JP2017528668A - 車両ブレーキシステムのための電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、巻線支持体（２２）と、コイル巻線（２４）と、ハウジング（２６）と、カバーディスク（２８）とを含む磁気モジュール（２０）を有し、および、カプセル（１２）と、カプセル（１２）と結合されたバルブインサート（１６）と、カプセル（１２）の内部で閉止位置と開放位置との間で軸方向へ可動に案内される閉止部材を備えた電機子（１４）と、カプセル（１２）と結合されたバルブシートを備えるバルブインサート（１６）とを含むバルブカートリッジ（１０）を有する、車両ブレーキシステムのための電磁弁（１）に関するものである。【解決手段】 閉止部材とバルブシートとはバルブカートリッジ（１０）を通る流体の流れを調整するバルブを形成し、巻線支持体（２２）に装着された磁気モジュール（２０）のコイル巻線（２４）は、電気接続部（２４．１，２４．２）に印加される制御信号を通じて制御可能な、復帰ばね（１８）の力に抗して電機子（１４）を動かす磁力を生成する電気コイルを構成し、加熱動作のとき制御信号に基づいてバルブカートリッジ（１０）の内部の流体温度を変更可能である。本発明によると、制御信号はバイポーラ交流信号として所定の周波数でコイル巻線（２４）に印加されて、電磁弁（１）の強磁性回路およびカプセル（１２）で、バルブカートリッジ（１０）の中にある流体（３）を加熱する渦電流を生成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、独立請求項１の分野に属する車両ブレーキシステムのための電磁弁に関する。

ＡＢＳ／ＥＳＰ機能性（ＡＢＳ：アンチロックシステム、ＥＳＰ：エレクトロニックスタビリティプログラム）を有する公知の車両ブレーキシステムでは、たとえばＡＢＳブレーキングのような制御プロセスでホイールブレーキパッドでの圧力生成を制御する、いわゆる電磁弁として施工されたインテークバルブが利用される。このような電磁弁は、それぞれ巻線支持体と、コイル巻線と、ハウジングと、カバーディスクとを有する磁気モジュールを含んでおり、および、カプセルと、カプセルと結合されたバルブインサートと、カプセルの内部で閉止位置と開放位置との間で軸方向へ可動に案内される閉止部材を備えた電機子と、カプセルと結合されたバルブシートを備えるバルブインサートとを有するバルブカートリッジを含んでおり、閉止部材とバルブシートとがバルブを構成して、バルブカートリッジを通る流体の流れを調整する。巻線支持体に巻き付けられた磁気モジュールのコイル巻線は、電気接続部に印加される制御信号を通じて制御可能な、復帰ばねの力に抗して電機子を動かす磁力を生成する電気コイルを構成し、加熱動作のとき制御信号に基づいてバルブカートリッジの内部の流体温度を変更可能である。インテークバルブが完全に通電されているとき、マスタブレーキシリンダとホイールブレーキパッドとの間の油圧接続が断絶される。通電により、インテークバルブの閉止部材が対応するバルブシートに押し込まれ、それにより流体がインテークバルブを通って流れることができなくなる。このようなインテークバルブは調節可能ないし制御可能なバルブであり、すなわち、「完全に開放」（開放位置）および「完全に閉止」（閉止位置）の状態だけでなく、中間位置もとることができる。それにもかかわらず特定のＡＢＳ操作のときには、インテークバルブをＱＳ動作（ＱＳ＝準切換動作）で作動させるという手段が行使され、この動作では、できる限り迅速に閉止位置から開放位置へと移されて、できる限り迅速にホイールブレーキパッドへ圧力を送出する。このとき電磁弁は数ミリ秒ずつ繰り返して開閉される。そのようにして、ホイールブレーキパッドで階段状の圧力生成が生じる。しかし、このような階段状の圧力生成は温度に左右される。その理由は特に、ブレーキ液の温度依存的な粘性にある。特に０℃を下回る温度では、温度の低下とともに粘性が指数関数的に増大する。それがインテークバルブにとって意味するのは、インテークバルブの磁気アーマチュアが粘性の高い流体のせいでさほど迅速に動くことができなくなり、そのため、インテークバルブが完全に開くまでに長い時間がかかるということである。すなわち温度が低いと、生じる圧力段階が小さくなる。このような現象に対処するために、今日ではいわゆる「プレヒーティング機能性」がある。その場合、車両が低い外気温で発進したときにバルブが通電され、付随現象としてインテークバルブが閉じられる。恒常的な通電によって磁気コイルが暖められ、コイル−巻線支持体−エアギャップ−カプセル−流体−電機子溝という経路を通じて熱を伝達する。磁気アーマチュアの流体に熱が到達すると、そこで流体粘性が低下して、磁気アーマチュアを流体によっていっそう迅速に動かせるようになる。公知のプレヒーティング機能性では、コイル巻線での熱発生場所からバルブカートリッジでの希望される熱注入場所までの熱経路がかなり長く、熱コンダクタンスが通常低いプラスチックコンポーネントとして製作される巻線支持体によって分断される。それに加えて、加熱の熱は抵抗損によってのみコイル巻線で生成される。

それに対して、独立請求項１の構成要件を有する車両ブレーキシステムのための本発明による電磁弁は、本発明の実施形態における加熱出力がかなりの割合で電気誘導およびこれに伴う渦電流によって電磁弁の強磁性回路で直接生成され、従来技術の場合のようにコイル巻線での抵抗損によってのみ生成されるのではないという利点がある。特に、磁気アーマチュアの表面および非磁性のカプセルで誘導される渦電流が、磁気アーマチュアを取り囲む流体を直接的に加熱する。本発明の１つの主要な点は、電磁弁の標準型制御およびこれに伴う従来の抵抗熱とは相違する、磁気モジュールの電気制御にある。多くの場合に４ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲内である高いクロック周波数でのパルス幅変調による従来式のユニポーラ制御に代えて、これよりも明らかに低い周波数でのバイポーラクロッキングが採用される。従来型のプレヒーティング機能性では加熱出力全体がコイルで生成されるのに対し、本発明の実施形態では全加熱出力の少ない割合だけがコイルで生成され、それに対してコイル損失の数倍が、電磁弁の強磁性回路で誘導式に直接生じるようになる。

ユニポーラクロッキングによる抵抗熱では、直流成分の多い電流が発生している間に、コイルでの抵抗損に加えて、加熱の用途にとって望ましくない相当な磁力も生じる。バイポーラクロッキングによる制御は、それとは対照的に、電流の比較的高い交流成分をもたらす。電流の直流成分は、このような形式の制御では完全に消滅する。電流の交流成分はかなり大きい交番磁界をもたらし、これが電磁弁の強磁性回路で渦電流をもたらし、それによって流体を通す鉄部分を加熱する。磁気回路および電磁弁の設計上の施工形態に依存して、一方ではバイポーラ制御の周波数は、できる限り大きい渦電流損失が強磁性回路で、および特に磁気アーマチュアで生じるように低く選択される。他方では、電磁弁の切換が回避されるべき場合、バイポーラ制御の周波数は、バルブの施工形態に依存する、特に復帰ばねのばね力に依存する限界値を磁力が上回ることがなく、それにより電磁弁の機械的な反応が行われないように高く選択される。本発明に基づく誘導加熱のための制御周波数は、現在通常用いられる電磁弁を使用する場合、たとえば０．１ｋＨｚから２．０ｋＨｚの範囲内であり得る。

上記のように説明した加熱動作の１つの変形例は、電磁弁の機械的な反応すなわち切換を容認することにある。このケースではバイポーラ制御の周波数は、最大の誘導加熱出力という観点からのみ選択することができる。さらに別の加熱動作形式では、上に説明した両方の加熱動作形式を組み合わせることができ、それにより、車両の最新の動作状態に依存して、上に説明した「機械的なバルブ反応なし」と「機械的なバルブ反応あり」の両方の加熱動作形式の間で切換がなされ、そのようにして、それぞれの利点を組み合わせることができる。たとえばパーキングブレーキが活動化している時間帯や、エンジン音が高くなる動作状態の間には、動作形式「機械的なバルブ反応あり」を選択することができ、また、機械的なバルブ反応が希望されない動作状態のときには、バイポーラ制御の高い周波数を選択することで加熱動作形式「機械的なバルブ反応なし」へと切り換えることができる。

本発明の実施形態は、巻線支持体と、コイル巻線と、ハウジングと、カバーディスクとを含む磁気モジュールを有し、およびカプセルと、カプセルと結合されたバルブインサートと、カプセルの内部で閉止位置と開放位置との間で軸方向へ可動に案内される閉止部材を備えた電機子と、カプセルと結合されたバルブシートを備えるバルブインサートとを含むバルブカートリッジを有する、車両ブレーキシステムのための電磁弁を提供する。閉止部材とバルブシートとが、バルブカートリッジを通る流体の流れを調整するバルブを形成する。このとき巻線支持体に装着された磁気モジュールのコイル巻線は、電気接続部に印加される制御信号を通じて制御可能な、復帰ばねの力に抗して電機子を動かす磁力を生成する電気コイルを構成する。加熱動作のとき、制御信号に基づいてバルブカートリッジの内部の流体温度を変更可能である。本発明によると、制御信号はバイポーラ交流信号として所定の周波数でコイル巻線に印加され、電磁弁の強磁性回路およびカプセルで、バルブカートリッジの中にある流体を加熱する渦電流を生成する。

従属請求項に記載されている方策および発展例により、独立請求項１に記載されている車両ブレーキシステムのための電磁弁の好適な改良が可能である。

本発明による電磁弁の好適な実施形態では、電磁弁の強磁性回路は、電機子と、ハウジングと、カバーディスクとを含むことができる。

コイル巻線が、４つのスイッチングトランジスタを含むＨ型ブリッジ回路のブリッジ分路に配置され得るのが特に有利である。電子的なＨ型ブリッジ回路は四象限コントローラとも呼ばれ、周知のとおり、たとえば、それぞれフリーホイーリングダイオードが阻止極性で組み込まれた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として施工される４つのスイッチングトランジスタを含んでいる。

本発明による電磁弁の別の好適な実施形態では、磁気モジュールの加熱動作は、バイポーラ交流信号についてそれぞれ所定の周波数領域を有する少なくとも２つの加熱モードを含むことができる。第１の加熱モードでは、第１の周波数領域に属するバイポーラ交流信号の周波数は、印加される制御信号に対してバルブ反応が行われないように設定することができる。第１の周波数領域は、約０．１ｋＨｚから２．０ｋＨｚの範囲内の周波数を含んでいるのが好ましい。第２の加熱モードでは、第２の周波数領域に属するバイポーラ交流信号の周波数は、最大の誘導加熱出力を実現できるように設定することができる。第２の周波数領域は、約２．１ｋＨｚから３．０ｋＨｚの範囲内の周波数を含んでいるのが好ましい。

本発明による電磁弁の別の好適な実施形態では、第３の加熱モードで、車両の動作状態に依存して第１の加熱モードと第２の加熱モードとの間で切換をすることができ、バイポーラ交流信号の最新の周波数は、利用可能な車両電気システム電圧に依存して決まる。たとえば各々の電圧状況について最善の周波数を特性曲線の形態で保存しておくことができる。この特性曲線は、たとえば車両ブレーキシステムの制御装置に格納しておくことができる。

車両ブレーキシステムのための本発明の電磁弁の実施例の一部分を示す模式的な断面図である。 図１の車両ブレーキシステムのための本発明による電磁弁を制御するための電子的なＨ型ブリッジ回路の模式的な回路図である。

本発明の一実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明する。図面において同じ符号は、同じ機能ないし類似の機能を果たすコンポーネントないし部材を表す。

図１から明らかなとおり、車両ブレーキシステムのための本発明による電磁弁１の図示した実施例は、バルブカートリッジ１０と磁気モジュール２０とを含んでいる。バルブカートリッジ１０は、カプセル１２と、カプセル１２と結合されたバルブインサート１６と、詳しくは図示しない閉止部材を有する、カプセル１２の内部で閉止位置と開放位置との間で軸方向へ可動に案内される電機子１４と、詳しくは図示しないバルブシートを含む、カプセル１２と結合されたバルブインサート１６とを含んでいる。閉止部材とバルブシートが、バルブカートリッジ１０を通る流体の流れを調整するバルブを構成する。磁気モジュール２０は、巻線支持体２２と、巻線支持体２２に装着されたコイル巻線２４と、ハウジング２６と、ハウジング２６を下方に向かって閉鎖するカバーディスク２８とを含んでいる。磁気モジュール２０は、ハウジング２６およびカバーディスク２８によって、バルブカートリッジ１０のカプセル１２の上側部分に外嵌される。巻線支持体２２に巻き付けられた磁気モジュール２０のコイル巻線２４は、電気接続部２４．１，２４．２で印加される制御信号を通じて制御可能である、復帰ばね１８の力に抗して電機子１４を動かす磁力を生成する電気コイルを構成する。加熱動作のとき、制御信号に基づいてバルブカートリッジ１０の内部の流体温度を変更することができ、好ましくは上昇させることができる。本発明によると、制御信号はバイポーラ交流信号として所定の周波数でコイル巻線２４に印加されて、電磁弁１の強磁性回路およびカプセル１２で、バルブカートリッジ１０の中にある流体３を加熱する渦電流を生成する。

本発明による電磁弁の実施形態は、たとえばアンチロックシステム（ＡＢＳ）またはトラクションコントロールシステム（ＡＳＲシステム）またはエレクトロニックスタビリティプログラムシステム（ＥＳＰシステム）などで適用することができる。図示した実施例では、本発明による電磁弁１は一例として無通電のとき開くコントロールバルブとして施工されており、特定の要求事項がある場合にＱＳ動作（＝準切換動作）で作動させることができ、この動作では、できる限り迅速に閉止位置から開放位置へと移すことができる。別案では、本発明による電磁弁１は無通電のとき閉じるコントロールバルブとして施工することができ、特定の要求事項がある場合にＱＳ動作（＝準切換動作）で作動させることができ、この動作では、できる限り迅速に閉止位置から開放位置へと移すことができる。さらに、車両ブレーキシステムのための本発明による電磁弁１の実施形態は、図示しない流体ブロックの対応する位置決め穴にかしめることができる。

図２から明らかなとおり、コイル巻線２４は、４つのスイッチングトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を含むＨ型ブリッジ回路５のブリッジ分路に配置される。図２は、インダクタンスＬ_Ｗとオーム抵抗Ｒ_Ｗとを有するコイル巻線２４の等価回路図を示している。

図１からさらに明らかなとおり、電磁弁１の強磁性回路は、電機子１４と、磁気モジュール２０のハウジング２６と、カバーディスク２８とを含んでいる。図示した実施例では、磁気モジュール１０の加熱動作は３つの異なる加熱モードを含んでいる；これらの加熱モードは、バイポーラ交流信号についてそれぞれ所定の周波数領域を有する。第１の加熱モードでは、第１の周波数領域に属するバイポーラ交流信号の周波数は、印加される制御信号に対してバルブ反応が行われないように設定される。第１の周波数領域は、たとえば約０．１ｋＨｚから２．０ｋＨｚの範囲内の周波数を含んでいる。第２の加熱モードでは、第２の周波数領域に属するバイポーラ交流信号の周波数は、最大の誘導加熱出力を実現可能であるように設定される。第２の周波数領域は、たとえば約２．１ｋＨｚから３．０ｋＨｚの範囲内の周波数を含んでいる。第３の加熱モードでは、車両の動作状態に依存して第１の加熱モードと第２の加熱モードとの間で切換がなされ、バイポーラ交流信号の最新の周波数は、利用可能な車両電気システム電圧に依存して決まる。各々の電圧状況について最善の周波数が、特性曲線の形態で車両ブレーキシステムの制御装置に保存されるのが好ましい。

本発明の実施形態は、車両ブレーキシステムのための電磁弁を提供するものであり、その加熱出力はかなりの割合が電気誘導およびこれに伴う渦電流により電磁弁の強磁性回路で直接生成され、従来技術の場合のように、コイル巻線での抵抗損失によってのみ生成されるのではない。

１ 電磁弁
３ 流体
５ Ｈ型ブリッジ回路
１０ バルブカートリッジ
１２ カプセル
１４ 電機子
１６ バルブインサート
１８ 復帰ばね
２０ 磁気モジュール
２２ 巻線支持体
２４ コイル巻線
２４．１，２４．２ 電気接続部
２６ ハウジング
２８ カバーディスク
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ スイッチングトランジスタ

Claims (10)

1. 巻線支持体（２２）と、コイル巻線（２４）と、ハウジング（２６）と、カバーディスク（２８）とを含む磁気モジュール（２０）を有し、および、カプセル（１２）と、前記カプセル（１２）と結合されたバルブインサート（１６）と、前記カプセル（１２）の内部で閉止位置と開放位置との間で軸方向へ可動に案内される閉止部材を備えた電機子（１４）と、前記カプセル（１２）と結合されたバルブシートを備えるバルブインサート（１６）とを含むバルブカートリッジ（１０）を有する、車両ブレーキシステムのための電磁弁であって、前記閉止部材と前記バルブシートとは前記バルブカートリッジ（１０）を通る流体の流れを調整するバルブを形成し、前記巻線支持体（２２）に装着された前記磁気モジュール（２０）の前記コイル巻線（２４）は、電気接続部（２４．１，２４．２）に印加される制御信号を通じて制御可能な、復帰ばね（１８）の力に抗して前記電機子（１４）を動かす磁力を生成する電気コイルを構成し、加熱動作のとき制御信号に基づいて前記バルブカートリッジ（１０）の内部の流体温度を変更可能である、そのような電磁弁において、前記制御信号はバイポーラ交流信号として所定の周波数で前記コイル巻線（２４）に印加されて、前記電磁弁（１）の強磁性回路および前記カプセル（１２）で、前記バルブカートリッジ（１０）の中にある流体（３）を加熱する渦電流を生成することを特徴とする電磁弁。
2. 前記電磁弁（１）の前記強磁性回路は、前記電機子（１４）と、前記ハウジング（２６）と、前記カバーディスク（２８）とを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記コイル巻線（２４）は４つのスイッチングトランジスタ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を含むＨ型ブリッジ回路（５）のブリッジ分路に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 前記磁気モジュール（１０）の加熱動作はバイポーラ交流信号についてそれぞれ所定の周波数領域を有する少なくとも２つの加熱モードを含んでいることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁弁。
5. 第１の加熱モードでは、第１の周波数領域に属するバイポーラ交流信号の周波数は、印加される制御信号に対してバルブ反応が行われないように設定されることを特徴とする、請求項４に記載の電磁弁。
6. 前記第１の周波数領域は約０．１ｋＨｚから２．０ｋＨｚの範囲内の周波数を含んでいることを特徴とする、請求項５に記載の電磁弁。
7. 第２の加熱モードでは、第２の周波数領域に属するバイポーラ交流信号の周波数は、最大の誘導加熱出力を実現可能であるように設定されることを特徴とする、請求項４から６のいずれか１項に記載の電磁弁。
8. 前記第２の周波数領域は約２．１ｋＨｚから３．０ｋＨｚの範囲内の周波数を含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の電磁弁。
9. 第３の加熱モードで車両の動作状態に依存して第１の加熱モードと第２の加熱モードとの間で切換がなされ、バイポーラ交流信号の最新の周波数は利用可能な車両電気システム電圧に依存して決まることを特徴とする、請求項４から６のいずれか１項に記載の電磁弁。
10. 各々の電圧状況について最善の周波数が特性曲線の形態で保存されることを特徴とする、請求項９に記載の電磁弁。

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