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Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des spezifischen Brennstoffverbrauches
für Brennkraftmaschinen Die Güte eines Motorfahrzeuges und der Fahrtechnik des Fahrers,
insbesondere hinsichtlich des jeweils eingeschalteten Getriebeganges, werden bei
Kraftfahrzeugen durch den Brennstoffverbrauch pro rookm ausgedrückt. Der Brennstoffverbrauch
pro 100 km ändert sich mit zunehmender Abnutzung des Motors und des Getriebes und
läßt damit Rückschlüsse auf den Zustand dieser Teile des Kraftwagens zu. Ein erhöhter
Brennstoffverbrauch kann Veranlassung dazu sein, den Motor und das Getriebe auf
ihren Zustand zu untersuchen. Damit können Schäden erkannt und beseitigt werden.
Einen entsprechenden Einfluß auf den Brennstoffverbrauch hat die Fahrtechnik. Die
Fahrwiderstände, die von der Straßenbeschaffenheit und bei größeren Geschwindigkeiten
von dem Luftwiderstand des Wagens und der Form der Ladung bei Lastkraftwagen abhängen,
beeinflussen den Brennstoffverbrauch je nach dem eingeschalteten Gang.
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Im Hinblick auf diese bekannten Verhältnisse betrifft der Erfindungsgedanke
ein Verfahren und Vorrichtungen zum Ermitteln des spezifischen Brennstoffverbrauches
für Brennkraftmaschinen durch laufende oder intervallweise Messungen mittels Meßgeräte
und Anzeige dieser Werte durch Anzeigemittel.
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Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art
dient erfindungsgemäß die Stellung des Brennstoffhebels der Brennkraftmaschine bzw.
der Brennstoffpumpe als Maß für den Brennstoffverbrauch. Hierbei wird alsdann der
Brennstoffverbrauch für eine bestimmte Wegstrecke, z. B. für IOO km, unter Verwendung
eines Getriebes, welches den Brennstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Zeit oder
vom Weg, dem Weg oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder der von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Maschine bestimmt, mit einer Recheneinrichtung für das Verhältnis
von
Brennstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Zeit zur Fahrzeuggeschwindigkeit
oder vom Brennstoffverbrauch in Abhängigkeit vom Weg zum Fahrzeugweg gerätemäßig
errechnet.
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Der Fahrzeugweg ist beispielsweise durch den Fahrzeugweg pro Wellenumdrehung
als Konstante gegeben, gegebenenfalls multipliziert mit der Wagenwellendrehzahl.
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Eine andere Lösung ergibt sich dadurch, daß als Maß für den Fahrzeugweg
der jeweils eingeschaltete Getriebegang dient.
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Ebenso ist es auch möglich, daß als Maß für den Fahrzeugweg pro Zeiteinheit
die Umdrehungsgeschwindigkeit der Wagenantriebswelle benutzt wird.
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Die Vorrichtungen, die zur Ausübung des neuen Verfahrens nach dem
Erfindungsgedanken dienen, sind insbesondere derart ausgebildet, daß sie I. den
Brennstoffverbrauch, bezogen auf eine zu wählende Strecke von z. B. 100 km, bestimmen
und den Verbrauch a) an einer Skala anzeigen und/oder b) auf einer nach dem Wagenweg
gedrehten Scheibe aufzeichnen, æ den gesamten Brennstoffverbrauch als Integral über
den Wagenweg bestimmen und ihn an einem Zählwerk anzeigen, und 3. den eingeschalteten
Gang und damit die Übersetzung zwischen Motorwelle und Gelenkwelle berücksichtigen
und den Verbrauch über den Wagenweg anzeigen und/oder aufzeichnen.
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Durch den Erfindungsgedanken werden daher u. a. vor allem folgende
Vorteile erreicht: Die Anzeige des Brennstoffverbrauches, z. B. pro 100 km, gestattet
die Bestimmung der günstigsten Fahrgeschwindigkeit bei dem jeweils eingeschalteten
Getriebegang bzw. des günstigsten Getriebeganges bei der gewählten Geschwindigkeit.
Bekanntlich gehört zu jeder Motordrehzahl ein anderer Wert des geringsten Brennstoffverbrauches
und somit zu jeder Motordrehzahl eine bestimmte mit der geringsten Brennstoffmenge
pro PS und Stunde erzielbare Leistung. Bei einem stufenlos zu schaltenden Getriebe
könnte der günstigste Wert für jede Leistung verwirklicht werden; bei einer begrenzten
Gangzahl kommt es darauf an, die jeweils erreichbaren, den günstigsten weitmöglichst
angenäherten Betriebszustände zu bestimmen.
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Zu diesem Zweck wird bei Beobachtung der Anzeige des hier beschriebenen
Gerätes die Geschwindigkeit bei dem eingeschalteten Gang verändert oder bei Einhaltung
der Geschwindigkeit der Getriebegang gewechselt. Am Gerät ist dann der Betriebszustand,
in dem der Brennstoffverbrauch am geringsten ist, erkennbar.
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Zur nachträglichen Prüfung und zur Beobachtung über längere Zeit
dienen die Aufschreibungen. Sie gestatten die Beurteilung, ob der Fahrer mit der
günstigsten Gangschaltung bzw. mit der jeweils günstigsten Geschwindigkeit gefahren
ist. Allmählich sich vergrößernde Brennstoffverbräuche lassen auf Abnutzungserscheinungen
schließen. In Verbindung mit der Aufzeichnung der eingeschalteten Gänge läßt sich
beurteilen, ob Änderungen im Brennstofiverbrauch auf einen bestimmten Gang beschränkt
sind oder ob sie bei allen Gängen in gleicher -Weise feststellbar sind. In dem ersten
Falle sind die Ursachen im Getriebe, im anderen im Motor zu suchen. Die Aufzeichnung
der Gangschaltung läßt außerdem erkennen, wann der Wagen gestanden hat. Gangschaltung
und Brennstoffverbrauch lassen weiter auf die jeweilige Fahrgeschwindigkeit schließen.
Beginn und Ende der Fahrt geben auf dem Umfang der Schreibscheibe den gesamten Weg
in Kilometern an.
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Der am Zählwerk abzulesende Gesamtbrennstoffverbrauch ersetzt außerdem
die unzuveriässige Schwimmeranzeige des Tankinhalts. Zu diesem Zweck kann die getankte
Brennstoffmenge am Zählwerk von Hand einstellbar gemacht werden, von der dann die
laufende verbrauchte Menge durch umgekehrten Drehsinn der Antriebswelle des Zählwerkes
abgezogen werden kann. Gegebenenfalls ist es auch zweckmäßig, zwei Zählwerke vorzusehen,
von denen das eine die gesamtverbrauchte Brennstoffmenge zählt und das zweite die
jeweils im Tank noch vorhandene Menge anzeigt.
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Die Anzeige gestattet bei bekannter Menge des getankten Brennstoffes
die Nachprüfung des Verbleibes des Brennstoffes und verhindert unrechtmäßige Entnahme.
Während der Fahrt läßt sich laufend der noch im Tank vorhandene Vorrat übersehen,
wenn man den angezeigten bisherigen Verbrauch von der getankten Menge abzieht.
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Überzeugend ist ein Vergleich der neuen Vorrichtungen mit den bekannten
Fahrtüberwachungsgeräten. Bei diesen wird die Geschwindigkeit des Wagens über der
Zeit mit Hilfe eines Fliehkraft tachometers aufgezeichnet. Außerdem wird hierbei
der Weg über der Zeit aufgezeichnet und schließlich durch eine Kennzeichnung der
Erschütterungen die Ruhezeiten des Wagens bei stehendem Motor angegeben.
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Diese Fahrtüberwachung dient lediglich der Überwachung des Fahrers
und der Aufzeichnung der Geschwindigkeit.
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Auch diese Aufgaben werden mit den Vorrichtungen nach der Erfindung
in folgender Weise gelöst: Die Dauer der Ruhezeiten bei stehendem Motor kann, da
keine Aufzeichnung über der Zeit vorgenommen wird; nicht abgelesen werden. Wohl
aber können die Stillstände durch den anschließenden Schaltvorgang aus dem Stillstand
heraus erkannt werden. Ob im Stillstand der Motor lief oder nicht, läßt sich durch
eine Erschütterungskennzeichnung in gleicher Weise wie bei der obenerwähnten Anordnung
kenntlich machen. Die Fahrgeschwindigkeit läßt sich aus dem eingeschalteten Gang
und dem Brennstoffverbrauch berechnen. Der gesamte Weg des Wagens ist am Umfang
der Schreibscheibe abzulesen.
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Somit sind auch mit den neuen Vorrichtungen ohne weiteres die Aufgaben
der bekannten Geräte mit teils gleicher, teils angenäherter Genauigkeit zu lösen,
bei gleichzeitig weit darüber hinausgehenden Vorteilen. Es erfolgt nämlich eine
Überwachung des Fahrers und des Fahrzeuges hinsichtlich des sparsamsten Fahrens,
außerdem ist nunmehr auch die Anzeige des insgesamt verbrauchten Brennstoffes ermöglicht.
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Die Figuren zeigen in schematischen Darstellungen Ausführungsbeispiele
von Vorrichtungen, die zur Aus-
übung der Verfahren nach dem Erfindungsgedanken
dienen und lassen weitere fortschrittliche und neuartige Merkmale desselben erkennen.
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Wie oben ausgeführt, wird derBrennstoffmessung die Stellung des Brennstoffhebels
zugrunde gelegt.
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Diese Stellung ist ein Maß für die Brennstoffmenge, die pro Hub eingespritzt
wird, so daß der Brennstoffverbrauch in der Zeiteinheit sich aus dem Produkt aus
der Hebelstellung und der Drehzahl des Motors multipliziert mit einer hier unwesentlichen
Konstanten ergibt.
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Bei Einspritzpumpen ist die Stellung des Brennstoffhebels im allgemeinen
linear proportional der eingespritzten sekundlichen Brennstoffmenge, bei Vergasern
eine mehr oder weniger komplizierte Funktion der sekundlichen Brennstoffmenge. Im
folgenden beschränkt man sich auf die Einspritzpumpen. Bei Vergasern kommt die getriebetechnische
Lösung der angedeuteten Funktion mit bekannten technischen Mitteln hinzu. Da der
Weg des Fahrzeuges durch das Produkt aus eingeschaltetem Gang und der Motordrehzahl
berechnet werden kann, ist der Brennstoffverbrauch B, auf den Weg bezogen, gegeben
durch die Beziehung Brennstoffhebelstellung X Motordrehzahl Fahrzeugweg pro Gelenkwellenumdrehung
x Gelenkwellendrehzahl oder abgekürzt: B=b motor (I) W flwagen wobei w eine Konstante
ist.
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Setzt man in dieser Gleichung %wagen = motor wobei G der eingeschaltete
Gang bedeutet, dann ist B = b:w G. (2) Die getriebetechnischen Lösungen können sowohl
von der Gleichung (I) als auch von der Gleichung (2) ausgehen.
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Die getriebetechnische Lösung der Gleichung (2) besteht beispielsweise
aus einer Anzeige der Stellung des Brennstoffhebels vor Teilungen, die für die verschiedenen
Gänge verschieden sind (Fig. I). Die Trommel 31 mit den verschiedenen Teilungen
wird mit der Gangschaltung um entsprechende Winkel gedreht, so daß immer die zu
dem Gang gehörige Teilung unter dem Zeiger 32 liegt. Der Zeiger 32 wird längs der
Trommel 31 verschoben, und zwar durch die Drehung des Hebels 30, die gegebenenfalls
über ein Funktionsgetriebe zusammen mit der Verstellung der Brennstoffhebelwelle
29 erfolgt. Mit dem Hebel 30 ist gleichzeitig ein Schreibstift 33 verbunden, der
auf der von der Wagenwelle II gedrehten Scheibe 34 die Stellung des Brennstoffhebels
durch eine Kurve aufzeichnet. Die von dieser begrenzte Fläche auf der Kreisscheibe
ist ein Maß für den Brennstoffverbrauch in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg.
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Soll der Brennstoffverbrauch über die gesamte zurückgelegte Wegstrecke
angezeigt werden, so kann, wie Fig. 2 erkennen läßt, in geeigneter Weise mit dem
Hebel 30 die Reibrolle 35 auf der Reibscheibe 37 radial verschoben werden. Die Reibscheibe
37 wird dabei von der Motorwelle 36 angetrieben. Die Reibrollenwelle 38 ist mit
einem Zählwerk 39 verbunden, das die Drehungen der Welle 38 zählt, wobei diese Drehungen
dem Integral aus der Brennstoffhebelstellung über der Motordrehzahl proportional
sind: B,.saiat fb d n.
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Die in Fig. I gezeigte Lösung macht die Umschaltung der Anzeigetrommel
mit dem Gangwechsel erforderlich.
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Mitunter kann es zweckmäßiger sein, den eingeschalteten Gang aus
dem Verhältnis der Drehzahlen der Getriebeeingangs- und -ausgangswellen zu berechnen.
Dann ergibt sich beispielsweise die in Fig. 3 dargestellte Ausführung. Sie enthält
zwei Scheiben 37 und 48, die von der Motorwelle 36 bzw. der Wagenwelle II angetrieben
werden. Auf der Reibscheibe 37 bewegen sich, gegebenenfalls auf gegenüberliegenden
Seiten derselben, die beiden Reibrollen 35 und 40. Die Reibrolle 35 wird proportional
der Brennstoffhebelstellung durch den in der Führungshülse 49 verschiebbaren Stab
30 radial zur Reibscheibe 37 verschoben. Die Achse der Reibrolle 35 dreht sich dadurch
nach dem Produkt aus Brennstoffeinspritzung und Motordrehzahl, das gleichbedeutend
ist mit dem gesamten Brennstoffverbrauch (Integral der Einheit des Brennstoffverbrauchs
über die Zeit). Er wird als Umdrehung der Welle der Reibrolle 35 im Zählwerk 39
bestimmt und angezeigt.
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Die Stellung der Reibrolle 35 wird auf der als Schreibfläche dienenden
Scheibe 48 aufgezeichnet, so daß aus der Kurve durch die sich ergebende Fläche der
Brennstoffverbrauch über den Weg des Wagens bestimmt werden kann. Hierbei erfolgt
in einer nicht dargestellten Weise gleichzeitig mit der Gangschaltung eine Kennzeichnung,
welcher Gang jeweils eingeschaltet ist. Bei Kenntnis des Ganges kann die aufgezeichnete
Kurve nachträglich bezüglich des Brennstoffverbrauches in der Zeiteinheit ausgewertet
werden.
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Die Reibrolle 40 auf der Reibscheibe 37 dient zur Bestimmung des
eingeschalteten Ganges. Sie ist in ihrer Nabe mit einem Muttergewinde versehen,
zu dem das Gewinde 41 gehört. Diese Gewindeachse wird von der Wagenwelle II angetrieben.
Das Gewinde 41 auf der Antriebsachse und in der Nabe der Reibrolle 40 wirkt als
ein Vergleichsgetriebe, das bei verschiedener Drehzahl der Reibrolle 40 und der
Welle II eine solche Verschiebung der Reibrolle 40 bewirkt, daß die Drehzahl beider
gleich wird. Die Stellung der Reibrolle 40 in der Gleichgewichtsstellung, bezogen
auf die Mitte der Reibscheibe37, ist ein Maß für den Gang. Die Stellung der Reibrolle
40 wird deshalb zum Verdrehen einer Achse 42 verwendet, die in der Anzeigeeinrichtung
zur Umschaltung der Teilungen 43 verwendet wird.
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Die Anzeigeeinrichtung besteht aus einer Reihe von Teilungen 43,
die gegenüber einem im Deckel des Gerätes befindlichen Ausschnitt 50 verschiebbar
sind.
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Die Verschiebung erfolgt durch einen Hebel 44, der an der Achse 42
befestigt ist. Es erscheint damit unter dem Ausschnitt 52 die zu dem jeweilig ein-
geschalteten
Gang gehörige Teilung des Brennstoffverbrauches pro 100 km. Gegenüber den Teilungen
43 verschiebt sich in Richtung der Teilungen der Ablesefaden 45 in Abhängigkeit
von der Stellung des Brennstoffhebels. Der Ablesefaden 45 ist deshalb über den Hebel47
an die Verlängerung 46 der Welle 29 angeschlossen, mit der der Hebel 30 verbunden
ist.
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Bei der getriebetechnischen Lösung der Gleichung (1) sind die beiden
Drehzahlen aus b nmOgor und der Gelenkwelle zum Antrieb des Fahrzeuges ins Verhältnis
zu setzen. Zu diesem Zweck kann je eine Reibscheibe durch die Motorwelle 36 bzw,
durch die Wagenwelle II angetrieben werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Auf der
Reibscheibe 51 wird entsprechend der Stellung des Brennstoffhebels die Reibrolle
52 auf der längs genuteten Welle 53 radial verschoben, so daß der Abstand der Reibrolle
52 aus der Mitte der Scheibe 5I der Stellung des Breunstoffhebels 29 proportional
ist. An der Welle 53 liegt somit der über die Motordrehzahl integrierte Kraftstoffverbrauch
je Umdrehung vor, der mit Hilfe eines Zählwerkes 55 zur Anzeige gebracht wird. Die
Welle 53 ist weiterhin mit einer Spindel 56 verbunden, auf der die gleichzeitig
als Mutter dienende Reibrolle 57 in Längsrichtung verschiebbar ist. Die Reibrolle
57 wird von der Wagenwelle II über die Reibscheibe 58 angetrieben und stellt sich
unter dem Einfluß dieses Antriebes und der Drehung der Spindel 56 auf einen solchen
Abstand aus dem Mittelpunkt der Reibscheibe 58 ein, daß die Drehzahl der Reibrolle
57 genau so groß ist, wie die Drehzahl der Spindel56. Der Abstand der Reibrolle57
aus der Mitte der Reibscheibe 58 gibt alsdann unmittelbar den auf den Weg bezogenen
Brennstoffverbrauch an.
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Wie aus dem Vorhergehenden zu entnehmen, kann die Reibrolle 57 wieder
durch Zuhilfenahme von bekannten technischen Mitteln unmittelbar zur Aufzeichnung
des Brennstoffverbrauches über eine bestimmte Wegstrecke des Fahrzeuges, z. B. von
100 km, verwendet werden.
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Neben dieser Lösung ist eine weitere gemäß Fig.5 möglich. Der Geschwindigkeitsmesser
59 des Kraftwagens wird mit einem kreisförmig angeordneten Nomogramm 6o versehen,
das mit den Kurven 61 gleicher Brennstoffverbräuche pro 100 km versehen ist und
außerdem in Form von konzentrischen Kreisen Kurven 62 gleicher Brennstoffverbräuche
pro Zeiteinheit trägt. Die jeweils gültige Kurve 62 wird angezeigt durch Zuhilfenahme
einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 63, die von einer Reibrolle 64 angetrieben
wird, wobei diese mit dem Brennstoffhebel 29 aus der Mitte der Reibscheibe 65 verstellt
wird. Die Reibscheibe 65 wird dabei von der Motorwelle 36 angetrieben, und die Umdrehungszahlen
der Reibrolle 64 werden durch ein Zählwerk 66 gemessen, an dem dann der insgesamt
verbrauchte Brennstoff abgelesen werden kann.
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Für den Sonderfall, daß die Drehzahl des Motors unveränderlich ist,
also kein Wechselgetriebe in der Motorwelle liegt, wie es beispielsweise bei ortsfesten
Anlagen der Fall ist, ergeben sich aus dem Vorhergehenden Aleicht zu entnehmende
Vereinfachungen eines Aufbaues der für diesen Verwendungszweck geeigneten Vorrichtungen.