JP2017206997A

JP2017206997A - 車両用冷却装置

Info

Publication number: JP2017206997A
Application number: JP2016099507A
Authority: JP
Inventors: 栄作山崎; Eisaku YAMAZAKI; 武藤　健; Takeshi Muto; 健武藤; 悠司西村; Yuji Nishimura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2036-05-18
Also published as: US10746083B2; JP6572824B2; WO2017199866A1; EP3460213A4; EP3460213A1; EP3460213B1; US20190085751A1

Abstract

【課題】変速機を早期に暖機する。【解決手段】熱媒体が循環する熱媒体回路１０と、作動に伴って廃熱を発生し、廃熱を熱媒体に供給する廃熱供給機器１１と、車両の変速機１７を潤滑する潤滑油と熱媒体とを熱交換させる熱交換器１５と、熱交換器１５の内部にある潤滑油を加熱する加熱部２０とを備える。これにより、加熱部２０が潤滑油を加熱することによって変速機１７を早期に暖機できる。そのため、変速機１７の摩擦抵抗を低減して燃費を向上できる。例えば、加熱部２０は、電力が供給されることによって発熱する発熱部である。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に用いられる冷却装置に関する。

近年、自動車の低燃費要求がますます高まっている。そこで、エンジンおよび変速機を早期に暖機することによって、冷間時の摩擦抵抗を低減するという早期暖機技術のニーズが高まっている。

すなわち、エンジンおよび変速機の両者の暖機を促進することが燃費向上に繋がる。エンジンおよび変速機の暖機は、エンジンから発生する熱を熱源として行われる。

一方で、エンジンの小型化やハイブリッド化などに伴い、エンジンからの発生熱量が少なくなってきており、暖機に要する時間が長くなる傾向にある。

そこで、従来、特許文献１に記載の変速機の温度制御装置では、冷却水の温度が低い場合には、変速機に冷却水を通過させないことによって、冷却水の昇温を優先させるようになっている。

特開２０１３−１３３９２２号公報

上記特許文献１の従来技術によれば、冷却水の温度が低い場合、変速機に冷却水を通過させないので、まずエンジンを暖機し、次に変速機を暖機することで燃費向上を実現できる。すなわち、エンジン発生熱を最適に分配することによって燃費を向上させることができる。

しかしながら、変速機の暖機が後回しにされるため、冷間時における変速機の摩擦抵抗が大きくなってしまい、燃費の向上に限界があるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、変速機を早期に暖機することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の車両用冷却装置では、
熱媒体が循環する熱媒体回路（１０）と、
作動に伴って廃熱を発生し、廃熱を熱媒体に供給する廃熱供給機器（１１）と、
車両の変速機（１７）を潤滑する潤滑油と熱媒体とを熱交換させる熱交換器（１５）と、
熱交換器（１５）の内部にある潤滑油を加熱する加熱部（２０）とを備える。

これにより、加熱部（２０）が潤滑油を加熱することによって変速機（１７）を早期に暖機できる。そのため、変速機（１７）の摩擦抵抗を低減して燃費を向上できる。

請求項２に記載の車両用冷却装置では、請求項１に記載の車両用冷却装置において、
加熱部（２０）は、電力が供給されることによって発熱する発熱部である。

これにより、車両の走行状態に関係なく加熱部（２０）で潤滑油を加熱できる。そのため、変速機（１７）を速やかに暖機できる。

請求項３に記載の車両用冷却装置では、請求項１に記載の車両用冷却装置において、
廃熱供給機器（１１）はエンジンであり、
加熱部（２０）は、エンジン（１１）の作動とは無関係に発熱可能な発熱部である。

これにより、エンジン（１１）の作動状態に関係なく加熱部（２０）で潤滑油を加熱できる。そのため、エンジン（１１）の早期暖機と変速機（１７）の早期暖機とを両立できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における車両用冷却装置の全体構成図である。第１実施形態における車両用冷却装置のＣＶＴウォーマおよび電気ヒータを示す斜視図である。第１実施形態における無段変速機の温度の時間推移を示すグラフである。第２実施形態における車両用冷却装置の全体構成図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に示す車両用冷却装置は、エンジン冷却水回路１０を備えている。エンジン冷却水回路１０は、冷却水が循環する冷却水流路を有する冷却水回路である。

冷却水は、熱媒体としての流体である。例えば、冷却水は、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体である。エンジン冷却水回路１０は、熱媒体が循環する熱媒体流路を有する熱媒体回路である。

エンジン冷却水回路１０は、エンジン１１を冷却水で冷却するための冷却水回路である。エンジン１１は、作動に伴って廃熱を発生し、廃熱を冷却水に供給する廃熱供給機器である。エンジン１１は、冷間時に暖機を必要とする暖機対象機器である。

エンジン冷却水回路１０には、エンジン１１、ポンプ１２、ラジエータ１３、ヒータコア１４およびＣＶＴウォーマ１５が配置されている。

ポンプ１２は、冷却水を吸入して吐出する。ポンプ１２は、エンジン１１の駆動力をベルトを介して動力伝達することによって駆動されるベルト駆動式ポンプである。ポンプ１２は電動ポンプであってもよい。

ラジエータ１３は、冷却水と車室外空気（以下、外気と言う。）とを熱交換させる冷却水外気熱交換器である。ラジエータ１３への外気の送風は、室外送風機１６によって行われる。

ヒータコア１４は、車室内へ送風される空気と冷却水とを熱交換させて車室内への送風空気を加熱する空気加熱用熱交換器である。ヒータコア１４は、車室内を暖房するために用いられる熱交換器である。ヒータコア１４への空気の送風は、図示しない室内送風機によって行われる。

ＣＶＴウォーマ１５は、無段変速機１７（いわゆるＣＶＴ）を潤滑する潤滑油（いわゆるＣＶＴオイル）と冷却水とを熱交換させる熱交換器である。無段変速機１７は、冷間時に暖機を必要とする暖機対象機器である。

ラジエータ１３、ヒータコア１４およびＣＶＴウォーマ１５は、エンジン冷却水回路１０の冷却水の流れにおいて互いに並列に配置されている。

エンジン冷却水回路１０には第１サーモスタット１８および第２サーモスタット１９が配置されている。第１サーモスタット１８は、ＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路に配置されている。第２サーモスタット１９は、ラジエータ１３側の冷却水通路に配置されている。

第１サーモスタット１８および第２サーモスタット１９は冷却水温度応動弁である。すなわち、第１サーモスタット１８および第２サーモスタット１９は、温度によって体積変化するサーモワックスと、サーモワックスの体積変化によって弁体を変位させて冷却水流路を開閉する機械的機構とを有している。

第１サーモスタット１８は、冷却水の温度が第１所定温度（例えば８０℃）を下回っている場合、ＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路を閉じてＣＶＴウォーマ１５への冷却水の流れを遮断する。

第２サーモスタット１９は、冷却水の温度が第２所定温度（例えば８４℃）を下回っている場合、ラジエータ１３側の冷却水通路を閉じてラジエータ１３への冷却水の流れを遮断する。第２所定温度は、第１所定温度よりも高い温度である。

ＣＶＴウォーマ１５には電気ヒータ２０が配置されている。電気ヒータ２０は、車両の図示しないバッテリから電力が供給されることによって発熱する発熱部である。したがって、電気ヒータ２０は、エンジン１１の作動とは無関係に発熱可能である。

バッテリの電力が不足している場合、電気ヒータ２０は、車両の図示しないオルタネータから電力が供給される。オルタネータは、エンジン１１によって駆動されて発電する発電部である。

電気ヒータ２０が発熱することによって、ＣＶＴウォーマ１５を流れる潤滑油を加熱できる。電気ヒータ２０は、ＣＶＴウォーマ１５を加熱する加熱部である。

図２に示すように、ＣＶＴウォーマ１５は、薄い円柱形状を有している。したがって、ＣＶＴウォーマ１５は、円形状の上面１５ａと円形状の底面１５ｂと曲面状の側面１５ｃとを有している。

上面１５ａには、潤滑油流入口１５ｄおよび潤滑油流出口１５ｅが形成されている。側面１５ｃには、冷却水流入口１５ｅおよび冷却水流出口１５ｆが形成されている。

上面１５ａは、潤滑油が流入出する潤滑油流入出面である。側面１５ｃは、冷却水が流入出する冷却水流入出面（換言すれば熱媒体流入出面）である。底面１５ｂは、潤滑油および冷却水が流入出しない非流入出面である。

ＣＶＴウォーマ１５の内部には、熱交換部１５ｈが配置されている。熱交換部１５ｈは、潤滑油流路と冷却水流路とを有しており、潤滑油と冷却水とを熱交換させる。

ＣＶＴウォーマ１５の内部において上面１５ａと熱交換部１５ｈとの間には、潤滑油が流れる空隙が形成されている。ＣＶＴウォーマ１５の内部において側面１５ｃと熱交換部１５ｈとの間には、冷却水が流れる空隙が形成されている。

ＣＶＴウォーマ１５の内部において熱交換部１５ｈと底面１５ｂとの間には空隙が形成されていない。したがって、熱交換部１５ｈは、ＣＶＴウォーマ１５の内部において、上面１５ａおよび側面１５ｃよりも底面１５ｂに近く配置されている。

底面１５ｂには、電気ヒータ２０が配置されている。電気ヒータ２０は、電力が供給されることによって発熱し、ＣＶＴウォーマ１５の底面１５ｂを加熱する。これにより、ＣＶＴウォーマ１５内の潤滑油が加熱される。底面１５ｂには、電気ヒータ２０が配置されている。

電気ヒータ２０は、底面１５ｂの全面に配置されている。これにより、電気ヒータ２０からＣＶＴウォーマ１５への熱伝達面積が大きくなるので、電気ヒータ２０による潤滑油の加熱効率が良好となる。

しかも、電気ヒータ２０が底面１５ｂに配置されていることによって、電気ヒータ２０を熱交換部１５ｈに極力近づけることができるので、電気ヒータ２０による潤滑油の加熱効率が良好となる。

また、ＣＶＴウォーマ１５の底面１５ｂに電気ヒータ２０が配置されているので、電気ヒータ２０の交換が容易である。

次に、車両用冷却装置の電気制御部を説明する。制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置２１は、図示しないバッテリから電力が供給されると、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

制御装置２１の出力側には各種制御対象機器が接続されている。制御装置２１は、各種制御対象機器の作動を制御する制御部である。

制御装置２１によって制御される制御対象機器は、ポンプ１２、室外送風機１６、電気ヒータ２０および図示しない室内送風機等である。

制御装置２１の入力側には、水温センサ２２等の各種センサの検出信号が入力される。水温センサ２２は、エンジン冷却水回路１０の冷却水温度を検出する熱媒体温度検出部である。例えば、水温センサ２２は、エンジン１１から流出した冷却水の温度を検出する。

制御装置２１は、水温センサ２２が検出した冷却水温度に基づいて電気ヒータ２０への電力供給を制御する。

次に、上記構成における作動を説明する。車両のイグニッションスイッチが投入されてエンジン１１が始動するとポンプ１２が駆動される。これにより、エンジン冷却水回路１０に冷却水が循環する。エンジン１１の廃熱によって冷却水が温められて昇温する。

冷却水温度が第１所定温度（例えば８０℃）を下回っている場合、第１サーモスタット１８はＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路を閉じてＣＶＴウォーマ１５への冷却水の流れを遮断し、第２サーモスタット１９はラジエータ１３側の冷却水通路を閉じてラジエータ１３への冷却水の流れを遮断する。

これにより、エンジン１１とヒータコア１４との間で冷却水が循環する。このとき、ヒータコア１４を通過する空気の風量を低風量にするのが好ましい。また、ラジエータ１３およびＣＶＴウォーマ１５に冷却水が流れないので、ラジエータ１３では冷却水から外気への放熱が行われず、ＣＶＴウォーマ１５では冷却水から潤滑油への放熱が行われない。

このとき、制御装置２１は、図示しないバッテリから電気ヒータ２０へ電力を供給させる。これにより、ＣＶＴウォーマ１５内の潤滑油が電気ヒータ２０で加熱されて無段変速機１７が暖機される。

したがって、冷間時にエンジン発生熱でエンジン１１を優先的に暖機しつつ、電力を利用して無段変速機１７を暖機できる。

このとき、図示しないエンジン制御装置は、エンジン１１を早期に暖機するためにエンジン１１の回転数を高く制御する。そのため、図示しないオルタネータの発電量が多くなる。したがって、バッテリの電力が不足している場合、オルタネータが発電した電力を電気ヒータ２０に供給できる。

水温センサ２２が検出した冷却水温度が第１所定温度（例えば８０℃）以上かつ第２所定温度（例えば８４℃）以下である場合（例えば８０〜８４℃である場合）、第１サーモスタット１８はＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路を開けてＣＶＴウォーマ１５へ冷却水を流し、第２サーモスタット１９はラジエータ１３側の冷却水通路を閉じてラジエータ１３への冷却水の流れを遮断する。

これにより、エンジン１１とヒータコア１４およびＣＶＴウォーマ１５との間で冷却水が循環するので、ヒータコア１４で車室内へ送風される空気が加熱されるとともに、ＣＶＴウォーマ１５で潤滑油が加熱されて無段変速機１７が暖機される。このとき、制御装置２１は電気ヒータ２０への電力供給を停止させる。

したがって、冷却水温度がある程度上昇した時にエンジン発生熱でエンジン１１および無段変速機１７を暖機するとともに電気ヒータ２０での電力消費を防止する。

水温センサ２２が検出した冷却水温度が第２所定温度（例えば８４℃）を上回っている場合、第１サーモスタット１８はＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路を開けてＣＶＴウォーマ１５へ冷却水を流し、第２サーモスタット１９はラジエータ１３側の冷却水通路を開けてラジエータ１３へ冷却水を流す。

これにより、ヒータコア１４で車室内へ送風される空気が加熱される。また、ラジエータ１３で冷却水が外気に放熱するので、不要な熱量を外気に捨てることができる。このとき、制御装置２１は、電気ヒータ２０への電力供給を停止させる。

したがって、暖機完了後は冷却水でエンジン１１および無段変速機１７を冷却するとともに電気ヒータ２０での電力消費を防止する。

図３は、本実施形態によるエンジン冷却水温度（すなわちエンジン冷却水回路１０の冷却水の温度）および変速機潤滑油温度（すなわち無段変速機１７を潤滑する潤滑油の温度）の時間推移を示すグラフである。図３中の二点鎖線は、比較例として、電気ヒータ２０が無い場合における変速機潤滑油温度の時間推移を示している。

エンジン冷却水温度が第１所定温度（例えば８０℃）を下回っている場合、ＣＶＴウォーマ１５への冷却水の流れを遮断することによって、エンジン冷却水温度を早期に上昇させることができる。このとき、電気ヒータ２０でＣＶＴウォーマ１５内の潤滑油を加熱するので、変速機潤滑油温度も早期に上昇させることができる。そのため、エンジン１１および無段変速機１７を速やかに暖機できるので、エンジン１１および無段変速機１７の摩擦抵抗を低減して燃費を向上できる。

本実施形態では、ＣＶＴウォーマ１５の内部にある潤滑油を加熱する電気ヒータ２０を備える。これにより、電気ヒータ２０で冷却水を加熱することによって無段変速機１７を暖機できる。そのため、無段変速機１７の摩擦抵抗を低減して燃費を向上できる。

本実施形態では、電気ヒータ２０は、電力が供給されることによって発熱する発熱部である。これにより、車両の走行状態に関係なく電気ヒータ２０で潤滑油を加熱できる。そのため、無段変速機１７を速やかに暖機できる。

本実施形態では、電気ヒータ２０は、エンジン１１の作動とは無関係に発熱する発熱部である。これにより、エンジン１１の作動状態に関係なく電気ヒータ２０で潤滑油を加熱できる。そのため、エンジン１１の早期暖機と無段変速機１７の早期暖機とを両立できる。

本実施形態では、電気ヒータ２０は、ＣＶＴウォーマ１５の底面１５ｂに配置されている。これによると、電気ヒータ２０が上面１５ａまたは側面１５ｃに配置されている場合と比較して、電気ヒータ２０をＣＶＴウォーマ１５の熱交換部１５ｈに近づけることができるので、ＣＶＴウォーマ１５の内部にある潤滑油を効率良く加熱できる。

本実施形態では、制御装置２１は、冷却水の温度が第１所定温度未満である場合、電気ヒータ２０に電力を供給し、冷却水の温度が第１所定温度以上である場合、電気ヒータ２０への電力の供給を停止する。これによると、無段変速機１７がある程度暖機された後、電気ヒータ２０が潤滑油を無駄に加熱することを抑制できる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、電気ヒータ２０がＣＶＴウォーマ１５の底面１５ｂに配置されているが、本実施形態では、図４に示すように、電気ヒータ２０がエンジン冷却水回路１０の冷却水通路に配置されている。

本実施形態の電気ヒータ２０は、グロープラグ型ヒータであり、エンジン冷却水回路１０のホース２４に直接差し込まれている。ホース２４は、冷却水が流通する通路を形成する管状部材である。

電気ヒータ２０は、エンジン冷却水回路１０のうちＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路に配置されている。具体的には、電気ヒータ２０は、エンジン冷却水回路１０のうちＣＶＴウォーマ１５の冷却水出口側かつエンジン１１の冷却水入口側の冷却水通路に配置されている。

次に、本実施形態の構成における作動を説明する。冷却水温度が第１所定温度（例えば８０℃）を下回っている場合、第１サーモスタット１８はＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路を開けてＣＶＴウォーマ１５への冷却水を流し、第２サーモスタット１９はラジエータ１３側の冷却水通路を閉じてラジエータ１３への冷却水の流れを遮断する。

これにより、エンジン１１とヒータコア１４およびＣＶＴウォーマ１５との間で冷却水が循環する。このとき、ヒータコア１４を通過する空気の風量を低風量にするのが好ましい。また、ラジエータ１３に冷却水が流れないので、ラジエータ１３では冷却水から外気への放熱が行われない。

このとき、制御装置２１は、図示しないバッテリから電気ヒータ２０へ電力を供給させる。これにより、ＣＶＴウォーマ１５から流出した冷却水が電気ヒータ２０で加熱されるので、エンジン１１の暖気を妨げることなく無段変速機１７を暖機できる。

すなわち、エンジン１１で暖められた冷却水がＣＶＴウォーマ１５を流れる際に潤滑油へ熱を与えることによって無段変速機１７が暖機され、冷却水の温度が低下する。そして、温度の低下した冷却水がエンジン１１へ戻ることによってエンジン１１の暖気が妨げられることを回避するために、電気ヒータ２０が冷却水に熱を与えて冷却水の温度を再び上昇させる。したがって、エンジン１１の暖気を妨げることなく無段変速機１７を暖機できる。

水温センサ２２が検出した冷却水温度が第１所定温度（例えば８０℃）以上かつ第２所定温度（例えば８４℃）以下である場合、第１サーモスタット１８はＣＶＴウォーマ１５側の冷却水通路を開けてＣＶＴウォーマ１５へ冷却水を流し、第２サーモスタット１９はラジエータ１３側の冷却水通路を閉じてラジエータ１３への冷却水の流れを遮断する。

これにより、ヒータコア１４で車室内へ送風される空気が加熱されるとともに、ＣＶＴウォーマ１５で潤滑油が加熱されて無段変速機１７が暖機される。このとき、制御装置２１は電気ヒータ２０への電力供給を停止させる。

本実施形態では、電気ヒータ２０は、エンジン冷却水回路１０のホース２４に挿入されており、冷却水を介して無段変速機１７の内部にある潤滑油を加熱する。これにより、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、エンジン冷却水回路１０にＣＶＴウォーマ１５が配置されているが、ＣＶＴウォーマ１５の代わりに、種々の変速機の潤滑油（いわゆるトランスミッションオイル）と冷却水とを熱交換する熱交換器が配置されていてもよい。

（２）上記実施形態では、エンジン冷却水回路１０に第１サーモスタット１８および第２サーモスタット１９が配置されているが、第１サーモスタット１８および第２サーモスタット１９の代わりに電磁弁が配置されていてもよい。そして、制御装置２１が、水温センサ２２が検出した冷却水温度に基づいて電磁弁を開閉制御してもよい。

（３）上記第２実施形態では、電気ヒータ２０は、エンジン冷却水回路１０のうちＣＶＴウォーマ１５の冷却水出口側かつエンジン１１の冷却水入口側の冷却水通路に配置されているが、電気ヒータ２０は、エンジン冷却水回路１０のうちエンジン１１の冷却水出口側かつＣＶＴウォーマ１５の冷却水入口側の冷却水通路に配置されていてもよい。

１０エンジン冷却水回路（熱媒体回路）
１１エンジン
１５ＣＶＴウォーマ（熱交換器）
１７無段変速機（変速機）
２０電気ヒータ（加熱部、発熱部）
２１制御装置（制御部）

Claims

熱媒体が循環する熱媒体回路（１０）と、
作動に伴って廃熱を発生し、前記廃熱を前記熱媒体に供給する廃熱供給機器（１１）と、
車両の変速機（１７）を潤滑する潤滑油と前記熱媒体とを熱交換させる熱交換器（１５）と、
前記熱交換器の内部にある前記潤滑油を加熱する加熱部（２０）とを備える車両用冷却装置。
前記加熱部は、電力が供給されることによって発熱する発熱部である請求項１に記載の車両用冷却装置。
前記廃熱供給機器はエンジンであり、
前記加熱部は、前記エンジンの作動とは無関係に発熱可能な発熱部である請求項１に記載の車両用冷却装置。
前記熱交換器は、前記潤滑油が流入出する潤滑油流入出面（１５ａ）と、前記熱媒体が流入出する熱媒体流入出面（１５ｃ）と、前記熱媒体流入出面および前記潤滑油流入出面とは異なる非流入出面（１５ｂ）と、前記潤滑油と前記熱媒体とを熱交換させる熱交換部（１５ｈ）を有しており、
前記熱交換部は、前記熱交換器の内部において、前記潤滑油流入出面および前記熱媒体流入出面よりも前記非流入出面の近くに配置されており、
前記加熱部は、前記非流入出面に配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用冷却装置。
前記熱媒体回路は、前記熱媒体が流通する通路を形成する管状部材（２４）を有しており、
前記加熱部は、前記管状部材に挿入されており、前記熱媒体を介して前記潤滑油を加熱する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用冷却装置。
前記熱媒体の温度が所定温度未満である場合、前記加熱部に前記電力を供給し、前記熱媒体の温度が前記所定温度以上である場合、前記加熱部への前記電力の供給を停止する制御部（２１）を備える請求項２に記載の車両用冷却装置。