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Vorrichtung zum Regeln der Motorleistung bei mit stufenlosem Getriebe
und bei mit halbselbsttätig schaltendem Stufengetriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der Motorleistung bei
mit stufenlosem Getriebe und bei mit halbselbsttätig schaltendem Stufengetriebe
ausgerüsteten Kraftfahrzeugen.
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Bekanntlich erfordert der Antrieb eines Kraftfahrzeuges eine durch
den Fahrwiderstand und die Geschwindigkeit bestimmte Motorleistung. Die Einstellung
dieser Motorleistung kann sowohl durch Regeln der Drosselklappenstellung und damit
des Drehmomentes des Motors als auch durch Regeln der Übersetzung und damit der
Drehzahl des Motors vorgenommen werden, wobei nur die eine oder nur die andere Regelung
oder beide Regelungen gleichzeitig erfolgen können.
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Zu jeder möglichen Motorleistung gibt es aber nur eine bestimmte Motordrehzahl
mit einer bestimmten Drosselklappenstellung, um den bei dieser Leistung geringsten
Brennstoffverbrauch zu erzielen. Ebenso gehört zu jedem Fahrwiderstand eine bestimmte
Übersetzung, die die größte Beschleunigung bzw. die größte Fahrgeschwindigkeit erzielen
läßt, nämlich die Übersetzung, bei welcher der Motor seine Höchstleistung erreicht.
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Ein mit Schaltgetriebe ausgerüstetes Fahrzeug
läßt
weder die Regelung auf den geringsten Brennstoffverbrauch noch auf die größte Beschleunigung
und Fahrgeschwindigkeit zu, da die Übersetzung nur sprunghaft geändert werden kann.
Durch ein stufenloses Getriebe läßt sich der Nachteil der sprunghaften Übersetzungsänderung
vermeiden. Bei mit stufenlosem Getriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeugen kann nach
der Erfindung eine günstigste Regelung der Motorleistung durch Betätigung eines
Regelpedals in der gleichen Weise wie bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe vorgenommen
werden, nämlich in dem Sinne, daß beim Niedertreten des Pedals die Motorleistung
und damit die Fahrgeschwindigkeit zunehmen und beim Zurückgehen des Pedals die Motorleistung
und damit die Fahrgeschwindigkeit abnehmen, und zwar wie folgt: Solange, und nur
so lange die Motorendrehzahl innerhalb der für den Motor zulässigen Mindestdrehzahl
und der für die Höchstleistung des Motors erforderlichen Drehzahl, im folgenden
kurz Höchstleistungsdrehzahl genannt, liegt, kann durch Niedertreten des Regelpedals
die Untersetzung vergrößert und durch Zurückgehen verringert werden, wobei durch
einen die Motordrehzahl abnehmenden Zähler ein Schalter, in Abhängigkeit von der
abgenommenen Drehzahl, den Offnungsgrad der Drosselklappe so steuert, daß zu jeder
Drehzahl die Leistung mit dem geringsten spezifischen Brennstoffverbrauch eingestellt
ist.
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Hierdurch wird erreicht, daß erstens eine Bedienung des Regelpedals
die gleiche Wirkung auf die Fahrgeschwindigkeit ergibt wie eine entsprechende Bedienung
des Gaspedals bei einem Kraftfahrzeug mit Schaltgetriebe, unter Fortfall einer besonderen
Schaltbedienung, und zweitens, daß sich bei dem Bedienen des Regelpedals die Übersetzung
und die Drosselklappe selbsttäxig so einstellen, daß jede Leistung mit dem geringstmöglichen
Brennstoffverbrauch erreicht wird.
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Hierbei kann die Verstellung der Übersetzung dadurch erfolgen, daß
das Regelpedal unter dem Einfluß einer Rückstellkraft steht und von einem Verstellhebel
des Getriebes, der unter einer kleineren aber entgegengesetzt wirkenden Rückstellkraft
steht, gefolgt wird. Dadurch wird erreicht, daß beim Niedertreten des Regelpedals
nur so lange eine Vergrößerung der Untersetzung und daß beim Loslassen des Regelpedals
nur so lange eine Ver-, ringerung der Untersetzung erfolgt, wie der Verstellhebel
des Getriebes nicht festgehalten wird.
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Wenn der Motor die Höchstleistungsdrehzahl erreicht hat, können durch
den Motordrehzahlzähler über einen Schalter eine die Verstellung des Getriebes auf
größere Untersetzung hindernde Sperre, und bei weiterem Wachsen der Drehzahl der
Verstellhebel des Getriebes auf Verringerung der Untersetzung zum Ansprechen gebracht
werden. Hierdurch wird erreicht, daß beim vollständigen Niedertreten des Regelpedals
der Motor sich selbsttätig auf seine Höchstleistung regelt.
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Hierbei kann die durch den Schalter zum Ansprechen zu bringende Kraft
zur Getriebeverstellung vom Motor abgeleitet sein, und zwar hinter der Motorkupplung.
Hierdurch wird eine besondere Kraftquelle für die selbsttätige Regelung erspart.
Außerdem wird eine schädliche Krafteinwirkung auf die Getriebeverstellung bei nichtlaufendem
Getriebe unmöglich gemacht.
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Wenn der Motor die zulässige Mindestdrehzahl erreicht hat, können
durch den Motordrehzahlzähler über einen Schalter eine die Verstellung des Getriebes
auf kleinere Untersetzung hindernde Sperre und bei weiterem Abnehmen der Drehzahl
der Verstellhebel des Getriebes auf Vergrößerung der Untersetzung zum Ansprechen
gebracht werden. Hierdurch wird erreicht, daß beim Loslassen des Regelpedals die
Motordrehzahl nicht unter die zulässige Mindestdrehzahl sinken kann.
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Hierbei können das Sperren des Verstellhebels und die Getriebeverstellung
bei der Höchstleistungsdrehzahl und bei der Mindestdrehzahl durch eine gemeinsame
Sperre erfolgen, wenn die Verbindung zwischen Sperre und Verstellhebel durch eine
Umkehrkupplung erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß statt zweier Sperr- und Rückdrehvorrichtungen
nur je eine benötigt wird.
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Die Betätigung des Regelpedals kann über ein Gaspedal erfolgen, das
unabhängig von der selbständigen Verstellung der Drosselklappe wirkend, den Offnungsgrad
der Drosselklappe nach oben begrenzt, und zwar so, daß durch Niedertreten des Gaspedals
unter Überwindung einer zwischen Gaspedal und Regelpedal wirkenden Rückstellkraft
der Winkel zwischen den beiden Pedalen verkleinert ' wird. Bei losgelassenem Gaspedal
hat der Winkel seinen Größtwert und die Drosselklappe ist geschlossen. Durch Niedertreten
des Gaspedals erhält die Drosselklappe eine wachsende öffnungsmöglichkeit, und wenn
der Winkel zwischen Gaspedal und Regelpedal gleich Null ist, kann die Drosselklappe
durch die selbsttätige Regelung voll geöffnet werden. Bei weiterem Niedertreten
des Gaspedals wird das Regelpedal vom Gaspedal mitgenommen. Hierdurch wird erreicht,
daß erstens durch vollständiges Loslassen des Gaspedals ohne Unterschreitung der
Mindestdrehzahl des Motors die Antriebsleistung des Motors bis auf Null geregelt
werden kann, und zweitens durch Niedertreten des Regelpedals unter Loslassen des
Gaspedals jede mögliche Bremsleistung des Motors ausgenutzt werden kann.
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Durch eine kleine Veränderung läßt sich die oben gekennzeichnete Regelvorrichtung
auch bei mit halbselbsttätig schaltendem Stufengetriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeugen
anwenden. Unter halbselbsttätig sind hierbei alle Getriebe verstanden, bei denen
nach Einstellen einer bestimmten Hebelstellung oder Betätigen eines bestimmten Druckknopfes
das Getriebe sich selbsttätig auf eine bestimmte Übersetzung schaltet. Die Veränderung
besteht darin, daß der Verstellhebel des Getriebes die Schaltung auslöst und daß
das Regelpedal so von dem Gaspedal betätigt wird, daß sich zwischen jeder Schaltstufe
der Winkel zwischen Regelpedal und Gaspedal periodisch verkleinert und vergrößert.
Hierdurch wird erreicht, daß erstens die
Bedienung genau so erfolgt
wie bei Anwendung der Regelvorrichtung für stufenlose Getriebe, also unter Fortfall
einer besonderen Schaltbedienung, daß zweitens näherungsweise jede Leistung mit
dem geringstmöglichen Brennstoffverbrauch erreicht wird und daß drittens die durch
die sprunghafte Übersetzungsänderung entstehendenLeistungslücken auf der Kennlinie
des geringsten Brennstoffverbrauches durch die Regelung der Drosselklappe überbrückt
werden, wobei der Brennstoffverbrauch allerdings um ein geringes zunimmt.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung. -Abb. i stellt für einen bestimmten Motor das Diagramm der Motorleistung
in Abhängigkeit von der Motordrehzahl dar. Es sind die Linien gleicher Drosselklappenstellung,
die Linien gleichen Brennstoffverbrauches je Leistungseinheit und Zeiteinheit und
die Linie des für jede Leistung geringsten Brennstoffverbrauches eingezeichnet.
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Abb.2 läßt die grundsätzliche Ausbildung der Regelvorrichtung erkennen.
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Aus dem Diagramm Abb. i ergibt sich: i. Es gibt für jede Motorleistung
nur eine Drosselklappenstellung und eine bestimmte Motordrehzahl, bei denen der
-Brennstoffverbrauch ein Minimum ist. 2. Die Höchstleistung des Motors kann nur
bei einer ganz bestimmten Motordrehzahl erreicht werden. Bei einer größeren Motordrehzahl
sinkt die Leistung des Motors unter Vergrößerung des Brennstoffverbrauches.
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Bei der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung erfolgt die Regelung der
Motorleistung so, daß bei jeder Motordrehzahl die Drosselklappe sich selbsttätig
so einstellt, wie es die Linie des für jede Leistung geringsten Brennstoffverbrauches
in Abb. i angibt. Diese Abhängigkeit ist für jeden Motortyp eine andere und muß
durch Messungen auf dem Prüfstand ermittelt werden. Die Höchstleistung des Motors
stellt sich beim vollständigen Niedertreten des Regelpedals durch selbsttätige Regelung
der Übersetzung auf die Höchstleistungsdrehzahl selbsttätig ein.
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Zur Durchführung der Regelung ist als Ausführungsbeispiel der mit
einem Schalter vereinigte Drehzahlzähler i vorgesehen. Dieser Drehzahlzähler weist
einen Zeiger 2 auf und ist über eine Leitung 3, z. B. eine biegsame Welle, vom Motor
angetrieben. Die Ableitung des Antriebes ist hinter der Motorkupplung vorgenommen.
Der Zeiger 2 zeigt die Motordrehzahl an. Durch eine Marke 4 ist die Höchstleistungsdrehzahl
und durch die Marke 5 die Mindestdrehzahl festgelegt. Von dem Schalter geht eine
Leitung 6 zum Vergaser. Über diese Leitung stellt der Schalter die Drosselklappe
in :11)liängigkeit von der Stellung des Zeigers 2 so ein, daß zu jeder Motordrehzahl
die nach Abb. i erforderliche Stellung für den geringsten Brennstoffverbrauch vorhanden
ist.
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Die Getriebeverstellung erfolgt über die Welle 7, die mit dem Verstellhebel
8 fest verbunden ist.
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Der Verstellhebel8 wird durch eine Rückstellkraft, z. 13. eine Feder,
nach abwärts gegen das Regelpedal 9 gedrückt, das seinerseits unter dem Einfluß
einer größeren nach oben wirkenden Rückstellkraft steht. Beim Niedertreten des Regelpedals
9 folgt del Verstellhebel 8 diesem nach unten und verstellt das Getriebe so, daß
die Motordrehzahl im Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit wächst, d. h. die Untersetzung
vergrößert sich. Bei gleichbleibendem Fahrwiderstand nehmen die Motordrehzahl und
die Fahrgeschwindigkeit zu. Die Zunahme der Fahrgeschwindigkeit hält so lange an,
wie die Motordrehzahl unter der Höchstleistungsdrehzahl bleibt. Wird letztgenannte
Drehzahl erreicht, dann kommt der Zeiger 2 mit der Marke4 zur Deckung mit der Wirkung,
daß der Schalter über die Leitung io, mechanisch oder elektrisch, die Sperre zum
Ansprechen bringt, welche beispielsweise aus dem nur in einer Richtung drehbaren
Freilauf i i und der Umkehrkupplung 12 besteht. Die Umkehrkupplung verbindet den
Freilauf i i mit der Welle 7 des Getriebes. In der Sperrstellung ist die linke Seite
der Umkehrkupplung eingeschaltet, so daß der Verstellhebel8 nicht weiter abwärts
bewegt, wohl aber aufwärts bewegt werden kann.
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Ist das Regelpedal 9 vollständig niedergetreten und steigt die Motordrehzahl
bis zur Deckung des Zeigers 2 mit der Marke 4, so daß die linke Seite der Umkehrkupplung
12 eingeschaltet ist, dann wird bei weiterem Ansteigen der Drehzahl, kurz nachdem
der Zeiger die durch die Marke 4 angezeigte Stellung überschritten hat, der Freilauf
i i durch den Schalter mit der Scheibe 13 mechanisch oder elektrisch über die Leitung
14 gekuppelt. Die Scheibe 13 vermittelt eine Verbindung des Freilaufs i i mit einer
Ableitung 15 der Drehung vom Motor. Diese Drehungsableitung ist hinter der Kupplung
des Motors vorgenommen. Sie bewirkt eine Drehung der Welle 7 in Richtung des Aufwärtsbewegens
des Verstellhebels, wodurch die Untersetzung des Getriebes so lange verringert wird,
bis der Zeiger 2 wieder mit der Marke 4 zur Deckung kommt. Bei Eintritt dieser Zeigerstellung
löst der Schalter die Kupplung zwischen dem Freilauf i i und der Scheibe 13. Sinkt
die Motordrehzahl trotzdem, z. B. durch Änderung des Fahrwiderstandes, weiter, dann
löst der Schalter kurz nach Unterschreiten der Marke 4 durch den Zeigere auch die
Umkehrkupplung 12, so daß der Verstellhebel 8 sich dem Regelpedal 9 nähern kann
und eine Vergrößerung der Untersetzung des Getriebes stattfindet. Dieses Spiel wiederholt
sich ständig, wenn das Regelpedal 9 vollständig niedergetreten ist, so daß eine
selbsttätige Regelung auf die Höchstleistung des Motors stattfindet.
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Durch Loslassen des Regelpedals 9 wird die Untersetzung verkleinert,
die Motordrehzahl und die Fahrgeschwindigkeit sinken. Durch Betätigung des Regelpedals
9 kann somit bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl des Motors jede beliebige Motorleistung
zwischen der Höchstleistung und der Leistung, die bei der Mindestdrehzahl des Motors
den geringsten Brennstoffverbrauch ergibt, eingestellt werden, wobei durch die selbsttätige
Regelung der Drosselklappe jede Leistung mit dem geringstmöglichen
Brennstoffverbrauch-
erreicht wird. Beim Erreichen der Mindestdrehzahl des Motors kommt der Zeiger 2
mit der Marke g zur Deckung mit der Wirkung, daß der Sehalter die rechte Seite der
Umkehrkupplung a2 einschaltet. Es ergibt sich jetzt der umgekehrte Vorgang wie bei
der Höchstleistungsdrehzahl, d. h.. es erfolgt eine selbsttätige Regelung auf die
Mindestdrehzahl, wobei das Regelpedal 9 wohl nach abwärts bewegt werden kann, seine
Aufwärtsbewegung jedoch durch den Verstellhebel 8 begrenzt wird.
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Damit die Motorleistung bis auf Null geregelt werden kann, erfälgt
die Betätigung des Regelpedals 9 über das Gaspedal x6. Dieses. Gaspedal wirkt unabhängig
von der selbsttätigen Regelung der Drosselklappenstellung durch den Schalter i so
auf die Drosselklappe,, daß die Drosselklappe geschlossen ist, wenn der Winkel zwischen
dem Gaspedal und dem Regelpedal seinen Höchstwert hat und die Drosselklappe geöffnet
werden kann, wenn der Winkel zwischen den beiden Pedalen Null ist. Bei vollständig
losgelassenem Gaspedal 16 hat der Winkel zwischen dem Gaspedal und dem Regelpedal
durch eine zwischen diesen Pedalen wirkende Rückstellkraft seinen GröBtwert, und
die Antriebsleistung ist unter Beibehaltung der Mindestdrehzahl des Motors auf Null
gesunken. Beim Niedertreten des Gaspedals wird zuerst unter Überwindung der Rückstellkraft
der Winkel zwischen Gaspedal und Regelpedal auf Null gebracht und dann beim weiteren
Niedertreten das Regelpedal 9 mitgenommen.
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Um eine Bremsleistung des Motors zu erreichen, z. B. bei Bergabfahrt,
wird das Regelpedal 9 direkt betätigt bei losgelassenem Gaspedal 16, so daß sich
eine Bremsleistung ergibt, die in dem Diagramm Abb. i durch die Linie für die Nullstellung
der Drosselklappe dargestellt ist.
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Die Bedienung des Wagens erfolgt also genau so, wie bei einem mit
Stufengetriebe ausgerüsteten Wagen, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle des normalen
Gaspedals das mit dem Regelpedal 9 verbundene Gaspedal 1,6 bedient wird und ein
besonderes Schalten überflüssig ist.
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Abb. 3 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Änderung
der Regelvorrichtung bei einem mit halbselbsttätig schaltendem Stufengetriebe ausgerüsteten
Fahrzeug dar. Voraussetzung für die Anwendbarkeit ist eine genügend große Stufenzahl,
besonders der Übersetzung von kleiner Motordrehzahl zu großer Fahrgeschwindigkeit.
Der Verstellhebel 8 dient in diesem Falle dazu, über die Welle 7 die verschiedenen
Schaltstufen einzustellen. Die periodische Zu- und Abnahme des Winkels zwischen
dem Gaspedal 16 und dem Regelpedal 9 wird dadurch erreicht, daß an dem Gaspedal
16 ein mit einer Nockenscheibe 17 verbundenes Zahnrad 18 drehbar gelagert ist, das
sich auf einem feststehenden Zahnbogen i9 abwälzt. Die Nockenscheibe 17 drückt gegen
das Regelpedal 9 und bewirkt so, daß zwischen jeder Schaltetufe der Winkel zwischen
Regelpedal 9 und Gaspedal 16 einmal zu- und abnimmt. Die Regelung der Motorleistung
erfolgt in diesem Falle nicht mehr auf der Kennlinie des für jede Leistung geringsten
Brennstoffverbrauches wie bei dem stufenlosen Getriebe (s. Abb. i), sondern etwa
innerhalb der in Diagramm Abb. i durch die Linie des Brennstoffverbrauches i ioo/o
eingeschlossenen Fläche. Die Vergrößerung des Brennstoffverbrauches ist also nur
sehr gering.