DE19518317A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrisch unterstützten TurboladersInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers und eine
hierzu gehörende Vorrichtung.
Aus der DE 22 06 450 ist ein ähnliches Verfahren der eingangs
genannten Art bekannt geworden, bei dem ein Verbrennungsmotor
mit einem Abgasturbolader gekoppelt und drehfest auf der
Verbindungswelle zwischen dem Verdichter und der Turbine ein
Elektromotor angeordnet ist.
Mit diesem bekannten Verfahren kann die Drehzahl des
Turboladers im gesamten Motorkennfeld des Verbrennungsmotors
konstant gehalten werden. Es wird hierzu ein hochtouriger
Elektromotor mit einer Tourenzahl im Bereich zwischen 60.000
und 80.000 1/min. verwendet, der entweder seitlich von der
Achse des Turboladers in der Verlängerung oder auf der Achse
selbst zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet ist.
Der Elektromotor wird hierbei von einem elektrischen Speicher,
z. B. der Fahrzeugbatterie, angetrieben.
Der dort beschriebene regelbare Elektromotor soll die Drehzahl
des Turboladers im gesamten Motorkennfeld der
Verbrennungsmaschine konstant halten.
Damit besteht aber der Nachteil, daß der Turbolader nicht
optimal arbeitet, denn ein instationäres Betreiben eines
Verbrennungsmotors erfordert eine angepaßte Laderdrehzahl.
Es gelingt also nicht, den Verbrennungsmotor optimal zu
betreiben; seine spezifische Leistung ist verschlechtert, der
Brennstoffverbrauch erhöht, und die Abgaswerte sind schlechter.
Im übrigen ist bei dem bekannten Verfahren der motorische
Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors (Motorbremse) nicht
beschrieben und spezifische Betriebsweisen des Laders (z. B.
Anlassen und dgl.) sind dort nicht beschrieben.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die
Verbrennungsmaschine mit wesentlich verbessertem Wirkungsgrad
in allen Betriebszuständen betrieben werden kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch das
Verfahren nach dem Gegenstand des Anspruches 1 gekennzeichnet
und im übrigen durch die weiteren Vorrichtungsansprüche.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist demgemäß,
daß der Elektromotor nun nicht drehzahlkonstant gefahren wird,
sondern nach der Erfindung wird der Elektromotor in
Abhängigkeit von verschiedenen Parametern geregelt. Hierbei
wird es bevorzugt, wenn der Elektromotor in Abhängigkeit vom
Ladedruck des Verdichters geregelt wird.
Damit besteht der wesentliche Vorteil, daß nun auf die
spezifischen Betriebszustände der Verbrennungsmaschine besser
Rücksicht genommen und diese in die Betriebsweise des
Elektromotors mit einbezogen werden können.
Die ladedruckabhängige Regelung ermöglicht eine Ausbeute von
Drehmoment und Leistung der Verbrennungsmaschine, sowohl im
stationären als auch im instationären Betrieb, die durch
bekannte technische Verfahren heutzutage nicht möglich sind.
Dies bedeutet, daß der Verbrennungsmotor bei gleicher Leistung
kleiner gebaut werden kann und damit die gesamte
Fahrzeugkonzeption wirtschaftlicher wird, z. B. die Nutzkraft
bei gleichbleibender Leistung der Verbrennungsmaschine erhöht
werden kann oder bei gleichem Komfort- und Sicherheitsstandard
beispielsweise für Personenbeförderungsfahrzeuge kleinere,
leichtere und damit wirtschaftliche Fahrzeuge geschaffen werden
können.
Derartige Fahrzeuge erzeugen wesentlich weniger Emissionen und
benötigen weniger Treibstoff. Es handelt sich also um eine
Konzeption, welche für die zukünftigen
Umweltschutzanforderungen geschaffen ist und die nun erstmals
strengen Umweltschutzanforderungen entspricht, wie es vorher
mit den bisher bekannten Konzeptionen nicht erfüllbar war.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, daß die ladedruckabhängige Regelung dadurch
verwirklicht wird, daß im Verbindungstrakt zwischen dem
Verdichter und dem Einlaßtrakt der Verbrennungsmaschine
mindestens ein Drucksensor vorhanden ist, welcher den Ladedruck
erfaßt und einer elektronischen Regelung zuführt. In diesem
Regler ist elektronisch ein Kennfeld abgelegt, in dem, bezogen
auf bestimmte Fahrzustände, wie z. B. Anfahren, Beschleunigen,
Bremsen, Bergfahrt, Leerlauf, jeweils die für den
Verbrennungsmotor optimale, für den Ladedruck optimale Sollwert
festgelegt ist. Diese Kurven sind die Sollwertvorgabe für den
Regler.
Beispielsweise kann damit auch ein Problem gelöst werden, was
heutzutage häufig auftritt. Wenn nämlich ein Nutzfahrzeug über
Paßstraßen fährt und mit einer erheblichen Leistungseinbuße
aufgrund des sich verminderten Luftdruckes gerichtet werden
muß, kann diesem Leistungsverlust durch entsprechende
Nachstellung des Regelverhaltens Rechnung getragen werden.
Damit wird ein adaptiver Regler vorgeschlagen, der in
Abhängigkeit von bestimmten Einflußfaktoren, zu denen auch
Umwelteinflüsse gehören können, sein Regelverhalten verändert.
Selbstverständlich können auch andere Faktoren, wie z. B. die
Außentemperatur oder dergleichen, mit einbezogen werden.
Der Ausgang des Reglers ist nun über ein entsprechendes
Leitungsbündel mit dem Elektromotor verbunden, welcher
Elektromotor bevorzugt drehfest auf der Verbindungswelle
zwischen der Turbine und dem Verdichter angeordnet ist.
Der Elektromotor wird dann von dem Regler angesteuert und
entsprechend der Vorgabewerte und Randbedingungen mit einem
Strom versorgt, der die Drehzahl des Elektromotors vorgibt.
Insgesamt ergibt sich durch die Anpassung des auf den
Turbolader wirkenden Elektromotors eine höhere Leistung, eine
bessere Anpassung an die Lastzustände der Verbrennungsmaschine
sowie an weitere Randbedingungen und eine bessere
Kraftstoffausnutzung.
Wesentlich ist weiterhin, daß dieser Motor nicht nur im
Motorbetrieb, sondern auch im Generatorbetrieb betrieben werden
kann. Der Generatorbetrieb setzt dann ein, wenn beispielsweise
im stationären Zustand die Turbine Überschußleistung erzeugt.
Eine derartige Überschußleistung wird nach dem Stand der
Technik über ein Beipaßventil ungenutzt an der Turbine
vorbeigeleitet. Nach der vorliegenden Erfindung wird mit dieser
Überschußenergie der Motor angetrieben, so daß er als Generator
arbeitet und entsprechend in das Bordnetz zurückspeist.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung - für die
selbständiger Schutz unanhängig von dem vorgenannten
Ladedruckverfahren beansprucht wird - ist vorgesehen, daß mit
der Verbrennungsmaschine ein Wellengenerator verbunden ist.
Bei diesem Antriebskonzept sind also zwei unterschiedliche
Motor/Generator-Aggregate verwendet. Das eine Motor/Generator-
Aggregat ist, wie vorher beschrieben, drehfest auf der Welle
zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet bzw. auf
geeignete Weise mit dieser Welle verbunden, während das andere
Motor/Generator-Aggregat (im folgenden als Wellengenerator
bezeichnet) mit der Kurbelwelle entweder über ein mechanisches
Getriebe oder über ein Riemengetriebe gekoppelt ist.
Wenn z. B. im stationären Betrieb der Turbine Überschußleistung
vorhanden ist, dann ist diese geeignet, den Elektromotor als
Generator zu betreiben und dieser liefert nun Leistung in das
Bordnetz. Diese Leistung wird aus dem Bordnetz entnommen und
dem vorher erwähnten Wellengenerator zugeführt wird, welcher
dann als Motor arbeitet und unmittelbar auf die Kurbelwelle der
Verbrennungsmaschine arbeitet.
Das Prinzip eines Wellengenerators beruht darauf, daß in der
Regel kein stillstehendes Erregerfeld, sondern ein sich relativ
zum Läufer bewegendes Erregerfeld verwendet wird. Falls also
das Erregerfeld der Bewegung des Läufers vorauseilt (Vorlauf),
wird dieser vom Wellengenerator angetrieben; falls das
Erregerfeld der Bewegung des Läufers nacheilt, wird dem Läufer
Energie entzogen. Die wirksame Frequenz ergibt sich dann als
Differenz zwischen den Rotationsgeschwindigkeiten des
Erregerfeldes und des Läufers. Die Umlaufgeschwindigkeit des
Erregerfeldes wird hierbei auch als Erregerfrequenz bezeichnet.
Bei Vorlauf wird Energie aus dem Bordnetz zugeführt, bei
Nacheilen wird Energie in das Bordnetz eingespeist. Diese
Zufuhr oder dieses Einspeisen erfolgen selbsttätig aufgrund der
Relativbewegung zwischen Läufer und Erregerfeld; Schalter,
Schaltungen oder andere Bauteile sind nicht erforderlich.
Im Grenzfall, nämlich bei stehendem Erregerfeld, liegt der Fall
des konventionellen Synchronmotors vor.
Wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß keine
speziellen Schalter oder Schaltungen erforderlich sind, um den
Energiefluß zu steuern. Diese teuren und das Gewicht erhöhenden
Bauteile können vollständig entfallen.
Es ist dann selbstverständlich ebenfalls möglich, eine direkte
Kopplung zwischen dem Turbolader und dem Wellengenerator
vorzunehmen.
Falls der Turbolader Energie abgibt, kann diese vom
Wellengenerator direkt an die Kurbelwelle weitergegeben werden;
der Umweg über das Bordnetz ist nicht erforderlich. In
Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie kann ein Anteil der
vom Turbolader erzeugten Leistung zum Laden derselben verwendet
werden. Der Anteil der in den Läufer, d. h. in diesem Fall die
Kurbelwelle, eingebrachten Leistung wird durch den
Drehzahlunterschied zwischen Erregerfeld und Kurbelwelle
festgelegt.
Falls der Turbolader angetrieben wird, kann die erforderliche
elektrische Leistung direkt vom Wellengenerator erzeugt werden,
wobei auch hier die Leistung durch den Drehzahlunterschied
zwischen Erregerfeld und Kurbelwelle bestimmt wird. Dies führt
zu einer Schonung der Batterie und des Bordnetzes.
Durch die Erregerfrequenz wird nicht nur die der Kurbelwelle
entzogene/zugeführte Leistung bestimmt; es ist auch möglich,
die Drehzahl des Turboladers zu bestimmen. Hierzu wird eine
Dalanderschaltung verwendet, also die Möglichkeit zur
Polumschaltung gegeben. Bei 64 Polen im Läufer wird die
erzeugte Spannung die 64fache Frequenz des
Drehzahlunterschieds zwischen Erregerfeld und Kurbelwelle
aufweisen. Der Turbolader dreht entsprechend 32 mal so schnell
wie der Läufer, wenn die mechanische Übersetzung mit 1 : 1
angenommen wird.
Um die Drehzahl des Turboladers zu begrenzen und gleichzeitig
einstellen zu können, kann die Erregerfrequenz verringert oder
erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich ist das Wechseln zu
einer kleineren oder größeren Polzahl möglich.
Soll beispielsweise von 64 auf 32 Pole umgeschaltet werden
(Verringerung der Drehzahl des Turboladers), so wird die
Erregerfrequenz so weit verringert, bis etwa die halbe
Differenz eines Polumschaltstroms erreicht ist. In diesem
Moment wird umgeschaltet und die Erregerfrequenz wieder erhöht.
Die neue Erregerfrequenz muß zusammen mit der neuen Polzahl
wiederum etwa dieselbe Drehzahl des Turboladers bewirken. Nach
dem Umschalten wird die Erregerfrequenz etwas zurückgenommen,
ggf. bis zum Stillstand, wodurch die Drehzahl des Turboladers
verringert wird.
So wird ein nahtloses Umschalten erreicht, wodurch gleichzeitig
die Drehzahl des Turboladers eingestellt werden kann.
Der Umschaltpunkt liegt hierbei etwa bei zwei Drittel der
Netzleistung, d. h. zum Umschalten muß etwa ein Drittel der
Leistung entnommen oder zugeführt werden, je nachdem, ob die
Polzahl verringert oder erhöht werden soll. So wird zum
Verringern der Polzahl die Erregerfrequenz um ca. ein Drittel
verringert, was dazuführt, daß entsprechend mehr Leistung aus
dem Läufer entzogen wird. Danach wird umgeschaltet, die
Erregerfrequenz wird angeglichen und dann abgesenkt.
Die jeweils erforderliche Leistung kann hierbei je nach der
Erregerfrequenz direkt aus der Kurbelwelle, der Batterie
und/oder dem Turbolader entnommen werden.
Damit wird der gesamte Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors
wesentlich gesteigert, denn die Turbine liefert Energie an
einen Generator, welcher seine elektrische Energie wiederum zum
Antrieb eines als Elektromotor betriebenen Wellengenerators
liefert.
Ein weiterer wichtiger Betriebszustand der
Verbrennungsmaschine, die nach dem vorliegenden Verfahren
verbessert wird, ist der Bremsbetrieb (Motorbremse). In diesem
Bremsbetrieb wird der Elektromotor, welcher die Welle des
Turboladers antreibt, als Elektromotor angetrieben und wird
hierbei in einem ersten Ausführungsbeispiel aus der
Bordnetzbatterie gespeist. Der von dem Elektromotor
unterstützte Lader liefert hierbei die für den motorischen
Bremsbetrieb notwendige Kühlluft für den Verbrennungsmotor, um
die Bremsleistung des Verbrennungsmotors deutlich zu steigern.
Der Elektromotor treibt also den Turbolader, der dann eine
gegenüber der üblichen Motorbremse erhöhte Luftmenge in den
Verbrennungsraum der Verbrennungsmaschine fördert. Durch diesen
erhöhten Luftdurchsatz erfolgt eine Kühlung der
Verbrennungsmaschine, so daß ein Überhitzen verhindert oder
zumindest erschwert wird.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, wenn also zusätzlich ein
Wellengenerator verwendet wird, wird die für den Elektromotor
notwendige Leistung von dem Wellengenerator erzeugt. Dadurch
wird der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine zusätzliche
mechanische Leistung entzogen, was den gesamten
Bremswirkungsgrad verbessert, d. h. also was die Bremswirkung
der Verbrennungsmaschine wesentlich verbessert.
Auch der Anlaßbetrieb wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
wesentlich verbessert.
Im Gegensatz zu bekannten Lösungen wird das Aggregat noch vor
dem Anlassen auf einen Vordruck gebracht. Die laufende Turbine
sorgt im Auslaßrohr für einen gewissen Unterdruck und der Lader
im Ansaugrohr für einen Überdruck. Dies bewirkt eine Steigerung
der Anlaßfreudigkeit des Motors.
Zur Begrenzung des Energiebedarfs sorgt eine Zeitschaltung
dafür, daß, falls auf das Einschalten der "Zündung" in
vertretbarer Zeit kein Anlassen erfolgt, das Aggregat wieder
abgeschaltet wird.
Im instationären Betrieb wird im Gegensatz zu anderen Lösungen
in Abhängigkeit von der Sollwertvorgabe (Gaspedalstellung) der
Lader in kürzester Zeit auf die Drehzahl hochgefahren, bis sich
der durch einen Drucksensor in der Ladeleitung erfaßte, für die
Verbrennungsmaschine optimale Ladedruck einstellt.
Dieser "bootstrap-Effekt" ermöglicht es, die elektrische
Energie nur kurz einzusetzen, so daß trotz relativ hoher
Motorleistung der Energiebedarf gering bleibt und dem Bordnetz
auch tatsächlich entnommen werden kann.
Im stationären Betrieb wird die Elektromaschine als dynamische
Nutzbremse benutzt. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen
geschieht der Übergang von Antrieb auf Bremsung durch den
Asynchronmotor automatisch, wenn zur Erhaltung des vorgegebenen
Ladedrucks die Turbinenleistung zu hoch ist.
Bei der als Anmeldegegenstand vorgeschlagenen Lösung wird der
Abgasturbolader durch einen auf der gemeinsamen Turbinen-
Verdichterwelle sitzenden Elektromotor/Generator ergänzt.
Selbstverständlich kann dieser Elektromotor auch an anderer
Stelle angeordnet und auf geeignete Weise mit der Welle
gekoppelt sein.
Wegen der hohen Drehzahlen der Strömungsmaschine kann die
Elektromaschine klein gebaut werden, da die Größe der Maschine
im wesentlichen vom erforderlichen Drehmoment bestimmt wird.
Das vom Elektroantrieb aufzubringende Drehmoment bezieht sich
in erster Linie auf das Hochbeschleunigen des Aggregates bei
niedrigen Verbrennungsmotordrehzahlen. Bei hohen
Verbrennungsmotordrehzahlen übernimmt die Abgasturbine die
Arbeit, wie es bisher auch beim Stand der Technik der Fall war.
Es ist also nur ein relativ kleiner Elektromotor erforderlich.
Dadurch wird auch das Massenträgheitsmoment des Aggregats nur
in geringem Maße erhöht, was für die Dynamik des Systems von
Vorteil ist.
Es wird eine 12-pulsige Asynchronmaschine vorgeschlagen, deren
Läufermasse nur halb so groß ist und deren
Massenträgheitsmoment nur ein Viertel konventioneller
Drehstrommotoren aufweist. Das Gesamtaggregat selbst wird
gegenüber einem konventionellen Abgasturbolader um die Länge
des Elektromotors länger. Der Durchmesser des Aggregats wird
nicht über die Abmessungen der Strömungsgehäuse vergrößert, so
daß die Anschlußabmessungen wie beim originalen Abgasturbolader
verbleiben können.
Da das Aggregat völlig von der Kurbelwellendrehzahl entkoppelt
ist, kann eine äußerst flexible Steuerung/Regelung der
Laderdrehzahl und daher des Ladedrucks vorgenommen werden.
Damit kann die Betriebslinie im Kennfeld optimal gestaltet
werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zusammensetzung der
Abgase zu messen (lambda-Sonde) und auch diese Meßwerte in die
Regelung mit einzubeziehen. Dies scheint gerade bei Fahrzeugen
mit Katalysator interessant.
Nachfolgend werden verschiedene Zustände der
Verbrennungsmaschine am Beispiels eines Verbrennungsmotors
näher dargestellt.
Wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird, wird zunächst das
Aggregat über das Bordnetz eingeschaltet. Das Aggregat läuft
dann auf ca. 40000 1/min. Bei dieser Drehzahl ist der
Leistungsbedarf des Aggregats noch sehr gering. Die laufende
Turbine sorgt im Auslaßrohr für einen Unterdruck und der
Verdichter im Ansaugrohr für einen Überdruck. Dadurch wird der
Verbrennungsmotor "anlaßfreudiger".
Sobald das Aggregat diese Drehzahl erreicht hat, wird der
Anlasser eingeschaltet und der Verbrennungsmotor gestartet.
Durch das Bereitstellen von Druckluft kann das bekannte
"Weißrauchverhalten" des Dieselmotors verbessert werden.
Dadurch wird die Umwelt entlastet.
Selbstverständlich ist eine Anpassung der Anlaß-Drehzahl des
Aggregats an verschiedene Umweltbedingungen (Temperatur,
Luftdruck, Feuchte, etc.) möglich. Diese Anpassung geschieht
durch Messung der jeweiligen Parameter und Miteinbeziehen
dieser Meßwerte in die Steuerung. Von einer Regelung kann nach
diesseitiger Auffassung nicht gesprochen werden, da die
Drehzahl der Verbrennungsmotors noch Null beträgt.
Beim instationären Verbrennungsmotorbetrieb wird in
Abhängigkeit von der Sollwertvorgabe (Gaspedalstellung), der
Motordrehzahl und/oder des Ladedrucks das Aggregat solange
hochbeschleunigt, bis der gewünschte Ladedruck erreicht ist.
Die für den jeweiligen Verdichtertyp relevante maximale
Durchsatzmenge, der maximale Ladedruck bzw. die Pumpgrenze ist
im Mikroprozessor als Datei abgelegt. Dadurch kann vermieden
werden, daß die Pumpgrenze überfahren wird.
Da der optimale, für die jeweilige Verbrennungsmotordrehzahl
zutreffende Ladedruck innerhalb ganz kurzer Zeit (wenige ms)
angefahren werden kann, ist es möglich, die der Luftmenge
stöchiometrisch entsprechende Kraftstoffmenge einzuspritzen.
Was bisher beim Abgasturboladerbetrieb ein "mühsamer"
iterativer Prozeß war - Hochfahren des Turboladers allein durch
die Abgasmenge - wird mit dem elektrisch geregelten Turbolader
(Turbo-elektrisches Ladesystem, TEL) ein hochdynamischer
Vorgang: durch die schnelle Bereitstellung von genügend
Luftmasse kann deutlich mehr Kraftstoff beigemessen werden, bei
gleichzeitig immer noch optimaler Verbrennung.
Die Rußerzeugung wird deutlich geringer und damit die Umwelt
entlastet. Da es sich hier um eine Art "bootstrap-Effekt"
handelt und der Vorgang nur von kurzer Dauer ist, ist der
Bedarf an elektrischer Ladung aus dem Bordnetz vergleichsweise
gering.
Ist der Verbrennungsmotor einmal auf Drehzahl, arbeitet das
Aggregat als Generator und liefert Ladung an das Bordnetz
zurück, wodurch die beim Hochbeschleunigen entnommene Ladung
wieder zurückgespeist wird.
Im stationären Verbrennungsmotorbetrieb ist genügend
Abgasenergie vorhanden, so daß die Turbine den Verdichter
alleine betreiben kann, ohne daß zusätzliche elektrische
Energie eingespeist werden müßte. Ist bei den hohen
Verbrennungsmotordrehzahlen ein Energieüberschuß vorhanden,
kann diese nun als elektrische Ladung ins Bordnetz eingespeist
werden.
Es können also Abblaseventil und Bypaßleitung entfallen, und in
manchen Fällen wird eine zusätzliche Lichtmaschine überflüssig
(z. B. bei Bussen), wenn das Fahrzeug mit vielen elektrischen
Verbrauchern ausgestattet ist.
Bei der Motorbremse ist die Turbinenleistung wegen des
gedrosselten Abgasstroms sehr gering. Um aber die Bremsleistung
erhöhen zu können, sollte ein entsprechender Ladedruck
vorhanden sein, um möglichst viel Luftmasse in die Zylinder zu
pressen und die dort entstehende Wärme abzuführen.
Aus Sicherheitserwägungen wird die Motorbremse in der Regel
nicht bei höchster Motordrehzahl durchgeführt, sondern diese
liegt bei ca. 2/3 der max. Verbrennungsmotordrehzahl. In diesem
Betriebspunkt kann deshalb auch die zur Bremsleistung
notwendige Verdichterdrehzahl und damit die erforderliche
Antriebsleistung des Aggregats verringert werden. Gleichzeitig
verbessert sich in diesem Betriebszustand der isentrope
Wirkungsgrad des Verdichters.
Mit einer üblichen Starterbatterie und unter Einbeziehung der
Lichtmaschinenleistung ist ein ununterbrochener Bremsbetrieb in
der oben beschriebenen Weise während etwa 20 min.
gewährleistet, ohne daß die Batterie erschöpft wäre. Liegt
anschließend wieder stationärer Betrieb vor, so kann durch die
Abgasenergierückgewinnung im Generatorbetrieb des Aggregats
innerhalb von ca. 30 min. (nach 20 minütiger Dauerbremsung) der
ursprüngliche Ladungszustand wieder hergestellt werden.
Der Läufer des Elektromotors besteht aus einem vorzugsweise
ölgeschmierten, wälzgelagerten oder auch gleitgelagerten Rotor,
der in einem vorzugsweise wassergekühlten oder auch ölgekühlten
Gehäuse untergebracht ist. Lagerung, Rotor und Rotormasse sind
so aufeinander abgestimmt, daß bezüglich des
Schwingungsverhaltens (Biegekritische, oil-wip) optimale
Verhältnisse vorliegen.
Der Elektromotor/Generator ist als vielsträngige, mehrpolige
Asynchronmaschine ausgeführt. Die Leistungs- und
Steuerelektronik wird auf der Gehäuseoberfläche untergebracht,
wobei die Wasser/Ölkühlung gleichzeitig den Stator, die
Elektronik und die Lagerung kühlt. Außer diesem Volumen ist
kein weiterer Installationsraum erforderlich.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß in der vorliegenden
Erfindung zwei Erfindungsgegenstände beansprucht werden, die
voneinander unabhängig sind.
Der eine Erfindungsgegenstand ist das erfindungsgemäße
Verfahren mit der ladedruckabhängigen Regelung des
Motor/Generators, der auf der Welle zwischen der Turbine und
dem Verdichter angeordnet ist, wobei in den Unteransprüchen
vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindungsidee geschützt
sind.
Der andere Erfindungsgegenstand ist die Hinzunahme eines von
der Verbrennungsmaschine angetriebenen Wellengenerators, der
sowohl als Motor oder auch als Generator betrieben werden kann
und der zusätzliche Eigenschaften aufweist, die von der
erstgenannten Idee unabhängig sind und die selbständig
beansprucht werden.
Dieser Wellengenerator, der mit der Kurbelwelle der
Verbrennungsmaschine gekoppelt ist, genießt auch Schutz in
Kombination mit den Merkmalen der erstgenannten Erfindung.
Die Vorteile, die mit diesem neuartigen Konzept verwirklicht
werden, werden nachfolgend angegeben.
Unabhängig von den oben beschriebenen Betriebszuständen kann
der Wellengenerator die jeweils erforderliche Ladung für die
Bordnetzbatterie bereitstellen, wobei die Erzeugung der
elektrischen Energie entweder durch die Turbine des elektrisch
unterstützten Abgasturboladers oder die Kurbelwelle direkt
erfolgen kann. Da der Wellengenerator für die hohe
Verbrennungsmotorbremsleistung ausgelegt ist, kann er zwei
Lichtmaschinen konventioneller Bauart ersetzen, auch bei
niedriger Verbrennungsmotordrehzahl. Die besondere Bauart des
Wellengenerators macht ihn zu einer Lademaschine mit besonders
hohem Wirkungsgrad mit ca. 88% gegenüber 45% bei
konventionellen Lichtmaschinen.
Der Wellengenerator ist als vielpulsige, mehrpolige
Synchronmaschine ausgeführt. Die Leistungs- und
Steuerelektronik ist in einem Hohlraum des Läufers integriert.
Der Wellengenerator kann an die Stelle der Lichtmaschine oder
an einem Ausgang des Räderkastens an den Motor angeschlossen
werden. Eine Vorübersetzung ist damit möglich. Der
Wellengenerator wird wassergekühlt.
Der Wellengenerator ist eine fremderregte Außenanker-
Synchronmaschine, deren Statorwicklung direkt mit der
Statorwicklung des elektrisch unterstützten Abgasturboladers
verbunden ist. Da der elektrisch unterstützte Abgasturbolader
eine Asynchronmaschine ist, wird für die Kopplung des
Turboladers mit dem Wellengenerator keine Steuerelektronik
benötigt. Diese Ausführungsform wird daher besonders billig.
Bei Asynchronmaschinen kann bekanntermaßen die Drehzahl durch
die Frequenz der aufgebrachten Spannung und die Leistung durch
deren Amplitude gestellt werden. Die Energieflußrichtung wird
dadurch beeinflußt, daß man die Frequenz der Drehzahl voreilen
läßt (Generatorbetrieb).
Der Wellengenerator kann nur als fremderregte Maschine betrieben
werden durch sinnvolle Ausführung der auf dem Läufer
aufgebrachten Dalanderschaltungen. Durch ein mit beliebiger
Frequenz und Richtung auf dem Läufer umlaufendes Erregerfeld
kann nun eine Statorfrequenz erzeugt werden, die die Summe oder
die Differenz von mechanischer Umlauffrequenz und
Läuferfrequenz multipliziert mit der Polpaarzahl bildet:
fa = (fm ± f₁) * nPol
Die Stärke des Erregerfeldes beeinflußt unmittelbar die
Maschinenspannung, so daß die oben erwähnten Bedingungen für
eine Direktsteuerung der Ladermaschine gegeben sind. Das
Erregerfeld der Maschine wird durch ein Vierquadrantensteller
erzeugt, der in den als Hohlläufer ausgebildeten Rotor
eingebaut ist. Die erforderliche Energie wird über einen
Luftspalttransformator am Stator (Selbsterregungspinzip) oder
wenn die Leistung nicht ausreicht (im Stillstand) dem Bordnetz
entnommen. Das Umschalten in den Ladebetrieb erfolgt über die
Steuerung einer Knotenweiche. Der Vorteil dieser Lösung besteht
darin, daß der Leistungssteller nicht für die gesamte, sondern
für die zusätzliche elektronische Polumschaltbarkeit der
Läuferwicklung nur für ¼ des Leistungsumsatzes ausgelegt werden
muß. Dies entspricht etwa der Ladeleistung zweier
konventioneller Lichtmaschinen.
Das elektrische Turbocompound (ETC) ist eine sinnvolle
Erweiterung des elektronisch unterstützen Abgasturboladers, um
die im Abgas enthaltene Restenergie noch auszunützen und damit
den Gesamtwirkungsgrad von Verbrennungsmotoren weiter zu
steigern. Dies ermöglicht geringeren Kraftstoffverbrauch.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich
nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche,
sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung,
offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als
erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere
Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Es zeigen
Fig. 1 schematisiert gezeichnetes Blockschaltbild einer
Anlage nach der Erfindung;
Fig. 2 Schnitt durch einen elektromotorisch unterstützten
Turbolader nach der Erfindung;
Fig. 3 Kennlinienfeld des Verdichters, wobei auf der Ordinate
das Druckverhältnis p2/p1 aufgetragen ist und auf der
Abszisse der Massenstrom;
Fig. 4 Stirnansicht des Rotors des Elektromotors.
In Fig. 1 weist eine Turbine 1 einen Turbineneinlaß 6 und
einen Turbinenauslaß 7 auf. Sie sitzt auf einer Turbinenwelle
4, die erfindungsgemäß mit einer Verdichterwelle 5 direkt
gekoppelt ist, auf welchen beiden Wellen 4, 5 der Elektromotor 3
drehfest angeordnet ist. Der Verdichter 2 wird hierbei von der
Verdichterwelle 5 angetrieben.
Er weist im übrigen einen Verdichtereinlaß 8 und einen
Verdichterauslaß 9 auf.
Erfindungsgemäß sind die Wellen 4,5 direkt miteinander
verbunden, d. h. sie sind durchgehend und einstückig
ausgebildet und wichtig hierbei ist, daß der Rotor 35 des
Elektromotors 3 unmittelbar auf der Welle 4, 5 sitzt.
Es ist ferner ein Verbrennungsmotor 19 vorhanden, der von dem
Verdichter 2 über den Verdichterauslaß 9 gespeist wird. Hierbei
wirkt der Verdichterauslaß 9 auf den Einlaß 20 des
Verbrennungsmotors 19. Der Auslaß 21 des Verbrennungsmotors 19
ist mit dem Turbineneinlaß 6 der Turbine 1 verbunden.
Wichtig ist nun, daß im Verbindungstrakt, d. h. im Bereich
zwischen dem Verdichterauslaß 9 und dem Einlaß 20 des
Verbrennungsmotors 19 mindestens ein Ladedrucksensor 10
angeordnet ist, welcher über eine Leitung 11 mit einer
Regelungselektronik 17 verbunden ist.
Weitere Eingangsgrößen der Regelungselektronik sind die
Motordrehzahl 12, die Gaspedalstellung 13, ein Anlassersignal
18 sowie ein Motorbremsschalter 14.
Die Regelungselektronik 17 steuert eine Leistungselektronik 16
an, welches über ein Bündel von Verbindungsleitungen 54 mit dem
Elektromotor 3 verbunden ist. Über die Verbindungsleitungen 54
kann deshalb elektrische Energie in den Elektromotor 3
eingespeist werden, der damit elektromotorisch angetrieben
wird. Andererseits kann der Elektromotor 3 auch als Generator
betrieben werden, so daß dieser über die Verbindungsleitungen
54 elektrische Energie in die Leistungselektronik 16
einspeist.
Die Leistungselektronik 16 ist über eine Leitung 57 mit einer
Batterie 15 als Energiespeicher verbunden.
Im folgenden wird der konstruktive Aufbau des elektrisch
unterstützten Abgasturboladers gemäß Fig. 2 näher erläutert.
Der Verdichter 2 weist hierbei ein Verdichterrad 22 auf,
welches von einem Verdichtergehäuse 25 umgeben ist. Das
Verdichterrad 22 läuft hierbei im Innenraum des
Verdichtergehäuses 25 und es sind spiralig angeordnete
Verdichterauslässe 9 dargestellt. Der Verdichtereinlaß 8 ist
zentral vorne am Verdichtergehäuse 25 angeordnet.
Wichtig ist, daß die Verdichterwelle 5 werkstoffeinstückig
durch den Elektromotor 3 hindurchgeführt ist und auf der
anderen Seite die Turbinenwelle 4 bildet.
An der Innenseite des Verdichters 3 ist mit dem
Verdichtergehäuse 25 ein Flansch 26 verbunden, der an seiner
gegenüberliegenden Seite das Motorgehäuse 27 des Elektromotors
3 abdichtend aufnimmt. Die Wellen 4, 5 sind in entsprechend
beabstandeten Lagern 38, die links und rechts des Elektromotors
3 angeordnet sind, aufgenommen.
Das Motorgehäuse 27 ist von axial angeordneten Kühlkanälen 28
durchzogen, und radial einwärts ist ein Ringmantel 31
angeordnet, der ebenfalls von dem Kühlmedium durchströmt wird.
Es sind ferner ein Kühlmitteleinlaß 29 und ein Kühlmittelauslaß
30 vorgesehen.
Der Elektromotor 3 besteht statorseitig aus einem
Statorblechpaket 32, welches in an sich bekannter Weise mit
einer Vielzahl von Wicklungsköpfen 34 versehen ist, welche
zugeordnete Wicklungen 33 bilden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Elektromotor 3 als
Asynchronmaschine ausgebildet und weist hierbei bevorzugt 12
Polpaare auf.
Der Rotor 35 weist hierbei Polstäbe 36 auf, die in an sich
bekannter Weise stirnseitig jeweils in Kurzschlußringen 37
gefaßt sind. Gemäß Fig. 4 weist der Rotor 35 bevorzugt 18
Polstäbe 36 auf.
Der Kühlmittelfluß von dem Kühlkanal 28 wird über einen
Verbindungskanal 39 in den Kühlmantel 40 der Turbine 1
weitergeleitet.
Die Turbine 1 weist hierbei ein Turbinengehäuse 41 auf, in
welchem das Turbinenrad 42 umläuft, welches drehfest mit der
Turbinenwelle 4 verbunden ist.
Es sind in an sich bekannter Weise Strömungskanäle 43
vorhanden, wobei über den Turbineneinlaß 6 das Druckmedium
eingespeist wird, die Strömungskanäle 43 durchläuft und auf die
einzelnen Schaufeln des Turbinenrades 42 geleitet wird. Danach
strömt das Medium über den Turbinenauslaß 7 in den Auspuff
hinaus.
Es wird noch erwähnt, daß zwischen dem Elektromotor 3 und der
Turbine 1 ein Flansch 44 angeordnet ist, der mit am Umfang
verteilt angeordneten Befestigungsschrauben das Turbinengehäuse
41 mit dem Motorgehäuse 27 verbindet.
Anhand der Fig. 3 werden nun die Auswirkungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben.
Auf der Ordinate ist das Druckverhältnis p₂/p₁ aufgetragen. Es
ist dies die dimensionslose Darstellung des Ladedrucks des
Verdichters 2, wobei der Druck p2 der Druck im Verdichterauslaß
9 ist und der Druck p1 der Druck im Verdichtereinlaß 8 ist.
Auf der Abszisse ist der Massenstrom oder Volumenstrom
aufgetragen, was den Durchsatz durch den Verdichter 2 bedeutet.
Es ist dies eine dimensionsbehaftete Größe, die entweder in
m³/sec oder in kg/sec des Arbeitsmediums angegeben wird.
Mit der Linie 45 wird die Pumpgrenze 45 angegeben, was
bedeutet, daß links von dieser Linie ein stabiler Betrieb des
Verdichters nicht mehr möglich ist und rechts von der Linie
gesehen der Verdichter betrieben werden sollte, wobei der
ideale und angestrebte Betriebszustand nahe rechts von dieser
Pumpgrenze verwirklicht werden soll.
In Form von unterschiedlich geneigten (relativ gerade
ausgebildeten) Motorschlucklinien 46 ist angegeben, welchen
Luftbedarf oder Schluckvolumen der Verbrennungsmotor 19 bei
einem jeweils gedachten Ladedruck des Verdichters hat.
In Form von gekrümmt ausgebildeten Isodrehzahllinien 47 wird
angegeben, welcher Massenstrom bei gleichbleibender Drehzahl
bei welchem Ladedruckverhältnis mit dem Verdichter 2 erreicht
wird.
Erfindungsgemäß wird die Streckkopplung zwischen der Drehzahl
des Verbrennungsmotors und dem Turbolader aufgehoben.
Mit der Kurve 49 wird die stationäre Betriebskennlinie
bezeichnet, die aussagt, daß jeder Punkt auf der stationären
Betriebskennlinie 49 in einem bestimmten Beharrungszustand des
Verbrennungsmotors 19 gefahren wird. Es handelt sich also um
eine stabile Betriebskennlinie, auf welcher der
Verbrennungsmotor unter konstanten Bedingungen gefahren wird.
Die Betriebskennlinie gibt im übrigen den Betrieb der
Verbrennungsmaschine ohne Antrieb des Elektromotors wieder.
Erfindungsgemäß wird nun über die dynamische Regelung des
Elektromotors eine wesentlich verbesserte Betriebskennlinie
erreicht, die in Form der instationären Betriebskennlinie 48
dargestellt ist.
Der Abstand 51 zwischen der stationären Betriebskennlinie (ohne
Elektromotor) und der instationären Betriebskennlinie 48 (mit
Betrieb des Elektromotors) zeigt also welche Verbesserung der
erfindungsgemäße Elektromotor mit dem erfindungsgemäßen
neuartigen Regelverfahren erbringt. Es ist aus der Kennlinie
ersichtlich, daß die dynamische oder instationäre
Betriebskennlinie sehr nahe (im idealen Fall fast mit der
Pumpgrenze 45 zusammenfallend) an diese Pumpgrenze 45
herangefahren wird, so daß hiermit ein praktisch nicht mehr
verbesserungsfähiger Betrieb des Verbrennungsmotors
gewährleistet ist.
Der Unterschied zwischen der instationären Betriebskennlinie 48
und der stationären Betriebskennlinie 49 zeigen also die
Auswirkung des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens in Verbindung
mit dem Elektromotor.
Die instationäre Betriebskennlinie zeigt weiterhin, daß damit
die Verbrennungsmaschine optimal betrieben werden kann, d. h.
mit geringem Kraftstoffbedarf, geringer Abgasemissionen und
höchstmöglicher spezifischer Leistung.
Die muschelförmigen Isowirkungsgradlinien 50 zeigen die
verschiedenen Verdichtungswirkungsgrade bezogen auf
verschiedene Betriebszustände.
Im folgenden wird beschrieben, wie durch Hinzunahme eines
Wellengenerators 53 noch weitere Verbesserungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden können, wobei -
wie vorher ausgeführt - die Hinzunahme des Wellengenerators 53
und der dazugehörenden Teile als selbständige Erfindung
beansprucht wird.
Hierbei ist gemäß Fig. 1 vorgesehen, daß an der Kurbelwelle 52
des Verbrennungsmotors 19 ein Wellengenerator 53 angeschlossen
ist, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als
Synchronmaschine ausgebildet ist. Die damit verbundenen
Vorteile wurden im allgemeinen Beschreibungsteil eingehend
gewürdigt.
Dieser Wellengenerator 53 kann sowohl als Motor als auch als
Generator betrieben werden. Er ist über Leitungsbündel 55 mit
der Leitung 57 umschaltbar verbunden, wobei ein Umschalter 56
vorhanden ist.
In der ersten Stellung des Umschalters 56 verbindet dieser die
Batterie 15 direkt mit der Leistungselektronik 16 über die
Leitung 57. In der zweiten Stellung des Umschalters 56 wird
hingegen die Batterie 15 von der Leitung 57 abgetrennt und
statt dessen wird die Leitung 55 mit der Leitung 57 verbunden.
Der Wellengenerator 53 wird hierbei in verschiedenen
Betriebszuständen betrieben.
Es wurden die Betriebszustände bereits schon im allgemeinen
Beschreibungsteil erläutert, so daß im speziellen
Beschreibungsteil nur noch kurz darauf eingegangen wird.
Man unterscheidet zwischen dem Startbetrieb des
Verbrennungsmotors 19, in dem kurzzeitig aus der Batterie 15
Energie entnommen wird, um den Elektromotor 3 anzutreiben, der
auf 40.000 1/min beschleunigt wird. Hierbei ist die Leitung 55
abgetrennt.
Sobald die Drehzahl des Elektromotors 3 erreicht wird, wird der
Umschalter 56 betätigt, und die Leitung 55 wird mit der Leitung
57 verbunden. Der Wellengenerator 53 wird dann als Motor
betrieben, d. h. über das Leitungsbündel 55 wird elektrische
Energie in den Wellengenerator 53 eingespeist, der damit
unterstützend die Kurbelwelle 52 des Verbrennungsmotors 19
antreibt.
Im instationären Verbrennungsmotorbetrieb arbeitet der
Wellengenerator 53 als Generator und liefert über das
Leitungsbündel 55, den Umschalter 56 und die Leitung 57
elektrische Energie in die Leistungselektronik 16 hinein,
welche Energie aufgrund des erfindungsgemäßen
Reglungsverfahrens den Elektromotor 3 antreibt.
Im stationären Verbrennungsmotorbetrieb liefert die Turbine 1
eine Überschußleistung, die somit den Elektromotor 3 als
Generator antreibt, welche über das Leitungsbündel 54
elektrische Energie in den Leistungssteller 16 hineinliefert.
Der Strom des als Generator betriebenen Elektromotors 3 kann
zur Aufladung der Batterie 15 verwendet werden, wenn der
Umschalter 56 entsprechend geschaltet ist.
Wahlweise kann der Umschalter 56 umgeschaltet werden, wonach
dann die Leitung 57 mit der Leitung 55 verbunden wird und die
elektrische Energie in den als motorbetriebenen Wellengenerator
53 geschickt wird, der somit die Kurbelwelle 52 zusätzlich
drehend antreibt.
Im Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors 19 muß genügend Spülluft
über den Kanal 9,20 durch den Motor 19 geschickt werden, damit
der Verbrennungsmotor 19 nicht überhitzt wird. Hierbei wird der
Elektromotor 3 als Motor betrieben, wobei er seine Leistung von
dem Wellengenerator 53 bezieht, der als Generator über die
Leitung 55 und der Leitung 57 elektrische Energie in den
Elektromotor 3 einspeist. Seinerseits entfaltet damit der
Wellengenerator 53 eine bremsende Wirkung auf die Kurbelwelle
52, welches somit den Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors 19
unterstützt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen einzelnen
Modifikationen wird also ein wesentlich verbesserter Betrieb
einer Verbrennungsmaschine dargestellt und es werden Vorteile
erreicht, wie sie bisher nicht bekannt waren.
Bezugszeichenliste
1 Turbine
2 Verdichter
3 Elektromotor
4 Turbinenwelle
5 Verdichterwelle
6 Turbineneinlaß
7 Turbinenauslaß
8 Verdichtereinlaß
9 Verdichterauslaß
10 Ladedrucksensor
11 Leitung
12 Motordrehzahl
13 Gaspedalstellung
14 Motorbremsschalter
15 Batterie
16 Leistungselektronik
17 Regelungselektronik
18 Anlassersignal
19 Verbrennungsmotor
20 Einlaß
21 Auslaß
22 Verdichterrad
25 Verdichtergehäuse
26 Flansch
27 Motorgehäuse
28 Kühlkanal
29 Kühlmitteleinlaß
30 Kühlmittelauslaß
31 Ringmantel
32 Statorblechpaket
33 Wicklung
34 Wicklungskopf
35 Rotor
36 Polstab
37 Kurzschlußringe
38 Lager
39 Verbindungskanal
40 Kühlmantel
41 Turbinengehäuse
42 Turbinenrad
43 Strömungskanal
44 Flansch
45 Pumpgrenze
46 Motorschlucklinien
47 Isodrehzahllinien
48 Instationäre Betriebslinie
49 Stationäre Betriebslinie
50 Isowirkungsgradlinien
51 Abstand
52 Kurbelwelle
53 Wellengenerator
54 Verbindungsleitungen
55 Leitungsbündel
56 Umschalter
57 Leitung
2 Verdichter
3 Elektromotor
4 Turbinenwelle
5 Verdichterwelle
6 Turbineneinlaß
7 Turbinenauslaß
8 Verdichtereinlaß
9 Verdichterauslaß
10 Ladedrucksensor
11 Leitung
12 Motordrehzahl
13 Gaspedalstellung
14 Motorbremsschalter
15 Batterie
16 Leistungselektronik
17 Regelungselektronik
18 Anlassersignal
19 Verbrennungsmotor
20 Einlaß
21 Auslaß
22 Verdichterrad
25 Verdichtergehäuse
26 Flansch
27 Motorgehäuse
28 Kühlkanal
29 Kühlmitteleinlaß
30 Kühlmittelauslaß
31 Ringmantel
32 Statorblechpaket
33 Wicklung
34 Wicklungskopf
35 Rotor
36 Polstab
37 Kurzschlußringe
38 Lager
39 Verbindungskanal
40 Kühlmantel
41 Turbinengehäuse
42 Turbinenrad
43 Strömungskanal
44 Flansch
45 Pumpgrenze
46 Motorschlucklinien
47 Isodrehzahllinien
48 Instationäre Betriebslinie
49 Stationäre Betriebslinie
50 Isowirkungsgradlinien
51 Abstand
52 Kurbelwelle
53 Wellengenerator
54 Verbindungsleitungen
55 Leitungsbündel
56 Umschalter
57 Leitung
Claims (12)
1. Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten
Turboladers für eine Verbrennungsmaschine unter Verwendung
eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb
des Elektromotors (3) in Abhängigkeit von verschiedenen
Parametern geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Eingangsgrößen für die Regelung der Ladedruck des Verdichters
(2) des Turboladers, die Drehzahl des Verbrennungsmotors (19),
die Gaspedalstellung (13), ein Motorbremssignal eines Schalters
(14), ein Anlassersignal (18), die Zusammensetzung der Abgase
und/oder verschiedene Umweltparameter mit einbezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ladedruck im Verbindungstrakt zwischen dem Verdichter
(2) und dem Einlaßtrakt der Verbrennungsmaschine (19) gemessen
wird, der Meßwert einer Regelung (16, 17) zum Vergleich mit
vorgegebenen Kennlinien (45, 46) zugeführt und der Elektromotor
(3) entsprechend dieser Kennlinien (45, 46) beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) in bestimmten
Drehzahlbereichen als Generator zum Rückspeisen elektrischer
Energie eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
vom Elektromotor (3) erzeugte Energie einem weiteren Motor-
Generator-Aggregat (53) zugeführt wird, das auf die Kurbelwelle
(52) des Verbrennungsmotors (19) wirkt, oder in das Bordnetz
eingespeist wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim
Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors (19) die zum Antrieb des
Elektromotors (3) erforderliche Energie von dem zweiten Motor-
Generator-Aggregat (53) erzeugt und dadurch der
Verbrennungsmotor (19) weiter gebremst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten der Zündung des
Verbrennungsmotors (19) und vor dem Anlassen der Turbolader von
dem Elektromotor (3) auf Touren gebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Abschalten des Elektromotors (3) erfolgt, falls innerhalb eines
bestimmten Zeitraums nach Einschalten der Zündung der
Verbrennungsmotor (19) nicht angelassen wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1-8, mit einem mit der Welle des Turboladers
gekoppelten Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Sensor (10) im Verbindungstrakt zwischen dem Auslaß (9) des
Verdichters (2) und dem Einlaß (20) des Verbrennungsmotors (19)
zur Erfassung des Ladedrucks des Verdichters (2) des
Turboladers vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich ein zweites Motor-Generator-Aggregat (53) vorgesehen
ist, das mit der Kurbelwelle (52) des Verbrennungsmotors (19)
gekoppelt und mit dem Elektromotor (3) elektrisch verbunden
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Elektronik vorgesehen ist, in der die
zur Regelung des Elektromotors (3) erforderlichen Kennlinien
(45,46) gespeichert sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) als Asynchronmaschine
und das weitere Motor-Generator-Aggregat (53) als
Wellengenerator ausgebildet sind.
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