膨胀阀装置制造方法

膨胀阀装置制造方法
【专利摘要】驱动控制装置(10)在第一模式与第二模式之间以恒定电流执行模式切换，其中在所述第一模式下，制冷剂通路(51a)的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量低于或等于预定值的第一流动区域中改变，在所述第二模式下，制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量高于预定值的第二流动区域中改变。通过驱动控制装置增加模式改变时的恒定电流的值(A2)以大于当制冷剂通路的开口度在第一模式下改变时恒定电流的值(A1)。
【专利说明】膨胀阀装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本公开基于2011年9月24日提出申请的日本专利申请N0.2011-208295，该申请的内容通过引用在此全文并入。
【技术领域】
[0003]本公开涉及一种膨胀阀装置。
【背景技术】
[0004]专利文献I描述了一种用于控制制冷剂的流量的电动阀(电动膨胀阀)。电动阀具有利用步进电动机打开或关闭流体通路的阀端口的阀构件。电动阀具有减速齿轮，并且步进电动机的转子的旋转输出通过减速齿轮被传输给使阀构件移动的螺杆机构。因此，获得强大的阀控制力和高分辨率阀开口度特征。
[0005]可以从小流量控制区域到大流量控制区域通过电动膨胀阀确保高输出和高流量控制精度。然而，例如，当阀开口度从小流量控制区域改变到大流量控制区域时，或者当阀开口度从大流量控制区域改变到小流量控制区域时，需要耗费时间来使阀构件移动。即，当模式在其中阀开口度在小流量控制区域内改变的模式与其中阀开口度在大流量控制区域内改变的模式之间被切换时，需要耗费较长时间达到设定的阀开口度。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献I JP-2006-226369A

【发明内容】

[0008]本公开的目的是提供一种可以缩短在其中阀开口度在小流量控制区域内改变的模式与其中阀开口度在大流量控制区域内改变的模式之间执行模式改变的情况下达到目标阀开口度所耗费的时间周期的膨胀阀装置。
[0009]根据本公开的一个示例，布置在制冷循环中以使循环通过制冷循环的制冷剂减压和膨胀的膨胀阀装置包括壳体、阀构件、电动驱动装置和驱动控制装置。壳体限定制冷剂循环通过的制冷剂通路。阀构件布置在壳体中以改变制冷剂通路的开口度。电动驱动装置具有步进电动机以通过根据步进电动机的旋转角度使阀构件位移来控制制冷剂通路的开口度。驱动控制装置以恒定电流驱动和控制步进电动机。驱动控制装置在第一模式与第二模式之间以恒定电流执行模式改变，在所述第一模式中，制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量低于或等于预定值的第一流动区域中改变，在所述第二模式中，制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量高于所述预定值的第二流动区域中改变，并且驱动控制装置增加模式改变时的恒定电流的值以大于当制冷剂通路的开口度在第一模式中改变时所用的恒定电流的值。
[0010]因此，即使当从电源供应的电压改变时，驱动控制装置也可以通过恒定电流稳定地驱动步进电动机。此外，当在其中制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量低于或等于预定值的第一流动区域中改变的第一模式与其中制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量高于所述预定值的第二流动区域中改变的第二模式之间执行模式改变时，恒定电流驱动的电流值被增加以大于当制冷剂通路的开口度在第一模式下改变时所使用的电流值。因此，由步进电动机产生的扭矩增加以使阀构件位移，因此可以迅速地改变阀开口度。
[0011]因此，当在其中制冷剂通路的开口度在小流量控制区域中改变的模式与其中制冷剂通路的开口度在大流量控制区域中改变的模式之间执行模式改变时，可以缩短达到设定的阀开口度所耗费的时间。
[0012]进一步地，例如，驱动控制装置具有使步进电动机的旋转减速的减速机构，并且阀构件通过减速机构由步进电动机的旋转位移。配备有使步进电动机的旋转减速的减速机构的膨胀阀装置可以实现高流动控制精度，但是在改变阀开口度时耗费大量时间使阀构件移动。因此，将本公开应用于配备有减速机构的膨胀阀装置非常有效。
[0013]进一步地，例如，当驱动控制装置的温度高于预定值时，或当与温度有关的物理量的值高于预定阈值时，即使在模式改变时，驱动控制装置也禁止电流值增加。
[0014]如果温度变高，则驱动控制装置的功能可能会降低。因此，当驱动控制装置的组件的温度超过预定值时，或者当与温度有关的物理量的值高于预定阈值时，即使在模式改变时也禁止电流值增加，从而限制驱动控制装置的温度增加。因此，可以限制驱动控制装置具有功能误差。
[0015]进一步地，例如，第一模式是其中当需要使流动通过制冷剂通路的制冷剂减压时制冷剂在第一流动区域中被减压和膨胀的减压膨胀模式，而第二模式是其中当不需要使流动通过制冷剂通路的制冷剂减压时阀构件使制冷剂通路的开口度最大以使得流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量在第二流动区域变得最大的全开模式。
[0016]因此，在其中制冷剂在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量低于或等于预定值的小流量区域中被减压和膨胀的减压膨胀模式时，通过以相对充分的精度使阀构件位移来控制制冷剂流量。进一步地，当在减压膨胀模式与其中制冷剂通路的开口度通过阀构件被形成为最大的全开模式之间执行模式改变时，可以迅速地执行模式改变。
[0017]进一步地，例如，第一模式是其中制冷剂在第一流动区域中被减压和膨胀的第一减压膨胀模式，而第二模式是其中制冷剂在第二流动区域中被减压和膨胀的第二减压膨胀模式，并且驱动控制装置增加模式改变时的恒定电流的值以大于当开口度在第一模式中改变时所使用的恒定电流的值和开口度在第二模式中改变时所使用的恒定电流的值两者。
[0018]因此，在其中制冷剂在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量低于或等于预定值的小流量区域中被减压和膨胀的减压膨胀模式时和在其中制冷剂在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量超过预定值的大流量区域中被减压和膨胀的减压膨胀模式时，通过以相对充分的精度使阀构件位移来控制制冷剂流量。进一步地，当在小流量区域内的减压膨胀模式与大流量区域内的减压膨胀模式之间执行模式改变时，可以迅速地执行模式改变。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1是图示根据一个实施例的膨胀阀装置的示意图；
[0020]图2是图示具有膨胀阀装置的车辆空气调节器的示意图；[0021]图3是图示在制冷循环的每一个操作模式下阀开口度与制冷剂流量之间的关系的曲线图；
[0022]图4是图示通过膨胀阀装置的驱动控制装置进行的阀开口度控制的流程图；以及
[0023]图5是图示膨胀阀装置的电动机的转速与生成扭矩之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0024]图1是图示对应于根据一个实施例的膨胀阀装置的加热用可变节流阀50和控制该可变节流阀50的空气调节控制装置10的剖视图(部分地包括方框图)。图2示出了使用可变节流阀50的车用空气调节器设备。
[0025]如图2所示，空气调节器设备具有对车辆的乘客室执行空气调节的空气调节单元
I。空气调节单元I中的空气调节部分(致动器)由空气调节控制装置IO(ECU)控制。空气调节单元I包括具有导管2、离心式鼓风机、蒸发器27和气体冷却器22的制冷循环3。导管2限定将调节的空气引入到乘客室中的空气通路。鼓风机在导管2中产生朝向乘客室的气流。蒸发器27冷却流动通过导管2的空气。气体冷却器22再加热通过蒸发器27的空气。
[0026]导管2在车辆中布置在乘客室的前侧。内部空气入口 11和外部空气入口 12沿空气流动方向限定在导管2的上游。内部空气入口 11吸入乘客室内部的空气(以下简称为内部空气)。外部空气入口 12吸入乘客室外部的空气(以下简称为外部空气)。内部/外部空气切换门4可旋转地设置在内部空气入口 11和外部空气入口 12的内侧。内部/外部空气切换门4由诸如伺服电动机的致动器13驱动，并在外部空气引入模式(FRS)与内部空气循环模式(REC)之间改变空气进入模式。
[0027]多个空气出口(未示出)沿空气流动方向限定在导管2的下游。出口包括至少除霜器出口(DEF)、面部出口(FACE)、和脚部出口(FOOT)。除霜器出口主要将热空气吹向车辆的挡风玻璃的内表面。面部出口主要将冷空气吹向乘客的上半身(头部和胸部)。脚部出口主要将热空气吹向乘客的下半身(脚部)。空气出口通过多个模式改变门(未示出)被选择性地打开或关闭。模式改变门由诸如伺服电动机的致动器14驱动，因此空气排出模式(MODE)在面部模式(FACE)、两级模式(B / L)、脚部模式(FOOT)、脚部除霜模式(F / D)和除霜模式(DEF)之间被切换。
[0028]离心式鼓风机具有离心式风扇5和使风扇5旋转的鼓风机电动机16。风扇5可旋转地容纳在沿空气流动方向一体形成在导管2的上游侧的蜗壳中。电动机16的转速基于通过鼓风机驱动电路(未不出)施加的鼓风电动机16的端电压(鼓风机控制电压、鼓风机电平)而改变，使得能够控制发送到乘客室中的空气的量。
[0029]制冷循环3具有压缩机21、气体冷却器22、第一减压器、室外热交换器24、内部热交换器、第二减压器、蒸发器27、贮存器28、和环形地连接压缩机21、气体冷却器22、第一减压器、室外热交换器24、内部热交换器、第二减压器、蒸发器27和贮存器28的制冷剂管。压缩机21通过内部驱动电动机(未示出)旋转。压缩机21是压缩从蒸发器27抽出的制冷剂以使其例如具有高温和等于或高于临界压力的高压并排出制冷剂的电动制冷剂压缩机。压缩机21当供应电力时被接通(ON)，而当停止电力供应时压缩机21停止(OFF)。通过变换器20控制压缩机21的转速，使得压缩机21具有由ECU10计算的目标转速。[0030]气体冷却器22沿空气流动方向在蒸发器27的下游布置在导管2中。气体冷却器22是通过与从压缩机21流出的气体制冷剂进行热交换加热通过的空气的热交换器。空气混合(A / M)门6、7可旋转地由气体冷却器22的空气进入部和空气排出部支撑。门6、7通过控制通过气体冷却器22的空气的量和旁通(绕过)气体冷却器22的空气的量来控制吹送到乘客室中的空气的温度。A / M门6、7由诸如伺服电动机的致动器15驱动。
[0031]第一减压器由可变节流阀50构成，其中气体制冷剂从气体冷却器22流入到所述可变节流阀50中。可变节流阀50是基于阀开口度对从气体冷却器22流出的制冷剂进行减压的第一减压装置，并且可以对应于加热用电动膨胀阀(EVH)。阀开口度由ECUlO进行电气控制。此外，可变节流阀50可以由ECUlO设置成具有全开模式，使得可以完全打开可变节流阀50的阀开口度。
[0032]室外热交换器24在导管2的外部设置在当车辆行进时容易接收行进风的位置处(例如，车辆的发动机舱的前部)。在流动通过热交换器24的内部的制冷剂与由电动风扇(未示出)吹送的乘客室外部的空气(外部空气)之间执行热交换。室外热交换器24在加热模式或除湿模式(除湿加热模式)下作为从外部空气吸收热量的吸热装置操作，而在冷却模式或除湿模式下作为将热量辐射到外部空气的散热器操作。
[0033]内部热交换器是过度加热要被吸入到压缩机21的进入端口中的制冷剂-制冷剂热交换器。在从室外热交换器24的出口流出的高温制冷剂与从贮存器28的出口流出的低温制冷剂之间执行热交换。内部热交换器具有两层热交换结构，其中低温侧热交换器29的表面与高温侧热交换器25的表面紧密接触以能够进行热交换。
[0034]第二压缩机具有用于冷却的可变节流阀26和旁通管33。制冷剂从内部热交换器的高温侧热交换器25流入到节流阀26中。从内部热交换器的高温侧热交换器25流出的制冷剂由于管33绕过节流阀26和蒸发器27被发送到贮存器28。可变节流阀26是基于阀开口度对从内部热交换器的高温侧热交换器25流出的制冷剂进行减压的第二减压装置。可变节流阀26是用于冷却的电动膨胀阀(EVC)，并且由ECUlO对阀开口度进行电动控制。电磁开/关阀34 (VH:以下被称为加热用电磁阀)布置在管33中。当供应电力(ON)时阀34打开，而当停止电力供应(OFF)时阀34关闭。
[0035]蒸发器27是空气-制冷剂热交换器(吸热器)。通过节流阀26被减压的制冷剂通过与由风扇5发送的空气进行热交换而被蒸发。空气的热量被蒸发器27吸收。蒸发器27通过贮存器28将气体制冷剂供应给内部热交换器的低温侧热交换器29和压缩机21。贮存器28是具有用于临时储存从蒸发器27流出的制冷剂的储存室的气体-液体分离装置。
[0036]制冷循环3的循环回路切换部在制冷循环3的操作模式之间进行切换，即，制冷循环3中的制冷剂的循环路线在用于冷却模式的循环回路(冷却循环)、用于加热模式的循环回路(加热循环)、以及用于除湿模式或除湿加热模式的循环回路(除湿循环)之间被切换。在本实施例中，可变节流阀50和电磁阀34可以对应于循环回路切换部。
[0037]具体地，当加热用可变节流阀50具有全开模式时，并且当加热用电磁阀34关闭时，制冷循环3的操作模式被设定到冷却循环(用于冷却模式的循环回路)。此外，当阀50具有其中制冷剂被减压和膨胀以具有小流量的减压模式时，并且当阀34打开时，制冷循环3的操作模式被设定到加热循环(用于加热模式的循环回路)。此外，当阀50具有减压模式时，并且当阀34被关闭时，制冷循环3的操作模式被设定到除湿循环(用于除湿模式的循环回路)中。
[0038]这里，本实施例的制冷循环3使用其主要成分由具有低临界温度的二氧化碳(CO2)构成的制冷剂。制冷循环3是超临界蒸汽压缩式热泵循环。从压缩机21的排出端口排出的制冷剂具有等于或高于临界压力的高压力。在超临界蒸汽压缩式热泵循环中，气体冷却器22的入口部的制冷剂温度(制冷剂的入口温度)通过增加高压侧的制冷剂压力而增加到大约120°C。即，从压缩机21的排出端口排出的制冷剂的温度增加到大约120°C。另外，即使制冷剂将热量辐射到气体冷却器22中，流入到气体冷却器22中的制冷剂也不会冷凝，这是因为制冷剂被压缩机21加压以具有等于或高于临界压力的压力。
[0039]ECUlO包括已知的微型计算机，所述微型计算机例如具有执行控制过程和计算过程的CPU、存储各种程序和数据的存储器(ROM、RAM)、I / O端口和定时器功能。当车辆的点火开关接通时(IG-ON)，电力被供应给E⑶10。E⑶10基于从空气调节器控制面板(未示出)输入的操纵信号、从各种传感器输入的传感器信号、和存储在存储器中的控制程序电气地控制空气调节单元I的每一个致动器(例如，伺服电动机13-15、鼓风机16、可变节流阀26、50、电磁阀34、和变换器20)。
[0040]空气调节器控制面板具有温度设定开关、空气调节器(A / C)开关、空气入口设定开关(FRS / REC开关)、空气出口设定开关(模式开关)、除霜器(DEF)开关、空气量开关、自动(AUTO)开关、关闭(OFF)开关等。空气调节器(A / C)开关是指令对乘客室进行冷却或除湿的冷却或除湿开关。空气调节器(A / C)开关是在制冷循环3的操作模式中指令冷却模式或除湿模式的冷却/除湿的设定部。制冷循环3的压缩机21可以通过打开A / C开关被强制驱动，并且可以通过关闭A / C开关而被强制停止。
[0041]DEF开关是指令将空气排出模式固定成DEF模式的DEF模式固定开关。DEF开关是除去挡风玻璃的雾或防止挡风玻璃起雾的防起雾开关。进一步地，DEF开关是指令将制冷循环3的操作模式固定到除湿模式的除湿模式选择部。除湿模式选择部设定作为除湿优先模式或吹送温度优先模式中的一个的除湿模式。可选地，出了 DEF开关之外，除湿模式选择部可以是检测挡风玻璃的起雾的防起雾传感器。除湿模式选择部可以是当开关被接通时在没有将空气排出模式固定到DEF模式的情况下仅指令在乘客室中进行除湿的除湿开关。除湿模式选择部可以是当开关被接通时在没有将空气排出模式固定到DEF模式的情况下仅命令防止挡风玻璃起雾的防起雾开关。
[0042]自动开关是至少基于目标吹送温度(TAO)将制冷循环3的操作模式设定到冷却模式、加热模式、或除湿模式的开关。自动开关是进行命令以自动控制空气调节单元I的每一个致动器的自动控制开关。例如，当模式改变开关或空气量设定开关被操作时，用于切换空气排出模式或用于控制鼓风电动机的自动空气调节控制被取消。
[0043]排出压力传感器40检测从压缩机21的排出端口排出的制冷剂的排出压力(SP)。排出温度传感器41检测从压缩机21的排出端口排出的制冷剂的排出温度(TD)。第一制冷剂温度传感器42检测从气体冷却器22的出口部排出的制冷剂温度(TCO)。第二制冷剂温度传感器43检测从室外热交换器24的出口部流出的制冷剂温度(THO)。从传感器40、
41、42和43输出的传感器信号在输入电路处具有A / D转换(图2中未示出，A / D转换是指图1中的输入处理器102)，并且转换后的信号被输入微型计算机。排出压力传感器40是检测制冷循环3的高压的高压检测器。排出温度传感器41也是检测流入到气体冷却器22的入口部中的制冷剂的入口温度的制冷剂检测器。
[0044]外部空气温度传感器44检测作为乘客室外部的空气温度的外部空气的温度(ΤΑΜ)。温度传感器45 (该温度传感器可以对应于本公开的除湿能力检测器)检测紧接蒸发器27的下游的空气温度(TE:以下称为蒸发器后温度)。内部空气温度传感器46检测作为乘客室内部的空气温度的内部空气的温度(TR)。太阳能传感器47检测进入到乘客室中的太阳辐射量(TS)。温度传感器48 (该温度传感器可以对应于本公开的加热能力检测器)检测紧接气体冷却器22的下游的空气温度(TGC:以下简称为气体冷却器后温度)。从传感器44、45、46、47和48输出的传感器信号在A / D转换电路处具有A / D转换，并且转换后的信号被输入到微型计算机中。
[0045]以下在下文中简短描述空气调节设备的操作。
[0046]例如，当点火开关处于接通状态并且当电力被供应给E⑶10时，E⑶10基于从空气调节器控制面板的每一个开关(未示出)传输的操纵信号、从各种传感器传输的传感器信号和存储在存储器中的控制程序选择制冷循环3的操作模式。因此，空气调节单元I的每一个致动器(伺服电动机13-15、鼓风机16、可变节流阀26、50、电磁阀34、和变换器20)被电控制。
[0047]例如，当自动开关被打开以执行自动空气调节控制时，ECUlO接收来自各种传感器的传感器信号和来自空气调节器控制面板的操纵信号。所述信号为控制空气调节单元I中的每一个空气调节构件(致动器)所必需的。接下来，基于预先存储在存储器中的计算公式计算吹入到乘客室中的调节空气的目标吹送温度(TAO)。
[0048]接下来，例如基于空气调节器(A / C)开关执行用于确定压缩机21是否被接通或停止的压缩机操作判定。当压缩机操作判定的结果指示根据先前计算的目标吹送温度(TAO)压缩机21接通时，执行操作模式判定以确定制冷循环3的操作模式。
[0049]在操作模式判定中，比较目标吹送温度(TAO)与第一规定值(例如，45°C )和第二规定值(例如，15°C)。在TA0 3 α的情况下，选择加热循环(加热模式)作为制冷循环3的操作模式。在TAOS β的情况下，选择冷却循环(冷却模式)作为制冷循环3的操作模式。在β〈ΤΑ0〈α的情况下，选择除湿循环(除湿模式)作为制冷循环3的操作模式。
[0050]在选择制冷循环3的操作模式之后，确定施加到鼓风电动机16的端电压(鼓风机控制电压、鼓风机电平)、改变空气进入模式(内部空气模式与外部空气模式之间)的门4的开口度、改变空气排出模式的模式切换门的开口度、和A / M门6、7的开口度(A / M开口度)，并且控制致动器以驱动鼓风机和门。
[0051]设定制冷循环3的操作模式。设定和控制压缩机21的操作状态(转速等)、可变节流阀50、26的开口度、和电磁阀34的打开/关闭状态，使得制冷循环3的循环效率在每一个操作模式中都被最大化。
[0052]当选择冷却模式作为制冷循环3的操作模式时，可变节流阀50具有全开模式，并且电磁阀34被关闭。从压缩机21的出口排出的制冷剂以以下顺序进行循环:气体冷却器22、全开阀50、室外热交换器24、高温侧热交换器25、阀26、蒸发器27、贮存器28、低温侧热交换器29和压缩机21(如由图2的空白箭头方向所示，在用于冷却模式的循环回路中，冷却循环)。
[0053]此时，控制A/Μ门6、7的开口度以具有全闭状态(最大冷却)。从压缩机21排出的高温高压制冷剂在通过气体冷却器22时没有辐射热量。因此，在蒸发器27中被冷却的空气流动通过导管2以绕过气体冷却器22。例如，空气从面部出口被吹入到乘客室中，使得乘客室被冷却以具有期望的温度(设定温度)。进一步地，在内部热交换器中，在从室外热交换器24流动通过高温侧热交换器25的高温高压制冷剂与从贮存器28流动通过低温侧热交换器29的低温低压制冷剂之间交换热量。因此，流入到蒸发器27中的高温高压制冷剂被冷却。因此，蒸发器热焓增加，使得可以通过节省动力或电力提高制冷循环3的循环效率。
[0054]当加热模式被选择作为制冷循环3的操作模式时，可变节流阀50具有减压模式，并且电磁阀34打开。从压缩机21的出口排出的制冷剂以以下顺序进行循环:气体冷却器22、阀50、室外热交换器24、高温侧热交换器25、阀34、贮存器28、低温侧热交换器29和压缩机21 (如由图2的黑箭头方向所示，在用于加热模式的循环回路中，加热循环)。此时，阀26可以被完全关闭。
[0055]此时，控制A/Μ门6、7的开口度以具有全开状态(最大加热)。从压缩机21排出的高温高压制冷剂在通过气体冷却器22时将热量辐射给导管2中的空气。空气从脚部出口被吹入到乘客室中，使得乘客室被加热以具有期望的温度(设定温度)。在内部热交换器中，没有执行热交换，这是因为低温低压制冷剂通过热交换器25、29中的每一个。
[0056]当选择除湿模式作为制冷循环3的操作模式时，可变节流阀50具有减压模式，并且电磁阀34被关闭。从压缩机21的出口排出的制冷剂以以下顺序进行循环:气体冷却器
22、阀50、室外热交换器24、高温侧热交换器25、阀26、蒸发器27、贮存器28、低温侧热交换器29和压缩机21 (如由图2的阴影线箭头方向所示，在用于除湿模式的循环回路中，除湿循环)。
[0057]此时，空气在蒸发器27中被冷却并被除湿，并且空气在气体冷却器22中被再加热。空气例如从DEF出口或脚部出口被吹入到乘客室中。乘客室被除湿和加热，以使得乘客室具有期望的温度(设定温度)和除去或防止挡风玻璃起雾。可通过可变节流阀50、26的节流度改变从压缩机21排出的制冷剂的排出压力和室外热交换器24的制冷剂压力。因此，控制节流度，使得气体冷却器22的加热能力(从气体冷却器流出或流入到乘客室中的空气的温度)或蒸发器27的除湿能力(从蒸发器流出的空气的温度)具有目标值。
[0058]具体地，如果节流度被控制以使得从压缩机21排出的制冷剂的排出压力和室外热交换器24的制冷剂压力变低(阀50的开口度:小，阀26的开口度:大)，则室外热交换器24用作(作为)吸热装置，使得由气体冷却器22辐射的热量增加。因此，吹入到乘客室中的调节空气的吹送温度具有相对较高的温度。
[0059]相比之下，如果节流度被控制以使得从压缩机21排出的制冷剂的排出压力和室外热交换器24的制冷剂压力变高(阀50的开口度:大，阀26的开口度:小)，则室外热交换器24用作(作为)散热器，使得由气体冷却器22辐射的热量减小。因此，吹入到乘客室中的调节空气的吹送温度具有相对较低的温度。
[0060]接下来，将说明加热用可变节流阀50和控制阀50的空气调节控制装置10。
[0061]如图1所示，可变节流阀50包括壳体51、阀座部件52、阀构件53、弹簧54、电动机
55、板状部件56、环形部件57、O环58和减速机构59。
[0062]壳体51例如由金属材料制成，并具有制冷剂循环通过的近似L形制冷剂通路51a。在壳体51中，由金属材料制成的圆柱形阀座部件52设置在制冷剂通路51a的弯曲部分处，使得阀座部件52的内部空间限定制冷剂通路51a的一部分。阀座部件52具有顶部表面，并且顶部表面的内周边限定阀座52a。
[0063]阀构件53例如由金属材料制成，并设置在壳体51的制冷剂通路51a中。阀构件53的主体部分具有近似截锥形形状，并且阀构件53的下端表面的外周边限定被定位到阀座部件52的阀座52a或与所述阀座52a分离的底座部分。阀构件53具有从图2中的主体部分向上延伸的轴53a。轴53a布置在在轴53a的轴线方向上延伸的壳体51的通孔部中，并且轴53a的上端被定位成从壳体51突出。
[0064]电动机55由步进电动机构造而成,并布置在壳体51的上侧。电动机55具有外壳553，所述外壳553具有由圆筒形部分和封闭圆筒形部分的上端的半球部分构造而成的近似拱顶形形状。环形定子551布置在外壳553的圆筒形部分的外周侧,而转子552布置在圆筒形部分的内侧。
[0065]外壳553的圆筒形部分的下端具有在径向方向上向外延伸的凸缘部分。对应于密封构件的O形环58插入在凸缘部分与壳体51之间。金属板状部件56通过螺钉拧入到壳体51，并通过布置在外壳553的凸缘部分上方的环形部件57将凸缘部分推压到壳体51上。因此，可以在整个外周上在壳体51与电动机55的外壳553之间实现密封。
[0066]定子551布置在板状部件56的上侧，并且具有由A相线圈55IA和B相线圈55IB构造而成的两相结构。电动机55是被称作两相步进电动机的电动机。
[0067]布置在外壳553中的转子552由磁性材料制成。转子552具有近似柱状主体552a和圆筒形磁体552b。主体552a的一部分从上表面和下表面以环形凹部形状被移除。圆筒形磁体552b由永磁体制成,并布置在主体552a的外圆周表面上。圆筒形磁体552b在转子552的旋转方向上以均匀间距被磁化。
[0068]凹部限定在转子552的主体552a中，并且从下表面的中心部分向上凹。阀构件53的轴53a的上端固定到凹部的顶部表面部中。
[0069]螺纹部分形成在转子552的主体552a的的凹部的内周表面上。另一方面，圆筒形外螺纹部分51b固定到壳体51，并向上突起。外螺纹形成在外螺纹部分51b的外圆周表面上。
[0070]通过组合多个齿轮构造而成的减速机构59布置在转子552的主体552a的凹部的内圆周表面与外螺纹部分5Ib的外圆周表面之间。减速机构59可以例如由具有太阳齿轮和行星齿轮的行星齿轮机构形成。可选地，减速机构59可以通过组合多个正齿轮构造而成。
[0071]减速机构59具有与形成在转子552的主体552a的凹部的内圆周表面中的螺纹部分哨合的输入齿轮和与形成在外螺纹部分51b的外圆周表面中的外螺纹哨合的输出齿轮，并且使转子552的旋转减速并将所述旋转传递给外螺纹部分51b。
[0072]因此，转子552的旋转使转子552在轴向方向(在附图中的上下方向上)上移动。因为在转子552与外螺纹部分51b之间采用减速机构59，因此转子552在轴向方向上的位移量相对于转子552的旋转量相对较小。
[0073]当转子552在轴线方向上旋转并移动时，固定到转子552的主体552a的阀构件53也位移，从而改变阀构件53与阀座52a之间的开口度。
[0074]由电动机55、减速机构59和经由减速机构59与转子552螺纹连接的外螺纹部分51b限定的结构可以对应于具有步进电动机并通过根据步进电动机的旋转角度使阀构件移动来控制制冷剂通路的开口度的电驱动装置。
[0075]如图1中清楚地所示，阀构件53的轴53a具有台阶部。弹簧54插入在台阶部与转子552的主体552a的顶部表面之间。因此，如果在阀构件53位于阀座52a上之后转子552向下位移，则弹簧54被压缩，使得能够限制过度负载施加到限定在阀构件53与阀座52a之间的底座部。
[0076]此外，因为从壳体51突出的销部件51c和从转子552突出的销部件552c相互接触，因此能够限制转子552具有过量转动位移。
[0077]如图1所示，E⑶10具有空气调节控制器101、输入处理器102和驱动单元103。输入处理器102处理从每一个开关或传感器输入的信号，并且处理后的信号被发送到空气调节控制器101。驱动单元103将由控制器101确定的数值信息作为电信号输出以控制每一个致动器(伺服电动机13-15、鼓风电动机16、节流阀26、电磁阀34或变换器20)。
[0078]E⑶10还具有步进驱动控制器111、驱动单元113、和输入处理器112。步进驱动控制器111接收由空气调节控制器101确定的关于阀50的开口度的指令，并根据所述指令确定电动机55的驱动信息(例如，电流值)。具体地，例如，由步进驱动控制器111设定阀50的电动机55的驱动方向(旋转方向)和阀50的电动机55的驱动中的步进数(脉冲数)。驱动装置113根据由步进驱动控制器111确定的阀50的驱动信息通过PWM控制激励定子551的A相线圈55IA和B相位线圈551B。A相线圈55IA和B相位线圈55IB的电流值被输入给输入处理器112，并且输入处理器112相对于步进驱动控制器111执行反馈控制。
[0079]步进驱动控制器111输入由空气调节器控制器101确定的关于阀50的开口度的指令，并根据输入的指令和实际阀开口度确定诸如阀50的电动机55的驱动方向(旋转方向)和步进数(脉冲数)的驱动信息。进一步地，步进驱动控制器111可以通过确定操作循环模式的改变来确定电流值的指示，并且可以将所述指示输出给驱动单元113。
[0080]步进驱动控制器111、输入处理器112、和驱动单元113可以限定驱动和控制步进电动机的驱动控制装置。
[0081]当选择冷却模式作为制冷循环3的操作模式时，空气调节器控制器101将阀开口度的指示输出给步进驱动控制器111。阀开口度的指示命令可变节流阀50完全打开。当选择加热模式或除湿模式(除湿加热模式)作为制冷循环3的操作模式时，空气调节器控制器101将阀开口度的指示输出给步进驱动控制器111。阀开口度的指示命令可变节流阀50减压和膨胀制冷剂，使得制冷循环3的操作效率变得更好以执行期望的空气调节。
[0082]图3是图示冷却模式、除湿加热模式和加热模式中的每一个中阀开口度与制冷剂流量之间的关系的曲线图。可变节流阀50具有由实线和黑点显示的阀开口度的指令区域。在加热模式中，在其中制冷剂流量相对较小的小流量控制区域内指令适当的阀开口度。在除湿加热模式下，在中间流量控制区域内指令适合的阀开口度。在冷却模式下，在大流量区域中指令最大阀开口度以具有最大流量。
[0083]接下来，说明由本实施例的由步进驱动控制器111、输入处理器112和驱动单元113构成的驱动控制装置执行的阀50的开口度控制。图4是图示由驱动控制装置进行的阀开口度控制的概要的流程图。
[0084]如图4所示，驱动控制装置输入由空气调节器控制器101确定的阀50的电动机55的驱动方向(打开方向)和步进数(脉冲数)以及关于操作循环模式的改变的信息(S210)。
[0085]这里，用于阀50的阀开口度指令被输入，并且根据输入的阀开口度指令和实际的阀开口度确定诸如阀50的电动机55的驱动方向(打开方向)和步进数(脉冲数)的驱动信息。进一步地，可以例如根据图3中所示的特征值确定操作循环模式的改变。
[0086]接下来，根据S210确定操作循环是否存在改变(S220)。当在S220中确定操作循环没有改变时，确定将由电动机55执行的步进数(脉冲数)是否大于或等于预定值(S230)。
[0087]当在S230中确定步进数没有大于或等于预定值(小于预定值)时，电流值Al (正常时的预定电流值)被设定为恒定电流驱动的电流值(S240)。接着，通过输出电流值Al来执行恒定电流驱动，使得电动机具有正常转速Rl (S250)。接着，驱动控制装置返回到S210。
[0088]当在S220中确定操作循环没有改变时，并且当在S230中确定步进数大于或等于预定值时，(即，尽管操作循环没有改变，在确定阀开口度的改变程度较大，即大于或等于预定值的情况下)，驱动控制装置进行到S260。
[0089]在S260中，确定自从电流值的最后一次增加之后是否已经过去预定时间T。从电流值的最后一次增加逝去的时间是在执行随后所述的S270、S280和S290之后紧接着逝去的时间。当在S260中确定自从电流值最后一次增加之后还没有经过预定时间T时，驱动控制装置进行到S240。
[0090]当通过执行S270、S280、和S290增加恒定电流驱动的电流值时，驱动控制装置(具体地，驱动控制装置的组件)的温度增加。作为S260中的判定值的预定时间T是用于确定在伴随电流值的增加温度增加之后驱动控制装置的组件的温度是否降低的阈值。
[0091]因此，当在S260中确定自从电流值最后一次增加之后还没有过去预定时间T时，确定驱动控制装置的组件的温度没有充分降低。如果电流值再次增加，则可能驱动控制装置的组件可能具有过高温度，并且可能会产生功能误差，因此禁止电流值增加。
[0092]当在S260中确定自从电流值最后一次增加之后已经逝去预定时间T时,作为大于电流值Al的电流值A2(高速旋转时的预定电流值)被设定为恒定电流驱动的电流值(S270)，这是因为假设驱动控制装置的组件的温度被充分降低。接着，根据S210中输入的脉冲数的指令值和用于循环改变的预定允许时间计算电动机55的目标转数R2(S280)。
[0093]在执行S280之后，以电流值A2执行恒定电流驱动以实现电动机55的目标转数R2 (S290)。然后，驱动控制装置返回到S210。
[0094]因此，当在制冷循环3的加热模式、制冷循环3的除湿加热模式和制冷循环3的冷却模式的三种模式之间执行模式改变时，本实施例的由步进驱动控制器111、输入处理器112和ECUlO的驱动单元113构成的驱动控制装置增加用于电动机55的恒定电流驱动的电流值，其中在所述加热模式中，流动通过阀50的制冷剂通路51a的制冷剂的流量低于或等于第一预定值，在所述除湿加热模式中，流动通过制冷剂通路51a的制冷剂的流量超过第一预定值并低于或等于第二预定值，在所述冷却模式中，与当在加热模式内实施流量控制时使用的恒定电流值和当在除湿加热模式内实施流量控制时所使用的恒定电流值相比，流动通过制冷剂通路51a的制冷剂的流量在超过第二预定值的流动区域中最大。
[0095]因此，从电源供应的电压改变时，驱动控制装置可以通过恒定电流驱动稳定地驱动电动机55。
[0096]此外，当在其中阀开口度在低于或等于第一预定值的小流量区域内改变以减压和膨胀制冷剂的加热模式与其中阀开口度在超过第一预定值的中间流动区域内改变以减压和膨胀制冷剂的除湿加热模式之间执行模式改变时，与当阀开口度在模式中的每一个模式中改变时所使用的恒定电流值相比，电动机55的恒定电流驱动的电流值增加。因此，当在加热模式与除湿加热模式之间改变模式时，电动机55的生成扭矩增加以使阀构件53位移，使得阀开口度可以被迅速改变。
[0097]在这种情况下，其中阀开口度在加热模式时改变的模式对应于其中制冷剂通路的开口度在低于或等于预定值的第一流动区域内改变的第一模式，而其中阀开口度在除湿加热模式时改变的模式对应于制冷剂通路的开口度在超过所述预定值的第二流动区域内改变的第二模式。
[0098]此外，当在其中阀开口度在低于或等于第二预定值的小流动区域内改变以减压和膨胀制冷剂的加热模式和除湿加热模式与其中阀开口度在超过第二预定值的大流动区域内改变以使阀开口度最大的冷却模式之间执行模式改变时，与当阀开口度在加热模式和除湿加热模式中改变时所使用的恒定电流值相比，电动机55的恒定电流驱动的电流值增加。因此，当在其中制冷剂被减压和膨胀的加热模式和除湿加热模式与其中制冷剂在全开模式下没有被减压的冷却模式之间执行模式改变时，电动机55的生成扭矩增加以使阀构件53移动，使得可以迅速地改变阀开口度。
[0099]在这种情况下，其中阀开口度在加热模式和除湿加热模式时改变的模式对应于其中制冷剂通路的开口度在低于或等于预定值的第一流动区域内改变的第一模式，而其中阀开口度在冷却模式时改变的模式对应于制冷剂通路的开口度在超过所述预定值的第二流动区域内改变的第二模式。
[0100]如图5所示，如果电流值被设定为恒定，例如在当由步进电动机构成的电动机55由恒定电流驱动时的Al处，不能执行高速旋转，这是因为响应于在循环切换时的高速旋转的指令生成扭矩被减小。在本实施例中，在需要高速旋转的循环切换时，电流值增加到A2以增加生成扭矩，使得可以实现高速旋转。
[0101]因此，当在其中阀开口度在相对较小的流动控制区域内被改变的模式与其中阀开口度在相对较大的流动控制区域内被改变的模式之间执行模式改变时，可以缩短达到设定的阀开口度所耗费的时间。此外，不需要增加电动机的尺寸。
[0102]此外，在图4中所示的S260中，当从电流值的最后一次增加经过的时间相对于预定时间T缩短(在短侧)，从而与驱动控制装置的组件的温度有关的物理量的值较高时，即使在模式切换时，通过执行S240和S250，驱动控制装置也能够禁止电流值的增加。
[0103]如果驱动控制装置的组件的温度变高，则驱动控制装置可能会具有功能误差。因此，当与驱动控制装置的组件的温度有关的物理量的值高于阈值时，即使在模式切换时，也能够禁止电流值的增加，从而限制驱动控制装置的组件的温度的增加。因此，可以限制驱动控制装置具有功能误差。此外，在这种情况下，虽然步进电动机变得难以具有高速旋转，但是由于施加到电动机55的电力可以减少，因此可以提高操作效率。
[0104]此外，在图4中所示的S280中，驱动控制装置由循环切换的脉冲数量的指令值和允许时间计算步进电动机的目标转速，并且在S290中，驱动控制装置通过输出恒定电流进行驱动以实现目标转速。因此，在循环切换时(在模式切换时)，步进电动机的转速可以根据所需的程度被增高，因此可以控制驱动控制装置中的热量的生成。[0105]此外，在图4中所示的S230中，即使不是在循环切换时，即，即使在同一模式中，当阀开口的改变程度大时，即，改变阀开口度时的脉冲数大于或等于预定值时，驱动控制装置也允许步进电动机在S260、S270、S280和S290中具有高速旋转。因此，即使没有模式切换时，也可以缩短达到设定的阀开口度所耗费的时间。
[0106]此外,根据本实施例,加热用可变节流阀50配备有使步进电动机的旋转减速的减速机构59，并且阀构件53通过减速机构59由步进电动机的旋转位移。虽然可以通过配备有使步进电动机的旋转减速的减速机构59实现高流动控制精度，但是如果步进电动机仅以普通转速旋转，则在改变阀开口度时可能需要耗费更多的时间使阀构件53移动。因此，将本公开应用于配备有减速机构59的阀50非常有效。
[0107]虽然在参照图2的制冷循环系统的说明中被省略，但是如图1所示，高压侧制冷剂压力传感器40A被布置以用于检测在阀构件53的上游的制冷剂通路51a中的压力，即，用于检测在阀50对制冷循环中的制冷剂进行减压之前的制冷剂压力。步进驱动控制器111可以根据由高压侧制冷剂压力传感器40A检测到的制冷剂压力改变电动机55的恒定电流驱动的电流值。具体地，当检测到的制冷剂压力变大时，恒定电流驱动的电流值可以增加。
[0108]因此，恒定电流驱动的电流值根据在制冷剂通路51a中的阀构件53的上游的制冷剂压力的增加而增加。在这种情况下，当负载水平增加时，恒定电流驱动的电流值增加以增加最大生成扭矩。
[0109]如图1所示，高压侧制冷剂压力传感器40A被布置以用于检测在阀构件53上游的制冷剂通路51a中的压力以检测在制冷循环中通过节流阀50减压之前的制冷剂的压力。然而，传感器40A不局限于放置在节流阀50的直接上游的制冷剂管中。例如，传感器40A可以布置在壳体51中以面对在阀构件53的上游的制冷剂通路51a。进一步地，排出压力传感器40可以作为高压侧制冷剂压力传感器被共用。
[0110]可以根据在制冷剂通路51a中的阀构件53的上游侧与下游侧之间的压力差的增加来增加恒定电流驱动的电流值。可选地，可以根据从三个或更多个传感器传输的传感器信息控制恒定电流值。
[0111]虽然省略了详细说明，但是冷却用可变节流阀26可以具有与加热用可变节流阀50相同的结构。因此，冷却用可变节流阀26和加热用可变节流阀50可以被形成为通用的。
[0112]本公开不局限于以上实施例，而是可以在不背离本公开的保护范围的情况下通过变形进行实施。
[0113]在以上实施例中，当在其中阀开口度在低于或等于第一预定值的小流动区域内改变以减压和膨胀制冷剂的加热模式与其中阀开口度在超过第一预定值的中间流动区域内改变以减压和膨胀制冷剂的除湿加热模式之间执行模式改变时，与当阀开口度在模式中的每一个模式中改变时(当阀开口在低于或等于第一预定值的流动范围内改变时和当阀开口在超过第一预定值的流动范围内改变时)所使用的电流值相比，电动机55的恒定电流驱动的电流值增加，但是本公开不局限于此。
[0114]例如，当在其中阀开口度在低于或等于第一预定值的流动范围内改变的加热模式下的电流值不同于在其中阀开口度在超过第一预定值的流动范围内改变的除湿加热模式下的电流值时，所需要的仅仅是增加在模式切换时的电流值以至少大于在小流动区域内执行流量控制的加热模式中的电流值。[0115]S卩，当在其中阀开口度在低于或等于第一预定值的小流动区域内改变以减压和膨胀制冷剂的第一模式与其中阀开口度在超过第一预定值的中间流动区域内改变以减压和膨胀制冷剂的第二模式之间执行模式改变时，所需要的仅仅是与用于在第一模式中改变制冷剂通路的开口度所用的电流值相比增加恒定电流驱动的电流值。
[0116]此外，在以上实施例中，当与预定时间T相比从最后一次电流值增加逝去的时间较短(短时间)，因而驱动控制装置的组件的温度仍然较高时，即使在模式切换时，驱动控制装置也能够禁止电流值增加。即，逝去时间对应于与驱动控制装置的组件的温度有关的物理量，但是本公开不局限于此。
[0117]当除了逝去时间之外的与驱动控制装置的组件的温度有关的其它物理量的值使得驱动控制装置的组件的温度高于预先限定的阈值时，即使在模式切换时，也可以禁止电流值的增加。此外，可以直接检测组件的温度，并且即使在模式切换时，当检测温度高于阈值时，也可以禁止电流值的增加。
[0118]此外，在以上实施例中，虽然省略了关于步进电动机的步进驱动系统的说明，但是步进电动机可以具有全步进驱动或微步进驱动。此外，根据需要的分辨力，可以相互组合全步进驱动和微步进驱动。
[0119]全步进驱动表示其中转子552的齿(例如，圆筒形磁体552b的磁极)从与定子551的齿(例如，由每一个相位线圈磁化的磁极)相对的位置一步移动到与紧接于定子551的所述齿的齿相对的位置的驱动方法。微步进驱动表示其中转子552的齿从与定子551的齿相对的位置通过多个步骤逐渐移动到与紧接于定子551的所述齿的齿相对的位置的驱动方法。即，在微步进驱动中，全步进驱动中的一步的驱动角度被分成多步(使得，可以将转子552的齿停止在定子551的两个齿之间)。
[0120]此外，在以上实施例中，虽然可变节流阀50配备有使步进电动机的旋转减速的减速机构59，并且阀构件53通过减速机构由步进电动机的旋转位移，但是本公开不局限于此。本公开应用于未配备有减速机构的膨胀阀装置是有效的。
[0121]电动机55可以是除两相步进电动机之外的多相步进电动机。例如，电动机55可以是五相步进电动机。
[0122]除了超临界蒸汽压缩热泵循环之外，制冷循环3可以是其中高压侧压力等于或低于临界压力的蒸汽压缩热泵循环。
[0123]对应于膨胀阀装置的可变节流阀50和驱动并控制可变节流阀50的驱动控制装置除了用于车辆空气调节器的制冷循环之外可以应用于固定式制冷循环。
【权利要求】
1.一种膨胀阀装置，所述膨胀阀装置布置在制冷循环(3)中以减压和膨胀在制冷循环中循环的制冷剂，所述膨胀阀装置包括: 壳体(51),所述壳体限定使制冷剂流过的制冷剂通路(51a)； 阀构件(53)，所述阀构件布置在壳体中以改变制冷剂通路的开口度； 电动驱动器(55)，所述电动驱动器具有步进电动机以通过根据步进电动机的旋转角度使阀构件移位来控制开口度；和 驱动控制装置(10)，所述驱动控制装置以恒定电流驱动和控制步进电动机，其中驱动控制装置在第一模式与第二模式之间以恒定电流执行模式改变，在所述第一模式中，制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量低于或等于预定值的第一流动区域中改变，在所述第二模式中，制冷剂通路的开口度在流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量高于所述预定值的第二流动区域中改变，并且驱动控制装置增加模式改变时的恒定电流的值(A2)以大于当制冷剂通路的开口度在第一模式中改变时的恒定电流的值(Al)。
2.根据权利要求1所述的膨胀阀装置，其中 所述驱动控制装置具有使步进电动机的旋转减速的减速机构(59)，并且 所述阀构件通过减速机构由步进电动机的旋转移位。
3.根据权利要求1或2所述的膨胀阀装置，其中 当驱动控制装置的温度高于预定值时，或当与温度相关的物理量的值高于预定阈值时，即使在模式改变时，驱动控制装置也能够禁止恒定电流的值的增加。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的膨胀阀装置，其中 所述第一模式是其中当必需使流动通过制冷剂通路的制冷剂减压时制冷剂在第一流动区域中被减压和膨胀的减压膨胀模式，并且 所述第二模式是其中当不需要对流动通过制冷剂通路的制冷剂进行减压时阀构件使制冷剂通路的开口度最大以使得流动通过制冷剂通路的制冷剂的流量在第二流动区域中变得最大的全开模式。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的膨胀阀装置，其中 所述第一模式是其中制冷剂在第一流动区域中被减压和膨胀的第一减压膨胀模式， 所述第二模式是其中制冷剂在第二流动区域中被减压和膨胀的第二减压膨胀模式，并且 所述驱动控制装置增加模式改变时的恒定电流的值以大于当开口度在第一模式中改变时的恒定电流的值和当开口度在第二模式中改变时的恒定电流的值两者。
【文档编号】F16K31/04GK103732964SQ201280040408
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年9月24日
【发明者】铃木佑哉, 松木达广, 竹元和明 申请人:株式会社电装