DE102005040357A1

DE102005040357A1 - Zwischenkühler

Info

Publication number: DE102005040357A1
Application number: DE102005040357A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Kariya Watanabe; Yasutoshi Kariya Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-04-06
Also published as: US20060042607A1; JP2006090305A; JP4487880B2

Abstract

Ein Zwischenkühler weist auf: Rohre (10), in denen die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors strömt; und Innenrippen (11) zum Aufteilen von Kanälen in den Rohren in mehrere winzige Kanäle (100), wobei der Zwischenkühler dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr (10) S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle (100) in einem Rohr (10) Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals (100) de (Einheit: mm) ist, die geeignetste Spezifikation des Kerns des Zwischenkühlers gefunden wird, wenn de/(S/Swa) als Parameter verwendet wird. Zum Beispiel ist es im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippen (11) geradlinige Rippen sind und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa beträgt, wenn de/(S/Swa) auf 0,2 bis 7,5 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem hohen Leistungsvermögen vorzusehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zwischenkühler zum Kühlen von in einen Verbrennungsmotor gesaugter Verbrennungsluft (Ansaugluft).

2. Beschreibung anderer Bauformen

In einem Verbrennungsmotor, der einen Lader aufweist und für einen Schwerlaster verwendet wird, wird der Ladedruck derzeit in vielen Fällen auf 180 kPa eingestellt. In diesem Zusammenhang ist der in dieser Beschreibung beschriebene Druck ein Manometerdruck. Der derzeit benutzte Zwischenkühler ist üblicherweise aus Aluminium gemacht. Siehe zum Beispiel das Amtsblatt der JP-A-10-292996.

In diesem Zusammenhang werden, um den Vorschriften für ein von einem Schwerlaster ausgegebenes Abgas zu entsprechen, die in der Zukunft strenger werden, Untersuchungen an für Schwerlaster verwendeten Verbrennungsmotoren gemacht, deren Ladedruck höher werden wird. Entsprechend dem Anstieg des Ladedrucks ist es erforderlich, dass die Druckfestigkeit und die Warmfestigkeit des Zwischenkühlers stark verbessert werden.

Im Fall eines aus Aluminium gemachten Zwischenkühlers ist es jedoch, da die mechanische Festigkeit des Zwischenkühlers bei hohen Temperaturen deutlich schlechter wird, notwendig, die Wandstärke des Zwischenkühlers stark zu vergrößern. Deshalb wird es notwendig, das Material zu verändern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Leistungsvermögen eines Zwischenkühlers zu verbessern, indem Bedingungen gefunden werden, bei denen das hohe Leistungsvermögen des Zwischenkühlers erzielt wird, falls der Ladedruck höher als der allgemein verwendete Ladedruck gemacht wird oder falls das Material des Zwischenkühlers verändert wird.

Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung einen Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid vor, wobei der Zwischenkühler aufweist: Rohre (10), die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen (11), die in den Rohren (10) so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren (10) in mehrere winzige Kanäle (100) aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen (11) gerade Rippen sind, die die winzigen Kanäle (100) teilenden Wandflächen (110) geradlinig in der Strömungsrichtung der Ansaugluft verlaufen, und der Ladedruck nicht geringer als 200 kPa ist, und der Zwischenkühler ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr (10) S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle (100) in einem Rohr (10) Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals (100) de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,2 bis 7,5 beträgt.

In diesem Zusammenhang ist der in dieser Beschreibung beschriebene äquivalente Kreisdurchmesser de definiert als de = 4 × (Th – 2×tt – ti) × (d/2 – ti) / [2 × ((Th – 2×tt – ti) + (d/2 – ti))], wobei Th die Höhe des Rohrs (10) in der Schichtrichtung ist, tt die Wandstärke des Rohrs (10) ist und ti die Wandstärke der Innenrippe (11) ist.

In diesem Zusammenhang wurde entsprechend den Untersuchungen durch die Erfinder das Folgende klar. Die Motorleistung Ps eines aktuellen Fahrzeugs ist proportional zur Dichte der Ladeluft am Auslass des Zwischenkühlers. Deshalb machten die Erfinder Untersuchungen, um die geeignetste Spezifikation des Kerns des Zwischenkühlers aus der Beziehung zwischen der Dichte der Ladeluft und dem äquivalenten Kreisdurchmesser de des winzigen Kanals zu finden. Es wurden jedoch die folgenden Probleme gefunden. Der Wert des äquivalenten Kreisdurchmessers de, bei dem die Ladeluftdichte maximiert ist, ändert sich entsprechend der Wandstärke der Innenrippe. Deshalb wurde herausgefunden, dass das Finden der geeignetsten Spezifikation des Kerns des Zwischenkühlers unter Verwendung des äquivalenten Kreisdurchmessers de als Parameter nicht geeignet ist.

Deshalb machten die Erfinder weitere Untersuchungen und bestätigten das Folgende. Falls de/(S/Swa) als Parameter verwendet wird, ist es für den Wert von de/(S/Swa), bei dem die Ladeluftdichte maximiert ist, schwierig, durch die Wandstärke der Innenrippe beeinflusst zu werden. Demgemäß wurde es möglich, die geeignetste Spezifikation des Kerns des Zwischenkühlers unter Verwendung von de/(S/Swa) als Parameter zu finden.

Im Fall des Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus geradlinigen Rippen bestehen und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa ist, ist es möglich, einen Zwischenkühler eines hohen Leistungsvermögens vorzusehen, dessen Ladeluftdichte nicht geringer als 90% des Maximalwerts ist, wenn de/(S/Swa) auf 0,2 bis 7,5 gesetzt ist.

Im Fall des Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus geradlinigen Rippen bestehen und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa ist, ist es möglich, einen Zwischenkühler eines höheren Leistungsvermögens vorzusehen, dessen Ladeluftdichte nicht geringer als 95% des Maximalwerts ist, wenn de/(S/Swa) auf 0,3 bis 4,5 gesetzt ist.

Im Fall des Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus geradlinigen Rippen bestehen und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa ist, ist es möglich, einen Zwischenkühler eines viel höheren Leistungsvermögens vorzusehen, dessen Ladeluftdichte nicht geringer als 97% des Maximalwerts ist, wenn de/(S/Swa) auf 0,5 bis 3,5 gesetzt ist.

Die vorliegende Erfindung sieht einen Zwischenkühler, der auf der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid vor, mit Rohren (10), die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen (11), die in den Rohren (10) so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren (10) in mehrere winzige Kanäle (100) aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen (11) geradlinige Rippen sind, deren Wandflächen (110) zum Aufteilen der winzigen Kanäle (100) in der Strömungsrichtung der Ansaugluft geradlinig verlaufen, und die Rohre (10) und die Innenrippen (11) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind. Der Zwischenkühler ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr (10) S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle (100) in einem Rohr (10) Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals (100) de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,2 bis 7,5 beträgt.

Aufgrund dessen ist es im Fall des Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippen aus geradlinigen Rippen bestehen und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, wenn de/(S/Swa) auf 0,2 bis 7,5 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler eines hohen Leistungsvermögens vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 90% des Maximalwerts ist.

Im Fall des Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus geradlinigen Rippen bestehen und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, ist es, wenn de/(S/Swa) auf 0,3 bis 4,5 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler eines höheren Leistungsvermögens vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 95% des Maximalwerts ist.

Weiter ist es im Fall des Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus geradlinigen Rippen bestehen und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, wenn de/(S/Swa) auf 0,5 bis 3,5 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem viel höheren Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 97% des Maximalwerts ist.

Die vorliegende Erfindung sieht einen Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid vor, mit Rohren (10), die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen (11), die in den Rohren (10) so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren (10) in mehrere winzige Kanäle (100) aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen (11) versetzte Rippen sind, deren Wandflächen (110) zum Aufteilen der winzigen Kanäle (100) in der Strömungsrichtung der Ansaugluft im Zickzack angeordnet sind, und der Ladedruck nicht geringer als 200 kPa ist. Der Zwischenkühler ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr (10) S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle (100) in einem Rohr (10) Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals (100) de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,4 bis 9,5 beträgt.

Aufgrund dessen ist es im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippen aus versetzten Rippen bestehen und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa ist, wenn de/(S/Swa) auf 0,4 bis 9,5 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem hohen Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 90% des Maximalwerts ist.

Im Fall eines Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus versetzten Rippen bestehen und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa ist, ist es, wenn de/(S/Swa) auf 0,6 bis 7,2 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem höheren Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 95% des Maximalwerts ist.

Im Fall eines Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus versetzten Rippen bestehen und der Ladeluftdruck nicht geringer als 200 kPa ist, ist es, wenn de/(S/Swa) auf 0,8 bis 6,2 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem höheren Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 97% des Maximalwerts ist.

Die vorliegende Erfindung sieht einen Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid vor, mit Rohren (10), die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen (11), die in den Rohren (10) so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren (10) in mehrere winzige Kanäle (100) aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen (11) versetzte Rippen sind, deren Wandflächen (110) zum Aufteilen der winzigen Kanäle (100) in der Strömungsrichtung der Ansaugluft im Zickzack angeordnet sind, und die Rohre (10) und die Innenrippen (11) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind. Der Zwischenkühler ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr (10) S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle (100) in einem Rohr (10) Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals (100) de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,4 bis 9,5 beträgt.

Aufgrund dessen ist es im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippen aus versetzten Rippen bestehen und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Legierung gemacht sind, möglich, wenn de/(S/Swa) auf 0,4 bis 9,5 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem hohen Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 90% des Maximalwerts ist.

Im Fall eines Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus versetzten Rippen bestehen und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, ist es, wenn de/(S/Swa) auf 0,6 bis 7,2 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem höheren Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 95% des Maximalwerts ist.

Im Fall eines Zwischenkühlers der vorliegenden Erfindung, bei dem die Innenrippen aus versetzten Rippen bestehen und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, ist es, wenn de/(S/Swa) auf 0,8 bis 6,2 gesetzt ist, möglich, einen Zwischenkühler mit einem höheren Leistungsvermögen vorzusehen, bei dem die Ladeluftdichte nicht geringer als 97% des Maximalwerts ist.

Wenn die Wandstärke der Innenrippe (11) kleiner als 0,15 mm ist, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, ist es möglich, einen Zwischenkühler im Hochleistungsbereich zu verwenden, wobei die notwendige mechanische Festigkeit des Zwischenkühlers gewährleistet ist.

In diesem Zusammenhang bezeichnen die Bezugsziffern in Klammern bei jeder oben beschriebenen Einrichtung eine entsprechende Beziehung mit der speziellen Ein richtung, die in einem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, das später erläutert werden wird.

Wie oben erläutert, wird die vorliegende Erfindung durch Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen aus den Erläuterungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht eines Zwischenkühlers des ersten Ausführungsbeispiels.
2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts A in 1.
3 ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B in 2.
4 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Berechnung des Leistungsvermögens des Kerns 1 in dem Fall zeigt, wenn die geradlinigen Rippen im ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
5 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Berechnung des Leistungsvermögens des Kerns 1 in dem Fall zeigt, wenn die versetzten Rippen im ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
6 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Belastung (S) und der Anzahl Wiederholungszyklen (N) der Belastung, die das Material im zweiten Ausführungsbeispiel aushielt.
7 ist ein Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen der Wandstärke ti der Innenrippe 11 und der auf den Verbindungsabschnitt der Innenrippe 11 gegebenen Belastung im zweiten Ausführungsbeispiel.
8 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Berechnung des Leistungsvermögens des Zwischenkühlers in dem Fall zeigt, wenn die Wandstärke ti der Innenrippe 11 im zweiten Ausführungsbeispiel verändert wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert. 1 ist eine Vorderansicht eines Zwischenkühlers des ersten Ausführungsbeispiels, 2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts A in 1, und 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B in 2.
Der Zwischenkühler dieses Ausführungsbeispiels ist in dem Ansaugluftstrom auf der stromabwärtigen Seite eines Laders (nicht dargestellt) zur Druckbeaufschlagung einer in eilen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) zu saugenden Ansaugluft angeordnet. In diesem Zwischenkühler wird Wärme zwischen der Ansaugluft und einem Kühlluftstrom ausgetauscht, sodass die Ansaugluft gekühlt werden kann. In diesem Zusammenhang entspricht der Kühlluftstrom einem Kühlfluid der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, enthält der Kern 1 des Zwischenkühlers eine große Anzahl von geschichteten flachen Rohren 10, in denen Kanäle für die Ansaugluft gebildet sind; in den Rohren 10 angeordnete Innenrippen 11; und zwischen den geschichteten Rohren 10 angeordnete Außenrippen 12.
Die den Kern 1 bildenden Teile, d.h. die Rohre 10, die Innenrippen 11 und die Außenrippen 12 sind alle aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht. Insbesondere ist es erwünscht, dass die den Kern bildenden Teile aus einem Material gemacht sind, dessen Festigkeit bei einer hohen Temperatur hoch ist. Zum Beispiel ist es erwünscht, dass die den Kern 1 bildenden Teile aus einer Kupferlegierung gemacht sind, der Chrom zugegeben ist.
Die Außenrippen 12 sind in Wellenformen geformt und mit den Rohren 10 verbunden, sodass der zwischen dem Kühlluftstrom, der zwischen den Rohren 10 strömt, und der Ansaugluft, die in den Rohren 10 strömt, ausgeführte Wärmeaustausch erleichtert werden kann. In diesem Zusammenhang sind, um das Wachstum einer Grenzschicht durch Störung des Luftstroms zu verhindern, einige Abschnitte der Außenrippen 12 geschnitten und angehoben und in eine Luftklappe (nicht dargestellt) geformt.
Die Innenrippen 11 sind in Wellenformen geformt und mit den Rohren 10 verbunden, sodass der zwischen dem Kühlluftstrom und der Ansaugluft ausgeführte Wärmeaustausch erleichtert werden kann. Die Innenrippen 11 haben eine große Anzahl von Wandflächen 110 zum Verbinden der gegenüber liegenden Flächen der Rohre 10. Die Kanäle in den Rohren 10 sind in mehrere winzige Kanäle 100 aufgeteilt. In diesem Zusammenhang sind in den Innenrippen keine Luftklappen vorgesehen.
An beiden Stirnseiten der Rohre 10 in der Längsrichtung sind die Sammelbehälter 2, 3 vorgesehen, die sich in der Schichtrichtung der Rohre 10 erstrecken und mit den Rohren 10 in Verbindung stehen. Der Einlassabschnitt 20 eines Sammelbehälters 2 ist mit dem Lader verbunden, sodass die von dem Lader unter Druck geschickte Ansaugluft verteilt und den Rohre 10 zugeführt werden kann. Der Auslassabschnitt 30 des anderen Sammelbehälters 3 ist mit der Ansaugöffnung eines Verbrennungsmotors verbunden, sodass die aus den Rohren 10 ausströmende Ansaugluft gesammelt und wiedergewonnen und zu der Ansaugöffnung des Verbrennungsmotors geschickt werden kann. Beide Sammelbehälter 2, 3 sind aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht.
Wenn Kupfer oder eine Kupferlegierung für das Material des Zwischenkühlers verwendet wird, wie in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben, ist es möglich, die mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen zu verbessern. Weiter kann, da die mechanische Festigkeit von Kupfer doppelt so hoch wie jene von Aluminium ist, die Wandstärke reduziert werden.
Bezüglich des wie oben beschrieben aufgebauten Zwischenkühlers dieses Ausführungsbeispiels wurde die geeignetste Spezifikation des Kerns 1 durch Finden des Leistungsvermögens des Kerns 1 durch das Verfahren einer Berechnung in dem Fall, wenn die Wandstärke ti (dargestellt in 3, Einheit: mm) der Innenrippe 11 verändert wurde, untersucht.
Diese Untersuchung wurde unter den folgenden Bedingungen gemacht. Zunächst wird die Spezifikation des Zwischenkühlers wie folgt beschrieben. Die Innenrippe 11 ist eine geradlinige Rippe, deren Wandfläche 110 in der Strömungsrichtung der Ansaugluft im Rohr 10 geradlinig verläuft.
Bezüglich des Kerns 1 beträgt die Breite 596,9 mm, die Höhe beträgt 886 mm, und die Dicke beträgt 56 mm. In diesem Zusammenhang ist die Breite des Kerns 1 eine Größe des Kerns 1 in der lateralen Richtung in der Zeichnungsebene von 1, und die Dicke des Kerns 1 ist eine Größe des Kerns 1 in der Richtung senkrecht zur Ebene von 1.
Betreffend das Rohr 10 beträgt die Höhe Th (dargestellt in 3) 5,9 mm, die Dicke beträgt 56 mm, und die Wandstärke tt (dargestellt in 3) beträgt 0,3 mm. In diesem Zusammenhang ist die Rohrhöhe Th eine Größe in der Oben/Unten-Richtung in der Ebene von 1, und die Rohrdicke 10 ist eine Größe in der Richtung senkrecht zur Ebene von 1. Betreffend die Außenrippe 12 beträgt der Rippenabstand 4,0 mm, und die Wandstärke beträgt 0,05 mm.
Bei der Berechnung zum Berechnen des Leistungsvermögens des Kerns 1 verwendete Bedingungen werden wie folgt beschrieben. Die Temperatur des Kühlluftstroms beträgt 30°C zu der Zeit, wenn der Kühlluftstrom in den Zwischenkühler strömt, die Geschwindigkeit des Kühlluftstroms beträgt 8 m/s, die Temperatur der Ladeluft (Ansaugluft) beträgt 180°C am Einlassabschnitt des Sammelbehälters 2, der Druck der Ladeluft beträgt 200 kPa am Einlassabschnitt 20 des Sammelbehälters 2, und die Massenströmungsrate der Ladeluft beträgt 2.000 kg/h.
4 ist ein Diagramm eines Berechnungsergebnisses des Leistungsvermögens des Kerns 1. Die Ordinate stellt die Dichte ρ der Ladeluft dar, die durch den Zwischenkühler geströmt ist, und die Abszisse stellt den korrigierten äquivalenten Kreisdurchmesser dar, der von den Erfindern erdacht und eingesetzt wurde. In diesem Zusammenhang beträgt, wenn S eine Querschnittsfläche der Fläche senkrecht zur Richtung des Ansaugluftstroms im Rohr 10 ist, Swa eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle 100 in einem Rohr 10 ist, und de (Einheit: mm) ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals 100 ist, der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser de/(S/Swa).
Wie man in 4 sehen kann, ist es, falls der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser als Parameter verwendet wird, für den Wert des korrigierten äquivalenten Kreisdurchmessers, bei dem die Ladeluftdichte ρ maximiert ist, schwierig, durch die Wandstärke ti der Innenrippe 11 beeinflusst zu werden. Demgemäß wird es möglich, dass die geeignetste Spezifikation des Kerns 1 gefunden wird, wenn der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser als Parameter verwendet wird.
Insbesondere wird im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippe 11 eine geradlinige Rippe ist und der Ladedruck nicht geringer als 200 kPa ist, oder im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippe 11 eine geradlinige Rippe ist und das Rohr und die Innenrippe 11 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, wenn der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser auf 0,2 bis 7,5 gesetzt ist, die Ladeluftdichte ρ zu einem Wert nicht geringer als 90% des Maximalwerts, und wenn der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser auf 0,3 bis 4,5 gesetzt wird, wird die Ladeluftdichte ρ zu einem Wert nicht geringer als 95% des Maximalwerts, und wenn der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser auf 0,5 bis 3,5 gesetzt wird, wird die Ladeluftdichte ρ zu einem Wert nicht geringer als 97% des Maximalwerts.
Als nächstes wurde die geeignetste Spezifikation in dem Fall untersucht, wenn die Innenrippe 11 eine versetzte Rippe war. Bekanntermaßen ist die versetzte Rippe als eine Rippe definiert, die in der Strömungsrichtung der Ansaugluft in dem Rohr 10 im Zickzack angeordnet ist. In diesem Zusammenhang sind die anderen Bedingungen gleich jenen der oben beschriebenen beispielhaften Untersuchung.
5 ist ein Diagramm des Berechnungsergebnisses. Im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippe 11 eine versetzte Rippe ist und der Ladedruck nicht geringer als 200 kPa ist, oder im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem die Innenrippe 11 eine versetzte Rippe ist und das Rohr 10 und die Innenrippe 11 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, wird, wenn der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser auf 0,4 bis 9,5 gesetzt wird, die Ladeluftdichte ρ zu einem Wert nicht geringer als 90% des Maximalwerts, und wenn der korrigierte äquivalente Kreis durchmesser auf 0,6 bis 7,2 gesetzt wird, wird die Ladeluftdichte ρ zu einem Wert nicht geringer als 95% des Maximalwerts, und wenn der korrigierte äquivalente Kreisdurchmesser auf 0,8 bis 6,2 gesetzt wird, wird die Ladeluftdichte ρ zu einem Wert nicht geringer als 97% des Maximalwerts.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als nächstes wird Bezug nehmend auf 6 bis 8 das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden verwendet, um gleiche Teile im ersten und im zweiten Ausführungsbeispiel anzugeben, und auf die Erläuterungen wird hier verzichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde im Fall eines Zwischenkühlers, bei dem versetzte Rippen für die Innenrippen 11 verwendet wurden und die Rohre 10 und die Innenrippen 11 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht waren, die Wandstärke ti der Innenrippe 11 untersucht. Als Untersuchungsergebnis fanden die Erfinder einen Bereich geeigneter Wandstärken ti.
6 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Belastung (S) und der Zyklenzahl (N), die die Wiederholung der Belastung (S) aushielt. Die Ordinatenachse stellt die maximale Belastung σ dar, und die Abszissenachse stellt die Zyklenzahl N dar.
Zuallererst werden aus 6 die Dauerfestigkeiten von Kupfer und Aluminium gefunden. Die Dauerfestigkeit ist der Maximalwert der Belastung, der wiederholt und unbegrenzt auf ein Material gegeben werden kann, ohne einen Bruch des Materials zu verursachen. In diesem Zusammenhang existiert in Aluminium keine Dauerfestigkeit. Deshalb ist in diesem Ausführungsbeispiel die maximale Belastung, durch welche das Material nicht beschädigt wird, selbst wenn die Belastung 10⁷ Mal wiederholt ausgeübt wird, als die Dauerfestigkeit für sowohl Kupfer als auch Aluminium definiert.
Wenn die ausgelegte Belastung von Kupfer und jene von Aluminium jeweils durch die zuvor und gemäß dem in 6 dargestellten Diagramm gefundene Dauerfestigkeit berechnet wurden, betrug die ausgelegte Belastung von Kupfer 80 MPa, und die ausgelegte Belastung von Aluminium betrug 30 MPa.
Bezüglich der Innenrippe 11 wird die maximale Belastung in dem Verbindungsabschnitt erzeugt, wo die Innenrippe 11 und die Innenwand des Rohrs 10 miteinander verbunden sind. Deshalb wird im Fall von Kupfer die Grenze der Wandstärke der Innenrippe durch die Belastung gefunden, welche auf diesen Belastungsabschnitt gegeben wird, und durch die ausgelegte Belastung, die zuvor herausgefunden worden ist. Im Fall von Aluminium wird die Grenze der Wandstärke der Innenrippe ebenfalls durch die Belastung, die auf diesen Verbindungsabschnitt gegeben wird, und durch die ausgelegte Belastung, welche zuvor gefunden worden ist, gefunden.
7 ist ein Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen der Wandstärke ti der Innenrippe 11 zu der Zeit, wenn der Innendruck kPa gegeben ist, und der auf den Verbindungsabschnitt der Innenrippe 11 gegebenen Belastung. Die Ordinatenachse stellt die auf den Verbindungsabschnitt der Innenrippe 11 und der Innenwand des Rohrs 10 gegebene Belastung dar, und die Abszissenachse stellt die Wandstärke ti der Innenrippe 11 dar.
Wie in 7 dargestellt, betrug, da die ausgelegte Belastung im Fall von Kupfer 80 MPa betrug, die Wandstärkengrenze der Innenrippe 11 0,02 mm. Andererseits betrug, da die ausgelegte Belastung im Fall von Aluminium 30 MPa betrug, die Wandstärkengrenze der Innenrippe 11 0,15 mm.
In diesem Zusammenhang wurde, falls die Wandstärke ti der Innenrippe 11 geändert wurde, das Leistungsvermögen des Zwischenkühlers durch Berechnung gefunden. 8 ist ein Diagramm eines Berechnungsergebnisses des Leistungsvermögens des Zwischenkühlers des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Ordinate stellt die Dichte ρ der Ladeluft dar, die durch den Zwischenkühler geströmt ist, und die Abszisse stellt die Wandstärke ti der Innenrippe 11 dar.
Wie man in 8 sehen kann, existiert, wenn die Wandstärke ti der Innenrippe 11 kleiner als 0,15 mm ist, ein Bereich, in dem das Leistungsvermögen des Zwischenkühlers stark verbessert ist. Bezüglich des Leistungsvermögens des Zwischenkühlers ist es möglich, wenn die Wandstärke ti der Innenrippe 11 reduziert ist, einen Zwischenkühler mit einem hohen Leistungsvermögen vorzusehen.
Falls jedoch die Innenrippe 11 aus Aluminium gemacht ist, beträgt die Grenze der Wandstärke 0,15 mm, was nicht in die Praxis umgesetzt werden kann. Demgemäß kann, wenn die Innenrippe 11 aus Kupfer einschließlich einer Kupferlegierung gemacht ist und die Wandstärke ti der Innenrippe 11 kleiner als 0,15 mm gemacht ist, der Zwischenkühler in dem Bereich hohen Leistungsvermögens benutzt werden, wobei die notwendige mechanische Festigkeit des Zwischenkühlers gewährleistet ist.
(Weiteres Ausführungsbeispiel)
In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel sind die den Kern 1 bildenden Teile aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf einen Zwischenkühler angewendet werden, bei dem die den Kern 1 bildenden Teile aus einem anderen Material als Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf einen Zwischenkühler aus zum Beispiel Aluminium angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist oben Bezug nehmend auf die speziellen Ausführungsbeispiele erläutert, die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung ausgewählt worden sind. Es ist klar, dass Variationen durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang und das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid, mit Rohren, die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen, die in den Rohren so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren in mehrere winzige Kanäle aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen geradlinige Rippen sind, deren Wandflächen zum Aufteilen der winzigen Kanäle geradlinig in der Strömungsrichtung der Ansaugluft verlaufen, und der Ladedruck nicht geringer als 200 kPa ist, wobei der Zwischenkühler dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle in einem Rohr Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,2 bis 7,5 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 1, bei welchem de/(S/Swa) 0,3 bis 4,5 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 1, bei welchem de/(S/Swa) 0,5 bis 3,5 beträgt.
Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid, mit Rohren, die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen, die in den Rohren so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren in mehrere winzige Kanäle aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen geradlinige Rippen sind, deren Wandflächen zum Aufteilen der winzigen Kanäle geradlinig in der Strömungsrichtung der Ansaugluft verlaufen, und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, wobei der Zwischenkühler dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle in einem Rohr Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,2 bis 7,5 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 4, bei welchem de/(S/Swa) 0,3 bis 4,5 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 4, bei welchem de/(S/Swa) 0,5 bis 3,5 beträgt.
Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid, mit Rohren, die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen, die in den Rohren so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren in mehrere winzige Kanäle aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen versetzte Rippen sind, deren Wandflächen zum Aufteilen der winzigen Kanäle im Zickzack in der Strömungsrichtung der Ansaugluft angeordnet sind, und der Ladedruck nicht geringer als 200 kPa ist, wobei der Zwischenkühler dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle in einem Rohr Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,4 bis 9,5 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 7, bei welchem de/(S/Swa) 0,6 bis 7,2 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 7, bei welchem de/(S/Swa) 0,8 bis 6,2 beträgt.
Zwischenkühler, der an der stromabwärtigen Seite eines Laders zur Druckbeaufschlagung einer Ansaugluft eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen der Ansaugluft durch einen Wärmeaustausch zwischen der Ansaugluft und einem Kühlfluid, mit Rohren, die Kanäle bilden, in denen die Ansaugluft strömt; und Innenrippen, die in den Rohren so angeordnet sind, dass die Kanäle in den Rohren in mehrere winzige Kanäle aufgeteilt werden können, um den zwischen der Ansaugluft und dem Kühlfluid ausgeführten Wärmeaustausch zu erleichtern, wobei die Innenrippen versetzte Rippen sind, deren Wandflächen zum Aufteilen der winzigen Kanäle im Zickzack in der Strömungsrichtung der Ansaugluft angeordnet sind, und die Rohre und die Innenrippen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht sind, wobei der Zwischenkühler dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn eine Querschnittsfläche in einem Rohr S ist, eine Gesamtkanalfläche der winzigen Kanäle in einem Rohr Swa ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines winzigen Kanals de (Einheit: mm) ist, de/(S/Swa) 0,4 bis 9,5 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 10, bei welchem de/(S/Swa) 0,6 bis 7,2 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 10, bei welchem de/(S/Swa) 0,8 bis 6,2 beträgt.
Zwischenkühler nach Anspruch 10, bei welchem die Wandstärke der Innenrippen kleiner als 0,15 mm ist.