JP2017026275A

JP2017026275A - 車両用熱交換器

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Publication number: JP2017026275A
Application number: JP2015148253A
Authority: JP
Inventors: 大輔床桜; Daisuke Tokozakura; 一哉荒川; Kazuya Arakawa; 貴弘椎名; Takahiro Shiina
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-28
Also published as: RU2638247C1; US9957879B2; EP3124832A3; EP3124832B1; BR102016017595B1; CN106403669B; CA2937090C; US20170030254A1; CA2937090A1; CN106403669A; EP3124832A2; JP6086132B2; BR102016017595A2; MY175385A

Abstract

【課題】パワートレーン全体の燃費を向上させることができる車両用熱交換器を提供すること。【解決手段】車両用熱交換器１は、複数の板体１０が積層されることで、エンジン冷却水を流すための第一流路１１と、エンジンオイルを流すための第二流路１２と、変速機オイルを流すための第三流路１３と、がそれぞれ形成され、第一流路１１は、エンジン冷却水が第二流路１２におけるエンジンオイルおよび第三流路１３における変速機オイルのいずれとも板体１０を介して互いに熱交換できるように形成され、第二流路１２は、第三流路１３と同一の層に配置されてなり、第一流路１１は、第二流路１２および第三流路１３と別の層に配置されてなり、第一流路１１におけるエンジン冷却水の流れ方向Ｆ１１の上流側に第三流路１３が配置されてなり、第一流路１１におけるエンジン冷却水の流れ方向Ｆ１１の下流側に第二流路１２が配置されてなる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用熱交換器に関する。

車両に搭載され、エンジン冷却水（クーラント）と、エンジンオイルや変速機オイルとの間で熱交換を行って各オイルの温度を調整する車両用熱交換器が知られている。例えば特許文献１には、エンジン冷却水、エンジンオイル、変速機オイルのそれぞれが流れる流路が積層され、各流体間での熱交換を可能とする車両用熱交換器が提案されている。この車両用熱交換器では、エンジン冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換が行われると同時に、エンジン冷却水と変速機オイルとの間でも熱交換が行われる（特許文献１の図７参照）。

特開２０１３−１１３５７８号公報

ここで、特許文献１で提案された車両用熱交換器は、エンジンオイルおよび変速機オイルの流れる流路が、エンジン冷却水の流れる流路を挟むようにそれぞれ配置されているため、エンジン冷却水は、エンジンオイルおよび変速機オイルと並行的に熱交換を行うことになる。換言すると、エンジン冷却水はエンジンオイルと熱交換を行うと同時に変速機オイルとも熱交換を行う。

しかしながら、変速機オイルは、一般的に油温の変化に対する損失の変化の大きさ（例えば油温が１℃変化した場合におけるエンジンおよび変速機の損失トルクの大きさ）がエンジンオイルよりも大きい。従って、特許文献１のようにエンジン冷却水に対してエンジンオイルおよび変速機オイルのそれぞれが並行的に熱交換を行う場合、エンジンオイルおよび変速機オイルのいずれも油温変化に伴い損失が変化することになるが、燃費向上の観点からは、改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パワートレーン全体の燃費を向上させることができる車両用熱交換器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両用熱交換器は、複数の板体が積層されることで、エンジン冷却水を流すための第一流路と、エンジンオイルを流すための第二流路と、変速機オイルを流すための第三流路と、がそれぞれ形成され、前記第一流路は、前記エンジン冷却水が前記第二流路における前記エンジンオイルおよび前記第三流路における前記変速機オイルのいずれとも前記板体を介して互いに熱交換できるように形成され、前記第二流路は、前記第三流路と同一の層に配置されてなり、前記第一流路は、前記第二流路および前記第三流路と別の層に配置されてなり、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向上流側に前記第三流路が配置されてなり、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向下流側に前記第二流路が配置されてなることを特徴とする。

これにより、車両用熱交換器は、まずエンジン冷却水と変速機オイルとを熱交換させた後、エンジン冷却水とエンジンオイルとを熱交換させることで、油温の変化に対する損失の変化が大きい変速機オイルを、他の流体（エンジン冷却水およびエンジンオイル）と優先的に熱交換させることができる。従って、例えば変速機の暖機中においては、変速機オイルを早期に昇温させることができるため、変速機の損失が低減し、パワートレーン全体の燃費が向上する。

また、本発明に係る車両用熱交換器は、上記発明において、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向と、前記第二流路における前記エンジンオイルの流れ方向とが対向流となるように、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流入孔および流出孔と、前記第二流路における前記エンジンオイルの流入孔および流出孔と、がそれぞれ形成されたことを特徴とする。

これにより、車両用熱交換器は、エンジン冷却水の流れる方向とエンジンオイルの流れる方向とが対向流となり、板体を隔てた流体同士の温度差を、並行流である場合と比べて大きく保てるため、エンジン冷却水とエンジンオイルとの間で効率良く熱交換を行うことができる。

また、本発明に係る車両用熱交換器は、上記発明において、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向と、前記第三流路における前記変速機オイルの流れ方向とが対向流となるように、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流入孔および流出孔と、前記第三流路における前記変速機オイルの流入孔および流出孔と、がそれぞれ形成されたことを特徴とする。

これにより、車両用熱交換器は、エンジン冷却水の流れる方向と変速機オイルの流れる方向とが対向流となり、板体を隔てた流体同士の温度差を、並行流である場合と比べて大きく保てるため、エンジン冷却水と変速機オイルとの間で効率良く熱交換を行うことができる。

また、本発明に係る車両用熱交換器は、上記発明において、前記第二流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積と、前記第三流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積とを比較した場合、前記エンジンオイルと前記変速機オイルのうち、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了前における油温が低くなる方の流路の面積が大きいことを特徴とする。

これにより、車両用熱交換器は、エンジンオイルと変速機オイルのうち、暖機完了前における油温が低くなる方の流量が増えることにより、熱交換量を大きくすることができる。

また、本発明に係る車両用熱交換器は、上記発明において、前記第二流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積と、前記第三流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積とを比較した場合、前記エンジンオイルと前記変速機オイルのうち、車両の高速走行時あるいは高負荷走行時における油温が高くなる方の流路の面積が大きいことを特徴とする。

これにより、車両用熱交換器は、エンジンオイルと変速機オイルのうち、高速走行時あるいは高負荷走行時における油温が高くなる方の流量が増えることにより、熱交換量を大きくすることができる。

本発明に係る車両用熱交換器によれば、エンジンオイルおよび変速機オイルの油温の変化に対する損失の変化を考慮して各流路を配置することで、エンジン冷却水、エンジンオイルおよび変速機オイルの熱交換量を最適に設定することができるため、エンジンおよび変速機の損失を低減し、パワートレーン全体の燃費を向上させることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用熱交換器の構成を模式的に示す概略図であり、上から順に平面図、正面図、底面図、である。図２は、本発明の第１実施形態に係る車両用熱交換器における、エンジン冷却水、変速機オイルおよびエンジンオイルの熱交換の順序をそれぞれ示す図である。図３は、車両におけるエンジンおよび変速機の損失トルクと、エンジンオイルおよび変速機オイルの動粘度との関係を示すグラフである。図４は、本発明の第１実施形態に係る車両用熱交換器における、第一流路のエンジン冷却水の流れ方向と、第二流路のエンジンオイルの流れ方向とを簡略化して示す図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る車両用熱交換器における、第一流路のエンジン冷却水の流れ方向と、第三流路の変速機オイルの流れ方向とを簡略化して示す図である。図６は、本発明の第２実施形態に係る車両用熱交換器の構成を模式的に示す概略図である。図７は、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了前（暖機中）を示すコールド時と、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了後を示すホット時とにおける各流体の温度の推移を示すグラフである。図８は、車両の高速走行時および登坂（高負荷走行）時における各流体の最高温度を示すグラフである。図９は、本発明の第３実施形態に係る車両用熱交換器の構成を模式的に示す概略図である。図１０は、本発明の各実施形態に係る車両用熱交換器の車両における配置位置の一例を示す図である。

本発明の実施形態に係る車両用熱交換器について、図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る車両用熱交換器は、車両に搭載され、エンジン冷却水（以下、Ｅｎｇ冷却水という）、エンジンオイル（以下、Ｅｎｇオイルという）および変速機オイル（以下、Ｔ／Ｍオイルという）の３種類の流体を熱交換させる、いわゆる三相型の熱交換器である。また、車両用熱交換器１は、図１に示すように、アルミニウム等の金属からなる複数の板体（プレート）１０が積層されて一体的に接合されたプレート積層型の熱交換器である。なお、車両用熱交換器１が搭載される車両としては、例えばＡＴ車、ＣＶＴ車およびＨＶ車を想定している（以降の記載における「車両」も同様）。また、図１は、車両用熱交換器１において熱交換を行う流体の流路を主に示しており、流路以外の構成については適宜省略または簡略化して示している。

＜各流路の概要＞
車両用熱交換器１では、図１に示すように、複数の板体１０を積層することで、各板体１０の間に、第一流路１１、第二流路１２および第三流路１３からなる３つの流路が形成されている。

なお、ここでの「流路」とは、板体１０によって区画された空間のことを示している。また、図１では、第一流路１１に相当する領域をハッチングなしで、第二流路１２に相当する領域を濃いドット状のハッチングで、第三流路１３に相当する領域を薄いドット状のハッチングで、それぞれ示している。また、同図において、一点鎖線矢印は第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１を、実線矢印は第二流路１２におけるＥｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２を、破線矢印は第三流路１３におけるＴ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３を、それぞれ示している（以降の図面における矢印も同様）。なお、ここでの「流れ方向」とは、各流路の流入孔から流出孔に向かう方向のことを示している（後記する図４および図５参照）。

第一流路１１、第二流路１２および第三流路１３は、板体１０によって遮断され、各流路内を流れる流体が互いに混合しないように区画されている。また、車両用熱交換器１は、図１に示すように、全５層で構成されており、上から１，３，５層目に第二流路１２および第三流路１３が隣接して配置され、上から２，４層目に第一流路１１のみが配置されている。また、車両用熱交換器１は、同種の流路が内部で連通しており、同種の流体が板体１０の積層方向に行き来できるように構成されている。なお、このような流路を実現するための板体１０の具体的構成については後記することとし、以下ではまず各流路の構成について説明する。

第一流路１１は、Ｅｎｇ冷却水を流すための流路である。第一流路１１は、図１に示すように、板体１０の積層方向と直交する方向で車両用熱交換器１を平面視した場合の全面に形成され、第二流路１２および第三流路１３の面積を合計した面積で形成されている。なお、ここでの「面積」とは、板体１０の積層方向に直交する方向の面積のことを示している（以降の記載における「面積」も同様）。

車両用熱交換器１の最上部を構成する板体１０には、図１に示すように、外部（エンジン）から第一流路１１へＥｎｇ冷却水を流入させるための第一流入孔１１１と、第一流路１１から外部（エンジン）へＥｎｇ冷却水を流出させるための第一流出孔１１２と、が形成されている。第一流入孔１１１から第一流路１１に流入したＥｎｇ冷却水は、板体１０の積層方向における下方向に流れ、各層（図１では上から２，４層目）の第一流路１１に分岐して流入する。そして、Ｅｎｇ冷却水は、各層の第一流路１１内をそれぞれ流れた後、板体１０の積層方向における上方向に流れて合流し、第一流出孔１１２から車両用熱交換器１の外部へと流出する。

なお、ここでは図示を省略したが、各層の第一流路１１を構成する板体１０には、当該第一流路１１の上下に配置された第二流路１２間におけるＥｎｇオイルの往来を可能とするための層間連通路が、当該第一流路１１を貫通するように形成されている。また同様に、各層の第一流路１１には、当該第一流路１１の上下に配置された第三流路１３間におけるＴ／Ｍオイルの往来を可能とするための層間連通路が、当該第一流路１１を貫通するように形成されている。これらの層間連通路は、例えば図１における、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１に直交する実線の位置（Ｅｎｇオイルが積層方向に流れる経路）と、同流れ方向Ｆ１１に直交する破線の位置（Ｔ／Ｍオイルが積層方向に流れる経路）と、に形成される。

第二流路１２は、Ｅｎｇオイルを流すための流路である。第二流路１２は、図１に示すように、板体１０の積層方向と直交する方向で車両用熱交換器１を平面視した場合の半面に形成され、第一流路１１の半分の面積、かつ第三流路１３と同じ面積で形成されている。

車両用熱交換器１の最下部を構成する板体１０には、図１に示すように、外部（エンジン）から第二流路１２へＥｎｇオイルを流入させるための第二流入孔１２１と、第二流路１２から外部（エンジン）へＥｎｇオイルを流出させるための第二流出孔１２２と、が形成されている。第二流入孔１２１から第二流路１２に流入したＥｎｇオイルは、板体１０の積層方向における上方向に流れ、各層（図１では下から１，３，５層目）の第二流路１２に分岐して流入する。そして、Ｅｎｇオイルは、各層の第二流路１２内をそれぞれ流れた後、板体１０の積層方向における下方向に流れて合流し、第二流出孔１２２から車両用熱交換器１の外部へと流出する。

なお、ここでは図示を省略したが、各層の第二流路１２を構成する板体１０には、当該第二流路１２の上下に配置された第一流路１１間におけるＥｎｇ冷却水の往来を可能とするための層間連通路が、当該第二流路１２を貫通するように形成されている。この層間連通路は、例えば図１における、第二流路１２におけるＥｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２に直交する一点鎖線の位置（Ｅｎｇ冷却水が積層方向に流れる経路）に形成される。ここで、前記した第一流出孔１１２は、図１に示すように、第二流路１２を区画する最上部の板体１０に形成されているが、上記層間連通路を備えることで、Ｅｎｇ冷却水が第二流路１２内に浸入しないように構成されている。

第三流路１３は、Ｔ／Ｍオイルを流すための流路である。第三流路１３は、図１に示すように、板体１０の積層方向と直交する方向で車両用熱交換器１を平面視した場合の半面に形成され、第一流路１１の半分の面積、かつ第二流路１２と同じ面積で形成されている。

車両用熱交換器１の最上部を構成する板体１０には、図１に示すように、外部（変速機）から第三流路１３へＴ／Ｍオイルを流入させるための第三流入孔１３１と、第三流路１３から外部（変速機）へＴ／Ｍオイルを流出させるための第三流出孔１３２と、が形成されている。第三流入孔１３１から第三流路１３に流入したＴ／Ｍオイルは、板体１０の積層方向における下方向に流れ、各層（図１では上から１，３，５層目）の第三流路１３に分岐して流入する。そして、Ｔ／Ｍオイルは、各層の第三流路１３内をそれぞれ流れた後、板体１０の積層方向における上方向に流れて合流し、第三流出孔１３２から車両用熱交換器１の外部へと流出する。

なお、ここでは図示を省略したが、各層の第三流路１３を構成する板体１０には、当該第三流路１３の上下に配置された第一流路１１間におけるＥｎｇ冷却水の往来を可能とするための層間連通路が、当該第三流路１３を貫通するように形成されている。この層間連通路は、例えば図１における、第三流路１３におけるＴ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３に直交する一点鎖線の位置（Ｅｎｇ冷却水が積層方向に流れる経路）に形成される。ここで、前記した第一流入孔１１１は、図１に示すように、第三流路１３を区画する最上部の板体１０に形成されているが、上記層間連通路を備えることで、Ｅｎｇ冷却水が第三流路１３内に浸入しないように構成されている。

＜各流路の配置＞
図１に示すように、第一流路１１は、一つの層に単独で配置されており、第二流路１２および第三流路１３とは別の層に配置されている。また、第二流路１２および第三流路１３は、同一の層に隣り合って配置されている。そして、第一流路１１のみが配置された層（図１では上から２，４層目）と、第二流路１２および第三流路１３が隣り合って配置された層（図１では上から１，３，５層目）とは、板体１０の積層方向に交互に位置している。そのため、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水は、第二流路１２におけるＥｎｇオイルおよび第三流路１３におけるＴ／Ｍオイルのいずれとも、板体１０を介して互いに熱交換を行うことが可能となっている。すなわち、Ｅｎｇ冷却水と、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルとが、板体１０を隔ててそれぞれ流れるように構成されている。なお、同一の層で隣接する第二流路１２と第三流路１３とは、板体１０によって遮断されているため、ＥｎｇオイルとＴ／Ｍオイルとの間で熱交換は行われない。

また、車両用熱交換器１は、図１に示すように、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の上流側に第三流路１３が配置され、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の下流側に第二流路１２が配置されている。そのため、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水は、まず第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルと板体１０を介して熱交換を行った後、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルと板体１０を介して熱交換を行うことになる。

なお、「Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の上流側」とは、Ｅｎｇ冷却水が流入する側であり、具体的にはＥｎｇ冷却水が流入する第一流入孔１１１側のことを示している（より詳細には図４および図５参照）。また、「Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の下流側」とは、Ｅｎｇ冷却水が流出する側であり、具体的にはＥｎｇ冷却水が流出する第一流出孔１１２側のことを示している（より詳細には図４および図５参照）。

車両用熱交換器１の各流路における流体の熱交換の順序をまとめると、図２のようになる。なお、以下では、Ｅｎｇ冷却水との熱交換によってＴ／Ｍオイルを昇温させる場合の例を説明する。図２に示すように、Ｅｎｇユニットから第一流路１１に流入したＥｎｇ冷却水は、まずＴ／Ｍオイルと熱交換を行うことで、Ｔ／Ｍオイルを昇温（Ｅｎｇ冷却水は冷却（降温））する。そして次に、Ｅｎｇオイルと熱交換を行うことで、Ｅｎｇオイルを昇温（Ｅｎｇ冷却水は冷却）した後、Ｅｎｇユニットへと還流する。この場合、熱交換の前後におけるＥｎｇ冷却水の流量Ｖは一定であり、熱交換の前後におけるＥｎｇ冷却水の水温は、「熱交換前の水温Ｔ１」、「Ｔ／Ｍオイルと熱交換後の水温Ｔ２」、「Ｅｎｇオイルと熱交換後の水温Ｔ３」、の順に低くなる。また、Ｅｎｇ冷却水とその他の流体との間の熱交換量は、Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の上流に行くほど大きくなる。従って、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量は、Ｅｎｇ冷却水およびＥｎｇオイル間の熱交換量よりも大きくなる。

また、図２に示すように、Ｔ／Ｍユニットから第三流路１３に流入したＴ／Ｍオイルは、Ｅｎｇ冷却水と熱交換を行うことで、Ｅｎｇ冷却水を冷却（Ｔ／Ｍオイルは昇温）し、Ｔ／Ｍユニットへと還流する。そして、図２に示すように、Ｅｎｇユニットから第二流路１２に流入したＥｎｇオイルは、Ｅｎｇ冷却水と熱交換を行うことで、Ｅｎｇ冷却水を冷却（Ｅｎｇオイルは昇温）し、Ｅｎｇユニットへと還流する。

ここで、前記したように、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルは、油温の変化に対する損失の変化の大きさが異なる。例えば図３は、車両における損失トルクと油温との関係を示したものであり、縦軸が損失トルク、横軸が動粘度、実線がＥｎｇオイルの動粘度と損失トルクとの関係、破線がＴ／Ｍオイルの動粘度と損失トルクとの関係、を示している。また、同図におけるΔＴ_Ｅｎｇは、動粘度の変化に対するエンジンの損失トルクの傾き、ΔＴ_Ｔ／Ｍは、動粘度の変化に対する変速機の損失トルクの傾き、を示している。

なお、図３では横軸を油温ではなく動粘度としているが、動粘度は温度依存性を有しているため、同図は油温の変化に対する損失の変化を示したものとみなすことができる。また、同図の横軸の左右に示した（油温高）および（油温低）は、油温が高いほど動粘度が低く、油温が低いほど動粘度が高いということを示している。

図３に示すように、エンジンおよび変速機のいずれについても、動粘度が下がると（油温が上がると）損失トルクは減少する。一方、油温の変化に対する損失トルクの傾きは、ΔＴ_Ｔ／Ｍ＞ΔＴ_Ｅｎｇの関係となり、変速機の損失トルクの傾きの方がエンジンの損失トルクの傾きよりも立っている。そのため、例えばＥｎｇオイルの油温を１℃昇温させるよりも、Ｔ／Ｍオイルの油温を１℃昇温させるほうが、パワートレーン全体の損失トルクが小さくなり、燃費も向上することになる。

そこで、車両用熱交換器１は、従来のようにＥｎｇ冷却水、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルを並行的に熱交換させるのではなく、図１に示すように、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の上流側に第三流路１３を配置し、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の下流側に第二流路１２を配置することで、まずＥｎｇ冷却水とＴ／Ｍオイルとを優先的に熱交換させることとした。

このように、車両用熱交換器１は、まずＥｎｇ冷却水とＴ／Ｍオイルとを熱交換させた後、Ｅｎｇ冷却水とＥｎｇオイルとを熱交換させることで、油温の変化に対する損失の変化が大きいＴ／Ｍオイルを、他の流体（Ｅｎｇ冷却水およびＥｎｇオイル）と優先的に熱交換させることができる。従って、例えば変速機の暖機中においては、Ｔ／Ｍオイルを早期に昇温させることができるため、変速機の損失が低減し、パワートレーン全体の燃費が向上する。

＜各流路における流体の流れ方向＞
以下、各流路における流体の流れ方向について、図４および図５を参照しながら説明する。ここで、図４は、例えば図１に示した車両用熱交換器１において、板体１０の積層方向に隣接する第一流路１１および第二流路１２のみを抜粋したものを示している。また、図５は、例えば図１に示した車両用熱交換器１において、板体１０の積層方向に隣接する第一流路１１および第三流路１３のみを抜粋したものを示している。

また、図４および図５において、一点鎖線矢印は、第一流入孔１１１と第一流出孔１１２とを最短距離で結んだ場合におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の主線（代表的な流れ方向）を示している。また、実線矢印は、第二流入孔１２１と第二流出孔１２２とを最短距離で結んだ場合におけるＥｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２の主線を示している。そして、破線矢印は、第三流入孔１３１と第三流出孔１３２とを最短距離で結んだ場合におけるＴ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３の主線を示している。

車両用熱交換器１は、図４に示すように、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１と、第二流路１２におけるＥｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２とが対向流となるように、第一流入孔１１１および第一流出孔１１２と、第二流入孔１２１および第二流出孔１２２と、がそれぞれ形成されている。

ここで、前記した「対向流」とは、同図に示すように、異なる流体の流れ方向の主線が互いに交差する状態、あるいは異なる流体の流れ方向の主線が互いに対向する状態、を示している。なお、対向流ではない状態、すなわち異なる流体の流れ方向の主線が互いに交差しない状態、かつ異なる流体の流れ方向の主線が互いに対向しない状態は「並行流」といわれる。

第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１と、第二流路１２におけるＥｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２とが対向流になるか否かは、第一流入孔１１１、第一流出孔１１２、第二流入孔１２１および第二流出孔１２２の位置関係に依存している。

すなわち、第一流入孔１１１および第一流出孔１１２は、図４に示すように、第一流路１１を構成する板体１０を平面視した場合の角部における対角の位置にそれぞれ形成されている。また、第二流入孔１２１および第二流出孔１２２は、第二流路１２を構成する板体１０を平面視した場合の角部における対角の位置であって、Ｅｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２の主線が、Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の主線と平面視で交差するような位置に形成される。例えば図４に示すような矩形状の板体１０においては、第一流入孔１１１および第一流出孔１１２が板体１０のある四隅の対角の位置に形成されている場合、第二流入孔１２１および第二流出孔１２２は、平面視で第一流入孔１１１および第一流出孔１１２とは重ならない四隅の対角の位置に形成される。

このように、車両用熱交換器１では、Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の主線と、Ｅｎｇオイルの流れ方向Ｆ１２の主線とが交差した状態となることで、Ｅｎｇ冷却水の流れる方向とＥｎｇオイルの流れる方向とが対向流となり、板体１０を隔てた流体同士の温度差を、並行流である場合と比べて大きく保てるため、Ｅｎｇ冷却水とＥｎｇオイルとの間で効率良く熱交換を行うことができる。

なお、例えば流体の流れる方向が並行流である場合、流体の入口側（各流入孔側）では流体同士の温度差が大きいが、流体の出口側（各流出孔側）に進むにつれて流体同士の温度差が小さくなるため、全体として熱交換効率が低くなる。一方、本発明のように流体の流れる方向が対向流である場合、流体の入口側（各流入孔側）と流体の出口側（各流出孔側）とで流体同士の温度差が一定であり、かつ流体同士の温度差を平均して高く保つことができるため、全体として熱交換効率が高くなる。

また、車両用熱交換器１は、図５に示すように、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１と、第三流路１３におけるＴ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３とが対向流となるように、第一流入孔１１１および第一流出孔１１２と、第三流入孔１３１および第三流出孔１３２と、がそれぞれ形成されている。

第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１と、第三流路１３におけるＴ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３とが対向流になるか否かは、第一流入孔１１１、第一流出孔１１２、第三流入孔１３１および第三流出孔１３２の位置関係に依存している。

すなわち、第一流入孔１１１および第一流出孔１１２は、図５に示すように、第一流路１１を構成する板体１０を平面視した場合の角部における対角の位置にそれぞれ形成されている。また、第三流入孔１３１および第三流出孔１３２は、第三流路１３を構成する板体１０を平面視した場合の角部における対角の位置であって、Ｔ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３の主線が、Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の主線と交差するような位置に形成される。例えば図５に示すような矩形状の板体１０においては、第一流入孔１１１および第一流出孔１１２が板体１０のある四隅の対角の位置に形成されている場合、第三流入孔１３１および第三流出孔１３２は、平面視で第一流入孔１１１および第一流出孔１１２とは重ならない四隅の対角の位置に形成される。

このように、車両用熱交換器１では、Ｅｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の主線と、Ｔ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３の主線とが交差した状態となることで、Ｅｎｇ冷却水の流れる方向とＴ／Ｍオイルの流れる方向とが対向流となり、板体１０を隔てた流体同士の温度差を、並行流である場合と比べて大きく保てるため、Ｅｎｇ冷却水とＴ／Ｍオイルとの間で効率良く熱交換を行うことができる。

＜車両用熱交換器１の具体的構成の一例＞
車両用熱交換器１における具体的構成、すなわち板体１０の形状および積層方法については特に限定されず、前記したような各流路の配置となるように板体１０の形状および積層方法を適宜工夫すればよいが、一例としては例えば皿状プレートを利用したものが挙げられる。

この場合、板体１０として、第一流路１１を区画するための大型皿状プレートと、第二流路１２および第三流路１３を区画するための小型皿状プレートと、最上部の蓋材として機能する平板状プレート、の３種類を用い、これらを組み合わせて（積み上げて）各流路を形成する。なお、ここでの「皿状」とは、例えば平面が窪んだ形状であり、窪みの上部が開口し、底面および側面を有する形状のことを示している。そして、各板体１０間に接着部材を塗布し、加熱処理等を施して一体的に接合することで、車両用熱交換器１を作製することができる。

以上のような構成を備える車両用熱交換器１は、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルの油温の変化に対する損失の変化を考慮して各流路を配置することで、Ｅｎｇ冷却水、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルの熱交換量を最適に設定することができるため、エンジンおよび変速機の損失を低減し、パワートレーン全体の燃費を向上させることができる。

また、前記した特許文献１で提案された従来の車両用熱交換器では、Ｅｎｇオイルが流れる流路、Ｅｎｇ冷却水が流れる流路、Ｔ／Ｍオイルが流れる流路、の順に積層されており、３種類の流体が熱交換を行うには最低でも３層必要であった。一方、実施形態に係る車両用熱交換器１は、Ｅｎｇオイルが流れる第二流路１２とＴ／Ｍオイルが流れる第三流路１３とが同一の層に配置されているため、２層で３種類の流体をそれぞれ熱交換可能である。従って、車両用熱交換器１は、従来と比較して、流体の流路を形成するための板体１０の数を減らすことができ、車両用熱交換器１を低層化して小型化することができる。

また、前記した特許文献１で提案された従来の車両用熱交換器は、Ｅｎｇ冷却水、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルが同時に熱交換するため、各流体の熱交換量が低下し、燃費が悪化する可能性がある。すなわち、各流体が並列で各層に流れることで、各層における流体の流量が低下し、各流体の熱交換量が小さくなる。特にＴ／Ｍオイルは、Ｅｎｇ冷却水やＥｎｇオイルと比較して流量も少ないため、従来の車両用熱交換器では、要求される熱交換量を満たすことができない可能性がある。また、最も流量の少ないＴ／Ｍオイルに要求される熱交換量を満足するように流路設計を行った場合、従来の車両用熱交換器では、Ｔ／Ｍオイルが流れる流路の大きさに応じて、その他の流体が流れる流路も必然的に大きくなるため、熱交換器全体の体格が大きくなる。一方、車両用熱交換器は、Ｔ／Ｍオイルに要求される熱交換量を満足するように流路を配置しているため、熱交換器全体の体格が大きくならない。

また、前記した特許文献１で提案された従来の車両用熱交換器は、全ての流体の流れ方向を対向流にすることはできず、いずれかの流体の流れ方向が並行流となってしまう。一方、車両用熱交換器１は、図１に示すように、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の上流側に第三流路１３を配置し、第一流路１１におけるＥｎｇ冷却水の流れ方向Ｆ１１の下流側に第二流路１２を配置することで、全ての流体の流れ方向を対向流にすることができる。従って、車両用熱交換器１は、いずれかの流路間が並行流となる従来の車両用熱交換器と比較して、各流体を効率良く熱交換させることができる。

また、前記した特許文献１で提案された従来の車両用熱交換器は、各流路を構成する板体の枚数が同じになるため、各流体の熱交換量を最適な値に設定することができず、熱交換量の過不足が生じる。一方、車両用熱交換器１は、各流路の配置を工夫することで各流体の熱交換量を最適な値に設定することができる。

［第２実施形態］
前記した車両用熱交換器１は、図１に示すように、第二流路１２と第三流路１３の面積が同じであったが、各流体に必要な熱交換量に応じて、両者の面積を変えることも可能である。すなわち、本発明の第２実施形態に係る車両用熱交換器１Ａは、図６に示すように、第三流路１３の面積が第二流路１２の面積よりも大きく形成されている。なお、ここでの面積とは、前記したように板体１０の積層方向に直交する方向の面積のことである。以下、図６に示すように各流路の面積比を変える理由について、図７および図８を参照しながら説明する。なお、車両用熱交換器１Ａは、第二流路１２および第三流路１３の面積以外の構成は前記した車両用熱交換器１と同様である。

図７は、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了前（暖機中）を示すコールド時と、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了後を示すホット時とにおける各流体の温度の推移を示している。なお、同図において、破線は暖機が完了した時点を示している。同図に示すように、暖機完了前においては、Ｅｎｇオイルの油温よりもＴ／Ｍオイルの油温の方が低くなる。従って、暖機完了前は、Ｔ／ＭオイルをＥｎｇオイルよりも優先的に昇温させる必要があり、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量を大きくする必要がある。

一方、図８は、車両の高速走行時および登坂時における各流体の最高温度を示している。同図に示すように、車両が高速走行、または登坂のような高負荷走行を行っている場合、Ｅｎｇオイルの油温よりもＴ／Ｍオイルの油温の方が高くなる。従って、車両の高速走行時または高負荷走行時においても、Ｔ／ＭオイルをＥｎｇオイルよりも冷却する必要があり、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量を大きくする必要がある。すなわち、車両の高速走行時および登坂時においては、Ｅｎｇ冷却水による冷却性能（熱交換量）を、Ｅｎｇオイルに対してよりも、Ｔ／Ｍオイルに対して大きくする必要がある。

そこで、車両用熱交換器１Ａでは、第二流路１２における面積と、第三流路１３における面積とを比較した場合において、ＥｎｇオイルとＴ／Ｍオイルのうち、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了前における油温が低くなる方、または車両の高速走行時あるいは高負荷走行時における油温が高くなる方が流れる流路の面積を大きく形成することで、ＥｎｇオイルとＴ／Ｍオイルのうち、暖機完了前における油温が低くなる方、または高速走行時あるいは高負荷走行時における油温が高くなる方の流量を増やし、熱交換量を大きくできるように構成されている。すなわち、車両用熱交換器１Ａは、図６に示すように、第三流路１３の面積を第二流路１２の面積よりも大きく形成することで、Ｔ／Ｍオイルの流量を増やし、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量が、Ｅｎｇ冷却水およびＥｎｇオイル間の熱交換量よりも大きくなるように構成されている。

このように、車両用熱交換器１Ａは、Ｅｎｇオイルが第二流路１２とＴ／Ｍオイルが流れる第三流路１３の面積比を変えることで、全体の体格（幅、高さ）を変えることなく、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量を最適に設定することができる。

［第３実施形態］
前記した車両用熱交換器１は、図１に示すように、第三流入孔１３１から流入したＴ／Ｍオイルが複数の層に配置された第三流路１３に分岐し、かつＴ／Ｍオイルが各層に配置された第三流路１３内を全て同じ方向に流れているが、第三流路１３を折り返し構造（多パス構造）にすることも可能である。すなわち、本発明の第３実施形態に係る車両用熱交換器１Ｂは、図９に示すように、各層の第三流路１３におけるＴ／Ｍオイルの流れ方向Ｆ１３が各層の第三流路１３間で折り返されており、かつ各層に配置された第三流路１３内において、Ｔ／Ｍオイルがそれぞれ異なる方向に流れている。

ここで前記したように、三相型の車両用熱交換器では、一般にＴ／Ｍオイルの流量は、Ｅｎｇ冷却水やＥｎｇオイルの流量と比較して少ない。また、前記した車両用熱交換器１の場合、第三流入孔１３１から流入したＴ／Ｍオイルは、複数の層に配置された第三流路１３に分岐するため、元々少ないＴ／Ｍオイルの流量がさらに分割されることになる。そのため、第三流入孔１３１から流入するＴ／Ｍオイルの量によっては、所望の熱交換量を得られない場合もある。また、前記した図７および図８で説明したように、三相型の車両用熱交換器においては、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量をなるべく大きくしたいという要請もある。

そこで、車両用熱交換器１Ｂは、図９に示すように、第三流路１３を折り返し構造としている。すなわち、車両用熱交換器１Ｂでは、最上部の板体１０に形成された第三流入孔１３１から流入したＴ／Ｍオイルは、正面視で、上から１層目の第三流路１３を第三流入孔１３１から第三流出孔１３２に向かう方向へと流れ、上から２層目の第一流路１１に形成された図示しない層間連通路を通って上から３層目の第三流路１３へと流入する。次に、Ｔ／Ｍオイルは、正面視で、上から３層目の第三流路１３を第三流出孔１３２から第三流入孔１３１に向かう方向へと流れ、上から４層目の第一流路１１に形成された図示しない層間連通路を通って上から５層目の第三流路１３へと流入する。次に、Ｔ／Ｍオイルは、正面視で、上から５層目の第三流路１３を第三流入孔１３１から第三流出孔１３２に向かう方向へと流れ、板体１０の積層方向の上方向に流れて最上部の板体１０に形成された第三流出孔１３２から流出する。

このように、車両用熱交換器１Ｂは、第三流入孔１３１から流入したＴ／Ｍオイルの流量が分割されることなく、各層に配置された第三流路１３内を順に流れることになる。従って、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量を大きくすることができる。また、車両用熱交換器１Ｂ全体の体格（幅、高さ）を変えることなく、Ｅｎｇ冷却水およびＴ／Ｍオイル間の熱交換量を最適に設定することができる。

なお、車両用熱交換器１Ｂのように第三流路１３を折り返し構造にするか、あるいは前記した車両用熱交換器１のような分岐構造にするか、については、想定されるＴ／Ｍオイルの流量によって決定することができ、Ｔ／Ｍオイルの流量が所定量以上の場合は車両用熱交換器１のような分岐構造とし、Ｔ／Ｍオイルの流量が所定量未満の場合は車両用熱交換器１Ｂのような折り返し構造とすればよい。

［車両用熱交換器の配置位置］
前記した車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂは、車両におけるＥｎｇ冷却水の流量が多い位置に配置することが好ましく、例えば図１０に示すように、ラジエータ経路に配置することができる。なお、同図は、車両におけるエンジンのシリンダブロック２、シリンダヘッド３、スロットルボディ４、ヒータ５、ラジエータ６、サーモスタット７をそれぞれ示している。また、同図において各構成間に示された矢印は、各流体（Ｅｎｇ冷却水、Ｅｎｇオイル、Ｔ／Ｍオイル）が流れる経路を示している。また、ここでの「Ｅｎｇ冷却水の流量が多い」とは、例えばＥｎｇ冷却水の平均流量が６Ｌ／ｍｉｎ以上の場合を示している。

図１０に示すように、ラジエータ６の入口付近に車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂを配置することで、多くのＥｎｇ冷却水を車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂに供給することができ、各流体の熱交換量を向上させることができる。また、車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂを同図に示す位置に配置した場合、エンジンの暖機完了前、すなわちＥｎｇ冷却水が十分に温まっていない場合はサーモスタット７が閉じた状態となり、車両用熱交換器１，１Ａ，１ＢにはＥｎｇ冷却水が供給されず、各流体間の熱交換は行われない。一方、エンジンの暖機完了後、すなわちＥｎｇ冷却水が十分に温まった場合はサーモスタット７が開き、車両用熱交換器１，１Ａ，１ＢにＥｎｇ冷却水が供給されることで、各流体間の熱交換が行われる。従って、車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂを同図に示す位置に配置した場合、エンジンの暖機完了前後で各流体の熱交換の実施または不実施を自動的に切り替えることができる。

ここで、一般に、エンジンの暖機完了前はＥｎｇ冷却水を優先的に昇温させることが燃費向上の面から望ましいため、図１０に示すように、車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂをラジエータ６の入口付近に配置することで燃費が向上する。

また、車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂは、上記位置の他に、図１０の符号Ａで示すように、シリンダヘッド３直後の位置に配置してもよい。この位置もＥｎｇ冷却水の流量が多いため、各流体の熱交換量を向上させることができる。なお、この場合、例えば第二流入孔１２１および第二流出孔１２２をシリンダヘッド３に直載することもできる。

以上、本発明に係る車両用熱交換器について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

例えば前記した図１，６，９では、第一流路１１のみが配置された層と、第二流路１２および第三流路１３が隣り合って配置された層とが、板体１０の積層方向に交互に配置された全５層の車両用熱交換器１，１Ａ，１Ｂについて説明したが、第一流路１１のみが配置された層と、第二流路１２および第三流路１３が隣り合って配置された層とが交互に配置されていれば、積層数は５層より多くても、あるいは５層より少なくても構わない。

１，１Ａ，１Ｂ車両用熱交換器
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４スロットルボディ
５ヒータ
６ラジエータ
７サーモスタット
１０板体
１１第一流路
１１１第一流入孔
１１２第一流出孔
１２第二流路
１２１第二流入孔
１２２第二流出孔
１３第三流路
１３１第三流入孔
１３２第三流出孔
Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３流れ方向

Claims

複数の板体が積層されることで、エンジン冷却水を流すための第一流路と、エンジンオイルを流すための第二流路と、変速機オイルを流すための第三流路と、がそれぞれ形成され、
前記第一流路は、前記エンジン冷却水が前記第二流路における前記エンジンオイルおよび前記第三流路における前記変速機オイルのいずれとも前記板体を介して互いに熱交換できるように形成され、
前記第二流路は、前記第三流路と同一の層に配置されてなり、
前記第一流路は、前記第二流路および前記第三流路と別の層に配置されてなり、
前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向上流側に前記第三流路が配置されてなり、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向下流側に前記第二流路が配置されてなることを特徴とする車両用熱交換器。
前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向と、前記第二流路における前記エンジンオイルの流れ方向とが対向流となるように、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流入孔および流出孔と、前記第二流路における前記エンジンオイルの流入孔および流出孔と、がそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器。
前記第一流路における前記エンジン冷却水の流れ方向と、前記第三流路における前記変速機オイルの流れ方向とが対向流となるように、前記第一流路における前記エンジン冷却水の流入孔および流出孔と、前記第三流路における前記変速機オイルの流入孔および流出孔と、がそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用熱交換器。
前記第二流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積と、前記第三流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積とを比較した場合、前記エンジンオイルと前記変速機オイルのうち、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機完了前における油温が低くなる方の流路の面積が大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用熱交換器。
前記第二流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積と、前記第三流路における前記板体の積層方向に直交する方向の面積とを比較した場合、前記エンジンオイルと前記変速機オイルのうち、車両の高速走行時あるいは高負荷走行時における油温が高くなる方の流路の面積が大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用熱交換器。