DE2618203A1

DE2618203A1 - Schallgedaempfter kuehler fuer fluessigkeitsgekuehlte verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2618203A1
Application number: DE19762618203
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Ikeda
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1976-11-25
Also published as: FR2309717B1; GB1551362A; US4116269A; FR2309717A1

Description

Dr. Joachim Rasper

Patentanwalt
62 Wiesbaden

Rlirstodler HShi 22 Til. 56284J

KOM 10

KA-ßUSHlKl KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO ΐΟΚΙΟ/Japan

Schallgedämpfter Kühler für flüssigkeitsgekühlte Verbren-

nungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen schallgedämpften Kühler, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, der im wesentlichen aus einem motorgetriebenen Gebläserad und einem vor diesem angeordneter flüssigkeitsdurchströmten Kühlerblook besteht«, Der erfindungsgemäße Kühler dient bevorzugt dem Einsatz in Maschinen für Erdbewegungen oder dergleichen, läßt sich aber auch in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen allgemein verwenden*

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Kühler der beschriebenen Art werden in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, um die im Motor erzeugte überschüssige Wärmeenergie abführen zu können» Zu diesem Zweck besitzt ein flüssigkeitsgekühlter Motor normalerweise ein Gebläserad, vor dem ein Kühlerblock angeordnet ist, der Röhren oder andere Leitelemente für die Kühlflüssigkeit, ζ» Bo das Kühlwasser, enthält, welches aus den Kühlmänteln kommt, die die Zylinder und den Zylinderkopf umgeben,, Das durch den Motor angetriebene Gebläserad drückt einen Luftstrom durch den Kühlerblock, um einen Wärmeaustausch mit der aufgeheizten Kühlflüssigkeit herbeizuführen.

Bei solchen Motorkühlsystemen beginnt der Kühler plötzlich ein starkes Geräusch zu erzeugen, wenn der Luftdurchsatz durch den Kühlerblook einen kritischen Wert übersteigt, der im folgenden als kritischer Durchsatz bezeichnet wird₀

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Ursachen für diese plötzliche Geräuschentwicklung zu ermitteln und durch geeignete Gegenmaßnahmen einen Kühler zu entwickeln, der so gestaltet ist, daß die Geräusche, die beim Luftdurchtritt durch den Kühler entstehen, auf einen möglichst geringen 7/ert reduziert werden,,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kühler der beschriebenen Art gelöst, bei dem im Anschluß an den Kühlerblock Leitbleche angebracht sind, die in einer zu dem den Kühlerblock durchströmenden Luftstrom senkrechten Richtung in bestimmten Abständen aufeinander folgen» Durch eine derartige Anordnung wird die bei Überschreiten eines kritischen Luftdurchsatzes auftretende Schallresonanz im Kühlerblock auf ein Minimum reduziert.

Die Leitbleche können sowohl an der Lufteintrittsseite des Kühlerblocks als auch an der Austrittsseite angeordnet sein«

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Die Bleche können entweder parallel im Luftstrom liegen oder unter einem gewissen Winkel gegen diesen gestellt seinl

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die ■beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben,,

Es stellen dar:

Figo 1 eine schematische Darstellung eines Axialschnittes durch einen herkömmlichen Kühler, in der durch eine Schallwellenlinie angedeutet ist, wie das Kühlergeräusch entsteht;

Fig» 2 ein Diagramm, in dem für einen herkömmlichen Kühler gemäß Figo 1 der Geräuschpegel in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz aufgetragen ist;

Figo 3 einen schematischen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kühler;

Figo 4 die Ansicht einer Yersuchsanordnung ähnlich der Figo 3» die dazu dient, die günstigste Lage der Leitbleche gemäß Figo 3 zu ermitteln;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem über dem Luftdurchsatz der Geräuschpegel eines Versuchskühlers gemäß Fig. mit und ohne erfindungsgemäße Leitbleche aufgetragen ist;

Figo 6 einen Axialschnit't durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlers;

Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlers;

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Mg_n 8 eine YerSuchsanordnung zur Ermittlung der günstigsten Lage der leitbleche eines Kühlers gemäß Figo 7,

In Figo 1 ist ein herkömmlicher Kühler 10 mit einem Gebläserad 12 gezeigt, welches von einer Verbrennungskraftmaschine 14 angetrieben ist_e Der Kühler 10 besteht aus einem an seinen Enden offenen Gehäuse 16, in dem ein Kühlerblock 18 jeder beliebigen und geeigneten bekannten Bauart untergebracht ist, welcher die Strömungswege für die vom Motor kommende Kühlflüssigkeit enthalte Auf der einen Seite des Kühlerblocks 18 befindet sich das Gebläserad 12, welches von einem Mantel 20 am einen Ende des Gehäuses 16 umgeben ist, und auf der anderen Seite ein Kühlerschutzgrill 22, der das andere Ende des Gehäuses 16 abschließt,,

Wenn der Motor 14 angelassen wird, treibt er auch das Gebläserad 12 an, welches einen Luftstrom durch den Kühlerblock 18 hindurch erzeugt, der das Gehäuse 16 über den Kühlerschutzgrill 22 wieder verläßt,. Auf diese Weise wird die vom Motor 14 kommende aufgeheizte Kühlflüssigkeit auf ihrem Weg durch den Kühlerblock 18 und zurück zum Motor in ihrer Temperatur gesenkte

Für das Entstehen des beschriebenen Kühlergeräusches scheint die folgende, wenn auch etwas hypothetische Erklärung am wahrscheinlichsten zu sein_o Wie in Fig_o 2 graphisch dargestellt ist, nimmt der Geräuschpegel des Kühlers in einem gewissen Bereich direkt mit dem Luftdurchsatz im Kühler zu, welcher wiederum direkt von der Motordrehzahl abhängt« Wenn der Luftdurchsatz den erwähnten kritischen Wert überschreitet, entsteht in der Nähe des Kühlerblocks 18, wie in Fig. 1 angedeutet, ein hoher Schalldruck in Form einer Wellenfront W, die quer zur Strömungsrichtung der Luft ver-

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läufto Diese "Sohalldruckwelle" W erzeugt eine Resonanz innerhalb des Kühlerblocks 18, welche zu dem plötzlichen Entstehen eines starken Geräusches führt, wie es aus der Kurve der Figo 2 hervorgeht_e

Deshalb müssen zur Verminderung des Kühlergeräusches Maßnahmen ergriffen werden, durch die die Schalldruckwelle W verzerrt oder in ihrer Entstehung gestört wird, so daß der Kühler nicht in Resonanz geraten kann, wenn der luftdurchsatz den kritischen Wert übersteigt,. Derartige Maßnahmen, die das Wesen der vorliegenden Erfindung ausmachen, werden im folgenden anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen beschrieben«

Die schematische Darstellung der Figo 3 zeigt einen Kühler 24 in erf-indungsgemäßer Ausführung zusammen mit einem Gebläserad 12, das von der Verbrennungskraftmaschine 14 angetrieben wird,, Der Kühler 24 enthält einen Kühlerblock 18 und besitzt ein in einem Abstand S vor diesem angeordneten Kühlerschutzgrill 22_Ö In dem Zwischenraum S sind innerhalb des Kühlergehäuses 16 eine Anzahl von Leitblechen 26 in bestimmten Abständen' in paralleler Lage zueinander angebracht, welche in Richtung der Luftströmung durch den Kühlerblock 18 verlaufene In Querrichtung des Kühlers, d_eh<, senkrecht zur Richtung der Luftströmung, ist jedes der Leitbleche 26 so dimensioniert, daß es sich im wesentlichen über die gesamte Front des Kühlerblocks 18 erstreckte

Zur bestmöglichen Unterdrückung des Kühlergerausehes sollte die gegenseitige Lage der Leitbleche 26 in Querrichtung des Kühlers im wesentlichen mit der jeweiligen Lage der Scheitelwerte und der Talsohlen der Schalldruckkurve W übereinstimmen, die bei Überschreiten des kritischen Luftdurchsatzes im Kühler die gemäß Figo 1 angenommene Verteilung einnimmt ο Bei einer solchen Positionierung verzerren

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die Leitbleche 26 die Schalldruckwelle W am wirksamsten, wodurch die Resonanz im Kühler"block 18 vermieden wird»

Um die optimale Verteilung der Leifbleche 26 in Bezug auf den Kühlerblock 18 in Querrichtung des Kühlers zu ermitteln, und um die Wirksamkeit der Leitbleche für die Unterdrückung des Kühlergeräusches zu demonstrieren, wurde mit einer Anordnung gemäß Figo 4 folgender Versuch durchgeführte

Die Versuchs anordnung nach Pig«. 4 "bestand aus dem Kühlerblock 18, der vor dem Gebläserad 12 angeordnet war, welches von einem Elektromotor 28 angetrieben wurde» Kühlerblock und Gebläserad besaßen beide die Abmessungen tatsächlicher Ausführungsformen, Zwei Leitbleche 26 wurden senkrecht auf der Luftaustrittsseite des Kühlerblocks 18 angebracht,, Die Höhe 1 jedes Leitbleches betrug 250 mm und die Seitenlänge L des nahezu quadratischen Kühlerblocks betrug 1120 mm_o Der von dem Kühler erzeugte G-eräuschpegel wurde mit einem Schallmeßgerät mit 1/3 Oktave Empfindlichkeit aufgenommen, welches im Punkt A (Figo 4) angeordnet war, der sich im Abstand von 1 m vom Gebläsemantel und unter einem Winkel von 45° zur Strömungsrichtung der Luft in Richtung gegen den Luftstrom befand„

Um die günstigste Lage für die Leitbleche 26 in Querrichtung des Kühlers zu ermitteln, wurden die Abstände χ und v_ mehrfaoh geändert, um entsprechende Änderungen des Geräuschpegels bei unterschiedlichen Luftdurchsätzen durch den Kühler zu beobachten. Die Luftströmung wurde durch das vom. Elektromotor 28 angetriebene G-ebläserad 12 erzeugt und durch entsprechende Energiezufuhr zum Elektromotor stufenweise variierte

Es wurden die Ergebnisse erhalten, die im Diagramm der figo 5 graphisch dargestellt sind, in dem die Kurve a das

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Verhalten eines herkömmlichen Kühlers ohne Leitbleche, die Kurve b_ das Verhalten des erfindungsgemäßen Kühlers mit den Leitbleohabständen x=y=170 mm (Maßnahme I) und die Kurve £ das Verhalten des erfindungsgemäßen Kühlers mit den Leitbleohabständen x=220 mm und y=310 mm (Maßnahme 2) wiedergibt«,

Die spezielle Kühlerausführung nach der Versuchaanordnung der lige 4 besaß einen Nenndurchsatz von 665 nr/min_o Bei diesem Luftdurchsatz lagen die Geräuschpegel der erfindungsgemäßen Kühlerausführungen entsprechend den Maßnahmen 1und um 1OeO bzwo 9o5 dB(A) (Dezibel) tiefer als der an der herkömmlichen Ausführung gemessene Geräuschpegele Wie aus dem Diagramm der Figo 5 weiterhin hervorgeht, ist die Maßnahme 1 bei Luftdurchsätzen bis 720 Er/min und die Maßnahme 2 bei Luftdurchsätzen oberhalb 750 nr/rnin besonders wirksame Es muß erwähnt werden, daß das Vorsehen der erfindungsgemäßen Leitbleche 26 keinen nachteiligen Einfluß auf den Energieverbrauch des Gebläserades 12 hat«

Figo 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlers 24a, bei dem eine Anzahl von Leitblechen 26a auf der Lufteintrittsfläche des Kühlerblocks 18 angebracht ist, eine Anordnung, die im Gegensatz zu der Ausführung gemäß Figo 3 steht, bei der die Leitbleche an der Luftaustrittsseite des Kühlerblocks angeordnet waren, Wie in der Ausführung nach Figo 3 sind jedoch auch bei der Ausführung nach Figo 6 die Leitbleche 26a in bestimmten Abständen parallel zueinander angeordnet und jedes Leitblech verläuft in Richtung des von dem motorbetriebenen Gebläserad 12 erzeugten Luftstromes <, Die übrigen konstruktiven Einzelheiten entsprechen im wesentlichen den in Verbindung mit den Fign, 1 und 3 besohriebenen_e

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Auch die Leitbleche 26a sollen die erwähnte Schalldruckwelle verzerren, von der bei dieser zweiten Ausführungsform vorausgesetzt wird, daß sie sich vor der Lufteintrittsaeite des Kühlerblocks 18 ausbildet, wenn der Luftdurchsatz den kritischen wert überschreitet«, TJm die günstigste Lage der Leitbleche 26a in Bezug auf den Kühlerblock 18 in Kühlerquerrichtung zu ermitteln, wurden Versuche mit einer ähnlichen Anordnung wie der in Figo 4 dargestellten durchgeführt, mit dem einzigen Unterschied, daß die Leitbleche an der Lufteintrittsseite des Köhlerblocks angeordnet waren_o

Die Ergebnisse waren im wesentlichen die gleichen, wie sie gemäß Figo 5 für die Ausführungsform nach Figo 3 ermittelt wurden_o Daraus geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Leitbleche in gleicher Weise wirken, unabhängig von der Tatsache, ob sie an der Lufteintrittsseite oder an der Luftaustrittsseite des Kühlerblocks angeordnet sind, vorausgesetzt, daß sie in Bezug auf den Kühlerblock so verteilt sind, daß sie die Resonanz im Kühlerblock, wie oben beschrieben, bestmöglich unterdrücken»

7 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlers 24b, bei der wie bei der Ausführung nach Figo 3 eine Anzahl von Leitblechen 26b an der Luftaustrittsseite des Kühlerblocks 18 ±n bestimmten Abständen parallel zueinander angeordnet ist_o Bei dieser dritten Ausführungsform verlaufen die Leitbleche 26b jedoch unter einem Winkel zur Strömungsrichtung der Luft im Kühler, welche sich einstellen würde, wenn keine Leitbleche vorhanden wären,, Die übrigen konstruktiven Einzelheiten entsprechen im wesentlichen denjenigen, die in Verbindung mit der Ausführung nach Figo 3 beschrieben vrarden»

Zur Unterdrückung des Kühlergeräusches sollen auch die ,Leitbleche 26b so wirken, daß sie die Resonanz im Kühler-

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"block 18 verhindern, wenn das Gebläserad 12 eine Luftmenge durch den Kühler drückt, welche die kritische Durchsatzmenge überschreitet,, Um die günstigste Lage der leitbleche 26b in Bezug auf den Kühlerblock 18 in Kühlerquerrichtung zu ermitteln, wurden folgende Versuche mit der in Mg₀ 8 gezeigten Anordnung ausgeführt.

Me Versuchsanordnung der Mg₀ 8 stimmt bis auf die Anzahl und die Lage der Leitbleche 26b mit der in der Pig₀ gezeigten Versuchsanordnung überein_o Die Höhe IJ^ jedes Leitbleches 26b betrug 250 mm und der v/inkeloo , den die Leitbleche 26b mit der Strömungsrichtung der Luft im Kühler bildeten, betrug 45° - Die Abstände x, v_ und _z wurden mehrfach geändert, um die dadurch hervorgerufenen Änderungen des Geräuschpegels bei unterschiedlichen Luftdurchsätzen durch den Kühler zu beobachten

3s wurde gefunden, daß sich eine optimale Unterdrückung des Kühlergeräusches ergibt, wenn die Abstände χ und v_ jeweils 200 mm und der Abstand z_ 590 mm betragene Die Geräuschpegel, die sich mit dieser optimalen Anordnung der Leitbleche 26b bei unterschiedlichen Luftdurchsätzen ergeben, entsprechen im wesentlichen der Kurve c im Diagramm der Figo 5ο

Während die Leitbleche 26a in den Pign» 7 und 8 nur mit einer Neigung nach oben dargestellt sind, konnte durch Versuch bestätigt werden, daß sich gleichgute Ergebnisse auch dann erzielen lassen, wenn die Leitbleche in entgegengesetzter Richtung geneigt sind«, Deshalb weist diese dritte Ausführungsform der Erfindung den Vorteil auf, daß der durch das motorbetriebene Gebläserad 12 erzeugte Luftstrom mit Hilfe der Leitbleche in eine gewünschte Richtung umgelenkt werden kann, so daß z„ B₀ Arbeiter, die zufällig vor dem Kühler stehen, nicht direkt durch die heiß© Luft angeblasen werden, welche aus dem Kühlerschutzgrill 22 austritt,

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Claims

Patentansprüche

Π οJSchall^edampfter Kühler, insbesondere für Yerbrennungs- ^-^kraftmaschinen, "bestehend aus einem flüseigkeitsdurchströmten Kühlerblock, der vor einem motorgetriebenen G-ebläserad angeordnet ist, durch welches ein Luftstrom durch den Kühlerblocli geleitet v/ird, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Kühler "block (18) Leit-"bleche (26) angebracht sind, die in einer zu dem den „ühlerblock (18) durchströmenden Luftstrom senkrechten Richtung in bestimmten Abständen aufeinander folgen, wodurch die bei Überschreiten eines kritischen Luftdurchsatzes auftretende Schallresonanz im Kühlerblock (18) auf ein Minimum reduziert wird_o

2ο x'jühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (26) an der Luftaustrittsseite des Kühlerblocks (18) angeordnet sind_o

3ο Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (26a) an der Lufteintrittsseite des Kühlerblocks (18) angeordnet sind_o

4ο Kühler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Leitbleche (26) parallel zur Richtung des Luftstromes durch den Kühlerblock (18) liegt_o

Kühler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Leitbleche (26b) unter einem Winkel zur Richtung des Luftstromes durch den Kühlerblock (18) liegtο

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