JP2004503714A - 羽根先端に合致する張出シュラウドとファンを備えた自動車用ファン装置 - Google Patents
羽根先端に合致する張出シュラウドとファンを備えた自動車用ファン装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
(関連出願)
この出願は、2000年6月16日に出願された米国仮出願第60/211,988号の優先権を主張するものである。
【0002】
(背景)
自動車のエンジンは、液体−空気熱交換器すなわちラジエーターを通って吸排される冷却液によって冷却されるのが普通である。冷却液と空気との比重差のために、ラジエーターは、その幅が比較的狭いが、冷却用空気が通る部分の表面積が大きいのが一般的である。空気調和システムの凝縮器のような他の輸送機関用熱交換器は、類似した構成であり、ラジエーターと直列状に冷却されることが多い。
これらの熱交換器の位置は一般に、輸送機関の前方や輸送機関本体の開口の後方であるため、輸送機関の前方移動によって高い圧力がもたらされる。しかしながら、冷却要件がきびしいときあるいはその輸送機関が移動しないときに充分な空気が熱交換器を通過することを保証するためには、熱交換器の上流側か下流側かのいずれか一方に、ファン装置が取り付けられる。
【0003】
このファン装置には一般に、ファンと、このファンを取り囲むとともに熱交換器とこのファンとの間へ空気を案内するシュラウドとが含まれている。このファンは一般に、シュラウドとともに取り付けられあるいはシュラウドに一体に取り付けられたブラケットで支持された電気モーターによって駆動する。このシュラウドは、フード下方の空間に位置が制約されるため、一般に深さが最小でなければならず、同時に、熱交換器表面の広い区域を覆う必要がある。このため、冷却用空気の大部分は、基本的には(負の)半径方向からファンへ到達し、また、ファンの先端領域を通って流れるときには、ほとんど90度、向きを変えなければならない。
充分に向きを変えることができないときには、冷却用空気の大部分は、シュラウドの表面から分かれて、ファンの効率と音響性能とを損なうであろう。
【0004】
ファンを設計する上での別の制約は、その騒音が消費者にとって許容することができるかどうかということである。ファンの騒音には、広帯域の騒音と発振音との両方が含まれており、後者はファンと非線対称的流入物との相互作用によって生じる。これらの発振音を最小化する1つの方法は、羽根の設計にねじれを組み入れることである。しかしながら、ねじれ羽根には、放射羽根に対抗することができないという構造上の問題がある。
【0005】
このファン装置を設計するには他に多くの制約がある。1つの要件は、ファンとシュラウドとを安価に製造しなければならないということである。この理由のために、それらはプラスチック射出成形された部品であるのが一般的である。ファンとシュラウドとの隙間は動いているときに、これらの部品のたわみと製造公差とを吸収しなければならない。これらのたわみは、長期間にわたるクリープを含むものであり、また、時間、温度および湿度に左右されるものである。ファンのたわみは、遠心力および空気力から生じるとともに、半径方向および軸方向の両方における成分を含んでいる。このファン装置は、ファンがどのようなときでもシュラウドに接触しないような方法で設計されていなければならず、また、ファンとシュラウドとの間における漏洩によって効率あるいは騒音が過度に損なわれないように隙間が充分小さいものでなければならない。この用途のためには、漏洩の起きる隙間の性質が異なる2つの型のファンが使われてきた。
ファンの1つの型は、シュラウドと回転羽根の端部との間に隙間がある遊離先端型ファンである。この型のファンには一般に、構成がほとんど放射状であってわずかにねじれのある羽根が備わっている。この羽根には一般に、一定半径の先端形状が備わっているので、ほとんど放射状である構成によって最小にされた半径方向のたわみだけによってシュラウドと接触することがある。図1aには、代表的な遊離先端型エンジン冷却用ファンが示されている。
【0006】
2番目の型のファンは、羽根先端が回転ベルトに取り付けられているベルト型ファンである。再循環が起きる隙間は、回転ベルトとシュラウドとの間である。この構成における1つの利点は、さまざまな漏洩制御装置(米国特許第5489186号)を使用することで漏洩流体を最小限にできることである。別の利点は、そのベルトがねじれ羽根の構造的支持体をもたらして(米国特許第4569631号、4569632号)、それらのたわみを最小限にできることである。
これら両方の型のファンには不利益がある。
【0007】
遊離先端型ファンの効率はその先端隙間に大きく左右される。空気は羽根先端の周りで圧力側から吸引側へ移動し、それによって、先端領域における羽根の前後間の圧力差が減少するとともに集中した先端渦が生じる。この渦は、損失機構であって、騒音の発生源になることがある。図1bに示されたような構成によれば、先端隙間は最小になるが、シュラウド胴における入口半径が小さいために流体分離は犠牲になる。図1cには、いっそう代表的な遊離先端型ファン装置が示されており、ここでは、羽根先端の前方部分がファンの気体充満空間の中へ延び出すことができることと、いっそう大きい入口半径を採用することとによって、前記分離が最小になっている。しかしながら、この構成では、小さい先端隙間が羽根先端の後方部分でだけ維持されるため、先端での漏洩損失がより大きくなる。遊離先端型ファンは、とりわけいっそう抵抗的な作用箇所で、ベルト型ファンよりも騒音が大きい傾向がある。これらの遊離先端型ファンでは、エンジン停止が、いっそう甚だしくかついっそう突発的に起きる。
【0008】
ベルト型ファンでは、遊離先端型ファンに比べて先端隙間損失が少ないものの、回転ベルトの付加的な粘性損失が大きい。これらの損失は、負荷の少ない作用箇所、すなわち、発生した圧力および流体に対してファン速度が比較的大きい箇所で、とりわけ大きい。このような作用箇所は、このような作用箇所で安価な低トルクモーターを使うことができるため、自動車の用途では一般的である。ベルト型ファンに関する渦流損の別の発生源は、ベルトにおける流体分離である。成形要件のために、ベルトの内面は、図1dに示されたように、羽根の軸方向の広がりにわたって基本的に円筒状でなければならない。ベルトの前方にはリップが取り付けられるのが普通であるが、これは、きびしい空間要件のために広がりを制約する必要であるからである。流体分離はたいてい、その結果である。回転ベルトによってもまた、何らかの騒音問題と振動問題とが生じる。ベルトの軸振れによって、輸送機関における振動問題を引き起こす大きい連結不均衡が生じる。また、ベルト型ファンの大きい慣性モーメントによって、ファンの電源が切られたときにファンが惰性運転する際の時間が長くなる。この惰性運転過程によって、輸送機関における不愉快な騒音が引き起こされることがある。これらの性能上の問題に加えて、ベルト型ファンは遊離先端型ファンよりも製造に費用がかかる。ベルトの半径が大きいときには、ベルト型ファンは、遊離先端型ファンよりも別の均衡操作が必要になりがちである。ベルト型ファンでは、遊離先端型ファンについて必要であるときよりも多くの材料の使用が必要になり、また、ベルトには接合線があるため、他の物を使うよりも高価な材料の使用が必要になる。
【0009】
(発明の目的)
本発明における1つの目的は、ファンとシュラウドとの間の漏洩を最小限にすることによって自動車エンジン冷却用ファン装置の効率を最大限に発揮させることである。
別の目的は、流体分離を最小限にすることによってファン装置の効率を最大限に発揮させることである。
別の目的は、ファンによって生じる騒音を最小限にすることである。
本発明の別の目的は、その製造に用いられるプラスチック材料の量および費用を最小限にすることによって低コストの装置を提供することである。
別の目的は、ファンの静的不均衡および連結不均衡を最小限にし、それによって、ファンの均衡費用と輸送機関における振動量とを減少させることである。
別の目的は、ファンの電源が切られたときに惰性運転過程を短くするためにファンの慣性モーメントを最小限にすることである。
【0010】
(概要)
本発明は、無ベルト型自動車エンジン冷却用ファンとシュラウドとからなる装置に関するものである。このシュラウドには、張出状入口部と、この入口部の形状に合致するそれぞれの羽根先端の少なくとも一部とがある胴が備わっている。羽根先端の半径は、その合致部分の下流端よりも合致部分の上流端の方がより大きい。
好ましい1つの実施形態では、羽根先端の全体がシュラウド入口部の形状に合致している。また、好ましい1つの実施形態では、羽根先端とシュラウドとの隙間はほぼ一定である。先端隙間が実質的に羽根先端全体にわたってその最小値に維持されるので、先端隙間損失とファン騒音とは最小限になる。加えて、この設計により可能になった大きい張出状入口部によって流体分離が最小限になる。このことによって、ファン効率が最大限に発揮されるとともに騒音が最小限になる。
特定の1つの実施形態では、羽根先端は、シュラウド張出部に合致する羽根先端の一部の上流側へ延び出している。この実施形態では、この上流部分の軸方向広がりは、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.3倍よりも少ない。
【0011】
シュラウド胴の張出状入口部の下流側部分はほぼ円筒状であってよい。1つの実施形態では、羽根先端はシュラウド張出部の下流端の下流側へ延び出している。この実施形態では、この下流側部分の軸方向広がりは、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.5倍より少ない。
この好ましい実施形態では、羽根後縁の軸方向部分でのシュラウド胴の半径は、シュラウド胴の最小半径をファン半径の0.02倍超えることはない。シュラウドの半径とは、シュラウドの内側における空気流路の半径を意味する。
1つの実施形態では、シュラウド胴は、羽根先端の後縁の下流側で内方へ入っていてもよい。
さらに別の実施形態では、シュラウド胴は比較的短く、シュラウド胴の終端と羽根先端の後縁との間の距離は、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.5倍よりも小さい。好ましい1つの実施形態では、この距離は、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.3倍よりも小さい。
本発明はまた、羽根先端におけるたわみを最小限にする羽根の幾何学的形態を特徴とする。1つの実施形態では、ファンは放射羽根であり、また、先端は、ファンの直径の3%より少なく前方へ傾斜が付けられている。好ましい実施形態では、ファンはねじれている。好ましくは、ファンには、後方へ広がった領域あるいは前方へ広がった領域のどちらかにおいて、およそ5度より小さい前方傾斜角を有し、また、後方へ広がった領域において、およそ15度より大きい後方傾斜角を有している。
好ましい1つの実施形態では、ファンは、ハブの近傍で前方へ広がるとともに、羽根先端の近傍で後方へ広がり、また、ファンには、ハブの近傍で前方傾斜角を有し、羽根先端の近傍で後方傾斜角を有している。
【0012】
別の実施形態では、ファンは、ハブの近傍で後方へ広がるとともに、羽根先端の近傍で前方へ広がり、また、ファンには、ハブの近傍で後方傾斜角を有し、羽根先端の近傍で前方傾斜角を有している。
好ましい1つの実施形態では、張出部の形状はほぼ楕円形であり、張出状入口部の表面において各箇所と近似楕円における対応箇所との間の距離は、ファンの直径の0.5%より小さい。好ましい1つの実施形態では、近似楕円は、軸方向半軸と半径方向半軸を有するように方位付けられており、また、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.5〜2.0倍である軸方向半軸と、この軸方向半軸のおよそ0.4〜1.0倍である半径方向半軸とを有している。この好ましい実施形態では、軸方向半軸はファンの直径の0.04〜0.14倍の間にあり、また、半径方向半軸はファンの直径の0.02〜0.11倍の間にある。
好ましい1つの実施形態では、羽根先端の合致部分における上流端の半径は、羽根先端の合致部分における下流端の半径よりおよそ2%〜15%だけ大きい。
【0013】
好ましい1つの実施形態では、羽根先端とシュラウドとの間の最小隙間は、ファンの直径の0.007〜0.02倍である。羽根の前縁とシュラウドとの間の一定半径箇所で測定された軸方向距離は、ファンの直径のおよそ0.011〜0.034倍である。
この好ましい実施形態では、羽根先端の合致部分によって広げられた子午線面の湾曲部における各箇所と近似楕円における対応箇所との間の距離は、ファンの直径の0.5%より短い。最も好ましい実施形態では、この楕円は張出状入口部の形状に近似しており、羽根先端は、軸方向半軸と半径方向半軸とがあるように方位付けられており、また、これら2つの楕円における軸方向半軸どうしの間の差は、半径方向半軸どうしの間の差に等しいかあるいはその差より大きい。
この好ましい実施形態では、ファン先端の前縁は、シュラウド張出部の上流端の下流におけるファンの直径のたった0.04倍に過ぎない。
この好ましい実施形態では、ファン先端における羽根弦は、ファンの直径のおよそ0.2〜0.4倍である。
【0014】
1つの実施形態では、ファン装置は熱交換器の下流側に取り付けられている。この好ましい実施形態では、シュラウドには気体充満空間が混ざっているが、この空間は、ファンの円板区域の少なくとも1.5倍である、その熱交換器の外面区域を覆っている。この実施形態では、特に、本発明の特徴である大きい張出状入口部によって恩恵を受ける。気体充満空間の領域からの流体には、ファン胴に到達するような大きい半径成分があり、分離はこのような張出部がないときに起きやすい。
別の実施形態では、このファン装置は熱交換器の上流側に取り付けられている。
この好ましい実施形態では、ファンとシュラウドとは射出成形されたプラスチックから作られている。最も好ましい実施形態では、シュラウドは単一部品として成形されている。
【0015】
(詳細な説明)
図2aは、さまざまな羽根パラメーターを示す従来技術におけるファン羽根の見取図である。ファン10は、上流側から見たとき時計回り方向へ回転する左回りファンである。羽根4の前縁41は、中間弦線42および後縁43に先立って回転する。半径「r」でのねじれ角とは、羽根基端部45での中間弦箇所を通る放射状直線60と半径「r」での断面の中間弦線を通る放射状直線62との間における角である。半径「r」での中間弦広がり角Lは、放射状直線62と中間弦線64への局部正接との間の角として定義される。示されたファンは、前方へ広がっているもの、すなわち、それらの羽根が回転方向に広がっているものである。
図2bは、このファン羽根を通る円筒状断面図であり、その断面の前縁411、後縁431および中間弦箇所421を示している。弦長「c」とは、この前縁から後縁までの直線の長さである。
図2cは、ファンのハブとファン羽根4の「広がり」視野とに沿った断面図である。線47は、羽根前縁の軸方向位置を半径方向位置の関数として表している。同様に、線48および線49は、羽根中間弦の軸方向位置と羽根後縁の軸方向位置とを半径方向位置の関数として表している。半径「r」での傾斜度は、半径「r」での中間弦線48と羽根基端部での中間弦線48との間の軸方向距離として定義される。半径「r」での傾斜角Qは、その半径で、弦線48と回転軸に垂直な平面とによって作られる角度である。
【0016】
図3aには、自動車用のラジエーター、凝縮器、シュラウド、および本発明に係る放射状羽根のあるファンに沿った断面図が示されている。シュラウド20が取り付けられているラジエーター40の前方には凝縮器50が取り付けられている。シュラウド20によって、気体充満空間22と胴24とが形成されている。胴24は、張出状入口部241と円筒状部分242とからなっている。複数の静止羽根26が胴24から内方へ延び出しており、また、これらの静止羽根によってモーターマウント28が支持されている。このモーターマウント28に取り付けられたモーター30によってファン10が駆動される。このファンは、「広がり」視野に示されたハブ2と複数の羽根4とからなっている。ファン羽根4の先端46はその胴の形状に合致するように形作られている。
【0017】
図3aに示された構成の利点は、羽根先端の広がり全体にわたって小さい先端隙間が維持されており、同時に、その流体は、シュラウド表面からその流体が分かれる傾向を最小限にするような方法で、徐々に収縮することができることである。このような状況は、小さい先端隙間が維持されるもののきわめて小さい入口部楕円を犠牲にして分離、非能率および騒音を引き起こしやすい、図1bに示されたものに比べて都合がよい。図3aに示された構成も、大きい先端隙間を犠牲にして大きい入口部楕円が生じることでまた非能率と騒音とが引き起こされる、図1cに示されたものに比べて都合がよい。
図3aに示された張出状入口部の幾何学的形態は、半軸arおよび半軸axのある楕円の4分の1に近似している。しかしながら、楕円に近似するだけであり、入口部の形状を得ることができる良好な性能と同様に、良好な近似は、その幾何学的形態が楕円からファンの直径のプラスマイナス0.5%だけ変化するものである。図3aの中間弦線48は、遠心的負荷の下での放射状羽根のあるファンのたわみを最小限にするわずかな前方傾斜を示している。事情が変われば、遠心的負荷および空力的負荷の両方による軸方向たわみによって、運転中における隙間が増大する傾向にある。しかしながら、この傾斜が大き過ぎると、下流側に軸方向たわみが生じて、ファンとシュラウドとが接触する結果となるはずである。
【0018】
羽根の幾何学的形態の最適化によって、負荷のかかったファンのたわみを最小限にすることができるが、これのたわみはなくなることはない。予測されたたわみと他のいくつかの因子とによって、羽根先端とシュラウドとの間における必要な隙間が決定される。軸方向における必要な隙間gaは半径方向における必要な隙間grよりたいてい大きい。
図3aに示された実施形態では、ファン羽根4の先端46は、シュラウド胴の入口部241に対してほぼ一定の隙間gが維持されるように形作られており、ここで、gはシュラウド表面に垂直に測定されたものである。羽根先端の形状は図3bにおける先端形状「a」に対応している。この先端形状に関して、羽根先端とシュラウドとの間における軸方向隙間は羽根前縁で最小であるように思われる。この最小隙間が必要な隙間gaより小さければ、この先端形状は不充分である。先端形状「b」は一定の軸方向隙間gaの線を表しており、ここで、gaはgrの2倍の大きさであると仮定している。許容することのできる先端形状は、羽根先端の後方部分については「a」になり、前方部分については「b」になるであろう。いっそう保守的な取り組みは先端形状「c」を用いることであろうと思われ、それは、最小限必要な軸方向隙間と半径方向隙間とを満たす単一楕円である。最も保守的な先端形状は、羽根が、シュラウドに接触する前に、軸方向へ距離gaだけかつ半径方向へ距離grだけ同時に移動することができる「d」である。この最後の取り組みは、先に述べたたわみを羽根先端に沿った位置の関数として反映するために改変してもよい。
【0019】
図3cには、羽根の放射状性質を示す、図3aのファンにおける上流側部分の図が示されている。羽根先端46は、一定半径線の上にはなくて、その代わりに、羽根先端412の前縁が羽根先端432の後縁の半径Rteより大きい半径Rleで存在している。先端弦長ctipは、先端後縁の半径Rteで羽根の弦長として定義することができるとともに、ファンの直径Dは、その半径の2倍に等しいとして与えることができる。このファンの円板区域は、直径Dの円の区域であるとして与えることができる。
図3dには、図3aおよび図3cのファンにおけるいくつかの円筒状羽根断面図が示されており、その視点は、これらの図に示されたように、羽根基端部45の中間弦箇所452を通る視線に沿って与えられている。
【0020】
図4aには、本発明に係る、ねじれたファンの上流側部分の図が示されている。中間弦線42の広がりは、先端46の近傍における反対方向以外の、羽根基端部45の近傍における回転方向(前方への広がり)であることを確認することができる。ねじれ羽根の利点は、1)前縁が流体を通って斜めに移動するという事実による乱流摂取騒音が減少することと、2)周縁流体の非均一性によって生じた音響的発振音が減少することである。図3bに示される放射状ファンの場合と同様に、羽根先端の前縁の半径Rleは羽根先端の後縁の半径Rteを超えている。
図4bには、シュラウドと図4aのねじれたファンとに沿った断面図が示されている。図3aに示された放射羽根のあるファンの場合と同様に、ファン羽根4の先端46は、シュラウド胴の入口部241に対してほぼ一定の隙間を維持するように形作られている。また、より大きい剛性をもたらすために、かつ、シュラウド胴の円形状の幾何学的形態を維持しやすくするために静止羽根26の周縁箇所に配置された外側リブ25が示されている。
ねじれ羽根の潜在的不利益は、遠心的負荷の下では、ねじれ羽根が放射羽根の場合よりも半径方向および軸方向の両方へ一般に多くたわむということである。軸方向のたわみは、ファンとシュラウドとが本発明に従って作られているときに、前方へのたわみによって先端隙間が大きくなり、後方へのたわみによってファンとシュラウドとの間が接触することが潜在的に起きるという点で、とりわけ問題である。しかしながら、羽根を適切に傾斜させることで、先端隙間が増大してもシュラウドとの接触の場合に比べて重大な結果をもたらすことがきわめて少ないので、軸方向のたわみを最小限にしたりわずかに前方になるように設計することができる。図4bの中間弦線48は、羽根の基端部領域における正の(上流側の)傾斜角と、先端領域における負の(下流側の)傾斜角とを示している。このような傾斜角の配置は、図4aに示されるねじれの配置に「合致し」、それによって、たわみが最小限になる。付加的な利点として、このことによる最終的効果は、このファンが放射状ファンの位置に対して前方へ移動し、いっそうコンパクトな装置になることである。
図4cには、図4aおよび図4bに示されたファンのいくつかの円筒状断面図が示されており、その視点は、これらの図に示されたように、羽根基端部45の中間弦箇所452を通る視線に沿って与えられている。この羽根の断面図は、性能要件によって要求されたねじれと上反りとを仮定すると羽根ができるだけ平坦であるような方法で「積み重ねられて」いるように確認することができる。
【0021】
他のねじれ配置もまた可能である。図5aには、広がりが、先端の近傍の前方方向以外の基端部の近傍の後方方向にあることを確認することができる。先端における前方へのねじれによって、ファンは高い圧力で効率よくかつ静かに作動することができる。
図5bには、リング状シュラウド20と図5aのねじれのあるファン10とに沿った断面図が示されている。リング状シュラウドによって熱交換器40および熱交換器50の比較的小さい部分が覆われており、その結果、ファンは比較的高い圧力に遭遇するであろう。このことは、前方へ広がった先端のあるファンにとっては、適切な応用である。本発明に従って、ファン羽根4の先端46は、シュラウド胴の入口部241に対してほぼ一定の隙間を維持するように形作られている。
図5cには、図5aおよび図5bに示されたファンのいくつかの円筒状断面図が示されており、おり、その視点は、これらの図に示されたように、羽根基端部45の中間弦箇所452を通る視線に沿って与えられている。先の例の場合と同様に、これらの羽根断面図は、できるだけ平坦な幾何学的形態になるように「積み重ねられて」いるように確認することができる。
図6には、シュラウド20が熱交換器40および熱交換器50の上流側に取り付けられ、かつ、ファン10が図4a、図4bおよび図4cに示されたものであるファン装置に沿った断面図が示されている。本発明に従って、ファン羽根4の先端46は、シュラウド胴の入口部241に対してほぼ一定の隙間を維持するように形作られている。胴24は、ファン羽根先端の後縁463のわずか下流側で終わっている。静止羽根26は放射状リブ23によって支持されている。このような幾何学的形態の利点は、シュラウド20を簡単な製造設備で単一部品に射出成形することができることである。
【0022】
図7には、本発明の別の実施形態に係るシュラウドとファンとに沿った断面図が示されている。羽根先端46の後方部分465はシュラウド胴24の形状に合致している。しかしながら、前方部分464は、シュラウド胴24に合致しているのではなく、代わりに、この領域におけるファンとシュラウドとの間における、かなり大きい隙間を可能にしている。このような構成は、包装上の制約によってシュラウドの深さがきびしく制限されるときには、好都合である。このような場合には、図3aおよび図4bに示されたように羽根先端全体を取り囲むファンの胴は、気体充満空間22のために利用することのできる空間が不充分になるように、深いものであってもよい。気体充満空間の深さが不充分であるときには、その熱交換器を通る流体の不均一性が増大するとともに、必要なファン電力が増大する結果となる。図7に示された構成は、羽根先端の部分の周りにおける漏洩の増大に関係する小さい効率損失を顧みることなく、充分な深さの気体充満空間を維持するために用いることができる。
図8には、本発明における別の実施形態に係るシュラウドとファンとに沿った断面図が示されている。シュラウド胴24には、羽根先端46の後縁の下流側に段状部分243が備わっている。静止羽根26は、この段状部分によって支持されており、また、引き続いて、外側のシュラウドリブ25によっても支持されている。このような構成によれば、羽根先端46とシュラウド胴24との間の隙間を通る漏洩流体を減少させることができる。装置抵抗が大きいいくつかの用途では騒音減少の利点があることがわかった。
図9aには、本発明における別の実施形態に係るシュラウドとファンとに沿った断面図が示されている。シュラウド胴24は、羽根先端46の後縁から軸方向にわずかに離れた箇所で終わっている。静止羽根26は外側のシュラウドリブ25の延長部分である。このような構成によれば、装置抵抗が大きい場合には騒音減少の利点があることがわかった。さらに別の利点は、エンジン閉塞の悪影響を減少させることである。これらの利点を達成する別の構成は図9bに示されている。ここで、静止羽根26は、シュラウド胴24の局部的延長部分によって支持されており、また、引き続いて、外側リブ25によっても支持されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】a、bおよびcは、従来技術における遊離先端型ファンと2つの代わりのシュラウドとからなる構成の見取図である。dは、従来技術におけるベルト型ファンとシュラウドとの見取図である。
【図2】a、bおよびcは、さまざまな羽根パラメーターを画定する従来技術におけるファン羽根の見取図である。
【図3】a、b、cおよびdは、シュラウドが熱交換器の下流側に取り付けられかつファンが放射状の羽根のものである、本発明に係るファン装置の見取図である。
【図4】a、bおよびcは、シュラウドが熱交換器の下流側に取り付けられかつファン羽根が基端部で前方へ広がり先端部で後方へ広がっている、本発明に係るファン装置の見取図である。
【図5】a、bおよびcは、シュラウドが熱交換器の下流側に取り付けられたリング状シュラウドでありかつファン羽根が基端部で後方へ広がり先端部で前方へ広がっている、本発明に係るファン装置の見取図である。
【図6】シュラウドが熱交換器の上流側に取り付けられ、かつファン羽根が基端部で前方へ広がり先端部で後方へ広がっている、本発明に係るファン装置の見取図である。
【図7】シュラウドの形状に合致するファン羽根先端の後方部分だけが示されている、ファンとシュラウドとの見取図である。
【図8】本発明における別の実施形態に係るシュラウドとファンとに沿った断面図である。
【図9】aおよびbは、本発明における別の2つの実施形態に係るシュラウドとファンとに沿った断面図である。
【符号の説明】
2 ハブ、4 ファン羽根、10 ファン、20 リング状シュラウド、22 気体充満空間、24 シュラウド胴、25 外側のシュラウドリブ、26 静止羽根、28 モーターマウント、30 モーター、40 熱交換器(ラジエーター)、41、411 前縁、42、48、64 中間弦線、43、431 後縁、45 羽根基端部、47、49 線、50 熱交換器(凝縮器)、60、62 放射状直線、241 張出状入口部(シュラウド胴の入口部)、242 円筒状部分、243 段状部分、421、452 中間弦箇所。
Claims (35)
- シュラウドとファンとを備えており、前記シュラウドが前記ファンを取り囲む胴を備え、かつ、前記ファンが中央ハブと複数の羽根とを備え、前記羽根のそれぞれが基端部分と先端部分とを有し、前記先端部分が前縁と後縁とを有し、前記シュラウドは、
その胴が張出状入口部を備えていることを特徴とするとともに、
前記ファンは、
a)それぞれの羽根先端の一部がシュラウド胴の張出状入口部に合致するように形作られており、
b)その合致部分の上流端での羽根先端の半径がその合致部分の下流端での羽根先端の半径より大きい
ことを特徴とする自動車エンジン冷却用ファン装置。 - 羽根先端とシュラウドとの合致部分どうしの間における、シュラウドに対して垂直に測定された隙間が、その部分の広がりにわたってせいぜいプラスマイナスおよそ20パーセントだけ変わることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端の軸方向広がりの全体が、張出状入口部に合致していることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端の前縁が、張出状入口部への入口の下流側に軸方向に存在していることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端の前縁が、張出状入口部への入口の下流側に、ファンの直径のおよそ0.04倍より小さい距離を置いて、軸方向に存在していることをさらに特徴とする請求項4に記載のファン装置。
- 張出状入口部に合致する部分の上流側である羽根先端の部分の軸方向広がりが、羽根先端全体の軸方向広がりのおよそ0.3倍より小さいことをさらに特徴とする請求項1記載のファン装置。
- 胴が、張出状入口部の下流側にほぼ円筒状の部分を備えていることをさらに特徴とする請求項1記載のファン装置。
- 張出状入口部に合致する部分の下流側である羽根先端の部分の軸方向広がりが、羽根先端全体の軸方向広がりのおよそ0.5倍より小さいことをさらに特徴とする請求項1または7記載のファン装置。
- シュラウド胴が、羽根先端の後縁の下流側に段状部分を備え、かつ、前記段状部分の半径が、羽根先端の後縁の軸方向部分でのシュラウド胴の半径より小さいことをさらに特徴とする請求項1記載のファン装置。
- 羽根先端の後縁の軸方向部分でのシュラウド胴の半径とシュラウド胴の最小半径との間の差が、ファンの直径の0.02倍より大きくないことをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- ファン羽根が、上流側から見たときにほぼ放射状であることをさらに特徴とする請求項1記載のファン装置。
- ファン羽根が、先端でファンの直径のおよそ3パーセントより少なく前方へ傾斜していることをさらに特徴とする請求項11記載のファン装置。
- ファン羽根が、ねじれていることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- ファン羽根が、後方へ広がった領域において、およそ15度より大きい後方傾斜角を有し、かつ、後方へ広がった領域あるいは前方へ広がった領域のどちらかにおいて、およそ5度より小さい前方傾斜角を有していることをさらに特徴とする請求項13に記載のファン装置。
- ファン羽根が、基端部で前方へ広がるとともに先端部で後方へ広がり、かつ、基端部で前方傾斜角を有するとともに先端部で後方傾斜角を有していることをさらに特徴とする請求項13に記載のファン装置。
- ファン羽根が、基端部で後方へ広がるとともに先端部で前方へ広がり、かつ、基端部で後方傾斜角を有するとともに先端部で前方傾斜角を有していることをさらに特徴とする請求項13に記載のファン装置。
- 張出状入口部の表面におけるそれぞれの箇所と近似楕円における対応箇所との距離が、ファンの直径のおよそ0.5パーセントより小さいことをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 1つの半軸が軸方向のものであり、1つの半軸が半径方向のものであることをさらに特徴とする請求項17に記載のファン装置。
- 近似楕円の半径方向の半軸が、その楕円の軸方向の半軸のおよそ0.4〜1.0倍であることをさらに特徴とする請求項18に記載のファン装置。
- 近似楕円の軸方向の半軸が、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.5〜2倍であることをさらに特徴とする請求項18に記載のファン装置。
- 近似楕円の軸方向の半軸が、ファンの直径のおよそ0.04〜0.14倍であることをさらに特徴とする請求項18に記載のファン装置。
- 近似楕円の半径方向の半軸が、ファンの直径のおよそ0.02〜0.11倍であることをさらに特徴とする請求項18に記載のファン装置。
- 羽根先端の合致部分における上流端の半径が、羽根先端の合致部分における下流端の半径よりおよそ2〜15パーセント大きいことをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端とシュラウドとの間における、シュラウドに対して垂直に測定された最小隙間が、ファンの直径のおよそ0.007〜0.02倍であることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端とシュラウドとの間における最小軸方向距離が、ファンの直径のおよそ0.011〜0.034倍であることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端の合致部分の半径方向座標および軸方向座標が湾曲部を形成し、かつ、この湾曲部におけるそれぞれの箇所と近似楕円における対応箇所との距離が、ファンの直径のおよそ0.5パーセントより小さいことをさらに特徴とする請求項17に記載のファン装置。
- 張出状入口部の形状に近似している楕円が、軸方向である半軸と半径方向である半軸とを有するとともに、羽根先端の形状に近似している楕円が、軸方向である半軸と半径方向である半軸とを有し、かつ、羽根先端の形状に近似している楕円の軸方向半軸が、張出状入口部の形状に近似している楕円の軸方向半軸よりも、羽根先端の形状に近似している楕円の半径方向半軸が張出状入口部の形状に近似している楕円の半径方向半軸を超える量に等しいかあるいはその量よりも大きい量だけ、長いことをさらに特徴とする請求項26に記載のファン装置。
- 羽根先端の弦長が、ファンの直径のおよそ0.2〜0.4倍の間であることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- シュラウドが、上流側熱交換器の背後に取り付けられていることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- シュラウドが、胴の上流側に気体充満空間を備え、前記気体充満空間が、上流側熱交換器の背後に設けられており、この気体充満空間によって覆われた熱交換器外面の区域が、ファンの円板区域の少なくともおよそ1.5倍であることをさらに特徴とする請求項29に記載のファン装置。
- シュラウドが、下流側熱交換器の前方に取り付けられていることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- ファンとシュラウドとが、射出成形されたプラスチックから作られていることをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- シュラウドが、単一部品として成形されていることをさらに特徴とする請求項32に記載のファン装置。
- 羽根先端の後縁とシュラウド胴の下流端との間の軸方向距離が、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.5倍より小さいことをさらに特徴とする請求項1に記載のファン装置。
- 羽根先端の後縁とシュラウド胴の下流端との間の軸方向距離が、羽根先端の軸方向広がりのおよそ0.3倍より小さいことをさらに特徴とする請求項34に記載のファン装置。
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