(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブハウジングに回転自在に収容されるバルブ本体と、前記バルブ本体を駆動回転する電動モータと、前記電動モータに供給する電力をＰＷＭ制御のデューティ比で設定することにより前記バルブ本体の駆動回転を制御する制御部とを備えると共に、
前記電動モータに供給される電力の増大により静摩擦に抗して前記バルブ本体が回転を開始する境界の電力値として前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値となる第１閾値と、前記電動モータに供給される電力の低減により動摩擦により前記バルブ本体が停止する境界の電力値として前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値となる第２閾値とが記憶され、
前記バルブ本体の開度を検知する開度センサを備え、
前記制御部が、前記開度センサで検知される前記バルブ本体の実開度と、目標開度との偏差が大きいほど前記電動モータに供給すべき目標電力の増大を前記ＰＷＭ制御によって図るフィードバック型の制御モジュールを備え、
前記制御部は、前記バルブ本体が停止している状況で、前記制御モジュールで設定される前記目標電力が前記第１閾値未満である場合には、当該目標電力に代えて前記第１閾値を超える第１補償電力を前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値として設定し、当該第１補償電力を前記開度センサで前記バルブ本体の駆動回転が開始されたことを確認できるまで前記電動モータに供給し、この供給に続いて、前記第１閾値未満で、前記第２閾値を超える電力を前記電動モータに供給し、
前記バルブ本体が流体の流量に影響のない位置にある際に、前記制御部が、前記電動モータに供給する電力を増大させ、停止状態にある前記バルブ本体が駆動回転を開始した時点での電力値のデューティ比の数値を前記第１閾値として更新すると共に、前記電動モータに供給する電力を低減し、駆動回転状態にある前記バルブ本体が停止した時点での電力値のデューティ比の数値を前記第２閾値として更新する閾値更新処理を行う流量制御弁。
【請求項２】
前記第１補償電力を生成する第１補償モジュールを備えている請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記バルブ本体の駆動回転を継続させる際に、前記制御モジュールで設定される前記目標電力が前記第２閾値未満である場合には、当該目標電力の補正により前記第１閾値未満で、前記第２閾値を超える第２補償電力を前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値として生成する第２補償モジュールを備えている請求項１又は２に記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動型のアクチュエータの駆動力によりバルブ本体の開度を設定する流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された流量制御弁として特許文献１には、アクチュエータで駆動され、ポジションセンサで開度を検出する冷却水バルブを制御する技術が示されている。この技術では、バルブの開度の目標値と、実測値とから操作量を算出し、バルブが定常状態であることが判定された場合に、制御偏差の符号に応じた補正値によりバルブの操作量を補正する制御形態が示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、第２実施形態において、内燃機関の冷却水をラジエータとの間で循環させる電動式ウォータポンプと、内燃機関の２箇所に対する冷却水の分配比を設定する分配制御弁（流量制御弁）とを備え、目標水温と実水温との差分に基づいて制御を行う技術が示されている。
【０００４】
つまり、この技術では、内燃機関の回転速度を検出する回転センサと、内燃機関の負荷を検出する負荷センサと、内燃機関の２箇所の温度を検出する温度センサとからの検知信号を取得すると共に、目標温度に基づいてコントロールユニットが、冷却水の操作流量（目標流量）を設定し、電動式ウォータポンプの吐出量と分配制御弁での分配比を設定する制御形態が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４‐１５６８２８号公報
【特許文献２】特開２０１０‐１９０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、車両に備えられるエンジンの温度管理を行うため、エンジンとラジエータとの間で循環する冷却水の水量を制御する流量制御弁を有する温度管理システムを想定すると、温度管理を適正に行うため流量制御弁の開度を高精度で設定する技術が求められる。
【０００７】
つまり、エンジンが冷却水によって冷却される熱量は、単位時間に循環する冷却水の総量によって決まるため（外気温等の他の要因を考慮しない場合）、例えば、流量制御弁で設定される実開度と、目標開度との誤差がある場合には、その誤差が僅かであっても、単位時間において循環する冷却水の水量の誤差による積算量が大きくなり、エンジンの温度を適正に管理できない不都合に繋がるものであった。
【０００８】
また、流量制御弁として、バルブハウジングにバルブ本体を収容し、電動型のアクチュエータの駆動力でバルブ本体の位置を制御して流量制御弁の開度を設定する構成を想定すると、アクチュエータに電力を供給してバルブ本体を作動させる場合には、バルブ本体に作用する静摩擦や動摩擦により弁本体が適正に作動せず、応答性を低下させるだけでなく、開度の微調整を困難にすることもあった。
【０００９】
具体的な制御形態から考えると、電動モータを用い、ＰＩ制御（比例積分制御）のように、目標開度と実開度との偏差に対応して、比例項（Ｐ制御）で電力を設定するものでは、開度を僅かに変更する場合には、比例項（Ｐ制御）で設定される電力が小さくなり、バルブ本体に作用する静摩擦によりバルブ本体が作動しないこともあった。このような場合には積分項（Ｉ制御）で設定される電力が上昇するまで電動モータの駆動を行えない現象を招くものであった。
【００１０】
このような不都合は、高トルクを得る大容量の電動モータ等のアクチュエータを用いることにより解消するものであるが、大容量の電動モータ（アクチュエータ）は大型であり、コスト上昇を招くことから、現実には小出力の電動モータ等のアクチュエータを利用し得る構成が求められている。
【００１１】
尚、冷却水の水量を高精度に制御する観点から、特許文献２に示されるように電動モータで駆動されるウォータポンプを用いることも考えられる。しかしながら、電動モータで駆動されるウォータポンプは、必要とする水量を確保するために大型化を招き、耐久性、あるいは、コストを考えると、エンジンで駆動されるウォータポンプの利用が望まれるものであった。
【００１２】
このように、小容量のアクチュエータを用いても僅かな開度の制御が可能な流量制御弁が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の特徴は、バルブハウジングに回転自在に収容されるバルブ本体と、前記バルブ本体を駆動回転する電動モータと、前記電動モータに供給する電力をＰＷＭ制御のデューティ比で設定することにより前記バルブ本体の駆動回転を制御する制御部とを備えると共に、
前記電動モータに供給される電力の増大により静摩擦に抗して前記バルブ本体が回転を開始する境界の電力値として前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値となる第１閾値と、前記電動モータに供給される電力の低減により動摩擦により前記バルブ本体が停止する境界の電力値として前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値となる第２閾値とが記憶され、
前記バルブ本体の開度を検知する開度センサを備え、
前記制御部が、前記開度センサで検知される前記バルブ本体の実開度と、目標開度との偏差が大きいほど前記電動モータに供給すべき目標電力の増大を前記ＰＷＭ制御によって図るフィードバック型の制御モジュールを備え、
前記制御部は、前記バルブ本体が停止している状況で、前記制御モジュールで設定される前記目標電力が前記第１閾値未満である場合には、当該目標電力に代えて前記第１閾値を超える第１補償電力を前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値として設定し、当該第１補償電力を前記開度センサで前記バルブ本体の駆動回転が開始されたことを確認できるまで前記電動モータに供給し、この供給に続いて、前記第１閾値未満で、前記第２閾値を超える電力を前記電動モータに供給し、
前記バルブ本体が流体の流量に影響のない位置にある際に、前記制御部が、前記電動モータに供給する電力を増大させ、停止状態にある前記バルブ本体が駆動回転を開始した時点での電力値のデューティ比の数値を前記第１閾値として更新すると共に、前記電動モータに供給する電力を低減し、駆動回転状態にある前記バルブ本体が停止した時点での電力値のデューティ比の数値を前記第２閾値として更新する閾値更新処理を行う点にある。
【００１４】
これによると、バルブ本体が停止している状況で、バルブ本体を目標開度に設定する制御を開始する際に、制御モジュールで設定される目標電力が第１閾値未満である場合には、第１閾値を超える第１補償電力をアクチュエータに供給することによりバルブ本体の静摩擦に抗して確実な回転開始を可能にする。これに続いて、第１閾値未満で第２閾値を超える電力をアクチュエータに供給することにより、動摩擦に抗してバルブ本体を確実に継続的に駆動回転させ、フィードバック制御を可能にする。
また、バルブ本体の駆動回転が開始されたことを確認するまで第１補償電力を供給するため、バルブ本体の確実な駆動回転を可能にする。
更に、バルブ本体が全閉状態にある場合や、バルブ本体が全開状態にある場合のように、バルブ本体が僅かに作動しても流体の流量に影響がない領域において、バルブ本体を作動させることにより、流量に影響を与えることなく、静摩擦に対応した第１閾値と動摩擦に対応した第２閾値とを実測して正確な値に更新することができる。
従って、小容量のアクチュエータを用いても僅かな開度の制御を、良好な応答性により行える流量制御弁が構成された。
【００１５】
本発明は、前記第１補償電力を生成する第１補償モジュールを備えても良い。
【００１６】
これによると、第１補償モジュールが第１補償電力を生成することにより、停止状態にあるバルブ本体を確実に作動させることが可能となる。
【００１９】
本発明は、前記バルブ本体の駆動回転を継続させる際に、前記制御モジュールで設定される前記目標電力が前記第２閾値未満である場合には、当該目標電力の補正により前記第１閾値未満で、前記第２閾値を超える第２補償電力を前記ＰＷＭ制御のデューティ比の数値として生成する第２補償モジュールを備えても良い。
【００２０】
これによると、バルブ本体の駆動回転を継続させる際に、目標電力が第２閾値未満である場合には、第２補償モジュールが目標電力を補正して第２閾値を超える第２補償電力を生成する。これにより、バルブ本体の駆動回転を確実に継続させることが可能となる。また、第２補償電力は、目標電力を元にして生成されるものであるため、実開度と目標開度との偏差が減少して目標電力が低下した場合にも、これに連係して第２補償電力を低減することも可能となり制御を良好に収束させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】流量制御弁を用いた冷却システムのブロック図である。
【図２】流量制御弁の縦断側面図である。
【図３】流量制御弁の横断平面図である。
【図４】開度制御機構の平面図である。
【図５】冷却制御処理のフローチャートである。
【図６】電力供給ルーチンのフローチャートである。
【図７】電動モータに供給される電力と開度との関係を示すグラフである。
【図８】バルブ本体の回転角と開度との関係を示すグラフである。
【図９】閾値更新処理における供給電力を開度との関係を示すグラフである。
【図１０】閾値更新処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の冷却水（流体の一例）を、流量制御弁Ｖを介してラジエータ２に供給し、ラジエータ２からの冷却水を、ウォータポンプ３（同図ではＷ／Ｐと略記）を介してエンジン１に戻すように冷却水の循環系を備えると共に、流量制御弁Ｖの開度を制御する制御ユニットＣ（制御部の一例）を備えて冷却システムが構成されている。
【００２５】
この冷却システムでは、冷却水の循環路が、エンジン１の冷却水をラジエータ２に供給する供給側流路５と、ラジエータからの冷却水をエンジンに戻す戻し側流路６とで構成されている。また、供給側流路５のうちエンジン１の冷却水が送り出される吐出口の近傍に水温を検知する水温センサ７を備え、供給側流路５に流量制御弁Ｖが備えられ、エンジン１にはクランクシャフトの回転数を検知する回転数センサ８を備えている。
【００２６】
流量制御弁Ｖは、開度を設定するアクチュエータとしての電動モータ２４（図４を参照）と、開度を検知する開度センサ１９とを備えている。ウォータポンプ３は、エンジン１の駆動力で駆動されるように構成されている。尚、流量制御弁Ｖは、ラジエータ２からの冷却水をエンジン１に戻す戻し側流路６に備えても良い。
【００２７】
制御ユニットＣ（制御部の一例）は、水温センサ７で検知される水温と、回転数センサ８で検知されるエンジン回転数とに基づいて設定される電力を、電動モータ２４に供給すると共に、開度センサ１９の検知信号をフィードバックすることにより開度を目標開度に設定するフィードバック制御を実行する。この制御により、エンジン１とラジエータ２との間に循環する冷却水の水量が設定される。
【００２８】
つまり、制御ユニットＣは、エンジン１の始動直後のように暖機を必要とする場合にはエンジン１からラジエータ２への冷却水の供給を停止し、暖機の後にはエンジン１の温度を適正に維持するように冷却水の流量を制御するように流量制御弁Ｖを制御する。この制御ユニットＣの制御形態は後述する。
【００２９】
〔流量制御弁〕
図２〜４及び図８に示すように、流量制御弁Ｖは、樹脂製のバルブハウジング１１と、ロータリ型となる樹脂製のバルブ本体１５と、このバルブ本体１５をバルブハウジング１１に対して回転自在に支持するシャフト１６と、シャフト１６の駆動回転によりバルブ本体１５の開度を設定する開度制御部Ｖｄとを備えている。尚、この流量制御弁Ｖは、図２に示す姿勢に限らず、任意の姿勢で使用可能な構成であるが、説明を容易にするため同図に示す姿勢で上下関係を説明する。
【００３０】
バルブハウジング１１の下部には、バルブ本体１５を収容するバルブ室１１ｒが形成され、上部には開度制御部Ｖｄが配置されている。バルブ本体１５は、バルブ室１１ｒに収容される形態で、且つ、縦向き姿勢の回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持され、この回転軸芯Ｘと同軸芯上にシャフト１６が配置されている。このシャフト１６の下端部は支持部材１７によりバルブハウジング１１に支持される。
【００３１】
また、バルブハウジング１１の下端位置には、フランジ部１１ｆが一体形成され、このフランジ部１１ｆが形成される面に対し、冷却水をバルブ室１１ｒに吸入する吸入口１１ａが形成されている。バルブハウジング１１には、冷却水を送り出すように樹脂製の吐出筒１２が備えられ、この吐出筒１２の内端側にはシール機構１３を備えている。
【００３２】
吐出筒１２には、鍔状部１２ａが一体形成され、この鍔状部１２ａから内方（バルブ本体側）に向けて内部スリーブ１２ｂが形成されている。鍔状部１２ａがバルブハウジング１１に対して熱溶着等の技術により接合されることにより、吐出筒１２がバルブハウジング１１に固定される。
【００３３】
バルブ本体１５は、全体的に回転軸芯Ｘを中心とする筒状に成形されると共に、回転軸芯Ｘに沿う方向での一方（上端側）の端部に円筒状部１５ａを備え、他方（下端側）の端部に球状部１５ｂを備え、内部空間にはシャフト１６に連結する連結部１５ｃを備えている。更に、球状部１５ｂには、バルブ本体１５の内部空間と連通する貫通孔１５ｄが穿設されている。
【００３４】
シール機構１３は、吐出筒１２の内部スリーブ１２ｂに対し、この内部スリーブ１２ｂの軸芯に沿う方向に出退自在に支持される樹脂製で環状のシールリング１３ａと、このシールリング１３ａを球状部１５ｂの外面に圧接させるスプリング１３ｂとを備えている。特にシールリング１３ａの内径が、バルブ本体１５の貫通孔１５ｄより僅かに大きい値に設定されている。
【００３５】
これにより、シール機構１３は、バルブ本体１５の貫通孔１５ｄを通過した冷却水だけを吐出筒１２に供給し、バルブハウジング１１のバルブ室１１ｒの冷却水が吐出筒１２に対して無制限に流れる不都合を阻止するように機能する。
【００３６】
開度制御部Ｖｄは、バルブハウジング１１の上部に形成された凹状空間をカバー体１８で覆うことにより形成される密封空間に配置される駆動機構として構成されている。この駆動機構（開度制御部Ｖｄ）は、シャフト１６の上端に連結するホイールギヤ２１と、これに噛合するウォームギヤ２２と、ウォームギヤ２２を一対の中間ギヤ２３を介して駆動する電動モータ２４（アクチュエータの一例）とを備えて構成されている。
【００３７】
更に、ホイールギヤ２１に備えた永久磁石からの磁束を、カバー体１８に備えたホール素子で検知することにより、バルブ本体１５の開度を検知するように非接触型の開度センサ１９を備えている。電動モータ２４は、供給される電力に比例した駆動力を得る直流モータが用いられている。尚、開度センサ１９として、ポテンショメータのように接触型の構成のものを用いても良い。また、直流モータとしては、ブラシ（整流子）を備えたＤＣモータや、ブラシレスＤＣモータの使用が可能である。
【００３８】
この構成から、図２に示すように、流量制御弁Ｖを組み立てた状態では、バルブ本体１５の円筒状部１５ａがバルブハウジング１１の内部のシリンダ状内面に対して回転自在に嵌め込まれ、球状部１５ｂがバルブ室１１ｒの内面に軽く接触する。また、バルブ本体１５の球状部１５ｂにはシール機構１３のシールリング１３ａがスプリング１３ｂの付勢力により圧接する。更に、シャフト１６の一方の端部（同図では上端側）がバルブハウジング１１に回転自在に支持され、シャフト１６の他方の端部（同図では下端側）が、支持部材１７を介してバルブハウジング１１に支持される。
【００３９】
また、この流量制御弁Ｖでは、吐出筒１２にはラジエータ２に冷却水を送るラジエータホースが接続される。フランジ部１１ｆをエンジン１の外壁に連結固定することにより、ウォータジャケットの冷却水を吸入口１１ａに直接的に供給できる。
【００４０】
更に、バルブ本体１５の球状部１５ｂの外面にシール機構１３のシールリング１３ａが密着する。また、バルブハウジング１１の吸入口１１ａからの冷却水を、支持部材１７に形成された開口部１７ａを介してバルブ室１１ｒからバルブ本体１５の内部空間に吸引できる状態となる。そして、開度制御部Ｖｄによって、バルブ本体１５の姿勢を制御して、貫通孔１５ｄと、シール機構１３のシールリング１３ａの開口とを連通させることにより、吸入口１１ａから吸引した冷却水を吐出筒１２から送り出すことが可能となる。
【００４１】
特に、回転軸芯Ｘを中心にしたバルブ本体１５の姿勢の設定により、バルブ本体１５の開度を任意に設定して、吐出筒１２から送り出される冷却水の流量の制御が可能となる。この流量制御弁Ｖでは、制御ユニットＣで電動モータ２４に供給する電力を制御することにより、高精度での開度の設定を実現するように構成され、以下に、制御ユニットＣの構成と制御形態を説明する。
【００４２】
〔制御ユニット〕
図１に示すように、制御ユニットＣは、マイクロプロセッサやＤＳＰ（digital signal processor）等を有すると共に、電力制御回路３１と、記憶回路３２と、制御モジュール３３と、第１補償モジュール３４と、第２補償モジュール３５と、記憶モジュール３６とを備えている。
【００４３】
この制御ユニットＣは、水温センサ７と、回転数センサ８と、開度センサ１９との検知信号を取得する入力ポートを備え、電動モータ２４に電力を出力する電力出力部を備えている。
【００４４】
電力制御回路３１は、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御により設定した電力を供給するように構成されている。尚、電力制御回路３１として、ＰＦＭ（pulse frequency modulation）制御により設定した電力を供給するものを用いても良い。記憶回路３２は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリのように電源からの電力が供給されない状態においても記憶した情報を保持するものが用いられている。
【００４５】
制御モジュール３３と、第１補償モジュール３４と、第２補償モジュール３５と、記憶モジュール３６とはソフトウエアで構成されるものであり、制御モジュール３３は、ＰＩＤ（比例積分微分）型の制御のように偏差に対応して電力を設定するフィードバック制御を可能にするものが用いられている。この制御モジュール３３はＰＩ（比例積分）型の制御を行うものであっても良い。
【００４６】
また、第１補償モジュール３４は、バルブ本体１５が停止する状況で、制御モジュール３３で設定された目標電力Ｗｄが、図７のグラフに示す第１閾値Ｔ１未満である場合に目標電力Ｗｄに代えて、第１補償電力Ｗａを生成する。第２補償モジュール３５は、バルブ本体１５の作動を継続させる際において、制御モジュール３３で設定された目標電力Ｗｄが、第２閾値Ｔ２未満である場合に目標電力Ｗｄを補正することにより第２補償電力Ｗｂを生成する。
【００４７】
尚、バルブ本体１５の作動を継続させる際において、制御モジュール３３で設定された目標電力Ｗｄが、第２閾値Ｔ２を超える場合には、第２補償モジュール３５が目標電力Ｗｄを補正することはなく、この目標電力Ｗｄに対応する値の電力が供給される。
【００４８】
更に、記憶モジュール３６は、電動モータ２４に電力を供給した際のバルブ本体１５の作動タイミングＧ１と、停止タイミングＧ２（図９を参照）とに基づいて第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とを記憶回路３２に記憶する（更新する）制御を行う。
【００４９】
尚、制御モジュール３３と、第１補償モジュール３４と、第２補償モジュール３５と、記憶モジュール３６とは、ロジック回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウエアで構成することや、一部をハードウエアで構成することも可能である。
【００５０】
特に、制御モジュール３３は、水温センサ７で検知される水温と、回転数センサ８で検知されるエンジン１の回転数に基づいてバルブ本体１５の目標開度を設定すると共に、この目標開度と開度センサ１９で検知される実開度との偏差に基づいて電動モータ２４に供給する目標電力Ｗｄを設定する。この制御では、偏差が大きいほど大きい値の目標電力Ｗｄを設定することにより収束までの時間を短縮すると共に、偏差が低減した場合には、目標電力Ｗｄを小さくしてオーバシュートを抑制できるように基本的な制御形態が設定されている。
【００５１】
バルブ本体１５の作動形態を考えると、停止状態のバルブ本体１５の回転を開始する場合には静摩擦が作用し、既に作動状態にあってもバルブ本体１５の回転を継続する場合には動摩擦が作用する。つまり、バルブ本体１５がバルブハウジング１１に接触し、このバルブ本体１５にシール機構１３のシールリング１３ａが圧接し、シャフト１６が軸受構造を介してバルブハウジング１１に支持されているため、バルブ本体１５が回転する際には、これらの部位から摩擦が回転を拘束する方向に作用する。
【００５２】
制御モジュール３３では、前述したように偏差に比例して電動モータ２４に供給すべき目標電力Ｗｄを設定する。このような理由から目標電力Ｗｄの電力が供給された電動モータ２４からバルブ本体１５に作用する力（トルク）が、静摩擦あるいは動摩擦に起因する拘束力より小さい場合には、バルブ本体１５の作動が不能となり、適正に開度を設定できないことになる。
【００５３】
〔冷却制御処理〕
このような不都合を解消するために、制御モジュール３３では、図５のフローチャートに示す冷却制御処理のように、静摩擦と動摩擦とが作用する構成でもバルブ本体１５の開度を適正に設定するように制御形態が設定されている。
【００５４】
つまり、冷却制御処理を実行した場合には、記憶回路３２から第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とを読出して参照テーブル等にセットすると共に、水温センサ７で検知される冷却水の水温と、回転数センサ８で検知されるエンジン回転数とを取得する（＃０１、＃０２ステップ）。
【００５５】
この制御ユニットＣでは、電動モータ２４に供給する電力を増大した際に、静摩擦に抗して前記バルブ本体１５の作動を開始する境界の電力値としての第１閾値Ｔ１と、電動モータ２４に供給する電力を低減した際に、動摩擦により前記バルブ本体が停止する境界の電力値としての第２閾値Ｔ２とが記憶回路３２に記憶されている。特に、電力制御回路３１がＰＷＭ制御によって電力を制御するものであり、第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とが、バルブ本体１５の回転に関与する境界の電力値と対応するため、第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とは、境界の電力値のデューティ比に対応する数値として記憶されている。
【００５６】
尚、初期状態において第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とは、予め設定された数値が記憶されるが、冷却制御処理と並行して実行される閾値更新処理（図１０を参照）で取得された値が第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２として記憶回路３２に定期的に更新される。
【００５７】
次に、取得した水温からエンジン１の暖機が完了していないと判定（暖機が必要である判定）した場合には、流量制御弁Ｖが全閉状態に維持される（＃０３、＃０４ステップ）。これに対して、エンジン１の暖機が完了したと判定した場合には、制御モジュール３３において流量制御弁Ｖの目標開度が設定されると共に、バルブ本体１５を目標開度に設定するための目標電力Ｗｄが演算される（＃０３、＃０５、＃０６ステップ）。
【００５８】
つまり、目標開度は、エンジン１の冷却を行うためにラジエータ２との間で単位時間あたりに循環させるべき冷却水の総量で決まるため、水温センサ７の検知結果と、回転数センサ８で検知されるエンジン１の回転数（ウォータポンプ３がエンジン１で駆動される構造から）とに基づいて設定される。また、目標電力Ｗｄは、開度センサ１９で検知される実開度と目標開度との偏差に基づいて演算される。前述したように、＃０６ステップの演算では、偏差が大きいほど大きい値の目標電力Ｗｄが設定されるものであり、この目標電力Ｗｄの値はＰＷＭ制御のデューティ比の値としてセットされる。
【００５９】
このように目標電力Ｗｄが演算された後には、電力供給ルーチン（＃１００ステップ）の処理に従い、電力制御回路３１から電動モータ２４に電力が供給される。この電力制御ルーチンはサブルーチンとして設定されるものであり、図６に示される処理を行う。
【００６０】
つまり、電力供給ルーチン（＃１００ステップ ）では開度センサ１９の検知信号を短いインターバルで取得することにより、バルブ本体１５が停止状態（停止中）にあるか、作動状態（作動中）にあるかの判定を行う(＃１０１、１０２ステップ)。これにより停止状態であることを判定した場合には、目標電力Ｗｄと第１閾値Ｔ１とを比較し、目標電力Ｗｄが第１閾値Ｔ１より大きい場合には、目標電力Ｗｄの値に対応する電力が電動モータ２４に供給される。これとは異なり、図７のグラフに示すように最初に出力される目標電力Ｗｄとしての開始電力Ｗｘが第１閾値Ｔ１より小さい場合には、第１閾値Ｔ１を超える第１補償電力Ｗａを設定時間Ａだけ電動モータ２４に供給する（＃１０３〜＃１０５ステップ）。これにより、バルブ本体１５の開度は、図７の上段の初期作動Ｌａに示すように急速に変化する。
【００６１】
＃１０５ステップにおいて電動モータ２４に供給する第１補償電力Ｗａは、第１補償モジュール３４が生成するものであり、この第１補償電力Ｗａを、例えば、「１．０（１００％）」のデューティ比を設定しても良い。また、設定時間Ａは、バルブ本体１５が確実に作動を開始する時間に設定されるが、例えば、第１補償電力Ｗａの供給開始の後に、開度センサ１９によってバルブ本体１５の作動を確認した後に供給を停止することにより、不定の時間としても良い。この制御を行うものでは、開度センサ１９がバルブ本体１５の作動を検知するまで、第１補償モジュール３４が生成した第１補償電力Ｗａを電動モータ２４に供給するため、バルブ本体１５の確実な作動を可能にする。しかも、この制御では、バルブ本体１５が作動を開始した後に電力を無駄に供給し続ける制御を行わずに済み、省エネルギーを実現する。
【００６２】
図７のグラフでは、上段にバルブ本体１５の開度変化を示し、中段と下段とには電動モータ２４に供給される供給電力の変化を示している。特に、中段には、開始電力Ｗｘが第１閾値Ｔ１未満で第２閾値Ｔ２を超える値であり、第１補償電力Ｗａが供給された後に設定される目標電力Ｗｄが第１閾値Ｔ１未満で第２閾値Ｔ２を超える値であるものを示している。これと同様に、下段には、開始電力Ｗｘが第２閾値Ｔ２未満であり、第１補償電力Ｗａが供給された後に設定される目標電力Ｗｄが第２閾値Ｔ２未満であるものを示している。
【００６３】
従って、＃１０５ステップの処理では、図７の中段と下段とに示す如く、第１補償モジュール３４は、開始電力Ｗｘに代えて設定時間Ａだけ第１補償電力Ｗａを供給することにより、静摩擦に抗してバルブ本体１５を作動させ、開度の変更を実現する。
【００６４】
更に、第１補償電力Ｗａの供給によりバルブ本体１５が作動を開始した後には、次に説明するように、第１閾値Ｔ１未満で第２閾値Ｔ２を超える電力が設定され電動モータ２４に供給される。これにより、動摩擦に抗してバルブ本体１５を作動状態に維持して開度の設定が実現している。
【００６５】
＃１０２ステップでバルブ本体１５が作動状態（作動中）にあることを判定した場合（＃１０５ステップの処理によりバルブ本体１５が作動した場合も含む）において、図７の中段に示す如く、目標電力Ｗｄが第２閾値Ｔ２より大きい場合には、目標電力Ｗｄの値に対応する電力を電動モータ２４に供給する。また、図７の下段に示す如く、目標電力Ｗｄが第２閾値Ｔ２より小さい場合には、この目標電力Ｗｄに代えて第２閾値Ｔ２を超える第２補償電力Ｗｂを電動モータ２４に供給する（＃１０６〜＃１０８ステップ）。これにより、バルブ本体１５の開度は、図７の上段の収束作動Ｌｂに示すように変化する。
【００６６】
つまり、図７の中段に示すように目標電力Ｗｄが第１閾値Ｔ１未満で第２閾値Ｔ２を超える場合には、目標電力Ｗｄに対応する値の電力を、そのまま電動モータ２４に供給することで作動を継続させている。また、図７の下段に示すように目標電力Ｗｄの値Ｐが第２閾値Ｔ２未満の領域にある場合には、補正値Ｂを目標電力Ｗｄに加算することにより、第２閾値Ｔ２を超える第２補償電力Ｗｂが生成され、この第２補償電力Ｗｂを電動モータ２４に供給することで作動を継続するのである。
【００６７】
この制御では、＃１０６ステップで目標電力Ｗｄと第２閾値Ｔ２との比較を行い、この比較結果に基づいて＃１０７ステップまたは＃１０８ステップの処理に移行していたが、これに代えて、＃１０６ステップの処理を行わずに、＃１０８ステップの処理だけを実行することが考えられる。つまり、補正値Ｂを適切な値に設定することで第２補償電力Ｗｂを常に第２閾値Ｔ２を超える値に設定できるため、バルブ本体１５が作動中である場合には、＃１０８ステップの処理だけを実行することで第２補償電力Ｗｂを電動モータ２４に供給してバルブ本体１５の作動を継続させるのである。これにより、＃１０６ステップと＃１０７ステップとの処理の省略が可能となり、結果として処理速度の向上に繋がる。
【００６８】
尚、補正値Ｂは、定数のように決まった値で良いが、例えば、目標電力Ｗｄと第２閾値Ｔ２との差の値に対して、決まった値を加算する演算により、第２閾値Ｔ２を基準にして過大な電力値にならないように設定しても良い。また、初期作動Ｌａと収束作動Ｌｂとは曲線として現れることも考えられるが、図７では直線で示している。これと同様に、図７の中段の目標電力Ｗｄと、図７の中段の第２補償電力Ｗｂと、図７の下段の目標電力Ｗｄの値Ｐとは曲線として現れることも考えられるが直線で示している。
【００６９】
この電力供給ルーチン（＃１００ステップ）により電動モータ２４に電力を供給した後には、開度センサ１９で取得した実開度と目標開度との比較により偏差が取得され、この偏差が予め設定された値未満まで収束しない（目標開度に達しない）状況では、＃０６ステップからの制御を再度実行する。また、偏差が収束した（目標開度に達した）場合には電動モータ２４への電力供給が停止する（＃０７、＃０８ステップ）。これによりバルブ本体１５の開度を設定する制御が終了するのである。
【００７０】
〔閾値更新処理〕
また、制御ユニットＣでは、冷却制御処理と並行して図１０に示す閾値更新処理が実行され、第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とが更新される。
【００７１】
流量制御弁Ｖのバルブ本体１５の回転角に対する開度を図８のグラフに示している。同図に示すようにバルブ本体１５の回転可能な領域で開度を変更する変更領域Ｑは限られており、この変更領域Ｑを挟む領域に全閉維持領域Ｓと全開維持領域Ｕとが形成される。全閉維持領域Ｓではバルブ本体１５が作動することがあっても全閉状態が維持され、冷却水は供給されない。また、全開維持領域Ｕでは、バルブ本体１５が作動することがあっても全開状態が維持され、冷却水の供給量が変動することがない。
【００７２】
閾値更新処理は、流量制御弁Ｖのバルブ本体１５が全閉維持領域Ｓまたは全開維持領域Ｕにある場合に実行される。この閾値更新処理を実行する場合には、バルブ本体１５の回転角が更新可能な領域（例えば、全閉維持領域Ｓ）で停止した状態にあることを確認した後に、バルブ本体１５の回転方向を設定し、電動モータ２４に供給する電力を増大させ、これと並行して開度センサ１９の検知信号を短い周期でサンプリングする（＃２０１〜＃２０３ステップ）。
【００７３】
図９のグラフには、上端にバルブ本体１５の開度変化を示し、下段に電動モータ２４に供給される電力を示している。同図に示すように、作動タイミングＧ１でバルブ本体１５が作動を開始した場合には、その作動タイミングＧ１での電力（具体的にはデューティ比）を取得し、第１閾値Ｔ１として更新（既に存在する第１閾値Ｔ１にオーバーライト）する（＃２０４、＃２０５ステップ）。つまり、電動モータ２４に供給される電力の増大により静摩擦に抗してバルブ本体１５が作動を開始する境界の電力値としての第１閾値Ｔ１が新たに設定されるのである。
【００７４】
このように、停止状態にあるバルブ本体１５が作動を開始した後には、次の処理として、電動モータ２４に供給する電力を低減し、これと並行して開度センサ１９の検知信号を短い周期でサンプリングする（＃２０６ステップ）。
【００７５】
これにより、図９に示すように、停止タイミングＧ２でバルブ本体１５が停止した場合には、その停止タイミングＧ２で電力（具体的にはデューティ比）を取得し、第２閾値Ｔ２として更新（既に存在する第２閾値Ｔ２にオーバーライト）する（＃２０７、＃２０８ステップ）。つまり、電動モータ２４に供給される電力の低減により動摩擦によりバルブ本体１５が停止する境界の電力値としての第２閾値Ｔ２が新たに設定されるのである。
【００７６】
尚、閾値更新処理はエンジン１が稼動する毎に実行する必要はなく、例えば、一定期間が経過するタイミングで実行することが考えられる。また、図９の上段に示すようにバルブ本体１５が作動を開始した場合の初期で電力増大時の第１作動特性Ｍａと、電力低減時の第２作動特Ｍｂとで示す開度変化は、曲線に現れることも考えられるが、図９では直線で示している。
【００７７】
〔実施形態の作用・効果〕
動摩擦と静摩擦との影響を排除して、バルブ本体１５の開度を設定する手段として、常に第１閾値Ｔ１を超える電力を電動モータ２４に供給する制御形態も考えられる。しかしながら、このような制御形態では、第１閾値Ｔ１を超える大電力が供給されるため電動モータ２４が常に高速で回転し、オーバシュートによってバルブ本体１５の開度が不適正となることや、開度を設定する制御の後に電動モータ２４を逆転させる補正を必要とするものであった。
【００７８】
これに対して、実施形態で説明した制御ユニットＣのように、制御モジュール３３で目標電力Ｗｄが設定された際に、バルブ本体１５が停止状態である場合には、目標電力Ｗｄと第１閾値Ｔ１とを比較し、バルブ本体１５が作動状態にある場合には、目標電力Ｗｄと第２閾値Ｔ２とを比較する。このような比較に基づいて電動モータ２４に供給すべき電力を設定するように制御形態を設定することにより、細やかな電力設定を実現して、迅速な作動を行いつつ、オーバシュートを招かず、良好な応答性で高精度の制御が実現し、エンジン１の温度管理を高精度で行うことが可能となる。
【００７９】
つまり、バルブ本体１５が停止状態である状況で、制御モジュール３３で設定された目標電力Ｗｄが第１閾値Ｔ１を超える場合には、目標電力Ｗｄの電力を補正せずに供給する。これに対して、目標電力Ｗｄが第１閾値Ｔ１を超えない場合には、第１閾値Ｔ１を超える第１補償電力Ｗａを生成して供給する。また、バルブ本体１５が作動する状況において、制御モジュール３３で設定された目標電力Ｗｄが第２閾値Ｔ２を超える場合には、目標電力Ｗｄの電力を補正せずに供給する。これに対して、目標電力Ｗｄが第２閾値Ｔ２を超えない場合には、第２閾値Ｔ２を超える第２補償電力Ｗｂを生成して供給する。
【００８０】
このような制御形態であるため、制御モジュール３３で目標電力Ｗｄを設定する場合には、静摩擦と動摩擦とを考慮しなくて済むものとなり、例えば、ＰＩＤ制御のような一般的なフィードバック制御を行うように制御形態を設定することも可能にし、小容量の電動モータ２４を用いても、バルブ本体１５を確実に目標開度に設定できるものとなる。
【００８１】
また、バルブ本体１５が多少作動した場合にも、冷却水の流量に影響がない領域においてバルブ本体１５を作動させ、実測により第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とを更新するため、例えば、経時変化により第１閾値Ｔ１または第２閾値Ｔ２が変化しても、最適な値を設定して制御の精度を向上させることが可能となる。
【００８２】
更に、制御ユニットＣに対して、記憶回路３２に対して、第１閾値Ｔ１と、第２閾値Ｔ２とを、ＰＷＭ制御のデューティ比に対応した数値として記憶している。これにより、ＰＷＭ制御等のデューティ比に対応した数値として設定される目標電力Ｗｄと、第１閾値Ｔ１あるいは第２閾値Ｔ２とを比較する場合にも、データの変換を行わずに単純な減算により比較が可能となる。
【００８３】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００８４】
（ａ）流量制御弁Ｖとして、バルブ本体１５の作動により複数の供給先に供給する流体の流量を制御するように構成しても良い。つまり、エンジン１の冷却水の流量を制御する流量制御弁Ｖとして、ラジエータ２以外に、車両の室内の暖房に用いられるヒータ、あるいは、ＥＧＲクーラ等に供給する冷却水の水量を制御するものでも良い。
【００８５】
具体構成として、バルブハウジング１１に対して回転自在にバルブ本体１５を収容すると共に、バルブ本体１５には複数の供給対象に冷却水を送り出す吐出筒を形成し、バルブ本体１５には、複数の吐出筒から送り出す冷却水の水量を制御するための複数の貫通孔１５ｄを形成する。この構成では、バルブ本体１５の回転姿勢の設定により、冷却水を送り出す吐出口の優先順位を決めることや、選択的に冷却水を送り出すように貫通孔の位置が決めることが可能となる。
【００８６】
このような構成の流量制御弁Ｖであっても、実施形態で説明したものと同様の制御ユニットＣ（制御部）を備えることにより、静摩擦と動摩擦とに抗してバルブ本体１５を確実に作動させ、精度高く開度を設定できる。
【００８７】
（ｂ）アクチュエータとしての電動モータ２４の駆動力を、バルブ本体１５に対して伝える駆動機構にウォームギヤ２２を用いずに、平歯ギヤを用いても良い。
【００８８】
（ｃ）流量制御弁Ｖで冷却水の流量を決める制御として、制御ユニットＣ（制御部）を目標開度に設定時間だけ設定し、この後に全閉状態に設定時間（先に説明した設定時間と異なる値でも一致する値でも良い）だけ復帰する制御を繰り返すように制御形態を設定しても良い。つまり、エンジン１の冷却を行う場合には、エンジン１とラジエータ２との間で単位時間あたりに循環させるべき冷却水の総量を求めるものであるため、このように流量制御弁Ｖを間歇的に開閉するものは、実施形態で説明したように目標開度に維持する制御と比較すると、流量制御弁Ｖを開放する際の目標開度を大きくすることが可能となり、第１補償電力Ｗａを出力しない制御や、目標電力Ｗｄを補正する制御を抑制でき、バルブ本体１５の作動に無理がない。
【００８９】
（ｄ）バルブ本体１５を、バルブハウジング１１に対して直線的に作動するように構成する。この構成では、アクチュエータとして電動モータ２４と、電磁ソレノイドとの何れかを用いることになる。このような構成においても、第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２とを設定することにより、バルブ本体１５を適正な開度に設定することが可能となる。
【００９０】
（ｅ）流量制御弁Ｖを、エンジン１の冷却水以外の流体の流量を制御するように用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、電動型のアクチュエータの駆動力によりバルブ本体の開度を設定する流量制御弁に利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１１        バルブハウジング
１５        バルブ本体
１９        開度センサ
２４        アクチュエータ（電動モータ）
３３        制御モジュール
３４        第１補償モジュール
３５        第２補償モジュール
３６        記憶モジュール
Ａ          設定時間
Ｃ          制御部（制御ユニット）
Ｔ１        第１閾値
Ｔ２        第２閾値
Ｗａ        第１補償電力
Ｗｂ        第２補償電力
Ｗｄ        目標電力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006690299.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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