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Gerät zum Anzeigen der Wirtschaftlichkeit der Fahrweise von insbesondere
mit Einspritzbrennkraftmaschinen betriebenen Fahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Anzeigen des spezifischen Brennstoffverbrauchs von Fahrzeugmotoren
bzw. des Quotienten von Brennstoffverbrauch und Fahrgeschwindigkeit, insbesondere
von Motoren, die mit Brennstoffeinspritzung arbeiten, und besteht darin, daß die
Vorrichtung von einem von der Motordrezahl abhängigen Steuerglied beeinflußt wird,
derart, daß diese den Quotienten von Brennstoffverbrauch-Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit
anzeigt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Liefermenge einer
normalen Brennstoffeinspritzpumpe im wesentlichen der Pumpendrehzahl und dem Vorschub
der Regelstange der Pumpe im wesentlichen geradlinig proportional ist. Ist dieses
Liefermengenverhältnis für eine gegebene t>umpenbauart einmal bekannt, und zwar
kanii man dieses an einem einzelnen Baumuster durch Stoppen auf dem Motor- oder
Pumpenprüfstand feststellen, so genügt eine einfache mechanische, hydraulische oder
elektrische Verbindung zwischen der Regelstange der Einspritzpumpe und dem Anzeigegerät
für die I(enntlichmachung des absoluten Brennstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine.
Da aber dieser Verbrauch über die Wirtschaftlichkeit der Fahrweise allein noch nichts
aussagt, weil bei einem hohen Verbrauch im allgemeinen auch die Motorleistung und
die Fahrgeschwindigkeit eine andere ist. muß noch eine Verkopplung der Anzeigevorrichtung
für den Brennstoffverbrauch mit einem
Geschwindigkeitsanzeiger erfolgen,
wie dies z. B. auf die nachstehend beschriebene Weise geschehen ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt. Es zeigt Ahb. I eine mechanische Anzeigevorrichtung für
die Wirtschaftlichkeit der Fahrweise an einer Einspritzpumpe für eine Fahrzeugbrennkraftmaschine,
in Abhänngigkeit von der Regelstange der Einspritzpumpe; Abb. 2 die Anordnung nach
Abb. 1 mit einer zusätzlichen Beeinflussung des von der Einspritzpunpenregelstange
gegebenen Steuerimpulse durch die Motordrehzahl; Abb. 3 eine mechanische Steuervorrichtung
mit einem Brennstoffdurchflußmesser als Geber für den voni Brennstoffverbrauch und
von der Motordrehzahl abhängigen Steuerimpuls; Äl)l>. 4 eine mit Wechselstrom
betriebene elektrische Einrichtung zur Steuerung des Geräts zum unmittelbaren Ablesen
der Wirtschaftlichkeit der Fahrweise; Abb. 5 eine mit Gleichstrom betriebene elektrische
Anzeigevorrichtung; Al)l). 6 eine mechanische Anzeigevorrichtung für Luft- und Wasserfahrzeuge
und Abb. 7 eine Ablesescheibe des Anzeigegeräts mit die Wirkungsweise des Geräts
erläuternden Hinweisen.
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In allen Ausführungsbeispielen nach den Abb. 1 bis 4 bezeichnet 1
eine Brennstoffeinspritzumpe mit z. B. sechs nach den Einspritzdüsen führenden Druckleitungen
2. Die Liefer- bzw. Einspritzmenge der einzelnen Pumpenstößel wird in an sich bekannter
Weise durch eine verschiebbare Regelstange 3 eingestellt. Die Regelstange wird in
ebenfalls hekannter Weise durch einen aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Beschleunigerhebel
über das Gestänge 4 willkürlich durch den Fuß des Fahrers oder von Hand und/oder
durch den üblichen Regler 5 automatisch verstellt. Außerdem zeigen alle Abb. 1 bis
4 ein Gerätegehäuse 6 mit einer geraden Schlitzführung 7 für den Zapfen 8 eines
Zeiger 9. Der Zapfen 8 mit seinem Zeiger g wird von einem Stab 10 getragen.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach Abb. I bis 3 ist das rechte Ende
des Stabes 10 mit einem kleinen Lenker ii verbunden. Der Lenker 11 sitzt am Ende
eines Schiebers 12, der in der Hohlwelle 13 eines Geschwindigkeitsmessers verschiebbar
gelagert ist.
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Es wird der Schieber I2 durch einen weiteren Lenker 14 gesteuert,
der unter dem Einfluß eines unter der Wirkung einer Rückholfeder 15 stehenden Fliehkraftpendels
16 steht. Die Welle I3 wird z. B. durch einen Kegeltriel> I7 über eine hiegsame
Welle von der Abtriebswelle des Fahrzeugwechselgetriebes oder von der angetriebenen
Fahrzeugachse her angetrieben. Am linken Ende des Stabes 10 greift ebenfalls ein
Lenker 18 an, der einen Winkelhebel 19 beeinflußt.
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Heim Ausführungsbeispiel nach Abb. I ist nun dieser Winkelhebel 19
durch eine Stange 20 mit der Regelstange 3 der Einspritzpumpe verbunden, und es
stellt diese Anordnung die einfachste Ausführungsform des Anmeldungsgegenstands
dar.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Abb. 1 ist fogende:
Eine Verschiebung der Regelstange 3 nach links an der Einspritzpumpe I hat eine
Verminderung und die Verschebung der Stange nach rechts eine Vermehrung der Einspritzmenge
zur Folge. Entsprechend dem Mehrverhrauch an Brennstoff wandert also die Regelstange
3 nach rechts, und damit wird über die Stange 20, den Winkelhebel 19 und den Lenker
IS das linke Ende des Stabes 10 angehol>en. Umgekehrt hat eine Verminderung der
Einspritzmenge beim Verschieben der Regelstange 3 nach links zur Folge. daß sich
das linke Ende des Stabes 10 senkt.
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Eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit hat zur Folge, daß sich der
Pendelring 16 unter Anspannung der Feder 15 immer mehr senkrecht zur Welle 13 des
Geschwindigkeitsmesser einstellt.
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Dabei wird der Schiwber 12 durch den Lenker 14 immer weiter aus der
1 lohlwelle 13 herausgeschoben und dadurch das rechte Ende des Stal>es io gesenkt.
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Umgekehrt bewirkt eine Verminderung der Fahrzeuggeschwindigkeit. daß
die l:e<ler 15 den Ring t6 wieder mehr oder weniger in seiiie Schräglage zur
Welle 13 zurückbringt. wodurch der Schieber 12 wieder in die Hohlwelle 13 hineingezogen
und das rechte Ende des Stal>es io angehol>en wird. Es ergibt sich also, daß
sich das eine Stabende mit wachsendem Brennstoffverbrauch hel)t während das andere
Stabende sich mit zunehmenderr Fahrgeschwindigkeit senkt unter umgekehrt. Eine loe
stimmte Stelle zwischen dell l)eiden Stabenden. deren genaue Lage Voll der Kinematik
des Gestänges zwischen der Regelstange der Einspritzpumpe und dem eiiien Stabende
und der Kinematik des Gestänges zwischen dem Geschwindigkeitsmesser und dem anderen
Stahende abhängt,, zeigt den Quotienten aus Brennstoffverbrauch und Fahrgeschwindigkeit,
also eine Größe an, die über die Wirtschaftlichkeit der Fahrweise Auskunft gibt.
An jener Stelle ist der Zeiger 9 angebracht.
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In manchen Fällen ist es erwünscht. die Motordrehzahl in den am Zeiger
abzulesenden Meßwert mit einzubeziehen. Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt die
Abb. 2. In diesem Fall wird die Stange 20 tiicht unmittelbar mit der Regelstange
3 der Einspritzpumpe verbunden, sondern mit einem lenker 21 gekuppelt, der an eiiier
Verlängerung der Regelstange 3 angeordnet ist und dessen freies Ende z. B. ül>er
einen Winkelheliel 22 durch ein Fliehkraftpendel 23 beeinflußt wird. Das Flienhkraftpendel
wird z. B. über einen Kegeltrieb 24 von der Kurbelwelle oder einer Nebenwelle des
Motors oder auch von der Welle eines vom Motor angetrieben Zusatzgeräts her angetrieben.
Wie die Abb. 2 zeigt, hat eine steigende Motordrehzahl zur Folge. daß sich das linke
Ende des Stabes io hel)t oder bei sich vermindernder Drehzahl senkt (s. auch Abb.
7). Die gleiche Wirkung tritt zeigt Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 auf, bei welchem
tlas linke Ende des Stabes 10 ausschließlich unter clem Einfluß der
Motordrehzahl
bzw. einer von diesem angetriebenen Vorrichtung steht. Es fließt der Brennstoff
zunächst aus eiiiem Behälter 25 über die Leitung 26 einer vom Motor angetriebenen
Förderpumpe 27 zu. In der llacil der Einspritzpumpe 1 führenden I)ruckleitung 28
der Förderpumpe 27 ist ein von der durch diese Leitung strömenden Brennstoffflüssigkeit
angetriebener Ovalradzähler 29 angeordnet, der einen zweiten Geschwindigkeitsmesser
30 antreibt, wie in solcher liereits weiter ollen unter Anführung der Bezugszwichen
12 bis 17 beschrieben ist. Bei steigender 1 )relizahl des Motors oder der Pumpe
bzw. des Ovalradzählers, also bei steigender Leistung der Förder- un Einspritzpumpe
wird das linke lirnll des Stabes 10 angehoben, und umgekehrt seiikt sich tlas erwähnte
Stabende mit fallender Drehzahl bzw. Förderleistung.
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Eine elektrische Einrichtung zum Anzeigen der Wirtschaftlichkeit
der Fahrweise zeigt die Abb.4.
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In diesem lall ist am Ende der Regelstange 3 der Einspritzpumpe 1
ein Einsenkern 31 befestigt, der in eine 1 nduktionsspule 32 eintaucht. Ebenso ist
am freieu lintle tles Schiebers 12 in der Hohlwelle 13 des Geschwindigkeitsmessers
ein Eisenkern 33 befestigt, der iii eine Induktionsspule 34 eintaucht. Die Primärwicklungen
der Spulen 32 und 34 sind an einen Wechselstromerzeuger 35, z. B. an eine spannungsregelnde
Lichtmaschine des Fahrzeugs. angeschlossen. Die Sekundärwicklung der Spule 32 fiihrt
zu eiiiein Solenoid 3( und die Sekundärwick-und <1er Spule 34 zu einem Solenoid
37. In das Solenoid 36 taucht v<)il ollen her ein Eisenkern 38 ein, der unter
tlcm Einfluß einer Zugfeder 39 steht und an dem das linke Ende des Stabes 10 angelenkt
ist. Die Zugfeder 39 ist bestrebt, den Eisenkern 38 aus dem Solenoid 36 herauszuziehen
bzw. das linke Ende des Stabes 10 anzuheben. An rechten Ende des Stal>es 10 greift
ebenfalls ein Eisenkern 40 an, der von unten her in daaas Solenoid 37 eintaucht
und durch einen aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Anschlag an einem völligen
herausfallen aus dem Solenoid 37 verhinnndert ist. Die Wirkungsweise nach der Anordnung
von Abb. 4 ist folgende: 1 )ie beiden Spulen 32 und 34 werden durch den von der
Maschine 35 erzeugten Wechselstrom erregt und erzeugen in de Solenoidspulen 36 und
37 einen Induktionsstrom, dessen Stärke von der Eintauchtiefe der Kerne 3 1. 33
in ihren zugehörigen Spulen 32, 34 abhängt. Es üben diese Kerne 31, 33 in bezung
auf die auftretende Induktionswirkung eine Drosselwirkung aus, und so is der Induktionssrom
in den Solenoiden 36 37 um so schwächer, je tiefer die Kerne 31. 33 in ihre zugerhörigen
Spulen 32, 34 eintauchen. Daraus ergilit sich aus der Abb. 4 ohne weiteres. daß
eiiie Steigerung der Einspritzmenge durch Verschieben der Regelstange 3 nach rechtts
eiiie Vermiderung jeher Kraft am Solenoid 36 zur Folge hat. die bestrebt ist. den
Einsekern 38 in das Solenoid 36 hineinzuzichen. Dadurch ist die Feder 39 iii der
Lage. <leii Einsenkern 38 weiter aus dem Solenoid 36 herauszuzichen und das linke
Ende des Stabes 10 anzuheben. Umgekehrt hat eine Verminderung der Einspritzmenge
bzw. des Brennstoffverbrauchs ein Senken des linken Endes des Stabes 10 zur Folge.
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Ebenso bewirkt eine wachsende Fahrzeuggeschwindigkeit, daß der Eisenkern
33 des Geschwindigkeitsmessers I2 bis I7 tiefer in die Spule 34 eintaucht und jene
Kraft, die den Eisenkern 40 in die Solenoidspule 37 hineinziehen will, nachläßt,
also der Eisenkern 40 unter dem Einfluß seines Eigengewichts sich nach unten bewegt
und das rechte Ende des Stabes 10 sich senkt. Es führt also der Stab unter der Einwirkung
des Regelgliedes für die Brennstoffzufuhr und unter der Einwirkung <ler Fahrzeuggeschwindigkeit
die gleiche Bewegung aus, wie oben bereits beschrieben. Selbstverständlich kann
auch bei dieser Anordnung die Motordrehzahl mit zur Erzielung des endgültigen MeSwertes
herangezogen werden, wenn man nach dem Vorbild der Abb. 2 zwischen der Regelstange
3 und dem Eisenkern 3I der Solenoidspule 32 eine Lenkeranordnung 21 mit einem vom
Motor angetriebenen Fliehkraftpendel 23 einschaltet oder wenn man den Eisenkern
3I an den beweglichen Teil des Geschwindigkeitsmessers 30 nach Abb. 3 anordnet.
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Die Anordnung nach Abb. 5 zeigt eine gleichartige Anordnung für Gleichstrom.
In diesem Fall sind die Solenoidspulen 36, 37 durch die Leitungen 4I, 42 an eine
Gleichstromquelle, z. B. an eine Batterie 43, angeschlossen, die auch als Anlasserbatterie
für die Stromversorgung der Fahrzeugbeleuchtung usw. dienen kann. An der Regelstange
3 der Einspritzpumpe ist ein im Stromkreis der Spule 36 liegender Widerstand 44
derart angeordnet, daß bei einem der Vermehrung der Brennstoffzufuhr dienenden Verschieben
der Regelstange 3 nach rechts mehr Widerstandswindungen zugeschaltet werden und
dementsprechend die magnetische Kraft, die bestrebt ist, den Kern 38 in die Spule
36 hineinzuschieben, schwindet, worauf die Feder 39 das linke Ende des Stabes 10
anhebt, und umgekehrt.
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Ebenso ist am Schieber 12 des Geschwindigkeitsmessers 13 bis I7 ein
im Stromkreis der Spule 37 liegender Widerstand 45 derart angeordnet, daß mit wachsender
Fahrzeuggeschwindigkeit der aus der Hohlwelle 13 sich mehr und mehr herausschiebende
Schieber 12 Widerstandswindungen zuschaltet, worauf der in die Spule 37 eintauchende
Eisenkern mit dem an diesen angreifenden rechten Ende des Stabes 10 entsprechend
sinkt.
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I)as mechanische Gestänge kann auch durch ein hydraulisches Gestänge
ersetzt werden, indem z. B. das Ende der Regelstange 3 mit einem Kolben versehen
wird, der ein Druckmittel beeinflußt und das Druckmittel wiederum auf einen durch
eine Rückdruckfeder beeinflußten Kolben einwirkt, der am linken Ende der Stange
10 angreift. Eine gleiche Einrichtung kann auch zwischen dem Geschwindigkeitsmesser
11 bis 17 und dem rechten Ende der Stange 10 getroffen werden. Außerdem kann mit
dem Stab 10 auch ein Schreibgerät verbunden sein, <las auf einem von einem Uhrwerk
angetriebenen Registrierband oder auf einer mit einer entsprechenden Einteilung
versehenen und sich drehenden
Registrierscheibe den Quotienten aus
Brennstoffverbrauch und Fahrgeschwindigkeit laufend aufzeichnet. Zweckmäßig ist
die Einteilung der Skala auf der Ablesescheibe 6 so getroffen, daß die verbrauchte
Brennstoffmenge in Litern pro 100 km unmittelbar abgelesen werden kann.
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Gegebenenfalls ist die Erfindung auch für Vergasermotoren verwendbar.
In diesem Fall wird das linke Ende des Stabes 10 z. B. durch das Stellwerk der Vergaserdrosselklappe
beeinflußt.
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Bei der Verwendung an Luft- und Wasserfahrzeugen wird der von der
Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Geschwindigkeitsmesser I2 bis I7 durch eine Staudüse
46 ersetzt, wie die Abb. 6 an einem Ausführungsbeispiel zeigt, das in seinem übrigen
Aufbau dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 entspricht. Die Staudüse mündet in einen
Zylinder 47 ein, in welchem ein unter der Wirkung einer Rückführfeder 48 stehender
Kolben 49 gleitet. An der Führungsstange 50 dieses Kolbens ist der Lenker I I befestigt,
dessen freies Ende am rechten Ende des Zeigertragstabes 10 angreift.
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Je nach dem Druck des gegen die Staudüse 46 anströmenden Fahrwindes
oder Fahrwassers wird der Kolben 49 unter Anspannung der Feder 46 mehr oder weniger
nach unten verschoben und damit das rechte Ende des Stabes 10 in der bereits wiederholt
beschriebenen Weise gesenkt, umgekehrt wird es beim Nachlassen des Staudrucks durch
die sich entspannende Feder 48 wieder angehoben. Der Kolhen 49 kann auch durch eine
Biegehaut ersetzt werden.
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Die gleiche Staudruckdüsenanordnung läß6 sich bei allen übrigen Ausführungsbeispielen
anwenden, wie überhaupt die einzelnen Bauelemente der beschriebenen Vorrichtungen
in sinngemäßer Anwendung und entsprechend ihrer Eignung für die ihnen übertragene
Funktion beliebig gegeneinander ausgetauscht werden können.
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Die Ausführungsbeispiele nach Abb. 2 und 3, bei denen neben dem Regelglied
für die Brennstoffzufuhr auch die Motordrehzahl das Anzeigeergebnis mit beeinflußt,
sind für Luft- und Wasserfahrzeuge mit Verstelluft oder Wasserschrauben besonders
geeignet, weil bei diesem je nach der Einstellung der Schraubenflügelblätter eine
beste Motorleistung sowohl bei hoher Drehzahl und entsprechend kleinem Drehmoment,
also kleiner Füllung oder niedriger Drehzahl und entsprechend großem Drehmoment,
also entsprechend großer Füllung erzielt werden kann.