JP2008044406A

JP2008044406A - ハイブリッド車両のモータ冷却装置

Info

Publication number: JP2008044406A
Application number: JP2006218829A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakatsuchi; 健児中土
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】コストを抑制しながらモータジェネレータの冷却性能を向上させる。
【解決手段】エンジン１１の排気系４２には二次空気供給管４５が接続され、モータジェネレータ１２には冷却空気供給管５１が接続される。これらの供給管４５，５１には流路切換弁５０を介して共通供給管４４が接続され、この共通供給管４４にはエアポンプ４１から空気が供給される。流路切換弁５０は、共通供給管４４と二次空気供給管４５とを連通する二次空気供給位置と、共通供給管４４と冷却空気供給管５１とを連通する冷却空気供給位置とに切り換えられる。これにより、モータケース２０内の冷却流路にエアポンプ４１から冷却空気を供給することができ、モータジェネレータ１２を十分に冷却することが可能となる。しかも、二次空気を供給するエアポンプ４１を用いるようにしたので、モータ冷却用に新たなエアポンプを設ける必要がなく、低コスト化を図ることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車両のモータ冷却装置に関する。

エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両にあっては、エンジンを所定の温度範囲に冷却するエンジン用冷却システムに加えて、電動モータを所定の温度範囲に冷却するモータ用冷却システムを設ける必要がある。モータ用冷却システムとしては、モータケースに冷却フィンを形成して走行風を吹き付けるようにした空冷システムや、モータケースにウォータジャケットを形成して冷却水を循環させるようにした水冷システムが提案されている(たとえば、特許文献１参照)。
特開平１１−２２４６０号公報

しかしながら、ハイブリッド車両に搭載される電動モータにあっては、停車時においても発電駆動される場合があるため、停車時に電動モータを十分に冷却することができない空冷システムを採用することは困難であった。また、冷却水を循環させるようにした水冷システムにあっては、停車時であっても電動モータを十分に冷却することが可能となるが、電動モータ用のウォータポンプやラジエータを追加する必要があるため、冷却システムの製造コストや開発コストを引き上げる要因となっていた。

本発明の目的は、コストを抑制しながら電動モータの冷却性能を向上させることにある。

本発明のハイブリッド車両のモータ冷却装置は、エンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車両のモータ冷却装置であって、前記エンジンの排気系に接続され、前記排気系に二次空気を案内する第１空気供給管と、前記電動モータの冷却流路に接続され、前記冷却流路に冷却空気を案内する第２空気供給管と、前記第１および第２空気供給管の双方に接続され、前記排気系と前記冷却流路との少なくともいずれか一方に空気を圧送する空気圧送手段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モータ冷却装置は、前記空気圧送手段と前記第１および第２空気供給管との間に流路切換弁を設け、前記流路切換弁は、前記空気圧送手段と前記第１空気供給管とを連通する二次空気供給位置と、前記空気圧送手段と前記第２空気供給管とを連通する冷却空気供給位置とに切り換えられることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両のモータ冷却装置は、前記エンジンと前記電動モータとは隣接することを特徴とする。

本発明によれば、空気圧送手段から圧送される空気を用いて電動モータを冷却するようにしたので、走行風を得ることができない停車時であっても電動モータを冷却することが可能となる。しかも、エンジンの排気系に二次空気を供給する空気圧送手段を利用するようにしたので、モータ冷却用に新たな空気圧送手段を組み付ける必要がなく、モータ冷却装置の低コスト化を図ることが可能となる。

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はハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０を示すスケルトン図である。図１に示すように、パワーユニット１０には、駆動源としてエンジン１１とモータジェネレータ(電動モータ)１２とが設けられており、モータジェネレータ１２の後方側にはトランスミッション１３が設けられている。エンジン１１やモータジェネレータ１２から出力される動力は、ミッションケース１４内に組み込まれる変速機構１５を介して変速された後に、複数のデファレンシャル機構１６，１７を経て各駆動輪に分配される。図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時にはモータジェネレータ１２が補助的に駆動されている。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１２を発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰エネルギを電気エネルギに変換して回収することが可能となる。

エンジン１１の後方側に隣接して設けられるモータジェネレータ１２は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１１のクランク軸１１ａに連結されるロータ２２とを備えている。また、モータジェネレータ１２のロータ２２に連結されるトルクコンバータ２３は、コンバータケース２４に固定されるポンプインペラ２５と、このポンプインペラ２５に対向するタービンランナ２６とを備えており、トルクコンバータ２３内の作動油を介してポンプインペラ２５からタービンランナ２６に動力を伝達している。

また、トルクコンバータ２３には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１５が変速入力軸２７を介して接続されている。この変速機構１５内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構１５内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸２８と後輪出力軸２９との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構１６が装着されており、このセンタデファレンシャル機構１６を介して後輪出力軸２９と前輪出力軸３０とに動力が分配されている。

このようなハイブリッド車両には、モータジェネレータ１２に電力を供給する高電圧バッテリ(たとえばリチウムイオンバッテリ)３１が搭載されている。この高電圧バッテリ３１にはバッテリ制御ユニット３２が接続されており、バッテリ制御ユニット３２によって高電圧バッテリ３１の充放電が制御されるとともに、電圧、電流、セル温度などに基づき残存容量ＳＯＣが算出されている。また、ハイブリッド車両にはハイブリッド制御ユニット３３が設けられており、このハイブリッド制御ユニット３３には、セレクトレバーの操作レンジを検出するインヒビタスイッチ、アクセルペダルの踏み込み状況を検出するアクセルペダルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出するブレーキペダルセンサ等が接続されている。そして、ハイブリッド制御ユニット３３は、各種制御ユニットや各種センサからの各種情報に基づいて走行状態を判定するとともに、エンジン１１、モータジェネレータ１２、高電圧バッテリ３１等を互いに協調させながら制御するようにしている。

エンジン１１を駆動制御するエンジン制御ユニット３５は、スロットルバルブやインジェクタ等に対して制御信号を出力することにより、エンジントルクやエンジン回転数を制御することが可能となる。また、モータジェネレータ１２を駆動制御するハイブリッド制御ユニット３３は、インバータ３４を介して交流電流の電流値や周波数を制御することにより、交流同期型モータであるモータジェネレータ１２のモータトルクやモータ回転数を制御することが可能となる。なお、各制御ユニット３２，３３，３５は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。

続いて、モータジェネレータ１２を所定の温度範囲に冷却するハイブリッド車両のモータ冷却装置４０について説明する。図２は本発明の一実施の形態であるモータ冷却装置４０を示す概略図であり、図３はモータケース２０の冷却流路構造を示す概略図である。まず、図２に示すように、エンジン１１には外気を吸引して圧送する空気圧送手段としてのエアポンプ４１が搭載されており、このエアポンプ４１と排気系４２を構成する排気マニホールド４３とは共通供給管４４および二次空気供給管(第１空気供給管)４５を介して接続されている。これらの供給管４４，４５を介して排気系４２にエアポンプ４１から二次空気を供給することにより、排気ガス中に含まれる未燃ガスの燃焼を促すことができ、排気系４２に設けられる触媒(たとえば三元触媒)４６の温度を高めて活性化を促すことが可能となる。なお、二次空気供給管４５にはチェックバルブ４７が設けられており、このチェックバルブ４７によってエアポンプ４１に対する排気ガスの流入が防止されている。

また、図２に示すように、共通供給管４４と二次空気供給管４５との間には流路切換弁５０が設けられており、この流路切換弁５０から伸びる冷却空気供給管(第２空気供給管)５１はモータケース２０に接続されている。つまり、共通供給管４４は、流路切換弁５０を介して二次空気供給管４５と冷却空気供給管５１とに接続されることになる。さらに、図３に示すように、モータケース２０内にはステータ２１の外周を囲うように冷却流路５２が形成されており、この冷却流路５２に対して冷却空気供給管５１が開口するようになっている。そして、エアポンプ４１からの空気を二次空気供給管４５から冷却流路５２に供給することにより、モータジェネレータ１２を強制的に冷却することが可能となる。なお、冷却流路５２を流れてモータジェネレータ１２から熱を奪った冷却空気は、図示しない排出孔から外部に排出されるようになっている。

また、冷却流路５２の内壁やモータケース２０の外壁には多数の冷却フィン５３が形成されており、モータジェネレータ１２の冷却効率を向上させることが可能となっている。なお、エアポンプ４１から圧送された空気の供給先を切り換える流路切換弁５０は、共通供給管４４と二次空気供給管４５とを連通させて排気系４２に二次空気を案内する二次空気供給位置と、共通供給管４４と冷却空気供給管５１とを連通させて冷却流路５２に冷却空気を案内する冷却空気供給位置とに切り換えることが可能である。

続いて、ハイブリッド制御ユニット３３、インバータ３４、エンジン制御ユニット３５によって実行される触媒暖機制御およびモータ冷却制御について説明する。なお、触媒暖機制御とは二次空気の供給によって触媒温度を上昇させるための制御であり、モータ冷却制御とは冷却空気の供給によってモータジェネレータ１２を強制冷却するための制御である。触媒暖機制御やモータ冷却制御を実行するため、エンジン１１にはエンジン冷却水の温度(以下、エンジン水温という)を検出する冷却水温センサ５４が取り付けられ、モータジェネレータ１２にはモータ温度を検出するモータ温度センサ５５が取り付けられている。また、触媒４６には触媒温度を検出する触媒温度センサ５６が取り付けられ、触媒４６に排気ガスを案内する排気マニホールド４３には空燃比を検出するフロント空燃比センサ５７が取り付けられ、触媒４６を経た排気ガスが流れる排気管５８には酸素濃度を検出するリヤＯ_２センサ５９が取り付けられている。そして、ハイブリッド制御ユニット３３、インバータ３４、エンジン制御ユニット３５は、各種センサ５４〜５７，５９からの情報に基づいて触媒４６やモータジェネレータ１２の状態を判定するとともに、エアポンプ４１や流路切換弁５０に対して制御信号を出力することになる。

次いで、触媒暖機制御について詳細に説明する。図４は触媒暖機制御の実行手順を示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ１においてイグニッションスイッチがオン操作され、ステップＳ２においてスタータモータの駆動によってエンジン１１が始動されると、ステップＳ３に進み、エンジン水温が所定値Ｌ１を下回るか否かが判定される。ステップＳ３において、エンジン水温が所定値Ｌ１を上回ると判定された場合には、触媒温度の上昇が推定されるとともに触媒４６が活性状態であると判定されるため、そのままルーチンを抜けることになる。一方、ステップＳ３において、エンジン水温が所定値Ｌ１を下回ると判定された場合には、触媒温度の低下が推定されるとともに触媒４６が不活性状態であると判定されるため、ステップＳ４において流路切換弁５０が二次空気供給位置に切り換えられる。続いて、ステップＳ５ではエンジン水温に基づいてエアポンプ４１のポンプ運転時間Ｔ１が設定され、ステップＳ６ではポンプタイマＴのリセット処理が実行される。そして、続くステップＳ７ではエアポンプ４１が駆動されて排気系４２に二次空気が供給され、ステップＳ８ではポンプタイマＴのカウント処理が実行される。なお、ステップＳ６において設定されるポンプ運転時間Ｔ１は、触媒４６を活性化させるために必要な運転時間であり、実験やシミュレーション等に基づいて設定されている。

続いて、ステップＳ９において、ポンプタイマＴがポンプ運転時間Ｔ１を上回るか否かが判定される。ステップＳ９において、ポンプタイマＴがポンプ運転時間Ｔ１を上回ると判定された場合には、触媒温度の上昇が推定されるとともに触媒４６が活性状態であると判定されるため、ステップＳ１０に進み、エアポンプ４１による二次空気の供給が停止されることになる。一方、ステップＳ９において、ポンプタイマＴがポンプ運転時間Ｔ１を下回ると判定された場合には、触媒温度の低下が推定されるとともに触媒４６が不活性状態であると判定されるため、再びステップＳ７から各ステップを実行し、ポンプ運転時間Ｔ１が経過するまでエアポンプ４１の運転が継続されることになる。

このように、エンジン水温から触媒の不活性状態が判定される場合には、排気系４２に二次空気を供給して未燃ガスの燃焼を促すことにより、早期に触媒温度を上昇させて触媒４６の活性化を図るようにしている。このような二次空気供給制御は、リッチ空燃比に制御されるとともに触媒温度が低下しているエンジン始動時に実行されることが多い。なお、前述のフローチャートでは、エンジン水温に基づいて二次空気の供給制御を実行しているが、触媒温度センサ５６から検出される触媒温度に基づいて二次空気の供給制御を実行しても良い。また、リヤＯ_２センサ５９から検出される酸素濃度が所定値を上回る場合に、エアポンプ４１を停止させて二次空気の供給を停止しても良く、エンジン水温が所定温度を上回る場合にエアポンプ４１を停止させて二次空気の供給を停止しても良い。

次いで、モータ冷却制御について説明する。図５はモータ冷却制御の実行手順を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ１０では、モータ温度が所定値Ｈ２を上回るか否かが判定され、モータ温度が所定値Ｈ２を下回ると判定された場合には、モータジェネレータ１２に対する冷却制御が不要であるため、そのままルーチンを抜けることになる。一方、ステップＳ１０において、モータ温度が所定値Ｈ２を上回ると判定された場合には、モータジェネレータ１２に対する冷却制御が必要であるため、ステップＳ１１において流路切換弁５０が冷却空気供給位置に切り換えられ、ステップＳ１２においてエアポンプ４１が駆動されて冷却流路５２に冷却空気が供給される。

続いて、ステップＳ１３では、冷却空気の供給に伴ってモータ温度が所定値Ｌ２を下回って低下したか否かが判定される。ステップＳ１３において、モータ温度が所定値Ｌ２を上回ると判定された場合には、モータジェネレータ１２に対する冷却が不十分であるため、再びステップＳ１２に進み、エアポンプ４１から冷却空気の圧送が継続されることになる。一方、ステップＳ１３において、モータ温度が所定値Ｌ２を下回ると判定された場合には、モータジェネレータ１２が十分に冷却された状態であるため、ステップＳ１４に進み、エアポンプ４１による冷却空気の供給が停止されることになる。

このように、エアポンプ４１から圧送される空気を用いてモータジェネレータ１２を冷却するようにしたので、車両が停止した場合であってもモータジェネレータ１２を所定の温度範囲に冷却することが可能となる。しかも、二次空気を供給するエアポンプ４１を利用してモータジェネレータ１２を冷却するようにしたので、モータ冷却用に新たなエアポンプを組み付ける必要がなく、モータ冷却装置４０の低コスト化を図ることが可能となる。また、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを隣接させるようにしたので、排気系４２と冷却流路５２とを近づけることができ、二次空気供給管４５および冷却空気供給管５１における配管経路の簡素化を図ることが可能となる。これにより、モータ冷却装置４０の更なる低コスト化を図ることが可能となる。なお、エンジン１１の排気系４２に対して二次空気が要求される車両の運転領域と、モータジェネレータ１２に対して冷却空気が要求される車両の運転領域とは、それぞれ別個の運転領域であるため二次空気の供給を損なうことなくモータジェネレータ１２を冷却することが可能となる。

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ことはいうまでもない。たとえば、図示する場合には、パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明のモータ冷却装置４０を適用しているが、これに限られることはなく、シリーズ方式やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明のモータ冷却装置４０を適用しても良い。また、エアポンプ４１としては電動モータによって駆動される電動エアポンプを搭載することが一般的であるが、他の形式のポンプを搭載しても良い。さらに、クランク軸１１ａに連結されてエンジン動力によって駆動されるエアポンプを搭載しても良い。

ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットを示すスケルトン図である。本発明の一実施の形態であるモータ冷却装置を示す概略図である。モータケースの冷却流路構造を示す概略図である。触媒暖機制御の実行手順を示すフローチャートである。モータ冷却制御の実行手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１エンジン
１２モータジェネレータ(電動モータ)
４０モータ冷却装置
４１エアポンプ(空気圧送手段)
４２排気系
４５二次空気供給管(第１空気供給管)
５０流路切換弁
５１冷却空気供給管(第２空気供給管)
５２冷却流路

Claims

エンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車両のモータ冷却装置であって、
前記エンジンの排気系に接続され、前記排気系に二次空気を案内する第１空気供給管と、
前記電動モータの冷却流路に接続され、前記冷却流路に冷却空気を案内する第２空気供給管と、
前記第１および第２空気供給管の双方に接続され、前記排気系と前記冷却流路との少なくともいずれか一方に空気を圧送する空気圧送手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両のモータ冷却装置。
請求項１記載のハイブリッド車両のモータ冷却装置において、
前記空気圧送手段と前記第１および第２空気供給管との間に流路切換弁を設け、
前記流路切換弁は、前記空気圧送手段と前記第１空気供給管とを連通する二次空気供給位置と、前記空気圧送手段と前記第２空気供給管とを連通する冷却空気供給位置とに切り換えられることを特徴とするハイブリッド車両のモータ冷却装置。
請求項１または２記載のハイブリッド車両のモータ冷却装置において、
前記エンジンと前記電動モータとは隣接することを特徴とするハイブリッド車両のモータ冷却装置。