專利名稱：計量添加特別是用于選擇性催化還原的還原劑到內(nèi)燃機廢氣流中的計量添加設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前述部分的計量添加設(shè)備，其用于將還原劑(特別是用于選擇性催化還原的還原劑)計量添加到內(nèi)燃機廢氣流
(Abgasstrom)中。
背景技術(shù)：
通常已知，采用催化凈化方法來去除燃燒裝置廢氣中的有害物質(zhì)。催化凈化方法在所謂的還原劑驅(qū)動(reduktionsmittelbetriebenen)的廢氣凈化裝置中應(yīng)用，在該方法中，作為第一反應(yīng)物的有害物質(zhì)與額外的在廢氣中攜帶的作為第二反應(yīng)物的介質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。
在還原劑驅(qū)動的廢氣凈化裝置中，加到廢氣腔中的介質(zhì)大多為還原劑，該還原劑與廢氣的一種或多種有害物質(zhì)反應(yīng)。例如通常是通過選擇性催化還原(SCR)降低內(nèi)燃機廢氣流中的氧化氮(Stickoxidanteil)成分。為此在廢氣流中加入直接起還原性作用的物質(zhì)如氨或在廢氣中釋放出還原性物質(zhì)的前體。作為前體可尤其使用例如尿素，主要以尿素-水溶液的形式、甲酸銨等。
這種物質(zhì)分解并由此釋出氨是SCR-法中可應(yīng)用該方法的決定性因素。
因為例如按上式的尿素分解在氣相中于450。C才成功地定量進(jìn)行，所以在廢氣管路(Abgastrakt)中常使用所謂的水解催化劑或尿素分解催化劑(EP 0487886 Bl和EP 0555746 Bl),在此情況下分解溫度可降到約170°C。這些催化劑加速了在尿素分解時通過熱解釋出的異氰酸水解成NH3和C02。:辨H惑參靜
作為活性成分可用Ti02和/或Si02和/或A1203和/或沸石。這些活性成分以涂層形式施加于陶瓷的或金屬的大多呈蜂窩狀的催化劑載體上。
如果不使用水解催化劑或使其過載，其中所述水解催化劑在例如過低溫度和/或過高還原劑加料量下運行，則該異氰酸不能定量水解。特別是在使用尿素水溶液時是有問題的，因為由于水蒸發(fā)又使廢氣耗散額外的熱量，并由此經(jīng)冷卻。
如果尿素不能定量分解成氨和二氧化碳，則形成非常熱穩(wěn)定的大多為環(huán)狀的和不溶于水的固態(tài)副產(chǎn)物如蜜胺(Melamin)、黑素(Melanin)和氰尿酸。這些固體淀積在水解催化劑上、尿素噴嘴上和管道上，并可導(dǎo)致廢氣流的完全堵塞或SCR-系統(tǒng)停止運行。
這些物質(zhì)在450-500。C以上才能成功分解。但最新的發(fā)動機的廢氣溫度由于其高效率通常低于400°C。這就不可再去除可能形成的淀積物。
在選擇性催化還原時形成的氨(NH3)可將一氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)還原成分子氮(N2)。該選擇性催化還原通常在所謂的SCR-催化器(SCR畫Katalysator)上發(fā)生。
除在廢氣流中釋放氨外，在汽車中應(yīng)用SCR-法時借助于加料設(shè)備或計量添加設(shè)備(Dosiervorrichtung)將待分解的還原劑加到廢氣流中還有另一問題。特別是在借助于安裝在廢氣管路上或廢氣管路中的噴嘴加料時，于高溫下在噴嘴內(nèi)可能已導(dǎo)致還原劑分解，并導(dǎo)致業(yè)已形成上述固體分解產(chǎn)物蜜胺、黑素和氰尿酸。如果這些物質(zhì)遷移入噴嘴孔，則導(dǎo)致堵塞和由此導(dǎo)致SCR-系統(tǒng)停止運行。經(jīng)孔或縫將固態(tài)還原劑加到廢氣管路中也會發(fā)生這種情況。
為避免特別是與內(nèi)燃機冷啟動相關(guān)的不合意的有害物質(zhì)產(chǎn)生，需將催化劑盡可能快地加熱到其運行溫度，特別是所謂的起動溫度，在該溫度下可轉(zhuǎn)變50%的有害物質(zhì)。為此，在內(nèi)燃機的廢氣管路(Abgasstrang)中的催化劑要盡可能地接近發(fā)動機安裝，以有利于快速加熱和由此盡快地起動催化劑。因此，伸入廢氣流中的計量添加設(shè)備由非常熱的廢氣流所包圍，以導(dǎo)致加料設(shè)備(Zufiihrvorrichtung)內(nèi)的溫度大大升高。特別是對分解時會形成固態(tài)副產(chǎn)物的還原劑如尿素或尿素水溶液，在此高溫下存在增加固體副產(chǎn)物形成并由此堵塞加料設(shè)備的風(fēng)險，特別是由非常熱穩(wěn)定的大多為環(huán)狀的和不溶于水的固態(tài)副產(chǎn)物如蜜胺、黑素和氰尿酸所堵塞。
例如經(jīng)孔或縫將固態(tài)還原劑加到廢氣管路(Abgastrakt)中也會發(fā)生
這種情況。
為避免這種問題，由EP 0588452 B中已知，將還原劑與冷的壓縮空氣一起噴入內(nèi)燃機的廢氣管路的廢氣流中，噴入用雙物質(zhì)噴嘴進(jìn)行，并且該壓縮空氣作為冷卻劑沿形成還原劑計量添加通道(Zudosierkanal)的加料管(Zufiihrleitung)加入。該流動的壓縮空氣也冷卻連接到廢氣管路中的噴嘴本身。
此外，由WO 96/36797已知，在預(yù)混腔中預(yù)先4吏空氣和還原劑混合。該預(yù)混腔經(jīng)管和噴嘴與廢氣管路如此相連，以使該預(yù)混腔不被熱廢氣加熱。此外，該混入的空氣防止了還原劑的加熱。
還從DE 29924992 Ul中已知，通過提供還原劑的循環(huán)回路來避免在以流經(jīng)廢氣管i 各的廢氣的熱可加熱的區(qū)域中的還原劑的加熱。在此循環(huán)回路中，連接有配置在計量添加設(shè)備的出口孔緊前面的還原劑預(yù)冷腔(Vorhaltraum),在該腔中盡管其接近廢氣管路，但通過不斷循環(huán)將把還原劑保持在恒定的低溫。
從DE 10324482 Al中已知一種計量添加設(shè)備，據(jù)信其中的噴射閥通過從較冷的回流中分流出該還原劑特別是燃料來實現(xiàn)。
所有這些系統(tǒng)的共同點是，其在結(jié)構(gòu)上特別昂貴，特別是需要與附加的泵相連接的昂貴套管以及特別經(jīng)拋光的噴嘴設(shè)計。用這類措施大大增加了與計量添加設(shè)備相關(guān)的安裝費用、結(jié)構(gòu)費用和維護(hù)費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加料設(shè)備或計量添加設(shè)備以將還原劑特別是用于選擇性催化還原的還原劑計量加到內(nèi)燃機的廢氣流中，其可在較高溫度下值得信賴和性能可靠地避免該加料設(shè)備(Zufiihrvorrichtung)或計量添加設(shè)備(Dosiervorrichtung)特別是由還原劑分解產(chǎn)物所堵塞。
本發(fā)明的目的是通過權(quán)利要求1的特征部分實現(xiàn)的。有利的實施方案列于從屬權(quán)利要求中。
6按權(quán)利要求1,在本發(fā)明的加料設(shè)備或計量添加設(shè)備的計量添加通 道區(qū)中配備或形成對給定物質(zhì)特別是給定的還原劑分解產(chǎn)物呈催化活 性的表面。按一個具體的實施方案，特別設(shè)想使該計量添加通道的通道 壁和/或至少 一個配置在計量添加通道中的中間部件至少在部分區(qū)域具 有催化活性的表面。該催化活性的表面優(yōu)選通過這樣的催化活性材料形 成，特別是就作為還原劑或還原劑成分的可溶性固體如尿素或尿素水溶 液而言，與形成環(huán)狀的和/或固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物相比，該催化活性材 料提高了對形成非環(huán)狀的和/或非固態(tài)的，特別是氣態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物 的選擇性或有助于該環(huán)狀的和/或固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物的分解。固態(tài)還 原劑分解產(chǎn)物特別意指可引起例如計量添加通道的噴嘴或出口孔堵塞 的那些固體。
在計量添加通道中，原則上也可輸送從廢氣流分流出的分流
(Teilstrom),將該分流與引入到該分流中的還原劑 一起再返回到主廢氣 流中。此外，該計量添加設(shè)備的不與廢氣接觸的至少部分區(qū)域也可以用 催化活性表面制成或配備催化活性表面。
借助本發(fā)明的解決方案，即在計量添加通道的區(qū)域配備或形成對給
在高廢氣溫度和計量添加設(shè)備區(qū)域的高溫下，也可值得信賴地與性能可 靠地避免該計量添加設(shè)備由形成的固體或還原劑分解產(chǎn)物如蜜胺、黑素 和氰尿酸所堵塞，因為通過使用以各情況所確定的催化活性材料作為催 化活性表面，引起或至少是有利于例如該可能產(chǎn)生的固體的分解或阻止 其形成。
為可靠地避免該計量添加設(shè)備特別是在計量添加通道截面變窄的 情況下的堵塞，優(yōu)選在該計量添加通道的至少一個出口孔的上游配置至 少一個過濾部件(Filterelement)作為中間部件(Zwischenelement),該部 件與該計量添加通道的至少一個出口孔呈給定間距。如前所述，該優(yōu)選 形成為過濾部件的中間部件可以是在計量添加通道區(qū)中形成催化活性 表面的部件。此外，計量添加通道壁也可具有催化活性表面。除降低該 計量添加設(shè)備特別是其出口孔的堵塞風(fēng)險外，還可用這類過濾部件有利 地同時增加用于分解該固體或還原劑分解產(chǎn)物的停留時間和活性表面， 由此再次明顯提高工藝可靠性。
鉑族元素和/或鈰和/或4凡和/或鵠和/或鈥和/或珪和/或鋁和/或它們
7的氧化物和/或沸石均適合作為活性成分。
該計量添加i殳備優(yōu)選由計量添加管(Dosierrohr)制成，該計量添加管 在安裝狀態(tài)下至少以部分區(qū)域伸入廢氣流中，其中就計量添加管而言， 其管內(nèi)壁形成通道壁和由此形成計量添加通道。特別優(yōu)選的實施方案是 該計量添加通道設(shè)計成或形成為噴嘴，以可將還原劑極細(xì)分散地 (fdnstverteilt)噴入廢氣中。
按本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的擴(kuò)展方案，除在該計量添加通道內(nèi)部形 成的催化活性表面外，也在優(yōu)選形成為計量添加管的計量添加設(shè)備的外 壁區(qū)配置或形成催化活性表面，并且特別是在該計量添加設(shè)備的安裝狀 態(tài)伸入廢氣流中的那些外壁區(qū)配備或形成催化活性表面。例如類似于內(nèi)
解產(chǎn)物也是選擇性的。由此該計量添加設(shè)備也可自身防止在外部區(qū)域的 例如固體淀積或有助于分解在廢氣流中存在的固體和由此減少固體量， 這有助于值得信賴地避免在廢氣管路中例如水解催化劑損耗和這類固 體的淀積。
該活性成分或該催化活性表面可以以涂層形式施加。最簡單情況下 可借助于修補基面涂層(Waschcoat)實現(xiàn)。但因為在這種經(jīng)施加的涂 層和計量添加設(shè)備的材料之間的粘附性是小的，所以可能導(dǎo)致該涂層的 剝落，結(jié)果導(dǎo)致計量添加設(shè)備的堵塞。特別是在具有細(xì)噴嘴孔的噴嘴情 況下是有問題的。為了改進(jìn)粘附性，在此情況下地可通過鍍鉑 (Platinieren)、鋁陽極氧化處理(Eloxieren)、浸涂(Impragnieren)和/或蒸 涂(Bedampfen)制備活性層。對總是不足以達(dá)到值得信賴的活性成分的粘 附性情況下，也可考慮局部或完全由催化活性材料制備該計量添加設(shè) 備，由此可不使用涂層。也可考慮合金、即不同活性成分的合金，用例 如鈦酸鋁的或含鈦鋼，如純材料例如鈦。
本發(fā)明的計量添加設(shè)備優(yōu)選用于其中在計量添加設(shè)備的下游安裝 有SCR-催化器和視需要的水解催化劑和/或顆粒過濾器的廢氣系統(tǒng)中。
下面用附圖詳述本發(fā)明。


圖1示意性示出構(gòu)造為噴嘴的本發(fā)明的計量添加設(shè)備的自由端的截 面圖，
8圖2示意性和示例性示出在內(nèi)燃機廢氣管路中的本發(fā)明的計量添加 設(shè)備的配置。
具體實施例方式
在圖1中示意性和示例性示出構(gòu)造為噴嘴1的計量添加設(shè)備的自由 端的截面圖。該噴嘴1具有計量添加通道2,通過該計量添加通道，圖 中僅示意性示出的作為還原劑3的尿素水溶液經(jīng)噴嘴側(cè)的作為出口孔的 噴嘴孔4、 5可依預(yù)定時間(zu vorgegebenen Zeiten)按給定量計量添加到 廢氣管路6中(圖2)。如圖2所示，該噴嘴1在SCR-催化器7的上游伸 入廢氣管路6中，以致在噴嘴1和SCR-催化器7之間的區(qū)域中實現(xiàn)廢 氣流8與還原劑的混合，并且含還原劑的廢氣8，流入SCR-催化器中。
該噴嘴1本身依如下結(jié)構(gòu)
該計量添加通道2的通道壁9涂有由催化活性材料組成的催化活性 表面層10,借助于該催化活性表面層，如圖1中僅非常示意性和示例性 示出的還原劑分解產(chǎn)物11可經(jīng)結(jié)合和進(jìn)一步分解。由此降低了由于在 計量添加通道2區(qū)域中的高溫例如由還原劑3形成的還原劑分解產(chǎn)物11 可堵塞噴嘴孔4、 5的風(fēng)險。該催化活性表面層IO是由這樣的催化活性 材料制成，與形成環(huán)狀的和/或固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物相比，該催化活性
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權(quán)利要求
1.一種計量添加設(shè)備，用于將還原劑計量添加到內(nèi)燃機廢氣流中，該還原劑特別是用于氧化氮的選擇性催化還原的還原劑，該計量添加設(shè)備具有至少一條計量添加通道，經(jīng)該計量添加通道可將該還原劑計量添加到廢氣流中，其特征在于，至少在該計量添加通道(2)的內(nèi)部配置有或形成至少一個催化活性表面(10，13)，其抑制固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物的形成和/或有利于固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物(11)的分解和/或有助于氣態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物的形成。
2. 權(quán)利要求1的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加設(shè)備的至 少部分區(qū)域由內(nèi)燃機的廢氣所環(huán)流和/或穿流。
3. 權(quán)利要求1或2的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加設(shè)備 的不與廢氣接觸的至少部分區(qū)域配置有或形成催化活性表面。
4. 權(quán)利要求1-3之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加通 道(2)的通道壁和/或至少一個配置在計量添加通道(2)中的中間部件(12) 至少在部分區(qū)域具有催化活性表面(IO, 13)。
5. 權(quán)利要求4的計量添加設(shè)備，其特征在于，在計量添加通道(2) 中配置的中間部件是過濾部件(12)。
6. 權(quán)利要求5的計量添加設(shè)備，其特征在于，該過濾部件(12)以給 定的間距配置在該計量添加通道的至少一個出口孔(4， 5)的上游。
7. 權(quán)利要求l-6之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加i更 備(l)由計量添加管形成，其管內(nèi)壁形成通道壁(9)并由此形成計量添 力口通道(2)。
8. 權(quán)利要求7的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加管的管外該計量添加管;的安裝;犬態(tài)下伸入廢氣流(8)的那些管外壁區(qū)域。
9. 權(quán)利要求l-8之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，至少一個計量 添加通道(2)設(shè)計成和形成為噴嘴。
10. 權(quán)利要求1-9之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加 設(shè)備(l)和/或其構(gòu)件，特別是容納在計量添加通道(2)中的過濾部件(12), 至少局部由催化活性材料構(gòu)成。
11. 權(quán)利要求10的計量添加設(shè)備，其特征在于，該催化活性材料是 合金成分，特別是由不同催化活性材料組成的合金成分。
12. 權(quán)利要求10-11之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，該計量添加設(shè)備(l)和/或其構(gòu)件，特別是容納在計量添加通道(2)中的過濾部件 (12),至少部分由鈦和/或鈦酸鋁和/或含鐵鋼制成。
13. 權(quán)利要求l-12之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，該催化活性 表面通過含催化活性材料的給定區(qū)域的涂層(10, 12， 15)構(gòu)成，優(yōu)選是 該催化活性表面通過用修補基面涂層涂覆和/或通過蒸涂和/或鍍柏和/或 鋁陽極氧化處理和/或浸涂制備。
14. 權(quán)利要求1-13之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，所述活性成 分是鈿族元素和/或鈰和/或釩和/或鵠和/或鈦和/或硅/和/或鋁和/或它們 的氧化物和/或沸石。
15. 權(quán)利要求卜14之一的計量添加設(shè)備，其特征在于，該催化活性 表面(10， 13, 15)通過這樣的催化活性材料制成，特別是就作為還原劑 的尿素而言，與形成環(huán)狀的和/或固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物相比，該催化活 性材料提高了對形成非環(huán)狀的和/或非固態(tài)的、特別是氣態(tài)的還原劑分解 產(chǎn)物的選擇性和/或有助于該環(huán)狀的和/或固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物的分 解。
全文摘要
本發(fā)明涉及計量添加特別是用于選擇性催化還原的還原劑到內(nèi)燃機廢氣流中的計量添加設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及計量添加設(shè)備，其用于計量添加還原劑到內(nèi)燃機廢氣流中，特別是適于氧化氮的選擇性催化還原的還原劑，其具有至少一條計量添加通道，經(jīng)該計量添加通道可將還原劑計量添加廢氣流中。按本發(fā)明，至少在該計量添加通道(2)的內(nèi)部配置或形成至少一個催化活性表面(10，13)，其抑制固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物的形成和/或有利于固態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物(11)的分解和/或有助于氣態(tài)的還原劑分解產(chǎn)物的形成。
文檔編號F01N3/10GK101684742SQ20091017328
公開日2010年3月31日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者A·多林 申請人:德國曼商用車輛股份公司