DE2949337A1

DE2949337A1 - Einrichtung zur optimierung des betriebes eines verbrennungsmotors bezueglich einer maximalen leistung

Info

Publication number: DE2949337A1
Application number: DE2949337A
Authority: DE
Inventors: William Shaw Heggie
Original assignee: National Research Council of Canada
Current assignee: National Research Council of Canada
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1980-06-26
Also published as: CA1214088A; US4679396A; SE7910114L; JPS55123528A

Description

DIPUINCHEINZBARDEHLE Münch-1 7. Dezember 1979

PATENTANWALT

Aktenzeichen: Mein Zeichen: P 3OO5

Anmelder: National Research Council of Canada

Ottawa, Ontario
Canada KlA 0R6

Einrichtung zur Optimierung des Betriebes eines Verbrennungsmotors bezüglich einer maximalen Leistung

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Optimierung des Betr^. ^ss eines Verbrennungsmotors bezüglich einer maximalen Leistung.

Bei Verbrennungsmotoren, wie sie beispielsweise in Personenkraftwagen, Lastwagen, Erdbewegungsmaschinen oder stationären Maschinen verwendet werden, stellt es stets ein Problem dar, die Motordrehzahl in Abhängigkeit einer Reihe von Parametern zu optimieren. Insbesondere bei Ottomotoren sind beträchtliehe Anstrengungen im Hinblick auf eine Optimierung des Motors unternommen worden.

Nach der Erfindung wird eins Einrichtung zur Optimierung des Betriebs eines Verbrennungsmotors in Bezug auf eine maximale Leistung geschaffen, die eine erste Vorrichtung und eine zweite Vorrichtung umfaßt, die so miteinander verbunden sind, daß die Motordrehzahl in Abhängigkeit von wenigstens einem algebraischen Ansatz oder Punktion gesteuert wird.

Die erste und die zweite Vorrichtung sind vorzugsweise Taumelscheiben in einer Pumpe bzw. in einem Motor.

Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend an Hand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Fließ- und Steuerungsschema einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1A eine Abänderung der Ausführungsform nach Figur 1, insbesondere zum Einsatz bei einem Dieselmotor;

Fig. 2 einen Teil der Fig. 1, der insbesondere die hydraulische Einrichtung darstellt;

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Fig. 5 in schematischer Wiedergabe einen Teil der Einrichtung, wie sie bei einem Kraftfahrzeug verwendet wird, wobei die Kupplungen dargestellt sind;

Fig. M- die Darstellung einer Steuerkurve, wobei bestimmte Gleichungen als Funktion des Ausgangswertes des Beschleunigungspotentiometers aufgetragen sind;

Fig. 5 in schematischer Wiedergabe einen Teil der elektronischen Steuerlogik;

Fig. 6 ein Leistungsdiagramm des Motors eines "Toyota 2TC";

Fig. 7 in. schematischer Wiedergabe ein mathematisches Fließbild; und

Fig. 8 die Darstellung einer BremsSteuerungskurve.

Es ist zu verstehen, daß ein Benzinmotor in einem Fahrzeug, das ein herkömmliches Getriebe aufweist, sehr selten mit seinem optimalen, spezifischen Kraftstoffverbrauch läuft. Es ist versucht worden, den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges unter Landstraßenverhältnissen zu optimieren, indem ein Dreigangschaltgetriebe und andere herkömmliche Einrichtungen vorgesehen wurden. Es ist bekannt, daß, wenn eine unbegrenzte Zahl von Gängen zur Verfugung steht, ein besonders talentierter Fahrer den Kraftstoffverbrauch auf etwa die Hälfte des normalen Wertes verringern kann.

Bei hydrostatischen Getrieben ist es möglich, ein kontinuierlieh variierbares Drehzahlverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor und den Laufrädern zu verwirklichen. Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung gibt eine hydraulische Einrichtung

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an, deren Wirkungsgrad optimierbar ist, wobei die Arbeitsleistung des Motors in Abhängigkeit von den Straßenverhältnissen, so wie sie sich ändern, optimiert wird, so daß ein verbesserter spezifischer Kraftstoffverbrauch bei einer gegebenen Stra-Ben- oder Fahrbelastung erhalten wird. Dies ist einer der Vorteile welche erzielt werden, wenn die beschriebene Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung kommt.

Ein zweiter Vorteil, der bei Anwendung der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung erreicht wird, besteht darin, daß ungenutzte kinetische Energie hydrostatisch in einem Druckspeicher gespeichert werden kann, und zwar durch Kompression eines Gases, wie Stickstoff. Bekanntlich wird kinetische Energie verschwendet, wenn ein Fahrzeug beispielsweise auf eine Verkehrsampel zufährt, welche plötzlich auf "Rot" umschaltet, so daß das Fahrzeug zum Stehen gebracht werden muß. Wird jedoch die beschriebene Ausführungsform der Erfindung verwendet, kann diese kinetische Energie gespeichert werden, indem sie dazu ausgenutzt wird, Flüssigkeit in einen Zylinder zu befördern. Wenn das Fahrzeug dann grünes Licht erhält, wird die kinetische Energie freigesetzt und dazu verwendet, das Kraftfahrzeug wieder zu beschleunigen.

Fig. 1 ist ein Fließ- und Steuerungeschema einer Ausführungsform der Erfindung. Es ist ersichtlich, daß zwei Hydraulikeinheiten, nämlich eine Pumpe 2 und ein Motor 4, vorgesehen sind, wobei die Pumpe 2 den Motor A- antreibt. Beide Einheiten sind hinsichtlich ihrer Verdrängung oder Förderleistung variierbar, wobei Taumelscheiben verwendet werden, und zwar zusammen mit einer elektronischen Einrichtung zur Steuerung des Winkels der Taumelscheiben, derart, daß der Hydraulikdruck und der Durchsatn optimiert werden, wobei der Wirkungsgrad und das Drehmoment des Verbrennungsmotors ebenso erfaßt werden wie die Drehzahl. Dies wird im wesentlichen mit drei Gleichungen erreicht,

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wie nachstehend beschrieben ist.

Der Einfachheit halber ist nachstehend eine Liste mit Abkür- J zungen angegeben, die in der weiteren Beschreibung benutzt j| werden. |

Liste der Abkürziingen $

a Beschleunigung |

BHPh Effektive Pferdestärke pro Stunde (Brake horsepower hour) ;

BNEP Effektiver mittlerer Wirkungsdruck (Brake mean f

effective pressure)

BSFC Spezifischer Kraftstoffverbrauch (Brake specific

fuel consumption) ;

D Druckspeicherdurchmesser |

D_r Rollwiderstand « Ic₁ » 20,41 kg (45 Ib)

D Luftwiderstand

D. Gesamtwiderstand = D_ + D„

O J? SL

d^ Verdrängung oder Förderleistung der Pumpe dp Hubraum oder Verdrängung des Motors /\ E Gespeicherte Energie pro Gewichtseinheit an Gas *

F Bremsvermögen ij

F· Schubkraft I

g Erdbeschleunigung « 9»81

h Umrechnungufaktor = 4563 [jnkg/min HPJ [_(^3000 |

ft lb/inin HPl I

^ Rollwiderstand » D₃,

^k2 Widerstandskoeffizient

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N,

TLy

η.
η
η

ΔΡ,

Ap,

Δρ, Δρ.

■11

Masse = w/g

Abgegebene Leistung des Verbrennungsmotors Abgegebene Leistung des Motors Drehzahl der Verbrennungsmotor- und der Pumpenwelle

Drehzahl der Motorwelle Motordrehzahl-Steuerfunktion f (Ap) Verbrennungsmotordrehzahl-Steuerfunktion f (A_) Drehzahl der Achse

Verbrennungsmotordrehzahl-Steuerfunktion f [(Δ P_c - P₅)] Druck

Druckspeicherdruck Druck in der Einrichtung Motorauslaßdruck Druckspeicherdruckdifferenz P^ - P, V 30.1-Ansaugdruck P- P-P-P

Drucksteuerfunktion f (Ap) Re servoirdruck Ursprünglicher Wert von P^ Maximalwert von P^ = maximal zulässiger Druck in der Einrichtung

Effektiver Laufraddurchmesser (26,7 cm) Verhältnis der Motordrehzahl zur Laufraddrehzahl 2,7/1

Mechanisches "Bypass"- oder Verzweigungsverhältnis 1,3/1

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r Fahrzeugkonstante (Äquivalent dem Laufradradiue) = r/r₂

s Zurückgelegter Weg

T^ Verbrennungsmotordrehinoment

Tp Motordrehmoment

T Absolute Temperatur (Anhang I und Literaturstelle I)

V GasvoIumen im Druck peicher

V Flüssigkeitsdurchsatz
"V" Fahrgeschwindigkeit

ν* · Minimale ursprüngliche Geschwindigkeit W Arbeit oder kinetische Energie w Gewicht des Fahrzeuges
w Gewicht des Gases im Druckspeicher

S * Verdrängung oder Förderleistung der Pumpe als Bruchteil der Maximalverdrängung

S2 Hubraum oder Verdrängung des Motors als Bruchteil der Maximalverdrängung

*f Λ *i 2 Mechanischer Wirkungsgrad der Pumpe und des Motors

<7 λ ff ρ Verlustfaktor der Pumpe und des Motors

ρ Dichte des Stickstoffgases

6 Zulässige Belastung

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wird ein Beschleunigungspotentiometer A vom Fahrer eines Kraftfahrzeuges in der gleichen Weise gesteuert, wie ei· gegenwärtig den Gashebel bzw. die Drossel eines Fahrzeuges steuert, jedoch steuert er bei dieser Ausführungsform die Laufraddrehzahl als Folge einer gewählten Spannung oder eines anderen Parameters. Die Spannung wird mit A

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(accelorator potentiometer = Beschleunigungspotentiometer) bezeichnet. Durch diese Steuerung des Beschleunigungspotentiometers wird die Drehzahl der Lauf räder, also die Fahrzeuggeschwindigkuit, gesteuert. Die Laufraddrehzahl ^₀ ist damit eine Funktion (die durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben ist) der Stellung des Potentiometers bzw. dessen Ausgangswerts nach Fig. 1 und der nachstehenden Beschreibung. Dies bedeutet, daß, wenn der Fahrer durch Gasgeben bzw. öffnen der Drossel seinen Befehl gibt, die elektronische Steuereinrichtung die rückwärtige Taumelscheibe in dem Motor 4-auf ihr Maximum einstellt, da die Laufraddrehzahl tatsächlich aufgrund der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und der Zeit, die benötigt wird, damit das Fahrzeug diese Geschwindigkeit erreicht, nicht sofort erreicht werden kann. Auf diese Weise ist die Einrichtung darauf eingerichtet, eine maximale Beschleunigung zustande kommen zu lassen, wenn dies verlangt wird.

Das Beschleunigungspotentiometer steuert gleichfalls den hydraulischen Druck als eine Funktion dieses Potentiometers (nachstehende Gleichung 13). Die Gleichung 13 steuert deshalb den Druck der Einrichtung über den Gashabel bzw. die Drossel bis zu einer Stellung, bei der ein gegebener Druck in der Einrichtung erzeugt wird; mit anderen Worten, die Gleichung 13 ist für das öffnen der Drossel verantwortlich, die durch ein Drosselklappenventil ξ> gebildet ist. Dieser Druck wird als 2>lP₂ bezeichnet und stellt den Druck dar, der über den Hydraulikmotor 4 tatsächlich die Beschleunigung hervorruft. Es ist nun erforderlich, die Taumelscheibe der Pumpe 2 zu steuern und auf diese Weise das Drehmoment des Verbrennungsmotors hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs zu optimieren. Dies erfolgt nicht direkt als eine Funktion A_p der Beschleunigungspotentiometer-Stellung, sondern als eine Unterfunktion des Druckes der Einrichtung. Wenn der Befehl

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für den Einrichtungsdruck gegeben ist, steuert er über die nachstehende Gleichung 14 eine äquivalente Drehzahl des Verbrennungsmotors in Umdrehungen/Minute durch Anpassung von 8*. Dies ist die Verdrängung der Taumelscheibe in der Pumpe 2. Infolgedessen sind die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors so optimiert, daß sie den Straßenverhältnissen mit dem geringsten Kraftstoffverbrauch angepaßt sind.

Der Grund dafür, die Verbrennungsmotordrehzahl als Funktion des Druckes zu steuern, ist der, daß der Verbrennungsmotor nicht den Versuch macht, die Energie zu liefern, die durch den Druckspeicher zur Verfügung steht.

Die vorstehende Beschreibung betrifft den n^-Steuerzyklus. Dieser wird nachstehend nochmals erörtert werden. Nun soll der Regenerierungszyklus erörtert werden.

Das Fahrzeug soll beispielsweise mit 48 km/h fahren und soll plötzlich zum Halten gebracht werden. Dies kann beispielsweise eintreten, wenn die Verkehrsampeln auf "Rot" schalten und der Fahrer das Fahrzeug anhält, was bei der Einrichtung dazu führt, daß der Winkel der Taumelscheibe des Motors 4- vergrößert wird. Dadurch wird Flüssigkeit von dem Reservoir zu dem Druckspeicher gepumpt, und zwar gegen den Gasdruck in dem Druckspeicher, wodurch die kinetische Energie des Fahrzeugs von dieser Geschwindigkeit bis Null herabgespeichert wird. Wenn der Fahrer anschließend wieder anfahren will und den Gashebel betätigt bzw. die Drosselklappe öffnet, kann in dem Druckspeicher noch Energie gespeichert sein. Es ist offensichtlich, daß das Beschleunigungspotentiometer nicht die Energie des Verbrennungsmotors steuern soll, während Druckspeicherenergie zur Verfügung steht, weil der Druckspeicher geleert werden muß, um für einen Regenerierungszyklu3 bereit zu stehen, wenn das Fahrzeug wieder angehalten wird.

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Dies ist der Grund, warum n~ als eine Funktion des Druckes verwendet wird, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors über <J * zu steuern, d. h. durch die vordere Taumelscheibe. Was tatsächlich stattfindet ist, daß Δρ. - ΔP, die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuert. Wenn ZjikP, und ÄP_C gleich sind, wird der Verbrennungsmotor nicht mehr arbeiten, das Fahrzeug sich jedoch mit der Druckspeicherenergie fortbewegen. ΔΡ7 ist der Druck in dem Druckspeicher und ΔΡ₀ ist der Druck, den der Fahrer über das Beschleunigungspotentiometer bestimmt oder steuert. Wenn der Fahrer die Kraftstoffzufuhr bis zu einem Punkt erhöht, bei welchem er einen Druck bestimmt der größer ist als der Druckspeicherdruck, dann ist Z\P_C - Δ?χ eine positive Zahl und der Verbrennungsmotor wird nun dem Druckspeicher helfen, indem ein Druckunterschied am Rückschlagventil CV1 (Fig. 1) hervorgerufen und damit das Rückschlagventil CV1 geschlossen wird und der Druck, der durch den Verbrennungsmotor erzeugt werden würde, in Reihe gebracht wird mit dem Druck des Druckspeichers, wodurch das Fahrzeug mit der Summe der beiden angetrieben wird.

Es ist ersichtlich, daß zu jeder Zeit, wenn die Drossel offen ist, der Beschleunigungsschalter AS dazu führt, daß sämtliche Magnetventile, d. h. SV1, 2 und 3i gleichzeitig geöffnet werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß, wenn der Fahrer einen Druck bestimmt durch Gasgeben oder öffnen der Drossel und dieser Druck geringer ist als der Druck in dem Druckspeicher, ein negativer Befehl der Seite des Verbrennungsmotors mit der elektronischen Steuereinrichtung gegeben wird und dadurch hinsicht lich des Verbrennungsmotors nichts passiert, jedoch der Beschleunigungsschalter die Steuerventile öffnen wird, so daß der Druck des Druckspeichers durch CV1, d. h. das Rückschlagventil 1, und entlang der Druckleitung sich ausbreiten kann,

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L RI

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um so den Hydraulikmotor anzutreiben, bevor er zurück zum Reservoir gelangt. Zusammenfassend ist weiter festzustellen, daß, wenn der Fahrer jetzt seine Entscheidung ändert und einen Druck befiehlt, der größer ist als der Druck in dem Druckspeicher, der Unterschied dann positiv sein wird. Dieser Unterschied verursacht eine Steuerung der Leistung des Verbrennungsmotors durch die vorstehend erörterten Gleichungen. Die Betätigung der Taumelscheibe der Pumpe und der Drossel des Verbrennungsmotors, d. h. des Drosselklappenventils 6, hat zur Folge, daß der Druck jenseits CV1 ansteigt, so daß das Ventil geschlossen wird. Dies bewirkt nun, daß die Kraft des Verbrennungsmotors zu der Kraft des Druckspeichers hinzuaddiert wird.

Die Einrichtung ist bisher in der Lage, eine optimale Steuerung des Kraftstoffverbrauches des Verbrennungsmotors und des Wirkungsgrades der hydraulischen Einrichtung unter gleichmäßigen Straßenverhältnissen zu gewährleisten und dies wird durch die Parameter der beschriebenen Ausführungsform erreicht. Dies ist jedoch eine Variable, denn in diesen Gleichungen sind Steigungsänderungen nicht berücksichtigt, da nicht bekannt ist, wie steil eine Steigung ist, die der Fahrer zu überwinden hat. Ebenso sind Änderungen des Windes unberücksichtigt, was bedeutet, daß die Einrichtung nicht dazu in der Lage wäre, Kurven zu folgen, so daß sich noch etwas ändern würde. Das, was sich ändern würde, ist die Motorleistung, die zunehmen würde und höchstwahrscheinlich ihr Optimum überschreiten würde. Es sei daran erinnert, daß unter gleichmäßigen Bedingungen der n~- Befehl verwirklicht würde und die Taumelscheibe des Motors ihre optimale Lage für diese gleichmäßigen Bedingungen eingenommen hätte.

Wenn ein Fahrzeug auf eine Steigung zufährt oder ein Gegenwind das Fahrzeug zu verlangsamen versucht, würde die Taumel-

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scheibe dann neu eingestellt werden. Dies hätte zur Folge, daß der Durchsatz der Einrichtung bei gleicher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges zunehmen würde, wodurch das Drehmoment des Verbrennungsmotors sich vergrößern würde. Dies wäre eine Änderung, die bei der Taumelscheibe der Pumpe 2 stattfinden würde.

Um ein Überschreiten der zulässigen Drehzahl oder optimalen Drehzahl zu verhindern, wurde ein weiteres Rückkopplungssignal eingegeben und von dem tatsächlichen Winkel der Taumelscheibe des Motors abgeleitet (A bei <5~ in Fig. 1). Dieses Signal wird bei A auf der linken Seite der Fig. 1 zugeführt, wodurch der Verbrennungsmotordrehzahlbefehl N^ modifiziert wird durch die Funktion n^ ο o%/x» wobei χ ein Parameter ist, der vom Design oder dem konstruktiven Aufbau des Fahrzeuges abhängig ist.

Es ist erforderlich, daß das Fahrzeug rückwärts fahren kann, und trotzdem der Fluß in dem System oder der Einrichtung seine Richtung beibehält, so daß alle Bauteile auch bei Rückwärtsfahrt normal arbeiten. Dafür ist ein Schalter vorgesehen, der die np_c- und n^ -Eingänge umschaltet und bewirkt, daß die Taumelscheibe sich auf die andere Seite von der Mitte bewegt. Dadurch werden die Räder umgeschaltet, während die Einrichtung in der gleichen Richtung weiter arbeitet. Eine Steuerung "Fahren - Parken" ist ebenfalls erforderlich, um dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, den Verbrennungsmotor zu starten und umzuschalten, ohne das Fahrzeug zu bewegen. Dies erfolgt durch einen "Fahren - Park"-Schalter, der das Signal des Δ,P-Hauptbefehls unterbricht. Unter diesen Bedingungen wird kein positiver Taumelscheibenwinkel bei h ^ und kein Druckbefehl auftreten. Der Verbrennungsmotor kann deshalb gestartet und die Geschwindigkeit durch einen bandbetätigten Gashebel AH gesteuert werden.

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Es ist selbstverständlich so, daß alles, was elektronisch durchführbar ist, auch mechanisch erfolgen kann. Steuerungen können tatsächlich hydraulisch erfolgen und hydraulische Verstärker sind eine Möglichkeit sogar bei Geräuschen, die hydraulisch wie elektronisch verstärkt und erzeugt werden können. Steuerungen, die die gleichen Funktionen erfüllen, können ebenso auf pneumatischer Grundlage gebaut werden, wobei allerdings die Information dieser Steuerungen und das, was sie vollbringen, von Bedeutung ist, gleichgültig, ob es elektronische Steuerungen oder andere Einrichtungen sind. }

Das Reservoir und die Speisepumpe führen eine weitere, zwei- |

te Funktion aus. Sie dienen dazu, die Seite der Einrichtung |

bzw. des Systems mit dem niedrigeren Druck mit Druck zu be- |

aufschlagen, welche Seite stets einen spezifischen Druck auf- f

weisen muß, ob das Fahrzeug sich im Eegenerierungszustand be- i.

findet oder fährt. Dafür wird eine Einrichtung mit zwei Bück- ί schlagventilen verwendet. Wenn das Fahrzeug sich regeneriert, führt es Druck zu der Seite, die vorstehend als Hochdruckseite bezeichnet ist, und umgekehrt, wenn das Fahrzeug fährt.

Obgleich beispielsweise ein hydrostatisches System wie die- t ses oder ein anderes, ähnliches Energiesystem den Kraftstoff- j: verbrauch eines Fahrzeuges auf der Straße verbessert, hat dies .■ hauptsächlich seinen Grund darin, daß die Verbrennungsmotoren ί nach ihren Belastungsverhältnissen ausgebildet sein müssen. · Das hydraulische System selbst verliert mehr Energie als ein \ herkömmliches Getriebe als solches. Trotzdem kann man, obwohl \ dieses System einen besseren Kraftstoffverbrauch durch die Steuerungsparameter aufweist, eine Verbesserung erreichen, wenn bestimmte Maßnahmen eines völlig mechanischen Systems eingebaut werden.

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Bei jedem Antriebssystem gibt es wahrscheinlich einen Bereich, in welchem einri nicht variierbares, völlig mechanisches System das Optimum darstellen würde. Dies ist bei dem beschriebenen System der Fall, bei dem bei einer Geschwindigkeit von 16,8 m/sec und mehr ein völlig mechanischer Antrieb für ein richtig gewähltes Verhältnis eine Optimierung des Systems ohne die hydraulische Einrichtung darstellt. Demzufolge ist es so ausgestaltet, daß oberhalb 16,8 m/sec dann, wenn n~ gleich np ist, ein mechanisches Getriebe angekuppelt und die hydraulische Einrichtung ausgekuppelt wird. Die Steuerung dafür stammt von dem np-Befehlssystem bei C, welches die Kupplungen in der erforderlichen Weise öffnet und schließt, wie in dem Diagramm gezeigt. Dies reduziert den Kraftstoffverbrauch in dem vorliegenden Fall zusätzlich um etwa 25 %.

Die nachstehende Beschreibung ist sowohl theoretischer wie praktischer Natur, da sie auf einer gebauten Ausführungsform der Erfindung basiert, wobei des besseren Verständnisses wegen, einige der vorstehenden Ausführungen wiederholt werden könr.en. Der Vollständigkeit halber werden sie in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.

In der in Hede stehenden Ausführungsform werden kontinuierlich variierbare Einheiten sowohl für die hydraulische Pumpe wie den Motor benutzt (Fig. 1 und 2). Ein hydropneumatischer Druckspeicher ist so angeordnet, daß ein automatischer, kombinierter und unabhängiger Betrieb des Verbrennungsmotors gewährleistet ist. Das unter Druck stehende Reservoir speist den Druckspeicher, während der Ladedruck des Systems aufrechterhalten wird, und ein durch eine Kupplung betätigter mechanischer "Bypass" wird verwendet, um Verluste des hydraulischen Systems bei gleichmäßiger Reisegeschwindigkeit zu verhindern.

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-V-

Die Vorteile dieser Anordnung sind zum größten Teil offensichtlich, jedoch sei die Bedeutung der zweiten Taumelscheibe bei nip hervorgehoben, wodurch erreicht ist,

a) eine modulierte Steuerung bei Geschwindigkeitsverringerung,

b) eine modulierte Druckspeicherleistung bei minimalem Energieverlust, und

c) eine Vervollständigung des Steuerungszyklusses, die sowohl eine Optimierung des Druckes der Einrichtung wie des Verbrennungsmotordrehmomentes erlaubt.

Die elektronische Steuerung der Drossel des Verbrennungsmotores und der beiden Taumelscheiben erfolgt aufgrund von drei Nur-Lesespeiehern, die die Koordinaten, die von den drei Gleichungen herrühren, empfangen (Fig. 4 und 5). Ein Fließschema, das entsprechend arbeitet, ist in Fig. 2 gezeigt, wobei zwei kontinuierlich variierbare Einheiten bei nu und nip in einer hydrostatischen Schleife mit einem Druckspeicher an der m^- Ansaugung gezeigt sind. Das Reservoir liefert beiden Seiten der Schleife über CV3 und CV4 den Ladedruck und stellt die Strömung des Druckspeichers sicher, wobei frisches Druckmittel durch eine Pumpe für frisches Druckmittel geliefert wird. Das Drosselpotentiometer A liefert die primäre Fahrereingabe (Fig. 4 und 5) und. das Bremspotentiometer sorgt für die Regenerierungssteuerur.5 und die mechanischen Bremsen. Die Betriebssteuerung bestätigt: 6^ und Op = Null, C_x, und C^ außer Eingriff (Fig. 3) und SV1, 2, 3 geschlossen, wenn die "Pärk"-Stellung P vorliegt. Eine handbetätigbare Steuerung ist zum Starten des Verbrennungsmotors und dergleichen vorgesehen, fer ner eine Sicherung gegenüber Steuerung (der Einfachheit halber nicht dargestellt), die dem Fahrer erlaubt, die Einrichtung

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in der hydraulischen Betriebsweise festzulegen, wenn die Fa.hrbedingungen so sind, daß "besonders häufig Gangwechsel vorkommen.

Bei Rückwärtsfahrt ist bei laufendem Motor die Taumelscheibe in dem umgekehrten Quadranten, wobei die hydraulische Strömung und die Eigenschaften die gleichen sind wie bei Vorwärtsfahrt.

Grundlegende, theoretische Überlegungen, die bei dieser Ausführungsform Anwendung finden

Fig. 6 zeigt ein Leistungsdiagramm des Verbrennungsmotors eines "Toyota 2TC", das von tatsächlich durchgeführten Versuchen mit einer Eichanlage stammt, wobei der Wirkungsgrad gegenüber n^. und dem Drehmoment, in BSFC ausgedrückt, dargestellt ist. Wie dem Diagramm zu entnehmen, kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors für irgendeine Belastung optimiert werden, vorausgesetzt die geeignete Drehzahl des Verbrennungsmotors wird aufrechterhalten, d. h. der Wirkungsgrad oc Drehmoment.

Desgleichen T₁ oc 6 ^ AP₂i was nahelegt, S^ durch Δρ,, über n<- zu kontrollieren. Es ist nach einigem Nachdenken ersichtlich, daß ein Steuerungsbeginn nicht erfolgen würde, wenn Δ₂ nicht erhöht werden könnte, wobei S^ ursprünglich Null ist. Infolgedessen wird n^ gesteuert in Abhängigkeit von AP_c ^.P, über S^, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Drehmoment des Verbrennungsmotors auch zu optimieren, wenn der Druckspeicher geladen ist, wobei dann £± P₂ ^ Δ P bei der Pumpe ist. Da die volumetrische Leistung eines hydrostatischen Systems etwa proportional dem Druck ist, wird eine Optimierung des Druck-Kraft-Verhältnisses nahegelegt. Das letztere kann durch Steuern des Einrichtungsdruckes bei A über das Drosselventil erreicht werden, und wenn der Druckspeicher geladen ist ist der Beitrag des Verbrennungsmotors proportional zu ^ P_c -

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Ein festes Verbrennungsmotor/Laiifrad-Verhältnis ist dem hydraulischen Antrieb in einem beträchtlichen Teil des stationären Zustandesbereichs wegen seines besseren Wirkungsgrades überlegen (Tabelle 2A und Fig. 3)· Es wird so festgelegt, daß weder Motoranlaufverluste durch die hydraulischen Bauteile noch andere Verluste auftreten, als diejenigen, die durch den niedrigen Ladedruck erzeugt werden.

Die Regenerierung der Bremsenergie, die im Stadtverkehr erheblich ist, wird im Anhang I (Fig. 8) behandelt.

Hydraulische Betriebsweise

Es sei angenommen, daß der Druckspeicher geladen sei, der Verbrennungsmotor läuft und die "Fahren— Parken"-Steuerung (DPC) in der Stellung "Fahren" (Fig. 2) sich befindet. Wenn der Gashebel nach unten gedruckt wird, dann ergibt sich folgendes:

If. a) A^ steuert einen Druck Δ P_ über das Drosselklappenventil ,

b) Δ. P_c steuert n_o, was zu £ ₂ > Minimum führt,

c) SVyj ρ χ öffnet sich, wodurch n₂ > Null gesteuert wird,

d) das Fahrzeug wird unter dem Einfluß des Druckspeichers beschleunigt, wenn ΔΡ. <. Δ P_x ist.

Die Strömung verläuft über CBF und E. Falls, der Befehlsdruck größer ist als Δ Pi, dann ergibt sich folgendes:

P_c -

'x vergrößert die Einstellung der Drosselklappe, so daß APo sich Δρ. angleicht,

ⁿ2c ^mo<*uliert ο ₂» wobei n₂ bestimmt wird,

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g) n,, moduliert d^, wobei n^ bestimmt wird,

h) Z\ P^ > Null schließt CV₁, wobei der Druck

des Druckspeichers und der Druck der Pumpe summiert werden.

Wenn das Gas weggenommen wird, ergibt sich folgendes:

i) SVi ο τ. schließt eich, wobei der n~-Befehl Null ist,

j) ⁿi ⁼ Null, bringt S^ auf Null zurück,

k) Sp geht zurück auf ein blockiertes Minimum von 10 %, wobei ein leichtes Abbremsen erfolgt.

Wenn die Bremse betätigt wird, dann ergibt sich folgendes:

Eine Zunahme von S <-> über das Bremspotentiometer führt da- |i zu, daß die Strömung von dem Reservoir zu dem Druckspeicher

über H, F und D zunimmt.

\ 15 Es ist ersichtlich, daß die Fig. 1 und 1A ein hydrostatisches System zeigen, das einen Verbrennungsmotor mit Vergaser auft ι weist, der eine Motor/Pumpen-Anordnung mit variabler Verdrän- ;_; gung antreibt, die zu einem Taumel Scheibenbetrieb auf beiden

Seiten von der Mitte in der Lage ist. Ein Druckspeicher (ACC)

^κ 20 ist mit beiden Seiten der Hauptschleife verbunden, und ein Reservoir (RES) mit der Tiefdruckseite. Die Taumelscheibe des Motors bewegt sich auf die andere Seite von der Mitte sowohl beim Bremsen wie bei Rückwärtsfahrt. Das Rückschlagventil (CV1) gewährleistet die ungebremste Fahrt und ermöglicht den direkten Betrieb des Druckspeichers. Wenn höhere Drucke verlangt werden, wird CV1 durch die durch den Verbrennungsmotor erzeugte Druckdifferenz geschlossen und die Strömung des Druck-

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» t t

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Speichers wird in Serie mit der Strömling der Pumpe geschaltet.

Elektronische Steuerung

Der gleiche Potentiometer-Kontaktarm wird sowohl von der Bremse wie vom" Gaspedal betätigt. Der Ausgangswert (A ) erzeugt zwei Grundbefehle, die Drehzahl des Verbrennungsmotors durch Mo. lieren des Drosselventils 6 und des Einrichtungsdruckes ( /\ PQ durch Anpassung der Einstellung der Motortaumelschei-"be (£p)*l/i wird eine Funktion von/^P2_c - Δ.Ρ*, um die Energie, d.' °- von HP verfügbar ist, zu kompensieren. Der letzte Freiheitsgrad ist unter Einfluß von P/|_c (1 ^) durch Betätigung der Pumpentaumelscheibe (£,,). Eteuermethoden, bei denen verschiedene darauf angewandte Parameter und andere hydraulische Anordnungen zum Einsatz kamen, wurden untersucht, jedoch wurde das geschilderte System bzw. Einrichtung angewandt, bei der der Ladedruck und die Drehzahl des Verbrennungsmotors zur Optimierung des Betriebes des Verbrennungsmotors verwendet werden, obgleich einige der Änderungen, die der gleichen Grundlogik folgen, akzeptierbare Alternativen darstellen.

Arbeitsweise bei modifiziertem Betrieb

Parken: Bei dieser Arbeitsweise wird durch die "Fahren - Parken "-Steuerung des Fahrzeuges (nicht gezeigt) S^ zu Null und S ρ maximal, so daß SV1 (Fig. 1 und 2) geschlossen wird und die Zündung und der Steuerungsenergieversorgungskreis geöffnet werden.

Starten: Diese Arbeitsweise unterscheidet sich von der des "Parken" dadurch, daß die Stromkreise unter Strom gesetzt werden und die Drosselsteuerung unter dem Einfluß von S, proportional zu A wird. Die Drosselrückkopplung ist in Fig. 1 der Deutlichkeit halber weggelassen.

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Fahren: Bei dieser Betriebsweise sind sämtliche Steuerungen automatisch. Unter der Annahme, daß der Druckspeicher leer ist und der Verbrennungsmotor läuft, schließt AS SV2 und öffnet SV1, wenn der Gashebel nach unten gedrückt wird. Ein Geschwindigkeitsbefehl erhöht den Winkel der Drossel. Die erhaltene Zunahme der Drehzahl des Verbrennungsmotors (nj liefert einen Ladedruckbefehl, dem durch eine Modulation von 6 * und damit durch eine Pumpenverdrängung entsprochen wird. Das Verhältnis der Drehzahl zum Drehmoment des Motors wird dadurch bestimmt. Gleichzeitig mit dem Geschwindigkeitsbefehl wird ein Druckbefehl abgegeben L^ ¹On(^)J > ^der ^^e Motortaumelschei-

f A ™

be (dp) moduliert. ΖλΡο folgt damit einer vorgegebenen Kurve. Die Strömung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt nur über die

Haupt schleife. Sollte ^Pp^iis /\ P, (geladener Druckspeieher) sein, dann ist die S2~Steuerung proportional zu A , wobei ein Null-η^-Befehl ergeht und eine Strömung über SV1 und CV1 erfolgt, die den Motor antreibt und zu dem Reservoir (RES) zurückfließt. Wenn dieselben Bedingungen bestehen, außer daß ZXPpc^^¹^ ^^st' herrschen normale Fahrbedingungen, außer daß eine durch eine Pumpe erzeugte Druckdifferenz bei CV1 dieses Ventil schließt und die Strömung von dem Druckspeicher (ACC) zu dem Einlaß der Pumpe fließt.

Bremsen: Bei dieser Arbeitsweise wird, wenn das Bremspedal betätigt wird, ein Null-n^j-Befehl abgegeben und die S p-Steuerung wird auf eine A direkt proportionale Steuerung umgeschaltet. Der Druck der Einrichtung bzw. des Systems schließt CV1 und die Strömung zu ACC kommt von RES über die Motor/Pumpen-Einheit und CV2. Sollte sich ACC voll aufladen während des Zyklusses, wird die Druckflüssigkeitsreibungsbremsung über RV1 fortgesetzt. Falls eine Notbremsung erforderlich ist, führt ein zusätzlicher Druck auf das Pedal, nachdem das Potentiometer seine "Stop"-Stβllung erreicht hat, zu einem Ausgangs

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wert der Kraftmeßdose, durch den die mechanischen Bremsen zur Anwendung kommen.

Rückwärtsfahren: Diese Arbeitsweise entspricht derjenigen der Vorwärtsfahrt, außer daß die "Fahren - Parken"-Steuerung die Richtung der 6 ₂~Steuerung umkehrt und die Taumelscheibe auf die andere Seite von der Mitte bewegt.

Mechanischer Bypass

Es ist von Vorteil, das hydraulische System durch einen direkten mechanischen Antrieb während eines Teils des Fahrbereichs des Fahrzeuges zu umgehen. In dem vorliegenden Fall erfolgt dies bei mehr als etwa 15,2 m/sec bei einem Verbrennungsmotor/Lauf rad- Verhältnis von 1.3:1. Dies liegt im Bereich einer konstruktiven Leistung, jedoch sind die beiden nachstehenden Punkte von Bedeutung:

1) Ein n₂-Drehzahlbefehlsgenerator (in Fig. 1 nicht dargestellt, liefert n~ (A ). Der mechanische Bypass wird im stationären Zustand nur betätigt, wenn die Geschwindigkeit 16,8 m/sec übersteigt und η_,=η₂ ist. Das System kehrt zur hydraulischen Arbeitsweise zurück, wenn n_2c um 10 % > n₂ ist.

2) Die Pumpe und der Motor werden deshalb stationär abgekuppelt während der "Bypass" in Betrieb ist.

Das System läuft in der hydraulischen Arbeitsweise bis V 12,2 m/sec ist, von wo ab der "Bypass" zur Verfügung steht. Oberhalb 12,2 m/sec, wenn n_2c « n₂ ist, schließt SV₂, C^ kommt außer Eingriff nach 100 ms, C^ kommt in Eingriff nach 100 ms, C₂ kommt au^er Eingriff und die Drossel geht gleichzeitig auf direkte Steuerung £τ(Α )] über. Das System läuft dann in der mechanischen "Bypass"-Arbeitsweise.

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Die Beschleunigung erfolgt, wenn n_2c + 10 %J> n₂ ist, unter welchen Umständen SV₂ sich öffnet und die Drosselsteuerung

sich umkehrt, um gleichzeitig durch Δ>. P₂(A ) zu steuern. Nach 100 ms kommt C^ in Eingriff und C, gleichzeitig außer Eingriff und C₂ kommt nach 100 ms in Eingriff. Das System ist damit zur hydraulischen Arbeitsweise zurückgekehrt, bis n₂ = n_2c.ist.

Wenn das Bremsenpotentiometer betätigt wird, wird die hydraulische Arbeitsweise bestätigt (Fig. 8) und das Abbremsen wird durch dp bestätigt.

Parameter des gegebenen Kraftfahrzeuges

Für diese Untersuchung wird angenommen, daß das Fahrzeug eine

ρ
Fläche von 1,58 m und einen Widerstandsfaktor von K = 0,35 hat und die dynamische Masse eingestellt ist auf m = 77»6 = 25ΟΟ lbw (1154 kg). Der Einfachheit halber und weil es so üblich ist, wird letztere ebenfalls für die Rollwiderstandsberechnung benutzt.

Die Motorgröße d_P basiert auf Beschleunigungsanforderungen bei maximalem Einrichtungsdruck £^P₂ - 351 »5 kg/cm . Sie wurde ausgewählt, um eine Geschwindigkeit von 22,35 m/sec in weniger als 12 see zu erreichen. Demgemäß ist die Trägheitskraft zu dem Widerstand bei dieser Geschwindigkeit hinzu zu addieren, um die gesamte Schubkraft zu erhalten.

₆ + (22,35/12) w/g = 274,8 kg und für J ₂ « 1 und ^₂=* 0,9 ergibt sich

d₂ - 24 7Γ Fr_e/ Δ P₂ 1 ₂ - 53,91 cm⁵/ü.

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Die nächste, zur Verfügung stehende Größe ist 52,44 evr/U.

Die exakte Abhandlung des Beschleuni-ungsprozesses in dem Anhang zeigt, daß tatsächlich eine eschwindigkeit von 22,35 m/sec (50 km/h) in 10,9 see erreic t wird (siehe Tabelle 2). Die hydraulische Pumpe sollte während der normalen Reisegeschwindigkeit (beispielsweise 24,4 m/sec) unter optimalen Bedingungen laufen, wobei O₁ etwa 90 % betragen sollte, n₂ bei dieser Geschwindigkeit 2357 U/min ist und n^, um ein optimales Drehmoment zu geben, etwa I38O U/min ist, d. h. von nun an

d₁ = n₂d₂ ^₂Ai₁ (J₁= 51,13 cm⁵/U ist, so daß d₁ = dp = 51,62 ei /U gewählt wird.

Ableitung der konstruktiven Parameter

Das System ist erforderlich, um drei Energiegleichungen zu genügen, die folgendermaßen lauten:

2 TTnT₁/60 = N für nu und m₂ und ο

ν Δ ^p ■ _A

^g = N für die hydraulische Schleife (ΔΡρ 12x60x14,22 in kg/cm² )

Als ein mechanisches System muß das hydraulische System der Kontinuitätsgleichung genügen, nämlich:

7 ' - V

und kann behandelt werden nach den folgenden drei Gleichungen:

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6 ₁/7

P₂d₂ S ₂

Es ist ersichtlich, daß, während das Drehmoment/Drehzahlverhältnis von m₂ vor"bestimmt ist, dies nicht für m^ gilt, wo n^j und T_x. variierbar sind bei einer gegebenen Belastung, vorausgesetzt, daß ihr Produkt sich nicht ändert. Im Falle der Schleife gilt dies für V und Δ P₂. Dadurch ist eine Optimierung des Drehmomentes des Verbrennungsmotors ebenso möglich wie die des Druckes der Einrichtung, da n^ und ΔΡ« ohne Änderung des Druckes des Laufrades steuerbar sind (Fig. 2, 6 und 7).

Der limitierende Parameter, der die Optimierung beherrscht, ist n^, da einerseits m^ 4000 U/min zuzüglich einer kurzzeitigen Überdrehung von einigen 100 U/min im stationären Zustand nicht überschreiten darf und andererseits ein Betrieb des Verbrennungsmotors bei weniger als 4-50 U/min nicht mehr durchführbar ist. Er wurde so gewählt, um in irgendeinem stationären Zustandsbereich zwischen 3»05 und- 36,6 m/sec mit 13" Rädern einen effektiven Radius von 10,5" oder r = 0,267 m zu erhalten.

Es erscheint nunmehr zweckmäßig, jene Parameter aufzulisten, die verfügbare direkte Punktionen der Geschwindigkeit sind, nämlich D., N₂ und T₂ (Tabelle 2). Gleichung 5 kann nun abgeleitet werden nach N₁, nämlich N₁= ^₂ZH ² *7'²» wobei die Wirkungsgrade berechnet werden. Die Punkte entlang der Zielkurve können durch Anwendung der Werte von N₁ (Fig. 6 und 7) und Projektion auf n^ ermittelt werden. Eine einschlagige

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Kurve sei nun definiert, nämlich n^ (V). Ein maximales System Δ P₂ wurde gewählt (Anhang 1) und unter Bezugnahme auf die Wirkungsgraddiagramme der hydraulische Pumpen und Motoren wird ein stationärer Zustandsbereich ~ 70,3 bis 210,9 eingestellt. Damit ist eine lineare Gleichung durch Substitution von ΔΡρ(η/|) und ΔP₂ (V) in Gleichung 6 geschaffen. Die letztere wird nun modifiziert, um sich bei A = 9,84 und Δ P_c = 351,5 zu schneiden (Fig. 4). Dies ist die maximale Druckdifferenz des Systems bzw. der Einrichtung.

Pumpen- und Motor-Größe

Die Motorgröße (D₀ = cnr/U) basiert auf den Beschleunigungs-

2 erfordern!ssen (Zeitablauf) bei maximalem Δ P = 35^,5 kg/cm , wobei der Laufraddurchmesser r = 0,267 m. ist und das Gesamtverhältnis T^ = 2,7 ist, wobei das letztere so gewählt ist, um den np-Grenzen zu entsprechen. Es wurde eine Bauart ausgewählt, bei der eine Geschwindigkeit von 22,3 m/sec in 12 Sekunden erreicht wird. Für den durchschnittliehen Widerstand (Da) wird auf Spalte 2 der Tabelle 2A Bezug genommen. Die Motorgröße ist demgemäß:

24 DaTTr ₊ 24 χ 73,3 mfTr _(χ tv, *) 12ΔΡ . r_o ¹J

Die Pumpe muß dem optimalen Reisegeschwindigkeitsbereich entsprechen, wo ö ι am größten ist. Die Parameter werden deshalb ausgewählt bei V - 18,29 m/sec, wobei T₂ - 26,5, ^₂ = 1768, = 855 sind. Wenn dann *? = 0,9 ist, ist

tr

-r : ^B 50,96 .

P₂ und

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• · I

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Es ist ersichtlich, daß in diesem Fall die Pumpe und der Motor ähnliche Abmessungen aufweisen sollen und die nächste, ohne Schwierigkeiten verfügbare Größe war 51»62 cnr/U, nämlich m^ und m₂.

Vervollständigung der Tabelle Nr. 2 und Nr. 2A

10

Die Tabelle 2 wird nunmehr gemäß dem Fließchema (Fig. 7) vervollständigt, wobei die berechneten Wirkungsgrade verwendet werden und nachträgliche Wirkungsgradwerte von den geeigneten Wirkungsgraddiagrammen durch Iter.ieren bis zur gewünschten Genauigkeit erhalt jn werden. Die Konstanten in den Gleichungen werden dann zur Endanpassung der erhaltenen Kurve angeglichen, wobei eine Konzentration nach unten hin stattfindet, wenn der mechanische "Bypass" angeschlossen wird.

Es soll nunmehr die Tabelle 2A bei einem Verhältnis r,, = ausgewertet werden.

St eue rkurven

Ein Beschleunigungspotentiometer (A ) weist 140 beliebige Einheiten auf, von denen 100 stationäre Zustandsbedingungen wiedergeben. Der Einrichtungsdruck (ΔΡ₂) wird gesteuert durch eine Funktion von A (Gleichung I3), wobei der Druckbefehl Δ Ρ = (A ) ist. Wenn der letztere erreicht wird durch Modulation der Drossel, wird keine Leistung des Verbrennungsmotors hervorgebracht, wenn ΔΡ7
wird, um ZiP₂ = Δ P_c zu genügen.

Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist das Ergebnis n_2c (AP_C) (Gleichung 12), die den Taumelscheibenwinkel (J₂) des Motors m₂ moduliert. Dies führt zu ^₂ = 100 %, wenn n₂<n_2(J ist, so

Ί? ist. da sich die Drossel schließen

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daß das maximale Drehmoment bei Bedarf für die Beschleunigung zur Verfugung steht.

Um den optimalen Kraftstoffwirkungsgrad "beizubehalten, muß die Drehzahl des Verbrennungsmotors n^ durch m^-Druckdifferenz ΔΡλ beherrscht werden, und zu diesem Zweck ist n^ Γ( Δ. Ρ I

ΔPz)I (Gleichung 14-) vorgesehen (Fig. 2, 4- und 5 sowie Tabellen 1 und 2).

Es scheint so, daß 100 % ^o während des Beschleunigen die Steuerung schwierig werden lassen. Dies wird jedoch durch einen zu großen Weg der mechanischen Drossel zu Beginn überwunden. Wenn beispielsweise V = 3»05 m/sec gefordert wird, wird ip bei dieser Geschwindigkeit offensichtlich raschidemoduliert werden, um der Forderung schnell zu entsprechen.

Falls erwünscht, ist der Einbau eines Beschleunigungsmessers, der auf horizontale und vertikale Kräfte anspricht, in ein System, das in der Lage ist, auf die Summe der Beschleunigungsund Geschwindigkeitskomponenten zu reagieren, durchführbar, so daß einer bestimmten Beschleunigungsanforderung durch die Drehzahl und/oder die Beschleunigung entsprochen wird.

Anmerkungen zu dem Anhang

1) Der Anhrng I beschäftigt sich eingehend mit dem Druckspeicher mit dem Hauptziel, dessen Einsatz zu rechtfertigen. Beispielsweise kann man behaupten, daß die Häufigkeit der Abbremsung von mehr als 13*4-1 m/sec auf Null gering ist und deshalb zu vernachlässigen ist im Hinblick auf die eingesparte Energie. Es soll zusätzlich der Exponent der PoIytrope erläutert werden.

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2) Der Anhang H beschäftigt sich mit den verfügbaren Arbeitsweisen der Beschleunigung.

3) Der Anhang III beschreibt die hydraulischen Pumpen/Motor-Einheiten.

Zusammenfa s sung

Die Vorteile der Erfindung, wie sie der beschriebenen Ausführungsform entnommen werden können, manifestieren sich in der Tatsache, daß bei einem Eingabewert bei tfp durch den Fahrer sowohl der Druck wie dais Drehmoment optimiert werden können und regenerierte Energie unabhängig oder in Serie mit dem primären Antriebsmotorausgang geschaltet werden kann.

1) Jede Drosselveränderung, um die Beschleunigung während der Wiederverwendung der regenerierten Energie zu steuern, führt zu sehr hohen Verlusten aufgrund des unproduktiven Druckabfalls in der Drossel, wohingegen bei d 2~Steuerung der Hauptdruckabfall der Arbeitsdruck ist.

2) Es sei betont, daß der optimale Druck des Systems bzw. der Einrichtung nicht notwendigerweise proportional ist zu dem optimalen Drehmoment des Verbrennungsmotors bei allen stationären Zustanden.

5) Die Serien- und/oder unabhängige Verbrennungsmotor/Druckspeicher-Anordnung ermöglicht eine Drehmomentsummierung, desgleichen kann das Fahrzeug ohne laufendem Verbrennungsmotor vorwärtsbewegt werden.

Es wird dabei geschätzt, daß bei gemischten Stadt/Vorstadt/ Landstraßen-Fahrverhältnissen der Kraftstoffverbrauch 3,01 1/ 100 km (70 MPG) unterschreitet, welcbsr Wert ebenso den Kraft-

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Claims

DIPL.ING. HEINZ BARDEHLE * * München, 7.Dezember 1979

Aktenzeichen: Mein Zeichen: P 3005 Anmelder: National Research Council of Canada

Ansprüche

Einrichtung zur Optimierung des Betriebes eines Verbrennungsmotors bezüglich einer maximalen Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Taumelscheibe und eine zweite Taumelscheibe vorgesehen sind, wobei jede Taumelscheibe an eine hydraulische Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Verbrennungsmotores angeschlossen ist und wenigstens eine Taumelscheibe gemäß einer Punktion mindestens eines algebraischen An-,<s satzes betätigbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die erste Taumelscheibe als Funktion eines ersten algebraischen Ansatzes und die zweite Taumelscheibe als Punktion eines zweiten algebraischen Ansatzes betätigbar ist.

«" P «■

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste algebraische Ansatz ΔΡ P, ist und der zweite algebraische Ancatz Ap ist, wobei

Δρ. = Drucksteuerfunktion,

Δρ, = Druckdifferenz des Druckspeicher^ (P^-P*),

Ap = Drosselpotentiometer-Einstellung, = Motore.uslaß
= Ansaugdruck

P-, = Motore.uslaßdruck,
5

bedeuten.
4-. Einrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die erste Taumelscheibe durch eine Pumpe (2) und die zweite Taumelscheibe durch einen Motor gebildet sind.
5· Einrichtung aach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Betrieb des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von drei Gleichungen gesteuert wird, welche durch eine zeichnerische Kurve von

(a) n_2c gegen Ap,

(b) ΔΡ. gegen Ap, und

(c) Zi_{1 c} gegen (ΔΡ_ο - ΔP₅)

abgeleitet werden, wobei

ⁿ2c ⁼ Motordrehzahlsteuerfunktion,

ⁿ1c * Verbrennungsmotordrehzahlfunktion

bedeuten.

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I ·
6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Pumpe (2) und der Motor (4·) in der hydraulichen Einrichtung durch eine erste und eine zweite Hydraulikleitung miteinander verbunden sind,

(b) ein erstes Magnetventil (SV1) und ein erstes Rückschlagventil (CV1) in der zweiten Hydraulikleitung vorgesehen sind,

(c) ein zweites Rückschlagventil (CV2) in einer hydrau-Iisehen Umführungsleitung der Pumpe (2) zwischen

der ersten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung vorgesehen ist,

(d) ein Druckspeicher über ein zweites Magnetventil (SV2) mit der Abzweigung des ersten Magnetventils (SV1) und des ersten Absperrventils (CV1) verbun

den ist, und

(e) ein Reservoir über ein drittes Magnetventil (SV3) mit der Abzweigung des ersten Rückschlagventils (CV1) und dem Motor (4) verbunden ist.

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