WO2008003508A1 - Vorrichtung und verfahren zur zuführung von harnstoff in ein abgassystem eines verbrennungsmotors - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur zuführung von harnstoff in ein abgassystem eines verbrennungsmotors Download PDF

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WO2008003508A1
WO2008003508A1 PCT/EP2007/006003 EP2007006003W WO2008003508A1 WO 2008003508 A1 WO2008003508 A1 WO 2008003508A1 EP 2007006003 W EP2007006003 W EP 2007006003W WO 2008003508 A1 WO2008003508 A1 WO 2008003508A1
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urea melt
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Gerhard Coufal
Andreas Endesfelder
Johannes Fellner
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Ami Agrolinz Melamine International Gmbh
SCHRÖDER, Frank
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Definitions

  • the invention relates to a device for supplying urea in an exhaust system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, the use of this device according to the preamble of claim 61, a cartridge for receiving a urea supply according to the preamble of claim 64 and a method for supplying Urea in an exhaust system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 76.
  • AdBlue is a technology in which an approximately 33% aqueous urea solution is injected into the exhaust system of a motor vehicle and then the nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gases by means of specific catalytic reduction (SCR).
  • SCR specific catalytic reduction
  • the aqueous urea solution is metered into the exhaust system by means of a circulating pump and a nozzle, and the urea solution introduced into the exhaust system is subsequently mixed in a thermohydrolysis reactor according to the following reaction equations (I) and (II) first thermolytically placed in isocyanic acid and NH 3 um, and the isocyanic acid is then hydrolyzed to carbon dioxide and ammonia: (NH 2 ) 2 CO -> NH 3 + HNCO (Thermolysis) (I)
  • the disadvantage here is that - due to the high dilution of urea in the only 33% solution - significant volumes must be promoted.
  • Another disadvantage is that the urea solution freezes at -1 1 0 C and therefore must be provided for sufficient heating, if the SCR catalysis is to be carried out at lower temperatures. This entails considerable technical and energy expenditure in the case of the large volumes to be used.
  • pellets of solid urea are metered into the exhaust system instead of a urea solution.
  • the driving force for metering the pellets into the exhaust system is provided with air from a compressor which feeds the pellets to the thermal hydrolysis reactor. While this process avoids the problem of freezing the urea solution at temperatures below -11 0 C, there is the difficulty that solids are much more difficult to accurately dose compared to liquids.
  • EP 1 607 372 A2 also solid urea particles are metered into the exhaust system.
  • the dosing is done here not by means of a compressed air flow, but by the centrifugal force: urea balls are forced by a rapid rotation of an eccentric disc on a spiral path and then ejected out through a straight outlet piece of the disc.
  • the invention has for its object to provide an apparatus and a method in which the disadvantages of the known from the prior art metering of a urea solution or solid urea are bypassed.
  • Such a device comprises at least one urea reservoir of at least partially solid urea, at least one melting device for melting the at least partially solid urea to a urea melt, at least a first conveying means for conveying the at least partially solid urea to the melting device and / or for conveying the urea melt to the exhaust system and at least one supply means for supplying the urea melt in the exhaust system.
  • a solids pump that pumps the solid urea into the melter may be used as the first conveyor.
  • a screw conveyor, a pressurized stamp or an air jet as a first conveyor is conceivable.
  • urea melt By melting the urea from the urea supply, a liquid phase (urea melt) is obtained, which can be metered into the exhaust gas system in a mass-accurate manner, depending on the concentration of nitrogen oxide. In this way, the high demands on the mass constancy or the sphericity of urea spheres, which are added directly as a solid to the exhaust gas flow, are significantly reduced or lapsed.
  • the urea supply preferably consists of urea granules, urea prills, urea powder, spherical urea particles, crystalline urea, urea shaped bodies and / or urea pressed into shaped bodies or solidified urea melt or a mixture of these urea forms.
  • the urea is completely solid in the urea reservoir.
  • a solid and thus to virtually 100% active ingredient
  • only much smaller storage volumes are required than when using a urea solution (the active ingredient content in AdBlue is only about 33%).
  • the problem of freezing the urea solution at low ambient temperatures is avoided when working with a solid.
  • the urea of the urea supply may also have a water content of, for example, 20%. With such a water content, the urea can still be pressed into a shaped body, for example a block or a bar. That is, the problem of freezing at low outside temperatures of ⁇ -11 0 C does not occur even with such a water-containing urea.
  • a urea with a water content of 20% has the additional advantage that the melting point of the urea is reduced from 133 0 C to about 80 0 C. Consequently, less energy has to be expended for producing a urea melt from a urea with a water content of 20% than is the case with anhydrous urea.
  • the urea is preferably disposed in a container, wherein the container preferably has at least two separate chambers each serving to receive a separate portion of the urea supply.
  • the container is movable or rotatably mounted about an axis.
  • the chambers of the container are preferably arranged so that by a movement of the
  • Container around the axis of each chamber of the container is so associated with the melting device, that the urea supply from this chamber in the
  • Melting device can be transferred. In this way, everyone can be successively
  • Empty chambers of a container A refilling or replacement of the container is only necessary when the urea supply from all chambers of the container is used up. So that a movement of the container can take place through the device, it preferably has moving means, which are driven in particular by a motor.
  • the moving means preferably interact with transport means integrated into the container. This interaction can be done for example by a gear connection when both moving means and means of transport are designed as gears.
  • the container is designed as a cartridge which is used easily and without equipment expense in the device and just as easily can be removed from the device again when the contained urine supply of material is used up.
  • the cartridge preferably no tool is required, so that the average user of the device can make the replacement itself.
  • the container and the melting device are preferably connected to each other by at least one pressure equalization line .
  • This pressure equalization line is not used for the transport of solid urea, but only the gas balance between the two containers, that is, between the container and the melting device.
  • the urea reservoir has a melting range, within which a melting of the urea takes place by means of the melting device.
  • the melting region extends over a certain area of the urea supply.
  • the melting of the urea supply in the melting device is preferably carried out continuously or discontinuously, with continuous melting being particularly preferred.
  • the preferably used urea has only a small proportion of decomposition products and / or impurities, so that the exhaust system is not loaded with substances that do not react to ammonia in a thermohydrolysis of urea and beyond possibly damage components of the engine such as the catalyst.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a biuret content of less than or equal to 20% by weight, in particular less than or equal to 12% by weight, in particular less than or equal to 7% by weight, in particular less than or equal to 5% by weight, very particularly less than 2% by weight.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a water content of less than or equal to 30% by weight, in particular less than or equal to 20% by weight, very particularly less than or equal to 10% by weight.
  • the urea in the urea reservoir preferably has an aldehyde content of less than or equal to 10 mg / kg.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a free ammonia content of less than or equal to 3 percent by weight, in particular less than or equal to 1 percent by weight, very particularly less than or equal to 0.2 percent by weight.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a total content of alkaline earth metals of less than or equal to 1.0 mg / kg, in particular less than or equal to 0.7 mg / kg.
  • the urea in the urea supply preferably has a total content of alkali metals of less than or equal to 0.75 mg / kg, in particular less than or equal to 0.50 mg / kg.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a content of phosphate of less than or equal to 0.5 mg / kg, in particular of less than or equal to 0.2 mg / kg.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a sulfur content of less than or equal to 2.0 mg / kg, in particular less than or equal to 1.5 mg / kg, very particularly less than 1.0 mg / kg.
  • the urea in the urea reservoir preferably has a content of inorganic chlorine of less than or equal to 2.0 mg / kg, in particular less than or equal to 1.5 mg / kg, very particularly less than 1.0 mg / kg.
  • the urea supply does not consist of pure urea, but of a mixture of urea and a modifier.
  • the modifier serves to lower the melting point of the urea.
  • a modifier preferably water and / or one or more substances, in the decomposition of which ammonia is formed, are used.
  • substances are in particular ammonium salts such as ammonium carbonate, ammonium formate and ammonium acetate.
  • ammonium salts of organic acids are suitable as a modifier.
  • Melting of the urea in the melter is achieved by having at least one heating element for heating the melter.
  • This heating element is preferably a heat exchanger for utilizing the heat of the exhaust gas from the exhaust system, a combustion-based heating element, an electrical heating element and / or a steam heater.
  • the pressure and the temperature in the melting device and / or in the elements downstream of the melting device and areas of the device, which are flowed through by the urea melt selected such that the
  • Urea melt is substantially free of gas bubbles. As a gas bubble is doing a
  • gases whose formation in the urea melt or release from the urea melt can cause gas bubble formation come in particular ammonia, air, carbon dioxide and / or
  • Reducing the amount of gaseous ammonia in the urea melt stabilizes the urea melt and increases the decomposition point of the urea.
  • the residence time of the urea melt in the melting device and / or in the elements and regions downstream of the melting device is also preferred Device, which are flowed through by the urea melt, chosen such that the urea melt is substantially free of gas bubbles.
  • Ammonia, air, carbon dioxide and / or water vapor are of primary importance for the gases under consideration.
  • the urea melt can then be considered if already existing or caused by the effect of temperature gases are present only in such an amount that they are substantially completely dissolved in the urea melt.
  • Urea melt are released, but remain essentially dissolved in the urea melt, the energy acting on the urea energy density at the contact surfaces between the heated elements of the device on the one hand and the melted
  • urea and / or urea melt are preferably set correspondingly low.
  • the device is preferably subjected to an additional pressure such that the urea melt is at a higher pressure than the standard air pressure.
  • the device For gases which arise from the urea melt or urea in the melting device or in the regions of the device through which the urea melt flows, the device preferably has a return device, by means of which the gases are returned, for example, to the urea reservoir.
  • gases which comprise in particular ammonia, air, carbon dioxide and / or water vapor, the urea melt is stabilized with regard to the desired extensive freedom from bubbles.
  • the temperature in the melting device is preferably higher than the melting temperature of
  • the urea does not re-solidify after melting, all the other elements through which the molten urea from the melting device to the exhaust gas flow must be promoted - these are the areas or sections of the device, which are adapted to flow through the urea melt and which are also referred to as downstream elements - heated to a temperature higher than the melting temperature of urea or higher than that Melting temperature of the mixture of urea and the modifier is.
  • the elements of the device downstream of the melter, through which the molten urea is conveyed are, for example, a conveyor, a conduit and a supply means.
  • the melting temperature of pure urea is around 133 0 C.
  • the temperature in the urea melt is preferably higher than 135 ° C. to ensure that pure urea is melted in the melter. This temperature refers to a temperature that is measured at standard air pressure.
  • the temperature in the urea melt should not be too high.
  • the temperature in the melting device and the downstream elements is therefore lower than 300 degrees Celsius, especially lower than 230 0 C, in particular lower than 165 ° C and especially lower than 145 0 C.
  • the upper limit of the permissible temperature depends strongly on the residence time the melt in the melting device.
  • the device is preferably designed such that the maximum residence time of the molten urea in the melting device does not exceed a maximum period of time. This maximum period of time can be predetermined and depends, inter alia, on the temperature and pressure prevailing in the melter.
  • the device In order to convey the molten urea out of the melting device or into the melting device again, the device preferably has at least one second conveying means.
  • the device In order to promote the at least partially solid urea from the urea reservoir to the melting device and / or to convey the urea or the urea melt in the melting device, the device preferably has a screw conveyor, which may be configured for example in the form of an extruder-like device.
  • the device For conveying the urea melt out of the melting device to the exhaust system and / or recirculating again before reaching the exhaust system back to the melting device, the device preferably has at least one second conveying means.
  • This second conveyor is in a preferred embodiment of the invention, a centrifugal pump, a diaphragm pump, a gear pump and / or a piston pump.
  • Such pumps are used, for example, in the HPLC technique.
  • the second conveying means is preferably a pump which operates at a constant delivery rate. In this way, inaccuracies resulting from the setting of different pumping speeds are avoided. Also can be dispensed with a control electronics of the pump.
  • the second conveying means is preferably arranged in a conveyor cycle, which begins at the melting device and ends there again, so that urea melt can be removed through the conveyor cycle from the melting device and fed back into the melting device.
  • the device preferably has at least one dosing agent for dosing the quantity of urea to be supplied.
  • the amount of urea which is just necessary in order to generate so much ammonia that the nitrogen oxides can be completely reduced according to reaction equations (III) and (IV) is understood to be "correct”.
  • An oversupply of urea and thus of ammonia in the exhaust gas is undesirable, since this ammonia must be removed again from the exhaust gas flow due to its toxic properties.
  • the actually required amount of urea, which must be supplied to the exhaust gas flow thus results from the fuel consumption of the internal combustion engine and its characteristics, and in particular from the amount of nitrogen oxides generated as a result of the combustion of the fuel.
  • the dosing agent is preferably arranged on a supply line, which is branched off from the conveyor circuit. Alternatively, the dosing may also be integrated directly in the conveyor cycle.
  • the dosing agent preferably serves to divide the molten urea into a first portion and a second portion.
  • the first portion is conveyed back into the melting device in the conveyor cycle.
  • the second portion is supplied to the exhaust system.
  • the second conveyor is designed as a dosing. In this way can be dispensed with a separate component. But it is also possible that the dosing is formed as a separate component and upstream of the supply means.
  • the dosing agent is integrated into the supply means.
  • a component would be a controllable valve and / or a controllable nozzle.
  • the supply means preferably has at least one nozzle, at least one pinhole and / or at least one capillary.
  • the direction and the distribution of the second portion of the urea melt in the exhaust system can be adjusted.
  • a nozzle for example, a fine distribution of the urea melt can be achieved when introduced into the exhaust system.
  • the feed means is configured as a single-substance nozzle, two-substance nozzle, self-aspirating two-substance nozzle, ultrasonic nozzle, clocked nozzle and / or piezoelectric nozzle.
  • a suitable nozzle can be selected depending on the preferred feed distribution of the urea melt.
  • a two-fluid nozzle is used as the feed, which additionally introduces an auxiliary medium into the exhaust gas stream in addition to the molten urea.
  • Such an auxiliary medium may be, for example, air.
  • a better and finer atomization of the urea melt is effected, because the nozzle produces the finest droplets, which can be pyrolyzed very quickly in the exhaust system or in the thermal hydrolysis reactor.
  • the ammonia required for SCR catalysis is supplied very quickly. Delays in the reaction, which require a more complicated control of the urea feed into the exhaust system, are so largely minimized.
  • heated air is used as the auxiliary medium, which has a temperature which is at least as great as the temperature in the exhaust gas stream. This causes an additional energy input into the exhaust system.
  • using cold air as the auxiliary medium would consume some of the energy of the thermal hydrolysis reactor that must be expended for pyrolysis of the urea.
  • the pyrolysis reaction would thus be able to proceed only under suboptimal conditions without additional heating of the thermohydrolysis reactor.
  • the feed means is preferably designed such that the diameter of the urea droplets produced by the urea melt supply means is such that the thermohydrolysis reaction of the urea in the exhaust system or in the thermohydrolysis reactor takes place under optimum conditions. In this way, a high operational reliability of the device is ensured.
  • the feed means is preferably designed such that the diameter of the urea droplets produced by the urea melt feed means is less than 2 mm, in particular less than 1.5 mm, in particular less than 500 ⁇ m, in particular less than 200 ⁇ m and very particularly smaller than 100 ⁇ m.
  • the device is preferably designed in such a way that the feeding of the urea melt into the exhaust system takes place continuously, discontinuously or clocked.
  • the control of the supply of urea melt in the exhaust system can be done for example by the dosing agent, the supply means or one of the funding.
  • thermohydrolysis reactor in which the thermohydrolysis of the urea according to the reaction equations (I) and (II).
  • thermohydrolysis reactor prevails a temperature of higher than 200 0 C, preferably from about 300 to 400 C C. Therefore, there is the danger that the feed agent decomposes the urea melt in the feed, if they over a longer period (for example, after or Interruption of the operation of the device) dwells in the supply means.
  • the delivery means could clog in this way.
  • the device preferably has at least one flushing device, which is arranged in and / or at the areas of the device which are designed to flow through urea melt.
  • this flushing device By means of this flushing device, a flushing of the supply means and the other areas of the device, which are designed to flow through urea melt, take place.
  • the flushing device preferably operates with air as the flushing agent, so that it is possible to dispense with the use of additional flushing agents which could introduce additional undesired substances into the device.
  • the flushing device is realized in the form of the second conveying means.
  • the second conveying means would be designed in such a way that it can bring about a reversal of the conveying-medium circuit and thus a suck-back of the urea melt from the dosing means and / or the feeding means and the corresponding lines.
  • the device preferably has at least one measuring device, by means of which the dosing agent is controlled to change the amount of urea melt to be fed into the exhaust system.
  • the measuring means is preferably designed such that it measures the volumes, the volume flows, the pressures, the temperatures and / or the mass flows of the urea melt or of the auxiliary medium.
  • the device preferably has at least one regulating device for setting a defined mass flow of the urea melt to be fed into the exhaust system, wherein the mass flow of the urea melt depends on the load state of the internal combustion engine.
  • control device is preferably designed such that it uses as measured variables in addition to the load state of the internal combustion engine, the volumes, the volume flows, the pressures, the temperatures and / or the mass flows of the urea melt or the auxiliary medium.
  • control device as parameters of the feed, the dosing, the first conveyor, the second conveyor, the heating power of the melter, parameters of a temperature control of the auxiliary medium and / or parameters of a volume control of the auxiliary medium, so as to the load state of the internal combustion engine adapted amount of urea melt in the exhaust system feed.
  • a device according to the invention is preferably suitable for use in combination with an SCR catalytic converter of an internal combustion engine. It is the Use in a motor vehicle (for example, a car) or a commercial vehicle (for example, a truck) particularly advantageous.
  • the average mass flow rate of the urea melt fed into the exhaust system is preferably 1 to 500 g / h, in particular 1 to 300 g / h, in particular 1 to 200 g / h, depending greatly on the load condition of the internal combustion engine different mass flows must be supplied to the exhaust system.
  • the mean mass flow of the urea melt fed into the exhaust system is preferably 30 to 2000 g / h, in particular 30 to 1500 g / h, in particular 30 to 1000 g / h, depending greatly on the load condition of the internal combustion engine different mass flows must be supplied to the exhaust system.
  • the invention also relates to a cartridge having the features of claim 64, which serves to receive a urea supply.
  • the cartridge For receiving the urea supply, the cartridge has at least one cavity, which is formed by a jacket.
  • the cartridge is designed and intended to be inserted into the inventive device for supplying urea in an exhaust system of an internal combustion engine and to be removed from the device again.
  • the cartridge is preferably characterized in that it can be used without the use of a tool in a device according to the invention and also from a device according to the invention without a tool is removable. This considerably facilitates the cartridge change.
  • the jacket of the cartridge is preferably substantially impermeable to water.
  • a material for the jacket is in particular a water-impermeable plastic into consideration.
  • the cartridge can be used in another (receiving) cartridge or a magazine or container or used as an independent element
  • the jacket Since on the urine supply of material by the operation of the internal combustion engine or by the driving operation of the vehicle in which the internal combustion engine is arranged, vibrations, Vibrating movements, shocks and / or similar vibrations can be transmitted, which can lead to a breakage of the urea reservoir - especially if this is configured as a urea molding - preferably, the jacket has a material with vibration damping properties.
  • the jacket surrounding the urea reservoir can absorb vibrations, shocks and comparable energy effects that are transferred to the urea reservoir and avoid or reduce the risk of breakage of the urea molding.
  • the urea reservoir in the cartridge preferably consists of a urea molding which has been produced from pressed urea and / or solidified urea melt. This brings with respect to the use of other forms of urea (granules, powder, etc.) due to the higher density and the better use of space of a molded body a lower volume required for the same urea mass with it.
  • the invention further relates to a container having the features of claim 69, which has at least one chamber for receiving a urea supply.
  • the container is designed and intended to be inserted into the inventive device for supplying urea in an exhaust system of an internal combustion engine and to be removed from the device again.
  • the container is preferably designed so that it can be used without the use of a tool in a device according to the invention and also from a device according to the invention without a tool is removable. This facilitates the container change considerably.
  • the container has at least two separate chambers, which are each filled with a separate urea reservoir.
  • the separate urea supplies can be used up successively by the device according to the invention.
  • the container or the chamber of the container are preferably sealed substantially impermeable to water.
  • the urea reservoir in the container preferably consists of a urea formed body which has been produced from pressed urea and / or solidified urea melt. This is due to the use of other urea forms (granules, powders etc.) due to the higher density and the better use of space of a molded body with a lower required volume at the same urea mass with it.
  • the H is preferably present in the container in the container as a cartridge according to the invention. This has the advantage that the urea supply of the container can be easily renewed.
  • the container need not be separately sealed against the environment water-impermeable to the urea before
  • the container serves as a receiving cartridge or magazine.
  • the container can be moved in the device according to the invention, it has at least one transport device into which a movement means of the device according to the invention can engage.
  • transport and movement means may be gears.
  • the individual chambers of the container can be positioned relative to the melting device such that the urea reservoir can be transferred from the respective chambers into the melting device.
  • the object underlying the invention is also achieved by a method for supplying urea in an exhaust system of an engine having the features of claim 76.
  • a method for supplying urea in an exhaust system of an engine having the features of claim 76 According to this method, at least partially solid urea of a urea supply is conveyed to at least one melting device for producing urea melt, and this urea melt is then introduced into the exhaust system of the internal combustion engine with at least one feed means.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention for supplying urea in an exhaust system of an internal combustion engine
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a device according to the invention for
  • FIG. 4a shows the urea reservoir and the melting device from FIG. 3 in combination with a rotatable container
  • FIG. 4b shows a cross section through the rotatable container of Fig. 4a
  • Fig. 5a shows an arrangement of the melting apparatus of Fig. 3 in a third
  • Fig. 5b shows an arrangement of the melting apparatus of Fig. 3 in a variant of the third embodiment of a device according to the invention for supplying urea in an exhaust stream of an engine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a urea supply device according to the invention for supplying urea in an exhaust system of an internal combustion engine.
  • the urea supply device of Figure 1 comprises a container 1, which is filled with solid urea 2 as a urea reservoir.
  • This solid urea 2 must be free-flowing, it must not cake together and also have almost no abrasion. Therefore, in particular urea granules are suitable as solid urea 2, since this urea granules meets the requirements mentioned.
  • coated urea or hydrophobized urea can be used.
  • the container 1 is connected via a urea line 3 with a melting container 4. Another connection between the container 1 and the melt container 4 is made via a gas displacement line 5 as a pressure equalization line. Through this gas displacement line 5, a negative pressure in the container 1, which is formed by a removal of solid urea 2 from the urine st off stock compensated.
  • the solid urea 2 is melted into urea melt 6.
  • the urea melt 6 can be pumped by means of a pump 7 as a conveyor through a pump circuit 8 as a conveyor cycle.
  • the pump circuit 8 consists of pipelines which are heated to temperatures above the melting point of the urea.
  • a first pipe 8a connects the melting tank 4 to the pump 7.
  • a second pipe 8b connects the pump 7 to a branching point 9, from which on the one hand a third pipe 8c again leads back to the melting vessel 4 and from which on the other hand, a fourth line 10 leads as a supply line to a nozzle 11 as a delivery means.
  • a valve 12 is integrated, which acts as a dosing.
  • a certain proportion of the urea melt 6 the
  • This urea fraction then flows through the valve 12 to move from the nozzle 11 in the
  • Thermohydrolyserea ktor the SCR catalyst 13 to be sprayed or injected.
  • the exhaust gas or a part of the exhaust gas flows out of the internal combustion engine.
  • the engine may, for example, be the engine of a motor vehicle or commercial vehicle. Also, the use in a marine engine is conceivable.
  • the pump 7 operates at a constant speed. This means that the volume flow of the urea melt 6 in the pump circuit 8 is constant. Depending on the degree of opening of the valve 12, a certain proportion of the urea melt 6 is removed from the pump circuit 8.
  • the control of the amount of urea melt 6 to be injected into the thermohydrolysis reactor of the SCR catalytic converter 13 is consequently regulated by means of the valve 12 and not by means of the pump 7.
  • valve 12 If the valve 12 is completely closed, the pump 7 circulates the urea melt 6 only in the pump circuit 8. If, on the other hand, the valve 12 is completely opened, only a very small proportion of the urea melt 6 is transported back into the melt container 4 through the third line 8c. This proportion results from the specific characteristics of the third line 8c, the fourth line 10, the valve 12 and the nozzle 11. Here, in particular, the back pressures applied by the aforementioned elements are to be considered.
  • the lines 8a, 8b, 8c, 10, through which the urea melt 6 flows, as well as the melt container 4, the pump 7, the valve 12 and the nozzle 11 must be heated to a temperature above the melting temperature, so that the urea melt 6 not again becomes firm.
  • a first flushing device 14 and a second flushing device 15 are arranged.
  • a flushing agent can be introduced into the system through which molten urea 6 flows.
  • a rinsing agent is particularly the use of air.
  • the introduced through the flushing devices 14 and 15 air urea melt 6, which is still in the system of the feeder at the end of the operation, out of the system.
  • the urea melt 6 in the urea supply device solidifies after the end of the operation and must first be melted before restarting the system.
  • further reacting of the urea melt 6 to decomposition products of the urea is thus prevented.
  • Such further reaction may occur especially in the regions of the urea supply device which have a high temperature. These are, for example, the nozzle, which is in direct contact with the exhaust system of the internal combustion engine, which is flowed through by hot exhaust gases, and other areas of the urea supply direction, which are arranged close to the exhaust system of the internal combustion engine and thus undergo heating.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a urea supply device according to the invention with a container 1, is stored in the solid urea 2 in the form of urea granules as urea stock. Reference numerals already used in FIG. 1 are also used in FIG. 2 for the same elements.
  • an inlet gap 16 is arranged, via which the container 1 is connected to a screw conveyor 17 as an extruder-like device.
  • a screw conveyor 18 is arranged, which is driven by a motor 19 which is connected to the screw conveyor 18.
  • the screw conveyor 18 serves to receive particles of the solid urea 2 and to transport these particles in the conveying direction F in the screw conveyor 17.
  • a vibrator 20 is arranged in the container 1, which mediates a shaking movement in the container 1 and thus in the urea supply.
  • On the screw conveyor 17 also has a controllable electrical resistance heater 21 is arranged as a heating element. By means of this resistance heating of downstream in the conveying direction F section of the screw conveyor 17 can be heated to temperatures above the melting point of urea.
  • the screw conveyor 17 is thus simultaneously a first conveyor and a melting device, wherein the interior of the screw conveyor 17 is a solid line in the context of the invention.
  • the solid urea 2 passes from the urea reservoir 1 in the screw conveyor 17 and is moved in this by the screw conveyor 18 in the conveying direction and thereby melted simultaneously, so that at the downstream in the conveying direction F end of the screw conveyor 17 urea melt 6 is present.
  • the temperature control device 22 is with a control
  • Resistance heating 21 is lowered or increased by the control 23, so that the urea melt 6 always has the desired temperature.
  • the urea melt 6 enters the first line 8 a from the screw conveyor 17 in the region in which the temperature control device 22 is arranged on the screw conveyor 17.
  • This first line 8a is connected to a pump 7 as a second conveyor.
  • the pump 7 sucks the urea melt 6 from the first line 8a and pushes them into a second line 8b, which is connected to a nozzle not shown in FIG. 2 or with another introduction means for introducing the urea melt 6 into the exhaust system of an internal combustion engine in the figure 1 arrangement - is connected.
  • the use of the pump 7 can be dispensed with.
  • the screw conveyor 17 is then preferably connected directly to the nozzle.
  • the use of a valve in the region of the supply lines, that is, the first line 8a and the second line 8b, to limit the urea flow can therefore be dispensed with.
  • FIG. 3 shows the melting apparatus of a third exemplary embodiment of a device according to the invention for supplying urea to an exhaust system of a combustion engine with solid urea 2, which is arranged as a urea supply in a container 1.
  • solid urea 2 which is arranged as a urea supply in a container 1.
  • the solid urea 2 is preferably pressed urea or solidified urea melt, which is molded as a shaped body. It is for the production of the molding both a casting process directly from the urea melt conceivable as well as a casting process of a mixture of urea melt and prills. In the latter method, the necessary cooling time is shortened.
  • a compression of solid urea is analogous to the briquette production and corresponds to a Presskom pakt réelle. It is also conceivable to obtain the urea molding by extrusion.
  • the shaped body of the solid urea 2 has a cylindrical shape and can be positively inserted with the side walls of the container 1 in this.
  • the container 1 accordingly also has a substantially cylindrical basic shape. It may be partially made of elastic material to produce elastic properties in portions of the container 1.
  • the container 1 is open at its rear end in the conveying direction F. Through this open end protrudes a punch 24, which closes positively via a seal 25 with the side walls of the container 1, into the container 1 into it.
  • the plunger 24 in this case has a piston 26 at its rear end in the conveying direction F, by means of which the plunger 24 can be moved in the conveying direction F or counter to the conveying direction F.
  • the solid urea 2 is pressed against the front region of the container 1 arranged in the conveying direction F.
  • a melting device 27 is arranged in this front region of the container 1.
  • This melting device 27 has a plurality of heating elements 28 which are fixed in a holding material.
  • the special arrangement of the heating elements 28 and not one shown control electronics provide for the driving style and thus the load condition of the engine adapted power output by the heating elements 28th
  • the melting device 27 mediates as possible a direct heat transfer to the urea 2 to be melted and has the lowest possible heat capacity.
  • the melting device 27 also has a particularly smooth, preferably polished wall surface in order to prevent caking of the urea 2 or the urea melt 6 or impurities. It is also made of a material that is resistant to urea.
  • the melting device may be provided with thin cooling lines, in particular from the on-board cooling water network, which cause a rapid cooling of the melting device 27.
  • Such cooling lines are not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
  • the solid urea 2 is melted by the heating elements 28 of the melting device 27.
  • the resulting urea melt 6 is arranged in the conveying direction F foremost region of the container 1 and the melting device 27.
  • the melting device 27 also has lateral widenings 29. In these lateral widenings 29, the urea melt 6 can penetrate, so as to allow a self-sealing of the area in which the urea melt 6 is contained, from the other areas of the container 1.
  • the urea melt 6 is conveyed through the first line 8a in the arrow direction from the container 1 to a pump or to the exhaust system of the internal combustion engine.
  • the material used for these lines is PEEK (polyether ether ketone), which is inert to urea and stable even at high pressures.
  • This recycled portion of the urea melt 6 has an energy input by the - not shown - pump applied compression energy Experienced. This energy, the recycled portion of the urea melt 6 contribute to the melting of urea in the melting device 27.
  • the unit of melting device, pump and an overflow valve, which regulates the return of a portion of the urea melt in the melting device 27 may be arranged in a compact as possible heating block.
  • FIG. 4 a shows the urea reservoir and the melting device from FIG. 3, wherein the urea reservoir in the form of solid urea 2 is arranged in a container 1 which has four chambers 30. These chambers 30 are separated from each other and each serve to receive a separate urea supply.
  • the container 1 is rotatable about one
  • each of the chambers 30 of the container 1 can be rotated so that the urea reservoir located in this chamber 30 can be promoted by the punch 24 in the conveying direction F to the melting device 27.
  • the container 1 can be filled directly with a urea supply and after the consumption of the urea supply is replaced by a new container 1, that is to say be designed as a disposable article.
  • the container 1 preferably has corresponding seals against water and water vapor, so that the hygroscopic urea can not absorb water from the environment.
  • the provided with the chambers 30 container 1 for receiving the solid urea 2 can also act as a magazine or recording cartridge. This is especially the case when it is filled with one or more separate urea cartridges.
  • a solid container may be formed, but may for example consist of a urea molded body, which is surrounded by a sheath of water-impermeable material. Such a material could for example be a plastic film.
  • the container 1 does not have to be replaced after the consumption of urea reservoir, but can be fitted as a reusable article with a new urea reservoir in the form of urea cartridges. In this reassembly then the jacket of each emptied cartridge is removed from the magazine. When using such cartridges to be inserted into the container 1, the most watertight sealing of the container 1 with respect to the environment is not necessary, since protection of the hygroscopic urea from water is already achieved by the jacket which surrounds the urea.
  • the jacket can also serve to dampen vibrations that are transmitted by the engine or driving on the urea reservoir. In this way, it is possible to increase the stability of the urea molded body used as urea reservoir to the extent that a breakage of this shaped body possibly caused by the transmitted vibrations is avoided.
  • the urea cartridge surrounded by a jacket can also be used without the use in a container or in a magazine.
  • the jacket must have such a strength that it can withstand the pressure applied by the punch 24 when conveying the urea to the melting device 27.
  • the container 1 In order to enable a rotation of the container 1, the container 1 at its in the figure 4a laterally illustrated ends, that is, at the ends, which are arranged in the conveying direction F front or rear of the container 1, a transport device 34 which with a moving means 35 is in operative contact.
  • the movement means 35 is driven by a drive, not shown, and can transmit its movement to the transport device 34 of the container 1.
  • the operative connection between the transport device 34 and the movement means 35 can thereby without apparativen Effort be interrupted, so that a simple interchangeability of the container 1 is guaranteed.
  • FIG. 4b shows a cross-section through the container 1 of FIG. 4a along the line B-B.
  • the separate chambers 30, which are respectively filled with solid urea 2 as urea substance supply, are clearly visible in this illustration.
  • the arrow marks the direction of rotation of the container 1 about the axis of rotation 31.
  • the chambers 30 are preferably filled with urea molded bodies of pressed urea or of solidified urea melt or with corresponding urea cartridges. This has the advantage over the possible use of urea granules, urea prills, urea powder, spherical urea particles and crystalline urea that there are no voids between the urea particles, so the entire available space is better used.
  • a container 1 with four chambers 30, each having a cylindrical shape can accommodate a quantity of 10.5 kg of urea at a diameter of 65 mm and a length of 60 cm of the individual chambers 30. If instead of four chambers 30 seven chambers 30 with a diameter of 60 mm and a respective length of 40 cm are used, it is possible to take up 10.6 kg of urea in a container 1.
  • FIG. 5a shows an arrangement of the urea supply and the melting device from FIG. 3 in a device according to the invention for supplying urea into a system according to the invention
  • FIGS 3, 4a and 4b is here in particular the supply of urea melt 6 from the
  • Urea melt 6 is sucked by a pump 7 from the melting device 27 through a first line 8a and further pressed into a second line 8b.
  • the pump 7 contains a pre-filter, so that any impurities do not get into the pump. It is also accompanied by heating and has the lowest possible heat capacity.
  • these lines which are preferably designed as capillaries, are arranged directly between electrically self-limiting heating bands. They can be analogous to a harness during vehicle assembly on easy way to lay. Alternatively, the heating can also be done with a closed heat transfer system.
  • the urea melt 6 passes through a valve 12 via a fourth line 10 to a nozzle 11, through which the urea melt 6 is injected into the exhaust system or the thermohydrolysis reactor 13 of the internal combustion engine.
  • valve 12 By means of the valve 12 while the amount of adopteddüsenden amount of urea melt 6 is regulated.
  • the valve 12 is connected to a control mechanism which uses parameters of the internal combustion engine and of the mass flow of the urea melt 6 for regulation.
  • a third line 8c the portion of the urea melt which is not injected via the nozzle 11 into the exhaust system of the internal combustion engine can be returned to the melting device 27 again.
  • this portion of the urea melt passes through a surge tank 32, in which a proportion of urea melt 6 is kept in stock. This stock held in the surge tank 32 content of urea melt may not be too large to avoid decomposition of the urea melt by excessively long residence time at high temperatures.
  • the nozzle 11, the surge tank 32, and the overflow valve controlling urea recirculation can be combined into one component.
  • the pump 7 is not only connected to the first line 8a and the second line 8b, but also to the third line 8c. Thus, a promotion of urea melt 6 from the surge tank 32 back to the nozzle 11 and thus to the exhaust system is possible without the urea melt 6 must be previously promoted back into the melting device 27.
  • the pump 7 is further connected to a pressure control device 33, which on the one hand measures the pressure in the delivery circuit of the pump 7 and on the other hand, the pump 7 can regulate such that the pressure in the delivery circuit of the pump 7 can assume defined values.
  • Figure 5b shows an arrangement of the urea container and the melting apparatus of Figure 3, which is very closely related to the arrangement in Figure 5a. Deviations only occur in the region of the delivery circuit of the pump 7.
  • the branch to the third line 8c which recirculates the urea melt 6 back into the melting device 27, is already arranged shortly downstream of the pump 7 in the conveying direction F and not only in the region of the nozzle 11 as shown in Figure 5a.
  • a means for controlling the amount of urea melt 6 to be supplied into the exhaust stream via the nozzle 11 may be realized by a valve at the branching point 9 or by a valve integrated in the nozzle 11. Alternatively, another valve, not shown in FIG. 5b, can also be arranged in the second line 8b.
  • the length of the first, second and third conduits 8a, 8b, 8c can be made variable.
  • the distance between the nozzle 11 and the melting device 27 can be adapted to the respective requirements.
  • the nozzle 11 is arranged very close to the melting device 27.
  • a greater distance between the melting device 27 and the nozzle 11 may exist.
  • these lines must be heated to a temperature which is above the melting point of the urea. The same applies to all other elements of the device through which the urea melt 6 flows.
  • FIGS. 3 to 5b The advantages of the third embodiment of a urea supply device according to the invention shown in FIGS. 3 to 5b can be seen in particular in the fact that the system is encapsulated and therefore no ventilation is necessary. Furthermore, all components of the device can be flexibly positioned.
  • the cartridge or the container 1 are designed so that the insertion and removal of the cartridge or the container 1 in or out of the device are very easy to perform even for the average user without specialist knowledge.
  • the container 1 can be configured as a disposable article. Low dead volume and high pressure within the device also prevent or reduce the urea decomposition in the system.
  • the urea supply may be designed to be replenished only once per maintenance interval (approximately 30,000 km) or to be refilled during each refueling operation. Refill intervals between these two options are also conceivable.

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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 teilweisen 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

Vorrichtung und Verfahren zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines
Verbrennungsmotors
Beschreibung
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 (NOx) 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 um gesetzt, 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:
4 NO + 4 NH3 -» 4 N2 + 6 H2O (III)
NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O (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 -1 1 0C 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 0C 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 0C 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 0C auf ca. 80 0C 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 Harn Stoffvorrat 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 Harnstoffschmelze 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 0C.
Die Temperatur in der Harnstoffschmelze ist vorzugsweise höher als 135 0C, 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 0C, insbesondere niedriger als 165 °C und ganz besonders niedriger als 145 0C. 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 Harnstoff schmelze 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 Harnstoff schmelze 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 0C, bevorzugt von rund 300 bis 400 CC. 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 Harnstoff schmelze 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 Harn Stoffvorrat 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 Hamstoffvorrat 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 H am Stoffvorrat 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:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors,
Fig. 3 den Harnstoffvorrat und die Schmelzvorrichtung eines dritten
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors, Fig. 4a den Harnstoffvorrat und die Schmelzvorrichtung aus Fig. 3 in Kombination mit einem drehbaren Behälter,
Fig. 4b einen Querschnitt durch den drehbaren Behälter aus Fig. 4a,
Fig. 5a eine Anordnung der Schmelzvorrichtung aus Fig. 3 in einem dritten
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in einen Abgasstrom eines Motors und
Fig. 5b eine Anordnung der Schmelzvorrichtung aus Fig. 3 in einer Variante des dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in einen Abgasstrom eines Motors.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Harnstoffzuführungsvorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors. Die Harnstoffzuführungsvorrichtung der Figur 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 Harn st off Vorrat 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 Figur 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 Figur 1 verwendete Bezugszeichen werden für gleiche Elemente auch in der Figur 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 Figur 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
Harnstoffschmelze 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 Temperaturkontrolleinrichtung 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 Figur 2 nicht dargestellten Düse oder mit einem anderen Einbringmittel zum Einbringen der Harnstoffschmelze 6 in das Abgassystem eines Verbrennungsmotors - äquivalent zu der in der Figur 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 Figur 2 ist, anders als beim Ausführungsbeispiel der Figur 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 Figur 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 Figur 3 werden für bereits in den Figuren 1 und 2 dargestellte Elemente, welche auch in der Figur 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 Presskom paktierung. 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 Figur 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 Figuren 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 Figur 4a zeigt den Harnstoffvorrat und die Schmelzvorrichtung aus der Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 4b zeigt einen Querschnitt durch den Behälter 1 der Figur 4a entlang der Linie B- B. Die separaten Kammern 30, welche jeweils mit festem Harnstoff 2 als Harn Stoffvorrat 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 Figur 5a zeigt eine Anordnung des Harnstoffvorrats und der Schmelzvorrichtung aus der Figur 3 in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff in ein
Abgassystem eines Verbrennungsmotors. Unter Bezugnahme auf die bereits erläuterten
Figuren 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 Figur 5b zeigt eine Anordnung des Harnstoffbehälters und der Schmelzvorrichtung aus der Figur 3, welche mit der Anordnung in der Figur 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 Figur 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 Figur 5b nicht dargestelltes Ventil angeordnet sein.
In den Anordnungen der Figuren 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 Figuren 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.
* * * * * Bezugszeichenliste
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

Patentansprüche
1. 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).
2. 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.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) vollständig fest ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffvorrat (2) in einem Behälter (1) angeordnet ist.
5. 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.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) beweglich um eine Achse (31) gelagert ist.
7. 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.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadu rch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Bewegungsmittel (35) zur Bewegung des Behälters aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) als auswechselbare Kartusche realisiert ist.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff im Harnstoffvorrat (2) einen Aldehydgehalt von kleiner gleich 10 mg/kg aufweist.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. 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.
20. 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.
21. 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.
22. 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.
23. 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.
24. 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.
25. 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 Harn st off schmelze (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.
26. 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.
27. 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.
28. 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.
29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung die Löslichkeit von Gas der Harnstoffschmelze (6) erhöht wird.
30. 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.
31. 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.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Harnstoffschmelze (6), gemessen bei Standardluftdruck, höher als 135 0C ist.
33. 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 0C ist, insbesondere niedriger als 230 0C, insbesondere niedriger als 165 °C, ganz besonders niedriger als 145 0C ist.
34. 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.
35. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein zweites Fördermittel (7, 11) zum Fördern der Harnstoffschmelze (6).
36. 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.
37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fördermittel (7, 11) eine Pumpe ist, die mit konstanter Förderleistung arbeitet.
38. 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.
39. 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.
40. 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.
41. 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.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fördermittel (7, 11) als Dosiermittel (12) ausgebildet ist.
43. 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.
44. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführmittel (11) mindestens eine Düse, mindestens eine Lochblende und/oder mindestens eine Kapillare aufweist.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Düse als Einstoffdüse, Zweistoffdüse, selbstansaugende Zweistoffdüse, Ultraschalldüse, getaktete Düse und/oder Piezodüse ausgebildet ist.
46. 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.
47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmedium Luft ist.
48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft eine Temperatur aufweist, die mindestens so groß ist wie die Temperatur im Abgasstrom (13).
49. 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.
50. 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.
51. 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.
52. 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.
53. 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.
54. Vorrichtung zur Zuführung von Harnstoff nach einem der Ansprüche 52 oder 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmittel Luft ist.
55. 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.
56. 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.
57. 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.
58. 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.
59. 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.
60. 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.
61. 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.
62. 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.
63. 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.
64. 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.
65. Kartusche nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass sie in die Vorrichtung werkzeugfrei einsetzbar und aus der Vorrichtung werkzeugfrei entfernbar ist.
66. Kartusche nach Anspruch 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel im Wesentlichen wasserundurchlässig ist.
67. Kartusche nach einem der Ansprüche 64 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel ein schwingungsdämpfendes Material aufweist.
68. 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.
69. 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.
70. Behälter (1) nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass er in die Vorrichtung werkzeugfrei einsetzbar und aus der Vorrichtung werkzeugfrei entfernbar ist.
71. Behälter (1) nach Anspruch 69 oder 70, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei voneinander getrennte Kammern (30) zur jeweiligen Aufnahme eines separaten Harn Stoffvorrats (2) aufweist.
72. 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.
73. 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.
74. 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.
75. 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.
76. 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.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2639421A1 (de) * 2012-03-13 2013-09-18 Peugeot Citroën Automobiles Sa Vorratsbehälter und Verfahren zur Erkennung eines Behältertausches
WO2013146722A1 (ja) 2012-03-28 2013-10-03 富士フイルム株式会社 活性光線硬化型インクジェットインク組成物及びその製造方法、インクジェット記録方法、並びに、印刷物
CN110436480A (zh) * 2019-08-14 2019-11-12 中国华电科工集团有限公司 一种循环扰动尿素水解装置及操作方法
US11732628B1 (en) 2020-08-12 2023-08-22 Old World Industries, Llc Diesel exhaust fluid

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009013664B4 (de) * 2009-03-23 2014-01-02 Borgwarner Beru Systems Gmbh System zum Einleiten von Kraftstoffen in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs und Kraftstoffverdampfer hierfür
DE102009060286A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Volkswagen AG, 38440 Fahrzeug mit einer, ein SCR-Katalysatorsystem aufweisenden Abgasanlage
DE102011108213A1 (de) * 2011-07-21 2013-01-24 Audi Ag Beheizbarer Reduktionsmitteltank
US20230349312A1 (en) * 2019-12-31 2023-11-02 Weichai Power Co., Ltd. Method for detecting urea consumption deviation, and vehicle post-processing system

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5809775A (en) * 1997-04-02 1998-09-22 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing NOx emissions from an engine by selective catalytic reduction utilizing solid reagents
EP0878608A2 (de) * 1997-05-13 1998-11-18 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Stickoxidreduktion im Abgas einer Verbrennungseinrichtung
US5884475A (en) * 1994-09-13 1999-03-23 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for introducing liquid into an exhaust-gas purification system
DE19754135A1 (de) * 1997-12-05 1999-06-10 Palas Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von in einem Gas enthaltenen Stickoxiden
DE19825148A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-09 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren und Vorrichtung zur Stickoxid-Reduktion mittels Harnstoff in mit Katalysatoren ausgerüsteten Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere auf Kraftfahrzeugen
EP1199097A1 (de) * 2000-10-19 2002-04-24 Hydraulik-Ring GmbH Einrichtung zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren
DE10148880A1 (de) * 2000-10-06 2002-08-14 Toyota Motor Co Ltd Verbrennungsmotorabgassteuerungssystem und -verfahren
WO2005042935A1 (en) * 2003-10-27 2005-05-12 Volvo Lastvagnar Ab Protecting device
WO2005054638A1 (en) * 2003-12-04 2005-06-16 Volvo Lastvagnar Ab Device for heating
EP1656986A1 (de) * 2004-11-15 2006-05-17 Pankl Emission Control Systems GmbH Harnstoffdosiervorrichtung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3580163B2 (ja) * 1998-06-04 2004-10-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2000027626A (ja) * 1998-07-15 2000-01-25 Toyota Motor Corp 内燃機関の還元剤供給装置
DE10323591A1 (de) * 2003-05-16 2004-12-02 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases aus einem Sublimationsgut

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5884475A (en) * 1994-09-13 1999-03-23 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for introducing liquid into an exhaust-gas purification system
US5809775A (en) * 1997-04-02 1998-09-22 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing NOx emissions from an engine by selective catalytic reduction utilizing solid reagents
EP0878608A2 (de) * 1997-05-13 1998-11-18 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Stickoxidreduktion im Abgas einer Verbrennungseinrichtung
DE19754135A1 (de) * 1997-12-05 1999-06-10 Palas Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von in einem Gas enthaltenen Stickoxiden
DE19825148A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-09 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren und Vorrichtung zur Stickoxid-Reduktion mittels Harnstoff in mit Katalysatoren ausgerüsteten Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere auf Kraftfahrzeugen
DE10148880A1 (de) * 2000-10-06 2002-08-14 Toyota Motor Co Ltd Verbrennungsmotorabgassteuerungssystem und -verfahren
EP1199097A1 (de) * 2000-10-19 2002-04-24 Hydraulik-Ring GmbH Einrichtung zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren
WO2005042935A1 (en) * 2003-10-27 2005-05-12 Volvo Lastvagnar Ab Protecting device
WO2005054638A1 (en) * 2003-12-04 2005-06-16 Volvo Lastvagnar Ab Device for heating
EP1656986A1 (de) * 2004-11-15 2006-05-17 Pankl Emission Control Systems GmbH Harnstoffdosiervorrichtung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2639421A1 (de) * 2012-03-13 2013-09-18 Peugeot Citroën Automobiles Sa Vorratsbehälter und Verfahren zur Erkennung eines Behältertausches
FR2988134A1 (fr) * 2012-03-13 2013-09-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Reservoir de stockage et procede de detection de changement de reservoir
WO2013146722A1 (ja) 2012-03-28 2013-10-03 富士フイルム株式会社 活性光線硬化型インクジェットインク組成物及びその製造方法、インクジェット記録方法、並びに、印刷物
CN110436480A (zh) * 2019-08-14 2019-11-12 中国华电科工集团有限公司 一种循环扰动尿素水解装置及操作方法
US11732628B1 (en) 2020-08-12 2023-08-22 Old World Industries, Llc Diesel exhaust fluid

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