CN102384674A

CN102384674A - 油冷却器

Info

Publication number: CN102384674A
Application number: CN2011101879737A
Authority: CN
Inventors: 宇野孝博; 长贺部博之; 高桥大辅
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: JP2012017943A; US9689628B2; CN102384674B; US20120031593A1; JP5609339B2

Abstract

提供一种油冷却器，其具有内翅片(3)，内翅片(3)是偏置翅片，其垂直于油的流动方向的截面形状是使凸部(31)交替位于一方侧和另一方侧而曲折的波形形状，且在与油的流动方向平行的方向上具有局部被切起的切起部(32)。当设从所述截面形状中的一方侧的凸部(31)到另一方侧的凸部(31)的距离即翅片高度为fh，在所述截面形状中，设在一方侧和另一方侧之中的同一侧相邻的凸部(31)与凸部(31)之间由内翅片(3)和管(24)围成的区域(C)的等效圆直径为de，进而，X＝de/fh^0.3时，等效圆直径以及翅片高度为满足0.5≤X≤1.0的大小。

Description

油冷却器

技术领域

本发明涉及一种用于对车辆的发动机油或自动变速器用的工作油(ATF)等进行冷却的油冷却器。

背景技术

目前，在散热器(radiator)的罐内内置的油冷却器被构成为：层叠多个供油流通的管(tube)，通过在管内部流通的油与在管外部流通的冷却水之间进行热交换来冷却油。另外，在管的内部配置有内翅片(inner fin)，促进油与冷却水的热交换。

这样构成的油冷却器，对应于所要求的散热量变多而通过增加管的根数，可以确保适当的散热性能。在此，由于油冷却器的体格，必然决定散热器罐的大小，因此为了实现散热器罐的薄幅化以及轻量化，需要提高油冷却器的每根管的散热性能，需要减少管的层叠层数。

但是，作为内翅片的种类，除了直翅片或波形翅片外，还公知有偏置翅片，该偏置翅片用在对排气再循环装置采用的排气进行冷却的热交换器(以下，称之为EGR冷却器)或中间冷却器(intercooler)等与油冷却器不同的用途中(例如，参考日本专利特许第4240136号公报)。

但是，在油冷却器和EGR冷却器或中间冷却器中，如以下说明的那样，由于冷却的流体的物性等不同，所以对于偏置翅片的翅片间距fp、翅片高度fh、段(segment)长度L等各部位的尺寸，无法原封不动地适用EGR冷却器用或中间冷却器用的偏置翅片等目前使用的偏置翅片的规格。

即，在油冷却器中，管内的油的流速低、为0.2～0.4m/s左右，在以等效圆直径为代表长度的雷诺数为20～40左右的小的区域(层流域)使用，动粘性系数的温度依存性高。进而，油由于普朗特数大、为100以上，因此，对于冷却空气的EGR冷却器或中间冷却器，传热现象不同。

另外，油冷却器还具有如下特长：根据油的上述物性，由于左右传热性能的温度边界层的厚度非常薄，所以通过将翅片间距fp缩短(减小)到温度边界层寸断效果的作用限界，从而使传热面积增加，并且可实现促进传热。

因此，作为油冷却器用的偏置翅片的规格，在简单地适用EGR冷却器用或中间冷却器用的规格的情况下，存在油冷却器的散热性能下降的可能性。

发明内容

本发明鉴于上述问题，目的在于在使用偏置翅片作为内翅片的情况下，通过求得对于可得到高性能的翅片的各条件，从而在实现油冷却器的管层数的削减的同时，实现性能提高。

为了达成上述目的，根据本发明的油冷却器的一例，所述油冷却器的特征是，其具备：在内部供油流通、并且在外部供冷却介质流通的多根层叠的管以及配置在管内且促进油与冷却介质之间的热交换的内翅片，内翅片是偏置翅片，其垂直于油的流动方向的截面形状是使凸部交替位于一方侧和另一方侧而曲折的波形形状，且在与油的流动方向平行的方向上具有局部被切起的切起部，当设从所述截面形状中的一方侧的凸部到另一方侧的凸部的距离即翅片高度为fh，在所述截面形状中，设在一方侧和另一方侧之中的同一侧相邻的凸部与凸部之间由内翅片和管围成的区域C的等效圆直径为de，进而，X＝de/fh^0.3时，等效圆直径以及翅片高度为满足0.5≤X≤1.0的大小。

据此，即使任意设定翅片高度fh，在0.5≤X≤1.0的范围内也可以使实车性能Qvo提高，因此能够在实现油冷却器的管层数的减少的同时，实现性能提高。

另外，例如，在上述油冷却器中，其特征在于，等效圆直径以及翅片高度为满足0.6≤X≤0.9的大小。

据此，即使任意设定翅片高度fh，在0.6≤X≤0.9的范围内也可以使实车性能Qvo可靠提高，因此能够在实现油冷却器的管层数的可靠减少的同时，可靠地实现性能提高。

另外，根据本发明的油冷却器的一例，所述油冷却器的特征是，所述油冷却器具备：在内部供油流通、并且在外部供冷却介质流通的多根层叠的管以及配置在管内且促进油与冷却介质之间的热交换的内翅片，内翅片是偏置翅片，其垂直于油的流动方向的截面形状是使凸部交替位于一方侧和另一方侧而曲折的波形形状，且在与油的流动方向平行的方向上具有局部被切起的切起部，在所述截面形状中，当设在一方侧和另一方侧之中的同一侧相邻的凸部的中心彼此的距离即翅片间距的大小为fp，设从所述截面形状中的一方侧的凸部到另一方侧的凸部的距离即翅片高度为fh时，翅片间距的大小以及翅片高度为满足0.3＜fp/fh＜0.8的大小。

据此，由于可以使考虑了散热性能Qo以及压力损失ΔPo双方的指数即实车性能Qvo提高，因此即使减少管的层叠层数，也可以确保与现有的油冷却器相同的性能。因此，能够在实现油冷却器的管层数的减少的同时，实现性能提高。

另外，例如，在上述油冷却器中，其特征在于，翅片间距的大小以及翅片高度为满足0.4＜fp/fh＜0.75的大小。

据此，可以使实车性能Qvo可靠提高，因此能够在可靠减少油冷却器的管层数的同时，可靠地实现性能提高。

另外，例如，在上述油冷却器中，其特征在于，翅片间距的大小以及翅片高度为满足0.5＜fp/fh＜0.7的大小。

据此，可以进一步使实车性能Qvo可靠提高，因此能够在更可靠减少油冷却器的管层数的同时，更可靠地实现性能提高。

另外，例如，在上述油冷却器中，其特征在于，内翅片具有位于所述截面形状中一方侧的凸部和另一方侧的凸部之间的壁部而构成，在所述截面形状中，在设壁部相对于翅片高度方向的倾斜角度为θ时，倾斜角度为满足0°≤θ≤20°的大小。

据此，由于可以实现管内流通的油的流速分布的均一化，所以可以高效进行内翅片与油之间的热传递，可以使散热性能提高。

附图说明

图1是表示内置有本发明的实施方式的油冷却器的散热器的立体图。

图2是表示图1的第二散热器罐的分解立体图。

图3是表示本发明的实施方式的油冷却器的芯部的主视图。

图4是图3的A-A截面图。

图5是表示本发明的实施方式的内翅片的立体图。

图6是表示从本发明的实施方式的油流动方向观察时的内翅片的局部放大图。

图7是表示从本实施方式的变形例的油流动方向观察时的内翅片的局部放大图。

图8是表示偏置翅片的翅片高度fh一定时的翅片间距fp与散热性能Qo之间的关系、以及翅片间距fp与压力损失ΔPo之间的关系的特性图。

图9是表示偏置翅片的翅片间距fp一定时的翅片高度fh与散热性能Qo之间的关系、以及翅片高度fh与压力损失ΔPo之间的关系的特性图。

图10是表示在实车上搭载油冷却器时的、实验性地求出压力损失上升率与散热性能下降率的影响的结果的特性图。

图11是表示偏置翅片的纵横(aspect)比fp/fh与实车性能Qvo之间的关系的特性图。

图12是表示使偏置翅片的翅片高度fh变化时的纵横比fp/fh与实车性能Qvo之间的关系的特性图。

图13是表示函数X与实车性能Qvo之间的关系的特性图。

图14是表示油冷却器的芯体积V与散热量Qo之间的关系的特性图。

具体实施方式

图1是表示内置有本实施方式的油冷却器2的散热器1的立体图。如图1所示，本实施方式的散热器1具有供发动机冷却水流通的铝制的多个散热器管11、在散热器管11的长度方向两端侧配置且与多个散热器管11连通的铝制的第一散热器罐12a和第二散热器罐12b而构成。

第一散热器罐12a与多个散热器管11的长度方向上端连接，向多个散热器管11分配发动机冷却水。另外，第二散热器罐12b与多个散热器管11的长度方向下端连接，从而使从多个散热器管11流出的发动机冷却水集合。

在第二散热器罐12b内，在使油冷却器2的长度方向与第二散热器罐12b的长度方向一致的状态下收纳油冷却器2。在第二散热器罐12b的侧壁上，油冷却器2的入口部21以及出口部22呈筒状突出。此外，油冷却器2由螺钉等固定在第二散热器罐12b内的内壁侧。

接着对油冷却器2的构造进行说明。图2是表示图1的第二散热器罐12b的分解立体图，图3是表示本实施方式的油冷却器2的芯部23的主视图，图4是图3的A-A截面图。此外，图2中，空白箭头表示发动机冷却水的流向，实线箭头表示油的流向。

如图2～图4所示，油冷却器2由入口部21、出口部22以及芯部23构成。设置入口部21是为了使油流入芯部23内，设置出口部22是为了使油从芯部23流出。另外，芯部23是通过层叠多个供油流通的扁平状管24而构成的，其用于使油和发动机冷却水进行热交换来冷却油。此外，发动机冷却水相当于本发明的冷却介质。

作为油采用的是对发动机内的滑动部进行润滑的发动机油、或者自动变速器用流体(ATF)等油。

在各管24内配置有内翅片3，所述内翅片3用于促进油与发动机冷却水之间的热交换。内翅片3被固定于管24的内壁面。以下，详细说明内翅片3。

图5是本实施方式的内翅片3的立体图，图6是从本实施方式的油流动方向观察时的内翅片3的局部放大图。

内翅片3是如下这样的偏置翅片，如图5、图6所示，内翅片3的大致垂直于油的流动方向的截面形状、即从油的流动方向观察时的截面形状是使凸部31交替位于一方侧和另一方侧而曲折的波形形状，在油的流动方向，具备局部被切起的切起部32，当从油的流动方向观察时，由切起部32形成的波形形状部分相对于在油的流动方向相邻的波形形状部分偏置。该偏置翅片3的凸部31与管24的内壁面相接。

由该偏置翅片3将管24的内部分割(划分)为多个流路，进而，在管24内被分割为多个的流路在油的流动方向上局部偏置。即，如图5所示，将管24的内部分割为多个流路的壁部33沿油的流动方向被配置成交错状。另外，当在油的流动方向观察偏置翅片3时，一方侧的凸部31彼此、另一方侧的凸部31彼此这样的同一侧的、在油的流动方向上相邻的凸部31彼此错开配置。

图7是从本实施方式的变形例的油流动方向观察时的内翅片3的局部放大图。

在本实施方式中，如图6、图7所示，在偏置翅片3的大致垂直于油的流动方向的截面形状中，在一方侧的凸部31彼此、另一方侧的凸部31彼此这样的同一侧相邻的凸部31和凸部31之间，由偏置翅片3和管24围成的斜线区域C呈大致矩形。

在此，所谓“大致矩形”不仅包括如图6所示的偏置翅片3那样着眼于大致垂直于油的流动方向的截面形状，壁部33沿翅片高度方向、即与管24的层叠方向大致平行地延伸的形状，而且还包括如图7所示的偏置翅片3那样着眼于大致垂直于油的流动方向的截面形状，壁部33相对于翅片高度方向稍微倾斜的形状。

具体地说，着眼于偏置翅片3的大致垂直于油的流动方向的截面形状，壁部33相对于翅片高度方向、即与管24的层叠方向平行的假想线I的倾斜角度θ是满足0≤θ≤20(单位：°)的大小。

在这种构造的偏置翅片3中，如图5～图7所示，着眼于从油的流动方向观察的截面形状，一方侧的凸部31彼此或另一方侧的凸部31彼此这种、在一方侧和另一方侧之中的同一侧，由相邻的凸部31的中心彼此的距离即翅片间距fp(单位：mm)与从一方侧的凸部到另一方侧的凸部的距离即翅片高度fh(单位：mm)的大小等的规格，决定油冷却器2的性能。而且，翅片高度fh是相对于偏置翅片3所接触的管24的内壁面垂直的方向上的距离，其与在管24的层叠方向上的管24的内径相等。

因此，本发明人对偏置翅片3的最佳规格进行研究。在本实施方式中，制作翅片间距fp以及翅片高度fh为各种大小的上述的构造的油冷却器2，评价在规定条件下在有油以及发动机冷却水流通时的管24的内部流通的油的压力损失的大小、油冷却器的散热性能，根据其结果，决定最佳规格。

图8是表示偏置翅片3的翅片高度fh一定时的翅片间距fp与散热性能Qo之间的关系、以及翅片间距fp与压力损失ΔPo之间的关系的特性图，图9是表示偏置翅片3的翅片间距fp一定时的翅片高度fh与散热性能Qo之间的关系、以及翅片高度fh与压力损失ΔPo之间的关系的特性图。

通常，当减小偏置翅片3的翅片间距fp时，如图8中的实线a所示，虽然由于热传导率以及传热面积的增加而散热性能Qo增大，但如图8中的虚线b所示，压力损失ΔPo也急剧增大。另一方面，当增高翅片高度fh时，如图9中的实线c所示，虽然由于传热面积的增加而散热性能Qo增大，但如图9中的虚线d所示，由于管24内的油的流速下降使得压力损失ΔPo减少。

因此，作为偏置翅片3的形状，通过尽可能使翅片间距fp细密化，从而增大散热性能Qo，并且为了将因翅片间距fp的细密化而引起的增加的压力损失ΔPo抑制在最小限度，优选使翅片高度fh增高。即，是一种相对于翅片间距fp优选增大翅片高度fh的形状。另一方面，若翅片高度fh变大，则油冷却器2的体格也变大，因此，以下研究翅片高度fh的最佳规格。

在此，将油冷却器2搭载在实车上，实验性求出压力损失上升率和散热性能下降率的影响。结果在图10表示。如图10所示，明确了在实车搭载时的散热性能(以下，称为实车性能Qvo)与压力损失ΔPo之间，有Qvo＝1/ΔPo^0.1的关系成立。

图11是表示偏置翅片3的翅片间距fp与翅片高度fh之比即纵横比fp/fh与实车性能Qvo之间的关系的特性图。而且，图11的纵轴表示的实车性能比是指：与纵横比fp/fh为20的现有技术的偏置翅片相比的实车性能比。通过设该实车性能比为115％以上，从而可使油冷却器2的管24的层叠层数与现有技术的油冷却器相比至少减少1层。

根据图11中的曲线可知，通过设偏置翅片3的纵横比fp/fh约为0.45，实车性能比取极大值，即实车性能Qvo最大提高。另外，通过设纵横比fp/fh小于0.8，从而即使在壁部33的倾斜角度θ为20°的偏置翅片3中，也确保实车性能比为115％以上，可以使管24的层叠层数至少减少1层。另一方面，考虑到现状的加工限界，设定纵横比fp/fh大于0.3。

因此，通过将翅片间距fp以及翅片高度fh设定为满足0.3＜fp/fh＜0.8的大小，从而可以使考虑了散热性能Qo以及压力损失ΔPo双方的指数即实车性能Qvo提高。另外，在0.3＜fp/fh＜0.8的范围内，由于可以确保实车性能比为115％以上，所以可以使管24的层叠层数相对于现有的油冷却器至少减少1层。进而，优选将翅片间距fp以及翅片高度fh设定为满足0.4＜fp/fh＜0.75的大小，更优选设定为满足0.5＜fp/fh＜0.7的大小。

在此，图12是表示使偏置翅片3的翅片高度fh变化时的纵横比fp/fh与实车性能Qvo之间的关系的特性图。如图12所示，可知在使翅片高度fh变化时，随各个翅片高度fh的不同而实车性能Qvo的极大值也有所不同。

因此，以下，根据采用了由偏置翅片3划分的油流路的等效圆直径de以及翅片高度fh的函数X与实车性能Qvo之间的关系，研究偏置翅片3的最佳规格。

在此，所谓等效圆直径de，如图6所示，是指着眼于偏置翅片3的大致垂直于油流动方向的截面形状，将一方侧的凸部31彼此、另一方侧的凸部31彼此这样的在同一侧相邻的凸部31和凸部31之间由偏置翅片3和管24围成的斜线区域C换算为圆时的直径(单位：mm)，其以下述公式表示。

de＝4×s/l

其中，s是油通路截面面积(相当于设圆的直径为D时的圆的截面面积πD²/4)。另外，l是湿周(ぬれ

)长度(相当于设圆的直径为D时的圆周πD)，是由偏置翅片3和管24构成的一个油通路内壁面的长度(内壁与油相接的部分的长度)。

图13表示函数X与实车性能Qvo之间的关系。该函数X由下述公式表示。

X＝de/fh^0.3

而且，图13中，仅黑色圆点表示后述的段长度L为2.0mm时(翅片高度fh＝3.0mm)，其他的点表示段长度L为1.0mm时。

如图13所示，可知通过使用函数X，即使翅片高度fh为任意的值，实车性能Qvo的极大值也大致相等。而且，通过将等效圆直径de以及翅片高度fh设为满足0.5≤X≤1.0的大小，从而可以提高实车性能Qvo。进而，更优选将等效圆直径de以及翅片高度fh设为满足0.6≤X≤0.9的大小。

但是，在将偏置翅片3的切起部32的在油流动方向上的长度设为段长度L(单位：mm)时，由于段长度L越长，则油流动方向的积极的温度边界层寸断的次数越增加，因此促进传热，但相反，因向翅片前缘的冲撞引起的压力损失增大。

因此，在本实施方式中，将段长度L设定为满足1.0≤L≤3.0的大小。据此，在油流动方向上温度边界层充分发展而丧失传热促进效果之前，使温度边界层在油流动方向有效寸断，可以减少散热性能下降，并且大幅度减少压力损失。而且，偏置翅片3的传热面积由于由翅片间距fp和翅片高度fh决定，因此不会对段长度L造成影响。

如以上说明的那样，通过将偏置翅片3的翅片间距fp以及翅片高度fh设定为满足0.3＜fp/fh＜0.8的大小，从而可以使考虑了散热性能Qo以及压力损失ΔPo双方的指数即实车性能Qvo提高。另外，在0.3＜fp/fh＜0.8的范围内，由于可以确保实车性能比为115％以上，所以可以使管24的层叠层数相对于现有的油冷却器至少减少1层。

也就是说，通过将偏置翅片3的翅片间距fp以及翅片高度fh设定为满足0.3＜fp/fh＜0.8的大小，从而可以提高散热性能，因此，即使减少管24的层叠层数，也可以确保具有与现有技术的油冷却器相同的性能。进而，通过将偏置翅片3形成为翅片高度fh大于翅片间距fp的大致矩形形状，从而可以实现在管24内流通的油的流速分布的均一化。因此，由于可以在偏置翅片3和油之间有效进行热传递，所以可以提高散热性能。

因此，可在实现油冷却器2的管层数的降低的同时，可实现性能提高。而且，通过减少管层数，可以实现油冷却器2的体格的小型化，因此可以实现内置该油冷却器2的散热器罐12b的薄幅化。

图14是表示油冷却器2的芯部23的体积(以下，称为芯体积V)与散热量Qo之间的关系的特性图。在图14中，实线a表示本实施方式的油冷却器2(翅片间距fp＝1.7，翅片高度fh＝3.0，纵横比fp/fh≈0.57)，虚线表示现有的油冷却器(翅片间距fp＝3.0，翅片高度fh＝1.5，纵横比fp/fh≈2.0)。另外，在图14中，实线a上的点从纸面右侧开始表示管24的层叠层数为5层、4层、3层时的情况，虚线b上的点从纸面右侧开始表示管的层叠层数为9层、7层、5层时的情况。

如图14所示，在本实施方式的油冷却器2中，可以以少的管层数确保与现有的油冷却器相同的散热量。另外，散热量Qo越多，采用本实施方式的油冷却器2带来的芯部体积V的下降率越变大。因此，在想要确保高的散热性能时，特别有效。

Claims

1.一种油冷却器，其在油与冷却介质之间进行热交换，对所述油进行冷却，其特征在于，

所述油冷却器具备：在内部供所述油流通、并且在外部供所述冷却介质流通的多根层叠的管(24)以及配置在所述管(24)内且促进所述油与所述冷却介质之间的热交换的内翅片(3)，

所述内翅片(3)是偏置翅片，其垂直于所述油的流动方向的截面形状是使凸部(31)交替位于一方侧和另一方侧而曲折的波形形状，且在与所述油的流动方向平行的方向上具有局部被切起的切起部(32)，

当设从所述截面形状中的所述一方侧的凸部(31)到所述另一方侧的凸部(31)的距离即翅片高度为fh，在所述截面形状中，设在所述一方侧和所述另一方侧之中的同一侧相邻的所述凸部(31)与所述凸部(31)之间由所述内翅片(3)和所述管(24)围成的区域(C)的等效圆直径为de，进而，X＝de/fh^0.3时，所述等效圆直径以及所述翅片高度为满足0.5≤X≤1.0的大小。

2.如权利要求1所述的油冷却器，其特征在于，

所述等效圆直径以及所述翅片高度为满足0.6≤X≤0.9的大小。

3.一种油冷却器，其在油与冷却介质之间进行热交换，对所述油进行冷却，其特征在于，

在所述截面形状中，当设在所述一方侧和所述另一方侧之中的同一侧相邻的所述凸部(31)的中心彼此的距离即翅片间距的大小为fp，设从所述截面形状中的所述一方侧的凸部(31)到所述另一方侧的凸部(31)的距离即翅片高度为fh时，所述翅片间距的大小以及所述翅片高度为满足0.3＜fp/fh＜0.8的大小。

4.如权利要求3所述的油冷却器，其特征在于，

所述翅片间距的大小以及所述翅片高度为满足0.4＜fp/fh＜0.75的大小。

5.如权利要求3所述的油冷却器，其特征在于，

所述翅片间距的大小以及所述翅片高度为满足0.5＜fp/fh＜0.7的大小。

6.如权利要求1～5中任一项所述的油冷却器，其特征在于，

所述内翅片(3)具有位于所述截面形状中所述一方侧的凸部(31)和所述另一方侧的凸部(31)之间的壁部(33)而构成，

在所述截面形状中，在设所述壁部(33)相对于翅片高度方向的倾斜角度为θ时，所述倾斜角度为满足0°≤θ≤20°的大小。

7.如权利要求1～5中任一项所述的油冷却器，其特征在于，

所述内翅片(3)的所述切起部(32)在所述油的流动方向具有段长度L，其单位为mm，所述段长度L为满足1.0≤L≤3.0的大小。