DE102020112747A1

DE102020112747A1 - Range-Extender, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine, sowie ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020112747A1
Application number: DE102020112747.2A
Authority: DE
Inventors: György Farkas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: DE102020112747B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Range-Extender (REX), aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (1) und eine elektrische Maschine (2), wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) als ein Boxermotor mit paarweise gegenüberliegenden Pleuel (3, 5) ausgestaltet ist. Eine Motorsteuerschaltung (9) ist dazu eingerichtet, dass die Zylinder eine drehzahlunabhängige, gleichzeitige Zündung aufweisen. Die Kurbelwelle (7) der Verbrennungskraftmaschine (1) ist mit einem Rotor einer elektrischen Maschine (2) verbunden, damit die elektrische Maschine (2) mittels einer Generatorsteuerschaltung (8) eine Rotation der Kurbelwelle (7) mit einem Drehmoment vergleichmäßigt. Denn die Generatorsteuerschaltung (8) ist dazu eingerichtet, die elektrische Maschine (2) derart anzusteuern, dass sie in einem Arbeitstakt der Kolben (4, 6) als Generator und in den anderen Takten zumindest zeitweise als ein Motor fungiert. Der Range-Extender (REX) kann derart eingerichtet sein, dass die Drehzahl (N) der Verbrennungskraftmaschine (1) in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit (V) und einer Gaspedalstellung (G1, G2) variiert, sodass ein Motorgeräusch einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit Schaltgetriebe simuliert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Range-Extender aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine als ein Boxermotor mit paarweise gegenüberliegenden Pleueln ausgestaltet ist, wobei die Pleuel des jeweiligen Paares auf einer geometrischen Ebene senkrecht zu einer Kurbelwellenachse beweglich gelagert sind.
Als Reichweitenverlängerer (englisch: Range-Extender, REX) werden zusätzliche Aggregate in einem Elektrofahrzeug bezeichnet, die die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen. Die am häufigsten eingesetzten Range-Extender sind Verbrennungsmotoren, die einen elektrischen Generator antreiben, der wiederum einen Akkumulator (Akku) und Elektromotor mit Strom versorgt.
Die ersten Elektrofahrzeuge hatten als Verbrennungsmotor für einen Range-Extender einen Zwei-Zylinder-Viertakt-Reihenmotor. Die Nachteile des Zwei-Zylinder-Viertakt-Reihenmotors sind, dass Reihenmotoren mit der geringen Kolbenzahl Vibration und Geräusch erzeugen.
Auch wurde als Reichweitenverlängerer von einigen Herstellern auf einen Wankelmotor gesetzt. Die Nachteile des Wankelmotors sind Wankelmotor spezifische Probleme wie ein ungünstig geformter Brennraum und ein schlechter thermischer Wirkungsgrad. Dies hat ebenfalls einen schlechten spezifischen Kraftstoffverbrauch zur Folge sowie eine geringe Lebensdauer der Dichtflächen und damit des ganzen Motors.
Ebenfalls können als Range-Extender Gegenkolbenmotoren eingesetzt werden. In dieser Motorart arbeiten zwei Kolben im selben Zylinder gegeneinander und teilen sich einen gemeinsamen Brennraum in der Mitte des Zylinders. Die Nachteile von Gegenkolbenmotoren sind, dass es keine Erfahrung im Viertaktbetrieb gibt, da die Gegenkolbenmotoren fast immer in Zweitaktmotoren realisiert worden sind. Nachteilig ist ebenfalls ein nicht konventioneller und nicht optimal geformter Brennraum und dass kein ausgereifter Zylinderkopf verwendet wird. Ebenfalls müssen zwei Kurbelwellen verwendet werden, was mehr Gewicht und Komplexität verursacht. Die Kurbelwellen müssen ebenfalls synchronisiert werden, was eine mechanische Verbindung zwischen den zwei Kurbelwellen notwendig macht. Weitere Nachteile des Gegenkolbenmotors sind ein hoher Ölverbrauch und ein schlechter spezifischer Kraftstoffverbrauch. Die Vorteile des Gegenkolbenmotors sind, dass sich die Massen der zwei Kolben im selben Zylinder bewegen und die Bewegung gegeneinander linear mit gleicher Geschwindigkeit erfolgt. Dadurch wird ein Massen- und Kräfteausgleich bewirkt, der in einer geringen Vibration des Motors resultiert. Die Technik der Gegenkolbenmotoren stellt dabei keine ausgereifte Technik dar.
Ebenfalls kann eine Freikolbenmaschine als Range-Extender verwendet werden. Dabei kommt beispielsweise eine Freikolbenmaschine mit nur einem Kolben als einfach wirkende Maschine in Frage. Die Nachteile der Freikolbenmaschine sind, dass nur ein Kolben oszilliert und damit kein Massen- und Kräfteausgleich erfolgt, sodass erhebliche Massenkräfte wirken, die eine sehr hohe Vibration des Motors verursachen. Ebenfalls ist das Verhalten im Fehlerfall ein Nachteil der Freikolbenmaschine. So ist es möglich, dass ein schwerer Unfall in einem Fehlerfall möglich ist, der gefährlich werden kann. Wenn die elektronische Steuerung kaputtgeht beziehungsweise eine Störung hat, zerreißt die Spule des Lineargenerators bei einem Zündungsfehler. Dies hat zur Folge, dass der Kolben nicht genug Rückzugskraft erfahren kann, weil keine mechanische Führung der Kolbenbewegung wegen der fehlenden Kurbelwelle erfolgt. Der Kolben kann daher mit dem Zylinderkopf kollidieren (zusammenprallen). Die Konstruktion ist daher nicht fähig, diesen Unfalltyp mechanisch zu vermeiden. Ein weiterer Nachteil der Freikolbenmaschine ist, dass der Startvorgang problematisch sein kann, da ein rotierender Anlasser nicht einfach verwendbar ist. Ein weiterer Nachteil der Freikolbenmaschine ist ebenfalls, dass bei Fehlzündung die Freikolbenmaschine unabwendbar stehen bleibt (der Kurbelwellenmotor kann dadurch die kinematische Energie der Schwungmasse weiterdrehen).
Ebenfalls sind Freikolbenmaschinen als Range-Extender mit zwei sich gegeneinander bewegenden Kolben (doppelwirkende Maschine) möglich. Die Nachteile dieser Maschinen sind, dass der Kolben mit dem Zylinderkopf kollidieren kann. Gegen so einen Unfall ist der Kolben nicht mechanisch gesichert.
Dabei stellt es einen wesentlichen Komfortgewinn für den Benutzer des Kraftfahrzeugs dar, wenn der Verbrennungsmotor eine gute Laufruhe, eine hohe Zuverlässigkeit über die Lebensdauer und gleichzeitig eine kompakte und leichte Bauweise aufweist. Die Bestrebung ist, die Vorteile der bewährten Technik des Reihenmotors mit den Vorteilen des Wankelmotors, des Gegenkolbenmotors und der Freikolbenmaschine als Range-Extender miteinander zu verbinden und die dabei entstehenden Nachteile zu vermeiden.
Aus der DE 10 2014 018 561 B3 ist ein Verbrennungsmotor mit auf einer Linie gegenüberliegenden Zylindern bekannt. Der als Vierzylindermotor ausgelegte Motor ermöglicht mittels des Einsatzes von Gabelpleueln und einer Ausgleichswelle die Eliminierung der freien Kräfte und Momente sowohl 1. als auch 2. Ordnung. Bei dem besagten Motor liegen der Gabelpleuel und der dem Gabelpleuel gegenüberliegende normale Pleuel auf einer gemeinsamen Kurbel auf der Kurbelwelle. Nachteilig bei dem besagten Motor ist, dass zur Eliminerung der freien Kräfte und Momente sowohl 1. als auch 2. Ordnung eine Ausgleichswelle und mindestens vier Zylinder benötigt wird. Dies beansprucht entsprechend Platz und Gewicht im Kraftfahrzeug, in das der Motor eingebaut werden soll.
Aus DE 10 2013 005 837 B3 ist ein Verbrennungsmotor mit Variation der Zündfolge bekannt. Der Verbrennungsmotor ist dabei als Boxermotor mit auf einer Linie gegenüberliegenden Pleueln ausgestaltet, wobei einer der Pleuel zweigeteilt ausgelegt ist. Mittels der Zylinderanordnung und des Einsatzes einer variablen Zündfolge werden die freien Kräfte und Momente während des Betriebs der Verbrennungsmotors eliminert. Dabei weisen die beiden Zylinder in einem niedrigen Drehzahlbereich eine versetzte Zündung und in einem hohen Drehzahlbereich eine gleichzeitige Zündung auf. Im Übergangsbereich von dem niedrigen Drehzahlbereich zum hohen Drehzahlbereich wird die Zündfolge derart variiert, dass sich die freien Kräfte und Momente elimineren. Nachteilig bei dem bekannten Verbrennungsmotor ist, dass die freien Kräfte und Momente des besagten Verbrennungsmotors im niedrigen Drehzahlbereich in der besagten Bauweise nicht vollständig eliminert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug einen Range-Extender bereitzustellen, dessen Verbrennungskraftmaschine eine leichte und kompakte Bauform aufweist und dabei gleichzeitig eine hohe Laufruhe und Zuverlässigkeit bereitstellt.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
Durch die Erfindung ist ein Range-Extender bereitgestellt, der eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine als ein Boxermotor mit paarweise gegenüberliegenden Pleueln ausgestaltet ist und die Pleuel des jeweiligen Paares dabei auf einer geometrischen Ebene senkrecht zu einer Kurbelwellenachse beweglich gelagert sind. Der Range-Extender ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle mit einem Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist und die elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, mittels einer Generatorsteuerschaltung eine Rotation der Kurbelwelle und/oder einen zeitlichen Drehmomentverlauf in der Kurbelwelle mit einem Drehmoment zu vergleichmäßigen.
Mit anderen Worten, die Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise als ein zweizylindriger Viertaktmotor ausgestaltet sein, wobei die Zylinder einander direkt gegenüber angeordnet sind. Durch die gegenüberliegende Anordnung wird ein Zylinderversatz in Längsrichtung oder achsialer Richtung der Kurbel vermieden. Ein Zylinderversatz verstärkt bei der Bewegung auftretende freien Momente, welche nachteilig für die Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine wären. Die Vermeidung des Zylinderversatzes wird dadurch realisiert, dass die zu den jeweiligen Zylindern gehörenden Pleuel direkt gegenüber auf jeweils zumindest einer Kurbel an der Kurbelwelle angebracht sind. Dadurch sind die Angriffspunkte der in den jeweiligen Kolben der Zylinder entstehenden Kräfte, die auf die Kurbel der Kurbelwelle wirken, auf einer geometrischen Ebene senkrecht zur Kurbelwellenachse.
Wenn nun die in den Kolben entstehenden Kräfte auf beiden Seiten in Betrag und Richtung gleich sind, so können sich diese bei der Motorbewegung gegenseitig elimineren, sodass das Auftreten von Torsionskräften auf die Kurbelwelle vermieden wird. Dass die in den Kolben entstehenden Kräfte auf beiden Seiten in Betrag zu jedem Zeitpunkt gleich sind, kann mittels einer gleichzeitigen Zündfolge in den zu den jeweiligen Kolben gehörenden Zylindern realisiert werden. Durch den Einsatz von gleichzeitiger Zündfolge entsteht jedoch das Problem, dass die Kurbelwelle nicht gleichförmig rotiert. Dies verursacht einen unruhigen Lauf. Dies entsteht dadurch, dass bei Einsatz von Viertaktzylindern der Arbeitstakt nur ein Takt von vieren ist. Die dadurch entstehende ungleichförmige Laufeigenschaft der Kurbelwelle wird dadurch behoben, dass die Kurbelwelle mit einem Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist, die den Lauf der Kurbelwelle vergleichmäßigt.
Die Vergleichmäßigung erfolgt dadurch, dass die elektrische Maschine in einem von dem Arbeitstakt verschiedenen Takt die Kurbelwelle anschiebt oder andreht, sodass die Kurbelwelle eine gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit aufweisen kann. Da die elektrische Maschine stets ein während einer Umdrehung in der Drehrichtung mehrfach wechselbares Drehmoment bereitstellen kann und hierzu gezielt ansteuerbar ist, kann über einen hohen Drehzahlbereich eine Gleichförmigkeit der Rotation der Kurbelwelle bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäß verwendete elektrische Maschine kann dabei als Gleichstrommaschine, Asynchronmaschine oder als eine Synchronmaschine ausgelegt sein.
Die Unterstützung durch die elektrische Maschine hat den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine in jedem Arbeitsbereich einen gleichförmigen Lauf aufweisen und dabei gleichzeitig eine kompakte Bauform bewahren kann.
Durch den Einsatz von Viertaktzylindern wird zudem eine effiziente und bewährte Technik verwendet, die ein Zuverlässigkeit bereitstellt. Damit kann ein effizienter, kompakter, leichter und zuverlässiger Range-Extender für den Einsatz in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Die Verwendung einer zweizylindrigen Viertaktverbrennungskraftmaschine mit einander gegenüberliegenden Zylindern in Kombination mit einer elektrischen Maschine für die Vergleichmäßigung des Drehmoments auf der Kurbelwelle verbindet damit die Vorteile einer bewährten und effizienten Viertaktmotortechnologie mit einer hohen Laufruhe, die die oben genannten Verbrennungskraftmaschinentechnologien, wie beispielsweise der Wankelmotor, versprechen, ohne dabei ihre Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine Motorsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, eine Zündfolge der Kolben der paarweise gegenüberliegenden Pleuel derart zu steuern, dass die zu den jeweiligen gegenüberliegenden Pleueln gehörenden Kolben eine drehzahlunabhängige, gleichzeitige Zündung aufweisen. Mit anderen Worten, wenn nun beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ein zweizylindriger Viertaktverbrennungsmotor verwendet wird, wobei der Viertaktverbrennungsmotor derart gebaut ist, dass die zwei Zylinder einander gegenüberliegen, kann die Motorsteuerschaltung die Zündung in den jeweiligen Zylindern derart steuern, dass diese gleichzeitig erfolgt. Dabei laufen die jeweiligen Viertakte in den jeweiligen Zylindern einander parallel ohne Versatz. Mit Zündfolge ist dabei die Reihenfolge der Zündvorgänge der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors gemeint. Durch die gleichzeitige Zündung in den einzelnen Zylindern wird auf die Kolben der einzelnen Zylinder eine im Betrag gleiche Kraft ausgeübt, sodass sich die auf die Kurbelwelle wirkenden Torisonskräfte gegenseitig aufheben. Dabei steuert die Motorsteuerschaltung die einzelnen Zylinder derart an, dass die Zündung stets gleichzeitig unabhängig von der jeweiligen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
Damit ergibt sich der Vorteil, dass die durch die Zündung auf die Kolben wirkenden Kräfte sich stets gegenseitig durch die gegenüberliegende Anordnung der zu den jeweiligen Kolben gehörenden Pleuel aufheben. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine über ihren gesamten Drehzahlbereich eine Gleichförmigkeit in der Rotation der Kurbelwelle und damit eine gute Laufruhe aufweist. Gleichzeitig kann die Verwendung einer großen Schwungmasse vermieden werden. Damit verbindet die Verbrennungskraftmaschine den Vorteil einer kompakten Bauweise mit dem einer hohen Laufruhe. Es können auch mehrere solcher gegenüberliegneder Zylinderpaare bereitgestellt sein.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Generatorsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine derart anzusteuern, dass sie in einem Arbeitstakt der Kolben der paarweise gegenüberliegenden Pleuel als Generator und in den anderen Takten der besagten Kolben zumindest zeitweise oder abschnittsweise innerhalb des jeweiligen Takts als ein Motor fungiert. Mit anderen Worten, bei der Verwendung einer Viertaktmaschine als Verbrennungskraftmaschine wird bei gleichzeitiger Zündung in den Zylindern nur in einem der vier Takte Arbeit verrichtet (im sogenannten Arbeitstakt). Durch die Kraft, die in diesem Arbeitstakt auf die Kolben wirkt und von den Kolben und von den Pleueln auf die Kurbelwelle übertragen wird, kann die elektrische Maschine als Generator angetrieben werden. Die Verbrennungskraftmaschine gibt Energie ab, und die abgegebene Energie wird von der elektrischen Maschine als Generator in elektrische Energie teilweise umgewandelt. In einer herkömmlichen Viertaktverbrennungsmaschine wird der besagte Zylinder, wenn der Arbeitstakt in dem Zylinder vorbei ist, von den anderen Zylindern weiterbetrieben, sodass das verbrannte Kraftstoffgemisch nach dem Arbeitstakt wieder ausgestoßen, aufgenommen und komprimiert wird. In den besagten drei Takten wird der jeweilige Zylinder bei einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine unterstützt, indem jeweils einer der anderen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine sich in einem Arbeitstakt befindet.
Bei der hier besagten Verbrennungskraftmaschine mit jeweils zwei Viertaktzylindern, die sich jeweils im gleichen Takt befinden, erfolgt diese Unterstützung nicht durch den jeweils anderen Zylinder, sondern durch die elektrische Maschine. Die elektrische Maschine fungiert dabei als ein Motor, der den Vortrieb der Kolben in den Zylindern im Ausstoßtakt, im Aufnahmetakt und/oder im Verdichtungstakt in der Bewegung unterstützt. Die Generatorsteuerschaltung ist derart ausgelegt, die elektrische Maschine ausreichend schnell anzusteuern, sodass die elektrische Maschine die Kurbelwelle in den Takten antreibt und dabei die Kolben in den Zylindern in ihrer Bewegung unterstützt. Dadurch ergibt sich ein Mischbetrieb der elektrischen Maschine in einem Motor- und in einem Generatormodus.
Da im Arbeitstakt der Verbrennungskraftmaschine mehr Energie frei wird als in den anderen drei Takten der Viertaktzylinder zum Bewegen der Kolben in den Zylindern benötigt wird, bleibt in Summe mehr Energie übrig, die in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine mit zwei Viertaktzylindern für einen gleichmäßigen Lauf auskommt und dabei keine zusätzliche Schwungmasse benötigt, die Gewicht beansprucht. Für das Erzeugen einer Laufruhe wird dadurch weniger Gewicht und Bauraum für die Verbrennungskraftmaschine benötigt. Die elektrische Maschine übernimmt dabei mittels der elektrischen Ansteuerung als Motor die Funktion eines Schwungrades, da Ungleichförmigkeiten in der Rotation der Kurbelwelle im Motormodus der elektrischen Maschine ausgeglichen werden können. Es können auch mehr als zwei Viertaktzylinder vorgesehen sein, was entsprechend viele paarweise Anordnungen ergibt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Maschine mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einem elektrochemischen Energiespeicher, verbunden ist und diesen während eines Generatorbetriebs der elektrischen Maschine auflädt. Mit anderen Worten, die elektrische Maschine ist beispielsweise mit einer Batterie eines Kraftfahrzeugs verbunden und kann diese als Generator aufladen. Wenn die elektrische Maschine zeitweise als Motor fungiert, um eine Vergleichmäßigung der Kurbelwellenrotation herzustellen, kann die elektrische Maschine Energie aus der Batterie beziehen.
Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Schonung der Batterie zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine ein Kondensatorenergiespeicher als elektrischer Energiespeicher geschaltet wird. Als Kondensatorspeicher kann dabei beispielsweise eine Zusammenschaltung von Superkondensatoren vorgesehen sein. Dadurch können die Leistungsschwankungen der elektrischen Maschine durch den Wechsel der Funktionsweise von Generator zu Motor reduziert werden, welches sich positiv auf die Lebensdauer der Batterie auswirkt. Mittels der Generatorsteuerschaltung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine als Generator zunächst den Kondensatorenergiespeicher auflädt und dann die elektrische Batterie. Wenn die elektrische Maschine als Motor fungiert, kann sie die benötigte elektrische Energie aus dem Kondensatorspeicher beziehen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass, der elektrochemische Energiespeicher mittels des Range-Extenders wieder aufgeladen werden kann, wenn die im elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie knapp wird. Durch die Verknüpfung einer Batterie mit einem Kondensatorenergiespeicher kann insbesondere eine Schonung der Batterie beim Wechsel der Funktionsweise von Motor zu Generator der elektrischen Maschine erreicht werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Rotor der elektrischen Maschine dazu eingerichtet ist, mittels einer Rotormasse als ein Schwungrad der Kurbelwelle zu fungieren. Mit anderen Worten, der Rotor der elektrischen Maschine weist mittels seiner Wicklungen aus einem metallischen Material und seines Rotorblechpakets aus Elektroblech eine Masse auf, die auch als Schwungmasse für die Kurbelwelle verwendet werden kann. Damit kann die mechanische Eigenschaft des Rotors durch seine Masse der Rotor der elektrischen Maschine auch als Schwungrad der Kurbelwelle fungieren. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Bauraum und Gewicht gespart werden können.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Generatorsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine als einen Anlasser der Verbrennungskraftmaschine zu betreiben. Mit anderen Worten, zum Starten der Verbrennungskraftmaschine muss die Kurbelwelle anfangs bewegt werden, sodass sich die Kolben der Zylinder in Bewegung versetzen. Durch die Verbindung des Rotors der elektrischen Maschine mit der Kurbelwelle kann dadurch die elektrische Maschine als ein Anlasser der Verbrennungskraftmaschine fungieren. Die Generatorsteuerschaltung kann dazu derart eingerichtet sein, dass sie bei Zündung die Rotoren der elektrischen Maschine in Bewegung versetzt und dabei die Kurbelwelle antreibt, die die Kolben der elektrischen Verbrennungskraftmaschine in Bewegung versetzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass kein zusätzliches Nebenaggregat als Anlasser verwendet werden muss und damit Bauraum und Gewicht gespart werden können.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die gegenüberliegenden Pleuel jeweils eine gleiche Masse und/oder eine gleiche Masseverteilung, insbesondere einen identischen Abstand eines Schwerpunkts zu einem Kurbelende eines jeweiligen Pleuels, aufweisen, sodass bei einer Bewegung der Kurbelwelle die freien Momente 1. Ordnung und 2. Ordnung gleich Null sind. Mit anderen Worten, zum Erzeugen einer Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine ist das Ausschalten eines Rocking-Couple-Effekts, der besagt, dass auf beiden Seiten der Kurbelwelle eines Boxermotors die Kraft und die Masse gleich sind, sodass an der Kurbelwelle keine Kraft und kein Moment entstehen. Dadurch können auf die Kurbelwelle wirkende Torsionskräfte vermieden werden, die beim Bewegen der Kolben des Motors eine Vibration verursachen. Durch die Verwendung von Pleueln, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und dabei eine gleiche Masse aufweisen, kann dabei die Masse im stehenden Zustand ausgeglichen werden, sodass die Masse auf der linken Seite der Kurbelwelle gleich der Masse auf der rechten Seite der Kurbelwelle ist. Durch eine gleiche Masseverteilung der beiden Pleuel wird auch bewirkt, dass die bewegte Masse auf der linken Seite der Kurbelwelle mit der bewegten Masse der rechten Seite der Kurbelwelle gleich ist. Dies wird durch das Verwenden einer gleichen Masseverteilung bewirkt. Eine gleiche Masseverteilung wird insbesondere dadurch realisiert, dass die beiden gegenüberliegenden Pleuel eine gleiche Lage des Schwerpunkts haben, wobei einer der beiden Pleuel ein konventioneller Pleuel und der andere ein gabelförmiger Pleuel ist.
Beispielsweise hat bei beiden Pleueln, die eine gleiche Länge haben, der jeweilige Schwerpunkt den gleichen Abstand zum Kurbelende, an dem die Pleuel an der Kurbelwelle befestigt sind. Mittels der gleichen Masse und der gleichen Masseverteilung sind dabei die stehenden und die bewegten Massen auf beiden Seiten der Kurbelwelle gleich, sodass freie Moment 1. und 2. Ordnung auf der Kurbelwelle sich gegenseitig aufheben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Massenausgleich realisiert werden kann und damit ein Rocking-Couple-Effekt vermieden wird. Hierdurch kann eine gute Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine bei gleichzeitig geringem Gewicht und wenig Bauraum realisiert werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Motorsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit derart zu variieren, dass ein Motorgeräusch der Verbrennungskraftmaschine in Kombination mit einem Schaltgetriebe simuliert wird. Mit anderen Worten, durch die Variation der Drehzahl in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit wird ein Akustikdesign derart betrieben, dass ein Fahrer eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, in dem besagter Range-Extender verbaut ist, den Eindruck hat, als würde eine normale Verbrennungskraftmaschine in Kombination mit einem normalen Schaltgetriebe arbeiten.
In der Regel ist beim Betrieb eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs die Geräuschkulisse durch die elektrische Maschine gering. Wenn der Range-Extender dazu geschaltet wird, ist ein Geräusch des Verbrennungsmotors wahrnehmbar. Die Verbrennungskraftmaschine arbeitet in dem Fall in einem für sie optimalen Arbeitsbereich mit einer konstanten Drehzahl zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers über die elektrische Maschine. Wenn sich nun die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit während der Fahrt verändert und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine konstant bleibt, wird dies vom Fahrer als ungewöhnlich wahrgenommen, da bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen, wo eine Verbrennungskraftmaschine über ein Schaltgetriebe direkt mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden ist, eine andere Akustikkulisse erwartet wird, nämlich ein Ansteigen und ein Abfallen der Drehzahl im Rahmen des Durchlaufens der einzelnen Gänge des Schaltgetriebes. Dies ergibt beim Auftragen der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine über die Fahrzeugeschwindigkeit einen sägezahnförmiger Verlauf des Graphen. Der sägezahnförmige Verlauf kommt von dem Ansteigen der Drehzahl beim Beschleunigen und einem plötzlichen Abfallen der Drehzahl beim Schaltwechsel.
Zum Simulieren der gewohnten Akustikkulisse wird die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine durch die Motorsteuerschaltung in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit analog zum sägezahnförmigen Verlauf der Drehzahlkurve variiert. Wenn sich der Range-Extender während der Fahrt eines elektrischen Kraftfahrzeugs zuschaltet, kann durch die Motorsteuerschaltung beispielsweise vorgesehen sein, dass im Bereich von 0 bis 20 km/h sich die Drehzahl von 1000 bis auf 5000 Umdrehungen pro Minute und im Bereich von 20 km/h bis 40 km/h von 3000 bis 5000 Umdrehungen pro Minute erhöht. In den weiteren Bereichen von 40 bis 60 km/h, von 60 bis 80 km/h und von 80 bis 100 km/h kann sich die Drehzahl zwischen 3000 und 5000 Umdrehungen pro Minute jeweils ansteigen und damit die Schaltvorgänge akustisch simulieren. Hierdurch entsteht der Eindruck als würde die Verbrennungskraftmaschine das Kraftfahrzeug über die einzelnen Stufen eines herkömmlichen Schaltgetriebes beschleunigen. Die Simulation des Schaltgetriebes kann beispielsweise mittels einer Kennlinie oder einer Berechnungsvorschrift für einen Zusammenhang von Geschwindigkeit zu Drehzahl und dem aktuell simulierten Gang erfolgen.
Hierdurch wird ein Akustikdesign derart vorgenommen, dass das beim Betrieb des Range-Extenders unvermeidlich entstehende Geräusch der Verbrennungskraftmaschine vom den Fahrer als angenehm und vertraut wahrgenommen wird. Hierdurch entsteht der Vorteil, dass aus einem störenden und vermeidlichen Geräusch der Verbrennungskraftmaschine während des Betriebs des Range-Extenders eine gewohnte Akustikkulisse und damit ein Fahrerlebnis für den Fahrer geschaffen werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Motorsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von einer Gaspedalstellung für die Simulation des Motorgeräuschs der Verbrennungskraftmaschine in Kombination mit einem Schaltgetriebe zu variieren. Mit anderen Worten, die Motorsteuerschaltung kann in Abhängigkeit von einer Gaspedalstellung die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine derart verändern, sodass im Rahmen eines Akustikdesigns einem Fahrer des Kraftfahrzeugs ein sportliches Fahrgeführ vermittelt werden kann. Beispielsweise kann mittels der Gaspedalstellung die Motorsteuerschaltung erkennen, ob der Fahrer einen ruhigen Fahrstil oder einen sportlichen Fahrstil bevorzugt und dabei entsprechend die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anpassen.
So kann beispielsweise bei einer niedrigen Gaspedalstellung, also bei einer ruhigen Fahrweise, die Drehzahl in einem niedrigen Drehzahlbereich, beispielsweise im Bereich von 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, halten. Bei einer hohen Gaspedalstellung, also bei einer sportlichen Fahrweise, kann die Motorsteuerschaltung die Drehzahl beispielsweise in einem Bereich zwischen 3000 und 5000 Umdrehungen pro Minute halten. Bei einer ruhigen Fahrweise können dabei die Stufen des Schaltgetriebes mit einem niedrigen Drehzahlniveau durchlaufen werden und bei einer hohen Gaspedalstellung, also einer sportlichen Fahrweise, die Stufen des Schaltgetriebes mit einem hohen Drehzahlniveau durchlaufen werden. Hierdurch entsteht der Vorteil, dass aus einem störenden Motorgeräusch der Verbrennungskraftmaschine während des Betriebs des Range-Extenders ein akustisches Fahrerlebnis für den Fahrer mittels des besagten Akustikdesigns erzeugt werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein gegabelter Pleuel auf einer anderen oder mehr als einer anderen Kurbel der Kurbelwelle gelagert ist als der ihm gegenüberliegende Pleuel. Mit anderen Worten, bei den einander gegenüberliegenden Pleueln ist ein Pleuel gabelförmig ausgebildet, während der andere Pleuel eine konventionelle Form aufweisen kann. Dabei liegt der gegabelte Pleuel insbesondere auf zwei Kurbeln auf der Kurbelwelle auf oder ist mit der Kurbelwelle an diesen verbunden, über die der gegabelte Pleuel die Kurbelwelle antreibt. Der gegenüberliegende, konventionelle Pleuel liegt dabei auf einer separaten Kurbel auf, sodass die beiden Pleuel nicht am gleichen Punkt an der Kurbelwelle angreifen. Die beiden gegenüberliegenden Pleuel sind dabei unabhängig voneinander auf der Kurbelwelle gelagert. Hierdurch entsteht der Vorteil, dass eine gleichzeitige Zündfolge der zu dem jeweiligen Pleuel gehörenden Kolben realisiert werden kann, da sich die beiden Pleuel durch die separate Lagerung auf der Kurbelwelle derart gegeneinander bewegen können, sodass ein Kraftausgleich auf beiden Seiten erfolgen kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass auf der Kurbelwelle zwischen dem gegabelten Pleuel und dem gegenüberliegenden Pleuel Lager angeordnet sind. Mit anderen Worten, zur Verringerung von auf die Kurbelwelle wirkenden Torsionskräften wird die Kurbelwelle mittels Lagern im Kraftfahrzeug gelagert. Dabei kann vorgesehen sein, dass Lager für die Kurbelwelle zwischen den Kurbeln für den gegabelten Pleuel und der Kurbel für den konventionellen Pleuel auf der Kurbelwelle angebracht sind. Hierdurch werden die Torsionskräfte, die im Bereich zwischen der Kurbel des gegabelten Pleuels und der Kurbel des konventionellen Pleuels auf die Kurbelwelle wirken, auf den gabelförmigen Pleuel übertragen. Hierdurch entsteht der Vorteil, dass die Kurbelwelle besser gegen Torsionskräfte gestützt wird und eine geringe Torsionsbelastung der Kurbelwelle entsteht.
Ein Aspekt der Erfindung sieht ein Kraftfahrzeug vor, das einen Range-Extender nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. Durch den Einsatz des besagten Range-Extenders in einem Kraftfahrzeug kann die Reichweite des Kraftfahrzeugs vergrößert werden, wobei gleichzeitig die Verbrennungskraftmaschine einen ruhigen Lauf aufweist und mit ihrem Motorgeräusch dem Fahrer ein akustisches Fahrerlebnis vermittelt.
Eine Ausführungsform sieht ein Kraftfahrzeug vor, wobei der Range-Extender mechanisch mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Mit anderen Worten, alternativ kann die Verbrennungskraftmaschine des Range-Extenders auch direkt mit einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verbunden sein. Die elektrische Maschine dient dabei zum Ausgleich der Rotation der Kurbelwelle innerhalb der Verbrennungskraftmaschine zum Erzielen eines gleichmäßigen Laufes der Verbrennungskraftmaschine. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verwendung besagter Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug Platz und Gewicht gespart werden können.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombination der Momente der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Range-Extenders;
2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Range-Extenders,
3 eine schematische Darstellung des Verlaufs des Motor- und Generatormodus der elektrischen Maschine;
4 eine obere Sicht der für die Verbrennungskraftmaschine verwendeten Pleuel;
5 eine Draufsicht der Range-Extenders mit einer gezeigten Lagerung der Kurbelwelle; und
6 ein Diagramm der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit und einer Gaspedalstellung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt einen Range-Extender REX für ein Kraftfahrzeug, welcher eine Verbrennungskraftmaschine 1 und eine elektrische Maschine 2 umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist dabei als ein Viertaktmotor ausgelegt, der zwei Zylinder umfassen kann. Die jeweilige Zylinder sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die jeweiligen Zylinder werden durch die jeweiligen Kolben 4 und 6 in Verbindung mit ihrem jeweiligen Pleuel 3 und 5 gezeigt. Im Folgenden wird für eine Aktivität der Zylinder auf die jeweiligen Kolben 4 und 6 Bezug genommen. Der Pleuel 3 ist gabelförmig ausgelegt und mit dem jeweiligen Kurbelende 11 auf der Kurbelwelle 7 mittels einer Kurbel gelagert. Zwischen den Kurbelenden 11 des gabelförmigen Pleuels 3 ist das Kurbelende 10 eines konventionellen Pleuels 5. Die jeweiligen Kolben 4 und 6 mit ihrem jeweiligen Pleuel 3 und 5 sind derart gegenüberliegend angeordnet, sodass sich die bei der Verbrennung und bei der Bewegung der jeweiligen Kolben 4 und 6 entstehenden Kräfte gegenseitig aufheben. Dies wird mittels einer gleichzeitigen Zündreihenfolge in den jeweiligen Kolben 4 und 6 bewirkt. Zur Vermeidung eines Moments in Bezug auf die Kurbelwelle 7 sind die Kolben 4 und 6 gegenüberliegend angeordnet.
Die jeweiligen Pleuel 3 und 5 sind so ausgelegt, dass sie eine gleiche Masse und eine gleiche Masseverteilung im Bezug zur Mittellinie der Kurbelwelle 7 aufweisen. Hierdurch entsteht ein Masseausgleich bei den stehenden Teilen und ein Masseausgleich in der Bewegung der beiden Pleuel 3 und 5. Hierdurch kann ein sogenannter Rocking-Couple-Effekt vermieden werden. Die Verbrennungskraftmaschine 1 verfügt über eine Motorsteuerschaltung 9, und die elektrische Maschine 2 verfügt über eine Generatorsteuerschaltung 8. Die Motorsteuerschaltung 9 steuert die Zündfolge der Verbrennungskraftmaschine 1 in den Kolben 4 und 6 und die Generatorsteuerschaltung 8 steuert die elektrische Maschinein als Generator oder als Motor. Die elektrische Maschine 2 kann dabei beispielsweise als eine Gleichstrommaschine, eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine ausgebildet sein. Zur Vermeidung des Rocking-Couple-Effekts müssen die auf die jeweiligen Kolben 4 und 6 wirkenden Kräfte bei der Verbrennung eines Kraftstoffgemisches in den zu den Kolben 4 und 6 gehörenden Zylindern sich gegenseitig aufheben. Dazu ist es erforderlich, dass die Motorsteuerschaltung dazu eingerichtet ist, dass die Zündfolge in den beiden Kolben 4 und 6 gleichzeitig erfolgt. Dadurch werden die in den Kolben 4 und 6 wirkenden Kräfte aufgrund der gegenüberliegenden Lagerung der jeweiligen Kolben 4 und 6 entlang der Kurbelwelle 7 gegenseitig aufgehoben.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 kann beispielsweise als ein Viertaktmotor ausgelegt sein. Da von den vier Takten eines Viertaktmotors nur ein Takt ein Arbeitstakt ist, während welchem eine Kraft des jeweiligen Kolbens 4 und 6 auf die Kurbelwelle 7 wirkt, kann die elektrische Maschine 2 mit der Generatorsteuerschaltung 8 die entstehende ungleichförmige Bewegung der Kurbelwelle 7 vergleichmäßigen, indem die elektrische Maschine in einem Arbeitstakt der Kolben 4 und 6 als Generator fungiert und in den anderen Takten als Motor, der die Kurbelwelle 7 antreibt. In den vom Arbeitstakt verschiedenen Takten der Kolben 4 und 6 kann die elektrische Maschine 2 die Bewegung der Kurbelwelle 7 mittels eines Drehmoments vergleichmäßigen, sodass die Kurbelwelle eine gleichförmige Winkelgeschwindigkeit und damit einen ruhigen und gleichförmigen Lauf aufweist. Die im Arbeitstakt entstehende Energie wird teilweise in eine elektrische Energie umwandelt und in einem elektrischen Energiespeicher, wie beispielsweise einer Batterie, gespeichert.
Die Generatorsteuerschaltung 8 betreibt die elektrische Maschine 2 in einem Motor- und Generatormischbetrieb. Da in dem Arbeitstakt der Kolben 4 und 6 in der Regel mehr Energie abgegeben wird als in den übrigen drei von den Arbeitstakten verschiedenen Takten benötigt wird, wird in Summe mehr elektrisch Energie erzeugt als die elektrisch Maschine 2 im Motormodus zum Vergleichmäßigen der Rotation der Kurbelwelle 7 benötigt. Auf diese Weise kann ein elektrischer Energiespeicher von der elektrischen Maschine 2 als Generator aufgeladen und dabei die Reichweite eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, in welchem der Range-Extender REX verbaut ist, vergrößert werden. Durch die hier gezeigte Bauweise des Range-Extenders 1 entsteht dabei ein geringer Platz- und Gewichtsbedarf.
2 zeigt eines Draufsicht des Range-Extenders 1. Hierzu ist eine Ansicht der Verbrennungskraftmaschine 1 und der elektrischen Maschine 2 von oben dargestellt. Von oben nach unten in 2 erstreckt sich die Kurbelwelle 7. Links von der Kurbelwelle 7 ist der gegabelte Pleuel 3 mit dem zugeordneten Kolben 4 angeordnet. Rechts von der Kurbelwelle 7 ist der konventionelle Pleuel 5 mit dem zugehörigen Kolben 6 angeordnet. Dabei ist der konventionelle Pleuel 5 an seinem Kurbelende 10 derart auf der Kurbelwelle gelagert, dass sich das Kurbelende 10 des konventionellen Pleuels 5 zwischen der Lagerung der Kurbelenden 11 des gegabelten Pleuels 3 befindet. Hierdurch wird bewirkt, dass sich der gegabelte Pleuel 3 und der konventionelle Pleuel 5 auf einer geometrischen Ebene 16, die durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, bewegen. In einem Arbeitstakt wirkt nun eine Kraft durch die Verbrennung und die Explosion eines Kraftstoffgemisches im Zylinder auf den Kolben 4, die den Kolben 4 entlang der gestrichelten Linie der geometrischen Ebene 16 hin zur Kurbelwelle 7 drückt. Gleichzeitig wirkt im Zylinder des Kolbens 6 ebenfalls im Betrag die gleiche, entgegengesetzte Kraft bei der Explosion des Kraftstoffgemisches, die den Kolben 6 in Richtung der Kurbelwelle 7 drückt. Hierdurch überlagern sich die jeweiligen Kräfte im Arbeitstakt der Kolben 4 und 6, sodass sie sich gegenseitig aufheben.
Wenn nun eine geometrische Achse betrachtet wird, die aus dem Bild herausgeht, und die durch den Punkt 17, der einen von oben betrachteten Pfeil einer Koordinatensystemachse bezeichnet, betrachtet wird, ist das auf die Kurbelwelle 7 wirkende Moment durch die jeweiligen Kräfte der Kolben 4 und 6 gleich Null aufgrund der gegenüberliegenden Anordnung der Pleuel 3 und 5 auf der gleichen geometrischen Ebene 16. Hierdurch kann ein Rocking-Couple-Effekt auf der Kurbelwelle 7 vermieden werden und die Verbrennungskraftmaschine 1 eine hohe Laufruhe aufweisen.
3 zeigt eine Übersicht, in welchen Takten der Verbrennungskraftmaschine 1 die elektrische Maschine 2 als Generator und als Motor arbeitet. Hierzu ist oben in 3 eine Vorderansicht des Range-Extenders 1 dargestellt. Zu sehen ist die Kurbelwelle 7 und links von der Kurbelwelle 7 der Kolben 4 des gegabelten Pleuels 3 und rechts der Kolben 6 des konventionellen Pleuels 5. Dahinter ist die elektrische Maschine 2 angeordnet. Unter dem Kolben 4 wirkt die Kraft F₄ in Richtung der Kurbelwelle 7 entlang des Pleuels 3. Rechts von der Kurbelwelle 7 wirkt die Kraft F₆ auf den Kolben 6 in Richtung der Kurbelwelle 7 entlang des Pleuels 5. In den Zeilen der Tabelle werden die einzelnen Takte eines Viertaktmotors zeilenweise dargestellt. So bezeichnet I den Takt 1 des Ansaugens eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, II das Verdichten des Kraftstoff-Luft-Gemisches, III das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches und IV die Ausgabe des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
In der ersten Spalte auf der linken Seite, die mit dem Buchstaben E für die elektrische Maschine gekennzeichnet ist, wird dargestellt, in welchem Modus sich die elektrische Maschine 2 zeitweise befindet. In der Spalte E wird gezeigt, ob die elektrische Maschine als Generator, Motor oder zeitweise über den jeweiligen Takt als Motor und Generator fungiert. Dies wird jeweils durch die Buchstaben G für Generator, M für Motor und M-G für Motor-Generator bezeichnet. In der zweiten Spalte mit der Bezeichnung VKM wird die Energieveränderung der Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 Energie an die elektrische Maschine 2 abgibt, wird dies mit dem Zeichen „-“ bezeichnet. Wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 Energie von der elektrischen Maschine 2 aufnimmt, wird dies mit dem Zeichen „+“ bezeichnet. „+“ und „-“ bezeichnen dabei jeweils eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe an die elektrische Maschine 2. Wenn eine Energieaufnahme und Energieabgabe in einem Takt zeitweise erfolgen, wird dies mit „+ - -“ bezeichnet. Die dargestellte Graphen in den dritten und vierten Spalten bezeichnen jeweils die Kraftentwicklung der auf die jeweiligen Kolben 4 und 6 wirkenden Kräfte F₄ und F₆ mit ihrer jeweiligen Richtung. Die Fläche unter dem jeweiligen Graphen bezeichnet dabei den Energiegehalt. Dabei ist der schraffierte Bereich unter dem jeweiligen Graphen die Energie, die die Verbrennungskraftmaschine abgibt beziehungsweise aufnimmt. Wenn sich der Graph der Kraftlinie rechts von der Nulllinie befindet, so wird dies für die Richtung der Kraft F₄ verwendet, und wenn sich der Graph für die Kraft F₆ links von der Nulllinie befindet, zeigt dies die Richtung der Kraft F₆ an. Somit ist zu sehen, dass sich die Kräfte F₄ und F₆ in ihrem Betrag zu jedem Zeitpunkt gegenseitig aufheben.
Wenn nun die erste Zeile in der Tabelle betrachtet wird, so wird zunächst der Arbeitstakt III des Viertaktmotors beschrieben. Wenn das Kraftstoffgemisch verbrannt wird, wirkt jeweils die größte Kraft auf die Kolben 4 und 6. Dies ist am Peak der jeweiligen Graphen in der ersten Zeile von der Kraft F₄ und F₆ zu sehen. Unterhalb des jeweiligen Graphen ist als Fläche die Energie dargestellt.
Durch die Massenbewegung des Kolbens 4 und des Pleuels 3 oszilliert der Kraftverlauf während des Ausgabetaktes leicht. Dabei wird, Energie von der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen, wenn die Kraft unterhalb der Nulllinie ist. Wenn die Kraft oberhalb der Nulllinie ist, wird Energie von der Verbrennungskraftmaschine abgegeben. Dabei wirkt im Takt IV und I die elektrische Maschine 2 jeweils zeitweise als Motor und Generator zur Vergleichmäßigung der Rotation der Kurbelwelle 7.
Im Verdichtungstakt II nimmt die Verbrennungskraftmaschine die meiste Energie auf, welche von der elektrischen Maschine 2 bereitgestellt wird, indem sie als Motor die Kurbelwelle 7 antreibt. Wenn nun die Summen der jeweiligen Flächen unter den Graphen für die Kraft F₄ mit ihrem jeweiligen Vorzeichen addiert werden, bleibt insgesamt ein positiver Energiebetrag übrig, den die Verbrennungskraftmaschine 1 an die elektrische Maschine 2 abgibt. Der Energiebetrag wird von der elektrischen Maschine 2 in elektrische Energie umgewandelt. Analog gilt dies ebenfalls für die Graphen für die Kraft F₆, wobei die Kraft F₆ jeweils der Kraft F₄ entgegenwirkt, sodass sich die Summe der Kräfte zu jedem Zeitpunkt ausgleichen.
4 zeigt eine Ansicht der Pleuel 3 und 5 in einem von der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgebauten Zustand. Dabei ist in 4 jeweils rechts der gegabelte Pleuel 3 und links der konventionelle Pleuel 5 dargestellt. Die Pleuel weisen dabei eine gleiche Masse und eine gleiche Masseverteilung im Bezug zur Mittellinie der Kurbelwelle 7 auf. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem gemeinsamen Teil des gegabelten Pleuels 3 und des Pleuels 5 die Breiten jeweils identisch sind und in dem Bereich, ab dem sich der gegabelte Pleuel 3 teilt, die Schenkel des gegabelten Pleuels 3 jeweils die halbe Breite aufweisen wie die korrespondierenden Bereiche des konventionellen Pleuels 5. Der konventionelle Pleuel 5 und der gegabelte Pleuel 3 weisen dabei jeweils einen Schwerpunkt 12 und 13 auf, wobei der Pleuel 5 den Schwerpunkt 12 hat und der Schwerpunkt 12 den Abstand 14 zum Kurbelende 10 aufweist. Der Schwerpunkt 13 des gegabelten Pleuels 3 hat den Abstand 15 zu den jeweiligen Kurbelenden 11. Dabei ist der Rahmen der Masseverteilung bestimmt, dass der Abstand 14 und der Abstand 15 den gleichen Betrag haben. Hierdurch wird durch die gleiche Masse bewirkt, dass die Massen sich gegenseitig ausgleichen und sich ebenfalls die Momente der bewegten Massen in der Verbrennungskraftmaschine 1 durch die gleiche Masseverteilung ausgleichen. Hierdurch wird bewirkt, dass sich die freien Momente 1 und 2. Ordnung ausgleichen.
5 zeigt eine Ausführungsform des Range-Extenders 1 in einer Draufsicht. Dabei ist links die Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt und rechts die elektrische Maschine 2. In der Mitte befindet sich die Kurbelwelle 7, die mittels der Lager 18, von denen jeweils zwei vorhanden sind, gelagert ist. Unterhalb und oberhalb der Kurbelwelle 7 befinden sich die Zylinder mit den Kolben 4 und 6 und ihrem jeweils zugehörigen Pleuel 3 und 5. Die Lager 18 sind dabei außerhalb der Kurbelenden 11 des gegabelten Pleuels 3 angeordnet und nicht zwischen den Kurbelenden 11. Hierdurch entsteht der Vorteil, dass der gegabelte Pleuel 3 eine relativ kleine Breite hat. Die bei der Umdrehung entstehenden Torsionskräfte auf die Kurbelwelle werden dabei von den jeweiligen Lagern 18 und der Kurbelwelle 7 aufgefangen. Je nach Ausgestaltungsform der Lager kann auch vorgesehen sein, dass weitere zwei Lager 18 zwischen den Kurbelenden 10 des konventionellen Pleuels 5 und den Kurbelenden 11 des gegabelten Pleuels 3 angeordnet sind. Hierdurch wird bewirkt, dass die von dem gegabelten Pleuel 3 entstehenden Torsionskräfte auf die Kurbelwelle 7 zusätzlich durch die zwei weiteren Lager abgefangen werden. Dazu muss der gegabelte Pleuel 3 entsprechend breiter als in 5 dargestellt ausgelegt werden, was die Materialbelastung auf den gegabelten Pleuel 3 jedoch erhöht.
6 zeigt ein Diagramm, in welchem auf der x-Achse eine Fahrzeuggeschwindigkeit V in km/h und auf der y-Achse eine Drehzahl n in 1/Min der Verbrennungskraftmaschine aufgetragen sind. Die Idee ist, dass während des Betriebs des Range-Extenders 1 die Verbrennungskraftmaschine 1 in unterschiedlichen Drehzahlen betrieben wird, sodass der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Eindruck erhält, als würde er ein konventionelles Kraftfahrzeug fahren, in dem eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs direkt über ein Schaltgetriebe verbunden ist. So kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Mindestdrehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minuten aufweist und eine Höchstdrehzahl von 5000. Neben der Fahrzeuggeschwindigkeit V kann dabei die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 zusätzlich von der jeweiligen Gaspedalstellung G1 und G2 abhängig sein. Dabei bezeichnet die Gaspedalstellung G1 eine niedrige Gaspedalstellung und die Gaspedalstellung G2 eine hohe Gaspedalstellung.
Beispielsweise kann die Motorsteuerschaltung 9 bei einer niedrige Gaspedalstellung G1 auf einen zurückhaltenden Fahrstil und bei einer hohen Gaspedalstellung G2 auf einen sportlichen Fahrstil des Fahrers schließen. Ebenfalls kann eine Schlussfolgerung auf den Fahrstill mittels einer Summe des Betrags der Variationen der Gaspedalstellungen vorgenommen werden. So kann beispielsweise, wenn der Fahrer das Gaspedal stark betätigt, auf einen sportlichen Fahrstil durch die Motorsteuerschaltung 9 geschlossen werden und bei einer niedrigen Summe der Veränderung der Gaspedalstellung auf einen zurückhaltenden Fahrstil. Dies erfolgt analog zur Steueurng eines Automatikgetriebes, das die Schaltvorgänge der Fahrweise des Fahrers anpassen kann.
Wird nun ausgehend von einer niedrigen Gaspedalstellung G1 der Range-Extender REX hinzugeschaltet, so wird bei einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V von 0 bis 40 km/h die Verbrennungskraftmaschine 1 in einem Drehzahlbereich von 1000 bis 3000 1/Min betrieben und im Bereich von 40 km/h bis 70 km/h von 2000 1/Min bis 3000 1/Min. Diese Variation zwischen 2000 und 3000 1/Min erfolgt nun in den Geschwindigkeitsintervallen weiterhin von 70 bis 100 km/h, von 100 bis 130 km/h. Ab 130 km/h aufwärts erfolgt keine Stufung mehr. Hierdurch erhält der Fahrer den Eindruck, als würde er das Kraftfahrzeug mit einer normalen Verbrennungskraftmaschine 1 bewegen. Ab 130 km/h erfolgt kein weiteres Umschalten mehr, als ob man nun im höchsten Gang bis zur Höchstgeschwindigkeit das Kraftfahrzeug ausfährt.
In der Gaspedalstellung G2 kann die Motorsteuerschaltung 9 darauf schließen, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs sportlich fahren möchte. Eine stärkere Beschleunigung setzt ebenfalls, wie einem Automatikgetriebe, eine höhere Motordrehzahl für eine bessere Leistungsabgabe voraus. Hierzu kann auch eine höhere Drehzahl N der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgegeben werden, sodass sich der Graph G1 für die Gaspedalstellung G2 ein Stück nach oben verschiebt. Dabei können ebenfalls sich die Geschwindigkeitsintervalle, ab denen ein Umschalten signalisiert wird, springen. So verändert sich das Intervall vom Graphen G2 im Vergleich zum Graphen G1, dass auf den Graphen G2 nun ein Umschalten ab der Geschwindigkeit 30 km/h, 60 km/h, 90 km/h, 120 km/h erfolgt. Hierdurch wird der Betrieb eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs, in dem eine Verbrennungskraftmaschine 1 direkt mit einem Schaltgetriebe und einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden ist, mittels eines Akustikdesigns simuliert.
Dadurch entsteht der Vorteil, dass aus einem unermeidlichen Motorgeräusch der Verbrennungskraftmaschine 1 durch das besagte Akustikdesign ein Klangerlebnis für den Fahrer wird, das den Fahrer in seiner Fahrwahrnehmung unterstützen kann. So kann dies auch eine ermunternde Wirkung haben, wenn bei einer sportlichen Fahrweise auch eine entsprechende Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 wahrnehmbar ist und dabei ein sportliches Fahrgefühl dem Fahrer vermittelt wird.
Die Idee ist, die Vorteile des Reihenmotors mit den Vorteilen des Wankelmotors, des Gegenkolbenmotors und der Freikolbenmaschine als Range-Extender miteinander zu verbinden und die dabei entstehenden Nachteile zu vermeiden.
Die Idee hat das folgende Ziel der Motorkonzeptauslegung für eine Range-Extender-Einheit:

• Guter spezifischer Kraftstoffverbrauch, da konventioneller, optimal geformter Brennraum, traditioneller Zylinderkopf (sichere Technik mit viel Erfahrung)
- ◯ Wankelmotor ist daher ausgeschlossen!
• Guter spezifischer Kraftstoffverbrauch, Viertaktbetrieb
- ◯ Zweitakt-Gegenkolbenmotoren ausgeschlossen!
• Sehr geringe Vibration und Geräusch
- ◯ Massenausgleich
- ◯ Kräfteausgleich
- ◯ kein Rocking-Couple-Effekt
- ◯ Reihenmotoren und konventionelle Boxermotoren mit versetzten Kolben ausgeschlossen
• Kompakter Aufbau, sparen mit dem Bauraum
- ◯ nur eine Kurbelwelle
- ◯ Gegenkolbenmotoren mit zwei Kurbelwellen ausgeschlossen!
• Sicheres Verhalten im Fehlerfall, Prävention eines schweren Unfalltyps: mechanisch vordefinierte Strecke eines Kolbens, wenn die Lastkraft (Rückzugskraft) fehlt oder zu gering ist
- ◯ Freikolbenmotoren ausgeschlossen!
• Konventioneller Startvorgang (rotierender Anlasser)

Hierzu wird ein Zwei-Zylinder-Viertakt-Boxermotor als Range-Extender verwendet, der mit einer elektrischen Maschine verbunden ist. Der Zwei-Zylinder-Viertakt-Boxermotor ist dabei derart konstruiert, dass ein Rocking-Couple-Effekt vermieden wird, indem die Kolben mit dem Pleuel der zwei Zylinder gegenüberliegend angeordnet sind und diese dabei eine gleiche Zündreihenfolge verbinden. Mittels der gleichen Zündfolge entsteht dadurch ein Kräfteausgleich und ein Massenausgleich mittels der gleichen Masse und gleichen Massenverteilung im Bezug zur Mittellinie der Kurbelwelle der jeweiligen Pleuel. Der Rocking-Couple-Effekt beschreibt, dass aus obiger Sicht eines Boxermotors ersichtlich ist, dass sich die Kolben nicht auf einer Linie bewegen (Mittellinie 1 ≠ Mittellinie 2). Das verursacht im Betrieb ein Drehmoment rund um die z-Achse (nach oben zeigende Achse) und dadurch Torsion, Bewegung, Vibration und Geräusch des Motors. In diesem Beispiel des konventionellen Zweizylinder-Viertakt-Boxermotors, wenn Kolben 1 den Takt 2 hat (Verdichten und Zünden), arbeitet der Kolben 2 im Takt 4 (Ausstoßen). Beim Takt 3 hat der andere Kolben Takt 1 (evenly spaced firing) gleichmäßige Verteilung der Zündungen.

	Kolben 1	Kolben 2
I.	Takt 1: Ansaugen	Takt 3: Arbeiten
II.	Takt 2: Verdichten und Zünden	Takt 4: Ausstoßen
III.	Takt 3: Arbeiten	Takt 1: Ansaugen
IV.	Takt 4: Ausstoßen	Takt 2: Verdichten und Zünden

Im Takt III, wenn auf Kolben 1 die Kraft der schnell verbrennenden Gase wirkt (der Gasdruck möchte den Kolben beschleunigen), wirkt auf der anderen Seite auf Kolben 2 eine Kraft F_ansaug. F_ansaug möchte den Kolben 2 bremsen. F_ansaug ist im Absolutwert deutlich kleiner als F_Arbeit. F_ansaug und F_Arbeit zeigen dabei in die gleiche Richtung. Es erfolgt ein Kräfteausgleich, wenn F_Kolben 1 ≠ F_Kolben ₂ (in einem Zeitpunkt, in dem die Absolutwerte nicht gleich sind und nicht gegeneinander zeigen).

Die Erfindungsidee beinhaltet daher, dass kein Rocking-Couple-Effekt vorliegt und ein Kräfteausgleich erfolgt. Das Vermeiden des Rocking-Couple-Effekts wird dadurch erzielt, dass sich die Kolben genau entlang einer geometrischen Linie (Mittellinie 1 = Mittellinie 2) bewegen, was im Betrieb kein Drehmoment rund um die z-Achse (nach oben zeigende Achse) verursacht. Torsion, Bewegung, Vibration und Geräusch können dadurch vermieden werden. Der Kraftausgleich kann mittels einer gleichtaktenden Zündfolge erfolgen. Kolben 1 und Kolben 2 sind symmetrisch gesteuert: Wenn der Kolben 1 zum Beispiel Takt 1 hat, also Ansaugen, hat der Kolben 2 auch den gleichen Takt, also Takt 1.

	Kolben 1	Kolben 2
I.	Takt 1: Ansaugen	Takt 1: Ansaugen
II.	Takt 2: Verdichten und Zünden	Takt 2: Verdichten und Zünden
III.	Takt 3: Arbeiten	Takt 3: Arbeiten
IV.	Takt 4: Ausstoßen	Takt 4: Ausstoßen

Wenn im zum Beispiel im Takt III. auf denn Kolben 1 die Kraft der schnell verbrennenden Gase wirkt (der Gasdruck möchte den Kolben beschleunigen), wirkt auf der anderen Seite auf Kolben 2 auch die Kraft F_Arbeit. Dadurch ist F_Kolben ₁ = F_Kolben ₂ in den Absolutwerten zu jedem Zeitpunkt gleich. F_Kolben ₁ und F_Kolben ₂ zeigen gegeneinander. Dadurch erfolgt ein Kräfteausgleich zu jedem Zeitpunkt.
Zusätzlich erfolgt im Rahmen der Erfindungsidee eine Steuerung der Verbrennungskraftmaschine durch eine E-Maschine. Die E-Maschine im Arbeitstakt der Verbrennungskraftmaschine funktioniert als Generator. Die E-Maschine könnte bei anderen Takten sowohl als Generator als auch als Motor funktionieren, sodass sie mit dem benötigten Drehmoment der Kurbelwelle hilft, eine gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit zu erreichen. Daher ist eine dynamische Drehmomentsteuerung der E-Maschine benötigt. Zum Beispiel könnte die E-Maschine beim Verdichten (Takt II) als Motor funktionieren. Ein externes Schwungrad auf der Kurbelwelle kann eingesetzt werden, obwohl der Rotor der E-Maschine auch als Schwungmasse dient und dabei auch ein Masseträgheitsmoment hat. Erwünscht ist, dass kein externes Schwungrad oder nur ein kleines Schwungrad mit geringem Gewicht angewendet wird, weil das das Fahrzeuggewicht erhöht und dadurch die Reichweite reduziert und weil das Schwungrad ebenfalls Bauraum benötigt. Diese Steuerungsart der E-Maschine im dynamischen Motor-/Generatormodus ist komplizierter als wenn sie nur im Generatormodus betrieben wird, aber diese Steuerungsart ist nicht so komplex und sensibel wie die Steuerung von Freikolbengeneratoren. Im Mittel wird dabei mehr Energie produziert als verbraucht.
Eine weitere Idee ist der Massenausgleich und identischer Schwerpunkt der Pleuelstangen und der speziellförmigen Pleuelstange. Der Massenausgleich meint, dass das Gewicht der Kolben auf der linken und der rechten Seite gleich ist (aus Seitenansicht). Daher gilt Masse links = Masse rechts in Bezug auf eine Seitenansicht. Die zwei Pleuelstangen sind nicht gleich (im Gegenteil zu den traditionellen Motoren). Einer der Pleuel hat eine Form wie eine Stimmgabel. Die Herkunft der Form rührt von dem Ziel her, dass der Rocking-Couple-Effekt vermieden werden soll. Die Pleuelstangen sind dabei aber so ausgelegt, dass sie nicht nur gleiches Gewicht, sondern auch einen gleichen Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) haben. Aus Seitenansicht ist die Masseverteilung der Kolben auch identisch. Das wird so erreicht:

• Die Breiten der Pleuelstangen aus Seitenansicht sind gleich (b_SeiteKolben 1 = b_SeiteKolben 2)
• Von oben betrachtet: Die Breiten der Pleuelköpfe und Necks - also wo sowohl der konventionelle als auch der stimmgabelförmige Pleuel nur einen Zinke haben - sind gleich (b1 = b1, b2 = b2, b3 = b3).
• Wo der stimmgabelförmige Pleuel zwei Zinken (zwei Zweige) hat: Die Breiten sind die Hälfte von der der konventionellen Pleuel (b4 = 2 x b4', b5 = 2 x b5', b6 = 2 x b6')

Als Ausführungsbeispiel sind verschiedene Lagerkonzepte als Ausführungsbeispiel mit zwei oder mit vier Lagern möglich.

1. Ausgestaltungsformen mit zwei Lagern:
- • Vorteil: Die Breite Br2 der stimmgabelförmigen Pleuelstange ist relativ klein.
- • Nachteil: Auf die Kurbelwelle wirken höhere Torsionskräfte (mögliche Lösung: zum Beispiel größerer Durchmesser der Kurbelwelle oder Material der Kurbelwelle mit guten Festigkeitseigenschaften).
2. Ausgestaltungsform mit vier Lagern:
- • Vorteil: Die Kurbelwelle ist gegen Torsionskräfte besser unterstützt, geringere Torsionsbelastung der Kurbelwelle.
- • Nachteil: Die Breite Br4 der stimmgabel-förmigen Pleuelstange ist relativ groß.

Eine Option der Idee ist ebenfalls folgende Erweiterung. Der Stand der Technik sieht vor: Die meisten Verbrennungsmotoren im Range-Extender-Betrieb sind in wenigen statischen Betriebspunkten betrieben, zum Beispiel zwei vordefinierte Drehzahl- und Lastmomentkombinationen. Die Drehzahl ist fest, steigt nicht linear mit der Geschwindigkeit. Im Gegensatz zum klassischen Schaltgetriebe ändert sich der Motorton nicht, zum Beispiel bei einer Beschleunigung oder bei einem tieferen Eindruck des Gaspedals. Der Nachteil ist, dass dieses Verhalten sehr ungewöhnlich für den Autofahrer und die Passagiere ist und daher zu einer eingeschränkten Kundenakzeptanz führt, ähnlich zu von stufenlosen Getrieben. Eine Option für die Erfindungsidee ist daher, die Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und der Range-Extender-Einheit so variieren zu können, dass sie ein Schaltgetriebe nachbilden (simulieren). Die Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und der Range-Extender-Einheit steigen dann mit der steigenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die ist auch von dem Eindruck des Gaspedals abhängig. Dieser Betrieb wäre im Endeffekt sehr ähnlich dazu, wenn im Steuerungsmodul eines stufenlosen Getriebes (CVT-Getriebe) feste Übersetzungen programmiert sind und die Getriebe so betrieben werden. Der Vorteil dieser Steuerung für die Range-Extender-Einheit wäre eine bessere Kundenakzeptanz, gewöhnliche Geräusche und Vibrationen für den Autofahrer und die Passagiere.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie ein Range-Extender bereitgestellt werden kann, der eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014018561 B3 [0009]
DE 102013005837 B3 [0010]

Claims

Range-Extender (REX) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (1) und eine elektrische Maschine (2), wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) als ein Boxermotor mit paarweise gegenüberliegenden Pleuel (3, 5) ausgestaltet ist, wobei die Pleuel (3, 5) des jeweiligen Paares auf einer geometrischen Ebene (16) senkrecht zu einer Kurbelwellenachse beweglich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) mit einem Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist und die elektrische Maschine (2) dazu eingerichtet ist, mittels einer Generatorsteuerschaltung (8) eine Rotation der Kurbelwelle (7) mit einem Drehmoment zu vergleichmäßigen.
Range-Extender (REX) nach Anspruch 1, wobei eine Motorsteuerschaltung (9) dazu eingerichtet ist, eine Zündfolge der Kolben (4, 6) der paarweise gegenüberliegenden Pleuel (3, 5) derart zu steuern, dass die zu den jeweiligen gegenüberliegenden Pleuel (3, 5) gehörenden Kolben (4, 6) eine drehzahlunabhängige, gleichzeitige Zündung aufweisen.
Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Generatorsteuerschaltung (8) dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine (2) derart anzusteuern, dass sie in einem Arbeitstakt der Kolben (4, 6) der paarweise gegenüberliegenden Pleuel (3, 5) als Generator und in den anderen Takten der besagten Kolben (4, 6) zumindest zeitweise als ein Motor fungiert.
Range-Extender (REX) nach Anspruch 3, wobei die elektrische Maschine (2) mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, verbunden ist und diesen während eines Generatorbetriebes der elektrischen Maschine (2) auflädt.
Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor der elektrischen Maschine (2) dazu eingerichtet ist, mittels einer Rotormasse als ein Schwungrad der Kurbelwelle (7) zu fungieren.
Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Generatorsteuerschaltung (8) dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine (2) als einen Anlasser der Verbrennungskraftmaschine (1) zu betreiben.
Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gegenüberliegenden Pleuel (3, 5) jeweils eine gleiche Masse und/oder eine gleiche Masseverteilung, insbesondere einen identischen Abstand (14, 15) eines Schwerpunktes (12, 13) zu einem Kurbelende (10, 11) des jeweiligen Pleuel, aufweisen, sodass bei einer Bewegung der Kurbelwelle (7) die freien Momente 1. Ordnung und 2. Ordnung gleich Null sind.
Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Motorsteuerschaltung (9) dazu eingerichtet ist, die Drehzahl (N) der Verbrennungskraftmaschine (1) in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit (V) derart zu variieren, dass ein Motorgeräusch der Verbrennungskraftmaschine (1) in Kombination mit einem Schaltgetriebe simuliert wird.
Range-Extender (REX) nach Anspruch 8, wobei die Motorsteuerschaltung (9) dazu eingerichtet ist, die Drehzahl (N) der Verbrennungskraftmaschine (1) in Abhängigkeit von einer Gaspedalstellung (G1, G2) für die Simulation des Motorgeräusches der Verbrennungskraftmaschine (1) in Kombination mit einem Schaltgetriebe zu variieren.
Range-Extender (REX), wobei ein gegabelter Pleuel (3) auf zumindest einer anderen Kurbel der Kurbelwelle (7) gelagert ist als der ihm gegenüberliegende Pleuel (5).
Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Kurbelwelle (7) zwischen dem gegabelten Pleuel (3) und dem gegenüberliegenden Pleuel (5) Lager (18) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug, das einen Range-Extender (REX) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, wobei der Range-Extender (REX) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mechanisch mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden ist.