CN104329291A - 一种发动机机械冷却风扇 - Google Patents

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苏晓芳
杨林强
刘凯
张应兵
杨磊
张建操
刘彤
倪成鑫
董先瑜
颜伟
房程程
李宁
谢有路
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Abstract

本发明涉及一种发动机机械冷却风扇，包括扇叶、轮毂、托盘及风扇离合器；所述轮毂与所述扇叶一体注塑成型；所述托盘设置在所述风扇中间位置，所述托盘固定在所述风扇离合器上；所述托盘上均匀设置有螺栓孔；所述托盘与所述轮毂固定连接；所述扇叶为机翼型扭转叶片，所述扇叶在同一平面上，按照不同的角度分布在轮毂周围；所述扇叶采用前弯型，叶片宽度由叶根到叶顶逐步变宽；所述扇叶上横向设置有两条近似平行的导流筋。

Description

一种发动机机械冷却风扇
技术领域
本发明属于汽车制冷系统技术领域，具体涉及一种发动机机械冷却风扇。
背景技术
随着人们对汽车舒适性、经济性要求的提高，能源和环境的日益紧迫，对发动机冷却风扇提出了更高的要求：风扇的冷却能力要求提高的同时，还需要严格控制风扇噪声、尽量降低风扇功率消耗。总之，传统的风扇设计方法已经不能满足目前行业的发展需要，而流体机械CFD的现代设计方法，在国内汽车发动机冷却风扇的设计开发过程中没有得到很好的应用。
现有风扇一般叶片等宽、等安装角圆，截面弧形，这种风扇结构简单、便于组织生产，但存在效率不高的问题。
为了增加风扇的功率，通常会选择较大的安装角，增大叶片个数，而这样势必增大风扇产生的噪声，且给整车的空间布置带来较大困难。
或者整体加大风扇扇叶径向尺寸，较大的扇叶宽度，以增大风量，同时减小风扇安装角，取消风扇轮毂以减小噪声，而这样会降低风扇强度，在发动机高速高负荷时，风扇工作温度上升，扇叶变软，高速旋转产生的离心力会造成风扇的变形，会导致风扇风量变小，且在工况较差的情况下甚至会导致风扇扇叶的断裂。
现有技术之一的风扇产品的叶片数为7且均匀分布于轮毂上，选用较大的安装角，叶片采用圆弧薄板形。为了保证风扇叶片强度，轮毂直径和宽度均较大，风扇轮毂比为0.5，轮毂与叶片等宽度。这种风扇风量和静压虽然得到保证，但效率较低，在高速旋转时产生较大的噪声。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中发动机风扇产品噪声大、效率低的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种发动机机械冷却风扇，包括扇叶、轮毂、托盘及风扇离合器；所述轮毂与所述扇叶一体注塑成型；所述托盘设置在所述风扇中间位置，所述托盘固定在所述风扇离合器上；
所述托盘上均匀设置有螺栓孔；所述托盘与所述轮毂固定连接；
所述扇叶为机翼型扭转叶片，所述扇叶在同一平面上，按照不同的角度分布在轮毂周围；
所述扇叶采用前弯型，叶片宽度由叶根到叶顶逐步变宽；
所述扇叶上横向设置有两条平行的导流筋。
所述导流筋自扇叶沿攻角方向的一侧向另一侧延伸时，宽度逐渐减小。
所述扇叶的前缘、后缘及顶端作倒圆角处理。
所述扇叶的个数至少为7个。
相邻两所述扇叶的夹角依次为53°、50°、48.25°、57.5°、48.28°、50°、53°。
所述托盘与所述风扇离合器的接合面与风扇后端面设置有间距。
所述风扇轮毂两端较风扇前后端均内缩。
所述托盘的边缘设置有与所述托盘成90度的卷边，所述卷边上面分布工艺孔。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
风扇采用机翼型扭转叶片，使叶片各截面处翼型都处于较高效率的攻角范围内，流场得到最优化，在保证冷却功率的情况下降低约28％的能耗；风扇叶片的结构不仅使叶片强度增加，也有效降低了风扇噪声；风扇叶片上的导流筋，可有效减少叶片表层气流扰动，降低叶片的抖动，降低噪声。
附图说明
图1为本发明冷却风扇的正面图。
图2为本发明冷却风扇的叶片导流筋侧截面示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来描述本发明的技术方案，以下实例仅为示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
需要理解的是，本发明中的冷却风扇是通过与硅油风扇离合器的离合，来控制风扇的开关和转速。硅油风扇离合器用硅油作为介质，利用硅油高粘度的特性传递扭矩；利用散热器后面空气的温度，通过感温器自动控制风扇离合器的分离和接合。其工作过程：
(1)当流经散热器的空气温度升高时，双金属感温器受热变形，迫使阀片轴转动，打开从动板上的进油孔，贮存在从动板与前盖之间的硅油便流入主动板与从动板之间的工作腔，离合器接合，风扇转速升高。空气温度越高，进油孔开度越大，风扇转速就越快。
(2)当流经散热器的空气温度下降时，双金属感温器恢复原状，阀片关闭进油孔，在离心力的作用下，硅油经回油孔从工作腔返回储油腔，离合器分离，风扇转速变得很低。
在此过程中，不但要增强风扇的功率和强度，还要降低风扇的噪音，本发明很好地解决了这一问题。以下结合附图说明和具体实施例对本发明的特点和优点作进一步详细的说明。
图1和图2为本申请的一个具体实施例的结构示意图。
如图1所示，本发明的发动机机械冷却风扇，包括扇叶1、轮毂4、托盘3及风扇离合器(图中未示出)；轮毂4与扇叶1一体注塑成型；风扇中间位置设置有一个带有四个螺栓孔的金属托盘，通过螺栓把金属托盘固定在风扇硅油离合器上。金属托盘的边缘设置有一定宽度与托盘成90度的卷边，卷边上面分布20个工艺孔，金属托盘与注塑成型的风扇轮毂紧密结合在一起，没有松动。
风扇的扇叶采用机翼型扭转叶片，与轮毂一体成型，扇叶个数为7个。7个扇叶在同一平面上，按照不同的角度分布在轮毂周围，通过对夹角的计算保证风扇的动平衡。本实施例中相邻两扇叶的夹角依次为53°、50°、48.25°、57.5°、48.28°、50°、53°，通过采用相邻两个扇叶之间的不同夹角，较相邻扇叶相同夹角相比，在空气动力学方面能够更好的实现动平衡，有利于减少噪声及能量的消耗。在本申请的其他实施例中，可根据实际要求设置扇叶的个数，再通过动平衡计算相邻两扇叶的夹角。
风扇叶片采用前弯型，叶片宽度从叶根到叶顶逐步变宽；叶片前缘、后缘及顶端作倒圆处理。本申请中所说的前缘、后缘分别指的是从攻角抬头方向扇叶的前侧边，后侧边。顶端指的是远离风扇中心的那一端。风扇的7个叶片上均布置两条平行的导流筋，导流筋自扇叶沿攻角抬头方向的一侧向另一侧延伸时，宽度逐渐减小；导流筋高度3.5mm，可有效减少叶片表层气流扰动，降低叶片的抖动，降低噪声。文中的攻角(英文：Attack Angle)，也称迎角，对于翼形来说，攻角定义为翼弦与来流速度之间的夹角，抬头为正，低头为负，常用符号α表示。
在本实施例中，金属托盘与风扇离合器的接合面与风扇后端面的距离为18mm，保证风扇安装之后与散热器和发动机有合适的间隙；风扇轮毂两端较风扇前后端均内缩10mm，每个叶片前后边与轮毂按照一定扭角平滑过渡，既减小轮毂处的空气涡流，同时也保证叶片根部的强度要求；风扇总成的动不平衡量控制在15g.cm以内。在本申请的其他实施例中，可根据不同的要求来设计金属托盘与风扇离合器的接合面与风扇后端面的距离以及风扇轮毂两端较风扇前后端的内缩量
本发明的冷却风扇叶片由于采用了以上技术方案，具有以下特点和优点：
1、采用机翼型扭转叶片，在叶片各设计界面处选择与之匹配的翼型并使各截面处翼型都处于较高效率的攻角范围内，流场得到最优化，在保证冷却功率的情况下降低约28％的能耗。
2、风扇叶片采用前弯型结构，叶片宽度叶根到叶顶逐步变宽，利用叶顶处线速度高、空间大的特点，适当增大叶顶宽度有利于增大风扇风量，选择适当的前弯角度，不仅使叶片强度增加，也有效降低了风扇噪声。
3、采用相邻两个扇叶之间的不同夹角，较相邻扇叶相同夹角相比，在空气动力学方面能够更好的实现动平衡，有利于减少噪声及能量的消耗。
4、风扇叶片上均布置两条导流筋，导流筋高度3.5mm，可有效减少叶片表层气流扰动，降低叶片的抖动，降低噪声。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种发动机机械冷却风扇，包括扇叶、轮毂、托盘及风扇离合器；所述轮毂与所述扇叶一体注塑成型；所述托盘设置在所述风扇中间位置，所述托盘固定在所述风扇离合器上；
所述托盘上均匀设置有螺栓孔；所述托盘与所述轮毂固定连接；其特征在于：
所述扇叶为机翼型扭转叶片，所述扇叶在同一平面上，按照不同的角度分布在轮毂周围；
所述扇叶采用前弯型，叶片宽度由叶根到叶顶逐步变宽；
所述扇叶上横向设置有两条平行的导流筋。
2.根据权利要求1所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：所述导流筋自扇叶沿攻角方向的一侧向另一侧延伸时，宽度逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：所述扇叶的前缘、后缘及顶端作倒圆角处理。
4.根据权利要求1所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：所述扇叶的个数至少为7个。
5.根据权利要求4所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：相邻两所述扇叶的夹角依次为53°、50°、48.25°、57.5°、48.28°、50°、53°。
6.根据权利要求1所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：所述托盘与所述风扇离合器的接合面与风扇后端面设置有间距。
7.根据权利要求1所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：所述风扇轮毂两端较风扇前后端均内缩。
8.根据权利要求1所述的发动机机械冷却风扇，其特征在于：所述托盘的边缘设置有与所述托盘成90度的卷边，所述卷边上面分布工艺孔。
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