小型ビルトインオイルクーラの開発

技術紹介
小型ビルトインオイルクーラの開発
Development of New Built-in-Oil Coolers for Automatic transmission
寺島　大樹 *
小島　裕之 *
吉野　康明 *
栩木　健治 **
大井　靖之 ***
Hiroki Terashima
Hiroyuki Kojima
Yasuaki Yoshino
Kenji Tochigi
Yasuyuki Ohi
要　旨
近年，省燃費性能向上の為，トランスミッションフルード（以下 ATF）の即暖性の観点から，トランスミッショ
ン直付けオイルクーラ（ビルトインオイルクーラ）のニーズが高まっている．しかし，トランスミッション全体の
小型化により，ビルトインオイルクーラも小型化が要求されている．小型化による熱交換面積減少を補う為，
細密化した ATF 通路のフィン
（以下インナーフィン）を新規開発した．また，細密化による ATF 通路抵抗（以
下通油抵抗）の上昇を抑制する為，ATF 通路を改良した．今回，この小型ビルトインオイルクーラの開発に
ついて紹介する．
Abstract
The recent trends for improvement of fuel-saving performance have increased demand for oil
coolers installed directly on transmissions (hereinafter“built-in oil cooler”), which can quickly
warm up automatic transmission fluid (ATF). Meanwhile, transmissions have been downsized, which
requires smaller built-in oil coolers. In order to compensate for loss of the heat exchange area, we
have developed a new ATF passage fin having finer pitches (hereinafter“inner fin”). Additionally,
to suppress an increase in ATF passage resistance (hereinafter“oil flow resistance”) caused by the
finer pitches, we have modified the ATF passage. This paper will explain the development of the small
built-in oil cooler.
Key Word：Cooling, Heat transfer, Automatic transmission, ATF warmer ／ofset fin, Multi pass
internal oil circuit
1.　ま　え　が　き
車両走行時，ATF はトルクコンバーターにより高温となり，
ラの製品化に向けた上記の課題に対する改良の考え方・具
体的対応策を報告する．
ATF を冷却する為に ATF クーラが必要不可欠である．ま
た，近年では，国内外を問わず省燃費化が求められており，
2.　ビルトインオイルクーラの構造について
エンジン始動時の ATF 温度を早く暖めることが重要となっ
ビルトインオイルクーラの構造を Fig.1 ～ 3 に示す．ビル
ている．このようなことから，冷却性能だけでなく，車両
トインオイルクーラ本体は，ATF と LLC の通路で構成され
始動時からの ATF 即暖性能も兼ね備えたビルトインオイル
ており，ATF と LLC が通過する層を交互に構成すること
クーラのニーズが高まっている．
により，媒体間の熱交換を行う構造となっている．
（Fig.2, 3）．
しかし，トランスミッション全体の小型・軽量化の要求に
また，ATF の通路にはインナーフィンが入っており，ATF
より，ビルトインオイルクーラとしても搭載スペースの制限や
の撹拌効果により熱交換性能を確保している．
（Fig.2, 3）
軽量化が強く求められている．
この実現の為には，
① 小型化による性能低下代の改善
② 小型化による通油抵抗増加の抑制
が必要となっていた．本論文では，小型ビルトインオイルクー
*熱交換システム設計グループ
**熱交生産技術グループ
***実験技術グループ
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小型ビルトインオイルクーラの開発
体積 -35% を達成するため，ビルトインオイルクーラの外径
を 95mm ⇒ 85mm することを具体的な改善ポイントとし，
開発に着手した．
Table.1 development target
Fig.1 Built n oil cooler
Fig.2 Cross-sectional
4.　開発目標達成への課題
下記に従来品と開発品のコア諸元を示す．
Table.2 95mm and 85mm built in oil cooler product
Fig.3 Structure of built in oil cooler
3.　開発目標の検討
当社は 2000 年より外径サイズ 95mm の従来品を市場に
供給しているが，他社からも同等の製品が市場投入される
ようになってきた．
従来品の条件にてビルトインオイルクーラを小型化する
と，放熱性能が約 12% 低下してしまう．
（Fig.5）
小型（軽量）化のニーズが強まり，今後の優位性を確
保する為，従来製品同等の放熱性能を維持しつつ，体積
-35%（重量 -30%）小型化を開発の目標とした．
Fig.4 に当社及び他社の小型化（Q：放熱性能，V：体積）
トレンドを示す．
Fig.5 Relationship between Current and New
その課題への解決方策として，
① 高効率インナーフィンの開発
② ターン構造の改良よる通油抵抗（特に低温時）の低減
上記の 2 点について具体的な取り組みを述べる．
Fig.4 built in oil cooler miniaturization trends
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CALSONIC KANSEI TECHNICAL REVIEW vol.8 2011
5.　製品化への取り組み
5.1 ATF 通路側インナーフィン細密化
外径を 85mm と小さくすると，放熱面積が減少してしま
い，放熱性能の低下を招いてしまう．
放熱性能の理論式は一般的に次式で表される．
K を増大させることができる．
② アルミ内熱伝達について
①，③との比較で微小な影響代であることと，材料の変更
は腐食性の低下を招く恐れがあるため，検討の対象から外
した．
③ LLC ⇒アルミの熱伝達について
通水路の断面積を減少させることで放熱性能の向上が期待
できるが，流速の増大によりエロ―ジョンなどの懸念が考え
られるため，従来品と同一形状とした．
この時⊿ Tm は温度のみで決まるので，同条件下では性
能向上要因は無いが，K あるいは Aeffo を増大させることに
より，放熱性能を向上させることが可能である．
以上より，①の ho に着目し開発を進めることとした．イ
ンナーフィンピッチと ho の関係を下記に示す．
（Fig.6）
したがって，ATF 側のインナーフィンの，性能改善に取
り組むこととした．総括伝熱係数 K については次の式で表
される．
Fig.6 Relationship differences between fin pitch w
and heat transfer rate ho
上記グラフより，インナーフィンピッチを細密化させること
で，ATF ⇒アルミへの熱伝達が上昇する傾向となることが
上記①②③の項を小さくすることにより，総括伝熱係数
わかるが，細密化と成形性の観点から，具体的な数値とし
K を増大させることが出来る．
て 2.3mm を選択した．
また，細密化により油側の放熱面積を約 23% 向上すること
① ATF ⇒アルミの熱伝達について
ができ，単位体積あたりの放熱性能を向上することが可能
1/ho の値を小さく（ho を大きく）することにより，K を増大
となった．
させることが出来る．ATF 側境膜伝熱係数 ho は次式で表
従来品と開発品のインナーフィンの比較を示す．
（Table.3）
される．
上記の式から，インナーフィンの形状を改善することによ
り，ho の値を大きくすることが可能であり，総括伝熱係数
10
Table.3 current and new built in oil cooler inner fin
以上のことから，フィンピッチ細密化及び高さの低減を
小型ビルトインオイルクーラの開発
行うことで，フィン効率の向上を図り，小型化を達成しつつ
構造の見直しを行い，ATF 通路断面積を増加させ ATF
従来品からの放熱性能低下を防ぐことが出来た．
通路長さを短縮することで，通油抵抗を抑えることが可能
となった．
（Fig.9）
5.2　ATF 通路のターン構造の改良
一方では，5.1 で述べたインナーフィンの細密化と高さを
変えたことにより，ATF 側の通油抵抗が増加（約 70%）す
る課題が生じてしまう．従来品の通油抵抗と同等以下とす
る必要があったため，ATF 通路のターン構造の改良を行っ
た．
Fig.9 New structure of AFT flow turn
以上の改善の結果，
『放熱性能の向上』と『通油抵抗の
増加の抑制』を両立させることができ，小型ビルトインオイ
Fig.7 Structure of flow turn (current)
ATF の通油抵抗は次式で表される．
ルクーラの製品化が可能となった．
従来品と開発品の通油抵抗を比較した実験結果を下記のグ
ラフに示す．
（Fig.10）
上記式より，同一流量下において，ATF 通路断面積 Ao
と ATF 通路長さ Lo を変化させることにより，通油抵抗を
抑えることが可能となる．
従来品は ATF 通路を 3 層毎にターンさせていたため，
Fig.10 Relationship between Oil temperature and Oil
pressure drop by different turn.
ATF 流路断面積 Ao が小さく ATF 流路長さ Lo も増加し
ていた．よって，放熱性能の向上と同時に通油抵抗も増加
する傾向にあった．
（Fig.8）
6.　ま　と　め
以上，小型ビルトインオイルクーラは，
① インナーフィンを細密化することにより，同一放熱性能に
て体積 35% 減することが可能となった．
② ATF 通路のターン構造を従来品から改良することによ
り，同一放熱性能での通油抵抗の増加を抑制することが可
能となった．
7.　最　後　に
今後，省燃費化によりビルトインオイルクーラの需要は，
益々増えていくと予想される．今後も，市場や客先のニーズ
Fig.8 Current structure of AFT flow turn
を常につかみながら，製品開発に取り組んで行きたい．
そこで，開発品のビルトインオイルクーラではこのターン
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CALSONIC KANSEI TECHNICAL REVIEW vol.8 2011
参　考　文　献
日本機械学会　伝熱工学資料　改定第 4 版　P.264
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寺島　大樹
小島　裕之
吉野　康明
大井　靖之
栩木　健治

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