DE2411225A1

DE2411225A1 - Kuehleinrichtung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2411225A1
Application number: DE2411225A
Authority: DE
Inventors: Harold D Beck
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1973-04-05
Filing date: 1974-03-08
Publication date: 1974-10-24
Also published as: AU471444B2; JPS49129032A; US3872916A; IT1004094B; FR2224318A1; SE402322B; DE2411225B2; NL7404587A; FR2224318B1; GB1466795A; DE2411225C3; NL158255B; CA992409A; BR7402685D0; AU6756574A

Description

INTERNATIONAL HARVESTER COMPANY
401, North Michigan Avenue
CHICAGO 1, Illinois 60611
U.S.A.

KÜHLEINRICHTUNG, INSBESONDERE FÜR KRAFTFAHRZEUGE

Die Erfindung bezieht sich auf eine, insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignete Kühleinrichtung, die aus einem Kühler, einem diesem nachgeschalteten Lüfter mit einem umlaufenden Lüfterrad und einer Lüfterverkleidung besteht, die einen dem Kühler zugewandten vorderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist.

Die meisten Kraftfahrzeuge werden heutzutage durch Verbrennungskraftjfnaschinen angetrieben. Die zwangsläufig wärmeabgebenden Verbrennungskraftmaschinen weisen vielfach eine Wasserkühlung auf, bei der Wasser im Kreislauf durch die Antriebsmaschine geführt und auf diese Weise die sich entwickelnde Wärme nach außen in die Atmosphäre abgeführt wird. Der zum Kühlen des Kühlwassers dienende Kühler wird einem Luftstrom ausgesetzt, der die Wärme aufni;pmt und sie in die Atmosphäre ableitet. Zum Erzeugen des Luftstromes sind verschiedene Arten von Lüftern bekanntgeworden. So kennt man Lüfter, durch die aus der Atmosphäre Luft durch den Kühler angesaugt und entlang der Antriebsmaschine wieder in die Atmosphäre zurückgefördert wird. Diese Lüfter sind als Axialsauglüfter bekanntgeworden, bei denen die Luft axial durch den Kühler angesaugt und in dem Verbrennungskraftmaschinenraum abgegeben wird. Andere Lüfter wiederum arbeiten in der umgekehrten Weise, d.h. sie saugen Luft aus dem Verbrennungsmaschinenraum

AO9843/0257

an, worauf die Luft durch den Kühler hindurchgedrückt wird, um die notwendige Kühlung des Kühlers zu erreichen. Diese zuletztgenannte Art von Lüftern wird oft angewendet, wenn ein Fahrzeug für Aufgaben eingesetzt wird, bei denen beträchtliche Mengen Staub und sonstige in der Luft mitgeführte Partikel anfallen, ferner dort, wo diese Materialien an einem Eintritt in den Antriebsmaschinenraum gehindert werden müssen und wo thermische Einflüsse und/oder eine Luftverschmutzung für den Fahrer schädlich sind. Der Staub wirkt sich schädlich auf die Verbrennungskraftmaschine und deren Leistung aus, während der Wärmeeinfluß und das Geräusch die Leistungsfähigkeit der Bedienungsperson beeinflussen. Bei Sauglüftern verwendet man oft Leitsysteme, um die von hinten durch den Sauglüfter angesaugte Luft umzuleiten. Jedoch sind vielfach solche Einrichtungen sehr kompliziert und sie bedingen auch zusätzliche Teile, Arbeit und einen Wartungsauf wand. Die in umgekehrter oder in Vorwärtsrichtung durch den Kühler gedrückte Luft hat den Nachteil, daß die Luft stark erhitzt wird, insbesondere aufgrund ihres Strömungsverlaufes entlang der heißen Antriebsmaschine.Je nach Abhängigkeit, wie schnell das Fahrzeug bewegt wird ist zusätzliche Lüfterleistung notwendig, um den nach rückwärts geleiteten Luftstrom zu überwinden. Mit der Zunahme der dem Lüfter zugeführten Leistung vergrößert sich der Ölverbrauch und ebenso die Geräuschentwicklung. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß beide bekannten Methoden von einem gewünschten optimalen Leistungsverhalten noch weit entfernt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche Staub und sonstige in der Luft befindliche Partikel vom Motorraum weitgehend fern hält. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, einen Luftauslaßteil für eine Lüfterverkleidung zu schaffen, der bei maximaler Luftströmung und Verbesserung der Umgebungseinflüsse sich durch Wärme- und Geräuschreduzierung sowie Verbesserung der Luftverschmutzung auszeichnet. Insbesondere hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, den Luftauslaß in einer bestimmten Weise zu steuern, nämlich radial nach außen abzuführen.

409843/025 7

Dabei soll der Auslaßteil der Lüfterverkleidung so ausgebildet sein, daß der Coandaeffekt erzielt wird. Insbesondere soll dieser Coandaeffekt über einen wesentlichen Bereich der Lüfter-Geschwindigkeit aufrechterhalten werden. Schließlich soll durch die Erfindung sichergestellt werden, daß nicht direkt erhitzte Luft auf den Fahrerstand geleitet wird.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Auslaßteil aus einem zylindrischen Ringteil, einem radialen Verlängerungsteil und einem radialen flachen Teil besteht, ferner sich eine von den Hinterkanten der umlaufenden Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene parallel zum radialen flachen Teil erstreckt und dabei im wesentlichen ein Verhältnis vorliegt, wonach RF = AW/3, CF » AW/3 und R = 2 AW/3 ist, wobei RF die Länge des radialen flachen Teils, CF die Länge des zylindrischen Ringteils, R der Abstand zwischen einem Bezugspunkt und dem radialen Verlängerungsteil und AW die projizierte axiale Breite des Lüfterrades ist. Durch eine solche Kühleinrichtung werden bei gegenüber, herkömmlichen Kühlsystemen gleichbleibender Kühlleistung erhebliche Verbesserungen in Bezug auf die Lüfterantriebskraft, des tatsächlichen Lüftergeräusches sowie Fahrzeuggeräusches auf dem Bedienungsstand erreicht. Außerdem werden die Temperaturen auf dem Bedienungsstand erheblich gesenkt. Dies wird vor allem dadurch erreicht, daß die erhitzte Luft durch die besondere Ausgestaltung des Auslaßteils der Verkleidung in Verbindung mit der axialen Luftströmung des Lüfters in einer bestimmten Weise, nämlich radial nach außen von dem Bedienungsstand fortgeleitet wird.

Zweckmäßig liegen etwaige Abweichungen von dem gewählten Verhältnis innerhalb von plus oder minus 12 % der projezierten axialen Breite des Lüfterrads.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur bei einer Kühleinrichtung bei einem Fahrzeug verwendet werden kann, sondern auch bei stationären Anlagen.

409843/0257

Fig.	1:
Fig.	2:
Fig.	3:
Fig.	4:

2^-11225

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

Es zeigen:

eine Seitenansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung in einem Fahrzeug, einen Schnitt durch die Kühleinrichtung, eine Aufsicht auf einen Ackerschlepper mit herkömmlicher Luftabführung und

eine entsprechende Aufsicht auf einen Ackerschlepper mit Luftabführung gemäß der Erfindung.

In ,,Fig. 1 ist eine in herkömmlicher Weise wassergekühlte Verbrennungskraftmaschine 10 dargestellt, die auf dem vorderen Teil eines Fahrgestellrahmens 12 eines Fahrzeugs 14 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Fahrzeug ein Ackerschlepper. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei anderen, mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugen oder einem transportablen oder stationären Antriebsaggregat mit einem Lüfter angewandt werden kann. Im vorderen Teil des Fahrzeuges ist ein Kühler 16 angeordnet, um die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen. Der Kühler ist über Leitungen 18 und 20 mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden, so daß Kühlwasser zwischen dem Kühler 16 und den Kühlwasserräumen der Verbrennungskraftmaschine 10 strömen kann. Die Verbrennungkraftmaschine 10 ist von einer Blechhaube 22 umgeben, so daß ein Verbrennungsmaschinenraum 24 gebildet wird.

Am vorderen Ende der Verbrennungskraftmaschine 10 sitzt eine Lüfterwelle 26, über die Antriebskraft zu einem Lüfter 28 geleitet werden kann. Für die vorliegende Erfindung ist unwesentlich, in welcher Weise die Antriebskraft dem Lüfter zugeführt wird; es können Riemen und Riemenscheiben verwendet werden. Bei dem Lüfter 28 handelt es sich um einen umlaufenden Sauglüfter, der dem Kühler 16 gegenüberliegend angeordnet ist und normalerweise in axialer Richtung Luft durch den Kühler ansaugt und in axialer Richtung wieder abgibt. Diese axiale Luftströmung wird durch eine

4Q98£3/0257

Verkleidung 30 geleitet. Die besondere Gestalt des vorderen Einlaßteils 32 der Verkleidung 30 ist abhängig von der Gestalt und Ausbildung des perforierten Wärmeaustauschteils des Kühlers. Die Art der Verbindung zwischen der Führungskante des vorderen Einlaßteils 32 und der rückwärtigen Seite 34 des Kühlers 16 ist abhängig von der besonderen Charakeristik dieser Bauteile, d.h. einige Verbindungen weisen Luftspalte auf, während andere im wesentlichen über den gesamten Umfang der Verbindung abgedichtet sind. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die gesamte per- "* forierte Fläche im wesentlichen abgedichtet, so daß die Luft nur durch den Kühler strömen und nicht von anderen Richtungen zuströmen kann. Von der Vorderkante aus ist die Verkleidung entweder, wie dargestellt, kegeistumpfförmig, oder aber kastenförmig konvergierend nach hinten zu einer rückwärtigen Kante 36 ausgebildet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich nach hinten und nach außen von der Kante 36 ein Auslaßteil 38. Die Verbindung zwischen dem Einlaßteil und dem Auslaßteil kann durch geeignete Mittel, erreicht werden. Wesentlich ist dabei, daß diese Verbindung verhältnismäßig frei von öffnungen und Zwischenräumen ist, die einen Luftzutritt ermöglichen. Der Auslaßteil 38 besitzt einen Ringteil 40, einen gewölbten Verlängerungsteil und einen flachen Flanschteil Der Ringteil 40 bildet die Einlaßöffnung für den Auslaßteil 38, während sich der Verlängerungsteil 42 nach hinten und gleichzeitig bogenförmig nach außen erstreckt, wobei ein Bezugspunkt für den Bogenradius mit 46 bezeichnet ist. Der bogenförmige Verlängerungsteil 42 ist somit glockenförmig ausgebildet und bildet somit eine Oberführungsfläche bzw. kommt einer solchen nahe. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verlängerungsteil 42 ein Teil mit einem konstanten Bogenradius. Der flache Flanschteil 44 bildet die Hinterkante des Verkleidungsauslasses 38 und besitzt eine Hauptebene, die vertikal zu dem Ringteil 4O verläuft. Aus Vereinfachungsgründen kann der Ringteil 40 als zylindrischer Hals, der bogenförmige Verlängerungs· teil 42 als radiale Verlängerung und der flache Flanschteil 44 als radiale Fläche bezeichnet werden. Insgesamt gesehen ist der Auslaßteil 38 in Gestalt eines Trichters ausgebildet.

43/0157

Wie oben bereits erwähnt, ist der Lüfter 28 in der Nähe des Kühlers umlaufend gelagert, mit dem Zweck einen Kühlluftstrom zu erzeugen. Der Lüfter 28 weist mehrere Lüfterblätter 48 auf, von denen in der Zeichnung nur eins dargestellt ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Lüfter 28 von dem Lüfterauslaßteil 38 umgeben. Die Anordnung des Lüfters 28 innerhalb der Verkleidung 30 ist derart getroffen, daß eine von einer Führungskante 50 gebildete vordere Ebene mit dem Führungsteil des Ringteils 40 zusammenfällt und eine durch eine Hinterkante 52 gebildete, rückwärtige Ebene mit der radialen Fläche 44 parallel zusammenfällt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in beiden Fällen eine Abweichung von plus oder minus 12 % von der projizierten Axialbreite AW des Lüfters möglich ist. Das bedeutet, daß bei einer Lageabweichung von 12 % der beiden Ebenen, die durch die Vorder- und Hinterkante der umlaufenden Lüfterblätter gebildet werden, immer noch eine zufriedenstellende Funktion gemäß der Erfindung erreicht wird, d.h. innerhalb dieses Bereiches der abgelenkte Luftstrom inner noch im wesentlichen radial abgeleitet wird.

Es wurde jedoch festgestellt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die durch die Führungskante 50 gebildete vordere Ebene durch die .Verbindungsebene zwischen dem konvergierenden Teil 36 und dem Ringteil 40 verläuft. Von noch größerem Einfluß auf das Ergebnis ist das Verhältnis zwischen der rückwärtigen Ebene, die durch die Hinterkante 52 gebildet wird, und dem flachen Teil 44. Die Maximalleistung wird erreicht, wenn die rückwärtige Ebene und die radiale Fläche 44 fluchten und parallel zueinander verlaufen. Abweichungen von dieser Lage zwingen den Luftstrom zu einer schnelleren Ablenkung als bei einer gleichen prozentualen Abweichung der vorderen Lage der vorderen Ebene.

Zwischen den Parametern besteht folgendes Verhältnis: RF = AW/3, CF β AW/3 und R =» 2 ÄW/3, wobei RF die Länge der radialen Fläche 44, CF die Länge des -zylindrischen Ringteils 40 und R der Radius des sich radial erstreckenden Verlängerungsteils 42 oder der Abstand von den Bezugspunkt zu der oberführungsfläche und AW die projizierte axiale Breite des Lüfters 28 ist.

4Q-98 4 3/O25 7

Obwohl bei einer einfachen Betrachtung des dargelegten Kühlsystems es.nicht naheliegend erscheint, werden dennoch die Antriebskraft für den Lüfter und die Lüftergeräusche reduziert. Die Geometrie des Lüfterauslasses und die Anordnung des Lüfters in der. Lüfterverkleidung beeinflussen die Kühlleistung der Einrichtung derart, daß eine geringere Umlaufgeschwindigkeit des Lüfters notwendig ist, um die gleiche Temperaturreduzxerung des Kühlmittels zu erreichen. Somit ergibt sich bei einer Verringerung der Lüftergeschwindigkeit eine Reduzierung des Geräusches und eine Verringerung der zum Antrieb erforderlichen Kraft. Infolge der radialen Ablenkung des Luftstroms werden Staub und andere Partikel" von der Bedienungsperson fortgeleitet und nicht auf diese zurück. Das gleiche gilt in Bezug auf die Wärme, da auch diese vom Fahrerstand ferngehalten wird.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, in welcher Weise die Luft von einem Lüfter abgeleitet werden, und zwar in Fig. 3 bei einer herkömmlichen Ein- ■ richtung und Fig. 4 bei einer verbesserten Einrichtung gemäß der Erfindung.

Bei durchgeführten Versuchen hat sich herausgestellt, daß die neue Kühleinrichtung bei gleicher Kühlleistung eine ganze Reihe von Vorteilen und Verbesserungen aufweist. Zunächst werden die Lüfterantriebskraft um ca. 20 % und die tatsächlichen Lüftergeräusche um 6 dB reduziert. Ferner wird das gesamte Fahrzeuggeräusch auf dem Bedienungsstand um 4 dB verringert und die Temperaturen auf dem Bedienungsstand in Fußhöhe um 11,1° C, in Kopfhöhe um 4,4 C und in Höhe des Lenkrades um 2,8° C gesenkt. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß durch die neuartige Ausgestaltung der Verkleidung und der speziellen Anordnung dös Lüfterrades in der Verkleidung wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Luftströmung, der Luftableitung, des Geräusches, der Lüfterantriebskraft und der Kühlleistung erreicht werden können.

Die Lage des Lüfters 28 zu dem Auslaßteil 38 wird am besten durch den Abstand des Lüfters ausgedrückt, der sich über das Ende der Verkleidung nach hinten erstreckt. Es wurde gefunden, daß bei einer

409843/0257

■"■ R "·

2<t11-225

Abweichung von X_ von Null beste Ergebnisse erzielt werden.
Vernünftige Ergebnisse konnten jedoch auch noch dann erzielt werden, wenn X„ ungefähr gleich plus oder minus 12 % von AW
ist. Wie sich aus dem Vorgegangenen ergibt, also auch dann
noch, wenn die rückwärtige Kante mit der Fläche der radialen Fläche zusammenfällt oder aber innerhalb dieser genannten
Toleranz liegt. Durch Änderung der Lage des Lüfters in Bezug auf den Lüfterauslaß ist es ferner möglich, den Luftstrom zu steuern, und zwar geradewegs nach hinten, unter einem Winkel in radialer Richtung usw., und zwar je nach Bedarf und welcher Art der Vorzug gegeben wird.

4098A3/0257

Claims

( l.yKühleinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend ^-^ aus einem Kühler, einem diesem nachgeschalteten Lüfter mit einem umlaufenden Lüfterrad und mit einer Lüfterverkleidung, die einen dem Kühler zugewandten- vorderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßteil (38) aus einem zylinderischen Ringteil (4o), einem radialen Verlängerungsteil (42) und einem radialen flachen Teil (44) besteht, das ferner eine von den Hinterkanten der umlaufenden Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene sich parallel zum radialen flachen Teil (44) erstreckt und dabei im wesentlichen ein Verhältnis vorliegt, wonach RF = AW/3, CF = AW/3 und R = 2AW/3 ist, wobei RF die Länge des radialen flachen Teils (44), CF die Länge des zylinderischen Ringteils (4o), R der Abstand zwischen einem Bezugspunkt und dem radialen Verlängerungsteil (42) und AW die projizierte axiale Breite des Lüfterrades (28) ist.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen von dem Verhältnis innerhalb von plus oder minus 12 % der projezierten axialen Breite (AW) des Lüfterrades (28) liegen.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Auslaßteils etwa der projizierten axialen Breite (AW) der Lüfterblätter (48) ist.
4. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine von den Vorderkanten (5o) der umlaufenden Lüfterblätter (48) erzeugte Ebene im wesentlichen mit der Ebene der Einlaßöffnung des Auslaßteils (38) zusammenfällt.

A09843/0257

../10
5. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderische Ringteil (4o) zwischen dem Einlaßteil (32) und dem Verlängerungsteil (42) angeordnet ist.
6. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sich vom Ringteil ,(4o) nach hinten und außen erstreckende Verlängerungsteil (42) gewölbt ausgebildet ist und daß sich der radiale flache Teil (44) vertikal zum Ringteil (4o) erstreckt.
7. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßteil (32) und der Auslaßteil (38) über ihren gesamten Umfang dicht miteinander verbunden sind.
8. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßteil (32) mit seiner Einlaßseite fest mit der Austrittsseite des Kühlers (16) verbunden ist.
9. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßteil (32) kegelstumpfförmig ausgebildet ist,.wobei die im Durchmesser kleinere Austrittsseite dem Ringteil (4o) zugewandt ist.

409843/0257

Leerseite