CN107709721B - 阀控制装置 - Google Patents

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Abstract

阀控制装置(1)具有组装于冷却水回路(5)且控制冷却水的循环的阀单元(10)和控制阀单元的动作的控制部(11)。控制部具有旋转角指令部(55)、占空比算出部(56)及判定部(60)。旋转角指令部根据内燃机的运转状态算出旋转角的指令值。占空比算出部基于从检测部(22)获得的旋转角的检测值与旋转角的指令值之差算出占空比，并且将占空比限制在规定的上限值以下，占空比表示对电动机(20)进行的电压施加的通断期间的比率。判定部判定占空比是否以规定的期间持续了上限值。

Description

阀控制装置
援引说明
本申请是基于2015年10月19日申请的日本专利申请第2015-205871号的申请，在此援引其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种使内燃机的冷却水循环的冷却水回路所用的阀控制装置，尤其是涉及一种能够适合用于冷却水还向内燃机以外的其他设备中循环的冷却水回路的阀控制装置。
背景技术
公知设于内燃机的冷却水回路的、具有阀单元及控制部的阀控制装置。阀单元组装于冷却水回路并增减冷却水向内燃机的循环流量，控制部控制阀单元的动作。阀单元具有电动机和阀芯，电动机由控制部施加电压，阀芯被电动机的输出驱动而旋转，增减冷却水向内燃机的循环流量。在冷却水回路中，冷却水还向内燃机以外的其他设备(例如车辆用空调装置的加热器芯子、内燃机润滑油的油冷却器)中循环，利用与阀控制装置不同的阀装置，使冷却水向上述其他设备的循环开始或者停止。
近年来，在冷却水回路中，内燃机循环用的阀控制装置与其他设备循环用的阀装置不断整合。专利文献1就记载了一种使阀控制装置的阀单元具有使冷却水向其他设备的循环开始及停止的功能的结构。具体而言，在阀芯的壳体上按照内燃机及各其他设备设置端口，根据阀芯的旋转角对冷却水向内燃机的循环流量进行增减操作以及使冷却水向各其他设备的循环开始及停止。
但是，根据这样的结构，若阀单元中咬入异物导致阀芯的旋转出现不良，则内燃机及其他设备双方的冷却水循环状态将会偏离所希望的状态。也就是说，根据专利文献1的结构，若阀单元发生了异物的咬入，则内燃机及其他设备双方都将受到影响，异物咬入的影响很大。因此，要求一种能够检测出阀单元中的异物咬入的结构。
作为检测异物的咬入的结构，公知对电动机的过电流进行检测的过电流检测部和对向阀芯传递的转矩进行检测的转矩检测部(例如参照专利文献2、3)。在专利文献2中，当利用过电流检测部检测出过电流时，判定为产生了异物的咬入。在专利文献3中，当利用转矩检测部检测出过大的转矩时，判定为产生了异物的咬入。但是，根据这些结构，需要增加过电流检测部或转矩检测部，导致阀控制装置的外形变大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-001646号公报
专利文献2：日本特开2012-229735号公报
专利文献3：日本特开2014-142005号公报
发明内容
本公开的目的在于提供一种阀控制装置，其具有使冷却水还向内燃机以外的其他设备中循环的阀单元，能够抑制外形增大，同时能够检测出阀单元中的异物咬入。
在本公开的一个方式中，阀控制装置用于内燃机的冷却水还向内燃机及散热器以外的其他设备中循环的冷却水回路。阀控制装置具有阀单元及控制部。阀单元组装于冷却水回路，增减冷却水向内燃机的循环流量，并且使冷却水向其他设备的循环开始或停止。控制部控制阀单元的动作。
阀单元具有电动机、被驱动部及检测部。电动机由控制部控制电压施加而使输出增减。被驱动部具备被电动机的输出驱动而旋转的旋转体，通过旋转体的旋转来增减冷却水向内燃机的循环流量并且使冷却水向其他设备的循环开始或停止。检测部检测旋转体的旋转角。
控制部具有旋转角指令部、占空比算出部及判定部。旋转角指令部根据内燃机的运转状态算出旋转角的指令值。占空比算出部基于从检测部获得的旋转角的检测值与旋转角的指令值之差算出占空比，并且将占空比限制在规定的上限值以下，占空比表示对电动机进行的电压施加的通断期间的比率。判定部判定占空比是否以规定期间持续了上限值。
由此，不必使用过电流检测部或转矩检测部，通过监视占空比就能够检测出阀单元中的异物咬入。因此，在具有使冷却水还向内燃机及散热器以外的其他设备中循环的阀单元的阀控制装置中，能够抑制外形增加，并且能够检测出阀单元中的异物的咬入。
附图说明
图1是组装了实施例的阀控制装置的车辆用内燃机的冷却控制装置的说明图。
图2的(a)是实施例的阀单元的纵剖面图，(b)是实施例的阀芯的侧视图。
图3是使阀芯顺时针旋转时的流路的开闭动作的示意图。
图4是使阀芯进一步顺时针旋转时的流路的开闭动作的示意图。
图5是实施例的控制部的控制框图。
图6是表示阀芯发生异物咬入时的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下对实施例进行说明。实施例公开了一个具体的例子，本公开不局限于实施例。
实施例
基于图1，对组装了实施例的阀控制装置1的车辆用内燃机的冷却控制装置的整体结构进行说明。
阀控制装置1用于内燃机2的冷却水还向内燃机2及散热器3以外的其他设备中循环的冷却水回路5。在冷却水回路5中，例如，组装加热器芯子(H/C)6及油冷却器(O/C)7来作为其他设备，组装泵8来作为使冷却水循环的动力源。
泵8例如是电动泵，为了冷却内燃机2的缸体2a及缸盖2b而经由散热器3供给冷却，并且还使冷却水向加热器芯子6、油冷却器7中循环。散热器3是用于对冷却水进行冷却的换热器。加热器芯子6是用于以冷却水为热源对车厢内供暖的换热器。油冷却器7是以冷却水为介质与内燃机2的润滑油进行换热的换热器。冷却水在冷却水回路5内以如下方式循环：在被泵8压送而通过内燃机2之后，向阀控制装置1流入，从阀控制装置1经由加热器芯子6、油冷却器7、散热器3中的一个或多个回到泵8。
阀控制装置1具有以下说明的阀单元10和控制部11。阀单元10组装于冷却水回路5，增减冷却水向内燃机2及散热器3的循环流量，并且使冷却水向加热器芯子6、油冷却器7的循环开始或停止。控制部11控制阀单元10的动作。
阀单元10与内燃机2、加热器芯子6、油冷却器7及散热器3分别经由流路12～15连接。流路12从内燃机2向阀单元10引导冷却水。流路13从阀单元10向加热器芯子6引导冷却水。流路14从阀单元10向油冷却器7引导冷却水。流路15从阀单元10向散热器3引导冷却水。
使用图2对阀单元10进行说明。在图2的说明中，有时将图示的上侧及下侧称为“上”及“下”。
阀单元10具有以下说明的电动机20、作为被驱动部的回转阀(R/V)21及检测部22。电动机20由控制部11控制电压施加而使输出增减。电动机20例如是直流电机，其占空比DR受到控制，其中，占空比DR表示对电动机20的电枢绕组进行的电压施加的通断期间的比率。电动机20能够通过对H桥电路23的开关进行操作而正转、反转，其中，H桥电路23是对电动机20进行驱动的驱动电路(参照图5)。电动机20既可以直接驱动回转阀21，也可以利用减速装置增大转矩来驱动回转阀21。
回转阀21具备阀芯24，阀芯24是被电动机20的输出驱动而旋转的旋转体。回转阀21通过阀芯24的旋转，增减冷却水向内燃机2及散热器3的循环流量，并且使冷却水向加热器芯子6、油冷却器7的循环开始或停止。
回转阀21具有阀芯24及壳体25。阀芯24是上端封闭的圆筒体，具有圆筒部24a、封闭部24b和被驱动而旋转的轴部27，轴部27与封闭部24b连接而成为一体。阀芯24在下端具有开口部24c。在圆筒部24a，分上下两级设置有沿径向贯通的阀孔33～35。阀孔34、35沿周向分离地设于下侧，阀孔33设于上侧。阀孔33是沿周向延伸的狭缝状的贯通孔。
壳体25形成回转阀21的外廓并且收容阀芯24。壳体25具有收容阀芯24的呈圆柱状孔的阀芯收容部37、从阀芯收容部37的下端向下侧延伸的通路42、沿阀芯收容部37的径向延伸的通路43～45。通路42～45分别与流路12～15连通，两个通路44、45设于壳体25的下侧，通路43设于上侧。
通路44、45被设为，通过阀芯24的旋转，使通路44、45的内周侧的开口44a、45a与阀孔34、35的外周侧的开口34a、35a重叠。同样，通路43被设为，通过阀芯24的旋转，使通路43的内周侧的开口43a与阀孔33的外周侧的开口33a重叠。通路42和阀芯24的内部空间经由开口部24c连通，因此冷却水被导入阀芯24内。检测部22检测阀芯24的旋转角。检测部22例如是非接触式的位置传感器。
控制部11例如是对内燃机2进行控制的电子控制单元(ECU)。控制部11从搭载于车辆且检测表示内燃机2的运转状态和控制状态的参数的各种传感器输入信号。另外，控制部11具有对所输入的信号进行处理的输入电路、基于所输入的信号进行与内燃机2的控制有关的控制处理和运算处理的CPU、对内燃机2的控制所需的数据和程序等进行存储、保持的各种存储器、基于CPU的处理结果输出内燃机2的控制所需的信号的输出电路等。在本实施例中，控制部11具有作为驱动电动机20的驱动电路的H桥电路23(参照图5)。
所谓向控制部11输出信号的各种传感器，例如是对内燃机2的转速进行检测的转速传感器51、对吸入内燃机2的吸入空气的压力进行检测的进气压传感器52及对混合气的空燃比进行检测的空燃比传感器53等(参照图5)。
控制部11具有旋转角指令部55、占空比算出部(DR/C)56。
旋转角指令部55根据内燃机2的运转状态算出旋转角的指令值。即，根据传感器51～53等的信号的输入，算出旋转角的指令值(参照图5)。
占空比算出部56基于从检测部22获得的旋转角的检测值与旋转角的指令值之差算出占空比DR，并且将占空比DR限制在规定的上限值UL以下，其中，占空比DR表示对电动机20进行的电压施加的通断期间的比率。
更具体而言，占空比算出部56通过反馈旋转角的检测值以减小旋转角的检测值与旋转角的指令值之差的PID控制等算出占空比DR，并且与所定的上限值UL比较来确定占空比DR(参照图5)。此外，也可以采用从PID控制中去除了微分动作的PI控制。
通过输入与所确定的占空比DR对应的信号，对H桥电路23的四个开关元件的通断进行控制，以所确定的占空比DR向电动机20施加电压(参照图5)。所确定的占空比DR之值是规定的上限值UL以下的值。
使用图3及图4对阀单元10的基本动作进行说明。图3的(a)～(d)表示图2中的上侧流路的开闭状态，图3的(e)～(h)表示图2中的下侧流路的开闭状态。图4的(a)～(d)表示图2中的上侧流路的开闭状态，图4的(e)～(h)表示图2中的下侧流路的开闭状态。
通过使阀芯24从开口33a～35a与开口43a～45a均不产生重叠的状态(参照图3的(a)和(e))起顺时针旋转，使开口34a与开口44a产生重叠(参照图3的(b)和(f))。由此，通路42与通路44连通，开始经由流路14向油冷却器7供给冷却水。
通过进一步使阀芯24顺时针旋转，开口35a与开口45a在开口34a与开口44a产生重叠的状态下产生重叠(参照图3的(c)和(g))。由此，通路42与通路45连通，从而经由流路15并经由散热器3向内燃机2供给冷却水。由于通路42与通路44持续连通状态，因此还持续向油冷却器7供给冷却水。例如，能够通过增减开口35a与开口45a的重叠量，来增减冷却水向内燃机2及散热器3的循环流量。
通过进一步使阀芯24顺时针旋转，开口34a与开口44a在开口35a与开口45a产生重叠的状态下消除重叠(参照图3的(d)和(h))。由此，仅向散热器3供给冷却水。
通过进一步使阀芯24顺时针旋转，开口35a与开口45a消除重叠，并且使开口33a与开口43a产生重叠(参照图4的(a)和(e))。由此，通路42与通路43连通，开始经由流路13向加热器芯子6供给冷却水。
通过进一步使阀芯24顺时针旋转，开口34a与开口45a在开口33a与开口43a持续重叠的状态下产生重叠(参照图4的(b)和(f))。由此，向加热器芯子6及散热器3供给冷却水。
通过进一步使阀芯24顺时针旋转，开口35a与开口44a在开口33a与开口43a及开口34a与开口45a持续重叠的状态下产生重叠(参照图4的(c)和(g))。由此，向加热器芯子6、散热器3及油冷却器7供给冷却水。
通过使阀芯24顺时针旋转，开口34a与开口45a在开口33a与开口43a及开口35a与开口44a持续重叠的状态下消除重叠。由此，向加热器芯子6及油冷却器7供给冷却水(参照图4的(d)和(h))。
这样，阀单元10能够增减冷却水向内燃机2及散热器3的循环流量，并且能够使冷却水向加热器芯子6、油冷却器7的循环开始或停止。阀芯24虽然是顺时针旋转，但还可以通过使电动机20反转而逆时针旋转。
如图5所示，在阀控制装置1中，控制部11除了前述旋转角指令部55、占空比算出部56，还具有判定部60、暂时反转部61、再判定部62及警报指示部64。
判定部60判定由占空比算出部56确定的占空比DR是否持续了规定期间的上限值UL。
在利用判定部60判定为所确定的占空比DR持续了规定期间的上限值UL时，暂时反转部61使电动机20暂时反转。
此时，不必利用占空比算出部56算出占空比，暂时反转部61以预先设定的反转占空比对H桥电路23进行通断控制而使电动机20反转。在使电动机20暂时反转之后，回到利用占空比算出部56确定占空比DR。
再判定部6判定在利用暂时反转部61使电动机20暂时反转之后，占空比DR是否也持续了上限值UL。此时，再判定部62再次判定由占空比算出部56确定的占空比DR是否持续了规定期间的上限值UL。
在利用再判定部62判定为占空比DR持续了上限值UL时，警报指示部64输出使通知部65动作的信号。在搭载内燃机2的车辆上，装备了向乘员通知内燃机2的异常的通知部65。通知部65例如是通知异常状态的警告显示灯，或者是通知异常状态的警告音发生装置。
使用图6的流程图对实施例的阀芯24发生异物咬入时的控制方法进行说明。
在S100中，基于PID控制等算出占空比DR，并且判定所算出的占空比DR是否在上限值UL以上。在判定为所算出的占空比DR在上限值UL以上的情况下(是)，进入S110。另外，在判定为占空比DR尚未超过上限值UL的情况下(否)，结束处理。
接着，在S110中，将占空比DR设为上限值UL，并进入S120。S100、S110相当于占空比算出部56。
在S120中，判定处于上限值UL的期间TS是否持续至超过了200ms。此外，作为规定期间的期间TS虽然是预先设定的值，但并不特别限制在该值(200ms)。在判定为处于上限值UL的期间TS持续至超过了200ms的情况下(是)，进入S130。在判定为处于上限值UL的期间TS没有持续至超过200ms的情况下(否)，结束处理。S120相当于判定部60。
接着，在S130中，使电动机20暂时反转，使阀芯24反转并进入S140。此时，不必利用占空比算出部56算出占空比，以预先设定的反转占空比使电动机20反转。S130相当于暂时反转部61。
接着，在S140中，再次基于PID控制算出占空比DR，并且判定所算出的占空比DR是否在上限值UL以上。在判定为所算出的占空比DR在上限值UL以上的情况下(是)，进入S150。另外，在判定为占空比DR尚未超过上限值UL的情况下(否)，结束处理。并且，在S150中，将占空比DR设为上限值UL，并进入S160。S140、S150相当于占空比算出部56。
接着，在S160中，判定作为上限值UL的期间TS是否持续至超过了100ms。此外，作为规定期间的期间TS虽然是预先设定的值，但并不特别限制在该值(100ms)。在判定为作为上限值UL的期间TS持续至超过了100ms的情况下(是)，进入S170。在判定为处于上限值UL的期间TS没有持续至超过100ms的情况下合(否)，结束处理。S160相当于再判定部62。并且，在S170中，输出使通知部65动作的信号并结束处理。S170相当于警报指示部64。
根据实施例的阀控制装置1，控制部11具有旋转角指令部55、占空比算出部56及判定部60。旋转角指令部55根据内燃机2的运转状态算出旋转角的指令值。占空比算出部56基于从检测部22获得的旋转角的检测值与旋转角的指令值之差算出占空比DR，并且将占空比DR限制在规定的上限值UL以下，其中，占空比DR表示对电动机20进行的电压施加的通断期间的比率。判定部60判定占空比DR是否以规定期间持续了上限值UL。
由此，不必使用过电流检测部或转矩检测部，通过监视占空比DR就能够检测出阀单元10中咬入了异物。因此，在具有使冷却水还向内燃机2及散热器3以外的加热器芯子6、油冷却器7中循环的阀单元10的阀控制装置1中，能够抑制外形增加，并且能够检测出阀单元10中咬入了异物。
另外，根据实施例的阀控制装置1，控制部11具有暂时反转部61，在利用在判定部60判定为占空比DR持续了规定期间的上限值UL时，暂时反转部61使电动机20暂时反转。由此，能够通过暂时使阀芯24向相反方向旋转，容易地去除咬入阀芯24的异物。
另外，根据实施例的阀控制装置1，控制部11具有再判定部62，再判定部62判定在利用暂时反转部61使电动机20暂时反转之后，占空比DR是否也持续了上限值UL。并且，控制部11具有警报指示部64，在利用再判定部62判定为占空比DR持续了上限值UL时，警报指示部64输出使通知部65动作的信号。
由此，控制部11利用暂时反转部61暂时使阀芯24反转来去除异物，并在利用再判定部62进一步进行了判定之后，输出使通知部65动作的信号。因此，在利用暂时反转部61使阀芯24反转从而实现了异物去除时不输出使通知部65动作的信号，故而能够抑制通知部65的工作频率，能够降低乘员被通知部65的工作烦扰的频率。
[变形例]
本发明能够在不脱离其主旨的范围内以各种变形实施。
在实施例中，利用电动机20驱动了作为被驱动部的回转阀21，但被驱动部不局限于回转阀。
例如，也可以利用齿轮等使回转阀21的阀芯24和开闭其他通路的蝶阀连接，也就是说，将具有作为旋转体的阀芯24和蝶阀的结构物视为被驱动部，利用电动机20对其驱动。

Claims (1)

1.一种阀控制装置(1)，用于使内燃机(2)的冷却水还向所述内燃机及散热器(3)以外的其他设备(6、7)中循环的冷却水回路(5)，其特征在于，具备：
阀单元(10)，组装于所述冷却水回路，增减冷却水向所述内燃机的循环流量，并且使冷却水向所述其他设备的循环开始或停止；
控制部(11)，控制所述阀单元的动作，
所述阀单元具有：
电动机(20)，由所述控制部控制电压施加而使输出增减；
被驱动部(21)，具备被所述电动机的输出驱动而旋转的旋转体(24)，通过所述旋转体的旋转来增减冷却水向所述内燃机的循环流量，并且使冷却水向所述其他设备的循环开始或停止；
检测部(22)，检测所述旋转体的旋转角，
所述控制部具有：
旋转角指令部(55)，根据所述内燃机的运转状态算出所述旋转角的指令值；
占空比算出部(56)，基于从所述检测部获得的所述旋转角的检测值与所述旋转角的指令值之差算出占空比，并且将占空比限制在规定的上限值以下，所述占空比表示对所述电动机进行的电压施加的通断期间的比率；
判定部(60)，判定所述占空比是否以规定的期间持续了所述上限值，
所述控制部具有暂时反转部(61)，在利用所述判定部判定为所述占空比以规定的期间持续了所述上限值时，所述暂时反转部(61)使所述电动机暂时反转，
在搭载所述内燃机的车辆上装备有向乘员通知所述内燃机的异常的通知部(65)，
所述控制部具有：
再判定部(62)，判定在利用所述暂时反转部使所述电动机暂时反转之后，所述占空比是否也持续了所述上限值；
警报指示部(64)，在利用所述再判定部判定为所述占空比持续了所述上限值时，输出使所述通知部动作的信号。
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