CN112930443A - 用于机动车辆的风扇设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于冷却机动车辆、尤其是混合动力车辆的内燃机(4)的风扇设施(6)，风扇设施具有在空气流动方向(5)上布置在被冷却剂流经的热交换器(2)之后的第一散热器风扇和第二散热器风扇，其中，第一散热器风扇是径流风扇(6a)，径流风扇轴向抽吸冷却空气(L)并径向送出冷却空气，其中，第二散热器风扇是轴流风扇(6b)，轴流风扇轴向抽吸冷却空气(L)并轴向送出冷却空气，并且其中，轴流风扇(6b)在热交换器(2)之后在与热交换器的后侧(7)平行的平面中侧向布置在径流风扇(6a)旁边，或者在空气流动方向上(5)在热交换器(2)之前布置在平行于热交换器的前侧(8)的平面中。

Description

用于机动车辆的风扇设施
技术领域
本发明涉及一种风扇设施，其用于冷却机动车辆的内燃机，该风扇设施具有至少一个在空气流动方向上布置在被冷却剂流经的热交换器(散热器)之后的散热器风扇。本发明还涉及一种用于运行风扇设施的方法。机动车在此也被理解为具有内燃机和由可充电电池供电的电动马达的混合动力车辆。
背景技术
内燃机的、尤其是机动车辆的内燃机的散热系统主要排出被散发到燃烧室或汽缸壁上的热量。由于过高的温度将损坏发动机，因此必须对内燃机进行冷却。现代内燃机、尤其是机动车辆中的四冲程发动机，除少数例外，都使用了液体冷却，其中，为了保持内燃机的运行温度并且也为了空调设施的运行通常将由水以及防冻剂和防腐蚀剂构成的混合物用作冷却剂。
在并入到散热器的散热器网中的管件中导引的冷却剂必须再次冷却，为此，让冷却空气掠过与冷却剂处于热交换的散热片。因为尤其是在机动车辆的速度较低时被当作冷却空气的迎面风通常不足以进行散热，所以例如由DE 10 2013 006 499 U1公知的是，在包括散热片的散热器上在散热器框架之内布置有轴流风扇。优选电动马达式驱动的轴流风扇产生附加的空气流，其中，散热器框架具有一定数量的动压挡板开口，这些动压挡板开口能利用动压挡板封闭。在动压挡板打开且车辆速度相对较高时，由于所受阻塞较小，使得能够实现减少散热面积遮挡率以及较大的能自由流通的面积并且进而能够实现更高的散热功率。
风扇在行驶方向上通常布置在散热器(热交换器)的散热器网之后。借助风扇的风扇叶轮，使得空气被抽吸穿过散热器网并被转向到内燃机上。如果除了散热器网之外还存在空调设施的冷凝器的冷凝器网，则通常将冷凝器网在迎面风方向(空气流动方向)上布置在散热器网之前。风扇的风扇叶轮布置在风扇框架的框架主体的圆形的留空部中，借助留空部，空气被导引通过散热器网，其中，框架主体基本上完全覆盖散热器网。
为了实现风扇的高效率，框架主体除圆形的留空部之外被基本上气密地实施。以该方式，(分别从车辆的行驶方向看)在散热器网之前的区域与框架主体之后的区域之间的压力差相对较大。因此在车辆静止不动时，借助轴流风扇将相对较大量的空气抽吸通过散热器的散热器网。一旦机动车辆以相对较高的速度运动，则迎面风就在框架主体和散热器网之前发生拥堵。因此，只有一定份额的迎面风穿过散热器网。
为了消除该问题，在框架主体中引入了能分别利用动压挡板关闭的动压挡板开口。当在车辆静止不动期间运行风扇时，动压挡板开口借助动压挡板封闭，这使得在风扇框架前后的区域之间造成了较大的压力差。一旦动压挡板被迎面风加载，也就是一旦机动车运动时，动压挡板就枢转到打开的状态下，并且使迎面风除了流过风扇叶轮的留空部之外也流过动压挡板开口。以该方式提高了流过散热器网的空气体积量。
发明内容
本发明的任务是，说明一种特别合适的风扇设施，其用于机动车辆的、尤其是用于具有内燃机和电动马达式驱动器的混合动力车辆。此外，还应当说明一种用于运行这种风扇设施的方法，该方法在机动车辆的所有工作范围中均尽可能高效地(高功效地)起作用。尤其地，在所设置的电动马达式驱动器的电池充电运行时，(风扇模块的)风扇设施的噪声生成应尽可能低，即，该风扇设施应尽可能低噪音(轻声)工作。
根据本发明，该任务关于风扇设施利用权利要求1的特征来解决，并且关于方法利用权利要求6的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
为此，用于冷却机动车辆的、尤其是具有内燃机和由可充电电池供电的电动马达的混合动力车辆的内燃机的风扇设施具有第一和第二散热器风扇。第一散热器风扇是径流风扇，该径流风扇轴向抽吸流过散热器、也就是说被冷却剂流经的热交换器的冷却空气，并(在随后偏转(90°偏转)之后)径向送出冷却空气，也就是说在径向方向上向外运送(吹出)冷却空气。第二散热器风扇是轴流风扇，该轴流风扇轴向抽吸冷却空气并将其轴向送出，也就是说在轴向方向上向外运送(吹出)。
“轴向”在此是指平行(同轴)于轴流和/或径流风扇的转动轴线的方向(轴向方向)，而“径向”是指垂直(横向)于轴流或径流风扇的转动轴线的方向(径向方向)。风扇的转动轴线又在机动车辆的行驶方向上延伸并且因此平行于行驶方向延伸。
散热器，也就是说被冷却剂流经的热交换器关于机动车辆的行驶方向，也就是说关于机动车辆的主运动方向和由此产生的迎面风(迎面风方向/空气流动方向)具有前侧和后侧。能够借助风扇设施得到增强的迎面风在散热器(热交换器)的前侧撞击到散热器，并在流过散热器后从后侧离开。这导致对冷却剂的冷却，并且必要时导致对内燃机的附加冷却。
根据用于冷却机动车辆的、尤其是具有内燃机和由可充电电池供电的电动马达的混合动力车辆的内燃机的风扇设施的优选的变型方案，该风扇设施具有在空气流动方向上布置在被冷却剂流经的热交换器之后的第一散热器风扇和第二散热器风扇，其中，第一散热器风扇是径流风扇，该径流风扇轴向抽吸冷却空气并径向送出冷却空气，并且其中，第二散热器风扇是轴流风扇，该轴流风扇轴向抽吸冷却空气并径向送出冷却空气，轴流风扇在热交换器之后在与该热交换器的后侧平行的平面中侧向布置在径流风扇旁边。
根据用于冷却机动车辆的、尤其是具有内燃机和由可充电电池供电的电动马达的混合动力车辆的内燃机的风扇设施的第二变型方案，该风扇设施具有在空气流动方向上布置在被冷却剂流经的热交换器之后的第一散热器风扇和第二散热器风扇，其中，第一散热器风扇是径流风扇，该径流风扇轴向抽吸冷却空气并径向送出冷却空气，并且其中，第二散热器风扇是轴流风扇，该轴流风扇轴向抽吸冷却空气并径向送出冷却空气，轴流风扇在空气流动方向上布置在热交换器之前，优选布置在与该热交换器的前侧平行的平面中。
换句话说，轴流风扇在冷却空气的空气流动方向上布置在散热器或者说热交换器之后，并且在此布置在平行于该散热器的后侧的平面中，其中，在轴流风扇的这种布置方式情况下，径流风扇在平行于热交换器的后侧的平面中侧向定位在该轴流风扇的旁边。替选地，轴流风扇在空气流动方向上布置在热交换器之前(布置在散热器的前侧上)，而径流风扇仍布置在热交换器之后(布置在散热器的后侧上)。在这两种变型方案中，径流风扇的轴向的抽吸开口都朝向散热器或者说热交换器，也就是说朝向其后侧。
相反地，由DE 10 2004 028 697 A1公知有一种散热模块，其具有在(机动车辆的)行驶方向上布置在散热器之后(也就是布置在散热器的后侧上)的轴流风扇并具有另外的风扇。但是，该另外的风扇是横流风扇，其功能原理与径流风扇相比在根本上是不同的。因此，与根据本发明的径流风扇相比，在横流风扇中，空气不是轴向被抽吸，而是径向(或这说切向)被抽吸，并且与根据本发明的径流风扇相比，横流风扇在空气随后偏转90°后不是径向地流出(吹出)，而是轴向地流出进入到后置的散热器中。此外，在所公知的散热模块中，横流风扇在(机动车辆的)行驶方向上与根据本发明相比布置在散热器的前方(也就是布置在散热器的前侧)。
在有利的设计方案中，根据本发明的风扇设施的轴流风扇和径流风扇是电动马达式驱动的。为了特别节省空间地设计轴流风扇和径流风扇，尤其是为了使散热器风扇在轴向方向上的结构尺寸尽可能小，将用于驱动散热器风扇的风扇叶轮的电动马达适当地布置在径流风扇的径向叶轮的风扇毂中，并且布置在轴流风扇的轴向叶轮的风扇毂中。
尤其是当将轴流风扇和径流风扇设置在热交换器之后的同一平面中时，则轴流风扇和径流风扇有利地布置在共同的风扇框架中。轴流风扇的轴向叶轮的转动轴线和径流风扇的径向叶轮的转动轴线在此平行延伸。如果径流风扇和轴流风扇(在中间存在散热器(热交换器)的情况下)前后相继地布置，则它们的转动轴线适当地同轴延伸。
通过将轴流风扇布置在冷却器(热交换器)的前测，而将径流风扇布置在其后侧，使得散热器面的面积遮挡率(阻塞)相比颠倒的布置方式(即将径流风扇布置在散热器的前侧而将轴流风扇布置在散热器的后侧时)要低，这是因为即使当仅运行径流风扇时，也提供足够大的穿过轴流风扇的流通面积，并且轴流风扇的叶轮无需驱动就能够自由转动，这进一步降低了流动阻力。
在风扇设施的有利的改进方案中，给该风扇设施配属有控制设备，该控制设备被设置并设立成依赖于机动车辆的行驶运行(行驶周期)或工作范围地运行轴流风扇和径流风扇或仅运行轴流风扇或仅运行径流风扇。为此，对它们的驱动轴流风扇的轴向叶轮或径流风扇的径向叶轮的电动马达相应地通电。该控制设备可以单独地或者也可以尤其是与各个功能模块一起集成到电动马达中。
适当地，在此预定了车辆速度的阈值，在高于该阈值时仅运行轴流风扇，而在低于该阈值时，尤其是在用于机动车辆的电动马达式驱动器的电池充电运行时，仅运行径流风扇。在车辆速度低时并且尤其是在静止不动时和/或在可能存在的用于混合动力车辆的电动马达式车辆驱动器的电池充电运行时仅运行径流风扇是特别有利的，这是因为径流风扇的特征在于具有非常低的噪音排放，即工作噪音特别低。尤其是在充电运行中，在电动马达式驱动径流风扇的情况下，(空气动力学的)散热功率与(电)功率消耗之比是特别有利的，也就是说径流风扇的工作效率特别高。
在更高的、较高的和/或最大的车辆速度的情况下，也就是说在高速行驶时或在内燃机高负荷时，例如在上坡行驶时和/或在由于被车辆牵引的挂车而导致的附加载荷的情况下，让轴流风扇和径流风扇一起运行(即风扇设施的双运行)是特别适用的。在此，轴流风扇可以相对较小(具有较小尺寸的小型化)，或者可以设计得性能相对较弱并且尤其是在特征变化曲线方面进行优化。此外，轴流风扇可以仅针对一个(唯一的)需满足的空气动力学工作点来设计。
在用于运行这种风扇设施的方法中，依赖于机动车辆的工作范围、内燃机负载、各自的行驶周期和/或速度来共同运行或单独运行轴流风扇和径流风扇。在此，根据有利的改进方案，在高于机动车辆的速度的阈值时，例如在高速行驶时，可以运行轴流风扇和径流风扇，而在低于阈值时，例如在车辆缓慢行驶时，仅运行轴流风扇，或者例如在车辆静止不动时和/或在具有内燃式和电动马达式车辆驱动器的混合动力机动车辆的电池充电运行时仅运行径流风扇。
利用本发明所实现的优点尤其在于，通过提供具有轴流风扇和径流风扇的风扇设施实际上覆盖了机动车辆的所有驾驶情况和工作范围，同时提供了足以可靠进行冷却的冷却空气的体积流量。在此，轴流风扇和径流风扇在噪声负载较低的同时、尤其是在低车速时可以在它们各自的最佳效率的范围内工作。利用轴流风扇和径流风扇的组合运行适用于高温要求。与不同的散热器组合使用时，通过适当的隔离或阻塞实现高效率，并且由此实现了更好的冷却效果或更好的废气值。
此外，在混合动力车辆的情况下适用的是仅使用轴流风扇的行驶运行，或者在高温要求的情况下使用轴流风扇和径流风扇的行驶运行，而在车辆静止不动时并且尤其是在电池充电状态下适用的是仅运行径流风扇，这是因为径流风扇高效且工作噪音非常低。
附图说明
下面结合附图详细阐述本发明的实施例。其中：
图1示意性地简化示出具有风扇设施的散热器风扇，该风扇设施具有径流和轴流风扇；
图2以透视图示出根据第一变型方案的风扇设施，该风扇设施在散热器后侧上具有径流风扇和轴流风扇；
图3以透视图示出根据第二变型方案的风扇设施，从轴流风扇的角度观察，该风扇设施在散热器后侧上具有径流风扇，而在散热器的前侧上具有轴流风扇；
图4以透视图示出从径流风扇角度观察时的根据第二变型方案的风扇设施。
彼此相应的部分在所有附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中以侧视图示意性地简化示出了未详细清楚指明的机动车辆的散热器或散热器风扇系统1。散热器风扇系统1包括下文被称为散热器2的热交换器，冷却管或冷却软管3被引导到该散热器上，在冷却管3内部存在有冷却剂(冷却液)K，该冷却剂(冷却液)借助未示出的泵保持循环。冷却剂K被导引通过内燃机(内燃机)4并被该内燃机加热，其中，内燃机4被冷却。经加热的冷却剂K重新被导引通过散热器2，该散热器受到迎面风加载。在此，迎面风的方向沿着基本上相应于机动车辆的主运动方向并且在下文中内称为空气流动方向5的迎面风方向。
借助风扇设施6，增强了迎面风或在机动车静止不动时产生迎面风。风扇设施6包括径流风扇6a和轴流风扇6b。在优选的实施方式中，径流风扇6a和轴流风扇6b布置在散热器2的后侧7上，并且在那里并排地位于平行于散热器2的后侧7的平面中，也就是说垂直于图1中的图面前后相继。
根据替选方案，径流风扇6a在空气流动方向上5布置在散热器2之后，并且因此在此布置在散热器的后侧7上，而轴流风扇6b在空气流动方向上5布置在散热器2之前，并且在那里再次布置在平行于散热器的前侧8的平面中。径流风扇6a和轴流风扇6b分别利用电动马达9或10驱动，即电动马达式驱动。
控制设备11调整径流风扇6a和轴流风扇6b的运行。这意味着，控制装置11经由相应的控制信号SR、SA使径流风扇6a运行或使轴流风扇6b运行或使径流风扇6a和轴流风扇6b两者都运行。这依赖于行驶情况、各自的工作范围、工作强度(例如在上坡行驶时和/或在带着挂车行驶时)，并且在此优选依赖于车辆的速度。因此，适当地在高的或最大的车辆速度(高速行驶)时和/或在特别高的温度负荷(高温要求)时驱控径流风扇6a和轴流风扇6b两者都运行。为此，将它们的各自的电动马达9、10相应地通电。
例如，在相对较低的车辆速度的情况下，可以仅运行轴流风扇6b。在缓慢行驶的情况下以及在车辆静止不动时，特别适合的是仅运行径流风扇6a，这是因为它工作效率高且噪音很低。
在混合动力车辆的情况下，除了内燃机4之外，还具有形式为电动马达12的另外的驱动机，其中特别有利的是，在电池13的充电过程期间仅运行径流风扇6a。该电池提供为了运行电动马达12在供能技术上所需的电流。
原则上，风扇设施6的运行方式是如下这样的，即，使得在车辆行驶期间仅运行轴流风扇6b或运行轴流风扇和径流风扇6a，而在车辆静止不动和/或用于向电动马达12供电的电池13充电运行时仅运行径流风扇6a。
径流风扇6a抽吸冷却空气L经过散热器2，使该冷却空气偏转90°，并径向送出(吹出)偏转的冷却空气L。这通过流向箭头14清楚示出。轴流风扇6b轴向抽吸冷却空气L，并且轴向送出(吹出)冷却空气。这通过流向箭头15、16清楚指明。
尤其是在径流和轴流风扇6a或6b并排布置在散热器2的后侧7上的实施方式中，这些风扇适当地布置在共同的风扇框架17中。以该方式，可以提供特别合适的具有径流风扇6a和轴流风扇6b的双风扇模块。
在轴流和径流风扇6b或6a在空气流动方向上5前后相继地布置的实施方式中，也可以设置共同的散热器框架。该散热器框架可以设计成使得当装配散热器2时，将轴流风扇6b定位在散热器的前侧8上，而将径流风扇6a定位在散热器的后侧7上。
图2示出了风扇设施6，其在平行于散热器2的后侧7的平面中在共同的风扇框架17中并排地布置有径流风扇6a和轴流风扇6b。径流风扇6a和轴流风扇6b的相互平行的转动轴线用18或19标注。在轴流风扇6b中，从马达电子器件20角度观察时能看到轴流风扇的电动马达10。电动马达10布置在具有基本上径向的支撑杆22的中央的固定不动的毂21中，该支撑杆在流通开口24的开口边缘23的区域中与风扇框架17连接。轴流风扇6b可以在毂21或马达电子器件20的区域中设有覆盖部。
轴流风扇6b的轴向叶轮26的轮毂25与中央的固定不动的毂21对齐。从轮毂25的外圆周开始，以月牙形并且基本上径向地延伸有一定数量的周向侧分布地布置的翼片或叶片27。由于将电动马达10布置在毂21和25的区域中，使得轴流风扇6b在其转动轴线19的方向上的轴向结构尺寸或结构深度特别小。
在后侧设有或可以设有(未示出的)壳体覆盖部的径流风扇6b具有(后侧的)马达电子器件28。电动马达9及其马达电子器件28再次布置在具有基本上径向的支撑杆30的中央的固定不动的毂29中，这些支撑杆与风扇框架17连接。在图2中能看到径流风扇6a的朝向散热器2的后侧7指向的轴向的抽吸开口31。电动马达9驱动具有径流风扇6a的一定数量的翼片或叶片33的径向叶轮32。为了实现尽可能小的轴向结构尺寸，电动马达9至少部分地、尤其是在转子侧(也就是说在其实施为具有转子的外动子的实施方案中)位于径向叶轮32的轮毂中。径向叶轮32的翼片或叶片33轴向在转动轴线18的方向上延伸，并在周向侧形成流出开口34。经由径流风扇6a的流出开口32，使得被轴向抽吸的冷却空气L在随后偏转90°后径向向外流出。
图3和4示出了径流风扇6a和轴流风扇6b轴向前后相继的布置方式，其中，径流风扇6a布置在与后侧7平行的平面中，而轴流风扇6b布置在与散热器2的前侧8平行的平面中。在实施例中，径流和轴流风扇6a或6b的转动轴线18、19是同轴的(同轴线的)。其余之处，根据图3和4的实施方式中的径流风扇6a和轴流风扇6b的结构与根据图2的相同。
径流风扇6a或轴流风扇6b的电动马达9、10的马达电子器件20、28可以包含控制设备11的功能模块。控制设备11也可以完全集成到轴流和/或径流风扇6b或6a的马达电子器件20、28中。因此，控制信号SR和SA可以由各自的马达电子器件20、28生成。于是，两个风扇6a，6b的电动马达9、10仅经由供电线路与车辆的车载电网连接。
要求保护的本发明不限于上述实施例。相反，本领域技术人员也可以在所公开的权利要求的范围内从中推导出本发明的其他的变型方案，而不脱离所要求保护的本发明的主题。尤其地，此外结合不同的实施例描述的所有单个特征也能在所公开的权利要求的范围内组合，而不背离所要求保护的发明的主题。
附图标记列表
1 散热器系统/散热器风扇系统
2 散热器/热交换器
3 冷却管/冷却软管
4 内燃机
5 迎面风方向/空气流动方向
6 风扇设施
6a 径流风扇
6b 轴流风扇
7 后侧
8 前侧
9、10 电动马达
11 控制设备
12 电动马达/驱动器
13 电池
14 径向的流动箭头
16 轴向的流动箭头
17 风扇框架
18、19 转动轴线
20 马达电子器件
21 毂
22 撑杆
23 开口边缘
24 流通开口
25 轮毂
26 轴向叶轮
27 翼片/叶片
28 马达电子器件
29 毂
30 支撑杆
31 抽吸开口
32 径流风扇轮
33 翼片/叶片
34 流出开口
K 冷却剂
L 冷却空气
SA、R 控制信号

Claims (8)

1.用于冷却机动车辆的内燃机(4)、尤其是具有内燃机(5)和由可充电电池(13)供电的电动马达(12)的混合动力车辆的内燃机的风扇设施(6)，所述风扇设施具有在空气流动方向(5)上布置在被冷却剂流经的热交换器(2)之后的第一散热器风扇和第二散热器风扇，
-其中，所述第一散热器风扇是径流风扇(6a)，所述径流风扇轴向抽吸冷却空气(L)并径向送出冷却空气，
-其中，所述第二散热器风扇是轴流风扇(6b)，所述轴流风扇轴向抽吸冷却空气(L)并轴向送出冷却空气，并且
-其中，所述轴流风扇(6b)在所述热交换器(2)之后在与所述热交换器的后侧(7)平行的平面中侧向布置在所述径流风扇(6a)旁边，或者在空气流动方向(5)上在所述热交换器(2)之前布置在平行于所述热交换器的前侧(8)的平面中。
2.根据权利要求1所述的风扇设施(6)，
其特征在于，
所述轴流风扇(6b)和所述径流风扇(6a)是电动马达式驱动的。
3.根据权利要求1或2所述的风扇设施(6)，
其特征在于，
尤其是当所述轴流风扇(6b)和所述径流风扇(6a)被设置在所述热交换器(2)之后的同一平面中时，所述轴流风扇和所述径流风扇布置在共同的风扇框架(17)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风扇设施(6)，
其特征在于，
设置有控制设备(11)，并且所述控制设备被设立成依赖于所述机动车辆的行驶运行或工作范围来驱控所述轴流风扇(6b)和所述径流风扇(6a)进行运行或仅驱控所述轴流风扇(6b)进行运行或仅驱控所述径流风扇(6a)进行运行。
5.根据权利要求4所述的风扇设施(11)，
其特征在于，
预定有车辆速度的或工作范围的阈值，在高于所述阈值时，运行所述轴流风扇(6b)和所述径流风扇(6a)，在低于所述阈值时，仅运行所述轴流风扇(6b)，或者尤其是在用于所述机动车辆的电动马达式驱动器(12)的电池(13)充电运行时，仅运行所述径流风扇(6a)。
6.用于运行根据权利要求1至5中任一项所述的风扇设施(6)的方法，其中，依赖于所述机动车辆的工作范围和/或速度地，共同运行或单独运行所述轴流风扇(6b)和所述径流风扇(6a)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在高于所述机动车辆的速度的阈值时，运行所述轴流风扇(6b)和所述径流风扇(6a)，而在低于所述阈值时，仅运行所述轴流风扇(6b)，或者尤其是在车辆静止不动时，仅运行所述径流风扇(6a)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在具有内燃机(4)和由可充电电池(13)供电的电动马达(12)的混合动力车辆中，在电池(13)的充电运行中仅运行所述径流风扇(6a)。
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