EP1959111A2 - Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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- EP1959111A2 EP1959111A2 EP08000612A EP08000612A EP1959111A2 EP 1959111 A2 EP1959111 A2 EP 1959111A2 EP 08000612 A EP08000612 A EP 08000612A EP 08000612 A EP08000612 A EP 08000612A EP 1959111 A2 EP1959111 A2 EP 1959111A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
- F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
- F01P5/06—Guiding or ducting air to, or from, ducted fans
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/545—Ducts
Definitions
- the invention relates to a cooling system for a motor vehicle, with a radiator, which is flowed through by coolant, which is used in particular for cooling an internal combustion engine, and is flowed through by a cooling air flow, for example, depending on the speed of the motor vehicle, by a fan , in particular an axial fan, which is arranged between the radiator and the internal combustion engine and having a rotatably driven hub, are fixed to the fan blades, which are arranged in an air passage space which is bounded radially outwardly by a Zargenring with a Zargenring micmesser, wherein the rear edges of the fan blades in the air flow direction are arranged at a distance from an end wall of the internal combustion engine.
- a fan in particular an axial fan, which is arranged between the radiator and the internal combustion engine and having a rotatably driven hub, are fixed to the fan blades, which are arranged in an air passage space which is bounded radially outwardly by a Zargenring with a Zargenring
- the object of the invention is a cooling system for a motor vehicle, with a radiator, which is flowed through by coolant, which is used in particular for cooling an internal combustion engine, and is flowed through by a flow of cooling air, which, for example, depending on the speed of the motor vehicle, is influenced by a fan, in particular an axial fan, which is arranged between the radiator and the internal combustion engine and has a rotatably driven hub, are fixed to the fan blades, which are arranged in an air passage space which defines radially outwardly by a Zargenring with a Zargenring devismesser is arranged, wherein the air flow in the rear direction edges of the fan blades at a distance from an end wall of the internal combustion engine are to provide, which provides a high cooling capacity and has a stable fan characteristic.
- the object is in a cooling system for a motor vehicle, with a radiator, which is flowed through by coolant, which is used in particular for cooling an internal combustion engine, and is flowed through by a cooling air flow, for example, depending on the speed of the motor vehicle, from a Fan, in particular an axial fan, is arranged, which is arranged between the radiator and the internal combustion engine and having a rotatably driven hub, are fixed to the fan blades, which are arranged in an air passage space which is bounded radially outwardly by a Zargenring with a Zargenring micmesser, wherein the air flow in the rear direction edges of the fan blades are arranged at a distance from an end wall of the internal combustion engine, achieved in that the rear edges of the fan blades in the flow direction to the end wall of the internal combustion engine towards the Zargenring a supernatant au f sensible.
- a preferred embodiment of the cooling system is characterized in that the lateral surface of a cylinder whose circumference is the product of the Zargenring carefullymessers with the number Pi and its height of the sum of the supernatant of the rear edges of the fan blades on the Zargenring and the distance of the rear edges the fan blades to the end wall of the internal combustion engine corresponds to a magnification surface is greater than a circular area, which is bounded by a fan blade inner diameter and a fan blade outer diameter of the fan blades.
- the invention provides a formulaic relationship between the shape and positioning of the bezel ring to achieve a steeper and thus more stable fan characteristic.
- cooling system is characterized in that the enlargement area is 20 to 40 percent of the annular area bounded by the fan blade inner diameter and the fan blade outer diameter of the fan blades. In the context of the present invention it has been found that in this range the proportion of pressure recovery is greater than the additional friction loss.
- a further preferred embodiment of the cooling system is characterized in that the Zargenring has a Zargenring barnmesser, which widens towards the end wall of the internal combustion engine. As a result, the air exiting the fan is delayed and thus converted more dynamically into static pressure.
- a further preferred embodiment of the cooling system is characterized in that the Zargenring scrmesser continuously widens in the flow direction. As a result, the passage cross-section for the air in the flow direction also extends continuously.
- FIG. 1 a cooling system is shown schematically in section.
- the cooling system comprises a radiator 1, through which a coolant flows, which is conducted via coolant lines (not shown) to an internal combustion engine 2, which is also referred to as an engine.
- the coolant is used inter alia for cooling the engine 2.
- a fan 8 is arranged, which, in particular when the vehicle is stationary or at a slow speed, serves to maintain a sufficient flow of air through the radiator 1.
- the fan 8 serves to flow through the engine compartment with a sufficient amount of air.
- the fan 8 comprises a fan hub 9 which is rotatably driven. Radially outside, several fan blades are attached to the fan hub 9, of which in FIG. 1 only one fan blade 12 is visible.
- the fan blades have a common trailing edge 13, which is arranged at a distance A to the end wall 4 of the motor 2.
- the fan blades have a common inner diameter Di and a common outer diameter Da on.
- the fan blades also have a common depth T.
- the fan 8 is arranged within a Zargenrings 15, which belongs to a fan cowl, which is also referred to as a fan cowl.
- the Zargenring 15 has a diameter Dz, which widens towards the engine 2, as indicated by a radius R.
- the fan 8 is with its trailing edge 13 to the motor 2 out in the axial direction on the Zargenring 15 addition.
- the corresponding supernatant is in FIG. 1 denoted by U.
- the inventive design of the Zargenrings 15 with the radius R the escaping air can be delayed and thus converted more dynamically in static pressure. This is achieved in particular by the fact that the cross-sectional areas continuously widen along the flow path.
- a frame TT ⁇ dz ⁇ ( U + A ) ,
- the cylinder jacket surface can be increased only by the fact that the Zargenring shortened and pushed forward, or the Zargen trimmesser Dz is increased. Although this leads in a wide range, especially in the weakly throttled range, the fan characteristic to losses in fan performance, but leads in strongly throttled work areas to a steeper characteristic and thus to a more stable behavior.
- the magnification area should be between 20 percent and 40 percent of the annulus area of the fan A fan , since here the portion of the pressure recovery is greater than the additional friction loss. Due to the more stable fan characteristic, a larger air flow can be guaranteed.
- FIG. 2 In a Cartesian coordinate diagram the change of the static pressure dp is statically plotted in Pa above the mass flow G of the fan in kg / s.
- a fan characteristic 21 of a conventional cooling system is in FIG. 2 shown in dashed lines
- a fan characteristic curve 22 of an inventive Cooling system is in FIG. 2 represented in the form of a solid line.
- the fan characteristic curve 22 of the cooling system according to the invention runs steeper than the fan characteristic curve 21 of the conventional system.
- the unstable region can be displaced by the cooling system according to the invention, which leads to a more stable behavior of the cooling system during operation of the motor vehicle.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung einer Brennkraftmaschine dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter, insbesondere einem Axiallüfter, beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und der Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine drehbar angetriebene Nabe aufweist, an der Lüfterblätter befestigt sind, die in einem Luftdurchtrittsraum angeordnet sind, der radial außen von einem Zargenring mit einem Zargenringdurchmesser begrenzt wird, wobei die in Luftdurchströmungsrichtung hinteren Kanten der Lüfterblätter in einem Abstand zu einer Stirnwand der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung einer Brennkraftmaschine dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter, insbesondere einem Axiallüfter, beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und der Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine drehbar angetriebene Nabe aufweist, an der Lüfterblätter befestigt sind, die in einem Luftdurchtrittsraum angeordnet sind, der radial außen von einem Zargenring mit einem Zargenringdurchmesser begrenzt wird, wobei die in Luftdurchströmungsrichtung hinteren Kanten der Lüfterblätter in einem Abstand zu einer Stirnwand der Brennkraftmaschine angeordnet sind, zu schaffen, das eine hohe Kühlleistung liefert und eine stabile Lüfterkennlinie aufweist.
- Die Aufgabe ist bei einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung einer Brennkraftmaschine dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter, insbesondere einem Axiallüfter, beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler und der Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine drehbar angetriebene Nabe aufweist, an der Lüfterblätter befestigt sind, die in einem Luftdurchtrittsraum angeordnet sind, der radial außen von einem Zargenring mit einem Zargenringdurchmesser begrenzt wird, wobei die in Luftdurchströmungsrichtung hinteren Kanten der Lüfterblätter in einem Abstand zu einer Stirnwand der Brennkraftmaschine angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die in Strömungsrichtung hinteren Kanten der Lüfterblätter zu der Stirnwand der Brennkraftmaschine hin gegenüber dem Zargenring einen Überstand aufweisen. Durch stetig steigende Kühlleistungsforderungen, insbesondere bei Nutzkraftwagen, werden immer dichtere Kühler und größere Lüfter eingesetzt. Das führt dazu, dass sich die Arbeitspunkte der Lüfter immer mehr in Richtung niedriger Drosselziffern und somit in Richtung eines instabilen Bereichs verschieben. In herkömmlichen Kühlsystemen kommen motorfeste Zargenringe zum Einsatz, deren Gestaltung und Positionierung zum Lüfter eher willkürlich erfolgt. Der Abstand zwischen den Blatthinterkanten und der Stirnwand der Brennkraftmaschine ist im Wesentlichen aus konstruktiven Gründen festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Zargenring in axialer Richtung nach vorne versetzt. Dabei wird in Kauf genommen, dass diese Verschiebung des Zargenrings in einem weiten Bereich, insbesondere im schwach gedrosselten Bereich, der Lüfterkennlinie zu Einbußen in der Lüfterleistung führt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass die erfindungsgemäße Gestaltung des Kühlsystems, wie es in den Ansprüchen und in der Beschreibung dargestellt ist, in stark gedrosselten Arbeitsbereichen zu einer steileren Charakteristik und somit zu einem stabileren Verhalten des Kühlsystems führt.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche eines Zylinders, dessen Umfang sich aus dem Produkt des Zargenringdurchmessers mit der Zahl Pi ergibt und dessen Höhe der Summe aus dem Überstand der hinteren Kanten der Lüfterblätter über den Zargenring und dem Abstand der hinteren Kanten der Lüfterblätter zu der Stirnwand der Brennkraftmaschine entspricht, um eine Vergrößerungsfläche größer als eine Kreisringfläche ist, die von einem Lüfterblattinnendurchmesser und einem Lüfterblattaußendurchmesser der Lüfterblätter begrenzt wird. Die Erfindung liefert einen formelmäßigen Zusammenhang zwischen der Gestalt und der Positionierung des Zargenrings, um eine steilere und somit stabilere Lüfterkennlinie zu erreichen.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungsfläche 20 bis 40 Prozent der Kreisringfläche beträgt, die von dem Lüfterblattinnendurchmesser und dem Lüfterblattaußendurchmesser der Lüfterblätter begrenzt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass in diesem Bereich der Anteil des Druckrückgewinns größer als der zusätzliche Reibungsverlust ist.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zargenring einen Zargenringdurchmesser aufweist, der sich zur Stirnwand der Brennkraftmaschine hin erweitert. Dadurch wird die aus dem Lüfter austretende Luft verzögert und somit dynamischer in statischen Druck umgewandelt.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zargenringdurchmesser in Strömungsrichtung kontinuierlich erweitert. Dadurch erweitert sich der Durchtrittsquerschnitt für die Luft in Strömungsrichtung ebenfalls kontinuierlich.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems im Querschnitt und
- Figur 2
- eine Lüfterkennlinie des erfindungsgemäßen Kühlsystems im Vergleich zu einer herkömmlichen Lüfterkennlinie.
- In
Figur 1 ist ein Kühlsystem schematisch im Schnitt dargestellt. Das Kühlsystem umfasst einen Kühler 1, der von einem Kühlmittel durchflossen wird, das über (nicht dargestellte) Kühlmittelleitungen zu einer Brennkraftmaschine 2 geleitet wird, die auch als Motor bezeichnet wird. Das Kühlmittel wird unter anderem zur Kühlung des Motors 2 verwendet. Zwischen dem Kühler 1 und einer Stirnwand 4 des Motors 2 ist ein Lüfter 8 angeordnet, der, insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs oder bei einer Langsamfahrt, dazu dient, eine ausreichende Luftströmung durch den Kühler 1 aufrecht zu erhalten. Außerdem dient der Lüfter 8 dazu, den Motorraum mit einer ausreichenden Luftmenge zu durchströmen. - Der Lüfter 8 umfasst eine Lüfternabe 9, die drehbar angetrieben ist. Radial außen sind an der Lüfternabe 9 mehrere Lüfterblätter befestigt, von denen in
Figur 1 nur ein Lüfterblatt 12 sichtbar ist. Die Lüfterblätter weisen eine gemeinsame Hinterkante 13 auf, die in einem Abstand A zu der Stirnwand 4 des Motors 2 angeordnet ist. Außerdem weisen die Lüfterblätter einen gemeinsamen Innendurchmesser Di und einen gemeinsamen Außendurchmesser Da auf. Die Lüfterblätter weisen auch eine gemeinsame Tiefe T auf. - Der Lüfter 8 ist innerhalb eines Zargenrings 15 angeordnet, der zu einer Lüfterzarge gehört, die auch als Lüfterhaube bezeichnet wird. Der Zargenring 15 weist einen Durchmesser Dz auf, der sich zum Motor 2 hin erweitert, wie durch einen Radius R angedeutet ist. Der Lüfter 8 steht mit seiner Hinterkante 13 zu dem Motor 2 hin in axialer Richtung über den Zargenring 15 hinaus. Der entsprechende Überstand ist in
Figur 1 mit U bezeichnet. - Bedingt durch die enge Einbausituation zwischen der Lüfterhinterkante 13 und der Motorstirnwand 4 kann es im ungünstigsten Fall zu einer Beschleunigung der Luftströmung kommen und damit zu zusätzlichen Druckverlusten. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Zargenrings 15 mit dem Radius R kann die austretende Luft verzögert werden und somit dynamischer in statischen Druck umgewandelt werden. Das wird insbesondere dadurch erreicht, dass sich die Querschnittsflächen entlang dem Strömungspfad kontinuierlich erweitern.
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-
- Da der Abstand zwischen der Platthinterkante 13 und der Motorstirnwand 4 im Wesentlichen aus konstruktiven Gründen festgelegt ist, kann die Zylindermantelfläche nur dadurch vergrößert werden, dass der Zargenring verkürzt und nach vorne geschoben, beziehungsweise der Zargendurchmesser Dz vergrößert wird. Dies führt zwar in einem weiten Bereich, insbesondere im schwach gedrosselten Bereich, der Lüfterkennlinie zu Einbußen der Lüfterleistung, führt aber bei stark gedrosselten Arbeitsbereichen zu einer steileren Charakteristik und somit zu einem stabileren Verhalten.
- Die Vergrößerungsfläche sollte zwischen 20 Prozent und 40 Prozent der Kreisringfläche des Lüfters ALüfter betragen, da hier der Anteil des Druckrückgewinns größer als der zusätzliche Reibungsverlust ist. Durch die stabilere Lüfterkennlinie kann ein größerer Luftstrom gewährleistet werden.
- In
Figur 2 ist in einem kartesischen Koordinatendiagramm die Änderung des statischen Drucks dp statisch in Pa über dem Massenstrom G des Lüfters in kg/s aufgetragen. Eine Lüfterkennlinie 21 eines herkömmlichen Kühlsystems ist inFigur 2 gestrichelt dargestellt, Eine Lüfterkennlinie 22 eines erfindungsgemäßen Kühlsystems ist inFigur 2 in Form einer durchgezogenen Linie dargestellt. InFigur 2 sieht man, dass die Lüfterkennlinie 22 des erfindungsgemäßen Kühlsystems steiler verläuft als die Lüfterkennlinie 21 des herkömmlichen Systems. Bei 24 ist angedeutet, dass der instabile Bereich durch das erfindungsgemäße Kühlsystem verschoben werden kann, was zu einem stabileren Verhalten des Kühlsystems im Betrieb des Kraftfahrzeugs führt.
Claims (5)
- Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühler (1), der von Kühlmittel durchflossen wird, das insbesondere zur Kühlung einer Brennkraftmaschine (2) dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einem Lüfter (8), insbesondere einem Axiallüfter, beeinflusst wird, der zwischen dem Kühler (1) und der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist und eine drehbar angetriebene Nabe (9) aufweist, an der Lüfterblätter (12) befestigt sind, die in einem Luftdurchtrittsraum angeordnet sind, der radial außen von einem Zargenring (15) mit einem Zargenringdurchmesser (Dz) begrenzt wird, wobei die in Luftdurchströmungsrichtung hinteren Kanten (13) der Lüfterblätter (12) in einem Abstand (A) zu einer Stirnwand (4) der Brennkraftmaschine (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strömungsrichtung hinteren Kanten (13) der Lüfterblätter (12) zu der Stirnwand (4) der Brennkraftmaschine (2) hin gegenüber dem Zargenring (15) einen Überstand (U) aufweisen.
- Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche eines Zylinders, dessen Umfang sich aus dem Produkt des Zargenringdurchmessers (Dz) mit der Zahl Pi ergibt und dessen Höhe der Summe aus dem Überstand (U) der hinteren Kanten (13) der Lüfterblätter (12) über den Zargenring (15) und dem Abstand (A) der hinteren Kanten (13) der Lüfterblätter (12) zu der Stirnwand (4) der Brennkraftmaschine (2) entspricht, um eine Vergrößerungsfläche größer als eine Kreisringfläche ist, die von einem Lüfterblattinnendurchmesser (Di) und einem Lüfterblattaußendurchmesser (Da) der Lüfterblätter (12) begrenzt wird.
- Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungsfläche 20 bis 40 Prozent der Kreisringfläche beträgt, die von dem Lüfterblattinnendurchmesser (Di) und dem Lüfterblattaußendurchmesser (Da) der Lüfterblätter (12) begrenzt wird.
- Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zargenring (15) einen Zargenringdurchmesser (Dz) aufweist, der sich zur Stirnwand (4) der Brennkraftmaschine (2) hin erweitert.
- Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zargenringdurchmesser (15) in Strömungsrichtung kontinuierlich erweitert.
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