JP2006051852A - ハイブリッド車両の暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車室内の暖房性を確保しつつ燃料消費量の減少およびエンジンの暖機性の向上を図ることが可能なハイブリッド車両の暖房装置を提供する。
【解決手段】 ハイブリッド車両の暖房装置は、エンジン１０とエンジン用ラジエータ１３とを直列に接続してエンジン冷却液を循環させるエンジン冷却経路１２と、電動モータを備える強電系ユニット１１と強電系用ラジエータ１６とを直列に接続し強電系冷却液を循環させる強電系冷却経路１７とを有しており、エンジン１０と強電系ユニット１１とに並列にヒータユニット２０が接続されており、エンジン冷却液がある一定温度以下で強電系冷却液がある一定温度以上であれば、強電系冷却液がヒータユニット２０に供給され、暖房性能確保のためだけのエンジン運転をなくすことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンを冷却する冷却液と電動モータなどからなる強電系ユニットを冷却する冷却液の熱を利用して車室内を暖房するハイブリッド車両の暖房装置に関する。

水冷エンジンを搭載する自動車は、エンジンによって発生する熱を車室内の暖房の熱源として利用しており、エンジンに設けられたウォータジャケット内に供給される冷却液を暖房用のヒータユニットに循環させるようにしている。ヒータユニットは車室内に供給される空気と冷却液とを熱交換して空気を冷却液によって加熱するヒータコアを有しており、熱交換され加熱された空気は送風機によって車室内に供給される。

エンジンと電動モータとを駆動源とするハイブリッド車両においては、エンジンによって発生する熱に加え、電動モータによって発生する熱を利用することもできる。特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドと駆動モータとを直列に接続してこれらを冷却する冷却回路と、エンジンのシリンダブロックを冷却する冷却回路と、強電系ユニットを冷却する冷却回路とを備え、ヒータユニットには駆動モータとシリンダヘッドとを冷却する冷却回路の冷却液を供給するようにしている。
特開２０００−７３７６３号公報

ハイブリッド車両は、バッテリが十分にある低負荷走行時にはエンジンを駆動することなく電動モータ単体で走行することが可能であるが、このとき、排出ガスと燃料消費をゼロにするためにエンジンのアイドリング回転を停止することがある。ところで、このようなアイドリングストップ機能を有するハイブリッド車両では、通常の車のようにヒータユニットがエンジンのみにしか繋がっていないと、一般にピーク効率で作動させる電動モータの発熱量は少ないので、アイドルストップ中でも暖房の要求があれば、アイドルストップ機能を解除してエンジンを再始動させる制御が必要となる。

また、エンジンを暖まっていない状態で再始動すると、インジェクタにより噴射される霧化燃料が吸気ポートやシリンダ内壁に付着し易いため、燃料を増量して噴射する必要が生じることになる。加えて、エンジンがウォームアップされるまでは冷却液により回収される廃熱も少ないので、特許文献１に開示されるように、駆動源の切り換えタイミングにあわせて冷却水循環回路を切り換えるのは、暖房性を向上させるうえで得策ではない。

本発明の目的は、燃費を損なうことなく車室内の暖房性を確保し、さらにエンジンの暖機性の向上を図ることが可能なハイブリッド車両の暖房装置を提供することにある。

本発明は、エンジンと電動モータとを駆動源とするハイブリッド車両の車室内を暖房するハイブリッド車両の暖房装置であって、前記エンジンとエンジン用ラジエータとを直列に接続しエンジン冷却液を循環させるエンジン冷却経路と、前記電動モータを備える強電系ユニットと強電系用ラジエータとを直列に接続し強電系冷却液を循環させる強電系冷却経路と、前記エンジンと前記強電系ユニットとに並列に接続され、冷却液を循環させて前記車室内に吹き出される空気を加熱するヒータユニットとを有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の暖房装置は、前記エンジンと前記強電系ユニットと前記ヒータユニットの流入口との間に第１の経路切換手段を設け、前記エンジンと前記強電系ユニットと前記ヒータユニットの流出口との間に第２の経路切換手段を設け、前記エンジンと前記強電系ユニットと前記ヒータユニットのうち少なくともいずれか２つを連通することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の暖房装置は、前記エンジン冷却液の温度を検出する第１の水温センサと、前記強電系冷却液の温度を検出する第２の水温センサとを有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の暖房装置は、前記エンジン冷却液の温度が所定値以下のときは前記強電系ユニットと前記ヒータユニットとを連通し、前記エンジン冷却液の温度が所定値以上のときは前記エンジンと前記ヒータユニットとを連通することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の暖房装置は、前記強電系冷却液の温度と前記エンジン冷却液の温度との温度差が所定値以上のときは、前記強電系ユニットを前記ヒータユニットと前記エンジンとに連通することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の暖房装置は、前記エンジン冷却液の温度と前記強電系冷却液の温度とで温度が高い方の冷却液を前記ヒータユニットに供給することを特徴とする。

本発明によれば、エンジン冷却液を循環させるエンジン冷却経路と、強電系冷却液を循環させる強電系冷却経路とを有し、これらに並列にそれぞれの冷却液が循環するヒータユニットを接続したので、エンジンが停止してエンジン冷却液が低温のときには強電系冷却液によって車室内を暖房することができる。また、強電系冷却液によってエンジンを加熱してエンジンを暖機することができ、エンジン始動時の燃焼効率を向上させることができる。

ヒータユニットには経路切換手段によってエンジン冷却液と強電系冷却液の一方を循環させることができ、エンジン冷却液と強電系冷却液のうち温度の高い冷却液を供給することができるので、暖房温度を維持するためにエンジンを駆動させる必要がなく、アイドルストップ機能を解除することなく、燃費を抑制しつつ車室内の暖房性を向上することができる。

エンジンの再始動時において、エンジンには最も昇温された冷却液が流れ込むようにしたので、暖機運転時間を短くすることができ、始動時の燃料増量や未燃焼ガスの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の暖房装置を示す概略図である。ハイブリッド車両は、エンジン１０と電動モータとを駆動源とする車両であって、シリーズ方式とパラレル方式とこれらを組み合わせたシリーズパラレル方式がある。シリーズ方式はエンジンで発電機を駆動させて発電された電力をバッテリに充電し、駆動輪を電動モータのみによって駆動する方式である。パラレル方式はエンジンを車両走行の主体とし場合によってバッテリに充電する動力源としても使用するようにしエンジン負荷がかかる発進時等に電動モータで駆動を補助するようにした方式である。シリーズパラレル方式は車両の走行状況に応じてシリーズ方式とパラレル方式を使い分けたりエンジンと電動モータの両方を駆動源として車両を駆動するようにした方式であり、この方式では発電機が単独に搭載される。

本発明の暖房装置は、それぞれの方式のハイブリッド車両に適用することができ、電動モータは、いわゆる強電により作動するインバータ、コンバータ、およびジェネレータなどとともに強電系ユニット１１として図示されている。

エンジン１０および強電系ユニット１１は、駆動させると発熱して装置温度が上昇するため、それぞれの装置を作動させるうえで最適な温度にまで冷却する必要がある。エンジン１０にはエンジン冷却経路１２によりエンジン用ラジエータ１３が直列に接続されており、エンジン１０内のウォータジャケットとエンジン用ラジエータ１３とにはエンジン冷却液が循環するようになっている。エンジン冷却経路１２はエンジン上部とエンジン用ラジエータ１３とを連通させる上部経路１２ａとエンジン下部とエンジン用ラジエータ１３とを連通させる下部経路１２ｂとを有し、上部経路１２ａにはエンジン１０とエンジン用ラジエータ１３との間を循環するエンジン冷却液の温度を検出する水温センサ１４が設けられ、下部経路１２ｂには循環流を生成するためにエンジン１０により駆動されるウォータポンプ１５が設けられている。これにより、水温センサ１４により検出された水温に基づき、ウォータポンプ１５を作動させエンジン冷却経路１２内にエンジン冷却液を循環させることにより、エンジン１０を所定の最適温度にまで冷却するようになっている。

強電系ユニット１１は電動モータやインバータなどの発熱部を有しこれらを冷却するための冷却液が流れるウォータジャケット部を有している。強電系ユニット１１は強電系用ラジエータ１６に強電系冷却経路１７により直列に接続されており、強電系ユニット１１と強電系用ラジエータ１６とには強電系冷却液が循環するようになっている。強電系冷却経路１７の流出側経路１７ａには強電系ユニット１１と強電系用ラジエータ１６との間を循環する強電系冷却液の温度を検出する水温センサ１８が設けられ、強電系冷却経路１７の流入側経路１７ｂには循環流を生成するためのウォータポンプ１９が設けられている。ウォータポンプ１９は図示しない電動モータにより駆動されるようになっており、水温センサ１８により検出された水温に基づき、ウォータポンプ１９を作動させ強電系冷却経路１７内に強電系冷却液を循環させることにより、強電系ユニット１１を所定の最適温度にまで冷却するようになっている。

車両には車室内に加熱空気を吹き出すためのヒータユニット２０が搭載されており、このヒータユニット２０は冷却液と車室内に吹き出される空気とを熱交換するヒータコアを有し、送風機により車外の空気や車室内の空気が取り込まれてヒータコアにより加熱された空気が車室内に供給されるようになっている。

ヒータユニット２０とエンジン１０はエンジン側分岐経路２１により並列に接続され、ヒータユニット２０と強電系ユニット１１は強電系分岐経路２２により並列に接続されている。エンジン側分岐経路２１はヒータユニット２０の流入口とエンジン１０とを連通させる流入側経路２１ａと、ヒータユニット２０の流出口とエンジン１０とを連通させる流出側経路２１ｂとを有しており、流出側経路２１ｂはウォータポンプ１５に接続されている。強電系分岐経路２２はヒータユニット２０の流入口と強電系ユニット１１とを連通させる流入側経路２２ａとヒータユニット２０の流出口と強電系ユニット１１とを連通させる流出側経路２２ｂとを有しており、流入側経路２２ａは流入側経路１７ａに接続されている。

それぞれの流入側経路２１ａ，２２ａは三方弁２３を介してヒータユニット２０の流入口に接続され、それぞれの流出側経路２１ｂ，２２ｂは三方弁２４を介してヒータユニット２０の流出口に接続されている。それぞれの三方弁２３，２４は経路切換手段を構成しており、三方弁２３は流入側経路２１ａをヒータユニット２０の流入口に連通させる位置と、流入側経路２２ａを流入口に連通させる位置と、両方の流入側経路２１ａ，２２ａを流入口に連通させる位置との３位置に作動し、三方弁２４は流出側経路２１ｂをヒータユニット２０の流出口に連通させる位置と、流出側経路２２ｂを流出口に連通させる位置と、両方の流出側経路２１ｂ，２２ｂを流出口に連通させる位置との３位置に作動する。

それぞれの三方弁２３，２４は水温センサ１４，１８からの信号に基づいて図示しない制御ユニットからの信号により、エンジン１０の冷却液の温度と強電系ユニット１１の冷却液の温度とに基づいて作動が制御される。

図２〜図４はそれぞれ三方弁２３，２４の作動によるヒータユニット２０に対する冷却液の循環経路を示す概略図であり、それぞれの図において冷却液の流れ方向が矢印で示されており、太線は冷却液が流れている状態を示す。

図２は三方弁２３，２４の作動により強電系ユニット１１を流れる強電系冷却液がヒータユニット２０に循環している状態（三方弁強電系接続）を示し、エンジン冷却液の温度および強電系ユニット冷却液の温度がいずれも所定値以下のときであって、電動モータにより車両を駆動する際には、強電系ユニット１１の冷却液がヒータユニット２０に供給される。このときには、強電系用ラジエータ１６にも冷却液が流れるようになっている。

図３は三方弁２３，２４の作動により強電系冷却液をエンジン１０とヒータユニット２０の両方に循環供給している状態（三方弁エンジン強電系接続）を示し、エンジン始動されたときであってエンジン冷却液の温度が所定値以上となっておらず、強電系冷却液の温度が所定値以上となっているときには、強電系ユニット１１の冷却液が図２に示される場合と同様にヒータユニット２０に供給され、さらにエンジン１０にも供給される。このように、エンジン冷却液の水温と強電系ユニット冷却液の水温との差が所定値以上のときには給電系ユニット１１内を流れる強電系冷却液をエンジン１０に供給する。これにより、エンジン１０の燃焼室が暖められるので、エンジン燃焼性が良くなり、始動時の燃料増量が不要となり排ガス特性が向上するとともに、暖気モードが不要となって燃費が向上する。このときには、予めエンジン１０のウォータジャケット内の冷却液が入れ替わる時間を決めておき、その時間が経過した後に三方弁２３，２４を図４の位置に切り換えるようにしても良い。

図４は三方弁２３，２４の作動によりエンジン冷却液のみをヒータユニット２０に循環させるようにした状態（三方弁エンジン接続）を示し、エンジン冷却液の温度が強電系冷却液の温度よりも高くなったときには、エンジン冷却液をヒータユニット２０に供給する。このときに強電系冷却液の温度が所定値以上高くなれば、その冷却液は強電系用ラジエータ１６に供給され、エンジン冷却液の温度が所定値以上高くなればエンジン用ラジエータ１３にその冷却液が供給され、それぞれの冷却液は所定の温度以上となることが防止される。

図４はエンジン１０が所定の温度となっている状態であり、エンジン１０のウォータジャケット内の冷却液の流れは、図３に示す場合には図４に示す場合と逆方向に流れることになる。なお、図３においては、エンジン用ラジエータ１３内にもエンジン冷却液が循環している状態として示されているが、エンジン冷却液の温度が所定の温度よりも高くなっていないときには、エンジン用ラジエータ１３内に冷却液を循環させないようにしても良い。

このように、エンジン冷却液がある一定の温度以下でも強電系冷却液の温度が一定以上であれば、強電系冷却液がヒータユニット２０に供給されるので、室内暖房のためだけにエンジン１０を始動させる必要がなくなるため、燃料消費を抑えることができる。一方、強電系冷却液の温度が所定値以上エンジン冷却液よりも高いときには、その冷却液はヒータユニット２０とエンジン１０とに供給されるので、エンジン１０の燃焼室を暖めることができる。

図５はハイブリッド車両の暖房装置の制御アルゴリズムを示すフローチャートであり、図５を参照しつつ暖房装置の制御について説明する。

ステップＳ１ではエンジン１０の始動信号が出力されたか否かを判定し、エンジン始動信号が出力されているときには、ステップＳ２で水温センサ１４の検出温度を読み込んでエンジン冷却液の温度Ｔ１が所定値以上となっているか否かを判定し、ステップＳ３では水温センサ１８の検出値を読み込んで強電系冷却液の検出温度Ｔ２を検出してこの温度Ｔ２がエンジン冷却液の温度Ｔ１よりも所定値以上となっているか否かを判定する。

ステップＳ２においてエンジン冷却液の温度Ｔ１が所定値以上となっていると判定されたときには、ステップＳ６の三方弁エンジン接続が実行されて図４に示すようにエンジン冷却液がヒータユニット２０に供給される。ステップＳ３において強電系冷却液の温度Ｔ２とエンジン冷却液の温度Ｔ１との温度差が所定値以上となっていると判定されたときには、ステップＳ５の三方弁エンジン強電系接続が実行されて強電系冷却液は図３に示すようにヒータユニット２０とエンジン１０とに供給される。ステップＳ５の三方弁強電系接続状態が所定時間経過したときには、ステップＳ６の三方弁エンジン接続に切り換えられるようになっている。ただし、ステップＳ６に切り換えることなく、エンジン冷却液の温度Ｔ１が所定値以上となるまで、ステップＳ５を維持するようにしても良い。ステップＳ３で前述した温度差が所定値以下となっていると判定されたときには、ステップＳ４の三方弁強電系接続が実行されて図２に示すように強電系冷却液がヒータユニット２０に供給される。

ステップＳ７でエンジン１０が始動されると、ステップＳ８ではエンジン冷却液の温度Ｔ１が所定値以上となっているか否かが判定され、所定値以上となっているときには、ステップＳ９により三方弁エンジン接続が実行される。一方、エンジン停止信号の出力がステップＳ１０で判定されると、ステップＳ１１でエンジンが停止され、ステップＳ１２ではエンジン冷却液の温度Ｔ１が所定値以上となっているかが判定され、ステップＳ１３では強電系冷却液の温度Ｔ２がエンジン冷却液の温度Ｔ１よりも高くなっているか否かが判定されて、高くなっている場合にはステップＳ１４において三方弁強電系接続が実行されて図２に示すように強電系冷却液がヒータユニット２０に供給される。ステップＳ１においてエンジン始動信号が出力されないときにも、ステップＳ１２，Ｓ１３を経て三方弁強電系接続が実行される。

このようにステップＳ２〜ステップＳ６においては、エンジン１０には最も昇温された冷却液が流れ込むように冷却液循環経路が切り換えられるので、エンジン１０が暖機状態となり、始動時の燃料増量や未燃焼ガスの発生を抑制することができる。エンジン１０が暖機状態となると、ステップＳ７においてエンジン１０を始動する。また、エンジン１０の作動状態にかかわらず、ヒータユニット２０には最も昇温された冷却液が流れ込むように冷却液循環経路が切り換えられるので、車室内の暖房性の向上を図ることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示実施の形態においてはエンジン動力も駆動輪に伝達するタイプのハイブリッド車両の暖房装置を示すが、エンジンを発電機の駆動のみに用いるタイプのシリーズ方式に加えて、パラレル方式およびシリーズパラレル方式のいずれのハイブリッド車両にも本発明を適用することができる。また、経路切換手段としての三方弁２３，２４は回転形でもスライド形のスプールでも良い。さらに、水温センサ１４はエンジン１０内を流れるエンジン冷却液の温度を検出するためにエンジン冷却経路１２に設けられているが、水温センサ１４をエンジン１０に取り付けるようにしても良く、同様に水温センサ１８を強電系ユニット１１に取り付けるようにしても良い。

本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の暖房装置を示す概略図である。 三方弁の作動により強電系ユニットの冷却液がヒータユニットに循環している状態を示す概略図である。 三方弁の作動により強電系ユニットの冷却液とエンジン冷却液の両方をヒータコアに循環供給している状態を示す概略図である。 三方弁の作動によりエンジン冷却液のみをヒータユニットに循環させるようにした状態を示す概略図である。 ハイブリッド車両の暖房装置の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 強電系ユニット
１２ エンジン冷却経路
１３ エンジン用ラジエータ
１４ 水温センサ
１５ ウォータポンプ
１６ 強電系用ラジエータ
１７ 強電系冷却経路
１８ 水温センサ
１９ ウォータポンプ
２０ ヒータユニット
２３，２４ 三方弁（経路切換手段）

Claims (6)

1. エンジンと電動モータとを駆動源とするハイブリッド車両の車室内を暖房するハイブリッド車両の暖房装置であって、
   前記エンジンとエンジン用ラジエータとを直列に接続しエンジン冷却液を循環させるエンジン冷却経路と、
   前記電動モータを備える強電系ユニットと強電系用ラジエータとを直列に接続し強電系冷却液を循環させる強電系冷却経路と、
   前記エンジンと前記強電系ユニットとに並列に接続され、冷却液を循環させて前記車室内に吹き出される空気を加熱するヒータユニットとを有することを特徴とするハイブリッド車両の暖房装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の暖房装置において、前記エンジンと前記強電系ユニットと前記ヒータユニットの流入口との間に第１の経路切換手段を設け、前記エンジンと前記強電系ユニットと前記ヒータユニットの流出口との間に第２の経路切換手段を設け、前記エンジンと前記強電系ユニットと前記ヒータユニットのうち少なくともいずれか２つを連通することを特徴とするハイブリッド車両の暖房装置。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の暖房装置において、前記エンジン冷却液の温度を検出する第１の水温センサと、前記強電系冷却液の温度を検出する第２の水温センサとを有することを特徴とするハイブリッド車両の暖房装置。
4. 請求項３記載のハイブリッド車両の暖房装置において、前記エンジン冷却液の温度が所定値以下のときは前記強電系ユニットと前記ヒータユニットとを連通し、前記エンジン冷却液の温度が所定値以上のときは前記エンジンと前記ヒータユニットとを連通することを特徴とするハイブリッド車両の暖房装置。
5. 請求項３記載のハイブリッド車両の暖房装置において、前記強電系冷却液の温度と前記エンジン冷却液の温度との温度差が所定値以上のときは、前記強電系ユニットを前記ヒータユニットと前記エンジンとに連通することを特徴とするハイブリッド車両の暖房装置。
6. 請求項３記載のハイブリッド車両の暖房装置において、前記エンジン冷却液の温度と前記強電系冷却液の温度とで温度が高い方の冷却液を前記ヒータユニットに供給することを特徴とするハイブリッド車両の暖房装置。
   
   

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