JP3572901B2

JP3572901B2 - ハイブリッド車両の冷却装置

Info

Publication number: JP3572901B2
Application number: JP30004397A
Authority: JP
Inventors: 宗彦大島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JPH11132040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド車両において、エンジンと走行用モーターの両方を冷却する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハイブリッド車両の冷却装置として、エンジンと走行用モーターの両方に冷却水が循環させ、冷却水から外気への放熱を促すラジエータを備えてこれらを強制的に冷却するものがある（例えば、実開平５−６９３２８号公報、参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンを循環する冷却水の経路と走行用モーターを循環する冷却水の経路を独立して配設する場合、各冷却水経路を構成するラジエータを独立して設ける必要があり、ラジエータが大型化するという問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、ハイブリッド車両の冷却装置において、ラジエータ等の小型化をはかることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、エンジンおよび走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる熱交換器を備える冷却装置に適用される。
【０００６】
そして、熱交換器はエンジンと走行用モーターとの間で共通する放熱領域を有し、エンジン側の冷却媒体が循環する放熱領域と走行用モーター側の冷却媒体が循環する放熱領域の容量比を可変とする容量可変手段と、エンジンおよび走行用モーターの負荷を検出する負荷検出手段と、負荷に応じて放熱領域の容量比を制御する容量制御手段とを備える。
【０００７】
さらに、熱交換器に冷却媒体の放熱を促す冷却管と、冷却管に冷却媒体を導くアッパータンクと、冷却管から出る冷却媒体が導かれるロアタンクとを備え、アッパータンクとロアタンクにエンジンおよび走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる循環通路を並列に接続し、容量可変手段としてアッパータンクとロアタンクに冷却媒体を各冷却管に分配する複数のバルブを介装し、容量制御手段が負荷に応じて各バルブを開閉してエンジンおよび走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる放熱領域の容量比を制御する。
【０００８】
そして、容量制御手段は走行用モーター側で占める放熱領域の容量を増やすときにアッパータンクのバルブの開閉タイミングに対してロアタンクのバルブの開閉タイミングを遅らせることにより、上記目的が達成される。
【０００９】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、エンジンと走行用モーターとの間で共通する放熱領域を熱交換器に設定し、エンジンおよび走行用モーターの負荷に応じて放熱領域の容量比を切換えるようにしたので、熱交換器の容量を大型化することなくエンジンおよび走行用モーターの冷却性を高められる。
【００１０】
さらに、エンジンおよび走行用モーターの負荷に応じてアッパータンクとロアタンクに介装された各バルブの開閉位置を切換えることにより、熱交換器のエンジンおよび走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる放熱領域の容量比が切換えるようにしたので、既存の熱交換器に対して少ない設計変更で、ラジエータの容量を大型化することなくエンジンおよび走行用モーターの冷却性を高められる。
【００１１】
さらにまた、走行用モーター側で占める放熱領域の容量を増やすときにアッパータンクのバルブの開閉タイミングに対してロアタンクのバルブの開閉タイミングを遅らせることにより、エンジン側循環通路の高温冷却媒体がモーター側循環通路に流入して、モーター側循環通路の冷却媒体の温度が上昇することが抑えられ、走行用モーターの冷却性が維持される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明をシリーズ・ハイブリッド車両（ＳＨＥＶ）に応用した一実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は第１の実施の形態の構成を示す図である。
【００１４】
エンジン１は発電機２を駆動するための原動機であり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。
【００１５】
エンジンコントローラー３は、エンジン１の吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等を制御する。この燃料噴射量の制御は、エアフロメータ１３により検出される吸入空気量Ｑａと、回転センサー１２によって検出されるエンジン１の回転速度Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを算出し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が目標値となるように駆動回路１５を介して各気筒毎に設けられる燃料噴射バルブ１６の燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００１６】
発電機２は車両の走行とバッテリー４の充電に用いる電力を発電する回転機であり、三相交流発電機等が用いられる。発電機コントローラー５は発電機２の発電電力を制御するとともに、発電された三相交流電力を直流電力に変換してモーターコントローラー６とバッテリー４へ供給する。
【００１７】
モーターコントローラー６はインバーターと制御装置を備え、直流電力を交流電力に変換して走行用モーター７に供給する。走行用モーター７は車両の走行駆動源となる回転機であり、三相同期電動機や三相誘導電動機等が用いられる。
【００１８】
バッテリー４は走行用モーター７に電力を供給するための電池であり、発電機２からの発電電力とモーター７からの回生電力により充電される。なお、バッテリー４に電気二重層パワーキャパシターを用いることもできる。走行用モーター７の駆動力は、駆動機構８を介して駆動輪９に伝達される。
【００１９】
車両コントローラー１０には、車両の走行速度Ｖを検出する車速センサー１１や、走行用モーター７に供給される電流Ａを検出する電流センサー１４等が接続される。車両コントローラー１０はマイクロコンピューターとメモリ１０ａ等の周辺部品を備え、エンジンコントローラー３、発電機コントローラー５、モーターコントローラー６等の車載機器を制御する。また、車両コントローラー１０には、バルブ駆動回路１７が接続され、後述するバタフライバルブ４１，４２，４３，５１，５２，５３の駆動用アクチュエータ群１８を制御することにより、冷却装置の作動を制御する。冷却装置の容量可変制御は、後述するように、電流Ａにより推定される走行用モーター７の負荷と、燃料噴射量により推定されるエンジン１の負荷とに応じて行われる。そのため、車両コントローラ１０のメモリ１０ａに走行用モーター７の駆動電流Ａとエンジン１の基本燃料噴射量Ｔｐをパラメーターとする、ラジエータ２０の放熱領域を設定したデータが予め記憶されている。
【００２０】
冷却装置について説明する。図２に示すように、エンジン内ウォータジャケット２１とラジエータ（熱交換器）２０との間で冷却水を図示しないウォータポンプを介して循環させる冷却水循環通路２２と、モーター内ウォータジャケット２７とラジエータ２０の間で冷却水を図示しないウォータポンプを介して循環させる冷却水循環通路２８がそれぞれ配設されている。エンジン内ウォータジャケット２１はエンジン１の燃焼室まわりに冷却水（冷却媒体）を循環させ、エンジン１に発生する熱を吸収する。モータ内ウォータジャケット２７は走行用モーター７のハウジングに同じく冷却水を循環させ、走行用モーター７に発生する熱を吸収する。
【００２１】
各ウォータジャケット２１，２７に共通のラジエータ２０は、図３に示すように、水平方向に延びるアッパータンク４０とロアタンク５０と、アッパータンク４０とロアタンク５０を結んで上下方向に延びる多数の冷却管３１とを有するものである。
【００２２】
アッパータンク４０には各ウォータジャケット２１，２７から冷却水が流入する入口３５，３６が設けられる。ロアタンク５０には各ウォータジャケット２１，２７へと冷却水を導く出口３７，３８が設けられる。
【００２３】
冷却管３１のまわりには多数の放熱フィン３４が設けられる。冷却管３１と放熱フィン３４は車両の前部に走行風が当たるように設置されるとともに、冷却管３１と放熱フィン３４に送風するファンが設けられ、冷却管３１を循環する冷却水から外気への放熱が促されるようになっている。
【００２４】
ラジエータ２０に冷却水が循環する容量を可変とする容量可変手段として、アッパータンク４０に３つのバルブ４１，４２，４３が介装されるとともに、ロアタンク５０に３つのバルブ５１，５２，５３が介装される。バタフライ式の各バルブ４１，４２，４３，５１，５２，５３は、長円形の板状をした弁体６１と、弁体６１を回動可能に支持する弁軸６２とを備える。
【００２５】
図４に示すように、ロアタンク５０内には各弁体６１を収装するプレート６３が介装される。図５に示すように、プレート６３には弁体６１の外周部が密着するシート部６４が傾斜面として形成される。弁体６１が図中実線で示すようにシート部６４に密着する閉位置にあるとき、ロアタンク５０内は弁体６１とプレート６３によって仕切られる。弁体６１が図中２点鎖線で示すように開位置にあるときには、ロアタンク５０内は弁体６１で仕切られることはない。なお、アッパータンク４０内にも同様の弁構造をしたバルブ５１，５２，５３が対応した位置にそれぞれ設けられる。
【００２６】
バルブ４１とバルブ５１、バルブ４２とバルブ５２、バルブ４３とバルブ５３は、それぞれ共通の２本の冷却管３１に挟まれるように上下方向に並んで配置され、これらが共に閉弁することによりラジエータ２０の放熱領域をエンジン側とモーター側に分けられるようになっている。ここで図２においてラジエータ２０の放熱領域をバルブ４１とバルブ５１、バルブ４２とバルブ５２、バルブ４３とバルブ５３によって４つの領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに区分して説明する。
【００２７】
車両コントローラ１０は、図９に示す制御プログラムを実行してラジエータ２０の放熱領域を走行用モーター７の駆動電流Ａとエンジン１の基本燃料噴射量Ｔｐに応じて切換える制御を行う。図９のフローチャートは各バルブ４１，４２，４３，５１，５２，５３の開閉を制御するルーチンを示しており、車両コントローラ１０において一定周期毎に実行される。
【００２８】
まずステップＳ１において、電流センサ１４によって検出される走行用モーター７の駆動電流Ａを読込み、ステップＳ２に進んで、基本燃料噴射量Ｔｐをそれぞれ読込む。続いてステップＳ３に進んで、走行用モーター７の駆動電流Ａと基本燃料噴射量Ｔｐに応じてラジエータ２０の放熱領域を判定する。
【００２９】
ここで基本燃料噴射量Ｔｐが所定値より大きく走行用モーター７の駆動電流Ａが所定値より小さいと判定された場合、ステップＳ４に進んで、バルブ４３とバルブ５３が共に閉弁され、他のバルブ４１，４２，５１，５２が開弁される。これにより、ラジエータ２０は領域Ａ，Ｂ，Ｃがエンジン内ウォータジャケット２１との間で冷却水を図６に矢印で示すように循環させるエンジン側放熱領域となってエンジン１の冷却性が高められる一方、領域Ｄがモーター内ウォータジャケット２７との間で冷却水を図６に矢印で示すように循環させるモーター側放熱領域となり走行用モーター７の冷却が行われる。
【００３０】
基本燃料噴射量Ｔｐと走行用モーター７の駆動電流Ａが共に中程度であると判定された場合は、ステップＳ５に進んで、バルブ４２とバルブ５２が共に閉弁され、他のバルブ４１，４３，５１，５３が開弁される。これにより、ラジエータ２０は領域Ａ，Ｂがエンジン内ウォータジャケット２１との間で冷却水を図７に矢印で示すように循環させるエンジン側放熱領域となってエンジン１の冷却が行われる一方、領域Ｃ，Ｄがモーター内ウォータジャケット２７との間で冷却水を図７に矢印で示すように循環させるモーター側放熱領域となり走行用モーター７の冷却が行われる。
【００３１】
基本燃料噴射量Ｔｐが所定値より小さく走行用モーター７の駆動電流Ａが所定値より大きいと判定された場合は、ステップＳ６に進んで、バルブ４１とバルブ５１が共に閉弁され、他のバルブ４２，４３，５２，５３が開弁される。これにより、ラジエータ２０は領域Ａがエンジン内ウォータジャケット２１との間で冷却水を図８に矢印で示すように循環させるエンジン側放熱領域となってエンジン１の冷却が行われる一方、領域Ｂ，Ｃ，Ｄがモーター内ウォータジャケット２７との間で冷却水を図８に矢印で示すように循環させるモーター側放熱領域となり走行用モーター７の冷却性が高められる。
【００３２】
このようにして、エンジン１および走行用モーター７の負荷に応じてラジエータ２０の放熱領域が切換えられることにより、ラジエータ２０の容量を大型化することなくエンジン１および走行用モーター７の冷却性を高められる。
【００３３】
−発明の実施の形態の変形例−
他の実施形態として、ラジエータ２０の放熱領域をエンジン１と走行用モーター７の間で切換えるときにアッパータンク４０の各バルブ４１，４２，４３の開閉タイミングに対してロアタンク５０の各バルブ５１，５２，５３の開閉タイミングを遅らせて、エンジン側冷却水循環通路２２を循環する高温冷却水がモーター側冷却水循環通路２８に流入しないように制御してもよい。
【００３４】
図１０のフローチャートは各バルブ４１，４２，４３，５１，５２，５３の開閉を制御するルーチンを示しており、車両コントローラ１０において一定周期毎に実行される。
【００３５】
これについて説明すると、まずステップＳ１１において、電流センサ１４によって検出される走行用モーター７の駆動電流Ａを読込み、ステップＳ１２に進んで、基本燃料噴射量Ｔｐをそれぞれ読込む。続いてステップＳ１３に進んで、走行用モーター７の駆動電流Ａと基本燃料噴射量Ｔｐに応じてラジエータ２０の放熱領域を判定する。
【００３６】
ここで基本燃料噴射量Ｔｐが所定値より大きく走行用モーター７の駆動電流Ａが所定値より小さいと判定された場合、ステップＳ４に進んで、バルブ４３とバルブ５３が共に閉弁され、他のバルブ４１，４２，５１，５２が開弁される。これにより、ラジエータ２０は領域Ａ，Ｂ，Ｃがエンジン内ウォータジャケット２１との間で冷却水を図６に矢印で示すように循環させるエンジン側放熱領域となってエンジン１の冷却性が高められる一方、領域Ｄがモーター内ウォータジャケット２７との間で冷却水を図６に矢印で示すように循環させるモーター側放熱領域となり走行用モーター７の冷却が行われる。
【００３７】
基本燃料噴射量Ｔｐと走行用モーター７の駆動電流Ａが共に中程度であると判定された場合は、ステップＳ１５に進んで、前回の流れで基本燃料噴射量Ｔｐが所定値より大きかったかどうかを判定する。ここで基本燃料噴射量Ｔｐが所定値より大きかったと判定され、モーター側放熱領域が領域Ｄから領域Ｃ，Ｄに広げられる場合、ステップＳ１６、１７に進んで、まずバルブ４２，５３を閉弁し、他のバルブ４１，４３，５１，５２が所定時間（数秒）だけ開弁される。
【００３８】
これにより、ラジエータ２０における冷却水の流れは、図１１に矢印で示すように、モーター側冷却水通路２８を循環する冷却水の一部が領域Ｃの各冷却管３１に流入し、領域Ｃの各冷却管３１内に介在している高温の冷却水がエンジン側冷却水循環通路２２に流出して、領域Ｃの水温は低下する。その結果、エンジン側冷却水循環通路２２を循環する高温冷却水がモーター側冷却水通路２８に流入してモーター側冷却水循環通路２８の冷却水温度が過度に上昇することが抑えられ、走行用モーター７の冷却性が維持される。
【００３９】
ステップＳ１７にて所定時間が経過したと判定された場合、あるいはステップＳ１５にて前回の流れでも基本燃料噴射量Ｔｐが中程度であると判定された場合、ステップＳ１８に進んで、バルブ４２とバルブ５２が共に閉弁され、他のバルブ４１，４３，５１，５３が開弁される。これにより、ラジエータ２０は領域Ａ，Ｂがエンジン内ウォータジャケット２１との間で冷却水を図７に矢印で示すように循環させるエンジン側放熱領域となってエンジン１の冷却が行われる一方、領域Ｃ，Ｄがモーター内ウォータジャケット２７との間で冷却水を図７に矢印で示すように循環させるモーター側放熱領域となり走行用モーター７の冷却が行われる。
【００４０】
一方、ステップＳ１３にて基本燃料噴射量Ｔｐが所定値より小さく走行用モーター７の駆動電流Ａが所定値より大きいと判定された場合は、ステップＳ１９に進んで、前回の流れで基本燃料噴射量Ｔｐが中程度であったかどうかを判定する。ここで基本燃料噴射量Ｔｐが中程度であったと判定され、モーター側放熱領域が領域Ｃ，Ｄから領域Ｂ，Ｃ，Ｄに広げられる場合、ステップＳ２０，２１に進んで、バルブ４１，５２を閉弁し、他のバルブ４１，４３，５１，５２が所定時間（数秒）だけ開弁される。
【００４１】
これにより、ラジエータ２０における冷却水の流れは、図１２に矢印で示すように、モーター側冷却水通路２８を循環する冷却水の一部が領域Ｂの各冷却管３１に流入し、領域Ｂの各冷却管３１内に介在している高温の冷却水がエンジン側冷却水循環通路２２に流出して、領域Ｂの水温が低下する。その結果、エンジン側冷却水循環通路２２を循環する高温冷却水がモーター側冷却水通路２８に流入してモーター側冷却水循環通路２８の冷却水温度が過度に上昇することが抑えられ、走行用モーター７の冷却性が維持される。
【００４２】
ステップＳ２１にて所定時間が経過したと判定された場合、あるいはステップＳ１９にて前回の流れでも基本燃料噴射量Ｔｐが中程度であると判定された場合、ステップＳ２２に進んで、バルブ４１とバルブ５１が共に閉弁され、他のバルブ４２，４３，５２，５３が開弁される。これにより、ラジエータ２０は領域Ａがエンジン内ウォータジャケット２１との間で冷却水を図８に矢印で示すように循環させるエンジン側放熱領域となってエンジン１の冷却が行われる一方、領域Ｂ，Ｃ，Ｄがモーター内ウォータジャケット２７との間で冷却水を図８に矢印で示すように循環させるモーター側放熱領域となり走行用モーター７の冷却性が高められる。
【００４３】
このようにして、モーター側放熱領域の容量を増やすときにアッパータンク４０の各バルブ４１，４２の開閉タイミングに対してロアタンク５０の各バルブ５２，５３の開閉タイミングを遅らせることにより、エンジン側循環通路２２の高温冷却水がモーター側循環通路２８に流入して、モーター側循環通路２８の冷却水の温度が上昇することが抑えられ、走行用モーター７の冷却性が維持される。
【００４４】
なお、ステップＳ１９の判定をステップＳ１５と同様にしてもよく、この場合バルブ４１とバルブ５３が共に閉弁され、他のバルブ４２，４３，５１，５２が開弁がされる状態を所定時間維持し、所定時間経過後にステップ２２に進む。
【００４５】
以上の実施の形態は請求項１との関係において、熱交換器の容量可変手段が各バルブ４１，４２，４３，５１，５２，５３に、エンジンの負荷検出手段がエンジンコントローラ３に、走行用モーター７の負荷検出手段が電流センサ１４に、熱交換器の容量制御手段が車両コントローラ１０に、それぞれ対応する。
【００４６】
さらに他の実施形態として、図１３に示すように、車両７０の前部に４つのラジエータ７１，７２，７３，７４を前後方向に並べて配置し、各ラジエータ７１，７２，７３，７４に対してエンジン側冷却水循環通路とモーター側冷却水循環通路を選択的に接続できる構成としてもよい。
【００４７】
この場合、モーター負荷が小さくエンジン負荷が大きい場合、最前列のラジエータ７１にモーター側冷却水循環通路を接続し、その後ろの各ラジエータ７２，７３，７４にエンジン側冷却水循環通路を接続する。
【００４８】
モーター負荷とエンジン負荷が共に中程度の場合、最前列のラジエータ７１と二列目のラジエータ７２にモーター側冷却水循環通路を接続し、三列目と四列目の各ラジエータ７３，７４にエンジン側冷却水循環通路を接続する。
【００４９】
モーター負荷が大きくエンジン負荷が小さい場合、最前列と二列目および三列目のラジエータ７１，７２，７３にモーター側冷却水循環通路を接続し、その後ろの各ラジエータ７４にエンジン側冷却水循環通路を接続する。
【００５０】
このようにして、エンジンおよび走行用モーターの負荷に応じてラジエータ７１，７２，７３，７４に接続する冷却水循環通路が切換えられることにより、ラジエータ７１，７２，７３，７４の容量を大型化することなくエンジンおよび走行用モーターの冷却性を高められる。
【００５１】
また、走行風等の冷却風は各ラジエータ７１，７２，７３，７４を順に通過する過程で次第に温度上昇するが、比較的低温の冷却水が流れるモーター側冷却水循環通路のラジエータを、比較的高温の冷却水が流れるエンジン側冷却水循環通路のラジエータより車両前方に配置することにより、各ラジエータ７１，７２，７３，７４において冷却水から冷却風への放熱が促され、熱交換率が十分に確保される。
【００５２】
上述した各実施形態では、本発明をシリーズ・ハイブリッド車両に応用した例を示したが、本発明はシリーズ・ハイブリッド車両に限定されず、例えばシリーズ・パラレル・ハイブリッド車両（ＳＰＨＶ）等の冷却装置にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】同じく冷却装置の構成を示す図である。
【図３】同じくラジエータの正面図である。
【図４】同じくラジエータの一部断面図である。
【図５】同じくラジエータの一部断面図である。
【図６】同じくラジエータにおける冷却水の流れを示す説明図である。
【図７】同じくラジエータにおける冷却水の流れを示す説明図である。
【図８】同じくラジエータにおける冷却水の流れを示す説明図である。
【図９】同じく冷却装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図１０】一実施の形態の変形例における冷却装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図１１】同じくラジエータにおける冷却水の流れを示す説明図である。
【図１２】同じくラジエータにおける冷却水の流れを示す説明図である。
【図１３】他の実施の形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１発電機駆動用エンジン
２発電機
３エンジンコントローラー
４バッテリー
５発電機コントローラー
６モーターコントローラー
７走行用モーター
１０車両コントローラー
１０ａメモリ
１１車速センサー
１２回転センサー
１４電流センサー
１７バルブ駆動回路
１８バルブアクチュエータ
２１エンジン内ウォータジャケット
２２エンジン側冷却水循環通路
２７モーター内ウォータジャケット
２８モーター側冷却水循環通路
４０アッパータンク
４１〜４３バルブ
５０ロアタンク
５１〜５３バルブ

Claims

エンジンおよび走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる熱交換器とを備えるハイブリッド車両の冷却装置において、
前記熱交換器は前記エンジンと前記走行用モーターとの間で共通する放熱領域を有し、冷却媒体の放熱を促す冷却管と、前記冷却管に冷却媒体を導くアッパータンクと、前記冷却管から出る冷却媒体が導かれるロアタンクとを備え、
前記エンジン側の冷却媒体が循環する放熱領域と前記走行用モーター側の冷却媒体が循環する放熱領域の容量比を可変とする容量可変手段と、
前記エンジンおよび前記走行用モーターの負荷を検出する負荷検出手段と、
負荷に応じて前記放熱領域の容量比を制御する容量制御手段とを備え、
前記アッパータンクと前記ロアタンクに前記エンジンおよび前記走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる各循環通路を並列に接続し、
前記容量可変手段として前記アッパータンクと前記ロアタンクに冷却媒体を前記各冷却管に分配する複数のバルブを介装し、
前記容量制御手段は負荷に応じて前記各バルブを開閉して前記エンジンおよび前記走行用モーターとの間で冷却媒体を循環させる前記放熱領域の容量比を制御するとともに、前記走行用モーター側の冷却媒体が循環する放熱領域の容量を増やすときに前記アッパータンクのバルブの開閉タイミングに対して前記ロアタンクのバルブの開閉タイミングを遅らせることを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。