система отопления и вентиляции салона автомобиля

Формула изобретения

Система отопления и вентиляции салона автомобиля, содержащая систему трубопроводов, большой и малый контуры циркуляции охлаждающей жидкости, кран отопителя и радиатор, включенные в малый контур циркуляции охлаждающей жидкости, электрический вентилятор, электродвигатель электрического вентилятора, схему широтно-импульсной модуляции, диод, силовой ключ, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены стабилизатор, датчик температуры салона, датчик температуры отопителя, задатчик температуры салона, первый и второй разностные усилители, логическая схема, усилитель, биполярный эмиттерный повторитель, второй диод и конденсатор, причем инвертирующий вход первого разностного усилителя соединен с датчиком температуры отопителя, его неинвертирующий вход - с датчиком температуры салона, а выход - с первым входом логической схемы, датчик температуры салона соединен с инвертирующим входом второго разностного усилителя, неинвертирующий вход которого связан с задатчиком температуры салона, а его выход - со вторым входом логической схемы, выход которой соединен с входом схемы широтно-импульсной модуляции, выход которой связан с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом биполярного эмиттерного повторителя, а его выход - с затвором силового ключа, исток силового ключа соединен с катодом диода, первым выводом конденсатора и первым выводом электродвигателя электрического вентилятора, второй вывод конденсатора соединен с выводами питания усилителя, биполярного эмиттерного повторителя и катодом второго диода, анод которого соединен с истоком силового ключа, входом стабилизатора и с плюсовой шиной питания, анод диода, третьи выводы биполярного эмиттерного повторителя, усилителя, электродвигателя электрического вентилятора и стабилизатора соединены с минусовой шиной питания, выход стабилизатора подключен к схеме широтно-импульсной модуляции, первому и второму разностным усилителям, датчикам температуры салона и температуры отопителя и задатчику температуры салона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к системе отопления салона автомобиля.

Известны системы [1, 2, 3], содержащие три ведущих теплообменника, систему запорных аппаратов и трубопроводов. Недостатком подобных устройств является дискретность регулировки скорости вращения вентилятора и низкий коэффициент полезного действия системы, обусловленный падением напряжения на гасящих сопротивлениях.

Наиболее близкой к предлагаемой является система отопления и вентиляции салона автомобиля [4], содержащая систему трубопроводов, большой и малый контуры циркуляции охлаждающей жидкости, кран отопителя и радиатор, включенные в малый контур циркуляции охлаждающей жидкости, вентилятор, электродвигатель электрического вентилятора, схему широтно-импульсной модуляции, содержащую широтно-импульсный модулятор, диод, силовой ключ, причем первый силовой вывод силового ключа связан с минусовой шиной питания, его второй силовой вывод соединен с анодом диода и минусовым выводом электродвигателя электрического вентилятора, плюсовой вывод которого соединен с катодом диода и через электрический предохранитель - с плюсовой шиной питания, выход схемы широтно-импульсной модуляции соединен с входом управления силового ключа, переменное регулирующее сопротивление тремя выводами соединено с широтно-импульсным модулятором, минусовый вывод питания схемы широтно-импульсной модуляции соединен с минусовой шиной питания, а ее плюсовой вывод питания связан с плюсовой шиной питания через электрический предохранитель.

Недостатками известной системы являются независимость скорости воздушного потока отопителя от температур салона и отопителя, а также отсутствие автоматического регулирования заданной температуры салона.

Техническая задача направлена на создание автоматического регулирования заданной температуры салона, то есть получение зависимости скорости воздушного потока отопителя от температур салона и отопителя при сохранении плавной регулировки скорости вращения вентилятора отопителя без снижения коэффициента полезного действия.

Технический результат достигается тем, что в систему отопления и вентиляции салона автомобиля, содержащую систему трубопроводов, большой и малый контуры циркуляции охлаждающей жидкости, кран отопителя и радиатор, включенные в малый контур циркуляции охлаждающей жидкости, вентилятор, электродвигатель электрического вентилятора, схему широтно-импульсной модуляции, диод, силовой ключ, дополнительно введены стабилизатор, датчик температуры салона, датчик температуры отопителя, задатчик температуры салона, первый и второй разностные усилители, логическая схема, усилитель, биполярный эмиттерный повторитель, второй диод и конденсатор, причем инвертирующий вход первого разностного усилителя соединен с датчиком температуры отопителя, его неинвертирующий вход - с датчиком температуры салона, а выход - с первым входом логической схемы, датчик температуры салона соединен с инвертирующим входом второго разностного усилителя, неинвертирующий вход которого связан с задатчиком температуры салона, а его выход - со вторым входом логической схемы, выход которой соединен с входом схемы широтно-импульсной модуляции, выход которой связан с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом биполярного эмиттерного повторителя, а его выход - с затвором силового ключа, исток силового ключа соединен с катодом диода, первым выводом конденсатора и первым выводом электрического вентилятора, второй вывод конденсатора соединен с выводами питания усилителя, биполярного эмиттерного повторителя и катодом второго диода, анод которого соединен с истоком силового ключа, входом стабилизатора и с плюсовой шиной питания, анод диода, третьи выводы биполярного эмиттерного повторителя, усилителя, электрического вентилятора и стабилизатора соединены с минусовой шиной питания, выход стабилизатора подключен к схеме широтно-импульсной модуляции, разностных усилителей, датчиков и задатчика температуры.

Отличительными от прототипа признаками является то, что в систему дополнительно введены стабилизатор, датчик температуры салона, датчик температуры отопителя, задатчик температуры салона, первый и второй разностные усилители, логическая схема, усилитель, биполярный эмиттерный повторитель, второй диод и конденсатор, а также наличие новых связей между вновь введенными и ранее применявшимися узлами системы.

Сопоставительный анализ характеристик заявляемой системы и имеющихся технических решений показывает, что заявляемая система обладает рядом существенных преимуществ: возможностью установки желаемой температуры салона, плавной автоматической регулировкой скорости вращения вентилятора в зависимости от температурных условий в салоне, высоким коэффициентом полезного действия.

На фиг.1 представлена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Электрическая схема системы отопления и вентиляции салона автомобиля содержит электродвигатель 15 электрического вентилятора, электрический предохранитель 14, схему широтно-импульсной модуляции 7, диод 13, силовой ключ 10, стабилизатор 16, датчик 2 температуры салона, датчик 1 температуры отопителя, задатчик 3 температуры салона, первый 4 и второй 5 разностные усилители, логическую схему 6, усилитель 7, биполярный эмиттерный повторитель 8, второй диод 11 и конденсатор 12, причем инвертирующий вход первого разностного усилителя 4 соединен с датчиком 1 температуры отопителя, его неинвертирующий вход с датчиком 2 температуры салона, а выход - с первым входом логической схемы 6, датчик 2 температуры салона соединен с инвертирующим входом второго разностного усилителя 5, неинвертирующий вход которого связан с задатчиком 3 температуры салона, а его выход - со вторым входом логической схемы 6, выход которой соединен с входом схемы широтно-импульсной модуляции 7, ее выход связан с входом усилителя 8, выход усилителя 8 соединен со входом биполярного эмиттерного повторителя 9, а его выход - с затвором силового ключа 10, исток силового ключа 10 соединен с катодом диода 13, первым выводом конденсатора 12 и первым выводом электродвигателя электрического вентилятора 15, второй вывод конденсатора 12 соединен с выводами питания усилителя 8, биполярного эмиттерного повторителя 9 и катодом второго диода 11, анод которого соединен с истоком силового ключа 10, входом стабилизатора 16 и через предохранитель 14 с плюсовой шиной питания, анод диода 13, третьи выводы биполярного эмиттерного повторителя 9, усилителя 8, электрического вентилятора 15 и стабилизатора 16 соединены с минусовой шиной питания, выход стабилизатора 16 подключен в качестве источника для питания схемы широтно-импульсной модуляции 7, разностных усилителей 4 и 5, датчиков 1, 2 и задатчика 3 температуры. Устройство работает следующим образом.

В основе принципа его действия лежит сравнение температур отопителя и салона, а также реальной и заданной температуры салона. Это сравнение осуществляется разностными усилителями 4 и 5.

После пуска ДВС в холодное время года и после длительной стоянки скорость воздушного потока бывает низкой. По мере прогрева охлаждающей жидкости, циркулирующей по радиатору отопителя, скорость вращения вентилятора 15 возрастает пропорционально возрастающей разности температур отопителя и салона, измеряемых датчиками 1 и 2. Затем, по мере приближения температуры воздуха в салоне к желаемой, установленной задатчиком 3 температуры салона, скорость вращения вентилятора 15 опять уменьшается.

После пуска ДВС из отопителя поступает холодный воздух, температура которого много ниже установленной задающим устройством 3. На выходе второго разностного усилителя 5 при этом устанавливается высокий уровень напряжения. Диод VD логической схемы 6 находится в закрытом состоянии и второй разностный усилитель 5 не влияет на работу схемы широтно-импульсной модуляции 7 (компаратор 18 и генератор пилообразного напряжения 17). При близких температурах воздуха в салоне и воздуха, поступающего из радиатора, выходное напряжение первого разностного усилителя 4 близко к нулю. Оно сравнивается компаратором 18 с напряжением, которое вырабатывает генератор пилообразного напряжения 17. На выходе схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 7 и формируется сигнал, имеющий в данном случае близкий к нулю коэффициент заполнения. Скорость вращения вентилятора при этом минимальна.

По мере прогрева охлаждающей жидкости, циркулирующей по радиатору отопителя, температура поступающего в салон воздуха возрастает, и напряжение на выходе разностного усилителя 4 повышается, что приводит к увеличению коэффициента заполнения ШИМ сигнала на выходе схемы широтно-импульсной модуляции 7. При этом скорость вращения вентилятора растет. По мере увеличения разности температур воздуха отопителя и салона скорость воздушного потока увеличивается.

При прогреве салона разность между реальной температурой салона и установленной задающим устройством 3 уменьшается, и напряжение на выходе второго разностного усилителя 5 начинает уменьшаться. По мере сближения реальной и установленной температур салона диод VD логической схемы 6 открывается, и напряжение на входе схемы широтно-импульсной модуляции 7 определяется уже выходным напряжением второго разностного усилителя 5. Это приводит к уменьшению коэффициента заполнения ШИМ сигнала и уменьшению среднего напряжения на электродвигателе 15 вентилятора. Поэтому скорость вращения вентилятора уменьшается по мере сближения реальной и установленной температур салона. Частота генерации при этом не изменяется.

Выход схемы 7 широтно-импульсной модуляции соединен с входом усилителя 8, выход усилителя 8 соединен со входом биполярного эмиттерного повторителя 9, а его выход - с затвором силового ключа 10, который под действием ШИМ сигнала периодически открывается. При этом плюсовой вывод электродвигателя 15 вентилятора кратковременно соединяется с плюсовой шиной питания. При закрытом силовом ключе 10 цепь питания электродвигателя 15 вентилятора размыкается. Диод 13 необходим для защиты силового ключа 10 от ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке электродвигателя 15 вентилятора, при его коммутации. При закрытом ключе 10 конденсатор 12 через диод 11 заряжается до напряжения аккумуляторной батареи и при открытом ключе 10 за счет напряжения на конденсаторе 12 потенциал затвора транзистора ключа 10 приобретает величину, превышающую потенциал положительной шины питания практически на напряжение бортовой сети. Это напряжение и позволяет удерживать ключ 10 в открытом состоянии во время действия импульса ШИМ. Подобное построение схемы позволяет применить МОП транзистор с каналом n-типа, который обладает существенно более низкой стоимостью и сопротивлением канала, чем транзисторы с каналом n-типа. Среднее значение постоянного напряжения на электродвигателе 15 вентилятора может быть определено из соотношения

где U - среднее напряжение на электродвигателе 15 вентилятора, U_БАТ - напряжение бортовой сети автомобиля, - длительность импульса ШИМ, f - частота генерации схемы 7 широтно-импульсной модуляции.

Как следует из формулы (1), среднее напряжение на электродвигателе 15 вентилятора плавно изменяется при регулировке коэффициента заполнения f импульсной последовательности, поступающей от схемы 7 широтно-импульсной модуляции. Такая регулировка и осуществляется описанным выше образом. В результате скорость вращения электродвигателя 15 вентилятора изменяется плавно, поскольку скорость вращения электродвигателя постоянного тока и питающее его напряжение связаны зависимостью [5]

где U - напряжение питания электродвигателя, I - ток, потребляемый электродвигателем, R - активное сопротивление обмотки, С - конструктивная постоянная электродвигателя постоянного тока, Ф - магнитный поток.

На фиг.2 приведены временные диаграммы работы устройства. Здесь приняты следующие обозначения: Т_о, Т_с, Т _з, - температуры радиатора отопителя, салона и задатчика соответственно; U₄, U₅ , U_К - напряжения на выходах разностных усилителей 4 и 5 и напряжение на входе схемы 7 широтно-импульсной модуляции.

Источники информации

1. А.с. СССР МПК В60Н 1/08, SU 1468777 A1, 1989, БИ №2.

2. А.с. СССР МПК В60Н 1/08, SU 1593988 A1, 1990, БИ №35.

3. Техническое описание автомобиля ВАЗ 2108.

4. Патент RU №2236956 C1, В60Н 1/06, БИ №27, 2004.

5. Общая электротехника. Под ред. А.Т.Блажкина. Л.: Энергоатомиздат, 1986, - 591 с.