KR20010007283A - 차량용 냉각제 순환장치 - Google Patents

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KR20010007283A
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마츠다겐지
히라오도요타카
미즈타니히로시
그레고리에이. 메이저
쥰 비안
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제네랄 모터즈 코포레이션
마스다 노부유키
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 장치의 소형화, 경량화를 실현하는 차량용 냉각재 순환장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 냉각재에 의해 피냉각장치를 냉각하는 차량용 냉각재 순환장치에 있어서, 냉각재 순환계가, 엔진 냉각용의 제1 라디에이터(8)를 갖는 냉각재 순환계와, 전동 모터 및 엔진장착장치 냉각용의 제2 라디에이터(9)를 갖는 냉각재 순환계로 구분되고, 제2 라디에이터(9)에 의해 복수의 피냉각장치로서의 구동용 모터 및 엔진장착장치가 냉각되고, 각각의 피냉각장치와 제2 라디에이터(9) 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단(53, 54, 57)이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 냉각재 순환장치{CIRCULATION APPAPATUS FOR COOLANT IN VEHICLE}
본 발명은, 자동차 등에 설치되고, 냉각재를 순환시키는 냉각재 순환장치에 관한 것이다.
근래, 대기환경의 개선 요구, 지구환경문제를 동반하여, 저공해차, 대체에너지차에 대한 도입 욕구가 높아지고 있다. 대체 에너지차의 유력 후보로서, 구동원으로 전동모터와 엔진을 병용하는 하이브리드 차량이 있다.
하이브리드 차량은 고속운전시에는 엔진으로 구동하고, 저속운전시에는 배터리를 전원으로 하는 구동용 모터에 의해 구동한다. 배터리는 엔진구동시에 발전용 모터를 구동하여 축전된다.
이와 같이 구동원을 복수 설치하기 때문에, 하이브리드 차량에 있어서는 각각의 구동원에 관해서 냉각계통을 설치하지 않으면 안된다. 즉, 종래의 엔진차와 동일 방법으로 라디에이터와 엔진 사이에 냉각재를 순환시키는 냉각재순환장치를 설치하고 엔진을 냉각할 필요가 있다. 또, 구동용 모터 냉각용의 냉각재 순환장치를 설치하는 것에 의해 구동용 모터의 냉각을 행한다. 게다가, 발전용 모터구동중에는, 해당 발전용 모터를 냉각할 필요가 있기 때문에, 이를 위해 냉각재 순환장치도 필요하다. 여기서, 구동용 모터 및 발전용 모터는, 예컨대 65℃ 이하로 유지하는 것이 요구된다.
또, 상기 배터리로서 리튬이온배터리 등의 고온형 전지를 이용하는 경우, 발전 및 축전의 효율상, 예컨대 85℃ 정도로 그 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
그런데, 상기 구동용 모터 및 발전용 모터와, 배터리에는 냉각(제어) 온도가 다르다. 따라서, 라디에이터를 포함하는 냉각계통(이하, 간단히 냉각계통이라 함)을 엔진냉각용으로 설치하는 외에, 구동용 모터 및 발전용 모터를 냉각하기 위해 냉각계통, 내지는 배터리를 냉각하기 위한 냉각계통을 각각 독립적으로 설치할 필요가 있다. 더욱이, 엔진 장착식으로 예컨대 인터쿨러가 설치되는 경우에는, 그 냉각도 고려할 필요가 있다. 이 때문에, 냉각장치가 대형화하는 동시에 중량이 크게 되고, 소형 경량화가 요구되는 차량에 탑재하기에는 문제가 있다.
상기 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 장치의 소형화, 경량화를 실현하는 차량용 냉각재 순환장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 차량용 냉각재 순환장치는, 냉각재를 냉각하는 라디에이터와, 이 라디에이터 사이에 냉각재가 순환되는 피냉각장치를 구비한 차량용 냉각재 순환장치에 있어서, 하나의 라디에이터와, 복수의 피냉각장치 사이에 냉각재가 순환되는 것을 특징으로 한다.
하이브리드 차량에는, 피냉각장치로서, 엔진 이외에, 구동용 모터, 인터쿨러, 배기재순환(Exhaust Gas Recirculation, 이하 EGR 이라 함)장치가 있지만, 모두를 동시에 사용하는 것은 아니다. 즉, 인터쿨러와 구동용 모터를 고려하면, 인터쿨러는 엔진구동시에 사용되는 것이기 때문에, 인터쿨러와 구동용 모터는 동시에 사용되지 않는다. 즉, 가령 인터쿨러 냉각용의 냉각계통과 구동용 모터 냉각의 냉각계통을 별개로 설치해도, 이들 냉각계통은 동시에 사용되지 않기 때문에, 인터쿨러와 구동용 모터로 냉각계통을 공용하면, 하나의 냉각계통에서 쌍방의 냉각을 행할 수 있다.
즉, 별개로 설치된 라디에이터를 통합하여, 하나의 라디에이터에서 집중적으로 냉각을 행하는 것에 의해, 라디에이터의 용적을 작게할 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 하나의 라디에이터와 복수의 냉각장치 사이에 냉각재가 순환되는 구조로서도, 냉각능력을 저하시키는 일 없이, 라디에이터의 중량, 체적을 저감할 수 있다.
구체적으로는, 피냉각장치를 엔진, 구동용 모터, 엔진장착장치로 하여, 엔진냉각용으로서 제1 라디에이터, 구동용 모터 및 엔진장착장치 냉각용으로서 제2 라디에이터를 설치한다. 엔진장착장치로서는, 인터쿨러 및/또는 배기재순환장치가 있다.
게다가, 제2 라디에이터를 갖는 냉각재순환계 내에, 배터리를 배치해도 좋다.
본 발명의 차량용 냉각재 순환장치에 있어서는, 상기 각각의 피냉각장치와 라디에이터 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단을 설치할 수 있다.
이 냉각재순환장치에 있어서는, 순환량제어수단에 의해 각 피냉각장치가 필요로 하는 양의 냉각재를 순환시킨다. 즉, 라디에이터에서 송출되는 냉각재를 각 순환량제어수단이 각 피냉각장치로 분배한다.
순환량제어수단으로서는, 예컨대 피냉각장치에 각각 설치된 펌프를 설치한다.
여기서, 하나의 라디에이터에서 복수의 피냉각장치로 냉각재가 순환되는 경우, 어느 펌프를 정지하여도 다른 펌프가 기동하면, 냉각재가 라디에이터로 흐르지 않게 펌프가 정지하고 있는 다른 피냉각장치로 역류하는 경우가 있다. 이 경우, 냉각재는 라디에이터 사이에는 없고 펌프가 정지중의 피냉각장치 사이에 순환되게 된다. 이를 방지하기 위해, 피냉각장치가 냉각재에 의해 냉각을 필요로 하지 않는 경우에도 펌프를 완전히 정지시키지 않고, 냉각재가 역류하지 않는 정도로 기동시켜 놓는다.
또, 역류를 방지하는 수단으로서 상기의 다른 비순환밸브를 설치하는 것이 고려될 수 있지만, 냉각재 유동시에 비순환밸브가 유동저항이 된다는 문제가 있다. 상기와 같은 펌프 등의 순환량제어수단에 의해 역류를 방지하면, 이와 같은 문제가 발생하지 않고, 펌프의 에너지 손실을 억제할 수 있다. 즉, 비순환밸브를 설치하는 것보다도 펌프에 의해 역류를 방지하는 구성으로 하는 편이, 보다 소형의 펌프로 할 수 있고, 차량의 경량화가 가능하게 된다.
또, 냉각재를 가열하는 냉각재 가열수단을 설치하고, 이 냉각재 가열수단에 의해 가열된 고온 냉각재와, 이 고온 냉각재 보다 저온의 냉각재와의 혼합냉각재를 피냉각장치로 순환해도 좋다.
냉각재 가열수단으로서는, 엔진 등 냉각재를 가열하는 장치가 있다. 저온 냉각재로서는 라디에이터에 의해 냉각된 냉각재나, 피냉각장치에서 방열된 후의 냉각재 등이 있다.
이들 고온 냉각재와 저온 냉각재를 혼합하는 것에 의해, 이들 온도 범위에 있어서 임의 온도의 냉각재를 생성할 수 있다. 온도제어는 혼합하는 고온냉각재와 저온냉각재의 양을 조정하는 것으로 행한다. 이것에 의해, 예컨대 항상 일정 온도의 냉각재를 피냉각장치(예컨대, 리튬이온배터리)로 순환시키는 것으로, 이 피냉각장치를 소정 온도로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태로서 도시한 차량용 냉각재 순환장치를 탑재한 하이브리드 차량의 배치도이고,
도 2는 하이브리드 차량에 탑재되는 HPVM의 사시도이고,
도 3은 하이브리드 차량의 블록도이고,
도 4는 하이브리드 차량에 탑재되는 에어콘의 냉매 유로를 도시하는 도면이고,
도 5는 하이브리드 차량의 냉각재의 흐름을 도시하는 도면이며,
도 6은 하이브리드 차량의 엔진 구동시 및 모터 구동시에 있어서 각종 장치의 사용 및 불사용을 도시하는 도면이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 하이브리드 차량 2 : 구동유니트
2a : 엔진 3 : 엔진
5 : 배터리(피냉각장치) 6 : 모터 제너레이터 유니트
8 : 제1 라디에이터 9 : 제2 라디에이터
11 : 배터리 열교환기 12 : 컴프레서유니트
13 : 열교환기 14 : 송풍팬
15 : HPVM 50 : I/C·EGR 시스템
이하, 본 발명의 일 실시형태로서 차량용 냉각재 순환장치를 탑재한 하이브리드 차량에 관해서 도면을 참조로 설명한다.
도 1에 있어서, 참조번호(1)는 하이브리드 차량이고, 차체 앞부분에 전륜구동용 모터(2a)를 내장한 구동유니트(피냉각장치)(2)를 구비하고, 차체 뒷부분에 후륜구동용 엔진(3)을 구비하고 있다. 이 하이브리드 차량은 저속운전시 구동용 모터(2a)를 구동원으로서 주행하고, 일정 속도 이상에 있어서는 구동원을 엔진(3)으로 전환하여 주행한다. 또, 모터(2a)를 차체 앞부분에 설치하기 위해, 탑재 스페이스상의 이유 및 공기저항을 고려하고, 엔진(3)을 차체 뒷부분에 설치하고 있다.
도 1에서, 참조번호(5)는 모터(2a)의 전원이 되는 배터리(피냉각장치)이고, 참조번호(6)는 엔진(3)의 구동력을 전력으로 변환하여 배터리(5)에 축적하는 모터·제너네이터·유니트(피냉각장치)이다. 모터·제너레이터·유니트(6)에는 발전용 모터(도시생략)가 탑재되어 있고, 이 발전용 모터에 엔진(3)의 구동되는 것에 의해 발전이 행해진다. 모터·제너레이터·유니트(6)는 또, 전력에 의해 발전용 모터를 구동시키는 것에 의해, 배터리(5)에 축적된 전력을 구동력으로 변환하는 기능도 갖는다. 또, 본 실시예의 배터리(5)는, 고온영역(예컨대, 80℃ 내지 90℃)에서 안정된 고효율에서 운전하는 고온형 전지이고, 고온형 전지의 일례로서는, 양극에 동, 니켈, 은 등의 할로겐화물, 음극에 금속리튬(그 외 칼슘, 마그네슘 등의 활성 금속도 가능)을 이용하여, 전해질로서 프로필렌 카보네이트 등의 유기물을 사용한 것도 있다.
참조번호(50)는 I/C(인터쿨러)·EGR 시스템(피냉각장치)이다.
또, 참조번호(8)는 엔진(3) 냉각용의 제1 라디에이터이고, 참조번호(9)는 제1 라디에이터(8)와 병설된 제2 라디에이터이다. 제2 라디에이터(9)는 구동용 모터(2a), 모터·제너레이터·유니트(6), 그리고, I/C·EGR 시스템을 냉각하기 위한 것이다. 이들 제1 라디에이터(8), 제2 라디에이터(9)는 라디에이터 냉각용 팬(10)에 의해 주위의 공기로 방열되도록 되어 있다.
게다가, 엔진(3)의 열을 배터리(5)에 부여하는 배터리 열교환기(냉각재 가열수단)(11)가 설치되어 있다.
이후에 이 하이브리드 차량(1)에 탑재되는 공기조화장치(이하, 에어콘이라 함)에 관해서 설명한다.
도 1에 있어서, 참조번호(12)는 냉매를 압축하는 컴프레서유니트, 참조번호(13)는 열교환기, 참조번호(14)는 열교환기(13)에 송풍하는 팬, 참조번호(15)는 HPVM(Heat Pump Ventilating Module)이라 불리우는 모듈이다. 열교환기(13)는 외기와의 열교환을 용이하게 하기 위해 차체 우측면에 설치되고, 팬(14)에 의해 강제적으로 외기와 열교환된다. HPVM(15)는 차체 뒷부분 중앙에 설치되고, HPVM(15) 전면에 차체 하부 중앙을 따라 차체 전방으로 연장하는 덕트(16)가 접속되어 있다. 덕트(16)는 원통형상으로 형성되는 동시에, 덕트(16)의 중앙부 및 전단부에 각각 흡출부(17, 18)가 설치되어 있다.
상기 HPVM(15)에 관해서 설명한다.
도 2는 HPVM(15)의 사시도이고, 도 3은 상기 에어콘의 블록도이다.
도 2에 있어서, HPVM(15)은 케이싱(15a), 내기취입구(21), 외기취입구(22), 배기구(23), 상기 덕트(16)와 연결되는 연결부(24)를 구비하고 있다.
내기취입구(21)는 차 실내와 연통하고, 외기취입구(22) 및 배기구(23)는 차 실외와 연통하고 있다.
또, 도 3에 도시하는 바와 같이, HPVM(15)에는 차 실내의 공기(내기) 또는 차 실외의 공기(외기) 중 어느 한쪽에서 공기를 취입하는가를 결정하는 내외기 전환댐퍼(30), 내외기전환댐퍼(30)를 통해 공기를 도입하는 팬(31), 도입된 공기와 냉매가 열교환되는 열교환기(33), 열교환된 공기의 일부를 분기하는 에어믹스댐퍼(34), 분기된 공기를 가열하는 히터코어(35)를 구비하고 있다.
내외기전환댐퍼(30)를 개폐조작에 의해, 내기를 내기취입구(21)(도 2 참조)에 의해 흡인하여 덕트(16)로 보내는 내기순환운전과, 외기를 외기취입구(22)(도 2 참조)에 의해 도입하여 덕트(16)로 보내지는 동시에, 내기를 배기구(23)(도 2 참조)에 의해 배출하는 외기도입운전 중 한 쪽을 선택하여 운전하는 것이 가능하다.
히터코어(35)는, 후술하는 바와 같이 엔진(3)에서 고온의 냉각재의 공급을 받아, 송풍되어 온 도입공기를 가열하는 열교환기이고, 에어콘의 난방운전시(히트펌프운전)에 보조적으로 이용되는 것이다. 에어믹스댐퍼(34)는, 그 개도(開度)에 따라 히터코어(35)로 분기시키는 도입공기량을 조정한다.
도입공기는 그 후 덕트(16)의 흡출부(17, 18)에서 차 실내로 흡출되도록 되어 있다.
열교환기(33) 및 열교환기(13)에는, 컴프레서유니트(12)에 의해 냉매가 공급되는 것에 의해, 냉방운전 또는 난방운전이 행해진다. 도 4에 컴프레서유니트(12)를 도시한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 컴프레서유니트(12)는, 주요 구성요소로서 압축기(41), 스로틀저항(throttle resistance, 42), 4방향 밸브(43) 및 어큐뮬레이터(45)로 연결되어, 냉매회로를 형성하고 있다.
압축기(41)에는, 에어콘(3) 또는 모터·제너레이터·유니트(6)에 의해 구동력이 전달된다. 압축기(41)는 기체로 공급되는 냉매를 압축해, 고온고압의 기체냉매로서 4방향 밸브(43)로 보내는 기능을 갖고 있다. 이 압축기(41)에서 고온고압의 기체 냉매가 보내진 4방향 밸브(43)는, 냉매회로에서 냉매의 흐름방향을 변환시키는 것에 의해, 냉방운전·난방운전의 전환을 행하는 기능을 갖고 있다. 또, 스로틀 저항(42)은, 고온고압의 액냉매를 감압·팽창시켜 저온저압의 액(안개상태)냉매로 하는 기능을 갖고 있고, 모세관이나 팽창밸브 등이 사용된다. 또, 어큐뮬레이터(44)는, 압축기(41)로 공급되는 기체냉매에 포함되는 액상성분을 제거하기 위해 설치한 것이다.
상기 냉매회로에 있어서는, 난방운전시에는, 저온저압의 액냉매가 열교환기(33)에 있어서 외기에서 열을 증발 기화하여, 저온저압의 기체냉매로 된 압축기(41)로 보내져, 고온고압의 기체냉매로 된다. 그 후, 열교환기(13)에 있어서 방열하고, 스로틀저항(42)을 통해 저온저압의 액냉매로 된 후, 다시 열교환기(33)로 순환한다. 이 경우, 열교환기(33)는 증발기, 열교환기(13)는 콘덴서로서 기능한다.
냉방운전시, 열교환기(33)에는 고온고압의 기체냉매가 공급되기 때문에, 외기에 열을 방출하여 응축액화하는 것으로 고온고압의 액냉매로 되고, 스로틀저항(42) 및 열교환기(13)로 보내진다. 열교환기(13)에서 증발 기화한 냉매는 압축기(41)로 보내지고, 다시 열교환기(33)로 순환된다. 이 경우, 열교환기(33)는 콘덴서, 열교환기(13)는 증발기로서 기능한다.
한편, 상기 구성에 있어서, 전술의 구동유니트(2), 모터·제너레이터·유니트(6)는, 안전하게 구동시키기 위해서 65℃ 이하인 것이 요구된다. 게다가, 배터리(5)는 발전, 축전효율상 85±5℃인 것이 바람직하다. 이 요구를 만족하기 위해 하이브리드 차량(1)에 있어서 이하에 도시한 바와 같이 냉각재의 온도 제어를 행하고 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 엔진(3), 배터리(5), I/C·EGR 시스템(50), 구동유니트(2), 모터·제너레이터·유니트(6), 제1 라디에이터(8), 제2 라디에이터(9) 및 배터리 열교환기(11) 사이에 냉각재가 유동되는 소정의 유로가 형성되어 있다.
엔진(3)은 제1 라디에이터(8)에 의해 냉각되고, 배터리(5), I/C·EGR 시스템(50), 구동유니트(2) 및 모터·제너레이터·유니트(6)는 제2 라디에이터(9)에 의해 냉각된다.
이하, 이 유로에 관해서 다시 상세히 설명한다.
I/C·EGR 시스템(50), 구동유니트(2), 모터·제너레이터·유니트(6)는, 제2 라디에이터(9)에서 공급되는 냉각재에 의해 냉각된다.
우선, 제2 라디에이터(9)의 출구측에서 유로(51)에 냉각재가 공급된다. 냉각재는 분기점(p1)에서 I/C·EGR 시스템(50)측과, 구동유니트(2) 및 모터·제너레이터·유니트(6)측으로 분기한다.
I/C·EGR 시스템(50)측으로 분기한 냉각재는 유로(b1)에 개재된 인터쿨러·냉각재·펌프(53)에 의해 냉각재에 유속이 부여되어 유로(b1) 내를 유동하도록 되어 있다.
한편, 구동유니트(2) 및 모터·제너레이터·유니트(6)측으로 분기한 냉각재는, 더욱이 분기점(p2)에 의해 분기된 후, 그 한쪽이 트랙션·냉각재·펌프(순환량제어수단)(54)를 경유하여 다시 분기한다. 그 한쪽은 구동유니트(2)측의 유로(b2)로 분기하고, 다른 쪽은 모터·제너레이터·유니트(6)측의 유로(b3)로 분기한다. 분기후의 냉각재는, 상기 I/C·EGR 시스템(50)으로 공급되는 냉각재와 동일하게, 장치계를 냉각한 후, 유로(52)를 통해 다시 제2 라디에이터(9)로 순환되고, 이 때, 트랙션·냉각재·펌프(54)에 의해 냉각재에 유속이 부여되어 유로(b2) 및 유로(b3) 내를 유동시키도록 되어 있다.
여기서, 구동유니트(2)는 도 1에 도시하는 바와 같이 차체 앞부분에 설치되어 있다. 한편, 모터·제너레이터·유니트(6) 및 제2 라디에이터(9)는 차체 뒷부분에 설치되어 있다. 즉, 유로(b2)는 유로(b3) 보다 길고, 냉각재의 유동저항이 크다. 이 때문에, 구동유니트(2)와 모터·제너레이터·유니트(6) 쌍방으로 냉각재를 유동시키는 필요가 있는 경우, 모터·제너레이터·유니트(6) 측의 유량이 많게 되어, 불균형을 이루게 된다. 이 문제를 해결하기 위해, 유로(b3)에는 유로(b2)와의 유량의 균형을 유지하기 위해 유량조정밸브(55)가 개재되어 있다.
상기 분기점(p2)에 의해 분기된 냉각재의 다른 쪽은, 배터리·냉각재·펌프(순환량제어수단)(57)가 개재된 유로(b4) 내를 배터리(5)측에 유동한다.
여기서, 배터리·냉각재·펌프(57) 앞의 합류점(p4)에 있어서, 엔진(3)의 열에 의해 가열된 고온의 냉각재와 합류하지만, 이 냉각재에 관해서는 후술한다. 합류후에 있어서, 냉각재는 소정 온도(85±5℃)가 되도록 미리 유량이 조정된다.
그 후, 냉각재는 배터리(5)에 공급되고, 배터리(5) 내를 상기 소정 온도로 유지하면서, 출구측 유로(b5)로 토출된다. 냉각재는 분기점(p3)에 있어서 유로(b6) 및 유로(b7)로 분기한다. 유로(b6)는 배터리 열교환기(11) 내를 통과하여 상기 합류점(p4)에 있어서 유로(b4)와 합류하고, 또, 유로(b7)는 유로(52)와 합류하여, 그 후 다시 제2 라디에이터(9)에서 순환되도록 되어 있다. 유로(B6)에는 유량조정밸브(60)가, 유로(b7)에는 유량조정밸브(61)가 개재되어 있다. 이 유량조정밸브에 관해서는 후술한다.
유로(b6) 내를 유동하는 냉각재는, 배터리열교환기(11)에 있어서 엔진(3)의 열에 의해 가열된다. 상세하게는, 배터리열교환기(11)에 있어서, 엔진(3) 사이에 냉각재가 순환되는 유로(b10)와, 유로(b6)가 서로 열교환되도록 되어 있다. 유로(B6) 내의 냉각재(약 85±5℃ 정도) 보다, 엔진(3)에 의해 가열된 유로(b10) 내의 냉각재의 쪽이 고온이기 때문에, 유로(b6) 내의 냉각재가 가열되어, 고온의 냉각재로 되어 합류점(p4)에서 유로(b4) 내의 저항냉각재와 합류한다.
이와 같이 하여 고온냉각재와 저온냉각재가 합류점(p4)에 있어서 합류하는 것에 의해 배터리(5)에 상기 소정 온도의 냉각재가 공급되는 것이지만, 이 때 고온 냉각재의 양을 상기 유량조정밸브(60, 61)에 의해 조정하는 것에 의해, 배터리(5)에 공급되는 냉각재의 온도를 제어하고 있다.
또, 엔진(3)에는 상기 유로(b10)와는 별개로 유로(b11)가 설치되고, 제1 라디에이터(8) 사이에 냉각재가 순환하고 있다. 게다가, 유로(b12)가 설치되어, 히터코어(35) 사이에 냉각재가 순환하고 있다.
엔진(3)에서 토출한 냉각재는, 분기점(p5)에서 유로(b10, b11, b12)로 분기해, 각각 배터리 열교환기(11), 제1 라디에이터(8), 히터코어(35)를 통과한 후, 합류점(p6)에서 합류하고, 다시 엔진(3)으로 순환한다.
엔진(3) 입구측의 유로에는 엔진·냉각재·펌프(69)가 설치되어, 유로(b10~b12)의 냉각재를 유동시키고 있다. 또, 유로(b10, b12)에는 각각 유량조정밸브(71, 73)가 설치되어, 유로(b11)에는 서모스탯트(72)가 설치되어 있다.
제1 라디에이터(8)와, 상기 제2 라디에이터(9)와는 병렬로 설치되어 있지만, 제1 라디에이터(8)를 통과하는 냉각재의 쪽이 고온이기 때문에, 제2 냉각재(9)를 통과한 공기가 제1 라디에이터(8)를 통과하도록, 제1 라디에이터(8)의 하류측으로 풀식(흡인식)의 라디에이터 냉각용 팬(10)을 배치하고 있다.
다음에, 상기 라디에이터의 동작에 관해서 설명한다.
상기와 같이, 하이브리드 차량(1)은, 저속운전시 구동용 모터(2a)를 구동원으로 하여 주행하고, 일정 속도 이상에서는 구동원을 엔진(3)으로 전환하여 주행한다. 이 때문에, 에어콘의 구동원도 종래의 차량용 에어콘과 다르다.
우선, 하이브리드 차량(1)이 엔진(3)에 의해 주행하는 경우, 난방 또는 냉방운전시에 컴프레서유니트(12)는 엔진(3)에 의해 구동력을 부여하고, 열교환기(13, 33) 사이에서 냉매를 순환시킨다. 엔진(3)은 또, 모터·제너레이터·유니트(6)에 구동력을 전달하고, 모터·제너레이터·유니트(6)는 모터(도시생략)에 의해 발전을 행하고, 배터리(5)에 전력을 축전한다.
HPVM(15)에 있어서는, 팬(31)이 내외기 전환 댐퍼(30)를 통해 내기 또는 외기를 도입하고, 열교환기(33)로 송풍한다. 도입공기는 열교환기(33) 내에서 냉매와 열교환되는 것에 의해, 가열(난방운전시) 또는 냉각(냉방운전시)된다.
가열후의 공기는, 에어믹스댐퍼(34)에 의해 덕트(16) 또는 히터코어(35)에 송풍되어, 히터코어(35)로 보내진 도입공기는 엔진(3)의 배열에 의해 다시 가열된 후 덕트(16)로 보내진다.
한편, 모터(2a) 구동시에는 이하와 같이 동작한다. 즉, 모터·제너레이터·유니트(6)가 배터리(5)에 축적된 전력을 이용하여 내장하는 발전용 모터를 구동한다. 이 구동력이 컴프레서유니트(12)에 전달되는 것에 의해, 열교환기(13, 33) 사이에 냉매를 순환시킨다. 이외의 동작은 상기 엔진(3) 구동시와 동일하다.
다음에, 냉각재의 순환에 관해서 설명한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 제2 라디에이터(9)에서 토출된 냉각재는, 유로(51)를 통해 분기점(p1) 및 분기점(p2)에 의해 분기되고, 각 장치로 분기된다. 즉, 배터리·냉각재·유니트(7)에 의해 배터리(5)로 순환하는 냉각재량이 결정되고, 인터쿨러·냉각재·펌프(53)에 의해 I/C·EGR 시스템(50)으로 순환되는 냉각재량이 결정되고, 트랙션·냉각재·펌프(54)에 의해 구동유니트(2) 및 모터·제너레이터·유니트(6)로 순환되는 냉각재량이 결정된다.
다음에, 냉각재의 순환에 관해서, 엔진(3) 구동시와 모터(2a) 구동시로 나누어 설명한다.
엔진(3) 구동시와 모터(2a) 구동시에 있어서는, 각 장치의 사용, 불사용은 도 6에 도시하는 바와 같다.
엔진(3)에 의해 주행할 때에는, 종래의 엔진차와 동일하게, 엔진·냉각재·펌프(69)에 의해 라디에이터(8) 사이에 냉각재가 순환되고, 엔진(3)이 냉각한다. 또, I/C·EGR 시스템(50)에도 인터쿨러·냉각재·펌프(53)에 의해 냉각재가 순환된다.
모터·제너레이터·유니트(6)는 내장된 발전용 모터가 구동할 때에 냉각재가 순환된다. 즉, 엔진(3)의 구동력을 이용하여 축전하는 경우, 그리고, 엔진(3) 정지시에 에어콘을 기동시키는 경우에, 트랙션·냉각재·펌프(54)에 의해 모터·제너레이터·유니트(6)에 냉각재가 순환되고, 모터·제너레이터·유니트(6)가 냉각된다.
한편, 모터(2a)에 의해 주행할 때에는, 트랙션·냉각재·펌프(54)에 의해 구동유니트(2)에 냉각재가 순환되고, 구동유니트(2)가 냉각된다.
여기서, 도 6에 도시한 바와 같이, 모터(2a) 구동시에는 I/C·EGR 시스템(50)을 냉각할 필요는 없다. 따라서, 인터쿨러·냉각재·펌프(53)를 기동시킬 필요는 없다. 이 펌프를 완전히 정지하면 다른 펌프의 구동에 의해 냉각재가 역류하는 경우가 있다. 예컨대, 인터쿨러·냉각재·펌프(53)가 정지상태에 있고, 또 트랙션·냉각재·펌프(54)가 기동상태로 되는 경우, 구동유니트(2) 또는 모터·제너레이터·유니트(6)에서 토출한 냉각재가 제2 라디에이터(9)로 유동하지 않고, I/C·EGR 시스템(50)으로 유입하고, 인터쿨러·냉각재·펌프(54)로 순환하는 경로를 지나는 경우가 있다.
이를 방지하기 위해, I/C·EGR 시스템(50)을 냉각할 필요는 없어도, 상기 역류가 발생하지 않는 정도로 인터쿨러·냉각재·펌프(53)를 기동시켜 둔다.
동일하게, 구동유니트(2) 및 모터·제너레이터·유니트(6)를 냉각할 필요가 없는 경우에도, 냉각재의 역류가 발생하지 않는 정도로 트랙션·냉각재·펌프(54)를 기동시켜 둔다.
또, 엔진(3) 구동시 또는 모터(2a) 구동시에 관계없이, 배터리(5)는 항상 소정 온도로 유지된다. 배터리(5)의 온도 변화에 따라 배터리·냉각재·펌프(57)가 기동하고, 유량조정밸브(60, 61)에 의해 유량조정된 고온 냉각재와 저온 냉각재가 합류점(p4)에서 혼합되는 것에 의해, 배터리(5)로 순환하는 냉각재가 항상 소정 온도로 유지된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 이하의 효과를 갖는다.
제2 라디에이터(9) 하나에 배터리(5), I/C·EGR 시스템(50), 구동유니트(2), 및 모터제너레이터유니트(6)를 냉각할 수 있지만, 이들 배터리(5), I/C·EGR 시스템(50), 구동유니트(2), 및 모터제너레이터유니트(6)는 동시에 사용하지 않기 때문에, 별개로 라디에이터를 설치하는 것보다, 라디에이터의 용적, 질량을 저감할 수 있다.
또, 각 피냉각장치로의 순환량은 냉각재·펌프(53, 54, 57)에 의해 조정되기 때문에, 라디에이터가 하나이어도 각 장치로의 냉각재 순환량을 독립적으로 제어할 수 있다. 각 유로에 유량조정밸브를 개재하여 유량을 조정할 수 있지만, 각각의 펌프에 의해 유량을 조정하는 편이 유동저항을 작게 할 수 있고, 펌프의 에너지 손실을 억제할 수 있다.
또, 하나의 라디에이터에서 복수의 장치에 냉각재를 순환시키면, 어느 하나의 펌프가 정지시에 다른 펌프가 기동하는 경우, 냉각재가 라디에이터로 흐르지 않고 역류하는 경우가 있지만, 냉각재에 의해 냉각을 필요로 하지 않는 경우에도 펌프를 완전히 정지시키지 않고, 냉각재가 역류하지 않는 정도로 기동시키는 것에 의해, 역류를 방지할 수 있다.
또, 역류를 방지하는 수단으로서 상기의 다른 비순환밸브를 내장하는 것을 고려하지만, 냉각재 유동시에 비순환밸브가 유동저항이 된다는 문제가 있다. 상기와 같이 펌프에 의해 역류를 방지하는 구성이기 때문에, 이와 같은 문제가 발생하지 않고, 펌프의 에너지 손실을 억제할 수 있다.
또, 고온 냉각재와 저온 냉각재를 혼합하는 것에 의해, 소정 온도의 냉각재를 배터리(5)에 공급할 수 있기 때문에, 배터리(5)를 항상 소정 온도로 유지할 수 있다.
또, 순환량제어수단을, 하나의 펌프와, 각 피냉각장치로의 유로에 개재된 유량조정밸브에 의해 구성해도 좋다. 예컨대, 상기 실시형태에 있어서 나타낸 펌프(53, 54, 57) 대신에, 하나의 펌프를 설치하고, 유량조정밸브에 의해 각 피냉각장치로 유동시키는 냉각재량을 제어한다.
이 경우, 어느 피냉각장치의 냉각이 불필요한 경우, 그 유로를 통해 유량조정밸브를 차단하는 것으로, 냉각재의 역류를 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 차량용 냉각재 순환장치에 있어서는, 이하의 효과를 갖는다.
즉, 하나의 라디에이터에서 복수의 피냉각 장치로 냉각재를 공급하는 것에 의해, 라디에이터의 용적, 중량을 저감할 수 있다.
각 장치로의 순환량은 순환량제어수단에 의해 조정되기 때문에, 라디에이터가 하나이어도 각 장치로의 냉각재 순환량을 독립적으로 제어할 수 있다.
하나의 라디에이터에서 복수의 장치로 냉각재를 순환시키면, 어는 순환량 제어수단을 정지하여도 다른 순환량제어수단이 기동하고 있으면, 냉각재가 라디에이터로 흐르지 않고 순환량제어수단이 정지하고 있는 다른 피냉각장치로의 역류하는 경우가 있지만, 각 장치가 냉각재를 필요로 하지 않는 경우에도 순환량제어수단을 완전하게 정지시키지 않고, 냉각재가 역류하지 않는 정도로 기동시키는 것에 의해 역류를 방지할 수 있다.
또, 고온냉각재와 저온냉각재를 혼합하는 것에 의해, 이들 냉각재의 온도범위에 있어서 임의 온도의 냉각재를 생성할 수 있기 때문에, 복합후의 냉각재를 피냉각장치(예컨대, 리튬이온배터리)로 순환시키는 것에 의해, 이 피냉각장치를 소정 온도로 유지할 수 있다.
이상의 방법으로, 냉각재순환장치의 소형화, 경량화가 가능하게 되고, 차량 자체의 소형 경량화도 실현할 수 있다.

Claims (20)

  1. 냉각재를 냉각하는 라디에이터와, 이 라디에이터 사이에 냉각재가 순환되는 피냉각장치를 구비한 차량용 냉각재 순환장치에 있어서,
    하나의 라디에이터와, 복수의 피냉각장치 사이에 냉각재가 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량이 엔진과 구동용 모터를 내장한 하이브리드 차량이고, 피냉각장치로서, 엔진, 구동용 모터 및 엔진 장착장치를 갖고, 냉각재 순환계가, 엔진냉각용의 제1 라디에이터를 갖는 냉각재 순환계와, 전동모터 및 엔진장착장치 냉각용 제2 라디에이터를 갖는 냉각재 순환계로 구분되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엔진장착장치는, 인터쿨러 및/또는 배기재순환장치인 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    제2 라디에이터를 갖는 냉각재순환계 내에, 배터리를 배치하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  5. 제3항에 있어서,
    제2 라디에이터를 갖는 냉각재순환계 내에, 배터리를 배치하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피냉각장치와 라디에이터 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 피냉각장치와 라디에이터 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 피냉각장치와 라디에이터 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 피냉각장치와 라디에이터 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 피냉각장치와 라디에이터 사이에는, 각 피냉각장치로 순환되는 냉각재량을 제어하는 순환량제어수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 순환량제어수단은, 냉각이 불필요한 상기 피냉각장치로 냉각재의 순환을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 순환량제어수단은, 냉각이 불필요한 상기 피냉각장치로 냉각재의 순환을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 순환량제어수단은, 냉각이 불필요한 상기 피냉각장치로 냉각재의 순환을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 순환량제어수단은, 냉각이 불필요한 상기 피냉각장치로 냉각재의 순환을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 순환량제어수단은, 냉각이 불필요한 상기 피냉각장치로 냉각재의 순환을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  16. 제1항에 있어서,
    냉각재를 가열하는 냉각재 가열수단이 설치되고,
    이 냉각재 가열수단에 의해 가열된 고온 냉각재와, 이 고온 냉각재 보다 저온의 냉각재와의 혼합 냉각재가 피냉각장치로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  17. 제4항에 있어서,
    냉각재를 가열하는 냉각재 가열수단이 설치되고,
    이 냉각재 가열수단에 의해 가열된 고온 냉각재와, 이 고온 냉각재 보다 저온의 냉각재와의 혼합 냉각재가 피냉각장치로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  18. 제9항에 있어서,
    냉각재를 가열하는 냉각재 가열수단이 설치되고,
    이 냉각재 가열수단에 의해 가열된 고온 냉각재와, 이 고온 냉각재 보다 저온의 냉각재와의 혼합 냉각재가 피냉각장치로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  19. 제14항에 있어서,
    냉각재를 가열하는 냉각재 가열수단이 설치되고,
    이 냉각재 가열수단에 의해 가열된 고온 냉각재와, 이 고온 냉각재 보다 저온의 냉각재와의 혼합 냉각재가 피냉각장치로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
  20. 냉각재가 순환되는 차량용 냉각재 순환장치에 있어서,
    냉각재를 가열하는 냉각재 가열수단이 설치되고,
    이 냉각재 가열수단에 의해 가열된 고온 냉각재와, 이 고온 냉각재 보다 저온의 냉각재와의 혼합 냉각재가 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각재 순환장치.
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