JP2010196649A - 車両のヒートマネージメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】更なるヒーター性能の向上を図ることができる車両のヒートマネージメント装置を提供する。
【解決手段】車両のヒートマネージメント装置は、エンジンＥＮＧの冷却水が循環される冷却水回路１０と、車両のパワートレーンを構成するトランスミッションＴＭの作動油が循環される作動油回路１１と、冷却水及び作動油のいずれかが流されるとともに、その流された液体の熱で車室内に送風される空気を暖めるヒーターコア（１３，１７）と、を有して構成されている。こうした車両のヒートマネージメント装置において電子制御ユニット２１は、ヒーター要求が有り、且つ作動油の温度が冷却水の温度よりも高いことを条件に、ヒーターコア（１３，１７）に流す液体として作動油を選択することでより高いヒーター性能を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の熱管理を行う車両のヒートマネージメント装置に関する。

車両では、変形や焼き付きなどの過昇温による不具合を防止するため、車両走行中にエンジンを冷却する必要がある。水冷式エンジンでは、シリンダーやシリンダーヘッドを取り囲むように設けられたウォータージャケットに冷却水を流すとともに、エンジンの熱を吸収して高温となった冷却水を回収して熱交換器であるラジエターに送るようにしている。そしてそのラジエターに当る風により冷却された冷却水を再びウォータージャケットに再循環させることで、エンジンを冷却している。

一方、エンジンの廃熱は、トルクコンバータや変速機などの車両のパワートレーンの作動油（ミッションオイル）の昇温や、車室内の暖房にも利用されている。こうした廃熱の利用は、エンジンで熱せられた冷却水をヒーターコアやオイルウォーマーに送り、車室内に送風される空気やミッションオイルをその熱で暖めることで行われている。

なお近年には、燃費性能やエミッション性能の更なる向上のため、車両全体のより緻密なヒートマネージメント（熱管理）が要望されている。そこで従来、エンジンとモーターとの２つの駆動源を有するハイブリッド車両のヒートマネージメント装置として、特許文献１に記載の装置が提案されている。このヒートマネージメント装置は、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水が循環されるエンジン冷却回路と、モーターやインバータといったハイブリッド車両の電気系やミッションオイルを冷却するためのモーター冷却水が循環されるモーター冷却回路との２つの冷却回路を備えている。そしてそれら冷却回路のうちで冷却水がより高温のものを選択して、車室内の暖房用のヒーターコアに連結するようにしている。

特開２００３−２６２１２７号公報

上記従来のヒートマネージメント装置によれば、２つの冷却回路の冷却水のうちでより高温のものを利用して暖房を行うことができるため、ヒーター性能をある程度に向上することができる。しかしながら、熱の利用効率は未だ十分とは言えず、更なる改良の余地がある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、更なるヒーター性能の向上を図ることのできる車両のヒートマネージメント装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、車両のヒートマネージメント装置であって、エンジンの冷却水が循環される冷却水回路と、パワートレーンの作動油が循環される作動油回路と、前記冷却水及び前記作動油のいずれかが流されるとともに、その流された液体の熱で車室内に送風される空気を暖めるヒーターコアと、を有するとともに、ヒーター要求が有り、且つ前記作動油の温度が前記冷却水の温度よりも高いことを条件に、前記ヒーターコアに流す液体として前記作動油を選択する選択手段を備えることをその要旨としている。

上記構成では、冷却水回路を流れるエンジンの冷却水、及び作動油回路を流れるパワートレーンの作動油のうち、作動油の方が温度が高いときには、その作動油がヒーターコアに流されるようになる。そして作動油の熱で直接に、車室内に送風される空気が暖められるようになる。

上述した従来のヒートマネージメント装置でも、パワートレーンの作動油（ミッションオイル）の熱を用いて暖房を行うことが可能である。ただし、この装置では、作動油と冷却水との熱交換、及び冷却水と空気との熱交換の２つの熱交換を経て作動油の熱が空気に伝えられるものとなっており、作動油からヒーターコアへの熱伝達に冷却水が常に介在するようになっている。すなわち、この従来の装置では、作動油の熱は、冷却水回路の冷却水を介して間接的にしかヒーターコアに伝えられないため、作動油からヒーターコアへの熱の伝達効率は、ある程度に制限されてしまっている。その点、本願発明では、作動油そのものがヒーターコアを流され、作動油の熱で直接空気が暖められるため、作動油からヒーターコアへの熱の伝達効率をより高くすることができ、更なるヒーター性能の向上を図ることができるようになる。

ちなみに、一般にパワートレーンの作動油はエンジンの冷却水に比して比熱が大きく、冷め難い。そのため、前回のエンジン停止から再始動までの経過時間がある程度に短く、作動油が冷め切っていないときには、冷却水よりも作動油の方が高温となっている。そこでこのときのより高温な作動油をヒーターコアの熱源として利用することで、より高いヒーター性能が得られるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両のヒートマネージメント装置において、前記選択手段は、前記作動油の温度が前記冷却水の温度以下であることを条件に、前記ヒーターコアに流す液体として前記冷却水を選択することをその要旨としている。

上記構成では、作動油の温度が冷却水の温度以下であるときには、冷却水がヒーターコアに流されるようになる。そのため、このときのヒーターコアには、より温度の高い冷却水の熱が供給されることとなり、より高いヒーター性能が得られるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の車両のヒートマネージメント装置において、前記選択手段は、エンジンの始動直後であり、且つ前記作動油の温度が前記冷却水の温度以下であることを条件に、前記ヒーターコアに流す液体として前記冷却水を選択することをその要旨としている。

前回のエンジン停止から十分な時間が経過し、エンジンの冷却水及びパワートレーンの作動油が冷め切った状態でエンジンが再始動されるときには通常、その直後における作動油の温度は冷却水の温度よりも低くなる。これは、エンジンの熱でまず冷却水が暖められ、暖められた冷却水の熱で作動油が暖められるためである。こうした状況では、より高温のエンジン冷却水をヒーターコアに流すことで、より高いヒーター性能が得られるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両のヒートマネージメント装置において、前記選択手段は、ヒーター要求が有り、且つ前記作動油の温度が同作動油の要冷却温度以上となっているときには、前記作動油の温度が前記冷却水の温度よりも低くとも、前記ヒーターコアに流す液体として前記作動油を選択することをその要旨としている。

パワートレーンの作動油は、その温度が高くなり過ぎると、粘度が低くなって、ポンプでの汲み上げ量が増大するようになる。また粘度が下れば、被潤滑部位からオイルがすぐに滴下してしまうため、オイルパンの油面が上昇してしまう。そのため、作動油の温度が高過ぎると、ポンプ損失が増して燃費の悪化を招いてしまうようになる。

その点、上記構成では、ヒーター要求が有る状態で、作動油がその冷却を要するまでに高温となると、作動油がヒーターコアに流されるようになる。そのため、ヒーターコアでの放熱で、作動油が冷却されるようになり、油温上昇による燃費の悪化を好適に抑制することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両のヒートマネージメント装置において、前記冷却水回路の冷却水と前記作動油回路の作動油との間で熱交換を行うオイルウォーマーが設けられるとともに、ヒーター要求が無く、且つ前記作動油の温度が前記冷却水の温度よりも高いときには、前記冷却水及び前記作動油のいずれも前記ヒーターコアに流さないように前記選択手段が構成されてなることをその要旨としている。

ヒーター要求がなければ、パワートレーンの作動油をヒーターコアに流すことによる作動油の冷却効果は、非常に限られたものとなる。こうした場合には、冷却水及び作動油のいずれもヒーターコアに流さないようにした方がより好適に作動油の冷却を図ることができる。これは、次の理由による。すなわち、ヒーターコアを流さないようにすれば、ヒーターコアの通過分、通油／通水抵抗が減り、その分、オイルウォーマーの冷却水、作動油の流量が増すことになる。そのため、オイルウォーマーでの作動油の放熱量が増加するようになり、作動油の冷却が促進されるようになる。

本発明の一実施形態に係る車両のヒートマネージメント装置についてそのシステム構成を模式的に示す略図。 同実施形態に採用されるヒートマネージメント制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の車両のヒートマネージメント装置を具体化した一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る車両のヒートマネージメント装置のシステム構成を示している。同図に示すように、車両には、エンジンＥＮＧの冷却水が循環される冷却水回路１０と、パワートレーンの作動油（ミッションオイル）が循環される作動油回路１１とが設けられている。

冷却水回路１０は、エンジンＥＮＧの内部、オイルウォーマー１２を通過し、その後、水用ヒーターコア１３を通過する流路１４とこれをバイパスする流路１５とに分岐された後、再び合流してエンジンＥＮＧに還流するように形成されている。水用ヒーターコア１３では、その内部を流れる冷却水と車室内に送られる空気との間で熱交換が行われるようになっている。なお実際には、冷却水回路１０には、その内部に冷却水を循環させるためのポンプや冷却水を冷却するラジエタが設けられているが、図１ではその図示が省略されている。また冷却水回路１０には、水用ヒーターコア１３への冷却水の流入を阻止し、冷却水がバイパス側の流路１５のみを流れるようにするための水バルブ１６が設けられている。

作動油回路１１は、トランスミッションＴＭ、オイルウォーマー１２を通過し、その後、オイル用ヒーターコア１７を通過する流路１８とこれをバイパスする流路１９とに分岐された後、再び合流してトランスミッションＴＭに還流するように形成されている。冷却水回路１０及び作動油回路１１の双方に接続されたオイルウォーマー１２は、冷却水と作動油との間で熱交換を行い、冷却水の熱による作動油の加熱を行うように構成されている。またオイル用ヒーターコア１７では、その内部を流れる作動油と車室内に送られる空気との間で熱交換が行われるようになっている。更に作動油回路１１には、オイル用ヒーターコア１７への冷却水の流入を阻止し、作動油がバイパス側の流路１９のみを流れるようにするためのオイルバルブ２０が設けられている。なお作動油回路１１には、作動油を循環させるためのポンプが設けられているが、図１ではその図示が省略されている。

またこのヒートマネージメント装置には、水バルブ１６及びオイルバルブ２０を開閉して、各回路（１０，１１）での冷却水／作動油の流れを制御する電子制御ユニット２１が設けられている。この電子制御ユニット２１には、冷却水回路１０を流れる冷却水の温度の検出する水温センサ２２と、作動油回路１１を流れる作動油の温度を検出する油温センサ２３との２つの温度センサの検出信号が入力されている。

図２は、こうした本実施形態の車両のヒートマネージメント装置に採用されるヒートマネージメント制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、車両稼動中に電子制御ユニット２１によって周期的に繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２１は、まずステップＳ１０においてエンジンＥＮＧの始動直後であるか否かを確認する。ここでエンジンＥＮＧの始動直後であれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２１は、ステップＳ２０において、冷却水回路１０を流れる冷却水の温度と作動油回路１１を流れる作動油の温度とを比較する。ここで冷却水の温度が作動油の温度以上であれば（Ｓ２０：ＮＯ）、電子制御ユニット２１はステップＳ３０において、水バルブ１６を開き、オイルバルブ２０を閉じることで、冷却水をヒーターコア（１３，１７）に流すようにしている。このときのヒーターコア（１３，１７）には、より高温の冷却水から熱が供給されるため、作動油から熱を供給する場合よりも高いヒーター性能が得られるようになる。なお作動油の温度が冷却水の温度よりも高ければ（Ｓ２０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２１は処理をステップＳ５０に進める。

一方、エンジンＥＮＧの始動直後でなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、電子制御ユニット２１はステップＳ４０において、作動油の温度が要冷却温度（例えば８０℃）になっているか否かを、すなわち作動油が燃費の悪化を招く虞のある処まで高温化しているか否かを確認する。ここで作動油の温度が要冷却温度未満であれば（Ｓ４０：ＮＯ）、電子制御ユニット２１は処理を上述のステップＳ３０に進め、冷却水をヒーターコア（１３，１７）に流す。そうでなければ（Ｓ４０：ＹＥＳ）、すなわち作動油温が高過ぎれば、電子制御ユニット２１は処理をステップＳ５０に進める。

処理がステップＳ５０に移行すると、電子制御ユニット２１は、ここでヒーター要求の有無を確認する。そのときにヒーター要求が有れば（Ｓ５０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２１はステップＳ６０において、水バルブ１６を閉じ、オイルバルブ２０を開くことで、作動油をヒーターコア（１３，１７）に流すようにしている。これにより、ヒーターコア（１３，１７）には、より高温の作動油から熱が供給されるため、冷却水から熱を供給する場合よりも高いヒーター性能が得られるようになる。またヒーターコア（１７）にて作動油より熱が奪われるため、作動油の過加熱による燃費の悪化を防止することができるようにもなる。

ヒーター要求が無ければ（Ｓ５０：ＮＯ）、電子制御ユニット２１は、ステップＳ７０において、水バルブ１６及びオイルバルブ２０を共に閉じて、冷却水及び作動油のいずれもヒーターコア（１３，１７）に流さないようにしている。この場合、ヒーターが稼動しないため、ヒーターコア（１７）に作動油を流したところで、その冷却は殆どなされないことになる。こうした場合には、ヒーターコア（１３，１７）をバイパスして冷却水／作動油を流すことで、オイルウォーマー１２の冷却水／作動油の流量を増やすことができ、作動油の冷却性能をより良好に確保することができる。

なお以上説明した発明の実施形態では、水バルブ１６、オイルバルブ２０及び電子制御ユニット２１によって上記選択手段が構成されている。
以上説明した本実施形態の車両のヒートマネージメント装置によれば、次の効果を奏することができる。

（１）本実施形態の車両のヒートマネージメント装置は、エンジンＥＮＧの冷却水が循環される冷却水回路１０と、車両のパワートレーンを構成するトランスミッションＴＭの作動油が循環される作動油回路１１とを有している。また本実施形態の車両のヒートマネージメント装置には、冷却水及び作動油のいずれかが流されるとともに、その流された液体の熱で車室内に送風される空気を暖めるヒーターコア（１３，１７）も備えられている。そして電子制御ユニット２１は、ヒーター要求が有り、且つ作動油の温度が冷却水の温度よりも高いことを条件に、ヒーターコア（１３，１７）に流す液体として作動油を選択するようにしている。こうした本実施形態では、冷却水回路１０を流れるエンジンＥＮＧの冷却水、及び作動油回路１１を流れるパワートレーンの作動油のうち、作動油の方が温度が高いときには、その作動油がヒーターコア（１３，１７）に流されるようになる。そして作動油の熱で直接に、車室内に送風される空気が暖められるようになる。そのため、より高温の作動油の熱で直接空気が暖めることができ、作動油からヒーターコアへの熱の伝達効率をより高くすることができるため、更なるヒーター性能の向上を図ることができるようになる。ちなみに、一般にパワートレーンの作動油はエンジンＥＮＧの冷却水に比して比熱が大きく、冷め難い。そのため、前回のエンジン停止から再始動までの経過時間がある程度に短く、作動油が冷め切っていないときには、冷却水よりも作動油の方が高温となっている。そこでこのときのより高温な作動油をヒーターコア（１３，１７）の熱源として利用することで、より高いヒーター性能が得られるようになる。

（２）本実施形態の車両のヒートマネージメント装置では、電子制御ユニット２１は、エンジンＥＮＧの始動直後であり、且つ作動油の温度が冷却水の温度以下であることを条件に、ヒーターコア（１３，１７）に流す液体として冷却水を選択するようにしている。前回のエンジン停止から十分な時間が経過し、冷却水及び作動油が冷め切った状態でエンジンＥＮＧが再始動されるときには通常、その直後における作動油の温度は冷却水の温度よりも低くなる。これは、エンジンの熱でまず冷却水が暖められ、暖められた冷却水の熱で作動油が暖められるためである。こうした状況では、より高温の冷却水をヒーターコアに流すことで、より高いヒーター性能が得られるようになる。

（３）本実施形態の車両のヒートマネージメント装置では、電子制御ユニット２１は、ヒーター要求が有り、且つ作動油の温度が同作動油の要冷却温度以上となっているときには、作動油の温度が冷却水の温度よりも低くとも、ヒーターコア（１３，１７）に流す液体として作動油を選択するようにしている。トランスミッションＴＭの作動油は、その温度が高くなり過ぎると、粘度が低くなって、ポンプでの汲み上げ量が増大するようになる。また粘度が下れば、被潤滑部位からオイルがすぐに滴下してしまうため、オイルパンの油面が上昇してしまう。そのため、作動油の温度が高過ぎると、ポンプ損失が増して燃費の悪化を招いてしまうようになる。その点、本実施形態では、ヒーター要求が有る状態で、作動油がその冷却を要するまでに高温となると、作動油がヒーターコアに流されるようになる。そのため、ヒーターコアでの放熱で、作動油が冷却されるようになり、油温上昇による燃費の悪化を好適に抑制することができるようになる。

（５）本実施形態の車両のヒートマネージメント装置において電子制御ユニット２１は、冷却水回路１０の冷却水と作動油回路１１の作動油との間で熱交換を行うオイルウォーマー１２が設けられるとともに、ヒーター要求が無く、且つ作動油の温度が冷却水の温度よりも高いときには、冷却水及び作動油のいずれもヒーターコア（１３、１７）に流さないようにしている。ヒーター要求がなければ、作動油をヒーターコア（１７）に流すことによる作動油の冷却効果は、非常に限られたものとなる。こうした場合には、冷却水及び作動油のいずれもヒーターコア（１３、１７）に流さないようにした方がより好適に作動油の冷却を図ることができる。すなわち、ヒーターコア（１３、１７）を流さないようにすれば、ヒーターコア（１３、１７）の通油／通水抵抗が減り、その分、オイルウォーマー１２における冷却水／作動油の流量が増すことになる。そしてその結果、オイルウォーマー１２での作動油の放熱量が増加するようになり、作動油の冷却が促進されるようになる。

なお上記実施形態は、次のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、大きくは以下の３つの制御を行っている。このうちの制御（ロ），制御（ハ）のいずれか、若しくはその双方を省略し、制御（イ）さえ行っていれば、ヒーター性能の向上をある程度に図ることができる。
（イ）ヒーター要求が有り、且つエンジンＥＮＧの始動直後に作動油の温度が冷却水の温度よりも高いときには、ヒーターコア（１３，１７）に作動油を流す。
（ロ）ヒーター要求が有り、且つ作動油の温度や要冷却温度に達していれば、ヒーターコア（１３，１７）に作動油を流す。
（ハ）ヒーター要求が無く、且つ作動油の温度が冷却水の温度よりも高いときには、冷却水及び作動油のいずれもヒーターコア（１３、１７）に流さない。

・上記実施形態では、エンジンＥＮＧの始動直後に作動油の温度が冷却水の温度よりも高いときには、ヒーターコア（１３，１７）に作動油を流すようにしていた。もっとも、エンジンＥＮＧの始動直後に限らず、作動油の温度が冷却水の温度よりも高ければ、ヒーターコア（１３，１７）に作動油を流すようにすれば、ヒーター性能の向上を図ることができる。

ＥＮＧ…エンジン、ＴＭ…トランスミッション（パワートレーン）、１０…冷却水回路、１１…作動油回路、１２…オイルウォーマー、１３…水用ヒーターコア、１６…水バルブ（選択手段）、１７…オイル用ヒーターコア、２０…オイルバルブ（選択手段）、２１…電子制御ユニット（選択手段）、２２…水温センサ、２３…油温センサ。

Claims (5)

1. エンジンの冷却水が循環される冷却水回路と、
   パワートレーンの作動油が循環される作動油回路と、
   前記冷却水及び前記作動油のいずれかが流されるとともに、その流された液体の熱で車室内に送風される空気を暖めるヒーターコアと、
   を有するとともに、
   ヒーター要求が有り、且つ前記作動油の温度が前記冷却水の温度よりも高いことを条件に、前記ヒーターコアに流す液体として前記作動油を選択する選択手段を備える
   ことを特徴とする車両のヒートマネージメント装置。
2. 前記選択手段は、前記作動油の温度が前記冷却水の温度以下であることを条件に、前記ヒーターコアに流す液体として前記冷却水を選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両のヒートマネージメント装置。
3. 前記選択手段は、エンジンの始動直後であり、且つ前記作動油の温度が前記冷却水の温度以下であることを条件に、前記ヒーターコアに流す液体として前記冷却水を選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両のヒートマネージメント装置。
4. 前記選択手段は、ヒーター要求が有り、且つ前記作動油の温度が同作動油の要冷却温度以上となっているときには、前記作動油の温度が前記冷却水の温度よりも低くとも、前記ヒーターコアに流す液体として前記作動油を選択する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両のヒートマネージメント装置。
5. 前記冷却水回路の冷却水と前記作動油回路の作動油との間で熱交換を行うオイルウォーマーが設けられるとともに、
   ヒーター要求が無く、且つ前記作動油の温度が前記冷却水の温度よりも高いときには、前記冷却水及び前記作動油のいずれも前記ヒーターコアに流さないように前記選択手段が構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両のヒートマネージメント装置。

Images