WO1996021803A1 - Verfahren zur reduzierung der abgasemissionen eines verbrennungsmotors für kraftfahrzeuge mit abgaskatalysator - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the exhaust gas emissions of an internal combustion engine for motor vehicles with an exhaust gas catalytic converter and an exhaust gas system for such engines.
  • the object of the invention is to influence the heating of the emission-relevant engine parts, in particular the combustion chamber walls, and the catalytically coated active surfaces of the catalytic converter as cost-effectively as possible, at least in a partial area, preferably at the inlet of the catalytic converter, so that as far as possible already when the acceleration of departure occurs, the engine emissions are reduced and the catalytic converter works effectively.
  • the gas temperatures in the combustion chamber and in the. Catalyst can be raised to the highest possible level as quickly as possible.
  • Another task is to avoid peak emissions through rapid load and speed changes and through unstable mixture formation.
  • the solution to this problem is that, at least in the cold start phase, a back pressure is generated in the exhaust line, which generates a pressure increase at the exhaust gas outlet of the engine of more than 0.5 bar and that the engine is additionally loaded with rapid load and speed changes.
  • the back pressure increases the density and temperature of the exhaust gases and the engine is forced to increase fuel consumption.
  • the compressed hot exhaust gases Transition to the walls of the engine combustion chambers and exhaust pipe and to the effective areas of the catalytic converter increased.
  • the additional engine load during fast load and speed changes can e.g. can be achieved by appropriate backflow of the exhaust gases or by other engine brakes and maintains the temperature conditions in the combustion chambers, in particular the temperature gradients in the combustion chamber walls, and reduces the occurrence of dynamic mixture errors.
  • the emission peaks which otherwise occur are thereby avoided.
  • the mixture formation can also be regulated at an earlier point in time, for which purpose an oxygen probe downstream of the catalyst can be used.
  • the dynamic pressure should only be generated when there is a need for heat, especially during the first cycle in the first phase (cold start) of the US FTP-75 test. It is therefore an advantageous embodiment that the exhaust gas pressure is controlled so that the dynamic pressure is high when the engine is not loaded with torque, and that the dynamic pressure is reduced when the engine is heavily loaded.
  • An advantageous strategy for controlling the dynamic pressure in order to prevent strong emission peaks is that, especially when changing the gear ratio, the dynamic pressure at idle and coasting has a maximum value which depends on the respective system temperature depends, is reduced at the beginning of a torque load according to the reciprocal of the torque and is completely switched off when half the maximum torque is exceeded, is built up at the beginning of a decrease in torque when it falls below half the maximum torque according to the reciprocal of the torque and when the idle torque is reached or fallen below, it reaches its maximum value, which is dependent on the system temperature.
  • a particularly advantageous embodiment of the method consists in that the outflow from the backflow takes place discontinuously. Due to the discontinuous outflow, the exhaust gas will flow through the catalytic converter at a particularly high flow rate, so that the heat transfer to the catalytically coated surfaces is particularly effective.
  • the end used to generate the back pressure is the end used to generate the back pressure
  • a preferred embodiment consists in the backflow taking place upstream of a smaller-sized pre-catalyst connected upstream of the exhaust gas catalyst. Because the pre-catalyst can be heated to ignition temperature more quickly because of its smaller effective surface area, the effect of the measures according to the invention has an even faster effect on it.
  • a further advantageous measure is that the hot exhaust gas flowing out of the backflow is retained in the catalyst area to be heated quickly for a controllable dwell time.
  • the one to be heated quickly can be used Catalyst area include the pre-catalyst, but it can also be advantageous that, according to a second variant, the catalyst area to be heated quickly includes the pre-catalyst and the exhaust gas catalytic converter, for which purpose a storage volume in the backflow area can be helpful.
  • the outflow from the backwater takes place according to the following cycle:
  • the hot exhaust gases remain in this catalyst region,
  • the exhaust system has at least one freely operable valve in the exhaust pipe for carrying out the method according to the invention.
  • this valve can be connected upstream of the catalytic converter. be ordered, which increases the gas velocity in the catalyst and thereby improves the heat transfer to the active surfaces of the catalyst.
  • the valve can be arranged downstream of the catalytic converter, as a result of which the pressure in the catalytic converter is increased and the heat transfer is also improved.
  • the cycle control by means of valves in the exhaust pipe allows the backflow of the exhaust gas to be regulated very precisely by the ratio of flow time to total time.
  • a very simple procedure for influencing the heat production of the engine in accordance with the respective existing requirement consists in the fact that, in the case of a valve which is arranged in the exhaust pipe and can be switched periodically between an open and a closed position, the duration of the open position and the duration of the closed position are coordinated with one another in such a way that there is a constant backflow relative to the engine which corresponds to the respective heat requirement.
  • a particularly preferred embodiment consists in that a freely operable valve is arranged both upstream and downstream of the exhaust gas catalytic converter and that the opening and closing times of the two valves are coordinated with one another in such a way that after the upstream valve has been closed by a brief opening a vacuum can be generated in the region between the valves of the downstream valve before the upstream valve is opened.
  • a small-sized pre-catalyst is arranged upstream of the exhaust gas catalytic converter, the pre-catalytic converter can be connected in series with the following main catalytic converter, but the pre-catalytic converter is preferably arranged in a bypass to the exhaust gas line that can be switched on and off, so that the Pre-catalytic converter can receive a higher flow resistance and the rapid heating is thereby further promoted, while a catalytic converter switched on in the entire operating range must be designed for minimal pressure loss.
  • a freely operable valve can be arranged in the bypass upstream and downstream of the pre-catalyst and parallel to the bypass in the exhaust line, so that the exhaust gas can be passed through the bypass by closing the valve in the exhaust line, the two then Valves located in the bypass for generating the back pressure or the heat dissipation on the pre-catalyst can be used in the manner explained above.
  • a freely operable valve is arranged upstream of the pre-catalytic converter in the bypass and downstream of the bypass in front of the main catalytic converter and parallel to the bypass in the exhaust line, because this causes the valve which conducts the exhaust gas flow via the bypass and is arranged parallel to the bypass is sealed in terms of process technology and therefore enables high dynamic pressures.
  • an exhaust gas heat exchanger is included in the exhaust line, so that the increased supply of heat can be released via the cooling water to the combustion chamber wall to increase the surface temperature, as well as to the transmission or engine oil, thereby reducing emissions and consumption be reduced. It is a particularly expedient further development if a latent heat store is included in the cooling water circuit, so that heat is emitted from the latent heat accumulator before the engine is started by a preliminary operation of the cooling water circuit, for example triggered by a door contact.
  • a very particularly advantageous embodiment consists in that remote control for bridging the ignition lock is assigned to the starter of the internal combustion engine, and that this bridging contains a timing element which interrupts the ignition current after a predetermined lead time has been exceeded.
  • the remote control can advantageously be connected to the lock of the driver's door in such a way that the engine is started when it is opened.
  • a pre-run operation of the engine of about 30 seconds in connection with the backflow of the exhaust gases according to the invention is sufficient during cold starts to avoid the emission peaks when starting the vehicle. This time of 30 seconds usually elapses until the driver has taken a seat in the vehicle after operating the door lock and has completed the start preparations. If the driver has not inserted the key into the ignition lock and switched on the ignition after a predetermined period of time, for example 30 seconds, the advance is interrupted by interrupting the ignition current flowing through the bypass.
  • a further, very advantageous embodiment of the invention therefore consists in a throttle valve for the above-described exhaust system with a housing enclosing a flow channel and a valve flap pivotable about an axis of rotation crossing the flow cross-section of the valve, the flap surface being divided into two partial areas by the axis of rotation is divided in that the The valve flap in the closed position is located in a closing plane which contains the axis of rotation and runs transversely to the flow axis and with its edge in all positions in the plane of the flap at all times maintains a distance from the housing such that it is away from those during operation
  • Expected thermal expansions cannot be overcome that the peripheral region of each partial surface on the housing is assigned a stop edge which extends up to the axis of rotation, and that these stop edges are arranged on different sides of the valve flap and are assigned as an end seal.
  • baffle device that can be degressively regulated depending on the volume flow in the exhaust gas line, whereby one embodiment consists in designing the throttle valve described above in such a way that the axis of rotation traverses the valve flap off-center and in divides two differently sized partial areas in such a way that the larger flap partial area is moved in the direction of flow during the opening movement, and that a restoring force closing the valve acts on the rotary flap via a lever in such a way that the effective lever arm between the action of the back -actuating force and the axis of rotation of the flap decreases with increasing flap opening, and that the resulting torque from the restoring force and effective lever arm is degres ⁇ sive.
  • the dynamic pressure generates two oppositely directed and differently large torques on the valve flap when the valve is closed, the resulting torque striving to open the flap.
  • the flap is held in the closed position by the restoring force until the torque resulting from the dynamic pressure overcomes the restoring force.
  • the torque acting in the closing direction becomes smaller the further the flap is opened, ie the back pressure is automatically reduced with increasing mass flow in the exhaust pipe.
  • a particularly advantageous embodiment consists in that the housing consists of a pipe sleeve traversed by the axis of rotation and two pipe sections enclosed by this pipe sleeve, the edges of which facing the valve flap on different sides of the axis of rotation as a stop edge for the valve flap in a parallel to the plane of FIG In the closed position of the valve flap extending up to a maximum distance of half the wall thickness of the valve flap from the center of rotation to the axis of rotation and then running outside the swiveling range of the valve flap, a simple embodiment being that the valve flap is facing ⁇ th edges of the pipe sections through a step running parallel to the axis of rotation in two in the flow direction of the
  • Valve offset sections are subdivided, each running parallel to the level of the valve flap in the closed position.
  • valve housing can be assembled at the installation site and the essential part of the valve consists of the pipe socket with the valve flap mounted therein. If the subsequent line parts are prepared by appropriate processing of their end to be connected to the valve, must only these line parts are aligned accordingly, inserted into the pipe sleeve and firmly connected to it.
  • a further valve variant according to the invention which is suitable as a throttle device for the method according to the invention can be used which have a housing enclosing a flow channel, a valve flap which can be pivoted about an axis arranged outside the flow cross section of the valve transversely to the flow direction, and an adjusting lever connected to the axis outside the housing.
  • the configuration according to the invention consists in the fact that the flow channel in the housing is formed by two tube sections which are arranged coaxially with respect to one another and are jointly enclosed by a flap housing in which the valve flap is arranged with its axis such that it in
  • the closed position in a closing plane containing the axis of rotation and extending transversely to the direction of flow covers the end of the upstream pipe section which opens out into the valve housing and forms a flat annular surface, while in the open position it is pivoted out of the flow path between the two pipe sections so that the adjusting lever also is connected to a piston which is loaded by a restoring force in the direction of its position assigned to the closed position of the flap and in the direction of the restoring force with the one prevailing upstream of the flap in the flow channel
  • An advantageous embodiment consists in the fact that the piston is incorporated into a membrane separating two chambers of an actuating cylinder, that a plunger which passes through and out of a chamber is in operative connection with the actuating lever and is connected to the piston in such a way that that of the plunger traversed chamber connected to a pressure source and the other chamber is connected to the flow channel upstream of the closing plane.
  • Flap opening decreases, and that the resulting torque from the restoring force and effective lever arm is degressive.
  • a certain aerodynamic instability cannot generally be completely avoided with rotary flap valves.
  • Another advantageous embodiment therefore relates to a throttle valve without such an undesirable side effect.
  • the valve with a valve body which is loaded against the exhaust gas pressure by a restoring force is characterized in that the cross-sections of the valve housing and valve body which are assigned to one another are dimensioned so as to form a system of bottlenecks in such a way that with increasing valve movement counter to the restoring force increases the surface area of the valve body acted upon by the dynamic pressure.
  • the bottlenecks, the cross section of the valve body and the restoring force are preferably matched to one another. It is true that with a high volume flow, the surface area of the valve body acted upon by the dynamic pressure is at least so large that the dynamic pressure required to maintain this open position is not greater than the dynamic pressure required to open the valve.
  • the valve housing has an inflow opening directed in the direction of movement of the valve body with a small cross section compared to the cross section of the valve body, and a chamber for receiving the movable valve body with an outflow opening allowing an annular gap to form, whereby the inflow opening is preferably located at the end of a thin-walled pipe socket projecting into the valve chamber.
  • the chamber in the valve housing and the outflow opening have the same cross section.
  • the chamber in the valve housing can have a larger cross section than the outflow opening.
  • the valve body has a constant cross section.
  • the restoring force can preferably be switched off so that the throttle function can be switched off when it is not required.
  • a valve spring serving to generate the restoring force can be supported on an abutment that is adjustable in the direction of action of the spring.
  • valves with a valve body that is linearly movable in the valve chamber are not particularly suitable for the main exhaust gas line because they cannot completely release the flow cross-section. They are therefore particularly suitable for systems in which the throttle effect is generated in a bypass to the main line.
  • the following description of the exemplary embodiments of the invention shown in the drawing explains this in more detail.
  • FIG. 1 shows the schematic block diagram of a four-cylinder internal combustion engine for motor vehicles with an exhaust gas catalytic converter in the exhaust pipe
  • FIG. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1 with a pre-catalytic converter in a bypass arrangement
  • FIG. 3 shows a variant with turbocharger and exhaust gas heat exchanger
  • FIG. 4 shows a cross section through a rotary flap valve designed according to the invention and suitable for generating dynamic pressure, perpendicular to the axis of rotation
  • FIG. 5 shows a cross section through the valve shown in FIG. 4 in the direction of the axis of rotation
  • FIG. 6 shows a device for producing a degressive control of the rotary flap
  • FIG. 7 shows a schematic cross section through a stowage device designed as a piston valve in a position close to the closed position
  • FIGS. 7 and 8 shows the valve according to FIGS. 7 and 8 close to the maximum opening position
  • FIG. 10 shows another embodiment of a piston valve in a position close to the closed position
  • FIG. 11 an intermediate position of the valve shown in FIG. 10, FIG. 1 122 the valve according to FIGS. 10 and 11 in a position close to the open position,
  • FIG. 13 shows a cross section through a variant of a rotary flap valve with a rotary flap mounted on one side
  • FIG. 14 shows an enlarged illustration of the device for compensating the dynamic pressure of this valve.
  • the combustion chambers 12 are connected to a combustion air line 14 and an exhaust gas line 16.
  • an exhaust gas catalytic converter 18 is included in the exhaust gas line 16, a valve 20 being arranged between the engine 10 and the exhaust gas catalytic converter.
  • Another valve 22 is shown in FIG. 1 downstream of the catalytic converter 18.
  • the optional arrangement of one of the valves 20 and 22 is sufficient.
  • the selected valve 20 or 22 can be set such that an exhaust gas jam occurs upstream of the selected valve, due to the density and temperature of the Exhaust gases are increased and the engine is forced to increase fuel consumption, so that the heat transfer to the walls of the engine combustion chambers 12 and the catalytically coated effective areas of the exhaust gas catalytic converter is increased.
  • valve 20 If the valve 20 is selected, the exhaust gas flows into the exhaust gas catalytic converter 18 at an increased speed. If the valve 22 is selected, there is increased pressure in the exhaust gas catalytic converter. In both cases, the heat transfer to the effective surfaces is improved.
  • a better mode of operation can be achieved if the respectively selected valve is not permanently set and permits continuous drainage from the accumulation area, but if the valve is opened and closed intermittently, so that an additional increase in speed when opened of the valve is achieved, which further improves the heat transfer.
  • valve 20 ge - is opened in order to fill the exhaust gas catalytic converter 18 with hot exhaust gas flowing in at high speed from the stowage area, and then to close it again in time so that an overpressure arises in the exhaust gas catalytic converter with a simultaneously increased temperature and density, after which a pre- After a certain dwell time, the valve 22 is first opened in order to empty the exhaust gas catalytic converter 18 and thereby generate a vacuum, and is then closed again. The cycle is then repeated.
  • the pulsed inflow of the exhaust gas, which has already increased in temperature due to the congestion, into the exhaust gas catalytic converter 18 further improves the heat dissipation to the active surfaces by heat dissipation and by the forced residence time.
  • valves which are suitable for the automatic, degressive control of the dynamic pressure.
  • the valve constructions according to FIGS. 7 to 12 are not suitable for releasing the full flow cross section in the open position.
  • the arrangement of such valves in the main exhaust gas line is undesirable; on the other hand, they have the advantage of aerodynamic stability.
  • FIG. 1 therefore, an installation variant for such valves is shown in broken lines, it being assumed that in this case the valve 22 is a shut-off valve and an automatically degressively controlled throttle valve 22a is arranged in the bypass for this purpose, so that this Throttle valve 22a is flowed through when the valve 22 is closed, while the full flow cross-section is released when the valve 22 is open.
  • FIG. 2 shows an additional, smaller pre-catalytic converter 18a, which is arranged parallel to the valve 20 via a bypass 26, a freely operable valve 28 being arranged upstream from the pre-catalytic converter 18a and a valve 30 of the same type downstream from the pre-catalytic converter 18a.
  • the advantage of the pre-catalytic converter 18a is first of all to be seen in the fact that, due to the smaller extent of its active areas, these can be heated up to the ignition temperature more quickly by the exhaust gas flow than the more extensive effective areas of the exhaust gas catalytic converter 18, so that the emission reduction begins earlier.
  • the pre-catalytic converter 18a is only used in the starting phase until the exhaust gas catalytic converter 18 ignites, so that the pre-catalytic converter, as already described, has a high resistance to aging.
  • the pre-catalytic converter 18a can be operated in the same manner as described above for the exhaust gas catalytic converter 18, for which purpose the valve 20 is first closed and the valve 22 is opened, whereupon the timing control on the pre-catalytic converter 18a by the valves 28 and 30 he follows.
  • valve 30 is moved into the area between the bypass 26, which is downstream of the pre-catalytic converter 18a, into the main line and the main catalytic converter 18, so that with closed valves 20 and 30 the dynamic pressure on both The side of the valve 20 is the same and this valve is thus sealed in terms of process technology, which promotes the formation of a high dynamic pressure.
  • valve 20 is closed and valve 30 is opened, while the exhaust cycle is determined by valves 28 and 22. Because of the relatively large volume between valves 28 and 22, it may be necessary to apply the hot exhaust gas to the precatalyst 18a and the subsequent exhaust gas catalytic converter 18 in cycles.
  • valve 20 is closed and valve 30 is opened, while the exhaust cycle is determined by valves 28 and 22. Because of the relatively large volume between valves 28 and 22, it may be necessary to apply the hot exhaust gas to the precatalyst 18a and the subsequent exhaust gas catalytic converter 18 in cycles.
  • valve 20 is closed and valve 30 is opened, while the exhaust cycle is determined by valves 28 and 22. Because of the relatively large volume between valves 28 and 22, it may be necessary to apply the hot exhaust gas to the precatalyst 18a and the subsequent exhaust gas catalytic converter 18 in cycles.
  • Valve 28 to provide an additional storage volume for the backflowed exhaust gas which is shown schematically at 32.
  • 3 shows a variant in which the method used for faster heating of the exhaust gas catalytic converter can also be used on a heat exchanger 36 arranged in parallel with valve 22 via a bypass 34, which is enclosed in bypass 34 between valves 38 and 40, which when the valve 22 is closed can be actuated in the same way as described above for the valve pairings 20 and 22 or 28 and 30, or 28 and 22.
  • This heat exchanger 36 can advantageously be used for charging a latent heat store 42, which can preheat the combustion chamber walls via the cooling water even before the engine is started and thus drastically reduces the high emission peak otherwise associated with the cold start of the engine.
  • valve 24 For the automatic generation of a high dynamic pressure of e.g. 5 bar with degressive control, a valve 24 is suitable, which is described in more detail with reference to FIGS. 4 to 6.
  • a tubular exhaust pipe, designated 50, is separated in the area of a pipe sleeve 52, the two pipe sections 54 and 56, which are separated from one another, being at a distance from one another which makes it possible to insert a valve flap 58.
  • This valve flap 58 can be designed as a simple stamped part and is connected to an axis of rotation 60 which is mounted in bearings 62 and 64 on the sleeve 62 and is guided out of the sleeve 62 on one side for connection with an actuating or control mechanism .
  • valve housing 66 The pipe sleeve 52 and the pipe sections 54 and 56 engaging in it together form the valve housing 66.
  • the section of the axis of rotation 60 led out of the sleeve 52 is provided with a collar 61, which acts as an abutment for forms a compression spring 63 surrounding the axis of rotation, which presses a sealing flange 65 arranged within the bearing 64, which is designed as a releasable cap, and which is formed on the axis 60, and presses sealingly against the inside of the bearing 64.
  • valve flap 58 maintains a sufficient distance from the inner wall of the valve housing 66 all around that this distance, which ensures free mobility, cannot be overcome by the dimensional changes to be expected during operation under the influence of heat.
  • valve flap 58 extends perpendicular to the flow direction or axis of the sleeve 52 in its closed position, and in this closed position the valve flap 58 lies in the closing direction on the edges of the two pipe sections 54 and 56 facing it.
  • valve flap 58 can reach this closed position unhindered by the pipe sections 54 and 56, these must have recesses 70 and 72 in the range of movement of the valve flap 58, which are created in the example shown in that the edges of the Pipe sections 54 and 56 on one or the other side of the axis of rotation 60 are brought to the axis of rotation 60 with a section serving as a stop edge 74 or 76 and thereby - in the open position, a position of the valve flap 58 parallel to the direction of flow allow - keep at least a distance from the center of rotation corresponding to half the thickness of the valve flap 58.
  • the respective subsequent sections 78 and 80 are set back against the stop edge 74 and 76, forming a step, so that the pivoting range of the valve flap 58 is kept free so that it can move freely between the closed and open positions.
  • the axis of rotation 60 is arranged eccentrically in the flow channel in such a way that the part of the valve flap 58 which bears against the exhaust gas pressure at the stop edge 74 has a larger area than that in the direction of the exhaust gas pressure pressure at the Part 76 abutting edge, so that the exhaust gas pressure generates a torque opening the valve flap and the valve flap 58 can only be held in the closed position by a restoring force which acts counter to this torque, until the torque resulting from the exhaust gas pressure overcomes the restoring force.
  • the axis of rotation 60 has an angled end section shown in FIG. 6, which forms a lever arm 90.
  • a spring 92 which prestresses the valve flap 58 in the closed position, engages and is supported on a pivot bearing 94 .
  • the arrangement is such that the effective lever arm between the axis of rotation 60 and the line of action of the spring 92 decreases with increasing opening of the eccentrically mounted valve flap 58, so that the resulting torque from the spring force and the effective lever arm is degressive.
  • the valve can thus be used as a stowage device in the exhaust line of internal combustion engines to pass through a. Exhaust gas backflow when heat is required to achieve increased heat output from the engine, this consumption-increasing backflow being automatically reduced with increasing mass flow.
  • the rotary flap lying in the exhaust gas flow when the valve is open has a certain aerodynamic instability, which is avoided in the valve constructions described below with reference to FIGS. 7 to 12, although the flow cross-section is not completely released in the opened valve position.
  • valve variant 124a with a valve housing 130a with an inflow opening 132 at the end of an inflow channel 134, a valve chamber which is arranged behind the inflow opening 132 and is enlarged in cross section.
  • the inflow channel 134 is extended somewhat in the form of a short pipe socket 140 into the interior of the valve chamber 136a and forms there a seat for a valve body 142 which, when acted upon by a compression spring 144, is biased against the flow direction between the inflow opening 134 and outflow opening 138a and below which Effect of the spring 144 is seated on the pipe socket 140, provided that the exhaust gas pressure is not able to overcome the force of the spring 144.
  • the cross section of the valve body 142 is dimensioned such that there is an annular gap 146a which allows the exhaust gas to flow away between its circumference and the inner wall of the valve chamber 136a.
  • valve 124a When the valve 124a is closed, the pressure of the exhaust gas on the valve body 142 only acts on an area which corresponds to the cross section of the inflow opening 134.
  • the force of the compression spring 144 which takes up its greatest installation length when the throttle valve 124a is closed, and the area of the valve body 142 acted upon by the exhaust gas in the closed valve position determine the opening pressure of the valve 124a.
  • the exhaust gas can flow via a radial gap 148 which increases with the valve lift to the axially extending annular gap 146a which remains constant during the movement of the valve body 142 in the valve chamber 136a and from there its path through the exhaust line 16 (FIG l) continue, the pressure in the radial gap 148 changing as a function of the stroke of the valve body 142, ie decreasing with increasing distance of the valve body 142 from the pipe socket 140, while the pressure in the annular gap 146a is independent of the stroke.
  • the pipe socket 140 with its relatively small end face opposite the valve body 142 ensures that, in the initial phase of the valve opening, the dynamic pressure is determined only by the cross-section of the inflow opening 132 and not by the entire cross-sectional area of the valve body opposite Valve chamber.
  • the spring 144 is located inside a cylinder 152, which is closed at one end by a membrane 153, which is connected on the one hand to the wall of the cylinder 152 and on the other hand to a plate 155 at the end of a plunger 154, at the other end of which the Ventilk ⁇ rper 142 is located.
  • the spring 144 extends between the plate 155 and the end face of the cylinder 152 opposite the membrane 153.
  • valve body 142 is loaded by the spring 144. If the action of the throttle valve 124a or the valve 124b, which will be described below, is to be canceled, the cylinder 152 is connected to a vacuum via a line 156, as a result of which the membrane is connected to the
  • Tappet 154 is retracted into cylinder 152 so far that the throttle valve can flow freely.
  • valve 8 shows the position of the valve body 142 before leaving the valve chamber 136a.
  • the annular gap 146a disappears and there is another radial gap 150 between the opening edge 157 of the valve chamber 136a and the valve body 142, which increases with increasing valve stroke increased.
  • This valve construction is coordinated in such a way that, with a relatively small valve lift, there is a smooth transition between the various dynamic pressure values which are degressive to the valve lift, although the counterforce generated by the compression spring 144 increases with increasing valve lift.
  • FIGS. 10 to 12 schematically show a throttle valve 124b with a valve housing 130b, in which the inflow channel 134 opens out again in a pipe socket 140.
  • the outflow opening 138b of the valve chamber 136b is limited by an annular rib 139 on the wall of the valve chamber 136b to a cross section which is only slightly larger is as the corresponding dimension of the valve body 142.
  • a radial gap 148 is formed which increases with the progressive opening movement of the valve body 142 , the exhaust gas being able to reach the outflow opening 138b via an axially extending annular gap 146b between the valve body 142 and the wall of the valve chamber 136b.
  • this outflow opening 138b is reached by the valve body 142 after a short valve lift and is reduced to an annular gap 146b which is also substantially smaller than the annular gap 146a, as shown in FIG. 11. Only when the valve body 142 has left the area of the rib 139 (FIG. 12), does a radial gap 150 increase with the progressive movement of the valve body 142.
  • this valve construction connects a sharp transition from high to low pressure by changing the pressure area from the cross section of the inflow opening 132 to the end face of the valve body 142.
  • a flap housing 212 encloses the mutually facing ends of the two pipe sections 214 and 216, each of which ends in a flat annular surface, a valve flap 218 being in the closed position at the end of the upstream pipe section 214, whose axis of rotation 220 radially outside the cross-sectional area of the pipe sections 214 and 216 crosses the valve housing, which is bounded in this area by a surface 217 parallel to the axis 220, while the opposite wall 219 of the valve housing 212 on this side one to the pipe sections 214 and 216 may have a concentric, curved course.
  • the axis of rotation 220 is provided outside the flap housing 212 with a lever 250 which is engaged by a tappet 256 which is fixedly connected to a double-acting piston 258 in a cylinder 260.
  • the piston 258 is incorporated into a membrane 266 which divides the cylinder 260 into two chambers 262 and 264.
  • the chamber 262 traversed by the tappet 256 is connected via a line 270 to a pressure source, the other chamber 264 via a line 272 to the pipe section 214 upstream of the closing plane.
  • a spring 268 acts on the one hand on the lever 250 and on the other hand on the housing 212 in such a way that it prestresses the valve flap 218 in its closed position, the arrangement being such that the effective lever arm is located between the line of action of the spring force and the axis of rotation 220 reduces when the lever 250 moves from its position assigned to the closed valve position into its position assigned to the open valve position, so that the resulting torque from the spring force and lever arm is degressive.
  • chamber 262 is pressurized via line 270 to retract plunger 256 into cylinder 260.

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Abstract

Um die Abgasemissionen eines Verbrennungsmotors (10) für Kraftfahrzeuge mit Abgaskatalysator (18) zu reduzieren, wird zumindest in der Startphase in der Abgasleitung (16) ein Rückstau erzeugt, der einen Druckanstieg am Abgasauslaß des Motors von mindestens 0,5 bar, vorzugsweise von mindestens 1 bar, erzeugt, und daß der Motor bei schnellen Last- und Drehzahländerungen zusätzlich belastet wird.

Description

Verfahren zur Reduzierung der Abgasemissionen eines Verbren¬ nungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Abgaskatalysator.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Ab¬ gasemissionen eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Abgaskatalysator und ein Abgassystem für derartige Motoren.
Beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors gelangen auch bei An¬ wendung eines Abgaskatalysators in der ersten Minute sehr hohe Emissionen ins Freie. Die hohen schädlichen Emissionen, hauptsächlich HC, CO und NO. rühren aus der schlechten Ver¬ brennung und der hohen Reibung der noch kalten Motormassen her, sowie aus schlechter, instabiler Aufbereitung des Kraft¬ stoff-Luft-Gemisches, das durch KraftstoffÜberschuß kompen¬ siert wird. Außerdem entstehen währen der Beschleunigungs- phase stark ausgeprägte Emissionsspitzen im unmittelbaren Zusammenhang mit den Getriebeschaltungen, die naturgemäß zu schnellen Last- und Drehzahländerungen führen. Weil in die¬ ser Phase die Gemischbildung ungeregelt ist, werden dynami¬ sche Mischfehler zwischen Kraftstoffzugabe und Luftdurchsatz verursacht und die Temperaturverhältnisse in der Brennkammer, insbesondere die Temperaturgradienten in der Brennkammerwän¬ den, sind starken transienten Änderungen unterworfen. Hier¬ durch werden innerhalb von Sekunden die Voraussetzungen für hohe Emissionsspitzen von HC, NO, und CO geschaffen. Bei- spielsweise entsteht bei Belastungsbeginn eine HC-Spitze, beim Erreichen der Sehal drehzahl unter Vollast eine NOx- Spitze und während der Schaltung eine CO-Spitze bei Überfet¬ tung oder eine NO.-Spitze bei abgemagertem Gemisch. Gleich¬ zeitig ist der Katalysator noch kalt und deshalb ineffektiv, so daß die schädlichen Abgase unbehandelt entweichen, bis sich der Katalysator ausreichend erhitzt hat.
Bei Dieselmotoren entstehen beim Start und bei der Abfahrt- beschleunigung zusätzlich starke Rauchentwicklung, Lärm und Geruchsbelästigung. Gute Katalysatoren sind etwa 50 sec nach Start des Motors ausreichend effektiv, während die erste HC-Emissionsspitze bereits 20 sec nach Start des Motors im CVS-Test entsteht, wenn das Kraftfahrzeug abfährt und der Motor unter hoher Last entsprechend beschleunigt wird.
Man hat versucht, durch elektrische Beheizung des Katalysa¬ tors den Zeitpunkt vorzuverlegen, zu dem der Katalysator wirksam wird. Eine solche elektrische Beheizung ist teuer, komplex, erfordert einen hohen elektrischen Energieeinsatz und hat keinen Einfluß auf die Erzeugung der hohen Emissionen im Motor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst kosten- günstig die Auf eizung der emissionsrelevanten Motorteile, insbesondere der Brennraumwände, und der katalytisch be¬ schichteten Wirkungsflächen des Katalysators, zumindest bei einer Teilfläche, vorzugsweise am Einlauf des Katalysators, so zu beeinflussen, daß möglichst bereits beim Auftreten der Abfahrtbeschleunigung die Motoremissionen reduziert sind und der Katalysator effektiv arbeitet. Um dieses Ziel zu errei¬ chen sollen die Gastemperaturen in der Brennkammer und im . Katalysator schnellstens auf ein möglichst hohes Niveau ange¬ hoben werden. Eine weitere Aufgabe ist die Vermeidung der Emissionsspitzen durch schnelle Last- und Drehzahlanderungen und durch instabile Gemischbildung.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zumindest in der Kaltstartphase in der Abgasleitung ein Rückstau erzeugt wird, der einen Druckanstieg am Abgasauslaß des Motors von mehr als 0,5 bar erzeugt und daß der Motor bei schnellen Last- und Drehzahländerungen zusätzlich belastet wird.
Durch den Rückstau werden Dichte und Temperatur der Abgase erhöht und der Motor wird zu erhöhtem Kraftstoffumsatz ge¬ zwungen. Durch die verdichteten heißen Abgase wird der War- meübergang an die Wände de_: Motorbrennkammern und Abgaslei¬ tung und an die Wirkungsflächen des Katalysators erhöht.
Versuche haben ergeben, daß bis zu einem Staudruck von 0,5 bar nur eine geringe Verbesserung der Emissionswerte erzielt wird und daß vorzugsweise der Staudruck über 1 bar angehoben werden sollte.
Die zusätzliche Motorbelastung bei schnellen Last- und Dreh- zahlanderungen kann z.B. durch entsprechenden Rückstau der Abgase oder durch sonstige Motorbremsen erreicht werden und erhält die Temperaturverhältnisse in den Brennkammern, ins¬ besondere die Temperaturgradienten in den Brennkammerwänden, und reduziert das Entstehen von dynamischen Gemischfehlern. Dadurch werden die sonst entstehenden Emissionsspitzen ver¬ mieden.
Wegen der Rückwirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen auf die Abläufe in der Brennkammer, kann außerdem die Gemischbildung zu einem früheren Zeitpunkt geregelt werden, wozu eine dem Katalysator nachgeschaltete Sauerstoffsonde dienen kann.
Wegen der Verminderung des maximalen Drehmoments des Motors sollte der Staudruck nur erzeugt werden, wenn Wärmebedarf besteht, insbesondere während des ersten Zyklus in der ersten Phase (Kaltstart) des US-amerikanischen FTP-75-Tests. Es besteht deshalb eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß der Abgasdruck so gesteuert wird, daß der Staudruck hoch ist, wenn der Motor nicht mit Drehmoment belastet ist, und daß der Staudruck abgebaut wird, wenn der Motor stark belastet ist.
Eine vorteilhafte Strategie für die Steuerung des Staudrucks zur Verhinderung von starken Emissionsspitzen besteht darin, daß insbesondere beim Wechsel der Getriebeübersetzung der Staudruck bei Leerlauf und Schiebebetrieb einen Höchstwert aufweist, der von der jeweiligen Systemtemperatur abhängt, bei Beginn einer Drehmomentbelastung entsprechend dem Kehrwert des Drehmoments reduziert wird und beim Überschreiten der Hälfte des maximalen Drehmo- ments ganz ausgeschaltet wird, bei Beginn einer Drehmomentabnähme beim Unter¬ schreiten der Hälfte des maximalen Drehmoments ent¬ sprechend dem Kehrwert des Drehmoments aufgebaut wird und beim Erreichen oder Unterschreiten des Leerlaufdrehmoments seinen von der Systemtemperatur abhängigen Höchstwert einnimmt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß der Abfluß aus dem Rückstau diskontinuier- lieh erfolgt. Durch den diskontinuierlichen Abfluß wird das Abgas taktweise den Katalysator mit besonders hoher Fließge¬ schwindigkeit durchströmen, so daß der Wärmeübergang auf die katalytisch beschichteten Flächen besonders effektiv ist.
Vorzugsweise wird die zur Erzeugung des Rückstaus dienende
Einrichtung abgeschaltet, sobald der Abgaskatalysator gezün¬ det hat, um den Motor zu entlasten.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß der Rück- stau stromauf von einem dem Abgaskatalysator vorgeschalteten kleiner dimensionierten Vorkatalysator erfolgt. Weil der Vorkatalysator wegen seiner geringeren wirksamen Oberfläche rascher auf Zündtemperatur aufgeheizt werden kann, kommt bei ihm der Effekt der erfindungsgemäßen Maßnahmen noch rascher zur Auswirkung.
Damit auf die zu erwärmenden, katalytisch beschichteten Flä¬ chen möglichst viel Wärme übergeht, besteht eine weitere vor¬ teilhafte Maßnahme darin, daß das aus dem Rückstau abströmen- de heiße Abgas in dem rasch zu erwärmenden Katalysatorbereich während einer steuerbaren Verweildauer festgehalten wird. Dabei kann nach einer ersten Variante der rasch zu erwärmende Katalysatorbereich den Vorkatalysator umfassen, es kann aber auch von Vorteil sein, daß nach einer zweiten Variante der rasch zu erwärmende Katalysatorbereich den Vorkatalysator und den Abgaskatalysator umfaßt, wozu gegebenenfalls im Rück- staubereich ein Speichervolumen hilfreich sein kann.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der Abfluß aus dem Rückstau nach folgendem Zyklus:
Füllung des leeren, rasch zu erwärmenden Katalysa- torsbereichs aus dem Abgasrückstau,
Verweilen der heißen Abgase in diesem Katalysator¬ bereich,
Entleeren dieses Katalysatorbereichs, wobei vorzugsweise vor der Füllung des rasch zu erwärmenden Katalysatorbereichs in diesem ein Unterdruck und während der Befüllung ein Überdruck erzeugt wird. Dadurch wird die Einströmgeschwindigkeit des Abgases in den Abgaskatalysator zusätzlich erhöht und durch die sog. Wärmedissipation wandelt sich die Gasgeschwindigkeit in Wärme um, wobei nach einer physikalischen Gesetzmäßigkeit eine Wärmeerhöhung bis um den Faktor 1,4 bezogen auf die absolute Temperatur stattfindet.
Diese gasdynamischen Effekte werden möglich, wenn ausreichend kurz öffnende und schließende Ventile für das Füllen und Ent- leeren des rasch zu erwärmenden Katalysatorbereichs verfügbar sind und die Öffnungsdauer beim Befüllen so kurz bemessen ist, daß die unter hoher Geschwindigkeit einströmenden und sich im Katalysatorbereich stauenden Abgase am Rückfluß ge¬ hindert werden, und daß die Öffnungsdauer beim Entleeren so kurz bemessen ist, daß die mit hoher Geschwindigkeit ausströ¬ menden Gase unter Bildung eines Unterdrucks am Rückfluß ge¬ hindert werden.
Um den Rückstau zu erzeugen, weist das Abgassystem zur Durch- führung des erfindunggemäßen Verfahrens in der Abgasleitung mindestens ein frei betätigbares Ventil auf. Dieses Ventil kann nach einer ersten Variante stromauf vom Katalysator an- geordnet sein, wodurch die Gasgeschwindigkeit im Katalysator erhöht und dadurch der Wärmeübergang auf die Wirkungsflächen des Katalysators verbessert wird. Nach einer zweiten Varian¬ te kann das Ventil stromab vom Katalysator angeordnet sein, wodurch der Druck im Katalysator erhöht und ebenfalls der Wärmeübergang verbessert wird.
Je besser der Wärmeübergang ist, desto größer ist der Tempe¬ raturgradient und umso höher ist bei gleichem Energieaufwand die sich einstellende Temperatur der beaufschlagten Oberflä¬ che.
Durch die Taktsteuerung mittels Ventilen in der Abgasleitung kann der Rückstau des Abgases sehr präzise geregelt werden durch das Verhältnis von Fließzeit zur Gesamtzeit.
Eine sehr einfache Verfahrensweise zur Beeinflussung der Wär¬ meproduktion des Motors entsprechend dem jeweils bestehenden Bedarf besteht darin, daß bei einem in der Abgasleitung ange- ordneten, periodisch zwischen einer geöffneten und einer ge¬ schlossenen Stellung umschaltbaren Ventil, die Dauer der ge¬ öffneten Stellung und die Dauer der geschlossenen Stellung derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich ein konstan¬ ter, dem jeweiligen Wärmebedarf entsprechender Rückstau ge- genüber dem Motor ergibt.
Hierdurch kann mit einem einfachen, zwischen zwei Stellungen umschaltbaren Ventil eine stufenlose Anpassung des Staudrucks an den jeweiligen Betriebszustand erreicht werden, indem die geschlossene Ventilstellung einen umso größeren zeitlichen Anteil gegenüber der geöffneten Periode erhält, je größer der Wärmebedarf ist.
Aus der DE-PS 31 03 098 ist es bekannt, zum Zwecke der Kabi- nenheizung einen Abgas-Wasser-Wärmetauscher am Einlaß des Abgaszweiges mit einer zu- und abschaltbaren Drosselung zu versehen, durch die Strömungsgeschwindigkeit im Abgas-zweig erhöht wird, um bei niedrigem Wärmeangebot des Motors, ins¬ besondere also bei Teillast bzw. im Leerlauf, den Wärmeüber¬ gang zu erhöhen und die Heizung ausreichend wirksam zu erhal¬ ten. Die Drosselung führt zwar zu einem Abgasrückstau, doch wird dieser im Dauerbetrieb und in der Regel dann erzeugt, wenn der Motor und ein gegebenenfalls vorhandener Katalysator bereits ihre optimale Betriebstemperatur erreicht haben, nicht aber gezielt in der Startphase des Motors, nachdem sich die der bekannten Konstruktion zugrunde liegende Aufgaben- Stellung wesentlich von dem mit der Erfindung zu lösenden Problem unterscheidet.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß sowohl stromauf, als auch stromab vom Abgaskatalysator ein frei betätigbares Ventil angeordnet ist und daß die Öffnungs¬ und Schließzeiten der beiden Ventile derart aufeinander ab¬ gestimmt sind, daß nach dem Schließen des stromauf gelegenen Ventils durch kurzzeitiges Öffnen des stromab gelegenen Ven¬ tils vor dem Öffnen des stromauf gelegenen Ventils im Bereich zwischen den Ventilen ein Unterdruck erzeugbar ist.
Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß stromauf vom Abgaskatalysator ein kleiner dimensionierter Vorkatalysator angeordnet ist, dabei kann der Vorkatalysator in Reihe mit dem folgenden Hauptkatalysator geschaltet sein, vorzugsweise ist aber der Vorkatalysator in einem zu- und abschaltbaren Bypass zur Abgasleitung angeordnet, so daß der Vorkatalysator einen höheren Strömungswiderstand erhalten kann und dadurch die rasche Erwärmung weiter gefördert wird, während ein im gesamten Betriebsbereich eingeschalteter Kata¬ lysator auf minimalen Druckverlust ausgelegt sein muß. Ein weiterer Vorteil des Bypass-Betriebs des Vorkatalysators ist in der AIterungsSicherheit zu sehen, weil der Vorkatalysator nur in der Startphase eingeschaltet ist und dadurch nicht den hohen Belastungen durch die heißen Abgase bei Vollast ausge¬ setzt wird, was einen Hauptgrund für die Alterung von Kataly¬ satoren darstellt. In der mit den höchsten Emissionen bela- steten Startphase steht dadurch mittels des Vorkatalysators ein praktisch alterungsfreier Katalysator zur Verfügung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann im Bypass stromauf und stromab vom Vorkatalysator und parallel zum Bypass in der Abgasleitung jeweils ein frei betätigbares Ventil angeordnet sein, so daß durch Schließen des Ventils in der Abgasleitung das Abgas über den Bypass geleitet werden kann, wobei dann die beiden im Bypass befindlichen Ventile zur Erzeugung des Rückstaus bzw. der Warmedissipation am Vor¬ katalysator in der oben erläuterten Weise einsetzbar sind.
Eine vorteilhafte Variante hierzu besteht darin, daß stromauf vom Vorkatalysator im Bypass und stromab vom Bypass vor dem Hauptkatalysator und parallel zum Bypass in der Abgasleitung jeweils ein frei betätigbares Ventil angeordnet ist, weil dadurch das den Abgasstrom über den Bypass leitende, parallel zum Bypass angeordnete Ventil verfahrenstechnisch abgedichtet wird und deshalb hohe Staudrücke ermöglicht.
Bei besonders effizienten Motoren kann die an sich bekannte Anwendung von durch Motorabwärme geladenen Latentwärmespei¬ chern zur Wärmeabgabe an Wärmeverbraucher im Kraftfahrzeug nicht realisiert werden, weil im Betrieb kein ausreichendes Wärmeangebot zur Ladung des Latentwärmespeichers zur Verfü¬ gung steht. Ein Beispiel hierfür sind direkt einspritzende Dieselmotoren unter 2 Liter Hubraum. Da die künftige Ent¬ wicklung in Richtung derartiger Motoren geht, kann hier Ab¬ hilfe mittels der vorstehend erläuterten Erfindung geschaffen werden, um das Wärmeangebot des Motors zu erhöhen.
Es besteht deshalb eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß in die Abgasleitung ein Abgaswärme¬ tauscher einbezogen ist, so daß das erhöhte Wärmeangebot über das Kühlwasser an die Brennkammerwandung zur Erhöhung der Oberflächentemperatur abgegeben werden kann, sowie an das Getriebe- bzw. Motorδl, wodurch Emissionen und Verbrauch re- duziert werden. Dabei ist es eine besonders zweckmäßige Wei¬ terbildung, wenn in den Kühlwasserkreislauf ein Latentwärme¬ speicher einbezogen ist, so daß durch einen Vorlaufbetrieb des Kühlwasserkreislaufs, z.B. ausgelöst durch einen Türkon- takt, aus dem Latentwärmespeieher bereits vor dem Start des Motors Wärme abgegeben wird.
Eine ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht dar¬ in, daß dem Anlasser des Verbrennungsmotors eine Fernbetäti- gung zur Überbrückung des Zündschlosses zugeordnet ist, und daß diese Überbrückung ein Zeitglied enthält, das nach Über¬ schreitung einer vorgegebenen Vorlaufzeit den Zündstrom un¬ terbricht. Dabei kann die Fernbetätigung vorteilhafterweise mit dem Schloß der Fahrertür derart verbunden sein, daß bei dessen Öffnung der Motor gestartet wird. Ein Vorlaufbetrieb des Motors von etwa 30 sec in Verbindung mit dem erfindungs- gemäßen Rückstau der Abgase reicht beim Kaltstart aus, die Emissionsspitzen beim Anfahren des Fahrzeugs zu vermeiden. Diese Zeit von 30 sec verstreicht in der Regel, bis der Fah- rer nach dem Betätigen des Türschlosses im Fahrzeug Platz genommen und die Startvorbereitungen abgeschlossen hat. So¬ fern der Fahrer nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne,, beispielsweise von 30 sec, nicht den Schlüssel ins Zündschloß eingeführt und die Zündung eingeschaltet hat, wird der Vor- lauf durch Unterbrechung des über die Überbrückung fließenden Zündstroms abgebrochen.
Zur Erzeugung eines effektiven Rückstaus ist eine wirksame Drosselvorrichtung von besonderer Bedeutung. Bei bekannten Drehklappenventilen können Druckverluste durch Leckage nicht vermieden werden. Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausgestal¬ tung der Erfindung besteht deshalb bei einem Drosselventil für das vorstehend erläuterte Abgassystem mit einem einen Strömungskanal umschließenden Gehäuse und einer um eine den Strömungsquerschnitt des Ventils durchquerende Drehachse ver¬ schwenkbaren Ventilklappe, wobei die Klappenfläche durch die Drehachse in zwei Teilflächen unterteilt wird, darin, daß die Ventilklappe in Schließstellung sich in einer die Drehachse enthaltenden, quer zur Durchflußachse verlaufenden Schlie߬ ebene befindet und mit ihrem Rand in allen Stellungen all¬ seits in der Ebene der Klappe einen solchen Abstand vom Ge- häuse einhält, daß dieser von den während des Betriebs zu erwartenden Wärmedehnungen nicht überwunden werden kann, daß dem Umfangsbereich jeder Teilfläche am Gehäuse jeweils eine bis an die Drehachse herangeführte Anschlagkante zugeordnet ist, und daß diese Anschlagkanten auf unterschiedlichen Sei- ten der Ventilklappe angeordnet und dieser als stirnseitige Abdichtung zugeordnet sind.
Mit einem derartigen Ventil kann wegen der Stirnflächendich¬ tung ein Staudruck von 5 bar erzeugt werden, wobei beider- seits der Drehachse der Ventilklappe vom Staudruck entgegen¬ gesetzt gerichtete Drehmomente erzeugt werden, so daß die Klappe mit relativ geringen Kräften gesteuert werden kann.
Wegen der Rückwirkung der Stauvorrichtung auf den Brennstoff- verbrauch ist es zumindest bei Ottomotoren erstrebenswert, die Funktion der Stauvorrichtung an den Wärmebedarf anzupas¬ sen, der bei niedriger Motorlast groß und bei hoher Motorlast gering ist. Es ist also eine vorteilhafte Ausgestaltung des Systems, in der Abgasleitung eine in Abhängigkeit vom Volu- menstrom degressiv regelbare Stauvorrichtung anzuordnen, wo¬ bei eine Ausführungsform darin besteht, das vorstehend beschriebene Drosselventil so auszugestalten, daß die Dreh¬ achse die Ventilklappe außermittig durchquert und in zwei unterschiedlich große Teilflächen derart aufteilt, daß bei der Öffnungsbewegung die größere Klappenteilfläche in Strö¬ mungsrichtung bewegt wird, und daß eine das Ventil schließen¬ de Rückstellkraft derart über einen Hebel an der Drehklappe angreift, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Wirkungsli¬ nie der Rück-stellkraft und der Drehachse der Klappe mit zu- nehmender Klappenöffnung abnimmt, und daß das resultierende Drehmoment aus Rückstellkraft und wirksamem Hebelarm degres¬ siv ist. Durch diese Ausgestaltung erzeugt der Staudruck bei geschlos¬ senem Ventil zwei entgegengesetzt gerichtete und unterschied¬ lich große Drehmomente an der Ventilklappe, wobei das resul¬ tierende Moment bestrebt ist, die Klappe zu öffnen. Durch die Rückstellkraft wird die Klappe in Schließstellung gehal¬ ten, bis das aus dem Staudruck resultierende Drehmoment die Rückstellkraft überwindet. Das in Schließrichtung wirkende Drehmoment wird umso geringer, je weiter die Klappe geöffnet ist, d.h. mit zunehmendem Massenstrom in der Abgasleitung wird automatisch der Staudruck verringert.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß das Gehäuse aus einer von der Drehachse durchquerten Rohrmuffe und zwei von dieser Rohrmuffe umschlossenen Rohr- abschnitten besteht, deren der Ventilklappe zugewandte Ränder auf unterschiedlichen Seiten der Drehachse als Anschlagkante für die Ventilklappe in einer parallel zur Ebene der in Schließstellung befindlichen Ventilklappe verlaufenden Ebene höchstens bis auf einen der halben Wandstärke der Ventilklap- pe entsprechenden Abstand vom Drehzentrum an die Drehachse herangeführt sind und anschließend außerhalb des Schwenkbe¬ reichs der Ventilklappe verlaufen, wobei eine einfache Aus¬ gestaltung darin besteht, daß die der Ventilklappe zugewand¬ ten Ränder der Rohrabschnitte durch eine parallel zur Dreh- achse verlaufende Stufe in zwei in Durchströmrichtung des
Ventils versetzte Abschnitte unterteilt sind, die jeweilspar¬ allel zur Ebene der in Schließstellung befindlichen Ventil¬ klappe verlaufen.
Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und kostengün¬ stige Konstruktion, die auch unter schwierigen räumlichen Verhältnissen relativ einfach montiert werden kann, weil das Ventilgehäuse am Einbauort zusammengefügt werden kann und der wesentliche Teil des Ventils aus der Rohrmuffe mit der darin gelagerten Ventilklappe besteht. Sofern die anschließenden Leitungsteile jeweils durch entsprechende Bearbeitung ihres mit dem Ventil zu verbindenden Endes vorbereitet sind, müssen nur noch diese Leitungsteile entsprechend ausgerichtet, in die Rohrmuffe eingeschoben werden und mit dieser fest verbun¬ den werden.
Wenn die Bearbeitung der Rohrenden darauf beschränkt werden soll, sie durch einen ebenen Schnitt zu trennen, und wenn außerdem die Ventilklappe in geöffneter Ventilstellung völlig aus dem Strömungsquerschnitt herausbewegt werden soll, kann eine weitere erfindungsgemäße, als Drosselvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Ventilvariante einge¬ setzt werden, die ein einen Strömungskanal umschließendes Gehäuse, eine um eine außerhalb des Strömungsquerschnitts des Ventils quer zur Durchflußrichtung angeordnete Achse ver¬ schwenkbaren Ventilklappe und einen außerhalb des Gehäuses mit der Achse verbundenen Stellhebel aufweist. Die erfin¬ dungsgemäße Ausgestaltung besteht dabei darin, daß der Strö¬ mungskanal im Gehäuse von zwei mit Abstand koaxial zueinander angeordneten Rohrabschnitten gebildet wird, die gemeinsam von einem Klappengehäuse umschlossen werden, in dem die Ventil- klappe mit ihrer Achse derart angeordnet ist, daß sie in
Schließstellung in einer die Drehachse enthaltenden, quer zur Durchflußrichtung verlaufenden Schließebene das in das Klap¬ pengehäuse ausmündende, eine ebene Ringfläche bildende Ende des stromauf gelegenen Rohrabschnitts abdeckt, während sie in der Öffnungsstellung aus dem Strömungsweg zwischen den beiden Rohrabschnitten herausgeschwenkt ist, daß der Stellhebel mit einem Kolben verbunden ist, der durch eine Rückstellkraft in Richtung auf seine der Schließstellung der Klappe zugeordnete Position belastet ist und in Richtung der Rückstellkraft mit dem stromauf von der Klappe im Strömungskanal herrschenden
Gasdruck beaufschlagt ist, wobei die dem Gasdruck ausgesetzte Kolbenfläche etwas kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des in Schließstellung von der Klappe abgedeckten Rohrab-
Schnitts, und daß die andere Kolbenfläche wahlweise einem die Rückstellkraft überwindenden Druck aussetzbar ist. Auf diese Weise wird auch bei einseitig gelagerter Klappe der Staudruck an der geschlossenen Klappe zum größten Teil durch eine aus dem Gasdruck abgeleitete Gegenkraft kompensiert, so daß nur noch eine relativ geringe Zusatzkraft erforderlich ist, um das Ventil dicht zu schließen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Kolben in eine zwei Kammern eines StellZylinders trennende Membran einbezogen ist, daß ein die eine Kammer durchquerender und aus dieser herausgeführter Stößel mit dem Stellhebel in Wirk¬ verbindung steht und mit dem Kolben verbunden ist, daß die vom Stößel durchquerte Kammer mit einer Druckquelle verbind¬ bar und die andere Kammer mit dem Strömungskanal stromauf von der Schließebene verbunden ist.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Rückstellkraft derart am Hebel angreift, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Wirkungslinie der Rückstell- kraft und der Drehachse der Ventilklappe mit zunehmender
Klappenöffnung abnimmt, und daß das resultierende Drehmoment aus Rückstellkraft und wirksamem Hebelarm degressiv ist.
Bei Drehklappenventilen kann in der Regel eine gewisse aero- dynamische Instabilität nicht völlig vermieden werden. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform betrifft deshalb ein Drosselventil ohne eine derartige, unerwünschte Nebenwirkung. Das Ventil mit einem entgegen dem Abgasdruck durch eine Rück¬ stellkraft belasteten Ventilkörper ist dadurch gekennzeich- net, daß die einander zugeordneten Querschnitte von Ventilge¬ häuse und Ventilkörper unter Bildung eines Systems von Eng¬ pässen derart bemessen sind, daß mit zunehmender Ventilbewe¬ gung entgegen der Rückstellkraft die vom Staudruck beauf¬ schlagte Fläche des Ventilkörpers zunimmt.
Dabei sind vorzugsweise die Engpässe, der Querschnitt des Ventilkδrpers und die Rückstellkraft so aufeinander abge- stimmt, daß bei hohem Volumenstrom die vom Staudruck beauf¬ schlagte Fläche des Ventilkörpers mindestens so groß ist, daß der zur Aufrechterhaltung dieser Öffnungsstellung erforderli¬ che Staudruck nicht größer ist als der zur Öffnung des Ven- tils erforderliche Staudruck.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Ventilgehäuse eine in Bewegungsrichtung des Ventilkorpers gerichtete Einström¬ öffnung mit im Vergleich zum Querschnitt des Ventilkörpers geringem Querschnitt und eine Kammer zur Aufnahme des beweg¬ lichen Ventilkörpers mit einer unter Bildung eines Ringspalts den Durchtritt des Ventilkörpers gestattenden Ausströmöffnung auf, wobei sich die Einströmöffnung vorzugsweise am Ende ei¬ nes in die Ventilkammer ragenden, dünnwandigen Rohrstutzens befindet.
Nach einer Variante weisen die Kammer im Ventilgehäuse und die Ausströmöffnung den gleichen Querschnitt auf. Es kann aber auch nach einer anderen Variante die Kammer im Ventil gehäuse einen größeren Querschnitt aufweisen als die Aus¬ strömöffnung.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Ventilkörper einen gleichbleibenden Querschnitt auf .
Vorzugsweise ist die Rückstellkraft abschaltbar, damit die Drosselfunktion ausgeschaltet werden kann, wenn sie nicht benötigt wird. Hierzu kann eine zur Erzeugung der Rückstell- kraft dienenden Ventilfeder auf einem in Wirkungsrichtung der Feder verstellbaren Widerlager abgestützt sein.
Diese Ventile mit einem in der Ventilkammer linear bewegli¬ chen Ventilkörper sind für den Abgashauptstrang nicht sonder¬ lich geeignet, weil sie den Durchflußquerschnitt nicht voll- ständig freigeben können. Sie eignen sich deshalb insbeson¬ dere für Systeme, bei denen die Drosselwirkung in einem By¬ pass zum Hauptstrang erzeugt wird. Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. l das schematische Blockschaltbild eines Vierzy¬ linderverbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge mit einem Abgaskatalysator in der Abgasleitung, Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung mit einem Vorkatalysator in Bypassanordnung,
Fig. 3 eine Variante mit Turbolader und Abgaswärmetau¬ scher, Fig. 4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausge¬ bildetes, zur Staudruckerzeugung geeignetes Dreh- klappenventil senkrecht zur Drehachse,
Fig. 5 einen Querschnitt durch das in Fig. 4 gezeigte Ven¬ til in Richtung der Drehachse, Fig. 6 eine Vorrichtung zur Erzeugung einer degressiv wir¬ kenden Steuerung der Drehklappe, Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch eine als Kol- benventil ausgebildete Stauvorrichtung in einer der Schließstellung nahen Stellung,
Fig . 8 das Ventil nach Fig. 7 in einer Zwischenstellung,
Fig. 9 das Ventil nach den Fig. 7 und 8 nahe der maximalen ÖffnungsStellung,
Fig. 10 eine andere Ausführungsform eines Kolbenventils in einer der Schließstellung nahen Stellung,
Fig . 11 eine Zwischenstellung des in Fig. 10 gezeigten Ven¬ tils, F Fiigg.. 1 122 das Ventil nach den Fig. 10 und 11 in einer der Öffnungsstellung nahen Stellung,
Fig. 13 einen Querschnitt durch eine Variante eines Dreh¬ klappenventils mit einseitig gelagerter Drehklappe und Fig. 14 eine vergrößerte Darstellung der Vorrichtung zur Kompensierung des Staudrucks dieses Ventils. Bei einem Verbrennungsmotor 10 sind die Brennkammern 12 mit einer Brennluftleitung 14 und einer Abgasleitung 16 verbun¬ den. Zur Reduzierung der schädlichen Emissionen ist in die Abgasleitung 16 ein Abgaskatalysator 18 einbezogen, wobei zwischen dem Motor 10 und dem Abgaskatalysator ein Ventil 20 angeordnet ist. Ein weiteres Ventil 22 ist in Fig. l stromab vom Abgaskatalysator 18 dargestellt.
Für die einfachste Anordnung zur Realisierung der Erfindung genügt die wahlweise Anordnung eines der Ventile 20 und 22. Dabei kann das gewählte Ventil 20 oder 22 so eingestellt wer¬ den, daß stromauf vom gewählten Ventil ein Abgasstau auf¬ tritt, durch den Dichte und Temperatur der Abgase erhöht und der Motor zu erhöhtem Kraftstoffumsatz gezwungen wird, so daß der Wärmeübergang an die Wände der Motorbrennkammern 12 und die katalytisch beschichteten Wirkungsflächen des Abgaskata¬ lysators erhöht wird.
Wird das Ventil 20 ausgewählt, so strömt das Abgas mit erhöh- ter Geschwindigkeit in den Abgaskatalysator 18 ein, wird das Ventil 22 ausgewählt, herrscht im Abgaskatalysator erhöhter Druck. In beiden Fällen wird der Wärmeübergang auf die Wir¬ kungsflächen verbessert.
Eine bessere Wirkungsweise läßt sich erzielen, wenn das je¬ weils ausgewählte Ventil nicht fest eingestellt wird und ei¬ nen kontinuierlichen Abfluß aus dem Staubereich zuläßt, son¬ dern wenn das Ventil taktweise geöffnet und geschlossen wird, so daß eine zusätzliche Geschwindigkeitssteigerung beim Öff- nen des Ventils erreicht wird, die den Wärmeübergang weiter verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die beiden Ventile 20 und 22 nicht wahlweise, sondern gemeinsam vorzusehen und da- bei eine Ventilsteuerung nach einem festgelegten Zyklus in der Weise durchzuführen, daß bei nach dem Entleeren des Ab¬ gaskatalysators 18 geschlossenem Ventil 22 das Ventil 20 ge- öffnet wird, um den Abgaskatalysators 18 mit heißem, mit ho¬ her Geschwindigkeit aus dem Staubereich einströmendem Abgas zu füllen, und dann so zeitig wieder geschlossen wird, daß ein Überdruck im Abgaskatalysator entsteht mit gleichzeitig erhöhter Temperatur und Dichte, worauf nach Ablauf einer vor¬ bestimmten Verweildauer das Ventil 22 zunächst geöffnet wird, um den Abgaskatalysator 18 zu entleeren und dabei einen Un¬ terdruck zu erzeugen, und anschließend wieder geschlossen wird. Hierauf wiederholt sich der Zyklus.
Bei dieser Verfahrensweise wird durch das taktweise Einströ¬ men des bereits durch den Stau in seiner Temperatur erhöhten Abgases in den Abgaskatalysator 18 die Wärmeabgabe an die Wirkungsflächen durch Warmedissipation und durch die erzwun- gene Verweildauer weiter verbessert.
In den Fig. 6 bis 14 werden Ventile gezeigt, die zur automa¬ tischen, degressiven Steuerung des Staudrucks geeignet sind. Dabei sind die Ventilkonstruktionen nach den Fig. 7 bis 12 nicht geeignet, in geöffneter Stellung den vollen Durchström¬ querschnitt freizugeben. Die Anordnung solcher Ventile im Abgas-Hauptstrang ist unerwünscht, andererseits weisen sie den Vorteil aerodynamischer Stabilität auf. In Fig. l ist deshalb in unterbrochenen Linien eine Einbauvariante für sol- ehe Ventile dargestellt, wobei angenommen wird, daß in diesem Fall das Ventil 22 ein Absperrventil ist und ein automatisch degressiv gesteuertes Drosselventil 22a hierzu im Bypass an¬ geordnet ist, so daß dieses Drosselventil 22a durchströmt wird, wenn das Ventil 22 geschlossen ist, während der volle Durchflußquerschnitt freigegeben wird, wenn das Ventil 22 geöffnet ist.
Die Fig. 2 zeigt einen zusätzlichen, kleineren Vorkatalysator 18a, der über einen Bypass 26 parallel zum Ventil 20 angeord- net ist, wobei stromauf vom Vorkatalysator 18a ein frei betä¬ tigbares Ventil 28 und stromab vom Vorkatalysator 18a ein ebensolches Ventil 30 angeordnet ist. Der Vorteil des Vorkatalysators 18a ist zunächst darin zu se¬ hen, daß wegen der geringeren Ausdehnung seiner Wirkflächen diese vom Abgasstrom rascher auf die Zündtemperatur aufge¬ heizt werden können als die ausgedehnteren Wirkungsflächen des Abgaskatalysators 18, so daß der Emissionsabbau früher einsetzt. Außerdem wird der Vorkatalysator 18a nur in der Startphase eingesetzt, bis der Abgaskatalysator 18 zündet, so daß der Vorkatalysator, wie bereits geschildert, eine hohe Alterungsbeständigkeit aufweist.
Der Vorkatalysator 18a kann in der gleichen Weise betrieben werden, wie sie vorstehend für den Abgaskatalysator 18 be¬ schrieben wurde, wozu zunächst das Ventil 20 geschlossen und das Ventil 22 geöffnet wird, worauf die Taktsteuerung am Vor- katalysator 18a durch die Ventile 28 und 30 erfolgt.
Eine Variante hierzu kann auch darin bestehen, daß das Ventil 30 in den Bereich zwischen der stromab vom Vorkatalysator 18a befindlichen Einmündung des Bypass 26 in den Hauptstrang und dem Hauptkatalysator 18 verlegt wird, so daß bei geschlosse¬ nen Ventilen 20 und 30 der Staudruck auf beiden Seiten des Ventils 20 gleich ist und dieses Ventil somit verfahrenstech¬ nisch abgedichtet ist, was die Ausbildung eines hohen Stau¬ drucks fördert.
Es kann aber auch sinnvoll sein, zugleich den Vorkatalysator 18a und den nach olgenden Abgaskatalysator 18 taktweise mit dem heißen Abgas zu beaufschlagen. Bei dieser Betriebsweise wird das Ventil 20 geschlossen und das Ventil 30 geöffnet, während der Abgastakt durch die Ventile 28 und 22 bestimmt wird. Wegen des verhältnismäßig großen Volumens zwischen den Ventilen 28 und 22 kann es erforderlich sein, stromauf vom
Ventil 28 ein zusätzliches Speichervolumen für das rückge- staute Abgas vorzusehen, das schematisch bei 32 gezeigt ist. Die Fig. 3 zeigt eine Variante bei der das zur schnelleren Aufheizung des Abgaskatalysators eingesetzte Verfahren zu¬ gleich auch an einem über einen Bypass 34 parallel zum Ventil 22 angeordneten Wärmetauscher 36 anwendbar ist, der im Bypass 34 zwischen Ventilen 38 und 40 eingeschlossen ist, die bei geschlossenem Ventil 22 in gleicher Weise betätigbar sind, wie es oben für die Ventilpaarungen 20 und 22 bzw. 28 und 30, oder 28 und 22 beschrieben wurde. Dieser Wärmetauscher 36 kann mit Vorteil zum Laden eines Latentwärmespeichers 42 ein- gesetzt werden, der bereits vor dem Motorstart über das Kühl¬ wasser die Brennraumwände vorwärmen kann und so die mit dem Kaltstart des Motors sonst verbundene hohe Emissionsspitze drastisch reduziert.
Da durch die erfindungsgemäß Betriebsweise der Temperaturver- lust an der Turbine eines Abgasturboladers ausgeglichen wer¬ den kann, ist der Einsatz eines in Fig. 3 dargestellten Ab¬ gasturboladers 44 problemlos möglich.
Zur automatischen Erzeugung eines hohen Staudrucks von z.B. 5 bar mit degressiver Steuerung ist ein Ventil 24 geeignet, das anhand der Fig. 4 bis 6 näher beschrieben wird.
Eine mit 50 bezeichnete rohrförmige Abgasleitung ist im Be- reich einer Rohrmuffe 52 getrennt, wobei die beiden vonein¬ ander getrennten Rohrabschnitte 54 und 56 einen die Einfügung einer Ventilklappe 58 ermöglichenden Abstand voneinander auf¬ weisen. Diese Ventilklappe 58 kann als einfaches Stanzteil ausgebildet sein und ist mit einer Drehachse 60 verbunden, die in Lagern 62 und 64 an der Muffe 62 gelagert und auf ei¬ ner Seite zur Verbindung mit einem Stell- oder Steuerungsme¬ chanismus aus der Muffe 62 herausgeführt ist.
Die Rohrmuffe 52 und die in sie eingreifenden Rohrabschnitte 54 und 56 bilden zusammen das Ventilgehäuse 66.
Der aus der Muffe 52 herausgeführte Abschnitt der Drehachse 60 ist mit einem Bund 61 versehen, der als Widerlager für eine die Drehachse umgebende Druckfeder 63 bildet, die einen innerhalb des als lösbare Kappe ausgebildeten Lagers 64 an¬ geordneten und an der Achse 60 ausgebildeten Dichtungsflansch 65 dichtend gegen die Innenseite des Lagers 64 drückt.
Die Ventilklappe 58 hält ringsum einen so ausreichenden Ab¬ stand von der Innenwandung des Ventilgehäuses 66, daß dieser die freie Beweglichkeit sichernde Abstand auch nicht durch die im Betrieb unter Wärmeeinfluß zu erwartenden Maßänderun- gen überwunden werden kann.
Beim gezeigten Beispiel verläuft die Ventilklappe 58 in ihrer Schließstellung senkrecht zur Durchflußrichtung bzw. Achse der Muffe 52 und in dieser Schließstellung liegt die Ventil- klappe 58 in Schließrichtung an den ihr zugewandten Rändern der beiden Rohrabschnitte 54 und 56 an. Damit die Ventil- klappe 58 diese Schließstellung unbehindert von den Rohrab¬ schnitten 54 und 56 erreichen kann, müssen diese im Bewe¬ gungsbereich der Ventilklappe 58 Ausnehmungen 70 bzw. 72 auf- weisen, die beim gezeigten Beispiel dadurch geschaffen sind, daß die Ränder der Rohrabschnitte 54 und 56 auf der einen bzw. anderen Seite der Drehachse 60 mit einem als Anschlag¬ kante 74 bzw. 76 dienenden Abschnitt an die Drehachse 60 her¬ angeführt sind und dabei - um in der Öffnungsstellung eine zur Durchflußrichtung parallele Lage der Ventilklappe 58 zu ermöglichen - mindestens einen der halben Dicke der Ventil- klappe 58 entsprechenden Abstand vom Drehzentrum einhalten. Der jeweils anschließende Abschnitt 78 bzw. 80 ist unter Bil¬ dung einer Stufe soweit gegenüber der Anschlagkante 74 bzw. 76 zurückgesetzt, daß der Schwenkbereich der Ventilklappe 58 freigehalten wird, damit sich diese unbehindert zwischen Schließ- und ÖffnungsStellung bewegen kann.
Die Drehachse 60 ist derart außermittig im Strömungskanal an- geordnet, daß der entgegen dem Abgasdruck an der Anschlagkan¬ te 74 anliegende Teil der Ventilklappe 58 eine größere Fläche aufweist als der in Richtung des Abgasdrucksdrucks an der Anschlagkante 76 anliegende Teil, so daß der Abgasdruck ein die Ventilklappe öffnendes Drehmoment erzeugt und die Ventil- klappe 58 nur durch eine diesem Drehmoment entgegengesetzt wirksame Rückstellkraft in geschlossener Stellung gehalten werden kann, bis das aus dem Abgasdruck resultierende Drehmo¬ ment die Rückstellkraft überwindet.
Die Drehachse 60 hat einen in Fig. 6 gezeigten, abgewinkelten Endabschnitt, der einen Hebelarm 90 bildet. Am freien Ende des Hebelarms 90, das weiter von der Achse 91 des Leitungs¬ abschnitts 50 entfernt ist als das den Hebelarm 90 tragende Ende der Achse 60, greift eine die Ventilklappe 58 in Schließstellung vorspannende Feder 92 an, die an einem Schwenklager 94 abgestützt ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Drehachse 60 und der Wirkungslinie der Feder 92 mit zunehmender Öffnung der außermittig gelagerten Ventilklappe 58 abnimmt, so daß das resultierende Drehmoment aus Federkraft und wirksamem Hebelarm degressiv ist.
Damit kann das Ventil als Stauvorrichtung in der Abgasleitung von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, um durch einen. Abgasrückstau bei Wärmebedarf eine erhöhte Wärmeabgabe des Motors zu erreichen, wobei dieser verbrauchssteigernde Rück- stau mit zunehmendem Massenfluß automatisch reduziert wird.
Die bei geöffnetem Ventil im Abgasstrom liegende Drehklappe weist eine gewisse aerodynamische Instabilität auf, welche bei den nachfolgend anhand der Fig. 7 bis 12 beschriebenen Ventilkontruktionen vermieden wird, wobei allerdings in ge¬ öffneter Ventilstellung der Durchströmquerschnitt nicht voll¬ ständig freigegeben wird.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen schematisch eine Ventilvariante 124a mit einem Ventilgehäuse 130a mit einer Einströmδffnung 132 am Ende eines Einströmkanals 134, einer hinter der Einströmδff¬ nung 132 angeordneten, im Querschnitt erweiterten Ventilkam- mer 136a und einer der Einströmöffnung 132 gegenüberliegenden Ausströmöffnung 138a, deren Querschnitt dem der Ventilkämmer 136a gleicht. Der Einströmkanal 134 ist in Form eines kurzen Rohrstutzens 140 etwas in das Innere der Ventilkammer 136a verlängert und bildet dort einen Sitz für einen Ventilkörper 142, der von einer Druckfeder 144 beaufschlagt entgegen der Durchflußrichtung zwischen Einströmöffnung 134 und Ausström¬ öffnung 138a vorgespannt ist und unter der Wirkung der Feder 144 am Rohrstutzen 140 aufsitzt, sofern der Abgasdruck nicht in der Lage ist, die Kraft der Feder 144 zu überwinden. Der Querschnitt des Ventilkörpers 142 ist so bemessen, daß zwi¬ schen seinem Umfang und der Innenwandung der Ventilkammer 136a ein den Abfluß des Abgases ermöglichender Ringspalt 146a besteht.
Wenn das Ventil 124a geschlossen ist, beaufschlagt der Druck des Abgases auf dem Ventilkörper 142 nur eine Fläche, die dem Querschnitt der Einströmöffnung 134 entspricht. Die Kraft der bei geschlossenem Drosselventil 124a ihre größte Einbau- länge einnehmenden Druckfeder 144 und die in geschlossener Ventilstellung vom Abgas beaufschlagte Fläche des Ventilkör¬ pers 142 bestimmen den Öffnungsdruck des Ventils 124a. So~ bald sich das Ventil 124a öffnet, kann das Abgas über einen mit dem Ventilhub zunehmenden Radialspalt 148 zu dem während der Bewegung des Ventilkörpers 142 in der Ventilkammer 136a gleichbleibenden, axial verlaufenden Ringspalt 146a strömen und von dort seinen Weg durch die Abgasleitung 16 (Fig. l) fortsetzen, wobei sich der Druck im Radialspalt 148 in Abhän¬ gigkeit vom Hub des Ventilkörpers 142 ändert, d.h. mit zuneh- mender Entfernung des Ventilkörpers 142 vom Rohrstutzen 140 abnimmt, während der Druck im Ringspalt 146a unabhängig vom Hub ist. Durch den Rohrstutzen 140 mit seiner relativ gerin¬ gen, dem Ventilkörper 142 gegenüberliegenden Stirnfläche wird gewährleistet, daß in der Anfangsphase der Ventilöffnung der Staudruck nur vom Querschnitt der Einströmöffnung 132 be¬ stimmt wird und nicht von der gesamten, dem Ventilkörper ge¬ genüberliegenden Querschnittsfläche der Ventilkammer. Die Feder 144 befindet sich im Inneren eines Zylinders 152, der an einer Stirnseite von einer Membran 153 abgeschlossen wird, die einerseits mit der Wandung des Zylinders 152 und andererseits mit einer Platte 155 am Ende eines Stößels 154 verbunden ist, an dessen anderem Ende sich der Ventilkδrper 142 befindet. Die Feder 144 erstreckt sich zwischen der Platte 155 und der Membran 153 gegenüberliegenden Stirnfläche des Zylinders 152. Solange die Funktion des Ventils 124a aufrechterhalten werden soll, wird der Ventilkörper 142 durch die Feder 144 belastet. Soll die Wirkung des Drosselventils 124a bzw. des nachfolgend noch beschriebenen Ventils 124b aufgehoben werden, wird über eine Leitung 156 der Zylinder 152 mit einem Vakuum verbunden, wodurch die Membran mit dem
Stößel 154 soweit in den Zylinder 152 zurückgezogen wird, daß das Drosselventil frei durchströmt werden kann.
Die Fig. 8 zeigt die Stellung des Ventilkörpers 142 vor dem Verlassen der Ventilkammer 136a. Wenn der Ventilkörper 142 die Ventilkammer 136a verläßt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, verschwindet der Ringspalt 146a und es entsteht ein an¬ derer Radialspalt 150 zwischen der Öffnungskante 157 der Ven¬ tilkammer 136a und dem Ventilkδrper 142, der sich mit zuneh¬ mendem Ventilhub vergrößert.
Diese Ventilkonstruktion ist so abgestimmt, daß sich bei re¬ lativ geringem Ventilhub ein sanfter Übergang zwischen den verschiedenen, sich degressiv zum Ventilhub verhaltenden Staudruckwerten ergibt, obwohl die von der Druckfeder 144 er- zeugte Gegenkraft mit zunehmendem Ventilhub zunimmt.
Die Figuren 10 bis 12 zeigen schematisch ein Drosselventil 124b mit einem Ventilgehäuse 130b, bei welchem der Einström¬ kanal 134 wieder in einem Rohrstutzen 140 ausmündet. Die Ausströmöffnung 138b der Ventilkammer 136b wird von einer ringförmigen Rippe 139 an der Wandung der Ventilkammer 136b auf einen Querschnitt begrenzt, der nur geringfügig größer ist als die entsprechende Abmessung des Ventilkörpers 142. Wenn der Staudruck auf die von der Einströmδffnung 132 frei¬ gegebene Fläche des Ventilkörpers 142 den Gegendruck der Fe¬ der 144 überwindet, bildet sich ein Radialspalt 148, der mit fortschreitender Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 142 zu¬ nimmt, wobei das Abgas über einen axial verlaufenden Ring¬ spalt 146b zwischen dem Ventilkörper 142 und der Wandung der Ventilkammer 136b zur Ausströmöffnung 138b gelangen kann. Diese Ausströmöffnung 138b wird aber bereits nach einem kur- zen Ventilhub vom Ventilkörper 142 erreicht und auf einen gegenüber dem Ringspalt 146a wesentlich geringeren, ebenfalls axial verlaufenden Ringspalt 146b verkleinert, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Erst wenn der Ventilkörper 142 den Bereich der Rippe 139 verlassen hat (Fig. 12) , bildet sich ein sich mit fortschreitender Bewegung des Ventilkörpers 142 vergrößernder Radialspalt 150.
Diese Ventilkonstruktion verbindet mit einem größeren Ventil- hub einen scharfen Übergang von Hoch- auf Niederdruck durch den Wechsel der Druckfläche vom Querschnitt der Einströmöff¬ nung 132 auf die Stirnfläche des Ventilkörpers 142.
In Fig. 13 ist ein Drehklappenventil 224 gezeigt, bei welchem die Drehklappe einseitig gelagert ist. Dabei umschließt statt der Rohrmuffe 52 (Fig. 5) ein Klappengehäuse 212 die einander zugewandten Enden der beiden Rohrabschnitte 214 und 216, die jeweils in einer ebenen Ringfläche enden, wobei am Ende des stromauf gelegenen Rohrabschnitts 214 in Schlie߬ stellung eine Ventilklappe 218 anliegt, deren Drehachse 220 radial außerhalb des Querschnittsbereichs der Rohrabschnitte 214 und 216 das Klappengehäuse durchquert, das in diesem Be¬ reich von einer zur Achse 220 parallelen Fläche 217 begrenzt wird, während die gegenüberliegende Wandung 219 des Klappen¬ gehäuses 212 auf dieser Seite einen zu den Rohrabschnitten 214 und 216 konzentrischen, gewölbten Verlauf aufweisen kann. Die Drehachse 220 ist außerhalb des Klappengehäuses 212 mit einem Hebel 250 versehen, an dem ein Stößel 256 angreift, der mit einem doppeltwirkenden Kolben 258 in einem Zylinder 260 fest verbunden ist. Der Kolben 258 ist in eine den Zylinder 260 in zwei Kammern 262 und 264 unterteilende Membran 266 einbezogen.
Die vom Stößel 256 durchquerte Kammer 262 steht über eine Leitung 270 mit einer Druckquelle, die andere Kammer 264 über eine Leitung 272 mit dem Rohrabschnitt 214 stromauf von der Schließebene in Verbindung.
Eine Feder 268 greift einerseits am Hebel 250 und anderer¬ seits am Gehäuse 212 derart an, daß sie die Ventilklappe 218 in ihre geschlossene Stellung vorspannt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich der wirksame Hebelarm zwischen der Wirkungslinie der Federkraft und der Drehachse 220 verrin¬ gert, wenn sich der Hebel 250 von seiner der geschlossenen VentilStellung zugeordneten Stellung in seine der geöffneten Ventilstellung zugeordnete Stellung bewegt, damit das resul¬ tierende Drehmoment aus Federkraft und Hebelarm degressiv ist.
Der sich während der Schließbewegung des Ventils mit zuneh- mender Behinderung des freien Durchflusses stromauf der
Schließebene aufbauende Staudruck wirkt der Kraft der Feder 268 entgegen. Da aber dieser Staudruck über die Leitung 272 in der zum Schließen des Ventils erforderlichen Richtung auf den Kolben 258 einwirkt, wegen der gegenüber dem Durchfluß- querschnitt des Rohrabschnitts 214 kleineren Oberfläche des Kolbens 258 aber eine etwas geringere Kraft ausübt als der direkt auf die geschlossene Ventilklappe 218 ausgeübte Stau¬ druck, reicht eine relativ geringe Kraft der Feder 268 aus, um die Ventilklappe 218 in der geschlossenen Stellung zu hal- ten, so daß also eine relativ weiche Feder 268 eingesetzt werden kann. Wenn die Funktion dieses Drosselventils ausgeschaltet werden soll, also die Ventilklappe 218 ständig in der geöffneten
Position gehalten werden soll, wird die Kammer 262 über die Leitung 270 mit Druck beaufschlagt, um den Stößel 256 in den Zylinder 260 zurückzuziehen.

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Abgasemissionen eines Verbren¬ nungsmotors für Kraftfahrzeuge mit Abgaskatalysator.Patentansprüche:
1. Verfahren zur Reduzierung der Abgasemissionen eines Verbrennungsmotors (10) für Kraftfahrzeuge mit Abgaska¬ talysator (18) , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Kaltstartphase in der Abgasleitung (16) ein Rückstau erzeugt wird, der einen Druckanstieg am Abgasauslaß des Motors (10) von mehr als 0,5 bar erzeugt, und daß der Motor bei schnellen Last- und Drehzahlanderungen zusätzlich belastet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Rückstau einen Druckanstieg vom mindestens l bar erzeugt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , da¬ durch gekennzeichnet, daß der Abfluß aus dem Rückstau diskon¬ tinuierlich erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- net, daß der Rückstau stromauf vom Abgaskatalysator (18) er¬ zeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des Rück¬ staus dienende Einrichtung (20; 22; 28) abgeschaltet wird, sobald der Abgaskatalysator (18) gezündet hat.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstau stromauf von einem dem als Hauptkatalysator dienenden Abgaskatalysator (18) vorgeschalteten, kleiner dimensionierten Vorkatalysator (18a) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Rückstau ab¬ strömende heiße Abgas in dem rasch zu erwärmenden Katalysa- torbereich (18; 18a,- 18, 18a) während einer steuerbaren Ver¬ weildauer festgehalten wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rasch zu erwärmende Katalysatorbe- reich den Vorkatalysator (18a) umfaßt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rasch zu erwärmende Katalysatorbe¬ reich den Vorkatalysator (18a) und den Hauptkatalysator (18) umfaßt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Abfluß aus dem Rückstau nach folgendem Zyklus erfolgt: - Füllung des leeren, rasch zu erwärmenden Katalysa¬ torsbereichs aus dem Abgasrückstau, Verweilen der heißen Abgase in diesem Katalysator¬ bereich,
Entleeren dieses Katalysatorbereichs.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß vor der Füllung des rasch zu erwärmenden Kata¬ lysatorbereichs in diesem ein Unterdruck erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels ausreichend kurz öffnen¬ der und schließender Ventile für das Füllen und Entleeren des rasch zu erwärmenden Katalysatorbereichs die Öffnungsdauer beim Befüllen so kurz bemessen ist, daß die unter hoher Ge- schwindigkeit einströmenden und sich im Katalysatorbereich stauenden Abgase am Rückfluß gehindert werden, und daß die Öffnungsdauer beim Entleeren so kurz bemessen ist, daß die mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden Gase unter Bildung eines Unterdrucks am Rückfluß gehindert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasdruck so ge¬ steuert wird, daß der Staudruck hoch ist, wenn der Motor nicht belastet ist, und daß der Staudruck abgebaut wird, wenn der Motor stark belastet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß insbesondere beim Wechsel der Getriebeüberset¬ zung der Staudruck - bei Leerlauf und Schiebebetrieb einen Höchstwert aufweist, der von der jeweiligen Systemtemperatur abhängt, bei Beginn einer Drehmomentbelastung entsprechend dem Kehrwert des Drehmoments reduziert wird und beim Überschreiten der Hälfte des maximalen Drehmo¬ ments ganz ausgeschaltet wird, bei Beginn einer Drehmomentabnahme beim Unter¬ schreiten der Hälfte des maximalen Drehmoments ent¬ sprechend dem Kehrwert des Drehmoments aufgebaut wird und beim Erreichen oder Unterschreiten des
Leerlaufdrehmoments seinen von der Systemtemperatur abhängigen Höchstwert einnimmt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in der Abgas¬ leitung angeordneten, periodisch zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung umschaltbaren Ventil, die Dauer der geöffneten Stellung und die Dauer der geschlossenen Stellung derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich ein konstanter, dem jeweiligen Wärmebedarf entsprechender Rück¬ stau gegenüber dem Motor ergibt.
16. Abgassystem bei Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren mit Abgaskatalysator (18) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgaslei¬ tung (16) mindestens ein frei betätigbares Ventil (20; 22; 28, 30) angeordnet ist.
17. Abgassystem nach Anspruch 16, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß das Ventil (20) stromauf vom Abgaskatalysator (18) angeordnet ist.
18. Abgassystem nach den Ansprüchen 16 oder 17, da ¬ durch gekennzeichnet , daß stromab vom Abgaskatalysator (18) ein frei betätigbares Ventil (22) angeordnet ist.
19. Abgassystem nach den Ansprüchen 17 und 18, da- durch gekennzeichnet, daß Öffnungs- und Schließzeiten der beiden Ventile (20, 22) derart aufeinander abgestimmt sind, daß nach dem Schließen des stromauf gelegenen Ventils (20) durch kurzzeitiges Öffnen des stromab gelegenen Ventils (22) vor dem Öffnen des stromauf gelegenen Ventils (20) im Bereich zwischen den Ventilen (20, 22) ein Unterdruck erzeugbar ist.
20. Abgassystem nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß stromauf vom als Hauptkatalysator dienenden Abgaskatalysator (18) ein kleiner dimensionierter Vorkatalysator (18a) angeordnet ist.
21. Abgassystem nach Anspruch 20, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß der Vorkatalysator (18a) in Reihe mit dem fol¬ genden Hauptkatalysator (18) geschaltet ist.
22. Abgassystem nach Anspruch 20, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Vorkatalysator (18a) in einem zu- und ab¬ schaltbaren Bypass (26) zur Abgasleitung (16) angeordnet ist.
23. Abgassystem nach Anspruch 22, dadurch gekenn - zeichnet, daß im Bypass (26) stromauf und stromab vom Vorka¬ talysator (18a) und parallel zum Bypass (26) in der Abgaslei¬ tung (16) jeweils ein frei betätigbares Ventil (28, 30, 20) angeordnet ist.
24. Abgassystem nach Anspruch 22, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß stromauf vom Vorkatalysator (18a) im Bypass (26) und stromab vom Bypass (26) vor dem Hauptkatalysator ( (18) , sowie parallel zum Bypass (26) in der Abgasleitung (16) jeweils ein frei betätigbares Ventil angeordnet ist.
25. Abgassystem nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abgasleitung (16) ein Ab¬ gas-Wärmetauscher (36) einbezogen ist.
26. Abgassystem nach Anspruch 25, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in den Kühlwasserkreislauf ein LatentwärmeSpei¬ cher (42) einbezogen ist.
27. Abgassystem nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anlasser des Verbrennungsmo¬ tors eine Fernbetätigung mit Überbrückung des Zündschlosses zugeordnet ist, und daß diese Überbrückung ein Zeitglied ent¬ hält, das nach Überschreitung einer vorgegebenen Vorlaufzeit den Zündstrom unterbricht.
28. Abgassystem nach Anspruch 27, dadurch gekenn ¬ zeichnet , daß die Fernbetätigung mit dem Schloß der Fahrertür derart verbunden ist, daß bei dessen Öffnung der Motor ge¬ startet wird.
29. Abgassystem bei Kraftfahrzeugverbrennungsmoto¬ ren mit Abgaskatalysator (18) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgaslei¬ tung (16) eine in Abhängigkeit vom Volumenstrom degressiv regelbare Stauvorrichtung (24; 124a; 124b; 224) angeordnet ist.
30. Drosselventil für ein Abgassystem nach einem der Ansprüche 16 bis 29, das mit einem einen Strömungskanal umschließenden Gehäuse (66) und einer um eine den Strömungs- querschnitt des Ventils durchquerende Drehachse (60) ver- schwenkbaren Ventilklappe (58) versehen ist, wobei die Klap¬ penfläche durch die Drehachse (60) in zwei Teilflächen unter¬ teilt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilklappe in Schließstellung sich in einer die Drehachse (60) enthalten¬ den, quer zur Durchflußachse verlaufenden Schließebene befin- det und mit ihrem Rand in allen Stellungen allseits in der Ebene der Klappe (58) einen solchen Abstand vom Gehäuse (66) einhält, daß dieser von den während des Betriebs zu erwarten¬ den Wärmedehnungen nicht überwunden werden kann, daß dem Um- fangsbereich jeder Teilfläche am Gehäuse (66) jeweils eine bis an die Drehachse (60) herangeführte Anschlagkante (74, 76) zugeordnet ist, daß diese Anschlagkanten (74, 76) auf unterschiedlichen Seiten der Ventilklappe (58) angeordnet und dieser als stirnseitige Abdichtung zugeordnet sind.
31. Drosselventil nach Anspruch 30, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß die Drehachse (60) die Ventilklappe außermittig durchquert und daß eine Rückstellkraf (92) derart über einen Hebel (90) an der Ventilklappe (58) angreift, daß der wirksa¬ me Hebelarm zwischen der Wirkungslinie der Rückstellkraft (92) und der Drehachse (60) der Ventilklappe (59) mit zuneh¬ mender Klappenöffnung abnimmt, und daß das resultierende Drehmoment aus Rückstellkraft und wirksamem Hebelarm degres¬ siv ist.
32. Drosselventil nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (66) aus einer von der Drehachse (60) durchquerten Rohrmuffe (52) und zwei von dieser Rohrmuffe umschlossenen Rohrabschnitten (54, 56) besteht, deren der Ventilklappe (58) zugewandte Ränder auf unterschiedlichen Seiten der Drehachse (60) als Anschlagkante (74, 76) für die Ventilklappe (58) in einer parallel zur Ebe¬ ne der in Schließstellung befindlichen Ventilklappe verlau¬ fenden Ebene höchstens bis auf einen der halben Wandstärke der Ventilklappe (58) entsprechenden Abstand vom Drehzentrum an die Drehachse (60) herangeführt sind und anschließend au- ßerhalb des Schwenkbereichs der Ventilklappe (58) verlaufen.
33. Drosselventil nach Anspruch 32, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die der Ventilklappe (58) zugewandten Ränder der Rohrabschnitte (54, 56) durch eine parallel zur Drehachse (60) verlaufende Stufe in zwei in Durchströmrichtung des Ven¬ tils versetzte Abschnitte (74, 78; 76, 80) unterteilt sind, die jeweils parallel zur Ebene der in Schließstellung befind¬ lichen Ventilklappe (58) verlaufen.
34. Drosselventil für ein Abgassystem nach einem der Ansprüche 16 bis 29, das mit einem einen Strömungskanal umschließenden Gehäuse (212, 214, 216) und einer um eine aus- serhalb des Strömungsquerschnitts des Ventils (224) quer zur Durchflußrichtung angeordnete und mit einem Stellhebel (250) verbundene Achse (220) verschwenkbaren Ventilklappe (218) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal im Gehäuse von zwei mit Abstand koaxial zueinander angeord¬ neten Rohrabschnitten (214, 216) gebildet wird, die gemeinsam von einem Klappengehäuse (212) umschlossen werden, in dem die Ventilklappe (218) mit ihrer Achse (220) derart angeordnet ist, daß sie in Schließstellung in einer die Drehachse (220) enthaltenden, quer zur Durchflußrichtung verlaufenden Schließebene das in das Klappengehäuse (212) ausmündende, eine ebene Ringfläche bildende Ende des stromauf gelegenen Rohrabschnitts (214) abdeckt, während sie in der Öffnungs¬ stellung aus dem Strömungsweg zwischen den beiden Rohrab- schnitten herausgeschwenkt ist, daß der Stellhebel (250) mit einem Kolben (258) verbunden ist, der durch eine Rückstell¬ kraft (268) in Richtung auf seine der Schließstellung der Klappe (218) zugeordnete Position belastet ist und in Rich¬ tung der Rückεtellkraft (268) mit dem stromauf von der Klappe (218) im Strömungskanal herrschenden Gasdruck beaufschlagt ist, wobei die dem Gasdruck ausgesetzte Kolbenfläche etwas kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des in, Schließstel¬ lung von der Klappe (218) abgedeckten Rohrabschnitts (214) , und daß die andere Kolbenfläche wahlweise einem die Rück- Stellkraft (268) überwindenden Druck aussetzbar ist.
35. Drosselventil nach Anspruch 34, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kolben (258) in eine zwei Kammern (262, 264) eines Stellzylinders (260) trennende Membran (266) ein- bezogen ist, daß ein die eine Kammer (262) durchquerender und aus dieser herausgeführter Stößel (256) mit dem Stellhebel (250) in Wirkverbindung steht und mit dem Kolben (258) ver¬ bunden ist, daß die vom Stößel (256) durchquerte Kammer (262) mit einer Druckquelle verbindbar und die andere Kammer (264) mit dem Strömungskanal stromauf von der Schließebene verbun¬ den ist.
36. Drosselventil nach Anspruch 35, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß die Rückstellkraft (268) derart am Hebel (250) angreift, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Wirkungsli¬ nie der Rückstellkraft (268) und der Drehachse (220) der Ven¬ til-klappe (218) mit zunehmender Klappenöffnung abnimmt, und daß das resultierende Drehmoment aus Rückstellkraft (268) und wirksamem Hebelarm degressiv ist.
37. Drosselventil für ein Abgassystem nach einem der Ansprüche 16 bis 29 mit einem entgegen dem Abgasdruck durch eine Rückstellkraft belasteten Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugeordneten Querschnitte von Ventilgehäuse (130a, 130b) und Ventilkörper (142) unter Bildung eines Systems von Engpässen (146a, 146b, 148, 150) derart bemessen sind, daß mit zunehmender Ventilbewegung ent¬ gegen der Rückstellkraft (144) die vom Staudruck be¬ aufschlagte Fläche des Ventilkörpers (142) zunimmt.
38. Drosselventil nach Anspruch 37, dadurch gekenn- zeichnet , daß die Engpässe (146a, 146b, 148, 150) , der Quer¬ schnitt des Ventilkörpers (142) und die Rückstellkraft (144) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei hohem Volumenstrom die vom Staudruck beaufschlagte Fläche des Ventilkörpers (142) mindestens so groß ist, daß der zur Aufrechterhaltung dieser Öffnungsstellung erforderliche Staudruck nicht größer ist als der zur Öffnung des Ventils erforderliche Staudruck.
39. Drosselventil nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (130a; 130b) eine in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (142) ge¬ richtete Einströmöffnung (132) mit im Vergleich zum Quer¬ schnitt des Ventilkörpers (142) geringem Querschnitt und eine Kammer (136a; 136b) zur Aufnahme des beweglichen Ventilkör¬ pers (142) mit einer unter Bildung eines Ringspalts (146a; 146b) den Durchtritt des Ventilkörpers (142) gestattenden Ausströmöffnung (138a; 138b) aufweist.
40. Drosselventil nach Anspruch 39, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß sich die Einströmδffnung (132) am Ende eines in die Ventilkammer (136a; 136b) ragenden, dünnwandigen Rohr¬ stutzens (40) befindet.
41. Drosselventil nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft (144) ab- schaltbar ist.
42. Drosselventil nach Anspruch 41, dadurch gekenn ¬ zeichnet, daß eine zur Erzeugung der Rückstellkraft dienende Ventilfeder (144) auf einem in Wirkungsrichtung der Feder verstellbaren Widerlager (152) abgestützt ist.
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