DE102018221873A1 - Charger for an air intake system of an internal combustion engine - Google Patents

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Hans-Peter Schmalzl
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung für ein Zuluftsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter.Die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter in das Luftfiltergehäuse eines Luftfilters des Zuluftsystems integriert ist.The charging device according to the invention is characterized in that the electrically driven compressor is integrated into the air filter housing of an air filter of the supply air system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung für ein Zuluftsystem einer Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter.The invention relates to a charging device for a supply air system of an internal combustion engine with an electrically driven compressor.

Ein gattungsgemäßer elektrisch angetriebener Verdichter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist aus der DE 10 2015 214 788 A1 grundlegend bekannt. Bei diesem Aufbau ist der Verdichter einstufig ausgebildet. Die Ansaugluft strömt dem Verdichterrad parallel zu seiner Drehachse zu und wird in dem Verdichterrad entsprechend verdichtet und abgegeben. Auf der der Zuluftseite gegenüberliegenden Seite ist ein Elektromotor angeordnet.A generic electrically driven compressor, in particular for a motor vehicle, is from the DE 10 2015 214 788 A1 fundamentally known. With this construction, the compressor is designed in one stage. The intake air flows to the compressor wheel parallel to its axis of rotation and is compressed and discharged accordingly in the compressor wheel. An electric motor is arranged on the side opposite the supply air side.

Der Einsatz derartiger elektrischer Verdichter in Zuluftsystemen für eine Brennkraftmaschine ist dabei allgemein bekannt. Insbesondere bei kleinen Brennkraftmaschinen und dementsprechend typischerweise kleinen Kraftfahrzeugen, welche durch diese Brennkraftmaschinen angetrieben werden, erhöht ein solcher elektrischer Verdichter den Bedarf an Bauraum und die Anzahl an benötigten Bauteilen, was hinsichtlich der Konzeption, des Aufbaus und der Montage als Nachteil zu sehen ist.The use of such electrical compressors in supply air systems for an internal combustion engine is generally known. In particular in the case of small internal combustion engines and accordingly typically small motor vehicles which are driven by these internal combustion engines, such an electrical compressor increases the space requirement and the number of components required, which is to be seen as a disadvantage with regard to the design, the construction and the assembly.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Aufladevorrichtung für ein Zuluftsystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet und einen einfachen und kompakten Aufbau ermöglicht.The object of the present invention is to create a charging device for an air supply system of an internal combustion engine which avoids these disadvantages and enables a simple and compact structure.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Aufladevorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a charging device with the features in claim 1. Advantageous refinements and developments result from the dependent claims dependent thereon.

Bei der Aufladevorrichtung gemäß der Erfindung ist es so, dass der elektrische Verdichter in ein Luftfiltergehäuse des Zuluftsystems integriert ist. Eine solche Integration in das Luftfiltergehäuse ist besonders platzsparend, da hier räumliche Synergien genutzt werden können. Außerdem ist es so, dass die Anzahl an Bauteilen und insbesondere die Anzahl an Schnittstellen in dem Zuluftsystem durch die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung verringert wird, was bezüglich der Montage ein entscheidender Vorteil ist. Hierdurch lassen sich Kosten einsparen und die Gefahr einer fehlerhaften Montage beziehungsweise einer durch eine fehlerhafte Montage verursachten Undichtheit des Zuluftsystems kann reduziert werden.The charging device according to the invention is such that the electrical compressor is integrated in an air filter housing of the supply air system. Such an integration into the air filter housing is particularly space-saving since spatial synergies can be used here. It is also the case that the number of components and in particular the number of interfaces in the supply air system is reduced by the charging device according to the invention, which is a decisive advantage with regard to assembly. In this way, costs can be saved and the risk of incorrect installation or a leakage of the supply air system caused by incorrect installation can be reduced.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist es dabei vorgesehen, dass auch der elektrische Antriebsmotor des Verdichters mit in das Luftfiltergehäuse des Zuluftsystems integriert ist. Dies verringert den Aufwand nochmals weiter. Insbesondere kann das Luftfiltergehäuse mit integriertem Verdichter und elektrischem Motor als ein Bauteil einfach und effizient zugeliefert werden. Es muss dann lediglich hinsichtlich des Anschlusses für die verdichtete Luft sowie gegebenenfalls für die Zuluft angeschlossen und elektrisch beispielsweise durch einen Stecker kontaktiert werden.According to a very advantageous development of the idea, the electric drive motor of the compressor is also integrated into the air filter housing of the supply air system. This further reduces the effort. In particular, the air filter housing with an integrated compressor and an electric motor can be supplied as a component simply and efficiently. It then only has to be connected with regard to the connection for the compressed air and, if appropriate, for the supply air, and electrical contact, for example by a plug.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Idee sieht es dabei vor, dass das Luftfiltergehäuse das Gehäuse des einzigen Luftfilters des Zuluftsystems ist. Insbesondere bei einem solchen Aufbau, bei dem nur ein Luftfilter vorhanden ist und sein Gehäuse zumindest den Verdichter, bevorzugt den Verdichter und den elektrischen Antriebsmotor, integriert aufweist, kommen die oben bereits genannten Vorteile besonders gut zur Geltung.Another very advantageous embodiment of the idea provides that the air filter housing is the housing of the only air filter of the supply air system. In particular in the case of such a construction in which only one air filter is present and its housing has at least the compressor, preferably the compressor and the electric drive motor, integrated, the advantages already mentioned above come into play particularly well.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung sieht es ferner vor, dass die Ansaugluft nach dem Durchströmen wenigstens eines Filterelements entlang des fluchtend zur Drehachse eines Verdichterrads angeordneten Elektromotors in den Verdichter strömt. Diese besonders günstige Ausgestaltung der Idee sieht es also vor, dass der Elektromotor fluchtend und insbesondere direkt verbunden mit der Drehachse eines Verdichterrads des Verdichters angeordnet ist. Das Verdichterrad des Verdichters wird also von dem Elektromotor direkt und ohne zwischengeschaltetes Getriebe angetrieben. Die Ansaugluft strömt über das wenigstens eine Filterelement und dann entlang des Elektromotors und parallel zur Drehachse des Verdichterrads diesem zu. Die bereits in dem Filterelement gereinigte Ansaugluft übernimmt so die Kühlung des Elektromotors, welcher direkt an seinem Gehäuse oder mittelbar, wenn ein entsprechendes Halteelement zwischen dem Motorgehäuse und der strömenden Zuluft angeordnet ist, umströmt wird. Der Aufbau ermöglicht so neben der sehr vorteilhaften Kühlung des Elektromotors durch die angesaugte Luft ferner eine außerordentlich kompakte Konstruktion durch die Anordnung des Elektromotors auf der Ansaugseite des Verdichters und insbesondere durch die Platzierung des Elektromotors im Inneren des Ansaugtrichters.Another very advantageous embodiment of the charging device according to the invention further provides that the intake air flows into the compressor after flowing through at least one filter element along the electric motor arranged in alignment with the axis of rotation of a compressor wheel. This particularly favorable embodiment of the idea therefore provides that the electric motor is arranged in alignment and in particular directly connected to the axis of rotation of a compressor wheel of the compressor. The compressor wheel of the compressor is thus driven directly by the electric motor and without an intermediate gear. The intake air flows through the at least one filter element and then along the electric motor and parallel to the axis of rotation of the compressor wheel. The intake air already cleaned in the filter element thus takes over the cooling of the electric motor, which flows directly around its housing or indirectly, if a corresponding holding element is arranged between the motor housing and the flowing supply air. In addition to the very advantageous cooling of the electric motor by the sucked-in air, the construction also enables an extremely compact construction by the arrangement of the electric motor on the suction side of the compressor and in particular by the placement of the electric motor in the interior of the suction funnel.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist es ferner vorgesehen, dass ein spiralförmiger Diffusor über einen Spalt mit dem Verdichterrad verbunden ist, wobei sich der Diffusor vom Spalt aus in die dem Verdichterrad abgewandte axiale Richtung erstreckt. Er befindet sich also, anders als ansonsten üblich nicht radial außerhalb des Verdichterrads sondern ist quasi an dem Spalt gespiegelt. Insbesondere dann, wenn der Elektromotor in dem Luftfilter angeordnet ist, ergibt sich so die Möglichkeit, die verdichtete Luft somit sehr effizient am Filtergehäuse außen abzuführen.According to a favorable embodiment, it is further provided that a spiral diffuser is connected to the compressor wheel via a gap, the diffuser extending from the gap in the axial direction facing away from the compressor wheel. In contrast to what is otherwise customary, it is therefore not located radially outside the compressor wheel, but is, as it were, mirrored at the gap. In particular, if the electric motor is arranged in the air filter, this results in the possibility of discharging the compressed air very efficiently on the outside of the filter housing.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei ferner vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung nach dem Verdichter ein Sammelvolumen für die verdichtete Luft angeordnet ist. Ein solches Sammelvolumen für die verdichtete Luft hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da eventuelle Druckschwankungen oder Volumenpulsationen in diesem Sammelvolumen beruhigt werden, bevor dieses in dem Zuluftsystem weiter zu der Brennkraftmaschine strömt. Insbesondere können auch durch die Brennkraftmaschine verursachte Pulsationen, welche sich betriebsbedingt durch den Aufbau der Brennkraftmaschine als Kolbenmaschine ergeben, über ein solches Sammelvolumen ausgeglichen werden, sodass der Aufbau außerordentlich einfach und dabei hinsichtlich der Strömungstechnik ideal arbeitet. Durch die Integration des Sammelvolumens in das Luftfiltergehäuse, in welchem auch der Verdichter und vorzugsweise der Elektromotor mit angeordnet sind, kann der gesamte Aufbau als ein einziges Bauteil effizient in das Zuluftsystem integriert werden. According to a very advantageous development of the idea, it can further be provided that a collection volume for the compressed air is arranged downstream of the compressor. Such a collection volume for the compressed air has proven to be particularly advantageous since any pressure fluctuations or volume pulsations in this collection volume are calmed down before it flows further to the internal combustion engine in the supply air system. In particular, pulsations caused by the internal combustion engine, which result from the construction of the internal combustion engine as a piston engine due to operation, can be compensated for by means of such a collection volume, so that the construction is extremely simple and, in terms of flow technology, works ideally. By integrating the collection volume into the air filter housing, in which the compressor and preferably the electric motor are also arranged, the entire structure can be efficiently integrated into the supply air system as a single component.

Das Luftfiltergehäuse kann gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehen, um so einen möglichst leichten Aufbau zu gewährleisten, welcher auch hohen Temperaturen problemlos standhält.According to a further very favorable embodiment, the air filter housing can consist at least partially, preferably completely, of a light metal material, in order to ensure the lightest possible construction which can withstand high temperatures without any problems.

Als Alternative hat sich in der Praxis auch ein Aufbau bewährt, bei dem das Luftfiltergehäuse zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Polymerwerkstoff hergestellt ist. Ein solcher Polymerwerkstoff, welcher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung faserverstärkt ausgebildet sein kann, kann einen sehr einfachen und verschleißfreien Aufbau des Luftfiltergehäuses mit den integrierten Bauteilen des Verdichtergehäuses und gegebenenfalls auch des Verdichterrads selbst realisieren. Der Aufbau von Verdichtergehäuse und Verdichterrad aus Polymerwerkstoffen ist dabei grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung des Luftfiltergehäuses ist er jedoch von besonderem Vorteil, da dann, ohne dass verschiedene Materialien in dem Gehäuse eingesetzt werden müssen, ein sehr leichter und gut funktionierender Aufbau erzielt werden kann, welcher außerdem aufgrund der gleichartigen Materialien innerhalb der Baugruppe des Luftfiltergehäuses mit dem integrierten Verdichter auch hinsichtlich eines Recyclings außerordentlich einfach ist.As an alternative, a construction has proven itself in practice in which the air filter housing is at least partially, preferably completely, made of a polymer material. Such a polymer material, which according to an advantageous further development can be fiber-reinforced, can implement a very simple and wear-free construction of the air filter housing with the integrated components of the compressor housing and, if appropriate, also of the compressor wheel itself. The construction of the compressor housing and compressor wheel from polymer materials is fundamentally known from the prior art. In connection with the design of the air filter housing, however, it is of particular advantage since, without the need to use different materials in the housing, a very light and well-functioning construction can be achieved, which also due to the similar materials within the assembly of the air filter housing with the integrated compressor is also extremely easy with regard to recycling.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Idee sieht es ferner vor, dass der Einlass in das Luftfiltergehäuse quer zur Drehachse und insbesondere tangential zum Außenumfang des Luftfiltergehäuses angeordnet ist. Das Filterelement kann vorzugsweise koaxial zur Drehachse in dem Gehäuse angeordnet sein, sodass die angesaugte Luft von außen nach innen das Filterelement entsprechend durchströmt und dann, gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Weiterbildung der Idee, entlang des elektrischen Antriebsmotors vom Verdichterrad angesaugt wird.Another very advantageous embodiment of the idea also provides that the inlet into the air filter housing is arranged transversely to the axis of rotation and in particular tangentially to the outer circumference of the air filter housing. The filter element can preferably be arranged coaxially to the axis of rotation in the housing, so that the sucked-in air flows through the filter element accordingly from the outside and then, according to the preferred development of the idea described above, is sucked in along the electric drive motor by the compressor wheel.

Die Aufladevorrichtung kann dabei prinzipiell mehrstufig realisiert sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee soll sie jedoch einstufig realisiert werden, um einen möglichst einfachen, kostengünstigen und kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung zu realisieren.The charging device can in principle be implemented in several stages. According to an advantageous development of the idea, however, it should be implemented in one stage in order to implement the charging device according to the invention as simple, inexpensive and compact as possible.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung hiervon sieht es vor, dass das Sammelvolumen beziehungsweise Puffervolumen für die verdichtete Luft hinsichtlich des Volumeninhalts in etwa 2 bis 8 mal dem Hubvolumen der mit der Aufladevorrichtung in dieser Ausgestaltung versorgten Brennkraftmaschine entspricht. Insbesondere ein Puffervolumen in der angesprochenen Größenordnung hat sich in Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen, um eine ideale Gasdynamik, insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit wenigen, besonders bevorzugt nur einem Zylinder, im Motorbetrieb zu gewährleisten.Another very favorable embodiment of this provides that the volume of the collection or buffer volume for the compressed air corresponds in volume to approximately 2 to 8 times the stroke volume of the internal combustion engine supplied with the charging device in this embodiment. In particular, a buffer volume in the order of magnitude mentioned has proven to be particularly advantageous in tests in order to ensure ideal gas dynamics, especially in internal combustion engines with few, particularly preferably only one, cylinder during engine operation.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Aufladevorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren schematisch näher dargestellt sind.Further advantageous refinements of the charging device according to the invention also result from the exemplary embodiments, which are shown schematically below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Skizze einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung;
  • 2 einen Schnitt durch eine realisierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung in einer ersten Ausführungsvariante;
  • 3 einen Schnitt durch eine realisierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante ohne den elektrischen Antriebsmotor;
  • 4 einen um 90° gedrehten Schnitt durch die Ausführungsform Aufladevorrichtung gemäß 3; und
  • 5 einen schematischen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung.
Show:
  • 1 a schematic sketch of an internal combustion engine with a supercharging device according to the invention;
  • 2 a section through a realized embodiment of a charging device according to the invention in a first embodiment;
  • 3 a section through a realized embodiment of a charging device according to the invention in a second embodiment without the electric drive motor;
  • 4 a section rotated by 90 ° through the embodiment charging device according to 3 ; and
  • 5 a schematic section through an alternative embodiment of the charging device according to the invention.

In der Darstellung der Figur ist sehr stark schematisiert eine Brennkraftmaschine 1, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit drei Zylindern 2, schematisch angedeutet. Ein in seiner Gesamtheit mit 3 bezeichnetes Zuluftsystem sorgt dafür, dass frische Luft zu den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 gelangt. Hierfür sind entsprechende Verteilkanäle und dergleichen vorhanden, wie dies aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist. Auf Einlassventile, auf Ventile für eine Abgasrückführung und dergleichen wird in der Darstellung bewusst verzichtet. All dies ist dem Fachmann bekannt und muss daher nicht weiter erläutert werden. Es kann bei dem hier beschriebenen Aufbau bei Bedarf selbstverständlich vorhanden sein und eingesetzt werden.An internal combustion engine is very highly schematized in the illustration of the figure 1 , In the embodiment shown here with three cylinders 2 , indicated schematically. A supply air system, designated as a whole by 3, ensures that fresh air is supplied to the cylinders 2 the internal combustion engine 1 arrives. There are corresponding distribution channels for this and the like as known from the general state of the art. Inlet valves, valves for exhaust gas recirculation and the like are deliberately omitted in the illustration. All of this is known to the person skilled in the art and therefore need not be explained further. In the construction described here, it can of course be present and used if necessary.

In dem Zuluftsystem 3 befindet sich eine mit 4 bezeichnete Aufladevorrichtung, welche im Wesentlichen einen Luftfilter 5 sowie einen elektrischen Verdichter 6 umfasst, welcher wiederum einen elektrischen Antriebsmotor 7 und einen Strömungsverdichter mit einem Verdichterrad 12 umfasst. Die Aufladevorrichtung 4 gemäß der Erfindung wird nun in verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Dabei ist ihr Einsatz nicht auf die beschriebene Brennkraftmaschine 1 mit den drei Zylindern beschränkt, sondern kann für verschiedenartige Brennkraftmaschinen 1 zum Einsatz kommen, insbesondere solche, welche in Form von Hubkolbenmaschinen mit wenigen Zylindern 2, insbesondere nur einem Zylinder 2, ausgebildet sind. Sie kann jedoch auch für andersartige Brennkraftmaschinen Anwendung finden, beispielsweise für Gasturbinen oder dergleichen.In the supply air system 3 there is a charging device, designated 4, which essentially has an air filter 5 as well as an electric compressor 6 comprises, which in turn an electric drive motor 7 and a flow compressor with a compressor wheel 12 includes. The charger 4 According to the invention, various exemplary embodiments will now be described in more detail with reference to the following figures. Their use is not on the internal combustion engine described 1 limited with the three cylinders, but can be used for different types of internal combustion engines 1 are used, especially those which are in the form of reciprocating piston machines with a few cylinders 2 , especially only one cylinder 2 , are trained. However, it can also be used for other types of internal combustion engines, for example for gas turbines or the like.

In der Darstellung der 2 ist die Aufladevorrichtung 4 in einer ersten Ausführungsform mit hoher Detaillierung gezeigt. Den Kern bildet ein Luftfiltergehäuse 9 des Luftfilters 5, in welches die gesamte Aufladevorrichtung 4 entsprechend integriert ist. Die Luft wird in das Luftfiltergehäuse 9 am äußeren Umfang, wie es beispielsweise in den nachfolgenden 3 und 4 noch zu erkennen sein wird, angesaugt. Sie strömt dann durch ein im Wesentlichen zylindrisches oder fächerartig gefaltetes und zu einer zylindrischen Form aufgerolltes hier mit 10 bezeichnetes Filterelement in einen mit 11 bezeichneten zentralen Bereich des Luftfilters 5 beziehungsweise des Luftfiltergehäuses 9 ein. In diesem zentralen Bereich befindet sich auch der elektrische Antriebsmotor 7, dessen rotierende Achse direkt mit der Achse des Verdichterrads 12 des elektrischen Verdichters 6 verbunden ist. Die Drehachse der elektrischen Antriebsmaschine 7 und des Verdichterrads 12 ist dabei koaxial zur Rotationsachse des Filterelements 10 angeordnet. Die durch das Filterelement 10 angesaugte Luft strömt dann entlang der Drehachse und um den elektrischen Antriebsmotor 7 herum zum Verdichterrad 12, wobei der elektrische Antriebsmotor 7 in einem vorzugsweise einteilig mit einer mit einem Verdichterradgehäuse 13 ausgebildeten Halterung 14 zum Beispiel reibschlüssig und/oder formschlüssig aufgenommen ist. Das Verdichterrad 12 selbst läuft zwischen dem Verdichterradgehäuse 13 und einem Sammelgehäuse 15, welches einen sich spiralförmig sich im Durchströmungsrichtung erweiternden Diffusor 16, über welchen die verdichtete Luft abgegeben wird, aufweist. Der sich in Strömungsrichtung erweiternde Diffusor 16 erstreckt sich dabei in das Sammelgehäuse 15. Er befindet sich also, anders als ansonsten üblich nicht radial außerhalb des Verdichterrads 12 sondern ist quasi am Spalte zwischen dem Verdichtergehäuse 13 und dem Sammelgehäuse 15 gespiegelt. Die verdichtete Luft strömt dann über eine sich direkt an den Diffusor 16 anschließende Abluftleitung 17 aus der Aufladevorrichtung mit dem in den Luftfilter 5 integrierten elektrischen Verdichter 6 ab und kann beispielsweise über einen prinzipiell bekannten Ladeluftkühler und/oder über andere Bauelemente zu dem oder den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 strömen.In the representation of the 2 is the charger 4 shown in a first embodiment with high detail. An air filter housing forms the core 9 of the air filter 5 , in which the entire charger 4 is integrated accordingly. The air is in the air filter housing 9 on the outer circumference, such as in the following 3 and 4 will still be recognizable. It then flows through a filter element which is essentially cylindrical or fan-shaped and rolled up to a cylindrical shape and is designated here by 10 in a central region of the air filter which is designated by 11 5 or the air filter housing 9 on. The electric drive motor is also located in this central area 7 , its rotating axis directly with the axis of the compressor wheel 12 of the electric compressor 6 connected is. The axis of rotation of the electric drive machine 7 and the compressor wheel 12 is coaxial to the axis of rotation of the filter element 10 arranged. The through the filter element 10 Intake air then flows along the axis of rotation and around the electric drive motor 7 around to the compressor wheel 12 , the electric drive motor 7 preferably in one piece with a compressor wheel housing 13 trained bracket 14 for example, frictionally and / or positively. The compressor wheel 12 itself runs between the compressor wheel housing 13 and a collecting housing 15 which has a diffuser which widens spirally in the direction of flow 16 , via which the compressed air is released. The widening diffuser 16 extends into the collecting housing 15 , Unlike usual, it is therefore not located radially outside the compressor wheel 12 but is almost at the gap between the compressor housing 13 and the collecting housing 15 mirrored. The compressed air then flows directly to the diffuser 16 subsequent exhaust duct 17 from the charger with the in the air filter 5 integrated electric compressor 6 and can, for example, via a charge air cooler known in principle and / or via other components to the cylinder or cylinders 2 the internal combustion engine 1 stream.

Der Aufbau ist dabei außerordentlich einfach und kompakt und kann insbesondere in das Luftfiltergehäuse 9 direkt integriert werden, wobei die vom Verdichterrad 12 angesaugte Luft den elektrischen Antriebsmotor 7 entsprechend kühlt. In der Darstellung der 2 sind außerdem in dem zentralen Bereich 11 innerhalb des Filterelements 10 eine elektrischer Leistungselektronik sowie ein Temperatursensor 19 rein beispielhaft zu erkennen. Die Leistungselektronik 18 ist über ein elektrisches Kabel 20 mit dem elektrischen Antriebsmotor 7 einerseits und mit einer geeigneten Leistungsquelle für den elektrischen Antriebsmotor 7 andererseits verbunden. Sie könnte auch in den elektrischen Antriebsmotor 7 integriert ausgeführt sein.The construction is extremely simple and compact and can be particularly in the air filter housing 9 can be integrated directly, with the compressor wheel 12 sucked air the electric drive motor 7 cools accordingly. In the representation of the 2 are also in the central area 11 inside the filter element 10 electrical power electronics and a temperature sensor 19 recognizable purely by way of example. The power electronics 18 is about an electrical cable 20 with the electric drive motor 7 on the one hand and with a suitable power source for the electric drive motor 7 on the other hand connected. You could also use the electric drive motor 7 be integrated.

In der Darstellung der 3 ist ein vergleichbarer Aufbau nochmals gezeigt. Er unterscheidet sich dadurch, dass hier die Leistungselektronik 18 und der elektrische Antriebsmotor 7 noch nicht in das Luftfiltergehäuse 9 integriert sind, sondern lediglich deren Aufnahmen zu erkennen sind. Ein weiterer entscheidender Unterschied besteht nun darin, dass die Abluftleitung 17 nicht unmittelbar zu einem Ladeluftkühler und/oder den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 führt, sondern in ein in das Luftfiltergehäuse 9 und hier konkret in das Sammelgehäuse 15 als Teil des Luftfiltergehäuses 9 integriertes Puffervolumen. Dieses Puffervolumen 21 verfügt über einen Volumeninhalt, welcher im Idealfall in etwa das 2 bis 8-fache des Hubvolumens der Brennkraftmaschine 1 beträgt. Es erlaubt so eine ideale Gasdynamik beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1. Besonders bevorzugt kann dabei eine Abströmleitung 22 aus dem Puffervolumen 21 quer, in diesem Fall in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Verdichterrads 12, liegen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich eine zentrale Achse der Abströmleitung 22 in einer Ebene senkrecht zur angesprochenen Drehachse des Verdichterrads 12.In the representation of the 3 a comparable structure is shown again. It differs in that here the power electronics 18 and the electric drive motor 7 not yet in the air filter housing 9 are integrated, but only their recordings can be recognized. Another crucial difference now is that the exhaust duct 17 not directly to an intercooler and / or the cylinders 2 the internal combustion engine 1 leads, but into one in the air filter housing 9 and here specifically in the collective housing 15 as part of the air filter housing 9 integrated buffer volume. This buffer volume 21 has a volume content which is ideally about 2 to 8 times the stroke volume of the internal combustion engine 1 is. It allows ideal gas dynamics when operating the internal combustion engine 1 , An outflow line can be particularly preferred 22 from the buffer volume 21 transversely, in this case in a plane perpendicular to the axis of rotation of the compressor wheel 12 , lie. In the exemplary embodiment shown here, there is a central axis of the outflow line 22 in a plane perpendicular to the mentioned axis of rotation of the compressor wheel 12 ,

Die Darstellung in 4 zeigt einen vergleichbaren Schnitt wie in der Darstellung der 3, wobei hier die Aufladevorrichtung 4 beziehungsweise der Luftfilter 5 um 90° gedreht ist, sodass erkennbar wird, dass jeweils mehrere der elektrischen Kabel 20 entsprechend vorhanden sind, und dass die Luft nach dem Filterelement 10 um einen großen Teil des Umfangs des elektrischen Antriebsmotors 7 herum zu dem Verdichterrad 12 strömen kann. Außerdem ist in der Darstellung der 4 eine Ansaugöffnung 23 zur Zufuhr von Luft in das Luftfiltergehäuse 9 entsprechend zu erkennen. Durch die quer zur Drehachse, insbesondere mit der Mittelachse in einer Ebene senkrecht zur Drehachse angeordnete Ansaugleitung 23 ist eine gute Verteilung der angesaugten Luft auf den gesamten Umfang des Filterelements 10 möglich, insbesondere wenn die Angesaugte Luft tangential in den beispielsweise rund ausgeführten Aufbau des Luftfiltergehäuses 9 einströmen kann und sich so auf die gesamte zur Verfügung stehende Oberfläche des Filterelements 10 gut verteilt. Falls keine Zufuhr der Ansaugluft über ein weiteres Leistungselement, beispielsweise aus dem Frontbereich des Fahrzeugs, erfolgen muss, können anstelle der wenigstens einen Ansaugleitung 23 auch über den Umfang verteilt angeordnete Ansaugöffnungen vorhanden sein, um die Luft unmittelbar aus der Umgebung des Luftfilters 5 anzusaugen.The representation in 4 shows a comparable section as in the representation of the 3 , here the charging device 4 or the air filter 5 is rotated by 90 ° so that it can be seen that each of the electrical cables 20 accordingly exist and that the air after the filter element 10 by a large part of the circumference of the electric drive motor 7 around to the compressor wheel 12 can flow. In addition, the representation of 4 an intake opening 23 to supply air to the air filter housing 9 recognized accordingly. Through the suction line arranged transversely to the axis of rotation, in particular with the central axis in a plane perpendicular to the axis of rotation 23 is a good distribution of the intake air over the entire circumference of the filter element 10 possible, especially if the air sucked in tangentially in the round construction of the air filter housing, for example 9 can flow and so on the entire available surface of the filter element 10 well distributed. If the intake air does not have to be supplied via a further power element, for example from the front area of the vehicle, instead of the at least one intake line 23 there are also suction openings distributed over the circumference in order to direct the air from the surroundings of the air filter 5 to suck.

Alle anderen Bauteile sind im Wesentlichen aus den beiden vorherigen Figuren bereits bekannt und wurden dementsprechend nicht nochmals beschrieben und/oder mit Bezugszeichen versehen.All other components are essentially already known from the two previous figures and accordingly have not been described again and / or provided with reference numerals.

Das Luftfiltergehäuse 9, welches also aus dem das eigentliche Filterelement 10 umgebenden Gehäuseteil innerhalb desselben angeordneten Verdichterradgehäuses 13 sowie dem Sammelgehäuse 15 gegebenenfalls mit darin integriertem Puffervolumen 21 besteht, kann dabei vorzugsweise ganz oder teilweise aus einem entsprechend leichten Werkstoff realisiert werden. Dies kann beispielsweise ein Leichtmetall wie Aluminium sein. Besonders bevorzugt sind zumindest einige oder vorzugsweise alle der Teile aus einem Polymerwerkstoff hergestellt. Dieser kann beispielsweise faserverstärkt ausgeführt sein, wozu geeignete Verstärkungsfasern in Form von Naturfasern, Kohlefasern, Glasfasern oder ähnlichem eingesetzt werden können. Insbesondere der Einsatz von Naturfasern oder Glasfasern reicht für die im Bereich des Luftfiltergehäuses 9 auftretenden mechanischen Belastungen typischerweise aus und garantiert eine entsprechend stabile und kostengünstige Ausführungsvariante des Aufbaus. Dabei können thermisch höher belastete Bauteile wie beispielsweise das Verdichterradgehäuse 13 auch mit entsprechenden Beschichtungen versehen sein, oder auch beispielsweise ganz oder teilweise mit metallischen Einlegeteilen hergestellt werden, was beispielsweise bei einer Spritzgussfertigung der entsprechenden Teile des Luftfiltergehäuses 9 einfach und effizient möglich istThe air filter housing 9 , which is the actual filter element 10 surrounding housing part within the same compressor wheel housing 13 as well as the collecting housing 15 if necessary with integrated buffer volume 21 consists, can preferably be made entirely or partially of a correspondingly light material. This can be a light metal such as aluminum, for example. At least some or preferably all of the parts are particularly preferably made from a polymer material. This can, for example, be fiber-reinforced, for which purpose suitable reinforcing fibers in the form of natural fibers, carbon fibers, glass fibers or the like can be used. In particular, the use of natural fibers or glass fibers is sufficient for those in the area of the air filter housing 9 occurring mechanical loads typically and guarantees a correspondingly stable and cost-effective design variant of the structure. Components with higher thermal loads, such as the compressor wheel housing, can be used 13 can also be provided with appropriate coatings, or can also be produced, for example, entirely or partially with metallic inserts, which is the case, for example, in an injection molding process for the corresponding parts of the air filter housing 9 is simple and efficient

Eine Alternative der Aufladevorrichtung 4 beziehungsweise des Luftfilters 5 ist in der Darstellung der 5 zu erkennen. Der dort beschriebene Aufbau verwendet anders als die zuvor gezeigten Aufbauten kein zylindermantelförmiges Filterelement 10, sondern ein Filterelement 10, welches hier als z.B. runder oder rechteckiger Plattenfilter ausgebildet ist. Die Leistungselektronik 18 ist hier nicht fluchtend zum elektrischen Antriebsmotor 7 sondern ebenfalls im Bereich des Verdichterradgehäuses 13 beziehungsweise an der Halterung 14 angebracht. Die Luft, welche radial oder auch axial zur Drehachse des elektrischen Antriebsmotors 7 und des Verdichterrads 12 zuströmen kann, gelangt dann über die wiederum mit 23 bezeichnete Ansaugöffnung in eine Vorkammer. Von dort strömt sie durch das als Plattenfilter ausgeführte Filterelement 10 und wird vom Verdichterrad 12 angesaugt. Dieser Aufbau kann als Alternative zu dem Aufbau mit dem zylinderförmigen Filterelement 10 gesehen werden und kann gegebenenfalls Vorteile hinsichtlich des Einbauvolumens sowie der Zugänglichkeit des Aufbaus für Wartungszwecke, wie beispielsweise einen Filterwechsel bieten.An alternative to the charger 4 or the air filter 5 is in the representation of the 5 to recognize. The structure described there, unlike the structures shown above, does not use a cylindrical jacket-shaped filter element 10 but a filter element 10 , which is designed here as a round or rectangular plate filter, for example. The power electronics 18 is not in alignment with the electric drive motor here 7 but also in the area of the compressor wheel housing 13 or on the bracket 14 appropriate. The air, which is radial or axial to the axis of rotation of the electric drive motor 7 and the compressor wheel 12 can then flow in via the in turn 23 designated suction opening in a prechamber. From there it flows through the filter element designed as a plate filter 10 and is from the compressor wheel 12 sucked. This structure can be used as an alternative to the structure with the cylindrical filter element 10 can be seen and may offer advantages with regard to the installation volume and the accessibility of the body for maintenance purposes, such as a filter change.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (14)

Aufladevorrichtung (4) für ein Zuluftsystem (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter (6), dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter (6) in das Luftfiltergehäuse (9) eines Luftfilters (5) des Zuluftsystems (3) integriert ist.Charging device (4) for an air supply system (3) of an internal combustion engine (1), with an electrically driven compressor (6), characterized in that the electrically driven compressor (6) into the air filter housing (9) of an air filter (5) of the air supply system ( 3) is integrated. Aufladevorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Antriebsmotor (7) des elektrisch angetriebenen Verdichters (6) ebenfalls in das Luftfiltergehäuse (9) integriert ist.Charger (4) after Claim 1 , characterized in that an electric drive motor (7) of the electrically driven compressor (6) is also integrated in the air filter housing (9). Aufladevorrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfiltergehäuse (9) das Gehäuse des einzigen Luftfilters (5) des Zuluftsystems (3) ist.Charger (4) after Claim 1 or 2 , characterized in that the air filter housing (9) is the housing of the only air filter (5) of the supply air system (3). Aufladevorrichtung (4) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft nach dem Durchströmen wenigstens eines Filterelements (10) entlang des fluchtend zur Drehachse eines Verdichterrads (12) angeordneten elektrischen Antriebsmotors (7) in den Verdichter (6) strömt.Charger (4) after Claim 2 or 3 , characterized in that the intake air flows into the compressor (6) after flowing through at least one filter element (10) along the electric drive motor (7) arranged in alignment with the axis of rotation of a compressor wheel (12). Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein spiralförmiger Diffusor (16) über einen Spalt mit dem Verdichterrad (12) verbunden ist, wobei sich der Diffusor (16) vom Spalt aus in die dem Verdichterrad (12) abgewandte axiale Richtung erstreckt.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that a spiral diffuser (16) is connected to the compressor wheel (12) via a gap, the diffuser (16) extending from the gap in the axial direction facing away from the compressor wheel (12). Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der verdichteten Zuluft nach dem elektrischen Verdichter (6) ein Puffervolumen (21) für die verdichtete Luft angeordnet ist.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that a buffer volume (21) for the compressed air is arranged downstream of the electrical compressor (6) in the direction of flow of the compressed supply air. Aufladevorrichtung (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffervolumen (21) in das Luftfiltergehäuse (9) integriert ausgeführt ist.Charger (4) after Claim 6 , characterized in that the buffer volume (21) is made integrated in the air filter housing (9). Aufladevorrichtung (4) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Puffervolumens (21) das 2 bis 8-fache des Hubvolumens der Brennkraftmaschine (1) beträgt.Charger (4) after Claim 6 or 7 , characterized in that the volume of the buffer volume (21) is 2 to 8 times the stroke volume of the internal combustion engine (1). Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfiltergehäuse (9) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt ist.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the air filter housing (9) is at least partially, preferably completely, made of a light metal material. Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfiltergehäuse (9) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Polymerwerkstoff hergestellt ist.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the air filter housing (9) is at least partially, preferably completely, made of a polymer material. Aufladevorrichtung (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerwerkstoff Verstärkungsfasern aufweist.Charger (4) after Claim 10 , characterized in that the polymer material has reinforcing fibers. Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass in das Luftfiltergehäuse (9) quer zur Drehachse des Verdichterrads (12) angeordnet ist.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the inlet into the air filter housing (9) is arranged transversely to the axis of rotation of the compressor wheel (12). Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Filterelement (10) koaxial zur Drehachse des Verdichterrads (12) angeordnet ist.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 12 , characterized in that the at least one filter element (10) is arranged coaxially to the axis of rotation of the compressor wheel (12). Aufladevorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Filterelement (10) als Plattenfilter ausgebildet ist.Charging device (4) according to one of the Claims 1 to 12 , characterized in that the at least one filter element (10) is designed as a plate filter.
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