JP2020118118A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御弁の耐久性を推定することができる内燃機関の冷却装置を提供すること。【解決手段】冷却装置２０は、制御弁２６のモータ３７の駆動によって弁体を変位させる際にギアが受けるストレスである駆動時ストレスを算出する駆動時ストレス算出部６２と、弁体の変位速度が急低下したとの判定がなされたときに、弁体の変位速度の急低下に起因してギアが受けるストレスである急低下時ストレスを算出する急低下時ストレス算出部５９と、駆動時ストレス及び急低下時ストレスのうちの一方のストレスと等価変換係数との積と、他方のストレスとを基に、制御弁２６の耐久性を推定する耐久性推定部６０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。

特許文献１には、内燃機関内を流れる冷却水の循環回路での冷却水の流れを制御する制御弁と、制御弁を制御する制御部とを備える内燃機関の冷却装置の一例が記載されている。制御弁は、ハウジングと、ハウジング内に収容されている弁体と、制御部によって制御されるモータと、モータの出力トルクを弁体に伝達する複数のギアとを有している。モータの駆動を通じて弁体を変位させることにより、循環回路での冷却水の流れを制御することができる。

特開２０１８−４０２８９号公報

モータの駆動によって弁体が変位しているときに、制御弁が異物を噛み込むなどして弁体の変位が規制され、弁体の変位速度が急激に低くなることがある。この際、弁体を変位させるべくモータが駆動しているにも拘わらず、弁体の変位が規制されるため、噛み合っているギアに対し、弁体の変位速度の急低下に起因する衝撃が入力される。こうした衝撃がギアに入力されると、当該衝撃に応じたストレスがギアに蓄積されることがある。

また、制御弁が異物を噛み込んでいる状態のままモータの駆動によって弁体を変位させると、ギアにはやはりストレスが蓄積される。
そして、ギアに蓄積されるダメージが大きいほど制御弁の耐久性が低くなったと推測することができる。しかしながら、特許文献１には、上記のようなストレスの大きさを推定する方法、及び、制御弁の耐久性を推定する方法は開示されていない。

上記課題を解決するための内燃機関の冷却装置は、内燃機関内を流れる冷却水の循環回路に制御弁が設けられているとともに、前記制御弁が、ハウジングと、前記ハウジング内で変位する弁体と、モータと、互いに噛み合う複数のギアを有し、且つ前記モータの出力を前記弁体に伝達する伝達機構と、を備えており、前記モータの駆動によって前記弁体を変位させることにより、前記循環回路での冷却水の流れを制御する装置である。この冷却装置は、前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、前記モータに印加される実効電圧を基に、前記モータで発生するトルクであるモータトルクを算出するモータトルク算出部と、前記モータトルクのうち、前記弁体の変位に変換されたトルクである弁体トルクを、前記モータの角加速度が大きいほど大きくなるように算出する弁体トルク算出部と、前記モータの駆動によって前記弁体を変位させる際に前記ギアが受けるストレスである駆動時ストレスを、前記モータトルクと前記弁体トルクとの差が大きいほど大きくなるように算出する駆動時ストレス算出部と、前記モータの駆動によって前記弁体の位置が調整されるときにおける前記モータの角速度の変化量である角加速度が判定加速度以下であるときに、前記弁体の変位速度が急低下したとの判定をなす急低下判定部と、前記モータの角速度を平滑化した値である角速度なまし値が大きいほど大きくなるように、衝突係数を導出する衝突係数導出部と、前記弁体の変位速度が急低下したとの判定がなされたときに、前記弁体の変位速度の急低下に起因して前記ギアが受けるストレスである急低下時ストレスを、前記モータトルクと前記衝突係数との積が大きいほど大きくなるように算出する急低下時ストレス算出部と、前記駆動時ストレス及び前記急低下時ストレスのうちの一方のストレスと等価変換係数との積と、前記駆動時ストレス及び前記急低下時ストレスのうちの他方のストレスとを基に、前記制御弁の耐久性を推定する耐久性推定部と、を備えている。

弁体の位置の調整中に、冷却水とともに異物が制御弁のハウジング内に入り込んで当該異物を制御弁が噛み込むなどしたときに、弁体の変位が規制されることがある。この場合、モータからはトルクが出力されているにも拘わらず、弁体の変位速度が急激に小さくなる。すると、トルク伝達経路におけるモータと弁体との間に位置する伝達機構内のギアには、変位速度の急低下に起因する衝撃が入力されることとなる。

こうした衝撃の入力によってギアが受けるストレスである急低下時ストレスは、モータで発生するモータトルクが大きいほど大きくなりやすい。また、当該急低下時ストレスは、弁体の変位速度が急低下する直前における角速度が大きいほど大きくなりやすい。

そこで、上記構成では、モータに印加される実効電圧を基にモータトルクが算出されるとともに、モータの角速度なまし値を基に衝突係数が算出される。そして、衝突係数とモータトルクとの積が大きいほど急低下時ストレスが大きくなるように、急低下時ストレスが算出される。こうした構成によれば、弁体の変位速度が急低下する直前における角速度が大きいほど、衝突係数を大きくすることができる。そのため、モータトルクが大きいほど急低下時ストレスを大きくすることができるとともに、弁体の変位速度が急低下する直前における角速度が大きいほど急低下時ストレスを大きくすることができる。

また、モータの駆動によって弁体を変位させる場合、モータの出力トルクが弁体に入力されても弁体の変位がなかなか開始されなかったり、モータの出力トルクに見合った弁体の変位速度と、弁体の実際の変位速度との間に乖離があったりすることがある。このような場合には、モータトルクがモータと弁体との間に配置される伝達機構内でギアを押し付ける力として消費されているため、ギアにストレスが蓄積しうる。こうしたストレスのことを「駆動時ストレス」という。

モータから出力されたトルクは伝達機構を介して弁体に入力される。そのため、弁体の変位速度と、モータの角速度との間には相関性がある。つまり、モータの角加速度が大きいほど弁体の変位速度の増大量が大きくなる。そして、変位速度の増大量が多いということは、モータから伝達機構を介して弁体に入力されたトルクが大きいということである。そのため、弁体トルクは、角加速度が大きいほど大きくなる。そして、モータトルクから弁体トルクを差し引いた値が、伝達機構内で消費されたトルクに相当する。

この点、上記構成によれば、モータトルクに加え、モータの角加速度に基づいて弁体トルクが算出される。そして、算出したモータトルクと弁体トルクとの差が大きいほど駆動時ストレスが大きくなるように、駆動時ストレスが算出される。そのため、例えば実効電圧が高くても角加速度が大きくない場合には、実効電圧が高くて角加速度が大きい場合と比較して駆動時ストレスが大きくなる。したがって、モータの駆動中にギアが受けるストレスを算出することができる。

そして、上記構成では、上記のように算出した駆動時ストレス及び急低下時ストレスのうちの一方のストレスに等価変換係数を掛け合わせることにより、一方のストレスを、他方のストレスに等価変換している。そして、等価変換後の一方のストレスと、他方のストレスとを基に、制御弁の耐久性が推定される。したがって、上記構成によれば、制御弁の耐久性を推定することができる。

内燃機関の冷却装置の概略構成と、同冷却装置の制御装置の機能構成とを示す図。 同冷却装置の制御弁を示す斜視図。 同制御弁の分解斜視図。 同制御弁の弁体を示す斜視図。 同制御弁のハウジングを示す斜視図。 同制御弁において、弁体のハウジングに対する相対角度と各ポートの開度との関係を示すグラフ。 同制御装置の機能構成を示すブロック図。 急低下時ストレスを算出する際に実行される処理ルーチンを示すフローチャート。 弁体変位期間中における駆動時ストレスの最大値を導出する際に実行される処理ルーチンを示すフローチャート。 モータに電圧信号が入力された際に弁体の回転が速やかに開始された場合において、電圧信号のデューティ比、モータの角速度、及び、算出される駆動時ストレスの推移を示すタイミングチャート。 モータに電圧信号が入力された際に弁体の回転がなかなか開始されない場合において、電圧信号のデューティ比、モータの角速度、及び、算出される駆動時ストレスの推移を示すタイミングチャート。 同制御装置の耐久性推定部における機能構成を示すブロック図。

以下、内燃機関の冷却装置の一実施形態を図１〜図１２に従って説明する。
図１に示すように、冷却装置２０は、内燃機関１０のシリンダブロック１１内のウォータジャケット１１１及びシリンダヘッド１２内のウォータジャケット１２１を流れる冷却水が循環する循環回路２１を備えている。循環回路２１には、シリンダブロック１１内のウォータジャケット１１１に向けて冷却水を吐出するポンプ２２と、冷却水を冷却するラジエータ２３と、スロットルバルブやＥＧＲバルブなどのような冷却対象となる各種のデバイス２４と、車両の空調装置のヒータコア２５とが設けられている。

循環回路２１には、シリンダヘッド１２内のウォータジャケット１２１から流出した冷却水が流入する制御弁２６が設けられている。制御弁２６は、制御弁２６内に流入した冷却水を流出させる３つの出力ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有している。３つの出力ポートＰ１〜Ｐ３のうちのラジエータポートＰ１は、ラジエータ２３を経由して冷却水を流動させる第１冷却水通路２７１に接続されている。３つの出力ポートＰ１〜Ｐ３のうちのデバイスポートＰ２は、各種のデバイス２４を経由して冷却水を流動させる第２冷却水通路２７２に接続されている。３つの出力ポートＰ１〜Ｐ３のうちのヒータポートＰ３は、ヒータコア２５を経由して冷却水を流動させる第３冷却水通路２７３に接続されている。

図２に示すように、制御弁２６は、制御弁２６の骨格を形成するハウジング３１を備えている。ハウジング３１には、第１コネクタ部材３２、第２コネクタ部材３３及び第３コネクタ部材３４が取り付けられている。第１コネクタ部材３２にはラジエータポートＰ１が設けられている。第２コネクタ部材３３にはデバイスポートＰ２が設けられている。第３コネクタ部材３４にはヒータポートＰ３が設けられている。そして、各コネクタ部材３２〜３４がハウジング３１に取り付けられた状態では、各出力ポートＰ１〜Ｐ３が互いに異なる位置に配置されている。

図３に示すように、制御弁２６は、ハウジング３１内に収容される弁体３５を備えている。弁体３５には、冷却水通路が形成されている。また、弁体３５には、ハウジング３１の軸線方向Ｚに延びるシャフト３６が連結されている。そして、弁体３５は、図３に矢印で示すようにシャフト３６を中心に回転（変位）する。弁体３５の回転によってハウジング３１に対する弁体３５の相対角度ＡＮＧが変化すると、弁体３５に形成されている冷却水通路と各出力ポートＰ１〜Ｐ３との重なり具合が変わり、各出力ポートＰ１〜Ｐ３を通じた冷却水の流量が変化する。すなわち、弁体３５を回転させることにより、循環回路２１内での冷却水の流れを制御することができる。

また、制御弁２６は、ハウジング３１内に収容されるモータ３７及び伝達機構３８を備えている。伝達機構３８は、モータ３７の出力を弁体３５のシャフト３６に伝達するものである。具体的には、伝達機構３８は、互いに噛み合う複数のギア３９を有している。本実施形態では、各ギア３９は、合成樹脂によって構成されている。モータ３７から出力されたトルクが各ギア３９を介してシャフト３６に入力されると、弁体３５が回転する。

ハウジング３１には、モータ３７及び伝達機構３８を収容する部分を覆うようにカバー４０が取り付けられる。カバー４０内には、モータ３７の回転角を検出する回転角センサ１０１が設けられている。

図４に示すように、弁体３５は、２つの樽型の物体をハウジング３１の軸線方向Ｚに重ねたような形状をなしている。弁体３５の側壁には、軸線方向Ｚに並んだ２つの孔３５１，３５２が形成されている。これら各孔３５１，３５２は、弁体３５に設けられた冷却水通路の一部となっている。２つの孔３５１，３５２のうち、図中上側に位置する第１孔３５１は、弁体３５がハウジング３１に対してある相対角度の範囲にあるときにラジエータポートＰ１と連通する。第１孔３５１がラジエータポートＰ１と連通している場合、制御弁２６内に流入した冷却水がラジエータポートＰ１から流出する。また、２つの孔３５１，３５２のうち、第１孔３５１とは別の第２孔３５２は、弁体３５がハウジング３１に対して別のある相対角度の範囲にあるときにデバイスポートＰ２及びヒータポートＰ３のうちの少なくとも一方と連通する。第２孔３５２がデバイスポートＰ２と連通している場合、制御弁２６内に流入した冷却水がデバイスポートＰ２から流出する。また、第２孔３５２がヒータポートＰ３と連通している場合、制御弁２６内に流入した冷却水がヒータポートＰ３から流出する。

弁体３５の図中上壁を弁体３５の上壁３５３とした場合、上壁３５３にシャフト３６が接続されている。また、上壁３５３には、一部を係合部３５４として残すようにシャフト３６の根本を取り囲むように延びる円弧状の溝３５５が設けられている。

なお、図５は、ハウジング３１を弁体３５の挿入方向から見た場合の斜視図である。制御弁２６の組み立て時にあっては、収容開口３１１を介して弁体３５がハウジング３１内に挿入される。ハウジング３１において弁体３５の上壁３５３に対向する部分には、溝３５５に収容されるストッパ３１２が設けられている。そのため、ハウジング３１内に弁体３５が収容されている場合、弁体３５の係合部３５４がストッパ３１２に当接することで、ハウジング３１に対する弁体３５の相対回転が規制される。言い換えると、係合部３５４がストッパ３１２に当接しない範囲が、弁体３５のハウジング３１に対する相対回転が許容される範囲となる。

こうした制御弁２６のハウジング３１内には、冷却水が収容開口３１１を介して流入するようになっている。すなわち、収容開口３１１が、制御弁２６の入力ポートとして機能する。そして、ハウジング３１内に流入した冷却水は、弁体３５に設けられた冷却水通路を流れ、各出力ポートＰ１〜Ｐ３に導かれる。

図６は、ハウジング３１に対する弁体３５の相対角度ＡＮＧと、各出力ポートＰ１〜Ｐ３の開度との関係を示すグラフである。
制御弁２６では、全ての出力ポートＰ１〜Ｐ３が閉じた状態になるときの相対角度ＡＮＧを「０°」として、ハウジング３１のストッパ３１２と弁体３５の係合部３５４とが当接するまで、プラスの方向にもマイナスの方向にも、弁体３５をハウジング３１に対して相対回転させることができる。弁体３５の孔３５１，３５２の大きさや位置は、相対角度ＡＮＧの変化に伴い、図６に示すように各出力ポートＰ１〜Ｐ３の開度が変化するように設定されている。本実施形態では、弁体３５をハウジング３１に対してプラスの方向に相対回転させると、相対角度ＡＮＧが大きくなる一方で、弁体３５をハウジング３１に対してマイナスの方向に相対回転させると、相対角度ＡＮＧが小さくなる。

制御弁２６では、相対角度ＡＮＧが「０°」となる位置から弁体３５をプラスの方向に相対回転させると、まず、ヒータポートＰ３が開き始め、相対角度ＡＮＧが大きくなるのに伴って次第にヒータポートＰ３の開度が大きくなる。そして、ヒータポートＰ３が全開になった後、相対角度ＡＮＧがさらに大きくなると、次にデバイスポートＰ２が開くようになる。相対角度ＡＮＧが大きくなるのに伴い、デバイスポートＰ２の開度は大きくなり、デバイスポートＰ２が全開になった後、ラジエータポートＰ１が開き始める。ラジエータポートＰ１の開度も相対角度ＡＮＧが大きくなるのに伴って大きくなる。係合部３５４とストッパ３１２とが当接するときの相対角度を「＋β°」とした場合、相対角度ＡＮＧが「＋β°」となる位置に弁体３５が至る手前でラジエータポートＰ１が全開になる。そして、相対角度ＡＮＧが「＋β°」となる位置に弁体３５が達するまでは、相対角度ＡＮＧが大きくなっても各出力ポートＰ１〜Ｐ３が全開である状態が維持される。

一方、制御弁２６では、相対角度ＡＮＧが「０°」となる位置から弁体３５をマイナスの方向に相対回転させた場合、ヒータポートＰ３は開弁しない。この場合には、まず、デバイスポートＰ２が開き始め、相対角度ＡＮＧが小さくなるのに伴って次第にデバイスポートＰ２の開度が大きくなる。そして、デバイスポートＰ２が全開になった後、相対角度ＡＮＧがさらに小さくなると、ラジエータポートＰ１が開くようになる。相対角度ＡＮＧが小さくなるのに伴ってラジエータポートＰ１の開度が大きくなる。係合部３５４とストッパ３１２とが当接するときの相対角度を「−α°」とした場合、相対角度ＡＮＧが「−α°」となる位置に弁体３５が至る手前でラジエータポートＰ１が全開になる。そして、相対角度ＡＮＧが「−α°」となる位置に弁体３５が達するまでは、相対角度ＡＮＧが小さくなってもラジエータポートＰ１及びデバイスポートＰ２が全開の状態が維持される。

次に、図１、図７及び図８を参照し、冷却装置２０の制御構成について説明する。
図１に示すように、冷却装置２０の制御装置５０には、制御弁２６の回転角センサ１０１、及び、水温センサ１０２などの各種のセンサの検出信号が入力される。回転角センサ１０１は、モータ３７の出力軸の回転角θに応じた信号を検出信号として出力する。水温センサ１０２は、シリンダヘッド１２内から流出した冷却水の温度である出口水温Ｔｗｔを検出し、出口水温Ｔｗｔに応じた信号を検出信号として出力する。

制御弁２６の使用期間が長くなると、制御弁２６の耐久性が徐々に低下する。すなわち、モータ３７の駆動によって弁体３５を回転させる場合、モータ３７の出力トルクが弁体３５に入力されても弁体３５の回転がなかなか開始されなかったり、モータ３７の出力トルクに見合った弁体３５の回転速度（変位速度）と、弁体３５の実際の回転速度（変位速度）との間に乖離があったりすることがある。このような場合には、モータ３７の出力トルクが、伝達機構３８内でギア３９を押し付ける力として消費されているため、ギア３９にダメージが蓄積しうる。このようにギア３９にダメージが蓄積されると、制御弁２６の耐久性が徐々に低下する。

また、制御弁２６のハウジング３１内に冷却水とともに異物が流入すると、制御弁２６が異物を噛み込んで弁体３５の回転が規制されることがある。また、弁体３５を回転させているときに係合部３５４がストッパ３１２に当接することによって、弁体３５の回転が規制されることもある。このように弁体３５の回転が規制されると、弁体３５の回転速度（変位速度）が急低下し、モータ３７から弁体３５へのトルク伝達経路に配置されているギア３９には、弁体３５の回転速度の急低下に起因する衝撃が入力されることがある。こうした衝撃が大きいと、当該衝撃に起因するダメージがギア３９に残ってしまう。つまり、弁体３５の回転が規制されて弁体３５の回転速度が急低下する事象の発生は、制御弁２６の耐久性の低下に繋がりうる。

そこで、本実施形態において、制御装置５０は、モータ３７の駆動によって弁体３５を回転させる際にギア３９が受けるストレスである駆動時ストレスＳＴＲｄｒを算出する。また、制御装置５０は、弁体３５の回転が規制されて弁体３５の回転速度が急低下したと判定したときに、弁体３５の回転速度の急低下に起因する衝撃の入力によってギア３９が受けるストレスである急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを算出する。そして、制御装置５０は、算出した駆動時ストレスＳＴＲｄｒ及び急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを基に制御弁２６の耐久性を推定する。さらに、制御装置５０は、耐久性の推定結果をモータ３７の制御に反映する。

制御装置５０は、制御弁２６の耐久性を考慮したモータ３７の制御を実現するための機能部として、モータ制御部５１、角速度導出部５２、角加速度導出部５３、急低下判定部５４、基礎トルク導出部５５、補正係数導出部５６、モータトルク算出部５７、衝突係数導出部５８、急低下時ストレス算出部５９、弁体トルク算出部６１、駆動時ストレス算出部６２、及び耐久性推定部６０を有している。

モータ制御部５１は、モータ３７の駆動を制御する。すなわち、モータ制御部５１は、モータ３７に入力させる電圧信号のデューティ比ＤＴを決める。そして、モータ制御部５１は、決めたデューティ比ＤＴの電圧信号を生成してモータ３７に入力させる。なお、デューティ比ＤＴの決定の詳細については後述する。

角速度導出部５２は、所定の制御サイクル毎に、モータ３７の出力軸の角速度ωを導出する。すなわち、角速度導出部５２は、回転角センサ１０１の検出信号を基に導出されたモータ３７の回転角θを時間微分することによって、モータ３７の角速度ωを導出する。

角加速度導出部５３は、モータ３７の角速度ωの変化量としてモータ３７の角加速度Ｄωを導出する。すなわち、角加速度導出部５３は、角速度導出部５２によって導出された角速度ωを時間微分することによって、角加速度Ｄωを導出する。なお、角速度ωが上昇しているときには角加速度Ｄωが正の値となる一方、角速度ωが低下しているときには角加速度Ｄωが負の値となる。

急低下判定部５４は、モータ３７の駆動によって弁体３５を回転させるときに、弁体３５の回転が規制されて弁体３５の回転速度（変位速度）が急低下したか否かを判定する。急低下判定部５４は、以下に示す３つの条件の全てが成立するときには、弁体３５の回転速度が急低下したとの判定をなす。一方、急低下判定部５４は、３つの条件のうちの少なくとも１つが成立していないときには、弁体３５の回転速度が急低下したとの判定をなさない。なお、モータ３７の回転は、伝達機構３８を介して弁体３５に伝達される。そのため、モータ３７の角速度ωと弁体３５の回転速度との間には相関がある。
・角加速度導出部５３によって導出された角加速度Ｄωが判定角加速度ＤωＴｈ以下であること。
・角速度導出部５２によって導出された角速度ωの前回値ω（Ｎ−１）が第１基準角速度ωＴｈ１以上であること。
・角速度導出部５２によって導出された角速度ωの最新値ω（Ｎ）が第１基準角速度ωＴｈ１よりも小さい第２基準角速度ωＴｈ２以下であること。

判定角加速度ＤωＴｈは、モータ３７の角速度ωの低下量が多いか否かを判断するための閾値である。よって、判定角加速度ＤωＴｈは、負の値に設定されている。第１基準角速度ωＴｈ１は、角速度ωが大きかったか否かを判断するための閾値である。第２基準角速度ωＴｈ２は、角速度ωが小さくなったか否かを判断するための閾値である。

そのため、角加速度Ｄωが判定角加速度ＤωＴｈ以下であること、及び、角速度の前回値ω（Ｎ−１）が第１基準角速度ωＴｈ１以上であり、且つ角速度の最新値ω（Ｎ）が第２基準角速度ωＴｈ２以下であることの双方が成立している場合、弁体３５の回転速度が急低下したとの判定がなされる。一方、角加速度Ｄωが判定角加速度ＤωＴｈ以下であること、及び、角速度の前回値ω（Ｎ−１）が第１基準角速度ωＴｈ１以上であり、且つ角速度の最新値ω（Ｎ）が第２基準角速度ωＴｈ２以下であることの少なくとも一方が成立していない場合、弁体３５の回転速度が急低下したとの判定がなされない。

なお、制御弁２６の異物の噛み込みによって弁体３５の回転速度が急低下した場合であっても、制御弁２６の係合部３５４がストッパ３１２に当接して弁体３５の回転速度が急低下した場合であっても、弁体３５の回転速度の急低下に起因するストレスをギア３９が受ける。このようなときにギア３９が受けるストレスは、回転速度が低下する直前のモータ３７の角速度ωが大きいほど大きくなりやすい。すなわち、角速度の前回値ω（Ｎ−１）が第１基準角速度ωＴｈ１以上であり、且つ、他の２つの条件が成立している場合、ギア３９には比較的大きなストレスが蓄積されると推測することができる。

基礎トルク導出部５５は、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴと、出口水温Ｔｗｔとを基に、基礎トルクＴＱＢを導出する。基礎トルクＴＱＢとは、モータ３７の角速度ωが規定値（例えば、０）である状況下で電圧信号がモータ３７に入力されたときにモータ３７で発生するトルクのことである。上述したように制御弁２６には、シリンダヘッド１２内から流出した冷却水が流入する。そのため、制御弁２６の構成部材の温度は、出口水温Ｔｗｔと相関する。よって、基礎トルクＴＱＢは、電圧信号のデューティ比ＤＴと、制御弁２６の構成部材の温度の相関値とを基に導出される値である。なお、制御弁２６の構成部材としては、例えば、伝達機構３８のギア３９、弁体３５、図示しないシールリングを挙げることができる。

図７に示すように、基礎トルク導出部５５には、電圧信号のデューティ比ＤＴと出口水温Ｔｗｔとの関係を基に基礎トルクＴＱＢを導出するための基礎トルク導出マップ５５ＭＰが記憶されている。基礎トルク導出部５５は、この基礎トルク導出マップ５５ＭＰを用い、基礎トルクＴＱＢを導出する。

基礎トルクＴＱＢは、モータ３７に印加される実効電圧が高いほど大きくなりやすい。そのため、基礎トルク導出マップ５５ＭＰは、電圧信号のデューティ比ＤＴが大きいほど、実効電圧が高くなるため、基礎トルクＴＱＢが大きい値となるように作成されている。

また、制御弁２６の構成部材の堅さは、構成部材の温度によって変わる。そして、構成部材の堅さによって、制御弁２６の異物の噛み込みや係合部３５４とストッパ３１２との当接によって弁体３５の回転が規制された際にギア３９が受けるストレスの大きさが変わる。そのため、基礎トルク導出マップ５５ＭＰは、構成部材の温度と相関する出口水温Ｔｗｔによって基礎トルクＴＱＢが変わるように作成されている。

補正係数導出部５６は、電圧信号のデューティ比ＤＴと、移動平均処理によって角速度ωを平滑化した値である角速度なまし値ωＳとを基に、補正係数Ｆ１を算出する。補正係数Ｆ１は、基礎トルクＴＱＢを補正してモータトルクＴＱＭＴを求めるための係数である。角速度なまし値ωＳは、連続して導出された複数の角速度ωを基に算出される。なお、角速度なまし値ωＳの算出に用いられる複数の角速度ωは、角速度の最新値ω（Ｎ）を含んでいる。

図７に示すように、補正係数導出部５６には、電圧信号のデューティ比ＤＴと、角速度なまし値ωＳとを基に補正係数Ｆ１を導出するための補正係数導出マップ５６ＭＰが記憶されている。補正係数導出部５６は、この補正係数導出マップ５６ＭＰを用い、補正係数Ｆ１を導出する。

補正係数Ｆ１は、詳しくは後述するが、モータ３７で発生するトルクであるモータトルクＴＱＭＴを算出するための係数である。補正係数Ｆ１が大きいほど、モータトルクＴＱＭＴは大きい値となる。モータトルクＴＱＭＴは、モータ３７に印加される実効電圧が高いほど大きくなる。そのため、補正係数導出マップ５６ＭＰは、電圧信号のデューティ比ＤＴが大きいほど、実効電圧が高くなるため、補正係数Ｆ１が大きくなるように作成されている。

基礎トルクＴＱＢを導出する際の角速度である上記の規定値と、現在の角速度ωとの乖離が大きいほど、モータ３７で実際に発生しているトルクと基礎トルクＴＱＢとのずれが大きくなりやすい。例えば、規定値よりも現在の角速度ωが大きい場合、規定値と現在の角速度ωとの差分が大きいほど、モータトルクＴＱＭＴが小さくなる。角速度なまし値ωＳは、現在の角速度ωと相関している。そのため、補正係数導出マップ５６ＭＰは、角速度なまし値ωＳが小さいほど補正係数Ｆ１が大きくなるように作成されている。

モータトルク算出部５７は、モータトルクＴＱＭＴとして、基礎トルク導出部５５によって算出された基礎トルクＴＱＢと、補正係数導出部５６によって算出された補正係数Ｆ１との積を算出する。すなわち、モータトルクＴＱＭＴは、基礎トルクＴＱＢと補正係数Ｆ１との積が大きいほど大きくなる。なお、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴは、モータ３７に印加される実効電圧と相関する値である。よって、モータトルクＴＱＭＴは、実効電圧に応じた値であるということができる。

衝突係数導出部５８は、上記の角速度なまし値ωＳを基に、衝突係数Ｆ２を導出する。衝突係数Ｆ２は、モータトルクＴＱＭＴを、制御弁２６の異物の噛み込みや係合部３５４とストッパ３１２との当接に伴う弁体３５の回転速度の急低下に起因してギア３９が受けるストレスに変換するための係数である。図７に示すように、衝突係数導出部５８には、角速度なまし値ωＳを基に衝突係数Ｆ２を導出するための衝突係数導出マップ５８ＭＰが記憶されている。衝突係数導出部５８は、この衝突係数導出マップ５８ＭＰを用い、衝突係数Ｆ２を導出する。

モータ３７の駆動によって弁体３５を回転させる際に制御弁２６の異物の噛み込みや係合部３５４とストッパ３１２との当接によって弁体３５の回転速度が急に低下すると、トルク伝達経路におけるモータ３７と弁体３５との間に位置するギア３９には、回転速度の急低下に起因する衝撃が入力される。こうした衝撃の入力によってギア３９が受けるストレスは、弁体３５の回転速度が急低下する直前における角速度ωが大きいほど大きくなりやすい。そして、詳しくは後述するが、衝突係数Ｆ２は、上記の急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐの算出に用いられる係数である。衝突係数Ｆ２が大きいほど、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが大きい値となる。そのため、衝突係数導出マップ５８ＭＰは、角速度なまし値ωＳが大きいほど衝突係数Ｆ２が大きくなるように作成されている。

角速度なまし値ωＳは、角速度導出部５２によって導出された角速度の最新値ω（Ｎ）と、最新値ω（Ｎ）の導出以前に導出された角速度ωとを基に算出される。すなわち、角速度なまし値ωＳは、最新値ω（Ｎ）の導出時点よりも少し前の角速度ωも反映された値となっている。そのため、急低下判定部５４によって弁体３５の回転速度が急低下したとの判定がなされた時点で衝突係数Ｆ２の導出が行われたとしても、当該導出には、当該判定がなされる以前の角速度ωも反映された角速度なまし値ωＳが用いられる。したがって、衝突係数導出マップ５８ＭＰを用いることにより、弁体３５の回転速度が急低下する直前の角速度ωが大きいほど、衝突係数Ｆ２を大きくすることができる。

急低下時ストレス算出部５９は、急低下判定部５４によって弁体３５の回転速度が急低下したとの判定がなされたときに、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを算出する。
図８を参照し、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐの算出のために急低下時ストレス算出部５９が実行する処理ルーチンについて説明する。この処理ルーチンは、急低下判定部５４によって弁体３５の回転速度が急低下したとの判定がなされたときに実行される。

本処理ルーチンにおいて、ステップＳ１１では、モータトルク算出部５７によって算出されたモータトルクＴＱＭＴと、衝突係数導出部５８によって導出された衝突係数Ｆ２との積が急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐとして算出される。すなわち、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐは、モータトルクＴＱＭＴと衝突係数Ｆ２との積が大きいほど大きくなる。続いて、ステップＳ１２において、算出した急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが第１判定値ＳＴＲＴｈ１以上であるか否かの判定が行われる。

ステップＳ１１で算出した急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐがあまり大きくない場合、弁体３５の回転速度が急低下したことに起因してギア３９に入力される衝撃があまり大きくないと推測される。ギア３９に入力される衝撃が小さい場合、実際にはギア３９にダメージがほとんど残らない。そこで、第１判定値ＳＴＲＴｈ１は、ギア３９にダメージが残るような衝撃がギア３９に入力されたか否かの判断基準として設定されている。そのため、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが第１判定値ＳＴＲＴｈ１以上である場合は、ギア３９にダメージが残るような衝撃がギア３９に入力されたと判断する。一方、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが第１判定値ＳＴＲＴｈ１未満である場合は、ギア３９に衝撃が入力されたとしても、ギア３９にダメージが残らないと判断する。

ステップＳ１２において、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが第１判定値ＳＴＲＴｈ１以上である場合（ＹＥＳ）、本処理ルーチンが終了される。一方、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが第１判定値ＳＴＲＴｈ１未満である場合（Ｓ１２：ＮＯ）、処理が次のステップＳ１３に移行される。ステップＳ１３において、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが「０」に変更される。そして、本処理ルーチンが終了される。

図７に戻り、弁体トルク算出部６１は、モータトルクＴＱＭＴのうち、弁体３５の回転に変換されたトルクである弁体トルクＴＱＶを、モータ３７の角加速度Ｄωが大きいほど大きくなるように算出する。具体的には、弁体トルク算出部６１は、移動平均処理によって角加速度Ｄωを平滑化した値である角加速度なまし値ＤωＳと、モータ３７のイナーシャＩｗと、伝達機構３８の変速比ＲＧとの積として弁体トルクＴＱＶを算出する。このため、弁体トルクＴＱＶは、イナーシャＩｗが大きいほど大きくなり、変速比ＲＧが大きいほど大きくなる。なお、イナーシャＩｗ及び変速比ＲＧは、制御弁２６の諸元から決まる値である。

駆動時ストレス算出部６２は、モータトルク算出部５７によって算出されたモータトルクＴＱＭＴと、弁体トルク算出部６１によって算出された弁体トルクＴＱＶとを基に、駆動時ストレスＳＴＲｄｒを算出する。

図９を参照し、駆動時ストレスＳＴＲｄｒを算出するために駆動時ストレス算出部６２によって実行される処理ルーチンについて説明する。なお、モータ３７への電圧信号の入力が開始されると、本処理ルーチンの実行が開始される。

本処理ルーチンにおいて、ステップＳ２１では、モータトルクＴＱＭＴと弁体トルクＴＱＶとの差として駆動時ストレスＳＴＲｄｒが算出される。ここで算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒは、モータトルクＴＱＭＴと弁体トルクＴＱＶとの差が大きいほど大きい値となる。続いて、次のステップＳ２２において、モータ３７への電圧信号の入力が停止されたか否かの判定が行われる。電圧信号がモータ３７に未だ入力されている場合（Ｓ２２：ＮＯ）、処理がステップＳ２１に移行される。すなわち、モータ３７に電圧信号が入力され続けていて弁体３５が回転している間、駆動時ストレスＳＴＲｄｒの算出が繰り返される。

一方、モータ３７への電圧信号の入力が停止された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、弁体３５の回転が停止されるため、処理が次のステップＳ２３に移行される。ステップＳ２３において、１回の弁体変位期間ＴＭＶ中に算出した複数の駆動時ストレスＳＴＲｄｒの中で最も大きい値が、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘとして選択される。ここでいう弁体変位期間ＴＭＶとは、モータ３７への実行電圧の印加が開始されてから弁体３５の回転が終了するまでの期間のことである。

次のステップＳ２４において、今回の弁体変位期間ＴＭＶ中における駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘが第２判定値ＳＴＲＴｈ２以上であるか否かの判定が行われる。第２判定値ＳＴＲＴｈ２については後述する。そして、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘが第２判定値ＳＴＲＴｈ２以上である場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、本処理ルーチンが終了される。一方、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘが第２判定値ＳＴＲＴｈ２未満である場合（Ｓ２４：ＮＯ）、処理が次のステップＳ２５に移行される。ステップＳ２５において、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘが「０」にされる。その後、本処理ルーチンが終了される。

ここで、図１０及び図１１を参照し、図９に示した第２判定値ＳＴＲＴｈ２の設定について説明する。図１０には、モータ３７への実効電圧の印加によって弁体３５の回転が速やかに開始される場合の例が図示されている。図１１には、例えば制御弁２６が異物を噛み込んでいるなどし、モータ３７に実効電圧を印加しても弁体３５の回転がなかなか開始されない場合の例が図示されている。

図１０に示す例では、タイミングｔ１１からモータ３７に電圧信号が入力される、すなわちモータ３７への実効電圧の印加が開始される。すると、その後のタイミングｔ１２から弁体３５が回転し始める。すなわち、タイミングｔ１１からタイミングｔ１２までの期間は、モータ３７への実効電圧の印加の開始時点から弁体３５の回転が開始されるまでの応答遅れの期間に相当する。当該期間では、モータ３７の角速度ωは「０」のままであるため、モータ３７の角加速度Ｄωは「０」で保持される。したがって、図９に示した処理ルーチンのステップＳ２１で算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒは、基礎トルクＴＱＢと同じ値となる。これは、角加速度Ｄωが「０」である場合、弁体トルクＴＱＶは「０」となるためである。

そして、タイミングｔ１２を経過すると、弁体３５が回転し始める。すなわち、タイミングｔ１２以降では、角速度ωが大きくなる。その結果、角加速度Ｄωが「０」よりも大きくなる。すると、弁体トルクＴＱＶが「０」よりも大きくなるため、ステップＳ２１で算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒは、弁体トルクＴＱＶの増大に従って小さくなる。

タイミングｔ１２以降で角加速度Ｄωが小さくなり始めると、弁体トルクＴＱＶもまた小さくなる。そのため、角加速度Ｄωの低下に応じ、ステップＳ２１で算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒが大きくなる。ただし、当該駆動時ストレスＳＴＲｄｒが基礎トルクＴＱＢよりも大きくなることはない。

図１０に示すように、第２判定値ＳＴＲＴｈ２は、このように弁体３５の回転を速やかに開始させることのできる場合の駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘよりも大きい値に設定されている。これは、モータ３７に実行電圧を印加させることによって弁体３５の回転が早期に開始される場合、伝達機構３８内でトルクがあまり消費されず、ギア３９に加わる負荷が大きくならないためである。ギア３９に加わる負荷が大きくない場合、モータ３７の駆動によって弁体３５を回転させるときにストレスがギア３９にほとんど蓄積されない。そのため、このような場合、図９に示した処理ルーチンでは、ステップＳ２４の判定が「ＮＯ」となるため、弁体変位期間ＴＭＶ中の最大値ＳＴＲｄｒＭａｘは、「０」とされる（Ｓ２５）。

図１１に示す例では、タイミングｔ２１からモータ３７に電圧信号が入力される、すなわちモータ３７への実効電圧の印加が開始される。制御弁２６が異物を噛み込んでいると、モータ３７の出力トルクが弁体３５に伝達されるようになっても、弁体３５の回転がなかなか開始されない。そのため、タイミングｔ２２からはフィードバック制御によって算出デューティ比ＤＴＣが大きくなる。その結果、タイミングｔ２２からは、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴが増大する。なお、タイミングｔ２１からタイミングｔ２２までの期間の長さは、図１０に示したタイミングｔ１１からタイミングｔ１２までの期間の長さよりも長い。

このように弁体３５の回転が開始されない場合、図９に示した処理ルーチンのステップＳ２１で算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒは、基礎トルクＴＱＢと同じ値となる。基礎トルクＴＱＢは、デューティ比ＤＴが大きいほど大きくなる。そのため、タイミングｔ２２を経過すると、デューティ比ＤＴの増大に応じ、ステップＳ２１で算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒが大きくなる。

そして、タイミングｔ２３で弁体３５の回転が開始される。すると、角速度ωが大きくなる。その結果、角加速度Ｄωが「０」よりも大きくなるため、弁体トルクＴＱＶが「０」よりも大きくなる。また、図１１に示す例では、タイミングｔ２３以降ではデューティ比ＤＴが大きくならない。つまり、基礎トルクＴＱＢは大きくならない。そのため、ステップＳ２１で算出される駆動時ストレスＳＴＲｄｒは、弁体トルクＴＱＶの増大に従って小さくなる。したがって、図９に示した処理ルーチンのステップＳ２３で選択される駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘは、タイミングｔ２３の値となる。

図１１に示すように、第２判定値ＳＴＲＴｈ２は、制御弁２６の異物の噛み込みなどによって弁体３５の回転がなかなか開始されないときの駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘよりも小さい値に設定されている。これは、このような場合では、モータ３７からトルクが出力されていても弁体３５が回転しない期間が長いためである。弁体変位期間ＴＭＶ中において弁体３５を回転させることができない期間が長いほど、ギア３９に加わる負荷が大きくなりやすい。ギア３９に加わる負荷が大きいほど、ギア３９にストレスが蓄積されやすい。そのため、このような場合、図９に示した処理ルーチンでは、ステップＳ２４の判定が「ＹＥＳ」となるため、弁体変位期間ＴＭＶ中の最大値ＳＴＲｄｒＭａｘは、「０」よりも大きい値となる。

図７に戻り、耐久性推定部６０は、急低下時ストレス算出部５９によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐと、駆動時ストレス算出部６２によって算出された駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘとを基に、ギア３９に蓄積されているダメージを推定する。さらに、耐久性推定部６０は、当該ダメージの推定結果を基に、制御弁２６の耐久性を表す指標Ｘを算出する。この指標Ｘは、制御弁２６の耐久性が低いほど値が大きくなるものである。

図１２を参照し、耐久性推定部６０の具体的な構成について説明する。
耐久性推定部６０は、第１角度補正係数設定部７１、第１乗算器７２、第１温度補正係数設定部７３、第２乗算器７４、等価変換係数設定部７５、第３乗算器７６、第２角度補正係数設定部７７、第４乗算器７８、第２温度補正係数設定部７９、第５乗算器８０、積算部８１及び指標算出部８２を含んでいる。

第１角度補正係数設定部７１は、第１角度補正係数Ｆ１１を、ハウジング３１に対する弁体３５の相対角度ＡＮＧに応じた値に設定する。第１角度補正係数Ｆ１１は、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを相対角度ＡＮＧに基づいて補正するための係数である。相対角度ＡＮＧは、例えば、モータ３７の回転角θと伝達機構３８の変速比ＲＧとを基に算出される。本実施形態では、弁体３５の回転速度が急低下したとの判定がなされた時点の相対角度ＡＮＧを基に、第１角度補正係数Ｆ１１が設定される。第１角度補正係数設定部７１は、相対角度ＡＮＧの領域と、第１角度補正係数Ｆ１１との関係を表すテーブルである第１角度補正テーブル７１ＴＬを有している。そして、第１角度補正係数設定部７１は、第１角度補正テーブル７１ＴＬを用い、第１角度補正係数Ｆ１１を設定する。

第１角度補正テーブル７１ＴＬでは、相対角度ＡＮＧの領域として複数の領域ＡＲ１１，ＡＲ１２，ＡＲ１３，ＡＲ１４が設定されている。第１１領域ＡＲ１１は、図６に示した「−α°」を含む相対角度ＡＮＧの領域である。第１２領域ＡＲ１２は、第１１領域ＡＲ１１よりも大きい側の相対角度ＡＮＧの領域である。第１３領域ＡＲ１３は、第１２領域ＡＲ１２よりも大きい側の相対角度ＡＮＧの領域である。第１４領域ＡＲ１４は、第１３領域ＡＲ１３よりも大きい側であって、図６に示した「＋β°」を含む相対角度ＡＮＧの領域である。相対角度ＡＮＧが第１１領域ＡＲ１１に含まれる場合、及び、相対角度ＡＮＧが第１４領域ＡＲ１４に含まれる場合の双方では、第１角度補正係数Ｆ１１として「１．０」が選択される。相対角度ＡＮＧが第１２領域ＡＲ１２に含まれる場合、第１角度補正係数Ｆ１１として値Ｚ１２が選択される。相対角度ＡＮＧが第１３領域ＡＲ１３に含まれる場合、第１角度補正係数Ｆ１１として値Ｚ１３が選択される。値Ｚ１２，値Ｚ１３は、「０」よりも大きく且つ「１．０」よりも小さい値である。

相対角度ＡＮＧが第１１領域ＡＲ１１に含まれる場合、及び、相対角度ＡＮＧが第１４領域ＡＲ１４に含まれる場合では、制御弁２６の係合部３５４がストッパ３１２に当接したために弁体３５の回転速度が急低下したと判断できる。つまり、当該当接に伴う衝撃がギア３９に入力されたと判断できる。一方、第１１領域ＡＲ１１及び第１４領域ＡＲ１４以外の他の領域ＡＲ１２，ＡＲ１４に相対角度ＡＮＧが含まれる場合、制御弁２６が異物を噛み込んだために弁体３５の回転速度が急低下した可能性があるとの判定をなすことはできる。また、制御弁２６が異物を実際には噛み込んでいないものの、弁体３５の回転速度が偶然急低下した可能性もある。回転速度が偶然に急低下した場合にあっては、急低下に起因する衝撃がギア３９に入力されない。そのため、第１１領域ＡＲ１１及び第１４領域ＡＲ１４以外の他の領域ＡＲ１２，ＡＲ１４に相対角度ＡＮＧが含まれる場合、第１角度補正係数Ｆ１１は、「１．０」よりも小さい値に設定される。

第１乗算器７２は、急低下時ストレス算出部５９によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐと、第１角度補正係数設定部７１によって設定された第１角度補正係数Ｆ１１との積を、補正後の急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ１として算出する。

第１温度補正係数設定部７３は、第１温度補正係数Ｆ１２を、制御弁２６の構成部品の温度又はその相関値に応じた値にする。第１温度補正係数Ｆ１２は、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを、制御弁２６の構成部品の温度に基づいて補正するための係数である。第１温度補正係数設定部７３は、構成部品の温度と相関する出口水温Ｔｗｔの領域と、第１温度補正係数Ｆ１２との関係を表すテーブルである第１温度補正テーブル７３ＴＬを有している。そして、第１温度補正係数設定部７３は、第１温度補正テーブル７３ＴＬを用い、第１温度補正係数Ｆ１２を設定する。

第１温度補正テーブル７３ＴＬでは、出口水温Ｔｗｔの領域として複数の領域ＡＲ２１，ＡＲ２２，ＡＲ２３，ＡＲ２４，ＡＲ２５が設定されている。第２１領域ＡＲ２１は最も低温の領域であり、第２２領域ＡＲ２２は２番目に低温の領域であり、第２３領域ＡＲ２３は３番目に低温の領域である。第２４領域ＡＲ２４は４番目に低温の領域であり、第２５領域ＡＲ２５は最も高温の領域である。そして、出口水温Ｔｗｔが第２１領域ＡＲ２１に含まれる場合、第１温度補正係数Ｆ１２として値Ｚ２１が選択され、出口水温Ｔｗｔが第２２領域ＡＲ２２に含まれる場合、第１温度補正係数Ｆ１２として値Ｚ２２が選択される。出口水温Ｔｗｔが第２３領域ＡＲ２３に含まれる場合、第１温度補正係数Ｆ１２として値Ｚ２３が選択され、出口水温Ｔｗｔが第２４領域ＡＲ２４に含まれる場合、第１温度補正係数Ｆ１２として値Ｚ２４が選択される。出口水温Ｔｗｔが第２５領域ＡＲ２５に含まれる場合、第１温度補正係数Ｆ１２として値Ｚ２５が選択される。

なお、出口水温Ｔｗｔが低くてギア３９の温度が低いほど、ギア３９の強度が高い。そして、ギア３９の強度が高いほど、ギア３９に衝撃が入力されたときにギア３９が受けるダメージが大きくなりやすい。そのため、出口水温Ｔｗｔが低いほど第１温度補正係数Ｆ１２が大きくなるように、各値Ｚ２１〜Ｚ２５が設定されている。

第２乗算器７４は、第１乗算器７２によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ１と、第１温度補正係数設定部７３によって設定された第１温度補正係数Ｆ１２との積を、補正後の急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ２として算出する。

等価変換係数設定部７５には、電圧信号のデューティ比ＤＴと出口水温Ｔｗｔとを基に等価変換係数Ｆ１３を導出するための等価変換係数導出マップ７５ＭＰが記憶されている。等価変換係数設定部７５は、等価変換係数導出マップ７５ＭＰを用い、等価変換係数Ｆ１３を導出する。等価変換係数Ｆ１３は、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを駆動時ストレスＳＴＲｄｒに等価変換するための補正係数である。すなわち、本実施形態では、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ及び駆動時ストレスＳＴＲｄｒのうち、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが「一方のストレス」に相当し、駆動時ストレスＳＴＲｄｒが「他方のストレス」に相当する。

等価変換係数導出マップ７５ＭＰは、デューティ比ＤＴ及び出口水温Ｔｗｔと、等価変換係数Ｆ１３との関係を示すマップである。これによれば、出口水温Ｔｗｔがある値で保持されていてもデューティ比ＤＴが変わると、等価変換係数Ｆ１３が変わる。また、デューティ比ＤＴがある値で保持されても出口水温Ｔｗｔが変わると、等価変換係数Ｆ１３が変わる。

第３乗算器７６は、第２乗算器７４によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ２と、等価変換係数設定部７５によって設定された等価変換係数Ｆ１３との積を、等価変換後の急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ３として算出する。

第２角度補正係数設定部７７は、第２角度補正係数Ｆ２１を、上記相対角度ＡＮＧに応じた値に設定する。第２角度補正係数Ｆ２１は、駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを、相対角度ＡＮＧに基づいて補正するための係数である。例えば図９に示した処理ルーチンの開始時点の相対角度ＡＮＧを基に、第２角度補正係数Ｆ２１が設定される。第２角度補正係数設定部７７は、相対角度ＡＮＧの領域と、第２角度補正係数Ｆ２１との関係を表すテーブルである第２角度補正テーブル７７ＴＬを有している。そして、第２角度補正係数設定部７７は、第２角度補正テーブル７７ＴＬを用い、第２角度補正係数Ｆ２１を設定する。

第２角度補正テーブル７７ＴＬでは、相対角度ＡＮＧの領域として複数の領域ＡＲ３１，ＡＲ３２，ＡＲ３３，ＡＲ３４が設定されている。第３１領域ＡＲ３１は、図６に示した「−α°」を含む相対角度ＡＮＧの領域である。第３２領域ＡＲ３２は、第３１領域ＡＲ３１よりも大きい側の相対角度ＡＮＧの領域である。第３３領域ＡＲ３３は、第３２領域ＡＲ３２よりも大きい側の相対角度ＡＮＧの領域である。第３４領域ＡＲ３４は、第３３領域ＡＲ３３よりも大きい側であって、図６に示した「＋β°」を含む相対角度ＡＮＧの領域である。相対角度ＡＮＧが第３１領域ＡＲ３１に含まれる場合には第２角度補正係数Ｆ２１として値Ｚ３１が選択され、相対角度ＡＮＧが第３２領域ＡＲ３２に含まれる場合には第２角度補正係数Ｆ２１として値Ｚ３２が選択される。相対角度ＡＮＧが第３３領域ＡＲ３３に含まれる場合には第２角度補正係数Ｆ２１として値Ｚ３３が選択される。相対角度ＡＮＧが第３４領域ＡＲ３４に含まれる場合には第２角度補正係数Ｆ２１として値Ｚ３４が選択される。

なお、本実施形態では、各値Ｚ３１〜Ｚ３４は同じ値（例えば、「１．０」）である。もちろん、領域によって値が異なるように、各値Ｚ３１〜Ｚ３４を設定してもよい。
第４乗算器７８は、駆動時ストレス算出部６２によって算出された駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘと、第２角度補正係数設定部７７によって設定された第２角度補正係数Ｆ２１との積を、補正後の最大値ＳＴＲｄｒＭａｘ１として算出する。

第２温度補正係数設定部７９は、第２温度補正係数Ｆ２２を、制御弁２６の構成部品の温度又はその相関値に応じた値にする。第２温度補正係数Ｆ２２は、駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを、構成部品の温度に基づいて補正するための係数である。第２温度補正係数設定部７９は、構成部品の温度の相関値である出口水温Ｔｗｔの領域と、第２温度補正係数Ｆ２２との関係を表すテーブルである第２温度補正テーブル７９ＴＬを有している。そして、第２温度補正係数設定部７９は、第２温度補正テーブル７９ＴＬを用い、第２温度補正係数Ｆ２２を設定する。

第２温度補正テーブル７９ＴＬでは、出口水温Ｔｗｔの領域として複数の領域ＡＲ４１，ＡＲ４２，ＡＲ４３，ＡＲ４４，ＡＲ４５が設定されている。第４１領域ＡＲ４１は最も低温の領域であり、第４２領域ＡＲ４２は２番目に低温の領域であり、第４３領域ＡＲ４３は３番目に低温の領域である。第４４領域ＡＲ４４は４番目に低温の領域であり、第４５領域ＡＲ４５は最も高温の領域である。そして、出口水温Ｔｗｔが第４１領域ＡＲ４１に含まれる場合、第２温度補正係数Ｆ２２として値Ｚ４１が選択され、出口水温Ｔｗｔが第４２領域ＡＲ４２に含まれる場合、第２温度補正係数Ｆ２２として値Ｚ４２が選択される。出口水温Ｔｗｔが第４３領域ＡＲ４３に含まれる場合、第２温度補正係数Ｆ２２として値Ｚ４３が選択され、出口水温Ｔｗｔが第４４領域ＡＲ４４に含まれる場合、第２温度補正係数Ｆ２２として値Ｚ４４が選択される。出口水温Ｔｗｔが第４５領域ＡＲ４５に含まれる場合、第２温度補正係数Ｆ２２として値Ｚ４５が選択される。

なお、出口水温Ｔｗｔが低いほど、ギア３９の強度が高いとともに、モータ３７の出力が大きくなりにくい。ギア３９の強度が高いほど、モータ３７の駆動に伴ってギア３９が受けるダメージが大きくなりやすい。また、モータ３７の出力が大きいほど、モータ３７の駆動に伴ってギア３９が受けるダメージが大きくなりやすい。そこで、出口水温Ｔｗｔの変化に対するギア３９の強度やモータ３７の出力の変化を考慮して、各値Ｚ４１〜Ｚ４５が設定されている。

第５乗算器８０は、第４乗算器７８によって算出された駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘ１と、第２温度補正係数設定部７９によって設定された第２温度補正係数Ｆ２２との積を、補正後の最大値ＳＴＲｄｒＭａｘ２として算出する。

積算部８１は、第３乗算器７６によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ３と、第５乗算器８０によって算出された最大値ＳＴＲｄｒＭａｘ２とを基に、ギア３９に蓄積されるダメージ推定値ＤＭＥを算出する。すなわち、積算部８１は、算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ３と最大値ＳＴＲｄｒＭａｘ２との積算値をダメージ推定値ＤＭＥとして導出する。

指標算出部８２は、積算部８１によって導出されたダメージ推定値ＤＭＥが大きいほど値が大きくなるように指標Ｘを算出する。
図７に戻り、モータ制御部５１は、耐久性推定部６０によって算出された指標Ｘを基に、電圧信号のデューティ比の上限ＤＴｕｌ及び下限ＤＴｌｌを決定する。このとき、モータ制御部５１は、指標Ｘが大きいほど上限ＤＴｕｌの絶対値及び下限ＤＴｌｌの絶対値が小さくなるように、上限ＤＴｕｌ及び下限ＤＴｌｌを決定する。

また、モータ制御部５１は、モータ３７の回転角の目標である目標回転角θＴｒとモータ３７の回転角θとの偏差を入力とするフィードバック制御によって、モータ３７に入力する電圧信号のデューティ比の算出値である算出デューティ比ＤＴＣを算出する。そして、モータ制御部５１は、算出デューティ比ＤＴＣと、上限ＤＴｕｌ及び下限ＤＴｌｌとを基に、電圧信号のデューティ比ＤＴを決める。すなわち、モータトルク算出部５７は、算出デューティ比ＤＴＣが上限ＤＴｕｌ以下であって且つ下限ＤＴｌｌ以上である場合、電圧信号のデューティ比ＤＴを算出デューティ比ＤＴＣと同じ値にする。また、モータトルク算出部５７は、算出デューティ比ＤＴＣが上限ＤＴｕｌよりも大きい場合、電圧信号のデューティ比ＤＴを上限ＤＴｕｌと同じ値にする。また、モータトルク算出部５７は、算出デューティ比ＤＴＣが下限ＤＴｌｌよりも小さい場合、電圧信号のデューティ比ＤＴを下限ＤＴｌｌと同じ値にする。

なお、モータ３７に印加される実効電圧は、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴと、モータ３７の電源電圧とを基に算出することができる。そのため、モータ制御部５１は、目標回転角θＴｒと回転角θとの偏差に応じた実効電圧をモータ３７に印加させているということもできる。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態では、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴを基にモータトルクＴＱＭＴが算出されるとともに、モータ３７の角速度なまし値ωＳを基に衝突係数Ｆ２が算出される。そして、衝突係数Ｆ２とモータトルクＴＱＭＴとの積が大きいほど値が大きくなるように、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが算出される。これにより、弁体３５の回転速度が急低下する直前における角速度ωが大きいほど、衝突係数Ｆ２を大きくすることができる。そのため、モータトルクＴＱＭＴが大きいほど急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを大きくすることができるとともに、弁体３５の回転速度が急低下する直前における角速度ωが大きいほど急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを大きくすることができる。

また、モータトルクＴＱＭＴと弁体トルクＴＱＶとの差が大きいほど値が大きくなるように、駆動時ストレスＳＴＲｄｒが算出される。そのため、例えばモータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴが大きくても角加速度Ｄωが大きくない場合には、デューティ比ＤＴが大きくて角加速度Ｄωが大きい場合と比較して駆動時ストレスＳＴＲｄｒが大きくなる。したがって、モータ３７の駆動中にギア３９が受けるストレスとして駆動時ストレスＳＴＲｄｒを算出することができる。

そして、上記のように算出した急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐに等価変換係数Ｆ１３を掛け合わせることにより、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを駆動時ストレスＳＴＲｄｒに等価変換している。そして、等価変換後の急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐと駆動時ストレスＳＴＲｄｒとを基に、制御弁２６の耐久性が推定される。したがって、本実施形態によれば、制御弁２６の耐久性を推定することができる。

制御弁２６の耐久性を数値化した指標Ｘが算出されると、指標Ｘを基にデューティ比の上限ＤＴｕｌ及び下限ＤＴｌｌが算出される。上限ＤＴｕｌの絶対値及び下限ＤＴｌｌの絶対値は、指標Ｘが大きく、制御弁２６の耐久性が低いほど小さくなる。そして、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴは、上限ＤＴｕｌと下限ＤＴｌｌとの間の値となるように決定される。そのため、制御弁２６の耐久性が低いほど、弁体３５を回転させるに際し、弁体３５の回転速度が大きくなりにくくなる。伝達機構３８に加わる負荷は、モータ３７に印加される実効電圧が低く、弁体３５の回転速度が小さいほど大きくなりにくい。

したがって、制御弁２６の耐久性に応じて弁体３５の回転速度の上限を可変させることにより、制御弁２６の製品寿命を延ばすことができる。
なお、本実施形態では、以下に示す効果をさらに得ることができる。

（１）駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを用いてダメージ推定値ＤＭＥを算出するに際し、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを、相対角度ＡＮＧ及び出口水温Ｔｗｔによって補正している。そして、補正後の最大値ＳＴＲｄｒＭａｘ２を用いてダメージ推定値ＤＭＥが算出される。これにより、モータ３７の駆動に伴うストレスがギア３９に蓄積されたときに起因するモータ３７の耐久性を適切に推定することができる。

（２）急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを用いてダメージ推定値ＤＭＥを算出するに際し、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを、相対角度ＡＮＧ及び出口水温Ｔｗｔによって補正している。そして、補正後の急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐ２と等価変換係数Ｆ１３との積を用いてダメージ推定値ＤＭＥが算出される。これにより、弁体３５の回転速度の急低下に起因するストレスがギア３９に蓄積されたときに起因するモータ３７の耐久性を適切に推定することができる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを駆動時ストレスＳＴＲｄｒに等価換算している。しかし、駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘに等価変換係数を掛けることにより、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐに等価変換するようにしてもよい。この場合、等価変換後の最大値ＳＴＲｄｒＭａｘと急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐとを基に、制御弁２６の耐久性を推定することになる。この構成では、駆動時ストレスＳＴＲｄｒが「一方のストレス」に相当し、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐが「他方のストレス」に相当する。

・上記実施形態では、等価変換係数Ｆ１３を、出口水温Ｔｗｔとデューティ比ＤＴとに基づいた値に設定している。しかし、出口水温Ｔｗｔに応じて等価変換係数Ｆ１３を可変させるのであれば、デューティ比ＤＴに応じて等価変換係数Ｆ１３を変更しないようにしてもよい。反対に、デューティ比ＤＴに応じて等価変換係数Ｆ１３を可変させるのであれば、出口水温Ｔｗｔに応じて等価変換係数Ｆ１３を変更しないようにしてもよい。

・等価変換係数Ｆ１３を、出口水温Ｔｗｔやデューティ比ＤＴによらず、予め設定された値で固定してもよい。
・上記実施形態では、急低下時ストレス算出部５９によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを相対角度ＡＮＧに応じて補正しているが、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを相対角度ＡＮＧに応じて補正する処理を省略してもよい。

・上記実施形態では、急低下時ストレス算出部５９によって算出された急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを出口水温Ｔｗｔに応じて補正しているが、急低下時ストレスＳＴＲｓｔｐを出口水温Ｔｗｔに応じて補正する処理を省略してもよい。

・上記実施形態では、駆動時ストレス算出部６２によって算出された駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを相対角度ＡＮＧに応じて補正しているが、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを相対角度ＡＮＧに応じて補正する処理を省略してもよい。

・上記実施形態では、駆動時ストレス算出部６２によって算出された駆動時ストレスの最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを出口水温Ｔｗｔに応じて補正しているが、最大値ＳＴＲｄｒＭａｘを出口水温Ｔｗｔに応じて補正する処理を省略してもよい。

・指標Ｘから推定される制御弁２６の耐久性をモータ３７の制御に反映しなくてもよい。例えば、指標Ｘを履歴として制御装置５０のメモリに記憶させるようにしてもよい。メモリに指標Ｘを記憶させておくことにより、冷却装置２０のメンテナンス時に、制御弁２６の耐久性の低下度合いを作業者に確認させることが可能となる。

・指標Ｘから推定される制御弁２６の耐久性をモータ３７の制御に反映することができるのであれば、上記実施形態のようにデューティ比の上限ＤＴｕｌ及び下限ＤＴｌｌを、指標Ｘを基に可変させなくてもよい。例えば、電圧信号のデューティ比ＤＴの決定に際し、上記の算出デューティ比ＤＴＣと、指標Ｘに応じたデューティ比補正係数との積をデューティ比ＤＴとするようにしてもよい。この場合、指標Ｘが大きく、制御弁２６の耐久性が低い場合ほどデューティ比補正係数を小さくすることが好ましい。これにより、制御弁２６の耐久性が低い場合ほど、モータ３７に入力される電圧信号のデューティ比ＤＴが大きくなりにくくなる、すなわちモータ３７に印加される実効電圧が高くなりにくくなる。その結果、制御弁２６の製品寿命を延ばすことができる。

・制御弁は、ハウジング内での弁体の変位によって循環回路２１における冷却水の流れを変更することができるように構成されているのであれば、上記の制御弁２６とは異なる構成の弁であってもよい。例えば、制御弁は、ハウジング内で弁体をスライド移動させることにより、循環回路２１における冷却水の流れを変更できる構成の弁であってもよい。

１０…内燃機関、２０…冷却装置、２１…循環回路、２６…制御弁、３１…ハウジング、３５…弁体、３７…モータ、３８…伝達機構、３９…ギア、５０…制御装置、５１…モータ制御部、５４…急低下判定部、５８…衝突係数導出部、５７…モータトルク算出部、５９…急低下時ストレス算出部、６０…耐久性推定部、６１…弁体トルク算出部、６２…駆動時ストレス算出部。

Claims (1)

1. 内燃機関内を流れる冷却水の循環回路に制御弁が設けられているとともに、前記制御弁が、ハウジングと、前記ハウジング内で変位する弁体と、モータと、互いに噛み合う複数のギアを有し、且つ前記モータの出力を前記弁体に伝達する伝達機構と、を備えており、前記モータの駆動によって前記弁体を変位させることにより、前記循環回路での冷却水の流れを制御する内燃機関の冷却装置において、
   前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、
   前記モータに印加される実効電圧を基に、前記モータで発生するトルクであるモータトルクを算出するモータトルク算出部と、
   前記モータトルクのうち、前記弁体の変位に変換されたトルクである弁体トルクを、前記モータの角加速度が大きいほど大きくなるように算出する弁体トルク算出部と、
   前記モータの駆動によって前記弁体を変位させる際に前記ギアが受けるストレスである駆動時ストレスを、前記モータトルクと前記弁体トルクとの差が大きいほど大きくなるように算出する駆動時ストレス算出部と、
   前記モータの駆動によって前記弁体の位置が調整されるときにおける前記モータの角速度の変化量である角加速度が判定加速度以下であるときに、前記弁体の変位速度が急低下したとの判定をなす急低下判定部と、
   前記モータの角速度を平滑化した値である角速度なまし値が大きいほど大きくなるように、衝突係数を導出する衝突係数導出部と、
   前記弁体の変位速度が急低下したとの判定がなされたときに、前記弁体の変位速度の急低下に起因して前記ギアが受けるストレスである急低下時ストレスを、前記モータトルクと前記衝突係数との積が大きいほど大きくなるように算出する急低下時ストレス算出部と、
   前記駆動時ストレス及び前記急低下時ストレスのうちの一方のストレスと等価変換係数との積と、前記駆動時ストレス及び前記急低下時ストレスのうちの他方のストレスとを基に、前記制御弁の耐久性を推定する耐久性推定部と、を備える
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。