DE2441941A1 - EXHAUST SYSTEM WITH CATALYTIC EXHAUST GAS CONVERSION FOR EXPLOSION ENGINE (GASOLINE ENGINE) - Google Patents

Description

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62-23.142P 2. 9- 197462-23.142P September 2, 1974

AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris (Frankreich) AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris (France )

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT Boulogne-Billancourt (Frankreich) DIRECTOR NATIONALE DES USINES RENAULT Boulogne-Billancourt (France)

Auspuffanlage mit katalytischer Abgasumwandlung für Explosionsmotor (Ottomotor)Exhaust system with catalytic exhaust gas conversion for explosion engine (Otto engine)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auspuffanlage für einen Explosionsmotor (Ottomotor) mit einer Auspuffleitung, in der zumindest ein katalytischer Abgas um wandler, eine zu diesem Umwandler-parallele Abzweigleitung und ein Zweiwegeventil liegen, das den Abgasweg zum Umwandler oder zur Abzweigleitung steuert und dessen Betätigungseinrichtung eine Unterdruckquelle und ein Organ aufweist, das auf die Änderung eines für die Betriebsbedingungen des Umwandlers maßgebenden Parameters anspricht.The present invention relates to an exhaust system for an explosion engine (Otto engine) with an exhaust pipe in which at least a catalytic exhaust gas converter, one parallel to this converter Branch line and a two-way valve are located, which controls the exhaust gas path to the converter or to the branch line and its actuating device has a negative pressure source and an organ, which is decisive for the change in a for the operating conditions of the converter Parameter responds.

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Der katalytische Abgasumwandler dient dazu, die Mengen von in die Atmosphäre eingeleiteten schädlichen oder toxischen Gasen zu verringern; das Umleiten der Abgase zur Abzweigleitung erfolgt dann, wenn die Betriebsbedingungen des Umwandlers eine Zerstörung der Katalysatoren befürchten lassen.The catalytic exhaust gas converter is used to reduce the amounts of in to reduce harmful or toxic gases introduced into the atmosphere; the exhaust gases are then diverted to the branch line, if the operating conditions of the converter destroy the Fear of catalysts.

Es ist bekannt, daß die normalerweise verwendeten Katalysatoren zur Umwandlung von Abgasen oder Auspuffgasen eine Grenztemperatur nicht überschreiten dürfen, oberhalb derer sie unheilbar zerstört werden, so daß sie vollkommen unwirksam sind, selbst wenn die Betriebsbedingungen wieder normal werden.It is known that the catalysts normally used for converting exhaust gases or exhaust gases have a limit temperature must not exceed, above which they are incurably destroyed, so that they are completely ineffective, even if the operating conditions get back to normal.

Um diese Gefahr auszuschalten, ist es bekannt, parallel zu demjenigen Abschnitt der die Katalysatoren enthaltenden Auspuffleitung eine Überbrückungs- oder Abzweigleitung vorzusehen, zu der die Auspuffgase geleitet werden, wenn die Betriebsbedingungen des Umwandlers eine Zerstörung der Katalysatoren befürchten lassen. Diese Katalysatoren werden dadurch geschützt und können ihre Aufgabe in normaler Weise lösen, sobald die Bedingungen wieder normal geworden sind und das Zweiwegeventil in seine entsprechende Stellung zurückgebracht wurde.In order to eliminate this danger, it is known to run parallel to the one Section of the exhaust line containing the catalysts to provide a bypass or branch line to which the exhaust gases if the operating conditions of the converter give rise to the fear of destruction of the catalytic converters. These catalysts are thus protected and can perform their task in a normal way as soon as the conditions return to normal and the two-way valve has been returned to its appropriate position.

Die bekannten Auspuffanlagen haben üblicherweise zumindest einen Temperaturfühler, der in die Masse eines der Katalysatoren eingefügt ist, ein Zweiwegeventil, das in einer ersten Stellung normalerweise die Abgase zu alten Katalysatoren leitet, daß jedoch, wenn es in eine zweite Stellung gebracht wird, die Abgase zu der Abzweig- oder Umwegleitung führt. Dieses Ventil wird durch Unterdruck mit Hilfe eines Elektroventils betätigt, das seinerseits von dem Temperaturfüh-The known exhaust systems usually have at least one temperature sensor which is inserted into the mass of one of the catalytic converters is a two-way valve that is normally in a first position directs the exhaust to old catalytic converters, but when it is placed in a second position, the exhaust to the bypass or Detour leads. This valve is operated by negative pressure with the help of an electrovalve, which in turn is controlled by the temperature sensor

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ler gesteuert wird und in einer Leitung liegt, welche die Ansaugleitung des Motors mit dem Zweiweg ventil verbindet-ler is controlled and is located in a line which is the suction line of the engine connects to the two-way valve

Man erkennt, daß derartige Anlagen die Anwesenheit einer dauernd vorhandenen Unterdruckquelle bedingen, damit das Abzweigventil die Möglichkeit hat, in jedem Augenblick wirksam zu werden. Wenn ein Explosions- oder Ottomotor mit sehr hohen Leistungen arbeitet, ist seine Drosselklappe voll geöffnet, und der Unterdruck in der Ansaugleitung ist sehr gering. Nun sind aber gerade bei diesen Betriebszuständen die Gefahren für das Erreichen einer anormal hohen Temperatur der Katalysatoren am größten.It can be seen that such systems require the presence of a permanent vacuum source, thus the branch valve has the opportunity to be effective at any moment. If an explosion or gasoline engine works with very high outputs, it is its throttle fully open and the vacuum in the intake line is very low. Now, however, are precisely in these operating states the dangers of reaching an abnormally high temperature of the catalytic converters are greatest.

Deshalb haben diese Anlagen im allgemeinen einen zusätzlichen Hohlraum, der eine Unterdruck- oder Vakuumreserve bildet und mit der Ansaugleitung über ein Rückschlagventil verbunden ist. Leider ist ein derartiger Hohlraum in seinen Abmessungen groß und häufig schwer in kleinen Fahrzeugen einzubauen; überdies ist es nicht leicht, ihn vollkommen dicht zu halten, damit man gewiß sein kann, über einen genügend großen Unterdruck zu verfügen, wenn die Notwendigkeit hierfür eintritt.Therefore, these systems generally have an additional cavity, which forms a negative pressure or vacuum reserve and with the suction line is connected via a check valve. Unfortunately, such a cavity is large in size and often heavy to be installed in small vehicles; besides, it is not easy to find him to be kept completely tight, so that one can be certain that there is a sufficiently large negative pressure at their disposal, if the need for this is necessary entry.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben und die Notwendigkeit einer Unterdruck- oder Vakuumreserve zu beseitigen. Die Erfindung besteht darin, daß man das Zweiwegventil gleichzeitig von dem Unterdruck in der Ansaugleitung und durch einen Druck steuert, der von einer Luftpumpe geliefert wird, die durch den Motor angetrieben wird. Diese Pumpe kann vorzugsweise diejenige Pumpe sein, die normalerweise dazu bestimmt ist, Luft in die Auspuffleitung einzuspeisen, um die Oxydation der unverbrannten Gasanteile zu fördern.The invention is based on the object of eliminating this disadvantage and eliminate the need for a negative pressure or vacuum reserve. The invention consists in the two-way valve at the same time controlled by the negative pressure in the suction line and by a pressure supplied by an air pump that is driven by the engine. This pump can preferably be the pump that is normally intended to pump air into to feed the exhaust pipe in order to promote the oxidation of the unburned gas components.

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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Betätigungseinrichtung des Ventils mit einem abgeschlossenen Raum versehen, der durch eine fest mit dem Abschlußglied des Zweiwegeventils verbundene bewegliche Wand in zwei Kammern getrennt wird; eine erste Kammer ist, wie an sich bekannt, über ein Elektroventil mit der Unterdruckquelle verbunden, während die zweite Kammer über ein anderes Elektroventil mit der Druckfluidquelle verbunden ist.According to a preferred embodiment, the actuating device of the valve provided with a closed space, which is firmly connected to the end member of the two-way valve by a movable wall is separated into two chambers; a first chamber is, as is known per se, connected to the vacuum source via an electrovalve while the second chamber is connected to the source of pressurized fluid via another solenoid valve.

Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt eine Beschreibung eines ausgewählten Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die einzige Figur der Zeichnung, die ein Anordnungsschema der Auspuffanlage zeigt, bei der die Erfindung benutzt wird-For a better understanding of the invention, a description of a selected embodiment follows with reference to the only one Figure of the drawing showing a layout of the exhaust system shows in which the invention is used-

In dieser einzigen Figur ist ein Vergaser 1 über eine Gemisch-Einlaßleitung 2 mit einem Verbrennungsmotor (Ottomotor) 3 verbunden. Die bei der Verbrennung entstehenden Gase werden über eine Auspuffsammelleitung 4 abgeführt. Diese mündet an einem Ventil 5, das es gestattet, die Auspuffgase entweder einer Leitung 6 zuzuführen, die durch ein katalytisch wirkendes Reduktionsgefäß 7 a und einen katalytischen Oxydationsbehälter 7b hindurchführt, oder einer Überbrückungsleitung 8, die unmittelbar in die Atmosphäre mündet.In this single figure there is a carburetor 1 via a mixture inlet line 2 connected to an internal combustion engine (Otto engine) 3. The gases produced during combustion are via a Exhaust manifold 4 discharged. This leads to a valve 5, which allows the exhaust gases to either be fed to a line 6, which passes through a catalytically active reduction vessel 7a and a catalytic oxidation tank 7b, or a bypass line 8, which empties directly into the atmosphere.

Das Ventil 5 hat ein Abschlußglied 9, das entweder mit einem Sitz 10 zusammenwirkt, um die Leitung 6 abzuschließen, oder mit einem Sitz 11 zum Abschließen der Leitung 8. Das Abschlußglied 9 ist über eine Stange 12 mit einer (als Kolben dargestellten) Membran 13 verbunden, die als bewegliche Wand einenfRaum 14 in zwei «The valve 5 has a closure member 9 which cooperates either with a seat 10 to close off the line 6, or with a seat 11 for closing off the line 8. The closing element 9 is via a rod 12 with a membrane (shown as a piston) 13, which acts as a movable wall dividing a room 14 into two

Kammern 15 und 16 unterteilt. Eine Feder 17 wirkt auf die Membran 13, um sie in dem Sinne zurückzudrücken, bei dem das Abschlißglied 9 auf seinen Sitz 11 gedrückt wird.Chambers 15 and 16 divided. A spring 17 acts on the membrane 13 in order to push it back in the sense in which the closure member 9 is pressed onto its seat 11.

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Die Kammer 15 ist über eine Leitung 18 mit einer der Öffnungen eines Elektroventils 19 verbunden, von dessen anderen Öffnungen die eine Öffnung 20 mit der Atmosphäre, die andere Öffnung 21 mit der Ansaugleitung 2 zwischen dem Vergaser 1 und dem Motor 3 verbunden ist; diese Ansaugleitung bildet eine Unterdruckquelle.The chamber 15 is connected by a line 18 to one of the openings of a solenoid valve 19, of the other openings of which the one opening 20 is connected to the atmosphere, the other opening 21 is connected to the intake pipe 2 between the carburetor 1 and the engine 3 is; this suction line forms a source of negative pressure.

Die Kammer 16 ist über eine Leitung 22 mit einer der Öffnungen eines Elektroventils 23 verbunden, von dessen anderen Öffnungen die eine 24 mit der Atmosphäre, die andere 25 mit einer Luftpumpe 26 verbunden ist, die von dem Motor 3 über einen Riementrieb 27 angetrieben wird. Die Pumpe 26 wird in an sich bekannter Weise benutzt; sie drückt über eine Leitung 28 Luft in die Auspuffleitung 6, um in dem Katalysatorgefäß 7 b die Reaktionsbedingungen für eine Oxydation herzustellen.The chamber 16 is connected by a line 22 to one of the openings of a solenoid valve 23, of the other openings of which the one 24 is connected to the atmosphere, the other 25 is connected to an air pump 26 which is driven by the engine 3 via a belt drive 27 will. The pump 26 is used in a manner known per se; it presses air into the exhaust line 6 via a line 28, around the reaction conditions for an oxidation in the catalyst vessel 7b to manufacture.

Das Elektroventil 19 umfaßt ein Abschlußglied 29, das mit dem beweglichen Anker 30a eines Elektromagneten 30 verbunden ist, dessen Erregerspule 30 b über einen Verstärker 31 von einem Temperaturfühler 32 gespeist werden kann, der in der Masse des Katalysators im Gefäß 7a sitzt.The solenoid valve 19 includes a closure member 29, which with the movable armature 30a of an electromagnet 30 is connected, the excitation coil 30b of which is via an amplifier 31 from a temperature sensor 32 can be fed, which sits in the mass of the catalyst in the vessel 7a.

Das Elektroventil 23 hat ebenfalls ein Abschlußglied 33, das mit dem beweglichen Teil 34a eines Elektromagneten 34 verbunden ist, dessen Spule 34 b ebenfalls über den Verstärker 31 von dem Temperaturfühler 32 gleichzeitig mit der Spule 30b des Elektroventils 19 gespeist werden kann.The solenoid valve 23 also has an end member 33 which is connected to the movable part 34 a of an electromagnet 34, the Coil 34b is also fed by the temperature sensor 32 via the amplifier 31 at the same time as the coil 30b of the solenoid valve 19 can be.

Die Wirkungsweise der soeben beschriebenen Anordnung ergibt sich wie folgt: .The mode of operation of the arrangement just described is as follows:.

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Solange die Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 32 nicht eine Zerstörung des Katalysators herbeiführen kann, speist der Temperaturfühler die Magnetspulen 30b und 34b nicht.As long as the temperature in the area of the temperature sensor 32 cannot destroy the catalytic converter, it feeds Temperature sensor the solenoids 30b and 34b not.

In dem Elektroventil 19 schließt das Abschlußglied 29 die Leitung 21 ab und gewährleistet eine Verbindung zwischen der Leitung 18 und der Leitung 20; die Kammer 15 befindet sich also auf atmosphärischem Druck.In the solenoid valve 19, the closure member 29 closes off the line 21 and ensures a connection between the line 18 and the line 20; the chamber 15 is therefore at atmospheric pressure.

In dem Elektroventil 23 schließt das Abschlußglied 33 die Leitung 25, welche zur Verbindung zwischen der Leitung 22 und der Leitung 24 dient; die Kammer 16 ist ebenfalls auf atmosphärischem Druck.In the solenoid valve 23, the closing element 33 closes the line 25, which is used for connection between the line 22 and the line 24 serves; chamber 16 is also at atmospheric pressure.

Unter diesen Bedingungen wird die Membran 13 von der Feder 17 zurückgedrückt und das Abschlußglied 9 an den Sitz 11 angelegt, wodurch die Leitung 8 abgeschlossen wird; alle Auspuffgase gehen durch die katalytischen Umwandler 7 a und 7b, in denen die Reaktionen einer Reduktion der Stickoxyde und einer Oxydation des Kohlenmonoxyds und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe erfolgt, deren Gehalt auf diese Weise in den in die Atmosphäre geleiteten Gasen verringert wird.Under these conditions, the membrane 13 is pushed back by the spring 17 and the closure member 9 is applied to the seat 11, whereby line 8 is terminated; all exhaust gases go through the catalytic converter 7 a and 7 b, in which the reactions of a Reduction of nitrogen oxides and an oxidation of carbon monoxide and unburned hydrocarbons takes place, their content on this is reduced in the gases released into the atmosphere.

Wenn aufgrund von Funktionsfehlern des Motors die Menge der gasförmigen Bestandteile, die in den Abgasumwandlern zu behandeln sind, eine anormale Erhöhung der Temperatur und damit die Gefahr des Zerstörens der Katalysatoren ergibt, speist der Temperaturfühler 32 mit seinem Verstärker 31 die Spulen 30b und 34b und betätigt so die Elektroventile 19 und 23. Als Folge der Betätigung wird durch das Eelktroventil 19 die Kammer 15 mit der Ansaugleitung 2 über die. Leitungen 18 und 21 verbunden, und die Kammer 16 kommt mit der Pum-If due to malfunction of the engine the amount of gaseous constituents to be treated in the exhaust gas converters there is an abnormal increase in temperature and thus the risk of destroying the catalytic converters, the temperature sensor feeds 32 with its amplifier 31, the coils 30b and 34b and actuated so the solenoid valves 19 and 23. As a result of the actuation by the electric valve 19, the chamber 15 with the suction line 2 via the. cables 18 and 21 connected, and the chamber 16 comes with the pump

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pe 26 über die Leitungen 22 und 25 in Verbindung, wobei diese Verbindung durch das Elektroventil 23 hergestellt wird.pe 26 via lines 22 and 25 in connection, this connection is made by the solenoid valve 23.

Die kombinierte Wirkung des Unterdruckes, der in der Kammer 15 auftritt und des Überdruckes, der sich in der Kammer 16 einsteUt, drückt die Membran 13 gegen die Wirkung der Feder 17 so weit, daß das Abschlußglied 9 auf den Sitz 10 aufgedrückt wird; die Auspuffgase werden dann in die Abzweig- oder Umwegleitung 8 geleitet, und die Gefahr einer Zerstörung der Katalysatoren besteht nicht mehr.The combined effect of the negative pressure in the chamber 15 occurs and the overpressure that is established in the chamber 16, presses the membrane 13 against the action of the spring 17 so far that the end member 9 is pressed onto the seat 10; the exhaust gases are then passed into the branch or bypass line 8, and there is no longer any risk of the catalytic converters being destroyed.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen eine sichere Betätigung des Abschlußgliedes 9 des Zweiwegventils 5 möglich machen, ganz unabhängig von den Betriebsbedingungen des Motors. Bei hohe r Drehzahl und voller Last, wenn der Unterdruck in der Ansaugleitung ungenügend wäre, um die Membran 13 gegen die Feder 17 zu verformen, wird diese Verformung durch den Druck gesichert, der von der Luftpumpe 26 geliefert wird. Andererseits bei geringer Drehzahl und geringer Last könnte der von der Luftpumpe 26 gelieferte Druck für sich allein nicht genügen, um die Membran 13 zurückzudrücken; man verfügt dann aber über einen ausreichend großen Unterdruck in der Ansauc "'eitung, um die Feder 17 zusammenzudrücken. It can be seen that the measures provided according to the invention ensure reliable actuation of the closing element 9 of the two-way valve 5 make it possible, regardless of the operating conditions of the engine. At high speed and full load, when the negative pressure in the suction line would be insufficient to deform the membrane 13 against the spring 17, this deformation is secured by the pressure, which is supplied by the air pump 26. On the other hand, at low speed and low load, the air pump 26 the pressure supplied is not sufficient by itself to push back the membrane 13; but then you have a sufficiently large one Vacuum in the suction line to compress the spring 17.

Man erhält auf diese Weise das gewünschte Ergebnis und dies in sehr wirtschaftlicher Weise, da man die Pumpe 26 benutzt, die bereits in der Anlage für die Behandlung der Auspuffgase vorhanden ist. Man fügt also keine neue Komponente mit großen Abmessungen hinzu, beispielsweise analog dem oben erwähnten Vakuumbehälter der bisherigen Technik. Die erfindungsgemäße Anlage kann infolgedessen ohne Ein-In this way, the desired result is obtained, and in a very economical way, since the pump 26 is used which is already used is available in the system for the treatment of exhaust gases. So you do not add a new component with large dimensions, for example analogous to the above-mentioned vacuum container of the previous one Technology. As a result, the system according to the invention can be used without

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schränkung bei Fahrzeugen mit kleinen Abmessungen benutzt werden.restriction can be used on vehicles with small dimensions.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines Temperaturfühlers beschränkt, um die Betätigung des Ventils 5 auszulösen; man könnte irgendeinen Typ eines Detektors verwenden, der es gestattet, eine Anomalie festzustellen, die eine Zerstörung des Katalysators mit sich bringen könnte. Man könnte insbesondere eine Vorrichtung benutzen, die eine Anzeige des Gehaltes der Auspuffgase an einem charakteristischen Bestandteil liefert.Of course, the invention is not limited to the use of a Temperature sensor limited to trigger the actuation of valve 5; you could use any type of detector that does allows to detect an anomaly that could destroy the catalytic converter. In particular, one could use a device which gives an indication of the exhaust gas content of a characteristic component.

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Claims (5)

PatentansprücheClaims . 1._; Auspuffanlage für Explosionsmotor (Ottomotor) mit einer Auspuffleitung, in der zumindest ein katalytischer Abgas um wandler, eine zu diesem Umwandler parallele Abzweigleitung und ein Zweiwegeventil liegen, das den Abgas weg zum Umwandler oder zur Abzweigleitung steuert und dessen Betätigungseinrichtung eine Unterdruckquelle und ein Organ aufweist, das auf die Änderung eines für die Betriebsbedingungen des Umwandlers maßgebenden Parameters anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung des Zweiwegeventils (5) außerdem eine Druckfluidquelle (26) umfaßt, deren von dem gleichen Ansprechorgan (32) gesteuerte "Wirkung sich zur Wirkung der Unterdruckquelle (2) addiert. . 1 _.; Exhaust system for an explosion engine (Otto engine) with an exhaust line in which there is at least one catalytic exhaust gas converter, a branch line parallel to this converter and a two-way valve which controls the exhaust gas path to the converter or to the branch line and whose actuating device has a vacuum source and an organ, which responds to the change in a parameter which is decisive for the operating conditions of the converter, characterized in that the actuating device of the two-way valve (5) also comprises a source of pressurized fluid (26), the effect of which, controlled by the same response element (32), becomes the effect of the negative pressure source ( 2) added. 2. Auspuffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfluidquelle eine von dem Motor angetriebene Pumpe (26) ist, die Luft für den katalytischen Gasumwandler (7b) liefert.2. Exhaust system according to claim 1, characterized in that the pressurized fluid source is a pump (26) driven by the engine, the air for the catalytic gas converter (7b) supplies. 3. Auspuffanlagenach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung des Zweiwegventils (5) einen Raum (14) enthält, der durch eine bewegliche, fest mit dem Abschlußglied (9) des Ventils verbundene Wand (13) in zwei Kammern (15, 16) unterteilt ist; daß eine erste Kammer (15) in an sich bekannter Weise über ein Elektroventil (19) mit der Unterdruckquelle (2) verbindbar ist, während die zweite Kammer (l6) über ein anderes Elektroventil (23) mit der Druckfluidquelle (26) verbindbar ist.3. Exhaust system according to any one of claims 1 and 2, characterized characterized in that the actuating device of the two-way valve (5) contains a space (14) by a movable wall (13) fixedly connected to the end member (9) of the valve in two Chambers (15, 16) is divided; that a first chamber (15) in a manner known per se via an electrovalve (19) with the vacuum source (2) can be connected, while the second chamber (l6) is connected to the pressurized fluid source (26) via another solenoid valve (23) is connectable. 50981 3/078350981 3/0783 4. Auspuffanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Betätigungs spulen (30b, 34 b) der beiden Elektio ventile (19, 23) untereinander parallel, aber in Reihe mit einer Stromquelle (31) geschaltet sind, die durch den oder die Fühler (32) gesteuert ist.4. Exhaust system according to claim 3, characterized in that actuating coils (30b, 34b) of the two Elektio valves (19, 23) with one another are connected in parallel but in series with a current source (31) which is controlled by the sensor or sensors (32). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler einen Temperaturfühler (32) umfassen, der einen Stromerzeuger darstellt, und daß dieser Temperaturfühler in Reihe mit einem Verstärker (31) geschaltet ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the sensors comprise a temperature sensor (32), which is a power generator, and that this temperature sensor in series with an amplifier (31) is connected. 6098 13/07836098 13/0783