DE3913806C2 - Hybridmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Sie bezweckt neue und nützliche Ver­ besserungen bei Verbrennungsmotoren und schafft die Grundlage einer systematischen Vorgehensweise zum Optimieren der Zuver­ lässigkeit, Leistungsfähigkeit, Umweltverträglichkeit, Anpas­ sungsfähigkeit, Herstellungs- und Betriebskosten des Motors.

Anders ausgedrückt, die Erfindung schafft die Grundlage für Konstruktionsänderungen, die erforderlich sind, um die Be­ triebscharakteristika und die Herstellungsbedingungen von Motoren unter Verwendung der zur Zeit verfügbaren Technolo­ gien und Materialien zu optimieren, und gestattet weitere Verbesserungen, wenn modernere Materialien und Technologien verfügbar werden.

Die Optimierung der Leistungsfähigkeit und die Verringerung der Umweltverschmutzung, die mit der Verbrennung und den thermodynamischen Prozessen, die im Brennkammerteil des Zylin­ ders auftreten, verbunden sind, erfordern die Kontrolle und Steuerung der Kolbenbewegung, der Ventilbewegung, der Kraft­ stoffeinspritzung, der Zündung und dergleichen in einem Maß, das von mechanischen Systemen auf eine Praktische Art und Weise nicht erreicht wurde.

Viele Erfinder haben die Probleme erkannt und Teillösungen und Lösungen stückchenweise angeboten. Eine besonders interessante Lösung wird von G.F. Chatfield in der US-PS 4 459 945 vorge­ schlagen, in der eine gute Diskussion der Grenzen der Anord­ nung aus Pleuel, Kurbelwelle und Nockenwelle dargeboten wird (siehe auch die darin genannten Entgegenhaltungen).

Die Grenzen der Leistungsfähigkeit infolge der "Winkel- und Momentenarmänderungen, welche die herkömmliche Pleuelstange in Relation zu der Leistungsausgangswelle und dem Kraftkolben durchmacht", wurden von R.L. Giulianna et al in der US-PS 4 498 430 (und den darin genannten Entgegenhaltungen) disku­ tiert.

Beide obengenannten Patente versprechen auch einen verbesser­ ten Umweltschutz durch einen längeren Kolbenhub. Es ist all­ gemein bekannt, daß durch einen längeren Hub der restliche Kraftstoff bei einer niedrigeren Temperatur in der Nähe des Hubendes verbrennen kann.

Versuche zum Verbessern des Wirkungsgrades durch "Einstellung des Kompressionsverhältnisses" (automatisch oder auf andere Art und Weise) wurden von J.W. Akkerman in der CA-PS 1 180 963 und in den darin genannten Entgegenhaltungen beschrieben. Jene Erfindung erfordert auch einen komplizierten mechanischen Mechanismus, der das Problem behandelt, einen optimalen Druck in der Zündkammer im Zündzeitpunkt zu schaffen.

Die Probleme des Wirkungsgrades und des Umweltschutzes wur­ den von zahlreichen anderen Erfindern angesprochen. S. Konther et al beschreiben in der US-PS 4 408 578 einen komplizierten Mechanismus zum Umwandeln einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung. A.J. Crocker stellt in der US-PS 4 381 740 mehr Zeit für den Leistungsabgabeteil des Motorkreislaufes als für den Abgasausströmungsteil des Motorkreislaufes durch die Verwendung von komplizierten Verbindungen zur Verfügung.

Alle früheren Erfindungen haben die Probleme der Motorenkon­ struktion stückweise angegangen und haben keine ausreichende Kontrolle und Steuerung geschaffen, um optimale Betriebsbe­ dingungen zu erreichen. Außerdem verschlimmert im allgemeinen das teilweise Lösen eines Problems andere Probleme, so wird z. B. ein komplizierter mechanischer Mechanismus eingeführt, und seine Verwendung vermindert die Zuverlässigkeit des Motors und erhöht seine Herstellungskosten, oder Umweltschutz wird unter Verwendung eines Katalysators erzielt, der die Leistungsfähigkeit des Motors verringert, wodurch eine größe­ re Kohlendioxidabgasmenge für eine gegebene Energieabgabe erzeugt wird.

Es wurde auch allgemein erkannt, daß für automobile Zwecke elektrisch angetriebene Autos einen hohen Energieumwandlungs­ wirkungsgrad und einen geringen Umweltverschmutzungsgrad, vor­ ausgesetzt daß die ursprüngliche elektrische Leistung nicht durch die Verbrennung von fossilen Kraftstoffen erzeugt wird, haben. (Elektromobile, William Hamilton, McGraw-Hill Book Co., New York (1980) und Elektrofahrzeugtechnologie, J.E. Unnewehr und S.A. Nasar, John Wiley and Sons, New York (1982).) Die allgemein bekannten Schwierigkeiten, die mit einer ausreichen­ den Energieversorgung (Batterien und Brennstoffzellen) für Kraftfahrzeuge verbunden sind, haben die Verwendung von Elektro­ fahrzeugen erheblich eingeschränkt und Erfindungen stimuliert, die wir als quasi-hybride Kraftwerke bezeichnen, bei denen herkömmliche Motoren einen elektrischen Generator antreiben, der seine Leistung an einen Elektromotor abgibt, eine Batterie auflädt oder beides macht.

Bei diesen Erfindungen wurden ein etwas verbesserter Wirkungs­ grad und etwas Umweltschutz durch Betreiben des Verbrennungs­ motors unter Einhaltung strikter Drehzahlgrenzen und derglei­ chen erzielt, und der zusätzliche Leistungsbedarf wird durch die elektrische Speicherbatterie bereitgestellt. Leider ist der Wattstunden-Wirkungsgrad der meisten Batterietypen rela­ tiv niedrig (im Bereich von 70 bis 85%). Beispielsweise be­ trägt der Wattstunden-Wirkungsgrad von Blei-Säure-Batterien bei voller Ladung bis zur Entladung nur ungefähr 75 bis 80%, wobei diese Werte unter periodischen Arbeitsbedingungen etwas höher sein können (Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8. Ausgabe, Mc-Graw-Hill Book Co.). Diese Wirkungs­ gradbeschränkung sowie das zusätzliche Gewicht, die Kosten, die Unbequemlichkeit und die Komplikationen, die mit der Ver­ wendung von im wesentlichen zwei getrennten, aber miteinander gekoppelten Kraftwerken verbunden sind, haben die Verwendung dieser quasi-hybriden Systeme für automobile Zwecke einge­ schränkt. (Elektro- und Hybridfahrzeuge (Energy Technology Review Nr. 44, herausgegeben von M.J. Collie, Noyes Data Corporation, Park Ridge, New Jersey 07656 (1979).)

Beträchtliche Anstrengungen wurden auch bei der Entwicklung von Stirling-Motoren gemacht, bei denen sich geradlinig be­ wegende Kolben die Kraft direkt in eine lineare Elektromotor-/ -generatoreinheit übertragen (E.H. Cook-Yarborough et al Proc. I.E.E., Band 121, Nr. 7, Juli 1974, S. 749; George R. Dochat, SAE Technical Paper, Nr. 810457, International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, Febr. 1981; Machine Design, 11. Sept. 1986, S. 48).

Diese Konstruktionen demonstrieren die technische Anwendbar­ keit von Linearmotoren/-generatoren für die Umwandlung von thermischer in elektrische Energie. Sie sind jedoch darauf be­ schränkt, bei einer konstanten Resonanzfrequenz in einer kon­ stanten Leistungsabgabe zu arbeiten. Außerdem ist der Energie­ wirkungsgrad von Stirling-Motoren von Natur aus niedriger als der von Motoren mit innerer Verbrennung, bei denen die effektiv höhere Verbrennungstemperatur einen höheren Carnot-Wirkungs­ grad ergibt. Der Jarret-Vorschlag, der den zuletzt genannten Nachteil überwindet, leidet aber immer noch unter dem zuvor genannten Nachteil (Jan. P. Norbye, Autocar, 22. März 1980, S. 47).

Den obengenannten und ähnlichen Vorschlägen wie dem Stelzer- Motor (Science and Mechanics, Nov.-Dez. 1983) mangelt es allen an einem fundamentalen Bestandteil, der notwendig ist, die Anpassungsfähigkeit zu schaffen, die für verschiedene prakti­ sche Anwendungen erforderlich ist, und eine Optimierung der gewünschten Charakteristika zu gestatten. Dieser Bestandteil ist eine präzise Kontrolle und Steuerung der Betriebsparameter des Motors.

Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, einen thermo­ elektro-mechanischen Motor (oder der umgekehrt arbeitet oder eine Pumpe oder Kompressor ist, wie sie bei Lufkühl- und Kühlanlagen verwendet werden) zu schaffen, der die Grundlage für zahlreiche Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit, im Umweltschutz, in der Zuverlässigkeit, in der Anpassungsfähig­ keit, in der Kosteneffektivität, im Betrieb usw. bildet. Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, einen thermo-elektro­ mechanischen Motor zu schaffen, der für eine umfassende Com­ putersteuerung leicht zugänglich ist. Ferner soll ein thermo­ elektro-mechanischer Motor geschaffen werden, der mechanisch äußerst einfach ist, wobei im wesentlichen nur ein bewegliches Teil pro Zylinder vorgesehen ist, der zu der Kraftübertragung gehört (nebem dem elektrischen Antriebsmotor (-motoren) für die mobile Verwendung), so daß auf optimale Art und Weise für eine verbesserte mechanische Zuverlässigkeit, verminderte Reibungsverluste, einen verminderten Kühlungsbedarf, verrin­ gerte Produktions- und Betriebskosten, einen modularen Einbau und vor allem für die Anpaßbarkeit an eine umfassende Computer­ steuerung gesorgt ist (die nur leicht erzielt werden kann, wenn das mechanische System so einfach ist, daß Rütteln und Spiel vernachlässigbar klein sind und daher nicht den Informa­ tionsfluß von und zu dem Computer stören) und infolgedessen das zweite Ziel der Erfindung erreicht wird. Darüber hinaus soll ein thermo-elektro-mechanischer Motor geschaffen werden, der eine ausreichend mechanische Einfachheit und Wiederholbar­ keit des Betriebs aufweist, um die Forschung von in dem Zylinder auftretenden thermodynamischen und chemischen Pro­ zessen und in die Auswirkungen der Brennkammerkonstruktion und des Brennkammerbetriebs, die Auswirkungen von verschiede­ nen Kraftstoffen und die Auswirkungen von verschiedenen Zünd- und Ventilsystemen auf diese Prozesse zu unterstützen und zu beschleunigen und um gegenwärtig verfügbare Materialien und Technologien auf optimale Art und Weise nutzbar zu machen und um der Entwicklung von neuen Technologien und fortschritt­ lichen Materialien neuen Aufschwung zu verleihen, um das Hauptziel der Erfindung soweit als möglich zu erzielen. Außer­ dem soll ein thermo-elektro-mechanischer Motor geschaffen werden, der 1. als Ottomotor (oder "Benzinmotor"), 2. als Dieselmotor, 3. als Stirlingmotor, 4. als Rankinemotor, 5. als irgendein anderer Motor (der einige oder alle der Merkmale von einem oder mehreren der obengenannten Motoren beinhalten oder nicht beinhalten kann) arbeiten kann und der in allen verschiedenen möglichen Konfigurationen der obengenannten Motoren wie z. B. als Vierzylinder- oder Sechszylinderkonfigura­ tion und der in den verschiedenen Betriebsweisen dieser Moto­ ren wie Zweitakt- oder Viertaktbetrieb usw. und als luftge­ kühlter, wassergekühlter Motor arbeiten kann. Schließlich soll ein thermo-elektromechanischer Motor geschaffen werden, der als stationärer Motor verwendet werden kann (d. h. hauptsächlich für die Erzeugung von elektrischer Energie oder zum Antreiben einer Hydraulikpumpe oder dergleichen, oder der in mobilen Einrichtungen, d. h. zum Antrieb von Automobilen, Schiffen, Flugzeugen und dergleichen verwendet werden kann).

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Hybridmotor durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Kurz ausgedrückt, betrifft die Erfindung einen echten Hybrid­ motor, bei dem die Energiezufuhrvorteile von Kraftstoff ver­ brennenden Motoren mit den Vorteilen von elektrisch angetrie­ benen Einheiten kombiniert sind, um ein einfaches Energie­ erzeugungssystem unter einer vollständigen Computersteuerung zu erzeugen, bei dem alle Teile des Systems praktisch sofort (und im wesentlichen ohne Spiel und Rütteln) auf die Computer­ anweisungen ansprechen kann und bei dem der Computer praktisch sofort Informationen über den Betrieb aller wichtigen Teile des Systems erhält.

Die Erfindung stellt eine ganzheitliche Lösung von vielen mit Motoren auftretenden Problemen dar. Sie bringt Verbesserungen im Wirkungsgrad und im Umweltschutz in Verbindung mit (und nicht auf Kosten von) vermehrter Einfachheit, Zuverlässigkeit, Anpaßbarkeit und niedrigeren Herstellungs- und Betriebskosten. Wo ein Kompromiß in dem Maß von zwei oder mehreren wünschens­ werten Qualitäten unvermeidbar ist, ermöglicht die Einfachheit der Erfindung die Durchführung realistischer Kalkulationen und die Konstruktion von Motoren, welche die gewünschten Quali­ täten entsprechend einem gesamten Optimierungsprozeß ausglei­ chen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Einzylinder­ motors nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Seitenansicht des Jochmagnetteils eines abgewandelten Linearmotors/ -generators und

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, wobei aber ein Motor mit sich gegenüberliegenden Zylindern darge­ stellt ist.

In den Zeichnungen sind die gleichen oder ähnliche Bezugs­ zeichen für sich entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren verwendet worden.

In seiner einfachsten Ausführung (Fig. 1) ist ein Kolben 10, der Kolbenringe (nicht dargestellt) hat, in einem Zylinder 11 in Eingriff mit elektromagnetisch betriebenen und computer­ gesteuerten Ventilen und einem schematisch dargestellten Zünd- und Kraftstoffeinspritzsystem und fest mit einem Dauermagnet 12 durch eine geeignet geformte Pleuelstange 13 verbunden, die durch Lager 14 und 15 abgestützt wird, um eine schwingende geradlinige Bewegung auszuführen, während der der Magnet 12 mit seinem N- und S-Pol, wie dargestellt, in ein und aus einem Joch 16 bewegt wird, das aus einem geeig­ neten magnetischen Material (wie z. B. Transformatorenstahl) hergestellt ist und um das Drähte 17 aus einem geeigneten leitenden Material (wie z. B. Kupfer, Aluminium, supraleiten­ de Keramik) auf eine herkömmliche Art und Weise gewickelt wurden. Mit dem Bezugszeichen 18 ist ein Stellungsanzeiger (oder Stellungs-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsanzeiger) gezeigt, der herkömmlich ist. Eine Tragstruktur S ist auch schematisch gezeigt.

Der Motor, wie er oben beschrieben (und unter Verwendung von Zeichnungen, die nur schematisch sind, dargestellt) ist, wurde stark vereinfacht, um eine Erläuterung der Grundlagen der Erfindung zu erleichtern und eine ordentliche Erklärung dieser Grundlagen der Erfindung zu geben. In der Praxis ist aber eine beträchtliche Menge an Konstruktionsarbeiten an allen Aspekten des Motors zu leisten. Beispielsweise wird bei einem tatsächlichen Motor der "Magnet-Joch"-Wandler 12, 16, 17 durch eine ordentlich konstruierte spezielle Linear­ motor/-generator-Einheit ersetzt. Die oben gemachten Ausfüh­ rungen gelten auch für die vielen vereinfachten Konstruktions­ merkmale, die im folgenden noch beschrieben werden. Auch die notwendigen Ventilsysteme zusammen mit den Verbrennungs- (Kraftstoffeinspritzung) und Zündsystemen (nicht dargestellt) sind für den Betrieb des Motors erforderlich. Um genau zu sein, ist außerdem die Beschreibung auf einen Motor gestützt, der für Automobile geeignet ist, obwohl er nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist.

(a) Der Linearmotor/-generator

Die vereinfachte Magnet-Joch-Darstellung soll nicht den Typ der Linearmotor/-generator-Einheit einschränken, die verwen­ det werden kann.

Mit dem Ausdruck "spezieller Linearmotor/-generator" sind Wandlereinheiten gemeint, die zusätzliche Leistungseingabe-/ -ausgabewicklungen haben können, z. B. um Energie für eine Computersteuerung der Kolbenbewegung bereitzustellen, und die Wicklungen für kurze Energiespeicherintervalle (von der Größenordnung eines Kreislaufes) beinhalten können. Außerdem sind Maßnahmen getroffen, um die Ausgabewicklungen in ver­ schiedene Kombinationen von Reihen- und Parallelverbindungen umzuschalten und den Antriebsmotoren und der Speicherbatterie die Ausgangsleistungen in geeigneten Verhältnissen zuzuleiten.

Die Leistungsausgabe des Wandlers hängt von der Größe des Dauermagnets und des Energieprodukts des Materials ab, aus dem er gemacht ist (wobei sichergestellt wird, daß der Magnet­ kreis des Joches für den Zweck geeignet ist). Unter Verwendung von modernen magnetischen Materialien wie z. B. Magnequench MQ III (Warenzeichen), das von Delco Remy hergestellt wird, kann eine Leistungsausgabe von bis zu 10 kW pro Zylinder mit einem Magnet von einer sehr vernünftigen Größe und Gewicht­ erhalten werden.

(b) Der Zylinder

Der Zylinder 11 muß für den verwendeten Kraftstoff und den erforderlichen Motorentyp geeignet sein.

(c) Die Lageranordnung und der Kolben

Die Lager 14 und 15 ermöglichen eine geradlinige Schwingbewe­ gung des Kolben-Magnetsystems. Sie entlasten die Kolbenringe fast ganz von ihrer "Lagerfunktion" und ermöglichen es, daß der Kolben aus geeigneteren Materialien hergestellt werden kann. Die Kolbenringe können nun hauptsächlich für die Dich­ tungsfunktion verwendet werden. Unter diesen Bedingungen sind die an die Kolbenringabnutzung und -schmierung gestellten Er­ fordernisse verringert, wodurch höhere Zylinderdrücke und -temperaturen zugelassen werden können, um einen höheren thermodynamischen Wirkungsgrad und einen zuverlässigeren Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erzielen.

(d) Der Stellungs-/Geschwindigkeits-/ Beschleunigungsanzeiger

Ein Stellungs-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsanzeiger 18 ist wirkmäßig mit der Kolbenstange 3 verbunden und liefert dem Computer 19 praktisch sofort Informationen über die Stel­ lung, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Kolbens 10 als eine Funktion der Zeit und als eine Funktion seiner Stellung bezüglich des Zylinders 11. In der Praxis kann ein genauer Stellungsanzeiger ausreichend sein. Der Computer 19 sollte einen genauen Taktgeber beinhalten und kann so programmiert sein, daß er die Stellungsdaten zweimal differenziert, einmal um die Geschwindigkeitswerte zu liefern und das zweite Mal um die Beschleunigungswerte zu erzeugen. Der Anzeiger kann eine elektro-optische Vorrichtung ähnlich einer solchen, wie sie bei Schallplattenspielern verwendet werden, sein, oder er kann eine elektronische Vorrichtung sein, wie z. B. ein Hohl­ raumresonator oder ein kapazitiver Stellungsanzeiger.

Zusätzliche Daten (soweit sie erforderlich sind) von verschie­ denen Teilen des Systems (Leistung, Drehmoment- und Geschwin­ digkeitsbedarf, Ventilbewegung und dergleichen, wobei ver­ schiedene Anzeiger (nicht dargestellt) je nach Bedarf verwen­ det werden) werden auch in den Computer 19 eingegeben. Aus diesen Informationen kann der Computer die erforderliche Hub­ länge, die Frequenz der Hin- und Herbewegung, das Kompressions­ verhältnis, den Zündzeitpunkt, den Kraftstoff- und Luftbedarf, die Ventilbewegung und dergleichen berechnen, um den Motor unter den gewünschten Bedingungen auf eine optimale Art und Weise zu betreiben.

Die Überwachung und Steuerung der Kolbenstellung und -geschwin­ digkeit relativ zu dem Zylinder und relativ zu dem Zündzeit­ punkt ermöglicht eine bessere "Impedanzanpassung" bei der Übertragung der in dem Zylinder erzeugten thermischen Energie an den Kolbenmotor/-generator (wobei die scharfe Spitze in den Druck/Volumendiagrammen, welche die thermodynamischen Prozesse in dem Zylinder darstellen, verringert und verbrei­ tert wird). Die Kraft zum Bewegen des Kolbens 10 durch die optimalen Stellungen im Zylinder 11 als Funktion der Zeit wird durch elektrische Energie, die in einigen der Motor/ -generatorwindungen (die für diesen Zweck bestimmt sind) ge­ speichert ist, und/oder einen separaten elektrischen Energie­ speicherinduktor (nicht dargestellt) sowie (zu einem großen Teil) von der Energie, die durch die Verbrennung erzeugt wird, bereitgestellt.

(e) Der Computer

Um die erforderlichen Berechnungen und Funktionen, insbesonde­ re diejenigen, welche die Bestimmung der Stellung und der Geschwindigkeit des Kolbens 10 betreffen, auszuführen, ist ein schneller Computer 19 mit einem relativ großen Speicher erfor­ derlich. Nachdem aber die Merkmale eines Motors während der Konstruktions- und Entwicklungsphase bestimmt wurden, können Funktionsprotokolle entwickelt werden, um den Computer von vielen seiner anfänglichen Aufgaben und Berechnungen zu ent­ lasten. Wenn z. B. die charakteristischen Merkmale der Kolben­ bewegung in dem Zylinder für einen bestimmten Motor und für bestimmte Betriebsbedingungen einmal bestimmt sind, ist es nicht notwendig, die genaue Stellung, Geschwindigkeit und Be­ schleunigung an Tausenden von Punkten während eines Hubs zu bestimmen. Vielmehr können die Informationen, die während experimenteller Läufe erhalten wurden, dazu verwendet werden, eine Gleichung (mathematisches Modell) zu entwickeln, welche die Kolbenbewegung beschreibt, die zusammen mit viel weniger Datenpunkten den Computer in die Lage versetzt, die Optimie­ rungsvorgänge durchzuführen. Außerdem müssen die Optimierungs­ vorgänge nicht nach einem Hub beendet sein, sondern können durch aufeinanderfolgende immer besser werdende Annäherungen, während der Motor über Hunderte von Hüben läuft, entwickelt werden. Die Entwicklung solcher Modelle und Protokolle ermög­ licht die Verwendung eines ziemlich kostengünstigen Bordcom­ putersystems für Produktionsmodelle.

(f) Anlassermotor und Getriebe

Bei einer ordentlichen Wandlerkonstruktion (spezieller Linear­ motor/-generator) ist ein herkömmlicher Anlassermotor nicht unbedingt erforderlich; vielmehr kann Strom von der Speicher­ batterie durch die Wicklungen des Joches 16 geleitet werden, um die Magnet-Kolbeneinheit in den Zylinder (Motorbetrieb) zu stoßen, um das Kraftstoffluftgemisch für eine erste Zündung zu komprimieren.

Um die ganze verfügbare Energie, die durch die Verbrennung er­ zeugt wird, herauszuziehen, wobei ein Magnet von mittelmäßiger Größe verwendet wird, kann ein Mehrpoljoch 16A (Fig. 2), (oder Mehrpolmagnet und Mehrpoljoch) verwendet werden. Bei tatsächlichen Motoren wird das Mehrpoljoch einem Mehrpol­ motor/-generator entsprechen.

Die richtige Wandlerkonstruktion ermöglicht eine ordentliche Impedanzanpassung (als Funktion der Zeit) zwischen der Energie­ quelle und der Belastung durch computergesteuertes Umschalten der richtigen Anzahl von Wandlerwindungen (Parallel- und Reihenschaltungen) in die geeigneten Verbindungen mit der Belastung und der Batterie und möglicherweise zusätzlichen elektrischen Energiespeichervorrichtungen (Induktionsspule oder herkömmlicher Motor/Generator) als Funktion des Lastbe­ darfs. Dieses System ermöglicht im wesentlichen ein stufenlos veränderbares automatisches Getriebe. Die richtige Wandler­ konstruktion wird es auch dem Computer 19 ermöglichen, den Motor mit einer optimalen Geschwindigkeit bei maximalem Wir­ kungsgrad und minimaler Umweltverschmutzung zu betreiben. Bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen braucht die Geschwindig­ keit nicht geändert werden, da ja der zusätzliche Leistungs­ bedarf, der an den Elektromotor (Motoren) (nicht dargestellt) gestellt wird (d. h. zum Beschleunigen oder für Bergfahrten) , durch die Batterie geliefert werden kann, während die erzeugte überschüssige Energie (wenn für ein grünes Licht gewartet wird oder bei einer Bergabfahrt) dazu verwendet werden kann, die Batterie zu laden. Wenn nur wenig Überschußenergie (Über­ schußspannung) verfügbar ist, kann der Computer 19 (der jede Zelle der Batterie überwacht) diese Überschußenergie selektiv einer bestimmten Zelle (oder Zellen) zuführen, die sie am meisten braucht.

Die Zellen der Batterie (nicht dargestellt) können auch wäh­ rend des Bremsens geladen werden. Wenn die Bremsen angelegt werden, können die elektrischen Antriebsmotoren in den elek­ trischen Generatorbetrieb umgeschaltet werden, um einiges oder alles von dem Drehmomentbedarf für das Bremsen bereit­ zustellen und gleichzeitig Elektrizität zu erzeugen, die in der Batterie gespeichert werden kann.

(g) Motorausführung (Schwingungsverminderung)

In seiner elementaren Form (Fig. 1) würde der Einkolbenmotor ein nicht akzeptables Maß an Schwingungen erzeugen. Wenn je­ doch zwei solcher Systeme entlang einer gemeinsamen Achse an­ geordnet werden, um einen Modul (z. B. mit den Zylinderköpfen an entgegengesetzten Enden) zu bilden, und genau entgegen­ gesetzt betrieben werden, wobei die Zündzeitpunktsteuerung synchronisiert ist (so daß die Bewegung des einen Kolbens genau das Spiegelbild des anderen ist), können Schwingungen auf ein vernachlässigbar kleines Niveau vermindert werden. In dieser Ausführung können die beiden Kolben ihre Eingabe auch in einen gemeinsamen Motor/Generator machen, wenn er für diesen Zweck ausgebildet ist.

Andere schwingungsfreie Anordnungen sind auch möglich. Zum Beispiel können vier Einzelkolbeneinheiten (zwei Seite an Seite und die beiden anderen symmetrisch über den beiden ersten angeordnet) angeordnet werden, um einen schwingungs­ freien Modul zu schaffen. In diesem Fall würden die beiden zueinander entgegengesetzten Einheiten im Einklang und genau um 180° außer Phase mit den beiden anderen Einheiten arbeiten. Diese Anordnung führt zu einem Motor, der kürzer ist, als es bei einer Anordnung Ende an Ende möglich ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) sind zwei Kolben 10A und 10B an einem Motor/Generator (Wandler wie in Fig. 2) durch Inline-Pleuelstangen 13 befestigt, um die Anzahl der Wandler zu verringern und um eine längere (verbes­ serte) mechanische Halterung für die Kolbeneinheiten zu er­ halten. Diese Kolben greifen in entgegengesetzten Zylindern 11A und 11B, wie gezeigt, an. Zwei (oder vier) solcher Ein­ heiten (die auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben angeordnet sind) sind für die Einzelkolbeneinheiten erforder­ lich, um einen schwingungsfreien Modul zu bilden, und die Module können in jeder beliebigen Anzahl entsprechend den im Einsatz erwarteten Leistungserfordernissen aneinandergereiht werden.

(h) Mehrkraftstoffbetrieb

Die Computersteuerung der Motorparameter ermöglicht auch einen leichten und angenehmen Mehrkraftstoffbetrieb. Diese Erfindung ermöglicht die Verwendung von programmierten Com­ puterprotokollen, die am Armaturenbrett ausgewählt werden können, um die verschiedenen Kraftstoffe wie Gasohol, Propan, Erdgas, Methanol usw. sowie Benzin berücksichtigen zu können. In Gebieten, in denen Erdgas billig ist, könnte ein Niederdruck­ tank von einem Haushaltsanschluß gefüllt werden (siehe schema­ tische Eingangssignale 19A und Ausgangssignale 19B).

(i) Betriebsverfahren

In ihrer einfachsten Form und als Viertaktottomotor kann die Einheit (Fig. 1) wie folgt betrieben werden. Der Motor/Gene­ rator oder Wandler 12, 16, 17 (im Motorbetrieb) nimmt Strom von der Batterie auf, um den Kolben 10 in den Zylinder 11 zu bewegen, wobei er die Verbrennungsprodukte ausstößt (der Aus­ laßhub kann länger als der Kompressionshub sein, um die maximale Menge an Verbrennungsprodukten auszustoßen und somit den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen). Er bewegt dann den Kolben in die entgegengesetzte Richtung (nicht unbedingt durch seinen Maximalhub), wenn sich das Einlaßventil (nicht dargestellt) öffnet, um den Zylinder 11 mit einer verbrennbaren Mischung zu füllen. Der Motor/Generator bewegt dann den Kolben 10 zurück in den Zylinder 11, um die Mischung zu komprimieren, die im richtigen Augenblick gezündet wird, und der Motor/Gene­ rator und der Verbrennungsdruck können (falls erforderlich) vorübergehend zusammenwirken, um den Kolben aus dem Zylinder herauszubewegen, um ihm eine große Anfangsgeschwindigkeit zu geben (und infolgedessen die Zeit zu verringern, während der die höchsten Temperaturen und Drücke in dem Zylinder herrschen).

Wenn sich der Kolben auswärts bewegt, kehrt der Motor/Genera­ tor ganz in den Generatorbetrieb zurück, wobei er Energie er­ zeugt, die den Antriebsmotoren (nicht dargestellt) zugeführt und/oder in der Batterie (nicht dargestellt) gespeichert wird. Ein Teil dieser Energie kann auch in einem elektrischen Induk­ tor (nicht dargestellt) und/oder in induktiven Windungen des Motors/Generators oder in Form von kinetischer Energie in den Antriebsmotoren gespeichert werden, die sie zurückführen kön­ nen, wenn sie in den Generatorbetrieb umgestellt sind, oder ein separater herkömmlicher Motor/Generator (nicht dargestellt) kann für eine kurzzeitige Speicherung von Energie in Form von kinetischer Energie verwendet werden. Am Ende des Kolbenkraft­ hubes bewegt der Motor/Generator (im Motorbetrieb) den Kolben 10 nun in den Zylinder, um die Verbrennungsprodukte auszustoßen, und bewegt ihn in die entgegengesetzte Richtung, um den Zylin­ der 11 mit der brennbaren Mischung zu füllen, und komprimiert dann diese Mischung für die Verbrennung wieder. Bei diesen letzten drei Vorgängen kann der Motor/Generator Energie von der Batterie aufnehmen. Es ist jedoch besser, sie von einem getrenn­ ten Speichersystem für elektrische Energie zu nehmen, weil diese Systeme so konstruiert werden können, daß sie nur wenig Energie während eines Umlaufes verlieren. Induktive Energie­ speichersysteme können einen Wirkungsgrad von 99% während eines Umlaufes haben, während Batteriespeicherung und -entlee­ rung 10% bis 20% der für diese drei Vorgänge erforderlichen Energie vernichten können. Schließlich tritt die Verbrennung auf, um einen weiteren Krafthub zu erzeugen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die kurzzeitige elektrische Energiespeiche­ rung dieselbe Rolle wie ein Schwungrad bei dem mehr herkömmli­ chen Motor spielt, daß sie aber nicht in der gleichen Weise wie das mechanische Schwungrad beschränkt ist, das über kurze Intervalle eine beinahe konstante Winkelgeschwindigkeit haben muß und den Kolben einer mechanischen bestimmten Geschwindig­ keit (als Funktion der Stellung in dem Zylinder) und einer konstanten Hublänge für alle Teile des Umlaufes aussetzt.

Konstruktionsbetrachtungen

Die maximale Geschwindigkeit eines herkömmlichen Motors ist durch die Masse der Kolben-Pleueleinheit begrenzt. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine ähnliche Begrenzung durch die Masse der Kolben-Pleuel-Magneteinheit auferlegt. Die ge­ schätzte maximale Geschwindigkeit kann an einem einfachen Modell (in bezug auf Fig. 3) erhalten werden, bei dem ange­ nommen wird, daß die durch Verbrennung erzeugte Energie ganz in die kinetische Energie der Kolben-Magnet-Einheit während der ersten Hälfte des Hubes umgewandelt wird und daß während der zweiten Hälfte diese kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Unter Annahme eines Durchschnitts­ druckes [P] psia (absoluter Druck in Pfund je Quadratzoll) im Zylinder 11A von Fig. 3 mit einer Querschnittsfläche A in sq. in. (Quadratzoll) beträgt die Durchschnittskraft F = A[P] lb (Pfund). Wenn das Gewicht der beiden Kolben, der Pleuelstange und des Magnets w ist, dann ergibt sich aus Newtons zweitem Gesetz

und die Durchschnittsbe­ schleunigung des Kolbens ist

Bei dieser Beschleunigung tritt eine halbe Hublänge s in der Zeit t auf, wobei s = 1/2[a]t² ist

Wenn wir eine halbe Hublänge von 4 in. (Zoll), ein Gewicht w = 16 lb (Pfund), (wobei zwei Kolben zusammen mit einer Pleuel­ stange 5 lb (Pfund) wiegen und der Magnet 11 lb (Pfund) wiegt) und A = 12,6 sq. in. (Quadratzoll) (für einen Kolbendurchmesser von 4 in. (Zoll)) und [P] = 500 psia annehmen, erhalten wir t = 7,3 × 10^-3 s. Der zweite Teil des Hubes, in dem Energie auf den Motor/Generator übertragen wird und das Kraftstoff­ luftgemisch im Zylinder 11A komprimiert wird, beansprucht un­ gefähr dieselbe Zeit. Die Gesamtzeit des ersten vollständigen Hubes ist ungefähr 1,5 × 10^-2 s.

Bei dem Zweitaktbetrieb wiederholt die Verbrennung im Zylinder 11B den oben beschriebenen Vorgang, wobei die Kolben-Magnet- Einheit zurück in den Zylinder 11A gebracht wird, um eine Kraftstoffluftladung zu komprimieren. Jeder Zylinder kann daher bis zu 66 mal pro Sekunde oder 4000 mal pro Minute (das entspricht 4000 U/min für einen herkömmlichen Zweitakt­ motor) zünden.

Für einen Viertaktbetrieb wiederholt die Verbrennung im Zylin­ der 11B den ersten vollständigen Hub mit der Ausnahme, daß, wenn nun der Kolben 10A sich in Richtung auf den Zylinder 11A bewegt, er Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder 11A ausstößt. Für den Rückwärtshub (um Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder 11B auszustoßen) muß Leistung der Batterie oder anderen elek­ trischen Energiespeichereinheiten entnommen werden, um den Motor/Generator im Motorbetrieb zu betreiben und den Kolben 10B in den Zylinder 11B zu bewegen. Um den Kolben 10B in den Zylinder 11B so schnell wie möglich zu bringen, muß die Lei­ stungsausgabe des Motorbetriebs gleich der in den Generator im vorausgehenden Hub eingegebenen Leistung sein, und der Motor sollte über die Hälfte des Hubs arbeiten (ungefähr 7,3 × 10^-3 s), um der Kolben-Magnet-Einheit eine große Ge­ schwindigkeit (große kinetische Energie) zu geben. Während des zweiten Teiles des Hubes muß diese kinetische Energie dadurch entnommen werden, daß der Linearmotor/-generator in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird. Ein zweiter derarti­ ger Schritt ist erforderlich, um den Kolben 10A in den Zylin­ der 11A zurückzubewegen, um eine Kraftstoffluftladung zu komprimieren. Während dieser beiden Schritte arbeiten der Motor/Generator und die Batterie (oder der elektrische Speicherinduktor) in elektrischer Analogie zu dem mechani­ schen Schwungrad eines herkömmlichen Motors. Bei dem Vier­ taktbetrieb zündet jeder Zylinder mit einer maximalen Rate von fast 2000 mal pro Minute (das entspricht 4000 U/min für einen herkömmlichen Viertaktmotor). Bei einem tatsächlichen Motor wird es von Vorteil sein, die Leistung unmittelbar nach der Zündung zu entnehmen (um dadurch die maximale Ge­ schwindigkeit des Kolbens zu verringern).

Das Vorstehende ist eine Analyse für den schlimmsten Fall, wobei große Zylinder mit einem langen Hub verwendet werden. Für kleinere Komponenten, die höhere Drücke tolerieren (da die auf die Zylinderwände aufgebrachte Kraft das Produkt aus Druck und Fläche ist) und für die die Hublänge und die Gewichte verringert sind, kann die Umlaufgeschwindigkeit beträchtlich erhöht werden (dies entspricht einer höheren Drehzahl U/min bei herkömmlichen Motoren). Wenn z. B. in einem System, bei dem die halbe Hublänge 2 in. (Zoll) ist, das Gewicht der Kolben, der Pleuelstange und des Magnets 8 lb (Pfund) und der Druck 2000 psia ist, verringert sich die Zeit t für einen hal­ ben Hub auf 1,8 ms (dies entspricht 16 000 U/min bei einem herkömmlichen Motor). Ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb ist vorteilhaft, weil die Leistungsausgabe pro Motorgewichtseinheit erhöht ist und besonders weil bei höheren elektrischen Fre­ quenzen ein kleinerer Eisenkern in den Motor/Generator sowie in den Antriebsmotoren verwendet werden kann.

Zusammenfassung

Diese Erfindung ist das Ergebnis der strategischen Kombination von Faktoren einschließlich einer mechanischen und elektro­ magnetischen Konstruktion und Computersteuerung auf eine Weise, die einen einzigartigen optimierten Motor schafft. Jeder dieser Faktoren stellt eine vorhandene oder gegenwärtig mög­ liche Technologie dar und deshalb liegt die Erfindung inner­ halb des Bereichs der heutigen Technik. Das Wesen dieser Er­ findung ist die einzigartige Kombination der zum Herstellen eines anpassungsfähigen optimierten Motors erforderlichen Faktoren.

Es ist offenbar schwierig, genaue numerische Werte für Größen wie den Wirkungsgrad eines Motors und den Grad der Umweltver­ schmutzung, den er erzeugen könnte, zu erbringen, insbesondere wenn der Motor auf verschiedenen Wegen konstruiert ist, um verschiedene Ziele zu erreichen, und wenn er unter verschiede­ nen Bedingungen betrieben wird. Es ist jedoch möglich, quali­ tativ festzulegen, daß die Erfindung an dem herkömmlichen Motor verbessert.

• 1. Die sehr einfache mechanische Konstruktion mit nur einem beweglichen Teil pro Zylinder in der Kraftübertragung und die einfache geradlinige Bewegung ermöglichen eine sehr steife Halterung mit einem Minimum an Reibung. Dieser Aspekt zusam­ men mit einem praktisch schwingungslosen Modul ermöglicht einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb, der zu folgendem führt:
• a) einer höheren Leistungsabgabe pro Motorgewichtseinheit,
• b) geringen Produktionskosten,
• c) hoher Zuverlässigkeit,
• d) übermäßig ruhigem und schwingungslosem Betrieb,
• e) geringem Schmierungsbedarf,
• f) geringem Kühlbedarf,
• g) keinem Rütteln und keinem Spiel.
• 2. Die genaue Überwachung und Steuerung der Kolbenbewegung, die zeitliche Steuerung usw. sowie die zusätzliche Energie­ speicherung und der elektromagnetische Antrieb führen zu fol­ gendem:
• a) einem Motor mit einem stufenlosen veränderbaren Kompressions­ verhältnis,
• b) einem Motor mit einer stufenlos veränderbaren Zeitsteuerung usw.,
• c) einem Motor, der Energierückgewinnung z. B. beim Bremsen, Warten auf grünes Licht usw. gestattet und der mit einer optimalen Geschwindigkeit unter sich ändernden Bedingungen arbeiten kann.

Unter herkömmlichen Betriebsbedingungen (konventionelles, beinahe stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis, konventionel­ les Kompressionsverhältnis (ungefähr 8 : 1), konventionelles Benzin oder Dieselkraftstoff) erwarten wir keine beträchtliche Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades (d. h. über 10% oder 15%)über den eines modernen gut konstruierten Motors, der gut abgestimmt ist und mit seiner optimalen Geschwindigkeit arbeitet. Bei den meisten Anwendungsfällen und insbesondere im automobilen Bereich sind die Motoren jedoch oft nicht gut eingestellt und arbeiten im allgemeinen mit Geschwindigkeiten, die weit vom Optimum entfernt sind (wie durch die Tatsache veranschaulicht wird, daß der Benzinwirkungsgrad im Stadt­ verkehr viel geringer als beim Autobahnfahren ist). Deshalb kann man auf der Grundlage der Faktoren 2a), 2b) und 2c) und unter praktischen Betriebsbedingungen erwarten, daß der vorge­ schlagene Motor aufgrund seiner beispiellosen Anpassungsfähig­ keit eine Verbesserung im Kraftstoffwirkungsgrad im Bereich von 30 bis 60% über den konventioneller Motoren erbringen wird. Außerdem kann eine zusätzliche Verbesserung in der Übertra­ gung von Energie von dem Motor an die Antriebsmotoren in der Größenordnung von 10 bis 20% durch die Ausschaltung eines mechanischen Übertragungs- und Antriebsgetriebes und durch die optimierte Impedanzanpassung zwischen dem Motor und den Antriebsmotoren erzielt werden.

Unter neuen (nicht konventionellen) Betriebsbedingungen kann der thermodynamische Wirkungsgrad dieses Motor es zweimal so hoch wie der eines herkömmlichen Motores (d. h. ungefähr 60% im Vergleich zu 30% für einen herkömmlichen Motor) sein. Nicht konventionelle Betriebsbedingungen beinhalten die Ver­ wendung von hohen Kompressionsverhältnissen im Bereich von 15 : 1 bis 25 : 1, mageren Kraftstoffluftverhältnissen im Bereich von 40% bis 80% des stöchiometrischen Kraftstoffluft­ verhältnisses und die Verwendung von speziellen Kraftstoffen. Dieser Anspruch wird durch die Kraftstoffluftumlaufdaten, die von Charles Taylor (in The Internal-Combustion Engine in Theory and Practice, Seiten 2 und 3, 1974, M.I.T. Press) an­ gegeben sind, begründet, die zeigen, daß thermodynamische Wirkungsgrade bis zu 64% erhalten werden können.

Da spezielle Kraftstoffe nicht in großen Mengen kurzfristig eingeführt werden können, müssen Kompromißlösungen unter Ver­ wendung von Benzin gefunden werden. Eine Vorbrennkammer (nicht dargestellt) kann verwendet werden, die ihr eigenes Miniatur­ einlaßventil hat, um eine kleine Menge einer reichen Mischung in der Nähe der Zündkerze zu liefern.

Auf ähnliche Art und Weise können die Anpassungsfähigkeit und die Computersteuerungsaspekte dieser Erfindung dazu verwendet werden, den Umweltschutz zu verbessern. Der effektivste Weg zum Verringern der Kohlendioxidemission (um ungefähr 70% bis 80%) besteht darin, den gesamten Kraftstoffwirkungsgrad wie oben beschrieben zu verbessern und Kraftstoffe wie Erdgas (das ein höheres Verhältnis von Wasserstoff- und Kohlenstoff­ atomen enthält) zu verwenden und dadurch ein höheres Verhält­ nis der thermischen Energieausgabe zu der Kohlendioxidemis­ sion zu schaffen. Die Schwefeldioxidemission kann auch durch die Verwendung von sauberen Kraftstoffen wie Propan oder Erd­ gas, die wirksam gereinigt wurden, stark verringert werden. Die Stickoxidemission kann durch eine bessere Temperatur­ steuerung verringert werden, um ein besseres Temperaturprofil (Vermeidung von scharfen Spitzen) während und kurz nach der Zündung zu erhalten. Bei Motoren mit hoher Kompression können diese Temperaturen beträchtlich durch die Verwendung von ma­ geren Kraftstoffluftverhältnissen verringert werden. Magere Kraftstoffluftverhältnisse verringern natürlich die Leistung eines Motors. Da jedoch der vorgeschlagene Motor in der Lage ist, mit sehr hohen Geschwindigkeiten betrieben zu werden, kann seine Gesamtleistung immer noch hoch bleiben.

Das Vorstehende stellt eine kurze Analyse und Beschreibung der Verbesserungen, die sich aus der hier beschriebenen Erfindung ergeben, dar. Viele andere Verbesserungen und Vorteile werden sich für den auf diesem Gebiet der Erfindung tätigen Fachmann ergeben.

Claims (5)

1. Hybridmotor mit einem Verbrennungsmotor, der mindestens einen Zylinder, einen darin hin- und herbeweglichen Kolben, eine Kraftstoff- und Lufteinlaßeinrichtung, die mit dem Zylin­ der wirkmäßig verbunden ist, eine Einrichtung zum Ausstoßen der Gase aus dem Zylinder und eine Quelle zum Zünden des Kraft­ stoff-Luft-Gemisches, die auch mit dem Zylinder wirkmäßig ver­ bunden ist, eine Pleuelstange, die mit ihrem einen Ende an dem Kolben befestigt ist und mit ihm entlang einer gemeinsamen Achse hin- und herbewegbar ist, und eine Lagereinrichtung auf­ weist, die an einer Tragstruktur zum Abstützen der Pleuelstan­ ge für die Hin- und Herbewegung angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Wandler (12, 16, 17; 20) in Form eines Lineargenerators vorgesehen ist, der einen Magnet (12), der an der Pleuelstange (13) wirkmäßig befestigt und mit ihr hin- und herbewegbar ist, und eine Joch- und Wicklungskombination (16, 16A, 17) aufweist, die an der Tragstruktur (S) ortsfest und in Wirkverbindung mit dem Magnet (12) angeordnet ist, daß auch ein Stellungsanzeiger (18) an der Tragstruktur (S) ange­ ordnet und wirkmäßig mit der Pleuelstange (13) zum Anzeigen der Stellung, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Pleuel­ stange (13) als eine Funktion der Zeit in ausgewählten Orten und/oder Zeitabschnitten verbunden ist und daß eine Computer­ einrichtung (19) wirkmäßig mit dem Stellungsanzeiger (18) und dem Motor verbunden ist, um die Betriebscharakteristika des Motors in Abhängigkeit von den erforderlichen Betriebspara­ metern in jedem gegebenen Zeitrahmen des Betriebs zu steuern.

2. Hybridmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsanzeiger (18) den Betrieb der zugeordneten Kraftstoff- und Lufteinlaßeinrichtung und der Zündeinrichtung steuert.

3. Hybridmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Joch- und Wicklungskombination (16, 16A, 17) die Pleuelstange (13) umgibt, wobei der Magnet (12) innerhalb der Joch- und Wicklungskombination (16, 16A, 17) hin- und her­ bewegbar ist.

4. Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wandler (12, 16, 17; 20) einen Linearmotor/-generator umfaßt, wobei der Computer (19) auch den Wandler (12, 16, 17; 20) zwischen seinem Betrieb als elektri­ scher Generator während eines Teiles des Umlaufs des Kolbens (10, 10A, 10B) und der Pleuelstange (13), wie z. B. während ihres Krafthubes, und als Elektromotor während des Rests des Umlaufs des Kolbens (10, 10A, 10B) und der Pleuelstange (13) steuert.

5. Hybridmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mindestens ein Paar Zylinder (11A, 11B), die entlang einer gemeinsamen Achse voneinander beabstandet sind und sich gegenüber liegen, eine Pleuelstange (13), einen Kolben (10A, 10B), der an jedem Ende der Pleuelstange (13) befestigt ist, wobei jeder Kolben in einem der Zylinder (11A, 11B) entlang einer gemeinsamen Achse hin- und herbewegbar ist, wobei der Wandler (20) im wesentlichen in der Mitte der Länge der Verbindungsstange (13) angeordnet ist.