JP2019113095A - 弁装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 故障を防止しつつ良好な応答性を維持することが可能な弁装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 流体制御弁３の駆動を制御する制御部１は、指令デューティ演算部３１、ストレス演算部３２、及び、実デューティ演算部３５を備える。指令デューティ演算部３１は、流体制御弁３の弁部材の実回転角度を検出可能な回転角センサ１５２が検出する実回転角度、及び、弁部材の目標回転角度に基づいてモータ１５３のオン時間またはオフ時間の比率を表す指令デューティ比Ｒｃｄ１を演算する。ストレス演算部３２は、実回転角度、及び、モータ１５３に入力された実デューティ比Ｒｐｄに基づいて弁部材の弁部材負荷トルクＴｑｖ１を演算する。実デューティ演算部３５は、指令デューティ演算部３１が演算する指令デューティ比Ｒｃｄ１、及び、ストレス演算部３２が演算する弁部材負荷トルクＴｑｖ１に基づいて、新たな実デューティ比を演算する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、弁装置の制御装置に関する。

従来、流体の流通を制御可能な弁装置に関して、当該弁装置の弁部材の回転を制御する弁装置の制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、弁部材の回転角を検出する検出部を有する弁装置、並びに、検出部から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を算出するとともにデューティ比を所定の上限値以下に規制するデューティ比算出部、及び、デューティ比が上限値を所定の期間持続したか否かを判定する判定部を有する制御部を備える弁装置の制御装置が記載されている。

特開２０１７−７８３４１号公報

特許文献１に記載の弁装置の制御装置では、当該制御装置を実使用する前にデューティ比に対して所定の上限値を設定している。しかしながら、実使用時における弁部材を収容する弁ハウジングと弁部材との間への異物の噛み込みや流体の凍結などイレギュラーな事象の発生回数を予測することは困難である。このため、実使用する前に所定の上限値の大きさを最適な値に設定することはできないため、例えば、イレギュラーな事象を考慮し上限値を低めに設定してしまうと、弁部材の性能を十分に発揮することができないおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障を防止しつつ良好な応答性を維持することが可能な弁装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、内部空間（１００）を有し内部空間と外部とを連通する複数のハウジング側開口（１０１，１６０１，１７０１，１８０１）を有する弁ハウジング（１０，１５，１６，１７，１８）と、弁ハウジングに回転可能に収容され複数のハウジング側開口と内部空間とを連通または遮断可能な弁部材（２０）と、外部から供給される電力によって弁部材を回転可能な駆動力を出力する駆動部（１５３）と、弁部材の実回転角度を検出可能な回転角検出部（１５２）と、を備える弁装置（３）の駆動を制御する弁装置の制御装置であって、指令デューティ演算部（３１）、ストレス演算部（３２）、及び、実デューティ演算部（３５）を備える。

指令デューティ演算部は、回転角検出部が検出する実回転角度、及び、弁部材の目標回転角度に基づいて、駆動部のオン時間またはオフ時間の比率を表す指令デューティ比（Ｒｃｄ）を演算する。

ストレス演算部は、実回転角度、及び、駆動部に入力された実デューティ比（Ｒｐｄ）に基づいて、弁部材のストレス（Ｔｑｖ）を演算する。

実デューティ演算部は、指令デューティ演算部が演算する指令デューティ比、及び、ストレス演算部が演算するストレスに基づいて、新たな実デューティ比を演算する。

本発明の弁装置の制御装置は、弁部材のストレスを演算するストレス演算部及び駆動部に出力される実デューティ比を演算する実デューティ演算部を備えている。ストレス演算部は、実回転角度、及び、駆動部に入力された実デューティ比に基づいて弁部材のストレスを演算する。弁装置では、通常、駆動部に入力された実デューティ比によって実回転角度が決定される。しかしながら、異物の噛み込みや流体の凍結などのような弁部材が回転不具合となる事象が発生していると、駆動部に入力された実デューティ比と実回転角度とが対応しなくなる。そこで、ストレス演算部では、駆動部に入力された実デューティ比と実回転角度との関係から、例えば、弁部材の回転を妨げるよう弁部材に作用する負荷トルクなどの弁部材のストレスを演算する。実デューティ演算部は、デューティ演算部が演算する指令デューティ比、及び、ストレス演算部が演算するストレスに基づいて駆動部に新たに入力される実デューティ比を演算する。駆動部は、当該実デューティ比に基づいて弁部材を駆動する。これにより、本発明の弁装置の制御装置は、実使用時における弁装置のストレスの大きさに応じて適時演算される実デューティ比に基づいて弁部材を駆動するため、弁装置が故障するような過度のストレスが作用する駆動を防止することができる。したがって、弁装置の故障を確実に防止することができる。

また、従来、弁装置の故障を防止することを優先する場合、実使用前から実デューティ比の上限値を比較的低く設定することによっても弁装置の故障を防止することは可能である。しかしながら、実デューティ比の上限値を比較的低く設定すると弁装置の応答性が低下する。本発明の弁装置の制御装置では、実デューティ演算部は、指令デューティ演算部が演算する指令デューティ比にストレス演算部が演算するストレスを加味することによって弁装置が故障しない程度の新たな実デューティ比を演算し、弁部材を駆動する。これにより、弁装置は、良好な応答性を維持することができる。

このように、本発明の弁装置の制御装置は、ストレス演算部において弁装置のストレスの大きさを演算し当該演算結果に基づいて実デューティ比を設定することによって、弁装置の故障を防止しつつ良好な応答性を維持することができる。

一実施形態による弁装置の制御装置が適用される弁装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 一実施形態による弁装置の制御装置が適用される冷却システムの模式図である。 一実施形態による弁装置の制御装置のブロック図である。 一実施形態による弁装置の制御装置が備えるストレス演算部のブロック図である。 一実施形態による弁装置の制御装置が備えるモータの特性図である。 一実施形態による弁装置の制御装置が備える寿命演算部のブロック図である。 一実施形態による弁装置の制御装置が備える上限値演算部のブロック図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
一実施形態による「流体制御システム」としての流体制御システム５は、「弁装置の制御装置」としての制御部１、及び、「弁装置」としての流体制御弁３を備える。流体制御システム５は、エンジン９１を冷却する冷却システム９０に適用される。

最初に、流体制御システム５が適用される冷却システム９０について、図３に基づいて説明する。流体制御システム５は、エンジン９１が有するシリンダヘッド９１１に設けられている。流体制御弁３には、エンジン９１が有するシリンダブロック９１２及びシリンダヘッド９１１内を流れる冷却水が流入する。流体制御弁３に流入する冷却水は、ラジエータ９２、オイルクーラ９３、及び、空調用熱交換器９４に供給される。ラジエータ９２、オイルクーラ９３、及び、空調用熱交換器９４に供給された冷却水は、ウォーターポンプ９５に戻され加圧された後、再びエンジン９１の冷却に利用される。

流体制御システム５は、図４に示すように、制御部１、流体制御弁３、エンジン回転数センサ５１、水温センサ５２、電圧計５３などを備える。

制御部１は、流体制御弁３、及び、車両の各種センサと電気的に接続している。制御部１は、エンジン回転数センサ５１、水温センサ５２、電圧計５３などが出力する車両の状態を表す信号に基づいて流体制御弁３の駆動を制御する。制御部１の構成及び作用の詳細は、後述する。

流体制御弁３は、図１，２に示すように、「弁ハウジング」としての第一ハウジング１０、軸受１４、「弁ハウジング」としての第二ハウジング１５、「弁ハウジング」としてのラジエータ配管１６、「弁ハウジング」としてのオイルクーラ用配管１７、「弁ハウジング」としての空調用配管１８、弁部材２０、及び、シャフト２５を備える。

第一ハウジング１０は、略有底筒状に形成されている樹脂からなる部材である。第一ハウジング１０は、弁部材２０を収容可能な略柱状の「内部空間」としての弁部材収容空間１００を有する。第一ハウジング１０は、「ハウジング側開口」としての挿入孔１０１を有する。挿入孔１０１は、弁部材収容空間１００に連通しエンジン９１から弁部材収容空間１００に冷却水が流入するときの流入口となる。また、第一ハウジング１０は、弁部材収容空間１００の径外方向に三つの挿入孔１１，１２，１３を有する。挿入孔１１は、ラジエータ配管１６を挿入可能である。挿入孔１２は、オイルクーラ用配管１７を挿入可能である。挿入孔１３は、空調用配管１８を挿入可能である。

ハウジング底部１０４は、略中央に貫通孔１０５を有する。貫通孔１０５には、シャフト２５の他方の端部２５２が挿通されている。貫通孔１０５の内壁には軸受部１０６が設けられている。軸受部１０６は、シャフト２５の他方の端部２５２を回転可能に支持する。

軸受１４は、挿入孔１０１に設けられている。軸受１４は、シャフト２５の一方の端部２５１を回転可能に支持する軸受部１４０を有する。

第二ハウジング１５は、第一ハウジング１０の挿入孔１０１が形成される側とは反対側に設けられる。第二ハウジング１５は、コネクタ１５１を有する。また、第二ハウジング１５は、第一ハウジング１０との間に「回転角検出部」としての回転角センサ１５２、及び、シャフト２５と「駆動部」としてのモータ１５３（図４参照）とを連結する複数のギアを収容可能な収容室１５０を形成する。

コネクタ１５１は、回転角センサ１５２及びモータ１５３と電気的に接続する端子１５４を有する。端子１５４は、制御部１と電気的に接続している。コネクタ１５１は、回転角センサ１５２が出力する信号を制御部１に出力するとともに、モータ１５３に供給される電力を外部から受電可能である。

回転角センサ１５２は、シャフト２５の他方の端部２５２の近傍に設けられる。回転角センサ１５２は、弁部材２０と一体に回転可能なシャフト２５の「実回転角度」としての回転角度に応じた信号を出力可能である。

モータ１５３は、いわゆる、直流モータであって、制御部１が出力する実デューティ比Ｒｐｄに基づいて駆動トルクを出力可能に設けられている。モータ１５３が出力する駆動トルクは、収容室１５０に収容されているギアを介してシャフト２５に伝達される。

シャフト２５は、金属から略棒状に形成され、一方の端部２５１、及び、他方の端部２５２を有する。一方の端部２５１は、軸受１４に挿入され、軸受部１４０に回転可能に支持されている。他方の端部２５２は、ハウジング底部１０４に挿入され、軸受部１０６に回転可能に支持されている。

ラジエータ配管１６は、ラジエータ用通路１６０を有するよう略筒状に形成され第一ハウジング１０の開口部１１１に固定されているラジエータ用パイプ１６１、「弁ハウジングの内壁」としてのシート１６２、スリーブ１６３、及び、ばね１６４を有する。シート１６２は、ラジエータ用パイプ１６１とは別体に設けられている、例えば、ＰＴＦＥから形成されている略環状の部材である。シート１６２は、ハウジング側開口１６０１を有する。シート１６２は、弁部材２０の外壁に摺動可能に設けられる。

スリーブ１６３は、ラジエータ用パイプ１６１とシート１６２との間に設けられる略筒状の部材である。スリーブ１６３は、ラジエータ用パイプ１６１側の端部がラジエータ用通路１６０に挿入されている。スリーブ１６３は、シート１６２を支持している。

ばね１６４は、ラジエータ用パイプ１６１とシート１６２とが離間する方向にシート１６２を付勢する。これにより、シート１６２は、弁部材２０の外壁に摺動し、弁部材２０内及びスリーブ１６３内と挿入孔１１との液密が維持される。

オイルクーラ用配管１７は、オイルクーラ用通路１７０を有するよう略筒状に形成され第一ハウジング１０の開口部１２１に固定されているオイルクーラ用パイプ１７１、「弁ハウジングの内壁」としてのシート１７２、スリーブ１７３、及び、ばね１７４を有する。シート１７２は、オイルクーラ用パイプ１７１とは別体に設けられている、例えば、ＰＴＦＥから形成されている略環状の部材である。シート１７２は、ハウジング側開口１７０１を有する。シート１７２は、弁部材２０の外壁に摺動可能に設けられる。

スリーブ１７３は、オイルクーラ用パイプ１７１とシート１７２との間に設けられる略筒状の部材である。スリーブ１７３は、オイルクーラ用パイプ１７１側の端部がオイルクーラ用通路１７０に挿入されている。スリーブ１７３は、シート１７２を支持している。

ばね１７４は、オイルクーラ用パイプ１７１とシート１７２とが離間する方向にシート１７２を付勢する。これにより、シート１７２は、弁部材２０の外壁に摺動し、弁部材２０内及びスリーブ１７３内と挿入孔１２との液密が維持される。

空調用配管１８は、空調用通路１８０を有するよう略筒状に形成され第一ハウジング１０の開口部１３１に固定されている空調用パイプ１８１、「弁ハウジングの内壁」としてのシート１８２、スリーブ１８３、及び、ばね１８４を有する。シート１８２は、空調用パイプ１８１とは別体に設けられている、例えば、ＰＴＦＥから形成されている略環状の部材である。シート１８２は、ハウジング側開口１８０１を有する。シート１８２は、弁部材２０の外壁に摺動可能に設けられる。

スリーブ１８３は、空調用パイプ１８１とシート１８２との間に設けられる略筒状の部材である。スリーブ１８３は、空調用パイプ１８１側の端部が空調用通路１８０に挿入されている。スリーブ１８３は、シート１８２を支持している。

ばね１８４は、空調用パイプ１８１とシート１８２とが離間する方向にシート１８２を付勢する。これにより、シート１８２は、弁部材２０の外壁に摺動し、弁部材２０内及びスリーブ１８３内と挿入孔１３の液密が維持される。

弁部材２０は、樹脂から略有底筒状に形成され、弁部材収容空間１００に収容されている。弁部材２０の中心軸上には、シャフト２５の回転軸ＲＡ２５が位置する。弁部材２０は、弁部材底部２１、及び、筒部２２を有する。弁部材２０は、内部に弁部材底部２１と筒部２２とによって形成される空間２００を有する。

弁部材底部２１は、弁部材収容空間１００のハウジング底部１０４に対向する位置に設けられている。略中心にシャフト２５を挿通可能な貫通孔２１１を有する。貫通孔２１１にシャフト２５が挿通されると、弁部材２０とシャフト２５とは相対移動不能となり、一体となって回転可能となる。

筒部２２は、弁部材底部２１からハウジング底部１０４とは反対の方向に延びるよう形成される。筒部２２は、空間２００と筒部２２の外側とを連通する弁部材側開口２２１，２２２，２２３，２２４を有する。弁部材側開口２２１，２２２は、筒部２２の弁部材底部２１側に形成されている。弁部材側開口２２１，２２２は、弁部材２０の回転角度に応じてラジエータ用通路１６０に連通可能なよう形成されている。弁部材側開口２２３は、弁部材２０の回転角度に応じてオイルクーラ用通路１７０に連通可能なよう形成されている。弁部材側開口２２４は、弁部材２０の回転に合わせて空調用通路１８０に連通可能なよう形成されている。

エンジン回転数センサ５１は、エンジン９１の回転数を検出し、当該回転数に応じた回転数信号Ｎｒを電気的に接続している制御部１に出力する（図４参照）。水温センサ５２は、エンジン９１の冷却水の温度を検出し、当該水温に応じた水温信号Ｔｗを電気的に接続している制御部１に出力する（図４参照）。電圧計５３は、図示しないバッテリの電圧を検出し、当該電圧に応じた電圧信号Ｅｖを電気的に接続している制御部１に出力する（図４参照）。

一実施形態による制御部１は、その構成及び各部における演算処理の内容に特徴がある。ここでは、図４〜８に基づいて、制御部１の構成及び各部の演算処理の内容について説明する。

制御部１は、マイコン等を含んでいる。マイコンは、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭ等を有する小型のコンピュータである。マイコンは、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従い、ＣＰＵによって種々の処理を実行する。制御部１における処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。制御部１は、図４に示すように、指令デューティ演算部３１、ストレス演算部３２、寿命演算部３３、上限値演算部３４、実デューティ演算部３５、及び、警報部３６を有する。

指令デューティ演算部３１は、エンジン回転数センサ５１、水温センサ５２、電圧計５３、及び、回転角センサ１５２と電気的に接続している。指令デューティ演算部３１には、エンジン回転数センサ５１が出力するエンジン９１の回転数に応じた回転数信号Ｎｒ、水温センサ５２が出力する水温に応じた水温信号Ｔｗ、電圧計５３が出力するバッテリの電圧に応じた電圧信号Ｅｖ、及び、回転角センサ１５２が出力する弁部材２０の実回転角度に応じた回転角信号Ａｒが入力される。また、指令デューティ演算部３１には、エンジン９１を搭載する車両の図示しないＥＣＵが出力する弁部材２０の目標回転角度に応じた信号Ａａｒが入力される。指令デューティ演算部３１は、回転数信号Ｎｒ、水温信号Ｔｗ、電圧信号Ｅｖ、回転角信号Ａｒ、及び、目標回転角度に応じた信号Ａａｒに基づいて、モータ１５３のオン時間またはオフ時間の比率を表すデューティ比を演算する。指令デューティ演算部３１は、演算したデューティ比（以下、「指令デューティ比」という）Ｒｃｄとしての指令デューティ比Ｒｃｄ１に応じた指令デューティ比信号ＳＲｃｄ１を実デューティ演算部３５に出力する。

ストレス演算部３２は、水温センサ５２、電圧計５３、回転角センサ１５２、及び、実デューティ演算部３５の出力端Ｏｐ３５と電気的に接続している。ストレス演算部３２における演算処理の内容を図５，６に基づいて説明する。図５は、ストレス演算部３２における弁部材負荷トルクＴｑｖの演算方法を説明するブロック図である。図６は、モータ１５３におけるモータ負荷トルクＴｑｍと回転数Ｒｎとの関係を示す特性図である。

ストレス演算部３２は、回転角センサ１５２が出力する回転角信号Ａｒに基づいて現在の弁部材２０の位置Ｐｖｐを演算する。また、ストレス演算部３２では、現在より前の時刻での弁部材２０の位置Ｐｖｆを記憶している。そこで、ストレス演算部３２は、図５に示すように、現在の弁部材２０の位置Ｐｖｐと現在より前の時刻での弁部材２０の位置Ｐｖｆとの差分から弁部材２０の回転速度Ｓｖを演算する。ストレス演算部３２は、演算された弁部材２０の回転速度Ｓｖに基づいてシャフト２５とモータ１５３とを連結する複数のギアのギア比Ｒｇを加味し、モータ１５３の回転速度Ｓｍを演算する。

また、ストレス演算部３２には、水温センサ５２が出力する水温信号Ｔｗ、電圧計５３が出力する電圧信号Ｅｖ、及び、実デューティ演算部３５の出力端Ｏｐ３５から入力される実デューティ比Ｒｐｄに応じた信号（以下、「実デューティ信号」という）ＳＲｐｄが入力される。電圧信号Ｅｖと実デューティ信号ＳＲｐｄとからは、モータ１５３に入力された実電圧Ｅａを演算することが可能である。

ストレス演算部３２では、演算されたモータ１５３の回転速度Ｓｍ、水温信号Ｔｗ、及び、実電圧Ｅａに基づいて、モータ特性マップｍａｐ１を用いて任意の時刻におけるモータ１５３のモータ負荷トルクＴｑｍ１を演算する。この演算方法について、図６に基づいて説明する。

図６に示す特性図では、横軸にモータ負荷トルクＴｑｍをとり、縦軸に回転数Ｒｎをとっている。モータ負荷トルクＴｑｍと回転数Ｒｎとの関係は、水温信号Ｔｗから演算可能なエンジン９１の冷却水の温度または実電圧Ｅａによって変化する。したがって、図６には、ある水温及びある実電圧におけるモータ負荷トルクＴｑｍと回転数Ｒｎとの関係の一例として、実線Ｌ１を示している。ストレス演算部３２には、図６の実線Ｌ１を含め流体制御弁３を使用する状況において想定される水温及び実電圧におけるモータ負荷トルクＴｑｍと回転数Ｒｎとの関係に関するデータが事前に入力されている。

ストレス演算部３２は、入力される水温信号Ｔｗ、電圧信号Ｅｖ、及び、実デューティ比Ｒｐｄの大きさに応じた信号によって図６の特性図上のモータ負荷トルクＴｑｍと回転数Ｒｎとの関係を一つに決定する。例えば、ストレス演算部３２は、ここでは実線Ｌ１に決定する。次に、モータ１５３の回転速度Ｓｍに基づいて演算される回転数Ｒｎを縦軸にプロットする。例えば、ここでは回転数Ｒｎ１とする。ストレス演算部３２は、図６に示す特性図上において、回転数Ｒｎ１に対応するモータ負荷トルクＴｑｍ１を演算する（図６の点線Ｌ１１，Ｌ１２）。

図５に戻り、ストレス演算部３２では、演算されたモータ負荷トルクＴｑｍ１に基づいてシャフト２５とモータ１５３とを連結する複数のギアのギア比Ｒｇを加味し、シャフト２５及び弁部材２０の弁部材負荷トルクＴｑｖ１を演算する。ストレス演算部３２は、弁部材負荷トルクＴｑｖ１の大きさに応じた信号ＳＴｑｖ１を寿命演算部３３に出力する。

本実施形態のストレス演算部３２は、実デューティ比Ｒｐｄが前の時刻での実デューティ比Ｒｐｄから変化した直後、例えば、弁部材２０の回転が安定するまでの一定時間の間、モータ負荷トルクＴｑｍの演算を停止する。

寿命演算部３３では、ストレス演算部３２が出力する弁部材負荷トルクＴｑｖ１に基づいて流体制御弁３の寿命を演算する。この演算方法の詳細について、図７に基づいて説明する。

寿命演算部３３は、事前に、「弁部材のストレス」及び「弁部材の摺動抵抗」としての弁部材負荷トルクＴｑｖと蓄積係数Ｃａとの関係を示す疲労特性マップｍａｐ２を有している。ここで、蓄積係数Ｃａとは、図７の疲労特性マップｍａｐ２に示すように、弁部材負荷トルクＴｑｖが大きくなるに従って大きくなる値であって、シャフト２５及び弁部材２０に蓄積されるダメージの大きさを数値で表したものである。本実施形態では、弁部材負荷トルクＴｑｖが大きいほど蓄積係数Ｃａが増加する度合いが大きくなるよう設定されている。また、本実施形態では、弁部材負荷トルクＴｑｖに「ストレスの下限値」としての下限値ＬＴｑｖが設定されている。寿命演算部３３に入力される弁部材負荷トルクＴｑｖが下限値ＬＴｑｖを下回る場合、蓄積係数Ｃａは０として扱う。寿命演算部３３では、疲労特性マップｍａｐ２に基づいて、弁部材負荷トルクＴｑｖ１に対応する蓄積係数Ｃａ１を演算する。

寿命演算部３３では、演算された蓄積係数Ｃａ１と、前の時刻までに積算された通算蓄積係数（ΣＣａ−Ｃａ１）とを足し合わせ、現時点での「蓄積係数の合計」としての通算蓄積係数ΣＣａ１を演算する。

また、寿命演算部３３は、事前に、通算蓄積係数ΣＣａと故障率Ｒｆとの関係を示す強度設計マップｍａｐ３を有している。ここで、故障率Ｒｆとは、図７の強度設計マップｍａｐ３に示すように、通算蓄積係数ΣＣａが大きくなるに従って大きくなる値であって、現時点での流体制御弁３の故障率、すなわち、故障の程度を示している。本実施形態では、通算蓄積係数ΣＣａが大きいほど故障率Ｒｆが増加する度合いが大きくなるよう設定されている。寿命演算部３３では、強度設計マップｍａｐ３に基づいて、通算蓄積係数ΣＣａ１に対応する故障率Ｒｆ１を演算する。寿命演算部３３は、故障率Ｒｆ１の大きさに応じた信号ＳＲｆ１を上限値演算部３４に出力する。

上限値演算部３４は、寿命演算部３３が演算する流体制御弁３の故障率Ｒｆ、及び、流体制御弁３の「使用履歴」としての使用時間Ｔｕに基づいて上限デューティ比Ｒｕｌｄを演算する。この演算方法の詳細について、図８に基づいて説明する。

上限値演算部３４は、事前に、故障率Ｒｆと推定故障率Ｒｅｆとの関係を示す疲労特性マップｍａｐ４を有している。ここで、推定故障率Ｒｅｆとは、図８の疲労特性マップｍａｐ４に示すように、故障率Ｒｆが大きくなるに従って大きくなる値であって、故障率Ｒｆに基づいて流体制御弁３を搭載する車両が一生分走行したときの故障率を推測した値である。

故障率Ｒｆに対する推定故障率Ｒｅｆの変化率は、流体制御弁３の使用時間の長さによって異なる。具体的には、流体制御弁３の使用時間が比較的長いときの推定故障率Ｒｅｆの変化率は、流体制御弁３の使用時間が比較的短いときの推定故障率Ｒｅｆの変化率に比べ大きい。疲労特性マップｍａｐ４には、流体制御弁３の使用時間が比較的長いときの故障率Ｒｆと推定故障率Ｒｅｆとの関係を実線Ｌ２で示し、流体制御弁３の使用時間が比較的短いときの故障率Ｒｆと推定故障率Ｒｅｆとの関係を点線Ｌ３で示す。上限値演算部３４では、流体制御弁３の使用時間に基づいて疲労特性マップｍａｐ４を設定する。上限値演算部３４では、当該設定された疲労特性マップｍａｐ４に基づいて、故障率Ｒｆ１に対応する推定故障率Ｒｅｆ１を演算する。

また、上限値演算部３４は、事前に、推定故障率Ｒｅｆと上限デューティ比Ｒｕｌｄとの関係を示す上限デューティマップｍａｐ５を有している。推定故障率Ｒｅｆが大きいと弁部材２０の駆動によって流体制御弁３が使用不可能な状態となる可能性が高いため、デューティ比を小さくする必要がある。したがって、図８の上限デューティマップｍａｐ５は、推定故障率Ｒｅｆが大きくなると、上限デューティ比Ｒｕｌｄが小さくなるよう設定されている。上限値演算部３４では、上限デューティマップｍａｐ５に基づいて、推定故障率Ｒｅｆ１に対応する上限デューティ比Ｒｕｌｄ１を演算する。上限値演算部３４は、上限デューティ比Ｒｕｌｄ１の大きさに応じた信号ＳＲｕｌｄ１を実デューティ演算部３５に出力する。

実デューティ演算部３５は、指令デューティ演算部３１が出力する指令デューティ比Ｒｃｄ１と上限値演算部３４が出力する上限デューティ比Ｒｕｌｄ１とに基づいて、「新たな実デューティ比」としての実デューティ比Ｒｐｄ１を演算する。例えば、指令デューティ比Ｒｃｄ１の大きさが上限デューティ比Ｒｕｌｄ１の大きさに比べ小さい場合、実デューティ比Ｒｐｄ１は、指令デューティ比Ｒｃｄ１となる。一方、指令デューティ比Ｒｃｄ１の大きさが上限デューティ比Ｒｕｌｄ１の大きさに比べ大きい場合、実デューティ比Ｒｐｄ１は、上限デューティ比Ｒｕｌｄ１となる。

実デューティ演算部３５は、指令デューティ比Ｒｃｄ１と上限デューティ比Ｒｕｌｄ１との比較によって決定された実デューティ比Ｒｐｄ１をモータ１５３に出力する。モータ１５３は、外部から供給される電力と実デューティ比Ｒｐｄ１とに基づいて弁部材２０を駆動する。

警報部３６は、寿命演算部３３と電気的に接続している。警報部３６には通算蓄積係数ΣＣａの上限値ＬΣＣａが設定されている（図７のｍａｐ３参照）。警報部３６は、寿命演算部３３が演算する通算蓄積係数ΣＣａの値が上限値ＬΣＣａ以上になると、外部に警報を出力する。

一実施形態による制御部１は、ストレス演算部３２及び実デューティ演算部３５を備えている。ストレス演算部３２は、シャフト２５の回転角度やモータ１５３に出力された実デューティ比Ｒｐｄなどに基づいて、弁部材負荷トルクＴｑｖを流体制御弁３のストレスとして演算する。流体制御弁３では、通常、モータ１５３に出力された実デューティ比Ｒｐｄによってシャフト２５の回転角度が決定される。しかしながら、流体制御弁３に弁部材２０が回転不具合となる事象が発生していると、モータ１５３に出力された実デューティ比Ｒｐｄと弁部材２０の実回転角度とが対応しなくなる。そこで、ストレス演算部３２では、モータ１５３に出力された実デューティ比Ｒｄｐとシャフト２５の回転角度との関係から弁部材２０のストレスとしての弁部材負荷トルクＴｑｖを演算する。

実デューティ演算部３５は、指令デューティ演算部３１が演算する指令デューティ比Ｒｃｄ、及び、ストレス演算部３２が演算する弁部材負荷トルクＴｑｖに基づいてモータ１５３に出力する実デューティ比Ｒｐｄを演算する。モータ１５３は、当該実デューティ比Ｒｐｄに基づいて弁部材２０を駆動する。これにより、本実施形態では、実使用時における流体制御弁３のストレスの大きさに応じて適時演算される実デューティ比Ｒｐｄに基づいて弁部材２０を駆動することができる。例えば、流体制御弁３の実使用時において、第一ハウジング１０と弁部材２０との間への異物の噛み込みや流体に水を使った場合の当該水の凍結などが発生した場合、弁部材２０の回転を妨げる力が作用するため弁部材負荷トルクＴｑｖは変化する。制御部１では、流体制御弁３の状態に対応する弁部材負荷トルクＴｑｖの変化に基づいて実デューティ比Ｒｐｄを演算するため、流体制御弁３が使用不可能となるような過度のストレスが発生する弁部材２０の駆動を防止することができる。したがって、一実施形態は、流体制御弁３の故障を確実に防止することができる。

また、従来、流体制御弁の故障を確実に防止することを優先とする場合、市場に出荷される前の制御部に設定されている実デューティ比の上限値を比較的低く設定することは可能である。しかしながら、実デューティ比の上限値を比較的低く設定すると、流体制御弁の応答性が低下するため、流体制御弁の特性を十分に発揮することができない。このため、例えば、一実施形態のように流体制御弁によってエンジンの冷却水の流れを制御する場合、エンジンの始動時に効率的に暖機をするためには冷却システムの耐圧近傍まで冷却水の流れを止めるよう閉弁することが望ましい。しかしながら、応答性が悪いと早めに開弁する必要があり、効率的にエンジンの暖機を行うことができない。

一実施形態による制御部１では、弁部材負荷トルクＴｑｖの大きさに応じて上限デューティ比Ｒｕｌｄが演算されるため、弁部材負荷トルクＴｑｖが比較的少ないときには上限デューティ比Ｒｕｌｄを比較的大きく設定することができる。これにより、流体制御弁３は、良好な応答性を比較的長い期間維持することができる。

このように、一実施形態による制御部１は、流体制御弁３のストレスの大きさをストレス演算部３２によって演算し当該演算結果に基づいて実デューティ比Ｒｐｄを設定することによって、流体制御弁３の故障を防止しつつ良好な応答性を維持することができる。

また、一実施形態による制御部１は、寿命演算部３３を備えている。寿命演算部３３は、ストレス演算部３２が演算する弁部材負荷トルクＴｑｖ及び疲労特性マップｍａｐ２に基づいて蓄積係数Ｃａを演算する。寿命演算部３３では、演算された蓄積係数Ｃａを積算した通算蓄積係数ΣＣａを演算し、当該通算蓄積係数ΣＣａから流体制御弁３の現時点での故障率である故障率Ｒｆを演算する。これにより、制御部１は、流体制御弁３に蓄積されるストレスの合計から流体制御弁３の寿命予測を行うことができる。したがって、制御部１は、流体制御弁３の故障を確実に防止することができる。

また、一実施形態による制御部１は、上限値演算部３４を備えている。上限値演算部３４は、寿命演算部３３が演算する流体制御弁３の故障率Ｒｆ、及び、流体制御弁３の使用時間Ｔｕに基づいて上限デューティ比Ｒｕｌｄを演算する。これにより、実デューティ演算部３５では、指令デューティ演算部３１が出力する指令デューティ比Ｒｃｄと上限値演算部３４が出力する上限デューティ比Ｒｕｌｄとに基づいて、実デューティ比Ｒｐｄを演算することができる。したがって、実デューティ演算部３５では、二つの数値を比較する比較的単純な演算によって、モータ１５３に出力される実デューティ比Ｒｐｄを決定することができる。したがって、制御部１は、流体制御弁３の故障を確実に防止することができる。

一実施形態による制御部１には、寿命演算部３３における蓄積係数Ｃａの演算において、弁部材負荷トルクＴｑｖの下限値ＬＴｑｖが設定されている。本実施形態では、寿命演算部３３に入力される弁部材負荷トルクＴｑｖが下限値ＬＴｑｖを下回る場合、蓄積係数Ｃａは０とする。これにより、信号のノイズに基づいて演算されるトルクによって通算蓄積係数ΣＣａが誤積算されることを防止できるため、演算負荷を低減するだけでなく蓄積係数Ｃａの精度を向上することができる。したがって、制御部１は、応答性をさらに向上することができる。

一実施形態による制御部１は、寿命演算部３３が演算する通算蓄積係数ΣＣａの値が事前に設定されている上限値ＬΣＣａを超えると、外部に警報を出力する警報部３６を備える。これにより、流体制御弁３が故障する前に部品の交換等を行うことができるため、車両が走行不能になるなどの深刻なトラブルを未然に回避することができる。

一実施形態による制御部１では、ストレス演算部３２は、実デューティ比Ｒｐｄが前の時刻での実デューティ比Ｒｐｄから変化した直後、一定時間の間、モータ負荷トルクＴｑｍの演算を停止する。実デューティ演算部３５が実デューティ比Ｒｐｄを出力すると、バッテリの電圧と実デューティ比Ｒｐｄとの積に応じた電圧がモータ１５３に印加される。駆動する弁部材２０の回転速度Ｓｖは、モータ１５３に印加される電圧と一次遅れの関係にあるため、弁部材２０の回転数が安定するまである程度の時間を要する。制御部１では、実デューティ比Ｒｐｄが前の時刻での実デューティ比Ｒｐｄから変化した直後、一定時間の間、モータ負荷トルクＴｑｍの演算を停止することによって、モータ負荷トルクＴｑｍの演算ミスを防止する。これにより、通算蓄積係数ΣＣａの精度を向上することができるため、流体制御弁３の故障を確実に防止しつつ応答性をさらに向上することができる。

一実施形態による流体制御システム５は、直流駆動のモータ１５３を備えている。直流駆動のモータ１５３では、電圧信号Ｅｖ及び実デューティ比Ｒｐｄの大きさに応じた実デューティ信号ＳＲｐｄによって図６に示す特性図上のモータ負荷トルクＴｑｍと回転数Ｒｎとの関係を一意に決定することができる。これにより、図６に示す特性図に演算されるモータ負荷トルクＴｑｍ１の精度を向上することができる。したがって、流体制御システム５は、比較的高精度のモータ負荷トルクＴｑｍ１に基づいて上限デューティ比Ｒｕｌｄを演算することができるため、流体制御弁３の故障を防止しつつ応答性を向上することができる。

また、一実施形態による流体制御システム５が備える弁部材２０は、樹脂から形成されている。樹脂材料には、疲労限度がないため、実使用時において故障しやすいため、デューティ比を抑制し破損を防止する必要がある。流体制御システム５では、疲労特性マップｍａｐ２や強度設計マップｍａｐ３など材料の特性に関連する情報に基づいて上限デューティ比Ｒｕｌｄを演算することができる。したがって、流体制御システム５は、弁部材２０の材料特性に合わせて上限デューティ比Ｒｕｌｄを演算し、弁部材２０の破損を防止することができる。

また、一実施形態による流体制御システム５では、弁部材２０は、モータ１５３が出力する駆動力のみによって駆動する。第一ハウジング１０内で回転する弁部材２０に作用する摺動抵抗は、シート１６２，１７２，１８２となり、弁部材２０の回転方向によって摺動抵抗が変化しない。これにより、流体制御システム５では、弁部材２０の回転角度によらず摺動トルクが一定となるため、モータ負荷トルクＴｑｍの精度を向上することができる。したがって、流体制御システム５は、応答性をさらに向上することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、制御部は、寿命演算部及び上限値演算部を備えるとした。しかしながら、これらはなくてもよい。寿命演算部及び上限値演算部を備えない場合、ストレス演算部において演算される弁部材負荷トルクに基づいてデューティ演算部が新たな実デューティ比を演算してもよい。また、上限値演算部を備えない場合、ストレス演算部において演算される弁部材負荷トルクに基づいて寿命演算部が流体制御弁の寿命を演算し、当該寿命に基づいてデューティ演算部が新たな実デューティ比を演算してもよい。また、寿命演算部を備えない場合、ストレス演算部において演算される弁部材負荷トルクに基づいて上限値演算部が上限デューティ比を決定し、当該上限デューティ比に基づいて新たな実デューティ比を演算してもよい。

上述の実施形態では、「弁ハウジング」は、「ハウジング側開口」を四つ有するとした。しかしながら、ハウジング側開口の数は二つ以上であればよい。

上述の実施形態では、電圧信号と実デューティ信号とからモータに入力された実電圧を演算するとした。しかしながら、演算する値は電流でもよい。

上述の上限値演算部では、流体制御弁の故障率及び使用時間に基づいて推定故障率を演算するとした。しかしながら、推定故障率の演算方法はこれに限定されない。使用時間に代えて、「使用履歴」として車両の走行距離やスタータの始動回数、水温の履歴などを用いてもよい。また、故障率のみから推定故障率を演算してもよい。

上述の実施形態では、上限値演算部における故障率と推定故障率との関係を示す疲労特性マップにおいて、故障率に対する推定故障率変化率は、流体制御弁の使用時間の長さによって異なるため、複数の故障率と推定故障率との関係を有するとした。しかしながら、故障率と推定故障率との関係は、ひとつであってもよい。

上述の実施形態では、モータは、直流駆動のモータであるとした。しかしながら、モータは、直流駆動のモータに限定されない。

上述の実施形態では、弁部材は、モータが出力する駆動力のみによって駆動するとした。しかしながら、弁部材を駆動する駆動トルクを出力する構成は他にあってもよい。例えば、常時閉弁状態するよう付勢部材を備える弁装置であってもよい。

上述の実施形態では、弁部材は樹脂から形成されるとした。しかしながら、弁部材を形成する材料はこれに限定されない。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲の種々の形態で実施可能である。

１・・・制御部（弁装置の制御装置）
３・・・流体制御弁（弁装置）
２０・・・弁部材
１５２・・・回転角センサ（回転角検出部）
１５３・・・モータ（駆動部）
３１・・・指令デューティ演算部
３２・・・ストレス演算部
３５・・・実デューティ演算部

Claims (13)

1. 内部空間（１００）を有し、前記内部空間と外部とを連通する複数のハウジング側開口（１０１，１６０１，１７０１，１８０１）を有する弁ハウジング（１０，１５，１６，１７，１８）と、
   前記弁ハウジングに回転可能に収容され、複数の前記ハウジング側開口と前記内部空間とを連通または遮断可能な弁部材（２０）と、
   外部から供給される電力によって前記弁部材を回転可能な駆動力を出力する駆動部（１５３）と、
   前記弁部材の実回転角度を検出可能な回転角検出部（１５２）と、
   を備える弁装置（３）の駆動を制御する弁装置の制御装置であって、
   前記回転角検出部が検出する実回転角度、及び、前記弁部材の目標回転角度に基づいて、前記駆動部のオン時間またはオフ時間の比率を表す指令デューティ比（Ｒｃｄ）を演算する指令デューティ演算部（３１）と、
   前記実回転角度、及び、前記駆動部に入力された実デューティ比（Ｒｐｄ）に基づいて、前記弁部材のストレス（Ｔｑｖ）を演算するストレス演算部（３２）と、
   前記指令デューティ演算部が演算する指令デューティ比、及び、前記ストレス演算部が演算する前記ストレスに基づいて、新たな実デューティ比（Ｒｐｄ１）を演算する実デューティ演算部（３５）と、
   を備える弁装置の制御装置。
2. 前記ストレス演算部が演算する前記ストレスに基づいて前記弁装置の寿命を演算する寿命演算部（３３）をさらに備え、
   前記実デューティ演算部は、前記寿命演算部が演算する前記弁装置の寿命に基づいて実デューティ比を演算する請求項１に記載の弁装置の制御装置。
3. 前記ストレス演算部が演算する前記ストレスに基づいて前記弁装置の寿命を演算する寿命演算部と、
   前記寿命演算部が演算する前記弁装置の寿命、及び、前記弁装置の使用履歴に基づいて、上限デューティ比（Ｒｕｌｄ１）を演算する上限値演算部（３４）と、
   をさらに備え、
   前記実デューティ演算部は、前記上限値演算部が演算する前記上限デューティ比に基づいて実デューティ比を演算する請求項１に記載の弁装置の制御装置。
4. 前記上限値演算部は、前記寿命演算部が演算する前記弁装置の寿命、及び、前記弁装置の使用時間に基づいて前記弁装置の推定故障率（Ｒｅｆ）を演算し、当該推定故障率に基づいて前記上限デューティ比を演算する請求項３に記載の弁装置の制御装置。
5. 前記寿命演算部は、前記ストレス演算部が演算する前記ストレスに基づいて蓄積係数（Ｃａ）を演算し、当該蓄積係数の合計（ΣＣａ）から前記弁装置の故障率（Ｒｆ）を演算する請求項２〜４のいずれか一項に記載の弁装置の制御装置。
6. 前記寿命演算部は、前記ストレスの下限値（ＬＴｑｖ）に比べ大きい前記ストレスに基づいて前記弁装置の寿命を演算する請求項２〜５のいずれか一項に記載の弁装置の制御装置。
7. 前記ストレス演算部は、前記実回転角度に基づいて前記弁部材の回転速度を演算し、当該回転速度から前記ストレスである前記弁部材の摺動抵抗を演算する請求項１〜６のいずれか一項の記載の弁装置の制御装置。
8. 前記ストレス演算部が演算する前記ストレスの積算値が所定の上限値（ＬΣＣａ）以上となるとき前記ストレスの積算値が所定の上限値以上となったことを外部に知らせる警報部（３６）をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁装置の制御装置。
9. 前記ストレス演算部は、実デューティ比が前の時刻での実デューティ比から変化した直後、一定時間、前記弁部材の前記ストレスの演算を停止する請求項１〜８のいずれか一項に記載の弁装置の制御装置。
10. 前記弁装置と、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の弁装置の制御装置と、
    を備える流体制御システム。
11. 前記弁部材は、樹脂から形成されている請求項１０に記載の流体制御システム。
12. 前記駆動部は、直流モータである請求項１０または１１に記載の弁装置の流体制御システム。
13. 前記弁部材は、前記弁ハウジングの内壁（１６２,１７２，１８２）に摺動可能に設けられ、
    前記弁部材の摺動抵抗は、一定である請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の流体制御システム。

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