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Antriebsaggregat für Fahrzeuge,
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insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsaggregat
für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer zwischen einem Antriebsmotor
und einem Getriebe angeordneten, ausrückbaren Kupplung, sowie mit einer von einer
Steuervorrichtung ansteuerbaren Einrichtung zum automatischen Betätigen der Kupplung.
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Ein großer Teil der Betriebszeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines
Personenkraftfahrzeugs, besteht aus solchen Betriebszuständen, in denen der Antriebsmotor
läuft, ohne das Fahrzeug anzutreiben.
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Solche Betriebszustände liegen bei Leerlauf und insbesondere bei Schubbetrieb
des Fahrzeugs vor, wobei im letzten Fall der Motor von den Rädern mit einer der
Fahrgeschwindigkeit und dem eingeschalteten Getriebegang entsprechenden höheren
Drehzahl angetrieben wird. Dabei stellt sich dieser Betriebszustand nicht nur bei
Bergabfahrten, sondern immer dann ein, wenn der Fahrzeugführer während der Fahrt
mit einer über der der Leerlaufdrehzahl entsprechenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs
den Fuß vom Gaspedal nimmt. Infolge des Leistungsbedarfs des im Schub fahrgeschwindigkeitsproportional
hochdrehenden und dabei das Fahrzeug abbremsenden Motors
ergibt
sich eine Erhöhung des Kraftstoffbedarfs des Antriebsmotors und gleichzeitig auch
eine unerwünschte Vergrößerung des Ausstoßes an schädlichen Abgasbestandteilen.
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Automatisch betätigbare Kupplungen, die ein kupplungsfreies Schalten
eines herkömmlichen Handschaltgetriebes ermöglichen'sind bereits bekannt (z.B. GB-PS
758 835).
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht dagegen darin,
bei einem Antriebsaggregat der eingangs genannten Bauart für eine effektivere Ausnutzung
des Kraftstoffes durch wesentliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs insbesondere
im Schubbetrieb und Leerlauf des Fahrzeugs zu sorgen. Darüberhinaus sollen auch
die in den Abgasen des Antriebsmotors enthaltenen Schadstoffe, insbesondere im Leerlauf
und Schubbetrieb,verringert werden und eine einfaciiere und bequemer zu handhabende
Getriebeschaltung zur Verfügung gestellt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
ein die Fahrpedalstellung erfassendes Steuerglied vorgesehen ist, das einen in einer
Leerlaufstellung des Fahrpedals ein Signal zum Ausrücken der Kupplung abgebenden
Schalter aufweist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene automatische Kupplungsbetätigung
bei Erreichen der Leerlaufstellung des Fahrpedals wird im Leerlauf und Schubbetrieb
des Fahrzeugs der Motor von dem mit den Rädern verbundenen Getriebe abgekuppelt,
so daß er unabhängig von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs im Leerlauf
weiterläuft.
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Gleichzeitig wird die Bremswirkung des Antriebsmotors aufgehoben,
die abgesehen von bestimmten Fahrzuständen, beispielsweise bei Fahrten im Gebirge,
wo die Motorbremswirkung zur Entlastung der Fahrbremsen herangezogen wird, unerwünscht
und verbrauchserhöhend ist. Eine einfache konstruktive Gestaltung sieht vor, daß
das Fahrpedal einen der Leerlaufstellung zugeordneten Leerweg aufweist, an dessen
den Last stellungen abgewandten Ende der Schalter betätigbar ist. Um dabei dem Fahrzeugführer
einen Hinweis darauf zu geben,
ob er bei der Betätigung des Fahrpedals
sich noch im Bereich des der Leerlaufstellung des Fahrpedals zugeordneten Leerweges
oder bereits in einer der Laststellungen befindet, kann das Fahrpedal eine Rückstellfederanordnung
aufweisen mit einer derartigen Ausgestaltung, daß beim Niederdrücken des Fahrpedals
nach Beendigung des Leerweges die Pedalkraft sprungartig ansteigt. Eine Weiterbildung
dieses Vorschlages sieht vor, daß die Rückstellfederanordnung des Fahrpedals zwei
parallel geschaltete Rückstellfedern aufweist, von denen eine ständig und die andere
erst nach Überwindung des Leerweges unter Erhöhung der Pedalkraft zur Wirkung kommt.
Bei einer anderen Ausgestaltung weist das Fahrpedal ein zweites Pedal auf, das in
der Leerlaufstellung des Fahrpedals entgegen einer Rückstellfeder betätigbar ist
und in der Nähe seiner Ruhestellung den Schalter betätigt.
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Die automatische Kupplungsbetätigung kann nun zusätzlich zu der fahrpedalabhängigen
Steuerung auch noch in Abhängigkeit von anderen Betriebsgrößen des Fahrzeugs, beispielsweise
in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Geschwindigkeitswechselgetriebes gesteuert
werden. Dazu weist die Steuereinrichtung erfindungsgemäß die Schaltstellung des
Geschwindigkeitswechselgetriebes des Fahrzeugs erfassende Steuerglieder auf. Bei
einer Ausführungsform weisen die die Getriebeschaltstellung erfassenden Steuerglieder
bestimmten Getriebegängen, beispielsweise dem ersten Vorwärtsgang und dem Rückwärtsgang,
gegebenenfalls auch dem zweiten Vorwärtsgang, zugeordnete Schalter auf, die beim
Einschalten dieser Getriebegänge zur Abgabe eines Signals zum Nichtausrücken der
Kupplung betätigbar sind. Dadurch wird das Ausrücken der Kupplung in diesen bestimmten
Getriebegängen verhindert. Der Schubbetrieb bei freigegebenen Gaspedal findet in
diesen Getriebegängen im allgemeinen ohnehin nur dann statt, wenn er auch erwünscht
ist, wie beispielsweise bei Fahrten im Gebirge. Im übrigen befindet sich das Fahrzeug
nur relativ kurze Zeit in diesen Getriebegängen, so daß hier eine Kupplungsbetätigung
zur Erreichung eines Freilaufbetriebes nicht erforderlich erscheint.
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Bei einer anderen Ausführungsform sollen die die Getriebestellung
erfassenden Steuerglieder mit dem Gangwählhebel verbundene Schalter aufweisen, die
bei einer Betätigung des Gangwählhebels zum Zwecke eines Gangwechsels zur Abgabe
eines Signals zum Ausrücken der Kupplung betätigbar sind. Solche Schalter, die bei
der Gangwahl betätigt werden und dabei das Ausrücken der Kupplung bewirken, würden
eine bequemere Gangwahl ermöglichen, da der Fahrzeugführer in diesen Fällen nicht
mehr selbst die Kupplung zu betätigen hätte.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
die Steuereinrichtung charakteristische Zustandsgrößen des Fahrzeugs erfassende
Steuerglieder aufweist undin Abhängigkeit von den Signalen dieser Steuerglieder
zur Erreichung eines weichen und dem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs angepaßten
Kupplungseingriffs ausgebildet ist. Durch diese Aufschaltung von zusätzlichen, den
Betriebszustand des Fahrzeugs charakterisierenden Größen, beispielsweise der Last,
der Drehzahl, der Fahrgeschwindigkeit, der Beschleunigung oder besonderer kinematischer
Größen und durch Steuerung des Eingriffs des Servomotors in Abhängigkeit von diesen
Größen kann dafür gesorgt werden, daß die Kupplungsbetätigung und dabei insbesondere
der Einrückvorgang der Kupplung weich und dem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs
angepaßt erfolgt. Damit wäre auch die Bereitstellung einer Anfahrkupplung möglich,
so daß das mit der Erfindung ausgerüstete Fahrzeug ohne Fußbetätigung der Kupplung
betrieben werden kann.
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Schließlich wird noch vorgeschlagen, daß Mittel zur willkürlichen
Abschaltung der Einrichtung oder von Teilen dieser Einrichtung vorgesehen sind,
um so jederzeit das Fahrzeug wieder auf die zur Zeit herkömmliche Betriebsweise
umzustellen. Dies könnte vor allen Dingen beim Betrieb des Fahrzeugs im Gebirge
sinnvoll sein, wo, wie oben bereits erwähnt wurde, der Schubbetrieb zur Unterstützung
der Fahrbremsen sinnvoll und wünschenswert ist. Die Abschaltung müßte dabei nicht
vollständig erfolgen, sondern es
würde eventuell bereits genügen,
lediglich die von den fahrpedalstellungsabhängigen Steuergliedern kommenden Steuersignale
zu unterdrücken, während beispielsweise die beim Gangwechsel erzeugten Steuersignale
zur Aufrechterhaltung eines kupplungsfreien Schaltens weiterverwertet werden könnten.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in teile
schematischer Darstellungsweise dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden.
Dabei zeigt Figur 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur automatischen
Betätigung der Kupplung eines Kraftfahrzeugs, Figur 2 ein Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs
mit einem daran angeordneten, die Stellung dieses Fahrpedals erfassenden Schalter
und Figur 3 eine andere Ausführungsform eines Fahrpedals mit einem solchen Schalter.
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In der Figur 1 der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein
Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur automatischen Betätigung der zwischen
einem Antriebsmotor 1 und einem Getriebe 2 liegenden Fahrzeugkupplung 3 dargestellt.
Die Betätigung der Kupplung 3 erfolgt dabei mittels eines Kupplungshebels 3a, der
über ein Kupplungsseil 4 mit einem hier nicht weiter gezeigten, üblicherweise in
dem Fahrzeugfußraum vorgesehenen Kupplungspedal verbunden ist. An dem Kupplungshebel
3a greift eine Betätigungsstange 6 eines unterdruckbetätigten Stellmotors 5 an,
der mittels eines Befestigungsarms 7 an dem Getriebegehäuse 2 befestigt ist. Die
ser unterdruckbetätigte Servomotor 5 weist eine im Prinzip bekannte Konstruktion
auf und wird über eine Leitung 8 von einem Unterdruckspeicher 10 mit Unterdruck
versorgt. Der Unterdruckspeicher 10 ist seinerseits mittels einer Leitung 11, in
der ein Rückschlagventil 12 eingeschaltet ist, an eine Unterdruckquelle angeschlossen.
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Diese Unterdruckquelle wird in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel,
wie ebenfalls æ 3ich bekannt ist, durch die hinter einem Vergaser 14
liegende
Ansaugleitung 13 des als Ottomotor ausgebildeten Antriebsmotors 1 gebildet.
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Die Steuerung der Unterdruckbeaufschlagung des Servomotors 5 erfolgt
mittels eines Schaltventils 9, das in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen
des Fahrzeugs den Servomotor 5 entweder mit dem Unterdruckspeicher 10 oder aber
über ein Belüftungsfilter 15 mit der Atmosphäre verbindet. Dabei wird die Kupplung
3 durch den Servomotor 5 ausgerückt, wenn über die Leitung 8 Unterdruck an den Servomotor
gelegt wird; dagegen erfolgt ein automatisches Einrücken der Kupplung 3, sobald
der Servomotor 5 über die Leitung 8 mit Atmosphärendruck beaufschlagt wird. Unabhängig
von der Betätigung der Kupplung durch den Servomotor 5 kann diese natürlich auch
in herkömmlicher Weise über das Kupplungsseil 4 durch Niederdrücken des zugeordneten
Kupplungspedals betätigt werden.
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Die Stellung des Schaltventils 9 kann nun in Abhängigkeit von verschiedenen
Betriebsgrößen des Fahrzeugs gesteuert werden, wozu dem Schaltventil Schalt signale
über einen von einer Stromquelle 17, beispielsweise der Fahrzeugbatterie, gespeisten
Stromkreis 16 zugeführt werden. In diesem Stromkreis ist ein Schalter 18 vorgesehen,
dessen Zustand abhängig von der Stellung des in dem Fahrzeug angebrachten Fahrpedals
ist. Und zwar soll der Schalter 18 an das Schaltventil 9 ein Signal zur Beaufschlagung
des Servomotors 5 mit Unterdruck weitergeben, wenn das Fahrpedal in einer Leerlaufstellung
steht, der Fahrzeugführer also den Fuß vom Fahrpedal genommen hat.
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Parallel zu dem Schalter 18 ist ein Schalter 19 vorgesehen, der ebenfalls
ein Signal zum Ausrücken der Kupplung an das Schaltventil 9 weitergibt, wenn der
Fahrzeugführer den Gangwählhebel des Geschwindigkeitswechselgetriebes zur Umschaltung
von einem in einen anderen Getriebegang betätigt. Dazu sollte der Schalter 19 an
dem Gangwählhebel derart angeordnet sein, daß er bei einer
Betätigung
des Gangwählhebels in Richtung auf die Getriebeleerlaufstellung geschlossen und
nach Einlegen des neuen Getriebegangs wieder geöffnet wird. Dies ermöglicht, wie
oben bereits angedeutet wurde, einen Gangwechsel des Geschwindigkeitswechselgetriebes
ohne die übliche Kupplungsbetätigung durch den Fuß des Fahrzeugführers.
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In Reihe mit dem fahrpedalstellungsabhängigen Schalter 18 ist in der
Figur 1 noch ein Schalter 20 angedeutet, der als bei Einschaltung bestimmter Getriebegänge
des Geschwindigkeitswechselgetriebes betätigter Unterbrecherschalter ausgebildet
sein kann. Dieser Schalter würde beispielsweise bei Einschaltung des ersten Vorwärtsganges
oder des Rückwärtsganges, gegebenenfalls auch bei Einschaltung des zweiten Vorwärtsganges
den den Schalter 18 enthaltenden Schaltkreis öffnen und so dafür sorgen, daß eine
fahrpedalabhängige automatische Betätigung der Kupplung nicht mehr möglich ist.
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Die automatische Kupplungsbetätigung in Abhängigkeit von der Stellung
des Fahrpedals würde dann auf die übrigen Getriebegänge beschränkt bleiben, in denen
jedoch das Fahrzeug überwiegend betrieben wird und bei denen eine Ausschaltung der
Schubbetriebsphasen sich verbrauchs- und emissionsmindernd auswirken würden.
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Selbstverständlich muß dieser Unterbrechungsschalter 20 aber nicht
vorgesehen werden und es kann anstelle dessen oder eventuell auch zusätzlich ein
in der Zeichnung nicht gezeigter Schalter vorgesehen sein, mit dem entweder nur
die fahrpedalabhängige Steuerung des Schaltventils oder eventuell auch die gesamte
Steuerung abgeschaltet werden kann. Ein solcher handbetätigter Schalter würde dann
die Umschaltung des Fahrzeugs auf herkömmlichen Betrieb bewirken.
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In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 21 noch ein Steuerglied angedeutet,
das charakteristische Zustandsgrößen des Fahrzeugs, beispielsweise dessen Last,
dessen Fahrgeschwindigkeit oder Beschleunigung beziehungsweise die Drehzahl des
Antriebsmotors oder sonstige kinematische Größen erfassen soll und diese zur gezielten,
betriebszustandsabhängigen
Steuerung der Unterdruckbeaufschlagung beziehungsweise der Belüftung des Servomotors
5 zum Zwekke eines weichen und komfortablen Kupplungseingriffs an das Schaltventil
9 weitergeben sollzeit einer solchen Einrichtung würde es auch möglich, eine Anfahrkupplung
bereitzustellen, die also das Anfahren des Fahrzeugs ohne Betätigung des Fuß-Kupplungspedals
ermöglicht.
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In den Figuren 2 und 3 der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele
zur Anbringung des Schalters 18 am Fahrpedal des Fahrzeugs gezeigt, wobei in der
Figur 2 mit 22 ein um einen Schwenkpunkt 25 eines an einem Fußbodenblech 23 des
Fahrzeugrahmens befestigten Haltebocks 24 schwenkbares Fahrpedal bezeichnet ist,
das mit einem Gaszug 26 verbunden ist. Über diesen Gaszug kann bei einem Ottomotor
die in dessen Ansaugleitung angeordnete Drosselklappe bezienungsweise bei einem
Dieselmotor der Drehzahlverstellhebel der Einspritzpumpe betätigt werden.
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An dem Gaszug 26 ist nun ein Anschlag 27 befestigt, an dem einerseits
eine erste in einem Federgehäuse 29 angeordnete Feder 30 zur Rückstellung des Fahrpedals
22 in seine Ruhestellung angreift und der andererseits zur Betätigung eines Betätigungæbügels
28 des Schalters 18 in einer der Leerlaufstellung des Motors zugeordneten Stellung
des Fahrpedals 22 ausgebildet ist. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel
ist in dem Federgehäuse 29 eine zweite Feder 31 angeordnet, die jedoch nur oberhalb
der Leerlaufstellung des Fahrpedals 22 zur Wirkung kommt und die in der Leerlaufstellung
beziehungsweise nahe dieser an einem Anschlag 32 zur Anlage kommt, der bei Betätigung
des Fahrpedals von dem Anschlag 27 über hier nicht gezeigte Mittel mitgenommen werden
kann. Das Fahrpedal 22 weist hier in der Leerlaufstellung des Antriebsmotors einen
gewissen Leerweg zwischen den mit strichpunktierten Linien angedeuteten Stellungen
A und B auf, zwischen denen der Schalter 18 betätigt werden soll. In der Stellung
A, die das Fahrpedal 22 einnimmt, wenn der Fuß des Fahrzeugführers
vollständig
von diesem abgehoben ist, befindet sich der Antriebsmotor im Leerlauf und gleichzeitig
ist durch Betätigung des Schalters 18 das Schaltventil 9 zur Beaufschlagung des
Servomotors 5 und damit zum automatischen Ausrücken der Kupplung 3 des Fahrzeugs
angesteuert.
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Ausgehend von dieser Stellung A wird beim Niederdrücken des Fahrpedals
23 zunächst der Schalter 18 geöffnet, wodurch das Schaltventil 9 den Servomotor
5 über das Belüftungsfilter 15 an den Atmosphärendruck legt und die Kupplung wieder
eingreift.
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Das Fahrpedal 22 befindet sich jedoch bis zum Erreichen der Stellung
B noch in seiner Leerlaufstellung, das heißt die Drosselklappe eines Ottomotors
ist noch geschlossen. Erst beim weiteren Betätigen des Fahrpedals 22 über die Stellung
B hinaus wird die Drosselklappe geöffnet, wodurch auf die bekannte Weise die Leistungsabgabe
des Motors vergrößert wird. Die mit C bezeichnete Stellung entspricht der Vollaststellung
des Fahrpedals 22.
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Da beim Überschreiten der Stellung B des Fahrpedals 22 die zweite
Feder 31 zusätzlich zur Wirkung kommt, ergibt sich eine sprunghafte Erhöhung der
Pedalkraft, die von dem Fahrzeugführer gut bemerkt wird, so daß diesem die Möglichkeit
gegeben wird, allein durch entsprechende Betätigung des Fahrpedals 22 das Fahrzeug
mit oder ohne automatische Betätigung der Kupplung zu betreiben. So kann er den
Freilaufbetrieb des Fahrzeugs, das heißt das automatische Betätigen der Kupplung
in der Leerlaufstellung des Fahrpedals 22 durch vollständiges Abheben des Fußes
von dem Fahrpedal erreichen, dagegen bei Halten des Fahrpedals 22 in der Stellung
3, das heißt knapp vor dem sprunghaften Anstieg der Pedalkraft, einen Schubbetrieb
des Fahrzeugs einstellen. Es könnte auch daran gedacht werden, dem Schalter 18 eine
Weghystere in dem Sinne zu geben, daß er beim Freigeben des Fahrpedals nahe der
Stellung A geschlossen und beim Niederdrücken des Gaspedals nahe der Stellung B
geöffnet wird. Dabei kann das Öffnen des Schalters 18 auch nach dem Punkt erfolgen,
an dem die zweite Feder 31 zur Wirkung kommt unc£ die Pedalkraft des Fahrpedals
22 sprungartig vergrößert.
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In einer zweiten Ausführungsform gemäß Figur 3, bei der vergleichbare
Positionen mit den gleichen, lediglich mit einem Strich versehenen Bezugszeichen
bezeichnet sind, weist das Fahrpedal 22' keinen eigenen Leerweg auf. Vielmehr wird
dieser Leerweg durch ein zweites Pedal 35 gebildet, das dem Fahrpedal 22' übergeordnet
ist und in dessen Leerlaufstellung entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 36
betätigbar ist. Bei vollständiger Entfernung des Fußes des Fahrzeugführers von dem
Fahrpedal 22' steht also die Pedalanordnung in der in der Figur 3 gezeigten Stellung,
in der auch der Schalter 18' geschlossen, die Kupplung also automatisch ausgerückt
ist. Ausgehend von dieser Stellung drückt der Fuß des Fahrzeugführers zunächst das
Pedal 35 bis zum Anschlag an dem Fahrpedal 22' nieder, wodurch der Schalter 18'
über den Fühler 28' ausgeschaltet wird, was zu einem Einrücken der Kupplung führt.
Bei einem weiteren Niederdrücken des Fußes erfolgt dann in herkömmlicher Weise die
Anhebung der Leistung des Motors über den Gaszug 26'.
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Abweichend von der in den Zeichnungen und der Beschreibung angedeuteten
Ausführungsmöglichkeiten kann natürlich als Unterdruckquelle für den unterdruckbetätigten
Servomotor 5 beispielsweise auch eine Unterdruckpumpe, wie etwa für einen Dieselmotor,
herangezogen werden. Auch kann der Servomotor statt pneumatisch hydraulisch oder
elektrisch cdermit-einer Kombination dieser Antriebsenergien arbeiten.
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Eine weitere Variante gegenüber der in der Zeichnung gezeigten Ausführung
besteht darin, anstelle des in der Figur 1 mit 20 bezeichneten Unterbrecherschalters
einen oder mehrere Schaltkreise vorzusehen, die beim Überschreiten bestimmter Geschwindigkeitswerte
in bestimmten Getriebegängen das Wiedereinkuppeln bei der Gaspedalbetätigung verhindern
würden. Das Wiedereinkuppeln könnte dann nur in entsprechend der Fahrgeschwindigkeit,
insbesondere bei Bergabfahrten, erhöhten Gängen erfolgen.
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Damit würde einerseits der Freilaufbetrieb in niedrigen Getriebegängen
und geringen Fahrgeschwindigkeiten ermöglicht, andererseits aber eine Kupplung des
im Leerlauf arbeitenden Motors bei einer für den eingeschalteten Getriebegang viel
zu hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs vermieden.
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Um schließlich auch die beim sehr schnellen Gaswegnehmen und anschließenden
automatischen Auskuppeln möglicherweise entstehenden Drehmomentstöße zu vermeiden,
könnte auch daran gedacht werden, den Auskuppelvorgang an irgendeiner Stelle zu
verzögern oder aber die Geschwindigkeit des Gaspedalrückgangs durch einen Schließdämpfer
zu verringern.
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