DE102011079604A1 - Parallel hybrid drive for motor car, has electric motor comprising iron-free rotor, where drive is established such that motor is operated as generator and motor per cycle of engine during disconnected condition of cylinders of engine - Google Patents

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Abstract

The drive has an electric motor (EM) operable as a generator and a motor and comprising an iron-free rotor. The drive is established such that the electric motor is operated as the generator and the motor per cycle of a four-cylinder combustion engine (VM) during disconnected condition of four cylinders (Z1-Z4) of the combustion engine. A capacitor (DK) i.e. double layer capacitor, stores electrical power during the generator operation and delivers the electrical power during the motor operation, where capacitance of the capacitor corresponds to a value within a range of 0.1-10 farad. The double layer capacitor is designed as a super cap or an ultra cap. An independent claim is also included for a method for operating a parallel hybrid drive of a motor car.

Description

Die Erfindung betrifft einen parallelen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest ein Zylinder des Verbrennungsmotors des Hybridantriebs abschaltbar ist.The invention relates to a parallel hybrid drive for a motor vehicle, wherein at least one cylinder of the internal combustion engine of the hybrid drive can be switched off.

Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren im unteren Teillastbereich bei gedrosseltem Betrieb des Motors nicht im idealen Punkt des Motorverbrauchskennfeldes arbeiten.It is known that vehicles with internal combustion engines in the lower part load range with throttled operation of the engine do not work in the ideal point of the engine consumption map.

Zur Reduktion dieser Drosselverluste kann eine Zylinderabschaltung vorgesehen werden, wobei bei Abschaltung eines Zylinders typischerweise die Einlass- und Auslassventile des abgeschalteten Zylinders geschlossen gehalten werden. Beispielsweise kann vorgesehen werden, je nach Leistungsbedarf im stationären Betrieb bis zu drei Zylinder eines 4-Zylinder-Motors (oder bis zu zwei Zylinder eines 3-Zylinder-Motors) durch eine Abschaltung der zugehörigen Ventile abzuschalten. Da die Ventile der abgeschalteten Zylinder dicht sind, komprimieren diese lediglich die darin enthaltene Luft.To reduce these throttle losses, a cylinder deactivation can be provided, wherein shutdown of a cylinder typically the inlet and exhaust valves of the deactivated cylinder are kept closed. For example, it may be provided, depending on the power requirement in stationary operation up to three cylinders of a 4-cylinder engine (or up to two cylinders of a 3-cylinder engine) by switching off the associated valves off. Since the valves of the deactivated cylinders are tight, they merely compress the air contained therein.

Wenn bei Verbrennungsmotoren mit geringer Zylinderzahl eine Zylinderabschaltung eingesetzt wird, beispielsweise ein 4-Zylinder-Motor mit zwei oder gar drei abgeschalteten Zylindern, hat dies sehr hohe Drehzahlschwankungen oder Drehschwingungen und damit einen unruhigen Motorlauf zur Folge. Durch Vorsehen sehr großer Schwungmassen lässt sich dieses Problem reduzieren, jedoch wirkt sich eine große Schwungmasse nachteilig auf die Agilität und Dynamik des Fahrzeugs auf; außerdem nimmt das Gewicht des Fahrzeugs zu.When a cylinder deactivation is used in internal combustion engines with a low number of cylinders, for example, a 4-cylinder engine with two or even three cylinders off, this has very high speed fluctuations or torsional vibrations and thus a restless engine run. By providing very large flywheels, this problem can be reduced, but a large flywheel adversely affects the agility and dynamics of the vehicle; In addition, the weight of the vehicle increases.

Grund für die Drehschwingung sind die positiven und negativen Beschleunigungsphasen jedes einzelnen Zylinders.Reason for the torsional vibration are the positive and negative acceleration phases of each cylinder.

Bei einem 4-Taktmotor durchläuft jeder Zylinder innerhalb von zwei Kurbelwellenumdrehungen vier Takte. Die drei Takte Ansaugen, Kompression und Ausstoßen sorgen für negative Beschleunigung auf der Kurbelwelle und lediglich ein Takt, nämlich der Takt der Expansion, sorgt für eine positive Beschleunigung; in diesem Takt wird also Arbeit verrichtet. Je mehr Zylinder ein Verbrennungsmotor aufweist, desto besser werden diese negativen Beschleunigungen durch die versetzten Zündzeitpunkte ausgeglichen und desto geringer ist die Drehschwingung. Zum Beispiel weist ein 4-Zylindermotor, bei dem 3 Zylinder abgeschaltet sind, einen 540° (= 3·180°) breiten Kurbelwinkelbereich mit negativer Beschleunigung und einen 180° breiten Kurbelwinkelbereich mit positiver Beschleunigung. Zudem sind die Beschleunigungen im jeweiligen 180°KW-Segment auch nicht linear. Der Motor hat daher ohne Gegenmaßnahmen in diesem Betriebsfall sehr hohe Drehschwingungen und einen sehr unruhigen Lauf. Zur Reduktion dieser Drehschwingung beim 1-Zylinderbetrieb wäre eine sehr große Schwungmasse notwendig.In a 4-stroke engine, each cylinder goes through four cycles within two crankshaft revolutions. The three strokes of suction, compression and ejection provide negative acceleration on the crankshaft and only one stroke, namely the stroke of expansion, provides for a positive acceleration; So work is done in this measure. The more cylinders an internal combustion engine has, the better these negative accelerations are compensated by the staggered ignition times and the lower the torsional vibration. For example, a 4-cylinder engine in which 3 cylinders are turned off has a 540 ° (= 3 x 180 °) wide crank angle range with negative acceleration and a 180 ° wide crank angle range with positive acceleration. In addition, the accelerations in the respective 180 ° KW segment are not linear. The motor has therefore without countermeasures in this case of operation very high torsional vibrations and a very troubled run. To reduce this torsional vibration in 1-cylinder operation, a very large flywheel would be necessary.

Aus der Druckschrift DE 10 2005 001 047 A1 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, welches einen mit einer Elektromaschine gekoppelten Mehrzylinderverbrennungsmotor mit zumindest einem abschaltbaren Zylinder aufweist. Dabei wird von einem dem Fahrzeug zur Verfügung gestellten Gesamtmoment ein erstes Teilmoment von dem Verbrennungsmotor und ein zweites Teilmoment von der Elektromaschine zur Verfügung gestellt. Bei einer Abschaltung eines oder gegebenenfalls mehrerer Zylinder wird das zweite Teilmoment gezielt zur Dämpfung einer Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors eingesetzt. Vorzugsweise wird die Elektromaschine abwechselnd motorisch und generatorisch betrieben und dabei gezielt ein dämpfendes Gegenmoment auf den Verbrennungsmotor ausgeübt.From the publication DE 10 2005 001 047 A1 a hybrid vehicle is known, which has a coupled to an electric machine multi-cylinder internal combustion engine having at least one deactivatable cylinder. In this case, a first partial torque from the internal combustion engine and a second partial torque from the electric machine are made available by a total torque made available to the vehicle. With a shutdown of one or possibly more cylinders, the second partial torque is used specifically for damping a rotational nonuniformity of the internal combustion engine. Preferably, the electric machine is operated alternately by a motor and a generator and selectively exerts a damping counter-torque on the internal combustion engine.

In der Druckschrift WO 2008/082454 A1 ist ein Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor beschrieiben, wobei die Verbrennung in einem oder mehreren Zylinder reduziert oder gänzlich unterbunden werden kann. Dabei kann der Elektromotor den Verbrennungsmotor mit Leistung während des Expansionstaktes eines oder mehrere der leistungsreduzierten Zylinder unterstützen.In the publication WO 2008/082454 A1 is a drive with an internal combustion engine and an electric motor beschrieiben, the combustion in one or more cylinders can be reduced or completely suppressed. The electric motor may assist the engine with power during the expansion stroke of one or more of the reduced power cylinders.

In der Druckschrift DE 10 2008 025 376 A1 ist ein Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine beschrieben, wobei die Elektromaschine zwischen generatorischen und motorischen Betrieb umgeschaltet werden kann. Die Elektromaschine wird zum Ausgleich der Winkelgeschwindigkeitsänderungen verwendet, die nach mechanischem Ausgleich von Drehunförmigkeiten im Zylinderabschaltbetrieb verbleiben.In the publication DE 10 2008 025 376 A1 a drive with an internal combustion engine and an electric machine is described, wherein the electric machine can be switched between regenerative and engine operation. The electric machine is used to compensate for the angular velocity changes that remain after mechanical compensation of Drehunförmigkeiten in Zylinderabschaltbetrieb.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor mit Zylinderabschaltung Drehunförmigkeiten im Zylinderabschaltbetrieb ohne Verwendung einer sehr großen Schwungmasse zu reduzieren, so dass die mit einer sehr großen Schwungmasse verbundenem Nachteile vermieden werden können.It is an object of the invention to reduce Drehunförmigkeiten in Zylinderabschaltbetrieb without using a very large flywheel in a multi-cylinder engine with cylinder deactivation, so that the disadvantages associated with a very large flywheel can be avoided.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the features of the independent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen parallelen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, welcher einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor umfasst, bei dem ein und/oder mehrere Zylinder abschaltbar ist. Zum Abschalten eines Zylinders können beispielsweise die Eingangs- und Ausgangsventile des abgeschalteten Zylinders geschlossen gehalten werden.A first aspect of the invention relates to a parallel hybrid drive for a motor vehicle, which comprises a multi-cylinder internal combustion engine, in which one and / or several cylinders can be switched off. For switching off a cylinder, for example, the input and output valves of the deactivated cylinder can be kept closed.

Ferner ist ein elektrischer Scheibenläufermotor vorgesehen. Gegenüber üblichen Elektromotoren ist der Scheibenläufermotor grundlegend anders konstruiert. Hierbei handelt es sich um einen Elektromotor, dessen Läufer die Form einer Scheibe hat. Vorzugsweise wird ein Scheibenläufermotor verwendet, bei dem sich die Spulenwicklungen auf der rotierenden Scheibe befinden. Es wird ein Luftspulenprinzip genutzt, wobei der Läufer im Wesentlichen kein Eisen aufweist, d. h. die Spulen weisen im Unterschied zum üblichen Elektromotor keinen Eisenkern auf. Da der Läufer im Wesentlichen kein Eisen enthält, besitzt die Scheibe ein sehr kleines Trägheitsmoment und eine sehr geringe Ankerinduktivität. Hierdurch kann der Läufer schnell beschleunigt und abgebremst werden. Beispiele für Scheibenläufermotoren sind auf der Wikipedia-Webseite unter „ http://de.wikipedia.org/wiki/Scheibenl%C3%A4ufermotor ” beschrieben. Ein Scheibenläufermotor mit einer Leistung von 30 kW ist im bereits 1985 erschienenen Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben WE 274/75 der technischen Universität Braunschweig mit dem Thema „Eisenloser Gleichstrom-Scheibenläufer mit Permanentmagneterregung” beschrieben. Furthermore, an electric disc rotor motor is provided. Compared to conventional electric motors, the pancake motor is designed fundamentally different. This is an electric motor whose rotor has the shape of a disc. Preferably, a pancake motor is used in which the coil windings are on the rotating disk. It is an air coil principle used, wherein the rotor has substantially no iron, ie, the coils have, in contrast to the usual electric motor on no iron core. Since the rotor contains essentially no iron, the disc has a very small moment of inertia and a very low armature inductance. As a result, the runner can be quickly accelerated and decelerated. Examples of pancake motors are available on the Wikipedia website at " http://de.wikipedia.org/wiki/Scheibenl%C3%A4ufermotor "Described. A pancake motor with a power of 30 kW is described in the 1985 final report on research project WE 274/75 of the Technical University of Braunschweig with the topic "Iron-free DC pancake with permanent magnet excitation".

Es wäre auch denkbar, einen Scheibenläufermotor zu verwenden, bei dem sich die Spulenwicklungen auf der Scheibe befinden, die Scheibe jedoch nicht rotiert, sondern stattdessen der Stator.It would also be conceivable to use a pancake motor in which the coil windings are on the disk, but the disk does not rotate, but instead the stator.

Es wäre außerdem auch denkbar, einen Scheibenläufermotor zu verwenden, bei dem die Scheibe ein Permanentmagnet ist und feststehende Spulen auf einer oder beiden Seiten der Scheibe ein Magnetfeld erzeugen. Aufgrund der höheren Masse der Scheibe ist das Beschleunigungsvermögen jedoch geringer.It would also be conceivable to use a pancake motor in which the disc is a permanent magnet and stationary coils generate a magnetic field on one or both sides of the disc. Due to the higher mass of the disc, the acceleration capacity is lower.

Der elektrische Scheibenläufermotor ist nicht nur motorisch, sondern auch generatorisch betreibbar.The electric disc rotor motor is not only motorized, but also operated as a generator.

Der Hybridantrieb ist derart eingerichtet, dass für den Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders der elektrische Motor pro Zyklus des Verbrennungsmotors (beispielsweise 720° Kurbelwelle bei einem 4-Takt-Motor) sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben wird. Der Scheibenläufermotor wird somit also sehr schnell zwischen motorischen Betrieb und generatorischen Betrieb und umgekehrt umgeschaltet.The hybrid drive is set up in such a way that, in the event of at least one deactivated cylinder, the electric motor is operated both as a generator and as a motor for each cycle of the internal combustion engine (for example, 720 ° crankshaft for a 4-stroke engine). The pancake motor is thus switched very quickly between motor operation and regenerative operation and vice versa.

Der elektrische Motor wird vorzugsweise generatorisch betrieben, während ein nicht abgeschalteter Zylinder Arbeit verrichtet, der nicht abgeschaltete Zylinder also eine Expansion durchführt. Während der Expansionsphase eines befeuerten Zylinders wird dem befeuerten Zylinder durch den dann im Generatorbetrieb arbeitenden Scheibenläufermotor zusätzliches Moment auferlegt. Dabei wird von einer Leistungseinheit dem aktiven Zylinder vorzugsweise so viel Drehmoment auferlegt, wie der Zylinder benötigt, um in die Nähe des Optimums des Verbrauchskennfeldes zu kommen.The electric motor is preferably operated as a generator, while a non-deactivated cylinder performs work, the non-deactivated cylinder thus performs an expansion. During the expansion phase of a fired cylinder additional torque is imposed on the fired cylinder by the then pancake motor operating in generator mode. In this case, it is preferable for a power unit to impose as much torque on the active cylinder as the cylinder requires in order to come close to the optimum of the consumption characteristic map.

Der elektrische Motor wird vorzugsweise motorisch betrieben, während ein abgeschalteter Zylinder für den Fall der Nichtabschaltung dieses Zylinders ansonsten Arbeit verrichten würde. Während der Zeit, in der üblicherweise ein abgeschalteter Zylinder aktiv wäre, liefert nun statt einer entsprechend großen Schwungmaße der Scheibenläufermotor im motorischen Betrieb mechanische Leistung.The electric motor is preferably powered by a motor, while a deactivated cylinder would otherwise do work in the event of non-deactivation of that cylinder. During the time in which usually a deactivated cylinder would be active, now instead of a correspondingly large flywheel dimensions, the pancake motor delivers mechanical power during engine operation.

Vorzugsweise wird der elektrische Motor im Wesentlichen nabgeschaltet/ngesamt mal der Zyklusdauer (2 Kurbelwellenumdrehungen bei einem 4-Takt-Motor) im motorischen Betrieb und im Wesentlichen 1 – nabgeschaltet/ngesamt mal der Zyklusdauer im generatorischen Betrieb betrieben wird, wobei die Größen nabgeschaltet die Anzahl der abgeschalteten Zylinder (beispielsweise 2 oder 3) und ngesamt die Gesamtzahl der Zylinder (beispielsweise 4) beschreiben.Preferably, the electric motor is n overall times of the cycle time (2 revolutions of the crankshaft for a 4-stroke engine) in motor operation and substantially 1 is substantially n off / - overall times of the cycle time in the generator mode is operated n off / n, where the Parameters n shuts off the number of deactivated cylinders (for example 2 or 3) and n totals the total number of cylinders (for example 4).

Beispielsweise wird bei einem 4-Zylinder-4-Takt-Motor bei 3 abgeschalteten Zylindern der elektrische Motor 25% der 2 Kurbelwellenumdrehungen generatorisch und 75% motorisch betrieben; der motorische Betrieb und generatorische Betrieb erfolgen dabei vorzugsweise jeweils ohne Unterbrechungen. Bei zwei abgeschalteten Zylindern wird der elektrische Motor zu 50% der 2 Kurbelwellenumdrehung generatorisch und 50% der 2 Kurbelwellenumdrehungen motorisch betrieben. Hierbei erfolgt der generatorische und der motorische Betrieb vorzugsweise jedoch nicht am Stück, sondern in der folgenden Weise: 25% generatorisch, 25% motorisch, 25% generatorisch und 25% motorisch bezogen auf 2 Kurbelwellenumdrehungen.For example, in a 4-cylinder 4-stroke engine with 3 cylinders off, the electric motor will be 25% of the 2 crankshaft revolutions regenerative and 75% powered; the motor operation and generator operation are preferably carried out in each case without interruptions. With two cylinders switched off, the electric motor is operated as a generator for 50% of the 2 crankshaft revolutions and 50% of the 2 crankshaft revolutions. However, regenerative and motorized operation is preferably carried out not in one piece but in the following manner: 25% regenerative, 25% motor, 25% regenerative and 25% motor related to 2 crankshaft revolutions.

Beispielsweise wird bei einem 3-Zylinder-Motor im 1-Zylinderbetrieb mit 2 abgeschalteten Zylindern der elektrische Motor 240° innerhalb zweier Kurbelwellenumdrehungen generatorisch und 480° motorisch betrieben.For example, in a 3-cylinder engine in 1-cylinder operation with 2 cylinders off, the electric motor 240 ° within two crankshaft revolutions regenerative and 480 ° motor operated.

Beispielsweise wird bei einem 2-Zylinder-Motor im 1-Zylinderbetrieb mit einem abgeschalteten Zylinder der elektrische Motor eine Kurbelwellenumdrehung generatorisch und eine Kurbelwellenumdrehung motorisch betrieben.For example, in a 2-cylinder, 1-cylinder engine with a cylinder off, the electric motor is powered by one crankshaft revolution and one crankshaft revolution by a motor.

Der vorstehende Hybridantrieb weist den Vorteil auf, dass sich der Verbrennungsmotor bei Teillast durch die Zylinderabschaltung in einem verbrauchsoptimierten Punkt des Motorverbrauchskennfeldes betreiben lässt, ohne dass eine große Schwungmasse zur Reduktion von Drehunförmigkeiten nötig ist. Die große Schwungmasse wird also quasi durch einen relativ leichten eisenlosen Scheibenläufermotor ersetzt. Da der Läufer im Wesentlichen kein Eisen enthält, besitzt die Scheibe ein sehr kleines Trägheitsmoment und eine sehr geringe, möglichst gegen Null gehende und zu vernachlässigende Ankerinduktivität. Daher kann der Scheibenläufer gegenüber üblichen Elektromotoren in extrem kurzen Zeitabschnitten, insbesondere in Bruchteilen einer Umdrehung, vom generatorischen in den motorischen Betrieb wechseln (und umgekehrt) und dabei schnell ein entsprechendes Drehmoment aufbringen bzw. abgeben.The above hybrid drive has the advantage that the internal combustion engine can be operated at partial load by the cylinder deactivation in a consumption-optimized point of the engine consumption map without a large flywheel to reduce Drehunförmigkeiten is necessary. The large flywheel mass is thus quasi by a relatively light iron-free Disc rotor motor replaced. Since the rotor essentially contains no iron, the disk has a very small moment of inertia and a very low, as close to zero and negligible armature inductance. Therefore, the pancake compared to conventional electric motors in extremely short periods of time, especially in fractions of a revolution, change from regenerative to motor operation (and vice versa) and quickly apply a corresponding torque or deliver.

Statt eines elektrischen Scheibenläufermotors wäre es auch denkbar, einen alternativen elektrischen Motor zu verwenden, welcher einen im Wesentlichen eisenlosen Läufer umfasst, beispielsweise ein Glockenläufer- oder Glockenankermotor.Instead of an electric disc rotor motor, it would also be conceivable to use an alternative electric motor which comprises a substantially ironless rotor, for example a bell-rotor or bell-armature motor.

Vorzugsweise umfasst der Hybridantrieb ferner einen Kondensator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator (häufig auch als Super-Cap oder Ultra-Cap bezeichnet), welcher mit dem Scheibenläufermotor elektrisch verbunden ist, und welcher zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie bei generatorischem Betrieb des elektrischen Motors und zur Abgabe der zwischengespeicherter elektrischer Energie bei motorischem Betrieb des elektrischen Motors dient.Preferably, the hybrid drive further comprises a capacitor, in particular a double-layer capacitor (often referred to as super-cap or ultra-cap), which is electrically connected to the pancake motor, and which for temporary storage of electrical energy during generator operation of the electric motor and for delivering the cached electrical energy during engine operation of the electric motor is used.

Im Unterschied zu einer elektrischen Batterie als Energiespeicher weist ein Kondensator den Vorteil auf, dass dieser während des motorischen Betriebs schnell elektrische Energie zur Verfügung stellen kann und während des generatorischen Betriebs schnell elektrische Energie aufnehmen kann. Besonders geeignet hierfür sind Doppelschichtkondensatoren, die im Vergleich zu gewöhnlichen Kondensatoren eine sehr hohe Energiedichte aufweisen.In contrast to an electric battery as an energy store, a capacitor has the advantage that it can quickly provide electrical energy during engine operation and can absorb electrical energy quickly during generator operation. Particularly suitable for this purpose are double-layer capacitors, which have a very high energy density compared to ordinary capacitors.

Da die elektrische Maschine typischerweise sehr häufig vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt wechselt, werden in sehr kurzen Zeitabschnitten hohe Ströme hin- und hergeschoben. Zur Aufnahme und Abgabe dieser hohen Ströme eignet sich ein Kondensator, insbesondere ein Doppelschichtkondensator, da bei diesem im Vergleich zu einer Batterie der Innenwiderstand bei großen Strömen gering ist.Since the electrical machine typically changes very frequently from motor to generator mode and vice versa, high currents are shifted back and forth in very short periods of time. For receiving and delivering these high currents, a capacitor, in particular a double-layer capacitor, since in this compared to a battery, the internal resistance at high currents is low.

Die Energie, die im generatorischen Betrieb in den Kondensator gespeist wird und die danach im motorischen Betrieb abgegeben wird, ist vorzugsweise nahezu gleich. Dadurch ist es möglich, einen relativ kleinen Energiespeicher in Form eines Kondensators, insbesondere eines Doppelschichtkondensator, zu verwenden.The energy that is fed into the capacitor during regenerative operation and that is subsequently emitted in motor operation is preferably almost the same. This makes it possible to use a relatively small energy store in the form of a capacitor, in particular a double-layer capacitor.

Die Kapazität ist vorzugsweise so gering gewählt, dass der Kondensator lediglich die Energie aufnehmen kann, die während des generatorischen Betriebs in der Zyklusdauer generiert wird, multipliziert mit einem Faktor f, mit beispielsweise f im Bereich von 1 bis 50, insbesondere im Bereich von 1 bis 10. Hierbei wird vorzugsweise die niedrigste Drehzahl, bis zu der das System ausgelegt ist, berücksichtigt. Die Energie hängt dabei von der Leistung des Elektromotors ab.The capacitance is preferably chosen so small that the capacitor can only absorb the energy generated during the generator operation in the cycle time multiplied by a factor f, for example f in the range of 1 to 50, in particular in the range of 1 to 10. Here, preferably, the lowest speed up to which the system is designed, taken into account. The energy depends on the power of the electric motor.

Beispielsweise ist die Kapazität so gering gewählt, dass sie lediglich die Energie Emax speichern kann, die der maximalen generatorischen Leistung Pmax über den Zeitraum der Expansion des oder der nicht abgeschalteten Zylinder multipliziert mit einem Faktor f entspricht: Emax = f·Pmax/(nmin·2) For example, the capacity is chosen so small that it can only store the energy E max , which corresponds to the maximum generator power P max over the period of expansion of the cylinder (s) not multiplied by a factor f: E max = f * P max / (n min * 2)

Hierbei beschreibt nmin eine untere Drehzahl, bis zu der das System ausgelegt werden soll.Here n min describes a lower speed up to which the system is to be designed.

Beispielsweise wird im Folgenden eine kleine Maschine mit Pmax = 25 kw und n = 1000 U/min angenommen sowie ein 4-Zylinder-Motor mit zwei abgeschalteten Zylindern (bei einem Vierzylinder ändert sich auch mit drei abgeschalteten Zylindern an der Berechnung nichts). Daher braucht für die Berechnung nur eine halbe Kurbelwellenumdrehung herangezogen werden.For example, in the following, a small machine with P max = 25 kw and n = 1000 rev / min assumed and a 4-cylinder engine with two cylinders off (in a four-cylinder even with three cylinders off in the calculation nothing). Therefore only half a crankshaft revolution has to be used for the calculation.

Zwischen der Dauer tKW-Umdrehung einer Kurbelwellenumdrehung und der Drehzahl nmin gilt folgender Zusammenhang: tKW-Umdrehung = 1/nmin The following relationship applies between the duration t KW revolution of a crankshaft revolution and the rotational speed n min : t KW revolution = 1 / n min

Für die Energie Emax gilt dann folgendes Emax = f·Pmax·tKW-Umdrehung/2 The following applies to the energy E max E max = f * P max * t KW revolution / 2

Eine Kurbelwellenumdrehung dauert bei 1000/min genau 60 ms. Da die Expansionsphase aber nur eine halbe Kurbelwellenumdrehung in Anspruch nimmt, ist diese Zeit nochmals durch 2 zu teilen, wodurch sich 30 ms ergibt.One crankshaft revolution takes exactly 60 ms at 1000 rpm. However, since the expansion phase takes only half a crankshaft revolution, this time is again divided by 2, resulting in 30 ms.

Die Energie Emax berechnet sich dann für f = 1 zu Emax = 25 kW·30 ms = 750 Ws The energy E max is then calculated for f = 1 E max = 25 kW x 30 ms = 750 Ws

Bei einem 3-Zylinder-Motor mit zwei abgeschalteten Zylindern wären es Emax = 25 kW·40 ms = 1000 Ws For a 3-cylinder engine with two cylinders off, it would E max = 25 kW · 40 ms = 1000 Ws

Bei einem 2-Zylinder-Motor mit einem abgeschalteten Zylinder wären es: Emax = 25 kW·60 ms = 1500 Ws For a 2-cylinder engine with a deactivated cylinder, it would be: E max = 25 kW x 60 ms = 1500 Ws

Vorzugsweise wird als Kapazität des Kondensators ein Wert im Bereich von 0,1 F bis 10 F verwendet, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 2 F. Preferably, a value in the range of 0.1 F to 10 F is used as the capacitance of the capacitor, in particular in the range of 0.3 to 2 F.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Antriebs wird ein 4-Zylindermotor verwendet, wobei in Abhängigkeit der Lastanforderung zumindest zwei oder gar drei Zylinder des Verbrennungsmotors abschaltbar sind.In a particularly preferred embodiment of the drive, a 4-cylinder engine is used, wherein at least two or even three cylinders of the internal combustion engine can be switched off as a function of the load requirement.

Bei einem stationären Fahrbetrieb, wenn das Fahrzeug eine nahezu konstante Geschwindigkeit fährt und der Fahrer nur eine niedrige Antriebsleistung anfordert, werden beispielsweise drei von vier Zylindern abgeschaltet. Steigt der Leistungsbedarf kann auf zwei aktive und zwei inaktive Zylinder umgeschaltet werden. Bei noch höherem Leistungsbedarf wird auf vier aktive Zylinder umgeschaltet. Alternativ könnte auch vorgesehen werden, dass zunächst auf einen inaktiven Zylinder und drei aktive Zylinder umgeschaltet wird, jedoch könnten sich hierbei Probleme bei der Akustik ergeben, wenn nur ein Zylinder abgeschaltet wird. Umgekehrt wird bei abnehmendem Leistungsbedarf vorzugsweise bei einem 4-Zylindermotor von vier aktiven Zylindern, auf lediglich 2 aktive Zylinder und dann auf lediglich einen aktiven Zylinder umgeschaltet. Bei einem 3-Zylindermotor wird bei abnehmendem Leistungsbedarf vorzugsweise von drei aktiven Zylindern auf einen aktiven Zylinder umgeschaltet. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf einen parallelen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug gerichtet, wobei hierbei wird im Unterschied zum parallelen Hybridantrieb nach dem ersten Aspekt der Erfindung nicht zwingend vorausgesetzt wird, dass ein elektrischer Scheibenläufermotor oder ein elektrischer Motor verwendet wird, welche einen im Wesentlichen eisenloser Läufer umfasst. Stattdessen kann ein beliebiger elektrischer Motor verwendet werden. Für den Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders wird der elektrische Motor pro Zyklus des Verbrennungsmotors sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben.For example, in stationary driving, when the vehicle is traveling at a nearly constant speed and the driver is requesting only a low drive power, three out of four cylinders are shut down. Increases the power requirement can be switched to two active and two inactive cylinder. For even higher power requirements, it switches to four active cylinders. Alternatively, it could also be provided that initially switches to an inactive cylinder and three active cylinders, but this could result in problems in the acoustics, if only one cylinder is turned off. Conversely, with decreasing power demand, preferably with a 4-cylinder engine, four active cylinders are switched to only 2 active cylinders and then to only one active cylinder. In a 3-cylinder engine, it is preferable to switch from three active cylinders to one active cylinder as the power requirement decreases. A further aspect of the invention is directed to a parallel hybrid drive for a motor vehicle, wherein in contrast to the parallel hybrid drive according to the first aspect of the invention, it is not necessarily assumed that an electric disc rotor motor or an electric motor is used, which is a substantially iron less Runner includes. Instead, any electric motor can be used. In the case of at least one deactivated cylinder, the electric motor is operated both as a generator and as a motor for each cycle of the internal combustion engine.

Der Hybridantrieb ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass für den Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders der elektrische Motor pro Zyklus des Verbrennungsmotors sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben wird. Der elektrische Motor wird generatorisch betrieben, während ein nicht abgeschalteter Zylinder Arbeit verrichtet, und motorisch betrieben, während ein abgeschalteter Zylinder für den Fall der Nichtabschaltung dieses Zylinders ansonsten Arbeit verrichten würde.The hybrid drive is preferably set up such that, in the case of at least one deactivated cylinder, the electric motor is operated both as a generator and as a motor for each cycle of the internal combustion engine. The electric motor is operated as a generator while a non-de-energized cylinder performs work and motor-driven while a de-energized cylinder would otherwise do work in the event of non-disengagement of that cylinder.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Hybridantriebs nach dem zweiten Aspekt der Erfindung entsprechen den vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen des Hybridantriebs nach dem ersten Aspekt der Erfindung; beispielsweise wird vorzugsweise ein Kondensator zur Zwischenspeicherung der im generatorischen Betrieb erzeugten Energie vorgesehen. Die Dimensionierung des Kondensators kann beispielsweise in der Weise erfolgen, wie vorstehend bereits beschrieben.Advantageous embodiments of the hybrid drive according to the second aspect of the invention correspond to the above-described advantageous embodiments of the hybrid drive according to the first aspect of the invention; For example, a capacitor is preferably provided for temporarily storing the energy generated in generator operation. The dimensioning of the capacitor can be carried out, for example, in the manner already described above.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines parallelen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs. Der Hybridantrieb umfasst einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, wobei ein und/oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors abschaltbar sind. Außerdem ist ein elektrischer Scheibenläufermotor oder ein alternativer, einen im Wesentlichen eisenlosen Läufer umfassender elektrischer Motor vorgesehen. Der elektrische Motor ist wahlweise sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbar. Im Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders wird der elektrische Motor pro Zyklus des Verbrennungsmotors sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben. Der elektrische Motor wird generatorisch betrieben, während ein nicht abgeschalteter Zylinder Arbeit verrichtet. Der elektrische Motor wird motorisch betrieben wird, während ein abgeschalteter Zylinder für den Fall der Nichtabschaltung dieses Zylinders ansonsten Arbeit verrichten würde.Another aspect of the invention relates to a method for operating a parallel hybrid drive of a motor vehicle. The hybrid drive comprises a multi-cylinder internal combustion engine, wherein one and / or more cylinders of the internal combustion engine can be switched off. In addition, an electric disc motor or an alternative, a substantially ironless rotor comprehensive electric motor is provided. The electric motor can be operated either as a generator or as a motor. In the case of at least one deactivated cylinder, the electric motor is operated both as a generator and as a motor for each cycle of the internal combustion engine. The electric motor is operated as a generator, while a non-deactivated cylinder performs work. The electric motor is operated by a motor, while a deactivated cylinder would otherwise do work in the event of non-deactivation of this cylinder.

Die vorstehenden Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Hybridantrieb nach dem ersten Aspekt der Erfindung und zu dessen vorteilhaften Ausführungsformen gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren.The above explanations of the hybrid drive according to the invention according to the first aspect of the invention and to its advantageous embodiments apply in a corresponding manner also for the operating method according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to several embodiments. In these show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs; 1 a first embodiment of a hybrid drive according to the invention;

2 das Funktionsprinzip für den in 1 dargestellten Hybridantrieb bei Abschaltung der Zylinder Z1 und Z4; 2 the functional principle for the in 1 shown hybrid drive at shutdown of the cylinders Z1 and Z4;

3 das Funktionsprinzip für den in 1 dargestellten Hybridantrieb bei Abschaltung der Zylinder Z1, Z2 und Z4; 3 the functional principle for the in 1 shown hybrid drive at shutdown of the cylinders Z1, Z2 and Z4;

4 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Scheibenläufermotor; 4 a first embodiment of a pancake motor;

5 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Scheibenläufermotor; 5 a second embodiment of a pancake motor;

6 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Scheibenläufermotor; 6 a third embodiment of a pancake motor;

7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs; 7 A second embodiment of a hybrid drive according to the invention;

8 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Aufladung; und 8th a first embodiment for a charge; and

9 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Aufladung. 9 a second embodiment of a charge.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen parallelen Hybridantrieb. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor VM mit mehreren Zylindern Z1–Z4, bei dem ein und/oder mehrere Zylinder im Teillastbetrieb abschaltbar sind. Beispielsweise handelt es sich um einen 4-Zylinder-Motor, wobei beispielsweise 2 oder 3 der 4 Zylinder abschaltbar sind. In 1 sind die Zylinder Z1 und Z4 abgeschaltet, alternativ könnten aber auch die Zylinder Z3 und Z4 abgeschaltet sein. Beispielsweise werden je nach angeforderten Leistungsbedarf 2, 3 oder kein Zylinder abgeschaltet. Jeder Zylinder Z1–Z4 umfasst ein oder mehrere Einlassventile E und ein oder mehrere Auslassventile A. Bei den abgeschalteten Zylindern Z1 und Z4 werden die Einlassventile E und die Auslassventile A geschlossen gehalten (in 1 sind geschlossen gehaltene Ventile als schwarze Kreise dargestellt). 1 shows a first embodiment of a parallel hybrid drive according to the invention. The hybrid drive comprises an internal combustion engine VM with a plurality of cylinders Z1-Z4, in which one and / or several cylinders can be switched off in part-load operation. For example, it is a 4-cylinder engine, for example, 2 or 3 of the 4 cylinders are switched off. In 1 the cylinders Z1 and Z4 are switched off, but alternatively the cylinders Z3 and Z4 could also be switched off. For example, 2, 3 or no cylinder are switched off depending on the required power requirement. Each cylinder Z1-Z4 comprises one or more intake valves E and one or more exhaust valves A. With the cylinders Z1 and Z4 deactivated, the intake valves E and the exhaust valves A are kept closed (in FIG 1 closed valves are shown as black circles).

Der Hybridantrieb umfasst ferner einen elektrischen Motor EM, vorzugsweise einen elektrischen Scheibenläufermotor, der innerhalb einer Zeitdauer von 2 Kurbelwellenumdrehungen sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben wird. Es wird ein Scheibenläufermotor verwendet, bei dem sich die Spulenwicklungen auf der rotierenden Scheibe befinden und der Läufer im Wesentlichen kein Eisen aufweist. Da der Läufer im Wesentlichen kein Eisen enthält, besitzt die Scheibe ein sehr kleines Trägheitsmoment und eine sehr geringe Ankerinduktivität. Hierdurch kann der Läufer schnell beschleunigt (im motorischen Betrieb) und abgebremst (im generatorischen Betrieb) werden.The hybrid drive further comprises an electric motor EM, preferably an electric disc rotor motor, which is both generator-driven and motor-operated within a period of 2 crankshaft revolutions. A pancake motor is used in which the coil windings are on the rotating disk and the rotor has substantially no iron. Since the rotor contains essentially no iron, the disc has a very small moment of inertia and a very low armature inductance. This allows the rotor to be accelerated quickly (in motor mode) and decelerated (in regenerative mode).

Das an der Kurbelwelle wirksame Drehmoment ergibt sich aus der Überlagerung des Drehmoments des Verbrennungsmotor VM und des Drehmoments des Scheibenläufermotors EM.The effective torque on the crankshaft results from the superposition of the torque of the engine VM and the torque of the pancake motor EM.

Ferner umfasst der Antrieb ein Getriebe G und zumindest eine Kupplung K. Die Kupplung K kann zwischen dem Verbrennungsmotor VM und dem elektrischen Motor EM oder zwischen dem elektrischen Motor EM und dem Getriebe G angeordnet sein.Furthermore, the drive comprises a transmission G and at least one clutch K. The clutch K can be arranged between the internal combustion engine VM and the electric motor EM or between the electric motor EM and the transmission G.

Optional kann ferner für den Verbrennungsmotor VM eine Aufladung vorgesehen sein, wie im Zusammenhang mit 7 bis 9 erläutert.Optionally, further charging may be provided for the internal combustion engine VM, as related to 7 to 9 explained.

Außerdem ist ein Doppelschichtkondensator DK vorgesehen, welcher zur Speicherung von elektrischer Energie bei generatorischem Betrieb des elektrischen Motors EM und zur Abgabe von gespeicherter elektrischer Energie bei motorischem Betrieb des elektrischen Motors EM dient.In addition, a double-layer capacitor DK is provided which serves for the storage of electrical energy during generator operation of the electric motor EM and for the delivery of stored electrical energy during motor operation of the electric motor EM.

Übliche Hybridaufbauten benutzen Batterien, beispielsweise auf Li-Ion-Basis. Für hochdynamische Lade- und Entladevorgänge sind die diese Batterien im Unterschied zu einem Kondensator weniger geeignet, da sie die elektrische Energie nicht unmittelbar physikalisch, sondern über einen relativ langsamen elektrochemischen Umwandlungsprozess speichern.Conventional hybrid constructions use batteries, for example on Li-ion basis. In contrast to a capacitor, these batteries are less suitable for highly dynamic charging and discharging because they store the electrical energy not directly physically but through a relatively slow electrochemical conversion process.

Während zweier Kurbelwellenumdrehungen entspricht die eingespeiste Energie, die bei generatorischem Betrieb der elektrischen Maschine in den Kondensator eingespeist wird, im Wesentlichen der entnommenen Energie, die bei motorischem Betrieb der elektrischen Maschine aus dem Kondensator entnommen wird.During two crankshaft revolutions, the energy fed into the condenser, which is fed into the condenser in the case of regenerative operation of the electric machine, essentially corresponds to the energy taken out of the condenser during motor operation of the electric machine.

Da bei dem Antrieb in 1 daher nur für sehr kurze Zeit die Energie gespeichert wird, ist die geringe Energiedichte des Kondensators DK unproblematisch. Während bei Batterien der Innenwiderstand mit zunehmendem Strom steigt, ist der Innenwiderstand beim Kondensator sehr klein. Kondensatoren haben im Prinzip eine unbegrenzte Lebensdauer. Ihr einziger Schwachpunkt sind Temperatur und Überspannungen. Da für diesen Anwendungsfall typischerweise nur eine Kapazität von einigen Farat oder gar weniger als einem Farat benötigt wird, kann eine entsprechende Spannungsreserve vorgehalten werden.As with the drive in 1 Therefore, the energy is stored only for a very short time, the low energy density of the capacitor DK is unproblematic. While in batteries, the internal resistance increases with increasing current, the internal resistance of the capacitor is very small. In principle, capacitors have an unlimited lifetime. Their only weak point is temperature and overvoltages. Since only a capacity of a few Farat or even less than one Farat is typically required for this application, a corresponding voltage reserve can be maintained.

Beispielsweise reicht es für einen Vier-Zylindermotor mit 2 abgeschalteten Zylindern aus, wenn der Kondensator DK die Energie bei generatorischem Betrieb über eine Zeitdauer von einer halben Kurbelwellenumdrehung aufnehmen kann. Es kann aber auch ein Kondensator mit einer größeren Kapazität verwendet werden, beispielsweise ein doppelt so großer Kondensator.For example, it is sufficient for a four-cylinder engine with 2 cylinders switched off when the capacitor DK can absorb the energy during regenerative operation over a period of half a crankshaft revolution. However, it is also possible to use a capacitor with a larger capacity, for example a capacitor twice as large.

Ferner ist zwischen dem Kondensator DK und dem Elektromotor EM eine Leistungselektronik LE vorgesehen, die den von dem Kondensator DK bereitstellten Energie in eine für den Elektromotor EM benötigten Form und umgekehrt wandelt. Im Fall eines mit Gleichstrom betriebenen Scheibenläufermotors EM als Elektromotor kann als Leistungselektronik LE ein Gleichstromwandler verwendet werden, der Strom und Spannung dem gewünschten Betriebspunkt des Motors anpasst.Further, a power electronics LE is provided between the capacitor DK and the electric motor EM, which converts the energy provided by the capacitor DK into a shape required for the electric motor EM and vice versa. In the case of a DC-powered pancake motor EM as an electric motor, a DC-DC converter can be used as the power electronics LE, which adjusts the current and voltage to the desired operating point of the motor.

Die Leistungselektronik LE für einen Gleichstrommotor ist im Vergleich zu einer Leistungselektronik für eine mit dreiphasigem Wechselstrom betriebene Asynchron- und Synchronmaschine einfacher aufgebaut und entsprechend günstiger.The power electronics LE for a DC motor is simpler compared to a power electronics for a three-phase alternating current operated asynchronous and synchronous machine and cheaper.

Die Steuerung des Verbrennungsmotors VM, insbesondere die Steuerung der Zylinderabschaltung, erfolgt über eine Motorsteuerung DME. Im vorliegenden Bespiel steuert die Motorsteuerung DME auch die Leistungselektronik LE und dient daher auch zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors EM; alternativ können zur Steuerung des Verbrennungsmotors VM und zur Steuerung der Leistungselektronik LE zwei separate Steuergeräte verwendet werden. Die Motorsteuerung DME umfasst eine Regelung zur Einstellung eines bestimmten Lastmoments (und einer entsprechenden generatorischen Leistung) im generatorischen Betrieb sowie zur Einstellung eines bestimmten motorischen Drehmoments im motorischen Betrieb. The control of the internal combustion engine VM, in particular the control of the cylinder deactivation, takes place via a motor control DME. In the present example, the engine control DME also controls the power electronics LE and therefore also serves to control the operation of the electric motor EM; Alternatively, two separate control devices can be used to control the engine VM and to control the power electronics LE. The DME motor control system includes a control for setting a specific load torque (and a corresponding regenerative power) in generator mode and for setting a specific motor torque during motor operation.

Der in 1 dargestellte Hybridantrieb befindet sich im stationären Teillastbetrieb. Zur Einsparung von Kraftstoff im Teillastbetrieb wird das Prinzip der Zylinderabschaltung genutzt. Bei der Zylinderabschaltung werden ein oder mehrere Zylinder (hier die zwei Zylinder Z1 und Z4) abgeschaltet. Die verbleibenden Zylinder werden dann vorzugsweise in einem Betriebspunkt mit höherer Last betrieben. Sind beispielsweise im stationären Betrieb mit 2000 U/min insgesamt 4 Zylinder aktiv, liegt der Kraftstoffverbrauch bei ca. 1000 mg/kWh. Wenn jedoch 2 der 4 Zylinder abgeschaltet werden, sinkt der Kraftstoffverbrauch auf idealerweise 500 mg/kWh. Bei Abschalten von 3 Zylindern sinkt der Kraftstoffverbrauch sogar auf idealerweise unter 350 mg/kWh.The in 1 shown hybrid drive is in stationary partial load operation. To save fuel in partial load operation, the principle of cylinder deactivation is used. During cylinder deactivation, one or more cylinders (here the two cylinders Z1 and Z4) are switched off. The remaining cylinders are then preferably operated at a higher load operating point. For example, if a total of 4 cylinders are active in stationary operation at 2000 rpm, the fuel consumption is about 1000 mg / kWh. However, if 2 of the 4 cylinders are switched off, the fuel consumption drops to ideally 500 mg / kWh. When switching off 3 cylinders, the fuel consumption even drops to ideally below 350 mg / kWh.

Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor im nahezu ungedrosselten Betrieb, jedoch nicht unter Volllast betrieben und dabei der effizienteste Punkt im Verbrauchskennfeld angefahren. Dieser Punkt kann für jeden Betriebszustand des Motors, also Vierzylinderbetrieb, Zweizylinderbetrieb und Einzylinderbetrieb am Prüfstand ermittelt werden. Daraus lassen sich Verbrauchskennfelder ermitteln. Mit Hilfe der Kennfelder weiß die Motorsteuerung dann ganz genau, in welchem Betriebsmodus und bei welcher Motordrehzahl am effizientesten gefahren werden kann, wenn ein bestimmtes Wunschmoment an die Hinterachse aufgebracht werden soll.Preferably, the internal combustion engine is operated in almost unthrottled operation, but not under full load and thereby approached the most efficient point in the consumption map. This point can be determined for each operating condition of the engine, so four-cylinder operation, two-cylinder operation and single-cylinder operation on the test bench. From this, consumption maps can be determined. With the aid of the maps, the engine control system knows exactly in which operating mode and at which engine speed the most efficient driving is possible if a certain desired torque is to be applied to the rear axle.

Nachteilig an der Zylinderabschaltung ist die Zunahme von Drehunförmigkeiten. Zur ausreichenden Reduktion der Drehunförmigkeiten beim 2- oder 1-Zylinderbetrieb muss eine sehr große Schwungmasse verwendet werden, die sich jedoch negativ auf die Dynamik und Agilität des Fahrzeugs auswirkt. Bei dem erfindungsgemäßen Konzept wird statt einer sehr großen Schwungmasse ein Elektromotor EM, insbesondere ein Scheibenläufermotor, verwendet. Es ist natürlich auch denkbar, gleichzeitig sowohl einen Elektromotor EM als auch eine Schwungmasse zur Reduktion der Drehunförmigkeiten zu verwenden.A disadvantage of the cylinder deactivation is the increase of Drehunförmigkeiten. For a sufficient reduction of Drehunförmigkeiten in 2- or 1-cylinder operation, a very large flywheel must be used, which, however, has a negative effect on the dynamics and agility of the vehicle. In the concept according to the invention, an electric motor EM, in particular a pancake motor, is used instead of a very large flywheel. Of course, it is also conceivable to simultaneously use both an electric motor EM and a flywheel to reduce Drehunförmigkeiten.

Zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei einem nahezu stationären Teillastbetrieb ist es von Vorteil, ausgehend vom Betrieb sämtlicher Zylinder die Hälfte der Zylinder abzuschalten. Bei Abschalten lediglich eines Zylinders statt der Hälfte der Zylinder läuft der Motor ansonsten sehr unruhig.To reduce the fuel consumption at a virtually stationary partial load operation, it is advantageous to turn off the operation of all cylinders half of the cylinder. When switching off only one cylinder instead of half the cylinder, the engine otherwise runs very restless.

In der Zündreihenfolge wird jeder zweite Zylinder abgeschaltet. Der vorliegende Verbrennungsmotor VM weist eine konventionelle Zündreihenfolge Z1 – Z3 – Z4 – Z2 auf (bei Zylinderabschaltbetrieb zünden die abgeschalteten Zylinder jedoch nicht!); es wäre beispielsweise auch denkbar, eine Zündreihenfolge Z1 – Z2 – Z4 – Z3 zu verwenden. Wenn jeder zweite Zylinder bezogen auf die Zündreihenfolge abgeschaltet wird, können beispielsweise die Zylinder Z1 und Z4 oder die Zylinder Z2 und Z3 abgeschaltet werden. In 1 werden die Zylinder Z1 und Z4 abgeschaltet. Vorzugsweise werden jedoch nach einer gewissen Anzahl von Arbeitsspielen im 2-Zylinderbetrieb statt der vorher abgeschalteten Zylinder Z1 und Z4 die Zylinder Z2 und Z3 abgeschaltet. Es ist von Vorteil, wenn die Auswahl der abgeschalteten Zylinder gewechselt wird, da ansonsten die Haltbarkeit reduziert wird, wenn über lange Zeit die gleichen Zylinder abgeschaltet bleiben. Die abgeschalteten Zylinder können sonst nämlich auskühlen und nur schlecht geschmiert werden. Wenn bei weiter abnehmender Lastanforderung im 2-Zylinder-Betrieb wieder die Hälfte der 2 aktiven Zylinder abgeschaltet wird (also auf den 1-Zylinderbetrieb), kann die Position des aktiven Zylinders über die vier Zylinder gewechselt werden, um den Motor gleichmäßig zu belasten.In the firing order every second cylinder is switched off. The present internal combustion engine VM has a conventional firing order Z1-Z3-Z4-Z2 (in the case of cylinder deactivation operation, however, the deactivated cylinders do not ignite!); For example, it would also be conceivable to use a firing order Z1-Z2-Z4-Z3. If every second cylinder is switched off in relation to the firing order, for example, the cylinders Z1 and Z4 or the cylinders Z2 and Z3 can be switched off. In 1 the cylinders Z1 and Z4 are switched off. Preferably, however, the cylinders Z2 and Z3 are switched off after a certain number of working cycles in 2-cylinder operation instead of the previously deactivated cylinders Z1 and Z4. It is advantageous to change the selection of deactivated cylinders, otherwise the durability will be reduced if the same cylinders remain switched off for a long time. Otherwise, the deactivated cylinders can cool down and only be lubricated poorly. If, as the load demand in 2-cylinder operation continues to decrease, half of the 2 active cylinders are switched off again (ie to 1-cylinder operation), the position of the active cylinder can be changed via the four cylinders in order to load the engine evenly.

2 zeigt das Funktionsprinzip des Hybridantriebs des in 1 dargestellten Hybridantriebs für den Fall einer Zylinderabschaltung im Teillastbetrieb bei Abschaltung der Zylinder Z1 und Z4. 2 shows the functional principle of the hybrid drive of the in 1 shown hybrid drive in the event of a cylinder shutdown in partial load operation at shutdown of the cylinders Z1 and Z4.

2A) zeigt die zeitliche Anordnung der Takte der Zylinder Z1–Z4. 2A) shows the temporal arrangement of the clocks of the cylinders Z1-Z4.

Die 4 Takte eines Arbeitspiels der aktiven Zylinder Z2 und Z3 lauten:

  • 1 – Ansaugen von Luft;
  • 2 – Kompression des Kraftstoff-Luft-Gemisches (nach Einspritzen von Kraftstoff);
  • 3 – Expansion des Kraftstoff-Luft-Gemisches; und
  • 4 – Ausstoßen des Abgases.
The 4 bars of a working cycle of the active cylinders Z2 and Z3 are:
  • 1 - intake of air;
  • 2 - compression of the fuel-air mixture (after injection of fuel);
  • 3 - expansion of the fuel-air mixture; and
  • 4 - expelling the exhaust gas.

In dem Takt 3 (Expansion des Kraftstoff-Luft-Gemisches) verrichtet der jeweilige Zylinder Arbeit. Dies geht mit einer Zunahme des Drehmoments M einher, wie aus 2B) ersichtlich ist. Im Bereich von ca. 0° KW (KW = Kurbelwelle) bis ca. 180° KW findet eine Expansion in Zylinder Z3 statt und im Bereich von 360° KW bis 540° KW findet eine Expansion in Zylinder Z2 statt.In the cycle 3 (expansion of the fuel-air mixture) performs the respective cylinder work. This is accompanied by an increase in the torque M, as from 2 B) is apparent. In the range of about 0 ° CA (KW = crankshaft) to about 180 ° CA, an expansion takes place in cylinder Z3 and in the range of 360 ° CA to 540 ° CA an expansion takes place in cylinder Z2.

Wenn die Zylinder Z1 und Z4 nicht abgeschaltet wären, würde im Bereich von ca. 180° KW bis ca. 360° KW im Zylinder Z4 eine Expansion des Gemisches stattfinden und der Zylinder Z4 Arbeit verrichten und im Bereich von ca. 540° KW bis ca. 720° KW im Zylinder Z1 eine Expansion des Gemisches stattfinden und der Zylinder Z1 Arbeit verrichten. If the cylinders Z1 and Z4 were not switched off, an expansion of the mixture would take place in the range of approximately 180 ° CA to approximately 360 ° KW in the cylinder Z4 and the cylinder Z4 would perform work and in the range of approximately 540 ° CA to approx 720 ° KW in the cylinder Z1 take place an expansion of the mixture and the cylinder Z1 perform work.

Die Zylinder Z1 und Z4 sind jedoch abgeschaltet und ihre Ventile E und A geschlossen, so dass statt 4 Takten nur 2 Takte auftreten:

  • 5 – Kompression von Luft; und
  • 6 – Expansion der Luft.
However, the cylinders Z1 and Z4 are switched off and their valves E and A are closed, so that instead of 4 cycles only 2 cycles occur:
  • 5 - compression of air; and
  • 6 - Expansion of the air.

In jedem der Zylindern Z1 und Z4 erfolgt lediglich ein kontinuierlich Wechsel zwischen Kompression und Expansion von Luft.In each of the cylinders Z1 and Z4, there is only a continuous change between compression and expansion of air.

Die fehlende Expansion eines Gemisches in den abgeschalteten Zylindern Z1 und Z4 geht mit einem verringerten Drehmoment in den Bereichen von ca. 180° KW bis 360° und von ca. 540° KW bis ca. 720° KW einher (s. 2B).The lack of expansion of a mixture in the deactivated cylinders Z1 and Z4 is accompanied by a reduced torque in the ranges of approximately 180 ° CA to 360 ° and of approximately 540 ° CA to approximately 720 ° CA (s. 2 B ).

Zur Verringerung der Drehunförmigkeiten im Antriebsmoment M wird der elektrische Motor EM (hier vorzugsweise als eisenloser Scheibenläufermotor realisiert) verwendet.To reduce Drehunförmigkeiten in the drive torque M, the electric motor EM (here preferably realized as an ironless disc rotor motor) is used.

Der Scheibenläufermotor EM beaufschlagt die jeweils aktiven Zylinder mit zusätzlichem Drehmoment im generatorischen Betrieb und gibt die gespeicherte Energie im motorischen Betrieb dann ab, wenn eigentlich die deaktivierten Zylinder arbeiten würden. Durch die Belastung der aktiven Zylinder mit dem zusätzlich aufgebrachte Moment können die aktiven Zylinder annähernd ungedrosselt und somit in einem günstigeren Punkt des Verbrauchskennfeldes arbeiten.The pancake motor EM acts on the respective active cylinder with additional torque in generator mode and then outputs the stored energy in engine operation, if actually the deactivated cylinders would work. Due to the load of the active cylinder with the additional applied torque, the active cylinder can work almost unthrottled and thus in a lower point of the consumption map.

Der elektrische Motor EM wird also motorisch betrieben, während die abgeschalteten Zylinder Z1 und Z4 für den Fall, dass diese nicht abgeschaltet wären, Arbeit verrichten würden. Wenn der Zylinder Z1 nicht abgeschaltet wäre, würde sich der Zylinder Z1 von ca. 540° KW bis ca. 720° KW im Expansionstakt befinden und Arbeit verrichten. Wenn der Zylinder Z4 nicht abgeschaltet wäre, würde sich der Zylinder Z4 von ca. 180° KW bis ca. 360° KW im Expansionstakt befinden und Arbeit verrichten. Der elektrische Motor wird also im Bereich von ca. 180° KW bis ca. 360° KW und im Bereich von ca. 540° KW bis ca. 720° KW motorisch betrieben.The electric motor EM is therefore operated by a motor, while the deactivated cylinders Z1 and Z4 would perform work in the event that they would not be switched off. If cylinder Z1 were not switched off, cylinder Z1 would be in the expansion stroke from about 540 ° CA to about 720 ° CA and do some work. If the cylinder Z4 were not switched off, the cylinder Z4 would be from approximately 180 ° CA to approximately 360 ° CA in the expansion stroke and perform work. The electric motor is thus operated in the range of about 180 ° CA to about 360 ° KW and in the range of about 540 ° CA to about 720 ° KW motor.

Der elektrische Motor EM wird generatorisch betrieben, während die nicht abgeschalteten Zylinder Z2 und Z3 Arbeit verrichten, d. h. im Bereich von 0° KW bis 180° KW und von 360° KW bis 540° KW. Der elektrische Motor EM belastet die expandieren Zylinder also in diesen Bereich durch ein zusätzlich aufzubringendes Drehmoment. Die Last der aktiven Zylinder Z2 und Z3 ist dadurch höher, so dass die Zylinder Z2 und Z3 nahezu ungedrosselt in einem verbrauchsoptimaleren Arbeitspunkt des Verbrauchskennfeld betrieben werden.The electric motor EM is operated as a generator, while the non-deactivated cylinders Z2 and Z3 perform work, d. H. in the range of 0 ° C to 180 ° C and from 360 ° C to 540 ° C. The electric motor EM loads the expanding cylinders in this area by an additionally applied torque. The load of the active cylinders Z2 and Z3 is thereby higher, so that the cylinders Z2 and Z3 are operated virtually unthrottled in a consumption-optimal operating point of the consumption map.

2C) zeigt schematisch die vom Verbrennungsmotor VM erzeugte zeitabhängige Leistung zum Antreiben des Antriebsstrang und des Elektromotors EM. 2C) schematically shows the time-dependent power generated by the engine VM for driving the drive train and the electric motor EM.

2D) zeigt schematisch die vom Elektromotor im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Leistung und die im motorischen Betrieb erzeugte mechanische Leistung (die erzeugte elektrische Leistung ist schraffiert dargestellt). Die vom Elektromotor erzeugte Energie (diese entspricht in 2D der schraffierten Fläche) ist näherungsweise gleich der vom Elektromotor abgegebenen Energie (diese entspricht in 2D der nicht-schraffierten Fläche). 2D) shows schematically the electric power generated by the electric motor in the generator operation and the mechanical power generated in the engine operation (the generated electric power is shown hatched). The energy generated by the electric motor (this corresponds to 2D the hatched area) is approximately equal to the energy emitted by the electric motor (this corresponds to 2D the non-hatched area).

In 2E) ist der resultierende Verlauf V2 des Drehmoments M bei Verwendung des Elektromotors EM im Vergleich zum Verlauf V1 des Drehmoments M ohne zusätzliche Maßnahmen zur Verringerung der Drehunförmigkeit dargestellt. Die Verlauf V2 weist eine deutliche geringe Drehunförmigkeit als der Verlauf V1 auf, wobei die Reduktion der Drehunförmigkeit der erhöhten Last während des Generatorbetriebs und dem zusätzliche Moment während des Motorbetriebs geschuldet ist.In 2E) is the resulting curve V2 of the torque M when using the electric motor EM compared to the curve V1 of the torque M shown without additional measures to reduce Drehunförmigkeit. The course V2 has a significantly lower Drehunförmigkeit than the course V1, wherein the reduction of Drehunförmigkeit the increased load during generator operation and the additional torque during engine operation is due.

Bei einem Zylinderabschaltbetrieb mit 2 abgeschalteten Zylindern, fährt das Fahrzeug etwa 50% der Strecke rein elektrisch. Während einer Kurbelwellenumdrehung werden etwa 180° mit dem Verbrennungsmotor VM zurückgelegt und die folgenden etwa 180° mit dem Elektromotor EM. Der Elektromotor EM nutzt dabei die generatorisch erzeugte Überschussenergie aus den 180° des Verbrennungsmotorbetriebs. Bei Fahren einer Strecke von 100 km werden im Zylinderabschaltbetrieb mit 2 abgeschalteten Zylindern also 50 km elektrisch zurückgelegt. Beim Betrieb mit lediglich einem aktiven Zylinder und drei abgeschalteten Zylinder werden sogar 75% der Strecke, d. h. 75 km, rein elektrisch zurückgelegt. Hierfür werden jedoch keine schweren und teuren Batterien benötigt; ein relativ kleiner Doppelschichtkondensator reicht aus.In a Zylinderabschaltbetrieb with 2 cylinders off, the vehicle drives about 50% of the route purely electric. During a crankshaft revolution about 180 ° are covered with the engine VM and the following about 180 ° with the electric motor EM. The electric motor EM uses the generator generated excess energy from the 180 ° of the engine operation. When driving a distance of 100 km so be covered in cylinder deactivation operation with 2 cylinders off 50 km electrically. When operating with only one active cylinder and three cylinders off, as much as 75% of the distance, ie. H. 75 km, purely electric. However, this does not require heavy and expensive batteries; a relatively small double-layer capacitor is sufficient.

3 zeigt das Funktionsprinzip des Hybridantriebs des in 1 dargestellten Hybridantriebs für den Fall einer Zylinderabschaltung im Teillastbetrieb bei Abschaltung der Zylinder Z1, Z2 und Z4. Wie aus 3D) ersichtlich, ist die vom Elektromotor im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie Egen im Bereich von 0° bis 180° (s. die schraffierte Fläche) näherungsweise gleich der vom Elektromotor im Motorbetrieb abgegebenen Energie Emot1 + Emot2 + Emot3 im Bereich von 180° bis 720° (diese entspricht in 3D der nicht-schraffierten Fläche). Die Energiedifferenz zwischen der im generatorischen Betrieb erzeugten elektrischen Energie und der Energie im Motorbetrieb ist über zwei Kurbelwellenumdrehungen nahezu null. 3 shows the functional principle of the hybrid drive of the in 1 shown hybrid drive in the event of a cylinder shutdown in partial load operation at shutdown of the cylinders Z1, Z2 and Z4. How out 3D) As can be seen, the electrical energy E gen generated by the electric motor in generator operation is in the range of 0 ° to 180 ° (see the hatched area) approximately equal to the energy E mot1 emitted by the electric motor during engine operation + E mot2 + E mot3 in the range of 180 ° to 720 ° (this corresponds to 3D the non-hatched area). The energy difference between the electrical energy generated in regenerative operation and the energy in engine operation is nearly zero over two crankshaft revolutions.

Es kann vorgesehen werden, dass die Zylinderabschaltung in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Betrieb der elektrischen Maschine nur bei im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeiten eingesetzt wird. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass diese Funktion auch bei geringen Beschleunigungen, beispielsweise bis 1 m/s2, Verwendung findet.It may be provided that the cylinder deactivation is used in conjunction with the above-described operation of the electric machine only at substantially constant speeds. Alternatively, it can also be provided that this function is used even at low accelerations, for example up to 1 m / s 2 .

Da der Elektromotor EM mit hoher Frequenz zwischen generatorischem Betrieb und motorischen Betrieb hin- und hergeschaltet wird, wird statt einer klassischen elektrischen Maschine (Gleichstrommotor, Asynchronmaschine, Synchronmaschine) vorzugsweise ein eisenloser Scheibenläufermotor verwendet.Since the electric motor EM is switched back and forth at high frequency between regenerative operation and motor operation, an ironless pancake motor is preferably used instead of a conventional electric machine (DC motor, asynchronous machine, synchronous machine).

Bei einer klassischen elektrischen Maschine (Gleichstrommotor, Asynchronmaschine, Synchronmaschine) wird häufig die Maximierung der Flußänderung pro Zeit dt innerhalb einer Spulenfläche A bei gleichzeitiger Verkürzung des Luftspaltes angestrebt. Eine solche Maschine ist meist aus einer bestimmten Anzahl von Spulen (abhängig von der Polzahl) aufgebaut. In den Spulen sowie im Ständer und Läufer bildet Eisen einen fast geschlossenen und für den magnetischen Fluss möglichst idealen Weg. Der Weg wird lediglich durch den Luftspalt unterbrochen, der den Ständer vom Läufer trennt. Um eine klassische elektrische Maschine in Bewegung zu setzen, werden die Felder in den Spulen ständig umgekehrt, bei dreiphasigen Systemen wird hierzu ein entsprechend wechselnder Drehstrom angelegt. Wenn eine solche Maschine innerhalb weniger Grad einer Umdrehung vom motorischen in den generatorischen Betrieb wechseln soll, ist dies nur möglich bei einer sehr hohen Anzahl von Polen, wodurch sich andere Nachteile erheben.In a classical electric machine (DC motor, asynchronous machine, synchronous machine) is often sought to maximize the flux change per time dt within a coil area A while shortening the air gap. Such a machine is usually composed of a certain number of coils (depending on the number of poles). In the coils as well as in the stator and rotor, iron forms an almost closed path which is as ideal as possible for the magnetic flux. The path is interrupted only by the air gap separating the stand from the runner. In order to set a classic electric machine in motion, the fields in the coils are constantly reversed, in three-phase systems, a correspondingly alternating three-phase current is applied for this purpose. If such a machine is to change from motor to generator mode within a few degrees of a revolution, this is only possible with a very large number of poles, which causes other disadvantages.

Bei einem eisenlosen Scheibenläufer wird nicht der Fluss im Eisenkreis maximiert. Stattdessen wird typischerweise der Spulennutzungsgrad optimiert. Dieser gibt an, welcher Teil des Leiters innerhalb der Spule bezogen auf den Gesamtleiter im Feld liegt.An ironless pancake does not maximize the flow in the iron circle. Instead, typically the bobbin utilization efficiency is optimized. This indicates which part of the conductor within the coil lies in the field with respect to the total conductor.

4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Scheibenläufermotor EM in der Seitenansicht. Der Scheibenläufermotor EM umfasst einen Ständer 1 und einen in Form einer Scheibe ausgebildeten Läufer 2. Im Ständer 1 sind im engen Abstand zur Scheibe 2 Dauermagneten 3–6 (beispielsweise Seltenerd-Magnete) angebracht. Alternativ könnte das Magnetfeld auch von Elektromagneten erzeugt werden. Die magnetischen Feldlinien verlaufen axial zur Welle des Elektromotors EM. Auf der Scheibe sind von Gleichstrom durchflossene Wicklungen angebracht. Beispielsweise handelt es sich um Kupferwicklungen auf Leichtbauträgermaterial. Die Leitbahnen können als gedruckte Schaltung oder als massivere Kupfer- oder Aluminiumleiter ausgeführt sein. Die Läuferscheibe 2 umfasst neben dem Substrat zum Tragen der Wicklungen praktisch nur Leiterlänge. Dabei liegt im Idealfall eine möglichst große wirksame Länge senkrecht zu den Feldlinien der Dauermagnete 3–6 und möglichst radial zur Achse vor. Zur Verstärkung der Scheibe 2 wird möglichst kein Eisen verwendet. Der Strom wird der Scheibe 2 über Schleifkontakte oder Kohlebürsten 20, 21 zugeführt. Da diese Konstruktionsform eines Motors praktisch keine Pole besitzt und auch kein Eisen im Läufer 2 beinhaltet, kann dieser mit hoher Dynamik vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt wechseln. 4 shows a first embodiment of a pancake motor EM in the side view. The pancake motor EM comprises a stator 1 and a runner formed in the form of a disk 2 , In the stand 1 are in close proximity to the disc 2 permanent magnets 3 - 6 (For example, rare earth magnets) attached. Alternatively, the magnetic field could also be generated by electromagnets. The magnetic field lines extend axially to the shaft of the electric motor EM. The disc is fitted with DC windings. For example, it is copper windings on lightweight construction material. The interconnects may be designed as a printed circuit or as a solid copper or aluminum conductors. The rotor disc 2 In addition to the substrate for supporting the windings practically comprises only conductor length. In the ideal case, the largest possible effective length is perpendicular to the field lines of the permanent magnets 3 - 6 and as far as possible radially to the axis. To strengthen the disc 2 if possible no iron is used. The stream becomes the disk 2 via sliding contacts or carbon brushes 20 . 21 fed. Since this design form of an engine has virtually no poles and no iron in the rotor 2 If necessary, this can change from motor to generator operation with high dynamics and vice versa.

Da es kaum zu magnetischen Wechselbewegungen kommt, kann auch der Ständer 1 in Leichtbauweise aus Leichtbaumaterialien konstruiert werden. Mit etwas Eisen kann der magnetische Fluss der Dauermagneten 3–6 über das Ständergehäuse hinweg verbessert werden. Der gesamte Ständer 1 baucht jedoch nicht aus Eisen zu sein. Da sich kein Eisen im Magnetfeld bewegt, tritt im unbestromten Zustand auch kein sogenannter Cogging-Effekt auf.Since there are hardly any magnetic alternating movements, the stand can also be used 1 be constructed from lightweight materials in lightweight construction. With some iron, the magnetic flux of the permanent magnets can 3 - 6 be improved over the stator housing away. The entire stand 1 but does not want to be made of iron. Since no iron moves in the magnetic field, no so-called cogging effect occurs in the de-energized state.

Da der Läufer 2 nahezu eisenlos ist, besitzt diese nur eine geringe Induktivität. Dies ermöglicht sehr geringe Zeitkonstanten (beispielsweise unter 0,1 ms) und somit den schnellen Aufbau von Impulsströmen. Dies hat den Vorteil von sehr großen Beschleunigungsmomenten. Durch die geringe Induktivität des Scheibenläufers und den speziellen geometrischen Aufbau ist der eisenlose Scheibenläufer im Stande, in Bruchteilen einer Kurbelwellenumdrehung Strom aufzunehmen oder abzugeben. Der Läufer ist nämlich geometrisch flach und enthält kein Eisen. Eisen ist üblicherweise der Teil, in dem sehr viel Hitze durch das ständige Ummagnetisieren entsteht. Die im Kupfer entstehende Hitze kann sehr gut abgeführt werden. Daher lässt sich solch ein Motor auch kurzfristig überbestromen.Because the runner 2 is almost iron-free, it has only a low inductance. This allows very low time constants (for example less than 0.1 ms) and thus the rapid establishment of pulse currents. This has the advantage of very high acceleration moments. Due to the low inductance of the disc rotor and the special geometric structure of the ironless disc rotor is able to absorb or deliver power in fractions of a crankshaft revolution. The runner is geometrically flat and contains no iron. Iron is usually the part in which a lot of heat is generated by the constant remagnetization. The heat generated in the copper can be dissipated very well. Therefore, such an engine can be over-powered even in the short term.

Durch die geringe Läuferinduktivität kommt es an den Kohlebürsten nur zu einem Minimum des üblichen Bürstenfeuers. Auch während der Kommutierung kann es daher nicht zu Überschlägen kommen. Dies sichert eine gute Stromübertragung selbst bei hohen Strömen.Due to the low rotor inductance, only a minimum of the usual brush fire occurs at the carbon brushes. Even during commutation, it can therefore not come to rollovers. This ensures a good current transfer even at high currents.

Die konstruktiv bedingt große Läuferscheibe bietet sehr viel Kühloberfläche zur Abführung der Wärme, die von den Kupferverlusten herrührt. Daher sind sogar Impulsströme bis zum 10fachen des Nennwerts möglich. Da der Läufer 2 nahezu eisenlos ist, besitzt er so gut wie keine Induktivität und somit keine Eisenverluste, die ansonsten in Form von Verlustwärme abgeführt werden müssten.The structurally large rotor disc provides a lot of cooling surface for dissipating the heat that comes from the copper losses. Therefore, even pulse currents up to 10 times the Nominal value possible. Because the runner 2 is almost iron-free, it has virtually no inductance and thus no iron losses that would otherwise have to be dissipated in the form of heat loss.

Beim Scheibenläufermotor EM sind im Unterschied zu klassischen Elektromotoren typischerweise keine Nuten vorhanden, daher entfällt der Zahnungseffekt und es ist in allen Drehzahlbereichen ein idealer Rundlauf gegeben. Dies ist auch bedingt durch die hohe Anzahl von möglichen Kommutierungen. Da der Läufer möglichst kein Eisen enthält, besitzt die Läuferscheibe ein sehr kleines Trägheitsmoment. Es tritt auch kein ungewollter Cogging-Effekt (d. h. schwankendes Drehmoment und damit unruhiger Lauf) auf, der bei elektrischen Maschinen in traditioneller Bauart mit Dauermagneten üblich ist. Unbestromt fällt daher nur das geringe Trägheitsmoment der Scheibe auf.The disc rotor motor EM, unlike classic electric motors typically no grooves are present, therefore eliminating the toothing effect and there is an ideal concentricity in all speed ranges. This is also due to the high number of possible commutations. Since the runner contains as little as possible iron, the rotor disc has a very small moment of inertia. There is also no unwanted cogging effect (i.e., fluctuating torque and thus rough running) that is common in traditional design electric machines with permanent magnets. Unbestromt therefore only the low moment of inertia of the disc falls on.

In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für den Scheibenläufermotor EM dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen Doppelscheibenläufer, wobei zwei Scheiben 2a und 2b vorhanden sind. Die Permanentmagnete 4 und 6 werden dabei sowohl für die Scheibe 2a als auch für die Scheibe 2b verwendet.In 5 a second embodiment of the pancake motor EM is shown. This is a double disc rotor, with two discs 2a and 2 B available. The permanent magnets 4 and 6 be doing both for the disc 2a as well as for the disc 2 B used.

In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für den Scheibenläufermotor EM dargestellt (links – Vorderansicht, rechts – Seitenansicht). In der Vorderansicht sind einige Wicklungen 13 beispielhaft eingezeichnet. Der Scheibenläufermotor in 6 umfasst die Magnete 3–12.In 6 a third embodiment of the pancake motor EM is shown (left - front view, right - side view). In the front view are some windings 13 drawn by way of example. The pancake motor in 6 includes the magnets 3 - 12 ,

7 zeigt weitere Ausbaustufen des in 1 dargestellten Hybridantriebs mit optionaler Batterie und zusätzlicher Aufladung, wobei die Batterie ein rein elektrisches Fahren ermöglicht (Vollhybrid). Der Hybridantrieb umfasst einen Basis-Hybridantrieb 30 ohne Batterie, der abgesehen von einer optionalen Aufladung 31 im Wesentlichen dem Hybridantrieb in 1 entspricht. Die Aufladung ist beispielsweise als Abgasturbolader oder als Kompressor mit mechanischem Antrieb realisiert. Ferner ist neben der elektrischen Maschine EM1 optional eine zweite elektrische Maschine EM2 vorgesehen; die zweite elektrische Maschine EM2 kann eine eigenständige elektrische Maschine sein oder einer zweiten Scheibe eines gemeinsamen Scheibenläufers EM1/EM2 entsprechen. Außerdem ist optional eine Erweiterung 32 für eine optionale Batterie vorgesehen. Die Erweiterung 32 umfasst einen DC-DC-Wandler sowie eine Batterie BAT. Bei der Batterie BAT handelt es sich vorzugsweise um eine Lithium-Ionen-Batterie, die beispielsweise an einer Steckdose geladen werden kann. Bei Verwendung einer optionalen Batterie BAT kann vorgesehen sein, dass der Hybridantrieb rein elektrisch arbeitet. Wenn der Ladezustand der Batterie BAT gering ist, wird beispielsweise zur Reichweitenverlängerung der Verbrennungsmotor VM aktiviert und je nach Lastzustand von der Zylinderabschaltung Gebrauch gemacht. 7 shows further expansion stages of the in 1 shown hybrid drive with optional battery and additional charging, the battery allows a purely electric driving (full hybrid). The hybrid drive includes a basic hybrid drive 30 without battery, aside from an optional charge 31 essentially the hybrid drive in 1 equivalent. The charge is realized for example as exhaust gas turbocharger or as a compressor with mechanical drive. Furthermore, a second electric machine EM2 is optionally provided in addition to the electric machine EM1; the second electric machine EM2 may be a stand-alone electric machine or a second disc of a common disc rotor EM1 / EM2 correspond. There is also an optional extension 32 for an optional battery. The extension 32 includes a DC-DC converter and a battery BAT. The battery BAT is preferably a lithium-ion battery that can be charged, for example, to a power outlet. When using an optional battery BAT can be provided that the hybrid drive operates purely electrically. If the state of charge of the battery BAT is low, the engine VM is activated, for example, for range extension and made use of the cylinder deactivation depending on the load condition.

Bei einem Plug-In-Hybridantrieb wie in 7 ist es von Vorteil, die elektrische Maschine sowohl am Verbrennungsmotor zu belassen (vom Getriebe durch Kupplung getrennt) als auch für bestimmte Betriebszustände am Getriebe zu belassen (Verbrennungsmotor vom System mit Kupplung getrennt). Für das rein elektrische Fahren ist es von Vorteil, wenn der Verbrennungsmotor VM von der elektrischen Maschine und dem Getriebe getrennt werden könnte, indem eine Kupplung zwischen Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine/dem Getriebe vorgesehen wird; ohne eine solche Kupplung würde der Motor mitgezogen.In a plug-in hybrid drive as in 7 it is advantageous to leave the electric machine both on the internal combustion engine (separated from the transmission by coupling) and for certain operating conditions on the transmission to leave (internal combustion engine from the system with clutch disconnected). For purely electric driving, it is advantageous if the engine VM could be separated from the electric machine and the transmission by providing a coupling between the engine VM and the electric machine / transmission; without such a clutch, the engine would be pulled along.

Möchte man ein solches System auf mehr elektrische Leistung auslegen, z. B. durch eine zweite Scheibe am Scheibenläufer oder eine zweite elektrische Maschine, wären noch mehr Funktionen möglich. Es wären höhere Geschwindigkeiten rein elektrisch möglich. Man könnte das System sogar noch als Range-Extender, also Reichweitenverlängerer, benutzen. Dazu ist vorzugsweise eine Scheibe (eine elektrische Maschine EM1) mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt und die zweite Scheibe (die zweite elektrische Maschine EM2) durch die Kupplung getrennt am Getriebe verbleibend. Der Verbrennungsmotor und die im generatorischen Betrieb befindliche EM1 würden dann für Energie sorgen. Die elektrische Maschine EM2 könnte durch eine Kupplung zur EM1 getrennt werden. Im Prinzip sind alle Hybridsysteme und Funktionsvarianten mit dem Aufbau 7 möglich. Daher sind für die Plug-In-Aufrüstmöglichkeit in 7 drei Kupplungen K sowie eine zusätzliche Batterie BAT und eine zusätzliche Leistungseinheit DC-DC eingezeichnet.Would you like to interpret such a system for more electrical power, z. B. by a second disc on the disc rotor or a second electric machine, even more functions would be possible. It would be possible higher speeds purely electric. You could even use the system as a range extender, so range extender. For this purpose, preferably one disc (one electric machine EM1) is coupled to the internal combustion engine and the second disc (the second electric machine EM2) remains separated from the transmission by the clutch. The internal combustion engine and EM1 in regenerative operation would then provide energy. The electric machine EM2 could be disconnected by a coupling to the EM1. In principle, all hybrid systems and functional variants are with the structure 7 possible. Therefore, for the plug-in upgrade option in 7 three couplings K and an additional battery BAT and an additional power unit DC-DC drawn.

8 zeigt ein erstes Beispiel einer Aufladung für den in 1 oder 7 dargestellten Antrieb. Hierbei wird eine Aufladung mit zwei unterschiedlich großen Ladern TL1 und TL2 verwendet. 8th shows a first example of a charge for the in 1 or 7 illustrated drive. In this case, a charge is used with two different sized loaders TL1 and TL2.

Der kleine Lader, beispielsweise TL1, ist auf den Betrieb mit den verbleibenden Zylindern bei Zylinderabschaltung ausgelegt, beispielsweise auf den 2-Zylinderbetrieb mit 2 abgeschalteten Zylindern.The small loader, for example TL1, is designed for operation with the remaining cylinders in cylinder deactivation, for example, the 2-cylinder operation with 2 cylinders off.

Bei Zylinderabschaltung (beispielsweise Abschaltung von 2 von insgesamt 4 Zylindern) ist im Laderbetrieb immer nur der kleine Lader aktiv und nie der große Lader aktiv. Wenn kein Zylinder abgeschaltet ist, wird im Laderbetrieb bei entsprechend hoher Lastanforderung der große Lader verwendet; hierbei kann der große Lader alleine oder zusammen mit dem kleinen Lader betrieben werden. Außerdem kann, wenn kein Zylinder abgeschaltet ist, bei geringer Last auch nur der kleine Lader verwendet werden.When cylinder deactivation (for example, shutdown of 2 of a total of 4 cylinders) in the charger mode is always only the small loader active and never the big loader active. If no cylinder is switched off, the large loader is used in loader operation with a correspondingly high load requirement; Here, the large loader can be operated alone or together with the small loader. In addition, when no cylinder is off, at low load, even the small loader can be used.

Vorzugsweise ist die Abgasführung so, dass Abgas von sämtlichen Zylindern auf die beiden Turbinen geführt wird (sofern sämtliche Zylinder aktiv sind), dass also nicht eine Turbine von einer Zylindergruppe und die andere Turbine von einer anderen Zylindergruppe mit Abgas versorgt werden.Preferably, the exhaust gas guide is such that exhaust gas from all cylinders is guided on the two turbines (if all cylinders are active), so that not one turbine from one cylinder group and the other turbine from another cylinder group are supplied with exhaust gas.

Das vorstehend beschriebene Laderkonzept kann beispielsweise bei einer sequentiellen Aufladung, bei einer Registeraufladung oder eine mehrstufigen Aufladung verwendet werden.The charging concept described above may be used, for example, in sequential charging, in register charging, or in multi-stage charging.

In 8 bezeichnen w1 und w2 jeweils eine Wastegate-Klappe sowie bp1 und bp2 jeweils eine Bypass-Klappe. Ferner ist ein Ladeluftkühler 40 vorhanden.In 8th w1 and w2 each denote a wastegate flap and bp1 and bp2 respectively a bypass flap. Further, a charge air cooler 40 available.

9 zeigt ein zweites Beispiel einer Aufladung für den in 1 oder 7 dargestellten Antrieb. 9 shows a second example of a charge for the in 1 or 7 illustrated drive.

Hierbei wird eine Aufladung mit zwei Ladern TL1 und TL2 verwendet. Bei einem 2-Zylinder-Betrieb wird im Laderbetrieb immer nur der kleine mechanischer Lader TL2 verwendet, welcher über einen Riementrieb von dem Motor angetrieben wird. Bei einem 4-Zylinder-Betrieb ohne Zylinderabschaltung wird zusätzlich oder alternativ der größere Abgasturbolader TL1 verwendet. Bei geringer Last kann auch nur der kleine Lader TL2 verwendet werden.In this case, a charging with two loaders TL1 and TL2 is used. In a 2-cylinder operation only the small mechanical supercharger TL2 is used in the loader operation, which is driven by a belt drive from the engine. In a 4-cylinder operation without cylinder deactivation, the larger turbocharger TL1 is additionally or alternatively used. At low load, only the small charger TL2 can be used.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Konzept eines Hybridantriebs mit Zylinderabschaltung erlaubt einen sehr effektiven und nahezu ungedrosselten Betrieb des Verbrennungsmotors im Teillastbereich (beispielsweise im stationären Fahrbetrieb). Die Verwendung eines Scheibenläufermotors ermöglicht eine leichte Bauweise und eine schnelle Umschaltung zwischen Generatorbetrieb und Motorbetrieb. Der im Wesentlichen eisenlose Scheibenläufer kann mit leichten Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Der Kondensator kann sehr klein gewählt werden, da dieser nur für einen kurzen Zeitraum Energie zwischenspeichert. Bei Verwendung eines Scheibenläufermotors kann eine einfache Leistungselektronik verwendet werden. Das System von elektrischen Scheibenläufer und Doppelschichtkondensator hat einen hohen Wirkungsgrad, da im Scheibenläufer keine Verluste durch ständige Ummagnetisierung entstehen. Der Verbrennungsmotor behält auch bei hochdynamischen Volllastanforderungen seine Agilität bei, da auf der Kurbelwelle im besten Fall lediglich eine Kupferscheibe verbaut ist, die im Vergleich zu aktuellen Konstruktionen von Kurbelwellen-Starter-Generationen wenig Gewicht hat. Außerdem kann auch eine Aufladung vorgesehen werden. Mit nur leichten Änderungen, beispielsweise mit einer Plug-In-Hochleistungs-Batterie, ist das System ausbaubar zum Voll-Hybriden.The inventive concept of a hybrid drive with cylinder deactivation described above allows a very effective and almost unthrottled operation of the internal combustion engine in the partial load range (for example, in stationary driving). The use of a pancake motor allows for lightweight construction and fast switching between generator operation and engine operation. The essentially ironless pancake can be made with lightweight composites. The capacitor can be chosen to be very small, because it caches energy only for a short period of time. When using a pancake motor, a simple power electronics can be used. The system of electric disc rotor and double-layer capacitor has a high efficiency, since the disc rotor no losses caused by permanent remagnetization. The combustion engine retains its agility even with highly dynamic full-load requirements, as on the crankshaft at best only one copper disc is installed, which has little weight compared to current designs of crankshaft starter generations. In addition, a charge can also be provided. With only slight modifications, for example with a plug-in high-performance battery, the system is expandable to full hybrids.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005001047 A1 [0007] DE 102005001047 A1 [0007]
  • WO 2008/082454 A1 [0008] WO 2008/082454 A1 [0008]
  • DE 102008025376 A1 [0009] DE 102008025376 A1 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • http://de.wikipedia.org/wiki/Scheibenl%C3%A4ufermotor [0013] http://en.wikipedia.org/wiki/Discovermotor [0013]

Claims (12)

Paralleler Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, umfassend – einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (VM), wobei ein und/oder mehrere Zylinder (Z1, Z2) des Verbrennungsmotors abschaltbar sind, und – einen elektrischen Scheibenläufermotor (EM) oder einen alternativen, einen im Wesentlichen eisenlosen Läufer umfassenden elektrischen Motor, welcher wahlweise sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbar ist, wobei der Hybridantrieb derart eingerichtet ist, dass für den Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders der elektrische Motor (EM) pro Zyklus des Verbrennungsmotors (VM) sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben wirdParallel hybrid drive for a motor vehicle, comprising - A multi-cylinder internal combustion engine (VM), wherein one and / or more cylinders (Z1, Z2) of the internal combustion engine are switched off, and An electric disc rotor motor (EM) or an alternative, an essentially ironless rotor comprehensive electric motor, which is optionally operated both as a generator and motor, the hybrid drive being arranged in such a way in that, in the case of at least one deactivated cylinder, the electric motor (EM) is operated both as a generator and as a motor for each cycle of the internal combustion engine (VM) Hybridantrieb nach Anspruch 1, wobei – der elektrische Motor (EM) generatorisch betrieben wird, während ein nicht abgeschalteter Zylinder (Z2, Z3) Arbeit verrichtet, und – der elektrische Motor (EM) motorisch betrieben wird, während ein abgeschalteter Zylinder (Z1, Z2) für den Fall der Nichtabschaltung dieses Zylinders Arbeit verrichten würde.Hybrid drive according to claim 1, wherein - The electric motor (EM) is operated as a generator, while a non-deactivated cylinder (Z2, Z3) performs work, and - The electric motor (EM) is operated by a motor, while a deactivated cylinder (Z1, Z2) would perform work in the event of non-deactivation of this cylinder. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hybridantrieb ferner einen Kondensator (DK), insbesondere einen Doppelschichtkondensator, umfasst, welcher zur Speicherung von elektrischer Energie bei generatorischem Betrieb des elektrischen Motors (EM) und zur Abgabe von gespeicherter elektrischer Energie bei motorischem Betrieb des elektrischen Motors (EM) dient.Hybrid drive according to one of the preceding claims, wherein the hybrid drive further comprises a capacitor (DK), in particular a double-layer capacitor, which for storing electrical energy during generator operation of the electric motor (EM) and for delivering stored electrical energy during motor operation of the electric Motors (EM) serves. Hybridantrieb nach Anspruch 3, wobei pro Zyklus die eingespeiste Energie, die bei generatorischem Betrieb der elektrischen Maschine (EM) während des Zyklus in den Kondensator (DK) eingespeist wird, im Wesentlichen der entnommenen Energie, die bei motorischem Betrieb der elektrischen Maschine (EM) während des Zyklus aus dem Kondensator entnommen wird, entspricht.Hybrid drive according to claim 3, wherein per cycle the injected energy which is fed during regenerative operation of the electric machine (EM) during the cycle in the capacitor (DK), substantially the extracted energy, which in motorized operation of the electric machine (EM) is removed from the condenser during the cycle corresponds. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3–4, wobei die Kapazität des Kondensator so gewählt ist, dass der Kondensator lediglich die Energie aufnehmen kann, die während des generatorischen Betriebs in der Zyklusdauer generiert wird, multipliziert mit einem Faktor f.Hybrid drive according to one of the preceding claims 3-4, wherein the capacitance of the capacitor is selected so that the capacitor can only absorb the energy that is generated during the generator operation in the cycle time multiplied by a factor f. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3–5, wobei die Kapazität des Kondensators (DK) einem Wert im Bereich von 0,1 F bis 10 F entspricht.Hybrid drive according to one of the preceding claims 3-5, wherein the capacitance of the capacitor (DK) corresponds to a value in the range of 0.1 F to 10 F. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Motor (EM) im Wesentlichen nabgeschaltet/ngesamt der Zyklusdauer im motorischen Betrieb und/oder im Wesentlichen 1 – nabgeschaltet/ngesamt der Zyklusdauer im generatorischen Betrieb betrieben wird, wobei die Größen nabgeschaltet die Anzahl der abgeschalteten Zylinder und ngesamt die Gesamtzahl der Zylinder beschreiben.Hybrid drive according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (EM) is substantially n off / n total cycle duration in motor operation and / or substantially 1 - n is operated total cycle duration in the regenerative mode n off /, wherein the quantities n shut down the number of deactivated cylinders and n total describe the total number of cylinders. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (VM) ein 4-Zylindermotor ist und in Abhängigkeit der Lastanforderung mindestens zwei Zylinder (Z1, Z2) des Verbrennungsmotors abschaltbar sind.Hybrid drive according to one of the preceding claims, wherein the internal combustion engine (VM) is a 4-cylinder engine and in dependence on the load request at least two cylinders (Z1, Z2) of the internal combustion engine can be switched off. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Motor (EM) ein elektrischer Scheibenläufermotor ist, bei dem stromdurchflossene Wicklungen (13) auf einer Scheibe (2) angeordnet sind.Hybrid drive according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (EM) is an electric disc rotor motor, in the current-carrying windings ( 13 ) on a disc ( 2 ) are arranged. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens zwei unterschiedlich große Lader (TL1, TL2), wobei im Fall eines oder mehrerer abgeschalteter Zylinder im Laderbetrieb immer nur der kleinere Lader der beiden Lader aktiv.Hybrid drive according to one of the preceding claims, comprising at least two different sized superchargers (TL1, TL2), wherein in the case of one or more deactivated cylinders in the charger mode always only the smaller loader of the two loaders active. Verfahren zum Betreiben eines parallelen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Hybridantrieb umfasst – einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (VM), wobei ein und/oder mehrere Zylinder (Z1, Z4) des Verbrennungsmotors abschaltbar sind, und – einen elektrischen Scheibenläufermotor (EM) oder einen alternativen, einen im Wesentlichen eisenlosen Läufer umfassenden elektrischen Motor, welcher wahlweise sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbar ist, wobei für den Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders der elektrische Motor (EM) pro Zyklus des Verbrennungsmotors sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben wird.Method for operating a parallel hybrid drive of a motor vehicle, wherein the hybrid drive comprises - A multi-cylinder internal combustion engine (VM), wherein one and / or a plurality of cylinders (Z1, Z4) of the internal combustion engine are switched off, and An electric disc rotor motor (EM) or an alternative, an essentially ironless rotor comprehensive electric motor, which is optionally operated both as a generator and motor, wherein in the case of at least one deactivated cylinder of the electric motor (EM) per cycle of the internal combustion engine is operated both as a generator and a motor. Paralleler Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, umfassend – einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (VM), wobei ein und/oder mehrere Zylinder (Z1, Z4) des Verbrennungsmotors abschaltbar sind, und – einen elektrischen Motor (EM), welcher wahlweise sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbar ist, wobei der Hybridantrieb derart eingerichtet ist, dass für den Fall zumindest eines abgeschalteten Zylinders der elektrische Motor (EM) pro Zyklus des Verbrennungsmotors (VM) sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben wird und – der elektrische Motor (EM) generatorisch betrieben wird, während ein nicht abgeschalteter Zylinder Arbeit verrichtet, und – der elektrische Motor motorisch betrieben wird, während ein abgeschalteter Zylinder für den Fall der Nichtabschaltung dieses Zylinders Arbeit verrichten würde.Parallel hybrid drive for a motor vehicle, comprising - a multi-cylinder internal combustion engine (VM), wherein one and / or more cylinders (Z1, Z4) of the internal combustion engine can be switched off, and - an electric motor (EM), which is optionally both generator and motor operable wherein the hybrid drive is arranged such that in the case of at least one deactivated cylinder of the electric motor (EM) per cycle of the internal combustion engine (VM) is both regenerative and motorized and - the electric motor (EM) is operated as a generator unactuated cylinder performs work, and - the electric motor is operated by a motor, while a deactivated cylinder in the event of Non-deactivation of this cylinder would perform work.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3106361A1 (en) * 2015-06-16 2016-12-21 Continental Automotive GmbH Hybrid combustion engine
WO2018041876A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-08 Continental Automotive Gmbh Electrical torsional vibration smoothing system for mild hybrid vehicles
DE102019106309A1 (en) * 2019-03-12 2020-09-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Parallel hybrid drive for a hybrid electric vehicle as well as a hybrid electric vehicle
DE102019111481A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control device and method for operating a hybrid drive
DE102019111478A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control device and method for operating a hybrid drive
DE102019123650A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Structure-borne noise adaptation in the drive train of a hybrid vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5097140A (en) * 1991-05-07 1992-03-17 Chrysler Corporation Alternator starter
DE19532164A1 (en) * 1995-08-31 1997-03-06 Clouth Gummiwerke Ag Drive system, in particular for a motor vehicle, and method for operating the same
DE102005001047A1 (en) 2005-01-07 2006-07-20 Volkswagen Ag Method for operating a hybrid vehicle and hybrid vehicle
WO2008082454A1 (en) 2006-12-27 2008-07-10 Caterpillar Inc. System and method for balancing an engine during cylinder cutout
DE102008025376A1 (en) 2008-05-27 2009-12-03 Meta Motoren- Und Energie-Technik Gmbh A method of operating a vehicle powertrain with an internal combustion engine having a plurality of selectively deactivatable cylinders and vehicle driveline

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5097140A (en) * 1991-05-07 1992-03-17 Chrysler Corporation Alternator starter
DE19532164A1 (en) * 1995-08-31 1997-03-06 Clouth Gummiwerke Ag Drive system, in particular for a motor vehicle, and method for operating the same
DE102005001047A1 (en) 2005-01-07 2006-07-20 Volkswagen Ag Method for operating a hybrid vehicle and hybrid vehicle
WO2008082454A1 (en) 2006-12-27 2008-07-10 Caterpillar Inc. System and method for balancing an engine during cylinder cutout
DE102008025376A1 (en) 2008-05-27 2009-12-03 Meta Motoren- Und Energie-Technik Gmbh A method of operating a vehicle powertrain with an internal combustion engine having a plurality of selectively deactivatable cylinders and vehicle driveline

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
http://de.wikipedia.org/wiki/Scheibenl%C3%A4ufermotor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3106361A1 (en) * 2015-06-16 2016-12-21 Continental Automotive GmbH Hybrid combustion engine
WO2018041876A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-08 Continental Automotive Gmbh Electrical torsional vibration smoothing system for mild hybrid vehicles
DE102019106309A1 (en) * 2019-03-12 2020-09-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Parallel hybrid drive for a hybrid electric vehicle as well as a hybrid electric vehicle
DE102019111481A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control device and method for operating a hybrid drive
DE102019111478A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control device and method for operating a hybrid drive
WO2020224899A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Control device and method for operating a hybrid drive
CN113508051A (en) * 2019-05-03 2021-10-15 宝马股份公司 Control device and method for operating a hybrid drive system
DE102019123650A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Structure-borne noise adaptation in the drive train of a hybrid vehicle

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