DE3128710C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen insbesondere des augenblicklichen Brennstoffbedarfs einer Brennkraftma­ schine oder eines anderen von einer Druckdifferenz gegenüber der Atmosphäre abhängenden Wertes, sowie ein Gerät zur Durch­ führung dieses Verfahrens.

Zum Messen des augenblicklichen Brennstoffbedarfs ist es be­ kannt den Unterdruck in der Ansaugleitung einer Brennkraft­ maschine zu messen (DE-GM 72 42 452), wobei der gemessene Unterdruck eines Kennwert für die durchgesetzte Luftmenge und, da das Brennstoff-Luftverhältnis in normalen Betriebsberei­ chen konstant ist, auch der verbrauchten Brennstoffmenge gibt.

Dabei ist es bekannt, den Unterdruck stromab der Hauptdros­ sel oder auch (DE-OS 27 30 827) in dem Bereich des Ansaug­ systems stromauf der Hauptdrossel bis zum engsten Querschnitt zu messen. Je nach dem Meßpunkt des Unterdrucks sind die Druckwerte in bestimmten Betriebsbereichen sehr unterschied­ lich. Die Messung erfolgt nach den bekannten Verfahren mit bekannten Geräten je nach der abzunehmenden Stelle und damit der zu erwartenden Höhe des Unterdrucks, z. B. mittels Spiral- bzw. Dosenmanometern. Diese Meßgeräte haben zwar eine hohe Anzeigegenauigkeit, die jedoch für die Messung des augenblick­ lichen Brennstoffverbrauchs in Kraftfahrzeugen zur Orientie­ rung des Fahrers über seinen Fahrstil nicht erforderlich ist, und sind daher teuer und störanfällig. Außerdem ist für jedes Meßverfahren, je nach der Meßstelle ein unterschied­ liches Meßgerät erforderlich.

Die bekannten Meßgeräte sind auch nicht bei Register- oder Mehr­ fachvergasern anwendbar, da die Messung nur an einem Punkt er­ folgen kann und sich bei Zuschalten weiterer Ansaugquerschnitte die Druckverhältnisse der Meßstelle so ändern, daß der Druck kei­ nen Kennwert auf den Brennstoffverbrauch gibt.

Darüber hinaus ist beispielsweise aus der DE-OS 20 63 963, der US- PS 10 93 177, der DE-AS 10 31 980, der DE-OS 27 31 065, der EP-OS 24 742 und der US-PS 42 46 778 die Verwendung und Anordnung von Manometern bzw. Röhrenmanometern zur Ermittlung eines Unterdruckes in der Ansaugöffnung zur Feststellung der aktuellen Brennstoffzufuhr bekannt, die von daher die gleichen Nachteile wie bei dem Stand der Technik gemäß der DE-OS 27 30 827 beschrieben aufweisen.

Die US-PS 20 60 848 betrifft ein völlig anderes Einsatzgebiet und ein anderes Problem, nämlich der Geschwindigkeit eines Gas­ stromes.

Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein billiges, leicht einzubauendes, betriebssicheres Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welches unabhängig von der Art des Vergasers und von der Lage der Meßstelle in der Ansaug­ leitung eine für die Information eines Fahrers über seinen augen­ blicklichen Brennstoffverbrauch ausreichend genaue Anzeige gibt.

Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruches 1 und bzgl. des Gerätes entsprechend den kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 angegebenen Merkmalen ge­ löst.

Durch die vorliegende Erfindung wird gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik ein völlig neuartiger Weg beschritten, bei dem nämlich eine kleine Teilstrommenge der unter Unterdruck befindlichen Gasstrommenge (die mit Kraftstoff versetzt ist) zugeführt wird, wobei in Abhängigkeit des Unterdruckes die kinetische Energie der zuge­ führten Teilluftmenge veränderlich ist und nunmehr diese genetische Energie gemessen wird. Mit anderen Worten nimmt also bei stärkerem Unterdruck die kinetische Energie des zugeführten Teilstromes zu, wodurch entsprechend höhere Werte für den zugeführten Brennkraft­ stoff ermittelbar sind. Damit wird also nicht, wie bei den be­ kannten Meßverfahren und Meßanordnungen der Unterdruck sta­ tisch gemessen, sondern es erfolgt eine aerodynamische Messung eines vernachlässigbar kleinen, sich in Abhängigkeit von Änderungen des Unterdrucks ändernden Zusatzluftstromes, der durch den Unterdruck im Hauptgasstrom angesaugt wird.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sehr einfach durch Änderung der Düsenöffnung bei sonst gleichbleibendem Verfahren, d. h. gleichbleibender Ausbildung des Gerätes, das Meßgerät den unter­ schiedlichsten Arbeits- d. h. Unterdruckbedingungen anpassen. Außer­ dem kann bei Register- oder Mehrfachvergasern an jedem Querschnitts­ bereich der Ansaugleitung ein Anschluß für die den Meßluftstrom zu­ führende Leitung angelegt werden, wobei der durch den gesamten, gerade zugeschalteten Querschnitt angesaugte Meßluftstrom einen ge­ nauen Hinweis auf die tatsächlich insgesamt durchgesetzte Luftmenge und damit auch auf die augenblicklich verbrauchte Brennstoffmenge gibt.

Das Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sehr einfach ausgebildet sein und aus einer Dose bestehen, die im Bereich des Außenumfangs eine tangential angeordnete, kalibrierte Düsenöffnung und eine Absaugöffnung zum Anschluß an die Meßstelle oder Meßstellen aufweist, und die im Inneren eine durch den aus der Düse austretenden Luftstrom beaufschlagten Rotor aufweist.

Zwar ist aus der US-PS 14 01 887 ein Gasflußmesser bekanntgewor­ den, der zwischen einer Einlaß- und Auslaßdüse einer ansonsten her­ metisch geschlossenen Dose eine entgegen der Kraft einer Feder ange­ ordnete verschwenkbare Prallplatte umfaßt. Im Ein- und Auslaßbereich ist eine den Querschnitt verringernde Drossel eingebaut. Durch Ver­ änderung des Gasstromes, insbesondere der durchströmenden Gasstrom­ geschwindigkeit wird die Prallplatte unterschiedlich weit ausgelenkt und dient somit als Maß der Durchstrommenge. Dieses Gerät arbeitet aber nicht mit einem Teilstrom unter Feststellung einer Druckmessung, sondern betrifft - wie erwähnt - lediglich einen Gasflußmesser.

Eine Vorrichtung zum Messen einer Flüssigkeitsmenge als Funktion einer Veränderlichen ist beispielsweise auch aus der DE-PS 5 37 809 bekanntgeworden. In einer Druckmeßzelle, die durch eine mit einem Zeigerinstrument verbundene bewegbare Trennwand versehen ist, strö­ men zwei unterschiedliche Flüssigkeits- oder Gasströme hindurch und wirken somit auf die mit dem Zeiger verbundene verschwenkbare Wand ein, wodurch ein sich veränderndes Durchflußverhältnis der beiden Flüssigkeits- oder Gasströme angezeigt wird. Der Zeiger ist dabei frei beweglich und widerstandslos schwingbar aufgehängt.

Auch die DE-OS 25 02 599 und die DD-PS 30 545 betreffen lediglich einen Durchflußmesser mit einem Rotor bzw. einem Momentan-Kraftstoffver­ brauchsanzeiger mit einem einen Schaufelkranz umfassenden Meßrad und sind zur Messung eines Unterdrucks ebenfalls nicht geeignet. Mit dem aus der DE-PS 1 04 152 bekannten Wassermesser kann lediglich die durch das Gerät hindurch strömende Wassermenge reguliert werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Rotor entweder eine glatte oder am Umfang mit schaufelartigen Vorsprüngen versehene Scheibe sein oder er kann aus einer oder zwei gegenüberliegend an der Rotorwelle angeordneten Prallplatten bestehen, wobei der Rotor durch eine Feder gegen die Beaufschlagung durch den Meßluftstrom vorgespannt ist.

Die Dose kann ein zylindrisches Gehäuse sein, bei der die Düse im Boden oder am Außenumfang angeordnet ist, wobei im letzteren Fall um den Umfang des Gehäuses eine Umfangsnut angeordnet sein kann, die mit einem Filtermaterial, z. B. Filz, ausgefüllt ist, um das Ein­ dringen von Verunreinigungen mit der angesaugten Außenluft zu verhin­ dern. Vorzugsweise besteht die Dose aus Kunststoff mit einer durch­ sichtigen Deckelplatte. Der Rotor ist vorzugsweise mit Spitzenlagern in entsprechend im Boden und Deckel der Dose angeordneten Lager­ schrauben gelagert.

Um eine einfache Anpassung an unterschiedliche zu messende Drücke zu ermöglichen, kann die Düse durch eine in einer Bohrung im Dosen­ gehäuse eingesteckte austauschbare Einsatzdüse gebildet sein.

Das erfindungsgemäße Meßgerät ist nicht nur zum Messen des Brenn­ stoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen, sondern auch für andere Zwecke, z. B. für die Geschwindigkeitsmessung bei Surfbrettern ge­ eignet. Es wird dazu eine Anordnung, die eine von der Geschwindig­ keit abhängende Strömung an der Unterseite des Brettes erzeugt, an die Absaugleitung des Ge­ räts angeschlossen. Das Gerät kann auch bei umgekehrtem An­ schluß der Öffnungen zum Messen des Überdruckes in einem Gasstrom verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Meßgerät,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Meßgeräts, und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Das Gerät gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus einer Dose 1 aus Kunststoff mit einer zylindrischen Umfangswand 2 und einem Boden 3. Am oberen Rand der Umfangswand 2 ist eine Nut 4 aus­ gearbeitet, in welcher ein durchsichtiger Kunststoffdeckel 5 eingesetzt ist. Im Boden 3 ist etwa tangential eine in einer Tan­ gentialebene schräge, kalibrierte Düsenöffnung 6 gebohrt. Am Deckel ist eine Befestigungsplatte 7 angeklebt, die eine Ge­ windebohrung zur Aufnahme einer Spritzenlagerschraube 8 auf­ weist und an der das äußere Ende einer Spiralfeder 9 be­ festigt ist, deren inneres Ende an der Rotorwelle 10 befestigt ist. Im Boden 3 ist eine Gewindebohrung zum Einschrauben einer weiteren Spitzenlagerschraube 11 vorgesehen. Die Welle 10 ist zwischen den Lagerschrauben 8 und 11 mit Spitzen gelagert.

Auf der Welle 10 ist eine radiale Prallplatte 12 angeordnet, deren Ruhelage durch die Feder 9 so bestimmt ist, daß sie in Anströmrichtung eines durch die kalibrierte Öffnung 6 gehenden Luftstromes liegt. Gegenüber der Prallplatte 12 ist ein auch als Gegengewicht dienender Zeiger 13 angebracht, der entlang einer nicht dargestellten, auf der durchsichtigen Deckelplatte 5 angebrachten Skala bewegbar ist. Die Deckel­ platte 5 kann zur Einjustierung der Skala in Umfangsrichtung entsprechend gedreht werden.

In der zylindrischen Umfangswand 2 ist in Umfangsabstand von der kalibrierten Öffnung 6 eine Absaugöffnung vorgesehen, in welche ein Absaugschlauch 14 eingeklebt ist, der mit seinem freien Ende mit der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine in bekannter Weise verbunden ist.

Wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb ist und in der Ansaug­ leitung ein Unterdruck herrscht, saugt dieser Unterdruck durch den Schlauch 14 Luft aus dem Inneren des Gehäuses 1 ab. Diese Luft wird durch die kalibrierte Düsenöffnung 6 entspre­ chend der Absaugmenge ersetzt, d. h. durch die kalibrierte Öffnung 6 strömt eine von dem Unterdruck in der Absaugleitung 14 und dem Düsenquerschnitt abhängende Luftmenge. Durch die konstanten Strömungsbedingungen in der kalibrierten Öffnung 6 bewirken unterschiedliche Absaugmengen und damit Unterdrücke eine unterschiedliche Einströmgeschwindigkeit und damit unter­ schiedliche kinetische Energie in der durch die Öffnung 6 in die Dose 1 einströmenden Luftmenge. Diese Luft prallt auf die Prallplatte 12 und verdreht diese und damit den ganzen Rotor gegen die Kraft der Feder 9 um einen vorbestimmten, der durch die Öffnung 6 strömenden und damit auch der durch den Schlauch 14 abgesaugten Luftmenge entsprechenden, also von dem in der Ansaugleitung herrschenden Unterdruck abhängenden Winkel. Dieser Verdrehungswinkel ist also proportional der durch die Ansaugleitung gehenden Luftmenge und damit der dieser Luftmenge zugeführten Brennstoffmenge.

Durch entsprechende Bemessung des Querschnittes der kalibrier­ ten Öffnung 6 oder auch durch entsprechende Anpassung der Feder 9 kann die Ansprechempfindlichkeit des Gerätes auf sehr einfache und billige Weise an unterschiedliche Verhältnisse angepaßt werden. Das Gerät ist daher mit geringfügigen Ände­ rungen für praktisch alle beliebigen Fahrzeuge und alle Meß­ stellen in der Ansaugleitung verwendbar, so daß große Stück­ zahlen anfallen, die in Verbindung mit der Einfachheit des Aufbaues ein außerordentlich billiges Gerät ergeben.

Da die relativ hohen Kosten der bekannten Geräte durch ent­ sprechende Brennstoffeinsparung durch Anpassung der Fahrweise an den Brennstoffverbrauch sich erst nach langer Zeit amorti­ sieren, besteht bei vielen Autofahrern nur eine geringe Nei­ gung derartige Geräte zusätzlich einzubauen. Das erfindungs­ gemäße Gerät ist sehr billig in der Anschaffung und sehr einfach zu montieren, so daß dadurch sehr weite Kreise der Autofahrer zu einer ständigen Kontrolle des Brennstoffver­ brauches angeregt werden.

Das in Fig. 3 und 4 gezeigte Gerät ist im grundsätzlichen Aufbau ähnlich der ersten Ausführungsform. Das Gehäuse 20 hat jedoch an seiner Umfangswand 22 eine Umfangsnut, in wel­ cher ein Filtermaterial 21, z. B. ein lockerer Filt, einge­ legt ist, um zu verhindern, daß Verunreinigungen durch die kalibrierte Öffnung 26 in das Innere des Geräts eindringen. Wie bei der ersten Ausführungsform ist im Boden 23 und am Deckel 25 eine Spitzenlagerschraube 31 bzw. eine Stützplatte 27 mit Spitzenlagerschraube 28 für die Rotorwelle 30 ange­ bracht. An der Stützplatte 27 ist eine Spiralfeder 29 ange­ bracht, die den Rotor 32 gegen den durch die kalibrierte Öffnung 26 einströmenden Luftstrom vorspannt. Die kalibrier­ te Öffnung 26 ist hier ebenso wie die Absaugleitung 34 in der Umfangswand 22 angeordnet und besteht aus einer in eine Bohrung eingesetzten, z. B. eingeklebten oder auf andere Weise befestigten Einsatzdüse 26 a. Der Rotor 32 besteht aus einer Kunststoffscheibe, an deren Außenumfang durch entsprechende Einkerbungen Vorsprünge 32 a ausgebildet sind. Es kann auch der Rotor 32 eine Scheibe mit glatten Außenumfang sein, bei dem die kinetische Energie des durch die Düse 26 austreten­ den Luftstromes durch einfache Oberflächenreibung übertragen wird.

Bei dieser Ausführungsform ist der durchsichtige Deckel 25 durch Schrauben 24 am oberen Flansch der zylindrischen Sei­ tenwand des Gehäuses angeschraubt. Die Anzeige kann hier z. B. durch entsprechendes Anbringen eines Anzeigestriches oder eines Fensters auf dem Deckel 25 und Anordnung der Skala auf dem Rotor 32 erfolgen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Messen eines von einer Druckdifferenz gegenüber der Atmosphäre abhängenden Wertes, insbesondere des augenblicklichen Brennstoffbedarfs einer Brennkraftmaschine durch Messung des Unter­ druckes eines sich entsprechend der Brennstoffzufuhr verändernden, luftenthaltenden Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine kalibrierte Öffnung in Abhängigkeit des Unterdruckes des Gasstromes diesem eine dem gegenüber vernachlässigbare kleine Luftmenge zuge­ führt wird, und daß die kinetische Energie des durch die kalibrierte Öffnung hindurchströmenden Luftstromes gemessen wird.

2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine flache Dose (1, 20),
• - eine im Bereich des Außenumfanges (2, 22) der Dosenwand tangential einmündende kalibrierte Düsenöffnung (6, 26),
• - eine mit der zum Unter-Druckgasstrom führenden Leitung (14, 34) verbindbare Absaugöffnung in der Dosenwand (2, 22) und
• - einen in seinem Randbereich (32 a) durch den aus der kalibrierten Öffnung (6, 26) austretenden Luftstrom beauf­ schlagten, in der Dose (1, 20) drehbar gelagerten Rotor (12, 13; 32), der gegen die Kraftwirkung des Luftstromes durch eine Feder (9, 29) vorgespannt und mit einer Anzeige­ einrichtung (13) verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Scheibe mit glattem Umfangsrand ist.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Scheibe (32) mit gleichmäßig am Umfang verteilten, als Schaufeln wirkenden Vorsprüngen (32 a) ist.

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine an der Rotorwelle (10) angebrachte Prall­ platte (12) mit Gegengewicht (13) ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht einen Zeiger (13) einschließt.

7. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor wasserradähnlich aus einer bzw. zwei in Abstand liegenden Scheiben mit daran bzw. dazwischen liegenden Radialplatten aufgebaut ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dose (1) ein zylindrisches Kunststoffgehäuse (2, 3) mit durchsichtigem Deckel (5) ist, in dessen Boden (3) die Düse (6) angeordnet ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dose (20) ein zylindrisches Kunststoffgehäuse (22, 23) mit durchsichtigem Deckel (25) ist, in deren Umfangswand (22) die Düse (26) angeordnet ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang (22) des Gehäuses (20) eine Umfangsnut ausge­ bildet ist, in welche die Düse (26) mündet, und die mit einem Filtermaterial (21), wie Filz, ausgefüllt ist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 2-10, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (3, 23) und Deckel (5, 25) des Gehäuses (1, 20) eine Spitzenlagerung (8, 11; 28, 31) für die Rotorwelle (10, 30) angebracht ist.

12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (26) durch einen in eine Bohrung im Gehäuse (1, 20) austauschbar einsteckbaren Düseneinsatz (26 a) gebildet ist.