JP3710804B2

JP3710804B2 - ハイブリッド車両の冷却装置

Info

Publication number: JP3710804B2
Application number: JP2004004293A
Authority: JP
Inventors: 春美武富; 修齋藤; 栄治小池
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: JP2005198460A

Description

この発明は、内燃機関及びモータ駆動によるハイブリッド車両の冷却装置に関する。

従来、例えば、エンジンを冷却する冷却水を流通させる冷却回路に具備されるラジエータに対し、このラジエータ内を流通した冷却水の一部が分流されて再度ラジエータ内を流通するようにして、ラジエータ内の主流路に加えて付加的な流路を設け、この付加的な流路を流通した冷却水、つまり主流路を流通する冷却水に比べてラジエータ内での流通経路が長くなることで相対的に低温となった冷却水によって、例えばＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）等の作動油の温度を制御する装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
米国特許第ＵＳ６１９６１６８号明細書

ところで、従来、内燃機関と共に車両の駆動源とされるモータを備えたハイブリッド車両では、内燃機関の冷却に加えて、モータやモータに電力を供給するインバータ等からなる高圧系の電気機器の冷却が必要となる。
しかしながら、内燃機関と高圧系の電気機器とでは互いに管理温度が異なる場合があり、例えば上述したような従来技術に係るラジエータによって複数の異なる温度の冷却水を排出させる場合であっても、これらの複数の冷却水毎に独立した冷却回路系を設けると、装置構成が複雑化すると共に車両への搭載性が損なわれるという問題が生じる。
また、内燃機関の運転停止に伴って冷却回路内での冷却水の循環が停止すると、運転停止直後等において相対的に高温状態の内燃機関近傍の冷却水の温度が上昇し、冷却回路内に冷却水の温度差に起因した対流（つまり、熱の伝達）が生じる場合がある。そして、この対流によって、相対的に高温の冷却水が高圧系の電気機器近傍に到達すると、これらの電気機器の温度が所定の管理温度を超えて上昇してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置構成が複雑化することを防止しつつ管理温度が異なる複数の機器の温度状態を適切に制御することが可能なハイブリッド車両の冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のハイブリッド車両の冷却装置は、動力源としての内燃機関およびモータを備え、少なくとも前記モータの駆動力により走行可能なハイブリッド車両に搭載され、前記内燃機関と、前記モータの作動状態を制御するモータ制御手段（例えば、後述する実施の形態でのＰＤＵ１４）とを、共通の冷却水により冷却するハイブリッド車両の冷却装置であって、前記モータ制御手段を収容するケース（例えば、後述する実施の形態でのケース４０ａ）に前記冷却水の流通路を備え、該流通路のうち前記モータ制御手段の冷却対象近傍の流通路（例えば、後述する実施の形態での冷却流路１４ａ）は、前記流通路に前記冷却水を供給する供給口（例えば、後述する実施の形態での供給配管４１ｂ）および前記流通路から前記冷却水を排出する排出口（例えば、後述する実施の形態での排出配管４２ｂ）に対して相対的に鉛直方向下方の位置に配置されることを特徴とする。

上記構成のハイブリッド車両の冷却装置によれば、モータ制御手段を収容するケースに形成された冷却水の流通路において、モータ制御手段の冷却対象近傍の流通路は供給口および排出口よりも鉛直方向下方に配置されていることから、たとえ相対的に高温の冷却水が供給口および排出口に到達した場合であっても、この高温の冷却水が冷却対象近傍の流通路へと向かい鉛直方向下方に対流することを抑制することができる。
これにより、例えばモータ制御手段の冷却対象の耐熱性を向上させるために要する費用の増大を防止したり、例えば相対的に高温の冷却水がモータ制御手段の冷却対象近傍に向かい対流することを防ぐための切替弁等を設けるために要する費用が増大してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明のハイブリッド車両の冷却装置は、少なくとも前記モータと電気エネルギーの授受を行う蓄電装置の端子間電圧または前記モータの出力電圧を降圧して出力する変圧手段（例えば、後述する実施の形態でのダウンバータ１５）を、前記モータ制御手段に対して相対的に鉛直方向下方の位置に備え、前記流通路は前記モータ制御手段と前記変圧手段との間に配置された流通路を備えることを特徴とする。

上記構成のハイブリッド車両の冷却装置によれば、例えば、鉛直方向上方に配置されたモータ制御手段と下方に配置された変圧手段とによって両側から挟み込むようにして配置された流通路を備えることで、モータ制御手段および変圧手段を冷却することができ、さらに、内燃機関の運転停止時にモータ制御手段に加えて変圧手段の冷却対象近傍に相対的に高温の冷却水が対流することを抑制することができる。

請求項１に記載の本発明のハイブリッド車両の冷却装置によれば、相対的に高温の冷却水が供給口および排出口に到達した場合であっても、この高温の冷却水が冷却対象近傍の流通路へと向かい鉛直方向下方に対流することを抑制することができる。
これにより、例えばモータ制御手段の冷却対象の耐熱性を向上させるために要する費用の増大を防止したり、例えば相対的に高温の冷却水がモータ制御手段の冷却対象近傍に向かい対流することを防ぐための切替弁等を設けるために要する費用が増大してしまうことを防止することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明のハイブリッド車両の冷却装置によれば、モータ制御手段に加えて変圧手段の冷却対象近傍に相対的に高温の冷却水が対流することを抑制することができる。

以下、本発明のハイブリッド車両の冷却装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の冷却装置１０は、例えば図１に示すように、内燃機関１１とモータ１２と変速機（Ｔ／Ｍ）１３とを直列に直結した構造のハイブリッド車両１に搭載されており、このハイブリッド車両１では、例えば内燃機関１１および走行用のモータ１２の両方の駆動力は、ＣＶＴやマニュアルトランスミッション等の変速機（Ｔ／Ｍ）１３を介して駆動輪Ｗに伝達される。
そして、モータ１２はハイブリッド車両１の運転状態に応じて内燃機関１１の駆動力を補助する補助駆動力を発生するようになっている。また、ハイブリッド車両１の減速時に車輪Ｗ側からモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ１２は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

モータ１２の回生作動及び駆動は、モータ制御装置（図示略）からの制御指令を受けてＰＤＵ（パワードライブユニット）１４により行われる。ＰＤＵ１４は、例えば複数のトランジスタからなるスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータを備えて構成され、モータ１２と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ等を具備する蓄電装置（図示略）が接続されている。
また、この高圧系の蓄電装置には、ハイブリッド車両１の各種補機類を駆動するための１２ボルトの補助バッテリ（図示略）が、ＤＣ−ＤＣコンバータからなるダウンバータ（Ｄ／Ｖ）１５を介して接続されており、ダウンバータ１５は蓄電装置の電圧を降圧して補助バッテリを充電するようになっている。
なお、このハイブリッド車両１において、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５は、例えば変速機１３の近傍に配置されている。

本実施の形態によるハイブリッド車両の冷却装置１０は、例えば図２に示すように、内燃機関１１またはモータ１２により駆動されるウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２１と、ラジエータ２２と、第１サーモスタット２３と、第２サーモスタット２４と、内燃機関１１内部のウォータジャケット２５と、ヒータコア２６と、第１および第２温度センサ２７，２８とを備えて構成されている。

このハイブリッド車両の冷却装置１０では、例えば、ウォータポンプ２１の下流側にウォータジャケット２５が配置され、このウォータジャケット２５を流通して相対的に高温となった冷却水は２つの第１および第２流路３０ａ，３０ｂに流通するようになっている。
第１流路３０ａには適宜のバルブ２６ａを介してヒータコア２６が接続され、このヒータコア２６は相対的に高温の冷却水を熱源として空気を加熱しており、このヒータコア２６で熱交換された冷却水は第３流路３０ｃによってウォータポンプ２１へ還流する。

また、第１流路３０ａにはバルブ２６ａおよびヒータコア２６を迂回して第３流路３０ｃに接続されると共に、スロットルボディ３１および換気装置をなすブリーザ３２に冷却水を供給する第４流路３０ｄが設けられている。
そして、第２流路３０ｂは、ラジエータ２２に冷却水を流通させるための第５流路３０ｅと、例えばこの第５流路３０ｅよりも内径が小さく形成され、第３流路３０ｃに接続される第６流路３０ｆとに分岐するようになっている。
なお、第２流路３０ｂには、ウォータジャケット２５から排出される冷却水の温度を検出する第１温度センサ２７が備えられている。

ラジエータ２２は、例えば第５流路３０ｅに接続された入口側タンク２２Ａと、第１サーモスタット２３を介して第３流路３０ｃに接続された第７流路３０ｇに接続される出口側タンク２２Ｂと、入口側タンク２２Ａと出口側タンク２２Ｂとを接続するラジエータ内部の主流路２２ａと、出口側タンク２２Ｂに接続されたラジエータ２２内部の副流路２２ｂとを備えて構成されている。そして、副流路２２ｂには、後述するように、例えば対向配置されたＰＤＵ１４およびダウンバータ１５の冷却流路１４ａとモータ１２の冷却流路１２ａとへ冷却水を供給する第８流路３０ｈが接続され、この第８流路３０ｈは第２サーモスタット２４を介して第３流路３０ｃに接続されている。

すなわち、ラジエータ２２の内部は仕切り板等によって主流路２２ａと副流路２２ｂとに仕切られており、出口側タンク２２Ｂにおいて主流路２２ａと副流路２２ｂとが連通するように構成されている。
そして、第５流路３０ｅからラジエータ２２の入口側タンク２２Ａに導入された冷却水は、先ず、ラジエータ２２内部の主流路２２ａを流通し、適宜の第１温度（例えば、約８０℃程度等）まで冷却される。
次に、主流路２２ａを流通して出口側タンク２２Ｂに導入された冷却水のうち少なくとも一部は、ラジエータ２２内部の副流路２２ｂを流通し、ラジエータ２２内部での流通経路が相対的に長くなることで第１温度よりも低い適宜の第２温度（例えば、約６０℃程度等）まで冷却可能とされている。
なお、第８流路３０ｈにおける、モータ１２の下流側の位置には、モータ１２の冷却流路１２ａから排出される冷却水の温度を検出する第２温度センサ２８が備えられ、この第２温度センサ２８から出力される検出結果が所定温度を超える場合には、ラジエータ２２を冷却する冷却ファン２９が作動するように設定されている。

第１および第２サーモスタット２３，２４は、冷却水の温度が各所定温度を超える高温状態であるときに閉状態から開状態へと変化するように設定されており、主に内燃機関１１の温度調節を行う第１サーモスタット２３が開状態となる所定の第１設定温度（例えば、約８２℃程度）に比べて、主に高圧系の温度調節を行う第２サーモスタット２４が開状態となる所定の第２設定温度（例えば、約６５℃程度）の方がより低い温度に設定されている。

ＰＤＵ１４は、例えば図３から図５に示すように、略直方体箱型のケース４０ａ内にインバータ等の電子機器が収容された状態でケース４０ａの開口部が蓋部材４０ｂによって閉塞されて構成されている。そして、ケース４０ａは、開口部が鉛直方向上方（例えば、図３から図５における鉛直方向Ｖ）に向かい開口するようにして配置され、ケース４０ａ内に収容される電子機器のうち、相対的に発熱量が大きい素子、例えばインバータを構成するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar mode Transistor）等の複数のトランジスタからなるスイッチング素子１４ｂ等はケース４０ａの底部に配置されている。
また、ダウンバータ１５は、例えば図５に示すように、略直方体箱型のケース５０ａ内にＤＣ−ＤＣコンバータ等の電子機器が収容された状態でケース５０ａの開口部が蓋部材５０ｂによって閉塞されて構成されている。そして、ケース５０ａは、開口部が鉛直方向下方（つまり、図３から図５における−Ｖ方向）に向かい開口するようにして配置され、ケース５０ａ内に収容される電子機器のうち、相対的に発熱量が大きい素子、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを構成するＦＥＴ素子１５ｂ等はケース５０ａの底部に配置されている。
そして、ＰＤＵ１４のケース４０ａの底面４０Ａとダウンバータ１５のケース５０ａの底面５０Ａとが面接触した状態で各ケース４０ａ，５０ａが一体に接続されている。

ＰＤＵ１４のケース４０ａの側部のうち対向する一対の側部４１，４２には、底面４０Ａ上で開口し、鉛直方向上方（つまり、図３から図５における鉛直方向Ｖ）に向かい所定の深さを有する各側部溝部４１ａ，４２ａが形成されている。さらに、ケース４０ａの開口部近傍の位置において、一方の側部４１には、この側部４１の内部に形成された側部溝部４１ａに連通して外部から側部溝部４１ａ内に冷却水を供給可能な供給配管４１ｂが設けられ、他方の側部４２には、この側部４２の内部に形成された側部溝部４２ａに連通して側部溝部４２ａ内から外部へと冷却水を排出可能な排出配管４２ｂが設けられている。
さらに、ケース４０ａの底部４３には、底面４０Ａ上で開口し、鉛直方向上方（つまり、図３から図５における鉛直方向Ｖ）に向かい所定の深さを有すると共に、各側部溝部４１ａ，４２ａに連通する底部溝部４３ａが形成されている。そして、この底部溝部４３ａには、一方の側部溝部４１ａから他方の側部溝部４２ａへ向かう方向に沿って所定間隔をおいた位置に複数の放熱板４３ｂ，…，４３ｂが、底部溝部４３ａの底面上から鉛直方向下方（つまり、図３から図５における−Ｖ方向）に向かい突出するようにして配置されている。なお、各放熱板４３ｂの突出方向に沿った高さは、底部溝部４３ａの深さ以下に設定され、各放熱板４３ｂがケース４０ａの底面４０Ａから鉛直方向下方に突出しないように設定されている。

これにより、ＰＤＵ１４のケース４０ａの底面４０Ａとダウンバータ１５のケース５０ａの底面５０Ａとが互いに突き合わされて面接触することにより、各側部溝部４１ａ，４２ａおよび底部溝部４３ａの各開口部が、ダウンバータ１５のケース５０ａの底面５０Ａにより閉塞されるようにして、冷却水の流通路である冷却流路１４ａが画成されている。
つまり、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５に供給された冷却水は、鉛直方向下方の位置に屈曲部を有する略Ｕ字状の流通経路に沿って流通するようになっており、先ず、供給配管４１ｂから一方の側部溝部４１ａ内に供給された冷却水は一方の側部溝部４１ａ内を鉛直方向下方に向かい流通する。そして、ダウンバータ１５のケース５０ａの底面５０Ａに到達した冷却水は、一方の側部溝部４１ａから他方の側部溝部４２ａへ向かい水平方向に沿って底部溝部４３ａ内（つまり冷却流路１４ａ内）を流通する。このとき、冷却水は隣り合う放熱板４３ｂ，４３ｂ間を流通して、各放熱板４３ｂからの放熱を促進するようになっている。これにより、各ケース４０ａ，５０ａの底部に配置された相対的に発熱量が大きい素子が過熱状態となることが防止されている。そして、他方の側部溝部４２ａに到達した冷却水は、この他方の側部溝部４２ａ内を鉛直方向上方に向かい流通し、排出配管４２ｂから外部に排出される。
なお、供給配管４１ｂおよび排出配管４２ｂは、ラジエータ２２内部の副流路２２ｂに接続された第８流路３０ｈに接続されている。

本実施の形態によるハイブリッド車両の冷却装置１０は上記構成を備えており、次に、ハイブリッド車両の冷却装置１０の動作について説明する。

このハイブリッド車両の冷却装置１０では、例えば内燃機関１１の始動時等のように冷却水の温度が相対的に低い場合には、第１サーモスタット２３および第２サーモスタット２４が閉状態となり、例えば図２に示す流通経路Ｆａ（例えば、図２の破線矢印Ｆａ）のように、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、ラジエータ２２を迂回するようにしてウォータポンプ２１へ還流するようになっている。
すなわち、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、順次、第１流路３０ａ、ヒータコア２６または第４流路３０ｄ、第３流路３０ｃを流通して、または、第２流路３０ｂ、第６流路３０ｆ、第３流路３０ｃを流通して、ウォータポンプ２１へ還流する。

そして、冷却水の温度が所定の第２設定温度（例えば、約６５℃程度）よりも高くなると第２サーモスタット２４が開状態となり、例えば図２に示す流通経路Ｆｂ（例えば、図２の実線矢印Ｆｂ）のように、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、さらに、ラジエータ２２へ流通するようになり、ラジエータ２２の主流路２２ａおよび副流路２２ｂを流通する過程でいわば２段階的に冷却された後にＰＤＵ１４およびダウンバータ１５およびモータ１２へ供給される。
すなわち、ウォータジャケット２５から排出される冷却水は、順次、第１流路３０ａ、第５流路３０ｅ、ラジエータ２２の主流路２２ａ、副流路２２ｂ、第８流路３０ｈ、第２サーモスタット２４、第３流路３０ｃを流通して、ウォータポンプ２１へ還流する。

そして、冷却水の温度が所定の第１設定温度（例えば、約８２℃程度）よりも高くなると第１サーモスタット２３が開状態となり、ラジエータ２２の主流路２２ａを流通した冷却水は、さらに、第７流路３０ｇから第１サーモスタット２３を介して第３流路３０ｃを流通し、ウォータポンプ２１へ還流するようになる。

また、アイドル停止時等の内燃機関１１の運転停止に伴って各流路内での冷却水の循環が停止すると、運転停止直後等において相対的に高温状態の内燃機関１１のウォータジャケット２５内の冷却水の温度が上昇し、冷却水の流通路内に冷却水の温度差に起因した対流（つまり、熱の伝達）が生じる。そして、この対流によって相対的に高温の冷却水が内燃機関１１側からＰＤＵ１４およびダウンバータ１５近傍に到達した場合であっても、高温の冷却水が鉛直方向下方に向かい対流すること（つまり、熱が鉛直方向下方に向かい伝達すること）は抑制されることから、鉛直方向下方の位置に屈曲部を有する略Ｕ字状の流通経路が設けられたＰＤＵ１４およびダウンバータ１５に対して、内燃機関１１の熱が伝達してしまうことを抑制することができ、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５が所定の管理温度を超えて温度上昇してしまうことを防止することができる。

本実施の形態によるハイブリッド車両の冷却装置１０によれば、ＰＤＵ１４を収容するケース４０ａとダウンバータ１５を収容するケース５０ａとによって画成された冷却水の流通経路において、冷却対象近傍の冷却流路１４ａは供給配管４１ｂおよび排出配管４２ｂよりも鉛直方向下方に配置されていることから、たとえ相対的に高温の冷却水が供給配管４１ｂおよび排出配管４２ｂに到達した場合であっても、この高温の冷却水が冷却対象近傍の冷却流路１４ａへと向かい鉛直方向下方に対流することを抑制することができる。
これにより、例えばＰＤＵ１４およびダウンバータ１５の冷却対象の耐熱性を向上させるために要する費用の増大を防止したり、例えば相対的に高温の冷却水がＰＤＵ１４およびダウンバータ１５の冷却対象近傍に向かい対流することを防ぐための切替弁等を設けるために要する費用が増大してしまうことを防止することができる。
また、単一のラジエータ２２の内部に主流路２２ａと、この主流路２２ａに連通する副流路２２ｂとを設け、いわば２段階で冷却水の温度を低下可能とすることにより、装置構成や冷却水の流通流路が複雑化することを抑制しつつ、管理温度の異なる複数の系、例えば内燃機関１１と、内燃機関１１に比べて相対的に低温状態に設定される高圧系（例えば、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５およびモータ１２等）とに対して、共通の冷却水によって適切な温度管理を行うことができる。
しかも、管理温度の異なる複数の系から排出される冷却水を単一のウォータポンプ２１の上流側で合流させることにより、装置構成を簡略化しつつ、各系の温度状態が所望の状態から逸脱してしまうことを容易に抑制することができる。
また、第１サーモスタット２３および第２サーモスタット２４を具備し、例えば内燃機関１１の暖機運転時等において、冷却水がラジエータ２２および高圧系を迂回して流通するように設定されていることから、系の温度を所望の温度まで上昇させる際の昇温特性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態において、ＰＤＵ１４およびダウンバータ１５を冷却した後の冷却水はモータ１２の冷却流路１２ａへ供給されるとしたが、これに限定されず、例えば冷却水をモータ１２の冷却流路１２ａを迂回して第２サーモスタット２４へ流通させ、モータ１２を空冷するように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の冷却装置の模式図である。本発明の一実施形態によるハイブリッド車両の冷却装置の構成図である。ＰＤＵを収容するケースの斜視図である。ＰＤＵを収容するケースの斜視図である。鉛直方向に沿って対向配置されたＰＤＵおよびダウンバータの断面図である。

符号の説明

１０ハイブリッド車両の冷却装置
１４ＰＤＵ（モータ制御手段）
１４ａ冷却流路（流通路）
１５ダウンバータ（変圧手段）
２２ラジエータ
２３第１サーモスタット
２４第２サーモスタット
４０ａケース
４１ｂ供給配管（供給口）
４２ｂ排出配管（排出口）

Claims

動力源としての内燃機関およびモータを備え、少なくとも前記モータの駆動力により走行可能なハイブリッド車両に搭載され、前記内燃機関と、前記モータの作動状態を制御するモータ制御手段とを、共通の冷却水により冷却するハイブリッド車両の冷却装置であって、
前記モータ制御手段を収容するケースに前記冷却水の流通路を備え、
該流通路のうち前記モータ制御手段の冷却対象近傍の流通路は、前記流通路に前記冷却水を供給する供給口および前記流通路から前記冷却水を排出する排出口に対して相対的に鉛直方向下方の位置に配置されることを特徴とするハイブリッド車両の冷却装置。
少なくとも前記モータと電気エネルギーの授受を行う蓄電装置の端子間電圧または前記モータの出力電圧を降圧して出力する変圧手段を、前記モータ制御手段に対して相対的に鉛直方向下方の位置に備え、
前記流通路は前記モータ制御手段と前記変圧手段との間に配置された流通路を備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の冷却装置。