JP3817844B2 - ハイブリッド型電気自動車の冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンにより駆動される発電機を搭載し、この発電機により発電された電力と搭載されたバッテリに蓄えられた電力の少なくとも一方によりモータを駆動し、走行するハイブリッド型電気自動車に関し、特にエンジンの冷却とモータの制御部の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に配慮して排気ガスを排出しない電気自動車が注目されているが、車載するバッテリの性能が未だ十分とはいえず、十分な最高速度や航続距離が得られていない。この問題を補うために、エンジンにより駆動される発電機を車両に搭載し、この発電機により発電された電力と、車載されたバッテリに蓄えられた電力の少なくとも一方によりモータを駆動し、走行するハイブリッド型電気自動車が開発されている。
【０００３】
この種のハイブリッド型電気自動車では、発電用のエンジンを冷却する冷却水温と、モータを制御する制御部を冷却する冷却水温の設定温度が異なり、さらに、エンジンからの発熱量とモータ制御部からの発熱量が異なるため、エンジンを冷却する冷却回路とモータ制御部を冷却する冷却回路を独立に設ける必要があった。
【０００４】
なお、ガソリン車両等において、冷却能力の異なる複数の冷却回路を持つ先行技術として、特開平６ー８１６４８号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、独立した冷却回路を持つハイブリッド型電気自動車では、モータの駆動による走行中は、モータ制御部からの発熱が常時生じるため、モータ制御部を冷却する冷却水の温度は冷却回路によって略一定に保たれる。
【０００６】
しかし、その一方発電用のエンジンは、駆動用のモータの電源となるバッテリの端子電圧が所定値以下になると発電機を駆動し、バッテリの端子電圧が回復すると停止するため、エンジンの稼働は断続的となり、エンジンを冷却する冷却水の温度は車両の運転状態やエンジンの稼働状況に応じて変化する。このエンジンの冷却水温が低いときは、エンジン内の各摺動部の油膜温度も低く、オイルの粘性も大きく、そのためエンジンの摩擦損失が大きくなり、エンジンの発電効率を低下させるという問題がある。
【０００７】
なお、特開平６ー８１６４８号公報の冷却装置は、ラジエータを３分割し、エンジンのウォータポンプの吐出圧と、水冷インタークーラの電動ウォータポンプの吐出圧の差を利用し、エンジンの負荷に応じて駆動される切換弁を用いて、３分割されたラジエータ内の流路を切換え、エンジンの冷却水温と水冷インタークーラの水温を制御するものである。この場合、制御による冷却系の流路の切換えはラジエータ部のみであり、エンジンの停止時にエンジン側の冷却回路を通水することはできない。したがって、エンジンの稼働が断続的なハイブリッド型電気自動車にあって、エンジンの冷却水温が低いときに、エンジンの発電効率を高めることはできない。
【０００８】
この発明は、ハイブリッド型電気自動車において、駆動モータの制御部の発熱をエンジンに付与可能にして、エンジンの始動性を向上すると共に、エンジンの発電効率を向上することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、駆動モータにより走行可能なハイブリッド型電気自動車であって、第１ラジエータが設けられ、エンジンを冷却する第１冷却回路と、前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、前記第２冷却回路内の水温を検出する第２の水温センサと、前記第１冷却回路内及び前記第２冷却回路内の水温が所定値より低いとき、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路を繋ぎ、前記第１ラジエータ及び前記第２ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で冷却水を循環させるバイパス通路と、を備える。
【００１０】
第２の発明は、駆動モータにより走行可能なハイブリッド型電気自動車であって、第１ラジエータが設けられ、エンジンを冷却する第１冷却回路と、前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、前記第２冷却回路内の水温を検出する第２の水温センサと、前記第１冷却回路内の水温が所定値より低く、前記第２冷却回路内の水温が所定値より高いとき、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路を繋ぎ、前記第１ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で前記第２ラジエータを経由して冷却水を循環させるバイパス通路と、を備える。
【００１１】
第３の発明は、第１、第２の発明において、前記ハイブリッド型電気自動車に、前記駆動モータの電源となる充放電可能なバッテリと、前記バッテリに充電する発電機と、前記発電機を駆動するエンジンとを備える。
【００１２】
第４の発明は、車両を駆動する駆動モータと、前記駆動モータの電源となる充放電可能なバッテリと、前記バッテリに充電する発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、を備えるハイブリッド型電気自動車であって、前記エンジンのシリンダヘッド部を冷却する第１ラジエータが設けられた第１冷却回路と、前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、前記第１冷却回路内の水温が所定値より低いとき、前記第１ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で冷却水を循環させる前記エンジンの冷却水路出口側と前記第２ラジエータの冷却水路入口側を繋ぐ第１バイパス通路と、前記エンジンのシリンダブロック部と前記制御部の冷却水路出口側を繋ぐ第２バイパス通路と、を備える。
【００１３】
【発明の効果】
第１の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導き、第１ラジエータ及び第２ラジエータへの流路を遮断することで、第１冷却回路内の冷却水温を上昇させることができる。
【００１４】
第２の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導き、第１ラジエータへの流路を遮断することで、第１冷却回路内の冷却水温を上昇させることができると共に、駆動モータの制御部の水温を適正温度に保つことができる。
【００１５】
第３の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導くことで、第１冷却回路内の水温を上昇させることができる。したがって、エンジン内部の摺動部の油膜温度を上昇させることができ、エンジンの稼働にかかわらず、エンジンの始動性と発電効率を向上させることができる。
【００１６】
第４の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導くことで、第１冷却回路内の水温を上昇させることができる。したがって、摺動部の多いシリンダブロック部の水温を上昇できるので、その摺動部の油膜温度の上昇により摩擦損失を低減でき、エンジンの稼働にかかわらず、エンジンの始動性と発電効率をより向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、第１の実施の形態のハイブリッド型電気自動車の冷却装置を示す。車両の駆動用モータ１０は、例えば３相誘導電動機からなり、図示していない車両の駆動輪を駆動するようになっている。この駆動用モータ１０は、基本的には図示していないバッテリの電力によって駆動されるものであり、バッテリの直流電圧を３相交流電圧に変換する変換器およびその速度制御を行うモータ駆動制御装置からなる制御部（以下、モータ制御部と言う）１１を備えている。
【００２０】
エンジン１２は、例えばガソリンエンジンからなり、発電機１３を駆動するようになっている。発電機１３は、駆動によって基本的にはバッテリに充電するようになっている。
【００２１】
エンジン１２およびモータ制御部１１は、各々を冷却する第１冷却回路１４および第２冷却回路１５を備えている。
【００２２】
エンジンを冷却する第１冷却回路１４は、第１ラジエータ１６と、エンジン１２により駆動されるウォータポンプ１７と、配管系からなる。ウォータポンプ１７の出口部はエンジン１２の冷却水路入口部に設けられる。配管系の途中には、冷却水温が低いときに、エンジン１２を通過した冷却水が第１ラジエータ１６に流れないように第１ラジエータ１６への通路を閉じてバイパス通路１８に導き、冷却水温が設定温度（例えば、８０℃）以上になると、徐々に第１ラジエータ１６への通路を開きバイパス通路１８を閉じて冷却水を第１ラジエータ１６に導く第１サーモスタット１９が設けられる。また、エンジン１２の冷却水路出口部に冷却水温を検出する第１水温センサ２０が設置される。
【００２３】
モータ制御部１１を冷却する第２冷却回路１５は、電動ウォータポンプ２１と、第２ラジエータ２２と、配管系からなる。電動ウォータポンプ２１の出口部はモータ制御部１１の冷却水路入口部に設けられる。モータ制御部１１の冷却水路出口部に冷却水温を検出する第２水温センサ２３が設置される。
【００２４】
そして、第１冷却回路１４には、エンジン１２の冷却水路出口側と、第１ラジエータ１６のバイパス通路１８もしくは該バイパス通路１８を開閉する第１サーモスタット１９との間に、流路の第１切換手段（例えば、三方電磁弁）２４が設けられ、第１切換手段２４から、第２冷却回路１５の電動ウォータポンプ２１の入口部と、第２ラジエータ２２の冷却水路入口側とに、それぞれ分岐路２５，２６を介してつながる第１バイパス通路２７が設けられる。第１切換手段２４により、エンジン１２の冷却水路出口側が、第１サーモスタット１９側と、第１バイパス通路２７とに切換、接続される。第１バイパス通路２７には、分岐路２５，２６上流の冷却水温が低いときに、分岐路２５を開き分岐路２６を閉じ、その冷却水温が設定温度以上になると、次第に分岐路２５を閉じ分岐路２６を開く第２サーモスタット２８が設けられる。
【００２５】
第２冷却回路１５には、モータ制御部１１の冷却水路出口側（前記分岐路２６の接続部よりも上流側）に流路の第２切換手段（例えば、三方電磁弁）２９が設けられ、第２切換手段２９から、第１冷却回路１４のウォータポンプ１７の入口部（ウォータポンプ１７の入口部と第１ラジエータ１６の間であれば良い）につながる第２バイパス通路３０が設けられる。
【００２６】
一方、前記第１水温センサ２０、第２水温センサ２３の検出信号は、エンジン１２の運転状態検出手段の検出信号と共に、冷却回路を制御する制御装置（制御手段）３５に入力される。
【００２７】
この制御装置３５により、第１水温センサ２０、第２水温センサ２３、運転状態検出手段の検出信号に基づき、前記第１切換手段２４、第２切換手段２９の駆動が制御される。
【００２８】
なお、第１ラジエータ１６、第２ラジエータ２２の冷却ファンは、図示されない。
【００２９】
次に、このハイブリッド型電気自動車の冷却装置の作用を説明する。
【００３０】
まず、エンジン１２およびモータ制御部１１の冷却回路の水温について説明する。車両走行時、モータ１０を駆動するため、モータ制御部１１内では、バッテリの直流電圧を３相交流電圧に変換する変換器およびその速度制御を行うモータ駆動制御装置からの発熱により、モータ制御部１１を冷却する第２冷却回路１５内の水温は上昇する。ここで、モータ制御部１５は電子機器であるため、第２冷却回路１５内の水温はある一定温度（例えば、５０〜７０℃）以下に保つ必要がある。
【００３１】
一方、バッテリの端子電圧が設定値以下となり、発電機１３の駆動のためエンジン１２が稼働した場合、エンジン１２からの発熱により、エンジン１２を冷却する第１冷却回路１４内の水温も上昇する。このとき、エンジン１２内の摺動部を滑らかにして、摩擦損失を減少させ、エンジン１２の燃焼効率を上げるには、冷却水温を高め（例えば、１００℃）に保つ必要がある。しかしながら、発電機１３用のエンジン１２は常時稼働ではないため、車両走行中や停止時を含めたエンジン１２の停止時には、第１冷却回路１４内の水温は、走行風や車両停止時のエンジンルーム内雰囲気温度により低下し、エンジン１２の停止が長時間にわたる場合、外気温と略同じとなる。
【００３２】
本冷却装置は、モータ制御部１１の第２冷却回路１５内の水温によって、エンジン１２の第１冷却回路１４内の水温を上昇させるものである。
【００３３】
以下、本冷却装置の制御動作内容を図２のフローチャート、図３〜図５の動作状態図に基づいて説明する。
【００３４】
図２において、ステップ１でハイブリッド型電気自動車の電源スイッチがＯＮとなると、エンジン１２のエンジンスイッチ（運転状態検出手段）のＯＮ−ＯＦＦ状態からエンジン１２の稼働状態と、第１水温センサ２０からの水温Ｔｗと、第２水温センサ２３からの水温Ｔｅとを検出する。
【００３５】
バッテリが十分に充電された状態で、車両走行開始直後、すなわち第１水温センサ２０からの水温Ｔｗがモータ制御部１１の冷却水温の上限温度より低い切換手段設定温度Ｔｅ０（例えば、上限温度より５℃低い温度）より低く、エンジン１２が停止しており、また第２水温センサ２３からの水温Ｔｅが前記切換手段設定温度Ｔｅ０より低い場合、ステップ２，３，４からステップ６へ進み、冷却回路パターン２を形成する。
【００３６】
この冷却回路パターン２では、図３のようにモータ制御部１１の冷却水路出口からの冷却水は、第２切換手段２９により、流路を第２バイパス通路３０へ切換えられ、第２ラジエータ２２への流路は遮断される。エンジン１２の冷却水路出口からの冷却水は、第１切換手段２４により、流路を第１バイパス通路２７へ切換えられ、第１ラジエータ１６および第１サーモスタット１９への流路は遮断される。第１バイパス通路２７に流れ込む冷却水は、切換温度が前記切換手段設定温度Ｔｅ０と同じに設定された第２サーモスタット２８により、分岐路２５を介して電動ウォータポンプ２１の入口側へ導かれる。したがって、モータ制御部１１を冷却した冷却水は、エンジン１２の内部を通過し、ラジエータを経由せず、モータ制御部１１へ循環される。
【００３７】
この結果、モータ制御部１１で温められた冷却水がエンジン１２内部を流れることで、エンジン１２内部を温め、エンジン１２内部温度が一定に保たれることになる。このため、バッテリ端子電圧が設定値より低くなり、エンジン１２が始動する場合、エンジン１２内部の温度が上昇しているため、始動性が良くなり、かつエンジン１２内部の摺動部の油膜温度の上昇に伴うオイルの粘性の低下により、摺動部での摩擦損失が低下することで、エンジン１２の燃焼効率、発電効率が向上する。さらには、図示していない車室暖房用のヒータ配管をエンジン１２本体のみに接続することが可能となり、ヒータへの冷却水温度も早期に上昇させることができ、寒冷地におけるヒータ性能も向上させることができる。
【００３８】
また、車両走行開始直後でバッテリ端子電圧が設定値より低く、エンジン１２が稼働した状態であるが、第１水温センサ２０からの水温Ｔｗが前記切換手段設定温度Ｔｅ０より低く、また第２水温センサ２３からの水温Ｔｅがその水温Ｔｗより高く、かつ前記切換手段設定温度Ｔｅ０より低い場合、ステップ２，３，５からステップ６へ進み、上記と同様の冷却回路パターン２を形成する。
【００３９】
この場合、上記の効果をさらに向上させることに加えて、モータ制御部１１に比べて発熱量の大きいエンジン１２からの発熱量による水温上昇に対しても、第１切換手段２４と第２切換手段２９の流路切換制御を行う十分な時間が確保されるため、切換手段設定温度Ｔｅ０以上の水温となる冷却水の、モータ制御部１１への流入を抑制できる。
【００４０】
次に、バッテリが十分に充電され、エンジン１２が稼働せずに車両が走行している状態で、第１水温センサ２０からの水温Ｔｗが前記切換手段設定温度Ｔｅ０以下で、第２水温センサ２３からの水温Ｔｅが前記切換手段設定温度Ｔｅ０より高くなった場合、ステップ２，３，４からステップ７へ進み、冷却回路パターン３を形成する。
【００４１】
この冷却回路パターン３では、第１切換手段２４と第２切換手段２９の制御は冷却回路パターン２と同じであるが、図４のように第１バイパス通路２５を流れる水温が第２サーモスタット２８の切換温度以上となるため、第１バイパス通路２７の分岐路２６が開かれ、第１バイパス通路２７に流れ込む冷却水は、分岐路２６を介して第２ラジエータ２２の冷却水路入口側へ導かれる。したがって、モータ制御部１１を冷却した冷却水は、エンジン１２の内部を通過し、第２ラジエータ２２を経由して、モータ制御部１１へ循環される。
【００４２】
この場合、冷却回路パターン２と同様に、モータ制御部１１で温められた冷却水がエンジン１２の内部を流れることで、エンジン１２内部を温めることになる。エンジン１２に与える効果は、冷却回路パターン２と同じである。さらに、冷却回路パターン３の場合、モータ制御部１１で受熱した熱量をエンジン１１本体に与えることで、第２ラジエータ２２への負荷を低減する。これにより、第２ラジエータ２２を通過する冷却水温が低下することで、ラジエータ通過風温を低下させ、エンジンルーム内の雰囲気温度を低下させることになる。
【００４３】
次に、バッテリ端子電圧が設定値より低く、エンジン１２が稼働した状態で、第２水温センサ２３の水温Ｔｅが第１水温センサ２０の水温Ｔｗより低いか、前記切換手段設定温度Ｔｅ０より高い場合、ステップ２，３，５からステップ８へ、さらにエンジン１２の稼働の有無にかかわらず、第１水温センサ２０の水温Ｔｗが前記切換手段設定温度Ｔｅ０以上の場合、ステップ２からステップ８へ、それぞれ進み、冷却回路パターン１を形成する。
【００４４】
冷却回路パターン１では、図５のようにモータ制御部１１の冷却水路出口からの冷却水は、第２切換手段２９により、流路を第２ラジエータ２２側へ切換えられ、第２バイパス通路３０への流路は遮断される。エンジン１２の冷却水路出口からの冷却水は、第１切換手段２４により、流路を第１ラジエータ１６側へ切換えられ、第１バイパス通路２７への流路は遮断される。したがって、モータ制御部１１を冷却する冷却回路１５と、エンジン１２を冷却する冷却回路１４は完全に独立される。
【００４５】
この場合、エンジン１２とモータ制御部１１で受熱した熱量は、各々の冷却回路１４，１５に設けられたラジエータ１６，２２で放熱することで、独立した水温に制御されることになり、エンジン１６を冷却する冷却水の、モータ制御部１１を冷却する冷却水への影響、すなわちモータ制御部１１の冷却水温を上昇させる心配はない。
【００４６】
図６は、第２の実施の形態のハイブリッド型電気自動車の冷却装置を示す。この冷却装置は、第２切換手段２９からエンジン１１の第１冷却回路１４への第２バイパス通路と、エンジン１２により駆動されるウォータポンプ１７の設置位置以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。なお、第１の実施の形態と同じ構成の部分には、同符号を付してある。
【００４７】
エンジン１２を冷却する第１冷却回路１４において、第１ラジエータ１６からの流路をエンジン１２のシリンダヘッド部４０に接続すると共に、そのシリンダヘッド部４０の冷却水路入口部にウォータポンプ１７が、シリンダヘッド部４０にウォータポンプ１７の出口部を向けて設けられる。モータ制御部１１からの第２バイパス通路４１はエンジン１２のシリンダブロック部４２に接続される。制御動作は第１の実施の形態と同じである。
【００４８】
この冷却装置では、バッテリ端子電圧が設定値より低く、エンジン１２が稼働した場合に、エンジン１２駆動のウォータポンプ１７からの冷却水をシリンダヘッド部４０のみに流すため、シリンダブロック部４２の冷却水の流れを抑制し、シリンダブロック部４２からの受熱量は、冷却水の自然対流によりシリンダヘッド部４０側へ伝わることで、シリンダブロック部４２の水温を上昇させる。これによって、シリンダブロック部４２の摺動部の油膜温度が上昇し、摩擦損失が低減され、エンジン１２の燃焼効率、発電効率が向上する。
【００４９】
また、第２切換手段２９により、第２冷却回路１５の流路が第２バイパス通路４１に切換えられ、モータ制御部１１を冷却する冷却水がエンジン１２のシリンダブロック部４２に流れ込む場合、第１の実施の形態に対して、ウォータポンプ１７を経由しないため、ウォータポンプ１７による抵抗がなくなり、冷却水の流速低下が抑制される。さらに、モータ制御部１１からの冷却水は、シリンダブロック部４２に流入するため、冷却水によるエンジン１２の温度上昇は摺動部の多いシリンダブロック部４２となり、これによってシリンダブロック部４２の摺動部の油膜温度が上昇し、摩擦損失が低減され、第１の実施の形態よりエンジン１２の燃焼効率、発電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】制御動作内容を示すフローチャートである。
【図３】動作状態図である。
【図４】動作状態図である。
【図５】動作状態図である。
【図６】第２の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 駆動用モータ
１１ モータ制御部
１２ エンジン
１３ 発電機
１４ 第１冷却回路
１５ 第２冷却回路
１６ 第１ラジエータ
１７ ウォータポンプ
１８ バイパス通路
１９ 第１サーモスタット
２０ 第１水温センサ
２１ 電動ウォータポンプ
２２ 第２ラジエータ
２３ 第２水温センサ
２４ 第１切換手段
２５，２６ 分岐路
２７ 第１バイパス通路
２８ 第２サーモスタット
２９ 第２切換手段
３０ 第２バイパス通路
３５ 制御装置
４０ シリンダヘッド部
４１ 第２バイパス通路
４２ シリンダブロック部
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンにより駆動される発電機を搭載し、この発電機により発電された電力と搭載されたバッテリに蓄えられた電力の少なくとも一方によりモータを駆動し、走行するハイブリッド型電気自動車に関し、特にエンジンの冷却とモータの制御部の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に配慮して排気ガスを排出しない電気自動車が注目されているが、車載するバッテリの性能が未だ十分とはいえず、十分な最高速度や航続距離が得られていない。この問題を補うために、エンジンにより駆動される発電機を車両に搭載し、この発電機により発電された電力と、車載されたバッテリに蓄えられた電力の少なくとも一方によりモータを駆動し、走行するハイブリッド型電気自動車が開発されている。
【０００３】
この種のハイブリッド型電気自動車では、発電用のエンジンを冷却する冷却水温と、モータを制御する制御部を冷却する冷却水温の設定温度が異なり、さらに、エンジンからの発熱量とモータ制御部からの発熱量が異なるため、エンジンを冷却する冷却回路とモータ制御部を冷却する冷却回路を独立に設ける必要があった。
【０００４】
なお、ガソリン車両等において、冷却能力の異なる複数の冷却回路を持つ先行技術として、特開平６ー８１６４８号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、独立した冷却回路を持つハイブリッド型電気自動車では、モータの駆動による走行中は、モータ制御部からの発熱が常時生じるため、モータ制御部を冷却する冷却水の温度は冷却回路によって略一定に保たれる。
【０００６】
しかし、その一方発電用のエンジンは、駆動用のモータの電源となるバッテリの端子電圧が所定値以下になると発電機を駆動し、バッテリの端子電圧が回復すると停止するため、エンジンの稼働は断続的となり、エンジンを冷却する冷却水の温度は車両の運転状態やエンジンの稼働状況に応じて変化する。このエンジンの冷却水温が低いときは、エンジン内の各摺動部の油膜温度も低く、オイルの粘性も大きく、そのためエンジンの摩擦損失が大きくなり、エンジンの発電効率を低下させるという問題がある。
【０００７】
なお、特開平６ー８１６４８号公報の冷却装置は、ラジエータを３分割し、エンジンのウォータポンプの吐出圧と、水冷インタークーラの電動ウォータポンプの吐出圧の差を利用し、エンジンの負荷に応じて駆動される切換弁を用いて、３分割されたラジエータ内の流路を切換え、エンジンの冷却水温と水冷インタークーラの水温を制御するものである。この場合、制御による冷却系の流路の切換えはラジエータ部のみであり、エンジンの停止時にエンジン側の冷却回路を通水することはできない。したがって、エンジンの稼働が断続的なハイブリッド型電気自動車にあって、エンジンの冷却水温が低いときに、エンジンの発電効率を高めることはできない。
【０００８】
この発明は、ハイブリッド型電気自動車において、駆動モータの制御部の発熱をエンジンに付与可能にして、エンジンの始動性を向上すると共に、エンジンの発電効率を向上することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、駆動モータにより走行可能なハイブリッド型電気自動車であって、第１ラジエータが設けられ、エンジンを冷却する第１冷却回路と、前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、前記第２冷却回路内の水温を検出する第２の水温センサと、前記第１冷却回路内及び前記第２冷却回路内の水温が所定値より低いとき、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路を繋ぎ、前記第１ラジエータ及び前記第２ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で冷却水を循環させるバイパス通路と、を備える。
【００１０】
第２の発明は、駆動モータにより走行可能なハイブリッド型電気自動車であって、第１ラジエータが設けられ、エンジンを冷却する第１冷却回路と、前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、前記第２冷却回路内の水温を検出する第２の水温センサと、前記第１冷却回路内の水温が所定値より低く、前記第２冷却回路内の水温が所定値より高いとき、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路を繋ぎ、前記第１ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で前記第２ラジエータを経由して冷却水を循環させるバイパス通路と、を備える。
【００１１】
第３の発明は、第１、第２の発明において、前記ハイブリッド型電気自動車に、前記駆動モータの電源となる充放電可能なバッテリと、前記バッテリに充電する発電機と、前記発電機を駆動するエンジンとを備える。
【００１２】
第４の発明は、車両を駆動する駆動モータと、前記駆動モータの電源となる充放電可能なバッテリと、前記バッテリに充電する発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、を備えるハイブリッド型電気自動車であって、前記エンジンのシリンダヘッド部を冷却する第１ラジエータが設けられた第１冷却回路と、前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、前記第１冷却回路内の水温が所定値より低いとき、前記第１ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で冷却水を循環させる前記エンジンの冷却水路出口側と前記第２ラジエータの冷却水路入口側を繋ぐ第１バイパス通路と、前記エンジンのシリンダブロック部と前記制御部の冷却水路出口側を繋ぐ第２バイパス通路と、を備える。
【００１３】
【発明の効果】
第１の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導き、第１ラジエータ及び第２ラジエータへの流路を遮断することで、第１冷却回路内の冷却水温を上昇させることができる。
【００１４】
第２の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導き、第１ラジエータへの流路を遮断することで、第１冷却回路内の冷却水温を上昇させることができると共に、駆動モータの制御部の水温を適正温度に保つことができる。
【００１５】
第３の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導くことで、第１冷却回路内の水温を上昇させることができる。したがって、エンジン内部の摺動部の油膜温度を上昇させることができ、エンジンの稼働にかかわらず、エンジンの始動性と発電効率を向上させることができる。
【００１６】
第４の発明では、駆動モータの制御部の第２冷却回路内を流れる冷却水を、バイパス通路によりエンジンの第１冷却回路内に導くことで、第１冷却回路内の水温を上昇させることができる。したがって、摺動部の多いシリンダブロック部の水温を上昇できるので、その摺動部の油膜温度の上昇により摩擦損失を低減でき、エンジンの稼働にかかわらず、エンジンの始動性と発電効率をより向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、第１の実施の形態のハイブリッド型電気自動車の冷却装置を示す。車両の駆動用モータ１０は、例えば３相誘導電動機からなり、図示していない車両の駆動輪を駆動するようになっている。この駆動用モータ１０は、基本的には図示していないバッテリの電力によって駆動されるものであり、バッテリの直流電圧を３相交流電圧に変換する変換器およびその速度制御を行うモータ駆動制御装置からなる制御部（以下、モータ制御部と言う）１１を備えている。
【００２０】
エンジン１２は、例えばガソリンエンジンからなり、発電機１３を駆動するようになっている。発電機１３は、駆動によって基本的にはバッテリに充電するようになっている。
【００２１】
エンジン１２およびモータ制御部１１は、各々を冷却する第１冷却回路１４および第２冷却回路１５を備えている。
【００２２】
エンジンを冷却する第１冷却回路１４は、第１ラジエータ１６と、エンジン１２により駆動されるウォータポンプ１７と、配管系からなる。ウォータポンプ１７の出口部はエンジン１２の冷却水路入口部に設けられる。配管系の途中には、冷却水温が低いときに、エンジン１２を通過した冷却水が第１ラジエータ１６に流れないように第１ラジエータ１６への通路を閉じてバイパス通路１８に導き、冷却水温が設定温度（例えば、８０℃）以上になると、徐々に第１ラジエータ１６への通路を開きバイパス通路１８を閉じて冷却水を第１ラジエータ１６に導く第１サーモスタット１９が設けられる。また、エンジン１２の冷却水路出口部に冷却水温を検出する第１水温センサ２０が設置される。
【００２３】
モータ制御部１１を冷却する第２冷却回路１５は、電動ウォータポンプ２１と、第２ラジエータ２２と、配管系からなる。電動ウォータポンプ２１の出口部はモータ制御部１１の冷却水路入口部に設けられる。モータ制御部１１の冷却水路出口部に冷却水温を検出する第２水温センサ２３が設置される。
【００２４】
そして、第１冷却回路１４には、エンジン１２の冷却水路出口側と、第１ラジエータ１６のバイパス通路１８もしくは該バイパス通路１８を開閉する第１サーモスタット１９との間に、流路の第１切換手段（例えば、三方電磁弁）２４が設けられ、第１切換手段２４から、第２冷却回路１５の電動ウォータポンプ２１の入口部と、第２ラジエータ２２の冷却水路入口側とに、それぞれ分岐路２５，２６を介してつながる第１バイパス通路２７が設けられる。第１切換手段２４により、エンジン１２の冷却水路出口側が、第１サーモスタット１９側と、第１バイパス通路２７とに切換、接続される。第１バイパス通路２７には、分岐路２５，２６上流の冷却水温が低いときに、分岐路２５を開き分岐路２６を閉じ、その冷却水温が設定温度以上になると、次第に分岐路２５を閉じ分岐路２６を開く第２サーモスタット２８が設けられる。
【００２５】
第２冷却回路１５には、モータ制御部１１の冷却水路出口側（前記分岐路２６の接続部よりも上流側）に流路の第２切換手段（例えば、三方電磁弁）２９が設けられ、第２切換手段２９から、第１冷却回路１４のウォータポンプ１７の入口部（ウォータポンプ１７の入口部と第１ラジエータ１６の間であれば良い）につながる第２バイパス通路３０が設けられる。
【００２６】
一方、前記第１水温センサ２０、第２水温センサ２３の検出信号は、エンジン１２の運転状態検出手段の検出信号と共に、冷却回路を制御する制御装置（制御手段）３５に入力される。
【００２７】
この制御装置３５により、第１水温センサ２０、第２水温センサ２３、運転状態検出手段の検出信号に基づき、前記第１切換手段２４、第２切換手段２９の駆動が制御される。
【００２８】
なお、第１ラジエータ１６、第２ラジエータ２２の冷却ファンは、図示されない。
【００２９】
次に、このハイブリッド型電気自動車の冷却装置の作用を説明する。
【００３０】
まず、エンジン１２およびモータ制御部１１の冷却回路の水温について説明する。車両走行時、モータ１０を駆動するため、モータ制御部１１内では、バッテリの直流電圧を３相交流電圧に変換する変換器およびその速度制御を行うモータ駆動制御装置からの発熱により、モータ制御部１１を冷却する第２冷却回路１５内の水温は上昇する。ここで、モータ制御部１５は電子機器であるため、第２冷却回路１５内の水温はある一定温度（例えば、５０〜７０℃）以下に保つ必要がある。
【００３１】
一方、バッテリの端子電圧が設定値以下となり、発電機１３の駆動のためエンジン１２が稼働した場合、エンジン１２からの発熱により、エンジン１２を冷却する第１冷却回路１４内の水温も上昇する。このとき、エンジン１２内の摺動部を滑らかにして、摩擦損失を減少させ、エンジン１２の燃焼効率を上げるには、冷却水温を高め（例えば、１００℃）に保つ必要がある。しかしながら、発電機１３用のエンジン１２は常時稼働ではないため、車両走行中や停止時を含めたエンジン１２の停止時には、第１冷却回路１４内の水温は、走行風や車両停止時のエンジンルーム内雰囲気温度により低下し、エンジン１２の停止が長時間にわたる場合、外気温と略同じとなる。
【００３２】
本冷却装置は、モータ制御部１１の第２冷却回路１５内の水温によって、エンジン１２の第１冷却回路１４内の水温を上昇させるものである。
【００３３】
以下、本冷却装置の制御動作内容を図２のフローチャート、図３〜図５の動作状態図に基づいて説明する。
【００３４】
図２において、ステップ１でハイブリッド型電気自動車の電源スイッチがＯＮとなると、エンジン１２のエンジンスイッチ（運転状態検出手段）のＯＮ−ＯＦＦ状態からエンジン１２の稼働状態と、第１水温センサ２０からの水温Ｔｗと、第２水温センサ２３からの水温Ｔｅとを検出する。
【００３５】
バッテリが十分に充電された状態で、車両走行開始直後、すなわち第１水温センサ２０からの水温Ｔｗがモータ制御部１１の冷却水温の上限温度より低い切換手段設定温度Ｔｅ０（例えば、上限温度より５℃低い温度）より低く、エンジン１２が停止しており、また第２水温センサ２３からの水温Ｔｅが前記切換手段設定温度Ｔｅ０より低い場合、ステップ２，３，４からステップ６へ進み、冷却回路パターン２を形成する。
【００３６】
この冷却回路パターン２では、図３のようにモータ制御部１１の冷却水路出口からの冷却水は、第２切換手段２９により、流路を第２バイパス通路３０へ切換えられ、第２ラジエータ２２への流路は遮断される。エンジン１２の冷却水路出口からの冷却水は、第１切換手段２４により、流路を第１バイパス通路２７へ切換えられ、第１ラジエータ１６および第１サーモスタット１９への流路は遮断される。第１バイパス通路２７に流れ込む冷却水は、切換温度が前記切換手段設定温度Ｔｅ０と同じに設定された第２サーモスタット２８により、分岐路２５を介して電動ウォータポンプ２１の入口側へ導かれる。したがって、モータ制御部１１を冷却した冷却水は、エンジン１２の内部を通過し、ラジエータを経由せず、モータ制御部１１へ循環される。
【００３７】
この結果、モータ制御部１１で温められた冷却水がエンジン１２内部を流れることで、エンジン１２内部を温め、エンジン１２内部温度が一定に保たれることになる。このため、バッテリ端子電圧が設定値より低くなり、エンジン１２が始動する場合、エンジン１２内部の温度が上昇しているため、始動性が良くなり、かつエンジン１２内部の摺動部の油膜温度の上昇に伴うオイルの粘性の低下により、摺動部での摩擦損失が低下することで、エンジン１２の燃焼効率、発電効率が向上する。さらには、図示していない車室暖房用のヒータ配管をエンジン１２本体のみに接続することが可能となり、ヒータへの冷却水温度も早期に上昇させることができ、寒冷地におけるヒータ性能も向上させることができる。
【００３８】
また、車両走行開始直後でバッテリ端子電圧が設定値より低く、エンジン１２が稼働した状態であるが、第１水温センサ２０からの水温Ｔｗが前記切換手段設定温度Ｔｅ０より低く、また第２水温センサ２３からの水温Ｔｅがその水温Ｔｗより高く、かつ前記切換手段設定温度Ｔｅ０より低い場合、ステップ２，３，５からステップ６へ進み、上記と同様の冷却回路パターン２を形成する。
【００３９】
この場合、上記の効果をさらに向上させることに加えて、モータ制御部１１に比べて発熱量の大きいエンジン１２からの発熱量による水温上昇に対しても、第１切換手段２４と第２切換手段２９の流路切換制御を行う十分な時間が確保されるため、切換手段設定温度Ｔｅ０以上の水温となる冷却水の、モータ制御部１１への流入を抑制できる。
【００４０】
次に、バッテリが十分に充電され、エンジン１２が稼働せずに車両が走行している状態で、第１水温センサ２０からの水温Ｔｗが前記切換手段設定温度Ｔｅ０以下で、第２水温センサ２３からの水温Ｔｅが前記切換手段設定温度Ｔｅ０より高くなった場合、ステップ２，３，４からステップ７へ進み、冷却回路パターン３を形成する。
【００４１】
この冷却回路パターン３では、第１切換手段２４と第２切換手段２９の制御は冷却回路パターン２と同じであるが、図４のように第１バイパス通路２５を流れる水温が第２サーモスタット２８の切換温度以上となるため、第１バイパス通路２７の分岐路２６が開かれ、第１バイパス通路２７に流れ込む冷却水は、分岐路２６を介して第２ラジエータ２２の冷却水路入口側へ導かれる。したがって、モータ制御部１１を冷却した冷却水は、エンジン１２の内部を通過し、第２ラジエータ２２を経由して、モータ制御部１１へ循環される。
【００４２】
この場合、冷却回路パターン２と同様に、モータ制御部１１で温められた冷却水がエンジン１２の内部を流れることで、エンジン１２内部を温めることになる。エンジン１２に与える効果は、冷却回路パターン２と同じである。さらに、冷却回路パターン３の場合、モータ制御部１１で受熱した熱量をエンジン１１本体に与えることで、第２ラジエータ２２への負荷を低減する。これにより、第２ラジエータ２２を通過する冷却水温が低下することで、ラジエータ通過風温を低下させ、エンジンルーム内の雰囲気温度を低下させることになる。
【００４３】
次に、バッテリ端子電圧が設定値より低く、エンジン１２が稼働した状態で、第２水温センサ２３の水温Ｔｅが第１水温センサ２０の水温Ｔｗより低いか、前記切換手段設定温度Ｔｅ０より高い場合、ステップ２，３，５からステップ８へ、さらにエンジン１２の稼働の有無にかかわらず、第１水温センサ２０の水温Ｔｗが前記切換手段設定温度Ｔｅ０以上の場合、ステップ２からステップ８へ、それぞれ進み、冷却回路パターン１を形成する。
【００４４】
冷却回路パターン１では、図５のようにモータ制御部１１の冷却水路出口からの冷却水は、第２切換手段２９により、流路を第２ラジエータ２２側へ切換えられ、第２バイパス通路３０への流路は遮断される。エンジン１２の冷却水路出口からの冷却水は、第１切換手段２４により、流路を第１ラジエータ１６側へ切換えられ、第１バイパス通路２７への流路は遮断される。したがって、モータ制御部１１を冷却する冷却回路１５と、エンジン１２を冷却する冷却回路１４は完全に独立される。
【００４５】
この場合、エンジン１２とモータ制御部１１で受熱した熱量は、各々の冷却回路１４，１５に設けられたラジエータ１６，２２で放熱することで、独立した水温に制御されることになり、エンジン１６を冷却する冷却水の、モータ制御部１１を冷却する冷却水への影響、すなわちモータ制御部１１の冷却水温を上昇させる心配はない。
【００４６】
図６は、第２の実施の形態のハイブリッド型電気自動車の冷却装置を示す。この冷却装置は、第２切換手段２９からエンジン１１の第１冷却回路１４への第２バイパス通路と、エンジン１２により駆動されるウォータポンプ１７の設置位置以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。なお、第１の実施の形態と同じ構成の部分には、同符号を付してある。
【００４７】
エンジン１２を冷却する第１冷却回路１４において、第１ラジエータ１６からの流路をエンジン１２のシリンダヘッド部４０に接続すると共に、そのシリンダヘッド部４０の冷却水路入口部にウォータポンプ１７が、シリンダヘッド部４０にウォータポンプ１７の出口部を向けて設けられる。モータ制御部１１からの第２バイパス通路４１はエンジン１２のシリンダブロック部４２に接続される。制御動作は第１の実施の形態と同じである。
【００４８】
この冷却装置では、バッテリ端子電圧が設定値より低く、エンジン１２が稼働した場合に、エンジン１２駆動のウォータポンプ１７からの冷却水をシリンダヘッド部４０のみに流すため、シリンダブロック部４２の冷却水の流れを抑制し、シリンダブロック部４２からの受熱量は、冷却水の自然対流によりシリンダヘッド部４０側へ伝わることで、シリンダブロック部４２の水温を上昇させる。これによって、シリンダブロック部４２の摺動部の油膜温度が上昇し、摩擦損失が低減され、エンジン１２の燃焼効率、発電効率が向上する。
【００４９】
また、第２切換手段２９により、第２冷却回路１５の流路が第２バイパス通路４１に切換えられ、モータ制御部１１を冷却する冷却水がエンジン１２のシリンダブロック部４２に流れ込む場合、第１の実施の形態に対して、ウォータポンプ１７を経由しないため、ウォータポンプ１７による抵抗がなくなり、冷却水の流速低下が抑制される。さらに、モータ制御部１１からの冷却水は、シリンダブロック部４２に流入するため、冷却水によるエンジン１２の温度上昇は摺動部の多いシリンダブロック部４２となり、これによってシリンダブロック部４２の摺動部の油膜温度が上昇し、摩擦損失が低減され、第１の実施の形態よりエンジン１２の燃焼効率、発電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】制御動作内容を示すフローチャートである。
【図３】動作状態図である。
【図４】動作状態図である。
【図５】動作状態図である。
【図６】第２の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 駆動用モータ
１１ モータ制御部
１２ エンジン
１３ 発電機
１４ 第１冷却回路
１５ 第２冷却回路
１６ 第１ラジエータ
１７ ウォータポンプ
１８ バイパス通路
１９ 第１サーモスタット
２０ 第１水温センサ
２１ 電動ウォータポンプ
２２ 第２ラジエータ
２３ 第２水温センサ
２４ 第１切換手段
２５，２６ 分岐路
２７ 第１バイパス通路
２８ 第２サーモスタット
２９ 第２切換手段
３０ 第２バイパス通路
３５ 制御装置
４０ シリンダヘッド部
４１ 第２バイパス通路
４２ シリンダブロック部
Claims (4)
- 駆動モータにより走行可能なハイブリッド型電気自動車であって、
第１ラジエータが設けられ、エンジンを冷却する第１冷却回路と、
前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、
前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、
前記第２冷却回路内の水温を検出する第２の水温センサと、
前記第１冷却回路内及び前記第２冷却回路内の水温が所定値より低いとき、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路を繋ぎ、前記第１ラジエータ及び前記第２ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で冷却水を循環させるバイパス通路と、
を備えることを特徴とするハイブリッド型電気自動車の冷却装置。 - 駆動モータにより走行可能なハイブリッド型電気自動車であって、
第１ラジエータが設けられ、エンジンを冷却する第１冷却回路と、
前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、
前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、
前記第２冷却回路内の水温を検出する第２の水温センサと、
前記第１冷却回路内の水温が所定値より低く、前記第２冷却回路内の水温が所定値より高いとき、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路を繋ぎ、前記第１ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で前記第２ラジエータを経由して冷却水を循環させるバイパス通路と、
を備えることを特徴とするハイブリッド型電気自動車の冷却装置。 - 前記ハイブリッド型電気自動車に、
前記駆動モータの電源となる充放電可能なバッテリと、
前記バッテリに充電する発電機と、
前記発電機を駆動するエンジンと、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型電気自動車の冷却装置。 - 車両を駆動する駆動モータと、
前記駆動モータの電源となる充放電可能なバッテリと、
前記バッテリに充電する発電機と、
前記発電機を駆動するエンジンと、
を備えるハイブリッド型電気自動車であって、
前記エンジンのシリンダヘッド部を冷却する第１ラジエータが設けられた第１冷却回路と、
前記駆動モータを制御する制御部を冷却する第２ラジエータが設けられた第２冷却回路と、
前記第１冷却回路内の水温を検出する第１の水温センサと、
前記第１冷却回路内の水温が所定値より低いとき、
前記第１ラジエータへの流路を遮断し、前記第１冷却回路と前記第２冷却回路で冷却水を循環させる
前記エンジンの冷却水路出口側と前記第２ラジエータの冷却水路入口側を繋ぐ第１バイパス通路と、
前記エンジンのシリンダブロック部と前記制御部の冷却水路出口側を繋ぐ第２バイパス通路と、
を備えることを特徴とするハイブリッド型電気自動車の冷却装置。
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