JP2013079614A - ハイブリッド過給車用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機器冷却のための回路構成の簡単化及び装置の小型化が図れるハイブリッド過給車用冷却装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド過給車用冷却装置１００は、エンジン冷却水が循環する第１冷却水回路１と、第１冷却水回路１を流通する冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第１ラジエータ１２と、第１冷却水回路１とは独立した別個の回路であって、冷却水が循環する第２冷却水回路２と、第２冷却水回路２の冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第２ラジエータ２２と、第２冷却水回路２に設けられて、第２冷却水回路２の冷却水により冷却され、走行用モータを駆動するインバータ２０と、第２冷却水回路２に設けられて、第２冷却水回路２の冷却水により冷却されるインタークーラ２１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備え、内燃機関及びモータの動力を用いて走行するハイブリッド自動車の各種機器を冷却するハイブリッド過給車用冷却装置に関する。

特許文献１には、過給機を備える自動車において、インタークーラとターボチャージャーを冷却するために、冷却水が循環する冷却水回路を備え、さらに、この回路とは独立してエンジン冷却水が循環するエンジン用冷却回路を備えることが記載されている。

独国特許出願公開第１００２２９６７号明細書

特許文献１に記載の冷却装置を、過給機を備えるハイブリッド過給車両に適用する場合には、走行用モータを駆動するインバータを冷却するためのインバータ用水冷回路と水冷のインタークーラで吸入空気を冷却するためのインタークーラ用水冷回路とが必要になり、エンジンルーム内に搭載する回路構成が煩雑になるという問題がある。さらに、コンデンサ、インタークーラ冷却用のラジエータ、エンジン冷却用のラジエータに加えて、インバータ冷却用のラジエータが必要になるため、これらのラジエータを搭載した場合の必要な設置スペースが拡大化するという問題がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、機器冷却のための回路構成の簡単化及び装置の小型化が図れるハイブリッド過給車用冷却装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲および下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。

請求項１は、過給機を備え、エンジン（１０）による動力及び走行用モータ（１１）による動力を用いて走行するハイブリッド過給車に搭載されるハイブリッド過給車用冷却装置（１００，１００Ａ）に係る発明であって、
エンジンを冷却する冷却水が循環する第１冷却水回路（１）と、第１冷却水回路に設けられ、第１冷却水回路を流通する冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第１ラジエータ（１２）と、第１冷却水回路とは独立した別個の回路であって、冷却水が循環する第２冷却水回路（２，２Ａ）と、第２冷却水回路に設けられ、第２冷却水回路を循環する冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第２ラジエータ（２２）と、第２冷却水回路に設けられて、第２冷却水回路を循環する冷却水により冷却され、走行用モータを駆動するインバータ（２０）と、第２冷却水回路に設けられて、第２冷却水回路を循環する冷却水により冷却されるインタークーラ（２１）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、インバータとインタークーラを、同一の第２冷却水回路を循環する冷却水で冷却することにより、ハイブリッド過給車が備える冷却水回路、冷却水配管、ラジエータ等の個数低減が図れる。これにより、冷却用装置の部品点数を低減でき、設置スペースを抑制することができる。このように、機器冷却のための回路構成の簡単化及び装置の小型化が図れるハイブリッド過給車用冷却装置を提供できる。

請求項２に記載の発明によると、インバータ（２０）とインタークーラ（２１）は、第２冷却水回路（２）において直列になる関係に配置されており、インバータは、第２ラジエータ（２２）から流出した冷却水がインタークーラ（２１）よりも先に流通するように配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、第２ラジエータで外部空気に放熱した冷却水は温度低下した状態で、先にインバータから吸熱して冷却した後、インタークーラから吸熱して冷却する。このため、許容温度条件が厳しいインバータの冷却をエンジンの吸入空気の冷却よりも優先して、インバータの保護を図る冷却装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によると、インバータ（２０）とインタークーラ（２１）は、第２冷却水回路（２Ａ）において並列になる関係に配置されており、第２ラジエータ（２２）から流出した冷却水は、分流してインバータとインタークーラの両方を流通した後、合流する。

この発明によれば、第２ラジエータで外部空気に放熱した冷却水は温度低下した状態で分流し、インバータとインタークーラのそれぞれを流通する。このため、インバータとインタークーラの両方を効果的に冷却できるので、インバータの保護とエンジンシリンダーの吸入空気の冷却による燃費向上とを図る冷却装置を提供することができる。

本発明を適用した第１実施形態に係るハイブリッド過給車用冷却装置の概要を示した構成図である。 本発明を適用した第２実施形態に係るハイブリッド過給車用冷却装置の概要を示した構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
本発明を適用した第１実施形態に係るハイブリッド過給車用冷却装置１００について図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態のハイブリッド過給車用冷却装置１００の概要を示した構成図である。

図１に示すように、ハイブリッド過給車用冷却装置１００は、エンジン１０を流れる冷却水が循環する第１冷却水回路１と、インバータ２０及びインタークーラ２１を流れる冷却水が循環する第２冷却水回路２と、を備え、これらの回路に関係する各機器の作動を制御して、車両で発生する熱の移動を制御する。第２冷却水回路２は、第１冷却水回路１とは独立した別個の回路であり、両回路の冷却水は循環過程において混合しない。

第１冷却水回路１は、内燃系のエンジン１０によって駆動される自動車に搭載される冷却装置の一例であり、配管によって各部品を環状に接続してなり、エンジン１０を冷却する冷却水（例えば、エチレングリコールを含有する冷却水）が循環する。第１冷却水回路１には、冷却水が流れる冷却水通路と空気が通過する空気通路とを有する第１ラジエータ１２と、エンジン１０に接続されるヒータコア（図示せず）と、冷却水を強制的に循環させる駆動力を提供するウォータポンプ１３（以下、単にポンプ１３ともいう）と、が設けられている。

エンジン１０は、水冷式の内燃機関であり、ポンプ１３によってエンジン１０内部のウォータジャケットへ送られる冷却水によって冷却される。第１冷却水回路１は、エンジン１０のウォータジャケットを流れる高温の冷却水が循環する回路である。第１冷却水回路１の通路において、エンジン１０、第１ラジエータ１２及びポンプ１３は直列に接続されている。エンジン１０には、車両の走行用モータであるモータジェネレータ１１が一体に取り付けられている。

第１ラジエータ１２は、冷却水通路を構成する複数本のチューブと、空気通路を構成するチューブ間に配された伝熱フィンとを有し、高温の冷却水を冷却する熱交換器であり、機械式または電動式のポンプ１３の駆動力によってチューブ内を流れる冷却水を外気との熱交換により冷却する。エンジン１０を流出した冷却水は、第１ラジエータ１２で冷却されてから再びエンジン１０に戻ってくるようになっている。

図示しないヒータコアは、車室内（エンジンルームを除く車両内部）に配置される車両用空調装置の空調ユニットケース（図示せず）の内部であって、冷凍サイクルの構成部品である蒸発器（図示せず）よりも空気流れの下流に配される。ヒータコアは、送風機（図示せず）によって送風される空調空気を冷却水との熱交換により加熱する。

第２冷却水回路２は、インバータ２０を構成する部品の温度調節、及びインタークーラ２１での吸入空気の温度調節を行う冷却水（例えば、エチレングリコールを含有する冷却水）が循環する回路である。第２冷却水回路２には、回路中の冷却水の流れる方向に、インバータ２０、インタークーラ２１、第２ラジエータ２２、ウォータポンプ２３（以下、単にポンプ２３ともいう）がこの順に配置されており、これらの機器は直列に接続されている。

第２ラジエータ２２は、低温の冷却水を冷却する低温側ラジエータであり、第１ラジエータ１２よりも低い温度で作動し、機械式もしくは電動式のポンプ２３によって第２冷却水回路２を強制的に循環する冷却水を外気との熱交換により冷却する。第２ラジエータ２２は、冷却水通路を構成する複数本のチューブと、空気通路を構成するチューブ間に配された伝熱フィンとを有し、流通する冷却水を冷却する熱交換器であり、ポンプ２３によってチューブ内を流れる冷却水を外気との熱交換により冷却する。インバータ２０、インタークーラ２１の順に流出した冷却水は、第２ラジエータ２２で冷却されてから再びインバータ２０に戻ってくるようになっている。

また、第２ラジエータ２２、第１ラジエータ１２は、この順に車両前部（例えば、エンジンルームの前部）に並んで配置されており、第２ラジエータ２２の前方には、車両用空調に使用される冷凍サイクルの構成部品の一つであるコンデンサ３２が配置される。

インバータ２０は、モータジェネレータ１１に電力を供給して駆動する電子部品であり、この電力をパワー素子によって調整するように構成されている。パワー素子は、例えば、トランジスタ、ダイオードからなり、電力を変換、調整するために電気回路の一部をオン、オフできるスイッチング素子である。

インタークーラ２１は、過給機で過給された空気を冷却水によって冷却する装置であり、吸気温度の上昇による酸素不足を改善して、エンジン１０の効率を高めて燃費の悪化及び内燃機関の出力低下を抑制することができる。インタークーラ２１は、第２冷却水回路２の冷却水が流れる低温水通路と、低温水通路に隣接して配置されて当該冷却水と熱交換される過給空気が流れる過給空気通路と、を備えている。

制御装置５０は、第１冷却水回路１、第２冷却水回路２等の構成部品の作動を制御する電子制御ユニットである。制御装置５０は、例えば車室内の空調を制御するエアコン電子制御装置や、エンジン１０、モータジェネレータ１１の作動を制御するハイブリッド電子制御装置等に当該制御を担当させる構成としてもよい。

制御装置５０は、マイクロコンピュータと、エンジン１０の起動信号、各種センサ等からの信号が入力される入力回路と、インバータ２０、エンジン１０等に制御用の出力信号を送る出力回路と、を備えている。制御装置５０は、マイクロコンピュータが有する各種プログラムにより演算された結果に基づいて、インバータ２０、エンジン１０等の各作動を制御する。制御装置５０には、イグニッションスイッチがオンして補機バッテリの電力が供給されることにより電源が入るようになっている。また、制御装置５０は、通信コネクタに接続される通信線を介して車両の各種制御装置（例えば車両ＥＣＵ）と通信可能に構成されている。

上記構成のハイブリッド過給車用冷却装置１００では、発明者らが鋭意研究により知見した以下に説示する問題も解決することができる。

ガソリン車では、燃費を向上するためには、排気量を小さくし、これにより低下した出力はターボチャージャー等の過給機で補うことが有効である。過給機を用いた場合の出力は、圧縮した吸気の密度に比例するが、空気は圧縮すると高い熱を持ち温度上昇するので、エンジンの吸気温度を抑制するためにはインタークーラ２１での冷却要求が大きくなる。このインタークーラ２１での冷却要求により、インタークーラ２１の放熱量が大きくなると、インタークーラ２１の出口水温が高くなるため、同一の回路で冷却されるインバータ２０の制御温度との兼ね合いが問題になる。一方、インバータ２０は、耐熱性の観点からその入口水温を６５℃以下に保つことが必要とされている。上記のように燃費向上を求めた場合、高温、高圧にした過給気をインタークーラ２１で冷却すると、その出口水温は６５℃を超える温度になることがわかっている。以上のことから、ハイブリッド過給車用冷却装置１００は、第２ラジエータ２２で放熱後の冷却水の上流側にインバータ２０を配置し、インバータ２０よりも下流にインタークーラ２１を配置することで、燃費向上とインバータ２０の耐熱保護とのバランスを図ることができる。

本実施形態のハイブリッド過給車用冷却装置１００がもたらす作用効果について述べる。ハイブリッド過給車用冷却装置１００は、エンジン冷却水が循環する第１冷却水回路１と、第１冷却水回路１とは独立した別個の回路であって、冷却水が循環する第２冷却水回路２を備える。第１冷却水回路１には、第１冷却水回路１を流通する冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第１ラジエータ１２が設けられている。第２冷却水回路２には、第２冷却水回路２の冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第２ラジエータ２２と、第２冷却水回路２の冷却水により冷却されモータジェネレータ１１を駆動するインバータ２０と、第２冷却水回路２の冷却水により冷却されるインタークーラ２１と、が設けられている。

この構成によれば、インバータ２０とインタークーラ２１を、同一の第２冷却水回路２を循環する冷却水で冷却することにより、ハイブリッド過給車に搭載する冷却水回路、冷却水配管、ラジエータ等の各種部品数を低減することができる。これにより、冷却用装置の部品点数の低減が図れ、搭載スペースを抑制することができる。このように、機器冷却のための回路構成を簡単化するとともに、装置の小型化が図れるハイブリッド過給車用冷却装置１００を提供できる。

また、これにより、エンジンルームの前方部等に重なるように配される複数のラジエータの前後方向長さを短くでき、ラジエータが占有するスペースを小さくすることができる。また、占有スペースの低減により、各ラジエータの放熱面積を拡大することができるので、冷却水の温度調節範囲を広げ、冷却能力の向上が図れる。

また、インバータ２０とインタークーラ２１は、第２冷却水回路２において直列に配置されており、インバータ２０は、第２ラジエータ２２から流出した冷却水がインタークーラ２１よりも先に流通するように配置されている。

この構成によれば、第２ラジエータ２２で外部空気へ放熱した冷却水は温度低下し、十分な冷却能力を有した状態で、先にインバータ２０を冷却し、その後インタークーラ２１から吸熱して冷却する。このため、許容温度条件が厳しいインバータ２０の冷却をエンジンシリンダーの吸入空気の冷却よりも優先する冷却装置を提供でき、インバータ２０の保護を確実に実施することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態のハイブリッド過給車用冷却装置１００の他の形態について図２を用いて説明する。図２は第２実施形態に係るハイブリッド過給車用冷却装置１００Ａの概要を示した構成図である。図２において前述の第１実施形態で説明した図１と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作動をし、同様の作用効果を奏するものである。

図２に示すように、ハイブリッド過給車用冷却装置１００Ａは、第２冷却水回路２Ａにおいて、インバータ２０とインタークーラ２１とを並列に配置することを特徴とする。第２冷却水回路２Ａは、第２ラジエータ２２よりも下流側の通路部位から、インタークーラ２１に至る通路とインバータ２０に至る通路２４とに分岐し、さらに分岐した２つの通路は第２ラジエータ２２に至る前で合流する。すなわち、第２冷却水回路２Ａの冷却水はポンプ２３の駆動力により循環し、第２ラジエータ２２で放熱した後、２つに分流し、一方の流れがインバータ２０を冷却し、他方の流れがインタークーラ２１を冷却し、これらが合流して１つの流れになって再び第２ラジエータ２２に戻る。

本実施形態のハイブリッド過給車用冷却装置１００Ａがもたらす作用効果について述べる。ハイブリッド過給車用冷却装置１００Ａによれば、インバータ２０とインタークーラ２１は、第２冷却水回路２Ａにおいて並列になる関係に配置されている。そして、第２ラジエータ２２から流出した冷却水は、分流してインバータ２０とインタークーラ２１の両方を流通した後、合流し、再び第２ラジエータ２２に流入する流れを形成する。

この構成によれば、第２ラジエータ２２で外部空気に放熱した冷却水は温度低下した状態で分流し、インバータ２０とインタークーラ２１のそれぞれを流通する。これにより、ハイブリッド過給車用冷却装置１００Ａは、インバータ２０とインタークーラ２１の両方を効果的に冷却できる構造を有するので、インバータ２０の熱的保護とエンジンシリンダーの吸入空気の冷却による燃費向上とを両立することができる。

本実施形態のハイブリッド過給車用冷却装置１００Ａにおいても、第１実施形態と同様に、同一の回路に配置されるインバータ２０とインタークーラ２１とを、インバータ２０の制御温度を６５℃以下の適正温度に維持しつつ、エンジンの吸気温度を低下させることができる。したがって、燃費向上とインバータ２０の耐熱保護とのバランスを図ることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

本発明が適用されるハイブリッド過給車は、内燃機関及びモータが走行用の駆動力を提供する形態の自動車、内燃機関が発電機と組み合わされて発電用に使用されてモータが走行用の駆動力を提供する形態の自動車等を含むものである。したがって、本発明が適用されるハイブリッド過給車は、内燃機関による動力及びモータによる動力を用いて走行する自動車である。

上記実施形態において、第１ラジエータ１２、第２ラジエータ２２、コンデンサ３２は、図１及び図２に示すように、積層配置され、かつ一体に構成されているが、これらは互いに離間して配置するようにしてもよい。また、熱交換する各コア部が積層されない構造であってもよい。

上記実施形態において、第２冷却水回路２，２Ａを循環する冷却水によって吸熱される機器は、インバータ２０、インタークーラ２１であるが、さらに冷却水で吸熱される他の機器を備える形態であってもよい。例えば、ＥＧＲクーラ（排出ガス再循環装置のクーラ）、水冷コンデンサ、モータジェネレータ、モータジェネレータに対して電力を供給する複数の電池セルからなる蓄電池等を備えてもよい。

１…第１冷却水回路
２，２Ａ…第２冷却水回路
１０…エンジン
１１…モータジェネレータ（走行用モータ）
１２…第１ラジエータ
２０…インバータ
２１…インタークーラ
２２…第２ラジエータ
１００，１００Ａ…ハイブリッド過給車用冷却装置

Claims (3)

1. 過給機を備え、エンジン（１０）による動力及び走行用モータ（１１）による動力を用いて走行するハイブリッド過給車に搭載されるハイブリッド過給車用冷却装置（１００，１００Ａ）であって、
   前記エンジンを冷却する冷却水が循環する第１冷却水回路（１）と、
   前記第１冷却水回路に設けられ、前記第１冷却水回路を流通する冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第１ラジエータ（１２）と、
   前記第１冷却水回路とは独立した別個の回路であって、冷却水が循環する第２冷却水回路（２，２Ａ）と、
   前記第２冷却水回路に設けられ、前記第２冷却水回路を循環する冷却水と空気との間で熱交換を行って当該冷却水を冷却する第２ラジエータ（２２）と、
   前記第２冷却水回路に設けられて、前記第２冷却水回路を循環する冷却水により冷却され、前記走行用モータを駆動するインバータ（２０）と、
   前記第２冷却水回路に設けられて、前記第２冷却水回路を循環する冷却水により冷却されるインタークーラ（２１）と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド過給車用冷却装置。
2. 前記インバータ（２０）と前記インタークーラ（２１）は、前記第２冷却水回路（２）において直列になる関係に配置されており、
   前記インバータは、前記第２ラジエータ（２２）から流出した冷却水が前記インタークーラ（２１）よりも先に流通するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド過給車用冷却装置。
3. 前記インバータ（２０）と前記インタークーラ（２１）は、前記第２冷却水回路（２Ａ）において並列になる関係に配置されており、
   前記第２ラジエータ（２２）から流出した冷却水は、分流して前記インバータと前記インタークーラの両方を流通した後、合流することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド過給車用冷却装置。

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