DE3711392C1

DE3711392C1 - Kuehleinrichtung fuer eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Steuerung einer solchen Kuehleinrichtung

Info

Publication number: DE3711392C1
Application number: DE3711392A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl-Ing Saur; Rolf Dipl-Ing Schaper
Original assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Current assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Priority date: 1987-04-04
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1989-01-12
Also published as: GB2203268B; FR2613421A1; FR2613421B1; JPS63255509A; GB2203268A; IT8819573A0; GB8805454D0; US4955431A; IT1233866B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahr zeugs, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-PS 28 06 708 ist eine Vorrichtung zur Rege lung der Temperatur eines Kühlsystems einer Brennkraft maschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt einen den Motor mit einem Wär metauscher verbindenden Kreislauf für ein Kühlmittel, dessen Umlauf durch eine Kühlwasserpumpe des Motors be wirkt wird. Ferner umfaßt sie ein Gebläsesystem mit mindestens zwei Gebläseeinheiten für den Wärmetauscher, das in mindestens zwei von der Drehzahl des Motors un abhängigen Leistungsbereichen betreibbar ist. Außerdem umfaßt diese Vorrichtung mehrere Temperaturschalter, die an unterschiedlichen Meßstellen angeordnet und de nen bestimmte Temperaturschwellen zugeordnet sind. Bei Überschreiten einer ersten Temperaturschwelle werden die Gebläsemotoren mit mittlerer Drehzahl und bei Über schreiten einer zweiten Temperaturschwelle mit der Ma ximaldrehzahl betrieben.

Eine solche Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß zwei vollständige Gebläse (Ventilator und Motor) erfor derlich sind und daß die Gebläse nur mit zwei unter schiedlichen Drehzahlen betrieben werden können. Auf diese Weise kann den unterschiedlichen Temperaturberei chen, die in einem Kühlsystem auftreten, nur unzurei chend Rechnung getragen werden. Ferner wird bei solchen Vorrichtungen die Maximaldrehzahl der Gebläse erforder lich, so daß das bei Maximaldrehzahl als störend emp fundene Gebläsegeräusch relativ häufig auftritt.

Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechender Stand der Technik ist aus der EP-OS 00 54 476 bekannt. Diese OS beschreibt einen Schaltkreis für einen elek trischen Antriebsmotor eines Lüfters für einen Kühler einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, wo bei die Ansteuerung des Elektromotors in Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur des Kühlwassers erfolgt. Da bei ist die Drehzahl des Elektromotors mittels eines Leistungshalbleiters beeinflußbar, dessen Ansteuerung über eine elektronische Schaltung in Abhängigkeit des Signales eines Temperatursensors erfolgt. Es ist ferner ein Relais vorgesehen, dessen Schaltkontakt parallel zu dem Leistungshalbleiter geschaltet ist und in bestimm ten Betriebszuständen den Leistungshalbleiter über brückt. Das Relais ist Bestandteil einer Sicherheits schaltung die so ausgelegt ist, daß das Relais akti viert wird, wenn die Ansteuerung des Leistungstransi stors einer Einschaltdauer von 100% entspricht. Außer dem wird das Relais zugeschaltet, wenn der Temperatur fühler ausfällt. Die bekannte Schaltung hat zwar den Vorteil, daß eine stufenlose Regelung der Drehzahl des Elektromotors bzw. des Lüfters möglich ist, es ist da für jedoch eine aufwendige Ansteuerung oder ein sehr leistungsfähiger und damit teurer Halbleiter notwendig.

Es ist nicht sinnvoll, den Leistungstransistor mit ei ner relativen Einschaltdauer von mehr als 95% zu be treiben, da die Impuls-Strombelastbarkeit, insbesondere von Metalloxyd-Leistungstransistoren drei- bis viermal größer ist als im konstant leitenden Betrieb. Außerdem fällt wegen des Widerstandes zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen an dem Leistungstransistor immer eine bestimmte Spannung ab, so daß bei relativer Ein schaltdauer des Leistungstransistors von 100% lediglich eine Drehzahl erreicht wird, die spürbar unter der Nenndrehzahl liegt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, bei der eine einfache und aus relativ billi gen Komponenten aufgebaute Steuerschaltung eine an ver schiedenen Temperaturniveaus des Kühlkreislaufs ange paßte Drehzahlsteuerung des Elektromotors ermöglicht und bei der der Betrieb des Antriebsmotors über den Lei stungshalbleiter in bestimmten, ungünstigen Drehzahlbe reichen vermieden wird. Es ist darüber hinaus die Auf gabe, ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Kühl einrichtung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung der ein gangs genannten Gattung durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß zur Drehzahlsteuerung des Motors lediglich ein geringer Schaltungsaufwand benötigt wird und der Elektromotor trotzdem mit einer Reihe unterschiedlicher Drehzahlen betrieben werden kann.

Die Schaltungsanordnung kann auf einfache Weise an jede beliebige Kühleinrichtung angepaßt werden, da zur Be stimmung der Taktfrequenz und damit auch der Drehzahl stufen lediglich die den Schaltkontakten zugeordneten ohm'schen Widerstände entsprechend auszulegen sind.

Die Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung einer derarti gen Kühleinrichtung zu entwickeln, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels des temperaturempfindlichen Fühlers bei Erreichen vorgegebener Schaltschwellen Schaltkontakte nacheinander geschlossen werden, wodurch der Eingangsparameter an einem nichtinvertierenden Ein gang eines Operationsverstärkers und dessen Ausgangspe gel verändert wird, und daß infolge des geänderten Aus gangspegels des Operationsverstärkers der Leistungs halbleiter derart angesteuert wird, daß der Elektromo tor mit bestimmten, in Stufen der jeweiligen Schalt schwellen zugeordneten Drehzahlen betrieben wird, und daß bei Schließen des letzten Schaltkontaktes der Lei stungshalbleiter überbrückt wird.

Zum Zwecke der Integration von Bauteilen wird vorge schlagen, daß die Schaltkontakte gemeinsam in einem Stufenschalter angeordnet sind. Als Temperaturfühler eignet sich in bevorzugter Weise ein Dehnstoffelement, das mit dem Stufenschalter in Wechselwirkung steht. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, daß der Stufen schalter am Wasserkasten des Wärmetauschers angeordnet ist und das Dehnstoffelement in den Wasserkasten hin einragt, so daß es vom Kühlwasserstrom umspült wird.

Der Leistungshalbleiter ist vorzugsweise ein N-Kanal Metalloxydfeldeffekttransistor. Um eine geeignete Steuerspannung an das Gate des Metall oxydfeldeffekttransistors zu legen, ist zwischen einen Pluspol der Spannungsquelle und das Gate des Metall oxydfeldeffekttransistors ein Schalttransistor geschal tet, dessen Basis über zwei invertierende Schaltstufen mit dem Ausgang des Frequenzgenerators verbunden ist.

Da die Einschaltströme von Elektromotoren hoher Lei stung groß sind, kann eine Drehzahlsteuerung, die bei sehr niedrigen Drehzahlen beginnen soll, nur durch Pa rallelschaltung leistungsfähiger Halbleiter bewältigt werden. Durch die Wirkung der Gegen-EMK sinkt bei Er reichen einer bestimmten Drehzahl die Stromaufnahme in einen Bereich, in dem leistungsschwächere Halbleiter benutzt werden können. Aus diesem Grund besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes darin, daß ein in Abhängigkeit der Drehzahl des Elek tromotors öffnender Schaltkontakt vorgesehen ist, der dem zuerst schließenden Schaltkontakt nachgeschaltet ist und bis zum Erreichen einer ersten Drehzahlstufe den Leistungshalbleiter überbrückt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Anlauf des Elektromotors nicht über den Leistungshalbleiter erfolgen muß und die dabei auftretenden hohen Einschaltströme vom Leistungshalb leiter ferngehalten werden, so daß dieser nur in einem Arbeitsbereich betrieben wird, in dem die Belastung keine extremen Werte annimmt. Darüber hinaus steht dem Elektromotor für den Anlauf die volle Spannung zur Ver fügung, so daß ein hohes Drehmoment erreicht wird.

Eine andere Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß in einen parallel zu den Schaltkon takten mit den Widerständen geschalteten Leitungszweig ein Schließkontakt eines Relais mit einem Widerstand vorgesehen sind und die Relaisspule von einem Signal angesteuert wird, das von einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine oder einer Spannung der Lichtmaschi ne abhängig ist. Diese Ausführung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Elektromotor die Wasserpumpe an treibt. Dadurch wird sichergestellt, daß bei stehender Brennkraftmaschine die Wasserpumpe nicht betrieben wird und damit die gesamte Energie für den Anlaßvorgang zur Verfügung steht, und daß außerdem bei Betrieb der Brennkraftmaschine eine Mindestdrehzahl der Wasserpumpe gewährleistet ist.

Sofern eine Steuercharakteristik des Elektromotors, bzw. des von diesem angetriebenen Gebläses angestrebt wird, durch die in einem bestimmten Bereich der Kühlwasser temperaturen eine stetige, proportionale Drehzahlstei gerung erfolgt und außerhalb dieses Temperaturbereichs die Drehzahlsteigerung in Stufen erfolgen soll, wird vorgeschlagen, daß ein Temperaturfühler in Form eines Thermistors vorgesehen ist, der über einen Spannungs teiler an den nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers und dessen Ausgang an den nicht- invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers geschaltet ist.

Um die notwendigen Verbindungsleitungen möglichst kurz zu halten, ist es von Vorteil, die Steuerelektronik, zumindest soweit sie den Leistungshalbleiter und den Operationsverstärker umfaßt, zu einer Baueinheit zusam menzufassen und diese Baueinheit unmittelbar am Elek tromotor, und zwar auf dessen dem Lüfterrad abgewandten Seite anzuordnen. Dadurch befindet sich die Baueinheit an einer wenig schmutzbeaufschlagten Stelle und erzeugt keinen zusätzlichen Strömungswiderstand für den Venti latorluftstrom.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühleinrich tung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher er läutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung,

Fig. 2 eine Kennlinie bezüglich des tempe raturabhängigen Drehzahlverlaufs,

Fig. 3 ein Schaltbild einer elektrischen Steuerschaltung für einen Kühler lüfter eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante der tempe raturabhängigen Schaltkontakte in Kombination mit einem parallel ge schalteten Temperaturfühler,

Fig. 5 eine Kennlinie, die mit der Ausführungsform nach Fig. 4 er reicht wird,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante der tempe raturabhängigen Schaltkontakte, die sich insbesondere für den Betrieb einer Wasserpumpe eignet,

Fig. 7 eine Kennlinie, die mit einer Schaltung nach Fig. 6 erreicht wird,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante der tempe raturabhängigen Schaltkontakte ge mäß Fig. 4 mit einem Thermistor,

Fig. 9 eine Kennlinie, die mit der Schaltanordnung gemäß Fig. 8 er reicht wird.

In Fig. 1 ist eine Kühleinrichtung schematisch darge stellt, die im wesentlichen einen Wärmetauscher 1 mit seitlichen Wasserkästen 2 und 3 sowie einen Kühlerlüf ter 10, der von einem Elektromotor 14 angetrieben wird, umfaßt. An dem Wasserkasten 3 sind ein Kühlwasserzulauf 4 und ein Kühlwasserrücklauf 5 vorgesehen. An dem Was serkasten 3 ist außerdem eine Schalteinheit 7 angeord net, die nachfolgend zu Fig. 3, 4 und 6 noch näher er läutert wird. Die Schalteinheit 7, die von einem tempe raturgesteuerten Arbeitselement betätigt wird, bei spielsweise einem Dehnstoffelement, ist über ein An schlußkabel 8 mit einer Elektronikeinheit 9 verbunden. Von der Elektronikeinheit 9 führt ein Anschlußkabel 17 zu dem Elektromotor 14, der den Lüfter 10 antreibt.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist die Drehzahl n des Lüftermotors über der Temperatur T des Kühlwassers auf getragen. Bei dieser Kennlinie befindet sich der Lüftermotor bis zum Erreichen eines Temperaturwertes T ₁ im Stillstand. Bei Erreichen einer ersten Temperatur schwelle bei T ₁ wird der Lüftermotor zugeschaltet und auf eine Drehzahl n ₁ gebracht.

Mit ansteigender Temperatur wird die Motordrehzahl n ₁ beibehalten, bis eine zweite Temperaturschwelle bei T ₂ erreicht wird. Bei Erreichen dieser zweiten Temperatur schwelle T ₂ wird der Lüftermotor auf eine zweite Dreh zahlstufe n ₂ gebracht, wobei er diese Drehzahl beibe hält, bis die nächste Temperaturschwelle bei T ₃ er reicht wird. Ist diese Temperatur erreicht, so wird der Lüftermotor mit der Drehzahl n ₃ betrieben. Die nächste Schaltschwelle ist bei einer Temperatur von T ₄ er reicht, an der die Lüfterdrehzahl von n ₃ auf n _max ange hoben wird. Bei sinkender Temperatur des Kühlwassers, also auch bei einem Temperaturabfall vor Erreichen der letzten Temperaturschwelle bei T ₄, wird entsprechend der Kennlinie die Drehzahl in den Stufen n ₃, n ₂ und n ₁ abgesenkt, wobei aufgrund der den Schaltelemen ten üblicherweise anhaftenden Hysterese die jeweilige Absenkung bei den Temperaturschwellen T ₄′, T ₃′, T ₂′ und T ₁′ erfolgt.

In Fig. 3 ist als Spannungsquelle 11 eine Batterie ei nes Kraftfahrzeugs gezeigt, deren Pluspol 12 und Minus pol 13 mit dem Elektromotor 14 verbunden sind. In die Verbindungsleitung zwischen der Minusklemme 15 des Mo tors 14 und dem Minuspol 13 der Spannungsquelle 11 ist ein Metalloxydfeldeffekttransistor 16, im folgenden MOSFET genannt, geschaltet. Die Steuerschaltung umfaßt außerdem eine Schalteinheit 7, die aus einem Stufen schalter mit vier Schaltkontakten 18, 19, 20 und 21 be steht. Der Stufenschalter ist so aufgebaut, daß die Schaltkontakte 18, 19, 20 und 21 nacheinander, und zwar jeweils bei Erreichen vorgegebener Tempraturwerte T ₁, T ₂, T ₃, T ₄ geschlossen werden.

Die Schalteinheit 7 umfaßt drei Widerstände 22, 23 und 24, wobei jeweils ein Widerstand in parallelen Lei tungszweigen den jeweiligen Schaltkontakten 18, 19 und 20 zugeordnet sind. Die den Schaltkontakten 18, 19 und 20 entfernt liegenden Enden der Widerstände 22, 23 und 24 sind mittels einer Brücke kurzgeschlossen und bilden gemeinsam mit einem Widerstand 25 einen Spannungstei ler, der zwischen den positiven und negativen Anschlüs sen einer stabilisierten Spannung liegt.

Von dem Schaltkontakt 21 führt eine Verbindungsleitung zu der Minusklemme 15 des Elektromotors 14. Es ist fer ner ein drehzahlgesteuerter Öffnungskontakt 26 vorgese hen, der einerseits an den Schaltkontakt 18 und ande rerseits an die Minusklemme 15 des Elektromotors 14 ge schaltet ist. Der Öffnungskontakt 26 wird bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahlstufe n ₁ des Elektromotors 14 geöffnet.

Ein Operationsverstärker 27 ist mit seinem nichtinver tierenden Eingang über einen Widerstand 28 an den aus den Widerständen 25 sowie 22, 23, 24 gebildeten Span nungsteiler angeschlossen. Der invertierende Eingang liegt an einem aus einem Kondensator 29 und einem ohm' schen Widerstand 30 gebildeten RC-Glied.

Das Gate des MOSFET 16 ist über einen Widerstand 31 an einen aus Widerständen 32 und 33 gebildeten Spannungs teiler geschaltet. Zwischen dem Widerstand 32 und dem Pluspol 12 der Spannungsquelle 11 befindet sich ein Schalttransistor 34, dessen Basis an einen aus Wider ständen 35 und 36 gebildeten Spannungsteiler geschaltet ist. Der Widerstand 36 ist über zwei Invertierungsstu fen 37 und 38 in Form von npn-Transistoren mit dem Aus gang des Operationsverstärkers 27 verbunden.

Die Funktionsweise des Kühlerlüfters 10 in Fig. 1 wird nachstehend anhand der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie und der in Fig. 3 gezeigten Schaltung be schrieben. So lange die Temperatur des Kühlwassers un terhalb einer ersten Temperaturschwelle liegt, sind al le Schaltkontakte 18, 19, 20 und 21 offen, so daß die Minusklemme 15 des Elektromotors 14 nicht mit dem Mi nuspotential der Spannungsquelle 11 verbunden ist. Der Elektromotor 4 befindet sich somit im Stillstand.

Bei Erreichen einer ersten Temperaturschwelle T ₁ wird der Schaltkontakt 18 geschlossen, wodurch die Minus klemme 15 des Elektromotors 14 über den Öffnungskontakt 26 und den Schaltkontakt 18 am Minuspotential der Span nungsquelle 11 liegt. Dadurch wird bewirkt, daß der Elektromotor 14 anläuft, bis er eine erste Drehzahlstu fe n ₁ erreicht hat. Mit dem Schließen des Schaltkontak tes 18 erfolgt über den Widerstand 22 auch eine Ände rung des Eingangsparameters am nichtinvertierenden Ein gang des Operationsverstärkers 27, der an seinem Aus gang eine Impulsfolge erzeugt, die über die beiden In vertierungsstufen 37 und 38 an die Basis des Schalt transistors 34 gelegt wird. Entsprechend der Impulsfol ge wird auch das Gate des MOSFET 16 angesteuert, so daß sich eine relative Einschaltdauer des Elektromotors 14 ergibt, die der ersten Drehzahlstufe n ₁ entspricht. Da bei Erreichen der ersten Drehzahlstufe n ₁ der Öffnungs kontakt 26 geöffnet wird, wird dem Elektromotor 14 da nach die elektrische Leitung ausschließlich über den MOSFET 16 zugeführt.

Bei weiterer Temperatursteigerung wird die Drehzahl des Elektromotors 14 beibehalten, bis eine zweite Tempera turschwelle T ₂ des Kühlwassers überschritten wird. Dann nämlich wird der Kontakt 19 in der Schalteinheit 7 ge schlossen, was eine Reduzierung des Gesamtwiderstandes der aus den Widerständen 22 und 23 gebildeten Parallel schaltung zur Folge hat. Dadurch wird der Eingangspara meter des nichtinvertierenden Eingangs des Operations verstärkers 27 verändert, wodurch am Ausgang des Opera tionsverstärkers 27 die Pulsfolge derart beeinflußt wird, daß sich eine höhere relative Einschaltdauer des MOSFET 16 ergibt. Aufgrund der höheren relativen Ein schaltdauer wird nunmehr der Elektromotor 14 bzw. der von diesem angetriebene Kühlerlüfter 10 mit einer zwei ten Drehzahlstufe n ₂ betrieben.

Eine weitere Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors 14 erfolgt erst bei Überschreiten einer dritten Tempera turschwelle T ₃, bei der der Schaltkontakt 20 in der Schalteinheit 7 geschlossen wird. Bei Überschreiten einer obersten Temperaturschwelle T ₄ wird der Schalt kontakt 21 geschlossen, durch den der MOSFET 16 über brückt wird. Durch Überbrückung des MOSFET 16 wird die ser entlastet, was den Vorteil hat, daß er keiner Spit zenlast ausgesetzt wird und der Elektromotor 14 seine Maximaldrehzahl erreicht, die selbst bei Ansteuerung des MOSFET 16 mit 100% relativer Einschaltdauer nicht erreichbar wäre.

Bei einem Absinken der Kühlwassertemperatur werden in umgekehrter Reihenfolge die Schaltkontakte 18 bis 21 in der Schalteinheit 7 wieder geöffnet, wodurch eine stu fenweise Absenkung der Drehzahl des Kühlerlüfters er folgt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der temperaturab hängigen Schaltkontakte und des Operationsverstärkers, die anstelle der Schalteinheit 7 und der nachgeschalte ten Verstärkereinheit in Fig. 3 eingesetzt werden könn te. Die Schalteinheit 7 weist drei parallel liegende Schaltkontakte 18, 19 und 21 auf, wobei der Schaltkon takt 18 bei einer ersten vorgegebenen Temperatur T ₁ und der zweite Schaltkontakt 19 bei einer zweiten vorbe stimmten Temperatur T ₂ geschlossen wird. Den Schaltkon takten 18 und 19 sind Widerstände 22 und 23 nachgeord net. Der Schaltkontakt 21 entspricht demjenigen, der in Fig. 3 beschrieben ist und er hat die gleiche Funktion, nämlich den MOSFET 16 bei Erreichen der höchsten Tem peraturschwelle T ₃ zu überbrücken. Die Widerstände 22 und 23 bilden ebenso wie in Fig. 3 mit einem Widerstand 25 einen Spannungsteiler, an den der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 27 angeschlossen ist. Auch die Beschaltung des invertierenden Eingangs mit dem RC-Glied ist übereinstimmend mit Fig. 3.

Die Schalteinheit 7 in Fig. 4 umfaßt außerdem einen Thermistor 39, der in Reihe mit einem aus ohm'schen Widerständen 44 und 45 gebildeten Spannungsteiler liegt. Ein zweiter Operationsverstärker 48 liegt mit seinem nichtinvertierenden Eingang an dem Spannungstei ler (Widerstände 44, 45) und mit seinem invertierenden Eingang an einem aus Widerständen 46 und 47 gebildeten zweiten Spannungsteiler. Der Ausgang des zweiten Opera tionsverstärkers 48 ist über einen aus Widerständen 49 und 50 gebildeten weiteren Spannungsteiler an Minuspo tential geschaltet. Über einen an den Spannungsteiler (Widerstände 49, 50) geschalteten Vorwiderstand 51 ist der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 48 mit einem Verknüpfungspunkt 52 am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 27 verbunden.

In Fig. 5 ist eine Kennlinie gezeigt, die mit der Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 4 und einer im übrigen der Fig. 3 entsprechenden elektrischen Steuerschaltung erreicht wird. Wie aus Fig. 5 ersicht lich ist, ist bereits bei einer relativ niedrigen Tem peratur T ₀ ein Einfluß auf den veränderlichen Wider stand 39 festzustellen, wodurch der Eingangsparameter am nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operations verstärkers 48 beeinflußt wird. Am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 48 wird somit ein Signal erzeugt, das über die Widerstände 49 und 51 an den Verknüpfungs punkt 52 geleitet und somit der Spannung am nichtinver tirenden Eingang des Operationsverstärkers 27 aufad diert wird. Durch die Bemessung der Eingangs- und Rück kopplungswiderstände kann auf übliche Weise der Ver stärkungsfaktor und somit der Kennlinienanstieg beein flußt werden. Entsprechend dem Ausgangssignal am Opera tionsverstärker 27 wird das Gate des MOSFET 16 ange steuert und der Elektromotor 14 beginnt sich zu drehen. Mit steigender Temperatur im Kühlwasser wird eine ste tige Anhebung der Lüfterdrehzahl bewirkt, weil die re lative Enschaltdauer des MOSFET 16 entsprechend ge steigert wird.

Bei Erreichen der bereits erwähnten Temperaturschwelle T ₁ schließt dann der Schaltkontakt 18, wodurch die Ein gangsspannung am Operationsverstärker 27 wesentlich verändert wird. Die vom Spannungsteiler der Widerstände 22 und 25 an den Verknüpfungspunkt 52 gelegte Spannung beeinflußt nunmehr dominant den Operationsverstärker 27; der vom Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 48 über die Widerstände 49 und 51 gelieferte Spannungs anteil wird dadurch unwesentlich. Dies hat zur Folge, daß die Drehzahl des Elektromotors 14 von einer ersten Drehzahlstufe n ₁, die vor Schließen des Kontaktes 18 erreicht war, auf eine zweite Drehzahlstufe von n ₂ an gehoben wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei Erreichen höherer Temperaturschwellen bei T ₂ und T ₃, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante der Schalteinheit 7 in Fig. 3 und kann beispielsweise in der in Fig. 3 dargestellten Steuerschaltung eingesetzt werden. Für die im wesentlichen gleichen Bauteile wurden die Be zugszeichen aus Fig. 3 übernommen. In der Darstellung gemäß Fig. 6 ist ein Relais 42 vorgesehen, das einen Relaiskontakt 41 schaltet. Der Relaiskontakt 41 liegt parallel zu den temperaturabhängig gesteuerten Schalt kontakten 19 und 20 und ihm ist ein Widerstand 22 nach geschaltet, der parallel zu den Widerständen 23 und 24 liegt. Wie in Fig. 3 ist auch ein drehzahlabhängig ge steuerter Öffnungskontakt 26 vorhanden, der an den Re laiskontakt 41 geschaltet ist. Die Spule des Relais 42 ist beispielsweise so angesteuert, daß in dem Moment, in dem die Lichtmaschine eines Fahrzeugs eine ausrei chende Spannung liefert, beispielsweise bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine, die Spule erregt wird. Beim Abstellen - oder auch Abwürgen - der Brennkraftmaschine fällt das Relais 42 wieder ab. Die Schalteinheit 7 weist im Unterschied zu derjenigen der Fig. 3 lediglich drei Schaltkontakte 19, 20 und 21 auf, die erste Drehzahlstufe n ₁ wird über den externen Re laiskontakt 41 erreicht.

Die Kennlinie, die mit einer Steuerschaltung gemäß Fig. 6 erreicht wird, ist in Fig. 7 dargestellt. Damit beim Anlassen der Brennkraftmaschine die volle elektri sche Leistung für den Anlasser zur Verfügung steht, ist die Spule des Relais 42 zunächst nicht erregt. Daher ist der Relaiskontakt 41 geöffnet. Da auch die Schalt kontakte 19, 20 und 21 der Schalteinheit 7, beispiels weise eines Stufenschalters, geöffnet sind, liegt an dem Elektromotor 14 keine Spannung, so daß dieser stillsteht. Nach dem Anlaßvorgang der Brennkraftmaschi ne, d. h. nach Erreichen der Leerlaufdrehzahl gibt die Lichtmaschine eine Spannung ab, wodurch die Spule des Relais 42 erregt und der Relaiskontakt 41 geschlossen wird. Über den Widerstand 22 ändert sich nunmehr die Eingangsspannung des Operationsverstärkers 27 in der bereits beschriebenen Weise, so daß sich an dem Elektromotor 14 eine Mindestdrehzahl n _min ein stellt. Zur Erleichterung des Motoranlaufs ist der Schaltkontakt 26 vorgesehen, dessen Funktion bereits in Fig. 3 beschrieben wurde.

Bei Erreichen einer ersten Temperaturschwelle T ₁ wird in der in bereits zu Fig. 3 beschriebenen Weise der Schaltkontakt 18 geschlossen, wodurch eine Ansteuerung des Gate des MOSFET 16 mittels einer von dem Operati onsverstärker 27 abgegebenen Pulsfolge erfolgt. Die Drehzahlsteuerung entspricht somit im wesentlichen der jenigen, wie sie bereits in Fig. 3 beschrieben ist, je doch mit dem Unterschied, daß sich sofort eine Mindest drehzahl n _min des Elektromotors 14 einstellt. Eine der artige Kennlinie ist insbesondere für den Antrieb von Wasserpumpen vorteilhaft, da eine Mindestdurchfluß menge von Kühlwasser durch die Brennkraftmaschine si chergestellt sein muß.

Der Unterschied zwischen Fig. 4 und Fig. 8 besteht dar in, daß der Thermistor 39 nicht parallel zum Schaltkon takt 18 liegt, sondern diesem nachgeschaltet ist. Im übrigen sind die Schaltungen bezüglich der beiden Ope rationsverstärker 27 und 48 gleich. Der Widerstand 23 soll so bemessen sein, daß bei geschlossenem Schaltkon takt 19 die Widerstandsänderung am Thermistor 39 auf das Pulsfolgensignal für die Ansteuerung des MOSFET 16 unwesentlich ist.

Die Kennlinie, die mit einer Schaltung gemäß Fig. 8 erreicht wird, ist in Fig. 9 dargestellt. Es ist aus dieser Darstellung ersichtlich, daß im Gegensatz zu Fig. 5 der Abschnitt mit stetiger Drehzahlsteuerung nicht unterhalb der ersten Drehzahlstufe n ₁ sondern zwischen den Drehzahlstufen n ₁ und n ₂ liegt.

Claims

1. Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, ins besondere eines Kraftfahrzeugs, die einen Wärmetau scher, eine Kühlwasserpumpe und einen Ventilator zur Förderung der Kühlluft durch den Wärmetauscher sowie einen den Ventilator oder die Kühlwasserpumpe antreibenden Elektromotor umfaßt, wobei die Dreh zahl des Elektromotors mittels eines in den Motor stromkreis des Elektromotors geschalteten Lei stungshalbleiters beeinflußbar ist und die Ansteue rung des Leistungshalbleiters in Abhängigkeit min destens eines die Kühlwassertemperatur oder eines adäquaten Wertes erfassenden Fühlers erfolgt, und mit einem Schaltkontakt, der den Leistungshalblei ter bei Erreichen einer maximalen Temperatur über brückt, dadurch gekennzeich net, daß mindestens drei Schaltkontakte (18, 19, 20, 21) vorhanden sind, die jeweils bei Errei chen bestimmter Temperaturschwellen (T ₁, T ₂, T ₃, T ₄) betätigt werden, wobei außer dem Schaltkontakt (21) für die höchste Temperaturschwelle, der den Leistungshalbleiter (16) überbrückt, die übrigen Schaltkontakte (18, 19, 20) unter Zwischenschaltung von ohm'schen Widerständen (22, 23, 24) mit einem Eingang eines als Frequenzgenerator ausgeführten Operationsverstärkers (27) verbunden sind, wobei die ohm'schen Widerstände (22, 23, 24) die Ein gangsparameter des Operationsverstärkers derart beeinflussen, daß bezogen auf den Arbeitspunkt die ser Schaltkontakte (18, 19, 20) und der daraus re sultierenden Änderung der Eingangsspannung am Ope rationsverstärker (27) eine Änderung des Impuls- Pausen-Verhältnisses am Ausgang des Operationsver stärkers (27) erfolgt.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltkontakte (18, 19, 20, 21) gemeinsam in einem Stufenschalter (7) angeordnet sind.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur fühler ein Dehnstoffelement vorgesehen ist, das mit dem Stufenschalter (7) in Wechselwirkung steht.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufen schalter (7) am Wasserkasten (3) des Wärmetauschers (1) angeordnet ist und das Dehnstoffelement in den Wasserkasten (3) hineinragt, so daß es vom Kühlwas ser umspült wird.

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungs halbleiter (16) ein N-Kanal Metalloxydfeldeffekt transistor (MOSFET) ist.

6. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einen Pluspol (12) der Spannungsquelle (11) und das Gate des Metalloxydfeldeffekttransistors (16) ein Schalttransistor (34) geschaltet ist, dessen Basis über zwei invertierende Schaltstufen (37, 38) mit dem Ausgang des Frequenzgenerators (27) verbunden ist.

7. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeich net, daß ein in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors (14) öffnender Schaltkontakt (26) vorgesehen ist, der dem zuerst schließenden Schalt kontakt (18, 41) nachgeschaltet ist und bis zum Er reichen einer ersten Drehzahlstufe (n ₁) den Lei stungshalbleiter (16) überbrückt.

8. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einen parallel zu den Schaltkontakten (19, 20) mit den Widerständen (23, 24) geschalteten Lei tungszweig ein Schließkontakt (41) eines Relais (42) mit einem Widerstand (22) vorgesehen sind und die Relaisspule von einem Signal angesteuert wird, das von einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftma schine oder einer Spannung der Lichtmaschine abhän gig ist.

9. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler in Form eines Thermistors (39) vorgesehen ist, der über einen Spannungsteiler (44, 45) an den nichtinvertierenden Eingang eines zwei ten Operationsverstärkers (48) und dessen Ausgang an den nichtinvertierenden Eingang des ersten Ope rationsverstärkers (27) geschaltet ist.

10. Kühleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (39) parallel zu den Schaltkontakten (18, 19, 20, 21) geschaltet ist.

11. Kühleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (39) in Reihe mit einem der Schaltkontakte (18, 19, 20) liegt.

12. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Temperaturdifferenzen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltschwellen (T ₁, T ₂, T ₃, T ₄) unterschiedlich sind, wobei die Differenz zwischen Schaltschwellen höherer Temperaturen (T ₃, T ₄) geringer ist als zwischen Schaltstufen niedri ger Temperaturen (T ₁, T ₂).

13. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenzen zwischen jeweils zwei be nachbarten Schaltschwellen (T ₁, T ₂, T ₃, T ₄) gleich sind.

14. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeich net, daß zumindest der Leistungshalbleiter (16) und der bzw. die Operationsverstärker (27, 48) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind und diese Bau einheit unmittelbar am Elektromotor (14), und zwar auf dessen dem Lüfterrad (10) abgewandten Seite an geordnet ist.

15. Verfahren zur Steuerung einer Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß mittels des temperaturempfindlichen Fühlers bei Erreichen vorgegebener Schaltschwellen (T ₁, T ₂, T ₃, T ₄) Schaltkontakte (18, 19, 20, 21) nacheinander geschlossen werden, wodurch der Ein gangsparameter an einem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers (27) und dessen Aus gangspegel verändert wird, und daß infolge des ge änderten Ausgangspegels des Operationsverstärkers (27) der Leistungshalbleiter (16) derart ange steuert wird, daß der Elektromotor (14) mit be stimmten, in Stufen der jeweiligen Schaltschwellen zugeordneten Drehzahlen (n ₁, n ₂, n ₃, n _max) betrie ben wird, und daß bei Schließen des letzten Schalt kontaktes (21) der Leistungshalbleiter (16) über brückt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ein Signal zur Erregung eines Relais (42) erzeugt wird, das Relais (42) einen Relaiskontakt (41) schließt und damit den Eingangsparameter des Operationsver stärkers (27) derart beeinflußt, daß der Leistungs halbleiter (16) mit einer Pulsfolge angesteuert wird, die einer relativen Einschaltdauer des Lei stungshalbleiters entspricht, bei der der Elektro motor (14) mit einer Mindestdrehzahl (n _min) betrie ben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß bis zum Erreichen einer ersten Temperaturschwelle (T ₁) eine in Abhän gigkeit der Kühlwassertemperatur proportionale Steuerung der Drehzahl des Elektromotors (14) erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß nach dem Überschrei ten einer ersten Temperaturschwelle (T ₁) und bis zum Erreichen einer zweiten Temperaturschwelle (T ₂) eine in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur pro portionale Steuerung der Drehzahl des Elektromotors (14) erfolgt.