УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОМ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК F01P7/00 

Изобретение относится к автомобильной промышленности и может быть использовано в конструкции одной из систем автомобильного двигателя системе охлаждения.

Известно использование в двигателях легковых автомобилей "ВАЗ", "Москвич" последних и перспективных моделей вентиляторов с электрическим приводом. Вентилятор управляется автоматически тепловым контактным биметаллическим выключателем [1, 2 и 3]
Недостатком известного технического решения является то, что контактный биметаллический выключатель является электромеханическим устройством с нестабильностью физических параметров.

Ближайшим техническим решением является устройство для управления вентилятором автомобильного двигателя, содержащее включенные по схеме делителя напряжения терморезисторный датчик и указатель температуры автомобиля, схемы сравнения, выходы которых соединены с электронным ключом, входы соединены с терморезисторным датчиком и задающими блоками, и электрически соединенное с электродвигателем вентилятора промежуточное реле [4]
Недостатком данного технического решения является влияние электрических помех, нормально имеющих место в бортовой сети автомобиля из-за колебания напряжения и плохих контактов в электропроводке, переключателях и т.д. могущих нарушать нормальную работу устройства.

Целью изобретения является исключение влияния электрических помех вне зоны рабочих температур.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для управления вентилятором автомобильного двигателя, содержащем включенные по схеме делителя напряжения терморезисторный датчик и указатель температуры, схемы сравнения, выходы которых соединены с электронным ключом, входы соединены с терморезисторным датчиком и задающими блоками, и электрически соединенные с электродвигателем вентилятора промежуточное реле, электронный ключ выполнен в виде двухкаскадного усилителя, первый каскад которого содержит управляющий, второй силовой транзисторы. При этом коллектор управляющего транзистора связан с базой силового, а коллектор силового соединен через резистор с базой управляющего транзистора, задающие блоки включены к цепь питания параллельно и каждый из них выполнен в виде делителя напряжения, а схемы сравнения содержат транзисторы, база транзистора одной из которых и эмиттер транзистора второй схемы включены в цепь делителя напряжения, образованного терморезисторным датчиком и указателем температуры, а коллектор транзистора первой схемы сравнения соединен с базой транзистора усилителя тока этой схемы, которым шунтирован базовый переход управляющего транзистора электронного ключа, а реле электродвигателя вентилятора включено в коллекторную цепь силового транзистора.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, которые доказывают соответствие заявляемого решения критерию изобретения "новизна".

При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 схема подключения устройства к бортовой сети автомобиля; на фиг. 3 принципиальная электросхема устройства.

Устройство для управления вентилятором автомобильного двигателя содержит терморезисторный датчик 1 указателя 2 температуры охлаждающей жидкости. Датчик 1 соединен с входами двух схем сравнения 3 и 4, выходы которых соединены с электронным ключом 5. Выход электронного ключа 5 соединен через промежуточное реле 6 с электродвигателем 7 вентилятора 8 охлаждения. Второй вход каждой схемы сравнения 3 и 4 соединен с задающими блоками 9 и 10. При этом блок 9 задает через величину напряжения команду на включение вентилятора 8, а блок 10 задает команду на отключение его в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Схемы сравнения 3 и 4 вырабатывают электрический сигнал на выходах при равенстве напряжения на входах от температурного датчика 1 и задающих блоков 9 и 10.

Электронный ключ 5 выполнен в виде двухкаскадного ключевого усилителя, первый каскад которого содержит управляющий транзистор VT₃, второй каскад силовой транзистор VT₅. Коллектор управляющего транзистор VT₃ связан с базой силового транзистора VT₅, а коллекторная цепь силового транзистора соединена через резистор R₁₀ с базой управляющего транзистора VT₃, благодаря чему обеспечивается положительная обратная связь. Благодаря этому пара транзисторов VT₃ и VT₅, будучи включена внешним управляющим сигналом, будет оставаться включенной и после снятия управляющего сигнала, т.е. обладает "памятью". Задающими блоками 9 и 10 являются делители напряжения R₅, R₇ и R₁ и R₃ соответственно и включены в цепь питания параллельно.

Напряжение в бортовой сети автомобиля может меняться от 10-11 до 15-16 В. Для того, чтобы такие перепады напряжения не влияли на точность работы устройства схемы сравнения 3 и 4 построены по мостовым схемам. Схемы сравнения 3 и 4 выполнены на транзисторах VT₁ и VT₄. При этом база транзистора VT₁ и эмиттер транзистора VT₄ включены в цепь делителя напряжения, образованного терморезисторным датчиком 1 и указателем 2 температуры, а эмиттер транзистора VT₂ и база транзистора VT₄ подключены к делителю напряжения (задающим блокам) 10 и 9 R₁, R₃ и R₅, R₇ соответственно. Коллектор транзистора VT₁ соединен с базой транзистора VT₂, являющегося усилителем тока для схемы сравнения 4. Этот усилитель тока шунтирует базовый переход управляющего транзистора VT₃ электронного ключа 5. Нагрузка, т.е. промежуточное реле 6 включения электродвигателя 7 вентилятора 8, включена в коллекторную цепь силового транзистора.

Указанные в схеме на фиг. 3 резисторы и конденсаторы предназначены соответственно для ограничения токов баз и коллекторов транзисторов, а также ограничения электрических помех, могущих нарушить нормальную работу устройства. Диод D включен параллельно реле и устраняет ЭДС самоиндукции, опасную для силового транзистора VT₅.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с терморезисторного датчика 1 указателя температуры 2 охлаждающей жидкости через вывод D устройства поступает на эмиттер транзистора VT₄ (см. фиг. 3). Одновременно на базу транзистора VT₄ схемы сравнения 3 через резистор R₈ подается напряжение задания включения от регулирующего делителя R₅, R₇ задающего блока 9. До тех пор пока температура охлаждающей жидкости мала, сопротивление датчика 1 велико, напряжение, приложенное к эмиттеру транзистора VT₄ схемы сравнения 3, по величине больше напряжения базы и транзистор VT₄ заперт. При этом транзисторы VT₃ и VT₅ электронного ключа 5 также изначально заперты, катушка (см. фиг. 2) промежуточного реле 6, подключенная к выводам Р и "+" обесточена и вентилятор 8 выключен. По мере роста температуры сопротивление датчика 1 и напряжение, приложенное к эмиттеру транзистора VT₄ схемы сравнения 3, падают.

В момент, когда напряжение, приложенное к базе транзистора VT₄ от схемы сравнения 9 становится больше по величине напряжения эмиттера от датчика 1, транзистор V₄ открывается и его коллекторный ток через резистор R₉ открывает управляющий транзистор VT₃ ключа 5. Транзистор VT₃ в свою очередь открывает силовой транзистор VT₅, который через резистор R₁₀ удерживает транзистор VT₃ в открытом состоянии. Таким образом, транзисторы электронного ключа 5 удерживают друг друга во включенном состоянии и будут включены даже при отключенном транзисторе VT₄.

В случае, если разность напряжений на базе и эмиттере транзистора VT₄ остается прежней или увеличивается, например, из-за высокой внешней температуры или недостатка охлаждающей жидкости, транзистор VT₄, а следовательно, и VT₃, VT₅ останутся во включенном состоянии.

Так как катушка реле 6 вентилятора 8 включена в коллекторную цепь силового транзистора VT₅, то вентилятор 8 включается и начинается процесс охлаждения двигателя. При этом сопротивление датчика 1 начинает увеличиваться и соответственно увеличивается напряжение, поступающее на вывод D устройства, при этом транзистор VT₄ схемы сравнения закрывается, но это не приводит к отключению вентилятора, как было показано выше.

Кроме рассмотренных цепей напряжение с датчика 1 через резистор R₄ поступает на базу транзистора VT₁ схемы сравнения 4. Одновременно на его эмиттер подается напряжение задания отключения от регулируемого делителя R₁, R₃ задающего блока 10. Когда двигатель достаточно охладится, напряжение на датчике 1, а следовательно, на базе транзистора VT₁ схемы сравнения 4 возрастет и станет больше напряжения на его эмиттере, транзистор VT₁ откроется и в свою очередь через резистор R₂ откроет транзистор VT₂. Транзистор VT₂ зашунтирует базовый переход управляющего транзистора VT₃ и выключит его, а следовательно, и транзистор VT₅. Схема устройства вернется в исходное состояние.

Таким образом, вентилятор 8 будет работать в интервале температур <t_макс>t_мин. Следует заметить, что, если в интервале температур <t_макс>t_мин остановить двигатель автомобиля, выключив зажигание, а следовательно, прекратить питание схемы и вновь включить, то вентилятор 8 не включится, так как транзистор VT₄ был уже выключен, а транзисторы VT₃ и VT₅ электронного ключа 5 выключатся при прерывании питания, однако это не имеет значения, так как при повторном запуске двигателя и достижении t_макс цикл будет продолжен. На практике могут возникнуть нештатные ситуации, например, плохие контакты в электропроводке, переключателях и т.п.

Рассмотрим влияние таких помех при разных температурах.

1. t_раб<t_вкл. В этом случае напряжение, поступающее с датчика больше напряжения задания отключения, поступающего с R₁, R₃, транзисторы VT₁ и VT₂ открыты постоянно и VT₂ постоянно шунтирует базовый переход транзистора VT₃ электронного ключа, при этом ключ VT₃, VT₅ не может включаться ни при каких условиях.

2. t_раб>t_вкл. В этом случае напряжение с датчика меньше напряжения задания с резисторов R₅, R₇ и схема сравнения на транзисторе VT₄ включена постоянно, управляющий сигнал через резистор R₉ постоянно поступает на базу транзистора VT₃, ключ VT₃ VT₅ включен и не может выключиться от действия помех.

3. t_вкл<t_раб<t_откл. В этом случае возможны два варианта:
a) вентилятор был включен, и шел процесс охлаждения двигателя. При этом принципиально возможно отключение вентилятора, но он вновь включится при повышении температуры до t_вкл;
б) вентилятор был выключен, и шел процесс нагревания двигателя. При этом возможно включение вентилятора, но он обязательно отключится при достижении t_откл. Таким образом, при появлении аварийной помехи изменится цикл работы устройства, но температура при этом не выйдет из заданных пределов.

Сущность изобретения: устройство содержит температурный датчик 1, соединенный с входами двух схем сравнения 3 и 4. Выходы схем сравнения соединены с электронным ключом 5, управляющим работой электродвигателя 7 вентилятора 8. Второй вход каждой схемы сравнения 3 и 4 соединен с соответствующим задающим блоком 9 и 10, последние через величину напряжения задают команду на включение и соответственно выключение двигателя 7. В данном устройстве электронный ключ выполнен в виде двухкаскадного усилителя на силовом и управляющем транзисторах VT5 и VT3. Каждый из задающих блоков выполнен в виде делителя напряжения, и оба включены в цепь питания параллельно, а схемы сравнения выполнены на транзисторах. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОМ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее включенные по схеме делителя напряжения терморезисторный датчик и указатель температуры, первую и вторую схемы сравнения, выходы которых соединены с электронным ключом, входы соответственно - с терморезисторным датчиком и задающими блоками, и электрически соединенное с электродвигателем промежуточное реле, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, электронный ключ выполнен в виде усилителя, каскады которого снабжены управляющим и силовым транзисторами и транзисторным усилителем тока, причем коллектор управляющего транзистора связан с базой силового, коллектор силового через резистор - с базой управляющего транзистора, задающие блоки включены в цепь питания параллельно и каждый из них выполнен в виде делителя напряжения, схемы сравнения содержат транзисторы, база транзистора одной из которых и эмиттер другой включены в цепь делителя напряжения, коллектор транзистора первой схемы сравнения соединен с базой транзистора усилителя тока, шунтирующего базовый переход управляющего транзистора электронного ключа, а промежуточное реле электродвигателя вентилятора включено в коллекторную цепь силового транзистора.