(57)【要約】【課題】ＨＥＶ走行となって内燃機関２が始動したときに、早期にＥＧＲを開始できるようにする。【解決手段】冷却水循環系は、内燃機関２を冷却する主冷却水循環系１１と、ヒータコア１０を系内に含む車室暖房用冷却水循環系１２と、に大別され、三方電磁弁からなる流路切換弁４３によって両者が切り離し可能である。ＥＶ走行時には、車室暖房用冷却水循環系１２の電動ウォータポンプ３２および電熱ヒータ３３の作動によりヒータコア１０を温水が循環する。内燃機関２のＥＧＲガスクーラ３４が車室暖房用冷却水循環系１２に配置されており、ＥＶ走行中に暖機される。そのため、ＥＧＲガスによる凝縮水の懸念がなく、内燃機関２の始動後、早期にＥＧＲを開始できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を冷却する主冷却水循環系に対して弁機構を介して切り離し可能な車室暖房用冷却水循環系を備え、この車室暖房用冷却水循環系が、ヒータコアと電動ウォータポンプと電熱ヒータを含む、ハイブリッド車両であって、
上記内燃機関のＥＧＲガスクーラを、上記車室暖房用冷却水循環系に配置した、ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
上記ＥＧＲガスクーラは、上記車室暖房用冷却水循環系の中で、上記電熱ヒータの上流に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３】
上記車室暖房用冷却水循環系においては、冷却水の流れ方向に沿って、上記ＥＧＲガスクーラ、上記電熱ヒータ、上記ヒータコア、上記電動ウォータポンプ、の順に配置されている、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車両。
【請求項４】
上記車室暖房用冷却水循環系は、上記主冷却水循環系に対し２箇所の接続部を有し、
上記弁機構は、少なくとも一方の接続部に配置された流路切換弁からなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両。
【請求項５】
上記弁機構は、上記電動ウォータポンプの吐出側に位置する一方の接続部に配置された上記流路切換弁からなり、
この流路切換弁は、上記車室暖房用冷却水循環系をループ状態とする第１の位置と、上記車室暖房用冷却水循環系を開いて上記主冷却水循環系に接続する第２の位置と、を備える、ことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両。
【請求項６】
２箇所の接続部は、上記主冷却水循環系の中で上記内燃機関のウォータポンプの作動時に圧力差が生じる位置に設けられており、
上記車室暖房用冷却水循環系が上記弁機構を介して上記主冷却水循環系に接続された状態では、上記内燃機関のウォータポンプによって上記ＥＧＲガスクーラに冷却水が通流する、ことを特徴とする請求項４または５に記載のハイブリッド車両。
【請求項７】
上記主冷却水循環系における冷却水温度と上記車室暖房用冷却水循環系における冷却水温度とに基づいて上記弁機構が制御される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッド車両。
【請求項８】
外部電源によってバッテリへの充電が可能なプラグインハイブリッド車両である、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の走行駆動源として内燃機関と電動モータとを具備したハイブリッド車両に関し、特に、車室暖房用の熱源ともなる冷却水循環系の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の排気の一部を吸気系に還流する排気還流装置において、還流される排気つまりＥＧＲガスを内燃機関の冷却水との熱交換によって冷却するＥＧＲガスクーラが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６４３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような内燃機関の冷却水を利用するＥＧＲガスクーラにおいては、内燃機関の冷却水温度が低いとＥＧＲガスが冷却されて凝縮水が発生する問題があり、従って、凝縮水発生を回避するために、冷却水温度がある程度高くならないと排気還流を開始することができない。ハイブリッド車両の場合、電動モータのみで走行するＥＶ走行から内燃機関を併用するＨＥＶ走行へと移行したときに、冷却水温度が低いと排気還流の開始が遅れてしまい、内燃機関の燃料消費率等の点で好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るハイブリッド車両は、内燃機関を冷却する主冷却水循環系に対して弁機構を介して切り離し可能な車室暖房用冷却水循環系を備えており、この車室暖房用冷却水循環系が、ヒータコアと電動ウォータポンプと電熱ヒータを含んでいる。そして、内燃機関のＥＧＲガスクーラが、上記車室暖房用冷却水循環系に配置されている。
【０００６】
例えば、内燃機関が停止して電動モータのみで走行するＥＶ走行中は、車室暖房用冷却水循環系が内燃機関側の主冷却水循環系から切り離されており、電熱ヒータにより温められた冷却水が電動ウォータポンプによって車室暖房用冷却水循環系内を循環する。この温水となった冷却水がヒータコアにおいて車室内空気と熱交換することで、車室内の暖房がなされる。この温水は、同時にＥＧＲガスクーラを通流するので、例えばＥＶ走行から内燃機関を併用するＨＥＶ走行へと移行したときに、ＥＧＲガスクーラに流入する冷却水温度が既に高くなっており、排気還流を早期に開始することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ハイブリッド車両においてＥＶ走行からＨＥＶ走行へと移行したときに内燃機関の排気還流を早期に開始することができ、排気還流による燃料消費率低減作用が早期に得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施例のハイブリッド車両の全体的な構成を示した構成説明図。
【図２】このハイブリッド車両における冷却水循環系の構成を示した構成説明図。
【図３】ＥＶ走行時の冷却水の流れを示す説明図。
【図４】ＨＥＶ走行へと移行した直後の冷却水の流れを示す説明図。
【図５】内燃機関の暖機完了後の冷却水の流れを示す説明図。
【図６】この実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、一実施例のハイブリッド車両１の構成を概略的に示している。このハイブリッド車両１は、走行駆動源として内燃機関２と電動モータ３とを備えている。内燃機関２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのいずれであってもよく、冷却水の循環によって冷却される水冷式の内燃機関である。車両１の前端には、冷却水の熱を放熱するためのラジエータ４が設けられている。また、内燃機関２は、排気系から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系へ還流する排気還流装置を備えている。ＥＧＲガスの流れは、図示せぬ排気還流制御弁によって制御される。この排気還流装置のＥＧＲガス通路には、後述するように、冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラが介装されている。
【００１１】
電動モータ３は、力行／回生の双方が可能ないわゆるモータ・ジェネレータであり、インバータ装置６を介してバッテリ５と接続されている。電動モータ３は、内燃機関２とともに、コントローラ７によって制御される。また、この実施例のハイブリッド車両１は、いわゆるプラグインハイブリッド車両であり、充電プラグ８を介して図示せぬ充電装置に接続することにより、外部電源によってバッテリ５への充電が可能である。
【００１２】
このようなプラグインハイブリッド車両においては、例えば外部電源によってバッテリ５が十分に充電された状態で走行が開始すると、バッテリ５の充電量（ＳＯＣ値）が所定のレベルに低下するまでは、基本的に、内燃機関２を停止して電動モータ３のみによるＥＶ走行が行われる。その後、充電量が所定のレベルにまで低下すると、充電量を所定のレベルに維持するように、内燃機関２と電動モータ３とを併用するＨＥＶ走行に移行する。つまり、外部電源によってバッテリ５の充電を行うことで、比較的長い距離のＥＶ走行が可能となっている。
【００１３】
ハイブリッド車両１の車室９を暖房するために、冷却水を熱源として利用するヒータコア１０が、図示せぬ空調装置の一部として設けられている。空調装置は本発明の要部ではないので詳細には図示していないが、冷凍サイクルを構成するコンプレッサ、コンデンサおよびエバポレータや、ヒータコア１０およびエバポレータを介して温度調整された空調風を車室９内へ送風するブロア、空調風を各部へ案内するダクト、等を備えて構成されている。
【００１４】
図２は、上記ハイブリッド車両１における冷却水循環系の構成を示している。この冷却水循環系は、内燃機関２を冷却する主冷却水循環系１１と、ヒータコア１０を系内に含む車室暖房用冷却水循環系１２と、に大別される。
【００１５】
主冷却水循環系１１は、内燃機関２のシリンダブロック内部やシリンダヘッド内部に形成されたウォータジャケット１３と、このウォータジャケット１３の冷却水出口１３ａをラジエータ４の一方のタンクに接続する冷却水出口通路１４と、ウォータジャケット１３の冷却水入口１３ｂに設けられたウォータポンプ１５と、このウォータポンプ１５の吸入側に配置されたサーモスタット弁１６と、このサーモスタット弁１６を介してラジエータ４の他方のタンクをウォータポンプ１５に接続する冷却水戻り通路１７と、冷却水出口通路１４とサーモスタット弁１６とを接続したバイパス通路１８と、を備えている。
【００１６】
ウォータポンプ１５は、電動式であってもよいが、本実施例では、機関出力によって機械的に駆動される機械式ポンプとなっている。サーモスタット弁１６は、例えば、内部に封入された感温ワックスの作用により切り換え動作を行う機械的な構成のものであり、冷却水温度に応じてウォータポンプ１５の吸入側を冷却水戻り通路１７とバイパス通路１８とのいずれかに選択的に連通させる。詳しくは、設定温度に達するまではサーモスタット弁１６を介してバイパス通路１８がウォータポンプ１５の吸入側に連通し、これにより冷却水がラジエータ４を経由せずに循環する。そして設定温度に達したら、サーモスタット弁１６を介して冷却水戻り通路１７がウォータポンプ１５の吸入側に連通するため、ウォータジャケット１３で高温となった冷却水がラジエータ４を通して循環する。
【００１７】
また、ウォータジャケット１３は、ウォータポンプ１５の作用により相対的に高い圧力となる冷却水取り出し口２１と相対的に低い圧力となる冷却水戻り口２２とを有している。換言すれば、冷却水取り出し口２１は、ウォータジャケット１３内の流路の中で冷却水戻り口２２よりも相対的に上流側に位置しており、ウォータポンプ１５が作動している状態では、両者間に圧力差が生じるようにそれぞれ配置されている。冷却水取り出し口２１には、第１接続通路２３の一端が接続されており、冷却水戻り口２２には、第２接続通路２４の一端が接続されている。そして、第１接続通路２３からスロットルチャンバ用温水通路２５が分岐しており、該スロットルチャンバ用温水通路２５の先端は、第２接続通路２４に合流している。このスロットルチャンバ用温水通路２５は、内燃機関２のスロットル弁を備えたスロットルチャンバ２６を経由している。従って、ウォータポンプ１５の作動時は、上述した圧力差によって第１接続通路２３から第２接続通路２４へ向かってスロットルチャンバ用温水通路２５内を冷却水が流れ、スロットル弁の氷結を防止すべくスロットルチャンバ２６を温めるようになっている。
【００１８】
上記主冷却水循環系１１における冷却水の温度を検出するために、上記第１接続通路２３の冷却水取り出し口２１近傍に、第１水温センサ２７が配設されている。なお、ウォータジャケット１３の適当な位置に第１水温センサ２７を配置することも可能である。
【００１９】
車室暖房用冷却水循環系１２は、ループ状に構成された車室暖房用冷却水通路３１を有し、この車室暖房用冷却水通路３１に、電動ウォータポンプ３２が配置されている。この電動ウォータポンプ３２の吐出側つまり下流側に、余剰の冷却水を貯えるリザーバタンク３６が接続されている。電動ウォータポンプ３２の吸入側つまり上流側には、前述した車室暖房用のヒータコア１０が設けられている。ヒータコア１０の上流側には、内燃機関２の熱が得られないＥＶ走行時に冷却水を加熱する電熱ヒータ３３が設けられている。そして、電熱ヒータ３３の上流側に、図示せぬＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスと冷却水との熱交換を行うＥＧＲガスクーラ３４が配置されている。従って、ＥＶ走行時に電動ウォータポンプ３２が作動すると、電動ウォータポンプ３２によって圧送された冷却水は、ＥＧＲガスクーラ３４と電熱ヒータ３３とヒータコア１０とを順次流れ、再び電動ウォータポンプ３２へと循環する。また、図示例では、車室暖房用冷却水循環系１２における冷却水温度の代表として、ヒータコア１０へ流入する冷却水温度を検出するように、電熱ヒータ３３とヒータコア１０との間に第２水温センサ３５が配置されている。
【００２０】
車室暖房用冷却水循環系１２は、系内の２箇所の接続部４１，４２において主冷却水循環系１１と接続されている。これら接続部４１，４２は、ＥＧＲガスクーラ３４とリザーバタンク３６との間に位置し、第１接続部４１が第２接続部４２よりも相対的に下流側（つまりＥＧＲガスクーラ３４に近い側）に位置している。第１接続部４１は、主冷却水循環系１１から延びた第１接続通路２３の先端が単純に車室暖房用冷却水通路３１に合流した構成となっている。これに対し、第２接続部４２は、車室暖房用冷却水循環系１２を主冷却水循環系１１から切り離すための弁機構として、三方電磁弁からなる流路切換弁４３を備えており、この流路切換弁４３を介して第２接続通路２４の端部が車室暖房用冷却水通路３１に接続される構成となっている。
【００２１】
上記流路切換弁４３は、ＯＮ時には、車室暖房用冷却水通路３１と第２接続通路２４との間を遮断し、車室暖房用冷却水通路３１をループ状に保つ。つまり、流路切換弁４３は、ＯＮ時には、第１の位置として、符号３１ａで示す第２接続部４２よりも上流側の流路を符号３１ｂで示す第２接続部４２よりも下流側の流路に接続する。これにより、車室暖房用冷却水循環系１２は主冷却水循環系１１から切り離された状態となる。
【００２２】
一方、流路切換弁４３は、ＯＦＦ時には、第２の位置として、車室暖房用冷却水通路３１を遮断し、第２接続部４２上流側の流路３１ａを第２接続通路２４に接続する。これにより、車室暖房用冷却水循環系１２が部分的に開かれて、主冷却水循環系１１に接続された状態となる。
【００２３】
次に、図３〜図５を参照して、上記構成の冷却水循環系における作用について説明する。なお、これらの図においては、各流路の矢印の方向が冷却水の流れ方向を表しており、また冷却水が実質的に流れていない状態の流路は破線として示してある。
【００２４】
図３は、ハイブリッド車両１がＥＶ走行しているときの状態を示している。ＥＶ走行中は、流路切換弁４３がＯＮ状態にあり、車室暖房用冷却水循環系１２が主冷却水循環系１１から切り離されている。内燃機関２は停止しているので、ウォータポンプ１５も停止しており、主冷却水循環系１１内では冷却水は循環しない。車室暖房用冷却水循環系１２においては、暖房要求に応じて電動ウォータポンプ３２および電熱ヒータ３３が作動し、電熱ヒータ３３で加熱された温水がヒータコア１０に供給される。この温水は、電動ウォータポンプ３２により系内を循環するため、同時にＥＧＲガスクーラ３４を通流する。電熱ヒータ３３の出力は、第２水温センサ３５の検出温度ＴＷ２に基づいて制御され、これにより、冷却水温が例えば６０℃〜７０℃程度の目標温度に維持される。
【００２５】
図４は、ハイブリッド車両１がＥＶ走行からＨＥＶ走行へ移行した直後の状態を示しており、特に、主冷却水循環系１１側の冷却水温度つまり第１水温センサ２７の検出温度ＴＷ１が低いときの状態を示している。この状態では、流路切換弁４３はＯＮ状態を継続し、車室暖房用冷却水循環系１２が主冷却水循環系１１から切り離されている。車室暖房用冷却水循環系１２においては、暖房要求に応じて電動ウォータポンプ３２および電熱ヒータ３３が作動し、ヒータコア１０を通して温水が循環する。
【００２６】
一方、主冷却水循環系１１においては、内燃機関２が始動され、ウォータポンプ１５が作動開始するため、バイパス通路１８を介した冷却水の循環が開始する。一部の冷却水は、スロットルチャンバ２６を通るスロットルチャンバ用温水通路２５を経由して循環する。ここで、内燃機関２のＥＧＲガス通路に介在するＥＧＲガスクーラ３４には、車室暖房用冷却水循環系１２の中で既に温水となった冷却水が通流する。従って、凝縮水の発生の懸念がなく、内燃機関２の始動後、排気還流を早期に開始することが可能である。例えば、車室暖房用冷却水循環系１２の冷却水温度が６０℃〜７０℃程度の所定温度に達していれば、内燃機関２の始動と同時に排気還流を作動させることができる。
【００２７】
また、内燃機関２の始動後は、排気温度が速やかに上昇するので、ＥＧＲガスクーラ３４においては、排気熱を冷却水に回収することができ、その熱量をヒータコア１０による暖房に利用することができる。つまり、排気から回収した熱量分だけ電熱ヒータ３３の出力を低下させることができ、電力消費が低減する。
【００２８】
さらに、ＥＧＲガスクーラ３４の暖機のために主冷却水循環系１１の冷却水が用いられることがないので、内燃機関２の暖機時間が短くなる。
【００２９】
内燃機関２の暖機の進行に伴い、第１水温センサ２７で検出される主冷却水循環系１１側の冷却水温度ＴＷ１が第２水温センサ３５で検出される車室暖房用冷却水循環系１２の冷却水温度ＴＷ２と等しくなったら、図５に示す状態に移行する。すなわち、図５は、内燃機関２の暖機が完了した段階でのＨＥＶ走行中の状態を示しており、この状態では、流路切換弁４３がＯＦＦ状態にあり、車室暖房用冷却水循環系１２が主冷却水循環系１１に接続されている。そして、電動ウォータポンプ３２および電熱ヒータ３３はＯＦＦとなる。内燃機関２のウォータポンプ１５の作動により、主冷却水循環系１１のウォータジャケット１３内を冷却水が通流するとともに、冷却水取り出し口２１が冷却水戻り口２２よりも相対的に高い圧力となるので、冷却水取り出し口２１から冷却水戻り口２２へと車室暖房用冷却水循環系１２を通して温かい冷却水が流れる。具体的には、車室暖房用冷却水循環系１２は、流路切換弁４３の位置において分断されているので、第１接続通路２３から第１接続部４１において流入した冷却水が、ＥＧＲガスクーラ３４、電熱ヒータ３３、ヒータコア１０、停止中の電動ウォータポンプ３２、を順に通り、第２接続部４２における流路切換弁４３を介して第２接続通路２４へと流れる。このとき、ＥＧＲガスクーラ３４において排気熱が冷却水に回収され、ヒータコア１０による暖房に利用される。
【００３０】
図６は、上述した冷却水循環系の制御の流れを示すフローチャートであり、以下、これを説明する。なお、このフローチャートに示す処理は、ハイブリッド車両１のコントローラ７もしくは図示せぬ別のコントローラによって行われる。
【００３１】
車両１の運転が開始（キーＯＮ）すると、初期化処理として、ステップ１〜３において、電動ウォータポンプ３２、流路切換弁４３、電熱ヒータ３３、をそれぞれＯＦＦとする。ステップ４のキーＯＦＦであるか否かの判定を経て、ステップ５では、ＥＶ走行であるかＨＥＶ走行であるかを判定する。基本的に、運転開始初期は、ＥＶ走行となる。バッテリ５の充電量（ＳＯＣ値）が所定のレベルに低下したときや加速要求時などにＨＥＶ走行へ移行する。
【００３２】
ＥＶ走行であれば、ステップ６へ進み、暖房要求の有無を判定する。暖房要求がなければ、ステップ７〜９において、電動ウォータポンプ３２、流路切換弁４３、電熱ヒータ３３、をそれぞれＯＦＦのまま保つ。暖房要求があれば、ステップ１０〜１２において、電動ウォータポンプ３２、流路切換弁４３、電熱ヒータ３３、をそれぞれＯＮとする。流路切換弁４３がＯＮとなると、前述したように、車室暖房用冷却水通路３１が主冷却水循環系１１から切り離されて閉回路となる。従って、電熱ヒータ３３で温められた冷却水がヒータコア１０を通して循環する。また、ＥＧＲガスクーラ３４を通過する冷却水の温度も高くなる。
【００３３】
ＨＥＶ走行であれば、ステップ５からステップ１３へ進み、暖房要求の有無を判定する。暖房要求がなければ、ステップ１４〜１６において、電動ウォータポンプ３２、流路切換弁４３、電熱ヒータ３３、をそれぞれＯＦＦのまま保つ。暖房要求があれば、ステップ１７へ進み、冷却水温度の判定を行う。具体的には、主冷却水循環系１１の冷却水温度ＴＷ１を車室暖房用冷却水循環系１２の冷却水温度ＴＷ２と比較し、主冷却水循環系１１の冷却水温度ＴＷ１が車室暖房用冷却水循環系１２の冷却水温度ＴＷ２未満であれば、ステップ１８〜２０において、電動ウォータポンプ３２、流路切換弁４３、電熱ヒータ３３、をそれぞれＯＮ状態に維持する。つまり、図４で説明したように、主冷却水循環系１１の冷却水温度ＴＷ１が低い間は、車室暖房用冷却水循環系１２をループ状に保って、電動ウォータポンプ３２および電熱ヒータ３３を用いた暖房を継続する。
【００３４】
主冷却水循環系１１の冷却水温度ＴＷ１が車室暖房用冷却水循環系１２の冷却水温度ＴＷ２以上となったら、ステップ２１〜２３において、電動ウォータポンプ３２、流路切換弁４３、電熱ヒータ３３、をそれぞれＯＦＦとする。これにより、内燃機関２側のウォータポンプ１５を利用した暖房へ移行する。
【００３５】
なお、上記実施例では、弁機構として三方電磁弁からなる流路切換弁４３を第２接続部４２に配置してあるが、第２接続部４２に代えて、同様の流路切換弁を第１接続部４１に設けた配置も可能である。また、第１接続部４１と第２接続部４２の双方に流路切換弁を配置した構成も可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１…ハイブリッド車両
２…内燃機関
１０…ヒータコア
１１…主冷却水循環系
１２…車室暖房用冷却水循環系
１３…ウォータジャケット
１５…ウォータポンプ
１６…サーモスタット弁
２３…第１接続通路
２４…第２接続通路
２７…第１水温センサ
３２…電動ウォータポンプ
３３…電熱ヒータ
３４…ＥＧＲガスクーラ
３５…第２水温センサ
３６…リザーバタンク
４１…第１接続部
４２…第２接続部
４３…流路切換弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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