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Vorrichtung zur laufenden Messung des auf die Fahrstrecke bezogenen
Treibstoffverbrauchs Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur laufenden Messung
und Anzeige des auf die Fahrstrecke bezogenen Treibstoffverbrauchs eines Fahrzeugs.
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Besonders in Perioden der Treibstoffverknappung gewinnt das Problem,
den vorhandenen Treibstoff optimal auszunUtzen, prinzipielle Bedeutung. Angesichts
des zunehmenden Verbrauchs und der voraussehbaren Erschöpfung der natürlichen Vorräte
dürfte dieses Problem in naher Zukunft noch mehr in denVordergrund treten.
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Mit generellen Geschwindigkeitsbeschränkungen allein, so nützlich
sie aus anderen Gründen auch sein mögen, kann die Aufgabe
der optimalen
Treibstoffausnützung indessen nicht gelöst werden, zumal eine solche Beschränkung
fich bei Kraftfahrzeugen mit verschiedenem Hubraum unterschiedlich auswirkt. Man
konnte nun daran denken, mittels einer geeigneten Vorrichtung - z.B.
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Durchflussmesser - den momentanen Treibstoffverbrauch in 1/sec zu
erfassen und anzuzeigen. Diese Anzeige wäre aber für den Kraftfahrer wertlos, weil
damit über die geleistete Arbeit nichts ausgesagt wird. So verbraucht auch ein stehendes
Fahrzeug bei laufendem Motor Kraftstoff, obwohl die Mctorenergie nicht in Bewegungsenergie
umgesetzt wird, Erfindungsgemäss wird daher eine Erfassung des Treibstoffverbrauch.s
eines Kraftfahrzeugs mit Bezugnahme nicht mehr auf die Zeiteinheit, sondern auf
die Fahrstrecke vorgeschlagen sowie auch eine laufende Ueberwachung dieses Verbrauchs,
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender
Teileinrichtungen: a) Ein Messwertaufnehmer für die Momentangeschwindigkeit des
Fahrzeugs1 b) Ein Messwertaufnehmer für den momentanen Treibstoffverbauch, c) Eine
Rechenschaltung, die den Quotienten aus momentanem Treibstoffverbrauch und Momentangeschwindigkeit
des Fahrzeugs bildet und auf die Bezugsstrecke umrechnet,
d) Eine
Anzeigeeinheit für das Ausgangssignal der Rechenschaltung.
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Die Erfindung sei jetzt anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen: Fig.l eine Prinzipschaltung der erfindungsgemässen Messvorrichtung,
Fig.2 das Prinzipschema der darin enthaltenen Rechen- und Anzeigeeinheit.
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Ist B die vorhandene Treibstoffmenge, so ist dB/dt = b (I) der momentane
Treibstoffverbrauch. Zu berechnen wäre nun die Höhe des Treibstoffverbrauchs auf
einer Normstrecke S (üblicherweise 100km) unter Zugrundelegung der augenblicklichen
Verhältnisse.
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Für die Zurücklegung braucht man bei der konstanten Geschwindigkeit-v
die Zeit t - S/v (I-I) d.h., die verbrauchte Treibstoffmenge B100 wäre 100 = b.t
Bei Einsetzen von (I) und (II) in letztere Gleichung erhält man: B100 = dB/dt S
S (III) v Der Treibstoffverbrauch für eine Fahrstrecke S ist also direkt proportional
dem Quotienten aus dem momentanen Treibstoffverbrauch und der Fahrgeschwindigkeit,
Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll diesen Quotienten bilden und laufend anzeigen.
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Die Fig. 1 zeigt eine Prinzipschaltung der vorgeschlagenen Messeinrichtung
mit den zur Durchführung der oben definierten Mess- und Rechenoperationen nötigen
Teileinheiten. G ist ein Messwertaufnehmer für die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs.
Es handelt sich um einen modifizierten Tachometer mit elektrischem Ausgangssignal.
Verschiedene Kraftwagen besitzen bereits elektronische Tachometer, so dass ein geschwindigkeitsproportionales
Signal zur Verfügung steht. Bei Kraftwagen mit konventioneller Tachowelle wäre ein
an dieser Welle angebrachter rotierender Magnet denkbar, der sich an einer Feldplatte
vorbeibewegt und jedesmal einen Stromimpuls auslöst. So erhält man eine der Fahrzeuggeschwindigkeit
proportionale Frequenz, die im einfachsten Fall mit einer Diode und einem RC-Glied
in ein Analogsignal umgesetzt werden kann.
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D ist ein Messwertaufnehmer für den Brennstoffverbrauch dB/dt.
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Er ist als Durchflussmesser ausgebildet. Aehnlich wie beim Tachometer
G könnte die je Zeiteinheit durch die Benzinzuleitung hindurchfliessende und verbrauchte
Treibstoffmenge als proportionale Impulsfrequenz dargestellt werden. Dazu wird ein
sehr leichtes Schaufelrad mit radial verteilten Magnetisierungen (im einfachsten
Fall mit einer Magnetisierung) durch die vorbeiströmende Treibstoffmenge in Bewegung
gesetzt und erzeugt in einer aussen am nichtmagnetischen Gehäuse des Rades angebrachten
Feldplatte (ggf, Aurnahmespule) Stromimpulse. Auch
diese können
z.B. mit Gleichrichter und RC-Glied in ein der Schaufelrad-Geschwindigkeit und somit
dem Treibstoff-Momentanverbrauch proportionales elektrisches Analogsignal umgesetzt
werden.
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Alternativ ist es natürlich möglich, auch andere Arten von Impulsgebern
zu verwenden, z.B. durch radial angebrachte Oeffnungen im Schaufelrad, durch welche
ein von Oeffnung zu Oeffnung unterbrochener Lichtstrahl auf eine Fotozelle fällt.
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Die Rechenschaltung R soll - wie oben dargelegt - den Quotienpassend
normierten ten der Ausgangssignale von D und G bilden, d,h. den Ausdruck aB/dt.
U ist die Spessequelle, A die Anzeigeeinheit.Ein möglicher V Quotienten Ctenbildner
ist in Fig. 2 etwas detaillierter dargestellty ebenso die Anzeigeeinheit A. Die
Rechenschaltung entspricht der bekannten Techn+k, wie sie z.B. in Steinbuch 1tTaschenbuch
der Nachrichtenverarbeftung" (Springer 1962) auf S. 1164 beschrieben ist (s.Abb.
10.3/9),' ; sie sie besteht im wesentlichen aus einem Multiplikator M, einem Operationsverstärker
Op und einem Widerstands-Netzwerk.
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Die Anzeigeeinheit A ist vorzugsweise ein gewöhnliches Analog-oder
Digital-Voltmeter ausreichender Empfindlichkeit und für den Betrieb im Kraftfahrzeug
hinlänglich stossgesichert. Der Abgleich erfolgt durch einen Operationsverstärker
Op einstellbarer Verstärkung, bei ausreichender Ausgangsspannung eventuell auch
nur durch eine einstellbare Dämpfung.
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Für die Spannungsversorgung bietet sich die Heranziehung der Bordbatterie
als naheliegenaste Lösung an. Bei Verwendung von integrierten Schaltungen wäre u.U.
noch ein ,Spannungswandler notwendig, um eine genügend hohe Gleichspannung zu erhalten.
Andere Stromquellen sind jedoch denkbar.
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Selbstverständlich wäre auch eine vollständig digitale Signalaufbereitung
möglich und bei genügend hohen Stückzahlen sogar ratsam, da es sich dann lohnen
würde, einen "Large Scale Integrated" (LSI) Chip zu verwenden.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung könnte, wenn sie z.B. in Perscn.en-
oder Lastkraftwagen eingesetzt wird, dem Kraftfahrer eine Fahrweise ermöglichen,
bei der der Treibstoff auf ein Minimum reduziert wird. Dadurch würde überdies ein
nicht zu unterschätzender Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden.
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Beim Einsatz des erfindungsgemässen Messgeräts auf Schiffen oder Flugzeugen
müsste als Grösse v die Geschwindigkeit gegen Boden benützt werden. Andernfalls
müsste eine weitere Grösse, nämlich dte Strömungsgeschwlndigkeit des umgebenden
Mediums, erfasst und in die Rechnung einbezogen werden.
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Auch ließe sich das Gerät zu Regeizwecken im Fahrzeug heranziehen.
So könnte man eine Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit auf den Bereich unterhalb
der optimalen Fahrgeschwindigkeit wornehmen, welche von dem erfindungsgemässen Gerät
geliefert
würde. Damit hätte man eine dem Fahrzeug individuell
angepasste, optimale Geschwindigkeitsbegrenzung, so dass eine starre obere Grenze
für die Geschwindigkeit aller Fahrzeuge ohne RUcksicht auf Typ und Hubraum im Interesse
der Treibstoffeinsparung entbehrlich wäre.