JP5155801B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、それぞれ動力を出力可能なエンジンおよび電動機を備えたハイブリッド車両に関する。
従来から、それぞれ動力を発生可能なエンジンおよび回転電機を有するハイブリッド車両として、エンジンや回転電機の近傍に配置されると共にバッテリからの電力を回転電機に供給可能なインバータと、インバータからの熱を放熱可能なインバータ用放熱部と、インバータ用放熱部を冷却する外気を取り入れ可能なインバータ用外気取入部と、インバータを冷却する外気が流通するインバータ用冷却管と、外気取入部から冷却管内に外気を強制的に取り込むファンとを備えたものが知られる(例えば、特許文献1参照)。なお、従来から、車載用空調装置として、ダッシュパネルの垂直方向に延びる壁部の前面に配置されるモジュールボックス内に収容されたエアコンユニットや、モジュールボックスの下面に取り付けられたモーターインコンプレッサー、モジュールボックスの下面に取り付けられて当該モータインコンプレッサのモータを駆動するインバータを備えたものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2008−206228号公報 特開2003−112519号公報
特許文献1に記載のハイブリッド車両のように、車体に対してインバータ用の外気取入部や冷却管、更にはファンを設けることにより、外気をインバータに導いて冷却に供することができる。しかしながら、エンジンコンパートメント等にインバータ専用の外気取入部や冷却管、ファンを設けるのは、エンジンコンパートメント内のスペース効率やコストの面で問題があり、これらの専用部品を用いたわりには、さほど冷却効果が得られないおそれもある。
そこで、本発明は、ハイブリッド車両に搭載されたインバータを含むモータ駆動ユニットをより効率よく冷却することを主目的とする。
本発明によるハイブリッド車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。
本発明によるハイブリッド車両は、
エンジンコンパートメント内に配置されると共に動力を出力可能なエンジンと、動力を出力可能なモータと、該モータと電力をやり取り可能な蓄電手段と、該蓄電手段からの電力を用いて前記モータを駆動可能なインバータを含むモータ駆動ユニットとを備えたハイブリッド車両において、
前記モータ駆動ユニットは、ラジエータグリルと対向すると共に前記インバータの実装面が車両の前後方向と概ね直交するように前記エンジンコンパートメント内に配置されることを特徴とする。
このハイブリッド車両のように、ラジエータグリルと対向すると共にインバータの実装面が車両の前後方向と概ね直交するようにモータ駆動ユニットをエンジンコンパートメント内に配置すれば、ラジエータグリルを介してエンジンコンパートメント内に流入する走行風をモータ駆動ユニットに良好に当てることができるので、当該モータ駆動ユニットをより効率よく冷却することが可能となる。
更に、前記モータ駆動ユニットは、前記エンジンコンパートメント内に配置された際に前記インバータよりも前記ラジエータグリル側に位置するように該インバータに並設される電子部品を含むものであってもよい。この場合、電子部品は、例えば蓄電手段からの電圧を昇圧してインバータに供給可能な昇圧コンバータであってもよい。
また、前記ハイブリッド車両は、冷媒を利用して前記モータ駆動ユニットを冷却する冷却手段を更に備えてもよい。このように、ラジエータグリルを介してエンジンコンパートメント内に流入する走行風と冷却手段の冷媒とを併用しながらモータ駆動ユニットを冷却すれば、冷却手段の負担を抑えつつ、モータ駆動ユニットをより効率よく冷却することが可能となる。また、モータ駆動ユニットがインバータに対してラジエータグリル側に位置するように並設される電子部品を含むものである場合には、ラジエータグリルを介してエンジンコンパートメント内に流入する走行風により当該電子部品を冷却できるので、冷却手段の電子部品に対する冷却負担を抑えることが可能となる。
更に、前記冷却手段は、前記インバータの車両前方側および車両後方側で該インバータと前記冷媒との熱交換を可能とすると共に前記電子部品の車両後方側で該電子部品と前記冷媒との熱交換を可能とする冷媒通路を含むものであってもよい。これにより、冷却手段の冷媒によりインバータを車両前方側および後方側の双方で冷却すると共に、冷却手段の冷媒により車両後方側で、またラジエータグリルからの走行風により車両前方側で電子部品を冷却することが可能となり、ラジエータグリルからの走行風と冷却手段の冷媒とを併用しながらモータ駆動ユニットをより効率よく冷却することができる。
また、前記モータ駆動ユニットは、少なくとも前記電子部品を車両前方側から覆うと共に前記ラジエータグリルと対向するフロントカバーを含んでもよく、該フロントカバーの前記ラジエータグリル側の面には、少なくとも車両の上下方向に延びる凹部が形成されてもよい。このハイブリッド車両のように、ラジエータグリルを介してエンジンコンパートメントに流入する走行風を利用してモータ駆動ユニットを冷却する場合、エンジンコンパートメント内の温度状態や走行風の温度等によっては、特にラジエータグリルの近傍に位置するフロントカバー付近で結露が発生する可能性があるが、このように、フロントカバーのラジエータグリル側の面に少なくとも車両の上下方向に延びる凹部を形成しておけば、当該凹部によりカバー付近で液化した水分を車両下方へと導くことができる。これにより、エンジンコンパートメント内で発生した水分がカバー内部に入り込むことを抑制して部品保護を良好に図ることが可能となる。
そして、前記フロントカバーは、鋼材からなるものであってもよい。このように高い強度および弾性を有する鋼材でフロントカバーを形成することにより、車両前方からの衝撃が加わったとしてもフロントカバー内の部品すなわちモータ駆動ユニットを良好に保護することが可能となる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両としてのハイブリッド自動車20を示す斜視図である。同図に示すハイブリッド自動車20は、動力を出力可能なエンジン22と、それぞれ動力を入出力可能な2体のモータMG1およびMG2と動力分配機構とからなるハイブリッドトランスアクスル30と、モータMG1およびMG2を駆動するためのパワーコントロールユニット40と、パワーコントロールユニット40を介してモータMG1およびMG2と電力をやり取り可能なバッテリ50とを備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関であり、車体の前部に画成されたエンジンコンパートメント21内に搭載される。そして、エンジン22は、図示しないエンジン用電子制御ユニットによる燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受ける。
ハイブリッドトランスアクスル30を構成するモータMG1およびMG2は、何れも発電機として作動すると共に電動機として作動することができる周知の同期発電電動機である。また、ハイブリッドトランスアクスル30を構成する動力分配機構は、エンジン22の出力軸であるクランクシャフトと、主として発電機として機能するモータMG1の回転軸と、駆動輪(実施例では前輪)に動力を伝達する駆動軸とに接続される。実施例では、動力分配機構として、キャリアにエンジン22のクランクシャフトが、サンギヤにモータMG1の回転軸が、リングギヤに駆動軸がそれぞれ接続されるシングルピニオン式の遊星歯車機構が採用されている。そして、リングギヤに接続された駆動軸には、図示しない減速ギヤ機構または変速機を介してモータMG2の回転軸が接続される。
パワーコントロールユニット40は、バッテリ50側からの直流電力を交流電力に変換してモータMG1に印加したり、モータMG1からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ50側に供給したりする第1のインバータや、バッテリ50側からの直流電力を交流電力に変換してモータMG2に印加したり、モータMG2からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ50側に供給したりする第2のインバータ、バッテリ50からの電力を昇圧して第1および第2のインバータに供給すると共に第1および第2のインバータからの電力を降圧してバッテリ50に供給することができる昇圧コンバータ、コンデンサ、バッテリ50からの電力を降圧して補機用バッテリや他の補機類に供給可能なDC/DCコンバータ、電力制御用のIPM(インテリジェントパワーマネージメント)モジュール、第1および第2のインバータ等を介してモータMG1およびMG2を制御するモータ用電子制御ユニット等を含む。
バッテリ50は、図1に示すように、例えば後部座席の下方といった所定箇所に搭載されると共に、車体側部に沿うように敷設されるパワーケーブル52を介してパワーコントロールユニット40と接続される。実施例のバッテリ50は、ニッケル水素二次電池あるいはリチウムイオン二次電池として構成されており、図示しないバッテリ用電子制御ユニットによって管理される。
更に、実施例のハイブリッド自動車20は、車両全体をコントロールする図示しないハイブリッド用電子制御ユニットを備えている。このハイブリッド用電子制御ユニットは、上述のエンジン用電子制御ユニットやモータ用電子制御ユニット、バッテリ用電子制御ユニット等と通信により各種情報をやり取りしており、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量やブレーキペダルの操作量と各電子制御ユニットからの情報とに基づいてハイブリッド自動車20の走行を制御する。すなわち、ハイブリッド用電子制御ユニットは、ハイブリッド自動車20の走行に際して、基本的には、運転者のアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度と車速とに基づいて駆動軸に出力すべき要求トルクを計算すると共に、この要求トルクに基づくトルクが駆動軸に出力されるようにエンジン22の目標回転数や目標トルク、モータMG1およびMG2の目標トルクを設定する。また、ハイブリッド用電子制御ユニットは、適宜、エンジン22を自動的に停止・始動させる間欠運転を実行したり、モータMG2にのみ要求トルクに見合うトルクを駆動軸に出力させるモータ走行を実行したりする。
図2は、エンジンコンパートメント21における主要機器の配置状態を示す模式図である。同図に示すように、エンジン22は、エンジンコンパートメント21にクランクシャフトの軸方向が車幅方向に一致するように横置きに搭載される。また、ハイブリッドトランスアクスル30は、エンジン22に接続されると共にモータMG1およびMG2ならびに動力分配機構の軸方向が車幅方向に一致するように横置きに配置される。更に、パワーコントロールユニット40も、エンジン22やハイブリッドトランスアクスル30と共にエンジンコンパートメント21内に搭載される。実施例において、パワーコントロールユニット40は、図2に示すように、エンジンコンパートメント21の前部に形成されたラジエータグリル24からの走行風が当たるように、当該ラジエータグリル24やその背後に配置されたラジエータ25と対向するようにハイブリッドトランスアクスル30の近傍に設置される。
ここで、パワーコントロールユニット40は、図2および図3に示すように、コンデンサケース41とインバータケース42とフロントカバー43とを含む。コンデンサケース41とインバータケース42とは、パワーコントロールユニット40の耐加振性を向上させるべくアルミダイキャストにより鋳造されたアルミニウム合金等からなる筐体である。コンデンサケース41の内部には、コンデンサ44が収容され、コンデンサケース41の車両後方側には、DC/DCコンバータ48が取り付けられる。また、インバータケース42の内部には、モータMG1用の第1のインバータとモータMG2用の第2のインバータと含むインバータユニット45が収容される。実施例において、インバータユニット45は、パワーコントロールユニット40の車載時に第1および第2のインバータの基板表面(実装面)が車両前後方向と概ね直交するように(縦置き状態となるように)インバータケース42の内部に配置される。更に、インバータユニット45の車両前方側には、リアクトル等を含む昇圧コンバータ46が並設される。昇圧コンバータ46も、パワーコントロールユニット40の車載時に、その基板表面(実装面)が車両前後方向と概ね直交するように(縦置き状態となるように)配置される。
なお、実施例のインバータケース42の上部には、図4に示すように、ヒューズの交換に伴ってパワーコントロールユニット40の所定箇所から取り外されたヒューズボックス49を位置決めするための位置決め係合部42xが形成されている。この位置決め係合部42xにヒューズボックス49の底面に形成された図示しない係合部を係合させることにより、ヒューズボックス49をインバータケース42に位置決め(固定)することが可能となる。これにより、ヒューズボックス49を別途作業台へ持ち運ぶことなく、比較的慎重な取り扱いが要求されるヒューズ交換をパワーコントロールユニット40周辺で実行することが可能となるので、ハイブリッド自動車20のメインテナンス性を向上させることができる。
また、フロントカバー43は、車両前方から衝撃に対する強度を確保すべく鉄板等の鋼材を例えばプレス成形することにより製造されるものであり、パワーコントロールユニット40の車載時にインバータケース42よりも車両前側でラジエータグリル24と対向すると共に昇圧コンバータ46を覆うように複数のボルトを用いてインバータケース42に対して締結(固定)される。また、フロントカバー43の表面には、プレス加工により、パワーコントロールユニット40の車載時に車両上下方向および車幅方向に延びるように凹部43aが形成されている(図4参照)。そして、フロントカバー43の内部には、昇圧コンバータ46と共に、モータ用電子制御ユニットやIPMモジュール等が実装された基板47が収容される。これにより、電子部品としての昇圧コンバータ46および基板47は、パワーコントロールユニット40の車載時にインバータユニット45よりもラジエータグリル24側に位置する状態で車両前方側からフロントカバー43により覆われることになる。なお、実施例において、基板47も、その実装面がパワーコントロールユニット40の車載時に車両前後方向と概ね直交するように(縦置き状態となるように)フロントカバー43の内部に収容される。また、基板47は、必ずしもフロントカバー43内に収容される必要はなく、インバータケース42の内部や、インバータケース42よりも車両後方側に搭載されてもよい。
そして、実施例のハイブリッドトランスアクスル30とパワーコントロールユニット40とに対しては、LLC(ロングライフクーラント)といった冷媒(液体)を用いて両者を冷却可能なハイブリッド冷却系統60が設けられている。ハイブリッド冷却系統60は、モータMG1およびMG2や動力分配機構の周囲を囲むようにハイブリッドトランスアクスル30のケースに形成された冷媒通路(ウォータジャケット)へと冷媒を圧送する冷媒ポンプ61や図示しないフィラータンク等を含み、ハイブリッドトランスアクスル30のモータMG1,MG2等と熱交換した冷媒はラジエータ25で放熱させられる。そして、ラジエータ25で放熱した冷媒は、DC/DCコンバータ48の冷却に供された後、インバータケース42に形成された冷媒通路42aへと導かれる。実施例の冷媒通路42aは、図3に示すように、インバータユニット45の車両前方側および車両後方側で当該インバータユニット45と冷媒との熱交換を可能とすると共に、昇圧コンバータ46の車両後方側で当該昇圧コンバータ46と冷媒との熱交換を可能とするようにインバータケース42に形成されている。冷媒通路42aを通過した冷媒は、図示しないフィラータンクを介して冷媒ポンプ61の吸入口へと導かれる。
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車20では、ラジエータグリル24と対向すると共にインバータユニット45の実装面が車両前後方向と概ね直交するようにパワーコントロールユニット40がエンジンコンパートメント21内に配置される。これにより、ラジエータグリル24を介してエンジンコンパートメント21内に流入する走行風をパワーコントロールユニット40に良好に当てることができるので、当該パワーコントロールユニット40をより効率よく冷却することが可能となる。また、実施例のハイブリッド自動車20は、冷媒を利用してパワーコントロールユニット40を冷却するハイブリッド冷却系統60を備えており、ラジエータグリル24を介してエンジンコンパートメント21内に流入する走行風とハイブリッド冷却系統60の冷媒とを併用しながらパワーコントロールユニット40を冷却することで、ハイブリッド冷却系統60の負担を抑えつつ、パワーコントロールユニット40をより効率よく冷却することが可能となる。
更に、実施例のハイブリッド自動車20のパワーコントロールユニット40は、エンジンコンパートメント21内に配置された際にインバータユニット45よりもラジエータグリル24側に位置するようにインバータユニット45に並設される電子部品としての昇圧コンバータ46や基板47を含む。従って、ラジエータグリル24を介してエンジンコンパートメント21内に流入する走行風により昇圧コンバータ46(特にリアクトル等)や基板47を冷却可能となり、ハイブリッド冷却系統60の昇圧コンバータ46等に対する冷却負担を抑えることができる。また、ハイブリッド冷却系統60は、インバータユニット45の車両前方側および車両後方側で当該インバータユニット45と冷媒との熱交換を可能とすると共に昇圧コンバータ46の車両後方側で当該昇圧コンバータ46と冷媒との熱交換を可能とする冷媒通路42aを含むものである。これにより、ハイブリッド冷却系統60の冷媒によりインバータユニット45を車両前方側および後方側の双方で冷却すると共に、ハイブリッド冷却系統60の冷媒により車両後方側で、またラジエータグリル24からの走行風により車両前方側で昇圧コンバータ46を冷却することができる。この結果、ラジエータグリル24からの走行風とハイブリッド冷却系統60の冷媒とを併用しながらパワーコントロールユニット40をより効率よく冷却することが可能となる。
そして、パワーコントロールユニット40は、昇圧コンバータ46や基板47といった電子部品を車両前方側から覆うと共にラジエータグリル24と対向するフロントカバー43を含んでおり、フロントカバー43のラジエータグリル24側の面には、車両上下方向および車幅方向に延びる凹部43aが形成されている。これにより、ラジエータグリル24の近傍に位置するフロントカバー43付近で結露が発生したとしても、凹部43aによりカバー付近で液化した水分を車両下方へと導くことができる。従って、実施例のハイブリッド自動車20では、エンジンコンパートメント21内で発生した水分がフロントカバー43の内部に入り込むことを抑制して部品保護を良好に図ることが可能となる。また、高い強度および弾性を有する鋼材でフロントカバー43を形成することにより、車両前方からの衝撃が加わったとしても、アルミ材からなるカバー(ケース)を用いた場合に比べてフロントカバー43が割れてしまうおそれを低減することができるので、フロントカバー43内の昇圧コンバータ46や基板47すなわちパワーコントロールユニット40を良好に保護することができる。更に、鋼材からなるフロントカバー43に上述の凹部43aを形成することにより、フロントカバー43の強度をより高めることも可能となる。
なお、上記ハイブリッド自動車20は、モータMG2の動力を減速ギヤ機構や変速機を介して駆動輪(前輪)に連結された駆動軸に伝達するものであるが、本発明の適用対象は、これに限られるものではない。すなわち、本発明は、モータMG2の動力を上記駆動軸とは異なる車軸(実施例では、後輪に連結された車軸)に出力するものに適用されてもよい。
ここで、上記実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例および変形例では、エンジンコンパートメント21内に配置されると共に動力を出力可能なエンジン22が「エンジン」に相当し、ハイブリッドトランスアクスル30を構成するモータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方が「電動機」に相当し、モータMG1およびMG2と電力をやり取り可能なバッテリ50が「蓄電手段」に相当し、ラジエータグリル24と対向すると共にインバータユニット45の実装面が車両の前後方向と概ね直交するようにエンジンコンパートメント21内に配置されるパワーコントロールユニット40が「モータ駆動ユニット」に相当する。また、パワーコントロールユニット40に含まれてインバータユニット45よりもラジエータグリル24側に位置するようにエンジンコンパートメント21内に配置される昇圧コンバータ46や基板47が「電子部品」に相当し、LLC等の冷媒を利用してパワーコントロールユニット40を冷却するハイブリッド冷却系統60が「冷却手段」に相当し、インバータユニット45の車両前方側および車両後方側で当該インバータユニット45と冷媒との熱交換を可能とすると共に昇圧コンバータ46の車両後方側で当該昇圧コンバータ46と冷媒との熱交換を可能とするようにインバータケース42に形成された冷媒通路42aが「冷媒通路」に相当し、少なくとも昇圧コンバータ46を車両前方側から覆うと共にラジエータグリル24と対向し、ラジエータグリル24側の面に車両上下方向に延びる凹部43aが形成された鋼材からなるフロントカバー43が「フロントカバー」に相当する。
ただし、「内燃機関」は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力するエンジン22に限られず、水素エンジンといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「電動機」は、モータMG1,MG2のような同期発電電動機に限られず、誘導電動機といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「蓄電手段」は、バッテリ50のような二次電池に限られず、キャパシタといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「モータ駆動ユニット」は、蓄電手段からの電力を用いてモータを駆動可能なインバータを含むものであれば、どのような形式のものであっても構わない。「冷却手段」は、冷媒を利用してモータ駆動ユニットを冷却可能なものであれば、どのような形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
本発明は、ハイブリッド車両の製造産業等において利用可能である。
本発明の一実施例に係るハイブリッド車両としてのハイブリッド自動車20を示す斜視図である。 エンジンコンパートメント21における主要機器の配置状態を示す模式図である。 実施例のパワーコントロールユニット40を示す模式図である。 実施例のパワーコントロールユニット40を示す斜視図である。
符号の説明
20 ハイブリッド自動車、21 エンジンコンパートメント、22 エンジン、24 ラジエータグリル、25 ラジエータ、30 ハイブリッドトランスアクスル、40 パワーコントロールユニット、41 コンデンサケース、42 インバータケース、42a 冷媒通路、42x 位置決め係合部、43 フロントカバー、43a 凹部、44 コンデンサ、45 インバータユニット、46 昇圧コンバータ、47 基板、48 DC/DCコンバータ、49 ヒューズボックス、50 バッテリ、52 パワーケーブル、60 ハイブリッド冷却系統、61 冷媒ポンプ、MG1,MG2 モータ。

Claims (5)

  1. エンジンコンパートメント内に配置されると共に動力を出力可能なエンジンと、動力を出力可能なモータと、該モータと電力をやり取り可能な蓄電手段と、電子部品と前記蓄電手段からの電力を用いて前記モータを駆動可能なインバータを含むモータ駆動ユニットとを備えたハイブリッド車両において、
    前記モータ駆動ユニットは、ラジエータグリルと対向すると共に前記インバータの実装面が車両の前後方向と概ね直交するように前記エンジンコンパートメント内に配置されると共に、少なくとも前記電子部品を車両前方側から覆うと共に前記ラジエータグリルと対向するフロントカバーを含み、該フロントカバーの前記ラジエータグリル側の面には、少なくとも車両の上下方向に延びる凹部が形成されていることを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 請求項1に記載のハイブリッド車両において、
    前記電子部品は、前記エンジンコンパートメント内に配置された際に前記インバータよりも前記ラジエータグリル側に位置するように該インバータに並設されることを特徴とするハイブリッド車両。
  3. 請求項2に記載のハイブリッド車両において、
    冷媒を利用して前記モータ駆動ユニットを冷却する冷却手段を更に備えることを特徴とするハイブリッド車両。
  4. 請求項3に記載のハイブリッド車両において、
    前記冷却手段は、前記インバータの車両前方側および車両後方側で該インバータと前記冷媒との熱交換を可能とすると共に前記電子部品の車両後方側で該電子部品と前記冷媒との熱交換を可能とする冷媒通路を含むことを特徴とするハイブリッド車両。
  5. 請求項1から4の何れか一項に記載のハイブリッド車両において、
    前記フロントカバーは、鋼材からなることを特徴とするハイブリッド車両。

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