JP2004346831A - 車両用冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータに駆動電流を供給する駆動電気回路の廃熱を有効活用する。
【解決手段】駆動電気回路３の廃熱を回収した冷却水をシンリンダヘッド１ａの冷却水入口側からエンジン１に供給する。これにより、駆動電気回路３の廃熱を利用してエンジン１の暖機運転を促進するので、廃熱を有効活用することができる。延いては、暖機運転時間を短縮することができ、エンジン１から排出される排気中の有害物質（エミッション）の総排出量を低減することができる。また、駆動電気回路３に戻ってくる冷却水の温度が所定温度を超えたときには、駆動電気回路３の廃熱をエンジン１に供給することを停止して、駆動電気回路３がエンジン１の廃熱にて熱損傷してしまうことを未然に防止する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（エンジン）と電動モータとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車に適用される車両用冷却システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のハイブリッド自動車用の冷却システムでは、エンジンのシリンダヘッド（燃焼室）を冷却する冷却回路の一部と走行用の電動モータを冷却する冷却回路の一部とを共用化して、シリンダヘッドで回収した廃熱を放熱するためのラジエータと電動モータにて発生した廃熱を放熱するためのラジエータとを共用化しているとともに、シンリンダブロックで回収した廃熱を放熱するためのラジエータと、電動モータに駆動電流を供給する駆動電気回路で回収した廃熱を放熱するためのラジエータとをそれぞれ設け、合計３個のラジエータにて冷却システムを構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７３７６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載の発明では、暖房時を除いて、電動モータ及び駆動電気回路で発生した廃熱を大気中に捨てるのみで、その廃熱を有効活用していない。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な冷却システムを提供し、第２には、廃熱を有効活用することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、内燃機関（１）と電動モータ（２）とを組み合わせて走行するハイブリッド自動車に適用される車両用冷却システムであって、電動モータ（２）に駆動電流を供給する駆動電気回路（３）で発生する廃熱を内燃機関（１）に供給する廃熱供給手段（１０ａ、１０ｂ）を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、駆動電気回路（３）の廃熱を利用して内燃機関（１）の暖機運転を促進するので、廃熱を有効活用することができる。
【０００８】
また、駆動電気回路（３）の廃熱にて内燃機関（１）を暖機するので、暖機運転時間を短縮することができ、内燃機関（１）から排出される排気中の有害物質（エミッション）の総排出量を低減することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、廃熱供給手段（１０ａ、１０ｂ）は、内燃機関を冷却する冷却水が循環する第１冷却回路（２０、２２）と駆動電気回路（３）を冷却する冷却水が循環する第２冷却回路（２１）とを繋いで、駆動電気回路（３）で発生した廃熱を内燃機関に供給することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、第２冷却回路（２１）は、第１冷却回路（２０、２２）のうち内燃機関（１）の冷却水入口側に接続されることを特徴とする。
【００１１】
これにより、駆動電気回路（３）で発生した廃熱を効率よく内燃機関（１）に与えることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、第１冷却回路（２０、２２）は、内燃機関（１）の燃焼室周りを冷却する主冷却回路（２０）、及び燃焼室以外の部位を冷却する副冷却回路（２２）から構成されており、さらに、第２冷却回路（２１）は、主冷却回路（２０）のうち内燃機関（１）の冷却水入口側に接続されることを特徴とする。
【００１３】
これにより、駆動電気回路（３）で発生した廃熱を効率よく暖機運転の促進に活用することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、内燃機関（１）を流出して駆動電気回路（３）に戻ってくる冷却水の温度が所定温度を超えたときには、駆動電気回路（３）の廃熱を内燃機関（１）に供給することを停止することを特徴とする。
【００１５】
これにより、駆動電気回路（３）が内燃機関（１）の廃熱にて熱損傷してしまうことを未然に防止できる。
【００１６】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、内燃機関（エンジン）と電動モータとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車のうち、エンジンのみで走行する場合、電動モータのみで走行する場合及びエンジンと電動モータとで走行する場合を走行状態に応じて自動的に選択して走行するハイブリッド自動車に本発明に係る車両用冷却システムを適用したものであって、図１は本実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【００１８】
エンジン１は燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関であり、モータ２は電力の供給を受けて動力を発生させる回転電機であり、駆動電気回路３はモータ２に駆動電流を供給するインバータ回路等からなる電気回路である。
【００１９】
第１ラジエータ４は、モータ２及びエンジン１の燃焼室周り（本実施形態では、シンリンダヘッド１ａ）のうち少なくとも一方から廃熱を吸収した冷却水と空気とを熱交換して廃熱を大気中に放熱する放熱器であり、第２ラジエータ５はエンジン１のシンリンダヘッド１ａ以外の部位（本実施形態では、主にシンリンダブロック１ｂ）から廃熱を吸収した冷却水と空気とを熱交換して廃熱を大気中に放熱する放熱器であり、第３ラジエータ６は駆動電気回路３から廃熱を吸収した冷却水と空気とを熱交換して廃熱を大気中に放熱する放熱器である。
【００２０】
なお、本実施形態では、冷却水として、水にエチレングリコール等の防錆作用を有する不凍液を混合した流体を採用しているが、冷却水の成分はこれに限定されるものではない。
【００２１】
因みに、コンデンサ７は、車両用空調装置（蒸気圧縮式冷凍機）の放熱器であり、室内に吹き出す空気から回収した熱は、このコンデンサ７にて大気中に放出される。
【００２２】
ヒータ８は廃熱を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱する加熱器であり、開閉弁９ａ、９ｂはヒータ８に冷却水（温水）を供給する回路を開閉するバルブであり、三方弁１０ａ〜１０ｄは冷却水流れを制御する流路切換バルブである。
【００２３】
また、第１〜３ポンプ１１ａ〜１１ｃは冷却水を循環させる電動式のポンプであり、第４ポンプ１２はエンジン１から動力を得て冷却水を循環させるポンプである。
【００２４】
第１サーモスタット１３はシリンダヘッド１ａの温度を所定温度（例えば、冷却水温度で約８０℃）に維持するように、シンリンダヘッド１ａに流れ込む冷えた冷却水、つまり第１ラジエータ４にて冷却された冷却水の量を調節するもので、第２サーモスタット１４はシリンダブロック１ｂの温度を所定温度（例えば、冷却水温度で約１１０℃）に維持するように、シンリンダブロック１ｂに流れ込む冷えた冷却水、つまり第２ラジエータ５にて冷却された冷却水の量を調節するものである。
【００２５】
第１水温センサ１５は駆動電気回路３から流出する冷却水の温度を検出するもので、第３ポンプ１１ｃは第１水温センサ１５の検出温度が所定温度となるようにポンプ回転数、つまり循環冷却水量が制御される。
【００２６】
第２水温センサ１６は、後述する暖機運転時に駆動電気回路３に流れ込む冷却水の温度を検出するもので、この第２水温センサ１６の検出温度が所定温度（例えば、６０℃）を超えたときには、後述するように暖機運転が停止する。
【００２７】
なお、シンリンダヘッド１ａを冷却する冷却水が循環する経路を第１冷却回路２０と呼び、駆動電気回路３を冷却する冷却水が循環する経路を第２冷却回路２１と呼び、シリンダブロック１ｂを冷却する冷却水が循環する経路を第３冷却回路２２と呼び、モータ２を冷却する冷却水が循環する経路を第４冷却回路２３と呼ぶ。
【００２８】
次に、本実施形態に係る冷却システムの作動、つまり冷却水流れについて述べる。
【００２９】
１．モータ２が停止してエンジン１のみで走行している場合
この運転モードにおいて、サーモスタット１３が閉じているとき、つまりシンリンダヘッド１ａの温度（燃焼室温度）が低いときには、ポンプ１１ａを稼動させた状態で図２に示すように、シンリンダヘッド１ａから流出した冷却水を第１ラジエータ４に循環させることなく、バイパス回路２４を経由させてシンリンダヘッド１ａに戻す。
【００３０】
これにより、シンリンダヘッド１ａが冷却されてしまうことを防止できるので、シンリンダヘッド１ａの暖機運転が促進される。なお、ポンプ１１ｂ、１１ｃは停止している。
【００３１】
そして、シンリンダヘッド１ａの温度が所定温度（例えば、８０℃）を超えたときには、図３に示すように、シンリンダヘッド１ａと第１ラジエータ４との間で冷却水を循環させてシンリンダヘッド１ａの温度が過度に上昇してしまうことを防止する。
【００３２】
また、ヒータ８にエンジン１（シンリンダヘッド１ａ）にて回収した廃熱を供給するときは、開閉弁９ａを開いてエンジン１（シンリンダヘッド１ａ）から流出した冷却水の一部をヒータ８に循環させる。このとき、開閉弁９ｂは開状態及び閉状態のいずれの状態でもよい。
【００３３】
なお、第３冷却回路２２の冷却水流れ、つまりシリンダブロック１ｂの冷却は、サーモスタット１４にて制御される。
【００３４】
２．エンジン１を停止させてモータ２のみで走行している場合
この運転モードでは、シンリンダヘッド１ａの温度が低く、次回のエンジン起動に備えてシンリンダヘッド１ａを暖機する必要があるときと、シンリンダヘッド１ａの温度が高く駆動電気回路３の廃熱ではシンリンダヘッド１ａを暖機することが困難なときとがある。
【００３５】
そして、シンリンダヘッド１ａを暖機する必要があるとき、つまりシンリンダヘッド１ａの温度が第１所定温度未満であって、かつ、シンリンダヘッド１ａから流出した冷却水、つまり駆動電気回路３に流入する冷却水の温度が第２所定温度未満のときには、第１冷却回路２０と第２冷却回路２１とを繋いで、駆動電気回路３から流出した冷却水をヒータ８等の放熱用熱交換器を経由することなくエンジン１（シンリンダヘッド１ａ）に供給する。
【００３６】
具体的には、図４に示すように、駆動電気回路３を流出した冷却水を第１冷却回路２０のうちシンリンダヘッド１ａの冷却水入口側に導いて、駆動電気回路３にて回収した廃熱を途中で放熱させることなくシンリンダヘッド１ａに供給する。
【００３７】
そして、シンリンダヘッド１ａから流出した冷却水、つまり駆動電気回路３に流入する冷却水の温度は第２水温センサ１６にて検出されており、第２水温センサ１６の検出温度が第２所定温度以上となったときに、駆動電気回路３によるシンリンダヘッド１ａの暖機運転を終了させる。
【００３８】
ここで、第１所定温度とは、シンリンダヘッド１ａの暖機運転が終了したものとみなすことができる温度で、通常は、８０℃以上の所定温度である。
【００３９】
また、第２所定温度は駆動電気回路３の耐熱温度以下の所定温度であり、通常、この温度は、シンリンダヘッド１ａの暖機運転が終了したものとみなすことができる温度、つまり第１所定温度より低い温度であり、本実施形態では、約６０℃である。
【００４０】
なお、モータ２は、モータ２と第１ラジエータ４との間で冷却水を循環させることにより冷却される。
【００４１】
因みに、ヒータ８で暖房能力を発生させるときには、開閉弁９ａを開いてシンリンダヘッド１ａから流出した冷却水の一部をヒータ８に循環させる。このとき、開閉弁９ｂは開状態及び閉状態のいずれの状態でもよい。
【００４２】
また、シンリンダヘッド１ａを暖機する必要がないとき、つまり駆動電気回路３に流入する冷却水の温度が第２所定温度以上となったときには、図５に示すように、駆動電気回路３と第３ラジエータ６との間で冷却水を循環させることにより駆動電気回路３を適正温度に維持する。
【００４３】
なお、ヒータ８で暖房能力を発生させるときには、図６に示すように、開閉弁９ａを開いてシンリンダヘッド１ａから流出した冷却水の一部をヒータ８に循環させることにより、シンリンダヘッド１ａに蓄えられた余熱にてヒータ８に熱を与える。
【００４４】
このとき、この運転モード（図６参照）では、シンリンダヘッド１ａに蓄えられた余熱にて暖房能力を発生させているので、シンリンダヘッド１ａの温度（第２水温センサ１６の検出温度）が第１所定温度以下となるおそれがあるが、シンリンダヘッド１ａの温度が第１所定温度以下となったときには、図５に示すように、駆動電気回路３にて廃熱を回収した冷却水をシンリンダヘッド１ａに供給することによりシンリンダヘッド１ａの加熱とヒータ８への熱供給を行う。
【００４５】
ところで、エンジン１が稼動してサーモスタット１３が開いてシンリンダヘッド１ａを流出した冷却水が第１ラジエータ４に流れているときに、エンジン１が停止してモータ駆動に切り替わったときは、シンリンダヘッド１ａの温度が十分に高く駆動電気回路３の廃熱にてシンリンダヘッド１ａを暖機する必要が無いばかりか、シンリンダヘッド１ａに十分な余熱が存在する。
【００４６】
そこで、このような場合においてヒータ８で暖房能力を発生させるときには、図７に示すように、開閉弁９ａ、９ｂを開いてシンリンダヘッド１ａの余熱及びモータ２の廃熱にて加熱された冷却水をヒータ８に供給して暖房を行う。
【００４７】
なお、ポンプ１１ａ内には、ポンプ１１ａを迂回する逆止弁付きのバイパス回路が内蔵されており、シンリンダヘッド１ａを流出した冷却水はこのバイパス回路を経由してポンプ１１ｂに吸引される。
【００４８】
３．エンジン１及びモータ２で走行している場合
この運転モードでは、シンリンダヘッド１ａの温度が低く暖機運転を行う必要がある場合、シンリンダヘッド１ａの温度が高く暖機運転を行う必要がない場合、及びシンリンダヘッド１ａの温度が低く暖機運転を行う必要があるが、シンリンダヘッド１ａから流出する冷却水の温度が第２所定温度以上の場合がある。
【００４９】
そして、シンリンダヘッド１ａの温度が低く暖機運転を行う必要がある場合には、第１冷却回路２０と第２冷却回路２１とを繋いで、駆動電気回路３から流出した冷却水をヒータ８等の放熱用熱交換器を経由することなくシンリンダヘッド１ａに供給する。
【００５０】
具体的には、図８に示すように、駆動電気回路３を流出した冷却水を第１冷却回路２０のうちシンリンダヘッド１ａの冷却水入口側に導いて、駆動電気回路３にて回収した廃熱を途中で放熱させることなくシンリンダヘッド１ａに供給する。
【００５１】
なお、モータ２は、モータ２と第１ラジエータ４との間で冷却水を循環させることにより冷却される。
【００５２】
また、この状態でヒータ８で暖房能力を発生させるときには、開閉弁９ａを開いてシンリンダヘッド１ａから流出した冷却水の一部をヒータ８に循環させることにより、シンリンダヘッド１ａ及び駆動電気回路３で発生した熱をヒータ８に与える。
【００５３】
そして、第２水温センサ１６の検出温度が第２所定温度以上となったときに、第１冷却回路２０と第２冷却回路２１とを切り離して駆動電気回路３によるシンリンダヘッド１ａの暖機運転を終了させるとともに、駆動電気回路３と第３ラジエータ６との間で冷却水を循環させて駆動電気回路３を冷却する。
【００５４】
なお、シンリンダヘッド１ａから流出した冷却水の温度が第１所定温度より低くサーモスタット１３が閉じているときには、図９に示すように、シンリンダヘッド１ａから流出した冷却水を第１ラジエータ４に供給することなく、シンリンダヘッド１ａに戻して暖機運転を続ける。
【００５５】
また、シンリンダヘッド１ａから流出した冷却水の温度が第１所定温度より高くサーモスタット１３が開いたときには、図１０に示すように、シンリンダヘッド１ａと第１ラジエータ４との間で冷却水を循環させてシンリンダヘッド１ａの温度が過度に上昇してしまうことを防止する。
【００５６】
なお、この状態でヒータ８で暖房能力を発生させるときには、開閉弁９ａを開いてシンリンダヘッド１ａから流出した冷却水の一部をヒータ８に循環させることにより、シンリンダヘッド１ａで発生した熱をヒータ８に与える。このとき、開閉弁９ｂは開状態及び閉状態のいずれの状態でもよい。
【００５７】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５８】
本実施形態では、駆動電気回路３の廃熱を利用してエンジン１の暖機運転を促進するので、廃熱を有効活用することができる。
【００５９】
また、駆動電気回路３の廃熱にてエンジン１を暖機するので、暖機運転時間を短縮することができ、エンジン１から排出される排気中の有害物質（エミッション）の総排出量を低減することができる。
【００６０】
また、駆動電気回路３の廃熱を回収して温度が上昇した冷却水は、シンリンダヘッド１ａの冷却水入口側に導かれるので、駆動電気回路３で発生した廃熱を効率よくエンジン１に与えることができるとともに、効率よくエンジン１の暖機を行うことができる。
【００６１】
また、駆動電気回路３に戻ってくる冷却水の温度が所定温度を超えたときには、駆動電気回路３の廃熱をエンジン１に供給することを停止するので、駆動電気回路３がエンジン１の廃熱にて熱損傷してしまうことを未然に防止できる。
【００６２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、シンリンダヘッド１ａとシリンダブロック１ｂとを分離して冷却したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシンリンダヘッド１ａを冷却した冷却水にてシリンダブロック１ｂを冷却するようにして第２ラジエータ５を廃止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図９】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…モータ、３…駆動電気回路、４〜６…ラジエータ、
７…コンデンサ、８…ヒータ、９ａ、９ｂ…開閉弁、
１０ａ〜１０ｄ…三方弁、１１ａ〜１１ｃ、１２…ポンプ、１３、
１４…サーモスタット、１５、１６…水温センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関（１）と電動モータ（２）とを組み合わせて走行するハイブリッド自動車に適用される車両用冷却システムであって、
   前記電動モータ（２）に駆動電流を供給する駆動電気回路（３）で発生する廃熱を前記内燃機関（１）に供給する廃熱供給手段（１０ａ、１０ｂ）を有することを特徴とする車両用冷却システム。
2. 前記廃熱供給手段（１０ａ、１０ｂ）は、前記内燃機関を冷却する冷却水が循環する第１冷却回路（２０、２２）と前記駆動電気回路（３）を冷却する冷却水が循環する第２冷却回路（２１）とを繋いで、前記駆動電気回路（３）で発生した廃熱を前記内燃機関に供給することを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却冷却システム。
3. 前記第２冷却回路（２１）は、前記第１冷却回路（２０、２２）のうち前記内燃機関（１）の冷却水入口側に接続されることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷却システム。
4. 前記第１冷却回路（２０、２２）は、前記内燃機関（１）の燃焼室周りを冷却する主冷却回路（２０）、及び前記燃焼室以外の部位を冷却する副冷却回路（２２）から構成されており、
   さらに、前記第２冷却回路（２１）は、前記主冷却回路（２０）のうち前記内燃機関（１）の冷却水入口側に接続されることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷却システム。
5. 前記内燃機関（１）を流出して前記駆動電気回路（３）に戻ってくる冷却水の温度が所定温度を超えたときには、前記駆動電気回路（３）の廃熱を前記内燃機関（１）に供給することを停止することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の車両用冷却システム。

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