JP2018035955A - 車両用熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流体間で熱交換を行う場合において、流量が相対的に少ない変速機オイルとエンジン冷却水との間の熱交換量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、複数のプレート１０が積層されることにより、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とが形成され、第二流路１２が積層方向における両側から第三流路１３によって挟まれており、かつ、第二流路１２を挟む二つの第三流路１３のそれぞれが積層方向における両側から第一流路１１によってさらに挟まれている第一領域と、第三流路１３が積層方向における両側から第二流路１２によって挟まれており、かつ、第三流路１３を挟む二つの第二流路１２のそれぞれが積層方向における両側から第一流路１１によってさらに挟まれている第二領域と、を有する。【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）、エンジンオイルおよび変速機オイルの間で熱交換を行う三相型の車両用熱交換器が知られている。例えば特許文献１には、エンジンオイル用の流路と変速機オイル用の流路との間にエンジン冷却水用の流路を配置することにより、エンジン冷却水をエンジンオイルおよび変速機オイルの双方と熱交換させる車両用熱交換器が開示されている。

特開２０１３−１１３５７８号公報

一般的な車両のパワートレーンでは、エンジン冷却水やエンジンオイルの流量と比較して、変速機オイルの流量が少ない場合が多い。このような場合、特許文献１のように、エンジン冷却水がエンジンオイルおよび変速機オイルの双方と熱交換するように流路が配置された車両用熱交換器では、エンジンオイルとエンジン冷却水との間の熱交換量と比較して、変速機オイルとエンジン冷却水との間の熱交換量が小さくなる。従って、変速機オイルの流量がその他の流体の流量よりも少ない場合、従来の構成では変速機オイルを十分に昇温または降温することができないおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の流体間で熱交換を行う場合において、流量が相対的に少ない変速機オイルとエンジン冷却水との間の熱交換量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、複数のプレートが積層されることにより、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、が形成され、前記プレートの積層方向に隣接する各流路間で熱交換を行う車両用熱交換器において、前記第二流路が前記積層方向における両側から前記第三流路によって挟まれており、かつ、前記第二流路を挟む二つの前記第三流路のそれぞれが、前記積層方向における両側から前記第一流路によってさらに挟まれている第一領域と、前記第三流路が前記積層方向における両側から前記第二流路によって挟まれており、かつ、前記第三流路を挟む二つの前記第二流路のそれぞれが、前記積層方向における両側から前記第一流路によってさらに挟まれている第二領域と、を有する。

これにより、車両用熱交換器は、第一領域において、内部を流れる流体の流量が相対的に多い第二流路が、内部を流れる流体の流量が相対的に少ない第三流路によって挟まれている。従って、両者の流量差を実質的に縮小することができる。また、車両用熱交換器は、第一領域において、第二流路の両側の第三流路が第一流路によってさらに挟まれている。従って、例えばコールド時（暖機完了前（暖機中））に、第三流路を流れる変速機オイルの昇温時間を短縮することができる。

また、車両用熱交換器は、第二領域において、ホット時（暖機後）に内部を流れる流体の温度が相対的に高くなる第三流路が、ホット時に内部を流れる流体の温度が相対的に低くなる第二流路によって挟まれている。従って、第三流路から第二流路へ熱量を渡しやすくなる。また、車両用熱交換器は、第二領域において、第三流路の両側の第二流路が、ホット時に内部を流れる流体の温度が相対的に低くなる第一流路によってさらに挟まれている。従って、例えばホット時に、第二流路を流れるエンジンオイルをエンジン冷却水によって冷却することができ、これにより、第三流路を流れる変速機オイルの冷却時間を短縮することができる。

本発明に係る車両用熱交換器によれば、流量が相対的に少ない変速機オイルとエンジン冷却水との間の熱交換量を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用熱交換器の構成を模式的に示す図である。 図２は、車両用熱交換器を搭載する車両において、エンジンおよび変速機の暖機完了前（暖機中）を示すコールド時の各流体の温度推移を示すグラフである。 図３は、車両用熱交換器を搭載する車両において、エンジンおよび変速機の暖機後を示すホット時の各流体の温度を示すグラフである。

本発明の実施形態に係る車両用熱交換器について、図面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。

本発明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）の三種類の流体を熱交換させる三相型の熱交換器である。本発明に係る車両用熱交換器が搭載される車両としては、例えばＡＴ車、ＣＶＴ車およびＨＶ車が挙げられる（以降の記載における「車両」も同様）。

本発明の実施形態に係る車両用熱交換器は、Ｅｎｇ冷却水、ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイルの間に流量差が存在するパワートレーン、具体的には、Ｅｎｇ冷却水およびＥｎｇオイルの流量と比較して、Ｔ／Ｍオイルの流量が少ないパワートレーンを有する車両に搭載されるものを想定しており、流量の少ないＴ／ＭオイルとＥｎｇ冷却水との間の熱交換量を向上させることを主な目的としている。

車両用熱交換器１は、図１に示すように、ベース２０上にアルミニウム合金等からなる複数のプレート（板体）１０が積層され、これらが一体的に接合されることにより構成されている。そして、車両用熱交換器１では、最上部の蓋材として機能する平板状プレート１０ａと、複数の皿状プレート１０ｂとが組み合わされる（積み上げられる）ことにより、隣接する二つのプレート１０間に各流体が流れる流路が形成されている。なお、車両用熱交換器１は、例えばベース２０を介して、車両のエンジンユニットに直載される。

図１では図示を省略したが、各プレート１０間にはフィン（例えば波状フィン）が収容されており、各プレート１０および各フィンは、加熱処理等により一体的に接合されている。なお、前記した「皿状」とは、例えば同図の皿状プレート１０ｂのように平面が窪んでおり、かつ底面および側面を有する形状のことを示している。

＜各流路の概要＞
車両用熱交換器１では、具体的には図１に示すように、複数のプレート１０（平板状プレート１０ａおよび皿状プレート１０ｂ）が積層されることにより、Ｅｎｇ冷却水を流すための第一流路１１と、Ｅｎｇオイルを流すための第二流路１２と、Ｔ／Ｍオイルを流すための第三流路１３と、が形成されている。そしてこれにより、プレート１０の積層方向（以下、単に「積層方向」と表記する）の上下に隣接する各流路間で、プレート１０（具体的には皿状プレート１０ｂの底面）を介して、各流体が熱交換を行うように構成されている。

ここで、図１では、第一流路１１に相当する空間をハッチングなしで、第二流路１２に相当する空間を斜線状ハッチングで、第三流路１３に相当する空間をドット状ハッチングでそれぞれ示している。なお、本実施形態における「流路」とは、具体的には複数のプレート１０が組み合わされることにより区画された所定の空間のことを示している。

第一流路１１、第二流路１２および第三流路１３は、プレート１０（具体的には皿状プレート１０ｂの底面）を隔てて配置されており、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、同種の流体が流れる流路は、図示しない層間連通路を介して連通している。

＜各流路の配置＞
車両用熱交換器１は、図１に示すように、全２５層で構成されており、上から１，５，９，１３，１７，２１，２５層目に第一流路１１が、上から３，７，１１，１５，１８，２０，２２，２４層目に第二流路１２が、上から２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１９，２３層目に第三流路１３が配置されている。なお、同図において各流路の隣にカッコ書きで示した番号（１）〜（２５）は、各流路を上から数えた場合の層順を示している。以降の説明で登場する「○層目」という記載は、図１で示した上記番号と同様に、各流路を上から数えた場合の層順を示している。

車両用熱交換器１では、複数の流体が熱交換を行う領域として、第一領域と第二領域の二つを有している。第一領域および第二領域は、それぞれ、二種類のオイル（ＥｎｇオイルおよびＴ／Ｍオイル）が流れる流路（具体的に第二流路１２および第三流路１３）を、第一流路１１によって挟んだ領域である。

第一領域は、図１の符号Ａで示すように、第二流路１２が積層方向における両側から第三流路１３によって挟まれており、かつ、第二流路１２を挟む二つの第三流路１３のそれぞれが、積層方向における両側から第一流路１１によってさらに挟まれている領域である。すなわち第一領域は、上から順に、第一流路１１、第三流路１３、第二流路１２、第三流路１３および第一流路１１の全５層で構成されている。

本実施形態に係る車両用熱交換器１では、図１の符号Ａで示すように、積層方向において、複数の第一領域が一部重複するように配置されている。すなわち車両用熱交換器１では、四つの第一領域が、積層方向における両側の第一流路１１を互いに共有するような状態で配置されている。

第一領域において、第二流路１２は、第三流路１３とのみ隣接しているため、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルは、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルとのみ熱交換を行い、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水とは熱交換を行わない。一方、第三流路１３は、第一流路１１および第二流路１２の両方と隣接しているため、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルは、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水と第二流路１２を流れるＥｎｇオイルの両方と熱交換を行う。また、第一流路１１は、第三流路１３とのみ隣接しているため、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水は、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルとのみ熱交換を行い、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルとは熱交換を行わない。

第二領域は、図１の符号Ｂで示すように、第三流路１３が積層方向における両側から第二流路１２によって挟まれており、かつ、第三流路１３を挟む二つの第二流路１２のそれぞれが、積層方向における両側から第一流路１１によってさらに挟まれている領域である。すなわち第二領域は、上から順に、第一流路１１、第二流路１２、第三流路１３、第二流路１２および第一流路１１の全５層で構成されている。

本実施形態に係る車両用熱交換器１では、図１の符号Ｂで示すように、積層方向において、複数の第二領域が一部重複するように配置されている。すなわち車両用熱交換器１では、二つの第二領域が、積層方向における両側の第一流路１１を互いに共有するような状態で配置されている。

第二領域において、第三流路１３は、第二流路１２とのみ隣接しているため、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルは、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルとのみ熱交換を行い、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水とは熱交換を行わない。一方、第二流路１２は、第一流路１１および第三流路１３の両方と隣接しているため、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルは、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水と第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルの両方と熱交換を行う。また、第一流路１１は、第二流路１２とのみ隣接しているため、第一流路１１を流れるＥｎｇ冷却水は、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルとのみ熱交換を行い、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルとは熱交換を行わない。

ここで、図２は、一般的な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）を示すコールド時における各流体の温度の推移を示している。同図に示すように、暖機完了前における各流体の温度は、全体的に見ると、Ｅｎｇ冷却水の温度が最も高く、その次にＥｎｇオイルの温度が高く、Ｔ／Ｍオイルの温度が最も低い。このような条件下では、三種類の流体のうち、温度差の小さいＴ／ＭオイルおよびＥｎｇオイルを最初に熱交換させ、その後にＴ／ＭオイルとＥｎｇ冷却水とを熱交換させることが好ましい。

このような順序で各流体を熱交換させることにより、温度差の大きいＴ／ＭオイルおよびＥｎｇ冷却水を最初に熱交換させ、その後にＴ／ＭオイルとＥｎｇオイルとを熱交換させた場合と比較して、Ｔ／Ｍオイルの蓄熱量を大きくすることができる。これにより図２で示した温度推移よりも、Ｔ／Ｍオイルをより速く、効率的に昇温することが可能となる。

例えば図２では、１８００ｓｅｃの時点でＴ／Ｍオイルが８５℃前後まで昇温されているが、上記のように、Ｔ／ＭオイルおよびＥｎｇオイルを最初に熱交換させ、その後にＴ／ＭオイルとＥｎｇ冷却水とを熱交換させることにより、１８００ｓｅｃよりも前の時点で、Ｔ／Ｍオイルを８５℃前後まで昇温することが可能となる。また、上記のような順序で各流体を熱交換させることにより、変速機の暖機が促進されてフリクションが低減するため、燃費も向上する。

以上のような理由から、本実施形態に係る車両用熱交換器１では、前記した第一領域を設けている。すなわち、第一領域では、内部を流れる流体の流量が相対的に多い第二流路１２が、内部を流れる流体の流量が相対的に少ない第三流路１３によって挟まれている。従って、両者の流量差を実質的に縮小することができる。また、第一領域では、第二流路１２の両側の第三流路１３が第一流路１１によってさらに挟まれているため、前記したコールド時に、Ｔ／ＭオイルとＥｎｇ冷却水との間の熱交換量を増やすことができる。従って、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルの昇温時間を短縮することができる。

ここで、図３は、車両におけるエンジンおよび変速機の暖機後を示すホット時における各流体の温度の一例を示している。同図に示すように、車両が高速走行または登坂走行（高負荷走行）を行っている場合、各流体の温度は、Ｔ／Ｍオイルの温度が最も高く、その次にＥｎｇオイルの温度が高く、Ｅｎｇ冷却水の温度が最も低い。このような条件下では、三種類の流体のうち、温度差の小さいＴ／ＭオイルおよびＥｎｇオイルを最初に熱交換させ、その後にＥｎｇオイルとＥｎｇ冷却水とを熱交換させることが好ましい。このような順序で各流体を熱交換させることにより、Ｔ／Ｍオイルの放熱量を大きくすることができ、Ｔ／Ｍオイルを効率的に降温することが可能となる。

以上のような理由から、本実施形態に係る車両用熱交換器１では、前記した第二領域を設けている。すなわち、第二領域では、ホット時（暖機後）に内部を流れる流体の温度が相対的に高くなる第三流路１３が、ホット時に内部を流れる流体の温度が相対的に低くなる第二流路１２によって挟まれている。従って、第三流路１３から第二流路１２へ熱量を渡しやすくなる。また、第二領域では、第三流路１３の両側の第二流路１２が第一流路１１によってさらに挟まれている。従って、例えば前記したホット時に、第二流路１２を流れるＥｎｇオイルをＥｎｇ冷却水によって冷却することができ、これにより、第三流路１３を流れるＴ／Ｍオイルの冷却時間を短縮することができる。

以上のような構成を備える車両用熱交換器１によれば、流量が相対的に少ないＴ／ＭオイルとＥｎｇ冷却水との間の熱交換量を向上させることができる。

また、特許文献１に示した従来の車両用熱交換器では、どの領域においても、Ｅｎｇオイル用の流路およびＴ／Ｍオイル用の流路がＥｎｇ冷却水用の流路と接している。従って、例えばコールド時は、両オイルがＥｎｇ冷却水によって昇温される一方、Ｅｎｇ冷却水は常に両オイルとの熱交換が行われるため、Ｅｎｇ冷却水の温度低下が促進されることになる。

一方、本実施形態に係る車両用熱交換器１では、二つのオイルの層（第二流路１２および第三流路１３）のうちの一方が第一流路１１と接しないように各流路を配置することにより、Ｅｎｇ冷却水の温度低下を抑制しつつ、ＥｎｇオイルとＴ／Ｍオイルとの間の熱交換を促進することができる。

なお、車両用熱交換器１では、第一領域と第二領域の数の比率を変更することにより、所望の仕様へとチューニングすることが可能である。

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、実施形態に係る車両用熱交換器１では、積層方向における上側に第一領域が位置し、積層方向における下側に第二領域が位置していたが、第一領域および第二領域の位置は上下反対であってもよい。

１ 車両用熱交換器
１０ プレート（板体）
１０ａ 平板状プレート
１０ｂ 皿状プレート
１１ 第一流路
１２ 第二流路
１３ 第三流路
２０ ベース

Claims (1)

1. 複数のプレートが積層されることにより、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、が形成され、前記プレートの積層方向に隣接する各流路間で熱交換を行う車両用熱交換器において、
   前記第二流路が前記積層方向における両側から前記第三流路によって挟まれており、かつ、前記第二流路を挟む二つの前記第三流路のそれぞれが、前記積層方向における両側から前記第一流路によってさらに挟まれている第一領域と、
   前記第三流路が前記積層方向における両側から前記第二流路によって挟まれており、かつ、前記第三流路を挟む二つの前記第二流路のそれぞれが、前記積層方向における両側から前記第一流路によってさらに挟まれている第二領域と、
   を有することを特徴とする車両用熱交換器。