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