(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１２）の制御回路（３０）のための制御弁（１０）であって、制御回路（３０）は、第１の上位の制御ユニット（１４）を有しており、該制御ユニットが、少なくとも１つの運転パラメータ及び／又は周囲温度に関連して熱交換器（１６）への分岐流路（３２）を開放し、絞り若しくは閉鎖して、バイパス管路（３４）を相補的に制御するようになっており、制御弁（１０）は、駆動部（２２）及び、該駆動部（２２）により調節される弁部材（２６）、位置測定装置（２４）、並びにマイクロ制御部により形成されかつ制御弁（１０）内に組み込まれた電子的な第２の制御ユニット（２０）を有しており、弁部材（２６）の位置のための、第１の上位の制御ユニット（１４）により生ぜしめられた目標値（３６）が、弁部材（２６）の位置の、位置測定装置（２４）により検出された実際値（３８）を用いて第２の制御ユニット（２０）によって弁部材（２６）の位置のための調節値として処理されるようになっている形式のものにおいて、第２の制御ユニット（２０）はさらに、第１の制御ユニット（１４）及び位置測定装置（２４）の信号の他に、制御弁（１０）の外部のセンサー（１８，２８）の信号を評価して、制御のために用いるようになっていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
センサーとして、外部の温度センサー（２８）が設けられている請求項１記載の制御弁。
【請求項３】
センサーとして、組み込まれた圧力差センサー（１８）が設けられている請求項１記載の制御弁。
【請求項４】
少なくとも１つの制御ユニット（１４，２０）が故障認識装置を備えていて、第１の制御ユニット（１４）の故障の場合に非常運転に切り替わるようになっており、非常運転時に第２の制御ユニット（２０）が付加的なセンサーからの制御信号を受け取るようになっている請求項１〜３のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項５】
少なくとも１つの制御ユニット（１４，２０）が種々の弁特性線のためにプログラム可能である請求項１〜４のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項６】
目標値（３６）がアナログ信号として生ぜしめられるようになっている請求項１記載の制御弁。
【請求項７】
目標値（３６）がパルス幅信号として生ぜしめられるようになっている請求項１から３のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項８】
目標値（３６）がデジタルインフォメーションとしてCAN-バスを介して制御弁（１０）に伝達されるようになっている請求項１から３のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項９】
実際値（３８）が誘導式若しくは容量式の距離測定装置によって検出されるようになっている請求項１から８のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項１０】
実際値（３８）が、増分式の位置検出装置によってライトバリアー（４２）を用いて検出されるようになっている請求項１から８のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項１１】
制御弁が、１つの制御回路（３０）内に配置された複数の制御弁に接続されている先行の請求項のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項１２】
駆動部が直流モータ（２２）であり、該直流モータが伝動装置（４０）を介して弁部材（２６）を調節するようになっており、伝動装置が１つの伝動装置車（４６）若しくは別個の１つのプレート（５６）上にマーキング（５４）を有しており、マーキングが光学的なセンサー（４２）によって検出されるようになっている請求項１０記載の制御弁。
【請求項１３】
光学的なセンサー（４２）がフォーク形ライトバリアー若しくは反射式ライトバリアーである請求項１２記載の制御弁。
【請求項１４】
光学的な複数のセンサー（４２）が設けられている請求項１３記載の制御弁。
【請求項１５】
伝動装置（４０）が別の伝動装置車（５２）にピン（４２）を有しており、該ピンが基準位置の検出のためのストッパとして用いられている請求項１２又は１３記載の制御弁。
【請求項１６】
駆動部（２２）が方向転換の前に静止するようになっている請求項１０及び１３から１５のいずれか１項記載の制御弁。
【請求項１７】
コード化された光学的な発信器が設けられている請求項１０記載の制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の制御弁に関する。
【０００２】
車両の内燃機関の冷却回路内に温度の調節のためにサーモスタット弁が用いられている。該弁の弁本体が、膨張形アクチュエータによって冷却媒体温度に関連して制御され、熱交換器への分岐流路を開放若しくは閉鎖し、これに対応してバイパス管路を相補的に調節し、これによって内燃機関の最適な運転温度ができるだけ迅速に達成されて、コンスタントに維持される。このようなサーモスタット弁は、膨張形アクチュエータへのゆっくり生じる熱伝達に基づき緩慢である。
【０００３】
内燃機関の温度の調節のための装置及び方法が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１０９４９８Ａ１号公報により公知である。内燃機関の冷却回路が熱交換器を備えており、熱交換器がバイパス管路によって迂回されるようになっている。冷却媒体流の制御のために、バイパス管路の開口領域に制御弁が設けられており、制御弁の作動が制御通路を介して制御ユニットによって行われ、その結果、多かれ少なかれ冷却媒体が熱交換器のそばを流過させられる。この場合、制御装置が温度目標値を発信するようになっており、温度目標値が内燃機関の種々の使用条件及び運転パラメータに関連して検出される。目標値はエンジン温度の実際値と比較されて、その結果から制御弁のための調節値が形成される。熱交換器に対応して配置された冷却ファンが別個の通路を介して制御装置によって制御される。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３１２４８Ａ１号公報により公知の制御弁は、自動車の内燃機関の冷却媒体の、暖房装置の熱交換器内への流入を調節するようになっている。該制御弁は遮断部材としてスライダーを有し、かつ駆動部としてスライダーに配置された永久磁石を有しており、永久磁石が制御電流で負荷可能な駆動コイルの磁場内にスライダーの調節方向へ移動可能に配置されている。逆の方向では制御弁は戻しばねによって運動させられるようになっており、従って制御弁が、駆動コイルにその都度作用する制御電流の大きさに関連して無段階に調節可能である。
【０００５】
公知の制御弁においては、弁調節が検出されず、従って制御ユニットにフードバックできず、その結果、その都度の弁位置が明らかでない。全体の温度処理の良好な制御のために、冷却系の個別の分岐通路の容積流のできるだけ正確な認識が必要であるので、付加的な容積流センサーが設けられねばならない。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公告第３２００４５７Ｃ２号公報により、電磁式の調節部材の制御のための方法及び装置が公知である。この場合には、弁の調節が検出されて、制御に関与される。加算点に制御回路の実際値と目標値とが供給されて、制御偏差がPI-増幅器に送られる。該増幅器の出力信号が整流器を介してパルス変調器を制御して、パルス変調器の出力信号によって電圧発生装置が接続可能になっている。電圧発生装置の信号が２つの電圧・電流変換器に供給されて、電圧・電流変換器が相応の電流を生ぜしめ、該電流が電磁式の２つの調節部材を負荷するようになっている。該電磁式の両方の調節部材は例えば電磁弁であってよく、電磁弁によって別の調節部材内の空気力的若しくは液力的な圧力上昇若しくは圧力降下が制御若しくは調節され、該調節部材の位置が再び実際値として加算点に供給される。
【０００７】
ヨーロッパ特許第０６６５３８１Ｂ１号公報により、液圧式に作動可能な可動子、電気的な駆動モータ、ポンプ及び液圧的な回路から成るコンパクトな装置が公知である。該装置は、両側から圧力で負荷可能な弁であってよい。該弁の方向制御が駆動モータの回転変換に基づき行われ、駆動モータが弁の両方の接続管路間に配置されたポンプを駆動するようになっている。従ってポンプが回転方向に応じて圧力媒体を接続管路に供給する。この場合、駆動モータが中央の制御ユニットによって電気的に制御される。弁作動部材の終端位置にリミットスイッチを配置してあり、リミットスイッチが信号を発信させ、該信号が一方では駆動モータへの電流導線を遮断して、かつ他方で中央の制御ユニットの制御部材を作動させる。別の構成では複数の駆動モータが１つのバス系を介して制御され、この場合も終端位置がリミットスイッチによって検出される。このような手段は、終端位置を検出するだけであり、温度制御機構への使用にとって不充分である。
【０００８】
発明の利点
本願発明に基づき、制御回路の制御ユニットが、電動モータ若しくは電磁式に駆動可能な弁部材の位置のための目標値を生ぜしめ、該目標値が弁部材の位置の検出された実際値を用いて制御弁内に組み込まれた電子式の第２の制御ユニット、有利にはマイクロ制御部によって弁部材の位置のための調節値に処理されるようになっている。
【０００９】
本発明に基づく制御弁は第１の制御ユニットを備えた上位の制御回路、例えば内燃機関の冷却回路内に配置される。第２の制御ユニットが制御弁と一緒に下位の制御回路を形成する。これによって、制御弁が固有の制御知能を有して、故障の際に第１の上位の制御ユニットなしにも重要な機能を生ぜしめる。
【００１０】
本発明の構成に基づき、第１若しくは第２の制御ユニットが故障識別装置を備えており、故障識別装置が故障の場合に自動的に非常運転に切り替わるようになっている。正常運転では第１の制御ユニットとの限定的なデータ交換しか必要とせず、従って信号導線が節約される。上位の制御ユニットへの接続は、制御弁のマイクロ制御部に弁部材の調節のための目標値を供給するために優先的に用いられる。
【００１１】
有利には、マイクロ制御部が種々の弁特性線のためにプログラム可能であり、その結果、同じ多くの構成部分が種々の制御に使用できる。例えば制御弁が自動車に温度制御を伴わない簡単な構造でも、温度制御を行う高価な構造でも使用される。１つの制御弁をまず個別モジュールとしてオプションで後から温度制御のために付加的な制御装置によって組み付けることも可能である。さらに、複数の制御弁を１つの通信ラインに接続して、異なる部分機能を生ぜしめ、例えばクーラー弁を暖房弁に接続することも考えられる。このような機構は有利には上位の制御装置だけではなく、下位の制御装置によって制御され、従って固有の知能によってデータ伝送の費用及び時間が節約される。
【００１２】
制御弁に組み込まれたマイクロ制御部は、外部のセンサーの信号を処理でいるようになっている。従って、温度センサー及び／又は圧力差センサーのデータが信号導線を介してマイクロ制御部に送られて、マイクロ制御部が評価に基づき、検出すべき調節値に影響を及ぼす。これによって、制御弁が目標温度及び／又は熱交換器への分岐流路内の所望の容積流を制御する。制御弁の自己診断も可能であり、診断の結果が第１の制御ユニットに送られてよい。
【００１３】
非常時（緊急時）には第２の制御ユニットが第１の制御ユニットから信号導線を介して弁部材の位置のための目標値を受け取る。本発明に基づく１つの構成では、目標値がアナログ信号として生ぜしめられ、この場合、アナログ信号がデジタル式のプロセッサ内での評価の前にアナログ・デジタル変換器によって適切に変換される。デジタル信号の利点が該信号のフォーマットの広い普及にあり、従ってデジタル信号によって多くの装置を制御することができる。
【００１４】
本発明に基づく別の構成では、目標値がパルス幅信号として生ぜしめられ、この場合、パルス幅信号はデジタル信号であり、該デジタル信号は一方では容易に生ぜしめられ、かつ他方では変換なしに評価され得る。内燃機関の冷却回路内への使用にとって、高い信頼性が得られ、かつ制御の機能エラーを簡単に検出して排除することが可能である。さらに別の構成では、目標値がCAN-バスを介したインフォメーションとして形成される。このために有利には、制御弁が自動車に設けられたCAN-バス(Controller Area Network コントロールエリアネットワーク)に接続されている。この場合、１つの接続部しか必要とされず、それというのはコミュニケーションが両方向性で行われるからである。このような手段は温度制御の際の弁調節の評価のために特に適している。
【００１５】
第１の制御ユニットによって生ぜしめられた目標値が、制御弁の第２の制御ユニット、理論回路若しくはマイクロ制御部内で、検出された実際値と比較されて、調節値に処理される。実際値の検出のために本発明においては種々の実施態様がある。実際値は、弁部材の駆動軸に連結された回転ポテンシオメータ（位置測定装置）によって検出されてよい。このような形式の位置検出は極めて簡単であるものの、機械的な接触に基づき摩耗に対して敏感である。別の実施態様では誘導的若しくは容量的な距離測定装置を用いてあり、該距離測定装置は前述の手段に比べて丈夫である。さらにGMR-センサー(Giant-Magneto-Resistiv)若しくはAMR-センサー(Antisotropic-Magneto-Resistiv)によっても、角度規定が磁気的に可能である。
【００１６】
さらに実際値が、光線の光度の測定によって検出されてもよい。増分式の位置検出装置によってライトバリアーを用いて実際値を検出することが、有利な実施態様である。この場合に有利には、駆動モータ、例えば直流モータが伝動装置を介して弁部材を駆動するようになっており、伝動車若しくは駆動部分の別個の車がマーキングを有しており、マーキングが光学的なセンサーによって検出される。センサーによって検出された光学的な信号が弁部材の運動のための尺度を成す。
【００１７】
まず所定の基準位置を検出して基準点が定められ、該基準点に関連して測定が行われる。このために本発明に基づき、機械的なストッパが設けてある。フォーク形ライトバリアー若しくは反射式ライトバリアーとして形成されていてよい光学的なセンサーが、データケーブルを介して第２の制御ユニットに接続されている。該制御ユニット内で信号列が検出される。１つの特定の信号列が弁部材の１つの位置に正確に対応しており、これによって特定の信号列から正確な位置が規定される。
【００１８】
有利には、測定装置が無接触式のものであり、従って摩耗が生じない。さらに該測定装置は極めて正確であり、それというのは簡単な手段で自己診断が行われ、例えば光学的な信号が所定の時間にわたって生じていない場合にはキャリブレーション過程が解除される。
【００１９】
図面に本発明の実施例が示してある。図面、明細書及び請求の範囲には種々の構成が組み合わせて示してある。種々の構成は単独にもまた別の組み合わせでも用いられる。
【００２０】
図１は内燃機関の、１つの制御ユニット及び本発明に基づく制御弁を備えた冷却回路を示しており、図２は増分式の位置検出装置のためのライトバリアーを概略的に示しており、かつ図３はブラインドを備えた位置測定装置を概略的に示している。
【００２１】
実施例の説明
制御回路として、内燃機関１２の冷却回路３０を示してある。冷却回路は熱交換器１６を備えており、熱交換器はバイパス管路３４によって迂回されてよい。冷却媒体流の制御のために、バイパス管路３４の分岐箇所に制御弁１０が設けられており、制御弁の弁部材２６がフラップとして記号化して示してある。弁部材が制御パラメータに関連して熱交換器１６への分岐流路３２を開放し、絞り、若しくは閉鎖して、バイパス管路３４を相補的に制御する。弁部材２６の位置が、有利には直流電動モータ若しくは比例動作式の電磁石の形の駆動部２２によって調節されるようになっており、該駆動部が第２の制御ユニット２０によって制御される（図１）。該制御ユニットは、弁部材２６の位置の実際値３８を生ぜしめる位置測定装置２４及び駆動部２２と一緒に制御弁１０内に組み込まれており、従って制御弁１０は自給自足（アウタルキー）式の構成部材として製造されかつ検査されてよい。
【００２２】
第２の制御ユニット２０が、冷却回路全体の制御に用いられる上位の第１の制御ユニット１４から目標値３６を受け取るようになっている。目標値が、検出された実際値３８に基づき制御ユニット２０内で弁部材２６のための調節値に処理され、その結果、弁部材が該調節値に対応して駆動部２２によって調節される。第２の制御ユニット２０は有利には、付加的なセンサー、例えば温度センサー２８及び／又は圧力差センサー１８のための入力部を備えている。これによって、弁部材２６の調節値を規定するための付加的な安全性が、第１の制御ユニット１４の故障に際しても第２の制御ユニット２０の自給自足（アウタルキー）的な作動に基づき得られる。このような使用において有利には、第２の制御ユニット２０としてマイクロ制御部が用いられる。従って、制御弁１０が重要なすべてのデータを直接に受け取り、かつ組み込まれたマイクロ制御部２０によって生ぜしめられた情報に基づき弁部材２６の位置を独自に制御できるようになっている。これによって、内燃機関１２の冷却回路の制御の簡単な実施態様では、第１の制御ユニット１４が省略されてよい。
【００２３】
内燃機関１２の運転温度及び内燃機関の周囲の温度の入力信号４８に関連して、かつ格納された特性線若しくは特性領域に基づき第１の制御ユニット１４の目標値発信器５０によって形成された目標値３６が、有利にはCAN-バスを介してデジタル信号、アナログ信号若しくはパルス幅信号として第２の制御装置２０に伝達される。パルス幅変調によって、必ずしも一定でなくてよい所定の周波数を用いて長さの変化可能な１つのパルスが生ぜしめられる。パルスの長さが１つの目標値３６を規定している。例えば１０ｍｓのパルス持続時間が左側のストッパーのために用いられ、２０ｍｓのパルス持続時間が右側のストッパーのために用いられ、ストッパー間に目標値３６が直線的に配列されている。所定の規定時間を越えたパルスの欠落は、制御装置内のエラーとして解釈されて、故障認識のために用いられてよい。次いで、弁部材２６が例えば安全な所定の位置へ移動させられて停止されてよい。弁部材２６の目標位置が、付加的な１つの導線を用いてデジタル式の制御ユニットによる良好な分解能で支障なく簡単に制御されてよい。
【００２４】
位置測定装置２４として種々の変化例がある。実際値３８が一般的な誘導式、容量式、若しくは磁気式の距離測定装置によって検出されてよい。同じく実際値３８は光ビーム６２の光度の測定によって検出されてよく、このためにブラインド６６が弁部材２６の位置に関連して光ビーム６２を光源６０とセンサー６４との間で部分的に遮蔽する。このために、スリットプレート若しくは偏心プレートとして形成されていてよいブラインド６６が、弁部材２６の駆動部材６８に結合されている。さらに、弁部材２６の駆動部材５８に連結された回転ポテンシオメータが、位置測定装置２４として用いられて、実際値３８を発信するようになっていてよい。
【００２５】
本発明の別の実施例では、実際値３８が増分式の位置検出装置によってライトバリアー４２を用いて検出される（図２）。この場合、駆動部２２が伝動装置４０を介して弁部材２６を駆動する。直接に駆動部２２に結合された第１の伝動装置車(Getrieberad)４６に、マーキング５４を配置してあり、マーキングがライトバリアー４２、例えばコウデンシ社(Firma Kodenshi)のTyps SG2BCのマイクロ反射式ライトバリアーによって検出される。マーキング５４は、弁部材２６の駆動部材５８に結合されていてライトバリアー４２と協働する別個のプレート(Scheibe)５６に設けられていてよい。
【００２６】
伝動装置４０が別の伝動装置車５２を有しており、該伝動装置車にピン４４が取り付けられている。運転開始に際してピン４４が機械的な終端ストッパー（図示せず）に当接させられる。終端ストッパーが、基準点としてかつ制御弁１０のキャリブレーションのために用いられる。該位置では、フォーク形ライトバリアー若しくは反射式ライトバリアーであってよいライトバリアー４２は、所定の時間にわたってパルスを受信しない。この状態を、ライトバリアー４２に接続されたマイクロ制御部２０が、「ストッパーに到達」として評価し、該位置を１つの方向で基準とする。必要に応じて同じ過程が逆の方向で繰り返される。次いで所望の位置が簡単な形式では、得られたパルス列によって規定されてよい。１つの作動点の調節を長い時間にわたって保証するために、所定の数のパルスの受信の後に、弁部材２６の目標位置がストッパーの近傍にある場合に、キャリブレーション過程が解除される。正確な位置検出のために重要なことは、駆動部２２が無電流である場合に弁部材２６の位置が変わらないことである。このような理由から有利には、伝動装置４０がほぼセルフロック式に構成されている。個別の１つのライトバリアー４２によっては弁部材２６の回転方向若しくは運動方向が容易には規定され得ないので、どの回転方向であるかを決定するために、駆動部２２の最後の制御方向が用いられる。このために、駆動部を該駆動部が方向を転換する前に停止させる必要があり、そうでない場合には駆動部２２を制動する短い時間にわたって駆動部２２の想定された運動方向が実際の運動方向と合致しないからである。弁部材２６の調節方向は、調節方向に配置された複数のライトバリアー若しくは、絶対的にコード化された、例えばグレー・コードに基づきコード化された光学的な発信器によっても検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関の、１つの制御ユニット及び本発明に基づく制御弁を備えた冷却回路を示す図。
【図２】  増分式の位置検出装置のためのライトバリアーの概略図。
【図３】  ブラインドを備えた位置測定装置の概略図。
【符号の説明】
１０  制御弁、    １２  内燃機関、    １６  熱交換器、    １８  圧力差センサー、    ２０  制御ユニット、    ２２  駆動部、    ２４  位置測定装置、    ２６  弁部材、    ２８  温度センサー、    ３０  冷却回路、    ３２  分岐流路、    ３４  バイパス管路、    ３８  実際値、    ４０  伝動装置、    ４２  ライトバリアー、    ４４  ピン、    ４６  伝動装置車、    ４８  入力信号、    ５２  伝動装置車、    ５４  マーキング、    ５６  プレート、    ５８  駆動部材、    ６０  光源、    ６２  光ビーム、    ６６  ブラインド、    ６８  駆動部材
【図１】
0004709457.tif 000002
【図２】
0004709457.tif 000003
【図３】
0004709457.tif 000004