JP7055553B2 - ハイブリッド車の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよびモータを走行用の駆動源として搭載したハイブリッド車の冷却装置に関する。

従来、エンジンおよびモータジェネレータを走行用の駆動源として搭載したハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）が知られている。

たとえば、スプリット方式（シリーズ・パラレル方式）のハイブリッド車では、エンジンおよびモータジェネレータが遊星歯車機構に接続されており、エンジンからの動力を分割してモータジェネレータおよび駆動輪に振り分けることができ、エンジンからの動力およびモータジェネレータからの動力を合成して駆動輪に伝達することができる。また、エンジンを停止して、モータジェネレータからの動力のみによるＥＶ走行が可能である。

このようなハイブリッド車には、モータジェネレータが遊星歯車機構およびデファレンシャルギヤとともにケース内に収容されて、それらが駆動輪に動力を伝達するトランスアクスルを構成しているものがある。トランスアクスルは、たとえば、車両の前部に設けられたエンジンルーム（エンジンコンパートメント）に、エンジンと並べて配置される。

また、エンジンルームには、エンジンを冷却するエンジン冷却系が配置されている。エンジン冷却系は、ウォータポンプの作動により、冷却水をエンジンとラジエータとの間で循環させる。冷却水がエンジンを流通することにより、冷却水とエンジンとの間で熱交換が行われ、エンジンが冷却され、冷却水が熱せられる。そして、エンジンを流通した冷却水がラジエータを流通することにより、冷却水とラジエータとの間で熱交換が行われ、冷却水が冷却される。

特開平１０－２３８３４５号公報

かかる構成のハイブリッド車において、エンジン冷却系に加えて、トランスアクスルなどを冷却するハイブリッド冷却系を設けることが考えられる。ハイブリッド冷却系を設けることにより、トランスアクスルなどをエンジンから切り離して冷却することができる。

しかしながら、軽自動車や小型車では、エンジンルームのサイズに制約があるため、ハイブリッド冷却系をエンジンルームに設けるには相当の工夫が必要になる。

本発明の目的は、軽自動車や小型車であっても、エンジンを冷却する第１冷却系から独立した第２冷却系を設けることができる、ハイブリッド車の冷却装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車の冷却装置は、エンジンおよびモータを走行用の駆動源として搭載したハイブリッド車の冷却装置であって、エンジンを冷却する第１冷却系と、モータの動力を伝達する動力伝達機構を冷却する第２冷却系とを含み、第１冷却系は、第１ラジエータを備え、第２冷却系は、第２ラジエータおよび第２ラジエータを流通する冷媒を貯留するリザーブタンクを備え、第２ラジエータおよびリザーブタンクは、一体化されている。

この構成によれば、エンジンを冷却する第１冷却系と、モータの動力を伝達する動力伝達機構を冷却する第２冷却系とが設けられている。そのため、エンジンと動力伝達機構とを個別に冷却することができる。

第２冷却系に含まれる第２ラジエータおよびリザーブタンクは、一体化されている。これにより、第２ラジエータとリザーブタンクとが離れて配置された構成と比較して、第２ラジエータとリザーブタンクとを接続する配管の長さを短縮することができる。また、第２ラジエータとリザーブタンクとを個別に支持するブラケットなどを省略することができ、第２冷却系の構成を簡素化することができる。その結果、第２冷却系のサイズの小型化を図ることができ、軽自動車や小型車など、エンジンルームのサイズに制約がある車両であっても、エンジンルームの前後方向の寸法を拡大せずに、第１冷却系から独立した第２冷却系を設けることができる。

また、第２ラジエータとリザーブタンクとがアッセンブリされた状態（サブＡＳＳＹ）でそれらを車両に組み付けることができるので、車両の組付ラインでの作業工数を減らすことができ、組付ラインでの作業に遅延が生じることを抑制できる。

第２冷却系は、フレームを備えており、フレームは、第２ラジエータに固定され、リザーブタンクは、第１部分がラジエータに固定され、第２部分がフレームに固定されていてもよい。

また、これに限らず、第２冷却系は、フレームを備えており、フレームは、第２ラジエータに固定され、リザーブタンクは、第１部分が第２ラジエータに固定されるとともに、第２部分が第２ラジエータとフレームとの間に挟まれて、第２ラジエータおよびフレームに固定された構成を採用することもできる。

本発明によれば、軽自動車や小型車であっても、エンジンを冷却する第１冷却系から独立した第２冷却系を設けることができる。

本発明の一実施形態に係る車両の冷却装置の構成を図解的に示す平面図である。 冷却装置の左後方から見た斜視図である。 冷却装置の左前方から見た斜視図である。 図１に示されるＨＶ冷却系の左後方から見た斜視図である。 ＨＶ冷却系の左前方から見た斜視図である。 他の実施形態に係るＨＶ冷却系の左後方から見た斜視図である。 図６に示されるＨＶ冷却系の左前方から見た斜視図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車の冷却装置＞
図１、図２および図３は、本発明の一実施形態に係る車両１の冷却装置１７の構成を図解的に示す図である。

車両１は、たとえば、スプリット方式（シリーズ・パラレル方式）のハイブリッド車であり、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１およびモータジェネレータ（ＭＧ）１２を走行用の駆動源として搭載している。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

モータジェネレータ１２は、ＤＣブラシレスモータからなり、モータとしての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能とを有している。モータジェネレータ１２は、たとえば、遊星歯車機構およびデファレンシャルギヤとともにケース内に収容されて、駆動輪に動力を伝達するトランスアクスル（Ｔ／Ａ）１３を構成している。トランスアクスル１３には、トランスアクスル１３で使用されるオイルを冷却（または加温）するためのオイルクーラが設けられている。また、車両１には、モータジェネレータ１２を駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１４が設けられている。

車両１では、たとえば、エンジン１１およびモータジェネレータ１２が遊星歯車機構に接続されており、エンジン１１からの動力を分割してモータジェネレータ１２および駆動輪に振り分けることができる。また、エンジン１１からの動力およびモータジェネレータ１２からの動力を合成して駆動輪に伝達することができる。また、エンジン１１を停止して、モータジェネレータ１２からの動力のみによるＥＶ走行が可能である。

なお、ここでは、スプリット方式（シリーズ・パラレル方式）のハイブリッドシステムの構成を例にとって説明したが、ハイブリッドシステムの方式は、スプリット方式に限らず、たとえば、シリーズ方式であってもよいし、パラレル方式であってもよい。シリーズ方式では、エンジンの動力が発電機で電力に変換され、発電機で発生する電力が駆動モータの駆動に使用されて、駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。パラレル方式では、遊星歯車機構からなる動力分割機構を備え、エンジンの動力とモータ（モータジェネレータ）の動力とが駆動輪に伝達される。

また、車両１では、エンジン１１を冷却するエンジン冷却系１５と、トランスアクスル１３およびＰＣＵ１４を冷却するＨＶ冷却系１６とが別個に設けられており、エンジン冷却系１５およびＨＶ冷却系１６によって、車両１の冷却装置１７が構成されている。

＜エンジン冷却系＞
エンジン冷却系１５は、第１ラジエータ２１および第１ラジエータファン２２を備えている。

第１ラジエータ２１は、四角板状の外形を有しており、車両１の前部のエンジンルーム（エンジンコンパートメント）の前端部の左寄りの位置に、上下方向および左右方向（縦横）に延びるように配置されている。

第１ラジエータファン２２は、電動ファンであり、ファンモータ２３の回転軸２４が前後に延びる向きで、第１ラジエータ２１に後側から対向して配置されている。

エンジン冷却系１５では、第１ウォータポンプ（図示せず）の作動により、冷却水（水を含む液体）をエンジン１１と第１ラジエータ２１の間で循環させる。具体的には、ウォータポンプが駆動されると、エンジン１１のウォータジャケットに冷却水が流入し、ウォータジャケットを流通した冷却水がエンジン１１から流出する。冷却水がウォータジャケットを流通することにより、冷却水とエンジン１１との間で熱交換が行われて、エンジン１１が冷却または加温され、冷却水が昇温または降温する。

エンジン１１から流出した冷却水は、第１ラジエータ２１内に流入し、第１ラジエータ２１内を流通する。第１ラジエータファン２２の駆動時には、第１ラジエータ２１内を流通する冷却水が第１ラジエータファン２２からの送風により冷却される。車両１の走行時は、第１ラジエータファン２２が作動していなくても、第１ラジエータ２１内を流通する冷却水が走行風により冷却される。第１ラジエータ２１で冷却された冷却水は、第１ラジエータ２１から流出して、エンジン１１に向けて流れる。

＜ＨＶ冷却系＞
ＨＶ冷却系１６は、第２ラジエータ３１、第２ラジエータファン３２、第２ウォータポンプ３３および密閉型のリザーブタンク３４を備えている。

第２ラジエータ３１は、四角板状の外形を有しており、車両１の前部のエンジンルームの前端部であって、第１ラジエータ２１の右側に横並びで、上下方向および左右方向（縦横）に延びるように配置されている。第２ラジエータ３１は、第１ラジエータ２１よりも幅狭であり、左右方向の寸法が上下方向の寸法よりも小さい縦長に形成されている。

第２ラジエータファン３２は、電動ファンであり、ファンモータ３５の回転軸３６が前後に延びる向きで、第２ラジエータ３１に後側から対向して配置されている。

第２ウォータポンプ３３は、第２ラジエータ３１の後側に配置されている。

リザーブタンク３４は、第２ラジエータ３１の上側に配置されている。

ＨＶ冷却系１６では、第２ウォータポンプ３３の作動により、冷却水をトランスアクスル１３およびＰＣＵ１４と第２ラジエータ３１との間で循環させる。具体的には、第２ウォータポンプ３３が駆動されると、リザーブタンク３４から冷却水が吸い出されて、その冷却水がゴムホース３７を流通する。冷却水は、ゴムホース３７から第２ウォータポンプ３３に吸い込まれ、第２ウォータポンプ３３からゴムホース３８を通して第２ラジエータ３１に流入し、第２ラジエータ３１内を流通する。第２ラジエータファン３２の駆動時には、第２ラジエータ３１内を流通する冷却水が第２ラジエータファン３２からの送風により冷却される。車両１の走行時は、第２ラジエータファン３２が作動していなくても、第２ラジエータ３１内を流通する冷却水が走行風により冷却される。

第２ラジエータ３１で冷却された冷却水は、第２ラジエータ３１から流出して、トランスアクスル１３のオイルクーラおよびＰＣＵ１４に向けて流れる。そして、冷却水がトランスアクスル１３のオイルクーラおよびＰＣＵ１４を経由するときに、オイルクーラおよびＰＣＵ１４との間で熱交換を行う。この熱交換により、オイルクーラおよびＰＣＵ１４が冷却され、冷却水が昇温する。オイルクーラおよびＰＣＵ１４を経由した冷却水は、リザーブタンク３４に流入する。

ＨＶ冷却系１６を循環する冷却水の温度は、エンジン冷却系１５を循環する冷却水の温度よりも低い。すなわち、ＰＣＵ１４は、エンジン１１およびトランスアクスル１３よりも熱に弱いため、エンジン冷却系１５は、エンジン１１を通過後の冷却水の温度が所定の第１温度（たとえば、約１０５℃）になるように設計され、ＨＶ冷却系１６は、ＰＣＵ１４を通過後の冷却水の温度が第１温度よりも低い第２温度（たとえば、６５℃）になるように設計されている。

なお、従来のガソリンエンジン車には、ラジエータの右隣には、エアコンディショナの電動コンプレッサ４１が配置されているものがある。車両１では、そのレイアウトを基本的に踏襲しつつ、電動コンプレッサ４１をエンジン１１の後方に配置して、これにより生じるスペースに第２ラジエータ３１が配置されている。

＜ＨＶ冷却系の組付構造＞
図４は、ＨＶ冷却系１６の左後方から見た斜視図である。図５は、ＨＶ冷却系１６の左前方から見た斜視図である。

ＨＶ冷却系１６は、フレーム５１を用いることにより、アッセンブリとして一体化（サブＡＳＳＹ化）されている。フレーム５１は、扁平な円筒状（円環枠状）のファン配置部５２と、ファン配置部５２よりも小径な円環状のファン固定部５３と、ファン配置部５２とファン固定部５３とを連結する複数の連結部５４と、ファン配置部５２から上方に延出する第１延出部５５および第２延出部５６と、ファン配置部５２から下方に延出する第３延出部５７および第４延出部５８とを一体に有している。

ファン配置部５２の内側には、第２ラジエータファン３２が配置されている。第２ラジエータファン３２は、ファンモータ３５がファン固定部５３に固定されることにより、フレーム５１に支持されている。

フレーム５１は、第２ラジエータ３１の後側に配置されている。フレーム５１の第１延出部５５および第２延出部５６は、ファン配置部５２の外周面の上側部分において周方向に互いに間隔を空けた位置からそれぞれ上方に延びている。第１延出部５５の先端部は、ボルト６１により、リザーブタンク３４の第４取付部７４（後述する）に固定されている。第２延出部５６の先端部は、ボルト６２により、リザーブタンク３４の第５取付部７５（後述する）に固定されている。また、第３延出部５７および第４延出部５８は、ファン配置部５２の外周面の下側部分において周方向に互いに間隔を空けた位置からそれぞれ下方に延びている。第３延出部５７は、ボルト６３により、第２ラジエータ３１の後面に固定されている。第４延出部５８は、ボルト６４により、第２ラジエータ３１の後面に固定されている。

フレーム５１の後側かつファン配置部５２の右下側の位置に、第２ウォータポンプ３３が配置されている。第２ウォータポンプ３３には、第１取付部６５および第２取付部６６が一体に形成されている。第２ウォータポンプ３３は、第１取付部６５および第２取付部６６がそれぞれボルト６７，６８によりフレーム５１に固定されることにより、フレーム５１に支持されている。

リザーブタンク３４は、フレーム５１の上側に配置されている。リザーブタンク３４には、第１取付部７１、第２取付部７２、第３取付部７３、第４取付部７４および第５取付部７５が一体に形成されている。第１取付部７１は、リザーブタンク３４の前下端部から下方に延出している。第２取付部７２および第３取付部７３は、それぞれリザーブタンク３４から左側および右側に延出している。第４取付部７４および第５取付部７５は、リザーブタンク３４の底面において左右方向に互いに間隔を空けた位置からそれぞれ下方に延びている。

第１取付部７１は、第２ラジエータ３１の前面側に配置されて、ボルト８１により、第２ラジエータ３１の前面に固定されている。第２取付部７２および第３取付部７３は、第２ラジエータ３１の後面側に配置されて、それぞれボルト８２，８３により、第２ラジエータ３１の後面に固定されている。第４取付部７４および第５取付部７５は、第２ラジエータ３１の後面側に配置されている。そして、第４取付部７４は、フレーム５１の第１延出部５５の取付座面となり、前述したように、ボルト６１により、第１延出部５５が固定されている。第５取付部７５は、フレーム５１の第２延出部５６の取付座面となり、前述したように、ボルト６２により、第２延出部５６が固定されている。

＜作用効果＞
以上のように、エンジン１１を冷却するエンジン冷却系１５と、モータジェネレータ１２の動力を伝達するトランスアクスル１３およびＰＣＵ１４を冷却するＨＶ冷却系１６とが設けられている。そのため、エンジン１１とトランスアクスル１３およびＰＣＵ１４とを別々に冷却することができる。

エンジン冷却系１５に含まれる第１ラジエータ２１とＨＶ冷却系１６に含まれる第２ラジエータ３１とは、エンジンルームに車幅方向（左右方向）に横並びで配置される。そのため、軽自動車や小型車など、エンジンルームのサイズに制約がある車両であっても、エンジンルームの前後方向の寸法を拡大せずに、エンジン冷却系１５から独立したＨＶ冷却系１６を設けることができる。

しかも、第１ラジエータ２１および第２ラジエータ３１が前後に重なって配置される構成とは異なり、第１ラジエータ２１および第２ラジエータ３１の両方を外気で冷却することができ、冷却効率を高めることができる。

また、エンジン冷却系１５には、従来のガソリンエンジン車に搭載されているエンジン冷却系を転用することができる。そのため、車両１の開発の工数を大幅に削減することができる。

ＨＶ冷却系１６に含まれる第２ラジエータ３１、第２ラジエータファン３２、第２ウォータポンプ３３およびリザーブタンク３４は、一体化されている。これにより、第２ウォータポンプ３３とリザーブタンク３４とを接続するゴムホース３７および第２ラジエータ３１と第２ウォータポンプ３３とを接続するゴムホース３８の長さが短くてすむ。また、第２ラジエータ３１、第２ラジエータファン３２、第２ウォータポンプ３３およびリザーブタンク３４を個別に支持するブラケットなどを省略することができ、ＨＶ冷却系１６の構成を簡素化することができる。その結果、ＨＶ冷却系１６のサイズの小型化を図ることができ、軽自動車や小型車など、エンジンルームのサイズに制約がある車両であっても、エンジンルームの前後方向の寸法を拡大せずに、エンジン冷却系１５から独立したＨＶ冷却系１６を設けることができる。

また、第２ラジエータ３１、第２ラジエータファン３２、第２ウォータポンプ３３およびリザーブタンク３４がアッセンブリされた状態でそれらを車両１に組み付けることができるので、車両１の組付ラインでの作業工数を減らすことができ、組付ラインでの作業に遅延が生じることを抑制できる。

しかも、ＨＶ冷却系１６の構成では、そのアッセンブリの上下２箇所ずつに、マウントグロメット９１，９２，９３，９４が設けられている。そして、それらのマウントグロメット９１～９４を車両１に設けられたラジエータサポート（図示せず）にそれぞれ差し込むことにより、ＨＶ冷却系１６のアッセンブリを車両１に組み付けることができる。

＜他の実施形態＞
図６は、他の実施形態に係るＨＶ冷却系１６の左後方から見た斜視図である。図７は、図６に示されるＨＶ冷却系１６の左前方から見た斜視図である。図６および図７において、図４および図５に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。

第２ウォータポンプ３３は、フレーム５１の後側かつファン配置部５２の右下側の位置に配置されて、取付部材１０１によりフレーム５１に固定されている。

リザーブタンク３４は、フレーム５１の上側に配置されている。リザーブタンク３４には、第１取付部１１１、第２取付部１１２、第３取付部１１３および第４取付部１１４が一体に形成されている。第１取付部１１１および第２取付部１１２は、それぞれリザーブタンク３４から左側および右側に延出している。第３取付部１１３は、リザーブタンク３４の右側面から右側に延びている。第４取付部１１４は、リザーブタンク３４の底面から下方に延びている。

第１取付部１１１および第２取付部１１２は、第２ラジエータ３１の上面側に配置されて、それぞれボルト１１５，１１６により、第２ラジエータ３１の上面に固定されている。第３取付部１１３および第４取付部１１４は、フレーム５１の後側に配置されて、それぞれボルト１１７，１１８により、フレーム５１に固定されている。

この構成によっても、前述の実施形態の構成、つまり図４および図５に示される構成と同様の作用効果を奏することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、図４に示される構成の説明では、リザーブタンク３４の第４取付部７４および第５取付部７５がそれぞれフレーム５１の第１延出部５５および第２延出部５６の取付座面となって、第１延出部５５および第２延出部５６がそれぞれ第４取付部７４および第５取付部７５に固定されるとした。しかしながら、これに限らず、リザーブタンク３４の第４取付部７４にボルト６１を挿通可能な挿通孔が形成されて、フレーム５１の第１延出部５５と第２ラジエータ３１との間に第４取付部７４が挟まれた状態で、ボルト６１により、第１延出部５５および第４取付部７４が第２ラジエータ３１に共締めされてもよい。同様に、リザーブタンク３４の第５取付部７５にボルト６２を挿通可能な挿通孔が形成されて、フレーム５１の第２延出部５６と第２ラジエータ３１との間に第５取付部７５が挟まれた状態で、ボルト６２により、第２延出部５６および第５取付部７５が第２ラジエータ３１に共締めされてもよい。

また、トランスアクスル１３に搭載されるモータジェネレータの個数は、１個であってもよいし、２個以上であってもよい。また、トランスアクスル１３に含まれる駆動源は、モータジェネレータに限らず、単なるモータであってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両（ハイブリッド車）
１１：エンジン
１２：モータジェネレータ（モータ）
１３：トランスアクスル（動力伝達機構）
１５：エンジン冷却系（第１冷却系）
１６：ＨＶ冷却系（第２冷却系）
１７：冷却装置
２１：第１ラジエータ
３１：第２ラジエータ
３４：リザーブタンク
５１：フレーム
７１：第１取付部（第１部分）
７２：第２取付部（第１部分）
７３：第３取付部（第１部分）
７４：第４取付部（第２部分）
７５：第５取付部（第２部分）
１１１：第１取付部（第１部分）
１１２：第２取付部（第１部分）
１１３：第３取付部（第２部分）
１１４：第４取付部（第２部分）

Claims (3)

1. エンジンおよびモータを走行用の駆動源として搭載したハイブリッド車の冷却装置であって、
   前記エンジンを冷却する第１冷却系と、
   前記モータの動力を伝達する動力伝達機構を冷却する第２冷却系とを含み、
   前記第１冷却系は、第１ラジエータを備え、
   前記第２冷却系は、第２ラジエータおよび前記第２ラジエータを流通する冷媒を貯留するリザーブタンクと、前記第２ラジエータおよび前記リザーブタンクとを一体化するためのフレームとを備え、
   前記フレームは、前記第２ラジエータの後側に配置され、
   前記リザーブタンクは、前記フレームの上側かつ前記第２ラジエータの上側に配置されている、冷却装置。
2. 前記フレームは、前記第２ラジエータに固定され、
   前記リザーブタンクは、第１部分が前記第２ラジエータに固定され、第２部分が前記フレームに固定されている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記フレームは、前記第２ラジエータに固定され、
   前記リザーブタンクは、第１部分が前記第２ラジエータに固定されるとともに、第２部分が前記第２ラジエータと前記フレームとの間に挟まれて、前記第２ラジエータおよび前記フレームに固定されている、請求項１に記載の冷却装置。

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