JPH05231147A - 車両用ハイブリッド型パワーユニットの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は簡易な構成で電気回路構成部品を充分
放熱冷却でき、しかも電気回路構成部品を損なうことが
ない車両用ハイブリッド型パワーユニットの冷却装置を
提供することを目的とする。 【構成】液冷式内燃機関と電動機を組合せた車両用ハイ
ブリッド型パワーユニットにおいて、内燃機関を冷却し
た水の放熱を行うラジエーター１１と、回路構成部品か
ら発する熱を伝達する熱流ダイオード特性を有するヒー
トパイプ１６とを具備し、このヒートパイプの一方の端
部は回路構成部品から熱を受ける位置にあり、他方の端
部は前記ラジエーターと内燃機関とを結ぶ冷却水循環通
路の内部に挿入されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液冷式内燃機関と電動機
を組合せた車両用ハイブリッド型パワーユニットに設け
られる冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の自動車に動力源として搭載されて
いる内燃機関、すなわちガソリンエンジンおよびディー
ゼルエンジンは、自動車の駆動装置として大変優れたも
のであるが、大気などの環境面に対して種々の影響を与
えるという問題がある。

【０００３】一方、自動車の動力源として燃焼ガスの排
出を伴わず環境に与える影響が少ない電動機を採用する
ことが行われ、電動機を動力源として採用した電気自動
車が開発されている。

【０００４】しかし、電気自動車は電動機に電力を供給
するために充電池を使用するので、長時間走行のために
容量が大きな大重量、大型の充電池を搭載する必要があ
って自動車走行に負担が大きい、高出力が得られない、
あるいは高速度が出にくいなどの問題がある。

【０００５】そこで、現在内燃機関と電動機を共に自動
車の動力源として採用し、内燃機関と電動機を組合せた
ハイブリッド型パワーユニットを搭載した自動車の開発
が検討されている。すなわち、自動車が交通量の少ない
郊外部、高速度や大きな馬力を必要とする場所を走行す
る場合には、高速度および高出力が得られる内燃機関を
動力源として使用し、また自動車が交通量の多い都市
部、高速度および高出力を必要としない場所を走行する
場合には、電動機を動力源として使用するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなハ
イブリッド型パワーユニットを搭載した自動車には次に
述べる問題がある。

【０００７】すなわち、一般に自動車に使用される内燃
機関は液冷式であり、内燃機関の内部とラジエーターと
の間を冷却水を循環させることにより機関内部を充分冷
却することができる。

【０００８】一方、電動機を駆動するためには駆動制御
回路が必要であり、このため駆動制御回路を構成するト
ランジスタなどの回路構成部品などの電動機の付属設備
として設置される。そして、この回路構成部品は一般に
通電すると熱を発生するので、この回路構成部品がそれ
自身で発生した熱による温度上昇することを抑えるため
に、回路構成部品で発生した熱を外部に逃がす放熱を行
う必要がある。また、回路構成部品は内燃機関の熱を受
けて温度上昇することも考えられるので、この点でも放
熱冷却を行う必要がある。

【０００９】一般に回路構成部品に対する放熱冷却は、
部品をヒートシンクに取付けて空冷により行っている。
しかし、このようなヒートシンクを用いた空冷では電気
回路構成部品に対する放熱冷却が充分でない場合があ
る。特に内燃機関の熱を受けた場合には、一層放熱冷却
が不充分になる。従って、回路構成部品に対する充分な
放熱冷却の実現が要望されている。

【００１０】この要望に対する手段として液冷式内燃機
関における冷却水を利用して回路構成部品を冷却するこ
とが考えられるが、この方法では冷却液を通して回路構
成部品を冷却する大掛かりな設備を専用に設けることが
必要になり、自動車にスペース面および重量面での負担
を与えることになる。

【００１１】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、簡易な構成且つ小型な設備で回路構成部品を充分放
熱冷却できる車両用ハイブリッド型パワーユニットの冷
却装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の車両用ハイブリッド型パワーユニットの冷却
装置は、液冷式内燃機関と電動機を組合せた車両用ハイ
ブリッド型パワーユニットにおいて、前記内燃機関を冷
却した冷却液の放熱を行うラジエーターと、回路構成部
品から発する熱を伝達する熱流ダイオード特性を有する
ヒートパイプとを具備し、このヒートパイプの入熱側部
は前記回路構成部品から熱を受ける位置にあり、放熱側
部は前記ラジエーターと前記内燃機関とを結ぶ冷却液循
環通路の内部に挿入されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】熱流ダイオード特性を有するヒートパイプと
は、順方向の熱流に対しては良い熱伝達素子であり、逆
方向の熱流に対しては絶縁材として作用するものであ
る。つまり、熱流スイッチとして熱流の開閉制御を行わ
せることである。ヒートパイプにおける熱流ダイオード
特性とは、具体的には入熱側端部から放熱側端部への蒸
気流は妨げられず、逆方向の蒸気流が妨げれてヒートパ
イプが不活動状態になること、または放熱側部から入熱
側端部への液流は妨げられず、逆方向の液流が妨げれて
ヒートパイプが不活動状態になることである。このこと
を実現するためには、ヒートパイプに内部に蒸気の流れ
の向きを制御する弁を設ける、ヒートパイプを垂直に立
てて重力を作用させるなどの方法が採用されている。

【００１４】電気回路を構成する回路構成部品から発せ
られた熱は、ヒートパイプの入熱側に伝わり、ヒートパ
イプの作用によりヒートパイプの放熱側部に伝達されて
外部に放出される。そして、ヒートパイプの放熱側部
は、内燃機関とラジエーターとを結ぶ冷却液循環通路の
内部にあって冷却液により充分冷却されているので、入
熱側との温度差が大きい、従って、回路構成部品から発
せられた熱はヒートパイプによって効率良く放出され、
回路構成部品に対する放熱冷却が良好に行える。

【００１５】また、内燃機関とラジエーターとを結ぶ冷
却液循環通路を流れる冷却液の温度が電気回路構成部品
の温度より高くなった場合でも、ヒートパイプが熱流ダ
イオード特性を有するので、冷却液の熱がヒートパイプ
を伝達して回路構成部品を加熱することがない。従っ
て、冷却液の温度が回路構成部品の温度より高くなった
場合における回路構成部品への熱的悪影響を防止でき
る。もし、ヒートパイプが熱流ダイオード特性を有しな
い場合には、冷却液の熱がヒートパイプを伝達して回路
構成部品を加熱し、回路構成部品への熱的悪影響を与え
ることがある。

【００１６】そして、ヒートパイプは小型で簡単な構成
の熱伝達素子であり、その設置に大きなスペースを占有
することがない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】本発明の一実施例について図１および図２
を参照して説明する。

【００１９】本発明の冷却装置の基礎となるハイブリッ
ド型パワーユニットは、自動車に園駆動装置として搭載
されるもので、液冷式内燃機関１と電動機２とが組合せ
られている。液冷式内燃機関１にはガソリンエンジンお
よびディーゼルエンジンが挙げられる。電動機２は直流
モータおよび交流モ−タのいずれかが用いられる。電動
機２は図示しない充電型の電源電池を電源とし、図示し
ない電動機駆動制御回路などの電気回路に制御されて駆
動される。液冷式内燃機関１と電動機２は図示しない装
置を介して選択的または同時に自動車の車軸を回転駆動
するようになっている。

【００２０】本発明の冷却装置について述べる。

【００２１】１１はラジエーターで、これは従来から液
冷式内燃機関１を冷却するために使用されるものと同様
に冷却液例えば冷却水を空気との間で熱交換して放熱冷
却するものである。このラジエーター１１と内燃機関１
における冷却を必要する部分とは冷却水循環通路１２お
よび冷却水循環通路１３とで接続されている。

【００２２】１４はポンプで、一方の冷却水循環通路１
２に介在して設けられている。このポンプ１４は切り替
え装置１５を介して内燃機関１のクランク軸から動力を
得て回転され、または電動機２から動力を得て回転され
る。ポンプ１４の回転により冷却水がラジエーター１１
と内燃機関１との間で図示矢印の向きで流れて循環され
る。

【００２３】１６はヒートパイプで、これは電動機２の
駆動制御回路を構成するトランジスタなどの回路構成部
品が発生する熱を伝達して回路構成部品を放熱冷却する
ためのものである。このヒートパイプ１６は、図２に示
すように両端を閉じた金属パイプからなるもので、内部
に作動流体が封入され、内面にウイックとして例えば軸
方向グループ１７が形成されたものである。

【００２４】このヒートパイプ１６は重力作動型熱流ダ
イオード特性を有するように用いられ、下部が入熱側部
として設定され、上部が放熱部として設定されて立てて
設けられ。ここではヒートパイプ１６は例えば垂直方向
に沿って設けられている。すなわち、このヒートパイプ
１６は下部の入熱側部から上部の放熱部への蒸気の移動
は妨げず、蒸気が凝縮した液が重力を受けて下方へ流れ
落ちて還流を助長するようにしたものである。これによ
りヒートパイプ１６では下側から上側へ向けてのみ熱伝
達が行われ、上側から下側へ向けてへの熱伝達は行われ
ない。このため、ヒートパイプ１６の下部には回路構成
部品１８が装着された熱伝達体１９が取り付けられて接
触されている。

【００２５】そして、ヒートパイプ１６の上部すなわち
放熱側部は、冷却水循環通路例えば冷却水循環通路１３
の一部の内部に挿入されて冷却水循環通路１３を流れる
冷却水に接触するようになっている。具体的には冷却水
循環通路１３の一部にジャケット２０が形成され、この
ジャケット２０に必要とする本数のヒートパイプ１６の
上部が挿入されている。ヒートパイプ１６がジャケット
２０の壁を貫通する部分は液密にシ−ルされる。

【００２６】そして、ヒートパイプ１６は小型で簡単な
構成の熱伝達素子であり、その設置に大きなスペースを
占有することがない。

【００２７】このように構成された冷却装置の作動につ
いて説明する。

【００２８】パワーユニットにおける電動機２を動力源
として使用する場合について述べる。

【００２９】図示しない電池により電動機２を回転し、
この回転により動力を得て自動車が走行する。また、電
動機２から動力を得てポンプ１４が回転される。このた
め冷却水がラジエーター１１、冷却水循環通路１２、内
燃機関１および冷却水循環通路１３を通って循環して流
れる。なお、冷却水が冷却水循環通路１３を流れる途中
でジャケット２０を通過し、ジャケット２０の内部に挿
入されているヒートパイプ１６の上部に接触してこれを
冷却する。

【００３０】電動機２を回転する時には、電動機駆動制
御回路が電動機２の回転を制御する。このため、電動機
駆動制御回路を構成する回路構成部品１８が発熱する。
そして、回路構成部品１８の熱は熱伝達体１９を介して
ヒートパイプ１６の下部（入熱側部）に伝達される。こ
のため、ヒートパイプ１６の内部の下部にあった作動液
が加熱されて蒸発する。この時蒸発潜熱の吸収が行われ
る。蒸気はヒートパイプ１６の内部を上昇して上部（放
熱側部）に達する。蒸気はここで冷却されて凝縮され液
体となる。この時蒸発潜熱の放出が行われる。この熱は
ヒートパイプ１６からジャケット２０の内部を流れる冷
却水に伝達される。作動液は重力の作用を受けてヒート
パイプ１６の上部から軸方向グループ１７を通ってヒー
トパイプ１６の下部まで流れ落ちる。このようにして回
路構成部品１８の熱はヒートパイプ１６を介して冷却水
に伝達され、回路構成部品１８が放熱冷却される。な
お、通常冷却水の温度は回路構成部品１８より低い。

【００３１】ここで、ヒートパイプ６の放熱側部は、冷
却水循環通路１４の内部にあって冷却水により充分冷却
されている。このため、ヒートパイプ６の放熱側部と入
熱側部との温度差が大きい、従って、回路構成部品１８
から発せられた熱はヒートパイプ１６によって効率良く
放出され、回路構成部品１８に対する放熱冷却が良好に
行える。冷却水はヒートパイプ６からの熱の伝達により
温度上昇するが、ラジエーター１１を通過することによ
り放熱冷却され、回路構成部品１８に対する放熱冷却を
損なうことがない。

【００３２】内燃機関１を動力源として使用する場合に
ついて述べる。

【００３３】内燃機関１の駆動によって動力を得て自動
車を走行する場合には、内燃機関１から動力を得てポン
プ１４が回転される。冷却水は前述と同じように循環さ
れて内燃機関１が冷却される。

【００３４】ここで、内燃機関１は高温であるために内
燃機関１の冷却に用いられる冷却水の温度が回路構成部
品１８の温度より高くなることがある。しかし、ヒート
パイプ１６は重力作動型熱流ダイオード特性を有し、下
側から上側へ向けてのみ熱伝達が行われ、上側から下側
へ向けてへの熱伝達は行われない。このため、冷却水の
熱がヒートパイプ１６を伝達して回路構成部品１８を加
熱することがない。従って、冷却水の温度が回路構成部
品１８の温度より高くなった場合における回路構成部品
１８への熱的悪影響を防止できる。

【００３５】そして、この実施例ではヒートパイプ１６
は冷却水循環通路１３に組み込まれ、内燃機関１を通過
して最も温度が上昇した冷却水と接触するようになって
いるが、回路構成部品１８への熱的悪影響を確実に防止
できる。すなわち、冷却水循環通路においてヒートパイ
プを組み込む位置は限定されずに、回路構成部品１８へ
の熱的悪影響を確実に防止できる。

【００３６】もし、ヒートパイプが熱流ダイオード特性
を有しない場合には、冷却水の熱がヒートパイプを伝達
して回路構成部品１８を加熱し、回路構成部品１８へ熱
的悪影響を与えることがある。

【００３７】なお、ヒートパイプ１６のウイックは前記
の重力作動型熱流ダイオード特性を実現するようなもの
である必要がある。

【００３８】なお、この実施例において、図示はしない
がラジエーター１１に付属して冷却ファンが設けられ
る。また、冷却水循環通路には内燃機関１およびヒート
パイプ１６の他に、冷却を必要とする他の箇所に接続
し、また他の部品の放熱を行うヒートパイプを組み込む
ことも可能である。

【００３９】回路構成部品１８の放熱のために使用する
ヒートパイプとしては、前述して実施例の重力作動型熱
流ダイオード特性を有するヒートパイプ１６に限定され
ず、他の形式の熱流ダイオード特性を有するものも使用
できる。

【００４０】図３は蒸気制御型熱流ダイオード特性を有
するヒートパイプ２１を示している。はヒートパイプ２
１の内部には、弁２３、この弁２３を移動自在に支持す
る弁支持体２４、弁２３を受ける弁座２５が設けられて
いる。ヒートパイプ２１の内面にはウイックの一例とし
て軸方向グループ２２が形成されている。この実施例で
は、ヒートパイプ２１の左部が入熱部、右部が放熱部と
して設定され、左部を回路構成部品１８が装着された熱
伝達体１９に接触させる。

【００４１】従って、ヒートパイプ２１の左部に外部の
熱が伝達すると、作動液が加熱蒸発され、その蒸気が弁
座２５および弁支持体２４を通過してヒートパイプ２１
の右部に移動し、ここで冷却凝縮されて作動液に戻る。
この作動液は軸方向グループ２２に沿ってその毛細管力
によりヒートパイプ２１の左部に戻る。蒸気がヒートパ
イプ２１の右部から左部に移動しようとすると、弁２３
が押されて弁座２５に接触して閉じるので、ヒートパイ
プ２１の右部から左部への蒸気の移動が阻止される。こ
れにより蒸気制御型熱流ダイオード特性が発揮される。

【００４２】この形式のヒートパイプ２１は立てて設け
る必要がなく、図示のように横にして設けることが可能
である。

【００４３】なお、本発明は前述した実施例に限定され
ずに、種々変形して実施することができる。例えばヒー
トパイプの中間部に電気絶縁部材を介在し、作動液とし
て絶縁性のものを用いると、回路構成部品からヒートパ
イプを介して却液循環通路へ漏電する危険性が無くなり
安全である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の車両用ハイ
ブリッド型パワーユニットの冷却装置によれば、回路構
成部品の放熱冷却にヒートパイプを使用し、このヒート
パイプを従来から使用されている液冷式内燃機関に設け
られる冷却液循環通路に挿入して、冷却液によりヒート
パイプを冷却するので、簡易な構成で電気回路構成部品
を充分放熱冷却できる。

【００４５】しかも、ヒートパイプとして熱流ダイオー
ド特性を有するものを用いるので、冷却液の温度が電気
回路構成部品の温度より高くなった場合における電気回
路構成部品への熱的悪影響を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略的構成を示す図。

【図２】同実施例に用いるヒートパイプを示す図。

【図３】ヒートパイプの他の例を示す図。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…電動機、１１…ラジエーター、１
２、１３…冷却水循環通路、１６…ヒートパイプ、１８
…回路構成部品。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液冷式内燃機関と電動機を組合せた車両
   用ハイブリッド型パワーユニットにおいて、前記内燃機
   関を冷却した冷却液の放熱を行うラジエーターと、回路
   構成部品から発する熱を伝達する熱流ダイオード特性を
   有するヒートパイプとを具備し、このヒートパイプの入
   熱側部は前記回路構成部品から熱を受ける位置にあり、
   放熱側部は前記ラジエーターと前記内燃機関とを結ぶ冷
   却液循環通路の内部に挿入されていることを特徴とする
   車両用ハイブリッド型パワーユニットの冷却装置。