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Vorrichtung zum Verstellen eines die Leistung einer Brennkraftmaschine
bestimmenden Drosselorgans Bei Kraftfahrzeugen ist es üblich, die Drosselklappe
des Motors durch ein Gaspedal zu verstellen. Dabei wird als nachteilig empfunden,
daß im unteren Leistungsbereich des Motors - also beim Langsamfahren - der Motor
sehr empfindlich auf Bewegungen des Gaspedals reagiert, während im oberen Leistungsbereich
- also beim Schnellfahren - große Pedalwege zur Steigerung der Motorleistung erforderlich
sind.
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Das hängt bekanntlich damit zusammen, daß zwischen der Drosselöffnung
des Motors und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges kein linearer Zusammenhang besteht,
wie aus den in Fig. I dargestellten Diagrammen erkennbar ist.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Gaspedal so mit der Drosselklappe
zu verbinden, daß im unteren Leistungsbereich große und im oberen Leistungsbereich
kleine Wege des Gaspedals für gleiche Verstellwinkel der Drosselklappe erforderlich
sind. Bei bekannten Getriebeverbindungen dieser Art ergeben sich jedoch sehr erhebliche
Schwierigkeiten, ohne Klemmungen bei den praktisch
ausführbaren
Winkelwegen des Gaspedals eine solche Charakteristik der Bewegungsübertragung zu
verwirklichen.
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Der Erfindung, die eine Bewegungsübertragung dieser Charakteristik
anstrebt, liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man dieses Ziel nicht erreichen kann,
wenn man die Verbindung zwischen Gaspedalhebel und Drosselklappenhebel so ausgestaltet,
daß eine einfache kontinuierliche oder stufenweise Änderung des Hebelübersetzungsverhältnisses
während des Betätigungshubes stattfindet.
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Die Erfindung besteht daher darin, daß mindestens ein Zwischenhebel
zwischen Gaspedal und Drosselklappenhebel vorgesehen ist, der derart ausgebildet
und angeordnet ist, daß sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Gaspedal und Zwischenhebel
und das Übersetzungsverhältnis zwischen Zwischenhebel und Drosselklappenhebel im
gleichen Sinne ändern. Durch eine solche Hintereinanderschaltung zweier Hebelgetriebe,
deren veränderliche Übersetzungsverhältnisse sich ergänzen, ist es möglich, eine
klemmungsfreie und nicht selbsthemmende Getriebeverbindung mit der angestrebten
Charakteristik bei dem praktisch zur Verfügung stehenden Gaspedalweg zu erreichen.
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Es gibt zahlreiche verschiedene Möglichkeiten, dieses Prinzip der
Erfindung zu verwirklichen, wie an Hand von mehreren Ausführungsbeispielen gezeigt
werden soll.
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Man kann z. B. als Zwischenhebel zur Bewegungsübertragung Winkelhebel
vorsehen, deren wirksame Hebellänge sich während des Betätigungshubes verändert.
Man kann auch - gegebenenfalls zusätzlich - zur Bewegungsübertragung einen doppelarmigen
Hebel benutzen, dessen einer Hebelarm als Kurve ausgebildet ist, von der ein das
Drosselorgan steuernder Hebel geführt ist.
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Die angestrebte Charakteristik der Bewegungsübertragung kann aber
erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, daß ein vom Betätigungsorgan bewegter
Hebel und ein mit dem Drossel-Organ verbundener Hebel derart in kraftschlüssiger
Verbindung stehen, daß sich während des Betätigungshubes der Verbindungspunkt der
beiden Hebel im Sinne einer gegenläufigen Hebelarmveränderung verlagert.
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Man kann nach diesem letzteren Prinzip sowohl eine kontinuierliche
Änderung des Hebelübersetzungsverhältnisses als auch eine häufig ausreichende und
oft sogar vorteilhafte stufenweise Änderung erhalten. Zwei verschiedene Übersetzungsstufen
erzielt man beispielsweise dadurch, daß die beiden Hebel in einer Zwischenstellung
an zwei Punkten kraftschlüssige Verbindung haben, so daß bei einer Bewegung diesseits
der Zwischenstellung der eine und jenseits der Zwischenstellung der andere Kraftschluß
zur Wirkung kommt.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt.
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Fig. 2 zeigt die Vorder- und Seitenansicht eines nicht linearen Getriebes,
bestehend aus unsymmetrisch zueinander angeordneten Winkelhebeln mit zwangläufiger
Kupplung; Fig. 3 a bis 3 d veranschaulichen schematisch die Bewegungsabhängigkeit
eines Getriebes nach Fig. 2; Fg. 4 veranschaulicht die Ausbildung eines notwendigen
Zwischengestänges als nicht lineares Getriebe; Fig. 5 ist ein Schaubild des Stellgliedweges
über die Geschwindigkeit bei Ausführung ohne und mit nicht linearem Getriebe; Fig.
6a, 6b und 7a bis 7c veranschaulichen je ein nicht lineares Getriebe, gebildet durch
Kurvenkörper; Fig. 8a bis 8c veranschaulichen ein Doppelgestänge mit stufenweise
veränderlicher Hebelübersetzung zwischen Regelorgan und Betätigungshebel.
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Bei der Ausführung eines nicht linearen Getriebes zwischen Regelorgan
und Stellglied nach Fig.2 greift die beispielsweise durch das Fußpedal betätigte
Stange I nicht direkt an der Drosselklappe an, sondern über Zapfen 2 am Winkelhebel
3, der lose drehbar auf der Drosselklappenwelle 4 angeordnet ist. Die Bewegungen
dieses Winkelhebels werden über Zapfen 5 und Kupplungsstange 6 sowie Zapfen 7 auf
den Winkelhebel 8, der auf dem feststehenden Bolzen 9 drehbar gelagert ist, übertragen
und von dort über Kupplungsstange Io und Zapfen II auf den Hebel I2, der fest mit
der Drosselklappenwelle 4 verbunden ist.
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In Fig. 3a bis 3d ist die Bewegungsabhängigkeit zwischen Hebel 3 und
Hebel I2 für gleich große Verstellungen der Betätigungsstange I dargestellt. Man
erkennt, daß durch die unsymmetrische Anordnung der Winkelhebel 3 und 8 sowie des
Hebels I2 zueinander die gleichen Verstellwege der Stange I in ungleiche Drehbewegungen
des Hebels I2 und damit auch der Drosselklappe I3 umgewandelt werden, und zwar derart,
daß bei Schließstellung der Drosselklappe I3 große Wege der Stange I und damit des
Winkelhebels 3 für kleine Verstellwege des mit der Drosselklappe I3 fest verbundenen
Hebels I2, und bei Öffnungsstellung kleine Wege der Stange I zu großen Verstellungen
des Hebels I2 erforderlich sind. Durch die Wahl der Unsymmetrie der Hebel 3; 8 und
I2 zueinander läßt sich in Anpassung an verschiedene Motorren und Fahrzeuge die
Bewegungsabhängigkeit weitgehendst verändern.
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Wenn durch räumliche Verhältnisse bedingt zwischen Regelorgan und
Stellglied ein Zwischengestänge mit ein oder mehreren Umkehrpunkten erforderlich
ist, läßt sich dieses Zwischengestänge, wie in Fig. 4 - dargestellt ist, selbst
als nicht lineares Getriebe ausbilden. Die Bewegungen des Pedalwinkelhebels 15,
der um den am Bodenbrett 16 befestigten Drehpunkt 17 schwenkt, -werden durch
Kupplungsstange 18 auf den im Drehpunkt 2o gelagerten Doppelhebel i9, und von dort
über Kupplungsstange 2i auf. den in Punkt 22 gelagerten Hebe123 übertragen. Durch
eine weitere Kupplungsstange 24 wird jetzt der auf der Drosselklappenwelle starr
befestigte Hebel 25 und damit
die Drosselklappe 26 selbst bewegt.
Durch die dargestellte unsymmetrische Anordnung der Hebel zueinander werden gleiche
Bewegungen des Pedalhebels I5, wie aus den eingetragenen Zwischenstellungen hervorgeht,
im gewünschten Sinne in unterschiedliche Bewegungen des Hebels 25 und damit der
Drosselklappe 26 umgewandelt.
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Die Auswirkung des in Fig. 2 dargestellten nicht linearen Getriebes
auf die Abhängigkeit zwischen dem Weg des Betätigungshebels und der Geschwindigkeit
ist in Fig. 5 dargestellt. Die Kurve a1 entspricht der üblichen Ausführung mit linearer
Bewegungsabhängigkeit zwischen dem Weg des Regelorgans und dem des Stellgliedes
und zeigt die oben schon genau beschriebenen Schwierigkeiten für Fahrt in der Ebene.
Die Kurve a2 gilt für die gleichen Verhältnisse bei 5 0/o Steigung. Die Kurve b1
zeigt für Fahrt in der Ebene und die Kurve b2 für eine Steigung von 5%, daß durch
das nicht lineare Getriebe nach Fig. 2 die Abhängigkeit zwischen dem Weg des Betätigungshebels
und der Geschwindigkeit bei großen Ausschlägen des Hebels auch im Bereich der kleinen
Geschwindigkeiten angenähert linear geworden ist. Für eine Fahrt bei 5 % Steigung
ist gemäß Kurve b2 sogar eine Überkompensation der Charakteristik zwischen der Stellung
des Regelorgans und der Geschwindigkeit vorhanden, was jedoch durchaus erwünscht
sein kann, da hierdurch eine besonders gute Einstellung der Geschwindigkeit bei
Bergfahrten möglich ist.
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Eine andere Ausführung des nicht linearen Getriebes ist, den Hebel
auf der Drosselklappenwelle durch einen vom Betätigungsgestänge verdrehten Nocken
zu bewegen. Diese Ausführung setzt einen nicht linearen Antrieb des Nockens beispielsweise
durch unsymmetrisch angeordnete Hebel voraus, da bei der gegebenen Charakteristik
und gleichmäßiger Drehung des Nockens vom Betätigungshebel aus der Anstieg desselben
für eine reibungsfreie Bewegung zu steil wird.
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Eine derartige Ausführung ist in Fig. 6a und 6b dargestellt, bei der
ein auf der Drosselklappenwelle fest angebrachter Hebel durch einen Nocken betätigt
wird, der in der Zeichnung als Scheibe mit kurvenförmiger Einfräsung wiedergegeben
wurde. Diese Ausführung macht einen nicht linearen Antrieb des Nockens notwendig,
da bei der gewünschten Bewegungsabhängigkeit und den räumlich bedingten kleinen
Abmessungen des Nockens bei gleichmäßiger Drehung desselben durch den Betätigungshebel
der Anstieg für eine reibungsfreie Bewegung zu steil wird. Der nicht lineare Antrieb
ist beispielsweise in das Übertragungsgestänge zwischen Fußpedal und Drosselklappenhebel
verlegt.
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Der Winkelhebel 52, im Drehpunkt 53 gelagert, wirkt über Gestänge
54 auf den im Punkt 56 gelagerten zweiten Hebel 55, dessen Bewegung durch Gestänge
57 auf die mit Schlitz 59 versehene, im Drehpunkt 6o gelagerte Scheibe 58 übertragen
wird. In Schlitz 59 gleitet der beispielsweise als Rolle ausgebildete Endpunkt des
Hebels 6I, der mit der Drosselklappe 62 fest verbunden ist. Durch die unsymmetrische
Anordnung der Hebel 52 und 55 sowie des Hebels 55 zur Kurvenscheibe 58 werden die
gleich großen Ausschläge des Fußpedalhebels 52 in ungleiche Drehwinkel der Kurvenscheibe
58 umgewandelt, und hierdurch wird für die verlangte Charakteristik eine flachere
Form der Einfräsung 59 erreicht.
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In Fig. 6a sind fünf Stellungen des nicht linearen Zwischengetriebes
eingetragen, während in Fig.6b die Stellung des gesamten Gestänges für volle Öffnung
der Drosselklappe 62 wiedergegeben ist. Aus der in Fig.6b zum Vergleich eingezeichneten
und mit 63 bezeichneten Kurvenform, die sich bei linearer Bewegungsabhängigkeit
zwischen Pedal 52 und Kurvenscheibe 58 ergeben würde, erkennt man, daß hierbei eine
reibungsfreie Übertragung durch den steilen Anstieg nicht mehr möglich wäre.
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In Fig. 7a bis 7c ist eine Ausführungsform dargestellt, die sich von
den bisher beschriebenen grundsätzlich dadurch unterscheidet, daß keine zwangsschlüssige,
sondern nur eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einem mit dem Betätigungsorgan
und einem mit der Drosselklappe gekuppelten Hebel vorhanden ist. Bei einer solchen
kraftschlüssigen Verbindung der Hebel ist die gewünschte Charakteristik der Bewegungsübertragung
durch Verlagerung des Verbindungspunktes der beiden Hebel erreichbar. Der Fußpedalwinkel
27, im Drehpunkt 28 fest gelagert, betätigt über Gestänge 29 beispielsweise den
in Punkt 36 gelagerten Zwischenhebel 3o und dieser über Gestänge 3I die in Gelenk
33 drehbar gelagerte Kurve 32. Drehpunkt 34 ist die Drosselklappenwelle, mit der
der Hebel 35 fest verbunden ist, der durch die Kontaktfeder 37 fest gegen den Kurvenkörper
32 gezogen wird. Bei der Bewegung des Fußpedals wälzt sich der Hebel 35 auf der
Kurve 32 so ab, daß der wirksame Hebelarm 35 zuerst groß und am Kurvenkörper 32
klein ist und mit der Bewegung sich so verlagert, daß für Öffnungsstellung der Drosselklappe,
dargestellt in Fig. 7 c, der Hebelarm am Kurvenkörper 32 groß und am Betätigungshebel
35 für die Drosselklappe klein geworden ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Nockenform
für eine reibungsfreie übertragung besonders günstig wird. In Fig. 7 a sind für
gleiche Winkelausschläge des Kurvenkörpers 32 die entsprechenden ungleichen Ausschläge
des Drosselklappenhebels 35 eingetragen. Durch Formgebung der Kurve ist eine der
Charakteristik zwischen Regelorgan und Leistung bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit absolut
komplementäre Bewegung des Regelorgans und damit lineare Abhängigkeit zwischen dem
Weg des Betätigungshebels und der Leistung bzw. Geschwindigkeit erreichbar. Die
Wirkungsweise dieses Getriebes nach Fig. 7 a bis 7 c ist in den Kurven cl und c2
der Fig. 5 dargestellt.
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Das in Fig. 8 a bis 8 c dargestellte, nicht lineare Getriebe mit kraftschlüssiger
Verbindung ist besonders geeignet für Fahrzeuge mit großem
Unterschied
zwischen Stadtgeschwindigkeit und Spitzengeschwindigkeit. Der Pedalwinkelhebel 38,
im Punkt 39 drehbar gelagert, betätigt über Gestänge 4o den Winkelhebel 4I. Am Angriffspunkt
42 dieses Hebels 4I ist das Gestänge 43 angebracht und betätigt über Angriffspunkt
44 den Hebel 47 und damit die Drosselklappe 5o, die auf der Achse 49 gelagert ist.
Das Gestänge 43 ist im vorderen Teil als Gabel ausgebildet, und der Hebel 47 wird
durch Feder 45 nach rechts in diese Gabel hineingezogen. Zwischen Winkelhebel 4I
und Hebel 47 ist mit festem Angriffspunkt 48 und mit in einer Gabel des Gestänges
46 anfänglich gleitendem Bolzen 5I ein weiteres Gestänge 46 angeordnet. Wie in Fig.
8a dargestellt ist, findet die übertragung der Bewegung des Fußpedalwinkelhebels
38 zuerst allein über das Gestänge 43 statt, und der Bolzen 5I gleitet frei in der
Gabel des zweiten Gestänges 46. Entsprechend den wirksamen Hebellängen am Winkelhebel
41 und Drosselklappenhebel 47 für das Gestänge 43 gehören bei Schließstellung der
Drosselklappe 5o zu großen Wegen des Fußpedals 38 kleine Ausschläge der Drosselklappe
5o. In Fig. 8b ist die Stellung des Gestänges dargestellt, in der die Übertragung
der Bewegung vom Übertragungsgestänge 43 auf Gestänge 46 hinüberwechselt. Der Bolzen
5I liegt im linken Teil der Gabel vom Gestänge 46 an, und bei weiterer Bewegung
des Fußpedals findet jetzt die Übertragung durch das Gestänge 46 auf den Drosselklappenhebel
47 statt, während der Bolzen 44 in der Gabel des Gestänges 43 zu gleiten beginnt.
Entsprechend dem hierdurch geänderten Übersetzungsverhältnis gehören jetzt zu kleinen
Wegen des Fußpedals große Ausschläge der Drosselklappe. In Fig. 8c ist die Stellung
des Gestänges für die ganz geöffnete Drosselklappe, d. h. also für volle Leistung
bzw. Geschwindigkeit, dargestellt. Bei Stadtfahrten ist also feinststufige Einstellung
der Geschwindigkeit über Gestänge 43 möglich, und das Gestänge 46 tritt erst im
Bereich der hohen Geschwindigkeiten in Tätigkeit.
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Auf die Möglichkeit, die an Vergasern häufig vorhandene Beschleunigerpumpe
oder eine Zündverstellung von einer Zwischenwelle, beispielsweise im nicht linearen
Getriebe nach Fig. 2, abzunehmen und damit diese Zusatz-Aggregate in einem für Leistung
oder Geschwindigkeit zweckmäßigeren Sinne zu verstellen, wird hier besonders hingewiesen.