DE102016217511A1 - Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor - Google Patents

Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor Download PDF

Info

Publication number
DE102016217511A1
DE102016217511A1 DE102016217511.4A DE102016217511A DE102016217511A1 DE 102016217511 A1 DE102016217511 A1 DE 102016217511A1 DE 102016217511 A DE102016217511 A DE 102016217511A DE 102016217511 A1 DE102016217511 A1 DE 102016217511A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
stator
cylinder
combustion engine
combined electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016217511.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Grossner
Thomas Gallner
Rainer Knorr
Stephanie Preisler
Egor Sawazki
Helmut Hamperl
Vincent Vahee
Khosrau Heidary
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Priority to DE102016217511.4A priority Critical patent/DE102016217511A1/de
Priority to PCT/EP2017/069417 priority patent/WO2018050349A1/de
Publication of DE102016217511A1 publication Critical patent/DE102016217511A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/24—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/40—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the assembly or relative disposition of components
    • B60K6/405—Housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/442—Series-parallel switching type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1815—Rotary generators structurally associated with reciprocating piston engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24—Energy storage means
    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/244—Charge state
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder mit einem Brennraum, welcher durch einen im Zylinder verschiebbaren Zylinderkolben begrenzt wird, sowie mit einem ersten Elektromotor welcher auch als Generator betrieben werden kann, und welcher einen Stator und einen Rotor aufweist. Ein Pleuel, welches einerseits schwenkbar an dem Zylinderkolben befestigt ist, ist andererseits drehbar mit dem Rotor des Elektromotors verbunden und eingerichtet, die Translationsbewegungen des Zylinderkolbens und Drehbewegungen des Rotors ineinander umzuwandeln.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor, insbesondere für den Antrieb von Kraftfahrzeugen.
  • Seit mehreren Jahren werden elektrisch angetriebene Fahrzeuge als umweltfreundlichere Alternative zu mit Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeugen angesehen. In einigen Ländern herrscht der politische Wille, die Einführung und den Anteil von Elektrofahrzeugen im Straßenverkehr zu erhöhen. Der Verkauf und die Neuzulassung von Elektrofahrzeugen sollen daher auch durch Kaufprämien gefördert werden. Trotzdem ist das Interesse der Verbraucher noch verhältnismäßig gering. Als Hauptgründe für die Zurückhaltung beim Kauf von Elektroautos gelten die als zu gering eingeschätzte Reichweite und der vergleichsweise hohe Anschaffungspreis.
  • Die Reichweite von rein elektrisch angetriebenen Automobilen hängt in erster Linie von der Batteriekapazität ab. Trotz deutlichem Fortschritt in der Batterietechnologie in den letzten Jahren ist es aber immer noch so, dass für eine größere Reichweite mehr Batteriezellen eingebaut werden müssen. Dies treibt den Preis und das Fahrzeuggewicht in die Höhe und verringert den Nutzraum.
  • Der Hauptnachteil von Batterien gegenüber fossilen Kraftstoffen ist ihre spezifische Energiedichte. In einem Kilogramm Benzin sind ca. 12 kWh Energie in chemischer Form gespeichert. Li-Ionen Akkumulatoren haben dagegen nur eine spezifische Energie von bis zu ca. 0,25 kWh pro Kilogramm. Der spezifische Energiegehalt von Benzin ist also ca. 50 Mal höher als der Li-Ionen Akkumulatoren, die das derzeit am häufigsten eingesetzte Speichermedium für Energie in Elektrofahrzeugen sind.
  • Manche Hersteller setzen daher nicht mehr auf mehr Batteriekapazität, um die Reichweite zu erhöhen, sondern nutzen den oben beschrieben Vorteil der sehr hohen Energiedichte von fossilen Kraftstoffen und verwenden hierzu sogenannte Range Extender. Das sind Verbrennungsmotoren, die betrieben werden, um die Batterien wieder zu laden, aus denen Elektromotoren ihre benötigte Energie entnehmen. Die rein elektrische Reichweite beträgt ca. 50 bis 180 km im realen Betrieb, können aber durch die Range Extender erheblich gesteigert werden. Beide Ansätze, hohe Batteriekapazität und Range Extender, erhöhen zwar die Reichweite des Fahrzeugs, das aber zu immensen Kosten.
  • Einen nicht ganz so progressiven Schritt, nämlich ein Elektrofahrzeug durch den Einsatz eines Verbrennungsmotors in ihrer Reichweite zu erhöhen, verfolgen die Konzepte der Plug-in Hybriden. Dies sind eigentlich Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die vor allem für die innerstädtischen und stadtnahen Bereiche die Möglichkeit bieten, rein elektrisch zu fahren, um Geräusch- und Schadstoffausstoß zu reduzieren.
  • Einen großen Nachteil haben aber sowohl die Konzepte der heutigen Range Extender Fahrzeuge als auch die Plug-in Hybriden nach wie vor: Es sind zwei vollständige Antriebssysteme, Verbrennungsmotor und elektrischer Antrieb verbaut. Die beiden eigenständigen Antriebssysteme nehmen sehr viel Platz in Anspruch und nehmen damit viel Nutzraum weg. Außerdem sind das Gewicht und die Kosten dieser Fahrzeuge vergleichsweise hoch.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug anzugeben, mit welchem die oben genannten Nachteile, die geringe Reichweite und der hohe Preis, vermieden oder reduziert werden können.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, sowie durch einen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor und durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßer kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor weist mindestens einen Zylinder auf, mit einem Brennraum, welcher durch einen im Zylinder verschiebbaren Zylinderkolben begrenzt wird. Darüber hinaus weist der kombinierte Elektro- und Verbrennungsmotor eine erste Stator-Rotor-Einheit auf, welche als Elektromotor oder als Generator betrieben werden kann. Die Stator-Rotor-Einheit hat einen Stator und einen Rotor, welcher drehfest mit einer Welle verbunden ist. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Pleuel vorhanden, welcher einerseits schwenkbar an dem Zylinderkolben befestigt ist, und andererseits drehbar mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist. Der Pleuel ist eingerichtet, Translationsbewegungen des Zylinderkolbens und Drehbewegungen des Rotors ineinander umzuwandeln.
  • Der erfindungsgemäße Motor ist daher also eine Kombination aus einem klassischen 1-Zylinder Motor und einem Elektromotor. Der erfindungsgemäße Motor ist insbesondere für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, jedoch sind auch andere Anwendungen denkbar.
  • Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren werden Pleuel dafür eingesetzt, Translationsbewegungen eines Zylinderkolbens in Rotationsbewegungen einer Kurbelwelle umzuwandeln. Translationsbewegungen des Zylinderkolbens werden durch zyklische Verbrennungsvorgänge im Brennraum, beispielsweise nach einem 4-Takt oder einem 2-Takt Prinzip erzeugt. Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird hingegen keine Kurbelwelle eingesetzt. Die durch die Verbrennungen im Brennraum des Zylinders erzeugten Translationsbewegungen des Zylinderkolbens werden durch den Pleuel direkt in Rotationsbewegungen des Rotors der Stator-Rotor-Einheit umgewandelt.
  • Der Pleuel ist üblicherweise ein lang gestreckter Körper, auch Pleuelstange genannt, mit zwei Enden. An dem einen Ende (dem zylinderseitigen Ende) ist der Pleuel beispielsweise über einen Kolbenbolzen schwenkbar am Zylinderkolben befestigt. Am gegenüberliegenden Ende ist er drehbar mit dem Rotor der Stator-Rotor-Einheit verbunden. Der Rotor ist eingerichtet, um eine Welle, mit welcher er drehfest verbunden ist, Rotationsbewegungen auszuführen. Die drehbare Verbindung des Pleuels mit dem Rotor erfolgt zum Beispiel über eine Achse, welche exzentrisch am Rotor befestigt ist. An dieser Achse ist wiederum der Pleuel drehbar befestigt. Eine andere Variante ist eine am Rotor drehfest befestigte Exzenterwelle, auf welcher wiederum der Pleuel drehbar befestigt ist. Damit wird, wie von herkömmlichen Verbrennungsmotoren bekannt, die Translationsbewegung des Zylinderkolbens in eine Rotationsbewegung umgewandelt. Erfindungsgemäß wird jedoch nicht eine Kurbelwelle in Rotation versetzt, sondern direkt der Rotor eines Elektromotors. Der Rotor dient hier also gleichzeitig als Kurbelwelle und als Massenschwungrad für den Verbrennungsmotor und sorgt somit auch für eine Schwingungsdämpfung.
  • Umgekehrt wird bei Betrieb der Stator-Rotor-Einheit als Elektromotor eine Rotationsbewegung des Rotors über den Pleuel in eine Translationsbewegung des Zylinderkolbens umgewandelt. Durch den Elektromotor wird elektrische Energie, welche beispielsweise in einem Energiespeicher des Fahrzeugs gespeichert ist, in Rotationsenergie umgewandelt, indem der Rotor in Rotation um die Welle versetzt wird.
  • Als Stator-Rotor-Einheit sind grundsätzlich alle bekannten Varianten von Elektromotoren denkbar, z.B. Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen etc. Sie kann mit einem Dauermagneten betrieben werden oder über einen Erregerstrom. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise als Direct Injection 4-Takt-Motor mit Turbolader ausgeführt sein. Er kann für die Anwendung mit Benzin, Diesel, Erdgas, Autogas, Biogas, Ethanol, etc. als Kraftstoff ausgeführt sein. Er kann darüber hinaus eine Abgasrückführungseinrichtung aufweisen sowie einen Katalysator. Das Hubvolumen ist wählbar.
  • Die beiden Komponenten des erfindungsgemäßen Motors, d.h. der Verbrennungs-Zylinder einerseits und die Stator-Rotor-Einheit des Elektromotors andererseits, können jeweils einzeln oder gemeinsam betrieben werden. Darüber hinaus kann die Stator-Rotor-Einheit auch als Generator betrieben werden. Da mindestens ein Zylinderkolben und ein Rotor mindestens einer Stator-Rotor-Einheit über den Pleuel direkt miteinander verbunden sind, folgt, dass sich bei Betrieb auch nur einer der beiden Komponenten immer auch die andere Komponente mitdreht (Rotor) bzw. mitschwingt (Zylinderkolben). Die jeweils andere Komponente wird also dann mitgeschleppt oder beispielsweise als Generator angetrieben. Vorzugsweise ist eine entsprechende Motorsteuerung vorhanden, die die Funktionen der einzelnen Komponenten regelt.
  • Grundsätzlich sind mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor alle Betriebsmodi möglich, welche auch von den oben beschriebenen Plug-In Hybridmodellen und den Range-Extender Systemen bekannt sind.
  • So kann ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor beispielsweise rein durch den Verbrennungszylinder angetrieben werden, während der Elektromotor bzw. die Stator-Rotor-Einheit als Generator arbeitet und einen Energiespeicher auflädt. Andererseits kann auch die Einheit aus Stator und Rotor als Motor arbeiten. Wenn der Verbrennungszylinder dabei aus ist, wird der Kolben des Zylinders mitgeschleppt. Wenn sowohl der Verbrennungsmotor als auch die Stator-Rotor-Einheit arbeiten, tragen beide zur Drehmomenterzeugung auf der Welle bei.
  • Die Stator-Rotor-Einheit kann auch durch die Massenträgheit des Fahrzeugs angetrieben als Generator arbeiten und elektrische Energie erzeugen (Rekuperation) während der Verbrennungszylinder an oder aus ist.
  • Die Erfindung bietet gegenüber den bekannten Plug-In Hybridmodellen und den Range-Extender Systemen den Vorteil, dass sie wesentlich kostengünstiger ist als zwei eigenständige Antriebe. Durch die erfindungsgemäße Kombination eines elektrischen und eines Verbrennungsantriebs in einem Motor sind mechanische Komponenten soweit möglich eliminiert oder reduziert, indem verschiedene Funktionen auf eine Komponente vereinigt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der kombinierte Elektro- und Verbrennungsmotor eine zweite Stator-Rotor-Einheit, welche sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Die zweite Stator-Rotor-Einheit weist ebenfalls einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor drehfest mit einer Welle verbunden ist. Vorzugsweise ist der Rotor der zweite Stator-Rotor-Einheit koaxial zum ersten Rotor und zu dessen Welle angeordnet. Wie auch schon bei der ersten Stator-Rotor-Einheit, sind auch hier sämtliche bekannte Varianten für Elektromotoren möglich. Die zweite Stator-Rotor-Einheit kann beispielsweise ein elektrischer Synchronmotor oder ein Asynchronmotor sein.
  • Durch diese Variante des erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors mit einer zweiten Stator-Rotor-Einheit wird die Variationsmöglichkeit der einsetzbaren Betriebsmodi weiter gesteigert. Beispielsweise kann eine Stator-Rotor-Einheit als Generator arbeiten, während die andere als Motor für den Vortrieb arbeitet. Es können aber auch beide gemeinsam als Generator arbeiten oder als Motor. Die Zahl der Einsatzmöglichkeiten wird noch gesteigert, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die Wellen des ersten Rotors und die Welle des zweiten Rotors über ein lösbares Kupplungselement drehfest miteinander verbindbar sind. Als Kupplungselement kommen beispielsweise eine übliche Reibkupplung oder auch eine formschlüssige Kupplung, wie eine Klauenkupplung in Frage.
  • In einer anderen alternativen Ausgestaltung können die beiden Stator-Rotor-Einheiten auf gegenüberliegenden Seiten des Verbrennungszylinders angeordnet sein, wobei der Pleuel des Zylinderkolbens zwischen den Rotoren der Stator-Rotor-Einheiten angeordnet sein kann und mit einem oder beiden Rotoren drehbar verbunden sein kann. Beispielsweise ist das Pleuel an einer mindestens an einem Rotor exzentrisch befestigen Achse drehbar befestigt und eingerichtet, Translationsbewegungen des Zylinderkolbens und Drehbewegungen des mindestens einen Rotors ineinander umzuwandeln. Vorzugsweise ist der Pleuel mit beiden Rotoren der beiden Stator-Rotor-Einheiten drehbar verbunden.
  • Eine weitere vorteilhafte Variante sieht statt der exzentrisch am Rotor befestigen Achse eine drehfest am Rotor befestigte Exzenterwelle vor, an welcher der Pleuel drehbar befestigt ist. Auch hier kann die Exzenterwelle mit einem Rotor oder auch mit zwei Rotoren drehfest verbunden sein. Hierbei können ebenso Translationsbewegungen des Zylinderkolbens und Drehbewegungen des mindestens einen Rotors ineinander umgewandelt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante weist der erfindungsgemäße Motor mindestens einen zweiten Zylinder auf. Der zweite Zylinder weist, ebenso wie der erste, einen Brennraum auf, welcher durch einen im Zylinder verschiebbaren Zylinderkolben begrenzt wird. An dem Zylinderkolben ist wiederum ein zweiter Pleuel befestigt, welcher an einem gegenüberliegenden Ende drehbar mit mindestens einem Rotor verbunden ist. Auch dieser Pleuel ist eingerichtet, Translationsbewegungen des zusätzlichen Zylinderkolbens und Drehbewegungen von mindestens einem Rotor ineinander umzuwandeln. Der Pleuel des zusätzlichen Zylinders kann, ebenso wie ein Pleuel des ersten Zylinders, mit einem oder zwei Rotoren der Elektromotoren verbunden sein. Ein zweiter Zylinder kann die Leistungsfähigkeit des Motors erhöhen. Bei noch höherem Leitungsbedarf können auch noch weitere Zylinder in dem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor integriert werden. Beispielsweise sind je nach Leistungsbedarf zwei, drei, vier oder fünf oder mehr Zylinder möglich. Wie oben für den ersten Zylinder beschrieben, sind auch für den zweiten oder alle weiteren Zylinder sämtliche Kraftstoffe oder Takt-Varianten möglich.
  • Eine weitere verbesserte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors besteht darin, dass der mindestens eine Zylinder elektrisch betätigte Einlass- und Auslassventile aufweist. Dies ermöglicht weitere Vereinfachungen durch den Entfall von Nockenwellen und Nockenwellentrieb und zusätzliche Variationsmöglichkeiten in der Betriebsführung des Verbrennungsmotors. Beispielsweise ergeben sich durch unabhängige Ventilsteuerungen voll variable Verbrennungskalibrationsmöglichkeiten. Elektrisch betätigbare Ein- und Auslassventile erlauben z. B. die Anwendung von Miller-Kreisprozessen (frühes Schließen des Einlassventils) oder Atkinson-Kreisprozessen (spätes Schließen des Einlassventils), Scavenging (ein Teil der angesaugten kalten Frischluft spült das im Zylinder befindliche heiße Abgas in einem Abgaskrümmer) oder Abgasanteile in der Zylinderladung von 0 bis 100%, womit ein Abgasrückführungssystem ersetzt werden könnte.
  • Der erfindungsgemäße kombinierte Elektro- und Verbrennungsmotor ist vorzugsweise in einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug eingesetzt. Dabei ist die Welle des mindestens einen Rotors drehfest mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden. Dies kann vorzugsweise durch eine lösbare Kupplungseinrichtung zur lösbar drehfesten Verbindung erfolgen. Die lösbare Kupplungseinrichtung kann eine herkömmliche Reibkupplung sein oder eine Formschlusskupplung, wie z.B. eine Klauenkupplung. Bei Verwendung einer Formschlusskupplung kann die Synchronisation beispielsweise über Ansteuerung des Elektromotors erfolgen. In diesem Fall ist vorzugsweise ein rein elektrisches Anfahren durch eine oder zwei Stator-Rotor-Einheiten des Fahrzeugs vorgesehen. Klauenkupplungen sind leichter und kleiner als übliche Reibkupplungen. Mit Einsatz einer zusätzlichen Kupplung kann die Variationsmöglichkeit in den Betriebsmodi weiter erhöht werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor bzw. mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug sind, wie oben bereits erwähnt, zahlreiche verschiedene Betriebsmodi des Kraftfahrzeugs möglich. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Variante trägt mindestens eine Stator-Rotor-Einheit des kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors zur Traktion des Fahrzeugs bei. Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante wird mindestens eine Stator-Rotor-Einheit des kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors als Generator betrieben. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante werden sowohl alle Stator-Rotor-Einheiten als auch alle Verbrennungszylinder zur Traktion des Fahrzeugs beitragen („boosting“).
  • Grundsätzlich ist mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor jeder kombinatorisch denkbare Betriebsmodus möglich. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor die mittlere benötigte Antriebsleistung erzeugen, welche das Fahrzeug benötigt. Leistungsspitzen können über den Elektromotor d.h. die Stator-Rotor-Einheit(en) abgedeckt werden, die ihre Energie aus Akkumulatoren beziehen.
  • Eine andere Variante sieht vor, dass beide Elektromotoren, das heißt beide Stator-Rotor-Einheiten als Generator arbeiten. Sie werden beispielsweise über die Massenträgheit des Fahrzeugs angetrieben (Rekuperation). Andernfalls können die beiden als Generator arbeitenden Stator-Rotor-Einheiten durch den Verbrenner angetrieben werden um einen Energiespeicher zu laden.
  • Eine weitere Variante sieht vor, dass nur eine der Stator-Rotor-Einheiten im Generatorbetrieb arbeitet und somit den Akku lädt, während der andere im Motorbetrieb für den Vortrieb arbeitet. Der Verbrennungsmotor kann dabei an oder aus sein. Eine weitere Variante ist, dass nur der Verbrennungszylinder arbeitet, während beide Stator-Rotor-Einheiten mitgeschleppt werden.
  • Der erfindungsgemäße kombinierte Elektro- und Verbrennungsmotor lässt die Realisierung jedes anderen vorstellbaren Betriebsmodus zu. So kann beispielsweise das Bordnetz mit einem oder mehreren Akkus aufgebaut sein. Bei mehreren Akkus können auch verschiedene Spannungslevel realisiert werden (z. B. 12 Volt/48 Volt, oder 12 Volt/Hochvolt). Bei Generatorbetrieb mindestens einer Stator-Rotor-Einheit kann einer oder beide Akkus geladen werden. Bei Motorbetrieb mindestens einer Stator-Rotor-Einheit kann die elektrische Energie aus einer oder beiden Akkus kommen. Der Einsatz eines Bordnetz-Spannungs-/-Leistungsreglers ist zweckmäßig.
  • Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs ist möglich mit einem kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Stator-Rotor-Einheiten sowie mit zwei Energiespeichern (vorzugsweise 48V) im Fahrzeug. Dabei arbeitet der mindestens eine Zylinder für die Traktion des Fahrzeugs. Eine erste Stator-Rotor-Einheit ist mit einem ersten Energiespeicher verbunden ist und arbeitet als Motor. Eine zweite Stator-Rotor-Einheit ist mit einem zweiten Energiespeicher verbunden und arbeitet als Generator. In Abhängigkeit von einem Ladezustand der beiden Energiespeicher kann der Betriebsmodus gewechselt werden, so dass die erste Stator-Rotor-Einheit als Generator arbeitet und die zweite Stator-Rotor-Einheit als Motor. In diesem Betriebsmodus ist es möglich (mit Hilfe einer Motorsteuerung) Schwankungen im durch den 1-Zylinder Verbrennungsmotor erzeugten Antriebsmoment durch gepulstes Zuschalten der beiden Stator-Rotor-Einheiten auszugleichen. Indem eine Stator-Rotor-Einheit als Motor arbeitet, können die „Täler“ im vom Zylinder erzeugten Drehmomentverlauf aufgefüllt werden, während die zweite Stator-Rotor-Einheit gepulst als Generator arbeitet und die Drehmomentspitzen abflacht. Somit können die ansonsten bei einem 1-Zylinder-Motor auftretenden Schwankungen im Antriebsmoment fast vollständig ausgeglichen werden.
  • Da die beiden Stator-Rotor-Einheiten jeweils fest einem Energiespeicher (Akku)zugeordnet sind und für eine gewisse Zeitdauer ihre Betriebsmodi beibehalten, wird einem Akku immer Energie entnommen, während der andere aufgeladen wird. Nach einer bestimmten Zeit ist es erforderlich, dass die beiden Stator-Rotor-Einheiten ihre Funktionen tauschen. Vorzugsweise findet ein periodischer Wechsel der Betriebsmodi der beiden Stator-Rotor-Einheiten statt. Da die Richtung des Energieflusses dabei aber jeweils für eine gewisse Zeitdauer aufrecht erhalten wird, nehmen die Energiespeicher dabei keinen Schaden.
  • Weitere Vereinfachungen und Verbilligungen sind möglich durch downgrading des Direct Injection Verbrennungsmotors durch einen Multiport-Injection-Verbrennungsmotor. Weiterhin ist ein Entfall des Turboladers möglich oder das Vier-Takt-Prinzip des Verbrennungsmotors kann beispielsweise durch einen Zwei-Takt ersetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Zusammenführung von Verbrennungsmotor und Elektromotor/Generator in eine funktionelle Einheit ermöglicht die Umsetzung weitestgehender Vereinfachungen im Aufbau sowie Erreichen maximal flexibler Ansteuerung. Dies erlaubt eine maximale Flexibilisierung der möglichen Betriebsmodi des Antriebskonzepts mit dem Ziel maximaler Effizienz, minimalen CO2- und Schadstoffausstoß, sowie minimalem Gewicht bei gleichzeitig minimalen Kosten.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
  • 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors in Stirnansicht auf die Welle;
  • 2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform;
  • 3 eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektro- und Verbrennungsmotors mit zwei Stator-Rotor-Einheiten;
  • 4 eine zweite vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektro- und Verbrennungsmotors mit zwei Stator-Rotor-Einheiten;
  • 5 eine weitere alternative Ausgestaltung eines kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors mit zwei Stator-Rotor-Einheiten;
  • 6 eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektro- und Verbrennungsmotors mit zwei Verbrennungszylindern.
  • 1 zeigt eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors 1 in Draufsicht auf die Welle 8. Mit der Welle 8 ist der Rotor 7 des Elektromotors 5 drehfest verbunden. Konzentrisch dazu, außenherum ist der Stator 6 angeordnet, welcher von einem Gehäuse 11 umschlossen ist. Mit dem Rotor 7 ist der Pleuel 9 drehfest verbunden. Wobei der Drehpunkt des Pleuels an dem Rotor exzentrisch angeordnet ist. Am anderen Ende des langgestreckten Pleuels 9 ist der Pleuel 9 über einen Kolbenbolzen 12 schwenkbar an dem Zylinderkolben 4 befestigt. Der Zylinderkolben 4 begrenzt den Brennraum 3 im Zylinder 2 des Verbrennungsmotors. Oben am Brennraum des Zylinders 2 sind die Einlass- 30 und Auslassventile 31 des Zylinders angeordnet.
  • 2 zeigt dieselbe Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors in Seitenansicht. Das Pleuel 9 des Verbrennungszylinders 2 ist über eine Achse 20 direkt mit dem Rotor 7 des Elektromotors verbunden. Der Rotor 7 wiederum ist drehfest mit einer Welle 8 verbunden, welche das durch den kombinierten Verbrennungs- oder Elektromotor 1 erzeugte Drehmoment über eine Kupplung 19 und eine Getriebeeingangswelle 38 an das Getriebe 39 weiterleitet. Vom Getriebe wird das Drehmoment über eine Antriebswelle 40 an die Räder bzw. an ein Differentialgetriebe (nicht gezeigt) weitergeleitet. Der kombinierte Elektro- und Verbrennungsmotor 1 bildet zusammen mit der Kupplung 38 und dem Getriebe 39 einen Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeugs.
  • Die in 3 gezeigte Variante des erfindungsgemäßen Elektro- und Verbrennungsmotors 1 enthält eine zweite Stator-Rotor-Einheit 15 als zweiten Elektromotor. Die daran drehfest befestige Welle 18 ist über eine Kupplung 19 mit der Welle des ersten Elektromotors 5 gekoppelt. Auf der Ausgangsseite führt die Welle 18 zur Eingangswelle 38 eines Getriebes 39. Hier kann wahlweise auch noch eine zweite Kupplung 19 eingeführt werden. Die Variante mit zwei Elektromotoren 5 und 15 bietet gegenüber der in 1 und 2 gezeigten Variante die zusätzliche Möglichkeit, dass ein Elektromotor 5, 15 als Generator betrieben wird, während der zweite 15, 5 zur Traktion beiträgt.
  • Die in 4 gezeigte Variante verfügt ebenfalls über zwei Stator-Rotor-Einheiten 5, 15, wobei hierbei der Zylinder 2 des Verbrennungsmotors zwischen den beiden Stator-Rotor-Einheiten angeordnet ist. Der Pleuel 9 ist über eine Achse 20 mit den beiden Rotoren 7 und 17 der beiden Elektromotoren 5 und 15 verbunden. Die Wellen 8 und 18 der beiden Elektromotoren sind koaxial angeordnet, aber nicht direkt miteinander gekoppelt. Über eine Kupplung 19 führt die Welle 18 über die Getriebeeingangswelle 38 zum Getriebe 39.
  • Die in 5 gezeigte Ausführungsvariante ähnelt der in 4 gezeigten. Jedoch ist die Pleuelstange 9 hierbei nicht über eine Achse 20 mit den Rotoren verbunden, sondern sie ist drehbar mit einer Exzenterwelle 21 verbunden, welche ihrerseits drehfest mit den Rotoren 7 und 17 der Elektromotoren 5, 15 verbunden ist. Ein von den Stator-Rotor-Einheiten und/oder dem Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment wird über die Welle 18 und eine Kupplung 19 an die Getriebeeingangswelle 38 weitergeleitet.
  • In 6 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dargestellt. Diese Variante besitzt für einen erhöhten Leistungsbedarf einen zweiten Verbrennungszylinder 22 mit einem Brennraum 23, welcher von einem Zylinderkolben 24 begrenzt wird. Über den Pleuel 29 wird eine Translationsbewegung des Zylinderkolbens 24 an den Rotor 7, 17 des Elektromotors übertragen. In der dargestellten Variante sind sowohl die Pleuelstange 9 des ersten Zylinders 2 als auch die zweite Pleuelstange 29 des zweiten Zylinders 22 über eine Achse 20 drehbar mit dem Rotor 7, 17 des Elektromotors verbunden. Alternativ könnten die beiden Pleuel 9, 19 auch über eine Exzenterwelle 21 mit dem Rotor verbunden sein.
  • Für einen weiter erhöhten Leistungsbedarf könnten auch zusätzliche Zylinder nach dem gleichen Prinzip angebaut werden. Darüber hinaus ist auch eine Variante mit zwei oder mehr Verbrennungszylindern und zwei oder mehr Rotor-/Statoreinheiten denkbar.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft aufzufassen. Alle oben beschriebenen Aspekte der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in Kombination in der Erfindung zum Einsatz kommen.

Claims (15)

  1. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor (1) mit – mindestens einem Zylinder (2) mit einem Brennraum (3), welcher durch einen im Zylinder (2) verschiebbaren Zylinderkolben (4) begrenzt wird, – einer ersten Stator-Rotor-Einheit (5), welche als Elektromotor oder als Generator betrieben werden kann, mit einem Stator (6) und einem Rotor (7), welcher drehfest mit einer Welle (8) verbunden ist, und mit – mindestens einem Pleuel (9), welcher einerseits schwenkbar an dem Zylinderkolben (4) befestigt ist und andererseits drehbar mit dem Rotor (7) verbunden ist, und welcher eingerichtet ist, Translationsbewegungen des Zylinderkolbens (4) und Drehbewegungen des Rotors (7) ineinander umzuwandeln.  
  2. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1, mit einer zweiten Stator-Rotor-Einheit (15), mit einem zweiten Stator (16) und einem zweiten Rotor (17), welcher drehfest mit einer Welle (18) verbunden ist.
  3. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Welle (8) der ersten Stator-Rotor-Einheit (5) und die Welle (18) der zweiten Stator-Rotor-Einheit (15) über eine lösbare Kupplung (19) drehfest miteinander verbindbar sind.
  4. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pleuel (9) an einer an mindestens einem Rotor (7, 17) exzentrisch befestigten Achse (20) drehbar befestigt ist, und eingerichtet ist, Translationsbewegungen des Zylinderkolbens (4) und Drehbewegungen des mindestens einen Rotors (7, 17) ineinander umzuwandeln.
  5. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pleuel (9) an einer an mindestens einem Rotor (7, 17) drehfest befestigten Exzenterwelle (21) drehbar befestigt ist, und eingerichtet ist, Translationsbewegungen des Zylinderkolbens (4) und Drehbewegungen des mindestens einen Rotors (7, 17) ineinander umzuwandeln.
  6. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem zweiten Zylinder (22) mit einem Brennraum (23), welcher durch einen im Zylinder (22) verschiebbaren Zylinderkolben (24) begrenzt wird, und einem Pleuel (29), welcher einerseits schwenkbar an dem Zylinderkolben (24) des mindestens einen zweiten Zylinders (22) befestigt ist und andererseits drehbar mit mindestens einem Rotor (7, 17) einer Stator-Rotor-Einheit (5, 15) verbunden ist, und welcher eingerichtet ist, Translationsbewegungen des Zylinderkolbens (24) und Drehbewegungen des mindestens einen Rotors (7, 17) ineinander umzuwandeln.
  7. Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Zylinder (2, 22) elektrisch betätigte Einlass- (30) und Auslassventile (31) aufweist.
  8. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Antriebsstrang (10) für eine Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8, wobei die Welle (8, 18) mindestens eines Rotors (7, 17) drehfest mit einer Eingangswelle (38) eines Getriebes (39) verbunden ist.
  10. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8, wobei zwischen einer Getriebeeingangswelle (38) und der Welle (8, 18) der mindestens einen Stator-Rotor-Einheit (5, 15) eine lösbare Kupplungseinrichtung (19) zur lösbaren drehfesten Verbindung angeordnet ist.
  11. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung des mindestens einen Zylinders und der mindestens einen Stator-Rotor-Einheit des kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotors.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 12, wobei mindestens ein Elektromotor (5, 15) zur Traktion des Fahrzeugs beiträgt oder als Generator arbeitet.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, sowie mit zwei Energiespeichern, wobei der Zylinder (2) zur Traktion des Fahrzeugs beiträgt und eine erste Stator-Rotor-Einheit (5) mit einem ersten Energiespeicher verbunden ist und als Motor arbeitet und eine zweite Stator-Rotor-Einheit (15) mit einem zweiten Energiespeicher verbunden ist und als Generator arbeitet.
  15. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 14, wobei in Abhängigkeit von einem Ladezustand der Energiespeicher der Betriebsmodus gewechselt wird, so dass die erste Stator-Rotor-Einheit (5) als Generator arbeitet und die zweite Stator-Rotor-Einheit (15) als Motor arbeitet.
DE102016217511.4A 2016-09-14 2016-09-14 Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor Withdrawn DE102016217511A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217511.4A DE102016217511A1 (de) 2016-09-14 2016-09-14 Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor
PCT/EP2017/069417 WO2018050349A1 (de) 2016-09-14 2017-08-01 Kombinierter elektro- und verbrennungsmotor, antriebsstrang und verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeugs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016217511.4A DE102016217511A1 (de) 2016-09-14 2016-09-14 Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016217511A1 true DE102016217511A1 (de) 2018-03-15

Family

ID=59506274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016217511.4A Withdrawn DE102016217511A1 (de) 2016-09-14 2016-09-14 Kombinierter Elektro- und Verbrennungsmotor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016217511A1 (de)
WO (1) WO2018050349A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017129753A1 (de) 2017-12-13 2019-06-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Drehschwingungsdämpfer und Gleitschiene für diesen
WO2023079397A1 (en) * 2021-11-05 2023-05-11 Aquarius Engines (A.M) Ltd. Oscilating electromagnetic power generator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE390112C (de) 1922-03-23 1924-02-14 Automobilbau A G A Ag F Kurbelwelle
US3917017A (en) 1974-01-25 1975-11-04 West Virginia High Bird Corp E Battery operated vehicle drive
DE10023124C1 (de) 2000-05-11 2001-10-25 Bayerische Motoren Werke Ag Starter für eine Brennkraftmaschine
EP2886829A1 (de) 2013-12-20 2015-06-24 Hvd Ag Hubkolbenmotor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU9659898A (en) * 1997-10-21 1999-05-10 Stridsberg Innovation Ab A hybrid powertrain
DE102005019019A1 (de) * 2005-04-23 2006-11-02 Volkswagen Ag Kurbelwellenantrieb mit einer integrierten Induktionsanordnung
TWI307670B (en) * 2006-12-28 2009-03-21 Ind Tech Res Inst Hybrid vehicle and hybrid power system
JP5196248B2 (ja) * 2008-05-16 2013-05-15 株式会社デンソー ハイブリッド車両の制御装置
AT510988B1 (de) * 2011-03-03 2012-08-15 Avl List Gmbh Brennkraftmaschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE390112C (de) 1922-03-23 1924-02-14 Automobilbau A G A Ag F Kurbelwelle
US3917017A (en) 1974-01-25 1975-11-04 West Virginia High Bird Corp E Battery operated vehicle drive
DE10023124C1 (de) 2000-05-11 2001-10-25 Bayerische Motoren Werke Ag Starter für eine Brennkraftmaschine
EP2886829A1 (de) 2013-12-20 2015-06-24 Hvd Ag Hubkolbenmotor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017129753A1 (de) 2017-12-13 2019-06-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Drehschwingungsdämpfer und Gleitschiene für diesen
WO2023079397A1 (en) * 2021-11-05 2023-05-11 Aquarius Engines (A.M) Ltd. Oscilating electromagnetic power generator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018050349A1 (de) 2018-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3913806C2 (de) Hybridmotor
DE102011117404B4 (de) Mit einem Turbolader kombinierter Freikolbenlineargenerator
EP1960635B1 (de) Hybride schwenkkolbenmaschine mit einem verbrennungsmotorteil und einem elektromotorischen teil
DE102008059870B4 (de) Variabel-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung
DE60225009T2 (de) Kolbenbrennkraftmaschinen
DE112006000996B4 (de) Kraftumwandler und damit versehene Hybridsysteme
DE102011013567B4 (de) Verbrennungsmotor mit geteiltem Zyklus
WO2001007280A1 (de) Antriebssystem für kraftfahrzeuge
EP2039554A2 (de) Serieller und paralleler Hybridantrieb mit zwei Primäraggregaten
DE10115984A1 (de) Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug
DE102006011167A1 (de) Hydrostatisch-elektrischer Antrieb
DE102010022012A1 (de) Aggregat, insbesondere Hybridmotor, Stromgenerator oder Kompressor
DE102007022735A1 (de) Fahrzeugantrieb und Verfahren zum Betrieb desselben
WO2018050349A1 (de) Kombinierter elektro- und verbrennungsmotor, antriebsstrang und verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeugs
DE102012019967A1 (de) Aufladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen
DE102012016613A1 (de) Generator-/Antriebsanordnung
DE102016011392A1 (de) Brennkraftmaschine
DE202010018381U1 (de) Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb
WO2008087201A2 (de) Verfahren zum betreiben eines hybridantriebs eines fahrzeugs
WO2007107466A2 (de) Verfahren zum betreiben eines hybridantriebs
DE102019105772A1 (de) Hybridfahrzeug
DE102006013296A1 (de) Hybridantrieb eines Fahrzeugs
EP0012329B1 (de) Rotations-Schwinglader für Verbrennungskraftmaschinen
DE4447138A1 (de) Anordnung zum Hybridantrieb eines Fahrzeugs
DE10149102A1 (de) Mehrzylindriger Drehkolbenmotor und Verfahren zu seinem Betrieb

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R120 Application withdrawn or ip right abandoned