WO2015176706A1 - Verfahren zur vorstartsynchronisierung entkoppelter teilmotoren einer brennkraftmaschine - Google Patents

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    • F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing an equidistant ignition sequence of a divided, operated according to the four-stroke principle internal combustion engine with a first engine with a first crankshaft and two cylinders each having a recorded on the first crankshaft piston and one of the first crankshaft associated flywheel and a second engine part with a second, rotatably drivable crankshaft and two cylinders, each with a piston displaced between a top dead center and a bottom dead center and a device for detecting and determining the rotational angle of the crankshafts at a predetermined, synchronizing the crankshaft locking position of the crankshaft, each associated with a crankshaft locking elements.
  • Generic internal combustion engines such as internal combustion engines are used for economical operation, in particular of motor vehicles.
  • the internal combustion engine is divided into two separate engine parts with separate crankshafts and camshafts, which can be decoupled in a partial load operation, a sub-engine and coupled again at full load.
  • a phase-selective connection by means of latching elements is provided at a predetermined latching position.
  • DE 10 2011 101 161 A1 a generic internal combustion engine and a method for controlling a synchronization of the two partial motors during operation is known.
  • DE 10 2012 206 476 A1 discloses a method for operating an internal combustion engine having two partial engines and their connection by means of a synchronizer clutch arranged between the crankshafts of the partial engines.
  • the object of the invention is to propose a method for synchronizing an internal combustion engine with a split crankshaft.
  • the proposed method is used to synchronize an equidistant ignition sequence of a divided, operated according to the four-stroke principle internal combustion engine before the start of this standing crankshafts.
  • the internal combustion engine operates on the four-stroke principle in
  • a first partial engine has a first crankshaft with an associated flywheel as master with two cylinders and pistons received on the first crankshaft.
  • the pistons are here on the same crank the
  • a single cylinder can be provided with a single piston.
  • a second sub-motor operated as a slave contains a second crankshaft, which is rotatably driven, for example, by a starter, electric motor or the like, preferably without flywheel and two cylinders whose pistons each move between a top dead center and a bottom dead center, on the second crankshaft received piston.
  • the pistons are in this case added to the same crank of the crankshaft.
  • a single cylinder can be provided with a single piston. The ignition of the cylinders of the two engine parts can be offset by 360 °.
  • encoders For detecting and determining the rotational angle of the crankshafts are corresponding encoders, such as incremental angle sensors or the like with associated
  • crankshafts are positively connected to one another by means of corresponding latching elements at a predetermined synchronous position such as latching position.
  • the two in the uncoupled state against each other rotatable crankshafts must be synchronized in a common operation on each other with respect to their individual function, for example, to a coordinated ignition angle.
  • a detent position is provided, which synchronizes the crankshafts at a predetermined angle to each other and rotationally connected.
  • the synchronization of the crankshaft is provided at the locking position before the start of the internal combustion engine by rotational drive of the second crankshaft with stationary first crankshaft.
  • the rotary actuator is a selectable, from the rotary actuator as
  • Electric motor initiated direction of rotation of a rotation of the second crankshaft depending on a differential angle of the locking elements to each other. It has been shown that by influencing the compression forces acting on displacement of the pistons in the cylinders a desired relative speed of the two Crankshaft is difficult to control when approaching the locking position, especially when a rotary drive with the lowest possible power to be used.
  • the direction of rotation of the crankshaft is provided depending on a falling in the differential angle dead center of the cylinder of the second part of the engine.
  • the second crankshaft can be rotated with its locking element directly in the direction of the locking element of the first crankshaft.
  • the second crankshaft can be rotated with its locking element over the bottom dead center in the direction of locking element of the first crankshaft.
  • the direction of rotation of the crankshaft can be specified depending on a predetermined angle of rotation threshold. This means that on reaching or exceeding the rotational angle threshold, the locking element of the first crankshaft can be approached via the bottom dead center and approached when falling below the rotational angle threshold above the top dead center.
  • the direction of rotation of the second crankshaft can be set as a function of a rotational angle of the angular positions of the locking elements relative to the top dead center.
  • the direction of rotation of the second crankshaft can be determined as a function of a locking element located before or after top dead center.
  • the proposed method relates to the coupling and synchronization of split crankshaft internal combustion engines by engaging the two crankshafts prior to starting / starting.
  • internal combustion engines should enable a demand-based shutdown of sub-engines, for example, by physically or completely disconnected two or four cylinders and switched on again when needed.
  • the connection takes place at a predetermined crankshaft angle position in order to obtain an equidistant ignition sequence after connection.
  • a lock is considered at a certain relative angular position.
  • the lock is open, for example, when the two partial motors are at a standstill.
  • the internal combustion engine such as internal combustion engine as a whole engine, for example, at a predetermined condition of a common start such as cold starts of the overall engine, this lock is closed and locked again at the locking position.
  • the two sub-motors are mutually adjusted so that the latching position reached as quickly as possible and when latching the lowest possible relative speed of the crankshaft is present.
  • the detection of the two crankshaft positions at standstill in a set rest position, the relative angle to be calculated therefrom and the relative speed in the case of a rotationally driven crankshaft takes place by means of a rotational angle detection which is known per se.
  • Prerequisite is a multi-cylinder internal combustion engine, such as a gasoline or diesel engine, in which a plurality of cylinders are physically separated and can be interconnected via a lock such as locking elements on the crankshaft of the engine part to form an overall engine. Both part motors are stopped according to the procedure. The relative speed of the two partial motors is low when locked to avoid noise and not wear the components. The synchronization such as locking at the locking position of the locking elements is very fast, that is, essentially without detectable for a driver deceleration at start.
  • the method serves for the rapid synchronization of the two partial motors to their latching position before starting the entire engine.
  • a first of the two partial engines can be regarded as the main engine such as master, whose first crankshaft has a flywheel.
  • the other, second, zuzuchade engine as a subordinate engine with a second crankshaft without flywheel serves as a slave. Due to the lower mass, the slave can be moved / accelerated faster by an electric starter.
  • the rotary drive of the crankshaft of the slave by means of an electric motor such as starter either in both directions to adjust the locking position, while the master is preferably not moved / displaced.
  • the proposed method is preferably used for the interconnection of internal combustion engines with two partial engines with two cylinders on the four-stroke principle, since a latching within 360 ° relative angle are provided here and no phase selection needs to take place.
  • a corresponding phase selection is provided for sub-engines with more than two cylinders per sub-engine.
  • angle of rotation threshold With a low compression ratio, the angle of rotation threshold can be shifted to larger angles of rotation, for example 20-30 °. At higher compression ratios, for example, angle of rotation thresholds smaller than or equal to 10 ° are proposed.
  • the synchronization time for a synchronized according to the proposed method internal combustion engine depends on the formation of the rotary drive such as electric motor.
  • the angle of rotation threshold is to achieve preferred short Synchroni sations doctrine before the start of the internal combustion engine, for example, depending on the compression ratio of the second part of the engine and the power or the torque of the electric motor, a cold start behavior, the inertia of the second part motor and the like designed.
  • the angular position B1 to B11 represent the latching position, to which by means of rotation of the second crankshaft the latching elements are displaced from the respective angular position A1 to A11, thus forming the positive connection between the two crankshaft positionally true and thus with respect to equidistant ignition sequences and phase-selective.
  • Figures 1 and 2 show the positions of the locking elements each on a divided by a vertical semicircle of the crank circle KW in a rotational angle ⁇ 1, a2 spaced apart, so that when the angular position A1, A2 of the crankshaft of the sub-motor slave to the angular position B1, B2 of the sub-motor master can be carried out without inclusion of a dead center UT or OT.
  • the crankshaft of the sub-motor slave is rotated directly in the direction of the arrows C1, C2.
  • the angular position A3, B3 in the upper half of the crank circle KW are the angular position A3, B3 in the upper half of the crank circle KW.
  • the shorter rotational angle a3 leads to the transfer of the angular position A3 to the angular position B3 via the top dead center OT.
  • the angle of rotation a3 is above a predetermined angle of rotation threshold and the angle position B3 lies within a rotational angle threshold to the top dead center OT.
  • the process sequence 3 therefore provides a direction of rotation of the second crankshaft in the direction of the arrow C3 over the bottom dead center UT.
  • the rotary drive can use the build-up rotational acceleration for bottom dead center UT in order to reach the angular position B3 after the bottom dead center UT with reduced energy.
  • the angular position A4 for an almost compressed cylinder is within a rotational angle threshold to the top dead center OT at a rotational angle lying outside a rotational speed threshold between the angular positions A4, B4.
  • the force of the rotary drive for overcoming the top dead center OT is low, so that a rotation of the second crankshaft for displacement of the angular position A4 on the angular position B4 via the top dead center OT in the direction of arrow C4.
  • FIGS. 5 and 6 show the process sequences 5, 6, in which the angle of rotation of the angle of rotation ⁇ 5, a6 between the angular positions A5, A6, B5, B6 is undershot, including the top dead center. Furthermore, the two rotational angle thresholds of the angular positions A5, A6, B5, B6 are undershot with respect to the top dead center OT, so that in each case in the direction of the arrows C5, C6, the angular positions A5, A6 are transferred to the angular positions B5, B6 via the top dead center OT.
  • the rotational angle threshold of the rotational angle a9 is exceeded in the method sequence 9, but the angle of rotation of the angular position A9 with respect to the top dead center OT is undershot, so that in both directions of the arrows C9, D a low-energy displacement of the locking element from the angular position A9 to the Angular position B9 is possible.
  • the selection of the direction of rotation can take place on the basis of other sequence conditions, for example the faster or the angular position B9 which can be achieved with a lower relative speed.
  • FIGS. 10 and 11 show the process sequences 10, 11 with a rotational angle a10 (FIG. 10) exceeding the rotational angle threshold between the angular positions A10, A11 and B10, B11 and a falling rotational angle a11 (FIG. 11), wherein the bottom dead center UT is in each case between the angular positions A10, A11 and B10, B11 included and the rotational angle thresholds of the angular positions A10, A11 and B10, B11 are exceeded with respect to the top dead center OT.
  • the transfer of the angular positions A10, A11 in the angular positions B10, B11 respectively in the direction of arrows C10, C11 via the bottom dead center UT.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung einer äquidistanten Zündfolge einer geteilten, nach dem Viertaktprinzip betriebenen Brennkraftmaschine mit einem ersten Teilmotor mit einer ersten Kurbelwelle und zwei Zylindern mit jeweils einem an der ersten Kurbelwelle aufgenommenen Kolben und einer der ersten Kurbelwelle zugeordneten Schwungmasse und einem zweiten Teilmotor mit einer zweiten, drehantreibbaren Kurbelwelle und zwei Zylindern mit jeweils einem zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerten Kolben und einer Einrichtung zur Erfassung und Bestimmung der Drehwinkel der Kurbelwellen an einer vorgegebenen, die Kurbelwelle synchronisiert festlegenden Einrastposition der Kurbellwellen mit jeweils einer Kurbelwelle zugeordneten Rastelementen. Um eine Ausbildung der Verbindung der Kurbelwellen mit kleinen Differenzwinkelgeschwindigkeiten verschleiß- und geräuscharm durchführen zu können, wird die Synchronisierung der Kurbelwellen an der Einrastposition vor dem Start der Brennkraftmaschine durch Drehantrieb der zweiten Kurbelwelle bei stehender erster Kurbelwelle und eine Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle abhängig von einem Differenzwinkel der Rastelemente zueinander vorgenommen.

Description

Verfahren zur Vorstartsynchronisierung entkoppelter Teilmotoren einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung einer äquidistanten Zündfolge einer geteilten, nach dem Viertaktprinzip betriebenen Brennkraftmaschine mit einem ersten Teilmotor mit einer ersten Kurbelwelle und zwei Zylindern mit jeweils einem an der ersten Kurbelwelle aufgenommenen Kolben und einer der ersten Kurbelwelle zugeordneten Schwungmasse und einem zweiten Teilmotor mit einer zweiten, drehantreibbaren Kurbelwelle und zwei Zylindern mit jeweils einem zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerten Kolben und einer Einrichtung zur Erfassung und Bestimmung der Drehwinkel der Kurbelwellen an einer vorgegebenen, die Kurbelwellen synchronisiert festlegenden Einrastposition der Kurbellwellen mit jeweils einer Kurbelwelle zugeordneten Rastelementen.
Gattungsgemäße Brennkraftmaschinen wie Verbrennungsmotoren dienen einem ökonomischen Betrieb insbesondere von Kraftfahrzeugen. Hierbei ist die Brennkraftmaschine in zwei voneinander getrennte Teilmotoren mit separaten Kurbel- und Nockenwellen geteilt, wobei in einem Teillastbetrieb ein Teilmotor abgekoppelt und im Volllastbetrieb wieder zugekoppelt werden kann. Zur Herstellung einer phasenselektiven, eine äquidistante Zündfolge sichernden Verbindung der Kurbelwellen der Teilmotoren ist an einer vorgesehenen Einrastposition eine phasenselektive Verbindung mittels Rastelementen vorgesehen.
Aus der DE 10 2011 101 161 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer Synchronisation der beiden Teilmotoren während des Betriebs bekannt. Die DE 10 2012 206 476 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei Teilmotoren und deren Verbindung mittels einer zwischen den Kurbelwellen der Teilmotoren angeordneten Synchronkupplung.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine mit geteilter Kurbelwelle vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens des Anspruchs 1 wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Synchronisierung einer äquidistanten Zündfolge einer geteilten, nach dem Viertaktprinzip betriebenen Brennkraftmaschine vor dem Start dieser bei stehenden Kurbelwellen. Die Brennkraftmaschine arbeitet nach dem Viertaktprinzip in
Bestätigungskopie Form eines Otto- oder Dieselmotors und verfügt über zwei miteinander phasenselektiv koppelbaren Teilmotoren. Hierbei weist ein erster Teilmotor eine erste Kurbelwelle mit einer zugeordneten Schwungmasse als Master mit zwei Zylindern und auf der ersten Kurbelwelle aufgenommenen Kolben auf. Die Kolben sind hierbei auf derselben Kröpfung der
Kurbelwelle aufgenommen. Desweiteren kann ein einziger Zylinder mit einem einzigen Kolben vorgesehen sein. Ein zweiter als Slave betriebener Teilmotor enthält eine zweite, beispielsweise von einem Anlasser, Elektromotor oder dergleichen drehantreibbare Kurbelwelle bevorzugt ohne Schwungmasse und zwei Zylinder, deren Kolben jeweils zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerten, an der zweiten Kurbelwelle aufgenommenen Kolben. Die Kolben sind hierbei auf derselben Kröpfung der Kurbelwelle aufgenommen. Desweiteren kann ein einziger Zylinder mit einem einzigen Kolben vorgesehen sein. Die Zündung der Zylinder der beiden Teilmotoren kann jeweils um 360° versetzt erfolgen.
Zur Erfassung und Bestimmung der Drehwinkel der Kurbelwellen sind entsprechende Geber, beispielsweise Inkrementalwinkelsensoren oder dergleichen mit zugehörigen
Auswerteeinrichtungen vorgesehen, so dass die Stellung der Kurbelwellen im Stillstand und während einer Synchronisierung der Kurbelwellen vor dem Start der Brennkraftmaschine in ausreichender örtlicher und zeitlicher Auflösung zur Verfügung stehen. Die Kurbelwellen werden mittels entsprechender Rastelemente an einer vorgegebenen Synchronposition wie Einrastposition miteinander formschlüssig verbunden.
Die beiden im abgekoppelten Zustand gegeneinander verdrehbaren Kurbelwellen müssen bei einem gemeinsamen Betrieb aufeinander bezüglich ihrer Einzelfunktion beispielsweise auf einen aufeinander abgestimmten Zündwinkel synchronisiert werden. Hierzu ist eine Rastposition vorgesehen, die die Kurbelwellen an einem vorgegebenen Winkel zueinander synchronisiert und drehschlüssig verbindet. Zur Vorstartsynchronisierung der Kurbelwellen bei stillstehenden Teilmotoren mit bekanntem Drehwinkel der beiden Rastelemente, beziehungsweise deren Winkelpositionen bei stehender Brennkraftmaschine gegeneinander wird die Synchronisierung der Kurbelwellen an der Einrastposition vor dem Start der Brennkraftmaschine durch Drehantrieb der zweiten Kurbelwelle bei stehender erster Kurbelwelle vorgesehen. Hierbei wird eine auswählbare, von dem Drehantrieb wie
Elektromotor eingeleitete Drehrichtung einer Verdrehung der zweiten Kurbelwelle abhängig von einem Differenzwinkel der Rastelemente zueinander vorgesehen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch Beeinflussung der bei Verlagerung der Kolben in den Zylindern wirksamen Verdichtungskräfte eine erwünschte Relativgeschwindigkeit der beiden Kurbelwellen bei einer Annäherung an die Einrastposition schwer zu kontrollieren ist, insbesondere wenn ein Drehantrieb mit möglichst geringer Leistung verwendet werden soll.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Drehrichtung der Kurbelwelle abhängig von einem in den Differenzwinkel fallenden Totpunkt der Zylinder des zweiten Teilmotors vorgesehen. Hierbei kann bei einem Differenzwinkel der Winkelpositionen ohne Einschluss eines Totpunkts die zweite Kurbelwelle mit ihrem Rastelement direkt in Richtung des Rastelements der ersten Kurbelwelle verdreht werden. Bei einem Differenzwinkel der Winkelpositionen mit Einschluss des unteren Totpunkts kann die zweite Kurbelwelle mit ihrem Rastelement über den unteren Totpunkt in Richtung Rastelement der ersten Kurbelwelle verdreht werden. Bei einem Differenzwinkel mit Einschluss des oberen Totpunktes kann die Drehrichtung der Kurbelwelle abhängig von einer vorgegebenen Drehwinkelschwelle vorgegeben werden. Die bedeutet, dass bei Erreichen oder Überschreiten der Drehwinkelschwelle das Rastelement der ersten Kurbelwelle über den unteren Totpunkt angefahren und bei Unterschreiten der Drehwinkelschwelle über den oberen Totpunkt angefahren werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle abhängig von einem Drehwinkel der Winkelpositionen der Rastelemente gegenüber dem oberen Totpunkt einzustellen. Hierbei kann die Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle abhängig von einem vor oder nach dem oberen Totpunkt liegenden Rastelement festgelegt werden.
Mit anderen Worten betrifft das vorgeschlagene Verfahren die Kopplung und Synchronisierung von Verbrennungsmotoren mit geteilten Kurbelwellen durch Einrastung der beiden Kurbelwellen vor dem Starten/Anlassen. Hierbei sollen Verbrennungsmotoren eine bedarfsgerechte Abschaltung von Teilmotoren ermöglichen, indem beispielsweise zwei oder vier Zylinder physikalisch komplett abgetrennt und bei Bedarf wieder zugeschaltet werden. Die Zu- schaltung erfolgt an einer vorgegebenen Kurbelwellenwinkelposition, um nach dem Zuschalten eine äquidistante Zündfolge zu erhalten. Hierfür ist eine Arretierung an einer bestimmten Relativwinkelposition angedacht.
Die Arretierung ist bei Stillstand der beiden Teilmotoren beispielsweise offen. Vor dem Anlassen/Starten der Brennkraftmaschine wie Verbrennungsmotor als Gesamtmotor, beispielsweise bei einer vorgegebenen Voraussetzung eines gemeinsamen Starts wie Kaltstarts des Gesamtmotors wird diese Arretierung wieder an der Einrastposition geschlossen und verriegelt. Hierbei werden die beiden Teilmotoren gegeneinander so verstellt, dass die Einrastposition möglichst schnell erreicht und bei der Einrastung eine möglichst geringe Relativgeschwindigkeit der Kurbelwellen vorliegt. Die Erkennung der beiden Kurbelwellenpositionen im Stillstand in einer eingestellten Ruheposition, der daraus zu berechnende Relativwinkel und die Relativgeschwindigkeit bei drehangetriebener Kurbelwelle erfolgt mittels einer an sich bekannten Drehwinkelerfassung.
Voraussetzung ist ein Mehrzylinderverbrennungsmotor, beispielsweise ein Otto- oder Dieselmotor, bei dem mehrere Zylinder physikalisch abtrennbar sind und über eine Arretierung wie Rastelemente an den Kurbelwellen der Teilmotoren zu einem Gesamtmotor zusammengeschaltet werden können. Beide Teilmotoren stehen verfahrensgemäß still. Die Relativgeschwindigkeit der beiden Teilmotoren ist bei Arretierung niedrig, um Geräusche zu vermeiden und die Bauteile nicht zu verschleißen. Die Synchronisierung wie Arretierung an der Einrastposition der Rastelemente erfolgt sehr schnell, das heißt, im Wesentlichen ohne für einen Fahrer feststellbare Verzögerung beim Start.
Das Verfahren wie Steuerungsalgorithmus dient der schnellen Synchronisation der beiden Teilmotoren an ihre Einrastposition vor dem Starten des Gesamtmotors. Hierzu kann ein erster der beiden Teilmotoren als Hauptmotor wie Master betrachtet werden, dessen erste Kurbelwelle eine Schwungmasse aufweist. Der andere, zweite, zuzuschaltende Teilmotor als untergeordneter Teilmotor mit einer zweiten Kurbelwelle ohne Schwungrad dient als Slave. Aufgrund der geringeren Masse, kann der Slave von einem elektrischen Anlasser schneller bewegt/beschleunigt werden. Der Drehantrieb der Kurbelwelle des Slave erfolgt mittels eines Elektromotors wie Anlasser wahlweise in beide Richtungen, um die Einrastposition einzustellen, während der Master in bevorzugter Weise nicht bewegt/verstellt wird.
Die höchsten Momente zur Verstellung des Slave, die von dem Drehantrieb wie Elektromotor aufzubringen sind, werden durch große Volumenänderung der im Zylinder befindlichen Gasmasse verursacht. Hierbei sind die Momente in einer Bewegung vom unteren Totpunkt (UT; maximale Zylinderladung) in Richtung des oberen Totpunktes (OT, maximale Verdichtung) größer als umgekehrt. Für eine Bewegung aus UT-Nähe über OT hinweg werden hohe Momente des Elektromotors benötigt. Ein Überschreiten des OT hat aufgrund der fehlenden Schwungmasse und der hohen Gasmomente im Zylinder eine starke Beschleunigung des zu koppelnden Slave zur Folge. Diese Beschleunigung kann mit einem nach Möglichkeit mit geringer Leistung ausgelegten Elektromotor nicht zuverlässig in allen auftretenden Betriebszu- ständen verhindert werden. So ist eine Einrastposition nach OT und in OT-Nähe unter Einhaltung der Forderung„geringe Differenzdrehzahl" nicht in jedem Fall realisierbar, wenn sich die Ruheposition/Ausgangsposition des Slave beispielsweise UT-Nähe befindet.
Das vorgeschlagene Verfahren wird bevorzugt für das Zusammenschalten von Verbrennungsmotoren mit zwei Teilmotoren mit jeweils zwei Zylindern nach dem Viertaktprinzip angewendet, da hier eine Einrastung innerhalb von 360° Relativwinkel vorgesehen werden kann und keine Phasenselektion stattfinden muss. Für Teilmotoren mit mehr als zwei Zylindern pro Teilmotor wird eine entsprechende Phasenselektion vorgesehen.
Unter Vernachlässigung der Reibung und Durchblaseffekten (blow-by) ist das Momentenintegral eines Zylinders über den Kurbelwellenwinkel totpunktsymmetrisch. Dies bedeutet, dass Energie, die zur Überwindung des Totpunkts aufgebracht werden muss, nach dem Totpunkt wieder verfügbar ist. Dieser Effekt tritt am UT und in verstärkter Form am OT auf. Bei annähernd symmetrischem Verhältnis, das heißt, einem Verhältnis des Startwinkels eines Rastelements zu einem Totpunkt und einem Zielwinkel der Einrastposition zu diesem Totpunkt beziehungsweise einer Ruheposition der Kurbelwelle des Slave zu einem Einrastpunkt am Master kann dieser Effekt genutzt werden. Die zur Überschreitung des Totpunktes notwendige, vom Elektromotor aufgebrachte Energie, kann vom Elektromotor nach dem Totpunkt wieder aufgenommen werden. Weiterhin muss eine vom Elektromotor eingebrachte Bewegungsenergie wieder von diesem abgeführt werden.
Es werden beispielsweise folgende Vorgehensweisen für die Ausbildung der Verbindung der Kurbelwellen vorgeschlagen:
Bei einem starken Missverhältnis der Winkel, beispielsweise ausgehend von einer Ruheposition des Slave aus UT-Nähe und einer Einrastposition kurz nach OT ist nahe dem Einrastpunkt ein hohes Moment und so eine starke Beschleunigung des Slave-Motors zu erwarten, die der Elektromotor nicht abbremsen kann. Eine Verdrehung der Kurbelwelle in diese Drehrichtung wird daher bevorzugt ausgeschlossen.
Ein Überschreiten des OT ist bei symmetrischer Winkelsituation zwischen Ruheposition und Einrastposition zwar möglich, wird jedoch aufgrund der zu erwartend hohen Momente nur für kleine Winkel zwischen der Ruheposition des Rastelements der zweiten Kurbelwelle und OT vorgesehen. Für größere Winkel ist ein UT-Durchgang aufgrund der geringeren Druckdifferenzen vorgesehen.
Die Abgrenzung und damit Ausbildung einer Drehwinkelschwelle betreffend die aufgeführten kleinen und großen Winkel hängen unter Anderem von den Eigenschaften des Gesamtmotors und/oder einem der Teilmotoren, insbesondere dem zweiten Teilmotor (Slave) ab:
- Verdichtungsverhältnis: Bei kleinem Verdichtungsverhältnis kann die Drehwinkelschwelle zu größeren Drehwinkeln, beispielsweise 20-30° verschoben werden. Bei höheren Verdichtungsverhältnissen werden beispielsweise Drehwinkelschwellen kleiner gleich 10° vorgeschlagen.
- Anlasser/Elektromotor: Die Synchronisierungszeit für eine nach dem vorgeschlagenen Verfahren synchronisierte Brennkraftmaschine hängt von der Ausbildung des Drehantriebs wie Elektromotor ab. Die Drehwinkelschwelle wird zur Erzielung bevorzugter kurzer Synchroni sationszeiten vor dem Start der Brennkraftmaschine beispielsweise abhängig von dem Verdichtungsverhältnis des zweiten Teilmotors und der Leistung beziehungsweise des Moments des Elektromotors, einem Kaltstartverhalten, der Massenträgheit des zweiten Teilmotors und dergleichen ausgelegt.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 11 dargestellten Verfahrensabläufe 1 bis 11 des vorgeschlagenen Verfahrens näher erläutert. Hierbei zeigen die einzelnen
Verfahrensabläufe 1 bis 11 über den Kurbelkreis KW der Kurbelwellen einer Brennkraftmaschine mit zwei Teilmotoren mit jeweils einer Kurbelwelle mit dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT der Kolben des zweiten Teilmotors, dessen Kurbelwelle drehangetrieben ist, jeweils die Winkelpositionen A1 bis A11 , B1 bis B11 der Rastelemente einer ersten Kurbelwelle eines ersten Teilmotors Master und einer zweiten Kurbelwelle eines zweiten Teilmotors Slave vor der Verdrehung der zweiten Kurbelwelle mittels eines Drehantriebs wie Elektromotors. Die Pfeile C1 bis C11 , D zeigen jeweils abhängig von der Positionierung der Winkelpositionen A1 bis A11 , B1 bis B11 die verfahrensgemäße Auswahl der Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle. Hierbei geben die Winkelposition B1 bis B11 die Einrastposition wieder, an die mittels Verdrehung der zweiten Kurbelwelle die Rastelemente aus der jeweiligen Winkelposition A1 bis A11 verlagert und damit die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kurbelwellen positionsgetreu und damit bezüglich äquidistanter Zündfolgen und phasenselektiv ausbilden.
Die Figuren 1 und 2 zeigen die Lagen der Rastelemente jeweils auf einem durch eine Senkrechte geteilten Halbkreis des Kurbelkreises KW in einem Drehwinkel α1 , a2 zueinander beabstandet, so dass bei der Verlagerung der Winkelposition A1 , A2 der Kurbelwelle des Teilmotors Slave zur Winkelposition B1 , B2 des Teilmotors Master ohne einen Einschluss eines Totpunktes UT oder OT erfolgen kann. Infolgedessen wird bei einer Bestimmung eines derartigen Verfahrensablaufs 1 , 2 die Kurbelwelle des Teilmotors Slave direkt in Richtung der Pfeile C1 , C2 verdreht.
In der Figur 3 mit dem Verfahrensablauf 3 liegen die Winkelposition A3, B3 in der oberen Hälfte des Kurbelkreises KW. Hierbei führt der der kürzere Drehwinkel a3 zur Überführung der Winkelposition A3 auf die Winkelposition B3 über den oberen Totpunkt OT. Der Drehwinkel a3 liegt desweiteren über einer vorgegebenen Drehwinkelschwelle und die Wnkelpo- sition B3 liegt innerhalb einer Drehwinkelschwelle zum oberen Totpunkt OT. Der Verfahrensablauf 3 sieht daher eine Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle in Richtung des Pfeils C3 über den unteren Totpunkt UT vor. Hierdurch kann der Drehantrieb die sich aufbauende Drehbeschleunigung zum unteren Totpunkt UT nutzen um nach dem unteren Totpunkt UT mit verringerter Energie die Winkelposition B3 zu erreichen. lm Gegensatz hierzu befindet sich in Figur 4 die Winkelposition A4 bei nahezu komprimiertem Zylinder innerhalb einer Drehwinkelschwelle zum oberen Totpunkt OT bei außerhalb einer Drehzahlschwelle zwischen den Winkelpositionen A4, B4 liegendem Drehwinkel. Hierbei ist der Kraftaufwand des Drehantriebs zum Überwinden des oberen Totpunkts OT gering, so dass eine Verdrehung der zweiten Kurbelwelle zur Verlagerung der Winkelposition A4 auf die Winkelposition B4 über den oberen Totpunkt OT in Richtung des Pfeils C4 erfolgt.
Die Figuren 5 und 6 geben die Verfahrensabläufe 5, 6 wieder, bei denen die Drehwinkelschwelle des Drehwinkels α5, a6 zwischen den Winkelpositionen A5, A6, B5, B6 unter Ein- schluss des oberen Totpunkts unterschritten wird. Desweiteren werden die beiden Drehwinkelschwellen der Winkelpositionen A5, A6, B5, B6 gegenüber dem oberen Totpunkt OT unterschritten, so dass jeweils in Richtung der Pfeile C5, C6 die Winkelpositionen A5, A6 in die Winkelpositionen B5, B6 über den oberen Totpunkt OT überführt werden.
In den Figuren 7 und 8 mit den Verfahrensabläufen 7, 8 ist die Drehzahlschwelle der Drehwinkel α7, a8 zwischen den Winkelpositionen A7, A8 und B7, B8 überschritten und die Drehzahlschwellen der Winkelpositionen A7, A8 und B7, B8 jeweils gegenüber dem oberen Totpunkt OT überschritten, so dass nicht der kürzere Drehwinkel α7, a8 über den oberen Totpunkt OT sondern der längere Drehwinkel über den unteren Totpunkt UT entlang der Pfeile C7, C8 ausgewählt wird, um durch Verdrehung der zweiten Kurbelwelle des Teilmotors Slave das Rastelement an den Winkelposition A7, A8 mit dem Rastelement an der Winkelposition B7, B8 formschlüssig zu verbinden.
In der Figur 9 ist in dem Verfahrensablauf 9 die Drehwinkelschwelle des Drehwinkels a9 überschritten, jedoch die Drehwinkelschwelle der Winkelposition A9 gegenüber dem oberen Totpunkt OT unterschritten, so dass in beide Richtungen der Pfeile C9, D eine energiearme Verlagerung des Rastelements von der Winkelposition A9 an die Winkelposition B9 möglich ist. Die Auswahl der Drehrichtung kann hierbei anhand anderer Ablaufbedingungen, beispielsweise der schneller oder der mit geringerer Relativgeschwindigkeit erreichbaren Winkelposition B9 erfolgen.
Die Figuren 10 und 11 zeigen die Verfahrensabläufe 10, 11 mit einem die Drehwinkelschwelle zwischen den Winkelpositionen A10, A11 und B10, B11 überschreitenden Drehwinkel a10, (Figur 10) und einem unterschreitenden Drehwinkel a11 (Figur 11), wobei jeweils der untere Totpunkt UT zwischen den Winkelpositionen A10, A11 und B10, B11 eingeschlossen und die Drehwinkelschwellen der Winkelpositionen A10, A11 und B10, B11 gegenüber dem oberen Totpunkt OT überschritten sind. In diesem Fall erfolgt die Überführung der Winkelpositionen A10, A11 in die Winkelpositionen B10, B11 jeweils in Richtung der Pfeile C10, C11 über den unteren Totpunkt UT. Bezuqszeichenliste
1 Verfahrensablauf
2 Verfahrensablauf
3 Verfahrensablauf
4 Verfahrensablauf
5 Verfahrensablauf
6 Verfahrensablauf
7 Verfahrensablauf
8 Verfahrensablauf
9 Verfahrensablauf
10 Verfahrensablauf
1 1 Verfahrensablauf
A1 Winkelposition
A2 Winkelposition
A3 Winkelposition
A4 Winkelposition
A5 Winkelposition
A6 Winkelposition
A7 Winkelposition
A8 Winkelposition
A9 Winkelposition
A10 Winkelposition
A11 Winkelposition
B1 Winkelposition
B2 Winkelposition
B3 Winkelposition
B4 Winkelposition
B5 Winkelposition
B6 Winkelposition
B7 Winkelposition
B8 Winkelposition
B9 Winkelposition
B10 Winkelposition B11 Winkelposition
C1 Pfeil
C2 Pfeil
C3 Pfeil
C4 Pfeil
C5 Pfeil
C6 Pfeil
C7 Pfeil
C8 Pfeil
C9 Pfeil
C10 Pfeil
C11 Pfeil
D Pfeil
KW Kurbelkreis
OT oberer Totpunkt
UT unterer Totpunkt a1 Drehwinkel a2 Drehwinkel a3 Drehwinkel a4 Drehwinkel a5 Drehwinkel a6 Drehwinkel al Drehwinkel a8 Drehwinkel a9 Drehwinkel a10 Drehwinkel a11 Drehwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Synchronisierung einer äquidistanten Zündfolge einer geteilten, nach dem Viertaktprinzip betriebenen Brennkraftmaschine mit einem ersten Teilmotor (mas- ter) mit einer ersten Kurbelwelle und zwei Zylindern mit jeweils einem an der ersten Kurbelwelle aufgenommenen Kolben und einer der ersten Kurbelwelle zugeordneten Schwungmasse und einem zweiten Teilmotor (slave) mit einer zweiten, drehantreibba- ren Kurbelwelle und zwei Zylindern mit jeweils einem zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) verlagerten Kolben und einer Einrichtung zur Erfassung und Bestimmung der Drehwinkel der Kurbelwellen an einer vorgegebenen, die Kurbelwellen aufeinander synchronisiert festlegenden Einrastposition der
Kurbellwellen mit jeweils einer Kurbelwelle zugeordneten Rastelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung der Kurbelwellen an der Einrastposition vor dem Start der Brennkraftmaschine durch Drehantrieb der zweiten Kurbelwelle bei stehender erster Kurbelwelle und eine Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle abhängig von einem Differenzwinkel (α1 , α2, α3, α4, a5, d6, al, α8, α9, α10, α11) von
Winkelpositionen (A1 , A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 , B1 , B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11 ) der Rastelemente zueinander vorgesehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung abhängig von einem in den Differenzwinkel (α1 , α2, α3, α4, a5, d6, α7, α8, α9, α10, a11) fallenden Totpunkt der Zylinder des zweiten Teilmotors vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Differenzwinkel (α1 , a2) ohne Einschluss eines Totpunkts die zweite Kurbelwelle mit ihrem Rastelement direkt in Richtung des Rastelements der ersten Kurbelwelle verdreht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Differenzwinkel (α9, α10, a11) mit Einschluss des unteren Totpunkts die zweite Kurbelwelle mit ihrem Rastelement über den unteren Totpunkt in Richtung Rastelement der ersten Kurbelwelle verdreht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Differenzwinkel (α3, α4, a5, d6, α7, a8) mit Einschluss des oberen Totpunktes die Drehrichtung der Kurbelwelle abhängig von einer vorgegebenen Drehwinkelschwelle vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen oder Überschreiten der Drehwinkelschwelle das Rastelement der ersten Kurbelwelle über den unteren Totpunkt angefahren und bei Unterschreiten der Drehwinkelschwelle über den oberen Totpunkt angefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung abhängig von einer zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und einer Winkelposition (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11) der zweiten Kurbelwelle gegenüber dem oberen Totpunkt eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung abhängig von einer zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und einer Winkelposition (B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11 ) der ersten Kurbelwelle gegenüber dem oberen Totpunkt eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der zweiten Kurbelwelle abhängig von einer vor oder nach dem oberen Totpunkt liegenden Wnkelposition (A1 , A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 , B1 , B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11 ) der Rastelemente festgelegt wird.
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