JP2004132189A - 車両の蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車において、インバータの排熱が回収されない。
【解決手段】インバータ用ＥＣＵはインバータ冷却水を蓄熱タンクに回収するか否かを判定する（Ｓ１０）。インバータ冷却水を回収する場合（Ｓ１０のＹ）、内燃機関が停止中であれば（Ｓ１２のＹ）、インバータ用ＥＣＵは機関冷却水の温度とインバータ冷却水の温度を比較する（Ｓ１４）。インバータ冷却水の温度の方が高い場合（Ｓ１４のＹ）、インバータ用ＥＣＵは切替弁を開く（Ｓ１６）。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の排熱を回収し蓄える蓄熱技術に関する。本発明は特に、少なくとも内燃機関と電気系部品を有する車両、例えばハイブリッド車の排熱を回収し蓄える蓄熱技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関が発生した熱を蓄熱タンクに回収、蓄熱し車内の暖房や次回内燃機関を始動する際の予熱に利用する技術が知られている。この技術は、当然ながら車両の駆動動力源として内燃機関とモータジェネレータの両者を切り替えてまたは併用して駆動動力源として使用するハイブリッド式自動車（以下、単に「ハイブリッド車」ともいう）にも適用できる。このようなハイブリッド車に蓄熱タンクを設けて車両の排熱を回収し再利用する技術が知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２９７６４１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２０６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特許文献２では、蓄熱タンクには内燃機関の排熱のみが回収され、電気系部品の排熱の利用は想定されていないことに、本発明者は認識するに至った。
【０００５】
本発明は、こうした状況に鑑みなされたものであって、その目的は、車両の熱回収効率を向上させる技術を提供することにある。さらに別の目的は、車両の電気系部品の排熱を回収する技術を提供することにある。さらに別の目的は、ハイブリッド車が備えるインバータの排熱を回収する技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、車両に搭載される蓄熱システムに関する。この蓄熱システムは、車両の内燃機関を冷却するシステムの冷媒が蓄えた内燃機関の排熱と、車両の所定の電気系部品を冷却するシステムの冷媒が蓄えた電気系部品の排熱の一方を優先的に蓄熱タンクへ回収するよう制御する熱回収制御部を備える。
【０００７】
ここで、「優先的に蓄熱タンクへ回収する」とは、例えば、内燃機関の冷却システムと電気系部品の冷却システムのいずれかに接続する切替え装置によって、いずれか一方の冷媒、一般には冷却水を直接的に回収する場合と、蓄熱タンクが連接された冷却システムに、もう一方の冷却システムを合流させて回収する場合がある。
【０００８】
本発明の別の態様も車両に搭載される蓄熱システムに関する。この蓄熱システムは、車両の内燃機関を冷却する第１の冷却システムに連接された蓄熱タンクと、第１の冷却システムと車両の所定の電気系部品を冷却する第２の冷却システムとを所定の条件にしたがって連通または遮断する手段と、を備える。
【０００９】
所定の条件として、例えば内燃機関の冷却システムの冷媒の温度と、電気系部品の冷却システムの冷媒の温度との比較がある。比較の結果、温度の高い冷媒を回収する。これによって、例えば内燃機関の冷媒の温度が上昇しにくい環境であっても、効果的な熱回収が実現できる。
【００１０】
本発明の更に別の態様も車両に搭載される蓄熱システムに関する。この車両は、内燃機関の出力とバッテリを電源とするモータジェネレータの出力の一方または両方を適宜選択して走行するハイブリッド車である。またこの蓄熱システムは、蓄熱タンクが連接された内燃機関を冷却する第１の冷却システムと、モータジェネレータに対する電気的入出力を制御するインバータを冷却する第２の冷却システムと、第１の冷却システムの冷却水と、第２の冷却システムの冷却水を合流可能に構成された通路切替弁と、第１の冷却システムの冷却水の温度を算出する機関水温算出手段と、第２の冷却システムの冷却水の温度を算出するインバータ水温算出手段と、機関水温算出手段およびインバータ水温算出手段で算出された温度を比較する温度比較部と、第２の冷却システムの冷却水の温度が第１の冷却システムの冷却水の温度より高い場合、通路切替弁を制御し、第２の冷却システムのの冷却水を第１の冷却水システムの冷却水に合流させる熱回収制御部と、を有する。
以上、各構成を方法またはプログラムとして表現したものも本発明として有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、ハイブリッド車において内燃機関の排熱とインバータの排熱を同一の蓄熱タンクに回収する。一般には内燃機関の冷却水循環系とインバータの冷却水循環系は、同一の冷媒が使用されるが目標とする温度が異なるため、それぞれ独立して設けられる。通常、インバータの冷却水循環系の温度の方が、内燃機関の冷却水循環系の温度より低く制御されるが、例えばインバータが高負荷状態となったときに排熱が多くなり、内燃機関の冷却水循環系の温度より高くなる可能性がある。そこで、インバータの排熱を回収する際に、それら二つの冷却水循環系を連通させる。これにより、内燃機関の冷却水循環系に備わる蓄熱タンクにインバータの排熱を回収する。つまり、独立して設けられた二つの冷却水循環系を所定の条件のもと、通路切替弁などを用いて連通または遮断することで、一方の冷却水循環系が備える蓄熱タンクに、いずれか一方の冷却水循環系の冷却水が優先的に蓄熱タンクに回収される。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄熱システムを備える内燃機関１とその冷却水循環系およびインバータ３４およびその冷却水循環系の概略構成を示す。以下、内燃機関１の冷却水循環系を「機関冷却水循環系」と称し、インバータ３４の冷却水循環系を「インバータ冷却水循環系」と称す。また、内燃機関１の冷却水を「機関冷却水」と称し、インバータ３４の冷却水を「インバータ冷却水」と称す。
【００１３】
この内燃機関１は車両に設けられ、バッテリーおよびモータジェネレータと組み合わされてハイブリッド駆動装置を構成する。機関冷却水循環系は、内燃機関１を冷却する機関冷却システムとして機能するだけでなく、内燃機関１により温められた冷却水を蓄える蓄熱システム、および車内を暖房するヒータシステムとしても機能する。機関冷却水循環系として図示される個々の構成は、各システムの構成要素として適宜その役割を担う。機関冷却水の流路は、機関用電子制御装置３０（以下、「機関用ＥＣＵ３０」と表記する）により制御される。
【００１４】
内燃機関１はその内部に機関冷却水通路２を有し、機関冷却水通路２の上流側は循環ポンプ３の吐出口に接続される。一般に循環ポンプ３は機械式で、内燃機関１のクランクシャフト（図示せず）によって駆動される。なお、循環ポンプ３の構造は任意に定めることができ、機関冷却水の循環効率の観点から電動式に構成されてもよい。機関冷却システムは、循環ポンプ３および機関ラジエタ５を含んで構成される。サーモスタット弁８は、冷却水温度に応じて循環ポンプ３の吸込み口の接続先を切り換える。冷却水温度が所定値以上のとき、サーモスタット弁８は循環ポンプ３の吸込み口を機関ラジエータ戻し管路６に接続する。このとき機関冷却水は、循環ポンプ３から機関冷却水通路２、機関ラジエータ導入管路４、機関ラジエタ５、機関ラジエータ戻し管路６および循環循環ポンプ導入管路７を通る流路を循環する。なお、吸気絞り弁２１のハウジングが分岐管路２０に設けられ、高温の機関冷却水により温められる。一方、冷却水温度が低いときは、サーモスタット弁８が循環ポンプ３の吸込みをバイパス管路９に接続し、機関冷却水が循環ポンプ３から機関冷却水通路２、バイパス管路９および循環ポンプ導入管路７を通る流路を循環する。
【００１５】
蓄熱システムは、蓄熱タンク１７および蓄熱用ポンプ１８を含んで構成される。蓄熱タンク１７の入口が、上流側温水回収管路２３ａ、通路切替部３２、下流側温水回収管路２３ｂ、第１共通管路１６を経て内燃機関１側に連結し、また出口が温水排出管路２２、三方向切換弁１３、第２共通管路１２を経て内燃機関１側に連結する。機関水温センサ１０が機関冷却水通路２の冷却水温度を検出し、蓄熱水温センサ１９が蓄熱タンク１７の出口付近の冷却水温度を検出する。検出結果は機関用ＥＣＵ３０に伝達される。インバータ冷却水を蓄熱タンク１７に回収する場合、機関用ＥＣＵ３０は機関水温センサ１０の検出結果をインバータ用電子制御装置５０（以下、「インバータ用ＥＣＵ５０」と表記する）に伝達する。
【００１６】
機関冷却水通路２の冷却水温度が所定値を超えると、機関用ＥＣＵ３０は三方向切換弁１３を制御して第２共通管路１２、ヒータ用管路１４および温水排出管路２２を連通させ、蓄熱用ポンプ１８を作動する。機関冷却水通路２で温められた冷却水は、機関ラジエータ導入管路４、機関ラジエタ５、機関ラジエータ戻し管路６、第１共通管路１６および温水回収管路２３を通って蓄熱タンク１７に貯留される。温水の回収流路は、これに限定するものではなく、例えば機関ラジエタ５を通らない流路を新たに設けてもよい。
【００１７】
内燃機関１の冷温始動時、内燃機関１を温めるために、蓄熱タンク１７に貯留する温水を、温水排出管路２２および第２共通管路１２を経て内燃機関１に供給する。このとき機関用ＥＣＵ３０は、三方向切換弁１３を制御して温水排出管路２２および第２共通管路１２を連通させ、蓄熱用ポンプ１８を作動する。この温水は、内燃機関１のシリンダヘッド部に供給されて、吸気ポートまたは燃焼室を優先的に暖機することが好ましい。また、蓄熱用ポンプ１８は電動式が好ましい。
【００１８】
ヒータシステムは、ヒータ１１およびヒータ用ポンプ１５を含んで構成される。車内の暖房時、機関冷却水通路２において温められた機関冷却水を第２共通管路１２およびヒータ用管路１４を経てヒータ１１に供給する。このとき機関用ＥＣＵ３０が、三方向切換弁１３を制御して第２共通管路１２およびヒータ用管路１４を連通させ、ヒータ用ポンプ１５を作動する。この機関冷却水は第１共通管路１６および循環ポンプ導入管路７を経て機関冷却水通路２に戻される。なお、内燃機関１の冷温時に車内を暖房する場合、機関用ＥＣＵ３０が三方向切換弁１３を制御して温水排出管路２２とヒータ用管路１４を連通させ、蓄熱タンク１７に貯留された温水をヒータ１１に供給してもよい。ヒータ用ポンプ１５は、内燃機関１が自律的に一時停止するような車両に搭載される場合、電動式として設けられるのが望ましい。
【００１９】
インバータ冷却水循環系は、インバータ３４、インバータ用ラジエタ３７、インバータ用ポンプ３３およびインバータ用ＥＣＵ５０を含んで構成される。インバータ３４は、その内部にインバータ冷却水通路３６を有し、インバータ冷却水通路３６の上流側はインバータ用ポンプ３３の吐出口に接続される。インバータ冷却水通路３６の下流側はインバータ用ラジエタ３７に接続される。また、インバータ冷却水温センサ３５は、インバータ冷却水通路３６に接続され、インバータ冷却水の温度を検出し、インバータ用ＥＣＵ５０に伝達する。
【００２０】
インバータ冷却水は、電動式であるインバータ用ポンプ３３から吐出され、インバータ冷却水通路３６、インバータ用ラジエタ３７、インバータラジエタ戻し管３９、通路切替部３２、インバータポンプ導入管路３８を経てインバータ用ポンプ３３に戻される。インバータ用ポンプ３３および通路切替部３２はインバータ用ＥＣＵ５０により制御される。
【００２１】
図２は、通路切替部３２の構成を示す。通路切替部３２は内部に切替弁４０を備え、インバータ用ＥＣＵ５０は、切替弁４０を通常は本図において水平となるように制御する。以下、この状態を「切替弁４０が閉じている」という。このとき、上流側温水回収管路２３ａと下流側温水回収管路２３ｂが連通し、同様にインバータポンプ導入管路３８とインバータラジエタ戻し管３９が連通する。これにより、機関冷却水循環系とインバータ冷却水循環系は独立して構成される。
【００２２】
一方、後述の条件が満たされた場合、機関用ＥＣＵ３０は切替弁４０を図２の点線の位置に制御する。以下、この状態を「切替弁４０が開いている」という。このとき、上流側温水回収管路２３ａとインバータポンプ導入管路３８が連通し、同様にインバータラジエタ戻し管３９と下流側温水回収管路２３ｂが連通する。切替弁４０が開くと、上流側温水回収管路２３ａからインバータポンプ導入管路３８を経て機関冷却水がインバータ冷却水循環系へ送られる。また、インバータラジエタ戻し管３９から下流側温水回収管路２３ｂを経て、インバータ冷却水が機関冷却水循環系に送られ、蓄熱タンク１７に回収される。
【００２３】
図３は、インバータ冷却水循環系と機関冷却水循環系を連通させる手順を示す。まず、温水回収モードとして、切替弁１３を所定の連通状態とすることの確認後、インバータ用ＥＣＵ５０はインバータ冷却水を蓄熱タンク１７に回収するか否かを判定する（Ｓ１０）。インバータ冷却水を回収しない場合（Ｓ１０のＮ）、インバータ用ＥＣＵ５０は切替弁４０は閉じた状態を維持する（Ｓ１８）。このときインバータ冷却水循環系と機関冷却水循環系は独立している。
【００２４】
インバータ冷却水を回収する場合（Ｓ１０のＹ）、まず内燃機関１が停止中であるか否かを判定する（Ｓ１２）。内燃機関１が運転中であれば（Ｓ１２のＮ）、切替弁４０は閉じた状態を維持する（Ｓ１８）。内燃機関１が停止中であれば（Ｓ１２のＹ）、インバータ用ＥＣＵ５０は機関冷却水の温度とインバータ冷却水の温度を比較し（Ｓ１４）、インバータ冷却水の温度の方が低い場合（Ｓ１４のＮ）、切替弁４０は閉じられた状態を維持する（Ｓ１８）。インバータ冷却水の温度の方が高い場合（Ｓ１４のＹ）、インバータ用ＥＣＵ５０は切替弁４０を開く（Ｓ１６）。これによりインバータ冷却水は、機関冷却水によってインバータ冷却水循環系から押し出される形で機関冷却水に取り込まれる。
【００２５】
実施の形態では、インバータ３４の排熱を回収するために、インバータ冷却水を機関冷却水に合流させたがこれに限る趣旨ではない。インバータ３４の排熱は熱交換器を介して機関冷却水へ供給されてもよい。この熱交換器としてヒートパイプを利用してもよい。また、インバータ冷却系以外の冷却水システムが存在すれば、その冷却システムの熱を回収してもよい。そのような冷却システムとして例えばモータジェネレータの冷却システムなどがある。また、一般的な車両であっても、高圧電池などの電気系部品を有しその電気系部品に冷却システムが備わっていればその冷却水を回収してもよい。
【００２６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、車両の熱回収効率を向上させることができる。さらに別の観点では、車両の電気系部品の排熱を回収することができる。さらに別の観点では、ハイブリッド車が備えるインバータの排熱を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る蓄熱システムが備わる内燃機関とその冷却水循環系およびインバータおよびその冷却水循環系の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る通路切替部の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係るインバータ冷却水循環系と機関冷却水循環系を連通させる手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関、　２　機関冷却水通路、　１０　機関水温センサ、　１７　蓄熱タンク、　２３ａ　上流側温水回収管路、　２３ｂ　下流側温水回収管路、　３０　機関用電子制御装置、　３２　通路切替部、　３４　インバータ、　３５インバータ冷却水温センサ、　３６　インバータ冷却水通路、　４０　切替弁、　５０　インバータ用電子制御装置。

Claims (4)

1. 車両に搭載された蓄熱システムであって、
   前記車両の内燃機関を冷却するシステムの冷媒が蓄えた前記内燃機関の排熱と、前記車両の所定の電気系部品を冷却するシステムの冷媒が蓄えた前記電気系部品の排熱の一方を優先的に蓄熱タンクへ回収するよう制御する熱回収制御部を備えることを特徴とする車両の蓄熱システム。
2. 車両に搭載された蓄熱システムであって、
   前記車両の内燃機関を冷却する第１の冷却システムに連接された蓄熱タンクと、
   前記第１の冷却システムと、前記車両の所定の電気系部品を冷却する第２の冷却システムとを所定の条件にしたがって連通または遮断する手段と、
   を備えることを特徴とする車両の蓄熱システム。
3. 前記車両の所定の電気系部品は、前記内燃機関の出力とバッテリを電源とするモータジェネレータの出力の一方または両方を適宜選択して走行するハイブリッド車の前記モータジェネレータに対する電気的入出力を制御するインバータであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の蓄熱システム。
4. 内燃機関の出力とバッテリを電源とするモータジェネレータの出力の一方または両方を適宜選択して走行するハイブリッド車に搭載された蓄熱システムであって、
   蓄熱タンクが連接された前記内燃機関を冷却する第１の冷却システムと、
   前記モータジェネレータに対する電気的入出力を制御するインバータを冷却する第２の冷却システムと、
   前記第１の冷却システムの冷却水と、前記第２の冷却システムの冷却水を合流可能に構成された通路切替弁と、
   前記第１の冷却システムの冷却水の温度を算出する機関水温算出手段と、
   前記第２の冷却システムの冷却水の温度を算出するインバータ水温算出手段と、
   前記機関水温算出手段およびインバータ水温算出手段で算出された温度を比較する温度比較部と、
   前記第２の冷却システムの冷却水の温度が前記第１の冷却システムの冷却水の温度より高い場合、前記通路切替弁を制御し、前記第２の冷却システムの冷却水を前記第１の冷却水システムの冷却水に合流させる熱回収制御部と、
   を有することを特徴とする車両の蓄熱装置。

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