DE19901708B4

DE19901708B4 - Drehzahlgeregelter Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung, insbesondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes

Info

Publication number: DE19901708B4
Application number: DE1999101708
Authority: DE
Inventors: Andreas Alber; Jürgen EPPLE; Monika Sigle; Dieter Bächle
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: DE19901708A1

Abstract

Drehzahlgeregelter Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung, insbesondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung, wobei der Elektromotor durch das Steuergerät mittels Auswertung eines Drehzahlsignals auch auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht und bei Überschreitung einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Überwachung der Frei- bzw. Schwergängigkeit des Elektromotors die Drehzahlregelung in Zeitzyklen (z) kurzzeitig für ein Zeitintervall (Δt) ausgeschaltet und eine zulässige Drehzahlabweichung (Δn zul) überwacht und bei Überschreiten der zulässigen Drehzahlabweichung der Elektromotor ausgeschaltet wird (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahlgeregelten Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung, insbesondere einen drehzahlgeregelten Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung.
Für den Betrieb von unabhängigen Heizgeräten in einem Fahrzeug werden üblicherweise für atmosphärische Verdampferbrenner 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, Sensorik und Dosierpumpe auf Unterbrechung und Kurzschluss. Die Geräte besitzen im Regelfall eine Drehzahl- oder Spannungsregelung.
Bei drehzahlgeregelten Elektromotoren von Heizgeräten ohne Motorstrombegrenzung der eingangs genannten bekannten Art verhindert die Störabschaltung eine Überlastung des Elektromotors im Extremfall, insbesondere im Blockierfall. Streift das Gebläserad nur geringfügig am Gehäuse an, ist der Blockierfall noch nicht gegeben. Das erhöhte Bremsmoment des Gebläserads wird durch Erhöhung der Leistung des Elektromotors (Erhöhung der Betriebsspannung und des Stroms auf einen Sollwert) überwunden, um die gewünschte Drehzahl wieder einzustellen. Dies geht längerfristig insbesondere mit einer thermischen Überlastung und einem erhöhten Verschleiß des Elektromotors einher.
Die DE 38 39 535 C2 offenbart einen gattungsgemäßen Elektromotor zum Antrieb eines Gebläses eines Heizgeräts für Kraftfahrzeuge. Dieser bekannte Elektromotor wird durch Unterbrechung der Spannungszufuhr zu dem Elektromotor auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht, indem die von dem drehenden Elektromotor erzeugte Generatorspannung gemessen und ausgewertet wird.
Aus der DE 44 32 058 A1 ist ein drehzahlgeregelter Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung bekannt, wobei der Elektromotor durch das Steuergerät auch auf Schwergängigkeit überwacht und bei Überschreitung einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines drehzahlgeregelten 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-Verspannung 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 9.
Wesen der Erfindung ist, dass für eine Überwachung der Frei- bzw. Schwergängigkeit des Elektromotors die Drehzahlregelung kurzzeitig für ein Zeitintervall ausgeschaltet und eine zulässige Drehzahlabweichung überwacht und bei Überschreiten der zulässigen Drehzahlabweichung der Elektromotor ausgeschaltet wird.
Als Drehzahlabweichung ist hierbei vorzugsweise die maximale Drehzahländerungsgeschwindigkeit beim Ausschalten der Elektromotor-Ansteuerung definiert.
Die Drehzahlabweichung ist insbesondere ein Drehzahlabfall bezogen auf das vorgenannte Zeitintervall und im Besonderen eine Funktion des Lastmoments des Elektromotors.
Es kann bei betriebenem drehzahlgeregelten Elektromotor der Tastgrad bzw. das Tastverhältnis durch das Steuergerät überwacht und bei Überschreitung eines zulässigen Tastgrades der Elektromotor abgeschaltet werden.
Mit der Betriebsspannung und dem Tastgrad ist die Leistungsaufnahme des Elektromotors definiert.
Entsprechend der Auslegung des Arbeitspunktes des Elektromotors wird hierbei die Tastgrad-Kennlinie festgelegt.
Oberhalb eines zulässigen Tastgrades entsprechend der zulässigen 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 der Leistungsaufnahme definiert.
Besonderer Vorteil dabei ist, dass keine Unterbrechung der Drehzahlregelung beim Elektromotor in Kauf genommen werden muß, um die aufgabengemäße Betriebsstörung zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren. Es ist die Überwachung des Tastgrades, der die kleinere Betriebstörung feststellt. Nach dem Stand der Technik wird allenfalls über den Tastgrad der Elektromotor selbst angesteuert, um auf die Soll-Drehzahl zu regeln.
Bei der Erfindung kann durch gezieltes Ausschalten der Elektromotor-Ansteuerung die Drehzahländerung aufgrund der Schwergängigkeit des Elektromotors festgestellt werden und die Störabschaltung durchgeführt werden. Die Auswertung des Drehzahlsignals ist genauer und unempfindlicher gegen Umwelteinflüsse als eine EMK-Auswertung, d. h. eine Auswertung der elektromotorischen Kraft.
Es wird also mit einfachen Mitteln ein erweiterter Schutz vor Überlastung des Elektromotors in einer bisher nicht überwachten "Grauzone" eines Betriebs eingerichtet.
Durch die Erfindung wird ein kostengünstiger Überwachungsschutz der Freigängigkeit insbesondere eines Brennermotors bei Luft- und Wasserheizgeräten mit drehzahlgeregelten Elektromotoren eingerichtet. Im Ergebnis bedeutet dies weniger Motorausfälle im Feld durch kostengünstigen Überlastschutz. Dadurch ist keine hardwaremäßige Motorstrombegrenzung erforderlich.
Treibt der drehzahlgeregelte Elektromotor die Brennstoffdosierpumpe des Heizgeräts an, kann durch die Erfindung auch zwischen Voll- und Leerförderung von Brennstoff und speziell auch die Viskosität des geforderten Brennstoffs erkannt und beispielsweise zwischen PME und Dieselkraftstoff unterschieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
1 schematisch ein Drehzahl/Zeit-Diagramm eines drehzahlgeregelten Elektromotors nach der Erfindung und
2 schematisch ein Tastgrad-Kennfeld eines drehzahlgeregelten Elektromotors.
Gemäß 1 ist ein Drehzahl/Zeit-Diagramm eines drehzahlgeregelten Elektromotors ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung, insbesondere eines drehzahlgeregelten Brennermotors eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung, gezeigt, bei dem der Elektromotor durch entsprechende Ansteuerung durch das Steuergerät auch auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht und bei Überschreitung einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird, wobei der Elektromotor nach einer Abschaltung mit einer Zeitverzögerung gegebenenfalls wieder in Betrieb genommen werden kann.
Für eine Überwachung der Frei- bzw. Schwergängigkeit des drehzahlgeregelten Elektromotors wird in Zeitzyklen z, beispielsweise in jeweils 3 min, die Drehzahlregelung kurzzeitig für ein Zeitintervall Δt, beispielsweise für 2 sec, ausgeschaltet und die zulässige Drehzahlabweichung Δn zul überwacht und bei Überschreiten der zulässigen Drehzahlabweichung der Elektromotor ausgeschaltet. Im gezeigten Zeitintervall 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 Drehzahlabfall größer als der zulässige Drehzahlabfall pro Zeitfenster. Der Elektromotor läuft schwergängig, und es wird der Motor ausgeschaltet. Gegebenenfalls wird der Motor nicht sofort ausgeschaltet, sondern beispielsweise noch ein oder mehrere weitere Zyklen z kontrolliert, ob die Schwergängigkeit fortbesteht, und erst bei Verifizierung mehrerer Feststellungen der Schwergängigkeit das Gerät ausgeschaltet.
Als Drehzahlabweichung kann die maximale Drehzahländerungsgeschwindigkeit beim Ausschalten der Elektromotor-Ansteuerung definiert werden.
Die Drehzahlabweichung ist dann der vorgenannte Drehzahlabfall bezogen auf das Zeitintervall Δt. Da der Drehzahlabfall eine Funktion des Lastmoments des Elektromotors ist, erfolgt also die erfindungsgemäße Störabschaltung dann, wenn das festgestellte Lastmoment größer als das zulässige Lastmoment ist.
Es wird also gezielt die Elektromotor-Ansteuerung für eine Drehzahlregelung unterbrochen.
Bei der Variante gemäß 2 kann die Elektromotor-Ansteuerung für die Drehzahlregelung beibehalten werden und gleichwohl der Elektromotor auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht werden, insbesondere 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.
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 Elektromotors wird die Tastgrad-Kennlinie festgelegt. Der zulässige Tastgrad T zul liegt im Ausführungsbeispiel der 2 bei 10% über dem Tastgrad-Sollwert, also bei 1,1 T soll, kann jedoch auch an anderer Stelle im unzulässigen Bereich A über dem Tastgrad-Sollwert T soll gelegen sein.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist im Steuergerät ein linearer Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung U und dem Tastgrad T definiert.

Claims

Drehzahlgeregelter Elektromotor ohne Motorstrombegrenzung mit Steuergerät für die Drehzahlregelung und Störabschaltung, insbesondere drehzahlgeregelter Brennermotor eines Kraftfahrzeug-Heizgerätes in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung, wobei der Elektromotor durch das Steuergerät mittels Auswertung eines Drehzahlsignals auch auf Frei- bzw. Schwergängigkeit überwacht und bei Überschreitung einer bestimmten Schwergängigkeit abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Überwachung der Frei- bzw. Schwergängigkeit des Elektromotors die Drehzahlregelung in Zeitzyklen (z) kurzzeitig für ein Zeitintervall (Δt) ausgeschaltet und eine zulässige Drehzahlabweichung (Δn zul) überwacht und bei Überschreiten der zulässigen Drehzahlabweichung der Elektromotor ausgeschaltet wird (1).
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor erst mit einer Zeitverzögerung abgeschaltet wird.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahlabweichung die maximale Drehzahländerungsgeschwindigkeit beim Ausschalten der Elektromotor-Ansteuerung definiert ist.
Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlabweichung ein Drehzahlabfall bezogen auf das Zeitintervall (Δt) ist.
Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlabfall eine Funktion des Lastmoments des Elektromotors ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 (2).
Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Auslegung des Arbeitspunktes des Elektromotors eine Tastgrad-Kennlinie festgelegt wird.
Elektromotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Tastgrad (T zul) bei ca. 10% bis maximal 20% über dem Tastgrad-Sollwert (T soll) liegt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät ein linearer Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung (U) und dem Tastgrad (T) definiert ist.