JP2005061583A - Operation monitoring method and its device of electromagnetic valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種制御弁、流量調整弁等に用いられる電磁弁の開閉時期を含む弁の作動状態を検知してモニタリングする電磁弁の作動モニタリング方法及びその装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic valve operation monitoring method and apparatus for detecting and monitoring an operation state of a valve including an opening / closing timing of an electromagnetic valve used for various control valves, flow rate adjustment valves and the like.
各種制御弁、流量調整弁等に用いられる電磁弁は、高精度の作動を要求されることから、その作動状態を検知してモニタリングして、目標とする作動状態を常時維持するように図られている。
かかる電磁弁の作動状態を検知しモニタリングする手段としては、レーザ光を電磁弁の弁体運動部分に照射して該弁体運動部分の変位を検知するレーザ光変位計を用いてのモニタリング手段、電流計により検出したオッシログラフ波形を目視しながらモニタリングする手段等が簡便なモニタリング手段として用いられている。
Solenoid valves used for various control valves, flow control valves, etc. are required to operate with high accuracy, so their operating states are detected and monitored, and the target operating state is constantly maintained. ing.
As a means for detecting and monitoring the operating state of such a solenoid valve, a monitoring means using a laser light displacement meter that detects the displacement of the valve body motion part by irradiating the valve body motion part of the solenoid valve with laser light, Means for monitoring while monitoring the oscillograph waveform detected by an ammeter is used as a simple monitoring means.
また、内燃機関における燃料噴射時期制御用電磁弁の作動を検知しモニタリングする手段として、特開平10−122416号の発明が提案されている。かかる発明においては、負荷電流処理部のフェールセーフ信号生成部において駆動電流に基づきフェールセーフ信号を生成し、該フェールセーフ信号生成部において燃料噴射信号の終了時に対して前記駆動電流の遮断時が適正であるか否かに基づいてフェールセーフ信号の能動もしくは非能動状態を決定し、電子制御装置において前記フェールセーフ信号の反転エッジに基づいて駆動電流の適否を診断するように構成されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-122416 has been proposed as means for detecting and monitoring the operation of a solenoid valve for controlling fuel injection timing in an internal combustion engine. In such an invention, the fail-safe signal generation unit of the load current processing unit generates a fail-safe signal based on the drive current, and the fail-safe signal generation unit is appropriately configured to cut off the drive current with respect to the end of the fuel injection signal. Whether the fail-safe signal is active or inactive is determined based on whether or not, and the electronic control unit is configured to diagnose the suitability of the drive current based on the inverted edge of the fail-safe signal.
しかしながら、前記レーザ光変位計を用いてのモニタリング手段及びオッシログラフとを用いてのモニタリング手段にあっては、基本的には目視による検知であり定量的に電磁弁の作動状態を検知できないことから、電磁弁の作動状態の検知精度が低い。
また、特開平10−122416号の発明にあっては、燃料噴射時期制御用電磁弁の作動を高精度で検知可能であるが、電磁弁の作動制御システムが複雑かつ大掛りで高コストの構成となる、
等の問題点を有している。
However, the monitoring means using the laser beam displacement meter and the monitoring means using the oscillograph are basically visual detections and cannot quantitatively detect the operation state of the solenoid valve. The detection accuracy of the operating state of the solenoid valve is low.
Further, in the invention of JP-A-10-122416, the operation of the solenoid valve for controlling the fuel injection timing can be detected with high accuracy, but the operation control system of the solenoid valve is complicated, large and expensive. Become
And so on.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、電磁弁の作動を、簡単な構成かつ低コストの制御システムで以って高精度で検知可能とする電磁弁の作動モニタリング方法及びその装置を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention provides an electromagnetic valve operation monitoring method and apparatus capable of detecting the operation of the electromagnetic valve with high accuracy with a simple configuration and a low-cost control system. With the goal.
本発明はかかる課題を解決するため、請求項1の発明として、電磁コイルへの通電により生起される電磁力と弁ばねのばね力との関係により開閉される電磁弁の開閉時期を含む弁の作動状態を検知してモニタリングする電磁弁の作動モニタリング方法において、前記電磁弁の電磁コイルに通電される電流の時間変化を検出し、該電流の大きさが前記ばね力相当電流以上であって該電流の時間変化を表す電流変化線の変化率が正から負に転じた変化時期により前記電磁弁の開き始めを検出し、前記電流変化線が前記変換時期後において最初の谷になった時期により前記電磁弁の開き終わりを検出することを特徴とする電磁弁の作動モニタリング方法を提案する。 In order to solve this problem, the present invention provides a valve including an opening / closing timing of an electromagnetic valve that is opened / closed by a relationship between an electromagnetic force generated by energization of an electromagnetic coil and a spring force of a valve spring. In the operation monitoring method of the solenoid valve for detecting and monitoring the operation state, the time change of the current supplied to the solenoid coil of the solenoid valve is detected, and the magnitude of the current is equal to or greater than the spring force equivalent current, Detecting the start of opening of the solenoid valve by the change timing when the rate of change of the current change line representing the time change of current turns from positive to negative, and by the time when the current change line becomes the first valley after the conversion time The present invention proposes a method for monitoring the operation of a solenoid valve, characterized by detecting the end of opening of the solenoid valve.
請求項1に加えて、好ましくは請求項2のように、前記電流の変化率を積分して一定のゲインを付与することにより、前記電磁弁の弁変位を検出するのがよい。 In addition to claim 1, preferably, the valve displacement of the electromagnetic valve is detected by integrating the rate of change of the current and applying a constant gain.
請求項3ないし5記載の発明は、請求項1ないし2の発明を実施する装置の発明に係り、請求項3の発明は、電磁コイルへの通電により生起される電磁力と弁ばねのばね力との関係により開閉される電磁弁の開閉時期を含む弁の作動状態を検知してモニタリングする電磁弁の作動モニタリング装置において、前記電磁弁の電磁コイルに通電される電流の時間変化を検出する電流検出器を備えるとともに、該電流の時間変化を表す電流変化率を算出する手段と前記電流の大きさが前記ばね力相当電流以上の状態で前記電流変化率が正から負に転じる変化時期を算出して該変化時期により前記電磁弁の開き始めを検出する手段と前記電流変化線が前記変化時期後において最初の谷になった時期により前記電磁弁の開き終わりを検出する手段とを有する処理装置を備えてなることを特徴とする。 The invention according to claims 3 to 5 relates to an invention of an apparatus for carrying out the invention according to claims 1 to 2, and the invention of claim 3 relates to an electromagnetic force generated by energization of the electromagnetic coil and a spring force of the valve spring. In the electromagnetic valve operation monitoring device for detecting and monitoring the operation state of the valve including the opening and closing timing of the electromagnetic valve that is opened and closed depending on the relationship between the current and the current that detects the time change of the current supplied to the electromagnetic coil of the electromagnetic valve A detector is provided, and means for calculating a current change rate representing a time change of the current and a change timing when the current change rate changes from positive to negative when the current magnitude is equal to or greater than the spring force equivalent current. And means for detecting the start of opening of the solenoid valve based on the change time and means for detecting the end of opening of the solenoid valve based on the time when the current change line becomes the first valley after the change time. And characterized in that it comprises a that processor.
請求項3に加えて、好ましくは請求項4のように、前記処理装置は、前記電流変化率を積分して一定のゲインを付与して前記電磁弁の弁変位を検出する手段を備えてなるのがよい。 In addition to claim 3, preferably, as in claim 4, the processing device comprises means for detecting the valve displacement of the solenoid valve by integrating the current change rate to give a constant gain. It is good.
かかる発明によれば、電磁コイルに通電される電流の時間変化の検出値に基づき算出した電流変化率が正から負に転じる変化時期が電磁弁の開き始めとなり、前記電流変化線が前記変化時期後において最初の谷になった時期つまり前期電流変化率が前記変化時期後において負のピークになった時期が前記電磁弁の開き終わりとなることを実験及びシミュレーションにより知見し、かかる知見に基づき、電磁弁の開き始め時期及び該電磁弁が最大開度に達する開き終わり時期を検知する。 According to this invention, the change time when the current change rate calculated based on the detected value of the time change of the current supplied to the electromagnetic coil turns from positive to negative becomes the opening of the solenoid valve, and the current change line becomes the change time. The time when the first valley later, that is, the time when the rate of change in the previous period became a negative peak after the time of the change was found by experiments and simulations, and based on such knowledge, The opening start time of the solenoid valve and the opening end time when the solenoid valve reaches the maximum opening are detected.
従ってかかる発明によれば、電流検出器にて検出された電流の時間変化波形を解析するのみという、複雑な制御システムを必要とせず、きわめて簡単かつ低コストの構造及び手段で以って、電磁弁の開き始め時期及び開き終わり時期を検知し、電磁弁の作動を正確にモニタリングすることができる。 Therefore, according to this invention, a complicated control system that only analyzes the time-varying waveform of the current detected by the current detector is not required, and an electromagnetic wave can be obtained with a very simple and low-cost structure and means. By detecting the opening and closing timing of the valve, it is possible to accurately monitor the operation of the solenoid valve.
また、請求項3に加えて、好ましくは請求項5のように、前記電磁弁の電磁コイルへの通電回路にコンデンサを接続するのがよい。
このように構成すれば、電磁コイルへの通電回路にコンデンサを接続することにより、電磁弁への電流がステップ的に遮断されることが回避され、該電磁弁の急激な閉止による衝撃の発生を防止できる。
In addition to claim 3, preferably, as in
With this configuration, by connecting a capacitor to the energization circuit for the electromagnetic coil, it is possible to avoid stepping off the current to the solenoid valve, and to generate an impact due to sudden closing of the solenoid valve. Can be prevented.
以上記載の如く本発明によれば、電流検出器にて検出された電流の時間変化波形を解析するのみという、複雑な制御システムを必要とせず、きわめて簡単かつ低コストの構造及び手段で以って、電磁弁の開き始め時期及び開き終わり時期を検知し、電磁弁の作動を正確にモニタリングすることができる。 As described above, according to the present invention, there is no need for a complicated control system that only analyzes the time-varying waveform of the current detected by the current detector, and the structure and means are extremely simple and low-cost. Thus, it is possible to accurately detect the operation of the solenoid valve by detecting the opening start time and the opening end time of the solenoid valve.
また、請求項3のように構成すれば、電磁コイルへの通電回路にコンデンサを接続することにより、電磁弁への電流がステップ的に遮断されることが回避され、該電磁弁の急激な閉止による衝撃の発生を防止できる。 According to the third aspect of the present invention, by connecting a capacitor to the energization circuit for the electromagnetic coil, it is avoided that the current to the electromagnetic valve is cut off stepwise, and the electromagnetic valve is suddenly closed. It is possible to prevent the occurrence of impact due to.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の実施例に係る電磁弁の作動モニタリング装置の制御ブロック図、図2は前記電磁弁の作動モニタリング装置の全体構成図である。図3は前記実施例における電磁弁電流及び電磁弁作動の時間変化を示す線図である。図4は本発明が適用される比例電磁式リリーフ弁の要部断面図、図5は比例電磁式流量調整弁の要部断面図である。 FIG. 1 is a control block diagram of an electromagnetic valve operation monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an overall configuration diagram of the electromagnetic valve operation monitoring apparatus. FIG. 3 is a diagram showing the time variation of the solenoid valve current and solenoid valve operation in the above embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a proportional electromagnetic relief valve to which the present invention is applied, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the proportional electromagnetic flow control valve.
本発明が適用される比例電磁式リリーフ弁を示す図4において、100は電磁弁、1は該電磁弁の弁本体、7は該弁本体1に固定された弁座、6は弁体、12は該弁体6に連結された弁棒、10はリリーフ圧力調整用のばね、5は手動のリリーフ圧力調整ねじ、11は手動のリリーフ圧力調整用ばね、8は作動流体の入口ポート、9は出口(逃がし)ポートである。
また、2は電磁コイル、3は固定鉄心、4は可動鉄心で、電源17から電磁コイル2に付与される電流により固定鉄心3及び可動鉄心4を介して前記リリーフ圧力調整用のばねの開弁圧力を変化せしめるようになっている。
In FIG. 4 showing a proportional electromagnetic relief valve to which the present invention is applied, 100 is a solenoid valve, 1 is a valve body of the solenoid valve, 7 is a valve seat fixed to the
Further, 2 is an electromagnetic coil, 3 is a fixed iron core, 4 is a movable iron core, and the spring for opening the relief pressure is opened via the fixed iron core 3 and the movable iron core 4 by a current applied from the
前記比例電磁式リリーフ弁(図4)における電磁弁100の作動モニタリング装置の第1実施例の全体構成を示す図2(A)において、17は電源で、該電源17と前記電磁弁100のコイル2とを接続する電気回路34に設けられたスイッチ19を接脱することにより、該コイル2に通電、遮断するようになっている。
14は前記電気回路34を流れて前記コイル2に通電される電流の時間変化を検出する電流検出器、15はローパスフィルタ、16はA/D変換器、20は処理装置、13は表示装置である。
In FIG. 2A showing the overall configuration of the first embodiment of the operation monitoring device of the
かかる作動モニタリング装置において、前記電流検出器14にて検出されたコイル2への電流の時間変化(電流波形)Bはローパスフィルタ15にて高周波ノイズが除去され、A/D変換器16にてデジタル信号に変換されて処理装置20に入力され、該処理装置20にて後述するような処理がなされた後、その結果が表示装置13に表示される。
In such an operation monitoring device, the time change (current waveform) B of the current to the coil 2 detected by the
次に、図1の制御ブロック図及び図3の時間変化線図に基づき、前記電磁弁100の作動モニタリング装置の動作を説明する。
A/D変換器16から処理装置20に入力された電流Bの時間変化の検出信号は、位相補償部21にて図3に示されるような滑らかな時間変化に補償される。尚、前記A/D変換器16の前に位相補償部21での前記補償を行うようにしてもよい。また、以後の説明ではデジタル演算、制御の場合も図3のアナログ時間変化線図を用いて説明する。
Next, the operation of the operation monitoring device for the
The detection signal of the time change of the current B input from the A /
前記位相補償部21にて位相補償がなされた電流Bは微分器23に入力され、該微分器23において微分動作がなされて電流増加率(電流変化率)Cが得られ、該電流増加率Cは勾配検出部27に入力される。該勾配検出部27においては、前記電流Bの大きさが前記ばね10のばね力つまり開弁ばね力に相当する電流以上の状態で、前記電流増加率Cが正(増加)から負(減少)へ変化する変化時期T4を検出し弁開き始め検出部29に入力する。
ここで、前記電流変化率Cが正から負に転じる変化時期T4が電磁弁100の開き始め時期Tsと一致することが、実験及びシミュレーションにより得られており、かかるデータが弁開き始め検出部29に設定されている。
該弁開き始め検出部29においては、前記電流変化率C変化時期T4と電磁弁100の弁変位Aとを対応させて該電磁弁100の開き始め時期Tsを算出する。
The current B that has been phase-compensated by the
Here, that the current change rate C change time T 4 to turn from positive to negative matches the timing Ts starts to open the
In the
一方、前記位相補償部21にて位相補償がなされた電流Bはピーク値検出部22にも入力され、該ピーク値検出部22において前記電流Bが前記変化時期T4後において最初の谷になる時期つまり前記電流変化率Cが負のピークになる時期T2を算出する。
ここで、前記電流Bが前記変化時期T4後において最初の谷になる時期T2が電磁弁100の開き終わり時期Teと一致することが、実験及びシミュレーションにより得られており、かかるデータが弁開き終わり検出部28に設定されている。
該弁開き終わり検出部28においては、前記電流B最初の谷になる時期T2と電磁弁100の弁変位Aとを対応させて該電磁弁100の開き終わり時期Teを算出する。
Meanwhile, the phase compensation unit 21 a current phase compensation is made in B is also input to the peak
Here, the current B that matches the time T 2 to be the first valley and Te timing end opening of the
In the
また、前記微分器23からの電流増加率(電流変化率)Cは反転部24に入力されて該反転部24で符号変換され、さらにゲイン付与部25にて一定のゲインが乗じられた後、積分器26にて積分動作がなされて弁変位検出部30に入力され、該弁変位検出部30において電磁弁100の弁体6の変位Aを算出する。
Further, the current increase rate (current change rate) C from the
前記弁開き始め検出部29からの電磁弁100の開き始め時期Ts、該弁開き終わり検出部28からの電磁弁100の開き終わり時期Te及び該弁変位検出部30からの電磁弁100における弁体6の変位A等の、電磁弁100の作動状態信号は前記表示装置13に入力される。
従って、該表示装置13に表示される前記電磁弁100の作動状態信号により該電磁弁100の正確なモニタリングが可能となる。
The opening start timing Ts of the
Therefore, the
図2(B)に示される第2実施例においては、前記電磁弁100のコイル2への通電回路34にコンデンサ18を接続している。
このように構成すれば、前記電磁コイル2への通電回路34に接続したコンデンサ18により、電磁弁100閉止時において、該電磁弁100への電流がステップ的に遮断されることが回避され、該電磁弁100の急激な閉止による衝撃の発生を防止できる。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
In the second embodiment shown in FIG. 2B, a
With this configuration, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
本発明が適用される比例電磁式流量調整弁の構造を示す図5において、100は電磁弁、1は該電磁弁100の弁本体、35は弁スリーブ、31は該弁スリーブ35内を往復摺動する弁スプール、32は該弁スプール31の戻し用ばね、8は作動流体の入口ポート、9は作動流体の出口ポート、33は軸受である。
また、2は電磁コイル、3は固定鉄心、4は可動鉄心で、電源17(図2参照)から電磁コイル2に付与される電流により固定鉄心3及び可動鉄心4を介して前記弁スプール31をばね32のばね力に抗して移動させ、入口ポート8から出口ポート9に流出する作動流体の流量を制御している。
かかる電磁弁100においては、電磁コイル2に図2に示される電源17、スイッチ19を接続するとともに、電流検出記14にて通電回路34の電流を検出して処理装置20に入力し、前記第1実施例と同様な制御、操作を行う。
In FIG. 5 showing the structure of a proportional electromagnetic flow control valve to which the present invention is applied, 100 is a solenoid valve, 1 is a valve body of the
2 is an electromagnetic coil, 3 is a fixed iron core, and 4 is a movable iron core. The
In such a
本発明は、電磁弁の開閉時期を含む弁の作動状態を検知して、目標とする作動状態を常時維持することができ、これにより電磁弁の作動を、簡単な構成かつ低コストの制御システムで以って高精度で検知可能とすることで、人工衛星等の宇宙機器の推進用燃料通路を開閉する電磁弁として有効である。 The present invention can detect the operation state of the valve including the opening / closing timing of the solenoid valve, and can always maintain the target operation state, whereby the operation of the solenoid valve can be controlled with a simple configuration and at a low cost. Thus, by enabling detection with high accuracy, it is effective as an electromagnetic valve for opening and closing a propulsion fuel passage of a space device such as an artificial satellite.
2 コイル
10 ばね
13 表示装置
14 電流検出器
15 ローパスフィルタ
16 A/D変換器
20 処理装置
17 電源
19 スイッチ
34 電気回路
100 電磁弁
2
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