Schmelzvorrichtung 27 gefördert werden muss. Die Pumpe 7 ist ferner mit einer Druckkontrolleinrichtung 33 verbunden, welche einerseits den Druck in dem Förderkreislauf der Pumpe 7 misst und andererseits auch die Pumpe 7 derart regeln kann, dass der Druck in dem Förderkreislauf der Pumpe 7 definierte Werte annehmen kann.
Die 5b zeigt eine Anordnung des Harnstoffbehälters und der Schmelzvorrichtung aus der 3, welche mit der Anordnung in der 5a sehr eng verwandt ist. Abweichungen ergeben sich lediglich im Bereich des Förderkreislaufs der Pumpe 7. So ist die Abzweigung zur dritten Leitung 8c, welche die Harnstoffschmelze 6 in die Schmelzvorrichtung 27 wieder zurückführt, bereits kurz in Förderrichtung F hinter der Pumpe 7 angeordnet und nicht erst im Bereich der Düse 11, wie in 5a gezeigt.
Ein Mittel zur Regelung der Menge der in den Abgasstrom über die Düse 11 zuzuführenden Harnstoffschmelze 6 kann durch ein Ventil am Verzweigungspunkt 9 oder durch ein in die Düse 11 integriertes Ventil realisiert sein. Alternativ kann auch in der zweiten Leitung 8b ein weiteres, in der 5b nicht dargestelltes Ventil angeordnet sein.
In den Anordnungen der 5a und 5b kann die Länge der ersten, zweiten und dritten Leitung 8a, 8b, 8c variabel gestaltet werden. Dadurch kann der Abstand zwischen der Düse 11 und der Schmelzvorrichtung 27 den jeweiligen Anforderungen angepasst werden. So ist es denkbar, dass die Düse 11 sehr dicht an der Schmelzvorrichtung 27 angeordnet ist. Ebenso kann ein größerer Abstand zwischen der Schmelzvorrichtung 27 und der Düse 11 bestehen. Um für einen stets guten Durchfluss der Harnstoffschmelze 6 durch die Leitungen 8a, 8b, 8c zu sorgen, müssen diese Leitungen auf eine Temperatur erwärmt werden, die über dem Schmelzpunkt des Harnstoffs liegt. Gleiches gilt für alle anderen Elemente der Vorrichtung, durch die die Harnstoffschmelze 6 strömt.
Die Vorteile des in den 3 bis 5b dargestellten dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Harnstoffzuführungsvorrichtung sind insbesondere darin zu sehen, dass das System gekapselt ist und daher keine Belüftung notwendig ist. Ferner können alle Komponenten der Vorrichtung flexibel positioniert werden. Die Kartusche bzw. der Behälter 1 sind so gestaltet, dass das Einsetzen und das Entfernen der Kartusche bzw. des Behälters 1 in die bzw. aus der Vorrichtung auch für den durchschnittlichen Anwender ohne Fachkenntnisse sehr einfach durchführbar sind. Zudem kann der Behälter 1 als Einwegartikel ausgestaltet sein. Ein geringes Totvolumen und ein hoher Druck innerhalb der Vorrichtung verhindern bzw. verringern außerdem die Harnstoffzersetzung im System.
Der Harnstoffvorrat kann so ausgelegt sein, dass er nur einmal pro Wartungsintervall (ca. 30 000 km) oder dass er bei jedem Tankvorgang aufgefüllt werden muss. Auffüllintervalle zwischen diesen beiden Möglichkeiten sind ebenso denkbar.

1: Behälter
2: fester Harnstoff
3: Harnstoffleitung
4: Schmelzbehälter
5: Gaspendelleitung
6: Harnstoffschmelze
7: Pumpe
8: Pumpenkreislauf
8a: erste Leitung
8b: zweite Leitung
8c: dritte Leitung
9: Verzweigung
10: vierte Leitung
11: Düse
12: Ventil
13: Thermohydrolysereaktor mit SCR-Katalysator
14: erste Spülvorrichtung
15: zweite Spülvorrichtung
16: Einlaufspalt
17: Schneckenförderer
18: Förderschnecke
19: Motor
20: Rüttler
21: Widerstandsheizung
22: Temperaturkontrolleinrichtung
23: Regelung der Widerstandsheizung
24: Stempel
25: Dichtung
26: Kolben
27: Schmelzvorrichtung
28: Heizelement
29: seitliche Aufweitung
30: Kammer
31: Behälterachse
32: Vorratsbehälter
33: Druckkontrolleinrichtung
34: Transportvorrichtung
35: Bewegungsmittel
F: Förderrichtung
S: Schmelzbereich

Claims

Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors, mit a) mindestens einem Harnstoffvorrat (2), wobei der Harnstoff zumindest teilweise fest ist, b) mindestens einer Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) zur Herstellung von Harnstoffschmelze (6) aus dem zumindest teilweise festen Harnstoff, c) mindestens einem ersten Fördermittel (17, 18; 24, 26) zum Fördern des zumindest teilweisen festen Harnstoffs zur Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder zum Fördern der Harnstoffschmelze (6) zum Abgassystem (13) und d) mindestens einem Zuführmittel (11) zum Zuführen der Harnstoffschmelze (6) in das Abgassystem (13).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) einen Anteil an Harnstoffgranulat, Harnstoffprills, Harnstoffpulver, sphärischen Harnstoffpartikeln, kristallinem Harnstoff, Harnstoff-Formkörpern, gepresstem Harnstoff und/oder erstarrter Harnstoffschmelze als Formkörper aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) vollständig fest ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) in einem Behälter (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) mindestens zwei voneinander getrennte Kammern (30) aufweist, in denen jeweils ein Teil des Harnstoffvorrats (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) beweglich um eine Achse (31) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bewegung des Behälters (1) um die Achse (31) jeweils eine andere der mindestens zwei Kammern (30) derart mit der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) in Kontakt gebracht wird, dass der Harnstoff aus dieser Kammer (30) in die Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) gefördert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Bewegungsmittel (35) zur Bewegung des Behälters aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) als auswechselbare Kartusche realisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) mit der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) über mindestens eine Druckausgleichsleitung (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) einen Schmelzbereich (S) aufweist, innerhalb dessen ein Schmelzen des Harnstoffvorrats (2) mittels der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) derart ausgestaltet ist, dass sie den Harnstoffvorrat (2) im Schmelzbereich (S) kontinuierlich oder diskontinuierlich schmilzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Biuretgehalt von kleiner gleich 20 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 12 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 7 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 5 Gewichtsprozent, ganz besonders weniger als 2 Gewichtsprozent aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Wassergehalt von kleiner gleich 30 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 20 Gewichtsprozent, ganz besonders kleiner gleich 10 Gewichtsprozent aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Aldehydgehalt von kleiner gleich 10 mg/kg aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Anteil an freiem Ammoniak von kleiner gleich 3 Gewichtsprozent, insbesondere kleiner gleich 1 Gewichtsprozent, ganz besonders kleiner gleich 0,2 Gewichtsprozent aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen summarischen Anteil an Erdalkalimetallen von kleiner gleich 1,0 mg/kg, insbesondere kleiner gleich 0,7 mg/kg aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen summarischen Anteil an Alkalimetallen von kleiner gleich 0,75 mg/kg, insbesondere von kleiner gleich 0,50 mg/kg aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Anteil an Phosphat von kleiner gleich 0,5 mg/kg, insbesondere von kleiner gleich 0,2 mg/kg aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Anteil an Schwefel von kleiner gleich 2,0 mg/kg, insbesondere kleiner gleich 1,5 mg/kg, ganz besonders kleiner gleich 1,0 mg/kg aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Anteil an anorganisch vorliegendem Chlor von kleiner gleich 2,0 mg/kg, insbesondere kleiner gleich 1,5 mg/kg, ganz besonders kleiner gleich 1,0 mg/kg aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Harnstoff des Harnstoffvorrats (2) mindestens ein Modifikator zugemischt ist, der den Schmelzpunkt des Harnstoffs erniedrigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Modifikator Wasser und/oder mindestens ein Ammoniumsalz, insbesondere Ammoniumcarbonat, Ammoniumformiat, Ammoniumacetat, oder eine Mischung davon aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) mindestens einen Wärmetauscher für die Nutzung der Abgaswärme, mindestens ein auf Verbrennung basierendes Heizelement, mindestens ein elektrisches Heizelement (21, 28) und/oder mindestens eine Dampfheizung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und der Druck in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder in den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, derart eingestellt sind, dass die Harnstoffschmelze (6) im Wesentlichen frei von Gasblasen, insbesondere frei von Ammoniakblasen, Luftblasen, Kohlendioxidblasen und/oder Wasserdampfblasen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Harnstoffschmelze (6) in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder in den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, derart gewählt ist, dass die Harnstoffschmelze (6) im Wesentlichen frei von Gasblasen, insbesondere frei von Ammoniakblasen, Luftblasen, Kohlendioxidblasen und/oder Wasserdampfblasen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die maximale Verweilzeit der Harnstoffschmelze (6) in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) derart begrenzt wird, dass eine Gasentwicklung in der Harnstoffschmelze (6) nur in einem solchen Maß erfolgen kann, dass das entstandene Gas im Wesentlichen vollständig in der Harnstoffschmelze (6) gelöst vorliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die von der Schmelzvorrichtung und/oder von den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, auf den zu schmelzenden Harnstoff einwirkende Energiedichte derart eingestellt ist, dass eine Gasblasenentwicklung in der Harnstoffschmelze (6), insbesondere an den mit dem Harnstoff in Kontakt stehenden Flächen der Schmelzvorrichtung und/oder der Abschnitte (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, im Wesentlichen vermieden wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung die Löslichkeit von Gas der Harnstoffschmelze (6) erhöht wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rückführvorrichtung für in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, entstehende Gase.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder in den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, höher ist als die Schmelztemperatur von Harnstoff bzw. als die Schmelztemperatur des Gemischs aus Harnstoff und Modifikator.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Harnstoffschmelze (6), gemessen bei Standardluftdruck, höher als 135 °C ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder in den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, derart eingestellt ist, dass die Temperatur der Harnstoffschmelze (6) niedriger als 300 °C ist, insbesondere niedriger als 230 °C, insbesondere niedriger als 165 °C, ganz besonders niedriger als 145 °C ist.
Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderung des zumindest teilweise festen Harnstoffs zur Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) und/oder in der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) mittels eines Schneckenförderers (17), insbesondere einer extruderähnlichen Vorrichtung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein zweites Fördermittel (7, 11) zum Fördern der Harnstoffschmelze (6).
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Fördermittel (7, 11) eine Kreiselpumpe, eine Membranpumpe, eine Zahnradpumpe und/oder eine Kolbenpumpe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fördermittel (7, 11) eine Pumpe ist, die mit konstanter Förderleistung arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fördermittel (7, 11) in einem Fördermittelkreislauf (8a, 8b, 9, 8c) angeordnet ist, der derart ausgestaltet ist, dass die Harnstoffschmelze (6) aus der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) entnommen und wieder in die Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) zurückgeführt werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Dosiermittel (12) zum Dosieren der in das Abgassystem (13) zuzuführenden Harnstoffschmelze (6) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermittel (12) an einer Zuführungsleitung (10), die vom Fördermittelkreislauf (8a, 8b, 9, 8c) abgezweigt ist, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass das Dosiermittel (12) die Harnstoffschmelze (6) in einen ersten Anteil, der in die Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) zurückgeführt wird, und einen zweiten Anteil, der dem Abgassystem (13) zugeführt wird, teilt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fördermittel (7, 11) als Dosiermittel (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermittel (12) in das Zuführmittel (11), insbesondere in Form eines regelbaren Ventils und/oder einer regelbaren Düse, integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführmittel (11) mindestens eine Düse, mindestens eine Lochblende und/oder mindestens eine Kapillare aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Düse als Einstoffdüse, Zweistoffdüse, selbstansaugende Zweistoffdüse, Ultraschalldüse, getaktete Düse und/oder Piezodüse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführmittel (11) eine Zweistoffdüse aufweist, die mindestens ein Hilfsmedium für die Verdüsung der Harnstoffschmelze (6) in das Abgassystem nutzt.
Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmedium Luft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft eine Temperatur aufweist, die mindestens so groß ist wie die Temperatur im Abgasstrom (13).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführmittel derart ausgestaltet ist, dass der Durchmesser der von dem Zuführmittel (11) erzeugten Harnstoffschmelzetröpfchen derart bemessen ist, dass die Thermohydrolysereaktion des Harnstoffs im Abgassystem (13) unter optimalen Bedingungen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführmittel (11) derart ausgestaltet ist, dass der Durchmesser der von dem Zuführmittel (11) erzeugten Harnstoffschmelzetröpfen kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner als 1,5 mm, insbesondere kleiner als 500 µm, insbesondere kleiner als 200 µm, ganz insbesondere kleiner als 100 µm ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass das Einbringen der Harnstoffschmelze (6) in das Abgassystem (13) kontinuierlich, diskontinuierlich oder getaktet erfolgt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Spülvorrichtung (14, 15), welche in und/oder an den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülvorrichtung (14, 15) zum Austragen der Harnstoffschmelze (6) aus den Abschnitten (7, 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12, 32) der Vorrichtung, die zum Durchströmen der Harnstoffschmelze (6) eingerichtet sind, dient und so nach Betriebsende eine Erstarrung der Harnstoffschmelze (6) in der Vorrichtung und/oder ein Nachreagieren der Harnstoffschmelze (6) zu Neben- und/oder Zersetzungsprodukten verhindert.
Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff nach einem der Ansprüche 52 oder 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmittel Luft ist.
Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff nach einem der Ansprüche 52 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülvorrichtung (14, 15) in Form des zweiten Fördermittels (7) realisiert ist, wobei das zweite Fördermittel (7) dazu derart ausgestaltet ist, dass zum Spülen ein Rücksaugen der Harnstoffschmelze (6) aus dem Einbringmittel in den Fördermittelkreislauf (8a, 8b, 9, 8c) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Messmittel (22, 33) aufweist, mittels dessen das Dosiermittel (12) zur Veränderung der Menge der in das Abgassystem zuzuführenden Harnstoffschmelze (6) geregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel die Volumina, die Volumenströme, die Drücke, die Temperaturen und/oder die Massenströme der Harnstoffschmelze (6) und/oder des Hilfsmediums misst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Regelvorrichtung zur Einstellung eines in Abhängigkeit vom Lastzustand des Verbrennungsmotors definierten Massenstroms der Harnstoffschmelze (6) in das Abgassystem.
Vorrichtung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung als Messgrößen die Volumina, die Volumenströme, die Temperaturen, die Drücke und/oder die Masseströme der Harnstoffschmelze (6) und/oder des Hilfsmediums verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 58 oder 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung als Stellgrößen Parameter des Zuführmittels (12), des Dosiermittels (11), des ersten Fördermittels (17, 18; 24, 25), des zweiten Fördermittels (7, 11), die Heizleistung der Schmelzvorrichtung (4, 17, 27), Parameter einer Temperaturreglung des Hilfsmediums und/oder Parameter einer Mengenregelung des Hilfsmediums einstellt.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 60 in Kombination mit einem SCR-Katalysator für einen Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Kraftfahrzeug oder Nutzfahrzeug.
Verwendung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kraftfahrzeug der Massenstrom der in das Abgassystem (13) abgegebenen Harnstoffschmelze (6) 1 bis 500 g/h beträgt.
Verwendung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Nutzfahrzeug der Massenstrom der in das Abgassystem (13) abgegebenen Harnstoffschmelze (6) 30 bis 2000 g/h beträgt.
Kartusche, gekennzeichnet durch mindestens einen von einem Mantel gebildeten Hohlraum zur Aufnahme eines Harnstoffvorrats (2), wobei die Kartusche in eine Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 60 einsetzbar und aus einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 60 entfernbar ist.
Kartusche nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass sie in die Vorrichtung werkzeugfrei einsetzbar und aus der Vorrichtung werkzeugfrei entfernbar ist.
Kartusche nach Anspruch 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel im Wesentlichen wasserundurchlässig ist.
Kartusche nach einem der Ansprüche 64 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel ein schwingungsdämpfendes Material aufweist.
Kartusche nach einem der Ansprüche 64 bis 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) in der Kartusche als Harnstoffformkörper aus gepresstem Harnstoff und/oder aus erstarrter Harnstoffschmelze vorliegt.
Behälter (1), gekennzeichnet durch mindestens eine Kammer (30) zur Aufnahme eines Harnstoffvorrats (2), wobei der Behälter (1) in eine Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 60 einsetzbar und aus einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 60 entfernbar ist.
Behälter (1) nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass er in die Vorrichtung werkzeugfrei einsetzbar und aus der Vorrichtung werkzeugfrei entfernbar ist.
Behälter (1) nach Anspruch 69 oder 70, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei voneinander getrennte Kammern (30) zur jeweiligen Aufnahme eines separaten Harnstoffvorrats (2) aufweist.
Behälter (1) nach einem der Ansprüche 69 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) im Behälter (1) im Wesentlichen wasserundurchlässig gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
Behälter (1) nach einem der Ansprüche 69 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) in der Kammer (30) des Behälters (1) als Harnstoffformkörper aus gepresstem Harnstoff und/oder aus erstarrter Harnstoffschmelze vorliegt.
Behälter (1) nach einem der Ansprüche 69 bis 73, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) in der Kammer (30) des Behälters (1) als eine Kartusche nach einem der Ansprüche 64 bis 68 vorliegt.
Behälter (1) nach einem der Ansprüche 69 bis 74, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Transportvorrichtung (34) zur Interaktion mit einem Bewegungsmittel (35) der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 60 aufweist.
Verfahren zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem (13) eines Verbrennungsmotors, bei dem zumindest teilweise fester Harnstoff eines Harnstoffvorrats (2) zu mindestens einer Schmelzvorrichtung (4, 17, 27) zur Herstellung von Harnstoffschmelze (6) gefördert wird und die Harnstoffschmelze (6) anschließend mit mindestens einem Zuführmittel (12) in das Abgassystem (13) eingetragen wird.