(57)【要約】【課題】部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、低コストの冷却システムを提供する。【解決手段】この冷却システムでは、水冷エンジン５１が介挿される第１の流路３３と、インバータユニット５７、ジェネレータ５９及び駆動モータ６１が介挿される第２の流路３５とがラジエータ３１に並列的に接続され、これによってエンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統とが統合されている。インバータユニット５７のスイッチング素子がＳｉＣ半導体装置により構成されている。【選択図】図１
2006103537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド自動車の冷却システムであって、
ラジエータと、
水冷エンジンが介挿され、前記ラジエータから流出した冷却水を前記水冷エンジンに通して前記ラジエータに戻す第１の流路と、
駆動モータを駆動する回路ユニットが介挿され、前記ラジエータから流出した冷却水を前記回路ユニットに通して前記ラジエータに戻す第２の流路と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却システムにおいて、
前記第１の流路及び前記第２の流路に介挿され、前記第１の流路及び前記第２の流路を流れる冷却水の流量を調節する流量調節手段をさらに備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷却システムにおいて、
前記第１の流路及び前記第２の流路は、その一部に互いに統合された統合部分を有し、
前記冷却システムは、
前記統合部分に介挿され、前記第１の流路及び前記第２の流路に冷却水を循環させるポンプ手段をさらに備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
前記回路ユニットを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いることを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却システムにおいて、
前記ワイドバンドギャップ半導体としてＳｉＣが用いられていることを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
前記第２の流路には前記駆動モータが介挿され、前記第２の流路を循環する冷却水によって前記駆動モータの冷却が行われることを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
前記第２の流路にはジェネレータが介挿され、前記第２の流路を循環する冷却水によって前記ジェネレータの冷却が行われ、
前記回路ユニットは、前記ジェネレータが生成した電力の変換も行うことを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来のハイブリッド自動車の冷却システムの模式図である。従来の冷却システムでは、図３に示すように、水冷エンジンを冷却するエンジン冷却系統と、ハイブリッドシステムを冷却するハイブリッドシステム冷却系統とが互いに分断されて別個に設けられた構成となっている。
【０００３】
すなわち、エンジン冷却系統では、冷却水を循環させる流路１にラジエータ３、シリンダヘッド５及びシリンダブロック７がウォータポンプ９とともに介挿され、ウォータポンプ９により矢印Ａ１で示すように流路１を循環される冷却水によってシリンダヘッド５及びシリンダブロック７が冷却される。また、流路１のシリンダヘッド５の部分から流路１１が分岐され、シリンダヘッド５を通過した冷却水の一部が、矢印Ａ２で示すように流路１１を介してスロットルボデー１３及びヒータ１５に供給される。また、流路１に付属してバイパス流路１７が設けられており、冷間時は矢印Ａ３で示すようにバイパス流路１７を循環される冷却水によりシリンダヘッド５及びシリンダブロック７の冷却が行われる。流路１及びバイパス流路１７の切り替えは、サーモスタット１９により行われる。
【０００４】
ハイブリッドシステム冷却系統では、冷却水を循環させる流路２１にラジエータ２２、駆動モータ２３、ジェネレータ２５、インバータユニット２７が電動ポンプ２９及びリザーバタンク３０とともに介挿されている。そして、電動ポンプ２９により矢印Ａ４で示すように流路２１を循環される冷却水によって、駆動モータ２３、ジェネレータ２５及びインバータユニット２７が冷却される。
【０００５】
駆動モータ２３を駆動する回路ユニットであるインバータユニット２７に備えられる電力変換用のスイッチング素子は、Ｓｉ半導体を用いて構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の冷却システムでは、エンジン冷却系とハイブリッドシステム冷却系統とが独立して設けられているため、部品点数の増大、構成の複雑化及び大型化を招くとともに、高コストである。
【０００７】
そこで、本発明の解決すべき第１の課題は、部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、低コストの冷却システムを提供することである。
【０００８】
また、本発明の解決すべき第２の課題は、回路ユニットの信頼性の低下を防止しつつ、エンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統の統合が図れる冷却システムを提供することがである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、ハイブリッド自動車の冷却システムであって、ラジエータと、水冷エンジンが介挿され、前記ラジエータから流出した冷却水を前記水冷エンジンに通して前記ラジエータに戻す第１の流路と、駆動モータを駆動する回路ユニットが介挿され、前記ラジエータから流出した冷却水を前記回路ユニットに通して前記ラジエータに戻す第２の流路とを備える。
【００１０】
また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係る冷却システムにおいて、前記第１の流路及び前記第２の流路に介挿され、前記第１の流路及び前記第２の流路を流れる冷却水の流量を調節する流量調節手段をさらに備える。
【００１１】
また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に係る冷却システムにおいて、前記第１の流路及び前記第２の流路は、その一部に互いに統合された統合部分を有し、前記冷却システムは、前記統合部分に介挿され、前記第１の流路及び前記第２の流路に冷却水を循環させるポンプ手段をさらに備える。
【００１２】
また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る冷却システムにおいて、前記回路ユニットを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いる。
【００１３】
また、請求項５の発明では、請求項４の発明に係る冷却システムにおいて、前記ワイドバンドギャップ半導体としてＳｉＣが用いられている。
【００１４】
また、請求項６の発明では、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る冷却システムにおいて、前記第２の流路には前記駆動モータが介挿され、前記第２の流路を循環する冷却水によって前記駆動モータの冷却が行われる。
【００１５】
また、請求項７の発明では、請求項１ないし６のいずれかの発明に係る冷却システムにおいて、前記第２の流路にはジェネレータが介挿され、前記第２の流路を循環する冷却水によって前記ジェネレータの冷却が行われ、前記回路ユニットは、前記ジェネレータが生成した電力の変換も行う。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、水冷エンジンが介挿される第１の流路と、回路ユニットが介挿される第２の流路とがラジエータに並列的に接続され、これによってエンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統とが統合されているため、部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、システムの低コスト化が図れる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、水冷エンジン、回路ユニットの動作状況等に応じて第１及び第２の流路に流れる冷却水の流量を流量調節手段により調節することができ、各冷却対象のきめ細かな温度管理が可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、第１の流路と第２の流路との統合部分にポンプ手段を設ける構成であるため、単一のポンプ手段により第１及び第２の流路での冷却水の循環を行うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、回路ユニットを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体が用いられているため、スイッチング素子の耐熱性を向上させることができ、水冷エンジンの冷却水を回路ユニットの冷却に共用することにより、回路ユニットの動作温度が上昇しても、回路ユニットを安定して動作させることができる。その結果、回路ユニットの信頼性の低下を防止しつつ、エンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統の統合が図れる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、回路ユニットを構成するスイッチング素子にＳｉＣが用いられているため、スイッチング素子の耐熱性を向上させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、回路ユニットの冷却に伴って駆動モータの冷却も行うことができるため、構成の煩雑化を抑制しつつ、駆動モータの冷却水による冷却を実現することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、回路ユニットの冷却に伴ってジェネレータの冷却も行うことができるため、構成の煩雑化を抑制しつつ、ジェネレータの冷却水による冷却を実現することができる。
【００２３】
また、回路ユニットにジェネレータが生成した電力の変換を行わせる構成であるため、ジェネレータが生成した電力の変換を行うための専用の回路ユニット及びその冷却手段を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る冷却システムの模式図である。この冷却システムは、ハイブリッド自動車に搭載され、その水冷エンジン及びハイブリッドシステムの冷却に用いられる。冷却システムは、図１に示すように、ラジエータ３１と、第１及び第２の流路３３，３５と、電動ポンプ（ポンプ手段）３７と、流量調節用のバルブ（流量調節手段）３９と、バイパス流路４１と、サーモスタット４３とを備えて構成されいる。
【００２５】
第１及び第２の流路３３，３５は、ラジエータ３１に互いに並列的に接続されている。そして、両流路３３，３５の両端側の所定区間は互いに統合されて統合部分４５，４７となっており、その統合部分４５，４７がラジエータ３１の流出口３１ａ及び流入口３１ｂにそれぞれ接続されている。
【００２６】
電動ポンプ３７は、統合部分４５又は４７のいずれか一方（本実施形態では統合部分４５）に介挿されており、矢印Ａ５，Ａ６で示すように第１及び第２の流路３３，３５に冷却水を循環させる。
【００２７】
バルブ３９は、第１及び第２の流路３３，３５が統合部分４５から分岐する分岐部に介挿されており、図示しない制御部により制御され、その分岐部から各流路３３，３５に流出する冷却水の流量を調節する。前記制御部は、水冷エンジン５１、駆動モータ６１の動作状況等に応じてバルブ３９を制御し、第１及び第２の流路３３，３５に流れる冷却水の流量を調節するようになっている。なお、変形例として、バルブ３９を、第１及び第２の流路３３，３５が統合部分４７に合流される合流部に介挿してもよい。
【００２８】
このような第１の流路３３（流路３３の統合部分４５，４７以外の部分）には、水冷エンジン５１が介挿されており、電動ポンプ３７が駆されると、流路３３を介して循環する冷却水が水冷エンジン５１に通される。水冷エンジン５１では、シリンダブロック５１ａ及びシリンダヘッド５１ｂの順に冷却水が導かれ、これらの冷却が行われる。
【００２９】
また、第１の流路３３には、分岐路５３が設けられている。この分岐路５３は、第１の流路３３のシリンダヘッド５１ｂの部分から分岐され、シリンダヘッド５１ｂを通された冷却水が、矢印Ａ７で示すようにこの分岐路５３によってスロットルボデー５５及びヒータ５６に供給されるようになっている。スロットルボデー５５及びヒータ５６を通過した冷却水は、分岐路５３によって流路３３に戻される。
【００３０】
第２の流路３５（流路３５の統合部分４５，４７以外の部分）には、ラジエータ３１の流出口３１ａに近い順に、インバータユニット５７、ジェネレータ５９及び駆動モータ６１が直列的に介挿されおり、電動ポンプ３７が駆されると、流路３５を介して循環する冷却水がインバータユニット５７、ジェネレータ５９及び駆動モータ６１に通され、これらの冷却が行われる。なお、流路３５への冷却対象（５７，５９，６１）の介挿順序は一例であり、他の順序を採用することもできる。
【００３１】
バイパス流路４１は、ラジエータ３１を迂回するための流路であり、例えば、第１及び第２の流路３３，３５の両端の統合部分４５，４７間を接続している。バイパス流路４１の流出側及び流入側の両端部４１ａ，４１ｂのいずれか一方の端部４１ａ，４１ｂと第１及び第２の流路３３，３５（例えば、統合部分４７）との接続部には、流路切替用のサーモスタット４３が介挿されている。このバイパス流路４１の流路３３，３５への位置は、バイパス流路４１と流路３３，３５とによって形成される環状経路内に電動ポンプ３７が含まれるようにして決定される。すなわち、本実施形態では、バイパス流路４１の流出側端部４１ａが、統合部分４５における電動ポンプ３７の上流側部分（電動ポンプ３７とラジエータ３１との間の部分）に接続されている。なお、図１中の矢印Ａ８はバイパス流路４１での冷却水の通流方向を示している。
【００３２】
サーモスタット４３は、第１及び第２の流路３３，３５から流入する冷却水を、ラジエータ３１側とバイパス流路４１側とに振り分けるためのものであり、その振分割合を冷却水温度に応じて決定するようになっている。例えば、エンジン始動により冷却水温度が上昇するのに伴って、サーモスタット４３におけるラジエータ３１側の流路が全閉されてバイパス流路４１側の流路が全開された状態から、ラジエータ３１側の流路が徐々に開放されてゆくとともにバイパス流路４１側の流路が徐々に閉鎖されてゆき、冷却水温度が所定温度以上になると、ラジエータ３１側の流路が全開されてバイパス流路４１側の流路が全閉された状態となる。
【００３３】
このような構成により、電動ポンプ３７が駆動されると第１及び第２の流路３３，３５に冷却水が循環され、第１の流路３３に循環される冷却水により水冷エンジン５１が冷却され、第２の流路に循環される冷却水によりインバータユニット５７、ジェネレータ５９及び駆動モータ６１が冷却される。そして、第１及び第２の流路３３，３５を通過した冷却水が、サーモスタット４３にて、上記のように冷却水温度に応じてラジエータ３１側又はバイパス流路４１側に振り分けられ、これによってエンジン５１の暖気等が図られる。ラジエータ１３又はバイパス流路４１を通過した冷却水は、再び第１及び第２の流路３３，３５に送り出さて循環する。
【００３４】
また、水冷エンジン５１、駆動モータ６１の動作状況等に応じてバルブ３９が制御され、第１及び第２の流路３３，３５に循環される冷却水の流量が調節されるようになっている。
【００３５】
図２は、インバータユニット５７の回路構成を示す図である。インバータユニット５７は、駆動モータ６１を駆動するための電力変換、及びジェネレータ５９が発電した電力の変換等を行うためのものであり、図２に示すように、コンバータ部６５及びインバータ部６７を備えて構成されている。
【００３６】
コンバータ部６５は、駆動モータ６１の駆動のためにバッテリ６９から与えられる電圧を昇圧してインバータ部６７に与える機能と、駆動モータ６１からインバータ部６７を介して与えられる回生電流を降圧してバッテリ６９に与える機能と、ジェネレータ５９で生成されインバータ部６７で直流変換された電流を降圧してバッテリ６９に与える機能とを有している。このため、コンバータ部６５には、リアクトルＬと、そのリアクトルＬに供給される電流をチョップすることにより昇圧又は降圧を行うスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２とが備えられている。
【００３７】
インバータ部６７は、第１及び第２変換部６７ａ，６７ｂを備えている。第１変換部６７ａは、コンバータ部６５で昇圧されたバッテリ６９からの直流電圧を交流電圧に変換して駆動モータ６１に与える機能と、駆動モータ６１から与えられる回生電流を直流変換してコンバータ部６５側に与える機能とを有し、電力変換用の複数のスイッチング素子Ｓ３を備えている。また、第２変換部６７ｂは、ジェネレータ５９で生成された電流を直流変換してコンバータ部６５側に与える機能を有し、電力変換用の複数のスイッチング素子Ｓ４を備えている。
【００３８】
そして、コンバータ部６５及びインバータ部６７に備えられるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、ＳｉＣ（炭化珪素）等のワイドバンドギャップ半導体（ここでは、ＳｉＣ半導体）を用いて構成された素子が用いられ、高温（例えば、２５０℃以上）で動作が可能となっている。このため、例えば水冷エンジン５１の冷却水の温度を９０℃程度に安定させる構成とした場合であっても、その冷却水温度下においてインバータユニット５７のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を安定して動作させることができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、水冷エンジン５１が介挿される第１の流路３３と、インバータユニット５７、ジェネレータ５９及び駆動モータ６１が介挿される第２の流路３５とがラジエータ３１に並列的に接続され、これによってエンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統とが統合されているため、部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、システムの低コスト化が図れる。例えば、ラジエータ個数の削減等が図れる。
【００４０】
また、水冷エンジン５１、駆動モータ６１の動作状況等（例えば、エンジン走行時、モータ走行時、エンジンとモータとによる走行時など、様々な動作状況）に応じて第１及び第２の流路３３，３５に流れる冷却水の流量をバルブ３９により調節することができ、各冷却対象のきめ細かな温度管理が可能となる。
【００４１】
また、第１の流路３３と第２の流路３５との統合部分４５に電動ポンプ３７を設ける構成であるため、単一の電動ポンプ３７により第１及び第２の流路３３，３５での冷却水の循環を行うことができる。
【００４２】
また、インバータユニット５７のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がＳｉＣ半導体装置により構成されているため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の耐熱性を向上させることができ、水冷エンジン５１の冷却水をインバータユニット５７の冷却に共用することにより、インバータユニット５７の動作温度が上昇しても、インバータユニット５７を安定して動作させることができる。その結果、インバータユニット５７の信頼性の低下を防止しつつ、エンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統の統合が図れる。
【００４３】
また、インバータユニット５７の冷却に伴って駆動モータ６１及びジェネレータ５９の冷却も行うことができるため、構成の煩雑化を抑制しつつ、駆動モータ６１及びジェネレータ５９の冷却水による冷却を実現することができる。
【００４４】
また、インバータユニット５７にジェネレータ５９が生成した電力の変換を行わせる構成であるため、ジェネレータ５９が生成した電力の変換を行うための専用の回路ユニット及びその冷却手段を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図２】インバータユニットの回路構成を示す図である。
【図３】従来の冷却システムの模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
３１  ラジエータ
３３  第１の流路
３５  第２の流路
３７  電動ポンプ
３９  バルブ
４１  バイパス流路
４３  サーモスタット
４５，４７  統合部分
５１  水冷エンジン
５７  インバータユニット
５９  ジェネレータ
６１  駆動モータ
Ｓ１〜Ｓ４  スイッチング素子
【図１】
2006103537.tif 000003
【図２】
2006103537.tif 000004
【図３】
2006103537.tif 000005