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DE102024000438A1 - Air duct, vehicle and method for its operation - Google Patents

Air duct, vehicle and method for its operation

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Publication number
DE102024000438A1
DE102024000438A1 DE102024000438.6A DE102024000438A DE102024000438A1 DE 102024000438 A1 DE102024000438 A1 DE 102024000438A1 DE 102024000438 A DE102024000438 A DE 102024000438A DE 102024000438 A1 DE102024000438 A1 DE 102024000438A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
air
plasma actuator
vehicle
air duct
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102024000438.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Fabian Rösch
Andreas Kächele
Stefan Listl
Yannick Dietrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Priority to DE102024000438.6A priority Critical patent/DE102024000438A1/en
Publication of DE102024000438A1 publication Critical patent/DE102024000438A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00007Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021Air flow details of HVAC devices
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H2001/00078Assembling, manufacturing or layout details
    • B60H2001/00085Assembling, manufacturing or layout details of air intake
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    • B60H2001/00092Assembling, manufacturing or layout details of air deflecting or air directing means inside the device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftführungskanal (10) zur Führung einer Luftströmung (L), wobei im oder am Luftführungskanal (10) mindestens ein Plasmaaktuator (1) zur Beeinflussung der im Luftführungskanal (10) geführten Luftströmung (L) angeordnet ist, wobei der Plasmaaktuator (1) zwei durch eine dielektrische Schicht (4) getrennte Elektroden (2, 5) aufweist, die mit einer Spannungsquelle (6) zur Erzeugung einer Wechselspannung verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugfront (9) mit mindestens einem Lufteinlass (11), mindestens ein Kühlmodul (12), und mindestens einen Luftführungskanal (10) zum Führen einer Luftströmung (L) zwischen dem Lufteinlass (11) und dem Kühlmodul (12). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, wobei eine Homogenität und/oder Luftmasse einer das mindestens eine Kühlmodul (12) anströmenden Luftströmung (L) durch Ansteuerung des mindestens einen Plasmaaktuators (1) erhöht wird.The invention relates to an air duct (10) for guiding an air flow (L), wherein at least one plasma actuator (1) for influencing the air flow (L) guided in the air duct (10) is arranged in or on the air duct (10). The plasma actuator (1) has two electrodes (2, 5) separated by a dielectric layer (4) and connected to a voltage source (6) for generating an alternating voltage. The invention further relates to a vehicle comprising: a vehicle front (9) with at least one air inlet (11), at least one cooling module (12), and at least one air duct (10) for guiding an air flow (L) between the air inlet (11) and the cooling module (12). The invention further relates to a method for operating a vehicle, wherein a homogeneity and/or air mass of an air flow (L) flowing towards the at least one cooling module (12) is increased by controlling the at least one plasma actuator (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftführungskanal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zu dessen Betrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to an air duct according to the preamble of claim 1, a vehicle according to claim 6 and a method for its operation according to the preamble of claim 7.

Die Führung von Luft vom Lufteinlass zu bestimmten Zielorten in Fahrzeugen, beispielsweise zum Ladeluftkühler oder Kühlmodul, kann aufgrund von Bauraumbeschränkungen suboptimal sein und beispielsweise ungünstige Strömungsführungen oder diffusive Abschnitte mit Strömungsablösung aufweisen. Die Effizienz des Ladeluftkühlers und/oder des Kühlmoduls wird durch diese Inhomogenitäten in der Luftströmung beeinträchtigt. Während des Systemdesigns wird dies häufig dadurch kompensiert, dass das entsprechende Kühlmodul größer dimensioniert-wird, wodurch zusätzliche Herausforderungen der Gesamtfahrzeugkonstruktion, der Luftführung und des Gewichts entstehen. Ebenfalls muss bei nicht vollständiger Nutzung der in das System eintretenden Luft die Größe des Lufteinlasses entsprechend vergrößert konstruiert werden, um den notwendigen Luftmassenstrom sicherzustellen. Dies führt im Betrieb zu erhöhten Fahrwiderständen und damit einhergehend zu einem höheren Gesamtfahrzeugverbrauch.The routing of air from the air intake to specific destinations in vehicles, for example to the intercooler or cooling module, can be suboptimal due to space constraints and may, for example, exhibit unfavorable flow paths or diffusive sections with flow separation. The efficiency of the intercooler and/or cooling module is impaired by these inhomogeneities in the air flow. During system design, this is often compensated for by dimensioning the corresponding cooling module larger, which creates additional challenges for the overall vehicle design, airflow, and weight. Likewise, if the air entering the system is not fully utilized, the size of the air intake must be designed accordingly to ensure the necessary air mass flow. This leads to increased driving resistance during operation and thus to higher overall vehicle consumption.

Zur Anströmung von Kühlmodulen im Fahrzeug wird die Luftmenge über ein regulierbares Luftleitsystem in der Fahrzeugfront bedarfsgerecht eingestellt. Aufgrund der bauraumspezifischen Umgebung kann es dabei notwendig sein, das Kühlmodul größer als theoretisch notwendig zu gestalten. Ursache kann eine Versperrung des Luftstroms aufgrund anderer Bauteile oder eine inhomogene Druckverteilung der Luft auf dem Kühlmodul sein. Durch die Vergrößerung des Kühlmoduls wird eine ausreichende Funktionalität sowie Performance des Fahrzeugs sichergestellt. Homogenisierung der Luftströmung in technischen und industriellen Anwendungen wird häufig durch zusätzliche Luftleitbleche erreicht, mit den bekannten Nachteilen: Druckverlust, zusätzliche Bauteile, keine aktive Verstellung.To direct the airflow to cooling modules in the vehicle, the air volume is adjusted as needed via an adjustable air guidance system in the front of the vehicle. Due to the specific installation space, it may be necessary to design the cooling module larger than theoretically necessary. This can be caused by other components blocking the airflow or by an inhomogeneous pressure distribution of the air on the cooling module. Enlarging the cooling module ensures sufficient functionality and performance of the vehicle. Homogenization of the airflow in technical and industrial applications is often achieved through additional air baffles, with the well-known disadvantages: pressure loss, additional components, and no active adjustment.

EP 2 321 084 A1 beschreibt ein Vortex-Generatorsystem, bestehend aus einem oder mehreren Plasma-Vortex-Generatoren (PSVGs) oder Plasma-Wedge-Vortex-Generatoren (PWVGs). Die PSVGs und PWVGs umfassen jeweils eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind. Die erste Elektrode erstreckt sich in Längsrichtung. Die PSVGs und PWVGs können auf einer Oberfläche installiert werden, die so angeordnet ist, dass sie einen Luftstrom in einer bestimmten Strömungsrichtung empfängt. Die PSVGs verfügen über eine rechteckige erste Elektrode, die frei liegt und sich zumindest etwas parallel zur erwarteten Strömungsrichtung erstreckt, während die erste Elektrode der PWVGs eine eher dreieckige Form hat. Wenn eine Wechselspannung an die erste und zweite Elektrode angelegt wird, bildet sich entlang der Kanten der ersten Elektrode ein Plasma. Das Plasma übt eine Körperkraft in Querströmungsrichtung aus, die eine Querströmungsgeschwindigkeit induziert, die in Kombination mit der Strömung zu einer Homogenisierung des Luftmassenstrom und dadurch zu einer Verringerung der Strömungsablösung innerhalb des Luftführungskanals führt. EP 2 321 084 A1 describes a vortex generator system consisting of one or more plasma vortex generators (PSVGs) or plasma wedge vortex generators (PWVGs). The PSVGs and PWVGs each comprise a first electrode and a second electrode separated by a dielectric layer. The first electrode extends longitudinally. The PSVGs and PWVGs can be installed on a surface arranged to receive airflow in a specific flow direction. The PSVGs have a rectangular first electrode that is exposed and extends at least somewhat parallel to the expected flow direction, while the first electrode of the PWVGs has a more triangular shape. When an alternating voltage is applied to the first and second electrodes, a plasma forms along the edges of the first electrode. The plasma exerts a body force in the cross-flow direction, which induces a cross-flow velocity, which in combination with the flow leads to a homogenization of the air mass flow and thus to a reduction of the flow separation within the air duct.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Luftführungskanal, ein neuartiges Fahrzeug und ein neuartiges Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben.The invention is based on the object of providing a novel air duct, a novel vehicle and a novel method for its operation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Luftführungskanal mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und durch ein Verfahren zu dessen Betrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The object is achieved according to the invention by an air duct having the features of claim 1, by a vehicle having the features of claim 6 and by a method for its operation having the features of claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Es wird ein Luftführungskanal zur Führung einer Luftströmung vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist im oder am Luftführungskanal mindestens ein Plasmaaktuator zur Beeinflussung der im Luftführungskanal geführten Luftströmung angeordnet, wobei der Plasmaaktuator zwei durch eine dielektrische Schicht getrennte Elektroden aufweist, die mit einer Spannungsquelle zur Erzeugung einer Wechselspannung verbunden sind. Die Spannungsquelle ist über eine Verkabelung mit den Elektroden verbunden und kann separat von den Elektroden und der dielektrischen Schicht angeordnet sein. In diesem Fall sind im oder am Luftführungskanal direkt jeweils nur die Elektroden und die dielektrische Schicht angeordnet.An air duct for guiding an air flow is proposed. According to the invention, at least one plasma actuator is arranged in or on the air duct for influencing the air flow guided in the air duct. The plasma actuator has two electrodes separated by a dielectric layer, which are connected to a voltage source for generating an alternating voltage. The voltage source is connected to the electrodes via cabling and can be arranged separately from the electrodes and the dielectric layer. In this case, only the electrodes and the dielectric layer are arranged directly in or on the air duct.

In einer Ausführungsform ist der Plasmaaktuator an einem Bauteil, das einen Strömungsquerschnitt der Luftströmung beeinträchtigt oder an einer Biegung des Luftführungskanals angeordnet.In one embodiment, the plasma actuator is arranged on a component that impairs a flow cross-section of the air flow or on a bend in the air duct.

In einer Ausführungsform ist der Plasmaaktuator bündig auf einer Oberfläche des Bauteils oder des Luftführungskanals angeordnet.In one embodiment, the plasma actuator is arranged flush with a surface of the component or the air duct.

In einer Ausführungsform ist die Spannungsquelle separat von den Elektroden angeordnet, wobei eine Verkabelung zur Verbindung der Elektroden mit der Spannungsquelle durch eine Oberfläche geführt ist, auf der der Plasmaaktuator oder dessen Elektroden und dielektrische Schicht angeordnet ist/sind.In one embodiment, the voltage source is arranged separately from the electrodes, wherein a wiring for connecting the electrodes to the voltage source is guided through a surface on which the plasma actuator or its electrodes and dielectric layer is/are arranged.

In einer Ausführungsform ist die Spannungsquelle zur Erzeugung von Wechselspannungen mit variabler Frequenz konfiguriert.In one embodiment, the voltage source is configured to generate alternating voltages with variable frequency.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend:

  • - eine Fahrzeugfront mit mindestens einem Lufteinlass,
  • - mindestens ein Kühlmodul, beispielsweise einen Ladeluftkühler oder einen Wärmetauscher einer Klimaanlage, und
  • - mindestens einen Luftführungskanal wie oben beschrieben zum Führen einer Luftströmung zwischen dem Lufteinlass und dem Kühlmodul.
According to one aspect of the present invention, a vehicle is proposed comprising:
  • - a vehicle front with at least one air intake,
  • - at least one cooling module, for example an intercooler or a heat exchanger of an air conditioning system, and
  • - at least one air duct as described above for guiding an air flow between the air inlet and the cooling module.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei eine Homogenität der Anströmung und/oder die Luftmenge des Luftmassenstroms auf das Kühlmodul durch Ansteuerung des mindestens einen Plasmaaktuators erhöht wird.According to one aspect of the present invention, a method for operating the vehicle is proposed, wherein a homogeneity of the inflow and/or the air quantity of the air mass flow onto the cooling module is increased by controlling the at least one plasma actuator.

In einer Ausführungsform wird der mindestens eine Plasmaaktuator in einer Fahrsituation angesteuert, in der ein erhöhter Massenstrom oder eine optimierte Verteilung auf dem Kühlmodul benötigt wird.In one embodiment, the at least one plasma actuator is controlled in a driving situation in which an increased mass flow or an optimized distribution on the cooling module is required.

In einer Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung des Plasmaaktuators abhängig von einer aktuellen Fahrsituation, einem Fahrzeugzustand, von Umgebungsrandbedingungen und/oder von einem Fahrerwunsch, insbesondere mittels mindestens eines Kennfeldes.In one embodiment, the plasma actuator is controlled depending on a current driving situation, a vehicle condition, environmental conditions and/or a driver request, in particular by means of at least one characteristic map.

In einer Ausführungsform weist das Fahrzeug Sensoren, einschließlich eines Luftmassenmessers im Strömungsquerschnitt der Fahrzeugfront und Sensoren zur Erfassung der Umgebungsrandbedingungen, auf, wobei eine dynamische Regelung des mindestens einen Plasmaaktuators erfolgt.In one embodiment, the vehicle has sensors, including an air mass meter in the flow cross-section of the front of the vehicle and sensors for detecting the ambient boundary conditions, wherein a dynamic control of the at least one plasma actuator takes place.

Durch den Plasmaaktuator kann der Luftstrom in einer solchen Weise stabilisiert werden, dass genügend Luftmasse und Luftverteilung durch das Kühlmodul, beispielsweise den Ladeluftkühler oder den Kühler, ermöglicht wird, um Funktionalität und Leistung sicherzustellen, wobei die Größe des Kühlmoduls reduziert werden oder die Leistung weiter erhöht werden kann, bis Komponenten im Antriebsstrang, wie z. B. die Batterie und/oder Antriebsaggregate beginnen, die Leistung zu verringern.The plasma actuator can stabilize the airflow in such a way that sufficient air mass and air distribution is allowed through the cooling module, such as the charge air cooler or the radiator, to ensure functionality and performance, whereby the size of the cooling module can be reduced or the performance can be further increased until components in the powertrain, such as the battery and/or drive units, begin to reduce performance.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Homogenität des Luftmassenstroms an erwünschten Orten (beispielsweise dem Ladeluftkühler oder dem Wärmetauscher des Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem) erhöht, was zu einer erhöhten Effizienz des Wärmeaustausch-Prozesses führt. Dies kann verwendet werden, um die Fahrzeugleistung und/oder die Fahrzeugeffizienz zu erhöhen. Außerdem kann die Gesamtgröße des Wärmetauschers unter Beibehaltung des Leistungsniveaus verringert werden. Mit der Möglichkeit schärferer Biegungen können Bauraumbeschränkungen während des Design-Prozesses verringert werden. Durch die bessere Ausnutzung der Einlassluft kann die Größe der Einlass-Öffnung reduziert werden, was zu einer höheren Fahrzeug-Effizienz durch Verringerung des aerodynamischen Widerstands führt. Durch die Option, den Plasmaaktuator zu aktivieren, wenn er benötigt wird, kann Energie gespart werden. Beispielsweise kann der Plasmaaktuator in Fahrsituationen, in denen kein zusätzlicher Kühlungsbedarf notwendig ist (z. B. gemäßigte Fahrweise bei gemäßigten Außentemperaturen), deaktiviert sein, wodurch kein zusätzlicher Energiebedarf notwendig ist.The inventive solution increases the homogeneity of the air mass flow at desired locations (e.g., the charge air cooler or the heat exchanger of the heating, ventilation, and air conditioning system), resulting in increased efficiency of the heat exchange process. This can be used to increase vehicle performance and/or vehicle efficiency. Furthermore, the overall size of the heat exchanger can be reduced while maintaining the same level of performance. With the possibility of sharper bends, space constraints during the design process can be reduced. By better utilizing the intake air, the size of the intake opening can be reduced, leading to higher vehicle efficiency by reducing aerodynamic drag. The option to activate the plasma actuator when needed can save energy. For example, the plasma actuator can be deactivated in driving situations where no additional cooling is required (e.g., moderate driving in moderate outside temperatures), thus eliminating the need for additional energy.

Die Notwendigkeit der Aktivierung ergibt sich aus der Fahrsituation und kann z. B. bei Fahrten unter hoher Last wie z. B. bei Steigungen, hohen Außentemperaturen oder in Umgebungen mit geringer Luftdichte/geringem Sauerstoffgehalt in der Luft wie z. B. Höhenlagen.The need for activation depends on the driving situation and can occur, for example, when driving under high load, such as on inclines, in high outside temperatures or in environments with low air density/low oxygen content in the air, such as at high altitudes.

Die Leistungserfordernis, Frequenz und/oder Spannung kann abhängig von den Randbedingungen, beispielsweise Fahrzeug-Geschwindigkeit, Luftdichte, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, der Fahrsituation und/oder der Fahrzeugeigenschaften variiert werden.The power requirement, frequency and/or voltage can be varied depending on the boundary conditions, such as vehicle speed, air density, air temperature, humidity, the driving situation and/or the vehicle characteristics.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Plasmaaktuators,
  • 2 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugfront mit einem Luftführungskanal zwischen einem Lufteinlass und einem Kühlmodul sowie mehreren im Luftführungskanal angeordneten Plasmaaktuatoren, und
  • 3 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugfront mit einem Luftführungskanal zwischen einem Lufteinlass und einem Kühlmodul sowie mehreren am Luftführungskanal angeordneten Plasmaaktuatoren.
Showing:
  • 1 a schematic view of a plasma actuator,
  • 2 a schematic view of a vehicle front with an air duct between an air inlet and a cooling module as well as several plasma actuators arranged in the air duct, and
  • 3 a schematic view of a vehicle front with an air duct between an air inlet and a cooling module as well as several plasma actuators arranged on the air duct.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.

1 ist eine schematische Ansicht eines Plasmaaktuators 1. 1 is a schematic view of a plasma actuator 1.

Der Plasmaaktuator 1 kann dazu verwendet werden, eine auf ein Kühlmodul strömende Luftmasse hinsichtlich Geschwindigkeit und Verteilung zu optimieren und Strömungsturbulenzen zu reduzieren.The plasma actuator 1 can be used to optimize the speed and distribution of an air mass flowing onto a cooling module and to reduce flow turbulence.

Der Plasmaaktuator 1 weist eine erste Elektrode 2 auf, die auf einer Oberfläche eines Bauteils 3 aufgebracht sein kann (beispielsweise durch Bedampfen, Kleben, oder als Einsatz in das Bauteil 3). Auf der ersten Elektrode 2 ist eine dielektrische Schicht 4 (beispielsweise eine Beschichtung) angeordnet. Auf der dielektrischen Schicht 4 ist eine zweite Elektrode 5 angeordnet. Beide Elektroden 2, 5 sind durch das dafür gewählte Material so gestaltet, dass möglichst geringe Ströme notwendig sind, um den Effekt zu erzeugen. Des Weiteren weist der Plasmaaktuator 1 eine Spannungsquelle 6 zur Erzeugung einer Wechselspannung und eine Verkabelung 7 zur Kontaktierung der Spannungsquelle 6 mit den Elektroden 2, 5 auf. Der Plasmaaktuator 1 erzeugt im bestromten, aktiven Zustand eine Plasmaregion 8 an der exponierten Elektrode 5 und beeinflusst eine Luftströmung L in seiner Nähe. Diese Beeinflussung kann derart erfolgen, dass die Homogenität der Luftströmung L eines angeströmten Kühlmoduls und die Luftmasse am Kühlmodul erhöht werden. Dies kann sowohl an Bauteilen, die den Strömungsquerschnitt beeinträchtigen, als auch an einer nicht optimal ausgelegten Gehäusegeometrie umgesetzt werden. Die Elektroden 2, 5 können mit einem parallelen Abstand zueinander angeordnet sein, um eine definierte Aktuationsrichtung vorzugeben.The plasma actuator 1 has a first electrode 2, which can be applied to a surface of a component 3 (for example, by vapor deposition, gluing, or as an insert into the component 3). A dielectric layer 4 (for example, a coating) is arranged on the first electrode 2. A second electrode 5 is arranged on the dielectric layer 4. The material selected for both electrodes 2, 5 is designed so that the lowest possible currents are required to create the effect. Furthermore, the plasma actuator 1 has a voltage source 6 for generating an alternating voltage and cabling 7 for contacting the voltage source 6 with the electrodes 2, 5. In the energized, active state, the plasma actuator 1 generates a plasma region 8 at the exposed electrode 5 and influences an air flow L in its vicinity. This influence can be achieved in such a way that the homogeneity of the air flow L of a cooling module subjected to air flow and the air mass at the cooling module are increased. This can be implemented both on components that impair the flow cross-section and on a suboptimally designed housing geometry. The electrodes 2, 5 can be arranged parallel to each other to specify a defined actuation direction.

Aufgrund des geringen Platzbedarfs des Plasmaaktuators 1 kann dieser auch in beengten Umgebungen eingebaut werden, wie sie in Fahrzeugfronten 9 (in 2 dargestellt) aufzufinden sind. Dafür wird der Plasmaaktuator 1 bündig auf der entsprechenden Oberfläche angebracht, um durch seine Form einen möglichst kleinen Einfluss auf die Luftströmung L zu haben. Die Kabelführung erfolgt dabei durch das entsprechende Bauteil 3 hindurch, um eine Störung der Luftströmung L zu vermeiden. Die Spannungsquelle 6 kann an einem anderen Ort platziert werden. Das an den Elektroden 2, 5 erzeugte elektromagnetische Feld kann variable Frequenzen aufweisen, wodurch die Form, Größe und Lage des Feldes beeinflusst werden kann und damit eine weitere Optimierung der Luftströmung L bewirkt werden kann.Due to the small space requirement of the plasma actuator 1, it can also be installed in confined spaces, such as those found in vehicle fronts 9 (in 2 shown). For this purpose, the plasma actuator 1 is mounted flush with the corresponding surface in order to have the smallest possible influence on the air flow L due to its shape. The cable is routed through the corresponding component 3 in order to avoid disrupting the air flow L. The voltage source 6 can be placed at a different location. The electromagnetic field generated at the electrodes 2, 5 can have variable frequencies, whereby the shape, size and position of the field can be influenced and thus a further optimization of the air flow L can be achieved.

Der Vorteil des schaltbaren Plasmaaktuators 1 liegt darin, dass er in Fahrsituationen angesteuert werden kann, in denen ein erhöhter Massenstrom oder eine optimierte Verteilung auf dem Kühlmodul benötigt wird. Somit wird sichergestellt, dass der energetische Vorteil für die Kühlung und/oder Klimatisierung des Fahrzeugs und/oder der Triebstrangkomponenten durch die optimierte Luftströmung L nicht durch einen permanenten Energieverbrauch des Plasmaaktuators 1 gegenkompensiert wird.The advantage of the switchable plasma actuator 1 is that it can be controlled in driving situations where an increased mass flow or optimized distribution on the cooling module is required. This ensures that the energy advantage for cooling and/or air conditioning of the vehicle and/or the drivetrain components provided by the optimized air flow L is not offset by the permanent energy consumption of the plasma actuator 1.

Die Steuerung des Plasmaaktuators 1 erfolgt auf Basis der Kenntnis der aktuellen Fahrsituation, der Umgebungsrandbedingungen und des Fahrerwunsches (beispielsweise mit dem Fokus effizientes oder performantes Fahren). Mittels Kennfelder kann direkt auf eine Applikation zurückgegriffen werden und je nach Fahrsituation und Fahrzeugzustand der entsprechend notwendige elektrische Energiebedarf für den Plasmaaktuator 1 zur Verfügung gestellt werden. Sofern das Fahrzeug mit entsprechender Sensorik (insbesondere Luftmassenmesser im Strömungsquerschnitt der Fahrzeugfront, Umgebungsrandbedingungen) ausgestattet ist, kann auch eine dynamische Regelung der Plasmaaktuatoren 1 erfolgen.Plasma actuator 1 is controlled based on knowledge of the current driving situation, the ambient conditions, and the driver's input (for example, with a focus on efficient or high-performance driving). Using characteristic maps, an application can be accessed directly, and the necessary electrical energy requirement for plasma actuator 1 can be provided depending on the driving situation and vehicle condition. If the vehicle is equipped with appropriate sensors (in particular, air mass meters in the flow cross-section of the vehicle's front end, ambient conditions), dynamic control of plasma actuators 1 is also possible.

Durch geeignete Anbringung und Umsetzung des Plasmaaktuators 1 und entsprechende Applikation der Software kann, je nach Fahrerwunsch und Fahrzeugausprägung, die Effizienz und die Performance von Fahrzeugen mit nicht optimal angeströmtem Hauptkühlmodul verbessert werden.By appropriately mounting and implementing the plasma actuator 1 and applying the software accordingly, the efficiency and performance of vehicles with a main cooling module that is not optimally supplied with air can be improved, depending on the driver's wishes and the vehicle's characteristics.

2 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugfront 9 mit einem Luftführungskanal 10 zwischen einem Lufteinlass 11 und einem Kühlmodul 12, beispielsweise einem Ladeluftkühler oder einem Wärmetauscher einer Klimaanlage. Im Luftführungskanal 10 ist ein Bauteil 3, das den Strömungsquerschnitt beeinträchtigt, angeordnet. Auf diesem Bauteil 3 kann/können mindestens ein Plasmaaktuator 1, insbesondere mehrere Plasmaaktuatoren 1, angeordnet sein. 2 is a schematic view of a vehicle front end 9 with an air duct 10 between an air inlet 11 and a cooling module 12, for example, a charge air cooler or a heat exchanger of an air conditioning system. A component 3 that affects the flow cross-section is arranged in the air duct 10. At least one plasma actuator 1, in particular a plurality of plasma actuators 1, can be arranged on this component 3.

3 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugfront 9 mit einem Luftführungskanal 10 zwischen einem Lufteinlass 11 und einem Kühlmodul 12, beispielsweise einem Ladeluftkühler oder einem Wärmetauscher einer Klimaanlage. Der Luftführungskanal 10 weist Abschnitte mit starker Biegung auf, die die Luftströmung L beeinträchtigen können. An diesen Abschnitten ist am als Bauteil 3 (Trägerbauteil) fungierenden Luftführungskanal 10 mindestens ein Plasmaaktuator 1, insbesondere mehrere Plasmaaktuatoren 1, angeordnet. 3 is a schematic view of a vehicle front end 9 with an air duct 10 between an air inlet 11 and a cooling module 12, for example, a charge air cooler or a heat exchanger of an air conditioning system. The air duct 10 has sections with sharp bends that can impair the air flow L. At these sections, at least one plasma actuator 1, in particular a plurality of plasma actuators 1, is arranged on the air duct 10, which functions as component 3 (support component).

Die Fahrzeugfront 9 kann Teil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, eines Nutzfahrzeugs oder eines Busses, sein.The vehicle front 9 can be part of a vehicle, in particular a passenger car, a commercial vehicle or a bus.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
PlasmaaktuatorPlasma actuator
22
Elektrodeelectrode
33
Bauteilcomponent
44
dielektrische Schichtdielectric layer
55
Elektrodeelectrode
66
SpannungsquelleVoltage source
77
Verkabelungcabling
88
PlasmaregionPlasma region
99
FahrzeugfrontVehicle front
1010
LuftführungskanalAir duct
11 1211 12
Lufteinlass KühlmodulAir inlet cooling module
LL
LuftströmungAir flow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2 321 084 A1 [0004]EP 2 321 084 A1 [0004]

Claims (10)

Luftführungskanal (10) zur Führung einer Luftströmung (L), dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Luftführungskanal (10) mindestens ein Plasmaaktuator (1) zur Beeinflussung der im Luftführungskanal (10) geführten Luftströmung (L) angeordnet ist, wobei der Plasmaaktuator (1) zwei durch eine dielektrische Schicht (4) getrennte Elektroden (2, 5) aufweist, die mit einer Spannungsquelle (6) zur Erzeugung einer Wechselspannung verbunden sind.Air guide channel (10) for guiding an air flow (L), characterized in that at least one plasma actuator (1) for influencing the air flow (L) guided in the air guide channel (10) is arranged in or on the air guide channel (10), wherein the plasma actuator (1) has two electrodes (2, 5) separated by a dielectric layer (4) which are connected to a voltage source (6) for generating an alternating voltage. Luftführungskanal (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaaktuator (1) an einem Bauteil (3), das einen Strömungsquerschnitt der Luftströmung (L) beeinträchtigt oder an einer Biegung des Luftführungskanals (10) angeordnet ist.Air duct (10) to Claim 1 , characterized in that the plasma actuator (1) is arranged on a component (3) which impairs a flow cross-section of the air flow (L) or on a bend in the air duct (10). Luftführungskanal (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaaktuator (1) bündig auf einer Oberfläche des Bauteils (3) oder des Luftführungskanals (10) angeordnet ist.Air duct (10) to Claim 1 or 2 , characterized in that the plasma actuator (1) is arranged flush on a surface of the component (3) or the air duct (10). Luftführungskanal (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (6) separat von den Elektroden (2, 5) angeordnet ist, wobei eine Verkabelung (7) zur Verbindung der Elektroden (2, 5) mit der Spannungsquelle (6) durch eine Oberfläche geführt ist, auf der der Plasmaaktuator (1) angeordnet ist.Air duct (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage source (6) is arranged separately from the electrodes (2, 5), wherein a cabling (7) for connecting the electrodes (2, 5) to the voltage source (6) is guided through a surface on which the plasma actuator (1) is arranged. Luftführungskanal (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (6) zur Erzeugung von Wechselspannungen mit variabler Frequenz konfiguriert ist.Air duct (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage source (6) is configured to generate alternating voltages with a variable frequency. Fahrzeug, umfassend: - eine Fahrzeugfront (9) mit mindestens einem Lufteinlass (11), - mindestens ein Kühlmodul (12), und - mindestens einen Luftführungskanal (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Führen einer Luftströmung (L) zwischen dem Lufteinlass (11) und dem Kühlmodul (12).Vehicle, comprising: - a vehicle front (9) with at least one air inlet (11), - at least one cooling module (12), and - at least one air duct (10) according to one of the preceding claims for guiding an air flow (L) between the air inlet (11) and the cooling module (12). Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Homogenität und/oder Luftmasse einer das mindestens eine Kühlmodul (12) anströmenden Luftströmung (L) durch Ansteuerung des mindestens einen Plasmaaktuators (1) erhöht wird.Procedure for operating a vehicle according to Claim 6 , characterized in that a homogeneity and/or air mass of an air flow (L) flowing towards the at least one cooling module (12) is increased by controlling the at least one plasma actuator (1). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Plasmaaktuator (1) in einer Fahrsituation angesteuert wird, in der ein erhöhter Massenstrom oder eine optimierte Verteilung auf dem Kühlmodul (12) benötigt wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the at least one plasma actuator (1) is controlled in a driving situation in which an increased mass flow or an optimized distribution on the cooling module (12) is required. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Plasmaaktuators (1) abhängig von einer aktuellen Fahrsituation, einem Fahrzeugzustand, von Umgebungsrandbedingungen und/oder von einem Fahrerwunsch mittels mindestens eines Kennfeldes erfolgt.Procedure according to Claim 7 or 8 , characterized in that the control of the plasma actuator (1) takes place depending on a current driving situation, a vehicle condition, environmental boundary conditions and/or a driver's request by means of at least one characteristic map. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Sensoren, einschließlich eines Luftmassenmessers im Strömungsquerschnitt der Fahrzeugfront (9) und Sensoren zur Erfassung der Umgebungsrandbedingungen, aufweist, wobei eine dynamische Regelung des mindestens einen Plasmaaktuators (1) erfolgt.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the vehicle has sensors, including an air mass meter in the flow cross-section of the vehicle front (9) and sensors for detecting the ambient boundary conditions, wherein a dynamic control of the at least one plasma actuator (1) takes place.
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