-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffzufuhr zu einem Gas-, Dampf- oder Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges, bei dem die durch die Stellung eines Bedienelementes jeweils vorgegebene Nenn-Kraftstoffzufuhr in vorgegebenen Intervallen reduziert wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Einrichtung, mittels der die durch die Stellung eines Bedienungselementes jeweils vorgegebene Nenn-Kraftstoffzufuhr in vorgegebenen Intervallen reduzierbar ist.
-
Bei dem heutigen Bestreben zur Energieeinsparung sind bereits zahlreiche Maßnahmen zur Einsparung von Kraftstoff veröffentlicht und vorgeschlagen worden. Die Energieeinsparung richtet sich generell auf alle Bereiche im Bestreben, weniger Energieaufwand beliebiger Art zu erreichen. Die bekannten Maßnahmen konzentrieren sich auf die Steigerung der Wirkungsgrade von Maschinen, Verbrauchsminderungen derselben und Rückgewinnung von Energie, z. B. in Wärmeform. Durch den hohen Stand der Technik fällt es in einigen Bereichen schwer, nennenswerte Fortschritte zu erzielen, oder es sind mehrfache Maßnahmen notwendig, um einen ins Gewicht fallenden Sparvorteil zu erzielen.
-
Die Situation beim Treibstoffverbrauch für Fahrzeuge betrifft sowohl die gewerbliche Wirtschaft als auch weite Teile der Bevölkerung. Es gibt bereits Kraftfahrzeuge, die ein sogenanntes Econometer eingebaut haben, welches den Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit mißt. Würde man ein solches Gerät verfeinern, könnte man dennoch auf Dauer keine erheblichen Einsparungen erwarten; denn der Betriebs- oder Fahrkomfort wird beeinträchtigt, und der Benutzer muß laufend eine gewisse Aufmerksamkeit auf das Econometer richten, und ein Automatisieren ist nicht möglich. Andererseits zeigen solche Econometer deutlich, daß bisweilen nach einer Beschleunigungsphase Gas weggenommen werden darf, ohne daß die Geschwindigkeit in einem kurzen Zeitintervall abnimmt.
-
Bekannt sind ferner zahlreiche Geräte zum Einsparen von Kraftstoff bei Fahrzeugen, insbesondere durch elektronische Steuerung bei Einspritzmotoren, Leerlauf- und Abschaltsysteme, Fahrzeuge mit Schubabschaltung usw. Diese bekannten Geräte benötigen daher eine besondere Vorbereitung entweder des Steuersystems oder Umbauten des Motors, an welchem diese Geräte eingesetzt werden.
-
Durch die DE-OS 26 15 504 ist ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art sowie die zugehörige Vorrichtung bekanntgeworden, das nach dem Prinzip der Schubabschaltung arbeitet.
-
Im bekannten Fall erfolgt abhängig von der Stellung des Bedienungselementes und der Drehzahl des Fahrzeugmotors eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr derart, daß immer dann, wenn der Fahrzeugmotor schneller läuft als es der zugehörigen Stellung des Bedienungselementes entspricht - im sogenannten Schubbetrieb - die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird.
-
Die Intervalle werden somit im bekannten Fall durch bestimmte Zustände des Systems vorgegeben.
-
Obwohl es mit diesem Prinzip möglich ist, ohne für den Benutzer merkliche Beeinflussung des üblichen Betriebsverhaltens des Motors Kraftstoff zu sparen, hat diese Art der Steuerung der Kraftstoffzufuhr erhebliche Nachteile:
- 1. Der Aufwand ist nicht unbeträchtlich. Es müssen zwei Parameter erfaßt werden, d. h. zwei entsprechende Fühler für die Gaspedalstellung und die Motordrehzahl vorgesehen sein. Die Verknüpfung der Fühlersignale erfordert zudem eine aufwendige Regelelektronik, denn letztlich stellt die bekannte Einrichtung eine Art Drehzahl-Grenzwertregler dar.
- Der notwendige Aufwand ist jedoch für die Anwendung eines Verfahrens zur Kraftstoffunterbrechung ein maßgebendes Kriterium, wie nachstehende Betrachtungen zu einem Fahrzeug-Verbrennungsmotor zeigen sollen.
-
Geht man davon aus, daß eine 10%ige Verbrauchsminderung bei Mittelklassewagen schon beachtlich ist und der Durchschnittsverbrauch von z. B. 11 Liter per 100 km auf 10 Liter reduziert werden kann, dann werden entsprechend einem Benzinpreis von DM 1,45 pro Liter auf 10 000 Fahrkilometer erst DM 145,- amortisiert sein. Diese einfache Rechnung macht deutlich, in welchem Rahmen sich der Aufwand für solche Spareinrichtungen bewegen kann. Der Durchschnittsfahrer wird kaum zu einer Einrichtung greifen, welche sich erst in 5 oder 10 Jahren amortisiert. Kann ein größerer Aufwand z. B. bei Neuanlagen noch vertretbar erscheinen bzw. kostendeckend im Preis untergebracht werden, wird bei Altfahrzeugen ein solcher Aufwand kaum realistisch sein.
- 2. Die bekannte Steuerung bezieht sich nur auf einen bestimmten Betriebsbereich des Fahrzeugmotors und ist damit nur begrenzt wirksam.
- Erst bei einer gegenüber der Bedienungselementstellung sich erhöhenden Motordrehzahl wird die Schaltung zur Kraftstoffunterbrechung aktiviert. Dieser Anstieg der Motordrehzahl tritt nur dann ein, wenn das Fahrzeug bergab fährt oder ausläuft, nicht jedoch bei gleichmäßiger Fahrt. Im übrigen wird der Fahrzeuglenker unerwünschte Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsanstiege im wesentlichen bereits durch das Wegnehmen des Gases korrigieren.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bekannten Verfahren zum Steuern der Kraftstoffzufuhr, das Verfahren so zu entwickeln, daß es mit geringerem Aufwand über einen weiten Betriebsbereich durchführbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Intervalle durch vorgegebene Zeitkontakte bestimmt sind und die Kraftstoffzufuhr für eine vorgegebene Zeitdauer von dem Nennwert um ein vorgegebenes Maß gedrosselt wird und danach für eine vorgegebene Zeitdauer wieder gleich dem Nennwert ist.
-
Im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt somit eine einfache periodisch, d. h. zeitgesteuerte Drosselung der Kraftstoffzufuhr vor. Diese Drosselung erfolgt während der gesamten Einschaltdauer des Fahrzeugmotors. Die verschiedenen Drehzahl- und Lastzustände bleiben von vornherein unberücksichtigt.
-
Beim bekannten Verfahren wird dagegen die Kraftstoffzufuhr nicht periodisch gedrosselt bzw. unterbrochen. Es sind vielmehr die Schaltpunkte für die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr von Systembedingungen abhängig, die nicht regelmäßig, d. h. periodisch auftreten, wogegen im Fall der Erfindung die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr völlig unabhängig von Daten des Systems rein zeitgesteuert ist.
-
Die Erfindung zielt auf die "Freisetzung" latenter Bewegungsenergie in kurzen Zeitintervallen ab. Diese Energie ist auch in einem gleichmäßig dahinrollenden Fahrzeug gegenwärtig und wird nicht erst mit sich erhöhender Motordrehzahl frei. Das Verfahren zur Kraftstoffreduzierung kann daher über den ganzen Betriebsbereich des Fahrzeugmotors ausgedehnt werden, so daß der spürbare Einsparungseffekt deutlich besser als im bekannten Fall ist.
-
Unter dem Begriff Nennwert, d. h. unter der Nennleistung wird hier die jeweils durch die Stellung des Gaspedals eingestellte Zufuhrmenge an Kraftstoff verstanden. Diese Größe ist von der tatsächlichen Menge Kraftstoff pro Zeiteinheit, d. h. der Durchflußmenge, unabhängig. Selbstverständlich benötigt ein Fahrzeug auf ansteigender Straße eine größere Leistung und damit eine größere Treibstoffmenge pro Zeiteinheit als bei abschüssiger Straße. Die Stellung des Gaspedals ist aber bei der Bergauffahrt eine andere als bei der Fahrt auf abschüssiger Straße. Beide Zustände geben separat voneinander eine gewisse Stellung des Gaspedals vor, und dies ist die vorstehend angesprochene Nennleistung.
-
Die Drosselung der Kraftstoffzufuhr erfolgt erfindungsgemäß also jeweils von diesem relativen Nenn-Niveau um beispielsweise 10 bis 30 und vorzugsweise 15 bis 25%, beispielsweise also im Mittel 20%. In diesem Augenblick werden nur noch 80% derjenigen Menge Treibstoff zugeführt, die bei der eingestellten Nennleistung zugeführt wird. Wenn die Zeitdauer der Drosselung vorüber ist, steigt die Kraftstoffzufuhr selbsttätig wieder auf den Nennleistungswert. Diese Drosselung erfolgt erfindungsgemäß periodisch. Versuche haben zum Beispiel gezeigt, daß eine bestimmte Kraftstoffmenge bei Nennleistung, also 100%, eine oder zwei Sekunden lang gefahren wird, während diese Kraftstoffmenge bei gedrosselter Leistung, z. B. 80% Treibstoffzufuhr, drei bis fünf Sekunden lang gefahren wird. Die Dauer der Kraftstoffdrosselung ist also länger als die, bei welcher mit Nennleistung gefahren wird. Das Frappierende bei einem auf diese Weise durchgeführten Versuch liegt darin, daß eine Verbrauchsminderung von 15% Kraftstoff gegenüber Nennleistung erreichbar ist, ohne daß die Geschwindigkeit merklich verringert wird. Erklären läßt sich die erreichte Wirkung durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglicherweise dadurch, daß die kinetische Energie im Motor während der Drosselung der Treibstoffzufuhr frei zur Wirkung gelangt und/oder der Verbrennungszustand besonders vollständig oder der Wirkungsgrad des Motors gesteigert wird.
-
Durch die kurzzeitige Drosselung der Treibstoffzufuhr wird jedenfalls eine in Reserve befindliche kinetische Energie des Gesamtsystems aus Fahrzeug und Motor frei, wodurch eine bessere Ausnutzung des mit Nennleistung eingegebenen Kraftstoffdurchflusses erreichbar ist.
-
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Dauer der Drosselung und/oder die Periode voreingestellt sind. Auch die Drosselmenge kann gegebenenfalls voreingestellt werden. Die Pausenzeiten, d. h. die Dauer der Drosselung in der Periode, sind bei einem Versuchsfahrzeug auf 3 Sekunden eingestellt worden, und die 100%ige Kraftstoffzufuhr bei Nennleistung (der jeweiligen Gaspedalstellung) dauerte 1 Sekunde lang. Ein merklicher Rückgang der Geschwindigkeit konnte trotz einer solchen Intervallschaltung nicht festgestellt werden. Der Kraftstoffverbrauch hingegen konnte um 15% verringert werden.
-
Zweckmäßig ist es für die Durchführung des erfinderischen Verfahrens, daß man die Leerlaufstellung des Gaspedals als unteren Grenzwert ansieht. Mit anderen Worten, die Drosselung wirkt bei Leerlaufstellung nicht. Alle vorstehend mit Nennleistung bezeichneten Werte liegen also über der Leerlaufstellung des Gaspedals, und Einsparungen sind daher besonders gravierend, wenn das Gaspedal zur Abgabe einer hohen Absolutleistung sehr weit durchgetreten ist. Die Ausschaltung der erfindungsgemäßen Anlage bei Leerlaufstellung verhindert einen Stillstand des Motors zum Beispiel im Kraftfahrzeug vor einer roten Ampel oder anderen Verkehrsbehinderungen.
-
Die Erfindung hat sich weiterhin zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auszubilden, um so auf einfache Weise in einem weiten Betriebsbereich Kraftstoff zu sparen.
-
Gekennzeichnet ist diese Ausführungsform durch eine zeitgetaktete Einrichtung zur periodischen Drosselung der Kraftstoffzufuhr, die elektrisch, elektronisch, mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch gesteuert ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung in einem Kraftfahrzeug in dem mit dem Gaspedal verbundenen Seil oder Gasgestänge eine Kupplungseinrichtung zwischengeordnet ist, in welcher ein periodisch gesteuert verschiebbarer Kolben zum Verlängern und/ oder Verkürzen des Seils oder Gasgestänges vorgesehen ist. Beispielsweise kann unter Weiterverfolgung des Ausführungsbeispieles mit dem Gestänge (anstelle des Seiles als Gaszug) dessen eine Seite am Zylinder eines hydraulischen oder pneumatischen Kolben-/Zylindersystems und die andere Seite des Gestänges am Kolben dieses Systems befestigt sein. Entsprechend der pneumatischen oder hydraulischen Steuerung des Kolbens wird das Gestänge in der einen oder anderen Situation verlängert oder verkürzt, wodurch unterschiedliche Mengen zugeführten Kraftstoffes zum Motor einstellbar sind. Man erkennt die einfachen Maßnahmen, wie in den Pausenzeiten zwischen der Nennleistung eine Drosselung auch bei schon im Betrieb befindlichen Kraftfahrzeugen vorgenommen und durchgeführt werden kann. Die Unterbrechung eines Gasgestänges auf diese Weise ist jederzeit und ohne großen Aufwand möglich. Andererseits kann die Drosselungseinrichtung aber auch elektrisch oder elektronisch gesteuert werden, indem beispielsweise die Einspritzpumpe entsprechend gesteuert wird oder anstelle des pneumatischen oder hydraulischen Antriebs des Kolbens an dem oben beschriebenen Zylinder durch eine Magnetschaltung entsprechende Steuerungen erreicht werden. Auch mechanische Steuerungen sind denkbar, z. B. mit Nockensteuerungen.
-
Die Steuerung der Länge des Gasgestänges eines Fahrzeuges, abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, ist an sich bekannt (US-PS 39 23 020).
-
Hat man eine Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung in das betreffende Kraftfahrzeug eingebaut, dann wird infolge der unterschiedlichen Geschwindigkeits- und Leistungsanforderungen eine geringere oder größere Verbrauchsänderung eingestellt, und es sind andere - erfindungsgemäß vorzugsweise geringere - Durchschnittswerte realistisch mit einfachen Mitteln erreichbar. Die Betriebsart und Bauweise eines Motors spielt dabei selbstverständlich eine Rolle, ändert aber an der Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen letztlich nichts. Die Automatisierung der periodischen Drosselung beeinträchtigt den Betriebs- oder Fahrkomfort nicht; denn der Fahrer braucht keinerlei Aufmerksamkeit auf die neue Vorrichtung zu verwenden, und an seinem Fahrverhalten ändert sich gegenüber dem bei den zur Zeit verwendeten Fahrzeugen nichts.
-
Als Regeleinrichtung zum Drosseln der Treibstoffzufuhr kann man vorsehen, den Vergaser oder auch die Einspritzung in Intervallen zurückzuregeln. Eine einfache mögliche Einrichtung, die gleichermaßen für Vergaser und Einspritzbetrieb verwendbar ist, kann darin bestehen, daß ein durch eine Intervallschaltung angesteuertes Rückstellglied die Gaswegnahme bewirkt, z. B. ein Rückstellglied im Vergasergestänge oder im Drahtzug, wie oben schon angedeutet. Dadurch verlängert und verkürzt sich trotz Beibehaltung der augenblicklichen Stellung des Gaspedals das Gasgestänge intervallmäßig um den voreingestellten Wert oder Weg.
-
Bei einer anderen denkbaren Ausführungsform läßt sich die intervallmäßige Verlängerung oder Verkürzung eines Gasgestänges um den vorgewählten Weg mit einem Exzenter oder einem Kolbenantrieb oder einem Hubmagneten usw. realisieren. Zur Durchführung dieser Maßnahmen ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die Kupplungseinrichtung einen in einem zylindrischen Gehäuse verschiebbaren Kolben aufweist und das Gasgestänge einerseits am Gehäuse und andererseits am Kolben befestigt ist. Das Gehäuse wird also praktisch mit der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer hin- und herbewegt. Unabhängig davon arbeitet die Drosselungseinrichtung mit Hilfe des Kolbens, der hydraulisch, pneumatisch oder über einen Exzenter gesteuert werden kann.
-
Zweckmäßig ist es bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch, wenn der Kolben von einem Magneten betätigbar ist und auf dem am Kolben befestigten Gestänge im Abstand voneinander zwei Anschläge angebracht sind, von denen mindestens einer unter Federspannung steht. Die im Abstand voneinander auf der Kolbenstange befestigten Anschläge begrenzen den Hub des Kolbens in der einen und der anderen Richtung. Man kann den Abstand nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung auch einstellen bzw. damit den Hub verstellen. Die Federspannung sorgt für eine Betriebsnullstellung, bei welcher der eine Anschlag gegen die eine Seite des Gehäuses zum Anliegen gebracht wird. Die auf verschiedenste Weise mögliche Betätigung des Kolbens arbeitet unter Überwindung der Spannung der betreffenden Feder, bis beispielsweise der andere der beiden Anschläge gegen die andere Seite des Gehäuses anschlägt. Durch die Verstellung des Arbeitshubes des Kolbens kann die Drosselungseinrichtung auch in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen, z. B. ab einem bestimmten Niederdrücken des Gaspedals aufwärts, unwirksam gemacht werden, weil das Gestänge oder Seil für die Betätigung des Vergasers oder der Einspritzpumpe dann nur in einem gewissen Bereich verkürzt und verlängert werden kann. Eine andere Möglichkeit, um die Drosselungseinrichtung zum Beispiel im Bereich höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten unwirksam zu machen, ist die Ausgestaltung der Kraft, mit welcher der Kolben hin- und herbewegt wird. Zum Beispiel kann man durch Begrenzung der Magnetkraft die Wirksamkeitsgrenze der Einrichtung voreinstellen.
-
Elektrisch kann man auch Intervallrelais einsetzen, die bereits als Großseriengeräte im Handel erhältlich sind. Sie eignen sich gut zum Nachrüsten bereits im Betrieb befindlicher Fahrzeuge.
-
Bei bereits mit Schubabschaltung versehenen Fahrzeugen kann das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich angewendet bzw. die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eingebaut werden, so daß man eine zusätzliche Verbesserung erhält, weil gemäß der Erfindung die physikalische Wirkung der kinetischen Energie zusätzlich und wirkungsvoll eingesetzt werden kann.
-
Weitere Vorteile, ausgestaltende Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt
-
Fig. 1 schematisch die Antriebsanlage eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor und magnetischer Regeleinrichtung, und
-
Fig. 2 die gleiche Darstellung der Anlage wie bei Fig. 1, wobei jedoch ein anderer Betriebszustand gezeigt ist.
-
Mit 1 ist das Gehäuse einer elektromechanischen Regeleinrichtung dargestellt, die sozusagen eine Kupplungseinrichtung im Gasgestänge 2, 2&min; ist. Mit anderen Worten ist das Gasgestänge 2, 2&min; unterbrochen und an die Unterbrechungsstelle die Kupplungseinrichtung in Form des Gehäuses 1 der elektromechanischen Regeleinrichtung eingebaut. Dabei ist gemäß Darstellung das linke Gasgestänge 2 an der linken Stirnwand des Gehäuses 1 und das rechte Gasgestänge 2&min; am Kolben 3 bzw. der Kolbenstange 4 befestigt.
-
An dieser sind ferner im Abstand voneinander zwei Anschläge 5 und 6 angebracht. Der in der Darstellung linke Anschlag 5 befindet sich innerhalb des Gehäuses 1 und steht unter der Drucklast der Feder 9. Diese stützt sich auf der am Anschlag 5 benachbarten Seite gegen eine Kappe 10 und auf der gegenüberliegenden Seite gegen eine Zwischenwand 11 des Gehäuses 1 ab, durch welche über eine nicht näher bezeichnete Öffnung die Kolbenstange 4 hindurchgeht. Der im Abstand von dem linken Anschlag 5 an der Kolbenstange 4 rechts angeordnete zweite Anschlag 6 befindet sich außerhalb des Gehäuses 1 und liegt im Zustand der Regeleinrichtung der Fig. 1 an der rechten Stirnwand 12 an, durch welche über ein ebenfalls nicht näher bezeichnetes Loch die Kolbenstange 4 hindurchzugehen vermag.
-
Am rechten Ende des Gasgestänges 2&min; ist ein als Treibstoffregler oder Ventil ausgestaltetes Gerät 7 angebracht, welches die Öffnung für die Kraftstoffzufuhr aus der nicht gezeigten Zulaufleitung in den Raum des Antriebszylinders 13 je nach der Stellung des Gestänges 2&min; steuert.
-
Die der Stirnwand 12 des Gehäuses 1 gegenüberliegende linke Stirnwand ist über das linke Gestänge 2 mit einer Stelleinrichtung 8 verbunden, die z. B. durch das Gaspedal dargestellt werden kann.
-
Am linken Rand des Gehäuses 1 befindet sich innen ein elektrisch betätigbarer Magnet 14, welchem der ein magnetisierbares Material aufweisende Kolben 3 gegenübersteht. Der Magnet 14 wird vom Stellglied 19, z. B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Intervallrelais, periodisch gesteuert.
-
Bei dem Zustand der Fig. 1 hat das Stellglied 19 den Magneten 14 angesteuert, so daß dieser den Kolben 3 in Richtung des Pfeiles 15 nach links unter Überwindung der Kraft der Druckfeder 9 angezogen hat. Dadurch kommt die rechte Anschlagplatte 6 mit der rechten Stirnwand 12 des Gehäuses 1 in Anschlag. Gleichzeitig wird hierdurch ersichtlich das Gasgestänge 2, 2&min; verkürzt. Dies könnte beispielsweise die Drosselstellung sein.
-
Wenn das Stellglied 19 eine Änderung des Betriebszustandes hervorruft, erfolgt beispielsweise die Abschaltung des Magneten 14, so daß dann der Kolben 3 in Richtung des Pfeiles 16 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung nach rechts bewegt wird. Die Bewegung in dieser Richtung 16 erfolgt unter dem Druck der Feder 9, welche die im Gehäuse 1 befindliche Platte 5 nach rechts gegen die rechte Stirnwand 12 von der Innenseite zum Anschlag bringt. Dadurch wird ersichtlich das Gasgestänge 2, 2&min; im Vergleich zu dem Zustand der Fig. 1 verlängert.
-
Selbstverständlich kann man den Zustand des verlängerten Gasgestänges als den Zustand mit Nennleistung oder alternativ auch als den Zustand der vorübergehenden Drosselung verwenden.