CN100564827C - 风扇系统和用于控制风扇马达的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对汽车的内燃机实施可控冷却的风扇系统，包括电动的风扇马达，和用于控制该风扇马达的控制单元，其中该控制单元依据期望的冷却功率用调整-调节参量控制该风扇马达，该控制单元构造成它在一定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于该调整-调节参量提高了的调节参量对该风扇马达进行预定持续时间的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种风扇系统和用于控制风扇马达的方法。
本发明涉及一种用于可控地冷却汽车内燃机的风扇系统。本发明还涉及一种用于控制风扇马达的方法。
背景技术
在发动机冷却风机中的风扇马达通常用高频节拍调节器(所谓的FCM，即风扇控制模块)大致无级地控制。除了其它方面外，这可以使得风机功率按照当前的冷却需求进行匹配。节拍调节器本身通常借助于在大约5至300Hz范围的低频脉冲宽度调制信号进行控制，该信号限定了风扇马达的控制级别。
用于对汽车中的内燃机实施可控冷却的风扇系统被设计用于在非常高的环境温度和高的内燃机冷却需求下的冷却空气的需求。通常，用于这种风扇系统的风扇马达具有在300至600W范围的功率。节拍调节器被相应地设计并且用于以合适的方式控制风扇马达，以提供期望的冷却功率。
风扇马达通常用高于18kHz的频率控制。虽然风扇马达一般必须设计在高的最大需要的冷却功率上，以便能够在极端运行状态时提供必需的冷却功率，但是风扇马达在正常运行中在整个运行时间的大部分中仅仅被加载了明显很小的功率和因此很小的电流。
风扇马达一般具有换向器，通过换向器并且借助于接触电刷可以对风扇马达的转子线圈供电。在用太小的电流进行持续的控制和在太低的风扇马达转速的情况下，常常会出现换向器的“粘糊”，即在换向器的接触片之间的缝隙中沉积了碳粉、污物、油污等等，其中由碳粉引起的粘糊通常是导电的并且由此在接触片之间造成短路或者使电阻减小。
发明内容
因此，本发明的任务是避免或减少在用于对内燃机实施可控冷却的风扇系统中的风扇马达的换向器的粘糊。本发明的进一步的任务是提供一种用于控制风扇马达的方法，利用该方法可以避免或减少风扇马达的换向器的粘糊。
解决该任务的技术方案在于一种对汽车的内燃机实施可控冷却的风扇系统，包括电动的风扇马达，和用于控制该风扇马达的控制单元，其中该控制单元依据期望的冷却功率用调整-调节参量控制该风扇马达，该控制单元构造成它在一定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于该调整-调节参量提高了的清理-调节参量对该风扇马达进行预定持续时间的控制。以及在于一种用于控制汽车内燃机的风扇马达的方法，其中依据期望的冷却功率用调整-调节参量控制风扇马达，在预定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于所述调整-调节参量提高了的清理-调节参量以预定的持续时间控制该风扇马达。
按照本发明的一个第一方面，提供了一种对汽车的内燃机实施可控冷却的风扇系统。风扇系统包括电动的风扇马达，和用于控制该风扇马达的控制单元。控制单元依据期望的冷却功率用调整-调节参量控制该风扇马达。按照本发明，该控制单元构造成它在预定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于该调整-调节参量提高了的清理-调节参量对该风扇马达进行预定的持续时间的控制。
本发明的风扇系统的优点在于，在确定的时刻离开对风扇马达控制的调整而用一种“清理”-调节参量控制风扇马达，该“清理”-调节参量大于调整-调节参量。通过用清理-调节参量对马达进行预定持续时间的增强的控制，能够防止风扇马达的换向器的粘糊或者减小或消除已经存在的粘糊。这将由两个实质上相互独立的作用来实现。一方面，在风扇马达转速提高时增大的离心力使换向器的接触片之间的粘糊被甩出去。另一方面，通过用清理-调节参量对风扇马达进行增强的控制而产生增大的电流量，使得在换向器的接触片之间的电流量由于已经形成的粘糊的电阻被减少而增大，并且由此使粘糊蒸发、燃烧掉或通过其它的作用而被去除掉。由于这种粘糊特别是在较长的持续运行时在低的转速范围或低的控制电流下出现，因此通过按照本发明在确定的时刻用清理-调节参量控制风扇马达而防止了这种粘糊。
按照本发明的一种实施形式，控制单元可以在有规律的时间间隔中与期望的冷却功率无关地用清理-调节参量对风扇马达进行预定的持续时间的控制。这样就提供了一种非常简单的方式避免在大部分运行时间期间发生风扇马达的粘糊。
有规律的时间间隔优选为在一个运转小时和数十个运转小时之间。
按照本发明的一种实施形式，控制单元可以这样地构造，使得只有当在先前用提高的调节参量进行的控制之后在用调整-调节参量进行控制下经历了一段预定的正常运行时间，和当汽车处于一定的运行状态时，特别是汽车以大于最低速度的速度运动时和/或内燃机的转速大于最低转速时，控制单元才用清理-调节参量控制风扇马达。这样，当用清理-调节参量控制的风扇马达的增大的运转噪声在一定情况下表现为是对环境的噪声负载时，可以避免在该状态下对汽车进行控制。因此规定，依据在发动机控制机构中存在的有关汽车的运行状态的信息来决定是否应该用提高的清理-调节参量控制风扇马达。
按照本发明的另一种实施形式，控制单元可以这样地构造，使得只有当调整-调节参量以小于可以用于控制风扇马达的最大冷却功率中的预定份额的功率控制风扇马达时，该控制单元才在预定的时刻用清理-调节参量控制风扇马达。这样将保证，当风扇马达已经要求了最大冷却功率时，为了施加清理-调节参量不中断对风扇马达的调整，因为在这种情况下用调整-调节参量对风扇马达的控制就避免或减小了风扇马达的粘糊。
根据本发明的另一个方面，提出了一种用于控制汽车内燃机的风扇马达的方法。风扇马达将依据期望的冷却功率用调整-调节参量进行控制。此外在预定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于所述调整-调节参量提高了的清理-调节参量以预定的持续时间控制风扇马达。
可以在有规律的时间间隔中与期望的冷却功率无关地用清理-调节参量对风扇马达进行预定的持续时间的控制。
按照本发明的另一种实施形式，只有当在先前用提高的调节参量进行的控制之后经历了一段预定的正常运行时间，和当汽车处于一定的运行状态时，特别是汽车以大于最低速度的速度运动时和/或内燃机的转速大于最低转速时，才用清理-调节参量控制风扇马达。
按照本发明的另一种实施形式，只有当调整-调节参量以小于可以用于控制风扇马达的最大冷却功率中的预定份额的功率控制风扇马达时，才在预定的时刻用清理-调节参量控制风扇马达。
附图说明
以下对照附图详细说明优选的实施形式。附图中：
图1示出了用于内燃机的风扇系统的示意框图；
图2示出了风扇马达的换向器的示意视图，和
图3示出了信号图，它定性地示出了用于控制本发明的一种实施形式的风扇马达的调节参量的变化。
具体实施方式
在图1中用框图示意地显示了用于汽车(未示出)中的内燃机2的风扇系统1。风扇系统1包括带风扇马达4的风扇3。风扇马达4与控制单元5电连接，该控制单元以合适的方式用调节参量无级控制风扇马达4。在该实施例中借助于具有高于18KHz的频率的脉冲宽度调制信号实现对风扇马达的控制。也可以有另外的可能性和方法用于控制风扇马达，用其对风扇马达无级地或多级地进行控制。调节参量通常是电压或电流，其作为PWM信号或连续地被提供。
对风扇马达的控制是对应于内燃机2的先前测定的需要的冷却功率进行的。需要的冷却功率在该实施例中由内燃机2的温度推导出来，该温度借助于在内燃机2附近的通常布置在水循环系统中和与控制单元5连接的温度传感器6来测定。
风扇3，特别是风扇马达4设计成为内燃机2提供高的最大冷却功率。但是该高的冷却功率只有在例外的情况下，即在内燃机2的极端负荷和放热下被提供。因此在正常的冷却运行中由控制单元4这样地控制风扇马达4，以提供通常明显较小的冷却功率。这使得风扇马达4以明显小于最大转速的转速旋转并且风扇马达4上只通有相对于最大电流而言很小的电流。这能够具有这样的结果，使得风扇马达4的换向器被粘糊住，即换向器的接触片之间的缝隙被碳粉、污物、油和/或其它物质充满，由此在换向器的接触片之间的电阻下降和风扇马达4的有效功率减小或在一定的情况下甚至在换向器的接触片之间形成短路，这可能损坏风扇系统。
这种换向器示意地显示在图2中。可以看到换向器10，其上设置有八个接触片11(接触片的数目实际上是任意的)，它们电绝缘地布置在风扇马达的轴12上。接触片11与风扇马达的转子线圈电连接。在接触片11之间设有缝隙，其用于使接触片11相互之间电绝缘。接触片11借助于所谓的电刷13被接触，该电刷用弹簧力压紧在接触片11上，从而在电刷13和接触片11之间存在持久的接触。电流通过电刷13达到风扇马达2的转子线圈。
在马达运转时电刷13在接触片11上滑动和例如引起磨损，该磨损作为粉尘主要沉积到接触片11之间的缝隙中。由于电刷13的材料是导电的，因此沉积到接触片11之间的该磨损的材料也是导电的。此外在接触片11之间还沉积有污物、油和位于紧密靠近的周围中的其它材料。在接触片11之间因此形成了由各种材料的混合物构成的浆糊物，它实际上是导电的并且由此减小了在两个接触片11之间的电阻或者使得两个相邻的接触片相互短路。该结果是不希望的，因为它妨碍按照规定地对风扇马达4的控制和在一定情况下可能导致风扇马达发生故障或者毁坏。
为了消除该结果，必须使风扇马达至少短时地在高的转速下(在最大转速的70％至100％之间的范围中)或在最大转速下运转，以便在接触片11之间的粘糊通过离心力分离出去和/或这样地控制风扇马达，使得用于该控制的电流达到这样大(优选在最大电流的70％％至100％之间)，使得具有如此高的电流流过在两个相邻的接触片11之间的粘糊，以至于粘糊被蒸发、燃烧掉或通过其它的作用被去除掉。由此能够将接触片11之间的间隙清理干净。
由于风扇马达在风扇系统正常运行时通常用调节参量进行控制，该调节参量对应于较小的转速和较小的控制电流，因此在一个或多个预先确定的时刻，为了避免或减小换向器的接触片11之间的粘糊，必须将提高的清理-调节参量，例如提高的控制电压或控制电流，施加到风扇马达上。施加清理-调节参量的持续时间应该这样选择，使得它足以将在接触片11之间存在的粘糊去除掉。通常调节参量施加时的持续时间的范围从数分钟至数小时。将清理-调节参量施加到风扇马达上的持续时间也可以取决于通过控制单元5中的状态探测器7测定的粘糊测量参量，其中粘糊测量参量是存在的换向器粘糊的尺度。
清理-调节参量例如可以这样选择，使得风扇马达以优选在冷却功率范围为最大冷却功率的70至100％的冷却功率，优选在最大冷却功率下运转。
控制单元5与期望的冷却功率(例如通过内燃机2的温度预先给定)无关地用清理-调节参量控制风扇马达4的时刻可以例如通过计时器预先调节，该计时器在有规律的时间间隔中用清理-调节参量控制风扇马达。有规律的时间间隔例如可以是在内燃机2的一个运转小时和数十个运转小时之间。
特别地，控制单元5能够仅仅在这样的时候用清理-调节参量对风扇马达4进行控制，即在一次先前的用清理-调节参量进行的控制之后过去了一段预定的正常运行时间时，在该时间期间，风扇马达按照正常的运转依据期望的冷却功率用调整-调节参量进行运转。此外在该实施例中风扇马达4能够在预先确定的正常运行时间之后仅仅在这样的时候用清理-调节参量进行控制，即当其中具有内燃机2的汽车处于一种存在有提高了环境噪声的运行状态时。这种运行状态例如存在于汽车以大于最低速度的速度运动时和/或当内燃机2的转速大于最低转速时。有关汽车的速度或内燃机2的转速的信息可以由发动机控制机构8提供给控制单元5。汽车的速度或内燃机的转速在该实施形式中被用作汽车的环境噪声的尺度数，因此只有当汽车的环境噪声由于更高的速度或更高的内燃机2转速而提高时才用清理-调节参量对风扇马达进行控制。这样通过被增强地控制的风扇马达4降低了环境的噪声负载。
这种运行特性显示在图3的信号-时间图中。在该图的上部分中绘出了随时间变化的汽车速度和在该图的下部分中绘出了用于控制风扇马达4的调节参量。由图中看到，仅仅当汽车以大于最低速度Vmin的速度运动时，才用最大调节参量SMax对风扇马达周期性地进行控制。
按照本发明的另一个实施形式，只有当用于在正常运行中控制风扇马达4的调整-调节参量导致的冷却功率小于可以用于控制风扇马达的最大冷却功率的预定份额时，才可以依据内燃机2的温度离开风扇马达的正常运行，即对风扇马达4的调整。由此实现，当风扇马达无论如何被用调整-调节参量进行控制，该调整-调节参量引起足够高的转速和足够强的控制，由此能够避免或减小风扇马达4的换向器的粘糊时，风扇系统就不必依据冷却功率的需求离开风扇马达的调整的正常运行。最大冷却功率的预定的份额例如可以在50％和100％之间，优选为70％。
Claims (11)
1.对汽车的内燃机(2)实施可控冷却的风扇系统(1)，包括电动的风扇马达(4)，和用于控制该风扇马达的控制单元(5)，其中该控制单元(5)依据期望的冷却功率用调整-调节参量控制该风扇马达，其特征在于，该控制单元(5)构造成它在一定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于该调整-调节参量提高了的清理-调节参量对该风扇马达(4)进行预定持续时间的控制。
2.按照权利要求1所述的风扇系统(1)，其特征在于，风扇马达(4)具有换向器(10)。
3.按照权利要求1所述的风扇系统(1)，其特征在于，控制单元(5)在有规律的时间间隔中与期望的冷却功率无关地用清理-调节参量对风扇马达进行预定持续时间的控制。
4.按照权利要求3所述的风扇系统(1)，其特征在于，有规律的时间间隔为在一个运转小时和数十个运转小时之间。
5.按照权利要求1至4之一所述的风扇系统(1)，其特征在于，该控制单元(5)这样地构造，使得只有当在先前用提高的调节参量进行的控制之后经历了一段预定的正常运行时间和当汽车处于一定的运行状态时，特别是汽车以大于最低速度的速度运动时和/或内燃机的转速大于最低转速时，该控制单元才用清理-调节参量控制风扇马达(4)。
6.按照权利要求5所述的风扇系统(1)，其特征在于，所述预定的正常运行时间介于一个运行小时至数十个运行小时之间。
7.按照权利要求1至4之一所述的风扇系统(1)，其特征在于，该控制单元(5)这样地构造，使得只有当调整-调节参量以小于可以用于控制风扇马达(4)的最大冷却功率中的预定份额的功率控制风扇马达时，该控制单元才在预定的时刻用清理-调节参量控制风扇马达。
8.用于控制汽车内燃机(2)的风扇马达(4)的方法，其中依据期望的冷却功率用调整-调节参量控制风扇马达(4)，其特征在于，在预定的时刻与期望的冷却功率无关地用相对于所述调整-调节参量提高了的清理-调节参量以预定的持续时间控制该风扇马达(4)。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在有规律的时间间隔中与期望的冷却功率无关地用所述清理-调节参量以所述预定的持续时间控制该风扇马达。
10.按照权利要求所述8的方法，其特征在于，只有当在先前用清理-调节参量进行的控制之后经历了一段预定的正常运行时间和当汽车处于一定的运行状态时，特别是汽车以大于最低速度的速度运动时和/或内燃机的转速大于最低转速时，才用所述清理-调节参量控制该风扇马达(4)。
11.按照权利要求所述8至10中之一的方法，其特征在于，只有当调整-调节参量以小于可以用于控制风扇马达(4)的最大冷却功率中的预定份额的功率控制风扇马达时，才在预定的时刻用清理-调节参量控制风扇马达(4)。
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