CN102459837A - 汽车-冷却装置和冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于设置在发动机舱（2）里面的内燃发动机（3）的汽车冷却装置，具有尤其由水冷却器（10）构成的热交换器（10）和与热交换器（10）流体机械地共同作用的风机，其中所述风机具有在纵向（L）上通过其风扇轮（25）至少部分地沿着热交换器（10）延伸的横流风扇（20）。本发明还涉及冷却系统、尤其是用于汽车内燃发动机（3）的水冷却系统，其中所述冷却系统具有一个按照本发明的汽车冷却装置（1）。

Description

汽车-冷却装置和冷却系统

本发明涉及一个用于设置在发动机舱里面的内燃发动机的汽车-冷却装置。本发明还包括一个冷却系统，尤其用于汽车的内燃发动机的水冷却系统。

背景技术

在汽车技术中水冷的内燃发动机由轴向风机供给冷空气。尽管轴向风机良好地充分用于扁平延伸的水冷却器，用于其以冷空气供给，但是在汽车发动机舱里面的零部件密度增加时轴向风机总是更多地阻塞，这导致轴向风机的排气流不再能够足够好地排出。由此降低水冷却器的冷却效率并且必须通过更高的轴向风机功率补偿，这又产生能量成本。在发动机舱里面的严重阻塞还阻碍轴向风机的排气流用于冷却发动机组长边和发动机舱里面的其它热源。

EP 0 919 705 A2公开了一个用于汽车内燃发动机的冷却系统，具有水冷却器。在顺流方向上在水冷却器后面这个水冷却器具有空气流动箱，它接收一部分通过水冷却器的冷空气并且侧面转向到位于水冷却器外部的径向风机，它们一方面抽吸在空气流动箱内部的热交换器的排气，另一方面导引到连接在空气流动箱上的排气通道，利用它们可以充分利用热交换器的排气冷却发动机舱里面的其它热源。在此各径向风机相对于水冷却器无搭接地设置并且直角地离开这个水冷却器，由此使径向风机尽可能少地阻碍通流热交换器的流阻。在此问题是，内燃发动机的空气冷却不能没有空气流动箱和排气通道地实现。

发明内容

本发明的目的是，给出一个用于内燃发动机的改进的汽车冷却装置和一个改进的冷却系统、尤其是改进的水冷却系统。按照本发明要利用风机在阻塞的发动机舱时也一方面保证至少足够的冷却空气流通过热交换器，另一方面保证从热交换器在内燃发动机方向上向下流。在此尤其应能够利用热交换器的排气流用于在发动机舱内部继续冷却。

本发明的目的利用一个如权利要求1所述的、用于设置在发动机舱里面的内燃发动机的汽车冷却装置和一个如权利要求10所述的、用于汽车内燃发动机的冷却系统、尤其水冷却系统得以实现。本发明的有利改进方案由从属权利要求给出。

按照本发明的汽车冷却装置或按照本发明的冷却系统具有一个尤其由水冷却器构成的热交换器和一个与热交换器液体或气体机械地共同作用的风机或风扇。在此所述风机或风扇包括横流风扇，它在安装状态通过其在纵向上延伸的风扇轮至少部分地沿着热交换器延伸。在此所述风机可以附加于轴流风扇具有横流风扇或者代替轴流风扇附属于热交换器。在此横流风扇的数量原则上是任意的，但是优选一个、两个或三个用于单个热交换器的横流风扇。

按照本发明在垂直于热交换器通流横截面的平行投影中所述横流风扇或其风扇轮的纵向长度至少部分地通过通流横截面覆盖。即，所述横流风扇或风扇轮的纵向长度与热交换器的两个较大纵向延伸的一个纵向延伸相邻，其中从风扇轮到热交换器的长重叠范围的距离优选基本恒定或者只略微变化。按照本发明所述横流风扇的风扇轮例如至少部分地设置在热交换器的高度上。

在本发明的实施例中在汽车冷却装置的安装状态所述横流风扇或其风扇轮设置在热交换器的通流横截面范围以外或至少部分地设置在以内。在此通流横截面范围指的是热交换器下游的那个空间范围，它基本垂直于热交换器的通流横截面延伸。在此相关的横流风扇优选在边缘部位至少部分地位于热交换器通流横截面范围以内或以外，在此优选在热交换器下游设置。

按照本发明所述横流风扇或其风扇轮基本平行于热交换器的相对扁平的延伸设置。在此优选，所述横流风扇或其风扇轮基本立或基本卧地相对于热交换器设置，这涉及到以后在汽车发动机舱内部的安装位置。当然可以使用对角的、与热交换器一个侧成角度的和/或相对于通流横截面表面倾斜的横流风扇或其风扇轮的布置。

在所述汽车冷却装置的实施例中所述横流风扇的空气导引外壳通过其空气入口与热交换器的排气范围处于流体联通。利用空气导引外壳的空气出口可以实现对发动机舱里面热源的直接或间接地送风、即冷却。此外可以这样设计空气导引外壳，使得实现能通流横流风扇的热交换器的排气流的分配。这样产生的冷却空气流例如可以利用空气导引外壳的多个空气出口对准发动机舱内部的装置或设备。

对于横流风扇相对于热交换器的装配例如可以使所述横流风扇的风扇轴的自由端部段支承在发动机舱中的装置或设备里面、例如轴流风扇的框架里面。在此能够使这个自由端部段插入到相关的装置或设备里面；为此也可以设有一个轴承、例如球轴承。此外能够使空气导引外壳的相关端部、尤其空气导引外壳的外壳盖、必要时通过组合到其中的轴承固定在发动机舱中的装置或设备上、例如框架上。这个轴承优选形成风扇轴或风扇轮的松动轴承。

此外所述横流风扇优选具有一个与其连接的驱动马达、尤其是一个电动机。当然也可以使用其它的驱动马达；此外也可以由内燃发动机驱动横流风扇。在此驱动马达优选具有固定装置，利用它可以使横流风扇相对于其松动轴承固定在发动机舱里面。所述风扇轴的这个固定位置或支承形成风扇轴或风扇轮的固定轴承。优选使驱动马达螺纹固定或敛缝在发动机舱里面。

按照本发明代替或附加于轴流风扇优选使一个横流风扇优选安装在发动机舱的框架侧或热交换器侧上。所述横流风扇的排气可以直接或间接例如对准发动机舱在热源上的边缘侧、例如对准内燃发动机或排气弯管。按照本发明在冷却空气功率中产生更少的旋流损失和/或更少的阻塞损失，因为绕开阻塞，这仅仅通过轴流风扇是不能实现的。本发明可以应用于任意的汽车，但是尤其适用于具有强烈阻塞轴流风扇空气流及由此引起冷却空气功率高需求的汽车。

按照本发明尤其可以使冷却空气直接导引到内燃发动机的长侧上，用于例如在纵向安装的内燃发动机中也在后面的汽缸中实现附加的冷却效应，这提高相关内燃发动机的使用寿命。这种空气冷却利用常见的轴流风扇不能实现。通过布置横流风扇在热交换器的边缘部位根本不妨碍或只略微妨碍穿过热交换器流动的冷却空气流，这尤其在汽车高速行驶时是有利的。

附图说明

下面借助于实施例参阅附图详细解释本发明。附图中：

图1以两维示意俯视图示出按照本发明的汽车冷却装置在安装状态中的实施例，

图2以立体示意侧视图示出按照本发明使用的横流风扇，

图3以立体局部示意图示出按照本发明使用的横流风扇的另一实施例，

图4至7以相关的两维示意正视图（图4-6）或侧视图（图7）分别示出按照本发明的汽车冷却装置的可能的多个实施例。

具体实施方式

图1以断开的俯视图示出汽车发动机舱2的前面段，其中汽车的向前行驶方向通过图1上部的箭头表示。前面段示出一个用于汽车内燃发动机3的冷却装置1的热交换器10、尤其是水冷却器10，其只局部地示出。所述汽车冷却装置1、下面只称为冷却装置1通过在附图中未示出的管道以水冷却内燃发动机1。冷却装置1与到内燃发动机3的管道和例如在内燃发动机3汽缸头内部的孔形成内燃发动机3的冷却系统。当然可以使用其它的例如以油作为冷却剂运行的冷却装置1。

要被冷却的内燃发动机3在汽车向前行驶方向上位于热交换器10后面，其中通过热交换器10进入的冷却空气14（见箭头）可能碰到内燃发动机3，用于冷却它。为了改善穿过热交换器10的冷却空气流14在热交换器10与内燃发动机3的正面之间具有轴流风扇40，它尤其在运行的但是也在静止的汽车中以及在汽车行驶时通过热交换器10抽吸可能的冷却空气14。由此使热交换器得到冷却空气14，它接着可以用于在发动机舱2内部的冷却。但是随着发动机舱2的阻塞离开热交换器10的冷却空气流14的作用消散，它由此不再可以相应地利用。此外由于阻塞可能导致，几乎没有或没有冷却空气14再进入到发动机舱2内部的重要部位。

为了尽管增加的发动机舱2阻塞也可以利用热交换器10的排气冷却发动机舱2中的热源，按照本发明设置至少一个横流风扇20或径向风扇20。代替（在附图中未示出的）轴流风扇40或附加地（见图1）对于轴流风扇40设有它。对于横流风扇20有利的是，它使热交换器10的排气顺流地不是平面分布地给出，而是相对聚集，这可以根据横流风扇20的出口形状改变。即，按照本发明至少一部分热交换器目的排气被横流风扇20抽吸并且顺流地继续给到发动机舱2后面。在此绕开发动机舱2的阻塞，可以增加穿过热交换器10的冷却空气流14和/或使横流风扇20的排气流24对准发动机舱2内部的热源。

如果设有轴流风扇40，则横流风扇20与其相邻，其中风扇轮25或风扇轴27、即横流风扇20的纵向L优选基本垂直于轴流风扇40的轴42或螺旋桨轴42设置。例如与图6和7类似可以使用偏离直角一定的角度。如图1所示优选的是在发动机舱2里面基本竖立的横流风扇20，它装配在框架41或轴流风扇40的框41上，或者装配在热交换器10边缘的侧面或旁边。对于冷却装置1同样可以使用基本水平放置或倾斜设置的横流风扇20（见下面和图4-7）。

已知的横流风扇20是目录产品并且大多具有直角的利用空气导引外壳22的空气导向。为了按照本发明可以接受个性化的马达地形式或在发动机舱2里面的个性化状况有意义的是，也以其它角度将横流风扇20的横流或冷却空气流24偏转。在此对于冷却空气流24的各偏转角可以是应用变量。优选使框架41用于在横流风扇20的入口部位形成空气动力学的形状，它低损失地抽吸热交换器10的排气流24。为了避免附加的零部件，优选在轴流风扇40的框架41里面组合空气导引外壳22的空气入口21和/或空气出口23。

图1以近似方式示出这种实施例。在此两个横流风扇20在轴流风扇40旁边的右侧和左侧（以图1为参照）位于其框架41上，其中各空气导引外壳22与其空气入口21组合到框架41里面。相关的横流风扇20在其运行中从热交换器10的排气范围11通过其空气入口21吸入通过热交换器10的一部分冷却空气流14，通过其风扇轮25穿过横流风扇20输运相关的冷却空气流24到其空气出口23，该空气出口使冷却空气流24在阻隔旁边优选对准发动机舱2中的热源；在此它是内燃发动机3的两个长边。产生附加应用，如果横流风扇20或其空气导引外壳22的出口侧具有这种造型，从而分布冷却空气流24并且可以对准发动机舱2里面的两个或多个独立的热源、例如内燃发动机3、排气弯管等上的位置。

所述横流风扇20的固定可以通过各种形式和方法实现，例如通过螺栓连接、卡接、敛缝、挤压、插入到橡胶缓冲部件等里面。在此优选，使横流风扇20或风扇轮25的固定轴承侧（轴承33）具有与横流风扇20连接的驱动马达30、尤其是电动机30。它驱动风扇轴25或风扇轮27并且优选在具有自身横流风扇20的结构单元中构成。在此所述驱动马达30固定在发动机舱2内部，这示例地在图2中以固定装置31,32表示。在此所述固定装置31是螺栓板31，所述固定装置32是敛缝板32 ，它分别在驱动马达30的外壳上或者有选择地在横流风扇20的外壳上构成。

在优选且在图2和3中所示的本发明实施例中所述风扇轮25的松动轴承侧如下构成。使风扇轴27于风扇轮25的自由端（图2未示出空气导引外壳22）突出并且插入到框架41的导向套里面。如果这应对于轴承是太敏感的，则能够使球轴承装配在风扇轴27的自由纵端部段上并且通过其外环安装在框架41里面。此外能够使风扇轴27的自由纵端部段通过轴承26支承在外壳盖28或空气导引外壳22里面，其中所述外壳盖28或空气导引外壳22固定在框架41或发动机舱2内部的其它零部件上。

所述固定轴承侧应优选位于驱动马达30一侧上。但是能够使这一点运动学地转换。所述横流风扇20与驱动马达30的可靠连接通过螺栓实现。但是在另一实施例中能够在插入风扇轴27或风扇轮25到框架41或其它零部件里面以后使固定轴承侧例如利用薄板敛缝或卡接在发动机舱2里面，其中卡接例如可以利用塑料卡箍在框架41、其它零部件或内燃发动机3上实现。

图4-7分别示出风扇轮25或横流风扇20相对于热交换器10的许多可能的位置。在此图4,5示出特殊的实施例，其中风扇轮25覆盖（覆盖部位29）地平行于热交换器10的（三个中的）两个较长侧面之一地设置。在此优选，所述风扇轮25也平行于热交换器10的通流横截面12设置；但是这也可以与图7类似地实现。此外能够使风扇轮25或横流风扇20相对于热交换器10的其中一个侧面成角度地设置，这在图5中示例地示出；在此仍然可以使风扇轮25平行于通流横截面12设置或者与图7类似。最后图7示出横流风扇20或其风扇轮25的关于通流横截面12倾斜的布置。当然能够根据在发动机舱3里面的状况，组合在图4-7中所示的实施例。

在图4-7中分别示出横流风扇20或风扇轮25与热交换器10的重叠范围29。在此重叠范围29是在与各横流风扇20或风扇轮25直接相邻的热交换器10侧面或者其通流横截面12上垂直平行投影。该重叠范围29约为25-100%、优选50-60%、尤其65-75%、尤其优选70-85%且尤其特别优选90-100%。在横流风扇20或风扇轮25与热交换器10（图6）一侧之间和/或与热交换器10的通流横截面12（图7）之间的角度为小于60°、优选35-45°、尤其20-30°、尤其优选10-15°且尤其特别优选0-5°。

Claims (12)

1.用于设置在发动机舱（2）里面的内燃发动机（3）的汽车冷却装置，具有尤其由水冷却器（10）构成的热交换器（10）和与热交换器（10）流体机械地共同作用的风机，其特征在于，所述风机具有在纵向（L）上通过其风扇轮（25）至少部分地沿着热交换器（10）延伸的横流风扇（20）。

2.如权利要求1所述的汽车冷却装置，其特征在于，所述横流风扇（20）或风扇轮（25）至少部分地设置在热交换器（10）的通流横截面（12）范围以外或以内。

3.如权利要求1或2所述的汽车冷却装置，其特征在于，至少一个横流风扇（20）设置在热交换器（10）的边缘部位和/或热交换器（10）下游。

4.如权利要求1至3中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，所述风扇轮（25）基本平行于热交换器（10）设置，和/或基本竖立地或基本水平平放地设置。

5.如权利要求1至5中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，所述横流风扇（20）的空气导引外壳（22）的空气入口（21）与热交换器（10）的排气范围（11）处于流体联通。

6.如权利要求1至5中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，利用空气导引外壳（22）的空气出口（23）实现对准发动机舱（2）里面热源的送风。

7.如权利要求1至6中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，设计空气导引外壳（22），使得能实现能通流横流风扇（20）的热交换器（10）排气流（24）的分配，并且必要时利用至少两个空气出口（23）使这个冷却空气流可以对准发动机舱（2）内部的装置。

8.如权利要求1至8中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，所述风机还具有轴流风扇（40）并且所述汽车冷却装置（1）优选没有空气引导箱。

9.如权利要求1至8中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，所述横流风扇（20）的风扇轴（27）的自由纵端部段可以支承在框架（41）、尤其是轴流风扇（40）的框架（41）里，或者所述空气导引外壳（22）尤其通过空气导引外壳（22）的外壳盖（28）能固定在框架（41）上。

10.如权利要求1至9中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，所述横流风扇（20）具有驱动马达（30）、尤其是电动机（30），其中该驱动马达（30）包括固定装置（31,32），利用它可以将横流风扇（20）固定在发动机舱（2）里。

11.如权利要求1至9中任一项所述的汽车冷却装置，其特征在于，设置所述汽车冷却装置（1），使热交换器（10）的排气流（24）能顺流地在横流风扇（20）的空气出口（23）后面完全或部分地在内燃发动机（3）旁边流动。

12.冷却系统、尤其是用于汽车内燃发动机（3）的水冷却系统，其特征在于，所述冷却系统具有如权利要求1至11中任一项所述的汽车冷却装置（1）。

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