JP2003514183A - 自動車において発生する熱エネルギを搬送するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車において発生する熱エネルギを搬送するための方法および装置では、電子的な構成部分（４２）、例えばパルスインバータの廃熱を、車両の別の部分、例えば内燃機関（１２）または車両客室を加熱するために利用する。このために有利には２つの冷却回路（１０，４０）が設けられていて、これらの冷却回路（１０，４０）は、熱の流れを制御するために互いに連結可能または互いに連結解除可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、自動車において発生する熱エネルギを搬送するための方法および装
置に関する。

【０００２】 運転中に車両部分から発生するエネルギは、これまでは主として使用されず、
制御されずに周囲に放出されている。内燃機関においてだけは、その冷却回路で
生じた熱エネルギが、車両内室をヒータ熱交換機を介して加熱するために利用さ
れる。

【０００３】 本発明の課題は、自動車の運転中に生じた熱エネルギを、自動車のエネルギ消
費を減じることができるように利用することができる方法および装置を提供する
ことである。

【０００４】 発明の効果 この課題は、次のようなステップ、即ち、 −自動車における電子的な構成部分を冷却し、 −構成部分を冷却する際に導出される熱エネルギを、車両の他の部分に、該部
分を加熱するためにさらに伝える、というステップを特徴とする方法により解決
される。

【０００５】 本発明はさらに、本発明による方法を実行するための装置により解決される。
このような装置は、熱導出する導管に連結されている電子的な構成部分を有して
おり、この場合、導管はさらに、構成部分の熱エネルギを導管を介して車両部分
に引き渡すように、別の車両部分に連結されている。

【０００６】 特に本発明は、いわゆる出力電子機器、即ち、電気的に高い受容出力を特徴と
する電子機器の熱エネルギを導出するために使用される。

【０００７】 本発明は、運転時に電子的な構成部分から発生する廃熱がこれまで自動車内で
完全に使用されず、周囲の空気に放出されてきたという認識に基づく。電子構成
部分の出力と総数、ひいては電子構成部分から導出される熱量は、自動車の発電
から自動車の発電へと増加する。しかしさらに自動車には、所望される運転のた
めに熱を必要とする部分が設けられている。この場合、部分という概念は個別部
分に限定されるのではなく構成郡も含む。電子的な構成部分では即ち一方では、
熱エネルギを周囲空気の放出するための大面積の冷却リブを使用し、他方では、
別の車両部分を加熱するために付加的な措置が講じられている。例えば、内燃機
関の効率が上がることに基づき、十分に高い暖房快適性を得るために、車両内室
を加熱するための電気的な付加的な加熱設備を設けることが必要となるが、これ
により電気的なエネルギ消費および燃費も増大する。自動車における比較的高い
電気的な所要エネルギに基づき、例えば将来的に４２ボルトのスタータジェネレ
ータが使用され、その出力電子機器、例えばパルスインバータは１キロワットよ
りも多くの損出熱出力を有する。このようなエネルギは、本発明によれば例えば
内燃機関の冷却回路または直接に車両客室を加熱するためのヒータ熱交換機に導
かれる。

【０００８】 本発明の有利な構成は請求項２以下に記載されている。

【０００９】 有利には、電子的な構成部分の導出された熱エネルギは制御されて、加熱すべ
き車両部分に送られる。即ち、車両部分に供給された熱量は、例えば過熱を防止
するために、または良好な温度に調節するために制御される。

【００１０】 有利な構成によれば構成部分の冷却回路に固有の冷却器が配属されている。構
成部分の許容される又は所望される所定の最高温度及び／又は加熱すべき車両部
分の所定の制限温度に応じて、構成部分の冷却回路を車両部分の冷却回路または
固有の冷却器に連結する。例えば電子的な構成部分の熱エネルギの、加熱したい
構成部分への導出が、構成部分を十分に冷却するためには十分ではないような状
況が考えられる。この場合、熱エネルギを例えば周囲に放出する固有の冷却器が
接続されなければならない。さらに加熱すべき車両部分が、出力能力を維持する
ために上回るべきではないまたは下回るべきではない良好な温度範囲を有するこ
ともできる。例えば、内燃機関が良好な運転温度を有しているならば内燃機関は
冷却されない。しかしながら、構成部分の冷却回路から内燃機関の冷却回路に供
給される冷却流体の温度が、内燃機関の冷却回路における所望の温度よりも低い
ならば、両冷却回路を連結すると内燃機関は不都合にも付加的に冷却されてしま
う。しかし逆に、内燃機関が暖機運転されているならば、構成部分に配属された
冷却回路の冷却器が遮断される。即ち、内燃機関の冷却回路にはできるだけ多く
の熱が構成部分から供給され、これにより内燃機関はできるだけ迅速に良好な運
転温度に達する。

【００１１】 前記目的を達成するために、有利には、構成部分の冷却回路と内燃機関の冷却
回路とを互いに連結解除し、有利には付加的に、構成部分の冷却回路は、構成部
分の冷却回路の冷却流体の放出温度が、内燃機関がこの時点で既に達している所
定の作業温度下にある場合、固有の冷却器に熱エネルギを供給する。

【００１２】 さらに、本発明の構成によれば、両冷却回路のうち少なくとも１つの冷却回路
の冷却流体の体積流を必要に応じて、冷却回路に組み込まれた少なくとも１つの
電気的な冷却流体ポンプを介して制御する。これまでは冷却流体ポンプとして、
内燃機関に連結された機械的なポンプが使用されていた。しかしながら、冷却回
路における熱搬送を最良に適合させるために、有利には電気的な冷却流体ポンプ
が使用される。このポンプにより熱搬送を正確かつ必要に応じて、冷却回路の内
側でまたは互いに連結された冷却回路の間で行うことができる。

【００１３】 内燃機関の冷却回路における体積流は、本発明によれば、その時点での内燃機
関のエンジン温度および内燃機関の負荷領域に応じて制御される。

【００１４】 本発明による方法は、内燃機関が停止されている場合にも、例えば、まだ暖か
い構成部分のエネルギを車両客室の加熱のために利用するため等に使用できる。

【００１５】 本発明による方法は、特にハイブリッドエンジンのために提供される。ハイブ
リッドエンジンでは内燃機関モータはしばしば遮断され、この間には電気モータ
または別の電気的な構成部分が運転され、熱を放出する。

【００１６】 本発明による装置の構成によれば、熱を導出する導管が、構成部分に配属され
た冷却回路の部分であって、この冷却回路が、内燃機関の冷却回路に接続されて
いる。さらに構成部分の冷却回路はヒータ熱交換機にも直接的に接続することが
できる。または固有のヒータ熱交換を有していてもよい。このような構成では、
構成部分の熱を、車両客室を加熱するために利用することも重要である。

【００１７】 有利には構成部分の冷却回路および内燃機関の冷却回路が、熱搬送の制御を行
うために、互いに連結可能で、かつ互いに連結解除可能である。

【００１８】 熱交換時のエネルギ損失を防止するために、構成部分の冷却回路と内燃機関の
冷却回路とは有利には、一方の冷却回路の冷却流体が、他方の冷却回路の冷却流
体に流れることができるように接続されている。即ち、冷却回路は流れ的に互い
に移行することができる。

【００１９】 実施例の説明 図１には公知の自動車の内燃機関１２の冷却回路１０が示されている。内燃機
関１２からは冷却回路１０の導管１４がサーモスタット弁１６に通じている。サ
ーモスタット弁１６からはさらに導管１８が冷却器２０へと分岐しており、導管
２２が、冷却器２０と内燃機関１２に連結された機械的な冷却流体ポンプ２６と
の間の接続導管２４へと分岐している。冷却流体ポンプ２６はさらに流れ的に内
燃機関１２に接続されている。内燃機関１２からは導管２８がヒータ熱交換機３
０へと分岐している。このヒータ熱交換機３０は、車両客室の加熱のために働く
。出口側では導管３２によりヒータ熱交換機３０が接続導管２４に接続されてい
る。

【００２０】 冷却流体の温度が約９０°Ｃよりも低い場合、サーモスタット弁１６により、
導管１４を介して流れる冷却流体は導管２２を介して接続導管２４に流れること
しかできない。しかし冷却流体温度が９０°Ｃを超過すると、サーモスタット弁
１６が冷却器２０への回路を開放し、同時に導管２２を閉鎖する。

【００２１】 図１に示した従来の内燃機関１２の冷却回路に、図２で示されているように、
さらに、例えば４２ボルトのスタータジェネレータ（図示せず）のためのパルス
インバータとしての電子的な構成部分４２の冷却回路４０が組み込まれている。
既に図１との関連で説明した部分全ては、他の構成で同一にまたは同じ機能をも
って形成されるもしくは使用されるならば、図２〜図４でも既に記載した符号が
付与される。電子的な構成部分４２の冷却回路４０は内燃機関の冷却回路１０に
連結可能であり、かつここから解除可能である。構成部分４２の冷却回路４０は
複数の導管を有しており、これについて次に詳しく説明する。

【００２２】 導管４４は構成部分４２を冷却回路の接続導管２４に流れ的に接続する。これ
により導管４４内の冷却流体は冷却回路１０に流れる。導管４４の開口部の下流
側に位置する接続導管２４の部分と、機械的な冷却流体ポンプ２６と、内燃機関
１２（正確に言うならば、エンジンブロックに設けられた冷却流体を案内する導
管）と、導管１４の上流側の部分とは同時に、冷却回路４０の構成部分でもある
。導管１４からは最終的に導管４６が分岐しており、この導管４６は３路弁４８
に通じている。導管４６からはさらに導管５０が、冷却回路４０に配属された固
有の冷却器５２へと分岐している。冷却器５２は出口側で導管５４を介して３路
弁４８に接続されている。３路弁４８は出口側でさらに導管５６を介して構成部
分４２に接続されており、これにより冷却回路４０は閉じられる。導管５６には
、この個所での冷却流体の温度を算出する温度センサ５８が装着されている。

【００２３】 図２に示した、互いに連結可能な２つの冷却回路１０，４０から成る装置は、
自動車内に生じた熱エネルギを搬送するために働く。この装置は例えば、電気的
な駆動装置と内燃機関とを有するハイブリッド自動車の部分である。構成部分４
２を形成する出力電子機器は、車両の始動時、例えば発進時に電気的な駆動装置
によって強く加熱され、これにより構成部分は約１ｋＷよりも多くの損失熱出力
を有することがある。このような熱エネルギは車両の別の部分を加熱するために
使用される。この場合、このような別の部分は、次に説明するように、１つの部
分だけではなく、冷却回路１０としての構成郡全体も意味する。

【００２４】 構成部分４２の廃熱は、冷却流体と導管４４とを介して冷却回路１０に供給さ
れる。ここでこの廃熱は、自動車のスタート直後に内燃機関１２を迅速に加熱す
るために利用される。内燃機関の出口側では、導管１４内に存在する冷却流体の
部分体積流が分岐され、導管４６に到る。温度センサ５８は構成部分４２のすぐ
手前の温度を検出する。冷却流体が十分に冷たいならば、弁４８は相応に貫通さ
せるよう切替えられ、これにより導管４６は導管５６に直接に接続され、分岐さ
れた冷却流体が直接に構成部分４２へと流れる。このようにして、構成部分４２
の廃熱全体は冷却回路１０に供給される。

【００２５】 温度センサ５８で検出された温度が、電子的な構成部分の所定の許容最高温度
を上回った場合、弁４８は異なるように切り替えられ、これにより、導管４６内
に存在する冷却流体は完全にまたは部分的に導管５０を介して冷却器５２に到り
、ここで冷却され、導管５４と５６とを介して最終的に構成部分４２に向かって
流れる。

【００２６】 このような手段の欠点は、冷却流体の温度が構成部分４２のすぐ下流側で、冷
却回路１０に冷却流体が流入するための所定の制限温度を下回った場合に生じる
。即ち、この場合、内燃機関１２が、既に所望の作業温度に達している場合に不
都合に冷却されてしまう。

【００２７】 しかし図２に示した構成の利点は、冷却回路１０に供給される熱エネルギの量
を、必要に応じて弁４８によって制御できることにある。

【００２８】 さらに正確な必要に応じた制御は図３に示した装置の実施例により得られる。

【００２９】 図３に示した装置により、冷却回路１０と４０とを完全に互いに連結解除する
ことができる。このために導管４４の代わりに、導管６２が構成部分４２から直
接に冷却器５２に通じている。導管６２から導管６４が接続導管２４へと分岐し
ており、導管６４内には弁６６が装着されている。図２の構成とのその他の差異
は、導管４６と冷却器５２との直接的な接続部が設けられていないことである。
さらに導管５６内には電気的な冷却流体ポンプ６８が配置されている。この冷却
流体ポンプ６８は、冷却回路４０における冷却流体の体積流を正確に制御するこ
とができる。弁４８と６６とは冷却回路１０，４０の連結及び連結解除のための
装置を成している。

【００３０】 図３に示した装置は次のような方法で働く。冷却流体が、温度センサ５８で測
定して低い温度を有している限りは、冷却回路１０から導管４６を介して直接的
に相応に切り替えられた弁４８を介して導管５６に流れる。弁６６は同様に開か
れているので、やって来る流れの一部は冷却回路１０へ、一部は冷却器５２に到
る。しかし冷却流体の温度が高い値にまで上昇すると、弁４８は、導管４６を介
した流体の流れを遮断するように切替えられる。導管５４と５６とは互いに接続
される。弁６６は閉じられるので、冷却回路４０は完全に冷却回路１０から連結
解除され、冷却流体は導管６２を介して直接的に冷却器５２に到り、ここから導
管５４と導管５６とを介して、冷却する構成部分４２に到ることができる。構成
部分４２を冷却するための冷却流体流は、専ら電子的な冷却流体ポンプ６８から
吐出される。両冷却回路１０，４０が互いに連結されているならば、冷却ポンプ
６８も閉鎖することができる。このようにして、構成部分４２を冷却する冷却流
体の体積流は必要に応じて正確に調量され冷却回路１０に供給される。体積流は
もはやエンジン回転数に依存していない。さらに、内燃機関１２が遮断されてい
る場合は、冷却ポンプ６８によって構成部分４２を冷却することができる。

【００３１】 図４に示した装置の構成では、冷却回路１０に供給された熱量および熱搬送を
、両冷却回路１０，４０内でさらに正確に制御することができる。このような装
置の構成は、図３に示したものとほぼ同一であるが、機械的な冷却流体ポンプ２
６の代わりに、冷却回路１０内の質量流を正確に制御する電気的な冷却ポンプ１
２６が設けられている。サーモスタット弁１６の代わりに、外部から制御可能な
弁１１６が設けられている。サーモスタット弁は、極めて高い圧力損失を引き起
こすので、電気的な冷却流体ポンプは高い出力を有していなければならない。３
路弁の別の構成は、極めて低い圧力損失を特徴としているので、冷却回路１０に
おける圧力損失を減じることができる。さらに有利には熱交換機３０の後方にさ
らに１つの弁３０が配置されている。

【００３２】 内燃機関１２の部分負荷範囲における燃料消費を減じるために、冷却回路１０
における許容最大制限温度は、これまでの通常の冷却回路よりも高い。装置全体
における温度を正確に制御し、エネルギをまさに必要としている装置の個所に熱
エネルギをもたらすために、弁１１６と１３０並びに電気的な冷却流体ポンプ１
２６が設けられている。例えばヒータ熱交換機３０における熱が導出されないな
らば、弁１３０は、導管２８と３２を通る冷却流体流を遮断することができる。
これにより冷却回路１０は縮小される。必要に応じて、エンジンに供給される冷
却流体の量は制御されるので、エンジンを迅速に加熱し、迅速に冷却することが
できる。

【００３３】 内燃機関１２の部分負荷範囲における最大許容冷却流体温度を高めることによ
り燃料消費は減じられる。部分負荷運転では、図４の構成では、例えば１１０°
Ｃの冷却流体温度が許容され、これにより内燃機関の潤滑媒体が薄く、さらさら
にされる。これによりさらに消費量が減じられる。しかしながら、さらに高い温
度は所望されない。何故ならば潤滑膜が裂断される恐れがあるからである。しか
しながら冷却回路１０の許容温度が高まると、構成部分４２の熱的な過負荷につ
ながるので、弁４８と６６を相応に制御することにより、冷却回路４０は冷却回
路１０から場合によっては連結解除することができる。

【００３４】 部分負荷運転における冷却回路１０の温度は、図３に示した構成でも相応に高
くすることができる。

【００３５】 図示の実施例の代わりに、冷却回路４０に適当なヒータ熱交換機を配属するこ
とができ、これにより、確かに内燃機関をもはや加熱することはできないが、客
室はこのために熱損失なしに加熱される。

【００３６】 さらに両冷却回路１０，４０の連結は、熱交換機として働く共通の１つの冷却
器の内側でも考えられる。

【００３７】 本発明は、スタータジェネレータのためのパルスインバータにおいて生ぜしめ
られるエネルギの利用に限定されるだけではない。これは有利な構成にすぎない
。そのエネルギが利用されるいわゆる出力電子機器のための別の例は、例えば、
複数の駆動用電気モータを備えたハイブリッド車両の電気モータである。電気モ
ータはこの場合、車両のスタートまたは始動のために働き、このために短時間で
極めて高く負荷される。電気モータにおいて極めて短時間で生ぜしめられる熱も
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の技術の内燃機関の冷却回路を示すブロック図である。

【図２】 本発明による方法を実施するための本発明による装置の第１の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】 本発明による方法を実施するための本発明による装置の第２の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】 本発明による方法を実施するための本発明による装置の第３の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１０ 内燃機関の冷却回路、 １２ 内燃機関、 １４ 導管、 １６ サー
モスタット弁、 １８ 導管、 ２０ 冷却器、 ２２ 導管、 ２４ 結合導
管、 ２６ 機械的な冷却流体ポンプ、 ２８ 導管、 ３０ ヒータ熱交換機
、 ３２ 導管、 ４０ 構成部分の冷却回路、 ４２ 電子的な構成部分、
４４，４６ 導管、 ４８ ３路弁、 ５０ 導管、５２ 冷却器、 ５４，５
６ 導管、 ５８ 温度センサ、 ６２，６４ 導管、 ６６ 弁、 ６８ 電
気的な冷却流体ポンプ、 １１６ 開制御弁、 １２６ 電気的な冷却流体ポン
プ、 １３０ 弁

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車において発生する熱エネルギを搬送するための方法で
   あって、次のような方法ステップ、即ち、 −自動車における電子的な構成部分（４２）を冷却し、 −構成部分（４２）を冷却する際に導出される熱エネルギを、車両の他の部分
   に、該部分を加熱するためにさらに伝える、 という方法ステップを特徴とする、自動車において発生する熱エネルギを搬送
   するための方法。
2. 【請求項２】 加熱したい車両部分に供給されるエネルギ量を制御する、請
   求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 加熱したい車両部分の温度および、電子的な構成部分（４２
   ）の温度に応じて、加熱したい車両部分への熱供給を遮断する、請求項１または
   ２記載の方法。
4. 【請求項４】 電子的な構成部分（４２）のために少なくとも１つの冷却回
   路（４０）を設け、該冷却回路（４０）を介して、熱を車両の内燃機関（１２）
   の冷却回路（１０）へ引き渡す、または客室に供給する、請求項１から３までの
   いずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 電子的な構成部分（４２）に、固有の冷却器（５２）を備え
   た冷却回路（４０）を配属し、構成部分（４２）の所定の許容最高温度及び／又
   は加熱すべき車両部分の所定の制限温度に応じて、構成部分（４２）の冷却回路
   （４０）を車両部分の冷却回路（１０）または固有の冷却器（５２）に連結する
   、請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 構成部分（４２）の冷却回路（４０）を内燃機関（１２）の
   冷却のために使用する場合、構成部分（４２）と内燃機関（１２）の冷却回路（
   ４０，１０）を互いに連結解除する、請求項４または５記載の方法。
7. 【請求項７】 構成部分（４２）の冷却回路（４０）を内燃機関（１２）の
   冷却のために使用する場合、構成部分（４２）の冷却回路が、熱エネルギを、固
   有の冷却器（５２）に供給する、請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 両冷却回路（１０，４０）のうち少なくとも１つの冷却回路
   の冷却流体の体積流を必要に応じて、冷却回路（１０，４０）に組み込まれた電
   気的な少なくとも１つの冷却流体ポンプ（６８；１２６）を介して制御する、請
   求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 内燃機関（１２）の冷却回路（１０）における体積流を、内
   燃機関がまさに存在している、内燃機関（１２）の負荷範囲およびモータ温度に
   応じて制御する、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 内燃機関（１２）が停止されている場合に行う、請求項４
    または６から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 自動車において発生する熱エネルギを搬送するための装置
    であって、特に請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するため
    のものにおいて、 電子的な構成部分（４２）が、熱導出する導管（４４；６２，６４）に連結さ
    れていて、導管（４４；６２，６４）が、別の車両部分に連結されており、構成
    部分（４２）の熱エネルギが導管（４４；６２，６４）を介して車両部分に引き
    渡されることを特徴とする、自動車において発生する熱エネルギを搬送するため
    の装置。
12. 【請求項１２】 導管（４４；６２，６４）が、構成部分（４２）に配属さ
    れた冷却回路（４０）の部分であって、冷却回路（４０）が、内燃機関（１２）
    の冷却回路（１０）またはヒータ熱交換機（３０）に接続されている、請求項１
    １記載の装置。
13. 【請求項１３】 冷却回路（１０，４０）が、装置によって互いに連結可能
    または連結解除可能である、請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 両冷却回路（１０，４０）が、一方の冷却回路（１０，４
    ０）の冷却流体が他方の冷却回路（４０，１０）に流れるように互いに接続され
    ている、請求項１２または１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 各冷却回路（１０，４０）に、選択的に切替可能な固有の
    冷却器（２０，５２）が配属されている、請求項１２から１４までのいずれか１
    項記載の装置。
16. 【請求項１６】 少なくとも１つの電気的な冷却ポンプ（６８，１２６）が
    、少なくとも１つの冷却回路（４０，１０）に設けられている、請求項１２から
    １５までのいずれか１項記載の装置。
17. 【請求項１７】 少なくとも１つの冷却回路（１０，４０）に、車両内室を
    加熱するためのヒータ熱交換機（３０）が設けられている、請求項１２から１６
    までのいずれか１項記載の装置。
18. 【請求項１８】 電気的な構成部分（４２）が、スタータジェネレータのた
    めのパルスインバータである、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の装
    置。