JP6105868B2

JP6105868B2 - 電動弁制御装置及び電動弁装置

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Publication number: JP6105868B2
Application number: JP2012142858A
Authority: JP
Inventors: 善朗小川
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: EP2679935B1; EP2679935A3; US20130340860A1; JP2014006020A; EP2679935A2

Description

本発明は、電動弁制御装置及び電動弁装置に関し、特に、冷媒の流量を調節する電動弁等の弁開度を制御する装置等に関する。

従来、空調機や冷蔵・冷凍ショーケース等に使用される冷凍サイクルにおいては、冷房能力を安定させ、過熱度を一定にして効率よく運転するなどの目的から循環冷媒の流量調整を行っているが、その際の調整を高精度に行うため、流量制御用の膨張弁として、ステッピングモータにより弁体を動作させる電動式膨張弁である電動弁が広く活用されている。

しかし、電動弁においては、絶対開度（実際の開度）をフィードバックしない開ループ制御を用いて開度の制御を行うのが一般的であり、また、電動弁内の弁体は、電源供給が停止された際に、初期位置に戻ることなく、電源遮断時の位置で停止してしまうため、次に電源を投入したときに、弁体が停止している位置（絶対開度）を正確に把握できないという問題がある。

そのため、電動弁の制御にあたっては、通常、電源投入時にイニシャライズ処理を実行し、弁体の位置出しを行ってから開度の制御を開始するようしている（例えば、特許文献１参照）。ここで、イニシャライズ処理とは、全開位置から全閉位置に至るまでの全ストロークを超えるパルス数だけ電動弁を閉弁駆動し、例えばステッピングモータのロータが確実にストッパと呼ばれる回り止めに衝突して回転を停止するまで、ステッピングモータを閉弁方向に十分に回転させる処理であり、これにより電動弁は０パルスの初期位置を検出する。

特開２０１０−１６９３２９号公報

しかし、上記イニシャライズ処理の実行回数の増加と共に、ステッピングモータのロータがストッパに衝突する回数が増加するため、電動弁の耐久性が問題になる。そのため、通常、イニシャライズ処理の実行回数に、例えば５万回等の制限がある。

電動弁がルームエアコンにおける冷凍サイクルの膨張弁として使用される場合等には、イニシャライズ処理は、弁体の停止位置が判らない電源投入時や、電動弁の位置ずれを修正する目的で１週間に１回程度定期的に行われるだけであり、イニシャライズ処理の実行回数が少ないため、それほど問題になることはない。

しかし、カーエアコンにおける冷凍サイクルの膨張弁として電動弁を使用する場合等には、例えば１走行サイクル（キーのＯＮ−ＯＦＦ）で１回のイニシャライズ処理が行われる場合があり、イニシャライズ処理の実行回数がルームエアコンの場合に比べて大幅に増加するため、電動弁の耐久性が問題になっていた。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を未然に防止し、信頼性の高い電動弁制御装置及び電動弁装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電動弁制御装置は、流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するステッピングモータを備えた電動弁を制御する電動弁制御装置において、該電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段と、前記ステッピングモータのロータをストッパに衝突させるイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段と、記憶手段とを備え、前記記憶手段には、前記電動弁の耐久性に影響する、当該電動弁制御装置の最初の起動時からのイニシャライズ処理の実行回数が記憶され、信号の送受信を行う通信手段をさらに備え、前記通信手段は、前記記憶手段に記憶されたイニシャライズ処理の実行回数を出力することを特徴とする。

そして、本発明によれば、記憶手段に記憶されたイニシャライズ処理の実行回数を出力するようにしたので、外部機器が電動弁の耐久性に影響するイニシャライズ処理の実行回数を把握することができ、イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を防止し、信頼性の高い電動弁制御装置を提供することができる。

また、本発明は、電動弁制御装置であって、流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するステッピングモータを備えた電動弁を制御する電動弁制御装置において、該電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段と、前記ステッピングモータのロータをストッパに衝突させるイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段と、記憶手段とを備え、前記記憶手段には、前記電動弁の耐久性に影響する、当該電動弁制御装置の最初の起動時からのイニシャライズ処理の実行回数が記憶され、信号の送受信を行う通信手段をさらに備え、前記通信手段は、前記イニシャライズ処理の実行回数が所定回数を超えたときには警報信号を出力することを特徴とする。本発明によれば、電動弁の交換時期を適切に外部機器に知らせることができる。

上記電動弁制御装置において、前記通信手段は、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信又はＣＡＮ（Controller Area Network）通信によって送受信を行うことができる。自動車用として広く使用されているＬＩＮ通信又はＣＡＮ通信を用いることで、本発明に係る電動弁をカーエアコンにおける冷凍サイクルの膨張弁にも適用することができる。

上記電動弁制御装置において、前記電動弁を冷凍サイクル装置に使用される膨張弁とすることができる。

また、本発明は、電動弁装置であって、上記いずれかの電動弁制御装置と、該電動弁制御装置が一体的に取り付けられた電動弁とを備えたことを特徴とする。電動弁制御装置を電動弁に一体的に取り付けることで、これらを小型化することができ、狭い車両内への設置にも有効である。

以上のように、本発明によれば、イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を未然に防止し、信頼性の高い電動弁制御装置及び電動弁装置を提供することなどが可能となる。

本発明に係る電動弁制御装置及び電動弁装置をカーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁に適用したシステムのブロック図である。図１の電動弁制御装置がイニシャライズ処理を行うときのマイコンの処理フローを示すフローチャートである。本発明に係る電動弁制御装置のＬＩＮ通信における送信バッファレジスタの一例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、カーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁に本発明に係る電動弁制御装置及び電動弁装置を適用した場合を例にとって説明する。

図１は、本発明に係る電動弁制御装置を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム１は、圧縮機２と、凝縮器３と、凝縮器用ファン３ａと、膨張弁５と、蒸発器６と、蒸発器用ファン６ａ等を備える。

圧縮機２、凝縮器３、膨張弁５及び蒸発器６は、配管７で接続され、これらの間を冷媒が矢印方向に循環する。ここで、配管７を流れる冷媒の流量は、膨張弁５の弁開度を調整することにより制御される。

圧縮機２は、蒸発器６より供給された低圧の気体の状態にある冷媒を圧縮し、高圧の気体に変換して配管７を介して凝縮器３に供給する。

凝縮器３は、圧縮機２から供給された高圧気体状態の冷媒を凝縮し、高圧液体状態の冷媒に変換して凝縮熱を奪い、奪った熱を凝縮器用ファン３ａの送風によって外部に放出する。

膨張弁５は、凝縮器３から供給された高圧液体状態の冷媒を低圧状態に変化させるために備えられる。膨張弁５は、図示を省略するが、冷媒の流入口及び流出口と、この流出口より流出する冷媒の流量を制御する弁体を備える。この膨張弁５と、膨張弁５の弁体を駆動するステッピングモータ８とで電動弁９が構成される。ステッピングモータ８が回転することにより膨張弁５の弁開度が調整される。電動弁９には、電動弁制御装置１１が一体的に取り付けられ、電動弁装置１２を構成している。

蒸発器６は、膨張弁５からの低圧の液体状態にある冷媒を蒸発（気化）させるために備えられる。蒸発器６において、冷媒は周囲より気化熱を奪い、加熱される。この奪われた熱により周囲は冷却され、蒸発器用ファン６ａの送風によって、冷却された空気が放出される。

電動弁制御装置１１には車両のバッテリー電源（＋Ｖｂ、ＧＮＤ）が接続されるとともに、車両内での通信に使用される車載ＬＡＮである、例えばＬＩＮバス（又はＣＡＮバス）１４が接続されている。電動弁制御装置１１は、スレーブノードとして動作し、同じＬＩＮバス１４に接続されているマスターノードであるエアコンＥＣＵ１６から送信されるＬＩＮ通信信号（ＣＡＮバスの場合はＣＡＮ通信信号）で、ステッピングモータ８のパルス数やイニシャライズ信号等の命令を受信し、電動弁９（膨張弁５）の開度を制御する。尚、このＬＩＮバス１４には、他にもカーエアコンの制御に使用されるスレーブノードであるダンパー装置１７等が接続されている。

電動弁制御装置１１は、バッテリー電源＋Ｖｂ（例えば＋１２Ｖｄｃ）から電動弁制御装置１１の内部の回路で使用する電源＋Ｖｃ（例えば＋５Ｖｄｃ）を発生させるレギュレータ１１ａと、ＬＩＮバス１４を通してエアコンＥＣＵ１６から送信されるＬＩＮ通信信号に基づいて、ステッピングモータ８の回転を制御するプログラム等を格納するＲＯＭ、ＲＯＭに格納したプログラムの実行や演算処理を行うＣＰＵ、イニシャライズ処理の実行回数や通信データ等のプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ、周辺回路との入出力を行うＩ／Ｏ回路、割り込み処理等の時間を計測するタイマ、アナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器等を備えたマイコン１１ｂと、ＬＩＮバス１４に接続され、ＬＩＮバス１４の電圧レベルを電動弁制御装置１１内部の回路電圧レベルに変換し、マイコン１１ｂとのＬＩＮ通信を可能にするＬＩＮトランシーバ（通信手段）１１ｃと、マイコン１１ｂからの駆動信号に基づいて電動弁９のステッピングモータ８の回転を制御するステッピングモータドライバ１１ｄと、マイコン１１ｂに接続され、マイコン１１ｂのＲＡＭデータのうち、バッテリー電源が切断されても保持する必要があるイニシャライズ処理の実行回数等のデータを記憶する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）１１ｅから構成される。マイコン１１ｂとステッピングモータドライバ１１ｄとで、弁開度制御手段及びイニシャライズ制御手段の両方を構成する。尚、レギュレータ１１ａ、ＬＩＮトランシーバ１１ｃ、ステッピングモータドライバ１１ｄ、ＥＥＰＲＯＭ１１ｅ、マイコン１１ｂの２つ以上を一体的に構成したＩＣを用いてもよく、その場合は、さらに装置の小型化が可能になる。

図１において、エアコンＥＣＵ１６は、図示しない温度センサや圧力センサ等で計測した温度や圧力から、冷凍サイクルシステム１の過熱度が設定値一定となるように電動弁９の目標開度（パルス数）を演算し、この演算した目標開度をＬＩＮバス１４を通してＬＩＮ通信信号で電動弁制御装置１１に送信する。

電動弁制御装置１１は、この信号をＬＩＮトランシーバ１１ｃで受信し、電動弁制御装置１１の内部回路の電圧レベルに変換してマイコン１１ｂに出力する。マイコン１１ｂは、この信号を入力し、電動弁９のステッピングモータ８を目標開度（パルス数）にするための駆動信号をステッピングモータドライバ１１ｄに出力する。ステッピングモータドライバ１１ｄは、この入力信号に基づいて電動弁９のステッピングモータ８を回転させ、電動弁９の弁開度を目標開度に制御することにより、冷凍サイクルシステム１の過熱度が設定値一定になるように制御する。

また、エアコンＥＣＵ１６は、電動弁制御装置１１のバッテリー電源投入後等、電動弁９の初期位置を検出する必要があるため、イニシャライズ処理を実行する命令をＬＩＮバス１４を介してＬＩＮ通信信号で電動弁制御装置１１に送信する。これを受信した電動弁制御装置１１は、膨張弁５のロータがストッパに衝突するまでステッピングモータ８を回転させるために、例えば、ステッピングモータ８を例えば７００パルスだけ閉弁方向に回転させ、弁開度の初期化（０パルス位置出し）を行う。ここで、バッテリー電源投入時等は、ステッピングモータ８の現在位置（パルス数）が判らないため、電動弁９が制御可能な最大パルス数（例えば５００パルス）に、ロータが確実にストッパに衝突するために十分なパルス数（例えば２００パルス）を加えた７００パルスとしている。また、このイニシャライズ処理の実施回数は、マイコン１１ｂによってカウントされ、ＥＥＰＲＯＭ１１ｅに記憶される。

次に、電動弁制御装置１１がイニシャライズ処理を行うときのマイコン１１ｂの処理フローについて、図２を参照しながら説明する。この処理は例えば定時間毎に実行される。

まず、マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６からイニシャライズ信号を受信すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステッピングモータ８を閉弁方向に例えば７００パルス回転させる（ステップＳ２）。

次に、マイコン１１ｂは、ＥＥＰＲＯＭ１１ｅに記憶されているイニシャライズ回数カウンタＣｉをマイコン１１ｂのＲＡＭ上に読み出す（ステップＳ３）。ここで、Ｃｉの初期値は０とし、イニシャライズがまだ一度も行われていない場合には、Ｃｉ＝０となる。

ここで、マイコン１１ｂは、イニシャライズ処理を１回実行したため、ＲＡＭ上のＣｉに１を加算し（ステップＳ４）、再びＲＡＭ上のＣｉをＥＥＰＲＯＭ１１ｅに書き込み記憶する（ステップＳ５）。これにより、電動弁制御装置１１は耐久性に影響するイニシャライズ処理の実行回数を記憶し、常に確認することができる。また、不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ１１ｅに記億することにより、マイコン１１ｂが電動弁制御装置１１を省電力状態とするためにスリープモードに入り、Ｖｃが切断されてマイコン１１ｂが動作していないときや、バッテリー電源が切断されたときでもイニシャライズ処理の実行回数を常に記憶しておくことができる。

次に、マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６にカウントしたイニシャライズ処理の実行回数を送信するため、ＲＡＭ上に存在するＣｉを、同じくＲＡＭ上に存在するＬＩＮ通信の送信バッファレジスタにセットする（ステップＳ６）。マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６からＬＩＮバス１４を介してＬＩＮ通信により送信要求信号を受信した場合、この送信バッファレジスタの内容をＬＩＮバス１４を通してエアコンＥＣＵ１６にＬＩＮ通信信号として送信する。これにより、外部のマスターノードであるエアコンＥＣＵ１６が電動弁９のイニシャライズ処理の実行回数を把握することができ、点検等のサービス時にイニシャライズ処理の実行回数を車両外部から確認することができ、イニシャライズ処理の実行回数が最大値を超える前に早めに電動弁９の交換を判断することができる。

次に、マイコン１１ｂは、ＲＡＭ上のＣｉとＲＯＭ上のイニシャライズ回数最大値Ｃｉｍａｘを比較し（ステップＳ７）、ＣｉがＣｉｍａｘを超えているときには（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、イニシャライズ処理の実行回数が耐久性上許容できる最大値を超えていると判断し、送信バッファレジスタの警告ビットを”１”にセットする（ステップＳ８）。マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６からＬＩＮバス１４を介してＬＩＮ通信により送信要求信号を受信した場合、この送信バッファレジスタの内容をＬＩＮバス１４を通してエアコンＥＣＵ１６にＬＩＮ通信信号として送信する。これにより、外部のマスターノードであるエアコンＥＣＵ１６が電動弁９のイニシャライズ処理の実行回数が最大値を超えたことを把握することができ、例えば、車内のランプを点灯させるなどして運転者に注意を促し、イニシャライズ処理の実行回数が耐久性上の制限値を超えた電動弁９を新品に交換することができる。また、このとき、ＣｉがＣｉｍａｘを超えていなければ（ステップＳ７：Ｎｏ）、電動弁９は正常な状態であるため送信バッファレジスタの警告ビットを”０”にクリアする（ステップＳ９）。

また、エアコンＥＣＵ１６からイニシャライズ信号を受信しない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、何もしないで処理を終了する。

図３に電動弁制御装置１１のＬＩＮ通信における送信バッファレジスタの例を示す。例えば、電動弁９のイニシャライズの制限回数の規定が５０，０００回である場合には、イニシャライズ処理の実行回数をセットするレジスタを１６ビットとして最大６５，５３５回まで送信を可能とする。また、警告ビットは１ビットとし、Ｃｉｍａｘを５０，０００としてイニシャライズ処理の実行回数が５０，０００回以下の場合には正常を表す”０”を、イニシャライズ処理の実行回数が５０，００１回以上の場合には警告を表す”１”をセットするようにする。このようにすると、送信バッファレジスタは１７ビットで構成されたことになる。

尚、上記実施の形態においては、電動弁制御装置１１及び電動弁装置１２をカーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁５（電動弁９）に適用した場合を例示したが、膨張弁５に限らず、流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するモータを備えた電動弁であれば、本発明に係る電動弁制御装置１１及び電動弁装置１２を適用することができる。

１冷凍サイクルシステム
２圧縮機
３凝縮器
３ａ凝縮器用ファン
５膨張弁
６蒸発器
６ａ蒸発器用ファン
７配管
８ステッピングモータ
９電動弁
１１電動弁制御装置
１１ａレギュレータ
１１ｂマイコン
１１ｃＬＩＮトランシーバ
１１ｄステッピングモータドライバ
１１ｅＥＥＰＲＯＭ
１２電動弁装置
１４ＬＩＮバス
１６エアコンＥＣＵ
１７ダンパー装置

Claims

流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するステッピングモータを備えた電動弁を制御する電動弁制御装置において、
該電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段と、
前記ステッピングモータのロータをストッパに衝突させるイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段と、
記憶手段とを備え、
前記記憶手段には、前記電動弁の耐久性に影響する、当該電動弁制御装置の最初の起動時からのイニシャライズ処理の実行回数が記憶され、
信号の送受信を行う通信手段をさらに備え、
前記通信手段は、前記記憶手段に記憶されたイニシャライズ処理の実行回数を出力することを特徴とする電動弁制御装置。
流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するステッピングモータを備えた電動弁を制御する電動弁制御装置において、
該電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段と、
前記ステッピングモータのロータをストッパに衝突させるイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段と、
記憶手段とを備え、
前記記憶手段には、前記電動弁の耐久性に影響する、当該電動弁制御装置の最初の起動時からのイニシャライズ処理の実行回数が記憶され、
信号の送受信を行う通信手段をさらに備え、
前記通信手段は、前記イニシャライズ処理の実行回数が所定回数を超えたときには警報信号を出力することを特徴とする電動弁制御装置。
前記通信手段は、ＬＩＮ通信又はＣＡＮ通信によって送受信を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁制御装置。
前記電動弁は、冷凍サイクル装置に使用される膨張弁であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電動弁制御装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の電動弁制御装置と、該電動弁制御装置が一体的に取り付けられた電動弁とを備えたことを特徴とする電動弁装置。