JPH02591B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気信号に応じて流体の流量を制御
する比例制御弁を用いた流体制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来、ガス給湯器等に用いられるこの種の流量
制御装置は、第１図のごとく構成されていた。す
なわち、弁座１と弁体２を有する弁装置３と、弁
体２と一体的に設けられ、両端を板バネ４によつ
てコイル５内に無摺動支持されたプランジヤ６、
ヨーク７、弁体２を閉弁方向に付勢する閉止バネ
８、閉止バネ８の動作力を調節する調節子９を有
する駆動装置１０とからなる比例制御弁１１と、
例えば湯温等の検出信号と、設定器（図示せず）
の設定信号を比較する比較器１２と、検出信号と
設定信号の偏差信号に応じてコイル５に通電する
駆動回路とからなり、コイル５への通電による電
磁力により、プランジヤ６を板バネ４、閉止バネ
８の力に抗して吸引し、その吸引力と板バネ４及
び閉止バネ８のバネ力とのつり合いにより偏差信
号に応じた位置にプランジヤ６を保持し、プラン
ジヤ６と一体的に設けた弁体２と弁座１によつて
形成される流体通路面積を任意に変化させ、湯温
が設定値となるよう自動的に流体であるガス量
（燃焼量）を連続的に制御するものである。

しかしながら、この従来例では、開弁初期ある
いは低流量制御域においては小さな電磁力で微少
な弁開度を調整するため、弁座１と弁体２の粘
着、摺動抵抗等の外乱を受けやすく、第２図に示
したように所望の駆動信号I_Oで開弁せず不特定な
I_Tで急激に開弁し、必要以上の流量Q_Tが流れ、流
体が燃料ガスの場合爆発着火につながる。また低
流量域での制御精度が悪くなり、空燃比制御等高
精度な制御に対応できなかつた。

一方、比例制御弁の制御方法として弁のオン
（ON）−オフ（OFF）比率を制御するデユーテイ
制御方式が知られている。すなわちON時間と
OFF時間の比率、もしくは周波数を制御するこ
とにより流量を制御するものである。この方法に
よれば、低流量制御域での制御特性は改善される
が、大流量となると一般に周波数を高める必要が
あるため、プランジヤ６、弁体２の質量が問題と
なり、駆動信号に対してプランジヤ６、弁体２が
追従できなくなる。そのために大きな駆動力が必
要となり駆動装置が大型化する。またON−OFF
回数が増加するため、耐久性が問題となる。

発明の目的 本発明は、上述の問題点を除去するためになさ
れたもので、駆動装置への電気入力形態を切替え
ることにより、低流量域での制御精度を向上させ
るとともに、駆動装置の小型化を図り、且つ耐久
性を有する流量制御装置を提供することを目的と
するものである。

発明の構成 この目的を達成するため本発明による流量制御
装置は、弁座と弁体と、弁体を弁座に対して変位
させ、弁座と弁体とで形成される流体通路面積を
調整する駆動装置とから構成される比例制御弁
と、流体流路内に流体流量を検出する流量センサ
を設けるとともに、前記流量センサの信号が低流
量レベル時はパルス制御回路を、また大流量制御
時はリニヤ制御回路を動作させるレベル判定回路
を有し、前記流量センサの信号と所望の設定信号
を比較し、その偏差信号により前記駆動装置をパ
ルス制御信号、もしくはリニヤ制御信号によつて
制御する制御回路を設けたものである。

この構成により流体流量は常時検出されてフイ
ードバツクされ、低流量レベル時はパルス制御回
路が動作して駆動装置はパルス信号によつて制御
される。したがつてON−OFF制御のため、弁座
と弁体の粘着、及び摺動抵抗等による外乱を受け
にくくなり、開弁時あるいは低流量制御域での流
量制御精度が向上する。また所定流量以上の大流
量レベルでは、比較的大きな駆動力で弁体が動作
しており、また弁座と弁体は充分離れているため
微少な外乱の影響は受けない。したがつて駆動装
置はリニヤ制御回路の信号で駆動される。このこ
とは駆動装置の小型化及びON−OFF回数が減少
するため、耐久性の向上につながることとなる。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を第３図〜第５図にもと
づいて説明する。

第３図において１１ａは弁装置３ａ弁装置３ａ
の駆動装置１０ａから構成される比例制御弁、１
３は流体通路内の弁座周壁１４に設けられた流量
センサ、１５は制御回路である。

弁装置３ａは流体入口１６と流体出口１７、流
体入口１６と流体出口１７の間に設けた弁座１及
び弁体２を有する。

駆動装置１０ａは弁体２と共動するプランジヤ
６、プランジヤ６の両端を支持する軸受１８、プ
ランジヤ６の外周に設けたコイル５及びヨーク７
から構成され、コイル５に通電することによりプ
ランジヤ６に電磁力Fmが作用し、弁体２を上方
に変位させて開弁する。６ａは緩衝部材である。

流量センサ１３は、前記弁座周壁１４に止め輪
１８によつて外周からの洩れなきよう固定され、
上流側に流体の通過によつて旋回流を生じる固定
翼車１９と、その旋回流中に設けられ樹脂等の比
重の小さい材料の外周に磁性体層を形成し、さら
に耐摩耗性を有する樹脂膜（いずれも図示せず）
を設けた球体２０と球体２０を回動自在に保持す
るホルダー２１と、永久磁石２２と、永久磁石２
２によつて生じる所定の磁界に球体２０の磁性体
層が近接した時の磁界の変化をパルス信号として
検出する磁気抵抗素子２３から構成されている。

制御回路１５は磁気抵抗素子２３の信号を検出
する検出回路２４と、その流量信号のレベルを判
定するレベル判定回路２５、パルス制御回路２６
及びリニヤ制御回路２７と、レベル判定回路２５
の信号により、設定信号を第１比較器２８、及び
第２比較器２９に入力切換する第１スイツチ３０
及びパルス制御回路２６とリニヤ制御回路２７を
コイル５に入力切換する第２スイツチ３１を有す
る。レベル判定回路２５で低流量レベルと判定し
た時は、設定信号は第１比較器２８に入力され、
検出流量信号と比較されてその偏差信号がパルス
制御回路２６に入力され、コイル５には、偏差信
号に応じたパルス信号が供給される。またレベル
判定回路２５で大流量レベルと判定した場合、第
１スイツチ３０及び第２スイツチ３１は切換り、
設定信号と検出信号の偏差信号がリニヤ制御回路
２７に入力され、コイル５にリニヤ制御信号が供
給されるごとく構成されている。

なお、第１図従来例と同一のものには同一記号
を付して説明を省略している。

上記構成において流体が弁座１をへて流量セン
サ１３へ流入すると固定翼車１９によつて旋回流
が発生し、その旋回流中に設けた球体２０はホル
ダー２１によつて規制され流量センサ内を径方向
に回転する。永久磁石２２による所定の磁界に球
体２０の磁性体層が近接すると磁束が変化し、そ
の変化は磁気抵抗素子２３によつてパルス信号と
して検出される。このパルス信号、つまり球体２
０の回転数は流量センサ１３を通過する流量に比
例する。

この流量センサ１３の信号は検出回路２４をへ
てレベル判定回路２５で低流量レベルか、大流量
レベルか判定される。なおここで低流量レベルと
は、駆動部１０ａを従来のリニヤ制御したとき、
弁座１と弁体２の粘着、摺動抵抗等による外乱の
影響を受ける範囲の流量レベルのことをさし、そ
れ以上は大流量レベルとしている。

レベル判定回路２５で低流量と判別した場合、
第１スイツチ３０、第２スイツチ３１はパルス制
御回路２６側へ接続され、検出回路２４によつて
検出された流量は第１比較器２８で設定信号と比
較され、その偏差信号がパルス制御回路２６へ入
力されて駆動部１０ａが制御される。ここでパル
ス信号は第４図イに示したように開時間t_ONもし
くは閉時間t_OFFが一定でその回数、すなわち周波
数を可変してもよいしロに示すように周波数
を一定とし、開時間と閉時間の比率t_ON／t_OFFを変
化させてもよく、さらにその両方を変化させても
よい。

コイル５にパルス信号が供給されると弁体２は
ON−OFFを繰り返しそのデユーテイー比に応じ
て流量が制御される。このように低流量時に比較
的大きな駆動力でON−OFF制御するため弁座１
と弁体２の粘着、摺動抵抗等による外乱の影響を
受けにくく、低流量においても高精度の流量制御
ができる。特に開弁時の弁座１と弁座２の粘着に
よる爆発着火を防止できる。また低流量制御時の
みON−OFF制御するため弁体２の変位は少なく
てすむため大きな駆動力を必要とせず駆動装置１
０ａを小型化できる。

つぎにレベル判定回路２５で大流量レベルと判
定した場合第１スイツチ３０、第２スイツチ３１
はリニヤ制御回路２７側へ切換わり第５図に示す
ように設定信号と流量検出回路２４の信号が第２
比較器２９で比較され、その偏差信号に応じて駆
動装置１０ａがリニヤ制御される。

つまり流量センサ１３によつて常に制御流量が
検出され、設定信号に等しくなるようにフイード
バツク制御されるとともに設定信号を変化させれ
ばその信号に応じて流量を制御できる。

本実施例では、流量センサ１３を設けて流量を
検出しフイードバツクして駆動装置１０ａを制御
するとともに、レベル判定回路２５を設け、低流
量時はパルス制御回路２６によつて駆動装置１０
ａをパルス信号で駆動するため低流量制御時もし
くは開弁時の電磁力Fmに対する外乱を受けにく
くなり、低流量制御域での制御精度が向上し、ま
た大流量制御時は自動的にリニヤ制御回路２７で
駆動するため、駆動装置１０ａを小型化すること
ができ、また低流量時のみパルス制御信号で駆動
するため、弁のON−OFF回数が減少し、耐久性
が向上する。また弁座周壁１４に翼車式の流量セ
ンサ１３を設け、かつ低流量時にパルス制御を行
なうため、低流量でも弁座１と弁体２の間に形成
される流体通路の全周から整流されて流量センサ
１３の固定翼１９の外周部を流体が通過し、効率
よく旋回流が得られるとともにパルス的に流体が
通過するため、球体２０の慣性によつて回転しや
すく、小流量の検出が可能となる。流量制御範囲
がさらに低流量側に拡大される効果を有する。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば以下の効果
が得られる。

(1) 流量センサを設けて比例制御弁のフイードバ
ツク制御を行うとともに、低流量制御時はその
流量レベルを検出して自動的に駆動装置をパル
ス駆動するため、開弁時における弁の粘着、摺
動抵抗等に起因する駆動力に対する外乱の影響
を受けにくい。したがつて低流量制御時での制
御精度が向上し、空燃比制御等高精度な流量制
御に対応できる。また動作おくれによる流量の
ハンチングを防止できるとともに最小絞り比
（TDR）をより大きくとれる。

(2) 大流量制御時は自動的に駆動装置をリニヤ制
御信号によつて駆動するため、パルス駆動に比
較して駆動装置を小型化できる。

(3) 低流量制御時のみパルス駆動されるため弁の
ON・OFF回数が減少し、耐久性が向上する。

(4) 弁振動の発生がない。つまり弁座と弁体が近
接した状態で流量制御が行われる時弁振動が発
生しやすく、弁振動を防止するための特別な対
策が必要であるが、本発明では弁振動が発生し
やすい低流量制御時にパルス駆動するため弁振
動の発生がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流量制御装置における構成図、
第２図は同装置の制御特性図、第３図は本発明の
一実施例を示す流量制御装置の構成図、第４図は
同パルス制御回路の出力信号波形図、第５図は同
リニヤ制御回路の出力特性図である。 １……弁座、２……弁体、１０ａ……駆動装
置、１１ａ……比例制御弁、１３……流量セン
サ、１４……弁座周壁、１５……制御回路、１６
……流体入口、１７……流体出口、２５……レベ
ル判定回路、２６……パルス制御回路、２４……
リニヤ制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体入口と流体出口の間に設けた弁座と、そ
   の弁座に対向して設けた弁体と、前記弁体を変位
   させ弁体と弁座とで形成される流体通路面積を調
   整する駆動装置とから構成される比例制御弁と、
   流体通路内に流体流量を検出する流量センサを設
   けるとともに、前記流量センサの信号が低流量レ
   ベル時はパルス制御回路を、また大流量レベル時
   はリニヤ制御回路を動作させるレベル判定回路を
   有し、前記流量センサの信号と所望の設定信号を
   比較し、その偏差信号により前記駆動装置をパル
   ス制御信号もしくはリニヤ制御信号によつて制御
   する制御回路を設けた流量制御装置。 ２ パルス制御回路からの出力信号は、オン−オ
   フの時間、周期あるいはその両方を変化させるよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の流量制御装
   置。 ３ 流量センサを翼車式とするとともに、前記流
   量センサを弁座周壁内に設けた特許請求の範囲第
   １項記載の流量制御装置。