DE2258707A1 - MOTOR VEHICLE WITH A HYBRID DRIVE - Google Patents
MOTOR VEHICLE WITH A HYBRID DRIVEInfo
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Description
R. 12 3 6 29.11.1972 Sk/DrR. 12 3 6 11/29/1972 Sk / Dr
Anlage zur Patent- und GebrauchsmusterhilfsanmeldungAnnex to the patent and utility model registration
ROBERT BOSCH GMBH5 StuttgartROBERT BOSCH GMBH 5 Stuttgart
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, der aus einer Brennkraftmaschine und aus einer batteriegespeisten elektrischen Maschine besteht.The invention relates to a motor vehicle with a hybrid drive consisting of an internal combustion engine and a battery-powered one electric machine.
Bei bekannten derartigen Kraftfahrzeugen wird das Antriebsrad von einem Elektromotor angetrieben. Dieser Elektromotor wird aus einer Batterie gespeist, die von einem Generator aufgeladen wird. Zum Antrieb des Generators dient eine Brennkraftmaschine. Da die Brennkraftmaschine nur durch den Generator belastet wird, ist es möglich, sie auf eine konstante Drehzahl und eine nahezu konstante Last einzuregeln, so daß die Emission schädlicher Abgase minimal wird. Ein so ausgerüstetes Kraftfahrzeug kann kurze Fahrstrecken auch ganzIn known motor vehicles of this type, the drive wheel is driven by an electric motor. This electric motor is fed from a battery that is charged by a generator. A is used to drive the generator Internal combustion engine. Since the internal combustion engine is only loaded by the generator, it is possible to run it on a to regulate a constant speed and an almost constant load, so that the emission of harmful exhaust gases is minimal. Such a Equipped motor vehicle can also cover short journeys entirely
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ohne Benützung der Brennkraftmaschine zurücklegen, wobei der Elektromotor aus der Batterie gespeist wird, ohne daß diese nachgeladen wird.travel without using the internal combustion engine, the electric motor being fed from the battery without this is reloaded.
Ein derartiger Kraftfahrzeugantrieb ist relativ aufwendig, weil zv/ei elektrische Maschinen erforderlich sind, nämlich der Antriebsmotor und der zum Laden der Batterie dienende Generator. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen weniger aufwendigen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge zu schaffen, ohne dabei die günstigen Eigenschaften des Hybridantriebs hinsichtlich der Emission schädlicher Abgase nachteilig zu beeinflussen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die elektrische Maschine mit ihrer Rotorwelle wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs antreibt und daß die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über eine Kupplung mit dem Antriebsrad verbindbar ist.Such a motor vehicle drive is relatively expensive because zv / egg electrical machines are required, namely the Drive motor and the generator used to charge the battery. The invention is therefore based on the object of one less to create complex hybrid drive for motor vehicles without taking into account the favorable properties of the hybrid drive adversely affect the emission of harmful exhaust gases. This object is achieved according to the invention solved that the electric machine with its rotor shaft drives at least one drive wheel of the motor vehicle and that the crankshaft of the internal combustion engine can be connected to the drive wheel via a clutch.
Bei dieser Ausbildungsform des Hybridantriebs dient die elektrische Maschine gleichzeitig als Antriebsmotor und als Generator zum Laden der Batterie. Wenn die Kupplung gelöst ist, treibt allein die elektrische Maschine das Antriebsrad an. Dieser Betriebszustand wird vorzugsweise bei Stadtfahrten des Kraftfahrzeugs gewählt. Ist dagegen die Kupplung im Eingriff, dann treibt die Brennkraftmaschine das Antriebsrad des Kraftfahrzeugs an. Die Brennkraftmaschine wird dabei möglichst nahezu mit Vollast betrieben, so daß die Emission schädlicher Abgase so gering wie möglich wird. Wenn die Brennkraftmaschine dabei mehr Leistung abgibt, als zum Antrieb des Kraftfahrzeugs erforderlich wäre, wird die überschüssige Leistung von der elektrischen Maschine aufgenommen, die dann als Generator dient und die Batterie auflädt. Da bei diesem Betriebszustand die Brennkraftmaschine immer noch schädliche Abgase erzeugt, wird man die Kupplung möglichstIn this embodiment of the hybrid drive, the electric one is used Machine at the same time as drive motor and generator for charging the battery. When the clutch is released, it propels only the electric machine turns on the drive wheel. This operating state is preferred when driving around town of the motor vehicle selected. If, on the other hand, the clutch is engaged, the internal combustion engine drives the drive wheel of the motor vehicle. The internal combustion engine is operated as nearly as possible at full load, so that the emission harmful emissions are as low as possible. If the internal combustion engine delivers more power than to Driving the motor vehicle would be required, the excess power from the electrical machine recorded, which then serves as a generator and charges the battery. Since the internal combustion engine is always in this operating state Still producing harmful exhaust gases, one will use the clutch as much as possible
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nur bei überlandfahrten in Eingriff bringen.only intervene when driving overland.
Die Brennkraftmaschine kann auch bei Stillstand des Kraftfahrzeugs die elektrische Maschine antreiben und so die Batterie aufladen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen einem Ausgleichgetriebe und einem angetriebenen Fahrzeugrad eine Zusatzkupplung vorgesehen ist. Wenn die Kupplung in Eingriff und die Zusatzkupplung außer Eingriff ist, dann dreht sich das Ausgleichgetriebe unbelastet durch ,und die Brennkraftmaschine treibt über das Getriebe direkt die elektrische Maschine an. Es erweist sich bei dieser Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft, daß man auf einen zusätzlichen Andrehmotor für die Brennkraftmaschine verzichten kann. Wenn nämlich die Zusatzkupplung außer Eingriff ist, kamr die an sich zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dienende elektrische Maschine auch als Andrehmotor für die Brennkraftmaschine verwendet werden.The internal combustion engine can also be used when the motor vehicle is at a standstill drive the electric machine and thus charge the battery if, in a further embodiment of the invention, between a Differential gear and a driven vehicle wheel an additional clutch is provided. When the clutch is engaged and the additional clutch is disengaged, then the differential rotates through unloaded, and the internal combustion engine drives the electrical machine directly via the gearbox. It turns out to be in this embodiment of the invention particularly advantageous that you can do without an additional starting motor for the internal combustion engine. If namely the additional clutch is disengaged, the come to itself The electric machine used to drive the motor vehicle can also be used as a starting motor for the internal combustion engine.
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.Further details and expedient refinements are given below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Hybridantrieb in schematischer Darstellung und Fig. 2'eine Zusatzkupplung.1 shows a hybrid drive in a schematic representation and FIG. 2 'an additional coupling.
In Fig. 1 sind zwei angetriebene Kraftfahrzeugräder mit 10 und 11 bezeichnet. Zwischen den Rädern 10, 11 ist ein Ausgleichgetriebe 12 angeordnet. Dieses befindet sich innerhalb eines Achsgehäuses 13, an dem zwei Achsrohre 1M, 15 befestigt sind. In den Achsrohren 1*4, 15 sind zwei Achswellen 16, 17 geführt, die zum Antrieb der Räder 10, 11 dienen.In Fig. 1, two driven motor vehicle wheels are denoted by 10 and 11. Between the wheels 10, 11 is a differential gear 12 arranged. This is located within an axle housing 13 to which two axle tubes 1M, 15 are attached. Two axle shafts 16, 17 are guided in the axle tubes 1 * 4, 15, which serve to drive the wheels 10, 11.
Die Achswellen 16, 17 sind in Gleitlagern 189 19 gelagert. Diese Gleitlager 18, 19 sind seitlich an einem Ausgleichgehäuse 20 angebracht, das im Achsgehäuse 13 rotieren kann und zu diesem Zweck mit zwei Wälzlagern 21, 22 im Achsgehäuse gelagert ist.The axle shafts 16, 17 are mounted in slide bearings 18 9 19. These plain bearings 18, 19 are attached to the side of a differential housing 20, which can rotate in the axle housing 13 and, for this purpose, is mounted in the axle housing with two roller bearings 21, 22.
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Die Gleitlager 18, 19 werden dabei konzentrisch von den Wälzlagern 21, 22 umgeben, so daß eine gute Führung der Achswellen 16, 17 im Achsgehäuse 13 gewährleistet ist.The plain bearings 18, 19 are concentric with the rolling bearings 21, 22, so that a good guidance of the axle shafts 16, 17 in the axle housing 13 is guaranteed.
Ein Tellerrad 23 bildet einen Teil des Ausgleichgehäuses 20. Es dient zum Antrieb des Ausgleichgehäuses 20. Das Tellerrad 23 selbst kann durch zwei Ritzel 2H, 25 angetrieben werden, deren Drehachsen senkrecht zur Drehachse des Ausgleichgehäuses 20, d. h. auch senkrecht zu den Achswellen 16, 17 stehen.A ring gear 23 forms part of the differential housing 20. It is used to drive the differential housing 20. The ring gear 23 itself can be driven by two pinions 2H, 25 whose axes of rotation are perpendicular to the axis of rotation of the differential housing 20, ie also perpendicular to the axle shafts 16, 17 stand.
Das erste Ritzel 21I ist auf einer Rotorwelle 26 einer elektrischen Maschine 27 befestigt. Die Rotorwelle 26 ist mit Hilfe eines Wälzlagers 28 im Achsgehäuse 13 gelagert. Das zweite Ritzel 25 ist auf einer Kupplungswelle 29 befestigt, die mit Hilfe eines Wälzlagers 30 im Achsgehäuse 13 gelagert ist. Die Kupplungswelle 29 ist über eine Kupplung 31 mit der Kurbelwelle 32 einer Brennkraftmaschine 33 verbindbar. Die Kupplung 31 ist vorzugsweise als Reibungskupplung ausgebildet.The first pinion 2 1 I is attached to a rotor shaft 26 of an electrical machine 27. The rotor shaft 26 is supported in the axle housing 13 with the aid of a roller bearing 28. The second pinion 25 is fastened on a coupling shaft 29 which is supported in the axle housing 13 with the aid of a roller bearing 30. The clutch shaft 29 can be connected to the crankshaft 32 of an internal combustion engine 33 via a clutch 31. The clutch 31 is preferably designed as a friction clutch.
Im Ausgleichgehäuse 20 sind weiterhin zwei Ausgleich-Kegelräder 3i> 35 gelagert, die im Eingriff mit zwei Achswellen-Kegelrädern 36, 37 stehen. Die Achswellen-Kegelräder 36, 37 sind auf den Achswellen l6, 17 befestigt. Schließlich ist noch zur Stromversorgung der elektrischen Maschine 27 eine Batterie 38 vorgesehen.In the differential housing 20 there are still two differential bevel gears 3i> 35 which are in engagement with two axle shaft bevel gears 36, 37. The side shaft bevel gears 36, 37 are on the axle shafts l6, 17 attached. Finally, there is also a battery 38 for supplying power to the electrical machine 27 intended.
In Fig. 2 ist eine Zusatzkupplung 39 dargestellt, die zwischen dem Ausgleichgetriebe 12 und dem Rad 11 angeordnet werden kann. Diese Zusatzkupplung 39 unterbricht die Achswelle 17, die in diesem Fall aus zwei Hälften 17a und 17b besteht.In Fig. 2, an additional clutch 39 is shown, which between the Differential gear 12 and the wheel 11 can be arranged. This additional clutch 39 interrupts the axle shaft 17, which in this Case consists of two halves 17a and 17b.
Das Ausgleichgetriebe 12 ist bis auf das zweite Ritzel 25 von herkömmlicher Bauart; seine Funktionsweise ist bekannt. Es bleibt deshalb nur der Betrieb des Fahrzeugs mit Hybridantrieb zu beschreiben. Die Brennkraftmaschine 33 ist immer direktThe differential gear 12 is of conventional design except for the second pinion 25; its mode of operation is well known. It therefore only the operation of the vehicle with hybrid drive remains to be described. The internal combustion engine 33 is always direct
mit dem Ausgleich-with the compensation
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getriebe 12 verbunden. Die Kupplung 31 kann, deshalb erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl in Eingriff gebracht werden, damit die Brennkraftmaschine 33 ruckfrei läuft. Zum Anfahren wird deshalb stets nur die elektrische Maschine 27"herangezogen; die Kupplung 31 ist dabei gelöst. Wenn bei einer Überlandfahrt die Brennkraftmaschine 33 mitbenutzt werden soll, dann wird die Kupplung 31 in Eingriff gebracht, sobald die Drehzahl der Kupplungswelle 29 einen Schwellwert von etwa 1 000 bis 1 ,500 U/min Überschreitet. Gleichzeitig muß die Zündung der Brennkraftmaschine 33 eingeschaltet werden. Es ist dabei zweckmäßig, für das langsame Einrücken der Kupplung 31 einen nicht dargestellten Servoantrieb vorzusehen. Wenn die Kupplung 31 langsam eingerückt wird, dann wird die Brennkraftmaschine 33 nur langsam auf die Drehzahl der Kupplungswelle 29 beschleunigt. Während dieses BeschleunigungsVorgangs wird dabei die Brennkraftmaschine 33 angelassen.gear 12 connected. The clutch 31 can therefore only be brought into engagement above a certain speed the internal combustion engine 33 runs smoothly. To start is therefore always only the electrical machine 27 ″ used; the Coupling 31 is released. If the internal combustion engine 33 is to be used during an overland trip, then the Clutch 31 brought into engagement as soon as the speed of the clutch shaft 29 has reached a threshold value of about 1,000 to 1,500 rpm Exceeds. At the same time, the ignition of the internal combustion engine 33 must be switched on. It is useful for the slow engagement of the clutch 31 to provide a servo drive, not shown. When the clutch 31 is slowly engaged is then the internal combustion engine 33 is only slowly accelerated to the speed of the clutch shaft 29. During this The internal combustion engine 33 is the acceleration process left on.
Da das Trägheitsmoment der Antriebsräder 10, 11 und des Rotors der elektrischen Maschine 27 relativ groß ist, spürt man beim Fahren während des Anlassens der Brennkraftmaschine 33 keinen besonderen Ruck. Es ist zweckmäßig, die Brennkraftmaschine 33 nahezu mit Vollast zu betreiben, da dann die Emission schädlicher Abgase besonders gering wird. Nach dem Anlassen wird die Brennkraftmaschine 33 normalerweise mehr Leistung abgeben, als zum Einhalten der gerade gewünschten Fahrgeschwindigkeit erforderlich ist. Die elektrische Maschine 27, deren Rotor vom ersten Ritzel 24 zwangsläufig angetrieben wird, wirkt dann als Generator und lädt die Batterie 38 auf. Erst wenn die Batterie voll aufgeladen ist, kann die elektrische Maschine 27 keine Leistung mehr aufnehmen. Der Fahrer muß dann das Fahrpedal etwas zurücknehmen, damit die Fahrgeschwindigkeit nicht wegen der zu großen von der Brennkraftmaschine abgegebenen Leistung Übermäßig erhöht wird.Since the moment of inertia of the drive wheels 10, 11 and the rotor of the electric machine 27 is relatively large, you can feel the Do not drive any particular jerk while starting the internal combustion engine 33. It is appropriate to use the internal combustion engine 33 can be operated almost at full load, since the emission of harmful exhaust gases is then particularly low. After starting it will the internal combustion engine 33 normally output more power than to maintain the currently desired driving speed is required. The electrical machine 27, the rotor of which is inevitably driven by the first pinion 24, then acts as a Generator and charges the battery 38. Only when the battery is fully charged, the electric machine 27 cannot Absorb more power. The driver then has to take the accelerator pedal back a little so that the driving speed is not because of the excessive power output by the internal combustion engine Is increased excessively.
Falls die Batterie 38 während einer längeren Stadtfahrt, bei der die Brennkraftmaschine 33 üb-erhaupt nicht zugeschaltet worden ist, zu stark entladen wurde, kann sie mit Hilfe eines Ladegerätes wieder aufgeladen werden. Wenn man die Batterie 38 auch unab-If the battery 38 during a long city trip, at which the internal combustion engine 33 has not been switched on at all has been discharged too much, it can be recharged using a charger. If the battery 38 is also used independently
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hängig vom elektrischen Netz aufladen können will, muß man die Zusatzkupplung 39 nach Fig. 2 vorsehen. Die Zusatzkupplung 39 kann nur beim Stillstand des Kraftfahrzeugs gelöst werden. Bei gelöster Zusatzkupplung 39 kann kein Drehmoment mehr auf die Antriebsräder 10, 11 übertragen werden. Man kann dann bei weitgehend entladener Batterie 38 im Stillstand des Fahrzeugs die Kupplung 31 in Eingriff bringen. Selbst wenn die in der Batterie 38 gespeicherte Energie nicht mehr zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ausreicht, wird sie in der Regel noch ausreichen, um über die elektrische Maschine 27 die Brennkraftmaschine 33 anzulassen. Dazu ist nämlich nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment erforderlich. Man verwendet also in diesem besonderen Betriebsfall zunächst die elektrische Maschine 27 als Andrehmotor für die Brennkraftmaschine 33· Sobald die Brennkraftmaschine 33 läuft, kann sie über die beiden Ritzel 25, 24 die elektrische Maschine 27 antreiben. Diese wirkt dann als Generator und lädt die Batterie 38 wieder auf.wants to be able to charge pending from the electrical network, one must provide the additional coupling 39 according to FIG. The auxiliary coupling 39 can only be released when the motor vehicle is at a standstill. When the auxiliary clutch 39 is released, torque can no longer be applied to the Drive wheels 10, 11 are transmitted. You can then with the battery 38 largely discharged when the vehicle is stationary bring the clutch 31 into engagement. Even if the Battery 38 stored energy no longer to drive the Motor vehicle is sufficient, it will generally still be sufficient to power the internal combustion engine 33 via the electrical machine 27 to start. This is because only a comparatively low torque is required for this. So one uses in this particular one Operational case first the electrical machine 27 as a starting motor for the internal combustion engine 33 · As soon as the internal combustion engine 33 runs, it can over the two pinions 25, 24 drive the electric machine 27. This then acts as a generator and charges the battery 38 again.
Die beschriebene Anordnung eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug erfüllt also die eingangs gestellten Forderungen. Der beim herkömmlichen Hybridantrieb erforderliche zusätzliche Generator fällt weg. Trotzdem kann auf kürzeren Strecken vollständig ohne Abgasemission gefahren werden. Auch auf Überlandstrecken ist die Abgasemission kleiner als bei einem Fahrzeug, das allein durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird, weil nämlich die Brennkraftmaschine gleichmäßiger belastet wird. Diese gleichmäßigere Belastung rührt daher, daß die elektrische Maschine immer einen Teil der Leistung der Brennkraftmaschine übernimmt. Dieser Anteil wird vergrößert, wenn die Belastung durch die Antriebsräder abnimmt. Ein solcher Betrieb mit nahezu konstanter Last entspricht dem eingangs erwähnten Betrieb der Brennkraftmaschine beim herkömmlichen Hybridantrieb und führt zu einer wesentlichen Verringerung der Abgasemission.The described arrangement of a hybrid drive for a motor vehicle thus fulfills the requirements made at the beginning. The additional required with conventional hybrid drives Generator is no longer available. Nevertheless, you can drive on shorter distances without any exhaust emissions. On too Overland routes, the exhaust gas emissions are lower than in a vehicle that is driven solely by an internal combustion engine is, because namely the internal combustion engine is loaded more evenly. This more even load is due to the fact that the electrical machine always takes over part of the power of the internal combustion engine. This proportion is increased when the load from the drive wheels decreases. Such an operation with an almost constant load corresponds to the one at the beginning mentioned operation of the internal combustion engine in the conventional hybrid drive and leads to a significant reduction in Exhaust emission.
Es ist auch möglich, unabhängig vom elektrischen LichtnetzIt is also possible independently of the electrical lighting network
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eine fast vollständig entladene Batterie wieder aufzuladen, wenn man eine Achswelle unterbricht und eine Zusatzkupplung vorsieht. Diese Zusatzkupplung kann als Klauenkupplung ausgebildet sein, da sie nur bei Stillstand des Kraftfahrzeugs betätigt werden muß. Als Zusatzkupplung kann man dabei auch eines der Achswellen-Kegelräder 36, 37 des Ausgleichgetriebes 12 vorsehen, wenn man das betreffende Kegelrad ausrückbar anordnet. Beim Laden im Stillstand des Kraftfahrzeugs wird dann einfach das betreffende Achswellen-Kegelrad ausgerückt, und das Ausgleichgehäuse 20 kann sich frei durchdrehen.to recharge an almost completely discharged battery if one interrupts an axle shaft and an additional clutch provides. This additional coupling can be designed as a claw coupling, since it only works when the motor vehicle is at a standstill must be operated. You can also use it as an additional coupling one of the axle shaft bevel gears 36, 37 of the differential gear Provide 12 if the bevel gear in question is arranged so that it can be disengaged. When charging while the motor vehicle is at a standstill then simply disengaged the relevant axle shaft bevel gear, and the differential housing 20 can rotate freely.
Wenn es aufgrund der räumlichen Verhältnisse im Kraftfahrzeug zweckmäßig ist, die elektrische Maschine 27 und die Brennkraftmaschine 33 so anzuordnen, daß die Rotorwelle 26 und die Kurbelwelle 32 parallel zu den Achswellen l6, 17 verlaufen, dann kann man auch das Ausgleichgetriebe 12 an diese Konfiguration anpassen, indem man das Tellerrad 23 durch ein Stirnrad ersetzt. Die beiden Ritzel 24, 25 müssen dann ebenfalls als Stirnräder und nicht - wie in Pig.!dargestelltIf it is appropriate due to the spatial conditions in the motor vehicle, the electrical machine 27 and the internal combustion engine 33 to be arranged so that the rotor shaft 26 and the crankshaft 32 run parallel to the axle shafts l6, 17, then you can also adapt the differential gear 12 to this configuration by the ring gear 23 through a Spur gear replaced. The two pinions 24, 25 must then also as spur gears and not - as shown in Pig.!
- als Kegelräder ausgebildet sein.- Be designed as bevel gears.
Weiterhin kann es vorkommen, daß die günstigen Drehzahlbereiche der elektrischen Maschine 27 und der Brennkraftmaschine nicht miteinander übereinstimmen. In diesem Fall muß man zwischen den beiden Maschinen 27, 33 und dem Ausgleichgetriebe 12 ein"oder zwei Untersetzungsgetriebe vorsehen= Es kann sich dabei als zweckmäßig erweisen, das Untersetzungsgetriebe zwischen der Brennkraftmaschine 33 und dem Ausgleichgetriebe 12Furthermore, it can happen that the favorable speed ranges of the electrical machine 27 and the internal combustion engine do not match each other. In this case you have to go between the two machines 27, 33 and the differential 12 provide one "or two reduction gears = it can be Prove to be useful here, the reduction gear between the internal combustion engine 33 and the differential gear 12
- wie es bei Kraftfahrzeugen üblich ist - als schaltbares Getriebe mit mehreren Gängen auszubilden. Bei dieser etwas aufwendigen Ausbildungsform ist es dann auch möglich, das Kraftfahrzeug allein mit der Brennkraftmaschine 33 vom Stillstand ausgehend anzufahren.- as it is common in motor vehicles - to be designed as a switchable transmission with several gears. With this something In a complex form of training, it is then also possible to bring the motor vehicle from a standstill to a standstill with the internal combustion engine 33 alone starting out.
409823/0128409823/0128
Claims (9)
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