专利名称：中间冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对内燃机吸入的燃烧用的空气(吸气)进行冷却的中间冷却器。
背景技术：
在大型卡车用的带增压器的内燃机中，目前增压气压多数设定为180KPa左右。(另外，在本说明书中记载的压力全部为表压)。而且，在这样的条件下使用的中间冷却器一般为铝制的。(例如，参照特开平10-292996号公报)然而，为了应对大型卡车用内燃机今后的排气限制变严格，正研究使增压气压增高的方案，与此伴随着要求中间冷却器的耐压性以及耐热性大幅提高。
但是，在铝制的中间冷却器的情况，由于铝变成高温后强度显著下降，所以需要大幅提高板厚。所以，需要变更材质。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种在增压气压比目前情况高的时候或者变更材质的时候，求得作为中间冷却器能够得到高性能的条件，由此谋求中间冷却器的性能的提高的中间冷却器。
为了达成上述目的，在本发明中间冷却器，其配置在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧，用于使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气，其具备在内部形成吸气流动的流路的管道10、和配置在管道10内的将管路10内的流路分割成多个细流路100而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片11(inner fin)，在内散热片11是其分割细流路100的壁面110沿吸气的流动方向呈直线延伸的直散热片、且增压气压为200KPa以上的中间冷却器中，在将1个管道10内的截面积设为S，将1个管道10的细流路100的合计流路面积设为Swa，将1个细流路100的当量圆(相当圆)直径设为de(单位mm)时，de/(S/Swa)为0.2～7.5。
另外，在将管道10的层叠方向高度设为Th，将管道10的板厚设为tt，将内散热片11的板厚设为ti时，本说明书中的当量圆直径de由de＝4×(Th-2×tt-ti)×(d/2-ti)/{2×[(Th-2×tt-ti)+(d/2-ti)])定义。
然而，本发明者们研究的结果，知道实际车的发动机输出Ps与中间冷却器出口侧的增压气密度成比例。所以，本发明者们研究从增压气密度与细流路的当量圆直径de的关系求得中间冷却器的散热器热散管(core)的最佳规格。但是，可知增压气密度最大的当量圆直径de的值随着中间冷却器的板厚而变化，用当量圆直径de的值作为参数求得中间冷却器的散热器热散管的最佳规格并不合适。
所以，本发明者们进行进一步研究的结果，证实de/(S/Swa)作为参数的时候，增压气密度最大的de/(S/Swa)的值难以受到内散热片的影响。所以，将de/(S/Swa)作为参数可以求得中间冷却器的散热器热散管的最佳规格。
而且，根据本发明，在内散热片为直散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.2～7.5，可以得到增压气密度为最大值的90％以上的高性能的中间冷却器。
而且，根据本发明，在内散热片为直散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.3～4.5，可以得到增压气密度为最大值的95％以上的更高性能的中间冷却器。
更进一步，根据本发明，在内散热片为直散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.5～3.5，可以得到增压气密度为最大值的97％以上的极高性能的中间冷却器。
在本发明中，在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧配置并使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气的中间冷却器，其具备在内部形成吸气流动的流路的管道10、和配置在管道10内将管路10内的流路分割成多个细流路100而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片11，在内散热片11是其分割细流路100的壁面110沿吸气的流动方向呈直线延伸的直散热片、且在管道10以及内散热片11由铜或者铜合金构成的中间冷却器中，当将1个管道10内的截面积设为S，将1个管道10的细流路100的合计流路面积设为Swa，将1个细流路100的当量圆直径设为de(单位mm)的时候，de/(S/Swa)为0.2～7.5。
由此，在内散热片为直散热片、管道以及内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器时候，由于将de/(S/Swa)设为0.2～7.5，可以得到增压气密度为最大值的90％以上的高性能的中间冷却器。
而且，根据本发明，在内散热片为直散热片、管道以及内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器时候，由于将de/(S/Swa)设为0.3～4.5，可以得到增压气密度为最大值的95％以上的更高性能的中间冷却器。
更进一步，根据本发明，在内散热片为直散热片、管道以及内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器时候，由于将de/(S/Swa)设为0.5～3.5，可以得到增压气密度为最大值的97％以上的极高性能的中间冷却器。
在本发明中，在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游配置并使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气的中间冷却器，其具备在内部形成吸气流的流路的管道10、和配置在管道10内将管路10内的流路分割成多个细流路100而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片11，在内散热片11是其分割细流路100的壁面110沿吸气的流动方向呈交错状配置的偏置散热片、且增压气压为200KPa以上的中间冷却器中，在将1个管道10内的截面积设为S，将1个管道10的细流路100的合计流路面积设为Swa，将1个细流路100的当量圆直径设为de(单位mm)的时候，de/(S/Swa)为0.4～9.5。
由此，在内散热片为偏置散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.4～9.5，可以得到增压气密度为最大值的90％以上的高性能的中间冷却器。
而且，根据本发明，在内散热片为偏置散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.6～7.2，可以得到增压气密度为最大值的95％以上的更高性能的中间冷却器。
更进一步，根据本发明，在内散热片为偏置散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.8～6.2，可以得到增压气密度为最大值的97％以上的极高性能的中间冷却器。
在本发明中，在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧配置并使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气的中间冷却器，其具备在内部形成吸气流动的流路的管道10、和配置在管道10内将管路10内的流路分割成多个细流路100而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片11，在内散热片11是其分割细流路100的壁面110沿吸气的流动方向呈交错状配置的偏置散热片、且在管道10以及内散热片11由铜或者铜合金构成的中间冷却器中，当将1个管道10内的截面积设为S，将1个管道10的细流路100的合计流路面积设为Swa，将1个细流路100的当量圆直径设为de(单位mm)的时候，de/(S/Swa)为0.4～9.5。
由此，当内散热片为偏置散热片、管道以及内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.4～9.5，可以得到增压气密度为最大值的90％以上的高性能的中间冷却器。
而且，根据本发明，当内散热片为偏置散热片、管道以及内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.6～7.2，可以得到增压气密度为最大值的95％以上的更高性能的中间冷却器。
更进一步，根据本发明，当内散热片为偏置散热片、管道以及内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器的时候，由于将de/(S/Swa)设为0.8～6.2，可以得到增压气密度为最大值的97％以上的极高性能的中间冷却器。
而且，根据本发明，由于内散热片11的板厚设为低于0.15mm，可以确保内散热片的必要的强度的同时，可以在高性能的范围内使用。
另外，上述各机构的符号表示后述的实施方式中记载的具体的机构之间的对应关系。
本发明，如下所述，通过参照附图对发明的优选的实施方式的说明可以充分被理解。
图1是第1实施方式的中间冷却器的主视图。
图2是图1的A部的放大图。
图3是图2的沿B-B线的截面图。
图4是表示第1实施方式的使用直散热片时的散热器热散管1的性能的计算结果的图。
图5是表示第1实施方式的使用偏置散热片时的散热器热散管1的性能的计算结果的图。
图6是表示第2实施方式的应力(S)与其耐反复次数的关系的曲线图。
图7是表示第2实施方式的内散热片11的板厚ti和加在其内散热片11的粘结部的应力之间的关系的特性图。
图8是表示第2实施方式的变更内散热片11的板厚ti时的中间冷却器的性能的计算结果的图。
具体实施例方式
(第1实施方式)下面，对本发明的第1实施方式加以说明。图1是第1实施方式的中间冷却器的主视图，图2是图1的A部的放大图，图3是沿图2的B-B线的截面图。
本实施方式的中间冷却器，被配置在给内燃机(没有图示)的吸气加压的增压器(没有图示)的吸气流的下游一侧，并使吸气和冷却风进行热交换而冷却吸气。另外，冷却风与本发明的冷却流体相当。
如图1～图3所示，中间冷却器的散热器热散管1，具备被层叠多个配置并在内部形成吸气流动的流路的扁平状管道10、配置在管道10内的内散热片11、配置在层叠的管道10之间的外散热片12(out fin)。
构成散热器热散管1的部件，即管道10、内散热片11、以及外散热片12均是由铜或者铜合金构成。更详细而言，构成散热器热散管1的部件优选使用高温强度高的材料，例如添加铬的铜合金适合。
外散热片12呈波状地与管道10接合，而促进在管道10间流动的冷却风和在管道10内流动的吸气之间的热交换。另外，在外散热片12中，为了防止空气的流动混乱而导致温度边界层成长，设置其一部分掀起百叶窗状的通风窗(没有图示)。
内散热片11呈波状地与管道10接合，而促进冷却风和吸气之间的热交换。另外，内散热片11具有连接管道10的对向面的多个壁面110，通过此壁面110将管道10内的流路分割成多个细流路100。另外，在内散热片11中没有设置通风窗。
在管道10的长度方向两端侧设置有沿管道10的层叠方向延伸并与各管道10连通的联管水室2、3。一方的联管水室2的入口部20连接在增压器上，并将从增压器加压输送来的吸气向各管道10分配供给。另一方的联管水室3的出口部30连接在内燃机的吸气口(port)上，将由管道10流出的吸气集合回收并向内燃机的吸气口送出。联管水室2、3均由铜或者铜合金构成。
根据本实施方式，由于作为中间冷却器用材料使用铜或者铜合金，可以提高高温强度的同时，由于铜具有铝的约2倍的强度，可以将板厚做薄。
所以，对于上述构成的本实施方式的中间冷却器，通过计算变更内散热片11的板厚ti(参照图3，单位mm)时的散热器热散管1的性能而求得，进行散热器热散管1的最佳规格的研究。
此研究是在以下的条件下进行的。首先，中间冷却器的规格如下。内散热片11是其壁面110沿在管道10内的吸气的流动方向呈直线延伸的直散热片。
散热器热散管1的宽度为596.9mm，高度为886mm，厚度为56mm。另外，散热器热散管1的宽度为图1的纸面左右方向的尺寸，散热器热散管1的高度为图1的纸面上下方向的尺寸，散热器热散管1的厚度为与图1的纸面垂直的方向的尺寸。
管道10的高度Th(参照图3)为5.9mm，厚度为56mm，板厚tt(参照图3)为0.3mm。另外，管道高度Th为图1的纸面上下方向的尺寸，管道10的厚度为与图1的纸面垂直的方向的尺寸。外散热片12的散热片间距为4.0mm，板厚为0.05mm。
而且，散热器热散管1的性能计算的条件如下。在流入中间冷却器的时刻的冷却风的温度为30℃，冷却风的风速为8m/s，在联管水室2的入口部20的增压气(吸气)的温度为180℃，在联管水室2的入口部20的增压气的压力为200KPa，增压气的质量流量为2000Kg/hr。
图4表示散热器热散管1的性能计算结果，纵轴为通过中间冷却器后的增压气的密度ρ，横轴为本发明者们研究采用的修正当量圆直径。另外，将1个管道10内的相对于吸气流动方向垂直的面的截面积设为S，1个管道10的细流路100的合计流路面积设为Swa，1个细流路100的当量圆直径设为de(单位mm)的时候，修正当量圆直径为de/(S/Swa)。
由图4可知，修正当量圆直径设为参数的时候，增压气密度ρ为最大值的修正当量圆直径的值很难受到内散热片11的板厚ti的影响，所以，可以将修正当量圆直径作为参数求得散热器热散管1的最佳规格。
具体而言，内散热片11为直散热片，增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候、或者内散热片为直散热片，管道10以及内散热片11由铜或者铜合金构成的中间冷却器的时候，由于将修正当量圆直径设为0.2～7.5，增压气密度ρ变为最大值的90％以上，由于将修正当量圆直径设为0.3～4.5，增压气密度ρ变为最大值的95％以上，通过将修正当量圆直径设为0.5～3.5，而增压气密度ρ变为最大值的97％以上。
接着，作为内散热片11使用偏置散热片的时候，进行散热器热散管1的最佳规格的研究。所谓偏置散热片，众所周知，指的是壁面110沿在管道10内的吸气的流动方向呈交错状配置。另外，其他的条件与上述的研究例相同。
图5表示其计算结果，内散热片11为偏置散热片，增压气压为200KPa以上的中间冷却器的时候，或者，内散热片为偏置散热片，管道10以及内散热片11由铜或者铜合金构成的中间冷却器的时候，由于将修正当量圆直径设为0.4～9.5，增压气密度ρ变为最大值的90％以上，由于将修正当量圆直径设为0.6～7.2，增压气密度ρ变为最大值的95％以上，由于将修正当量圆直径设为0.8～6.2，增压气密度ρ变为最大值的97％以上。
(第2实施方式)接着，对本发明的第2实施方式根据图6～图8加以说明。对于与上述第1实施方式同样的部分用同一符号标记并省略说明。
在本实施方式中，，作为内散热片11使用偏置散热片，在管道10以及内散热片11由铜或者铜合金构成的中间冷却器中，对内散热片11的板厚ti进行研究的结果，得出合适的板厚ti的范围。
图6是表示应力(S)及其耐反复次数(N)的关系的曲线图，纵轴为应力振幅，横轴为直到断裂为止的反复数N。
首先，通过图6求得铜以及铝的疲劳极限。所谓疲劳极限，是即使无限地反复可认为不断裂的应力的最大值。另外，由于在铝中疲劳极限不存在，在本实施方式中，将铜和铝一起反复107次数后没有断裂的最大应力设为疲劳极限。
而且，在图6中，通过先前求得的疲劳极限，分别算出铜以及铝的设计应力的结果，铜的时候为80MPa，铝的时候为30MPa。
然而，在内散热器11中，在与管道10的内壁的粘结部产生最大的应力。所以从加在此粘结部的应力和先前得出的设计应力，求得对于铜以及铝各自的时候内散热片11的板厚的极限。
图7表示内压200KPa负载时的内散热片11的板厚ti、和加在其内散热片11的粘结部的应力的关系的特性图，纵轴为加在内散热片11的与管道10内壁的粘结部的应力，横轴为内散热片11的板厚ti。
如图7所示，由于铜的时候的设计应力为80MPa，内散热片11的极限板厚为0.02mm。与此相对，由于为铝的时候的设计应力为30MPa，内散热片11的极限板厚为0.15mm。
为此，通过计算变更内散热片11的板厚ti的时候的中间冷却器的性能而得出。图8表示本第2实施方式的中间冷却器的性能的计算结果，纵轴为通过中间冷却器后的增压气的密度ρ，横轴为内散热片11的板厚ti。
由图8可知，内散热片11的板厚ti低于0.15mm的时候，存在中间冷却器成为高性能的范围。而且，中间冷却器的性能，通过将内散热片11的板厚ti做薄可以得到高性能的中间冷却器。
但是，内散热片11是由铝构成的时候，由于板厚极限为0.15mm没有实用性。所以，内散热片11由铜构成，且，通过将内散热片11的板厚ti设为低于0.15mm，可以确保中间冷却器的必要的强度的同时，可以在成为高性能的范围使用。
(其他的实施方式)在上述的第1实施方式中，构成散热器热散管1的部件采用铜或者铜合金制，但是构成散热器热散管1的部件采用铜或者铜合金以外的材质的中间冷却器，例如即使采用铝制的中间冷却器，本发明可以适用。
本发明可知，参照为了说明而选定的特定的实施方式加以说明的同时，不脱离本发明的基本概念以及范围的基础上，本领域的技术人员可以进行除此以外的多个变形。
权利要求
1.一种中间冷却器，其配置在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧，用于使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气，其特征在于具备在内部形成供吸气流动的流路的管道、和配置在前述管道内的用于将前述管路内的流路分割成多个细流路而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片；在前述内散热片是用于分割前述细流路的壁面沿吸气的流动方向呈直线延伸的直散热片、且增压气压为200KPa以上的中间冷却器中，当将1个前述管道内的截面积设为S、将1个前述管道的前述细流路的合计流路面积设为Swa、将1个前述细流路的当量圆直径设为de时，de/(S/Swa)为0.2～7.5，其中de单位为mm。
2.如权利要求1所述的中间冷却器，其特征在于de/(S/Swa)为0.3～4.5。
3.如权利要求1所述的中间冷却器，其特征在于de/(S/Swa)为0.5～3.5。
4.一种中间冷却器，其配置在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧，用于使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气，其特征在于具备在内部形成供吸气流动的流路的管道、和配置在前述管道内的用于将前述管路内的流路分割成多个细流路而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片；在前述内散热片是用于分割前述细流路的壁面沿吸气的流动方向呈直线延伸的直散热片、且前述管道以及前述内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器中，当将1个前述管道内的截面积设为S、将1个前述管道的前述细流路的合计流路面积设为Swa、将1个前述细流路的当量圆直径设为de时，de/(S/Swa)为0.2～7.5，其中de单位为mm。
5.如权利要求4所述的中间冷却器，其特征在于，de/(S/Swa)为0.3～4.5。
6.如权利要求4所述的中间冷却器，其特征在于，de/(S/Swa)为0.5～3.5。
7.一种中间冷却器，其配置在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧，用于使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气，其特征在于具备在内部形成供吸气流动的流路的管道、和配置在前述管道内的用于将前述管路内的流路分割成多个细流路而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片；在前述内散热片是用于分割前述细流路的壁面沿吸气的流动方向呈交错状配置的偏置散热片、且增压气压为200KPa以上的中间冷却器中，当将1个上述管道内的截面积设为S、将1个前述管道的前述细流路的合计流路面积设为Swa、将1个前述细流路的当量圆直径设为de时，de/(S/Swa)为0.4～9.5，其中de单位为mm。
8.如权利要求7所述的中间冷却器，其特征在于，de/(S/Swa)为0.6～7.2。
9.如权利要求7所述的中间冷却器，其特征在于，de/(S/Swa)为0.8～6.2。
10.一种中间冷却器，其配置在给内燃机的吸气加压的增压器的吸气流的下游侧，用于使吸气和冷却流体进行热交换而冷却吸气，其特征在于具备在内部形成供吸气流动的流路的管道、和配置在前述管道内的用于将前述管路内的流路分割成多个细流路而促进吸气和冷却流体的热交换的内散热片；在前述内散热片是用于分割前述细流路的壁面沿吸气的流动方向呈交错状配置的偏置散热片、且前述管道以及前述内散热片由铜或者铜合金构成的中间冷却器中，当将1个上述管道内的截面积设为S、将1个前述管道的前述细流路的合计流路面积设为Swa、将1个前述细流路的当量圆直径设为de时，de/(S/Swa)为0.4～9.5，其中de单位为mm。
11.如权利要求10所述的中间冷却器，其特征在于，de/(S/Swa)为0.6～7.2。
12.如权利要求10所述的中间冷却器，其特征在于，de/(S/Swa)为0.8～6.2。
13.如权利要求10所述的中间冷却器，其特征在于，前述内散热片的板厚低于0.15mm。
全文摘要
本发明提供一种中间冷却器，其具备在内部形成内燃机的吸气流动的流路的管道(10)、和将管路(10)内的流路分成多个细流路(100)的内散热片(11)，在此中间冷却器中，将1个管道(10)内的截面积设为S、将1个管道(10)的细流路(100)的合计流路面积设为Swa、将1个细流路(100)的当量圆直径设为de(单位mm)，而以de/(S/Swa)作为参数求得中间冷却器的散热器热散管的最佳规格。例如，在内散热片(11)为直散热片、增压气压为200KPa以上的中间冷却器时，通过将de/(S/Swa)设为0.2～7.5，可以得到高性能的中间冷却器。
文档编号F02M31/20GK1740545SQ20051009262
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月19日 优先权日2004年8月26日
发明者渡边晴彦, 山中保利 申请人:株式会社电装