DE2017141A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Treibstoffverbrauches eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Treibstoffverbrauches eines Kraftfahrzeuges Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung; zur Messung der Treibstoffmenge, die ein Kraftfahrzeug bei Zurücklegung einer bestimmten Fahrstrecke verbraucht.
• Es ist bekannt, die von einem Kraftfahrzeug verbrauchte Treibstoffmenge in der Weise zu messen, daß in einen Meßzylinder eine bestimmte Treibstoffmenge eingefüllt wird und die mit dieser Treibstoffmenge mit möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeit zurückgelegte Strecke gemessen wird. Anderseits besteht aber auch die Möglichkeit, eine Strecke genau auszumessen und die für die I)ur"'ch-' fahrung dieser Strecke benötigte Treibstoffmenge in einem mit Meßmarken versehenen Zylinder zu messen. Diese Messungen kennen bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten durchgeführt werden und ergeben so sehr genaue Resultate. Derartige Messungen sind jedoch mit einem er-" heblichen experimentellen Aufwand verbunden und können daher in der Regel nur von Werkstätten, Autotestern, usw.
• durchgeführt werden Die oben beschriebenen Verfahren sind insbesondere nicht geeignet, den momentanen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges laufend zu überwachen.
• Es besteht daher aus mehreren Gründen ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Messung derjenigen Treibstoffmenge, die eine Kraftfahrzeug in jedem beliebigen Fahrzustand verbraucht. Ein Grund kann z.B. der Wunsch sein, größere Strcken mit möglichst geringem Treibstoffverbrauch zurückzulegen. Eskann aber auch der Wunsch vorhanden sein, Veränderungen in der optimalen Einstellung des Motors möglichst frühzeitig zu erkennen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die es ermöglichen, den momentanen Treibstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges zu bestimmten und in einem Instrument, insbesondere einem Armaturenbrett-Instrument zur Anzeige zu bringen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,'daß zur Ermittlung des momentanen Treibstoffverbrauches dös Kraftfahrzeuges während der Fahrt zwei elektrische Signale er-.
• zeugt werden, wobei das erste Signal dem dem Motor zu-.
• fließenden Treibstoffstrom und das zweite Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist und daß auf elektrischem Wege der Quotient des ersten mit dem zweiten Signal gebildet und zur Anzeige gebracht wird.
• Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchfahrung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer Einrichtung zur Erzeugung eines des Treibstoffstrom propOrtionalen ersten elektrischen Signales, einer zweiten Einrichtung zur Erzeugung eines der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden zweiten elektrischen Signales, einer elektronischen Schaltung zur Bildung eines Quotientensignales des ersten mit dem zweiten Signal und einem in "Treibstoffmenge pro Fahrstrecken geeichten Instrument zur Anzeige des Quotientensignales.
• In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und dieses wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1a eine Turbine zur Umwandlung der Bewegung des Treibstoffstromes in elektrische Impulse, Fig. Ib eine Einrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung z.B. der Tachometerwelle in elektrische Impulse, Fig. 2 eine Impulsformerstufe zur Umwandlung der von der Einrichtung- nach Fig. 1b kommenden elektrischen Impulse in Rechteckimpulse, Fig. 3 eine monostabile Multivibratorstufe zurErzeugung von Rechteckimpulsen definierter Länge aus den von der Turbine nach Fig. 1a kommenden Impulsen, Fig, 4 eine Divisionsstufe zur Erzeugung eines Quotientensignals aus den Signalen nach der Impulsformerstufe von Fig. 2 und den Signalen der thltivibratorstufe von Fig. 3, und Fig. 5 eine Darstellung der in der Divisionsstufe an einem Kondensator auftretenden Impulsformen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den momentanen Kraftstoffverbrauch des fahrenden Kraftfahrzeuges in verbrauchter Treibstoffmenge pro gefahrener Strecke" zu bestimmen. Die-Dfferenzierung von Zähler und Nenner der Menge Größe nach der Zeit ergibt Strecke Menge = Menge/Zeit = Kraftstoffstrom Strecke Strecke/Zeit Fahrzeuggescheindigkeit Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des momentanen Kraftstoffverbrauches beruht also auf der Erkenntnis, daß der Kraftstoffverbrauch in jedem Augenblick dadurch erhalten wird, daß zwei elektrische Signale erzeugt werden, wobei das erste Signal dem dem Motor zufließenden Treibstoffetrom und das zweite Signal der Fahrz-euggeschwindigkeit proportional ist und daß auf, elektronischem Wege der Quotient des ersten mit dem zweiten Signal gebildet und zur Anzeige gebracht wird.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer ersten Einrichtung zur wrzeugung eines dem Treibstoffstrom proportionalen ersten Signals und einer zweiten Einrichtung zur Erzeugung eines der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen zweiten. elektrischen Signals. Als erste Einrichtung wird, wie in Fig. 1a wiedergegeben ist, eine in den Treibstoffstrom eingeschaltete kleine Turbine od.dgl. verwendet. Der Läufer 1 dieser- Turbine trägt an 5! einem äußeren Rand.
• Schaufeln 2 und unterbricht hiermit einen von einer Lichtquelle 3 auf eine.Fotozelle 4 auffallenden Lichtstrahl.
• Hierdurch werden dem Treibstoffstrom proportionale elektrische Impulse erzeugt. Es ist notwendig, daß, die Turbine in einem Bereich von 0,5 bis @0 cm/sek genau arbeitet, um in allen möglichen Fahrzuständen eine genaue Anzeige zu ermöglichen. Statt einer Turbine kann natürlich auch irgend ein anderer geeigneter Impulsgeber verwendet werden.
• Die zweite Einrichtung besitzt einen ähnlichen Aufbau wie die erste Einrichtung. Sie besteht aus, einer auf einer Welle 5 sitzenden Scheibe 6, die, mit lichtdurchlässigen Schlitzen 7 Versehen ist. In einer bevorzugten- Ausführungs'-form hat die Scheibe einen Durchmesser von 20 bs, 25 mm unci ist mit etwa 2.50 Schlitzen versehen. Von einer Lichtquelle 8 wird durch eine Schlitzblende 9 ein Lichtstrahl auf eine Silizium-Fotozelle 10 ausgesandt. Im Lichtstrahl dreht sich die Scheibe 6 und unterbricht diesen entsprechend der Drehfrequenz. Die zweite Einrichtung kann beispielsweise als Einbaugerät zwischen .der Tachometerwelle und dem Tachometer des Kraftfahrzeuges nachträglich eingebaut werden.
• Aufbau und Wirkungsweise der elektronischen Schaltungen sind wie folgt: In der Fig. 2 wird ein sogenannter Schmitt-Trigger wiedergegeben, dem Über einen Steuertransistor Tr1 die von der Fotozelle Fl erzeugten Impulse zugeführt werden. Die Fotozelle F1 ist mit der Fotozelle to der:-Figurf1b identisch.
• Die Fotozelle F1 ist einerseits mit der Basis des Transistors Trl und andererseits über einen veränderbaren Widerstand mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden. Der Emitter ist gleichfalls mit dem Pluspol verbunden, während der Kollektor +ber den Widerstand R5 mit dem Minuspol der Spannungsquelle und über den Widerstand R6 mit der Basis des Transistors Tr2 verbunden ist. Die beiden Transistoren Tr2 und Tr3 bilden einen Schmitt-Trigger, d.h. durch den Transistor Tr2 fließt erst dann Strom, wenn der Spannungsabfall am Widerstand R7 einen bestimmten Wert erreicht.
• Ist nun die Fotozelle F1 unbeleuchtet, so ist der Transistor Tr1 gesperrt. Dies hat zur Folge, daß am Transistor Tr2 die Basis gegenüber dem Emitter negativ ist, so daß durch den Transistor Tr2 Strom fließt und der Transistor Tr3 sperrt.
• Wird nun die Fotozelle F1 beleuchtet, so kehren sich die Vorgänge um: Durch den Transistor Tr1 fließt Strom, was zur Folge hat, daß der Transistor Tr2 gesperrt ist und durch den Transistor Tr3 Strom fließt.
• Der Transistor Tr2 schaltet, wie bereits ausgeführt wurde, erst, wenn der-Spannungsabfall am Widerstand R7 bzw. der Strom durch den Widerstand R7 einen bestimmten Wert.erreicht hat. Die Impulse zwischen der Basis und dem Emitter von Tr1 haben etwa die in Figur 2 wiedergegebene Form.
• Bs sei nun angenommen, daß einerseits die volle Impulshöhe einem Strom von 1 mA entspricht und daß andererseits durch den Kollektor des Transistors Tr3 dann Strom fließt, wenn durch die Basis ein Strom von 0,5 mA fließt. In diesem Falle ist das Verhältnis der Zeit, in welcher der Transistor Tr1 sperrt zu der Zeit, in welcher er durchläßt etwa 1 : 1. Wird nun der Widerstand R4 vergrößert, so muß das Fotoelement F7 eine höhere Spannung abgeben, damit durch die Basis von Tr7 wieder ein Strom von 0,5 mA fließt.
• Durch den Kollektor von Trl fließt also etwas später Strom und der Strom wird auch früher abgeschaltet. Durch den Widerstand R4 ist es also möglich, das Phasenverhältnis am Kollektor von Tr3, d.h. am Ausgang des Schmitt-Triggers in gewissen Grenzen zu beeinflussen.
• Zusammenfassend kann festgestellt werden: Der Transistor Tr3 läßt über seinen IrSollektor Strom durch oder unterbricht diesen in Abhängigkeit von der von der Fotozelle Fl abgegebenen Impulsfrequenz. Das Verhältnis der Auf- und Zu-Zeiten kann in bestimmten Grenzen durch den Widerstand R4 verändert werden.
• Die in Figur 3 wiedergegebene Schaltung für die von dem Durchflußmengenmesser erzeugten Impulse ist. eine bekannte monostabile Multivibratorschaltung. Fällt auf die Fotozelle F2 des Durchflußmengenmessers für den Treibstoffstrom kein Licht, dann wird der Transistor Tr5 und damit der Ausgang B eine bestimmte konstante Zeit von z.B. 8 msec stromleitend.
• Die Division beider Impulse erfolgt in einer in Figur 4 wiedergegebenen Divisionsstufe. Der Eingang A der Divisionsstufe wird mit dem Ausgang A des Schmitt-Triggers und der Eingang B der Divisionsstufe mit dem Ausgang B des monostabilen Mhltivibrators verbunden.'Die Divisionsstufe be-.steht aus einem Kondensator C6, einem mit Kollektor und * Emitter parallel zum Kondensator C6 liegenden ersten Transistor Tr8 und einem mit Emitter und Kollektor in Reihe mit dem Kondensator C6 und dem ersten Transistor Tr8 liegenden zweiten Transistor Tr9. Der Basis des Transistors Tr8 werden über einen Spannungsteiler R20, R21 die vom Kollektor des Transistors Tr3 abgegebenen Ausgangsimpulse zugeführt. Wenn also Tr3 gesperrt ist, ist auch Trb gesperrt. Der Kondensator C6 wird also über Tr9 aufgeladen und kann durch Tr8 entladen werden. Durch den Transistor Tr9 fließt ein konstanter Strom, dessen, Wert vom Widerstand R22 abhängt. Dadurch erfolgt der Spannungsanstieg an C6 linear, z.B. mit 20 V/msec. Beträgt die Zeit, in welcher der Transistor TrS zu ist z.B. 0,) msec, so wird der Kondensator C6 auf 0,3 msec x 20 V/msec = 6 V aufgeladen. Wird die Fotozelle F1 aber nur 0,15 msec beleuchtet, fährt das Fahrzeug also schneller, dann wird der Kondensator C6 nur auf 0,15 msec x 20 V/msec = 3 V aufgeladen. Die am Kondensator C6 auftretende Spannung ist also der Fahrzeuggeschwindigkeit umgekehrt proportional (siehe Fig. 5).
• Parallel zum Kondensator C6 liegt ein dritter Transistor Tris, der normalerweise stromleitend ist. Tritt jedoch am Eingang B eine Spannung auf, so sperrt der Transistor TrIO und der Kondensator C6 wird aufgeladen. Die im Kondensator C6 vorhandene Ladung fließt über den hochohmigen Widerstand R23 zum Kondensator C7, dessen Ladungszustand daher dem zeitlich gemittelten Ladungszustand des Kondensators C6 entspricht. Uber einen weiteren hochohmigen Widerstand R26 wird die am Kondensator C7 liegende Spannung an die Basis des Transistors Tril gelegt, in dessen Smitter-IÇollektor-Stromkreis das Anzeigeinstrument M liegt.
• Die Vorrichtung nach der erfindung soll universell für jedes Kraftfahrzeug einsatzfäiiig sein. Da aber die Tachometerkonstanten der Kraftfahrzeuge über einen weiten Bereich variieren können, besteht nicht nur die Möglichkeit, über den Widerstand R4 das Pausenverhältnis des Schmitt-Triggers, sondern auch über den Widerstancl R22 den Spannungsanstieg am Kondensator C6 zu beeinflussen. Soll das Gerät geeicht werden, so wird zunächst über einen Schalter der Multivibrator von der Divisionsstufe und damit der den Treibstoffstrom anzeigende Teil der Vorrichtung abgetrennt. Sodann wird durch Umlegen der Schalter 2 und 3 der Widerstand R29 mit dem Anzeigeinstrument I;I in Reihe und beide zu dem Widerstand R28 parallel geschaltet, der den gleichen Wert wie der Innenwiderstand des Anzeigeinstrumentes M hat.
• Wenn das Fahrzeug jetzt eine bestimmte Geschwindigkeit fährt, braucht das Anzeigeinstrument M durch geeignete Einstellung von R4 und R22 nur auf einen bestimmten Wert eingestellt zu werden.
• Nebenbei ist es sehr einfach möglich, die Vorrichtung auch als Drehzahlmesser zu verwenden. In diesem Falle werden nur die vom Zündkabel Z (Fig. 3) induktiv abgenommenen Zündimpulse dem Eingang des Multivibrators zugeführt. Hierzu wird der Schalter 1 umgelegt. Gleichzeitig wird auch der Schalter 2 umgelegt, sodaß über -diW Widerstände R25 und R19 das Anzeigeinstrument M als spannungsmesser dient.
• Die vorstehend beschriebene Vorrichtung besitzt den-großen Vorteil, den Treibstoffverbrauch - eines Kraftfahrzeuges unmittelbar in ftMenge pro Fahrstrecke", also z.B. in "Liter pro 100 km", unabhängig vom Fahrzustand des Fahrzeuges bei Geschwindigkeiten von 20 bis 200 km/h und Motorleistungen von 30 bis 200 PS und jeder beliebigen Tachometerkonstante anzuzeigen.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Treibstoffmenge, die ein Kraftfahrzeug bei Zurücklegung einer bestimmten Fahrstrecke verbraucht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des momentanen Kraftstoffverbrauches des Kraftfahrzeuges wåhrend der Fahrt zwei elektrische Signale erzeugt werden, wobei das erste Signal dem dem Motor zuSließenden Treibstoffstrom und das zweite Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist, und daß auf elektronischem Wege der Quotient des ersten mit dem zweiten Signal gebildet und zur Anzeige gebracht, wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines dem Treibstoffstrom proportionalen ersten elektrischen Signals, eine zweite Einrichtung zur Er-Erzeugung eines der Fahrzeuggeschwind,igkeit proportionalen zweiten elektrischen Signals, eine elektronische Schaltung zur Bildung eines Quotientensignals des ersten mit dem zweiten Signal, und ein in "Treibstoffmenge pro Fahrstrecke" geeichtes Instrument zur Anzeige des Quotientensignales.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet; daß die erste Einrichtung aus einer in den Treibstoffstrom eingeschalteten kleinen Turbine od.dgl. besteht, deren Läufer (1) einen von einer Lichtquelle (2) auf eine Fotozelle (3) auffallenden Lichtstrom unterbricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung aus einer mit der Tachometerwelle des Fahrzeuges verbundenen, lichtdurchlässige Segmente (7) aufweisenden Scheibe (6) besteht, die einen von einer zweiten Lichtquelle (8) auf eine zweite Fotozelle (10) auffallenden Lichtstrahl unterbricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zweiten Einrichtung erzeugten, der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Impulse durch einen als Impulsformerstufe dienenden Schmitt-Trigger in Rechteckimpulse umgeformt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Einrichtung erzeugten,-dem Treibstoffstrom proportionalen Impulse einem monostabilen Multivibrator zugeführt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, gekennzeichnet durch eine Divisionsstufe, die aus einem Kondensator (C6), einem mit Kollektor und Emitter parallel zum Kondensator (C6) liegenden ersten Transistor (Tr8), einem mit Emitter und Kollektor in Reihe mit dem Kondensator.(C6) liegenden zweiten Transistor (Tr9) und einem mit Emitter und Kollektor parallel zum ersten Transistor (Tr8) und Kondensator (C6) liegenden dritten Transistor (Tr10) besteht, wobei der durch den zweiten Transistor (Tr9) fließende konstante Strom am Kondensator (C6) einen konstanten Spannungsanstieg hervorruft und der erste Transistor (Tr8) durch die an seine Basis gelegten Rechteckimpulse des Schmitt-Triggers und der dritte Transistor (Trio) durch die an seile Basis gelegten Rechteckimpulse des Multivibrators gesteuert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Ladungszustand des ersten Kondensators (C6) über einen hochohmigen Widerstand (R23) auf einen zweiten Kondensator (C7) übertragen wird, dessen Spannungszustand über einen zweiten hochohmigen Widerstand (R26) an die Basis eines Transistors (Tr11) gelegt wird, in dessen Emitter-Kollektor-Stromkreis ein Anzeigeinstrument (ist) liegt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Motordrehzahl der Multivibratorstufe anstelle der Impulse der ersten Einrichtung die ZUndimpulse des Motors zugeführt werden.