BR112018000618B1 - Sistema para uma válvula solenoide operada e método de controlar uma válvula solenoide operada - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se à uma válvula solenoide, e ao método associado de controle para o desempenho compensado, baseado em condições ambientais e, opcionalmente, na vida do pro-duto. O consumo de força da bobina solenoide, é pró-ativamente otimizada com base em informações pré-determinadas do banco de dados, para referência cruzada de uma dada temperatura operacional e opcionalmente, ciclos operando a válvula. O efeito líquido é para reduzir o consumo de força, sob condições normais, e seletivamente aplicar maior força para a bobina da válvula, quando requerido.

Description

Referência Cruzada aos Pedidos Relacionados

[001] Não apropriada.

Declaração em Relação à Pesquisa ou Desenvolvimento Federalmente Patrocinada

[002] Não apropriada.

Referência ao Apêndice

[003] Não apropriada.

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção

[004] A descrição, de um modo geral, refere-se às válvulas. Especificamente, a descrição refere-se às válvulas operadas solenoides.

Descrição da Técnica Relacionada.

[005] Em muitas aplicações da válvula solenoide, especialmente aplicações industriais e comerciais, a válvula solenoide é requerida para operar através de uma ampla faixa de temperaturas. O desempenho mecânico da válvula pode ser afetado significativamente, por exemplo, por operação a temperatura baixa, que aumenta a quantidade de energia requerida para operar a válvula, devido às mudanças nas propriedades dos componentes mecânicos. Adicionalmente, quando uma válvula prossegue, através de seu ciclo de vida, as propriedades de muitos da idade dos componentes mecânicos, fazem a energia mecânica requerida aumentar, e mais energia da bobina elétrica para operar. No desenho de tal válvula, uma pessoa versada na técnica, geralmente, deverá fazer uma avaliação das piores condições do caso, e depois projetar o enrolamento da bobina para um nível de energia para acomodar o pior invólucro. Isso, é claro, levará a um consumo de energia do dispositivo, que será excessiva, quando comparada às condições mais normais de operação.

[006] Várias patentes e pedidos conhecidos, descrevem a medida e as respostas que afetam a bobina solenoide, são conhecidas. Por exemplo, a Publicação Canadense N°. 2221667 mostra uma válvula proporcional, em que correntes diferentes resultam em posições diferentes do carretel de válvula interna. CA '667 busca manter mais precisamente a posição do carretel da válvula, detectando a temperatura em uma entrada de óleo da válvula, e indiretamente a temperatura da bobina que afeta a resistência das bobinas. Um controlador ajusta a voltagem para a bobina, baseado na variação da resistência, de tal maneira que uma corrente constante, através da bobina, é realizada para manter uma energia constante no carretel da válvula. A Patente Norte Americana N°. 8681468, mostra um método de controle de uma válvula solenoide, que descreve medir a voltagem através da bobina da válvula solenoide, e a corrente através da válvula solenoide para controlar a válvula, tal como quando o engajamento atual da válvula solenoide ocorre. A US '468 mostra um sistema reativo, que mede e monitora a corrente e a voltagem, em uma base contínua, e faz ajustes baseados no desempenho da válvula, tais como regulagem do tempo, para diminuir o excessivo poder da válvula. A Publicação Norte Americana N°. 2014/0222313A1 mostra um método de energizar uma válvula solenoide, de um sistema de controle hidráulico, de acordo com um cronograma de cronometragem pré-determinado, para mover um membro de válvula da válvula solenoide, conectado a um componente de comutação, para distribuir fluido pressurizado, quando o membro da válvula se move para ligar um componente de comutação. Um parâmetro operacional é medido, e pode ser um período de tempo durante o qual o membro da válvula se move, ou um parâmetro operacional sensitivo do fluido, tal como pressão ou temperatura. O parâmetro medido é então comparado com um parâmetro pré- determinado, e a energização da válvula solenoide é depois ajustada com base na diferença.

[007] No entanto, essas patentes e pedidos, aparentemente, descrevem sistemas e métodos, que não foram, de um modo geral, implementados na indústria, possivelmente devido à complexidade, longevidade e custos. Em muitos casos, especialmente para válvulas de controle direcional de operação de solenoides, que são ligados e desligados e não controlados proporcionalmente para posições variáveis, o monitor dos sistemas de controle muda em resistência, do aquecimento operacional da bobina e ajuste da voltagem ou ciclo de trabalho, para gerar uma corrente constante, para a válvula solenoide, atuar com a suposição de que a mesma corrente vai produzir os mesmos resultados em atuação.

[008] Permanece a necessidade de um sistema de controle, para uma válvula solenoide, sob várias condições operacionais ambientais, independente de uma necessidade do monitoramento constante da válvula solenoide, que é simples e não dispendiosa, e pode ser largamente adaptada no campo.

Breve Sumário da Invenção

[009] A presente descrição provê uma válvula solenoide, e um método de controle associado para desempenho compensado, baseado em condições ambientais, e opcionalmente a vida do produto. O consumo de energia da bobina solenoide é pró-ativamente otimizado, com base nas informações do banco de dados pré- determinadas, para referência cruzada de uma dada temperatura de operação, e opcionalmente, ciclos de operação da válvula. O efeito líquido é reduzir o consumo de energia, sob condições normais, e seletivamente aplicar energia maior para a bobina da válvula quando requerido.

[0010] A descrição provê um sistema para uma válvula solenoide operada, compreendendo: uma válvula tendo uma entrada e uma saída; a solenoide acoplada com a válvula tendo uma bobina; um controlador acoplado com a solenoide; um sensor ambiental acoplado com o controlador; uma fonte de energia acoplada ao controlador; e um banco de dados de ajustes pré-determinados em energia para a solenoide, dependendo das condições ambientais; em que o controlador é configurado para ajustar a energia para a solenoide, com base na entrada de um sensor ambiental, por uma quantidade determinada através do acesso ao banco de dados.

[0011] A descrição provê um método de controlar uma válvula operada pela solenoide, tendo uma entrada e uma saída; uma solenoide acoplada com a válvula, que tem uma bobina; um controlador acoplado com a solenoide; um sensor ambiental acoplado com o controlador; uma fonte de energia acoplada ao controlador; e um banco de dados de ajustes pré-determinados, em energia para a solenoide, dependendo das condições ambientais, o método compreendendo: sensibilidade a uma condição ambiental, com o sensor ambiental; acessar o banco de dados com a condição ambiental; determinar, com o controlador, se um ajuste de energia é para ser feito com base nas informações do banco de dados, para a condição ambiental; e ajustar a energia para a solenoide, se o banco de dados indicar que um ajuste deve ser feito com base na condição ambiental.

Breve Descrição de Diversas Vistas dos Desenhos

[0012] Figura 1 é uma visão esquemática de uma válvula solenoide (SOV) operada com um controlador, de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada

[0013] As Figuras descritas acima, e a descrição por escrito de estruturas e funções específicas abaixo, não são apresentadas para limitar o escopo do que o Solicitante inventou, ou o escopo das reivindicações em anexo. Ao contrário, as Figuras e a descrição escrita, são providas para mostrar, para qualquer pessoa versada na técnica, fazer e usar as invenções para as quais a proteção da patente é solicitada. Aqueles versados na técnica evidenciarão que nem todas as características, de uma modalidade comercial da invenção, são descritas ou mostradas em consideração a clareza e compreensão. Pessoas versadas na técnica também evidenciarão que o desenvolvimento de uma atual modalidade comercial, incorporando aspectos da presente descrição, vão requerer numerosas decisões específicas da implementação, para realizar o objetivo máximo do desenvolvimentista, para a modalidade comercial. Tais decisões específicas da implementação podem incluir, e provavelmente não são limitadas à condescendência com o sistema relacionado, negócio relacionado, governo relacionado e outras restrições, que podem variar pela implementação específica, local e de tempos em tempos. Enquanto os esforços de um desenvolvimentista podem ser complexos e demorados, em um sentido absoluto, tais esforços deverão ser, não obstante, uma rotina empreendida por aqueles de conhecimento comum nessa técnica, tendo o benefício dessa descrição. Deve ser entendido que as invenções descritas e mostradas aqui no presente, são susceptíveis a numerosas e várias modificações e formas alternativas. O uso de um termo no singular, como tal, mas não limitado a "um", não é destinado como limitante do número de itens. Além disso, o uso de termos relacionados, tais como, mas não limitados a "topo", "fundo", "esquerda", "direita", "superior", "inferior", "em baixo", "em cima", "lado" e os similares, são usados na descrição escrita para clareza em referência específica às Figuras, e não são destinados a limitar o escopo da invenção, ou às reivindicações em anexo. Onde apropriado, um ou mais elementos podem ter sido rotulados com um "A" ou "B" para designar vários membros de uma dada classe de um elemento. Quando se referindo geralmente a tais elementos, o número sem a letra pode ser usado. Ainda, tais designações não limitam o número de membros que podem ser usados para aquela função. Além disso, os vários métodos e modalidades do sistema, podem ser incluídos em combinação uns com os outros, para produzir variações dos métodos e modalidades descritas. Discussão de elementos singulares podem incluir elementos plurais e vice-versa. Referências à pelo menos um item, podem incluir um ou mais itens. Também, vários aspectos das modalidades poderão ser usados em conjunto uns com os outros, para realizar os objetivos entendidos da descrição. A menos que o contexto requeira de outra maneira, a palavra "compreender" ou variações tais como "compreende" ou "compreendendo", deverão ser compreendidas para sugerir a inclusão de, pelo menos, o elemento ou etapa, ou grupo de elementos, ou etapas, ou equivalentes dos mesmos estabelecidos, e não a exclusão de uma quantidade numérica maior, ou de qualquer outro elemento ou etapa ou grupo de elementos, ou etapas, ou equivalentes dos mesmos. O dispositivo ou sistema pode ser usado em um número de direções e orientações. O termo "acoplado", "acoplando", "acoplador" e termos similares, são usados amplamente, aqui no presente, e podem incluir qualquer método ou dispositivo para prender, ligar, unir, trancar, acoplar, juntar, inserir naquele lugar, formar logo após ou dentro, comunicar, ou de outra maneira associar, por exemplo, mecanicamente, magneticamente, eletricamente, quimicamente, de forma operável, diretamente ou indiretamente com elementos intermediários, uma ou mais peças de membros juntas, e pode ainda incluir, sem limitações, integralmente formando um membro funcional com outro em um modo de unidade. O acoplamento pode ocorrer em qualquer direção, incluindo rotativamente.

[0014] A presente descrição provê uma válvula solenoide, e um método de controle associado, para o desempenho compensado baseado em condições ambientais e opcionalmente, a vida do produto. O consumo de energia da bobina solenoide é pró-ativamente otimizado, com base nas informações pré-determinadas do banco de dados, para referência cruzada de uma dada temperatura operacional, e opcionalmente, ciclos operando a válvula. O efeito líquido é para reduzir o consumo de energia sob condições normais, e seletivamente aplicar energia maior à bobina da válvula, quando requerido.

[0015] A Figura 1 é uma vista esquemática de uma válvula operada solenoide (SOV), com um controlador de acordo com a invenção. Uma SOV 2 inclui uma válvula 4, que tem pelo menos uma entrada 6 e pelo menos uma saída 8. O fluxo através da válvula exemplar, é controlado por um diafragma 10, que pode abrir e fechar por cima de uma via de passagem de fluxo. Outros métodos de controle de fluxo conhecidos na técnica, podem ser usados. Um solenoide 12 pode ser montado para a válvula 4, e geralmente inclui a armadura 14 circundada por uma bobina 16. A bobina 16, quando energizada, move um pistão 18, geralmente para cima, na orientação mostrada para mover o diafragma 10. Uma mola 20 geralmente retorna o pistão para uma posição de repouso, quando a bobina não está com potência.

[0016] Um controlador 30, tal como um micro controlador, ou outro processador apropriado, é acoplado ao solenoide 12. Uma fonte de energia 32 é acoplada a um dispositivo de ligação de energia 34, que é controlado pelo controlador 30, para distribuir energia através das linhas de energia 36 para a bobina 16. Em algumas modalidades, o suprimento de energia 32 e o dispositivo 34, de ligar e desligar a energia, podem ser uma unidade integral. Um sensor ambiental 38 é, também, acoplado ao controlador 30. O sensor ambiental 30 pode sentir um ou mais de uma variedade de condições ambientais, tais como uma temperatura ambiente, pressão do fluido na válvula 4, e outras condições indiretas, que podem afetar o desempenho da válvula. Um banco de dados 44 é acoplado ao controlador 30. O banco de dados 44 pode conter critérios de ajustes pré-determinados, baseados nas leituras do sensor do ambiente e/ou outros critérios pré-determinados.

[0017] Em operação o controlador 30, e o sistema de circuitos elétricos de controle associado, provêm energia através de um dispositivo de ligação de energia controlado, que é conectado à bobina SOB, e recebe introduções para a temperatura ambiente, pressão de linha, e/ou outras condições. O banco de dados 44 pode incluir uma tabela de valores que provê informações atuais sobre a bobina, com base na temperatura ou outras condições ambientais pré-determinadas, e pró-ativamente ajusta a energia, tal como ajustando a corrente com base em tal(tais) condição(ões) ambiental(ais). O termo "energia" é usado amplamente e pode incluir ajustes para a corrente ou voltagem (ou mesmo resistência por uma resistência variável) ou qualquer combinação dos mesmos, para compensar a mudança na condição ambiental através dos dados pré-determinados. Vantajosamente, os ajustes podem ser feitos independentemente de uma entrada monitorada, recebida da válvula, contrastando com os esforços anteriores. Tais esforços anteriores podem ajustar a corrente ou voltagem, com base em uma mudança medida na resistência, ou cronometragem da energia aplicada ou de engajamento. Na invenção, enquanto a corrente da bobina pode ser periodicamente medida, a decisão é o quanto ajustar a energia para o nível indicado, pela quantidade pré-determinada para a condição ambiental em particular. Por exemplo, se os dados armazenados no banco de dados indicam que a válvula requer mais 15% de função da corrente, operando em um ambiente de -40°C, então o controlador pode ajustar a corrente pró- ativamente, sem ter de medir as mudanças de resistência, ou outras mudanças na bobina devido à temperatura ambiente. Outras condições ambientais podem ser medidas e ajustes feitos com base em fatores pré-determinados, e dados sem requerer medição direta do solenoide ou válvula. Desse modo, a invenção pode realizar um ajuste para a corrente, com muito mais simplicidade e menos custos antes dos esforços.

[0018] Opcionalmente e como um ajuste adicional, o sistema pode receber entrada, no número de ciclos de operação da válvula. O controlador 30 pode ser programado para contar o número de ciclos SOV que foram operados para determinar onde a válvula está no seu ciclo de vida. Uma linha de entrada 40 provê informações do solenoide 12, para o controlador 30, incluindo tais informações como o número de ciclos de operação, duração dos ciclos, e outras informações operacionais. O banco de dados 44 pode conter critérios adicionais de ajustes pré-determinados, com base nos ciclos da válvula. Quando a válvula atinge alguma quantidade pré-determinada, por exemplo, 100.000 ciclos, o controlador 30 pode ajustar a energia mais alta por uma quantidade pré-determinada, para compensar a fricção aumentada causada pelo desgaste das partes móveis, com base nos dados armazenados no banco de dados.

[0019] Vantajosamente a invenção difere dos efeitos anteriores conhecidos por simplificar a operação. A invenção não necessita ajustar para mudanças de resistência da bobina, posicionamento preciso da válvula, a quantidade de energia, ou mesmo a cronometragem da válvula. Em tais casos, a maioria dos esforços anteriores necessita de medições em tempo real, para reativamente compensar as mudanças no desempenho de solenoide. Por contraste, a invenção pode compensar as mudanças em macro escala, com simples medições e informações do banco de dados pré-determinadas, para prover suficiente exatidão para a operação do SOV. Em muitos exemplos, é previsto que a invenção será aplicada para o controle direto das válvulas que são operadas nas posições de ligar/desligar, em vez de posições proporcionais.

[0020] A ordem de etapas pode ocorrer em uma variedade de sequências, a menos que seja de outra maneira especificamente limitada. As várias etapas descritas, aqui no presente, podem ser combinadas com outras etapas, nas entrelinhas com as etapas estabelecidas, e/ou divididas em múltiplas etapas. Similarmente, elementos foram descritos funcionalmente e podem ser incorporados como componentes separados, ou podem ser combinados em componentes que têm múltiplas funções.

[0021] A invenção foi descrita no contexto de modalidades preferidas ou outras, e não todas as modalidades da invenção foram descritas. Por exemplo, outros tamanhos podem ser similarmente projetados, com as diferenças resultantes em volumes de fluxo, descritas acima. Modificações e alterações óbvias, para as modalidades descritas, estão disponíveis para aqueles com conhecimento comum na técnica, dado os ensinamentos descritos aqui no presente. De conformidade com as leis de patente, as reivindicações determinam o escopo, ou faixa de equivalentes, em vez de descrever modalidades exemplares, com a compreensão de que outras modalidades existem dentro do escopo de tais reivindicações.

Claims (9)

1. Sistema para uma válvula solenoide operada (2), que compreende: uma válvula (4) tendo uma entrada (6) e uma saída (8); um solenoide (12) acoplado com a válvula e que tem uma bobina (16); um controlador (30) acoplado com a solenoide (2); um sensor ambiental (38) acoplado com o controlador (30); uma fonte de energia (32) acoplada ao controlador (30); e um banco de dados (44) de ajustes pré-determinados na energia para a solenoide (2), dependendo das condições ambientais; em que o controlador (30) é configurado para ajustar a energia para a solenoide (2), por um dentre os ajustes pré-determinados na energia no banco de dados (44) com base na entrada do sensor ambiental (38), caracterizado pelo fato de que o controlador (30) é ainda configurado para contar um número de ciclos operacionais da solenoide (2) sendo que o banco de dados (44) contém ajustes pré-determinados na energia para solenoide (2) dependendo do número de ciclos operacionais da solenoide (2).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (30) é configurado para ajustar a energia independente de uma entrada monitorada recebida da válvula.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma linha de entrada (40) de solenoide (12) para o controlador (30).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor ambiental (38) sente a temperatura ambiente da válvula.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor ambiental (38) sente a pressão do fluido na válvula.

6. Método de controlar uma válvula solenoide operada (4), tendo uma entrada (6) e uma saída (8); um solenoide (12) acoplado com a válvula e tendo uma bobina (16); um controlador (30) acoplado com a solenoide; um sensor ambiental (38) acoplado com o controlador (30); uma fonte de energia (32) acoplada ao controlador (30); e um banco de dados (44) de ajustes pré-determinados de energia para a solenoide, dependendo das condições ambientais, o método compreendendo: sentir uma condição ambiental com o sensor ambiental (38); acessar o banco de dados (44) com a condição ambiental; determinar com o controlador (30) se um ajuste de energia deve ser feito baseado na informação do banco de dados (44), para a condição ambiental; ajustar a energia para a solenoide, se o banco de dados (44) indicar que um ajuste deve ser feito, com base na condição ambiental; caracterizado pelo fato de que compreende ainda contar o número de ciclos operacionais da solenoide; acessar o banco de dados (44) com o número de ciclos; determinar com o controlador (30) se um ajuste de energia deve ser feito baseado na informação no banco de dados (44) para o número de ciclos; e ajustar a energia para a solenoide se o banco de dados (44) indicar que um ajuste deve ser feito baseado no número de ciclos.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ajustar a energia para a solenoide ocorre, independente de uma entrada monitorada recebida da válvula.

8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que sentir a condição ambiental compreende sentir uma temperatura ambiente da válvula.

9. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que sentir a condição ambiental compreende sentir a pressão do fluido na válvula.