JP2020019430A - モータ制御装置、統合弁装置及び熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】低温時においても好適な統合弁装置の作動を実現できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置としての統合弁ECU27は、冷凍サイクル装置における統合弁装置24の駆動源であるモータ26を制御する制御部27aを備え、モータ26を通じた統合弁装置24の制御によって、冷凍サイクル装置の駆動モードに応じた冷媒の流れの切り替えを行う。そして、制御部27aは、統合弁装置24の温度を推定する温度推定処理と、統合弁装置24の推定温度が予め設定された規定値以上であるか否かを判定する温度判定処理と、統合弁装置24の推定温度が規定値未満の場合、モータ26の回転トルクを、統合弁装置24の推定温度が規定値以上の場合の回転トルクよりも高くする低温時処理とを行う。【選択図】図2
Description
本発明は、車両用の冷凍サイクル装置に設けられる統合弁装置の制御に関するものである。
車両用の冷凍サイクル装置に設けられる統合弁装置として、例えば特許文献1に開示されるものは、単一のモータと該モータの回転駆動力に基づいて開閉される複数の弁とを備え、複数の弁の開閉によって、冷凍サイクル装置の暖房モードと冷房モードとで冷媒の流れを切り替えるようになっている。
上記のような統合弁装置では、低温時において、複数の弁を開閉するための弁機構などに使用される潤滑剤(例えばグリス)の粘性が高くなることなどに起因して、モータに掛かる負荷が大きくなり、その結果、統合弁装置の作動に不具合が生じるおそれがあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低温時においても好適な統合弁装置の作動を実現できるモータ制御装置、統合弁装置及び熱交換器を提供することにある。
上記課題を解決するモータ制御装置は、車両用の冷凍サイクル装置に設けられた統合弁装置の駆動源であるモータを制御する制御部を備え、前記冷凍サイクル装置の駆動モードに応じた冷媒の流れの切り替えを、前記モータを通じた前記統合弁装置の制御によって行うモータ制御装置であって、前記統合弁装置は、単一の前記モータと、該モータの回転に基づいて開閉される複数の弁を有する弁本体部とを備え、前記制御部は、前記統合弁装置の温度が予め設定された規定値以上であるか否かを判定する温度判定処理と、前記統合弁装置の温度が前記規定値未満の場合、前記モータの回転トルクを、前記統合弁装置の温度が前記規定値以上の場合の回転トルクよりも高くする低温時処理とを行う。
上記態様によれば、統合弁装置の温度が規定値未満の場合、モータの回転トルクが通常駆動時(すなわち、統合弁装置の温度が規定値以上の時)よりも高くなるようにモータが制御される。これにより、統合弁装置の低温時にモータに掛かる負荷が大きくなる状況において、モータを高トルクで駆動することで統合弁装置の作動の不具合の発生を抑制でき、その結果、好適な統合弁装置の作動を実現できる。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記低温時処理において、前記モータの回転数を低下させる。
上記態様によれば、低温時処理においてモータの回転数を低下させることで、低温時処理時のモータの回転トルクを、通常駆動時のモータの回転トルクよりも高くすることができる。
上記態様によれば、低温時処理においてモータの回転数を低下させることで、低温時処理時のモータの回転トルクを、通常駆動時のモータの回転トルクよりも高くすることができる。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記低温時処理において、前記モータの回転数を段階的に低下させる。
上記態様によれば、低温時処理でモータの回転数を急激に変化させることなく低下させることができ、その結果、モータを安定して駆動することができる。
上記態様によれば、低温時処理でモータの回転数を急激に変化させることなく低下させることができ、その結果、モータを安定して駆動することができる。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記低温時処理において、前記モータに供給する駆動電流の電流値を上昇させる。
上記態様によれば、低温時処理においてモータに供給する駆動電流の電流値を上昇させることで、低温時処理時のモータの回転トルクを、通常駆動時のモータの回転トルクよりも高くすることができる。また、モータの駆動電流の電流値を変化させる制御は応答性に優れているため、統合弁装置の温度が規定値未満と判定されてから速やかにモータの回転トルクを上げることができる。
上記態様によれば、低温時処理においてモータに供給する駆動電流の電流値を上昇させることで、低温時処理時のモータの回転トルクを、通常駆動時のモータの回転トルクよりも高くすることができる。また、モータの駆動電流の電流値を変化させる制御は応答性に優れているため、統合弁装置の温度が規定値未満と判定されてから速やかにモータの回転トルクを上げることができる。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記低温時処理において、前記駆動電流の電流値の上昇を開始した後に前記モータの回転数を低下させる。
上記態様によれば、モータの回転数を変化させる前に駆動電流の電流値を増加させるため、モータを安定して駆動することができる。
上記態様によれば、モータの回転数を変化させる前に駆動電流の電流値を増加させるため、モータを安定して駆動することができる。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記統合弁装置の温度が前記規定値未満の領域から該規定値以上になったとき、前記モータの回転数の上昇を開始した後に前記駆動電流の電流値を低下させる。
上記態様によれば、駆動電流の電流値が高くなっている状態でモータの回転数を上げるため、モータを安定して駆動することができる。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記冷媒の温度情報、車両の外気温情報、制御部自身の温度情報の少なくとも1つに基づき前記統合弁装置の温度を算出し、その算出した温度に基づき前記温度判定処理を行う。
上記モータ制御装置において、前記制御部は、前記冷媒の温度情報、車両の外気温情報、制御部自身の温度情報の少なくとも1つに基づき前記統合弁装置の温度を算出し、その算出した温度に基づき前記温度判定処理を行う。
上記態様によれば、上記低温時処理を行うための特段の温度センサを弁本体部などに設けることなく、従来の車両の既存システムで得られる冷媒の温度情報や、車両の外気温情報や、制御部自身の温度情報に基づいて統合弁装置の温度を算出することができ、その結果、コストの削減に寄与できる。
上記モータ制御装置において、前記弁本体部は、前記モータの駆動に基づいて自身の軸方向に移動する軸部を備え、前記複数の弁は、前記軸部との軸方向への係合により開閉される。
上記態様によれば、モータによって駆動される軸部との軸方向への係合により複数の弁が開閉される統合弁装置に対して、低温時であっても好適な作動を実現できる。
上記課題を解決する統合弁装置は、車両用の冷凍サイクル装置に設けられる統合弁装置であって、モータと、前記モータの駆動力に基づいて開閉される複数の弁を有する弁本体部と、上記のモータ制御装置とを一体に備える。
上記課題を解決する統合弁装置は、車両用の冷凍サイクル装置に設けられる統合弁装置であって、モータと、前記モータの駆動力に基づいて開閉される複数の弁を有する弁本体部と、上記のモータ制御装置とを一体に備える。
上記態様によれば、モータ制御装置を一体に備えた統合弁装置において、低温時であっても好適な作動を実現できる。
上記課題を解決する熱交換器は、車両用の冷凍サイクル装置の一部を構成する熱交換器であって、上記の統合弁装置を一体に備える。
上記課題を解決する熱交換器は、車両用の冷凍サイクル装置の一部を構成する熱交換器であって、上記の統合弁装置を一体に備える。
上記態様によれば、モータ制御装置を含む統合弁装置を一体に備えた熱交換器において、低温時であっても好適な統合弁装置の作動を実現できる。
本発明のモータ制御装置、統合弁装置及び熱交換器によれば、低温時においても好適な統合弁装置の作動を実現できる。
以下、モータ制御装置、統合弁装置及び熱交換器の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。
図1に示すように、本実施形態の熱交換器10は、電動車両(ハイブリッド車、EV車など)の空調用の冷凍サイクル装置D(ヒートポンプサイクル装置)に用いられる。冷凍サイクル装置Dを備えた車両空調装置は、エバポレータ14によって冷やした空気を車室内に送風する冷房モードと、ヒータコア(図示略)によって温めた空気を車室内に送風する暖房モードとを切り替え可能に構成されている。また、冷凍サイクル装置Dの冷媒循環回路Daは、冷房モードに対応した循環回路と、暖房モードに対応した循環回路とに切り替え可能に構成されている。なお、冷凍サイクル装置Dの冷媒循環回路Daに流通される冷媒としては、例えばHFC系冷媒やHFO系冷媒を用いることができる。また、冷媒には、コンプレッサ11を潤滑するためのオイルが含まれることが好ましい。
冷凍サイクル装置Dは、冷媒循環回路Daにおいて、コンプレッサ11と、水冷コンデンサ12と、熱交換器10と、膨張弁13と、エバポレータ14(蒸発器)とを備えている。
コンプレッサ11は、車室外のエンジンルームに配置される電動式圧縮機であって、気相冷媒を吸引して圧縮し、それにより過熱状態(高温高圧)となった気相冷媒を水冷コンデンサ12側に吐出する。コンプレッサ11から吐出された高温高圧の気相冷媒は、水冷コンデンサ12内に流入する。なお、コンプレッサ11の圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構やベーン型圧縮機構などの各種圧縮機構を用いることができる。また、コンプレッサ11はその駆動源としてのモータの制御によって、冷媒吐出能力が制御されるようになっている。
水冷コンデンサ12は周知の熱交換器であって、冷媒循環回路Da上に設けられた第1熱交換部12aと、冷却水循環装置における冷却水の循環回路C上に設けられた第2熱交換部12bとを備える。なお、当該循環回路C上には、前記ヒータコアが設けられている。水冷コンデンサ12は、第1熱交換部12a内を流れる気相冷媒と第2熱交換部12b内を流れる冷却水との間で熱交換させる。すなわち、水冷コンデンサ12では、第1熱交換部12a内の気相冷媒の熱によって第2熱交換部12b内の冷却水が加熱される一方、第1熱交換部12a内の気相冷媒が冷却されるようになっている。従って、水冷コンデンサ12は、コンプレッサ11から吐出され第1熱交換部12aに流入した冷媒が持つ熱を、冷却水とヒータコアとを介して間接的に車両空調装置の送風空気に放熱させる放熱器として機能する。
水冷コンデンサ12の第1熱交換部12aを通過した気相冷媒は、後述の統合弁装置24を介して熱交換器10に流入する。熱交換器10は、車室外のエンジンルーム内における車両前方側の図示しないフロントグリルの近傍に配置される室外熱交換器であり、熱交換器10の内部を流通する冷媒と、図示しない送風ファンにより送風された車室外空気(外気)との間で熱交換させるものである。
膨張弁13は、熱交換器10から供給された液相冷媒を減圧膨張させる温度感応型の機械式膨張弁である。膨張弁13は、低温高圧状態の液相冷媒を減圧してエバポレータ14に供給する。
エバポレータ14は、冷房モード時において送風空気を冷却する冷却用熱交換器(蒸発器)である。膨張弁13からエバポレータ14に供給された液相冷媒は、エバポレータ14周辺(車両空調装置のダクト内)の空気と熱交換する。この熱交換によって、液相冷媒が気化し、エバポレータ14周辺の空気が冷却される。その後、エバポレータ14内の冷媒はコンプレッサ11に向けて流出され、該コンプレッサ11で再び圧縮される。
[熱交換器の構成]
熱交換器10は、第1熱交換部21と、過冷却器として機能する第2熱交換部22とを備える。さらに、熱交換器10は、第1及び第2熱交換部21,22と連結された貯液器23と、貯液器23に設けられた統合弁装置24とが一体に構成されてなる。すなわち、統合弁装置24は、車室外のエンジンルーム内における車両前方側の図示しないフロントグリルの近傍に配置される。第1熱交換部21の流入路21a及び流出路21bは、統合弁装置24と連通されている。また、第2熱交換部22の流入路22aは、貯液器23及び統合弁装置24と連通されている。
熱交換器10は、第1熱交換部21と、過冷却器として機能する第2熱交換部22とを備える。さらに、熱交換器10は、第1及び第2熱交換部21,22と連結された貯液器23と、貯液器23に設けられた統合弁装置24とが一体に構成されてなる。すなわち、統合弁装置24は、車室外のエンジンルーム内における車両前方側の図示しないフロントグリルの近傍に配置される。第1熱交換部21の流入路21a及び流出路21bは、統合弁装置24と連通されている。また、第2熱交換部22の流入路22aは、貯液器23及び統合弁装置24と連通されている。
第1熱交換部21は、内部に流通する冷媒の温度に応じて凝縮器又は蒸発器として機能する。貯液器23は気相冷媒と液相冷媒とを分離し、その分離した液相冷媒が貯液器23内に貯まるように構成されている。第2熱交換部22は、貯液器23から流入した液相冷媒と外気との間で熱交換させることで、該液相冷媒を更に冷却して該冷媒の過冷却度を高め、その熱交換後の冷媒を膨張弁13へと流す。なお、第1熱交換部21、第2熱交換部22及び貯液器23は、例えばボルト締結にて相互に連結されることで一体的に構成されている。
[統合弁装置の構成]
図2に示すように、統合弁装置24は、貯液器23内に配置される弁本体部25と、弁本体部25を駆動させるための単一のモータ26と、モータ26を通じて弁本体部25を制御する統合弁ECU27(モータ制御装置)と、一対のPTセンサ(第1PTセンサ28及び第2PTセンサ29)とを備えている。なお、統合弁ECU27を構成する図示しない回路基板は、モータ26に一体に設けられている。統合弁ECU27は、上位ECU(例えば、エアコンECU100)と電気的に接続されている。また、モータ26には、例えばステッピングモータなどが用いられる。
図2に示すように、統合弁装置24は、貯液器23内に配置される弁本体部25と、弁本体部25を駆動させるための単一のモータ26と、モータ26を通じて弁本体部25を制御する統合弁ECU27(モータ制御装置)と、一対のPTセンサ(第1PTセンサ28及び第2PTセンサ29)とを備えている。なお、統合弁ECU27を構成する図示しない回路基板は、モータ26に一体に設けられている。統合弁ECU27は、上位ECU(例えば、エアコンECU100)と電気的に接続されている。また、モータ26には、例えばステッピングモータなどが用いられる。
弁本体部25は、内部に冷媒が流通可能に構成されたハウジング30と、ハウジング30内に設けられた第1〜第3弁31〜33とを備えている。ハウジング30には、モータ26が一体に設けられている。
ハウジング30には、第1流入口41a及び第1流出口41bを有する第1流路41(高圧流路)と、第2流入口42aから第2流出口42bまでの流路である第2流路42と、前記第2流入口42aから第3流出口43bまでの流路である第3流路43(図4(b)参照)とが形成されている。
第1流路41の第1流入口41aは、水冷コンデンサ12(第1熱交換部12a)の吐出側と接続され、第1流路41の第1流出口41bは、第1熱交換部21(熱交換器10)の流入路21aと接続されている。すなわち、第1流路41は、コンプレッサ11から吐出される高圧冷媒を通す高圧流路として構成されている。
第2流入口42aは、第1熱交換部21の流出路21bと接続されている。第2流出口42bは、コンプレッサ11の流入側と接続されている。そして、第3流出口43bは、貯液器23の内部を通じて第2熱交換部22(熱交換器10)の流入路22aと連通されている。
第1弁31(高圧弁)は第1流路41に設けられ、第1流路41の開閉を行う。また、第2弁32は第2流路42に設けられ、第2流路42の開閉を行う。そして、第3弁33は第3流路43に設けられ、第3流路43の開閉を行う。
弁本体部25は、第1〜第3弁31〜33を駆動させるための軸部44をハウジング30内に備えている。軸部44はモータ26と同軸をなして駆動連結され、モータ26の駆動力に基づいて軸方向に進退するように構成されている。なお、以下では、説明の便宜上、軸部44における軸方向のモータ26側(軸方向基端側)を上側とし、軸部44における軸方向の反モータ側(軸方向先端側)を下側として説明する。
第1弁31は、軸部44と軸方向に係合可能とされた第1弁体51と、ハウジング30に固定された第1弁座52とを備えている。第1弁体51は、軸部44が挿通される貫通孔51aを有している。また、第1弁体51は、第1付勢部材53(圧縮コイルばね)によって軸方向の第1弁座52側に付勢されている。
第1弁体51は可変絞り弁54を有している。可変絞り弁54は、軸部44に設けられて軸部44と一体に動作するフランジ状の可変絞り弁体55と、該可変絞り弁体55にて開閉される弁座としての前記貫通孔51aとからなる。
第1弁体51は、可変絞り弁体55と軸方向に係合可能に構成されている。詳しくは、第1弁体51の上側端面には、可変絞り弁体55が内部に配置される筒部51bが一体に設けられ、その筒部51bには、可変絞り弁体55の上側に位置する係合部51cが設けられている。係合部51cは、軸部44が上側に移動したときに可変絞り弁体55と当接するように構成されている。また、筒部51bの周壁には、複数の流路51dが形成されている。
可変絞り弁体55は、第1弁体51の貫通孔51aの上側端部(開口)を開閉可能に構成されている。すなわち、可変絞り弁体55は、軸部44が下側に移動したときに貫通孔51aと当接して該貫通孔51aを閉塞する。なお、貫通孔51aの開口径は第1弁座52の開口径よりも小さい。
上記のように構成された第1弁31では、軸部44が上方に駆動されると、可変絞り弁体55の上端面が係合部51cに対して軸方向に当接し、第1弁体51が第1付勢部材53の付勢力に抗して上方に押し上げられ、第1弁座52から離隔する(図4(b)参照)。一方、軸部44が下方に駆動されると、第1弁体51は第1付勢部材53の付勢力によって押し下げられ、第1弁座52に当接して該第1弁座52の開口を閉塞する(図2及び図3(b)参照)。
また、第1弁体51が第1弁座52を閉塞する状態においては、筒部51b内の可変絞り弁体55の軸方向位置を調節することで、貫通孔51aに流れる冷媒の量の調節が可能となっている(図3(b)参照)。これにより、第1流路41に流れる冷媒の量の微調整が可能となっている。また、第1弁体51が第1弁座52を閉塞する状態では、第1流入口41aから流入した高圧冷媒は、貫通孔51aを通って減圧され、低圧の冷媒となって第1流出口41bから第1熱交換部21側に流れる。なお、第1弁座52及び貫通孔51aが共に閉塞されると、第1流路41が閉止される(第1流路41の開口面積がゼロとなる)。
図2及び図4(b)に示すように、第2弁32は、第2弁体61と、ハウジング30に固定された第2弁座62とを備えている。また、第3弁33は、第3弁体71と、ハウジング30に設けられた第3弁座72とを備えている。
第2及び第3弁体61,71は、1つの弁体部材80に一体的に設けられている。弁体部材80は、軸部44の軸方向に互いに対向する第2弁座62と第3弁座72との間に配置され、軸部44と軸方向に係合可能に構成されている。なお、第3弁座72は、第2弁座62よりも下側に配置されている。そして、第2弁体61は弁体部材80の上端面に、第3弁体71は弁体部材80の下端面にそれぞれ設けられている。また、弁体部材80は、第2付勢部材81(圧縮コイルばね)によって軸方向の第3弁座72側に付勢されている。第2弁体61及び第3弁体71を有する弁体部材80と、第2及び第3弁座62,72とは三方弁を構成している。なお、上記第1付勢部材53の第1弁体51に対する付勢力は、第2付勢部材81の弁体部材80に対する付勢力よりも大きく設定されている。
図4(b)に示すように、軸部44が上方に駆動されると、弁体部材80は、該弁体部材80の下側に位置し軸部44の外周面から突出する係合凸部82との係合によって、第2付勢部材81の付勢力に抗して上方に押し上げられ、弁体部材80の第3弁体71が第3弁座72から離隔する。その後、弁体部材80が更に上方に押し上げられると、弁体部材80の第2弁体61が第2弁座62に当接して該第2弁座62の開口を閉塞する。
一方、図2に示すように、軸部44が下方に駆動されると、弁体部材80は第2付勢部材81の付勢力によって押し下げられ、第3弁座72に当接して該第3弁座72の開口を閉塞する。なお、軸部44は、軸部44の下方駆動時において、弁体部材80の上端面と軸方向に当接可能な当接部83を有している。
統合弁ECU27は、モータ26に供給する駆動電流(以下、モータ駆動電流とも言う)を制御することでモータ26の駆動を制御する制御部27aを備えている。以下には、オープンループ制御によって位置決めが可能なステッピングモータをモータ26に用いた場合における制御部27aの制御について説明する。制御部27aは、モータ26に入力する駆動パルスの数によってモータ26の回転角度を管理する。そして、制御部27aは、イニシャライズ処理によって検出した原点位置P0に基づいて軸部44の位置制御を行う。本実施形態では、図2に示す、第1流路41(第1弁座52及び貫通孔51a)及び第3流路43(第3弁33)が閉止されるときの軸部44の位置(最下端位置)を原点位置P0とし、軸部44の上方駆動に伴い駆動パルスの加算を行う。
制御部27aは、モータ駆動電流の周波数を変えることでモータ26の回転数を調整する。具体的には、制御部27aはPWM制御によりモータ駆動電流を調整し、該PWM制御の制御周波数(PWM周波数)を変えることでモータ26の回転数を調整する。すなわち、PWM制御の制御周波数を高くすることでモータ26の回転数を大きく、PWM制御の制御周波数を低くすることでモータ26の回転数を小さく制御する。
また、制御部27aは、モータ駆動電流の電流値を調整する。制御部27aにてモータ駆動電流の電流値を可変する方法としては、PWM制御のデューティ比を変化させずに基準電流を可変する方法や、デューティ比自体を可変する方法などが挙げられる。また、制御部27aは、予め設定されたマップや計算式に基づいて、軸部44の軸方向位置に応じたモータ26の回転数(駆動電流の周波数)の指令値及び電流値の指令値を設定する。
第1PTセンサ28は、第1弁31の上流側(第1流入口41a側)の流路に設けられている。第1PTセンサ28は、第1弁31の上流側における冷媒の圧力及び温度を検出し、その情報を統合弁ECU27に出力する。第1PTセンサ28の圧力情報は、当該第1PTセンサ28で検出される冷媒の温度情報に基づいてより正確な値に補正される。第2PTセンサ29は、第1弁31の下流側(第1流出口41b側)の流路に設けられている。第2PTセンサ29は、第1弁31の下流側における冷媒の圧力及び温度を検出し、その情報を統合弁ECU27に出力する。第2PTセンサ29の圧力情報は、当該第2PTセンサ29で検出される冷媒の温度情報に基づいてより正確な値に補正される。なお、第1PTセンサ28及び第2PTセンサ29は、弁本体部25のハウジング30に設けられている。
制御部27aは、統合弁装置24の温度を推定する温度推定処理と、推定した統合弁装置24の推定温度が予め設定された規定値Tx以上であるか否かを判定する温度判定処理とを行う。また、制御部27aは、温度判定処理での判定結果に応じて低温時処理を行う。
本実施形態の温度推定処理では、制御部27aは、第1PTセンサ28及び第2PTセンサ29で得られた冷媒の温度情報と、エアコンECU100から得た車両の外気温情報と、制御部27a自身の温度情報とに基づいて、統合弁装置24の温度を推定する。なお、制御部27aは、ICの温度モニタのための図示しない温度センサを備え、該温度センサの情報を制御部27a自身の温度情報としている。
暖房モード時における冷凍サイクル装置D及び統合弁装置24の挙動を、図3(a)(b)及び図5に示す。なお、図5は、軸部44の軸方向位置(パルス数)に応じた第1〜第3流路41〜43の各々の開口面積(流路断面積)を示すグラフであり、第1流路41の開口面積を実線、第2流路42の開口面積を破線、第3流路43の開口面積を1点鎖線で示している。
暖房モードでは、軸部44は、第1弁体51の開動作が開始される位置P1(第1弁体51が第1弁座52から離れる位置)よりも原点位置P0側(下側)に位置する。すなわち、暖房モードでは、第1弁31(第1弁座52)は閉止されており、第1流路41の冷媒流量は可変絞り弁54によって調節される。このとき、コンプレッサ11で圧縮され水冷コンデンサ12(第1熱交換部12a)を介して第1流入口41aに供給される高圧冷媒は、可変絞り弁54の貫通孔51aを通って減圧され、低圧冷媒となって第1流出口41bから第1熱交換部21側に流れる。また、このとき、第3弁33が閉止され、第2弁32が開放される。
統合弁装置24の第1流出口41bから流入路21aを介して第1熱交換部21に流入した冷媒は、第1熱交換部21の内部を通った後、流出路21bを介して統合弁装置24の第2流入口42aに流入する。このとき、第3流路43(第3弁33)が閉止されるとともに、第2流路42(第2弁32)が開放されているため、第2流入口42aから流入した冷媒は、第2流路42の第2流出口42bから吐出される。そして、第2流出口42bから吐出された冷媒は、コンプレッサ11に吸引されて再度圧縮され、水冷コンデンサ12側に吐出される。
暖房モードから冷房モードへの切り替え時には、モータ26の駆動によって軸部44が上方駆動される。このとき、位置P1で第1弁31が開放された後、位置P2で第3弁33(第3流路43)が開放され、その後、上限位置P3(冷房モード位置)で第2弁32(第2流路42)が閉止される。
冷房モード時における冷凍サイクル装置D及び統合弁装置24の挙動を、図4(a)(b)及び図5に示す。
冷房モードでは、第1弁31(第1弁座52)が開放される。また、第3弁33(第3流路43)が開放されるとともに、第2弁32(第2流路42)が閉止される。
冷房モードでは、第1弁31(第1弁座52)が開放される。また、第3弁33(第3流路43)が開放されるとともに、第2弁32(第2流路42)が閉止される。
コンプレッサ11で圧縮され第1流入口41aに流入する高圧の気相冷媒は、第1弁座52の開口を通じて、減圧されずにそのまま第1流出口41bを介して第1熱交換部21に流入する。冷房モードにおいて、第1熱交換部21は凝縮器として機能する。すなわち、第1熱交換部21を通る冷媒は外気と熱交換し、その一部が液相に変化する。
第1熱交換部21を通った後、流出路21bを介して第2流入口42aに流入した冷媒は、第3流路43を通って第3流出口43bから吐出される。第3流出口43bから吐出された冷媒は、貯液器23及び流入路22aを介して第2熱交換部22に流入する。第2熱交換部22を通った後、該第2熱交換部22から吐出された冷媒は、膨張弁13を介してエバポレータ14に供給される。冷媒は、エバポレータ14での熱交換(送風空気の冷却)後、コンプレッサ11に向けて流出され、コンプレッサ11で再び圧縮される。
次に、通常駆動で暖房モードから冷房モードに切り替えるとき(すなわち、軸部44を原点位置P0から上限位置P3まで上方駆動させるとき)の統合弁ECU27の制御態様について説明する。
図6(a)(b)に示すように、統合弁ECU27の制御部27aは、上方駆動(冷房モード切り替え)の指令信号を受けると、モータ26の回転数(駆動電流の周波数)を第1の回転数r1とし、モータ駆動電流の電流値を第1の値A1とする。なお、このとき、制御部27aは、モータ26の回転数を第1の回転数r1まで段階的に増加させる。
その後、軸部44が、第1弁体51の開動作が開始される前記位置P1を通過する前に、制御部27aは、モータ26の回転数を第1の回転数r1から第2の回転数r2まで下げ、軸部44が位置P1を通過した後まで第2の回転数r2で一定とする。また、制御部27aは、軸部44が位置P1を通過する前に、モータ駆動電流の電流値を第1の値A1から第2の値A2まで上げ、軸部44が位置P1を通過した後まで第2の値A2で一定とする。これにより、軸部44が位置P1を通過するときに、モータ26が高トルクで駆動される。そして、軸部44が位置P1を通過した後、制御部27aは、モータ26の回転数を第1の回転数r1に戻し、モータ駆動電流を第1の値A1に戻し、それらの値で軸部44が上限位置P3に達するまで一定とする。
次に、制御部27aによる低温時処理について説明する。
温度推定処理で算出された統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上の場合には、制御部27aは、モータ26を上記のように通常駆動させる。すなわち、通常駆動では、モータ26の回転数は、軸部44の位置に応じて第1の回転数r1または第2の回転数r2に設定され、モータ駆動電流は、軸部44の位置に応じて第1の値A1または第2の値A2に設定される。そして、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、制御部27aは、モータ26の回転トルクを通常駆動時よりも高くする低温時処理を実行する。
温度推定処理で算出された統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上の場合には、制御部27aは、モータ26を上記のように通常駆動させる。すなわち、通常駆動では、モータ26の回転数は、軸部44の位置に応じて第1の回転数r1または第2の回転数r2に設定され、モータ駆動電流は、軸部44の位置に応じて第1の値A1または第2の値A2に設定される。そして、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、制御部27aは、モータ26の回転トルクを通常駆動時よりも高くする低温時処理を実行する。
ここで、図7には、モータ26の回転数が第1の回転数r1で、モータ駆動電流が第1の値A1でモータ26を駆動しているときに、低温時処理を実行する状況を一例として示している。なお、低温時処理は、軸部44の駆動が上方駆動であるか下方駆動であるかに関わらず、モータ26の駆動時において、温度判定処理で統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満と判定された場合に実行される。
同図に示すように、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上の領域から規定値Tx未満の領域に切り替わったとき、制御部27aは、まず、モータ駆動電流を第1の値A1から第3の値A3まで引き上げる。第3の値A3は、第2の値A2よりも大きな値に設定されている。その後、制御部27aは、モータ26の回転数を第1の回転数r1から第3の回転数r3まで段階的に(例えば1次関数的に)低下させる。ここで、制御部27aは、温度判定処理で統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満と判定された時点からの経過時間が所定時間に達したとき、または、温度判定処理で統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満と判定された軸部44の位置から所定量だけ軸部44が移動したときに、モータ26の回転数の低下を開始する。第3の回転数r3は、第2の回転数r2よりも小さな値に設定されている。
その後、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満である状態では、制御部27aは、モータ26の回転数を第3の回転数r3、モータ駆動電流を第3の値A3でそれぞれ一定とする。
統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の領域から規定値Tx以上の領域に切り替わったとき、モータ26の駆動を通常駆動に戻す。このとき、制御部27aは、まず、モータ26の回転数を第3の回転数r3から第1の回転数r1まで段階的に(例えば1次関数的に)上昇させる。その後、制御部27aは、モータ駆動電流を第3の値A3から第1の値A1まで低下させる。ここで、制御部27aは、温度判定処理で統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上と判定された時点からの経過時間が所定時間に達したとき、または、温度判定処理で統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上と判定された軸部44の位置から所定量だけ軸部44が移動したときに、モータ駆動電流の低下を開始する。
本実施形態の作用について説明する。
統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、モータ駆動電流を上昇させ、モータ26の回転数を低下させることで、モータ26の回転トルクを増加させている。これにより、低温時に、軸部44及び第1〜第3弁31〜33の機構に使用されるグリスなどの潤滑剤の粘性が高くなることなどに起因して、モータ26に掛かる負荷が大きくなった場合でも、その負荷に対抗する回転トルクを出力させることが可能となる。その結果、モータ26を脱調させることなく駆動することができる。
統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、モータ駆動電流を上昇させ、モータ26の回転数を低下させることで、モータ26の回転トルクを増加させている。これにより、低温時に、軸部44及び第1〜第3弁31〜33の機構に使用されるグリスなどの潤滑剤の粘性が高くなることなどに起因して、モータ26に掛かる負荷が大きくなった場合でも、その負荷に対抗する回転トルクを出力させることが可能となる。その結果、モータ26を脱調させることなく駆動することができる。
本実施形態の効果について説明する。
(1)モータ制御装置としての統合弁ECU27は、冷凍サイクル装置Dにおける統合弁装置24の駆動源であるモータ26を制御する制御部27aを備え、モータ26を通じた統合弁装置24の制御によって、冷凍サイクル装置Dの駆動モード(冷房モード及び暖房モード)に応じた冷媒の流れの切り替えを行う。そして、制御部27aは、統合弁装置24の推定温度が予め設定された規定値Tx以上であるか否かを判定する温度判定処理と、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、モータ26の回転トルクを、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上の場合の回転トルクよりも高くする低温時処理とを行う。
(1)モータ制御装置としての統合弁ECU27は、冷凍サイクル装置Dにおける統合弁装置24の駆動源であるモータ26を制御する制御部27aを備え、モータ26を通じた統合弁装置24の制御によって、冷凍サイクル装置Dの駆動モード(冷房モード及び暖房モード)に応じた冷媒の流れの切り替えを行う。そして、制御部27aは、統合弁装置24の推定温度が予め設定された規定値Tx以上であるか否かを判定する温度判定処理と、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、モータ26の回転トルクを、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上の場合の回転トルクよりも高くする低温時処理とを行う。
上記態様によれば、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の場合、モータ26の回転トルクが通常駆動時(すなわち、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx以上の時)よりも高くなるようにモータ26が制御される。これにより、統合弁装置24の低温時にモータ26に掛かる負荷が大きくなる状況において、モータ26を高トルクで駆動することで、モータ26にステッピングモータを用いた場合の脱調の発生を抑制できる。従って、統合弁装置24の作動の不具合の発生を抑制でき、その結果、好適な統合弁装置24の作動を実現できる。
(2)制御部27aは、低温時処理においてモータ26の回転数を低下させる。これにより、低温時処理時のモータ26の回転トルクを、通常駆動時のモータ26の回転トルクよりも高くすることができる。
(3)制御部27aは、低温時処理においてモータ26の回転数を段階的に低下させる。この態様によれば、低温時処理でモータ26の回転数を急激に変化させることなく低下させることができる。このため、モータ26にステッピングモータを用いた場合の脱調の発生をより抑制でき、その結果、モータ26を安定して駆動することができる。
(4)制御部27aは、低温時処理においてモータ駆動電流の電流値を上昇させる。これにより、低温時処理時のモータ26の回転トルクを、通常駆動時のモータ26の回転トルクよりも高くすることができる。また、モータ駆動電流の電流値を変化させる制御は応答性に優れているため、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満と判定されてから速やかにモータ26の回転トルクを上げることができる。
(5)制御部27aは、低温時処理においてモータ駆動電流の電流値の上昇を開始した後にモータ26の回転数を低下させる。この態様によれば、モータ26の回転数を変化させる前にモータ駆動電流の電流値を増加させるため、モータ26にステッピングモータを用いた場合の脱調の発生をより抑制でき、その結果、モータ26を安定して駆動することができる。
(6)制御部27aは、統合弁装置24の推定温度が規定値Tx未満の領域から該規定値Tx以上になったとき、モータ26の回転数の上昇を開始した後にモータ駆動電流の電流値を低下させる。この態様によれば、モータ駆動電流の電流値が高くなっている状態でモータ26の回転数を上げるため、モータ26にステッピングモータを用いた場合の脱調の発生をより抑制でき、その結果、モータ26を安定して駆動することができる。
(7)制御部27aは、冷媒の温度情報、車両の外気温情報、及び制御部27a自身の温度情報の3つの温度情報に基づき統合弁装置24の推定温度を算出し、その算出した温度に基づき温度判定処理を行う。この態様によれば、統合弁装置24の温度を精度良く算出できるため、より適切な状況で低温時処理を実行することができ、その結果、より好適な統合弁装置24の作動を実現できる。また、低温時処理を行うための特段の温度センサを例えば弁本体部25などに設けることなく、従来の車両の既存システムで得られる温度情報に基づいて統合弁装置24の温度を算出することができ、その結果、コストの削減に寄与できる。
(8)弁本体部25は、モータ26の駆動に基づいて自身の軸方向に移動する軸部44を備え、第1〜第3弁31〜33は、軸部44との軸方向への係合により開閉される。この態様によれば、モータ26によって駆動される軸部44との軸方向への係合により第1〜第3弁31〜33が開閉される統合弁装置24に対して、低温時であっても好適な作動を実現できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態の温度推定処理では、制御部27aは、冷媒の温度情報、車両の外気温情報、制御部27a自身の温度情報の3つの温度情報に基づいて統合弁装置24の温度を推定する。しかしながら、これに特に限定されるものではなく、上記3つの温度情報のうちのいずれか2つの組み合わせ、または、上記3つの温度情報のいずれか1つに基づいて統合弁装置24の温度を推定してもよい。
・上記実施形態の温度推定処理では、制御部27aは、冷媒の温度情報、車両の外気温情報、制御部27a自身の温度情報の3つの温度情報に基づいて統合弁装置24の温度を推定する。しかしながら、これに特に限定されるものではなく、上記3つの温度情報のうちのいずれか2つの組み合わせ、または、上記3つの温度情報のいずれか1つに基づいて統合弁装置24の温度を推定してもよい。
・上記実施形態の制御部27aは、冷媒の圧力と温度の両方を検出する第1PTセンサ28及び第2PTセンサ29から冷媒の温度情報を取得しているが、これに限らず、冷媒の温度のみを検出する温度センサから冷媒の温度情報を取得してもよい。
・上記実施形態では、低温時処理中のモータ26の駆動を通常駆動に戻すとき、モータ26の回転数が第1の回転数r1まで上がりきった後に、モータ駆動電流を第1の値A1まで低下させるが、これに限らず、モータ26の回転数を第1の回転数r1まで段階的に上昇させている途中で、モータ駆動電流を第1の値A1まで低下させてもよい。
・上記実施形態において、低温時処理におけるモータ26の励磁方式をマイクロステップ励磁とすることで、モータ26の回転数を低下させて回転トルクを上昇させてもよい。
・上記実施形態では、軸部44の最下端位置を原点位置P0としているが、軸部44の最上端位置(上限位置P3)を原点位置P0としてもよい。
・上記実施形態では、軸部44の最下端位置を原点位置P0としているが、軸部44の最上端位置(上限位置P3)を原点位置P0としてもよい。
・上記実施形態の暖房モードから冷房モードへの切り替え時では、モータ26の回転トルクを上げた状態(すなわち、モータ26の回転数が第2の回転数r2とされ、電流値が第2の値A2とされた状態)で、第1弁体51の開動作が開始される位置P1を軸部44が通過するように電流制御される。しかしながら、これに限らず、モータ26の回転数を第1の回転数r1とし、電流値を第1の値A1として回転トルクを変えずに、軸部44が位置P1を通過するように電流制御してもよい。
・モータ26にはステッピングモータ以外にブラシレスの同期モータやブラシ付きモータなどを用いることも可能である。なお、ブラシ付きモータの場合、モータ印加電圧を変えることでモータの回転数を調節できる。
・上記実施形態では、制御部27aの機能を、統合弁装置24に一体に設けられる統合弁ECU27に備えたが、これに特に限定されるものではなく、例えば、エアコンECU100などの上位ECUに備えてもよい。
・上記実施形態の統合弁装置24における複数の弁(第1〜第3弁31〜33)の開閉機構などの構成は例示であり、冷凍サイクル装置Dの構成などに応じて、上記実施形態以外の構成に変更してもよい。
D…冷凍サイクル装置、10…熱交換器、24…統合弁装置、25…弁本体部、26…モータ、27…統合弁ECU(モータ制御装置)、27a…制御部、31…第1弁、32…第2弁、33…第3弁、44…軸部、Tx…規定値。
Claims (10)
- 車両用の冷凍サイクル装置に設けられた統合弁装置の駆動源であるモータを制御する制御部を備え、
前記冷凍サイクル装置の駆動モードに応じた冷媒の流れの切り替えを、前記モータを通じた前記統合弁装置の制御によって行うモータ制御装置であって、
前記統合弁装置は、単一の前記モータと、該モータの回転に基づいて開閉される複数の弁を有する弁本体部とを備え、
前記制御部は、前記統合弁装置の温度が予め設定された規定値以上であるか否かを判定する温度判定処理と、前記統合弁装置の温度が前記規定値未満の場合、前記モータの回転トルクを、前記統合弁装置の温度が前記規定値以上の場合の回転トルクよりも高くする低温時処理とを行う、モータ制御装置。 - 前記制御部は、前記低温時処理において、前記モータの回転数を低下させる、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記制御部は、前記低温時処理において、前記モータの回転数を段階的に低下させる、請求項2に記載のモータ制御装置。
- 前記制御部は、前記低温時処理において、前記モータに供給する駆動電流の電流値を上昇させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記制御部は、前記低温時処理において、前記駆動電流の電流値の上昇を開始した後に前記モータの回転数を低下させる、請求項2又は3に従属する請求項4に記載のモータ制御装置。
- 前記制御部は、前記統合弁装置の温度が前記規定値未満の領域から該規定値以上になったとき、前記モータの回転数の上昇を開始した後に前記駆動電流の電流値を低下させる、請求項5に記載のモータ制御装置。
- 前記制御部は、前記冷媒の温度情報、車両の外気温情報、制御部自身の温度情報の少なくとも1つに基づき前記統合弁装置の温度を算出し、その算出した温度に基づき前記温度判定処理を行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記弁本体部は、前記モータの駆動に基づいて自身の軸方向に移動する軸部を備え、
前記複数の弁は、前記軸部との軸方向への係合により開閉される、請求項1〜7のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 車両用の冷凍サイクル装置に設けられる統合弁装置であって、
モータと、
前記モータの駆動力に基づいて開閉される複数の弁を有する弁本体部と、
請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置と
を一体に備えた統合弁装置。 - 車両用の冷凍サイクル装置の一部を構成する熱交換器であって、請求項9に記載の統合弁装置を一体に備えた熱交換器。
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