气体阀及其致动方法与流程

本发明涉及一种气体阀和控制气体阀通流截面的方法。

背景技术：

对于移动式气体加热器，例如在露营车或者休闲艇中使用的气体加热器使用气体阀，用气体阀来控制流到气体加热器的气体燃烧器的气体。简单来说，气体阀包括设置有通流截面和阀座的阀体。设置有阀元件，该阀元件能够从抵靠阀座并且关闭通流截面的关闭位置开始移动进入通流截面疏通的打开位置。

阀元件连接到关联有线圈的衔铁。当线圈被激励、即提供电流时，线圈使衔铁移位，使得阀元件被移动进入打开位置。此外，设置有对衔铁或者阀元件以如下方式作用的弹簧：当线圈未通电时，使阀元件处于关闭位置。

从现有技术中得知，被称为牵引绕组和保持绕组的两个绕组被分配给衔铁。

牵引绕组用于给衔铁施加大的力并且使衔铁抵抗弹簧的作用以阀元件移动进入打开位置的方式移位。为了这个目的，需要提供相对高水平的电流。

在衔铁被牵引绕组移位进入打开位置后，保持绕组用于将衔铁保持在打开位置。保持衔铁在打开位置所需要的力小于必须依靠牵引绕组提供的力。因此，提供给保持绕组的电流也必须为相对低的水平，该电流大约为牵引绕组电流的20％。保持绕组不能单独将衔铁移动进入打开位置。

当将要打开气体阀时，向牵引绕组施加一个短的电流脉冲以牵引衔铁进入打开位置。然后，用恒量电流激励保持绕组以长时间地将衔铁保持在打开位置。

上述方式的缺点是：归因于为了打开气体阀而激励牵引绕组用的电流脉冲，衔铁和阀元件以高速移位进入打开位置。这样做，使得衔铁和阀元件撞击止动件，由此整个系统中产生噪音和机械振动。

de10216484a1也公开了利用脉宽调制电流激励电磁阀的螺线管。脉冲占空因数在预定的时间减小，使得衔铁的移位速度减小。然而，这不可能可靠地防止衔铁以不期望的高速与止动件接触。

技术实现要素：

本发明的目的是减小在气体阀开启过程中产生的噪音。

为了实现这一目的，根据本发明提供一种控制气体阀的通流截面的方法，所述气体阀包括设置有流路的阀体、能够在关闭位置和打开位置之间移位的阀元件、衔铁、线圈、弹簧以及控制电路，其中，设置有如下步骤以打开所述通流截面：

-所述控制电路利用脉宽调制的电流激励所述线圈，所述脉宽调制的电流的脉冲占空因数从初始值开始增大，直到所述衔铁抵抗所述弹簧的作用而开始移出所述关闭位置为止；

-在所述阀元件到达所述打开位置前，所述控制电路减小所述脉冲占空因数；

-所述控制电路将所述脉冲占空因数设定在预定的保持值，利用所述保持值使所述阀元件保持在所述打开位置。

本发明基于仅使用单个线圈来移位阀元件的基本思想，其中线圈被供给可变电流。在打开过程开始时，提供较高水平的电流，阀元件一开始移动该电流便减小。为了将阀元件保持在打开位置，使用恒定的保持电流。实际有效的电流通过施加到线圈的电压的脉宽调制来设置。脉宽调制可以以相对少的费用和高的有效性电子实现。

优选地设置为，以电流传感器评价流过线圈的电流，以便检测衔铁的移动。这使得可以实现闭环控制，用该闭环控制可以根据情况减小打开电流。此外，能够在费用少并且没有外部位置传感器的情况下监测衔铁何时开始移动。

优选地设置为，衔铁一开始向打开位置移动，控制电路便逐渐减小脉冲占空因数。以这种方式，防止衔铁在其到达打开位置前被加速到相对高的速度。特别地，阀元件和衔铁一克服了静摩擦并且开始移动，比开始阀元件和衔铁的任何移动所需的力小的力便足以维持衔铁到打开位置的移动。

根据本发明的一个实施方式，设置为，一旦脉冲占空因数已减小，在脉冲占空因数最终被设定在保持值之前，控制电路保持脉冲占空因数恒定。本实施方式的特征在于用于设定脉冲占空因数的相对简单的算法。

根据替代实施方式，设置为：一旦脉冲占空因数已减小，在脉冲占空因数最终被设定在保持值之前，控制电路改变脉冲占空因数。能够将控制电路设置为减小脉冲占空因数，由此，在朝向打开过程结束的过程中，作用在衔铁上的打开力也减小。以这种方式，确保衔铁和阀元件以相对低的速度达到完全打开的状态。也可以替代地设置为在打开过程期间增大脉冲占空因数。以这种方式，可以补偿在打开期间增大的弹簧力，使得衔铁和阀元件以期望的速度移位进入完全打开的位置。

关断保持电流以便关闭通流截面。然后，弹簧确保阀元件移回到关闭位置。

当阀将关闭时，保持电流可以突然切断。也可以首先减小保持电流，然后将其完全关断。这对于噪音的改善是有利的。

为了实现上述目的，还提供一种气体阀，该气体阀具有：阀元件；阀座，所述阀元件能够与所述阀座配合以关闭或者疏通通流截面；弹簧，其对所述阀元件施力使其进入关闭位置；衔铁，其连接到所述阀元件；线圈，利用所述线圈，所述衔铁能够抵抗所述弹簧的作用而被移位进入打开位置；控制电路，其能够提供脉宽调制信号以激励所述线圈；以及电流传感器，利用所述电流传感器能够监测流过所述线圈的电流，使得能够执行根据前述的方法。关于所得到的优点，参考上面给出的示例性的陈述。

附图说明

在下文中将借助于在附图中示出的实施方式对本发明进行描述。在附图中：

-图1示意性地示出了根据本发明的气体阀；和

-图2示出了图1中所示的气体阀在打开和关闭的过程中流过该气体阀的线圈的电流的脉冲占空因数的图。

具体实施方式

图1示出了具有阀体12的气体阀10，阀体12中设置有燃烧气体用的流路14。当流路14打开时，燃烧气体能够流过流路14，所述气体从例如压缩气缸经由供给管线16提供并且经由连接管线18被供给到气体燃烧器。

阀元件20可移位地布置在阀体12内，并且能够与阀座22(这里示意性地表示为流路14的壁)以这样的方式配合：当阀元件20处于关闭位置时，通流截面被流路14关闭；没有气体能够流过气体阀10。

连接到阀元件20(或者与其形成为一体)的衔铁24同样能够在阀体12内移位。衔铁24被分配(allocate)单个线圈26。

此外，设置有弹簧28，其对衔铁24和阀元件20施力使其进入图1所示的关闭位置。

气体阀10还具有控制电路30，其向致动电子器件32提供控制信号s。致动电子器件32提供流过线圈26的电流。

电流传感器34也集成在致动电子器件32中，电流传感器用于监测流过线圈26的电流。电流传感器34向控制电路30提供反馈信号r，使得在控制电路30中可得到关于流过线圈26的电流水平的信息。

致动电子器件32用脉宽调制电流，即根据预设比率周期性地接通和切断的电流来激励线圈26。施加到线圈26的电压在0和电源电压之间周期性地接通和切断，以此实现功率的调节，其中有效电流产生为在电压切断的阶段和施加电压的阶段平均流过的电流的平均值。用于这种脉宽调制的特征变量是所谓的脉冲占空因数，其规定接通电压的阶段相对于总循环持续时间的比例。当脉冲占空因数为0.9时，施加电源电压的持续时间因而为周期时间的90％，而切断电源电压的持续时间为周期时间的10％。

下面将借助于示例性实施方式和图2说明阀元件20的打开和关闭。

在t0时间，控制电子器件30开始打开气体阀10。为此，向线圈26施加增大水平的电流，通过增大的脉冲占空因数来说明这种情况。

在示例性实施方式中，电流供给开始于脉冲占空因数为0。也可以选择大于0的值作为起始值。

脉冲占空因数增大，直到t1时间阀元件20和衔铁24开始离开完全关闭位置(参见图1中的箭头p)为止。这由电流传感器34检测到，这是因为衔铁24相对于线圈26移动而改变线圈的电感，使得流过线圈的电流也发生改变。

打开阀元件20所需要的脉冲占空因数可以不同。例如，相比于阀元件20在不间断的操作中规律地打开和关闭时，当气体阀10在很长的一段时间内未启动时，可能需要一个较大的力打开可能轻微卡塞的阀元件20。

一检测到阀元件20和衔铁24移动就减小脉冲占空因数，以便防止衔铁24和阀元件20被进一步加速。利用减小的脉冲占空因数，衔铁24和阀元件20进一步移位，直到t2时间达到全开位置为止。

在时间t2，由于在这种状态下仅需要提供保持电流，所以脉冲占空因数进一步减少，利用保持电流衔铁24和阀元件20必须抵抗弹簧28的作用而保持在完全打开的位置(参见从t2时间到t3时间的阶段)。

当要关闭气体阀10时，脉冲占空因数减小到0(参见从t3到t4的阶段)。在本文示出的示例性实施方式中，脉冲占空因数不是突然设置为0，而是以连续的方式减小到0。

在图示的示例性实施方式中，在阀元件20的打开阶段期间(在t1和t2之间的时间段)，在这种情况下使用恒定的脉冲占空因数。然而，根据框架条件，也可以使用进一步减小的脉冲占空因数，使得衔铁24以尽可能最温和的方式移动进入完全关闭的位置。

可选地，在t1和t2之间的脉冲占空因数也可以设置为稍微增大的，以便补偿随着打开程度增大而增大的弹簧28的力。