DE3611987C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belüftung, insbesondere zur Steuerung der Temperatur eines Raumes, bei dem die Drehzahl eines Lüftermotors durch einen Taktimpulsgenerator mit veränderlicher niedriger Taktfrequenz und/oder Pulsbreite gesteuert wird.

Derartige Verfahren können, insbesondere Temperatursteuerung, fakultativ dort angewendet werden, wo die Temperatur des Raumes höher liegt als die Temperatur der Luft in der Umgebung außerhalb des Raumes. Dort ist eine Temperatursteuerung im wesentlichen durch die Belüftung des Raumes mit der kälteren Umgebungsluft möglich. Derartige Verfahren weisen gegenüber der analogen Steuerung der Drehzahl des Lüftermotors den Vorteil geringer Verlustleistung auf. Gegenüber der getakteten Ansteuerung des Lüftermotors mit hoher Frequenz ist der erforderliche Schaltungsaufwand verringert, insbesondere weil keine Maßnahmen zur Hochfrequenzentstörung der Vorrichtung zur Durchführung derartiger Vefahren erforderlich sind.

Aus der DE-PS 23 20 531 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem zur Geräuschminderung des Lüfters der Lüftermotor durch einen Taktimpulsgenerator mit niedriger und fest vorgegebener Taktfrequenz gesteuert wird, wobei der Lüftermotor jedoch nicht vollständig ausschaltbar ist. Weiterhin erfolgt die Steuerung des Lüftermotors mit rechteckförmigen Taktimpulsen.

Das vorbekannte Verfahren hat jedoch Nachteile. Einerseits ist das vorbekannte Verfahren in den Fällen nicht anwendbar, in denen zur Belüftung von Räumen die vollständige Abschaltung des Lüftermotors erforderlich ist. Dies ist z. B. der Fall bei der Steuerung der Temperatur von Motorräumen mit luftgekühlten Verbrennungsmotoren, bei denen insbesondere nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors im Winter zur schnellen Aufheizung des Motorraums jede unnötige Luftbewegung im Motorraum zu vermeiden ist. Andererseits ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Lüftermotors nahe dem Stillstand die Geräuschentwicklung des Lüfters aufgrund der Steuerung mit niedriger Taktfrequenz sehr vernehmlich als Brummen hörbar und kann als störend empfunden werden. Dieser Nachteil wird umso deutlicher, je größer die Luftförderleistung des verwendeten Lüfters ist und je näher sich die wahrnehmende Person bei dem geräuschentwickelnden Lüfter befindet. Besonders nahe beim Lüfter befindet sich der Hörer z. B. im Innenraum eines Kraftfahrzeugs.

Die Erfindung hat die Aufgabe, auf einfache Weise die Geräuschentwicklung des Lüfters weiter zu mindern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese erfindungsgemäße Lösung hat insbesondere den Vorteil, daß beim Anlauf des Lüftermotors aus dem Stillstand der Lüftermotor für eine vorgegebene Zeitdauer kontinuierlich mit der vollen Steuerspannung versorgt wird. Das heißt, in dieser Zeitdauer erhöht der Lüftermotor ohne Unterbrechung der Stromversorgung seine Drehzahl, so daß in diesem Zeitraum eine Geräuschentwicklung des Lüfters aufgrund der niederfrequent getakteten Ansteuerung ausgeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist die Zeitdauer so lang gewählt, daß der Lüftermotor nach Ablauf der Zeitdauer eine vorgegebene Mindestdrehzahl erreicht hat, die dann nach dem Einsetzen der Funktion des Taktimpulsgenerators durch die folgenden Taktimpulse aufrechterhalten werden kann. Durch diese Maßnahme wird die besonders deutlich hörbare Geräuschentwicklung des Lüfters bei niedrigen Drehzahlen des Lüftermotors, insbesondere beim Anlauf des Lüftermotors, stark vermindert.

Diese erfindungsgemäße Lösung hat insbesondere den Vorteil, daß die Taktimpulse anders als beim Vorbekannten nicht Rechteckform aufweisen, sondern bei Anschrägung der Flanken der Taktimpulse die Taktimpulse trapezähnliche Form aufweisen. Dadurch wird beim Auftreten eines Taktimpulses die Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs in der Erregerwicklung des Lüftermotors verringert. Dies hat eine Verringerung der Stromänderung in der Erregerwicklung zur Folge, so daß das Lüfterrad des Lüftermotors wesentlich geringeren Beschleunigungen ausgesetzt ist als beim Vorbekannten. Dies senkt die Geräuschentwicklung des Lüfters bei Ansteuerung des Lüftermotors mit Taktimpulsen niedriger Frequenz während der gesamten Betriebsdauer des Lüfters merklich, wie Versuche gezeigt haben. Die Erzeugung von Taktimpulsen mit angeschrägten Flanken ist häufig einfacher und kostengünstiger möglich als die Erzeugung von rechteckförmigen Taktimpulsen beim vorbekannten Verfahren.

Es ist besonders vorteilhaft, die Mindestdrehzahl in etwa gleich der Drehzahl des Lüftermotors bei der niedrigsten Taktfrequenz und/oder der geringsten Impulsbreite des Taktimpulsgenerators zu wählen, weil so ein gleitender und für den Bediener unmerklicher Übergang vom Anlauf des Lüftermotors mit kontinuierlich anliegender Steuerspannung zum Aufrechterhalten der Drehzahl des Lüftermotors mit Steuerung des Lüftermotors durch die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators gewährleistet ist.

Es ist besonders vorteilhaft, die Flanken der Taktimpulse insbesondere linear anzuschrägen, so daß sich trapezförmige Taktimpulse ergeben, und bei jedem Taktimpuls die Anstiegs- und/oder Abfallzeit der Flanken abhängig von den elektromechanischen Eigenschaften des Lüftermotors zu wählen. Dadurch kann sowohl die Geräuschentwicklung des Lüfters merklich gemindert werden, und die in dem Taktimpulsgenerator entstehende Verlustleistung kann durch die Anschrägung der Taktimpulsflanken gering gehalten werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 grobschematisch eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren und

Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Verlauf der Steuerspannung am Ausgang des Taktimpulsgenerators abhängig von der Zeit dargestellt ist.

In der Fig. 1 ist mit dem negativen Pol einer elektrischen Stromquelle (B), die als Batterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann, die erste Anschlußklemme eines Lüftermotors (M), ein Taktimpulsgenerator (T) und die Reihenschaltung eines als Einstellpotentiometer ausgebildeten Sollwertgebers (P) und eines Temperaturfühlers (F) leitend verbunden. Der temperaturfühlerseitige Anschluß der Reihenschaltung ist ebenso wie der Taktimpulsgenerator (T) und eine als Treiberschaltung aufgebaute Endstufe (E) über den Schalter (S) ein- und ausschaltbar mit dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie (B) leitend verbunden. Bei dem Schalter (S) kann es sich z. B. um den Zündanlaßschalter eines Kraftfahrzeugs handeln, so daß beim Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs der Schalter (S) geschlossen wird und die gesamte Vorrichtung mit Strom aus der Stromquelle (B) versorgt wird. Die Endstufe (E) ist auch mit der zweiten Anschlußklemme des Lüftermotors (M) leitend verbunden. Der Mittelabgriff der Reihenschaltung von Sollwertgeber (P) und Temperaturfühler (F) ist mit dem Taktimpulsgenerator (T) leitend verbunden. Der Schaltzustand der Endstufe (E) ist durch den Taktimpulsgenerator (T) über die Taktimpulsleitung (I) steuerbar.

Die beschriebene Vorrichtung dient zur Regelung der Temperatur eines wassergekühlten Verbrennungsmotors. Das heißt, zur Funktion der beschriebenen Vorrichtung sind weitere Teile erforderlich, die vorbekannt sind und in der Fig. 1 nicht dargestellt sind. So ist auf der Welle des Lüftermotors (M) ein Lüfterrad angeordnet und befestigt. Der gesamte Lüfter, bestehend aus Lüftermotor (M) und Lüfterrad, ist vor oder hinter einem Wärmetauscher angeordnet, der Teil des wassergekühlten Verbrennungsmotors ist. Der Raum, dessen Temperatur geregelt werden soll, ist der vom Motorkühlwasser durchflossene Kühlraum des Verbrennungsmotors. Abhängig von der Drehzahl des Lüftermotors (M) und damit der durch das Lüfterrad geförderten Luftmenge kann der Wärmetausch des Motorkühlwassers mit der durch den Wärmetauscher strömenden Luft beeinflußt werden. Der Temperaturfühler (F) ist vorzugsweise derart im Kühlkreislauf angeordnet, daß sein Widerstandswert ein Maß für die Temperatur des Motorkühlwassers darstellt. Mit dem Potentiometer (P) ist die Drehzahl des Lüftermotors (M) bei gegebener Motorkühlwassertemperatur voreinstellbar.

Die Funktion der Vorrichtung nach der Fig. 1 zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren wird nun anhand von Fig. 2 näher erläutert: Mit dem Schließen des Schalters (S) wird der Stromkreis, bestehend aus der Batterie (B), dem Sollwertpotentiometer (P), dem Temperaturfühler (F) und dem Schalter (S), geschlossen. Zugleich werden der Taktimpulsgenerator (T) und die Endstufe (E) mit dem positiven Pol der Stromquelle (B) leitend verbunden. Das Einstellpotentiometer (P) und der Temperaturfühler (F) bilden in der dargestellten Reihenschaltung einen Spannungsteiler. Das Potential am Mittelabgriff des Spannungsteilers, der sich zwischen dem Sollwertgeber (P) und dem Temperaturfühler (F) befindet, ist von den elektrischen Widerstandswerten von Sollwertgeber (P) und Temperaturfühler (F) abhängig.

Vor dem Start des Verbrennungsmotors weist der Verbrennungsmotor eine Kühlwassertemperatur auf, die geringer ist als ein vorgegebener zulässiger Wert.

Entsprechend sei der Widerstandswert des als NTC- Widerstand ausgebildeten Temperaturfühlers (F) groß, so daß vom Spannungsabgriff der Spannungsteilerschaltung ein niedriges Potential am Taktimpulsgenerator (T) anliegt.

Der Taktimpulsgenerator erzeugt Taktimpulse mit einer festen Frequenz von etwa 25 Hz, deren Pulsbreite direkt dem Potential am Mittelabgriff des Spannungsteilers proportional ist. Unterhalb eines vorgegebenen Potentials am Eingang des Taktimpulsgenerators (T) werden die Taktimpulse vollständig unterdrückt, so daß der Lüftermotor (M) gar nicht angesteuert wird.

Vor dem Start des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors sei das Potential am Eingang der Taktimpulsgeneratorschaltung (T) so gering, daß die Erzeugung vom Taktimpulsen vollständig unterdrückt wird. Das heißt, es werden über die Taktimpulsleitung (I) keine Taktimpulse zur Endstufe (E) weitergeleitet, so daß die Endstufe (E), die im wesentlichen als Leistungsschalter ausgebildet ist, die zweite Anschlußklemme des Lüftermotors (M) von der positiven Versorgungsspannung der Batterie (B) trennt.

Mit dem Anlassen des Verbrennungsmotors erzeugt der Verbrennungsmotor Wärme, die an das Motorkühlwasser des Verbrennungsmotors abgegeben wird und zur Aufheizung des Motorkühlwassers führt. Durch die Erwärmung des Motorkühlwassers wird auch der Temperaturfühler (F) erwärmt, und der Widerstandswert des Temperaturfühlers (F) sinkt, so daß sich das Potential am Mittelabgriff des Spannungsteilers in Richtung auf die positive Versorgungsspannung der Batterie (B) erhöht.

Bei einer vorgegebenen Temperatur, die vom Widerstandswert des Sollwertgebers (P), vom Widerstandswert des Temperaturfühlers (F) und von der Vorgabe des Potentialschwellwertes im Taktimpulsgenerator (T) abhängig ist, überschreitet das Potential am Mittelabgriff des Spannungsteilers den vorgegebenen Potentialschwellwert, und der Taktimpulsgenerator (T) erzeugt Taktimpulse, die über die Taktimpulsleitung (I) der Endstufe (E) zugeführt werden. Die Endstufe (E) stellt im Rhythmus der Taktimpulse die elektrische leitende Verbindung von der zweiten Anschlußklemme des Lüftermotors (M) zum positiven Pol der Batterie (B) her, so daß der Lüftermotor (M) anläuft.

Der zeitliche Spannungsverlauf der Taktimpulse, die der Endstufe (E) zugeführt werden, ist in der Fig. 2 dargestellt. Der erste Taktimpuls (1) wird beim Anlauf des Lüftermotors (M) aus dem Stillstand auf etwa das Vierfache der Taktperiode (TP) des Taktimpulsgenerators (T) verlängert, um eine schnelle Drehzahlerhöhung des Lüftermotors (M) auf eine vorgegebene Mindestdrehzahl ohne Geräuschentwicklung durch das Takten mit niedriger Frequenz zu gewährleisten. Der erste Taktimpuls (1) weist also bei einer festen Taktfrequenz von 25 Hz des Taktimpulsgenerators (T) eine Zeitdauer von etwa 150 ms auf.

Nachdem der Lüftermotor (M) die Mindestdrehzahl erreicht hat, die vorteilhaft in etwa gleich der Drehzahl des Lüftermotors bei der geringsten Impulsbreite des Taktimpulsgenerators ist, ist die Verlängerung des ersten Taktimpulses (1) auf die vorgegebene Zeitdauer beendet. Nach Ablauf dieser vorgegebenen Zeitdauer setzt die Steuerung des Lüftermotors (M) durch das normale Takten der Versorgungsspannung mit vorgegebener Frequenz von etwa 25 Hz ein, wie dies mit den folgenden Taktimpulsen (2) in der Fig. 2 dargestellt ist.

Wie ebenfalls aus der Fig. 2 erkennbar, weisen sowohl der erste Taktimpuls (1) als auch die folgenden Taktimpulse (2) an der Anstiegsflanke (3) und der Abfallflanke (4) Abschrägungen auf, die linear ausgebildet sind und so die Trapezform der Taktimpulse bewirken. Die Anstiegs- und/oder Abfallzeit der Flanken (3, 4) ist abhängig von den elektro-mechanischen Eigenschaften des Lüftermotors (M) ungefähr 4 ms gewählt, um die im Taktgenerator entstehende Verlustleistung gering zu halten. Dabei ist die Verminderung der Geräuschentwicklung des Lüfters, wie Versuche gezeigt haben, sehr deutlich.

Mit weiterhin steigender Temperatur des Motorkühlwassers steigt auch die Temperatur des Temperaturfühlers (F), so daß das Potential am Mittelabgriff des Spannungsteilers weiterhin vergrößert wird. Dadurch wird auch die Pulsbreite der Taktimpulse auf Kosten der Pulspausen verlängert, so daß am Lüftermotor im Mittel eine größere Spannung anliegt und das Lüfterrad schneller gedreht wird. Dadurch wird der Luftdurchsatz durch den Kühlwasserwärmetauscher erhöht und das Kühlwasser im Wärmetauscher stärker abgekühlt.

Bei einer vorgegebenen Grenztemperatur des Motorkühlwassers, die im wesentlichen durch den Widerstandswert des Sollwertgebers (P) einstellbar ist, stellt sich zwischen der Wärmeerzeugung des Verbrennungsmotors und dem Wärmetauscher des Motorkühlwassers in Wärmetauscher mit der Umgebungsluft ein dynamisches Gleichgewicht ein, so daß die Temperatur des Motorkühlwassers auf diese vorgegebene Temperatur geregelt wird. Diesem dynamischen Gleichgewicht entspricht ein vorgegebenes Pulspausenverhältnis der Taktimpulse bzw. einer vorgegebenen Pulsbreite.

Mit Abschalten des Verbrennungsmotors setzt sich die Wärmeentwicklung des Verbrennungsmotors aus. Der Lüftermotor (M) wird noch solange mit geringer werdender Pulsbreite angesteuert, solange sich die Temperatur des Motorkühlwassers nicht unter den vorgegebenen Grenzwert abgekühlt hat.

Die erfindungsgemäßen Verfahren haben insbesondere den Vorteil, daß die Geräuschentwicklung des Lüftermotors bei Anwendung derartiger Verfahren gegenüber dem Vorbekannten wesentlich gemindert wird. Dies ist insbesondere im Kraftfahrzeug wichtig, weil der räumliche Abstand des Lüftermotors (M) im Motorraum des Kraftfahrzeugs von Fahrzeuginsassen im Innenraum des Kraftfahrzeugs sehr gering ist. Wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, ist insbesondere die Anwendung beider erfindungsgemäßer Lösungen bei Durchführung der gattungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, denn auch während des Betriebs des Kraftfahrzeugmotors während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ist es möglich, daß, z. B. aufgrund extrem niedriger Außentemperaturen und geringer Belastung des Kraftfahrzeugmotors, die vollständige Abschaltung des Lüftermotors (M) duch den Taktimpulsgenerator (T) erfolgt und bei steigender Belastung des Kraftfahrzeugmotors der Lüftermotor (M) aufgrund der größeren Wärmeentwicklung des Kraftfahrzeugmotors wieder eingeschaltet wird. Das heißt, die besonders starke Geräuschentwicklung des Lüftermotors (M) bei dessen Anlauf kann nicht nur einmal beim Anlassen des Verbrennungsmotors störend sein, sondern sie kann ständig stören, wenn der Lüftermotor (M) wieder eingeschaltet wird.

Die Vorrichtungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren sind einfach und kostengünstig herstellbar. Zum Beispiel ist die Verlängerung des ersten Taktimpulses durch ein einfaches zusätzliches Zeitglied möglich. Die Erzeugung von Taktimpulsen mit abgeschrägten Flanken oder von trapezförmigen Taktimpulsen ist häufig einfacher als die Erzeugung exakt rechteckförmiger Taktimpulse, wie dies beim Vorbekannten vorgesehen ist.

Selbstverständlich sind die erfindungsgemäßen Verfahren auch zur Steuerung der Temperatur anderer Räume verwendbar. So können die erfindunggemäßen Verfahren auch bei Vorrichtungen zur Innenraumtemperaturregelung von Kraftfahrzeugen angewendet werden, bei denen der Luftdurchsatz durch den Kraftfahrzeuginnenraum unter anderem auch durch die Steuerung der Drehzahl eines Lüftermotors durch die Taktimpulse eines Taktimpulsgenerators erfolgen kann. Der Vorteil der Geräuschminderung wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren bei der Innenraumtemperaturregelung besonders deutlich, weil dort der Abstand der Fahrzeuginsassen von dem das Geräusch erzeugenden Lüftermotor (M) besonders gering ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Belüftung, insbesondere zur Steuerung der Temperatur eines Raumes, bei dem die Drehzahl eines Lüftermotors durch einen Taktimpulsgenerator mit veränderlicher niedriger Taktfrequenz und/oder Pulsbreite gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Anlauf des Lüftermotors (M) aus dem Stillstand der erste Taktimpuls (1) auf eine vorgegebene Zeitdauer verlängert wird, und
daß die Zeitdauer so lang gewählt wird, daß der Lüfter nach Ablauf der Zeitdauer eine vorgegebene Mindestdrehzahl erreicht hat, und
daß die Flanken (3, 4) der Taktimpulse (2) angeschrägt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestdrehzahl in etwa gleich der Drehzahl des Lüftermotors (M) bei der niedrigsten einstellbaren Taktfrequenz und/oder der geringsten einstellbaren Pulsbreite des Taktimpulsgenerators (T) gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer etwa viermal so groß wie die Taktperiode bzw. die mittlere Taktperiode, insbesondere gleich 150 ms gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (3, 4) der Taktimpulse linear angeschrägt werden, und daß bei jedem Taktimpuls (2) die Anstiegs- und/oder Abfallzeit der Flanken (3, 4) abhängig von den elektro-mechanischen Eigenschaften des Lüftermotors (M), insbessondere gleich 4 ms gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Lüftermotors (M) abhängig von der Raumtemperatur geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz fest gewählt wird, insbesondere etwa 25 Hz beträgt, und daß die Pulsbreite insbesondere im Bereich von 10% bis 100% der Taktperiode veränderlich gewählt wird.