JPS6026866A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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作］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神の流１１１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とブ↑体２を有する弁装置３と、ジ↑体２と一体的
に設けられ、両端を板バネ４によ−ってコイ／Ｉ１５内
に無摺動支持されたグランシャ６、ヨーク７、ブｒ体２
を閉弁方向にイ、１勢する閉止ノ＼才、８、閉止バネ８
の動作力を調貢′」する調ｆｆｆｊ子９をイＪする駆動
装置１０とからなる比例制御ヅ↑１１と、例えば湯温等
の検出信号と、設定ａ））（図示せず）の設定信号を比
較する比１咬器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′ｔＥする駆動回路とからなり、
コイ／ｌｚ５への通電による電磁力によシ、プランジャ
６を板バネ４、閉止バネ８０力に抗して１吸引し、その
吸引力と板バネ４及び閉止バネ８のバネ力とのつシ合い
により偏差信号に応じた位置にプランジャ６を保持し、
プランジャ６と一体的に設けた弁体２と弁座１によって
形成される流体通路面積を任意に変化させ、湯温が設定
値と力るよう自動的に流体であるカニヌ量（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
量制御域において微弱な電磁力で微少な弁座１と弁体２
の開度を保持するため、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図に示しだように所望の
駆動信号ＩＯ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ＱＴ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
シ、空燃比制御等高精度な制御に対応できなかった。

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ィ制御方式が
知られている。すなわちＯ，Ｎ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シ流昂：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、プランジャ６、弁体２の質量が
問題となり、駆動装置が大型化する。また０Ｎ−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」ニさせるとともに、駆動装
置の小型化を図り、且つ１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メこ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ｔａ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って制御する制御回路
を設けたものである。

この（？４成により流体流量は常時検出されてフィード
バックされ、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って制御される。したがっ
てＯＮ−〇ＦＦ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−ＪＴ座と弁体は光分離れてい
るだめ微少な外乱の影響は受けない。したがって駆動装
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０Ｎ−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ブ↑、１３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１
６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ャ６、プラ
ンジャ６のｉｌｊ端を支持する軸受１８、プランジャ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）Ｖ５に通電することによりプクンンヤ６に電磁力Ｆ
ｍが作用し、弁体２を上方に変位させで開弁する。６ａ
は緩衝部相である。

流量センサ１３は、前記弁座周壁１４に止め輸１８によ
って外周からの洩れなきよう固定され、上流側に流体の
通過によっ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、さらに耐芹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によっ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
素子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２
７と、レベル判定回路２５の信号によシ、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）ｖ５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ヌイノチ３１
は切換す、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
されるとと＜　Ｇ’７ｊ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。

−に記（ＩＧ成において、設定信号が供給されると、検
出回路２４の信号は零であるため、レベル判定回路２５
によって第１スイツチ３０、第２スイツチ３１はパルス
制御回路２６側へ切換わり、設定信号と検出回路２４か
らの偏差信号の偏差がパルス制御回路２６に供給され、
その偏差信号に応じたパルス信号が第２スイツチ３１を
へてコイル５へ供給される。

ここでパルス信号は第４図（イ）に示したように、開時
間ｔＯＮもしくは閉時間ｔ　’ＯＦＦが一定でその回数
、すなわち周波数ｆを可変してもよいし、−！た（口）
に示すように周波数ｆを一定とし、開時間ｔＯＮと閉時
間ｔｏＪｒｈ”の比率ｔＯＮ／ｌｏ１．１ｒを可変して
もよく、さらにそれらの両方を変化させても良い。

コイル５にパルス信号が供給されると弁体２は○Ｎ−０
ＦＦを繰返し、流体は弁体１と弁体２とで形成場れる流
体流路をへて流量センサ１３内へ流入する。この量弁時
に０Ｎ−ＯＦＦ制御されるだめ駆動力が大きく、弁座１
と弁体２の粘着、もしくは摺動抵抗等による外乱を受け
にくく低流量域でも安定して精度良く流量制御ができる
。

まだ流体は、弁座１とブ↑体２によって整流されて全周
から流量センサ１３の固定翼車１９へ至り効率よく旋回
流を発生し、その旋回流中に設けた球体２０はホルダー
２１によって規制され流量センサ１３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によってハ）Ｌｔス信号として検出される。この
パルス信号、すなわち球体２０の回転数は流量センサ１
３を通過する流量に比例する。

検出回路２４によって検出された流量信号は、レベル判
定回路２５で低流（、ｆＶＶベルか大流量レベルか判別
される。なおここでの低流量レベルとは、駆動部１０ａ
をリニヤ制御した時、弁座１と）１体２の粘着、摺動抵
抗、及び弁座１と弁体２の間を通過する流体の圧力分布
等による外乱の影響を受ける範囲の流量レベルのことで
あシ、それ以」二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によって検出されだ流ｈＹは、
第１比較器２日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へ人力され、偏差イ、′：、υに応
じたバルメイ１−１畳で駆動部１０ａが制御される。

丑だレベル判定回路２５で大流量レベルと判別した場合
、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図に示すように流量検出回路
２４の信号と設定信号が第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にリニヤ制御信号が
供給される。

つまシ、流量センサ１３によって常時流量を検出し、設
定信号に等しくなるよう流体流■（のフィードバック糸
がＩＭ成されており、流量を高精度に制御でき、また設
定信−号を変化さぜれば、その信号に比例して流量をコ
ントロール るわけである。

本実施例では、流量センサ１３を設けて流量を検出しフ
ィードバックして駆動装置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によって駆動装置１０ａをパルス信号で（ｊ，Ｊｉ
動するため低流量制御時もしくは開−Ｊｆ時の電磁力Ｆ
ｍに対する外乱を受けにくくなり、低流量制御時域での
制御精度が向上し、１だ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、寸だ低流量時のみパルス制御信号で１
５ト動するため、弁のＯＮ−ＯＦＦ回数が減少し、耐久
性が向上する。またブで座周壁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と方体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
って回乾しやすく、小流量の検出が可能となる。つ寸り
流量制御装置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は、〕↑座とブ「体と、弁体
を変位させ、ブ↑座と弁体とで形成される流体通路面積
を可変する堅動装鮪とから］１１）成される比例制ｇ４
Ｉ−１１「と、流体通路内に流量を検出する流Ｊｉ（セ
ンサ−を設けるとともに、前記流１１１センザの信号が
低流量レベル時はパルレス制副回路を、丑だ大流ＲＹ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、］）１ｊ記流量センザの信号と所望の設定信号を
比１咬し、その籠６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って制御する制御
回路を設けて流量制御装置を構成したものであり、流量
センサを設けて流量のフィードバック糸を構成するとと
もに、低流量時は駆動装置１（１をパルス制御信号によ
って駆動するため、開）「時のブ「の粘着、摺動抵抗等
に起因する駆動力に力ｊする外乱の影箸Ｓを受けにくく
なり、低流↓１１、制御域での制御れ１］度が向上する
。その結果比例制御方の動作おくれによる、流量のハン
チングを防止できる。丑だ最小絞り比（ＴＤＲ）を大き
くとれる。さらに犬流邦制御時は、自動的にｌＪニヤ制
繭回路で駆動装置を駆動するため，駆動装置の小型化が
図れるとともに低流ｆｕ　ｌｌｉ’ｊのみノ旬レス駆動
するだめＯＮ−〇ＦＦ回数が減少し耐久性も向上する。

１だ一般に弁座に弁体が近接した状態の時弁振動が発生
するが、本発明では低流１１１時すなわち弁座に弁体が
近接した状態ではパルス制御信号で駆動されるため弁振
動が発生しない。このことは、各流量制御範囲毎に専用
の比例制御弁を用意しておく必女がなく、機抽数を減少
できることにつながる。

【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Ｉ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］１′４成図、第４図は同パルス制御
回路の出力信号波形図、第５図は同パルス制御回路の出
力特性１ン１である。 １−弁座、２　−　：ｊｒ体、１０ａ　−駆動装置、ｌ
ｌａ化例制伶１１ブ「、１３　流部センサ、１４　ブ１
座周壁、１５　制御回路、１６　流体人］」、１７・流
体出［］、２５　レベル判定回路、２６−パルス制御回
路、２７　リニヤ制御回路。 代岬人の氏名　弁３１１！士　中　１こ　ｊ政　男　ほ
か１名第１図 ９ 第２図 ｊ区動イＳ居　Ｔ 第３図 第４図 ７ＪＡ／ 第５図 ・γ１ ／

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体人ＩＩと流体出１」の間に設けたノ「座と、
   その弁座に対向して設けたノｆ体と、杓１］記弁体を変
   位さぜ弁体と弁座とで形成される流体通路面値を調整す
   る駆動装置とから構成される比例制御ラ−１゛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ｊｍｊｍレーレベル時
   ルス制御回路を、また大流量レベ）Ｖ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ｌＩｎ１差信号
   により前記ｊｊ、ｐ動装置全装置ス制御信号もしくはリ
   ニヤ制御信号によって制御する側御回路を設けた流量制
   御装置。
2. （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便化烙ぜるようにした
   特許請求の範囲第１項記載の流量制御装置。
3. （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だ特許請求の範囲第１項記載の
   流量制御装置。