JP2008279973A - 車両用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の循環経路内にリザーバータンクおよびウォーターポンプを備えた車両用冷却装置であって、キャビテーションを簡単な構成で回避する。
【解決手段】所望の流量の冷却水が導入されることにより気液分離機能を発現してキャビテーションを回避するリザーバータンク３００の入口側に、流量調整弁１０００を設けた。この流量調整弁１０００は、つる巻き形状のばね１０４０がその内部に収納された中空円筒形状の弁体１０３０と、フローティング部材とから構成される。フローティング部材は、流速が遅い時にはばね１０４０の力により弁体１０３０の円筒断面積が最大に開く位置に保持され、流速が速くなるとフローティング部材の上流部が受けた力がばね１０４０の力に抗して弁体１０３０の円筒断面積を絞る位置に保持される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車に搭載されたインバータやモータ等の発熱体を冷却する装置に関し、特に、リザーバータンクを有する冷却装置であって、効率的な冷却を実現する装置に関する。

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）をウォーター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、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータを含むＰＣＵ（Power Control Unit）等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。

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ージャケットを設けて、ウォーターポンプにより冷却媒体であるＬＬＣを、このウォータージャケットに供給するとともに、このウォーター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ージャケットが設けられる。モータやＰＣＵで吸熱して温度が上昇したＬＬＣは、ラジエーターにおいて走行風により温度が低下されて、再びモータやＰＣＵを冷却する。

このような冷却水を循環させるウォーターポンプの回転数は、通常は一定であるが、回転数が変動すると、冷却系内における圧力や流量が変化して、流動する冷却水がインペラの回転に追従しなくなることもあり得る。このように液体（冷却水）と物体（壁面やインペラ）との相対速度が大きくなり、液体（冷却水）中の局部の静圧が低下すると、その領域にいわゆるキャビテーションが生じる。ここでは、インペラの周りに空洞が生じ、そこでの圧力が低下するため泡を出す。

この場合、泡によって冷却水が冷却系に直接触れないようになるので、冷却水による冷却効率が低下する可能性がある。さらに、ウォーターポンプの振動や騒音が発生し、また、インペラの羽根表面、壁面などを損傷、回転軸関係部品の磨耗や焼付きなどにより、ウォーターポンプの寿命を短縮させる可能性もある。

このような問題は、冷却対象をエンジンとして、エンジンを駆動源とするウォーターポンプを備えた、密閉加圧式冷却システムにおいても発生する。

特開平１１−１３２０４１号公報（特許文献１）は、冷却系におけるキャビテーションの発生を抑制できる内燃機関の水冷式冷却装置を開示する。この内燃機関の水冷式冷却装置は、内燃機関本体のウォータージャケットとラジエーターとを結ぶ冷却水通路を介して、ウォータージャケットとラジエーターとの間を冷却水が完全な密閉状態でかつ圧力を掛けられた状態で循環する完全密閉加圧式冷却を採用した内燃機関の水冷式冷却装置である。この内燃機関の水冷式冷却装置は、冷却水を循環させる起点となるウォーターポンプと、冷却水通路における圧力の上昇に伴って冷却水通路からの冷却水を回収するとともに圧力の下降に伴って回収された冷却水を冷却水通路に戻すリザーバータンクと、このリザーバータンクとウォーターポンプとをつなぐ冷却水通路であってリザーバータンクを境にその上流側に位置する上流側リザーバータンク通路と、リザーバータンクを境にその下流側に位置する下流側リザーバータンク通路と、これら上流側リザーバータンク通路および下流側リザーバータンク通路のうちの少なくとも一方のリザーバータンク通路に設けられ、冷却装置の運転状態を示すパラメータに応じて一方のリザーバータンク通路における流路抵抗を変える流路抵抗可変手段とを備える。

この内燃機関の水冷式冷却装置によると、リザーバータンクとウォーターポンプとをつなぐ上流側リザーバータンク通路および下流側リザーバータンク通路に機関運転状態に応じて変更される流路抵抗可変手段を設けたことにより、密閉された冷却系全体の圧力の高低制御を行うことができる。この結果、外気圧が低い場合でもキャビテーションの発生や冷却水の沸点低下を有効に制御することができる。このことは、内燃機関を航空機用エンジンとして使用する場合等、冷却系の圧力が正常な値よりも低くなってしまうような状況下で使用する場合に、キャビテーションを防ぐ上でとりわけ有効である。
特開平１１−１３２０４１号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、流路抵抗可変手段として２個の可変しぼり弁をそれぞれ上流側リザーバータンク通路および下流側リザーバータンク通路に設けて、その通路における流路抵抗を変更する。このとき、流路抵抗の変更は、アクチュエータを電子制御することで開度制御される。さらに詳しくは、冷却水入口での冷却水温度および冷却水圧力を検出して、それらをパラメータとしてＣＰＵが、アクチュエータが制御されて作動し、これによって２個の可変しぼり弁が必要量、開いたり閉じたりしてその開度を調節する。

このため、従来の装置に対して、センサ、ＣＰＵにより制御されるアクチュエータおよびＣＰＵ内部で実行されるプログラムを追加する必要がある。このため、コストアップになる可能性がある。

一方、上述した冷却システムにおいては、キャビテーションの原因となる気体（泡）を液体（冷却水）から分離するために、冷却水の循環経路内にはリザーバータンクが備えられる。このリザーバータンクにおいて気液分離機能を発現させている。ところが、ウォーターポンプの吐出圧が変動すると、この気液分離機能が低下する可能性がある。このような場合において、上述した特許文献１に記載されたようにウォーターポンプからの冷却水の吐出状態をパラメータとしてこの気液分離機能が低下させないように、ＣＰＵで制御することも考えられる。しかしながら、このように制御したのでは、やはり、従来の装置に対して、センサ、ＣＰＵにより制御されるアクチュエータおよびＣＰＵ内部で実行されるプログラムを追加する必要がある。このため、コストアップになる可能性がある。

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、冷却水の循環経路内にウォーターポンプを備えた車両用冷却装置であって、キャビテーションを簡単な構成で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。

第１の発明に係る車両用冷却装置は、電気機器を冷却する液冷媒が循環される冷却通路と、冷却通路に設けられ、冷却通路内で液冷媒を循環するための循環手段と、冷却通路に設けられ、液冷媒を貯留し、所望の導入量で気液分離機能を発現するための貯留手段と、冷却通路の貯留手段の入口側に設けられ、循環手段による液冷媒の循環状態が変化しても貯留手段への液冷媒の導入量が変化しないように、貯留手段の入口側における液冷媒を用いて、貯留手段の入口側の管路断面積を変化させるための流量調整手段とを含む。

第１の発明によると、たとえば、ハイブリッド車両のモータジェネレータやＰＣＵ（電気機器）は、ラジエーターとの間でＬＬＣを電動ウォーターポンプ（循環手段）で循環させて、強制的に冷却する。この場合、この冷却循環路には、ＬＬＣを貯留し、所望の導入量で気液分離機能を発現するリザーバータンク（貯留手段）が設けられる。たとえば、電動ウォーターポンプへ供給される電力の電圧値が上昇すると、リザーバータンクの入口側におけるＬＬＣの流速や静圧を用いて、リザーバータンクの入口側の管路断面積が変化される。このときに、たとえば、ＬＬＣの循環状態が増加してもリザーバータンクへのＬＬＣの導入量が変化しないように、リザーバータンクの入口側の管路断面積が絞られる。このため、電動ウォーターポンプからの吐出量が変化しても、リザーバータンクへは所望量のＬＬＣしか導入されないので、気液分離機能を発現でき。キャビテーションの発生を回避できる。さらに、リザーバータンクの入口側におけるＬＬＣを用いて、リザーバータンクの入口側の管路断面積を変化させるというような、能動的に管路断面積の調整を行なう方式であるので、制御系統の追加が必要ない。その結果、冷却水の循環経路内にウォーターポンプを備えた車両用冷却装置であって、キャビテーションを簡単な構成で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。

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、流量調整手段は、弾性部材と、弾性部材に接続され、弾性部材の弾性力の方向に移動可能な弁体と、貯留手段の入口側における液冷媒が標準状態であるときに、弾性部材により管路断面積が標準状態になるように弁体を支持する支持部材とを含む。

第２の発明によると、弾性部材としてのつる巻きばねに弁体が接続されて、つる巻きばねが自由長まで伸びた位置で弁体が支持される。リザーバータンクの入口側におけるＬＬＣが標準状態（すなわち、ウォーターポンプが定格で作動している状態）であるときに、つる巻きばねにより管路断面積が標準状態になるように弁体が支持されている。このとき、つる巻きばねによる力とリザーバータンクの入口側におけるＬＬＣから弁体が受ける力とがバランスしている状態であるように設定する。たとえば、支持部材は、ＬＬＣの流量が増加してリザーバータンクの入口側におけるＬＬＣから弁体が受ける力が増加すると、つる巻きばねによる力に抗して、管路断面積が絞られる。このようにすると、積極的にアクチュエータで弁体を制御することなく、ＬＬＣの流量増加に伴い、管路断面積を絞って、リザーバータンクへのＬＬＣの導入量を変化させないようにできる。

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、流量調整手段は、貯留手段の入口側における液冷媒が増加すると、弾性部材の力に抗して管路断面積を標準状態よりも絞るものである。

第３の発明によると、リザーバータンクの入口側におけるＬＬＣが増加（流速増加、流量増加、静圧増加）すると、つる巻きばねの力に抗して管路断面積を標準状態よりも絞るので、リザーバータンクへのＬＬＣの導入量を変化させないようにできる。

第４の発明に係る車両用冷却装置は、電気機器を冷却する液冷媒が循環される冷却通路と、冷却通路に設けられ、冷却通路内で液冷媒を循環するための循環手段と、冷却通路に設けられ、液冷媒を貯留し、所望の導入量で気液分離機能を発現するための貯留手段と、冷却通路の貯留手段の入口側に設けられ、循環手段による液冷媒の循環状態が変化しても貯留手段への液冷媒の導入量が変化しないように、循環手段を作動させている駆動源を用いて、貯留手段の入口側の管路断面積を変化させるための流量調整手段とを含む。

第４の発明によると、第１の発明と同じような構成において、電動ウォーターポンプへ供給される電力の電圧値（たとえば、循環手段を作動させている駆動源であるバッテリの電圧値）が上昇すると、このバッテリに接続された電磁石の力が増加するので、この増加した電磁石の力を用いてリザーバータンクの入口側の管路断面積が変化される。このときに、たとえば、ＬＬＣの循環状態が増加してもリザーバータンクへのＬＬＣの導入量が変化しないように、リザーバータンクの入口側の管路断面積が絞られる。このため、電動ウォーターポンプからの吐出量が変化しても、リザーバータンクへは所望量のＬＬＣしか導入されないので、気液分離機能を発現でき。キャビテーションの発生を回避できる。さらに、電動ウォーターポンプの駆動源であるバッテリを用いて、リザーバータンクの入口側の管路断面積を変化させるというような、能動的に管路断面積の調整を行なう方式であるので、制御系統の追加が必要ない。その結果、冷却水の循環経路内にウォーターポンプを備えた車両用冷却装置であって、キャビテーションを簡単な構成で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。

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、循環手段は、電力により作動するポンプであって、駆動源はバッテリである。流量調整手段は、弾性部材と、弾性部材に接続され、弾性部材の弾性力の方向に移動可能な磁性を有する管路遮蔽物と、弾性部材に抗して管路遮蔽物を移動させる、バッテリにより作動する電磁石と、バッテリが標準状態であるときに、弾性部材により管路断面積が標準状態になるように管路遮蔽物を支持する支持部材とを含む。

第５の発明によると、弾性部材としてのつる巻きばねに鉄等を素材とする管路遮蔽物が接続されて、つる巻きばねが縮む方向に管路遮蔽物が引っ張られる。リザーバータンクの入口側におけるＬＬＣが標準状態（すなわち、ウォーターポンプが定格で作動している状態）であるときに、つる巻きばねにより管路断面積が標準状態になるように管路遮蔽物が支持されている。このとき、つる巻きばねにより管路遮蔽物が受ける力と、つる巻きばねが縮む方向と逆方向に作用する電磁石から管路遮蔽物が受ける力とが、バランスしている状態であるように設定する。たとえば、支持部材は、バッテリの電圧値が上昇（ＬＬＣの流量が増加）すると、つる巻きばねによる力に抗して、電磁石が管路遮蔽物を引き寄せて管路断面積が絞られる。このようにすると、積極的にアクチュエータで管路遮蔽物を制御することなく、バッテリの電圧値の上昇に伴うＬＬＣの流量増加に伴い、管路断面積を絞って、リザーバータンクへのＬＬＣの導入量を変化させないようにできる。

第６の発明に係る車両用冷却装置においては、第５の発明の構成に加えて、流量調整手段は、バッテリの電圧値が上昇すると弾性部材の力に抗して電磁石により管路遮蔽物を管路側に引き寄せて、管路断面積を標準状態よりも絞るものである。

第６の発明によると、バッテリの電圧値が上昇して、リザーバータンクの入口側におけるＬＬＣが増加（流速増加、流量増加、静圧増加）すると、つる巻きばねの力に抗して電磁石が管路遮蔽物を引き寄せて管路断面積を標準状態よりも絞るので、リザーバータンクへのＬＬＣの導入量を変化させないようにできる。

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。なお、以下の説明では、本発明の実施の形態に係る冷却装置の冷却対象は、インバータ回路を形成する発熱素子であるＩＧＢＴやＩＰＭ（Intelligent Power Module）を収納するＰＣＵ（さらにＤＣ／ＤＣコンバータを含んでいても構わない）およびモータジェネレータであって、このＰＣＵは、ハイブリッド車両に搭載されるものとして説明する。なお、本発明に係る冷却装置は、このようなハイブリッド車両に適用されるものに限定されないで、電気自動車、燃料電池車であっても構わない。さらに、冷媒は、冷却水（たとえば、この冷却水をＬＬＣ）であるとして説明するが、冷媒は冷却水に限定されるものではない。さらに、本発明に係る冷却装置を構成する主要部品であるウォーターポンプは、電動ウォーターポンプであって、補機バッテリからの電力や走行用バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータで降圧された電力により駆動される。以下においては、補機バッテリによりウォーターポンプが駆動されるものとする。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置である冷却システムの全体構成について説明する。図１に示すように、この冷却システムは、冷媒である冷却水を、ＨＶウォーターポンプ３１０により、ＰＣＵ２００およびモータジェネレータ４００と、ＨＶラジエーター３３０との間を循環させて、ＰＣＵ２００およびモータジェネレータ４００を冷却するシステムである。なお、走行風の方向は、図１における矢示方向であると想定する。さらに、ラジエーター３３０に強制的に冷却風を送り込むラジエーター用のクリーングファンについての図示は省略している。

この冷却システムは、上述した、ＨＶウォーターポンプ３１０、ＨＶラジエーター３３０に加えて、ＰＣＵ２００で吸熱した高温の冷却水をＨＶラジエーター３３０へ送る配管であるＨＶラジエーター行き配管３２０、ＨＶラジエーター３３０にて熱交換されて水温が下げられた冷却水をＨＶラジエーター３３０から戻す配管であるＨＶラジエーター戻り配管３４０およびリザーバータンク３００を含む。

リザーバータンク３００は、冷却水の予備タンクとして機能するものであって、この冷却システムの配管内の冷却水の温度や冷却水が循環されることによる冷却配管の容積の変化に対応するために設けられる。さらに、具体的には、リザーバータンク３００がない場合において冷却配管の容積に対して冷却水の容量が不足すると、冷却配管にエアが噛み込む（上述したキャビテーション）。このような場合には、この冷却システムの配管にエアが入り込むことになり、このエアがＨＶウォーターポンプ３１０に入り込み、ＨＶウォーターポンプ３１０がエアロックしてしまい、冷却水を循環させることができなくなる。このような事態を回避すべく、気液分離機能を発現させるためにもリザーバータンク３００が設けられる。

図１に示す冷却システムにおいては、冷却水は、ＨＶラジエーター３３０からＨＶラジエーター戻り配管３４０を経由してＰＣＵ２００へ、ＰＣＵ２００からリザーバータンク導入側配管５１０を経由してリザーバータンク３００へ、リザーバータンク３００からＨＶウォーターポンプ導入側配管５４０を経由してＨＶウォーターポンプ３１０へ、ＨＶウォーターポンプ３１０からモータジェネレータ導入側配管５００を経由してフロントのモータジェネレータ４００へ、モータジェネレータ４００からＨＶラジエーター行き配管３２０を経由してＨＶラジエーター３３０へ循環される。なお、図１に示すように、このＰＣＵ２００はフロントのモータジェネレータ４００を駆動するためのＩＰＭを収納しており、そのため、フロントのモータジェネレータ４００近傍に設けられている。その結果、この車両がフロントにエンジン１００を搭載し、そのエンジン１００をモータジェネレータ４００によりアシストするので、ＰＣＵ２００はエンジン１００の近傍に設けられる。この車両においては、このようなフロントのモータジェネレータ４００に加えてリヤのモータジェネレータも搭載してもよいが、本発明の要旨との関連は低いので、リヤのモータジェネレータについての説明は省略する。

なお、ＰＣＵ２００の位置は、このような位置に限定されるものではない。さらに、冷却システムは、エンジン１００の冷却システムとは別系統の冷却システムであるとして説明するが、本発明に係る冷却装置は、このような場合に限定されるものではない。すなわち、エンジン１００の冷却システムと共用の冷却配管を用いるものであっても、配管は別に設けてラジエーターを共用するもの（すなわち、エンジン１００のラジエーターとＨＶラジエーターとを共用）であっても、その他の共用の形態（ラジエーターのクリーングファンのみ共用する等々）であっても、後述する本発明の作用効果を発現できるものであれば構わない。

図２に示すＰＣＵ２００の斜視図を用いて、ＰＣＵ２００について説明する。図２に示すように、ＰＣＵ２００を収納した筐体は、その外観上３つの部分から構成される。第１の部分である、ＰＣＵ２００の筐体の主要部を構成するＰＣＵ箱体２２０、第２の部分である、ＰＣＵ箱体２２０の上部にカバー取付けボルト２１２で取り付けられたＰＣＵカバー２１０、第３の部分である、ＰＣＵ箱体２２０の底部に底面カバー取付けボルト２３２で取り付けられた底面カバー２３０の３つである。

ＰＣＵカバー２１０には、インターロック機能が設けられる。たとえば、ＰＣＵカバー取付けボルト２１２を外すと、インターロックスイッチがＯＦＦになりＳＭＲ（System Main Relay）を遮断する。

また、ＰＣＵ箱体２２０の側面には、ＰＣＵ取付けステー２２２が設けられ、エンジンルーム内に固定される。この所定の位置の一例としては、ＰＣＵ２００自体が走行風を受け易い位置に固定されることが好ましい。なお、ＰＣＵ取付けステー２２２は、複数設けられている。

図２に示すように、リザーバータンク３００には、リザーバータンク導入側配管５１０から冷却水が導入されて、ＨＶウォーターポンプ導入側配管５４０へ冷却水を排出する。

図３を参照して、冷却システムの制御ブロック図について説明する。図３に示すように、冷却水は、ＨＶラジエーター３３０からＨＶラジエーター戻り配管３４０を経由してＰＣＵ２００へ、ＰＣＵ２００からリザーバータンク導入側配管５１０を経由してリザーバータンク３００へ、リザーバータンク３００からＨＶウォーターポンプ導入側配管５４０を経由してＨＶウォーターポンプ３１０へ、ＨＶウォーターポンプ３１０からモータジェネレータ導入側配管５００を経由してフロントのモータジェネレータ４００へ、モータジェネレータ４００からＨＶラジエーター行き配管３２０を経由してＨＶラジエーター３３０へ循環される。

本実施の形態に係る冷却装置である冷却システムは、このリザーバータンク導入側配管５１０のリザーバータンク３００側（すなわちリザーバータンク３００の入口側）に流量調整弁１０００を設けたことが特徴である。さらに、この流量調整弁１０００は、ＣＰＵにより制御されてアクチュエータを作用させて、受動的にＨＶウォーターポンプ３１０へ導入される冷却水の流量を調整するのではなく、制御装置を必要としない構造（能動的に機能する）を有するものである。

図４および図５を参照して、この流量調整弁１０００について、詳細に説明する。図４はＨＶウォーターポンプ３１０近傍の模式的な断面図、図５は、流量制御弁１０００の透過斜視図である。この流量調整弁１０００は、ＨＶウォーターポンプ３１０の入口側配管であるリザーバータンク導入側配管５１０に設けられる。

図４および図５に示すように、この流量調整弁１０００は、つる巻き形状のばね１０４０がその内部に収納された円筒形状の弁体１０３０と、フローティング部材１０１０（１０２０）と、このフローティング部材１０１０（１０２０）を弁体１０３０に支持する支持部材（図示しない）とから構成される。

フローティング部材１０１０（１０２０）は、弁体１０３０の円筒の長手方向（すなわち、冷却水の流れの方向）に沿って、スライド可能に支持されている。フローティング部材１０１０は、流速が遅い時（ＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧で冷却水を吐出している時）の位置であって、ばね１０４０の力により弁体１０３０の円筒断面積が最大に開く位置に保持される。流速が速くなってくると（たとえば、補機バッテリの電圧値が上昇してＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧以上で冷却水を吐出してくると）、フローティング部材１０２０の位置に移動する。このとき、フローティング部材１０２０は、流速が上昇したことに起因してフローティング部材１０１０の上流部が受けた力がばね１０４０の力に抗して弁体１０３０の円筒断面積を絞る位置に保持される。

すなわち、ＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧で冷却水を吐出している時（定常状態）には、フローティング部材１０１０は、弁体１０３０の円筒断面積を絞らない位置に保持されて、矢示Ａおよび矢示Ｂで示されるように冷却水を流す。補機バッテリの電圧値が上昇してＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧以上で冷却水を吐出して流速が上昇すると、ばね１０４０の力に抗してフローティング部材１０２０の位置に移動して弁体１０３０の円筒断面積が絞られて、矢示Ｂで示される流れが阻害されて（中央部が塞がれる）、リザーバータンク３００に導入される冷却水の流量が減らされる。さらに、補機バッテリの電圧値が定格電圧に戻ってＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧で冷却水を吐出するようにも戻ると（定常状態）には、フローティング部材１０１０は、ばね１０４０の抗力により弁体１０３０の円筒断面積を絞らない位置に戻されて、矢示Ａおよび矢示Ｂで示されるように冷却水を流す。

このようにすると、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出圧（吐出流量）が上昇して流速が上昇しても、流量調整弁１０００がＨＶウォーターポンプ３１０の入口部の流路を流速とばねの抗力とがバランスする位置でリザーバータンク３００へ導入される冷却水の流量を絞ることができる。このため、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出圧（吐出流量）が上昇しても、リザーバータンク３００へ導入される冷却水の流量が変動させることを回避できる。

図６は、このような流量調整弁１０００を備えた冷却システムの作動状態を示すタイミングチャートである。時刻Ｔ（１）から時刻Ｔ（２）の間において補機バッテリの電圧値ＶＢが定格値１２Ｖよりも上昇して、時刻Ｔ（２）から時刻Ｔ（３）の間において補機バッテリの電圧値ＶＢが定格値１２Ｖよりも上昇した状態を維持して、時刻Ｔ（３）から時刻Ｔ（４）の間において補機バッテリの電圧値ＶＢが定格値１２Ｖよりもやや高い電圧値まで低下して、時刻Ｔ（４）から時刻Ｔ（５）の間において補機バッテリの電圧値ＶＢが定格値１２Ｖよりもやや上昇した状態を維持して、時刻Ｔ（５）から時刻Ｔ（６）の間において補機バッテリの電圧値ＶＢが定格値１２Ｖまで低下した場合を想定している。

補機バッテリの電圧値ＶＢの変化に伴って、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出流量Ｑや吐出圧Ｐは、補機バッテリの電圧値ＶＢと同じように変化する。これは、たとえば、ＨＶウォーターポンプ３１０は、補機バッテリからの電力でインペラを回転させるモータを駆動させているため、このように供給電力の電圧値の変動と同じようにモータの回転数が上下変動することに起因する。

このように、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出流量Ｑや吐出圧Ｐが変動すると、流量調整弁１０００が、図６に示すように、補機バッテリの電圧値ＶＢ、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出流量Ｑや吐出圧Ｐが上昇すると、より流量を絞るように能動的に作動する。

このため、図６に示すように、リザーバータンク３００への導入流量は、変動することがない。これにより、リザーバータンク３００における気液分離機能が十分に発現することができ、ＨＶウォーターポンプ３１０のキャビテーションの発生を回避することができる。

以上のようにして、リザーバータンクの入口に冷却水の流速や圧力（静圧）により能動的に動作して弁開度を調整する流量調整弁を設けたので、リザーバータンク内に過度の冷却水が導入されることを回避できる。その結果、リザーバータンクでの気液分離機能が十分に発現できるので、キャビテーションを回避することができる。この流量調整弁は、ＨＶウォーターポンプからの冷却水の吐出圧やＨＶウォーターポンプの回転数をセンサで検出してＣＰＵにより制御するものではなく、能動的に動作して弁開度を調整するため、簡易な構成で、上述の作用効果を発現することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。

本実施の形態に係る冷却装置である冷却システムにおいては、第１の実施の形態と同じ構成の冷却システムにおいて、異なる流量調整弁が用いられる。

なお、本実施の形態において、上述の図１に示した冷却システムの全体構成図、図２に示したＰＣＵの斜視図、図３に示した冷却システムの制御ブロック図については、同じであるためここでの詳細な説明は繰り返さない。

図７を参照して、本実施の形態に係る冷却装置である冷却システムに設けられる流量調整弁２０００について説明する。なお、図７の中で前述の図４に示した構成と同じ構成については同じ参照符号を付してある。それらの機能は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さないことがある。

図７を参照して、この流量調整弁２０００について、詳細に説明する。図７はＨＶウォーターポンプ３１０近傍の模式的な断面図である。この流量調整弁２０００は、ＨＶウォーターポンプ３１０の入口側配管であるリザーバータンク導入側配管５１０に設けられる。

図７に示すように、この流量調整弁２０００は、つる巻き形状のばね２０４０と、つる巻き形状のばね２０４０に接続された金属製の遮蔽部材２０１０（２０２０）と、これらに対して、管路の対向側に設けられた電磁石２０３０とから構成される。電磁石２０３０は、ＨＶウォーターポンプ３１０を駆動する補機バッテリ２０３２に接続されている。

遮蔽部材２０１０（２０２０）は、冷却水の流れに垂直な方向に沿って、スライド可能に支持されている。遮蔽部材２０１０は、流速が遅い時（ＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧で冷却水を吐出している時）の位置であって、ばね１０４０の力により引っ張られて管路断面積が最大に開く位置に保持される。流速が速くなってくると（たとえば、補機バッテリ２０３２の電圧値が上昇してＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧以上で冷却水を吐出してくると）、遮蔽部材２０２０の位置に移動する。このとき、遮蔽部材２０２０は、補機バッテリ２０３２の電圧値が上昇したことに起因して電磁石２０３０が金属製の遮蔽部材２０１０を引っ張る力が強くなり、遮蔽部材２０１０が電磁石２０３０から受けた力がばね２０４０の力に抗して管路断面積を絞る位置まで突出してくる。

すなわち、ＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧で冷却水を吐出している時（定常状態）には、遮蔽部材２０１０は、ばね２０４０により引っ張られて、管路断面積を絞らない位置に保持されて、矢示Ｃおよで示されるように冷却水を流す。すなわち、管路を遮断する部材は突出していない。補機バッテリ２０３２の電圧値が上昇してＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧以上で冷却水を吐出して流速が上昇すると電磁石２０３０に作用する磁力も上昇して、ばね１０４０の力に抗して遮蔽部材２０２０の位置に移動して管路断面積が絞られて、矢示Ｄで示されるように流れが阻害されて、リザーバータンク３００に導入される冷却水の流量が減らされる。さらに、補機バッテリ２０３２の電圧値が定格電圧に戻ってＨＶウォーターポンプ３１０が定格吐出圧で冷却水を吐出するようにも戻ると（定常状態）には、遮蔽部材２０１０は、ばね１０４０の抗力により管路断面積を絞らない位置に戻されて、矢示Ｃで示されるように冷却水を流す。

このようにすると、補機バッテリ２０３２の電圧値が上昇して、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出圧（吐出流量）が上昇して流速が上昇しても、流量調整弁２０００がＨＶウォーターポンプ３１０の入口部の流路を電磁力とばねの抗力とがバランスする位置でリザーバータンク３００へ導入される冷却水の流量を絞ることができる。このため、ＨＶウォーターポンプ３１０の吐出圧（吐出流量）が上昇しても、リザーバータンク３００へ導入される冷却水の流量が変動させることを回避できる。

以上のようにして、リザーバータンクの入口に補機バッテリの電圧値により能動的に動作して弁開度を調整する流量調整弁を設けたので、リザーバータンク内に過度の冷却水が導入されることを回避できる。その結果、リザーバータンクでの気液分離機能が十分に発現できるので、キャビテーションを回避することができる。この流量調整弁は、ＨＶウォーターポンプからの冷却水の吐出圧やＨＶウォーターポンプの回転数をセンサで検出してＣＰＵにより制御するものではなく、補機バッテリの電圧値に基づいて能動的に動作して弁開度を調整するため、簡易な構成で、上述の作用効果を発現することができる。

＜変形例＞
なお、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、補機バッテリの電圧値が定格電圧値であるときに流量調整弁を最大開度として、補機バッテリの電圧値が上昇するに従って、流量調整弁の開度を絞るようにしたが、以下のようにしても構わない。

すなわち、補機バッテリの電圧値が定格電圧値であるときに流量調整弁を中間開度として、補機バッテリの電圧値が低下するに従って、流量調整弁の開度を開くようにして、補機バッテリの電圧値が上昇するに従って、流量調整弁の開度を絞るようにする。このようにすると、補機バッテリの電圧低下時にもリザーバータンクへ導入される冷却水の流量を変動させないようにできる。

今回開示された実施の形態（変形例を含む）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。

本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置である冷却システムの全体構成図である。 ＰＣＵの斜視図である。 冷却システムの制御ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置のリザーバータンクの入口に設けられた流量調整弁を示す図である。 図４の部分的な拡大斜視図である。 ウォーターポンプの吐出流量が変化した場合のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置のリザーバータンクの入口に設けられた流量調整弁を示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、２００ ＰＣＵ、２１０ ＰＣＵカバー、２１２ カバー取付けボルト、２２０ ＰＣＵ箱体、２２２ ＰＣＵ取付けステー、２３０ 底面カバー、２３２ 底面カバー取付けボルト、３００ リザーバータンク、３１０ ＨＶウォーターポンプ、３２０ ＨＶラジエーター行き配管、３３０ ＨＶラジエーター、３４０ ＨＶラジエーター戻り配管、４００ モータジェネレータ、１０００、２０００ 流量調整弁。

Claims (6)

1. 車両に搭載された電気機器を冷却する車両用冷却装置であって、
   前記電気機器を冷却する液冷媒が循環される冷却通路と、
   前記冷却通路に設けられ、前記冷却通路内で液冷媒を循環するための循環手段と、
   前記冷却通路に設けられ、前記液冷媒を貯留し、所望の導入量で気液分離機能を発現するための貯留手段と、
   前記冷却通路の前記貯留手段の入口側に設けられ、前記循環手段による液冷媒の循環状態が変化しても前記貯留手段への液冷媒の導入量が変化しないように、前記貯留手段の入口側における液冷媒を用いて、前記貯留手段の入口側の管路断面積を変化させるための流量調整手段とを含む、車両用冷却装置。
2. 前記流量調整手段は、
   弾性部材と、
   前記弾性部材に接続され、弾性部材の弾性力の方向に移動可能な弁体と、
   前記貯留手段の入口側における液冷媒が標準状態であるときに、前記弾性部材により前記管路断面積が標準状態になるように前記弁体を支持する支持部材とを含む、請求項１に記載の車両用冷却装置。
3. 前記流量調整手段は、前記貯留手段の入口側における液冷媒が増加すると、前記弾性部材の力に抗して前記管路断面積を前記標準状態よりも絞る、請求項２に記載の車両用冷却装置。
4. 車両に搭載された電気機器を冷却する車両用冷却装置であって、
   前記電気機器を冷却する液冷媒が循環される冷却通路と、
   前記冷却通路に設けられ、前記冷却通路内で液冷媒を循環するための循環手段と、
   前記冷却通路に設けられ、前記液冷媒を貯留し、所望の導入量で気液分離機能を発現するための貯留手段と、
   前記冷却通路の前記貯留手段の入口側に設けられ、前記循環手段による液冷媒の循環状態が変化しても前記貯留手段への液冷媒の導入量が変化しないように、前記循環手段を作動させている駆動源を用いて、前記貯留手段の入口側の管路断面積を変化させるための流量調整手段とを含む、車両用冷却装置。
5. 前記循環手段は、電力により作動するポンプであって、
   前記駆動源はバッテリであって、
   前記流量調整手段は、
   弾性部材と、
   前記弾性部材に接続され、弾性部材の弾性力の方向に移動可能な磁性を有する管路遮蔽物と、
   前記弾性部材に抗して前記管路遮蔽物を移動させる、前記バッテリにより作動する電磁石と、
   前記バッテリが標準状態であるときに、前記弾性部材により前記管路断面積が標準状態になるように前記管路遮蔽物を支持する支持部材とを含む、請求項４に記載の車両用冷却装置。
6. 前記流量調整手段は、前記バッテリの電圧値が上昇すると前記弾性部材の力に抗して前記電磁石により前記管路遮蔽物を管路側に引き寄せて、前記管路断面積を前記標準状態よりも絞る、請求項５に記載の車両用冷却装置。

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