DE969836C

DE969836C - Power control of prime movers in connection with gearboxes

Info

Publication number: DE969836C
Application number: DER3606D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Reichenbaecher
Original assignee: HANS REICHENBAECHER DR ING
Current assignee: HANS REICHENBAECHER DR ING
Priority date: 1942-12-03
Filing date: 1942-12-03
Publication date: 1958-07-24

Description

Leistungsregelung von Kraftmaschinen in Verbindung mit Getrieben Kraftmaschinen werden durch unmittelbare oder mittelbare Beeinflussung des Regelorgans für die Energiezufuhr in ihrer Leistung geregelt. Bei Brennkraftmaschinen, auf die sich die folgenden Bemerkungen vorzugsweise beziehen, erfolgt die bekannteste Leistungsregelung durch Drosselung (der angesaugten Luft und des Gases oder des Luft-Gas-Gemisches oder des Luft-Brennstoff-Gemisches) oder durch Güteregelung (Änderung der eingespritzten oder eingeblasenen Brennstoffmenge). Die Drosselregelung und die Güteregelung werden entweder unmittelbar von Hand vorgenommen oder über eine Automatik, deren bekannteste die Drehzahlenregelung ist, bei der ein Fliehkraftregler bei Abweichung von der konstanten oder gewählten Drehzahl auf das Regelorgan wirkt. Für jede Kraftmaschine läßt sich nun eine »Linie günstigster Leistungsregelung« zeichnen, die angibt, bei welcher Drehzahl die jeweils geforderte Leistung am günstigsten dargeboten werden kann. Trägt man beispielsweise die Leistung eines Viertaktottomotors über der Drehzahl mit den Brennstoffverbräuchen in Parametern auf, so ergeben sich vier markante Punkte: I. Die Leerlaufdrehzahl. Diese liegt bei der niedrigsten Drehzahl, bei der der Motor noch ohne Leistungsabgabe gleichmäßig läuft. Sie beträgt etwa I5o/o der Dauerleistungsdrehzahl. Von diesem Punkt führt eine Gerade oder Kurve je nach der Charakteristik des Motors zu Punkt 2.Power control of prime movers in connection with gearboxes prime movers are through direct or indirect influencing of the regulating body for the Energy supply regulated in its performance. In internal combustion engines on which preferably refer to the following remarks, the most well-known power control takes place by throttling (the sucked in air and the gas or the air-gas mixture or the air-fuel mixture) or through quality control (change of the injected or amount of fuel injected). The throttle control and the quality control are either done directly by hand or via an automatic, the most famous of which the speed control is in which a centrifugal governor in the event of a deviation from the constant or selected speed acts on the control element. For every power machine a "line of the most favorable power regulation" can now be drawn which indicates at which speed is most favorable for the required performance can. For example, if the power of a four-stroke gasoline engine is plotted against speed with the fuel consumption in parameters, there are four distinctive points: I. The idle speed. This is the lowest speed at which the engine is still running smoothly without any power output. It is about 15o / o of the continuous power speed. From this point a straight line or curve leads depending on the characteristics of the engine to point 2.

2. Die niedrigste Vollgasdrehzahl. Sie liegt bei etwa 451/o der Dauerleistungsdrehzahl. Hier ist in der Regel der spezifische Brennstoffverbrauch am geringsten und das Drehmoment am höchsten (etwa 3oo/o über dem Dauerleistungsmoment, bei etwa 6o% der Dauerleistung).2. The lowest full throttle speed. It is around 451 / o of the continuous output speed. Here is in generally the specific fuel consumption is lowest and the torque at its highest (about 3oo / o above the continuous power torque, at about 6o% of the continuous output).

3. Die Dauerleistungsdrehzahl.3. The continuous power speed.

q.. Die Kurzleistungsdrehzahl, die heute häufig mit der Dauerleistungsdrehzahl etwa zusammenfällt. Beim Zweitaktottomotor liegt der günstigste Brennstoffverbrauch in der Regel auch für höhere Leistung im Teillastgebiet. Ähnliches gilt für den Dieselmotor, bei dem außerdem häufig zur Erzielung der größtmöglichen Leistung ein Überlastgebiet geschaffen wird, in dem der Motor verhältnismäßig unwirtschaftlich bei nicht ganz rauchfreier Verbrennung läuft. Bei diesen Motoren verläuft die Linie günstigster Leistungsregelung vom Kurzleistungspunkt unterhalb der Vollgas- bzw. Vollfüllungslinie und unterhalb des Punktes 2 zum Punkt i.q .. The short power speed, today often with the continuous power speed roughly coincides. The cheapest fuel consumption is with the two-stroke gasoline engine usually also for higher performance in the partial load area. The same applies to the Diesel engine, which is also often used to achieve the greatest possible performance Overload area is created in which the motor is relatively uneconomical runs if the combustion is not completely smoke-free. The line runs on these engines most favorable power control from the short power point below full throttle or Full filling line and below point 2 to point i.

Diese für jeden Motor bekannteLinie güngstigster Leistungsregelung kann man bei Verwendung der stufigen Wechselgetriebe im Kraftwagen beispielsweise nicht einhalten. Wird der Motor unter Benutzung des am meisten gebrauchten großen Fahrganges gefahren, so ist die Motorendrehzahl unmittelbar von der Fahrgeschwindigkeit abhängig. Wenn der Wagen etwa mit Höchstgeschwindigkeit gefahren wird, so ist die Motorendrehzahl zwangsweise die Dauerleistungs-Drehzahl. Auch wenn im Gefälle nur 2o 0/0 der Dauerleistung gebraucht werden, muß der Motor mit der Dauerleistungsdrehzahl gefahren werden, während der Punkt gleicher Leistung auf der Linie günstigster Leistungsregelung auf etwa 2oo/o derDauerleistungsdrehzahl liegt. Infolgedessen beträgt der Brennstoffverbrauch etwa das Dreifache von dem geringstmöglichen und die Motorendrehzahl etwa das Fünffache. Demgemäß ist die Laufruhe geringer und die Abnutzung unnötig hoch.This line of the most economical power control known for every engine you can, for example, when using the multi-stage gearbox in a motor vehicle not adhere to. If the engine is using the most widely used large In the driving gear, the engine speed is directly related to the driving speed addicted. If the car is being driven at about top speed, that is Motor speed forcibly the continuous output speed. Even if only on a slope 2o 0/0 of the continuous output are needed, the motor must be running at the continuous output speed be driven while the point of equal power on the line of most favorable power control is at about 2oo / o the continuous power speed. As a result, the fuel consumption is about three times the lowest possible and the engine speed about five times. Accordingly, the running smoothness is less and the wear is unnecessarily high.

Auch bei Verwendung von hydrodynamischen Getrieben mit oder ohne nachgeschaltetem Wechselgetriebe werden diese Verhältnisse nichtgünstiger. Der Motor läuft im Ggenteil mit einer um den Schlupf höheren Drehzahl als bei Verwendung eines mechanischen Getriebes. Erst bei Verwendung eines stufenlosen Getriebes mit frei wählbarem übersetzungsverhältnis (Beispiel: hydrostatisches Getriebe) oder von außen beeinflußbarem Übersetzungsverhältnis (Beispiel: Strömungsgetriebe mit verstellbaren Schaufeln) wäre es möglich, entlang der Linie günstigster Leistungsregelung zu fahren. Dies ist jedoch bisher nicht gelungen, da man auch bei Verwendung solcher Getriebe den Bedienungsmann das Regelorgan für die Energiezufuhr unmittelbar oder mittelbar beeinflussen läßt. Eine Teillösung brachte ein Vorschlag, Drosselklappe und Getriebeübersetzung über nachgiebige Gestänge zu bedienen. Bei dieser Regelung wird der Regel- oder Leistungsbereich in zwei Abschnitte unterteilt. Im ersten stellt der Fahrer mit dem Bedienungshebel die Drosselklappe ein, während der Motor von einem die Getriebeübersetzung verstellendenDrehzahlenreglerauf einer konstanten unteren Drehzahl gehalten wird. Im zweiten Abschnitt wird die Drosselklappe offengehalten, und der Fahrer verstellt mit dem gleichen Hebel die Getriebeübersetzung, wobei der Drehzahlenregler ein Unter- und Überschreiten der zulässigen Motorendrehzahl verhindert. Bei dieser Regelung wird der Motor den obengenannten Punkten :2 und q. entlang der Linie günstigster Leistungsregelung gefahren. Unterhalb des Punktes 2 arbeitet die Regelung jedoch nicht befriedigend, da nunmehr mit konstanter Drehzahl und nicht entlang der für den Motor günstigsten Regellinie zwischen den Punkteil i und :2 gefahren werden kann. Die Innehaltung der Linie günstigster Leistungsregelung zwischen den Punkten i und :2 ist jedoch für die Laufruhe, die Lebensdauer und die Wirtschaftlichkeit der Anlage von ausschlaggebender Wichtigkeit. Dieser Bereich pflegt mehr als die Hälfte (im obigen Beispiel 6o %) des gesamten Leistungsbereiches zu umfassen; Kraftwagen werden in der Regel über 9o % ihrer Gesamtlaufzeit in diesem Bereich gefahren. Ferner ist diese Regelung nur für Viertaktottomotoren ver-. wendbar. Bei Zweitaktottomotoren und Dieselmotoren bringt sie keinen Vorteil,- da auch im zweiten Abschnitt diese Motoren nicht entlang der Vollgas-oder Vollfüllungslinie gefahren werden sollen.Even when using hydrodynamic gears with or without a downstream These ratios are not less favorable with change gears. The engine runs in the opposite part with a speed higher by the slip than when using a mechanical one Transmission. Only when using a continuously variable transmission with a freely selectable transmission ratio (Example: hydrostatic transmission) or gear ratio that can be influenced from outside (Example: fluid transmission with adjustable blades) it would be possible to go along to drive the line of cheapest power control. However, this is not yet the case succeeded because the operator controls the control organ even when using such a transmission for the energy supply can be influenced directly or indirectly. A partial solution brought a proposal, throttle valve and gear ratio via compliant linkage to use. In this scheme, the control or power range is divided into two sections divided. In the first, the driver sets the throttle valve with the operating lever on, while the engine is running from a speed controller that adjusts the gear ratio a constant lower speed is maintained. The second section is the throttle kept open and the driver adjusts the gear ratio with the same lever, the speed controller falling below and exceeding the permissible engine speed prevented. With this scheme, the engine will comply with the above points: 2 and q. driven along the line of the most favorable power regulation. Below the point 2, however, the regulation does not work satisfactorily, since it is now at a constant speed and not along the control line that is most favorable for the engine between the points i and: 2 can be driven. The pause in the line of cheapest power regulation between the points i and: 2, however, is for the smoothness, the service life and the The economic efficiency of the system is of decisive importance. This area Maintains more than half (in the example above 6o%) of the entire range of services to include; Motor vehicles will typically last about 9o% of their total life in this one Area driven. Furthermore, this regulation is only valid for four-stroke petrol engines. reversible. With two-stroke gasoline engines and diesel engines, it does not bring any advantage, - there also in the second section these engines do not go along the full throttle or full fill line should be driven.

Ein weiterer Vorschlag sucht die Aufgabe dadurch zu lösen, daß der Bedienungsmann die Drosselklappe unmittelbar einstellt und mit dem gleichen Bedienungshebel die Trennstelle zwischen zwei Kontaktschienen. Auf diesen gleitet ein Schleifkolitakt, der durch einen vom Motor getriebenen Drehzahlenmesser bewegt wird. Durch Schleifkontakt und Kontaktschiene wird ein Stromkreis geschlossen, der über einen Servomotor die Getriebeübersetzung verstellt. Abgesehen davon, daß diese Einrichtung mehr Aufwand erfordert, als die nachfolgend beschriebene Erfindung, erreicht sie auch nur für den -beim Straßenfahrzeug seltenen -Beharrungszustand die gleiche Wirkung-. Will der Fahrer aus dem augenblicklichen Beharrungszustand, der bei Punkt i liegen möge, kräftig beschleunigen, stellt er als neuen Beharrungszustand etwa Punkt 3 ein. Dabei öffnet er sofort die Drosselklappe vollständig, während die Nachlaufsteuerung erst allmählich die dieser Drosselklappenstellung entsprechende Motorendrehzahl einregeln kann. Der Motor kommt daher tief in das gefährliche Gebiet hoher Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen hinein. Beim Zweitaktottomotor und beim Dieselmotor verläuft jeder Regelvorgang in Richtung auf höhere Motorendrehzahl oberhalb der Linie günstigster Leistungsregelung. Die vorliegende Erfindung läßt dagegen im extremen Fall (plötzliches und völliges Loslassen des Fußhebels) ein Laufen des Motors unterhalb dieser Linie zu - dies ist für den Motor ungefährlich-, ein Laufen oberhalb ist jedoch nicht möglich.Another proposal seeks to solve the problem in that the Operator adjusts the throttle valve directly and with the same operating lever the separation point between two contact bars. A grinding stone slides on this, which is moved by a tachometer driven by the engine. By sliding contact and contact rail, a circuit is closed, which is controlled by a servo motor Gear ratio adjusted. Apart from that, this facility requires more effort requires, as the invention described below, also only achieves it for the - in the road vehicle seldom - state of persistence the same effect-. Want the driver from the current steady state, which may be at point i, If you accelerate vigorously, it sets about point 3 as the new steady state. Included he immediately opens the throttle valve completely, while the follow-up control only starts gradually adjust the engine speed corresponding to this throttle valve position can. The engine therefore comes deep into the dangerous area of high torque at low speeds into it. In the two-stroke gasoline engine and the diesel engine every control process in the direction of higher engine speed above the line is most favorable Power regulation. The present invention, however, in the extreme case (sudden and completely letting go of the foot pedal) the motor running below this line to - this is not dangerous for the engine - but walking above it is not possible.

Nach der Erfindung wird jede vorgegebene und für den jeweilig verwandten Motor charakteristische Linie günstigster Leistungsregelung zwangsweise nachgefahren, indem dem Bedienungsmann die mittelbare oder unmittelbare Bedienung des Regelorgans für die Energiezufuhr entzogen wird und jeder Drehzahl der Kraftmaschine eine bestimmte Stellung dieses Regelorgans zugeordnet wird, so daß diese Stellung ausschließlich von der Drehzahl abhängig ist. Die Betätigung des Regelorgans wird durch einen vom Motor getriebenen Fliehkraftregler durchgeführt, durch den Öldruck einer motorgetriebenen Pumpe oder ein äquivalentes Mittel. Die Leistungsregelung wird dagegen durch Änderung der Getriebeübersetzung vorgenommen, und zwar entweder durch den Bedienungsmann unmittelbar, indem beispielsweise an den Fußgashebel des Kraftwagens statt der Drosselklappe die Verstellung der Getriebeübersetzung angehängt wird, oder die Übersetzung wird selbsttätig so geregelt, daß sich eine gewählte An- oder Abtriebsdrehzahl einstellt.According to the invention, each is given and for the respective related Motor characteristic line of the most favorable power control forcibly followed, by giving the operator the direct or indirect control of the control organ for the energy supply is withdrawn and each speed of the engine a certain Position of this regulating body is assigned, so that this position depends solely on the speed. The operation of the regulating organ is carried out by a centrifugal governor driven by the engine, by the oil pressure a motor driven pump or equivalent means. The power control is done by changing the gear ratio, either by the operator directly, for example by pressing the foot throttle of the Motor vehicle instead of the throttle valve, the adjustment of the gear ratio is attached is, or the translation is automatically regulated so that a selected Sets the input or output speed.

Der Erfindungsgedanke besteht also gewissermaßen in einer Umkehrung der bisherigen Regelung, indem die Stellung des Regelorgans für die Energiezufuhr unmittelbar von der Drehzahl abhängig gemacht wird, ohne daß der Bedienungsmann mittelbar oder unmittelbar auf die Stellung des Regelorgans Einfluß nehmen kann, während sich die Tätigkeit des Bedienungsmannes nach dem Erfindungsgedanken auf die unmittelbare oder mittelbare Verstellung der Getriebeübersetzung beschränkt. Bei der praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens ergibt sich eine gewisse Modifikation dadurch, daß zum Probelauf und Warmlaufenlassen des Motors bei der Leerlaufstellung des Getriebes die Möglichkeit geschaffen werden soll, den Motor mit verschiedenen Drehzahlen laufen zu lassen, daß bei völligem Freilassen des Fußgashebels gleichzeitig die Drosselklappe geschlossen wird usw. Diese Modifikationen ändern jedoch nichts Grundsätzliches an dem geschilderten Erfindungsgedanken.The idea of the invention consists, so to speak, in a reversal the previous regulation by changing the position of the regulating body for the energy supply is made directly dependent on the speed without the operator can directly or indirectly influence the position of the regulating body, while the activity of the operator is based on the idea of the invention the direct or indirect adjustment of the gear ratio is limited. In the practical implementation of the idea of the invention, a certain amount arises Modification in that for test run and warming up of the engine at the Neutral position of the transmission should be created to enable the engine to run at different speeds that when the foot throttle is completely released at the same time the throttle valve is closed, etc. Change these modifications however, nothing fundamental about the described inventive idea.

Für die Anwendung des Erfindungsgedankens ist es nicht nötig, daß die Getriebeübersetzung unabhängig vom Abtriebsmoment usw. ist; sie muß nur in genügend weiten Grenzen bei jedem Abtriebszustand beeinflußbar sein. Bei Anwendung des Erfindungsgedankens auf stufige Getriebe ist zu beachten, daß bei jeder Übersetzung nur ein Gleichgewichtszustand zwischen An- und Abtriebsdrehzahlen und -momenten besteht. Wenn diese Beschränkung nicht in Kauf genommen werden kann, muß man sich mit einer Kombination der bisherigen Regelung und der hier vorgeschlagenen begnügen.For the application of the inventive concept, it is not necessary that the gear ratio is independent of the output torque, etc.; it just has to be sufficient wide limits can be influenced in each output state. When applying the idea of the invention On multi-stage gear it is important to note that there is only one state of equilibrium for each gear ratio between input and output speeds and torques. If this restriction Cannot be accepted, one has to deal with a combination of the previous ones Regulation and the one proposed here are satisfied.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Power control of prime movers, in particular Combustion engines, in connection with gearboxes with selectable or externally influenceable Transmission ratio, characterized in that the operating linkage only adjusts the gear ratio without relying on the control element for the energy supply to act, and that the position of this control element depends exclusively on the speed the engine depends.

2. Regulation according to claim i, characterized in that that an arbitrarily adjustable operating lever directly controls the gear ratio adjusts.

3. Regulation according to claim i, characterized in that an arbitrarily adjustable operating lever indirectly adjusts the gear ratio by selecting the input or output speed. -4. Power control of prime movers, characterized in that the power control according to Claims i to 3 is only used for part of the range between zero power and maximum power. Considered publications: German patent specifications No. 174 339, 596 927 624 q.16, 644 742, 662 084, 675 77 1 Swiss patent specification No. 202 393; French Patent No. 876,948; Journal of the Association of German Engineers, 1934, pp. 3o9 to 315.