DE3047426C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rege­ lung der Luftmenge gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1. Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 23 41 296 bekannt.

Bei diesem Verfahren bzw. der zugehörigen Schaltungsanordnung wird dem Gleichstrommotor für den Antrieb des Gebläses ein konstanter Strom zuge­ führt, damit die vom Gebläse geförderte Luftmenge bei steigendem Staudruck weniger stark anwächst. Die Luft­ menge wird somit nur über die Motorspannung, d. h., über die Gebläsedrehzahl gesteuert, wobei das Gebläse stän­ dig mit dem vollen Staudruck beaufschlagt ist. Nach­ teilig bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch, daß bei steigendem Staudruck die Motorspannung bereits bei einer relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert Null erreichen kann und daß dann die Luftmenge mit der Fahrgeschwindigkeit bzw. Anblasgeschwindig­ keit linear ansteigt. Damit ist der Einsatzbereich dieser elektronischen Gebläsesteuerung stark einge­ schränkt und für heutige Fahrzeuge zum Teil nicht geeignet. Zur weiteren Aufrechterhaltung der Funktion dieser Gebläsesteuerung wäre schon bei relativ niedri­ gen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine negative Motorklem­ menspannung notwendig, verbunden mit einer Stromum­ kehr, was für Gebläsemotor und Schaltung nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des be­ kannten Verfahrens zu vermeiden und ein Verfahren zur Regelung der Luftmenge der im Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, so daß ohne Verwendung eines Fühlers bzw. Gebers für die Fahr­ geschwindigkeit oder den Staudruck eine einfache und wirksame Regelung der Luftmenge auf einen vorgegebenen Wert bei wechselndem Staudruck erreicht wird, wobei das Verfahren für einen beliebig großen Geschwindig­ keitsbereich wirksam einsetzbar ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Luftmenge bei wech­ selndem Staudruck auf einem konstanten Wert zu hal­ ten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Ver­ bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Die Erfindung geht von der bekannten Erkenntnis aus, daß der von einem ein Gebläse mit vorwärts gekrümm­ ten Schaufeln antreibenden Gleichstrommotor aufgenom­ mene Strom mit zunehmendem Staudruck ansteigt bzw. daß sich der von einem ein beliebiges Gebläse antrei­ benden beliebigen Elektromotor aufgenommene Strom bei sich änderndem Staudruck beliebig ändert. Gemäß An­ spruch 1 wird dieser Motorstrom bzw. seine Änderung als Signal für die Steuerung einer im Luftkanalsystem angeordneten Drosseleinrichtung verwendet. Dabei be­ wirkt zum Beispiel, bei einem von einem Gleich­ strommotor angetriebenen Gebläse mit vorwärts gekrümmten Schaufeln ein Ansteigen des Motorstromes, das wiederum auf ein Ansteigen des Staudruckes zurückzuführen ist, eine Verstellung der Drosseleinrichtung in dem Sinne, daß der Staudruck vor dem Gebläse und damit der Mo­ torstrom herabgesetzt wird, so daß sich - sofern der Sollwert für die Luftmenge nicht geändert wird - eine konstante Luftmenge für den gesamten Geschwindigkeits­ bereich ergibt. Dieses Verfahren arbeitet also ohne einen Fühler, der entweder den Staudruck oder die Fahr­ zeuggeschwindigkeit aufnehmen würde, um sie dem Regler als Signal zuzuleiten - somit wird ein zusätzliches störanfälliges Bauteil vermieden und dennoch eine wirk­ same und zuverlässige Regelung erreicht. Durch die Drosselung des Luftstromes im Luftkanal mittels einer Drosseleinrichtung wird eine Regelung der Luftmenge über den gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich mög­ lich, da auch bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Staudruck soweit reduziert wird, daß die Luftmenge auf ihrem vorgegebenen Wert bleibt.

Gemäß Anspruch 2 wird das Stromsignal über eine Regeleinrichtung dem Stellantrieb für die Drosselein­ richtung zugeführt. Hiermit ergibt sich ein einfacher Aufbau für den gesamten Regelkreis.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 kann die Motorspannung manuell oder programmabhängig zur Änderung der Luftmenge verändert werden, ohne daß die Drosseleinrichtung ihre Einstel­ lung ändert. Dadurch wird es möglich, daß die Luft­ menge im Fahrgastraum laufend an individuelle oder äußere Bedingungen ohne Beinträchtigung des Regel­ verfahrens angepaßt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Schaltungsanordnungen gemäß den Ansprüchen 4, 5 und 6 zur Durchführung des Verfahrens. Dabei ist nach Anspruch 4 für die Regeleinrichtung eine Brückenschaltung vorgesehen, die über einen Meß­ widerstand die Größe des Motorstromes erfaßt und sie zwei Operationsverstärkern zuleitet, die ihrer­ seits den Stellantrieb für die Drosseleinrichtung an­ steuern.

Gemäß Anspruch 5 besteht der Stellantrieb aus einer an sich bekannten Unterdruckdose (Stellmotor) sowie aus zwei die Unterdruckdose ansteuernden Magnetventi­ len (Ansteuerung), wobei die Magnetventile über Tran­ sistoren von den Ausgängen der Operationsverstärker angesteuert werden. Durch die elektronische Schaltungs­ anordnung, d. h., die Regeleinrichtung, wird das Strom­ signal des Motors in ein geeignetes Ausgangs­ signal umgewandelt, das über einen geeigneten Stell­ antrieb die Drosseleinrichtung und damit die Luftmen­ ge im Luftkanalsystem steuert.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist gemäß Anspruch 6 ein Sollwertsteller für die jeweils gewünschte Luftmenge im Motorstromkreis in Form eines Potentiometers vorgesehen, das die Motorspannung, da­ mit die Motordrehzahl und somit die geförderte Luft­ menge vorgibt. Dieser manuell oder durch eine Auto­ matik vorgegebene Sollwert wird auf den ersten Opera­ tionsverstärker der Regeleinrichtung aufgeschaltet, so daß die Luftmengenregelung jeweils an unterschied­ liche Sollwerte angepaßt werden kann. Hierbei ist zu bemerken, daß der jeweils eingestellte Sollwert nicht konstant bleiben muß, sondern ebenso eine be­ liebige Funktion darstellen kann, die von einem be­ liebigen Speicher abgerufen werden kann.

Im Hinblick auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist festzustellen, daß diese Luftmengen­ regelung weder auf einen Gleichstrommotor noch auf ein Gebläserad mit vorwärts gekrümmten Schaufeln be­ schränkt ist. Entscheidend ist vielmehr, daß der Motorstrom des Gebläses sich mit dem Staudruck ändert: Diese Abhängigkeit des Motorstromes vom Staudruck kann jede beliebige Funktion sein, die für einen be­ stimmten Wert der Fahrgeschwindigkeit bzw. des Stau­ druckes ein diskretes Signal für die Regeleinrichtung liefert. Diese Funktion kann im Fahrzeug gespeichert werden, und durch Vergleich des jeweiligen Ist-Wertes kann dann das geeignete Signal zur Ansteuerung des Stellantriebes für die Drosseleinrichtung abgeleitet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Stromänderungen von Wechsel­ strommotoren als Eingangssignale für eine Regeleinrich­ tung erfaßt werden, wenn man eine dem Verwendungszweck ange­ paßte Wechselstromschaltung vorsieht.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Schaltungs­ anordnung zur Durchführung des Verfahrens werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Komponenten des Regelkreises für das Verfahren und

Fig. 2 die elektronische Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 1 zeigt den Fahrgastraum 1 eines Kraftfahrzeu­ ges, der mittels eines Belüftungs-, Heizungs- bzw. Klimatisierungssystems 2 mit entsprechend aufbereite­ ter Luft versorgt wird. Die Luft gelangt dabei durch einen nicht dargestellten Staudruckeinlaß am Fahrzeug in den Lufteinlaß 4 des Luftkanals 3 und wird über das von einem Gleichstrommotor 8 angetriebene Gebläse­ rad 7 über die Austrittsluftdüsen 5, 6 in den Fahrzeug­ innenraum 1 gefördert. Das Gebläserad 7 ist dabei als Radialgebläse mit vorwärts gekrümmten Schaufeln ausge­ bildet, wie es heute bei geräuscharm arbeitenden Heizungs- bzw. Klimatisierungsanlagen üblich ist. Im Luftkanal 3 ist ferner eine mittig angelenkte Drosselklappe 9 ange­ ordnet, die um die Achse 10 im Luftkanal 3 derart schwenkbar ist, daß der Luftdurchtrittsquerschnitt stufenlos veränderbar ist. Diese Drosselklappe 9 wird über ein geeignetes Gestänge 12 von einem Stellantrieb 11 betätigt, dessen Stellmotor 11′ als an sich bekannte Unter­ druckstelldose ausgebildet sein und dessen Ansteuerung 11′′ aus zwei in Fig. 1 nicht dargestellten Magnet­ ventilen bestehen kann. Die Ansteuerung des Stellmo­ tors 11 erfolgt über die beiden elektrischen Signal­ leitungen 15 und 16, die über die Klemmen K 3 und K 4 mit der elektronischen Regeleinrichtung 13 verbunden sind. Die Regeleinrichtung 13 ist über die Klemmen K 1 und K 2 mit einer Spannungsquelle 19 verbunden, die in der Regel die Fahrzeugbatterie darstellt. Die Regelein­ richtung 13 ist ferner über die Klemme K 5 und die Lei­ tung 17 mit dem Gebläsemotor 8 und über die Klemme K 7 mit dem Sollwertgeber 14 verbunden, während die Klem­ me K 6 an Fahrzeugmasse liegt.

Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung der elektronischen Regeleinrichtung 13 sowie ihre Schaltung mit den ange­ schlossenen Komponenten des gesamten Regelsystems. Der Motorstromkreis 17, 18 ist über die Klemmen K 1, K 5 und K 7 an die Regeleinrichtung 13 angeschlossen. Der Motor 8 wird dabei aus der Fahrzeugbatterie 19 mit Strom ver­ sorgt, wobei die gewünschte Drehzahl über den Sollwert­ geber 14 eingestellt wird. Letzterer kann als Potentio­ meter ausgebildet sein, so daß der Motor 8 je nach Stellung des Potentiometers 14 von unterschiedlichen Strömen durchflossen wird. Das Spannungsausgangssignal des Potentiometers 14 an der positiven Eingangsklemme 8 a des Motors 8 wird über die Klemme K 7 und denVorwider­ stand R 4 auf den positiven Eingang des ersten Operations­ verstärkers OP 1 geschaltet. Andererseits ist die nega­ tive Ausgangsklemme 8 b des Motors 8 über die Leitung 17 mit der Klemme K 5 der Regeleinrichtung 13 verbunden. Die Stromversorgung der Regeleinrichtung 13 erfolgt über die positive Klemme K 1 und die negative Klemme K 2 aus der Batterie 19, wobei die negative Klemme K 2 an Fahrzeugmasse liegt. Der Eingang der Regeleinrich­ tung 13 ist durch eine Brückenschaltung gekennzeichnet, die aus den Widerständen R 1, R 2 und R 10, R 11 besteht, wobei zwischen R 10 und R 11 ein Strommeßwiderstand R 12 gelegt ist, der einerseits mit der Klemme K 5 und andererseits mit der an Masse liegenden Klemme K 6 verbunden ist. Das Potential zwischen den Widerstän­ den R 1 und R 10 ist jeweils auf den negativen Eingang des ersten Operationsverstärkers OP 1 und den des zwei­ ten Operationsverstärkers OP 2 geschaltet, während die Potentiale zwischen den Brückenwiderständen R 2 und R 11 jeweils an den positiven Eingängen des ersten und zwei­ ten Operationsverstärkers OP 1 und OP 2 liegen. Die Aus­ gänge beider Operationsverstärker OP 1 und OP 2 können jeweils mit den Klemmen K 3′ und K 4′ verbunden sein, die den Ausgang der Regeleinrichtung 13 bilden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausgänge der beiden Operationsverstärker OP 1 und OP 2 jedoch direkt jeweils an die Basis eines ersten und zweiten Transistors T 1 und T 2 angeschlossen. Die Kollektorstromkreise dieser Transistoren T 1 und T 2 sind über die Klemmen K 3 und K 4 und entsprechende Si­ gnalleitungen 15 und 16 mit Magnetventilen M 1 und M 2 verbunden, deren Ausgänge an Masse liegen. Neben die­ sen wesentlichen Komponenten enthält die Regeleinrich­ tung 13 noch die Dioden D 1, D 2 und D 3 sowie die wei­ teren Widerstände R 3, R 5, R 6, R 7, R 8 und R 9 zur Ver­ vollständigung der Schaltung. Die Magnetventile M 1 und M 2 sind mit dem in Fig. 1 dargestellten Stellantrieb 11 integriert, d. h., bilden dessen Ansteuerung 11′′ und steu­ ern dessen Bewegung und somit die Stellung der Drossel­ klappe 9 im Luftkanal 3.

Die elektronische Regeleinrichtung 13 und das erfin­ dungsgemäße Verfahren zur Regelung der Luftmenge arbeitet bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in der folgenden Weise:

Wenn der Staudruck im Luftkanal 3 infolge erhöhter Ge­ schwindigkeit des Fahrzeuges zunimmt, erhöht sich auch der vom Motor 8 aufgenommene Strom, weil am Gebläse­ rad 7 infolge der Charakteristik der vorwärts gekrümm­ ten Schaufeln ein zusätzliches Moment, d. h., eine höhere Beanspruchung auftritt. Dieser Stromzuwachs im Motor­ stromkreis 17, 18 ruft am Meßwiderstand R 12 einen er­ höhten Spannungsabfall hervor, der zu einer Verstimmung der Brücke R 1, R 2 und R 10, R 11 führt. das hieraus ent­ stehende Signal wird über den Operationsverstärker OP 2 verstärkt und der Basis des Transistors T 2 zugeführt, der daraufhin den Kollektorstrom über die Klemme K 4 in das Magnetventil M 2 fließen läßt. Dieses Magnetventil M 2 bewirkt eine Verstellung des Stellmotors 11′ bzw. seines Gestänges 12 in der Weise, daß die Drossel­ klappe 9 den Durchtrittsquerschnitt des Luftkanales 3 zunehmend verengt. Durch diese Querschnittsverengung wird der vor dem Gebläserad 7 herrschende Staudruck vermindert und damit der vom Motor 8 aufgenommene Strom, weil die Beanspruchung des Gebläses 7 nachgelassen hat. Wenn der Motorstrom seinen vorherigen Wert wieder er­ reicht hat, reicht die an der Basis des Transistors liegen­ de Spannung nicht mehr aus, um dessen Kollektorstrom fließen zu lassen, so daß das Magnetventil M 2 eben­ falls in seine vorherige Stellung zurückgeht und die Bewegung der Drosselklappe 9 beendet ist. Wächst der Staudruck im Luftkanal 3 weiterhin an, so wiederholt sich der zuvor beschriebene Regelvorgang in der Weise, daß die Drosselklappe 9 zunehmend den Luftdurchtritts­ querschnitt verengt. Sinkt der Staudruck jedoch infolge verlangsamter Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ab, so sinkt auch der Strom im Motorstromkreis 17, 18: Dies bewirkt ein verändertes Signal für den ersten Operationsverstärker OP 1, dessen Ausgangssignal jetzt den Transistor T 1 leitend werden läßt, so daß der jetzt fließende Kollektorstrom über die Klemme K 3 und die Signalleitung 15 das Magnetventil M 1 in der Weise betätigt, daß über den Stellmotor 11′ die Drosselklap­ pe 9 in Richtung A zurückgefahren wird. Damit wird der Querschnitt des Luftkanales 3 vergrößert und damit auch der Staudruckeinfluß auf das Gebläse 7, so daß der Motorstrom wieder einen höheren Wert annimmt. Mit der Einhaltung eines konstanten Motorstromes ist so­ mit ein konstanter Luftdurchsatz gewährleistet. Durch dieses Verfahren der Drosselung des Staudruckes wird das Gebläse vor Überlastung bei hohem Staudruck ge­ schützt. Es wird somit eine wirksame und sichere Rege­ lung auch im hohen Geschwindigkeitsbereich erreicht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Regelung der Luftmenge für den Fahrgast­ raum eines Fahrzeuges, wobei die Luft über einen Stau­ lufteinlaß in ein Luftkanalsystem gelangt und über ein von einem Elektromotor, vorzugsweise von einem Gleich­ strommotor, angetriebenes Gebläserad durch Luftaus­ trittsdüsen in den Fahrgastraum gefördert wird, und wobei die Luftmenge durch den vom Staudruck abhängigen Motorstrom im Sinne einer Reduzierung der Luftmenge bei ansteigendem Staudruck über eine elektronische Regel­ einrichtung gesteuert wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Änderung des vom Elektromotor aufgenommenen Stromes zur Steuerung einer im Luftkanalsystem (2) angeordneten Drosseleinrichtung (9) dient, derart, daß bei sich änderndem Staudruck die Drosseleinrichtung (9) in Abhängigkeit vom Motorstrom die Luftmenge solange ändert, bis die Luftmengenände­ rung und damit die Motoränderung zu Null oder an­ nähernd zu Null wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine dem vom Elektromotor (8) aufgenommenen Strom entsprechende Spannungsgröße als Eingangssignal der Regeleinrichtung (13) zugeführt wird und daß die Regeleinrichtung (13) mindestens ein Ausgangssignal erzeugt, das als Eingangssignal für einen Stellantrieb (11) der Drosseleinrichtung (9) dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Luftmenge durch Änderung der Motorspannung manuell oder programmabhängig einstellbar ist und daß die Motorspannung derart der Regeleinrichtung (13) zugeführt wird, daß bei einer Sollwertänderung die daraus resultierende Motoränderung keinen Einfluß auf die Stellung der Drosseleinrichtung (9) hat.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelein­ richtung (13) eine aus den Widerständen R 1, R 2 und R 10, R 11 sowie aus einem vom Motorstrom durchflos­ senen Meßwiderstand R 12 bestehende Brückenschal­ tung aufweist, wobei die Widerstände R 1, R 2 mit den Eingängen eines ersten Operationsverstärkers OP 1 und die Widerstände R 10, R 11 mit den Eingängen eines zweiten Operationsverstärkers OP 2 verbunden sind, und daß die Ausgänge des ersten und zweiten Operationsverstärkers OP 1 und OP 2 an den Stellan­ trieb (11) angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellan­ trieb (11) aus einem Stellmotor (11′) und einer Ansteuerung (11′′) besteht, wobei der Stellmotor (11′) als ein an sich bekannter Unterdruckmotor und die Ansteuerung (11′′) als zwei Magnetventile M 1 und M 2 ausgebildet sind, und daß die Ausgänge der Operationsverstärker OP 1 und OP 2 über Transi­ storen T 1 und T 2 mit den Magnetventilen M 1 und M 2 verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Motorstromkreis zwischen der Spannungsquelle (19) und dem Elektromotor (8) ein Sollwertsteller (14) zur Änderung der Motorspannung und damit der Luftmenge angeordnet und daß die Eingangsklemme (8 a) des Motors (8) über einen Vorwiderstand R 4 mit dem positiven Eingang des ersten Operations­ verstärkers OP 1 und die Ausgangsklemme (8 b) des Motors (8) mit dem Meßwiderstand R 12 verbunden sind.