JP4753996B2 - ２つの冷却回路を備える車両のドライブトレインの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のパワートレインの制御、特にその冷却回路の制御に関するものである。

ハイブリッドカーには、燃焼機関、１つ又は２つの電気機械、複数のパワー電子部品及び電力供給源を備えるパワートレインが設けられていることが知られている。

燃焼機関を使用して、発電機を介したバッテリーの再充電及び／又は車両へのけん引力又は推進力の供給が可能である。燃焼機関により車両のバッテリーを単に再充電する場合、これは直列型ハイブリッドカーと呼ばれる。燃焼機関により、車両にけん引力及び／又は推進力が供給される場合、これは並列型ハイブリッドカーと呼ばれる。

燃焼機関と１つ又は複数の電気機械とを接続する構造のいかんに関わらず、燃焼機関、１つまたは複数の電気機械、及びパワー電子部品を冷却する必要がある。

しかしながら、電子技術部品（１つ又は複数の電気機械及びパワー電力部品）の冷却に使用される液体の所要の温度レベルと、燃焼機関の冷却に使用される液体の所要の温度レベルは同じでない。実際、電子技術部品（特にパワーエレクトロニクス）の信頼性を向上させるには、冷却液の温度が閾値、例えば７０℃を超えてはならない。従来、燃焼機関の冷却に使用される液体も、それ自体の温度が閾値、例えば１００℃のを超えてはならない。

従って、ハイブリッドパワートレインの部品、すなわち電子技術部品用の低温回路及びエンジン用の高温回路の温度仕様を満たすために、冷却回路を２つ使用することが有利である。

完全に分離しているか、又は脱ガス容器を介して接触する２つの冷却回路を使用することは、追加の電動ウォーターポンプを常に稼働させなければならないことを意味し、これによって車両の電力消費、電動ポンプの所要の寿命、及び費用が増加する。場合によっては、２つの脱ガス容器の使用が必要となる。

ターボ圧縮機を搭載するエンジンの場合、エンジンが稼働していない時に、ターボ圧縮機の軸受を冷却するために電動ウォーターポンプを使用することが良く行われてきた。車両が静止しているか、又は電力で運転している時であって、エンジンが稼働していない時、客室内を快適なレベルに維持するために、ハイブリッドカーに電動ウォーターポンプを使用することも必要となる。

特開第２００４−０７６６０３号には、回路の１つに属するポンプが故障した場合に、エンジンと電気モーターとにそれぞれ接続する２つの冷却回路が液体を連通する状態に置かれることが可能な車両が開示されている。連通が行われるのは、このような異常な状況に限られている。

本発明の目的は、限定しないが、特にハイブリッドカーの場合に、パワートレインの動作を改善することにより、エンジンモードにおけるエンジンの冷却を改善すると共に、燃焼機関及び客室暖房の温度上昇を改善することである。

これを実施するために、本発明により、車両のパワートレインを制御する方法が提供される。本方法では、一方が燃焼機関に接続し、他方が少なくとも１つの電気部材に接続した正常に作動する２つの冷却回路を、少なくとも１つのバルブによって液体を連通させる状態に置くか又はそのような状態に維持する。

正常な作動とは、各回路の部品が１つも故障せずに作動するという意味である。

本発明による方法はまた、下記の特徴の少なくとも１つを示すことができる。
− 単独の電気部材、又は複数の電気部材のうちの１つがモーターを含む。
− 車両が電気モーターのみによって推進される場合、例えば、低温始動の際、又は客室暖房が必要な時、又は燃焼機関及び／又はターボ圧縮機の冷却が必要な場合、連通が確立されるか、又は維持される。
− 車両が燃焼機関及び電気モーターによって同時に推進される場合、例えば低温始動の際、連通が確立されるか、又は維持される。
− 車両が燃焼機関のみによって推進される場合、例えば燃焼機関に接続する回路の液体の温度が所定の閾値を超える時、連通が確立されるか、又は維持される。
− 次いで連通が遮断される。
− 車両が燃焼機関のみによって推進される場合、例えば、低温始動、又は高温始動、又は高温で稼働中に、連通の遮断が行われるか、又は遮断が維持される。
− 車両が燃焼機関及び電気モーターによって同時に推進される場合、例えば、燃焼機関に接続する回路の液体が第２の所定の閾値を超える時、連通の遮断が行われるか、又は遮断が維持される。

本発明はまた
− 制御手段と、
− 燃焼機関及び少なくとも１つの電気部材にそれぞれ接続する２つの冷却回路と、
− 回路を互いに連通させる少なくとも１つのバルブと
を備える車両を提供し、制御手段が、正常に作動する回路間の連通の確立又は維持を制御するように設計されている。

本発明による車両はまた、下記の特徴の少なくとも１つを示すことができる。
− バルブの数が２つ以下である。
− 単独のバルブ又はバルブの少なくとも１つが３位置バルブである。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図を参照し、非限定的に示す、下記の好ましい実施形態及び実施形態の変形形態の説明により更に明らかとなる。

本発明による車両の好ましい実施形態を図１に示す。この図によれば、車両は冷却回路４に接続する燃焼機関２を備える。この回路は、機械的で燃焼機関により駆動されるか、又は電動のウォーターポンプ６を備える。回路４には高温ラジエータ又はエンジンラジエータとして知られる冷却ラジエータ８が含まれる。回路４にはまた、ユニットヒーター１０又は客室加熱ラジエータが含まれる。この場合、同じ回路が、ワックスサーモスタット、制御されたサーモスタット或いは回路４を通って流れる冷却液の温度の調整を可能にする制御されたバルブの形態のサーモスタット１２を含む。エンジンの技術的設計と、エンジンが制御点火式であるか、又は圧縮点火式であるかとに応じて、回路は他の従来部品を備えることもできる。これら部品は例えば、下記の部品とすることができる。
− 冷却液／エンジンオイル用熱交換器
− 冷却液／ギアボックスオイル用熱交換器、又は、
− 冷却液／ＥＧＲ用熱交換器１４、
− ターボ圧縮機軸受、
− モーター付スロットルバルブのハウジング

回路は、回路を充填し、脱ガスさせる容器（図示せず）を備える。回路はまた、２つの電気機械１６の一方、例えば発電機を備えることができる。

パワートレインは、電気機械１６に加えて、モーターなどの第２の電気機械１８と、電力部品２０及び２２を備える。回路４から分離している冷却回路２４は、これらの要素に接続している。この回路は低温回路として知られており、
− 低温ラジエータ又は電動ラジエータとして知られる冷却ラジエータ２６、
− 電動ウォーターポンプ２８、及び
− 任意で、脱ガス容器３０
を備える。

高温回路４においては、ユニットヒーター１０、電気機械１６、熱交換器１４及びラジエータ８が燃焼機関２及びポンプ６を有するブランチに平行に配置されている。

低温回路２４においては、導入される全ての部品が単ループ型に直列に配置されている。

これら２つの回路は冷却回路として知られるが、これらは特定の部品を加熱するのにも使用されるため、冷却又は加熱回路と呼ぶ方が正確である。

本発明によれば、２つの回路４及び２４は液体を連通する状態にある。特にこの場合、第１連通ダクト３２により、低温回路２４の容器３０及びラジエータ２６の間に位置する点と、高温回路４内のユニットヒーター１０を有するブランチの端部とがつながっている。これは、液体を回路２４から回路４へと流すことを可能にする送出ダクトである。これと平行な戻りダクト３３が、回路４内のユニットヒーターを有するブランチの他方の端部に設けられており、これにより液体がラジエータ２６と電力部品２２の間に位置する点まで送られる。

更に、３位置バルブＶ２ ４０が、回路２４の送出ダクト３２とこの回路の交差点に位置している。

このバルブの可動部分が占めることができる３つの位置を図２に詳細に示す。このように、位置１から位置２に移動するには、この要素が１８０度転換する必要がある。位置２から位置３に移動するには、同じ方向にちょうど９０度転換する必要があり、更にこれを同じ方向に９０度転換させるとこの要素は位置１に戻る。

位置１ではラジエータ２６への連通が遮断される。位置２では容器からの連通が遮断される。位置３ではダクト３２との連通が不可能になる。他の２つのダクト間の連通は、それぞれの場合において可能である。

これら２つの回路に使用される冷却液はこの場合、水とエチレングリコールの混合物であるか、又はこの混合物の熱物性と類似の熱物性を持つ他の液体である。

当然ながら、導入されたもの以外の部品を低温及び高温回路に組み入れることも可能である。

この実施例においては、燃焼機関は冷却液／ＥＧＲガス交換器１４の使用を要する圧縮点火型エンジンである。しかしこれは単なる一実施例である。

本発明の方法による車両の車内コンピューターにより制御される種々のエンジンの作動状況とそれに対応する回路構成を以下に説明する。

様々な作動モードは下記のように定義される。
− 電気モード： 車両には、燃焼機関の介入なしに、電気モーター１８による推進力及び／又はけん引力が供給される。
− エンジンモード： 車両には、電気モーターの介入なしに、燃焼機関のみにより推進力及び／又はけん引力が供給される。
− ハイブリッドモード： 車両には、燃焼機関及び電気モーターによって同時に推進力及び／又はけん引力が供給される。

モード１ − 低温始動中の電気モードでの稼働
この作動状況は図１と対応する。電気モードで稼働している場合、燃焼機関２及びそのポンプ６の電源が入っていないため、２つのポンプのうち低温回路２４の電動ウォーターポンプ２８のみが稼働している。この場合、バルブ４０は低温ラジエータ２６へのアクセスを閉じるように制御されている。従って液体は図１に示す矢印の方向に流れる。言い換えれば、液体が部品２２、２０、１８、２８、３０をこの順に通り、次にバルブ４０を通ってダクト３２に流れ込む。その後液体は回路４のラジエータ８以外の様々なブランチを通り、ダクト３３を介して回路２４に戻る。従って、電気モードで車両を低温始動させる際、電子技術部品によって分散された電力は、燃焼機関の温度上昇を改善し、また客室暖房が必要な場合にユニットヒーター内に熱エネルギーを分散させるのに使用できる。

モード２ − 低温始動中のハイブリッドモードでの稼働
このモードは図３のモードと対応する。ハイブリッドモードで稼働している場合、機械的ポンプ６と電動ポンプ２８の両方が作動している。この場合も電子技術部品により分散されたエネルギーを利用して、冷却液と燃焼機関の温度上昇を改善できるため、高温回路と低温回路の間の連通が確立及び／又は維持される。また、暖房が必要な場合、ユニットヒーター内に分散されたエネルギーを介して客室の温度上昇が改善される。前述と同様に、バルブＶ２は低温ラジエータへのアクセスを遮断しており、従って図１と同様に、位置１にある。

モード３ − 低温始動中のエンジンモードでの稼働
図４に示すこのモードは、低温始動させるエンジンモードであり、２つのポンプのうち、機械的ウォーターポンプ６のみが稼働する。電子技術部品１８、２０及び２２は稼働していない。従って、バルブは位置３に配置又は維持され、これにより送出ダクト３２へのアクセスが遮断される。これは、２つの回路の間の液体の連通が遮られる場合である。燃焼機関は、従来の車両、つまりノンハイブリッドカーのパワートレインにおけるように、自発的に温度上昇する。

モード４ − 液体が高温である場合のエンジンモードでの稼働
図５に示すこのモードでは、高温回路のサーモスタット１２が開き、冷却液がエンジンラジエータ内で冷却される。具体的には、サーモスタットを約８５又は９０℃で開くように構成することができる。しかしながら、サーモスタットの開き温度を更に高くして制御することも可能である。例えば、エンジンの負荷を軽くするために、開き温度を１１０℃に設定する。このサーモスタットは制御バルブと置き換えてもよい。その場合、バルブ４０は、２つの回路の間の連通の遮断が行われるか、又は遮断が維持されるように配置される。この場合も、バルブは位置３に配置される。

モード５ − 液体が非常に高温である場合のエンジンモードでの稼働
図６に示すこのモードは、例えば高温回路内の液体が約１００℃である場合に相当する。例えば、液体の温度が９０又は９５℃等の閾値を超えていると仮定する。非常に高温である時のエンジンモードでの稼働は、車両の推進力又はけん引力が燃焼機関のみによって供給されており、電子技術部品が稼働していない時に行われる。このモードでの稼働中、燃焼機関は、大量の、例えば６０ｋＷの熱エネルギーを冷却液に放散する。電子技術部品が稼働していない場合はこれらを冷却する必要がない。このため、電動ラジエータ２６は燃焼機関の冷却を補助するように設計されている。これを実施するには、バルブの位置を位置２に配置することによって、回路４から戻りダクト３３を介して到達した液体がそのまま電動ラジエータ２６に運ばれ、そしてバルブを介して送出ダクト３２へと流れる。このような稼働状況は、非常に高温である場合、又は特に高速走行中に特に高いエンジン負荷がかかる場合に起こる。

モード６ − 液体が高温又は非常に高温である場合のハイブリッドモードでの稼働
このモードは図７に対応する。液体が高温又は非常に高温であるときにハイブリッドモードで稼働している場合、エンジンラジエータ及び電動ラジエータの両方が、燃焼機関及び電子技術部品によって供給されたエネルギーを放散させることができなければならない。従って２つの冷却回路は位置３に配置されたバルブ４０によって完全に分離され、よって回路間の液体の連通が不可能となる。当然ながら、高温回路内の液体が温度閾値を超えるときに制御手段がバルブをこの位置に配置することを可能にするために、１つ以上の適切な温度閾値が規定される。

モード７ − 客室を快適なレベルに維持し、エンジンが停止している時にターボ圧縮機の軸受及び車両を冷却する、電気モードでの稼働
これは図８の形態である。車両が走行後に静止し、客室内の温度が快適なレベルに保持されているとき、バルブを介して低温回路と高温回路が互いに連通していることは、１つの電動ウォーターポンプ、例えば低温回路のウォーターポンプ２８を使用して客室内を快適なレベルに維持することができることを意味する。従ってバルブは位置１に置かれる。

実際には、燃焼機関が稼働しておらず、ユニットヒーター内に熱エネルギーが放散されていることにより客室内の快適さが所定のレベルに保たれている時、ユニットヒーター内に放散して客室に送られるエネルギーがこのユニットヒーターに収容される水の体積内に保存されるエネルギーしか使用しないため、客室内の温度が急激に下がる。低温回路の電動ウォーターポンプを使用する冷却回路における冷却液の流速が維持される場合、温度は快適なレベルに更に長く維持される。

具体的には、運転者又は同乗者が車両に乗ったままで車両を長時間停止させている間、電動ウォーターポンプの稼働によりこのように液体が循環することによって、例えば外気温度が−２０℃の時に客室内を快適なレベルに３０分間維持することができる。反対に、燃焼機関及び車両が静止している時に水が循環しないと、快適なレベルは約５分間しか維持されない。

加えて、稼働後に燃焼機関内に水を循環させることにより、このエンジン内の熱機械的ストレスを抑える。これは、冷却液を循環させることで、シリンダーヘッド又はエンジンブロック内における局所的な煮沸が発生せず、エンジンの温度が下がるためである。稼働中にエンジンによって蓄積されるエネルギーは非常に大きい。この時に用いられる用語は、稼働後冷却である。同じことが、ターボ圧縮機の軸受等のエンジン部品にも当てはまり、エンジンの負荷が非常に大きい場合、稼働後に稼働後冷却を行う必要がある。

変形形態
図９は、本発明の実施形態の変形形態を示す。この変形形態では、バルブ４０が、送出ダクト３２の上流端部と電動ラジエータ２６又は容器３０との間に設置される双方向バルブである。更に、戻りダクト３３に設置される追加のバルブＶ１ ４２が設けられている。バルブＶ１ ４２は開閉バルブである。上述の様々な実施形態に導入されている構成を、２つのバルブを使用するこの変形例において実施することが可能である。

本発明には多くの利点がある。本発明は、閾値を超える車両速度、例えば１３０ｋｍ／ｈでエンジンが稼働している間の燃焼機関の冷却を補助する。

本発明では、電子技術部品により放散されたエネルギーを使用して、燃焼機関、客室又はできるだけ迅速に高い作動温度に到達する必要のあるその他の部品の温度の上昇を改善する。電子技術部品とは、例えば、エンジンオイル／冷却液用熱交換器、ギアボックスオイル／冷却液用熱交換器、ＥＧＲガス／冷却液用熱交換器、又はエンジン給気／冷却液用熱交換器である。これにより、汚染物質（特にＨＣ及びＣＯ）の排出及び燃料の消費を低減することができる。

従って、電気モードで稼働している時及び長時間、例えば６時間に亘って燃焼機関が稼働していない時、電子技術部品により放散された熱エネルギーを使用して、燃焼機関又は客室の（ユニットヒーターを介して）温度上昇を改善することができる。

本発明により、電子技術部品の冷却専用の追加的電動ウォーターポンプの稼働時間と費用を低減することができる。

本発明により、従来の低温回路専用の第２脱ガス容器を除去することができる。

本発明によれば、燃焼機関が停止している時、精密部品を冷却するため、稼働後冷却のために燃焼機関内の水の循環を維持するため、又は場合によっては客室内の温度の快適度を維持するために、低温回路に組み込まれる追加の電動ウォーターポンプを１つのみ使用することができる。

（「休みながら進む」運転を行っているときに）信号でエンジンを停止したとき、ユニットヒーター内及び燃焼機関内に水を循環させることにより、温度の快適度を保つことができる。

（料金所で停止してエンジンを切るなど）比較的激しい走行を行った後でエンジンを切ると、エンジンがオーバーヒートし、場合によってはターボ圧縮機の軸受を傷め、潤滑油の劣化を早めることにもなる。この結果、エンジンを停止したときに、電動ポンプにより水を循環させることができると非常に有利である。

高出力エンジンでは、冷却に、車両に組み込むことが難しい比較的大きなラジエータが必要とされる。この結果、燃焼機関の冷却を補助するために電子技術部品であるラジエータを使用できると有利である。

（始動モーター、フロントガラスのワイパーモーター等の）他の電気モーターと同様に、ポンプの電気接続は、ブラシ又はカーボンブラシを介して提供される。これらの部品は購入の価値はあるがその寿命が短い。ブラシを介さない更に寿命の長い技術が知られているが、その費用は２倍である。従って、ポンプをできるだけ稼働させないことは、使用エネルギー及び費用を低減するため有利である。

よって、高温回路を低温回路と連結することで、上述の要件が全て満たされる。

当然ながら、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明に多数の修正を加えることができる。

本発明は、例えば従来の車両の高温及び低温冷却回路を互いに連結させることにより実施することができ、高温の空気、再循環排気ガス、及びエンジン又はギアボックスの水／オイル用熱交換器を冷却する。実際には、２つの回路を連結させることで、エンジン及び客室の温度の上昇が改善される。

本発明の好ましい実施形態による車両の冷却回路の概略図である。 図１の回路の一部を形成するバルブの様々な位置を示す。 別の作動状況における図１の回路を示す。 また別の作動状況における図１の回路を示す。 また別の作動状況における図１の回路を示す。 また別の作動状況における図１の回路を示す。 また別の作動状況における図１の回路を示す。 また別の作動状況における図１の回路を示す。 変形実施形態を示す、図１と同様の図である。

Claims (15)

1. 車両のパワートレインを制御する方法であって、パワートレインを冷却／あるいは加熱する一つの回路（４）は、エンジン（２）とエンジンラジエータ（８）を直列に接続し、パワートレインを冷却／あるいは加熱するもう１つの回路（２４）は、少なくとも１つの電気部材（１８、２０、２２）と電動ラジエータ（２６）を直列に接続し、前記２つの回路が、送出ダクト（３２）および戻りダクト（３３）によって接続され、
   送出ダクトの端部は、電気部材から電動ラジエータに流体が流れる回路の間に設けられたバルブ（４０）に接続され、もう一方の端部は、エンジンラジエータからエンジンに流体が流れる回路の間に接続され、
   戻りダクトの端部は、エンジンからエンジンラジエータに流体が流れる回路の間に接続され、もう一方の端部は、電動ラジエータから電気部材に流体が流れる回路の間に接続され、
   前記バルブを操作することにより、前記流体が、電気部材からエンジンへ、あるいは、電動ラジエータからエンジンへ、あるいは、電気部材から電動ラジエータに、それぞれ流れることを特徴とする方法。
2. 前記電気部材の内の１つがモーター（１８）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記バルブが３位置バルブであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記エンジンと並列にユニットヒータ（１０）が接続されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 車両がモーターのみによって推進される場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電気部材からエンジンへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 車両がモーターおよびエンジンによって推進される場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電気部材からエンジンへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 車両がエンジンによって推進される場合に、流体が低温である場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電気部材から電動ラジエータへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 車両がエンジンによって推進される場合に、流体が高温である場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電気部材から電動ラジエータへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 車両がエンジンによって推進される場合に、流体が高温である場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電動ラジエータからエンジンへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 車両がモーターおよびエンジンによって推進される場合に、流体が高温である場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電気部材から電動ラジエータへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 車両が停止し、エンジンも停止している場合に、前記バルブを操作することにより、流体が電気部材からエンジンへ流れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. パワートレインを制御する車両であって、
    パワートレインを冷却／あるいは加熱する２つの回路（４、２４）を有し、
    前記回路の１つ（４）は、エンジン（２）とエンジンラジエータ（８）を直列に接続し、
    前記回路の１つ（２４）は、少なくとも１つの電気部材（１８、２０、２２）と電動ラジエータ（２６）を直列に接続し、
    前記２つの回路を接続する、送出ダクト（３２）および戻りダクト（３３）を有し、
    送出ダクトの端部は、電気部材から電動ラジエータに流体が流れる回路の間に設けられたバルブ（４０）に接続され、もう一方の端部は、エンジンラジエータからエンジンに流体が流れる回路の間に接続され、
    戻りダクトの端部は、エンジンからエンジンラジエータに流体が流れる回路の間に接続され、もう一方の端部は、電動ラジエータから電気部材に流体が流れる回路の間に接続され、
    前記バルブを操作することにより、前記流体が、電気部材からエンジンへ、あるいは、電動ラジエータからエンジンへ、あるいは、電気部材から電動ラジエータにそれぞれ流れることを特徴とする車両。
13. 前記電気部材の内の１つがモーター（１８）であることを特徴とする、請求項１２に記載の車両。
14. 前記バルブが３位置バルブであることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の車両。
15. 前記エンジンと並列にユニットヒータ（１０）が接続されていることを特徴とする、請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載の車両。

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