WO2007017463A1 - Vorrichtung zur energieumsetzung - Google Patents

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WO2007017463A1
WO2007017463A1 PCT/EP2006/065036 EP2006065036W WO2007017463A1 WO 2007017463 A1 WO2007017463 A1 WO 2007017463A1 EP 2006065036 W EP2006065036 W EP 2006065036W WO 2007017463 A1 WO2007017463 A1 WO 2007017463A1
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Christoph Wenger
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for energy conversion according to the preamble of the main claim and in particular relates to a motor vehicle having an internal combustion engine with a turbocharger, in particular an exhaust gas turbocharger or an exhaust gas turbine, which is used or kinetic energy or thermal energy in the exhaust gas convert the internal combustion engine into electrical energy.
  • a turbocharger in particular an exhaust gas turbocharger or an exhaust gas turbine, which is used or kinetic energy or thermal energy in the exhaust gas convert the internal combustion engine into electrical energy.
  • the electrical energy is obtained by means of an electric machine which is operated as a generator, which is driven either via the internal combustion engine or the internal combustion engine, or converts the kinetic energy of the vehicle when braking into electrical energy.
  • a flywheel energy storage is used for energy conversion or energy conversion, for example, a flywheel, which has a high energy content in rapidly rotating state, the braking of the flywheel with the help of an electric machine into electrical
  • Turbocharger the performance of the internal combustion engine can be increased, the use of the electric machine for recovering energy from the kinetic energy of the turbocharger is not provided.
  • the inventive device for energy conversion with the features of claim 1 has the advantage that the efficiency in energy conversion, or in the energy conversion is improved.
  • This advantage is achieved by an exhaust gas turbine is installed in an internal combustion engine in the exhaust system, which is in communication with an electric machine and is in particular part of a turbocharger. With suitable control, the electric machine operates as a generator, which is driven by the exhaust gas turbine while recovering kinetic energy or additional energy from the exhaust gas and converted into electrical energy, with the help of consumers can be fed or operated, or Vehicle battery can be charged.
  • the overall efficiency of the vehicle is thus improved in a particularly advantageous manner.
  • the invention is used in a hybrid vehicle and thus improves the efficiency of the hybrid vehicle with internal combustion engine or internal combustion engine and electric machine.
  • an electric machine can be used in a particularly advantageous manner instead of the generator, which can generate electrical energy both in regenerative operation, and in engine operation, the exhaust gas turbine or can drive the turbocharger or compressor.
  • the generator which can generate electrical energy both in regenerative operation, and in engine operation
  • the exhaust gas turbine or can drive the turbocharger or compressor.
  • Turbine of the turbocharger with a generator and the compressor of the turbocharger are connected to an electric motor, so that on the one hand on the speed of the compressor, the boost pressure is adjustable and regardless of this setting, the speed of the exhaust gas turbine is adjustable.
  • FIG. 1 shows the components of a vehicle essential to the invention. in the
  • turbocharger 10 which is arranged in an exhaust passage of the internal combustion engine of the vehicle and at least one exhaust gas turbine 10a includes and is connected via a shaft 11 with an electric machine 12 in connection.
  • the electric machine 12 is driven either by the turbocharger 10 or the exhaust gas turbine 10 a and then works as a generator or drives the turbocharger 10 or the exhaust gas turbine 10 a.
  • the electric machine 12 is connected via an inverter 13 with an energy store 14 in connection.
  • the inverter comprises in a conventional manner a number of controllable inverter elements, for example MOSFETs, which are driven by a control device 16, for example.
  • the control is adjustable so that the electric machine 12 as
  • the traction drive is designated 15 and is connected to both the inverter 13 and the energy storage 14 in connection.
  • the drive is, for example, a suitable electric motor that can work together with the internal combustion engine, not shown.
  • the turbocharger 10 or an associated exhaust gas turbine 10 a is exposed to the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas turbine 10a is brought to high speed by the associated electrical machine under certain operating conditions and, on the other hand, is exposed to the exhaust gas flow, the residual energy present in the exhaust gas driving the exhaust gas turbine in the sense of the invention.
  • electrical energy can be obtained, via the inverter 13 in the Energy storage 14 is stored or used directly for the supply of consumers.
  • the overall efficiency of the vehicle can be improved.
  • the exhaust gas turbine can then also be designed so that the maximum available energy is removed from the exhaust gas, whereby the compromise with respect to the response of the turbocharger is avoided.
  • the maximum speed of the turbocharger can be limited by a corresponding control of the electric machine. This can otherwise be required for turbocharged vehicles
  • the turbine is connected to a generator and the compressor with an electric motor. With such a configuration with two electric machines, it is possible that the boost pressure, the speed of the
  • Compressor depends and the speed of the exhaust gas turbine can be set independently. This can be adjusted if necessary, an optimal operating point. In addition, the flexibility in the installation space requirements in the vehicle is increased.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Energieumsetzung angegeben, bei der eine mit einer elektrischen Maschine in Verbindung stehende Abgasturbine eines Turboladers dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine ausgesetzt wird und die vom Abgasstrom aufgenommene kinetische Energie der Abgasturbine mit Hilfe der elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt wird. Vorzugsweise wird die Vorrichtung bzw. das Verfahren in Verbindung mit einem Hybridfahrzeug zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Fahrzeugs eingesetzt.

Description

05.07.2005 Bü /Bo
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart
Vorrichtung zur Energieumsetzung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Energieumsetzung nach der Gattung des Hauptanspruchs und betrifft insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, insbesondere einem Abgasturbolader bzw. einer Abgasturbine, der bzw. die dazu benutzt wird, kinetische Energie bzw. thermische Energie im Abgas der Brennkraftmaschine in elektrische Energie umzuwandeln.
Stand der Technik
Bei der Energieumsetzung oder Energiewandlung soll diese in allen technischen Bereichen mit möglichst optimalem Wirkungsgrad erfolgen. Dies gilt auch für Kraftfahrzeuge, bei denen unter anderem auch kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden soll. Besonders bei Hybridfahrzeugen, also Fahrzeugen, die sowohl mit Hilfe einer Brennkraftmaschine als auch mit Hilfe einer elektrischen Maschine antreibbar sind, spielt die Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Energieumsetzung bzw. Energiewandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt eine große Rolle.
Üblicherweise wird in solchen Hybridfahrzeugen die elektrische Energie mit Hilfe einer elektrischen Maschine gewonnen, die als Generator betrieben wird, der entweder über den Verbrennungsmotor bzw. die Brennkraftmaschine angetrieben wird, oder die kinetische Energie des Fahrzeugs beim Bremsen in elektrische Energie umsetzt. Aus der DE 41 02 882 Al sind verschiedene Möglichkeiten zum Betrieb von Hybridfahrzeugen bekannt. Dabei wird zur Energiewandlung bzw. zur Energieumsetzung ein Schwungmassenenergiespeicher eingesetzt, beispielsweise ein Schwungrad, das in sich schnell drehendem Zustand einen hohen Energieinhalt aufweist, der beim Abbremsen des Schwungrades mit Hilfe einer elektrischen Maschine in elektrische
Energie umgewandelt werden kann. Mit der erhaltenen elektrischen Energie können Verbraucher betrieben werden, oder die Fahrzeugbatterie geladen werden. Durch geeignete Ansteuerung des Schwungmassenenergiespeichers können kurzzeitig auftretende elektrische Spitzenbelastungen im Fahrzeugbordnetz in ihrer Wirkung kompensiert werden.
Es sind auch bereits Kraftfahrzeuge im Einsatz, die einen elektrisch angetriebenen Turbolader aufweisen, der im Abgaskanal des Motors bzw. der das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine angeordnet ist. In der DE 102 29 133 Al wird ein solches System mit einem Abgasturbolader beschrieben, bei dem eine Verbindung zwischen Verdichterteil des Abgasturboladers und einem elektrischen Zusatzantrieb besteht. Der elektrische Zusatzantrieb, der eine elektrische Maschine umfasst, wird im Bedarfsfall, z.B. innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs zugeschaltet., wobei weitere Mittel, beispielsweise eine Kupplung zum Einsatz kommen. Mit einer solchen Anordnung aus Abgasturbolader und elektrischer Maschine zum zusätzlichen Antrieb des
Turboladers kann die Leistung der Brennkraftmaschine gesteigert werden, die Verwendung der elektrischen Maschine zur Rückgewinnung von Energie aus der kinetischen Energie des Turboladers ist nicht vorgesehen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieumsetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad bei der Energieumsetzung, bzw. bei der Energiewandlung verbessert wird. Erzielt wird dieser Vorteil, indem bei einer Brennkraftmaschine im Abgastrakt eine Abgasturbine eingebaut wird, die mit einer elektrischen Maschine in Verbindung steht und insbesondere Bestandteil eines Turboladers ist. Bei geeigneter Ansteuerung arbeitet die elektrische Maschine als Generator, der von der Abgasturbine angetrieben wird und dabei kinetische Energie bzw. zusätzliche Energie aus dem Abgas zurückgewinnt und in elektrische Energie umwandelt, mit deren Hilfe Verbraucher gespeist bzw. betrieben werden können, oder die Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann. Durch die Ausnutzung der im Abgas vorhandenen Restenergie wird so der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs in besonders vorteilhafter Weise verbessert.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen
Maßnahmen erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Erfindung in einem Hybridfahrzeug eingesetzt wird und so den Wirkungsgrad des Hybridfahrzeuges mit Verbrennungsmotor bzw. Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine verbessert.
Bei einem Fahrzeug, das ohnehin einen Turbolader bzw. eine Abgasturbine aufweist bzw. benötigt, kann in besonders vorteilhafter Weise anstelle des Generators eine elektrische Maschine eingesetzt werden, die sowohl in generatorischem Betrieb elektrische Energie erzeugen kann, als auch im motorischen Betrieb die Abgasturbine bzw. den Turbolader oder Verdichter antreiben kann. Damit ist es in vorteilhafter Weise möglich, im motorischen Betrieb bei Lastwechsel das so genannte Turboloch zu vermeiden und die
Verdichtung mittels geeigneter Ansteuerung der elektrischen Maschine zu optimieren. Es ist dabei auch möglich, dass bei Lastsprüngen der Ladedruck schneller aufgebaut wird.
Die Abgasturbine kann besonders vorteilhaft so ausgelegt werden, dass die maximal verfügbare Energie aus dem Abgas entnommen wird und außerdem das
Ansprechverhalten des Turboladers verbessert wird. Durch eine vorteilhafte Regelung der elektrischen Maschine kann die Maximaldrehzahl des Turboladers begrenzt werden und damit die Abgasklappe ersetzt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Lösung möglich, bei der die
Turbine des Turboladers mit einem Generator und der Verdichter des Turboladers mit einem Elektromotor verbunden sind, so dass einerseits über die Drehzahl des Verdichters der Ladedruck einstellbar ist und unabhängig von dieser Einstellung die Drehzahl der Abgasturbine einstellbar ist. Durch diese getrennte Einstellbarkeit der beiden Komponenten kann ein optimaler Arbeitspunkt des Gesamtsystems eingestellt werden.
Bei getrennter Ausführung des Gesamtsystems kann die Flexibilität bei den Einbauraumanforderungen erhöht werden.
Spezielle vorteilhafte Ansteuer- bzw. Regelverfahren lassen weitere Optimierungen des Gesamtsystems zu. - A -
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung
In Figur 1 sind die erfindungswesentlichen Komponenten eines Fahrzeugs dargestellt. Im
Einzelnen handelt es sich um einen Turbolader 10, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angeordnet ist und wenigstens eine Abgasturbine 10a umfasst und über eine Welle 11 mit einer elektrischen Maschine 12 in Verbindung steht. Die elektrische Maschine 12 wird entweder vom Turbolader 10 bzw. der Abgasturbine 10a angetrieben und arbeitet dann als Generator oder sie treibt den Turbolader 10 bzw. die Abgasturbine 10a an. Dazu steht die elektrische Maschine 12 über einen Wechselrichter 13 mit einem Energiespeicher 14 in Verbindung. Der Wechselrichter umfasst in üblicher Weise eine Anzahl von ansteuerbaren Wechselrichterelementen, beispielsweise MOSFETs, die beispielsweise von einer Steuereinrichtung 16 angesteuert werden. Die Ansteuerung ist dabei so einstellbar, dass die elektrische Maschine 12 als
Generator oder als Motor betrieben werden kann.
Der Fahrantrieb ist mit 15 bezeichnet und steht sowohl mit dem Wechselrichter 13 als auch mit dem Energiespeicher 14 in Verbindung. Der Fahrantrieb ist beispielsweise ein geeigneter Elektromotor, der mit der nicht dargestellten Brennkraftmaschine zusammenarbeiten kann..
Mit der in der Figur 1 dargestellten Anordnung ist der Turbolader 10 bzw. eine zugehörige Abgasturbine 10a dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt. Die Abgasturbine 10a wird einerseits bei bestimmten Betriebsbedingungen von der zugeordneten elektrischen Maschinen auf hohe Drehzahl gebracht und ist andererseits dem Abgasstrom ausgesetzt, wobei die im Abgas vorhandene Restenergie dabei im erfindungsgemäßen Sinn die Abgasturbine antreibt. Durch Abbremsen der Abgasturbine 10a mit Hilfe der elektrischen Maschine 12, die dabei im generatorischen Betrieb arbeitet, kann elektrische Energie gewonnen werden, die über den Wechselrichter 13 in den Energiespeicher 14 eingespeichert wird oder direkt zur Versorgung von Verbrauchern herangezogen wird. Durch die Ausnützung der Restenergie, die im Abgas enthalten ist und Umwandlung der kinetischen Energie der Abgasturbine 10a, kann der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs verbessert werden.
Bei einem Fahrzeug, das ohnehin einen Turbolader aufweist, kann dieser zur Rückgewinnung der im Abgas vorhandenen Restenergie eingesetzt werden. Dann ist es möglich, anstelle des Generators eine elektrische Maschine einzusetzen, die sowohl elektrische Energie erzeugen wie auch den Verdichter bzw. Turbolader antreiben kann. Damit ist es auch möglich, bei Lastwechseln das sogenannte Turboloch zu vermeiden.
Dabei lässt sich die Abgasturbine dann auch so auslegen, dass die maximal verfügbare Energie aus dem Abgas entnommen wird, wobei der Kompromiss bezüglich des Ansprechverhaltens des Turboladers vermieden wird. Zusätzlich kann durch eine entsprechende Regelung der elektrischen Maschine die Maximaldrehzahl des Turboladers begrenzt werden. Damit kann die ansonsten bei Fahrzeugen mit Turbolader benötigte
Abgasklappe ersetzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Turbine mit einem Generator verbunden und der Verdichter mit einem Elektromotor. Mit einer derartigen Ausgestaltung mit zwei elektrischen Maschinen ist es möglich, dass der Ladedruck, der von der Drehzahl des
Verdichters abhängt und die Drehzahl der Abgasturbine unabhängig voneinander eingestellt werden können. Dadurch lässt sich ggf. ein optimaler Arbeitspunkt einstellen. Außerdem wird die Flexibilität bei den Einbauraumanforderungen im Fahrzeug erhöht.
Mit den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen lassen sich verschiedene Verfahren zur
Energieumsetzung bei einer dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine ausgesetzten Abgasturbine, die mit einer elektrischen Maschine zusammen wirkt, realisieren. Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die elektrische Maschine bei vorgebbaren Bedingungen als Generator arbeitet und die von der Abgasturbine 10a gelieferte bzw. in ihr enthaltene kinetische Energie, in elektrische Energie umwandelt. Damit kann auch die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Restenergie noch in elektrische Energie gewandelt werden.

Claims

05.07.2005 Bü /BoROBERT BOSCH GMBH, 70442 StuttgartAnsprüche
1. Vorrichtung zur Energieumsetzung mit einer dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine ausgesetzten Abgasturbine (10a), die mit einer elektrischen Maschine (12) zusammen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (15) vorhanden sind, die einen Betrieb der elektrische Maschine (12) bei vorgebbaren Bedingungen als Generator ermöglichen, wobei die kinetische Energie der Abgasturbine (10a) in elektrische Energie umgewandelt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (10a) Bestandteil eines Turboladers (10) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (12) über einen Wechselrichter (13) mit einem Energiespeicher (14) in Verbindung steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrantrieb (15) mit dem Wechselrichter (13) und dem Energiespeicher (14) in Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (13) ein steuerbarer Wechselrichter ist und die Ansteuerung des Wechselrichters insbesondere mittels einer Steuereinrichtung (16) so erfolgt, dass die mit ihm verbundene elektrische Maschine (12) als Motor oder als Generator betreibbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (10a) mit einer elektrischen Maschine (12), die als Generator arbeitet, in Verbindung steht und der Verdichter mit einer elektrischen Maschine (12), die als Elektromotor betrieben wird, verbunden ist.
7. Verfahren zur Energieumsetzung mit einer dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine ausgesetzten Abgasturbine (10a), die mit einer elektrischen Maschine (12) zusammen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (12) bei vorgebbaren Bedingungen als Generator arbeitet und die von der
Abgasturbine gelieferte kinetische Energie, die der im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Restenergie entspricht, in elektrische Energie umwandelt
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (12) so geregelt wird, dass eine Maximaldrehzahl des
Turboladers (10) oder der Abgasturbine (10a) nicht überschritten wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Lastwechseln der Brennkraftmaschine die elektrische Maschine (12) so angesteuert wird, dass ein Drehzahleinbruch des Turboladers vermieden wird und/oder dass bei Lastsprüngen der Ladedruck schneller aufgebaut wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Abgasturbine verbundene Generator und der mit dem Verdichter verbundene Elektromotor jeweils so angesteuert wird, dass die Drehzahl des
Verdichters und die Drehzahl der Abgasturbine unabhängig voneinander einstellbar sind.
11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Hybridfahrzeug mit wenigstens einer
Brennkraftmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine (12) zur Gewinnung von elektrischer Energie aus der kinetischen Energie der Abgasturbine.
PCT/EP2006/065036 2005-08-09 2006-08-03 Vorrichtung zur energieumsetzung WO2007017463A1 (de)

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DE102005037461.1 2005-08-09
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITNA20110017A1 (it) * 2011-03-25 2012-09-26 Francesco Lanzetta Turbo alternatore con compressore elettronico

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2030856A1 (de) * 2007-08-27 2009-03-04 Klingelnberg AG Verfahren und zur Ausführung des Verfahrens notwendige Vorrichtung zur Erhöhung der Effizienz eines Antriebs eines Fahrzeuges
US8225608B2 (en) 2008-11-04 2012-07-24 GM Global Technology Operations LLC Hybrid powertrain and method for controlling a hybrid powertrain
DE102009034510A1 (de) 2009-07-24 2011-04-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit aufgeladenem Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit aufgeladenem Verbrennungsmotor
DE102011006729B4 (de) * 2011-04-04 2021-12-30 Röchling Automotive AG & Co. KG Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug
DE102016005877A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Man Truck & Bus Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere als Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0212988A2 (de) * 1985-08-30 1987-03-04 Isuzu Motors Limited Turboladersteuervorrichtung für Brennkraftmaschine
EP0709559A1 (de) * 1994-10-27 1996-05-01 Isuzu Motors Limited Regelanlage für Abgasturbolader eines Motor-Generators
US6647724B1 (en) * 2002-07-30 2003-11-18 Honeywell International Inc. Electric boost and/or generator
US20030223892A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-04 Woollenweber William E. Compact turbocharger
WO2005026517A1 (en) * 2003-09-10 2005-03-24 The Regents Of The University Of California Exhaust gas driven generation of electric power and altitude compensation in vehicles including hybrid electric vehicles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0212988A2 (de) * 1985-08-30 1987-03-04 Isuzu Motors Limited Turboladersteuervorrichtung für Brennkraftmaschine
EP0709559A1 (de) * 1994-10-27 1996-05-01 Isuzu Motors Limited Regelanlage für Abgasturbolader eines Motor-Generators
US20030223892A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-04 Woollenweber William E. Compact turbocharger
US6647724B1 (en) * 2002-07-30 2003-11-18 Honeywell International Inc. Electric boost and/or generator
WO2005026517A1 (en) * 2003-09-10 2005-03-24 The Regents Of The University Of California Exhaust gas driven generation of electric power and altitude compensation in vehicles including hybrid electric vehicles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITNA20110017A1 (it) * 2011-03-25 2012-09-26 Francesco Lanzetta Turbo alternatore con compressore elettronico

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