特開 2024-104533 パワーユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104533

(43)【公開日】2024-08-05

(54)【発明の名称】パワーユニット

(51)【国際特許分類】

   B60K 6/405 20071001AFI20240729BHJP

   B60K 1/00 20060101ALI20240729BHJP

   F01P 3/02 20060101ALI20240729BHJP

   F01P 3/18 20060101ALI20240729BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20240729BHJP

   F01P 11/04 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

B60K6/405 ZHV

B60K1/00

F01P3/02 X

F01P3/18 G

F01P3/20 J

F01P11/04 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008798

(22)【出願日】2023-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏行

(72)【発明者】

【氏名】藤谷 貴昭

(72)【発明者】

【氏名】木本 恭郁

(72)【発明者】

【氏名】國分 智史

(72)【発明者】

【氏名】中村 茜

【テーマコード（参考）】

3D202

3D235

【Ｆターム（参考）】

3D202EE00

3D202EE21

3D202EE23

3D235BB19

3D235BB45

3D235CC13

3D235CC32

3D235DD17

3D235DD19

3D235FF14

3D235FF22

3D235FF43

3D235HH02

3D235HH04

(57)【要約】

【課題】パワーユニットの製造コストを抑制する。
【解決手段】一実施形態に係るパワーユニットは、エンジンおよび電動モータを備えている。前記パワーユニットは、前記エンジンのシリンダブロックに取り付けられ、冷却液が案内される流路を備える流路部材を有する。前記パワーユニットは、前記流路部材に取り付けられ、前記電動モータに電気的に接続されるインバータを有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンおよび電動モータを備えるパワーユニットであって、
前記エンジンのシリンダブロックに取り付けられ、冷却液が案内される流路を備える流路部材と、
前記流路部材に取り付けられ、前記電動モータに電気的に接続されるインバータと、
を有する、パワーユニット。

【請求項2】

請求項１に記載のパワーユニットにおいて、
前記エンジンは、前記シリンダブロックとして、第１シリンダブロックおよび第２シリンダブロックを備え、
前記流路部材の流路は、前記第１シリンダブロックのウォータジャケットと前記第２シリンダブロックのウォータジャケットとの双方に連通している、
パワーユニット。

【請求項3】

請求項１に記載のパワーユニットにおいて、
前記インバータは、冷却液が案内されるヒートシンクを備え、
前記ヒートシンクの流路と前記流路部材の流路とは、互いに連通している、
パワーユニット。

【請求項4】

請求項１に記載のパワーユニットにおいて、
前記インバータは、吸気マニホールドの集合部と車体のダッシュパネルとの間に位置している、
パワーユニット。

【請求項5】

請求項１に記載のパワーユニットにおいて、
前記流路部材は、鋳造部材である、
パワーユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンおよび電動モータを備えるパワーユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両は、エンジンおよび電動モータからなるパワーユニットや、エンジンからなるパワーユニットを備えている（特許文献１および２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－３０４９３６号公報

【特許文献2】特開２０２２－５４８８９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、エンジンおよび電動モータからなるパワーユニットを用いる場合には、パワーユニットと共にインバータを車両に搭載する必要がある。しかしながら、車両に対してインバータを取り付けるためには、インバータ専用の取付ブラケットを用いることが必要であった。このように、インバータ専用の取付ブラケットを用いることは、パワーユニットの製造コストを増加させる要因となっていた。

【0005】

本発明の目的は、パワーユニットの製造コストを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態に係るパワーユニットは、エンジンおよび電動モータを備えるパワーユニットであって、前記エンジンのシリンダブロックに取り付けられ、冷却液が案内される流路を備える流路部材と、前記流路部材に取り付けられ、前記電動モータに電気的に接続されるインバータと、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、パワーユニットの製造コストを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施の形態であるパワーユニットを備えた車両の一例を示す図である。

【図2】エンジンルーム内に配置されるパワーユニットを上方から示す図である。

【図3】吸気マニホールドが外された状態のパワーユニットを示す図である。

【図4】吸気マニホールドおよびインバータが外された状態のパワーユニットを示す図である。

【図5】インバータおよびその近傍を示す拡大図である。

【図6】図５のVI－VI線に沿う断面図である。

【図7】図５のVII－VII線に沿う断面図である。

【図8】図５のVIII－VIII線に沿う断面図である。

【図9】冷却システムの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。

【0010】

＜パワーユニット構造＞
図１は本発明の一実施の形態であるパワーユニット１０を備えた車両１１の一例を示す図である。図１に示すように、車両１１は、エンジン１２およびモータジェネレータ（電動モータ）１３からなるパワーユニット１０を有している。パワーユニット１０の出力軸１４には、プロペラ軸１５およびデファレンシャル機構１６を介して車輪１７が連結されている。なお、図示する車両１１は、後輪駆動車であるが、これに限られることはなく、前輪駆動車であっても良く、全輪駆動車であっても良い。

【0011】

図２はエンジンルーム２０内に配置されるパワーユニット１０を上方から示す図である。図２に示すように、エンジン１２は、一方のシリンダバンクに設けられるシリンダブロック（第１シリンダブロック）２１と、他方のシリンダバンクに設けられるシリンダブロック（第２シリンダブロック）２２と、を有している。また、シリンダブロック２１，２２のそれぞれには、図示しない動弁機構を備えたシリンダヘッド２３，２４が組み付けられている。なお、図示するエンジン１２は、一対のシリンダブロック２１，２２を備えた水平対向エンジンである。

【0012】

図１および図２に示すように、エンジン１２のシリンダブロック２１，２２には、吸入空気を案内する吸気マニホールド２５が取り付けられている。吸気マニホールド２５は、図示しないスロットルバルブ等が接続される集合部２６と、シリンダヘッド２３，２４の各吸気ポート２３ａ，２４ａに向けて集合部２６から分岐するブランチ２７と、を有している。また、シリンダブロック２１，２２には冷却液を案内する分配パイプ３０が取り付けられており、この分配パイプ３０に対してインバータ３１が取り付けられている。つまり、エンジン１２のシリンダブロック２１，２２には、分配パイプ３０を介してインバータ３１が取り付けられている。また、図２に示すように、インバータ３１は、吸気マニホールド２５の集合部２６と車体２８のダッシュパネル２９との間に位置している。

【0013】

図１に示すように、インバータ３１は、電力ケーブル３２を介してバッテリ３３に電気的に接続されるとともに、電力ケーブル３４を介してモータジェネレータ１３に電気的に接続されている。つまり、モータジェネレータ１３とバッテリ３３とは、電力変換機器であるインバータ３１を介して互いに接続されている。モータジェネレータ１３を力行状態に制御する際には、バッテリ３３からの直流電力がインバータ３１を介して交流電力に変換され、この交流電力がモータジェネレータ１３に供給される。一方、モータジェネレータ１３を発電状態に制御する際には、モータジェネレータ１３からの交流電力がインバータ３１を介して直流電力に変換され、この直流電力がバッテリ３３に供給される。

【0014】

＜インバータ取付構造＞
エンジン１２に対するインバータ３１の取付構造について説明する。図３は吸気マニホールド２５が外された状態のパワーユニット１０を示す図であり、図４は吸気マニホールド２５およびインバータ３１が外された状態のパワーユニット１０を示す図である。

【0015】

図３および図４に示すように、エンジン１２のシリンダブロック２１，２２には、ラジエータ６０から一対のシリンダブロック２１，２２に冷却液を分配する分配パイプ（流路部材，鋳造部材）３０が取り付けられている。分配パイプ３０は、冷却液を案内するメイン流路（流路）４０が形成される本体部４１と、本体部４１から延びる第１取付部４２と、本体部４１から延びる第２取付部４３と、を有している。分配パイプ３０はアルミニウム等の金属材料を用いて鋳造される鋳造部材であり、本体部４１、第１取付部４２および第２取付部４３は一体に形成されている。なお、分配パイプ３０は、水渡しパイプとも呼ばれている。

【0016】

図４に示すように、分配パイプ３０の本体部４１は、ラジエータ６０に接続される入力ポート４４と、後述するシリンダブロック２１のウォータジャケット７２に接続される出力ポート４５と、後述するシリンダブロック２２のウォータジャケット７３に接続される出力ポート４６と、を有している。また、第１取付部４２は、メイン流路４０に連通するバイパス流路４７と、バイパス流路４７に開口するバイパスポート４８と、を有している。さらに、第２取付部４３は、メイン流路４０に連通するバイパス流路４９と、バイパス流路４９に開口するバイパスポート５０と、を有している。

【0017】

図４に示すように、分配パイプ３０の本体部４１は、複数の締結ボルト５１によってシリンダブロック２１，２２に固定されている。また、分配パイプ３０の第１取付部４２は、複数の締結ボルト５２によってシリンダブロック２１に固定されており、分配パイプ３０の第２取付部４３は、複数の締結ボルト５３によってシリンダブロック２２に固定されている。さらに、第１取付部４２は複数の雌ネジ部５４を有しており、第２取付部４３は複数の雌ネジ部５５を有している。そして、図３に示すように、インバータ３１のハウジング３１ａは、複数の締結ボルト５６を用いて第１および第２取付部４２，４３の雌ネジ部５４，５５に固定されている。

【0018】

これまで説明したように、シリンダブロック２１，２２には分配パイプ３０が取り付けられており、分配パイプ３０にはインバータ３１が取り付けられている。これにより、別体となるインバータ専用の取付ブラケットを用いることなく、シリンダブロック２１，２２にインバータ３１を取り付けることができる。このように、分配パイプ３０を介してシリンダブロック２１，２２にインバータ３１を取り付けることにより、部品点数および取付工数を削減することができ、パワーユニット１０の製造コストを抑制することができる。さらに、インバータ３１は集合部２６とダッシュパネル２９との間に配置されている。このように、エンジン後部に対してインバータ３１を配置することにより、車両衝突時においてもインバータ周囲の空間を確保することができ、車両衝突からインバータ３１を適切に保護することができる。

【0019】

＜冷却システム＞
続いて、エンジン１２およびインバータ３１の冷却システム６１について説明する。図５はインバータ３１およびその近傍を示す拡大図である。また、図６は図５のVI－VI線に沿う断面図であり、図７は図５のVII－VII線に沿う断面図であり、図８は図５のVIII－VIII線に沿う断面図である。

【0020】

図５、図６、図７および図８に示すように、インバータ３１は、ハウジング３１ａと、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子６２を備えた制御基板６３と、を有している。また、インバータ３１は、制御基板６３に実装された半導体素子６２を冷却するため、制御基板６３に絶縁板６４および放熱板６５を介して接触するヒートシンク６６を有している。このヒートシンク６６は、冷却液が案内される冷却流路（流路）６７と、冷却流路６７に開口する入力ポート６８と、冷却流路６７に開口する出力ポート６９と、を有している。さらに、ヒートシンク６６の入力ポート６８はバイパスポート４８に接続されており、ヒートシンク６６の出力ポート６９はバイパスポート５０に接続されている。

【0021】

このように、インバータ３１が備えるヒートシンク６６の冷却流路６７と、分配パイプ３０に形成されるメイン流路４０とは、互いに連通している。これにより、図５～図８に矢印αで示すように、メイン流路４０からバイパス流路４７を介して冷却流路６７に冷却液を案内することができ、冷却流路６７からバイパス流路４９を介してメイン流路４０に冷却液を戻すことができる。すなわち、ラジエータ６０を経て冷却された冷却液の一部を、インバータ３１のヒートシンク６６に案内することができるため、インバータ３１の半導体素子６２を適切に冷却することができる。これにより、インバータ３１の作動領域つまりモータジェネレータ１３の運転領域を拡大することができ、車両１１の走行性能および燃費性能を高めることができる。

【0022】

ここで、図９は冷却システム６１の一例を示すブロック図である。図９に示すように、冷却システム６１は、冷却液を圧送するウォータポンプ７０を有している。ウォータポンプ７０の吐出ポート７１から圧送された冷却液は、ラジエータ６０を経て冷却された後にシリンダブロック上の分配パイプ３０に案内される。前述したように、分配パイプ３０に案内された冷却液の一部は、インバータ３１のヒートシンク６６に流れて半導体素子６２を冷却した後に、再び分配パイプ３０に戻される。また、分配パイプ３０に案内された冷却液は、ウォータジャケット７２，７３，７４，７５に流れてシリンダブロック２１，２２およびシリンダヘッド２３，２４を冷却した後に、ウォータポンプ７０の吸入ポート７６に吸い込まれる。なお、シリンダブロック２１およびシリンダヘッド２３のウォータジャケット７２，７４は互いに連通しており、シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２４のウォータジャケット７３，７５は互いに連通している。

【0023】

このように、１つの冷却システム６１によってエンジン１２およびインバータ３１の双方を冷却することができるため、パワーユニット１０が備える冷却システム６１の複雑化を回避することができる。つまり、エンジン用の冷却システムとは別個に、インバータ用の冷却システムを設ける必要がないため、この点からもパワーユニット１０の製造コストを抑制することができる。

【0024】

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、パワーユニット１０を構成するエンジン１２として、一対のシリンダブロック２１，２２を備えた水平対向エンジンを用いているが、これに限られることはない。つまり、冷却液を案内する分配パイプ３０を備えたエンジンであれば、１つのシリンダブロックを備えたエンジンであっても良い。例えば、Ｖ型エンジンを備えたパワーユニットに本発明を適用しても良く、直列エンジンを備えたパワーユニットに本発明を適用しても良い。

【0025】

前述の説明では、共通の冷却システム６１によってエンジン１２およびインバータ３１の双方を冷却しているが、これに限られることはなく、エンジン１２およびインバータ３１の冷却システムを２つに分けても良い。この場合であっても、分配パイプ３０に対してインバータ３１を取り付けることにより、部品点数および取付工数を削減することができるため、パワーユニット１０の製造コストを抑制することができる。また、図６～図８に示した例では、制御基板６３の一方面側にヒートシンク６６を設けているが、これに限られることはなく、制御基板６３の一方面側と他方面側との双方にヒートシンク６６を設けても良い。なお、インバータ３１に対してコンバータを組み込んでも良いことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0026】

１０ パワーユニット
１１ 車両
１２ エンジン
１３ モータジェネレータ（電動モータ）
２１ シリンダブロック（第１シリンダブロック）
２２ シリンダブロック（第２シリンダブロック）
２５ 吸気マニホールド
２６ 集合部
２８ 車体
２９ ダッシュパネル
３０ 分配パイプ（流路部材，鋳造部材）
３１ インバータ
４０ メイン流路（流路）
６６ ヒートシンク
６７ 冷却流路（流路）
７２ ウォータジャケット
７３ ウォータジャケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】