Die Erfindung betrifft eine Aufstaueinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die DE 10 2007 052 A1 offenbart einen Turbolader mit einem Verdichter und mit einer mit dem Verdichter über eine Welle verbundenen Turbine, die einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass aufweist. Der Turbolader umfasst weiterhin eine Bypassleitung, die unter Umgehung der Turbine vom Abgaseinlass abzweigt und zum Abgasauslass führt, wobei in der Bypassleitung ein Absperrorgan angeordnet ist. Das Absperrorgan weist dabei in der Bypassleitung eine asymmetrisch gelagerte Klappe auf.

Des Weiteren ist es aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschine bekannt, zur Verbesserung des Abgasverhaltens der Verbrennungskraftmaschine und damit zur Verbesserung ihrer Emissionen Abgasrückführeinrichtungen einzusetzen. Dabei wird beispielsweise heißes Abgas aus einem Krümmer der Verbrennungskraftmaschine auf einer Abgasseite derselbigen entnommen und auf eine Frischluftseite rückgeführt. Diese Rückführung von Abgas senkt insbesondere die Stickoxid-Emissionen (NO _x -Emissionen) ab.

Eine weitere Entwicklung stellt die Rückführung von mittels einer

Abgasreinigungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine gereinigtem Abgas von der Abgasseite auf die Frischluftseite dar. Dabei wird in Strömungsrichtung des Abgases stromab der Abgasreinigungseinrichtung Abgas entnommen und auf der Frischluftseite von der Verbrennungskraftmaschine angesaugter Luft zugeführt. Ein für diese

Rückführung notwendiges Druckgefälle wird beispielsweise durch eine

Abgasgegendruckklappe aufgebaut, welche das Abgas aufstaut und welche mittels einer Stelleinrichtung zu betätigen ist. Die bekannten Konzepte zum Aufstauen von Abgas weisen weiteres Potential auf, die Funktionserfüllung einer zugeordneten Verbrennungskraftmaschine weiter zu verbessern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufstaueinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche eine hohe

Funktionserfüllungssicherheit der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Aufstaueinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine solche Aufstaueinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens eine Abgasverrohrung, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Außerdem umfasst die Aufstaueinrichtung zumindest ein Klappenelement, welches über ein Koppelement mit einer Stelleinrichtung der Aufstaueinrichtung verbunden und mittels der Stelleinrichtung zwischen einer einen Strömungsquerschnitt der

Abgasverrohrung zumindest teilweise freigebenden Offenstellung und wenigstens einer demgegenüber den Strömungsquerschnitt verengenden, das Abgas in der

Abgasverrohrung aufstauenden Aufstaustellung verstellbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Klappenelement bei einem Versagen des Koppelelements infolge einer Druckbeaufschlagung des Koppelelements durch das Abgas von der

Aufstaustellung in die Offenstellung verstellbar ist.

Dadurch, dass das Klappenelement bei Versagen des Koppelelements in die

Offenstellung verstellbar ist, kann das Abgas die Abgasverrohrung zumindest nahezu ungehindert durch den Strömungsquerschnitt durchströmen, wodurch die

Verbrennungskraftmaschine auch beim Versagen des Koppelelements nicht an ihrem verbrennungsmotorischen Betrieb gehindert ist. Würde das Klappenelement bei

Versagen des Koppelelements den Strömungsquerschnitt in der Aufstaustellung stark verengen oder gar verschließen, so würde dies dazu führen, dass die

Verbrennungskraftmaschine aufgrund des sehr hohen Abgasgegendrucks durch den verengten oder gar geschlossenen Strömungsquerschnitt ihren verbrennungsmotorischen Betrieb aufgibt, was zu einem Anhalten eines Kraftwagens mit einer solchen

Verbrennungskraftmaschine führen würde. Dieses Problem ist durch die erfindungsgemäße Aufstaueinrichtung gelöst, da bei Versagen des Koppelelements der Abgasgegendruck nicht unerwünscht stark ansteigt und somit die Verbrennungskraftmaschine bei Versagen des Koppelelements ihren verbrennungsmotorischen Betrieb aufrecht erhalten kann. Dies bedeutet eine sehr hohe, durch die erfindungsgemäße Aufstaueinrichtung bereitgestellte

Funktionserfüllungssicherheit der Verbrennungskraftmaschine und damit des

Kraftwagens. Ein Nutzer des Kraftwagens kann somit auch bei Versagen des

Koppelelements weiterfahren und komfortabel eine Werkstatt aufsuchen, ohne dass es zu einem Stillstand des Kraftwagens kommt.

Die Verstellung des Klappenelements bei funktionstüchtigem Koppelelement über dieses mittels der Stelleinrichtung erfolgt beispielsweise mittels eines pneumatischen oder elektrischen Stellglieds der Stelleinrichtung. Das Koppelelement ist dabei vorgesehen, um das Stellglied vor hohen Temperaturen des Abgases zu schützen, indem das Stellglied in einem gewissen Abstand zum Klappenelement angeordnet werden und über das Koppelelement mit dem Klappenelement zusammen wirken kann. Dies ist beispielsweise derart dargestellt, dass eine Antriebswelle der Stelleinrichtung vom Stellglied zum Klappenelement entkoppelt ist, indem die Antriebswelle unterbrochen ist und eine Übertragung von Betätigungskräften von dem Stellglied auf das Koppelelement über eine Feder erfolgt.

Kommt es zu einem Versagen der Feder, wobei die Feder beispielsweise während eines Betriebs der Aufstaueinrichtung bricht, so existiert keine direkte, physische Verbindung mehr zwischen dem Stellglied bzw. der Stelleinrichtung und dem Klappenelement. Eine unkontrollierte Bewegung des Klappenelements infolge von Druckkräften durch das Abgas, wobei das Klappenelement beispielsweise in seine Aufstaustellung bewegt wird, könnte zu dem ausgeführten Ausfall der Verbrennungskraftmaschine führen, was durch die erfindungsgemäße Aufstaueinrichtung vermieden ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Klappenelement

asymmetrisch ausgebildet. Diese asymmetrische Ausbildung führt zu einer

asymmetrischen Druckverteilung durch das Abgas auf das Klappenelement, wodurch dieses asymmetrisch mit Druck durch das Abgas beaufschlagt wird. Durch geeignete Lagerung und geeignete Ausgestaltung der Asymmetrie kann dann das Klappenelement bei Versagen des Koppelelements in die Offenstellung verstellt werden, was mit der hohen Funktionserfüllungssicherheit der Verbrennungskraftmaschine einhergeht. Weist das Klappenelement zumindest eine Durchtrittsöffnung auf, so stellt dies eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform dar, in welcher zur Darstellung der hohen

Funktionserfüllungssicherheit das Klappenelement durch Druckbeaufschlagung durch das Abgas bei Versagen des Koppelelements von der Aufstaustellung in die Offenstellung verstellbar ist. Die Durchtrittsöffnung birgt dabei den Vorteil, dass sie einfach auszubilden ist, wodurch der Herstellungsaufwand für das Klappenelement und damit seine Kosten in einem geringen Rahmen gehalten werden können. Gleichzeitig weist die

Aufstaueinrichtung weiterhin ein erwünschtes Aufstauverhalten auf, um Abgas in der Abgasverrohrung aufzustauen zur Darstellung eines erwünschten Druckgefälles, um eine entsprechend erwünschte und große Menge von Abgas von einer Abgasseite der

Verbrennungskraftmaschine auf eine Frischluftseite derselbigen rückführen zu können. Dadurch weist die Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen

Aufstaueinrichtung nicht nur eine hohe Funktionserfüllungssicherheit, sondern auch sehr geringe Emissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen, auf.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform korrespondiert eine

Außenkontur des Klappenelements lediglich bereichsweise zu einer den

Strömungsquerschnitt bildenden Innenkontur der Abgasverrohrung. Ist der

Strömungsquerschnitt beispielsweise zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, so ist das Klappenelement beispielsweise über einen Winkelbereich von kleiner als 360° über dessen Umfang ebenso zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, wobei das Klappenelement in dem restlichen Winkelbereich eine anderweitige Form aufweist und beispielsweise mit der Abgasverrohrung einen relativ breiten Spalt bildet. Auch dies führt zu einer asymmetrischen Druckbeaufschlagung des Klappenelements, wodurch es bei Versagen des Koppelelements von der Aufstaustellung in die Offenstellung durch die Druckbeaufschlagung des Abgases verstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Verstellung des Klappenelements derart, dass das Klappenelement an der Abgasverrohrung gelagert, beispielsweise um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert, ist. Zur Darstellung der hohen

Funktionserfüllungssicherheit ist nun bevorzugt vorgesehen, dass das Klappenelement asymmetrisch an der Abgasverrohrung gelagert ist. Dies führt zu asymmetrischen

Hebelverhältnissen bezüglich der Schwenkachse, wodurch sich Drehmomente, die das Klappenelement um die Schwenkachse verschwenken wollen, nicht gegenseitig aufheben und somit ein Drehmoment in eine Drehrichtung größer ist als ein Drehmoment in die entgegengesetzte Drehrichtung. Dadurch kann das größere Drehmoment das

Klappenelement in die Offenstellung verstellen. Diese Ausführungsform birgt insbesondere den Vorteil, dass bereits existierende Klappenelemente und Lagerungen beibehalten werden und lediglich bezüglich ihrer Lagerung angepasst werden müssen. Dies hält die Kosten einem sehr geringen Rahmen.

Ist die Abgasverrohrung bzw. der Strömungsquerschnitt beispielsweise zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, so ist das Klappenelement dabei bevorzugt asymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse des Strömungsquerschnitts bzw.

asymmetrisch zu einer Symmetrieachse der Strömung des Gases gelagert, was zu den ausgeführten unterschiedlichen Hebelverhältnissen und damit der Verstellung des Klappenelements in die Offenstellung führt.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Klappenelement bezüglich seiner Schwenkachse asymmetrisch ausgebildet ist. Auch diese, bezüglich der

Schwenkachse asymmetrische Ausgestaltung des Klappenelements führt zu

unterschiedlichen Hebelverhältnissen bezüglich der Schwenkachse, woraus

unterschiedliche Drehmomente um die Schwenkachse resultieren. Dies führt wiederum dazu, dass das Klappenelement um die Schwenkachse in die Offenstellung betätigt werden kann.

Die Schwenkachse unterteilt beispielsweise das Klappenelement in eine erste und eine zweite Flügelseite, wobei zum Beispiel eine der Flügelseiten die Durchtrittsöffnung aufweist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass eine der Flügelseiten einen Beschnitt aufweist, wodurch das Klappenelement in dessen Umfangsrichtung nicht mehr zu der den Strömungsquerschnitt bildenden Innenkontur der Abgasverrohrung korrespondiert, was mit dem gewünschten Effekt der Verstellung des Klappenelements in die Offenstellung bei Versagen des Koppelelements einhergeht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Abgasklappe einer Aufstaueinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Aufstauen von Abgas in einer

Abgasverrohrung der Verbrennungskraftmaschine, welche zwischen einer Aufstaustellung und einer Offenstellung verstellbar ist;

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer

Abgasklappe gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer

Abgasklappe gemäß den vorhergehenden Figuren.

Die Fig. 1 zeigt eine Abgasklappe 10 einer Aufstaueinrichtung für eine

Verbrennungskraftmaschine. Die Abgasklappe 10 erfüllt dabei die Aufgabe, Abgas der Verbrennungskraftmaschine in einer Abgasverrohrung derselbigen aufzustauen, um damit ein gewünschtes Druckgefälle zu erzeugen, wodurch eine besonders große Menge von Abgas von einer Abgasseite der Verbrennungskraftmaschine auf eine Frischluftseite derselbigen geführt und einer von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Luft zugeführt werden kann. Dies führt zu einer Reduzierung von Stickoxid-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine.

Zum Aufstauen des Abgases in der Abgasverrohrung ist die Abgasklappe 10 mit einer Verstellwelle 2 drehfest verbunden, welche mittels Lagerbuchsen 14 und 16 an einem Rohrelement 18 um eine Schwenkachse 20 gemäß einem Richtungspfeil 22

verschwenkbar gelagert ist. Somit ist auch die Abgasklappe 10 um die Schwenkachse 20 verschwenkbar an dem Rohrelement 18 gelagert. Das Rohrelement 18 kann dabei mit der Abgasverrohrung der Verbrennungskraftmaschine verbunden werden, eine Teil dieser sein und/oder einstückig mit dieser ausgebildet sein.

Die Verstellwelle 12 weist eine Nut 24 auf, in welche ein Koppelelement in Form einer Feder eingreifen kann. Die Verstellwelle 12 wirkt damit über die Feder beispielsweise mit einem elektrischen Antrieb zusammen, mittels welchem die Verstellwelle und damit die Abgasklappe 10 über die Feder zwischen voneinander unterschiedlichen

Schwenkstellungen gemäß dem Richtungspfeil 22 um die Schwenkachse 20

verschwenkbar ist. Eine solche Schwenkstellung ist in der Fig. 1 gezeigt, wobei es sich um eine

Schließstellung der Abgasklappe 10 handelt, in welcher ein durch das Rohrelement 18 gebildeter und von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine zu durchströmender Strömungsquerschnitt des Rohrelements 18 im Wesentlichen verschlossen ist. Mit anderen Worten kann in dieser Schließstellung kein Abgas mehr den

Strömungsquerschnitt bzw. das Rohrelement 18 sowie die Abgasverrohrung

durchströmen. Das Abgas wird maximal aufgestaut. Die Schließstellung stellt somit eine Endstellung der Abgasklappe 10 dar.

Die Abgasklappe 10 ist aus dieser Schließstellung heraus in eine oder gegebenenfalls mehrere Offenstellungen mittels des elektrischen Antriebs verstellbar, wobei sie den Strömungsquerschnitt zumindest bereichsweise freigibt und das Abgas das Rohrelement 18 sowie die Abgasverrohrung durchströmen kann. Die Offenstellung, in welcher die Abgasklappe 10 den Strömungsquerschnitt am wenigstens verengt, liegt bei einer Verschwenkung der Abgasklappe 10 aus der in der Fig. 1 gezeigten Schließstellung heraus um einen Schwenkwinkel von 90° vor. Vorteilhafter Weise ist die Abgasklappe 10 zwischen den Offenstellungen und der Schließstellung kontinuierlich verstellbar, wodurch unterschiedliche Aufstauverhalten darstellbar sind.

Zur Vermeidung eines Verschwenkens der Abgasklappe 10 über die in der Fig. 1 gezeigten Schließstellung hinaus ist ein Anschlag 26 vorgesehen, an welchem die Abgasklappe 10 in der Schließstellung anliegt.

Bricht die Feder, so existiert keine Verbindung mehr zwischen der Verstellwelle 2 und dem elektrischen Antrieb. Die Abgasklappe 10 kann sich dann unkontrolliert bewegen und gegebenenfalls infolge einer Druckbeaufschlagung der Abgasklappe 10 durch das Abgas in die in der Fig. 1 gezeigte Schließstellung verstellt werden. Dies führt zu einem unerwünscht hohen Abgasgegendruck, was zu einem Ausfall der

Verbrennungskraftmaschine führt, da diese abgewürgt wird.

Um diesen Ausfall der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, kann die Abgasklappe 10 asymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse des Strömungsquerschnitts gelagert werden. Dies führt dann zu voneinander unterschiedlichen Hebelverhältnissen für eine Kraft infolge der Druckbeaufschlagung des Abgases auf Flügelseiten 28 und 30 der Abgasklappe 10 bezüglich der Schwenkachse 20. Diese unterschiedlichen

Hebelverhältnisse führen wiederum zu unterschiedlichen Drehmomenten um die

Drehachse 20, wodurch die Abgasklappe 10 infolge der Druckbeaufschlagung durch das Abgas in eine den Strömungsquerschnitt zumindest teilweise freigebende Offenstellung verstellbar ist.

Eine weitere Möglichkeit, die Verstellung der Abgasklappe 10 in eine Offenstellung bei Versagen der Feder zu bewirken ist, Durchtrittsöffnungen 32 vorzusehen, was gemäß Fig. 2 dargestellt ist. Die Abgasklappe 10 weist nun die Durchtrittsöffnung 32 auf, welche lediglich in der Flügelseite 30 der Abgasklappe 10 ausgebildet sind. Dadurch ist die Abgasklappe 10 bezüglich der Schwenkachse 20 asymmetrisch ausgebildet. Die

Flügelseite 28 der Abgasklappe 10 weist somit eine größere Fläche auf, als die

Flügelseite 30, da das Abgas durch die Durchtrittsöffnung 32 hindurchströmen kann. Daraus resultiert, dass eine auf die Flügelseite 28 wirkende Gaskraft infolge der

Druckbeaufschlagung durch das Abgas größer ist als eine auf die Flügelseite 30 wirkende Gaskraft infolge der Druckbeaufschlagung durch das Abgas. Dies wiederum führt zu unterschiedlichen Drehmomenten um die Schwenkachse 20, wodurch die Abgasklappe 10 gemäß einem Richtungspfeil 34 in eine Offenstellung verschwenkt wird und somit den Strömungsquerschnitt sowie die Abgasverrohrung freigibt.

Eine anderweitige, asymmetrische Schwenkachse 20 ausgestaltete Ausführungsform der Abgasklappe 10 ist dabei ohne Weiteres möglich und bewirkt ebenso unterschiedlichen Drehmomente infolge unterschiedlicher Gaskräfte auf die Flügelseiten 28 und 30.

Eine weitere Möglichkeit zur Darstellung unterschiedlicher Drehmomente um die

Schwenkachse 20 zum Öffnen der Abgasklappe 10 ist in der Fig. 3 dargestellt. Im Vergleich zur Abgasklappe 10 gemäß Fig. 1 weist die Abgasklappe 10 gemäß Fig. 3 nun einen Beschnitt 36 auf, wodurch die Abgasklappe 10 mit einer Außenkontur der

Abgasklappe 10 in Umfangsrichtung der Abgasklappe 10 über ihren Umfang in einem Winkelbereich von kleiner als 360° zu einer den Strömungsquerschnitt bildenden

Innenkontur des Rohrelements 18 korrespondiert.

Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Strömungsquerschnitt kreisförmig ausgebildet, wobei auch die Abgasklappe 10 in einem überwiegenden Winkelbereich kreisförmig ausgebildet ist und somit mit ihrer Außenkontur in einem überwiegenden Winkelbereich zu der Innenkontur des Rohrelements 18 korrespondiert. In einem Winkelbereich a, in welchem der Beschnitt 36 ausgebildet ist, korrespondiert die Abgasklappe 10 mit ihrer Außenkontur nicht zu der Innenkontur des Rohrelements 18 und bildet mit dem

Rohrelement 18 einen Spalt, welcher von dem Abgas zu durchströmen ist. Wie schon bei der Abgasklappe 10 gemäß Fig. 2 ist nun die Fläche der Flügelseite 28 größer als die Fläche der Flügelseite 30, woraus eine höhere Gaskraft resultiert, die auf die Flügelseite 28 wirkt als die Gaskraft, die auf die Flügelseite 30 wirkt. Dies führt wiederum zu unterschiedlichen Drehmomenten, was ein Verschwenken der Abgasklappe 10 in eine Offenstellung gemäß dem Richtungspfeil 34 bewirkt.

Bei den Abgasklappen 10 gemäß den Fig. 2 und 3 ist somit eine unkontrollierte

Bewegung der Abgasklappen 10 bei Versagen der Feder vermieden. Die Abgasklappen 10 werden vielmehr definiert und gewünscht in die Offenstellung verstellt. Dies vermeidet ein zu hohes Ansteigen des Abgasgegendrucks sowie ein Abwürgen der

Verbrennungskraftmaschine, was eine hohe Funktionserfüllungssicherheit der

Verbrennungskraftmaschine bedeutet, die durch die Abgasklappe 10 ermöglicht ist.