DE10023412A1 - Drive arrangement for vehicle has internal combustion engine and power electronic unit arranged near air channel so unit is cooled by flowing combustion air sucked in from surroundings - Google Patents
Drive arrangement for vehicle has internal combustion engine and power electronic unit arranged near air channel so unit is cooled by flowing combustion air sucked in from surroundingsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer luftgekühlten Leistungselektronikeinheit, wobei der Verbrennungsmotor einen Luftkanal für aus der Umgebung angesaugte Verbrennungsluft aufweist.The invention relates to a drive arrangement for a vehicle with a Internal combustion engine and an air-cooled power electronics unit, the Internal combustion engine an air duct for sucked in from the environment Combustion air has.
Fahrzeuge der genannten Art sind mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet, mit dem die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Energie erzeugt wird. Das Fahrzeug weist darüber hinaus einen oder mehrere elektrische Verbraucher auf, welche über die Leistungselektronikeinheit, die in der Regel mindestens einen Umrichter umfasst, mit elektrischer Energie versorgt werden. Die elektrische Energie wird dabei aus der mit dem Verbrennungsmotor erzeugten mechanischen Energie mittels eines Generators gewonnen. Eine derartige Antriebsanordnung wird beispielsweise bei verbrennungsmotor-elektrischen Flurförderzeugen eingesetzt, deren Antriebsanordnung einen Verbrennungsmotor, einen Generator, eine Leistungselektronikeinheit mit Umrichtern und/oder einer Impulssteuerung sowie mindestens einen elektrischen Fahrantriebsmotor aufweist. Die Erfindung betrifft jedoch auch Antriebsanordnungen sogenannter Hybrid-Fahrzeuge, die z. B. einen Verbrennungsmotor und zusätzlich eine Batterie zur Versorgung der elektrischen Verbraucher über die Leistungselektronikarbeit aufweisen.Vehicles of the type mentioned are equipped with an internal combustion engine with which the energy required to operate the vehicle is generated. The vehicle also has one or more electrical consumers, which over the Power electronics unit, which usually includes at least one converter electrical energy are supplied. The electrical energy is from the the internal combustion engine generated mechanical energy by means of a generator won. Such a drive arrangement is used, for example internal combustion engine-electric industrial trucks used Drive arrangement an internal combustion engine, a generator, a Power electronics unit with converters and / or a pulse control as well has at least one electric travel drive motor. The invention relates however also drive arrangements of so-called hybrid vehicles, the z. B. one Internal combustion engine and an additional battery to supply the electrical Show consumers about power electronics work.
Da sich die Leistungselektronikeinheit während des Betriebs des Fahrzeugs stark erwärmt, ist diese häufig mit einer Kühlvorrichtung ausgerüstet, wobei luftgekühlte und wassergekühlte Anordnungen bekannt sind. Bei luftgekühlten Anordnungen ist die Leistungselektronikeinheit in der Regel mit einem mit Rippen versehenen Kühlkörper verbunden, der infolge freier oder erzwungener Konvektion mit Luft beströmt wird. Eine erzwungene Konvektion wird bei Anordnungen des Standes der Technik in der Regel mittels eines Lüfters oder Gebläses erreicht. Die sich an dem Kühlkörper befindenden Rippen müssen im Zuge von Wartungsarbeiten regelmäßig gereinigt werden, da sie durch den in der Luft enthaltenen Staub verschmutzen und dadurch die Kühlleistung der Kühlvorrichtung herabgesetzt wird.Because the power electronics unit is strong during the operation of the vehicle heated, this is often equipped with a cooling device, air-cooled and water-cooled arrangements are known. For air-cooled arrangements, that is Power electronics unit usually with a finned heat sink connected, which is flowed with air due to free or forced convection. A Forced convection is typically used in prior art arrangements achieved by means of a fan or blower. Those on the heat sink Ribs must be cleaned regularly as part of maintenance work, as they polluted by the dust contained in the air and thereby the cooling capacity the cooling device is reduced.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, die mit geringem Aufwand herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of a drive arrangement at the beginning to provide the type mentioned, which can be produced with little effort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leistungselektronikeinheit derart im Bereich des Luftkanals angeordnet ist, dass die Leistungselektronikeinheit durch die strömende Verbrennungsluft gekühlt wird. Die dem Verbrennungsmotor zugeführte Verbrennungsluft wird vor dem Eintritt in den Verbrennungsmotor zum Kühlen der Leistungselektronikeinheit verwendet. Der Luftstrom in dem Luftkanal für die Verbrennungsluft ist während des Betriebs des Verbrennungsmotors jederzeit sichergestellt. Dadurch kann auf einen Lüfter oder ein Gebläse zum Kühlen der Leistungselektronikeinheit verzichtet werden. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Anordnung der Leistungselektronik im Luftkanal für die Verbrennungsluft besteht darin, dass der Verbrennungsmotor infolge der Anwärmung der Verbrennungsluft schneller seine Betriebstemperatur erreicht und damit insbesondere im Kurzzeitbetrieb die von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen unerwünschten Abgasbestandteile reduziert werden.This object is achieved in that the Power electronics unit is arranged in the region of the air duct such that the Power electronics unit is cooled by the flowing combustion air. The Combustion air supplied to the internal combustion engine is cooled before entering the Internal combustion engine used to cool the power electronics unit. The Air flow in the air duct for the combustion air is during the operation of the Internal combustion engine ensured at all times. This can be a fan or a Blowers for cooling the power electronics unit can be dispensed with. Another advantageous aspect of the arrangement of the power electronics in the air duct for the Combustion air is that the internal combustion engine due to the warming up the combustion air reaches its operating temperature faster and thus especially in short-term operation, those emitted by the internal combustion engine unwanted exhaust gas components can be reduced.
Die Leistungselektronikeinheit ist vorzugsweise mit einem geschlossenen Luftkühler verbunden. Dies bedeutet, dass die zu der Leistungselektronikeinheit gehörenden elektronischen Bauteile nicht direkt von der Verbrennungsluft umströmt werden. Stattdessen tritt ausschließlich der Luftkühler, der einen mit Rippen versehenen Kühlkörper aufweisen kann, mit dem Luftstrom in Kontakt.The power electronics unit is preferably with a closed air cooler connected. This means that those belonging to the power electronics unit the combustion air does not flow directly around electronic components. Instead, only the air cooler, the one with fins, kicks in May have heat sinks in contact with the air flow.
Eine definierte Umströmungsgeschwindigkeit wird erreicht, wenn die Leistungselektronikeinheit und/oder der Luftkühler zumindest teilweise innerhalb des Luftkanals angeordnet sind. Ebenso möglich ist es jedoch, die Leistungselektronikeinheit und/oder den Luftkühler in dem Luftstrom außerhalb des Luftkanals, beispielsweise im Bereich einer Ansaugöffnung anzuordnen.A defined flow rate is achieved when the Power electronics unit and / or the air cooler at least partially within the Air duct are arranged. It is also possible, however, that Power electronics unit and / or the air cooler in the air flow outside the To arrange air duct, for example in the area of an intake opening.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Luftkanalkanal mit einem Luftfilter verbunden ist und die Leistungselektronikeinheit im Bereich des Luftkanals, zwischen dem Luftfilter und dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird die zur Kühlung verwendete Luft vorher durch den Luftfilter, der bei jedem Verbrennungsmotor ohnehin vorhanden ist, gereinigt. Ein Festsetzen von Staub an den Rippen des Kühlkörpers kann dadurch praktisch ausgeschlossen werden; eine regelmäßige Reinigung des Luftkühlers kann somit entfallen.Particular advantages result when the air duct with an air filter is connected and the power electronics unit in the area of the air duct, between the air filter and the internal combustion engine is arranged. With this arrangement the air used for cooling beforehand through the air filter, which in each Internal combustion engine is present anyway, cleaned. Dust sticking to the Ribs of the heat sink can be practically excluded; a Regular cleaning of the air cooler can therefore be omitted.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further advantages and details of the invention are based on the in the schematic figures illustrated embodiment explained in more detail.
Die Figur zeigt in Draufsicht einen Gabelstapler mit einer im Frontbereich angeordneten Hubvorrichtung 1 für Lasten und einem im Heckbereich angeordneten Gegengewicht 2. Zwischen zwei Vorderrädern 3 des Gabelstaplers befindet sich eine Antriebsachse 4 mit einem integrierten, elektrischen Antriebsmotor 5. Der Antriebsmotor 5 wird über eine elektrische Leitung 6 von einer Leistungselektronikeinheit 7 angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt. Die Leistungselektronikeinheit 8 wiederum ist über eine elektrische Leitung 8 mit einem Generator 9 verbunden.The figure shows a top view of a forklift truck with a lifting device 1 for loads arranged in the front area and a counterweight 2 arranged in the rear area. A drive axle 4 with an integrated electric drive motor 5 is located between two front wheels 3 of the forklift truck. The drive motor 5 is controlled via an electrical line 6 by a power electronics unit 7 and supplied with electrical energy. The power electronics unit 8 is in turn connected to a generator 9 via an electrical line 8 .
Ein Verbrennungsmotor 10, dessen Kurbelwelle den Generator 9 direkt antreibt, saugt über einen Luftfilter 11 und einen Luftkanal 12 Umgebungsluft an. Die Kühlung des Verbrennungsmotors 10 erfolgt mittels eines im Bereich des Gegengewichts 2 angeordneten Wasserkühlers 13, der mit dem Verbrennungsmotor über Kühlwasserleitungen 14 verbunden ist.An internal combustion engine 10 , the crankshaft of which drives the generator 9 directly, draws in ambient air via an air filter 11 and an air duct 12 . The internal combustion engine 10 is cooled by means of a water cooler 13 arranged in the area of the counterweight 2 , which is connected to the internal combustion engine via cooling water lines 14 .
Erfindungsgemäß ist die Leistungselektronikeinheit 7 derart im Bereich des Luftkanals 12 angeordnet, dass die Abwärme der Leistungselektronikeinheit 7 an die den Luftkanal 12 durchströmende Verbrennungsluft abgegeben wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Leistungselektronikeinheit 7 mit einem als Kühlkörper ausgebildeten Luftkühler 15 verbunden, der in das Innere des Luftkanals 12 ragt. Im Sinne der Erfindung wäre es ebenfalls möglich, die Leistungselektronikeinheit 7 vollständig innerhalb des Luftkanals 12 anzuordnen. Bei entsprechender Ausführung der Wände des Luftkanals 12 wäre es gleichermaßen möglich, die Leistungselektronikeinheit 7 und gegebenenfalls einen Luftkühler 15 vollständig außen am Luftkanal 12 anzuordnen, wenn ein ausreichender Wärmeübergang durch die Wände des Luftkanals 12 sichergestellt ist.According to the invention, the power electronics unit 7 is arranged in the area of the air duct 12 such that the waste heat from the power electronics unit 7 is released to the combustion air flowing through the air duct 12 . In the present exemplary embodiment, the power electronics unit 7 is connected to an air cooler 15 designed as a heat sink, which projects into the interior of the air duct 12 . In the sense of the invention it would also be possible to arrange the power electronics unit 7 completely within the air duct 12 . With a corresponding design of the walls of the air duct 12 , it would equally be possible to arrange the power electronics unit 7 and, if appropriate, an air cooler 15 completely outside of the air duct 12 if sufficient heat transfer through the walls of the air duct 12 is ensured.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Leistungselektronikeinheit 7 kann auf eine separate Belüftungsvorrichtung zum Kühlen der Leistungselektronikeinheit 7 verzichtet werden. Stattdessen wird der Ansaugluftstrom des Verbrennungsmotors 10 zum Kühlen ausgenutzt. Der im Luftstrom vor der Leistungselektronikeinheit 7 angeordnete Luftfilter 11 des Verbrennungsmotors verhindert ein Verschmutzen der Kühlflächen der Leistungselektronikeinheit 7, welche sonst zu einer Einschränkung der Kühlleistung führen und ein regelmäßiges Reinigen erfordern würde.The inventive arrangement of the power electronics unit 7 makes it possible to dispense with a separate ventilation device for cooling the power electronics unit 7 . Instead, the intake air flow of the internal combustion engine 10 is used for cooling. The air filter 11 of the internal combustion engine arranged in the air flow in front of the power electronics unit 7 prevents the cooling surfaces of the power electronics unit 7 from becoming dirty, which would otherwise restrict the cooling power and would require regular cleaning.
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Cited By (1)
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| DE10257283A1 (en) * | 2002-12-07 | 2004-06-24 | Mann + Hummel Gmbh | Motor vehicle bus system for connecting to sensors and actuators is mechanically directly or indirectly coupled to sensors and actuators in the air intake area of the combustion engine |
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