JP2012026407A - インタークーラ - Google Patents

Abstract

【課題】吸気に対する流通抵抗を低く維持しつつも、放熱性能を向上できるインタークーラを提供する。
【解決手段】インナーフィン１１４の波形は、第１壁面１１４ａと、第２壁面１１４ｂとによって形成されており、第１壁面１１４ａが、吸気の流れ方向に直線状に形成され、第１壁面１１４ａの接続方向における中間部に、扁平長辺方向に突出する突部１１４ｃ、１１４ｄを設ける。突部１１４ｃ、１１４ｄにおける長さ比ｘ／Ｆｈ、および突出比ｙ／Ｆｗが、図８の斜線で示す領域内の値となるように設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関用の吸気が流通するチューブ内にインナーフィンが設けられたインタークーラに関するものである。

従来、インタークーラのチューブ内に配設されるインナーフィンとして、例えば特許文献１に示されるように、断面形状が波形を成しており、チューブ内流路を細流路に分割する壁面が吸気の流れ方向に直線的に延びるストレートフィンが使用されたものが知られている。

特開２００６−９０３０５号公報

上記のようなストレートフィンは、吸気に対する流通抵抗が比較的小さく、低圧損のインタークーラとすることができる。しかしながら、ストレートフィンにおいては、チューブ内を細流路に分割する壁面、およびチューブの内面に接合される接合壁面が単純な平面によって形成されており、これら各壁面には吸気流れにおける境界層が形成されやすく、放熱性能を充分に引き出すことができないという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、吸気に対する流通抵抗を低く維持しつつも、放熱性能を向上できるインタークーラを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、内燃機関に吸入される吸気が扁平チューブ（１１１）内を流通し、吸気を外部流体によって冷却するインタークーラであって、
扁平チューブ（１１１）内には、インナーフィン（１１４）が配設されており、
インナーフィン（１１４）は、対向する扁平チューブ（１１１）の扁平長辺方向に沿う長辺側面（１１１ａ）の間を接続する接続方向に配置される第１壁面（１１４ａ）と、第１壁面（１１４ａ）の端部から長辺側面（１１１ａ）に沿うように接続される第２壁面（１１４ｂ）とが繰り返し扁平長辺方向に連続されて断面形状が波形に形成されており、
第１壁面（１１４ａ）が、吸気の流れ方向に直線状に形成され、
接続方向における第１壁面（１１４ａ）の中間部には、扁平長辺方向に突出する突部（１１４ｃ、１１４ｄ）が設けられ、
突部（１１４ｃ、１１４ｄ）の接続方向の寸法を、突部長さ寸法ｘ、
突部（１１４ｃ、１１４ｄ）の第１壁面（１１４ａ）から突出する寸法を、突出寸法ｙ、
第１壁面（１１４ａ）の接続方向の寸法を、高さ寸法Ｆｈ、
第２壁面（１１４ｂ）の扁平長辺方向の寸法を、幅寸法Ｆｗ、
高さ寸法Ｆｈに対する突部長さ寸法ｘの比を、長さ比ｘ／Ｆｈ、
幅寸法Ｆｗに対する突出寸法ｙの比を、突出比ｙ／Ｆｗ、とし、
２軸座標において、長さ比ｘ／Ｆｈを横軸に、突出比ｙ／Ｆｗを縦軸に当てはめたとき、
長さ比ｘ／Ｆｈ、および突出比ｙ／Ｆｗは、
２軸座標上の
ｘ／Ｆｈ＝０ 、 ｙ／Ｆｗ＝０
ｘ／Ｆｈ＝０．８９、 ｙ／Ｆｗ＝０．０５
ｘ／Ｆｈ＝１．０、 ｙ／Ｆｗ＝０．１
ｘ／Ｆｈ＝０．８７、 ｙ／Ｆｗ＝０．１５
ｘ／Ｆｈ＝０．７７、 ｙ／Ｆｗ＝０．２
ｘ／Ｆｈ＝０．６４、 ｙ／Ｆｗ＝０．２５
ｘ／Ｆｈ＝０ 、 ｙ／Ｆｗ＝０．４
の各点を上記の順に結んだ線分と、縦軸とによって囲まれた領域内の値となるように設定されたことを特徴としている。

この発明によれば、第１壁面（１１４ａ）が吸気の流れ方向に直線状に形成されたストレートタイプのインナーフィンとしているので、吸気に対する流通抵抗を低く維持することができる。そして、第１壁面（１１４ａ）に設けられた突部（１１４ｃ、１１４ｄ）によって、扁平チューブ（１１１）内を流れる吸気を、第２壁面（１１４ｂ）側、および第２壁面（１１４ｂ）に対して波形が開口する方向の扁平チューブ（１１１）の内面（１１１ｃ）側に偏向させて流すことができるので、第２壁面（１１４ｂ）、および扁平チューブ（１１１）の内面（１１１ｃ）に形成される境界層を乱し、境界層の厚さを薄くすることができ、吸気側における熱伝達率を向上させて、放熱性能を向上させることができる。

本発明では、長さ比ｘ／Ｆｈ、および突出比ｙ／Ｆｗを上記領域内の値となるようにすることで（後述する図８）、境界層の厚さを薄くして、後述する図７のように、放熱性能および吸気圧損で表わされる過給気密度をより大きく取ることができ、吸気に対する流通抵抗を低く維持しつつも、放熱性能を向上できるインナーフィンとすることができる。

請求項２に記載の発明では、突出比ｙ／Ｆｗは、０．１であり、
長さ比ｘ／Ｆｈは、０．４３〜０．８７であることを特徴としている。

この発明によれば、上記請求項１に記載の発明に対して、後述する図７のように、突出比ｙ／Ｆｗを０．１とした場合に、他の突出比ｙ／Ｆｗの設定に対して、過給気密度比が一番大きくなるポイントがあり、長さ比ｘ／Ｆｈを０．４３〜０．８７の間に設定することで、より好適な過給気密度を得ることができる。

請求項３に記載の発明では、突部（１１４ｃ、１１４ｄ）は、第１壁面（１１４ａ）が扁平長辺方向の一方側からへこまされることによって、他方側に突出するように形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、ローラ加工やプレス加工等によって、容易に突部（１１４ｃ、１１４ｄ）を形成することができる。

請求項４に記載の発明では、突部（１１４ｃ、１１４ｄ）は、接続方向に細長に形成されたこと、あるいは接続方向に複数形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、吸気に対する偏向作用を高めることができるので、効果的に境界層を乱すことができる。

請求項５に記載の発明では、突部（１１４ｃ、１１４ｄ）は、接続方向に細長に形成された長円であることを特徴としている。

この発明によれば、加工が容易で、偏向作用の高い突部（１１４ｃ、１１４ｄ）とすることができる。

請求項６に記載の発明では、内燃機関に吸入される吸気が扁平チューブ（１１１）内を流通し、吸気を外部流体によって冷却するインタークーラであって、
扁平チューブ（１１１）内には、インナーフィン（１１４）が配設されており、
インナーフィン（１１４）は、対向する扁平チューブ（１１１）の扁平長辺方向に沿う長辺側面（１１１ａ）の間を接続する接続方向に配置される第１壁面（１１４ａ）と、第１壁面（１１４ａ）の端部から長辺側面（１１１ａ）に沿うように接続される第２壁面（１１４ｂ）とが繰り返し扁平長辺方向に連続されて断面形状が波形に形成されており、
第１壁面（１１４ａ）が、吸気の流れ方向に直線状に形成され、
第２壁面（１１４ｂ）には、第２壁面（１１４ｂ）に対して波形が開口する方向に突出する突部（１１４ｇ）が設けられたことを特徴としている。

この発明によれば、第１壁面（１１４ａ）が吸気の流れ方向に直線状に形成されたストレートタイプのインナーフィンとしているので、吸気に対する流通抵抗を低く維持することができる。そして、第２壁面（１１４ｂ）に設けられた突部（１１４ｇ）によって、第２壁面（１１４ｂ）に近接する吸気の流れを乱すことができる。よって、この乱れによって第２壁面（１１４ｂ）に形成される境界層を乱し、境界層の厚さを薄くすることができるので、吸気側における熱伝達率を向上させて、放熱性能を向上させることができる。

請求項７に記載の発明では、突部（１１４ｇ）は、第２壁面（１１４ｂ）が扁平チューブ（１１１）の中心側にへこまされることによって、第２壁面（１１４ｂ）に対して波形が開口する方向に突出するように形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、ローラ加工やプレス加工等によって、容易に突部（１１４ｇ）を形成することができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態におけるインタークーラを示す正面図である。 図１のII−II部におけるアウターフィン、扁平チューブおよびインナーフィンを示す断面図である。 インナーフィンにおける突部を示す斜視図である。 インナーフィンにおける突部を示す正面図および側面図である。 インナーフィンおよび突部の各部寸法を示す側面図である。 インナーフィンおよび突部の各部寸法を示す正面図である。 長さ比と過給気密度比との関係を示すグラフである。 長さ比および突出比の好適な選定領域を示すグラフである。 チューブ内における吸気の流速分布を示すモデル図である。 その他の突部の形状を示す図である。 第２実施形態におけるインナーフィンおよび突部を示す斜視図である。 その他のインタークーラを示す正面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本実施形態は、比較的チューブが長く、またチューブの本数が少なく設定された空冷式のインタークーラ１００Ａに適用したものであり、以下、基本構成について図１〜図９を用いて詳細に説明する。図１はインタークーラ１００Ａを示す正面図、図２は図１のII−II部におけるアウターフィン１１２、扁平チューブ１１１およびインナーフィン１１４を示す断面図、図３、図４はインナーフィン１１４における突部１１４ｃ、１１４ｄを示す斜視図、正面図および側面図、図５、図６はインナーフィン１１４および突部１１４ｃ、１１４ｄの各部寸法を示す側面図および正面図、図７は長さ比ｘ／Ｆｈと過給気密度比との関係を示すグラフ、図８は長さ比ｘ／Ｆｈおよび突出比ｙ／Ｆｗの好適な選定領域を示すグラフ、図９は扁平チューブ１１１内における吸気の流速分布を示すモデル図である。

インタークーラ１００Ａは、図１、図２に示すように、ターボチャージャー（過給機）によって加圧された後に車両用エンジン（内燃機関）に吸入される燃焼用空気（以下、吸気あるいは過給気）を外部流体としての冷却空気との熱交換により冷却する熱交換器である。このインタークーラ１００Ａは、主にコア部１１０と一対のヘッダタンク１２０、１３０とを有している。以下説明する各部材は、熱伝導性に優れるアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されており、各部材の当接部がろう付け、溶接、あるいはかしめ等により接合されている。

コア部１１０は、内部にインナーフィン１１４が挿入された扁平チューブ１１１と、アウターフィン１１２とが交互に積層され、アウターフィン１１２の更に外方にサイドプレート１１３が配設されて形成されている。

扁平チューブ（以下、チューブ）１１１は、内部を吸気が流通する管部材であり、限られたスペース内でできる限り断面面積を大きくして、吸気の流通抵抗を低減させるために、長手方向に直交する横断面形状が略扁平四角状を成すように形成されている。チューブ１１１は、扁平断面の長辺方向に沿う長辺側面１１１ａと、扁平断面の短辺方向に沿う短辺側面１１１ｂとを有している。チューブ１１１の内側の面は、以下、内面１１１ｃと呼ぶことにする。また、チューブ１１１における扁平断面の長辺方向を単に「長辺方向」、扁平断面の短辺方向を単に「短辺方向」と呼ぶことにする。

アウターフィン１１２は、薄肉の平板材から波状に成形されている。アウターフィン１１２の平面部には、切り起こしによって鎧戸状に形成される複数のルーバ１１２ａが設けられている。アウターフィン１１２は、冷却空気側への放熱面積（熱交換面積）を拡大すると共に、ルーバ１１２ａによる乱流効果を得て、吸気との熱交換を促進するようになっている。アウターフィン１１２の冷却空気流れ方向の寸法は、チューブ１１１の冷却空気流れ方向（長辺方向）の寸法と略同等に設定されている。

サイドプレート１１３は、チューブ１１１の長手方向に延びる補強部材であり、長手方向に直交する横断面形状が略コの字状に形成され、積層された両最外方のアウターフィン１１２の更に外方に配設されている。サイドプレート１１３のコの字状の開口側は、チューブ１１１およびアウターフィン１１２に対して反対側（外側）を向くように配設されている。

上記チューブ１１１の長辺側面１１１ａと、アウターフィン１１２の波状の山部とが互いに当接して接合されている。また、最外方のアウターフィン１１２とサイドプレート１１３とが互いに当接して接合されている。

一対のヘッダタンク１２０、１３０は、チューブ１１１の両長手方向端部（以下、チューブ端部）側に配設されて、チューブ１１１の積層方向に延びて各チューブ１１１に連通している。ヘッダタンク１２０は、ヘッダプレート１２１、タンク本体１２２、および入口パイプ１２３を有しており、また、同様にヘッダタンク１３０は、ヘッダプレート１３１、タンク本体１３２、および出口パイプ１２３を有している。

ヘッダプレート１２１、１３１は、細長平板の外周部に縁立て部が設けられた部材であり、チューブ端部が対応する位置にチューブ孔が穿設されている。また、縁立て部には、タンク本体１２２、１３２をかしめによって機械的に接合するためのかしめ爪が複数設けられている。チューブ端部は、チューブ孔に挿入嵌合され、チューブ１１１とヘッダプレート１２１、１３１は互いに当接する部位において接合されている。尚、サイドプレート１１３の長手方向両端部は、ヘッダプレート１２１、１３１に当接して接合されている。

タンク本体１２２、１３２は、ヘッダプレート１２１、１３１側が開口する細長の半容器体であり、その開口側がヘッダプレート１２１、１３１の縁立て部の内側に配設されている。ヘッダプレート１２１、１３１とタンク本体１２２、１３２との間には図示しないシール部材が介在されて、タンク本体１２２、１３２は、ヘッダプレート１２１、１３１のかしめ爪によってかしめられて、ヘッダプレート１２１、１３１に接合されている。

入口パイプ１２３、出口パイプ１３３は、タンク本体１２２、１３２の内部と外部とを連通させる連通部であり、タンク本体１２２、１３２にそれぞれ一体的に形成されている。入口パイプ１２３は、吸気をタンク本体１２２内に流入させる連通部であり、また、出口パイプ１３３は、タンク本体１３２内の吸気を外部に流出させる連通部である。

そして、図２〜図６に示すように、上記チューブ１１１内には、インナーフィン１１４が挿入されている。インナーフィン１１４は、チューブ１１１内を流通する吸気との熱交換面積を拡大して、熱交換を促進させるものであり、薄肉の平板材から波形に成形されている。尚、チューブ１１１の断面形状を扁平四角状にしていることから、インナーフィン１１４は、チューブ１１１内にデッドスペースを発生させること無く、効率的に収容されている。

インナーフィン１１４は、チューブ１１１において対向する長辺側面１１１ａの間を接続する接続方向（図２中の上下方向）に配置される第１壁面１１４ａと、チューブ１１１の長辺方向（図２中の左右方向）に沿う第２壁面１１４ｂとを有している。第１壁面１１４ａの一方の端部に第２壁面１１４ｂの一方の端部が接続されており、第２壁面１１４ｂの他方の端部にもう１つの第１壁面１１４ａの一方の端部が接続され、もう１つの第１壁面１１４ａの他方の端部にもう１つの第２壁面１１４ｂの一方の端部が接続されている。インナーフィン１１４は、上記のような第１壁面１１４ａと第２壁面１１４ｂとの接続状態が、繰り返し長辺方向に連続されることで形成されて、波形を形成している。

インナーフィン１１４における１つの波は、矩形の波となっている。第１壁面１１４ａは、接続方向がチューブ１１１の短辺方向と一致するように、長辺側面１１１ａに対して垂直に配置される場合、また、接続方向が短辺方向に対して傾いて配置される場合とがある。第１壁面１１４ａの接続方向が、短辺方向と一致する場合は、波形が四角形（長方形あるいは正方形）を成し、また、第１壁面１１４ａの接続方向が、短辺方向に対して傾く場合は、波形が台形を成す。

インナーフィン１１４は、いわゆるストレートタイプのインナーフィンであり、第１壁面１１４ａは、吸気の流れる方向（図３、４中の白矢印）に直線状に延びる面として形成されている。第１壁面１１４ａは、チューブ１１１において対向する長辺側面１１１ａ間を接続するように配置されることで、チューブ１１１の内部流路を複数の細流路に区画している。また、第２壁面１１４ｂは、第１壁面１１４ａと同様に吸気の流れる方向に直線状に延びる面として形成されており、チューブ１１１の内面１１１ｃと当接して接合されている。ここでは、第１壁面１１４ａは、第２壁面１１４ｂよりも長く設定されており、各細流路は、短辺方向に長くなる細長の空間となっている。

第１壁面１１４ａの接続方向における中間部、ここでは中央位置には、突部１１４ｃ、１１４ｄが形成されている。突部１１４ｃは、第１壁面１１４ａにおいて長辺方向の一方側からへこまされて他方側へ突出するように形成されており、また、突部１１４ｄは、第１壁面１１４ａにおいて長辺方向の他方側からへこまされて一方側へ突出するように形成されている（図３）。突部１１４ｃ、１１４ｄは、第１壁面１１４ａを正面から見たときに、接続方向に延びるように細長に形成されている。具体的には、突部１１４ｃ、１１４ｄは長円形状となっている（図４（ｂ）、図５）。

１つの第１壁面１１４ａにおいては、突部１１４ｃおよび突部１１４ｄは吸気の流れ方向に交互に並んで配置されている。また対向し合う第１壁面１１４ａにおいては、突部１１４ｃ同士が対向し、また突部１１４ｄ同士が対向するように配置されている。

ここで、図５、図６に示すように、インナーフィン１１４において、第１壁面１１４ａの接続方向の寸法を高さ寸法Ｆｈとし、第２壁面１１４ｂの長辺方向の寸法を幅寸法Ｆｗとし、また、突部１１４ｃ、１１４ｄにおいて、接続方向の寸法を突部長さ寸法ｘとし、突部１１４ｃ、１１４ｄの第１壁面１１４ａから突出する寸法を突出寸法ｙとしたとき、高さ寸法Ｆｈに対する突部長さ寸法ｘの比として定義される長さ比ｘ／Ｆｈ、および幅寸法Ｆｗに対する突出寸法ｙの比として定義される突出比ｙ／Ｆｗは、図８の斜線で示す領域内の値となるように設定されている（図８については詳細後述）。尚、インナーフィン１１４の波形状における波の山から山までの寸法をいわゆるフィンピッチ寸法Ｆｐとしたとき、幅寸法Ｆｗは、フィンピッチ寸法Ｆｐの１／２に等しい。

上記構成に基づくインタークーラ１００Ａにおいて、図示しないターボチャージャーによって加圧された吸気は、温度上昇を伴っており、インタークーラ１００Ａの入口パイプ１２３からタンク本体１２２に流入される。タンク本体１２２では、吸気は各チューブ１１１に分配供給される。吸気は、チューブ１１１内を流通する際に外部の冷却空気との熱交換によって冷却される。つまり、吸気の熱は、インナーフィン１１４、チューブ１１１の壁面（１１１ａ、１１１ｂ）、およびアウターフィン１１２を介して外部の冷却空気に放出される。冷却された吸気は、タンク本体１３２で集合回収され、出口パイプ１３３から流出され、車両用エンジンに供給される。

ここで、本実施形態のインタークーラ１００Ａは、冒頭で述べたように比較的チューブ１１１が長く、またチューブ１１１の本数が少なく設定されていることから、数式１によって示されるインタークーラ１００Ａの吸気圧損ΔＰｇは比較的大きくなる。

（数１）
吸気圧損ΔＰｇ＝４・ｆ・（Ｈ／ｄｅ）・（ρ／２ｇ）・Ｖｇ^２
ただし、
ｆ＝摩擦係数
Ｈ＝チューブ長さ
ｄｅ＝チューブの相当円直径
ρ＝過給気密度
ｇ＝重力加速度
Ｖｇ＝チューブ内の吸気流速
である。

よって、チューブ１１１内に挿入されるインナーフィン１１４としては、吸気に対する流通抵抗が比較的小さくなるストレートタイプのインナーフィン１１４を用いるようにしている。図９は、チューブ１１１内（細流路内）における吸気の流速分布を示したものであり、図９中において流速１〜流速５の順で流速が遅くなっている。図９（ｂ）に示すように、従来のストレートタイプのインナーフィンを用いると、第１壁面１１４ａによって形成される各細流路においては、特に、第２壁面１１４ｂ、およびインナーフィン１１４の波形が開口する方向のチューブ１１１の内面１１１ｃに、吸気流れにおける境界層が形成されやすく、放熱性能低下の要因となっていた。

しかしながら、本実施形態では、ストレートタイプのインナーフィンを基本としており、吸気に対する流通抵抗を低く維持するようにしている。加えて、インナーフィン１１４の第１壁面１１４ａに突部１１４ｃ、１１４ｄを設けており、インナーフィン１１４および突部１１４ｃ、１１４ｄにおける各部の寸法から定義される長さ比ｘ／Ｆｈ、および突出比ｙ／Ｆｗが、図８の斜線で示す領域内の値となるように設定されている。よって、チューブ１１１内（細流路内）を流れる吸気を、図４に示すように、第２壁面１１４ｂ側、および対向する内面１１１ｃ側に偏向させて流すことができるので、第２壁面１１４ｂ、および対向する内面１１１ｃに形成される境界層を乱し、境界層の厚さを薄くすることができ、吸気側における熱伝達率を向上させて、放熱性能を向上させることができる。

尚、図９（ａ）に示すように、本実施形態では、流速分布線（流速１、２、３・・・）は、図９（ｂ）に対して、第２壁面１１４ｂ、および対向する内面１１１ｃに近づく方向に変化しており、境界層厚さが薄くなっていることを確認した。

上記作用効果が得られる長さ比ｘ／Ｆｈ、および突出比ｙ／Ｆｗの設定根拠について以下、詳細に説明する。図７に示すように、突出比ｙ／Ｆｗをパラメータにして、長さ比ｘ／Ｆｈを０〜１の間で種々変更したとき、過給気密度比が向上される最適な条件が得られた。

ここで、過給気密度比というのは、従来のストレートフィンを用いた場合の過給気密度ρ０に対する本実施形態でのインナーフィン１１４を用いた場合の過給気密度ρの比率を示したものである。また、過給気密度ρは、インタークーラから流出される吸気の密度を示し、インタークーラの放熱性能および圧損で表わされるものであって、以下の数式２によって算出される。

（数２）
過給気密度ρ＝（Ｐｇ１−ΔＰｇ）／｛Ｒ・（Ｔｇ１−Ｑｇ／Ｇｇ・Ｃｐ）｝
ただし、
Ｐｇ１＝吸気の入口側圧力
ΔＰｇ＝インタークーラの吸気圧損
Ｒ＝気体定数
Ｔｇ１＝吸気の入口側温度
Ｑｇ＝放熱量
Ｇｇ＝吸気の重量流量
Ｃｐ＝吸気の比熱
である。

過給気密度ρが大きいほど、インタークーラにおいて、圧損が少なく放熱性能に優れていることを意味しており、更に、過給気密度比が１００％以上となれば、従来よりも優れたインタークーラであることを意味している。

図７に戻って、突出比ｙ／Ｆｗをパラメータとして、長さ比ｘ／Ｆｈを０から１．０に増加させていくと、過給気密度比が１００％以上となり、且つ極大値をとることがわかった。具体的には、突出比ｙ／Ｆｗが０．０５において、長さ比ｘ／Ｆｈ＝０〜０．８９の間で過給気密度比が１００％以上となり極大値をとった。また、突出比ｙ／Ｆｗが０．１において、長さ比ｘ／Ｆｈ＝０〜１．０の間で過給気密度比が１００％以上となり極大値をとった。また、突出比ｙ／Ｆｗが０．１５において、長さ比ｘ／Ｆｈ＝０〜０．８７の間で過給気密度比が１００％以上となり極大値をとった。また、突出比ｙ／Ｆｗが０．２において、長さ比ｘ／Ｆｈ＝０〜０．７７の間で過給気密度比が１００％以上となり極大値をとった。また、突出比ｙ／Ｆｗが０．２５において、長さ比ｘ／Ｆｈは０〜０．６４までの間で過給気密度比が１００％以上となり極大値をとった。

つまり、各突出比ｙ／Ｆｗに対して、長さ比ｘ／Ｆｈをそれぞれ上記の範囲で選定すれば、過給気密度比を従来に対して大きくすることができ、圧損が少なく放熱性能に優れているインタークーラとすることができることになる。

よって、過給密度比が１００％以上となる突出比ｙ／Ｆｗと、長さ比ｘ／Ｆｈとの組合せとしては、図８に示すように、２軸座標において、長さ比ｘ／Ｆｈを横軸に、突出比ｙ／Ｆｗを縦軸に当てはめたとき、２軸座標上において、過給密度比が１００％以上となる長さ比ｘ／Ｆｈの最大側の値を上限として、
（ｘ／Ｆｈ＝０ 、ｙ／Ｆｗ＝０）、
（ｘ／Ｆｈ＝０．８９、ｙ／Ｆｗ＝０．０５）、
（ｘ／Ｆｈ＝１．０ 、ｙ／Ｆｗ＝０．１）、
（ｘ／Ｆｈ＝０．８７、ｙ／Ｆｗ＝０．１５）、
（ｘ／Ｆｈ＝０．７７、ｙ／Ｆｗ＝０．２）、
（ｘ／Ｆｈ＝０．６４、ｙ／Ｆｗ＝０．２５）、
（ｘ／Ｆｈ＝０ 、ｙ／Ｆｗ＝０．４）、
の各点を上記の順に結んだ線分と、縦軸とによって囲まれた領域内の値を設定するのが好適となる。

特に、図７において、突出比ｙ／Ｆｗを０．１とした場合に、他の突出比ｙ／Ｆｗの設定に対して、過給気密度比が一番大きくなるポイントがあり、長さ比ｘ／Ｆｈを０．４３〜０．８７の間に設定すると良い。

尚、本実施形態では、突部１１４ｃ、１１４ｄが、第１壁面１１４ａの一方側からへこまされて他方側へ突出するように形成しているので、インナーフィン１１４を成形する際のローラ加工やプレス加工等によって、容易に突部１１４ｃ、１１４ｄを形成することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態における突部１１４ｅ、１１４ｆを図１０に示す。第２実施形態の突部１１４ｅ、１１４ｆは、上記第１実施形態の突部１１４ｃ、１１４ｄに対して、形状、使用個数、および配置等を変更したものである。

図１０（ａ）の突部１１４ｅは、上記第１実施形態の突部１１４ｃ、１１４ｄに対して、長円形状を円形状としたものである。突部１１４ｅはいわゆるディンプルとして形成されたものである。また、図１０（ｂ）の突部１１４ｅは、図１０（ａ）の円形状のものを複数接続方向に並べたものである。

また、図１０（ｃ）の突部１１４ｆは、上記第１実施形態の突部１１４ｃ、１１４ｄに対して、三角形状としたものである。突部１１４ｆは、三角形のひとつの角が吸気の流れ方向の上流側を向き、他の２つの角が吸気の流れ方向の下流側に位置して、接続方向に並んで配置されており、効果的に吸気を第２壁面１１４ｂ側、および対向する内面１１１ｃ側に偏向させるようにしている。また、図１０（ｄ）の突部１１４ｅは、図１０（ａ）の円形状のものが３つ使用されて、仮想の三角形を描いたときに、各突部１１４ｅが仮想三角形の角部に配置されて形成されている。吸気の流れ方向に対する仮想三角形の各角部の位置は、図１０（ｃ）と同一である。

これらの突部１１４ｅ、１１４ｆとした場合も、上記第１実施形態で説明した長さ比ｘ／Ｆｈ、突出比ｙ／Ｆｗが図８の斜線で示した領域の値をとるようにすれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、図１０（ｂ）、（ｄ）のように複数の突部１１４ｅから成る場合は、複数の突部１１４ｅの全体にわたる接続方向の長さを突部長さ寸法ｘとする。

（第３実施形態）
第３実施形態のインナーフィン１１４の突部１１４ｇを図１１に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、突部１１４ｇの設定位置を変更したものである。

突部１１４ｇは、第２壁面１１４ｂに形成されており、第２壁面１１４ｂがチューブ１１１の内面１１１ｃに接合される側からへこまされて、チューブ１１１の中心側に、つまり第２壁面１１４ｂに対してインナーフィン１１４の波形が開口する方向に突出するように形成されている。突部１１４ｇは、例えば、円形状に形成されている。

本実施形態では、第１壁面１１４ａが吸気の流れ方向に直線状に形成されたストレートタイプのインナーフィンとしているので、吸気に対する流通抵抗を低く維持することができる。そして、チューブ１１１内を流れる吸気は、第２壁面１１４ｂに設けられた突部１１４ｇによって、第２壁面１１４ｂに近接する吸気の流れを乱すことができる。よって、この乱れによって第２壁面１１４ｂに形成される境界層を乱し、境界層の厚さを薄くすることができるので、吸気側における熱伝達率を向上させて、放熱性能を向上させることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、チューブ長さが比較的長く、チューブ本数が比較的少ないインタークーラ１００Ａに適用するものとして説明したが、ストレートタイプのインナーフィン１１４を用いて基本的な放熱性能値および吸気圧損値が、所望の値として得られるのであれば、図１２に示すように、チューブ長さが比較的短く、チューブ本数が比較的多いインタークーラ１００Ｂに適用するようにしても良い。

また、上記各実施形態では、突部１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇは、第１壁面１１４ａ、あるいは第２壁面１１４ｂの一方側からへこまされて、他方側に突出するようにしたが、これに限らず、第１壁面１１４ａ、あるいは第２壁面１１４ｂの切り起し等によって形成されるものとしても良い。切り起しの場合は、第１壁面１１４ａ、あるいは第２壁面１１４ｂから切り離された辺部が吸気流れの下流側となり、起されて曲げられた辺部が吸気流れの上流側となるようにするのが良い。

また、インタークーラ１００Ａ、１００Ｂを形成する各構成部材は、アルミニウム、アルミニウム合金に限らず、銅系、鉄系などを用いたものとしても良い。また、ヘッダタンク１２０、１３０は、上記アルミニウム系、銅系、鉄系に限らず、樹脂材を用いたものとしても良い。

また、インタークーラ１００Ａ、１００Ｂは、吸気を冷却する外部流体として冷却空気を用いた空冷式のものとしたが、これに限らず、外部流体を冷却水とした水冷式のインタークーラとしても良い。

１００Ａ、１００Ｂ インタークーラ
１１１ 扁平チューブ
１１１ａ 長辺側面
１１１ｃ 内面
１１４ インナーフィン
１１４ａ 第１壁面
１１４ｂ 第２壁面
１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｇ 突部

Claims (7)

1. 内燃機関に吸入される吸気が扁平チューブ（１１１）内を流通し、前記吸気を外部流体によって冷却するインタークーラであって、
   前記扁平チューブ（１１１）内には、インナーフィン（１１４）が配設されており、
   前記インナーフィン（１１４）は、対向する前記扁平チューブ（１１１）の扁平長辺方向に沿う長辺側面（１１１ａ）の間を接続する接続方向に配置される第１壁面（１１４ａ）と、前記第１壁面（１１４ａ）の端部から前記長辺側面（１１１ａ）に沿うように接続される第２壁面（１１４ｂ）とが繰り返し前記扁平長辺方向に連続されて断面形状が波形に形成されており、
   前記第１壁面（１１４ａ）が、前記吸気の流れ方向に直線状に形成され、
   前記接続方向における前記第１壁面（１１４ａ）の中間部には、前記扁平長辺方向に突出する突部（１１４ｃ、１１４ｄ）が設けられ、
   前記突部（１１４ｃ、１１４ｄ）の前記接続方向の寸法を、突部長さ寸法ｘ、
   前記突部（１１４ｃ、１１４ｄ）の前記第１壁面（１１４ａ）から突出する寸法を、突出寸法ｙ、
   前記第１壁面（１１４ａ）の前記接続方向の寸法を、高さ寸法Ｆｈ、
   前記第２壁面（１１４ｂ）の前記扁平長辺方向の寸法を、幅寸法Ｆｗ、
   前記高さ寸法Ｆｈに対する前記突部長さ寸法ｘの比を、長さ比ｘ／Ｆｈ、
   前記幅寸法Ｆｗに対する前記突出寸法ｙの比を、突出比ｙ／Ｆｗ、とし、
   ２軸座標において、前記長さ比ｘ／Ｆｈを横軸に、前記突出比ｙ／Ｆｗを縦軸に当てはめたとき、
   前記長さ比ｘ／Ｆｈ、および前記突出比ｙ／Ｆｗは、
   前記２軸座標上の
   ｘ／Ｆｈ＝０ 、 ｙ／Ｆｗ＝０
   ｘ／Ｆｈ＝０．８９、 ｙ／Ｆｗ＝０．０５
   ｘ／Ｆｈ＝１．０、 ｙ／Ｆｗ＝０．１
   ｘ／Ｆｈ＝０．８７、 ｙ／Ｆｗ＝０．１５
   ｘ／Ｆｈ＝０．７７、 ｙ／Ｆｗ＝０．２
   ｘ／Ｆｈ＝０．６４、 ｙ／Ｆｗ＝０．２５
   ｘ／Ｆｈ＝０ 、 ｙ／Ｆｗ＝０．４
   の各点を上記の順に結んだ線分と、前記縦軸とによって囲まれた領域内の値となるように設定されたことを特徴とするインタークーラ。
2. 前記突出比ｙ／Ｆｗは、０．１であり、
   前記長さ比ｘ／Ｆｈは、０．４３〜０．８７であることを特徴とする請求項１に記載のインタークーラ。
3. 前記突部（１１４ｃ、１１４ｄ）は、前記第１壁面（１１４ａ）が前記扁平長辺方向の一方側からへこまされることによって、他方側に突出するように形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインタークーラ。
4. 前記突部（１１４ｃ、１１４ｄ）は、前記接続方向に細長に形成されたこと、あるいは前記接続方向に複数形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のインタークーラ。
5. 前記突部（１１４ｃ、１１４ｄ）は、前記接続方向に細長に形成された長円であることを特徴とする請求項４に記載のインタークーラ。
6. 内燃機関に吸入される吸気が扁平チューブ（１１１）内を流通し、前記吸気を外部流体によって冷却するインタークーラであって、
   前記扁平チューブ（１１１）内には、インナーフィン（１１４）が配設されており、
   前記インナーフィン（１１４）は、対向する前記扁平チューブ（１１１）の扁平長辺方向に沿う長辺側面（１１１ａ）の間を接続する接続方向に配置される第１壁面（１１４ａ）と、前記第１壁面（１１４ａ）の端部から前記長辺側面（１１１ａ）に沿うように接続される第２壁面（１１４ｂ）とが繰り返し前記扁平長辺方向に連続されて断面形状が波形に形成されており、
   前記第１壁面（１１４ａ）が、前記吸気の流れ方向に直線状に形成され、
   前記第２壁面（１１４ｂ）には、前記第２壁面（１１４ｂ）に対して前記波形が開口する方向に突出する突部（１１４ｇ）が設けられたことを特徴とするインタークーラ。
7. 前記突部（１１４ｇ）は、前記第２壁面（１１４ｂ）が前記扁平チューブ（１１１）の中心側にへこまされることによって、前記第２壁面（１１４ｂ）に対して前記波形が開口する方向に突出するように形成されたことを特徴とする請求項６に記載のインタークーラ。

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