JP2022056954A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量増加を抑制しつつ、ハイブリッド車両の動力源を冷却することができる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１００は、内燃機関３０を冷却するための第１冷媒が循環する第１冷媒回路１０と、第１冷媒回路１０とは独立して設けられ、第２冷媒が循環する第２冷媒回路２０とを備え、第２冷媒回路２０は、ポンプ６２と、インバータ６３と、インタークーラ３３と、ターボチャージャ３１とを接続するように設けられ、インバータ６３、インタークーラ３３、およびターボチャージャ３１は、第２冷媒が流れる流動方向において、電動ポンプ６２の下流側に配置されており、第２冷媒回路２０は、ポンプ６２の下流側で並列に分岐した第１流路２２と第２流路２３とを含み、第１流路２２に、インバータ６３およびインタークーラ３３が直列に配置されており、第２流路２３に、ターボチャージャ３１が配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、ハイブリッド車両の動力源を冷却する冷却装置に関する。

従来、走行用モータを制御するインバータを冷却する冷却系と、インタークーラを冷却する冷却系とを備えたハイブリッド車両が各種提案されている。

特開２０１４－８３９１８号公報（特許文献１）には、ハイブリッド車両において、走行用モータを制御するインバータを冷却する冷却系と、インタークーラを冷却する冷却系とを統合させた冷却装置が開示されている。

特開２０１４－８３９１８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の冷却装置にあっては、インバータを冷却する冷却系およびインタークーラを冷却する冷却系に、過給機用の冷却系を統合することについては、十分に考慮されていない。

インバータを冷却する冷却系およびインタークーラを冷却する冷却系に、過給機用の冷却系を統合する場合には、流量増加による圧損の観点から改善の余地がある。

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、流量増加および流動抵抗の増加を抑制しつつ、ハイブリッド車両の動力源を冷却することができる冷却装置を提供することにある。

本開示の冷却装置は、過給機を備えた内燃機関、およびインバータにより供給電力が調整される走行用モータのうち、少なくとも一方を車両走行用の動力源として走行するハイブリッド車両に適用されるものである。上記冷却装置は、上記内燃機関を冷却するための第１冷媒が循環する第１冷媒回路と、上記第１冷媒回路とは独立して設けられ、第２冷媒が循環する第２冷媒回路とを備える。上記第２冷媒回路は、上記第２冷媒回路に上記第２冷媒を循環させるためのポンプと、上記インバータと、上記過給機にて加圧された吸入空気と冷媒とを熱交換するインタークーラと、上記過給機に含まれるターボチャージャとを接続するように設けられている。上記インバータ、上記インタークーラ、および上記ターボチャージャは、上記第２冷媒が流れる流動方向において、上記ポンプの下流側に配置されている。上記第２冷媒回路は、上記ポンプの下流側で並列に分岐した第１流路と第２流路とを含む。上記第１流路に、上記インバータおよび上記インタークーラが直列に配置されている。上記第２流路に、上記ターボチャージャが配置されている。

上記構成によれば、第２冷媒回路において、ポンプの下流側で、インバータおよびインタークーラが直列に配置された第１流路と、ターボチャージャが配置された第２流路とに分岐している。

ここで、仮に電動ポンプの下流側において、インバータ、インタークーラ、およびターボチャージャが並列に配置される場合には、インバータ、インタークーラ、およびターボチャージャのそれぞれに第２冷媒を流す必要があり、第２冷媒回路を循環させる第２冷媒の流量が大幅に増加する。

この点に関し、上記構成においては、第１流路において、インバータおよびインタークーラが直列に配置されることにより、インバータを冷却した第２冷媒を用いてインタークーラを冷却することができる。このため、第２冷媒回路を循環させる第２冷媒の流量が増加することを抑制することができる。

さらに、第２冷媒回路上において、インバータおよびインタークーラのように冷却のために第２冷媒の量を多く必要とする構成部品に対して、ターボチャージャのように冷却のために第２冷媒の量が少なくてよい構成部品を、並列に配置することにより、第２冷媒回路における第２冷媒の流動抵抗（圧損）を低くすることができる。

このように、上記の冷却装置にあっては、流量増加および流動抵抗の増加を抑制しつつ、ハイブリッド車両の動力源を冷却することができる。

上記本開示の冷却装置にあっては、上記第２流路には、上記ターボチャージャに流れる上記第２冷媒の流量を調整する流量調整部が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、流量調整部によって、ターボチャージャに流れる第２冷媒の流量を適切に制御することができる。

上記本開示の冷却装置にあっては、上記流量調整部は、絞り弁であってもよい。

上記構成によれば、第２冷媒の流量調整において電子的な制御が不要となり、構成および流量の制御を簡素化することができる。

本開示によれば、流量増加を抑制しつつ、ハイブリッド車両の動力源を冷却することができる冷却装置を提供することができる。

実施の形態に係る冷却装置を示す構成図である。 参考例に係る冷却装置を示す構成図である。 比較例に係る冷却装置を示す構成図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る冷却装置を示す構成図である。図１を参照して、実施の形態に係る冷却装置１００について説明する。

図１に示すように、実施の形態に係る冷却装置１００は、過給機を備えた内燃機関３０、およびインバータ６３により供給電力が調整される走行用モータ７０のうち、少なくとも一方を車両走行用の動力源として走行するハイブリッド車両に適用されるものである。

内燃機関３０から出力される駆動力は、車両走行用として用いられるのみならず、発電機を作動させるためにも用いられる。発電機によって発電された電力および外部電源から供給された電力を蓄電装置に蓄わえることができる。さらに、蓄電装置に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、各種車載機器に供給される。

冷却装置１００は、過給機としてターボチャージャ３１を備える内燃機関３０を冷却するための第１冷媒が循環する第１冷媒回路１０と、当該第１冷媒回路１０とは独立して設けられ、第２冷媒が循環する第２冷媒回路２０とを備える。なお、第１冷媒は、たとえば、冷却水であり、第２冷媒も、たとえば、冷却水である。第２冷媒の温度は、第１冷媒の温度よりも低いことが好ましい。

第１冷媒回路１０は、ラジエータ５５、リザーブタンク５１、サーモスタット５２、ポンプ５３、内燃機関３０、ヒータコア５４等を接続するように設けられている。

ラジエータ５５は、冷却ファン９０から送風される送風空気（外気）と当該ラジエータ５５内を流動する第１冷媒とを熱交換させて、第１冷媒を冷却する。リザーブタンク５１は、余剰の第１冷媒を貯留するタンクである。

サーモスタット５２は、後述するようにラジエータ５５によって冷却された第１冷媒がポンプ５３を介して内燃機関３０に流れる流量、および内燃機関３０等によって温められた第１冷媒がラジエータ５５を通らずに、再びポンプ５３を介して内燃機関３０に流れる流量を調整する。

ポンプ５３は、第１冷媒を吸入して吐出する電動ポンプである。なお、ポンプ５３は、内燃機関３０の駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプであってもよい。ヒータコア５４は、車室内を暖房するために用いられ、内燃機関３０内を通った後の第１冷媒が有する熱を放熱する。

第１冷媒回路１０は、複数の経路１１ａ，１１ｂ，１２，１３，１４，１５を含む。経路１１ａは、ラジエータ５５、リザーブタンク５１、およびサーモスタット５２を順に接続する。経路１１ｂは、内燃機関３０内に配策されており、ポンプ５３を介して経路１１ａに接続されている。経路１１ｂを流れる第１冷媒は、内燃機関３０に設けられたウォータジャケット等（不図示）を冷却する。

内燃機関３０に設けられた排出口３４から内燃機関３０の外部に引き出された経路１１ｂは、経路１２、経路１３、経路１４に分岐している。

経路１２は、排出口３４から引き出された経路１１ｂとラジエータ５５とを接続する。経路１３は、後述するＡＴＦ(Automatic Transmission Fluid)と熱交換するための熱交換器３７を通るように設けられている。経路１４は、ヒータコア５４を通るように設けられている。

経路１３、および経路１４は、合流して経路１５を形成している。経路１５は、ラジエータ５５をバイパスするバイパス流路として機能し、サーモスタット５２に向かうように設けられている。

第１冷媒回路１０においては、ポンプ５３を駆動させることにより、第１冷媒回路１０内に第１冷媒を循環させることができる。この際、サーモスタット５２によって、上述のように、ラジエータ５５を通って冷却された第１冷媒が内燃機関３０内に導入される流量、経路１５を通る第１冷媒が内燃機関３０内に導入される流量を調整することができる。これにより、内燃機関３０内を流れる第１冷媒の温度を調整することができる。

内燃機関３０には、変速機３５が搭載されている。変速機３５は、たとえば自動変速機である。変速機３５には、ＡＴＦが循環する循環経路４０が設けられている。ＡＴＦは、ＭＯＰ(Mechanical Oil Pump)３６によって循環経路４０を循環する。循環経路４０には、上述の熱交換器３７が配置されている。ＡＴＦは、熱交換器３７を通過する際に、上記経路１３を流動する第１冷媒と熱交換する。

第２冷媒回路２０は、ラジエータ６５、リザーブタンク６１、ポンプ６２、インバータ６３、オイルクーラ６４、インタークーラ３３、およびターボチャージャ３１を接続するように設けられている。

ラジエータ６５は、冷却ファン９０から送風される送風空気（外気）と当該ラジエータ６５内を流動する第２冷媒とを熱交換させて、第２冷媒を冷却する。ラジエータ６５は、ラジエータ５５の前方に配置されている。なお、ラジエータ６５の前方には、車両の空調用の冷却システムの一部を構成するラジエータ８０が配置されている。

リザーブタンク６１は、余剰の第２冷媒を貯留するタンクである。ポンプ６２は、第２冷媒を吸入して吐出する電動ポンプである。ポンプ６２は、第２冷媒回路２０に第２冷媒を循環させる。

インバータ６３は、蓄電装置から供給された直流電力を交流電力に変換して走行用モータ７０に出力する電力変換手段である。

オイルクーラ６４は、走行用モータ７０と第２冷媒とを熱交換可能に設けられている。たとえば、オイルクーラ６４は、走行用モータ冷却用のオイルと第２冷媒とを熱交換することで、走行用モータ７０を冷却する。なお、オイルクーラ６４を設けずに、走行用モータ７０にウォータジャケットを設けてもよい。この場合には、第２冷媒がウォータジャケットを流動することで走行用モータ７０を直接冷却してもよい。走行用モータ７０は、上記のように強力に冷却することにより小型化でき、原価、質量を低下することができる。

ターボチャージャ３１は、内燃機関３０の排気ガスの残留エネルギを利用してタービン（図示せず）を回転させ、内燃機関３０の吸入空気を過給する過給機である。インタークーラ３３は、ターボチャージャ３１で圧縮されて高温になった過給吸気と第２冷媒とを熱交換して過給吸気を冷却する吸気冷却器である。

第２冷媒回路２０は、経路２１、当該経路２１から分岐する第１流路２２および第２流路２３、ならびに第１流路２２および第２流路２３が合流する合流経路２４とを含む。合流経路２４は、ラジエータ６５に向かうように設けられている。

経路２１は、ラジエータ６５、リザーブタンク６１、およびポンプ６２を、第２冷媒の流動方向に沿って順に接続する。当該流動方向において、ポンプ６２の下流側において、経路２１は、第１流路２２と第２流路２３とに並列に分岐している。

第１流路２２には、インバータ６３、オイルクーラ６４、およびインタークーラ３３が直列に配置されている。第２流路２３には、ターボチャージャ３１が配置されている。

また、第２流路２３には、ターボチャージャ３１に流れる第２冷媒の流量を調整する流量調整部６６が設けられている。流量調整部６６によって、ターボチャージャに流れる第２冷媒の流量を適切に制御することができる。

流量調整部６６は、たとえば、絞り弁、電磁弁等を用いることができる。流量調整部６６として、絞り弁を用いる場合には、電子的な制御が不要となり、構成および流量の制御を簡素化することができる。

ポンプ６２を駆動することにより、第２冷媒は、第２冷媒回路２０を循環する。ラジエータ６５によって冷却された第２冷媒は、ポンプ６２の下流側で第１流路２２に流れるものと、第２流路２３に流れるものと分かれる。

第１流路２２に流れた第２冷媒は、インバータ６３、オイルクーラ６４、およびインタークーラ３３を冷却する。第２流路２３に流れた第２冷媒は、ターボチャージャ３１を冷却する。第１流路２２および第２流路２３を流れた第２冷媒は、合流経路２４で合流してラジエータ６５に導入される。

なお、経路２１を流れる第２冷媒の流量は、たとえば１１Ｌ／ｍｉｎ程度である。第１流路２２を流れる第２冷媒の流量は、たとえば、１０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、第２流路２３を流れる第２冷媒の流量は、たとえば１Ｌ／ｍｉｎ程度である。

以上のように実施の形態に係る冷却装置１００にあっては、第２冷媒回路２０において、ポンプ６２の下流側で、インバータ６３およびインタークーラ３３が直列に配置された第１流路２２と、ターボチャージャ３１が配置された第２流路２２とに分岐している。

ここで、仮にポンプ６２の下流側において、インバータ６３、インタークーラ３３、およびターボチャージャ３１が並列に配置される場合には、インバータ６３、インタークーラ３３、およびターボチャージャ３１のそれぞれに第２冷媒を流す必要があり、第２冷媒回路を循環させる第２冷媒の流量が大幅に増加する。

この点に関し、実施の形態に係る冷却装置１００にあっては、第１流路２２において、インバータ６３およびインタークーラ３３が直列に配置されることにより、インバータ６３を冷却した第２冷媒を用いてインタークーラ３３を冷却することができる。このため、第２冷媒回路２０を循環させる第２冷媒の流量が増加することを抑制することができる。

さらに、第２冷媒回路２０上において、インバータ６３およびインタークーラ３３のように冷却のために第２冷媒の量を多く必要とする構成部品に対して、ターボチャージャ３１のように冷却のために第２冷媒の量が少なくてよい構成部品を、並列に配置することにより、第２冷媒回路２０における第２冷媒の流動抵抗（圧損）を低くすることができる。

このように、実施の形態に係る冷却装置１００にあっては、流量増加および流動抵抗の増加を抑制しつつ、ハイブリッド車両の動力源を冷却することができる。

（参考例）
図２は、参考例に係る冷却装置を示す構成図である。図２を参照して、参考例に係る冷却装置１００Ａについて説明する。

図２に示すように、参考例に係る冷却装置１００Ａは、実施の形態に係る冷却装置１００と比較して、第２冷媒回路２０Ａの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

第２冷媒回路２０Ａにおいては、ポンプ６２ではなく、オイルクーラ６４の下流側で、第１流路２２Ａと、第２流路２３Ａとに分岐している。第１流路２２Ａには、インタークーラ３３が配置されており、第２流路２３Ａには、ターボチャージャ３１が配置されている。

ポンプ６２を駆動することにより、第２冷媒は、第２冷媒回路２０Ａを循環する。ラジエータ６５によって冷却された第２冷媒は、リザーブタンク６１、ポンプ６２、およびインバータ６３、オイルクーラ６４を順に流れる。そして、第２冷媒は、オイルクーラ６４の下流側で、第１流路２２Ａに流れるものと、第２流路２３Ａに流れるものとに分かれる。

第１流路２２Ａに流れた第２冷媒は、インタークーラ３３を冷却する。第２流路２３Ａに流れた第２冷媒は、ターボチャージャ３１を冷却する。第１流路２２Ａおよび第２流路２３Ａを流れた第２冷媒は、合流経路２４で合流してラジエータ６５に導入される。

なお、経路２１を流れる第２冷媒の流量は、たとえば１１Ｌ／ｍｉｎ程度である。第１流路２２Ａを流れる第２冷媒の流量は、たとえば、１０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、第２流路２３Ａを流れる第２冷媒の流量は、たとえば１Ｌ／ｍｉｎ程度である。

参考例に係る冷却装置１００Ａにおいても、第２冷媒回路２０Ａを流れる第２冷媒の流量は、実施の形態１とほぼ同様である。このため、インバータ６３（より詳細にはオイルクーラ６４）の下流側で、第２冷媒回路２０Ａが、インタークーラ３３が配置された第１流路２２Ａ、およびターボチャージャ３１が配置された第２流路２３Ａに並列に分岐した場合であっても、第２冷媒回路２０Ａを循環させる第２冷媒の流量が増加することを抑制することができる。

一方で、参考例においては、第２冷媒回路２０Ａは、インバータ６３の下流側で第１流路２２Ａと第２流路２３Ａとに分岐する。このため、インバータ６３の上流側で第２冷媒回路２０が第１流路２２と第２流路２３とに分岐する実施の形態と比較して、経路２１が長くなる。経路２１には、多くの流量の第２冷媒が流れるため、参考例では経路２１が長くなることにより、実施の形態と比較して、第２冷媒回路２０Ａを流れる第２冷媒の流動抵抗が増加する。このため、実施の形態と同じ流量で第２冷媒を循環させるためには、ポンプ６２の能力を増加させる必要が生じる。

なお、参考例において、経路２１を流れる第２冷媒の流量を実施の形態よりも少なくする場合には、ポンプ６２の能力は、実施の形態と同程度とすることもできる。たとえば、経路２１を流れる第２冷媒の流量は、１０Ｌ／ｍｉｎ程度としてもよい。この場合には、第１流路２２Ａを流れる第２冷媒の流量を９Ｌ／ｍｉｎ程度とし、第２流路２３Ａを流れる第２冷媒の流量を１Ｌ／ｍｉｎ程度としてもよい。一方で、この場合には、インタークーラ３３を流れる第２冷媒の流量が、実施の形態と比較して低下する。このため、インタークーラ３３の冷却性能を高め、内燃機関３０の出力を向上させるためには、実施の形態に係る冷却装置１００の方が好ましい。

（比較例）
図３は、比較例に係る冷却装置を示す構成図である。図３を参照して、比較例に係る冷却装置１００Ｘについて説明する。

図３に示すように、比較例に係る冷却装置１００Ｘは、実施の形態１に係る冷却装置１００と比較して、第２冷媒回路２０Ｘの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

第２冷媒回路２０Ｘにおいては、ポンプ６２の下流側で、第１流路２２Ｘと、第２流路２３Ｘとに分岐しているが、第２流路２３Ｘが、さらに第１分岐経路２３１と、第２分岐経路２３２に並列に分岐している。すなわち、第２冷媒回路２０Ｘにおいては、ポンプ６２の下流側で、インバータ６３、オイルクーラ６４、およびターボチャージャ３１が並列で配置されている。

第１流路２２Ｘには、インバータ６３およびオイルクーラ６４が配置されている。第２流路２３Ｘ側において、第１分岐経路２３１には、インタークーラ３３が配置されており、第２分岐経路２３２には、ターボチャージャ３１が配置されている。

この場合には、インバータ６３、インタークーラ３３、およびターボチャージャ３１のそれぞれに第２冷媒を流す必要がある。

インバータ６３およびオイルクーラ６４が配置された第１流路２２Ｘを流れる第２冷媒の流量は、１０Ｌ／ｍｉｎ程度である。インタークーラ３３が配置された第１分岐経路２３１を流れる第２冷媒の流量は、１０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、ターボチャージャ３１が配置された第２分岐経路２３２を流れる第２冷媒の流量は、１Ｌ／ｍｉｎ程度である。すなわち、第２流路２３Ｘを流れる第２冷媒の流量は、１１Ｌ／ｍｉｎ程度となる。この場合には、経路２１を流れる第２冷媒の流量は、２１Ｌ／ｍｉｎ程度となり、実施の形態１と比較して、第２冷媒回路２０Ｘを循環させる第２冷媒の流量が大幅に増加する。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 第１冷媒回路、１１ａ，１１ｂ，１２，１３，１４，１５ 経路、２０，２０Ａ，２０Ｘ 第２冷媒回路、２１ 経路、２２，２２Ａ，２２Ｘ 第１流路、２３，２３Ａ，２３Ｘ 第２流路、２４ 合流経路、３０ 内燃機関、３１ ターボチャージャ、３３ インタークーラ、３４ 排出口、３５ 変速機、３７ 熱交換器、４０ 循環経路、５１ リザーブタンク、５２ サーモスタット、５３ ポンプ、５４ ヒータコア、５５ ラジエータ、６１ リザーブタンク、６２ ポンプ、６３ インバータ、６４ オイルクーラ、６５ ラジエータ、６６ 流量調整部、７０ 走行用モータ、８０ ラジエータ、９０ 冷却ファン、１００，１００Ａ，１００Ｘ 冷却装置、２３１ 第１分岐経路、２３２ 第２分岐経路。

Claims (3)

1. 過給機を備えた内燃機関、およびインバータにより供給電力が調整される走行用モータのうち、少なくとも一方を車両走行用の動力源として走行するハイブリッド車両に適用される冷却装置であって、
   前記冷却装置は、前記内燃機関を冷却するための第１冷媒が循環する第１冷媒回路と、前記第１冷媒回路とは独立して設けられ、第２冷媒が循環する第２冷媒回路とを備え、
   前記第２冷媒回路は、前記第２冷媒回路に前記第２冷媒を循環させるためのポンプと、前記インバータと、前記過給機にて加圧された吸入空気と冷媒とを熱交換するインタークーラと、前記過給機に含まれるターボチャージャとを接続するように設けられ、
   前記インバータ、前記インタークーラ、および前記ターボチャージャは、前記第２冷媒が流れる流動方向において、前記ポンプの下流側に配置されており、
   前記第２冷媒回路は、前記ポンプの下流側で並列に分岐した第１流路と第２流路とを含み、
   前記第１流路に、前記インバータおよび前記インタークーラが直列に配置されており、
   前記第２流路に、前記ターボチャージャが配置されている、冷却装置。
2. 前記第２流路には、前記ターボチャージャに流れる前記第２冷媒の流量を調整する流量調整部が設けられている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記流量調整部は、絞り弁である、請求項２に記載の冷却装置。

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