DE2604472A1

DE2604472A1 - Verfahren und anlage zur verminderung des kraftstoffverbrauchs eines von einem verbrennungsmotor angetriebenen kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE2604472A1
Application number: DE19762604472
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kadota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-02-05
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE2604472C2; US4062419A; GB1532829A

Description

Tr% \£ Patentanwälte:

IEDTKE - DÜHLING " lY'NNF Dipl.-lng. Tiedtke

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne

2604472 8 München 2, Postfach 202403

Bavariafing 4

Tel.: (0 89) 53 96 53 - 56

Telex: 5 24845 tipat

cable: Germaniapatent München

5. Februar 1975

B 7096/case FTJ-129

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha
Toyota-shi, Japan

Verfahren und Anlage zur Verminderung
des Kraftstoffverbrauchs eines von einem
Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs.

Bei Vollast und in dem für einen üblichen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor gewählten Drehzahibereich sind der Wirkungsgrad und der spezifische Kraftstoffverbrauch des Motors in der Regel ausreichend gut. Dagegen sind bei niedriger Belastung der Wirkungsgrad niedrig und der spezifische Kraft-

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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stoffverbrauch hoch. In der Regel weist ein Kraftfahrzeug ein Getriebe auf, mittels dessen das Übersetzungsverhältnis so eingestellt werden kann, daß es in einem weiten Bereich von möglichen Betriebsbedingungen, zu denen Beschleunigung und Bergauffahrt gehören, diesen Betriebsbedingungen angepaßt ist. Wenn mit einer mittleren oder einer niedrigen konstanten Geschwindigkeit auf ebener und glatter Straße gefahren wird, wird in der Regel eine solches übersetzungsverhältnis bzw. ein solcher Gang gewählt, daß die Motorbelastung niedrig ist. Dies führt dazu, daß der Motor bei niedrigem Wirkungsgrad betrieben wird und daß mit einem Gang gefahren wird, bei dem der Kraftstoffverbrauch zwangsläufig ungünstig ist. Ferner wird der Motor selbst dann in Betrieb gehalten, wenn das Fahrzeug bergab fährt, rollt bzw. im Schiebebetrieb fährt oder stillsteht. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Motor selbst dann in Betrieb gehalten wird, wenn er nicht in Betrieb gehalten zu werden brauchte, wobei eine recht große Kraftstoffmenge verbraucht wird. Wenn der Motor selbst bei Stillstand des Fahrzeugs, bei Schiebebetrieb und bei Bergabfahrt mit so verhältnismäßig geringer Neigung, daß das Fahrzeug ohne Motorbremsung fahren kann, in Betrieb ist, während die Drosselklappe vollständig oder fast vollständig geschlossen ist, werden beispielsweise bei einem Benzinmotor 10 bis 50 cm³/min (0,6 bis 3 C/h) Kraftstoff umsonst verbraucht, wobei die genaue Menge des vergeudeten Kraftstoffs vom Hubraum des Kraftfahrzeugmotors abhängt. Auch beim Fahren

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mit konstanter Geschwindigkeit auf ebener und glatter Straße ist im Bereich der üblichen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten von 100 km/h oder weniger mit Ausnahme von Kraftfahrzeugen mit Motoren mit kleinem Hubraum speziell bei leichten Wagen die Belastung des Motors verhältnismäßig gering. Besonders gering ist die Belastung des Motors, wenn mit niedriger Geschwindigkeit gefahren wird. Dies hat bisher dazu geführt, daß im Kennlinienfeld des Verbrennungsmotors in einem Bereich mit recht niedrigem Wirkungsgrad gearbeitet wird, was beispielsweise den Nachteil hat, daß die Kraftstoff kosten hoch und somit ungünstig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, die es ermöglichen, den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors zu erhöhen und Kraftstoff einzusparen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren und erfindungsgemäße Anlagen sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist an einer Stelle einer Kraftübertragungseinrichtung eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise eines Automobils, eine Einwegkupplung angeordnet. Ferner ist erfindungsgemäß eine elektrische Schaltung vorgesehen, die bei Druck auf ein Gaspedal bzw. bei Freigabe des Gaspedals automatisch den

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Motor anläßt bzw. stillsetzt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist an geeigneter Stelle in der Übertragungseinrichtung, beispielsweise vor oder hinter einem Getriebe, eine Einwegkupplung, d.h. ein Freilauf, so angeordnet, daß ein Drehmoment nur vom Motor aus übertragen werden kann, so daß sich dann, wenn die Drehzahl auf der angetriebenen ^eite höher ist, die angetriebene Seite frei drehen kann. Ferner gehört zu dieser Anlage ein System, das den Motor stillsetzt, wenn das Gaspedal freigegeben wird, und das den Motor anläßt bzw. in Betrieb setzt, wenn auf das Gaspedal gedrückt wird. Dadurch wird erreicht, daß bei Bergabfahrt, bei Schiebebetrieb und bei Stillstand des Fahrzeugs der Motor angehalten wird, indem das Gaspedal freigegeben wird, während sich gleichzeitig das Fahrzeug aufgrund seiner potentiellen Energie und seiner kinetischen Energie weiterbewegen kann, so daß Kraftstoff gespart wird, der andernfalls während dieser Zeiten verbraucht würde. Außerdem wird bei Fahrt auf ebener und glatter Straße ein solcher Betriebsbereich des Motors gewählt, in dem der WLdcungsgrad ausreichend hoch ist, d.h. in dem der Kraftstoffverbrauch günstig ist. Während der Motor in diesem Bereich betrieben wird, wird das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit oberhalb der gewünschten Mittelgeschwindigkeit beschleunigt. Dann wird das Gaspedal freigegeben, wodurch der Motor angehalten wird, so daß das Fahrzeug weiterrollt, bis eine Geschwindigkeit unter-

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halb der gewünschten Mittelgeschwindigkeit bzw. ein unterer Geschwindigkeitswert erreicht ist. Danach wird erneut Druck auf das Gaspedal ausgeübt, damit der Motor wieder angelassen wird und das Fahrzeug beschleunigt. Dieser Zyklus wird ständig wiederholt, so daß mit einer Geschwindigkeit gefahren wird, deren Mittelwert der gewünschten Geschwindigkeit entspricht. Dadurch können im Vergleich zu Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit einige zehn Prozent Kraftstoff gespart werden.

Wenn eine Einwegkupplung vor dem Getriebe eingebaut ist und das Kraftfahrzeug bzw. das Getriebe mit einem Drehmomentwandler ausgerüstet ist, besteht die Gefahr, daß das Getriebe festläuft, weil nicht ausreichend Schmiermittel zugeführt wird, wenn bei stillstehendem Motor die ölpumpe ebenfalls außer Betrieb ist. Um dies zu verhindern, ist bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß eine Einwegkupplung zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und der Gabelmuffe einer Kardanwelle angerodnet ist, wobei die Einwegkupplung so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie die Antriebskraft nur von der Motorseite aus übertragen kann, und ermöglicht, daß sich die angetriebene Seite allein unbehindert dreht, wenn auf der angetriebenen Seite die Drehzahl höher ist. Ferner gehört auch zu dieser Anlage ein System, das den Motor anhält, wenn das Gaspedal freigegeben wird, und das den Motor in Betrieb setzt, wenn Druck auf das Gaspedal

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ausgeübt wird. Dies führt dazu, daß der Motor immer dann angehalten wird, wenn beim Bergabfahren, bei Schiebebetrieb und im Stillstand des Fahrzeugs das Gaspedal freigegeben wird, wobei dann das Fahrzeug aufgrund seiner potentiellen Energie und seiner kinetischen Energie unbehindert weiterfahren kann.

Wie vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Anlagen ermöglichen, daß während des Bergabfahrens, bei Schiebebetrieb und bei Stillstand des Fahrzeugs eine entsprechende Kraftstoffmenge gespart werden kann, die ohne eine erfindungsgemäße Anlage verbraucht würde. Außerdem ermöglichen die erfindungsgemäßen Anlagen, daß bei Fahrt auf ebener und glatter Straße zyklisch gefahren wird, indem das Fahrzeug beschleunigt wird, wobei währenddessen der Motor in einem Bereich arbeitet, in dem der Wirkungsgrad hoch ist, d.h. in dem der spezifische Kraftstoffverbrauch niedrig ist, bis eine Geschwindigkeit oberhalb der gewünschten Geschwindigkeit erreicht ist, und

indem dann das Gaspedal freigegeben wird, so daß das Fahrzeug im Schiebebetrieb fährt bzw. rollt, bis eine Geschwindigkeit unterhalb der gewünschten Geschwindigkeit erreicht ist, wonach dann erneut das Gaspedal betätigt wird, so daß der Motor wieder angelassen wird und das Fahrzeug beschleunigen kann, so daß das Fahrzeug mit ständig wechselnder Geschwindigkeit fährt, deren Mittelwert die gewünschte Geschwindigkeit erreicht. Dabei können im Vergleich zur Fahrweise mit konstanter Geschwindigkeit einige zehn Prozent Kraftstoff eingespart werden, da der

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Motor bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit in der Regel in einem Bereich arbeitet, in dem er niedrigen Wirkungsgrad hat und in dem daher der Kraftstoffverbrauch ungünstig ist,

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist die Einwegkupplung in der Weise mit einer herkömmlichen Kupplung versehen, daß die Einwegkupplung direkt mit der herkömmlichen Kupplung verbunden werden kann. Wenn bei freigegebenem Gaspedal ein starkes Gefälle hinuntergefahren wird, so daß Motorbremsung erforderlich ist, wird das Kupplungspaar in einen solchen Zustand gebracht, daß die herkömmliche Kupplung in Funktion tritt und daß die Einwegkupplung außer Betrieb gesetzt , d.h. überbrückt, ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einwegkupplung

gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine elektrische Schaltung für eine

erfindungsgemäße Steuereinrichtung;

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Fig. 4 ein Diagramm, das eine Fahrweise in

wiederholten Zyklen aus einer Beschleunigunsphase und einer Schxebebetriebsphase zeigt, wie sie möglich ist, wenn ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs ausgerüstet ist;

Fig. 5 den allgemeinen Aufbau eines Kraftstoffverbrauch-Kennlinienfeldes für einen Benzinmotor;

Fig. 6 ein Kraftstoffverbrauch-Kennlinienfeld

eines bestimmten Benzinmotors;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Einwegkupplung

gemäß einer weiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt gemäß B-B in Fig. 7;

und

Fig. 9 eine elektrische Schaltung für eine

weitere Ausführungsform der Steuereinrichtung.

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In Fig. 1 sind Teile einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung gemäß A-A in ;ig. 1. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich eine Einwegkupplung zwischen einer herkömmlichen Kupplung und einem Getriebe. Diese Einwegkupplung kann auch an anderer Stelle eingebaut werden. Wenn die Einwegkupplung jedoch nach dem Getriebe eingebaut ist, muß ihre Kapazität höher sein, da das Drehmoment in den niedrigen Gängen größer wird. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Einwegkupplung daher vor dem Getriebe eingebaut. In Fig. ist lediglich der Bereich um die Einwegkupplung herum dargestellt. Ein Beispiel für die übrigen Teile eines solchen Mechanismus ist in der GB-PS 1 078 720 dargestellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bildet ein Teil einer Eingangswelle 1 einen äußeren Laufring 2 der Einwegkupplung. Der äußere Laufring 2 kann jedoch auch auf andere Weise ausgebildet sein und muß nicht zusammen mit der Eingangswelle 1 eine Einheit bilden, sondern kann auch ein getrenntes Teil sein, das dann in die Eingangswelle 1 eingepaßt wird. Auf der Außenseite des äußeren Laufringes 2 befinden sich zahlreiche Keile bzw. Keilnuten 3, die über einen Kupplungsring 6 mit Keilen bzw. Keilnuten 5 auf der Außenseite eines Rotors 4 der uinwegkupplung trennbar gekuppelt werden können. Der Kupplungsring 6 kann mittels einer Gabel 9

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verschoben werden, wodurch er in und außer Eingriff mit den Keilen 5 gebracht wird. Mit dem Rotor 4 der Einwegkupplung ist auf geeignete Weise eine Getriebeeingangswelle 7 verbunden. Gegen den äußeren Laufring 2 werden von Federn 12 über Zwischenelemente 11 Kupplungsrollen 10 gedrückt. An geeigneter Stelle zwischen der Eingangswelle 1 und der Getriebeeingangswelle 7 befindet sich ein Lager 13.

Fig. 3 zeigt einen Schaltplan einer Steuereinrichtung zum Anlassen bzw. Inbetriebsetzen und Anhalten bzw. Stillsetzen des Motors. An einen Anlasserschalter 15, der von einem Gaspedal 14 gesteuert wird, ist ein Anlasserrelais 16 angeschlossen, das nach dem Anlassen des Motors einen Anlasser 22 abschaltet. Mit dem Anlasserrelais 16 ist ein Vergleioher 17 verbunden, der feststellt, ob der Motor läuft, ur ' aas z\nlasserrelais 16 steuert. Ein Wandler 18 wandelt die Impulsfolge einer Zündspule in eine Spannung um. Bei geöffnetem Anlasserschalter 15 kann der Zündkreis auch von einem Zündrelais 19 geschlossen bzw. geschlossen gehalten werden. Ein Wassertemperaturfühler 20 erfühlt die Wassertemperatur und steuert das Zündrelais 19 beim Warmlaufen des Motors. Ein Druckfühler 21 erfühlt den Druck einer Unterdruckbremse und kann ebenfalls das Zündrelais 19 steuern. Ferner sind ein Anlasser 22, eine Batterie 23, eine Zündspule 25 sowie ein Zündverteiler 26 vorgesehen.

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Im folgenden wird die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs erläutert. Wenn der Fahrer diese Anlage zunächst durch Schließen eines Zündschalters 24 in Betrieb gesetzt hat und dann auf das Gaspedal 14 tritt, wird der Anlasserschalter 15 geschlossen, so daß der Anlasser 22 in Betrieb gesetzt wird und der Motor angelassen wird. Die Impulsfolge auf der Primärseite der Zündspule 25 wird vom Wandler 18 in eine Spannung umgewandelt, die vom Vergleicher 17 mit einer vorgewählten Spannung verglichen wird, die einer Drehzahl entspricht, die etwas geringer als die Drehzahl des laufenden Motors ist. Dadurch kann, nachdem der Motor angelaufen ist, dieser Zustand festgestellt werden, wobei dann 'der Ausgangsstrom des Vergleichers auf Null sinkt, so daß das Anlasserrelais 16 abfällt und der Anlasser 22 angehalten wird. Wenn kein Druck mehr auf das Gaspedal 14 ausgeübt wird, wird der Schalter 15 geöffnet, so daß der Motor stillgesetzt wird. Während des Warmlaufens des Motors und wenn der Druckfühler 21 feststellt, daß der Druck der Unterdruckbremse unzureichend ist, wird jedoch das Zündrelais 19 vom Wassertemperaturfühler 20 bzw. Druckfühler 21 so gesteuert, daß der Zündkreis geschlossen ist. Daher wird dann der Motor selbst dann nicht angehalten, wenn kein Druck auf das Gaspedal 14 ausgeübt wird. Selbst wenn der Motor stillsteht und dann entweder der Wassertemperatürfühler 20 oder der Druckfühler 21 betätigt .wird, wird dadurch der Motor angelassen.

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Wenn der Kupplungsring 6 die Eingangswelle 1 und den Rotor 4 nicht miteinander verbunden hält und wenn die Drehzahl der Eingangswelle 1 nicht niedriger als die der Getriebeeingangswelle 7 ist, sind die Rollen 10 zwischen dem Rotor 4 der Einwegkupplung und dem äußeren Laufring 2 eingeklemmt, so daß das Drehmoment von der Eingangswelle 1 über den äußeren Laufring 2 der Einwegkupplung, die Rollen 10 und den Rotor 4 der Einwegkupplung zur Getriebeeingangswelle 7 übertragen wird. Wenn die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 7 größer als die der Eingangswelle 1 ist, gelangen die Rollen 10 in einen Bereich größerer Spaltweite zwischen dem Rotor 4 und dem äußeren Laufring 2, so daß daher kein Drehmoment mehr übertragen wird. Wenn der Kupplungsring 6 die Eingangswelle 1 und den Rotor 4 miteinander verbunden hält, wird das Drehmoment von der Eingangswelle 1 über die Keile 3, den Kupplungsring 6, den Rotor 4 der Einwegkupplung und die Getriebeeingangswelle 7 übertragen, wobei dann die Einwegkupplung völlig umgangen wird und nicht arbeitet.

Die erfindungsgemäße Einwegkupplung mit dem beschriebenen Aufbau und der beschriebenen Funktion hat folgende Wirkungsweise. Wenn ein Fahrzeug bergab fährt, ohne daß Motorbremsung erforderlich ist, oder wenn das Fahrzeug beispielsweise vor einer Signalanlage ausrollt, wird der Motor stillgesetzt, wenn der Fahrer den Druck vom Gaspedal nimmt, während gleichzeitig die Einwegkupplung in Funktion tritt, so daß das

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Fahrzeug aufgrund seiner potentiellen Energie und seiner kinetischen Energie weiterfährt. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu stark abgenommen hat, braucht lediglich auf das Gaspedal getreten zu werden, wodurch der Motor wieder in Betrieb gesetzt wird, so daß er in gewünschter Weise kinetische Energie liefert. Dadurch wird während der Stillstandszeit des Motors Kraftstoff gespart. Selbst wenn ein Motor, der keine erfindungsgemäße Einwegkupplung aufweist, so betrieben wird, daß der Kraftstoffverbrauch geringstmöglich ist, tritt bei einem solchen Motor noch ein Kraftstoffmehrverbrauch in der Größenordnung von beispielsweise 10 bis 50cm³/min (0,6 bis 3 e/h) auf.

Außerdem wird dann, wenn der Fahrer beim Anhalten eines Fahrzeugs den Druck vom Gaspedal nimmt, der Motor automatisch angehalten, so daß der sonst beim Leerlauf verbrauchte Kraftstoff gespart wird.

Im folgenden wird der Fall beschrieben, daß das Fahrzeug auf einer im wesentlichen ebenen und glatten Straße fährt.

Fig. 4 erläutert das Prinzip des Fahrens mit periodischem Beschleunigen und Rollenlassen eines Fahrzeugs, das mit einer erfindungsgemäßen Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs ausgerüstet ist. Es sei angenommen, daß die beabsichtigte Fahrgeschwindigkeit bzw. die Sollgeschwindigkeit des

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Fahrzeugs V ist. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen kraftstoff spar enden Fahrweise kann dann während der Fahrt auf einer ebenen und glatten Straße Kraftstoff gespart werden, indem immer wieder ein bestimmter Fahrzyklus wiederholt wird. Zu jedem Fahrzyklus gehört ein Abschnitt, während dessen die Geschwindigkeit von einer Geschwindigkeit V_T, die niedriger als die Geschwindigkeit V ist und bei A in Fig. 4 dargestellt ist, bis zur Geschwindigkeit V_n erhöht bzw. das Fahrzeug beschleunigt wird, wobei die Geschwindigkeit V_n höher als die Geschwindigkeit V ist und bei B in Fig. 4 dargestellt ist. Während dieser Beschleunigungsphase wird der Motor im Bereich der Kurve Q in Fig. 5 betrieben, so daß dex Motor mit recht hohem Wirkungsgrad arbeitet. Danach wird dann der Druck vom Gaspedal 14 genommen, so daß der Motor . zum Stillstand kommt. Während dieser Phase rollt das Fahrzeug, bis die Anfangsgeschwindigkeit V_ erreicht ist. Dadurch gelangt das Fahrzeug zur Stelle C. Dieses Rollen des Fahrzeugs wird durch den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Mechanismus mit der Einwegkupplung ermöglicht. Danach wird dann wieder das Gaspedal 14 niedergetreten, wodurch ein neuer Fahrzyklus begonnen wird.

Das Diagramm gemäß Fig. 5 zeigt ein Beispiel für das Kraftstoffverbrauch-Kennlinienfeld eines üblichen Benzinmotors. Aus diesem Kennlinienfeld ist ersichtlich, daß im Bereich nahe Vollast, d.h. im Bereich mit Unterdrücken in

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der Saugleitung zwischen ungefähr O und 150 mmHg je nach den speziellen Eigenschaften des Motors der Wirkungsgrad hoch und der spezifische Kraftstoffverbrauch niedrig sind. Die allgemeine Tendenz ist die, daß der Wirkungsgrad um so niedriger ist, je höher der Unterdruck in der Saugleitung ist. Bei Fahrt auf einer ebenen und flachen Straße mit konstanter Geschwindigkeit, beispielsweise bei der üblichen Geschwindigkeit von ungefähr 100 km/h oder weniger, arbeiten jedoch die Motoren praktisch aller Kraftfahrzeuge im Bereich der Kurve P in Fig. 5, wo der Motor einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad hat. Die anhand von Fig. 4 erläuterte Fahrweise dient nun speziell dazu, den Motor nur in dem Bereich zu betreiben, in dem er mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, so daß der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Wenn der spezifische Kraftstoffverbrauch bei der anhand von Fig. 4 erläuterten Fahrweise mit dem spezifischen Kraftstoffverbrauch bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit V beispielsweise anhand eines Kraftfahrzeugs mit einem Gewicht von ungefähr einer Tonne verglichen wird, zeigt sich, daß je nach den Eigenschaften des für den Vergleich gewählten Motors der spezifische Kraftstoffverbrauch bei einer mittleren Geschwindigkeit von 50 km/h um bis zu ungefähr 40 bis 50% verbessert werden kann.

Im folgenden wird ein Beispiel für die Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs berechnet. Es sei angenommen,

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daß das Gesamtgewicht W des Fahrzeugs 1255 kp beträgt, daß das äquivalente Gewicht AW der sich drehenden Teile 77,5 kp beträgt, wenn die Einwegkupplung eingerückt ist, und AW gleich 39 kp beträgt, wenn die Einwegkupplung ausgerückt ist, daß die Projektionsfläche A des Fahrzeugs in Richtung seiner Längsachse 1,78 m² beträgt, daß der Luftwiderstandskoeffizient C_d 0,431 beträgt, daß der Rollwiderstandskoeffizient μ 0,022 beträgt, daß der wirksame Radius R dss angetriebenen Rades 0,285 m beträgt, daß das übersetzungsverhältnis £, des Differentialgetriebes 4,1 beträgt und daß die gesamte Kraftübertragung einen mechanischen Wirkungsgrad ^, von 0,95 hat. Zwischen dem Fahrwiderstand und dem Motordrehmoment T„ gelten dann die folgenden Beziehungen.

Während der Beschleunigung gilt:

^TE 7 d ^ε d ^/ ^{R =} ^^{W + C}d § ^{A v2} ^{/ 2 +} ^{(W + AW) α} ^/ ^{g (1}} Darin sind ο die Luftdichte, ν die Fahrzeuggeschwindigkeit, α die Beschleunigung und g die Erdbeschleunigung. Während der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit gilt:

^TE Vd ^fd / ^{R =} ^r^{W + C}d?^Äv2 / ²

Daraus ergibt sich für die Beschleunigung:

α= (T_E i^_d ^/R-pW-C^Av² /2) g/ (W+AW) (3) Während des Rollens ergibt sich für die Verzögerung:

α = (μ_Γΐϊ + C_d5Av²/2) g/ (W + AW¹) (4)

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Für den Fall, daß gilt V = 42 km/h, V₁. = 40 km/h und V„ = 45 km/h, wird angenommen, daß im Bereich von 40 bis 45 km/h die Leistung des Motors und der Fahrwiderstand jeweils konstand sind. Für diesen Bereich werden die Werte bei 42,5 km/h als typische Werte genommen. Für eine näherungsweise Berechnung eines der in Fig. 4 dargestellten Fahrzyklen ergibt sich bei der Geschwindigkeit 42,5 km/h während der beschleunigten Fahrt ein Kraftstoffverbrauch von 5,2 Q/h am Punkt N in Fig. 6. Dies entspricht einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von ungefähr 210 g/PSh. Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit von 42,5 km/h beträgt der Kraftstoffverbrauch 2,5 <Z/h am Punkt M in Fig. 6, was einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von 330 g/PSh entspricht. Wenn angenommen wird, daß die Beschleunigung und die Verzögerung jeweils konstant sind, können die Fahrstrecke S und die dafür erforderliche Zeit t mit Hilfe der Gleichungen S = (V² _rT - V² _T) / 2a und

U Jj

t = (V_TT - V₁-) /a berechnet werden, wobei α sowohl für die

U -Lj

Beschleunigung als auch für die Verzögerung steht. Beim gewählten Beispiel gilt für die Beschleunigungsphase α = 0,53 m/s, S = 30,5 m, t = 2,62 s und für die Verzögerungsphase
α = 0,26 m/s, S = 62,1 m, t = 5,34 s.

Damit ergibt sich für zyklische Fahrweise als Fahrleistung je Liter Kraftstoff
(30,5 m - 62,1 m) / (2,62s. 5,2 i/h) = 24,4 km/£

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Ferner ergibt sich als mittlere Geschwindigkeit (30,5 m + 62,1 in) / (2,62 s + 5,34 s) = 41,9 km/h ™ 42 km/h Dagegen ergibt sich bei einer konstanten Geschwindigkeit von 42 km/h eine Fahrleistung von 17,2 km/ I .

Dies zeigt, daß sich durch die zyklische Fahrweise mit Beschleunigung und Ausrollen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs um (24,4 - 17,2)/ 17,2 = 42% ergibt. Wenn auf gleiche Weise für mittlere Geschwindigkeiten V = 47 km/h (V_L = 45 km/h, V_n = 50 km/h), V = 52 km/h (V_T = 50 km/h, V_TT = 55 km/h) , V = 57 km/h

Li U

(V₁. = 55 km/h, V_TT = 60 km/h) und V =■ 49 km/h (V_T = 40 km/h,

Jj U Ii

V_n = 60 km/h) die prozentualen Verbesserungen des Kraftstoffverbrauchs berechnet werden, so ergeben sich 47% bzw. 44% bzw. 32% bzw. 40%. Wenn ein mit einer erj7indungsgeinäßen AriLage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs ausgerüstetes Kraftfahrzeug unter üblichen Betriebsbedingungen fährt, kommt zu den durch obige Berechnungen nachgewiesenen Verbesserungen des Kraftstoffverbrauchs bei Fahrt auf glatter und ebener Straße noch die oben erläuterte Einsparung beim Bergabfahren, Ausrollen und Anhalten hinzu, so daß sich insgesamt eine erhebliche Kraftstoffersparnis ergibt. Wenn diese Betriebsweise während mehrerer Stunden angewendet wird, muß· allerdings berücksichtigt werden, daß eine der vom Anlasser verbrauchten elektrischen Energie entsprechende Kraftstoffmenge zusätzlich benötigt wird.

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Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Pig. 7, 8 und 9 erläutert. Fig. 7 zeigt die Umgebung einer Einwegkupplung, die sich anders als bei der ersten Ausführungsform der Erfindung zwischen der Ausgangswelle eines Getriebes und der Kardanwelle befindet. Wenn ein niedriger Gang eingelegt ist, ist das Drehmoment auf der Ausgangswelle des Getriebes hoch. Daher sollte die Einwegkupplung normalerweise vor dem Getriebe angeordnet sein. Häufig wird jedoch die Schmiermittel- bzw. Hydraulikpumpe eines automatischen Getriebes vom Motor angetrieben. In einem solchen Fall ist es günstiger, wenn die Einwegkupplung hinter dem Getriebe angeordnet ist, damit auch das Getriebe stillgesetzt wird, wenn der Motor angehalten wird.

Ein inneres Kupplungsteil 102 der Einwegkupplung ist über zahlreiche Keile bzw. Keilnuten 130 mit einer Ausgangswelle 101 verbunden. Am Außenumfang des inneren Kupplungsteils 102 sind Keile bzw. Keilnuten 103 eingeschnitten, die in Eingriff mit einem Kupplungsring 104 treten können. Am Außenumfang eines äußeren Kupplungsteils 107 der Einwegkupplung sind ebenfalls Keile bzw. Keilnuten 108 eingeschnitten, die mit dem Kupplungsring 104 in Eingriff treten können. Zwischen dem inneren Kupplungsteil 102 und dem äußeren Kupplungsteil 107 befinden sich Rollen 106. An einem Ende 131 des äußeren Kupplungsteils 107 sind Keile bzw. Keilnuten 132 ausgebildet. Eine Gabelmuffe 109 einer Kardan-

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welle wird von einem Lager 110 in Stellung gehalten. Mittels einer Gabel 112 kann der Kupplungsring 104 nach rechts und nach links (in Fig. 7) verschoben werden.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt B-B durch die in Fig. 7 dargestellte Einwegkupplung.

Fig. 9 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Steuereinrichtung zum Anlassen bzw. Inbetriebsetzen und Anhalten bzw. Stillsetzen des Motors. Ein Anlasserschalter 115, über den auch der Zündstromkreis geschlossen wird und der von einem Gaspedal 114 betätigt wird, ist mit einem Anlasserrelais 116 verbunden, das den Anlasser abschaltet, nachdem der Motor angelaufen ist. Mit dem Anlasserrelais 116 ist ein Vergleicher 117 verbunden, der feststellen kann, ob der Motor angelaufen ist und dementsprechend das Anlasserrelais 116 steuert. Die Impulsfolge einer Zündspule wird von einem Wandler 118 in eine Spannung umgewandelt. Wenn der Anlasserschalter 115 geöffnet ist, kann der Zündstromkreis von einem Zündrelais 119 geschlossen bzw. geschlossen gehalten werden. Ein Wassertemperaturfühler 120 stellt die Wassertemperatur fest und steuert das Zündrelais 119 während des Warmlaufens des Motors. Ein Druckfühler bzw. -schalter 121 erfühlt den Druck einer Unterdruckbremse und steuert dementsprechend das Zündrelais 119. Ferner sind in Fig. 9 ein Anlasser 122, eine Batterie 123, ein Zündschalter 124, eine

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Zündspule 125, ein Zündverteiler 126, ein Spannungsfühler 127 und ein Schalter 128 dargestellt.

Im folgenden wird die Funktionsweise der beschriebenen Steuerschaltung erläutert.

Wenn der Fahrer den Zündschalter 124 schließt und auf das Gar pedal 114 tritt, wird der Anlasserschalter 115 geschlossen, so daß der Anlasser 122 in Betrieb gesetzt wird und der Motor angelassen wird. Sobald der Motor anläuft, wird die Impulsfolge der Zündspule 125 mittels des Frequenz-Spann ungs-Wand ler s in eine Spannung umgewandelt, die vom Vergleicher 114 mit einer vorgewählten Spannung verglichen wird, die einer Drehzahl entspricht, die etwas geringer als die Leerlaufdrehzahl des Motors ist. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob der Motor angesprungen ist. Wenn dies der Fall ist, sinkt der Ausgangsstrom des Vergleichers auf Null, so daß das Anlasserrelais 116 abfällt und der Anlasser 122 außer Betrieb gesetzt wird. Wenn nicht mehr auf das Gaspedal 114 gedrückt wird, wird der Anlasserschalter 115 geöffnet, so daß der Motor in der Regel stillgesetzt wird. Allerdings ist das Zündrelais 119 so geschaltet, daß es vom Wassertemperaturfühler 120 geschlossen gehalten wird, während der Motor warmläuft, daß es vom Druckfühler 121 geschlossen gehalten wird, wenn der Druck der Unterdruckbremse unzureichend ist, daß es vom Spannungsfühler 127 geschlossen

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gehalten wird, wenn die Spannung der Batterie unter einem bestimmten Wert liegt, und daß es vom auf die Stellung der Gabel 112 ansprechenden Schalter 128 geschlossen gehalten wird, wenn die Einwegkupplung überbrückt ist. Unter den genannten Bedingungen wird jeweils der Zündstromkreis geschlossen gehalten, so daß der Motor nicht stillgesetzt werden kann, auch wenn nicht mehr auf das Gaspedal 114 gedrückt wird.

Wenn der Motor bei geschlossenem Zündschalter 124 stillsteht, wird er automatisch wieder angelassen, sofern entweder der Wassertemperaturfühler 120 und/oder der Druckfühler 121 und/oder der Spannungsfühler 127 und/oder der Schalter 128 schließt bzw. schließen.

Wenn das innere Kupplungsteil 102 und das äußere Kupplungsteil 107 nicht über den Kupplungsring 104 miteinander gekuppelt sind und wenn die Drehzahl des äußeren Kupplungsteils 107 nicht höher als die Drehzahl der Ausgangswelle 101 des Getriebes ist, sind die Rollen 106 zwischen dem inneren Kupplungsteil 102 und dem äußeren Kupplungsteil verkeilt, so daß Drehmoment über die Ausgangswelle 101, das innere Kupplungsteils 102, die Rollen 106 und das äußere Kupplungsteil 107 übertragen wird. Im umgekehrten Fall laufen die Rollen 106 frei zwischen dem inneren Kupplungsteil 102 und dem äußeren Kupplungsteils 107, so daß das

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innere Kupplungsteil 102 nicht mitgedreht wird. Wenn das innere Kupplungsteil 102 und das äußere Kupplungsteil 107 über den Kupplungsring 104 miteinander verbunden sind, ist die Einwegkupplung überbrückt, so daß sich die Kupplungsteile nicht unabhängig voneinander drehen können.

Aufgrund der vorstehend erläuterten Konstruktion und Funktion der Einwegkupplung wird der Motor angehalten, wenn auf das Gaspedal kein Druck ausgeübt wird, während das Fahrzeug bergabfährt oder rollt, d.h. während das Fahrzeug eine solche Neigung hinabfährt, daß keine Motorbremsung erforderlich ist, oder während das Fahrzeug vor einem Verkehrssignal oder dergleichen ausrollt. Dabei tritt die Einwegkupplung in Funktion, was dazu führt, daß das Fahrzeug aufgrund seiner potentiellen Energie und seiner kinetischen Energie, die im Fahrzeug gespeichert sind, seine Fahrt fortsetzen kann. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einen vernünftigen Wert abgesunken ist, kann dieser Zustand auf einfache Weise dadurch behoben werden, daß auf das Gaspedal gedrückt wird, wodurch der Motor wieder in Betrieb gesetzt wird, so daß er kinetische Energie liefert. In einem solchen Fall kann die der Zeit, während der der Motor stillsteht, entsprechende Kraftstoffmenge gespart werden. Ohne die erfindungsgemäße Anlage werden je nach dem Hubvolumen 10 bis 50 cm³/min (0,6 bis 3 £/h) Kraftstoff zusätzlich verbraucht, und zwar selbst dann, wenn der Motor während der

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Fahrt praktisch im Leerlauf betrieben wird, in dem der Kraftstoffverbrauch sonst am gingsten ist.

Wenn das Kraftfahrzeug stillsteht, wird der Motor durch Freigabe des Gaspedals automatisch angehalten, was dazu führt, .daß der sonst bei Leerlauf im Stillstand benötigte Kraftstoff eingespart wird.

Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, ermöglicht die erfindungsgemäße Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs, daß ein Kraftfahrzeug seine Fahrt bei stillstehendem Motor fortsetzt, ohne daß der Fahrer irgendwelche Kupplungen oder dergleichen ausrücken muß. Wenn der Fahrer das Gaspedal freigibt, wird der Motor angehalten, und wenn auf das Gaspedal Druck ausgeübt wird, wird der Motor über einen speziell zu diesem Zweck vorgesehenen Schalter angelassen, so daß durch automatisches Stillsetzen des Motors während einer Bergabfahrt, während des Rollens und beim Stillstand des Fahrzeugs Kraftstoff eingespart wird. Ferner kann bei Fahrt auf glatter und ebener Straße durch zyklische Fahrweise Kraftstoff eingespart werden. Jeder Fahrzyklus umfaßt dabei, daß der Motor bzw. das Fahrzeug auf eine höhere Geschwindigkeit als die beabsichtigte Mittelgeschwindigkeit beschleunigt wird, wobei der Motor währenddessen mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, daß danach der Druck vom Gaspedal genommen wird, wodurch der Motor angehalten wird, so daß dann das Kraftfahrzeug unangetrieben rollt, bis eine Geschwindigkeit unterhalb der

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gewünschten Mittelgeschwindigkeit erreicht ist, wonach dann der Fahrer durch Betätigen des Gaspedals und Beschleunigen des Motors einen neuen Fahrzyklus beginnt. Die Fahrt wird so fortgesetzt, daß der Mittelwert der Fahrgeschwindigkeit der gewünschten Geschwindigkeit entspricht. Dabei wird der Unterschied zwischen dem Wirkungsgrad beim Beschleunigen

bzw. Hochfahren des Motors und dem niedrigen Wirkungsgrad, der bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit vorliegen würde, in geschickter Weise dazu ausgenutzt, Kraftstoff einzusparen. Dies führt ferner dazu, daß die Verunreinigung der Luft geringer ist, da weniger Abgas abgegeben wird.

Bei der Erfindung handelt es sich somit um eine Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs für einen Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, wobei diese Anlage zusätzlich zu einer herkömmlichen Kupplung eine Einwegkupplung an beliebiger geeigneter Stelle im Kraftübertragungsweg des Fahrzeugs aufweist. Diese Einwegkupplung ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie ein Drehmoment lediglich vom Motor aus übertragen kann. Wenn dagegen die Drehzahl der angetriebenen Räder höher ist als sie es allein aufgrund des Antriebs vom Motor wäre, ermöglicht die Einwegkupplung, daß sich die angetriebenen Räder allein frei drehen. Ferner umfaßt die Anlage eine entsprechend ausgebildete elektrische Schaltung, die ermöglicht, daß der Motor durch Niederdrücken des Gaspedals bzw. durch Freigeben des Gaspedals automatisch angelassen bzw. stillgesetzt wird. Dies hat zur Folge, daß während

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der Zeit, während der das Fahrzeug bergabfährt oder während es im Schiebebetrieb fährt, dieses seine Fahrt fortsetzen kann, obwohl der Motor durch Freigabe des Gaspedals automatisch stillgesetzt worden ist. Die erfindungsgemäße Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor eignet sich ferner dazu, das Fahrzeug auf ebener und glatter Straße in der Weise zu fahren, daß der Motor bei einer Geschwindigkeit, die niedriger ist als die zuvor gewählte mittlere Geschwindigkeit, angelassen und von dieser Geschwindigkeit aus unter starker Last beschleunigt wird und daß, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Wert oberhalb der mittleren Geschwindigkeit erreicht hat, der Motor angehalten wird und das' Fahrzeug dann rollend weiterfährt, was durch die in den Kraftübertragungsweg des Fahrzeugs eingefügte Einwegkupplung ermöglicht wird, wonach dann der Motor wieder angelassen wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ausreichend weit unter die mittlere Geschwindigkeit abgesunken ist, wobei dieser Fahrzyklus ständig wiederholt wird.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ausführlich erläutert. Es versteht sich jedoch, daß zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der Ausführungsbeispiele möglich sind,ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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1.J Verfahren zum kraftstoffsparenden Fahren mit einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fahrt des Fahrzeugs auf glatter und ebener Straße der Verbrennungsmotor bei einer Geschwindigkeit, die niedriger als die gewünschte Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, angelassen und unter starker Belastung beschleunigt wird, daß der Motor angehalten wird, nachdem eine Geschwindigkeit oberhalb der gewünschten Geschwindigkeit erreicht ist, daß das Fahrzeug dann aufgrund einer im Kraftübertragungsweg des Kraftfahrzeugs befindlichen Einwegkupplung rollend weiterfährt und daß dann, wenn die Geschwindigkeit auf einen unterhalb der gewünschten Geschwindigkeit liegenden Wert abgesunken ist, der Motor erneut angelassen wird, wobei dieser Zyklus ständig wiederholt wird.

2. Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs bei einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug, gekennzeichnet durch einen Motor, eine übertragungseinrichtung zur Übertragung der Antriebskraft für die Räder vom Motor zu einem angetriebenen Element (7, 109), eine an einer Stelle der übertragungseinrichtung angeordnete Einwegkupplung (2, 4; 102, 107), die die Antriebskraft nur von der Motorseite zum angetriebenen Element überträgt

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und ermöglicht, daß sich das angetriebene Element allein frei dreht, wenn die Drehzahl des angetriebenen Elementes höher als die Drehzahl eines antreibenden Elementes (1, 101) ist, und eine mit dem Motor verbundene elektrische Schaltung (15, 16, 17, 19; 115, 116, 117, 119), die entsprechend dem Betätxgungszustand eines Gaspedals (14, 114) das Anlassen und Stillsetzen des Motors automatisch steuert.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragungseinrichtung eine Eingangswelle (1) und eine Getriebeexngangswelle (7) gehören und daß die Einwegkupplung (2, 4) zwischen der Eingangswelle und der Getriebeexngangswelle angeordnet ist.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegkupplung (2, 4) am Vorderende eines Getriebes angeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegkupplung (102, 107) am hinteren Ende eines Getriebes angeordnet ist.

6. Anlage nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegkupplung (102, 107) zwischen einer Ausgangswelle (101) eines Getriebes und einer Kardanwelle (109) angeordnet ist.

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7. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegkupplung einen mit der Getriebeeingangswelle (7) verbundenen Rotor (4), einen an einem Teil der Eingangswelle (1) ausgebildeten äußeren Laufring (2) und mehrere Kupplungsrollen (10) umfaßt, die zwischen dem Rotor und dem äußerem Laufring angeordnet sind und Freilauf ermöglichen.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß"jede der Kupplungsrollen (10) von einer Feder (12) und einem Zwischenelement (11) nach außen gedrückt wird.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeeingangswelle (7) und der Rotor (4) der Einwegkupplung über zahlreiche Keile bzw. Keilnuten (8) miteinander verbunden sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang sowohl des äußeren Laufringes (2) als auch des Rotors (4) der Einwegkupplung Keile bzw. Keilnuten (3, 5) ausgebildet sind, daß ein den Keilen bzw. Keilnuten angepaßter Kupplungsring (6) vorgesehen ist und daß die Antriebskraft zwischen dem äußeren Laufring und dem Rotor wahlweise auch vom Kupplungsring übertragen werden kann.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (6) mittels einer Gabel (9) verschoben werden kann.

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12. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Kardanwelle gehörende Gabelmuffe (109) von einem Lager (110) an geeigneter Stelle abgestützt wird.

13. Anlage zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch eine zwischen einer Ausgangswelle (101) eines Getriebes und einer Gabelmuffe (109) einer Kardanwelle einer mit einem Drehmomentwandler versehenen Kraftübertragungseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnete Einwegkupplung (102. 107), die die Antriebskraft nur von der Motorseite aus überträgt und ermöglicht, daß sich die angetriebene Seite allein frei dreht, wenn die Drehzahl auf der angetriebenen Seite höher als die Drehzahl auf der Motorseite ist, und eine elektrische Schaltung (115, 116, 117, 119), die bewirkt, daß der Motor bei Druck auf ein Gaspedal (114) angelassen und bei Freigabe des Gaspedals angehalten wird, so daß das Fahrzeug bei Bergab fahrtoder Schiebebetrieb seine Fahrt fortsetzen kann, obwohl der Motor durch Freigabe des Gaspedals automatisch angehalten wird.

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