JP5583212B2 - ハイブリッド車両におけるエンジンオイル及びミッションオイルの加熱のための方法及び装置 - Google Patents

ハイブリッド車両におけるエンジンオイル及びミッションオイルの加熱のための方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は請求項1の上位概念によるハイブリッド車両におけるエンジンオイル及びミッションオイルの加熱のための方法、並びに請求項9の上位概念によるハイブリッド車両におけるエンジンオイル及びミッションオイルの加熱のための装置に関している。
自動車産業においてはハイブリッド車両が益々改善されて製造される。このプラグインハイブリッド車としてのハイブリッド車両は、内燃機関と電気モーターとを有している。そのためこのハイブリッド車両は、化石燃料を用いて内燃機関によって駆動されるか、及び/又はバッテリーからの電気エネルギーを用いて電気モーターによって駆動される。プラグインハイブリッド車両を駆動する駆動用バッテリーとしてのバッテリーの充電は、ハイブリッド車両の静止状態において、外部電源網からの例えば220Vの電圧を用いて行われる。この充電のためにハイブリッド車両は、電流ケーブルとプラグコネクタとを用いて外部電源網に接続される。ハイブリッド車両のバッテリーの充電には、外部電源網の交流電圧を直流電圧に変換してバッテリーの充電に必要とされる規模の電圧に変圧する充電器が必要とされる。この種のハイブリッド車両に組み込まれている充電器は、ハイブリッド車両のバッテリーの充電の間は熱を放出し、その規模は数百ワットから数キロワットの熱となる。
DE102008037820A1明細書からは、ハイブリッド車両のディーゼルエンジンのエンジンオイルを加熱するための方法が公知である。このハイブリッド車両は、冷却用の循環径路を有する電気的駆動システムと熱交換器とを備えている。この冷却用循環径路と熱交換器を用いることによって電気的駆動システムの放熱がディーゼルエンジンのエンジンオイルにもたらされている。それにより、この電気的駆動システムは、冷却用循環径路を用いて冷却され、ディーゼルエンジンのエンジンオイルは加熱される。
発明の開示
発明の利点
内燃機関と電気モーターとを備えたハイブリッド車両、特にプラグインハイブリッド車両のエンジンオイル及び/又はミッションオイルを加熱するための本発明による方法によれば、エンジンオイル及び/又はミッションオイルが、少なくとも一つのバッテリー用充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの放熱ないし廃熱を用いて加熱される。
それにより、充電器及び/又はバッテリーの廃熱は、有効に再利用されるようになる。内燃機関では、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの温度が低いときの燃料消費は、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの温度が高いときよりも多くなる。従って内燃機関始動時にエンジンオイル及び/又はミッションオイルを加熱した場合には、エンジンオイル及び/又はミッションオイルを加熱しない場合に比べて、燃料消費を約10%まで節約することが可能になる。これによりハイブリッド車両の効率が有利に高まる。少なくとも1つのバッテリーのための充電器からの放熱ないし廃熱と、バッテリーの充電の際の少なくとも1つのバッテリーからの放熱ないし廃熱は、いずれにせよ発生するものであるので、有利には当該エンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱に対して、他の付加的なエネルギーの必要性は何ら生じない。
特に少なくとも1つのバッテリーの充電期間中、及び/又は、ハイブリッド車両の静止状態の間に、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱がなされる。これにより、充電器の廃熱及び/又はバッテリーの廃熱は、時間的な遅延なしでエンジンオイル及び/又はミッションオイルに加えられる。
本発明のさらに別の構成によれば、エンジンオイル及び/又はミッションオイルが走行開始前に加熱される。
別の有利な構成例によれば、前記廃熱を、熱対流及び/又は熱伝導及び/又は熱放射を用いてエンジンオイル及び/又はミッションオイルに導入する。
有利には、特に媒体循環径路が、流体としてのエンジンオイル及び/又はミッションオイルを、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーに熱結合させ、エンジンオイル及び/又はミッションオイルを直接的又は間接的に加熱している。エンジンオイル及び/又はミッションオイルの直接的な加熱の際には、介在媒体循環径路なしでエンジンオイル及び/又はミッションオイルが、充電器及び/又はバッテリーに直接加熱される。エンジンオイル及び/又はミッションオイルの間接的な加熱の際には、充電機器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの廃熱がまず介在媒体循環径路にもたらされ(これも媒体純化家ORの一つである)、引き続きこの介在媒体循環径路から、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの伴った媒体循環径路に熱交換器を用いて伝達される。
有利な変化実施例によれば、媒体循環径路が充電器の廃熱及び/又は少なくとも1つのバッテリーの廃熱によって加熱される。
有利には、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの実際値温度が検出され、前記実際値温度が、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの目標温度と比較され、前記実際値温度と目標温度の間で偏差がある場合には、エンジンオイル及び/又はミッションオイルが加熱される。
さらに別の有利な実施例によれば、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱に対して必要とされない廃熱は、ハイブリッド車両の周辺環境及び/又は車両室内へ導入される。所要の目標温度までエンジンオイル及び/又はミッションオイルが加熱された後では、引き続き充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーにおいて低下した廃熱が周辺環境及び/又は車両室内へ導入され、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの目標温度が維持される。
本発明のさらに別の有利な構成例によれば、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの廃熱が例えば熱蓄積器、例えば潜熱蓄積器などに蓄積される。それによって充電中に低下した充電器とバッテリーの廃熱は、後の時点でハイブリッド車両の走行の際に、車両室内の暖機やエンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱に再利用され得る。
付加的な構成によれば、少なくとも一つのバッテリーのもとで、充電器の廃熱を用いてまずエンジンオイルだけが所定の目標温度まで加熱される。
次の変化例では、所定の目標温度までのエンジンオイルの加熱の後で、ミッションオイルのみが所定の目標温度まで加熱される。
別の実施例によれば、所定の目標温度までのエンジンオイルの加熱の後で、及び/又は所定の目標温度までのミッションオイルの加熱の後で、車両室内のみが充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの廃熱を用いて加熱される。
本発明による加熱装置は、内燃機関と電気モーターとを備えた、ハイブリッド車両、特にプラグインハイブリッド車両のエンジンオイル及び/又はミッションオイルのための加熱装置である。この装置は、流体を伴う媒体循環径路と、前記媒体循環径路を用いてエンジンオイル及び/又はミッションオイルを加熱するための少なくとも一つの熱源とを含んでいる。ここでは、前記媒体循環径路が充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーと熱的に結合されており、前記少なくとも一つの熱源は、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーであり、それによって前記充電器及び/又は前記少なくとも一つのバッテリーの廃熱が、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱に再利用される。
有利には、前記充電器の廃熱は、少なくとも一つのバッテリーのもとで、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱のために用いられる。ハイブリッド車両の燃費は、それによって内燃機関の始動時とハイブリッド車両の駆動時に、内燃機関を用いて有利な形態で低減される。そこでは内燃機関の加熱のための付加的なエネルギーは不要である。なぜなら充電器の廃熱及び/又は少なくとも一つのバッテリーの加熱がエンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱に再利用されるからである。
さらに別の有利な構成例によれば、前記媒体循環径路の流体は、エンジンオイル及び/又はミッションオイルであり、前記媒体循環径路のエンジンオイル及び/又はミッションオイルが前記充電器及び/又は前記少なくとも一つのバッテリーまで案内され、当該充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーにおいて前記エンジンオイル及び/又はミッションオイルが加熱される。前記媒体循環径路内では、エンジンオイル及び/又はミッションオイルが充電器及び/又は少なくとも1つのバッテリーまで通流している。前記充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーには、熱交換器を介して、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの熱が、エンジンオイル及び/又はミッションオイルに伝達され、エンジンオイル及び/又はミッションオイルが加熱される。それにより、ここでは付加的な介在媒体循環径路は不要となる。
特に本発明による加熱装置は、介在媒体循環径路を含んでおり、この介在媒体循環径路は、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーと熱的に結合されている。
前記介在媒体循環径路は、熱交換器Mを用いて、エンジンオイルと熱的に結合され、及び/又は前記介在媒体循環径路は、熱交換器Gを用いて、ミッションオイルと熱的に結合され、及び/又は前記介在媒体循環径路は、熱交換器Fを用いて、車両室内空間と熱的に結合されている。前記介在媒体循環径路内を通流しているのは冷却水であって、エンジンオイル及び/又はミッションオイルではない。前記介在媒体循環径路の流体を用いて熱交換器M及び/又は熱交換器Gが加熱され、熱交換器Mによってエンジンオイルが加熱され、熱交換器Gによってミッションオイルが加熱される。熱交換器Fを用いることによって車両室内も加熱され得る。その際有利には熱交換器Fにファンが設けられ、それによって空気が熱交換器Fを通って導入され、引き続きこの空気が車両室内を暖める。
本発明の別の有利な実施例によれば、前記加熱装置は、前記充電器の実際値温度を検出するための温度センサL及び/又は前記少なくとも一つのバッテリー7の実際値温度を検出するための温度センサBを含んでいる。
さらに別の有利な実施例によれば、前記加熱装置は、車両室内空間の実際値温度を検出するための温度センサF、及び/又は、エンジンオイルの実際値温度を検出するための温度センサM、及び/又は、ミッションオイルの実際値温度を検出するための温度センサGを含んでいる。これらの温度センサによって検出された充電器、少なくとも一つのバッテリー、エンジンオイル、ミッションオイル、及び/又は車両室内の温度を用いて、制御装置により、検出された実際値温度と目標温度が比較される。所望の目標温度に到達した場合には、引き続き、制御装置によって、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの加熱、並びに車両室内の暖機が開ループ制御及び/又は閉ループ制御され、充電器及び/又は少なくとも一つのバッテリーの冷却が開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。
本発明のさらなる改善例によれば、前記加熱装置によって本発明による方法が実施可能である。
本発明による自動車は前述したような加熱装置を含んでおり、及び/又は本発明による自動車によれば、前述した方法が実施可能となる。
本発明の第1実施例による加熱装置の概略図 本発明の第2実施例による加熱装置の概略図 プラグインハイブリッド車両の断面図
実施例
図1には本発明の第1実施例による、ハイブリッド車両2のための加熱装置1のシステム構成図が概略的に示されている。このハイブリッド車両2は、プラグインハイブリッド車両として、内燃機関3と電気モーター4を有している(図3参照)。内燃機関3は、図には示されていない燃料タンクから送られてくる燃料を用いて駆動される。電気モーター4は、バッテリー7からの電流を用いて駆動される。前記内燃機関3と電気モーター4は、どちらもハイブリッド車両2の駆動に用いられている。このプラグインハイブリッド車両は、専らバッテリー7からの電気的なエネルギーのみで走行した場合、その可動範囲は例えば正味100kmである。ハイブリッド車両2が停止状態にある間に、当該ハイブリッド車両2を、その停止期間中に、プラグコネクタ12と電流ケーブル26を用いて外部電源網11に接続すれば、この外部電源網11から送られてきた電気エネルギーを用いて、前記バッテリー7を充電することができる。
外部電源網11の電気的な交流電圧は、充電器6(図1〜図3)を用いて直流電圧に変換され、その際には、例えば別の低電圧レベルの直流電圧にも変換される。そのような直流電流も電流ケーブル26を用いて、リチウム電池9で構成された駆動用バッテリー8に供給され、この供給された電流によって駆動用バッテリー8ないし前記バッテリー7が充電され得る。バッテリー7の充電期間中は、充電器6とバッテリー7からは廃熱となる熱の放出が生じる。充電器6において生じ得る廃熱は、数百ワットから数キロワットに及ぶ。この廃熱の規模はバッテリー7がどれだけ急速に充電されたかに応じて大きくなる傾向を示す。特にバッテリー7が急速充電された場合には、数キロワットの熱が放出される。
例えば冷却水などの介在媒体循環径路14は、図には示されていない熱交換器を介して、熱源10としての充電器6とバッテリー7とに熱的に結合されている。それによって、充電器6とバッテリー7からの廃熱が、介在媒体循環径路14の冷却水に伝達されるようになる。このようにして冷却水は、図には示されていない循環ポンプによって、介在媒体循環径路14の管路15を通って循環する。
前記介在媒体循環径路14には熱交換器(F)18が接続されている。この熱交換器(F)18は、ハイブリッド車両2の車両室内5の暖房に用いられる。このために熱交換器(F)19には、ファン19が設けられている。このファン19によって空気が熱交換器(F)19を通って導入され、この導入された空気が介在媒体循環径路14の冷却水からの熱を吸収して、当該空気が暖められ、引き続きこの暖められた空気が車室内に導入される。さらに、前記介在媒体循環径路14には、熱交換器(M)16も接続されている。その他にもこの熱交換器(M)16には、媒体循環径路13が接続されており、この媒体循環径路13はエンジンオイル29につながっている。このエンジンオイル29につながった媒体循環径路13は、図には示されていない循環ポンプによって循環されている。それにより、熱交換器(M)16を介して前記介在媒体循環径路14の冷却水の熱がエンジンオイル29にも伝達される。同じような形態で前記介在媒体循環径路14には、さらに熱交換器(G)17も接続されている。ここでのさらなる媒体循環径路13は、エンジンオイル30につながっており、このエンジンオイル30は図には示されてない循環ポンプによって循環されている。それにより、エンジンオイル30も前記熱交換器(G)17を通って流れる。これにより、前記熱交換器(G)17には、介在媒体循環径路14の冷却水からの熱がエンジンオイル30に伝達され、この仕組みによってエンジンオイル30が暖められる。
ハイブリッド車両2の周辺環境27は、熱交換器(U)31を用いて前記介在媒体循環径路14から暖められる。このハイブリッド車両2の周辺環境27は、図1では波線のブロック枠で示されている。同じように前記車両室内5も図1において波線のブロック枠で示されている。
温度センサ(L)21を用いて充電器6の実際値温度が検出可能である。その他に温度センサ(B)22を用いてバッテリー7の実際値温度が検出される。温度センサ(F)23は、車両室内5の温度を検出しており、温度センサ(M)24は、エンジンオイル29の温度を検出しており、温度センサ(G)25は、ミッションオイル30の温度を検出している。これらの温度センサ21,22,23,24,25によって検出された実際値温度は、図には示されていないデータ線路を介して制御装置20に転送される。さらに前記介在媒体循環径路14内には、複数のバルブ28が設けられている。これらのバルブ28は、図には示されていない制御線路を介して前記制御装置20から操作される。これらのバルブ28を用いることによって前記制御装置20により、充電機器5からの廃熱のみの利用なのか、バッテリー7からの廃熱のみの利用なのか、または充電機器5とバッテリー7の両方からの廃熱の利用なのかに基づいて、開ループ制御及び/又は閉ループ制御が実施される。さらに前記複数のバルブ28を用いて前記制御装置20により、エンジンオイルのみの暖機なのか、エンジンオイル及び/又はミッションオイルの暖機なのか、または車両室内5のみの暖機なのかに基づいて、開ループ制御及び/又は閉ループ制御が実施される。それによって制御装置20は、エンジンオイル29、ミッションオイル30、車両室内5及び/又はハイブリッド車両2の周辺27を暖めるべきか否かを、選択することができる。これにより、前記熱源10からの廃熱、すなわち、充電機器6とバッテリー7からの放熱は、選択的にかつ最適に所期の加熱に再利用することができるようになる。
例えば、まず最初に充電器6とバッテリー7の廃熱を、専らエンジンオイル29の加熱だけに用いるようにすることも可能である。これに対してはまず最初に熱交換器(F)18と、熱交換器(G)17と、熱交換器(U)31のバルブ28が閉じられる。それにより、介在媒体循環径路14の冷却水は、専ら熱交換器(M)16と、図には示されていない充電器6とバッテリー7の熱交換器を通って流れるだけである。エンジンオイル29が所定の目標温度に到達した後では、熱交換器(M)16におけるバルブ28が閉じられ、他の熱交換器(G)のバルブ28が開放される。それにより、専らミッションオイル30のみが充電器6とバッテリー7の廃熱によって暖められる。このミッションオイル30が所定の目標温度に達した後では、専ら車両室内5が充電器6とバッテリー7からの廃熱を用いて暖められる。その際には、熱交換器(M)16のバルブ28と熱交換器(G)17及び熱交換器(U)31のバルブ28が閉じられ、熱交換器(F)のバルブ28が開かれ、ファン19のスイッチがスイッチオンされる。車両室内5において所望の目標温度に達したときには、充電器6とバッテリー7の廃熱が、専ら熱交換器(U)31を用いて周辺環境27にもたらされる。これに対しては、熱交換器(M)16と熱交換器(G)17及び熱交換器(F)18における3つのバルブ28が閉じられ、熱交換器(U)31のバルブ28が開かれる。それにより、充電器6とバッテリー7の廃熱が、専ら熱交換器(U)31を通ってハイブリッド車両21の周辺環境27に放出される。
図2には、本発明による加熱装置1の第2実施例が示されている。以下では、図1による第1実施例との実質的な違いについてのみ説明する。この加熱装置1は、2つの媒体循環径路13を有している。第1の媒体循環径路13では、エンジンオイル29が、充電器6の図には示されていない熱交換器まで通流する。第2の媒体循環径路13では、それを通って、ミッションオイル30が充電器6の図示されていない熱交換器まで通流する。これにより、充電器6の廃熱が専らエンジンオイル29とミッションオイル30の加熱に用いられる。このエンジンオイル29とミッションオイル30は、充電器6の熱交換器まで直接案内されるので、エンジンオイル29とミッションオイル30は、介在媒体循環径路14を介すことなく、充電器6において直接暖められる。制御に対しては、エンジンオイル29のみが暖められるべきか、ミッションオイル30のみが暖められるべきか、それともエンジンオイル29とミッションオイル30の両方が暖められるべきかに応じて、制御装置20により、第1の媒体循環径路13と第2の媒体循環径路13におけるそれぞれのバルブ28が開閉され得る。その際には、これらのバルブ28の部分開放も実施可能である。それにより、エンジンオイル29とミッションオイル30の加熱に対して中間状態も可能になる。これは、第1実施例のバルブ28に対して同じように有効である。
総体的に、本発明によるエンジンオイル29及び/又はミッションオイル30のための加熱装置1と、本発明によるエンジンオイル29及び/又はミッションオイル30のための加熱方法を用いることによって、著しい利点が得られることがわかった。充電器5とバッテリー7からの廃熱は、ハイブリッド車両2の停止期間中に、エンジンオイル29とミッションオイル30の加熱のために再利用される。それによって内燃機関3の始動時に、暖機されたエンジンオイル及び/又はミッションオイル30に基づいて、ハイブリッド車両2の駆動用内燃機関3の燃料消費が著しく低減される。

Claims (13)

  1. 内燃機関(3)と電気モーター()とを備えている、ハイブリッド車両(2)のエンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)を加熱するための方法において、
    エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)を、媒体循環経路(13)を介して少なくとも1つのバッテリー(7)用充電器(6)及び/又は少なくとも一つのバッテリー(7)と熱的に結合させ
    エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)を、前記充電器(6)の廃熱及び/又は前記バッテリー(7)の廃熱を用いて直接加熱ようにしたことを特徴とする方法。
  2. エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)を、少なくとも一つのバッテリー(7)の充電期間中に加熱し、及び/又はハイブリッド車両(2)の静止状態の間に加熱する、請求項1記載の方法。
  3. 前記エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)を、走行開始前に加熱する、請求項1または2記載の方法。
  4. 前記廃熱を、熱対流、熱伝導及び熱放射のうち少なくとも一つを用いてエンジンオイル(29)及びミッションオイル(30)に導入する、請求項1から3いずれか1項記載の方法。
  5. 前記媒体循環径路(13)は、少なくとも一つの充電器(6)及び/又は少なくとも一つのバッテリー(7)の廃熱によって加熱される、請求項記載の方法。
  6. エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)の実際値温度が検出され、前記実際値温度が、エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)の目標温度と比較され、前記実際値温度と目標温度の間で偏差がある場合には、エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)が加熱される、請求項1からいずれか1項記載の方法。
  7. エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)の加熱に対して必要とされない廃熱は、ハイブリッド車両(2)の周辺環境(27)及び/又は車両室内(5)へ導入される、請求項1からいずれか1項記載の方法。
  8. 前記ハイブリッド車両(2)は、プラグインハイブリッド車両(2)である、請求項1からいずれか1項記載の方法。
  9. 内燃機関(3)と電気モーター()とを備えている、ハイブリッド車両(2)のエンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)のための加熱装置(1)であって、
    流体を伴う媒体循環径路(13)と、
    前記媒体循環径路(13)を用いてエンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)を加熱するための少なくとも一つの熱源(10)とを含んでいる、加熱装置(1)において、
    前記少なくとも一つの熱源(10)が、少なくとも1つのバッテリー(7)用充電器(6)及び/又は少なくとも一つのバッテリー(7)であり、
    前記媒体循環径路(13)が前記充電器(6)及び/又は前記バッテリー(7)と熱的に結合されており、
    それによって前記充電器(6)及び/又は前記ッテリー(7)の廃熱が、エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)の直接的な加熱に利用されるように構成されていることを特徴とする加熱装置。
  10. 前記媒体循環径路(13)の流体は、エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)であり、前記媒体循環径路(13)のエンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)が前記充電器(6)及び/又は前記少なくとも一つのバッテリー(7)まで案内され、当該充電器(6)及び/又は少なくとも一つのバッテリー(7)において前記エンジンオイル(29)及び/又はミッションオイル(30)が加熱される、請求項記載の加熱装置。
  11. 前記加熱装置(1)は、前記充電器(6)の実際値温度を検出するための温度センサ(L)(21)及び/又は前記少なくとも一つのバッテリー(7)の実際値温度を検出するための温度センサ(B)(22)を含んでいる、請求項9または10記載の加熱装置。
  12. 前記加熱装置(1)は、車両室内空間(5)の実際値温度を検出するための温度センサ(F)(23)、及び/又は、エンジンオイル(29)の実際値温度を検出するための温度センサ(M)(24)、及び/又は、ミッションオイル(30)の実際値温度を検出するための温度センサ(G)(25)を含んでいる、請求項9から11いずれか1記載の加熱装置。
  13. 前記ハイブリッド車両(2)は、プラグインハイブリッド車両(2)である、請求項9から12いずれか1項記載の加熱装置。
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