JP6932428B2 - オイル用熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、車両の変速機などに使用されるオイルをエンジン冷却水などの熱媒体と熱交換させるオイル用熱交換器に関する。

車両に搭載される自動変速機では、回転要素と別の回転要素とを連結するためのクラッチや回転要素を制動するためのブレーキが多く使用されている。クラッチやブレーキには、作動のためのオイル（作動油）を供給する必要がある。また、クラッチやブレーキなどは、回転要素間の差回転を吸収しなければならず、潤滑のためのオイル（潤滑油）の供給を必要とする。

自動変速機の各部に供給されるオイルは、温度（油温）によって粘性が変化する。油温が低すぎると、オイルの粘度が高いため、クラッチやブレーキの作動油圧の立ち上がりが遅れたり、各部での動力損失が増大したりする。また、油温が高すぎると、オイルの劣化や潤滑能力の低下が生じる。そのため、油温は、適温とされる範囲内に保持されることが好ましい。

そこで、車両には、オイル用熱交換器が設けられることがある。オイル用熱交換器は、たとえば、筐体内に複数のエレメントを間隔を空けて積層した構成を有している。各エレメントは、インナフィンを内蔵し、そのインナフィンが収容された内部をオイルが流通可能に構成されている。筐体には、オイルを流入させるオイル流入口およびオイルを流出させるオイル流出口が形成されており、各エレメントの内部は、互いに連通するとともに、オイル流入口およびオイル流出口と連通している。また、筐体には、エンジン冷却水を流入させる冷却水流入口およびエンジン冷却水を流出させる冷却水流出口が形成されている。

オイル流入口から流入するオイルは、各エレメントの内部を流通して、オイル流出口から流出する。その一方で、冷却水流入口から流入するエンジン冷却水は、エレメント間の隙間を流通して、冷却水流出口から流出する。各エレメントの内部を流通するオイルとエレメント間を流通するエンジン冷却水との間でインナフィンを介して熱交換が行われる。すなわち、オイルの油温がエンジン冷却水の水温よりも低いときには、オイルがインナフィンから受熱して温められ、オイルの油温がエンジン冷却水の水温よりも高いときには、オイルがインナフィンに吸熱されて冷やされる。

特開２００２−４７９３５号公報

そのため、インナフィンに形成されているオイル流路の断面積が小さく、インナフィンとオイルとの接触面積が大きいほど、オイル用熱交換器における熱交換効率を上げることができる。その反面、オイル流路がオイルに含まれる金属粉などのダストにより目詰まりしやすくなる。オイル流路の目詰まりが発生すると、オイルが流れにくくなって、オイルが流通するときに流体音が発生し、最終的には、オイル用熱交換器をオイルが流通しなくなるおそれがある。

本発明の目的は、オイル流路の目詰まりが発生した場合にもオイルの流通を確保できる、オイル用熱交換器を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るオイル用熱交換器は、オイルを熱媒体と熱交換させる熱交換器であって、所定方向に間隔を空けて積層した状態に配置され、オイルが流通するオイル流路をそれぞれ有する複数のオイル流通部と、複数のオイル流通部の間に介在され、熱媒体が流通する熱媒体流通部とを備え、複数のオイル流通部には、相対的に小さい断面積で相対的に短いオイル流路を有する第１オイル流通部と、相対的に大きい断面積で相対的に長いオイル流路を有する第２オイル流通部とが含まれる。

この構成によれば、複数のオイル流通部の間に熱媒体流通部が介在されている。すなわち、最小の構成では、オイル流通部の一方側からオイル流通部、熱媒体流通部およびオイル流通部がこの順に積層されている。オイル流通部をオイルが流通し、熱媒体流通部を熱媒体が流通すると、オイルと熱媒体との間で熱の授受が行われる。すなわち、オイルの油温が熱媒体の温度よりも低いときには、オイルが熱媒体から受ける熱により温められて昇温し、オイルの油温が熱媒体の温度よりも高いときには、オイルが熱媒体に熱が奪われることにより冷やされて降温する。そのため、オイルの油温を熱媒体の温度付近に保持することができる。

オイル流通部には、第１オイル流通部と第２オイル流通部とが含まれる。第１オイル流通部のオイル流路は、断面積および長さ（流路長）の両方が相対的に小さく、第２オイル流通部のオイル流路は、断面積および長さ（流路長）の両方が相対的に大きい。

そのため、第１オイル流通部を流通するオイルの流量と第２オイル流通部を流通するオイルの流量とを揃えることができる。こうすることにより、オイル流路にダストによる目詰まりが生じていない状態では、第１オイル流通部および第２オイル流通部の両方にまんべんなくオイルを流通させることができ、オイル用熱交換器の全体を使用してオイルと熱媒体との間での効率のよい熱交換を達成することができる。また、第１オイル流通部のオイル流路で断面積が小さいために目詰まりが発生しても、第２オイル流通部のオイル流路をオイルが流れるので、オイル用熱交換器におけるオイルの流通を確保できる。

第１オイル流通部は、インナフィンを備え、第１オイル流通部のオイル流路は、インナフィンにより形成されていてもよい。

本発明によれば、オイル流路の目詰まりが発生していない状態では、オイル用熱交換機の全体を使用してオイルと熱媒体との間での効率のよい熱交換を達成できる。また、断面積が相対的に小さいオイル流路を有する第１オイル流通部で目詰まりが発生しても、第２オイル流通部におけるオイルの流通を確保でき、オイル用熱交換器とオイルが供給される変速機などとの間でのオイルの流通を確保できる。

本発明の一実施形態に係るオイル用熱交換器の平面図である。 図１に示される切断面線Ａ−Ａにおけるオイル用熱交換器の断面図である。 最上の第１カッププレートの平面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜オイル用熱交換器＞
図１は、本発明の一実施形態に係るオイル用熱交換器１の平面図である。図２は、図１に示される切断面線Ａ−Ａにおけるオイル用熱交換器１の断面図である。

オイル用熱交換器１（オイルウォーマ）は、たとえば、自動変速機に付随して車両に搭載され、自動変速機に使用されるオイル（たとえば、ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）をエンジン冷却水と熱交換させることにより、オイルを冷却または加温するものである。オイル用熱交換器１は、ベースプレート１１、トッププレート１２、ベースカッププレート１３、第１カッププレート１４および第２カッププレート１５を備えている。

ベースプレート１１は、金属厚板からなり、平面視円形状のプレート積層基部２１と、プレート積層基部２１から径方向外側に張り出した平面視略三角形状の２個の取付部２２とを一体的に有している。取付部２２には、ボルト孔２３が形成されており、オイル用熱交換器１は、ボルト孔２３に挿通されるボルト（図示せず）により、車両のエンジンコンパートメント内の所定部に取り付けられる。

トッププレート１２は、ベースプレート１１のプレート積層基部２１の上側に離間して設けられて、オイル用熱交換器１の上面をなす。トッププレート１２は、金属薄板からなり、円形板状の底面部３１と底面部３１の周縁から径方向外側に僅かに拡径しつつ上側に延びる周縁部３２とを一体的に有する略皿状をなしている。底面部３１には、オイル入口３３およびオイル出口３４が互いに１８０°回転対称をなす位置に貫通して形成されている。オイル入口３３およびオイル出口３４には、それぞれオイル流入管３５およびオイル流出管３６が接続されている。また、底面部３１には、冷却水入口および冷却水出口が互いに１８０°回転対称をなし、オイル入口３３およびオイル出口３４に対して９０°ずれた位置に形成されており、冷却水入口および冷却水出口には、それぞれ冷却水流入管３７および冷却水流出管３８（図２参照）が接続されている。

ベースカッププレート１３は、ベースプレート１１上に載置されている。ベースカッププレート１３は、金属薄板からなり、円形板状の底面部４１と底面部４１の周縁から径方向外側に僅かに拡径しつつ上側に延びる周縁部４２とを一体的に有する略皿状をなしている。底面部４１には、位置決め開口４３が形成されており、この位置決め開口４３にベースプレート１１の上面に突設された位置決め突起４４が嵌合することにより、ベースカッププレート１３がベースプレート１１に対して位置決めされている。

第１カッププレート１４および第２カッププレート１５は、トッププレート１２とベースカッププレート１３との間に、トッププレート１２側から第２カッププレート１５および第１カッププレート１４の順で交互に積層されている。第１カッププレート１４および第２カッププレート１５の積層体の下端（ベースカッププレート１３の直上）には、第２カッププレート１５が配置されている。

第１カッププレート１４は、金属薄板からなり、円形板状の底面部５１と底面部５１の周縁から径方向外側に僅かに拡径しつつ上側に延びる周縁部５２とを一体的に有する略皿状をなしている。底面部５１には、オイル入口３３およびオイル出口３４と上下方向（積層方向）に対向する位置に、それぞれ連通口５３，５４が貫通して形成されている。底面部５１における連通口５３，５４の周縁部は、下側に折り曲げられることにより、それぞれ扁平な管状の嵌入部５５，５６を形成している。また、底面部５１には、図示されないが、冷却水入口および冷却水出口と上下方向に対向する位置に、それぞれ上側に隆起した隆起部が形成されており、各隆起部に連通口が貫通して形成されている。

第２カッププレート１５は、金属薄板からなり、円形板状の底面部６１と底面部６１の周縁から径方向外側に僅かに拡径しつつ上側に延びる周縁部６２とを一体的に有する略皿状をなしている。底面部６１には、オイル入口３３およびオイル出口３４と上下方向に対向する位置に、それぞれ上側に隆起した隆起部６３，６４が形成されている。隆起部６３，６４には、それぞれ嵌合口６５，６６が貫通して形成されている。嵌合口６５，６６は、それぞれ第１カッププレート１４の嵌入部５５，５６の外形に対応した形状の周縁を有している。

第１カッププレート１４の周縁部５２と第２カッププレート１５の周縁部６２とは、ろう付けにより、液密に固着されている。また、トッププレート１２の周縁部３２と最上の第２カッププレート１５の周縁部６２とは、ろう付けにより、液密に固着されている。さらに、ベースカッププレート１３の周縁部４２と最下の第２カッププレート１５の周縁部６２とは、ろう付けにより、液密に固着されている。

これにより、相対的に下側の第１カッププレート１４と相対的に上側の第２カッププレート１５との各間およびベースカッププレート１３と最下の第２カッププレート１５との間には、オイルが流通するオイル流通部７１が形成されている。また、相対的に上側の第１カッププレート１４と相対的に下側の第２カッププレート１５との各間およびトッププレート１２と最上の第２カッププレート１５との間には、エンジン冷却水が流通する冷却水流通部７２が形成されている。

第１カッププレート１４の嵌入部５５，５６がそれぞれ第２カッププレート１５の嵌合口６５，６６に上側から嵌合することにより、５層のオイル流通部７１が相互に連通している。また、その５層のオイル流通部７１は、オイル流入管３５およびオイル流出管３６の内部と連通している。同様に、５層の冷却水流通部７２は、相互に連通するとともに、冷却水流入管３７および冷却水流出管３８の内部と連通している。

かかる構成により、オイル流入管３５から各層のオイル流通部７１にオイルが流入し、そのオイルがオイル流通部７１を流通する。そして、オイル流通部７１からオイル流出管３６にオイルが流出する。また、冷却水流入管３７から各層の冷却水流通部７２にエンジン冷却水が流入し、そのエンジン冷却水が冷却水流通部７２を流通する。そして、冷却水流通部７２から冷却水流出管３８に冷却水が流出する。オイルがオイル流通部７１を流通する間に、そのオイルと冷却水流通部７２を流通するエンジン冷却水との間で熱交換が行われる。

熱交換の効率を向上させるため、下４層のオイル流通部７１には、インナフィン７３が設けられている。インナフィン７３は、第１カッププレート１４および第２カッププレート１５に当接している。インナフィン７３としては、たとえば、一般的に知られているオフセットフィンを採用することができる。インナフィン７３が設けられていることにより、オイル流通部７１には、断面積が微小で略直線状に延びる多数のオイル流路７４が形成されている。

なお、図２には、インナフィン７３の一部が図解的に示されている。

＜ラビリンス構造＞
図３は、最上の第１カッププレート１４の平面図である。

最上層のオイル流通部７１には、インナフィン７３が設けられておらず、その代わりに、ラビリンス構造８１が形成されている。

すなわち、最上層のオイル流通部７１には、複数のラビリンス壁部８２が設けられている。複数のラビリンス壁部８２は、連通口５３，５４を通る直線に沿う方向に間隔を空けて、その直線に対して直交する方向に直線状に互いに平行をなして延びている。また、各ラビリンス壁部８２は、第１カッププレート１４の底面部５１に対して垂直に立ち上がり、その下端が底面部５１に溶着されている。各ラビリンス壁部８２の上端は、第２カッププレート１５に下側から当接する。さらに、連通口５３，５４を通る直線に対する一方側の端が第１カッププレート１４の周縁部５２に接続され、他方側の端が周縁部５２に接続されてないラビリンス壁部８２と、連通口５３，５４を通る直線に対する一方側の端が第１カッププレート１４の周縁部５２に接続されず、他方側の端が周縁部５２に接続されたラビリンス壁部８２とが交互に並んでいる。これにより、複数のラビリンス壁部８２によるラビリンス構造８１が形成されている。

そして、このラビリンス構造８１により、最上層のオイル流通部７１には、オイルが流入する連通口５３とオイルが流出する連通口５４との間に、クランク状に屈曲するオイル流路８３が形成されている。オイル流路８３は、インナフィン７３が形成するオイル流路７４よりも断面積が大きく、かつ、その長さが長い。

＜作用効果＞
以上のように、オイル用熱交換器１には、オイル流通部７１と冷却水流通部７２とが交互に積層されている。オイル流通部７１をオイルが流通し、冷却水流通部７２をエンジン冷却水が流通すると、オイルとエンジン冷却水との間で熱の授受が行われる。すなわち、オイルの油温がエンジン冷却水の温度よりも低いときには、オイルがエンジン冷却水から受ける熱により温められて昇温し、オイルの油温がエンジン冷却水の温度よりも高いときには、オイルがエンジン冷却水に熱が奪われることにより冷やされて降温する。そのため、オイルの油温をエンジン冷却水の温度付近に保持することができる。

オイル流通部７１には、インナフィン７３が設けられたオイル流通部７１と、ラビリンス構造８１が設けられたオイル流通部７１とが含まれる。具体的には、下４層のオイル流通部７１には、インナフィン７３が設けられ、最上層のオイル流通部７１には、ラビリンス構造８１が設けられている。これにより、下４層のオイル流通部７１のオイル流路７４は、断面積および長さ（流路長）の両方が相対的に小さく、最上層のオイル流通部７１のオイル流路８３は、断面積および長さの両方が相対的に大きい。

そのため、ラビリンス構造８１の設計により、下４層のオイル流通部７１を流通するオイルの流量と最上層のオイル流通部７１を流通するオイルの流量とを揃えることができる。こうすることにより、オイル流路にダストによる目詰まりが生じていない状態では、下４層のオイル流通部７１および最上層のオイル流通部７１の両方にまんべんなくオイルを流通させることができ、オイル用熱交換器１の全体を使用してオイルとエンジン冷却水との間での効率のよい熱交換を達成することができる。また、下４層のオイル流通部７１のオイル流路で断面積が小さいために目詰まりが発生しても、最上層のオイル流通部７１のオイル流路をオイルが流れるので、オイル用熱交換器１におけるオイルの流通を確保できる。その結果、オイル用熱交換器１とオイルが供給される自動変速機との間でのオイルの流通を確保できる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、オイル用熱交換器１が自動変速機に使用されるオイルを冷却または加温するものであるとしたが、オイル用熱交換器１は、自動変速機に使用されるオイル専用ではなく、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）用のオイル、エンジンオイル、デファレンシャルオイルなど、自動変速機に使用されるオイル以外のオイルを冷却または加温するために用いられてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：オイル用熱交換器
７１：オイル流通部
７２：冷却水流通部（熱媒体流通部）
７３：インナフィン（第１オイル流通部）
７４：オイル流路
８１：ラビリンス構造（第２オイル流通部）
８３：オイル流路

Claims (1)

1. オイルを熱媒体と熱交換させる熱交換器であって、
   所定方向に間隔を空けて積層した状態に配置され、オイルが流通するオイル流路をそれぞれ有する複数のオイル流通部と、
   前記複数のオイル流通部の間に介在され、熱媒体が流通する熱媒体流通部とを備え、
   前記複数のオイル流通部には、
   相対的に小さい断面積で相対的に短い前記オイル流路を有する第１オイル流通部と、
   相対的に大きい断面積で相対的に長い前記オイル流路を有する第２オイル流通部とが含まれ、
   トッププレートとベースカッププレートとの間に、第１カッププレートおよび第２カッププレートが前記トッププレート側から前記第２カッププレートおよび前記第１カッププレートの順で交互に積層され、当該前記第１カッププレートおよび前記第２カッププレートの積層体とベースカッププレートとの間には、第２カッププレートが配置されており、
   相対的に下側の前記第１カッププレートと相対的に上側の前記第２カッププレートとの各間および前記ベースカッププレートと最下の前記第２カッププレートとの間に、前記オイル流通部が形成され、
   相対的に上側の前記第１カッププレートと相対的に下側の前記第２カッププレートとの各間および前記トッププレートと最上の前記第２カッププレートとの間に、前記熱媒体流通部が形成され、
   前記第１オイル流通部には、前記第１カッププレートおよび前記第２カッププレートに当接するインナフィンが設けられ、
   前記トッププレート側の最上層のオイル流通部のみが前記第２オイル流通部であり、
   前記第２オイル流通部は、前記第１カッププレートおよび前記第２カッププレートに当接するインナフィンを備えておらず、
   前記トッププレートには、オイル流入管が接続されるオイル入口およびオイル流出管が接続されるオイル出口が形成され、
   前記第２オイル流通部は、前記オイル流入管および前記オイル流出管の内部と連通し、
   前記オイル流通部は、相互に連通している、オイル用熱交換器。

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