DE19518317C2

DE19518317C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers

Info

Publication number: DE19518317C2
Application number: DE19518317A
Authority: DE
Inventors: Guenter Bauknecht; Gerhard Huber
Original assignee: RECKERTH HUGO
Current assignee: RECKERTH HUGO
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2015-05-19
Also published as: DE19518317A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 7 und 8.

Die JP-60-128 935 A zeigt bereits ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers für eine Verbrennungsmaschine unter Verwendung eines elektrischen Motor-Generator, wobei der Turbolader eine Abgasturbine und einen Verdichter aufweist, die über eine Antriebswelle miteinander gekoppelt sind und der Antrieb bzw. die Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern geregelt wird, wobei der Motor-Generator direkt auf der Antriebswelle angeordnet ist und somit direkt auf den Verdichter wirkt. Der Motor-Generator ist hierbei von einer Steuereinrichtung derart steuerbar, daß sie in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dem Turbolader Energie zuführt oder entnimmt.

Zusätzlich zum ersten Motor-Generator, welcher auf den Turbolader wirkt, ist ein zweiter Motor-Generator angebracht, welcher auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkt. Die beiden Elektromotoren-Generatoren sind hierbei direkt mit ihren Statoren über eine Dreiphasenverbindung gekoppelt, wobei der Motor-Generator auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors synchron mit der Kurbelwelle und zweitem Motor-Generator vorgesehen, da die Übersetzung rein mechanisch über ein Getriebe erreicht wird und dadurch das Baugewicht des Turboladers und somit die Herstellungs- und Betriebskosten erhöht werden.

Ein gleiches Prinzip zeigt die EP 0 352 064 A1, wobei der ein erster Motor-Generator, welcher auf die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine wirkt, und ein zweiter Motor- Generator, welcher auf eine Turbine wirkt über einen AC/DC- Wandler und einen DC/AC-Wandler indirekt über eine Dreiphasen- Verbindung verbunden sind, zwischen den Wandlern eine Zweiphasenverbindung vorgesehen ist, und ein Regler auf die Wandler einwirkt. Der erste Motor-Generator läuft hier ebenfalls synchron mit der Kurbelwelle, wobei hier ebenfalls kein stufenloses Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und zweitem Motor-Generator vorgesehen ist, da die Übersetzung hier ebenfalls rein mechanisch über ein Getriebe erreicht wird, mit den gleichen Nachteilen wie bei der JP 60-128 935 A.

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, wobei der verwendete Elektromotor ein hohes Anlaufdrehmoment aufweisen und dennoch für sehr hohe Drehzahlen geeignet sein soll.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient die technische Lehre nach dem Hauptanspruch 1.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist nun, daß die Vorrichtung zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers mit herkömmlicher Abgasturbine und Verdichter für eine Verbrennungsmaschine mit einem ersten auf den Turbolader wirkenden Motor-Generator-Aggregat aufgestattet ist und zusätzlich ein zweites Motor-Generator-Aggregat, welches auf die Verbrennungsmaschine wirkt, vorgesehen ist, wobei die Statorwicklungen des ersten Motor-Generator-Aggregats und des zweiten Motor-Generator-Aggregats der Verbrennungsmaschine miteinander gekoppelt sind und daß das erste Motor-Generator-Aggregat des Turboladers eine vielsträngige, mehrpolige Asynchronmaschine ist und das zweite Motor-Generator-Aggregat der Verbrennungsmaschine eine fremderregte Synchronmaschine ist, deren Erregerfeld im Stator hinsichtlich seiner Frequenz und Umlaufrichtung gesteuert wird.

Der Elektromotor wird nun nicht drehzahlkonstant gefahren, sondern das erste Motor-Generator-Aggregat wird in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern geregelt. Hierbei wird es bevorzugt, wenn das erste Motor-Generator-Aggregat 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 ersten Motor-Generator-Aggregat mit einbezogen werden können.

Eine 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.

Es ist möglich, die ladedruckabhängige Regelung dadurch zu verwirklichen, 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 Sollwert-Kennfeld abgelegt, welches, bezogen auf bestimmte Fahrzustände, wie z. B. Anfahren, Beschleunigen, Bremsen, Bergfahrt, Leerlauf, im Hinblick auf den Ladedruck jeweils die für den Verbrennungsmotor optimalen Sollwerte enthält. Aufgrund eines Vergleichs des entsprechenden Sollwertes mit dem gemessenen Druckwert des Drucksensors, ermittelt der elektronische Regler dann die geeignete Stellgröße, je nach Art des Reglers, und gibt diese dann an die Leistungselektronik aus, welche wiederum mit dem ersten Motor- Generator-Aggregat verbunden ist.

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 ersten Motor-Generator-Aggregat verbunden, welches Elektromotor drehfest auf der Verbindungswelle zwischen der Turbine und dem Verdichter angeordnet ist.

Der erste Motor-Generator-Aggregat wird dann von dem Regler angesteuert und entsprechend der Vorgabewerte und Randbedingungen mit einem Strom versorgt, der die Drehzahl des ersten Motor-Generator-Aggregat vorgibt.

Insgesamt ergibt sich durch die Anpassung des auf den Turbolader wirkenden ersten Motor-Generator-Aggregat eine höhere Leistung, eine bessere Anpassung an die Lastzustände der Verbrennungsmaschine sowie an weitere Randbedingungen und eine bessere Kraftstoffausnutzung.

Wesentlich ist weiterhin, daß dieses erste Motor-Generator- Aggregat 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 das erste Motor-Generator-Aggregat angetrieben, so daß es als Generator arbeitet und entsprechend in das Bordnetz zurückspeist.

Bei diesem Antriebskonzept sind also zwei unterschiedliche Motor/Generator-Aggregate verwendet. Das eine Motor/Generator- Aggregat (im folgenden auch als Elektromotor bezeichnet) 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 auch 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 64-fache 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.

Verbrennungsmotor starten:

Wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird, wird zunächst das Aggregat über das Bordnetz eingeschaltet. Das Aggregat läuft dann auf ca. 40000 l/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.

Instationärer Verbrennungsmotor-Betrieb:

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.

Stationärer Verbrennungsmotor-Betrieb:

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.

Verbrennungsmotor-Bremsbetrieb (Motorbremse):

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.

Ausführung des Elektromotors/Generators:

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:

Bordnetzladung:

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.

Maschinenausführung des elektrischen Turbocompound (ETC):

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.

Maschinenprinzip:

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:

f_a = (f_m ± f_e) . n_Pol

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 ¹/₄ 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 geringere Kraftstoffverbräuche.

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 ansich 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 erfingungsgemäßen 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 l/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

erstes Motor-Generator-Aggregat (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

zweites Motor-Generator- Aggregat (Wellengenerator)

54

Verbindungsleitungen

55

Leitungsbündel

56

Umschalter

57

Leitung

Claims

1. Vorrichtung zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers für eine Verbrennungsmaschine (19), wobei der Turbolader eine Abgasturbine (1) und einen Verdichter (2) aufweist, die über eine Antriebswelle (4, 5) miteinander gekoppelt sind, auf der ein erstes Motor-Generator-Aggregat (3) direkt angeordnet ist, wobei weiter ein auf die Verbrennungsmaschine wirkendes zweites Motor-Generator-Aggregat (53) vorhanden ist und die Statorwicklungen des erstes Motor-Generator-Aggregats (3) und des zweiten Motor-Generator-Aggregats (53) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Motor-Generator-Aggregat (3) eine vielsträngige, mehrpolige Asynchronmaschine und das zweite Motor-Generator-Aggregat (53) eine fremderregte Synchronmaschine (53) ist, deren Erregerfeld im Stator hinsichtlich seiner Frequenz und Umlaufrichtung gesteuert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine (53) hochpolig ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine (53) 64 Pole hat.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polzahl der Synchronmaschine (53) durch eine Dalanderschaltung umschaltbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerfeld der Synchronmaschine (53) durch einen Vierquadrantensteller erzeugt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie für das Energiefeld der Synchronmaschine (53) über einen Luftspalttransformator berührungslos auf den Rotor übertragbar ist.

7. Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers für eine Verbrennungsmaschine (19) nach den Merkmalen eines der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine annähernd stoßfreie Umschaltung der Polzahl der Synchronmaschine (53) dadurch erfolgt, daß die Ausgangsfrequenz während des Umschaltvorgangs annähernd konstant bleibt.

8. Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers für eine Verbrennungsmaschine (19) nach den Merkmalen eines der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors (19) das erste Motor-Generator-Aggregat (3) als Motor betrieben wird, der vom zweiten Motor-Generator-Aggregat (53) gespeist wird, welches seinerseits die Kurbelwelle (52) des Verbrennungsmotors (19) abbremst.