DE2710339C3

DE2710339C3 - Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Axialgebläse

Info

Publication number: DE2710339C3
Application number: DE19772710339
Authority: DE
Inventors: Hubert Abermeth; Juergen Dipl.-Ing. Wahnschaffe
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1979-12-20
Also published as: DE2710339B2; DE2710339A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Axialgebläse mit Nachleitrad zur Kühlung der Zylinder und Hilfseinrichtungen, wobei die Kühlluft in einen Luftaufnehmer gefördert wird oder aus einem solchen abgesaugt wird.

Bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen mit hohen spezifischen Leistungen werden zur Kühlung des Schmieröls zunehmend ölkühler eingesetzt. Diese ölkühler werden an das Kühlsystem der brennkrafimaschine angeschlossen, indem ein Teil der für die Zylinderkühlung geförderten Kühlluft abgezweigt und dem ölkühler zugeführt wird. Je nach Verwendung der Brennkraftmaschine ist zwischen Brennkraftmaschine und dem anzutreibenden Aggregat, z. B. Baumaschine, eine hydraulische Kupplung oder ein Drehmomentenwandler erforderlich, Da je nach Betriebszustand das Hydrauliköl im Drehmomentenwandler sehr heiß wird, bedarf es dessen Rückkühlung. In diesem Fall werden ebenfalls Ölkühler notwendig, die ebenfalls iin die vorher in der Kühlleistung erhöhte Luftkühlung der Brennkraftmaschine angeschlossen werden. Da die vorerwähnten ölkühler durch die konstruktiv vorgegebene Lage und Größe des Kühlluftaufnehmers der Brennkraftmaschine, an den sie angeschlossen werden, eine beträchtliche Bauraumvergrößcrung ergeben, ist deren günstige Plazierung immer mit Schwierigkeiten verbunden.

Nach der DE-PS 8 38 090 wurde bereits vorgeschlagen, den Ölkühler in Verlängerung der Zylinderreihe neben dem Kühlluftgebläse anzubauen. Bei dieser Anordnung des ölkühlers wird der Bauraum der Maschine nicht vergrößert, der Zustrom der Kühlluft zum ölkühler muß jedoch in die entgegengesetzte Strömungsrichtung umgelenkt werden, was eine ungleiehe Luftbeaufschlagung des Ölkühlers zur Folge hat. Durch eine Steigerung des Staudruckes im Kühlluftaufnehmer kann diese Wirkung zwar ausgeglichen werden, sie erfordert jedoch eine größere Leistungsaufnahme Jes Gebläses.

Eine ähnliche Lösung ist der DE-PS 9 69 990 zu entnehmen, wo zwei ölkühler beiderseits des Gebläses angeordnet sind und das Gebläse mittig vor den Zylinderreihen einer Maschine in V-Bauart angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführung wird die platzsparende

Ölkühleranordnung durch ungünstige Strömungsvcrhältnisse oder erhöhte Leistungsaufnahme des Gebläses erkauft.

Eine ebenfalls platzsparende Bauweise für den Anbau eines Ölkühlers an eine Brennkraftmaschine zeigt die DE-AS 12 85 253, bei der der Ölkühler mit dem Axialgebläsegehäuse verbunden ist und die Kühlluft durch einen Ringkanal der teilweise vom Gebläsegehäuse gebildet wird, dem Ölkühler zugeführt wird. Auch bei dieser Ausführung muß die Kühlluft für den Ölkühler

Ji) ohne Hilfsmittel um 180° umgelenkt werden, um in den Ringkanal zu gelangen, was mit Strömlingsverlusten verbunden ist und einen bestimmten Staudruck im Luftaufnehmer erfordert.

Ferner ist ein Mehrstufen-Axialkompressor für

!■> Gasturbinen bekannt (DE-OS 14 28 216). Die Startorstufe im Umfangsteil ist als verlängerte Axialschaufel ausgebildet, wodurch die Strömung empfindlich gestört wird und unerwünschte Strömungs.-erluste entstehen, weil dem Schaufelkanal die Begrenzung durch eine Deckscheibe fehlt. Da es sich um einen Mehrstufenkompressor handelt, ist bei der Entnahme von Druckluft aus einer Zwischenstufe zur Entlüftung nach der aufgezeigten Art durch das Druckgefälle zwischen der Kompressorstufe und der Entlüftungslcitung im Schaufelkanal

■*> mit einer ungeordneten axial- und radialgerichteten Strömung zu rechnen. Dadurch ergeben sich im Grenzbereich der beiden Strömungsrichtungen Wirbel- und Ablösungsverluste. Außerdem wird der Eintritt in die nächste Kompressorstufe gestört, was mit weiteren Verlusten verbunden ist.

Darüber hinaus wird der Luftstrom je nach Gegendruck ganz oder teilweise nach der einen oder anderen Seite zu entweichen versuchen. Der Luftstrom wird nicht durch einen Kanal oder eine Wand in zwei

^r>> Teilströme zerlegt, es baut sich vielmehr im Bereich des Stators ein Druck auf, der je nach dem Widerstand zur einen oder anderen Seite zu entweichen versucht. Eine solche Abzweigung von Druckluft führt zu Pulsationen in der einen oder anderen Richtung und damit zur

w) Verwirbelung der Luft innerhalb des von der verlängerten Statorschaufel gebildeten und nur teilweise vorhandenen Schaufelkanals, womit erhebliche Leistungsverluste verbunden sind. Solche Lcisttingsverluste können bei einem Einstufen-Axialgebliise, wie sie allgemein zur

hi Kühlung von luftgekühlte Maschinen verwendet werden, nicht hingenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei baulich günstiger Anordnung eines oder mehrerer Ölkühler von

dem Axialgebläse Teilluftströme ohne nennenswerte Strömungs- und Leistungsverluste und ohne Erhöhung des Staudruckes abzuzweigen.

Dieses wird bei einem Gebläse der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Leitschaufeln des Nachleitrades etwa im Bereich der nabenseitigen Hälfte als axiale Schaufein und im Bereich ihrer umfangsseitigcn Hälfte als radiale Schaufeln ausgebildet sind, wobei die beiden Leitschaufelabschnitte durch eine zylinderförmige Trennwand gebildet werden, die mit in den Leitschaufeln verbunden ist und hinter der Eintrittskante durch der Radialschaufel stetige Krümmung nach außen in eine radial verlaufende Deckscheibe übergeht.

Durch diese Abzweigung und Umlenkung eines π Teilluftstromes im Nachleitrad werden Leistungsverluste durch ungünstige Strömungsverhältnisse im Luftstauraum hinter dem Gebläse vermieden. Die besonders günstige Platzanordnung des Ölkühlers neben dem Axialgebläse kann ohne zusätzliche Leistungsaufnahme beibehalten werden. Um die bei einer Brennkraftmaschine in V-Bauart beiderseits des Axialgebläses angeordneten ölkühler mit Kühlluft zu versorgen, wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, daß die Leitschaufeln im Umfangsbereich von einem gedachten senkrechten Längsmittelschnitt durch das Gebläse aus gesehen auf dessen rechter und linker Hälfte so gekrümmt sind, daß beiderseits ihre Austrittskanten in die Horizontale gerichtet sind.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Teilluftstrom für die Kühlung des Schmier- oder Hydrauliköls auch derart dem Axialgebläse entnommen werden, daß die Leiischaufeln des Nachleitrades über einen Sektor von mehr als 180° als axiale Leitschaufeln und einen Sektor von weniger als 180° als radiale J¹) Leitschaufeln ausgebildet sind, wobei die radialen Leitschaufelkanäle von einer Wand gebildet werden, die im Bereich der Leitschaufeleintrittskante von der Nabe ausgeht uno durch stetige Krümmung in eine radial verlaufende Deckscheibe übergeht. -to

Durch die Gestaltung mehrerer nebeneinander liegender Leitschaufeln als radiale Leitschaufeln kann an dem so gegebenen Luftaustrittssektor am Gebläsegehäuse in einfacher Weise ein kurzer Luftkanal zum benachbanen Ölkühler vorgesehen werden.

Wenn alle Leitschaufeln an ihrem äußeren Umfang als Radialschaufel ausgebildet sind, kann die Kühlluft zweckmäßig durch einen Ringkanal aufgenommen und der Lufteintriltsseite des Ülkühlers zugeführt werden.

Bei zwei beiderseits des Axialgebläses angeordneten Ölkühlern und zwei nach verschiedenen Richtungen aus dem Gebläsegehäuse austretenden Teilluftströmen sind die Luftkanäle so gestaltet, daß sie jeweils an die Austrittskanäle des Axialgebläses anschließen und diese mit der Lufteintrittsseite der Ölkühler verbinden. Damit '»'■ ergeben sich für die Teilluftströme besonders kurze Kanäle zu den Ölkühlern, die je nach vorhandenem Einbauraum noch diffusorartig ausgebildet sein können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. w>

Abb. I zeigt ein Axialgebläse mit Nachleitrad, im Längsmittelschnitt, dessen Leitschaufel im Bereich ihrer umfangsseitigen Hälfte als Radialschaufeln ausgebildet sind,

Abb. 2 zeigt ein Axialgebläse mit Nachleitrad im 'Ό Liingsmittelschnitt. des.K'n Leitschaufeln im Bereich ihrer umfangsseitigen Hälfte als Radialschaufel ausgebildet sind und deren Schaufelaustrittskanten je zur Hälfte in entgegengesetzte Richtungen waisen-

Abb.3 zeigt ein Axialgebläse mit Nachleitrad im MHtelsehnilt, dessen Leitschaufeln teilweise als Radialschaufeln ausgebildet sind.

In A b b. I ist ein Axialgebläse 1 mit Nachleitrad 2 im Längsmittelschnitt dargestellt. Die Leitschaufeln des Nachleitrades 2 sind so ausgebildet, daß etwa ihre innere, der Nabe 3 zugeordnete Hälfte in herkömmlicher Weise als Axialschaufeln 4 geformt sind. In der äußeren, dem Umfang zugeordneten Hälfte sind dagegen die Schaufeln als Radialschaufeln 5 geformt Die nabenseitigen axialen Leitschaufeln 4 werden von einer rohrförmigen Zwischenwand 6 von den Radialschaufeln getrennt. Von dieser Zwischenwand 6 geht im äußeren umfangsseitigen Teil eine sich stetig krümmende Kanalwand aus, die in eine aur Gebläseachse senkrechte radiale Decksc'neibe 7 übergeht.

Durch diese Ausbildung der Leitschaufeln ist es möglich, im Bereich der axialen Le^:uchaufeln 4 einen Luftstrom für die Zylinderkühlung unö getrennt hiervon im Bereich der radialen Leitschaufeln 5 einen zweiten Luftstrom für die ölkühlung zu führen. Die einzelnen Luftströme sind durch Pfeile gekennzeichnet. Der zweite Luftstrom kann zweckmäßig durch einen zeichnerisch nicht dargestellten Ringkanal um das Gebläsegehäuse 8 gesammelt werden und der Lufteinlaßseite eines neben dem Gebläse angeordneten ölkühlers zugeführt werden. Bei günstigen Platzverhältnissen kann der Ringkanal auch als Diffusor ausgebildet sein

In Abb. la ist von dem in Abb. 1 gezeigten Axialgebläse schematisch das Schaufelgitter des Nachleitrades dargestellt; die aus den Radialleitschaufeln nach außen strömende Luft ist durch Pfeile angedeutet.

In Abb.2 ist ein Axialgebläse 9 mit einem Nachleitrad 10 im Längsmittelschnitt dargestellt. Die Leitschaufeln des Nachleitrades 10 sind so ausgebildet, daß etwa ihre innere, der Nabe 3 zugeordnete Hälfte in herkömmlicher Weise als Axialschaufeln 4 geformt sind. In -ier äußeren, dem Umfang zugeordneten Hälfte sind dagegen die Leitschaufeln als Radialschaufeln Il geformt. Zugleich sind die Radialschaufel 11 (A b b. 2a) in ihrer Längserstreckung so gekrümmt, daß von einer gedachten senkrechten Ebene durch die Mitte des Gebläses aus gesehen die linke und rechte Hälfte der Schaufeln mit ihren Austrittskanten 12 in die Horizontale gerichtet sind. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, für zwei neben dem Axialgebläse 9 angeordnete nicht dargestellte Ölkühler die Kühlluft im Axialgebläse 9 nach beiden Seiten abzuzweigen und durch kurze Verbindungskanäle mit der Einströmseite der Ölküb'er zu verbinden. Auch in diesem Falle kann der kurze Verbindungskanal als Diffusor ausgebildet sein.

In A b b. 2a ist von dem in A b b. 2 gezeigten Gebläse schematisch das Schaufelgitter der Radialschaufeln 11 dargestellt. Die aus den Radialschaufeln 11 nach beiden Seiten des Axialgebläses 9 strömende Kühlluft ist durch Pfeile gekennzeichnet.

In Abb.3 ist ein Axialgebläse 13 mit einem Nachleitrad 14 im Längsmittelschniit dargestellt. Von den Leitschaufeln ist der größte Teil als Axialschaufeln 15 ausgebildet. Mehrere nebeneinander liegende Leitschaufeln sind von der Nabe 3 bis zur Schaufelaustritlskante 17 als Radialsthaufeln 16 mit einer von der Nabe 3 ausgehenden Deckscheibe 18 ausgebildet. Die Radialschaufeln !6 bilden im Schaufelgitter des Nachleitrades einen Sektor, der einen Teilluftstrom für einen neben dem Axialgebläse 13 anzuordnenden Ölkühler liefert.

5 6

Die Zusammenfassung der Radialschaufel zu einem Axialgebläse 1.3 schemalisch das Schaufelgitl

Sektor ergibt eine einfache Gestaltung für einen Nachleilrades 14 dargestellt. Die aus den >u

Kühlluftkanal vom Axialgebläse zur Kintrittsseite des Sektor zusammengefaßten Radialschaufel 16

Ölkühlcrs. lende Kühlluft ist durch Pfeile gekennzeichnet.

In Abb. 3a ist von dem in A b b. S gezeigten ·■>

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Axialgebläse mit Nachleitrad zur Kühlung der Zylinder- und Hilfseinrichtungen, wobei die Kühlluft in einen Luftaufnehmer gefördert wird oder aus einem solchen abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln des Nachleitrades (10) etwa im Bereich ihrer nabenseitigen Hälfte als Axialschaufeln (4) und im Bereich ihrer umfangseitigen Hälfte als radiale Leitschaufeln (5,11) ausgebildet sind, wobei die beiden Leitschaufelabschnitte durch eine zylinderförmige Trennwand

(6) gebildet werden, die mit den Leitschaufeln verbunden ist und hinter der Eintrittskante der Radialschaufeln (5, 11) durch stetige Krümmung nach außen in eine radial verlaufende Deckscheibe

(7) übergeht.

2. AxiäSgebläse nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufein im Umfangsbereich von einem gedachten senkrechten Längsmittelschnitt aus gesehen auf dessen rechter und linker Hälfte jeweils so gekrümmt sind, daß beiderseits ihre Austrittskanten (12) in die Horizontale gerich tet sind.

3. Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Axialgebläse mit Nachleitrad zur Kühlung der Zylinder- und Hilfseinrichtungen, wobei die Kühlluft in einen Luftaufnehmer gefördert wird oder aus einem solchen abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel des Nachleitrades (14) über einen Sektor von mehr als 180° als axiale Schaufeln (15) und einen Sektor von weniger als 180° als radiale Leitschaufeln (16) ausgebildet sind, wobei die radialen Leitschaufelkanäle von einer Wand gebildet werden, die im Bereich der Leitschaufeleintrittskante von der Nabe ausgeht und durch stetige Krümmung in eine radial verlaufende Deckscheibe (18) übergeht.