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Leistungsregelung von Kraftmaschinen in Verbindung mit Getrieben Kraftmaschinen
werden durch unmittelbare oder mittelbare Beeinflussung des Regelorgans für die
Energiezufuhr in ihrer Leistung geregelt. Bei Brennkraftmaschinen, auf die sich
die folgenden Bemerkungen vorzugsweise beziehen, erfolgt die bekannteste Leistungsregelung
durch Drosselung (der angesaugten Luft und des Gases oder des Luft-Gas-Gemisches
oder des Luft-Brennstoff-Gemisches) oder durch Güteregelung (Änderung der eingespritzten
oder eingeblasenen Brennstoffmenge). Die Drosselregelung und die Güteregelung werden
entweder unmittelbar von Hand vorgenommen oder über eine Automatik, deren bekannteste
die Drehzahlenregelung ist, bei der ein Fliehkraftregler bei Abweichung von der
konstanten oder gewählten Drehzahl auf das Regelorgan wirkt. Für jede Kraftmaschine
läßt sich nun eine »Linie günstigster Leistungsregelung« zeichnen, die angibt, bei
welcher Drehzahl die jeweils geforderte Leistung am günstigsten dargeboten werden
kann. Trägt man beispielsweise die Leistung eines Viertaktottomotors über der Drehzahl
mit den Brennstoffverbräuchen in Parametern auf, so ergeben sich vier markante Punkte:
I. Die Leerlaufdrehzahl. Diese liegt bei der niedrigsten Drehzahl, bei der der Motor
noch ohne Leistungsabgabe gleichmäßig läuft. Sie beträgt etwa I5o/o der Dauerleistungsdrehzahl.
Von diesem Punkt führt eine Gerade oder Kurve je nach der Charakteristik des Motors
zu Punkt 2.
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2. Die niedrigste Vollgasdrehzahl. Sie liegt bei etwa 451/o der Dauerleistungsdrehzahl.
Hier ist in
der Regel der spezifische Brennstoffverbrauch am geringsten
und das Drehmoment am höchsten (etwa 3oo/o über dem Dauerleistungsmoment, bei etwa
6o% der Dauerleistung).
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3. Die Dauerleistungsdrehzahl.
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q.. Die Kurzleistungsdrehzahl, die heute häufig mit der Dauerleistungsdrehzahl
etwa zusammenfällt. Beim Zweitaktottomotor liegt der günstigste Brennstoffverbrauch
in der Regel auch für höhere Leistung im Teillastgebiet. Ähnliches gilt für den
Dieselmotor, bei dem außerdem häufig zur Erzielung der größtmöglichen Leistung ein
Überlastgebiet geschaffen wird, in dem der Motor verhältnismäßig unwirtschaftlich
bei nicht ganz rauchfreier Verbrennung läuft. Bei diesen Motoren verläuft die Linie
günstigster Leistungsregelung vom Kurzleistungspunkt unterhalb der Vollgas- bzw.
Vollfüllungslinie und unterhalb des Punktes 2 zum Punkt i.
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Diese für jeden Motor bekannteLinie güngstigster Leistungsregelung
kann man bei Verwendung der stufigen Wechselgetriebe im Kraftwagen beispielsweise
nicht einhalten. Wird der Motor unter Benutzung des am meisten gebrauchten großen
Fahrganges gefahren, so ist die Motorendrehzahl unmittelbar von der Fahrgeschwindigkeit
abhängig. Wenn der Wagen etwa mit Höchstgeschwindigkeit gefahren wird, so ist die
Motorendrehzahl zwangsweise die Dauerleistungs-Drehzahl. Auch wenn im Gefälle nur
2o 0/0 der Dauerleistung gebraucht werden, muß der Motor mit der Dauerleistungsdrehzahl
gefahren werden, während der Punkt gleicher Leistung auf der Linie günstigster Leistungsregelung
auf etwa 2oo/o derDauerleistungsdrehzahl liegt. Infolgedessen beträgt der Brennstoffverbrauch
etwa das Dreifache von dem geringstmöglichen und die Motorendrehzahl etwa das Fünffache.
Demgemäß ist die Laufruhe geringer und die Abnutzung unnötig hoch.
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Auch bei Verwendung von hydrodynamischen Getrieben mit oder ohne nachgeschaltetem
Wechselgetriebe werden diese Verhältnisse nichtgünstiger. Der Motor läuft im Ggenteil
mit einer um den Schlupf höheren Drehzahl als bei Verwendung eines mechanischen
Getriebes. Erst bei Verwendung eines stufenlosen Getriebes mit frei wählbarem übersetzungsverhältnis
(Beispiel: hydrostatisches Getriebe) oder von außen beeinflußbarem Übersetzungsverhältnis
(Beispiel: Strömungsgetriebe mit verstellbaren Schaufeln) wäre es möglich, entlang
der Linie günstigster Leistungsregelung zu fahren. Dies ist jedoch bisher nicht
gelungen, da man auch bei Verwendung solcher Getriebe den Bedienungsmann das Regelorgan
für die Energiezufuhr unmittelbar oder mittelbar beeinflussen läßt. Eine Teillösung
brachte ein Vorschlag, Drosselklappe und Getriebeübersetzung über nachgiebige Gestänge
zu bedienen. Bei dieser Regelung wird der Regel- oder Leistungsbereich in zwei Abschnitte
unterteilt. Im ersten stellt der Fahrer mit dem Bedienungshebel die Drosselklappe
ein, während der Motor von einem die Getriebeübersetzung verstellendenDrehzahlenreglerauf
einer konstanten unteren Drehzahl gehalten wird. Im zweiten Abschnitt wird die Drosselklappe
offengehalten, und der Fahrer verstellt mit dem gleichen Hebel die Getriebeübersetzung,
wobei der Drehzahlenregler ein Unter- und Überschreiten der zulässigen Motorendrehzahl
verhindert. Bei dieser Regelung wird der Motor den obengenannten Punkten :2 und
q. entlang der Linie günstigster Leistungsregelung gefahren. Unterhalb des Punktes
2 arbeitet die Regelung jedoch nicht befriedigend, da nunmehr mit konstanter Drehzahl
und nicht entlang der für den Motor günstigsten Regellinie zwischen den Punkteil
i und :2 gefahren werden kann. Die Innehaltung der Linie günstigster Leistungsregelung
zwischen den Punkten i und :2 ist jedoch für die Laufruhe, die Lebensdauer und die
Wirtschaftlichkeit der Anlage von ausschlaggebender Wichtigkeit. Dieser Bereich
pflegt mehr als die Hälfte (im obigen Beispiel 6o %) des gesamten Leistungsbereiches
zu umfassen; Kraftwagen werden in der Regel über 9o % ihrer Gesamtlaufzeit in diesem
Bereich gefahren. Ferner ist diese Regelung nur für Viertaktottomotoren ver-. wendbar.
Bei Zweitaktottomotoren und Dieselmotoren bringt sie keinen Vorteil,- da auch im
zweiten Abschnitt diese Motoren nicht entlang der Vollgas-oder Vollfüllungslinie
gefahren werden sollen.
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Ein weiterer Vorschlag sucht die Aufgabe dadurch zu lösen, daß der
Bedienungsmann die Drosselklappe unmittelbar einstellt und mit dem gleichen Bedienungshebel
die Trennstelle zwischen zwei Kontaktschienen. Auf diesen gleitet ein Schleifkolitakt,
der durch einen vom Motor getriebenen Drehzahlenmesser bewegt wird. Durch Schleifkontakt
und Kontaktschiene wird ein Stromkreis geschlossen, der über einen Servomotor die
Getriebeübersetzung verstellt. Abgesehen davon, daß diese Einrichtung mehr Aufwand
erfordert, als die nachfolgend beschriebene Erfindung, erreicht sie auch nur für
den -beim Straßenfahrzeug seltenen -Beharrungszustand die gleiche Wirkung-. Will
der Fahrer aus dem augenblicklichen Beharrungszustand, der bei Punkt i liegen möge,
kräftig beschleunigen, stellt er als neuen Beharrungszustand etwa Punkt 3 ein. Dabei
öffnet er sofort die Drosselklappe vollständig, während die Nachlaufsteuerung erst
allmählich die dieser Drosselklappenstellung entsprechende Motorendrehzahl einregeln
kann. Der Motor kommt daher tief in das gefährliche Gebiet hoher Drehmomente bei
niedrigen Drehzahlen hinein. Beim Zweitaktottomotor und beim Dieselmotor verläuft
jeder Regelvorgang in Richtung auf höhere Motorendrehzahl oberhalb der Linie günstigster
Leistungsregelung. Die vorliegende Erfindung läßt dagegen im extremen Fall (plötzliches
und völliges Loslassen des Fußhebels) ein Laufen des Motors unterhalb dieser Linie
zu - dies ist für den Motor ungefährlich-, ein Laufen oberhalb ist jedoch nicht
möglich.
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Nach der Erfindung wird jede vorgegebene und für den jeweilig verwandten
Motor charakteristische Linie günstigster Leistungsregelung zwangsweise nachgefahren,
indem dem Bedienungsmann die mittelbare oder unmittelbare Bedienung des Regelorgans
für die Energiezufuhr entzogen wird und jeder Drehzahl der Kraftmaschine eine bestimmte
Stellung dieses Regelorgans zugeordnet wird, so
daß diese Stellung
ausschließlich von der Drehzahl abhängig ist. Die Betätigung des Regelorgans wird
durch einen vom Motor getriebenen Fliehkraftregler durchgeführt, durch den Öldruck
einer motorgetriebenen Pumpe oder ein äquivalentes Mittel. Die Leistungsregelung
wird dagegen durch Änderung der Getriebeübersetzung vorgenommen, und zwar entweder
durch den Bedienungsmann unmittelbar, indem beispielsweise an den Fußgashebel des
Kraftwagens statt der Drosselklappe die Verstellung der Getriebeübersetzung angehängt
wird, oder die Übersetzung wird selbsttätig so geregelt, daß sich eine gewählte
An- oder Abtriebsdrehzahl einstellt.
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Der Erfindungsgedanke besteht also gewissermaßen in einer Umkehrung
der bisherigen Regelung, indem die Stellung des Regelorgans für die Energiezufuhr
unmittelbar von der Drehzahl abhängig gemacht wird, ohne daß der Bedienungsmann
mittelbar oder unmittelbar auf die Stellung des Regelorgans Einfluß nehmen kann,
während sich die Tätigkeit des Bedienungsmannes nach dem Erfindungsgedanken auf
die unmittelbare oder mittelbare Verstellung der Getriebeübersetzung beschränkt.
Bei der praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens ergibt sich eine gewisse
Modifikation dadurch, daß zum Probelauf und Warmlaufenlassen des Motors bei der
Leerlaufstellung des Getriebes die Möglichkeit geschaffen werden soll, den Motor
mit verschiedenen Drehzahlen laufen zu lassen, daß bei völligem Freilassen des Fußgashebels
gleichzeitig die Drosselklappe geschlossen wird usw. Diese Modifikationen ändern
jedoch nichts Grundsätzliches an dem geschilderten Erfindungsgedanken.
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Für die Anwendung des Erfindungsgedankens ist es nicht nötig, daß
die Getriebeübersetzung unabhängig vom Abtriebsmoment usw. ist; sie muß nur in genügend
weiten Grenzen bei jedem Abtriebszustand beeinflußbar sein. Bei Anwendung des Erfindungsgedankens
auf stufige Getriebe ist zu beachten, daß bei jeder Übersetzung nur ein Gleichgewichtszustand
zwischen An- und Abtriebsdrehzahlen und -momenten besteht. Wenn diese Beschränkung
nicht in Kauf genommen werden kann, muß man sich mit einer Kombination der bisherigen
Regelung und der hier vorgeschlagenen begnügen.