JP2010095152A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンまたは電動機の一方の熱を、他方の温度調整に利用することのできる温度制御装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載され、かつ、燃料を燃焼させることにより、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、車両に搭載され、かつ、電気エネルギを運動エネルギに変換して車輪に伝達する動力を発生する電動機と、エンジンおよび電動機との間で熱交換をおこなう熱媒体が通る共通の媒体通路１３とが設けられている、温度制御装置において、電動機に電力を供給して駆動させる電動機制御手段（ステップＳ１）と、電動機の温度が所定温度以上になったか否かを判断する温度判断手段（ステップＳ３）と、電動機の温度が所定温度以上になったと判断された場合は、電動機の熱を熱媒体を経由してエンジンに伝達することにより、エンジンの温度を上昇させる暖機手段（ステップＳ４）とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、駆動力源としてエンジンおよび電動機が搭載された車両における、温度制御装置に関するものである。

従来、駆動力源としてエンジンおよび電動機が搭載された車両では、エンジンおよび電動機が共に発熱するため、そのエンジンおよび電動機を冷却したり、あるいは、エンジンおよび電動機を、効率が良好となる温度となるように暖機することが知られており、その一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド自動車用冷却システムは、エンジンと電動モータとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車に適用されるものであり、エンジンおよび電動モータに共通する冷却水通路が形成されており、この冷却水通路は環状に構成されている。この冷却水通路には、複数のラジエータおよび複数のポンプが設けられており、かつ、冷却水の流れ方向を切り替える流量分配バルブが設けられている。そして、エンジンの発熱量が増大した場合は、冷却水により冷却され、電動モータが冷却された場合も冷却水により冷却される。さらに、ラジエータおよび冷却水通路を共用できるので、システムの小型化および簡素化を図ることができるものとされている。なお、車両用の冷却装置は特許文献２、特許文献３に記載され、車両の内燃機関を暖機する蓄熱システムは特許文献４に記載されている。

特開２００５−１１３８３１号公報 特開２００６−３２５３６７号公報 特開２００８−１０５６０５号公報 特開２００４−８４５８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている冷却システムでは、エンジンの熱を冷却水に伝達してエンジンを冷却し、電動モータの熱を冷却水に伝達して電動モータを冷却しているため、エンジンまたは電動機の熱を有効に利用しているとは言い得ず、その点で改善の余地が残されていた。

この発明は上記事情を背景としてなされたものであって、エンジンまたは電動機の一方の熱を、他方の温度調整に利用することのできる温度制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、車両に搭載され、かつ、燃料を燃焼させることにより、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、車両に搭載され、かつ、電気エネルギを運動エネルギに変換して車輪に伝達する動力を発生する電動機と、前記エンジンおよび前記電動機との間で熱交換をおこなう熱媒体が通る共通の媒体通路とが設けられている、温度制御装置において、前記電動機に電力を供給して駆動させる電動機制御手段と、前記電動機が駆動されて、この電動機の温度がその電動機の効率に基づいて予め定められた所定温度以上になったか否かを判断する温度判断手段と、この電動機の温度が前記所定温度以上になったと判断された場合は、前記電動機の熱を前記熱媒体により前記エンジンに伝達することにより、前記エンジンの温度を上昇させる暖機手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、車両に搭載され、かつ、燃料を燃焼させることにより、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、車両に搭載され、かつ、電気エネルギを運動エネルギに変換して車輪に伝達する動力を発生する電動機と、前記エンジンおよび前記電動機との間で熱交換をおこなう熱媒体が通る共通の媒体通路とが設けられている、温度制御装置において、前記電動機に電力を供給して駆動する要求があるときに、前記電動機の温度が、その電動機の効率に基づいて予め定めた所定温度以下であるか否かを判断する温度判断手段と、前記電動機の温度が前記所定温度以下であると判断された場合は、前記エンジンの熱を前記熱媒体により前記電動機に伝達することにより、前記電動機の温度を上昇させる暖機手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、電動機の温度が所定温度以上になった場合は、電動機の熱を熱媒体によりエンジンに伝達することにより、エンジンの温度を上昇させることができる。したがって、電動機の熱を有効使用して、エンジンを燃焼効率の良好な温度に保持することができ、燃費が向上する。

請求項２の発明は、電動機の温度が所定温度以下であると判断された場合は、エンジンの熱を熱媒体により電動機に伝達することにより、電動機の温度を上昇させることができる。したがって、エンジンの熱を有効に利用して電動機の温度を効率が良好な温度にすることができる。

つぎに、この発明の具体例を図面に基づいて説明する。図２は、この発明の対象である車両１の概念図である。この車両１は、前輪２および後輪３で駆動力を発生することのできる四輪駆動車である。まず、後輪３に伝達する動力を発生する駆動力源としてエンジン４が搭載されている。このエンジン４は、燃焼室に燃料を供給して燃焼させ、その熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する動力装置である。このエンジン４としては、内燃機関、具体的には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いることができる。このエンジン４の出力軸から後輪３に至る動力伝達経路には、変速機５が設けられている。この変速機５は、入力回転数と出力回転数との比を変更可能である。変速機５としては、変速比を段階的（不連続）に変更可能な有段変速機、または、変速比を無段階（連続的）に変更可能な無段変速機を用いることができる。変速機５の入力要素がエンジン４の出力軸に連結され、変速機５の出力要素が、プロペラシャフト６を介在させて後輪３に連結されている。

ここで、有段変速機としては、遊星歯車式変速機、選択歯車式変速機、常時噛み合い式変速機などが挙げられる。無段変速機としては、ベルト式無段変速機、トロイダル式無段変速機、遊星歯車式無段変速機などが挙げられる。遊星歯車式無段変速機は、相互に差動回転可能な３つの回転要素を有しており、そのうちの入力要素にエンジンの出力軸が連結され、反力要素にモータ・ジェネレータ（図示せず）が連結され、出力要素にプロペラシャフト６が連結されている。そして、反力要素であるモータ・ジェネレータの回転数を制御することにより、遊星歯車式無段変速機の変速比が制御される。このプロペラシャフト６から後輪３に至る動力伝達経路には終減速機７が設けられており、その終減速機７と後輪３とが、アクスルシャフト８により連結されている。

さらに、前輪２に伝達する動力を発生する駆動力源としてモータ・ジェネレータ９が搭載されている。このモータ・ジェネレータ９は車体の下方に設けられており、左右の前輪２毎に、それぞれ別個のモータ・ジェネレータ９が設けられている。また、前記モータ・ジェネレータ９との間で電力の授受をおこなう蓄電装置１０が、車両１に搭載されている。この蓄電装置１０は、充電および放電をおこなうことのできる二次電池であり、蓄電装置１０はバッテリまたはキャパシタの何れでもよい。

さらに、前記モータ・ジェネレータ９を冷却する冷却機構１１が設けられている。この冷却機構１１は、車両１の走行時に空気を取り込むダクト（通気管）を有しており、そのダクトの空気排出口がモータ・ジェネレータ９に向けられている。具体的には、モータ・ジェネレータ３の下方にはアンダーパネル（図示せず）が設けられており、そのダクトから排出された空気がアンダーパネルに接触する構成である。また、ダクトを通る空気量を調整する流量調整バルブ１２が設けられている。この流量調整バルブ１２は、例えばソレノイドバルブにより構成されており、電流値の制御によりダクトを通る空気量を調整できる。

そして、この実施例では、モータ・ジェネレータ９およびエンジン４および変速機５の温度を上昇または低下させることのできる温度制御装置が設けられている。この温度制御装置は、３つの媒体通路１３，１４，１５を有している。まず、第１媒体通路１３は、エンジン４が設けられた空間と、モータ・ジェネレータ９が設けられた空間との間で、熱媒体が行き来できる通路を形成するものである。この第１媒体通路１３は、金属製のパイプ、あるいはゴム製のホースなどにより構成されている。また、第１媒体通路１３において、前記エンジン２が配置された空間およびモータ・ジェネレータ９が配置された空間に配置される個所は、熱伝導性に優れた金属製のパイプにより形成されている。さらに、第１媒体通路１３の途中には、熱媒体の流量を調整する流量調整バルブ１６が設けられているとともに、熱媒体の輸送圧力を発生させるポンプ１７が設けられている。流量調整バルブ１７を開放し、かつ、このポンプ１７が駆動させると、第１媒体通路１３内の熱媒体を、エンジン４側からモータ・ジェネレータ９側に向けて輸送し、あるいは、モータ・ジェネレータ９側からエンジン４側に向けて輸送することができる。この第１媒体通路１３を環状に構成すれば、熱媒体を第１媒体通路１３内で循環させることができる。なお、流量調整バルブ１６により第１媒体通路１３を遮断すると、熱媒体が行き来できなくなる。

つぎに、エンジン４が設けられた空間と、変速機５が設けられた空間との間で、熱媒体が行き来できる通路を形成する第２媒体通路１４について説明する。この第２媒体通路１４は、金属製のパイプ、あるいはゴム製のホースなどにより構成されている。また、第２媒体通路１４において、前記エンジン４が配置された空間および変速機５が配置された空間に配置される個所は、熱伝導性に優れた金属製のパイプにより形成されている。さらに、第２媒体通路１４の途中には、熱媒体の流量を調整する流量調整バルブ１８が設けられているとともに、熱媒体の輸送圧力を発生させるポンプ１９が設けられている。流量調整バルブ１８が開放され、かつ、ポンプ１９が駆動させると、第２媒体通路１４内の熱媒体を、エンジン４側から変速機５側に向けて輸送し、あるいは、変速機５側からエンジン４側に向けて輸送することができる。この第２媒体通路１４を環状に構成すれば、熱媒体を第２媒体通路１４内で循環させることもできる。なお、流量調整バルブ１８により第２媒体通路１４を遮断すると、熱媒体が行き来できなくなる。

さらに、モータ・ジェネレータ９が設けられた空間と、変速機５が設けられた空間との間で、熱媒体が行き来できる通路を形成する第３媒体通路１５について説明する。この第３媒体通路１５は、金属製のパイプ、あるいはゴム製のホースなどにより構成されている。また、第３媒体通路１５において、前記モータ・ジェネレータ９が配置された空間および変速機５が配置された空間に配置される個所は、熱伝導性に優れた金属製のパイプにより形成されている。さらに、第３媒体通路１５の途中には、熱媒体の流量を調整する流量調整バルブ２０が設けられているとともに、熱媒体の輸送圧力を発生させるポンプ２１が設けられている。流量調整バルブ２０が開放され、かつ、ポンプ２１が駆動させると、第３媒体通路１５内の熱媒体を、モータ・ジェネレータ９側から変速機５側に向けて輸送し、あるいは、変速機５側からモータ・ジェネレータ９側に向けて輸送することができる。この第３媒体通路１５を環状に構成すれば、熱媒体を第３媒体通路１５内で循環させることもできる。なお、流量調整バルブ２０により第３媒体通路１５を遮断すると、熱媒体が行き来できなくなる。

前記の第１媒体通路１３ないし第３媒体通路１５内の熱媒体は、エンジン４およびモータ・ジェネレータ９および変速機５との間で、熱交換をおこなうことのできる圧縮性流体であり、熱媒体としては、例えば、水、オイルなどを用いることができる。さらに、車両１には電子制御装置２２が設けられており、この電子制御装置２２には、加速要求、車速、エンジン回転数およびエンジントルク、モータ・ジェネレータ９の回転数およびトルク、エンジン４の温度、モータ・ジェネレータ９の温度、変速機５の温度、蓄電装置１０の充電量などを示す信号が入力される。エンジン４の温度は、エンジンルームの温度またはエンジン４を冷却する冷却水の温度から判断することができる。変速機５の温度は、変速機５が配置された空間の温度、または変速機５を収納したケーシング内に供給される潤滑油の温度から判断することができる。さらに、モータ・ジェネレータ９の温度は、モータ・ジェネレータ９が配置された空間の温度、モータ・ジェネレータ９が収容されたケーシングに供給される冷却水の温度から判断可能である。

これに対して、電子制御装置２２からは、エンジン出力を制御する信号、モータ・ジェネレータ９の駆動および停止、さらにはモータ・ジェネレータ９の回転数およびトルクを制御する信号が出力される。変速機５が、電子制御装置２２に記憶されている変速比制御マップに基づいて変速比を制御される構成であれば、電子制御装置２２からは変速機５の変速比を制御する信号が出力される。また、電子制御装置２２からは、流量調整バルブ１２，１６，１８，２０を制御する信号、ポンプ１７，１９，２１を制御する信号が出力される。

つぎに、車両１で実行可能な制御例（モードＡ）を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、車両１をモータ・ジェネレータ９の動力で発進させ、エンジン４を停止させる要求が生じているときは、モータ・ジェネレータ９に電力を供給して電動機として駆動させ、そのトルクを前輪２に伝達する（ステップＳ１）。また、このステップＳ２では、流量調整バルブ１２を制御してダクトを閉じる。このようにして、モータ・ジェネレータ９の温度上昇が促進され、蓄熱効率が高められる。そして、モータ・ジェネレータ９の温度が、モータ・ジェネレータ９の効率が良好となるものとして、予め定められた所定温度以上になったか否かが判断される（ステップＳ３）。

このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、エンジン４の運転に備えて、あるいは既に運転されているエンジン４を暖機するために、ポンプ１７を駆動し、かつ、流量調整バルブ１６を制御して、モータ・ジェネレータ９側に存在する熱媒体を、第１媒体通路１３を経由してエンジン４側に輸送し、モータ・ジェネレータ９の熱をエンジン４に伝達して、エンジン４を暖機する制御をおこない（ステップＳ４）リターンする。このステップＳ４の処理により、エンジン４の暖機が促進され、エンジン４で燃費が向上する。前記ステップＳ３で否定的に判断された場合は、ステップＳ４をおこなわずにリターンする。なお、ステップＳ１およびステップＳ２は同時におこなってもよいし、ステップＳ２を先におこない、ステップＳ１を後におこなってもよい。さらに、図１の制御の実行時に、変速機４の温度は適正であるため、第２媒体通路１４および第３媒体通路１５を遮断する制御をおこなう。この図１は、請求項１に対応する例であり、図１に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１が、この発明の電動機制御手段に相当し、ステップＳ３が、この発明の温度判断手段に相当し、ステップＳ４が、この発明の暖機手段に相当する。

つぎに、車両１で実行可能な他の制御例（モードＢ）を、図４のフローチャートに基づいて説明する。まず、エンジン４を運転させ、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動させる要求が生じているとき（ステップＳ１１）、モータ・ジェネレータ９の温度が、効率が良好であるものとして予め定めた所定温度以下であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。このステップＳ１２で肯定的に判断されるということは、モータ・ジェネレータ９の効率が相対的に低いため、流量調整バルブ１１を制御してダクトを閉じる（ステップＳ１３）。また、エンジン４の熱を第１媒体通路１３を経由してモータ・ジェネレータ９に伝達して、モータ・ジェネレータ９を暖機する制御をおこない（ステップＳ１４）、リターンする。この処理により、モータ・ジェネレータ９の温度が効率の良好な温度になる。なお、ステップＳ１２で否定的に判断された場合は、ステップＳ１４の処理をおこなわずにリターンする。さらに、図４の制御の実行時に、変速機４の温度は適正であるため、第２媒体通路１４および第３媒体通路１５を遮断する制御をおこなう。ここで、図４に示された機能的手段と、請求項２の発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１２が、この発明の温度判断手段に相当し、ステップＳ１４が、この発明の暖機手段に相当する。

さらに他の制御例（モードＣ）を説明する。これは、エンジン４を運転し、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動する場合において、モータ・ジェネレータ９の温度が適正であり、エンジン４の温度が高く、変速機５の温度が低温である場合に実行される。具体的には、エンジン４の熱を、第２媒体通路１４を流れる熱媒体を経由させて変速機５に伝達して、その変速機５を暖機する制御をおこなう。また、第１媒体通路１４および第３媒体通路１５を遮断し、冷却機構１１のダクトを閉じる制御をおこなう。これにより、変速機５の回転要素の回転による引き摺りが低減されて、動力損失が抑制される。したがって、エンジン４の燃費が向上する。

さらにまた、他の制御例（モードＤ）を説明する。これは、エンジン４を運転し、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動する場合において、モータ・ジェネレータ９の温度が適正であり、エンジン４の温度が低く、変速機５の温度が高温である場合に実行される。具体的には、変速機５の熱を、第２媒体通路１４を流れる熱媒体を経由させてエンジン４に伝達して、そのエンジン４を暖機する制御をおこなう。また、第１媒体通路１３および第３媒体通路１５を遮断し、冷却機構１１のダクトを閉じる制御をおこなう。これにより、エンジン４の暖機が促進されて燃費が向上する。

さらにまた、他の制御例（モードＥ）を説明する。これは、エンジン４を運転し、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動する場合において、エンジン４の温度が適正であり、変速機５の温度が低く、モータ・ジェネレータ９の温度が高温である場合に実行される。具体的には、モータ・ジェネレータ９の熱を、第３媒体通路１５を流れる熱媒体を経由させて変速機５に伝達して、その変速機５を暖機する制御をおこなう。また、第１媒体通路１３および第２媒体通路１４を遮断し、冷却機構１１のダクトを開放する制御をおこなう。これにより、変速機５の暖機が促進されて燃費が向上する。

さらにまた、他の制御例（モードＦ）を説明する。これは、エンジン４を運転し、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動する場合において、エンジン４の温度が適正であり、変速機５の温度が高く、モータ・ジェネレータ９が低温である場合に実行される。具体的には、変速機５の熱を、第３媒体通路１５を流れる熱媒体を経由させてモータ・ジェネレータ９に伝達して、そのモータ・ジェネレータ９を暖機する制御をおこなう。また、第１媒体通路１３および第２媒体通路１４を遮断し、冷却機構１１のダクトを閉じる制御をおこなう。これにより、モータ・ジェネレータ９の暖機が促進されて効率が向上する。

さらにまた、他の制御例（モードＧ）を説明する。これは、エンジン４を運転し、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動する場合において、エンジン４が高温であり、変速機５の温度が高く、モータ・ジェネレータ９が高温である場合に実行される。具体的には、冷却機構１１のダクトを開放するとともに、第１媒体通路１３および第２媒体通路１４および第３媒体通路１５を全て開放する。これにより、まず、ダクトから進入する空気によりモータ・ジェネレータ９が冷却される。そして、モータ・ジェネレータ９の温度がエンジン４の温度よりも低温になると、エンジン４の熱がモータ・ジェネレータ９側に伝達されて、エンジン４が冷却される。また、モータ・ジェネレータ９の温度が変速機５の温度よりも低温になると、変速機５の熱がモータ・ジェネレータ９側に伝達されて、変速機５が冷却される。この処理によりモータ・ジェネレータ９およびエンジン４および変速機５が全て冷却され、エンジン２の燃費が向上し、モータ・ジェネレータ９の過熱が抑制されて効率が向上する。

さらにまた、他の制御例（モードＨ）を説明する。これは、エンジン４を運転し、かつ、モータ・ジェネレータ９を電動機として駆動する場合において、エンジン４が低温であり、変速機５が低温であり、モータ・ジェネレータ９が低温である場合に実行される。具体的には、冷却機構１１のダクトを閉じるとともに、第１媒体通路１３および第２媒体通路１４および第３媒体通路１５を全て遮断する。これにより、モータ・ジェネレータ９およびエンジン４および変速機５が全て温度上昇し、エンジン２の燃費が良好な温度となり、モータ・ジェネレータ９の効率が良好な温度となる。

このように、図２および図３に示された車両１では、モータ・ジェネレータ９およびエンジン４を冷却または暖機するための媒体通路が共用化されている。さらに、モータ・ジェネレータ９および変速機５を冷却または暖機するための媒体通路が共用化されている。さらにまた、変速機５およびエンジン４を冷却または暖機するための媒体通路が共用化されている。なお、図２に示された車両では、モータ・ジェネレータ９の動力が伝達される車輪と、エンジン４の動力が伝達される車輪とが異なる構成であるが、エンジンの動力が伝達される車輪と、モータ・ジェネレータの動力が伝達される車輪とが同じ構成の二輪駆動車または四輪駆動車においても、上記の各制御を実行可能である。

この発明の制御例を示すフローチャートである。 この発明の各制御例を実行可能な車両の概念図である。 図２に示す車両に用いられた温度制御装置の概念図である。 この発明の他の制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両、 ２…前輪、 ３…後輪、 ４…エンジン、 ９…モータ・ジェネレータ、 １３…媒体通路、 ２２…電子制御装置。

Claims (2)

1. 車両に搭載され、かつ、燃料を燃焼させることにより、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、車両に搭載され、かつ、電気エネルギを運動エネルギに変換して車輪に伝達する動力を発生する電動機と、前記エンジンおよび前記電動機との間で熱交換をおこなう熱媒体が通る共通の媒体通路とが設けられている、温度制御装置において、
   前記電動機に電力を供給して駆動させる電動機制御手段と、
   前記電動機が駆動されて、この電動機の温度が、その電動機の効率に基づいて予め定められた所定温度以上になったか否かを判断する温度判断手段と、
   この電動機の温度が前記所定温度以上になったと判断された場合は、前記電動機の熱を前記熱媒体を経由して前記エンジンに伝達することにより、前記エンジンの温度を上昇させる暖機手段と
   を備えていることを特徴とする温度制御装置。
2. 車両に搭載され、かつ、燃料を燃焼させることにより、車輪に伝達する動力を発生するエンジンと、車両に搭載され、かつ、電気エネルギを運動エネルギに変換して車輪に伝達する動力を発生する電動機と、前記エンジンおよび前記電動機との間で熱交換をおこなう熱媒体が通る共通の媒体通路とが設けられている、温度制御装置において、
   前記電動機に電力を供給して駆動する要求があるときに、前記電動機の温度が、その電動機の効率に基づいて予め定めた所定温度以下であるか否かを判断する温度判断手段と、
   前記電動機の温度が前記所定温度以下であると判断された場合は、前記エンジンの熱を前記熱媒体を経由して前記電動機に伝達することにより、前記電動機の温度を上昇させる暖機手段と
   を備えていることを特徴とする温度制御装置。

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