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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der
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wirtschaftlichen Motorgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der wirtschaftlichen Motorgeschwindigkeit
eines Verbrennungsmotors gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft
ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der wirtschaftlichen Motorgeschwindigkeit.
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Die Verminderung des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors
steht in Beziehung zur wirtschaftlichen Motorgeschwindigkeit und insbesondere zur
Fahrzeuggeschwindigkeit. Es gibt eine Anzahl von Vorschlägen, den Kraftstoffverbrauch
zu verringern. Es sind Geräte bekannt, die den Kraftstoffverbrauch messen mit Hilfe
neuester analoger und digitaler Einrichtungen, einschließlich Mikroprozessor-und
Computer-Systemen, vergl. US-PS'en 4 134 301, 4 050 295, J-PS'en 49 114 653, 49
90 396, DE-PS'en 2 634 864, 2 440 411.
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Sie messen sämtlich den Kraftstoffverbrauch für eine einheitlichte
Distanz.
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Die bekannten Vorrichtungen können nur von einem Fachmann bedient
werden und setzen die richtige Getriebeübersetzung voraus (z.B. US-PS 4 136 389).
Wenn die entsprechende Einstellung vom Fachmann erfolgt ist, kann ein unerfahrener
Fahrer meistens nur versuchen, die wirtschaftliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs
auszuwählen, welche sich zusätzlich in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung und
den Fahrbedingungen ändert. Die bekannten Systeme vermögen nur die Maximal- und
Minimalwerte des Kraftstoffverbrauchs sowie einen Zwischenwert anzuzeigen. Sie können
nicht die wirtschaftliche Motor- und Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigen, diese läßt
sich nur auf der Basis des augenblicklichen Kraftstoffverbrauchs erraten. Mit ihnen
läßt sich auch nicht der augenblickliche Wert der Abweichung von der wirklich wirtschaftlichen
Motor- und Fahrzeuggeschwindigkeit messen. Sie überdies sind/kompliziert und teuer.
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Es besteht daher immer noch ein Bedürfnis nach einer Anzeigevorrichtung,
die die wirkliche wirtschaftlichste Geschwindigkeit des Motors und des Fahrzeugs
anzeigt unabhängig vom Betriebszustand und Einsatz. Neben solchen grundlegenden
Instrumenten wie Geschwindigkeits- und Drehzahlmesser fehlt im Fahrzeug ein Gerät
- ein sogenanntes Okonometer - dessen Anzeige in einem direkten und zuverlässigen
Verhältnis zur wirtschaftlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und zum minimalen
Kraftstoffverbrauch steht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die jeweils wirtschaftlichste Motor- bzw.
Fahrzeuggeschwindigkeit
ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen der
Ansprüche 1 und angegebenen Gestaltungsmerkmale gelöst.
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Die Erfindung soll nachfolgend näher erläutert werden.
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Die große Bedeutung von Motordaten, wie der Wirkungsgrad, das Drehmoment
, die Motorleistung und insbesondere der Kraftstoffverbrauch, ist bekannt. So kann
man die verbrauchte Kraftstoffmenge in Beziehung setzen zu den oben erwähnten Daten
und zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder zu der gefahrenen Strecke und zur
benötigten Zeit. Wie auch immer, die Abhängigkeit der nutzbaren Motorleistung von
dem Drehmoment und besonders dem Kraftstoffverbrauch ist nicht gleich für die verschiedenen
Motoren. Daher blieb eigentlich nur die Fahrzeuggeschwindigkeit als allgemeine Anzeige
für die Motorleistung und wirtschaftliche Fahrzeuggeschwindigkeit übrig.
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Die Menge des tatsächlich verbrauchten Kraftstoffs des Motors steht
in Relation gleichzeitig zur momentanen effektiven Motorleistung oder der Motorgeschwindigkeit
oder zur Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, den wirklichen Wert des Quotienten
aus Kraftstoffverbrauch und einer der obigen Daten des Motors oder Fahrzeugs zu
ermitteln und dazu die Ableitung des Quotienten oder einen/proportionalen Wert als
eine brauchbare Anzeige für die wirtschaftliche Geschwindigkeit zu verwenden. Betrag
und Vorzeichen dieser
Größe können zur Steuerung des Anzeigesystems
für die wirtschaftliche Motorgeschwindigkeit und wirtschaftliche Fahrzeuggeschwindigkeit
dienen. Außerdem verhindert das Verhältnis des oben aufgeführten Quotienten zu dem
momentanen Wert einer der genannten Anzeigekenndaten für Motor und Fahrzeug eine
falsche Anzeige des wirtschaftlichen Universalgeschwindigkeitsanzeigers infolge
Motorbelastung und Antriebsbedingungen des Fahrzeugs.
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Die grundlegende Beziehung, auf der die erfindungsgemäße Einrichtung
beruht, ist das Verhältnis des Betrages des Kraftstoffverbrauchs zu der effektiven
Motorleistung, welche im Bereich der wirtschaftlichen Motor- und Fahrzeuggeschwindigkeit
in proportionaler Beziehung zur Motor- und schließlich zur Fahrzeuggeschwindigkeit
steht. Daher wird man die Fahrzeuggeschwindigkeit als die allgemeinste und gleichzeitig
einfachste Anzeige für den dynamischen Fahrzustand des Fahrzeugs betrachten.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Anzeige der jeweils
wirtschaftlichen bzw. wirtschaftlichsten Geschwindigkeit zeigt laufend der Wert
der Ableitung oder den Proportionalwert des Quotienten aus Kraftstoffverbrauch und
effektiver Motorleistung oder Motorgeschwindigkeit oder Fahrzeuggeschwindigkeit
an. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt die Voraussetzungen für die erforderliche
Vielseitigkeit. Sie ist unabhängig von der Motorbelastung und den Fahrbedingungen
bzw. -zuständen des Fahrzeugs. Die Vorrichtung zeigt zusätzlich den KraftADffverbrauch
an. Mit einer
Zusatzvorrichtung regelt die erfindungsgemäße Vorrichtung
automatisch die wirtschaftliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein. Bei Verwendung
einer solchen Zusatzvorrichtung signalisiert der beschriebene Anzeiger auch den
günstigsten Mxent des Umschaltens in einen anderen Gang.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt die Abhängigkeit des Kraftstoffverbrauchs
von einem der Werte, wie Motorleistung, Motorgeschwindigkeit oder Fahrzeuggeschwindigkeit.
In der einfachsten Version signalisiert die Vorrichtung nur das Erreichen der wirtschaftlichen
Geschwindigkeit, jedoch nicht für den Fall, daß sich die Motorgeschwindigkeit ändert.
In einer zweiten Version der Vorrichtung besteht die Möglichkeit einer dauernden
Überwachung der Abweichung von der wirtschaftlichen Geschwindigkeit, unabhängig
von der Motorgeschwindigkeit und unabhängig davon, ob das Fahrzeug beschleunigt
wird oder gleichförmig läuft. Bei einer dritten Version ist eine zusätzliche Ausrüstung
mit einem digitalen Zähler zum Messen des augenblicklichen Kraftstoffverbrauchs
vorgesehen.
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Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, die Ausführungsbeispiele
zeigt, näher erläutert werden.
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Es zeigt Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Bestimmung der wirtschaftlichen (bzw. wirtschaftlichsten) Geschwindigkeit, wobei
durch die mit A, B, C, D und E bezeichneten Teile folgende Funktionseinheiten gebildet
werden:
A + B: Anzeige, wenn die wirtschaftliche (bzw. wirtschaftlichste)
Geschwindigkeit erreicht ist, A + C: dauernde Überwachung der Abweichung von der
wirtschaftlichen Geschwindigkeit, A + D: dauernde Messung des Kraftstoffverbrauchs,
E: Zusatzeinrichtung zum automatischen Einregeln und Halten der wirtschaftlichen
Geschwindigkeit, Fig. 2 ein schematisches Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen
Einrichtung, Fig. 3 ein Diagramm, an dem die Arbeitsweise eines in der Einrichtung
verwendeten Komparators erläutert ist, und Fig. 4 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung zum Einhalten der wirtschaftlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Die Einrichtung zur Umwandlung der Motorgeschwindigkeit in Signale,
die proportional sind zu der augenblicklichen Motorleistung, umfaßt die Meßeinrichtung
für die Motorgeschwindigkeit 1R und einen Schaltungsteil 2N, wie dies bereits in
den US-Patentschriften 3 890 832 oder 3 921 440 beschrieben ist.
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Teil B weist einen Differenzierer 4 für den Quotienten auf, der in
der Einrichtung 3 gebildet wird, einen Differentialverstärker 5 und eine Einrichtung
6, die die wirtschaftliche Geschwindigkeit anzeigt.
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Teil C weist einen Spannungsquantisierer 7, einen Vergleicher 8 (einen
Komparator oder Null-Detektor oder einen
Differentialoperationsverstärker)
zum Vergleichen der zum Quotienten proportionalen Spannung mit der Spannung, die
dem augenblicklichen Wert eines Anzeigegerätes für Motor-oder Fahrzeugkenndaten
proportional ist, und ferner einen Differenzierer 9 für die genannten quantisierten
Quotienten-Signale, einen analogen Schalter 10, ein Tiefpaßfilter 11 und ein Spulensystem
12 zur Steuerung eines analogen Meßgerätes 13 des Anzeigegerätes für die wirtschaftliche
Geschwindigkeit.
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Teil D weist ein System zur digitalen Überwachung des Kraftstoffverbrauchs
auf, bestehend aus einem Analog-Digital-Spannungswandler 14, einem Gatter-Schaltkreis
15, einem Taktgeber 17 und einer digitalen Anzeige 16.
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Teil E weist einen Differentialleistungsverstärker 19 mit einem elektromagnetischen
Magnetsystem 20 für die Steuerung des Getriebes des Fahrzeugs auf, das mit einem
Hebelarm 22 der Drosselklappe des Vergasers und einem Verbindungsgestänge 23 des
Gaspedals gekoppelt ist.
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Die Fig. 2 zeigt im Prinzip ein Beispiel für das Analogsystem der
Spannungsteilung.
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Die Fig. 3 zeigt ein das Arbeitsprinzip der Einrichtung mit Spannungskomparator
darstellendes Diagramm.
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Die Fig. 4 zeigt ein zusätzliches System zum automatischen Einhalten
der wirtschaftlichen Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Nachfolgend soll die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben werden.
Für die elektrischen Signale, die proportional sind zum Kraftstoffverbrauch Q des
Motors, erfolgt in der Einrichtung 3 eine Teilung durch die entsprechenden Signale
des
Tachometers V und des Drehzahlmessers R oder durch die Signale
des Nebensystems 2N, das die augenblickliche Motorleistung ermittelt - ebenfalls
nach deren Formung und übertragung.
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Die konstruktive Lösung der Systeme 1 und 2 ist abhängig von den
eingesetzten Meßeinrichtungen bzw. Meßtastern.
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Im Fall der Abgabe einer Wechselspannung durch den Durchflußmesser
und das Tachometer werden im Impulsformungskreis Schmitt-Trigger und die differenzierenden
Systeme verwendet, die die negativen Impulse abschneiden. In der Pulsformungsstufe
wird ein Integrationssystem eingesetzt. Hinter dem Teiler 3 (Fig. 2) sind die weiteren
im Blockschaltbild dargestellten Elemente abhängig von der jeweiligen Version der
Anzeigeeinrichtung für die wirtschaftliche Motor- und Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Die einfachste Version besteht aus den Teilen A und B und ist durch
das Differenzierersystem 4 realisiert, welches in Abhängigkeit vom Vorzeichen der
Ableitung den Differentialverstärker 5 und die Anzeigeeinrichtung 6 steuert: Ausschalten
einer Fotodiode im Augenblick des Erreichens der wirtschaftlichen Geschwindigkeit.
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Die Version der Einrichtung, die die wirtschaftliche Motor- und Fahrzeuggeschwindigkeit
anzeigt, unabhängig von Beschleunigungsvorgängen, enthält die Teile A und C. Das
dem Quotienten E zugeordnete Signal der Einrichtung 3 wird in der Einrichtung 7
einer Quantisierung unterworfen, von wo über den Komparator 8 in Abhängigkeit vom
Vorzeichen des
Ausgangssignals durch das Einschalten des Schalters
10 positive oder negative Impulse der Einrichtung 9, dem Tiefpaßfilter 11 und dem
Spulensystem 12 des Meßgerätes 13 zugeführt werden.
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Die Steuerung des Schalters 10 und des Meßgerätes 13 kann auch mit
anderen Vergleichseinrichtungen erfolgen, z.B.
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durch einen Null-Durchgangs-Detektor oder einen Differential-Operationsverstärker.
Die Ansteuerung des analogen Schalters 10 erfolgt durch die Einrichtung 8, die den
tatsächlichen Wert der Spannung des genannten Quotienten mit der augenblicklichen
Spannung der gewählten Anzeige für die Motor- und Fahrzeugkenndaten, z.E. mit der
Fahrzeuggeschwindigkeit, vergleicht, derart, daß jeder negative Impuls des Komparators
(Fig. 3) oder mehrere solcher Impulse für den Fall, daß ein zusätzlicher Zählkreis
vorhanden ist, den Schalter 10 so schaltet, daß dieser, sobald die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs steigt, negative Impulse überträgt bis die Spannung der mit dem Spannungswert/Impulsegleich
ist und bis zum Auftreten eines Null-Durchgangssignales und Erscheinen negativer
Impulse am Ausgang des Komparators 8. Nach Abfall dieses Signales ändert sich die
Stellung des Schalters 10, so daß positive Impulse übertragen werden bis wieder
am Steuereingang des Schalters 10 ein Null-Durchgangssignal erscheint und sich die
Schaltstellung des Schalters ändert.
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Die Impulse der Einrichtung 9 steuern das Meßgerät 13.
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Im Abhängigkeit von der wirklichen Spannung dieser Impulse wird die
vorhandene Geschwindigkeit angezeigt:
Fall 1: Ausschlag des Zeigers
in einer Richtung vor dem Erreichen der wirtschaftlichen Geschwindigkeit; Fall 2:
Ausschlag des Meßgerätes ist Null im Moment des Erreichens der wirtschaftlichen
Geschwindigkeit V0; Fall 3: Ausschlag des Zeigers des Meßgerätes in die andere Richtung,
wenn die Geschwindigkeit die wirtschaftliche Geschwindigkeit überschreitet.
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Das Gerät zur Anzeige der wirtschaftlichen bzw. der wirtschaftlichsten
Geschwindigkeit des Motors und des Fahrzeugs und entsprechend die Anzeigeeinrichtung
für den minimalsten Kraftstoffverbrauch ist mit einem Zähler für die Angabe des
augenblicklichen Kraftstoffverbrauchs gekoppelt (vergleiche Teil D der Fig. 1).
Signale des Schaltungsteiles 3 steuern über den Spannungsquantisierer 15, den digitalen
Spannungskonverter 14 und den Gatterkreis 15 den digitalen Zähler 16, der laufend
den Kraftstoffverbrauch anzeigt.
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Die Einrichtung zur Anzeige der wirtschaftlichen Geschwindigkeit
weist eine Einrichtung zum automatischen Halten oder Einregeln der wirtschaftlichen
Fahrzeugeschwindigkeit auf.
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Diese Einrichtung ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen E versehen.
Nach dem Kurzschließen des Schalters 18 steuern die die Abweichung von der wirtschaftlichen
Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigenden Signale des Filters 11 den Differentialleistungsverstärker
19 an, welcher wiederum die Einrichtung20 steuert, die mit Hilfe der Zahnradübersetzung
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mit einem Hebelarm 22 der Drosselklappe des Vergasers und dem
Verbindungsgestänge 23 des Gaspedals (Fig. 4) in Wirkverbindung steht.
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Der Schalter 18 ist gewissermaßen mit einem anderen, von Hand oder
vom Bremspedal in dessen Totbereich betätigten Schalter so gekoppelt, daß dessen
Einschalten automatisch die Ausschaltung des Schalters 18 bewirkt.
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Die vorliegende Einrichtung sorgt für die Steuerung des günstigsten
Moments der Getriebeumschaltung. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe betätigt das
Signal der Einrichtung 11, wenn dieses das Vorzeichen wechselt und wenn sich dessen
Spannungswert dem Nullpunkt nähert, die Steuereinrichtung 24 (angeordnet z.B. in
einem Mikroprozessor des Typs 8008 der Firma Intel), die sich in einem Schaltkasten
des Automatikgetriebes befindet, wodurch dann die Getriebegangumschaltung erfolgt.