(57)【要約】【課題】出力軸の動力により駆動する機械式オイルポンプを搭載した場合にオイルの温度を適切な値に制御すること。【解決手段】車両用冷却装置１は、動力源となるモータ３，４へＴ／Ｍオイルを圧送する機械式オイルポンプ２１を有するＴ／Ｍオイル回路２０と、インバータ２を冷却するための冷却水を吐出する電動ウォータポンプ１１を有するインバータ冷却回路１０と、Ｔ／Ｍオイルと冷却水との間で熱交換を行う熱交換器１２と、電動ウォータポンプ１１の出力を制御する制御部と、を備え、機械式オイルポンプ２１は、車両の出力軸の動力により駆動するポンプであり、制御部は、Ｔ／Ｍオイルの温度が所定値未満の場合に電動ウォータポンプ１１の吐出量を減らす制御を実施する手段と、Ｔ／Ｍオイルの温度が所定値以上の場合に電動ウォータポンプ１１の吐出量を車速に比例して変化させる制御を実施する手段と、を有する。【選択図】図１
2019103334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の動力源となる電動機へオイルを圧送する機械式オイルポンプを有するオイル回路と、
前記電動機に接続されたインバータを冷却するための冷却水を吐出する電動ウォータポンプを有するインバータ冷却回路と、
前記オイルと前記冷却水との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記電動ウォータポンプの出力を制御する制御部と、
を備え、
前記機械式オイルポンプは、前記車両の出力軸の動力により駆動するポンプであり、
前記制御部は、
前記オイルの温度が所定値未満の場合に、前記オイルの温度が上がるよう前記電動ウォータポンプの吐出量を減らす制御を実施する手段と、
前記オイルの温度が前記所定値以上の場合に、前記オイルの温度が下がるよう前記電動ウォータポンプの吐出量を車速に比例して変化させる制御を実施する手段と、を有する
ことを特徴とする車両用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジン冷却水とＴ／Ｍオイルとの間で熱交換を行う熱交換器と、エンジン冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、動力源となるモータへＴ／Ｍオイルを圧送するオイルポンプとを備える車両用冷却装置が開示されている。この車両用冷却装置では、Ｔ／Ｍオイルの温度に応じてエンジン冷却水の吐出量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６２１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両用冷却装置について、機械式オイルポンプを出力軸に連結する構成が考えられる。この構成では、出力軸が回転している間（車速を有する間）、常に機械式オイルポンプが駆動して熱交換器にＴ／Ｍオイルが供給される。しかしながら、走行中はＴ／Ｍオイルの熱が熱交換器から常に放熱されるため、Ｔ／Ｍオイルの温度が低下してしまい、撹拌損失や引き摺り損失（無負荷損失）を増大させる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、出力軸の動力により駆動する機械式オイルポンプを搭載した場合にオイルの温度を適切な値に制御することができる車両用冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る車両用冷却装置は、車両の動力源となる電動機へオイルを圧送する機械式オイルポンプを有するオイル回路と、電動機に接続されたインバータを冷却するための冷却水を吐出する電動ウォータポンプを有するインバータ冷却回路と、オイルと冷却水との間で熱交換を行う熱交換器と、電動ウォータポンプの出力を制御する制御部と、を備え、機械式オイルポンプは、車両の出力軸の動力により駆動するポンプであり、制御部は、オイルの温度が所定値未満の場合に、オイルの温度が上がるよう電動ウォータポンプの吐出量を減らす制御を実施する手段と、オイルの温度が所定値以上の場合に、オイルの温度が下がるよう電動ウォータポンプの吐出量を車速に比例して変化させる制御を実施する手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、オイルの温度が所定値未満の場合に電動ウォータポンプの吐出量を減らしてオイルの温度を上昇させ、オイルの温度が所定値以上の場合には電動ウォータポンプの吐出量を車速に比例して増やしオイルの温度を低下させる。これにより、オイルの温度を適切な値に制御することが可能になり、オイルの暖機と冷却を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態の車両用冷却装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、電動ウォータポンプの制御フローを示すフローチャート図である。
【図３】図３は、Ｔ／Ｍ油温とＴ／Ｍユニットの損失との関係を示す図である。
【図４】図４は、電動ウォータポンプの吐出量を車速比例で制御する場合を説明するための図である。
【図５】図５は、ＬＬＣ量に対する熱交換量の関係を示す図である。
【図６】図６は、Ｔ／Ｍ油量に対する熱交換量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における車両用冷却装置について具体的に説明する。
【００１０】
図１は、実施形態の車両用冷却装置１を模式的に示す図である。車両用冷却装置１は、インバータ（ＩＮＶ）２を冷却するためのインバータ冷却水（ＬＬＣ）が循環するインバータ冷却回路１０と、第１モータ（ＭＧ１）３および第２モータ（ＭＧ２）４を直接冷却するため、かつ潤滑系５を潤滑するためのＴ／Ｍオイル（Ｔ／Ｍ潤滑オイル）が循環するＴ／Ｍオイル回路２０と、を備える。インバータ冷却回路１０とＴ／Ｍオイル回路２０とはそれぞれ独立した流路によって形成される。この車両用冷却装置１では、ギヤを含む動力伝達機構である潤滑系５と各モータ３，４とが同一のトランスアクスルケース６内に収容されたＴ／Ｍユニットを含み、Ｔ／Ｍオイルの熱を熱交換器１２でＴ／Ｍオイル回路２０の外部（インバータ冷却回路１０側）に放熱するシステム構成を有する。さらに、Ｔ／Ｍユニットには、車速に比例して作動する機械式オイルポンプ（ＭＯＰ）２１が含まれる。
【００１１】
詳細には、インバータ冷却回路１０は、インバータ冷却水（以下「ＬＬＣ」という）によってインバータ２を冷却するための循環水路である。このインバータ冷却回路１０は、電動ウォータポンプ（ＥＷＰ）１１と、各モータ３，４と電気的に接続されたインバータ２と、ＬＬＣとＴ／Ｍオイルとの間で熱交換を行う熱交換器１２と、ＬＬＣと空気との間で熱交換を行うＨＶラジエータ１３と、を含む。電動ウォータポンプ１１は、図示しない制御部（ＥＣＵ）により出力制御される電動式ポンプであり、インバータ冷却回路１０内のＨＶラジエータ１３で空冷されたＬＬＣを吸入口から吸入して吐出口から吐出する。電動ウォータポンプ１１から吐出されたＬＬＣはインバータ２に供給されてインバータ２を冷却する。インバータ２はＨＶラジエータ１３で空冷された後のＬＬＣによって冷却される。そのＬＬＣは、インバータ２を冷却後、熱交換器１２内に流入してＴ／Ｍオイルとの間で熱交換を行ってからＨＶラジエータ１３へ圧送される。そして、この車両用冷却装置１では、熱交換器１２の放熱側となるＬＬＣ量、すなわち電動ウォータポンプ１１の吐出量を制御することによってＴ／Ｍオイルの温度を制御する。
【００１２】
Ｔ／Ｍオイル回路２０は、機械式オイルポンプ２１と、熱交換器１２と、第１モータ３と、第２モータ４と、潤滑系５と、オイル貯留部２２と、を含む。機械式オイルポンプ２１は、車両の出力軸に連結されており、出力軸が回転することによって駆動する機械式ポンプである。そのため、機械式オイルポンプ２１の吐出量は車速に比例して変化する。各モータ３，４は、車両の動力源として機能するモータ・ジェネレータであり、発電機能を有する。潤滑系５は、ギヤなどを含む動力伝達機構であり、Ｔ／Ｍオイルによる潤滑が必要な部位である。オイル貯留部２２は、トランスアクスルケース６内でＴ／Ｍオイルを一時的に貯留する部位であり、例えばトランスアクスルケース６下部のオイルパンにより構成される。このＴ／Ｍオイル回路２０は、機械式オイルポンプ２１から吐出されたＴ／Ｍオイルを熱交換器１２でＬＬＣとの間で熱交換させた後、各モータ３，４に供給することができる油路（冷却油路）と、機械式オイルポンプ２１から吐出されたオイルを熱交換器１２でＬＬＣとの間で熱交換させずに潤滑系５に供給することができる油路（潤滑油路）と、を含む。また、車両用冷却装置１を搭載した車両では走行中に出力軸が回転し続けるため、車速がある場合には、機械式オイルポンプ２１は常に駆動して、Ｔ／Ｍオイルが熱交換器１２に常に供給されることになる。さらに、機械式オイルポンプ２１の吐出量が車速に比例して変化するため、熱交換器１２を流れるＴ／Ｍオイルの流量（Ｔ／Ｍ油量）が車速に依存して変化する。そこで、本実施形態では、走行中は常にＴ／Ｍオイルが熱交換器１２内を流れることを考慮して、Ｔ／Ｍオイルの温度が所望温度となるよう、Ｔ／Ｍ油温に応じて電動ウォータポンプ１１の出力制御を実施する。
【００１３】
図２は、電動ウォータポンプ１１の制御フローを示すフローチャート図である。図２に示す制御フローは、電動ウォータポンプ１１の出力制御であり、上述した制御部（ＥＣＵ）によって実施される。車両用冷却装置１では、この出力制御を実施することにより、熱交換器１２の放熱側液体であるＬＬＣの流量をＴ／Ｍ油温に基づいて変化させる。
【００１４】
図２に示すように、制御部は、Ｔ／Ｍ油温の情報を入手する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、Ｔ／Ｍオイル回路２０内に設置された油温センサによってＴ／Ｍ油温を測定し、その測定値が制御部に入力される。この油温センサは、オイル貯留部２２内に貯留されたＴ／Ｍオイルの温度を測定してもよく、あるいはＴ／Ｍオイル回路２０内を圧送されている最中のＴ／Ｍオイルの温度を測定してもよい。
【００１５】
制御部は、ステップＳ１で入手したＴ／Ｍ油温情報を用いて、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２）。閾値Ｔ１は、Ｔ／Ｍユニットの損失が最小となる際のＴ／Ｍ油温に基づいて設定された所定値である。例えば、図３に示すように、Ｔ／Ｍユニットの損失が最小となるＴ／Ｍ油温Ｔ０（以下「目標油温Ｔ０」という）を基準にして、この目標油温Ｔ０よりも１０％程度高い温度を閾値Ｔ１に設定する。なお、Ｔ／Ｍ油温とＴ／Ｍユニットの損失との関係については図３を参照して後述する。
【００１６】
Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１以下であることによりステップＳ２で否定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、電動ウォータポンプ１１の出力をゼロから微小に制御する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、電動ウォータポンプ１１の出力をゼロから微小にして、電動ウォータポンプ１１の吐出量がゼロから極少量となるように制御する。極少量とは、インバータ冷却回路１０内のインバータ素子（インバータ２内部）に熱がこもらない程度の流量（例えば０〜１［Ｌ／ｍｉｎ］）である。このように、電動ウォータポンプ１１の出力は電動ウォータポンプ１１の吐出量を表す。そして、ステップＳ３の制御が実施されると、この制御ルーチンは終了する。
【００１７】
一方、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１よりも高いことによりステップＳ２で肯定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部は、車速情報を入手し（ステップＳ４）、電動ウォータポンプ１１の出力を車速に比例して制御する（ステップＳ５）。ステップＳ４では、車速センサ（図示せず）により測定した車速情報が制御部に入力される。ステップＳ５では、ステップＳ４で入手した車速情報を用いて、目標油温Ｔ０を目標値にしてＴ／Ｍ油温が低下するように、放熱側となる電動ウォータポンプ１１の出力を増大させる。この場合に、電動ウォータポンプ１１の吐出量を車速に比例した流量（ＥＷＰ水量）に制御する。
【００１８】
具体的には、ステップＳ５が実施されると、図４に示すように、電動ウォータポンプ１１の吐出量（ＥＷＰ水量）は機械式オイルポンプ２１の吐出量（ＭＯＰ油量）と同様に、車速に比例して変化する。この場合、車速に対する流量の傾きは、電動ウォータポンプ１１のほうが機械式オイルポンプ２１よりも小さい。この車速に対する吐出量の傾きは、例えば比熱（Ｔ／Ｍオイル）×密度（Ｔ／Ｍオイル）／比熱（ＬＬＣ）×密度（ＬＬＣ）に設定される。さらに、機械式オイルポンプ２１の吐出量を電動ウォータポンプ１１の吐出量よりも多くする理由は、熱交換器１２での熱交換量の流量感度がＴ／ＭオイルのほうがＬＬＣよりも高いためである。この感度差はＴ／ＭオイルとＬＬＣの比熱×密度の差に起因する。そして、ステップＳ５の制御が実施されると、この制御ルーチンは終了する。
【００１９】
ここで、図３を参照して、Ｔ／Ｍ油温とＴ／Ｍユニットの損失との関係について説明する。図３に示すように、Ｔ／Ｍユニットの損失は目標油温Ｔ０で最小となるように変化する。Ｔ／Ｍ油温が目標油温Ｔ０よりも低い場合には、Ｔ／Ｍユニットの損失は無負荷損失が支配的（大きな損失）となる。無負荷損失とは、Ｔ／Ｍオイルの粘度に依存する損失のことをいい、例えば撹拌損失や引き摺り損失のことである。一方、Ｔ／Ｍ油温が目標油温Ｔ０よりも高い場合には、Ｔ／Ｍユニットの損失はＭＧ銅損が支配的（大きな損失）となる。ＭＧ損失は、第１モータ３および第２モータ４に電力を供給する際に生じる銅損である。Ｔ／Ｍ油温が高いとオイルの粘度は下がるため無負荷損失が低減する。このような温度特性を熱交換器１２が有するため、Ｔ／Ｍ油温が目標油温Ｔ０よりも低い場合にはＴ／Ｍ油温を暖機し、Ｔ／Ｍ油温が目標油温Ｔ０よりも高い場合にはＴ／Ｍ油温を冷却するよう制御する。要するに、Ｔ／Ｍユニットの損失を小さくするために、Ｔ／Ｍ油温を目標油温Ｔ０に近づける温度制御を実施する。
【００２０】
次に、図５，６を参照して、熱交換器１２の熱交換特性について説明する。図５は、ＬＬＣ量に対する熱交換量の関係を示す図である。この図５には、熱交換器１２に供給されるＴ／Ｍオイルの流量が多量の場合、中量の場合、少量の場合の三パターンが例示されている。図６は、Ｔ／Ｍ油量に対する熱交換量の関係を示す図である。この図６には、熱交換器１２に供給されるＬＬＣ量が多量の場合、中量の場合、少量の場合の三パターンが例示されている。
【００２１】
図５に示すように、ＬＬＣ量に対する熱交換量の関係について、ＬＬＣ量が増大した際、Ｔ／Ｍ油量が多量〜少量のいずれの場合も熱交換量は大きく増加していない。つまり、熱交換器１２の熱交換量はＬＬＣ量に対する依存が小さい、すなわちＬＬＣ量の変化に対する熱交換量の変化（流量感度）が小さい。ＬＬＣ量が同じ場合、Ｔ／Ｍ油量が多いほど熱交換量は多くなる。
【００２２】
一方、図６に示すように、Ｔ／Ｍ油量に対する熱交換量の関係について、Ｔ／Ｍ油量が増大した際、ＬＬＣ量が多量〜少量のいずれの場合も熱交換量は大きく変化した。つまり、熱交換器１２の熱交換量はＴ／Ｍ油量に対する依存が大きい、すなわちＴ／Ｍ油量の変化に対する熱交換量の変化（流量感度）が大きい。Ｔ／Ｍ油量が同じ場合、ＬＬＣ量が多いほど熱交換量は多くなる。
【００２３】
以上説明した通り、車両用冷却装置１によれば、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１以下の場合にはＴ／Ｍオイルを早期に暖機できるため、無負荷損失（Ｔ／Ｍユニットの損失）を低減可能である。一方、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１よりも高い場合には、Ｔ／Ｍオイルを効率よく冷却できるため、各モータ３，４の冷却性が向上し、銅損を含むＭＧ損失（Ｔ／Ｍユニットの損失）を低減可能である。これにより、Ｔ／Ｍオイルの暖機向上と冷却性の両立を図ることが可能になる。
【００２４】
また、Ｔ／Ｍ油温を目標油温Ｔ０とする温度管理制御を実施することで、電動ウォータポンプ１１の切替回数を低減可能である。さらに、上述した図５に示すように、熱交換器１２の熱交換量はＬＬＣの流量依存が小さいため、これを考慮せずにＬＬＣを多く熱交換器に供給しても冷却効果が頭打ちになるが、実施形態では電動ウォータポンプ１１の吐出量も適切な大きさに制御される。これにより、電動ウォータポンプ１１の吐出量を従来よりも低減できるため、車両走行時の電動ウォータポンプ１１の出力を下げられ、電動ウォータポンプ１１の電気損失を低減することも可能である。
【００２５】
なお、上述した図２に示すステップＳ２では、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１以上であるか否かを判定してもよい。要するに、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１以上の場合にステップＳ４，Ｓ５を実施し、Ｔ／Ｍ油温が閾値Ｔ１未満の場合にステップＳ３を実施してもよい。また、車両用冷却装置１はハイブリッド車両でも電気自動車でも適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  車両用冷却装置
２  インバータ（ＩＮＶ）
３  第１モータ（ＭＧ１）
４  第２モータ（ＭＧ２）
５  潤滑系
６  トランスアクスルケース
１０  インバータ冷却回路
１１  電動ウォータポンプ（ＥＷＰ）
１２  熱交換器
２０  Ｔ／Ｍオイル回路
２１  機械式オイルポンプ（ＭＯＰ）
【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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