JP2008260442A - 車両用冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムにおいて、車室の乗員が感じる、ウォータポンプの動作音による不快な騒音を低減することができるようにする。
【解決手段】車両用冷却システム４０は、電動機冷却系５２の冷却水の温度に基づいて電動機用ウォータポンプ５８の回転速度を変更して冷却水の流量を制御する制御部６６を有する。制御部６６は、冷却水の流量を変更するとき（Ｓ１２０）、ラジエータファン６２の風量を増加させる（Ｓ１４０）。風量の増加により、ラジエータファン６２の動作音が大きくなり、車室の騒音も大きくなるので、乗員が感じる、電動機用ウォータポンプ５８の動作音による不快な騒音を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムに関し、特に冷却水を循環させるポンプの流量を調節可能なシステムに関する。

車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムが知られている。この車両用冷却システムは、通常、冷却水の放熱を行うラジエータと、このラジエータと原動機を接続した循環路と、この循環路に冷却水を循環させるウォータポンプとを有する。このウォータポンプの動作により、ラジエータで放熱された冷却水が原動機に流れると、原動機と冷却水との間で熱交換が行われるので、原動機が冷却される。

下記特許文献１には、原動機として内燃機関と電動機を有するハイブリッド車両に搭載され、内燃機関を冷却する内燃機関冷却用の循環路と、電動機及びインバータを冷却する電動機・インバータ冷却用の循環路との２種の異なる循環路を有する車両用冷却システムが記載されている。この車両用冷却システムにおいては、電動機・インバータ冷却用の循環路を流れる冷却水の温度に基づいてその循環路に設けられたウォータポンプが駆動制御、すなわちポンプの回転速度が制御されることが示されている。この回転速度の制御により、冷却水の流量が調整されて、効果的に電動機・インバータを冷却することができる。

特開２００５−２２４０４２号公報

上記特許文献１の車両用冷却システムにおいては、電動機・インバータ冷却用の循環路を流れる冷却水の流量を変更する場合、その循環路に設けられたウォータポンプの回転速度を変化させている。回転速度が変化する範囲に、ウォータポンプを支持する支持部材などの構造体を共振させる共振周波数領域が含まれる場合、回転速度の変化中において、構造体の共振による音が発生する。この共振による音を含むウォータポンプの動作音は、室内の騒音が低い状態、例えば停車中のとき、車室の乗員に不快感を与えてしまう可能性がある。

本発明の目的は、車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムであって、車室の乗員が感じる、ウォータポンプの動作音による不快な騒音を低減することができる車両用冷却システムを提供することにある。

本発明は、車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムであって、原動機は電動機を含み、電動機に対応して設けられ、冷却水の放熱を行う電動機用ラジエータと、前記電動機用ラジエータに空気を送るラジエータファンと、電動機と前記電動機用ラジエータとに冷却水を循環させるウォータポンプと、冷却水の温度に基づいて前記ウォータポンプの回転速度を変更して冷却水の流量を制御する制御部と、を有し、 前記制御部は、冷却水の流量を変更制御するとき、前記ラジエータファンの風量を増加させることを特徴とする。

また、原動機は、さらに内燃機関を含み、内燃機関に対応して設けられ、冷却水の放熱を行う内燃機関用ラジエータを有し、前記ラジエータファンは、前記内燃機関用ラジエータにも空気を送ることができる。

また、本発明は、内燃機関と電動機とにより駆動されるハイブリッド車両に搭載され、内燃機関と電動機とを、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムであって、電動機に冷却水を循環させるウォータポンプと、電動機に循環する冷却水の温度に基づいて前記ウォータポンプの回転速度を変更して、冷却水の流量を制御する制御部と、内燃機関に対応して設けられ、冷却水の放熱を行う内燃機関用ラジエータと、前記内燃機関用ラジエータに空気を送るラジエータファンと、を有し、前記制御部は、電動機に循環する冷却水の流量を変更制御するとき、前記ラジエータファンの風量を増加させることを特徴とする。

本発明の車両用冷却システムによれば、車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムであって、車室の乗員が感じる、ウォータポンプの動作音による不快な騒音を低減することができる。

以下、本発明に係る車両用冷却システムの実施形態について、図面に従って説明する。なお、一例として、内燃機関と電動機の出力により走行する車両、すなわちハイブリッド車両を挙げ、この車両に搭載される車両用冷却システムについて説明する。なお、本発明は、ハイブリッド車両に限らず、電動機のみを原動機とする車両に搭載された車両用冷却システムにも適用できる。

まず、本実施形態に係る車両用冷却システム４０を搭載するハイブリッド車両１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両用冷却システム４０と、それを搭載するハイブリッド車両１０との概略構成を示す図である。

ハイブリッド車両１０は、原動機として内燃機関１２と、第一の電動機（以下、第一ＭＧと記す）１４と、第二の電動機（以下、第二ＭＧと記す）１６とを有する。原動機１２，１４，１６には、これらの動力を分配、統合する動力分配統合機構１８が接続されている。この動力分配統合機構１８には、ギア機構２０、終減速機構２２を介して駆動輪２４が接続されている。各原動機１２，１４，１６の動力は、動力分配統合機構１８により統合された後に、ギア機構２０、終減速機構２２を介して駆動輪２４に伝達され、ハイブリッド車両１０が走行する。ギア機構２０は、動力分配統合機構１８の出力軸の回転速度を変える機構である。終減速機構２２は、左右の駆動輪２４の回転差を吸収する差動機構を含む。

ハイブリッド車両１０は、走行状態に応じて内燃機関１２と第一及び第二ＭＧ１４，１６の出力を制御することにより、様々な態様の運用を行うことができる。例えば、内燃機関１２または第二ＭＧ１６のどちらか一方で走行する、内燃機関１２と第二ＭＧ１６とを協調して走行する、また内燃機関１２の出力の一部により第一ＭＧ１４で発電を行うなど様々な態様の運用を行うことができる。さらに、減速時において、駆動輪２４から入力されるハイブリッド車両１０の運動エネルギにより第二ＭＧ１６で回生発電を行うことを許容することもできる。

第一及び第二ＭＧ１４，１６は、第一及び第二インバータ２６，２８を介してバッテリ３０にそれぞれ電気的に接続されている。第一ＭＧ１４と第一インバータ２６とは、三相交流用のケーブル３２を介して接続され、第一インバータ２６とバッテリ３０とが直流用のケーブル３４を介して接続されている。また、第二ＭＧ１６と第二インバータ２８とは、三相交流用のケーブル３２を介して接続され、第二インバータ２８とバッテリ３０とが直流用のケーブル３４を介して接続されている。バッテリ３０に蓄えられた直流電力は、第一及び第二インバータ２６，２８により三相交流電力に変換された後に、第一及び第二ＭＧ１４，１６に供給され、これらのＭＧ１４，１６を駆動する。また、第一及び第二ＭＧ１４，１６により発電された三相交流電力は、第一及び第二インバータ２６，２８により直流電力に変換された後に、バッテリ３０に送られ、バッテリ３０に蓄えられる。

ハイブリッド車両１０は、各原動機１２，１４，１６を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システム４０を有している。この車両用冷却システム４０は、内燃機関１２を冷却する内燃機関冷却系４２と、各ＭＧ１４，１６及び各インバータ２６，２８を冷却する電動機・インバータ冷却系（以下、電動機冷却系と記す）５２とを含む。内燃機関冷却系４２と電動機冷却系５２には、冷却水が循環する循環路がそれぞれ別個に形成されている。

内燃機関冷却系４２には、内燃機関１２と、これに対応して設けられた内燃機関用ラジエータ４６とを接続し、冷却水が循環する内燃機関用循環路４４が形成されている。この循環路４４には、冷却水を循環させる内燃機関用ウォータポンプ４８が設けられている。このウォータポンプ４８には、内燃機関１２のクランクシャフト（図示せず）がベルト（図示せず）を介して接続されている。内燃機関１２の動力が、クランクシャフト、ベルトを介して内燃機関用ウォータポンプ４８に伝達され、このウォータポンプ４８を駆動する。内燃機関用ウォータポンプ４８の駆動により、内燃機関用ラジエータ４６で放熱された冷却水が内燃機関１２に流れ、これと冷却水との間で熱交換が行われるので、内燃機関１２が冷却される。

一方、電動機冷却系５２には、各ＭＧ１４，１６及び各インバータ２６，２８と、これらに対応して設けられた電動機用ラジエータ５６とを接続し、冷却水が循環する電動機用循環路５４が形成されている。この循環路５４には、冷却水を循環させる電動機用ウォータポンプ５８が設けられている。このウォータポンプ５８は、電動ポンプであり、駆動用モータ（図示せず）が電動機用ウォータポンプ５８を調節可能に駆動する。このウォータポンプ５８の駆動により、電動機用ラジエータ５６で放熱された冷却水が各ＭＧ１４，１６と各インバータ２６，２８に流れ、それらと冷却水との間で熱交換が行われるので、各ＭＧ１４，１６と各インバータ２６，２８が冷却される。

ハイブリッド車両１０は、車室用の空気調和装置（図示せず）に対応して設けられ、冷却媒体（冷媒）の放熱を行うコンデンサ６４を有する。このコンデンサ６４と各ラジエータ４６，５６とは、一体となって一体化ラジエータ６８を構成する。この一体化ラジエータ６８には、これに空気を送るラジエータファン６２が取り付けられている。ラジエータファン６２は、電動ファンであり、駆動用モータ（図示せず）がラジエータファン６２を調節可能に駆動する。ラジエータファン６２の駆動により、一体化ラジエータ６８に空気が送られ、効果的に冷却水及び冷媒が放熱される。ラジエータファン６２から一体化ラジエータ６８に空気が送られる状態とは、ラジエータファン６２から一体化ラジエータ６８に向けて空気が送り出される状態と、一体化ラジエータ６８からラジエータファン６２に空気が吸い込まれる状態のことである。

車両用冷却システム４０は、各冷却系４２，５２の冷却水の温度に応じて車両用冷却システム４０を適切な動作状態に制御する制御部６６を有する。制御部６６には、車両用冷却システム４０が所定の動作状態になるように調節する各種調節部が接続されている。各種調節部は、例えば、電動機用ウォータポンプ５８とラジエータファン６２との駆動用モータである。また、制御部６６には、各冷却系４２，５２の冷却水の温度を検出する温度センサが接続されている。その温度センサは、内燃機関用温度センサ５０と電動機用温度センサ６０である。内燃機関用温度センサ５０は、内燃機関用循環路４４に設けられ、この循環路４４を流れる冷却水の温度ＴＥを検出する。電動機用温度センサ６０は、電動機用循環路５４に設けられ、この循環路５４を流れる冷却水の温度ＴＨを検出する。また、制御部６６には、冷媒圧力センサ（図示せず）が接続されている。冷媒圧力センサは、コンデンサ６４に接続される冷媒系の流路（図示せず）に設けられ、この流路を流れる冷媒の圧力Ｐを検出する。

制御部６６は、各冷却系４２，５２の冷却水の温度とラジエータファン６２の回転速度とを対応づけたマップを記憶している。すなわち、制御部６６は、冷却水の温度ＴＥとラジエータファン６２の回転速度とを対応づけたマップと、冷却水の温度ＴＨとラジエータファン６２の回転速度とを対応づけたマップとを記憶している。これらのマップから、冷却水の温度ＴＥに対応するラジエータファン６２の回転速度と、冷却水の温度ＴＨに対応するラジエータファン６２の回転速度とがそれぞれ設定される。また、制御部６６は、冷媒の圧力Ｐとラジエータファン６２の回転速度とをそれぞれ対応づけたマップを記憶している。このマップから、冷媒の圧力Ｐに対応するラジエータファン６２の回転速度が設定される。制御部６６は、冷却水の温度ＴＥ，ＴＨ及び冷媒の圧力Ｐに基づいて設定された３つのラジエータファン６２の回転速度から最も大きい値の回転速度を選択する。この回転速度が現状の回転速度と異なる場合、制御部６６は、選択された回転速度を示す制御信号をラジエータファン６２に出力する。その制御信号により、ラジエータファン６２の回転速度が変更され、ラジエータファン６２の風量が変更される。例えば内燃機関冷却系４２の負荷が大きくなり、冷却水の温度ＴＥが高温になった場合、より大きい値のラジエータファン６２の回転速度が設定され、その回転速度が選択され、ラジエータファン６２が制御される。この制御により、ラジエータファン６２の風量が増大し、一体化ラジエータ６８の放熱量が向上するので、効果的に内燃機関冷却系４２の負荷を処理することができる。一方、各冷却系４２，５２及び冷媒系の負荷が小さくなり、冷却水の温度ＴＥ，ＴＨが低温かつ冷媒の圧力Ｐが低圧になった場合、ラジエータファン６２の駆動用モータの電力消費量を考慮して、回転速度が小さくなるようにラジエータファン６２が制御される。

また、制御部６６は、冷却水の温度ＴＨと電動機用ウォータポンプ５８の回転速度とを対応づけたマップとを記憶している。このマップから、冷却水の温度ＴＨに対応する電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が設定される。制御部６６は、冷却水の温度ＴＨに基づいて設定された電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が現状の回転速度と異なる場合、制御部６６は、設定された回転速度を示す制御信号を電動機用ウォータポンプ５８に出力する。その制御信号により、電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が変更され、冷却水の流量が変更される。電動機冷却系５２の負荷が大きくなり、冷却水の温度ＴＨが高温になった場合、より大きい値の電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が設定され、そのウォータポンプ５８が制御される。この制御により、電動機用ウォータポンプ５８の流量が増大し、各ＭＧ１４，１６及び各インバータ２６，２８からの吸熱量と、電動機用ラジエータ５６の放熱量とが向上するので、効果的に電動機冷却系５２の負荷を処理することができる。一方、電動機冷却系５２の負荷が小さくなり、冷却水の温度ＴＨが低温の場合、電動機用ウォータポンプ５８の駆動用モータの電気消費量を考慮して、回転速度が小さくなるように電動機用ウォータポンプ５８が制御される。

次に、電動機冷却系５２における制御部６６の冷却水量制御動作について図を用いて説明する。図２は、電動機冷却系５２における制御部６６の冷却水量制御動作例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１００において、電動機用温度センサ６０から冷却水の温度ＴＨが検出され、ステップＳ１１０においては、検出された冷却水の温度ＴＨに基づいて電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が設定される。

ステップＳ１２０において、現状の電動機用ウォータポンプ５８の回転速度を変更するか否かが判定される。ステップＳ１１０により設定された回転速度と、現状の回転速度とが異なる場合、現状の回転速度を変更すると判定され、ステップＳ１３０に移行する。一方、ステップＳ１１０により設定された回転速度と、現状の回転速度とが同じ場合、現状の回転速度は適正であると判定され、制御動作が終了する。

次に、ステップＳ１３０では、ラジエータファン６２の風量を増加することができる否かが判定される。現状のラジエータファン６２の回転速度が最大値、すなわち出力が１００％のとき、風量を増加することができないと判定され、ステップＳ１５０に移行する。一方、現状のラジエータファン６２の出力が１００％未満の場合、風量を増加することができると判定され、ステップＳ１４０において、ラジエータファン６２の回転速度が増加され、風量が増加される。風量の増加期間は、一時的であり、少なくとも電動機用ウォータポンプ５８の回転速度の変更動作が完了するまでの期間である。

ステップＳ１５０において、電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が設定された回転速度に変更され、冷却水の流量が変更されて、制御動作が終了する。

本実施形態に係る車両用冷却システム４０によれば、電動機冷却系５２の冷却水の流量を変更するとき、ラジエータファン６２の風量を増加させる。ラジエータファン６２の風量の増加により、ラジエータファン６２の動作音が大きくなるので、冷却水の流量を変更するときに車室の乗員が感じる、電動機用ウォータポンプ５８の動作音による不快な騒音を低減することができる。

次に、別の態様の車両用冷却システム７０について図３を用いて説明する。図３は、別の態様の車両用冷却システム７０と、それを搭載するハイブリッド車両１０との概略構成を示す図である。なお、上記実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

車両用冷却システム７０には、内燃機関用ラジエータ７２に対応する内燃機関用ラジエータファン７６と、電動機用ラジエータ７４に対応する電動機用ラジエータファン７８とが設けられている。

制御部８０は、冷却水の温度ＴＥと内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度とを対応づけたマップと、冷却水の温度ＴＨと電動機用ラジエータファン７８の回転速度とを対応づけたマップとを記憶している。これらのマップから、冷却水の温度ＴＥに対応する内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度と、冷却水の温度ＴＨに対応する電動機用ラジエータファン７８の回転速度とがそれぞれ設定される。以下、内燃機関用ラジエータファン７６の風量制御について説明するが、電動機用ラジエータファン７８の風量制御についても同様とすることができる。冷却水の温度ＴＥに基づいて設定された内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度が現状の回転速度と異なる場合、制御部８０は、設定された回転速度を示す制御信号を内燃機関用ラジエータファン７６に出力する。その制御信号により、内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度が変更され、そのラジエータファン７６の風量が変更される。内燃機関冷却系８２の負荷が大きくなり、冷却水の温度ＴＥが高温になった場合、より大きい値の内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度が設定され、そのラジエータファン７６が制御される。この制御により、内燃機関用ラジエータファン７６の風量が増大し、内燃機関用ラジエータ７２の放熱量が向上するので、効果的に内燃機関冷却系８２の負荷を処理することができる。一方、内燃機関冷却系８２の負荷が小さくなり、冷却水の温度ＴＥが低温になった場合、内燃機関用ラジエータファン７６の駆動用モータの電力消費量を考慮して、回転速度が小さくなるように内燃機関用ラジエータファン７６が制御される。

次に、電動機冷却系８４における制御部８０の冷却水量制御動作について図を用いて説明する。図４は、電動機冷却系８４における制御部８０の冷却水量制御動作例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２００において、電動機用温度センサ６０から冷却水の温度ＴＨが検出され、ステップＳ２１０においては、検出された冷却水の温度ＴＨに基づいて電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が設定される。

ステップＳ２２０において、現状の電動機用ウォータポンプ５８の回転速度を変更するか否かが判定される。ステップＳ２１０により設定された回転速度と、現状の回転速度とが異なる場合、現状の回転速度を変更すると判定され、ステップＳ２３０に移行する。一方、ステップＳ２１０により設定された回転速度と、現状の回転速度とが同じ場合、現状の回転速度は適正であると判定され、制御動作が終了する。

次に、ステップＳ２３０では、内燃機関用ラジエータファン７６の風量を増加することができる否かが判定される。現状の内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度が最大値、すなわち出力が１００％のとき、風量を増加することができないと判定され、ステップＳ２５０に移行する。一方、現状の内燃機関用ラジエータファン７６の出力が１００％未満の場合、風量を増加することができると判定され、ステップＳ２４０において、内燃機関用ラジエータファン７６の回転速度が増加され、風量が増加される。風量の増加期間は、一時的であり、少なくとも電動機用ウォータポンプ５８の回転速度の変更動作が完了するまでの期間である。

ステップＳ２５０において、電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が設定された回転速度に変更され、冷却水の流量が変更されて、制御動作が終了する。

本実施形態に係る車両用冷却システム７０によれば、電動機冷却系８４の冷却水の流量を変更するとき、内燃機関用ラジエータファン７６の風量を増加させる。内燃機関用ラジエータファン７６の風量の増加により、内燃機関用ラジエータファン７６の動作音が大きくなるので、冷却水の流量を変更するときに車室の乗員が感じる、電動機用ウォータポンプ５８の動作音による不快な騒音を低減することができる。

本実施形態では、電動機冷却系８４の冷却水の水量が変更制御されるとき、風量を増加させるラジエータファンが内燃機関用ラジエータファン７６である場合について説明したが、この構成に限定されるものではない。動作音が大きくなるのであれば、電動機用ラジエータファン７８であっても、これと内燃機関用ラジエータファン７６との両方であってもよい。

上記各実施形態では、電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が変更されるとき、ラジエータファンの風量を増加させる場合について説明したが、この構成に限定されるものではない。構造体を共振させる共振周波数領域を通過して電動機用ウォータポンプ５８の回転速度が変更されるときに限って、ラジエータファンの風量を増加させてもよい。風量の増加により、ラジエータファンの動作音が大きくなるので、車室の乗員が感じる、共振により発生した音による不快な騒音を低減することができる。なお、共振周波数領域は、予め実験的に求めることができる。

本実施形態に係る車両用冷却システムと、それを搭載するハイブリッド車両との概略構成を示す図である。 電動機冷却系における制御部の制御動作例を示すフローチャートである。 別の態様の車両用冷却システムと、それを搭載するハイブリッド車両との概略構成を示す図である。 電動機冷却系における制御部の別の制御動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１２ 内燃機関、１４ 第一ＭＧ、１６ 第二ＭＧ、４０，７０ 車両用冷却システム、４２，８２ 内燃機関冷却系、４６，７２ 内燃機関用ラジエータ、４８ 内燃機関用ウォータポンプ、５２，８４ 電動機冷却系、５６，７４ 電動機用ラジエータ、５８ 電動機用ウォータポンプ、６２ ラジエータファン、６６，８０ 制御部、７６ 内燃機関用ラジエータファン、７８ 電動機用ラジエータファン。

Claims (3)

1. 車両を駆動する原動機を、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムであって、
   原動機は電動機を含み、
   電動機に対応して設けられ、冷却水の放熱を行う電動機用ラジエータと、
   前記電動機用ラジエータに空気を送るラジエータファンと、
   電動機と前記電動機用ラジエータとに冷却水を循環させるウォータポンプと、
   冷却水の温度に基づいて前記ウォータポンプの回転速度を変更して冷却水の流量を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、冷却水の流量を変更制御するとき、前記ラジエータファンの風量を増加させる、
   ことを特徴とする車両用冷却システム。
2. 請求項１記載の車両用冷却システムにおいて、
   原動機は、さらに内燃機関を含み、
   内燃機関に対応して設けられ、冷却水の放熱を行う内燃機関用ラジエータを有し、
   前記ラジエータファンは、前記内燃機関用ラジエータにも空気を送る、
   ことを特徴とする車両用冷却システム。
3. 内燃機関と電動機とにより駆動されるハイブリッド車両に搭載され、内燃機関と電動機とを、冷却水を介して冷却する車両用冷却システムであって、
   電動機に冷却水を循環させるウォータポンプと、
   電動機に循環する冷却水の温度に基づいて前記ウォータポンプの回転速度を変更して、冷却水の流量を制御する制御部と、
   内燃機関に対応して設けられ、冷却水の放熱を行う内燃機関用ラジエータと、
   前記内燃機関用ラジエータに空気を送るラジエータファンと、
   を有し、
   前記制御部は、電動機に循環する冷却水の流量を変更制御するとき、前記ラジエータファンの風量を増加させる、
   ことを特徴とする車両用冷却システム。

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