Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen entstehen beim Betrieb mit Sauerstoffüberschuss, was in der Vielzahl der Betriebszustände der Fall ist, Stickoxide, und zwar insbesondere bei Direkteinspritzung in den Hauptbrennraum, wie dies typischerweise bei Dieselmotoren der Fall ist.

Um diese Umwelt schädigenden NOx-Emissönen zu verringern, ist es be- kannt, den Abgasstrom einem Reduktionskatalysator zuzuführen. Als Reduktionsmittel wird eine wässrige Harnstofflösung dem Abgas vor Ein- tritt in den Katalysator fein verteilt zugeführt. Dabei ist die zugeführte Harnstoffmenge möglichst exakt auf den Verbrennungsprozess abzu- stimmen, um eine möglichst vollständige Reduktion innerhalb des Kata- lysators zu gewährleisten und andererseits einen Harnstoffüberschuss zu vermeiden. Hierzu ist eine gesonderte Steuer-und Regelelektronik er- forderlich, welche in Abhängigkeit der für den Verbrennungs-und Re- duktionsprozess charakteristischen Größen (Temperatur vor und hinter dem Katalysator, dem Verbrennungsprozess zugeführtes Luftvolumen, NOx-und 02-Gehalt des Abgases) die Harnstoffzufuhr steuert.

Um die wässrige Harnstofflösung in der jeweils gerade benötigten Men- ge zuzuführen, ist es bekannt, ein Dosierventil einzusetzen (DE 44 36 397 Al). Die Förderung der Harnstofflösung erfolgt dabei durch Druckbeauf- schlagung eines Vorratstanks mit Pressluft, die wiederum auch zum Ein- bringen der Harnstofflösung in den Abgasstrom dient.

Das Unterdrucksetzen des Harnstoffvorratsbehälters in Verbindung mit einem Dosierventil unmittelbar vor der Einspritzstelle hat systembedingte Nachteile. Insofern günstiger ist die Verwendung einer Dosierpumpe, welche die wässrige Harnstofflösung aus einem im Wesentlichen druck- freien Vorratsbehälter ansaugt und gezielt einem Druckgas, insbeson- dere Druckluftstrom zuführt, der dann über eine Düse unmittelbar vor dem Katalysator dem Abgasstrom fein verteilt zugeführt. Eine solche Anordnung ist insbesondere für den mobilen Einsatz in Kraftfahrzeugen zu bevorzugen, und beispielsweise aus US 5 842 341 bekannt.

Dosierpumpen werden in vielen technischen Bereichen eingesetzt, je- doch üblicherweise stationär. Eine solche von der Firma Grundfos, Dä- nemark hergestellte und vertriebene Dosierpumpe ist unter der Typen- bezeichnung DME bzw. DMS bekannt. Diese Pumpen sind für den stati- onären Einsatz konzipiert und ausgelegt und daher für den hier in Rede stehenden Einsatzzweck nur sehr bedingt geeignet.

Vor diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Auf- gabe zugrunde, ein Dosierpumpenaggregat zu schaffen, dass speziell zum Zumischen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, insbesondere eines Fahrzeugs ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 an- gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin- dung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.

Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, das Dosierpumpen- aggregat mit weiteren, zweckmäßigerweise im Aggregatgehäuse an- zuordnenden Bauteilen für diesen speziellen Einsatzzweck zu versehen.

Dabei können je nach Ausführung nur Teile der Vormischeinrichtung

oder diese auch vollständig im Aggregatgehäuse angeordnet sein, einschließlich der hierfür erforderlichen Nebenaggregate. Dies ist insbe- sondere für den Einsatz in Fahrzeugen von Vorteil, wo die Montage von Einzelbauteilen nach Möglichkeit, zu vermeiden ist, da diese einerseits gegen die rauen Umgebungseinflüsse zu kapseln sind, andererseits schwingungsarm zu lagern sind und schließlich den Einbauraum für an- dere Aggregate verengen oder wegnehmen.

Die Vormischeinrichtung die zumindest in Teilen gemäß der Erfindung innerhalb des Aggregatgehäuses angeordnet ist, dient dazu, zunächst einmal das flüssige Reduktionsmittel, also in der Regel eine wässrige Harnstofflösung (beispielsweise 30% ige Harnstofflösung) mit einem Druckluftstrom zu beaufschlagen um dann diesen vorgemischten Mas- senstrom mittels einer unmittelbar vor dem Katalysator im Abgasstrom angeordneten Düse dem Abgasstrom möglichst fein verteilt zuzuführen.

Dabei sorgt die Dosierpumpe dafür, dass nur die gerade zur Reduktion der Stickoxide benötigte Menge von Harnstofflösung zugeführt wird.

Da Harnstoff der in wässriger Lösung gehalten ist, bei Kontakt mit Luft, also insbesondere auch Druckluft zumindest teilweise auskristallisieren kann, was zu Verklebungen, Verengungen oder Verstopfungen im Lei- tungssystem führen kann, sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Mittel zum Ausblasen der Leitungsteile vorgesehen, welche sowohl mit dem flüssigen Reduktionsmittel als auch mit dem Druckgasstrom in Kon- takt treten, also zumindest für die Leitungsteile, die hinter der Stelle lie- gen, an der die beiden Ströme aufeinander treffen.

Um dies zu ermöglichen ist gemäß der Erfindung ein erstes Ventil inner- halb des Aggregatgehäuses vorgesehen, das in einer ersten Schaltstel- lung eine den Druckluftstrom führende Leitung mit einer zum Abgas- strom führenden Leitung zum Zwecke des Ausblasen dieser Leitung verbindet und in einer zweiten Schaltstellung die Ausgangsleitung der

Pumpe mit der zum Abgasstrom führenden Leitung verbindet, also die normale Betriebsstellung bildet. Es kann also ohne weitere technische Hilfsmittel unter Verwendung der ohnehin zur Verfügung stehenden Druckluft ein Ausblasen der entsprechenden Leitungsteile durch ent- sprechende Ansteuerung dieses ersten Ventils erzielt werden, um diese Leitungsteile vor Harnstoffablagerungen weitgehend zu schützen.

Andererseits ist vor Inbetriebnahme der Vormischeinrichtung sicherzu- stellen, dass das Leitungssystem, insbesondere vom Ausgang der Pum-- pe bis zum Mischstelle vollständig mit flüssigen Reduktionsmittel gefüllt ist, denn nur dann entspricht die zugemischte Menge an Reduktionsmit- tel der von der Dosierpumpe geförderten Menge. Hierzu sind gemäß der Erfindung Mittel zum Spülen und/oder Entlüften der Reduktionsmittel führenden Leitungen vorgesehen, und zwar innerhalb des Aggregat- gehäuses. Vorzugsweise ist hierzu innerhalb des Aggregatgehäuses ein zweites Ventil-nachfolgend Vorspülventil genannt-angeordnet, über das die Ausgangsleitung der Pumpe wahlweise mit einer Leitung ver- bindbar ist, die zu dem Tank für das Reduktionsmittel führt oder mit einer zum ersten Ventil bzw. einer zum Abgasstrom führenden Leitung. Letzte- re Stellung ist die Betriebsstellung. Zur Inbetriebnahme der Vormischein- richtung wird das Vorspülventil in die erstgenannte Schaltstellung ge- steuert und die Dosierpumpe auf Dauerbetrieb geschaltet, so dass die Leitung kontinuierlich mit flüssigen Reduktionsmittel gespült wird, das dann in den Vorratsbehälter zurückfließt. Hierdurch kann zuverlässig si- chergestellt werden, dass die Reduktionsmittel führenden Leitungen vollständig mit diesem gefüllt sind.

Zweckmäßigerweise ist das Aggregatgehäuse aus mehreren funktionell voneinander getrennten Teilen aufgebaut, und zwar derart, dass ein Gehäuseteil für die Elektronik, ein anderes Gehäuseteil für den An- triebsmotor und die Antriebsmechanik und ein weiteres Gehäuseteil für die Fluid führenden Bauteile wie Leitungen, Leitungsanschlüsse, Ventile

und Membranpumpe vorgesehen sind. Dabei wird vorzugsweise die Antriebsmechanik im mittleren Gehäuseteil angeordnet sein und die Elektronik zu einer Seite und die fluidführenden Bauteile zur anderen Seite dieses mittleren Gehäuseteils. Ein solche Anordnung fördert nicht nur die Betriebssicherheit des Aggregats sondern ist auch vorteilhaft im Falle von Reparaturen, da beispielsweise austretendes Reduktionsmittel nicht mit mechanischen oder elektronischen Bauteilen in Kontakt kom- men kann.

Es versteht sich, dass die Ventile zweckmäßigerweise im fluidführenden Teil des Pumpengehäuses angeordnet sind, ebenso wie die Leitungsan- schlüsse, also vorzugsweise auch der Anschluss für eine Druckluftzufuhr- leitung zur Versorgung des Aggregats mit Druckluft.

Da die Druckluftleitung üblicherweise insbesondere bei Fahrzeugen ständig unter Betriebsdruck steht, ist aggregatseitig vorteilhaft ein Ab- sperrventil für die druckluftführende Leitung vorgesehen, um die Druck- luftzufuhr bei Bedarf abschalten zu können.

Um zu verhindern, dass beispielsweise bei Druckabfall flüssiges Redukti- onsmittel in die Druckluftleitung eindringt und diese möglicherweise durch Auskristallisation des Harnstoffes verengt ist zweckmäßigerweise ein Rückschlagventil in der druckluftführenden Leitung vorgesehen, und zwar in Durchströmungsrichtung vorteilhaft hinter dem Absperrventil.

Dieses Rückschlagventil liegt zweckmäßigerweise ebenfalls innerhalb des Aggregatgehäuses, und zwar in dem Gehäuseteil für die fluidfüh- renden Teile.

Um das gesamte Aggregat schnell und einfach beispielsweise zur Re- paratur-oder Wartungszwecken austauschen zu können, ist es zweck- mäßig, für alle fluidführenden Leitungen jeweils einen Leitungsanschluss am Aggregatgehäuse vorzusehen, der zur lösbaren Verbindung mit

einer entsprechenden Anschlussleitung vorgesehen ist. Dies kann in ein- facher Form durch Anschlussstutzen, auf die ein Schlauch aufschiebbar ist gebildet sein oder aber auch durch Schlauchkupplungssysteme. Da innerhalb des Aggregatgehäuses des Dosierpumpenaggregats ohne- hin eine vorzugsweise digitale Steuer-und Regelelektronik vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, auch die Steuer-und/oder Regelelektronik inner- halb des Aggregatgehäuses anzuordnen, welche für den Reduktions- prozess und die Ventilsteuerung erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung kann das Aggregatgehäuse Teile der Vormisch- einrichtung umfassen. So kann der eigentliche Mischvorgang der Re- duktionsmittel führenden Leitung und der Druckluft führenden Leitung außerhalb des Aggregatgehäuses stattfinden, wenn dies vorteilhaft ist.

Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist jedoch das Aggregatgehäuse die vollständige Vormischeinrichtung auf, dies ist nicht nur konstruktiv günstig sondern auch hinsichtlich extremer Be- triebszustände, beispielsweise bei tiefen Temperaturen, wie sie im Kraft- fahrzeugbetrieb regelmäßig auftreten. Dann kann durch aggregatge- häuseseitige Vorkehrungen, wie beispielsweise einer Heizung oder der- gleichen die Betriebssicherheit der gesamten Vormischeinrichtung ge- währleistet werden, ohne dass fahrzeugseitig weitere Vorkehrungen zu veranlassen sind.

Um das Dosierpumpenaggregat sowohl in Fahrzeugen einsetzen zu können, welche die Steuer-und/oder Regelelektronik für den Redukti- onsprozess und die Ventilsteuerung mittels der digitalen Motorelektronik realisieren als auch in solchen, bei denen eine solche Steuer-und/oder Regelelektronik nicht vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, die Regelelekt- ronik oder zumindest Teile der Regelelektronik als vorzugsweise lösbar angebrachtes Gehäusemodul vorzusehen, so dass je nach Einsatz- zweck das Dosierpumpenaggregat mit oder ohne ein solches Modul eingesetzt werden kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Schaltbild umfassend die Vormischeinrichtung mit ihren Nebenaggregaten, das Abgasleitungssystem und den Reduktionskatalysator, Fig. 2 ein Schaltbild der Vormischungseinrichtung des erfin- dungsgemäßen Dosierpumpenaggregats und Fig. 3 in vereinfachter, teilweise geschnittener perspektivischer Ansicht ein Dosierpumpenaggregat gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist die Abgasleitung 1 eines Dieselmotors dargestellt, deren Durchströmungsrichtung mit 2 gekennzeichnet ist. Das aus dem Verbrennungsmotor kommende warme Abgas strömt durch die Leitung 1 zunächst an einen Sensor 3 vorbei der den Stickoxid-und Sauerstoff- gehalt erfasst. In Durchströmungsrichtung dahinter liegt ein Düsenkopf 4, über den dem Abgasstrom 2 fein verteilt ein Strom bestehend aus Druckluft und flüssigem Reduktionsmittel in Form von wässriger Harnstoff- lösung zugeführt wird. Unmittelbar dahinter schließt sich dann ein Re- duktionskatalysator 5 an, nach dessen Ausgang das Abgas durch das freie Ende 6 der Leitung das System verlässt. In durch Strömungsrichtung sind jeweils vor und hinter dem Katalysator 5 Temperatursensoren 7 vorgesehen.

Der Düsenkopf 4 wird von einer Leitung 8 versorgt, die aus einem Do- sierpumpenaggregat 9 kommt, wie es anhand der Fig. 2 und 3 darge- stellt ist. Das Dosierpumpenaggregat 9 besteht aus einem Aggregatge- häuse 10, das im Wesentlichen in drei Bereiche 11, 12 und 13 aufgeteilt ist. Der zu einer Stirnseite des Gehäuses 10 anschließende Gehäuseteil

11 umfasst einerseits die Steuer-und Regelelektronik für die Dosierpum- pe sowie darüber hinaus die Steuer-und Regelelektronik für den Reduk- tionsprozess. Diese Steuer-und Regelelektronik kann über einen CAN- Bus mit der Motorelektronik verbunden werden und erfasst darüber hin- aus die Signale der Temperatursensoren 7, des Sensors 3 und den dem Verbrennungsprozess zugeführten Luftmassenstrom, der in Fig. 1 durch den Pfeil 14 symbolisiert ist.

An den Gehäuseteil 11 für die Elektronik schließt sich ein Gehäuseteil 12 an, welche den Antriebsmotor in Form eines Schrittmotors 15 sowie ein Exzentergetriebe 16 umfasst, welches die Drehbewegung des Motors 15 untersetzt und in einer translatorische Bewegung umsetzt, welche die eigentliche Membranpumpe 17 antreibt, die in einem an den Gehäu- seteil 12 anschließenden Gehäuseteil 13 sitzt, welcher sämtliche fluid- führenden Teile des Aggregats umfasst. Der Gehäuseteil 13 ist durch eine (nicht dargestellte) Zwischenwand vom Gehäuseteil 12 abge- trennt, so dass im Falle eines unbeabsichtigten Fluidaustritts, sei es bei der Reparatur oder bei einer Undichtigkeit, sichergestellt ist, dass das Fluid nicht in die Gehäuseteile 11 und 12 eindringen kann.

Der Gehäuseteil 11 ist geteilt ausgebildet und weist einen integral mit dem übrigen Gehäuse 10 ausgebildeten Teil auf, welcher die Steuer- und Regelelektronik für den Motor 5 umfasst sowie einen daran stirnsei- tig anschließenden abnehmbaren Gehäuseteil 11a, welcher die zur Steuerung und Regelung des Reduktionsprozesses erforderliche Elektro- nik umfasst. Auf diese Weise kann das Aggregat wahlweise mit oder auch ohne diese Steuer-und Regelektronik für den Reduktionsprozess eingesetzt werden. Der Gehäuseteil 1 la ist modulartig ausgebildet und durch Steckverbindungen elektrisch mit der übrigen Elektronik sowie darüber hinaus mechanisch mit dem Gehäuseteil 11 lösbar verbunden.

Innerhalb des Gehäuseteils 13 befindet sich die eigentliche Membran- pumpe 17 mit den zugehörigen Rückschlagventilen. Darüber hinaus sind am Gehäuseteil 13 vier Anschlüsse 18 vorgesehen an denen lösbar Leitungen anschließbar sind und die in Fig. 2 im einzelnen dargestellt sind.

Im Gehäuseteil 13 sind die Membranpumpe 17 sowie eine Vormischein- richtung 19 angeordnet. Die Vormischeinrichtung 19 umfasst ein erstes 3/2 Wegeventil 20, ein zweites 3/2 Wegeventil 21 als Vorspülventil und ein Absperrventil 22 sowie darüber hinaus eine Dosselstelle 23.

Die Funktionen und Leitungsverbindungen und Ventile ergeben sich wie folgt : Vor Beginn des Betriebs des Pumpenaggregats mit Vormischeinrichtung 19 muss sichergestellt sein, dass die pumpenausgangsseitige Leitung 24 mit flüssigem Reduktionsmittel gefüllt ist. Hierzu wird das Vorspülventil 21 so angesteuert, dass die pumpenausgangsseitige Leitung 24 mit einer Rücklaufleitung 25 verbunden wird, welche das flüssige Reduktionsmit- tel in einen Vorratsbehälter 26 rückfördert. Aus dem Vorratsbehälter 26 wird das Reduktionsmittel zur Pumpe 17 hin angesaugt und gefördert.

Nach dem die Vorspülung erfolgt ist und somit sichergestellt ist, dass die Leitung 24 vollständig flüssigkeitsführend ist, wird das Vorspülventil 21 umgesteuert, wodurch die pumpenausgangsseitige Leitung 24 mit ei- nem Eingang des Ventils 20 verbunden wird, das in Betriebsstellung so geschaltet ist, dass eine Leitungsverbindung zur Leitung 8 besteht, wel- che den Düsenkopf 4 beaufschlagt. Über diese Leitungsführung ge- langt Reduktionsmittel in die Leitung 8. Druckluft, welche über einen Anschluss 18 zugeführt wird, gelangt über eine Leitung 27 durch das geöffnete Absperrventil 22 zur Drosselstelle 23 und von dort über die Mischstelle 28 in die Leitung 8, so dass bei entsprechender Förderung

der Pumpe 17 und Beaufschlagung der Leitung 27 mit Druckluft die gewünschte Vormischung erfolgt und über die Leitung 8 (ebenfalls über einen Anschluss 18) aus dem Aggregatgehäuse hinausgeführt wird.

Die Dosierung des Reduktionsmittels erfolgt in an sich bekannter Weise mit Hilfe der Steuer-und Regelelektronik betriebsabhänig. Bei Beendi- gung des Betriebs, wenn also beispielsweise die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird, wird das Ventil 20 umgesteuert, derart das die druckluftführende Leitung 27 unter Umgehung der Drosselstelle 23 un- mittelbar mit der Leitung 8 verbunden wird. Auf diese Weise wird der jenseits des Ventils 20 liegende Teil der Reduktionsmittel führenden Lei- tungen, also auch der Teil, der jenseits der Mischstelle 28 liegt, mit Druckluft versorgt, wodurch Reste des in der Leitung verbliebenen Re- duktionsmittels über die Düse 4 ausgeblasen werden und somit das Lei- tungssystem selbst durch auskristallisierenden Harnstoff nicht verunreini- gen können.

Die vier Anschlüsse 18 des Gehäuseteils 13 sind somit Anschlüsse für die Saugleitung 29 der Pumpe 17, für die Rücklaufleitung 25 zum Vorratsbe- hälter 26, für die Druckluftzufuhr zur Leitung 27 sowie für die Leitung 8.

Die Elektrischen-und Sensoranschlüsse sind am Gehäuseteil 11 vorge- sehen. Das Aggregatgehäuse ist kompakt und hermetisch abgeschlos- sen ausgebildet, so dass es an beliebiger Stelle im Motorraum einge- baut werden kann. Elektrisch ausgelegt ist das Aggregat zur Versorgung vom bordeigenen Netz, beispielsweise mit 12 oder 42 Volt. Der Vorrats- behälter 26 für das Reduktionsmittel ist drucklos und kann daher an na- hezu beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet werden, es sind keine besonderen Vorkehrungen erforderlich, wie dies bei Druckbehältern der Fall ist. Die zum Betrieb der Vormischeinrichtung 19 erforderliche Druck- luft kann der bordeigenen Druckluftversorgung entnommen werden oder durch einen gesonderten Kompressor zur Verfügung gestellt wer- den.

Bezugszeichenliste -Abgasleitung 2-Abgasstrom 3-Sensor 4-Düsenkopf 5-Reduktionskatalysator 6-freies Ende der Abgasleitung 7-Temperatursensoren 8-Leitung 9-Dosierpumpenaggregat 10-Gehäuse 11-Gehäuseteil für Elektronik 1 1 a-abnehmbares Gehäuseteil 12 Gehäuseteil für Mechanik 13-Gehäuseteil für fluidführende Bauteile 14 Luftzufuhr Motor 15-Motor 16-Exzentergetriebe 17-Membranpumpe 18-Anschlüsse 19-Vormischeinrichtung 20-3/2-Wegeventil (erstes Ventil) 21-3/2-Wegeventil (Vorspülventil) 22-Absperrventil 23-Drosselstelle 24-Leitung 25-Rücklaufleitung 26-Vorratsbehälter 27-Druckluftleitung 28-Mischstelle 29-Saugleitung