WO2008022739A1

WO2008022739A1 - Luftführungsanordnung zum kühlen eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: WO2008022739A1
Application number: PCT/EP2007/007233
Authority: WO
Inventors: Fidel Hassler; Heinz Jaun; Thomas Spindler
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2006-08-19
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2008-02-28
Also published as: DE102006039007A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftführungsanordnung zum Kühlen eines Verbrennungsmotors (28), insbesondere in einem Nutzfahrzeug, bei der ein Luftstrom von Kühlluft von einem Kühlmodul (34) aus über eine die Kühlluft einschließende Lüfterhaube (24) zu einem Fahrzeuglüfter (10) leitbar ist. Der Luftstrom (84) ist räumlich getrennt von einer Abdichtung (60, 62, 70) geführt, die zwischen Lüfterhaube (24) und Fahrzeuglüfter (10) angeordnet ist.

Description

Luftführungsanordnung zum Kühlen eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft eine Luftführungsanordnung zum Kühlen eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Kühlung des Verbrennungsmotors im Motorraum eines Fahrzeugs werden üblicherweise Fahrzeuglüfter eingesetzt, welche den Motorblock mit Kühlluft umströmen. Solche Fahrzeuglüfter sind beispielsweise aus der DE-Ul-8207204 , der DE-Ul-8614073, der DE-C2-3304297 oder der DE-Al-4140987 bekannt .

Die Kühlluft wird dabei üblicherweise mittels einer Verbindungsmanschette von der Lüfterhaube, auch als Zarge oder Motorzarge bekannt, zum Motorzargenring geleitet.

Bei Nutzfahrzeugen besteht das Problem, dass bei den großen Abmessungen des Fahrzeuglüfters der erforderliche Durchsatz an Kühlluft nicht erreicht wird. Gerade bei leistungsstarken Verbrennungsmotoren ist jedoch eine besonders leistungsfähige Kühlung Voraussetzung. Für zusätzliche Lüfter oder Wärmetauscher für eine bessere Kühlung fehlt jedoch der notwendige Bauraum im Fahrzeug. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Luftführungsanordnung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, welche bauraumsparend insbesondere bei Nutzfahrzeugmotoren hoher Leistung eine zuverlässige Kühlung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Günstige Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Luftführungsanordnung zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eine Luftführungsanordnung in einem Nutzfahrzeug, bei der ein Luftstrom von Kühlluft von einem Kühlmodul aus über eine die Kühlluft einschließende Lüfterhaube zu einem Fahrzeuglüfter leitbar ist, ist erfindungsgemäß der Kühlluftstrom räumlich getrennt von einer Abdichtung geführt, die zwischen Lüfterhaube und Fahrzeuglüfter angeordnet ist. Dadurch kann der Luftstrom gezielt auf ausgewählte Bereiche des Fahrzeuglüfters geleitet werden. Die Kühlluft kann ungehindert auf den Fahrzeuglüfter und dessen Lüfterrad treffen. Die Luftströmung kann optimiert werden und die Abströmung in den Motorumströmungsräum verbessert werden. Bei Verwendung eines entsprechenden Fahrzeuglüfters kann zusätzlich eine weitere Verbesserung der Abströmung der Kühlluft in den Motorumströmungsraum erreicht werden. Grundsätzlich kann jede Art von Fahrzeuglüftern in Verbindung mit der Luftführungsanordnung eingesetzt werden, besondere Vorteile ergeben sich jedoch bei der Kombination mit so genannten halb-axialen Lüftern, mit denen bei der geförderten Kühlluft ein merklicher radialer Anteil der Luftströmung erreichbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Luftführungsanordnung wird der Einsatz leistungsstarker Verbrennungsmotoren besonders in Nutzfahrzeugen möglich. Durch die verbesserte Luftführung ergibt sich insgesamt eine höhere nutzbare Kühlleistung. Soweit von Kühlluft oder einem Luftstrom und dergleichen die Rede ist, kann selbstverständlich auch ein anderes Kühlmedium als Luft denkbar sein.

Bevorzugt kann die Lüfterhaube eine Düsenkontur umfassen, welche die Kühlluft gezielt auf ein Lüfterrad des Fahrzeuglüfters lenkt . Dadurch kann eine gesteuerte Luftführung erfolgen. Es kann zuverlässig vermieden werden, dass Kühlluft am Lüfter vorbei gelenkt wird. Die Düsenkontur ist bevorzugt auf einen etwaigen außenumfänglich am Lüfterrad angeordneten Lüftermantel abgestimmt, so dass die Düsenkontur einen Durchmesser aufweist, der mit dem des Lüftermantels an einem Kontaktbereich oder einem Übergangsbereich zwischen Düsenkontur und Fahrzeuglüfter weitgehend übereinstimmt. Der Durchmesser der Düsenkontur unterscheidet sich vorzugsweise um höchstens 20% und ist vorzugsweise höchstens gleich groß wie der Lüftermantel, damit der Kühlluftstrom vollständig auf das Lüfterrad gelangt, welches die Kühlluft durch den Lüfter zum Verbrennungsmotor fördert. Die Abdichtmanschette befindet sich daher vorteilhaft nicht im Strömungsfluss , und die Kühlluft kann ohne räumliche Hindernisse zum Fahrzeuglüfter geleitet werden. Durch die gesteuerte Luftströmung kann ein gezieltes thermisches Management durch den Motorraum und entlang eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs betrieben werden, das in diesen Bereichen zusätzlich zur Reduzierung von Bauteiltemperaturen genutzt werden kann, da nunmehr die Kühlluftmenge und die Luftströmung durch eine derartige Eindüsung innerhalb der Lüfterhaube in Richtung Fahrzeuglüfter beherrschbar ist.

Im Bereich der durchmesserkleineren Düsenkontur kann die Lüfterhaube zweckmäßigerweise einen durchmessergrößeren Ring oder Bund aufweisen, der eine Auflagefläche einer äußeren Dichtmanschette bildet. Zweckmäßigerweise ist der Ring oder Bund außen an die Lüfterhaube angesetzt. Der Luftstrom kann mittels der Düsenkontur, die sich radial innerhalb der Dichtmanschette befindet, sicher an der Dichtmanschette vorbeigeleitet und gezielt auf das Lüfterrad gelenkt werden.

Vorteilhaft kann zwischen einem Motorzargenring und der Lüfterhaube ein Abdeckring angeordnet sein. Dessen Ringfläche steht quer, etwa senkrecht, zum Luftstrom. Günstigerweise kann der Abdeckring in axialer Richtung auf seiner dem Verbrennungsmotor zugewandten Seite einen Bund zum Aufstecken auf den Motorzargenring aufweisen. Dabei ergibt sich eine besonders kompakte und anwenderfreundliche Ausgestaltung, wenn die äußere Dichtmanschette an einem Außenumfang des Abdeckrings angeordnet ist. Der Abdeckring kann zudem einfacher montiert und demontiert werden, wenn die äußere Dichtmanschette umklappbar an dem Abdeckring angeordnet ist. Günstigerweise ist die Dichtmanschette in den Abdeckring integriert, beispielsweise anvulkanisiert.

Vorteilhaft kann an einem Innenumfang des Abdeckrings eine Dichtlippe angeordnet sein, welche in der Verlängerung zu der Düsenkontur liegt und vorzugsweise radial außen angeordnet ist. Es muss kein Kontakt zwischen der Dichtlippe und der Düsenkontur bestehen. Durch die Dichtlippe kann ein verringertes offenes Spaltmaß zwischen der Lüfterhaube und dem Fahrzeuglüfter, insbesondere dessen Lüfteraußenmantel, erreicht werden. Dadurch kann eine Rückströmung der Kühlluft vermindert oder sogar vermieden werden. Vorteilhaft kann die Dichtlippe in den Abdeckring integriert sein, beispielsweise anvulkanisiert. Bei Verschleißerscheinungen der Dichtmanschette und/oder der Dichtlippe kann der Abdeckring einfach ausgetauscht werden, ohne dass eine Demontage von Lüfterhaube und Motorzargenring erforderlich ist. Weiterhin kann nach vorheriger Demontage des Abdeckrings und der Lüfterhaube im Bedarfsfall eine Demontage des Fahrzeuglüfters und/oder einer Lüfterkupplung erfolgen, ohne dass der Motorzargenring demontiert werden muss. Beim Wiedereinbau des Fahrzeuglüfters und der Lüfterkupplung entfällt daher vorteilhaft eine üblicherweise aufwändige Justierung des Motorzargenrings .

Zwischen Abdeckring und Fahrzeuglüfter kann vorteilhaft eine rückströmungsmindernde Anordnung vorgesehen sein. Eine Rückströmung und/oder eine unerwünschte Umluftführung zwischen dem Außenmantel des Fahrzeuglüfters und Motorzargenring kann dadurch unterbunden werden. Dies kann durch ein Labyrinth oder eine ähnliche Geometrie, etwa einen überlangen Spalt, erreicht werden.

Vorteilhaft für eine günstige Gestaltung der Abströmung der Kühlluft ist ferner, wenn ein Zargenringhalter einen möglichst geringen Querschnitt im Luftstrom benötigt und als Luftleitblech die Luftströmung positiv beeinflusst. Die entsprechende Befestigungsschnittstelle kann günstigerweise in den Motorzargenring integriert sein, wobei der Zargenringhalter möglichst bündig abschließen kann.

Der bevorzugte Fahrzeuglüfter weist eine zentralen Nabe mit einer Nabenachse und einem die Nabe umgebenden Lüfterrad mit Blättern auf, die sich radial von der Nabe weg erstrecken, wobei sich die Nabe von ihrer Strömungseintrittseite her in ihrem Radius kegelförmig erweitert und benachbarte Blätter entfernt von der Nabe miteinander verbunden sind. Dadurch, dass vorzugsweise jedes Blatt mit seinem vorlaufenden und nachlaufenden Blatt verbunden ist, können die Blätter mechanisch stabilisiert und eine saubere Spaltführung der Strömung erreicht werden. Die Blätter können radial innerhalb des Lüfterrads verbunden sein, etwa mittels einem oder mehreren Zwischenringen, wobei mehrere Verbindungen auf verschiedenen Radien vorgesehen sein können, und es kann alternativ oder zusätzliche ein Deckmantel als Ring um den Außenumfang der Blätter gelegt sein. Durch die halb-axialen Ausgestaltung des Fahrzeuglüfters sind im Motorraum keine weiteren Wärmetauscher oder Lüfter notwendig.

Mit einem derartigen Fahrzeuglüfter ist ein vorteilhafter hoher Druckaufbau im Bereich von 1 bis 3 kPa oder mehr möglich. Gleichzeitig erfolgt auch eine Förderung von Kühlluft durch den Fahrzeuglüfter, so dass eine sehr effiziente Kühlluftzufuhr in den Bereich hinter dem Fahrzeuglüfter möglich ist. Der bevorzugte Fahrzeuglüfter stellt einen halb-axialen Lüfter dar, der neben einem hohen Luftdurchsatz in axialer Richtung eine deutliche radiale Komponente der Kühlluftströmung sicherstellt. Gerade in Kombination mit der erfindungsgemäßen Luftführungsanordnung ergibt sich eine besonders günstige und effiziente Kühlung. Durch die radiale Komponente ist gewährleistet, dass auch ein großflächiger Verbrennungsmotor, vor dem der Fahrzeuglüfter beispielsweise angeordnet ist, von Kühlluft umströmt werden kann. Gleichzeitig ist der Aufbau des Fahrzeuglüfters sehr kompakt und bringt entsprechende Bauraumvorteile mit sich. Damit gelingt die Kühlung von Antriebsmaschinen hoher Leistung, wie sie etwa für Nutzfahrzeuge eingesetzt werden, die strenge Abgasvorschriften einhalten müssen. Durch die Stabilisierung der Blätter des Lüfterrads gelingen weiterhin das Einhalten vorgegebener Anströmwinkel und ein Beibehalten des Wirkungsgrads und der aerodynamischen Kennwerte.

Vorteilhaft sind die Blätter am Außenumfang des Lüfterrads mit einem Ring verbunden. Diese Ausgestaltung ist fertigungstechnisch vorteilhaft. Zusätzlich ist eine vorteilhafte Spaltabdichtung, beispielsweise zu einem Motorzargenring im Einbauzustand möglich. Dadurch, dass jedes Blatt mit seinem vorlaufenden und nachlaufenden Blatt verbunden ist, können die Blätter mechanisch stabilisiert und eine saubere Spaltführung der Strömung erreicht werden. Die Blätter können radial innerhalb des Lüfterrads verbunden sein, etwa mittels einem oder mehreren Zwischenringen, es können mehrere Verbindungen auf verschiedenen Radien vorgesehen sein und es kann alternativ oder zusätzliche ein Deckmantel als Ring um den Außenumfang der Blätter gelegt sein.

Zweckmäßigerweise erweitert der Ring sich in seinem Radius in derselben Richtung wie die Nabe. Ist die Neigung der Nabe größer als die des Rings, verringert sich der durchströmbare Querschnitt des Fahrzeuglüfters mit dem Vorteil eines noch besseren Druckaufbaus .

Vorteilhaft weisen die Blätter eine Blatttiefe entlang der Nabenachse auf. Die Blätter können prinzipiell gerade oder gekrümmt verlaufen. Bevorzugt weisen die Blätter jedoch eine sichelförmige Ausgestaltung auf. Durch den sichelförmigen Verlauf vorzugsweise ihrer Vorderkante ist eine besonders effiziente Strömungsführung möglich. Der sichelförmige Verlauf, auch Sichelung genannt, bezieht sich auf rückwärts gekrümmte Blätter, die entgegen der Umfangsrichtung gesichelt sind.

Die Vorderkante des einzelnen Blatts kann besonders vorteilhaft mit einem senkrechten Ansatz aus der Nabe beginnen und am äußeren Radius des Blatts an einem Punkt enden, der zwischen 15% bis 75%, vorzugsweise 20% bis 70%, einer Sehnenlänge des Blatts bei Frontalansicht des Lüfterrads liegt. Dadurch wird die bevorzugte Sichelung des Blatts gebildet.

Die Blätter können günstigerweise in Frontalansicht des Lüfterrads eine flächige Überdeckung ihrer Vorderkanten und/oder rückwärtigen Kanten aufweisen. Dies trägt zu einem vorteilhaften aeroakustischen Verhalten des Fahrzeuglüfters bei, der damit trotz des hohen Druckaufbaus vorteilhaft leise ist. Die Schallemission des Fahrzeuglüfters nimmt trotz deutlicher Durchsatzsteigerung gegenüber Axiallüftern kaum zu. Durch die gesteuerte Kühlmedienströmung kann ein gezieltes thermisches Management durch den Motorraum und entlang eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs eingesetzt werden und zusätzlich zur Reduzierung von Bauteiltemperaturen im Strömungsweg des Kühlmediums beitragen.

Die flächige Überdeckung eines Blatts zum jeweils vorlaufenden und nachlaufenden Blatt kann günstigerweise jeweils 5% bis 25%, bevorzugt 10% bis 20% betragen. Dabei entspricht die flächige Überdeckung mit dem vorlaufenden und nachlaufenden Blatt von beispielsweise 10% bis 20% in Frontalansicht einem Überdeckungsverhältnis von 1,2 bis 1,4. Durch die Überdeckung ist eine günstige Strömungsführung bei vorteilhaft niedrigen Schallemissionen möglich.

Eine axiale Erstreckung des Rings kann mindestens so groß sein wie die der Blätter. Damit ist eine besonders stabile Verbindung möglich. Der Ring kann dann in Einbaulage des Fahrzeuglüfters in einem Motorraum vorteilhaft mit einer Lüfterzarge zusammenwirken, um Leckagen zu vermindern.

Alternativ kann eine axiale Erstreckung des Rings geringer sein als die der Blätter. Bevorzugt kann der Ring ein Längenverhältnis über die Blatttiefe zwischen 0,15 und 1, bevorzugt zwischen 0,2 und 1 aufweisen. Vorteilhaft können die Blätter den Ring nicht nur axial, sondern auch radial überragen. Dadurch ist eine weitere Verbesserung der Strötnungsführung und des Druckaufbaus möglich.

Zweckmäßigerweise beginnt der Ring an der Strömungseintrittseite des Fahrzeuglüfters bzw. der Nabe und/oder der Vorderkante der Blätter. Die

Strömungseintrittseite ist die der Strömung zugewandte Seite der Nabe und kann auch als Anströmseite der Nabe bezeichnet werden.

Vorzugsweise weist die Nabe einen Neigungswinkel zwischen 20° und 35°, bevorzugt zwischen 25° und 30°, zur Nabenachse auf. Ein günstiges Nabenverhältnis liegt zwischen 0,1 und 0,55, bevorzugt zwischen 0,15 und 0,5. Bevorzugt weisen die Blätter eine Blatttiefe entlang der Nabenachse zwischen 0,05 bis 0,25 m, bevorzugt zwischen 0,07 und 0,2 m, auf.

Weist der Ring einen Neigungswinkel zwischen 2° und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 15°, zur Nabenachse auf, kann eine geringfügige Verengung des durchströmbaren Querschnitts erreicht werden, was weiter zu einem besseren Druckaufbau beiträgt. Dies gilt insbesondere mit den vorgenannten Parametern für das Nabenverhältnis sowie die Blatttiefe bzw. die Einbautiefe des Lüfterrads. Die Blätter können um die Nabe äquidistant verteilt sein, was den Zusammenbau vereinfacht. Gegebenenfalls kann auch bei Bedarf eine unsymmetrische Anordnung gewählt werden.

Besonders günstig ist, wenn das Lüfterrad mindestens neun und höchstens siebzehn Blätter aufweist. Vorteilhaft ist dabei eine ungerade Anzahl von Blättern. Damit sind vorteilhafte aerodynamische und aeroakustische Eigenschaften des Fahrzeuglüfters erreichbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte

Luftführungsanordnung; Fig. 2 eine Detailansicht einer bevorzugten Luftführung aus Fig. 1 in Schrägansicht; Fig. 3 a, b; eine Ansicht einer Kühlanordnung (3a) und einen Schnitt durch die Mitte der Kühlanordnung

(3b) ; Fig. 4 eine Ansicht eines bevorzugten Fahrzeuglüfters mit einem Deckmantel am Außenumfang; Fig. 5 eine Draufsicht auf verschiedene Lüfterräder mit ungesichelten Blättern (5a) und mit in unterschiedlicher Stärke gesichelten Blättern (5b-

5d) ; und Fig. 6 einen Schnitt durch einen Motorraum mit einer vereinfacht dargestellten, bevorzugten

Luftführungsanordnung zur Veranschaulichung der

Bemaßung des Fahrzeuglüfters.

In den Figuren sind funktionell gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.

Figur 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine bevorzugte Luftführungsanordnung 50 zum Kühlen eines Verbrennungsmotors 28 (Fig. 6) , insbesondere in einem Nutzfahrzeug, wobei in Figur 2 ein Detail des Übergangs von der Lüfterhaube 24 zum Fahrzeuglüfter 10 herausgehoben ist. Dargestellt ist in Figur 1 die obere Hälfte der Luftführungsanordnung 50. Das Bezugszeichen 52 gibt die normale Fahrtrichtung an. Ein Kühlluftstrom 84 gelangt von einem Kühlmodul 34 aus über eine die Kühlluft einschließende Lüfterhaube 24 zu einem Fahrzeuglüfter 10. Das Kühlmodul 34 umfasst übliche, nicht näher bezeichnete Kühleinheiten des Fahrzeugs, wie etwa einen Kondensator einer Klimaanlage, einen Ladeluftkühler zur Kühlung der Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor 28, sowie einen Kühlmittelkühler zur Kühlung eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors 28.

Der Kühlluftstrom 84 ist räumlich getrennt von einer durch einen Abdeckring 70, eine Dichtmanschette 60 und eine Dichtlippe 62 gebildete Abdichtung 60, 62, 70 geführt, die zwischen Lüfterhaube 24 und Fahrzeuglüfter 10 bzw. einem Motorzargenring 40, welche den Fahrzeuglüfter 10 umgibt, angeordnet ist. Der Kühlluftstrom 84 gelangt direkt auf ein Lüfterrad 12 des Fahrzeuglüfters 10.

Die Lüfterhaube 24 umfasst an ihrem dem Fahrzeuglüfter 10 zugewandten Ende eine Düsenkontur 54. Vorzugsweise ist die Lüfterhaube 24 so geformt, dass sich an ihrem freien Ende deren Durchmesser verkleinert und so die Düsenkontur 54 bildet. Die Düsenkontur 54 ist durchmesserkleiner ausgebildet als ein durchmessergrößerer Ring 56, der im Bereich der sich in Strömungsrichtung 38 im Durchmesser verjüngenden Düsenkontur 54 außenumfänglich an die Lüfterhaube 24 aufgesetzt ist. Düsenkontur 54 und Ring 56 sind durch einen Hohlraum 58 beabstandet und zum Fahrzeuglüfter 10 hin offen.

Der Ring 56 bildet eine Auflagefläche für ein nicht näher bezeichnetes freies Ende der äußeren Dichtmanschette 60, die an einem Außenumfang des Abdeckrings 70 angeordnet ist. Die äußere Dichtmanschette 60 ist dabei montagefreundlich umklappbar an dem Abdeckring 70 angeordnet, was durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Ein Abstützbuckel 64 ist auf der Manschette 60 ausgebildet, wobei die Ringfläche 66 des Abdeckrings 70 eine Abstützfläche für die Dichtmanschette 60 bildet.

An einem Innenumfang des Abdeckrings 70 ist die elastische Dichtlippe 62 angeordnet, welche radial außen und in Verlängerung der Düsenkontur 54 angeordnet ist oder zumindest einen großen Teil eines Spalts 68 zwischen einem freien Ende der Düsenkontur 54 und einer stromab gelegenen Rückseite des Abdeckrings 70 abdeckt.

Der Abdeckring 70 steht mit seiner flachen Ringfläche quer zur Strömungsrichtung 38 und weist auf seiner dem Fahrzeuglüfter 10 zugewandten Seite einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bund 72 auf. Mit dem Bund 72 kann der Abdeckring 70 einfach auf den Motorzargenring 40 aufgesteckt werden .

Der Motorzargenring 40 ist vorzugsweise motorfest und die Lüfterhaube 24 kühlmodulfest , mit seinem Außenrand 26 auf dem Kühlmodul 34, befestigt.

Innerhalb des äußeren Bunds 72 des Abdeckrings 70 ist zur Verminderung einer Rückströmung ein durchmesserkleinerer Bund 74 angeordnet. Der Fahrzeuglüfter 10 weist einen als Lüftermantel ausgebildeten Ring 18 auf, der sich in Strömungsrichtung 38 in seinem Durchmesser erweitert und der von einem zylinderförmigen Ring 48 umgeben ist; die beiden Ringe 18, 48 sind an ihrer stromab liegenden Seite miteinander verbunden. Der äußere Ring 48 ist parallel zu einem Motorzargenring 40, der den äußeren Ring 48 umgibt. Der innere Bund 74 erstreckt sich zwischen den Ring 18 und den Ring 48 so, dass eine Art Labyrinth gebildet ist, welches eine Rückströmung oder eine Umluftführung vom Motorumströmungsraum stromab hinter dem Fahrzeuglüfter 10 und dem Bereich stromauf vor dem Fahrzeuglüfter 10 unterbindet. Es ergibt sich ein Spaltmaß 80 zwischen den Ring 18 und Bund 74, Bund 74 und Ring 48 sowie Ring 48 und Motorzargenring 40, das vorzugsweise mehrere Millimeter lang ist, beispielsweise 7 mm. Ein Spalt 78 zwischen dem Lüfteraußenring 48 und dem Abdeckring 70 ist kleiner als das Spaltmaß 80 und beträgt beispielsweise 3 mm. Zwischen der stromab gelegenen Rückseite des Abdeckrings 70 und dem freien Ende der Düsenkontur 54 liegt ein Spalt 68, der größer ist als das Spaltmaß 80 und beispielsweise 25 mm beträgt. Der Spalt 68 ist groß genug, dass der Abdeckring 70 bei der Demontage Richtung Lüfterhaube 24 vom Motorzargenring 40 abgezogen und aus der Luftführungsvorrichtung 50 entnommen werden kann. Die genauen Werte sind jeweils an die Geometrieverhältnisse der Luftführungsanordnung leicht anzupassen.

Erkennbar ist in der Figur 1, dass das Lüfterrad 12 den Motorzargenring 40 axial überragt. Bei dem Teil des Lüfterrads 12, welches über den Motorzargenring 40 übersteht, weisen die Blätter 24 mit ihren Blattenden einen größeren Durchmesser auf als innerhalb des Motorzargenrings 40. Dadurch ergibt sich ein abgestufter Durchmesser des Fahrzeuglüfters 10, was mit Radien dl und d2 angedeutet ist. Durch den abgestuften Außendurchmesser (2-d2, 2 -dl) des Fahrzeuglüfters 10 kann der Motorzargenring 40 an seinem Innendurchmesser reduziert werden. Bei einem beispielhaften Lüfteraußendurchmesser an den freien Blattenden von 2-d2 = 813 mm und einem reduzierten Durchmesser 2-d2 = 803 mm ist eine Platzersparnis von 10 mm möglich, und der Innendurchmesser des Motorzargenrings 40 kann beispielsweise bei 817 mm liegen.

Die Figuren 3a und 3b zeigen eine dreidimensionale Ansicht der bevorzugten Luftführungsanordnung 50 der Figuren 1 und 2, wobei Figur 3a die Totalansicht mit geschlossener Lüfterhaube 24 und Figur 3b eine in der Mitte aufgeschnittene Ansicht zeigt . Zur Beschreibung der Elemente wird zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen auf die vorstehenden Figurenbeschreibungen verwiesen.

Deutlich erkennbar ist der Überstand der Blätter 14 des Lüfterrads 12 sowie die leichte Demontierbarkeit des Abdeckrings .

Wird die Dichtmanschette 60 in Richtung Motorzargenring 40 umgeklappt und der Abdeckring 70 vom Motorzargenring 40 nach vorne Richtung Lüfterhaube 24 abgezogen, kann der Abdeckring 70 einfach zwischen Motorzargenring 40 und Lüfterhaube 24 beispielsweise nach oben entnommen werden.

Einen beispielhaften Fahrzeuglüfter 10 der erfindungsgemäßen Luftführungsanordnung zeigt Figur 4. Eine Mehrzahl von Blättern 14 ist an einer zentralen, kegelstumpfförmigen Nabe 16 angeordnet. Zur Vermeidung von unerwünschten Schwingungen ist eine ungerade Anzahl von Blättern günstig, vorzugsweise mindestens neun oder mehr Blätter 14. Deren Stirnseite bzw. Strömungseintrittseite 36 ist dem zuströmenden Kühlmedium, vorzugsweise Kühlluft, ausgesetzt.

Die Blätter 14 weisen eine seitliche Überdeckung ihrer in radialer Richtung weisenden Vorderkanten 20 und rückwärtigen Kanten 22 auf. Das Überdeckungsverhältnis für das jeweilige Blatt 14 an seiner jeweiligen Vorderkante 20 durch die rückwärtige Kante 22 des nachlaufenden Blatts 14 und an seiner rückwärtigen Kante 22 durch die Vorderkante 20 des vorlaufenden Blatts 14 liegt im Bereich zwischen 1,1 bis 1,5, entsprechend jeweils 5% bis 25%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4, entsprechend 10% bis 20% seiner Fläche in Frontalansicht des Lüfterrads 12. Die Blätter 14 weisen eine Steigung entlang der Nabe 16 in Richtung deren Nabenachse 42 auf mit einer relativ großen Blatttiefe in axialer Richtung.

Die beispielsweise symmetrisch um die Nabe 16 verteilten Blätter 14 sind an ihren außenumfänglichen Enden von einem kegelstumpfartig verlaufenden, als Deckmantel ausgebildeten Ring 18 umgeben und um die Nabe 16 vorzugsweise äquidistant verteilt. Der Ring 18 verbindet die einzelnen Blätter 14 miteinander und stabilisiert diese mechanisch.

Erkennbar ist, dass die Nabe 16 ausgehend von ihrer Strömungseintrittseite 36 sich wie der als Deckmantel ausgebildete Ring 18 in Strömungsrichtung 38 erweitert, wobei der Ring 18 steiler ausgebildet sein kann als die Nabe 16. Die axiale Erstreckung des Rings 18 ist ungefähr gleich der axialen Höhe der Nabe 16 und etwa gleich der Blatttiefe. Die Blatttiefe ist zweckmäßigerweise etwas geringer als die axiale Höhe von Nabe 16 und Ring 18. Der Ring 18 weist seinen kleinsten Radius an der Strömungseintrittseite 36 der Nabe 16 auf.

In der gezeigten Ausgestaltung ist eine axiale Erstreckung des Rings 18 mindestens so groß ist wie die der Blätter 14, so dass das gesamte Lüfterrad 12 mit seinen Blättern 14 axial innerhalb des Rings 18 angeordnet ist. Der Ring 18 weist dann ein Längenverhältnis über die Blatttiefe von 1 auf. Alternativ kann die axiale Erstreckung des Rings 18 geringer sein als die der Blätter 14, wie in den Figuren 2 und 3 ausgeführt ist, wobei die Blätter 14 den Ring 18 radial nach außen überragen, was die Strömungsführung der Kühlluft weiter verbessert .

Der Ring 18 weist vorzugsweise ein Längenverhältnis über die Blatttiefe zwischen 0,15 und 1, bevorzugt zwischen 0,2 und 1 auf. Die Nabe 16 weist einen Neigungswinkel α zwischen 20° und 35°, bevorzugt zwischen 25° und 30°, zur Nabenachse 42 auf, während der Ring 18 mit einen Neigungswinkel zwischen 2° und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 15°, zur Nabenachse 42 steiler als die Nabe 16 verläuft.

Die Figuren 5a-5d zeigen in Draufsicht von der Strömungseintrittseite 36 her gesehen verschiedene, besonders bevorzugte Lüfterräder 12 mit ungesichelten Blättern (Figur 5a) und mit in unterschiedlicher Stärke gesichelten Blättern (Figuren 5b-5d) . Der nabenseitige Anschluss 44 der Blätter 14 lässt die Steigung der Blätter 14 entlang der Nabe 16 erkennen. Besonders bevorzugt ist eine Zahl von Blättern 14zwischen 9 und 17; hier sind beispielhaft dreizehn Blätter 14 im jeweiligen Lüfterrad 12 dargestellt.

Die Blätter 14 weisen in den Figuren 5b-5d jeweils eine sichelartige Ausgestaltung der Vorderkanten 20 auf, die am einzelnen Blatt 14 mit einem senkrechten Ansatz 46 aus der Nabe 16 beginnt und am äußeren Radius des Blatts 14 an einem Punkt endet, der zwischen 15% bis 75%, vorzugsweise 20% bis 70%, einer Sehnenlänge des Blatts 14 bei Frontalansicht des Lüfterrads 12 liegt. Die Sichelung der Blätter 14 bezieht sich auf rückwärts gekrümmte Blätter 14, entgegen der Umfangsrichtung gesichelt. Figur 5b zeigt beispielhaft eine Sichelung von 30%, Figur 5c eine von 50% und Figur 5d eine von 70%.

Der Fahrzeuglüfter 10 ist in eine motorfest gelagerte Zarge 24 eingebaut . Die Lüfterhaube 24 in eingebautem Zustand im Motorraum eines Fahrzeugs gemäß einer bevorzugten Lüfteranordnung ist in Figur 6 im Schnitt gezeigt, wobei die Darstellung vereinfacht ist und eine Düsenkontur 54 gemäß Figur 1 nicht dargestellt ist. Der Aufbau des Fahrzeuglüfters 10 mit Nabe 16 und Ring 18 ist in Figur 4 erläutert, so dass zu dessen Beschreibung auf die vorangehende Figurenbeschreibung verwiesen wird.

Ein außenumfänglich um die Lüfterflügel 14 angeordneter, als Deckmantel ausgebildeter Ring 18 verläuft parallel zu einem einen motorfesten Motorzargenring 40. Zwischen dem lüfterseitigen Ring 18 und dem Motorzargenring 40 ist ein enger Spalt ausgebildet. In diesem Fall ist der Ring 18 nicht von einem weitern zylindrischen Außenring 48 umgeben. An ihrem Außenrand 26 ist die Lüfterhaube 24 an einer Kühleranordnung 34 mit üblichen, nicht näher bezeichneten Wärmetauschern befestigt, wie in Figur 1 näher erläutert ist.

Der Fahrzeuglüfter 10 ist in der Lüfterhaube 24 eingebaut, die zwischen der Kühleranordnung 34 und einem Motorblock eines Verbrennungsmotors 28 angeordnet ist. Deutlich erkennbar ist der kegelstumpfartige Verlauf des als Deckmantel ausgebildeten Rings 18 und der Nabe 16. Innerhalb der Nabe 16 kann beispielsweise ein Antriebsmotor des Fahrzeuglüfters 10 angeordnet sein. Der Fahrzeuglüfter 10 kann auch vom Verbrennungsmotor 28 angetrieben sein.

Durch die gegenseitige Überdeckung und die Sichelung der Blätter 14 wird vorteilhaft erreicht, dass eine Schallemission im Wesentlichen in den Motorraum Richtung Verbrennungsmotor 28 geleitet wird und nicht nach außen Richtung Kühleranordnung 34.

Ein durchströmter Querschnitt des Fahrzeuglüfters 10 ist in axialer bzw. Strömungsrichtung 38 praktisch konstant oder verjüngt sich durch die unterschiedliche Steilheit von Ring 18 und Nabe 16 etwas mit dem Vorteil eines weiter verbesserten Druckaufbaus .

Vorteilhaft beträgt ein Nabenverhältnis b/a zwischen 0,1 und 0,55, bevorzugt zwischen 0,15 und 0,5, wobei a für den anströmseitigen Nabenradius steht und b für den Radius bis zum als Reckmantel ausgebildeten Ring 18. Die Blätter 14 weisen eine Blatttiefe c entlang der Nabenachse 42 zwischen 0,05 bis 0,25 m, bevorzugt zwischen 0,07 und 0,2 m, auf.

Im eingebauten Zustand kann zur Erhöhung der Kühlleistung kann stromab hinter dem Fahrzeuglüfter 10 eine zeichnerisch nicht ausgeführte drallmindernde Nachleitvorrichtung angeordnet sein.

Ein Strömungsverlauf des bevorzugten Fahrzeuglüfters 10 in der gezeigten bevorzugten Lüfteranordnung führt Kühlluft zu, die stromauf des Fahrzeuglüfters 10 parallel verläuft und dann in den Fahrzeuglüfter 10 gelangt und eine vorteilhafte Abströmung in den Motorraum mit hohen Geschwindigkeiten zeigt. Die Blätter 14 in Kombination mit der Nabe 16 und dem außenumfänglich an den Blättern 14 angeordneten Ring 18 erteilen der mit hohem Durchsatz geförderten Strömung eine deutlich radiale Komponente. Dadurch ist die Strömung nach dem Durchtritt durch den Fahrzeuglüfter 10 in Kanäle 30, 32 um den Motorblock des Verbrennungsmotors 28 leitbar. Auch bei großen Außendurchmessern um 850 mm und sich in axialer Richtung erstreckenden Blatttiefen von bis zu 140 mm wird die Kühlluft mit hohem Durchsatz und hohem Druckaufbau gefördert und ermöglicht den Einsatz auch leistungsstarker Verbrennungsmotoren .

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche

1. Luftführungsanordnung zum Kühlen eines Verbrennungsmotors (28) , insbesondere in einem Nutzfahrzeug, bei der ein Luftstrom von Kühlluft von einem Kühlmodul (34) aus über eine die Kühlluft einschließende Lüfterhaube (24) zu einem Fahrzeuglüfter (10) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (84) räumlich getrennt von einer Abdichtung (60, 62, 70) geführt ist, die zwischen Lüfterhaube (24) und Fahrzeuglüfter (10) angeordnet ist.

2. Luftführungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterhaube (24) eine Düsenkontur (54) umfasst, welche die Kühlluft gezielt auf ein Lüfterrad (12) des Fahrzeuglüfters (10) lenkt.

3. Luftführungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der durchmesserkleineren Düsenkontur (54) die Lüfterhaube (24) einen durchmessergrößeren angesetzten Ring (56) aufweist, der eine Auflagefläche einer äußeren Dichtmanschette (60) bildet.

4. Luftführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Motorzargenring (40) und der Lüfterhaube

(24) ein Abdeckring (70) angeordnet ist.

5. Luftführungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckring (70) in axialer Richtung einen Bund (72) zum Aufstecken auf den Motorzargenring (40) aufweist.

6. Luftführungsanordnung wenigstens nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Dichtmanschette (60) an einem Außenumfang des Abdeckrings (70) angeordnet ist.

7. Luftführungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Dichtmanschette (60) umklappbar an dem Abdeckring (70) angeordnet ist.

8. Luftführungsanordnung wenigstens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Innenumfang des Abdeckrings (70) eine Dichtlippe (62) angeordnet ist, welche in Verlängerung zu der Düsenkontur (54) angeordnet ist.

9. Luftführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Abdeckring (70) und Fahrzeuglüfter (10) eine rückströmungsmindernde Anordnung vorgesehen ist.

10. Luftführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeuglüfter (10) mit einer zentralen Nabe (16) mit einer Nabenachse (42) und dem die Nabe (16) umgebenden Lüfterrad (12) mit Blättern (14) ausgebildet ist, die sich radial von der Nabe (16) weg erstrecken, wobei sich die Nabe (16) von ihrer Strömungseintrittseite (36) her in ihrem Radius kegelförmig erweitert und zwei oder mehr benachbarte Blätter (14) entfernt von der Nabe (16) miteinander verbunden sind.

11. Luftführungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeuglüfter (10) einen mantelartigen Ring (18) aufweist, der die Blätter (14) am Außenumfang des Lüfterrads (12) miteinander verbindet.

12. Luftführungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) sich in seinem Radius in derselben Richtung erweitert wie die Nabe (16) .

13. Luftführungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blätter (14) sichelförmig ausgebildet sind.

14. Luftführungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blätter (14) in Frontalansicht des Lüfterrads (12) eine flächige Überdeckung ihrer Vorderkanten (20) und/oder rückwärtigen Kanten (22) aufweisen.

15. Luftführungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) an der Strömungseintrittseite (36) der Nabe (16) und/oder der Vorderkante (20) der Blätter (14) an die Blätter angesetzt ist.

16. Luftführungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (16) einen Neigungswinkel (a) zwischen 20° und 35°, bevorzugt zwischen 25° und 30°, zur Nabenachse (42) aufweist .

17. Luftführungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) einen Neigungswinkel zwischen 2° und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 15° , zur Nabenachse (42) aufweist .

18. Luftführungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (12) mindestens neun und höchstens siebzehn Blätter (14) aufweist.