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Vorrichtung zur Verminderung des Lastwechselstoßes an einem
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mit einer Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeug Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Verminderung des Lastwechselstoßes an einem mit einer Brennkraftmaschine
betriebenen Fahrzeug.
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Lastwechselstöße treten bei der Beschleunigung aus der Fahrt im Schubbetrieb
auf. Durch die damit verbundene Umkehr der Kraftrichtung im Antriebssystem müssen
erst die immer vorhandenen Lagerspiele ausgeglichen werden und die gegen die Antriebskraft
wirkenden, elastischen Gegenkräfte im Antriebssystem umgepolt werden. Die Bhennkraftmaschine
arbeitet daher für kurze Zeit nahezu ohne Gegenkraft und kommt nach dem Ausgleich
der Lagerspiele und dem Aufbau der elastischen Gegenkräfte plötzlich unter Last.
Der dadurch entstehende Lastwechselstoß kann je nach Fahrzeugkonstruktion, Elastizitäten
im Antriebssystem, Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine und Eingriff der Leistungssteuerung,
sehr stark werden und sowohl als störender Ruck empfunden werden:als auch zu einer
starken mechanischen Belastung der Brennkraftmaschine und des Antriebssystems führen.
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Es ist bekannt, die Drosselklappe einer Verbrennungsmaschine in Fahrzeugen
von einem Betätigungsorgan, z. B. einem Gaspedal, in der Weise zu verstellen, daß
im unteren Leistungsbereich relativ große Pedalwege für relativ kleine Öffnungswege
der Drosselklappe und im oberen Leistungsbereich umgekehrt kleine Pedalwego für
große Drosselklappendrehwinkel erforderlich werden (PS 1 023 268). Bei einer derartig
, progressiven Gasbetätigung spricht die Brennkraftmaschine auf eine Verstellung
des Gaspedals im unteren Leistungsbereich nur wenig an und bewirkt somit, daß beim
Beschleunigen aus dem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine am Anfang nur wenig Leistung
abgefordert wird. Die Lagerspiele werden daher langsamer ausgeglichen und die elastischen
Kräfte langsamer umgekehrt. Der Lastwechselstoß wird somit vermindert.
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Die bekannte Vorrichtung hat jedoch die Eingenheit, daß wegen des
begrenzt zur Verfügung stehenden Gaspedalweges der Einsatz der Steuerung nicht beliebig
unempfindlich gemacht werden kann, da ein zu weiches Einsetzen einen zu langen Weg
bedingt. Das führt dazu, daß bei den möglichen Konstruktionen bei schneller Beschleunigung
aus dem Schubbetrieb der unempfindliche Bereich des Gaspedals zu schnell durchfahren
wird und der stark eingreifende Bereich noch während des Lastwechsels erreicht wird.
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In diesem Fall treten trotz der Progressivität der Gasbetätigung starke
Lastwechselstöße auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die den
Lastwechselstoß beim Beschleunigen eines Fahrzeugs aus dem Schubbetrieb, auch bei
schnellem Beschleunigen, vermindert.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In der
erfindungsgemäßen Vorrichtung wird beim erneuten Beschleunigen aus der Schubbetriebsphase
die Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine schnell um einen kleinen Betrag
erhöht und kurze Zeit annähernd konstant gehalten. Die angeforderte Leistung muß
so groß sein und so lange konstant gehalten werden, daß in dieser Zeit auch bei
schneller Betätigung der Verstellvorrichtung, d. h. schnellem Beschleunigen, die
für den Lastwechselstoß verantwortlichen Lagerspiele und Elastizitäten ausgeglichen
werden und kein Lastwechselstoß spürbar ist. Erst nach dem Durchfahren eines bestimmten
Verstellbereiches wird die Pedalbewegung direkt auf das Gasgestänge übertragen.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine plötzliche Leistungsanforderung von der
Brennkraftmaschine, die einer Drehzahlerhöhung von ca. 500 Umdrehungen/Min. entspricht,
auch für sehr schnelle Beschleunigungen genügt, um vorteilhaft den Lastwechselstoß
wirksam auf nicht störende Werte zu vermindern. Zusätzlich besteht der Vorteil,
daß der Betätigungsweg für das Gaspedal in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur
unwesentlich um einen kleinen
Verstellbereich vergrößert wird und
eine Vorrichtung, z. B.
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eine Kurvenscheibe, für das progressive Eingreifen des Gaspedals entfällt.
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Der Signalgeber kann entsprechend Anspruch 2 als Spannungsgeber ausgebildet
sein, der bereits bei kleinen Betätigungsbewegungen Spannungen abgibt und gewissermaßen
die Absicht des Fahrers zur Beschleunigung signalisiert.
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Eine andere einfache Ausführungsform des Signalgebers ist ein Schalter
entsprechend Anspruch 3 der betätigt wird, bevor die mechanische Übertragung der
Betätigungsbewegung auf das gasgestänge erfolgt.
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In einer Ausführungsform nach Anspruch 4 wird vorteilhaft die Pedalplatte
des Gaspedals zur Signalgeberbetätigung benutzt.
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In einer Ausführungsform entsprechend Anspruch 5 wird die Einrichtung
zur Signalgeberbetätigung, z.B. ein Kipphebel oder ein Druckknopf, voi' bzw. auf
der Pedalplatte angebracht.
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Es kann vorteilhaft sein, das Stellglied über ein abfallverzögertes
Zeitglied entsprechend Anspruch 6 zu schalten.
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Bei einem Stellglied nach Anspruch 7, das das Gasgestän ge verkürzt,
kann vorteilhaft von' jeder Stellung des Gaspedals aus die Leistungsanforderung
um einen kleinen Betrag erhöht werden.
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In vielen Fällen reicht es jedoch, den Leerlaufanschlag der Drosselklappe
entsprechend Anspruch 8 nach größerer leistungsanforderung hin um einen kleinen
Betrag zu verstellen.
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Bei einer Vorrichtung mit einer elektrischen Sollwertvorgabeeinrichtung,
einem sogenannten elektrischen Gaspedal, kann die schnelle Leistungsforderung, in
Abhängigkeit von, z.B. der Änderungsgeschwindigkeit des Sollwerts, nach Höhe und
Zeitdauer zur sicheren Vermeidung eines Lastwechselstoßes in der Steuerelektronik
vorprogrammiert werden.
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Anhand von zwei AusÜflrungs bei spielen wird der Erfindungsgegenstand
im folgenden näher beschrieben.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 den Aufbau und die elektrische Schaltung
einer ersten Ausführung und einer Schalter betätigung am Gaspedal,
Fig.
2 eine andere Ausführung einer Schalterbetätigung am Gaspedal, Fig. 3 eine zweite
Ausführung mit Spannungsgenerator und Verkürzung des Gasgestänges.
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In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist einGaspedal 1 über ein Gasgestänge
3 mit einer Rückstellfeder 2 und einer in einem Ansaugkanal 4 beweglich angeordneten
Drosselklappe 5 verbunden.
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Mit dem Schalterhebel 6, der in Form eines Bügels über dem Gaspedal
angeordnet ist, ist ein Schalter 7 betätigbar, der mit dem Eingang eines abfallverzögerten
Zeitgliedes 8 elektrisch verbunden ist. Im schaltbaren Ausgangskreis des Zeitgliedes
8 liegt ein eleictromagnetischer Stellungsgeber 0. Der Bolzen 10 des elektromagnetischen
Stellungsgebers 9 ist am Saugrohr 4 als beweglicher Leerlaufanschlag der Drosselklappe
5 angeordnet.
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Bei erneuter Beschleunigung aus dem Schubbetrieb, z. B. nach einer
Bremsbereitschaft (rechter Fuß vor dem Kupplungspedal), wird der Schalterhebel 6
betätigt, der den Kontakt des Schalters 7 schließt und den Eingang des abfallverzögerten
Zeitgliedes 8 aktiviert. Dadurch wird der im Ausgangskreis des Zeitgliedes liegende,
elektromagnetische Stellungsgeber 9 erregt und der an
der Drosselklappe
anliegende Bolzen 10 so bewegt, daß die Drosselklappe mehr öffnet. Nach einigen
Sekunden schaltet das Zeitglied 8 den Ausgangs kreis wieder ab, so daß die Schaltung
wieder in Bereitschaft ist und nach dem Loslassen des Schalterhebels 6 (Schubbetrieb)
und dem erneuten Betätigen (Wiederbeschleunigen) erneut aktiviert werden kann.
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Nach der Schubbetriebsphase beim erneuten Beschleunigen wird somit
vor der relativ groben Betätigung der Drossel klappe 5 durch das Gasgestänge 3 die
Drossel klappe 5 durch den elektromagnetischen Stellungsgeber 9 plötzlich um einen
kleinen Eetrag geöffnet und in dieser Stellung für kurze Zeit gehalten.
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Die damit verbundene plötzliche geringe Erhöhung der Leistungsabgabe
der Brennkraftmaschine reicht aus, di cf Bewegungsrichtungen im Antriebssystem umzukehren
und Lagerspiele und Elastizitäten noch vor der groben Betätigung durch das Gasgestänge
ohne merklichen Stoß auszugleichen. Der Lastwechselstoß wird somit auf nicht störeiide
Werte vermindert.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer Schalterbetätigung
dargestellt. Auf dem Gaspedal 1 ist eine als Wippe 11 ausgebildete Pedalplatte drehbar
angeordnet und in einem durch Anschläge
12, 13 begrenzten Betätigungsweg
bewegbar. Auf der Wippe 11 und dem Gaspedal 1 sind sich gegenüberstehende Kontaktfedern
14, 15 angeordnet. Die Wippe 11 ist mit dem Gaspedal 1 über eine Feder 16 verbunden.
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I unbetätigten Zustand liegt die Wippe 11 durch die Kraft der Feder
16 am Anschlag 13 an. Die Kontaktfedern 14, 15 haben keine Berührung und der mit
ihnen verbundene Eingang des Zeitgliedes 8 ist nicht aktiviert. Bei der Betätigung
des Gaspedals wird die Wippe in Richtung des Anschlages 12 bewegt.
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Die Kontaktfedern 14, 15 berühren sich dadurch und der Eingangskreis
des Zeitgliedes 8 wird aktiviert und der Stellungsgeber 9 erregt.
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Als Schalter sind auch Berührungsschalter oder Lichtscllalter und
als Stellungsgeber an der Drosselklappe pneumatische Stellungsgeber einsetzbar.
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In Fig. 3 ist ein ai sich bekannter Spannungsgeber mit der Drosselklappe
5 bewegungsübertragend verbunden. Die bei Rechts-oder Linkslauf entstehenden positiven
bzw. negativen Spannungssignale werden einer Schaltelektronik 23 zugeführt. Der
Ausgang der Schalt elektronik ist mit einem elektromagnetischen Stellglied24 , das
im Gasgestänge 3 angeordnet ist, verbunden.
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Bei beabsichtigter Beschleunigung tritt der Fahrer das Gaspedal 1
nach unten. Bereits nach einer sehr kleinen Betätigungsbewegung gibt der Spannungsgeber
20 ein positives Signal 22 ab und signalisiert gewissermaßen die Absicht des Fahrers
zu Beschleunigen der Schalt elektronik 23. Diese schließt sofort für kurze Zeit
den Stromkreis des elektromagnetischen Stellgliedes.
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Dadurch wird der mit der Drosselklappe 5 verbundene Teil des Gasgestänges
3a gegen die raft der Rückstellfeder 25 in einem Zylinder 26 mit seinem Kolben 27
auf die mit Bohrungen versehene Zylin derfläche 28 zubewegt. Die Drosselklappe wird
somit um einen entsprechenden Betrag in Richtung größerer Lcistungsanforderungen
an die Brennkraftmaschine verstellt. Um diese Stellung der Drosselklappe für kurze
Zeit annähernd konstand zu halten, wird der Elektromagnet des Stellglieds sofort
wieder abgeschaltet. Die magnetische Kraft auf den Kolben 27 verschwindet dadurch
und der Kolben bewegt sich durch die Kraft der Rückstellfeder 25 relativ zum Zylinder
2G nach Links. Da jedoch beim Beschleunigen der Gasgestängeteil 3b und damit der
Zylinder 26 nach rechts bewegt wird, bleibt die Stellung des Gasgestängeteiles 3a
und damit der Drosselklappe 5 inl wesentlichen erhalten. Die Geschwindigkeit mit
der sich der Kolben 27 relativ zum Zylinder 26 bewegt, ist abhängig von der Stärke
der elektromagnetischen Kraft, der Rückstellfeder 25, der Dichtung zwischen Kolben
und Zylinderwand und der Größe der Bohrungen 29.
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Bei der Erregung des Elektromagneten soll der Kolben 27 schnell
um
einen bestimmten Betrag in Richtung auf die Zylinderfläche 28 zubewegt werden. Das
wird durch ein relativ starkes Magnetfeld, eine weiche Feder 25 und große Bohrungen
29 erreicht. Die Rüclcstellung des Kolbens 27 soll dagegen in einer der Gaspedalbewegung
vergleichbaren, kleineren Geschwindigkeit erfolgen. Da trotz der Rückstellfeder
25 im nicht erregten Zustand des Elektromagneten eine relativ starre Bewegungsübertragung
vom Gaspedal 1 zur Drosselklappe 5 erforderlich ist, kann die Rückstellfeder für
eine langsamere Rückstellung des Kolbens 27 nicht beliebig weich gemacht werden.
Eine Verlangsamung der Rückstellung läßt sich' jedoch einfach durch das Anbringen
von Ventilplättchen an den Bohrungen 29 erreichen, wobei diese Plättchen im Vergleich
zu den Bohrungen 29 kleinere Bohrungen 30 aufweisen.
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Beim Einrücken des Kolbens 27 wird somit durch die größeren Bohrungen
29 die im Zylinder 26 befindliche Luft schnell verdrängt und bei der Rückstellung
die Bewegung durch die Drosselung der einströmenden Luft über die kleineren Bohrungen
30 in den nun geschlossenen Ventilplättchen gebremst.
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Bei einer Anordnung des Spannungsgebers 20 an einem Anlenkpunkt in
der Nähe des Gaspedals 1, z. B. dort wo in Fig. 3 die Feder 2 angreift, gibt der
Spannungsgeber 20 bereits ein Signal ab, bevor wegen der immer vorhandenen Lagerspiele
im Gasgestänge 3 die Drosselklappe 5 verstellt wird.
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Eine sehr gut dimensionierbare Ausführungsform läßt sich mit einem
sogen. elektronischen Gaspedal realisieren, das nicht mehr mechanisch in die Leistungsverstellung
eingreift, sondern einer Steuerelektronik den Leistungssollwert vorgibt. Die Steuerelektronik
kann nun entsprechend der Erfindung so programmiert sein, daß bei einem Lastwechsel,
der z. B. aus dem vorgegebenen Sollwert und der anschließenden Änderungsgeschwindigkeit
des Sollwerts beim Beschleunigen erkannt wird, zur Vermeidung des Lastwechselstoßes
die Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine schnell um einen kleinen Betrag
erhöht und kurze Zeit annähernd konstant gehalten wird.