特許 7190350 車両用の熱交換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-07

(45)【発行日】2022-12-15

(54)【発明の名称】車両用の熱交換システム

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/30 20060101AFI20221208BHJP

   B60K 6/54 20071001ALI20221208BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20221208BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20221208BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20221208BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

B60W10/30 900

B60K6/54 ZHV

B60W20/00 900

B60L3/00 J

B60L50/16

H02M7/48 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018248395

(22)【出願日】2018-12-28

(65)【公開番号】P2020104826

(43)【公開日】2020-07-09

【審査請求日】2021-09-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000151209

【氏名又は名称】マーレジャパン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】506292974

【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｐｒａｇｓｔｒａｓｓｅ ２６－４６， Ｄ－７０３７６ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】山下 賢司

(72)【発明者】

【氏名】有山 雅広

(72)【発明者】

【氏名】磯田 勝弘

【審査官】井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／０５４８３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１６２１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９８６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５４５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９３４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０００９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１４４７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｗ １０／３０

Ｂ６０Ｋ ６／５４

Ｂ６０Ｗ ２０／００

Ｂ６０Ｌ ３／００

Ｂ６０Ｌ ５０／１６

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の冷却に用いられる第１媒体と、インバータの冷却に用いられる第２媒体と、の間の熱交換を行う第１熱交換器と、
前記第１媒体と、トランスミッションの潤滑および／またはモータの冷却に用いられる第３媒体と、の間の熱交換を行う第２熱交換器と、
前記第２媒体と、前記第３媒体と、の間の熱交換を行う第３熱交換器と、
前記第３熱交換器を通過した第２媒体を、インバータ用ラジエータを介して前記インバータに供給する第１経路と、前記第１熱交換器を介して前記インバータに供給する第２経路と、の間の選択的な切り替えを可能とする切替バルブと、
前記第１媒体が所定の低温状態である場合に、前記第２経路を選択するように前記切替バルブを制御する制御ユニットと、
を備えることを特徴とする車両用の熱交換システム。

【請求項2】

前記内燃機関が停止して前記第１媒体が所定の低温状態である場合に、前記第２経路が選択されるように、前記制御ユニットが前記切替バルブを制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用の熱交換システム。

【請求項3】

前記内燃機関が停止していて前記第２媒体の温度が所定の高温状態である場合には、前記第１経路が選択されるように、前記制御ユニットが前記切替バルブを制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用の熱交換システム。

【請求項4】

前記内燃機関が稼働していて前記第１媒体が所定の低温状態にない場合に、前記第１経路が選択されるように、前記制御ユニットが前記切替バルブを制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用の熱交換システム。

【請求項5】

前記第１媒体が、前記第２熱交換器を通過した後に前記第１熱交換器を通過するように構成され、
前記内燃機関を冷却した後の前記第１媒体を、内燃機関用ラジエータを介して前記第２熱交換器に供給する第３経路と、前記第２熱交換器に直接供給する第４経路と、の間の選択的な切り替えを可能とする第１媒体用切替バルブを備え、
前記第１媒体が所定の低温状態のときに前記第４経路が選択され、
前記第１媒体が所定の低温状態にないときに前記第３経路が選択されるように、
前記制御ユニットが前記第１媒体用切替バルブを制御することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の車両用の熱交換システム。

【請求項6】

前記第３媒体が、前記第２熱交換器を通過した後に前記第３熱交換器を通過することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の車両用の熱交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド車両等の内燃機関、インバータ、モータ等の熱交換を行う車両用の熱交換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、燃費改善の為、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）の採用が拡大している。ＨＥＶは、内燃機関とモータの双方を駆動源として走行するが、これらの排熱の有効利用が更なる燃費改善のために課題となっている。そして、その課題を解決する手段が、種々公開されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

特許文献１で示されている車両用の熱交換システムでは、エンジンを冷却するエンジン冷却水回路と、直流電流を交流に変換して走行用モータに供給する走行用インバータ及び走行用モータを冷却するＨＶ冷却回路とを備える車両用の熱交換システムにおいて、走行用インバータ及び走行用モータからの排熱を、エンジン冷却水とＨＶ冷却水の熱交換を行ってエンジン冷却水を暖めることで、エンジンの暖気に利用している。

【0004】

しかしながら、近年の車両用の熱交換システムでは、他にも排熱の種類が増えており、今までのシステムでは排熱利用が十分でない。例えば、モータの出力増加及び小型化に伴うモータからの発熱量の増加に対応して、トランスミッションケース（ギアケース）内において減速機（オートマチックトランスミッション）の潤滑用のＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード＝Automatic Transmission Fluid）を発電用モータや走行用モータにかけてこれらモータを油冷する構成のハイブリッド車両が増えている（例えば、特許文献２参照。）が、当該構成におけるこれらモータからの排熱は、有効利用されていないのが現状である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－９８６２８号公報

【文献】特開２０１２－４７３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような従来技術の問題を解決することを課題とする。即ち、本発明は、トランスミッションや発電用モータあるいは走行用モータ等のモータからの排熱を有効利用し得る車両用の熱交換システム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】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
内燃機関の冷却に用いられる第１媒体と、インバータの冷却に用いられる第２媒体と、の間の熱交換を行う第１熱交換器と、
前記第１媒体と、トランスミッションの潤滑および／またはモータの冷却に用いられる第３媒体と、の間の熱交換を行う第２熱交換器と、
前記第２媒体と、前記第３媒体と、の間の熱交換を行う第３熱交換器と、
前記第３熱交換器を通過した第２媒体を、インバータ用ラジエータを介して前記インバータに供給する第１経路と、前記第１熱交換器を介して前記インバータに供給する第２経路と、の間の選択的な切り替えを可能とする切替バルブと、
前記第１媒体が所定の低温状態である場合に、前記第２経路を選択するように前記切替バルブを制御する制御ユニットと、
を備えることを特徴とする車両用の熱交換システムが提供される。

【0008】

以上の本発明の一態様によれば、例えば、始動から内燃機関が駆動する前のＥＶ走行モード等、第１媒体の温度が低い時に、当該第１媒体と第３媒体との間の熱交換を第２熱交換器で行うとともに、前記第１媒体と第２媒体との間の熱交換を第１熱交換器で行うように制御することで、内燃機関の暖気を促進することができる。これにより、トランスミッションやモータからの排熱を有効利用することができる。

【0009】

前記内燃機関が停止して前記第１媒体が所定の低温状態である場合に、前記第２経路が選択されるように、前記制御ユニットが前記切替バルブを制御することができる。この態様によれば、前記内燃機関が停止しているときに、第１媒体と第３媒体との間の熱交換を第２熱交換器で行うとともに、前記第１媒体と第１媒体との間の熱交換を第１熱交換器で行うように制御することで、内燃機関の暖気を促進することができ、トランスミッションやモータからの排熱を有効利用することができる。

【0010】

ただし、前記内燃機関が停止していて前記第２媒体の温度が所定の高温状態である場合には、前記第１経路が選択されるように、前記制御ユニットが前記切替バルブを制御することが好ましい。
また、前記内燃機関が稼働していて前記第１媒体が所定の低温状態にない場合に、前記第１経路が選択されるように、前記制御ユニットが前記切替バルブを制御することが好ましい。

【0011】

これらの態様によれば、第１媒体と第３媒体との間の熱交換を第２熱交換器で行うとともに、インバータ用ラジエータにより冷却され、その後インバータを冷却した第２媒体と第３媒体との間の熱交換を第３熱交換器で行うことで、第３媒体の冷却が行われる。そのため、第３媒体の熱交換を第２熱交換器及び第３熱交換器で分担して行うことができ、インバータ用ラジエータの負荷を小さくすることができる。したがって、第２媒体のみでインバータと第３媒体の両方を冷却する場合に比べて、インバータ用ラジエータの小型化を実現することができる。

【0012】

さらに、前記第１媒体が、前記第２熱交換器を通過した後に前記第１熱交換器を通過するように構成され、
前記内燃機関を冷却した後の前記第１媒体を、前記内燃機関用ラジエータを介して前記第２熱交換器に供給する第３経路と、前記第２熱交換器に直接供給する第４経路と、の間の選択的な切り替えを可能とする第１媒体用切替バルブを備え、
前記第１媒体が所定の低温状態のときに前記第４経路が選択され、
前記第１媒体が所定の低温状態にないときに前記第３経路が選択されるように、
前記制御ユニットが前記第１媒体用切替バルブを制御することが好ましい。
この態様によれば、内燃機関が停止しているときには、第１媒体が、内燃機関用ラジエータを介さずに、第３媒体と、場合によってはさらに第２媒体との間で熱交換されることで、効率的に内燃機関の暖気を行うことができ、内燃機関が稼働していて前記第１媒体が所定の低温状態にないときには、第１媒体が、内燃機関用ラジエータに供給されることで、効率的に冷却される。

【0013】

また、前記第３媒体としては、前記第２熱交換器を通過した後に前記第３熱交換器を通過することが好ましい。第３媒体が、第２熱交換器を経由した後に第３熱交換器を通過するようにすることで、第３熱交換器に供給される第３媒体の温度を予めある程度下げておくことができ、これにより、第２媒体の温度上昇を抑制することができるため、インバータ用ラジエータの小型化を実現することができる。

【0014】

なお、前記第３媒体は、トランスミッションの潤滑およびモータの冷却に用いる油であり、自動変速機用フルードであることが好ましい。車両の自動変速機には、油性のＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード＝Automatic Transmission Fluid）あるいはＣＶＴＦ（コンティニュアスリーバリアブルトランスミッションフルード＝Continuously Variable Transmission Fluid）が用いられている。そのため、一般に水性のクーラントが用いられる第１媒体や第２媒体とは別の第３媒体として、ＡＴＦやＣＶＴＦ等の自動変速機用フルードを兼用で利用することで、新たな液体を用いることなく、電気絶縁性に優れた油性の媒体を電気系統のクーラントとして適用することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の車両用の熱交換システムによれば、トランスミッションやモータからの排熱を有効利用し得る車両用の熱交換システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の例示である実施形態にかかる車両用の熱交換システムの全体構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】図１に示す実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、ＥＶ走行モードでの運転の様子を示すブロック図である。

【図3】図１に示す実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、インバータ用冷却水の温度が上昇した際におけるＥＶ走行モードでの運転の様子を示すブロック図である。

【図4】図１に示す実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、ＨＶ走行モードでの運転の様子を示すブロック図である。

【図5】図１に示す実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、エンジンの始動からの経過時間と、各回路を循環する媒体とエンジンの温度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の車両用の熱交換システムについて、好ましい実施形態を挙げて説明する。
図１は、本発明の例示である実施形態にかかる車両用の熱交換システムの全体構成を模式的に示すブロック図である。図１における各矢印の線は、熱交換用の各媒体の循環回路における媒体の流れを示すものである。

【0018】

図１に示されるように、本実施形態にかかる車両用の熱交換システムは、内燃機関であるエンジン１１の冷却を行うエンジン冷却回路（第１媒体冷却回路）１０と、インバータ２１の冷却を行うためのインバータ冷却回路（第２媒体冷却回路）２０と、減速機（オートマチックトランスミッション）３１や走行用モータ（モータ）３４及び発電用モータ（モータ）３５を内蔵する駆動ユニット３９内のＡＴＦ（自動変速機用フルード）を冷却するためのＡＴＦ冷却回路（第３媒体冷却回路）３０の３つの冷却（循環）回路を備えている。

【0019】

また、本実施形態にかかる車両用の熱交換システムには、それぞれの冷却回路を流れる媒体（冷却水、ＡＴＦ）の熱を相互に熱交換するための第１熱交換器１、第２熱交換器２及び第３熱交換器３の３つの熱交換器が、それぞれいずれか２つの回路に跨った状態で備えられている。

【0020】

エンジン冷却回路１０は、エンジン１１の他、当該エンジン冷却回路１０にエンジン冷却水（第１媒体）を圧送して循環させるためのエンジン用電動ポンプ１２と、エンジン１１に供給されるエンジン冷却水の水温を計測する水温計Ｔ_１１４と、カーエアコンの暖房運転時の温風を生成するためのヒーターコア１７と、スロットルバルブを備えたスロットルボディ１８と、循環するエンジン冷却水を放熱により冷却するためのエンジン用ラジエータ（内燃機関用ラジエータ）１３と、を備えている。当該エンジン冷却回路１０では、図１中の点線の矢印に示す流れに沿ってエンジン冷却水が循環している。

【0021】

エンジン用電動ポンプ１２より圧送されたエンジン冷却水はまず、第２熱交換器２、次いで第１熱交換器１を経由して、エンジン１１の内部に形成されたウォータージャケットに送られる。ここで、エンジン１１のクーラントとして利用される。エンジン冷却回路１０におけるエンジン１１の下流において、水路は３つに分岐され、ヒーターコア１７、スロットルボディ１８、及び、エンジン用ラジエータ１３へのエンジン冷却水の供給を入切切り替える水路切替バルブ（第１媒体用水路切替バルブ）１６に、それぞれ接続されている。

【0022】

水路切替バルブ１６は、電磁式の方向切替弁であり、エンジン１１を経由した後のエンジン冷却水が、エンジン用ラジエータ１３を経由した後に第２熱交換器２に向かう第３経路Ｃと、第２熱交換器２に直接向かう第４経路Ｄと、を選択的に切り替えることができるようになっている。エンジン冷却回路１０に設けられるエンジン用ラジエータ１３は、インバータ冷却回路２０に設けられるインバータ用ラジエータ２３よりも、大型で冷却能力の高いものが採用されている。本実施形態では、第２熱交換器２の手前にエンジン用電動ポンプ１２が配されているため、いずれにしてもエンジン用電動ポンプ１２を介した上で第２熱交換器２に向かっている。

【0023】

なお、本発明において、冷却回路（エンジン冷却回路１０のみならず、３つ全ての冷却回路）内に液流を生じさせるポンプは、経路中のどこに配されていても構わない。本実施形態において、ポンプが配されている位置は、好適な例示の１つであり、本発明においては特に制限されない。また、本実施形態におけるエンジン冷却回路１０のように、エンジン（内燃機関）１１と第２熱交換器２との間にエンジン用電動ポンプ１２が介在していたとしても、エンジン１１と第２熱交換器２とは直接結合されているとみなし、「内燃機関（エンジン１１）を冷却した後の第１媒体（エンジン冷却水）を、第２熱交換器（２）に直接供給する」状態であるものと解する。

【0024】

水路切替バルブ１６により選択的に経路Ｃまたは経路Ｄを通ったエンジン冷却水は、ヒーターコア１７やスロットルボディ１８を経由したエンジン冷却水と合流した上で、エンジン用電動ポンプ１２に戻るようになっており、エンジン冷却回路１０が閉回路として形成されている。

【0025】

インバータ冷却回路２０は、インバータ２１の他、当該インバータ冷却回路２０にインバータ冷却水（第２媒体）を圧送して循環させるためのインバータ用電動ポンプ２２と、循環するインバータ冷却水の水温を計測する水温計Ｔ_２２４と、インバータ冷却水を放熱により冷却するためのインバータ用ラジエータ２３と、を備えている。当該インバータ冷却回路２０では、図１中の実線の矢印に示す流れに沿ってインバータ冷却水が循環している。即ち、インバータ冷却水は、インバータ用ラジエータ２３→インバータ２１→第３熱交換器３→インバータ用電動ポンプ２２→水路切替バルブ（切替バルブ）２６の順に通過する。

【0026】

水路切替バルブ２６は、電磁式の方向切替弁であり、第３熱交換器３を経由した後のインバータ冷却水を、インバータ用ラジエータ２３を介してインバータ２１に供給する第１経路Ａと、第１熱交換器１を介してインバータ２１に供給する第２経路Ｂと、の間の選択的な切り替えを可能とする。それぞれの経路を通ったインバータ冷却水は、インバータ２１に流入する手前で１つになるようになっており、インバータ冷却回路２０が閉回路として形成されている。

【0027】

ＡＴＦ冷却回路３０は、駆動ユニット３９内のＡＴＦ（第３媒体）を、ＡＴＦ用ポンプ３２によって第２熱交換器２及び第３熱交換器３に圧送し、循環させて冷却させる回路である。駆動ユニット３９内には、ＡＴＦ用ポンプ３２、減速機３１、走行用モータ３４、発電用モータ３５等が内蔵されている。

【0028】

駆動ユニット３９内では、減速機（トランスミッション）３１のいずれかのギアの回転によってかき上げられて減速機３１に供給され、減速機３１の各ギアの潤滑油として機能する。また、ＡＴＦ用ポンプ３２によって汲み上げられたＡＴＦは、ＡＴＦ冷却回路３０に圧送されるほか、走行用モータ３４や発電用モータ３５に流し掛けられるようになっている。減速機３１に供給されたＡＴＦは、ＡＴＦ本来の機能に用いられる。一方、走行用モータ３４や発電用モータ３５に流し掛けられたＡＴＦは、これらのモータを冷却する機能を果たす。

【0029】

ＡＴＦ冷却回路３０では、図１中の一点鎖線の矢印に示す流れに沿ってＡＴＦが循環している。即ち、ＡＴＦ用ポンプ３２によって、駆動ユニット３９外に汲み出されたＡＴＦは、第２熱交換器２を経由した後に第３熱交換器３を経由し、その後駆動ユニット３９に戻されるようになっており、ＡＴＦ冷却回路３０が閉回路として形成されている。

【0030】

第１熱交換器１、第２熱交換器２及び第３熱交換器３の３つの熱交換器は、液体－液体間の熱交換を行う熱交換器である。詳しくは、２つの液体の流路同士を熱伝導性の高い素材（例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属）からなる仕切りで隔てて、当該仕切りの間で高温の液体から低温の液体へ熱を伝達させて熱交換する装置である。２つの流路間は、液体が混じり合うことが無いように密閉されており、一方の流路と他方の流路とで異なる液体を通過させ、これら２つの液体の熱交換が為されるようになっている。２つの流路間の仕切りの面積をより広く、また、仕切りの熱伝導性をより高く（薄膜化を含む）することで、熱交換効率を向上させることができる。

【0031】

これら熱交換器としては、特に制限はなく、液体－液体間の熱交換を行う熱交換器として、従来公知の物を用いることができる。また、第１熱交換器１及び第２熱交換器２、あるいは、第２熱交換器２及び第３熱交換器３は、合わせて３つの媒体間で熱交換が行われることから、例えば、特開２０１８－３５９５３号公報等に記載の三相型の熱交換器を用いることもできる。三相型の熱交換器を用いた場合、見かけ上の装置構成としては１つの装置となるが、２つの熱交換器の機能を併せ持つ装置なので、本発明の解釈においては、２つの熱交換器として扱うものとする。

【0032】

本実施形態の車両用の熱交換システムは、ＥＣＵ（電子制御ユニット、制御ユニット）４０により制御される。ＥＣＵ４０は、本熱交換システムの制御に係る各種演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御用のプログラム及びデータを記憶する読込専用メモリ（ＲＯＭ）と、ＣＰＵの演算結果や外部からの入力情報を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、外部とのデータの入出力を媒介する入出力ポート（Ｉ／Ｏ）と、を備えるコンピューターユニットとして構成されている。

【0033】

ＥＣＵ４０は、水温計Ｔ_１１４で計測されたエンジン冷却水温、及び、水温計Ｔ_２２４で計測されたインバータ冷却水温の検出結果が入力ポートから入力される。また、ＥＣＵ４０は、それらの検出結果、及び、自らが別途判断したエンジン１１の稼働乃至停止の状況に応じて、出力ポートから水路切替バルブ１６及び水路切替バルブ２６に制御信号が出力され、これらを制御することで、本実施形態の車両用の熱交換システムの運転を管理している。

【0034】

なお、ＥＣＵ４０は、上記の他、駆動ユニット３９内におけるＡＴＦの温度、外気温、車両の走行速度等の検出結果が入力され、これらの条件を加味して、水路切替バルブ１６及び水路切替バルブ２６は勿論のこと、エンジン用電動ポンプ１２、インバータ用電動ポンプ２２、ＡＴＦ用ポンプ３２等の各種装置乃至部品をより精密に制御するようにしてもよい。

【0035】

次に、本実施形態にかかる車両用の熱交換システムの運転の様子を、車両の走行モードごとに説明する。以下は、エンジン１１が停止し、走行用モータ３４のみで走行するＥＶ走行モード、及び、エンジン１１が稼働して発電用モータ３５を駆動し、その電力により走行用モータ３４を稼働させ、走行用モータ３４のみで走行する、または、同様に稼働された走行用モータ３４とエンジン１１の両出力で走行する、ＨＶ走行モードを有するシリーズ・パラレルハイブリッド方式にて実施した例である。

【0036】

併せて、各回路を循環する媒体の温度変化について、図５のグラフを用いて説明する。なお、図５は、横軸を始動（時間０）からの経過時間、縦軸を各媒体及びエンジン１１の温度として、推定される値をプロットしたグラフである。見易くするために、エンジン冷却水（第１媒体）、インバータ冷却水（第２媒体）、ＡＴＦ（第３媒体）及びエンジン１１の各グラフを縦方向にばらしているが、始動（時間０）時には、これら４つが略同じ温度となっている。
エンジン冷却水は水温計（Ｔ_１）１４の、インバータ冷却水は水温計（Ｔ_２）２４の、それぞれ計測結果である。

【0037】

なお、それぞれのグラフにおける実線が、本実施形態における各温度変化をプロットしたものであり、破線は、第１熱交換器１及び第２熱交換器２を設けなかった場合（当該熱交換器の部分で、各回路の配管を直結した状態。第３熱交換器３は設けられている。）の各温度変化を参考としてプロットしたものである。

【0038】

（１）ＥＶ走行モード１
図２は、本実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、始動時におけるＥＶ走行モードでの運転の様子を示すブロック図である。
ＥＶ走行モードでは、ＥＣＵ４０はエンジン１１が停止するように制御する。特に、始動時にはエンジン１１及びエンジン冷却水は冷え切った状態であり、暖気が行われる。

【0039】

詳しくは、始動時のＥＶ走行モードにおいて、ＥＣＵ４０は、エンジン１１が停止している状態を確認するとともに、水温計１４の値からエンジン冷却水温が所定の低温状態である場合、水路切替バルブ１６については第４経路Ｄを、水路切替バルブ２６については第２経路Ｂを、それぞれ選択するようにシステムを制御する。これをＥＶ走行モード１とする。

【0040】

まず、ＥＶ走行モード１では、始動とともに走行用モータ３４及びインバータ２１が稼働し、これらを冷却するＡＴＦ及びインバータ冷却水が、温度上昇する。また、車両の駆動により減速機３１が回転し、その潤滑の目的で用いられるＡＴＦは、この減速機３１の摩擦熱によっても暖められる。このとき、インバータ冷却回路２０においては、インバータ冷却水が、インバータ２１を冷却することで加熱され、さらに第３熱交換器３でＡＴＦと熱交換され、より高温のＡＴＦから熱を受け取って加熱される。そして、インバータ冷却水は、水路切替バルブ２６により選択された経路Ｂを通って、第１熱交換器１でエンジン冷却水と熱交換された後、インバータ２１に再び供給される。その結果、図５（ＥＶ走行モード１）に示されるように、インバータ冷却水が比較的急激に温度上昇して行く。

【0041】

また、ＡＴＦ冷却回路３０においては、走行用モータ３４等で加熱されたＡＴＦが、駆動ユニット３９から圧送され、第２熱交換器２でエンジン冷却水と熱交換され、さらに第３熱交換器３でインバータ冷却水と熱交換され、これら２つの熱交換で冷却されて、駆動ユニット３９に再び戻る。しかし、走行用モータ３４による加熱が優位であり、図５（ＥＶ走行モード１）に示されるように、ＡＴＦが比較的急激に温度上昇して行く。

【0042】

一方、エンジン冷却回路１０において、エンジン冷却水は、第２熱交換器２でＡＴＦと熱交換され、さらに第１熱交換器１でインバータ冷却水と熱交換され、暖められた状態でエンジン１１の暖気に供される。そして、エンジン１１を冷却したエンジン冷却水は、水路切替バルブ１６により選択された経路Ｄを通るため、エンジン用ラジエータ１３で冷却されることなく、第２熱交換器２に再び供給される。よって、図５（ＥＶ走行モード１）に示されるように、エンジン冷却水及びエンジン１１は、徐々に温度上昇する。

【0043】

以上のように、始動から間もない、エンジン１１が停止して走行用モータ３４のみで走行している状態では、エンジン１１の冷却に用いられるエンジン冷却水の温度が低いため、ＥＣＵ４０によって、水路切替バルブ２６が第２経路Ｂを選択するように制御される。これにより、エンジン冷却水と、走行用モータ３４等の冷却に用いられるＡＴＦと、の間の熱交換を第２熱交換器２で行うとともに、エンジン冷却水と、インバータ２１を冷却することで温められたインバータ冷却水と、の間の熱交換を第１熱交換器１で行うように制御される。よって、エンジン１１の暖気を促進することができる。このようにして、走行用モータ３４からの排熱等によるＡＴＦの熱を有効利用することができる。

【0044】

（２）ＥＶ走行モード２（ＨＶ走行モード前）
図３は、本実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、インバータ冷却水の温度が上昇した際におけるＥＶ走行モードでの運転の様子を示すブロック図である。
ＥＶ走行モードで、ＥＣＵ４０は、エンジン１１が停止している状態を確認していたとしても、水温計（Ｔ_２）２４の計測結果を受け取り、インバータ冷却水の温度が所定の高温状態の場合に、図３に示すように、水路切替バルブ１６についてはそのまま第４経路Ｄを、水路切替バルブ２６については第１経路Ａを、それぞれ選択するようにシステムを制御する。これをＥＶ走行モード２とする。

【0045】

このとき、インバータ冷却回路２０においては、ＥＶ走行モード１の場合と同様、インバータ冷却水が、インバータ２１を冷却することで加温され、さらに第３熱交換器３でＡＴＦと熱交換され、より高温のＡＴＦから熱を受け取って加熱されている。そして、所定の高温状態となったインバータ冷却水は、第１経路Ａを通ってインバータ用ラジエータ２３で冷却された上で、インバータ２１の冷却に供される。その結果、図５（ＥＶ走行モード２）に示されるように、インバータ冷却水が比較的急激に温度低下し、ある程度下がったところでサチュレートする。

【0046】

また、ＡＴＦ冷却回路３０においては、走行用モータ３４等で加熱されたＡＴＦが、駆動ユニット３９から圧送され、第２熱交換器２でエンジン冷却水と熱交換され、さらに第３熱交換器３でインバータ冷却水と熱交換され、これら２つの熱交換で冷却されて、駆動ユニット３９に再び戻る。このとき、インバータ冷却水はインバータ用ラジエータ２３で強力に冷却されていることから、走行用モータ３４による加熱と２つの熱交換器による冷却とが均衡し（やや前者が優位であり）、図５（ＨＶ走行モードの左のＥＶ走行モード２）に示されるように、ＡＴＦの温度上昇が頭打ちとなり、ごく僅かな温度上昇となる。

【0047】

一方、エンジン冷却回路１０において、エンジン冷却水は、第２熱交換器２でＡＴＦと熱交換され暖められた状態で、第１熱交換器１は素通りし、エンジン１１の暖気に供される。第１熱交換器１でのインバータ冷却水との熱交換は為されないが、第２熱交換器２でのＡＴＦとの熱交換の方が、影響が大きいため、エンジン冷却水の温度上昇の鈍化はそれほど大きくならない。即ち、図５（ＥＶ走行モード２）に示されるように、エンジン冷却水及びエンジン１１は、ＥＶ走行モード１の時よりも僅かに鈍化するものの徐々に温度上昇する。

【0048】

ＥＶ走行モード２への移行を決定づける、インバータ冷却水の温度が所定の高温状態であるとのＥＣＵ４０による判断は、例えば、所定の閾値となる温度を予め設定しておき、当該設定温度を超えた場合に「高温状態」と判断し、越えなければ「高温状態ではない」と判断することにしてもよいが、これに限定されない。

【0049】

例えば、上記のように設定温度を決めておき、それを超えた場合に「高温状態」と判断し、温度が下がって「高温状態ではない」と判断する温度を、定めた設定温度よりも低温に別途定める（ヒステリシス状態にする）等、閾値となる温度が１つに定まっていない態様であってもよい。また、インバータ冷却水の温度以外の様々な情報、例えば、エンジン冷却水の水温、ＡＴＦの温度、外気温、車両の走行速度等の情報をＥＣＵ４０が受け取り、これらを勘案して総合的に、あるいは、所定の関数計算により、「高温状態」乃至「高温状態ではない」の判断を行うこととしても構わない。

【0050】

なお、本発明において「第２媒体の温度」と云うときは、本実施形態に当て嵌めると、水路切替バルブ２６によって第１熱交換器とインバータ用ラジエータとに経路が分岐した後、インバータ２１に流入する手前で合流したインバータ冷却水の温度のことを意味する。

【0051】

以上のように、エンジン冷却水とＡＴＦとの間の熱交換を第２熱交換器２で行うとともに、インバータ用ラジエータ２３により冷却され、その後インバータ２１を冷却したインバータ冷却水とＡＴＦとの間の熱交換を第３熱交換器３で行うことで、走行用モータ３４等で加熱されたＡＴＦの冷却が行われる。このようにして、ＡＴＦの熱交換を第２熱交換器２及び第３熱交換器３で分担して行うことができ、インバータ用ラジエータ２３の負荷を小さくすることができる。したがって、インバータ冷却水のみでインバータ２１とＡＴＦの両方を冷却する場合に比べて、インバータ用ラジエータ２３の小型化を実現することができる。

【0052】

また、ＡＴＦが、第２熱交換器２を経由した後に第３熱交換器３を通過するように構成されているため、第３熱交換器３に供給されるＡＴＦの温度を予めある程度下げておくことができ、これにより、インバータ冷却水の温度上昇を抑制することができ、インバータ用ラジエータ２３の小型化を実現することができる。

【0053】

（３）ＨＶ走行モード
図４は、本実施形態にかかる車両用の熱交換システムにおいて、ＨＶ走行モードでの運転の様子を示すブロック図である。
ハイブリッド車は、一般に、ＥＶ走行モードである程度走行した後、走行速度が所定以上であったり、バッテリ残量が不十分であったりする等の条件を満たすと、ＨＶ走行モードに切り替わる。

【0054】

ＥＣＵ４０の指令によって、ＨＶ走行モードに切り替わると、エンジン１１が稼働する。ＥＣＵ４０は、エンジン１１が稼働している状態を確認するととともに、水温計１４の温度が所定の低温状態にない場合、図４に示すように、水路切替バルブ１６については第３経路Ｃを、水路切替バルブ２６については第１経路Ａを、それぞれ選択するようにシステムを制御する。なお、ＨＶ走行モードにおいては、発電用モータ３５についても稼働を開始する。

【0055】

このとき、インバータ冷却回路２０においては、ＥＶ走行モード１及び２の場合と同様、インバータ冷却水がインバータ２１を冷却することで加温され、さらに第３熱交換器３でＡＴＦと熱交換され、より高温のＡＴＦから熱を受け取って加熱されている。ＡＴＦは、駆動ユニット３９内で、走行用モータ３４のみならず、稼働を開始した発電用モータ３５をも冷却する機能を有する。そして、所定の高温状態となったインバータ冷却水は、第１経路Ａを通ってインバータ用ラジエータ２３で冷却された上で、インバータ２１の冷却に供される。その結果、インバータ冷却水は、インバータ２１及び第３熱交換器３による加熱と、インバータ用ラジエータ２３による冷却とが均衡し、図５（ＨＶ走行モード）に示されるように、温度が一定のまま維持される。

【0056】

また、ＡＴＦ冷却回路３０においては、走行用モータ３４、減速機３１及び発電用モータ３５で加熱されたＡＴＦが、駆動ユニット３９から圧送され、第２熱交換器２でエンジン冷却水と熱交換され、さらに第３熱交換器３でインバータ冷却水と熱交換され、これら２つの熱交換で冷却されて、駆動ユニット３９に再び戻る。後述する通り、エンジン用ラジエータ１３で強力に冷却されたエンジン冷却水による第２熱交換器２での冷却に加え、インバータ用ラジエータ２３で強力に冷却されたインバータ冷却水による第３熱交換器２での冷却が行われるので、走行用モータ３４、減速機３１及び発電用モータ３５による加熱と２つの熱交換器による冷却とが均衡し、図５（ＨＶ走行モード）に示されるように、ＡＴＦは、温度が一定のまま維持される。

【0057】

一方、エンジン１１は、稼働を開始することにより自ら高熱を発して、図５（ＨＶ走行モード）に示されるように、急激に温度上昇する。これに対抗して、エンジン用ラジエータ１３によるエンジン冷却水が強力に冷却される。
エンジン冷却回路１０において、エンジン冷却水は、エンジン用ラジエータ１３により強力に冷却された後、第２熱交換器２でＡＴＦと熱交換されて暖められた状態で、第１熱交換器１は素通りし、エンジン１１に供される。

【0058】

高熱を発するエンジン１１を冷却することによる加熱に加えて第２熱交換器２でのＡＴＦとの熱交換よる加熱が為されても、エンジン用ラジエータ１３による強力な冷却が行われるため、これによる冷却と全二者による加熱とが均衡する。その結果、図５（ＨＶ走行モード）に示されるように、エンジン冷却水は、温度が一定のまま維持される。また、エンジン１１は、エンジン冷却水による冷却で温度上昇が頭打ちとなり、途中から温度が一定のまま維持される。

【0059】

以上のように、エンジン冷却水とＡＴＦとの間の熱交換を第２熱交換器２で行うとともに、インバータ用ラジエータ２３により冷却され、その後インバータ２１を冷却したインバータ冷却水とＡＴＦとの間の熱交換を第３熱交換器３で行うことで、走行用モータ３４及び発電用モータ３５等で加熱されたＡＴＦの冷却が行われる。このようにして、ＡＴＦの熱交換を第２熱交換器２及び第３熱交換器３で分担して行うことができ、インバータ用ラジエータ２３の負荷を小さくすることができる。したがって、インバータ冷却水のみでインバータ２１とＡＴＦの両方を冷却する場合に比べて、インバータ用ラジエータ２３の小型化を実現することができる。

【0060】

また、エンジン１１が停止しているとき、エンジン冷却水が、エンジン用ラジエータ１３を介さずに、ＥＶ走行モード２ではＡＴＦと、ＥＶ走行モード１ではＡＴＦ及びインバータ冷却水と、の間で熱交換を行うことで、効率的にエンジン１１の暖気を行うことができる一方、ＨＶ走行モードとなって、エンジン１１が稼働していて、エンジン冷却水が所定の低温状態にない時は、エンジン用ラジエータ１３に供給されることで、効率的に冷却される。

【0061】

（４）ＥＶ走行モード２（ＨＶ走行モード後）
ハイブリッド車は、一般に、ＨＶ走行モードにおいて減速し、バッテリの残量が十分な時には、ＥＣＵの判断によって、ＥＶ走行モードに切り替わる。本実施形態においても同様である。
ＥＣＵ４０の指令によって、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替わると、エンジン１１が停止する。ＥＣＵ４０は、エンジン１１が停止している状態を確認するとともに、エンジン冷却水温が所定の低温状態であるか否かを判定する。

【0062】

このとき、インバータ冷却水の温度は十分に高温となっているため、ＥＣＵ４０は、インバータ冷却水を所定の高温状態であると判断する。したがって、この場合には、「（２）ＥＶ走行モード２」と同様、ＥＣＵ４０は、図３に示すように、水路切替バルブ１６については第４経路Ｄを、水路切替バルブ２６については第１経路Ａを、それぞれ選択するようにシステムを制御する。

【0063】

インバータ冷却回路２０においては、ＨＶ走行モードの場合と同様、インバータ冷却水がインバータ２１を冷却することで加温され、さらに第３熱交換器３でＡＴＦと熱交換され、より高温のＡＴＦから熱を受け取って加熱されている。そして、所定の高温状態となったインバータ冷却水は、第１経路Ａを通ってインバータ用ラジエータ２３で冷却された上で、インバータ２１の冷却に供される。その結果、インバータ冷却水は、「（２）ＥＶ走行モード２」においてサチュレートした状態と同様の熱収支となり、図５（ＨＶ走行モード１の右のＥＶ走行モード２）に示されるように、温度が一定のまま維持される。

【0064】

また、ＡＴＦ冷却回路３０においては、走行用モータ３４等で加熱されたＡＴＦが、駆動ユニット３９から圧送され、第２熱交換器２でエンジン冷却水と熱交換され、さらに第３熱交換器３でインバータ冷却水と熱交換され、これら２つの熱交換で冷却されて、駆動ユニット３９に再び戻る。このとき、インバータ冷却水はインバータ用ラジエータ２３で強力に冷却されていることから、走行用モータ３４による加熱と２つの熱交換器による冷却とが均衡し、図５（ＨＶ走行モードの右のＥＶ走行モード２）に示されるように、ＡＴＦは、温度が一定のまま維持される。

【0065】

一方、エンジン１１の稼働が停止することで、エンジン１１から新たな排熱は生じない。
エンジン冷却回路１０において、エンジン冷却水は、エンジン用ラジエータ１３を経由せずに、第２熱交換器２でＡＴＦと熱交換され、第１熱交換器１は素通りし、エンジン１１に供される。このとき、エンジン冷却水がＡＴＦと熱交換され加温されるため、図５（ＨＶ走行モードの右のＥＶ走行モード２）に示されるように、温度は徐々に低下して行く。これに連れて、エンジン１１についても、温度が徐々に低下して行く。

【0066】

エンジン冷却水における「所定の低温状態」とは、例えば、エンジンを稼働させるのに燃費効率や走行安定性等の観点で好適あるいは許容とされる温度にエンジン冷却水が達していない状態であることであってもよいし、エンジン冷却水がインバータ用冷却水よりも低い温度となっている状態であることであってもよい。さらには、これらのうちのいずれか一方もしくは両方の状態であることであってもよいし、これら両方の条件を満たす状態であることであってもよい。また、これらとは異なる温度の指標を「所定の低温状態」と判断するようにしても構わない。

【0067】

なお、本発明において「第１媒体が所定の低温状態」と云うときの第１媒体の温度は、本実施形態に当て嵌めると、水温計１４によって計測された温度、即ち、エンジン１１に供給される際の温度のことを意味する。ただし、必ずしもエンジン１１の直前で測定した温度を基準にしなければならないわけではなく、本実施形態で云えば、エンジン用電動ポンプ１２の手前（好ましくは、第２熱交換器２の通過後）からエンジン１１までの間のいずれかの箇所で測定した温度を基準にすればよい。

【0068】

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の車両用の熱交換システムは、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、第３媒体が、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）である例を挙げたが、本発明はこれに限定されず、走行用モータや発電用モータ等のモータの冷却に用いられる冷却用の媒体であれば、本発明を適用することができる。車両においては、例えば、無段変速機に用いられるＣＶＴＦ（コンティニュアスリーバリアブルトランスミッションフルード）やその他の熱媒体を利用することができるほか、走行用モータ及び発電用モータの冷却専用の媒体であっても構わない。これらの中で、ＡＴＦやＣＶＴＦ等の自動変速機用フルードは、油性であるため絶縁性に優れている他、液量が比較的豊富であり、減速機と走行用モータや発電用モータがレイアウト上近くに配置されることから、本発明における第３媒体として適用することが特に好ましい。

【0069】

また、各回路における第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器の配置位置は、上記実施形態の位置に限定されるものではない。例えば、エンジン冷却回路１０における第１熱交換器１と第２熱交換器２の位置は、両者が逆の位置関係でもよいし、エンジン用電動ポンプ１２の前に配しても構わないし、それ以外の箇所でも構わない。ただし、ＥＶ走行モードにおいて暖気を効率的に行うためには、エンジン１１の直前に第１熱交換器１及び第２熱交換器２が配置されることが望ましい。

【0070】

さらに、例えば、ＡＴＦ冷却回路３０における第２熱交換器２と第３熱交換器３とが逆の位置関係（即ち、ＡＴＦの循環方向が逆方向）であっても構わない。勿論、既述の通り、ＡＴＦが、第２熱交換器２を経由した後に第３熱交換器３を通過するように構成されている上記実施形態の構成が、特に好ましい。

【0071】

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の車両用の熱交換システムを適宜改変することができる。このような改変によってもなお、本発明の車両用の熱交換システムの構成を備えている限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0072】

１：第１熱交換器
２：第２熱交換器
３：第３熱交換器
１０：エンジン冷却回路（第１媒体冷却回路）
１１：エンジン（内燃機関）
１２：エンジン用電動ポンプ
１３：エンジン用ラジエータ（内燃機関用ラジエータ）
１４：水温計（Ｔ_１）
１６：水路切替バルブ（第１媒体用切替バルブ）
１７：ヒーターコア
１８：スロットルボディ
２０：インバータ冷却回路（第２媒体冷却回路）
２１：インバータ
２２：インバータ用電動ポンプ
２３：インバータ用ラジエータ
２４：水温計（Ｔ_２）
２６：水路切替バルブ（切替バルブ）
３０：ＡＴＦ冷却回路（第３媒体冷却回路）
３１：減速機（トランスミッション）
３２：ＡＴＦ用ポンプ
３４：走行用モータ（モータ）
３５：発電用モータ（モータ）
３９：駆動ユニット
４０：ＥＣＵ（制御ユニット）
Ａ：第１経路
Ｂ：第２経路
Ｃ：第３経路
Ｄ：第４経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】