DE10308257A1

DE10308257A1 - Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator

Info

Publication number: DE10308257A1
Application number: DE2003108257
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Dr. Weisweiler; Gerhard Dr. Fränkle; Hermann Josef Schulte
Original assignee: HJS Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: HJS Emission Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Eine Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH¶3¶) an einen in den Abgasstrang 2 eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator 3, umfassend einen ausgangsseitig über eine Zuführleitung 7 mit dem Abgasstrang 2 verbundenen, gasdichten oder gasdicht verschließbaren Behälter 4 zum Bevorraten eines untter Wärmezufuhr NH¶3¶-abspaltenden Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat, wobei die Zuführleitung 7 in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionskatalysator 3 in den Abgasstrang 2 mündet, umfassend ferner eine Heizeinrichtung 13 zum Herbeiführen einer thermolytischen NH¶3¶-Abspaltung des NH¶3¶-Precursors und eine Dosiereinrichtung 8, 9 zum Dosieren der dem Reduktionskatalysator 3 zuzuführenden NH¶3¶-Dosis ist dadurch bestimmt, dass in die Zuführleitung 7 ein mechanisch arbeitendes, bezüglich seiner Fördermenge ansteuerbares Förderorgan 8 zum Fördern von aus dem Behälter ausgangsseitig austretendem NH¶3¶-Precursor in Richtung zu dem Abgasstrang 2 eingeschaltet und der Zuführleitung 7 eine im Bereich des zum Abgasstrang 2 weisenden Endes des Förderorgans 8 angeordnete Heizeinrichtung 13 zum Auslösen einer thermolytischen NH¶3¶-Abspaltung des von dem Förderorgan 8 geförderten NH¶3¶-Precursors zugeordnet ist. DOLLAR A Ferner wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der das Förderorgan bis in den Abgasstrang hinein sich erstreckend ausgelegt ist und die grundsätzlich eine Heizeinrichtung nicht benötigt. DOLLAR A Ferner wird eine gattungsgemäße Vorrichtung ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator, umfassend einen ausgangsseitig mit dem Abgasstrang über eine Zuführleitung verbundenen, gasdichten oder gasdicht verschließbaren Behälter zum Bevorraten eines unter Wärmezufuhr NH₃-abspaltenden Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat, wobei die Zuführleitung in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionskatalysator in den Abgasstrang mündet, umfassend ferner eine Heizeinrichtung zum Herbeiführen einer thermolytischen NH₃-Abspaltung des NH₃-Precursors und eine Dosiereinrichtung zum Dosieren der dem Reduktionskatalysator zuzuführenden NH₃-Dosis.
Ferner betrifft die Erfindung eine vorgenannte Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator ohne Heizeinrichtung.
Neben Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (NC) gehören insbesondere die Stickstoffoxide (NOx) zu den umweltgefährdenden direkt emittierten Primärschadstoffen, die beim Betrieb von Verbrennungs motoren, insbesondere Dieselmotoren, entstehen. Ein Einsatz von Dreiwegekatalysatoren, wie sie bei Ottomotoren und Gasmotoren verwendet werden, sind aufgrund eines Sauerstoffüberschusses im dieselmotorischen Abgas nicht einsetzbar. Aus diesem Grunde wurde zur Reduktion der Stickoxidemission bei Dieselmotoren ein selektiv arbeitender SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction-Katalysator) entwickelt, in dem mit einem zugeführten Reduktionsmittel, nämlich Ammoniak (NH₃) die ausgestoßenen Stickstoffoxide zu lufteigenem N2 und H2O reduziert werden.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges ist aus der DE 197 20 209 C1 bekannt. Eine solche Entstickungseinrichtung umfasst einen gasdichten und druckfesten Konverter, in dem sich ein thermolytisch NN₃-abspaltender Stoff oder ein thermolytisch NN₃-abspaltendes Stoffgemisch – ein so genannter NH₃-Precursor – befindet. Als Stoff kann beispielsweise Ammoniumcarbamat vorgesehen sein. Der Konverter ist über eine Zuführleitung mit dem Abgasstrang eines Dieselmotors verbunden, wobei die Zuführleitung in den Abgasstrang in Strömungsrichtung des Abgases vor der Eingangsseite eines SCR-Katalysators mündet. Als Dosiereinrichtung ist ein Taktventil vorgesehen, welches durch eine Steuereinheit angesteuert ist, so dass in Abhängigkeit bestimmter Motorbetriebskenndaten die benötigte NH₃-Menge in den Abgasstrom eingedüst werden kann. Der Konverter besteht im Wesentlichen aus einem druckfesten Reaktionsbehälter, der von einer als Wärmeschlange ausgebildeten Heizeinrichtung umgeben ist. Die Heizeinrichtung ist über eine Zuleitung und eine Ableitung in den Kühlwasserkreislauf des Dieselmotors eingebunden.
Durch Aufheizen des beispielsweise als NH₃-Precursor eingesetzten Ammoniumcarbamats zersetzt sich dieses in NH₃ und CO₂. Dieses Gasgemisch sammelt sich in dem druckfesten Reaktionsbehälter bis zum Aufbau eines entsprechenden Innendruckes an. Bei Erreichen eines bestimmten Innendruckes in dem Reaktionsbehälter stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, so dass weiteres Ammoniumcarbamat nicht zersetzt wird. Unter Betriebsbedingungen des Motors, bei dem das die Heizeinrichtung durchströmende Kühlwasser in der Regel eine Temperatur zwischen 80 und 100°C aufweist, ist in dem Reaktionsbehälter ein dem Gleichgewichtszustand entsprechender Druck, der bei Ammoniumcarbamat bei etwa 3 – 4 bar liegt. Damit eine ausreichende NH₃-Menge zum Eindüsen in dem Abgasstrom durch den Konverter bereitgestellt werden kann, muss dieser eine bestimmte Mindestmenge des NH₃-Precursors bzw. daraus abgespaltenem NH3 bevorraten.
Dieses vorbekannte System arbeitet somit nach dem Prinzip, dass in dem Konverter eine gewisse NH₃-Menge, unter einem gewissen Druck stehend, bevorratet wird, aus der dann die jeweils benötigte NH₃-Dosis zum Entsticken der Abgase in den Abgasstrang entnommen wird. Von Vorteil gegenüber einem Mitführen von NH₃ in Druckflaschen ist bei diesem vorbekannten System, dass nur eine geringe NH₃-Menge verglichen mit einer in Druckflaschen Mitgeführten vorhanden ist.
Bekannt sind ferner solche Vorrichtungen, mit denen eine "just-in-time"-Abspaltung von NH₃ von einem NH₃-Precursor zur NO_x-Reduktion vorgenommen wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 34 22 175 A1 bekannt. Die Erzeugung des NH₃ erfolgt durch Erhitzen des NH₃-Precursors, wobei jeweils nur eine solche NH₃-Menge gebildet wird, wie dieses, dem jeweiligen Lastzustand des Motors entsprechend, benötigt wird. Gemäß DE 34 22 175 A1 erfolgt eine Dosierung der jeweils benötigten NH₃-Menge durch Steuern der Heizleistung. Durch Steuern der Heizleistung wird der Abspaltungsprozess zum Freisetzen des NH₃ aus dem NH₃-Precursor beschleunigt oder verlangsamt oder gänzlich unterbunden.
Bevorratet wird der NH₃-Precursor in einem Behälter, dem eine beheizbare Zersetzungskammer nachgeschaltet ist, in der die Thermolyse des NH₃-Precursors erfolgt. Ausgangsseitig ist diese Zersetzungskammer über eine Zuführleitung mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden. Als Heizeinrichtungen sind elektrische Widerstandsheizungen oder Infrarotstrahler vorgeschlagen worden.
Zwar ist die Verwendung dieser vorbekannten Vorrichtung für stationäre Anlagen, welche im allgemeinen nur wenigen Lastwechseln und wenn dann nur vorherbestimmten Lastwechseln unterworfen sind, geeignet. Für einen Einsatz im mobilen Bereich, wie beispielsweise bei Nutzfahrzeugen oder Personenkraftwagen, ist der Einsatz dieser vorbekannten Technolo gie unzweckmäßig, da die Reaktionszeit des Systems zu langsam und somit das System zu träge ist, um die im Straßenverkehr unerwartet in schneller Folge auftretenden Motorlastwechsel mit entsprechend unterschiedlichen NO_x-Emissionen gerecht werden zu können. Wird nämlich der Motorbetriebszustand zu einer bestimmten Zeit erfasst und daraus eine bestimmte NH₃-Dosierung berechnet, muss zunächst der NH₃-abspaltende Stoff zur Produktion des NH₃-Gasgemisches erwärmt werden. Im Straßenverkehr, insbesondere im Stadtverkehr unterliegt ein Motor jedoch ständigen, vor allem unvorhergesehenen Lastwechseln, so dass die schließlich zugeführte NH₃-Menge nicht an einen zwischenzeitlich geänderten Motorbetriebszustand angepasst ist. Wird zu wenig NH₃ zugeführt, ist auch die damit mögliche NO_X-Reduktion nur begrenzt durchführbar. Ist das zugeführte NH₃ überdosiert, tritt unverbrauchtes NH₃ aus dem Katalysator aus.
Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte, gattungsgemäße Vorrichtung dergestalt weiterzubilden, dass mit dieser die Bereitstellung einer benötigten NH₃-Dosis zum Zuführen an einen in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Reduktionskatalysator möglich ist und sich diese Vorrichtung insbesondere für einen Einsatz bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine eignet.
Diese Aufgabe wird zum einen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in die Zuführleitung ein mechanisch arbeitendes, bezüglich seiner Fördermenge ansteuerbares Förderorgan zum Fördern von aus dem Behälter ausgangsseitig austretendem NH₃-Precursor in Richtung zu dem Abgasstrang eingeschaltet und der Zuführleitung eine im Bereich des zum Abgasstrang weisenden Endes des Förderorgans angeordnete Heizeinrichtung zum Auslösen einer thermolytischen NH₃-Abspaltung des von dem Förderorgan geförderten NH₃-Precursors zugeordnet ist.
Bei dieser Vorrichtung erfolgt eine just-in-time-Produktion von NH₃ durch thermolytische Zersetzung des NN₃-Precursors dadurch, dass das in der Zuführleitung eingeschaltete Förderorgan, beispielsweise eine elektromotorisch angetriebene Förderschnecke dergestalt angetrieben wird, dass der am Ende des Förderorgans angeordneten Heizeinrichtung jeweils diejenige NH₃-Precursormenge zugeführt wird, die zum Abspalten der be nötigten NH₃-Menge ausreicht. Bei dieser Vorrichtung ist die Heizeinrichtung konzipiert, um die durch das Förderorgan herangeförderte NH₃-Precursormenge thermolytisch zu zersetzen. Da nur jeweils eine kleine NH₃-Precursormenge zersetzt werden muss, kann die Heizeinrichtung bei dieser Vorrichtung entsprechend klein konzipiert sein. Aus diesem Grunde ist es auch möglich, die Heizeinrichtung, ohne größeren Bedarf an elektrischer Energie zu benötigen, so leistungsstark auszugestalten, dass mit dieser eine Temperatur erreicht wird, bei der eine quasi Spontanzersetzung erfolgt. Bei Einsatz von Ammoniumcarbamat als NH₃-Precursor – einem NH₃-Precursor, der bevorzugt zum Betreiben dieser Vorrichtung eingesetzt wird – erfolgt eine solche spontane Zersetzung bereits bei Temperaturen von etwa 95°C und vor allem bei höheren Temperaturen, etwa von 110 bis 130°C. Aufgrund der Möglichkeit, in einem kleinen Bereich bzw. auf einen kurzen Abschnitt der Zuführleitung beschränkt eine solche Temperatur ohne großen Energieaufwand mit der Folge erzeugen zu können, eine quasi Spontanzersetzung des NH₃-Precursor zu erreichen, ist die zum Zersetzen des NH₃-Precursor zum Herstellen einer jeweils benötigten NH₃-Dosis vernachlässigbar klein, so dass grundsätzlich eine Dosierung durch entsprechendes Zuführen von NH₃-Precursor zu dieser Heizeinrichtung erfolgt. Da das Zuführen des NH₃-Precursors über eine Zwangsförderung durch das Förderorgan vorgesehen ist, ist – verglichen mit dem vorbekannten Stand der Technik von justin-time-NH₃ produzierenden Systemen – eine hinreichend rasche systemseitige – Reaktion auf sich ändernde Betriebszustände oder Lastzustände der Brennkraftmaschine realisierbar.
Die Heizeinrichtung ist zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe zum Abgasstrang angeordnet. Dabei ist Sorge dafür getragen, dass von dem Abgasstrom oder dem Abgasstrang abgegebene Wärme nicht so weit in die Zuführleitung eindringt, dass diese über die Länge des Förderorgans bzw. des von diesem geförderten NH₃-Precursor über die Zersetzungstemperatur des NH₃-Precursors erwärmt wird. Für den Fall, dass Mittel zum thermischen Entkoppeln notwendig sind, kann beispielsweise zwischen dem Abgasstrang und dem das Förderorgan einschließenden Abschnitt der Zuführleitung ein Kunststoffzwischenstück, das auch flexibel ausgestaltet sein kann, eingeschaltet sein. Gleichwohl ist es möglich, den Bereich der Heizeinrichtung oder das zur Heizeinrichtung weisende Ende des Förderorgans durch die im Abgasstrom mitgeführte Wärme zu er wärmen, so dass dann die für die Heizeinrichtung benötigte Energie zum Betreiben der Vorrichtung reduziert werden kann. Solange bei einer solchen Ausgestaltung vom Abgasstrom bzw. dem Abgasstrang noch keine ausreichende Wärme zur Verfügung gestellt wird, wird die Heizeinrichtung mit entsprechend höherer Leistung betrieben.
Als Heizeinrichtung kann beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung dienen, die als Manschette die Zuführleitung in dem beschriebenen Abschnitt umgibt. Ebenso ist es möglich, innerhalb der Zuführleitung, beispielsweise in einer nutenartigen Aussparung eine elektrische Strahlungsheizung anzuordnen. Die von dieser Strahlungsheizung abgegebene Wärmestrahlung erwärmt auf direktem Wege die jeweils durch das Förderorgan herantransportierte NH₃-Precursormenge. Die Strahlungsheizung kann insbesondere so ausgelegt werden, dass eine übermäßige Erwärmung der Zuführleitung selbst und somit eine Wärmeleitung über die Zuführleitung zum Förderorgan hin auf ein Minimum reduziert ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass in die Zuführleitung ein mechanisch arbeitendes, bezüglich seiner Fördermenge ansteuerbares Förderorgan zum Fördern von aus dem Behälter ausgangsseitig austretendem NH₃-Precursor in Richtung zu dem Abgasstrang eingeschaltet ist und dass das Förderorgan dergestalt ausgelegt ist, damit der von diesem geförderte NH₃-Precursor in den Abgasstrang hinein gefördert wird.
Bei dieser Vorrichtung erfolgt eine Dosierung ebenso wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung durch das Förderorgan. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Vorrichtung wird durch diese der NH₃-Precursor unmittelbar in den Abgasstrang hineingefördert. Die zum thermolytischen Zersetzen des NH₃-Precursors notwendige Wärme wird bei dieser Vorrichtung grundsätzlich dem heißen Abgasstrom entnommen. Ist der Abgasstrom ausreichend erwärmt, was grundsätzlich bereits nach kurzer Betriebsdauer des Verbrennungsmotors der Fall ist, erfolgt aufgrund der relativ hohen Temperatur des Abgasstromes verglichen mit der für die Thermolyse des NH₃-Precursors benötigten Temperatur eine Spontanzersetzung des NH₃-Precursors. Diese Vorrichtung wird grundsätzlich erst dann eingeschaltet, wenn der Abgasstrom eine bestimmte Mindesttemperatur zum Herbeiführen der gewünschten Spontanzersetzung aufweist.
Damit bei einer solchen Vorrichtung auch eine Entstickung der im Abgasstrom enthaltenen Stickstoffoxide an dem Reduktionskatalysator erfolgen kann, auch wenn der Abgasstrom noch nicht die für eine gewünschte Spontanzersetzung notwendige Temperatur aufweist, ist in einer Weiterbildung dieser Vorrichtung vorgesehen, diese mit einer Heizeinrichtung entsprechend der zuvor beschriebenen Vorrichtung auszustatten. Die Heizeinrichtung bei dieser Vorrichtung dient jedoch lediglich zum Erwärmen des durch das Förderorgan geförderten NH₃-Precursors, bis der Abgasstrom die notwendige Temperatur aufweist.
Grundsätzlich eigenen sich zur Ausbildung der vorbeschriebenen Vorrichtung Förderorgane unterschiedlicher Ausgestaltungen, durch die eine Zwangsförderung erfolgt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Förderung des NH3-Precursors kontinuierlich oder diskontinuierlich vorgenommen wird. Zweckmäßig ist der Einsatz einer Förderschnecke als Förderorgan, da durch diese gleichzeitig eine gewisse Abdichtung zu den rückwärtigen Bereichen des Förderorgans und insbesondere auch zu dem NH₃-Precursor enthaltenen Behälter ausübt. Bei diesen Vorrichtungen stört ein gewisser Rückstrom die Zersetzungsgase durch das Förderorgan entgegen der Förderrichtung und in den Behälter nicht. Sollte ein solcher Rückstrom auftreten, bildet sich aus diesem Gasgemisch in dem Behälter aufgrund des Abkühlens des Gases das NH₃-Precursor-Ausgangsmaterial zurück. Da dies ohne weiteres bei Einsatz von Ammoniumcarbamat als NH₃-Precursor eintritt, ist dieses ein weiterer Grund, weshalb Ammoniumcarbamat als NH₃-Precursor zum Betreiben dieser Vorrichtungen bevorzugt eingesetzt wird.
Die vorbeschriebenen Vorrichtungen können eine Anwärmheizeinrichtung aufweisen, die dem Zweck dient, dass bei Nichtbetrieb des Kraftfahrzeuges und somit auch bei Nichtbetrieb der Vorrichtung sich im Bereich des Förderorgans, beispielsweise der Förderschnecke in den Ausgangsstoff zurückbildende Zersetzungsprodukte das Förderorgan festsetzen. In einem solchen Fall wird vor dem Beginn des Betriebes des Förderorgans die Anwärmheizeinrichtung eingeschaltet und solange betrieben, bis die eine Bewegung des Förderorgans behindernden NH₃-Precursoranteile sich thermolytisch zersetzt haben. Detektiert werden kann eine solche, die Bewegung des Förderorgans beeinträchtigende Situation beispielsweise durch Überwachen der Stromaufnahme eines das Förderorgan antreiben den Elektromotors. Liegt eine solche Situation vor, ist die Stromaufnahme des Elektromotors entsprechend hoch, so dass systemseitig auf eine solche Situation geschlossen werden kann und der Elektromotor stromlos geschaltet und die Anwärmheizeinrichtung eingeschaltet wird. Durch wiederholtes Einschalten des Elektromotors kann in zeitlichen Abständen versucht werden, ob die Anwärmzeitspanne bereits ausreichend war, um das Förderorgan durch den Elektromotor antreiben zu können.
Zum Begegnen einer Situation, bei der ein Betrieb des Förderorgans blokkiert ist, kann ebenfalls vorgesehen sein, das Förderorgan selbst oder Teile davon, beispielsweise bei Einsatz einer Förderschnecke, die die eigentliche Förderschnecke tragende Förderwelle beheizbar auszugestalten, um durch thermolytische Zersetzung des eine Bewegung des Förderorgans blockierenden NH₃-Precursors eine bestimmungsgemäße Bewegung des Förderorgans frei zu machen.
Verglichen mit vorbekannten Konvertersystemen, braucht der Behälter zum Bevorraten des NH₃-Precursors bei diesen beschriebenen Vorrichtungen lediglich gasdicht zu sein. Eine Druckfestigkeit wie bei vorbekannten Konvertersystemen ist bei diesen Behältern grundsätzlich nicht gefordert. Daher kann auch bei einem Betrieb dieser Vorrichtungen dieser Behälter gefahrlos geöffnet und mit neuem NH₃-Precursormaterial befällt werden. Der NH₃-Precursor kann pulverisiert oder auch zu Pellets oder Kügelchen oder dergleichen geformt und/oder gepresst vorliegen. Die Materialform des NH₃-Precursors ist jedoch abgestimmt darauf, dass dieses ohne weiteres mit dem Förderorgan gefördert werden kann.
Das Zuführen des NH₃-Precursors an das Förderorgan kann beispielsweise schwerkraftbedingt erfolgen, gleichfalls ist es möglich, den NH₃-Precursor beispielsweise durch einen Kolben sukzessive zu dem Eingang des Förderorgans zu drücken.
Das Förderorgan der beiden vorbeschriebenen Ausgestaltungen ist auf das Fördern der jeweils benötigten NH₃-Precursormengen ausgelegt. Da mitunter nur sehr geringe NH₃-Precursormengen für die benötigte Reaktionsgasmenge notwendig sind, können neben der als Förderorgan beschriebenen Förderschnecke auch andere feindosierende Förderorgane eingesetzt werden.
Die vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Behälter eine ansteuerbare, elektrische Strahlungsheizung zum Erwärmen von in dem Behälter enthaltenem NH₃-Precursor angeordnet ist.
Bei dieser Ausgestaltung ist innerhalb eines den NH₃-Precursor enthaltenen Behälters eine elektrische Strahlungsheizung angeordnet. Gegenüber vorbekannten Konvertersystemen wird bei dieser Vorrichtung lediglich der NH₃-Precursor durch die Wärmestrahlung unmittelbar erwärmt, insbesondere auch unabhängig davon, ob innerhalb des Behälters Zersetzungsgase des NH₃-Precursors enthalten sind oder nicht. Eine Dosierung erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Strahlungsheizung. Durch unmittelbares Erwärmen von in dem Behälter enthaltenem NH₃-Precursor erfolgt bei Ausstattung der elektrischen Strahlungsheizung mit einer entsprechenden Leistungsfähigkeit eine Spontanzersetzung einer gewissen NH₃-Precursormenge. Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass die zum Auslösen einer solchen Spontanzersetzung einer bestimmten NH₃-Precursormenge notwendige elektrische Energie bei Einsatz einer solchen Strahlungsheizung nur sehr gering ist. Infolge des Eintritts einer solchen Spontanzersetzung bei entsprechender Ansteuerung der Strahlungsheizung kann diese als Dosiereinrichtung eingesetzt werden, um just-in-time die jeweils benötigte NH₃-Menge zu produzieren.
Die Strahlungsheizung kann eine einzige Strahlungsquelle oder auch mehrere einzelne und gegebenenfalls unabhängig voneinander ansteuerbare Strahlungsquellen umfassen. Durch den Einsatz mehrerer Strahlungsquellen kann eine größere Oberfläche des NH₃-Precursormaterials erwärmt werden, insbesondere wenn der Behälter, in dem der NH₃-Precursor bevorratet ist, dergestalt konzipiert ist, dass der NH₃-Precursor mit einer relativ großflächigen Oberfläche darin bevorratet ist. Entsprechendes gilt für den Fall, dass der Behälter eine komplizierte geometrische Form aufweist, um beispielsweise möglichst raumsparend in einem Kraftfahrzeug untergebracht zu werden.
Ferner kann vorgesehen sein, die Strahlungsheizung oder zumindest eine Strahlungsquelle der Strahlungsheizung einrichtbar anzuordnen, damit bei zunehmender thermolytischer Zersetzung des NN₃-Precursors und ent sprechend absinkendem NH₃-Precursorspiegel die Strahlungsheizung dem absinkenden NH₃-Precursorspiegel nachgefahren werden kann.
Zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei der diese Vorrichtung um ein in die Zuführleitung eingeschaltetes Taktventil erweitert wird. Es besteht dann die Möglichkeit, durch entsprechende Ansteuerung des Taktventils und/oder der Strahlungsheizung sehr exakt die jeweils benötigte NH₃-Menge produzieren und/oder in den Abgasstrang eindösen zu können. Da bei geöffnetem Taktventil zum Zudüsen von NH₃ in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors in dem Behälter und in der Zuführleitung ein deutlich höherer Druck enthalten ist als in dem Abgasstrang selbst, braucht grundsätzlich ein Rückschlagventil nicht vorgesehen zu sein, um zu verhindern, dass Abgas von dem Abgasstrang in den Behälter einströmt. Ist das Taktventil geschlossen, ist ohnehin eine Verbindung zwischen dem Abgasstrang und dem Behälter nicht gegeben. Anstelle oder auch zusätzlich zu einem Taktventil kann ebenfalls ein Rückschlagventil vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Abgas in den NH₃-Precursor enthaltenen Behälter einströmt.
Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Heizeinrichtung ein innerhalb des Behälters angeordnetes Heizgebläse vorgesehen ist.
Bei dieser Konzeption dient als Heizeinrichtung ein Heizgebläse, das innerhalb des den NH₃-Precursor enthaltenen Behälter angeordnet ist. Ein solches Heizgebläse kann beispielsweise einen Axialmotor umfassen, wobei das von dem Axialmotor geförderte gasförmig vorliegende Fluid an einer elektrischen Heizung beispielsweise eine Heizschlange oder-spirale vorbeiströmt und somit an dieser erwärmt wird. Bei Einsatz eines solchen Heizgebläses können ohne weiteres Luft- bzw. Gasstromtemperaturen von 130°C oder auch mehr erreicht werden. Der Vorteil des Einsatzes einer nach diesem Konzept ausgelegten Heizeinrichtung zum Herbeiführen einer thermolytischen Zersetzung des in dem Behälter befindlichen NH₃-Precursors liegt darin, dass infolge des Staupunktes an der Oberfläche des NN₃-Precursors nicht nur eine sehr gute Wärmeübertragung und somit eine sehr rasche Erwärmung von NH₃-Precursormaterial und eine quasi Spontanzersetzung dieses Materials erfolgt, sondern dass mit dieser Heizeinrichtung ebenfalls ein Medium – der geförderte Fluidstrom be reitgestellt ist – mit dem die erzeugte Wärme transportiert und somit auch an all jene Stellen des Systems gebracht werden kann, die von dem erwärmten Fluid angeströmt sind. Folglich kann bei einer solchen Heizeinrichtung der Behälter zum Bevorraten des NH₃-Precursors auch komplizierte geometrische Formen einnehmen. Dies kann beispielsweise zur bestmöglichen Raumausnutzung notwendig sein. Im Gegensatz zu den vorbeschriebenen Lösungen kann mit einer solchen Heizeinrichtung auch dasjenige NH₃-Precursormaterial in einem Behälter zu seiner. thermolytischen Zersetzung aufgeheizt werden, dass beispielsweise bei Einsatz einer Strahlungsheizung nicht ohne weiteres erwärmbar wäre. Die Bereitstellung eines erwärmten Fluidstromes ist auch vorteilhaft im Hinblick auf die Temperatur des in den Abgasstrang einzudüsenden Zersetzungsgasgemisches, das in etwa in derjenigen Temperatur dem Abgasstrom zugeführt wird, die der Erwärmungstemperatur entspricht. Dies minimiert eine Abkühlung des Abgasstromes im Bereich des Eintritts des Reaktionsgases bzw. des das Reaktionsgas beinhaltenden Zersetzungsgasgemisch. Der erwärmte Fluidstrom bewirkt bei einer Inbetriebnahme der Vorrichtung auch, dass in der zwischen dem Behälter und dem Abgasstrang befindlichen Zuführleitung bei einer Abkühlung des Systems gegebenenfalls zurückgebildetes NH₃-Precursormaterial sich ebenfalls thermolytisch zersetzt, so dass die Zuführleitung quasi automatisch durch den warmen bzw. heißen Fluidstrom frei gespült wird. Zusätzliche Heizeinrichtungen zum Erwärmen der Zuführleitung in einem solchen Fall sind daher bei dieser Konzeption grundsätzlich nicht notwendig.
Als Dosiereinrichtung dient zweckmäßigerweise ein in die Zuführleitung eingeschaltetes Taktventil, dem gegebenenfalls ein parallel geschaltetes Rückschlagventil zugeordnet ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator,
2 einen Ausschnitt der Vorrichtung der 1 in einer alternativen Ausgestaltung,
3 eine weitere Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysators,
4 noch eine weitere Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysators in einem schematisierten Blockschaltbild und
5 noch eine weitere Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak an einen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator in einem schematisierten Blockschaltbild.
Eine Vorrichtung 1 dient zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang 2 eines nicht näher dargestellten Dieselmotors etwa eines Kraftfahrzeuges eingeschalteten Reduktionskatalysator 3. Bei dem Reduktionskatalysator 3 handelt es sich um einen so genannten SCR-Katalysator mit dem unter Verwendung eines Reduktionsmittels – hier: NH₃ – eine Reduktion von in dem Abgasstrom enthaltenen Stickstoffoxiden (NO_x) erfolgt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Behälter 4 mit einem den Behälter 4 gasdicht verschließenden Deckel 5. Der Deckel 5 kann beispielsweise ein Schraubdeckel sein, der über eine innenliegende Dichtung mit dem oberen Behälterrand 4 gasdicht abdichtet. Der Behälter 4 ist zusammen mit seinem Deckel 5 konzipiert, um einem gewissen Innendruck standhalten zu können. Der Behälter 4 dient zum Bevorraten eines NH₃-Precursors, wobei bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen Ammoniumcarbamat als NH₃-Precursor eingesetzt wird. Der Behälter 4 verjüngt sich zu seinem unteren Ausgang 6 hin trichterförmig. An den Ausgang 6 des Behälters 4 ist eine Zuführleitung 7 angeschlossen, die den Ausgang 6 des Behälters 4 mit dem Abgasstrang 2 des Verbrennungsmotors verbindet. In der Zuführleitung 7 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Förderschnecke 8 als Förderorgan angeordnet. Die Förderschnecke 8 ist durch einen Elektromotor 9 drehbar antreibbar. Zu diesem Zweck sitzt die eigentliche Förderschnecke 8 auf einer von dem Elektromotor 9 rotierend angetriebenen Förderwelle 10. Der Ausgang 6 des Behälters 4 befindet sich oberhalb des Eingangs 11 der Förderschnecke B. Durch den Elektromotor 9 ist die Förderschnecke 8 in einer solchen Drehrichtung antreibbar, dass aus dem Behälter 4 über seinen Ausgang 6 dem Eingang 11 der Förderschnecke 8 zugeführtes Ammoniumcarbamat in Richtung zum Abgasstrang 2 gefördert wird. Das Ammoniumcarbamat ist beispielsweise in Form von kleinen Pellets in dem Behälter 4 enthalten.
Im Bereich des Förderendes 12 der Förderschnecke 8 ist eine Heizeinrichtung 13, ausgebildet als eine die Zuführleitung 7 einschließende Manschette, angeordnet. Bei der Heizeinrichtung 13 handelt es sich um eine elektrische Widerstandsheizung, mit der das bis in den Bereich der Heizeinrichtung 13 geförderte Ammoniumcarbamat erhitzt wird. Das Erhitzen des in dem Bereich der Heizeinrichtung 13 geförderten Ammoniumcarbamates erfolgt auf Temperaturen zwischen 110 und 130°C, so dass sich das durch die Förderschnecke 8 in dem Bereich der Heizeinrichtung 13 herangeförderte Ammoniumcarbamat am Ende der Förderschnecke 8 quasi spontan thermolytisch unter Bildung des gewünschten NH₃ zersetzt. Das NH₃ wird durch eine düsenartige Verengung 14 in den Abgasstrang 2 eingebracht. Die Mündung der Verengung 14 in den Abgasstrang 2 befindet sich in Strömungsrichtung des in dem Abgasstrang 2 geführten Abgases vor dem SCR-Katalysator 3.
Die Zuführleitung 7 im Bereich der Förderschnecke 8 einschließend ist ferner eine weitere Widerstandsheizung als Aufwärmheizeinrichtung 15 vorgesehen. Die Aufwärmheizeinrichtung 15 dient zum thermolytischen Zersetzen von Ammoniumcarbamat, das bei Nichtbetrieb der Vorrichtung 1 innerhalb der Förderschnecke 8 abgelagert und gegebenenfalls die Förderschnecke 8 mit der Innenwandung der Zuführleitung 7 verklebt hat. Ein Betrieb der Förderschnecke 8 mit dem Elektromotor wäre in einem solchen Zustand nicht oder nur mit einem erhöhten Verschleiß möglich. Daher wird die Aufwärmeinrichtung 15 eingeschaltet, wenn eine solche Situation detektiert worden ist. Zum Detektieren einer solchen Situation kann die Stromaufnahme des Elektromotors 9 dienen. Eine Auswertung dieser Daten erfolgt in einem Steuergerät 16, an das der Elektromotor 9 angeschlossen ist. Ferner ist an das Steuergerät 16 die Aufwärmheizeinrichtung 15 und ebenso auch die Heizeinrichtung 13 angeschlossen. Das Steuergerät 16 erhält in nicht dargestellter Art und Weise ebenfalls Daten über den Betriebszustand des Motors und somit Daten bezüglich der zum Durchführen der gewünschten NO_x-Reduktion an dem SCR-Katalysator 3 benötigten NH₃-Menge. In Abhängigkeit von der benötigten NH₃-Menge wird der Elektromotor 9 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel angetrieben und auch bezüglich seiner Drehgeschwindigkeit gesteuert, so dass über die Förderschnecke 8 Ammoniumcarbamat in der benötigten Menge der Heizeinrichtung 13 zugeführt wird.
Die bei der thermolytischen Zersetzung des Ammoniumcarbamats entstehenden Zersetzungsgase im Bereich der Heizeinrichtung 13 werden aufgrund des geringen, im Abgasstrang enthaltenen Druckes in diesen einströmen. Solche Zersetzungsgasanteile, die durch die Förderschnecke 8 hindurch und durch den Ausgang 6 dagegen in den Behälter 4 einströmen, beeinträchtigen den Betrieb der Vorrichtung 1 nicht. In dem Behälter 4, der sich üblicherweise auf Umgebungstemperatur befindet, bildet sich aus dem Zersetzungsgasgemisch Ammoniumcarbamat zurück, welches anschließend erneut über den Ausgang 6 in fester Form der Förderschnecke 8 und letztendlich der Heizeinrichtung zugeführt werden kann.
2 zeigt eine weitere Vorrichtung 17, die vom Prinzip her aufgebaut ist wie die Vorrichtung 1 der 1. Im Unterschied zu der als die Zuführleitung 7 einschließenden Manschette der Heizeinrichtung 13 ist bei der Vorrichtung 17 als Heizeinrichtung eine Strahlungsheizung 18 vorgesehen. Die Strahlungsheizung 18 befindet sich in einer zu diesem Zweck vorgesehenen Ringnut 19 der Zuführleitung 20. Die Strahlungsheizung 18 ist nach Art eines offenen Ringkörpers ausgestaltet; die notwendigen Anschlüsse sind der Einfachheit halber in 2 nicht gezeigt.
3 zeigt eine weitere Vorrichtung 21, die grundsätzlich aufgebaut ist wie die Vorrichtung 1 der 1. Aus diesem Grunde sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Unterschied zu der Vorrichtung 1 der 1 erstreckt sich die Förderschnecke 8 bei der Vorrichtung 21 bis in den Abgasstrang 2 hinein, damit durch die Förderschnecke Ammoniumcarbamat in fester Form in den Abgasstrang 2 eingeführt wird. Eine Spontanzersetzung des in den Abgasstrang 2 eingeführten Ammoniumcarbamats erfolgt grundsätzlich durch die bezüglich der Zersetzungstemperatur des Carbamates sehr hohe Temperatur des in dem Abgasstrang 2 geführten Abgasstromes, zumindest wenn der Dieselmotor warmgelaufen ist. Ein Dosieren erfolgt bei der Vorrichtung 21 wie bei der Vorrichtung 1 durch entsprechendes Ansteuern des Elektromotors 9 und somit durch bedarfsweises und entsprechendes Fördern von Ammoniumcarbamat bis hin zu der Zersetzungsstelle, die sich bei der Vorrichtung 21 innerhalb des Abgasstranges 2 befindet.
Um mit der Vorrichtung 21 auch dann die gewünschte NO_x-Reduktion an dem SCR-Katalysator 3 vornehmen zu können, wenn der in dem Abgasstrang 2 geführte Abgasstrom noch nicht die notwendige Temperatur aufweist, verfügt die Vorrichtung 21 gleichfalls über eine Heizeinrichtung 13. Die Heizeinrichtung 13 wird bestromt, wenn die Temperatur des Abgasstromes nicht ausreichend hoch ist, um eine Spontanzersetzung des Ammoniumcarbamates beim Eintreten in den Abgasstrang 2 hervorrufen zu können. Bei bestromter Heizeinrichtung 13 erfolgt die thermolytische Zersetzung des Ammoniumcarbamates im Bereich des Endes der Förderschnecke 8, der von der Heizeinrichtung 13 im wesentlichen eingeschlossen ist.
4 zeigt eine weitere Vorrichtung 22, die dem Zweck dient, NH₃ an einen in den Abgasstrang 2 eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator 3 zuzuführen. Die Vorrichtung 22 umfasst einen Behälter 23, in dem als NH₃-Precursor Ammoniumcarbamat in fester Form in Form von Pellets oder Pulver enthalten ist. Der Behälter 23 ist oberseitig gasdicht durch einen Deckel 24 verschlossen. Der Deckel 24 trägt unterseitig eine elektrische Strahlungsheizung 25, die beispielsweise nach Art eines Rohrheizkörpers ausgebildet sein kann. Die Strahlungsheizung 25 ist als offener Ring oder auch als Spirale konzipiert und elektrisch über ein Anschlusskabel 26 ansteuerbar. Das Anschlusskabel 26 ist an ein Steuergerät angeschlossen, durch das die Ansteuerung der Strahlungsheizung 25 erfolgt. Das Vorsehen der Strahlungsheizung 25 innerhalb des Behälters 23 hat zum Vorteil, dass bei einer Bestromung der Strahlungsheizung 25 das in dem Behälter 23 enthaltene Ammoniumcarbamat sehr rasch bei ausreichender Heizleistung der Strahlungsheizung 25 auf seine thermolytische Zersetzungstemperatur gebracht werden kann, so dass auch bei dieser Ausgestaltung quasi eine Spontanzersetzung von Teilen des in dem Behälter 23 enthaltenen Ammoniumcarbamats eintritt. Die bei dieser Zersetzung entstehenden Zersetzungsgase werden über eine Zuführleitung 27 dem Abgasstrang 2 zugeführt. Eingeschaltet in die Zuführleitung 27 ist ein Taktventil 28, das gleichfalls in nicht dargestellter Art und Weise an das Steuergerät angeschlossen ist und das ebenfalls einer Dosierung der benötigten NH₃-Menge dient. Auch wenn grundsätzlich der Einsatz eines solchen Taktventils 28 zum bestimmungsgemäßen Betreiben der Vorrichtung 22 nicht benötigt wird, kann eine Präzisierung der Dosierung durch ein Taktventil 28 erfolgen. Überdies dient das Taktventil 28 zum Verhindern eines unerwünschten Rückflusses von in dem Abgasstrang 2 strömenden Abgas in dem Behälter 23.
Die Vorrichtung 22 kann ferner über einen Drucksensor zum Erfassen in dem Behälter 23 befindlichen Druckes verfügen. Mit einem solchen Drucksensor, der der Übersicht halber in der Figur nicht dargestellt ist, kann die Strahlungsheizung 25 angesteuert werden, um beispielsweise einen konstanten Innendruck in den Behälter 23 zu haben. Der Drucksensor kann ebenfalls eingesetzt werden, um Einfluss auf das Tatventil 28 zu nehmen, damit dieses in Abhängigkeit von dem in dem Behälter 23 vorherrschenden Druck beim Abgeben einer NH₃-Dosis länger oder kürzer geöffnet wird.
Ferner ist in einer Weiterbildung vorgesehen, ein das Taktventil überbrückendes Überdruckventil der Vorrichtung zuzuordnen, um die Gefahr der Ausbildung eines Überdruckes in dem Behälter 23 zu begegnen. Dieses Überdruckventil dient gleichzeitig als Rückschlagventil, um ein Einströmen von den in dem Abgasstrang 2 strömenden Abgas in den Behälter 3 zu verhindern.
5 zeigt eine weitere Vorrichtung 29 zum Zuführen von Ammoniak an einen in den Abgasstrang 2 eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator 3. Bei der Vorrichtung 29 ist der NH₃-Precursor – hier: Ammoniumcarbamat 30 – in einem Behälter 31 angeordnet, in dem gleichfalls eine ein Gebläse 32 umfassende Heizeinrichtung 33 vorgesehen ist. Neben dem Gebläse 32 ist der Heizeinrichtung 33 eine Heizschlange 34 zugeordnet, innerhalb der das Gebläse 32 angeordnet ist. Das Gebläse 32 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Axiallüfter konzipiert. Der Lüftermotor des Gebläses 32 ist in 5 mit dem Bezugszeichen 35 gekennzeichnet. Die Heizeinrichtung 33 ist in einem zylinderförmigen Tubusabschnitt 36 angeordnet, der wiederum Teil des Deckels 37 zum Verschließen des Behälters 31 ist. Der Tubusabschnitt 36 erstreckt sich ausgehend von dem Deckel 37 in dem Behälter 31 zum Ammoniumcarbamat 30 hin. Der Tubusabschnitt 36 dient zum einen zum Lenken des bei einem Betrieb des Axialmotors 35 geförderten Fluidstroms zur Oberfläche des Ammoniumcarbamats 30 hin. Die untere Kante des Tubusabschnittes 36 ist als Schneidkante 38 ausgelegt und kann beispielsweise auch eine wellenförmige Unterseite aufweisen. Die Schneidkante 38 dient zum Durchstechen einer Folie, mit der der beispielsweise als Kartusche 31 ausgelegte Behälter vor seiner Verbindung mit dem Deckel 37 verschlossen ist. Die Kartusche 31 ist mit einer geeigneten Folie verschlossen, um das darin befindliche Ammoniumcarbamat in seinem Urzustand zu belassen. Das Durchstechen der Verschlussfolie der Kartusche erfolgt in einer Art und Weise, dass die Folie soweit zerstört wird, dass diese einen bestimmungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung 29 nicht beeinträchtigt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass von dem Tubusabschnitt 36 radial nach außen abragende Stege vorgesehen sind, die bei einer Drehbewegung der Kartusche 31 gegenüber dem Deckel 37 die Folie von der Innenwand und der Kartusche abreißen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Folie mit den Eigenschaften einer Schrumpffolie ausgestattet ist, die bei Wärmebeaufschlagung, nämlich bei Inbetriebnahme der Heizeinrichtung zerstört wird und somit den Zugang zu dem in der Kartusche 31 befindlichen Ammoniumcarbamat freigibt.
Der Deckel 37 weist unterseitig zum Behälter 31 hin offene Öffnungen 39 auf, in die infolge eines Druckaufbaus bei der thermolytischen Zersetzung von Ammoniumcarbamat 30 und zusätzlich gefördert durch das Gebläse 32 Zersetzungsgase eintreten und über einen Ausgang 40 einer den Behälter 31 mit dem Abgasstrang 2 verbindenden Zuführleitung 41 zugeführt werden. Die Zuführleitung 41 ist unter Zwischenschaltung eines Taktventils 42 an den Abgasstrang 2 des Verbrennungsmotors angeschlossen. Der zum Ausgang 40 des Deckels 37 weisende Abschluss des Tubusabschnitts 36 ist verschlossen. Radial sind in die Tubuswandung mehrere, den Tubusabschnitt 36 durchgreifende Kanäle 43 als Fluidansaugöffnungen eingebracht. Das bei einem Betrieb des Gebläses 32 angesaugte Fluid tritt über diese Kanäle 43 in das Innere des Tubusabschnitts 36 und wird unter Erwärmung aus der unteren Mündung des Tubusabschnitts 36 gefördert.
Das Erwärmen des in dem Behälter 31 befindlichen Fluids – Luft (bei Erstinbetriebnahme) bzw. thermolytische Zersetzungsgase – hat zum Vor teil, dass die Wärme mittels des Fluides transportiert wird, und insbesondere an solche Stellen, die ansonsten nur mit größerem Aufwand erwärmt werden können. Dies betrifft sowohl die Ausgestaltung des Behälters 31, der bei einem solchen geförderten Heißfluidstrom auch solche Konfigurierungen einnehmen kann, die bei einer Erwärmung von NH₃-Precursormaterial durch eine Strahlungsheizung nicht ohne weiteres möglich wäre. Insbesondere kann der warme bzw. heiße Fluidstrom zum Spülen der Zuführleitung 41 eingesetzt werden, um darin gegebenenfalls zum NH₃-Precursor zurückgebildete Zersetzungsgase erneut thermolytisch zu zersetzen und somit die Zuführleitung 41 von solchen Ablagerungen zu befreien.
Bei einer Inbetriebnahme der Vorrichtung 29 besteht die Möglichkeit, zunächst nur die Heizschlange 34 zu erwärmen, damit gegebenenfalls im Bereich der Heizschlange 34 und insbesondere im Bereich des Gebläses 32 zurückgebildetes Ammoniumcarbamat zersetzt wird, um einen Betrieb der Heizeinrichtung 33 nicht zu beeinträchtigen. Das Gebläse 32 wird dann nach einer ersten Vorlaufzeit der Heizschlange 34 eingeschaltet. Die Heizeinrichtung 33 kann zunächst ohne geöffnetem Taktventil 42 betrieben werden, um einen erwärmten Fluidstrom zu generieren. Mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors steht dann ein Heißfluidstrom mit dem Reaktionsgas zur Verfügung, das bei entsprechendem Öffnen des Taktventils 42 zum Dosieren von NH₃ dem Abgasstrang 2 zugeführt werden kann. Das Zuführen eines solchen Heißfluidstroms führt gleichzeitig zu einer thermolytischen Zersetzung von gegebenenfalls in der Zuführleitung 41 resorbiertem NN₃-Precursormaterial, so dass durch diese Maßnahme sowohl die Zuführleitung 41 als auch das Taktventil 42 bei diesem ersten Dosierungsschritt gespült werden.
Bei dieser beschriebenen Ausgestaltung kann die Regelung der Ammoniumcarbamatthermolyse durch entsprechendes Ansteuern des Gebläses und/oder durch entsprechende Ansteuerung der Heizschlange bezüglich ihrer Heizleistung erfolgen. Somit stehen bei dieser Ausgestaltung grundsätzlich zwei Stellgrößen zur Verfügung, die unabhängig voneinander oder auch gemeinsam den jeweiligen Erfordernissen entsprechend eingesetzt werden können. Zum Betreiben der Vorrichtung 29 kann ebenfalls vorgesehen sein, in dem Behälter 31 einen bestimmten Innendruck und/oder eine gewisse Temperatur aufrechtzuerhalten, um auf diese Weise einen gewissen Reaktionsgasvorrat zur Verfügung stehen zu haben. Bei einer unabhängigen Ansteuerung von Gebläse 32 und Heizschlange 34 kann ebenfalls vorgesehen sein, die Heizschlange 34 oder auch ein anders konzipiertes Heizelement als Strahlungsheizung auszubilden, so dass allein durch Bestromung eines solchen Heizelementes eine erste Ammoniumcarbamatthermolyse erfolgen kann.
In den 4 und 5 ist der Übersicht halber ein Steuergerät und dessen Anschluss an die jeweiligen Vorrichtungen 22 bzw. 29 nicht dargestellt.
Aus der Beschreibung der Erfindung, insbesondere auch anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele wird deutlich, dass mit einem sehr geringen Einsatz elektrischer Energie eine Spontanzersetzung eines NH₃-Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat in einer solchen Menge möglich ist, die ausreicht, um auch eine maximale Dosis an benötigtem NH₃ herstellen zu können. Die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten in Folge der vorgesehenen sehr raschen und im Rahmen dieser Ausführungen als Spontanzersetzung bezeichneten thermolytischen Zersetzung sehr rasch reagierend, so dass sich diese insbesondere für einen Betrieb dynamisch beanspruchter Brennkraftmaschinen, beispielsweise Dieselmotoren von Lastkraftwagen eignen. Besonders zweckmäßig ist auch die Ausgestaltung dieser Vorrichtungen im Hinblick auf die Möglichkeit, vorhandene Systeme nachrüsten zu können. Zum Nachrüsten wird letztendlich lediglich ein Zugang zum Abgasstrang in Strömungsrichtung vor dem Reduktionskatalysator benötigt. Der Einbau der für die Vorrichtungen benötigten Aggregate ist ohne weiteres möglich. Fahrzeugseitig ist lediglich eine Schnittstelle zum Beaufschlagen des Steuergerätes mit den benötigten Kenngrößen notwendig. Insbesondere wird bei Einbau einer solchen vorbeschriebenen Vorrichtung nur ein sehr geringer Bauraum benötigt, insbesondere ein geringerer als bei einem Einsatz von Systemen, die Harnstoff oder eine Harnstofflösung als NH₃-Precursor einsetzen.

1: Vorrichtung
2: Abgasstrang
3: Reduktionskatalysator / SCR-Katalysator
4: Behälter
5: Deckel
6: Ausgang
7: Zuführleitung
8: Förderschnecke
9: Elektromotor
10: Förderwelle
11: Eingang
12: Förderende
13: Heizeinrichtung
14: Verengung
15: Aufwärmheizeinrichtung
16: Steuergerät
17: Vorrichtung
18: Strahlungsheizung
19: Ringnut
20: Zuführleitung
21: Vorrichtung
22: Vorrichtung
23: Behälter
24: Deckel
25: Strahlungsheizung
26: Anschlusskabel
27: Zuführleitung
28: Taktventil
29: Vorrichtung
30: Ammoniumcarbamat
31: Behälter
32: Gebläse
33: Heizeinrichtung
34: Heizschlange
35: Lüftermotor
36: Tubusabschnitt
37: Deckel
38: Schneidkante
39: Öffnung
40: Ausgang
41: Zuführleitung
42: Taktventil
43: Kanal

Claims

Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang (2) eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator (3), umfassend einen ausgangsseitig über eine Zuführleitung (7, 20) mit dem Abgasstrang (2) verbundenen, gasdichten oder gasdicht verschließbaren Behälter (4) zum Bevorraten eines unter Wärmezufuhr NH₃-abspaltenden Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat, wobei die Zuführleitung (7, 20) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionskatalysator (3) in den Abgasstrang (2) mündet, umfassend ferner eine Heizeinrichtung (13) zum Herbeiführen einer thermolytischen NH₃-Abspaltung des NH₃-Precursors und eine Dosiereinrichtung (8, 9) zum Dosieren der dem Reduktionskatalysator (3) zuzuführenden NH₃-Dosis, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuführleitung (7, 20) ein mechanisch arbeitendes, bezüglich seiner Fördermenge ansteuerbares Förderorgan (8) zum Fördern von aus dem Behälter ausgangsseitig austretendem NH₃-Precursor in Richtung zu dem Abgasstrang (2) eingeschaltet und der Zuführleitung (7, 20) eine im Bereich des zum Abgasstrang (2) weisenden Endes des Förderorgans (8) angeordnete Heizeinrichtung (13) zum Auslösen einer thermolytischen NH₃-Abspaltung des von dem Förderorgan (8) geförderten NH₃-Precursors zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13) in unmittelbarer Nähe zum Abgasstrang (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13) eine die Zuführleitung (7) einschließende, als elektrische Widerstandsheizung ausgebildete Heizmanschette ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung durch eine innerhalb der Zuführleitung (20) angeordnete Strahlungsheizung (18) gebildet ist.
Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang (2) eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator (3), umfassend einen ausgangsseitig über eine Zuführleitung (7) mit dem Abgasstrang (2) verbundenen, gasdichten oder gasdicht verschließbaren Behälter (4) zum Bevorraten eines unter Wärmezufuhr NH₃-abspaltenden Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat, wobei die Zuführleitung (7) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionskatalysator (3) in den Abgasstrang (2) mündet, umfassend eine Dosiereinrichtung (8, 9) zum Dosieren der dem Reduktionskatalysator (3) zuzuführenden NH₃-Dosis, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuführleitung (7) ein mechanisch arbeitendes, bezüglich seiner Fördermenge ansteuerbares Förderorgan (8) zum Fördern von aus dem Behälter (4) ausgangsseitig austretendem NH₃-Precursor in Richtung zu dem Abgasstrang (2) eingeschaltet ist und dass das Förderorgan (8) dergestalt ausgelegt ist, damit der von diesem geförderte NH₃-Precursor in den Abgasstrang (2) hinein gefördert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderorgan eine motorisch angetriebene Förderschnecke (8) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (8) elektromotorisch angetrieben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die NH₃-Precursor-Zufuhr von dem Behälter (4) zu dem Förderorgan (8) hin schwerkraftbedingt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführleitung (7) eine im Bereich des zum Abgasstrang weisenden Endes des Förderorgans (8) angeordnete Heizeinrichtung (13) zum Auslösen der thermolytischen NH₃-Abspaltung des von dem Förderorgan (8) geförderten NH₃-Precursors angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführleitung (7, 20) eine sich über den nicht von der Heizeinrichtung (13) abgedeckten Abschnitt des Förderor gans (8) erstreckende Anwärmeinrichtung (15) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderorgan selbst oder eine das eigentliche Förderorgan tragende Welle beheizbar sind.
Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang (2) eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator (3), umfassend einen ausgangsseitig über eine Zuführleitung (27) mit dem Abgasstrang (2) verbundenen, gasdichten oder gasdicht verschließbaren Behälter (23) zum Bevorraten eines unter Wärmezufuhr NH₃-abspaltenden Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat, wobei die Zuführleitung (27) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionskatalysator (3) in den Abgasstrang (2) mündet, umfassend ferner eine Heizeinrichtung zum Herbeiführen einer thermolytischen NH₃-Abspaltung des NH₃-Precursors, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter (23) eine ansteuerbare, elektrische Strahlungsheizung (25) als Heizeinrichtung zum Erwärmen von in dem Behälter (23) enthaltenem NH₃-Precursor angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Strahlungsheizung mehrere einzelne Strahlungsquellen umfasst. 14, Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Strahlungsheizung bzw. zumindest eine Strahlungsquelle bezüglich des Abstandes zur Oberfläche des NH₃-Precursors in dem Behälter einrichtbar ist.
Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak (NH₃) an einen in den Abgasstrang (2) eines Verbrennungsmotors eingeschalteten Reduktionskatalysator (3), umfassend einen ausgangsseitig über eine Zuführleitung (41) mit dem Abgasstrang (2) verbundenen, gasdichten oder gasdicht verschließbaren Behälter (31) zum Bevorraten eines unter Wärmezufuhr NH₃-abspaltenden Precursors, insbesondere von Ammoniumcarbamat, wobei die Zuführleitung (41) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionskatalysator (3) in den Abgasstrang (2) mündet, umfassend ferner eine Heizeinrichtung zum Herbeiführen einer thermolytischen NH₃-Abspaltung des NH₃-Precursors, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinrichtung (33) ein innerhalb des Behälters (31) angeordnetes Heizgebläse (32, 34) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgebläse (32, 34) einem Deckel (37) zum Verschließen des Behälters (31) zugeordnet ist und zum Produzieren eines im wesentlichen axialen, zur Oberfläche des NH₃-Precursors gerichteten Fluidstrom angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (33) in einem tubusförmigen Abschnitt (36) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Tubusabschnittes (36) als Schneidkante (38) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuführleitung (27, 41) ein Taktventil (28, 42) eingeschaltet ist.