(57)【要約】【課題】簡単な構成で、弁体に作用する負荷が変動しても、流量制御の分解能および応答性を確保することができる膨張弁装置を提供する。【解決手段】トルク推定部によって弁体５３に作用する負荷を推定する。そしてＥＣＵ１０は、トルク推定部によって推定された負荷に応じてマイクロステップ駆動の制御を実施する。したがって負荷の大小によってマイクロステップ駆動の制御が異なることになる。これによって弁体５３に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、流量制御の分解能および応答性を確保することができる。【選択図】図７
2012237498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクル（３）に設けられ、前記冷凍サイクルを循環する冷媒を減圧膨張可能な膨張弁装置（５０）であって、
内部に冷媒が流通する冷媒通路（５１ａ）が形成されたハウジング（５１）と、
前記ハウジング内に設けられ、前記冷媒通路の開度を変更可能な弁体（５３）と、
ステッピングモータ（５５）を有し、前記ステッピングモータの回転角度に応じて前記弁体を変位させ前記開度を調節する電動駆動部（５５，５１ｂ）と、
前記弁体に作用する冷媒による負荷を推定する負荷推定手段（１１１）と、
前記ステッピングモータをマイクロステップ駆動によって制御する駆動制御手段（１１１）と、を備え、
前記駆動制御手段は、前記負荷推定手段によって推定された負荷に応じて前記駆動制御を実施することを特徴とする膨張弁装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、前記ステッピングモータの回転方向が変わったときには、回転方向変更後から所定角度位置までのステップ数を、回転方向が同じときに比べて増やすように制御し、
前記ステップ数の増加値は、前記負荷の大きさに応じて変更されることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁装置。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、ステップ間隔が等間隔となるように前記ステッピングモータに与える電流波形を補正して、前記マイクロステップ駆動し、
前記電流波形の補正幅は、前記負荷の大きさに応じて変更されることを特徴とする請求項１または２に記載の膨張弁装置。
【請求項４】
前記負荷推定手段は、前記冷媒通路に流入する冷媒の圧力を用いて、前記負荷を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の膨張弁装置。
【請求項５】
前記負荷推定手段は、前記冷媒通路に流入する冷媒の温度を用いて、前記負荷を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の膨張弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を減圧膨張させる膨張弁装置に関し、特にステッピングモータにより弁体を変位させて冷媒流量を変更可能な電動式の膨張弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、特許文献１に示すような車両用冷凍サイクルが開示されている。特許文献１に記載の冷凍サイクルは、室外熱交換器に至る流路にて、ステッピングモータを用いた電子膨張弁とバイパス弁とが並列に接続される構成となっている。このように並列にすることなく、バイパス弁の機能を取り込んだ膨張弁を用いる構成もある。しかしバイパス弁の機能を取り込んだ膨張弁は、大口径になり、開口面積が大きくなる分、流量分解能が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決する技術が、特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の減速装置付電動弁では、分解能を低下させないために、ギヤを用いる減速装置によって弁棒を高精度に変位させている。しかし減速装置付電動弁では、構成が複雑になるという問題がある。
【０００４】
また分解能を確保するため、バイパス弁の機能を取り込んだ膨張弁において、ステッピングモータをマイクロステップ駆動させて、弁を高精度に変位させる技術がある。しかしステッピングモータをマイクロステップ駆動による位置制御には、うねりによる分解能の低下、およびヒステリシスによる応答性の遅れといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決する技術が、特許文献３および特許文献４に開示されている。特許文献３に記載の技術では、うねりによって分解能が低下するという問題に対して、駆動電流波形を補正する技術が開示されている。また特許文献４に記載の技術では、ヒステリシスによって応答性が遅れるとういう問題に対して、ヒステリシス分だけ複数のステップ電流値を飛ばす技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４２６４６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６３６９号公報
【特許文献３】特開昭６３−１７１１９７号公報
【特許文献４】特開平８−１４９８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷凍サイクルに用いられる膨張弁では、弁体には冷媒の圧力が作用する。冷凍サイクルにおける冷媒圧力は一定ではないので、弁体に作用する負荷も変動する。弁体に作用する負荷が変動すると、負荷変動に伴って、うねり方およびヒステリシス量も変わってしまう。したがって前述の特許文献３および特許文献４に記載の技術のように、単一の補正波形および単一の飛ばすステップ数では、冷凍サイクルにおいて、必要な流量分解能や応答性が得られないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、弁体に作用する負荷が変動しても、流量制御の分解能および応答性を確保することができる膨張弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、冷凍サイクル（３）に設けられ、冷凍サイクルを循環する冷媒を減圧膨張可能な膨張弁装置（５０）であって、
内部に冷媒が流通する冷媒通路（５１ａ）が形成されたハウジング（５１）と、
ハウジング内に設けられ、冷媒通路の開度を変更可能な弁体（５３）と、
ステッピングモータ（５５）を有し、ステッピングモータの回転角度に応じて弁体を変位させ開度を調節する電動駆動部（５５，５１ｂ）と、
弁体に作用する冷媒による負荷を推定する負荷推定手段（１１１）と、
ステッピングモータをマイクロステップ駆動によって制御する駆動制御手段（１１１）と、を備え、
駆動制御手段は、負荷推定手段によって推定された負荷に応じて駆動制御を実施することを特徴とする膨張弁装置である。
【００１１】
請求項１に記載の発明に従えば、負荷推定手段によって弁体に作用する負荷を推定する。そして駆動制御手段は、負荷推定手段によって推定された負荷に応じてマイクロステップ駆動の制御を実施する。したがって負荷の大小によってマイクロステップ駆動の制御が異なることになる。これによって弁体に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、流量制御の分解能および応答性を確保することができる。
【００１２】
また請求項２に記載の発明では、駆動制御手段は、ステッピングモータの回転方向が変わったときには、回転方向変更後から所定角度位置までのステップ数を、回転方向が同じときに比べて増やすように制御し、
ステップ数の増加値は、負荷の大きさに応じて変更されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明に従えば、駆動制御手段は、回転方向が変更された場合には、ステップ数を増やすように制御する。回転方向が変わると、ヒステリシスによる応答性の遅れによって、回転方向変更後から動き始めるまで、ある程度のステップ数が必要だからである。これによって回転方向変更後であっても、弁体を所定位置まで変位させることができる。またステップ数の増加数は、負荷の大きさに応じて変更される。これによって弁体に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、応答性が遅れることを防ぐことができる。
【００１４】
さらに請求項３に記載の発明では、駆動制御手段は、ステップ間隔が等間隔となるようにステッピングモータに与える電流波形を補正して、マイクロステップ駆動し、
電流波形の補正幅は、負荷の大きさに応じて変更されることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明に従えば、駆動制御手段は、ステップ間隔が等間隔となるように電流波形を補正して、マイクロステップ駆動する。マイクロステップ駆動の制御では、電流値の増加幅とステップ間隔が正比例しない、いわゆるうねりと呼ばれる現象が発生する。このうねりによって分解能が低下するが、本発明ではステップ間隔が等間隔となるように電流波形を補正するので、分解能を確保することができる。また電流波形の補正幅は、負荷の大きさに応じて変更される。これによって弁体に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、分解能を確保することができる。
【００１６】
さらに請求項４に記載の発明では、負荷推定手段は、冷媒通路に流入する冷媒の圧力を用いて、負荷を推定することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明に従えば、負荷推定手段は、冷媒通路に流入する冷媒の圧力を用いて負荷を推定する。弁体には冷媒の圧力が作用するので、冷媒の圧力を用いることによって、負荷を推定することができる。
【００１８】
さらに請求項５に記載の発明では、負荷推定手段は、冷媒通路に流入する冷媒の温度を用いて、負荷を推定することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明に従えば、負荷推定手段は、冷媒通路に流入する冷媒の温度を用いて、負荷を推定する。冷媒の温度によって冷媒の圧力を推定することができる。弁体には冷媒の圧力が作用するので、冷媒の圧力を用いることによって、負荷を推定することができる。
【００２０】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】車両用空調装置１００の概略構成を示す模式図である。
【図２】暖房用可変絞り弁５０を示す断面図である。
【図３】空調制御装置１０の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。
【図４】冷凍サイクル３におけるモリエル線図である。
【図５】ＥＣＵ１０の処理の第１段階を示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵ１０の処理の第２段階を示すフローチャートである。
【図７】ＥＣＵ１０の処理の第３段階を示すフローチャートである。
【図８】ステップ数と回転量との関係の一例を示すグラフである。
【図９】ステップ数と回転量との関係の他の例を示すグラフである。
【図１０】未補正の弁開度と冷媒温度との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】補正をした場合の弁開度と冷媒温度との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図１１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態の膨張弁装置を用いた車両用空調装置１００の概略構成を示す模式図である。図１に示す車両用空調装置１００は、自動車などの車両の車室内を空調する空調ユニット（エアコンユニット）１における各空調機器（アクチュエータ）を、空調制御装置（エアコン制御装置：以下ＥＣＵという）１０によって制御するように構成された自動車用オートエアコンである。空調ユニット１は、内部に自動車の車室内に空調風を導く空気通路を形成する送風ダクト２と、送風ダクト２内において車室内に向かう空気流を発生させる遠心式送風機と、送風ダクト２内を流れる空気を冷却するエバポレータ２７、およびエバポレータ２７を通過した空気を再加熱するガスクーラ２２を有する冷凍サイクル３とを備えている。
【００２３】
送風ダクト２は、自動車の車室内の前方側に配設されている。送風ダクト２の空気の流れ方向の上流側には、車室内空気（以下、「内気」という）を取り入れる内気吸込口１１、および車室外空気（以下、「外気」という）を取り入れる外気吸込口１２が形成されている。そして、内気吸込口１１および外気吸込口１２の空気通路側には、内外気切替ドア４が回転自在に支持されている。内外気切替ドア４は、サーボモータなどのアクチュエータ１３により駆動されて、吸込口モードを、外気導入（ＦＲＳ）モードまたは内気循環（ＲＥＣ）モードなどに切り替える。
【００２４】
また、送風ダクト２の空気の流れ方向の下流側には、図示しない複数の吹出口が形成されている。複数の吹出口は、少なくとも、自動車の窓ガラスの内面に向かって主に温風を吹き出すためのデフロスタ（ＤＥＦ）吹出口、乗員の上半身（頭胸部）に向かって主に冷風を吹き出すためのフェイス（ＦＡＣＥ）吹出口、および乗員の下半身（足元部）に向かって主に温風を吹き出すためのフット（ＦＯＯＴ）吹出口などを有している。
【００２５】
複数の吹出口は、図示しない複数のモード切替ドアによって選択的に開閉される。複数のモード切替ドアは、サーボモータなどのアクチュエータ１４により駆動されて、吹出口モード（ＭＯＤＥ）を、フェイス（ＦＡＣＥ）モード、バイレベル（Ｂ／Ｌ）モード、フット（ＦＯＯＴ）モード、フットデフ（Ｆ／Ｄ）モード、デフロスタ（ＤＥＦ）モードに切り替える。
【００２６】
遠心式送風機は、送風ダクト２の空気の流れ方向の上流側に一体的に形成されたスクロールケーシングに回転自在に収容された遠心式ファン５、および遠心式ファン５を回転駆動するブロワモータ１６などを有する。図示しないブロワ駆動回路を介して印加されるブロワモータ端子電圧（ブロワ制御電圧、ブロワレベル）に基づいてブロワモータ１６の回転速度が変更される。これによって遠心式送風機から車室内へ向かう空調風の送風量が制御される。
【００２７】
次に、冷凍サイクル３に関して説明する。冷凍サイクル３は、コンプレッサ２１、ガスクーラ２２、第１減圧部５０、室外熱交換器２４、内部熱交換器２５、第２減圧部２６、エバポレータ２７、アキュムレータ２８およびこれらを環状に接続する冷媒配管とで構成されている。コンプレッサ２１は、内蔵する駆動モータ（図示せず）によって回転駆動される。コンプレッサ２１は、エバポレータ２７より吸入した冷媒をたとえば臨界圧力以上まで高温、高圧に圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機である。コンプレッサ２１は、通電（ＯＮ）されると稼働し、通電が停止（ＯＦＦ）されると停止する。そして、コンプレッサ２１は、ＥＣＵ１０が算出する目標回転速度となるようにインバータ２０により回転速度が制御される。
【００２８】
ガスクーラ２２は、送風ダクト２内においてエバポレータ２７よりも空気の流れ方向の下流側に配置される。ガスクーラ２２は、コンプレッサ２１より流入する冷媒ガスとの熱交換によって通過する空気を加熱する加熱用熱交換器である。ガスクーラ２２の空気入口部および空気出口部には、ガスクーラ２２を通過する空気量とガスクーラ２２を迂回する空気量とを調節して車室内へ吹き出す空気の吹出温度を調整するエアミックス（Ａ／Ｍ）ドア６が回転自在に支持されている。これらのエアミックスドア６は、サーボモータなどのアクチュエータ１５により駆動される。
【００２９】
第１減圧部５０は、ガスクーラ２２から冷媒ガスが流入する暖房用可変絞り弁５０によって構成されている。暖房用可変絞り弁５０は、膨張弁装置であり、ガスクーラ２２から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧膨張可能な減圧装置で、ＥＣＵ１０によって弁開度が電気的に制御される暖房用電動式膨張弁（ＥＶＨ）が使用されている。また、暖房用可変絞り弁５０は、ＥＣＵ１０の制御によって弁開度を全開とする全開モードが設定可能となっている。弁解度が全開の場合には、通過する冷媒を減圧することなく、単なる配管として機能する。
【００３０】
室外熱交換器２４は、送風ダクト２の外部、たとえば自動車が走行する際に生じる走行風を受け易い場所（具体的にはエンジンルームの前方部など）に設置される。室外熱交換器２４は、内部を流れる冷媒と図示しない電動式ファンにより送風される室外空気（外気）とを熱交換する。室外熱交換器２４は、暖房モード時には、外気より吸熱する吸熱器として運転される。また、室外熱交換器２４は、冷房モードまたは除湿モード時には、外気へ放熱する放熱器として運転される。
【００３１】
内部熱交換器２５は、室外熱交換器２４の出口部より流出した高温側の冷媒とアキュムレータ２８の出口部より流出した低温側の冷媒とを熱交換させる。したがって内部熱交換器２５は、コンプレッサ２１の吸入口に吸入される冷媒を過熱させる冷媒−冷媒熱交換器である。内部熱交換器２５は、高温側熱交換器２９ａの一端面に低温側熱交換器２９の他端面が熱交換可能に密着するように配置された二層の熱交換構造となっている。
【００３２】
第２減圧部は、内部熱交換器２５中の高温側熱交換器２９ａから冷媒が流入する冷房用可変絞り弁２６、および内部熱交換器２５中の高温側熱交換器２９ａから流出する冷媒を冷房用可変絞り弁２６およびエバポレータ２７を迂回させてアキュムレータ２８へ送るためのバイパス配管３３などによって構成されている。冷房用可変絞り弁２６は、内部熱交換器２５中の高温側熱交換器２９ａから流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置で、ＥＣＵ１０によって弁開度が電気的に制御される冷房用電動式膨張弁（ＥＶＣ）が使用されている。また、バイパス配管３３には、通電（ＯＮ）されると開弁し、通電が停止（ＯＦＦ）されると閉弁する電磁式開閉弁（ＶＨ：以下、「暖房用電磁弁」という）３４を設置している。
【００３３】
エバポレータ２７は、冷房用可変絞り弁２６で減圧された冷媒を遠心式ファン５によって送風される被吸熱流体としての空気との熱交換によって蒸発気化させ、アキュムレータ２８を介して内部熱交換器２５中の低温側熱交換器２９およびコンプレッサ２１に冷媒ガスを供給する空気−冷媒熱交換器（吸熱器）である。また、アキュムレータ２８は、エバポレータ２７より流入した冷媒を一時的に貯留するための貯留室を有する気液分離器である。
【００３４】
ここで、冷凍サイクル３の循環回路切替手段は、冷凍サイクル３の運転モード、つまり冷凍サイクル３中の冷媒の循環経路を、冷房モード用循環回路（冷房サイクル）、暖房モード用循環回路（暖房サイクル）、除湿モード（除湿暖房モード）用循環回路（除湿サイクル）のいずれかのサイクルに切り替えるものである。循環回路切替手段は、本実施形態では、全開モードを設定可能な暖房用可変絞り弁５０、および暖房用電磁弁３４が上記の循環回路切替手段に相当する。
【００３５】
具体的には、暖房用可変絞り弁５０が全開モードとなり、暖房用電磁弁３４が閉弁することで、冷凍サイクル３の運転モードが冷房サイクル（冷房モード用循環回路）となる。また、暖房用可変絞り弁５０が冷媒を減圧膨張するように小流量制御する減圧膨張モードとなり、暖房用電磁弁３４が開弁することで、冷凍サイクル３の運転モードが暖房サイクル（暖房モード用循環回路）となる。また、暖房用可変絞り弁５０が減圧膨張モードとなり、暖房用電磁弁３４が閉弁することで、冷凍サイクル３の運転モードが除湿サイクル（除湿モード用循環回路）となる。
【００３６】
ここで、本実施形態の冷凍サイクル３は、たとえば臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）を主成分とする冷媒を使用し、コンプレッサ２１の吐出口から吐出される冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルにより構成されている。この超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルでは、高圧側の冷媒圧力の上昇によりガスクーラ２２の入口部の冷媒温度（冷媒の入口温度）、つまりコンプレッサ２１の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度を、たとえば１２０℃程度まで高めることができる。なお、ガスクーラ２２内に流入する冷媒は、コンプレッサ２１で臨界圧力以上に加圧されているので、ガスクーラ２２で放熱しても凝縮液化することはない。
【００３７】
ＥＣＵ１０は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存するメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、Ｉ／Ｏポートおよびタイマなどの機能を含んで構成され、それ自体は周知の構造を持つマイクロコンピュータを内蔵している。そして、ＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、電力供給が成されて、図示しないエアコン操作パネルなどからの操作信号、各種センサからのセンサ信号、およびメモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、空調ユニット１の各アクチュエータ（サーボモータ１３〜１５、ブロワモータ１６、各可変絞り弁２６，５０、暖房用電磁弁３４、インバータ２０など）を電気的に制御する。
【００３８】
エアコン操作パネルには、温度設定スイッチ、エアコン（Ａ／Ｃ）スイッチ、吸込口設定（ＦＲＳ／ＲＥＣ切替）スイッチ、吹出口モード設定（ＭＯＤＥ切替）スイッチ、デフロスタ（ＤＥＦ）スイッチ、風量設定スイッチ、オート（ＡＵＴＯ）スイッチ、オフ（ＯＦＦ）スイッチなどが配置されている。エアコン（Ａ／Ｃ）スイッチは、自動車の車室内の冷房または除湿を希望する冷房または除湿スイッチであり、冷凍サイクル３の運転モードのうち冷房モードまたは除湿モードのうちいずれかの運転モードを希望する冷房または除湿モード設定手段でもある。Ａ／ＣスイッチをＯＮすると冷凍サイクル３のコンプレッサ２１を強制的に起動し、Ａ／ＣスイッチをＯＦＦするとコンプレッサ２１の運転を強制的に停止するようにしても良い。
【００３９】
ＤＥＦスイッチは、吹出口モードをＤＥＦモードに固定するように指令するＤＥＦモード固定スイッチで、また、自動車のフロント窓ガラスの曇りの除去またはフロント窓ガラスの防曇を希望する防曇スイッチである。また、ＤＥＦスイッチは、冷凍サイクル３の運転モードを除湿モードに固定するように指令する除湿モード選択手段であり、除湿優先モードまたは吹出温度優先モードのうちのいずれかの除湿モードを設定する除湿モード設定手段でもある。ＤＥＦスイッチの代わりに、吹出口モードをＤＥＦモードに固定するように指令することなく、オン状態の時に自動車の車室内の除湿または自動車のフロント窓ガラスの防曇のみを希望する除湿または防曇スイッチやフロント窓ガラスの曇り状態を検出する防曇センサなどの除湿モード設定手段を設けても良い。
【００４０】
また、ＡＵＴＯスイッチは、少なくとも目標吹出温度（ＴＡＯ）に基づいて、冷凍サイクル３の運転モードを、冷房モード、暖房モードおよび除湿モードのいずれかに自動的に設定するように指令するスイッチである。また、ＡＵＴＯスイッチは、空調ユニット１の各アクチュエータを自動的に制御するように指令する自動制御スイッチで、ＭＯＤＥ切替スイッチまたは風量設定スイッチなどが操作された際に、たとえば吹出口モード切替制御またはブロワモータ１６制御などの自動空調制御が解除される。
【００４１】
また、コンプレッサ２１の吐出口より吐出される冷媒の吐出圧力（ＳＰ）を検出する吐出圧力センサ４０、コンプレッサ２１の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度（ＴＤ）を検出する吐出温度センサ４１、ガスクーラ２２の出口部より流出するガスクーラ出口冷媒温度（ＴＣＯ）を検出する第１冷媒温度センサ４２、および室外熱交換器２４の出口部より流出する室外熱交換器出口冷媒温度（ＴＨＯ）を検出する第２冷媒温度センサ４３などからのセンサ信号は、ＥＣＵ１０に入力されるように構成されている。したがって吐出圧力センサ４０は、冷凍サイクル３の高圧圧力を検出する高圧圧力検出手段である。また吐出温度センサ４１は、ガスクーラ２２の入口部に流入する冷媒の入口温度を検出する冷媒入口温度検出手段でもある。また冷凍サイクル３中の暖房用可変絞り弁５０が減圧する前の冷媒圧力、すなわち、冷媒通路５１ａのうち弁体５３よりも上流側の冷媒通路５１ａの圧力を検出する高圧側冷媒圧力センサ４２ａを設けている。高圧側冷媒圧力センサ４２ａからのセンサ信号も同様にＥＣＵ１０に入力される。
【００４２】
また、車室外の空気温度である外気温度（ＴＡＭ）を検出する外気温度センサ４４、エバポレータ２７の下流直後の空気温度（ＴＥ：以下、「エバ後温度」という）を検出するエバ後温度センサ４５、車室内の空気温度である内気温度（ＴＲ）を検出する内気温度センサ４６、車室内に入射する日射量（ＴＳ）を検出する日射センサ４７、およびガスクーラ２２の下流直後の空気温度（ＴＧＣ：以下、「ガスクーラ後温度」という）を検出するガスクーラ後温度センサ４８からのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換回路によってＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ１０に入力されるように構成されている。
【００４３】
次に、暖房用可変絞り弁５０の構成に関して説明する。図２は、暖房用可変絞り弁５０を示す断面図である。図２に示すように、暖房用可変絞り弁５０は、ハウジング５１、弁座部材５２、弁体５３、スプリング５４、モータ部５５、リング部材５７およびＯリング５８を含んで構成されている。
【００４４】
ハウジング５１は、たとえば金属材からなり、内部に冷媒が流通する略Ｌ字形状の冷媒通路５１ａが形成されている。ハウジング５１内には、冷媒通路５１ａの折れ曲がり部に、内側の空間が冷媒通路５１ａの一部をなすように、たとえば金属材からなる円筒形状の弁座部材５２が挿設されている。弁座部材５２は、図示上端面の内周縁部が弁座５２ａとなっている。
【００４５】
ハウジング５１の冷媒通路５１ａ内には、弁体５３が配設されている。弁体５３は、たとえば金属からなる。弁体５３は、本体部５３ｂが略円錐台形状をなしており、図示下端面の外周縁部が、弁座部材５２の弁座５２ａに対して離座および着座する着座領域となっている。弁体５３は、本体部５３ｂから図示上方に向かって延設された軸部５３ａを有している。軸部５３ａは、ハウジング５１を上下方向に貫通する孔部内に配設されており、上端がハウジング５１外に位置するように突出している。
【００４６】
ハウジング５１の図示上方にはステッピングモータであるモータ部５５が配設されている。モータ部５５は、円筒部と、円筒部の図示上端を閉塞する半球面状部とを有する略ドーム型のケース体５５３を備えている。ケース体５５３の円筒部の外周側に円環状のステータ５５１が配設され、円筒部の内側にロータ５５２が配設されている。
【００４７】
ケース体５５３の円筒部の図示下端には、外方に向かって張り出したフランジ部が設けられている。このフランジ部とハウジング５１との間には、シール部材であるＯリング５８が介設されている。ハウジング５１に形成されたかしめが、ケース体５５３のフランジ部の上方に配設されたリング部材５７を介してフランジ部をハウジング５１に押し付けている。これによりハウジング５１とモータ部５５のケース体５５３との間が全周に亘ってシールされている。
【００４８】
ステータ５５１は、Ａ相コイルおよびＢ相コイルからなる２相構造をなしている。モータ部５５は、いわゆる２相ステッピングモータである。ケース体５５３内に配設されたロータ５５２は、磁性材料からなり図示上端面から円環状に凹んだ除肉部を有する略円柱形状の本体部５５２ａと、本体部５５２ａの外周面に配設されロータ回転方向に等ピッチに着磁された永久磁石からなる円筒磁石５５２ｂと有している。
【００４９】
ロータ５５２の本体部５５２ａには、図示下端面中央から上方に向かって凹んだ円柱形状凹部が形成されており、この凹部の天井面となる部位に、前述した弁体５３の軸部５３ａの上端部が係止している。ロータ５５２の本体部５５２ａにおける円柱形状凹部の内周面には、雌ねじ部が形成されている。ハウジング５１には、図示上方に向かって突設され、外周面に雄ねじ部が形成された円筒形状の雄ねじ部材５１ｂが固定されている。ロータ５５２の本体部５５２ａにおける雌ねじ部と、雄ねじ部材５１ｂの雄ねじ部とは螺合しており、ロータ５５２が回転するとロータ５５２が軸線方向（図示上下方向）に変位するようになっている。ロータ５５２が回転して軸線方向に変位すると、ロータ５５２の本体部５５２ａに係止している弁体５３も共に変位し、弁体５３と弁座５２ａと間の開度を変更可能になっている。
【００５０】
モータ部５５およびロータ５５２に螺合する雄ねじ部材５１ｂからなる構成が、本実施形態において、ステッピングモータを有して、ステッピングモータの回転角度に応じて弁体５３を変位させ冷媒通路５１ａの開度を調節する電動駆動部に相当する。
【００５１】
弁体５３の軸部５３ａには段部が形成されており、段部とロータ５５２の本体部５５２ａにおける天井面部位との間に、スプリング５４が介装されている。これにより、弁体５３が弁座５２ａに着座した後にもロータ５５２が図示下方に変位した場合には、スプリング５４が圧縮されることで、弁体５３と弁座５２ａとの着座部に過剰な荷重が印加されることを抑制している。
【００５２】
次に、暖房用可変絞り弁５０を作動制御する空調制御装置１０に関して説明する。図３は、各部を作動制御する空調制御装置１０の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。ＥＣＵ１０は、エアコン制御部１０１、前述した各スイッチおよび各センサからの信号を入力処理してエアコン制御部１０１へ送る入力処理部１０２、エアコン制御部１０１で決定した前述の各アクチュエータの制御値情報を電気的な信号として各アクチュエータに向けて出力する駆動部１０３を有している。
【００５３】
また、ＥＣＵ１０は、エアコン制御部１０１が決定した暖房用可変絞り弁５０の弁開度指令を受け、暖房用可変絞り弁５０のモータ部５５の駆動方向（回転方向）やステップ数などの駆動情報（具体的には電流指令値）を決定するステップ駆動制御部１１１、ステップ駆動制御部１１１が決定した暖房用可変絞り弁５０の駆動情報に基づいてステータ５５１のＡ相コイル、Ｂ相コイルにたとえばＰＷＭ制御により通電するモータ駆動部１１３、Ａ相コイルおよびＢ相コイルを流れる電流値を入力してステップ駆動制御部１１１にフィードバックするモータ入力処理部１１２を有している。ステップ駆動制御部１１１、モータ入力処理部１１２およびモータ駆動部１１３からなる構成が、本実施形態において、ステッピングモータを駆動制御する駆動制御手段に相当する。
【００５４】
エアコン制御部１０１は、冷凍サイクル３の運転モードとして冷房モードを選択したときには、暖房用可変絞り弁５０を全開とする弁開度指令をステップ駆動制御部１１１へ出力する。一方、冷凍サイクル３の運転モードとして暖房モードもしくは除湿モード（除湿暖房モード）を選択したときには、所望の空調を行うための冷凍サイクル３の運転効率が良好となるように暖房用可変絞り弁５０において冷媒を減圧膨張する弁開度指令をステップ駆動制御部１１１へ出力する。
【００５５】
ステップ駆動制御部１１１は、エアコン制御部１０１からの弁開度指令を受けて、暖房用可変絞り弁５０が冷媒を減圧膨張する減圧膨張モードにおいて弁体５３の位置（弁開度）を調節する駆動条件を算出する。またステップ駆動制御部１１１は、暖房用可変絞り弁５０が冷媒を減圧膨張する減圧膨張モードと弁体５３を全開位置とする全開モードとの間でモード切り換えをする駆動条件を算出する。ステップ駆動制御部１１１は、減圧膨張モードにおいて弁体５３の位置を調節する駆動を行う際には、モータ部５５をマイクロステップ駆動により駆動する条件を算出する。ステップ駆動制御部１１１は、たとえば弁体５３を指令弁開度位置にまで変位させるためのロータ５５２の回転方向（駆動方向）およびマイクロステップ数（マイクロステップパルス数）を算出する。
【００５６】
ここでマイクロステップ駆動に関して説明する。モータ部５５の駆動には、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動とがある。フルステップ駆動とは、ロータ５５２の歯（具体的には、円筒磁石５５２ｂの磁極）を、ステータ５５１の歯（具体的には、各相コイルにより磁化される磁極）に対向する位置から、ステータ５５１の当該歯の隣の歯に対向する位置にまで、１ステップで移動させる駆動方法である。フルステップ駆動に対してマイクロステップ駆動とは、ロータ５５２の歯を、ステータ５５１の歯に対向する位置から、ステータ５５１の当該歯の隣の歯に対向する位置にまで、複数段階に分割して移動させる駆動方法である。すなわち、マイクロステップ駆動は、フルステップ駆動における１ステップの駆動角度を、複数ステップに分割して段階的に駆動する（ステータ５５１の歯と歯の間で、ロータ５５２の歯を止めることが可能な）駆動方法である。
【００５７】
ステップ駆動制御部１１１は、算出した駆動方向およびパルス数に対応してモータ部５５を定電流駆動するための電流指令値をモータ駆動部１１３へ出力し、モータ駆動部１１３は入力した電流指令値に基づいてＡ相コイルおよびＢ相コイルに通電する。これによってステップ駆動制御部１１１は、エアコン制御部１０１からの弁開度指令に基づいて、減圧膨張モードと全開モードとを選択的に切り替える。減圧膨張モードは、暖房用可変絞り弁５０の冷媒通路５１ａを流通する冷媒を減圧する必要があるときに、小流量制御域で冷媒を減圧膨張するモードである。全開モードは、冷媒通路５１ａを流通する冷媒を減圧する必要がないときに、冷媒通路５１ａを流通する冷媒流量が最大流量となるように弁体位置を最大開度位置とするモードである。
【００５８】
減圧膨張モード時には、ステッピングモータであるモータ部５５のマイクロステップ駆動により弁体５３を変位させて冷媒流量制御を行い、減圧膨張モードと全開モードとの間のモード切り換え時には、モータ部５５のフルステップ駆動により弁体５３を変位させる。これによって冷媒を減圧膨張する減圧膨張モード時には、冷媒流量制御精度を向上することができ、減圧膨張モードと全開モードとの間のモード切り換え時には、速やかにモードを変更することができる。
【００５９】
またステップ駆動制御部１１１は、トルク推定部の機能を有する。トルク推定部は、負荷推定手段であって、弁体５３に作用する冷媒による負荷（負荷トルク）を推定する。負荷トルクの推定方法は、まず暖房用可変絞り弁５０に流入前の冷媒圧力（Ｐｉｎ）と流下後の圧力（Ｐｏｕｔ）から差圧（ＤＰ）を求める（式１参照）。つぎに、差圧（ＤＰ）に開口部の面積（Ｓ）を乗ずることにより弁体５３に作用する負荷Ｆを求める（式２参照）。
ＤＰ＝Ｐｉｎ‐Ｐｏｕｔ                                    …（式１）
Ｆ＝ＤＰ×Ｓ                                              …（式２）
【００６０】
次に、求めた負荷Ｆとネジの直動変換の係数（たとえばネジの動摩擦係数、有効径およびピッチ）より、負荷トルクを推定する。
【００６１】
本実施形態のトルク推定部では、暖房用可変絞り弁５０の前の圧力（Ｐｉｎ）は、高圧側冷媒圧力センサ４２ａからのセンサ信号を用いる。また暖房用可変絞り弁５０の後の圧力（Ｐｏｕｔ）は、圧力センサがある場合にはその値を用いても良いし、低圧側に圧力センサがない場合には室外熱交換器２４の温度と、図４に示すモリエル線図より、圧力を推定して用いても良い。図４は、冷凍サイクル３におけるモリエル線図である。図４に示すように、暖房用可変絞り弁５０においては等温線に沿った等温変化であるので、室外熱交換器２４の温度（Ｔｏｕｔ）によって低圧側の冷媒圧力（Ｐｏｕｔ）を推定することができる。
【００６２】
次に、本実施形態のＥＣＵ１０の処理について、図５〜図７を用いて説明する。図５は、ＥＣＵ１０の処理の第１段階を示すフローチャートである。図６は、ＥＣＵ１０の処理の第２段階を示すフローチャートである。図７は、ＥＣＵ１０の処理の第３段階を示すフローチャートである。図５〜図７に示す処理は、イグニッションスイッチがＯＮ状態にありＥＣＵ１０へ電力供給が成されているとき所定時間毎に随時実行される。また、イグニッションスイッチがＯＮ→ＯＦＦへと切り換わってＥＣＵ１０への電力供給が断たれた時には、強制的に終了されるものである。
【００６３】
フローが開始されると、ステップＳ１では、自動車の車室内を空調する空調ユニット１における各空調機器（アクチュエータ）の制御に必要な各種センサからセンサ信号を取り込み、ステップＳ２に移る。
【００６４】
ステップＳ２では、エアコン操作パネルからの操作信号を取り込み、ステップＳ３に移る。ステップＳ３では、予めメモリ内に格納された演算式に基づいて、自動車の車室内に吹き出す空調風の目標吹出温度（ＴＡＯ）を算出し、ステップＳ４に移る。
【００６５】
ステップＳ４では、コンプレッサ２１をＯＮ状態にするかＯＦＦにするかを判定するコンプレッサ作動判定を行い、ＯＮにすると判定した場合にはステップＳ５に移り、ＯＦＦにすると判定した場合にはステップＳ１に戻る。コンプレッサ作動判定は、たとえばエアコン（Ａ／Ｃ）スイッチがＯＮされているか否かで判定する。したがってエアコンスイッチがＯＦＦされている場合には、ステップＳ１以降の制御処理を繰り返す。
【００６６】
ステップＳ５では、ステップＳ３で算出した目標吹出温度（ＴＡＯ）に基づいて、冷凍サイクル３の運転モードを判定する運転モード判定を行う。まず、目標吹出温度（ＴＡＯ）が所定値（α：たとえば４５℃）よりも低温であるか否かを判定する。この判定結果がＮＯの場合、つまりＴＡＯ≧αの場合には、ステップＳ７に移り、判定結果がＹＥＳの場合、つまりＴＡＯ＜αの場合には、ステップＳ６に移る。ステップＳ７では、目標吹出温度が高いので、冷凍サイクル３の運転モードとして暖房サイクル（暖房モード）を選択し、ステップＳ１０に移る。
【００６７】
ステップＳ６では、目標吹出温度（ＴＡＯ）が所定値（β：たとえば１５℃）よりも高温であるか否かを判定する。この判定結果がＮＯの場合、つまりＴＡＯ≦βの場合には、ステップＳ９に移り、判定結果がＹＥＳの場合、つまりＴＡＯ＞βの場合には、ステップＳ８に移る。ステップＳ９では、目標吹出温度が低いので、冷凍サイクル３の運転モードとして冷房サイクル（冷房モード）を選択し、ステップＳ１０に移る。ステップＳ８では、β＜ＴＡＯ＜αの場合であるので、冷凍サイクル３の運転モードとして除湿サイクル（除湿モード）を選択し、ステップＳ１０に移る。
【００６８】
ステップＳ１０では、運転モードが決定したので、予めメモリ内に格納された特性図（マップ）から、目標吹出温度（ＴＡＯ）に対応するブロワモータ１６に印加するブロワモータ端子電圧（ブロワ制御電圧、ブロワレベル）を算出し、ステップＳ１１に移る。
【００６９】
ステップＳ１１では、エアコン操作パネルに設置された吸込口設定（ＦＲＳ／ＲＥＣ切替）スイッチの操作状態（入力状態）に基づいて、吸込口モード（内外気モード）を切り替える内外気切替ドア４の開度を算出し、ステップＳ１２に移る。ここで吸込口モードの決定においては、吸込口設定スイッチの入力状態によって外気導入（ＦＲＳ）モードまたは内気循環（ＲＥＣ）モードのいずれかの吸込口モードを選択しても良いし、目標吹出温度（ＴＡＯ）に基づいて外気導入（ＦＲＳ）モードまたは内気循環（ＲＥＣ）モードのいずれかの吸込口モードを選択しても良い。
【００７０】
ステップＳ１２では、エアコン操作パネルに設置された吹出口モード設定（ＭＯＤＥ切替）スイッチまたはＤＥＦスイッチの操作状態（入力状態）に基づいて、吹出口モードを切り替える複数のモード切替ドアの開度を算出し、運転モードによってステップＳ１３またはステップＳ１４に移る。ここで、吹出口モードの決定においては、吹出口モード設定スイッチまたはＤＥＦスイッチの入力状態によってＦＡＣＥモード、Ｂ／Ｌモード、ＦＯＯＴモード、Ｆ／Ｄモード、ＤＥＦモードのいずれかの吹出口モードとなるように決定しても良いし、目標吹出温度（ＴＡＯ）が低い温度から高い温度に向かって、ＦＡＣＥモード、Ｂ／Ｌモード、ＦＯＯＴモードとなるように決定しても良い。
【００７１】
ステップＳ１３では、冷凍サイクル３の運転モードとして冷房モードまたは除湿モードが選択されている時には、目標エバ後温度（ＴＥＯ）を算出し、ステップＳ１５に移る。なお、冷房モード時の目標エバ後温度（ＴＥＯ）は、ＴＥＯ＝ＴＡＯとする。また、自動車の車室内に乗車する乗員の湿度感を低減し、自動車の車室内の空調環境の快適性を向上するために、除湿モード時の目標エバ後温度（ＴＥＯ）の決定には、たとえば外気温（ＴＡＭ）に係数（ｆ１）を乗じる演算式が用いられる。
【００７２】
ステップＳ１４では、冷凍サイクル３の運転モードとして暖房モードまたは除湿モードが選択されている時には、目標ガスクーラ後温度（ＴＧＣＯ）を算出し、ステップＳ１５に移る。なお、暖房モード時には、目標ガスクーラ後温度（ＴＧＣＯ）は、ＴＧＣＯ＝ＴＡＯとする。また、中間期の空調フィーリングの向上のために、吹出口モードとしてＢ／Ｌモードが選択されている場合、あるいは除湿モード時には、目標ガスクーラ後温度（ＴＧＣＯ）を、たとえばＴＧＣＯ＝ａ×ＴＡＯ＋ｂ×ＴＥ＋ｃとする。なお、ＴＥはエバ後温度センサ４５によって検出されたエバポレータ２７の下流直後の空気温度（エバ後温度）である。
【００７３】
ここで、ＴＧＣＯをＴＡＯより高い温度となるように定数ａ、ｂ、ｃを決定することで、次のステップＳ１５でのエアミックスドア６開度がたとえば５０％などの中間開度にコントロールされ、ＦＡＣＥ吹出口から低い吹出温度の空調風、ＦＯＯＴ吹出口から高い吹出温度の空調風を得ることができ、自動車の車室内の空調環境として頭寒足熱の快適な空調環境を作り出すことができる。
【００７４】
ステップＳ１５では、予めメモリ内に格納された演算式に基づいて、ガスクーラ２２を通過する空気量とガスクーラ２２を迂回する空気量とを調節して実際の吹出温度を調整する２つのエアミックスドア６の開度（Ａ／Ｍ開度）を算出し、ステップＳ１６に移る。
【００７５】
ステップＳ１６では、予めメモリ内に格納された演算式に基づいて、コンプレッサ２１の回転速度の目標回転速度（ＩＶＯｎ）の増減量を算出し、ステップＳ１７に移る。
【００７６】
ステップＳ１７では、冷凍サイクル３のサイクル効率を最大となるように、冷凍サイクル３を最高効率（省動力、省電力）で作動させるために、冷凍サイクル３の運転モードとして冷房モードが選択されている時には、第２冷媒温度センサ４３によって検出される室外熱交換器出口冷媒温度（ＴＨＯ）から目標高圧圧力（ＳＰＯ）を算出し、ステップＳ１８に移る。また、冷凍サイクル３の運転モードとして暖房モードが選択されている時には、第１冷媒温度センサ４２によって検出されるガスクーラ出口冷媒温度（ＴＣＯ）から目標高圧圧力（ＳＰＯ）を算出し、ステップＳ１８に移る。
【００７７】
ステップＳ１８では、ステップＳ１７で算出された目標高圧圧力（ＳＰＯ）になるように、冷房用可変絞り弁２６または暖房用可変絞り弁５０の開度の増減量を算出し、ステップＳ１９に移る。
【００７８】
ステップＳ１９では、暖房用可変絞り弁５０において、前述したように式１などを用いて差圧（ＤＰ）を算出し、ステップＳ２０に移る。ステップＳ２０では、前述したように式２などを用いて負荷（Ｆ）を算出し、ステップＳ２１に移る。ステップＳ２１では、暖房用可変絞り弁５０の弁体５３かかる負荷（Ｆ）と直動変換の係数（ネジの摩擦係数、ネジの径およびピッチ）を乗じ、弁体５３にかかる負荷トルクを算出し、ステップＳ２２に移る。
【００７９】
ステップＳ２２では、算出した負荷トルクと前回算出した負荷トルクと比較し、変化した場合（異なる場合）には、ステップＳ２３に移り、変化していない場合（同じ場合）には、ステップＳ２６に移る。ステップＳ２３では、モータ部５５の回転方向が変化したか否かを判断し、変化している場合には、ステップＳ２４に移り、変化していない場合には、ステップＳ２５に移る。
【００８０】
ステップＳ２４では、負荷が変化しており、さらに回転方向も変化しているので、負荷トルクに応じて、電流波形補正とヒステリシス量補正とを実施し、ステップＳ２６に移る。ステップＳ２５では、負荷が変化しているが、回転方向は変化していないので、負荷トルクに応じて電流波形補正を実施し、ステップＳ２６に移る。
【００８１】
ステップＳ２６では、上記の各ステップにて算出された目標値となるように、空調ユニット１の各空調機器（アクチュエータ）へ制御信号を出力し、ステップＳ１に戻る。暖房用可変絞り弁５０においては、負荷トルクが変化していない場合には、そのまま弁開度増減量分動かすように制御する。またモータ部５５の回転方向が変化していない場合はヒステリシスに対する飛ばし量の補正は不要なので、うねりに対する電流波形補正のみ行い、補正後の弁開度の増減量分を動かすように制御する。また回転方向が変化した場合には、電流波形補正および飛ばし量補正の両方を行い、補正後の弁開度の増減量分を動かすように制御する。このように図７に示す処理では、負荷トルクに応じて補正がされるので、冷媒圧力の変化を考慮して、モータ部５５を高精度にマイクロステップ駆動することができる。
【００８２】
また、冷凍サイクル３の運転モードの設定、および、各運転モードにおける冷凍サイクル３のサイクル効率を最大化するように、コンプレッサ２１の運転状態（回転速度など）、暖房用可変絞り弁５０および冷房用可変絞り弁２６の開度、および暖房用電磁弁３４の開閉状態を決定し、これらを制御する。
【００８３】
冷凍サイクル３の運転モードとして冷房モードが選択された時には、暖房用可変絞り弁５０が全開モードとなり、暖房用電磁弁３４が閉弁するため、コンプレッサ２１の吐出口から吐出された冷媒が、ガスクーラ２２→全開の暖房用可変絞り弁５０→室外熱交換器２４→高温側熱交換器２９ａ→冷房用可変絞り弁２６→エバポレータ２７→アキュムレータ２８→低温側熱交換器２９→コンプレッサ２１の経路（図１に白矢印で示した経路）で循環する（冷房モード用循環回路、冷房サイクル）。
【００８４】
ここで、冷房モードが選択された時には、ガスクーラ２２の空気入口部および空気出口部に取り付けられたエアミックスドア６の開度が、全閉（ＭＡＸ・ＣＯＯＬ）となるように制御され、コンプレッサ２１の吐出口から吐出された高温高圧の冷媒はガスクーラ２２を通過する際に放熱することはない。よって、エバポレータ２７を通過する際に冷却された空気は、ガスクーラ２２を迂回するように送風ダクト２内を流れ、たとえばＦＡＣＥ吹出口から自動車の車室内に吹き出されて、車室内の温度が所望の温度（設定温度）となるように車室内が冷房される。また、内部熱交換器２５では、高温側熱交換器２９ａ内を流れる、室外熱交換器２４から流出した高温高圧の冷媒と、低温側熱交換器２９内を流れる、アキュムレータ２８から流出した低温低圧の冷媒とを熱交換させることにより、エバポレータ２７内に流入する高温高圧の冷媒を冷却する。これにより、エバポレータ２７のエンタルピが増大することによって、省動力または省電力で冷凍サイクル３のサイクル効率を向上できる。
【００８５】
また、冷凍サイクル３の運転モードとして暖房モードが選択された時には、暖房用可変絞り弁５０が減圧膨張モードとなり、暖房用電磁弁３４が開弁するため、コンプレッサ２１の吐出口から吐出された冷媒が、ガスクーラ２２→暖房用可変絞り弁５０→室外熱交換器２４→高温側熱交換器２９ａ→暖房用電磁弁３４→アキュムレータ２８→低温側熱交換器２９→コンプレッサ２１の経路（図１に黒矢印で示した経路）で循環する（暖房モード用循環回路、暖房サイクル）。なお、暖房モードが選択された時には、冷房用可変絞り弁２６は、全閉状態とすることが好ましい。
【００８６】
ここで、エアミックスドア６の開度が、全開（ＭＡＸ・ＨＯＴ）となるように制御され、コンプレッサ２１の吐出口から吐出された高温高圧の冷媒はガスクーラ２２を通過する際に送風ダクト２内を流れる空気と熱交換して放熱し、たとえばＦＯＯＴ吹出口から自動車の車室内に吹き出されて、車室内の温度が所望の温度（設定温度）となるように車室内が暖房される。また、内部熱交換器２５では、低温低圧の冷媒がそれぞれの高温側熱交換器２９ａ、低温側熱交換器２９を通過するため熱交換しない。
【００８７】
また、冷凍サイクル３の運転モードとして除湿モードが選択された時には、暖房用可変絞り弁５０が減圧膨張モードとなり、暖房用電磁弁３４が閉弁するため、コンプレッサ２１の吐出口から吐出された冷媒が、ガスクーラ２２→暖房用可変絞り弁５０→室外熱交換器２４→高温側熱交換器２９ａ→冷房用可変絞り弁２６→エバポレータ２７→アキュムレータ２８→低温側熱交換器２９→コンプレッサ２１の経路（図２にドット矢印で示した経路）で循環する（除湿モード用循環回路、除湿サイクル）。
【００８８】
ここで、エバポレータ２７を通過する際に冷却除湿された空気は、ガスクーラ２２を通過する際に再加熱され、たとえばＤＥＦ吹出口またはＦＯＯＴ吹出口から自動車の車室内に吹き出されて、車室内の温度が所望の温度（設定温度）となるように、しかもフロント窓ガラスの曇りを除去または防曇するように車室内が除湿暖房される。ここで、暖房用可変絞り弁５０と冷房用可変絞り弁２６との弁開度の絞り度合いによって、コンプレッサ２１から吐出される冷媒の吐出圧力および室外熱交換器２４の冷媒圧力が可変されるため、ガスクーラ２２の加熱能力（ガスクーラ後温度、吹出温度）またはエバポレータ２７の除湿能力（エバ後温度）が目標値となるようにコントロールされる。
【００８９】
具体的には、コンプレッサ２１から吐出される冷媒の吐出圧力および室外熱交換器２４の冷媒圧力が低く設定されるようにコントロールされた場合（暖房用可変絞り弁５０の開度：小、冷房用可変絞り弁２６の開度：大）には、室外熱交換器２４が吸熱器として機能（作動）するため、ガスクーラ２２で放熱される熱量が増大し、自動車の車室内に吹き出される空調風の吹出温度が比較的に高温となる。
【００９０】
逆に、コンプレッサ２１から吐出される冷媒の吐出圧力および室外熱交換器２４の冷媒圧力が高く設定されるようにコントロールされた場合（暖房用可変絞り弁５０の開度：大、冷房用可変絞り弁２６の開度：小）には、室外熱交換器２４が放熱器として機能（作動）するため、ガスクーラ２２で放熱される熱量が減少し、自動車の車室内に吹き出される空調風の吹出温度が比較的に低温となる。
【００９１】
次に、暖房用可変絞り弁５０の弁開度における具体的な補正に関して説明する。図８は、モータ部５５におけるステップ数と回転量との関係の一例を示すグラフである。図８では、弁体５３への負荷トルクが０ｍＮｍ（１０−３Ｎｍ）、５０ｍＮｍおよび１００ｍＮｍの３つの場合に、何ら補正していない場合の回転量とステップ数との関係を示している。図８に示すように、ステップ数と回転量とは正比例（線形）ではなく、いわゆるうねりが発生している。そしてうねり方は、負荷トルクによって異なっている。このようなうねりを補正するために、電流波形を補正する必要があり、その補正量が弁体５３への負荷トルクの量に応じて異なる。そこで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２４またはステップＳ２５において、ステップ間隔が等間隔となるように電流波形を補正して、マイクロステップ駆動する。さらに補正幅は、負荷の大きさに応じて変更される。補正幅は、たとえば制御マップとして予めメモリに記憶されている。
【００９２】
図９は、モータ部５５におけるステップ数と回転量との関係の他の例を示すグラフである。図９では、弁体５３への負荷トルクが０ｍＮｍ、５０ｍＮｍおよび１００ｍＮｍの３つの場合に、何ら補正していない場合の回転量とステップ数との関係を示している。図９に示すグラフでは、グラフ左端で回転方向を変更している。そうすると、ヒステリシスによる応答性の遅れは、グラフの左端からｎ２の間に発生している。そして遅れ方は、負荷トルクによって異なり、回転方向が変えて動かすときに、負荷トルクが大きいと動き始めるまでに必要なステップ数が多くなっている。このような応答性の遅れを補正するために、回転方向変更後からステップ数を飛ばす補正の必要があり、その補正量が弁体５３への負荷トルクの量に応じて異なる。そこで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２４において、モータ部５５の回転方向が変わったときには、回転方向変更後から所定角度位置までのステップ数を、回転方向が同じときに比べて増やすように制御する。さらにステップ数の増加値は、負荷の大きさに応じて変更される。増加値は、たとえば制御マップとして予めメモリに記憶されている。
【００９３】
次に、図１０および図１１を用いて、ヒステリシス補正による効果に関して説明する。図１０は、ヒステリシス補正をしていない場合の弁開度と冷媒温度との関係の一例を示すグラフである。図１１は、ヒステリシス補正をした場合の弁開度と冷媒温度との関係の一例を示すグラフである。
【００９４】
図１０では、時刻ｔ１１において、目標冷媒温度（目標ＳＣ）にするため、現在の弁開度ｂ１１から弁開度ｂ１２となるように、マイクロステップ駆動によって回転方向を変更する。すると、ヒステリシスによる応答性の遅れによって、駆動するまでに時間がかかり、時刻ｔ１２では、弁開度ｂ１２に到達してない。そして時刻ｔ１２では、現在の弁開度から弁開度ｂ１３となるように、マイクロステップ駆動される。すると今度は、回転方向が変更されていないので、時刻ｔ１３にて弁開度ｔ１３となる。この場合、応答性遅れによって目標冷媒温度に対して大きくずれることになる。そして、目標冷媒温度に近づけるために、時刻ｔ１３において、弁開度ｂ１３から弁開度ｂ１４となるように、マイクロステップ駆動によって回転方向を変更する。すると、同様にヒステリシスによる応答性の遅れによって、駆動するまでに時間がかかり、時刻ｔ１４では、弁開度ｂ１４に到達してない。そして時刻ｔ１４では、現在の弁開度から弁開度ｂ１５となるように、マイクロステップ駆動される。すると今度は、回転方向が変更されていないので、時刻ｔ１５にて弁開度ｔ１５となる。この場合、応答性遅れによって目標冷媒温度に対して、またしても大きくずれることになる。このように応答性の遅れによって、目標冷媒温度への到達が遅れてしまう。
【００９５】
換言すると、ヒステリシスがある場合はそのヒステリシスの分、目標に対する応答性が悪くなる。結果として、冷媒温度は目標に対して応答性が悪くなり、さらに目標冷媒温度とのずれも大きくなる。
【００９６】
これに対して図１１に示すように、ヒステリシス量を補正した場合には、時刻ｔ１１において、目標冷媒温度（目標ＳＣ）とするため、弁開度ｂ１１から弁開度ｂ１２となるように、マイクロステップ駆動によって回転方向を変更する。すると、ヒステリシスによる応答性の補正によって、時刻ｔ１２で弁開度ｂ２２に到達することになる。そして時刻ｔ１２では、弁開度ｂ２２から弁開度ｂ２３となるように、マイクロステップ駆動される。そして、順次、目標弁開度に制御されるので、目標冷媒温度に対して大きくずれることなく、冷媒温度を制御することができる。
【００９７】
換言すると、ヒステリシスがない場合（補正した場合）には、目標弁開度に対して応答性良く追従することができ、冷媒温度も目標に対して、大きくずれることなく制御することが可能となる。効果として、目標冷媒温度とのずれが少ないため、空調温度の制御性が良く、効率面でも有利となる。
【００９８】
以上説明したように本実施形態のトルク推定部によって弁体５３に作用する負荷を推定する。そしてＥＣＵ１０は、トルク推定部によって推定された負荷に応じてマイクロステップ駆動の制御を実施する。したがって負荷の大小によってマイクロステップ駆動の制御が異なることになる。これによって弁体５３に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、流量制御の分解能および応答性を確保することができる。
【００９９】
また本実施形態では、ＥＣＵ１０は、回転方向が変更された場合には、ステップ数を増やすように制御する。回転方向が変わると、ヒステリシスによる応答性の遅れによって、回転方向変更後から動き始めるまで、ある程度のステップ数が必要だからである。これによって回転方向変更後であっても、弁体５３を所定位置まで変位させることができる。またステップ数の増加数は、負荷の大きさに応じて変更される。これによって弁体５３に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、応答性が遅れることを防ぐことができる。
【０１００】
さらに本実施形態では、ＥＣＵ１０は、ステップ間隔が等間隔となるように電流波形を補正して、マイクロステップ駆動する。マイクロステップ駆動の制御では、電流値の増加幅とステップ間隔が正比例しない、いわゆるうねりと呼ばれる現象が発生する。このうねりによって分解能が低下するが、本実施形態ではステップ間隔が等間隔となるように電流波形を補正するので、分解能を確保することができる。また電流波形の補正幅は、負荷の大きさに応じて変更される。これによって弁体５３に作用する負荷が変動しても、マイクロステップ駆動が負荷に応じて制御されるので、分解能を確保することができる。
【０１０１】
また本実施形態では、トルク推定部は、ハウジング５１内の冷媒通路５１ａに流入する冷媒の圧力を用いて負荷を推定する。弁体５３には冷媒の圧力が作用するので、冷媒の圧力を用いることによって、負荷を推定することができる。
【０１０２】
換言すると、本実施形態では、流量分解能と応答性とを確保するため、単一の補正幅では足りないので、場合に応じて最適な補正幅にすることを特徴としている。場合に応じてというところが、弁体５３への負荷の大きさ、測定した圧力の大きさ、推定した負荷トルクの大きさとなる。
【０１０３】
また本実施形態では、マイクロステップ駆動のときに負荷に応じて補正をするが、フルステップ駆動のときには補正しなくてもよい。フルステップ駆動のときは、高精度の位置決めが必要ではないので、補正しなくとも弁体５３の位置制御ができるからである。フルステップ駆動ときに補正しないことによって、演算負荷を軽減することができる。
【０１０４】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【０１０５】
前述の第１実施形態では、差圧から負荷トルクを推定して、補正には負荷トルクの変動を用いるとしたが、差圧を用いた推定方法に限るものではない。たとえば、低圧側の圧力変化は少ないとして、差圧に換えて高圧側の圧力センサによる値だけを補正に用いてもよい。また負荷トルクと補正値は１対１で対応してもよいし、一定の範囲で段階的に関連付けてもよい。
【０１０６】
また前述の第１実施形態では、負荷トルクを推定しているが負荷トルクの推定に限るものではなく、負荷トルクを推定することなく単に負荷を推定し、負荷と補正値との関連を示す制御マップを用いて補正してもよい。
【０１０７】
また前述の第１実施形態では、とび補正（電流補正）とヒス補正（ステップを飛ばす補正）の両方を行うとしたが、どちらか一方だけでも行うような制御方法であってもよい。
【０１０８】
また前述の第１実施形態では、冷房用可変絞り弁２６にも暖房用可変絞り弁５０と同一構成の膨張弁を採用することができる。これによれば、冷房用可変絞り弁２６と暖房用可変絞り弁５０とを共通化することができる。さらに冷房用可変絞り弁２６に対しても、暖房用可変絞り弁５０と同様に、負荷に応じて弁開度（ステップ数）を補正するように構成してもよい。また冷凍サイクル３に他の膨張弁装置がある場合には、その膨張弁装置に対しても暖房用可変絞り弁５０と同様に負荷に応じた制御を行っても良い。
【０１０９】
また前述の第１実施形態では、トルク推定部は、ハウジング５１内の冷媒通路５１ａに流入する冷媒の温度を用いて、負荷を推定するように構成してもよい。冷媒の温度によって冷媒の圧力を推定することができるからである。
【０１１０】
また前述の第１実施形態では、冷媒通路５１ａのうち弁体５３よりも上流側の冷媒通路５１ａの圧力を検出する高圧側圧力検出手段である高圧側冷媒圧力センサ４２ａを、暖房用可変絞り弁５０に直近の上流側冷媒配管に設けていたが、これに限定されるものではない。たとえば、弁体５３よりも上流側の冷媒通路５１ａに臨むように、ハウジング５１に高圧側冷媒圧力センサを設けてもかまわない。また、高圧側圧力検出手段として、吐出圧力センサを共用してもかまわない。
【０１１１】
また前述の第１実施形態では、モータ部５５は、２相ステッピングモータであったが、これに限定されるものではなく、多相ステッピングモータであってもよい。たとえば、５相ステッピングモータであってもかまわない。
【０１１２】
また前述の第１実施形態では、冷凍サイクル３は、超臨界蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルであったが、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力以下である蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルであってもかまわない。
【０１１３】
また前述の第１実施形態では、膨張弁装置である暖房用可変絞り弁５０および駆動制御手段を、車両用空調装置１００の冷凍サイクル３に適用していたが、これに限定されるものではない。たとえば、定置式の冷凍サイクル３に暖房用可変絞り弁５０および駆動制御手段を適用しても有効である。
【符号の説明】
【０１１４】
３…冷凍サイクル
５０…暖房用可変絞り弁（膨張弁装置）
５１…ハウジング
５１ａ…冷媒通路
５１ｂ…雄ねじ部材（電動駆動部）
５２…弁座部材
５２ａ…弁座
５３…弁体
５５…モータ部（ステッピングモータ，電動駆動部）
１０１…エアコン制御部
１１１…ステップ駆動制御部（負荷推定手段，駆動制御手段）
１１２…モータ入力処理部
１１３…モータ駆動部
【図１】
2012237498.tif 000003
【図２】
2012237498.tif 000004
【図３】
2012237498.tif 000005
【図４】
2012237498.tif 000006
【図５】
2012237498.tif 000007
【図６】
2012237498.tif 000008
【図７】
2012237498.tif 000009
【図８】
2012237498.tif 000010
【図９】
2012237498.tif 000011
【図１０】
2012237498.tif 000012
【図１１】
2012237498.tif 000013