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Regelung von Fahrzeugbrennkraftmaschinen mit selbsttätig schaltendem
Stufengetriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelung von Fahrzeugbrennkraftmaschinen
mit selbsttätig schaltendem Stufengetriebe, bei welchen das Bedienungsglied, z.
B. ein Fußhebel, einerseits den Getriebeschaltautomaten und andererseits die Motordrosselklappe
beeinflußt und den Motor auf ein bestimmtes Leistungsniveau einstellt, wobei mit
der Einstellung eines höheren Leistungsniveaus zugleich die Drehzahl, bei welcher
die Umschaltung in den höheren Gang stattfindet, hinaufgesetzt wird und wobei mindestens
in den oberen Gängen die eingestellte Leistung im ganzen Drehzahlbereich im wesentlichen
konstant gehalten wird, dadurch, daß bis zum Erreichen der eingestellten Leistung
die Motordrosselklappe der Maschine voll offen ist, sodann mit steigender Drehzahl
die Maschine zunehmend gedrosselt wird, bis die Voll-Lastlinie der nächsthöheren
Stufe erreicht ist, worauf die Umschaltung auf diese Getriebestufe und eine der
Regelung im vorhergehenden Gang entsprechende Regelung im neuen Gang stattfindet.
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Die bekannte derartige Regelung geschieht mittels einer komplizierten
mechanisch-elektrischen Anlage. Demgegenüber stellt die Erfindung eine wesentliche
Vereinfachung und Verbesserung dar. Sie besteht insbesondere darin, daß der vom
Bedienungsglied verstellte Umschaltautomat in an sich bekannter Weise auf die Abtriebsdrehzahl
des Getriebes bzw. die Fahrgeschwindigkeit anspricht und das Bedienungsglied einen
die Motordrosselklappe beeinflussenden Unterdruckregler verstellt, der durch den
Druck im Luftansaugrohr des Motors an der engsten Stelle einer Luftansaugdüse, z.
B. eines Vergaserlufttrichters,
eines Pitotrohres od. dgl., beaufschlagt
ist und die zunehmende Drosselung zwischen den Volllastlinien entsprechend einer
leicht abfallenden Leistung vornimmt.
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Zweckmäßig ist die Anordnung derart vorgesehen, daß bei Einstellung
des Bedienungsgliedes auf ein unteres Leistungsniveau die Drosselklappe zwangläufig
auf Leistungsdrosselung verstellt wird und daß ferner in den unteren Gängen, insbesondere
zur Vermeidung zu hoher Maschinendrehzahl und damit zu großen Geräusches auf den
nächsthöheren Gang übergeschaltet wird, bevor noch durch weitere Drosselung diejenige
Abtriebszahl des Getriebes erreicht wird, bei welcher die Antriebsmaschine im nächsthöheren
Gang bei voll geöffnetem Drosselorgan etwa die gleiche Leistung abgibt wie im bisherigen
Gang. Auch wird vorteilhaft in den unteren Gängen, zweckmäßig jedoch nur im untersten
Gang, unmittelbar aus voll geöffneter Drosselstellung der Antriebsmaschine heraus
in den nächsthöheren Gang übergeschaltet, während z. B. im 2. Gang der Umschaltung
eine teilweise Drosselung der Antriebsmaschine vorausgeht.
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Ferner kann zweckmäßig das Rückschalten von einem höheren auf einen
niedrigeren Gang bei einer niedrigeren Abtriebsdrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit
erfolgen als derjenigen, bei welcher das Aufwärtsschalten stattgefunden hat. Wird
das vorgewählte Leistungsniveau plötzlich erhöht, so kann ein Rückschalten in den
nächstniedrigeren Gang erfolgen. Die Rückschaltung kann durch einen Druckpunkt fühlbar
gemacht sein. Das Rückschalten in den nächsthöheren Gang bei plötzlich verringerter
Leistungsanforderung kann ferner durch eine Verzögerungseinrichtung verzögert werden.
Des weiteren kann auch in zweckmäßiger Weise die Verwendung der Antriebsmaschine
als Motorbremse in die erfindungsgemäße Regelung einbezogen werden.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar
stellt dar Fig. I ein Schaltdiagramm für eine mit der Erfindung zu verwirklichende
selbsttätige Schaltregelung, wobei die Leistungsabhängigkeit von der Antriebsdrehzahl
des Getriebes bzw. der Fahrgeschwindigkeit aufgetragen ist, und Fig. 2 das Schema
für eine beispielsweise Verwirklichung der erfindungsgemäßen Leistungs- und Schaltregelung.
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In dem Diagramm Fig. I sind über der Fahrgeschwindigkeit v die Leistungen
der Antriebsmaschine für ein 5-Gang-Getriebe aufgetragen. Der Fahrer wählt beispielsweise
ein beliebiges Leistungsniveau der Maschine vor, z. B. ein Leistungsniveau N, N'
oder N". Die Leistungsregelung des Motors ist ferner zweckmäßig im allgemeinen derart
eingestellt, daß die Maschine, solange ein weiterer Regelimpuls nicht gegeben wird,
mit voll geöffneter Drossel fährt. Wird also die Maschine in Betrieb gesetzt und
ist beispielsweise das Leistungsniveau N vom Fahrer eingestellt worden, so steigt
die Leistung mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit (und zwar mit voll geöffneter Drossel
und bis zur Geschwindigkeit v1) entsprechend dem Verlauf der Kurve I zunächst bis
zum Punkt B1 an. In diesem Punkt beginnt der von Fahrer auf den Wert N eingestellte
Leistungsfühler zu wirken, derart, daß mit weiter zunehmender Fahrgeschwindigkeit
die Drosselklappe des Motor: im Schließsinne verstellt wird. Steht hierbei ein genau
leistungsabhängiger Leistungsfühler zur Verfügung so könnte man erreichen, daß die
Drosselklappe sich stets jeweils nur so weit schließt, daß das Leistungsniveau N
über den ganzen Bereich der Schaltregelung konstant bleibt, die Leistungskurve also
vom Punkt B1 genau waagerecht bis zum Punkt B2 verlaufen würde, in welchem die Umschaltung
vom I. auf den 2. Gang stattzufinden und gleichzeitig die Drosselklappe sich wieder
voll zu öffnen hätte. In entsprechender Weise würde alsdann der Leistungsverlauf
auf der Waagerechten N von B2 über B3, B4, B5 usw. bis zum Schnittpunkt der Waagerechten
mit der Kurve W und damit die Regelung entsprechend dem eingestellten Leistungsniveau
ohne jeden Leistungsverlust stattfinden.
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In der Praxis ist es indessen zweckmäßiger, erfindungsgemäß als leistungsabhängige
Größe den Unterdruck an der engsten Stelle des Vergasertrichters der Maschine zu
benutzen. Dieser Unterdruck ist innerhalb der in Frage kommenden Schaltbereiche
der Leistungsabgabe des Motors ausreichend proportional, um für das angestrebte
Regelverfahren verwendet werden zu können.
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In Fig. 2 bedeutet I das vom Fahrer betätigte Regelglied, welches
z. B. über ein Gestänge 2 einerseits mittels des Hebels 3 den aus der Membrandose
4 und dem Steuerschieber 5 bestehenden Leistungsfühler und andererseits mittels
des Hebels 6 einen Schaltautomaien 7 beliebiger Bauart verstellt. Die Membrandose
q. ist in einem nach außen abgeschlossenen Gehäuse 8 verschiebbar gelagert und über
eine Leitung g mit der engsten Stelle io des Vergasertrichters verbunden. Der Steuerraum
ii des Steuerschiebers 5 wird durch eine Druckleitung 12 mit Drucköl beliefert,
welches je nach der Stellung des Schiebers 5 über eine Leitung 13 auf die Unterseite
1q. eines Kolbens 15 oder über eine Leitung 16 auf die Oberseite 17 des Kolbens
15 weitergefördert wird. Die jeweils nicht belieferte Kolbenseite wird durch den
Steuerschieber 5 mit dem unter Außendruck oder unter einem sonstigen niedrigeren
Druck stehenden Raum 18 bzw. ig verbunden. Durch den Kolben 15 wird die Drosselklappe
2o in der Ansaugeleitung 2i des Motors verstellt. Auf den Schaltautomaten 7 wirkt
außer dem Schalthebel i in geeigneter Weise, z. B. über ein mechanisches oder hydraulisches
Gestänge 22, die Fahrgeschwindigkeit des Wagens ein, und zwar derart, daß eine Verstellung
des Hebels i nach links und eine Zunahme der Fahrgeschwindigkeit in entgegengesetztem
Sinne den Schaltautomaten 7 beeinflussen. In Abhängigkeit von beiden Einflußgrößen
erfolgt alsdann die Schaltung der einzelnen Gänge, wie bei 23 angedeutet. Die Gangschaltung
kann hierbei z. B. durch einen Steuerschieber bewirkt werden, welcher sich einerseits
unter der Wirkung einer vom Hebel i zu spannenden Feder und andererseits unter einem
sich mit der Fahrgeschwindigkeit ändernden Flüssigkeitsdruck in eine jeweilige Gleichgewichtslage
einstellt.
Entsprechendes kann z. B. erreicht werden durch einen Ausgleichshebel, an dessen
drei Angriffspunkten der Hebel 6, das Gestänge 22 und das die Gangschaltung bewirkende
Schaltglied 23 angeschlossen sind.
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Des weiteren kann ein Hebel 24 od. dgl., wie schematisch angedeutet,
vorgesehen sein, welcher bei zurückgenommenem Fußhebel I die Drossel 20 zwangläufig
schließt, um in dem Bereich geringer Unterdrücke eine eindeutige Regelung zu gewährleisten.
Im Gestänge, welches den Kolben 15 mit der Drossel verbindet, kann hierbei eine
federnde Einrichtung 25 zwischengeschaltet sein. Zweckmäßig wird ferner der Hebel
24 bei Erreichen der Stellung x, z. B. mittels einer (in der Zeichnung nicht dargestellten)
Kurvenführung, ruckartig in die die Drossel 2o schließende Stellung gebracht. Ein
z. B. von Hand einstellbarer Hebel mit dem federnden Anschlag 26 kann zur Hubbegrenzung
für den Bedienungshebel I dienen. Er kann vom Fahrer vor Beginn oder während der
Fahrt auf eine ihm zweckmäßig erscheinende obere Leistungsgrenze eingestellt werden.
Der Fuß hat die Möglichkeit, hierbei auf dem federnden Anschlag ausruhen zu können,
und der Fahrer kann sparsamen Brennstoffverbrauch erzielen, indem er nur gegen den
federnden Widerstand auf höhere Leistung und gegebenenfalls ungünstigeren Verbrauch
übergehen kann. Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende Für
den Hebel I sei x0 die Stellung für Nulleistung, x1 die Vollaststellung und x2 eine
Stellung für Motorbremse. Der Hebel befinde sich in einer mittleren Stellung x,
also z. B. entsprechend einem eingestellten Leistungsniveau N gemäß Fig. 2. Die
Maschine beginne gerade, sich aus dem Stillstand heraus in Bewegung zu setzen. Das
Reglergehäuse 8 steht noch unter Außendruck, die Membrandose 4 ist zusammengezogen,
und der Steuerschieber 5 befindet sich in der der Stellung x entsprechenden höchsten
Stellung. Sobald nun bei laufender Maschine der Leitung I2 Druckflüssigkeit zufließt,
gelangt diese über die Leitung 13 in den Raum I4, wodurch der Kolben 15 in die gezeichnete
obere Stellung verschoben und die - vom Hebel 24 freigegebene -Drosselklappe 2o
voll geöffnet wird. Mit steigender Drehzahl wächst der Unterdruck an der engsten
Stelle Io und damit in der Kammer B. Die Dose 4 dehnt sich aus, und der Steuerschieber
5 wird nach abwärts verstellt. Eine Beeinflussung der Drosselklappe findet jedoch
zunächst nicht statt. Die Leistung der Maschine steigt infolgedessen vom Punkt o
auf der Kurve I (Fig. I) an.
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Sobald, und zwar bei einer Fahrgeschwindigkeit v1, der Unterdruck
an der Stelle Io bzw. im Gehäuse 8 eine bestimmte Größe erreicht hat und der Steuerschieber
5 einen bestimmten Abwärtshub ausgeführt hat, wird die Leitung 13 vom Steuerschieber
5 abgeschlossen und statt dessen die Leitung 16 mit dem Steuerraum II verbunden.
In diesem Augenblick beginnt der Kolben 15 sich nach abwärts zu bewegen und die
Drosselklappe 2o zu schließen. Dies hat zur Folge, daß die Leistung der Maschine
verringert wird und der Unterdruck an der Stelle Io bzw. im Gehäuse 8 sich zu vermindern
sucht. Die Membrandose 4 hat infolgedessen das Bestreben, sich zusammenzuziehen
und den Steuerschieber 5 nach aufwärts zu bewegen. Der Raum I4 wird wieder unter
Druck gesetzt und die Drosselklappe 2o geöffnet. Infolge dieses Wechselspiels des
Steuerschiebers 5 wird sich der Kolben 15 in eine mittlere Gleichgewichtslage einstellen,
die von dem Unterdruck an der Stelle Io abhängig ist, so daß der Kolben 15 mit zunehmender
Motordrehzahl und damit bei gleicher Gangübersetzung mit wachsender Fahrgeschwindigkeit
allmählich nach abwärts bewegt und die Drosselklappe 20 im Schließsinne verstellt
wird. Der Leistungsverlauf ist durch das Kurvenstück B1-A2 gekennzeichnet. Entsprechend
der Charakteristik des Unterdruckes an der Stelle Io hat hierbei die Leistung um
einen gewissen Betrag abgenommen, so daß sie im Punkte A2 etwas unterhalb des eingestellten
Leistungsniveaus N liegt. Im Punkt A2, d. h. bei einer Fahrgeschwindigkeit v12,
wird die Leistungskurve II für den 2. Gang, bezogen auf voll geöffnete Drossel,
erreicht. Der Schaltautomat 7 ist nun so eingestellt, daß in diesem Augenblick,
d. h. bei der Fahrgeschwindigkeit v12, vom I. auf den 2. Gang übergeschaltet wird.
Infolge der Umschaltung wird die Drehzahl des Motors herabgesetzt, der Unterdruck
an der Stelle Io verringert sich, und die Membrandose 4 zieht sich wieder zusammen.
Der Öldruck gelangt wieder auf die Kolbenseite 1q. und verstellt die Drosselklappe
2o auf volle Öffnung. Bei einem weiteren Anstieg der Fahrgeschwindigkeit wächst
die Leistung wieder von A2 nach B2 an, wo sich von neuem der für den Punkt B1 beschriebene
Vorgang abspielt. Im Punkt A3 (bei einer Fahrgeschwindigkeit v23) findet die Umschaltung
auf den 3. Gang, im Punkt A4 auf den q.. und im Punkt A5 auf den 5. Gang statt,
so daß sich insgesamt ein nur leicht welliger Leistungsverlauf von B1 über A2, B2,
A3, B3, A4, B4, A5, B5 bis zum Punkt A," ergibt. Im Punkte A z" stehen Leistungsabgabe
und Gesamtwiderstand W des fahrenden Wagens miteinander im Gleichgewicht: die für
das Leistungsniveau N erreichbare Höchstgeschwindigkeit v" ist erreicht.
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Vergrößert sich bei dem vorgewählten Leistungsniveau der Widerstand
W z. B. dadurch, daß die Straße bergauf führt, so wandert der Punkt A" gegen den
Punkt B5 zu, indem sich die Drossel allmählich öffnet und die Leistung des Fahrzeugs
etwas ansteigt. Dies entspricht einer gewissen Anpassungsfähigkeit des Motors an
das Fahrgelände. Der Fahrer ist infclgedessen weniger oft gezwungen, auf den wechselnden
Fahrwiderstand zu reagieren.
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Wächst der Widerstand weiter, so arbeitet die Maschine zunächst mit
voll geöffneter Drossel im Schnellgang weiter, um bei einer bestimmten Drehzahl
auf den q.. Gang zurückzuschalten. Diese Drehzahl v54 liegt zweckmäßig niedriger
als die Drehzahl v45, bei welcher die entsprechende Aufwärtsschaltung aus dem q..
in den 5. Gang stattfand, um die für die Stabilität der Regelung erforderliche Hysteresiswirkung
zu erhalten. Im Augenblick der Umschaltung würde alsdann die Leistung vom Punkte
E5 nach F4 zunehmen. Doch kann das Rückwärtsschalten gege-12 benenfalls auch auf
einer anderen Kurve erfolgen. Entsprechend
findet z. B. ein Rückwärtsschalten
aus dem 4. Gang bei der Fahrgeschwindigkeit v43 von E4 nach F3 statt.
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Wird der Hebel I auf ein höheres Leistungsniveau, z. B. N', bzw. in
die Stellung x' eingestellt, so sind die Vorgänge, welche zur selbsttätigen Schaltung
des Getriebes führen, grundsätzlich die gleichen wie im vorher beschriebenen Falle.
Da die Membrandose 4 und damit der Steuerschieber 5 hierbei höher angehoben ist,
ist auch ein höherer Unterdruck an der Stelle Io erforderlich, damit der Steuerschieber
5 von der Leitung 13 auf die Leitung 16 umschaltet und das Schließen der Drosselklappe
2o einleitet. Dieser Augenblick wird bei Einstellung des Leistungsniveaus N' im
Punkte B1' erreicht. Mit der Verstellung des Hebels I in die Stellung x' ist ferner
auch der Schaltautomat 7 in einem dem Einfluß der Fahrgeschwindigkeit entgegengesetzten
Sinne beeinflußt worden, so daß die Fahrgeschwindigkeit auf einen höheren Wert steigen
muß, bevor die Umschaltung auf den höheren Gang stattfindet.
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Würde nun die Umschaltung für das Leistungsniveau N' entsprechend
dem vorher beschriebenen Falle N gewählt werden, so würde der 2. Gang erst im Punkte
A2' eingerückt werden. Die Maschine würde also im ersten Gang zunächst bis zum Punkte
B1' mit voll geöffneter Drossel und vom Punkte B1' bis zum Punkte A2 mit allmählich
schließender Drossel fahren. Dies hätte jedoch unter Umständen zur Folge, daß die
Drehzahl der Maschine so hoch wird, daß das Motorgeräusch das Fahrgeräusch übertönt
und dadurch den Fahrzeuginsassen das Gefühl eines zu niedrig geschalteten Ganges
gibt. Um dies zu vermeiden, kann gewünschtenfalls die Umschalt-Fahrgeschwindigkeit
tiefer, z. B. auf den Wert v12', gelegt werden. In diesem Falle findet die Umschaltung
im Punkte C1' statt, in welchem die Vollgaskurve II für den 2. Gang noch nicht erreicht
ist. Infolgedessen sinkt die Leistung unmittelbar nach dem Umschalten auf den Punkt
D2 ab. Gleichzeitig wird die Drehzahl des Motors gedrückt, der Unterdruck an der
Stelle Io verringert sich, und die Drosselklappe 2o wird wieder voll geöffnet. Mit
steigender Fahrgeschwindigkeit steigt die Leistung wieder vom Punkte D2 bis zum
Punkte B2 an, in welchem das eingestellte Leistungsniveau N' wieder erreicht ist.
Der Leistungsverlauf vom I. bis zum 5. oder Schnellgang ist daher durch die Kurve
B1'-C1'-D2'-B2'-A3'-B3'-A4'-B4'-A5'-B5'-Aw' gegeben. Im Punkte Aw' ist bei gering
gedrosseltem Schnellgang wieder die dem eingestellten Leistungsniveau N' erreichbare
Höchstgeschwindigkeit erreicht.
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Im Falle der Einstellung auf ein noch höheres Leistungsniveau, z.
B. N", ist es unter Umständen zweckmäßig, die Umschaltgeschwindigkeit V12'' vom
I. auf den 2. Gang so tief zu legen, daß die Umschaltung unmittelbar aus ungedrosseltem
I. Gang, also z. B. im Punkte B1" erfolgt, während das Umschalten von dem 2. in
den 3. Gang etwa bei einer Fahrgeschwindigkeit v23 ', also im Punkte C,'' stattfindet.
Der Leistungsverlauf für das eingestellte Leistungsniveau N" ist in diesem Falle
insgesamt durch folgende Kurve gegeben: B1 '-D2 '-B2 '-C2 '-D3 '-B3 '-A4 '-B4 '-Aw"
i Natürlich kann man die Leistungsregelung auch so vorsehen, daß auch bei eingestelltem
niederem Leistungsniveau (z. B. N) vom I. auf den 2. Gang bereits bei voll geöffneter
Drosselklappe oder bei einer etwa dem Punkte C1' entsprechenden Zwischenschaltung
umgeschaltet wird bzw. für jede beliebige Einstellung des Leistungsniveaus ein Aufwärtsschalten
bei gedrosseltem Motor nur in den höheren Gängen stattfindet.
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Ist z. B. eine Leistung N eingestellt und befindet sich die Maschine
in einem dem Punkte B3 entsprechenden Betriebszustande (also im 3. Gang), so wird
durch plötzliches Erhöhen des Leistungsniveaus (also bei im wesentlichen gleichbleibender
Fahrgeschwindigkeit) zunächst auf den 2. Gang und bei noch weiterer Erhöhung, z.
B. auf das Leistungsniveau N", auf den I. Gang zurückgeschaltet. Je nach der Einstellung
eines Druckpunktes kann das Rückschatten hierbei fühlbar gemacht sein.
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Bei plötzlicher Erniedrigung der angeforderten Leistung (z. B. aus
dem Punkte B3 heraus) würde sich in entsprechender Weise der nächsthöhere (also
z. B. der 4. Gang) einschalten, sobald die Kurve IV (senkrecht unterhalb B3) unterschritten
wird. Zweckmäßig ist jedoch eine Einrichtung vorgesehen, welche ein solches Aufwärtsschatten
erst mit einer gewissen Zeit-Verzögerung vornimmt.
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Um auch die Verwendung des Motors als Bremse in die Automatik des
Getriebes mit einzubeziehen, kann eine besondere Bremsstellung x2 des Hebels I vorgesehen
sein, welche noch jenseits der normalen Nullstellung x0 liegt. In dieser Stellung
wird beispielsweise die Leitung 16 bzw. die Kolbenseite I7 des Kolbens 15 ständig
mit Drucköl beliefert und damit die Drosselklappe 18 ständig in geschlossener Lage
gehalten. Zu diesem Zweck kann in der Stellung x0 des Hebels I ein z. B. weiterer
Druckpunkt vorgesehen sein, welcher dem Fahrer das Zurücknehmen bis in die Stellung
x2 bemerkbar macht. Gleichzeitig kann beispielsweise die Zurücknahme des Hebels
in die Stellung x2 als Einstellung auf ein negatives Leistungsniveau durch ein Signal,
z. B. eine rote Lampe, angezeigt werden. Das Zurücknehmen in die Stellung x2 kann
auch durch einen besonderen, z. B. von Hand zu verstellenden Hebel oder in ähnlicher
Weise erfolgen.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Vergasermaschinen, sondern sinngemäß
auch bei anderen Maschinengattungen, z. B.bei Dieselmaschinen, anwendbar. Statt
durch Verstellung der Drosselklappe wird in diesem Falle z. B. die von der Einspritzpumpe
gelieferte Einspritzmenge geregelt. Als leistungsabhängige Größe könnte auch in
diesem Falle ein Unterdruck benutzt werden, der durch Anordnung einer der Vergaserdüse
=o entsprechenden Einschnürung erzeugt wird.