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Beschreibung
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zu der Patentanmeldung des Dr.-Ing. Walter Paul Baier und des Dipl.-Ing.
Karl Friedrich Bonnet betreffend Einrichtung zum kontinuierlichen Ermitteln des
momentanen Kraftstoffverbrauchs von Verbrennungsmotoren, insbesondere in Fahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum kontinuierlichen Ermitteln des momentanen
Kraftstoffverbrauchs von Verbrennungsmotoren durch Messung der elektrischen Leistungsaufnahme
eines in oder an der Kraftstoffleitung angeordneten selbstgeheizten Kaltleiters
und durch Messung der Kraftstofftemperatur.
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Die Erfindung ermöglicht es, den Verbrauch eines Verbrennungsmotors
laufend zu überwachen und damit die Betriebsweise des Motors so zu wählen, daß der
Kraftstoff möglichst sparsam verbraucht wird.
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Es ist bekannt, daß der Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren
ermittelt werden kann, indem man den Kraftstoff dem Motor aus einem Gefäß mit definiertem
Volumen zuführt und die zum Entleeren des Gefäßes erforderliche Zeit mißt. Dieses
beispielsweise an Motorenprüfständen übliche Verfahren erlaubt keine kontinuierliche
Messung des Kraftstoffverbrauchs. Weiter sind unmittelbare Volumenzähler, z.B. Ovairadzähler,
und.mittelbare Volumenzähler, z.B. Flügelradzähler, in der Durchflußmeßtechnik bekannt.
Diese Verfahren sind zur kontinuierlichen Kraftstoff-Verbrauchsmessung prinzipiell
geeignet. Sie können Jedoch in der Praxis dann nicht ohne weiteres eingesetzt werden,
wenn
die Kraftstoffströme relativ klein sind, wie dies z.B. bei Personenkraftwagen der
Fall ist; die Energie des Kraftstoffstromes ist in solchen Fällen zu gering. Zwar
kann dieses Problem durch geeignete Hilfseinrichtungen bewältigt werden (Automobiltechnische
Zeitschrift 76 (1974) 2, Seiten 44-47), aber der dazu notwendige Aufwand ist groß
und steht einer weiten Verbreitung dieser Geräte, z.B. in Serienfahrzeugen, im Wege.
Bekannt sind weiter Schwebekörpermeßgeräte zur Messung von Volumenströmen.
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Nachteil dieser Geräte ist ihre im Meßprinzip begründet Empfindlichkeit
gegenüber Erschütterungen, so daß sie für Anwendungen in bewegten Fahrzeugen schlecht
geeignet sind.
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Die Nachteile der obengenannten Verfahren hat man nicht, wenn man
zur Verbrauchsmessung einen selbstgeheizten Kaltleiter verwendet. Dies ist ein elektrischer
Zweipol, dessen elektrischer Widerstand niedrig ist, solange die Kaltleitertemperatur
unterhalb eines gewissen Temperaturwertes liegt, und dessen Widerstand bei Uberschreitung
dieses Temperaturwertes sehr groß wird. Die Selbstheizung wird dadurch erzielt,
daß man den Kaltleiter an eine elektrische Spannungsquelle hinreichend hoher Spannung
anschließt. Es ist bekannt, daß die elektrische Leistungsaufnahme eines selbstgeheizten
Kaltleiters von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem Volumenstrom des umgebenden
Mediums beeinflußt wird ( Siemens-Zeitschrift 39. Jahrgang, Februar 1965, Heft 2,
Seiten 138-145). Die elektrische Leistung eines selbstgeheizten Kaltleiters ist
jedoch bekanntermaßen auch von der Temperatur des umgebenden Mediums abhängig. Eine
Verbrauchsmessung mittels selbstgeheiztem Kaltleiter ohne zusätzliche Maßnahmen
hat somit den Nachteil, daß die Kaltleiterleistung allein kein Maß für den Volumenstrom
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung oder Anzeige
des momentanen Kraftstoffverbrauchs von Verbrennungsmotoren mit einem Meßaufnehmer
ohne mechanisch bewegte Teile, ohne Unterbrechung des Kraftstoffstroms und unabhängig
von der Kraftstofftemperatur kontinuierlich durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von einer
Spannungsquelle gespeister selbstgeheizter Kaltleiter in
oder an
der Kraftstoffleitung derart angeordnet ist, daß die Wärmeabgabe von der Geschwindigkeit
des Kraftstoffstroms beeinflußt wird, daß die elektrische Kaltleiterleistung mit
einer Leistungsmeßeinrichtung gemessen wird, daß das der Kaltleiterleistung proportionale
Ausgangs signal der Leistungsmeßeinrichtung dem Zählereingang eines elektrischen
Dividierers zugeführt wird, daß mittels eines in oder an der Kraftstoffleitung angeordneten
Temperaturfühlers und einer Meßeinrichtung ein zur Differenz der Kraftstofftemperatur
und einer festen, der mittleren Kaltleitertemperatur entsprechenden Temperaturgröße
proportionales elektrisches Signal gebildet, daß dieses Signal dem Nennereingang
des Dividierers zugeführt wird und daß am Quotientenausgang des Dividierers ein
nur vom Kraftstoffverbrauch und nicht von der Kraftstofftemperatur abhängiges elektrisches
Signal auftritt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Kaltleiter
mit einer nicht vom Kaltleiterstrom abhängigen Spannung gespeist wird, daß zur Messung
des in diesem Fall der Kaltleiterleistung entsprechenden Kaltleiterstroms ein kleiner
Meßwiderstand in Reihe-mit dem Kaltleiter geschaltet ist und daß die an dem Meßwiderstand
entstehende elektrische Spannung dem Zählereingang des Dividierers zugeführt wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zur Messung
der Kraftstofftemperatur ein von der Temperatur abhängiger elektrischer Widerstand
in oder an der Kraftstoffleitung angeordnet ist und daß in einer Widerstandsmeßeinrichtung
ein zur Differenz der Kraftstofftemperatur und der festen Temperaturgröße proportionales
elektrisches Signal gebildet wird. Als Temperaturaufnehmer kann auch der Kaltleiter
selbst benutzt werden, indem dieser mit einem Umschalter zeitweilig an die Widerstandsmeßeinrichtung
angeschlossen wird und indem das Ausgangssignal der Widerstandsmeßeinrichtung mittels
einer Speichervorrichtung solange dem Nennereingang des Dividierers zugeführt wird,
wie der Kaltleiter mit dem Umschalter an die Spannungsquelle und die Leistungsmeßeinrichtung
angeschlossen ist.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß mit
der Einrichtung auch kleine Kraftstoffströme kontinuierlich
gemessen
werden können, daß die Einrichtung wenig Platz beansprucht und somit für den Einbau
in Fahrzeuge geeignet ist, daß kein die Kraftstoffzufuhr behindernder Druckverlust
auftritt, daß die Kraftstoffzufuhr bei Funktionsausfall der Einrichtung nicht unterbrochen
wird und daß die Einrichtung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das nur vom
Kraftstoffverbrauch und nicht von der Kraftstofftemperatur abhängig ist. Die zusätzliche
zum Kaltleiter und zum Temperaturaufnehmer erforderlichen Einrichtungen zur Leistungsmessung
und Division lassen sich beim heutigen Stand der Elektrotechnik mit geringem Aufwand
verwirklichen, so daß eine kostenmäßig auch für den Einbau in Serienfahrzeuge geeignete
Verbrauchsmeßeinrichtung auf der Basis dieser Erfindung realisierbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und
wird im folgenden näher beschrieben. Fig. 1 zeigt einen in die Kraftstoffleitung
(3) eingebauten Kaltleiter (2). Eine Gleichspannungsquelle (1) heizt den Kaltleiter
auf eine Temperatur auf, bei welcher der Kaltleiter einen großen Widerstandstemperaturkoeffizienten
besitzt. Die Heiztemperatur des Kaltleiters ändert sich wegen des hohen Widerstandstemperatur,koeffizienten
nur wenig, wenn sich der Kraftstoffstrom oder die Kraftstofftemperatur ändern, so
daß in guter Näherung mit einer festen mittleren Heiztemperatur gerechnet werden
kann. Die vom Kaltleiter an den Kraftstoff abgegebene Wärmeleistung und damit die
in den Kaltleiter fließende elektrische Leistung sind daher das Produkt aus der
Differenz einer'festen, der mittleren Heiztemperatur entsprechenden Temperaturgröße
und der Kraftstofftemperatur, sowie aus einem Faktor, der nur von der Geschwindigkeit
des Kraftstoffstromes beeinflußt wird. Diese Abhängigkeit der Leistung von Temperatur
und Strömungsgeschwindigkeit folgt aus den Gesetzen des Wärmeübergangs an angeströmten
Körpern. Die Kaltleiterleistung wird mit einer zwischen Spannungsquelle (1) und
Kaltleiter (2) angeordneten Leistungsmeßeinrichtung (4) gemessen und das Ausgangs
signal der Leistungsmeßeinrichtung dem Zählereingang (8) eines elektrischen Dividierers
(5) zugeführt. Dem Nennereingang (9) des Dividierers (5) wird ein elektrisches Signal
zugeführt, das der Differenz aus der Kraftstofftemperatur
und der
festen, der mittleren Heiztemperatur entsprechenden Temperaturgröße proportional
ist, so daß am Quotientenausgang (10) des Dividierers (5) ein nur vom Kraftstoffstrom
und nicht von der Kraftstofftemperatur abhängiges elektrisches Signal auftritt,
das z.B. mit einem handelsüblichen Voltmeter angezeigt oder z.B.
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Einrichtungen zugeführt werden kann, die in Kraftfahrzeugen in Verbindung
mit der Erfindung automatisch den auf die Fahrstrecke bezogenen Kraftstoffverbrauch
ermitteln. Ein der Differenz der Kraftstofftemperatur und der festen Temperaturgröße
proportionales elektrisches Signal wird in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gewonnen,
daß ein Temperaturaufnehmer (6) in der Kraftstoffleitung (3) angeordnet ist und
daß dieser Temperaturaufnehmer an eine Meßeinrichtung (7) angeschlossen ist, in
der eine zur Differenz der Kraftstofftemperatur und der festen Temperaturgröße proportionale
elektrische Spannung gebildet wird.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zur Messung der Kraftstofftemperatur anstelle
des Meßaufnehmers (6) der Kaltleiter (2) selbst benutzt. Zu diesem Zweck wird der
Kaltleiter zeitweilig mit einem Umschalter (11) an die Meßeinrichtung (7) angeschlossen,
die in diesem Fall eine Widerstandsmeßeinrichtung ist. Das Ausgangssignal der Meßeinrichtung
(7) wird mittels einer Speichereinrichtung (12) so lange dem Nennereingang (9) des
Dividierers (5) zugeführt, wie der Kaltleiter (2) mit dem Umschalter (11) über die
Leistungsmeßeinrichtung (4) an die Spannungsquelle (1) angeschlossen ist.
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L e e r s e i t e