-
Vorrichtung zum Einregeln des Betriebszustandes von Kraftfahrzeugmotoren
Die 13cdienang von Kraftfahrzeugen, die finit selbsttätig sclialtcii(leni Getriebe
ausgestattet sind. kann dadurch vereinfacht werden, (laß die Schaltung des Getriebes
durch einen Regler erfolgt. Für die .Aasgestaltung solcher Regler sind bereits die
verschiedenartigsten Vorschläge gemacht worden. Die vorgeschlagenen Hauarten gestatten
jedoch nicht die gleichzeitige Erfüllung der beiden nachstehenden Bedienungen: i.
Der Betriebszustand des Fahrzeugmotors soll stets der Nvirtschaftlichsten Höchstforderung
entsprechen; ?. mit dein Bedienungsorgan soll <1°i- Betriebszustand, z. 13. die
Leistung de: Falirzeugniotors, fest eingestellt werden können.
-
Die l:rhndung gellt von einer Vorrichtung zum
Einregeln des
Betriebszustandes von Kraftfahrzeugmotoren finit einem Bedienungsorgan aus, (las
in einer das Stufengetriebe des NTotors schaltenden Vorrichtung die die Schaltung
des Getriebes bestimmenden oberen und unteren Grenzdrehzahlen einstellt, und das
gleichzeitig das Brennstoffregelorgan beeinflußt.
-
Nach der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch weiter verbessert,
daß zwischen das Brennstoffregelorgan einerseits und eine von der Motordrehzahl
abhängige Drehzahlmeßvorrichtung sowie das Bedienungsorgan andererseits eine zum
Übertragen der Verstellhewegungen dienende Vorrichtung eingeschaltet ist, über welche
die Drehzahlmeßvorrichtung die Verstellung des Brennstoffregelorgans nach einer
vom Bedienungsorgan eingestellten Funktion vornimmt. -Als übertragungsvorrichtung
kann hierbei z. B. ein einen Kurvenkörper abtastender Hebel Verwendung finden, wobei
dieser Kurvenkörper durch das Bedienungsorgan axial verschoben und durch die Drehzahlmeßvorrichtungen
um
die Achse gedreht wird. Als Drehzahlmeßvorrichtung kann jede beliebige Einrichtung,
z. B. ein Fliehpendel, dessen Verstellkräfte durch einen Servomotor verstärkt werden,
Verwendung finden.
-
I)ie Beziehung, nach @L-elcher die Verstellung der Drosselklappe abhängig
voll der Drehzahl #;rfolgt, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beliebig
gewählt werden. Besonders vorteilhaft ist es aber, als Funktionsbedingung festzulegen,
daß die Leistung des Motors konstant bleibt.
-
Bei konstanter Stellung des Bedienungsorgans inuß also durch die Cbertragungseinrichtung
bei fallender bzw. steigender Drehzahl die Brennstoffzufuhr so erhöht bzw. gedrosselt
werden, daß die abgegebene Leistung unverändert bleibt.
-
Mit der Einrichtung wird also bei jeder Stellung des Bedienungsorgans
einer bestimmten \l otordrehzahl eine bestimmte Stellung des Brennstoffregelorgans
zugeordnet. Mit dem Bediellungsorgall wird gleichzeitig beispielsweise bei jeder
gewünschten Leistung in der drehzahlabhängigen Steuervorrichtung die obere und untere
Grenzdrehzahl festgelegt, bei welcher die Getriebeschaltung erfolgt. Die oberen
und unteren Gren zdrelizahlen müssen sich mindestens tnn den Übersetzungssprung
des Getriebes unterscheiden, damit leim Eintreten einer Getriebeschaltung nach oben
hzw. nach unten nicht sofort wieder die andere Grenzdrehzahl erreicht wird, bei
der eine Schaltuilg nach unten bzw. nach oben erfolgen würde.
-
Aus <lern Drehzahlmotorleistungsschaub 1d eines \lotors, in welches
die Leistungslinien für verschiedetie Stellungen des ßreiinstoff- oder Füllungsregelorgaris
tvld die Linien für gleichen spezifischen Brennstoffverbrauch eingetragen sind,
können die Beziehungen abgeleitet werden, die für den Bau dieses Reglers maßgeblich
sind. Für jede Leistung gibt es einen !'unkt geringsten spezifischen Verbrauchs,
der durch °ine bestimmte Drehzahl mit einer zugeordneten Stellung des Brennstoff-
oder Vüllungsorgans gekennzeichnet ist.
-
Bei einer bestimmten Leistung und den verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten
kann die Motordrehzahl um den Wert des Getriebesprungs schwanken. Im Drehzahlleistungsschaubild
werden zu jeder Leistung diejenigen oberen und unteren Grenzdrehzahlen ermittelt,
bei welchen der gleiche spezifische Brennstoffverbrauch auftritt. Bei höheren Drehzahlen
ist dies nicht mehr durchführbar, da bei gegebener Leistung der spezifische Verbrauch
mit zunehmender Motordrehzahl im allgemeinen ansteigt. Aus dein Drehzahlleistungsschaubild
können so für jede Leistung die Drehzahlgrenzpunkte ermittelt werden. Diesen Grenzdrehzahlen
sowie allen dazwischenliegenden Drehzahlen entsprechen bei der Forderung nach konstanter
Leistung ganz betimmte Stellungen des Brennstoffregelorgans, die s s
ebenfalls
aus dem Schaubild entnommen werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist
so ausgebildet, daß bei einer bestimmten gewünschten Leistung das Bedienungsorgan
in eine bestimmte Stellung gebracht wird, bei welcher einerseits die aus dem Schaubild
gewonnenen Greilzdrehzahlen in der drehzahlabhängigen Steuervorrichtung eingestellt
werden, und bei welcher andererseits die Übertragungseinrichtung so eingestellt
wird, tiaß durch die Drelizahlnleluvorrichtung die sich aus dem Schaubild ergebenden
Stellungen des Breinistoffregelorgans eingestellt werden.
-
Eine Konstanthaltuilg der Leistung ist im oberen Leistungsbereich
nur bis zti .dem Drehzahlbereich zwischen der Höchstdrehzahl und der um den Getriebesprung
verminderten llöchst(Irehzalil möglich. Diesen Drehzahlgrenzen ist eine bestimmte
Leistung zugeordnet. \\'erden größere Leistungen gewünscht, so kann die 1)rellzalil
nicht mehr weiter erhöht werdet:, sondern es inuß die ])ei den jeweiligen Drehzahlen
ztir Verfügung stehende Brennstoffmenge erhöht werden. Soll die überhaupt zur Verfügung
stehende 1löchstleistung ausgenutzt werden, so muß innerhalb Iles zul;issigeil Höchstdrehzahlbereichs.
<l. 1n. also zwischen der Höchstdrehzahl und der tinl den Getriebesl»-unt; verminderten
Höchstdrehzahl dem Motor immer die volle Brennstoffmenge zugeführt werden. Die irl>ertragtingseii:riclittiiig
iiitif.l daher auch so ausgebildet sein, daß bei tveiterei- Steigerung der Leistung
über diejenige liiiiaus, die vorn Regler noch konstant gehalten werden kaiiii, ein
Schließen der Drosselklappe al>hiin"ig von der Motordrehzahlrneßvorriehtung zuerst
teilweise wild zum Schluß ganz ausgeschlossen wird.
-
In der Zeichnung ist eine .\tisführungsform in Gestalt eines Leistungsreglers
als Heispiel der Erfindung dargestellt.
-
Mit dem als Fußhebel ausgcl»Ideten Bedienungsorgan I ist eine Stange
2 längs verschiebbar. Mit der Stange 2 stellt über zwei Gabeln 3 ein Kurvenkörper
4 in Verbindung, der finit Hilfe der Gabeln auf seiner Achse 5 längs verschiebbar
ist. ,Das freie Fnde 0 der Stange 2 ist gezahnt. \l fit der 7ahnstange (> kämmt
ein Zahnrad 7, (las auf eileer Achse 8 befestigt ist. Auf der Achse 8 sitzt ferner
ein Zylinder 9. l)er Zylinder g weist ein oberes Kontaktblech 1o, eine in der Mitte
liegende neutrale Zone i i und ein unteres Kontaktblech 12 auf. \lit (1e1 Kontaktflächen
arbeitet ein Kontaktstift 13 zusammen, der von der Drehzahlmeßvorrichtung 1+ auf
eilte der `lotordrehzahl entsprechende Höhe einstellbar ist. I)ie 1)rehzahlineßvorrichtung
14 verstellt außerdem einen zweiten Kontakt i_5, der mit zwei eitl` eingestellten
Grenzkontakten 16, 17 zusammen arbeitet. Die beiden Grenzkontakte sitzen atif einer
\luttcr 18, die durch die Spindel icg der 1dölie nach einstellbar ist.
-
Bei Kontaktschluß des Kontaktes 15 in fit denn Grenzkontakt 16 fließt
der Strom der Batterie 2o durch die Spule >>, während er bei Kontakt mit dem Grenzkontakt
17 durch die Spulo -22 fließt. Auf der Welle 23, die vom Fahrzetigrnotor
angetrieben wird und die über die Kegelräder 24, 25 auch die Drehzahlmeßvorrichtung
14 antreibt, sitzt eilte verschiebbare Kupplung 26, die durch dein Anker 27 entweder
mit dem Zahnrad 28 oder dem Zahnrad 2<) in Eingriff gebracht \verdcli kaiiii.
Hierdurch wird
das Kegelrad 30 1111 Rechts- oder Linkssinn angetrieben.
Dabei wird die Spindel i9 und damit die .'Mutter 18 über die Welle 31 und die Zahnräder
32, 33 verstellt. 1>1e Mutter 18 wird so durch die Grelizkontakte 16, 17 und die
servomotorische Einrichtuug 21, 22, 26 1>1s 33 selbsttätig immer in die Nölte
des Kontaktes 15 eingestellt. Durch die Welle 3 t wird über die Schnecke 34 und
das Schtieckeilrad 35 die Achse 5 stets iti eine von der jetveiligeti Motordrehzahl
abhängige Winkelstellung gedreht.
-
Bei Kontaktschluß de-; Kontaktstiftes 13 mit (teil Kontaktflächen
io bzw. 1.2 fließt der Strom durch die Spulen 36 1>-w. 37. Dadurch wird mit
Hilfe (los Ankers 38 die attf der Welle 23 sitzende Kupplung 39 finit dein Kegelrad
40 bzw. 41 gekuppelt. Das Kegelrad 42 wird entsprechend im Rechts-oder Linkssinn
verdreht, so daß über die Achse 43, die Schnecke 44, das Schneckenrad 45 und die
Welle46 der \-litneliiner47 verstellt wird. DerMit-1teIliner 47 ist ;hier eine Feder
48 mit <lern auf der Welle 46 frei gelagerten Hebel 49 verbunden. Der Ifebel
4o kann durch die Feder 5o, die Kugel 51
und die kastung 52 immer nur bestimmte
Stellungen einnehmen, in denen (tot- Schleifkontakt 53 mit einzelnen Kontakten 5.4,
55, 5(). 57, 58# 59 in Berührung steht. Bei einer Verdrelitiilg des Hebels 47 wird
daher (tot- 1-lebel 49 zuerst iti Ruhe bleiben und dann plötzlich in die benachbarte
Raststellung einspringen. Mit den Kontakten 54 1>1s 59 kann beispielsweise ein elektrisch
schaltbares, automatisches Getriebe in Verbindung stehen, in welchem entsprechend
dem Stroinschluß zwischen dem Kontakt 53 und .den einzelnen Kontakten 54 1>1s 59
jeweils ein bestimmter Gang eingeschaltet wird. Den Kontakten 54, 55. 5(). 57. 58.
59 ist jeweils der t.. 2., 3.. 4.. 5. und l>. (lau r; zugeordnet.
-
Auf dein Kurvenkörper 4 liegt ','iti l"ühlhebel ()o. der über die
Welle oi die Drosselklappe 62 des Klotors verstellt.
-
Die beschriebene Vorrichtung wirkt wie folgt: \lit dem Fußhebel i
wird durch Niedertreten eine gewisse gewünschte Motorleistung eingestellt. I lierl>ei
wird der Zylinder 9 so verdreht und so eingestellt, daß bei einer bestimmten oberen
bzw. unteren Drehzahl der Kontakt 13 die Kontaktflächen 1o bzw. 12 berührt. Durch
die Spulen 36 bz-. 37 wird darin der Anker 38 nach rechts bzw. links angezogen und
bewirkt damit eine Drehung Gier Welle 43 in einem Drehsinn, bei welchem der Kontakt
53 nach links bzw. rechts zur Einschaltun- niedrigerer bzw. höherer Getriebeül>ersetztingen
verstellt wird. Gleichzeitig mit der Verstellung <los Zylinders 9 wird der Kurvenkörper
4 auf seiner Achse verschoben. Damit wird eine best@ininte Schnittfl,iclie (los
Kurvenkörpers für die Verstellung des Ilehels (ui wirksam. Entsprechend (teil Schwatrl<uii"eii
der Nlotordrelizahlen zwischen den festgelegten Grenzen wird eitle Verdrehung des
Kurvenkörpers 4 in der oben geschilderten Weise vorgenonim.n und somit die Drosselklappe
verstellt. Die :iestaltung des Kurvenkörper: erfolgt 1>c1 dem dargestellten Ausführungsbeispiel
so, daß die vom Motor abgegebene Leistung konstant bleibt, wobei die erforderliche
Beziehung zwischen der Stellung ,der Drosselklappe und der jeweiligen Motordrehzahl
in der oben geschilderten Weise aus dem Drelizahl-Motorleistungsschaubild gewonnen
wird. Der Kurvenkörper muß daher so geformt sein, daß bei zunehmender Drehzahl die
Brennstoffzufuhr verringert und bei abnehmender Drehzahl erhöht wird. Um zu erreichen,
daß die höchste zur Verfügung stehende Motorleistung ausgenutzt werden kann, wird
der Kurvenkörper so gestaltet, daß bei vollem Durchtreten des Pedals i der Hebel
6o auf einem Schnitt des Kurvenkörpers ruht, der einen konstanten Durchmesser aufweist
und bei @velchem die Drosselklappe daher immer bis zum Erreichen der Höchstdrehzahl
voll geöffnet bleibt. Zu diesem Zweck werden auf der Trominel io nach Erreichen
des zulässigen Höchstdrehzahlbereiches die oberen und unteren Grenzdrehzahlen unverändert
gelassen. Auf dem letzten Teil des Verstellweges, den der Fußhebel t zurücklegt,
wird der Kurvenkörper weiter aus derjenigen Stellung, bei welcher die Drosselklappe
abhängig von der Motordrehzahl verstellt wird, in die Endstellung verschoben, in
welcll°r bis zum Erreichen der Höchstdrehzahl kein Schließen der Drosselklappe durch
den Kurvenkörper mehr möglich ist. I n der Endstellung des Fußhebels i steht daher
immer die volle Motorleistung zur Verfügung.
-
Die Übertragungseinrichtung kann gleichzeitig so ausgebaut werden,
daß sie als automatische Drehzahlbegrenzung wirkt. Wird mit dem Fußhebel 1 eine
gewisse Leistung eingestellt, so muß bei Erreichen der dadurch gegebenen oberen
Drehzahlgrenze-die Drosselklappe in eine bestimmte Drosselstellung gebracht werden.
Wird bei gelöster Kupplung die Drehzahl im Leerlauf überschritten oder tritt eine
Drehzahlüberschreitung dadurch ein, daß die Getriebeschalteinrichtung nicht ordnungsgemäß
arbeitet, so wird der Kurvenkörper 4 weiter v2°rdreht. Der Kurvenkörper 4 kann nun
so gestaltet werden, ciaß von dieser jeweiligen Höchstdrehzahl ab die Drosselklappe
bei weiterer Drehzahlerhöhung sehr rasch ganz geschlossen wird. 1)1e für die Einschaltung
niedrigerer Getriebeübersetzung maßgebliche Höchstdrehzahl kann daher bei einer
solchen Ausbildung des Kurvenkörpers nur immer geringfügig überschritten werden.
Bei voll durchgetretenem Fußhebel t wird die Drosselklappe bis zum Erreichen der
überhaupt zulässigen Höchstdrehzahl nicht aus der Stellring voller Öffnung heraus@bewegt.
Die Kurve kann aber dann ebenfalls so ausgebildet werden, daß bei Überschreiten
dieser Höchstdrehzahl wieder ein rasches Schließen der Drosselklappe erfolgt. Es
kann daher auch die absolute Höchstdrehzahl nur geringfügig überschritten werden.
-
Die fahrtechnischen Vorteile dieser Einrichtung seien kurz .durch
die Schilderung einiger l,'alirvorgänge erläutert Beim Anfabrvorgang wird der Fahrer
finit dem Fußhebel i eine bestimmte - Nlotorleistunig, z. B. 4o°!o der llöchstleistung,
einstellen. Es sei angenommen,
daß hierbei die Drehzahlgrenzen i
ioo bzw. i5oo Umdrehungen sind. Die Drosselklappe sei bei iioo Umdrehungen voll
und' bei i5oo l'mdrehtIllgell 30% geöffnet. Der Fahrer löst zum Anfahren die Kupplung,
stellt .den Fußhebel auf .1o% Leistung, schaltet von Hand die automatische Getriel>eschaltvorrichtung
ein und rückt die Kupplung ein. Die Drosselklappe bleibt bis zuin Erreichen von
iioo Umdrehungen je -Minute voll geöffnet. Zwischen den Drehzahlen von i ioo und
i 5oo Unidrehungen schließt sich die Drosselklappe bis auf 300/0. Die -Motorleistung
ist bis zum 1-,Irreichen der Drehzahl von iioo Umdrehungen allniählich auf den gewünschten
Wert von 4o% der Höchstleistung gestiegen und bleibt bei weiterer Erhöhung der Drehzahl
konstant. Bei Erreichen von i 5oo Umdrehungen kommt der Kontakt 13 mit dem Kontaktblech
io in Berührung, wodurch in der schon geschilderten Weise eine Verstellung des Schleifkontaktes
53 vom Kontakt 54 auf den Kolitakt 55 erfolgt. Hierdurch wird der zweite Gang eingeschaltet
und die -.Motordrehzahl sinkt um den Getriebesprung auf i ioo Umdrehungen. Gleichzeitig
wird dadurch automatisch die Drosselklappe wieder voll geöffnet, das Fahrzeug beschleunigt
weiter bei sich allmählich schließender Drosselklappe und bei Erreichen von r ,oo
Umdrehungen wird in der gleichen Weise der dritte Gang eingeschaltet. Dieses Spiel
wiederholt sich so oft, bis das Fahrzeug die Geschwindigkeit erreicht hat, hei welcher
die Fahrwiderstände der -Motorleistung von do% das Gleichgewicht halten. Die Fahrvj-eise
ist außerordentlich angenehm, da im Augenblick der Schaltung keine stoßweise Beschleunigung
oder 1'erzögerung spürbar ist, denn die vorn -Motor abgegebene Leistung ist bei
der höheren I)rellzahl und der höheren Cbersetzung genau so groß wie bei der niedrigeren
Übersetzung und der niedrigeren Drehzahl. Das Fahrzeug beschleunigt daher ganz gleichförmig,
wobei die Beschleunigung nur durch die wachsenden Fahrwiderstände allmählich geringer
wird, bis die sich aus den Fahrwiderständen ergebende Endgeschwindigkeit erreicht
ist.
-
Wird angenommen, daß das Fahrzeug sich auf einer leichten Steigung
befindet und daher ini fünften Gang seine Endgeschwindigkeit erreicht hat, so kann
der Fahrer durch volles :Niedertreten des Pedals t die volle Motorleistuilg zur
Verfügung e-, stellen. Hierbei kommt der Kontakt 13 mit dem Kontaktblech 12 in Berührung,
und es erfolgt eine automatische Einschaltung niedrigerer Getriebegänge, bis der
Kontakt 13 in die neutrale Zone i i gelangt. Das Fahrzeug beschleunigt dann mit
der größten überhaupt zur Verfügung stehenden -!Motorleistung. Wird hierbei die
zulässige Höchstdrehzahl erreicht, so erfolgt automatisch wieder eine Herabsetzung
der 1-lotordrelizahl durch Einschaltung niedrigerer Übersetzungen.
-
Der wesentliche Vorteil der ertindungsgemäßen Einrichtung ist, -daß
jede mit dem gegebenen Motor und dem gegebenen Getriebe überhaupt erzielbare Antriebsleistung
unmittelbar mit dem Bedienungsorgan so eingestellt werden kann und daß diese Leistung
nur bei ganz bestimmten 1)i-elizalileii und ganz bestimmten Füllungen des Brennstoffregelorgans
erzielbar ist, \\-()bei diese Prelizahlen tind Stellungen des Breinist(>ffregelorgans
einander so zugeordnet sind, dal> die gewünschte Leistung init dem geringsten l#,'raftstottwerlli-tiucli
abgegeben wird. Es ist nicht erforderlich, daß die von der Vorrichtung eingeregelten
I@ctriel]szust@inde den] Drelizahl-Motorleistungsschaubild so entnommen werden,
daß der geringste liremistoffverbratich erzielt wird. Es können auch andere (;esiclitsl)tinkte
für die Wahl der Betriel>szustän<le maßgeblich seit]. So kann es z. B. zur l,:rzielting
eines gleichinäßigeren Drehmoment: oder zur Vermeidung unerwünschter Erwärmung zweckmäßiger
sein, die Drehzahl bei den niedrigsten Leistungen nur bis zu einem bestimmten Wert
herabzusetzen und zur weiteren Leistungsherabsetzung die Brennstottzufuhr zu drosselbi.
Die wolle Gesichtspunkt des günstigsten Breinistoffwerllrauchs vorteilhafteren Betriebszustände
kleinster I)relizalilcii und voller Füllung wurden daim ausgeschaltet. 1)ie Einrichtung
kann daher sowohl von einen] Fahrer, der vorsichtig und langsam zti fahren \viinscht,
als auch von einem Fahrer, der (las :\ulierste herausholen möchte, in gleicher Weise
Benutzt ;werden. Beide Fahrer erzielen die gewiitischte Iahr@wcise automatisch auf
die wirtschaftlichste Art. Ausschlaggebend für die Gestaltung eines Leistungsreglers
entsprechend dieser Forderung ist es, daß in der erfindungsgemäßen Weise (huch eine
Übertragungseinrichtung zwischen (lein Brenlistoffregelorgan einerseits utid einer
I)i-clizalilnießvorriclituti:, sowie dem Bedienungsorgan andererseits bei den jeweiligen
Drehzahlbereichen diejenigen Stellungen des Brennstoffregelorgans erzielt werden,
die die gewünschte Leistung ei-eben. Iicsonderer Wert muß bei der LIl>ertragungseinrichtung
darauf gelegt werden. (Maß bei l?iiistellung auf höchste Leistung ein Schließen
der 13i-elllistoffztiftilii- abhängig von der Drehzahl nicht mehr erfolgt. 1)ie
L?I>ertragungseinrichtung selbst intlli nicht. Nwie es erfindungsgemäß dargestellt
ist. aus eincin drehbareil und verschieblichen Kurvenkörper bestehen, sondern es
ist möglich. als l'1>ertragungsorgan auch ebene Kurven. Schwehehebel oder ;ihnliche
Einrichtungen zu verwenden, s,l\\ eit ihre kinematische Wirkung in der lrc#schriel>enel]
Weise derjenigen des räumlichen Kurwenk@irliers :ilinlich ist.