KR20170074795A - 차량 냉각 시스템 - Google Patents

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가즈야 아라카와
다카히로 시이나
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

오일 순환 회로(200)를 포함하는 냉각 시스템(100)은, 인버터(21) 및 각 모터(2, 3)에 공급되는 냉매로서의 오일을 토출하는 전동 오일 펌프(102), 및 상기 인버터(21) 및 상기 각 모터(2, 3)에 공급되는 오일을 냉각하는 HV 라디에이터(103)를 포함하는 제 1 회로(210), 및 상기 HV 라디에이터(103)를 통하지 않고 윤활 필요부(30)에 공급되는 오일을 토출하는 기계식 오일 펌프(101)를 포함하는 제 2 회로(220)를 포함한다.

Description

차량용 냉각 시스템{VEHICULAR COOLING SYSTEM}
본 개시 내용은 차량용 냉각 시스템에 관한 것이다.
엔진과 전기 모터를 탑재한 하이브리드 차량의 냉각 시스템으로서, 전기 모터와 전기적으로 접속된 인버터를 냉각하기 위한 인버터 냉각 회로가 알려져 있다. 인버터 냉각 회로는 냉매로서 냉각수(하이브리드 냉각수)를 순환시킨다고 알려져 있다.
또한, 하이브리드 냉각수와 상이한 냉각수(엔진 냉각수)를 냉매로서 사용하는 엔진 냉각 회로가 공지되어 있다. 일본 특허 공개 제2013-199853호는 엔진 냉각 회로, 오일을 냉매로서 사용하는 트랜스액슬 냉각 회로를 갖는 냉각 시스템을 개시하고, 열 교환기에 의해 엔진 냉각수와 오일 사이의 열 교환이 수행된다.
하이브리드 차량에, 인버터 냉각 회로, 엔진 냉각 회로 및 트랜스액슬 냉각 회로를 갖는 냉각 시스템이 탑재될 수 있다. 상술된 각각의 냉각 회로에서, 하이브리드 냉각수, 엔진 냉각수 및 오일 등의 전용 액체는 각각의 독립적인 유로에서 순환된다. 따라서, 각각의 냉각 회로에 포함되는 부품의 개수가 많아지고 전체로서 냉각 시스템이 대형화된다.
또한, JP 2013-199853A에 기재된 트랜스액슬 냉각 회로에서, 오일의 공급처인 트랜스액슬 케이스 내에, 오일 윤활 또는 오일 워밍(warming)이 필요한 부분(윤활-필요부) 및 오일 냉각이 필요한 부분(냉각-필요부)가 포함된다. 윤활-필요부에 포함되는 예컨대, 트랜스미션 기어 등에는 오일의 교반 저항을 저감하기 위해 따뜻한 오일을 공급할 필요가 있다. 한편, 냉각-필요부에 포함되는 전기 모터에는 전기 모터를 냉각하기 위해 저온의 오일을 공급할 필요가 있다.
그러나, JP 2013-199853A의 구성에서, 트랜스액슬 냉각 회로의 오일은 트랜스액슬 케이스 내의 윤활-필요부와 냉각-필요부에 구별없이 공급된다. 따라서, 윤활보다 냉각이 우선되는 경우, 따뜻하게 될 부분(윤활-필요부)은 또한 냉각될 부분(냉각-필요부)과 동시에 냉각된다. 한편, 냉각보다 윤활이 우선되는 경우, 냉각될 부분(냉각-필요부)은 또한 따뜻하게 될 부분(윤활-필요부)과 동시에 따뜻하게 된다.
본 개시내용은 냉각 시스템의 소형화를 가능하게 하며 냉각 성능 및 윤활 성능 모두를 확보하는 차량용 냉각 시스템을 제공한다.
본 개시내용의 양태에 따르는 차량용 냉각 시스템은 전기 모터, 전기 모터에 전기적으로 접속된 인버터, 및 전기 모터로부터 출력된 동력을 차륜에 전달하는 동력 전달 기구를 구비하는 차량에 탑재된다. 상기 차량용 냉각 시스템은 오일 순환 회로를 포함한다. 오일 순환 회로는 오일 저류부, 오일 저류부에 저류되어 있는 오일을 흡인하고 인버터 및 전기 모터에 공급되는 냉매로서 오일을 토출하는 제1 오일 펌프, 및 제1 오일 펌프와, 인버터 또는 전기 모터 사이에 설치되며, 인버터 및 전기 모터에 공급되는 오일을 냉각하는 오일 쿨러를 구비하는 제1 회로와, 오일 저류부에 저류되어 있는 오일을 흡인하고, 오일 쿨러를 경유하지 않고 동력 전달 기구에 포함된 윤활-필요부에 공급되는 오일을 토출하는 제2 오일 펌프를 구비하는 제2 회로를 갖는다.
상기 양태에 따르면, 인버터 및 전기 모터를 포함하는 오일 순환 회로에, 오일만이 순환된다. 따라서, 차량용 냉각 시스템이 소형화될 수 있다. 또한, 냉각 회로로서, 제1 회로는 제1 오일 펌프로부터 토출된 오일을 오일 쿨러를 통해 냉각하고, 오일을 인버터 또는 전기 모터에 공급한다. 윤활 회로로서, 제2 회로는 제2 오일 펌프로부터 토출된 오일을 오일 쿨러에 의해 냉각하지 않고 윤활-필요부에 공급한다. 따라서, 냉각 성능 및 윤활 성능 모두가 확보될 수 있다.
상기 양태에서, 제1 회로에서, 인버터 및 전기 모터는 제1 오일 펌프의 하류측에 설치될 수 있고, 인버터 및 전기 모터는 직렬로 접속될 수 있고, 전기 모터는 인버터의 하류측에 설치될 수 있다.
상기 양태에 따르면, 제1 회로는 제1 오일 펌프의 하류측에서 오일 쿨러와 전기 모터 사이에 인버터를 구비한다. 전기 모터 및 인버터의 내열 온도를 비교하면, 인버터의 내열 온도가 낮다. 냉각 시스템에 따르면, 제1 회로는 오일 쿨러에서 냉각된 오일을 전기 모터보다 우선하여 인버터에 공급할 수 있다.
상기 양태에서, 제1 회로에서, 인버터 및 전기 모터는 제1 오일 펌프의 하류측에 설치될 수 있고, 인버터 및 전기 모터는 병렬로 접속될 수 있다.
본 양태에 따르면, 제1 회로는 제1 오일 펌프의 하류측에서, 오일 쿨러에 의해 냉각된 오일을 인버터를 경유하지 않고 전기 모터에 공급할 수 있다. 따라서, 전기 모터에 공급되는 오일의 온도는 인버터와의 열 교환의 결과로서 증가하지 않고, 저온의 오일에 의해 전기 모터가 냉각되게 할 수 있다.
상기 양태에서, 전기 모터는 스테이터 및 로터를 구비할 수 있고, 제1 회로에서, 전기 모터에 오일을 공급하는 전기 모터 냉각 파이프는 스테이터를 향해 오일을 토출하는 토출 구멍을 구비할 수 있다. 또한, 제1 회로에서 흐르는 오일은 절연성을 가질 수 있다.
상기 양태에서, 인버터는 제1 오일 펌프로부터 토출된 오일이 냉매로서 내부를 흐르도록 구성될 수 있다.
상기 양태에 따르면, 제1 오일 펌프로부터 토출된 오일에 의해 인버터의 내부가 냉각될 수 있다. 따라서, 인버터의 냉각 성능이 향상되고 인버터의 내열 성능이 또한 향상된다.
상기 양태에서, 오일 쿨러는 오일과 공기 사이에서 열 교환을 행하는 공랭식 오일 쿨러일 수 있다.
상기 양태에 따르면, 제1 오일 펌프로부터 토출된 오일이 공랭식 오일 쿨러에 의해 냉각되고, 따라서 오일의 냉각성이 향상된다.
상기 양태에 따르는 차량용 냉각 시스템은 전기 모터와 엔진을 동력원으로서 구비하는 차량에 탑재될 수 있다. 제1 오일 펌프는 전기 모터에 의해 구동되는 전기식 오일 펌프일 수 있고, 제2 오일 펌프는 엔진에 의해 구동되는 기계식 오일 펌프일 수 있다.
상기 양태에 따르면, 제1 오일 펌프는 전기식 오일 펌프에 의해 구성되고, 따라서, 엔진이 정지하더라도, 제1 오일 펌프가 구동될 수 있다. 또한, 전자 제어 유닛 등의 제어 유닛에 의해 제1 오일 펌프의 토출량이 제어될 수 있다.
상기 양태에서, 제2 회로는 제2 오일 펌프로부터 토출된 오일과 엔진 냉각수 사이에서 열 교환 가능하게, 그리고 제2 오일 펌프로부터 토출된 오일과 엔진 오일 사이에서 열 교환 가능하게 구성된 삼상 열 교환기를 더 구비할 수 있다.
상기 양태에 따르면, 삼상 열 교환기는 제2 오일 펌프로부터 토출된 오일과 엔진 냉각수 사이에서 열 교환을 가능하게 하고, 또한 제2 오일 펌프로부터 토출된 오일과 엔진 오일 사이에서 열 교환을 가능하게 한다. 따라서, 삼상 열 교환기를 경유한 오일이 윤활-필요부에 공급될 수 있다.
상기 양태에서, 차량용 냉각 시스템은 엔진 냉각수가 순환하는 회로에 설치되며, 열 교환기를 통한 엔진 냉각수의 유동이 가능한 개방 상태와 열 교환기를 통한 엔진 냉각수의 유동이 불가능한 폐쇄 상태 사이에서 전환되는 제1 전환 밸브, 및 엔진 오일이 순환하는 회로에 설치되며, 열 교환기를 통한 엔진 오일의 유동이 가능한 개방 상태와 열 교환기를 통한 엔진 오일의 유동이 불가능한 폐쇄 상태 사이에서 전환되는 제2 전환 밸브를 더 구비할 수 있다.
상기 양태에 따르면, 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 제1 전환 밸브 및 제2 전환 밸브의 각각의 전환에 의해 삼상 열 교환기에서의 열 교환 상태가 제어될 수 있다.
상기 양태에서, 차량용 냉각 시스템은 오일의 온도를 검출하는 제1 오일 온도 센서, 엔진 냉각수의 온도를 검출하는 수온 센서, 엔진 오일의 온도를 검출하는 제2 오일 온도 센서, 및 제1 오일 온도 센서에 의해 검출된 오일의 온도, 수온 센서에 의해 검출된 엔진 냉각수의 온도, 제2 오일 온도 센서에 의해 검출된 엔진 오일의 온도에 기초하여, 제1 전환 밸브 및 제2 전환 밸브 각각의 개폐를 제어하는 제어 유닛을 더 구비할 수 있다. 제어 유닛은 오일의 온도가 미리 결정된 오일 온도보다 낮은 경우, 제1 전환 밸브와 제2 전환 밸브와 중 적어도 제2 전환 밸브를 개방 상태가 되게 제어하고, 열 교환기에서의 열 교환을 통해 오일의 온도를 상승시키는 워밍 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 양태에 따르면, 윤활-필요부에 공급되는 오일은 엔진 냉각수 및 엔진 오일 중 적어도 하나로부터의 열을 수취하여 이에 의해 따뜻하게 된다. 따라서, 오일의 온도 상승이 빨라지고, 윤활-필요부를 조기에 따뜻하게 할 수 있다. 따라서, 오일에 의해 윤활-필요부에서 발생되는 드래깅(dragging) 손실 및/또는 교반 손실이 저감될 수 있고, 연비를 향상시킬 수 있다.
상기 양태에서, 제어 유닛은 제어 유닛이 워밍 제어를 수행하는 경우, 엔진 냉각수의 온도가 미리 결정된 수온보다 높을 때, 제1 전환 밸브 및 제2 전환 밸브를 개방 상태가 되게 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 양태에 따르면, 윤활-필요부에 공급되는 오일은 엔진 냉각수 및 엔진 오일의 열을 수취하여 따뜻하게 되고, 따라서, 오일의 온도 상승이 빨라지고, 윤활-필요부를 조기에 따뜻하게 할 수 있다. 따라서, 오일에 의해 윤활-필요부에서 발생되는 드래깅 손실 및/또는 교반 손실이 저감될 수 있고, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 엔진 냉각수의 온도를 고려하여 삼상 열 교환기에서의 열 교환 상태의 전환이 수행되어, 열 교환기에서의 열 교환에 의한 엔진 측에의 악영향을 억제할 수 있다.
상기 양태에서, 제어 유닛은 제어 유닛이 워밍 제어를 수행하는 경우, 엔진 냉각수의 온도가 미리 결정된 수온 이하이고 오일의 온도가 엔진 오일의 온도보다 낮을 때, 제1 전환 밸브가 폐쇄 상태가 되게 제어하고 제2 전환 밸브가 개방 상태가 되게 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 양태에 따르면, 엔진 냉각수의 온도를 고려하여 삼상 열 교환기에서의 열 교환 상태의 전환이 수행되어, 열 교환기에서의 열 교환에 의한 엔진 측에의 악영향을 억제할 수 있다. 즉, 엔진 냉각수의 온도가 미리 결정된 수온보다 낮고 따라서 엔진 냉각수의 워밍이 요구되는 경우, 제2 회로의 오일을 따뜻하게 하는 워밍 제어 도중에도 제1 전환 밸브가 폐쇄되어, 엔진 냉각수로부터의 열이 제2 회로 내의 오일에 빼앗기는 것을 억제할 수 있다.
상기 양태에서, 오일 순환 회로는 인버터 및 전기 모터를 포함하는 제1 회로(냉각 회로)와, 윤활-필요부를 포함하는 제2 회로(윤활 회로)를 구비한다. 오일 순환 회로는 오일만을 순환시키기 때문에, 차량용 냉각 시스템은 냉각수를 순환시키는 인버터 냉각 회로 및 오일을 순환시키는 트랜스액슬 냉각 회로가 서로로부터 이격되는 종래의 경부에 비해 소형화될 수 있다. 또한, 제1 회로는 오일 쿨러에서 냉각된 오일을 인버터 및 전기 모터에 공급할 수 있고, 제2 회로는 오일 쿨러를 경유하지 않는 오일을 윤활-필요부에 공급할 수 있다. 따라서, 냉각 시스템은 냉각 성능 및 윤활 성능 모두를 확보할 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 그리고 산업적 의의는 유사한 도면 부호들이 유사한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 차량용 냉각 시스템이 탑재된 차량의 예를 도시하는 골조도이다.
도 2는 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템의 개략 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템에서 사용되는 오일의 동점도와 종래 오일의 동점도 사이의 비교를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 펌프 토출량과 오일 온도 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 변형예에 따르는 냉각 시스템의 개략적 구성을 도시하는 개략도이다.
도 6은 제2 실시예에 따르는 냉각 시스템의 개략적 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 T/M 유닛 손실과 T/M 오일 온도 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 통상 주행 상태에서의 액체 온도 변화를 도시하는 도면이다.
도 9는 제2 실시예의 열 교환 제어의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 참고예에 따르는 냉각 시스템의 개략적 구성을 도시하는 개략도이다.
도 11은 다른 참고예에 따르는 냉각 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하여, 본 개시내용의 실시예에 따르는 차량용 냉각 시스템이 이후 구체적으로 설명될 것이다.
[제1 실시예]
[1. 차량] 도 1은 차량용 냉각 시스템이 탑재된 차량의 예를 나타내는 골조도이다. 차량(Ve)은 동력원으로서, 엔진(1), 제1 모터(MG1)(2) 및 제2 모터(MG2)(3)를 구비한 하이브리드 차량이다. 엔진(1)은 주지의 내연 기관이다. 모터(2, 3)는 모터 기능 및 발전 기능을 갖는 주지의 모터-제네레이터이다. 각각의 모터(2, 3)는 인버터(21)를 개재하여 배터리(22)에 전기적으로 접속된다. 또한, 각각의 모터(2, 3)는 트랜스액슬 케이스(40) 내의 냉각-필요부이다. 인버터(21)는 트랜스액슬 케이스(40)의 외부에 배치된다.
차량(Ve)은 엔진(1)으로부터 차륜(구동륜)(4)까지의 동력 전달 경로 내에, 동력 분할 기구(5)를 구비한다. 차량(Ve)에서, 엔진(1)에 의해 출력된 동력은 동력 분할 기구(5)에 의해 제1 모터(2) 측과 차륜(4) 측으로 분할된다. 이때, 제1 모터(2)는 엔진(1)에 의해 출력된 동력을 사용하여 전력을 생성하고, 해당 전력은 배터리(22)에 축전되거나, 인버터(21)를 개재하여 제2 모터(3)에 공급된다.
입력 샤프트(6), 동력 분할 기구(5) 및 제1 모터(2)는 엔진(1)의 크랭크 샤프트와 동축으로 배치된다. 크랭크 샤프트 및 입력 샤프트(6)는 도시되지 않은 토크 리미터 등을 통해 결합된다. 제1 모터(2)는 축선 방향에서 엔진(1)과는 반대측에서 동력 분할 기구(5)에 인접하여 배치된다. 제1 모터(2)는 코일이 권회된 스테이터(2a), 로터(2b) 및 로터 샤프트(2c)를 구비한다.
동력 분할 기구(5)는 복수의 회전 요소를 갖는 차동 기구이며, 도 1에 도시된 예에서, 싱글 피니언 유성 기어 기구에 의해 형성된다. 동력 분할 기구(5)는 3개의 회전 요소로서, 외치 기어인 선 기어(5S), 선 기어(5S)와 동심으로 배치되며 내치 기어인 링 기어(5R), 그리고 선 기어(5S) 및 링 기어(5R)와 맞물리는 피니언 기어를 자전 가능하면서 또한 선 기어(5S) 주위로 공전 가능한 방식으로 보유 지지하는 캐리어(5C)를 구비한다.
제1 모터(2)의 로터 샤프트(2c)는 선 기어(5S)와 일체로 회전하도록 선 기어(5S)에 결합된다. 입력 샤프트(6)는 캐리어(5C)와 일체로 회전하도록 캐리어(5C)에 결합된다. 엔진(1)은 입력 샤프트(6)를 개재하여 캐리어(5C)에 결합된다. 동력 분할 기구(5)로부터 차륜(4) 측을 향해 토크를 출력하는 출력 기어(7)가 링 기어(5R)와 일체화된다. 출력 기어(7)는 링 기어(5R)와 일체로 회전하는 외부 기어이며, 카운터 기어 기구(8)의 카운터 종동 기어(8b)와 맞물린다.
출력 기어(7)는 카운터 기어 기구(8)를 개재하여 차동 기어 기구(9)에 결합된다. 카운터 기어 기구(8)는 입력 샤프트(6)와 평행하게 배치된 카운터 샤프트(8a), 출력 기어(7)과 맞물리는 카운터 종동 기어(8b), 및 차동 기어 기구(9)의 링 기어(9a)와 맞물리는 카운터 구동 기어(8c)를 구비한다. 카운터 종동 기어(8b) 및 카운터 구동 기어(8c)는 일체로 회전하도록 카운터 샤프트(8a)에 부착된다. 차륜(4)은 좌우의 구동 샤프트(10)를 개재하여 차동 기어 기구(9)에 결합된다.
차량(Ve)은 엔진(1)으로부터 차륜(4)에 전달되는 토크에, 제2 모터(3)에 의해 출력된 토크를 부가하도록 구성된다. 제2 모터(3)는 코일이 주위에 권회된 스테이터(3a), 로터(3b), 및 로터 샤프트(3c)를 구비한다. 로터 샤프트(3c)는 카운터 샤프트(8a)와 평행하게 배치된다. 카운터 종동 기어(8b)와 맞물리는 감속 기어(11)는 로터 샤프트(3c)와 일체로 회전하도록 로터 샤프트(3c)에 부착된다.
또한, 차량(Ve)에는, 엔진(1)에 의해 구동되는 기계식 오일 펌프(MOP)(101)가 설치된다. 기계식 오일 펌프(101)는 엔진(1)의 크랭크 샤프트와 동축으로 배치되고, 입력 샤프트(6)와 일체로 회전하는 펌프 로터(도시하지 않음)를 구비한다. 예를 들어, 차량(Ve)이 엔진(1)의 동력에 의해 전진 주행하는 경우, 기계식 오일 펌프(101)의 펌프 로터는 입력 샤프트(6)의 토크에 의해 정방향으로 회전하고, 기계식 오일 펌프(101)는 토출구로부터 오일을 토출한다. 기계식 오일 펌프(101)로부터 토출된 오일은 트랜스액슬 케이스(40) 내의 윤활-필요부(30)(예컨대, 도 2에 도시됨)에 공급되어 윤활 오일로서 기능한다. 윤활-필요부(30)는 차량(Ve)의 동력 전달 기구의 부분, 트랜스액슬 케이스(40) 내의 오일 윤활 및 오일 워밍이 필요한 부분(주로, 기어)이다. 동력 전달 기구는 차량(Ve)의 동력원(엔진(1), 제1 모터(2) 및 제2 모터(3))로부터 출력된 동력을 차륜(4)에 전달하는 기구이다. 도 1에 도시된 차량(Ve)에서, 윤활-필요부(30)는 동력 분할 기구(5), 출력 기어(7) 및 카운터 기어 기구(8)를 포함한다.
[2. 냉각 시스템] 도 2는 제1 실시예에 따르는 차량용 냉각 시스템(100)의 개략 구성을 도시하는 개략도이다. 차량용 냉각 시스템(이하, 간단히 "냉각 시스템"으로 지칭됨)(100)은 도 1에 도시된 차량(Ve)에 탑재되며, 트랜스미션 윤활 오일(T/M 윤활 오일)을 사용하여 인버터(21)를 냉각하도록 구성된다. 본 설명에서, 트랜스미션 윤활 오일(T/M 윤활 오일)은 간단히 "오일"로서 지칭된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 시스템(100)은 오일을 순환시키는 오일 순환 회로(200)를 구비한다. 오일 순환 회로(200)는 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)를 냉각하기 위한 제1 회로(이하, "냉각 회로"로 지칭됨)(210), 및 윤활-필요부(30)를 윤활시키고 따뜻하게 하기 위한 제2 회로(이하, "윤활 회로"로 지칭됨)(220)를 구비한다.
더 구체적으로, 오일 순환 회로(200)는 인버터(21)에 냉매로서의 오일을 공급하는 유로(인버터 유로), 및 트랜스액슬 유로에 포함되는 트랜스액슬 케이스(40) 내의 냉각-필요부에 오일을 공급하는 냉각 유로가 서로 연통되는 구조를 갖는다. 즉, 인버터 유로 및 트랜스액슬 유로를 포함하는 오일 순환 회로(200) 내에는 오일이라고 하는 단 하나의 동일한 액체가 순환한다. 또한, 냉각 시스템(100)은 2개의 오일 펌프에 의해 오일 순환 회로(200) 내의 오일을 공급처를 향해서 펌핑한다.
[2-1. 냉각 회로] 냉각 회로(210)는 제1 오일 펌프인 전기식 오일 펌프(102), 하이브리드 전용 라디에이터(이하, "HV 라디에이터"로 지칭됨)(103), 냉각 대상인 인버터(21), 냉각 대상인 각각의 모터(2, 3), 및 오일 저류부(104)를 구비한다. 냉각 회로(210)는 전기식 오일 펌프(102)로부터 토출된 오일을 HV 라디에이터(103)에 의해 냉각시키고, 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)에 오일을 공급한다.
전기식 오일 펌프(102)는 전기 모터(도시하지 않음)에 의해 구동된다. 전기 모터는 제어 유닛(ECU)(150)의 제어 하에 구동된다. 제어 유닛(150)은 주지의 전자 제어 유닛을 구비하며, 전기식 오일 펌프(102)의 구동을 제어한다. 전기식 오일 펌프(102)는 제어 유닛(150)의 제어 하에서 구동되며, 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 오일을 흡인하고 오일을 토출구로부터 토출한다. 전기식 오일 펌프(102)는 냉각 대상(인버터(21) 및 모터(2, 3))에 냉매로서 공급되는 오일을 토출한다. 전기식 오일 펌프(102)의 토출구에는 제1 토출 유로(201)가 접속된다. 전기식 오일 펌프(102)에 의해 제1 토출 유로(201) 내로 토출된 오일은 전기식 오일 펌프(102)의 토출압에 의해, 냉각 회로(210) 내의 오일 공급처인 인버터(21) 및 모터(2, 3)를 향해서 펌핑된다.
HV 라디에이터(103)는 냉각 회로(210) 내에서 유동하는 오일과, 공기(예를 들어 차량(Ve)의 외기) 사이에서 열 교환을 수행하는 열 교환기이다. 즉, HV 라디에이터(103)는 트랜스액슬 케이스(40)의 외부에 배치된 공랭식 오일 쿨러이다. HV 라디에이터(103) 내를 유동하는 오일은 차량(Ve)의 외기와 열 교환함으로써 방열한다. HV 라디에이터(103)는 냉각 회로(210) 내에서 전기식 오일 펌프(102), 인버터(21) 및 모터(2, 3) 사이에 설치된다. 냉각 회로(210)는 전기식 오일 펌프(102)로부터 인버터(21) 및 모터(2, 3)를 향해서 펌핑되는 오일을 HV 라디에이터(103)에 의해 공랭(냉각)한다. HV 라디에이터(103)의 입구에는 제1 토출 유로(201)가 접속되고, HV 라디에이터(103)의 출구에는 제1 공급 유로(202)가 접속된다.
제1 공급 유로(202)는 HV 라디에이터(103)와 인버터(21) 사이의 유로이며, 이 유로는 HV 라디에이터(103)에 의해 공랭된 오일을 인버터(21)에 공급할 수 있다. 인버터(21)의 케이스의 입구에는 제1 공급 유로(202)가 접속된다. HV 라디에이터(103)에 의해 공랭된 오일은 제1 공급 유로(202)로부터 인버터(21)의 케이스 내부에 유입하고, 인버터(21)의 발열부와 접촉해서 열 교환부와의 직접 열 교환을 수행하여 인버터(21)를 냉각한다.
인버터(21)의 케이스의 출구에는 제2 공급 유로(203)가 접속된다. 제2 공급 유로(203)는 인버터(21)와 모터(2, 3) 사이의 유로이며, 유로는 HV 라디에이터(103)에 의해 공랭된 오일을 각각의 모터(2, 3)에 공급되게 할 수 있다. 냉각 회로(210)에서, 전기식 오일 펌프(102)의 하류측에서, 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)가 직렬로 접속되고, 인버터(21)의 하류측에 각각의 모터(2, 3)가 설치된다. 각각의 모터(2, 3)는 트랜스액슬 케이스(40)의 내부에 배치되며, 따라서 각각의 모터(2, 3)에 공급되는 오일은 HV 라디에이터(103) 및 인버터(21)를 경유할 때 트랜스액슬 케이스(40)의 외부를 흐른다.
또한, 도 2에 도시된 예에서, 제2 공급 유로(203)는 하류측에서 분기하는 유로이다. 제2 공급 유로(203)는 MG1 냉각 파이프(203a) 및 MG2 냉각 파이프(203b)를 구비한다. MG1 냉각 파이프(203a)는 하나의 분기 유로를 형성하며, 오일을 제1 모터(2)에 공급한다. MG2 냉각 파이프(203b)는 다른 분기 오일 유로를 형성하며, 오일을 제2 모터(3)에 공급한다. 더 구체적으로, 제1 모터(2) 내에서 특히 통전시 발열하는 스테이터(2a)를 냉각하기 위해, MG1 냉각 파이프(203a)는 스테이터(2a)를 향해서 오일을 토출하는 토출 구멍을 갖는 구조를 갖는다. 제2 모터(3) 내에서, 특히 통전시 발열하는 스테이터(3a)를 냉각하기 위해, MG2 냉각 파이프(203b)는 스테이터(3a)를 향해 오일을 토출하는 토출 구멍을 갖는 구조를 갖는다. 각각의 냉각 파이프(203a, 203b)는 트랜스액슬 케이스(40) 내에 배치된다.
냉각 회로(210) 내에서 전기식 오일 펌프(102)로부터 각각의 모터(2, 3)를 향해 유동하는 오일은 각각의 모터(2, 3)를 냉각하고, 이후 트랜스액슬 케이스(40) 내의 오일 저류부(104)에 유입된다. 오일 저류부(104)는 예컨대 트랜스액슬 케이스(40)의 저부에 형성된 오일 풀 또는 오일 팬(pan)에 의해 형성된다. 예를 들어, 각각의 모터(2, 3)를 냉각한 이후, 오일은 예컨대, 중력에 의해, 트랜스액슬 케이스(40)의 저부에 설치된 오일 저류부(104)로 복귀된다. 상술된 바와 같이, 오일이 냉각 회로(210) 내에서 순환할 때, 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 오일은 전기식 오일 펌프(102)에 의해 냉각 회로(210) 내의 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)를 향해서 펌핑되고, 각각의 모터(2, 3)를 냉각한 이후, 오일 저류부(104)로 복귀된다.
[2-2. 윤활 회로] 윤활 회로(220)는 제2 오일 펌프인 기계식 오일 펌프(101), 윤활 대상인 윤활-필요부(30), 및 오일 저류부(104)를 구비한다. 윤활 회로(220)는 기계식 오일 펌프(101)로부터 토출된 오일을, HV 라디에이터(103)를 사용하여 오일을 공랭하지 않고서 윤활-필요부(30)에 공급한다.
기계식 오일 펌프(101)는 엔진(1)(도 1에 도시됨)에 의해 구동되도록 구성되며, 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 오일을 흡인하고 오일을 토출구로부터 토출한다. 기계식 오일 펌프(101)은 윤활-필요부(30)(기어)에 윤활 오일로서 공급되는 오일을 토출한다. 기계식 오일 펌프(101)의 토출구에는 제3 공급 유로(204)가 접속된다. 제3 공급 유로(204)는 기계식 오일 펌프(101)의 토출구에 접속된 제2 토출 유로, 및 제2 토출 유로의 하류측에서 오일을 윤활-필요부(30)에 공급하는 윤활 유로를 포함한다. 기계식 오일 펌프(101)로부터 제3 공급 유로(204)로 토출된 오일은 기계식 오일 펌프(101)의 토출압에 의해, 윤활 회로(220) 내의 윤활-필요부(30)를 향해서 펌핑된다. 또한, 기계식 오일 펌프(101)는 트랜스액슬 케이스(40) 내부에 설치되며, 따라서 윤활 회로(220)는 전체 경로가 트랜스액슬 케이스(40)의 내부에 형성된다. 예를 들어, 제3 공급 유로(204)(윤활 유로)는 도 1에 도시된 입력 샤프트(6)의 내부에 형성된 유로(샤프트 코어 유로)이며, 입력 샤프트(6)에 형성된 토출 구멍을 포함한다. 윤활 회로(220) 내에서 기계식 오일 펌프(101)로부터 윤활-필요부(30)를 향해서 펌핑된 오일은 제3 공급 유로(204)(입력 샤프트(6)의 토출 구멍)로부터 동력 분할 기구(5)(윤활-필요부(30))를 향해 토출된다. 제3 공급 유로(204)로부터 토출된 오일은 트랜스액슬 케이스(40) 내의 복수의 기어를 윤활한다.
윤활-필요부(30)를 윤활한 이후, 오일은 트랜스액슬 케이스(40) 내의 오일 저류부(104) 내에 유입된다. 예를 들어, 윤활-필요부(30)를 윤활한 이후, 오일은 예컨대 중력 또는 기어의 회전력(원심력)에 의해 오일 저류부(104)로 복귀된다. 상술된 바와 같이, 윤활 회로(220) 내에서 오일이 순환할 때, 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 오일은 기계식 오일 펌프(101)에 의해 윤활 회로(220)의 내부를 통해 펌핑되고, 윤활-필요부(30)를 윤활한 이후, 오일 저류부(104)에 복귀된다.
여기서, 윤활-필요부(30)는 소정의 기어를 윤활한 오일에 의해 윤활되는 다른 기어를 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시하는 차량(Ve)에서, 제3 공급 유로(204)(주로, 윤활 유로)가 입력 샤프트(6) 내부에 형성되고, 입력 샤프트(6) 측으로부터 동력 분할 기구(5)(선 기어(5S), 링 기어(5R), 피니언 기어)를 윤활한 오일은 예컨대, 중력이나 원심력 등에 의해 이동하고, 다른 기어(출력 기어(7) 및 카운터 기어 기구(8))를 윤활한다. 차동 기어 기구(9)는 기어의 일부가 오일 저류부(104) 내의 오일에 침지되고 오일을 받아들여 차동 기어 기구(9)가 이에 의해 윤활되도록 구성될 수 있다. 또한, 트랜스액슬 케이스(40)의 구조에 따라서, 동력 분할 기구(5)를 윤활한 오일이 차동 기어 기구(9)를 윤활하기 전에, 오일은 오일 저류부(104)로 복귀될 수 있다. 따라서, 차동 기어 기구(9)는 윤활-필요부(30) 내에 포함되지 않을 수 있다.
[3. 참고예와의 비교] 여기서, 냉각 시스템(100)의 이점을 설명하기 위해, 냉각 시스템(100) 및 참고예가 비교될 것이다. 먼저, 도 10을 참조하여, 참고예에 따르는 냉각 시스템이 설명될 것이다. 이어서, 냉각 시스템(100)과 참고예 사이의 비교가 설명될 것이다.
[3-1. 참고예] 도 10은 참고예에 따르는 냉각 시스템(300)의 개략 구성을 도시하는 개략도이다. 참고예에 따르는 냉각 시스템(300)에서, 인버터 냉각 회로(310) 및 트랜스액슬 유로(320)는 각각 독립적인 유로에 의해 형성된다. 인버터 냉각 회로(310)는 냉매로서 하이브리드 냉각수(LLC)가 순환되는 수로에 의해 형성된다. 트랜스액슬 유로(320)는 냉매로서 트랜스미션의 윤활 오일(T/M 윤활 오일)이 순환되는 유로에 의해 형성된다.
더 구체적으로, 인버터 냉각 회로(310)는 전동 워터 펌프(EWP)(311), 하이브리드 냉각수(이하 "HV 냉각수"로 지칭됨)와 공기 사이에서 열 교환을 수행하는 HV 라디에이터(312), 각각의 모터(2, 3)에 전기적으로 접속된 인버터(313), HV 냉각수와 트랜스액슬 유로(320) 내의 오일 사이에서 열 교환을 수행하는 열 교환기(314), 및 HV 냉각수를 저류하는 저류 탱크(315)를 포함한다. 인버터 냉각 회로(310)는 HV 냉각수를 사용하여 인버터(313)를 냉각하기 위한 순환 수로이다.
인버터 냉각 회로(310)에서, 전동 워터 펌프(311)는 저류 탱크(315) 내에 저류되어 있는 HV 냉각수를 흡인하고, HV 냉각수를 토출구로부터 토출한다. 전동 워터 펌프(311)로부터 토출된 HV 냉각수는 HV 라디에이터(312)에 의해 공랭된 이후, 인버터(313)에 공급된다. 인버터(313)는 HV 라디에이터(312)에 의해 공랭된 HV 냉각수에 의해 냉각된다. 인버터(313)를 냉각한 이후, HV 냉각수는 열 교환기(314) 내에 유입하여 오일과 열 교환을 수행한 이후 저류 탱크(315)로 펌핑된다.
트랜스액슬 유로(320)는 기계식 오일 펌프(321), 열 교환기(314), 제1 모터(2), 제2 모터(3), 윤활-필요부(30) 및 오일 저류부(322)를 포함한다. 트랜스액슬 유로(320)는 기계식 오일 펌프(321)로부터 토출된 오일과 HV 냉각수 사이에서 열 교환기(314)에 의한 열 교환 이후 오일을 각각의 모터(2, 3)에 공급할 수 있는 유로(냉각 유로)를 포함한다. 또한, 트랜스액슬 유로(320)는 기계식 오일 펌프(321)로부터 토출된 오일을, 열 교환기(314)에 의해 HV 냉각수와의 열 교환을 수행하지 않고서 윤활-필요부(30)에 공급할 수 있는 유로(윤활 유로)를 포함한다. 여기서, 상술된 제1 실시예에 따르는 오일 저류부(104)와 달리, 오일 저류부(322)에 저류되어 있는 오일은 HV 라디에이터(312) 및 인버터(313)에 공급되지 않는 오일이다.
[3-2. 비교] 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)은 먼저, 냉각 성능, 그리고 두번째로 구조 면에서 참고예에 따른 냉각 시스템(300)에 비해 유리하다.
[3-2-1. 냉각 성능] 인버터의 냉각 성능에 주목한다. 제1 실시예와 참고예의 공통점은, 인버터(21 또는 313)의 내부에서, 통전되어 있는 인버터 소자가 발열부(열원)라는 점이다.
참고예에 따르는 인버터 냉각 회로(310)에서, 냉매인 HV 냉각수는 도전성을 갖고, 따라서, 안전성을 고려하여, HV 냉각수는 통전되어 있는 인버터 소자(인버터 발열부)와 접촉될 수 없다. 인버터 발열부와 HV 냉각수의 사이의 열 교환에서, 인버터 발열부와 HV 냉각수 사이에는 히트 싱크 등의 절연 플레이트(개재 부재)를 제공하는 것이 필요하다. 따라서, HV 냉각수에 의한 인버터 발열부의 냉각은 절연 플레이트를 개재하는 간접 냉각이며, 따라서 HV 냉각수와 인버터 발열부 사이의 부분의 열 저항은 절연 플레이트의 양만큼 증가된다. 예를 들어, 인버터 소자로부터 절연 플레이트(히트 싱크)까지의 열 전달 경로에 열 전달 부재가 설치되는 경우, 열 저항은 열 전달 부재의 양만큼 증가된다. 또한, 열 전달 경로 내에 포함된 부재들 사이의 열 전달률에 의해서뿐만 아니라 부재들 자체의 열전도율에 의해 인버터 소자의 발열성이 저하될 수 있다.
제1 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)에서, 냉매인 오일은 절연성을 갖고, 따라서 오일이 인버터(21)를 냉각할 때, 오일은 통전되어 있는 인버터 소자(인버터 발열부)와 접촉될 수 있다. 냉각 시스템(100)에서, 인버터 발열부와 오일(냉매) 사이에는 직접적인 열 교환이 수행될 수 있다. 즉, 냉각 시스템(100)은 절연성을 갖는 냉매에 의해 인버터 소자를 직접적으로 냉각할 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100)은 참고예와 달리, 히트 싱크 등의 절연 플레이트가 필요하지 않고, 참고예에 비해 냉매(오일)와 인버터 발열부 사이의 열저항을 저감할 수 있다. 따라서, 제1 실시예는 참고예에 비해 인버터 소자의 냉각성의 향상 및 이에 따라 인버터(21)의 냉각 성능의 향상을 제공한다. 추가로, 인버터 소자의 냉각성의 향상으로 인해, 인버터(21)의 내열 성능이 향상된다. 여기서, 인버터 소자는 하우징에 의해 덮이는 패키지이다.
또한, 참고예에 따르는 냉각 시스템(300)은 하나의 기계식 오일 펌프(321)에 의해, 모터(2, 3)(냉각-필요부) 및 윤활-필요부(30)의 양쪽에 오일이 펌핑되는 방식으로 구성된다. 따라서, 냉각-필요부에 공급되는 오일량 및 윤활-필요부(30)에 공급되는 오일량을 제어하는 것이 곤란해진다. 예를 들어, 차량(Ve)의 냉간 시동 시와 같이, 윤활-필요부(30)의 오일 워밍이 요구되는 차량의 경우(워밍이 중시됨), 윤활-필요부(30)에 오일을 공급하기 위해 기계식 오일 펌프(321)이 구동됨에도 불구하고, 오일의 일부는 냉각-필요부(모터(2, 3))에 공급된다. 이는 워밍을 위해 공급되는 오일의 양을 저하시킬 수 있다. 이 경우, 냉각의 필요성이 적은 냉각-필요부에 오일이 공급된다. 이는 각각의 모터(2, 3)의 로터 회전에 의해 오일이 교반된 결과로서 발생되는 손실(교반 손실) 및 오일에 의해 드래깅되는 로터에 의해 발생되는 손실(드래깅 손실)을 증가시킬 수 있다. 또는, 차량이 제1 모터(2) 및 제2 모터(3) 중 적어도 하나의 냉각을 필요로 하는 경우(냉각이 중시됨), 냉매로서의 오일을 냉각-필요부(모터(2, 3))에 공급하기 위해 기계식 오일 펌프(321)를 구동함에도 불구하고, 오일의 일부가 윤활-필요부(30)에 공급된다. 이에 의해 냉매로서 공급되는 오일의 양이 감소되어, 모터(2, 3)의 냉각성이 저하될 수 있다. 또한, 오일의 과잉양이 윤활-필요부(30)에 공급될 수 있고, 그 결과, 윤활-필요부(30)에서 발생되는 교반 손실 및 드래깅 손실이 증가될 수 있다. 상술된 바와 같이, 오일에 기인한 모터 구성요소(각각의 모터(2, 3)) 및 윤활 구성요소(윤활-필요부(30))에서의 교반 손실 및 드래깅 손실의 증가는 연비를 악화시킬 수 있다.
또한, 참고예에 따르는 냉각 시스템(300)에서, 트랜스액슬 유로(320) 내의 오일은 열 교환기(314)를 개재하여 인버터 냉각 회로(310) 내의 HV 냉각수로 열을 방출한다. 즉, HV 냉각수는 HV 라디에이터(312)에 의해 공랭되며, 즉, 오일의 열은 HV 냉각수를 개재하여 HV 라디에이터(312)로 방열된다. 따라서, 오일의 방열 효율이 좋지 않다. 이는 오일에 의한 각각의 모터(2, 3)의 냉각 효과를 감소시킬 수 있다.
제1 실시예에서, 냉각 회로(210) 및 윤활 회로(220)를 구비한 오일 순환 회로(200)에 의해, 냉각이 필요한 구성 요소(인버터(21) 및 모터(2, 3))와, 워밍이 필요한 구성 요소(윤활-필요부(30))에 각각 상이한 온도를 갖는 오일이 공급될 수 있다. 또한, 냉각 회로(210)에 설치된 제1 오일 펌프인 전기식 오일 펌프(102), 및 윤활 회로(220)에 설치된 제2 오일 펌프인 기계식 오일 펌프(101)가 별개로 구동될 수 있다. 예를 들어, 차량(Ve)이 고속에서 이동시 또는 오르막길에서 이동하는 경우와 같이, 차량(Ve)이 모터(2, 3)의 냉각을 요구하는 경우(냉각이 중시됨), 전기식 오일 펌프(102)는 제어 유닛(150)의 제어에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템(100)은 냉각 성능 및 윤활 성능 모두를 확보할 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)에서, 전기식 오일 펌프(102)는 냉각 회로(210) 내의 인버터(21) 및 모터(2, 3)에 오일을 공급하도록 의도되며, 제어 유닛(150)에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 전기식 오일 펌프(102)는 인버터 온도 및 모터 온도를 고려한 오일 온도 제어가 가능하다. 한편, 참고예에서, 인버터 냉각 회로(310)용 전동 워터 펌프(311) 및 트랜스액슬 유로(320)용 기계식 오일 펌프(321)가 구비되며, 따라서, 인버터 온도 및 모터 온도가 별개로 제어된다. 따라서, 제1 실시예에 따르면, 참고예에 비해, 차량(Ve)의 주행 상태에 따라서 최적 오일 온도를 제공하는 제어가 더욱 용이하게 수행될 수 있다.
[3-2-2. 구조] 또한, 구조에 대해, 제1 실시예에 의하면, 참고예에 비해 구성 요소의 개수를 저감할 수 있다. 예를 들어, 참고예에서 열 교환기(314), 리저버 탱크(315), 수로에 포함된 배관의 일부가 생략될 수 있다. 또한, 제1 실시예는 참고예에서 인버터 냉각 회로(310)용 구성 요소인 HV 냉각수를 필요로 하지 않고, 따라서 하나의 냉매의 생략이 가능하다. 요약하면, 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)은 단지 하나의 냉매(오일만)를 필요로 하며, 따라서, 중복 구성요소를 제공하는 필요성을 제거하여 소형 및 경량의 시스템 구성을 제공할 수 있다. 또한, 구성 요소(HV 냉각수를 포함)의 생략은 비용을 저감할 수 있다. 추가로, 대형의 냉각 시스템(300)은 차량 탑재성이 열악하여, 조립성이 악화된다.
[3-2-3. 오일 유동성] 도 3 및 도 4를 참조하여, 오일의 유동성이 설명될 것이다. 도 3은 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)에서 사용되는 오일의 동점도와 종래 오일의 동점도 사이의 비교를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 펌프 토출량과 오일 온도 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 이 설명에서, 냉각 시스템(100)에서 사용되는 오일은 "본 오일"로 지칭되고, 종래의 냉각 시스템에서 사용되는 오일은 "종래 오일"로 지칭된다. 또한, 도 3에 도시된 실선은 본 오일의 동점도를 나타내고, 파선은 종래 오일의 동점도를 나타낸다. 도 4에 도시된 실선은 본 오일에서의 토출량(유량)을 나타내고, 파선은 종래 오일에서의 토출량(유량)을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 오일의 동점도는 임의의 오일 온도에서 종래 오일의 동점도에 비해 낮고, 특히 저온 범위에서 크게 저하된다. 더 구체적으로, 오일 온도가 마이너스인 오일 온도 범위에서, 본 오일의 동점도는 종래 오일에 비해 상당히 저하된다. 오일 온도가 플러스인 오일 온도 범위에서, 본 오일은 큰 점도 저하를 나타낸다. 예를 들어, 약 10 내지 30℃의 오일 온도 범위에서, 본 오일은 종래 오일에 대해 60% 동점도 저하를 나타낸다.
따라서, 저점도 오일인 본 오일을 냉각 시스템(100)에 사용함으로써, 본 오일이 오일 순환 회로(200) 내를 흐를 때에 발생되는 압력 손실을 저감할 수 있다. 이에 의해, 본 오일은 압력 손실의 증대를 억제하면서 인버터(21)의 내부에 냉매로서 유동될 수 있다. 또한, 오일에 의해 발생되는 드래깅 저항은 오일과 접촉하는 각각의 모터(2, 3)의 로터 및 윤활-필요부(30) 등의 회전 부재에서 저감된다. 이에 의해, 전기식 오일 펌프(102)가 작동가능한 오일 온도 범위가 극저온 영역까지 확대될 수 있다. 즉, 전기식 오일 펌프(102)의 작동 한계 오일 온도가 극저온까지 내려간다. 작동 한계 오일 온도는 전기식 오일 펌프(102)로부터의 토출량(단위 시간당 유량)이 필요 토출량에 도달하는 오일 온도이다. 도 4는 전기식 오일 펌프(102)의 작동 한계 오일 온도에 대해, 본 오일과 종래 오일 사이의 차이를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 오일을 토출하는 전기식 오일 펌프(102)의 작동 한계 오일 온도(Tlim)는 섭씨 마이너스 수십 도의 극저온이다. 전기식 오일 펌프(102)의 작동 한계 오일 온도(Tlim)는 대략 -40℃ 내지 -20℃이다. 한편, 종래 오일을 토출하는 전기식 오일 펌프(102)의 작동 한계 오일 온도는 섭씨 0도 부근이다. 상술된 바와 같이, 전기식 오일 펌프(102)이 작동 가능한 오일 온도 범위는 섭씨 마이너스 수십 도를 포함하는 극저온 영역까지 확대된다. 따라서, 외기 온도가 마이너스 30℃ 부근의 극저온이어도 본 오일의 유동성이 확보된다. 또한, 본 오일이 사용될 때 토출량은 임의의 오일 온도에서, 종래 오일이 사용될 때의 토출량에 비해 많고, 특히, 저온 범위에서 상당한 증가를 나타낸다.
상술된 바와 같이, 제1 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)은 오일만이 인버터 유로 및 트랜스액슬 유로를 통해 순환되는 오일 순환 회로(200)를 구비한다. 이에 의해, 냉각 시스템(100)이 소형화될 수 있다. 오일 순환 회로(200)에서, HV 라디에이터(103)에 의해 공랭된 오일은 냉각 회로(210)에 의해 인버터(21) 및 모터(2, 3)(냉각-필요부)에 공급될 수 있고, 또한 HV 라디에이터(103)에 의해 공랭되지 않은 오일은 윤활 회로(220)에 의해 윤활-필요부(30)에 공급될 수 있다. 이에 의해, 냉각 시스템(100)은 냉각 성능 및 윤활 성능 모두를 확보할 수 있다. 또한, HV 라디에이터(103)에 의해 오일이 냉각(공랭)될 수 있고, 따라서 오일의 냉각성이 향상된다. 추가로, 공랭된 오일은 각각의 모터(2, 3)에 공급되며, 따라서 모터(2, 3)의 냉각성이 향상된다. 또한, 냉각 회로(210)에서, 인버터(21) 및 모터(2, 3) 중 어느 하나가 직렬로 정렬된다. 이에 의해, 모터(2, 3)에 공급되는 오일량의 저감이 억제될 수 있다.
또한, 오일의 냉각성의 향상에 의해, 각각의 모터(2, 3)의 손실(동손 및 철손)이 저감되고, 이에 의해 연비가 향상되고 각각의 모터(2, 3)의 내열성이 향상된다. 또한, 인버터(21)의 냉각성 또한 향상되며, 따라서, 인버터(21)의 손실(예컨대, 동손)을 저감할 수 있고, 이에 의해 연비가 향상되고 인버터(21)의 내열성이 향상된다.
[4. 변형예] 도 5는 변형예에 따르는 냉각 시스템(100)의 개략적 구성을 도시하는 개략도이다. 변형예의 설명에서, 상술된 제1 실시예와 유사한 구성 요소에는 상술된 제1 실시예와 동일한 참조 부호가 제공되며, 그 설명은 생략될 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 변형예에 따르는 냉각 시스템(100)에서, 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)는 오일 순환 회로(200)의 냉각 회로(210) 내의 전기식 오일 펌프(102)의 하류측에서 병렬로 접속된다. 더 구체적으로, 냉각 회로(210) 내에, 인버터(21), 제1 모터(2), 및 제2 모터(3)가 병렬로 정렬된다.
더 구체적으로, HV 라디에이터(103)의 출구에는 공랭후 유로(205)가 접속된다. 공랭후 유로(205)의 하류측의 유로가 분기점(P)에서 분기된다. 분기점(P)에서, 공랭후 유로(205), 제1 공급 유로(202), 및 제2 공급 유로(203)(MG1 냉각 파이프(203a) 및 MG2 냉각 파이프(203b))는 서로 연통한다. 즉, 인버터(21)의 케이스의 내부의 유로는 제1 공급 유로(202) 및 공랭후 유로(205)를 개재하여 HV 라디에이터(103)와 연통한다. 제1 모터(2)의 MG1 냉각 파이프(203a)는 공랭후 유로(205)를 개재하여 HV 라디에이터(103)와 연통한다. 제2 모터(3)의 MG2 냉각 파이프(203b)는 공랭후 유로(205)를 개재하여 HV 라디에이터(103)와 연통한다. 즉, 변형예에 따르는 냉각 회로(210)는 모터(2, 3)에 공급되는 오일이 인버터(21)를 경유하지 않고 HV 라디에이터(103)를 경유하기 위해 임시로 트랜스액슬 케이스(40)의 외부를 흐르게 구성된다.
변형예에 따르는 냉각 시스템(100)은 HV 라디에이터(103)에 의해 공랭된 오일을 인버터(21)를 경유하지 않고 각각의 모터(2, 3)에 공급할 수 있다. 이에 의해, 각각의 모터(2, 3)에 공급되는 오일의 온도의 증가가 인버터(21)의 냉각에 의해 방지되어, 저온의 오일에 의해 각각의 모터(2, 3)를 냉각할 수 있다. 따라서, 각각의 모터(2, 3)의 냉각성이 향상된다.
여기서, 상술된 제1 실시예와 같이 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)가 직렬로 정렬되는 경우, 그리고 변형예와 같이 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)이 병렬로 배치되었을 경우가 비교될 것이다. 냉각 회로(210)에서 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)가 직렬로 정렬되는 경우, 인버터(21) 및 모터(2, 3)가 병렬로 정렬되는 경우에 비해 각각의 모터(2, 3)에 공급되는 오일량이 많고 오일의 온도가 높다. 냉각 회로(210)에서 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)가 병렬로 정렬되는 경우, 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)가 직렬로 정렬되는 경우에 비해 각각의 모터(2, 3)에 공급되는 오일량이 적고 오일 온도가 낮다.
본 발명에 따르는 차량용 냉각 시스템은 상술된 제1 실시예 및 변형예에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않고서 적절히 변경이 가능한 점에 유의한다.
예를 들어, 기계식 오일 펌프(101)의 구조 및 배열은 트랜스액슬 케이스(40)의 내부에 형성될 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 기계식 오일 펌프(101)는 엔진(1)의 크랭크 샤프트와 동축으로 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 기계식 오일 펌프(101) 및 입력 샤프트(6)는 동력 전달이 가능하도록 기어 기구 또는 체인 기구 등의 기구를 개재하여 접속된다.
또한, 냉각 시스템(100)에 포함되는 2개의 오일 펌프의 유형은 상술된 제1 실시예로 한정되지 않는다. 즉, 냉각 회로(210)에 포함되는 제1 오일 펌프는 전기식 오일 펌프(102)로 한정되지 않고, 윤활 회로(220)에 포함되는 제2 오일 펌프는 기계식 오일 펌프(101)로 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 오일 펌프 및 제2 오일 펌프는 양쪽 모두 전기식 오일 펌프일 수 있다. 이 경우, 윤활 회로(220) 내의 오일을 펌핑하는 제2 오일 펌프는 전기식 오일 펌프이고, 윤활 회로(220) 내의 제2 오일 펌프는 제어 유닛(150)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)에 따르면, 차량(Ve)이 정지될 때, 전기식 오일 펌프로 형성된 제2 오일 펌프가 구동될 수 있다. 또한, 냉각 시스템(100)이 탑재된 차량은 하이브리드 차량으로 한정되지 않고, 모터만을 동력원으로서 사용하는 전기 자동차(EV)일 수 있다.
또한, 냉각 시스템(100)에서, 냉각-필요부에 포함되는 모터의 개수는 한정되지 않고, 냉각 대상의 개수는 2개 이외의 수일 수 있다. 제1 실시예는 차량(Ve)이 2개의 모터 유형 하이브리드 차량인 경우를 설명했지만, 차량은 1개의 모터 유형 하이브리드 차량일 수 있다. 또는, 냉각 시스템(100)은 3개 이상의 모터를 냉각 대상으로 포함할 수 있다.
또한, 냉각 시스템(100)은 공랭식 오일 쿨러인 HV 라디에이터(103) 대신 수랭식 오일 쿨러를 가질 수 있다. 냉각 시스템(100)은 단지 냉각 대상인 인버터(21) 및 각각의 모터(2, 3)에 공급되는 오일을 냉각할 수 있는 오일 쿨러를 포함할 수 있다. 따라서, 오일 쿨러가 공랭식 또는 수랭식인지 여부에 대한 한정은 없다. 예를 들어, 냉각 시스템(100)이 수랭식 오일 쿨러를 갖는 경우, 수랭식 오일 쿨러는 냉각 회로(210) 내를 유동하는 오일과 엔진 냉각수 사이에서 열 교환을 수행하는 열 교환기일 수 있다.
또한, 윤활-필요부(30)는 차동 기어 기구(9)를 포함할 수 있다. 즉, 차동 기어 기구(9)가 윤활-필요부(30)에 포함되는지 여부는 특별히 한정되지 않는다.
[제2 실시예] 이어서, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 제2 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)이 설명될 것이다. 제2 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)은 엔진 냉각수(이하 "ENG 냉각수"로 지칭됨), 엔진 오일(이하 "ENG 오일"로 지칭됨) 및 T/M 윤활 오일(이하 "T/M 오일"로 지칭됨) 사이에서 열 교환을 행하는 삼상 열 교환기를 구비하는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 제2 실시예의 설명에서, 제1 실시예와 유사한 구성 요소의 설명은 생략될 것이며, 이러한 구성요소에 대해, 제1 실시예에서 사용된 참조 부호가 사용된다.
[5. 냉각 시스템] 도 6은 제2 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)의 개략 구성을 도시하는 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)은 ENG 냉각수, ENG 오일 및 T/M 오일 사이에서 열 교환을 행하는 삼상 열 교환기(이하 간단히 "열 교환기"로 지칭됨)(105)를 구비한다. 또한, 오일 순환 회로(200)는 윤활 회로(220) 내를 흐르는 T/M 오일은 열 교환기(105) 내에 유입하지만, 냉각 회로(210) 내를 흐르는 T/M 오일은 열 교환기(105) 내에 유입하지 않도록 구성된다. 또한, 열 교환기(105)에는, 윤활 회로(220), ENG 냉각 회로(410) 및 ENG 오일 회로(420)가 접속된다.
[5-1. 윤활 회로] 윤활 회로(220)는 기계식 오일 펌프(101), 열 교환기(105), 윤활-필요부(30), 및 오일 저류부(104)를 갖는다. 윤활 회로(220)는 기계식 오일 펌프(101)로부터 토출된 오일을, 열 교환기(105)를 경유하여 윤활-필요부(30)에 공급한다.
제2 토출 유로(206)가 기계식 오일 펌프(101)의 토출구에 접속된다. 기계식 오일 펌프(101)에 의해 제2 토출 유로(206) 내로 토출된 오일은 윤활 회로(220) 내에서 기계식 오일 펌프(101)의 토출 압력에 의해 열 교환기(105)를 향해 펌핑되고, 추가로 열 교환기(105)를 경유해서 윤활-필요부(30)로 펌핑된다.
열 교환기(105)는 T/M 오일, ENG 냉각수 및 ENG 오일인 각각 3개 액체의 사이에서 열 교환을 행하는 것이 가능하게 구성된 열 교환기이다. 즉, 열 교환기(105)는 T/M 오일과 ENG 냉각수 사이에서 열 교환이 가능하고, T/M 오일과 ENG 오일 사이에서 열 교환이 가능하게 구성된다. 또한, 열 교환기(105)는 ENG 냉각수와 ENG 오일 사이에서 열 교환이 가능하게 구성된다. 제2 토출 유로(206)가 윤활 회로(220) 내의 열 교환기(105)의 입구에 접속된다. 제4 공급 유로(207)가 윤활 회로(220) 내의 열 교환기(105)의 출구에 접속된다. 제4 공급 유로(207)는 열 교환기(105)의 하류측에서 오일을 윤활-필요부(30)에 공급하는 윤활 유로이다.
또한, 윤활 회로(220)에는, T/M 오일의 온도(Ttm)를 검출하는 제1 오일 온도 센서(151)가 설치된다. 예를 들어, 윤활 회로(220) 내의 제2 토출 유로(206)에 설치되는 제1 오일 온도 센서(151)는 기계식 오일 펌프(101)로부터 토출된 T/M 오일의 온도(Ttm)를 검출한다. 그리고, 제1 오일 온도 센서(151)에 의해 검출된 T/M 오일의 온도(이하 "T/M 오일 온도"로 지칭됨)(Ttm)는 검출 신호(온도 정보)로서 제어 유닛(150)에 입력된다.
[5-2. ENG 냉각 회로] ENG 냉각 회로(410)는 ENG 냉각수가 순환하는 회로이다. 도 6에 도시된 바와 같이, ENG 냉각 회로(410)는 열 교환기(105), 및 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 냉각수의 유동을 선택적으로 차단하는 제1 전환 밸브(ON-OFF 밸브)(411)를 갖는다. 또한, ENG 냉각 회로(410)는 워터 펌프 등(도시하지 않음)의 주지의 구성을 포함한다.
ENG 냉각수를 열 교환기(105)에 공급하는 제1 수로(412)가 엔진(1)의 냉각수 출구 및 열 교환기(105)의 냉각수 입구에 접속된다. 또한, 열 교환기(105)에 의해 열 교환된 ENG 냉각수를 엔진(1)에 공급하는 제2 수로(413)가 열 교환기(105)의 냉각수 출구 및 엔진(1)의 냉각수 입구에 접속된다. 도 6에 도시된 예에서, 제1 전환 밸브(411)가 제2 수로(413)에 설치된다.
제1 전환 밸브(411)는 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 냉각수의 유동이 가능한 개방 상태(ON)와, 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 냉각수의 유동이 불가능한 폐쇄 상태(OFF) 사이에서 전환된다. 제1 전환 밸브(411)는 예를 들어 전자기 밸브로 구성되고, 제1 전환 밸브(411)의 개폐는 제어 유닛(150)에 의해 제어된다. 제1 전환 밸브(411)가 개방 상태인 경우, ENG 냉각수는 제1 수로(412) 내에서 엔진(1)으로부터 열 교환기(105)를 향해서 흐르고, ENG 냉각수는 제2 수로(413) 내에서 열 교환기(105)로부터 엔진(1)을 향해서 흐른다. 한편, 제1 전환 밸브(411)가 폐쇄 상태인 경우, ENG 냉각 회로(410)에서, 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 냉각수의 유동은 발생하지 않는다.
또한, ENG 냉각 회로(410)에, ENG 냉각수의 온도(이하 "ENG 냉각 수온"으로 지칭됨)(Thw)를 검출하는 수온 센서(152)가 설치된다. 수온 센서(152)는 ENG 오일 회로(420) 내에서 열 교환기(105)의 상류측에 설치된다. 또한, 수온 센서(152)에 의해 검출된 ENG 냉각 수온(Thw)에 대한 정보는 검출 신호로서 제어 유닛(150)에 입력된다.
[5-3. ENG 오일 회로] ENG 오일 회로(420)는 ENG 오일이 순환하는 회로이다. 도 6에 도시된 바와 같이, ENG 오일 회로(420)는 열 교환기(105), 및 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 오일의 유통을 선택적으로 차단하는 제2 전환 밸브(ON-OFF 밸브)(421)를 갖는다.
ENG 오일을 열 교환기(105)에 공급하는 제1 유로(422)가 엔진(1)의 ENG 오일 출구 및 열 교환기(105)의 ENG 오일 입구에 접속된다. 또한, 열 교환기(105)에서 열 교환된 ENG 오일을 엔진(1)에 공급하는 제2 유로(423)가 열 교환기(105)의 ENG 오일 출구 및 엔진(1)의 ENG 오일 입구에 접속된다. 도 6에 도시된 예에서, 제2 전환 밸브(421)가 제2 유로(423)에 설치된다.
제2 전환 밸브(421)는 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 오일의 유동이 가능한 개방 상태(ON)와, 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 오일의 유동이 불가능한 폐쇄 상태(OFF) 사이에서 전환된다. 제2 전환 밸브(421)는 예를 들어 전자기 밸브로 구성되고, 제2 전환 밸브(421)의 개폐는 제어 유닛(150)에 의해 제어된다. 제2 전환 밸브(421)이 개방 상태인 경우, ENG 오일은 제1 유로(422) 내에서 엔진(1)으로부터 열 교환기(105)를 향해 흐르고, ENG 오일은 제2 유로(423) 내부에서 열 교환기(105)로부터 엔진(1)을 향해서 흐른다. 한편, 제2 전환 밸브(421)가 폐쇄 상태인 경우, ENG 오일 회로(420)에서, 열 교환기(105)를 경유해서 엔진(1)에 복귀되는 ENG 오일의 흐름은 발생하지 않는다.
또한, ENG 오일 회로(420)에는, ENG 오일의 온도(이하 "ENG 오일 온도"로 지칭됨)(Toil)를 검출하는 제2 오일 온도 센서(153)가 설치된다. 제2 오일 온도 센서(153)는 ENG 오일 회로(420) 내에서 열 교환기(105)보다 상류측에 설치된다. 제2 오일 온도 센서(153)에 의해 검출된 ENG 오일 온도(Toil)에 관한 정보는 검출 신호로서 제어 유닛(150)에 입력된다.
[6. 제어 유닛] 제어 유닛(150)은 각각의 센서(151 내지 153)로부터 입력된 검출 신호(T/M 오일 온도(Ttm), ENG 냉각 수온(Thw) 및 ENG 오일 온도(Toil))에 기초하여, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)의 개폐 동작을 제어한다. 즉, 제어 유닛(150)은 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421) 각각을 개폐 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환하는 전환 제어를 수행하고, 이에 의해 열 교환기(105)에서의 열 교환 상태를 제어한다. 더 구체적으로, 제어 유닛(150)은 T/M 오일 온도(Ttm), T/M 오일 온도(Ttm)에 관한 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1), ENG 냉각 수온(Thw), ENG 냉각 수온(Thw)에 관한 미리 결정된 수온(Thw_1), 및 ENG 오일 온도(Toil) 사이의 비교를 수행하여 전환 제어를 수행한다.
미리 결정된 오일 온도(Ttm_ 1)는 T/M 유닛 손실을 고려한 설정 값이다. T/M 유닛은 트랜스액슬 케이스(40)에 수용된 구동 장치(제1 모터(2), 제2 모터(3) 및 동력 전달 기구) 및 모터(2, 3)에 접속된 전기 구성요소(예컨대, 인버터(21))를 포함한다. 따라서, TM 유닛 손실은 모터(2, 3)가 구동될 때에 발생하는 철손 및 동손에 추가로, 동력 전달 기구에서 발생하는 손실(예를 들어, 오일 드래깅 손실로 인해 윤활-필요부(30)에서 발생하는 손실)을 포함한다. 또한, T/M 유닛 손실은 T/M 오일 온도(Ttm)가 변화함에 따라서 T/M 유닛 손실의 양이 변하는 특성(온도 특성)을 갖는다.
도 7은 T/M 유닛 손실과 T/M 오일 온도(Ttm) 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, T/M 오일 온도(Ttm)가 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1) 보다 낮은 오일 온도 범위 내에 포함되는 경우, T/M 유닛 손실은 T/M 오일 온도(Ttm)가 시간 경과에 수반하여 상승함에 따라서 연속적으로 저감된다. 반대로, T/M 오일 온도(Ttm)가 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1) 보다 높은 오일 온도 범위에 포함되는 경우, T/M 유닛 손실은 오일 온도가 시간 경과에 수반하여 상승함에 따라서 연속적으로 증가된다. 따라서, T/M 오일 온도(Ttm)에 기인하는 T/M 유닛 손실의 양은 미리 결정된 오일 온도(Ttm_ 1)에서 최소값이다. 이는, T/M 유닛 손실이 마찰 손실 및 모터 손실로 분류될 수 있고 마찰 손실은 오일 온도 상승시 저감하고 모터 손실은 오일 온도 상승시 증가하기 때문이다. 따라서, 제어 유닛(150)은 T/M 오일 온도(Ttm)에 관한 미리 결정된 오일 온도(Ttm_ 1)를 임계값으로서 사용하여 전환 밸브(411, 421) 각각의 전환 제어(열 교환기(105)에서의 열 교환 제어)를 수행한다.
도 8은 통상 주행 상태에서의 액체 온도 변화를 도시하는 도면이다. 통상 주행 상태는 엔진(1)의 동력에 의해 차량이 이동하는 상태를 지칭한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 차량(Ve)이 통상 주행 상태인 경우, 액체 온도는 "T/M 오일 온도(Ttm) < ENG 오일 온도(Toil) < ENG 냉각 수온(Thw)"의 관계이다. 또한, ENG 냉각 수온(Thw)이 미리 결정된 수온(Thw_1) 이상으로 상승시, 엔진(1)에 대한 연비 제어(이하 "ENG 연비 제어"로 지칭됨) 모두가 수행된다. 즉, 미리 결정된 수온(Thw_ 1)은 임계값이다. ENG 연비 제어는 연비 향상을 위해 수행되는 제어이다. ENG 연비 제어는 예를 들어, 차량이 일시 정차시, 엔진(1)을 자동으로 정지하는 제어, 엔진(1)의 동작점(엔진 회전수 및 엔진 토크)을 효율이 가장 좋은 최적 연비 선 상에 설정하는 제어, 및 모터(2, 3)의 동력에 의해 차량이 이동하는 EV 주행을 허가하는 EV 주행 제어를 포함한다. 또한, 도 8에 도시되지는 않지만, 고부하 주행 상태에서, ENG 오일 온도(Toil)는 T/M 오일 온도(Ttm) 및 ENG 냉각 수온(Thw) 보다 높다. 예를 들어, 도 8에 도시된 통상 주행 상태의 장시간(예를 들어, 수 시간) 지속 이후, 차량은 고부하 주행 상태로 진입된다. 여기서, 통상 주행 상태의 예는 엔진(1) 및 각각의 모터(2, 3)의 동력에 의해 차량이 주행하는 HV 주행, 및 엔진(1)의 동력만에 의해 차량이 주행하는 엔진 주행을 포함한다.
[7. 열 교환 제어] 도 9는 열 교환 제어의 예를 도시하는 흐름도이다. 도 9에 도시된 제어 루틴은 제어 유닛(150)에 의해 수행된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(150)은 T/M 오일 온도(Ttm)가 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1) 보다 낮은지의 여부를 판정한다(단계 S1). 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1)는 미리 설정된 임계값이다.
T/M 오일 온도(Ttm)가 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1) 보다 낮은 것에 의해 단계(S1)에서 긍정 판정된 경우(단계(S1): 예), 제어 유닛(150)은 T/M 오일을 따뜻하게 하기 위해 열 교환기(105)에서의 열 교환 상태를 제어하는 워밍 제어를 수행한다(단계(S2)). 이 경우, 제어 유닛(150)은 ENG 냉각 수온(Thw)이 미리 결정된 수온(Thw_1) 보다 높은지 여부를 판정한다(단계(S3)). 미리 결정된 수온(Thw_ 1)은 미리 설정된 임계값이다.
ENG 냉각 수온(Thw)이 미리 결정된 수온(Thw_1) 보다 높은 것에 의해 단계(S3)에서 긍정 판정된 경우(단계(S3): 예), 제어 유닛(150)은 제1 전환 밸브(411)를 ON으로 제2 전환 밸브(421)를 ON으로 제어한다(단계(S4)). 단계(S4)의 수행시, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)가 개방되고, T/M 오일과 ENG 냉각수 사이에 열 교환이 수행되며, T/M 오일과 ENG 오일 사이에 열 교환이 수행된다. 단계(S4)의 수행 이후, 제어 유닛(150)은 제어 루틴을 종료한다.
상술된 바와 같이, 단계(S3)에서 긍정 판정된 경우, 상술된 도 8에 도시된 바와 같이, ENG 냉각 수온(Thw) 및 ENG 오일 온도(Toil)는 ENG 냉각 수온(Thw) 및 ENG 오일 온도(Toil)가 T/M 오일 온도(Ttm) 보다 높은 상태이다. 그리고, 단계(S4)의 수행시, ENG 냉각수 및 ENG 오일의 열이 T/M 오일로 이동하여 T/M 오일이 따뜻하게 된다. 그로 인해, ENG 냉각수의 열 및 ENG 오일의 열에 의해 T/M 오일을 조기에 따뜻하게 될 수 있다. 이에 의해, 열 교환기(105)를 경유한 T/M 오일에 의해 윤활-필요부(30)가 조기에 따뜻하게 될 수 있다.
ENG 냉각 수온(Thw)가 미리 결정된 수온(Thw_1) 이하인 것에 의해 단계(S3)에서 부정 판정된 경우(단계(S3): 아니오), 제어 유닛(150)은 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 낮은지의 여부를 판정한다(단계(S5)).
T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 낮은 것에 의해 단계(S5)에서 긍정 판정된 경우(단계(S5): 예), 제어 유닛(150)은 제1 전환 밸브(411)를 OFF로 제2 전환 밸브(421)를 ON으로 제어한다(단계(S6)). 단계(S6)의 수행 이후, 제2 전환 밸브(421)가 개방되고, T/M 오일과 ENG 오일 사이에 열 교환이 수행되지만, 제1 전환 밸브(411)는 폐쇄되며, 따라서 T/M 오일과 ENG 냉각수 사이에서는 열 교환이 수행되지 않는다. 단계(S6)의 수행 이후, 제어 유닛(150)는 제어 루틴을 종료한다.
이와 같이, 단계(S5)에서의 판정 후에 단계(S6)가 수행되는 경우, T/M 오일 온도(Ttm)는 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 낮은 상태이며, 열 교환기(105)에서 ENG 오일의 열이 T/M 오일로 이동하여 T/M 오일이 따뜻하게 된다. 따라서, ENG 오일의 열에 의해 T/M 오일이 조기에 따뜻하게 될 수 있다. 이에 의해, 열 교환기(105)를 경유한 T/M 오일에 의해 윤활-필요부(30)가 조기에 따뜻하게 될 수 있다. 또한, 단계(S5)에서의 판정 후에 단계(S6)가 수행되는 경우, ENG 냉각수는 T/M 오일에 열을 부여하지 않고, 따라서 ENG 냉각 수온(Thw)이 미리 결정된 수온(Thw_ 1)까지 상승할 때까지 ENG 냉각수는 우선적으로 따뜻하게 된다. 이에 의해, 엔진(1)이 ENG 냉각수에 의해 따뜻하게 된다.
T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 이상인 것에 의해 단계(S5)에서 부정 판정된 경우(단계(S5): 아니오), 제어 유닛(150)은 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)를 OFF로 제어한다(단계(S7)). 단계(S7)의 수행시, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)는 폐쇄되고, 따라서 T/M 오일과 ENG 냉각수 사이에, 또한 T/M 오일과 ENG 오일 사이에 열 교환이 수행되지 않는다. 즉, T/M 오일은 ENG 냉각수 및 ENG 오일로부터 열을 수취하지 않는다. 단계(S7)의 수행 이후, 제어 유닛(150)은 제어 루틴을 종료한다.
상술된 바와 같이, 단계(S5)에서의 판정 후에 단계(S7)가 수행되는 경우, T/M 오일 온도(Ttm)은 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 높은 상태이며, 따라서 T/M 오일의 열이 ENG 오일로 이동하는 것은 제2 전환 밸브(421)를 폐쇄하는 것에 의해 방지될 수 있다. 이에 의해, T/M 오일이 따뜻하게 될 때, T/M 오일의 열이 ENG 오일에 빼앗기는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 열 교환기(105)를 경유한 T/M 오일에 의해 윤활-필요부(30)가 조기에 따뜻하게 될 수 있다.
한편, T/M 오일 온도(Ttm)가 미리 결정된 오일 온도(Ttm_1) 이상인 것에 의해 단계(S1)에서 부정 판정된 경우(단계(S1): 아니오), 제어 유닛(150)은 T/M 오일을 냉각하기 위해 열 교환기(105)에서의 열 교환 상태를 제어하는 냉각 제어를 수행한다(단계(S8)). 이 경우, 제어 유닛(150)은 ENG 오일 온도(Toil)가 ENG 냉각 수온(Thw) 보다 낮은지 여부를 판정한다(단계(S9)).
ENG 오일 온도(Toil)가 ENG 냉각 수온(Thw) 보다 낮은 것에 의해 단계(S9)에서 긍정 판정된 경우(단계(S9): 예), 제어 유닛(150)은 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 낮은 여부를 판정한다(단계(S10)).
T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 낮은 것에 의해 단계(S10)에서 긍정 판정된 경우(단계(S10): 예), 제어 유닛(150)은 상술된 단계(S7)를 수앵하여 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)를 OFF로 제어한다.
상술된 바와 같이, 단계(S10)에서의 판정 후에 단계(S7)가 수행되는 경우, T/M 오일 온도(Ttm)는 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 냉각 수온(Thw) 및 ENG 오일 온도(Toil) 보다 낮은 상태이며, 따라서, ENG 냉각수의 열이 T/M 오일에 이동하는 것 그리고 ENG 오일의 열이 T/M 오일에 이동하는 것은 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)를 폐쇄하는 것에 의해 방지될 수 있다. 이에 의해, T/M 오일이 냉각될 때, T/M 오일이 ENG 냉각수 및 ENG 오일에 의해 따뜻하게 되는 것이 방지되어, T/M 오일의 냉각성을 확보할 수 있다.
T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 이상인 것에 의해 단계(S10)에서 부정 판정된 경우(단계(S10): 아니오), 제어 유닛(150)은 상술된 단계(S6)를 수행하여 제1 전환 밸브(411)를 OFF로 제2 전환 밸브(421)를 ON으로 제어한다.
상술된 바와 같이, 단계(S10)에서의 판정 후에 단계(S6)가 수행되는 경우, T/M 오일 온도(Ttm)는 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 오일 온도(Toil) 보다 높은 상태이며, 따라서 제1 전환 밸브(411)을 폐쇄하는 것에 의해 ENG 냉각수의 열이 T/M 오일에 이동하는 것이 방지될 수 있고, 제2 전환 밸브(421)를 개방하는 것에 의해 T/M 오일의 열이 ENG 오일로 이동될 수 있다. 이에 의해, T/M 오일이 냉각될 때, T/M 오일은 ENG 냉각수에 의해 따뜻하게 되는 것이 방지되고 T/M 오일은 ENG 오일에 의해 냉각되어, T/M 오일의 냉각성을 확보할 수 있다.
ENG 오일 온도(Toil)가 ENG 냉각 수온(Thw) 이상인 것에 의해 단계(S9)에서 부정 판정된 경우(단계(S9): 아니오), 제어 유닛(150)은 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 냉각 수온(Thw) 보다 낮은지의 여부를 판정한다(단계(S11)).
T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 냉각 수온(Thw) 보다 낮은 것에 의해 단계(S11)에서 긍정 판정된 경우(단계(S11): 예), 제어 유닛(150)은 상술된 단계(S7)를 수행하여 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)를 OFF로 제어한다.
상술된 바와 같이, 단계(S11)에서의 판정 후에 단계(S7)가 수행되는 경우, 각각의 액체의 온도 사이에는 "T/M 오일 온도(Ttm) < ENG 냉각 수온(Thw) ≤ ENG 오일 온도(Toil)"의 관계가 성립된다. 따라서, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)를 폐쇄하는 것에 의해, ENG 냉각수의 열이 T/M 오일에 이동하는 것 그리고 ENG 오일의 열이 T/M 오일에 이동하는 것이 방지될 수 있다. 이에 의해, T/M 오일이 냉각될 때, T/M 오일이 ENG 냉각수 및 ENG 오일에 의해 따뜻하게 되는 것이 방지되어, T/M 오일의 냉각성을 확보할 수 있다.
T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 냉각 수온(Thw) 이상인 것에 의해 단계(S11)에서 부정 판정된 경우(단계(S11): 아니오), 제어 유닛(150)은 제1 전환 밸브(411)를 ON으로 제2 전환 밸브(421)를 OFF로 제어한다(단계(S12)). 단계(S12)의 수행시, 제1 전환 밸브(411)는 개방되고, T/M 오일과 ENG 냉각수 사이에 열 교환이 수행되지만, 제2 전환 밸브(421)는 폐쇄되고, 따라서 T/M 오일과 ENG 오일 사이에 열 교환이 수행되지 않는다. 단계(S12)의 수행 이후, 제어 유닛(150)은 제어 루틴을 종료한다.
상술된 바와 같이, 단계(S11)에서 부정 판정된 경우, T/M 오일 온도(Ttm)는 T/M 오일 온도(Ttm)가 ENG 냉각 수온(Thw) 보다 높은 상태이고, 따라서 제1 전환 밸브(411)를 개방하는 것에 의해 T/M 오일의 열이 ENG 냉각수로 이동될 수 있고, 제2 전환 밸브(421)를 폐쇄하는 것에 의해 ENG 오일의 열이 T/M 오일로 이동하는 것이 방지될 수 있다. 이에 의해, T/M 오일이 냉각될 때, T/M 오일은 ENG 냉각수에의 방열에 의해 냉각되고 T/M 오일은 ENG 오일에 의해 따뜻하게 되는 것이 방지되어, T/M 오일의 냉각성을 확보할 수 있다.
[8. 참고예와의 비교] 여기서, 제2 실시예에 따르는 냉각 시스템(100)의 이점을 설명하기 위해, 도 11을 참조하여, 냉각 시스템(100) 및 참고예가 비교될 것이다. 여기서, 도 11에 도시된 냉각 시스템(500)에 대해, 상술된 도 10에 도시된 냉각 시스템(300)과 유사한 구성 요소의 설명은 생략될 것이며, 냉각 시스템(300)에 대해 사용되는 참조 부호가 사용된다.
도 11은 참고예에 따르는 냉각 시스템(500)의 개략 구성을 도시하는 개략도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 참고예에 따르는 냉각 시스템(500)은 상술된 열 교환기(105)를 구비하지 않는다. 즉, 냉각 시스템(500)에서, T/M 오일과 엔진(1) 측의 액체(ENG 냉각 회로(410) 내의 ENG 냉각수 또는 ENG 오일 회로(420) 내의 ENG 오일) 사이에서 열 교환이 수행되지 않는다. 따라서, 냉각 시스템(500)에서, 윤활-필요부(30)가 따뜻하게 될 때, 엔진(1) 측의 액체(ENG 냉각수 또는 ENG 오일)에 의해 T/M 오일이 따뜻하게 될 수 없어, T/M 오일의 온도 상승의 지연이 발생한다. 따라서, 통상 주행 상태에서, 윤활-필요부(30)에 의해 발생되는 교반 손실 및 드래깅 손실이 커질 수 있다. 또한, 고부하 주행 상태에서, T/M 오일의 냉각성이 저하되고, 이에 의해 모터 구성 요소의 손실(동손 및 철손)이 커질 수 있다.
제2 실시예의 이점은 상술된 제1 실시예와 유사한 이점(냉각 성능 및 구조)에 추가로 워밍 성능 및 연비를 포함한다. 제2 실시예에 따르면, 워밍 시, 엔진(1) 측의 액체(ENG 냉각수 또는 ENG 오일)와 T/M 오일 사이에서 열 교환이 수행되고, 따라서 T/M 오일 온도(Ttm)의 상승이 빨라져, 워밍의 조기 완료가 가능해진다. 이에 의해, 윤활-필요부(30)에서의 교반 손실 및 드래깅 손실(T/M 마찰)이 저감되어, 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, ENG 냉각 수온(Thw)을 고려해서 전환 제어를 수행함으로써, 엔진(1)에서의 마찰(이하 "ENG 마찰"로 지칭됨) 및 ENG 연비 제어에의 악영향이 최소화될 수 있다. 또한, ENG 오일에 대한 ENG 마찰의 오일 온도 감도와 T/M 오일에 대한 T/M 마찰의 오일 온도 감도를 비교될 때, T/M 마찰의 오일 온도 감도가 ENG 마찰의 오일 온도 감도보다 크다. 따라서, ENG 오일 온도(Toil)가 T/M 오일 온도(Ttm) 보다 높은 ENG 오일 온도(Toil)의 상태인 경우, ENG 오일의 열을 T/M 오일로 이동시키는 것은 T/M 마찰을 저감하여, 연비를 향상시킬 수 있다. 여기서, ENG 마찰은 ENG 오일 온도(Toil)가 상승할수록 저감된다.
상술된 바와 같이, T/M 오일에 의해 발생된 압력 손실의 저감 및 전기식 오일 펌프(102)의 작동 한계 오일 온도 범위의 확대는, T/M 오일의 충분한 유량을 확보(필요 유량을 확보)하고 전기식 오일 펌프의 자유도를 향상시킨다. 이에 의해, 인버터 회로 및 트랜스액슬 유로가 일체화된 회로 구성을 갖는 오일 순환 회로(200)가 제공될 수 있다.
상술된 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 상술된 제1 실시예에 의해 제공되는 효과에 추가로, T/M 오일이 조기에 따뜻하게 될 수 있고 동력 전달 기구의 워밍이 조기에 완료되고, 따라서 T/M 마찰이 저감되어 연비를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 차량용 냉각 시스템은 상술된 제2 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않고서 임의의 변경이 가능하다는 점에 유의한다.
예를 들어, 전환 밸브(411, 421) 각각은 전자기 밸브로 한정되지 않고 제어 유닛(150)에 의해 제어될 수 있는 ON-OFF 밸브로 구성될 수 있다.
또한, 제1 오일 온도 센서(151)는 윤활 회로(220) 내에서 열 교환기(105) 보다 상류측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1 오일 온도 센서(151)는 오일 저류부(104)에 설치되어 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 T/M 오일의 온도(Ttm)를 검출할 수 있다. 마찬가지로, 수온 센서(152)의 설치 위치는 설치 위치가 ENG 냉각 회로(410) 내에서 열 교환기(105)보다 상류측이라면 특별히 한정되지 않는다. 제2 오일 온도 센서(153)의 설치 위치 또한, 설치 위치가 ENG 오일 회로(420) 내의 열 교환기(105) 보다 상류측이라면 특별히 한정되지 않는다.

Claims (13)

  1. 전기 모터, 상기 전기 모터에 전기적으로 접속된 인버터(21), 및 상기 전기 모터로부터 출력된 동력을 차륜(4)에 전달하는 동력 전달 기구(5)를 구비하는 차량에 탑재되는 차량용 냉각 시스템이며, 상기 차량용 냉각 시스템은,
    오일 순환 회로(200)를 포함하고, 상기 오일 순환 회로는
    오일 저류부(104),
    제1 오일 펌프(102) 및 오일 쿨러(103)를 갖는 제1 회로(210)로서, 상기 제1 오일 펌프는 상기 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 오일을 흡인하고 인버터(21) 및 전기 모터(2, 3)에 공급되는 냉매로서 오일을 토출하고, 상기 오일 쿨러는 제1 오일 펌프(102)와, 인버터(21) 또는 전기 모터 사이에 설치되고, 오일 쿨러(103)는 인버터(21) 및 전기 모터에 공급되는 오일을 냉각하는, 제1 회로, 및
    제2 오일 펌프(101)를 갖는 제2 회로(220)로서, 상기 제2 오일 펌프는 상기 오일 저류부(104)에 저류되어 있는 오일을 흡인하고 오일 쿨러(103)를 경유하지 않고 동력 전달 기구(5)에 포함된 윤활-필요부에 공급되는 오일을 토출하는, 제2 회로
    를 포함하는, 차량용 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로(210)에서, 인버터(21) 및 전기 모터는 제1 오일 펌프(102)의 하류측에 설치되고, 인버터(21) 및 전기 모터가 직렬로 접속되고, 전기 모터는 인버터(21)의 하류측에 설치되는, 차량용 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로에서, 인버터(21) 및 전기 모터는 제1 오일 펌프(102)의 하류측에 설치되고, 인버터(21) 및 전기 모터는 병렬로 접속되는, 차량용 냉각 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 스테이터 및 로터를 구비하고, 상기 제1 회로에서, 전기 모터에 오일을 공급하는 전기 모터 냉각 파이프는 스테이터를 향해 오일을 토출하는 토출 구멍을 갖는, 차량용 냉각 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 회로에서 유동하는 오일은 절연성을 갖는, 차량용 냉각 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인버터(21)는 제1 오일 펌프(102)로부터 토출된 오일이 냉매로서 내부를 유동하도록 구성되는, 차량용 냉각 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 쿨러(103)는 오일과 공기 사이에서 열 교환을 행하는 공랭식 오일 쿨러인, 차량용 냉각 시스템.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량용 냉각 시스템은 동력원으로서 전기 모터 및 엔진을 구비하는 차량에 탑재되고,
    상기 제1 오일 펌프(102)는 전기 모터에 의해 구동되는 전기식 오일 펌프이고,
    상기 제2 오일 펌프(101)는 엔진에 의해 구동되는 기계식 오일 펌프인, 차량용 냉각 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 회로(220)는 제2 오일 펌프(101)로부터 토출된 오일과 엔진 냉각수사이에서 열 교환이 가능하고 제2 오일 펌프(101)로부터 토출된 오일과 엔진 오일 사이에서 열 교환이 가능하게 구성된 삼상 열 교환기(105)를 더 구비하는, 차량용 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 엔진 냉각수가 순환하는 회로에 설치되는 제1 전환 밸브(411)로서, 제1 전환 밸브는 열 교환기를 경유하는 엔진 냉각수의 유동이 가능한 개방 상태와, 열 교환기를 경유하는 엔진 냉각수의 유동이 불가능한 폐쇄 상태 사이에서 전환되는, 제1 전환 밸브, 및
    상기 엔진 오일이 순환하는 회로에 설치되는 제2 전환 밸브(421)로서, 제2 전환 밸브는 열 교환기를 경유하는 엔진 오일의 유동이 가능한 개방 상태와, 열 교환기를 경유하는 엔진 오일의 유동이 불가능한 폐쇄 상태 사이에서 전환되는, 제2 전환 밸브를 더 포함하는, 차량용 냉각 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오일의 온도를 검출하는 제1 오일 온도 센서(151),
    상기 엔진 냉각수의 온도를 검출하는 수온 센서(152),
    상기 엔진 오일의 온도를 검출하는 제2 오일 온도 센서(153), 및
    상기 제1 오일 온도 센서(151)에 의해 검출된 오일의 온도, 상기 수온 센서에 의해 검출된 엔진 냉각수의 온도, 및 상기 제2 오일 온도 센서(153)에 의해 검출된 엔진 오일의 온도에 기초하여, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421) 각각의 개폐를 제어하도록 구성된 제어 유닛(150)을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛(150)은 오일의 온도가 미리 결정된 오일 온도보다 낮은 경우, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421) 중 적어도 제2 전환 밸브(421)를 개방 상태가 되게 제어하고, 열 교환기에서의 열 교환을 통해 오일의 온도를 상승시키는 워밍 제어를 수행하도록 구성되는, 차량용 냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 유닛(150)은, 제어 유닛이 워밍 제어를 수행하는 경우, 엔진 냉각수의 온도가 미리 결정된 수온보다 높을 때, 제1 전환 밸브(411) 및 제2 전환 밸브(421)를 개방 상태가 되게 제어하도록 구성되는, 차량용 냉각 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제어 유닛(150)은, 제어 유닛이 워밍 제어를 수행하는 경우, 엔진 냉각수의 온도가 미리 결정된 수온 이하이고 오일의 온도가 엔진 오일의 온도보다 낮을 때, 제1 전환 밸브(411)를 폐쇄 상태가 되게 제어하고 제2 전환 밸브(421)를 개방 상태가 되게 제어하도록 구성되는, 차량용 냉각 시스템.
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