(57)【要約】【課題】  モータ駆動式の電動弁において、弁座の摩耗による制御性能の低下を防止又は抑制する。【解決手段】  電動弁装置は、弁部を開閉駆動するためのモータを有する電動弁と、そのモータを制御する制御部と、外部制御装置と通信するための通信部とを備える。制御部は、外部制御装置からの制御指令に基づいて電動弁の制御を開始し、弁部の弁開閉点を基準にモータを駆動することにより、弁部の開度が制御指令値に対応した開度となるように制御する。制御部は、弁部の摩耗による弁開閉点の変化を推し量るための指標として、電動弁の作動に伴う閉弁回数を累積的に記憶更新し、電動弁の制御を開始する際にその累積閉弁回数を読み出し、その累積閉弁回数に基づいて弁開閉点の設定を補正する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁部を開閉駆動するためのモータを有する電動弁と、そのモータを制御する制御部と、外部制御装置と通信するための通信部と、を備える電動弁装置であって、
前記制御部は、
前記外部制御装置からの指令に基づいて前記電動弁の制御を開始し、
前記弁部の弁開閉点を基準に前記モータを駆動することにより、前記弁部の開度が制御指令値に対応した開度となるように制御し、
前記弁部の摩耗による前記弁開閉点の変化を推し量るための指標として、前記電動弁の作動に伴う所定の作動回数を累積的に記憶更新し、
前記電動弁の制御を開始する際に前記作動回数を読み出し、その作動回数に基づいて前記弁開閉点の設定を補正することを特徴とする電動弁装置。
【請求項２】
前記電動弁は、
上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとを連通させる弁孔と、を有するボディと、
前記弁孔の開口端部に形成された弁座に着脱して前記弁部を開閉する弁体と、
を備え、
前記制御部は、
前記弁体の前記弁座への着座回数を、前記作動回数として記憶更新し、
前記着座回数に基づいて前記弁開閉点の設定を補正するための設定基準を有することを特徴とする請求項１に記載の電動弁装置。
【請求項３】
前記電動弁は、
前記モータとして、前記弁体を駆動するためのロータを含むステッピングモータと、
前記ロータに連動して回転し、先端側に開口する内空部を有し、その内空部に前記弁体を部分的に挿通するようにして軸線方向に摺動可能に支持するシャフトと、
前記内空部に配置され、前記弁体を前記シャフトの先端開口部から突出させる方向に付勢するためのスプリングと、
前記ロータの回転運動を、前記シャフトの並進運動に変換する作動変換機構と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の電動弁装置。
【請求項４】
前記電動弁は、前記シャフトの閉弁方向への移動限界を規定するストッパ機構を備え、
前記ストッパ機構は、前記弁体が前記弁座に着座後、前記シャフトがさらに閉弁方向に所定量移動したときに前記シャフトを係止するように設けられ、
前記弁開閉点は、前記ストッパ機構により前記シャフトが係止された状態を原点として、その原点から開弁方向への駆動ステップ数により定められていることを特徴とする請求項３に記載の電動弁装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記設定基準として、前記着座回数の累積数と前記弁開閉点との対応関係を定める補正マップを有し、
前記電動弁の個体差によって異なる実際の弁開閉点である実弁開閉点の情報を取得し、
前記実弁開閉点の情報に基づいて前記補正マップを補正することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電動弁装置。
【請求項６】
前記通信部は、ＣＡＮおよびＬＩＮの少なくとも一方のプロトコルを用いて前記外部制御装置と通信すること特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動弁装置。
【請求項７】
前記電動弁、前記制御部および前記通信部が、一体に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動弁装置。
【請求項８】
外部制御装置と通信するための通信部と、モータ駆動の電動弁を制御する制御部とを備える電動弁制御装置であって、
前記制御部は、
前記外部制御装置からの指令に基づいて前記電動弁の制御を開始し、
前記電動弁の弁部の弁開閉点を基準に前記モータを駆動することにより、前記弁部の開度が制御指令値に対応した開度となるように制御し、
前記弁部の摩耗による前記弁開閉点の変化を推し量るための情報として前記電動弁の所定の作動を検出し、その作動回数を累積的に記憶更新し、
前記電動弁の制御を開始する際に前記作動回数を読み出し、その作動回数に基づいて前記弁開閉点の設定を補正することを特徴とする電動弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動式の電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置の冷凍サイクルには一般に、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサ、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ、凝縮された液冷媒を絞り膨張させて霧状の気液混合冷媒にして送出する膨張弁、その霧状の冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により車室内の空気を冷却するエバポレータ等が設けられている。膨張弁としては、エバポレータの出口側の冷媒の温度および圧力を感知して弁部が自律的に開閉する機械式の膨張弁が広く用いられている。一方、近年の電気自動車やハイブリッド車両の普及に伴い、駆動部にステッピングモータを用いて弁開度の精密な制御を実現する電動膨張弁も採用されつつある。
【０００３】
このような電動膨張弁は、ボディに設けられた小口径の弁孔を開閉するために例えばニードル状の弁体を有し、また、ロータの回転運動をシャフトの並進運動に変換してその弁体を駆動する作動変換機構を有する（例えば特許文献１参照）。弁体はシャフトの先端に支持され、弁孔の開口端部に形成された弁座に着脱して弁部を開閉する。弁体の着座性能を確保するために、弁体はシャフトに弾性的に相対変位可能に支持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９６８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような電動膨張弁では、弁体が着座してもシャフトの駆動が直ちには停止されないため、閉弁を繰り返すごとに弁座の摩耗が進行するといった問題があった。特に、初期摩耗により弁開閉点（弁部の開閉位置）が大きく変化する。この弁開閉点が弁開度を制御する際の基準位置となるため、このような摩耗により制御性を低下させる虞があった。なお、このような問題は、上記電動膨張弁に限らず、ロータの回転運動をそのシャフトの並進運動に変換して弁体を駆動する電動弁には同様に発生し得る。
【０００６】
本発明の目的の一つは、モータ駆動式の電動弁において、弁座の摩耗による制御性能の低下を防止又は抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は電動弁装置である。この電動弁装置は、弁部を開閉駆動するためのモータを有する電動弁と、そのモータを制御する制御部と、外部制御装置と通信するための通信部とを備える。制御部は、外部制御装置からの制御指令に基づいて電動弁の制御を開始し、弁部の弁開閉点を基準にモータを駆動することにより、弁部の開度が制御指令値に対応した開度となるように制御する。制御部は、弁部の摩耗による弁開閉点の変化を推し量るための指標として、電動弁の作動に伴う所定の作動回数を累積的に記憶更新し、電動弁の制御を開始する際にその作動回数を読み出し、その作動回数に基づいて弁開閉点の設定を補正する。
【０００８】
この態様によると、電動弁の使用開始後に所定の作動回数が累積的に更新され、電動弁の制御を開始する際にその作動回数に基づく弁開閉点の補正がなされる。それにより、弁部の摩耗の程度に応じた弁開閉点の再設定がなされる。このため、制御部は、現在の弁部の摩耗状態に応じた弁開閉点を基準にモータを駆動することができる。その結果、外部制御装置からの指令に基づいて開始される弁制御の性能を、弁部の摩耗の進行にかかわらず高く維持することができる。
【０００９】
本発明のある態様は電動弁制御装置である。この電動弁制御装置は、外部制御装置と通信するための通信部と、モータ駆動の電動弁を制御する制御部とを備える。制御部は、外部制御装置からの制御指令に基づいて電動弁の制御を開始し、電動弁の弁部の弁開閉点を基準にモータを駆動することにより、弁部の開度が制御指令値に対応した開度となるように制御する。制御部は、弁部の摩耗による弁開閉点の変化を推し量るための情報として電動弁の所定の作動を検出し、その作動回数を累積的に記憶更新し、電動弁の制御を開始する際にその作動回数を読み出し、その作動回数に基づいて弁開閉点の設定を補正する。
【００１０】
この態様によると、電動弁の所定の作動情報が取得され、その作動回数が累積的に更新される。そして、電動弁の制御を開始する際にその作動回数に基づく弁開閉点の補正がなされる。それにより、弁部の摩耗の程度に応じた弁開閉点の再設定がなされる。このため、制御部は、現在の弁部の摩耗状態に応じた弁開閉点を基準にモータを駆動することができる。その結果、外部制御装置からの指令に基づいて開始される弁制御の性能を、弁部の摩耗の進行にかかわらず高く維持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モータ駆動式の電動弁において、弁座の摩耗による制御性能の低下を防止又は抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る電動弁装置が適用されるシステムを表す図である。
【図２】電動弁装置の構成を表す一断面図である。
【図３】補正マップを模式的に示す図である。
【図４】イニシャル処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】弁制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。
【００１４】
図１は、実施形態に係る電動弁装置が適用されるシステムを表す図である。
電動弁装置１０は、車両制御システムの一部であるエアコンシステムに適用される。電動弁装置１０は、冷凍サイクルの膨張弁として機能する電動弁１２と、その電動弁１２を制御する電動弁制御装置２０とを一体に組み付けて構成される。
【００１５】
車両制御システムには、各システム系統を制御するための複数の電子制御装置（Electronic Control Unit：以下「ＥＣＵ」と表記する）が、車載ネットワークを介して接続されている。図示のように、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ１０２、ブレーキ装置を制御するブレーキＥＣＵ１０４、エアコンを制御するエアコンＥＣＵ１０６、その他のＥＣＵが、通信ラインＬ１を介して接続されている。エアコンＥＣＵ１０６は、エアコンシステムを構成する各機器の制御装置と通信ラインＬ２を介して接続されており、電動弁制御装置２０は、その制御装置の一つを構成する。
【００１６】
本実施形態では、メインネットワークの通信ラインＬ１をＣＡＮバスとし、サブネットワークの通信ラインＬ２をＬＩＮバスとしている。すなわち、メインネットワークの通信プロトコルとしてＣＡＮ（Controller Area Network）が採用され、サブネットワークの通信プロトコルとしてＬＩＮ（Local Interconnect Network）が採用されている。エアコンＥＣＵ１０６は、ＬＩＮバスに接続されたマスターノードとして動作する。電動弁制御装置２０は、ＬＩＮバスに接続されたスレーブノードとして動作する。なお、変形例においては、メインネットワークおよびサブネットワークの双方にＣＡＮを採用してもよい。あるいは、メインネットワークおよびサブネットワークの少なくとも一方に、ＣＡＮやＬＩＮ以外の通信プロトコルを採用してもよい。
【００１７】
冷凍サイクルには、循環する冷媒を圧縮するコンプレッサ１１０、圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ１１２、凝縮された液冷媒を絞り膨張させて霧状の気液混合冷媒にして送出する膨張弁（電動弁１２）、その霧状の冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により車室内の空気を冷却するエバポレータ１１４等が設けられている。
【００１８】
電動弁１２は、後述する弁本体１６とモータユニット１８を含む。電動弁制御装置２０は、マイクロコンピュータ２２（「制御部」として機能する）を中心に構成され、モータユニット１８を駆動するモータドライバ２４と、ＬＩＮトランシーバ２６（「通信部」として機能する）とを含む。マイクロコンピュータ２２は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、ステッピングモータの制御プログラム等を格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、電源遮断後も記憶内容を保持する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）、入出力インタフェース、通信インタフェース、計時用のタイマ等を備える。
【００１９】
エアコンＥＣＵ１０６は、例えばエバポレータ１１４の出口側に設置された温度センサや圧力センサの検出情報に基づき、エバポレータ１１４の出口側の過熱度が設定値となるように電動弁１２の目標開度を演算する。そして、その演算結果を制御指令値として電動弁制御装置２０へ送信する。
【００２０】
電動弁制御装置２０は、エアコンＥＣＵ１０６からの制御指令信号をＬＩＮトランシーバ２６を介して受信する。マイクロコンピュータ２２は、その制御指令信号に基づいて目標開度を実現するための制御量（ステッピングモータの駆動ステップ数）を設定し、これを実現するための駆動信号（駆動パルス）をモータドライバ２４に出力する。モータドライバ２４は、その駆動信号に基づいてモータユニット１８を回転駆動させる。
【００２１】
図２は、電動弁装置の構成を表す一断面図である。
電動弁装置１０は、電動弁１２に電動弁制御装置２０を組み付けて構成される。電動弁１２は、ステッピングモータ駆動式の電動膨張弁として構成され、弁本体１６とモータユニット１８とを組み付けて構成されている。弁本体１６は、弁部を収容するボディ３０を有する。モータユニット１８は、ボディ３０の上端開口部を封止するように取り付けられている。電動弁制御装置２０は、円板状の基板にマイクロコンピュータ２２，モータドライバ２４，ＬＩＮトランシーバ２６等の各モジュールを実装して構成され、モータユニット１８の上部に取り付けられている。各モジュールは、基板上の配線（信号線）を介して接続されている。
【００２２】
ボディ３０の一側面には上流側から冷媒を導入する導入ポート３２が設けられ、反対側面には下流側へ冷媒を導出する導出ポート３４が設けられている。導入ポート３２と導出ポート３４とをつなぐ通路には弁孔３６が設けられ、その上端開口部に弁座３８が形成されている。ボディ３０の内方には、モータユニット１８のロータ７５から同軸状に延びる作動ロッド４２が挿通されている。作動ロッド４２は、一端部にニードル状の弁体４０を支持している。弁体４０が弁座３８に上流側から着脱することにより弁部を開閉する。
【００２３】
ボディ３０の軸線方向上段には円筒状の滑り軸受４４が圧入され、その直上段には円筒状のガイド部材４６が圧入されている。ガイド部材４６の内周面には雌ねじ４８が形成されている。ボディ３０の上面にはラックガイド５０が立設されている。
【００２４】
作動ロッド４２は、シャフト５２、ウォーム５４およびストッパ５６を組み付けて構成される。シャフト５２は、下半部が拡径されて円筒状に形成されており、その外周面に雄ねじ５８が形成されている。この雄ねじ５８は、ガイド部材４６の雌ねじ４８と螺合する。雄ねじ５８と雌ねじ４８とは、ボディ３０に対してシャフト５２を軸線方向に相対変位させるリードねじであり、後述する「ねじ機構」を構成する。
【００２５】
シャフト５２の上半部にストッパ５６およびウォーム５４が外挿されている。シャフト５２の上半部の断面が非円形に構成され、ストッパ５６およびウォーム５４も同形状の挿通孔を有する。このため、ストッパ５６およびウォーム５４がシャフト５２に挿通嵌合された後にそれらが相対変位することが防止されている。ストッパ５６は、シャフト５２の下半部とウォーム５４との間に挟持されている。
【００２６】
シャフト５２の下半部には、下方（つまりシャフト５２の先端側）に向けて開口する内空部Ｓが設けられている。内空部Ｓには、上方からスプリング６０（「付勢部材」として機能する）、ばね受け６２、弁体４０が収容されている。シャフト５２の下端開口部には、円筒状のブッシュ６４が同心状に圧入され、弁体４０を摺動可能に下方から支持する。ブッシュ６４は「支持部」として機能する。なお、シャフト５２とブッシュ６４が一体であるため、両者を合わせて広義に「シャフト」と捉えることもできる。ブッシュ６４の下端開口部は、そのシャフトの「先端開口部」を構成する。
【００２７】
弁体４０は、ブッシュ６４を貫通するが、その上端部に半径方向外向きに突出するフランジ部６６を有する。そのフランジ部６６の下面がブッシュ６４の上面に係止されることにより、弁体４０の下方への脱落が防止されている。ばね受け６２は、スプリング６０による下方（閉弁方向）への付勢力を弁体４０に伝達する。なお、弁体４０の上端が半球状の凸球面とされ、ばね受け６２の底面が凹球面とされており、両者は互いの球面にて当接する。このような構成により、弁体４０とばね受け６２との軸線がずれ難くなり、仮にずれたとしても両者間の調心作用が得られるようになる。
【００２８】
ラックガイド５０は、周方向の１箇所が半径方向外向きに凹状に窪み、所定幅にて上下にフラットに延びるガイド部６８となっている。ガイド部６８は、ウォーム５４の軸線と平行に延在し、小片状のラック７０が収容されている。ラック７０は角柱状の本体７１を有する。その本体７１は、ガイド部６８と相補形状となる断面長方形状をなし、その内面側においてウォーム５４と噛合する。ラック７０は、ウォーム５４の回転に伴ってガイド部６８にガイドされつつ上下方向に並進する。本体７１の上面にはラック７０が上死点に位置したときに係止される係止部７２が突設され、下面にはラック７０が下死点に位置したときに係止される係止部７４が突設されている。
【００２９】
一方、モータユニット１８は、ロータ７５とステータコイル７６とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１８は、有底円筒状のキャン７８を有し、そのキャン７８の内方にロータ７５を配置し、外方にステータコイル７６を配置して構成されている。キャン７８は、弁体４０およびその駆動機構が配置される空間を覆うとともにロータ７５を内包する筒状部材であり、冷媒の圧力が作用する内方の圧力空間と作用しない外方の非圧力空間とを画定する。キャン７８の下端開口部が、ボディ３０の上部に組み付けられている。
【００３０】
ステータコイル７６は、励磁コイル８０を収容し、キャン７８の外周に配設されている。ステータコイル７６は、ボディ３０に対して固定されている。励磁コイル８０は、電動弁制御装置２０のモータドライバ２４に接続されている。ロータ７５は、シャフト５２を軸線とする円筒状のロータコア８２と、ロータコア８２の外周に沿って設けられたマグネット８４を備える。ロータコア８２の上端部が半径方向内向きに延出し、作動ロッド４２の上端部に固定されている。ロータコア８２の所定箇所には、ラック７０の上死点を規定するためのストッパ８６が設けられている。
【００３１】
ロータ７５は、その回転軸となる作動ロッド４２がラックガイド５０の上部と滑り軸受４４とにより２点支持される。ロータ７５の回転に伴ってラック７０は上下に並進する。ロータ７５の一方向への回転に伴ってラック７０が上昇し、予め定める上死点に到達すると、ラック７０とストッパ８６とが互いを係止することによりシャフト５２の回転を規制する。それにより、シャフト５２の下方（閉弁方向）への変位が規制される。このとき、シャフト５２はその下死点に位置する。
【００３２】
また、ロータ７５の他方向（反対方向）への回転に伴ってラック７０が下降し、予め定める下死点に到達すると、ラック７０とストッパ５６とが互いを係止することによりシャフト５２の回転を規制する。このとき、シャフト５２はその上死点に位置する。それにより、シャフト５２の上方（開弁方向）への変位が規制される。ウォーム５４、ラック７０、ストッパ５６およびストッパ８６は、シャフト５２の一方向および他方向への回転量を制限、つまりシャフト５２の開弁方向又は閉弁方向への移動限界を規定する「ストッパ機構」として機能する。
【００３３】
以上のように構成された電動弁１２は、モータユニット１８の駆動制御によってその弁開度が調整される。電動弁１２の流量制御において、マイクロコンピュータ２２は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、その駆動ステップに対応する駆動信号（駆動パルス）をモータドライバ２４に出力する。モータドライバ２４は、その駆動信号に基づいて励磁コイル８０に駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ７５が回転すると、それに伴ってシャフト５２も回転する。このとき、シャフト５２は、ガイド部材４６との間のねじ機構（リードねじ）により上下方向、つまり弁部の開閉方向に並進し、弁部の開度が設定開度に調整される。すなわち、このねじ機構は、ロータ７５の軸線周りの回転運動をシャフト５２の軸線方向の並進運動（直進運動）に変換することにより弁体４０を弁部の開閉方向に駆動する「作動変換機構」として機能する。
【００３４】
図示の閉弁状態からロータ７５が一方向に回転駆動（正転）されることにより、弁体４０が開弁作動する。すなわち、ロータ７５とともに回転するシャフト５２がねじ機構によって上昇し、ブッシュ６４が弁体４０を吊り上げるようにして開弁方向に変位させる。このとき、シャフト５２と一体に上昇するウォーム５４に対し、ラック７０は反対方向（つまり下方）に並進する。ロータ７５が一方向に回転されるにつれて弁部の開度が大きくなり、ラック７０が下死点に到達すると、ストッパ５６ひいてはロータ７５の回転が係止され、弁体４０は全開状態で停止される。
【００３５】
一方、ロータ７５が他方向(反対方向）に回転駆動（逆転）されると、弁部の開度は小さくなる。すなわち、ロータ７５とともに逆回転するシャフト５２がねじ機構によって下降し、弁体４０がブッシュ６４に支持されたまま閉弁方向に変位する。このとき、スプリング６０の付勢力がばね受け６２を介して弁体４０に伝達されるため、弁体４０はブッシュ６４と一体に安定に変位する。このとき、シャフト５２と一体に下降するウォーム５４に対し、ラック７０は反対方向（つまり上方）に並進する。それにより、弁体４０が閉弁方向に変位し、弁座３８に着座して閉弁状態となる。ラック７０が上死点に到達すると、ストッパ８６ひいてはロータ７５の回転が係止され、弁体４０は閉弁状態を維持する。
【００３６】
ロータ７５の回転数は駆動ステップ数に対応するため、マイクロコンピュータ２２は、その駆動ステップ数を設定することにより電動弁１２を任意の開度に制御することができる。コンデンサ側から導入ポート３２を介して電動弁１２に導入された液冷媒は、その弁部を通過することにより絞り膨張（断熱膨張）されて霧状の気液混合冷媒となり、導出ポート３４からエバポレータに向けて導出される。
【００３７】
次に、電動弁装置の制御方法について説明する。
上述のように、電動弁１２の開度は、制御指令値に基づく駆動ステップ数により設定されるが、その設定は弁開閉点を基準になされる。ここで、「弁開閉点」は、弁部が閉弁状態から開弁状態へ変化するポイントであり、また、開弁状態から閉弁状態へ変化するポイントである（つまり開弁状態と閉弁状態との境界ポイントである）。この弁開閉点を基準とした開弁方向の駆動ステップ数として弁開度を設定することができる。
【００３８】
ただし、上述のように、閉弁過程において弁体４０が弁座３８に着座しても、シャフト５２の駆動は直ちには停止されず、スプリング６０がやや押し縮められたところでストッパ８６が係止され、シャフト５２ひいてはロータ７５の回転が停止される。すなわち、弁体４０が弁座３８に着座した後、シャフト５２が最下点に到達されるまでの期間（例えば着座から１／３〜１回転の期間）、スプリング６０が押し縮められつつシャフト５２の回転が継続される。このようにしてスプリング６０の付勢力により弁体４０を弁座３８に押し付けることで、安定した閉弁状態を維持するものである。
【００３９】
このような構成のため、弁体４０の停止ポイントとシャフト５２の停止ポイントとは一致しない。すなわち、閉弁作動について、弁体４０の弁座３８への着座タイミングと、シャフト５２の停止タイミングとの間に所定ステップ数分の制御が存在する。同様に、開弁作動について、シャフト５２の駆動開始タイミングと弁体４０の弁座３８からの離脱タイミングとの間にも所定ステップ数分の制御が存在する。一方、ステッピングモータにより直接駆動されるのはシャフト５２であるため、制御指令値としての駆動ステップ数は、シャフト５２の停止ポイントを基準として設定される。つまり、シャフト５２が最下点にて停止された状態を駆動ステップの原点とし、その原点から弁開閉点までの駆動ステップ数を勘案して弁開度指令値が設定されるようになる。
【００４０】
ところで、閉弁作動時には、弁体４０が弁座３８に着座すると同時にブッシュ６４との係合状態が解除されるため、弁体４０と弁座３８との間に過大な力が作用することはない。しかし、弁体４０が弁座３８に着座したときに両者間に摩擦が生じるため、閉弁を繰り返すごとに弁座３８の摩耗が進行するという問題がある。特に電動弁装置１０の設置当初、つまり電動弁１２の使用開始当初における弁座３８の初期摩耗が大きくなる傾向にある。そして、この摩耗により弁開閉点（弁部の開閉位置）が変化するため、そのままでは弁開度の制御性能を低下させる虞がある。そこで本実施形態では、このような摩耗による弁開閉点の変化に合わせた補正処理を行うことにより、その制御性能を良好に維持できるようにする。
【００４１】
図３は、電動弁の開度を制御する際に用いられる補正マップを模式的に示す図である。（Ａ）は同型の電動弁１２に共用の汎用補正マップを示し、（Ｂ）は汎用補正マップを個別に補正して得られる個別補正マップを示す。各図の横軸は電動弁１２の使用が開始されてからの閉弁回数（つまり着座回数）の累積値（「累積閉弁回数（cntCV）」という）を示し、縦軸は原点から弁開閉点までの駆動ステップ数（「弁開閉点ステップ（stepCV）」という）を示す。
【００４２】
これらの補正マップは、原点から弁開閉点までの駆動ステップ数である弁開閉点ステップを、弁座３８の摩耗状態を推定して補正するために用いられる。図３（Ａ）に示す汎用補正マップは、電動弁１２の型式ごとに予め作成される。ここでいう「型式」は、弁体４０や弁座３８の材質，形状，寸法などの弁構造により区別される。汎用補正マップは、型式の異なる電動弁ごとに予め行われた耐久試験（耐摩耗試験）に基づき、型式ごとに作成される。
【００４３】
弁開閉点は、電動弁１２の使用開始当初の初期摩耗において大きく変化し、徐々にその変化が小さくなる。このため、汎用補正マップの弁開閉点ステップも、累積閉弁回数が増加するにつれてその変化率が小さくなっている。図示の例では、累積閉弁回数に関し、初期摩耗の範囲に該当する区間Ａ0において弁開閉点ステップが比較的大きく減少し、続く区間Ａ1、Ａ2、Ａ3の順にその減少率が小さくなっている。ここでは、弁開閉点ステップ（stepCV）を各区間Ａ0〜Ａ3において累積閉弁回数（cntCV）の一次関数にて近似し、各区間の始点の弁開閉点ステップをｂ(0)〜ｂ(3)、各区間の比例定数をａ(0)〜ａ(3)とし、下記式（１）にて定義する。
stepCV ＝ ａ(n)＊cntCV＋ｂ(n)  ・・・（１）
ｎは整数
【００４４】
本実施形態では、電動弁１２の使用開始から累積閉弁回数（cntCV）をカウントする。そして、電動弁１２が起動されるごとにその累積閉弁回数を読み出し、上記式（１）を用いて弁開閉点ステップ（stepCV）を算出し、その設定を補正する。なお、弁開閉点ステップの算出においては、小数点以下を四捨五入又は切り捨てるなどして整数値として取得する。このような補正処理を行うことにより、弁座３８の摩耗状態を考慮した形で弁開閉点を新たに特定し、その新たな弁開閉点を基準として弁開度を高精度に制御することができる。なお、変形例においては、例えば最小二乗法を用いるなどして弁開閉点ステップを曲線近似してもよい。
【００４５】
ただし、同型の電動弁であっても、各部の寸法誤差や組み付け誤差等により、個体ごとのバラツキが生じる場合が想定される。そこで、電動弁１２の出荷時に必要に応じてそのバラツキを検査し、汎用補正マップとの差分（初期弁開閉点ステップの差分）を算出してもよい。そして、その差分に基づいて汎用補正マップを補正した個別補正マップを制御に適用してもよい。
【００４６】
なお、このバラツキの検査については、以下のように行うことができる。例えば、検査用の配管に電動弁１２を設置し、その配管に検査用ガス（空気や窒素ガスなど）を流入させる。このとき、検査用ガスの供給圧力、温度等を一定とし、配管の下流側に設置された流量センサにて流量を検出する。一方、電動弁１２についてはシャフト５２を最下点に位置させた閉弁状態とし、それを駆動ステップの原点とする。そして、ステッピングモータを開弁方向に駆動するとともに駆動ステップ数をカウントする。このとき検出されるガス流量が増大したときの駆動ステップ数を、実際の弁開閉点に対応した弁開閉点ステップ（「実弁開閉点ステップ」ともいう）とすることができる。
【００４７】
汎用補正マップを補正する際には、まず、その汎用補正マップの累積閉弁回数＝０に対応する弁開閉点ステップ（「基準弁開閉点ステップ」ともいう）を取得する。そして、実弁開閉点ステップと実弁開閉点ステップとの差分Δｂを算出し、汎用補正マップの弁開閉点ステップをその差分Δｂだけ増減（平行移動）させることにより、個別補正マップを得ることができる。図３（Ｂ）には、汎用補正マップが破線にて示され、個別補正マップが実線にて示されている。このような処理により、電動弁１２の個体差に応じた高精度な制御を実現することができる。
【００４８】
次に、電動弁装置１０の制御部（マイクロコンピュータ２２）が実行する具体的処理の流れについて説明する。図４は、制御部により実行されるイニシャル処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、電動弁装置１０が起動されるごとに実行される。
【００４９】
制御部は、まず、補正マップ設定フラグがオンにされているか否かを確認する。この「補正マップ設定フラグ」は、上述した個別補正マップが設定されたか否かを判定するためのフラグである。なお、本実施形態では個別補正マップの設定を前提とするが、変形例においてはこれを省略し、汎用補正マップをそのまま用いるようにしてもよい。
【００５０】
補正マップ設定フラグがオフであれば（Ｓ１０のＮ）、実弁開閉点ステップ（InitCV）を読み込む（Ｓ１２）。この実弁開閉点ステップは、上述のように出荷時の検査により取得されるものであり、例えばその検査工程においてマイクロコンピュータ２２の不揮発性メモリに書き込まれる。この実弁開閉点ステップを用いて上述のように汎用補正マップを補正し、個別補正マップを設定する（Ｓ１４）。そして、その設定完了を示す補正マップ設定フラグをオンにする（Ｓ１６）。既に補正マップ設定フラグがオンであれば（Ｓ１０のＹ）、Ｓ１２〜Ｓ１６の処理をスキップする。
【００５１】
続いて、制御部は、駆動ステップの原点を特定するために、シャフト５２を最下点に移動させるイニシャライズ駆動を実行する（Ｓ１８）。ストッパ機構によりロータ７５の回転が停止し、原点位置へ駆動されたと判定すると（Ｓ２０のＹ）、モータユニット１８の駆動を停止させる（Ｓ２２）。そして、ＲＡＭに設定されたステップカウンタ（cntStep）をゼロクリアする（Ｓ２４）。このステップカウンタは、現在の原点からの駆動ステップ数をカウントするものである。また、不揮発性メモリに設定された閉弁回数カウンタ（cntCV）を１インクリメントする（Ｓ２６）。この閉弁回数カウンタは、上述した累積閉弁回数（cntCV）をカウントするものである。この累積閉弁回数は電動弁１２の使用開始以降の累積回数であるため、不揮発性メモリに更新される。そして、補正マップを参照して弁開閉点ステップを設定する（Ｓ２８）。このようにして、今回の制御の基準となる弁開閉点が特定される。そして、エアコンＥＣＵ１０６からの制御開始コマンドを受信すると（Ｓ３０のＹ）、電動弁１２の開度を制御する弁制御処理を開始する（Ｓ３２）。
【００５２】
図５は、図４のＳ３２にて開始される弁制御処理の流れを示すフローチャートである。
制御部は、エアコンＥＣＵ１０６からの制御コマンドを受信すると（Ｓ４０のＹ）、その制御コマンドに含まれる目標開度を実現するための制御量（駆動パルス数）を設定する（Ｓ４２）。そして、ステッピングモータの駆動処理を実行する（Ｓ４４）。そして、弁開度が目標開度となるまで、つまり弁体４０が指令位置に駆動されるまで（制御量に対応する駆動パルス数分）その駆動処理を継続する（Ｓ４６のＮ）。弁開度が目標開度になると（Ｓ４６のＹ）、ステッピングモータの駆動を停止する（Ｓ４８）。このとき、閉弁状態の原点位置にあれば（Ｓ５０のＹ）、閉弁回数カウンタを１インクリメントする（Ｓ５２）。原点位置になければ（Ｓ５０のＮ）、Ｓ５２の処理をスキップする。制御コマンドを受信しなければ（Ｓ４０のＮ）、Ｓ４２〜Ｓ５２までの処理をスキップする。
【００５３】
そして、エアコンＥＣＵ１０６からの制御終了コマンドを受信するまで（Ｓ５４のＮ）、Ｓ４０〜Ｓ５２の処理を繰り返す。制御終了コマンドを受信すると（Ｓ５４のＹ）、予め定める終了処理を実行し（Ｓ５６）、本処理を終了する。
【００５４】
以上に説明したように、本実施形態では、電動弁１２の使用開始後に閉弁回数が累積的に更新され、電動弁１２の制御を開始する際にその累積閉弁回数に基づく弁開閉点ステップの補正がなされる。それにより、弁部の摩耗の程度に応じた弁開閉点の再設定がなされる。このため、現在の弁部の摩耗状態に応じた弁開閉点を基準にステッピングモータを駆動することができる。その結果、エアコンＥＣＵ１０６からの指令に基づいて開始される弁制御の性能を、弁部の摩耗の進行にかかわらず高く維持することができる。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００５６】
上記実施形態では、図４に示したように、電動弁の使用開始後のイニシャル処理において個別補正マップの設定を行う例を示した。変形例においては、電動弁の出荷時等における検査工程において個別補正マップの設定を完了させてもよい。
【００５７】
上記実施形態では、閉弁回数の累積値に基づいて弁開閉点（弁開閉点ステップ）を補正する例を示した。変形例においては、例えば原点位置（ステッピングモータの駆動ステップをカウントする場合の基準位置、シャフトを駆動するときの基準位置）を検出するためのイニシャライズ処理の実行回数の累積値に基づいて弁開閉点を補正してもよい。
【００５８】
上記実施形態では、図１および図２に示したように、電動弁制御装置２０を電動弁１２に一体に設ける例を示した。変形例においては、例えば電動弁制御装置２０を中継基板に実装し、電動弁１２とは別体で構成してもよい。そして、両者を所定の信号線にて接続してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、弁開閉点の設定を補正するための設定基準として補正マップを例示した。このような「設定基準」については、パラメータ同士の対応関係が定められたテーブル構造を用いて実現してもよいし、一方のパラメータから他方のパラメータを導出するプログラム構造を用いて実現してもよい。すなわち、累積閉弁回数（累積作動回数）に基づいてテーブルを参照することにより、あるいは累積閉弁回数（累積作動回数）に基づいて演算処理を実行することにより弁開閉点ステップを設定してもよい。
【００６０】
上記実施形態では、上記電動弁のモータをステッピングモータとする例を示したが、ＤＣモータその他のモータとしてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、上記電動弁を小口径の膨張弁として構成したが、膨張機能を有しない制御弁としてもよい。例えば、大口径の開閉弁又は流量調整弁として構成してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、ニードル状の弁体４０を採用する例を示したが、弁体としてそれ以外の形状を採用してもよい。例えば、弁体４０の先端部に外径が大きい弁形成部を設けてもよい。それにより、弁部にて制御する流量を大きくすることができる。
【００６３】
上記実施形態では、シャフト５２がロータ７５と同軸状に設けられる例を示した。変形例においては、ロータとシャフトとが互いに異なる軸線上に設けられる構成としてもよい。例えば、両者の軸線が平行にずれる構成としてもよい。そして、ロータの軸とシャフトとの間にギヤ機構を介在させてもよい。
【００６４】
上記実施形態の電動弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにコンデンサに代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。
【００６５】
上記実施形態では、上記電動弁を車両用エアコンシステムの冷凍サイクルに適用する例を示したが、車両用に限らず電動膨張弁を搭載する空調装置に適用可能である。また、冷媒以外の流体の流れを制御する電動弁として構成することもできる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０  電動弁装置、１２  電動弁、１８  モータユニット、２０  電動弁制御装置、２２  マイクロコンピュータ、２４  モータドライバ、２６  ＬＩＮトランシーバ、３０  ボディ、３２  導入ポート、３４  導出ポート、３６  弁孔、３８  弁座、４０  弁体、５２  シャフト、６０  スプリング、７５  ロータ、８６  ストッパ、Ｌ１  通信ライン、Ｌ２  通信ライン、Ｓ  内空部。
【図１】
2016205484.tif 000003
【図２】
2016205484.tif 000004
【図３】
2016205484.tif 000005
【図４】
2016205484.tif 000006
【図５】
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