JPH02283982A - 電磁式比例流量制御弁の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電磁式比例流量制御弁の駆動装置に関し、特
にその駆動方式の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、電磁式比例流量側？ａ弁はその電磁コイルに
印加する電流の繰り返しパルスのデユーティ比に応じて
弁体を弁座から離間させて流通流量を制御するようにし
ている。

しかし、弁体の振動を小さくするため、高い周波数で制
御すると、弁特性すなわち得られる流量にヒステリシス
が生じてしまう。このヒステリシスを解消すべくデイ−
ティ比に応じてディザを加えることは公知であり、特開
昭５７−１５７８７８号公報、特公昭６２−５６３３６
号公報にて提案されているように、ディザの周波数、大
きさを変えるようにしたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、本発明者らによると、流体のもつ圧力の
弁体への作用状態によっては加うるべき最適ディザは同
一のデユーティ比であっても変化することが判明した。

すなわち、加えたディザが最適値よりも大きいときは圧
力脈動が大きくなるため音や振動が発生し、逆に最適値
より小さいときは弁特性にヒステリシスが生じてしまう
という問題がある。

本発明は上記問題を鑑みてなされたもので、流体の圧力
作用が変化しても最適なディザのもとて電磁式比例流量
制御弁を駆動することのできる電磁式比例流量制御弁の
駆動装置を堤供することを目的とする。

〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は上記目的を達成するため、第１０図の基本構成
図に示すように、電磁コイルに印加する電流パルスを発
生する駆動信号発生手段と、前記電流パルスに加えるデ
ィザを発生するディザ発生手段と、 前記電磁コイルを含み、前記ディザを含む前記電流パル
スのデユーティ比に応じて弁機構を駆動する駆動手段と
を備え、 前記駆動手段によって前記弁機構を流通する流体の流量
を制御する電磁式比例流量制御弁を駆動する駆動装置で
あって、 前記弁機構を流通する流体の圧力脈動を検出する圧力脈
動検出手段と、 前記圧力脈動に応じて前記ディザを補正する補正手段と
を具備するという技術的手段を採用する。

（作用〕 上記構成においてその作用を説明する。

圧力脈動検出手段によって電磁式比例流量制御弁の弁機
構を流通する流体の圧力脈動を検出する。

この圧力脈動に応じてディザ発生手段の発生するディザ
を補正手段にて補正する。補正手段によって補正された
ディザが、電磁式比例流量制御弁の弁機構を駆動するた
めに電磁式比例流量制御弁の電磁コイルに印加する電流
パルスすなわち駆動信号発生手段の発生する電流パルス
に加えられ、そのディザを含む電流パルスのデユーティ
比に応じて駆動手段によって電磁式比例流量制御弁の弁
機構が制御される。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明一実施例を車両用空気調和装置に適用し
たものの全体構成図で、その電磁式比例流量制御弁とし
ての電気式膨張弁の断面図を第２図に示す。

第１図において、１０はコンプレッサ（圧縮機）で、電
磁クラッチ１１を介して車両エンジン１２より駆動され
る。

コンプレッサｌＯの吐出側には凝縮器１３が接続されて
おり、この凝縮器１３はコンプレッサｌＯから吐出され
たガス冷媒を冷却用ファン１４によって送風される冷却
空気により冷却して凝縮する。冷却ファン１４はモータ
１４ａにより駆動される。

凝縮器１３の下流側には、液冷媒を溜めるレシーバ１５
を介して電気式膨張弁１６が接続されている。この膨張
弁１６は後述するようにその弁開度が電気的に制御され
るものであって、レシーバ１５からの液冷媒を減圧膨張
させる。

電気式膨張弁１６の下流側には蒸発器１７が接続されて
おり、この蒸発器１７は膨張弁１６を通過した気液２相
冷媒と送風ファン１８によって送風される車室内又は車
室外空気とを熱交換して液冷媒を蒸発させる。冷媒の蒸
発潜熱により冷却された冷風は、ヒータユニット２４を
介して車室内へ吹出す。ヒータユニット２４には、周知
のごとくエンジン冷却水を熱源とするヒータコア２４１
、このヒータコア２４１を通過して過熱される温風とヒ
ータコア２４１のバイパス路２４２を通過する冷風の風
量割合を調節して車室内への吹出空気温度を調節する温
度制御ダンパ２４３等が内蔵されている。蒸発気１７の
下流側はコンプレッサ１０の吸入側に接続されている。

１９は電気式膨張弁１６の入口側配管部に設置され、電
気式膨張弁入口の冷媒圧力Ｐ、を検出する圧力センサで
ある。

２０は蒸発器１７の出口配管部に設置され、蒸発器出口
側の冷媒圧力Ｐ、を検出する圧力センサである。

２１は蒸発器１７の出口配管部に設置され、蒸発器出口
側の冷媒温度Ｔａを検出する冷媒温センサで、サーミス
タよりなる。この冷媒温センサ２■は出口配管内に設置
して冷媒温度を直接検出する方式と、出口配管の表面に
密着固定するとともに、断熱材でセンサ取付部を被覆し
て配管表面温度を検出する方式のいずれでもよいが、実
用上は検出温度の精度の面から前者の方式が有利である
。

２２は制御回路で、上記各センサ１９，２０゜２１の検
出信号が入力される入力回路２２ａと、この入力回路２
２ａからの入力信号に基づいて所定の演算処理を行うマ
イクロコンピュータ２２ｂと、このマイクロコンピュー
タ２２ｂの出力信号に基づいて電磁クラッチ１１．電気
式膨張弁１６への通電を制御する出力回路２２ｃとを有
している。

入力回路２２ａはアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器等を内蔵しており、また出力回路２２
ｃは、負荷を駆動するリレー回路等を内蔵している。

一方、マイクロコンピュータ２２ｂは、単一チップのＬ
ＳＩからなるディジタルコンピュータにより形成されて
おり、このマイクロコンピュータ２２ｂは定電圧回路（
図示しない）から定電圧を受けて作動準備完了状態にお
かれる。この場合、前記定電圧回路は自動車エンジン１
２のイグニッションスイッチ（図示しない）の閉成に応
答して車載の直情型ａ（バッテリ）から直流電源を受け
て前記定電圧を生じる。マイクロコンピュータ２２ｂは
、中央処理装置（以下ＣＰＵと称する）。

メモＩＪ　（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、　クロック回路等を備
えており、これらＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、
クロック回路はパスラインを介して互いに接続されてい
る。マイクロコンピュータ２２ｂのメモリ（ＲＡＭ）は
入力回路２２ａからの各ディジタル信号を受けて一時的
に記憶し、これら各信号をＣＰＵに選択的に付与する。

マイクロコンピュータ２２ｂのクロック回路は、水晶発
振器と協働して所定周波数を有するクロック信号を発生
し、これに基づいてマイクロコンピュータ２２ｂにおけ
る所定の制御プログラムの実行を許容する。

マイクロコンピュータ２２ｂのメモリ（ＲＯＭ）内には
、後述するような演算処理をマイクロコンピュータ２２
ｂ内にて実行するために前記所定の制御プログラムが予
め記憶されている。

第２図はりニアソレノイドから成る電気式膨張弁１６の
具体的構造を例示するものであって、１６０はベース部
材で、その一端側にレシーバ１５につながる冷媒入口通
路１６１を有し、他端側に蒸発器１７につながる冷媒出
口通路１６２を有している。１６３は非磁性体からなる
円筒状部材で、冷媒を減圧膨張させる２つの弁孔１６３
ａ、１６３ｂを対称位置に開口している。１６４は円筒
部材１６３の内周に摺動自在に挿入された磁性体製のプ
ランジャであり、励磁コイル１６６に通電しない状態で
はコイルスプリング１６５により押圧されて最下端の位
置にあって、２つの弁孔１６３ａ、１６３ｂをプランジ
ャ１６４の側面により全閉している。

１６７はプランジャ１６４に対向設置された固定磁極部
材で、その対向面はテーパ形状から成り円筒状ヨーク１
６８の上端に固定されている。１６９は上記部材１６４
，１６７．１６８とともに励磁コイル１６６の磁気回路
を構成する磁性端板である。励磁コイル１６６に通電す
ると、プランジ中１６４と固定ｔ〃極部材１６７との間
に磁気吸引力が生じ、プランジャ１６４はコイルスプリ
ング１６５のばね力に抗して固定磁極部材１６７に吸着
され、弁孔１６３ａ、１６３ｂをプランジャ外周のリン
グ状溝１６４ａにより連通ずる。従って、励磁コイル１
６６に高周波のパルス波形の電圧を印加するこきにより
プランジャ１６４に生じる吸引力とスプリング力とがつ
り合う位置でプランジャ１６４が静止して、弁孔１６３
ａ、１６３ｂの開度を調整する。そして、磁性コイル１
６６へのパルス波形入力電圧のデイ−ティ比ＤＴｎ（所
定周波数〔におけるオン−オフの比率）を変えることに
より、弁孔１６３ａ、１６３ｂの開閉比率が変化して、
冷媒流量を調節できる。つまり、励磁コイル１６６への
入力電圧のデユーティ比を変えることにより、膨張弁１
６の弁開度を調節する。

なお、プランジャ１６４が静止してしまうと、円筒部材
１６３とプランジャ１６４の接触面で静摩擦力が生じ、
次の微少弁開度すなわらプランジャ１６４を微少変化さ
せる場合にその静摩擦力に打ち勝つだけの力を加える必
要がある。しかし、プランジャ１６４が移動状態となる
と静止時の摩擦力より小さい動摩擦状態となり、加えた
力によりステインクスリップ現象を引き起こし、微少な
変位を制御するのが困難となる。そのため、周期的な外
乱を加え、常にプランジャ１６４を微少振動させて動摩
擦状態においておくことでディザ効果を得るようにし、
微少な弁過渡制御を可能としている。

また、このディザの大きさは、電気式膨張弁１６の上流
側に配設された圧力センサ１９によって検出される冷媒
圧力Ｐ、の変動の大きさに応して決まるもので、第６図
の制御特性図に従って制御回路２２で処理されるように
なっている。

次に、第３図から第５図に示すフローチャー１・に従っ
て、電気式膨張弁１６を制御するために制御回路２２で
行われる演算処理について説明する。

第３図は電気式膨張弁１６の制御量を演算するフローチ
ャート、第４図は電気式膨張弁１６の上流側圧力脈動Δ
ＰＨを求めてディザの補正量を決定する割込みフローチ
ャート、第５図は電気式膨張弁１６を駆動する割込みフ
ローチャートである。

図示しない空気調和装置作動スイツチが投入されると、
第３図のステップ３０１にて電気式膨張弁１６の制御が
開始される。次のステップ３０２では初期条件として、
膨張弁制御の目標とする冷媒過熱度Ｓ　ＨＯ、後述する
ステップ３０７で行われるＰＩＤ制御の比例ゲイン、積
分時間、微分時間、起動時の膨張弁弁開度すなわちデユ
ーティ比。

基準となるディザの大きさΔＤＴ、膨張弁上流の圧力の
最大限ＰＨ，，，，最小値ＰＨＭｉ、の初期値等の設定
を行う。次のステップ３０３で蒸発器１７出口の冷媒温
度’ｒ”Ｒ，圧力Ｐ、を検出し、次のステップ３０４で
冷媒圧力Ｐｉに対する飽和温度Ｔ３を算出し、ステップ
３０５で冷媒過熱度Ｓ　Ｈを決定する。そして次のステ
ップ３０６で目標とする冷媒過熱度ＳＨＯと実際の冷媒
過熱度により偏差ｅｎを求め、ステップ３０７でこの偏
差ｅｎを用いてＰＩＤ制御式により膨張弁開度に対応す
るデユーティ比ＤＴを算出する。そしてステップ３０８
でサンプリングタイムθだけカウントした後、ステップ
３０３へ戻る。

ステップ３０３がらステップ３０８が繰り返し実行され
、そして第４図に示すタイマ割込みフローチャートに従
って加えるディザの大きさが周期的に補正される。すな
わち、ステップ４０２において圧力センサ１９により膨
張弁１６上流の冷媒圧力Ｐ、を検出する。次のステップ
４０３では、周波数４０Ｈｚで振幅が＋ｌがら−１のパ
ルス信号Ｓを発生し、その時刻の信号Ｓの値（＋１゜■
）を決定する。このパルス信号Ｓにょリティザ発生タイ
ミングすなわち周期が決定される。次のステップ４０４
でパルス信号Ｓの符号を判定し、パルス信号Ｓが１周期
変化したが否がっまりディザの工周期が前回の処理から
経過しているがどうかを判定する。ステップ４０４での
判定がＹＥＳ、すなわち信号Ｓが前回の処理から１周期
経過していない時はステップ４０８へ進み、その時の冷
媒圧力Ｐ、をＰ　Ｈｍｉ　ｌｌ＋　Ｐ　ＨＭ、、ｌと比
較し、ＰＨ＜Ｐ　Ｈ□、７もしくはＰＩＩ＞ＰＨａ□を
満たす時は、ＰＨ，％、、、もしくはＰ　Ｈｌ、ＸをＰ
、に更新し、一方満たさない時はそのままステップ４０
２へ戻る。

一方、ステ・ノブ４０４での判定がＮｏのとき、すなわ
ちパルス信号Ｓが前回の処理から１周期を経過している
時にはステップ４０５へ進む。ステップ４０５では、冷
媒圧力ＰＨの最大値Ｐ　Ｈ□８および最小値ＰＨ，，，
，より圧力脈動ΔＰＨを算出する。次のステップ４０６
ではステップ４０５で算出した圧力脈動ΔＰＨにより、
第６図の制御特性図に示す関係よりディザの補正量αを
算出する。

そして次のステップ４０７にて、Ｐ　Ｈ□＋１＋　Ｐ　
ｌ−１、、。

を第３図のステップ３０２にて設定した初期値にもどす
。

以上述べたようにして、電気式膨張弁１６を駆動するデ
ユーティ比と、それに加えるディザが決定され、第５図
に示すタイマ割込みフローチャートに従って電気式膨張
弁１６が駆動され、その弁開度が制′４１１１される。

すなわち第５図において、ステップ５０２でデユーティ
比ＤＴを決定する。ステップ５０２０制御式の右辺にお
いて、ＤＴは第３図のステップ３０７で算出されたデユ
ーティ比、Ｓはその時のパルス信号の値、ΔＤＴは基準
となるディザの大きさ、αは第４図ステップ４０６にて
算出されたディザの補正量である。なお、ステップ５０
２の制御式は、ステップ３０７で算出されたデユーティ
上ＬＤＩに信号Ｓの周７ｇ１をもって（ΔＤＴ＋α）の
変動幅で振動するディザを加えていることを示しており
、ディザの大きさは（ΔＤＴ＋α）すなわち圧力脈動Δ
Ｐ　Ｈによって決められていることを示している。そし
てステップ５０２で算出されたディザを含むデユーティ
比によって、ステップ５０３にて電気式膨張弁１６が駆
動される。

上述のように本実施例における電気式膨張弁の弁開度制
御は、膨張弁の上流側の冷媒圧力ＰＨを検出し、圧力脈
動ΔＰ　Ｈを求め第６図の関係よりディザの補正量αを
算出し、ディザの大きさを（ΔＤＴ＋α）としてデユー
ティ比を決定することにより行っている。すなわち、圧
力脈動が大きいときはディザの大きさは小さく、逆に圧
力脈動が小さいときはディザの大きさは大きくするよう
にして、最適なディザを与えるようにしている。

なお、上記実施例においては、ディザ発生周波数を４０
　Ｈｚとしているが、これに限らず他の周波数で発生さ
せてもよい。またＩ　ｌ１ｉｌ！ｉＪ］　（２５ｍ５ｅ
ｃ）での圧力脈動を用いてディザの大きさを補正してい
るが、過去数回分の圧力脈動を検出して、その平均値を
用いるようにしたものでもよい。

なお、上記実施例では、ディザの大きさを第７図に示す
ようにデユーティ比の変化幅とし、その大きさを変化さ
せるようにするものであったが、ディザを第８図、第９
図に示すもののようにしてその大きさを変化するように
したものでもよい。

第８図において、ディザとは周期的にデユーティ比をＯ
ｌすなわち電気式膨張弁１６の励磁コイル１６６を、非
導通とすることで、ディザの大きさとはその非導通時間
の長さである。また第９図は電気式膨張弁１６の駆動周
波数を変えるものであり、ディザの大きさは周波数の高
低幅である。

また、上記実施例では膨張弁上流の冷媒圧力の圧力脈動
によってディザの大きさを補正しているが、膨張弁下流
の冷媒圧力の圧力脈動によってディザの大きさを補正す
るようにしてもよい。また、膨張弁の弁開度によって弁
体のうける冷媒圧力作用が変化することを考えれば、弁
体の動きすなわちプランジャ１６４そのもののストロー
ク量を検出してディザの大きさ補正するようにしてもよ
い。

また、上記種々の実施例において、電磁式比例流量制御
弁を空気調和装置の電気式膨張弁としているが、これに
限らず、例えば空燃比制御装置等にも本発明は適用でき
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、電流パルスに加え
られ電磁式比例流量制御弁の弁機構を制御するディザが
、圧力脈動検出手段によって検出された前記弁機構を流
通する流体の圧力脈動に応して補正手段によって補正さ
れるようになっているから、流体の圧力作用が変化して
も最適なディザのもとて電磁式比例流量制御弁を駆動す
ることができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例を車両用空気調和装置に適用し
たものの全体構成図、第２図は電気式膨張弁の断面図、
第３図は電気式膨張弁の制御量の演算フローチャート、
第４図は圧力脈動を求めてディザの補正量をきめる割込
みフローチャート、第５図は電気式膨張弁を駆動させる
割り込みフローチャート、第６図は補正量と圧力脈動の
関係を示す制御特性図、第７図から第９図はディザの大
きさの説明図、第１０図は本発明の基本構成図である。 １６・・・電気式膨張弁、１９・・・圧力センサ、２２
・・・制御回路、１６６・・・励磁コイル、１６３ａ、
１６３ｂ・・・弁孔、１６４・・・プランジャ、１６４
ａ・・・リング状溝。 ｙ １１餘張弁上う糺側五力ｊＬｉ力 △ＰＨ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電磁コイルに印加する電流パルスを発生する駆動
   信号発生手段と、 前記電流パルスに加えるディザを発生するディザ発生手
   段と、 前記電磁コイルを含み、前記ディザを含む前記電流パル
   スのデューティ比に応じて弁機構を駆動する駆動手段と
   を備え、 前記駆動手段によって前記弁機構を流通する流体の流量
   を制御する電磁式比例流量制御弁を駆動する駆動装置で
   あって、 前記弁機構を流通する流体の圧力脈動を検出する圧力脈
   動検出手段と、 前記圧力脈動に応じて前記ディザを補正する補正手段と
   を具備する電磁式比例流量制御弁の駆動装置。
2. （２）前記補正手段によるディザの補正は、前記圧力脈
   動が大きいときは前記ディザの大きさを小さく、前記圧
   力脈動が小さいときは前記ディザの大きさを大きくする
   よう、前記圧力脈動に応じて前記ディザの大きさを変化
   させるものであることを特徴とする請求項１記載の電磁
   式比例流量制御弁の駆動装置。