DE19500474A1 - Verfahren zur Steuerung und Nutzung des Wärmeinhalts der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere der Kolbenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Nut­ zung des Wärmeinhalts der Abgase von Verbrennungsmotoren, inbesondere der Kolbenbauart, mittels eines parallel zur Ab­ gasleitung angeordneten Abgas-Kühlmittel-Wärmetauschers und einer in der Abgasleitung angeordneten Stauvorrichtung, wobei in Betriebszeiten mit Wärmebedarf ein Absperrventil in dem zum Wärmetauscher parallelen Hauptstrang der Abgasleitung ge­ schlossen wird.

Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird die Wärme zur Kabinenheizung in der Regel über einen Kühlmittel-Heizluft- Wärmetauscher dem Kühlmittel entnommen. Bei effizienten Ver­ brennungsmotoren, insbesondere bei direkteinspritzenden Die­ selmotoren, wird nur wenig Verlustenergie an das Kühlmittel abgegeben, so daß z. B. im Stadtverkehr nur selten ein ausrei­ chendes Wärmeangebot für die Kabinenheizung zur Verfügung steht.

Es ist bereits bekannt, den Wärmeinhalt der Abgase zur Erwär­ mung des Kühlmittels über einen Abgas-Kühlmittel-Wärmetau­ scher zu nutzen. Dabei ist es außerdem z. B. aus der DE 32 25 373 C2 bekannt, durch ein dem Wärmetauscher in dem über ihn führenden Bypass nachgeschaltetes, federbelastetes Drossel­ ventil den Staudruck im Abgasstrom zu erhöhen, wodurch der Wärmefluß im Motor sowie die Temperatur der Abgase erhöht wird, so daß der Abgaswärmetauscher ein höheres Wärmeangebot erhält und die Druckerhöhung eine effizientere Umsetzung er­ möglicht.

Diese Maßnahme ist generell auch beim Kaltstart von Vorteil, wo es nicht nur zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen, sondern bei niedrigen Umgebungstempera­ turen auch für die Wirkung der Kabinenheizung erwünscht ist, daß der Motor und somit auch das Kühlmittel möglichst bald seine Betriebstemperatur erreicht.

Es stellt sich demnach allgemein die Aufgabe, die bei hochef­ fizienten Dieselmotoren bereits bekannte Verfahrensweise, das Wärmeangebot an einem Abgaswärmetauscher durch Rückstau der Abgase zu erhöhen, auch für Ottomotoren nutzbar zu machen.

Bei Ottomotoren steht im Gegensatz zu hocheffizienten Diesel­ motoren während der weit überwiegenden Betriebszeit ein aus­ reichendes Wärmeangebot zur Verfügung, so daß nur beim Kalt­ start und während Betriebsphasen mit niedriger Last und nied­ riger Drehzahl eine Druckerhöhung im Abgasstrom sinnvoll ist.

Bei bekannten Anordnungen zur Durchführung derartiger Verfah­ ren mit einem Drosselventil hat die progressive Kennlinie der Ventilfeder zur Folge, daß mit zunehmender Belastung des Mo­ tors und mit zunehmender Drehzahl auch der Staudruck und als Folge auch der Brennstoffverbrauch zunimmt, was zumindest bei Ottomotoren zu einer unwirtschaftlichen Betriebsweise führt, die derzeit bei diesen Betriebszuständen nur durch die Umge­ hung des Wärmetauschers und der den Rückstau verursachenden Vorrichtung vermieden werden kann.

Es ist andererseits bei Motoren mit Abgasrückführung er­ wünscht, möglichst kaltes Abgas rückzuführen, was den Einsatz eines Abgaskühlers erforderlich macht. Der Abgaswärmetau­ scher könnte die Funktion des Abgaskühlers übernehmen, wenn nicht die beim Ottomotor während der überwiegenden Betriebs­ zeit eher nachteilige Wirkung der Stauvorrichtung mit in Kauf genommen werden müßte.

Es stellt sich somit die Aufgabe, das eingangs genannte Ver­ fahren und die zu seiner Durchführung erforderliche apparati­ ve Ausstattung so auszugestalten, daß mit relativ geringen Kosten eine möglichst variable Anpassung an die unterschied­ lichen Betriebsbedingungen bei hocheffizienten, direktein­ spritzenden Dieselmotoren ebenso wie bei Ottomotoren möglich ist. Dabei sollen sich durch die vielseitige Anwendbarkeit hohe Stückzahlen und eine damit verbundene Kostensenkung er­ reichen lassen.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszugestalten, daß bei Betrieb der Stauvorrich­ tung der Staudruck an den Wärmebedarf angepaßt wird, der bei niedriger Motorlast hoch ist und umgekehrt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Rückstau des den Wärmetauscher durchfließenden Abgas­ stroms in Abhängigkeit vom Volumenstrom degressiv geregelt wird.

Dabei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß der Rückstau des den Wärmetauscher durchfließenden Abgasstroms aufgehoben wird, sobald ein vorgegebener Grenzwert über­ schritten wird.

Nach einer ersten Variante wird der Rückstau des den Wärme­ tauscher durchfließenden Abgasstroms aufgehoben, sobald die Motortemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Bei Anordnungen mit einem das An- und Abschalten eines Küh­ lers steuernden Kühlmittelthermostaten besteht eine andere Variante darin, daß der Grenzwert die Abschalttemperatur des Kühlmittelthermostaten ist.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß der Rück­ stau des Abgasstroms gegenläufig zur Motorleistung geregelt wird.

Erfindungsgemäß besteht eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bei Verbrennungsmotoren, insbesondere der Kolben­ bauart, mit einem parallel zur Abgasleitung angeordneten Ab­ gas-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem in der Abgasleitung angeordneten Abgasdrosselventil mit einem entgegen dem Abgas­ druck durch eine Rückstellkraft belasteten Ventilkörper, und mit einem in dem zum Wärmetauscher parallelen Hauptstrang der Abgasleitung angeordneten Absperrventil darin, daß die ein­ ander zugeordneten Querschnitte von Ventilgehäuse und Ventil­ körper des Abgasdrosselventils unter Bildung eines Systems von Engpässen derart bemessen sind, daß mit zunehmender Ven­ tilbewegung entgegen der Rückstellkraft die vom Staudruck beaufschlagte Fläche des Ventilkörpers zunimmt.

Durch passende Dimensionierung kann auf diese Weise mit zu­ nehmender Öffnungsbewegung des Ventils der Staudruck gesenkt werden, der erforderlich ist, um das Ventil entgegen der Wir­ kung der Ventilfeder geöffnet zu halten, weil die Angriffs­ fläche des Drucks auf das Ventil zunimmt und somit die der Schließkraft der Feder entgegenwirkende Druckkraft größer wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Eng­ pässe, der Querschnitt des Ventilkörpers und die Rückstell­ kraft so aufeinander abgestimmt sind, daß bei hohem Volumen­ strom die vom Staudruck beaufschlagte Fläche des Ventilkör­ pers mindestens so groß ist, daß der zur Aufrechterhaltung dieser Öffnungsstellung erforderliche Staudruck nicht größer ist als der zur Öffnung des Ventils erforderliche Staudruck.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß das Ventilgehäuse eine in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers gerichtete Einströmöffnung mit im Vergleich zum Querschnitt des Ventilkörpers geringem Querschnitt und eine Kammer zur Aufnahme des beweglichen Ventilkörpers mit einer unter Bil­ dung eines Ringspalts den Durchtritt des Ventilkörpers ge­ stattenden Ausströmöffnung aufweist, wobei nach einer zweck­ mäßigen Weiterbildung die Kammer im Ventilgehäuse und die Ausströmöffnung den gleichen Querschnitt aufweisen.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung ist es, daß die Kammer im Ventilgehäuse einen größeren Querschnitt aufweist als die Ausströmöffnung.

Vorzugsweise weist der Ventilkörper einen gleichbleibenden Querschnitt auf.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Rückstellkraft abschaltbar.

Dabei ist bei einer Anordnung mit einer zur Erzeugung der Rückstellkraft dienenden Ventilfeder vorzugsweise die Ventil­ feder auf einem in Wirkungsrichtung der Feder verstellbaren Widerlager abgestützt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Ventilfeder zwischen zwei relativ zueinander durch Strömungsmitteldruck verstellbaren Widerlagern eingespannt ist, wobei eines der Widerlager dem Ventilkörper zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise können die Widerlager einander gegen­ überliegende Stirnwände einer in ihrem Volumen veränderbaren, mit einer Vakuumquelle verbindbaren Kammer sein.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bei Verbrennungsmotoren, insbe­ sondere der Kolbenbauart, mit einem parallel zur Abgasleitung angeordneten Abgas-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem in der Abgasleitung angeordneten Abgasdrosselventil mit einem ent­ gegen dem Abgasdruck durch eine Rückstellkraft belasteten Ventilkörper, und mit einem in dem zum Wärmetauscher paralle­ len Hauptstrang der Abgasleitung angeordneten Absperrventil, besteht darin, daß die Rückstellkraft in Anhängigkeit vom Öffnungsweg des Ventilkörpers abnimmt.

Dabei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß der Ventilkörper eine Drehklappe ist und die Rückstellkraft der­ art über einen Hebel an der Drehklappe angreift, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Wirkungslinie der Rückstell­ kraft und der Drehachse der Klappe mit zunehmender Klappen­ öffnung abnimmt, und daß das resultierende Drehmoment aus Rückstellkraft und wirksamem Hebelarm degressiv ist.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Abgassystems ei­ nes Verbrennungsmotors der Kolbenbauart,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine als Kol­ benventil ausgebildete Stauvorrichtung in einer der Schließstellung nahen Stellung,

Fig. 3 das Ventil nach Fig. 2 in einer Zwischenstellung,

Fig. 4 das Ventil nach den Fig. 2 und 3 nahe der maximalen Öffnungsstellung,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Kolbenventils in einer der Schließstellung nahen Stellung,

Fig. 6 eine Zwischenstellung des in Fig. 5 gezeigten Ven­ tils,

Fig. 7 das Ventil nach den Fig. 5 und 6 in einer der Öff­ nungsstellung nahen Stellung,

Fig. 8 ein als Stauvorrichtung dienendes Drehklappenventil im Längsschnitt und

Fig. 9 eine schematische Ansicht der Federanordnung zur degressiven Belastung der Drehklappe des in Fig. 9 gezeigten Ventils, wobei sich das Ventil in Schließstellung befindet.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist mit einem Verbrennungsmotor 10 eine Abgasleitung 12 verbunden, in der beispielsweise ein Abgas­ konverter 14 angeordnet ist. Parallel zum Hauptstrang der Abgasleitung 12 ist in einem Bypass 16 ein Abgas-Kühlmittel- Wärmetauscher 18 angeordnet. In dem zum Bypass 16 parallelen Hauptstrang 20 der Abgasleitung 12 ist ein Absperrventil 22 vorgesehen, das in geschlossenem Zustand das Abgas über den Wärmetauscher 18 leitet.

Um entsprechend dem Wärmebedarf durch einen Rückstau der Ab­ gase den Wärmefluß im Motor und die Temperatur der Abgase zu erhöhen, muß die Abgasleitung eine regelbare Stauvorrichtung enthalten. In Fig. 1 sind für die Anordnung der Stauvorrich­ tung in Form eines Drosselventils 24a (Fig. 2-4), 24b (Fig. 3-7) oder 24c (Fig. 8 und 9) stromab vom Wärmetauscher 18 zwei alternative Einbaupositionen 26a und 26b gezeigt, wobei in Position 26a das Drosselventil nur in Funktion treten kann, wenn der Abgasstrom über den Wärmetauscher 18 geleitet wird, während sich die Position 26b stromab von der Einmün­ dung der Bypassleitung 16 in den Hauptstrang 20 und dadurch stets im Abgasstrom befindet.

Die Position 26a führt dazu, daß bei drosselnder Funktion des Ventils der Druck stromauf vom geschlossenen Absperrventil 22 höher ist als stromab vom Absperrventil 22, so daß der Druck­ unterschied insbesondere bei hohem Staudruck zu Leckverlusten am Absperrventil 22 führt und damit die Effizienz des Rück­ staus beeinträchtigt.

Die Position 26b hat zur Folge, daß auch bei hohem Staudruck beiderseits des geschlossenen Absperrventils 22 der gleiche Druck herrscht, so daß dieses Absperrventil verfahrenstech­ nisch abgedichtet ist und der volle Abgasstrom dem Drossel­ ventil in der Position 26b zugeführt wird. Ein weiterer Vor­ teil der Position 26b zeigt sich bei beengten Raumverhältnis­ sen, weil das Drosselventil an jeder beliebigen Stelle strom­ ab von der Einmündung der Bypassleitung 16 in den Hauptstrang 20 angeordnet werden kann.

In Verbindung mit der Position 26b des Drosselventils wird vorzugsweise in der Bypassleitung 16 ein mit geringer Feder­ kraft belastetes Absperrventil angeordnet, das sich öffnet, sobald durch Schließen des Absperrventils 22 das Abgas über den Wärmetauscher 18 geleitet wird. Dieses Absperrventil kann beispielsweise an der Position 26a angeordnet werden. Es verhindert, daß bei geöffnetem Absperrventil 22 ein Teil des Abgases über den Wärmetauscher 18 strömt und dadurch den Kühler belastet, was insbesondere dann unerwünscht ist, wenn bei Vollast und hohen Außentemperaturen die Kühlerkapazität voll in Anspruch genommen wird.

Das Drosselventil 24 ist derart ausgebildet, daß der Rückstau mit zunehmendem Volumenstrom abnimmt. Hierzu werden drei Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen schematisch eine Ventilvariante 24a mit einem Ventilgehäuse 30a mit einer Einströmöffnung 32 am Ende eines Einströmkanals 34, einer hinter der Einströmöff­ nung 32 angeordneten, im Querschnitt erweiterten Ventilkammer 36a und einer der Einströmöffnung 32 gegenüberliegenden Aus­ strömöffnung 38a, deren Querschnitt dem der Ventilkammer 36a gleicht. Der Einströmkanal 34 ist in Form eines kurzen Rohr­ stutzens 40 etwas in das Innere der Ventilkammer 36a verlän­ gert und bildet dort einen Sitz für einen Ventilkörper 42, der von einer Druckfeder 44 beaufschlagt entgegen der Durch­ flußrichtung zwischen Einströmöffnung 34 und Ausströmöffnung 38a vorgespannt ist und unter der Wirkung der Feder 44 am Rohrstutzen 40 aufsitzt, sofern der Abgasdruck nicht in der Lage ist, die Kraft der Feder 44 zu überwinden. Der Quer­ schnitt des Ventilkörpers 42 ist so bemessen, daß zwischen seinem Umfang und der Innenwandung der Ventilkammer 36a ein den Abfluß des Abgases ermöglichender Ringspalt 46a besteht.

Wenn das Ventil 24a geschlossen ist, beaufschlagt der Druck des Abgases auf dem Ventilkörper 42 nur eine Fläche, die dem Querschnitt der Einströmöffnung 34 entspricht. Die Kraft der bei geschlossenem Drosselventil 24a ihre größte Einbaulänge einnehmenden Druckfeder 44 und die in geschlossener Ventil­ stellung vom Abgas beaufschlagte Fläche des Ventilkörpers 42 bestimmen den Öffnungsdruck des Ventils 24a. Sobald sich das Ventil 24a öffnet, kann das Abgas über einen mit dem Ventil­ hub zunehmenden Radialspalt 48 zu dem während der Bewegung des Ventilkörpers 42 in der Ventilkammer 36a gleichbleiben­ den, axial verlaufenden Ringspalt 46a strömen und von dort seinen Weg durch die Abgasleitung 12 (Fig. 1) fortsetzen, wobei sich der Druck im Radialspalt 48 in Abhängigkeit vom Hub des Ventilkörpers 42 ändert, d. h. mit zunehmender Entfer­ nung des Ventilkörpers 42 vom Rohrstutzen 40 abnimmt, während der Druck im Ringspalt 46a unabhängig vom Hub ist. Durch den Rohrstutzen 40 mit seiner relativ geringen, dem Ventilkörper 42 gegenüberliegenden Stirnfläche wird gewährleistet, daß in der Anfangsphase der Ventilöffnung der Staudruck nur vom Querschnitt der Einströmöffnung 32 bestimmt wird und nicht von der gesamten, dem Ventilkörper gegenüberliegenden Quer­ schnittsfläche der Ventilkammer.

Die Feder 44 befindet sich im Inneren eines Zylinders 52, der an einer Stirnseite von einer Membran 53 abgeschlossen wird, die einerseits mit der Wandung des Zylinders 52 und anderer­ seits mit einer Platte 55 am Ende eines Stößels 54 verbunden ist, an dessen anderem Ende sich der Ventilkörper 42 befin­ det. Die Feder 44 erstreckt sich zwischen der Platte 55 und der der Membran 53 gegenüberliegenden Stirnfläche des Zylin­ ders 52. Solang die Funktion des Ventils 24a aufrechterhal­ ten werden soll, wird der Ventilkörper 42 durch die Feder 44 belastet. Soll die Wirkung des Drosselventils 24a bzw. des nachfolgend noch beschriebenen Ventils 24b aufgehoben werden, wird über eine Leitung 56 der Zylinder 52 mit einem Vakuum verbunden, wodurch die Membran mit dem Stößel 54 soweit in den Zylinder 52 zurückgezogen wird, daß das Drosselventil frei durchströmt werden kann.

Die Fig. 3 zeigt die Stellung des Ventilkörpers 42 vor dem Verlassen der Ventilkammer 36a. Wenn der Ventilkörper 42 die Ventilkammer 36a verläßt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, verschwindet der Ringspalt 46a und es entsteht ein anderer Radialspalt 50 zwischen der Öffnungskante 57 der Ventilkammer 36a und dem Ventilkörper 42, der sich mit zunehmendem Ventil­ hub 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 44 er­ zeugte Gegenkraft mit zunehmendem Ventilhub zunimmt.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen schematisch ein Drosselventil 24b mit einem Ventilgehäuse 30b, bei welchem der Einströmkanal 34 wieder in einem Rohrstutzen 40 ausmündet. Die Ausströmöff­ nung 38b der Ventilkammer 36b wird von einer ringförmigen Rippe 39 an der Wandung der Ventilkammer 36b auf einen Quer­ schnitt begrenzt, der nur geringfügig größer ist als die ent­ sprechende Abmessung des Ventilkörpers 42. Wenn der Stau­ druck auf die von der Einströmöffnung 32 freigegebene Fläche des Ventilkörpers 42 den Gegendruck der Feder 44 überwindet, bildet sich ein Radialspalt 48, der mit fortschreitender Öff­ nungsbewegung des Ventilkörpers 42 zunimmt, wobei das Abgas über einen axial verlaufenden Ringspalt 46b zwischen dem Ven­ tilkörper 42 und der Wandung der Ventilkammer 36b zur Aus­ strömöffnung 38b gelangen kann. Diese Ausströmöffnung 38b wird aber bereits nach einem kurzen Ventilhub vom Ventilkör­ per 42 erreicht und auf einen gegenüber dem Ringspalt 46a wesentlich geringeren, ebenfalls axial verlaufenden Ringspalt 46b verkleinert, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Erst wenn der Ventilkörper 42 den Bereich der Rippe 39 verlassen hat (Fig. 7), bildet sich ein sich mit fortschreitender Bewegung des Ventilkörpers 42 vergrößernder Radialspalt 50.

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 32 auf die Stirnfläche des Ventilkörpers 42.

Die Ventilkonstruktionen nach den Fig. 2 bis 7 geben den Durchflußquerschnitt auch in der geöffneten Ventilstellung nicht völlig frei, weshalb für den Einbau in den Abgashaupt­ strom, d. h. in der Position 26b, weniger geeignet sind, viel­ mehr ist für ihre Anwendung die Position 26a vorzuziehen.

Für die Position 26b sollte ein Ventil verwendet werden, das in Öffnungsstellung den Durchflußquerschnitt möglichst wenig einschränkt, wie dies bei einem Drehklappenventil der Fall ist. Die Fig. 8 und 9 zeigen ein Beispiel für den Einsatz eines Drehklappenventils als degressive Stauvorrichtung, wo­ bei die Konstruktion besonders einfach und kostengünstig ist.

Die rohrförmige Abgasleitung 12 ist in dem für den Einbau des Drosselventils 24c vorgesehenen Bereich derart getrennt, daß die beiden voneinander getrennten Rohrabschnitte 12a und 12b einen die Einfügung einer Ventilklappe 60 ermöglichenden Ab­ stand voneinander aufweisen, der durch eine übergeschobene Rohrmuffe 62 überbrückt wird. Diese Ventilklappe 60 kann als einfaches Stanzteil ausgebildet sein und ist mit einer Dreh­ achse 64 verbunden, die 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 62 und die in sie eingreifenden Rohrabschnitte 12a und 12b bilden zusammen das Ventilgehäuse 66.

Die Ventilklappe 60 hält ringsum einen so ausreichenden Ab­ stand von der Innenwandung des Ventilgehäuses 68, 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 erstreckt sich die Ventilklappe 60 in ihrer Schließstellung senkrecht zur Durchflußrichtung bzw. Achse der Muffe 62 und in dieser Schließstellung liegt die Ventilklappe 60 in Schließrichtung an den ihr zugewandten Rändern der beiden Rohrabschnitte 12a und 12b an. Damit die Ventilklappe 60 diese Schließstellung unbehindert von den Rohrabschnitten 12a und 12b erreichen kann, müssen diese im Bewegungsbereich der Ventilklappe 60 Ausnehmungen 70 bzw. 72 aufweisen, die beim gezeigten Beispiel dadurch geschaffen sind, daß die Ränder der Rohrabschnitte 14 und 16 auf der einen bzw. anderen Seite der Drehachse 64 mit einem als An­ schlagkante 74 bzw. 76 dienenden Abschnitt an die Drehachse 64 herangeführt sind und dabei - um in der Öffnungsstellung eine zur Durchflußrichtung parallele Lage der Ventilklappe 60 zu ermöglichen - mindestens einen der halben Dicke der Ven­ tilklappe 60 entsprechenden Abstand vom Drehzentrum einhal­ ten.

Die Drehachse 64 ist derart außermittig im Strömungskanal an­ geordnet, daß der entgegen dem Abgasdruck an der Anschlagkan­ te 74 anliegende Teil der Ventilklappe 60 eine größere Fläche aufweist als der in Richtung des Abgasdrucksdrucks an der An­ schlagkante 76 anliegende Teil, so daß der Abgasdruck ein die Ventilklappe öffnendes Drehmoment erzeugt und die Ventilklap­ pe 60 nur durch eine diesem Drehmoment entgegengesetzt wirk­ same Rückstellkraft in geschlossener Stellung gehalten werden kann, bis das aus dem Abgasdruck resultierende Drehmoment die Rückstellkraft überwindet.

Der jeweils anschließende Abschnitt 80 bzw. 78 ist unter Bil­ dung einer Stufe soweit gegenüber der Anschlagkante 74 bzw. 76 zurückgesetzt, daß der Schwenkbereich der Ventilklappe 60 freigehalten wird, damit sich diese unbehindert zwischen Schließ- und Öffnungsstellung bewegen kann.

Die Fig. 9 zeigt schematisch den mit dem Drosselventil 24c ausgerüsteten Leitungsabschnitt 12, aus dem die Drehachse 64 herausragt. Die Drehachse 64 hat einen abgewinkelten Endab­ schnitt, der einen Hebelarm 90 bildet. Am freien Ende des Hebelarms 90, das weiter von der Achse 92 des Leitungsab­ schnitts 12 entfernt ist als das den Hebelarm 90 tragende Ende der Achse 64, greift eine die Ventilklappe 60 in die der gezeigten Stellung des Hebelarms 90 entsprechende Schließ­ stellung vorspannende Feder 94 an, die an einem Schwenklager 96 abgestützt ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Drehachse 64 und der Wir­ kungslinie der Feder 94 mit zunehmender Öffnung der Ventil­ klappe 60 abnimmt, so daß das resultierende Drehmoment aus Federkraft und wirksamem Hebelarm degressiv ist.

Das Drehklappenventil nach den Fig. 8 und 9 gibt in geöffne­ tem Zustand den Durchströmquerschnitt völlig frei und eignet sich deshalb besonders für die Anordnung im geradlinig ver­ laufenden, durchgehenden Hauptstrang der Abgasleitung, in dem im Regelfall Querschnittsbeschränkungen unerwünscht sind. Dabei muß jedoch eine gewisse aerodynamische Instabilität des Drehklappenventils in Kauf genommen werden. Diese aerodyna­ mische Instabilität ist bei den Ventilkonstruktionen nach den Fig. 2 bis 7 nicht anzutreffen. Allerdings geben diese Venti­ le den vollen Strömungsquerschnitt auch in geöffnetem Zustand nicht frei, sie eigenen sich daher insbesondere für die Ein­ bauposition 26a außerhalb des Abgas-Hauptstrangs 20.

Claims (17)

1. Verfahren zur Steuerung und Nutzung des Wärmein­ halts der Abgase von Verbrennungsmotoren, inbesondere der Kolbenbauart, mittels eines parallel zur Abgasleitung ange­ ordneten Abgas-Kühlmittel-Wärmetauschers und einer in der Abgasleitung angeordneten Stauvorrichtung, wobei in Betriebs­ zeiten mit Wärmebedarf ein Absperrventil in dem zum Wärmetau­ scher parallelen Hauptstrang der Abgasleitung geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstau des den Wärme­ tauscher durchfließenden Abgasstroms in Abhängigkeit vom Vo­ lumenstrom degressiv geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rückstau des den Wärmetauscher durchfließenden Abgasstroms aufgehoben wird, sobald ein vorgegebener Grenz­ wert überschritten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rückstau des den Wärmetauscher durchfließenden Abgasstroms aufgehoben wird, sobald die Motortemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3 bei Anordnungen mit einem das An- und Abschalten eines Kühlers steuernden Kühl­ mittelthermostaten, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert die Abschalttemperatur des Kühlmittelthermostaten ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstau des Abgas­ stroms gegenläufig Motorleistung geregelt wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei Verbrennungsmotoren (10), insbesondere der Kolbenbauart, mit einem parallel zur Abgas­ leitung (12) angeordneten Abgas-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem in der Abgasleitung angeordneten Abgasdrosselventil (24) mit einem entgegen dem Abgasdruck durch eine Rückstell­ kraft (44) belasteten Ventilkörper (42), und mit einem in dem zum Wärmetauscher (18) parallelen Hauptstrang (20) der Abgas­ leitung (12) angeordneten Absperrventil (22), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einander zugeordneten Querschnitte von Ventilgehäuse (30a; 30b) und Ventilkörper (42) unter Bildung eines Systems von Engpässen (46a, 46b, 48, 50) derart bemes­ sen sind, daß mit zunehmender Ventilbewegung entgegen der Rückstellkraft (44) die vom Staudruck beaufschlagte Fläche des Ventilkörpers (42) zunimmt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Engpässe (46a, 46b, 48, 50), der Querschnitt des Ventilkörpers (42) und die Rückstellkraft (44) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei hohem Volumenstrom die vom Staudruck beaufschlagte Fläche des Ventilkörpers (42) mindestens so groß ist, daß der zur Aufrechterhaltung dieser Öffnungsstel­ lung erforderliche Staudruck nicht größer ist als der zur Öffnung des Ventils erforderliche Staudruck.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (30a, 30b) eine in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (42) gerichtete Ein­ strömöffnung (32) mit im Vergleich zum Querschnitt des Ven­ tilkörpers (42) geringem Querschnitt und eine Kammer (36a, 36b) zur Aufnahme des beweglichen Ventilkörpers (42) mit ei­ ner unter Bildung eines Ringspalts (46a; 46b) den Durchtritt des Ventilkörpers (42) gestattenden Ausströmöffnung (38a, 38b) aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kammer (36a) im Ventilgehäuse (30a) und die Aus­ strömöffnung (38a) den gleichen Querschnitt aufweisen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kammer (36b) im Ventilgehäuse (30) einen größe­ ren Querschnitt aufweist als die Ausströmöffnung (38b).

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (42) einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft (44) abschalt­ bar ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12 mit einer zur Erzeu­ gung der Rückstellkraft dienenden Ventilfeder (44), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (44) auf einem in Wir­ kungsrichtung der Feder (44) verstellbaren Widerlager (52) abgestützt ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilfeder (44) zwischen zwei relativ zu­ einander durch Strömungsmitteldruck verstellbaren Widerlagern (52) eingespannt ist, wobei eines der Widerlager mit dem Ven­ tilkörper verbunden ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Widerlager einander gegenüberliegende Stirnwände einer in ihrem Volumen veränderbaren, mit einer Vakuumquelle verbindbaren Kammer (52) sind.

16. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei Verbrennungsmotoren (10), insbesondere der Kolbenbauart, mit einem parallel zur Abgas­ leitung (12) angeordneten Abgas-Kühlmittel-Wärmetauscher (18) und einem in der Abgasleitung (12) angeordneten Abgasdrossel­ ventil (24c) mit einem entgegen dem Abgasdruck durch eine Rückstellkraft (94) belasteten Ventilkörper (60), und mit ei­ nem in dem zum Wärmetauscher (18) parallelen Hauptstrang (20) der Abgasleitung (12) angeordneten Absperrventil (22), da­ durch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft (94) in Abhän­ gigkeit vom Öffnungsweg des Ventilkörpers (60) abnimmt.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper eine Drehklappe (60) ist und die Rückstellkraft (94) derart über einen Hebel (90) an der Drehklappe (60) angreift, daß der wirksame Hebelarm zwischen der Wirkungslinie der Rückstellkraft (94) und der Drehachse (64) der Klappe mit zunehmender Klappenöffnung abnimmt, und daß das resultierende Drehmoment aus Rückstellkraft und wirk­ samem Hebelarm degressiv ist.