УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОБОГРЕВА И/ИЛИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VENTILATION CONTROL DEVICE FOR VEHICLE HEATING AND/OR AIR CONDITIONING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству управления вентиляцией системы обогрева и/или кондиционирования воздуха, называемой далее для краткости системой кондиционирования воздуха, в частности, для использования в транспортном средстве.
Уровень техники
Для минимизации общей стоимости системы кондиционирования, совокупность заслонок в устройстве управления вентиляцией контролируется «диском режима», то есть кулачковой шайбой, и исполнительным механизмом (приводом), связанным с этой же кулачковой шайбой. Как правило, приводом является электродвигатель или поворотная ручка, управляемая вручную.
В патенте Германии DE 19528714, например, предлагается способ управления двумя смесительными заслонками для смешивания потоков с разными температурами с помощью одной кулачковой шайбы.
В дополнение к температурному смешиванию существует другой известный способ, заключающийся в управлении имеющимися распределительными заслонками в устройстве управления вентиляцией с помощью единственной кулачковой шайбы с единственным приводом. Заслонки распределения воздуха предназначены для определенных воздуховодов и направляют соответствующие воздушные потоки, которые выпускаются через соответствующие сопла на уровне пола, на уровне передней части приборной доски (панели) и под лобовое стекло (антиобледенитель).
Патентная заявка Германии DE 3813116 относится к устройству управления вентиляцией подобного типа с кулачковой шайбой, имеющему, в качестве отличительной черты, один непрерывный направляющий кулачок для трех заслонок, и подходящему для активации посредством вращающейся ручки, управляемой вручную, а также при помощи дорогостоящего сервомотора.
В современном устройстве управления вентиляцией для каждой заслонки имеется специальный направляющий кулачок на кулачковой шайбе («диске режима»). Указанный направляющий кулачок, как правило, связан с соответствующей заслонкой с помощью системы рычагов или кулис для установки положения заслонки. Направляющие кулачки устанавливают таким образом, чтобы установленные режимы, предусмотренные для распределения воздуха, определяли конкретную необходимую комбинацию потоков распределения воздуха и осуществляли это в виде стандартной повторяющейся последовательности. Один из примеров такого цикла: (А) поток воздуха направлен только на уровне пола «Пол» <-> (В) поток воздуха направлен к приборной панели и области пола «Панель и Пол» <-> (С) поток воздуха направлен только к приборной доске «Панель» <-> (D) поток воздуха направлен к лобовому стеклу и приборной доске «Антиобледенитель и Панель» <-> (Е) поток воздуха направлен только к лобовому стеклу «Антиобледенитель» <-> (F) поток воздуха направлен к лобовому стеклу и полу «Антиобледенитель и Пол».
Для снижения затрат часто используют более эффективный привод (электродвигатель) без обратной связи по абсолютному углу поворота, например, шаговый двигатель или бесщеточный электродвигатель постоянного тока со счетчиком импульсов (обозначенный «электродвигатель постоянного тока со счетчиком импульсов»). Для осуществления управления при помощи подобных двигателей необходимо определенное исходное положение. Это важно для определения положения кулачковой шайбы во время работы.
Одним из известных решений этой задачи является выполнение на кулачковой шайбе механического ограничителя, который взаимодействует с механическим контрфиксатором для определения исходного положения кулачковой шайбы. В результате использования ограничителя становится невозможным переход между желаемыми положениями при рабочем угловом положении, так как кулачковая шайба не может свободно вращаться. Если, например, механический ограничитель установлен между положениями «Антиобледенитель и Пол» и «Пол» по направлению вращения в устройстве контроля вентиляции рассматриваемого типа, предлагающем описанные ранее комбинации положений «Пол» <-> «Панель и Пол» <-> «Панель» <-> «Антиобледенитель и Панель» <-> «Антиобледенитель» <-> «Антиобледенитель и Пол», переход непосредственно от положения «Пол» к положению «Антиобледенитель и Пол», и наоборот, невозможен. Другими словами, кулачковая шайба должна быть проведена через все промежуточные положения диапазона, например, от «Пола» через «Панель и Пол», «Панель», «Антиобледенитель и Панель» и через «Антиобледенитель» в положение «Антиобледенитель и Пол». Это не удобно пользователю, так как приводит к нежелательному и непредвиденному поведению устройства управления вентиляцией. Кроме того, увеличивается износ узлов системы, поскольку, в среднем, должно быть преодолено большее расстояние из-за необходимости прохождения ненужных промежуточных режимов для достижения нужного.
По этой причине, целью данного изобретения является улучшение устройства управления вентиляцией рассматриваемого типа таким образом, чтобы можно было исключить непредвиденные состояния и/или снизить степень износа. Однако использование дешевого привода без встроенной системы определения положения возможно без внесения изменений.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением указанная цель достигается за счет того, что механический контрфиксатор установлен подвижно и может быть приведен в действие дополнительным приводом, который может выборочно перемещать контрфиксатор в рабочее положение, при котором концевой ограничитель кулачковой шайбы может упереться в механический контрфиксатор, или в нейтральное положение, при котором концевой ограничитель кулачковой шайбы не может упираться в механический контрфиксатор.
Таким образом, основная особенность заключается в конфигурации, которая позволяет эффективно привести в контакт концевой ограничитель, необходимый для определения исходного положения, только в том случае, когда определение исходного положения действительно необходимо или фактически осуществляется. Предпочтительно, это происходит, когда система транспортного средства запущена, например, при запуске автомобиля. Это позволяет непрерывно использовать электродвигатель без необходимости встроенного измерителя угла поворота, в частности без обратной связи по абсолютному углу поворота, например простого шагового двигателя или двигателя постоянного тока со счетчиком импульсов.
В одном из примеров устройство управления вентиляцией включает в себя дополнительную заслонку, в частности заслонку регулирования температуры или рециркуляции воздуха, и первый механизм для приведения в действие этой заслонки. В этом случае особенно предпочтительно наличие дополнительного привода для регулирования дополнительной заслонки, с этой целью функционально связанного с первым механизмом. Другими словами, привод, который в любом случае входит в состав базового оборудования для отдельной заслонки, используют в соответствии с изобретением в качестве дополнительного привода контрфиксатора, который может быть добавлен в систему. Таким образом, для приведения контрфиксатора в действие не предусматривается использование дополнительных приводов, что снижает затраты.
В предпочтительном варианте для активации механического контрфиксатора может быть предусмотрен второй механизм, связанный с дополнительным приводом и предпочтительно оснащенный эксцентрическим диском. В этом случае первый механизм предпочтительно выполнен таким образом, что он имеет область свободного хода, в пределах которой дополнительный привод приводит в действие механический контрфиксатор без изменения положения дополнительной заслонки. Такая несложная мера приводит к тому, что можно независимо осуществлять регулирование дополнительной заслонки, например температурной заслонки или заслонки рециркуляции воздуха, с одной стороны, и приведение в действие контрфиксатора при помощи того же привода, с другой стороны, но тем не менее за счет того же привода. Вариант подходящей свободной области, который является простым с точки зрения проектирования, возможен, например, если первый механизм представляет собой кулисный или рычажный механизм, имеющий первый рычаг на валу дополнительного привода, а второй рычаг - на опорном валу дополнительной заслонки. В данном случае, во втором рычаге может быть выполнено изогнутое удлиненное отверстие, имеющее дугообразный бегунковый сегмент, который является концентрическим с приводным валом привода, и являющееся областью свободного хода, в которое входит (сцепляется) упор первого рычага.
В качестве альтернативы самой дополнительной заслонке может быть предоставлена область свободного хода, в пределах которой дополнительная заслонка может поворачиваться без обеспечения эффекта, т.е. без изменения соотношения смешивания, которое предположительно обеспечено дополнительной заслонкой. С точки зрения конструкции, это достигается простым способом - организацией соответствующей области свободного хода в зоне воздуховода, в котором предусмотрена дополнительная заслонка. Данный вариант является особенно подходящим в случае температурной заслонки, устанавливающей соотношение смешивания двух воздушных потоков, имеющих различную температуру.
В конструктивно эффективном варианте механический контрфиксатор устанавливают с возможностью радиального движения к оси вращения кулачковой шайбы, например, с помощью обыкновенного плоского подшипника скольжения. Контрфиксатор предпочтительно является подпружиненным в направлении, радиальном к оси вращения. Это обеспечивает изначальное нахождение контрфиксатора в рабочем положении, то есть после остановки устройства, так как он автоматически возвращается в это положение. Подпружинивание может быть обеспечено любым желаемым способом. Одним из экономичных вариантов, в частности, является отдельная спиральная пружина или пластиковая пружина, например плоская пружина, предпочтительно выполненная за одно целое с контрфиксатором. Наиболее подходящей для данного варианта подвижного контрфиксатора является конструкция, в которой концевой ограничитель радиально выдается из окружности кулачковой шайбы в виде выступа. Соответственно, нет необходимости в направляющем кулачке, расположенном на внешней окружности. Вместо этого, все направляющие кулачки выполнены на или внутри боковой грани кулачковой шайбы. В качестве эквивалентного решения в качестве ограничителя может быть предусмотрен аксиально выступающий штырь на боковой грани или, например, радиальное углубление в кромке кулачковой шайбы, если подпружинивание обеспечивает достаточно крепкое сцепление.
В надежной и механически простой конструкции подвижный контрфиксатор установлен на той же раме, на которой установлена свободно вращающаяся кулачковая шайба, то есть на имеющемся кожухе устройства управления вентиляцией, вмещающем заслонку(и) распределения воздуха, и связанные с ней воздуховоды.
Краткое описание чертежей
Дополнительные детали изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1а-с1: представляет собой схематичный вид сбоку первого варианта устройства управления вентиляцией, где на Фиг.1А, Фиг.1D, Фиг.1C, Фиг.ID показаны статические схемы устройства управления вентиляцией в различных рабочих положениях.
Фиг.2: представляет собой схематичный вид сбоку второго варианта устройства управления вентиляцией.
Фиг.3: представляет собой изображение одного из вариантов области свободного хода за счет определенной формы вентиляционного канала.
На рисунках идентичным или эквивалентным элементам в разных вариантах исполнения соответствуют одинаковые номера.
На Фиг.1-3 различные известные сами по себе элементы для простоты не изображены, например кожух устройства управления вентиляцией или электродвигатели.
Осуществление изобретения
На Фиг.1а-d изображена кулачковая шайба 1 с направляющим кулачком 11, образованным соответствующей направляющей канавкой или желобом на боковой грани кулачковой шайбы 1. Посредством одноплечего управляющего рычага 10, присоединенного к опорному валу воздушной распределительной заслонки 9 для совместного с ним вращения, направляющий кулачок 11 управляет наклонным или поворотным положением указанной воздушной распределительной заслонки 9. Для простоты показаны только одна воздушная распределительная заслонка 9, один направляющий кулачок 11 и один управляющий рычаг 10, хотя предусмотрено множество подобных воздушных распределительных заслонок, обычно используемых для создания необходимого воздушного потока. Воздушные распределительные заслонки приводятся в действие соответствующими направляющими кулачками внутри или на кулачковой шайбе 1, для чего вал или ось вращения 12 кулачковой шайбы 1 соединена с возможностью совместного вращения с выходным валом электрического привода, указанного выше, без обратной связи по абсолютному углу поворота (не показан).
Кроме того, на Фиг.1а-с1 показан механический концевой ограничитель 21, предусмотренный на кулачковой шайбе 1, причем указанный концевой ограничитель взаимодействует с контрфиксатором 23, как более подробно описано ниже, для определения исходного положения или исходного углового положения кулачковой шайбы 1 с целью обеспечения управления последней известным образом с помощью привода (не показан). Другими словами, когда концевой ограничитель 21 упирается в контрфиксатор 23, предварительно определенное угловое положение кулачковой шайбы 1 будет всегда одинаково. В представленном примере концевой ограничитель 21 выполнен в виде выступа и радиально выдается из окружности кулачковой шайбы 1, что избавляет от необходимости изменять направляющие кулачки 11 на или внутри боковой поверхности кулачковой шайбы 1. В качестве альтернативы также является возможным выполнение концевого ограничителя в виде углубления или выреза на внешней окружности кулачковой шайбы или, альтернативно, поперечно к плоскости Фиг.1а-d, т.е. параллельно осям вращения 12 в осевом направлении.
В соответствии с изобретением механический контрфиксатор 23 установлен подвижно и в результате может перемещаться с помощью дополнительного привода (не показан) из рабочего положения, показанного на Фиг.1а, в нерабочее положение, как на Фиг.1b-d. В результате механический контрфиксатор 23 концевого ограничителя 21 при необходимости может быть выдвинут.Однако в нейтральном, нерабочем положении, как на Фиг.1b-d, концевой ограничитель 21 не может упираться в контрфиксатор 23, т.к. кулачковая шайба 1 имеет возможность свободного вращения на угол более 360° вокруг оси вращения 12. Это обеспечивает неограниченный переход между всеми возможными положениями кулачковой шайбы 1 в обоих направлениях вращения, т.е. нужное положение может быть всегда достигнуто за счет наименьшего угла поворота вокруг оси вращения 12 и при необходимости остановиться в исходном угловом положении.
В показанном варианте механический контрфиксатор 23 установлен с возможностью радиального движения по отношению к оси вращения 12 кулачковой шайбы 1. Для этого предусмотрен плоский подшипник скольжения 22, подходящим образом установленный в/на кожухе (не показан) устройства управления вентиляцией. Кожух также образует раму для оси вращения 12, то есть является опорой для кулачковой шайбы 1. Контрфиксатор 23 соответственно имеет часть в форме штыря или цилиндра, которая скользит в плоском подшипнике 22, и наконечник которого также взаимодействует с концевым ограничителем 21 на кулачковой шайбе 1.
Для приведение в действие выдвигаемого контрфиксатора 23 возможно использование различных приводов. Таким образом, например, в подшипнике 22 может быть предусмотрен индукционный линейный привод, двигающий выдвигаемый контрфиксатор 23, который может двигаться в противодействие нагрузке пружины только тогда, когда нужно установить и/или определить исходное угловое положение.
В указанном варианте, однако, привод выдвигаемого контрфиксатора 23 реализован иначе, более предпочтительным методом. На Фиг.1а-d контрфиксатор 23 подпружинен простой спиральной пружиной 25 по направлению к рабочему положению, то есть к оси вращения 12. Спиральная пружина 25 вставлена между опорой 4 и противоположным по отношению к кулачковой шайбе 1 концом контрфиксатора 23. Как видно на Фиг.1а-d, область контрфиксатора 23, отдаленная от кулачковой шайбы 1, имеет углубление 23а, схематично показанное в виде прямоугольника, в котором расположена с возможностью вращения дополнительная кулачковая шайба с направляющим кулачком на внешней окружности, т.е. эксцентрический диск 5. Эксцентрический диск 5 прикреплен к выходному валу 13 дополнительного привода (не выделен на фигурах) для совместного вращения. Принимая во внимание соответствующую форму эксцентрического диска 5, контрфиксатор 23 может автоматически возвращаться в рабочее положение без вращения приложения момента к кулачковой шайбе 1. Таким образом, при запуске устройства, например запуске автомобиля, оснащенного устройством управления вентиляцией, нужное исходное угловое положение может быть установлено без необходимости задействовать дополнительный привод для выходного вала 13.
Как видно из сравнения Фиг.1а и Фиг.1b-d, углубление 23а контрфиксатора 23 и эксцентрический диск 5 образуют конструкцию, с помощью которой выборочное движение вовнутрь или приведение в действие подвижного контрфиксатора 23 осуществляется за счет дополнительного привода на приводном валу 13.
Кроме того, как видно из Фиг.1-2, на приводном валу 13 предусмотрен механизм, в частности кулисный или рычажный механизм. Этот механизм содержит первый одноплечий рычаг 6, соединенный для совместного вращения с приводным валом 13 дополнительного привода, и второй одноплечий рычаг 7, прикрепленный для совместного вращения к опорному валу дополнительной заслонки 8 для того, чтобы вращать заслонку 8 вокруг указанного опорного вала, что становится очевидным при сравнении Фиг.1а и Фиг.1с.
Необходимо отметить, что дополнительная заслонка 8 представляет собой заслонку, например, температурную заслонку или заслонку рециркуляции воздуха, известные из уровня техники и в любом случае уже предусмотренные в устройстве управления вентиляцией. Иными словами, предлагаемая конструкция позволяет использовать приводной вал 13 привода, который обычно уже присутствует в качестве привода для приведения в действие контрфиксатора 23, таким образом избавляя от необходимости установки дополнительного привода.
Для использования этой комбинации эффективным является обеспечение «области свободного хода», в которой движение дополнительной заслонки 8 не приводит к активации контрфиксатора 23, и наоборот. Это преимущество достигается за счет обеспечения области свободного хода в одном из механизмов для активации дополнительной заслонки 8 и контрфиксатора 23. На Фиг.1a-d представлен первый вариант с соответствующей областью 17 свободного хода в кулисном механизме рычагов 6, 7. Как видно из Фиг.1а по сравнению с Фиг.1b, рычаги 6, 7 выполнены таким образом, что дополнительный привод на приводном валу 13 может активировать механический контрфиксатор 23, не изменяя положение дополнительной заслонки 8. Это достигается за счет искривленного удлиненного отверстия во втором рычаге 7, в которое входит упор выходного конца первого рычага 6. В качестве области 17 свободного хода, удлиненное отверстие во втором рычаге имеет дугообразный бегунковый сегмент, который является концентрическим с приводным валом 13 привода. В этом бегунковом сегменте или области 17 свободного хода удлиненного отверстия упор на первом рычаге 6 не может передать вращающий момент второму рычагу, то есть он может поворачиваться свободно. Только когда приводной вал 13 поворачивается по часовой стрелке за пределы положения, указанного на Фиг.1b, например, в положение, показанное на Фиг.1c-d, выступ на первом рычаге 6 входит в зацепление с удлиненным отверстием второго рычага 7, и поворачивает заслонку 8.
В качестве альтернативного варианта конфигурации области свободного хода на Фиг.3 показана специально спроектированная область смешивания или область воздуховода 30 в корпусе устройства управления вентиляцией для смешивания воздуха из воздуховода 31 холодного воздуха и воздуха из воздуховода 32 теплого воздуха. В данном случае диапазон поворота температурной заслонки 38 расширен для того, чтобы сформировать нерабочую область 37 свободного хода в воздуховоде. В пределах области 37 свободного хода температурная заслонка 38 может поворачиваться, не изменяя параметров смешивания воздуха из воздуховодов 31, 32, поступающего в выходной воздуховод 33. Угловые размеры данной области 37 свободного хода соответствуют углу поворота, необходимому для активации контрфиксатора, при необходимости с их уменьшением за счет соответствующего коэффициента. За счет конфигурации, соответствующей Фиг.3, существует возможность продолжить использование уже существующих или изготовленных компонентов механизма для заслонки 38 без мх модификации, в отличие от Фиг.1a-d.
На Фиг.2 показан вариант механизма для активации контрфиксатора 23, более точно - альтернативная возвратная пружина. На Фиг.2 пластиковая пружина 27 пластинчатого типа установлена целиком или частично на компоненте, который образует подвижный контрфиксатор 23. Пластиковая пружина 27 установлена на соответствующих опорах 4, сформированных на корпусе. Такая конструкция уменьшает число компонентов, но в остальном она аналогична варианту на Фиг.1a-d.
Работа контрфиксатора 23 в соответствии с изобретением становится понятной из Фиг.1a-d. В исходном положении, например, в процессе запуска автомобиля, контрфиксатор 23 находится в рабочем состоянии, показанном на Фиг.1а. Концевой ограничитель 21 в этом случае может упираться в контрфиксатор 23 для установления исходного углового положения кулачковой шайбы 1. Во время нормального функционирования устройства управления вентиляцией контрфиксатор 23 не требуется и переведен в нейтральное положение, показанное на Фиг.1b, с помощью экцентрического диска 5 и приводного вала 13, причем никакого изменения положения заслонки 8 не происходит из-за наличия области 17 свободного хода. Однако после положения, показанного на Фиг.1b, может быть использован привод с приводным валом 13 для эксплуатации следующего углового диапазона в направлении по часовой стрелке, например для поворота заслонки 8 в другое ее крайнее положение (см. Фиг.1с). Как видно на Фиг.1d, кулачковая шайба 1 также может свободно поворачиваться на 360°, когда контрфиксатор 23 находится в нейтральном положении. Таким образом, из каждого режима вентиляции можно перейти в оба соседних в направлении поворота положения вентиляции вращением как по, так и против часовой стрелки, что уменьшает среднее расстояние при вращении кулачковой шайбы 1, а следовательно, и его износ.
В целях управления может быть предусмотрен управляющий контур, связанный с приводом для вращения кулачковой шайбы 1 и дополнительным приводом 13. Этот управляющий контур выполнен, например, таким образом, чтобы перемещать механический контрфиксатор 23 в рабочее положение посредством дополнительного привода 13 для указания исходного положения привода 12, а затем вращать кулачковую шайбу 1 с помощью привода 12 до тех пор, пока концевой ограничитель 21 не упрется в контрфиксатор 23. Управляющий контур может затем задать это положение привода 12 в качестве исходного для установления положения воздушных распределительных заслонок 9 в процессе работы.
Список ссылочных позиций:
1 кулачковая шайба
4 опора
5 эксцентрический диск
6, 7 рычаг
8, 38 дополнительная заслонка (заслонка температуры/ рециркуляции воздуха)
9 воздушная распределительная заслонка
10 рычаг управления
11 направляющий кулачок
12 ось вращения (на приводе)
13 приводной вал (на дополнительном приводе)
17, 37 зона свободного хода
21 концевой ограничитель
22 плоский подшипник скольжения
23 контрфиксатор
23а углубление
25, 27 пружина
30 область воздуховода
31 воздуховод холодного воздуха
32 воздуховод теплого воздуха
33 выходной воздуховод