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Regelschaltung für den Kühlerventilator eines Kraftfahrzeuges
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Regelschaltung für den Kühlerventilator
eines Kraftfahrzeuges, insbesondere mit Steuerschaltern, die auf die Kühlwassertemperatur
des Fahrzeugmotors und auf dem Betrilebszustand einer Fahrzeug-Klimaanlage ansprechen,
um einen elektrischen Betriebsstrom zum Betätigen eines Motors für den Kühlerventilator
zu steuern.
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Bei einem mit einer Klimaanlage ausgerüsteten Kraftfahrzeug wird ein
Kühlerventilator dazu verwendet, die kühlende Luft nicht nur durch den Kühler sondern
auch durch einen Kondensator der Klimaanlage zu führen. Um diese beiden Wärmeaustausbher
zu kühlen, ist ein elektrisch betriebener Kühlerventilator ihnen benachbart.angeordnet.
Der Betrieb des Kühlerventilators wird entsprechend der Wassertemperatur und dem
Betriebszustand der Klimaanlage mittels einer Regelschaltung zum Regeln eines elektrischen
Stromes zum Betätigen des Elektromotors für den Kühlerventilator geregelt.
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Eine übliche Regelschaltung umfaßt zwei Steuer6chalter,welche auf
die Wassertemperatur und den Betriebszustand der Klimaanlage ansprechen.
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Sie ist so ausgebildet, daß ein gleichförmiger Antriebsstrom über
diese SteuerschaXterzum Kühlerventilator-Motor gespeist wird, wann immer dieser
betätigt wird.
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Jedoch ist die erforderliche Kühlluftmenge mit den Betriebszuständen
des Fahrzeugmotors und der Klimaanlage veränderlich. Der Kühlluftbedarf ist insbesondere
dann sehr klein, wenn die Kühlwassertemperatur des Fahrzeugmotors unter einem vorbestimmten
Wert liegt und wenn die Klimaanlage also allein zu betreiben ist. Deshalb kann die
Drehzahl des Kühlerventilators und folglich der Antriebsstrom für den Ventilator-Motor
verringert werden, wenn die Klimaanlage allein zu betreiben ist.
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Die übliche Regelschaltung hat folglich den Nachteil, daß der stets
gleichförmige Antriebsstrom für den Kühlerventilator-Motor einen überflüssigen Verbrauch
an elektrischer Energie aus der Batterie verursacht und folglich der Fahrzeugmotor
stärker durch den Betrieb des Generators bzw. Alternators zum Ausgleichen der Stromentnahme
aus der Batterie belastet ist.
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Die verbesserte Regelschaltung weist gemäß der Erfindung eine magnetisch
gesteuerte Kompressorkupplung; einen elektrischen Antriebsmotor für den Kühlerventilator;
einen ersten, der Kompressorkupplung zugeordneten thermostatisch gesteuerten Schalter;
einen ersten Steuerschaiterzum Regeln der elektrischen Leistung des Motors für den
Kühlerventilator und einen in Reihe mit dem ersten Steuerschalterund dem Motor geschalteten
Widerstand zum Reduzieren des elektrischen Leistungsverbrauchs des Motors auf. Der
elektrisch betriebene Kühlerventilator wird somit über den Steuerschalterund den
Widerstand mit Strom versorgt, wenn die Kompressorkupplung betätigt wird.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen am
Stand der Technik und an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert,
wobei gleiche Bezugszeichen entsprechende Bauteile bezeichnen. Es zeigen:
Fig.
1 eine Draufsicht auf ein Kühl system, wobei schematisch eine typische Anordnung
für einen Kondensator einer Klimaanlage, einen Fahrzeugmotor-Kühler und einen elektrisch
betriebenen Kühlerventilator dargestellt ist , bei welchem die verbesserte Regelschaltung
gemäß der Erfindung angewendet ist; Fig. 2 ein Schaltbild einer üblichen Regelschaltung
für den elektrisch betriebenen Kühlerventilator; Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausführung
der Regelschaltung nach der Erfindung; Fig. 4 Teil des Schaltbildes in anderer Ausführung
der Regelschaltung und Fig. 5a und 5b Diagramme für den elektrischen Leistungsverbrauch
über der Zeit des elektrischen Kühlerventilators, wobei Fig. 5a die Charakteristik
bei geringer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bzw. geringer Motordrehzahl und
Fig. 5b die Charakteristik bei mittlerer oder höherer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
darstellen.
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Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher eine typische
Anordnung einer Kühlanlage mit einem Kühler, einem Kondensator einer Klimaanlage
und einem elektrisch betriebenen Kühlerventilator dargestellt ist.
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Ein Kühler 11 und ein Kondensator 12 einer Klimaanlage sind miteinander
fluchtend angeordnet, und hinter diesen Wärmeaustauschern ist ein elektrischer Kühlerventilator
13 angeordnet. Wenn der elektrische Kühlerventilator 13 betätigt wird, saugt er
Luft durch das Kühl system in Richtung der Pfeile A, d.h. durch den Kondensator
12, den Kühler 11 und aus den Wärmeaustauschern heraus, wie durch den Pfeil B angedeutet
ist.Somit wird der elektrische Kühlerventilator 13 dazu verwendet, beide Wärmeaustauscher
zu kühlen.
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Eine konventionelle Regelschaltung zum Regeln dieses elektrischen
Kühlerventilators ist in Fig. 2 gezeigt. Der Elektromotor 3 des Kühlerventilators
ist mit Relais-Kontakten eines elektrischen Ventilator-Relais 2 und eines Klimaanlagen-Relais
5 verbunden. Der Motor 3 wird durch die Betätigung eines dieser Relais 2 oder 5
betätigt.
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Die Größe des zum Elektromotor 3 gespeisten Stromes ist in beiden
Fällen gleich.
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Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die Regelschaltung für den Kühlerventilator
eines Fahrzeuges gemäß der Erfindung einen Widerstand 8, der in Reihe mit dem Relais-Kontakt
des Klimaanlagen-Relais 5 und dem Elektromotor 3 geschaltet ist, um dadurch den
elektrischen Leistungsverbrauch des Motors 3 zu senken, wenn das Klimaanlagen-Relais
allein betätigt ist.
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Wie gezeigt, umfaßt die Regelschaltung zwei Schaltungabschnitte, nämlich
einen Kühlsystemabschnitt und einen- Kl imaanlagenabschnitt.
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Der Kühlsystemabschnitt umfaßt ein -Kühlerventilator-Relais 2, das
mit einer elektrischen Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden ist, einen Wassertemperatur-Schalter
1, der in Reihe mit der Relais-Wicklungbdes Kühlerventilator-Re1ais 2 geschaltet
ist, und einen elektrischen Kühlerventilator-Motor 3, der in Reihe mit den Relais-Kontakten
des Kühlerventilator-Relais 2 geschaltet ist.
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Der Klimaanlagen-Abschnitt umfaßt ein Klimaanlagen-Relais 5, eine
magnetisch gesteuerte Kompressorkupplung 7, einen Klimaanlagenschalter 4 zum Steuern
der Betätigung der Kompressorkupplung 7 und einen thermostatisch gesteuerten Schalter6,
der auf die Temperatur im Fahrgastraum des Fahrzeuges anspricht, wobei die Schalter
4,6 jeweils in Reihe mit der Relaiswicklung des Klimaanlagen-Relais 5 geschaltet
sind.
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Der Widerstand 8 und der Kühlerventilator-Motor 3 sind in Reihe mit
den Relaiskontakten des Klimaanlagen-Relais 5 geschaltet.
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Der Wassertemperaturschalter l ist mit einem Temperaturfühler,wie
einem Wasserthermometer (nicht gezeigt),verbunden und so gestaltet, daß er schließt,
wenn die Temperatur des Kühlwassers im Kühler über ein vorbestimmtes Niveau ansteigt.
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Der Klimaanlagenschalter 4 ist so gestaltet, daß er manuell in Abhängigkeit
von der Temperatur im Fahrgastraum betätigbar ist.
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Im folgenden wird nun der Betrieb der bevorzugten Ausführungsform
nach Fig. 3 erläutert. Wenn die Temperatur des Kühlwassers über ein vorbestimmtes
Niveau ansteigt, schließt der Wassertemperaturschalter des Kühisystem-Abschnittes
und bewirkt dadurch Betätigung des Kühler ventilator-Relais 2. Der Antriebsstrom
für den Kühlerventilatormotor 3 wird dann direkt von der elektrischen Stromversorung
über die Relaiskontakte des elektrischen Kühlerventilator-Relais geliefert. Der
Kühlerventilator 13 des Kühlsystems beginnt also mit maximaler Drehzahl zu rotieren.
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Zu einem Zeitpunkt, an dem die Kühlwassertemperatur unter ein vorbestimmtes
Niveau absinkt, öffnet der Wassertemperaturschalter 1 und schaltet dadurch den Kühlerventilator-Motor
ab. Der Fachmann erkennt leicht, daß die Temperatur des Kühlwassers aufgrund des
oben geschilderten Betriebs des Wassertemperaturschalter 1 in einem vorbestimmten
Bereich gehalten wird.
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Der Betrieb des Klimaanlagenabschnitts der dargestellten Regelschaltung
soll nun erläutert werden.
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Wenn das Klimaanlagen-Relais 5 des Klimaanlagen-Abschnitts bei geschlossenem
Wassertemperaturschalter 1 betätigt wird, hat es keinerlei Wirkung auf den zum Kühlerventilator-Motor
3 gespeisten Strom, weil die Klemme des Motors 3 direkt mit der elektrischen Stromversorgung
über die Relais-Kontakte des Kühlerventilator-Relais 2 verbunden ist.
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Wenn dagegen der Klimaanlagenschalter 4 und der thermostatisch gesteuert
Schalter 6 des Klimaanlagen-Abschnitts bei geöffnetem Wassertemperatur-Schalter
1 geschlossen sind, verurSacht dies die Betätigung des Klimaanlagen-Relais 5 und
folglich die Stromversorgung des Kühlerventilator-Motors 3 über die Relais-Kontakte
des Klimaanlagen-Relais und den Widerstand 8.
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Somit beginnt der Kühlerventilator 13 mit geringerer Drehzahl zu -rotieren
und somit eine angemessene Kühlluftmenge durch den Kondensator 12 der Klimaanlage
zu saugen.
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Gleichzeitig wird die Kompressorkupplung 7 durch den im Klimaanlagenabschnitt
der Regeschaltung fließenden Strom eingeschaltet, so daß die Klimaanlage zu arbeiten
beginnt.
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Fig. 4 zeigt eine andereAusführung der Regelschaltung für den elektrischen
Kühlerventilator eines Fahrzeuges gemäß der Erfindung. Wie dargestellt ist der Widerstand
8 der ersten Ausführung durch einen veränderbaren Widerstand 9 ersetzt. Mittels
dieses veränderbaren Widerstandes 9 kann der Betriebsstrom des Kühlerventilator-Motors
3 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, was die Regelung der durch die
Kondensator 12 der Klimanlage geführten Luftmenge ermöglicht.
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Der Fachmann erkennt, daß die Größe des im Klimaanlagen-Abschnitts
fließenden Stromes für die Betätigung des Motors 3 durch den Widerstand 8 oder den
veränderbaren Widerstand 9 verringert wird, wodurch der elektrische Leistungsverbrauch
des Kühlerventilator-Motors 3 dann verringert wird, wenn die Klimaanlage allein
betrieben wird.
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Die Fig. 5a und 5b zeigen die Charakteristik des elektrischen Leistungsverbrauchs
des Kühlerveatilator-Motors 3.
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Gemäß Fig. 5a, welche die Leitungscharakteristik bei langsamemBetrieb
eines Fahrzeuges zeigt, wird der elektrische Leistungsverbrauch des Kühlerventilators
3 auf einem Niveau L gehalten, wenn der Klimaanlagen-Abschnitt der Schaltung zu
Beginn allein betätigt wird, weil der Betriebsstrom für den Kühlerventilator-Motor
3 über den Widerstand 8 oder den variablen Widerstand 9 gespeist wird.
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Wenn anschließend die Kühlwassertemperatur ansteigt und auch der Kühlsystemabschnitt
der Schaltung betrieben wird, wird der Kühlerventilator-Motor mit dem maximalen
Antriebsstrom versorgt. Somit erreicht der elektrische Leistungsverbrauch ein Maximum.
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Wie gezeigt, wird der elektrische Sistungsverbrauch zwischen dem Niveau
L und einem Niveau H intermittierend gemäß der Schalterstellung des Wassertemperaturschalters
1 verändert.
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Im Fall der bekannten Regelschaltung liegt der elektrische Leistungsverbrauch
stets auf dem maximalen Niveau, weil der Ventilator-Motor stets mit dem maximalen
Antriebsstrom versorgt wird, also auch dann, wenn die Klimaanlage allein betätigt
wird.
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Die Regelschaltung gemäß der Erfindung spart elektrische Leistung
am elektrischen Kühlerventilator. Die Größe der teistungseinsparung ist durch die
schraffierten Quadrate in Fig. 5a repräsentiert.
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Wenn die Klimaanlage nicht in Betrieb ist, entspricht der Verbrauch
an elektrischer Leistung bei der Regelschaltung gemäß der Erfindung demjenigen bei
der bekannten Regelschaltung. Demzufolge ist die Charakteristik unter solchen Bedingungen
in den Figuren nicht gezeigt.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5b, welche die Charakteristik des elektrischen
Leistungsverbrauchs bei mittlerer oder hoher Geschwindigkeit des Fahrzeuges zeigt,
ist der Betrieb der Regelschaltung gleich wie im zuerst beschriebenen Fall mit Ausnahme
dessen, daß die Frequenz der Betätigung des Kühisystem-Abschnittes der Schaltung
im Vergleich zum erstbeschriebenen Fall verringert ist.
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Demnach wird die Zeitdauer, bei welcher der Klimaanlagenabschnitt
allein arbeitet, verlängert, so daß die Einsparung an elektrischer teistung größer
wird.
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