JP2022121084A - 冷却水系統の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】PCUに供給する冷却水の温度を適切に許容上限以下に抑制しながら、不必要な電力消費を抑制し、あるいはラジエータファンの起動の頻度を減少させる。【解決手段】動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両に係わり、ラジエータにおいて放熱させた冷却水をインバータを含むPCU及び電動機に供給しこれらを冷却した後の冷却水をラジエータに向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、PCUに供給する冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合に、ラジエータに付随するファンを起動してラジエータを強制的に空冷することとし、前記稼働条件温度を、PCU及び電動機の発熱量と内燃機関の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置を構成した。【選択図】図5
Description
本発明は、ハイブリッド車両に搭載される電動機及び当該電動機を制御するPCU(Power Control Unit)を水冷(液冷)する冷却水(冷却液)系統の制御に関する。
近時、内燃機関及び電動機の二種の動力源を備えるハイブリッド車両が一定の普及を見ている。シリーズ方式のハイブリッド車両(例えば、下記特許文献1を参照)は、内燃機関により発電用モータジェネレータを駆動して発電を行い、発電した電力を蓄電装置、即ちリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリ及び/またはキャパシタに蓄えるとともに、走行用モータジェネレータに供給する。そして、走行用モータジェネレータによって車両の駆動輪を回転させて走行する。
発電用モータジェネレータのみならず、走行用モータジェネレータもまた、回生制動により発電を行い、発電した電力を蓄電装置に蓄えることができる。蓄電装置の容量一杯まで既に電荷が蓄えられている場合には、回生制動により得られる電力を敢えて発電用モータジェネレータに供給し、これを電動機として作動させて内燃機関を回転駆動するモータリングを行うことで、余剰の電力を消費する。
ハイブリッド車両では、内燃機関の気筒に燃料を供給して燃焼させるファイアリングを行わなくとも、走行用モータジェネレータが蓄電装置に蓄えた電荷を消費して回転駆動力を出力し、車両を走行させることが可能である。よって、車両の運用中であっても、内燃機関の回転を停止している状態が継続することがある。
蓄電装置に蓄えている電荷の量が減少したときや、走行用モータジェネレータに対する要求出力が大きいときには、内燃機関を始動してファイアリング運転し、内燃機関の出力する回転駆動力により発電用モータジェネレータを駆動、発電を実行して、蓄電装置を充電しまたは走行用モータジェネレータに供給する電力を増強する。ファイアリング中は、エンジン回転数毎の目標エンジントルク(または、エンジン負荷率、スロットルバルブ開度、吸入空気量、燃料噴射量)を結ぶ動作線に沿って、内燃機関の出力を制御する。目標エンジントルクは、対応するエンジン回転数の下で熱効率が最大化するような値に設定する。
シリーズ方式のハイブリッド車両にあって、発電用モータジェネレータは、停止した内燃機関を始動する準備として内燃機関をクランキングする役割を兼ねる。クランキング時には、蓄電装置から必要な電力の供給を受ける。
コストの面、また車体における搭載スペースの制約から、蓄電装置として採用するバッテリは小形かつ軽量のものであることが望ましい。一方で、小形バッテリは、蓄電容量が小さく、端子電圧即ち出力電圧が低くなるきらいがある。走行用モータジェネレータに印加される電圧が低いと、走行用モータジェネレータが大きな駆動力を出力できず、運転者が所望する動力性能を得られない懸念が生じる。
そこで、蓄電装置と、走行用モータジェネレータに付随するインバータとの間に昇圧コンバータを介設しておき、必要に応じ、蓄電装置の出力電圧を昇圧コンバータにより昇圧した上で、インバータを介して走行用モータジェネレータに印加することが行われる(例えば、下記特許文献2を参照)。インバータ及び昇圧コンバータは、モータジェネレータを電気的に制御するためのPCUの構成要素となる。
ハイブリッド車両の運用中には、PCU及びモータジェネレータの各々が昇温する。PCUやモータジェネレータが過熱すると、機能不全や故障を招来するおそれが生じる。これを回避するべく、PCU及びモータジェネレータを冷却するための水冷式の冷却装置を付設することが通例となっている(例えば、下記特許文献3を参照)。
水冷式冷却装置は、ラジエータにおいて放熱させた比較的低温の冷却水をPCUに供給してPCUを冷却した後、さらにその冷却水をモータジェネレータ及びトランスアクスルに供給してこれらを冷却する。ラジエータから流出する冷却水を先にPCUに供給するのは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)その他の半導体スイッチング素子を内包するPCUの温度の許容上限が、モータジェネレータの温度の許容上限よりも低いからである。モータジェネレータ及びトランスアクスルの冷却を終えた冷却水は、再びラジエータへと帰還する。
発熱量の増大により冷却水が受熱して顕著に高温化し、PCUの温度が許容上限を超えると、PCU保護機能が働き、PCUからモータジェネレータに入力できる電力(または、モータジェネレータに対する印加電流若しくは印加電圧)の大きさに制限がかかる。結果、電動機として作動するモータジェネレータの出力が低減し、走行する車両の車速または加速度が低下して、運転者が所望する動力性能を十分に発揮できなくなる。
一般に、ラジエータには、電動のラジエータファンが付随している。ラジエータファンは、PCUに供給するべき冷却水の温度が所定の条件値を上回ったときに起動され、ラジエータを強制的に空冷して冷却水の温度を引き下げる。これに加えて、冷却水を吸込み吐出して循環させる電動の冷却水ポンプが、冷却水の温度に応じて吐出流量を増減させる。
通常であれば、冷却水温は許容上限を超えない。だが、車両が高出力(高負荷)運転されて走行した後に停車し、かつその停車中に内燃機関をファイアリングして蓄電装置を充電するようなホットソークの状況下では、冷却水温が許容上限を超越するオーバシュートが起こる可能性が生じる。何故ならば、ラジエータに走行風が流れなくなり、ラジエータファンによる送風がない限り放熱性能が失われるにもかかわらず、モータジェネレータやPCUが高出力運転によって蓄積された熱を放ち続けるからである。
ラジエータファンを起動する条件温度を予め低く設定し、冷却水ポンプの吐出流量を当初より増量しておけば、冷却水温を確実に許容上限以下に抑えることができるだろう。
しかしながら、背反として、恒常的に電力消費量が増加して車両の実用燃費性能の低下を招くことが懸念される。加えて、ラジエータファンの稼働条件温度を常に低位に定めると、当然ながらラジエータファンの起動機会が増える。つまりは、冷却水の温度が許容上限を超えないような状況にあっても、ラジエータファンを起動することになる。既製のラジエータファンはブラシ付き直流モータにより回転駆動され、ラジエータファンが頻繁に起動されることで、それが発する騒音により車両のNV(Noise and Vibratrion)性能に悪影響を及ぼしかねず、またファンモータのブラシの摩耗が進行してラジエータファンの寿命が短命化することにもなり得る。
本発明は、以上の点に着目してなされたものであり、PCUに供給する冷却水の温度を適切に許容上限以下に抑制しながら、ラジエータファンまたは冷却水ポンプによる不必要な電力消費を抑制し、あるいはラジエータファンの起動の頻度を減少させることを所期の目的としている。
本発明では、動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両に係わり、ラジエータにおいて放熱させた冷却水をインバータを含むPCU及び電動機に供給しこれらを冷却した後の冷却水をラジエータに向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、PCUに供給する冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合、そうでない場合と比較して、ラジエータに付随しこれを強制空冷するファンの吐出風量をより増大させる(冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合に、それまで停止していたファンを起動することを含む)こととし、前記稼働条件温度を、PCU及び電動機の発熱量と内燃機関の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置を構成した。
並びに、本発明では、動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両に係わり、ラジエータにおいて放熱させた冷却水をインバータを含むPCU及び電動機に供給しこれらを冷却した後の冷却水をラジエータに向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、PCUに供給する冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合、そうでない場合と比較して、冷却水を吸込み吐出する冷却水ポンプの吐出流量をより増大させることとし、前記稼働条件温度を、PCU及び電動機の発熱量と内燃機関の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置を構成した。
本発明によれば、PCUに供給する冷却水の温度を適切に許容上限以下に抑制しながらも、ラジエータファンまたは冷却水ポンプによる不必要な電力消費を抑制することができる。あるいは、ラジエータファンを起動する頻度を減少させることができる。
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態におけるハイブリッド車両の主要システムの概略構成を示している。このハイブリッド車両は、内燃機関1と、内燃機関1により駆動されて発電を行う発電用モータジェネレータ2と、発電用モータジェネレータ2が発電した電力を蓄える蓄電装置3と、発電用モータジェネレータ2及び/または蓄電装置3から電力の供給を受けて車両の駆動輪62を駆動する走行用モータジェネレータ4とを備えている。
本実施形態のハイブリッド車両は、内燃機関1を発電にのみ使用するシリーズハイブリッド方式の電気自動車であり、車両の駆動輪62には専ら走行用モータジェネレータ4から走行のための駆動力を供給する。内燃機関1の回転軸であるクランクシャフトと、車両の駆動輪62との間は機械的に切り離されており、元来両者の間で回転駆動力の伝達がなされない。つまり、内燃機関1は、走行用モータジェネレータ4及び駆動輪62から完全に独立して回転し、また完全に独立して停止することが可能である。従って、イグニッションスイッチ(パワースイッチ、またはイグニッションキー)がONに操作されている車両の運用中、運転者がアクセルペダルを踏むことで車両が走行可能な状態にあっても、蓄電装置3が十分な電荷を蓄え、かつブレーキブースタが十分な負圧を蓄えている状況下では、燃料の燃焼を伴う内燃機関1の運転を実施しないことがある。
内燃機関1は、例えば複数の気筒を包有する火花点火式の4ストロークレシプロエンジンである。内燃機関1のクランクシャフトは、発電用モータジェネレータ2の回転軸と、歯車機構を介してまたは軸を直結して機械的に接続している。そして、内燃機関1が出力する回転駆動力を発電用モータジェネレータ2に入力することで、発電用モータジェネレータ2が発電する。発電した電力は、蓄電装置3に充電し、及び/または、走行用モータジェネレータ4に供給する。また、発電用モータジェネレータ2は、自らが回転駆動力を発生させて内燃機関1のクランクシャフトを回転駆動するモータリング用の電動機としても機能する。例えば、発電用モータジェネレータ2は、停止している内燃機関1を始動する準備としてのクランキングを実行する。
走行用モータジェネレータ4は、車両の走行のための駆動力を発生させ、その駆動力をトランスアクスル6の減速機61を介して駆動輪62に入力する。また、走行用モータジェネレータ4は、駆動輪62に連れ回されて回転することで発電し、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。この回生制動により発電した電力は、蓄電装置3に充電する。
尤も、既に蓄電装置3の容量一杯まで電荷が蓄えられており、それ以上の充電が困難であるならば、走行用モータジェネレータ4が回生発電した電力を敢えて発電用モータジェネレータ2に供給し、発電用モータジェネレータ2を電動機として作動させて内燃機関1を回転駆動する。これにより、車両の制動性能を維持しつつ、余剰の電力を消尽する。また、このとき、内燃機関1の回転が保たれることから、内燃機関1の気筒への燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実行することができる。
発電機インバータ21は、発電用モータジェネレータ2が発電する交流電力を直流電力に変換する。そして、その直流電力を蓄電装置3または駆動機インバータ41に入力する。並びに、発電機インバータ21は、発電用モータジェネレータ2を電動機として作動させる際に、蓄電装置3及び/または駆動機インバータ41から供給される直流電力を交流電力に変換した上で発電用モータジェネレータ2に入力する。
駆動機インバータ41は、蓄電装置3及び/または発電機インバータ21から供給される直流電力を交流電力に変換した上で走行用モータジェネレータ4に入力する。並びに、駆動機インバータ41は、車両の回生制動を行うときに走行用モータジェネレータ4が発電する交流電力を直流電力に変換した上で蓄電装置3または発電機インバータ21に入力する。発電機インバータ21及び駆動機インバータ41は、PCU5の一部をなす。
蓄電装置3は、バッテリ及び/またはキャパシタ等である。バッテリは、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の、エネルギ密度の大きい高電圧の二次電池である。蓄電装置3は、発電用モータジェネレータ2及び走行用モータジェネレータ4の各々が発電する電力を充電して蓄える。並びに、蓄電装置3は、発電用モータジェネレータ2及び走行用モータジェネレータ4の各々を電動機として作動させるための電力を放電し、それらモータジェネレータ2、4に必要な電力を供給する。
図2に、本実施形態のハイブリッド車両のPCU(Power Control Unit)5の電気回路図を示す。蓄電装置3と、走行用モータジェネレータ4に付随するインバータ41及び発電用モータジェネレータ2に付随するインバータ21との間には、昇降圧コンバータ31を介設している。昇降圧コンバータ31は、蓄電装置3が出力する電圧を昇圧または降圧した上で、インバータ21、41を介してモータジェネレータ2、4に印加することのできるDC-DCコンバータである。
降圧コンバータ32は、蓄電装置3とは別の補機バッテリ(図示せず)に低電圧を供給するためのDC-DCコンバータである。補機バッテリは、例えば鉛蓄電池等の、蓄電装置3と比較して低電圧の二次電池である。
内燃機関1、発電用モータジェネレータ2、蓄電装置3、インバータ21、41及び走行用モータジェネレータ4の制御を司る制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ECU0は、複数基のECU、即ち内燃機関1を制御するEFI(Electronic Fuel Injection)ECU01、モータジェネレータ2、4及びインバータ21、41を制御するMG(Motor Generator)ECU02、蓄電装置3を監視しかつ昇降圧コンバータ31を制御するBMS(Battery Management System)ECU03等、並びに、それらの制御を統括する上位のコントローラであるHV(Hybrid Vehicle)ECU00が、CAN(Controller Area Network)等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものである。各ECU00、01、02、03は、補機バッテリから必要な電力の供給を受ける。
ECU0は、各種センサを介して検出される、運転者が操作するアクセル開度即ちアクセルペダルの踏込量や、シフトポジション即ちシフトレバー若しくはセレクタレバーの位置またはスイッチのON/OFF、現在の車両の車速、路面の勾配、蓄電装置3が蓄えている電荷の量(State Of Charge)、発電用モータジェネレータ2の発電電力等に応じて、走行用モータジェネレータ4が出力する回転駆動力、内燃機関1が出力する回転駆動力、及び発電用モータジェネレータ2が発電する電力の大きさを増減制御する。
原則として、蓄電装置3が現在十分な電荷を蓄えており、走行用モータジェネレータ4に対して要求される出力が小さいならば、内燃機関1への燃料の供給を遮断して内燃機関1を運転しない。翻って、蓄電装置3が蓄えている電荷の量が下限値を下回り、または走行用モータジェネレータ4に対して要求される出力が大きいならば、内燃機関1を始動し気筒11に燃料を供給してこれを燃焼させるファイアリングを実行し、内燃機関1の出力する回転駆動力により発電機モータジェネレータ2を駆動し、発電を実施して蓄電装置3を充電し、または走行用モータジェネレータ4に供給する電力を増強する。
現在車両の運転者が要求している出力は、現在のアクセル開度及び車速によって定義される。駆動輪62に与えるべき駆動力は、アクセル開度が大きいほど大きくなる。要求出力は、駆動輪62に与えるべき駆動力が大きいほど大きくなり、車速が高くなるほど大きくなる。
ECU0は、駆動輪62に与えるべき駆動力が比較的小さく、車速も比較的低い低出力領域では、内燃機関1に燃料を供給せずにその運転を停止し、発電用モータジェネレータ2を発電機として作動させない。低出力領域では、走行用モータジェネレータ4が、蓄電装置3のみから電力供給を受けて、車両の走行のための駆動力を出力する。低出力領域は、典型的には、アクセル開度が0または所定値以下に小さいとき、あるいは車両の減速走行中である。
対して、ECU0は、駆動輪62に与えるべき駆動力がある程度以上大きい、または車速がある程度以上高い中高出力領域では、内燃機関1をファイアリング運転し、発電用モータジェネレータ2を発電機として作動させる。要求出力が顕著に大きくない中出力領域では、走行用モータジェネレータ4が、主として発電用モータジェネレータ2から電力供給を受けて、車両の走行のための駆動力を出力する。このとき、蓄電装置3からは、少量の電力供給を受けるか、または全く電力供給を受けない。要求出力が顕著に大きい高出力領域では、走行用モータジェネレータ4が、発電用モータジェネレータ2及び蓄電装置3の双方から電力供給を受けて、車両の走行のための駆動力を出力する。
車両を走行させるときには、走行用モータジェネレータ4が出力して駆動輪62に供給する駆動力の大きさに応じ、蓄電装置3の出力電圧を昇圧コンバータ31により昇圧して、その昇圧した電圧をインバータ41を介して走行用モータジェネレータ4に印加する。基本的に、昇圧コンバータ31は、アクセル開度が大きいほど、つまり要求される駆動力が大きいほど、走行用モータジェネレータ4に印加する電圧を大きく昇圧する。要求される駆動力が小さいときには、昇圧の度合いを小さくし、走行用モータジェネレータ4に印加する電圧をできる限り低下させて、インバータ41を含む電気回路における損失、及びモータジェネレータ4における銅損及び鉄損の低減を図る。
図3に、PCU5及びモータジェネレータ2、4を水冷する冷却装置の冷却水系統を示す。この冷却水系統は、内燃機関1を水冷する冷却水系統からは独立しており、この冷却水系統を流れる冷却水が内燃機関1に対して流出入することはない。
ラジエータ71において放熱させて低温化した冷却水は、まずPCU5に供給され、PCU5と熱交換してこれを冷却する。PCU5を冷却した後の冷却水は、次にモータジェネレータ2、4及びトランスアクスル6に供給され、これらモータジェネレータ2、4及びトランスアクスル6を冷却する。詳細には、モータジェネレータ2、4及びトランスアクスル6をオイルクーラ72により冷却するものとし、そのオイルクーラ72の冷媒であるオイルと冷却水とが熱交換することにより、間接的にモータジェネレータ2、4及びトランスアクスル6を冷却する。
モータジェネレータ2、4及びトランスアクスル6を冷却した後の冷却水は、密閉型リザーブタンク(リザーバータンク)73に流入する。リザーブタンク73は、冷却水中に混入した空気等の気体を冷却水から分離させて除去する機能を有している。リザーブタンク73は、冷却水系統の中で最も高い位置に配設することが好ましい。
冷却水ポンプ74は、リザーブタンク73から流下する冷却水を吸込んで吐出し、ラジエータ71に向けて圧送する電動式のものである。PCU5、モータジェネレータ2、4及びトランスアクスル6の冷却に供されて昇温した冷却水は、ラジエータ71に帰還し、ラジエータ71において外気と熱交換して冷却された上、再度PCU5に向けて送り出される。ラジエータ71には、ラジエータ71に対して送風しこれを強制的に空冷する電動のファン77が付随している。冷却水ポンプ74を駆動する電動機、及びラジエータファン77を駆動する電動機はそれぞれ、補機バッテリから必要な電力の供給を受ける。
本冷却装置の主目的は、PCU5の温度をその許容上限TC以下、例えば65℃以下に抑制することである。ECU0は、PCU5に供給する冷却水の温度として、ラジエータ71から流出しPCU5に向かう冷却水の温度、PCU5に流入する冷却水の温度、またはPCU5自体の温度を、温度センサ(サーミスタ)75を介して計測している。その温度が許容上限TCを超越すると、PCU5を保護する機能が働き、PCU5からモータジェネレータ2、4に入力する電力(または、モータジェネレータ2、4に対する印加電流若しくは印加電圧)の大きさを制限する。さすれば、モータジェネレータ2、4の出力が低減し、その帰結として車両の動力性能、即ち車速や加速度が低下することになる。
ECU0は、通常、温度センサ75が検出する冷却水の温度がある稼働条件TB未満、例えば60℃未満であれば、ラジエータファン77を停止させている。その上で、温度センサ75が検出する冷却水温が稼働条件TB以上に上昇したときに、ラジエータファン77を駆動する電動機に通電してこれを起動し、ラジエータファン77を回転させてラジエータ71を強制的に空冷し、以て冷却水の温度降下を図る。稼働条件TBは、PCU5の温度の許容上限TCよりも低い。
なお、温度センサ75が検出する冷却水温が稼働条件TB未満であってもラジエータファン77を起動し、その吐出する風量を比較的少なくしておき、冷却水温が稼働条件TB以上に上昇したときに、ラジエータファン77が吐出する風量をより増大させるように制御することも考えられる。
また、ECU0は、原則として、温度センサ75が検出する冷却水の温度が高くなるほど、冷却水ポンプ74が吸込み吐出する冷却水の流量を増加させるように制御する。ポンプ74による冷却水の吐出流量が増加することは、冷却水系統を循環する冷却水の流量が増加することを意味する。冷却水の流量が増加するほど、ラジエータ71において冷却水から放熱される単位時間当たりの熱量が増加し、冷却水及びPCU5の温度が降下する。加えて、オイルクーラ6の冷媒のオイルが冷却され、モータジェネレータ2、4から奪う熱量が増加するので、モータジェネレータ2、4の温度も降下する。
ECU0は、少なくとも、温度センサ75が検出する冷却水温が稼働条件TB未満であるときと、稼働条件TB以上であるときとで、冷却水ポンプ74による冷却水の吐出流量を変更する。例えば、冷却水温が稼働条件TB以上に上昇したならば、ポンプ74の吐出流量を最大化するべく、ポンプ74を駆動する電動機に印加する電流の(PWM(Pulse Width Modulation)制御における)DUTY比を100%ないし100%に近づけ、冷却水温が稼働条件温度未満に低下したならば、ポンプ74の吐出流量を最大量から減少させるべく、ポンプ74を駆動する電動機に印加する電流のDUTY比を100%よりも小さくする、例えば65%まで引き下げる。
余談ながら、温度センサ75が検出する冷却水の温度が稼働条件TB、TAよりも低い所定温度TS、例えば52℃未満に低下したときには、ポンプ74の吐出流量をより一層減少させるべく、ポンプ74を駆動する電動機に印加する電流のDUTY比を上記の65%よりも小さくし、例えば45%まで引き下げる。温度センサ75が検出する冷却水の温度がさらに低い所定温度、例えば40℃未満に低下したときには、ポンプ74を駆動する電動機に印加する電流のDUTY比を0%として、ポンプ74を停止させても構わない。
以上により、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度を、殆どの場合で許容上限TC以下に抑制することができる。
しかしながら、稀ではあるものの、車両が高出力運転されて走行した後に停車し、かつその停車中に内燃機関1をファイアリングして蓄電装置3を充電するようなホットソークの状況下では、図4に一点鎖線で表しているように、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が許容上限TCを超えてオーバシュートする可能性が生じる。ホットソーク中は、ラジエータ71に走行風が流れなくなり、ラジエータファン77による送風がない限り放熱性能が失われるにもかかわらず、モータジェネレータ2、4やPCU5が高出力運転によって蓄積された熱を放ち続けるからである。
ホットソーク時にもラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度を許容上限TC以下に抑制するために、本実施形態のECU0は、図5に示すように、ホットソークにより冷却水温が許容条件TCを超えて上昇する懸念がある特定の状況下に限り(ステップS1)、上述したラジエータファン77及び冷却水ポンプ74の制御の条件となる稼働条件温度TBを、より低位の温度TA、例えば57℃に変更する(ステップS2)。
つまり、ホットソーク時以外では、稼働条件温度を平常の値TB(60℃)に設定し(ステップS3)、温度センサ75が検出する冷却水温がその稼働条件温度TBを超えたときに(ステップS4)ラジエータファン77を起動するかその吐出風量をより増大させ(ステップS5)、また冷却水ポンプ74の吐出流量をより増大させる(ステップS6)。冷却水温が稼働条件TB未満であれば、ラジエータファン77を停止するかその吐出風量をより減少させ(ステップS7)、かつ冷却水ポンプ74の吐出流量をより減少させる(ステップS8)。
対して、ホットソーク時は、稼働条件温度を平常よりも低位値TA(57℃)に設定し(ステップS2)、温度センサ75が検出する冷却水温がその稼働条件温度TAを超えたときに(ステップS4)ラジエータファン77を起動するかその吐出風量をより増大させ(ステップS5)、また冷却水ポンプ74の吐出流量をより増大させる(ステップS6)。これにより、図4に実線で表しているように、ホットソーク中にラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が許容上限TCを超えてオーバシュートすることを確実に抑止できる。
ホットソーク時であっても、温度センサ75が検出する冷却水温が稼働条件温度TA未満であるならば、ラジエータファン77を停止するかその吐出風量をより減少させ(ステップS7)、かつ冷却水ポンプ74の吐出流量をより減少させる(ステップS8)ことは言うまでもない。
ステップS1にて、ECU0は、PCU5及びモータジェネレータ2、4の発熱量と、内燃機関1の運転状態とのうち少なくとも一方に基づき、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が許容上限TCを超越する可能性があるか否かを判断する。PCU5及びモータジェネレータ2、4の発熱量は、現在時点以前のモータジェネレータ2、4の出力若しくはトルク、またはそれらの積算(時間積分)等を基に推算できる。モータジェネレータ2、4の出力若しくはトルクが大きいほど、発熱量が大きくなる。内燃機関1の発熱量もまた、現在時点以前の内燃機関1の出力若しくはトルク(エンジン負荷率)、またはそれらの積算等を基に推算できる。内燃機関1の出力若しくはトルクが大きいほど、発熱量が大きくなる。
無論、PCU5及びモータジェネレータ2、4の発熱量を、その前後に温度センサを設置する等して計測することも可能である。が、温度センサの設置等によるコストがかかるため、発熱量を上記の手法を以て推算することが好ましいと思われる。
ステップS1では、例えば、
・現在車速が0で停車中、若しくは車速が0に近い所定値以下の低速走行中であり、
・なおかつ、PCU5及びモータジェネレータ2、4のこれまでの発熱量が閾値よりも大きく、及び/または、内燃機関1の発熱量がこれまでの閾値よりも大きい
場合に、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が許容上限TCを超越する可能性があると判断し、ステップS2に遷移する、即ち稼働条件温度をより低位の値TAに設定する。さもなくば、ステップS3に遷移する、即ち稼働条件温度をより高位の値TBに設定する。
・現在車速が0で停車中、若しくは車速が0に近い所定値以下の低速走行中であり、
・なおかつ、PCU5及びモータジェネレータ2、4のこれまでの発熱量が閾値よりも大きく、及び/または、内燃機関1の発熱量がこれまでの閾値よりも大きい
場合に、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が許容上限TCを超越する可能性があると判断し、ステップS2に遷移する、即ち稼働条件温度をより低位の値TAに設定する。さもなくば、ステップS3に遷移する、即ち稼働条件温度をより高位の値TBに設定する。
さらに、ステップS1が真となりステップS2に遷移する条件として、
・車両の停車中若しくは低速走行中に、内燃機関1により発電用モータジェネレータ2を駆動して発電している
ことを追加してもよい。
・車両の停車中若しくは低速走行中に、内燃機関1により発電用モータジェネレータ2を駆動して発電している
ことを追加してもよい。
本発明では、動力源として内燃機関1及び電動機2、4が搭載されたハイブリッド車両に係わり、ラジエータ71において放熱させた冷却水をインバータ21、41を含むPCU5に供給し、PCU5を冷却した後の冷却水を電動機2、4に供給し、電動機2、4を冷却した後の冷却水をラジエータ71に向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が稼働条件温度TA、TB以上に上昇した場合、そうでない場合と比較して、ラジエータ71に付随しこれを強制空冷するファン77の吐出風量をより増大させる(冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合に、それまで停止していたファン77を起動することを含む)こととし、前記稼働条件温度TA、TBを、PCU5及び電動機2、4の発熱量と内燃機関の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置を構成した。
並びに、本発明では、動力源として内燃機関1及び電動機2、4が搭載されたハイブリッド車両に係わり、ラジエータ71において放熱させた冷却水をインバータ21、41を含むPCU5に供給し、PCU5を冷却した後の冷却水を電動機2、4に供給し、電動機2、4を冷却した後の冷却水をラジエータ71に向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、ラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度が稼働条件温度TA、TB以上に上昇した場合、そうでない場合と比較して、冷却水を吸込み吐出する冷却水ポンプ74の吐出流量をより増大させることとし、前記稼働条件温度TA、TBを、PCU5及び電動機2、4の発熱量と内燃機関1の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置0を構成した。
本実施形態によれば、ホットソークに代表される特定の状況下において、稼働条件温度をより低位の値TAに変更し、ラジエータファン77や冷却水ポンプ74を積極的に稼働させて、にラジエータ71からPCU5に供給する冷却水の温度を確実に許容上限THC以下に抑えることができる。ラジエータ71を徒に大形化せずとも、PCU5の保護機能が働く可能性が減少するため、車両の動力性能を高く維持することが可能となる。
ホットソークのような状況以外では、稼働条件温度をより高位の値TBに変更して、ラジエータファン77の起動機会や冷却水ポンプ74の吐出流量を減少させる。従って、ラジエータファン77や冷却水ポンプ74が不必要に電力を消費することが回避され、車両のエネルギ効率、実用燃費性能を徒に低下させずに済む。
ラジエータファン77が頻繁に起動されることに伴う車両のNV性能の悪化や、ラジエータファン77を駆動する電動機のブラシの摩耗も抑制できる。また、特に、車両の停車中若しくは低速走行中に内燃機関1をファイアリングし発電を実行していることを必要条件として、稼働条件温度をより低位の値TAに変更するようにすれば、内燃機関1のファイアリング運転中にラジエータファン77を稼働し、内燃機関1の運転停止中はラジエータファン77を極力稼働しないように制御することができる。ラジエータファン77を駆動する電動機が発する騒音を、ファイアリング運転している内燃機関1が発する騒音によってマスクできるので、運転者を含む車両の搭乗者にラジエータファン77の稼働に起因する不快感を与えにくくなる。
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、本発明の適用対象は、シリーズ方式のハイブリッド車両には限定されない。他の方式のハイブリッド車両や電気自動車等に本発明を適用することも、当然に可能である。
その他、各部の具体的な構成や処理の内容等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
0…制御装置(ECU)
1…内燃機関
2…発電機、モータリング用電動機(発電用モータジェネレータ)
21…インバータ
3…蓄電装置
31…昇降圧コンバータ
4…走行用電動機(走行用モータジェネレータ)
41…インバータ
5…PCU
6…トランスアクスル
71…ラジエータ
74…冷却水ポンプ
75…冷却水の温度を検出するセンサ
77…ラジエータファン
1…内燃機関
2…発電機、モータリング用電動機(発電用モータジェネレータ)
21…インバータ
3…蓄電装置
31…昇降圧コンバータ
4…走行用電動機(走行用モータジェネレータ)
41…インバータ
5…PCU
6…トランスアクスル
71…ラジエータ
74…冷却水ポンプ
75…冷却水の温度を検出するセンサ
77…ラジエータファン
Claims (2)
- 動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両に係わり、
ラジエータにおいて放熱させた冷却水をインバータを含むPCU及び電動機に供給しこれらを冷却した後の冷却水をラジエータに向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、
PCUに供給する冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合、そうでない場合と比較して、ラジエータに付随しこれを強制空冷するファンの吐出風量をより増大させることとし、
前記稼働条件温度を、PCU及び電動機の発熱量と内燃機関の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置。 - 動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両に係わり、
ラジエータにおいて放熱させた冷却水をインバータを含むPCU及び電動機に供給しこれらを冷却した後の冷却水をラジエータに向けて還流させる冷却水系統を制御するものであり、
PCUに供給する冷却水の温度が稼働条件温度以上に上昇した場合、そうでない場合と比較して、冷却水を吸込み吐出する冷却水ポンプの吐出流量をより増大させることとし、
前記稼働条件温度を、PCU及び電動機の発熱量と内燃機関の運転状態とのうち少なくとも一方に基づいて可変とする冷却水系統の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021018246A JP2022121084A (ja) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 冷却水系統の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021018246A JP2022121084A (ja) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 冷却水系統の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022121084A true JP2022121084A (ja) | 2022-08-19 |
Family
ID=82849525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021018246A Pending JP2022121084A (ja) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 冷却水系統の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022121084A (ja) |
-
2021
- 2021-02-08 JP JP2021018246A patent/JP2022121084A/ja active Pending
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