JP2021154779A - 車両用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧部品およびモータの冷却効率の低下を抑制することができる車両用冷却装置を提供する。【解決手段】本発明は、車両の動力源としてのモータ６と、モータに電力を供給する高電圧部品１６、１８と、モータおよび高電圧部品を冷却する冷却水が流れる冷却水流路３２と、変速機８内を潤滑するオイルが流れるオイル流路３４と、冷却水流路に設けられ、冷却水流路の冷却水とオイル流路のオイルとの間で熱交換を行う熱交換器２６と、冷却水流路に設けられ、冷却水を冷却するためのラジエータ２２と、を備え、冷却水流路には、ラジエータを流通した冷却水が、高電圧部品、熱交換器、モータの順に流れるよう、ラジエータ、高電圧部品、熱交換器、および、モータが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用冷却装置に係わり、特に、モータと、高電圧部品と、モータおよび高電圧部品の冷却水流路と、変速機内を潤滑するオイルのオイル流路と、を備える車両用冷却装置に関する。

近年、エンジンおよびモータを動力源とするいわゆるハイブリッド車両や、モータを動力源とするいわゆる電気自動車などにおいて、モータ、および、そのモータを作動させるための高電圧部品である電圧変換器（ＤＣＤＣコンバータ）やインバータなどを含むモータ駆動装置の作動効率を維持するため、モータ駆動装置を冷却する冷却水回路を設ける技術が知られている。

たとえば、特許文献１には、車両の動力源としてのエンジンを冷却するための冷却水が流れる流路と、動力源としてのモータおよびその高電圧部品などのモータ駆動装置を冷却する冷却水が流れる流路と、変速機内を潤滑するためのオイルが流れる流路と、を備え、このうち、モータ駆動装置を冷却する冷却水と、変速機内を潤滑するオイルとで熱交換する回路が知られている。この特許文献１には、ラジエータを通って冷却された冷却水が、その冷却水と変速機オイルとの間で熱交換する熱交換器、モータ用の高電圧部品、モータの順で流れる回路が開示されている。

特開２０１５−００１３０１号公報

しかしながら、特許文献１のような回路では、ラジエータで冷却された冷却水が、熱交換器、高電圧部品、モータの順で流れるので、冷却水は熱交換器において変速機オイルから受熱してその水温が高くなり、その下流側の高電圧部品およびモータの冷却効率が低下してしまう、という問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、高電圧部品およびモータの冷却効率の低下を抑制することができる車両用冷却装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両の動力源としてのモータと、モータに電力を供給する高電圧部品と、モータおよび高電圧部品を冷却する冷却水が流れる冷却水流路と、変速機内を潤滑するオイルが流れるオイル流路と、冷却水流路に設けられ、冷却水流路の冷却水とオイル流路のオイルとの間で熱交換を行う熱交換器と、冷却水流路に設けられ、冷却水を冷却するためのラジエータと、を備え、冷却水流路には、ラジエータを流通した冷却水が、高電圧部品、熱交換器、モータの順に流れるよう、ラジエータ、高電圧部品、熱交換器、および、モータが設けられている、ことを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、冷却水流路において、ラジエータを流通した冷却水が、高電圧部品、熱交換器、モータの順に流れるので、まず、ラジエータで冷却された冷却水が高電圧部品から受熱して温度が上昇すると共に、高電圧部品を効果的に冷却することができる。次に、高電圧部品を流通した冷却水が熱交換器を流通し、特に高電圧部品が大きく発熱しており冷却水温度が変速機オイル温度より高くなるほど、熱交換器において変速機オイルとの間の熱交換により冷却水が冷却され、この冷却された冷却水が下流のモータを流通することにより、モータを効果的に冷却することができる。したがって、高電圧部品およびモータの冷却効率の低下を抑制することができる。

また、本発明において、好ましくは、高電圧部品は電圧変換器およびインバータであり、冷却水流路において、冷却水が、電圧変換器、インバータの順に流れるよう、電圧変換器およびインバータが設けられている。
このように構成された本発明によれば、ラジエータを流通して冷却された低温の冷却水を用いて、冷却要求の高い電圧変換器を優先的に冷却し、その次に、インバータを冷却することで、より効果的に、高電圧部品およびモータの冷却効率の低下を抑制することができる。

また、本発明において、好ましくは、さらに、エンジンを冷却する冷却水が流れるエンジン用の冷却水流路を備え、冷却水流路は、エンジン用の冷却水流路とは独立した流路である。
このように構成された本発明によれば、モータおよび高電圧部品を冷却するための冷却水流路は、エンジン用の冷却水流路とは独立して別の回路として設けられているので、エンジン内を循環して比較的高温となる冷却水の影響を受けず、その結果、より効果的に、高電圧部品およびモータの冷却効率の低下を抑制することができる。

本発明の車両用冷却装置によれば、高電圧部品およびモータの冷却効率の低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による車両用冷却装置が適用される車両の動力源および動力伝達装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態による車両用冷却装置の冷却水およびオイルの熱交換用回路の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態による車両用冷却装置が適用される車両の動力源および動力伝達装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態による車両用冷却装置の冷却水およびオイルの熱交換用回路の概略構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両用冷却装置について説明する。

まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による車両用冷却装置が適用される車両の動力伝達系の概略構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態による車両用冷却装置が適用される車両の動力源および動力伝達装置の概略構成を示す平面図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態による車両用冷却装置１が適用される車両の動力伝達系２は、動力源であるエンジン４およびモータ６と、動力伝達装置である変速機（トランスミッション）８とを備える。本実施形態において、エンジン４は６気筒の縦置き多気筒エンジンであるが、４気筒など他の気筒数のエンジンであってもよい。

本実施形態による車両は、エンジン４と変速機８との間にモータ６が設けられた後輪駆動車（ＦＲ）であり、変速機８は、モータ６の車両後方側に設けられた縦置きトランスミッションである。変速機８には、エンジン４および／またはモータ６の動力が伝達され、プロペラシャフトやデファレンシャル装置（図示せず）などを介して後輪（図示せず）に動力を伝達する。変速機８は、自動変速機であるが、手動変速機でもよい。なお、本発明の実施形態による車両用冷却装置１は、変形例として、図示しない横置きのエンジンや横置きのトランスミッションの動力伝達系を有する前輪駆動車にも適用可能である。

次に、図１に示すように、本実施形態による動力伝達系２のエンジン４は、過給器（ターボチャージャー）１０、吸気（新気）およびＥＧＲガスを含む吸気ガスを冷却するためのインタークーラ１２、および、排気ガスを吸気側に循環させるＥＧＲ装置１４を備える。本実施形態において、過給器１０は、排気圧を利用したターボチャージャーであるが、電動ターボチャージャーや機械式過給器であってもよい。

また、本実施形態による動力伝達系２のモータ６には、モータ６を作動させるための高電圧部品であるＤＣＤＣコンバータ（電圧変換器／変圧器）１６およびインバータ１８が接続され、モータ６および高電圧部品１６、１８でモータ駆動装置が構成される。

エンジン４およびモータ６の車両前方側には、エンジン４を流通し、エンジン４を冷却する冷却水を走行風で冷却する高温冷却水用空冷ラジエータ（ＨＴラジエータ）（以下、第１ラジエータという）２０と、この第１ラジエータ２０の車両前方側に設けられ、ＤＣＤＣコンバータ１６、インバータ１８およびモータ６と、インタークーラ１２とをそれぞれ流通し、それらを冷却する冷却水を走行風で冷却する低温冷却水用空冷ラジエータ（ＬＴラジエータ）（以下、第２ラジエータという）２２と、が設けられている。各ラジエータ２０、２２は、走行風と冷却水との間で熱交換する熱交換器である。

また、図１に示すように、エンジン４には、後述するエンジン冷却水と変速機オイルとの間で熱交換する第１熱交換器２４（Automatic Transmission Fluid/Warmer-Cooler）が取り付けられ、モータ６には、後述するモータ駆動装置冷却水と変速機オイルとの間で熱交換する第２熱交換器（Automatic Transmission Fluid/Warmer-Cooler）２６が、それぞれ取り付けられている。

次に、図２により、本発明の第１実施形態による車両用冷却装置の冷却水流路、オイル流路および熱交換器を含む、冷却水とオイルとの熱交換用回路の概略構成を説明する。図２は、本発明の第１実施形態による車両用冷却装置の冷却水およびオイルの熱交換用回路の概略構成を示す模式図である。
まず、図２に示すように、本発明の第１実施形態による車両用冷却装置１は、エンジン用冷却水流路（以下、第１冷却水流路という）３０、モータ駆動装置用冷却水流路（以下、第２冷却水流路という）３２、および、変速機用オイル流路（以下、オイル流路という）３４の主に３つの流路／回路を備える。

第１冷却水流路３０は、エンジン（Engine）４と、エンジン４内のエンジンオイルを冷却するオイルクーラ（OC）２８とをそれぞれ流通し、それらを冷却する冷却水が流れる流路である。
第２冷却水流路３２は、ＤＣＤＣコンバータ（DCDC）１６、インバータ（INV）１８およびモータ（Motor）６と、インタークーラ（I/C）１２とをそれぞれ流通し、それらを冷却する冷却水が流れる流路である。
オイル流路３４は、変速機（ＴＭ）８内を潤滑する変速機用オイルが流れる流路である。

第１冷却水流路３０についてより詳細に説明する。
第１冷却水流路３０には、第１冷却水流路３０内で冷却水を循環させるためのウォータポンプ４０が設けられている。
第１冷却水流路３０は、分岐した２つの流路を有する。第１冷却水流路３０は、まず、ウォータポンプ４０、エンジン４、第１ラジエータ２０、冷却水の温度調節器としてのサーモスタット（T/S）４２の順に冷却水を流通させる第１流路３０ａを有する。サーモスタット４２は、エンジン４を流通する冷却水がラジエータ２０で冷却しなければならないほど高温の場合に開き、冷却水がラジエータ２０を流通するようにするバルブである。

第１冷却水流路３０は、さらに、ウォータポンプ４０、第１熱交換器２４、オイルクーラ２８、エンジン４の順に冷却水を流通させる第２流路３０ｂを有する。第１熱交換器２４は、この第２流路３０ｂを流れる冷却水と、オイル流路３４を流れるオイル（変速機オイル）との間で熱交換するものである。

次に、第２冷却水流路３２についてより詳細に説明する。
第２冷却水流路３２には、第２冷却水流路３２内で冷却水を循環させるためのウォータポンプ４６が設けられている。
第２冷却水流路３２は、分岐した２つの流路を有する。第２冷却水流路３２は、まず、ウォータポンプ４６、ＤＣＤＣコンバータ１６、インバータ１８、第２熱交換器２６、モータ６の順に冷却水を流通させる第１流路３２ａを有する。第２熱交換器２６は、この第２流路３２ａを流れる冷却水と、オイル流路３４を流れるオイルとの間で熱交換するものである。

第２冷却水流路３２は、さらに、第１流路３２ａから分岐し、冷却水の流量を調整する流量調整弁／クーラントソレノイドバルブ（Coolant Solenoid Valve）４８、インタークーラ１２の順に冷却水を流通させ、モータ６の下流側で第１流路３２ａに合流する第２流路３２ｂを有する。

次に、オイル流路３４についてより詳細に説明する。
変速機８には、変速機８内およびオイル流路３４内でオイルを循環させるためのオイルポンプ（図示せず）が設けられている。図示しないオイルポンプは、変速機８内の動力伝達用部品（ギヤやクラッチなど）に潤滑油／作動油としての変速機オイルを供給する公知のオイルポンプである。

オイル流路３４は、分岐した２つの流路を有する。オイル流路３４は、まず、変速機８と第１熱交換器２４との間で循環する第１流路３４ａを有する。この第１流路３４ａは、第２熱交換器２６をバイパスする流路でもある。
オイル流路３４は、さらに、第１流路３４ａから分岐部３４ｃで分岐し、変速機８および第１熱交換器２４を流通したオイルを、第２熱交換器２６へと循環させ、この第２熱交換器２６から変速機８へと循環させる第２流路３４ｂを有する。

また、オイル流路３４には、オイルの温度を検出するオイル温度センサ（SN）５０が設けられている。このオイル温度センサ５０は、オイル自体の温度を検出可能であれば、オイル流路３４内のどの位置に設けられていてもよい。

さらに、オイル流路３４の第２流路３４ｂには、第２熱交換器２６へと流れるオイルの流量を調整するソレノイドバルブ装置（SV）５２が設けられている。このソレノイドバルブ装置５２は、電磁式ソレノイドバルブであり、Ｏｎ−Ｏｆｆ制御によりＤｕｔｙ比を変えてバルブの開度を調整可能なものである。
本実施形態では、オイル温度センサ５０により検出されるオイル温度に応じてソレノイドバルブ装置５２のバルブの開度を調整して、第１熱交換器２４を流通するオイル流量（第１オイル流量）および第２熱交換器２６を流通するオイル流量（第２オイル流量）を調整可能なようにソレノイドバルブ装置５２を構成している。

たとえば、ソレノイドバルブ装置５２により、オイル温度が所定温度（たとえば８０℃）以下のときは、第１オイル流量が第２オイル流量より大きくなるようにし、一方、オイル温度が、その所定温度を超えるときは、第１オイル流量が第２オイル流量より小さくなるようにすることができる。なお、変形例として、オイル温度が所定温度を超えるときは、第１オイル流量が第２オイル流量と等しくなるように設定してもよい。所定温度は、オイルを早期に昇温させて変速機８の駆動抵抗を低減させると共に過度なオイル温度の上昇を抑制可能な温度に設定される。

次に、図３および図４により、本発明の第２実施形態による車両用冷却装置について説明する。図３は、本発明の第２実施形態による車両用冷却装置が適用される車両の動力源および動力伝達装置の概略構成を示す平面図であり、図４は、本発明の第２実施形態による車両用冷却装置の冷却水およびオイルの熱交換用回路の概略構成を示す模式図である。
以下では、主に第１実施形態と異なる構成を説明する。第２実施形態の各構成について、配置関係の違いを除き、同一構成については同一の符号を付す。

まず、図３に示すように、本発明の第２実施形態による車両用冷却装置１００が適用される車両の動力伝達系１０２は、上述した第１実施形態と同様に、動力源であるエンジン４およびモータ６と、変速機８と、過給器１０と、インタークーラ１２と、ＥＧＲ装置１４と、ＤＣＤＣコンバータ１６と、インバータ１８と、高温冷却水用空冷ラジエータ（第１ラジエータ）２０と、低温冷却水用空冷ラジエータ（第２ラジエータ）２２と、第１熱交換器２４と、第２熱交換器２６とを備える。

この第２実施形態では、図３に示すように、モータ６は、エンジン４と変速機８との間に配置されておらず、車幅方向にエンジン４と並列して配置されている。この第２実施形態では、モータの出力軸６ａに設けられたモータプーリ６ｂと、エンジン４のクランクシャフト４ａに設けられたクランクプーリ４ｂとを接続する動力伝達ベルト５が設けられ、モータ６の駆動力は、このベルト５を介して、エンジン４のクランクシャフト４ａに伝達されるようになっている。変速機８には、エンジン４および／またはモータ６の動力が変速機８に伝達される。

次に、図４に示すように、本発明の第２実施形態による車両用冷却装置１００は、上述した第１実施形態と同様に、エンジン４と、オイルクーラ２８とをそれぞれ流通し、それらを冷却する冷却水が流れるエンジン用冷却水流路（第１冷却水流路）３０と、ＤＣＤＣコンバータ１６、インバータ１８およびモータ６と、インタークーラ１２とをそれぞれ流通し、それらを冷却する冷却水が流れるモータ駆動装置用冷却水流路（第２冷却水流路）３２と、変速機８内を潤滑する変速機用オイルが流れる変速機用オイル流路（オイル流路）３４の主に３つの流路／回路を備える。

第１冷却水流路３０は、上述した第１実施形態と同様に構成されている。すなわち、第１冷却水流路３０には、ウォータポンプ４０が設けられ、分岐した２つの流路を有する。第１冷却水流路３０の第１流路３０ａは、ウォータポンプ４０、エンジン４、第１ラジエータ２０、サーモスタット４２の順に冷却水を流通させる流路であり、第１冷却水流路３０の第２流路３０ｂは、ウォータポンプ４０、第１熱交換器２４、オイルクーラ２８、エンジン４の順に冷却水を流通させる流路である。

第２冷却水流路３２は、上述した第１実施形態と同様に構成されている。すなわち、第２冷却水流路３２には、ウォータポンプ４６が設けられ、分岐した２つの流路を有する。第２冷却水流路３２の第１流路３２ａは、ウォータポンプ４６、ＤＣＤＣコンバータ１６、インバータ１８、第２熱交換器２６、モータ６の順に冷却水を流通させる流路であり、第２流路３２ｂは、第１流路３２ａから分岐し、冷却水の流量を調整する流量調整弁４８、インタークーラ１２の順に冷却水を流通させ、モータ６の下流側で第１流路３２ａに合流する流路である。

第２実施形態によるオイル流路３４は、上述した第１実施形態と同様に、変速機８に設けられた図示しないオイルポンプにより、変速機８と第１熱交換器２４との間で循環する第１流路３４ａと、この第１流路３４ａから分岐し、変速機８および第１熱交換器２４を流通したオイルを、第２熱交換器２６へと循環させる第２流路３４ｂと、を有する。

第２実施形態によるオイル流路３４には、第１実施形態のソレノイドバルブ装置５２に代えて、２ＷＡＹバルブ（2Way-V）５４が設けられている。
より詳細には、オイル流路３４には、さらに、第２流路３４ｂが第１流路３４ａから分岐する分岐部３４ｃに、第１流路３４ａを流れるオイルと第２流路３４ｂを流れるオイルとを完全に分けるための２ＷＡＹバルブ（2Way-V）５４が設けられている。この第２実施形態の２ＷＡＹバルブ５４は、いわゆるサーモスタットであり、オイル流路３４のオイル温度に応じて開閉して、第１熱交換器２４を流通するオイル流量（第１オイル流量）および第２熱交換器２６を流通するオイル流量（第２オイル流量）を調整可能に構成されている。

たとえば、オイル温度が所定温度（たとえば８０℃）以下のときは、第１熱交換器２４にのみオイルが流通するように２ＷＡＹバルブ５４が閉じられ、一方、オイル温度が、その所定温度を超えるときは、第１熱交換器２４および第２熱交換器２６の両方にオイルが流通するように２ＷＡＹバルブ５４が開かれる。所定温度は、オイルを早期に昇温させて変速機８の駆動抵抗を低減させると共に過度なオイル温度の上昇を抑制可能な温度に設定される。

なお、この第２実施形態の車両の動力伝達系（１０２）を、上述した第１実施形態の車両の動力伝達系２とし、この動力伝達系２において、上述したように２Ｗａｙバルブ５４を含む第２の実施形態の回路としてもよい。同様に、上述した第１実施形態の車両の動力伝達系（２）を、第２実施形態の車両の動力伝達系１０２とし、この動力伝達系１０２において、上述したようにソレノイドバルブ５２を含む第１実施形態の回路を構成してもよい。

次に、本発明の実施形態による車両用冷却装置の主な作用効果を説明する。
まず、本発明の第１実施形態および第２実施形態による車両用冷却装置１、１００では、冷却水流路３２において、ラジエータ２２を流通した冷却水が、高電圧部品１６、１８、第２熱交換器２６、モータ６の順に流れるので、まず、ラジエータ２２で冷却された冷却水が高電圧部品１６、１８から受熱して温度が上昇すると共に、高電圧部品１６、１８を効果的に冷却することができる。次に、高電圧部品１６、１８を流通した冷却水が第２熱交換器２６を流通し、特に高電圧部品１６、１８が大きく発熱しており冷却水温度が変速機オイル温度より高くなるほど、第２熱交換器２６において変速機オイルとの間の熱交換により冷却水が冷却され、この冷却された冷却水が下流のモータ６を流通することにより、モータ６を効果的に冷却することができる。したがって、高電圧部品１６、１８およびモータ６の冷却効率の低下を抑制することができる。

また、第１および第２実施形態によれば、ラジエータ２２を流通して冷却された低温の冷却水を用いて、冷却要求の高い電圧変換器１６を優先的に冷却し、その次に、インバータ１８を冷却することで、電圧変換器１６、インバータ１８およびモータ６の冷却効率の低下を抑制することができる。

また、第１および第２実施形態によれば、モータ６および高電圧部品１６、１８を冷却するための冷却水流路３２は、エンジン４用の冷却水流路３０とは独立して別の回路として設けられているので、エンジン４内を循環して比較的高温となる冷却水の影響を受けず、効果的に、高電圧部品１６、１８およびモータ６の冷却効率の低下を抑制することができる。

１、１００ 車両用冷却装置
２ 動力伝達系
４ エンジン
６ モータ（モータ駆動装置）
８ 変速機
１０ 過給器
１２ インタークーラ
１４ ＥＧＲ装置
１６ ＤＣＤＣコンバータ（電圧変換器、高電圧部品、モータ駆動装置）
１８ インバータ（高電圧部品、モータ駆動装置）
２０ エンジン冷却水用ラジエータ（第１ラジエータ）
２２ モータ駆動装置用ラジエータ（第２ラジエータ）
２４ 第１熱交換器
２６ 第２熱交換器
３０ エンジン用冷却水流路
３０ａ エンジン用冷却水流路の第１流路
３０ｂ エンジン用冷却水流路の第２流路
３２ モータ駆動装置用冷却水流路
３２ａ モータ駆動装置用冷却水流路の第１流路
３２ｂ モータ駆動装置用冷却水流路の第１流路
３４ 変速機用オイル流路
３４ａ 変速機用オイル流路の第１流路
３４ｂ 変速機用オイル流路の第２流路
４８ 流量調整弁／クーラントソレノイドバルブ
５０ オイル温度センサ
５２ ソレノイドバルブ
５４ ２ＷＡＹバルブ

Claims (3)

1. 車両の動力源としてのモータと、
   上記モータに電力を供給する高電圧部品と、
   上記モータおよび上記高電圧部品を冷却する冷却水が流れる冷却水流路と、
   変速機内を潤滑するオイルが流れるオイル流路と、
   上記冷却水流路に設けられ、上記冷却水流路の冷却水と上記オイル流路のオイルとの間で熱交換を行う熱交換器と、
   上記冷却水流路に設けられ、上記冷却水を冷却するためのラジエータと、を備え、
   上記冷却水流路には、上記ラジエータを流通した冷却水が、上記高電圧部品、上記熱交換器、上記モータの順に流れるよう、上記ラジエータ、上記高電圧部品、上記熱交換器、および、上記モータが設けられている、ことを特徴とする車両用冷却装置。
2. 上記高電圧部品は電圧変換器およびインバータであり、
   上記冷却水流路において、上記冷却水が、上記電圧変換器、上記インバータの順に流れるよう、上記電圧変換器および上記インバータが設けられている、請求項１に記載の車両用冷却装置。
3. さらに、エンジンを冷却する冷却水が流れるエンジン用の冷却水流路を備え、
   上記冷却水流路は、上記エンジン用の冷却水流路とは独立した流路である、請求項１または請求項２に記載の車両用冷却装置。

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