(57)【要約】【課題】複雑な冷却通路を有するウォータジャケットを介して発熱体を冷却する装置であって、ＬＬＣの交換時における作業性を向上させ、冷却媒体の不足を回避する。【解決手段】冷却装置は、電動ウォータポンプ４００によりＬＬＣが順次循環される、ハイブリッド用ラジエーター１００、リザーブタンク２００、ＰＣＵ３００およびモータジェネレータウォータジャケット５００から構成される。モータジェネレータウォータジャケット５００の内部には、上下方向に蛇行を繰り返す冷却水管路５００Ｃが形成される。モータジェネレータウォータジャケット５００よりも鉛直上方の位置にドレンバルブ２０００が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された発熱体を冷却する車両用冷却装置であって、
前記発熱体を経由して放熱器に至る、冷却媒体が流通する冷却経路と、
前記冷却経路に設けられ、前記冷却媒体を前記冷却経路内で流通させるポンプと、
前記冷却経路に設けられ、前記冷却媒体を前記冷却経路外に排出するための排出手段とを含み、
前記排出手段は、前記発熱体よりも鉛直上方に設けられる、車両用冷却装置。
【請求項２】
前記冷却経路の一部には、前記発熱体に接して設けられる、上下方向に蛇行する経路から構成される熱交換部が形成される、請求項１に記載の車両用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却媒体は冷却水であって、
前記熱交換部はウォータジャケットである、請求項２に記載の車両用冷却装置。
【請求項４】
前記発熱体は、車両用駆動源である、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用冷却装置。
【請求項５】
前記車両用駆動源は、モータジェネレータである、請求項４に記載の車両用冷却装置。
【請求項６】
前記排出手段は、ドレンバルブである、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたエンジンやモータ等の発熱体を冷却する装置に関し、特に、冷却装置における冷却媒体の管路に気泡が発生することを防止する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の自動車においては、エンジンを冷却するために、エンジンのシリンダブロックに冷却媒体の通路を設けて、冷却媒体であるＬＬＣ（Long Life Coolant）をウォータポンプで循環させる。エンジンから発生した熱は、ＬＬＣを介してラジエーターで放熱される。また、このようなエンジンに加えて走行用モータを搭載したハイブリッド自動車においては、エンジンの冷却系統に加えて、モータ（以下、モータにはモータジェネレータを含む）やＰＣＵ（Power Control Unit）を冷却する冷却系統を有する。さらに、電気自動車であれば、エンジンの冷却系統に代えて、モータやＰＣＵ等を冷却する冷却系統を有する。
【０００３】
モータの冷却については、たとえば、モータのステータ部分を覆うようにウォータジャケットを設けて、ウォータポンプにより冷却媒体であるＬＬＣを、このウォータジャケットに供給するとともに、このウォータジャケットで吸収した熱をラジエーターで放熱する。また、ＰＣＵの冷却についても、最も発熱するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の近傍にウォータジャケットが設けられる。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車に搭載された電気機器の冷却装置であって、複数の電気機器を効率良く冷却することができるとともに、装置の構成を簡略化することが可能なハイブリッド自動車の冷却装置が特開２００２−１８７４３５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
この公報に開示された冷却装置は、少なくとも走行用のモータと蓄電装置と蓄電装置から走行用のモータへ電力を供給するインバータとを含む複数の電気機器に対して、冷媒を循環させて各電気機器を冷却する複数の冷却部と、複数の冷却部を直列に接続して冷媒を流通させる冷却回路と、冷却回路に冷媒を循環させる循環用ポンプと、冷却回路において複数の冷却部と直列に接続されたラジエーターとを備え、複数の冷却部は、ラジエータの冷媒排出口から、電気機器ごとに設定される許容耐熱温度の低い順に配置したことを特徴とする。
【０００６】
このハイブリッド自動車の冷却装置によると、ハイブリッド自動車に搭載された複数の電気機器毎に冷媒を循環させる冷却部を備えて、これらの冷却部はラジエータを介して直列に接続されて冷却回路が構成されていることから、冷媒を流通させる配管の配置構成を簡略化することができる。しかも、冷媒の循環経路に沿って複数の電気機器を配置する際に、これらの電気機器毎に設定された許容耐熱温度が低い順に配置される。すなわち、冷却に対する優先度が高い電気機器ほど冷却回路の上流側に配置されて確実に冷却され、逆に冷却要求が相対的に低い電気機器は冷却回路の下流側に配置されることで、複数の電気機器を効率良く冷却することができ、車両の燃費向上に資することができる。
【特許文献１】特開２００２−１８７４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような冷却装置に用いられるＬＬＣを排出しなければならない場合のためにドレンバルブ（ドレンコック）が設けられる。たとえば、このようなドレンバルブは、ラジエーターのロアタンクに設けられる。また、冷却水が流れる配管の接続部分を外してＬＬＣを排出することもある。
【０００８】
ところで、たとえば、モータのウォータジャケットにおける冷却水通路が上下方向に蛇行を繰り返すような複雑な形状を有する場合であって、そのモータが冷却系統の最下部に設けられている場合に、モータのウォータジャケットにドレンコックが設けられる。このような場合には、ウォータジャケットにおける冷却水通路が上下方向に蛇行を繰り返している場合、このドレンコックからウォータジャケット内のＬＬＣを排出した後に、ＬＬＣを再注入する時に、このウォータジャケット内の冷却水通路にエア溜まりが発生する。このエア溜まりのためにＬＬＣの全てを一度に排出することが困難になる。そのため、全量のＬＬＣを一度に交換することができないという問題を生じる。このエア溜まりを消失させるためにエアブリーダ（空気抜き部材）を設けるとコストがアップする。さらに、このエア溜まりのエアが冷却系統（ラジエーター〜リザーバタンク〜ＰＣＵ〜ウォータポンプ〜モータ）を循環すると、ウォータポンプでエアの噛み込みが発生して、ウォータポンプの軸受に過負荷がかかるという問題や、キャビテーションが発生してポンプインペラを損傷するという問題が発生する。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献においては、このような問題についての言及がない。すなわち、エア溜まりに起因して発生する問題に着目していないので、上述したような問題を解決することができない。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複雑な冷却通路を有する（ウォータ）ジャケットを介して発熱体を冷却する装置であって、冷却媒体の交換時における作業性を向上させ、冷却媒体の不足を回避することができる、車両用冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係る車両用冷却装置は、車両に搭載された発熱体を冷却する。この車両用冷却装置は、発熱体を経由して放熱器に至る、冷却媒体が流通する冷却経路と、冷却経路に設けられ、冷却媒体を冷却経路内で流通させるポンプと、冷却経路に設けられ、冷却媒体を冷却経路外に排出するための排出手段とを含む。この排出手段は、発熱体よりも鉛直上方に設けられる。
【００１２】
第１の発明によると、冷却経路に設けられる排出手段（たとえば、ドレンバルブ）は、発熱体よりも鉛直上方に設けられる。このため、たとえば、発熱体を覆うように設けられる、冷却媒体が流通するジャケット（熱交換効率が向上するように複雑な経路を形成する）よりもドレンバルブが上方の位置に設けられるので、冷却媒体を交換時にドレンバルブを開栓してもジャケット内の冷却媒体（冷却水としてのＬＬＣ）は排出されないで、ジャケット内の複雑な経路には冷却媒体が充填された状態に維持される。このため、ジャケット内の複雑な経路にはエア溜まり（気泡）が発生しない。このため、ジャケット内の複雑な経路に維持されるＬＬＣを除いて一度にＬＬＣを交換できる。さらに、エア溜まりが発生しないので、ポンプに気泡が到達することもなく、ポンプでエアの噛み込みが発生して、ポンプの軸受に過負荷がかかるという問題や、キャビテーションが発生してポンプインペラを損傷するという問題を回避できる。その結果、複雑な冷却通路を有するウォータジャケットを介して発熱体を冷却する装置であって、冷却媒体の交換時における作業性を向上させ、冷却媒体の不足を回避することができる、車両用冷却装置を提供することができる。
【００１３】
第２の発明に係る車両用冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、冷却経路の一部には、発熱体に接して設けられる、上下方向に蛇行する経路から構成される熱交換部が形成される。
【００１４】
第２の発明によると、上下方向に蛇行する経路から構成される熱交換部の上方湾曲部分であってもエア溜まりが発生しないので、冷却経路に気泡が発生することがなく、気泡に起因する問題を回避できる。
【００１５】
第３の発明に係る車両用冷却装置においては、第２の発明の構成に加えて、冷却媒体は冷却水であって、熱交換部はウォータジャケットである。
【００１６】
第３の発明によると、上下方向に蛇行する経路から構成されるウォータジャケットの上方湾曲部分であってもエア溜まりが発生しないので、冷却経路に気泡が発生することがなく、気泡に起因する問題を回避できる。
【００１７】
第４の発明に係る車両用冷却装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、発熱体は、車両用駆動源である。
【００１８】
第４の発明によると、通常の車両の駆動源であって発熱体であるエンジンや、ハイブリッド車両の駆動源であって発熱体であるモータジェネレータを冷却する冷却装置を提供できる。
【００１９】
第５の発明に係る車両用冷却装置においては、第４の発明の構成に加えて、車両用駆動源は、モータジェネレータである。
【００２０】
第５の発明によると、ハイブリッド車両や電気自動車の駆動源であって発熱体であるモータジェネレータを冷却する冷却装置を提供できる。
【００２１】
第６の発明に係る車両用冷却装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、排出手段は、ドレンバルブである。
【００２２】
第６の発明によると、ドレンバルブを開栓することで、ＬＬＣを冷却経路から排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２４】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る冷却装置の搭載状態について説明する。なお、以下においては、ＦＦ（Front engine Front drive）のハイブリッド自動車に、本発明の実施の形態に係る冷却装置が搭載される場合について説明する。しかしながら、本発明に係る冷却装置は、このようなハイブリッド自動車に搭載される場合に限定されないで、エンジンのみを搭載してエンジンに設けられたウォータジャケットの形状が複雑である自動車や、モータジェネレータのみを搭載してモータジェネレータに設けられたウォータジャケットの形状が複雑である電気自動車であってもよい。さらに、複雑な経路を有するウォータジャケットはモータジェネレータに設けられ、そのモータジェネレータが冷却系統の最下部に設けられるとして説明するが、モータジェネレータではなくＰＣＵであってもよい。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態に係る冷却装置は車両のエンジンルーム１０の前方に搭載される。この車両には、エンジンの冷却系統の一部を形成するエンジン用ラジエーター１５０に並べて、電気機器の冷却系統の一部を形成するハイブリッド用ラジエーター１００が設けられる。電気機器の冷却系統は、このハイブリッド用ラジエーター１００と、リザーバタンク２００と、ＰＣＵ３００と、電動ウォータポンプ４００と、モータジェネレータウォータジャケット５００と、それらを順に接続する冷却管路とを含む。
【００２６】
なお、この車両は、駆動源として、エンジン２０と、エンジン２０をアシストしたり回生制動して発電するモータジェネレータ（１）３０およびモータジェネレータ（２）４０とを含む。このような駆動源からの出力は、動力分配機構５０で車両の走行状態に応じて最適な状態になるように配分されて、駆動軸６０および駆動輪７０に伝達される。なお、図１において、これらの駆動源（エンジン２０、モータジェネレータ（１）３０、モータジェネレータ（２）４０）と動力分配機構５０とから構成されるパワートレーンは、模式的に記載している。一方、電気機器の冷却系統は実際の搭載状態に基づいて記載している。このため、図１においては、モータジェネレータウォータジャケット５００とモータジェネレータ（１）３０およびモータジェネレータ（２）４０とは、離隔して表わされているが、モータジェネレータウォータジャケット５００は、モータジェネレータ（１）３０およびモータジェネレータ（２）４０の少なくともいずれか一方に設けられる。
【００２７】
このような車両において、エンジンの冷却系統の冷却対象となるのはエンジン２０であって、電気機器の冷却系統の冷却対象となるのはＰＣＵ３００、モータジェネレータ（１）３０、モータジェネレータ（２）４０であって、さらに内部抵抗により発熱する蓄電機構（バッテリ、コンデンサ等）であってもよい。
【００２８】
図２に冷却装置の側面図を示す。図３に示すように、この冷却装置は、冷却装置を構成する部材として、車両の前方に設けられたハイブリッド用ラジエーター１００と、冷却水であるＬＬＣ（以下、冷却水とＬＬＣとは同じ意味あるものとして記載する）を注入するための注入口付きのリザーバタンク２００と、リザーバタンク２００とほぼ水平に設けられた第１の冷却対象であるＰＣＵ３００と、ＰＣＵ３００よりも下方に設けられた電動ウォータポンプ４００と、電動ウォータポンプ４００よりもさらに下方に設けられたモータジェネレータウォータジャケット５００とを含む。以下に、これらの接続関係を説明する。
【００２９】
ＰＣＵ３００の冷却水入口部３００Ａには、ハイブリッド用ラジエーター１００のロアタンク接続部１００Ｂから接続される冷却水配管１０１０が繋がれ、ＰＣＵ３００の冷却水出口部３００Ｂには、リザーバタンク２００の冷却水入口部２００Ａに接続される冷却水配管１０２０が繋がれる。なお、ハイブリッド用ラジエーター１００のロアタンク接続部１００Ｂの位置は図示するよりもさらに下方であってもよい。
【００３０】
上述したようにリザーバタンク２００の冷却水入口部２００Ａには、ＰＣＵ３００の冷却水出口部３００Ｂから接続される冷却水配管１０２０が繋がれ、リザーバタンク２００の冷却水出口部３００Ｂには、電動ウォータポンプ４００の冷却水入口部４００Ａに接続される冷却水配管１０３０が繋がれる。
【００３１】
上述したように電動ウォータポンプ４００の冷却水入口部４００Ａには、リザーバタンク２００の冷却水出口部３００Ｂから接続される冷却水配管１０３０が繋がれ、電動ウォータポンプ４００の冷却水出口部４００Ｂには、第２の冷却対象であるモータジェネレータウォータジャケット５００の冷却水入口部５００Ａに接続される冷却水配管１０４０が繋がれる。
【００３２】
上述したようにモータジェネレータウォータジャケット５００の冷却水入口部５００Ａには、電動ウォータポンプ４００の冷却水出口部４００Ｂから接続される冷却水配管１０４０が繋がれ、モータジェネレータウォータジャケット５００の冷却水出口部５００Ｂには、ハイブリッド用ラジエーター１００のアッパータンク接続部１００Ａに接続される冷却水配管１０００が繋がれる。
【００３３】
なお、ハイブリッド用ラジエーター１００は、アッパータンクから冷却水を下方のロアタンクに向けて流入させるダウンフロー型である。電動ウォータポンプ４００は、リザーバタンク２００から冷却水配管１０３０を介して冷却水であるＬＬＣを吸入して、冷却水配管１０４０を介してモータジェネレータウォータジャケット５００に吐出する。さらに、この電動ウォータポンプ４００の作動により、冷却水は、モータジェネレータウォータジャケット５００から冷却水配管１０００を介してハイブリッド用ラジエーター１００に送出され、さらに、冷却水は、ハイブリッド用ラジエーター１００から冷却水配管１０１０を介してＰＣＵ３００に送出され、さらに、冷却水は、ＰＣＵ３００から冷却水配管１０２０を介してリザーブタンク２００に送出される。この冷却装置は、図２に矢示するように冷却水が循環させて、ＰＣＵ３００およびモータジェネレータウォータジャケット５００で吸収した熱量を、ハイブリッド用ラジエーター１００において放熱する。
【００３４】
モータジェネレータウォータジャケット５００の内部においては、モータジェネレータ（１）３０、モータジェネレータ（２）４０の冷却効率を高めるために、冷却水通路５００Ｃが上下方向に蛇行を繰り返している。このように冷却水通路５００Ｃを形成することにより、熱交換に有効な面積を拡大させている。
【００３５】
リザーバタンク２００は、この冷却装置の中で最も高い位置に設けられる。リザーバタンク２００の材質は、樹脂（ガラス繊維強化ナイロン）等であり、エンジン用のラジエーターと同様、通常運転時においては注入口にキャップが設けられる。
【００３６】
冷却水配管１０００、１０１０、１０２０、１０３０、１０４０の素材は、これら冷却装置を構成する機器の配置上必要であれば、柔軟性を有するＥＰＤＭ（ethylene propylene terpolymer）等のゴムであってもよく、柔軟性を有する必要がない場合や、柔軟性を有してはいけない場合には、冷却水配管１０００、１０１０、１０２０、１０３０、１０４０の素材は、金属等の剛性を有するものとなる。
【００３７】
本実施の形態において最も大きな特徴は、冷却水配管１０４０にドレンバルブ（ドレンコックともいわれ、通常はドレンプラグで閉栓されている）２０００を有する点である。このドレンバルブ２０００は、従来は、モータジェネレータウォータジャケット５００の冷却水通路５００Ｃの最下部に設けられていたものである。このドレンバルブ２０００は、高さ方向の所定の位置を基準高さとして、モータジェネレータウォータジャケット５００の高さＨ（１）よりも高い位置である高さＨ（２）に設けられている。
【００３８】
さらに、本実施の形態に最も大きな特徴は、図３に示すように、ドレンバルブ２０１０のように、冷却水配管１０３０にドレンバルブ２０１０を有するようにしてもよい。このドレンバルブ２０１０も、ドレンバルブ２０００と同様に、従来は、モータジェネレータウォータジャケット５００の冷却水通路５００Ｃの最下部に設けられていたものである。このドレンバルブ２０１０は、高さ方向の所定の位置を基準高さとして、モータジェネレータウォータジャケット５００の高さＨ（１）よりも高い位置である高さＨ（３）（＞Ｈ（２））に設けられている。
【００３９】
以上のような構造を有する本実施の形態に係る冷却装置の動作について説明する。なお、以下においては、比較のために示す図４を用いて説明する。なお、図４に示すように、従来においては、ドレンバルブ２１００は、モータジェネレータウォータジャケット５１０の冷却水通路５１０Ｃの最下部に設けられている。なお、モータジェネレータウォータジャケット５１０の冷却水入口部５１０Ａおよび出口部５１０Ｂは、モータジェネレータウォータジャケット５００の冷却水入口部５００Ａおよび出口部５００Ｂと同じものまたは類似するものである。
【００４０】
冷却水であるＬＬＣの交換時において、図４に示すドレンバルブ２１００を開栓して（ねじ止めされているドレンプラグを開いて）、ＬＬＣを排出する。この場合、図４に示すように、モータジェネレータウォータジャケット５１０の冷却水通路５１０Ｃの一部である冷却水通路５１０ＤにＬＬＣが滞留したまま、リザーバタンク２００の注入口からＬＬＣが注入される。このため、冷却水通路５１０Ｄの部分にエア溜まり（気泡）が発生する。
【００４１】
この気泡がある状態では、ＬＬＣの注入を一度に終了させることができない。また、十分にＬＬＣを注入することができない。さらに、この状態で、電動ウォータポンプ４００を作動させると、気泡が電動ウォータポンプ４００に到達して、電動ウォータポンプ４００の軸受を損傷させたり、キャビテーションを発生させてポンプインペラを損傷したりするという問題が発生する。
【００４２】
一方、図２や図３に示すように、モータジェネレータウォータジャケット５００よりも上方にドレンバルブ２０００やドレンバルブ２０１０を設けた場合には以下のようになる。
【００４３】
図２に示すドレンバルブ２０００や図３に示すドレンバルブ２０１０を開栓して、ＬＬＣを排出しても、モータジェネレータウォータジャケット５００は、ドレンバルブ２０００やドレンバルブ２０１０よりも下方にあるので、モータジェネレータウォータジャケット５００のＬＬＣは排出されない。このため、冷却水通路５００Ｃの部分のＬＬＣも排出されないので、冷却水通路５００Ｃにエア溜まり（気泡）が発生することはない。
【００４４】
このように、冷却水通路５００Ｃに気泡が発生しないので、モータジェネレータウォータジャケット５００内部以外のＬＬＣの注入を一度に終了させることができる。このように、モータジェネレータウォータジャケット５００内部以外のＬＬＣを交換するとだけであっても、ＬＬＣが一定の比率以上で交換されるので、ＬＬＣの劣化による腐食等の問題も発生しない。さらに、この状態でＬＬＣを注入して、電動ウォータポンプ４００を作動させても、気泡が電動ウォータポンプ４００に到達することもなく、電動ウォータポンプ４００の軸受を損傷させたり、キャビテーションを発生させたりすることもない。
【００４５】
以上のようにして、本実施の形態に係る冷却装置によると、モータジェネレータウォータジャケットにおける冷却水通路が上下方向に蛇行を繰り返すような複雑な形状を有する場合であって、モータジェネレータウォータジャケットが冷却系統の最下部に設けられている場合にも、ドレンバルブが上方にあるので、ＬＬＣの交換時にウォータジャケット内の冷却水通路にエア溜まりが発生しない。このため、電動ウォータポンプでエアの噛み込みが発生して、ウォータポンプの軸受に過負荷がかかるという問題や、キャビテーションが発生してポンプインペラを損傷するという問題が発生することを回避できる。
【００４６】
なお、上述した説明においては、ウォータジャケットはモータジェネレータに設けられていたが、ＰＣＵや蓄電機構（バッテリ、コンデンサ等）に設けられるものであってもよい。
【００４７】
さらに、ドレンバルブは、鉛直上方かつ、ウォータジャケットよりも上流側に設けられるものであってもよい。
【００４８】
さらに、ドレンバルブは、鉛直上方かつ、ウォータジャケットとウォータジャケットよりも上流側に設けられたウォータポンプとの間に設けられるものであってもよい。
【００４９】
さらに、ドレンバルブは、鉛直上方かつ、ウォータジャケットよりも上流側に設けられたウォータポンプとリザーバタンクとの間に設けられるものであってもよい。
【００５０】
さらに、ドレンバルブは、鉛直上方かつ、ウォータジャケットよりも下流側に設けられるものであってもよい。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置の搭載状態を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る冷却装置の構成図（その１）である。
【図３】本発明の実施の形態に係る冷却装置の構成図（その２）である。
【図４】比較のために示す従来の冷却装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  エンジンルーム、２０  エンジン、３０  モータジェネレータ（１）、４０  モータジェネレータ（２）、５０  動力分配機構、６０  駆動軸、７０  駆動輪、１００  電気系統用ラジエーター、１５０  エンジン系統用ラジエーター、２００  リザーブタンク、３００  ＰＣＵ、４００  電動ウォータポンプ、５００、５１０  モータジェネレータウォータジャケット、１０００、１０１０、１０２０、１０３０  冷却水配管、２０００、２０１０、２１００  ドレンバルブ。
【図１】
2007253691.tif 000003
【図２】
2007253691.tif 000004
【図３】
2007253691.tif 000005
【図４】
2007253691.tif 000006