DE102015226104A1 - Air system for an internal combustion engine with an improved cooling power electronics of an electric auxiliary compressor assembly through the intake passage - Google Patents

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Frank Brenner
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Abstract

Luftsystem (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Zusatzverdichter-Anordnung, wobei das Luftsystem (1) • einen Ansaugkanal (2), der dazu eingerichtet ist einem Brennraum (3) Luft zu zuführen, • einen Zusatzverdichter (4), der dazu eingerichtet ist Luft aus dem Ansaugkanal (2) anzusaugen und verdichtete Luft in einen Druckkanal (9) wieder auszugeben, • einen elektrischen Motor (5), der den Zusatzverdichter (4) antreibt, • eine Leistungselektronik (6), die dazu eingerichtet ist den elektrischen Motor (5) zu steuern, • eine Trägerplatte (7), an der die Leistungselektronik (6) angeordnet ist, umfasst, wobei die Trägerplatte (7) die Leistungselektronik (6) mit dem Ansaugkanal (2) thermisch verbindet, wobei der Ansaugkanal (2) als Wärmesenke dient und der Ansaugkanal (2) einen Anbindungsbereich (21) aufweist, bei dem die thermische Verbindung der Trägerplatte (7) mit dem Ansaugkanal (2) ausgebildet ist, wobei im Anbindungsbereich (21) des Ansaugkanals (2) mindestens eine Rippe (30) im Inneren des Ansaugkanals (2) ausgebildet ist.An air system (1) for an internal combustion engine with an auxiliary compressor arrangement, wherein the air system (1) • an intake passage (2) adapted to supply air to a combustion chamber (3), • an auxiliary compressor (4) adapted thereto Aspirating air from the intake duct (2) and re-emitting compressed air into a pressure duct (9), • an electric motor (5) driving the auxiliary compressor (4), • power electronics (6) adapted to the electric motor (5) to control, • a support plate (7) on which the power electronics (6) is arranged comprises, wherein the carrier plate (7) the power electronics (6) to the intake passage (2) thermally connects, wherein the intake passage (2 ) serves as a heat sink and the intake passage (2) has a connection region (21) in which the thermal connection of the support plate (7) with the intake passage (2) is formed, wherein in the connection region (21) of the intake passage (2) at least one R ippe (30) in the interior of the intake passage (2) is formed.

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 3–5kW benötigt. 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 3-5kW.

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 seines maximalen Drehmoments 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. 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 with only 1/3 of its maximum torque. 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.

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.

Vorteil der Erfindung/ Offenbarung der Erfindung Advantage of the invention / 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 3–5kW. Der Verdrängerlader kann mit einer Leistung von ca. 2,4 kW betrieben werden, die durch ein 12V-System ohne Kondensator 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 operating at a voltage of 48V or a 12V with capacitor system, power 3-5kW. The positive displacement charger can be operated with a power of about 2.4 kW, which can be provided by a 12V system without a capacitor. 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 einen Ansaugkanal, der dazu eingerichtet ist einem Brennraum Luft zu zuführen, einen Zusatzverdichter, der dazu eingerichtet ist Luft aus dem Ansaugkanal anzusaugen und verdichtete Luft in einen Druckkanal wieder auszugeben, einen elektrischen Motor, der den Zusatzverdichter antreibt, eine Leistungselektronik, die dazu eingerichtet ist den elektrischen Motor zu steuern, eine Trägerplatte, an der die Leistungselektronik angeordnet ist, umfasst, wobei die Trägerplatte die Leistungselektronik mit dem Ansaugkanal thermisch verbindet, wobei der Ansaugkanal als Wärmesenke dient und der Ansaugkanal einen Anbindungsbereich aufweist, bei dem die thermische Verbindung der Trägerplatte mit dem Ansaugkanal ausgebildet ist, wobei im Anbindungsbereich des Ansaugkanals mindestens eine Rippe im Inneren des Ansaugkanals ausgebildet ist. 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. Durch die Ausbildung von mindestens einer Rippe im Anbindungsbereich des Ansaugkanals wird die mit der kühlenden, durch den Anbindungsbereich strömende Luft in Kontakt stehende Oberfläche des Anbindungsbereichs vergrößert und somit die effektive Kühlleistung des Anbindungsbereichs als Wärmesenke für die Leistungselektronik verbessert. Die Rippen und die Außenflächen des Anbindungsbereichs sind thermisch miteinander verbunden. According to the invention, it is provided that the air system has an intake passage which is adapted to supply air to a combustion chamber, an auxiliary compressor which is adapted to suck in air from the intake passage and compressed air into one Output pressure channel again, an electric motor that drives the auxiliary compressor, power electronics, which is adapted to control the electric motor, a support plate on which the power electronics is arranged, wherein the carrier plate thermally connects the power electronics with the intake passage, wherein the intake duct serves as a heat sink and the intake duct has a connection region in which the thermal connection of the carrier plate to the intake duct is formed, wherein at least one rib is formed in the interior of the intake duct in the connection region of the intake duct. 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. By forming at least one rib in the connection region of the intake duct, the surface of the connection region which is in contact with the cooling air flowing through the connection region is increased and thus the effective cooling capacity of the connection region as heat sink for the power electronics is improved. The ribs and the outer surfaces of the connection area are thermally connected to each other.

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

Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Rippe längs zur Strömungsrichtung der Luft angeordnet, d.h. die größere Seitenfläche der Rippe ist parallel zur Strömungsrichtung der Luft ausgerichtet, dadurch wird erreicht, dass die Rippen von der Luft gut umströmbar sind ohne den Strömungswiderstand für die Luft zu erhöhen. Advantageously, the at least one rib is arranged longitudinal to the flow direction of the air, i. the larger side surface of the rib is aligned parallel to the flow direction of the air, this ensures that the ribs are well flowed around by the air without increasing the flow resistance for the air.

Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist eine Mehrzahl von Rippen parallel zu einander angeordnet, wodurch die Kontaktfläche zwischen Anbindungsbereich und kühlender Luftströmung weiter erhöht wird. In an advantageous further development, a plurality of ribs are arranged parallel to one another, whereby the contact area between connection region and cooling air flow is further increased.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung ist eine Mehrzahl von Rippen kreuzförmig oder in einem Winkel zu einander angeordnet, wodurch die Kontaktfläche zwischen Anbindungsbereich und kühlender Luftströmung weiter erhöht wird. In a further advantageous development, a plurality of ribs are arranged in a cross shape or at an angle to one another, whereby the contact area between connection region and cooling air flow is further increased.

Vorteilhafterweise ist die eine Rippe oder die Mehrzahl von Rippen im Anbindungsbereich des Ansaugrohrs durch Verstemmen oder Schweißen oder Löten befestig sind. Wichtig ist, dass eine ausreichend gute thermische Verbindung zwischen den Rippen und der äußeren Oberfläche des Anbindungsbereichs sichergestellt ist. Advantageously, the one rib or the plurality of ribs are fastened in the connection region of the intake pipe by caulking or welding or soldering. It is important that a sufficiently good thermal connection between the ribs and the outer surface of the connection area is ensured.

Alternativ kann die mindestens eine Rippe oder die Mehrzahl von Rippen einstückig mit dem Anbindungsbereich des Ansaugrohrs ausgebildet sein, wodurch eine gute thermische Bindung sichergestellt ist. Alternatively, the at least one rib or the plurality of ribs may be integrally formed with the bonding portion of the suction pipe, thereby ensuring good thermal bonding.

Es hat sich als vorteilhaft für eine gute Kühlleistung herausgestellt, dass der Anbindungsbereich und/oder die Trägerplatte und/oder die mindestens eine Rippe aus Material einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K), insbesondere mindestens 60 W/(m·K), besteht bzw. bestehen. Beispielsweise wird als Material für den Anbindungsbereich und/oder für die Trägerplatte und/oder für die mindestens eine Rippe ein Metall, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Kupfer oder eine Kupferlegierung, verwendet. It has proved to be advantageous for a good cooling performance that the connection region and / or the support plate and / or the at least one rib of material having a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K), in particular at least 60 W / (m · K) ), exists or exists. For example, a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy, is used as material for the connection region and / or for the carrier plate and / or for the at least one rib.

Zur Bereitstellung einer ausreichend großen Kontaktfläche zwischen der Trägerplatte, die die thermische Verbindung zur Leistungselektronik bereitstellt, und dem Anbindungsbereich sowie zur Sicherstellung einem guten thermischen Kontakts zwischen den beiden Komponenten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Trägerplatte mindestens entlang des halben Umfangs des Anbindungsbereichs des Ansaugkanals an der Außenfläche des Anbindungsbereichs anliegt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich noch die Trägerplatte und der Anbindungsbereich des Ansaugkanals stoffschlüssig miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander verlötet oder verschweißt sind. In order to provide a sufficiently large contact area between the carrier plate, which provides the thermal connection to the power electronics, and the connection area and to ensure good thermal contact between the two components, it has been found to be advantageous if the carrier plate at least along half the circumference of the connection region of the suction channel abuts against the outer surface of the connection region. It is particularly advantageous if, in addition, the carrier plate and the connection region of the intake channel are materially connected to one another, in particular soldered or welded together.

Für eine ausreichend gute Kühlleistung sollte vorteilhafterweise der Anbindungsbereich mindestens eine Länge L von 50 mm und insbesondere eine maximale Länge von 200mm aufweist. Dabei hat es sich zusätzlich als vorteilhaft erwiesen, dass die mindestens eine Rippe oder die Mehrzahl von Rippen mindestens halb so lang wie die Länge L des Anbindungsbereichs sind, vorzugsweise mindestens 75% der Länge des Anbindungsbereichs haben. For a sufficiently good cooling performance, the connection region should advantageously have at least a length L of 50 mm and in particular a maximum length of 200 mm. It has additionally proven to be advantageous that the at least one rib or the plurality of ribs are at least half as long as the length L of the connection region, preferably at least 75% of the length of the connection region.

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 im Detail 2 shows the auxiliary compressor arrangement in detail

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Rippen im Anbindungsbereich 3 shows an embodiment of the arrangement of the ribs in the connection area

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Rippen im Anbindungsbereich 4 shows a second embodiment of the arrangement of the ribs in the connection area

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Rippen im Anbindungsbereich 5 shows a further embodiment of the arrangement of the ribs in the connection area

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 und/oder der Anbindungsbereich 21 und/oder die Rippen (30) bestehen 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 and / or the connection area 21 and / or the ribs ( 30 ) consist 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 50% des Umfangs des Anbindungsbereichs 21 an dessen Außenumfang 40 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 50% of the circumference of the connection area 21 on its outer circumference 40 is applied.

Der Anbindungsbereich 21 sollte eine Länge L von mindestens 50 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 L of at least 50 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 Anordnung von Rippen im Anbindungsbereich 21 im Schnitt quer zur Strömungsrichtung der Luft auf Höhe der ungefähr halben Länge des Anbindungsbereichs (3A) und im Schnitt entlang der Strömungsrichtung der Luft (3B). 3 shows an example of the arrangement of ribs in the connection area 21 in the section transversely to the flow direction of the air at the level of about half the length of the connection region ( 3A ) and in section along the flow direction of the air ( 3B ).

In diesem Ausführungsbeispiel sind im Anbindungsbereich zwei Rippen kreuzförmig zueinander im Anbindungsbereich 21 angeordnet. Die Rippen 30 erstrecken sich nur über einen Teil der Länge L des Anbindungsbereichs 21. Vorteilhafterweise haben die Rippen 30 mindestens eine Länge wie die Breite B der Trägerplatte 7. Die Rippen 30 sind in diesem Beispiel im Anbindungsbereich 21 verstemmt. Grundsätzlich können die Rippen 30 auch eingelötet oder eingeschweißt sein. Alternative können die Rippen 30 auch einstückig mit dem Abbindungsbereich 21 ausgebildet sein. In this exemplary embodiment, two ribs in the connection region are cross-shaped in relation to one another in the connection region 21 arranged. Ribs 30 extend only over part of the length L of the connection area 21 , Advantageously, the ribs have 30 at least one length as the width B of the carrier plate 7 , Ribs 30 are in the connection area in this example 21 caulked. Basically, the ribs can 30 also be soldered or welded. Alternative can be the ribs 30 also in one piece with the bonding area 21 be educated.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 nur durch die Länge der Rippen 30. Die Rippen 30 erstrecken sich hier über die gesamte Länge L des Anbindungsbereiches 21. Grundsätzlich können die Rippen 30 im Anbindungsbereich 21 verstemmt, eingelötet oder eingeschweißt sein. Alternative können die Rippen 30 auch einstückig mit dem Abbindungsbereich 21 ausgebildet sein. The embodiment according to 4 differs from the embodiment according to 3 only by the length of the ribs 30 , Ribs 30 extend here over the entire length L of the connection area 21 , Basically, the ribs can 30 in the connection area 21 caulked, soldered or welded. Alternative can be the ribs 30 also in one piece with the bonding area 21 be educated.

In 5 sind verschiedene Anordnungen von Rippen 30 im Anbindungsbereich 21 gezeigt. Die Rippen 30 können sich wie in 3 nur über eine Teillänge des Anbindungsbereichs 21 erstrecken oder über die gesamte Länge L des Anbindungsbereichs 21 erstrecken. Grundsätzlich können die Rippen 30 im Anbindungsbereich 21 verstemmt, eingelötet oder eingeschweißt sein. Alternative können die Rippen 30 auch einstückig mit dem Abbindungsbereich 21 ausgebildet sein. In 5 are different arrangements of ribs 30 in the connection area 21 shown. Ribs 30 can be like in 3 only over a partial length of the connection area 21 extend or over the entire length L of the connection area 21 extend. Basically, the ribs can 30 in the connection area 21 caulked, soldered or welded. Alternative can be the ribs 30 also in one piece with the bonding area 21 be educated.

In 5A) sind mehrere parallel zu einander angeordneten Rippen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e im Anbindungsbereich 21 dargestellt. In 5B) sind die Rippen 30a, 30b, 30c als Doppelkreuz angeordnet. In 5C) bilden die Rippen 30a, 30b, 30c, 30d miteinander ein rautenförmiges Muster. In 5D) sind die Rippen 30a, 30b, 30c zickzackförmig angeordnet. Bei der zickzackförmigen Anordnung müssen sich die Enden der Rippen 30a, 30b, 30c nicht unbedingt berühren. In 5A) are several ribs arranged parallel to each other 30a . 30b . 30c . 30d . 30e in the connection area 21 shown. In 5B) are the ribs 30a . 30b . 30c arranged as a double cross. In 5C) form the ribs 30a . 30b . 30c . 30d together a diamond-shaped pattern. In 5D) are the ribs 30a . 30b . 30c arranged in a zigzag pattern. In the zigzag arrangement, the ends of the ribs must 30a . 30b . 30c not necessarily touching.

Die in den Ausführungsbeispielen verwendete Anzahl von Rippen 30 ist nur exemplarisch. Die Ausgestaltungen können auch jeweils mit mehr oder weniger als dargestellten Rippen 30 realisiert werden. The number of ribs used in the embodiments 30 is only an example. The embodiments may also each with more or less than illustrated ribs 30 will be realized.

Claims (13)

Luftsystem (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Zusatzverdichter-Anordnung, wobei das Luftsystem (1) • einen Ansaugkanal (2), der dazu eingerichtet ist einem Brennraum (3) Luft zu zuführen, • einen Zusatzverdichter (4), der dazu eingerichtet ist Luft aus dem Ansaugkanal (2) anzusaugen und verdichtete Luft in einen Druckkanal (9) wieder auszugeben, • einen elektrischen Motor (5), der den Zusatzverdichter (4) antreibt, • eine Leistungselektronik (6), die dazu eingerichtet ist den elektrischen Motor (5) zu steuern, • eine Trägerplatte (7), an der die Leistungselektronik (6) angeordnet ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7) die Leistungselektronik (6) mit dem Ansaugkanal (2) thermisch verbindet, wobei der Ansaugkanal (2) als Wärmesenke dient und der Ansaugkanal (2) einen Anbindungsbereich (21) aufweist, bei dem die thermische Verbindung der Trägerplatte (7) mit dem Ansaugkanal (2) ausgebildet ist, wobei im Anbindungsbereich (21) des Ansaugkanals (2) mindestens eine Rippe (30) im Inneren des Ansaugkanals (2) ausgebildet ist. Air system ( 1 ) for an internal combustion engine with an additional compressor arrangement, wherein the air system ( 1 ) • an intake duct ( 2 ), which is adapted to a combustion chamber ( 3 ) To supply air, • an auxiliary compressor ( 4 ), which is adapted to air from the intake duct ( 2 ) and suck compressed air into a pressure channel ( 9 ), • an electric motor ( 5 ), the additional compressor ( 4 ), • power electronics ( 6 ), which is adapted to the electric motor ( 5 ), • a carrier plate ( 7 ), at 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 and the intake duct ( 2 ) a connection area ( 21 ), in which the thermal connection of the carrier plate ( 7 ) with the intake duct ( 2 ) is formed, wherein in the connection area ( 21 ) of the intake duct ( 2 ) at least one rib ( 30 ) inside the intake duct ( 2 ) is trained. Luftsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (30) längs zur Strömungsrichtung der Luft ausgebildet ist. Air system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one rib ( 30 ) is formed longitudinally to the flow direction of the air. Luftsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rippen (30a, b, c, d, e) parallel zu einander angeordnet sind. Air system ( 1 ) according to claim 2, characterized in that a plurality of ribs ( 30a , b, c, d, e) are arranged parallel to each other. Luftsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rippen (30a, b, c) kreuzförmig oder in einem Winkel zu einander angeordnet sind. Air system ( 1 ) according to claim 2, characterized in that a plurality of ribs ( 30a , b, c) are arranged in a cross shape or at an angle to each other. Luftsystem (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (30) oder die Mehrzahl von Rippen im Anbindungsbereich (21) des Ansaugrohrs durch Verstemmen oder Schweißen oder Löten befestig sind. Air system ( 1 ) according to claims 1 to 4, characterized in that the at least one rib ( 30 ) or the plurality of ribs in the connection area ( 21 ) of the intake pipe by caulking or welding or soldering are fastened. Luftsystem (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (30) oder die Mehrzahl von Rippen einstückig mit dem Anbindungsbereich (21) des Ansaugrohrs ausgebildet sind. Air system ( 1 ) according to claims 1 to 4, characterized in that the at least one rib ( 30 ) or the plurality of ribs integral with the connection area ( 21 ) of the intake pipe are formed. Luftsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anbindungsbereich (21) und/oder die Trägerplatte (7) und/oder die mindestens eine Rippe (30) aus Material einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 30 W/(m·K), insbesondere mindestens 60 W/(m·K), besteht. Air system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection area ( 21 ) and / or the carrier plate ( 7 ) and / or the at least one rib ( 30 ) of material having a thermal conductivity of at least 30 W / (m · K), in particular at least 60 W / (m · K). Luftsystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Anbindungsbereichs (21) und/oder das Material der Trägerplatte (7) und/oder das Material der mindestens eine Rippe (30) ein Metall ist, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Kupfer oder eine Kupferlegierung. Air system ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the material of the connection area ( 21 ) and / or the material of the carrier plate ( 7 ) and / or the material of the at least one rib ( 30 ) is a metal, in particular aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. Luftsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7) mindestens entlang des halben Umfangs des Anbindungsbereichs (21) des Ansaugkanals an der Außenfläche (40) des Anbindungsbereichs anliegt Air system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate ( 7 ) at least along half the circumference of the connection region ( 21 ) of the intake duct on the outer surface ( 40 ) of the connection area Luftsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (7) und der Anbindungsbereich (21) des Ansaugkanals stoffschlüssig miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander verlötet oder verschweißt sind. Air system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate ( 7 ) and the connection area ( 21 ) of the intake duct are materially interconnected, in particular soldered or welded together. Luftsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anbindungsbereich (21) mindestens eine Länge (L) von 50 mm und insbesondere eine maximale Länge von 200mm aufweist. Air system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection area ( 21 ) at least one length (L) of 50 mm and in particular has a maximum length of 200mm. Luftsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die mindestens eine Rippe (30) oder die Mehrzahl von Rippen mindestens halb so lang wie die Länge (L) des Anbindungsbereichs (21) sind, vorzugsweise mindestens 75% der Länge des Anbindungsbereichs haben. Air system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one rib ( 30 ) or the plurality of ribs at least half as long as the length (L) of the connection region ( 21 ), preferably at least 75% of the length of the attachment region. Luftsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (6) in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Trägerplatte (7) eine Seite des Gehäuses ist. Air system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the power electronics ( 6 ) is arranged in a housing, wherein the carrier plate ( 7 ) is one side of the housing.
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