JP2004322840A - パワーコントロールユニットの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、十分な冷却性能を確保することのできるパワーコントロールユニットの冷却構造を提供する。
【解決手段】エンジン３からパワーコントロールユニット２０側へと輻射される輻射熱を遮断するための第１，第２の遮熱板１２５，１２６をエンジンルーム２内に配設するとともに、第１の遮熱板１２５からガイド板１２８を前方に延設して、外気導入口１１２からエンジンルーム２内に導入される外気の一部をパワーコントロールユニット２０へと導くガイド通路１２９を構成とする。第１，第２の遮熱板１２５，１２６によってパワーコントロールユニット２０に対するエンジン３からの熱害を防止するとともに、外気を用いた空冷によってパワーコントロールユニット２０の水冷作用を補助する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体前部のエンジンルーム内に配設されたパワーコントロールユニットの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両においては、モータジェネレータを用いた簡易ハイブリッドシステム、電動４輪駆動システム、電磁駆動弁、電動パワーステアリング、電動カーエアコン、電動ブレーキ、電動シャーシコントロール、フロントガラスの急速霜取り装置、シートヒータ等の各装備を高いクオリティで実現することを目的として、車載補機類の定格電圧を１４Ｖから４２Ｖへと昇圧化させることが検討されており、これに伴い、車載のバッテリ電圧を１２Ｖから３６Ｖへと昇圧化させることが検討されている。
【０００３】
このような補機類の昇圧化への移行期間には、補機類の変更に伴うコストの高騰を抑制するため、補機類の昇圧化は、当該昇圧化によってより多くのメリットを享受可能なものから段階的に導入されることが望ましい。この場合、補機類の昇圧化によって見込まれる最も大きなメリットの１つとして、高出力なモータジェネレータを用いて簡易ハイブリッドシステムを構築することで燃費向上等を実現することが考えられる。そこで、近年では、３６Ｖバッテリと１２Ｖバッテリとをともに搭載し、例えばモータジェネレータ、電磁クラッチ、及びオートマチックトランスミッション用の電動オイルポンプ等を３６Ｖバッテリで駆動するとともに、その他の補機類を１２Ｖバッテリで駆動する技術が提案され実用化されている。
【０００４】
ところで、上述のように３６Ｖバッテリと１２Ｖバッテリとを備えた車両においては、両バッテリを狭隘なエンジンルーム内に同時に搭載することが困難となる。また、車両にモータジェネレータを採用した場合には、インバータ装置を新たに搭載する必要がある。さらに、モータジェネレータによる発電電圧を降圧させて１２Ｖバッテリ等にも給電するためには、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の補機類を新たに搭載する必要がある。
【０００５】
これらに対処し、例えば非特許文献１には、３６Ｖバッテリ及び１２Ｖバッテリをラゲージルーム内に配設するとともに、各バッテリをラゲージルーム内に配設することでエンジンルーム内に確保されたスペースに、インバータ装置にＤＣ−ＤＣコンバータが一体的に併設されたパワーコントロールユニットを配設する技術が開示されている。
【０００６】
また、非特許文献１には、パワーコントロールユニットの各部を冷却するためのウォータジャケットをインバータ装置とＤＣ−ＤＣコンバータとの接合部に設け、エンジンルーム内に配設されたリザーバタンクやウォータポンプを冷却水配管を介してウォータジャケットに接続することで、ラジエータからの冷却水をウォータジャケットに循環する技術が開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
トヨタ自動車株式会社編集「クラウン、クラウンマジェスタ、クラウンエステート新型車解説書」２００１年８月２０日発行、Ｐ０−２、Ｐ１−２〜１−７、Ｐ１−１２〜１−２１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンルーム内に配設されたパワーコントロールユニットは、エンジンからの輻射熱等の影響を受けやすい。従って、上述の非特許文献１に開示された技術において、パワーコントロールユニットの冷却性能を十分に確保するためには、ウォータジャケット内に多量の冷却水を流通させる必要があり、ウォータポンプの大型化等を招く虞がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、十分な冷却性能を確保することのできるパワーコントロールユニットの冷却構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明によるパワーコントロールユニットの冷却構造は、パワーコントロールユニットを車体前部のエンジンルーム内の側部前方寄りに配設し、上記エンジンからの輻射熱を遮断する遮熱板を上記パワーコントロールユニットに対向して配置するとともに、上記パワーコントロールユニットに外気を導くガイド板を上記遮熱板から前方に延設して、その前端部をラジエータの側部で車体の外気導入口に臨ませたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によるパワーコントロールユニットの冷却構造は、請求項１記載の発明において、上記遮熱板は、上記パワーコントロールユニットの上部に冠設する端子カバーに一体形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３記載の発明によるパワーコントロールユニットの冷却構造は、請求項１または請求項２記載の発明において、上記外気ガイド板は、上記ラジエータの後部に固設するラジエータファンに対応した高さ位置に配設されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図面は本発明の実施の一形態に係わり、図１はエンジン及びパワーコントロールユニットを示す平面図、図２はエンジン及びパワーコントロールユニットを示す正面図、図３は車載の電源回路の概略構成図、図４はエンジンルーム内の要部を示す平面図、図５はエンジンルーム内の要部を示す斜視図、図６はパワーコントロールユニットを示す斜視図である。
【００１４】
図１において符号１は自動車等の車体を示す。本実施の形態において、車体１には、定格電圧が例えば４２Ｖに設定されたモータジェネレータ１０（後述する）や電動オイルポンプ（図示せず）等の負荷と、定格電圧が例えば１４Ｖに設定されたランプバルブ（図示せず）やオーディオ機器（図示せず）等の負荷とが搭載されている。そして、４２Ｖに設定されたモータジェネレータ１０等を搭載することにより、車体１にはアイドルストップ機能等を高いクオリティで実現可能な簡易ハイブリッドシステムが構築されている。
【００１５】
また、定格電圧の異なる各電気負荷にそれぞれ対応して給電を行うため、車体１には、図示しないラゲージルーム内に、３６Ｖバッテリ５と、１２Ｖバッテリ６とが搭載されている（図３参照）。
【００１６】
図１，２に示すように、モータジェネレータ１０は車体１前部のエンジンルーム２内でエンジン３に併設されており、モータジェネレータ１０のプーリ１１は、エアコン用コンプレッサ１２のプーリ１３等とともに、図示しないベルトを介してエンジン３のクランクプーリ３ａに連結されている。ここで、本実施の形態において、エンジン３は車体１に対して縦置き配置される水平対向エンジンであり、モータジェネレータ１０及びコンプレッサ１２は、インテークマニホルド３ｂの前方で、エンジン３の上部に固設されている。
【００１７】
また、エンジンルーム２内において、モータジェネレータ１０の側方（図１の例では、左側方）には、パワーコントロールユニット２０が配設されている。
【００１８】
図３に示すように、パワーコントロールユニット２０は、インバータ装置２１と、このインバータ装置２１に一体的に併設するＤＣ−ＤＣコンバータ２２とを有して構成されている。
【００１９】
インバータ装置２１は、インテリジェントパワーモジュール２３と、励磁回路２４と、モータコントローラ２５とを有し、これらがインバータケース５０内に一体的に収容されて要部が構成されている。
【００２０】
インテリジェントパワーモジュール２３は、モータジェネレータ１０内に配設されたステータコイル１５のＵ相、Ｖ相、及びＷ相に大容量のパワーケーブル（電源ケーブル）２７ａ〜２７ｃを介して接続されているとともに、３６Ｖバッテリ５に電力線３１ａ，３１ｂを介して外部接続され、モータジェネレータ１０と３６Ｖバッテリ５との間の交流／直流変換等を行うようになっている。
【００２１】
また、励磁回路２４は、モータジェネレータ１０内に配設されたロータコイル１６に電力線２８を介して外部接続され、ロータコイル１６に励磁電流を供給するようになっている。
【００２２】
また、モータコントローラ２５は、モータジェネレータ１０内に配設された回転センサ１７や温度センサ１８等にハーネス２９を介して接続されているとともに、図示しないアイドルストップ制御装置等にハーネス（図示せず）を介して外部接続され、各種入力信号に基づいて、インテリジェントパワーモジュール２３の位相制御や励磁回路２４の励磁電流制御等を行うようになっている。
【００２３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、コンバータ本体２６を有し、このコンバータ本体２６が、インバータケース５０に一体的に併設するコンバータケース５１内に収容されて要部が構成されている。
【００２４】
コンバータ本体２６は、３６Ｖの直流電圧を１２Ｖの直流電圧に降圧するためのもので、インバータケース５０の内部でインテリジェントパワーモジュール２３に接続されているとともに、電力線３２を介して１２Ｖバッテリ６に外部接続されている。
【００２５】
そして、パワーコントロールユニット２０は、アイドルストップ制御装置等からの信号に基づく制御を行うことで、モータジェネレータ１０を発電機或いはモータとして選択的に機能させる。すなわち、走行時等において、インバータ装置２１は、スイッチング制御等による充電圧及び発電量の調整を行うことでモータジェネレータ１０を発電機として機能させ、３６Ｖバッテリ５に対して電気エネルギーの充電を行う。また、インバータ装置２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して、１２Ｖバッテリ６に対しても電気エネルギーの充電を行う。その一方で、エンジン３のアイドルストップからの再始動時等において、インバータ装置２１は、３６Ｖバッテリ５からの給電制御を行うことでモータジェネレータ１０をモータとして機能させる。
【００２６】
次に、パワーコントロールユニット２０のエンジンルーム２内における詳細な構成について説明する。
ここで、図５に示すように、車体１の前部には、左右のラジエータサイドパネル１１０（左側のラジエータサイドパネル１１０のみを図示）と、ラジエータアッパーパネル１１１及びラジエータロアパネル（図示せず）とで囲まれた領域が外気導入口１１２として開口されており、この外気導入口１１２には、エンジン３の前方に配設されたラジエータ１１３が対向されている。なお、図中符号１１４はラジエータファンを示し、このラジエータファン１１４は、ラジエータ１１３の後部上方寄りに固設されている。
【００２７】
また、図１，４，５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２はインバータ装置２１の前部に併設されており、これらの間には、ラジエータ１１３からの冷却水を流通してパワーコントロールユニット２０の各部を冷却するためのウォータジャケット（図示せず）が形成されている。ラジエータ１１３とウォータジャケットとを連通する冷却水配管（図示せず）には、ウォータポンプやリザーバタンク（図示せず）等が介装されており、ラジエータ１１３からの冷却水は、ウォータポンプの動作によってウォータジャケットに循環するようになっている。
【００２８】
また、インバータ装置２１の上面には、パワーケーブル２７ａ〜２７ｃを介してインテリジェントパワーモジュール２３をモータジェネレータ１０に電気接続するための端子台５９や、電力線３１ａ，３１ｂを介してインテリジェントパワーモジュール２３を３６Ｖバッテリ５に電気接続するための直流端子５７ａ，５７ｂ等が配設されているとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の上面には、電力線３２を介してコンバータ本体２６を１２Ｖバッテリ６に電気接続するための直流端子８３が配設されている。すなわち、本実施の形態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２とインバータ装置２１とを前後に併設した構成により、パワーコントロールユニット２０から露呈する全ての外部接続端子を上面に配設することを可能とし、これにより、パワーコントロールユニット２０の各部に対する端子接続作業が容易なものとなっている。
【００２９】
図４，５に示すように、エンジンルーム２内の側部前方寄り位置（図示の例では左側部前方寄り位置）にはトレイ１２０が固設されており、このトレイ１２０上には、パワーコントロールユニット２０が載置固定されている。
【００３０】
また、エンジンルーム２内には、パワーコントロールユニット２０のエンジン３側の側面略全域に対向する第１の遮熱板１２５が配設されているとともに、パワーコントロールユニット２０の後面にエンジン３側で一部対向する第２の遮熱板１２６が配設されている。
【００３１】
これら第１，第２の遮熱板１２５，１２６は、エンジン３からパワーコントロールユニット２０側へと輻射される輻射熱を遮断するためのもので、図４乃至図６に示すように、パワーコントロールユニット２０の上部に冠設する端子カバー１２７と一体形成されている。ここで、本実施の形態において、端子カバー１２７は端子台５９及び直流端子８３に一体的に冠設するよう構成されており、このような構成により、端子カバー１２７をパワーコントロールユニット２０に対して広範囲に接触させることができる。従って、端子カバー１２７は、第１，第２の遮熱板１２５，１２６に対する支持強度を十分に確保することができる。
【００３２】
また、第１の遮熱板１２５には、当該第１の遮熱板１２５の前方に延設するガイド板１２８が一体形成されており、ガイド板１２８の前端部は、ラジエータ１１３の側部で、外気導入口１１２に臨まされている。
【００３３】
このガイド板１２８は外気導入口１１２からラジエータ１１３側に導入される外気を一部分岐させるためのもので、ガイド板１２８及び第１，第２の遮熱板１２５，１２６によって、エンジンルーム２内には、外気導入口１１２からの外気をパワーコントロールユニット２０に導くガイド通路１２９が構成されている。すなわち、外気導入口１１２から導入される外気は、その一部がガイド通路１２９にガイドされてパワーコントロールユニット２０に導かれ、当該パワーコントロールユニット２０を冷却するようになっている。なお、パワーコントロールユニット２０を冷却後の外気は、第２の遮熱板１２６の側部から後方に流通される。
【００３４】
ここで、ラジエータファン１１４による負圧等によってラジエータ１１３を通過後の熱風がガイド通路１２９内に混入されることを防止するため、ガイド板１２８は、図５に示すように、ラジエータ１１３の後部に固設するラジエータファン１１４に対応した高さ位置に設定されていることが望ましい。
【００３５】
このような本実施の形態によれば、エンジン３からパワーコントロールユニット２０側へと輻射される輻射熱を第１，第２の遮熱板１２５，１２６によって遮断する構成とすることにより、パワーコントロールユニット２０に対するエンジン３からの熱害対策を効果的に実現することができる。
【００３６】
また、第１，第２の遮熱板１２５，１２６による熱害対策に加え、第１の遮熱板１２５からガイド板１２８を延設して、外気導入口１１２からエンジンルーム２内に導入される外気の一部をパワーコントロールユニット２０へと導く構成とすることにより、ラジエータ１１３からの冷却水を用いたパワーコントロールユニット２０の水冷作用を空冷によって補助することができ、簡単な構成で、パワーコントロールユニット２０の冷却性能を向上することができる。
【００３７】
従って、パワーコントロールユニット２０内のウォータジャケットに冷却水を循環するためのウォータポンプ等を必要以上に大型化することなく、パワーコントロールユニット２０の冷却性能を十分に確保することができる。
【００３８】
その際、パワーコントロールユニット２０を、エンジンルーム２内の側部前方寄りに配設することにより、エンジンルーム２内に区画形成されるガイド通路１２９の通路長を短縮することができ、ガイド板１２８等の大型化や、パワーコントロールユニット２０等のエンジンルーム２内への艤装性の低下を効果的に抑制することができる。
【００３９】
また、第１，第２の遮熱板１２５，１２６及びガイド板１２８を、パワーコントロールユニット２０の上部に冠設する端子カバー１２７と一体形成することにより、パワーコントロールユニット２０の空冷構造を構成する際の部品点数の増加を効果的に抑制することができるとともに、パワーコントロールユニット２０を艤装する際の組立工数の削減を実現することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な構造で、パワーコントロールユニットの十分な冷却性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン及びパワーコントロールユニットを示す正面図
【図２】エンジン及びパワーコントロールユニットを示す平面図
【図３】車載の電源回路の概略構成図
【図４】エンジンルーム内の要部を示す平面図
【図５】エンジンルーム内の要部を示す斜視図
【図６】パワーコントロールユニットを示す斜視図
【符号の説明】
１ … 車体
２ … エンジンルーム
３ … エンジン
２０ … パワーコントロールユニット
１１２ … 外気導入口
１１３ … ラジエータ
１１４ … ラジエータファン
１２５ … 第１の遮熱板
１２６ … 第２の遮熱板
１２７ … 端子カバー
１２８ … ガイド板

Claims (3)

1. パワーコントロールユニットを車体前部のエンジンルーム内の側部前方寄りに配設し、
   上記エンジンからの輻射熱を遮断する遮熱板を上記パワーコントロールユニットに対向して配置するとともに、
   上記パワーコントロールユニットに外気を導くガイド板を上記遮熱板から前方に延設して、その前端部をラジエータの側部で車体の外気導入口に臨ませたことを特徴とするパワーコントロールユニットの冷却構造。
2. 上記遮熱板は、上記パワーコントロールユニットの上部に冠設する端子カバーに一体形成されていることを特徴とする請求項１記載のパワーコントロールユニットの冷却構造。
3. 上記外気ガイド板は、上記ラジエータの後部に固設するラジエータファンに対応した高さ位置に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパワーコントロールユニットの冷却構造。

Images