DE2341296C2 - Elektronische Steuerschaltung für einen Gebläse-Gleichstrommotor in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Elektronische Steuerschaltung für einen Gebläse-Gleichstrommotor in einem Kraftfahrzeug

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Steuerschaltung für einen vom Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit Spannung versorgten Gleichstrommotor (Gebläsemotor) eines vom Staudruck beaufschlagbaren Gebläses mit einem Analogregler.
Für die Heizung und Kühlung von Fahrzeuginnenräumen in Kraftfahrzeugen, aber auch für Klimaanlagen, werden Gebläse benötigt Dabei ist es wichtig, daß die Innentemperatur und/oder die Gebläseluftmenge konstant bleibt, unabhängig von der Außentemperatur, der Fahrtgeschwindigkeit und dergleichen. Im allgemeinen werden Gebläse mit vorwärts gekrümmten Schaufeln verwendet da diese Gebläse eine entsprechend steile Charakteristik haben und in normalem Bereich mit relativ niedriger Drehzahl, d. h. geräuscharm laufen. Nachteilig ist es, daß die vom Gebläse geförderte Luftmenge abhängig ist vom Staudruck, der wiederum durch die Lufteintrittsöffnungen am Fahrzeug bestimmt wird
Aus der US-PS 35 55 388 ist eine Schaltungsanordnung für einen Analogregler mit Regelung auf Einhaltung des einem einstellbaren Sollwert entsprechenden Stroms für einen Elektromotor bekannt Diese Schrift hat eine elektronische Konstantstromregelschaltung für den Betrieb eines Gleichstrommotors zum Inhalt, bei welcher der Motor in Reihe an die Emitter-Kollektor-Strecke eines Leistungstransistors angeschlossen ist, dessen Basis von dem Ausstrom eines Steuertransistors durchflossen ist, der über eine Verstärker- und Vergleicherstufe mit Analogregler (Spalte 3, Zeilen 11 bis 13) angesteuert ist, wobei der Istwert des Motorstromes als dem Motorstrom proportionale Spannung an einem in den Motorstromkreis geschalteten Meßwiderstand abgegriffen und die Differenz dieser Spannung zu einer durch ein Potentiometer einstellbaren Sollspannung verstärkt und über den Analogregler der Basis des Steuertransistors zugeführt wird. Diese Einrichtung arbeitet mit einem Gleichstrommotor mit Konstantstromspeisung, bei welchem allerdings die Last als konstant angenommen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es einer grundsätzlichen andersartigen Ausbildung und Anordnung einer Steuerung für einen vom Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit Spannung versorgten Gleichstrommotor (Gebläsemotor) bedarf, damit der Staudruckeinfluß auf das Gebläse ausgeschaltet bzw. derart berücksichtigt wird, daß bei verschiedenen Fahrbedingungen, bei unterschiedlichen Witterungseinflüssen und bei entsprechenden, individuellen Wünschen der Fahrgäste die notwendigen Änderungen der Lüfterdrehzahl mittels hierfür geeigneter Einrichtung, z. B. durch einen Analogregler durchgeführt werden.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuerung eines Gebläsegleichstrommotors in Kraftfahrzeugen zu schaffen, durch die der Staudruckeinfluß auf das Gebläse ausgeschaltet wird und die eine Anpassung der Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit von einer oder mehreren Temperaturen
gestattet.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Steuerschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Analogregler in an sich bekannter Weise aus einer Konstantstrom-Speiseschaltung für den Gebläsemotor besteht, die den Speisciirom (Stromaufnahme) des Gebläsemotors auf einen, durch einen am Reglereingang angeordneten Einstellwiderstand bestimmten, festen Wert unabhängig vom Staudruck am Gebläseeingang hält und daß zwischen Spannungsquelle und KoiHtantstrom-Speiseschaltung zusätzlich zum Reglereingang ein Druckgeber mit mindestens einem Widerstand zur Bildung eines Steuersignales zur Einstellung eines vom Staudruck am Gebläseeingang abhängigen konstanten Speisestroms geschaltet ist, um das Drehmoment des Gebläsemotors konstant zu halten.
Damit liegt also ein erstes Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung darin, den Gleichstromgebläseantriebsmotor in Serie mit einem elektronischen Stellglied zu betreiben, das von einem Konstantstromregler angesteuert wird, also mit konstantem Strom und deshalb mit konstantem Drehmoment zu beaufschlagen.
Die Erfindung ist außerdem auf eine Merkmalskombination von Schaltungsmaßnahmen abgestellt, mit denen das Drehmoment des Gebläsemotors in Abhängigkeit vom Staudruck konstant gehalten werden kann.
Es ergibt sich somit eine Wirkung, die durch bloße Anwendung der bekannten Konstantstrom-Speiseschaltung nach der genannten US-PS 35 55 388 nicht erzielbar ist.
Es kann, wie an sich bekannt, der am Reglereingang angeordnete Einstellwiderstand ein Potentiometer sein, ferner ist zusätzlich am Reglereingang zur Einstellung des konstanten Speisestroms ein von der Außentemperatur und/oder der Innentemperatur abhängiger Widerstand angeordnet.
Bei der elektronischen Steuerschaltung wird der konstante Stromfluß durch den Gleichstrommotor (Gebläsemotor) vom Analogregler erzwungen, d. h. bei zusätzlich auf die Lüfterblätter wirkendem Belastungsmoment aufgrund des Einflusses vom Staudruck bewirkt die erzwungene Konstantstromspeisung, daß ein größerer Spannungsabfall über dem Stellglied und demzufolge ein kleinerer Spannungsabfall über dem Gleichstrommotor selbst auftritt. Die Verringerung der wirksamen Spannung über dem Gleichstrommotor selbst bewirkt eine wünschenswerte Drehzahlverringerung, weil dadurch einer an sich durch den Staudruck hervorgerufenen Vergrößerung des Luftfördervolumens entgegengewirkt wird.
Es kann allerdings bei steigendem Staudruck trotz Verringerung der Lüfterdrehzahl des Warmluftgebläses die gelieferte Warmluftmenge für die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes noch zu hoch sein. Es liegt daher im Bereich der erfindungsgemäßen Lösung der eingangs gestellten Aufgabe, daß, wie an sich bekannt, der Gebläsemotor bei der Luftkühlung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeuges angewendet wird, und zusätzlich/oder nur ein von der Warmluftaustrittstemperatur des Antriebmotors abhängiger Widerstand oder nur ein Druckgeber mit mindestens einem Widerstand am Reglereingang angeordnet sind oder ist. Das bedeutet, daß bei starkem Staudruckanstieg nicht nur über Konstanthaltung des Lüftermotor-Stromes eine Absenkung der Lüfterdrehzahl hervorgerufen wird, sondern daß zum Zweck weitergehender Kompensation des Staudruckeinflusses sogar noch die Konstantstromspeisung des Gleichstrommotors proportional zum Staudruck abgesenkt wird. Hierfür wird der Sollwert für die Stromregelung mittels eines vom Staudruck beaufschlagten Druckgebers auf einen Wert abgesenkt, der einem kleineren erzwungenen Konstantstromfluß durch den Gleichstrommotor entspricht Dies hat eine noch weitere Verringerung der Lüfterdrehzahl zur Folge.
Es erweist sich weiter als vorteilhaft, daß in an sich bekannter Weise der Gebläsemotor bei einem wassergekühlten Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges dem Wasserkühler zugeordnet ist und daß Druck- und Temperaturfühler zur Kennlinieneinstellung des Analogreglers vorgesehen sind. Um eine kurzzeitige Lieferung des dem vollen Anlaufdrehmoment des Gebläsemotors entsprechenden Stromes beim Starten des Fahrzeugantriebsmotors zu ermöglichen, ist zwischen Reglereingang und Gebläsemotor ein zeitabhängiges, kapazitives Schaltelement vorgesehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 verschiedene Kennlinien in Abhängigkeit von der Stromaufnahme eines Gebläses, Außentemperaturen und Drehzahlsollwerteinstellung,
F i g. 2 Kennlinien für ein temperaturabhängig gesteuertes Frischluftgebläse,
F i g. 3 eine schematische Darstellung der gesamten Regelstrecke,
Fig.4 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Steuerung, und
F i g. 5 einen zusätzlichen Schaltkreis.
Bei der elektronischen Steuerschaltung werden am Reglereingang E anliegende kleine Gleichspannungen in proportionale Gleichströme zur direkten Ansteuerung der Gebläsegleichstrommotoren 1,10 umgeformt. An den Reglereingang £ können hochohmige Potentiometer PX zur Handeinstellung, Heißleiterfühler und/ oder Staudruckregler (Potentiometer mit staudruckabhängiger Verstellung) angeschlossen sein, welche zum Eingangspotentiometer P2 in Reihe liegen. Jeder Widerstands'vert am Eingang E des Reglers entspricht einem bestimmten Leistungsstrom am Ausgang.
Wird ein Stellpotentiometer verwendet, dann kann von Hand der Strom für den Gebläsemotor stetig verstellt werden. Bei zunehmendem Staudruckeinfluß wird die Gebläsedrehzahl niedriger, weil aufgrund des konstanten Stromes auch das Drehmoment konstant bleibt. Durch entsprechende Schaltung am Eingang E können die in F i g. 1 dargestellten Kennlinien eingestellt werden. Als Ordinate ist die Stromaufnahme des Gebläses in Prozenten aufgetragen und als Abszisse die Sollwerteinstellung durch das Potentiometer. Die Kurve a stellt eine lineare Grundkennlinie dar, während die Kurven b und c auf das Fahrzeug bezogen sind, wobei die Kurve b eine Kurve mit zunehmender Steigung für ein Heizungsgebläse darstellt und die Kurve c eine abnehmende Steigung zeigt für Klimaanlagen mit Air Conditioner und mit zunehmender Steigung im Heizbetrieb.
Die Kurve chat ein Minimum bei einer Außentemperatur von etwa 200C. Bei einer derartigen Temperatur
b5 wird die geringste Gebläseluft benötigt.
Bei Reglern mit Staudruckfühler kann ein definierter Zusammenhang zwischen Staudruck, entsprechend der Fahrgeschwindigkeit und Drehmoment hergestellt
werden. Der Staudruckfühler verstellt praktisch in Abhängigkeit vom Staudruck zusätzlich die Solldrehzahl.
In Fig.2 ist eine Kurve a als Kennlinie für ein Warmluftgebläse und eine Kurve b als Kennlinie für ein Frischluftgebläse dargestellt.
Die Darstellung in F i g. 3 zeigt eine vollständige Anlage mit automatischer Temperaturregelung. Am Reglereingang E sind die Heißleiter bzw. NTC-Widerstände als Außentemperaturfühler 8 bzw. Innenraumtemperaturfühler 9 angeordnet.
Zwischen Spannungsquelle und Konstantstrom-Speiseschaltung 7 ist zusätzlich zum Reglereingang E ein Druckgeber 12 mit mindestens einem Widerstand zur Bildung eines Steuersignals zur Einstellung eines vom Staudruck am Gebläseeingang abhängigen, konstanten Speisestromes vorgesehen. Dieser Druckgeber soll das Drehmoment des Gebläsemotors 10 konstant halten.
Der Regler 7 steuert den Motor für ein Warmluftgebläse.
Die Stromaufnahme des Gebläsemotors 1 wird natürlich nicht ständig auf dem gleichen konstanten Stromniveau gehalten, sondern ändert sich mit den eingegebenen Eingangswiderständen, welche lediglich als Parameter in Funktion treten. In einem Wärmetauicher 2 wird die Frischluft durch Abgase erwärmt. Die geförderte Luft gelangt durch einen Luftkanal 3 mit mengenvariabler Luftströmung zu einem Luftmischkasten 4 mit Luftrichtungsverstellung.
Bei abnehmender Temperatur, beispielsweise am Innenraumfühler 9 steigt der Widerstandswert an. Dies führt dazu, daß dem Warmluftgebläsemotor 1 ein höherer Strom zugeführt wird, wodurch sich die Drehzahl erhöht. Zusätzlich ist ein Frischluftgebläse 5 mit Frischluftansaugung 6 vorgesehen, welches in einfacher Weise, z. B. von Hand gesteuert werden kann.
In F i g. 4 ist ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung dargestellt. Die Schaltung weist einen Operationsverstärker OP auf, der für das Schaltverhalten verantwortlich ist, einen Steuertransistor T2 und einen Leistungstransistor Ti. Der Widerstand R 3 bestimmt den Stromeinsteiibereich. Das Potentiometer Fl bestimmt bei voll aufgedrehtem Eingangspotentiometer P 2 gerade den maximalen Nennstrom.
Eine Besonderheit der Steuerschaltung liegt darin, daß der Gebläsemotor 10 bei der Luftkühlung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeuges Verwendung findet und zusätzlich/oder nur ein von der Warmluftaustrittstemperatur des Antriebsmotors abhängiger Widerstand NTC oder nur ein Druckgeber 12 mit mindestens einem Widerstand am Reglereingang E angeordnet sind oder ist Wie bereits angedeutet, ist zwischen Reglereingang E und Gebläsemotor 10 ein zeitabhängiges, kapazitives Schaltelement 14 zur kurzzeitigen Lieferung des dem vollen Anlaufdrehmoment des Gebläsemotors entsprechenden Stroms beim
Starten des Fahrzeugantriebsmotors geschaltet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Analogregler mit einer elektronischen Sicherungsschaltung 13 versehen ist, die bei Unterschreiten einer kritischen Spannung am Gebläsemotor 10 in Abhängigkeit vom eingestellten Speisestrom die Stromzufuhr zum Gebläsemotor 10 solange unterbricht, bis das Bordnetz durch Ausschalten der Zündung kurzzeitig unterbrochen wird oder das Potentiometer P2 am Reglereingang auf kleinste Drehzahl des Gebläsemotors 10 gestellt wird. Schließlich soll zwischen Einstellwiderstand bzw. Potentiometer 11 und Reglereingang feine spannungsabhängige Schaltung zum Einstellen der Kennlinien des Analogreglers geschaltet sein (F i g. 5).
Ein Kondensator CX bewirkt ein sicheres Anlaufen des Gebläses. Ein Widerstand R 1 bewirkt zusammen mit einer Zenerdiode D 2, daß der maximale Nennstrom von der Betriebsspannung unabhängig wird.
Der Strom fließt durch R 6, wobei ein größer werdender Strom einen größeren Spannungsabfall an R 6 bewirkt. Dieser Spannungsabfall wird durch Widerstände R 5 und R 8 und P1 auf die Eingänge des Operationsverstärkers OP übertragen. Je größer die Differenz am Eingang des Operationsverstärkers OPist, umso geringer ist der Strom am Ausgang. Dieser Strom wird über einen Widerstand R 12 dem Steuertransistor T2 zugeleitet, sodann verstärkt und an den Leistungstransistor Ti weitergeleitet und dort erneut verstärkt. Diese Schaltung wirkt einem Anstieg des Stromes entgegen.
Die Voreinstellung des Sollstromes erfolgt durch einen Steuerstrom durch den Widerstand R 3, der erzeugt wird, indem am Eingang E eine Spannung angelegt wird. Der erwähnte Kondensator C1 bewirkt, daß die Konstant-Strom-Speise-Schaltung 7 beim Einschalten vollen Strom liefert.
Ein Widerstand R 2 mit einem Widerstand R10, einer Diode Di und einem Kondensator C2 bilden die elektronische Sicherung. Der Kondensator C2 verhindert, daß beim Einschalten die elektronische Sicherung sofort anspricht, wodurch eine Verzögerung der Sicherung erreicht ist.
Durch den Widerstand R1 und die Zenerdiode D 2 wird eine Konstantspannung erzeugt, mit deren Hilfe die Geberwiderstände (Einstellwiderstände) gespeist werden. Dadurch werden die Einstellwerte von Betriebsspannungsschwankungen unabhängig.
Die Begrenzung des Gebläsestromes hängt somit nur von der Stellung des Potentiometers P 2 ab, nicht jedoch von der Netz-, d. h. Batteriespannung.
Die Erfindung ist auch zur Steuerung von Gebläsemotoren für Kühler bei wassergekühlten A.ntriebsmotoren anwendbar.
In vorteilhafter Weise kann der Regler selbst im Gebläseeingang angeordnet sein und dadurch direkt gekühlt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Elektronische Steuerschaltung für einen vom Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit Spannung versorgten Gleichstrommotor (Gebläsemotor) eines vom Staudruck beaufschlagbaren Gebläses mit einem Analogregler, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogregler in an sich bekannter Weise aus einer Konstantstrom-Speiseschaltung (7) für den Gebläsemotor (10) besteht, die den Speisestrom (Stromaufnahme) des Gebläsemotors (10) auf einen, durch einen am Reglereingang angeordneten Einstellwiderstand bestimmten, festen Wert unabhängig vom Staudruck am Gebläseeingang hält und daß zwischen Spannungsquelle und Konstantstrom-Speiseschaltung (7) zusätzlich zum Reglereingang (E) ein Druckgeber (12) mit mindestens einem Widerstand zur Bildung eines Steuersignals zur Einstellung eines vom Staudruck am Gebläseeingang abhängigen konstanten Speise-Stroms geschaltet ist, um das Drehmoment des Gebläsemotors (10) konstant zu halten.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der am Reglereingang (E) angeordnete Einstellwiderstand ein Potentiometer (P2) ist
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich am Reglereingang (E) zur Einstellung des konstanten Speisestroms ein von der Außentemperatur und/oder der Innentemperatur abhängiger Widerstand (8; 9) angeordnet ist.
4. Steuerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Gebläsemotor (10) bei der Luftkühlung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeuges angewendet wird und zusätzlich/oder nur ein von der Warmluftaustrittstemperatur des Antriebsmotors abhängiger Widerstand (NTC) oder nur ein Druckgeber (12) mit mindestens einem Widerstand am Reglereingang (^angeordnet sind oder ist.
5. Steuerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Gebläsemotor (10) bei einem wassergekühlten Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges dem Wasserkühler zugeordnet ist und daß Druck- und Temperaturfühler zur Kennlinieneinstellung des Analogreglers vorgesehen sind.
6. Steuerschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß so zwischen Reglereingang (E) und Gebläsemotor (10) ein zeitabhängiges kapazitives Schaltelement (14) zur kurzzeitigen Lieferung des dem vollen Anlaufdrehmoment des Gebläsemotors entsprechenden Stroms beim Starten des Fahrzeugantriebsmolors geschaltet ist.
7. Steuerschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogregler mit einer elektronischen Sicherungsschaltung (13) versehen ist, die beim Unterschreiten einer kritischen Spannung am Gebläsemotor (10) in Abhängigkeit vom eingestellten Speisestrom die Stromzufuhr zum Gebläsemotor (10) solange unterbricht, bis das Bordnetz durch Ausschalten der Zündung kurzzeitig unterbrochen wird oder bis das fa5 Potentiometer (P 2) am Reglereingang (e) auf kleinste Drehzahl des Gebläses gestellt wird.
8. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einstellwiderstand bzw. Potentiometer (11) und Reglereingang (E) eine spannungsabhängige Schaltung zum Einstellen der Kennlinien des Analogreglers geschaltet ist (F ig. 5).
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