JP2003517132A - 制御弁 - Google Patents

制御弁

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、制御回路（３０）のための制御弁（１０）であって、第１の少なくとも１つの制御ユニット（１４）を備えており、該制御ユニットが少なくとも１つの運転パラメータ及び／又は周囲の温度に関連して熱交換器（１６）への分岐流路（３２）を開放し、絞り若しくは閉鎖して、バイパス管路（３４）を相補的に制御するようになっている形式のものに関する。本発明に基づき前記制御ユニット（１４）が、電動モータで若しくは電磁式に駆動可能な弁部材（２６）の位置のための目標値（３６）を生ぜしめるようになっており、該目標値が弁部材（２６）の位置の検出された実際値（３８）を用いて、制御弁（１０）内に組み込まれた電子的な第２の制御ユニット（２０）によって弁部材（２６）の位置のための調節値として処理されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載の制御弁に関する。
【０００２】 車両の内燃機関の冷却回路内に温度の調節のためにサーモスタット弁が用いら
れている。該弁の弁本体が、膨張形アクチュエータによって冷却媒体温度に関連
して制御され、熱交換器への分岐流路を開放若しくは閉鎖し、これに対応してバ
イパス管路を相補的に調節し、これによって内燃機関の最適な運転温度ができる
だけ迅速に達成されて、コンスタントに維持される。このようなサーモスタット
弁は、膨張形アクチュエータへのゆっくり生じる熱伝達に基づき緩慢である。
【０００３】 内燃機関の温度の調節のための装置及び方法が、ドイツ連邦共和国特許出願公
開第４１０９４９８Ａ１号公報により公知である。内燃機関の冷却回路が熱交換
器を備えており、熱交換器がバイパス管路によって迂回されるようになっている
。冷却媒体流の制御のために、バイパス管路の開口領域に制御弁が設けられてお
り、制御弁の作動が制御通路を介して制御ユニットによって行われ、その結果、
多かれ少なかれ冷却媒体が熱交換器のそばを流過させられる。この場合、制御装
置が温度目標値を発信するようになっており、温度目標値が内燃機関の種々の使
用条件及び運転パラメータに関連して検出される。目標値はエンジン温度の実際
値と比較されて、その結果から制御弁のための調節値が形成される。熱交換器に
対応して配置された冷却ファンが別個の通路を介して制御装置によって制御され
る。
【０００４】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３１２４８Ａ１号公報により公知の制
御弁は、自動車の内燃機関の冷却媒体の、暖房装置の熱交換器内への流入を調節
するようになっている。該制御弁は遮断部材としてスライダーを有し、かつ駆動
部としてスライダーに配置された永久磁石を有しており、永久磁石が制御電流で
負荷可能な駆動コイルの磁場内にスライダーの調節方向へ移動可能に配置されて
いる。逆の方向では制御弁は戻しばねによって運動させられるようになっており
、従って制御弁が、駆動コイルにその都度作用する制御電流の大きさに関連して
無段階に調節可能である。
【０００５】 公知の制御弁においては、弁調節が検出されず、従って制御ユニットにフード
バックできず、その結果、その都度の弁位置が明らかでない。全体の温度処理の
良好な制御のために、冷却系の個別の分岐通路の容積流のできるだけ正確な認識
が必要であるので、付加的な容積流センサーが設けられねばならない。
【０００６】 ドイツ連邦共和国特許出願公告第３２００４５７Ｃ２号公報により、電磁式の
調節部材の制御のための方法及び装置が公知である。この場合には、弁の調節が
検出されて、制御に関与される。加算点に制御回路の実際値と目標値とが供給さ
れて、制御偏差がPI-増幅器に送られる。該増幅器の出力信号が整流器を介して
パルス変調器を制御して、パルス変調器の出力信号によって電圧発生装置が接続
可能になっている。電圧発生装置の信号が２つの電圧・電流変換器に供給されて
、電圧・電流変換器が相応の電流を生ぜしめ、該電流が電磁式の２つの調節部材
を負荷するようになっている。該電磁式の両方の調節部材は例えば電磁弁であっ
てよく、電磁弁によって別の調節部材内の空気力的若しくは液力的な圧力上昇若
しくは圧力降下が制御若しくは調節され、該調節部材の位置が再び実際値として
加算点に供給される。
【０００７】 ヨーロッパ特許第０６６５３８１Ｂ１号公報により、液圧式に作動可能な可動
子、電気的な駆動モータ、ポンプ及び液圧的な回路から成るコンパクトな装置が
公知である。該装置は、両側から圧力で負荷可能な弁であってよい。該弁の方向
制御が駆動モータの回転変換に基づき行われ、駆動モータが弁の両方の接続管路
間に配置されたポンプを駆動するようになっている。従ってポンプが回転方向に
応じて圧力媒体を接続管路に供給する。この場合、駆動モータが中央の制御ユニ
ットによって電気的に制御される。弁作動部材の終端位置にリミットスイッチを
配置してあり、リミットスイッチが信号を発信させ、該信号が一方では駆動モー
タへの電流導線を遮断して、かつ他方で中央の制御ユニットの制御部材を作動さ
せる。別の構成では複数の駆動モータが１つのバス系を介して制御され、この場
合も終端位置がリミットスイッチによって検出される。このような手段は、終端
位置を検出するだけであり、温度制御機構への使用にとって不充分である。
【０００８】 発明の利点 本願発明に基づき、制御回路の制御ユニットが、電動モータ若しくは電磁式に
駆動可能な弁部材の位置のための目標値を生ぜしめ、該目標値が弁部材の位置の
検出された実際値を用いて制御弁内に組み込まれた電子式の第２の制御ユニット
、有利にはマイクロ制御部によって弁部材の位置のための調節値に処理されるよ
うになっている。
【０００９】 本発明に基づく制御弁は第１の制御ユニットを備えた上位の制御回路、例えば
内燃機関の冷却回路内に配置される。第２の制御ユニットが制御弁と一緒に下位
の制御回路を形成する。これによって、制御弁が固有の制御知能を有して、故障
の際に第１の上位の制御ユニットなしにも重要な機能を生ぜしめる。
【００１０】 本発明の構成に基づき、第１若しくは第２の制御ユニットが故障識別装置を備
えており、故障識別装置が故障の場合に自動的に非常運転に切り替わるようにな
っている。正常運転では第１の制御ユニットとの限定的なデータ交換しか必要と
せず、従って信号導線が節約される。上位の制御ユニットへの接続は、制御弁の
マイクロ制御部に弁部材の調節のための目標値を供給するために優先的に用いら
れる。
【００１１】 有利には、マイクロ制御部が種々の弁特性線のためにプログラム可能であり、
その結果、同じ多くの構成部分が種々の制御に使用できる。例えば制御弁が自動
車に温度制御を伴わない簡単な構造でも、温度制御を行う高価な構造でも使用さ
れる。１つの制御弁をまず個別モジュールとしてオプションで後から温度制御の
ために付加的な制御装置によって組み付けることも可能である。さらに、複数の
制御弁を１つの通信ラインに接続して、異なる部分機能を生ぜしめ、例えばクー
ラー弁を暖房弁に接続することも考えられる。このような機構は有利には上位の
制御装置だけではなく、下位の制御装置によって制御され、従って固有の知能に
よってデータ伝送の費用及び時間が節約される。
【００１２】 制御弁に組み込まれたマイクロ制御部は、外部のセンサーの信号を処理でいる
ようになっている。従って、温度センサー及び／又は圧力差センサーのデータが
信号導線を介してマイクロ制御部に送られて、マイクロ制御部が評価に基づき、
検出すべき調節値に影響を及ぼす。これによって、制御弁が目標温度及び／又は
熱交換器への分岐流路内の所望の容積流を制御する。制御弁の自己診断も可能で
あり、診断の結果が第１の制御ユニットに送られてよい。
【００１３】 非常時（緊急時）には第２の制御ユニットが第１の制御ユニットから信号導線
を介して弁部材の位置のための目標値を受け取る。本発明に基づく１つの構成で
は、目標値がアナログ信号として生ぜしめられ、この場合、アナログ信号がデジ
タル式のプロセッサ内での評価の前にアナログ・デジタル変換器によって適切に
変換される。デジタル信号の利点が該信号のフォーマットの広い普及にあり、従
ってデジタル信号によって多くの装置を制御することができる。
【００１４】 本発明に基づく別の構成では、目標値がパルス幅信号として生ぜしめられ、こ
の場合、パルス幅信号はデジタル信号であり、該デジタル信号は一方では容易に
生ぜしめられ、かつ他方では変換なしに評価され得る。内燃機関の冷却回路内へ
の使用にとって、高い信頼性が得られ、かつ制御の機能エラーを簡単に検出して
排除することが可能である。さらに別の構成では、目標値がCAN-バスを介したイ
ンフォメーションとして形成される。このために有利には、制御弁が自動車に設
けられたCAN-バス(Controller Area Network コントロールエリアネットワーク)
に接続されている。この場合、１つの接続部しか必要とされず、それというのは
コミュニケーションが両方向性で行われるからである。このような手段は温度制
御の際の弁調節の評価のために特に適している。
【００１５】 第１の制御ユニットによって生ぜしめられた目標値が、制御弁の第２の制御ユ
ニット、理論回路若しくはマイクロ制御部内で、検出された実際値と比較されて
、調節値に処理される。実際値の検出のために本発明においては種々の実施態様
がある。実際値は、弁部材の駆動軸に連結された回転ポテンシオメータ（位置測
定装置）によって検出されてよい。このような形式の位置検出は極めて簡単であ
るものの、機械的な接触に基づき摩耗に対して敏感である。別の実施態様では誘
導的若しくは容量的な距離測定装置を用いてあり、該距離測定装置は前述の手段
に比べて丈夫である。さらにGMR-センサー(Giant-Magneto-Resistiv)若しくはAM
R-センサー(Antisotropic-Magneto-Resistiv)によっても、角度規定が磁気的に
可能である。
【００１６】 さらに実際値が、光線の光度の測定によって検出されてもよい。増分式の位置
検出装置によってライトバリアーを用いて実際値を検出することが、有利な実施
態様である。この場合に有利には、駆動モータ、例えば直流モータが伝動装置を
介して弁部材を駆動するようになっており、伝動車若しくは駆動部分の別個の車
がマーキングを有しており、マーキングが光学的なセンサーによって検出される
。センサーによって検出された光学的な信号が弁部材の運動のための尺度を成す
。
【００１７】 まず所定の基準位置を検出して基準点が定められ、該基準点に関連して測定が
行われる。このために本発明に基づき、機械的なストッパが設けてある。フォー
ク形ライトバリアー若しくは反射式ライトバリアーとして形成されていてよい光
学的なセンサーが、データケーブルを介して第２の制御ユニットに接続されてい
る。該制御ユニット内で信号列が検出される。１つの特定の信号列が弁部材の１
つの位置に正確に対応しており、これによって特定の信号列から正確な位置が規
定される。
【００１８】 有利には、測定装置が無接触式のものであり、従って摩耗が生じない。さらに
該測定装置は極めて正確であり、それというのは簡単な手段で自己診断が行われ
、例えば光学的な信号が所定の時間にわたって生じていない場合にはキャリブレ
ーション過程が解除される。
【００１９】 図面に本発明の実施例が示してある。図面、明細書及び請求の範囲には種々の
構成が組み合わせて示してある。種々の構成は単独にもまた別の組み合わせでも
用いられる。
【００２０】 図１は内燃機関の、１つの制御ユニット及び本発明に基づく制御弁を備えた冷
却回路を示しており、図２は増分式の位置検出装置のためのライトバリアーを概
略的に示しており、かつ図３はブラインドを備えた位置測定装置を概略的に示し
ている。
【００２１】 実施例の説明 制御回路として、内燃機関１２の冷却回路３０を示してある。冷却回路は熱交
換器１６を備えており、熱交換器はバイパス管路３４によって迂回されてよい。
冷却媒体流の制御のために、バイパス管路３４の分岐箇所に制御弁１０が設けら
れており、制御弁の弁部材２６がフラップとして記号化して示してある。弁部材
が制御パラメータに関連して熱交換器１６への分岐流路３２を開放し、絞り、若
しくは閉鎖して、バイパス管路３４を相補的に制御する。弁部材２６の位置が、
有利には直流電動モータ若しくは比例動作式の電磁石の形の駆動部２２によって
調節されるようになっており、該駆動部が第２の制御ユニット２０によって制御
される（図１）。該制御ユニットは、弁部材２６の位置の実際値３８を生ぜしめ
る位置測定装置２４及び駆動部２２と一緒に制御弁１０内に組み込まれており、
従って制御弁１０は自給自足（アウタルキー）式の構成部材として製造されかつ
検査されてよい。
【００２２】 第２の制御ユニット２０が、冷却回路全体の制御に用いられる上位の第１の制
御ユニット１４から目標値３６を受け取るようになっている。目標値が、検出さ
れた実際値３８に基づき制御ユニット２０内で弁部材２６のための調節値に処理
され、その結果、弁部材が該調節値に対応して駆動部２２によって調節される。
第２の制御ユニット２０は有利には、付加的なセンサー、例えば温度センサー２
８及び／又は圧力差センサー１８のための入力部を備えている。これによって、
弁部材２６の調節値を規定するための付加的な安全性が、第１の制御ユニット１
４の故障に際しても第２の制御ユニット２０の自給自足（アウタルキー）的な作
動に基づき得られる。このような使用において有利には、第２の制御ユニット２
０としてマイクロ制御部が用いられる。従って、制御弁１０が重要なすべてのデ
ータを直接に受け取り、かつ組み込まれたマイクロ制御部２０によって生ぜしめ
られた情報に基づき弁部材２６の位置を独自に制御できるようになっている。こ
れによって、内燃機関１２の冷却回路の制御の簡単な実施態様では、第１の制御
ユニット１４が省略されてよい。
【００２３】 内燃機関１２の運転温度及び内燃機関の周囲の温度の入力信号４８に関連して
、かつ格納された特性線若しくは特性領域に基づき第１の制御ユニット１４の目
標値発信器５０によって形成された目標値３６が、有利にはCAN-バスを介してデ
ジタル信号、アナログ信号若しくはパルス幅信号として第２の制御装置２０に伝
達される。パルス幅変調によって、必ずしも一定でなくてよい所定の周波数を用
いて長さの変化可能な１つのパルスが生ぜしめられる。パルスの長さが１つの目
標値３６を規定している。例えば１０ｍｓのパルス持続時間が左側のストッパー
のために用いられ、２０ｍｓのパルス持続時間が右側のストッパーのために用い
られ、ストッパー間に目標値３６が直線的に配列されている。所定の規定時間を
越えたパルスの欠落は、制御装置内のエラーとして解釈されて、故障認識のため
に用いられてよい。次いで、弁部材２６が例えば安全な所定の位置へ移動させら
れて停止されてよい。弁部材２６の目標位置が、付加的な１つの導線を用いてデ
ジタル式の制御ユニットによる良好な分解能で支障なく簡単に制御されてよい。
【００２４】 位置測定装置２４として種々の変化例がある。実際値３８が一般的な誘導式、
容量式、若しくは磁気式の距離測定装置によって検出されてよい。同じく実際値
３８は光ビーム６２の光度の測定によって検出されてよく、このためにブライン
ド６６が弁部材２６の位置に関連して光ビーム６２を光源６０とセンサー６４と
の間で部分的に遮蔽する。このために、スリットプレート若しくは偏心プレート
として形成されていてよいブラインド６６が、弁部材２６の駆動部材６８に結合
されている。さらに、弁部材２６の駆動部材５８に連結された回転ポテンシオメ
ータが、位置測定装置２４として用いられて、実際値３８を発信するようになっ
ていてよい。
【００２５】 本発明の別の実施例では、実際値３８が増分式の位置検出装置によってライト
バリアー４２を用いて検出される（図２）。この場合、駆動部２２が伝動装置４
０を介して弁部材２６を駆動する。直接に駆動部２２に結合された第１の伝動装
置車(Getrieberad)４６に、マーキング５４を配置してあり、マーキングがライ
トバリアー４２、例えばコウデンシ社(Firma Kodenshi)のTyps SG2BCのマイクロ
反射式ライトバリアーによって検出される。マーキング５４は、弁部材２６の駆
動部材５８に結合されていてライトバリアー４２と協働する別個のプレート(Sch
eibe)５６に設けられていてよい。
【００２６】 伝動装置４０が別の伝動装置車５２を有しており、該伝動装置車にピン４４が
取り付けられている。運転開始に際してピン４４が機械的な終端ストッパー（図
示せず）に当接させられる。終端ストッパーが、基準点としてかつ制御弁１０の
キャリブレーションのために用いられる。該位置では、フォーク形ライトバリア
ー若しくは反射式ライトバリアーであってよいライトバリアー４２は、所定の時
間にわたってパルスを受信しない。この状態を、ライトバリアー４２に接続され
たマイクロ制御部２０が、「ストッパーに到達」として評価し、該位置を１つの
方向で基準とする。必要に応じて同じ過程が逆の方向で繰り返される。次いで所
望の位置が簡単な形式では、得られたパルス列によって規定されてよい。１つの
作動点の調節を長い時間にわたって保証するために、所定の数のパルスの受信の
後に、弁部材２６の目標位置がストッパーの近傍にある場合に、キャリブレーシ
ョン過程が解除される。正確な位置検出のために重要なことは、駆動部２２が無
電流である場合に弁部材２６の位置が変わらないことである。このような理由か
ら有利には、伝動装置４０がほぼセルフロック式に構成されている。個別の１つ
のライトバリアー４２によっては弁部材２６の回転方向若しくは運動方向が容易
には規定され得ないので、どの回転方向であるかを決定するために、駆動部２２
の最後の制御方向が用いられる。このために、駆動部を該駆動部が方向を転換す
る前に停止させる必要があり、そうでない場合には駆動部２２を制動する短い時
間にわたって駆動部２２の想定された運動方向が実際の運動方向と合致しないか
らである。弁部材２６の調節方向は、調節方向に配置された複数のライトバリア
ー若しくは、絶対的にコード化された、例えばグレー・コードに基づきコード化
された光学的な発信器によっても検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関の、１つの制御ユニット及び本発明に基づく制御弁を備えた冷却回路
を示す図。
【図２】 増分式の位置検出装置のためのライトバリアーの概略図。
【図３】 ブラインドを備えた位置測定装置の概略図。
【符号の説明】
１０ 制御弁、 １２ 内燃機関、 １６ 熱交換器、 １８ 圧力差
センサー、 ２０ 制御ユニット、 ２２ 駆動部、 ２４ 位置測定装
置、 ２６ 弁部材、 ２８ 温度センサー、 ３０ 冷却回路、 ３
２ 分岐流路、 ３４ バイパス管路、 ３８ 実際値、 ４０ 伝動装
置、 ４２ ライトバリアー、 ４４ ピン、 ４６ 伝動装置車、
４８ 入力信号、 ５２ 伝動装置車、 ５４ マーキング、 ５６ プ
レート、 ５８ 駆動部材、 ６０ 光源、 ６２ 光ビーム、 ６６
ブラインド、 ６８ 駆動部材

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御回路（３０）のための制御弁（１０）であって、第１の
    少なくとも１つの制御ユニット（１４）を備えており、該制御ユニットが少なく
    とも１つの運転パラメータ及び／又は周囲温度に関連して熱交換器（１６）への
    分岐流路（３２）を開放し、絞り若しくは閉鎖して、バイパス管路（３４）を相
    補的に制御するようになっている形式のものにおいて、前記制御ユニット（１４
    ）が電動モータで若しくは電磁式に駆動可能な弁部材（２６）の位置のための目
    標値（３６）を生ぜしめるようになっており、該目標値が弁部材（２６）の位置
    の検出された実際値（３８）を用いて制御弁（１０）内に組み込まれた電子的な
    第２の制御ユニット（２０）によって弁部材（２６）の位置のための調節値とし
    て処理されるようになっていることを特徴とする制御弁。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つの制御ユニット（１４，２０）が故障認識装
    置を備えていて、第１の制御ユニット（１４）の故障の場合に非常運転に切り替
    わるようになっており、非常運転時に第２の制御ユニット（２０）が付加的なセ
    ンサーからの制御信号を受け取るようになっている請求項１記載の制御弁。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの制御ユニット（１４，２０）が種々の弁特
    性線のためにプログラム可能である請求項１又は２記載の制御弁。
  4. 【請求項４】 目標値（３６）がアナログ信号として生ぜしめられるように
    なっている請求項１記載の制御弁。
  5. 【請求項５】 目標値（３６）がパルス幅信号として生ぜしめられるように
    なっている請求項１から３のいずれか１項記載の制御弁。
  6. 【請求項６】 目標値（３６）がデジタルインフォメーションとしてCAN-バ
    スを介して制御弁（１０）に伝達されるようになっている請求項１から３のいず
    れか１項記載の制御弁。
  7. 【請求項７】 実際値（３８）が回転ポテンシオメータの形の位置測定装置
    （２４）によって検出されるようになっており、該測定装置が調節可能な弁部材
    （２６）の駆動部材（５８）に連結されている先行の請求項のいずれか１項記載
    の制御弁。
  8. 【請求項８】 実際値（３８）がGMR-センサー若しくはAMR-センサーの形の
    位置測定装置によって検出されるようになっている先行の請求項のいずれか１項
    記載の制御弁。
  9. 【請求項９】 実際値（３８）が誘導式若しくは容量式の距離測定装置によ
    って検出されるようになっている請求項１記載の制御弁。
  10. 【請求項１０】 実際値（３８）が、位置に関連してブラインドで規定され
    た光線の光度の測定によって検出されるようになっている請求項１から６のいず
    れか１項記載の制御弁。
  11. 【請求項１１】 実際値（３８）が、増分式の位置検出装置によってライト
    バリアー（４２）を用いて検出されるようになっている請求項１から６のいずれ
    か１項記載の制御弁。
  12. 【請求項１２】 第２の制御ユニット（２０）がマイクロ制御部であり、該
    マイクロ制御部が制御弁（１０）の外部のセンサー（１８，２８）の信号を評価
    して、制御のために用いるようになっている先行の請求項のいずれか１項記載の
    制御弁。
  13. 【請求項１３】 センサーとして、外部の温度センサー（２８）が設けられ
    ている請求項１２記載の制御弁。
  14. 【請求項１４】 センサーとして、組み込まれた圧力差センサー（１８）が
    設けられている請求項１２記載の制御弁。
  15. 【請求項１５】 制御弁が、１つの制御回路（３０）内に配置された複数の
    制御弁に接続されている先行の請求項のいずれか１項記載の制御弁。
  16. 【請求項１６】 直流モータ（２２）が伝動装置（４０）を介して弁部材（
    ２６）を調節するようになっており、伝動装置が１つの伝動装置車（４６）若し
    くは別個の１つのプレート（５６）上にマーキング（５４）を有しており、マー
    キングが光学的なセンサー（４２）によって検出されるようになっている請求項
    １１記載の制御弁。
  17. 【請求項１７】 伝動装置（４０）がほぼセルフロック式に構成されている
    請求項１６記載の制御弁。
  18. 【請求項１８】 光学的なセンサー（４２）がフォーク形ライトバリアー若
    しくは反射式ライトバリアーである請求項１６又は１７記載の制御弁。
  19. 【請求項１９】 光学的な複数のセンサー（４２）が設けられている請求項
    １８記載の制御弁。
  20. 【請求項２０】 伝動装置（４０）が別の伝動装置車（５２）にピン（４２
    ）を有しており、該ピンが基準位置の検出のためのストッパとして用いられてい
    る請求項１６又は１８記載の制御弁。
  21. 【請求項２１】 駆動部（２２）が方向転換の前に静止するようになってい
    る請求項１１及び１７から２０のいずれか１項記載の制御弁。
  22. 【請求項２２】 コード化された光学的な発信器が設けられている請求項１
    １記載の制御弁。
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