JP2006199206A - 車両の冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド車の冷却装置において、エンジンルーム内における熱交換器の容積を小さくする。
【解決手段】空調用冷却器を、冷却媒体103と冷却風100との間で熱交換させる空冷凝縮器13と、冷却媒体103と低温流体との間で熱交換させる水冷凝縮器14とで構成し、電気系冷却器12で冷却風100と熱交換した電気系冷却水102を、空調用媒体103との間で熱交換させる低温流体として水冷凝縮器14に供給するようにした。
【選択図】 図1

Description

この発明は、車両の冷却装置に関し、詳しくは、駆動源としてエンジンと電動機とを搭載したハイブリッド自動車の冷却装置に関する。
従来、駆動源としてエンジンと電動機とを搭載したハイブリッド自動車には、エンジン用の冷却水(以下、エンジン冷却水)を冷却するためのエンジン冷却器や、エアコンなどの空調用の冷媒(空調用冷媒)を冷却するための凝縮器、さらには電動機などの電気部品用の冷却水(電気系冷却水)を冷却するための電気系冷却器が搭載されている。
このようなハイブリッド車の冷却系に関する従来技術としては、エンジン冷却系とモータ冷却系のそれぞれの冷却水経路を形成し、これらの経路を使用条件などによりバイパス経路で連通させるようにしたものが知られている(特許文献1参照)。
特許第3292080号公報
上記のようなハイブリッド車においては、熱交換器であるエンジン冷却器、凝縮器および電気系冷却器を、冷却風の流れ方向に対して順に配置する構造が用いられている。しかしながら、エンジン冷却器、凝縮器および電気系冷却器を冷却風に対して一列に並べた構造では、エンジンルーム内における熱交換器の容積(集合配置した状態での容積)が大きくなってしまう。このように、エンジンルーム内における熱交換器の容積が大きくなると、車両の前方部分を短くしたいというようなデザイン的な要求に応えることが難しく、またエンジンルーム内に乗員や歩行者保護のためのクラッシャブルゾーンを確保することが難しくなり、さらには車両の小型化や軽量化も難しくなる。
一方、通常(運転)状態では、電気系冷却器を流れる電気系冷却水の温度は約60℃であり、凝縮器を流れる空調用冷媒の温度は約80℃であるため、電気系冷却器を通過した冷却風により凝縮器の空調用冷媒を冷却することができる。しかしながら、空調用の冷媒サイクルが低負荷のときには両者の温度差がほとんどなく、本来の熱交換能力は発揮できなくなるにもかかわらず、この状態でも空調用冷媒を循環させるコンプレッサは通常状態と同じ仕事量で駆動されるため、動力損失が大きなものとなっていた。
この発明の目的は、エンジンルーム内における熱交換器の容積を小さくすることができる車両の冷却装置を提供することにある。
また、上記目的に加えて、低負荷時の動力損失を低減することができる車両の冷却装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、走行用の駆動源として、少なくともエンジンと電動機とを備えた車両の冷却装置であって、前記エンジン用のエンジン冷却水と冷却風との間で熱交換させるエンジン冷却器と、前記電動機用の電気系冷却水と冷却風との間で熱交換させる電気系冷却器と、前記エンジン冷却器の前面に配置されて空調用の冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる空冷冷却器および前記冷却媒体と低温流体との間で熱交換させる水冷冷却器からなる空調系冷却器とを備え、前記電気系冷却器で冷却風と熱交換した電気系冷却水を、前記空調用の冷却媒体との間で熱交換させる低温流体として前記水冷冷却器に供給することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1において、前記電気系冷却器の内部に前記水冷冷却器を設け、前記電気系冷却器で冷却風と熱交換した電気系冷却水を、前記空調用の冷却媒体との間で熱交換させる低温流体として前記水冷冷却器に供給することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2のいずれか一項において、前記電気系冷却器は、前記電気系冷却水と冷却風との間で熱交換するラジエータ部と、このラジエータ部の冷却水入口側と冷却水出口側にそれぞれ配置されたタンク部とを備え、前記冷却水出口側に配置されたタンク部内に前記水冷冷却器を設け、前記電気系冷却器で冷却風と熱交換した電気系冷却水を前記空調用の冷却媒体との間で熱交換させる低温流体として前記水冷冷却器に供給することを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれか一項において、前記エンジン冷却器と前記空冷冷却器器とを一体化したことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1ないし3のいずれか一項において、前記エンジン冷却器と前記電気系冷却器とを一体化したことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1ないし5のいずれか一項において、前記冷却媒体を前記水冷冷却器から前記空冷冷却器に流通させる流路と、前記冷却媒体を前記水冷冷却器をバイパスして前記空冷冷却器に流通させる流路と、前記冷却媒体の流路をいずれか一方に切り換える流路切り換え手段と、前記電気系冷却水の温度が所定値未満、且つ前記空調用の冷却媒体の温度未満のときは、前記流路切り換え手段により前記冷却媒体を前記水冷冷却器から前記空冷冷却器に流通させる流路に切り換え、前記電気系冷却水の温度が所定値以上、または前記空調用の冷却媒体の温度以上のときには、前記流路切り換え手段により前記冷却媒体を前記水冷冷却器をバイパスして前記空冷冷却器に流通させる流路に切り換える制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項1の発明では、空調用冷却器の一部を水冷冷却器で構成し、電気系冷却器で冷却風と熱交換した電気系冷却水を水冷凝縮器へ供給するようにしたので、空冷冷却器の大きさを水冷冷却器の熱交換能力を補う程度の大きさにすることができ、通常状態において必要とされる熱交換能力を低下させることなしに空冷冷却器の容積を小型化することができる。これに加えて、水冷冷却器をエンジン冷却器や電気系冷却器とともに冷却風の流れ方向に重ねて配置する必要がないため、エンジンルーム内における熱交換器の容積を小さくすることができる。
このように、エンジンルーム内における熱交換器の容積を小さくすることができるため、車両のデザイン的な要求や歩行者保護対策にも容易に対応することが可能となる。しかも、空冷冷却器のサイズ、重量を従来構成よりも小さくすることができるため、これに水冷冷却器を加えた構成としても、車両の小型化や軽量化を図ることができる。
請求項2の発明によれば、電気系冷却器の内部に水冷冷却器を配置し、電気系冷却器で冷却風と熱交換した低温の電気系冷却水を水冷冷却器に供給するようにしたので、エンジン冷却水に比べて低温な電気系冷却水により空調用冷媒を効率良く冷却することができる。
請求項3の発明によれば、エンジンルーム内に水冷冷却器の設置場所を確保したり、電気系冷却器と水冷冷却器との間を接続する配管や継ぎ手などが不要となるため、エンジンルーム内のスペースをより有効に利用することができる。加えて、エンジンルーム内のレイアウトが異なる車種にも設計変更なしに適用可能となり、さらには、外部からの加重や衝撃に対して水冷冷却器を保護することができる。
請求項4の発明によれば、エンジン冷却器と空冷冷却器とを一体化したことにより、エンジン冷却器と空冷冷却器とを別体構造としたものと比べて熱交換器の容積を小さくすることができ、各熱交換器の冷却性能を向上させることができる。また、車両への組み付け工数を削減することができる。
請求項5の発明によれば、エンジン冷却器と電気系冷却器とを一体化したことにより、エンジン冷却器と電気系冷却器とを別体構造としたものと比べて熱交換器の容積を小さくすることができ、また車両への組み付け工数を削減することができる。
請求項6の発明によれば、空調用の冷媒サイクルが低負荷のときには、空調用冷媒と電気系冷却水との温度差がないため、水冷冷却器をバイパスすることによってコンプレッサの無駄な動力損失を低減させることができる。また、負荷の増大などにより電気系冷却水の温度が上昇したときには、水冷冷却器をバイパスすることによって電気系冷却水が水冷冷却器で吸熱するのを抑えることができる。この場合、エアコンの冷却性能は低下するが、電動機などの電気部品用を優先して冷却することができるため、走行時に必要な車両の走行性能を維持することができる。
以下、本発明に係わる車両の冷却装置の実施例について説明する。なお、本実施例に示す冷却装置は、走行用の駆動源としてエンジンと電動機とを備えたハイブリッド自動車に搭載されるものである。また、各図に示す矢印(実線、破線など)は、冷却水や冷媒を流通させるための配管と、その流れ方向を模式的に示したものである。
図1は実施例1に係わる冷却装置の全体構成を示す斜視図、図2は制御系のシステム構成を示すブロック図である。
本実施例に係わる冷却装置10は、図1に示すように、エンジン冷却器11と、電気系冷却器12と、空冷凝縮器13および水冷凝縮器14とを備えて構成されている。
エンジン冷却器11は、エンジン冷却水101と冷却風100との間で熱交換させてエンジン冷却水101を冷却する熱交換器である。このエンジン冷却器11は、エンジン冷却水101と冷却風100との間で熱交換させるラジエータ部と、このラジエータ部の冷却水入口側と冷却水出口側にそれぞれ配置されたタンク部とを備えている(符号を省略)。
電気系冷却器12は、図示しない電動機、インバータ、コンバータなどの電気部品を冷却する電気系冷却水102と冷却風100との間で熱交換させて電気系冷却水102を冷却する熱交換器である。この電気系冷却器12は、電気系冷却水102と冷却風100との間で熱交換させるラジエータ部12aと、このラジエータ部12aの冷却水入口側と冷却水出口側にそれぞれ配置されたタンク部12b,12cとを備えている。
本実施例において、電気系冷却器12とエンジン冷却器11は鉛直方向に積層配置されており、それぞれ別系統の流路からエンジン冷却水101、電気系冷却水102が供給されている。
空冷凝縮器(空冷冷却器)13および水冷凝縮器(水冷冷却器)14は、図示しないエアコンの空調用冷媒103を冷却するための空調用冷却器である。
空冷凝縮器13は、空調用冷媒103と冷却風100との間で熱交換させる熱交換器コア部13aと、この熱交換器コア部13aの冷媒入口側と冷媒出口側にそれぞれ配置されたタンク部13b,13cとを備えている。この空冷凝縮器13は、冷却風100の流れ方向から見てエンジン冷却器11の前面に配置されている。
水冷凝縮器14は、内部に形成された複数の異なる流路に空調用冷媒103と電気系冷却水102とをそれぞれ流通させて熱交換させることにより、空調用冷媒103を冷却する積層型の熱交換器である。
上記空冷凝縮器13と水冷凝縮器14とを結ぶ流路には、制御バルブ(流路切り換え手段)15が接続されている。この制御バルブ15は、図2に示すように、コントローラ16からの切り換え信号によって、空調用冷媒103を水冷凝縮器14から空冷凝縮器13に流通させる流路、または空調用冷媒103を水冷凝縮器14をバイパスして空冷凝縮器13に流通させる流路のいずれか一方に切り換えている。
コントローラ(制御手段)16は、冷却系システムの制御に必要な各種演算処理を実行するマイクロコンピュータ(図示しないCPU、メモリ、タイマ、入出力インターフェースなど)で構成されている。そして、図2に示すように、電気系冷却器12に設けられた温度センサ17で検出された冷却水温度、および空冷凝縮器13に設けられた温度センサ18で検出された冷媒温度を入力するとともに、これらの検出値をもとにしてマイクロコンピュータが制御プログラムに従って演算処理を実行し、空調用冷媒103の流路を切り換えるための切り換え信号を制御バルブ15に出力している。
本実施例におけるコントローラ16では、温度センサ17で検出された電気系冷却水102の温度が65℃未満で、且つ空調用冷媒103の温度未満のときは、空調用冷媒103を水冷凝縮器14から空冷凝縮器13に流通させる流路(以下、適宜に流路A)に切り換えるための切り換え信号を制御バルブ15に出力する処理を実行し、また電気系冷却水102の温度が65℃以上、または空調用冷媒103の温度以上のときには、空調用冷媒103を水冷凝縮器14をバイパスして空冷凝縮器13に流通させる流路(以下、適宜に流路B)に切り換えるための切り換え信号を制御バルブ15に出力する処理を実行している。
なお、流路の切り換えを判断する際の基準となる電気系冷却水102の温度、空調用冷媒103の温度は本実施例の数値例に限らず適宜に設定可能であり、所定の温度範囲をもたせるようにしてもよい。
次に、コントローラ16による流路切り換えの制御手順を図3のフローチャートを参照しながら説明する。
コントローラ16は、電気系冷却器12の温度センサ17で検出された電気系冷却水102の温度Trが65℃未満かどうかを判断する(ステップS101)。ここで電気系冷却水102の温度Trが65℃以下であれば(ステップS101:NO)、続いて電気系冷却水102の温度Trが空調用冷媒103の温度Tc未満かどうかを判断する(ステップS102)。ここで、電気系冷却水102の温度Trが空調用冷媒103の温度Tc未満であれば通常状態と判断し(ステップS102:NO)、空調用冷媒103を水冷凝縮器14から空冷凝縮器13に流通させる流路Aに切り換えるための切り換え信号を制御バルブ15に出力する(ステップS103)。
一方、ステップS101において、電気系冷却水102の温度Trが65℃以上のときは(ステップS101:YES)、負荷の増大などにより電気系冷却水102の温度が上昇したものと判断して、空調用冷媒103を水冷凝縮器14をバイパスして空冷凝縮器13に流通させる流路Bに切り換えるための切り換え信号を制御バルブ15に出力する(ステップS104)。
また、ステップS102において、電気系冷却水102の温度Trが空調用冷媒103の温度Tc以上のときは(ステップS102:YES)、空調用の冷媒サイクルが低負荷であると判断して、空調用冷媒103を水冷凝縮器14をバイパスして空冷凝縮器13に流通させる流路Bに切り換えるための切り換え信号を制御バルブ15に出力する(ステップS104)。
本実施例に係わる冷却装置10では、空調用冷却器として空冷凝縮器13と水冷凝縮器14とを備え、空冷凝縮器13で空調用冷媒103と冷却風100との間で熱交換させるとともに、電気系冷却器12で冷却風100と熱交換した電気系冷却水102を水冷凝縮器14へ供給して空調用冷媒103を冷却するようにしたので、空冷凝縮器13の大きさを水冷凝縮器14の熱交換能力を補う程度の大きさにすることができ、通常状態において必要とされる熱交換能力を低下させることなしに空冷凝縮器13の容積を小型化することができる。
ここで、本実施例における熱交換器の容積を従来構成と比較しながら説明する。図4は、各熱交換器を冷却風の流れ方向に沿って順に配置した場合(現行の冷却装置に相当)の全体構成を示す斜視図である。図4に示すように、冷却風100の流れ方向に向かって電気系冷却器22、空冷凝縮器23、エンジン冷却器21を順に並べて配置した構造では、エンジンルーム内における熱交換器の容積が大きくなる。
しかしながら、本実施例では、空調用冷却器の一部を水冷凝縮器14としているため、この水冷凝縮器14をエンジン冷却器11や電気系冷却器12とともに冷却風100の流れ方向に重ねて配置する必要がなく、また上述したように空冷凝縮器13を小型化することができるため、エンジンルーム内における熱交換器の容積を小さくすることができる。例えば、図1に示すように、水冷凝縮器14をエンジン冷却器11や電気系冷却器12の後方で且つ下側に配置することにより、エンジンルーム内において熱交換器の占める割合を小さくすることができる。
このように、エンジンルーム内における熱交換器の容積を小さくすることができるため、車両のデザイン的な要求や歩行者保護対策にも容易に対応することが可能となる。しかも、空冷凝縮器13のサイズ、重量を図4に示す従来構成よりも小さくすることができるため、これに水冷凝縮器14を加えた構成としても、車両の小型化や軽量化を図ることができる(請求項1の効果)。
また、本実施例では、空調用の冷媒サイクルが低負荷のとき、あるいは負荷の増大などにより電気系冷却水102の温度が上昇したときには、空調用冷媒103を水冷凝縮器14をバイパスして空冷凝縮器13に流通させる流路に切り換えるようにしている。これにより、空調用の冷媒サイクルが低負荷のときには、空調用冷媒103と電気系冷却水102との温度差がなくなるため、水冷凝縮器14をバイパスすることによってコンプレッサの無駄な動力損失を低減させることができる。また、負荷の増大などにより電気系冷却水102の温度が上昇したときには、水冷凝縮器14をバイパスすることによって電気系冷却水102が水冷凝縮器14で吸熱するのを抑えることができる。この場合は、エアコンの冷却性能は低下するものの、電動機などの電気部品用を優先して冷却することができるため、走行時に必要な車両の走行性能を維持することができる(請求項6の効果)。
また、実施例1において、エンジン冷却器11と電気系冷却器12とを一体化した構造の熱交換器を用いてもよい。このような一体型の熱交換器を用いた場合は、エンジン冷却器11と電気系冷却器12とを別体構造としたものと比べて熱交換器の容積を小さくすることができ、また車両への組み付け工数を削減することができる(請求項5の効果)。
さらに、実施例1において、エンジン冷却器11と空冷凝縮器13とを一体化した熱交換器を用いてもよい。このような一体型の熱交換器を用いた場合は、エンジン冷却器11と空冷凝縮器13とを別体構造としたものと比べて熱交換器の容積を小さくすることができ、各熱交換器の冷却性能を向上させることができる。さらに、車両への組み付け工数を削減することができる(請求項4の効果)。
図5は実施例2に係わる冷却装置の全体構成を示す斜視図であり、図1と同等部分を同一符号で表している。
実施例2に係わる冷却装置20では、電気系冷却器12のタンク部12c内に水冷凝縮器14を配置している。本実施例における水冷凝縮器14は、実施例1と同じく内部で空調用冷媒103と電気系冷却水102とを熱交換させる積層型の熱交換器でもよいし、内部に空調用冷媒103を流通させ、本体表面とタンク部12c内を流通する電気系冷却水102との間で熱交換させる方式の熱交換器であってもよい(図5では後者の構造を示す)。この水冷凝縮器14は、温度の低い電気系冷却水102で冷却するために、冷媒出口側となるタンク部12c内に配置している。
本実施例に係わる冷却装置20は、実施例1の効果に加えてさらに以下の効果を有する。
本実施例では、電気系冷却器12の内部に水冷凝縮器14を配置し、電気系冷却器12で冷却風100と熱交換した低温の電気系冷却水102を水冷凝縮器14の全体に供給するように構成したので、エンジン冷却水101に比べて低温な電気系冷却水102により空調用冷媒103を効率良く冷却することができる(請求項2の効果)。
また、水冷凝縮器14を電気系冷却器12のタンク部12c内に配置したのでエンジンルーム内に水冷凝縮器14の設置場所を確保したり、電気系冷却器12と水冷凝縮器14との間を接続する配管や継ぎ手などが不要となるため、エンジンルーム内のスペースをより有効に利用することができる。加えて、エンジンルーム内のレイアウトが異なる車種にも設計変更なしに適用可能となり、さらには、外部からの加重や衝撃に対して水冷凝縮器14を保護することができる(請求項3の効果)。
なお、実施例2において、エンジン冷却器11と電気系冷却器12とを一体化した構造の熱交換器を用いてもよい。このような一体型の熱交換器を用いた場合は、エンジン冷却器11と電気系冷却器12とを別体構造としたものと比べて熱交換器の容積を小さくすることができ、また車両への組み付け工数を削減することができる(請求項5の効果)。
図6は実施例3に係わる冷却装置の全体構成を示す斜視図であり、図5と同等部分を同一符号で表している。
実施例3に係わる冷却装置30では、電気系冷却器12のタンク部12c内に水冷凝縮器14を配置するとともに、エンジン冷却器11と空冷凝縮器13とを一体化した一体型熱交換器19を備えて構成されている。図6に示す一体型熱交換器19では、手前側が空冷凝縮器(13)、奥側はエンジン冷却器(11)となる。
本実施例に係わる冷却装置30は、実施例1および2の効果に加えてさらに以下の効果を有する。
本実施例では一体型熱交換器19を備えているため、空冷凝縮器13とエンジン冷却器11とを別体構造としたものと比べて熱交換器の容積を小さくすることができ、各熱交換器の冷却性能を向上させることができる。さらに、車両への組み付け工数を削減することができる(請求項4の効果)。
実施例1に係わる冷却装置の全体構成を示す斜視図。 制御系のシステム構成を示すブロック図。 コントローラによる流路切り換えの制御手順を示すフローチャート。 各熱交換器を冷却風の流れ方向に沿って順に配置した場合(現行の冷却装置に相当)の全体構成を示す斜視図。 実施例2に係わる冷却装置の全体構成を示す斜視図。 実施例3に係わる冷却装置の全体構成を示す斜視図。
符号の説明
10,20,30…冷却装置
11…エンジン冷却器
12…電気系冷却器
12a…ラジエータ部
12b,12c…タンク部
13…空冷凝縮器
13a…熱交換器コア部
13b,13c…タンク部
14…水冷凝縮器
15…制御バルブ
16…コントローラ
17,18…温度センサ
19…一体型熱交換器
100…冷却風
101…エンジン冷却水
102…電気系冷却水
103…空調用冷媒

Claims (6)

  1. 走行用の駆動源として、少なくともエンジンと電動機とを備えた車両の冷却装置であって、前記エンジン用のエンジン冷却水(101)と冷却風(100)との間で熱交換させるエンジン冷却器(11)と、前記電動機用の電気系冷却水(102)と冷却風(100)との間で熱交換させる電気系冷却器(12)と、前記エンジン冷却器(11)の前面に配置されて空調用の冷却媒体(103)と冷却風(100)との間で熱交換させる空冷冷却器(13)および前記冷却媒体(103)と低温流体との間で熱交換させる水冷冷却器(14)からなる空調系冷却器とを備え、
    前記電気系冷却器(12)で冷却風(100)と熱交換した電気系冷却水(102)を、前記空調用の冷却媒体(103)との間で熱交換させる低温流体として前記水冷冷却器(14)に供給することを特徴とする車両の冷却装置。
  2. 前記電気系冷却器(12)の内部に前記水冷冷却器(14)を設け、前記電気系冷却器(12)で冷却風(100)と熱交換した電気系冷却水(102)を、前記空調用の冷却媒体(103)との間で熱交換させる低温流体として前記水冷冷却器(14)に供給することを特徴とする請求項1に記載の車両の冷却装置。
  3. 前記電気系冷却器(12)は、前記電気系冷却水(102)と冷却風(100)との間で熱交換するラジエータ部(12a)と、このラジエータ部(12a)の冷却水入口側と冷却水出口側にそれぞれ配置されたタンク部(12b,12c)とを備え、
    前記冷却水出口側に配置されたタンク部(12c)内に前記水冷冷却器(14)を設け、前記電気系冷却器(12)で冷却風(100)と熱交換した電気系冷却水(102)を前記空調用の冷却媒体(103)との間で熱交換させる低温流体として前記水冷冷却器(14)に供給することを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の車両の冷却装置。
  4. 前記エンジン冷却器(11)と前記空冷冷却器(13)とを一体化したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の車両の冷却装置。
  5. 前記エンジン冷却器(11)と前記電気系冷却器(12)とを一体化したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の車両の冷却装置。
  6. 前記冷却媒体(103)を前記水冷冷却器(14)から前記空冷冷却器(13)に流通させる流路と、
    前記冷却媒体(103)を前記水冷冷却器(14)をバイパスして前記空冷冷却器(13)に流通させる流路と、
    前記冷却媒体(103)の流路をいずれか一方に切り換える流路切り換え手段(15)と、
    前記電気系冷却水(102)の温度が所定値未満、且つ前記空調用の冷却媒体(103)の温度未満のときは、前記流路切り換え手段(15)により前記冷却媒体(103)を前記水冷冷却器(14)から前記空冷冷却器(13)に流通させる流路に切り換え、前記電気系冷却水(102)の温度が所定値以上、または前記空調用の冷却媒体(103)の温度以上のときには、前記流路切り換え手段(15)により前記冷却媒体(103)を前記水冷冷却器(14)をバイパスして前記空冷冷却器(13)に流通させる流路に切り換える制御手段(16)と、
    を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の車両の冷却装置。
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