JP2011098628A - ハイブリッド車両の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行用モーターやインバーターの廃熱をより有効に利用することのできるハイブリッド車両の冷却システムを提供する。
【解決手段】放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーター１１とエンジン４とを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路５と、走行用モーター２と直流電流を交流に変換して走行用モーター２に供給するインバーター１とを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路３とを備えるハイブリッド車両の冷却システムにおいて、走行用モーター２及びインバーター１を通過したＨＶ冷却水をエンジン冷却回路５に導入するＥＶ冷却モードと、エンジン冷却回路５とＨＶ冷却回路３との間の冷却水の流通のないノーマルモードとを切り替える第１水路切替弁１７及び第２水路切替弁２１を設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路と、走行用モーターと直流電流を交流に変換して走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路とを備えるハイブリッド車両の冷却システムに関するものである。

近年、環境性能の向上を目的として開発されたハイブリッド車両の普及が進められている。ハイブリッド車両には、エンジンと走行用モーターとの２つの駆動源が設けられ、また車載された２次電池の直流電流を交流に変換して走行用モーターに供給するインバーターが搭載されている。

こうしたハイブリッド車両では、エンジンの冷却に加え、ＨＶシステムの走行用モーターやインバーターの冷却も必要となる。そのため、ハイブリッド車両には、エンジン冷却用の冷却回路（エンジン冷却回路）とＨＶシステム用の冷却回路（ＨＶ冷却回路）との２つの冷却回路が設けられ、各冷却回路に冷却水を循環させることでエンジンやＨＶシステムの冷却を行うようにしている。

ところで、エンジン冷却回路とＨＶ冷却回路とでは、冷却水の適温が異なっている。また許容可能な冷却水の最大温度も冷却回路間で異なっている。例えばエンジン冷却回路の冷却水（エンジン冷却水）は、エンジンの運転状況によっては１００℃を超えることがあるが、ＨＶ冷却回路の冷却水（ＨＶ冷却水）は、それよりも大幅に低い温度（例えば６５℃）以下に保つ必要がある。そのため、ハイブリッド車両では、エンジン冷却回路とＨＶ冷却回路とを各々独立した冷却回路として設けることが一般的となっている。

ちなみに近年には、電気のみにより走行する電気自動車の普及に向けた開発が進められてもいる。そして従来、そうした電気自動車において、特許文献１に見られるような、走行用モーターやインバーターの廃熱を車室内の暖房に利用する技術が提案されている。そこで、こうした技術を応用して、ハイブリッド車両においてもその走行用モーターやインバーターの廃熱を車室内の暖房に利用するようにすれば、車両全体のヒートマネージメントをより有効に行うことが可能となる。

特開平８−１９７９３７号公報

ところで近年には、ハイブリッド化に伴うエンジンの小型化やエンジン自体の熱効率の向上により、エンジンの熱源としての利用性が低下する傾向にある。またハイブリッド車両では、モーターのみを用いたＥＶ走行時や車両停止時には、エンジンが停止されることがあり、エンジンの熱源として利用を殆ど行うことができない期間がある。そのため、ハイブリッド車両では、暖房のような熱利用機器への熱供給がよりシビアなものとなっており、車両全体のヒートマネージメントがより重要視されている。その点、上記従来技術における走行用モーターやインバーターの廃熱の暖房への利用は、車両全体のヒートマネージメントを有効に行うための手段の一つではある。しかしながら、現状では、熱利用効率の更なる向上が求められており、それだけで十分なヒートマネージメントができているとは言えない状況にある。

また一般にハイブリッド車両では、製造コストを抑えるためにＨＶ冷却回路には、エンジン冷却回路に設けられるものよりも、放熱能力の低いラジエーターしか設けられていない。通常は、ハイブリッドシステムの発熱量は、エンジンに比して小さく、そうした放熱能力の小さいラジエーターでも十分な冷却を行うことが可能である。しかしながら、登坂走行時のような低速高負荷時には、ハイブリッドシステムの発熱が大となり、放熱能力の小さいラジエーターでは、十分な冷却が行えないことがある。そのため、そうしたラジエーターでもオーバーヒートが生じない程度に走行用モーターの出力を制限せざるを得なくなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、より有効なヒートマネージメントを行うことのできるハイブリッド車両の冷却システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
・放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとエンジンとを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路、
・走行用モーターと直流電流を交流に変換してその走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路、
を備えるハイブリッド車両の冷却システムに適用されるものとなっている。そして請求項１に記載のハイブリッド車両の冷却システムは、
・ＨＶ冷却水の熱をエンジン冷却水に伝える伝熱手段、
・伝熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を通じてエンジン冷却水を加温することで走行用モーター及びインバーターの廃熱をエンジンの暖機に利用すること、
・伝熱手段を通じてＨＶ冷却水の熱をエンジン冷却水に伝えるとともに、その伝熱により加熱されたエンジン冷却水をエンジン用ラジエーターにて冷却することで、走行用モーター及びインバーターの廃熱をエンジン用ラジエーターで放熱させること、
・伝熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行わないときには、エンジン冷却回路とＨＶ冷却回路とが各々独立した冷却回路となること、
を具備したものとなっている。

こうした請求項１のハイブリッド車両の冷却システムでは、伝熱手段を通じた伝熱により、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への熱伝達が行われる。そこでエンジンの暖機中にそうした伝熱を行えば、走行用モーターやインバーターの廃熱で加熱されたＨＶ冷却水の熱でエンジン冷却水が加温されるようになり、走行用モーターやインバーターの廃熱をエンジンの暖機に利用することができるようになる。またＨＶ冷却水からエンジン冷却水に伝えられた熱がエンジン用ラジエーターで放熱されることになり、走行用モーターやインバーターの廃熱がエンジン用ラジエーターにて放熱されることになる。そのため、走行用モーターやインバーターの廃熱の放熱にエンジン用ラジエーターを利用することができるようになる。

一方、上記の如く構成された冷却システムでは、伝熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行わないときには、エンジン冷却回路とＨＶ冷却回路とは、各々独立した冷却回路となる。すなわち、このときの両冷却回路は、冷却回路間の冷却水の流通や両冷却回路の冷却水間の熱交換が行われない状態となる。そのため、通常は、両冷却回路の冷却水を異なる温度として、各々の冷却回路における適温とすることができ、両冷却回路共に効率的な冷却を行うことができるようになる。

このように、こうした冷却システムでは、必要に応じてＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うことで、走行用モーターやインバーターの廃熱のエンジン暖機への有効利用や、より有効な廃熱の処理を行うことができる。また、通常は両冷却回路を独立させることができ、各々の冷却回路において最適な状態で冷却を行うことが可能となる。したがって、請求項１に記載のハイブリッド車両の冷却システムによれば、より有効なヒートマネージメントを行うことができるようになる。

また上記課題を解決するため、請求項２に記載の発明は、
・放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとエンジンとを通ってエンジン冷却水を循環させる第１の冷却回路、
・走行用モーターと直流電流を交流に変換してその走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させる第２の冷却回路、
を備えるハイブリッド車両の冷却システムに適用されるものとなっている。そして請求項２に記載のハイブリッド車両の冷却システムは、
・ＨＶ冷却水の熱を前記エンジン冷却水に伝える伝熱手段、
・伝熱熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を禁止、許容する切替手段、
を具備している。

こうした請求項２に記載のハイブリッド車両の冷却システムでは、伝熱手段を通じた伝熱により、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への熱伝達を行うことができる。そこでエンジンの暖機中にそうした伝熱を行えば、走行用モーターやインバーターの廃熱で加熱されたＨＶ冷却水の熱でエンジン冷却水が加温されるようになり、走行用モーターやインバーターの廃熱をエンジンの暖機に利用することができるようになる。またＨＶ冷却水からエンジン冷却水に伝えられた熱がエンジン用ラジエーターで放熱されることになり、走行用モーターやインバーターの廃熱がエンジン用ラジエーターにて放熱されることになる。そのため、走行用モーターやインバーターの廃熱の放熱にエンジン用ラジエーターを利用することができるようになる。

一方、上記の如く構成された冷却システムでは、切替手段によって、伝熱熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を禁止することができる。こうしてＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を禁止すれば、エンジン冷却回路とＨＶ冷却回路とは、各々独立した冷却回路となる。すなわち、両冷却回路間の冷却水の流通や両冷却回路の冷却水間の熱交換が行われない状態となる。そのため、通常は、両冷却回路の冷却水を異なる温度とし、各々の冷却回路における適温とすることができ、両冷却回路共に効率的な冷却を行うことができるようになる。

このように、こうした冷却システムでは、必要に応じてＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うことで、走行用モーターやインバーターの廃熱のエンジン暖機への有効利用や、より有効な廃熱の処理を行うことができる。また通常は両冷却回路を独立させることで、各々の冷却回路において最適な状態で冷却を行うことが可能となる。したがって、請求項２に記載のハイブリッド車両の冷却システムによれば、より有効なヒートマネージメントを行うことができるようになる。

ちなみに、上記のようなヒートマネージメントは、こうした請求項２に記載のハイブリッド車両の冷却システムに、請求項３に記載のような制御手段を設けることで、より有効に行うことができるようになる。すなわち、
・エンジンが停止中であること、
・ＨＶ冷却水がエンジン冷却水よりも高温であること、
の少なくとも一方の成立を条件に、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うべく切替手段を制御する制御手段を設ければ、
・走行用モーターやインバーターの廃熱の放熱にエンジン用ラジエーターを有効利用すること、
・走行用モーターやインバーターの廃熱をエンジンの暖機に有効利用すること、
が可能となる。

なお、上記のようなハイブリッド車両の冷却システムに設けられる伝熱手段は、
・請求項４のように、走行用モーター及びインバーターを通過後のＨＶ冷却水をエンジン冷却回路に導入することで、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うものとして構成すること、
・請求項５のように、ＨＶ冷却水と前記エンジン冷却水との間で熱交換を行う熱交換器として構成すること、
が可能である。

請求項４の構成によれば、両冷却回路を繋ぐ接続水路、及びその接続水路を通じた冷却水の流通を禁止、許容する手段の設置という、比較的簡易な部材の追加のみで本発明の冷却システムを実現することができるようになる。また請求項５の構成によれば、冷却水の流通がないという意味で、両冷却回路の独立性を維持したまま、本発明の冷却システムを実現することができるようになる。

また上記課題を解決するため、請求項６に記載の発明は、
・放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとエンジンとを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路、
・走行用モーターと直流電流を交流に変換して走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路、
を備えるハイブリッド車両の冷却システムに適用されるものとなっている。そして請求項６に記載のハイブリッド車両の冷却システムは、
・走行用モーター及びインバーターを通過したＨＶ冷却水をエンジン冷却回路に導入するＥＶ冷却モードと、エンジン冷却回路とＨＶ冷却回路との間の冷却水の流通のないノーマルモードとを切り替える切替手段、
を備えるようにしている。

こうした冷却システムでは、ＥＶ冷却モードでは、走行用モーター及びインバーターを通過することで加熱したＨＶ冷却水がエンジン冷却回路に導入されることで、エンジン冷却回路を流れるエンジン冷却水が加温されるようになる。そこでエンジンの暖機中にＥＶ冷却モードとすれば、走行用モーターやインバーターの廃熱で加熱されたＨＶ冷却水の熱でエンジン冷却水が加温されるようになり、走行用モーターやインバーターの廃熱をエンジンの暖機に利用することができる。またＨＶ冷却水の温度が高いときにＥＶ冷却モードとすれば、走行用モーターやインバーターの廃熱の放熱に、エンジン用ラジエーターを利用可能となる。

一方、ノーマルモードでは、両冷却回路は、互いの冷却水の流通のない独立した回路となるため、冷却回路間で冷却水温度を異ならせることが可能となる。そのため、このときの冷却システムでは、冷却水の温度を各々の冷却回路における適温として、最適な状態で冷却を行うことができるようになる。

このように、こうした冷却システムでは、必要に応じてＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うことで、走行用モーターやインバーターの廃熱のエンジン暖機への有効利用や、より有効な廃熱の処理を行うことができる。また通常は両冷却回路を独立させることで、各々の冷却回路において最適な状態で冷却を行うことが可能となる。したがって、請求項６に記載のハイブリッド車両の冷却システムによれば、より有効なヒートマネージメントを行うことができるようになる。

ちなみに、上記のようなヒートマネージメントは、こうした請求項６に記載のハイブリッド車両の冷却システムに、請求項７に記載のような制御手段を設けることで、より有効に行うことができるようになる。すなわち、
・エンジンが停止中であること、
・ＨＶ冷却水がエンジン冷却水よりも高温であること、
の少なくとも一方の成立を条件に、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うべく切替手段を制御する制御手段を設ければ、走行用モーターやインバーターの廃熱の放熱にエンジン用ラジエーターを有効利用することや、走行用モーターやインバーターの廃熱をエンジンの暖機に有効利用することが可能となる。

本発明に係るハイブリッド車両の冷却システムの第１実施形態についてその全体構成を模式的に示すブロック図。 同実施形態のハイブリッド車両の冷却システムについてそのノーマルモードでの冷却水の流れを示すブロック図。 同実施形態のハイブリッド車両の冷却システムについてそのＥＶ冷却モードでの冷却水の流れを示すブロック図。 同実施形態の採用する冷却モード切替ルーチンにおける電子制御ユニットの処理手順を示すフローチャート。 同実施形態のハイブリッド車両の冷却システムの動作態様の一例を示すタイムチャート。 本発明に係るハイブリッド車両の冷却システムの第２実施形態についてその全体構成を模式的に示すブロック図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明のハイブリッド車両の冷却システムを具体化した第１の実施の形態を、図１〜図５を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムの全体構成を示している。同図に示すように、この冷却システムは、インバーター１及び走行用モーター２を備えるＨＶ系の冷却を行うためのＨＶ冷却回路３と、エンジン４の冷却を行うエンジン冷却回路５との２つの冷却回路を備えている。

ＨＶ冷却回路３は、同ＨＶ冷却回路３に冷却水を循環させるためのＨＶ用電動ウォーターポンプ６と、同ＨＶ冷却回路３を循環する冷却水を放熱により冷却するためのＨＶ用ラジエーター７とを備えている。そしてＨＶ冷却回路３では、ＨＶ用電動ウォーターポンプ６よりＨＶ用ラジエーター７、走行用モーター２及びインバーター１を順に通過して冷却水が循環されている。

エンジン冷却回路５は、同エンジン冷却回路５に冷却水を循環させるためのエンジン用電動ウォーターポンプ８を備えている。エンジン用電動ウォーターポンプ８より吐出された冷却水はまず、エンジン４の内部に形成されたウォータージャケットに送られる。エンジン４の下流において冷却水路は、３つの水路に分岐され、分岐された各水路は、ヒーターコア９、スロットルバルブ１０及びエンジン用ラジエーター１１にそれぞれ接続されている。

ヒーターコア９の下流では、排気熱回収器１２を通る水路とＥＧＲクーラー１３を通る水路とに冷却水路が分岐されている。排気熱回収器１２は、排気の熱を回収して冷却水を加熱する熱交換器として、ＥＧＲクーラー１３は、排気系から吸気系へと還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却水で冷却する熱交換器としてそれぞれ構成されている。排気熱回収器１２及びＥＧＲクーラー１３を通過した冷却水は、スロットルバルブ１０を通過した冷却水と合流された後、サーモスタット１４に送られる。サーモスタット１４は、電動式のバルブとして構成されており、その開閉に応じてエンジン用ラジエーター１１の通水の許容と遮断とを切り替える。なおエンジン冷却回路５に設けられるエンジン用ラジエーター１１は、ＨＶ冷却回路３に設けられるＨＶ用ラジエーター７よりも、大型で冷却能力の高いものが採用されている。

以上のように構成されたＨＶ冷却回路３とエンジン冷却回路５とは、２つの水路、すなわち第１接続水路１５と第２接続水路１６とにより接続されている。第１接続水路１５は、エンジン冷却回路５のエンジン用電動ウォーターポンプ８の下流側と、ＨＶ冷却回路３のＨＶ用ラジエーター７の下流とを接続するように設けられている。また第２接続水路１６は、エンジン冷却回路５のサーモスタット１４の下流側と、ＨＶ冷却回路３の走行用モーター２の下流側とを接続するように設けられている。

なお第１接続水路１５の途中には、第１水路切替弁１７が設けられている。この第１水路切替弁１７は、その開閉に応じて第１接続水路１５の冷却水の通過の許容と遮断とを切り替える。また第２接続水路１６の途中には、第２水路切替弁２１が設けられている。この第２水路切替弁２１は、その開閉に応じて第２接続水路１６の冷却水の通過の許容と遮断とを切り替える。

こうした冷却システムは、電子制御ユニット１８により制御されている。電子制御ユニット１８は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）及び入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えるコンピューターユニットとして構成されている。ここでＣＰＵは、冷却システムの制御に係る各種演算処理を実施し、ＲＯＭは、制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果を一時的に記憶し、Ｉ／Ｏは、外部とのデータの入出力を媒介する。

こうした電子制御ユニット１８には、エンジン冷却回路５を流れる冷却水の温度（エンジン冷却水温）やＨＶ冷却回路３を流れる冷却水の温度（ＥＶ冷却水温）の検出結果が入力されている。そして電子制御ユニット１８は、それらの検出結果に基づいてＨＶ用電動ウォーターポンプ６やエンジン用電動ウォーターポンプ８、サーモスタット１４、第１水路切替弁１７及び第２水路切替弁２１を制御することで、冷却システムの運転を管理するようにしている。

本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムでは、電子制御ユニット１８は、冷却システムの冷却モードの切り替えを、状況に応じて実施するようにしている。ここで切り替えられる冷却モードは、ノーマルモードとＥＶ冷却モードとの２つの冷却モードとなっている。

ノーマルモードでは、電子制御ユニット１８は、ＨＶ用電動ウォーターポンプ６とエンジン用電動ウォーターポンプ８とを作動させるとともに、第１水路切替弁１７及び第２水路切替弁２１を閉じるように制御を行う。図２に示すように、このときの冷却システムでは、第１接続水路１５及び第２接続水路１６を通じた冷却水の流通が禁止され、ＨＶ冷却回路３とエンジン冷却回路５とは、各々独立した冷却回路として動作する。すなわち、このときには、ＨＶ系の冷却とエンジン４の冷却とがそれぞれ個別に行われるようになる。そのため、ノーマルモードでは、ＨＶ冷却回路３を流れるＨＶ冷却水とエンジン冷却回路５を流れるエンジン冷却水とを異なる温度として、各々の冷却回路における適温とすることができ、両冷却回路共に効率的な冷却を行うことができるようになる。

一方、ＥＶ冷却モードでは、電子制御ユニット１８は、ＨＶ用電動ウォーターポンプ６を停止してエンジン用電動ウォーターポンプ８のみを作動させるとともに、第１水路切替弁１７及び第２水路切替弁２１を開くように制御を行う。図３に示すように、このときの冷却システムでは、第１接続水路１５及び第２接続水路１６を通じた冷却水の流通が許容されて、ＨＶ冷却回路３とエンジン冷却回路５とは、一体の冷却回路として動作する。すなわち、このときの冷却システムでは、エンジン用電動ウォーターポンプ８の吐出した冷却水（エンジン冷却水）の一部が第１接続水路１５を通じてＨＶ冷却回路３のインバーター１の上流に導入される。その導入された冷却水は、インバーター１及び走行用モーター２を通り、エンジン冷却回路５のエンジン用電動ウォーターポンプ８の上流側に戻される。

こうしたＥＶ冷却モードでは、インバーター１及び走行用モーター２を通過後のＨＶ冷却水がエンジン冷却回路５に導入されるようになる。したがって、このときには、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱が行われるようになる。すなわち、このときには、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱がエンジン冷却回路５を流れるエンジン冷却水に伝えられるようになる。

そのため、ＥＶ冷却モード時には、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱でエンジン冷却水を加熱することができ、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱をエンジン４の暖機に利用することができるようになる。

またＥＶ冷却モード時には、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水に伝えられた熱がエンジン用ラジエーター１１で放熱されることになり、走行用モーター２やインバーター１の廃熱がエンジン用ラジエーター１１にて放熱されることになる。そのため、このときの冷却システムでは、走行用モーター２やインバーター１の廃熱の放熱にエンジン用ラジエーター１１を利用することができるようになる。

なお、本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムでは、１）エンジン４が停止中であること、２）ＨＶ冷却水がエンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件に、冷却システムの冷却モードをＨＶ冷却モードに設定するようにしている。こうした冷却モードの切り替えは、図４に示す冷却モード切替ルーチンを通じて行われる。なお本ルーチンの処理は、ハイブリッド車両の起動後、電子制御ユニット１８により周期的に繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、ハイブリッド車両が電気自動車モードで走行（ＥＶ走行）しているか否かが確認される。ＥＶ走行中は、エンジン４が停止されるため、ここでは実質的には、エンジン４が停止しているか否かの確認を行っている。

ＥＶ走行中であれば、すなわちエンジン４が停止していれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１において、冷却システムの冷却モードがＥＶ冷却モードに設定される。一方、ＥＶ走行中でなく、エンジン４の作動中であれば（Ｓ１００：ＮＯ）、電子制御ユニット１８の処理がステップＳ１０２に移行される。

ステップＳ１０２では、エンジン（Ｅ／Ｇ）冷却水温がＨＶ冷却水温よりも低いか否かが確認される。ここでエンジン（Ｅ／Ｇ）冷却水温がＨＶ冷却水温よりも低ければ（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１において、冷却システムの冷却モードがＥＶ冷却モードに設定される。一方、エンジン（Ｅ／Ｇ）冷却水温がＨＶ冷却水温以上であれば（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０３において、冷却システムの冷却モードがノーマルモードに設定される。

図５は、こうした本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムの動作態様の一例を示している。なお、同図には、ハイブリッド車両の起動後の冷却システムの動作態様が示されている。

同図における時刻ｔ１迄の期間には、ハイブリッド車両はＥＶ走行しており、エンジン４は停止されている。そのため、この期間には、冷却システムの冷却モードとしてＥＶ冷却モードが設定されることになる。このときのエンジン冷却水には、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱が伝達されるため、それらの廃熱を利用してエンジン４の暖機を促進することが可能となる。

一方、時刻ｔ１には、ハイブリッド車両はエンジン走行を開始する。すなわち、この時刻ｔ１より、エンジン４の作動が開始される。このときのＨＶ冷却水温は、エンジン冷却水温よりも低いため、冷却システムの冷却モードとしてノーマルモードが設定される。

その後の時刻ｔ２には、登坂走行などのため、走行用モーター２の負荷が高まり、ＨＶ冷却水温がエンジン冷却水温を上回っている。そのため、この時刻ｔ２には、冷却システムの冷却モードがノーマルモードから再びＥＶ冷却モードへと切り替わる。このときには、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱の放熱に、ＨＶ用ラジエーター７よりも放熱能力の高いエンジン用ラジエーター１１を利用できるため、負荷の増大により廃熱量が増大したインバーター１及び走行用モーター２の冷却が効果的に行われるようになる。

このときのＥＶ冷却モードは、ＨＶ冷却水温がエンジン冷却水温を下回る時刻ｔ３迄継続される。時刻ｔ３以降には、エンジン走行が継続され、ＨＶ冷却水温がエンジン冷却水温以下に維持されているため、冷却システムの冷却モードは、ノーマルモードに設定される。

なお、こうした本実施の形態では、第２接続水路１６が、ＨＶ冷却水の熱をエンジン冷却水に伝える伝熱手段に相当する構成となっている。また本実施の形態では、第１水路切替弁１７及び第２水路切替弁２１が、伝熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を禁止、許容する切替手段に相当する構成となっている。更に本実施の形態では、電子制御ユニット１８が、エンジンが停止中であること、及びＨＶ冷却水がエンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件に、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うべく切替手段を制御する制御手段に相当する構成となっている。

以上説明した本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施の形態では、第２接続水路１６を通じたＨＶ冷却回路３からエンジン冷却回路５へのＨＶ冷却水の流入により、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への熱伝達が行われる。エンジン４の暖機中にそうした伝熱を行えば、走行用モーター２やインバーター１の廃熱で加熱されたＨＶ冷却水の熱でエンジン冷却水が加温されるようになり、走行用モーター２やインバーター１の廃熱をエンジン４の暖機に利用することができるようになる。またＨＶ冷却水からエンジン冷却水に伝えられた熱がエンジン用ラジエーター１１で放熱されることになり、走行用モーター２やインバーター１の廃熱がエンジン用ラジエーター１１にて放熱されることになる。そのため、走行用モーター２やインバーター１の廃熱の放熱にエンジン用ラジエーター１１を利用することができるようになる。一方、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行わないときには、エンジン冷却回路５とＨＶ冷却回路３とは、各々独立した冷却回路となる。すなわち、このときの両冷却回路は、冷却回路間の冷却水の流通や両冷却回路の冷却水間の熱交換が行われない状態となる。そのため、通常は、両冷却回路の冷却水を異なる温度として、各々の冷却回路における適温とすることができる。したがって、本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムによれば、より有効なヒートマネージメントを行うことができるようになる。

（２）本実施の形態では、電子制御ユニット１８は、エンジンが停止中であること、及びＨＶ冷却水がエンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件に、ＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うべく第１水路切替弁１７及び第２水路切替弁２１を制御するようにしている。こうした本実施の形態によれば、走行用モーター２やインバーター１の廃熱の放熱にエンジン用ラジエーター１１を有効利用することや、走行用モーター２やインバーター１の廃熱をエンジン４の暖機に有効利用することが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明のハイブリッド車両の冷却システムを具体化した第２の実施の形態を、図６を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施の形態にあって、上記実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態では、インバーター１や走行用モーター２を通過したＨＶ冷却水を必要に応じてエンジン冷却回路５に導入することで、インバーター１や走行用モーター２の廃熱をエンジン４やエンジン用ラジエーター１１に伝えるようにしていた。本実施の形態では、こうしたＨＶ冷却回路３からエンジン冷却回路５への伝熱を熱交換器により行うようにしている。

図６は、本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムの全体構成を示している。同図に示すように、本実施の形態の冷却システムも、インバーター１及び走行用モーター２を備えるＨＶ系の冷却を行うためのＨＶ冷却回路３と、エンジン４の冷却を行うエンジン冷却回路５との２つの冷却回路を備えている。ただし、本実施の形態の冷却システムには、ＨＶ冷却回路３とエンジン冷却回路５とを直接繋ぐ第１及び第２接続水路１５、１６は設けられておらず、その代りに、熱交換器２０が設けられている。

エンジン冷却回路５において熱交換器２０は、エンジン用電動ウォーターポンプ８の下流に配設されている。またＨＶ冷却回路３では、ＨＶ用電動ウォーターポンプ６の下流において、ＨＶ用ラジエーター７を通る水路とこれを迂回して通る水路との２つの水路が並列に設けられている。そして熱交換器２０は、ＨＶ用ラジエーター７を迂回する側の水路に設けられている。

またＨＶ冷却回路３のＨＶ用ラジエーター７側と熱交換器２０側との水路の分岐部分には、水路切替弁１９が設けられている。この水路切替弁１９は、ＨＶ冷却水をＨＶ用ラジエーター７に流す状態と熱交換器２０に状態とを選択的に切り替えるように構成されている。

本実施の形態では、水路切替弁１９によるＨＶ冷却回路３の水路の切り替えを通じて、冷却システムの冷却モードを切り替えるようにしている。ここで切り替えられる冷却モードは、ノーマルモードとＥＶ冷却モードとの２つの冷却モードとなっている。

ノーマルモードでは、ＨＶ冷却水がＨＶ用ラジエーター７に流れるように水路切替弁１９が制御される。このときのＨＶ冷却回路３とエンジン冷却回路５とは、熱的に分離された、各々独立した冷却回路として動作する。

一方、ＥＶ冷却モードでは、ＨＶ冷却水が熱交換器２０に流れるように水路切替弁１９が制御される。このときの熱交換器２０では、ＨＶ冷却水とエンジン冷却水との間で熱交換が行われる。そのため、このときのインバーター１及び走行用モーター２の廃熱が、エンジン冷却水に伝わるようになる。したがって、ＥＶ冷却モードの設定時には、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱をエンジン４の暖機に利用したり、インバーター１及び走行用モーター２の廃熱の放熱にエンジン用ラジエーター１１を利用したりすることができるようになる。

なお、こうした本実施の形態では、熱交換器２０が、ＨＶ冷却水の熱をエンジン冷却水に伝える伝熱手段に相当する構成となっている。また本実施の形態では、水路切替弁１９が、伝熱手段によるＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を禁止、許容する切替手段に相当する構成となっている。

本実施の形態のハイブリッド車両の冷却システムによっても、上記（１）の効果を奏することができる。またエンジン４が停止中であること、及びＨＶ冷却水がエンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件に、ＨＶ冷却水を熱交換器２０に流すべく水路切替弁１９を制御すれば、上記（２）の効果を奏することができるようにもなる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第２の実施の形態では、熱交換器２０によるＨＶ冷却水とエンジン冷却水との熱交換の実施の有無を切り替えるための水路切替弁１９を、ＨＶ冷却回路３側に設けるようにしていたが、同様の切替弁をエンジン冷却回路５側に設けるようにしても良い。この場合、エンジン冷却回路５に、熱交換器２０を通る水路と、これを迂回する水路とを並列に設けるとともに、エンジン冷却水をいずれの水路に通すかを切り替える水路切替弁を設けることになる。

・上記実施の形態では、１）エンジンが停止中であること、２）ＨＶ冷却水が前記エンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件にＥＶ冷却モードを設定してＨＶ冷却水からエンジン冷却水への伝熱を行うようにしていた。冷却モードの切り替えに係る条件は、これに限らず適宜に変更しても良い。エンジン４の暖機が未完了で、ＨＶ冷却水が前記エンジン冷却水よりも高温であることを条件にノーマルモードからＥＶモードへの切り替えを行ったり、ＨＶ冷却水温が高温であることを条件にノーマルモードからＥＶモードへの切り替えを行ったりすることが考えられる。

・上記実施形態でのＨＶ冷却回路３の構成やエンジン冷却回路５の構成は、適宜に変更しても良い。要は、エンジン用ラジエーター１１とエンジン４とを通ってエンジン冷却水を循環させるようにエンジン冷却回路５が構成され、走行用モーター２とインバーター１とを通ってＨＶ冷却水を循環させるようにＨＶ冷却回路３が構成されたハイブリッド車両の冷却システムであれば、本発明の適用が可能である。

１…インバーター、２…走行用モーター、３…ＨＶ冷却回路、４…エンジン、５…エンジン冷却回路、６…ＨＶ用電動ウォーターポンプ、７…ＨＶ用ラジエーター、８…エンジン用電動ウォーターポンプ、９…ヒーターコア、１０…スロットルバルブ、１１…エンジン用ラジエーター、１２…排気熱回収器、１３…ＥＧＲクーラー、１４…サーモスタット、１５…第１接続水路、１６…第２接続水路（伝熱手段）、１７…第１水路切替弁（切替手段）、１８…電子制御ユニット（制御手段）、１９…水路切替弁（切替手段）、２０…熱交換器（伝熱手段）、２１…第２水路切替弁（切替手段）。

Claims (7)

1. 放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとエンジンとを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路と、走行用モーターと直流電流を交流に変換して前記走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路とを備えるハイブリッド車両の冷却システムにおいて、
   前記ＨＶ冷却水の熱を前記エンジン冷却水に伝える伝熱手段と、
   前記伝熱手段による前記ＨＶ冷却水から前記エンジン冷却水への伝熱を通じて前記エンジン冷却水を加温することで前記走行用モーター及び前記インバーターの廃熱を前記エンジンの暖機に利用することと、
   前記伝熱手段を通じて前記ＨＶ冷却水の熱を前記エンジン冷却水に伝えるとともに、その伝熱により加熱された前記エンジン冷却水を前記エンジン用ラジエーターにて冷却することで、前記走行用モーター及び前記インバーターの廃熱を前記エンジン用ラジエーターで放熱させることと、
   前記伝熱手段による前記ＨＶ冷却水から前記エンジン冷却水への伝熱を行わないときには、前記エンジン冷却回路と前記ＨＶ冷却回路とが各々独立した冷却回路となることと、
   を備えるハイブリッド車両の冷却システム。
2. 放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとエンジンとを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路と、走行用モーターと直流電流を交流に変換して前記走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路とを備えるハイブリッド車両の冷却システムにおいて、
   前記ＨＶ冷却水の熱を前記エンジン冷却水に伝える伝熱手段と、
   前記伝熱手段による前記ＨＶ冷却水から前記エンジン冷却水への伝熱を禁止、許容する切替手段と、
   を備えるハイブリッド車両の冷却システム。
3. 前記エンジンが停止中であること、及び前記ＨＶ冷却水が前記エンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件に、前記ＨＶ冷却水から前記エンジン冷却水への伝熱を行うべく前記切替手段を制御する制御手段を備える
   請求項２に記載のハイブリッド車両の冷却システム。
4. 前記伝熱手段は、前記走行用モーター及び前記インバーターを通過後の前記ＨＶ冷却水を前記エンジン冷却回路に導入することで、前記ＨＶ冷却水から前記エンジン冷却水への伝熱を行うように構成されてなる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の冷却システム。
5. 前記伝熱手段は、前記ＨＶ冷却水と前記エンジン冷却水との間で熱交換を行う熱交換器として構成されてなる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の冷却システム。
6. 放熱を通じて冷却水を冷却するエンジン用ラジエーターとエンジンとを通ってエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却回路と、走行用モーターと直流電流を交流に変換して前記走行用モーターに供給するインバーターとを通ってＨＶ冷却水を循環させるＨＶ冷却回路とを備えるハイブリッド車両の冷却システムにおいて、
   前記走行用モーター及び前記インバーターを通過した前記ＨＶ冷却水を前記エンジン冷却回路に導入するＥＶ冷却モードと、前記エンジン冷却回路と前記ＨＶ冷却回路との間の冷却水の流通のないノーマルモードとを切り替える切替手段を備える
   ハイブリッド車両の冷却システム。
7. 前記エンジンが停止中であること、及び前記ＨＶ冷却水が前記エンジン冷却水よりも高温であること、の少なくとも一方の成立を条件に、前記ＨＶ冷却水から前記エンジン冷却水への伝熱を行うべく前記切替手段を制御する制御手段を備える
   請求項６に記載のハイブリッド車両の冷却システム。

Images