JP2005147028A - ハイブリッド車の冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却性能が異なる電機部品と機械部品の冷却を可能とした。
【解決手段】 冷媒温度＞１００℃の場合、機械部品を有する第２の冷却系統２の冷媒温度を下げるために、第１バルブ２２を閉じ、第２、第３バルブ３１，３２を開け、第２の冷却系統２の冷媒を、第１の冷却系統１に注入する。このとき、第２、第３バルブ３１，３２を開放する前に、第１のウォータポンプ（ＷＰ）１６の出力を、第２のＷＰ２４の出力以上に高めて、第１の冷却系統１の流速を上げる。これにより、第１の冷却系統１と第２の冷却系統２の冷媒が混ざる領域において、第１の冷却系統１の設定温度６０℃を越えたとしても、ラジエータファン１４の冷却能力以内であれば、ラジエータ１３の下流側にあるインバータユニット１１とモータ１２（電機部品）には、６０℃以下の冷媒が供給されるため、電機部品は確実に冷却される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジンと駆動用モータ、インバータユニットを搭載したハイブリッド車の冷却装置及び冷却方法において、駆動用モータとインバータユニットの冷却系とエンジン冷却系を開閉手段により連通可能としたハイブリッド車の冷却装置及び冷却方法に関するものである。

ハイブリッド車の冷却装置として、駆動用モータの駆動制御を行なう強電系コントロールユニットを冷却する冷却系統と、エンジンのシリンダブロックを冷却する冷却系統と、駆動用モータ及び／またはエンジンのシリンダヘッドを冷却する冷却系統とを備え、エンジンと駆動用モータとの駆動状態に基づいて、
エンジンと駆動用モータと強電系コントロールユニットとを選択的にあるいは同時に冷却するように冷却系統を動作させるようにしていた。
特開２０００−０７３７６３号公報

しかしながら、上述のハイブリッド車の冷却装置では、駆動用モータとエンジンのシリンダヘッドとを同一の冷却系統で冷却するようにしていたが、モータ（電機部品）とエンジン（機械部品）とが要求する冷却性能が異なる場合には、同一の冷却系統で冷却することができず、すなわち別個の冷却系統で冷却しなければならず、部品点数が多くなり、重量増、コストアップを招いてしまう問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、冷却性能が異なる電機部品と機械部品を有する２つの冷却系統を、開閉手段により連通させて、両部品の冷却を可能として両冷却系統の共用化を図り、部品点数の低減、且つ軽量化を図って、コストを低減したハイブリッド車の冷却装置及び冷却方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を達成するために、第１の冷却系統で電機部品を冷却し、第２の冷却系統で機械部品を冷却するように構成し、第１の冷却系統と第２の冷却系統とを連通させる開閉手段を設け、この開閉手段を制御手段で制御するようにしたものである。

以上述べたように、本発明によれば、電機部品と機械部品との冷却温度（設定温度）が異なっても、開閉手段による冷却系統の連通に基づいて、両部品の冷却系統を共用化しつつ冷却することができる利点がある。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド車の冷却装置の概略構成図で、このハイブリッド車の冷却装置は第１の冷却系統１と第２の冷却系統２から構成される。

第１の冷却系統１は、冷却される電機部品からなるインバータユニット１１と駆動モータ１２、ラジエータ１３、ラジエータファン１４、冷却媒体（冷却水）流路１５、冷却媒体を循環させる第１のウォータポンプ１６、冷却媒体の温度と比較する第１の設定温度を定める第１温度センサ１７から構成される。

第２の冷却系統２は、冷却される機械部品からなるエンジン２１、開閉手段である第１バルブ２２、冷却媒体（冷却水）流路２３、冷却媒体を循環させる第２のウォータポンプ２４、冷却媒体の温度と比較する第２の設定温度を定める第２温度センサ２５から構成される。

第１と第２の冷却系統１，２は、開閉手段である第２と第３バルブ３１，３２で連通されるように図示しない制御手段により制御される。また、第１バルブ２２も上記連通時に制御手段により制御される。

上記のように構成された冷却装置の第１の冷却系統１では、高温に弱い電気系部品により構成されているインバータユニット１１の性能を確保するとともに、モータ１２の効率を保持することができるように、冷却媒体の温度を第１の設定温度６０℃以下とし、第２の冷却系統２では、通常設定されるエンジン２１の冷却媒体温度を、最高温度である１００℃前後に第２の設定温度を選んでいる。

次に上記のように構成されたハイブリッド車の冷却装置の作用を、図２から図４により述べる。

（ａ）まず、図２により、第２の冷却系統２の冷却媒体温度が≦１００℃の場合について述べる。

第２温度センサ２５で検知した温度が≦１００℃の場合、第２の冷却系統２の設定温度まで冷却媒体温度を上げるために、第２と第３バルブ３１、３２を図示しない制御手段からの制御指令により閉じ、第１の冷却系統１の冷却媒体が流入するのを阻止する。

また、エンジン２１の局所的な温度上昇を避けるために、第１バルブ２２を制御手段からの制御指令により開け、第２のウォータポンプ２４を動作させて、第２の冷却系統２に冷却媒体を図示矢印２６のように循環させる。

上記一連の手順を示すと、次のようになる。第２のウォータポンプ２４を駆動する→第１バルブ２２を開く→第２バルブ３１を閉じる→第３バルブ３２を閉じる。

一方、第１の冷却系統１における第１のウォータポンプ１６とラジエータファン１４は、冷却媒体の温度が第１の設定温度６０℃以下を保持するように動作させる。

例えば、第１の冷却系統１の冷却媒体温度が３０℃〜５０℃では、第１のウォータポンプ１６とラジエータファン１４の出力を低下させ、その温度が３０℃以下では、第１のウォータポンプ１６の出力を低下させるのみならず、ラジエータファン１４を停止させることで、第１のウォータポンプ１６とラジエータファン１４の消費電力を抑えることができる。

また、第１の冷却系統１の冷却媒体温度が５０℃以上の場合には、第１のウォータポンプ１６の出力を上げると共に、ラジエータファン１４の出力も上げる。さらに、冷却媒体温度が第１の設定温度６０℃以上の場合には、インバータユニット１１、モータ１２の出力を制限する。なお、第１の冷却系統１に示した図示矢印１８は冷却媒体の流れる様子を示す。

（ｂ）次に、第２の冷却系統２の冷却媒体温度＞１００℃の場合について述べる。図３は、この場合における冷却媒体の流れる様子を示す説明図である。

図３において、第２温度センサ２５で検知した冷却媒体温度が＞１００℃の場合、第２の冷却系統２の冷却媒体温度を下げるために、第１バルブ２２を閉じ、第２、第３バルブ３１，３２を開け、第２の冷却系統２の冷却媒体を、第１の冷却系統１に注入し、第１の冷却系統１の冷却媒体温度が６０℃以下の冷却媒体を第２の冷却系統２の冷却媒体に混入させる。

このとき、冷却媒体温度が６０℃以下である第１の冷却系統１に、第２の冷却系統２の冷却媒体温度が１００℃以上の冷却媒体を混入させると、第１の冷却系統１と第２の冷却系統２の冷却媒体が混ざる領域の冷却媒体温度がラジエータファン１４の冷却能力以上に上昇し、第１の冷却系統１における第１の設定温度６０℃以下を保持できなくなってしまう。

上記のような不具合を防止するために、第２、第３バルブ３１，３２を開放する前に、第１のウォータポンプ１６の出力を、第２のウォータポンプ２４の出力以上に高めて、第１の冷却系統１の流速を上げるようにする。

上記の一連の手順を示すと、次のようになる。第１のウォータポンプ１６の出力を上げる→第３バルブ３２を開ける→第２バルブ３１を開ける→第１バルブ２２を閉じる。

一般に、流量Ｑは、Ｑ＝Ａ×ｖ（Ａ：流路断面積、ｖ：流速）で表される。流路断面積が一定であるとすると、流量は流速に比例するため、第１のウォータポンプ１６の出力を上げることで、第１の冷却系統１の流量を第２の冷却系統２の流量より増やすことが可能になる。

第２の冷却系統２の冷却媒体の流入によって、冷却媒体温度が上がる第１の冷却系統１の冷却媒体温度は、それぞれの冷却系統の流量と冷却媒体温度に依存するため、冷却媒体温度の高い第２の冷却系統２の流量に比べ、冷却媒体温度が低い第１の冷却系統１の流量を増やすことで、ラジエータファン１４の冷却能力内に温度上昇を抑えることが可能となる。

いま仮に、第１の冷却系統１内にあるラジエータ１３上流側の冷却媒体流路１５で第１の冷却系統１と第２の冷却系統２の冷却媒体が混ざる領域において、第１の冷却系統１の第１の設定温度６０℃を越えたとしても、ラジエータファン１４の冷却能力以内であれば、ラジエータ１３の下流側にあるインバータユニット１１とモータ１２には、６０℃以下の冷却媒体が供給されるため、その冷却媒体温度でインバータユニット１１とモータ１２は確実に冷却されるので、インバータユニット１１とモータ１２の冷却には支障はない。

（ｃ）次に、第１の冷却系統１の冷却媒体温度が設定温度６０℃以上で、かつ第２の冷却系統２の冷却媒体温度が設定温度１００℃以上の場合について述べる。

図４において、インバータユニット１１、モータ１２が過熱若しくはエンジン２１が過度の高負荷状態において、第１の冷却系統１の冷却媒体温度が設定温度６０℃以上、かつ第２の冷却系統２の冷却媒体温度が設定温度１００以上となる可能性がある。

このような場合、インバータユニット１１、モータ１２が過熱している場合と、エンジン２１が過熱している場合とで分け、設定温度との差異が大きい方を選択する。

（１）、インバータユニット１１とモータ１２が過熱している場合。

この場合には、インバータユニット１１、モータ１２の出力を制限し、第１のウォータポンプ１６の出力を、第２のウォータポンプ２４の出力より上げて高くし、第２、第３バルブ３１，３２を開き、第１バルブ２２を閉じる。

この一連の手順を示すと、インバータユニット１１、モータ１２の出力を制限し→第１のウォータポンプ１６の出力を上げる→第３バルブ３２を開ける→第２バルブ３１を開ける→第１バルブ２２を閉じる手順で行なう。

（２）、エンジン２１が過熱している場合。

エンジン２１の出力を制限し、第１のウォータポンプ１６の出力を、第２のウォータポンプ２４の出力より上げて高くし、第２、第３バルブ３１，３２を開き、第１バルブ２２を閉じる。

この一連の手順を示すと、エンジンの出力を制限し→第１のウォータポンプ１６の出力を上げる→第３バルブ３２を開ける→第２バルブ３１を開ける→第１バルブ２２を閉じる手順で行なう。

上記のように構成した実施の形態では、第１の冷却系統の設定温度を６０℃以下として高温に弱い電機部品により構成されているインバータユニットの性能を確保し、かつモータの効率を保持し、第２の冷却系統の設定温度を１００℃前後としてエンジンを冷却するようにして、両冷却系統をバルブにて必要に応じて連通させ、ウォータポンプにて流速を制御するようしたので、電機部品の温度上昇を抑えることができるとともに、両冷却系統を部分的に共通化することができ、小型化が可能となる。

なお、特許請求の範囲の構成要件と、本実施の形態との対応関係は以下の通りである。

インバータユニット１１、モータ１２、ラジエータ１３、ラジエータファン１４、冷却媒体流路１５、第１のウォータポンプ１６、第１温度センサ１７が第１の冷却系統を、エンジン２１、第１バルブ２２、冷却媒体流路２３、第２のウォータポンプ２４、第２温度センサ２５が第２の冷却系統を、第１温度センサ１７が第１の設定温度を、第２温度センサ２５が第２の設定温度を、インバータユニット１１、モータ１２が電機部品を、エンジン２１が機械部品を、第１から第３バルブ２２、３１、３２が開閉手段とを構成する。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車の冷却装置を示す概略構成図。 第２の冷却系統の冷却媒体温度が≦１００℃の場合における冷却媒体の流れる様子する示す説明図。 第２の冷却系統の冷却媒体温度＞１００℃の場合における冷却媒体の流れる様子を示す説明図。 第１の冷却系統の冷却媒体温度が６０℃以上で、かつ第２の冷却系統の冷却媒体温度が１００℃以上の場合における冷却媒体の流れる様子を示す説明図。

符号の説明

１…第１の冷却系統
２…第２の冷却系統
１１…インバータユニット
１２…モータ
１３…ラジエータ
１４…ラジエータファン
１５、２３…冷却媒体流路
１６…第１のウォータポンプ
１７…第１温度センサ
２１…エンジン
２２…第１バルブ
２４…第２のウォータポンプ
２５…第２温度センサ
３１…第２バルブ
３２…第３バルブ

Claims (7)

1. 第１の冷却系統と、
   第２の冷却系統と、
   第１の設定温度以下となるように、第１の冷却系統で冷却される電機部品と、
   第１の設定温度より高い第２の設定温度範囲となるように、少なくとも第２の冷却系統で冷却される機械部品と、
   第１の冷却系統の冷却媒体を、第２の冷却系統へ連通させる開閉手段と、
   前記開閉手段による第１の冷却系統から第２の冷却系統への連通を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車の冷却装置において、
   前記第１及び第２の冷却系統の冷却媒体温度が、それぞれ第１及び第２の設定温度未満である場合には、開閉手段を閉じることで、第１の冷却系統によって電機部品を冷却し、第２の冷却系統によって機械部品を冷却するように制御することを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
3. 請求項１記載のハイブリッド車の冷却装置において、
   前記第２の冷却系統の冷却媒体温度が、第２の設定温度を超え、且つ第１の冷却系統の冷却媒体温度が第１の設定温度未満である場合には、前記開閉手段を開くことで、第１の冷却系統の冷却媒体流出側と第２の冷却系統の冷却媒体流入側とを連通させ、第２の冷却系統の冷却媒体流出側と第１の冷却系統の冷却媒体流入側とを連通させ、この連通された冷却系統によって電機部品および機械部品とを冷却するように制御することを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
4. 請求項１記載のハイブリッド車の冷却装置において、
   前記第１の冷却系統の冷却媒体温度が、第１の設定温度を超え、且つ第２の冷却系統の冷却媒体温度が第２の設定温度を超えている場合には、
   前記開閉手段を開くことで、第１の冷却系統の冷却媒体流出側と第２の冷却系統の冷却媒体流入側とを連通させ、第２の冷却系統の冷却媒体流出側と第１の冷却系統の冷却媒体流入側とを連通させ、この連通された冷却系統によって電機部品および機械部品とを冷却するように制御すると共に、
   電機部品と機械部品のどちらが過熱しているかを判断し、過熱している装置の出力を低減すると共に、過熱側の冷却系統の流量が、過熱していない冷却系統の流量よりも多くなるように制御することを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
5. 請求項３記載のハイブリッド車の冷却装置において、
   第１の冷却系統の冷却媒体は、第２の冷却系統を流れる流速よりも第１の冷却系統を流れる流速が速くなるように、第１冷却系統の駆動出力が制御されるようにしたことを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
6. 請求項１から５に記載のハイブリッド車の冷却装置において、
   前記電機部品は、車両を駆動するモータ及びモータを制御するインバータであり、
   前記機械部品は、車両を駆動するエンジンであることを特徴とするハイブリッド車の冷却装置。
7. 第１の設定温度以下となるように、第１の冷却系統で電機部品を冷却する過程と、
   第１の設定温度より高い第２の設定温度範囲となるように、少なくとも第２の冷却系統で機械部品を冷却する過程と、
   第１の冷却系統の冷却媒体を、第２の冷却系統へ連通させる開閉過程と、
   前記開閉過程による第１冷却系統から第２冷却系統への連通を制御する制御過程と、
   からなることを特徴とするハイブリッド車の冷却方法。
   

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