DE102010008118A1

DE102010008118A1 - Alternatives elektrisches Aufladesystem für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102010008118A1
Application number: DE102010008118A
Authority: DE
Inventors: Manfred Stute
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-08-18

Abstract

Koppeln eines konventionellen Turboladers (ATL) mit einem auf der Welle angeordnetem Motor-Generatorsystem (Topologie A).

Description

Aufgeladene Motoren haben noch weiteres Potential den Verbrennungsmotor noch effizienter und dynamischer zu gestalten. Die Verstellgeometrie der Turbolader lässt schon einen in der Regel akzeptablen Betriebsbereich zu und setzen sich auch immer mehr durch. Trotzdem sind für diverse Anforderungen die Versellsysteme nicht ausreichend. Insbesondere ist eine ressourcenschonende Energieausnutzung und Energierückgewinnung, soweit möglich, Ziel neuer Innovationen.
Status der Aufladung
Die heutigen Aufladesysteme sind in der Regel an die Motordrehzahl gekoppelt. Dadurch ist tendenziell im unteren Betriebsbereich zu wenig Luft im oberen Betriebsbereich zu viel Luft vorhanden. Der Grund für aufwendige Verstellgeometrien. Häufig besteht eine Forderung im unteren Betriebsbereich mehr Luft (Masse + Druck) bereit zustellen. Darauf geht der Vorschlag ein.
Vorschlag
Um genügend Luft (Masse und Druck) zur Verfügung zu stellen gibt es die Möglichkeit, einen Strömungsverdichter elektrisch anzutreiben. In 1 Topologie Aufladesystem A ist die Luftversorgungsstruktur für eine Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Dabei wird ein konventionell ausgeführter Abgasturbolader über ein Kupplungsglied mit einem Motor-/Generatorsystem verbunden. Dadurch ergibt sich für den Motor ein verbessertes Aufladepotential. Besonders lässt sich im unteren Betriebsbereich des Kennfeldes eine Unterstützung durch den Motor bewirken, in dem mehr Ladeluft zur Verfügung steht. Im Vollastbereich lässt sich die Überschussleisung über den Generator in einen Speicher einlagern. Dieser könnte eine Batterie oder ein kinetischer Speicher sein.
Eine weitere Möglichkeit den Kennfeldbereich zu erweitern ist in 2: Topologie Aufladsystem B dargestellt. Durch das Ventil besteht die Möglichkeit einer Vorverdichtung, bzw. den elektrisch angetrieben Verdichter (Strömungsverdichter) abzuschalten. Dadurch lässt sich der Luftbedarf für den Verbrennungsmotor optimal zur Verfügung stellen. Es ergeben sich, je nach Anforderung, Ladedrücke die in den 3 und 4 dargestellt sind. Durch den elektrischen Antrieb des ersten Verdichters (Aufladesystem I) ist der Betriebsbereich variabel zu gestalten, auch additiv wie 4 zeigt.
Eine Möglichkeit der Verdichtergestaltung zeigt die Anordnung in 5. Topologie Aufladesystem C. Je nach Betriebsweise ist das Ventil und die Rückschlagklappe sinnvoll einzubauen. Der Vorteil des Konzepts liegt darin, dass es autark ist und sich die benötige elektrische Energie aus dem Abgas des Verbrennungsmotors mittels eines Turbogenerators holt. Dieser kann sowohl vor als auch nach dem klassischen ATL II angeordnet werden. Die Energie aus dem Turbogenerator wird in einem Energiespeicher, vorzugsweise einem kinetischen Speicher, zwischen gelagert bevor sie für die Aufladeanforderung bereitgestellt wird; sie kann natürlich auch direkt dem E-Motor über die Leistungselektronik zur Verfügung gestellt werden.
Eine Registeraufladung (2 Verdichter in Reihe) zeigt 6 Topologie Aufladesystem D. Hier wird ein breites Kennfeld vom Verdichter mit E-Motor gefordert, damit die max. elektr. Leistung in Grenzen bleibt. Eine Verstellgeometrie kann dies in Grenzen erreichen, dass ein Kennfeld entsprechend 7 möglich wird.

Claims

Koppeln eines konventionellen Turboladers (ATL) mit einem auf der Welle angeordnetem Motor-Generatorsystem (Topologie A).
Unterstützen des ATL's im Kennfeldbetrieb
Bei Überschussleisung der Turbine einlagern der Energie über den Generatorbetrieb in einen elektrischen Speicher (z. B. Batterie oder einen kinetischen Speicher)
Zu schalten, ganz oder nur teilweise, durch ein Regelventil (2) eines elektrisch angetrieben Verdichters in der Form, dass eine Vorverdichtung erfolgt.
Autarke Topologie in der Form wie in 5 dargestellt mit einem Turbogenerator, der direkt oder über einen Energiespeicher elektrische Energie erzeugt und sie an einen Verdichter auf der Saugseite des Motor zur Aufladung zur Verfügung stellt.
Überschussenergie wird für das Bordnetz des Fahrzeuges bereitgestellt bzw. das Bordnetz wird über diesen Weg ganz versorgt und eine Lichtmaschine erübrigt sich.
Registeraufladung (Reihenaufladung Aufladesystem D) in der Form, das die erste Stufe elektr. angetrieben wird
Der Verdichter der ersten Stufe (Aufladesystem D) besitz einen Verstelldiffusor
Der E-Motor der ersten Stufe (Aufladesystem D) ist niedrig (z. B. 1/3 des klassischen ATL II), um über dem ganzen Lastbereich einen Betreib zu sichern, ist ein breites Kennfeld zu gewährleisten.