JP6711290B2

JP6711290B2 - ハイブリッド車両用冷却装置

Info

Publication number: JP6711290B2
Application number: JP2017012761A
Authority: JP
Inventors: 唱岡崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: JP2018118683A

Description

本発明は、ハイブリッド車両用冷却装置、特に冷却対象物であるモータジェネレータに対して２系統の冷却回路を提供する装置に関する。

従来から、発電機能や電動機能を備えたモータジェネレータ、及び内燃機関(エンジン)から出力された動力をドライブトレーンと発電機とに振り分ける動力分割装置を備えたハイブリッド車両が知られている。モータジェネレータは、発電機として機能する場合も電動機として機能する場合も電気抵抗などにより発熱してしまい、その熱によりモータジェネレータの出力トルクが低下してしまう可能性がある。そのため、従来からモータジェネレータにオイルを供給して冷却するよう構成している。

また、動力分割装置は、動力の合成もしくは分割の機能を有する３要素のギヤを有する差動歯車機構を備えている。動力分割装置における各ギヤには、車両を走行させるためのトルクが作用する。そのため、各ギヤの摩擦損失を低下させるために、あるいは各ギヤの発熱による焼き付きを防止するために、各ギヤにオイルを供給して冷却するよう構成している。

モータジェネレータ及び動力分割装置にオイルを供給するための手段として、エンジンの出力軸に連結され、エンジンから出力された動力により駆動するオイルポンプ（ＭＯＰ）、及び電気的に制御可能であることから車両の走行とは独立して駆動させることが可能な電動オイルポンプ（ＥＯＰ）を搭載している。メカオイルポンプは、エンジンに連動して動作するため、エンジンからの動力を車両の駆動力とする走行モード（ＨＶ走行モード）の走行時には動作するが、エンジンを停止した状態、すなわち電動機の動力のみを車両の駆動力とする走行モード（ＥＶ走行モード）の走行時には、動作しない。従って、このときには、電動オイルポンプがモータジェネレータ及び動力分割装置にオイルを供給することになる。

従来では、モータジェネレータの温度及びトルクに基づき電動オイルポンプのオイルの供給先を、モータジェネレータ又は動力分割装置のいずれか切り替えるよう制御する油圧制御装置が提案されている(例えば、特許文献１)。

特開２０１３−１９９２１６号公報

ところで、モータジェネレータの冷却回路として２系統（第１の冷却回路及び第２の冷却回路）備え、そのうち一方（第２の冷却回路）は、他の冷却系と冷媒を共有するよう構成されたハイブリッド車両が知られている。このように、モータジェネレータに対して２系統の冷却回路を備えた構成において、例えば第２の冷却回路の冷媒の温度が低く他の冷却系における冷却対象物を十分に冷却できるのにもかかわらず第２の冷却回路の動作を停止してモータジェネレータを冷却しようとすると、すなわち第２の冷却回路の冷媒の温度を考慮せずに第２の冷却回路の動作を制御してしまうと、モータジェネレータを効率的に冷却できない場合が起こりうる。

本発明は、第１及び第２という２系統のモータジェネレータの冷却回路を備え、かつ一方の第２の冷却回路は他の冷却系と冷媒を共有するよう構成されたハイブリッド車両において、第２の冷却回路を継続して動作させても冷媒の温度が冷媒の上限温度を超えない場合には、第２の冷却回路を継続して動作させてモータジェネレータを冷却することを目的とする。

本発明に係るハイブリッド車両用冷却装置は、内燃機関及びモータジェネレータを備える車両に搭載された冷却装置において、前記モータジェネレータにオイルを供給する第１及び第２の冷却回路と、前記モータジェネレータへのオイルの供給を制御する制御装置と、を備え、前記第１の冷却回路は、前記内燃機関の動力によって駆動し、前記モータジェネレータにオイルを供給する第１オイルポンプと、前記第１オイルポンプから前記モータジェネレータに供給されるオイルを冷却する第１オイルクーラーと、を備え、前記第２の冷却回路は、電動機の動力によって駆動し、前記制御装置による制御のもと車速が予め設定された駆動停止車速に達するまで動作し、前記モータジェネレータにオイルを供給する第２オイルポンプと、他の冷却系と冷媒を共有し、前記第２オイルポンプから前記モータジェネレータに供給されるオイルを冷却する第２オイルクーラーと、を備え、前記制御装置は、前記第２オイルポンプを継続して動作させても前記冷媒の温度が前記冷媒の上限温度を超えない場合、前記第２オイルポンプを停止させるタイミングを前記駆動停止車速から前記駆動停止車速より大きい車速に変更することを特徴とする。

本発明によれば、他の冷却系と冷媒を共有する第２の冷却回路を継続して動作させても冷媒の温度が冷媒の上限温度を超えない場合には、他の冷却系における冷却対象物を冷却しつつ第２の冷却回路を継続して使用してモータジェネレータを冷却することができる。これにより、モータジェネレータを効率的に冷却することが可能となる。

本発明に係るハイブリッド車両用冷却装置の一実施の形態を示す構成図である。実施の形態１において車速と各オイルポンプに対応したモータジェネレータからの放熱量との関係を示す図である。実施の形態１においてモータジェネレータに対する必要駆動力と損失との関係を示す図である。実施の形態１における電動オイルポンプの動作制御処理を示すフローチャートである。実施の形態２におけるハイブリッド車両用冷却装置を示す構成図である。

以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明に係るハイブリッド車両用冷却装置の一実施の形態を示す構成図である。本実施の形態におけるハイブリッド車両用冷却装置（以下、単に「冷却装置」）は、モータジェネレータ（ＭＧ）１を冷却するために利用される。

モータジェネレータ１は、例えばロータに永久磁石を備えた同期電動機によって構成されており、発電機及び電動機として機能する。モータジェネレータ１は、ロータ及びステータを有しており、ステータは図示しないケーシングなどに固定されている。モータジェネレータ１は、反力あるいはアシストトルクを出力するため、銅損や鉄損により生じる熱を冷却するためにオイルが供給される。本実施の形態では、オイルとしてＡＴＦ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｌｕｉｄ）を供給する。

本実施の形態では、モータジェネレータ１を冷却するために２系統の冷却回路を備える。第１の冷却回路は、メカオイルポンプ（ＭＯＰ）２、空冷オイルクーラー（Ｏ／Ｃ）３を含み、オイル（ＡＴＦ）を貯留するオイルパン４からメカオイルポンプ２及び空冷オイルクーラー３を介してモータジェネレータ１までの間を連通するＡＴＦ流路（油路）５により形成される。第２の冷却回路は、電動オイルポンプ（ＥＯＰ）６、水冷オイルクーラー（Ｏ／Ｃ）７を含み、オイルパン４から電動オイルポンプ６及び水冷オイルクーラー７を介してモータジェネレータ１までの間を連通するＡＴＦ流路（油路）８により形成される。図１では、ＡＴＦ流路５，８を実線の矢印で示している。

第１の冷却回路に含まれるメカオイルポンプ２は、エンジン（図示せず）の出力軸に連結され、エンジンから出力された動力により駆動する第１オイルポンプである。メカオイルポンプ２は、エンジンに連動して動作するため、エンジンの出力軸が回転しているときには常時動作した状態になる。その一方、エンジンの出力軸が回転しないときには停止した状態となる。

空冷オイルクーラー３は、ＡＴＦを冷却するための空冷式の熱交換器であり、メカオイルポンプ２からモータジェネレータ１に供給されるオイルを冷却する第１オイルクーラーである。

メカオイルポンプ２は、オイルパン４に貯留されたＡＴＦを汲み上げると空冷オイルクーラー３に供給する。そして、モータジェネレータ１は、空冷オイルクーラー３によって冷却されたＡＴＦが供給されることによって冷却される。前述したように、メカオイルポンプ２は、エンジンの動力によって動作するので、第１の冷却回路は、エンジン（内燃機関）により出力された動力とモータジェネレータ１との動力により走行するＨＶ走行モード時にのみ機能する。

第２の冷却回路に含まれる電動オイルポンプ６は、電動機によって駆動する第２オイルポンプである。電動オイルポンプ６は、電気的に制御可能であるため、メカオイルポンプ２とは異なり、車両の走行とは独立して駆動させることが可能である。本実施の形態における電動オイルポンプ６は、ＥＣＵ９による制御のもと車速が予め設定された駆動停止車速に達するまで動作し、モータジェネレータ１にオイルを供給するよう制御される。

水冷オイルクーラー７は、ＡＴＦを冷却するための水冷式の熱交換器であり、電動オイルポンプ６からモータジェネレータ１に供給されるＡＴＦを冷却する第２オイルクーラーである。本実施の形態における水冷オイルクーラー７は、冷媒としてエンジンを冷却するＬＬＣ（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ）を用いる。つまり、他の冷却系と冷媒（ＬＬＣ）を共有する。

電動オイルポンプ６は、オイルパン４に貯留されたＡＴＦを汲み上げると水冷オイルクーラー７に供給する。そして、モータジェネレータ１は、水冷オイルクーラー７によって冷却されたＡＴＦが供給されることによって冷却される。前述したように、電動オイルポンプ６は、電気的に制御可能であるため、ＨＶ走行モード時のみならず、エンジンを停止した状態で走行するＥＶ走行モード時など種々の運転モードでも機能する。

ＥＣＵ９は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成される制御装置である。具体的には、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行する図示しないＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納された図示しないＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされる図示しないＲＡＭと、各種信号を入出力する図示しない入出力ポート等を備える。本実施の形態の場合、実施する動作制御の一つとして、モータジェネレータ１へのオイルの供給制御、特に電動オイルポンプ６のオンオフ制御を行う。

図１には、更にＰＣＵ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０、ラジエータ１１、ウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）１２及びＬＬＣ流路１３が他の冷却系として示されている。ＬＬＣ流路１３は、破線の矢印で示すように水冷オイルクーラー７、ＰＣＵ１０、ラジエータ１１及びウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）１２を連通するよう形成される。ＰＣＵ１０は、モータジェネレータ１を駆動させるための電圧の出力を制御する。ラジエータ１１は、ＬＬＣの熱を放熱する（ＬＬＣを冷却する）装置である。ウォーターポンプ１２は、ＬＬＣを循環させるためのポンプである。

なお、図１には、１つのモータジェネレータ１のみを図示しているが、複数のモータジェネレータ１が搭載されている場合、例えば各オイルクーラー３，７からモータジェネレータ１に供給されるＡＴＦ流路５，８を分岐させて各モータジェネレータ１に提供するよう構成すればよい。

また、ＡＴＦの逆流を阻止する逆止弁やＡＴＦに混入した金属粉などの異物を除去するためのストレーナをＡＴＦ流路５，８に設けてもよいが、本実施の形態における説明に用いない構成要素は、図から省略している。

ここで、車速と各オイルポンプ２，６に対応したモータジェネレータ１からの放熱量との関係について図２を用いて説明する。

図２には、横軸を車速、縦軸をモータジェネレータ１からの放熱量とするグラフが示されている。図２において、線２１は、メカオイルポンプ２に対応したモータジェネレータ１からの放熱量を示している。メカオイルポンプ２は、エンジンの回転数が少ないうち（低速時）には動作しない。そして、ある一定以上のエンジンの回転数（車速）が得られると、メカオイルポンプ２は、車速にほぼ比例してＡＴＦの供給量を増加させるのでモータジェネレータ１からの放熱量は増加する。線２２は、電動オイルポンプ６に対応したモータジェネレータ１からの放熱量を示している。電動オイルポンプ６は、車両の走行開始に合わせてオン制御されることで若干の遅延は生じるものの動作を開始する。これにより、水冷オイルクーラー７により冷却された所定量のＡＴＦがモータジェネレータ１に供給されるのでモータジェネレータ１は一定量で放熱する。そして、電動オイルポンプ６は、デフォルト値の車速Ｖｄになった時点でオフ制御され動作を停止する。すなわち、車速Ｖｄは、電動オイルポンプ６の動作を停止させるタイミングを示す車速（駆動停止車速）である。本実施の形態において、車速Ｖｄは、ＬＬＣの温度がクライテリア以下となるよう、すなわち、電動オイルポンプ６を継続して動作させてもＬＬＣの温度がＬＬＣの上限温度を超えないように速度設定されている。車速Ｖｌ，Ｖｈもある条件のもと電動オイルポンプ６の駆動を停止させるタイミングを示す車速であるが、車速Ｖｌ，Ｖｈに関しては追って説明する。

なお、各オイルポンプ２，６が動作することでモータジェネレータ１に供給されるＡＴＦ流量は、各オイルポンプ２，６に対応したモータジェネレータ１からの放熱量に比例する。従って、モータジェネレータ１には、現時点の車速における各オイルポンプ２，６からのＡＴＦ流量を合算した量のＡＴＦが供給されることになる。

続いて、モータジェネレータ１に対する必要駆動力と損失（引きずり損失）との関係について図３を用いて説明する。

図３には、横軸をモータジェネレータ１に対する必要駆動力、縦軸を引きずり損失とするグラフが示されている。必要駆動力は、要求された車速で車両を走行させるために必要な駆動力である。必要駆動力を車速と読み替えてもよい。モータジェネレータ１は、回転抵抗や電気抵抗等により引きずり損失（ＭＧ損失）を発生する。モータジェネレータ１を駆動するＰＣＵ１０にも同様に、電気抵抗等により引きずり損失（ＰＣＵ損失）を発生する。各引きずり損失は、必要駆動力に比例するが、ＭＧ損失とＰＣＵ損失の和が引きずり損失となる。ＬＬＣを冷媒とする水冷オイルクーラー７による熱交換によって、ＬＬＣの温度が上昇し、ラジエータ１１の放熱能力（＝ＬＬＣの温度のクライテリア）を超えると損失が上限値（Ｌｍａｘ）を超えてしまう（破線の領域２３）。図３は、損失が上限値を超える前に電動オイルポンプ６の動作を停止させる必要があることを示している。

次に、本実施の形態における電動オイルポンプ６の動作制御処理について図４に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、定周期的に繰り返し実行される。

モータジェネレータ１の温度、また後述するＬＬＣの温度は、図示しない温度センサによって常時計測されている。計測されたモータジェネレータ１の温度が所定の閾値Ａ℃以下の場合（ステップ１０１でＹ）、モータジェネレータ１は十分に冷却されていると判断して、電動オイルポンプ６を停止させるタイミングを車速Ｖｄから車速よりも小さい車速Ｖｌに変更する。なお、車速Ｖｌは、経験則等により適切な値を設定すればよい。閾値Ａは、モータジェネレータ１の耐熱温度に対し一定の余裕をもって設定される。モータジェネレータ１が十分に冷却されているということは、ＡＴＦを今以上に冷却する必要はなく、よって２系統の冷却回路のうち電動オイルポンプ６を含む側の冷却回路を相対的に早く停止しても問題ないと考えられる。なお、メカオイルポンプ２は、エンジンが駆動している限り停止できない。また、車速Ｖｄから車速Ｖｌに変更することで、電動オイルポンプ６はデフォルト時より早く停止することになるので、発生しうる引きずり損を低下させることができる。

一方、モータジェネレータ１の温度が閾値Ａ℃を超えている場合（ステップ１０１でＮ）、モータジェネレータ１を冷却する必要がある、ここで、ＬＬＣの温度が所定の閾値Ｂ℃以下の場合（ステップ１０３でＹ）、電動オイルポンプ６を継続して動作させてもＬＬＣの温度はＬＬＣの上限温度を超えないと判断して、電動オイルポンプ６を停止させるタイミングを車速Ｖｄから車速よりも大きい車速Ｖｈに変更する。なお、車速Ｖｈは、経験則等により適切な値を設定すればよい。これにより、高速時における冷却性能（放熱量）を維持、向上させることが可能となる。

ＬＬＣは、電動オイルポンプ６及びＰＣＵ１０により温度が上昇されることになるが、それでもラジエータ１１によりＬＬＣの温度が上限温度を超えないように冷却されるのであれば、上記の通り電動オイルポンプ６を継続して動作させるよう制御する。このように、閾値ＢにはＬＬＣの上限温度が超えないような温度が設定される。電動オイルポンプ６を継続して動作させることで、他の冷却系によるエンジンを冷却しつつモータジェネレータ１を冷却することができるので効率的である。

一方、ＬＬＣの温度が所定の閾値Ｂ℃を超えている場合（ステップ１０３でＮ）、電動オイルポンプ６を停止させるタイミングを車速Ｖｄに設定する（ステップ１０５）。

本実施の形態においては、前述した処理を繰り返し行うので、車速Ｖｄが変更された後(ステップ１０２，１０４)であれば、電動オイルポンプ６を停止させるタイミングとなる車速は必ずしも車速Ｖｄから変更されないかもしれないが、デフォルト値の車速Ｖｄを変更するという特徴を明確にしたいためにステップ１０２，１０４では、このような表現を用いている。

このように、本実施の形態によれば、電動オイルポンプ６を停止させるタイミングをＬＬＣの温度に応じて設定変更するようにした。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態におけるハイブリッド車両用冷却装置を示す構成図である。実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付け、説明を適宜省略する。実施の形態１では、メカオイルポンプ２を備える冷却回路とは別個に電動オイルポンプ６を備える冷却回路を形成したが、本実施の形態においては、フローシャットバルブ（ＦＳＶ）１４を用い、メカオイルポンプ２がオイルパン４から汲み上げたＡＴＦを、流路１５を介して空冷オイルクーラー３に供給するのみならず、他の冷却系と冷媒を共有する水冷オイルクーラー７にも流路１６を介して供給量を制御可能に供給するように構成した。フローシャットバルブ１４は、このようにＡＴＦの供給量を制御可能に出力するバルブである。本実施の形態においては、このように構成することで電動オイルポンプ６が不要となるが、実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上記実施の形態においては、電動オイルポンプ６を停止させるタイミングを車速によってコントロールするようにしたが、モータジェネレータ１の電流、指令トルク、回転数などモータジェネレータ１の負荷状態を示す値を用いても上記と同様の制御を行うことは可能である。

１モータジェネレータ（ＭＧ）、２メカオイルポンプ（ＭＯＰ）、３空冷オイルクーラー（Ｏ／Ｃ）、４オイルパン、５，８ＡＴＦ流路、６電動オイルポンプ（ＥＯＰ）、７水冷オイルクーラー（Ｏ／Ｃ）、１１ラジエータ、１２ウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）、１３ＬＬＣ流路、１４フローシャットバルブ（ＦＳＶ）、１５，１６流路。

Claims

内燃機関及びモータジェネレータを備える車両に搭載された冷却装置において、
前記モータジェネレータにオイルを供給する第１及び第２の冷却回路と、
前記モータジェネレータへのオイルの供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記第１の冷却回路は、
前記内燃機関の動力によって駆動し、前記モータジェネレータにオイルを供給する第１オイルポンプと、
前記第１オイルポンプから前記モータジェネレータに供給されるオイルを冷却する第１オイルクーラーと、
を備え、
前記第２の冷却回路は、
電動機の動力によって駆動し、前記制御装置による制御のもと車速が予め設定された駆動停止車速に達するまで動作し、前記モータジェネレータにオイルを供給する第２オイルポンプと、
他の冷却系と冷媒を共有し、前記第２オイルポンプから前記モータジェネレータに供給されるオイルを冷却する第２オイルクーラーと、
を備え、
前記制御装置は、前記第２オイルポンプを継続して動作させても前記冷媒の温度が前記冷媒の上限温度を超えない場合、前記第２オイルポンプを停止させるタイミングを前記駆動停止車速から前記駆動停止車速より大きい車速に変更することを特徴とするハイブリッド車両用冷却装置。