JP4009676B2 - 電磁弁の作動モニタリング方法及びその装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、該検出された電流が、前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流になった後の電流変化率の勾配を検出し、その検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期を検出し、前記検出した勾配の変化時期に基づいて前記電磁弁の開き始めを検出し、前記電流変化率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し、
更に前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流の状態である域における電流変化率を反転して一定のゲインを付与した後積分して前記電磁弁の弁変位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。
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、該検出された電流が、前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流になった後の電流変化率の勾配を検出し、その検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期を検出し、前記検出した勾配の変化時期に基づいて前記電磁弁の開き始めを検出し、前記電流変化率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し、
更に前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流の状態である域における電流変化率を反転して一定のゲインを付与した後積分して前記電磁弁の弁変位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。
削除
請求項２ないし３記載の発明は、請求項１の発明を実施する装置の発明に係り、請求項２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微分手段と、
前記電流検出器で検出された電流が、前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流になった後の前記微分手段より出力された電流変化率の勾配の変化時期の勾配を検出する手段と、
前記検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期を検出し、前記検出した勾配の変化時期に基づいて前記電磁弁の開き始めを検出する手段と、
前記電流変化率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、
弁ばねのばね力相当電流以上の電流の状態である域における前記微分手段よりの出力である電流変化率を反転して一定のゲインを付与した後積分して前記電磁弁の弁変位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。
前記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微分手段と、
前記電流検出器で検出された電流が、前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流になった後の前記微分手段より出力された電流変化率の勾配の変化時期の勾配を検出する手段と、
前記検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期を検出し、前記検出した勾配の変化時期に基づいて前記電磁弁の開き始めを検出する手段と、
前記電流変化率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、
弁ばねのばね力相当電流以上の電流の状態である域における前記微分手段よりの出力である電流変化率を反転して一定のゲインを付与した後積分して前記電磁弁の弁変位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。
削除
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、前記電流変化率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。
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。
また、請求項２に加えて、好ましくは請求項３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。
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。
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。
また、請求項２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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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電流変化率Ｃの勾配を検出し、言い換えれば該弁ばね１０のばね力相当電流以上の電流になった後の電流変化率Ｃの勾配を検出し、その検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期Ｔ ４ 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が一定減速勾配から更に負側へ転じる変化時期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。
ここで、前記電流変化率Ｃが一定減速勾配から更に負側へ転じる変化時期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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (3)
- 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、該検出された電流が、前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流になった後の電流変化率の勾配を検出し、その検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期を検出し、前記検出した勾配の変化時期に基づいて前記電磁弁の開き始めを検出し、前記電流変化率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し、
更に前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流の状態である域における電流変化率を反転して一定のゲインを付与した後積分して前記電磁弁の弁変位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。 - 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微分手段と、
前記電流検出器で検出された電流が、前記弁ばねのばね力相当電流以上の電流になった後の前記微分手段より出力された電流変化率の勾配の変化時期の勾配を検出する手段と、
前記検出した勾配が、一定減速勾配から更に負側へ減速する勾配の変化時期を検出し、前記検出した勾配の変化時期に基づいて前記電磁弁の開き始めを検出する手段と、
前記電流変化率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、
弁ばねのばね力相当電流以上の電流の状態である域における前記微分手段よりの出力である電流変化率を反転して一定のゲインを付与した後積分して前記電磁弁の弁変位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電磁弁の作動モニタリング装置。 - 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してなることを特徴とする請求項２記載の電磁弁の作動モニタリング装置。
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