DE3136346A1

DE3136346A1 - Verfahren zur regelung der kraftstoffzufuhr zu einem motor und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3136346A1
Application number: DE19813136346
Authority: DE
Inventors: Ernst 8908 Krumbach Spielvogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1981-09-14
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE3136346C2

Description

Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einem Motor und

Vorrichtung zur Durchführung des

Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Kraftstoff zufuhr zu einem Motor, vorzugsweise einem Gas—, Dampfoder Verbrennungsmotor, in einem Fahrzeug.

Bei der heutigen Erdölverteuerung sind bereits zahlreiche Maßnahmen zur Einsparung von Kraftstoff veröffentlicht und vorgeschlagen .worden. Die Energieeinsparung richtet sich generell auf alle Bereiche, um nur weniger.Energieaufwand beliebiger Art zu erreichen. Die bekannten Maßnahmen konzentrieren sich auf die Steigerung der Wirkungsgrade von Maschinen, Verbrauchsminderungen derselben und Rückgewinnung von Energie, z.B. in Wärmeform. Durch den hohen Stand der Technik fällt es in einigen Bereichen schwer, nennenswerte Fortschritte zu erzielen, oder es sind mehrfache Maßnahmen notwendig, um einen ins Gewicht fallenden Sparvorteil zu erzielen.

Die Situation beim Treibstoffverbrauch für Fahrzeuge betrifft sowohl die gewerbliche Wirtschaft als auch weite Teile der Bevölkerung. Es gibt bereits Kraftfahrzeuge, die" ein sogenanntes Econometer eingebaut haben, welches den Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit mißt. Würde man ein solches Gerät verfeinern, könnte man doch nicht auf Dauer

erhebliche Einsparungen erwarten; denn der Betriebs- oder Fahrkomfort wird beeinträchtigt, und der Benutzer muß laufend eine gewisse Aufmerksamkeit auf das Econometer richten, und ein Automatisieren ist nicht möglich. Andererseits zeigen solche Econometer deutlich, daß bisweilen nach einer Beschleunigungsphase Gas weggenommen werden darf, ohne daß die Geschwindigkeit in einem kurzen Zeitintervall abnimmt.

Bekannt sind ferner zahlreiche Geräte zum Einsparen von Kraftstoff bei Fahrzeugen, insbesondere durch elektronische Steuerung bei Einspritzmotoren, Leerlauf- und Abschaltsysteme, Fahrzeuge mit Schubabschaltung usw. Diese bekannten Geräte benötigen aber eine besondere Vorbereitung entweder des Steuersystems oder Umbauten des Motors, an welchem diese Geräte eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es hingegen, ein Verfahren zur Kraftstoffregelung ohne verändernde Eingriffe des Motoraufbaues vorzusehen sowie eine Vorrichtung .zur Durchführung des Verfahrens, mit denen es möglich ist, mit einfachen Mitteln schnell, auch bei derzeit bereits auf dem Markt und im Betrieb befindlichen Fahrzeugen, Kraftstoffeinspareinrichtungen einzurichten und wenigstens vorübergehend die Treibstoffzufuhr zu verringern.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Kraftstoffzufuhr periodisch von Nennleistung gedrosselt und nach bestimmter Dauer wieder zurück auf Nennleistung gesteigert wird. Unter Nennleistung wird hier die jeweils durch

die Stellung des Gaspedals eingestellte Zufuhrmenge an Kraftstoff verstanden. Diese Größe ist von der tatsächlichen Menge Kraftstoff pro Zeiteinheit, d.h. der Durchflußmenge, unabhängig. Selbstverständlich benötigt ein Fahrzeug auf ansteigender Straße eine größere Leistung und damit größere Treibstoffmenge pro Zeiteinheit als bei abschüssiger Straße. Die Stellung des Gaspedals ist aber bei der Bergauffahrt eine andere als bei der Fahrt auf abschüssiger Straße. Beide Zustände geben separat voneinander eine

gewisse Stellung des Gaspedals vor/ und dies ist die vorstehend angesprochene Nennleistung. Die Drosselung der Kraftstoffzufuhr erfolgt erfindungsgemäß also jeweils von diesem relativen Nenn-Niveau um beispielsweise 10 bis 30 und vorzugsweise 15 bis 25 %, beispielsweise also im Mittel 20 %. In diesem Augenblick werden nur noch 80 % derjenigen Menge Treibstoff zugeführt, die bei der eingestellten Nennleistung zugeführt wird. Wenn die Zeitdauer der Drosselung vorüber ist, steigt die Kraftstoffzufuhr selbsttätig wieder auf den Nennleistungswert. Diese Drosselung erfolgt erfindungsgemäß periodisch. Versuche habe zum Beispiel gezeigt, daß eine Kraftstoffmenge bei Nennleistung, also 100 %, eine oder zwei Sekunden lang gefahren wird, während eine Kraftstoffmenge bei gedrosselter Leistung, z.B. 80 % Treibstoffzufuhr, drei bis fünf Sekunden lang gefahren wird. Die Dauer der Kraftstoffdrosselung ist also länger als die, bei welcher mit Nennleistung gefahren wird. Das Frappierende bei einem auf diese Weise durchgeführten Versuch liegt darin, daß eine Verbrauchsminderung von 15 %

Kraftstoff gegenüber Nennleistung erreichbar ist, ohne daß die Geschwindigkeit merklich verringert wird. Erklären läßt sich die erreichte Wirkung durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglicherweise dadurch, daß die kinetische Energie im Motor während der Drosselung der Treibstoffzufuhr frei zur Wirkung gelangt und/oder der Verbrennungszustand besonders vollständig oder der Wirkungsgrad des Motors gesteigert wird.

Durch die kurzzeitige Drosselung der Treibstoffzufuhr wird jedenfalls eine in Reserve befindliche kinetische Energie des Gesamtsystems aus Fahrzeug mit Motor frei, wodurch eine bessere Ausnutzung des mit Nennleistung eingegebenen Kraftstoffdurchflusses erreichbar ist.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Dauer der Drosselung und/oder die Periode voreingestellt sind. Auch die Drosselmenge kann gegebenenfalls voreingestellt werden. Die Pausenzeiten, d.h. die Dauer der Drosselung in der Priode, sind bei einem Versuchsfahrzeug auf 3 Sekunden eingestellt worden, und die 100 %ige Kraftstoffzufuhr bei Nennleistung (der jeweiligen Gaspedalstellung) dauerte 1. Sekunde lang. · Ein merklicher Rückgang der Geschwindigkeit konnte trotz einer solchen Intervallschaltung nicht festgestellt werden. Der Kraftstoffverbrauch hingegen konnte um 15 % verringert werden.

Wichtig ist für die Durchführung des erfinderischen Verfahrens, daß man die Leerlaufstellung des Gaspedals als unteren Grenzwert ansieht. Mit anderen Worten wirkt die Drosse-

lung bei Leerlaufstellung nicht. Alle vorstehend mit Nennleistung bezeichneten Werte liegen also über der Leerlaufstellung des Gaspedals, und Einsparungen sind daher besonders gravierend/ wenn das Gaspedal zur Abgabe einer hohen Absolutleistung sehr weit getreten ist. Die Ausschaltung der erfindungsgemäßen Anlage bei Leerlaufstellung verhindert einen Stillstand des Motors zum Beispiel im Kraftfahr-■ zeug vor einer roten Ampel oder anderen Verkehrsbehinderungen .

Das Verfahren der eingangs beschriebenen Art läßt sich besonders vorteilhaft mit einer Vorrichtung unter Lösung der genannten Aufgabe dadurch realisieren und durchführen, daß die Einrichtung zur periodischen Drosselung der Kraftstoffzufuhr elektronisch, elektrisch, mechanisch, hydraulisch und/öder pneumatisch gesteuert ist. Besonders vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn erfindungsgemäß in einem Kraftfahrzeug in dem mit dem Gaspedal verbundenen Seil oder Gasgestänge eine Kupplungseinrichtung zwischengeordnet ist, in welcher ein periodisch gesteuert verschiebbarer Kolben zum Verlängern und/oder Verkürzen des Seils oder Gasgestän— ges vorgesehen ist. Beispielsweise kann unter Weiterverfolgung des Ausführungsbeispiels mit dem Gestänge (anstelle des Seiles als Gaszug) dessen eine Seite am Zylinder eines hydraulischen oder pneumatischen Kolben-/Zylindersystems und die andere Seite des Gestänges am Kolben dieses Systems befestigt sein. Entsprechend der pneumatischen oder hydraulischen Steuerung des Kolbens wird das Gestänge in der einen oder anderen Situation verlängert oder verkürzt, wo-

durch unterschiedliche Mengen zugeführten Kraftstoffes zum Motor einstellbar sind. Man erkennt die einfachen Maßnahmen, wie in den Pausenzeiten zwischen der Nennleistung eine Drosselung auch bei schon im Betrieb befindlichen Kraftfahrzeugen vorgenommen und durchgeführt werden kann. Die Unterbrechung eines Gasgestänges auf diese Weise ist jederzeit und ohne großen Aufwand möglich. Andererseits kann die Drosselungseinrichtung aber auch elektrisch oder elektronisch gesteuert werden, indem beispielsweise die Einspritzpumpe entsprechend gesteuert wird oder anstelle des pneumatischen oder hydraulischen Antriebes des Kolbens in dem oben beschriebenen Zylinder durch eine Magnetschaltung entsprechende Steuerungen erreicht werden. Auch' mechanische Steuerungen sind denkbar, z.B. mit Nockensteuerungen.

Hat man eine solche Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung in das betreffende Kraftfahrzeug eingebaut, dann wird infolge der unterschiedlichen Geschwindigkeits- und Leistungsanforderungen eine geringere oder größere Verbrauchsänderung eingestellt, und es sind andere - erfindungsgemäß vorzugsweise geringere - Durchschnittswerte realistisch mit einfachen Mitteln erreichbar. Die Betriebsart und Bauweise eines Motors spielt dabei selbstverständlich eine Rolle, ändert aber an der Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen letztlich nichts. Die Automatisierung der periodischen Drosselung beeinträchtigt den Betriebs- oder Fahrkomfort nicht; denn der Fahrer braucht keinerlei Aufmerksamkeit auf die neue Vorrichtung zu verwenden, und an seinem Fahrverhalten ändert sich gegenüber dem bei den zur Zeit verwendeten Fahrzeugen nichts.

Als Regeleinrichtung zum Drosseln der Treibstoffzufuhr kann man vorsehen, den Vergaser oder auch die Einspritzung in Intervallen zurückzuregeln. Eine einfache mögliche Einrichtung, die gleichermaßen für Vergaser und Einspritzbetrieb verwendbar ist, kann.darin bestehen, daß ein durch eine Intervallschaltung angesteuertes Rückstellglied die Gaswegnahme bewirkt, z.B. ein Rückstellglied im Vergasergestänge oder im Drahtzug,.wie oben schon angedeutet. Dadurch verlängert und verkürzt sich trotz Beibehaltung der augenblicklichen Stellung des Gaspedals das Gasgestänge intervallmäßig um den. voreingestellten Wert oder Weg.

Bei einer anderen denkbaren Ausführungsform läßt sich die intervallmäßige Verlängerung oder Verkürzung eines Gasgestänges um den vorgewählten Weg mit einem Exzenter oder einem Kolbenantrieb oder einem Hubmagneten usw. realisieren. Zur Durchführung dieser Maßnahmen ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Kupplungseinrichtung einen in einem zylindrischen Gehäuse verschiebbaren Kolben aufweist und das Gasgestänge einerseits am Gehäuse und andererseits am Kolben befestigt ist. Das Gehäuse wird also praktisch mit der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer hin- und herbewegt. Unabhängig davon arbeitet die Drosselungseinrichtung mit Hilfe des Kolbens, der hydraulisch,.pneumatisch oder über einen Exzenter gesteuert werden kann.

Zweckmäßig ist es bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch, wenn der Kolben von einem Magneten betätigbar ist und auf dem am Kolben befestigten Gestänge im Abstand voneinander zwei Anschläge angebracht sind, von denen minde-

stens einer unter Federspannung steht. Die im Abstand voneinander auf der Kolbenstange befestigten Anschläge begrenzen den Hub des Kolbens in der einen und der anderen Richtung. Man kann den Abstand erfindungsgemäß auch einstellen bzw. damit den Hub verstellen. Die Federspannung sorgt für eine Betriebsnullstellung, bei welcher der eine Anschlag gegen die eine Seite des Gehäuses zum Anliegen gebracht wird. Die auf verschiedenste Weise mögliche Betätigung des Kolbens arbeitet unter Überwindung der Spannung der betreffenden Feder, bis beispielsweise der andere der beiden Anschläge gegen die andere Seite des Gehäuses anschlägt. Durch die Verstellung des Arbeitshubes des Kolbens kann die Drosselungseinrichtung auch in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen, z.B. ab einem bestimmten Niederdrücken des Gaspedals aufwärts, unwirksam gemacht werden, weil das Gestänge oder Seil für die Betätigung des Vergasers oder der Einspritzpumpe dann nur in einem gewissen Bereich verkürzt und verlängert werden kann. Eine andere Möglichkeit, um die Drosselungseinrichtung zum Beispiel im Bereich höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten unwirksam zu machen, ist die Ausgestaltung der Kraft, mit welcher der Kolben hin- und herbewegt wird. Zum Beispiel kann man durch Begrenzung der Magnetkraft die Wirksamkeitsgrenze der Einrichtung voreinstellen.

Elektrisch kann man auch Intervallrelais einsetzen, die bereits als Großseriengeräte im Handel erhältlich sind. Sie eignen sich gut zum Nachrüsten bereits im Betrieb befindlicher Fahrzeuge.

Bei bereits mit Schubabschaltung versehenen Fahrzeugen kann das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich angewendet bzw- die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eingebaut werden, so daß man eine zusätzliche Verbesserung erhält, weil gemäß der Erfindung die physikalische Wirkung der kinetischen Energie zusätzlich und wirkungsvoll eingesetzt werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig, 1 schematisch die Antriebsanlage eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor und magnetischer Regeleinrichtung und

Fig. 2 die gleiche Darstellung der Anlage wie bei Fig. 1 , wobei jedoch ein anderer Betriebszustand gezeigt ist.

Mit 1 ist das Gehäuse einer elektromechanischen Regeleinrichtung dargestellt, die sozusagen eine Kupplungseinrichtung im Gasgestänge' 2, 2' ist. Mit anderen Worten ist das Gasgestänge 2, 2' unterbrochen und an die Unterbrechungsstelle die Kupplungseinrichtung in Form des Gehäuses 1 der elektromechanischen Regeleinrichtung eingebaut. Dabei ist gemäß Darstellung das linke Gasgestänge 2 an der linken Stirnwand des Gehäuses T und das rechte Gasgestänge 2* am Kolben 3 bzw. der Kolbenstange 4 befestigt.

An dieser sind ferner im Abstand voneinander zwei Anschläge 5 und 6 angebracht. Der in der Darstellung linke Anschlag

befindet sich innerhalb des Gehäuses 1 und steht unter der Drucklast der Feder 9. Diese stützt sich auf der dem Anschlag 5 benachbarten Seite gegen eine Kappe 1O und auf der gegenüberliegenden Seite gegen eine Zwischenwand 11 des Gehäuses 1 ab, durch welche über eine nicht näher bezeichnete öffnung die Kolbenstange 4 hindurchgeht. Der im Abstand von dem linken Anschlag 5 an der Kolbenstange 4 rechts angeordnete zweite Anschlag 6 befindet sich außerhalb des Gehäuses 1 und liegt im Zustand der Regeleinrichtung der Fig. 1 an der rechten Stirnwand 12 an, durch welche über ein ebenfalls nicht näher bezeichnetes Loch die Kolbenstange 4 hindurchzugehen vermag.

Am rechten Ende des Gasgestänges 2' ist ein als Treibstoffregler oder Ventil ausgestaltetes Gerät 7 angebracht, welches die Öffnung für die Kraftstoffzufuhr aus der nicht gezeigten Zulauf leitung in den Raum des Antriebs zyli-nders 13 je nach der Stellung des Gestänges 2¹ steuert.

Die der Stirnwand 12 des Gehäuses 1 gegenüberliegende linke Stirnwand ist über das linke Gestänge 2 mit einer Stelleinrichtung 8 verbunden, die z.B. durch das Gaspedal dargestellt werden kann.

Am linken Rand des Gehäuses 1 befindet sich innen ein elektrisch betätigbarer Magnet 14, welchem der ein magnetisierbares Material aufweisende Kolben 3 gegenübersteht. Der Magnet 14 wird vom Stellglied 19, z.B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Intervallrelais, periodisch gesteuert.

Bei dem Zustand der Fig. 1 hat das Stellglied 19 den Magneten 14 angesteuert, so daß dieser den Kolben 3 in Richtung des Pfeiles 15 nach links unter Überwindung der Kraft der Druckfeder 9 angezogen hat. Dadurch kommt die rechte Anschlagplatte 6 mit der rechten Stirnwand 12 des Gehäuses 1 in Anschlag. Gleichzeitig wird hierdurch ersichtlich das Gasgestänge 2, 2^r verkürzt. Dies könnte beispielsweise die Drosselstellung sein.

Wenn das Stellglied 19 eine Änderung des Betriebszustandes hervorruft/ erfolgt beispielsweise die Abschaltung des Magneten 14, so daß dann der Kolben 3 in Richtung des Pfeiles 16 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung nach rechts bewegt wird. Die Bewegung in dieser Richtung 16 erfolgt unter dem Druck der Feder 9, welche die im Gehäuse 1 befindliche Platte 5 nach rechts gegen die rechte Stirnwand 12 von der Innenseite zum Anschlag bringt. Dadurch wird ersichtlich das Gasgestänge 2,2' im Vergleich zu dem Zustand der Fig. 1 verlängert.

Selbstverständlich kann man den Zustand des verlängerten Gasgestänges als den Zustand mit Nennleistung oder alternativ auch als den Zustand der vorübergehenden Drosselung verwenden.

Claims

Dr. Dieter Weber Klaus Seiffert Dipl.-Chem. Dr. Dieter Weber · Dlpl.-Phye. Klaus Selftert Postfach Θ14Ε . 6200 Wiesbaden Deutsches Patentamt Zweibrückenstr. 12 8000 München 2 Patentanwälte D-6200 Wiesbaden Ϊ OUBtav-Freytnfi-etrnlSe 20 Tolofon 0ΘΙ 31/87 27 20 Telegrammadresse ι Wlllpatoiit Telex ι 4-18β247 POBtscliecki rrankfurt/Molii Batik: Dreedxier Bank AC;, Wlonhndun, Konto-Nr. 278807 (ULZ BlOSOO(IO) September 1931 S/st Ernst Spielvogel, 8902 Krumbach 2 Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einem Motor und· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche

1.) Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einem Motor, vorzugsweise einem Gas-, Dampf- oder Verbrennungsmotor, in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr periodisch von Nennlei-

stung gedrosselt und. nach bestimmter Dauer wieder zurück auf Nennleistung gesteigert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Drosselung und/oder .die Periode voreingestellt sind. . · ■"■ .

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3-6, 14, 19) zur periodischen Drosselung'der Kraftstoffzufuhr elektrisch, elektronisch, mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch gesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,. dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftfahrzeug in dem mit dem Gaspedal (8) verbundenen Seil oder Gasgestänge (2, 2') eine Kupplungseinrichtung (1, 3, 4, 14) zwischengeordnet ist, in welcher ein periodisch gesteuert verschiebbarer Kolben (3) zum Verlängern und/oder· Verkürzen des Seiles oder Gasgestänges (2, 2') vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (1, 3, 4', 14) einen in einem zylindrischen Gehäuse (1) verschiebbaren Kolben (3) aufweist und das Gasgestänge einerseits (2) am Gehäuse (1) und andererseits (2¹) am Kolben (3) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) von einem Magneten (14) betätigbar ist und auf dem am Kolben (3) befestigten Gestänge (2') im Abstand voneinander zwei Anschläge (5, 6)

angebracht sind, von denen mindestens einer (5) unter Federspannung steht.