JP2006169981A - ハイブリッド車両の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関を停止させた状態であっても、冷却水を循環させてモータやその制御装置の冷却を行うことができ、内燃機関を停止させた状態で走行する領域を拡大させて燃費の向上を図ることができるハイブリッド車両の冷却装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関と共に車両の駆動源とされるモータと、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段と、前記内燃機関を冷却する内燃機関冷却回路と、前記モータおよび前記モータ制御手段を冷却するモータ冷却回路とを共通の冷却水で冷却するハイブリッド車両の冷却装置である。前記冷却水を放熱させるラジエータ内に、前記冷却水の流通経路が異なる複数の流路を備え、前記モータ冷却回路に、前記モータにより作動する冷却水循環手段を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関と共に車両の駆動源とされるモータと、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段と、前記内燃機関および前記モータ制御手段を共通の冷却水により冷却する冷却回路とを備えるハイブリッド車両の冷却装置に関するものである。

近年、車両の駆動源として内燃機関（エンジン）とモータを備え、車両の運転状態に応じて内燃機関とモータとを使い分けることにより、燃料消費量や排出ガス量を低減するハイブリッド車両が開示されている。

例えば、特許文献１には、内燃機関の駆動力をオートマチック制御のマニュアルトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して駆動輪に伝達するとともに、モータの駆動力を前記マニュアルトランスミッションを介さずにデファレンシャルギヤを介して駆動輪に伝達する技術が提案されている。

この種のハイブリッド車両において、内燃機関の冷却に加えて、モータやモータに電力を供給するインバータ等からなる高圧系の電気機器の冷却が必要になる。このような観点から、特許文献２には、内燃機関用冷却系内の水温とモータ用冷却系内の水温に応じて、両冷却系の間で冷却水のやりとりを行うことにより、内燃機関および電動モータの冷却性能の向上等を図る技術が提案されている。また、特許文献３には、ディファレンシャルのケースに形成される歯車が出力軸と回転軸の両方にそれぞれ係合するように構成されることで、変速機とディファレンシャルとの間にハイブリッド車両特有の部品を設ける必要をなくして、駆動源が内燃機関のみである車両の駆動装置に対して大幅な変更を行うことなくハイブリッド車用駆動機構を構成する技術が提案されている。
特開２００４−２７８５２２号公報 特開平１１−２２４６０号公報 特開２００２−１６０５４０号公報

ところで、車両の燃費向上を図る観点から、モータの駆動力で走行したり、減速時に走行エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生処理を行って、内燃機関を停止させた状態で走行する領域を拡大させることが望ましい。
しかしながら、内燃機関やモータ、モータの高圧系の電気機器を冷却する冷却水を、内燃機関により駆動する循環ポンプにより循環させる構成のハイブリッド車両では、内燃機関を停止させるとそれに伴い循環ポンプも停止してしまう。ゆえに、内燃機関が停止した状態では、冷却水が循環されず、その結果、モータやその制御装置を十分に冷却できなくなると、循環ポンプを駆動するために内燃機関を駆動せざるを得なくなってしまう。このため、内燃機関を停止させて走行する領域が制限されてしまい、燃費の向上の障害になるという問題がある。

従って、本発明は、内燃機関を停止させた状態であっても、冷却水を循環させてモータやその制御装置の冷却を行うことができ、内燃機関を停止させた状態で走行する領域を拡大させて燃費の向上を図ることができるハイブリッド車両の冷却装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、内燃機関と共に車両の駆動源とされるモータ（例えば、実施の形態におけるトラクションモータ１６）と、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態におけるパワードライブユニット１４、ダウンバータ１５）と、前記内燃機関を冷却する内燃機関冷却回路（例えば、実施の形態における各流路３０ａ〜３０ｇ）と、前記モータおよび前記モータ制御手段を冷却するモータ冷却回路（例えば、実施の形態における各流路３０ａ〜３０ｈ）とを共通の冷却水で冷却するハイブリッド車両の冷却装置であって、前記冷却水を放熱させるラジエータを備え、前記モータ冷却回路に、前記モータにより作動する冷却水循環手段（例えば、実施の形態におけるウォータポンプ１７、３５）を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、前記内燃機関が停止した状態のときには、前記冷却水循環手段を前記モータにより作動させて、前記モータ冷却回路に冷却水を循環させることで、前記モータおよび前記モータ制御手段に冷却水を流通させることができる。従って、内燃機関が停止した状態であっても、前記ラジエータで放熱された冷却水を前記モータや前記制御手段に流通させて十分に冷却することができるので、循環ポンプを駆動するために内燃機関を駆動する必要がなくなる。このため、内燃機関を停止させて走行する領域を拡大することができ、燃費の向上を図ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記冷却水循環手段は、前記内燃機関により作動するウォータポンプ（例えば、実施の形態におけるウォータポンプ２１）とは別に、さらに設けたウォータポンプ（例えば、実施の形態におけるウォータポンプ１７）であることを特徴とする。
この発明によれば、前記内燃機関の搭載位置に拘束されず、車両の種類や形状に応じた好適な位置に、前記冷却水循環手段であるウォータポンプを配設することができるので、該ウォータポンプのレイアウト自由度を向上することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記冷却水循環手段は、前記内燃機関により作動するウォータポンプ（例えば、実施の形態におけるウォータポンプ３５）であることを特徴とする。
この発明によれば、前記冷却水循環手段を、前記内燃機関により作動するウォータポンプと共用化することで、部品点数を低減できるとともに軽量化を図ることができる。

請求項１に係る発明によれば、内燃機関を停止させて走行する領域を拡大することができ、燃費の向上を図ることができる。
請求項２に係る発明によれば、前記冷却水循環手段であるウォータポンプのレイアウト自由度を向上することができる。
請求項３に係る発明によれば、部品点数を低減できるとともに軽量化を図ることができる。

以下、本発明であるハイブリッド車両の冷却装置の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド車両の冷却装置１０は、例えば図１に示すように、内燃機関１１とモータ１２と変速機（Ｔ／Ｍ）１３とを直列に直結した構造のハイブリッド車両１に搭載されている。このハイブリッド車両１では、車輪Ｗの軸にデフ１８やクラッチ１９を介して連結されたモータ１６をさらに備えている。モータ１６はデフ１８のリングギア部に接続され、クラッチ１９を締結または解放することにより、内燃機関１１等の駆動系に対してモータ１６を接続または分離することができる。本実施の形態では、モータ１６はトラクションモータとして主に機能し、モータ１２にはジェネレータとして主に機能するので、適宜、トラクションモータ１６、ジェネレータモータ１２と称す。
トラクションモータ１６はハイブリッド車両１の運転状態に応じて車両１を駆動する駆動力を発生するようになっている。また、ハイブリッド車両１の減速時に車輪Ｗ側からモータ１６側に駆動力が伝達されると、モータ１６は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

モータ１６の回生作動及び駆動は、モータＥＣＵ（図示略）からの制御指令を受けてＰＤＵ（パワードライブユニット）１４により行われる。ＰＤＵ１４は、例えば複数のトランジスタからなるスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータを備えて構成され、モータ１６と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ等を具備する蓄電装置（図示略）が接続されている。
また、この高圧系の蓄電装置には、ハイブリッド車両１の各種補機類を駆動するための１２ボルトの補助バッテリ（図示略）が、ＤＣ−ＤＣコンバータからなるダウンバータ（Ｄ／Ｖ）１５を介して接続されており、ダウンバータ１５は蓄電装置の電圧を降圧して補助バッテリを充電するようになっている。
なお、このハイブリッド車両１において、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５は、例えば変速機１３の近傍に配置されている。

本実施の形態によるハイブリッド車両の冷却装置１０は、例えば図２に示すように、内燃機関１１により駆動されるウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２１と、トラクションモータ１６により駆動されるウォータポンプ１７と、ラジエータ２２と、サーモスタット２３と、内燃機関１１内部のウォータジャケット２５と、ヒータコア２６と、温度センサ２７とを備えて構成されている。

このハイブリッド車両の冷却装置１０では、例えば、ウォータポンプ２１の下流側にウォータジャケット２５が配置され、このウォータジャケット２５を流通して相対的に高温となった冷却水は２つの第１および第２流路３０ａ，３０ｂに流通するようになっている。
第１流路３０ａにはヒータコア２６が接続され、このヒータコア２６は相対的に高温の冷却水を熱源として空気を加熱しており、このヒータコア２６で熱交換された冷却水は第３流路３０ｃによってウォータポンプ２１へ還流する。

また、第１流路３０ａにはヒータコア２６を迂回して第３流路３０ｃに接続されると共に、スロットルボディ３１に冷却水を供給する第４流路３０ｄが設けられている。
そして、第２流路３０ｂは、ラジエータ２２に冷却水を流通させるための第５流路３０ｅと、例えばこの第５流路３０ｅよりも内径が小さく形成され、第３流路３０ｃに接続される第６流路３０ｆとに分岐するようになっている。
なお、第２流路３０ｂには、ウォータジャケット２５から排出される冷却水の温度を検出する温度センサ２７が備えられている。

ラジエータ２２は、例えば第５流路３０ｅに接続された入口側タンク２２Ａと、サーモスタット２３を介して第３流路３０ｃに接続された第７流路３０ｇに接続される出口側タンク２２Ｂと、入口側タンク２２Ａと出口側タンク２２Ｂとを接続するラジエータ内部の主流路２２ａと、出口側タンク２２Ｂに接続されたラジエータ内部の副流路２２ｂとを備えて構成されている。そして、副流路２２ｂには、例えば対向配置されたＰＤＵ１４およびダウンバータ１５の各ヒートシンク部１４ａ，１５ａと、トラクションモータ１６の冷却流路１２ａとへ冷却水を供給する第８流路３０ｈが接続され、この第８流路３０ｈは第３流路３０ｃに接続されている。

すなわち、ラジエータ２２の内部は仕切り板等によって主流路２２ａと副流路２２ｂとに仕切られており、出口側タンク２２Ｂにおいて主流路２２ａと副流路２２ｂとが連通するように構成されている。
そして、第５流路３０ｅからラジエータ２２の入口側タンク２２Ａに導入された冷却水は、先ず、ラジエータ２２内部の主流路２２ａを流通し、適宜の第１温度（例えば、約８０℃程度等）まで冷却される。
次に、主流路２２ａを流通して出口側タンク２２Ｂに導入された冷却水のうち少なくとも一部は、ラジエータ２２内部の副流路２２ｂを流通し、ラジエータ２２内部での流通経路が相対的に長くなることで第１温度よりも低い適宜の第２温度（例えば、約６０℃程度等）まで冷却可能とされている。
サーモスタット２３は、冷却水の温度が所定温度を超える高温状態であるときに閉状態から開状態へと変化するように設定されている。

本実施の形態によるハイブリッド車両の冷却装置１０は上記構成を備えており、次に、ハイブリッド車両の冷却装置１０の動作について説明する。
このハイブリッド車両の冷却装置１０では、例えば内燃機関１１の始動時等のように冷却水の温度が相対的に低い場合には、サーモスタット２３が閉状態となり、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、ラジエータ２２を迂回するようにしてウォータポンプ２１へ還流するようになっている。
すなわち、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、順次、第１流路３０ａ、ヒータコア２６または第４流路３０ｄ、第３流路３０ｃを流通して、または、第２流路３０ｂ、第６流路３０ｆまたは第５流路３０ｅ、第３流路３０ｃを流通して、ウォータポンプ２１へ還流する。

そして、冷却水の温度が所定の設定温度よりも高くなるとサーモスタット２３が開状態となり、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、さらに、ラジエータ２２へ流通するようになり、ラジエータ２２の主流路２２ａおよび副流路２２ｂを流通する過程でいわば２段階的に冷却された後にＰＤＵ１４およびダウンバータ１５およびトラクション１６へ供給される。
すなわち、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、順次、第１流路３０ａ、第５流路３０ｅ、ラジエータ２２の主流路２２ａ、副流路２２ｂ、第８流路３０ｈ、サーモスタット２３、第３流路３０ｃを流通して、ウォータポンプ２１へ還流する。このとき、ラジエータ２２の主流路２２ａを流通した冷却水は、さらに、第７流路３０ｇから第１サーモスタット２３を介して第３流路３０ｃを流通し、ウォータポンプ２１へ還流するようになる。

また、トラクションモータ１６の駆動力で走行したり、減速時に走行エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生処理を行って、内燃機関１１を停止させた状態で走行するときには、内燃機関１１の停止に伴って、内燃機関１１により駆動されるウォータポンプ２１も停止される。このときに、ウォータポンプ２１とは別に設けられたウォータポンプ１７をトラクションモータ１６により作動させて、ラジエータ２２により放熱された冷却水を第８流路３０ｈから第３流路３０ｃ以降の流路に循環させることで、トラクションモータ１６や、ＰＤＵ１４やダウンバータ１５等のモータ制御手段に、冷却水を流通させることができる。

本実施の形態によるハイブリッド車両の冷却装置１０によれば、単一のラジエータ２２の内部に主流路２２ａと、この主流路２２ａに連通する副流路２２ｂとを設け、いわば２段階で冷却水の温度を低下可能とすることにより、装置構成や冷却水の流通流路が複雑化することを抑制しつつ、複数の系、例えば内燃機関１１と、高圧系（例えば、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５およびトラクションモータ１６等）とに対して、共通の冷却水によって冷却を行うことができる。
しかも、複数の系から排出される冷却水を単一のウォータポンプ２１の上流側で合流させることにより、装置構成を簡略化しつつ、各系の温度状態が所望の状態から逸脱してしまうことを容易に抑制することができる。
また、サーモスタット２３を具備し、例えば内燃機関１１の暖機運転時等において、冷却水がラジエータ２２および高圧系を迂回して流通するように設定されていることから、系の温度を所望の温度まで上昇させる際の昇温特性を向上させることができる。

さらに、内燃機関１１が停止した状態であっても、ラジエータ２２で放熱された冷却水をトラクションモータ１６やその制御手段に流通させて十分に冷却することができるので、ウォータポンプ１７を駆動するために内燃機関１１を駆動する必要がなくなる。このため、内燃機関１１を停止させて走行する領域を拡大することができ、燃費の向上を図ることができる。

そして、本実施の形態では、内燃機関１１により作動するウォータポンプ２１とは別に、トラクションモータ１６により作動するウォータポンプ１７をさらに設けている。これにより、内燃機関１１の搭載位置に拘束されず、車両の種類や形状に応じた好適な位置に、トラクションモータ１６の冷却回路をウォータポンプ１７を配設することができるので、該ウォータポンプ１７のレイアウト自由度を向上することができる。

さらに、本実施の形態では、トラクションモータ１６と車輪Ｗの軸との間にクラッチ１９を介装しているため、トラクションモータ１６を使用しない場合や高車速域などでトラクションモータ１６を使用できない場合にクラッチ１９を解放することでトラクションモータ１６を駆動系から切り離すことができる。これにより、トラクションモータ１６不使用時に無駄なフリクションの増加を抑え、燃費を向上させることができる。ここで、クラッチ１９としてドグクラッチを用いると、クラッチの状態（締結または解放）を維持する際にはエネルギーを付与する必要がなく、切り換える時にのみエネルギーを付与すれば足りるため、燃費の向上に寄与し得る点で好ましい。

次ぎに、本発明の第２の実施の形態におけるハイブリッド車両の冷却装置について、図３、図４を用いて説明する。以下の説明において、前実施の形態と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。図３および図４に示すように、本実施の形態においては、前記内燃機関１１により作動するウォータポンプ３５をトラクションモータ１６によっても作動するように構成している。

すなわち、ウォータポンプ３５は、プーリ３８と、プーリ３９と、ベルト４０とからなる連結機構を介して、内燃機関１１に接続されている。これにより、内燃機関１１のシャフト４１から前記連結機構３８〜４０を介してウォータポンプ３５に回転力が伝達され、ウォータポンプ３５を内燃機関１１により作動することができる。
また、ウォータポンプ３５は、シャフト３６を介してモータ１６に接続されている。これにより、トラクションモータ１６からシャフト３６を介してウォータポンプ３５に回転力が伝達され、ウォータポンプ３５をトラクションモータ１６により作動することができる。

さらに、図４に示すように、ウォータポンプ３５のケース４３内には、インペラ４２を装着したシャフト４４が軸心状に配置されている。ウォータポンプ３５は、シャフト４４の一端部（図４の左側端部）を、プーリ３８にワンウェイクラッチ３７ａを介して接続され、かつ、シャフト４４の他端部（図４の右側端部）を、トラクションモータ１６に接続されたシャフト３６にワンウェイクラッチ３７ｂを介して接続されている。

このように構成したので、内燃機関１１のシャフト４１から連結機構３８〜４０を介して回転力がウォータポンプ３５に伝達されるときには、ワンウェイクラッチ３７ａが締結されてシャフト４４に回転力が伝達され、シャフト４４に装着されたインペラ４２が回転する。このとき、ワンウェイクラッチ３７ｂは、解放されており、シャフト３６に対して空回りするのみでトラクションモータ１６には回転力が伝達されない。

一方、トラクションモータ１６のシャフト３６から回転力がウォータポンプ３５に伝達されるときには、ワンウェイクラッチ３７ｂが締結されてシャフト４４に回転力が伝達され、シャフト４４に装着されたインペラ４２が回転する。このとき、ワンウェイクラッチ３７ａは、解放されており、シャフト３６に対して空回りするのみで内燃機関１１には回転力が伝達されない。
このように、内燃機関１１により作動するウォータポンプと共用化することで、部品点数を低減できるとともに軽量化を図ることができる。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、例えば自動変速機はＡＴ（有段変速機）であってもＣＶＴ（無段変速機）であってもよい。また、実施の形態では、ラジエータ２２内に冷却水の流通経路が異なる複数の流路を備える構成としたが、各流路に個別にラジエータを設けるようにしてもよい。また、トラクションモータ１６とウォータポンプ１７との間に、新たにクラッチを介装してもよい。こうすると、内燃機関１１が作動中で冷却水が十分に循環している状態では、ウォータポンプ１７を切り離して運転することができる。

本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド車両の冷却装置の模式図である。 本発明の第１の実施の形態におけるハイブリッド車両の冷却装置の構成図である。 本発明の第２の実施の形態におけるハイブリッド車両の冷却装置の構成図である。 本発明の第２の実施の形態におけるハイブリッド車両の冷却装置の要部構成図である。

符号の説明

１１…内燃機関
１２…ジェネレータモータ
１３…変速機
１４…パワードライブユニット（モータ制御手段）
１５…ダウンバータ（モータ制御手段）
１６…トラクションモータ
１７、３５…ウォータポンプ（冷却水循環手段）
２１…ウォータポンプ

Claims (3)

1. 内燃機関と共に車両の駆動源とされるモータと、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段と、
   前記内燃機関を冷却する内燃機関冷却回路と、前記モータおよび前記モータ制御手段を冷却するモータ冷却回路とを共通の冷却水で冷却するハイブリッド車両の冷却装置であって、
   前記冷却水を放熱させるラジエータを備え、
   前記モータ冷却回路に、前記モータにより作動する冷却水循環手段を設けたことを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。
2. 前記冷却水循環手段は、前記内燃機関により作動するウォータポンプとは別に、さらに設けたウォータポンプであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の冷却装置。
3. 前記冷却水循環手段は、前記内燃機関により作動するウォータポンプであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の冷却装置。
   

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