JP6803470B2 - 自動車の駆動アセンブリの動作方法及び対応する駆動アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、自動車の駆動アセンブリの動作方法に関し、駆動アセンブリは、少なくとも１つの発熱機構と、発熱機構を冷却する冷媒回路と、を備えており、冷却回路の少なくとも１つの第１の冷媒冷却器と、冷媒回路の少なくとも１つの第２の冷媒冷却器と、が並列に発熱機構と流体的に連結されており、発熱機構からの冷媒が調整装置によって第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分される。本発明は、さらに、自動車の駆動アセンブリに関する。

駆動アセンブリは、自動車の駆動トルク、従って自動車を駆動するよう設計されたトルクを提供するように機能する。駆動アセンブリは、基本的にあらゆる所望の設計を有しうる少なくとも１つの駆動ユニットを備える。例えば、駆動ユニットは、内燃機関または電動機の形態で存在し得る。勿論、駆動アセンブリは、ハイブリッド駆動アセンブリとして設計し、好ましくは種類が異なるいくつかの駆動ユニットを有することもできる。例えば、第１の駆動ユニットが内燃機関として設計され、第２の駆動ユニットが電動機として設計される。ハイブリッド駆動アセンブリの場合、駆動トルクが少なくとも一部の時間わたっていくつかの駆動ユニットによって集合的に提供されることが好ましい。

駆動アセンブリの動作時には、発熱機構に熱が蓄積される。例えば、駆動ユニットが発熱機構である。しかし、駆動機構の他の構成要素も熱を発生し、発熱機構となり得る。発熱機構の温度を許容される動作温度範囲内に保つするために、冷媒回路が発熱機構に関連して熱伝導可能に設けられている。冷媒回路内では、少なくとも一部の時間にわたって冷媒が循環し、発熱機構あるいは発熱機構に熱伝導可能に連結された熱交換器に供給される。このプロセスにおいて、発熱機構から冷媒に熱が伝達され、冷媒の温度が上昇する。

特に発熱機構または熱交換器に再度供給するために冷媒を再度冷却するため、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器が設けられる。これらの冷媒冷却器は、発熱機構と流体的に連結され、冷媒は発熱機構に供給される前または後に少なくとも一方の冷媒冷却器を通って流れる。しかし、勿論、例えば、駆動アセンブリまたは発熱機構が動作温度範囲よりも低い温度を有する駆動アセンブリの準備モード中など、少なくとも一部の時間にわたって冷媒がいずれの冷媒冷却器にも供給されない場合もある。準備モード中は、後に動作温度範囲内となるように温度を上昇させる必要がある。

例えば、特許文献１が先行技術として知られている。この特許文献には、燃料電池冷却用の主ループと、少なくとも１つのモータ冷却用の二次ループとを有する装置が記載されている。これらの２つのループは、単一の冷却流体が流れるとともに２つのループと共通のセグメントを有し、かつ共通のポンプが配置された同じ回路に含まれる。さらに、選択された規則性で冷却流体をループ間で配分する少なくとも１つの調整弁が設けられている。
さらに、特許文献２には、第１のタンクと第２のタンクを有する主冷却器を備える冷却装置が記載されている。これらのタンクは、主冷却器を１つまたは複数の補助冷却器に連結するように設計された開口部を有することができ、これにより、これらの冷却器を通って冷媒が同時に通過可能となり、自動車の冷却能力を増加させることができる。主冷却器及び補助冷却器間の冷媒の流れは、調整弁によって自動あるいは手動で設定可能である。

独国特許出願公開第１０１５４５９５号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０２０２６６０号明細書

本発明が解決しようとする課題は、周知の方法に対して利点を有する自動車の駆動機構の動作方法を提案することであり、特に、発熱機構のとりわけ効率的な冷却を実現することである。

これは、本発明によれば、請求項１の特徴を有する駆動機構の動作方法によって達成される。冷媒は、自動車の運転速度及び／またはファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分されることが提案される。

２つの冷媒冷却器、すなわち、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器は、互いに並列に配置されており、両方とも発熱機構に連結されている。冷媒冷却器は、調整装置と関連づけられている。これは、発熱機構からの冷媒を２つの冷媒冷却器の間で配分するように機能する。よって、調整装置の設定に従って、冷媒の第１の部分が第１の冷媒冷却器に供給され、第２の部分が第２の冷媒冷却器に供給される。これらの２つの部分は、所望の通りとすることができ、対応する冷媒冷却器に冷媒が供給されないようにゼロに等しくすることもできる。

合わせて最大で発熱機構からの全冷媒が２つの冷媒冷却器に供給される。しかし、２つの部分の合計は、発熱機構からの冷媒の１００％よりも少ない場合もあり得、冷媒冷却器に冷媒の一部しか供給されない場合や冷媒が全く供給されない場合がある。しかし、全冷媒が調整装置によって２つの冷媒冷却器に配分され、２つの部分の合計が１００％になることが特に好ましい。

調整装置は、２つの冷媒冷却器に対して、所望の通りに配置可能である。例えば、調整装置は、冷媒冷却器からの流れの方向の上流または下流に配置される。例えば、発熱機構の方向からの冷媒は、調整装置を介して第１の冷媒冷却器、第２の冷媒冷却器またはこれらの両方に供給される。逆に、勿論、冷媒冷却器から流出する冷媒が調整装置を通って発熱機構の方向に流れるようになっていてもよい。好ましくは、冷媒の冷却効果が可能な限り高く、冷媒冷却器の下流の冷媒温度が可能な限り低くなるように、調整装置が２つの冷媒冷却器の間で冷媒を配分するようになっている。これにより、発熱機構の冷却を特に効果的かつ効率的に行うことができる。

本発明のさらに他の実施例では、冷媒が第１の冷媒冷却器によって第１の冷却能力で冷却され、第２の冷媒冷却器によって第２の冷却能力で冷却されることが提案される。従って、冷媒は第１の冷媒冷却器の流通時に第１の冷却能力で冷却され、第２の冷媒冷却器の流通時に第２の冷却能力で冷却され、これに従って温度が低下する。冷媒の第１の部分及び第２の部分は、冷媒冷却器の上流で通常同じ温度を有する。

冷媒冷却器の下流で、かつ冷媒の２つの部分が再び合流する前は、第１の部分の温度は第１の冷却能力によって決まり、第２の部分の温度は第２の冷却能力によって決まる。冷却能力が等しい場合は、２つの部分の温度も等しいか、少なくともほぼ等しい。例えば、冷媒冷却器の構造が異なることなどにより、冷却能力が互いに異なる場合は、冷媒の２つの部分の温度は異なり得る。

特に好ましくは、第１の冷媒冷却器が主冷却器として設計され、第２の冷媒冷却器が冷却能力が比較的低い補助冷却器として設計される。よって、第２の冷却能力は、第１の冷却能力よりも低い。特に、第２の冷媒冷却器の数が第１の冷媒冷却器の数よりも多い場合にこのようになっている。特に好ましくは、１つの第１の冷媒冷却器が実現され、いくつかの第２の冷媒冷却器が実現される。この場合、いくつかの第２の冷媒冷却器は、最大で第１の冷媒冷却器と合計で同じ冷却能力を有する。

本発明の他の好適実施例の関連では、冷媒は、第１の冷却能力と第２の冷却能力とによって得られる総冷却能力が最大となるように、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分されることが提案され得る。冷媒冷却器の冷却能力は、駆動アセンブリの動作条件とともに駆動アセンブリの周囲の環境条件に大きく依存する。例えば、冷却能力は、冷媒冷却器内の冷媒の温度とともに環境温度に依存する。加えて、冷媒冷却器を通って流れる冷却空気量も冷却能力に影響を与える。

特に、冷媒冷却器の設計が異なる場合及び／または冷媒冷却器の配置が異なる場合に、異なる動作条件及び／または周囲条件で冷媒冷却器の冷却能力が異なることがある。すなわち、一方の冷媒冷却器において他方の対応する冷媒冷却器よりも冷却され得る。この場合、一方の冷媒冷却器に供給される冷媒の部分を増加させるとともに、他方の対応する冷媒冷却器に供給される冷媒の部分を減少させるべきである。これは、所定の動作条件及び／または周囲条件に対して、２つの冷媒冷却器の総冷却能力が最大となるように実行される。よって、異なる動作条件及び／または周囲条件に対して、第１の部分及び第２の部分が異なり得る。

本発明は、冷媒が自動車の運転速度及び／またはファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分されることを提案している。運転速度は、自動車または駆動アセンブリの動作条件を示し、第１の冷媒冷却器及び第２の冷媒冷却器に向かってまたは通って流れる冷却空気の流れに影響を与える。冷媒冷却器の異なる設計及び／または配置によって、自動車の所定運転速度に対して異なる冷媒冷却器の冷却能力が生じ得る。

換言すれば、２つの冷媒冷却器の冷却能力は、自動車の運転速度の関数として公式で表すことができる。自動車の異なる運転速度、特に通常の動作条件で生じ得る自動車の全ての運転速度に対し、対応する運転速度で総冷却能力が可能な限り高い、特に最大となる、冷媒の第１の部分及び第２の部分が求められる。

選択的に、またはこれに加えて、冷媒は自動車のファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分される。これらは、自動車または駆動アセンブリの動作条件をそれぞれ示す。また、第１の冷媒冷却器及び第２の冷媒冷却器に向かってまたは通って流れる冷却空気の流れに影響を与える。冷媒冷却器の異なる設計及び／または配置によって、自動車の所定のファンの駆動及び／または所定の冷却空気質量流量及び／または所定の冷媒体積流量に対して異なる冷媒冷却器の冷却能力が生じ得る。換言すれば、２つの冷媒冷却器の冷却能力は、自動車のファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量の関数として公式で表すことができる。

自動車の異なるファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量、特に通常の動作条件で生じ得る自動車の全てのファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に対し、対応するファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量で総冷却能力が可能な限り高く、特に最大となる、冷媒の第１の部分及び第２の部分が求められる。

本発明の他の実施例は、調整装置の操作変数は、数学的関係、特性要因図及び／または閉ループ制御によって決定されることを提案している。操作変数は、調整装置で設定され、冷媒が冷媒冷却器間でどのように配分されるかを決定する。従って、第１の部分及び第２の部分は、共に直接的に操作変数によって決まる。例えば、一方の部分は、操作変数が増加するに従って大きくなり、他方の部分は、操作変数が減少するに従って小さくなる。操作変数は、数学的関係、特性要因図及び／または閉ループ制御を使用して決定することができる。ここで、周囲条件及び／または動作条件は、少なくとも１つの入力量であり、操作変数は出力量である。

本発明の他の好適実施例は、冷媒は冷媒回路の第１の分岐点において第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分され、第１の冷媒冷却器及び第２の冷媒冷却器の下流の第２の分岐点において合流することを提案している。発熱機構またはその熱交換器が、第１の分岐点及び第２の分岐点と流体的に連結されている。

第１の分岐点と第２の分岐点との間で、２つの冷媒冷却器は互いに流体的に並行に設けられている。冷媒冷却器の上流に位置する第１の分岐点において、冷媒は２つの冷媒冷却器の間で配分される。２つの冷媒冷却器の下流で、冷媒は再び第２の分岐点において合流する。よって、流体的に、特に発熱機構の効果的な冷却を可能にする比較的単純なスイッチング回路が実現される。

本発明の変形例は、第１の分岐点と第２の分岐点との間の冷媒の温度差が、閉ループ制御の制御変数として使用されることを提案する。第１の分岐点において冷媒は第１の温度を有し、第２の分岐点において冷媒は第２の温度を有する。ここで、第２の温度は、冷媒冷却器を通って流れる冷媒の質量流量平均温度に対応する。冷媒の第２の温度は、冷媒流れの合流箇所の流体的に下流で求められる。温度差は、第１の温度と第２の温度との差である。この温度差は、次に閉ループ制御の入力変数、従って制御変数として使用される。温度差を用いて操作変数を求めるために閉ループ制御を使用することで、冷媒は現在の周囲条件及び／または動作条件に従って冷媒冷却器の間で最適に配分される。

本発明の他の好適実施例は、少なくとも１つの制御弁または少なくとも１つの調整絞り弁が調整装置として使用されることを提案する。制御弁は、例えば、３／２方弁とすることができる。特に好ましくは、制御弁は、連続弁、すなわち、例えば３／２方連続弁として構成される。制御弁の使用は、冷媒冷却器間で冷媒の正確な配分を可能にするという利点を有する。また、少なくとも１つの調整絞り弁を調整装置として使用することもできる。調整絞り弁は、一方の冷媒冷却器の上流または下流に流体的に連結され、他方の対応する冷媒冷却器と並行に配置される。調整絞り弁の流通断面を設定することにより、対応する冷媒冷却器を通る冷媒の流れの部分を決定することができる。調整絞り弁は、冷媒冷却器の間で冷媒を配分する、特に単純でかつコスト効率のよい選択肢である。

最後に、本発明の他の好適な実施例に関連して、第２の冷媒冷却器よりも定格冷却能力が高い冷媒冷却器が、第１の冷媒冷却器として使用されることが提案される。例えば、第１の冷媒冷却器は主冷却器であり、第２の冷媒冷却器は補助冷却器である。よって、定格冷却能力、すなわち通常の動作条件における最大でかつ恒久的に可能な冷却能力は、第２の冷媒冷却器よりも第１の冷媒冷却器で大きく、動作条件及び／または周囲条件に従って、冷媒は第２の冷媒冷却器よりも第１の冷媒冷却器によってより冷却することができる。

このような構成は、駆動アセンブリの追加の運転範囲は第１の冷媒冷却器のみによって対応可能であり、第２の冷媒冷却器は、自動車の高速運転時及び／または高環境温度のときなど、所定の運転状態においてのみ冷媒を冷却するために追加で使用されるという利点を有する。従って、第２の冷媒冷却器は、第１の冷媒冷却器よりも構造的にかなり小さくすることができ、特に、より小さい定格冷却能力を有し得る。

本発明は、さらに、特に上述の方法を実行する自動車の駆動アセンブリに関し、駆動アセンブリは、少なくとも１つの発熱機構と、発熱機構を冷却する冷媒回路と、を備え、冷媒回路の少なくとも１つの第１の冷媒冷却器と、冷媒回路の少なくとも１つの第２の冷媒冷却器と、が並列に発熱機構と流体的に連結されており、駆動アセンブリは、調整装置によって発熱機構からの冷媒を第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分するように設計される。冷媒は、自動車の運転速度及び／またはファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って、第１の冷媒冷却器と第２の冷媒冷却器との間で配分される。

上記の駆動アセンブリの構成及び上記の方法の利点は、すでに述べた通りである。駆動アセンビリ及びその動作方法は、共に上述の記載に従って変更することができ、よってこのような記載を参照する。

以下で、図面に示す例示的な実施例を頼りに本発明をさらに詳細に説明するが、これによって発明は限定されない。

自動車の駆動アセンブリの部分概略図である。 ２つの冷媒冷却器の総冷却能力を２つの冷媒冷却器の間での冷媒の配分率に対して示したグラフである。

図１は、図示省略の自動車の駆動アセンブリ１の一部の概略説明図である。自動車１の発熱機構２が示されており、この発熱機構２は、好ましくは駆動ユニットの形態である。駆動ユニットは、例えば、内燃機関または電動機として設計されている。機構２の冷却のために、冷媒回路３が設けられており、この冷媒回路３によって冷媒が機構２に供給される。本明細書において、冷媒が機構２に供給されるというときは、このような構造を実際的に実現してもよく、選択的に冷媒が最終的に供給される熱交換器を機構２と関連づけてもよい。この場合、熱交換器に供給される冷媒によって機構２を冷却することができるように、熱交換器は機構２と熱伝導可能に連結される。

冷媒回路３には、機構２のほかに少なくとも１つの第１の冷媒冷却器４と少なくとも１つの第２の冷媒冷却器５が含まれ、ここに示す例示的な実施例では２つの第２の冷媒冷却器５が含まれる。第１の冷媒冷却器４は、主冷却器として設計され、第２の冷媒冷却器５は補助冷却器または二次冷却器として存在する。冷媒冷却器４，５には、矢印６に従って冷却空気を供給することができ、冷却空気は好ましくは冷媒冷却器４，５を通過する。矢印６で示す冷却空気は、好ましくは駆動アセンブリ１のファン及び／または自動車の移動によって引き起こされる。

２つの冷媒冷却器は、機構２に並列に流体的に連結されている。機構２から到達する冷媒は、第１の分岐点７において２つの冷媒冷却器４，５に配分することができ、第２の分岐点８において再び合流させることができる。第１の冷媒冷却器４は、一方側で第１の分岐点７と流体的に連結されており、他方側で第２の分岐点８と流体的に連結されている。これとは異なり、第２の冷媒冷却器５は、分岐点７，８の間で互いに直列に連結されている。換言すると、第２の冷媒冷却器５は、共同して第１の冷媒冷却器４と並列に設けられている。見てわかるように、第２の冷媒冷却器５は、第１の冷媒冷却器４よりも明らかに小さく、コンパクトな設計である。従って、第２の冷媒冷却器５は、第１の冷媒冷却器４よりも定格冷却能力が低い。特に、第２の冷媒冷却器５の合わさった定格冷却能力は、第１の冷媒冷却器４の定格冷却能力以下である。

駆動アセンブリ１または冷却回路３は、発熱機構２から到達する冷媒が第１の冷媒冷却器４と第２の冷媒冷却器５との間で厳密に配分可能となるように設計されている。このため、調整装置９が設けられており、調整装置９は、ここで示す例示的な実施例では制御弁の形態である。ここでは、制御弁は、好ましくは３／２方弁、特に３／２方連続弁として設計されており、冷媒はあらゆる所望の分量で冷却器４，５に配分可能となっている。

第１の冷媒冷却器４を通って流れる冷媒は、第１の冷却能力で冷却され、第２の冷媒冷却器５を通って流れる冷媒は、第２の冷却能力で冷却される。第１の冷却能力と第２の冷却能力によって、冷媒冷却器４，５の総冷却能力が得られる。可能な限り高い総冷却能力を得るために、調整装置９によって冷媒冷却器４，５間で冷媒が配分される。例えば、この目的で、調整装置９は、自動車の運転速度に従って冷媒冷却器４，５間で冷媒を配分するように設定される。選択的にまたは加えて、ファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って冷媒冷却器４，５間で冷媒を配分するように調整装置を設定することができる。

調整装置９の操作変数は、例えば、数学的関係、特性要因図、または閉ループ制御によって決定される。閉ループ制御の場合には、操作変数は出力量を示し、制御変数は入力量となる。例えば、温度差、特に第１の分岐点７における冷媒の温度と第２の分岐点８における冷媒の温度との差が制御変数として使用される。制御目標は、温度差を最大化し、冷媒冷却器４，５の可能な限り高い総冷却能力を実現することである。

図２は、最大冷却能力に対する総冷却能力を配分率に対してパーセントで示した特性要因図である。異なる曲線は、矢印１０の方向における冷媒冷却器４，５を通る冷却空気の質量流量の増加によって生じる。配分率は、第２の冷媒冷却器５に供給される冷媒の割合を示す。配分率が０のときは、全冷媒が第１の冷媒冷却器４に供給され、第２の冷媒冷却器５を通って流れる冷媒はない。配分率が１のときは、逆であり、全冷媒が第２の冷媒冷却器５を通って流れる。配分率が０．５のときは、冷媒冷却器４，５に冷媒が等しく配分される。

それぞれの曲線について、対応する総冷却能力の最大値が丸によって示されている。例えば、自動車の運転速度の増加によって引き起こされる冷却空気の質量流量の増加に従って、最大の総冷却能力は比較的大きい配分率で生じることがわかる。従って、調整装置９は、このような最大の総冷却能力が達成されるように設定される。

駆動アセンブリ１の説明された形態及び対応する動作方法により、機構２を特に効果的かつ効率的に冷却することができる。特に、異なる動作条件及び／または異なる周囲条件に対して、冷媒冷却器４，５の最適な総冷却能力がそれぞれ実現される。

Claims (7)

1. 自動車の駆動アセンブリ（１）の動作方法であって、駆動アセンブリ（１）は、少なくとも１つの発熱機構（２）と、発熱機構（２）を冷却する冷媒回路（３）と、を備え、冷媒回路（３）の少なくとも１つの第１の冷媒冷却器（４）と、冷媒回路（３）の少なくとも１つの第２の冷媒冷却器（５）と、が並列に発熱機構（２）と流体的に連結されており、発熱機構（２）からの冷媒は、調整装置（９）によって第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分され、冷媒は、自動車の運転速度及び／またはファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って、第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分され、
   冷媒は、第１の冷却能力と第２の冷却能力とによって得られる総冷却能力が最大となるように、第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分されることを特徴とする動作方法。
2. 冷媒は第１の冷媒冷却器（４）によって第１の冷却能力で冷却され、第２の冷媒冷却器（５）によって第２の冷却能力で冷却されることを特徴とする請求項１に記載の動作方法。
3. 冷媒は、冷媒回路（３）の第１の分岐点（７）において第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分され、第１の冷媒冷却器（４）及び第２の冷媒冷却器（５）の下流の第２の分岐点（８）において合流することを特徴とする請求項１または２に記載の動作方法。
4. 第１の分岐点（７）と第２の分岐点（８）との間の冷媒の温度差が、閉ループ制御の制御変数として使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動作方法。
5. 少なくとも１つの制御弁または少なくとも１つの調整絞り弁が調整装置として使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の動作方法。
6. 第２の冷媒冷却器（５）よりも定格冷却能力が高い冷媒冷却器が、第１の冷媒冷却器（４）として使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の動作方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実行する自動車の駆動アセンブリ（１）であって、駆動アセンブリ（１）は、少なくとも１つの発熱機構（２）と、発熱機構（２）を冷却する冷媒回路（３）と、を備え、冷媒回路（３）の少なくとも１つの第１の冷媒冷却器（４）と、冷媒回路（３）の少なくとも１つの第２の冷媒冷却器（５）と、が並列に発熱機構（２）と流体的に連結されており、駆動アセンブリ（１）は、調整装置（９）によって発熱機構（２）からの冷媒を第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分するように設計されており、冷媒は、自動車の運転速度及び／またはファンの駆動及び／または冷却空気質量流量及び／または冷媒体積流量に従って、第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分され、
   冷媒は、第１の冷却能力と第２の冷却能力とによって得られる総冷却能力が最大となるように、第１の冷媒冷却器（４）と第２の冷媒冷却器（５）との間で配分されることを特徴とする駆動アセンブリ。

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