JP4724709B2

JP4724709B2 - 自動車両用の熱交換器並びにその製造方法

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Publication number: JP4724709B2
Application number: JP2007508748A
Authority: JP
Inventors: トーマスリングホルツ
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: EP1737694A1; US7389584B2; JP2007533532A; EP1737694B1; WO2005105504A1; ES2369917T3; DE102004019769A1; US20070034365A1

Description

本発明は、自動車両（モータビークル）用、特にオートバイ用の熱交換器に関し、この熱交換器は、第１収集容器と、第２収集容器と、これらの収集容器間に配設されていて通流可能である湾曲された冷却体とを備え、この冷却体は、それらの収集容器との結合のために側方の接続面を有し、またそれらの収集容器間で長尺側と短尺側を有する。

自動車両において効率的な燃焼動力機械（内燃機関）の冷却は、通常、冷却媒体を用いて行なわれ、この冷却媒体は、燃焼動力機械の冷却すべき領域における熱を受容し、この熱を別の箇所において空気通流可能な熱交換器を介して再び放出する。熱発生及びそれにより熱交換器を介して熱を放出するための要件は燃焼動力機械の出力に依存する。極めて効率的な燃焼動力機械は、できるだけ大きな吹付け可能面を備えた特に有効な熱交換器を必要とする。

ところが正にオートバイの分野において使用可能な面は制限されている。特に極めて効率的な燃焼動力機械の際、及び／又は、構成上の実状に基づき僅かな構成空間だけが使用可能である場合、十分な冷却能力を保証するためには、部分的に極めて手間と費用のかかる措置が施されなくてはならない。

非特許文献１からはオートバイ用の効率的な熱交換器が知られていて、この熱交換器は、取付け状態で下方において、側方で傾斜されている吹付け面を有し、また鉛直軸線の回りで湾曲されている。側方の収集容器（コレクティングタンク）を備えたこの周知の熱交換器は、横方向（左右方向）で冷却媒体流通可能な冷却体を含んでいて、この冷却体は、収集容器間において上方で長尺側を下方で短尺側を有し、多数の個々のクロスパイプから形成されている。この周知の熱交換器において、冷却体も、この冷却体と固定結合されている収集容器も、金属から製作されていて、この際、個々の構成部材は互いに溶接されている。

その熱交換器の湾曲された冷却体は、上方の長尺側において下方の短尺側よりも小さい曲げ半径を有し、その結果、側方の収集容器は捩れ（トーション）をこうむり、この捩れは応力（テンション）を導くことになる。この応力の除去は、比較的強度の低い領域を介し、多くの場合、極めて長い期間に渡って行なわれる。

ホンダ、会社パンフレット、ファイアブレード(Fireblade)、０２／２００４

本発明が解決しようとする課題は、冒頭に述べた熱交換器を更に改良し、特に、捩られた収集容器における応力除去を有利に促進することである。またこの種の熱交換器の特に経済的な製造方法が提供されるべきである。

前記の課題の解決は、請求項１に記載した構成要件を備えた熱交換器をもって行われ、この際、基礎となる思想に従い、収集容器は、冷却体の材料よりも遥かに低い強度値を有する材料から成り、冷却体の長尺側が、曲げの後、短尺側よりも小さい曲げ半径を有し、冷却体の曲げにより、その側方の接続面と結合されている収集容器が捩れる。

本発明の有利な形態及び他の構成が下位請求項の対象である。熱交換器を製造するための方法は請求項１２〜１５をもって記載されている。

冷却体の材料が、収集容器の材料の、少なくとも１.５倍、特にほぼ２.５〜２０倍の強度を有すると特に有利である。合目的に冷却体は金属から成り、収集容器はプラスチックから製作される。冷却体を軽金属又はアルミニウム合金のような軽金属合金から製造し、収集容器をポリアミドのような熱可塑性物質から製造することが考慮される。

極めて有利な実施例に従い、冷却体は、取付け状態で下方において、側方で傾斜されている又は丸められている吹付け面を有し、またその側方の接続面において収集容器との結合のために折曲げ可能な連結具を有し、これらの連結具は、シールを取り入れながら冷却体と密閉結合されている。

熱交換器通流を温度に依存して制御するサーモスタットバルブを受容するためのハウジングを収集容器の１つと一体式で結合することが有利であると示されている。同様に、収集容器に、自動車両における固定のための固定箇所、及び／又は、他の要素の固定のための固定箇所が備えられていると合目的であるとされる。

この種の熱交換器を製造するための特に有利な方法は、収集容器が、平坦な冷却体と、その側方の接続面において結合され、後続し、冷却体の曲げが行なわれ、この際、曲げの後、冷却体の長尺側が短尺側よりも小さい曲げ半径を有し、その結果、冷却体の曲げにより、その側方の接続面と結合されている収集容器が捩れることにより傑出している。

有利には、冷却体の曲げの際、及びそれと関連している収集容器の捩れの際に発生する応力が、実質的に収集容器により受容され、収集容器において材料に起因して除去可能である。

収集容器における応力除去が、熱を用いて及び／又は収集容器の材料を軟化させる物質を用いて支援されると極めて合目的である。

次に、図面に関連し、実施例に基づいて本発明を更に説明する。この際、図面は概要を例として示すものである。

図１はオートバイ１００を示している。オートバイ１００を駆動するためにピストン往復・燃焼動力機械（往復動内燃機関）１０２が設けられていて、このピストン往復・燃焼動力機械１０２は、変速機１０４を介在し、例えばカルダン軸１０６又は駆動ベルト又は駆動チェーンを用い、駆動される車輪１０８に駆動力を伝達する。燃焼動力機械１０２の冷却は、循環される冷却媒体を用いて行なわれ、この冷却媒体は、燃焼動力機械の冷却すべき領域における熱を受容し、この熱を別の箇所において空気通流可能な熱交換器１１０を介して再び放出する。

冷却器フィード側の収集容器２０４と冷却器リターン側の収集容器２０６の間に配設されている湾曲された冷却体２０２を備えた、オートバイの燃焼動力機械を冷却するための熱交換器２００が、図２ａでＩＳＯ図として描かれていて、図２ｂは、冷却器フィード側の収集容器２０４に向かう側面図を示し、図２ｃは、湾曲された熱交換器２００を上方から示している。

冷却体２０２は、取付け状態で下方において、側方で傾斜されている吹付け面を有する。ここで冷却体２０２の吹付けられる面は、幾何学形状として、上方の矩形の領域２０８と、下方の台形の領域２１０とから形成されているが、冷却体２０２が、構成空間に適合した例えばＶ形状の別の面を有することも合目的であり得る。冷却体２０２が収集容器２０４、２０６間で長尺側２１２と短尺側２１４を有することが強調される。

冷却体２０２は、冷却器フィード側の収集容器２０４から冷却器リターン側の収集容器２０６へと通流可能な多数のクロスパイプを含んでいて、これらのクロスパイプは、各々、収集容器２０４、２０６との結合のための側方の接続面２１６、２１８と固定結合されている。これらのクロスパイプ並びに側方の接続面２１６、２１８は、金属、特にはアルミニウムのような軽金属又は軽金属合金から成り、互いにロウ付け又は溶接又は接着されている。

側方の接続面２１６、２１８と収集容器２０４、２０６の結合のためにそれらの接続面２１６、２１８は、周回して折曲げ可能な連結具を有し、これらの連結具は、組立状態で、収集容器２０４、２０６の周回する縁部の背後に嵌り込んでいる。側方の接続面２１６、２１８における収集容器２０４、２０６の密閉結合のために、ここでは見ることのできないシールが設けられている。収集容器２０４、２０６は、例えば３０％のガラス繊維を有するＰＡ６.６であるガラス繊維強化ポリアミドのような熱可塑性物質から成っている。冷却器リターン側の収集容器２０６には、熱交換器通流を温度に依存して制御するサーモスタットバルブを受容するためのハウジング２２８が一体式で結合されている。

熱交換器２００の製作は、側方の接続面２１６、２１８を備えていて平坦で湾曲されてない冷却体２０２から出発する。シールを備えた収集容器２０４、２０６が装着され、連結具の折曲げにより固定される。次に冷却体２０２、２０３は、図３に強調されて描かれているように、湾曲され、この際、異なる曲げ抵抗モーメントに基づき、長尺側２１２、３１２が短尺側２１４、３１４よりも大きな曲げをこうむり、その結果、収集容器２０４、２０６、３０４、３０６が接続面２１６、２１８、３１６、３１８と共に捩れている。

プラスチックから成る収集容器２０４、２０６、３０４、３０６は、冷却体２０２、３０２及び接続面２１６、２１８、３１６、３１８の金属材料と比べ、より低い強度値を有し、それに対応し、変形時に発生する応力の本質的な部分を受容するので、接続面２１６、２１８、３１６、３１８と個々の冷却器クロスパイプの結合領域が負荷軽減されている。ここで収集容器２０４、２０６、３０４、３０６のプラスチックは３０〜８０Ｎ／ｍｍ^２の強度値Ｒ_ｍを有し、冷却体２０２、３０２及び接続面２１６，２１８、３１６、３１８は、２００〜６００Ｎ／ｍｍ^２の強度値Ｒ_ｍを有するアルミニウム合金から成るので、冷却体２０２、３０２及び接続面２１６，２１８、３１６、３１８のマテリアルは収集容器２０４、２０６、３０４、３０６の材料よりも２.５〜２０倍の強度を有する。

冷却体２０２、３０２、接続面２１６、２１８、３１６、３１８、及び収集容器２０４、２０６、３０４、３０６の変形時に発生する応力は、特に収集容器において材料に起因し、材料の流れにより、除去される。収集容器における応力除去は、熱を用いて及び／又は収集容器の材料を軟化させる物質を用いて支援され、例えば燃焼動力機械の冷却媒体が、稼動温度に起因して及び／又は含まれているグリコールにより、軟化するように作用する。ここで収集容器２０４、２０６、３０４、３０６の材料の軟化は３０〜４０％で達成される。内部応力の除去は比較的迅速に行なわれ、熱交換器の持続的な機能性に極めて有利に働き、製作時には接続処理が減少され得る。

収集容器２０４、２０６には、自動車両における固定のための固定箇所２２０、及び／又は、ファンシュラウド及びファン、カウリング部分、空気ガイド、及び／又は保護グリッドのような他の要素の固定のための固定箇所２２２、２２４、２２６が備えられている。収集容器２０４、２０６の製造時には組立状態において捩れに起因する移動が予め考慮されるので、全ての固定箇所及び接続箇所が変形後にその規定位置をとることになる。

熱交換器を備えたオートバイを示す図である。２つの収集容器間に配設されている湾曲された冷却体を備えたオートバイ用の熱交換器をＩＳＯ図として示す図である。２つの収集容器間に配設されている湾曲された冷却体を備えたオートバイ用の熱交換器を側面図として示す図である。２つの収集容器間に配設されている湾曲された冷却体を備えたオートバイ用の熱交換器を上方から示す図である。捩られた収集容器接続平面を有し２つの収集容器間に配設されている湾曲された冷却体を備えたオートバイ用の熱交換器を示す図である。

符号の説明

１００オートバイ
１０２ピストン往復・燃焼動力機械
１０４変速機
１０６カルダン軸
１０８車輪
１１０、２００熱交換器
２０２冷却体
２０４、２０６、３０４、３０６収集容器
２０８矩形の領域
２１０台形の領域
２１２、３１２長尺側
２１４、３１４短尺側
２１６、２１８、３１６、３１８接続面
２２２、２２４、２２６他の要素
２２８ハウジング

Claims

自動車両用、特にオートバイ用の熱交換器であって、この熱交換器が、第１収集容器と、第２収集容器と、これらの収集容器間に配設されていて通流可能である湾曲された冷却体とを備え、この冷却体が、それらの収集容器との結合のために側方の接続面を有し、またそれらの収集容器間で長尺側と短尺側を有する、前記熱交換器において、
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）が、冷却体（２０２、３０２）の材料よりも遥かに低い強度値を有する材料から成り、冷却体（２０２、３０２）の長尺側（２１２、３１２）が、曲げの後、短尺側（２１４、３１４）よりも小さい曲げ半径を有し、冷却体（２０２、３０２）の曲げにより、その側方の接続面（２１６、２１８、３１６、３１８）と結合されている収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）が捩れることを特徴とする熱交換器。
冷却体（２０２、３０２）の材料が、収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）の材料の、少なくとも１.５倍、特にほぼ２.５〜２０倍の強度を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
冷却体（２０２、３０２）が金属から成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱交換器。
冷却体（２０２、３０２）が軽金属又はアルミニウム合金のような軽金属合金から成ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
冷却体（２０２、３０２）が、取付け状態で下方において、側方で傾斜されている吹付け面を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）がプラスチックから成ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）がポリアミドのような熱可塑性物質から成ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
冷却体（２０２、３０２）が、その側方の接続面（２１６、２１８、３１６、３１８）において収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）との結合のために折曲げ可能な連結具を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱交換器。
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）が、シールを取り入れながら冷却体（２０２、３０２）と密閉結合されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器。
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）の１つと、熱交換器通流を温度に依存して制御するサーモスタットバルブを受容するためのハウジング（２２８）が一体式で結合されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱交換器。
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）が、自動車両（１００）における固定のため、及び／又は、他の要素の固定のための固定箇所（２２０、２２２、２２４、２２６）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載した熱交換器を製造するための方法において、
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）が、平坦な冷却体（２０２、３０２）と、その側方の接続面（２１６、２１８、３１６、３１８）において結合され、ここで冷却体は、それらの収集容器間に配設されて、長尺側と短尺側を有し、
後続して冷却体（２０２、３０２）の曲げが行なわれ、
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）は、冷却体（２０２、３０２）の材料よりも遥かに低い強度値を有する材料から成り、冷却体（２０２、３０２）の長尺側（２１２、３１２）が、曲げの後、短尺側（２１４、３１４）よりも小さい曲げ半径を有し、冷却体（２０２、３０２）の曲げにより、その側方の接続面（２１６、２１８、３１６、３１８）と結合されている収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）が捩れることを特徴とする方法。
冷却体（２０２、３０２）の曲げの際、及びそれと関連している収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）の捩れの際に発生する応力が、実質的に収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）により受容されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
前記の応力が収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）において材料に起因して除去可能であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）における応力除去が、熱を用いて及び／又は収集容器（２０４、２０６、３０４、３０６）の材料を軟化させる物質を用いて支援されることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。