WO2004020281A1 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen einstellen eines bootsantriebes - Google Patents

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WO2004020281A1
WO2004020281A1 PCT/DE2003/002625 DE0302625W WO2004020281A1 WO 2004020281 A1 WO2004020281 A1 WO 2004020281A1 DE 0302625 W DE0302625 W DE 0302625W WO 2004020281 A1 WO2004020281 A1 WO 2004020281A1
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boat
propeller
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speed
engine
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Franz Wieth
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Protec GmbH and Co KG
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H20/00—Outboard propulsion units, e.g. outboard motors or Z-drives; Arrangements thereof on vessels
    • B63H20/08—Means enabling movement of the position of the propulsion element, e.g. for trim, tilt or steering; Control of trim or tilt
    • B63H20/10—Means enabling trim or tilt, or lifting of the propulsion element when an obstruction is hit; Control of trim or tilt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/18—Propellers with means for diminishing cavitation, e.g. supercavitation
    • B63H2001/185—Surfacing propellers, i.e. propellers specially adapted for operation at the water surface, with blades incompletely submerged, or piercing the water surface from above in the course of each revolution

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the automatic setting of boat drives with propellers, in particular with so-called surface drives according to the preamble of the respective main claims for the method and the device.
  • the propeller Depending on the operating condition of the boat e.g. Accelerating, displacing or gliding requires the propeller to be immersed in the water at different depths, depending on the situation-related, optimal efficiency.
  • At least the parts of the boat drive that are outside the hull are adjustable in length Adjustment element movably connected to the stern of the boat, the so-called mirror.
  • the adjustment element is here with one of its two sides on the mirror of the boat and is attached with its other side to the housing of the propeller holder in a pivot bearing.
  • this angle is called the trim angle.
  • the propeller dives into the water at different depths.
  • the user of the boat can manually adjust the angle between the mirror and the drive axle from the boat in accordance with the respective operating state or loading state of the boat and thus also the immersion depth of the propeller.
  • Figure 1 shows an inboard and Figure 2 shows an outboard.
  • a motor 2 which is connected to a shaft 4 via a joint 3.
  • a propeller 5 At the end of the shaft 4 there is a propeller 5.
  • sensors are connected to the control unit 6, from which the control unit 6 receives signals em.
  • the sensors are a transmitter 7 which indicates the current position of the throttle control and a speedometer 8 which provides information about the current speed of the boat.
  • Further sensors are located in engine 2 and provide information about engine-specific parameters such as the engine speed, engine load, injection quantity, engine temperature or fuel consumption.
  • the information about the engine-specific parameters can also be taken from a control unit already on the engine side.
  • the control unit 6 in turn influences various actuators and control elements.
  • this is an actuator 9, by means of which the trim angle between the axis of the shaft 4 and the stern 10 of the boat 1 can be adjusted.
  • Further actuators and control elements are located in engine 2 and are also not shown. By in the engine located actuators and / or control elements, for example the fuel supply, the mixture preparation or parameters of the ignition can be set.
  • the position of the boat in relation to the water line 11 changes depending on the respective operating conditions.
  • the boat 1 follows the changes to the engine speed controller / throttle slightly delayed in its movements.
  • the driver's will can be recognized by the position of the engine speed controller.
  • An engine speed controller set to a high level shows that the driver wants to drive at high speed.
  • a change from the current speed level to a higher speed level indicates an acceleration process desired by the driver.
  • the desire for the strength of the acceleration can be derived. If the engine speed controller is in the end position, for example, this can be interpreted so that the driver wants to achieve maximum acceleration and / or maximum speed.
  • the current driver's will can also be derived from the withdrawal of the engine speed controller. A slight retraction indicates that the driver has completed the acceleration process and now wants to continue driving at the speed reached. A complete retraction of the throttle lever indicates braking.
  • the drive should now be set automatically so that the efficiency of the drive is optimal.
  • the drive shaft, the motor, a gearbox and other, not individually listed, are necessary for the functioning of the unit under drive
  • the propeller should not be completely immersed in the water during normal driving.
  • the propeller may be immersed in the water up to the axis. If the propeller continues to immerse, the part of the propeller above the axis causes an increased flow resistance. If, on the other hand, the propeller only dives too little into the water, it does not generate enough propulsion.
  • the flow resistance of the propeller increases non-linearly with the speed of the boat, but is negligible at low speeds.
  • the optimal immersion depth also depends on the characteristics of the respective boat engine. With a relatively low torque motor that only achieves its performance at high speeds, it is more advantageous if the propeller is initially immersed a little less. As a result, the engine reaches the speed faster, at which it achieves the maximum output. With increasing speed the propeller can Dive deeper into the water and then create optimal propulsion.
  • the engine speed controller By starting up the engine speed controller, the engine speed is initially increased, the propeller 5 is only slightly submerged in the water at this time. In this position, the propeller 5 already produces a certain amount. Propulsion.
  • This change in the trim angle is particularly necessary if other measures to increase the engine speed, such as an increased fuel supply, have been unsuccessful.
  • the driving state of the boat 1 changes from so-called displacement to sliding.
  • the fuel consumption in displacement travel is significantly higher than in glide travel.
  • the present invention advantageously enables the displacement phase to be overcome as quickly as possible.
  • the trim angle is now automatically changed again at the transition to sliding so that the propeller 5 continues to be immersed deep enough in the water to produce sufficient feed.
  • the immersion depth of the propeller may have to be readjusted if the speed increases further.
  • the immersion of the propeller 5 at different depths changes the load on the engine and leads to a change in the engine speed.
  • this knowledge is now used to derive a change in the immersion depth of the propeller from a change in the engine speed and / or engine load.
  • the present invention takes advantage of this knowledge and responds to a change in engine speed and / or engine load with a change in the trim angle.
  • the propeller can go deeper from the start immerse and generate sufficient propulsion right from the start, even at lower speeds.
  • This propulsion in turn causes the bow to rise and thus the propeller to be immersed deeper.
  • this non-linear behavior in the flow resistance can be advantageously used by the invention when using a large propeller blade.
  • the propeller always remains so far in the water that the portion remaining in the water generates sufficient thrust without creating too much flow resistance. Thanks to the present invention, it is now even possible to use a completely oversized propeller blade, which would not be usable in conventional boats without the device according to the invention because of the high flow resistance.
  • the present invention brings optimum efficiency not only when accelerating or driving fast, the efficiency can also be increased considerably when braking the boat:
  • a rapid reduction in speed is now achieved according to the invention in that, in addition to reducing the engine speed, the trim is adjusted such that the propeller 5 is immersed as deeply as possible into the water.
  • the increased flow resistance of the propeller generated in this way additionally brakes boat 1.
  • This braking effect generated by the flow resistance of the propeller blade is very high in the present invention precisely because comparatively large propeller blades are used which represent significantly more flow resistance.
  • Another possible operating state is cornering.
  • Propeller axles are arranged to the side of the middle of the boat, the inside propeller dips deeper into the water, while the outside propeller rises out of the water.
  • a different adjustment of the immersion depth is necessary for each drive.
  • each with its own motor it can also be advantageous to regulate the power and / or speed of the motors differently.
  • the adjustment path of the actuator 9 is not sufficient to keep the propeller 5 below the water line 11.
  • the propeller 5 does not find any water resistance and the motor 2 will rev up without a load.
  • the control unit 6 will de-energize the engine 2 in such a case.
  • Control unit 6 receives information about cornering through a steering angle sensor 12.
  • An operating state which is also advantageously influenced by the present invention is the reverse drive.
  • the propeller 5 rotates in the opposite direction and generates a thrust in the direction
  • the trim angle is set such that the stern 10 of the boat 1 is pulled upward by the pull of the propeller and the water flow conveyed by the propeller 5 in the direction of the boat 1 hits the stern 10 as little as possible but runs below the keel. Throttle position and trim angle.
  • the control unit 6 calculates the optimum trim angle in each case from these values.
  • the control device 6 initiates the necessary adjustment of the trim angle via an actuator 9 connected to the control device.
  • control unit 6 can also emit signals for controlling the engine. Intervention in engine management can further increase the efficiency of the control.
  • the control according to the invention now recognizes the current situation on the basis of various sensors.
  • a learning mode is also provided, in which the control system determines the optimum setting of the trim angle during several acceleration processes and transitions between displacement travel in gliding travel.
  • This trim angle which is determined as optimal in each case, is stored as belonging to a specific operating state.
  • trim angle As a result, characteristic-controlled values for the trim angle are available after the learning mode, which can be used. These values can be used, for example, if constant readjustment is not desirable due to heavy seas.
  • the automatic control of the trim angle can also be switched off.
  • the invention is preferably applicable to various types of boat drives provided that they have the propeller axis in the vicinity of the waterline by design.
  • inboard engines in which the engine is arranged on the inside in the hull of the boat
  • the invention can also be applied to an outboard engine, as shown in FIG. 2.
  • outboard engine in which, unlike the known outboard engines, the Propellerach.es is close to the waterline. There, the entire unit is pivoted about a pivot point 13 at the stern of the boat to adjust the immersion depth of the propeller.
  • the invention is preferably applicable in the wide range of sports and leisure boats and small to medium-sized utility boats.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Abstract

In Abhängigkeit vom Betriebszustand eines Bootes (1) wird die Eintauchtiefe des Propellers unter die Wasserlinie (11) verändert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Einstellen eines Bootsantriebes .
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Einstellen von Bootsantrieben mit Propellern, insbesondere mit so genannten Oberflächenantrieben gemäß Oberbegriff der jeweiligen Hauptansprüche für das Verfahren bzw. die Vorrichtung.
Ein solcher Oberflächenantrieb ist bekannt aus der US
5,667,415. Grundsätzlich gilt bei jedem Propellerantrieb, dass ein Propeller durch seine Drehung Schub entwickelt, jedoch auch einen Strömungswiderstand erzeugt, wenn er sich in Schubrichtung durch ein Medium bewegt. Bei einem Oberflächenantrieb erzeugt der unter der Wasserlinie liegende Teil des Propellers den Vorschub, der über dem Wasser liegende Teil erzeugt keinen Strömungswiderstand.
Je nach Betriebszustand des Bootes z.B. Beschleunigen, Verdrängerfahrt oder Gleiten ist für den jeweils situationsbedingten, optimalen Wirkungsgrad ein unterschiedlich tiefes Eintauchen des Propellers in das Wasser nötig.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Boot je nach
Betriebszustand und / oder Zuladung seine Lage im Wasser ändert. Dies hat zur Folge, dass mit jeder Änderung der Bootslage auch die Eintauchtiefe des Propellers variiert .
Aus dem Stand der Technik ist es nun bekannt, dass der
Benutzer des Bootes manuell die Eintauchtiefe des Propellers verändern kann.
Hierzu sind .zumindest die außerhalb des Rumpfes liegenden Teile des Bootsantriebs über ein längenveränderbares Verstellelement beweglich mit dem Heck des Bootes, dem so genannten Spiegel verbunden.
Das Verstellelement ist sich hierbei mit einer seiner beiden Seiten am Spiegel des Bootes und ist mit seiner anderen Seite am Gehäuse der Propelleraufnahme in einer Drehlagerung befestigt .
Verändert sich die Länge dieses Verstellelements, so ändert sich der Winkel zwischen der Propellerachse und dem Spiegel . Diesen Winkel bezeichnet man in Fachkreisen als Trimmwinkel. Je nach Größe dieses Trimmwinkels taucht der Propeller unterschiedlich tief in das Wasser ein.
Mittels dieses Verstellelements kann der Benutzer des Bootes den Winkel zwischen Spiegel und Antriebsachse vom Boot aus entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand oder Beladungszustand des Bootes und damit auch die Eintauchtiefe des Propellers manuell verstellen.
Es hat sich als Nachteil des Standes der Technik erwiesen, dass bereits geringe Änderungen im Betriebszustand oder Beladungszustand des Bootes z.B. beim Beschleunigen oder dem Übergang von Verdrängerfahrt in die Gleitphase die Eintauchtiefe des Propellers so sehr ändern, dass der
Propeller nicht mehr mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet .
Da der Propeller immer nur teilweise im Wasser sein soll, ergibt sich ein relativ enger Grenzbereich. Es ist daher eine ständige, oftmals sehr schnelle manuelle Änderung des
Trimmwinkels erforderlich, um stets innerhalb des engen Grenzbereiches zu bleiben.
Gleichzeitig mit der Änderung der Eintauchtiefe ändert sich auch die Motorbelastung, weshalb der Bootsführer zusätzlich zur Änderung der Eintauchtiefe auch noch über den Gashebel die
Motorleistung den momentan geänderten Bedingungen anzupassen muss .
Dies belastet als zusätzliche Aufgabe die Konzentration des Bootsführers und wird als wenig komfortabel erachtet. Auch ist eine gewisse Übung notwendig, immer den richtigen Trimmwinkel und damit gleichzeitig die richtige Eintauchtiefe zu finden. Bei fehlender Übung ist es dem Bootsführer oftmals nicht möglich die Leistungsfähigkeit seines Antriebs voll auszuschöpfen .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche der Bootsführer von der Aufgabe entlastet wird, manuell Veränderungen am Trimmwinkel und / oder am Gashebel vorzunehmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der jeweiligen Hauptansprüche für das Verfahren bzw. die Vorrichtung.
Die jeweiligen Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und/oder besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Überlegungen, welche zum Entstehen der vorliegenden Erfindung führten gehen davon aus, dass anhand von Sensorsignalen und/oder sonstigen Regelgrößen, welche in einem Steuergerät ausgewertet werden und mittels Aktoren, deren Wirkungen vom Steuergerät ausgelöst werden eine automatische Einstellung der für einen optimalen Wirkungsgrad nötigen Parameter wie beispielsweise Trimmwinkel und/oder Motorsteuerung realisierbar ist. Nachfolgend ist ein mögliches Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Die Elemente sind vereinfacht und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Sie sollen nur zur Erläuterung der beschriebenen Wirkzusammenhänge dienen.
Die Figur 1 zeigt einen Innenborder und die Figur 2 zeigt einen Aussenborder .
In einem Boot 1 befindet sich ein Motor 2 welcher über ein Gelenk 3 mit einer Welle 4 verbunden ist. Am Ende der Welle 4 befindet sich ein Propeller 5.
An das Steuergerät 6 sind mehrere Sensoren angeschlossen, von welchen das Steuergerät 6 Signale em fängt. Bei den Sensoren handelt es sich um einen Geber 7, der die momentane Stellung des Gashebels angibt und um einen Geschwindigkeitsmesser 8 der Information über die momentane Geschwindigkeit des Bootes liefert. Weitere nicht gezeichnete Sensoren befinden sich im Motor 2 und liefern Information über motorenspezifische Parameter wie z.B. die Motordrehzahl, Motorlast, Einspritzmenge, die Motortemperatur oder den Kraftstoff erbrauch .
Die Information über die motorspezifischen Parameter kann alternativ zu den eigenständigen Sensoren auch von einem bereits motorseitig vorhandenen Steuergerät entnommen werden.
Das Steuergerät 6 seinerseits beeinflusst diverse Aktoren und Stellelemente. Dies ist zum einen ein Aktor 9, mittels dem der Trimmwinkel zwischen der Achse der Welle 4 und dem Heck 10 des Bootes 1 einstellbar ist. Weitere Aktoren und Stellelemente befinden sich im Motor 2 und sind ebenfalls nicht gezeichnet. Durch die im Motor befindlichen Aktoren und/oder Stellelemente sind beispielsweise die Kraftstoffzufuhr, die Gemischaufbereitung oder Parameter der Zündung einstellbar.
Die Lage des Bootes bezogen auf die Wasserlinie 11 ändert sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen.
Das Boot 1 folgt in seinen Bewegungen etwas verzögert den Änderungen am Motordrehzahlregler / Gashebel . Über die Stellung des Motordrehzahlreglers lässt sich der Fahrerwille erkennen. Ein auf eine hohe Stufe eingestellter Motordrehzahlregler bringt zum Ausdruck, dass der Fahrer eine hohe Geschwindigkeit fahren möchte. Ein Ändern von der aktuellen Drehzahlstufe auf eine höhere Drehzahlstufe deutet auf einen vom Fahrer gewünschten Beschleunigungsvorgang hin. Anhand der Art und Weise mit welcher der Motordrehzahlregler von der aktuellen Stufe auf eine höhere Stufe gewechselt wird lässt sich der Wunsch nach der Stärke der Beschleunigung ableiten. Befindet sich der Motordrehzahlregler beispielsweise in der Endstellung kann man dies so interpretieren, dass der Fahrer maximale Beschleunigung und/oder maximale Geschwindigkeit erreichen will.
Auch aus dem Zurücknehmen des Motordrehzahlreglers lässt sich der momentane Fahrerwille herleiten. Ein leichtes Zurücknehmen deutet darauf hin, dass der Fahrer den Beschleunigungsvorgang abgeschlossen hat und nun mit der erreichten Geschwindigkeit konstant weiterfahren möchte. Ein komplettes Zurücknehmen des Gashebels deutet auf einen Bremsvorgang hin.
Bei allen diesen Fahrzuständen soll nun der Antrieb automatisch so eingestellt werden, dass der Wirkungsgrad des Antriebes optimal ist. Unter Antrieb sind hier neben dem Propeller, der Antriebswelle auch der Motor, ein Getriebe und sonstige nicht einzeln aufgeführte für das Funktionieren der Einheit notwendige
Elemente subsumiert .
Beim Beschleunigungsvorgang ändert sich die horizontale Lage des Bootes 1 bezogen auf die Wasserlinie 11 auch in
Abhängigkeit von der Stärke der Beschleunigung. Ein leicht beschleunigendes Boot steigt mit seinem Bug nur leichter aus dem Wasser als ein stark beschleunigendes Boot.
Bei einem Oberflächenantrieb soll der Propeller bei normaler Fahrt nicht vollständig in das Wasser eintauchen. Um den Antrieb mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten zu lassen darf der Propeller maximal bis zur Achse im Wasser eintauchen. Wenn der Propeller weiter eintaucht, verursacht der oberhalb der Achse liegende Teil des Propellers einen erhöhten Strömungswiderstand. Taucht der Propeller hingegen nur zu wenig in das Wasser ein, so erzeugt er nicht genügend Vortrieb.
Der Strömungswiderstand des Propellers steigt nichtlinear mit der Geschwindigkeit des Bootes, ist bei kleinen Geschwindigkeiten jedoch vernachlässigbar. Beim Beschleunigen aus dem Stand ist es daher vorteilhaft, wenn der Propeller völlig unter Wasser rotiert, da nun die gesamte Propellerfläche den Schub erzeugt.
Die optimale Eintauchtiefe ist auch abhängig von der Charakteristik des jeweiligen Bootsmotors. Bei einem verhältnismäßig drehmo entschwachen Motor, der seine Leistung erst bei hohen Drehzahlen erreicht ist es vorteilhafter, wenn der Propeller zunächst etwas weniger eintaucht. Dadurch ■ kommt der Motor schneller auf die Drehzahl, bei der er die maximale Leistung erreicht. Mit zunehmender Drehzahl kann der Propeller tiefer in das Wasser eintauchen und erzeugt dann optimalen Vortrieb.
Ein Beschleunigungsvorgang lässt sich somit beispielsweise beschreiben durch die folgenden Stufen:
Durch das Hochfahren des Motordrehzahlreglers wird zunächst die Motordrehzahl erhöht, der Propeller 5 ist zu diesem Zeitpunkt nur gering in das Wasser eingetaucht . In dieser Stellung erzeugt der Propeller 5 bereits einen gewissen. Vortrieb.
Das Boot 1 beschleunigt hierdurch und hebt sich mit seinem Bug aus dem Wasser. Durch das Aufsteigen des Buges taucht der Propeller 5 tiefer in das Wasser ein und findet erhöhten Widerstand des Wassers vor.
Dieser erhöhte Wasserwiderstand würde verhindern, dass der Motor schnell auf die Drehzahl kommt, in der er sein Leistungsmaximum hat .
Die automatische Kompensation der beim Beschleunigen auftretenden Bootsneigung durch die Veränderung des Trimmwinkels uss spätestens dann einsetzen, wenn die Motordrehzahl nicht mehr steigt oder sogar abnimmt .
Insbesondere dann, wenn andere Maßnahmen zur Erhöhung der Motordrehzahl wie etwa eine erhöhte Kraftstoffzufuhr erfolglos geblieben sind ist diese Veränderung des Trimmwinkels notwendig .
Daher ist es erfindungsgemäß vorgesehen dieses zu Beginn der Beschleunigung auftretende tiefe Eintauchen des Propellers 5 durch eine automatische Veränderung des Trimmwinkels zu kompensieren. Erst wenn der Motor 2 den optimalen Drehzahlbereich erreicht hat, wird der Trimmwinkel wieder soweit verändert, dass der
Propeller 5 tiefer in das Wasser eintaucht. Da in diesem
Drehzahlbereich der Motor seine maximale Motorleistung abgeben kann, wird die Drehzahl beim Eintauchen nur unmerklich abnehmen. Einer solchen leichten Abnahme der Drehzahl kann durch eine Erhöhung der Kraftstoffzufuhr entgegen gewirkt werden.
Ab einer gewissen Geschwindigkeit wechselt der Fahrzustand des Bootes 1 vom so genannten Verdrängen in das Gleiten.
Der Kraftstoffverbrauch in der Verdrängerfahrt ist wesentlich höher als bei der Gleitfahrt. Mit der vorliegenden Erfindung ist wie erläutert vorteilhaft ein möglichst schnelles Überwinden der Verdrängerphase möglich.
Nach erfolgreichem Beschleunigen senkt sich der Bug des Bootes 1 wieder und der Propeller 5 wird zumindest teilweise aus dem Wasser gehoben. Dies hat nun zur Folge, dass der Propeller einen geringeren Wasserwiderstand vorfindet, somit weniger Vorschub erzeugt und eventuell die Drehzahl des Motors ansteigt .
Erfindungsgemäß wird nun der Trimmwinkel beim Übergang in die Gleitfahrt wieder automatisch so verändert, dass der Propeller 5 weiterhin tief genug ins Wasser eintaucht, um genügend Vorschub zu produzieren.
Bei Gleitfahrt entsteht am Heck des Bootes eine Abrisskante im Wasser, die Wasserlinie ist hier niedriger als am Bug des Bootes. Das Boot hinterlässt quasi eine Furche im Wasser, die sich erst wieder hinter dem Boot einebnet. Je schneller das Boot fährt, desto weiter hinter dem Boot schließt sich diese Furche im Wasser. Diese Furche im Wasser hat nun ebenfalls Auswirkungen auf den Wirkungsgrad des Antriebes: Durch das Auftreten dieser Furche hinter dem Boot ändert sich die Eintauchtiefe des Propellers. Gegebenenfalls muss der Propeller nun wieder abgesenkt werden, damit er ausreichend Schub erzeugt.
Da diese Furche mit zunehmender Geschwindigkeit immer weiter hinter dem Boot endet, muss bei einem weiteren Ansteigen der Geschwindigkeit die Eintauchtiefe des Propellers eventuell wieder nachgeregelt werden.
Generell gilt, dass das unterschiedlich tiefe Eintauchen des Propellers 5 die Last am Motor verändert und zu einer Änderung der Motordrehzahl führt.
Erfindungsgemäß wird diese Erkenntnis nun dazu verwendet, aus einer Veränderung der Motordrehzahl und/oder Motorlast eine Änderung der Eintauchtiefe des Propellers abzuleiten. Die vorliegende Erfindung macht sich diese Erkenntnis zu Nutze und reagiert auf eine Änderung von Motordrehzahl und/oder Motorlast mit einer Änderung des Trimmwinkels.
Im praktischen Betrieb bewegt sich das Boot meistens in welligem Wasser. Hierdurch treten kurzzeitige Änderungen in der Eintauchtiefe des Propellers auf. Durch eine gewisse
Trägheit in der Regelung wird verhindert, dass diese kurzzeitigen Änderungen zu ständigen Änderungen des
Trimmwinkels führen.
Bei einem drehmomentstarken Motor verhält es sich beim
Beschleunigen nun folgendermaßen:
Da der Motor bereits bei niedrigeren Drehzahlen die maximale Leistung abgibt, kann der Propeller von Anfang an tiefer eintauchen und erzeugt von Anfang an bereits bei niedrigeren Drehzahlen ausreichend Vortrieb.
Dieser Vortrieb bewirkt wiederum ein Ansteigen des Buges und somit ein tieferes Eintauchen des Propellers.
Ein zu tiefes Eintauchen des Propellers, kann auch bei einem drehmomentstarken Motor unerwünscht sein, denn je mehr Teile des Propellers unter Wasser sind, desto größer wird der Strömungswiderstand des Propellers.
Der Strömungswiderstand des Propellers steigt jedoch nichtlinear mit der Geschwindigkeit des Bootes und ist bei geringen Geschwindigkeiten vernachlässigbar.
Speziell bei einem drehmomentstarken Motor kann dieses nichtlineare Verhalten im Strδmungswiderstand durch die Erfindung beim Einsatz eines großen Propellerblattes vorteilhaft ausgenutzt werden.
Beim Beschleunigen aus dem Stand oder bei niedrigen Geschwindigkeiten ist es daher vorteilhaft, wenn der Propeller völlig unter Wasser rotiert, da nun die gesamte Propellerfläche den Schub erzeugt und somit das Boot sehr gut beschleunigt .
Mit zunehmender Geschwindigkeit, wenn der geschwindigkeitsabhängige Strδmungswiderstand des Propellerblattes störend zu wirken beginnt, wird durch Veränderung des Trimmwinkels der Propeller sukzessive wieder aus dem Wasser genommen.
Der Propeller verbleibt immer so weit im Wasser, dass der im Wasser verbleibende Anteil ausreichend Schub erzeugt, ohne aber zuviel Strömungswiderstand zu bilden. Dank der vorliegenden Erfindung ist es nun sogar möglich, ein völlig überdimensioniert großes Propellerblatt zu verwenden, das bei üblichen Booten ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung wegen des hohen Strömungswiderstandes nicht zu verwenden wäre.
Nach erfolgter Beschleunigung wird der Betriebszustand des Gleitens erreicht, nun wird - wie oben beim Einsatz eines drehmomentschwachen Motors schon beschrieben - der Trimmwinkel ebenfalls wieder nachgeregelt.
Nicht nur beim Beschleunigen oder der schnellen Fahrt bringt die vorliegende Erfindung einen optimalen Wirkungsgrad, auch beim Bremsen des Bootes lässt sich durch die Erfindung der Wirkungsgrad erheblich steigern:
Ein schnelles Verringern der Geschwindigkeit wird erfindungsgemäß nun dadurch erreicht, indem zusätzlich zur Verringerung der Motordrehzahl die Trimmung so verstellt wird, dass der Propeller 5 möglichst tief in das Wasser eintaucht. Der so erzeugte erhöhte Strömungswiderstand des Propellers bremst das Boot 1 zusätzlich.
Diese vom Strömungswiderstand des Propellerblattes erzeugte Bremswirkung ist bei der vorliegenden Erfindung gerade deshalb sehr hoch, weil vergleichsweise große Propellerblätter verwendet werden, die wesentlich mehr Strömungswiderstand darstellen.
Ein weiterer möglicher Betriebszustand ist die Kurvenfahrt.
Hierbei kommt es zu einer Neigung um die Längsachse des Bootes 1. Die eine Seite des Bootes 1 taucht tiefer in das Wasser als die andere Seite. Auch am Bug des Bootes 1 verändern sich die Strömungs- und Auftriebsverhältnisse . Die Neigung der Bootslängsachse verändert sich hierbei ebenfalls. Auch in diesem Betriebszustand muss die Eintauchtiefe des Propellers 5 korrigiert werden. Insbesondere bei Booten mit Doppelantrieb ist eine Korrektur notwendig. Da bei einem Doppelantrieb die
Propeller Achsen seitlich von der Bootsmitte angeordnet sind taucht der kurveninnere Propeller tiefer in das Wasser, während der kurvenäußere Propeller aus dem Wasser aufsteigt.
Hierbei ist ein pro Antrieb unterschiedliches Verstellen der Eintauchtiefe nötig. Bei Doppelantrieben mit jeweils eigenständigem Motor kann es auch von Vorteil sein, die Leistung und/oder Drehzahl der Motore unterschiedlich zu regeln. In einer mit hoher Geschwindigkeit gefahrenen engen Kurve kann es theoretisch möglich sein, dass der Verstellweg des Aktors 9 nicht ausreicht, um den Propeller 5 unterhalb der Wasserlinie 11 zu halten. Der Propeller 5 findet keinen Wasserwiderstand vor und der Motor 2 wird ohne Last stark hochdrehen. Um dies zu vermeiden wird in solch einem Fall das Steuergerät 6 den Motor 2 abregein. Durch einen Lenkwinkelsensor 12 erhält das Steuergerät 6 Information über eine Kurvenfahrt .
Ein Betriebszustand der ebenfalls durch die vorliegende Erfindung vorteilhaft beeinflusst wird, ist die Rückwärtsfahrt . Hierbei dreht der Propeller 5 in der umgekehrten Richtung und erzeugt einen Schub in Richtung
Bootsheck 10. Der Trimmwinkel wird in diesem Betriebszustand so verändert, dass der Propeller 5 nahe der Wasseroberfläche 11 positioniert wird.
Bei einer solchen Rückwärtsfahrt zieht der Propeller am Boot. Erfindungsgemäß wird der Trimmwinkel so eingestellt, dass durch den Zug des Propellers das Heck 10 des Bootes 1 nach oben gezogen wird und die vom Propeller 5 in Richtung Boot 1 geförderte Wasserströmung möglichst wenig auf der Heck 10 trifft sondern unterhalb des Kiels verläuft. Gashebelstellung und den Trimmwinkel. Aus diesen Werten errechnet das Steuergerät 6 den jeweils optimalen Trimmwinkel.
Das Steuergerät 6 veranlasst über einen an das Steuergerät angeschlossenen Aktor 9 die notwendige Verstellung des Trimmwinkels .
Zusätzlich können vom Steuergerät 6 auch Signale zur Steuerung des Motors abgegeben werden. Durch einen Eingriff in das Motormanagement kann die Effizienz der Steuerung nochmals gesteigert werden.
Die erfindungsgemäße Steuerung erkennt nun anhand verschiedener Sensoren die aktuelle Situation.
Ferner ist ein Lernmodus vorgesehen, in welchem die Steuerung während mehrerer Beschleunigungsvorgänge und Übergänge zwischen Verdrängerfahrt in Gleitfahrt die jeweils optimale Einstellung des Trimmwinkels ermittelt.
Dieser als jeweils optimal ermittelte Trimmwinkel wird als einem bestimmten Betriebszustand zugehörig abgespeichert .
Hierdurch stehen nach dem Lernmodus kennfeidgesteuerte Werte für den Trimmwinkel zur Verfügung, auf welche zurückgegriffen werden kann. Auf diese Werte kann beispielsweise dann zurückgegriffen werden, wenn wegen starken Seegangs ein ständiges Nachregeln nicht erwünscht ist .
Die automatische Steuerung des Trimmwinkels ist auch ausschaltbar .
Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar auf verschiedene Arten von Bootsantrieben sofern diese konstruktionsbedingt die Propellerachse in der Nähe der Wasserlinie haben. Neben der Anwendung bei sogenannten Innenbordern, bei denen der Motor innen an Bord im Rumpf des Bootes angeordnet ist, ist die Erfindung ebenso auf einen Aussenborder anwendbar, wie er in Figur 2 gezeigt ist . Es handelt sich hierbei um einen speziellen Aussenborder, bei dem abweichend von den bekannten Aussenbordern die Propellerach.es nahe an der Wasserlinie liegt. Dort wird zum Verstellen der Eintauchtiefe des Propellers die gesamte Einheit um einen Drehpunkt 13 am Heck des Bootes geschwenkt .
Es bietet sich an, die Informationen über Geschwindigkeit, Verbrauch, Drehzahl Beschleunigung und Eintauchtiefe als einzelne oder miteinander verknüpfte Werte in einer Anzeige darzustellen. Wenn ein optimaler Betriebszustand erreicht ist, so kann durch eine weitere Anzeige dieser Zustand ebenfalls angezeigt werden.
Die Erfindung ist bevorzugt anwendbar im weiten Bereich der Sport- und Freizeitboote sowie kleiner bis mittelgroßer Nutzboote .

Claims

SchutzansprücheVerfahren und Vorrichtung zum automatischen Einstellen von Bootsantrieben mit Propellern.
1. Verfahren zum automatischen Einstellen von Bootsantrieben mit Propellern
- einem oder mehreren Motoren,
- einer mit jeweils einem Motor verbundenen Antriebswelle - einem am Ende der Antriebswelle angebrachten Propeller, und
- einem Verstellelement, durch welches die Eintauchtiefe des Propellers in das Wasser verändert wird dadurch gekennzeichnet, dass
- der momentane Betriebszustand des Bootes (1) erfasst wird und in Abhängigkeit vom erfassten Betriebszustand des Bootes (1) die Eintauchtiefe des Propellers (5) und/oder die Leistung und/oder die Drehzahl des Motors (2) verändert wird.
2.Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
- durch ein Steuergerät (6) anhand der von Sensoren (7,8) gelieferten Informationen der momentane Betriebszustand des Bootes (1) erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass beim Beschleunigen zunächst die Eintauchtiefe des Propellers (5) verringert und nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl des Motors (2) die Eintauchtiefe wieder erhöht wird.
. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass beim Beschleunigen bei geringer Geschwindigkeit des Bootes (1) zunächst die Eintauchtiefe des Propellers (5) erhöht und nach Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit des Bootes (1) die Eintauchtiefe des Propellers (5) wieder verringert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Stellung des Motordrehzahlreglers die Eintauchtiefe des Propellers (5) verändert wird
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen der Geschwindigkeitsänderung des Bootes (1) und der Drehzahländerung des Motors (2) die Eintauchtiefe des Propellers (5) verändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Neigung des Bootes (1) bezogen auf die Wasseroberfläche (11) die Eintauchtiefe des Propellers (5) verändert wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kurvenfahrt des Bootes (1) die Eintauchtiefe des Propellers (5) verändert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kurvenfahrt eines Bootes (1) mit mehr als einem Motor die Eintauchtiefe der einzelnen Propeller und /oder die Leistung der einzelnen Motoren (2) unabhängig voneinander verändert werden.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass während verschiedener Betriebszustände des Bootes (1) der jeweils optimale Trimmwinkel ermittelt wird und dieser als optimal ermittelte Trimmwinkel als einem bestimmten Betriebszustand zugehörig abgespeichert wird.
11. Vorrichtung zum automatischen Einstellen von Bootsantrieben mit Propellern bestehend aus einem Motor, einer mit dem Motor über ein bewegliches Element verbundenen Antriebswelle einem am Ende der Antriebswelle angebrachten Propeller, und einem Verstellelement, durch welches die Eintauchtiefe des Propellers in das Wasser veränderbar ist dadurch gekennzeichnet, dass
- Mittel (7,8) vorgesehen sind, durch welche Informationen über den momentanen Betriebszustand des Bootes (1) erfassbar sind und
Mittel (9) vorgesehen sind, durch welche in Abhängigkeit vom erfassten Betriebszustand des Bootes (1) die
Eintauchtiefe des Propellers (5) und/oder die Leistung und/oder die Drehzahl des Motors (2) veränderbar ist.
12.Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (7) vorgesehen ist, durch den die Stellung des Motordrehzahlreglers erfassbar ist.
13.Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (8) vorgesehen ist durch den die Geschwindigkeit des Bootes (1) erfassbar ist
14.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (12) vorgesehen ist durch den die Stellung des
Lenkrades erfassbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) Bestandteil eines für den Motor verwendeten Motorsteuergerätes ist .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige für die Informationen über Geschwindigkeit, Verbrauch und/oder Drehzahl und/oder Beschleunigung und/oder Eintauchtiefe als einzelne oder miteinander verknüpfte Werte vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige für den optimalen Betriebszustand vorgesehen ist
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