DE102007022678A1

DE102007022678A1 - Ammonia based exhaust gas re-treatment unit feeds gaseous ammonia directly into exhaust gas flow of internal combustion, preferably diesel, engine; exhaust gas flows through exhaust tract free of urea-water vapor and urea-water solution

Info

Publication number: DE102007022678A1
Application number: DE102007022678A
Authority: DE
Inventors: Dieter Maisch; Hartmut Weber
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-13

Abstract

The unit (1) is supplied with a liquid urea solution and feeds gaseous ammonia directly into an exhaust gas flow of an internal combustion engine, preferably a diesel engine, whereby in particularly the exhaust gas flow flows through an exhaust tract that is free of urea-water vapor and urea-water solution. An independent claim is also included for a method of reducing nitric oxides in exhaust gases.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinheit, die eine harnstoffhaltige Lösung, insbesondere eine Harnstoffwasserlösung eingangsseitig verwendet, damit sie stickoxidreduzierenden Ammoniak dem Abgasstrom, der über einen Katalysator geführt sein kann, beisetzt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein geeignetes Verfahren zum Reinigen von Abgasströmen aus Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren.The The present invention relates to an exhaust aftertreatment unit, the one urea-containing solution, in particular a urea water solution used on the input side, so they nitrogen oxide-reducing ammonia the exhaust stream, which passed over a catalyst may be buried. Furthermore, the present invention relates a suitable method for purifying exhaust gas streams from internal combustion engines, especially diesel engines.

Seit Jahrzehnten ist es bekannt, Ammoniak dazu zu verwenden, insbesondere mittels katalytischer Reduktion, den Stickoxidanteil im Abgasstrom von Verbrennungseinrichtungen, wie zum Beispiel Kraftwerkskesseln, zu verwenden. In diesem Zusammenhang sei insbesondere auf die deutschen Schutzrechte DE 34 31 961 A1 , DE 37 89 816 T2 , DE 38 79 244 T3 , DE 692 20 969 T2 , DE 693 09 874 T2 , DE 695 11 854 T2 und DE 607 11 031 T2 verwiesen. Daneben seien noch die beiden Druckschriften JP 81 64 323 und JP 81 64 324 angeführt. Obwohl die DE 697 11 031 T2 Bezug auf Verbrennungsmotoren nimmt, erscheinen sich die aufgeführten deutschen Schutzrechte insbesondere auf die Kraftwerkstechnik zu beziehen. Im Gegensatz zu der Kraftfahrzeugtechnik gilt es in der Kraftwerkstechnik als unproblematisch, direkt mit Ammoniak zu arbeiten, um die Stickoxide im Abgasstrom außerhalb des Reaktors bzw. des Erhitzungskessels zu reduzieren. Aus Sicherheitsüberlegungen soll der Ammoniakanteil im Kraftfahrzeug möglichst gering gehalten werden. Überwachungsstellen für die Zulassung von Kraftfahrzeugen drängen darauf, technische Lösungen für Fahrzeuge zu entwickeln, die möglichst ohne Gase und Gasdruckgefäße auskommen.For decades it has been known to use ammonia, in particular by means of catalytic reduction, to use the proportion of nitrogen oxide in the exhaust gas stream of combustion devices, such as power plant boilers. In this context, in particular, the German property rights DE 34 31 961 A1 . DE 37 89 816 T2 . DE 38 79 244 T3 . DE 692 20 969 T2 . DE 693 09 874 T2 . DE 695 11 854 T2 and DE 607 11 031 T2 directed. In addition, there are the two pamphlets JP 81 64 323 and JP 81 64 324 cited. Although the DE 697 11 031 T2 With regard to combustion engines, the listed German property rights appear to refer in particular to power plant technology. In contrast to motor vehicle technology, it is unproblematic in power plant technology to work directly with ammonia in order to reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas stream outside the reactor or the heating boiler. For safety reasons, the ammonia content in the motor vehicle should be kept as low as possible. Inspection bodies for the registration of motor vehicles are pushing for the development of technical solutions for vehicles that manage as far as possible without gases and gas pressure vessels.

Aus diesem Grund sind bisher Abgasnachbehandlungseinheiten entwickelt worden, die eine Harnstofflösung oder ein chemisches Alternativprodukt, das unter zahlreichen verschiedenen Namen von der chemischen Industrie und Tankstellenbetreibern angeboten wird, in den Abgasstrom nach der Verbrennungskraftmaschine und vor einem, insbesondere Speicher-, Katalysator eindosiert. Die gesamte Medienstrecke, angefangen von dem Vorratstank, bis in den Abgasstrom wird mit der wässrigen Lösung betrieben. Erst im Abgasstrom selbst, durch die Energie des Abgasstromes, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstromes, werden die tröpfchenförmig eingebrachten Abgasnachbehandlungsmedien verwirbelt, zerstäubt und verdampft. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vereinfacht von einer Harnstoffwasserlösung gesprochen, auch wenn damit die alternativen chemischen Mediengestaltungen gemeint sind. Das Verfahren erfordert eine entsprechend ausreichende Strecke zwischen Eindosierungspunkt und dem Anfang des Speicherkatalysators. In vielen Lastkraftwagen wird diese Strecke mit wenigstens einem Meter angesetzt. Zwischen der Eindosierungsstelle und dem Speicherkatalysator befindet sich ein zusätzliches, häufig besonders aerodynamisch gestaltetes, Abgasrohr, in dessen Verlauf die Abgastemperatur sinkt, die aber notwendig ist, um die einzelnen, eindosierten flüssigen Tröpfchen des Abgasnachbehandlungsmediums, wie zum Beispiel eine 32,5%ige Harnstoffwasserlösung, in Ammoniak für den Speicherkatalysator aufzubereiten.Out For this reason, exhaust aftertreatment units have been developed so far containing a urea solution or a chemical alternative product, that under many different names from the chemical industry and gas station operators is offered, in the exhaust stream after the internal combustion engine and one, in particular storage, Catalyst metered. The entire media stretch, starting from the storage tank until in the exhaust stream is with the aqueous Solution operated. Only in the exhaust stream itself, through the Energy of the exhaust stream, in particular the flow velocity the exhaust stream, which are introduced in droplets Exhaust aftertreatment media swirls, atomizes and vaporizes. For the purposes of the present invention is simplified by a urea water solution even if it means the alternative chemical media designs are meant. The method requires a correspondingly sufficient Distance between dosing point and the beginning of the storage catalytic converter. In many trucks this route will be with at least one Meter attached. Between the dosing point and the storage catalyst is an additional, often special aerodynamically designed, exhaust pipe, during which the exhaust gas temperature drops, but which is necessary to the individual, metered liquid Droplets of the exhaust aftertreatment medium, such as a 32.5% urea water solution, in ammonia for to prepare the storage catalyst.

Bei Personenkraftfahrzeugen, insbesondere der Kleinwagenkategorie, ist ein Abgasstrang von einem Meter, der nur für die Verwirblung der Tröpfchen vorzuhalten ist, unerwünscht.at Passenger vehicles, especially the small car category is an exhaust pipe of one meter, only for the Verwirblung of the droplets is undesirable.

Es ist also zu überlegen, wie den Sicherheitsanforderungen in Kraftfahrzeugen Genüge getan werden kann und gleichzeitig der Stickoxidanteil in Abgasstrom reduzierbar ist. Es sollte eine Abgasnachbehandlungseinheit entwickelbar sein, die auch in kleineren Personenkraftwagen verbaubar ist.It So, think about it, like the security requirements can be done in motor vehicles and at the same time the proportion of nitrogen oxide in the exhaust gas flow can be reduced. It should be one Exhaust after treatment unit be developable, which also in smaller Passenger car is buildable.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinheit gemäß Hauptanspruch gelöst. Ein geeignetes Verfahren zur Reinigung des Abgases von Kraftfahrzeugen wird in dem Verfahrensanspruch 11 dargestellt.The The object of the invention is achieved by an exhaust aftertreatment unit solved according to the main claim. A suitable one A method for purifying the exhaust gas of motor vehicles is in the Process claim 11 shown.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.advantageous Further developments are the dependent claims refer to.

Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit sitzt mit wesentlichen Teilen im unmittelbaren Nahbereich des Abgastraktes, dem Auspuffrohren und Auspuffkatalysatoren. Die Abgasnachbehandlungseinheit wird mit einer flüssigen Lösung versorgt. Die flüssige Lösung verwendet Harnstoff, zum Beispiel 32,5%, oder eine äquivalent wirkende chemische, insbesondere künstlich geschaffene, Verbindung. Die Abgasnachbehandlungseinheit gibt in dem Abgasstrom gasförmiges Ammoniak ab. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird von der Abgabe von gasförmigem Ammoniak gesprochen, wenn der Ammoniakanteil des Abgebenden, dem Edukt, höher liegt, als der Anteil, der als flüssige Harnstofflösung vorhanden ist. Eine besonders geeignete Abgasnachbehandlungseinheit gibt nahezu alle Bestandteile nach der allgemeinen Hydrolyse-Gleichung ab: CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂ An exhaust aftertreatment unit according to the invention sits with essential parts in the immediate vicinity of the exhaust gas tract, the exhaust pipes and exhaust catalysts. The exhaust aftertreatment unit is supplied with a liquid solution. The liquid solution uses urea, for example 32.5%, or an equivalent chemical, in particular artificially created, compound. The exhaust aftertreatment unit emits gaseous ammonia in the exhaust gas stream. In the context of the present invention is spoken of the release of gaseous ammonia, when the ammonia content of the donor, the educt, is higher than the proportion which is present as a liquid urea solution. A particularly suitable exhaust aftertreatment unit emits almost all components according to the general hydrolysis equation: CO (NH ₂ ) ₂ + H ₂ O → 2NH ₃ + CO ₂

Wie aus der Hydrolyse-Gleichung abzuleiten ist, gibt die Abgasnachbehandlungseinheit in den Abgasstrom Ammoniak und Kohlendioxid ab. Das Edukt kann noch geringe Mengen flüssiger Harnstofflösung beinhalten, der Anteil ist aber so gering, dass er keinen wesentlichen Einfluss auf die katalytische Reduktion, insbesondere im Speicherkatalysator, hat. Er liegt in einem gut eingestellten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem im ppm-Bereich. So geringe Anteile im Abgasstrom können als harnstoffwasserverdampfungsfrei und harnstoffwasserlösungsfrei bezeichnet werden.As can be deduced from the hydrolysis equation, the exhaust aftertreatment unit releases ammonia and carbon dioxide into the exhaust stream. The educt may still contain small amounts of liquid urea solution, but the proportion is so low that it has no significant effect on the catalytic reduction, in particular in the storage catalyst. He is in a well adjusted according to the invention exhaust aftertreatment system in the ppm range. Such small proportions in the exhaust gas stream can be referred to as urea-water vapor-free and urea-water-free.

Durch das Eingasen des Ammoniaks, anstelle der bisher bekannten wässrigen Harnstofflösung, erübrigt es sich, eine Verwirblungsstrecke der Tröpfen vorzuhalten. Das Ammoniak kann unmittelbar vor dem Katalysator eingebracht werden, hierbei bedeutet unmittelbar, dass die Eingasungsstelle weniger als 10 cm, vorzugsweise sogar weniger als 5 cm, von den äußeren Grenzen des Speicherkatalysators entfernt liegen. Der wabenartige Speicherkatalysator fängt also ca. 5 bis 10 cm hinter der Eingasungsstelle an. Auf der anderen Seite arbeitet eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit weiterhin mit der flüssigen Harnstofflösung, für die zum Anmeldezeitpunkt vorliegender Erfindung schon ein weit verzweigtes Tankstellen- und Versorgungsnetz existiert. Die früher untersuchten Ammoniakvergaser haben bisher mit Feststoffspeichern gearbeitet, so dass die Bedienbarkeit und Dosierbarkeit zu wünschen übrig ließ. Demgegenüber lassen sich Flüssigkeiten elektromechanisch leichter dosieren, denn eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit muss so ausgelegt sein, dass sie Kleinstmengen dosieren kann. Eine Ausgestaltung sieht zum Beispiel vor, dass die Abgasnachbehandlungseinheit mit acht Litern Harnstoffwasserlösung pro Stunde auskommt und diese mit einer Abweichung von weniger als 10% dosieren kann. Die Abgabe der flüssigen Harnstoffwasserlösung ist in einem so geringen Anteil vorhanden, dass quasi von einem harnstoffwasserverdampfungsfreien und harnstoffwasserlösungsfreien Abgasstrang gesprochen werden kann.By the Eingasen of ammonia, instead of the previously known aqueous Urea solution, it is unnecessary, a Verwirblungsstrecke to hold up to the dripping. The ammonia can be immediate be introduced before the catalyst, this means immediately, that the point of injection less than 10 cm, preferably even less than 5 cm, from the outer limits of the Storage catalyst located away. The honeycomb storage catalyst begins So about 5 to 10 cm behind the Eingasungsstelle on. On the other Side operates an exhaust aftertreatment unit according to the invention continue with the liquid urea solution, for at the time of application of the present invention already a very branched Gas station and supply network exists. The sooner investigated ammonia gasifier have so far with solid storage worked, so that the usability and dosing left much to be desired. In contrast, liquids can be electromechanical easier to dose, because an inventive Exhaust after-treatment unit must be designed to handle very small quantities can dose. An embodiment provides, for example, that the Exhaust after-treatment unit with eight liters of urea water solution per hour and this with a deviation of less than Can dose 10%. The delivery of the liquid urea water solution is present in such a small proportion that, so to speak, of one urea-water-evaporation-free and urea-water-solution-free Exhaust system can be spoken.

Die Abgasmenge hängt von dem Betriebspunkt des Dieselmotors ab. Das bedeutet, das Ammoniak muss so in den Auspuff oder den Abgasstrang eingasen, dass in Abhängigkeit der Abgasmenge und der Abgastemperatur der sich permanent verändernde, also instationäre, NO_x-Anteil reduziert wird. Die Stickoxidumsetzung wird noch durch den vorhandenen Speicherkatalysator gefördert. Der Speicherkatalysator kann vorübergehend das Ammoniak einlagern, um es bei höheren Stickoxidanteilen im Abgasstrom wieder zur Verfügung zu stellen.The amount of exhaust gas depends on the operating point of the diesel engine. This means that the ammonia must be injected into the exhaust pipe or the exhaust line in such a way that, depending on the amount of exhaust gas and the exhaust gas temperature, the constantly changing, ie transient, NO _x content is reduced. The nitrogen oxide reaction is still promoted by the existing storage catalyst. The storage catalytic converter can temporarily store the ammonia in order to make it available again at higher nitrogen oxide contents in the exhaust gas flow.

Die Abgasnachbehandlungseinheit ist so gestaltet, dass die Harnstoffwasserlösung innerhalb von weniger als 100 ms in das gasförmige Ammoniak in ausreichender Menge umgewandelt werden kann. Hierzu sind die Vergasungsstrecke und die Vergasungsenergieaufeinander abgestimmt.The Exhaust after-treatment unit is designed so that the urea water solution within less than 100 ms in the gaseous ammonia in sufficient amount can be converted. These are the gasification section and the gasification energies matched each other.

Beim erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem mit entsprechender Abgasnachbehandlungseinheit findet die Vergasung der im übrigen Fahrzeug flüssig vorhandenen Lösung, die das Abgasnachbehandlungsmedium darstellt, überwiegend außerhalb des Auspuffrohres und der im Auspuffrohr angeordneten Töpfe statt. Die Vergasung findet in einem Vorbauteil statt, das an den Abgasstrang angebaut werden kann. Eingangs- und ausgangsseitig kann das Anbauteil mit elektromagnetisch anzusteuernden Ventilen, entweder als Schwarz-Weiß-Ventil oder als Durchflusssteuerungsventil, ausgestattet werden, damit die Einleitung in den Vergasungsabschnitt des Anbauteils und die Ausleitung des Ammoniaks aus dem Vergasungsabschnitt des Anbauteils gesteuert werden kann. Die Dosiergenauigkeit ist – forderungsgemäß – sehr hoch. Hierdurch lässt sich das unkontrollierte Auslaufen des Vorratstanks der on-board-Harnstoff-Wasser-Lösung über den Abgasstrang verhindern.At the Exhaust aftertreatment system according to the invention corresponding exhaust aftertreatment unit finds the gasification the remainder of the vehicle liquid solution, which represents the exhaust aftertreatment medium, mostly outside the exhaust pipe and the pots arranged in the exhaust pipe instead of. The gasification takes place in a Vorbauteil, to the Exhaust line can be grown. Input and output side can the attachment with electromagnetically controlled valves, either as a black and white valve or as a flow control valve, be equipped to allow the introduction into the gasification section of the attachment and the discharge of ammonia from the gasification section of the attachment can be controlled. The dosing accuracy is - according to the requirements - very high. This allows the uncontrolled leakage the storage tank of the on-board urea-water solution over prevent the exhaust system.

Die Vergasung der flüssigen Harnstofflösung erfolgt unter Nutzung der im Abgasstrom vorhandenen thermischen Energie, der Wärme des Abgasstroms, weil der Abgasstrom an besonders geeigneten Stellen Temperaturen oberhalb von 550°C aufweist. Vorzugsweise ist die Abgasnachbehandlungseinheit aber so gestaltet, dass kein wesentlicher Druckabfall für den Abgasstrom durch ein Strömungshindernis entsteht. Das bedeutet, die Strömungsenergie des Abgasstromes strömt ungenutzt an dem Anbauteil möglichst vollständig vorbei und hat keinen Einfluss auf die Verdampfungsrate. Ein Druckabfall bzw. eine Druckdifferenz von weniger als 0,1 bar, in einigen Ausgestaltungen weniger als 0,3 bar, lässt sich so einhalten.The Gasification of the liquid urea solution takes place using the thermal energy present in the exhaust gas stream, the heat of the exhaust stream, because the exhaust stream to particularly suitable locations temperatures above 550 ° C has. Preferably, however, the exhaust aftertreatment unit is designed that no significant pressure drop for the exhaust gas flow through a flow obstacle arises. That means the flow energy the exhaust gas stream flows unused to the attachment as possible completely over and does not affect the evaporation rate. A pressure drop or a pressure difference of less than 0.1 bar, in some embodiments, less than 0.3 bar, can be so comply.

Durch Vergasung außerhalb des Abgasstranges kann die Strecke zwischen Zusatzpunkt des Abgasnachbehandlungsmediums und dem Anfang des Speicherkatalysators deutlich verkürzt werden. So können Ausgestaltungen entworfen werden, in denen unmittelbar vor dem Speicherkatalysator, als weniger als 10 cm von dem Speicherkatalysator, vorzugsweise am Ende des Abgaskrümmers oder am Anfang des Speicherkatalysatortropfes, die Eingasungsstelle liegt.By Gasification outside the exhaust line may be the route between additional point of the exhaust aftertreatment medium and the beginning of the Storage catalyst can be significantly shortened. So can Designed in which, immediately in front of the storage catalytic converter, less than 10 cm from the storage catalyst, preferably at the end of the exhaust manifold or at the beginning of the storage catalyst drop, the Eingasungsstelle lies.

Das Katalysatorgehäuse ist rundlich oder oval. In einer Ausgestaltung ist es ein länglicher Topf. Der längliche Topf läuft an seinen beiden längsaxialen Enden auf das Abgasrohr zusammen. Die Form nur des zusammenlaufenden Abschnitts des Katalysatortopfes ist trichterförmig mit oval angeordneter Schräge. Dadurch, dass der Topf den Abgasstrang zum Speicherkatalysator hin aufweitet, wird eine Vergleichmäßigung des Abgasstromes erzeugt. Gleichzeitig ist der Topf soweit aufgeweitet, dass ein ausreichendes Volumen für den Speicherkatalysator zur Verfügung gestellt werden kann. In dem Bereich des „Trichters" des Katalysatortopfes kann die Eingasungsstelle angeordnet werden.The Catalyst housing is round or oval. In one embodiment it is an elongated pot. The elongated pot runs on at its two longitudinal axial ends the exhaust pipe together. The shape of only the converging section the catalyst pot is funnel-shaped with oval arranged slope. The fact that the pot out the exhaust line to the storage catalyst out expands, is a homogenization of the exhaust gas flow generated. At the same time, the pot is widened so far that a sufficient volume for the storage catalyst available can be made. In the area of the "funnel" of the Catalyst pot, the Eingasungsstelle can be arranged.

Sollte die thermische Energie aus dem Abgasstrom allein nicht ausreichend sein je nach Gestaltung des Harnstoff-Wasser-Verdampfers, so kann zusätzliche Verdampfungsenergie von außen in die Abgasnachbehandlungseinheit eingebracht werden. Durch eine geschlossene Kammer, die schaltbar zu öffnen ist, kann nach einem Drucktopfprinzip die Verdampfung der Harnstoffwasserlösung gefördert werden. Als besonders geeignete Mittel zum Einbringen von zusätzlich benötigter Energie haben sich Glühelemente, Glühtöpfe und elektrisch betreibbare Heizspindel erwiesen, weil an diesen ein Zusetzen mit Harnstoffkristallen zuverlässig unterbunden bleibt. Vorteilhaft sind die wärmeführenden Teile der Vergasungseinheit möglichst gut wärmeleitfähig, zum Beispiel können sie aus einem Metal mit gutem Wärmeleitfaktor gefertigt sein.Should the thermal energy from the Ab Gas flow alone may not be sufficient depending on the design of the urea-water evaporator, so additional evaporation energy can be introduced from the outside into the exhaust aftertreatment unit. By a closed chamber, which is switchable to open, the evaporation of the urea water solution can be promoted according to a pressure pot principle. As a particularly suitable means for introducing additionally required energy, glow elements, annealing pots and electrically operable heating spindle have proven, because this reliably prevents clogging with urea crystals. Advantageously, the heat-conducting parts of the gasification unit are as good as possible thermally conductive, for example, they can be made of a metal with good thermal conductivity factor.

Nach einer Ausgestaltung kann die Vergasung der flüssigen Harnstoff-Wasserlösung und Umwandlung in Ammoniak entlang eines länglichen, insbesondere rohrförmig gestalteten, Kanals erfolgen. Der Kanal kann als Spiralrohr oder längliches Rohr dargestellt sein. Am Ende tritt das Ammoniak in den Abgasstrom aus. Durch die Strömungsverhältnisse vor der Spitze des Kanals nimmt der Abgasstrom immer die richtige Menge Ammoniak mit. Je nach geometrischer Einstellung zwischen Auslassöffnung des Kanals, den zu erwartenden Abgasmengen und der Größe des Speicherkatalysators kann ein vorübergehender Speicherladebetrieb entworfen werden. Alternativ lässt sich eine dochtähnliche Gestaltung der Verdampfungseinheit der Abgasnachbehandlungseinheit konzipieren, wobei der Docht mit einer solchen Oberfläche gestaltet ist, dass aus den kapillaren Mikroporen des Dochtes ebenfalls eine ausreichende Menge Ammoniak ausströmen kann. Der Docht kann sich nach einer Ausgestaltung aus mehreren Einzeldochten zusammensetzen. Alternativ kann auch ein Gewebe an Stelle des Dochtes verwendet werden, das Mikroporeneigenschaften aufweist. Durch die geometrischen Verhältnisse nimmt der Abgasstrom in weiten Variantsbereichen selbstständig nahezu eine ausreichende Menge Ammoniak mit.To In one embodiment, the gasification of the liquid urea-water solution and conversion into ammonia along an elongated, in particular tubular shaped, made channels. The channel can be shown as a spiral tube or elongated tube. At the At the end, the ammonia exits into the exhaust gas stream. By the flow conditions before At the top of the channel, the exhaust flow always takes the right amount Ammonia with. Depending on the geometric setting between the outlet opening of the channel, the expected exhaust gas quantities and the size the storage catalytic converter may be a temporary storage charging operation be designed. Alternatively, a wick-like Design of the evaporation unit of the exhaust aftertreatment unit design, taking the wick with such a surface is designed that from the capillary micropores of the wick as well a sufficient amount of ammonia can escape. The wick can be composed according to an embodiment of several single wicks. Alternatively, a fabric may be used instead of the wick which has microporous properties. Through the geometric Conditions takes the exhaust gas flow in wide Variantsbereichen independently with almost a sufficient amount of ammonia with.

Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit kann dazu benutzt werden, die Stickoxidbelastung, insbesondere von Dieselmotoren, dadurch zu reduzieren, dass die flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung erst in Ammoniak durch ein Vergasungsprinzip umgewandelt wird, bevor es in den Kraftfahrzeug- Abgasstrang eingelassen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren, außerhalb des bisher klassisch bekannten Abgasstranges die Ammoniakproduktion unmittelbar in der Nähe des Abgasstranges durchzuführen, verkürzt die beanspruchten Abgasrohrstrecken. Weiterhin zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren einen Vorteil bei der Oxidation des Abgasstranges, denn es wird kein Wasser in den Abgasstrang mehr in nennenswerter Menge eingebracht. Der Abgasstrang ist in der Regel aus nicht edlen Metallen gefertigt, die häufig eine kurze Lebensdauer haben, die sich durch die Durchrostdicke des Bleches des Abgasstranges bestimmt. Weniger Wasser im Abgasstrang bedeutet eine längere Lebensdauer.A Exhaust gas aftertreatment unit according to the invention used to reduce the nitrogen oxide load, in particular of diesel engines, thereby reducing the liquid urea-water solution only in ammonia is converted by a gasification principle before it is embedded in the motor vehicle exhaust system. The invention Process, outside the previously known classically exhaust line the ammonia production immediately near the exhaust line To perform, shortens the claimed exhaust pipe sections. Furthermore, a method according to the invention an advantage in the oxidation of the exhaust line, because it will no water in the exhaust system more in significant amount introduced. The exhaust system is usually made of non-precious metals, which often have a short life span the through-grate thickness of the sheet of Abgasstranges determined. Fewer Water in the exhaust system means a longer life.

Die Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobeiThe Invention can be better understood when reference to the enclosed figures, wherein

1 eine erste Ausführungsform einer Vergasungseinheit an einem Abgasstrang zeigt, 1 shows a first embodiment of a gasification unit on an exhaust line,

2 eine zweite Ausführungsform einer Vergasungseinheit an einem Abgasstrang zeigt, 2 shows a second embodiment of a gasification unit on an exhaust line,

3 eine dritte Ausführungsform einer Vergasungseinheit an einem Abgasstrang zeigt und 3 shows a third embodiment of a gasification unit on an exhaust line and

4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vergasungseinheit an einem Abgasstrang zeigt. 4 shows a fourth embodiment of a gasification unit on an exhaust line.

Ähnliche Teile sind mit um jeweils 100 höher nummerierte Bezugszeichen im Folgenden versehen worden, wenn sie zwar im Detail untereinander abweichen sollten, aber funktionell mit weiteren Ausführungsbeispielen und ihrer Bedeutung in den Ausführungsbeispielen zu vergleichen sind.Similar Parts are numbered higher by 100 each provided below, although in detail with each other should differ, but functionally with other embodiments and their meaning in the embodiments are.

1 zeigt eine Abgasnachbehandlungseinheit 1. Die Abgasnachbehandlungseinheit 1 umfasst den Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzkraftfahrzeuges, wie ein Transporter für den Schnelllieferdienst. Der Abgasstrang 2 umfasst Abgasrohre 9, Abgaskrümmer 7 und Abgaskatalysatoren 3. Einer dieser Katalysatoren kann ein Speicherkatalysator für die NO_x-Reduktion sein. Der Katalysator 3 ist in einem Katalysatortopf 4 angeordnet. Der Katalysatortopf 4 lässt sich in die eigentliche Katalysatortopfhülse 5, die rund oder oval ist, und einen vorderen und hinteren Kragen 6 unterteilen. Der Kragen hat in einer Schnitteinsicht eine trichterähnliche Erscheinungsform. Weiterhin kann der Abgasstrang 2 auch noch Töpfe zur Schalreduktion aufweisen. Als besonders geeignete Stelle für das Abgasanlagenanbauteil hat sich der Übergangsbereicht zwischen Abgasrohr 9 bzw. Gaskrümmer 7 und Katalysatortopf 4 gezeigt. Somit kann der Katalysatortopfkragen 6 als Stelle für das Eindüsen oder Zugeben des Ammoniaks 1 gewählt werden. In dem Abgasstrom 10 befindet sich ein Stickoxidanteil 12. Der Abgasstrom 10 soll gereinigt als gereinigter Abgasstrom 13 aus dem Speicherkatalysator 3 austreten. Hierzu wird das Ammoniak 11 dem Abgasstrom 10 zugesetzt. Das Ammoniak 11 kann durch minimale Bestandteile von nicht umgesetzter Harnstofflösung 14 verunreinigt sein. Die Harnstofflösung 14 wird über die HWL-Zuführleitung 20 an die Vergaserkammer 22 gebracht, um dort durch einen Hydrolyse-Prozess in Ammoniak und Kohlendioxid umgesetzt zu werden. Die Einleitung der Harnstofflösung 14 über die Zuführleitung 20 kann durch ein Dosierventil 21 gesteuert werden. Durch das Dosierventil 21 wird sichergestellt, dass die Vergaserkammer 22 nicht mit der Harnstofflösung 14 übermäßig geflutet wird. Die Verdampfung und Umwandlung der Harnstofflösung 14 in Ammoniak 11 erfolgt in der Vergaserkammer 22 durch den Zusatz von Verdampfungsenergie, die entweder aus dem Abgasstrang 2 oder einer zusätzlichen Quelle, wie einer elektrischen Quelle, stammen kann. Die Energie wird in ein HWL-Verdampferelement 23 eingesetzt. So hilft ein Glühelement 24, das über Versorgungskabel 25 mit einem Steuergerät oder einer Batterie in Verbindung steht, bei der Verdampfung der Harnstofflösung 14 und die Umwandlung in Ammoniak 11. Als Befestigungsmittel können Spannhülsen 26 dienen, in die zum Beispiel das Dosierventil 21 eingeschraubt werden kann. In gleicher Art kann ein Gasaustrittsventil oder eine Gasaustrittsdüse 27 auf der Abstromseite der Vergaserkammer 22 befestigt werden. Die Vergaserkammer 22 ist nach einer Ausgestaltung ein länglicher Raum, der sich parallel zum Abgasrohr erstreckt. Über die Länge des Vergaserraumes 22 wird sichergestellt, dass zur Austrittsseite des Vergaserraums hin, dort, wo das Ammoniak 11 austreten soll, eine nahezu vollständige Umsetzung der Harnstoff-Wasser-Lösung außerhalb des eigentlichen Abgasstrangs 2 stattgefunden hat. Die Vergaserkammer 22 ist Teil eines Abgasanlagenanbauteils 8. 1 shows an exhaust aftertreatment unit 1 , The exhaust aftertreatment unit 1 includes the exhaust line of a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, such as a van for the fast delivery service. The exhaust system 2 includes exhaust pipes 9 , Exhaust manifold 7 and catalytic converters 3 , One of these catalysts may be a storage catalyst for NO _x reduction. The catalyst 3 is in a catalyst pot 4 arranged. The catalyst pot 4 settles in the actual catalyst pot sleeve 5 which is round or oval, and a front and rear collar 6 divide. The collar has a funnel-like appearance in a sectional view. Furthermore, the exhaust system 2 also have pots for scarf reduction. As a particularly suitable place for the exhaust system attachment, the transition report has between exhaust pipe 9 or gas manifold 7 and catalyst pot 4 shown. Thus, the catalyst pot collar can 6 as a site for injecting or adding the ammonia 1 to get voted. In the exhaust stream 10 there is a nitrogen oxide content 12 , The exhaust gas flow 10 should be cleaned as a purified exhaust stream 13 from the storage catalyst 3 escape. For this purpose, the ammonia 11 the exhaust gas flow 10 added. The ammonia 11 can be due to minimal components of unreacted urea solution 14 be contaminated. The urea solution 14 is via the HWL supply line 20 to the gasification chamber 22 brought to be converted there by a hydrolysis process in ammonia and carbon dioxide to who the. The introduction of the urea solution 14 over the supply line 20 can through a metering valve 21 to be controlled. Through the dosing valve 21 will ensure that the carburetor chamber 22 not with the urea solution 14 flooded excessively. Evaporation and conversion of urea solution 14 in ammonia 11 takes place in the gasification chamber 22 by the addition of vaporization energy, either from the exhaust system 2 or an additional source, such as an electrical source. The energy becomes a HWL evaporator element 23 used. This is how a heating element helps 24 that via power cord 25 with a control unit or a battery in connection, during the evaporation of the urea solution 14 and the conversion to ammonia 11 , As fastening means can clamping sleeves 26 serve, for example, in the metering valve 21 can be screwed. In the same way, a gas outlet valve or a gas outlet nozzle 27 on the downstream side of the gasification chamber 22 be attached. The gasification chamber 22 is according to one embodiment, an elongated space which extends parallel to the exhaust pipe. About the length of the carburetor room 22 ensures that out to the outlet side of the carburetor room, where the ammonia 11 should emerge, a nearly complete implementation of the urea-water solution outside the actual exhaust line 2 took place. The gasification chamber 22 is part of an exhaust system attachment 8th ,

In 2 wird eine weitere Ausführungsform einer Abgasnachbehandlungseinheit 101 mit einem Abgasstrang 102 dargestellt. Wie in 1 ist die Abgasnachbehandlungseinheit 101 dazu bestimmt, zusammen mit einem Katalysator 103, der in einem Katalysatortopf 104 angeordnet ist, den Abgasstrom 110 mittels Direkteingasung von Ammoniak 111 im gewissen Rahmen von Stickoxid 112 zu reinigen, um abstromseitig des Katalysators 103 einen gereinigten Abgasstrom 113 aus dem Auspuffsystem des Kraftfahrzeuges ausströmen zu lassen. Der Katalysatortopf 104 ist ein länglicher Topf, dessen Zentralteil die Katalysatorhülse 105 darstellt. Beidseitig an die Katalysatorhülse 105 anschließend weist der Katalysatortopf 104 einen Katalysatortopfkragen 106 auf. Der Katalysatortopfkragen 106 ist der Bereich, in dem das Ammoniak 111 dem Abgasstrom 110 zugesetzt wird. Das HWL-Verdampferelement 123 weist eine Vergaserstrecker 122 auf. Auf der einen Seite führt eine HWL-Zuführleitung 120 an das HWL-Verdampferelement 123 heran. Entlang der Vergaserstrecker 122 wird aus der Harnstoff-Wasser-Lösung Ammoniak. Die Vergaserstrecker 122 ist in ihrer Länge so bemessen, dass eine nahezu vollständige Umsetzung der Harnstoff-Wasser-Lösung vor dem Zusetzen in den Abgasstrom 110 erfolgt. Die nachzuliefernde Menge Harnstoff-Wasser-Lösung kann über ein HWL-Dosierventil 121 gesteuert werden. Das HWL-Dosierventil 121 lässt sich über Versorgungskabel 125 elektrisch ansteuern. Weitere Versorgungskabel 125 können dafür bestimmt sein, dass die Vergasungstätigkeit in der Vergaserstrecker 122 durch zusätzliche Glühelemente 124 unterstützt wird. Mittels elektrischer Energie wird die zusätzlich benötigte Energie zur Verdampfung der Harnstoff-Wasser-Lösung eingebracht. Die Energie aus dem Abgas des Abgasstroms 110 kann dadurch für die Verdampfung genutzt werden, dass die Vergaserstrecker 122 in Form eines Vergaserstabes 128 mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgestaltet ist. Hierdurch wird ein Teil der Abgaswärmeenergie an die Vergaserstrecker 122 weitergeleitet. Eine gute Wärmeleitfähigkeit liegt vor, wenn der Wärmeleitfähigkeitsfaktor des Stabmaterials in Wertebereichen oberhalb von 19 bis 20 W/(Km) liegt. Die Auslassspitze des Vergaserstabes 128 ist als Gasaustrittsöffnung 127 gestaltet, die insbesondere düsenartig aufgebaut ist, damit das austretende Ammoniak möglichst gut in den Abgasstrom 110 verteilt wird. Der längliche Vergaserstab 128 wird auf der einen Seite durch die Spannhülse 126 mit dem aufnehmenden Teil des Abgasstranges 102 befestigt. So weist der Abgaskrümmer 107 eine Spannhülsenausnehmung für die Spannhülse 126 auf, in die der Vergaserstab 128 einzustecken ist. Vibrationen des Abgasstranges 102 können so leicht durch die Vergaserstrecker 122 abgefangen werden. Das HWL-Verdampferelement 123, das die Glühelemente 124 umfassen kann, fördert die Verdampfung der Harnstoff-Wasser-Lösung. Je nach Gestaltung und der aufzunehmenden elektrischen Energie kann der Vergaserstab 128 kürzer oder länger gestaltet werden. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Vergaserstab auch spiralförmig geformt. Die Spiralform erspart Baulänge. Die Länge des Vergaserstabes 128 bestimmt sich unter anderem aus der Wärmeleitfähigkeit des Vergaserstabes 128, der Eintrittstemperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung, der Abgastemperatur des Abgasstroms 110 und der zusätzlich aufzuwendenden elektrischen Energie über die Versorgungskabel 125. Die Vergaserstrecke 122 weist in die gleiche Richtung, wie der Abgasstrom 110 vom Motor zum Auspuffende hin strömt. So wird aus dem mit Stickoxyd 112 versetzten Abgasstrom 110 durch Zugabe eines Reinigungsmediums, das überwiegend aus Ammoniak 111 und Kohlendioxid nach der Hydrolysegleichung besteht, unter Nutzung eines Speicherkatalysators 103 ein gereinigter Abgasstrom 113, der möglichst geringe Anteile Stickoxid 112 noch aufweist. Der einzusetzende Vergaserstab 128 ist ein Abgasanlagenanbauteil 108. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass sich die Eindüsestelle im Zentrum des Abgasrohrs befinden kann.In 2 is another embodiment of an exhaust aftertreatment unit 101 with an exhaust system 102 shown. As in 1 is the exhaust aftertreatment unit 101 destined, together with a catalyst 103 standing in a catalyst pot 104 is arranged, the exhaust gas flow 110 by direct gasification of ammonia 111 to a certain extent of nitric oxide 112 to clean, downstream of the catalyst 103 a purified exhaust stream 113 to flow out of the exhaust system of the motor vehicle. The catalyst pot 104 is an elongated pot whose central part is the catalyst sleeve 105 represents. On both sides of the catalyst sleeve 105 Subsequently, the catalyst pot 104 a catalyst pot collar 106 on. The catalyst pot collar 106 is the area where the ammonia is 111 the exhaust gas flow 110 is added. The HWL evaporator element 123 has a carburetor expander 122 on. On one side leads a HWL supply line 120 to the HWL evaporator element 123 approach. Along the carburetor stretchers 122 is made from the urea-water solution ammonia. The carburettor stretchers 122 is sized in length so that almost complete conversion of the urea-water solution prior to clogging in the exhaust stream 110 he follows. The quantity of urea-water solution to be delivered can be controlled via a HWL metering valve 121 to be controlled. The HWL dosing valve 121 can be connected via supply cable 125 electrically trigger. Further supply cables 125 can be determined that the gasification activity in the gasifier 122 by additional heating elements 124 is supported. By means of electrical energy, the additional energy required to evaporate the urea-water solution is introduced. The energy from the exhaust gas of the exhaust gas flow 110 can be used for the evaporation that the carburetor stretchers 122 in the form of a carburetor rod 128 designed with good thermal conductivity. As a result, a part of the exhaust heat energy to the carburetor 122 forwarded. A good thermal conductivity is present when the thermal conductivity factor of the rod material is in value ranges above 19 to 20 W / (Km). The outlet tip of the carburetor rod 128 is as a gas outlet 127 designed, which is constructed in particular nozzle-like, so that the exiting ammonia as well as possible in the exhaust stream 110 is distributed. The elongated carburetor bar 128 is on one side through the clamping sleeve 126 with the receiving part of the exhaust line 102 attached. So points the exhaust manifold 107 a clamping sleeve recess for the clamping sleeve 126 in which the carburetor bar 128 is to be inserted. Vibrations of the exhaust line 102 can so easily through the carburetor 122 be intercepted. The HWL evaporator element 123 that the glow elements 124 can include, promotes the evaporation of the urea-water solution. Depending on the design and the electrical energy to be absorbed, the carburetor rod 128 be made shorter or longer. In an alternative embodiment, the carburizing rod is also spirally shaped. The spiral shape saves installation length. The length of the carburetor bar 128 determined among other things by the thermal conductivity of the carburetor rod 128 , the inlet temperature of the urea-water solution, the exhaust gas temperature of the exhaust gas stream 110 and the additional energy to be expended through the supply cables 125 , The carburetor route 122 points in the same direction as the exhaust gas flow 110 flows from the engine to the exhaust end. This is how it works with nitric oxide 112 offset exhaust gas flow 110 by adding a cleaning medium, mainly from ammonia 111 and carbon dioxide according to the hydrolysis equation using a storage catalyst 103 a purified exhaust stream 113 , the lowest possible levels of nitric oxide 112 still has. The carburetor rod to be used 128 is an exhaust system attachment 108 , Another advantage of the system according to the invention is that the injection point can be located in the center of the exhaust pipe.

In 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasreinigungsstranges 202 gezeigt, der in seiner Funktion ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist, wobei 3 zeigt, wie zusätzliche Energie in die Vergaserkammer 228 mit ihrer Vergaserstrecke 222 über elektrische Versorgungskabel 225 einzubringen ist. Die Vergaserkammer 228 verläuft abschnittsweise parallel zum Abgasstrang 202 der Abgasnachbehandlungseinheit 201, die einen, wie zuvor dargestellt, Katalysatortopf 204 mit einem Speicherkatalysator 203 aufweist, wobei der Katalysatortopf 204 aus einem zentralen Katalysatortopfhülsenteil 205 und begrenzenden Katalysatortopfkrägen 206 besteht. Der Abgaskrümmer 207 mündet im einen der Katalysatortopfkrägen 206, wobei der Übergangsbereich zwischen Abgaskrümmer 207 und Katalysatortopf 204 die Stelle darstellt, an der das Ammoniak 211 dem Abgasstrom 210 zugesetzt wird, um mittels Speicherkatalysator 203 das Stickoxid 212 des Abgasstroms 210 umzuwandeln und damit einen gereinigten Abgasstrom 213 zu erzeugen. Die Harnstofflösung 214 wird über eine HWL-Zuführleitung 220, die durch ein HWL-Dosierventil 221 verschließbar ist, an die Vergaserkammer 228 herangebracht. Das HWL-Dosierventil 221 sprüht die HWL direkt auf das Glühelement 224, auf dem diese sofort verdampft. In der Vergaserkammer 228, die ebenfalls aus einem Material gefertigt sein kann, das einen guten Wärmeleitfaktor aufweist, lässt sich zusätzlich ein HWL-Verdampferelement 223 anordnen, das mit einem Glühelement 224, das elektrisch über die Versorgungskabel 225 versorgbar ist, zusätzliche Verdampfungsenergie in die Vergaserkammer 228 einbringt. Das Glühelement 224 ist über Spannhülsen 226 über die Länge der Vergaserstrecke 222 gespannt. Eine der Spannhülsen 226 kann zusätzlich mit einem Gasaustrittsventil oder nur mit einer Gasaustrittsöffnung 227 ausgestattet sein, wobei das Gasaustrittsventil ebenfalls über Versorgungskabel 225 auf- und zusteuerbar ist. In dem Ausführungsbeispiel nach 3 wird somit die thermische Energie des Abgasstromes genutzt, um die Verdampfung außerhalb des Abgasstranges des Ammoniaks 211 zu bewirken, wobei die schlagartige Verdampfung durch zusätzlich eingebrachte elektrische Energie über Glühelemente 224 gefördert wird. Die Abgasnachbehandlungseinheit 201 ist als Anbauteil 208 ausgestaltet.In 3 is another embodiment of an exhaust gas purification line according to the invention 202 shown in its function similar to the embodiment according to 1 is, where 3 shows how extra energy in the carburetor chamber 228 with her carburetor route 222 via electrical supply cable 225 is to bring. The gasification chamber 228 runs in sections parallel to the exhaust line 202 the exhaust aftertreatment unit 201 containing a catalyst pot as previously shown 204 with a storage catalyst 203 wherein the catalyst pot 204 from a central Katalysatorordopfhülsenteil 205 and limiting catalyst pot collars 206 consists. The exhaust manifold 207 opens in one of the catalyst pot collars 206 , where the transition area between the exhaust manifold 207 and catalyst pot 204 represents the point at which the ammonia 211 the exhaust gas flow 210 is added to by means of storage catalyst 203 the nitric oxide 212 the exhaust stream 210 convert and thus a purified exhaust stream 213 to create. The urea solution 214 is via a HWL supply line 220 passing through a HWL metering valve 221 is closable, to the gasification chamber 228 brought. The HWL dosing valve 221 the HWL sprays directly onto the glow element 224 on which it evaporates immediately. In the gasification chamber 228 , which can also be made of a material that has a good thermal conductivity factor, can also be a HWL evaporator element 223 Arrange with a glow element 224 that is electrically connected to the supply cables 225 can be supplied, additional evaporation energy in the gasification chamber 228 brings. The glow element 224 is over clamping sleeves 226 over the length of the carburettor section 222 curious; excited. One of the clamping sleeves 226 can additionally with a gas outlet valve or only with a gas outlet opening 227 be equipped, the gas outlet valve also via supply cable 225 is on and zuusteuerbar. In the embodiment according to 3 Thus, the thermal energy of the exhaust stream is used to the evaporation outside the exhaust line of the ammonia 211 to effect, with the sudden evaporation by additionally introduced electrical energy via glow elements 224 is encouraged. The exhaust aftertreatment unit 201 is as an attachment 208 designed.

Ein demgegenüber stärker passiv ausgebildetes System ist im Ausführungsbeispiel nach 4 einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit 301 zu entnehmen. Der Abgasstrang 302 umfasst einen Abgaskrümmer 307, durch den der zu reinigende Abgasstrom 310 Richtung Auspuffende durchströmt, wobei in diesem vor der Reinigung noch Stickoxid 312 vorhanden ist. Erst durch Zusatz des Ammoniaks 311 und Umsetzungsförderung durch den Katalysator 303 verlässt den Katalysatortopf 304 über den zweiten, nicht dargestellten, Katalysatortopfkragen 306 ein gereinigter Abgasstrom 313 den Katalysator 303. Das Ammoniak 311 wird vorzugsweise über die gesamte Länge eines Dochts 329 in den Abgasstrom 310 ausgegast. Der Docht 329 stellt die letzte Umwandlungsstufe einer Vergaserstrecke 322 dar. Die Vergaserstrecker 322 startet an der HWL-Zuführleitung 320, über die die Harnstofflösung 314 an die Vergaserstrecke 322 herangebracht wird. Über ein HWL-Dosierventil 321 wird die zusätzlich benötigte Menge Harnstoff 314 in eine Schwimmerkammer 328 eingeleitet. Über den Dochtboden 330 nimmt der Docht 329 die Harnstofflösung 314 aus der Schwimmerkammer 328 auf und leitet über Kapillarwirkung die Harnstofflösung immer weiter in den Abgasstrang 302. Eine Spannhülse 326 dient als Dochtführung 331 zur Stabilisierung des Dochtes 329, der im Übrigen möglichst weit von einer Seite auf die andere Seite des Abgasstrangs 302 reicht. Der Docht 329 kann aus einem keramischen Material gefertigt sein. Über die Mikroporen 327, die als Gasaustrittsöffnung dienen, wird das Ammoniak 311 in den Abgasstrom 310 eingebracht. Der Docht 329 mit seinen zugehörigen Teilen, wie Dochtboden 330, Dochtführung 331 und Schwimmkammer 328, ist als Abgasanlagenanbauteil 308 ausgestaltet.In contrast, a system which is designed to be more passive is similar in the exemplary embodiment 4 an exhaust aftertreatment unit according to the invention 301 refer to. The exhaust system 302 includes an exhaust manifold 307 through which the exhaust gas stream to be cleaned 310 Direction exhaust end flows through, in this before cleaning nor nitric oxide 312 is available. Only by addition of ammonia 311 and implementation support by the catalyst 303 leaves the catalyst pot 304 via the second, not shown, catalyst pot collar 306 a purified exhaust stream 313 the catalyst 303 , The ammonia 311 is preferably over the entire length of a wick 329 in the exhaust stream 310 outgassed. The wick 329 represents the last conversion stage of a gasification line 322 dar. The carburetor stretchers 322 starts at the HWL supply line 320 about which the urea solution 314 to the carburetor route 322 is brought. Via a HWL dosing valve 321 becomes the additionally required amount of urea 314 in a float chamber 328 initiated. About the wick bottom 330 takes the wick 329 the urea solution 314 from the float chamber 328 via capillary action, the urea solution is led farther and farther into the exhaust gas line 302 , A clamping sleeve 326 serves as a wick guide 331 to stabilize the wick 329 By the way, as far as possible from one side to the other side of the exhaust system 302 enough. The wick 329 can be made of a ceramic material. About the micropores 327 , which serve as a gas outlet, is the ammonia 311 in the exhaust stream 310 brought in. The wick 329 with its associated parts, such as wick bottom 330 , Wick guide 331 and swimming chamber 328 , is as exhaust system attachment 308 designed.

In bisher bekannten Systemen, die im Kraftfahrzeug flüssig über Tröpfchen die in Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrom eindosierten, wurden immer nur eine unvollständige Umsetzung der Harnstoff-Wasser-Lösung in Ammoniak realisiert. Die Tröpfchenform und Tröpfchengröße über die Zersteuberdüse hat einen wesentlichen Einfluss auf das Umsetzungsverhältnis und die Reinigungswirkung. Die vorgestellten Verdampfungsprinzipien, Kapillarprinzip, kleines Druckkamerprinzip und Schnellverdampfungsprinzip, lassen eine Verdampfung und Umsetzung unterhalb von 100 ms zu. Durch die Umsetzung am Abgasrohr, jedoch auf der Außenseite des Abgasrohres, wird die thermische Energie des Abgases genutzt. Die Verdampfung der Harnstoff-Wasser-Lösung, wobei ca. 32,5% Harnstoff sein können und der Rest Wasser darstellt, ist sehr energieaufwändig. Mit ca. 1 kW thermischer Energie können um die 8 l pro Stunde verdampft werden. Um die Kraftfahrzeug-Batterie möglichst wenig zu belasten, wird Energie aus dem Abgasstrom bezogen. Die Hydrolyse der Harnstofflösung findet vor der Abgasung und der Eindosierung in den Abgasstrang statt. Durch eine Parallelführung des Abgases im Abgasrohr und der zu verdampfenden Harnstoff-Wasser-Lösung findet ein thermischer Austausch statt. Hierdurch lässt sich eine direkte Ammoniakeindosierung realisieren, ohne Wasser einbringen zu müssen.In previously known systems, the liquid in the vehicle over Droplets in the urea-water solution in the Exhaust flow metered in, were always only an incomplete Implementation of the urea-water solution in ammonia realized. The droplet shape and droplet size over the Zersteuberdüse has a significant impact on the conversion ratio and the cleaning effect. The featured evaporation principles, capillary principle, small pressure camera principle and flash evaporation principle, allow evaporation and conversion below 100 ms too. By the implementation of the exhaust pipe, however on the outside of the exhaust pipe, the thermal Energy of the exhaust gas used. The evaporation of the urea-water solution, where about 32.5% may be urea and the remainder water represents is very energy consuming. With approx. 1 kW thermal Energy can be evaporated by 8 liters per hour. To charge the motor vehicle battery as little as possible, is Energy related from the exhaust gas flow. The hydrolysis of the urea solution takes place before the exhaust and the metering in the exhaust system instead of. By a parallel guidance of the exhaust gas in the exhaust pipe and the urea-water solution to be evaporated a thermal exchange takes place. This can be a realize direct ammonia dosing, without introducing water to have to.

Erfindungsgemäß sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt worden, die sich natürlich untereinander kombinieren und austauschen lassen. Wesentlich ist eine nahezu voltständige Umsetzung der Harnstoff-Wasser-Lösung.According to the invention various embodiments have been presented, the Of course, combine and exchange with each other to let. Essential is an almost voltständige implementation of Urea-water solution.

11: Abgasnachbehandlungseinheit des ersten Typsexhaust gas treatment unit of the first type
22: Abgasstrangexhaust gas line
33: Katalysator, insbesondere SpeicherkatalysatorCatalyst, in particular storage catalyst
44: Katalysatortopfcatalyzed muffler
55: Katalysatorhülsecatalyst sleeve
66: Katalysatortopfkragen, insbesondere trichterförmiges Ende des Katalysatortopfs 4 in ovaler FormCatalyst pot collar, in particular funnel-shaped end of the catalyst pot 4 in an oval shape
77: Abgaskrümmerexhaust manifold
88th: AbgasanlagenanbauteilExhaust system attachment
99: Abgasrohrexhaust pipe
1010: Abgasstromexhaust gas flow
1111: Ammoniakammonia
1212: Stickoxidnitrogen oxide
1313: Gereinigter Abgasstrompurified exhaust gas flow
1414: Harnstofflösung, insbesondere HWLUrea solution, especially HWL
2020: HWL-ZuführleitungHWL supply line
2121: HWL-DosierventilUWS metering valve
2222: Vergaserkammercarburettor
2323: HWL-VerdampferelementHWL evaporator element
2424: Glühelementglow element
2525: Versorgungskabelpower cable
2626: Spannhülseclamping sleeve
2727: Gasaustrittsöffnung, insbesondere -düseGas outlet, especially nozzle
101101: Abgasnachbehandlungseinheit des zweiten Typsexhaust gas treatment unit of the second type
102102: Abgasstrangexhaust gas line
103103: Katalysator, insbesondere SpeicherkatalysatorCatalyst, in particular storage catalyst
104104: Katalysatortopfcatalyzed muffler
105105: Katalysatorhülsecatalyst sleeve
106106: Katalysatortopfkragen, insbesondere trichterförmiges Ende des Katalysatortopfs 4 in ovaler FormCatalyst pot collar, in particular funnel-shaped end of the catalyst pot 4 in an oval shape
107107: Abgaskrümmerexhaust manifold
108108: AbgasanlagenanbauteilExhaust system attachment
110110: Abgasstromexhaust gas flow
111111: Ammoniakammonia
112112: Stickoxidnitrogen oxide
113113: Gereinigter Abgasstrompurified exhaust gas flow
114114: Harnstofflösung, insbesondere HWLUrea solution, especially HWL
120120: HWL-ZuführleitungHWL supply line
121121: HWL-DosierventilUWS metering valve
122122: Vergaserstreckecarburetor route
123123: HWL-VerdampferelementHWL evaporator element
124124: Glühelementglow element
125125: Versorgungskabelpower cable
126126: Spannhülseclamping sleeve
127127: Gasaustrittsöffnung, insbesondere -düseGas outlet, especially nozzle
128128: Vergaserstab, insbesondere mit guter Wärmeleitfähigkeit (λ ≥ 20 W/(Km))Carburetor rod especially with good thermal conductivity (λ ≥ 20 W / (Km))
201201: Abgasnachbehandlungseinheit des dritten Typsexhaust gas treatment unit of the third type
202202: Abgasstrangexhaust gas line
203203: Katalysator, insbesondere SpeicherkatalysatorCatalyst, in particular storage catalyst
204204: Katalysatortopfcatalyzed muffler
205205: Katalysatorhülsecatalyst sleeve
206206: Katalysatortopfkragen, insbesondere trichterförmiges Ende des Katalysatortopfs 4 in ovaler FormCatalyst pot collar, in particular funnel-shaped end of the catalyst pot 4 in an oval shape
207207: Abgaskrümmerexhaust manifold
208208: AbgasanlagenanbauteilExhaust system attachment
210210: Abgasstromexhaust gas flow
211211: Ammoniakammonia
212212: Stickoxidnitrogen oxide
213213: Gereinigter Abgasstrompurified exhaust gas flow
214214: Harnstofflösung, insbesondere HWLUrea solution, especially HWL
220220: HWL-ZuführleitungHWL supply line
221221: HWL-DosierventilUWS metering valve
222222: Vergaserstreckecarburetor route
223223: HWL-VerdampferelementHWL evaporator element
224224: Glühelementglow element
225225: Versorgungskabelpower cable
226226: Spannhülseclamping sleeve
227227: Gasaustrittsöffnung, insbesondere -ventilGas outlet, especially -ventil
228228: Vergaserkammercarburettor
301301: Abgasnachbehandlungseinheit des vierten Typsexhaust gas treatment unit of the fourth type
302302: Abgasstrangexhaust gas line
303303: Katalysator, insbesondere SpeicherkatalysatorCatalyst, in particular storage catalyst
304304: Katalysatortopfcatalyzed muffler
305305: Katalysatorhülsecatalyst sleeve
306306: Katalysatortopfkragen, insbesondere trichterförmiges Ende des Katalysatortopfs 4 in ovaler FormCatalyst pot collar, in particular funnel-shaped end of the catalyst pot 4 in an oval shape
307307: Abgaskrümmerexhaust manifold
308308: AbgasanlagenanbauteilExhaust system attachment
310310: Abgasstromexhaust gas flow
311311: Ammoniakammonia
312312: Stickoxidnitrogen oxide
313313: Gereinigter Abgasstrompurified exhaust gas flow
314314: Harnstofflösung, insbesondere HWLUrea solution, especially HWL
320320: HWL-ZuführleitungHWL supply line
321321: HWL-DosierventlHWL Dosierventl
322322: Vergaserstreckecarburetor route
326326: Spannhülseclamping sleeve
327327: Gasaustrittsöffnungen, insbesondere MikroporenGas outlets, especially micropores
328328: Schwimmerkammerfloat chamber
329329: Dochtwick
330330: Dochtbodenwick ground
331331: Dochtführungwick guide

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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- JP 8164324 [0002] - JP 8164324 [0002]
- DE 69711031 T2 [0002] - DE 69711031 T2 [0002]

Claims

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301), die mit flüssiger Harnstofflösung (14, 114, 214, 314) versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie gasförmiges Ammoniak (11, 111, 211, 311) unmittelbar in einen Abgasstrom (10, 110, 210, 220) einer Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors, eingast, wobei insbesondere der Abgasstrom (10, 110, 210, 310) durch einen Abgasstrang (2, 102, 202, 302) strömt, der harnstoffwasserverdampfungsfrei und harnstoffwasserlösungsfrei ist.Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ), which are mixed with liquid urea solution ( 14 . 114 . 214 . 314 ), characterized in that it comprises gaseous ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) directly into an exhaust gas stream ( 10 . 110 . 210 . 220 ) an internal combustion engine, preferably a diesel engine, eingast, wherein in particular the exhaust gas flow ( 10 . 110 . 210 . 310 ) by an exhaust line ( 2 . 102 . 202 . 302 ), which is free of urea-water evaporation and urea-water-solution-free.

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ammoniak (11, 111, 211, 311) dazu verwendet wird, den Stickoxidanteil (12, 112, 212, 312) im Abgasstrom (10, 110, 210, 310) der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mittels Speicherkatalysator (3, 103, 203, 303), zu reduzieren, wobei hierbei insbesondere in Abhängigkeit einer Abgasmenge, die sich aus der Betriebsweise einer Dieselbrennkraftmaschine als Kraftfahrzeugantrieb ergibt, und einer Abgastemperatur des Abgasstroms (10, 110, 210, 310) sich permanent verändernde, also instationäre, Stickoxidanteile (12, 112, 212, 312) bilden.Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to claim 1, characterized in that ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) is used, the nitrogen oxide content ( 12 . 112 . 212 . 312 ) in the exhaust stream ( 10 . 110 . 210 . 310 ) of the internal combustion engine, in particular by means of storage catalytic converter ( 3 . 103 . 203 . 303 ), in which case in particular as a function of an amount of exhaust gas which results from the mode of operation of a diesel internal combustion engine as motor vehicle drive, and an exhaust gas temperature of the exhaust gas flow ( 10 . 110 . 210 . 310 ) permanently changing, that is transient, nitrogen oxides ( 12 . 112 . 212 . 312 ) form.

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung der Harnstofflösung (14, 114, 214, 314) in einem Vorbauteil erfolgt, das als Anbauteil (8, 108, 208, 308) an den Abgasstrang (2, 102, 202, 302) befestigt werden kann, wobei insbesondere die Einleitung der Harnstofflösung (14, 114, 214, 314) durch ein elektromagnetisches Flüssigkeitsventil (21, 121, 221, 321) und vorzugsweise die Ausleitung des Ammoniaks (211) durch ein elektromagnetisches Gasventil (227) steuerbar ist.Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gasification of the urea solution ( 14 . 114 . 214 . 314 ) takes place in a pre-construction part, which as an attachment ( 8th . 108 . 208 . 308 ) to the exhaust gas line ( 2 . 102 . 202 . 302 ), in particular the introduction of the urea solution ( 14 . 114 . 214 . 314 ) by an electromagnetic fluid valve ( 21 . 121 . 221 . 321 ) and preferably the discharge of ammonia ( 211 ) by an electromagnetic gas valve ( 227 ) is controllable.

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergasung der flüssigen Harnstofflösung (14, 114, 214, 314) und Umwandlung in Ammoniak (11, 111, 211, 311) thermische Energie des Abgasstroms (10, 110, 210, 310) verwendet wird, wobei insbesondere die Strömungsenergie des Abgasstroms (10, 110, 210, 310) ohne Einfluss auf die Verdampfung ist.Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to one of the preceding claims, characterized in that for the gasification of the liquid urea solution ( 14 . 114 . 214 . 314 ) and conversion to ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) thermal energy of the exhaust stream ( 10 . 110 . 210 . 310 ) is used, in particular the flow energy of the exhaust gas flow ( 10 . 110 . 210 . 310 ) without influence on the evaporation.

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101) nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingasungsstelle (27, 127) des Ammoniaks (11, 211) in den Abgasstrom (10, 110) weniger als 10 cm von dem Speicherkatalysator (3, 103) entfernt angeordnet ist, insbesondere am Ende eines Abgaskrümmers (7, 107).Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 ) according to one of claims 2, 3 or 4, characterized in that a Eingasungsstelle ( 27 . 127 ) of the ammonia ( 11 . 211 ) in the exhaust stream ( 10 . 110 ) less than 10 cm from the storage catalyst ( 3 . 103 ) is arranged remotely, in particular at the end of an exhaust manifold ( 7 . 107 ).

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingasung des Ammoniaks (11, 111, 211, 311) im Eingangsbereich eines Katalysatorgehäuses (4, 104, 204, 304), das vorzugsweise als länglicher Topf ausgestaltet ist, stattfindet, der sich insbesondere zum Speicherkatalysator (3, 103, 203, 303) hin aufweitet, wodurch eine Vergleichmäßigung des Abgasstroms (10, 110, 210, 310), in den das Ammoniak (11, 111, 211, 311) zugesetzt wird, bei gleichzeitiger Volumensschaffung für den Speicherkatalysator (3, 103, 203, 303) bewirkt wird.Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gassing of the ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) in the entrance area of a catalyst housing ( 4 . 104 . 204 . 304 ), which is preferably designed as an elongated pot takes place, in particular to the storage catalyst ( 3 . 103 . 203 . 303 ) expands, whereby a homogenization of the exhaust gas flow ( 10 . 110 . 210 . 310 ) into which the ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) is added, with simultaneous volume creation for the storage catalyst ( 3 . 103 . 203 . 303 ) is effected.

Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) einen Vergaser umfasst, der über eine Vergasungskammer (22, 122, 222, 322) die flüssige Harnstofflösung (14, 114, 214, 314) in gasförmiges Ammoniak (11, 111, 211, 311) verdampft, wobei insbesondere Verdampfungsenergie aus dem Abgasstrang (2, 102, 202, 302) bezogen wird.Exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) comprises a gasifier, which via a gasification chamber ( 22 . 122 . 222 . 322 ) the liquid urea solution ( 14 . 114 . 214 . 314 ) in gaseous ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) evaporates, in particular evaporation energy from the exhaust line ( 2 . 102 . 202 . 302 ).

Abgasnachbehandlungseinheit (201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinheit (201) einen Vergaser umfasst, bei dem mittels Glühelement (224) oder, insbesondere wärmeleitfähiger und beheizbarer, Verdampfungsfläche thermische Energie in die Vergasungskammer (228) einbringbar ist.Exhaust aftertreatment unit ( 201 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust aftertreatment unit ( 201 ) comprises a gasifier, wherein by means of a glow element ( 224 ) or, in particular thermally conductive and heatable, evaporating surface thermal energy in the gasification chamber ( 228 ) can be introduced.

Abgasnachbehandlungseinheit (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung der flüssigen Harnstoffwasserlösung (114) entlang eines rohrförmigen Kanals (122) erfolgt, dessen Ende eine Öffnung (127) in den Abgasstrom (110) aufweist, insbesondere ein düsenartiges Ende, bei dem sich vorzugsweise durch Druckdifferenz vor einer Düsenspitze der Austritt des Gases (11) einstellt.Exhaust aftertreatment unit ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gasification of the liquid urea water solution ( 114 ) along a tubular channel ( 122 ), the end of which is an opening ( 127 ) in the exhaust stream ( 110 ), in particular a nozzle-like end, in which preferably by pressure difference in front of a nozzle tip of the outlet of the gas ( 11 ).

Abgasnachbehandlungseinheit (301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinheit (301) eine kapillare Fördereinrichtung umfasst, insbesondere wenigstens einen Stab umfassenden Mikroporendocht (329) oder ein kapillares Gewebe, die das Ammoniak (311) durch die Wärmeenergie des Abgasstroms (310) in diesen ausdampft.Exhaust aftertreatment unit ( 301 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust aftertreatment unit ( 301 ) comprises a capillary conveyor, in particular at least one rod comprising Mikroporendocht ( 329 ) or a capillary tissue containing the ammonia ( 311 ) by the heat energy of the exhaust stream ( 310 ) evaporates in this.

Verfahren zur Stickoxidreduktion (12, 112, 212, 312) von Abgasen (10, 110, 210, 310), insbesondere Abgasen von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, die mit einem Dieselkraftstoff betreibbar sind, in einem Abgasstrang (2, 102, 202, 302), der mit einem Speicherkatalysator (3, 103, 203, 303) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) flüssige Harnstofflösung (14, 114, 214, 314) vor einer Eingasung in den Abgasstrang (2, 102, 202, 302) in Ammoniak (11, 111, 211, 311) vergast wird.Nitrogen oxide reduction process ( 12 . 112 . 212 . 312 ) of exhaust gases ( 10 . 110 . 210 . 310 ), in particular exhaust gases of self-igniting internal combustion engines, which are operable with a diesel fuel, in an exhaust line ( 2 . 102 . 202 . 302 ), which is equipped with a storage catalyst ( 3 . 103 . 203 . 303 ), characterized in that by an exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) liquid urea solution ( 14 . 114 . 214 . 314 ) before a gassing in the exhaust line ( 2 . 102 . 202 . 302 ) in ammonia ( 11 . 111 . 211 . 311 ) is gassed.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinheit (1, 101, 201, 301) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gestaltet ist.A method according to claim 11, characterized in that the exhaust aftertreatment unit ( 1 . 101 . 201 . 301 ) is designed according to one of claims 1 to 10.