JP4670610B2

JP4670610B2 - インタークーラ

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Publication number: JP4670610B2
Application number: JP2005342995A
Authority: JP
Inventors: 晴彦渡邊; 澄男須佐; 真樹原田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-11-29
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Description

本発明は、内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラに関するものである。

大型トラック用の過給器付き内燃機関においては、現状では過給気圧が１８０ｋＰａ程度に設定されることが多い（なお、本明細書に記載する圧力は全てゲージ圧である）。そして、このような条件下で用いられるインタークーラは、アルミニウム製が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

このようなアルミニウム製のインタークーラにおいて、熱交換器性能と内圧等耐久性を考慮した最適設計は、チューブ高さ９ｍｍ程度、チューブ板厚０．５ｍｍ程度、チューブピッチ２１ｍｍ程度であることが知られている。
特開平１０−２９２９９６号公報

ところで、大型トラック用内燃機関は今後の排気ガス規制強化に対応するために過給気圧および温度を高くすることが検討されており、これに伴い、インタークーラは耐圧性および耐熱性の大幅アップが要求されている。

この場合、従来のアルミニウム製のインタークーラで強度を確保する為には、大幅な板厚アップが必要になってくる。しかしながら、板厚を増加させると圧力損失が大きくなるため、熱交換器性能の低下を招く。そこで、材質を変更して対応することが必要になってくる。

本発明は、材質を変更した場合に、インタークーラとして高い性能が得られる条件を求め、それによりインタークーラの性能向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の吸気を加圧する過給器の吸気流れ下流側に配置され、吸気と冷却流体とを熱交換させて吸気を冷却するインタークーラであって、吸気が流れる流路を内部に形成するチューブ（１０）と、チューブ（１０）内の流路を複数の細流路（１００）に分割するようにしてチューブ（１０）内に配設され、吸気と冷却流体との熱交換を促進するインナーフィン（１１）とを備え、インナーフィン（１１）は、細流路（１００）を分割する壁面（１１０）が吸気の流れ方向に直線的に延びているストレートフィンであり、かつ過給気流量が１２００ｋｇ／ｈｒ以上となるインタークーラにおいて、チューブ（１０）は、銅または銅合金からなり、かつ板厚が０．１〜０．５ｍｍであり、隣接するチューブ（１０）のチューブ積層方向間隔をチューブピッチＴｐとし、チューブ（１０）のチューブ積層方向高さをチューブ高さＴｈとし、チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が数式１〜数式４を満たす関係になっていることを第１の特徴としている。

ところで、本発明者らが検討した結果、実車におけるエンジン出力Ｐｓはインタークーラ出口側における過給気密度ρに比例することが明らかとなった。そこで、本発明者らは、過給気密度ρとチューブピッチＴｐとの関係からインタークーラのコアの最適仕様を求めることを検討した。

そして、第１の特徴のように、インナーフィン（１１）がストレートフィンであり、チューブ（１０）が銅または銅合金からなるインタークーラの場合、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈを数式１〜数式４を満たすようにすることにより、過給気密度ρが最大値の９８％以上となる高性能のインタークーラを得ることができる。したがって、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈをパラメータとしてインタークーラのコアの最適仕様を求めることが可能となった。

ところで、本発明者らが検討した結果、過給気密度ρは、ｘおよびｙの値が数式１〜数式４により表される領域の中心に近づく程大きくなることが明らかとなった。このため、前記領域の境界近傍では、中心近傍より過給気密度ρが低下することになる。

そこで、本発明では、チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が数式５〜数式９を満たす関係になっていることを第２の特徴としている。

これにより、過給気密度ρが最大値の９８％以上となる高性能のインタークーラを得ることができるとともに、上記第１の特徴と比較して領域の中心と境界との過給気密度ρの差をより小さくすることができる。

また、本発明では、チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が数式１０〜数式１２を満たす関係になっていることを第３の特徴としている。

これにより、過給気密度ρが最大値の９９％以上となる極めて高性能のインタークーラを得ることができる。

また、本発明では、チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が数式１３〜数式１５を満たす関係になっていることを第４の特徴としている。

これにより、過給気密度ρが最大値の９９％以上となる極めて高性能のインタークーラを得ることができるとともに、上記第３の特徴と比較して領域の中心と境界との過給気密度ρの差をより小さくすることができる。

また、上記第１〜第４の特徴において、チューブ（１０）は、ステンレスまたは鋼からなり、かつ板厚を０．０７〜０．５ｍｍとすることができる。

また、本発明では、インナーフィン（１１）がストレートフィンであるインタークーラの場合、１つのチューブ（１０）内の断面積をＳとし、１つのチューブ（１０）における細流路（１００）の合計流路面積をＳｗａとし、１つの細流路（１００）の相当円直径をｄｅ（単位：ｍｍ）としたとき、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．２〜７．５であることを第５の特徴としている。

なお、本明細書における相当円直径ｄｅは、チューブ（１０）の板厚をｔｔ、インナーフィン（１１）の板厚をｔｉとしたとき、ｄｅ＝４×（Ｔｈ−２×ｔｔ−ｔｉ）×（ｄ／２−ｔｉ）／〔２×（（Ｔｈ−２×ｔｔ−ｔｉ）+（ｄ／２−ｔｉ））〕で定義される。

本発明者らの検討によると、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）を０．２〜７．５とすることで、後述の図４に例示するように、高性能のインタークーラを得ることができることを確認できた。

そして、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）を０．３〜４．５とすることで、さらに高性能のインタークーラを得ることができることを確認できた。

さらには、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）を０．５〜３．５とすることで、極めて高性能のインタークーラを得ることができることを確認できた。

また、上記第１〜第４の特徴において、インナーフィン（１１）は、細流路（１００）を分割する壁面（１１０）が吸気の流れ方向に沿って千鳥状に配置されているオフセットフィンとすることができる。

また、本発明では、インナーフィン（１１）がオフセットフィンであるインタークーラの場合、１つのチューブ（１０）内の断面積をＳとし、１つのチューブ（１０）における細流路（１００）の合計流路面積をＳｗａとし、１つの細流路（１００）の相当円直径をｄｅ（単位：ｍｍ）としたとき、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．４〜９．５であることを第６の特徴としている。

本発明者らの検討によると、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）を０．４〜９．５とすることで、後述の図５に例示するように、高性能のインタークーラを得ることができることを確認できた。

そして、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）を０．６〜７．２とすることで、さらに高性能のインタークーラを得ることができることを確認できた。

さらには、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）を０．８〜６．２とすることで、極めて高性能のインタークーラを得ることができることを確認できた。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るインタークーラの正面図、図２は図１におけるＡ部の拡大図、図３は図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

本実施形態のインタークーラは、内燃機関（図示せず）の吸気を加圧する過給器（図示せず）の吸気流れ下流側に配置され、吸気と冷却風とを熱交換させて吸気を冷却するものである。なお、冷却風は、本発明の冷却流体に相当する。

図１〜図３に示すように、インタークーラのコア１は、多数積層配置されるとともに吸気が流れる流路が内部に形成された扁平状のチューブ１０、チューブ１０内に配設されたインナーフィン１１、積層されたチューブ１０間に配設されたアウターフィン１２を備えている。

チューブ１０は、銅またはステンレスからなる。また、インナーフィン１１およびアウターフィン１２は、いずれも銅からなる。なお、本明細書では、「銅」は銅合金も含んでおり、「ステンレス」は鋼も含んでいる。

アウターフィン１２は、波状に形成されるとともにチューブ１０に接合され、チューブ１０間を流れる冷却風とチューブ１０内を流れる吸気との熱交換を促進するものである。なお、アウターフィン１２には、空気の流れを乱して温度境界層が成長することを防止すべく、その一部を切り起こして鎧窓状としたルーバ１２ａが設けられている。

インナーフィン１１は、波状に形成されるとともにチューブ１０に接合され、冷却風と吸気との熱交換を促進するものである。また、インナーフィン１１は、チューブ１０の対向面を連結する多数の壁面１１０を有しており、この壁面１１０によってチューブ１０内の流路が複数の細流路１００に分割されている。なお、インナーフィン１１にはルーバは設けられていない。

チューブ１０の長手方向両端側には、チューブ１０の積層方向に延びて各チューブ１０に連通するヘッダタンク２、３が設けられている。一方のヘッダタンク２は、入口部２０が過給器に接続され、過給器から圧送された吸気を各チューブ１０に分配供給するものである。他方のヘッダタンク３は、出口部３０が内燃機関の吸気ポートに接続され、チューブ１０から流出する吸気を集合回収して内燃機関の吸気ポートに送り出すものである。ヘッダタンク２、３は、いずれも銅からなる。

ところで、上記構成になる本実施形態のインタークーラについて、インナーフィン１１の板厚ｔｉ（図３参照、単位：ｍｍ）の最適範囲の検討を行った。

この検討は、以下の条件で行った。まず、インタークーラの仕様は次の通りである。インナーフィン１１は、壁面１１０がチューブ１０内での吸気の流れ方向に沿って直線的に延びているストレートフィンである。

コア１は、幅が５９６．９ｍｍ、高さが８８６ｍｍ、厚さが５６ｍｍである。なお、コア１の幅は図１における紙面左右方向の寸法であり、コア１の高さは図１における紙面上下方向の寸法であり、コア１の厚さは図１における紙面に垂直な方向の寸法である。

チューブ１０は、高さＴｈ（図３参照）が５．９ｍｍ、厚さが５６ｍｍであり、板厚ｔｔ（図３参照）が０．３ｍｍである。なお、チューブ高さＴｈは図１における紙面上下方向の寸法であり、チューブ１０の厚さは図１における紙面に垂直な方向の寸法である。アウターフィン１２は、フィンピッチが４．０ｍｍ、板厚が０．０５ｍｍである。

また、コア１の性能計算の条件は次の通りである。インタークーラに流入する時点での冷却風の温度が３０℃、冷却風の風速が８ｍ／ｓ、ヘッダタンク２の入口部２０での過給気（吸気）の温度が１８０℃、ヘッダタンク２の入口部２０での過給気の圧力が２００ｋＰａ、過給気の質量流量が２０００ｋｇ／ｈｒである。

図４はコア１の性能の計算結果を示すもので、縦軸はインタークーラを通過後の過給気の密度ρ、横軸は本発明者らが考案し採用した修正相当円直径である。因みに、１つのチューブ１０内の吸気流れ方向に対して垂直な面の断面積をＳとし、１つのチューブ１０における細流路１００の合計流路面積をＳｗａとし、１つの細流路１００の相当円直径をｄｅ（単位：ｍｍ）としたとき、修正相当円直径は、ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）である。

図４から明らかなように、インナーフィン１１がストレートフィンであり、過給気圧が２００ｋＰａ以上となるインタークーラの場合、あるいは、インナーフィンがストレートフィンであり、チューブ１０およびインナーフィン１１が銅からなるインタークーラの場合、修正相当円直径を０．２〜７．５にすることにより、過給気密度ρが最大値の９０％以上となり、修正相当円直径を０．３〜４．５にすることにより、過給気密度ρが最大値の９５％以上となり、修正相当円直径を０．５〜３．５にすることにより、過給気密度ρが最大値の９７％以上となる。

次に、インナーフィン１１としてオフセットフィンを用いた場合の、コア１の最適仕様の検討を行った。オフセットフィンとは、周知のように、壁面１１０がチューブ１０内での吸気の流れ方向に沿って千鳥状に配置されているものをいう。なお、その他の条件は上記した検討例と同じである。

図５はその計算結果を示すもので、インナーフィン１１がオフセットフィンであり、過給気圧が２００ｋＰａ以上となるインタークーラの場合、あるいは、インナーフィンがオフセットフィンであり、チューブ１０およびインナーフィン１１が銅からなるインタークーラの場合、修正相当円直径を０．４〜９．５にすることにより、過給気密度ρが最大値の９０％以上となり、修正相当円直径を０．６〜７．２にすることにより、過給気密度ρが最大値の９５％以上となり、修正相当円直径を０．８〜６．２にすることにより、過給気密度ρが最大値の９７％以上となる。

ところで、本実施形態のインタークーラについて、チューブ１０の板厚ｔｔ（図３参照、単位：ｍｍ）の最適範囲の検討を行った。

図６は、内圧２００ｋＰａ負荷時におけるチューブ１０の板厚ｔｔと、そのチューブ１０にかかる応力との関係を示す特性図で、縦軸はチューブ１０にかかる応力、横軸はチューブ１０の板厚ｔｔである。このとき、チューブ高さＴｈが６．５ｍｍ、チューブピッチＴｐが１７．５ｍｍである。

銅およびステンレスの設計応力を疲労限界よりそれぞれ算出したところ、銅の場合は８０ＭＰａ、ステンレスの場合は１６０ＭＰａであった。このため、図６に示すように、銅の場合、チューブ１０の板厚ｔｔの薄肉限界は０．１ｍｍであった。これに対し、ステンレスの場合、チューブ１０の板厚ｔｔの薄肉限界は０．０７ｍｍであった。

また、図７は、チューブ１０の板厚ｔｔとコア１の重量との関係を示す特性図で、縦軸はチューブ１０の板厚ｔｔが０．３ｍｍのときのコア重量を１００％としたときのコア重量比、横軸はチューブ１０の板厚ｔｔである。このとき、チューブ高さＴｈが６．５ｍｍ、チューブピッチＴｐが１７．５ｍｍである。

図７に示すように、チューブ１０の板厚ｔｔを厚くするとコア重量も増大し、振動耐久性、搭載性および材料コストが悪化する。このため、実用性を考慮すると、チューブ１０の板厚ｔｔの厚肉限界は、銅、ステンレス共に０．５ｍｍであった。

したがって、銅の場合、チューブ１０の板厚ｔｔは、０．１〜０．５ｍｍが最適である。これに対し、ステンレスの場合、チューブ１０の板厚ｔｔは、０．０７〜０．５ｍｍが最適である。

ところで、本実施形態のように、チューブ１０の材料として銅またはステンレスを使用すると、高温強度を向上できるとともに板厚ｔｔを薄くすることができる。

そこで、上記構成になる本実施形態のインタークーラについて、チューブ１０の板厚ｔｔを変更した場合のコア１の性能を計算により求めて、コア１の最適仕様の検討を行った。

この検討は、以下の条件で行った。まず、インタークーラの仕様は次の通りである。コア１は、幅が５８８．５ｍｍ、高さが８８６ｍｍ、厚さが６６ｍｍである。

チューブ１０は、高さＴｈが６．５ｍｍ、厚さが６６ｍｍであり、板厚ｔｔが０．３ｍｍである。アウターフィン１２は、フィンピッチが４．０ｍｍ、板厚が０．０５ｍｍである。

また、コア１の性能計算の条件は次の通りである。インタークーラに流入する時点での冷却風の温度が２５℃、冷却風の風速が４ｍ／ｓ、ヘッダタンク２の入口部２０での過給気（吸気）の温度が３００℃、ヘッダタンク２の入口部２０での過給気の圧力が４００ｋＰａ、過給気の質量流量が２７００ｋｇ／ｈｒである。

図８はコア１の性能の計算結果を示すもので、縦軸はインタークーラを通過後の過給気の密度ρ、横軸はチューブピッチＴｐである。

図８より、過給気密度ρが最大値（ｔｔ＝０．３の場合）の９８％以上となるチューブピッチＴｐを算出する。そして、算出されたチューブピッチＴｐよりチューブ高さＴｈを計算により求めた。

図９はその計算結果を示すもので、図１０は図９のデータを近似して数式化した結果を示している。すなわち、図１０においてチューブピッチＴｐをｘ（ｍｍ）、チューブ高さＴｈをｙ（ｍｍ）とし、実線ａ〜実線ｆは、それぞれ下記の数式１６〜数式２１を示している。
（数式１６）
ｙ＝３
（数式１７）
ｙ＝−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６
（数式１８）
ｙ＝０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５
（数式１９）
ｙ＝１０
（数式２０）
ｙ＝−０．６６７ｘ＋２７．５
（数式２１）
ｘ＝２７．８
そして、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈを、上記６つの数式に囲まれる領域（以下、最適領域Ａとする）に含まれるようにする、すなわち、ｘとｙとの関係を以下の４つの数式、
（数式１）
３≦ｙ≦−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６（但し、７．３≦ｘ≦８．６）
（数式２）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６（但し、８．６≦ｘ≦２１．６）
（数式３）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦１０（但し、２１．６≦ｘ≦２６．３）
（数式４）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦−０．６６７ｘ＋２７．５（但し、２６．３≦ｘ≦２７．８）
を満たす関係とすることにより、過給気密度ρが最大値（ｔｔ＝０．３の場合）の９８％以上となる高性能のインタークーラを得ることができる。したがって、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈをパラメータとしてコア１の最適仕様を求めることが可能である。

ところで、本発明者らが検討した結果、過給気密度ρはｘおよびｙの値が最適領域の中心に近づく程大きくなることが明らかとなった。このため、最適領域の境界近傍では、中心近傍より過給気密度ρが低下することになる。

そこで、発明者らは、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈをパラメータとする場合において、領域の境界と中心との過給気密度ρの差が小さくなる新たな最適領域の検討を行った。

図１１はその検討結果を示すもので、実線ｇ〜実線ｌは、それぞれ下記の数式２２〜数式２７を示している。
（数式２２）
ｙ＝４

（数式２３）
ｙ＝−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９
（数式２４）
ｙ＝−０．００１２０ｘ^２＋０．２５０ｘ＋１．００
（数式２５）
ｙ＝０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４
（数式２６）
ｙ＝１０
（数式２７）
ｙ＝−０．６６７ｘ＋２７．０
チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈを、上記６つの数式に囲まれる領域（以下、最適領域Ｂとする）に含まれるようにする、すなわち、ｘとｙとの関係を以下の５つの数式、
（数式５）
４≦ｙ≦−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９（但し、９．５≦ｘ≦１２．６）

（数式６）
−０．００１２０ｘ^２＋０．２５０ｘ＋１．００≦ｙ≦−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９（但し、１２．６≦ｘ≦２２．３）
（数式７）
０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４≦ｙ≦−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９（但し、２２．３≦ｘ≦２２．８）
（数式８）
０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４≦ｙ≦１０（但し、２２．８≦ｘ≦２５．５）
（数式９）
０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４≦ｙ≦−０．６６７ｘ＋２７．０（但し、２５．５≦ｘ≦２７．９）
を満たす関係とすることにより、過給気密度ρが最大値（ｔｔ＝０．３の場合）の９８％以上となる高性能のインタークーラを得ることができる。さらに、最適領域Ｂ＜最適領域Ａとなるため、領域の中心と境界との過給気密度ρの差をより小さくすることができる。

ここで、図８に戻り、過給気密度ρが最大値（ｔｔ＝０．３の場合）の９９％以上となるチューブピッチＴｐを算出する。そして、算出されたチューブピッチＴｐよりチューブ高さＴｈを計算により求めた。

図１２はその計算結果を示すもので、図１３は図１２のデータを近似して数式化した結果を示している。すなわち、図１３においてチューブピッチＴｐをｘ（ｍｍ）、チューブ高さＴｈをｙ（ｍｍ）とし、実線ｍ〜実線ｐは、それぞれ下記の数式２８〜数式３１を示している。
（数式２８）
ｙ＝４
（数式２９）
ｙ＝−０．０１９８ｘ^２＋０．９９５ｘ−３．３４
（数式３０）
ｙ＝０．０２６５ｘ^２−０．６６０ｘ＋８．１５
（数式３１）
ｙ＝−０．５５６ｘ＋２１．５
そして、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈを、上記４つの数式に囲まれる領域（以下、最適領域Ｃとする）に含まれるようにする、すなわち、ｘとｙとの関係を以下の３つの数式、
（数式１０）
４≦ｙ≦−０．０１９８ｘ^２＋０．９９５ｘ−３．３４（但し、９≦ｘ≦１３．７）
（数式１１）
０．０２６５ｘ^２−０．６６０ｘ＋８．１５≦ｙ≦−０．０１９８ｘ^２＋０．９９５ｘ−３．３４（但し、１３．７≦ｘ≦２２．５）
（数式１２）
０．０２６５ｘ^２−０．６６０ｘ＋８．１５≦ｙ≦−０．５５６ｘ＋２１．５（但し、２２．５≦ｘ≦２４．３）
を満たす関係とすることにより、過給気密度ρが最大値（ｔｔ＝０．３の場合）の９９％以上となる極めて高性能のインタークーラを得ることができる。

また、発明者らは、上記最適領域Ｂを求める際と同様に、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈをパラメータとする場合において、領域の境界と中心との過給気密度ρの差が小さくなる新たな最適領域の検討を行った。

図１４はその検討結果を示すもので、実線ｑ〜実線ｔは、それぞれ下記の数式３２〜数式３５を示している。
（数式３２）
ｙ＝５
（数式３３）
ｙ＝−０．０３８０ｘ^２＋１．５８ｘ−８．１３
（数式３４）
ｙ＝０．０５０７ｘ^２−１．５７ｘ＋１７．１
（数式３５）
ｙ＝８
そして、チューブピッチＴｐおよびチューブ高さＴｈを、上記４つの数式に囲まれる領域（以下、最適領域Ｄとする）に含まれるようにする、すなわち、ｘとｙとの関係を以下の３つの数式、
（数式１３）
５≦ｙ≦−０．０３８０ｘ^２＋１．５８ｘ−８．１３（但し、１１．５≦ｘ≦１５．９）
（数式１４）
０．０５０７ｘ^２−１．５７ｘ＋１７．１≦ｙ≦−０．０３８０ｘ^２＋１．５８ｘ−８．１３（但し、１５．９≦ｘ≦１７．７）
（数式１５）
０．０５０７ｘ^２−１．５７ｘ＋１７．１≦ｙ≦８（但し、１７．７≦ｘ≦２３．２）
を満たす関係とすることにより、過給気密度ρが最大値（ｔｔ＝０．３の場合）の９９％以上となる極めて高性能のインタークーラを得ることができる。さらに、最適領域Ｄ＜最適領域Ｃとなるため、領域の中心と境界との過給気密度ρの差をより小さくすることができる。

本発明の実施形態に係るインタークーラの正面図である。図１におけるＡ部の拡大図である。図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の実施形態に係るストレートフィンを用いた場合のコア１の性能の計算結果を示す図である。本発明の実施形態に係るオフセットフィンを用いた場合のコア１の性能の計算結果を示す図である。本発明の実施形態に係るチューブ１０の板厚ｔｔと、そのチューブ１０にかかる応力との関係を示す特性図である。本発明の実施形態に係るチューブ１０の板厚ｔｔとコア１の重量との関係を示す特性図ある。本発明の実施形態に係るチューブ１０の材料として銅またはステンレスを使用した場合のコア１の性能の計算結果を示す図である。図８において過給気密度ρが最大値の９８％以上となる場合のチューブピッチＴｐとチューブ高さＴｈとの関係を示す特性図である。図９の特性図を近似化して最適領域Ａを示す線図である。図９の特性図を近似化して最適領域Ｂを示す線図である。図８において過給気密度ρが最大値の９９％以上となる場合のチューブピッチＴｐとチューブ高さＴｈとの関係を示す特性図である。図１２の特性図を近似化して最適領域Ｃを示す線図である。図１２の特性図を近似化して最適領域Ｄを示す線図である。

符号の説明

１０…チューブ、１１…インナーフィン、１００…細流路、１１０…壁面。

Claims

内燃機関の吸気を加圧する過給器の吸気流れ下流側に配置され、吸気と冷却流体とを熱交換させて吸気を冷却するインタークーラであって、
吸気が流れる流路を内部に形成するチューブ（１０）と、前記チューブ（１０）内の流路を複数の細流路（１００）に分割するようにして前記チューブ（１０）内に配設され、吸気と冷却流体との熱交換を促進するインナーフィン（１１）とを備え、
前記インナーフィン（１１）は、前記細流路（１００）を分割する壁面（１１０）が吸気の流れ方向に直線的に延びているストレートフィンであり、かつ過給気流量が１２００ｋｇ／ｈｒ以上となるインタークーラにおいて、
前記チューブ（１０）は、銅または銅合金からなり、かつ板厚が０．１〜０．５ｍｍであり、
隣接する前記チューブ（１０）のチューブ積層方向間隔をチューブピッチＴｐとし、前記チューブ（１０）のチューブ積層方向高さをチューブ高さＴｈとし、
前記チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、前記チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が下記の４つの数式、
（数式１）
３≦ｙ≦−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６（但し、７．３≦ｘ≦８．６）
（数式２）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６（但し、８．６≦ｘ≦２１．６）
（数式３）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦１０（但し、２１．６≦ｘ≦２６．３）
（数式４）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦−０．６６７ｘ＋２７．５（但し、２６．３≦ｘ≦２７．８）
を満たす関係になっており、
１つの前記チューブ（１０）内の断面積をＳとし、１つの前記チューブ（１０）における前記細流路（１００）の合計流路面積をＳｗａとし、１つの前記細流路（１００）の相当円直径をｄｅ（単位：ｍｍ）としたとき、
ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．２〜７．５であることを特徴とするインタークーラ。
ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．３〜４．５であることを特徴とする請求項１に記載のインタークーラ。
ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．５〜３．５であることを特徴とする請求項１に記載のインタークーラ。
内燃機関の吸気を加圧する過給器の吸気流れ下流側に配置され、吸気と冷却流体とを熱交換させて吸気を冷却するインタークーラであって、
吸気が流れる流路を内部に形成するチューブ（１０）と、前記チューブ（１０）内の流路を複数の細流路（１００）に分割するようにして前記チューブ（１０）内に配設され、吸気と冷却流体との熱交換を促進するインナーフィン（１１）とを備え、かつ過給気流量が１２００ｋｇ／ｈｒ以上となるインタークーラにおいて、
前記チューブ（１０）は、銅または銅合金からなり、かつ板厚が０．１〜０．５ｍｍであり、
隣接する前記チューブ（１０）のチューブ積層方向間隔をチューブピッチＴｐとし、前記チューブ（１０）のチューブ積層方向高さをチューブ高さＴｈとし、
前記チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、前記チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が下記の４つの数式、
（数式１）
３≦ｙ≦−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６（但し、７．３≦ｘ≦８．６）
（数式２）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦−０．０１０８ｘ^２＋０．７７８ｘ−１．８６（但し、８．６≦ｘ≦２１．６）
（数式３）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦１０（但し、２１．６≦ｘ≦２６．３）
（数式４）
０．０１０７ｘ^２−０．１３８ｘ＋３．４５≦ｙ≦−０．６６７ｘ＋２７．５（但し、２６．３≦ｘ≦２７．８）
を満たす関係になっており、
前記インナーフィン（１１）は、前記細流路（１００）を分割する壁面（１１０）が吸気の流れ方向に沿って千鳥状に配置されているオフセットフィンであり、
１つの前記チューブ（１０）内の断面積をＳとし、１つの前記チューブ（１０）における前記細流路（１００）の合計流路面積をＳｗａとし、１つの前記細流路（１００）の相当円直径をｄｅ（単位：ｍｍ）としたとき、
ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．４〜９．５であることを特徴とするインタークーラ。
ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．６〜７．２であることを特徴とする請求項４に記載のインタークーラ。
ｄｅ／（Ｓ／Ｓｗａ）が、０．８〜６．２であることを特徴とする請求項４に記載のインタークーラ。
前記チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、前記チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が下記の５つの数式、
（数式５）
４≦ｙ≦−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９（但し、９．５≦ｘ≦１２．６）
（数式６）
−０．００１２０ｘ^２＋０．２５０ｘ＋１．００≦ｙ≦−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９（但し、１２．６≦ｘ≦２２．３）
（数式７）
０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４≦ｙ≦−０．０１６５ｘ^２＋０．９６６ｘ−３．４９（但し、２２．３≦ｘ≦２２．８）
（数式８）
０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４≦ｙ≦１０（但し、２２．８≦ｘ≦２５．５）
（数式９）
０．０７３２ｘ^２−３．０４ｘ＋３７．４≦ｙ≦−０．６６７ｘ＋２７．０（但し、２５．５≦ｘ≦２７．９）
を満たす関係になっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のインタークーラ。
前記チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、前記チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が下記の３つの数式、
（数式１０）
４≦ｙ≦−０．０１９８ｘ^２＋０．９９５ｘ−３．３４（但し、９≦ｘ≦１３．７）
（数式１１）
０．０２６５ｘ^２−０．６６０ｘ＋８．１５≦ｙ≦−０．０１９８ｘ^２＋０．９９５ｘ−３．３４（但し、１３．７≦ｘ≦２２．５）
（数式１２）
０．０２６５ｘ^２−０．６６０ｘ＋８．１５≦ｙ≦−０．５５６ｘ＋２１．５（但し、２２．５≦ｘ≦２４．３）
を満たす関係になっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のインタークーラ。
前記チューブピッチＴｐをｘ（単位：ｍｍ）、前記チューブ高さＴｈをｙ（単位：ｍｍ）とすると、ｘとｙとの関係が下記の３つの数式、
（数式１３）
５≦ｙ≦−０．０３８０ｘ^２＋１．５８ｘ−８．１３（但し、１１．５≦ｘ≦１５．９）
（数式１４）
０．０５０７ｘ^２−１．５７ｘ＋１７．１≦ｙ≦−０．０３８０ｘ^２＋１．５８ｘ−８．１３（但し、１５．９≦ｘ≦１７．７）
（数式１５）
０．０５０７ｘ^２−１．５７ｘ＋１７．１≦ｙ≦８（但し、１７．７≦ｘ≦２３．２）
を満たす関係になっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のインタークーラ。
前記チューブ（１０）は、ステンレスまたは鋼からなり、かつ板厚が０．０７〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のインタークーラ。