DE102015225926A1

DE102015225926A1 - Air system for an internal combustion engine having a thermally connected to the intake duct power electronics of an electric auxiliary compressor arrangement

Info

Publication number: DE102015225926A1
Application number: DE102015225926.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Feigl; Frank Brenner; Dietmar Uhlenbrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Luftsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Zusatzverdichter-Anordnung und mit einem Ansaugkanal (2), der dazu eingerichtet ist einem Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) Luft zu zuführen, wobei die Zusatzverdichter-Anordnung • einen Zusatzverdichter (4), der dazu eingerichtet ist Luft aus dem Ansaugkanal (2) anzusaugen und verdichtete Luft wieder auszugeben, • einen elektrischen Motor (5), der den Zusatzverdichter (4) antreibt, • eine Leistungselektronik (6), die dazu eingerichtet ist den elektrischen Motor (5) zu steuern und • eine Trägerplatte (7), auf der die Leistungselektronik (6) angeordnet ist, aufweist, wobei die Trägerplatte (7) die Leistungselektronik (6) mit dem Ansaugkanal (2) thermisch verbindet, wobei der Ansaugkanal (2) als Wärmesenke dient.Air system for an internal combustion engine (1) with an auxiliary compressor arrangement and with an intake duct (2) which is adapted to supply air to a combustion chamber (3) of the internal combustion engine (1), the auxiliary compressor arrangement comprising an auxiliary compressor (4), is adapted to suck in air from the intake passage (2) and output compressed air again, • an electric motor (5), which drives the auxiliary compressor (4), • power electronics (6), which is adapted to the electric motor (5 ) and • a support plate (7), on which the power electronics (6) is arranged, wherein the carrier plate (7) the power electronics (6) with the intake passage (2) thermally connects, wherein the intake passage (2) as Heat sink is used.

Description

Stand der Technik State of the art

Die Erfindung betrifft ein Luftsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an air system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Bei heutige Brennkraftmaschinen oder Verbrennungsmotoren wird die Leistungsfähigkeit durch die Verwendung von Luftverdichtern wie beispielsweise Turbolader oder Kompressoren verbessert. Der Verdichter erhöht den Ladedruck der Luft im Brennraum, so dass es möglich wird mehr Kraftstoff für die Verbrennung einzuspritzen, wodurch sich insgesamt die Leistung der Brennkraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotors verbessert. In today's internal combustion engines or internal combustion engines, the performance is improved by the use of air compressors such as turbochargers or compressors. The compressor increases the boost pressure of the air in the combustion chamber, so that it is possible to inject more fuel for combustion, which improves the overall performance of the internal combustion engine or the internal combustion engine.

Der Turbolader wird typischerweise vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotors angetrieben und nutzt das Prinzip der Radialverdichtung zum Aufbau des Luftdrucks in zum Brennraum führenden Ansaugkanal und im Brennraum. Der Turbolader dreht sich mit bis zu 200.000 U/min. Die Leistung des Turboladers hängt dabei von der Motordrehzahl ab. The turbocharger is typically driven by the exhaust gas flow of the internal combustion engine or the internal combustion engine and uses the principle of radial compression to build up the air pressure in the intake duct leading to the combustion chamber and in the combustion chamber. The turbocharger rotates at up to 200,000 rpm. The performance of the turbocharger depends on the engine speed.

Kompressoren, wie beispielsweise Drehkolbenlader, Spirallader, Flügelzellenlader oder Kolbenladepumpe, werden in der Regel durch die Brennkraftmaschine über Ketten-, Riemen- oder Zahnradgetriebe angetrieben. Allerdings erhöht sich dadurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine. Compressors, such as rotary piston loader, spiral loader, vane loader or piston charge pump, are usually driven by the internal combustion engine via chain, belt or gear transmission. However, this increases the fuel consumption of the internal combustion engine.

Im Allgemeinen muss in einem relativ großem Luftvolumen von ca. 4 bis 10 Liter, zwischen dem Verdichter und dem Brennraum, einer höhere Luftdruck aufgebaut werden, wodurch es unabhängig des konkret verwendeten Verdichters zu relativ langen Druckaufbauzeiten kommt, die wiederum sich als lange Reaktionszeit der Brennkraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotors widerspiegelt. Insbesondere im Automotivbereich gibt es in der jüngeren Vergangenheit Bestrebungen den Druckaufbau und damit auch die Reaktionszeit mittels elektrisch betriebener Zusatzverdichter (elektrischer Zusatzverdichter) zu verbessern. Die elektrischen Zusatzverdichter werden für eine relativ kurze Zeit, insbesondere im Bereich der niedrigen Drehzahlen des Motors, betrieben und unterstützen den primären normalen Verdichter beim Aufbau des Luftdrucks. Der elektrische Zusatzverdichter kann unabhängig von der Drehzahl des Motors betrieben werden. In general, in a relatively large air volume of about 4 to 10 liters, between the compressor and the combustion chamber, a higher air pressure must be built, which is regardless of the particular compressor used relatively long pressure build-up times, in turn, as a long reaction time of the internal combustion engine or of the internal combustion engine. In the automotive industry in particular, efforts have been made in the recent past to improve the pressure build-up and thus also the reaction time by means of electrically operated auxiliary compressors (additional electric compressor). The auxiliary electric compressors are operated for a relatively short time, particularly in the range of low engine speeds, and assist the primary normal compressor in building up the air pressure. The electric auxiliary compressor can be operated independently of the speed of the engine.

Wie beim Turbolader werden als elektrische Zusatzsatzverdichter häufig Radialverdichter verwendet. Prinzipbedingt muss der Radialverdichter bei 80–100% seiner maximal, möglichen Drehzahl betrieben werden, damit der gewünschte Luftdruck aufbaut wird. Für den Betrieb eines elektrisch angetriebenen Radialverdichter wird typischerweise eine Leistung von 2–7kW benötigt. Bei einem Betrieb des Radialverdichters mit einer Leistung ab 3kW ist die Unterstützung vom Radialverdichter für den Fahrer spürbar. As with the turbocharger, radial compressors are often used as electrical supplementary compressor. Due to the principle, the centrifugal compressor must be operated at 80-100% of its maximum possible speed so that the desired air pressure is built up. The operation of an electrically driven centrifugal compressor typically requires a power of 2-7kW. When operating the centrifugal compressor with a power from 3kW, the support from the centrifugal compressor for the driver is noticeable.

Alternative können auch Lader, die mit dem Prinzip der Verdrängung (Verdrängerlader) arbeiten, z.B. ein Spirallader, als Zusatzverdichter verwendet werden. Diese haben den Vorteil, dass die Fördermenge des Laders von der Drehzahl des Laders abhängt, d.h. das Drehmoment des Verdrängerladers bestimmt den aufgebauten Druck. Wenn bei einem Lastpunkt im Betrieb der Brennkraftmaschine nur eine niedrige Fördermenge an Luft benötigt wird, z.B. nur ein 1/3 der maximalen Luftfördermenge, muss der Verdrängerlader auch nur mit 1/3 seiner maximalen Drehzahl betrieben werden. Somit ist der Verdrängerlader schneller einsatzbereit und die Reaktionszeit sowie die aufzuwenden Energie sind bei einem niedrigeren Luftfördermengenbedarf geringer als bei Radialverdichtern. Des Weiteren benötigt man für den Betrieb eines elektrisch angetriebenen Verdrängerladers nur eine Leistung ca. 2,4 kW. Bei einem Betrieb des Verdrängerverdichters mit einer Leistung ab 2kW ist die Unterstützung vom Radialverdichter für den Fahrer spürbar. Alternatively, loaders that work with the principle of displacement (displacement loader), e.g. a spiral loader, to be used as an additional compressor. These have the advantage that the flow rate of the supercharger depends on the speed of the supercharger, i. The torque of the supercharger determines the built-up pressure. If at a load point in the operation of the internal combustion engine only a low flow rate of air is needed, e.g. only 1/3 of the maximum air flow, the supercharger must be operated only with 1/3 of its maximum speed. Thus, the supercharger is ready for use faster and the reaction time and the energy to be used are lower at a lower air flow requirement than in radial compressors. Furthermore, you only need a power of about 2.4 kW for the operation of an electrically driven supercharger. When operating the positive displacement compressor with a power from 2kW, the support from the radial compressor for the driver is noticeable.

Durch die Einführung neuer Komponente wie ein Zusatzverdichters zusätzlich zu einem primären Verdichter, wie Turbolader oder Kompressor, in das Luftsystem einer Brennkraftmaschine bzw. Verbrennungsmotor geben sich neue Aufgaben bzw. Herausforderungen und Fragestellungen, die es zu lösen gilt. The introduction of new components such as an additional compressor in addition to a primary compressor, such as turbocharger or compressor, in the air system of an internal combustion engine or internal combustion engine give new tasks or challenges and issues that need to be solved.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Typischerweise wird der Radialverdichter mit einem elektrischen Motor angetrieben, der bei einer Spannung von 48V oder einem 12 V mit Kondensator-System, Leistung 3–7kW. Der Verdrängerlader kann mit einer Leistung ab ca. 2kW betrieben werden, die durch ein 12V-System ohne Kondensatoren oder einem 48V-System bereitgestellt werden kann. Bei beiden Realisierungen fließen in der Leistungselektronik hohe Ströme. Auch bei guten Wirkungsgraden ist ein Leistungsverlust in Form von Wärme nicht ganz ausgeschlossen. Somit wird für die Leistungselektronik des elektrischen Motors, der den Zusatzverdichter antreibt, eine effektive Kühlung benötigt. Typically, the centrifugal compressor is powered by an electric motor running at a voltage of 48V or a 12V with capacitor system, power 3-7kW. The positive displacement charger can be operated with a power from about 2kW, which can be provided by a 12V system without capacitors or a 48V system. In both implementations, high currents flow in the power electronics. Even with good efficiencies, a loss of power in the form of heat is not completely excluded. Thus, for the power electronics of the electric motor that drives the auxiliary compressor, effective cooling is needed.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kühlung-Anordnung für eine Leistungselektronik eines elektrischen Zusatzverdichters für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved cooling arrangement for power electronics of an electric auxiliary compressor for an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird bei dem Luftsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved according to the invention in the air system of the type mentioned by the characterizing feature of claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Luftsystem eine Zusatzverdichter-Anordnung aufweist, wobei die Zusatzverdichter-Anordnung, einen Zusatzverdichter, der dazu eingerichtet ist Luft aus einem Ansaugkanal des Luftsystems anzusaugen und verdichtete Luft wieder auszugeben, einen elektrischen Motor, der den Zusatzverdichter antreibt, eine Leistungselektronik, die dazu eingerichtet ist den elektrischen Motor zu steuern und eine Trägerplatte, auf der die Leistungselektronik angeordnet ist, aufweist, wobei die Trägerplatte die Leistungselektronik mit dem Ansaugkanal thermisch verbindet, und wobei der Ansaugkanal als Wärmesenke dient. Dadurch ergeben sich die Vorteile, dass mit dem Ansaugkanal eine örtlich nahe und sehr effektive Wärmesenke für die Leistungselektronik zur Verfügung steht. Der Ansaugkanal ist als Wärmesenke sehr gut geeignet, da durch den Ansaugkanal während des Betriebs der Brennkraftmaschine permanent Frischluft strömt, die die Temperatur der Umgebungsluft von ca. –30°C bis ca. +40°C hat. Des Weiteren strömt die Frischluft mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durch den Ansaugkanal und bietet entsprechend eine hohe Wärmekapazität an. Die Leistungselektronik weist typischerweise eine maximale Betriebstemperatur von ca. +120°C auf, somit ist die Temperaturdifferenz zwischen der maximal zulässigen Betriebstemperatur der Leistungselektronik und der im Ansaugkanal strömenden Luft mindestens 80°C. Je größer die Temperaturdifferenz ist umso effektiver ist die Kühlleistung der Wärmesenke, hier der Ansaugkanal. Je besser die Kühlung der Leistungselektronik funktioniert umso kleiner kann man die Leistungselektronik ausgestalten und umso günstiger wird das Bauteil Leistungselektronik. According to the invention, the air system has an additional compressor arrangement, wherein the additional compressor arrangement, an additional compressor, which is adapted to suck air from an intake duct of the air system and to output compressed air again, an electric motor which drives the auxiliary compressor, a power electronics , which is adapted to control the electric motor and a carrier plate on which the power electronics is arranged, wherein the carrier plate thermally connects the power electronics with the intake passage, and wherein the intake passage serves as a heat sink. This results in the advantages that a locally close and very effective heat sink for the power electronics is available with the intake passage. The intake passage is very well suited as a heat sink, since fresh air flows through the intake passage during operation of the internal combustion engine, which has the temperature of the ambient air of about -30 ° C to about + 40 ° C. Furthermore, the fresh air flows at a relatively high speed through the intake passage and accordingly offers a high heat capacity. The power electronics typically have a maximum operating temperature of about + 120 ° C, so the temperature difference between the maximum allowable operating temperature of the power electronics and the air flowing in the intake air is at least 80 ° C. The greater the temperature difference, the more effective is the cooling capacity of the heat sink, here the intake duct. The better the cooling of the power electronics works, the smaller the power electronics can be configured and the cheaper the power electronics component becomes.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Further advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Vorteilhafterweise weist der Ansaugkanal einen Anbindungsbereich aufweist, bei dem die thermische Verbindung der Trägerplatte mit dem Ansaugkanal ausgebildet ist, wobei der Anbindungsbereich aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K), insbesondere mindestens 60 W/(m·K), besteht. Beispielsweise kann der Ansaugkanal Bereiche aus unterschiedlichen Material aufweisen. Ein Bereich wäre dann der Anbindungsbereich aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als andere Bereiche des Ansaugkanals. Durch die Ausbildung eines Anbindungsbereiches mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K) wird eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen der Trägerplatte und dem im Ansaugkanal als Kühlmedium dienenden Luftstrom sichergestellt. Beispielsweise ist das Material des Anbindungsbereichs ein Metall ist, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Kupfer oder eine Kupferlegierung. Advantageously, the intake channel has a connection region in which the thermal connection of the carrier plate to the intake channel is formed, the connection region being made of a material having a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K), in particular at least 60 W / (m · K) ), consists. For example, the intake duct may have areas of different material. One area would then be the connection area made of a material with a higher thermal conductivity than other areas of the intake channel. The formation of a connection region with a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K) ensures a good thermal conductivity between the carrier plate and the air flow serving as the cooling medium in the intake channel. For example, the material of the connection region is a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy.

Zusätzlich oder alternative kann die Trägerplatte aus Material einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K), insbesondere mindestens 60 W/(m·K), besteht. Dadurch wird ebenfalls die thermische Anbindung zwischen der Trägerplatte und dem Anbindungsbereich verbessert. Des Weiteren wird auch dadurch die thermische Anbindung zwischen Trägerplatte und Leistungselektronik verbessert. Die Trägerplatte kann die von der Leistungselektronik erzeugte Wärme besser ableiten. Beispielsweise ist das Material der Trägerplatte ein Metall ist, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Kupfer oder eine Kupferlegierung. Additionally or alternatively, the carrier plate made of material having a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K), in particular at least 60 W / (m · K) exists. This also improves the thermal connection between the carrier plate and the connection area. Furthermore, this also improves the thermal connection between carrier plate and power electronics. The carrier plate can better dissipate the heat generated by the power electronics. For example, the material of the carrier plate is a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy.

Durch eine stoffschlüssige Verbindung der Trägerplatte und des Anbindungsbereichs miteinander, wird die thermische Anbindung der beiden Bauteile miteinander deutlich verbessert. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels Löten oder Schweißen hergestellt werden. Beispielsweise sind die Trägerplatte und der Anbindungsbereich punktuell an einer gemeinsamen Kontaktfläche, entlang des Umfangs der gemeinsamen Kontaktfläche oder flächig über mindestens einem Teil der, vorzugsweise über die gesamte, Kontaktfläche stoffschlüssig miteinander verbunden. By a cohesive connection of the carrier plate and the connection area with each other, the thermal connection of the two components is significantly improved with each other. The cohesive connection can be produced for example by means of soldering or welding. For example, the support plate and the connection area are selectively connected to one another at a common contact surface, along the circumference of the common contact surface or over at least part of the, preferably over the entire, contact surface.

Es hat sich als vorteilhaft für einen effektiven thermischen Kontakt herausgestellt, wenn die Trägerplatte mindestens entlang 25% des Umfangs des Anbindungsbereichs an der Außenfläche des Anbindungsbereichs anliegt. Besonders vorteilhaft ist ein Anliegen entlang mindestens 50% oder sogar entlang mindestens 75% des Umfangs des Anbindungsbereichs. Durch eine möglichst große gemeinsame Kontaktfläche wird ein guter thermischer Kontakt zwischen Trägerplatte und Anschlussbereich gefördert. It has proven to be advantageous for an effective thermal contact when the carrier plate rests at least along 25% of the circumference of the connection region on the outer surface of the connection region. Particularly advantageous is a concern along at least 50% or even along at least 75% of the circumference of the connection area. By a large contact surface as possible a good thermal contact between the support plate and connection area is promoted.

Weiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Anbindungsbereich eine Länge von mindestens 100mm, vorzugsweise von mindestens 150mm, aufweist. Dadurch wird erreicht, dass der Anbindungsbereich lang genug ist, um effektive Wärme an die durch den Anbindungsbereich strömende Luft abzugeben. Furthermore, it has proved to be advantageous that the connection region has a length of at least 100 mm, preferably of at least 150 mm. This achieves that the connection area is long enough to deliver effective heat to the air flowing through the connection area.

Bei einer Ausführungsform ist der Anbindungsbereich am Ansaugkanal ausgebildet ist, d.h. der Anbindungsbereich ist ein Abschnitt des Ansaugkanals. In one embodiment, the attachment region is formed on the intake passage, i. the connection area is a section of the intake duct.

Bei einer alternativen Ausführungsform des Luftsystems ist es vorgesehen, dass der Anbindungsbereich an einem Luftsammler ausgebildet ist, wobei der Luftsammler den Zusatzverdichter mit dem Ansaugkanal fluidisch verbindet. Der Luftsammler hat eine Doppelfunktion als Luftsammler und zusätzlich auch als Anbindungsbereich. In an alternative embodiment of the air system, it is provided that the connection region is formed on an air collector, wherein the air collector fluidly connects the auxiliary compressor with the intake passage. The air collector has a dual function as an air collector and also as a connection area.

Bei allen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn der Anbindungsbereich an seinen Enden den gleichen Querschnitt wie die jeweils an den Anbindebereich angrenzende Abschnitte des Ansaugkanals hat. Dadurch wird verhindert, dass zusätzliche Reduzierstücke notwendig sind, um von einem Durchmesser auf den anderen Durchmesser zu variieren. In all embodiments, it is advantageous if the connection region has at its ends the same cross-section as the respective sections of the intake duct adjacent to the connection region. This prevents additional reducers from being necessary to vary from one diameter to the other diameter.

Die Enden des Anbindungsbereichs können einen runden oder ovalen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann der Anbindungsbereich vorteilhafterweise zwischen seinen Enden einen Abschnitt mit einem anderen Querschnitt als der Querschnitt der Enden des Anbindungsbereichs haben. Beispielsweise kann der Abschnitt zwischen den Enden des Anbindungsbereichs eine Querschnitt mit einer abgeflachten Seite oder einen geformten Querschnitt aufweist. Vorteilhafterweise liegt die Trägerplatte am Anbindungsbereich an der abgeflachten Seite an. Alternative kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Abschnitts des Anbindungsbereichs passt dem Raum zwischen dem elektrischen Antrieb und der Leistungselektronik geformt ist. The ends of the attachment region may have a round or oval or circular cross-section. In an embodiment, the connection region may advantageously have, between its ends, a section with a different cross section than the cross section of the ends of the connection region. For example, the portion between the ends of the attachment region may have a cross section with a flattened side or a shaped cross section. Advantageously, the carrier plate is located at the connection area on the flattened side. Alternatively it can be provided that the cross-section of the portion of the connection region fits the space formed between the electric drive and the power electronics.

Zusätzlich oder alternative zu den oben genannten Ausführungsformen kann es vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Trägerplatte eine Seite des Gehäuses ist. Dadurch wird eine besonders effektive thermische Verbindung und somit auch Kühlung der Leistungselektronik über die die Trägerplatte bereitgestellt. In addition or as an alternative to the above-mentioned embodiments, it can be provided that the power electronics are arranged in a housing, wherein the carrier plate is one side of the housing. As a result, a particularly effective thermal connection and thus also cooling of the power electronics is provided via the carrier plate.

Zeichnung drawing

1 zeigt ein Beispiel für ein Luftsystem mit einer Zusatzverdichter-Anordnung 1 shows an example of an air system with an additional compressor arrangement

2 zeigt die Zusatzverdichter-Anordnung 2 shows the auxiliary compressor arrangement

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Anbindungsbereichs und die Trägerplatte 3 shows an embodiment of the arrangement of the connection region and the support plate

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Anbindungsbereichs und der Trägerplatte 4 shows a further embodiment of the arrangement of the connection region and the support plate

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment

1 zeigt eine schematische, stark vereinfachte Darstellung des Luftsystems und des Abgassystems einer Brennkraftmaschine 1. Beim Luftsystem wird über einen Ansaugkanal 2 Frischluft aus der Umgebung der Brennkraftmaschine 1 angesaugt und zum Brennraum 3 geleitet. Beim Abgassystem wird über einen Abgaskanal 30 nach dem Verbrennungsprozess das Abgas aus dem Brennraum 3 wieder ausgeleitet. Das Abgassystem kann verschiedene Komponenten zur Analyse und Nachbehandlung des Abgases am oder im Abgaskanal 30 aufweisen, beispielsweise einen Katalysator oder eine Lambda-Sonde oder einen NOx-Sensor. 1 shows a schematic, highly simplified representation of the air system and the exhaust system of an internal combustion engine 1 , When air system is via an intake 2 Fresh air from the environment of the internal combustion engine 1 sucked and to the combustion chamber 3 directed. The exhaust system is via an exhaust duct 30 after the combustion process, the exhaust gas from the combustion chamber 3 discharged again. The exhaust system may include various components for analysis and aftertreatment of the exhaust gas at or in the exhaust passage 30 have, for example, a catalyst or a lambda probe or a NOx sensor.

Der Ansaugkanal 2 lässt sich in mehrere Abschnitte unterteilen bzw. besteht auch physikalisch aus mehreren Komponenten und Abschnitte. Beispielsweise können verschiedene Abschnitte unterschieden werden aufgrund von Bauteilen, die in den Abschnitten angeordnet sind oder die zwischen zwei Abschnitten angeordnet sind, wie beispielsweise ein Luftfilter 32, ein Turbolader 31, ein Luftladekühler, eine Bypassklappe 8 oder ein Zusatzverdichter 4, oder aufgrund des Materials oder der Funktion eines Abschnitts des Ansaugkanals 2, wie beispielsweise Bypass oder Luftsammler 10 oder Anbindungsbereich 21 oder Druckkanal 9. The intake channel 2 can be divided into several sections or physically consists of several components and sections. For example, various portions may be distinguished due to components disposed in the sections or disposed between two sections, such as an air filter 32 , a turbocharger 31 , an air cooler, a bypass flap 8th or an additional compressor 4 , or due to the material or function of a portion of the intake duct 2 such as bypass or air collector 10 or connection area 21 or pressure channel 9 ,

Der primäre Verdichter ist in diesem Beispiel ein Turbolader 31, der durch das Abgas im Abgaskanal 30 angetrieben wird und Luft in den Ansaugkanal 2 befördert, wodurch einen gewissen Luftdruck im Ansaugkanal 2 aufbaut wird. Das durch den primären Verdichter und den Brennraum 3 begrenzte Volumen des Ansaugkanal 2 hat typischerweise eine Größe von 4–10 Litern je nach genauer Anordnung des primären Verdichters im Ansaugkanal 2 und je nach Dimensionierung der Brennkraftmaschine 1. Durch die Erhöhung des Luftdrucks erwärmt sich die verdichtete Luft. Um die warme und verdichtete Luft wieder abzukühlen kann in der Luft-Strömungsrichtung nach dem primären Verdichter beispielsweise ein Ladeluftkühler angeordnet sein. Durch die Abkühlung der verdichteten Luft wird verhindert, dass die warme, verdichtete Luft einen zusätzlichen Wärmeeintrag in den Brennraum 3 einbringt und somit den Verbrennungsprozess negativ beeinflusst. The primary compressor is a turbocharger in this example 31 passing through the exhaust gas in the exhaust duct 30 is driven and air into the intake 2 conveyed, creating a certain air pressure in the intake passage 2 is built up. That through the primary compressor and the combustion chamber 3 limited volume of the intake duct 2 typically has a size of 4-10 liters depending on the exact location of the primary compressor in the intake port 2 and depending on the dimensions of the internal combustion engine 1 , By increasing the air pressure, the compressed air heats up. In order to cool the warm and compressed air again, for example, a charge air cooler may be arranged in the air flow direction downstream of the primary compressor. The cooling of the compressed air prevents the warm, compressed air from introducing additional heat into the combustion chamber 3 and thus adversely affects the combustion process.

Nicht gezeigt in 1 sind beispielsweise Einlassventil und Auslassventil am Brennraum 3, die den Brennraum vom Ansaugkanal 2 und vom Abgaskanal 30 trennen, oder mögliche Luftladekühler im Ansaugkanal 2. Des Weiteren ist auch nicht das Kraftstoff-System gezeigt, über das der Kraftstoff aus einen Vorratsbehälter über Einspritzventile in den Ansaugkanal 2 und/oder direkt in den Brennraum 3 eingespritzt wird und mögliche Verteilerleitungen, auch Rails genannt, zur Verteilung der Luft und/oder des Kraftstoffs an mehrere Brennräume 3. Ebenso fehlt in der Darstellung der 1 das Elektronik-System, dass die Steuerung und Regelung der Einspritzventile, der Einlass- und der Auslassventile, sowie der Drosselklappe oder Bypassklappen 8 und die Überwachung und Auswertung der von den verschiedenen Sensoren aufgenommenen Werte zur Regelung der verschiedenen Komponenten der Brennkraftmaschine 1. Not shown in 1 are for example intake valve and exhaust valve on the combustion chamber 3 separating the combustion chamber from the intake duct 2 and from the exhaust duct 30 disconnect, or possible air cooler in the intake duct 2 , Furthermore, the fuel system is not shown, via which the fuel from a reservoir via injection valves in the intake passage 2 and / or directly into the combustion chamber 3 is injected and possible distribution lines, also called rails, for the distribution of air and / or fuel to multiple combustion chambers 3 , Also missing in the presentation of 1 the electronic system that controls and regulates the injectors, the intake and exhaust valves, as well as the throttle or bypass valves 8th and the monitoring and evaluation of the values recorded by the various sensors for controlling the various components of the internal combustion engine 1 ,

In 2 ist der Ausschnitt des Luftsystems mit der Zusatzverdichter-Anordnung detaillierter dargestellt. Dabei symbolisieren die Pfeile, wie auch in den anderen Figuren, die Strömungsrichtung der Luft bzw. des Abgases. In 2 the detail of the air system with the additional compressor arrangement is shown in more detail. The arrows symbolize, as in the other figures, the flow direction of the air and the exhaust gas.

In Luft-Strömungsrichtung vor dem Brennraum 3 ist die Zusatzverdichter-Anordnung angeordnet. Die Zusatzverdichter-Anordnung umfasst einen Zusatzverdichter 4, einen elektrischen Antrieb 5, wie beispielsweise einen Elektromotor, der den Zusatzverdichter 4 antreibt, sowie eine Leistungselektronik 6, die den elektrischen Antrieb 5 aus dem Stromnetz der Brennkraftmaschine 1 mit der nötigen elektrischen Leistung versorgt. Damit die elektrische Verbindung zwischen elektrischen Antrieb 5 und Leistungselektronik 6 möglichst kurz ist, ist die Leistungselektronik 6 vorzugsweise direkt an dem elektrischen Antrieb 5 angeordnet. Als gemeinsame Kontaktfläche dient beispielsweise eine Trägerplatte 7, an der die Leistungselektronik 6 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Trägerplatte 7 wiederum an einem Gehäuse des elektrischen Antriebs 5 befestigt sein. Zusätzlich oder alternative kann die Verbindung zwischen der Leistungselektronik 6 und dem elektrischen Antrieb 5 auch über die elektrischen Leitungen ausgebildet sein. In air flow direction in front of the combustion chamber 3 the auxiliary compressor arrangement is arranged. The auxiliary compressor arrangement comprises an additional compressor 4 , an electric drive 5 , such as an electric motor, the additional compressor 4 drives, as well as power electronics 6 that the electric drive 5 from the power grid of the internal combustion engine 1 supplied with the necessary electrical power. Thus the electrical connection between electric drive 5 and power electronics 6 is as short as possible, is the power electronics 6 preferably directly to the electric drive 5 arranged. As a common contact surface is for example a carrier plate 7 at the power electronics 6 is arranged. For example, the carrier plate 7 in turn on a housing of the electric drive 5 be attached. Additionally or alternatively, the connection between the power electronics 6 and the electric drive 5 also be formed over the electrical lines.

Der Zusatzverdichter 4 ist mit dem Ansaugkanal 2 über einen als Luftsammler 10 bezeichneten Abschnitt des Ansaugkanals 2 fluidisch verbunden. Über den Luftsammler 10 kann neben dem Zusatzverdichter 4 noch ein Abschnitt des Ansaugkanals 2, in dem eine Bypassklappe 8 angeordnet ist, mit dem Ansaugkanal 2 fluidisch verbunden sein. Der Bypassklappen-Abschnitt des Ansaugkanals 2 dient dazu Luft am Zusatzverdichter 4 vorbei, ohne zusätzliche Verdichtung in Richtung des Brennraums 3 zu leiten. Der sich dem Zusatzverdichter 4 und dem Bypassklappen-Abschnitt des Ansaugkanals 2 in Luft-Strömungsrichtung anschließenden Abschnitt des Ansaugkanals 2 wird auch als Druckkanal 9 bezeichnet. The additional compressor 4 is with the intake duct 2 about as an air collector 10 designated portion of the intake passage 2 fluidly connected. About the air collector 10 can in addition to the auxiliary compressor 4 another section of the intake duct 2 in which a bypass flap 8th is arranged with the intake passage 2 be fluidly connected. The bypass flap portion of the intake passage 2 serves to air at the additional compressor 4 over, without additional compression in the direction of the combustion chamber 3 to lead. The itself the additional compressor 4 and the bypass flap portion of the intake passage 2 in the air flow direction subsequent portion of the intake passage 2 is also called a pressure channel 9 designated.

Der Zusatzverdichter 4 ist beispielsweise ein Radialverdichter oder Verdrängerlader, wie ein Spirallader. The additional compressor 4 is for example a centrifugal compressor or supercharger, such as a spiral loader.

Die Trägerplatte 7 verbindet die Leistungselektronik 6 mit dem Ansaugkanal 2. Der Abschnitt des Ansaugkanals 2 der mit der Trägerplatte 7 verbunden ist wird als Anbindungsbereich 21 bezeichnet. Der Anbindungsbereich 21 wird wie der Ansaugkanal 2 von der angesaugten Luft durchströmt und dient als Wärmesenke für die Kühlung der Leistungselektronik 5. Die Trägerplatte 7 nimmt die von der Leistungselektronik 6 erzeugte Wärme auf und leitet die Wärme zur Wärmesenke weiter. Die Trägerplatte 7 stellt eine thermische Verbindung zwischen der Leistungselektronik 6 und dem Ansaugkanal 2 bzw. dem Anbindungsbereich 21 her. The carrier plate 7 connects the power electronics 6 with the intake channel 2 , The section of the intake duct 2 the one with the carrier plate 7 is connected as a connection area 21 designated. The connection area 21 becomes like the intake duct 2 flows through the sucked air and serves as a heat sink for cooling the power electronics 5 , The carrier plate 7 takes that from the power electronics 6 generated heat and passes the heat to the heat sink on. The carrier plate 7 provides a thermal connection between the power electronics 6 and the intake channel 2 or the connection area 21 ago.

Der Ansaugkanal 2 oder zu mindestens der Anbindungsbereich 21 besteht aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K). Eine optimale thermische Verbindung kann erreicht werden, wenn die Trägerplatte 7 ebenfalls aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K) besteht. The intake channel 2 or at least the connection area 21 consists of a material with a good thermal conductivity of at least 30 W / (m · K). An optimal thermal connection can be achieved when the carrier plate 7 also consists of a material with a good thermal conductivity of at least 30 W / (m · K).

Vorteilhafterweise ist die Trägerplatte 7 mit dem Ansaugkanal 2 oder dem Anbindungsbereich 21 stoffschlüssig verbunden. Die gemeinsame Kontaktfläche zwischen der Trägerplatte 7 und dem Anbindungsbereich 21 sollte möglichst groß sein. Eine effektive Wärmeübertragung wird bereits erreicht, wenn die Trägerplatte 7 mindestens entlang 25% des Umfangs des Anbindungsbereichs anliegt. Advantageously, the carrier plate 7 with the intake channel 2 or the connection area 21 cohesively connected. The common contact surface between the carrier plate 7 and the connection area 21 should be as big as possible. An effective heat transfer is already achieved when the carrier plate 7 at least along 25% of the circumference of the connection area.

Der Anbindungsbereich 21 sollte eine Länge von mindestens 100 mm aufweisen, damit der Anbindungsbereich eine genügend große Oberfläche für den thermischen Kontakt mit der durch ihn strömenden Luft aufweist. The connection area 21 should have a length of at least 100 mm, so that the connection region has a sufficiently large surface for the thermal contact with the air flowing through it.

Der Anbindungsbereich 21 kann als Zwischenstück des Ansaugkanals 2 ausgebildet sein oder der Luftsammler 10 dient auch als Anbindungsbereich 21. The connection area 21 can as an intermediate piece of the intake duct 2 be trained or the air collector 10 also serves as a connection area 21 ,

3 zeigt ein Beispiel für die Querschnittsgestaltung des Anbindungsbereichs 21. Der Anbindungsbereich 21 hat zwei Enden 22, 23, die den gleichen Querschnitt 28 wie der Querschnitt des angrenzenden Ansaugkanals haben, in diesem Beispiel einen runden Querschnitt 28. Zwischen seinen Enden 22, 23 weist der Anbindungsbereich einen Abschnitt 24 mit einem anderen Querschnitt 27 auf (3B). Der Abschnitt 24 hat einen Querschnitt mit einer abgeflachten Seite 25. An dieser abgeflachten Seite 25 liegt die Trägerplatte 7 an und ist mit dem Anbindungsbereich stoffschlüssig verbunden. 3 shows an example of the cross-sectional configuration of the connection area 21 , The connection area 21 has two ends 22 . 23 that have the same cross section 28 as the cross-section of the adjacent intake duct, in this example a round cross-section 28 , Between his ends 22 . 23 the connection area has a section 24 with a different cross-section 27 on ( 3B ). The section 24 has a cross section with a flattened side 25 , At this flattened side 25 lies the carrier plate 7 and is materially connected to the connection area.

In den 3B) und 3C) ist der in 3A) dargestellte Anbindungsbereich geschnitten dargestellt. In 3B) ist der Schnitt quer zur Strömungsrichtung der Luft. In 3C) ist der Schnitt entlang der Strömungsrichtung. In the 3B) and 3C) is the in 3A) illustrated connection area shown cut. In 3B) is the section across the flow direction of the air. In 3C) is the section along the flow direction.

4 zeigt ein Beispiel für die Anordnung des elektrischen Antriebs 5, der Leistungselektronik 6 und des Anbindungsbereichs 21 des Ansaugkanals 2 sowie eine Ausformung des Querschnitts 27 des Anbindungsbereichs 21. Die Leistungselektronik 5 ist hier auf der Trägerplatte 7 angeordnet. Beispielsweise kann die Trägerplatte 7 in diesem Ausführungsbeispiel eine Seite des Gehäuses für die Leistungselektronik 6 sein. Die Leistungselektronik 6 und die Trägerplatte 7 sind an einer Seite des elektronischen Antriebs 5 angeordnet, wobei die Trägerplatte 7 mindestens teilweise über den Umfang des elektrischen Antriebs 5 hinausragt. 4 shows an example of the arrangement of the electric drive 5 , the power electronics 6 and the connection area 21 of the intake duct 2 and a shape of the cross section 27 of the connection area 21 , The power electronics 5 is here on the carrier plate 7 arranged. For example, the carrier plate 7 in this embodiment, a side of the housing for the power electronics 6 be. The power electronics 6 and the carrier plate 7 are on one side of the electronic drive 5 arranged, wherein the support plate 7 at least partially over the circumference of the electric drive 5 protrudes.

Der Anbindungsbereich 21 weist einen Querschnitt mit mindestens einer geraden Seite 25 auf, so dass eine möglichst große Kontaktfläche für die thermische Verbindung zwischen der Trägerplatte 7 und dem Anbindungsbereichs 21 realisierbar ist. Des Weiteren weist der Anbindungsbereich 21 eine an den Umfang des elektrischen Antriebs 5 angepasste Seite 26 auf, sodass der Zwischenraum zwischen dem elektronischen Antriebs 5 und der Trägerplatte 7 durch den Anbindungsbereich 21 gefüllt ist. Dadurch kann einerseits sehr kompakt die Kühlung für die Leistungselektronik 6 des elektrischen Zusatzverdichters 4 realisiert werden und andererseits kann der als Wärmesenke für die Leistungselektronik 6 genutzte Anbindungsbereich 21 auch als Wärmesenke für den elektrischen Antrieb 5 zu einem gewissen Teil genutzt werden. Der Querschnitt 27 des Anbindungsbereich 21 ist also in diesem Ausführungsbeispiel entsprecht dem Raum zwischen dem elektrischen Antrieb 5 und der Leistungselektronik 6 ausgeformt, d.h. der Anbindungsbereich 21 hat einen geformten Querschnitt 27. The connection area 21 has a cross section with at least one straight side 25 on, so that the largest possible contact surface for the thermal connection between the support plate 7 and the connection area 21 is feasible. Furthermore, the connection area 21 one to the periphery of the electric drive 5 customized page 26 on, so that the gap between the electronic drive 5 and the carrier plate 7 through the connection area 21 is filled. As a result, on the one hand very compact cooling for the power electronics 6 of the electric auxiliary compressor 4 be realized and on the other hand, as a heat sink for the power electronics 6 used connection area 21 also as a heat sink for the electric drive 5 be used to a certain extent. The cross section 27 of the connection area 21 So is in this embodiment corresponds to the space between the electric drive 5 and the power electronics 6 formed, ie the connection area 21 has a shaped cross section 27 ,

An seinen Enden 22, 23 hat auch in diesem Ausführungsbeispiel der Anbindungsbereich 21 die gleichen bzw. entsprecht passenden Querschnitte 28 wie die sich am Anbindungsbereich 21 anschließenden Abschnitte des Ansaugkanals 2. Bei der Ausgestaltung des genauen Querschnitts gilt ebenfalls die Maßgabe einerseits die mögliche Kühlung für die Leistungselektronik 5 zu optimieren und andererseits eine Erhöhung des Strömungswiderstands für die angesaugte Luft durch zu starke Verkleinerungen des Querschnitts zu vermeiden. At its ends 22 . 23 also has the connection area in this embodiment 21 the same or correspondingly suitable cross sections 28 like those at the connection area 21 subsequent sections of the intake duct 2 , In the design of the exact cross-section is also the proviso on the one hand, the possible cooling for the power electronics 5 on the other hand to avoid an increase in the flow resistance for the intake air by excessive reduction of the cross section.

Claims

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) with an additional compressor arrangement and with an intake channel ( 2 ), which is adapted to a combustion chamber ( 3 ) of the internal combustion engine ( 1 ), The additional compressor arrangement comprising an additional compressor ( 4 ), which is adapted to air from the intake duct ( 2 ) to suck in and return compressed air, • an electric motor ( 5 ), the additional compressor ( 4 ), • power electronics ( 6 ), which is adapted to the electric motor ( 5 ) and • a carrier plate ( 7 ), on which the power electronics ( 6 ), characterized in that the carrier plate ( 7 ) the power electronics ( 6 ) with the intake duct ( 2 ) thermally connects, wherein the intake duct ( 2 ) serves as a heat sink.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the intake duct ( 2 ) a connection area ( 21 ), in which the thermal connection of the carrier plate ( 7 ) with the intake duct ( 2 ), wherein the connection area ( 21 ) consists of a material with a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K), in particular at least 60 W / (m · K).

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the material of the connection area ( 21 ) is a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate ( 7 ) of material having a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K), in particular at least 60 W / (m · K).

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the material of the carrier plate ( 7 ) is a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate ( 7 ) and the connection area ( 21 ) of the intake duct ( 2 ) are materially interconnected, in particular soldered or welded together.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims 1-6, characterized in that the carrier plate ( 7 ) at least along 25% of the circumference of the connection area ( 21 ) bears against the outer surface of the connection area.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection area ( 21 ) has at least a length of 100 mm, in particular of 150 mm.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection area ( 21 ) at an air collector ( 22 ), the additional compressor ( 4 ) with the intake duct ( 2 ) fluidically connects, or at the intake passage ( 2 ) is trained.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection area ( 21 ) at its ends ( 22 . 23 ) the same Cross-section like the one at the connection area ( 21 ) adjacent sections of the intake duct ( 2 ) Has.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the ends ( 22 . 23 ) of the connection areas ( 21 ) have a round or oval or circular cross-section.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to claim 10 or 11, characterized in that the connection area ( 21 ) between its ends ( 22 . 23 ) a section ( 24 ) with a cross section other than the cross section of the ends ( 22 . 23 ) of the connection area ( 21 ).

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the section ( 24 ) between the ends ( 22 . 23 ) of the connection area ( 21 ) a cross section ( 27 ) with a flattened side ( 25 ) or a shaped cross-section.

Air system for an internal combustion engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the power electronics ( 6 ) in a housing ( 16 ) is arranged, wherein the carrier plate ( 21 ) one side of the housing ( 16 ).