JP2020131986A - ヒーターシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において燃費を悪化させずに稼働できるヒーターシステムを提供する。【解決手段】エンジンと電動装置とを備えるハイブリッド車両に搭載されるヒーターシステムは、エンジンから吸熱する第１の冷却液が循環するように構成される第１の冷却液回路と、電動装置から吸熱する第２の冷却液が循環するように構成される第２の冷却液回路と、ハイブリッド車両の車室内に送風される空気と第１の冷却液又は第２の冷却液のいずれか一方とを熱交換するヒーターコアと、ヒーターコアに第１の冷却液又は第２の冷却液のいずれか一方が流れるように切り換え可能に構成された冷却液切換装置とを備える。【選択図】 図１

Description

本開示は、ハイブリッド車両に搭載されるヒーターシステムに関する。

走行用駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両が知られている。一般に、ハイブリッド車両にはヒーターが設けられ、そのヒーターの熱源として、エンジンを冷却するための冷却液を使用することができる。しかし、モータのみでの走行や長時間エンジンを停止すると冷却液の温度が低下してしまい、暖房で要求される温度を満たすことができなくなってしまう。この場合、モータ走行できる条件であっても、エンジンを稼働させて冷却液を加熱する必要が発生するので、燃費が悪化してしまう。

特許文献１には、エンジンを冷却する冷却液が循環するエンジン冷却回路と、モータや発電機、インバータ等の電気機器を冷却する冷却液が循環する電気機器冷却回路とを有するハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両では、ヒーターの熱源として、エンジンを冷却するための冷却液を使用している。

特開２００５−３０７９４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド車両でも、ヒーターの熱源として、エンジンを冷却するための冷却液のみを使用しているので、冷却液の温度がヒーターで要求される温度を満たせなくなると、エンジンを稼働させて冷却液を加熱する必要があり、そのために燃費が悪化してしまうという同様の課題が存在する。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ハイブリッド車両において燃費を悪化させずに稼働できるヒーターシステムを提供することを目的とする。

本開示の少なくとも１つの実施形態に係るヒーターシステムは、エンジンと電動装置とを備えるハイブリッド車両に搭載されるヒーターシステムであって、エンジンから吸熱する第１の冷却液が循環するように構成される第１の冷却液回路と、電動装置から吸熱する第２の冷却液が循環するように構成される第２の冷却液回路と、第１の冷却液回路または第２の冷却液回路と接続可能であって、ハイブリッド車両の車室内に送風される空気と第１の冷却液又は第２の冷却液とを熱交換するヒーターコアと、ヒーターコアに第１の冷却液又は第２の冷却液のいずれか一方が流れるように切り換え可能に構成された冷却液切換装置とを備える。

この構成によれば、ヒーターコアは、電動装置から吸熱した第２の冷却液とハイブリッド車両の車室内に送風される空気との間で熱交換を行うことができる。そのため、エンジンが非稼働の状態であってもエンジンを再稼働させることなく、電動装置から吸熱した熱をヒーターの熱源として使用することができる。その結果、走行に不必要なエンジンの稼働率を低減させ、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、ヒーターコアは、空気が流通する空気通路と、第１の冷却液又は第２の冷却液が流通する冷却液通路とを備え、第１の冷却液および第２の冷却液のそれぞれが流通する冷却液通路は同じものであってもよい。

この構成によれば、ヒーターコアにおいて、第１の冷却液および第２の冷却液が同じ冷却液通路を流通することができる。そのため、第１の冷却液および第２の冷却液が流通する冷却液通路を別々に形成した構成と比較して、ヒーターコアの製造コストを削減することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、冷却液切換装置は、第１の冷却液回路とヒーターコアとを接続するための第１の接続流路と、第２の冷却液回路とヒーターコアとを接続するための第２の接続流路と、第１の接続流路を開閉する第１の開閉部材と、第２の接続流路を開閉する第２の開閉部材とを備えてもよい。

また、エンジンから流出した第１の冷却液の温度を測定するための第１の温度センサと、電動装置から流出した第２の冷却液の温度を測定するための第２の温度センサと、第１の温度センサ及び第２の温度センサによる検出値に基づいて、第１の開閉部材及び第２の開閉部材を制御する制御装置とを備えてもよい。

これらの構成によれば、冷却液切換装置は、第１の冷却液又は第２の冷却液のいずれか一方をそれぞれの温度に基づいてヒーターコアへ流通させることができる。そのため、ヒーターシステムは、効果的にエンジンおよび電動装置の排熱を利用することができ、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、制御装置は、第１の温度センサで測定した第１の冷却液の温度と、第２の温度センサで測定した第２の冷却液の温度との比較に基づいて、温度の高い方の冷却液をヒーターコアへ流入するように冷却液切換装置を制御してもよい。

この構成によれば、ヒーターシステムは、第１の冷却液および第２の冷却液のうち温度の高い冷却液を、ヒーターコアに流通させることができる。このような制御によって、ヒーターシステムは、エンジンの排熱および電動装置の排熱を効率よく利用して、ハイブリッド車両の車室内に送風される空気を温めることができる。そのため、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、制御装置は、第１の温度センサで測定した第１の冷却液の温度および第２の温度センサで測定した第２の冷却液の温度が、予め設定された温度を下回る場合に、エンジンを稼働させるとともに、第１の冷却液がヒーターコアへ流入するように冷却液切換装置を制御してもよい。

この構成によれば、第１の冷却液および第２の冷却液の両方が、暖房を維持できる温度に満たない場合にのみ、エンジンを稼働させて第１の冷却液を加温するので、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、第１の冷却液の流れ方向に少なくともエンジンからヒーターコアまでが真空配管によって構成されてもよい。この構成によれば、ヒーターコアにおいて第１の冷却液と空気とを熱交換する場合に、第１の冷却液がエンジンから流出してからヒーターコアに流入するまでの間に第１の冷却液からの放熱が抑制される。その結果、ヒーターコアは冷却液の熱を効率的に利用することができ、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、ヒーターコアは、電動装置から吸熱した第２の冷却液とハイブリッド車両の車室内に送風される空気との間で熱交換を行うことができる。そのため、エンジンが非稼働の状態であってもエンジンを再稼働させることなく、電動装置から吸熱した熱をヒーターの熱源として使用することができる。その結果、走行に不必要なエンジンの稼働率を低減させ、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

本開示の第１の実施形態に係るハイブリッド車両に搭載されるヒーターシステムの構成を概略的に示すシステム構成図である。 本開示のヒーターコアの構造を示す断面図である。 本開示のヒーターシステムの制御ルーチンのフローチャートである。 本開示の第２の実施形態に係る真空配管を用いたヒーターシステムを示すシステム構成図である。 本開示の第２の実施形態の変形例に係る真空配管を用いたヒーターシステムを示すシステム構成図である。 本開示の第２の実施形態の別の変形例に係る真空配管を用いたヒーターシステムを示すシステム構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１の実施形態）
図１は、本開示の第１の実施形態に係るヒーターシステム１の構成を示すシステム構成図である。ヒーターシステム１は、図示しないハイブリッド車両に設けられている。このハイブリッド車両は、エンジン３と、電動装置５とを備えている。ヒーターシステム１は、エンジン３を冷却するための第１の冷却液が循環する第１の冷却液回路１１と、電動装置５を冷却するための第２の冷却液が循環する第２の冷却液回路１３と、ハイブリッド車両の車室に供給される空気と第１の冷却液又は第２の冷却液とが熱交換されるヒーターコア１５と、ヒーターコア１５に第１の冷却液又は第２の冷却液のいずれか一方の冷却液を供給するように切り換える冷却液切換装置１７とを備えている。ヒーターコア１５には、ヒーターコア１５に流入するいずれか一方の冷却液が流通する流入管１５ａと、ヒーターコア１５から流出するいずれか一方の冷却液が流通する流出管１５ｂとが接続されている。尚、第１の冷却液および第２の冷却液は、例えば不凍液であってもよい。

電動装置５は、例えば、モータ、メモリコントロールユニット（Ｍｅｍｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）、オンボードチャージャー（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ、ＯＢＣ）等を含み、電気によって稼働する１つまたは複数の装置であってもよい。

第１の冷却液回路１１は、第１の冷却液を循環させるための第１のポンプ１１１と、第１の冷却液から放熱するための第１のラジエータ１１３と、第１のラジエータを迂回するための第１のバイパス流路１１５と、エンジン３から流出した第１の冷却液の温度を測定するための第１の温度センサ１１７とを備えている。第１のバイパス流路１１５の両端には、三方弁１１９ａ，１１９ｂが設けられている。

第２の冷却液回路１３は、第２の冷却液を循環させるための第２のポンプ１３１と、第２の冷却液から放熱するための第２のラジエータ１３３と、第２のラジエータを迂回するための第２のバイパス流路１３５と、電動装置５から流出した第２の冷却液の温度を測定するための第２の温度センサ１３７とを備えている。第２のバイパス流路１３５の両端には、三方弁１３９ａ，１３９ｂが設けられている。

冷却液切換装置１７は、第１のポンプ１１１と三方弁１１９ａとの間で第１の冷却液回路１１と流入管１５ａ及び流出管１５ｂのそれぞれとを接続するための第１の接続流路１７１ａ及び１７１ｂと、第１の接続流路１７１ａ及び１７１ｂのそれぞれと第１の冷却液回路１１との接続部分に設けられた三方弁１７５ａ及び１７５ｂと、第２のポンプ１３１と三方弁１３９ａとの間で第２の冷却液回路１３と流入管１５ａ及び流出管１５ｂのそれぞれとを接続するための第２の接続流路１７３ａおよび第２の接続流路１７３ｂと、第２の接続流路１７３ａ及び１７３ｂのそれぞれと第２の冷却液回路１３との接続部分に設けられた三方弁１７７ａ及び１７７ｂと、流入管１５ａと第１の接続流路１７１ａ及び第２の接続流路１７３ａとを接続する三方弁１７６ａと、流出管１５ｂと第１の接続流路１７１ｂ及び第２の接続流路１７３ｂとを接続する三方弁１７６ｃとを備えている。上記各三方弁と第１の温度センサ１１７及び第２の温度センサ１３７とが制御装置１７９に電気的に接続されている。

三方弁１７５ａ、１７５ｂ、１７６ａ、１７６ｃは、これらを操作することにより、第１の冷却液回路１１を流通する第１の冷却液が第１の接続流路１７１ａ及び１７１ｂを介してヒーターコア１５を流通し、又は、流通しないようにすることができるので、第１の接続流路１７１ａ及び１７１ｂを開閉する第１の開閉部材を構成する。また、三方弁１７６ａ、１７６ｃ、１７７ａ、１７７ｂは、これらを操作することにより、第２の冷却液回路１３を流通する第２の冷却液が第２の接続流路１７３ａ及び１７３ｂを介してヒーターコア１５を流通し、又は、流通しないようにすることができるので、第２の接続流路１７３ａ及び１７３ｂを開閉する第２の開閉部材を構成する。

図２は、ヒーターコア１５の構成を示す図である。ヒーターコア１５は、第１の冷却液又は第２の冷却液が流通する１つの冷却液通路１５３と、冷却液通路１５３の周りを空気が流通する空気通路１５１とを備えている。冷却液通路１５３の両端にはそれぞれ、流入管１５ａ及び流出管１５ｂが接続されている。

図２には、１つの冷却液通路１５３を備えるヒーターコア１５を図示しているが、この形態に限定されず、冷却液通路１５３は、流入管１５ａとの接続部分から複数の流路に枝分かれし、流出管１５ｂとの接続部分において複数の流路が合流するように構成されてもよい。

このような構成のヒーターコア１５を用いることで、第１の冷却液と第２の冷却液とが同じ冷却液通路１５３を通るため、それぞれの冷却液用に別々の冷却液通路を構成する必要がなく、ヒーターコア１５の製造コストを削減することができる。

次に、第１の実施形態のヒーターシステム１の動作について説明する。図３は、ヒーターシステム１の制御ルーチンのフローチャートである。ヒーターシステム１を稼働させると、制御装置１７９は、所定の周期ごとに、あるいは所定の条件が成立するたびに、このフローチャートの処理を繰り返し実行する。

まず、処理が開始されると、ステップＳ１００において、制御装置１７９は、暖房要求が有るかを確認する。暖房の要求が有る場合はステップＳ１０１へ進む。暖房の要求がない場合は、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８において、制御装置１７９は、三方弁１７５ａおよび１７５ｂを制御し、第１の冷却液回路１１と第１の接続流路１７１ａおよび１７１ｂとのそれぞれを非連通状態になるように制御するとともに、三方弁１７７ａおよび１７７ｂを制御し、第２の冷却液回路１３と第２の接続流路１７３ａおよび１７３ｂとを非連通状態になるように制御をする。その後、処理を終了する。

ステップＳ１０１において、制御装置１７９は、第１の温度センサ１１７および第２の温度センサ１３７から第１の冷却液の温度および第２の冷却液の温度を検出する。続くステップＳ１０２において、第１の冷却液の温度および第２の冷却液の温度と、あらかじめ設定された暖房を維持するために必要な温度である暖房維持温度とを比較し、第１の冷却液の温度および第２の冷却液の温度の両方が暖房維持温度よりも低いか否かを判定する。第１の冷却液の温度および第２の冷却液の温度の両方が暖房維持温度よりも低い場合は、ステップＳ１０３へ進む。そうでない場合は、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０３において、エンジン３が稼働状態であるか否かを判定する。エンジン３が稼働状態でなければ、ステップＳ１０４へ進む。エンジン３が稼働状態であれば、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４では、制御装置１７９は、三方弁１７５ａ、１７５ｂ、１７６ａ、１７６ｃを制御して第１の冷却液回路１１と第１の接続流路１７１ａおよび１７１ｂとを連通させるとともに、三方弁１７７ａおよび１７７ｂを制御して第２の冷却液回路１３と第２の接続流路１７３ａおよび１７３ｂとを非連通状態とすることで、第１の冷却液をヒーターコア１５に流入させる。また、第１の冷却液を加熱するためにエンジン３を稼働させる。その後、処理を終了する。

ステップＳ１０５では、第１の冷却液の温度が第２の冷却液の温度よりも高いか否かを判定する。第１の冷却液の温度が第２の冷却液の温度よりも高い場合は、ステップＳ１０６へ進む。それ以外の場合は、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０６では、制御装置１７９は、三方弁１７５ａ、１７５ｂ、１７６ａ、１７６ｃを制御して第１の冷却液回路１１と第１の接続流路１７１ａおよび１７１ｂとを連通状態にするとともに、三方弁１７７ａおよび１７７ｂを制御して第２の冷却液回路１３と第２の接続流路１７３ａおよび１７３ｂとを非連通状態とすることで、第１の冷却液をヒーターコア１５に流入させる。その後、処理を終了する。

ステップＳ１０７では、制御装置１７９は、三方弁１７６ａ、１７６ｃ、１７７ａ、１７７ｂを制御して第２の冷却液回路１３と第２の接続流路１７３ａおよび１７３ｂとを連通状態にするとともに、三方弁１７５ａおよび１７５ｂを制御して第１の冷却液回路１１と第１の接続流路１７１ａおよび１７１ｂとを非連通状態とすることで、第２の冷却液をヒーターコア１５に流入させる。その後、処理を終了する。

上記の処理によって、ヒーターシステム１は、第１の冷却液および第２の冷却液のうち温度の高い冷却液をヒーターコア１５に流通させることができる。このような制御によって、ヒーターシステム１は、エンジン３の排熱および電動装置５の排熱を効率よく利用して、ハイブリッド車両の車室内に送風される空気を温めることができる。また、第１の冷却液および第２の冷却液の両方が、暖房を維持できる温度に満たない場合は、エンジン３を稼働させて第１の冷却液を加温するとともにヒーターコア１５に第１の冷却液を供給することができる。このような制御によって、第１の冷却液および第２の冷却液の両方が、暖房を維持できる温度に満たない場合にのみ、エンジン３を稼働させて第１の冷却液を加温するので、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステムを稼働させることができる。

上述のように、本開示の第１の実施形態によれば、ヒーターコア１５は、電動装置５から吸熱した第２の冷却液とハイブリッド車両の車室内に送風される空気との間で熱交換を行うことができる。そのため、エンジン３が非稼働の状態であってもエンジン３を再稼働させることなく、電動装置５から吸熱した熱をヒーターの熱源として使用することができる。その結果、走行に不必要なエンジン３の稼働率を低減させ、ハイブリッド車両の燃費を悪化させずにヒーターシステム１を稼働させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るヒーターシステム１について説明する。第２の実施形態に係るヒーターシステム１は、第１の実施形態に対して、第１の冷却液回路１１及び第２の冷却液回路１３並びに冷却液切換装置１７の一部の配管を真空配管に変更したものである。尚、第２の実施形態において、第１の実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図４〜６は、第２の実施形態に係るヒーターシステム１において、真空配管によって構成される部分を太線で示した図である。図４に示されるように、第１の冷却液回路１１のうちエンジン３から三方弁１７５ａまでの部分と、第１の接続流路１７１ａと、流入管１５ａとが、真空配管によって形成される。また、図５に示されるように、第１の冷却液回路１１全体と、流入管１５ａと、流出管１５ｂと、第１の接続流路１７１ａ及び１７１ｂとが、真空配管によって形成されてもよい。また、図６に示されるように、第１のラジエータ１１３及び第２のラジエータ１３３のそれぞれに流入及び流出する配管部分以外の部分が、真空配管によって形成されてもよい。その他の形成は第１の実施形態と同じである。

第２の実施形態におけるヒーターシステム１の動作は第１の実施形態と同じである。ただし、図４の構成では、エンジン３から吸熱した第１の冷却液がヒーターコア１５に流入するまでの間に、第１の冷却液からの放熱が抑制されるので、ヒーターコア１５での熱交換効率が向上し、ハイブリッド車両の燃費の悪化をさらに抑制することができる。図５および図６の構成では、図４の構成に比べて放熱が抑制される部分が多くなっているので、ヒーターコア１５での熱交換効率がさらに向上し、ハイブリッド車両の燃費の悪化をさらに抑制することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ ヒーターシステム
３ エンジン
５ 電動装置
１１ 第１の冷却液回路
１１１ 第１のポンプ
１１３ 第１のラジエータ
１１５ 第１のバイパス流路
１１７ 第１の温度センサ
１１９ａ、１１９ｂ 三方弁
１３ 第２の冷却液回路
１３１ 第２のポンプ
１３３ 第２のラジエータ
１３５ 第２のバイパス流路
１３７ 第２の温度センサ
１３９ａ、１３９ｂ 三方弁
１５ ヒーターコア
１５ａ 流入管
１５ｂ 流出管
１５１ 空気通路
１５３ 冷却液通路
１７ 冷却液切換装置
１７１ａ、１７１ｂ 第１の接続流路
１７３ａ、１７３ 第２の接続流路
１７５ａ、１７５ｂ 三方弁
１７６ａ、１７６ｃ 三方弁
１７７ａ、１７７ｂ 三方弁

Claims (7)

1. エンジンと電動装置とを備えるハイブリッド車両に搭載されるヒーターシステムであって、
   前記エンジンから吸熱する第１の冷却液が循環するように構成される第１の冷却液回路と、
   前記電動装置から吸熱する第２の冷却液が循環するように構成される第２の冷却液回路と、
   前記ハイブリッド車両の車室内に送風される空気と前記第１の冷却液又は前記第２の冷却液のいずれか一方とを熱交換するヒーターコアと、
   前記ヒーターコアに前記第１の冷却液又は前記第２の冷却液のいずれか一方が流れるように切り換え可能に構成された冷却液切換装置と
   を備えるヒーターシステム。
2. 前記ヒーターコアは、
   前記空気が流通する空気通路と、
   前記第１の冷却液又は前記第２の冷却液が流通する冷却液通路と
   を備え、
   前記第１の冷却液および前記第２の冷却液のそれぞれが流通する前記冷却液通路は同じものである、請求項１に記載のヒーターシステム。
3. 前記冷却液切換装置は、
   前記第１の冷却液回路と前記ヒーターコアとを接続するための第１の接続流路と、
   前記第２の冷却液回路と前記ヒーターコアとを接続するための第２の接続流路と、
   前記第１の接続流路を開閉する第１の開閉部材と、
   前記第２の接続流路を開閉する第２の開閉部材と、
   を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のヒーターシステム。
4. 前記エンジンから流出した前記第１の冷却液の温度を測定するための第１の温度センサと、
   前記電動装置から流出した前記第２の冷却液の温度を測定するための第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサ及び前記第２の温度センサによる検出値に基づいて、前記第１の開閉部材及び前記第２の開閉部材を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする、請求項３に記載のヒーターシステム。
5. 前記制御装置は、前記第１の温度センサで測定した前記第１の冷却液の温度と、前記第２の温度センサで測定した前記第２の冷却液の温度との比較に基づいて、温度の高い方の冷却液を前記ヒーターコアへ流入するように前記冷却液切換装置を制御することを特徴とする、請求項４に記載のヒーターシステム。
6. 前記制御装置は、前記第１の温度センサで測定した前記第１の冷却液の温度および前記第２の温度センサで測定した前記第２の冷却液の温度が、予め設定された温度を下回る場合に、前記エンジンを稼働させるとともに、前記第１の冷却液が前記ヒーターコアへ流入するように前記冷却液切換装置を制御することを特徴とする、請求項４または５に記載のヒーターシステム。
7. 前記第１の冷却液の流れ方向に少なくとも前記エンジンから前記ヒーターコアまでが真空配管によって構成されることを特徴とする、請求項３または４に記載のヒーターシステム。

Images