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Gerät zur fortlaufenden Anzeige von Leistung und Kraftstoffverbrauch
einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur fortlaufenden Anzeige
von Leistung und Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine.
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Die Ermittlung des Einflusses von Änderungen der Betriebsdaten einer
Brennkraftmaschine, wie Druck und Temperatur der Ladeluft, Zündung usw. auf die
Leistung und den Verbrauch ist auf dem Prüfstand verhältnismäßig zeitraubend und
umständlich, da bei nur schrittweiser Änderung irgendeiner der Betriebsgrößen jedesmal
alle Betriebs- und Verbrauchswerte ermittelt und daraus die Leistung und spezifischen
Verbräuche errechnet werden müssen. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt,
ein Gerät zu schaffen. welches fortlaufend Leistung und Verbrauch einer Brennkraftmaschine
in absoluten Größen abzulesen gestattet.
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Es sind einerseits Geräte bekannt, welche die Leistung messen, indem
sie eine Multiplikation des Drehmoments mit der Drehzahl durchführen. Ferner sind
Mengenmesser bekanntgeworden, welche die Menge des in der Zeiteinheit durch die
Kraftstoffzuführungsleitung hindurchströmenden Kraftstoffs angeben. Die Kenntnis
der Leistung und des mengenmäßigen Kraitstoffverbrauchs enthebt jedoch nicht der
Notwendigkeit. aus der verbrauchten Menge und dem spezifischen Gewicht des Kraftstoffs
zunächst das Gewicht des verbrauchten Kraftstoffs und dann den Verbrauch in Gramm
pro PS und Stunde auszurechnen.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß die in an sich bekannter Weise
auf elektrischem Wege gemessene Leistung und der gleichfalls elektrisch gemessene
Kraftstoffverbrauch
in der Zeiteinheit durch Anlegen der diesen Maßgrößen proportionalen Spannungen
an die beiden Spulen eines Kreuzspuleninstruments bekanister Art ins Verhältnis
zueinander gesetzt werden, so daß neben der Anzeige der Leistung durch den Leistungsmesser
gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch, beispielsweise in Gramm pro PS und Stunde,
durch das Kreuzspuleninstrument angezeigt wird.
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Dabei dient zur Messung der in der Zeiteinheit verbrauchten Kraftstoffmenge
vorteilhafterweise ein in der Kraftstoffzuführungsleitung angeordnetes, als Polrad
ausgebildetes Flügelrad, wobei in auf derAußenseite der nichtmetallischen Kraftstoffzuführungsleitung
angeordneten Spulen eine dem mengenmäßigen Kraftstoffverbrauch proportionale elektrische
Spannung erzeugt wird. Diese Spannung wird, beispielsweise in einem mittels Synchronmotor
betriebenen, als Generator ausgebildeten Drehzahlgeber, wieder in Strom verwandelt,
welcher beim Durchgang durch ein einstellbares, hinsichtlich des Widerstandes auf
das spezifische Gewicht von Kraftstoffen geeichtes Potentiometer eine dem Gewicht
des verbrauchten Kraftstoffs proportionale Spannung erzeugt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung, welche einen Schaltungsplan
des Geräts zusammen mit dem Instrumentenbrett für die Anzeige und das Einstellen
der in Frage kommenden Meßgrößen wiedergibt.
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Die Messung der Leistung setzt eine Messung von Drehzahl und Drehmoment
voraus, da sich die Leistung aus dem Produkt dieser beiden Größen ergibt. Zur Messung
der Drehzahl wird ein handelsüblicher Drehzahlgeber 10 in Gleich- oder Wechselstromausführung
verwendet, der eine mit der Drehzahl linear ansteigende Spannung liefert. Der Ermittlung
eines elektrischen Meßwertes für das von der Brennkraftmaschine ausgeübte Drehmoment
dient ein Widerstandsgeber II, wie er serienmäßig hergestellt wird und käuflich
zu erwerben . ist. Er besteht im wesentlichen aus einem veränderten Potentiometer
I2, dessen Schleifkontakt 13 von der zu messenden Größe, im vorliegenden Fall also
von dem Zeiger der Drehmomentwaage (hier nicht gezeichnet) eingestellt wird. Der
von dem Diehzahlgeber 10 gelieferte Strom J erzeugt an den Klemmen I4, Ig des an
den Drehzahlgeber angeschlossenen Widerstandsgebers II gemäß dem Ohmschen Gesetz
eine Spannung U, welche, da J der Drehzahl und der Widerstand R des Potentiometers
I2 dem Drehmoment entspricht, proportional dem Produkt aus Drehmoment und Drehzahl
ist. Die Spannung U gibt also die Leistung an, welche durch ein an die Klemmen 14
und 15 angeschlossenes handelsübliches, in PS oder Kilowatt geeichtes, und, da der
Drehzahlgeber Wechselstrom liefert, aus einem Gleichrichter 16 und dem Drehspuleninstrument
17 bestehendes Voltmeter angezeigt wird.
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Zwecks Messung der Menge des verbrauchten Kraftstoffs ist in der
Kraftstoffzuführungsleitung 20 ein als Polrad ausgebildetes Flügelrad I2, und auf
dem äußeren Umfange der Leitung 20 eine Anzahl von Spulen 22 angeordnet. Die von
del Wicklung der Spulen 22 abgegebene Wechselspannung, die nur wenige MV betragen
muß, wird in einem Verstärker 23 verstärkt, so daß sie zum Betrieb eines Synchronmotors
24 ausreicht. Auf diese Weise erfolgt die Abnahme des der Durchflußmenge entsprechenden
Meßwertes praktisch leistungslos, so daß selbst die Messung kleinster Kraftstoffmengen
möglich ist. Da die Drehzahl eines Synchronmotors lediglich von der Frequenz, jedoch
nicht von der zugeführten Spannung abhängt, besitzt der Synchronmotor 24 in jedem
Fall, auch bei Änderungen der Verstärkung genau die Drehzahl des Flügelrades 21.
Der Synchronmotor 24 treibt einen als Generator ausgebildeten Drehzahlgeber 25.
Die an den Klemmen 26, 27 des Drehzahlgebers auftretende Spannung ist proportional
der durch die Kraftstoffzuführungsleitung 20 fließenden Kraftstoffmenge. Um eine
evtl. durch Alterung der Röhren im Verstärker 23 gegebene Betriebsunsicherheit des
Geräts unbedingt auszuschalten, ist an den Verstärker 23 ein Relais 28 angeschlossen,
welches durch Schließen eines Kontakts 29 eine auf dem Instrumentenbrett 30 angeordnete
Signallampe 31 aufleuchten läßt, wenn die Leistung des Verstärkers an der zulässigen
unteren Grenze angelangt ist. Die Betriebsanweisung muß das Auswechseln der Verstärkerröhren
vorsehen, sobald die Lampe 3I aufleuchtet.
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Das Gewicht des verbrauchten Kraftstoffs erhält man aus der verbrauchten
Menge multipliziert mit dem spezifischen Gewicht. Dementsprechend läßt man den von
dem Drehzahlgeber 25 gelieferten, der Menge des verbrauchten Kraftstoffs proportionalen
Strom durch ein hinsichtlich des Widerstandes auf das spezifische Gewicht von Kraftstoffen
geeichtes, veränderliches und von Hand einstellbares Potentiometer 32 fließen, wobei
die an den Klemmen 33, 34 des Potentiometers 32 gemessene, sich aus dem Produkt
des fließenden Stroms und des an dem Potentiometer eingestellten Widerstandes ergebende
Spannung dem Gewicht des verbrauchten Kraftstoffs entspricht. Um den Kraftstoffverbrauch
pro PS Leistung zu erhalten, müssen die für beide erhaltenen Meßwerte ins Verhältnis
zueinander gesetzt werden.
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Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß die Leistung proportionale
Spannung und die in der soeben beschriebenen Weise erhaltene, dem Gewicht des verbrauchten
Kraftstoffs proportionale Spannung an die beiden Spulen 35 und 36 eines Kreuzspuleninstruments
37 bekannter Art angelegt werden. Die Anzeige des Kreuzspuleninstruments 37 stellt
dann den Quotienten aus dem Gewicht des verbrauchten Kraftstoffs und der Leistung
der Brennkraftmaschine dar, so daß das Instrument direkt in Grammen pro PS und Stunde
geeicht werden kann. Die Anzeigeskalen 38 und 39 des Leistungsmessers I7 und des
Verbrauchsmessers 35 bis 37 sind vorteilhafterweise nebeneinander auf dem Instrumentenbrett
30 angeordnet. Ferner ist an dem Instrumentenbrett noch der Drehknopf 40 des Potentiometers
32 angebracht, mit dessen Hilfe an dem Potentiometer 32 jeweils der dem spezifischen
Gewicht des verwendeten Kraftstoffs entsprechende Widerstand eingestellt wird. Hierzu
befindet sich zwischen den Skalen 38, 39 noch eine
Skala 4I, deren
Teilung den spezifischen Gewichten der gebräuchlichen Kraftstoffe entspricht.
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Das vorstehend beschriebene Gerät ist auch in den Fällen mit großem
Nutzen anwendbar, wo es, wie häufig auf dem Versuchsstand, bei Änderung der Betriebsdaten
einer Brennkraftmaschine nicht einmal auf die Ermittlung absoluter Größen von Leistung
und Verbrauch ankommt, sondern lediglich darauf, ob die getroffene Änderung in bezug
auf Leistung und Verbrauch eine Tendenz zum Besser- oder Schlechterwerden aufweist.
Darüber hinaus kann das Gerät natürlich ,an ortsfesten und beweglichen Brennkraftmaschinen
aller Art, bei denen eine Messung des Drehmoments erfolgt, zur fortlaufenden Überwachung
des Betriebsverhaltens derselben angeordnet werden.
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Die von dem Gerät angezeigten Werte können direkt als Unterlage für
sämtliche motorischen Messungen verwendet werden, da die Meßgenauigkeit des Geräts
der mit den bisher üblichen Meßgeräten, wie Stoppuhr und Rechenschieber, erzielbaren
Meßgenauigkeit nicht unterlegen ist.
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PATENTANSPRCHE: I. Gerät zur fortlaufenden Anzeige von Leistung und
Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die in
an sich bekannter Weise auf elektrischem Wege gemessene Leistung und der gleichfalls
elektrisch gemessene Kraftstoffverbrauch in der Zeiteinheit durch Anlegen der den
Meßgrößen proportionalen elektrischen Spannungen an die beiden Spulen eines Kreuzspuleninstruments
bekannter Art ins Verhältnis zueinander gesetzt werden, so daß neben der Anzeige
der Leistung durch den Leistungsmesser gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch, beispielsweise
in Grammen pro PS und Stunde durch das Kreuzspuleninstrument angezeigt wird.