DE19901708A1 - Drehzahlgeregelter Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung, insbesondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes - Google Patents

Abstract

Bei einem drehzahlgeregelten Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung, insbesondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung, ist vorgesehen, daß der Elektromotor durch entsprechende Ansteuerung durch das Steuergerät auch auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht und bei Überschreiten einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird, insbesondere dadurch, daß die Drehzahlregelung kurzzeitig für ein Zeitintervall (DELTAt) ausgeschaltet und eine zulässige Drehzahlabweichung (DELTAn zul) überwacht und bei Überschreiten der zulässigen Drehzahlabweichung der Elektromotor ausgeschaltet wird, oder dadurch, daß bei betriebenem drehzahlgeregelten Elektromotor der Tastgrad bzw. das Tastverhältnis (T ist) durch das Steuergerät überwacht und bei Überschreitung eines zulässigen Tastgrades (T zul) der Elektromotor abgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahlgeregelten Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlre­ gelung und Störabschaltung, insbesondere einen drehzahlgere­ gelten Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung.

Für den Betrieb von unabhängigen Heizgeräten in einem Fahr­ zeug werden üblicherweise für atmosphärische Verdampferbren­ ner Dosierpumpen eingesetzt.

Für den sicheren Start und Betrieb des Heizgerätes werden im Regelfall alle Komponenten vom Steuergerät überwacht. Das Steuergerät besitzt üblicherweise einen Mikroprozessor mit hoher Leistungsfähigkeit. Der Mikroprozessor überwacht die anzusteuernden Komponenten wie Glühkerze, Brennermotor, Sen­ sorik und Dosierpumpe auf Unterbrechung und Kurzschluß. Die Geräte besitzen im Regelfall eine Drehzahl- oder Spannungs­ regelung.

Bei drehzahlgeregelten Elektromotoren von Heizgeräten ohne Motorstrombegrenzung der eingangs genannten bekannten Art verhindert die Störabschaltung eine Überlastung des Elektro­ motors im Extremfall, insbesondere im Blockierfall. Streift das Gebläserad nur geringfügig am Gehäuse an, ist der Blo­ ckierfall noch nicht gegeben. Das erhöhte Bremsmoment des Ge­ bläserads wird durch Erhöhung der Leistung des Elektromotors (Erhöhung der Betriebsspannung und des Stroms auf einen Soll­ wert) überwunden, um die gewünschte Drehzahl wieder einzu­ stellen. Dies geht längerfristig insbesondere mit einer ther­ mischen Überlastung und einem erhöhten Verschleiß des Elek­ tromotors einher. Der Elektromotor wird nach dem Stand der Technik also in einer "Grauzone" einer Betriebsstörung nach außen hin scheinbar störungfrei betrieben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines drehzahlgere­ gelten Elektromotors der eingangs genannten Art, der nicht nur im Extremfall eines Blockierens abgeschaltet werden kann, sondern der auch mit Hilfe einfacher Mittel erweitert überwacht und gegebenenfalls vorzeitig abgeschaltet wird, insbesondere auch bei aufgetretenen kleineren Störungen im Gerät (beispielsweise durch Verschmutzung, Bauteile-Verspan­ nung und eingedrungene Fremdkörper).

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 10.

Wesen der Erfindung ist, daß der Elektromotor durch entspre­ chende Ansteuerung durch das Steuergerät auch auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht und bei Überschreitung einer be­ stimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird, wobei gegebenen­ falls der Elektromotor erst mit einer Zeitverzögerung abge­ schaltet wird.

Eine erste grundsätzliche Erfindungsvariante kennzeichnet sich dadurch, daß für eine Überwachung der Frei- bzw. Schwer­ gängigkeit des Elektromotors die Drehzahlregelung kurzzeitig für ein Zeitintervall ausgeschaltet und eine zulässige Dreh­ zahlabweichung überwacht und bei Überschreiten der zulässi­ gen Drehzahlabweichung der Elektromotor ausgeschaltet wird.

Als Drehzahlabweichung ist hierbei vorzugsweise die maximale Drehzahländerungsgeschwindigkeit beim Ausschalten der Elek­ tromotor-Ansteuerung definiert.

Die Drehzahlabweichung ist insbesondere ein Drehzahlabfall bezogen auf das vorgenannte Zeitintervall und im besonderen eine Funktion des Lastmoments des Elektromotors.

Eine zweite nicht weniger bedeutende Erfindungsvariante ist, daß bei betriebenem drehzahlgeregelten Elektromotor der Tast­ grad bzw. das Tastverhältnis durch das Steuergerät überwacht und bei Überschreitung eines zulässigen Tastgrades der Elek­ tromotor abgeschaltet wird.

Mit der Betriebsspannung und dem Tastgrad ist die Leistungs­ aufnahme des Elektromotors definiert.

Entsprechend der Auslegung des Arbeitspunktes des Elektromo­ tors wird hierbei die Tastgrad-Kennlinie festgelegt.

Oberhalb eines zulässigen Tastgrades entsprechend der zuläs­ sigen Leistungsaufnahme des Elektromotors wird das Heizgerät abgeschaltet. Der zulässige Tastgrad wird per Parameter im Steuergerät festgelegt.

Im Steuergerät ist insbesondere ein linearer Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung und dem Tastgrad und damit die Leistungsaufnahme definiert.

Besonderer Vorteil der zweiten Erfindungsvariante ist, daß (im Gegensatz zur ersten Erfindungsvariante) keine Unterbre­ chung der Drehzahlregelung beim Elektromotor in Kauf genom­ men werden muß, um die aufgabengemäße Betriebsstörung zu er­ kennen und gegebenenfalls zu korrigieren. Es ist die Überwa­ chung des Tastgrades, der die kleinere Betriebsstörung fest­ stellt. Nach dem Stand der Technik wird allenfalls über den Tastgrad der Elektromotor selbst angesteuert, um auf die Solldrehzahl zu regeln.

Bei der ersten Erfindungsvariante kann durch gezieltes Aus­ schalten der Elektromotor-Ansteuerung die Drehzahländerung aufgrund der Schwergängigkeit des Elektromotors festgestellt werden und die Störabschaltung durchgeführt werden. Die Aus­ wertung des Drehzahlsignals ist genauer und unempfindlicher gegen Umwelteinflüsse als eine EMK-Auswertung, d. h. eine Aus­ wertung der elektromotorischen Kraft.

Es wird also mit einfachen Mitteln ein erweiterter Schutz vor Überlastung des Elektromotors in einer bisher nicht über­ wachten "Grauzone" eines Betriebs eingerichtet.

Bei drehzahlgeregelten Elektromotoren kann nach dem Stand der Technik, wie eingangs erwähnt, nur der Blockierfall oder die fehlerhafte Erfassung der Drehzahl (Fehler am Meßort) er­ kannt werden. Die bekannte Regelung versucht, im Betriebs­ spannungsbereich unter allen Umständen die Solldrehzahl zu erreichen. Ein Störabschaltung erfolgt nur, wenn die Dreh­ zahl außerhalb der relativ großen zulässigen Drehzahlabwei­ chung (±10%) liegt. Wird die zulässige Drehzahlabweichung nicht überschritten, wird der Elektromotor ständig an der Überlastgrenze betrieben. Dies ist bei der Erfindung nicht der Fall.

Durch die Erfindung wird ein kostengünstiger Überwachungs­ schutz der Freigängigkeit insbesondere eines Brennermotors bei Luft- und Wasserheizgeräten mit drehzahlgeregelten Elek­ tromotoren eingerichtet. Im Ergebnis bedeutet dies weniger Motorausfälle im Feld durch kostengünstigen Überlastschutz. Dadurch ist keine hardwaremäßige Motorstrombegrenzung er­ forderlich.

Treibt der drehzahlgeregelte Elektromotor die Brennstoffdo­ sierpumpe des Heizgeräts an, kann durch die Erfindung auch zwischen Voll- und Leerförderung von Brennstoff und speziell auch die Viskosität des geförderten Brennstoffs erkannt und beispielsweise zwischen PME und Dieselkraftstoff unterschie­ den werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher er­ läutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Drehzahl/Zeit-Diagramm eines dreh­ zahlgeregelten Elektromotors nach einer ersten Erfin­ dungsvariante, und

Fig. 2 schematisch ein Tastgrad-Kennfeld eines drehzahl­ geregelten Elektromotors nach einer zweiten Erfin­ dungsvariante.

Gemäß Fig. 1 ist ein Drehzahl/Zeit-Diagrammm eines drehzahl­ geregelter Elektromotors ohne Motorstrombegrenzung mit Steu­ ergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung, insbe­ sondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug- Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung, gezeigt, bei dem der Elektromotor durch entsprechende Ansteu­ erung durch das Steuergerät auch auf Frei- bzw. Schwergängig­ keit überwacht und bei Überschreitung einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird, wobei der Elektromotor nach einer Abschaltung mit einer Zeitverzögerung gegebenen­ falls wieder in Betrieb genommen werden kann.

Für eine Überwachung der Frei- bzw. Schwergängigkeit des drehzahlgeregelten Elektromotors wird in Zeitzyklen z, bei­ spielsweise in jeweils 3 min, die Drehzahlregelung kurzzei­ tig für ein Zeitintervall Δt, beispielsweise für 2 sec, ausgeschaltet und die zulässige Drehzahlabweichung Δn zul überwacht und bei Überschreiten der zulässigen Drehzahlabwei­ chung der Elektromotor ausgeschaltet. Im gezeigten Zeitinter­ vall Δt ist also die Brennermotor-Ansteuerung unterbrochen bzw. auf "aus" geschaltet. Der zulässige Drehzahlabfall im Zeitfenster wird in den beiden links und mittig gezeigten Zeitfenstern Δt nicht überschritten. Der Elektromotor läuft mit einer gewünschten Freigängigkeit. Im dritten rechts gezeigten Zeitfenster Δt ist der festgestellte Dreh­ zahlabfall größer als der zulässige Drehzahlabfall pro Zei­ fenster. Der Elektromotor läuft schwergängig, und es wird der Motor ausgeschaltet. Gegebenenfalls wird der Motor nicht sofort ausgeschaltet, sondern beispielsweise noch ein oder mehrere weiteren Zyklen z kontrolliert, ob die Schwergängig­ keit fortbesteht, und erst bei Verifizierung mehrerer Fest­ stellungen der Schwergängigkeit das Gerät ausgeschaltet.

Als Drehzahlabweichung kann die maximale Drehzahländerungs­ geschwindigkeit beim Ausschalten der Elektromotor-Ansteu­ erung definiert werden.

Die Drehzahlabweichung ist dann der vorgenannte Drehzahlab­ fall bezogen auf das Zeitintervall Δt. Da der Drehzahlab­ fall eine Funktion des Lastmoments des Elektromotors ist, er­ folgt also die erfindungsgemäße Störabschaltung dann, wenn das festgestellte Lastmoment größer als das zulässige Lastmo­ ment ist.

Bei der vorgenannten ersten Erfindungsvariante wird also ge­ zielt die Elektromotor-Ansteuerung für eine Drehzahlregelung unterbrochen.

Bei der nachfolgend beschriebenen zweiten Erfindungsvariante gemäß Fig. 2 kann die Elektromotor-Ansteuerung für die Dreh­ zahlregelung beibehalten werden und gleichwohl der Elektromo­ tor auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht werden, insbe­ sondere dadurch, daß bei betriebenem drehzahlgeregelten Elek­ tromotor der Tastgrad bzw. das Tastverhältnis T ist durch das Steuergerät überwacht und bei Überschreitung eines zuläs­ sigen Tastgrades Tzul der Elektromotor abgeschaltet wird.

Der Tastgrad T bzw. das Tastgradverhältnis (Quotient aus der Einschaltzeit des Elektromotors und der Periodendauer) liegt zwischen 0% und 100% (= volle Betriebsspannung U), wobei die Taktfrequenz üblicherweise zwischen 18 kHz und 22 kHz liegt.

Entsprechend der Auslegung des Arbeitspunktes des Elektromo­ tors wird die Tastgrad-Kennlinie festgelegt. Der zulässige Tastgrad Tzul liegt im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bei 10% über dem Tastgrad-Sollwert, also bei 1,1 Tsoll, kann je­ doch auch an anderer Stelle im unzulässigen Bereich A über dem Tastgrad-Sollwert Tsoll gelegen sein.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist im Steuergerät ein linea­ rer Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung U und dem Tastgrad T definiert.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt­ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfin­ derischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (10)

1. Drehzahlgeregelter Elektromotor ohne Motorstrombegren­ zung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störab­ schaltung, insbesondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor durch entsprechende Ansteuerung durch das Steuergerät auch auf Frei- bzw. Schwergängig­ keit überwacht und bei Überschreitung einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor erst mit einer Zeitverzögerung ab­ geschaltet wird.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Überwachung der Frei- bzw. Schwergängigkeit des Elektromotors die Drehzahlregelung kurzzeitig für ein Zeitintervall (Δt) ausgeschaltet und eine zulässige Drehzahlabweichung (Δn zul) überwacht und bei Über­ schreiten der zulässigen Drehzahlabweichung der Elektro­ motor ausgeschaltet wird (Fig. 1).

4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehzahlabweichung die maximale Drehzahlände­ rungsgeschwindigkeit beim Ausschalten der Elektromotor- Ansteuerung definiert ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlabweichung ein Drehzahlabfall bezogen auf das Zeitintervall (Δt) ist.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlabfall eine Funktion des Lastmoments des Elektromotors ist.

7. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei betriebenem drehzahlgeregelten Elektromotor der Tastgrad bzw. das Tastverhältnis (T ist) durch das Steu­ ergerät überwacht und bei Überschreitung eines zulässi­ gen Tastgrades (T zul) der Elektromotor abgeschaltet wird (Fig. 2).

8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Auslegung des Arbeitspunktes des Elektromotors die Tastgrad-Kennlinie festgelegt wird.

9. Elektromotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zulässige Tastgrad (T zul) bei ca. 10% bis maxi­ mal 20% über dem Tastgrad-Sollwert (T soll) liegt.

10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät ein linearer Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung (U) und dem Tastgrad (T) definiert ist.