專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，例如搭載在建筑機(jī)械上的發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻裝置。
在關(guān)于此種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的現(xiàn)有技術(shù)中，例如作為備有離心式風(fēng)扇的裝置，有以下文件。
①內(nèi)燃機(jī)Vo1．31，NO．388，P．9-27(1992)該公知技術(shù)中，采用離心式風(fēng)扇作為向建筑機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部供給冷卻風(fēng)的風(fēng)扇，以提高冷卻性能，并且使發(fā)動(dòng)機(jī)室與冷卻裝置部分離，減低發(fā)動(dòng)機(jī)音引起的噪音。
②日本特開平5-248239號(hào)公報(bào)該公知技術(shù)中，采用離心式風(fēng)扇作為向拖拉機(jī)等作業(yè)車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部供給冷卻風(fēng)的風(fēng)扇，以提高冷卻性能。
③日本實(shí)開平2-64799號(hào)公報(bào)該公知技術(shù)中，采用離心式風(fēng)扇作為向汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部供給冷卻風(fēng)的風(fēng)扇，取消軸流式風(fēng)扇使用時(shí)所必需的排氣管。
另一方面，關(guān)于備有軸流式風(fēng)扇的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，公知的技術(shù)有以下文件。
④日本特開平5-288053號(hào)公報(bào)該公知技術(shù)是油壓挖土機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，由通過風(fēng)扇皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連接的軸流式風(fēng)扇向熱交換器供給冷卻風(fēng)。該公知技術(shù)中雖然未詳細(xì)記載，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的構(gòu)造例如如圖8所示。
圖8中，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置設(shè)在內(nèi)設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)室2內(nèi)，備有中間冷卻器3、油冷卻器4、散熱器5、冷卻風(fēng)扇8和吸入管9。中間冷卻器3對(duì)供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒用空氣進(jìn)行預(yù)冷。油冷卻器4冷卻油壓挖土機(jī)的工作油。散熱器5冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷卻水。冷卻風(fēng)扇8是軸流式風(fēng)扇，由風(fēng)扇皮帶7驅(qū)動(dòng)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)1曲軸6的動(dòng)力傳遞給該風(fēng)扇皮帶7。吸入管9將冷卻風(fēng)導(dǎo)向冷卻風(fēng)扇8的吸入側(cè)。
冷卻風(fēng)從發(fā)動(dòng)機(jī)室2外部通過冷卻風(fēng)吸入口10進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)室2，經(jīng)過了作為熱交換器的中間冷卻器3、油冷卻器4、散熱器5后，由吸入管9節(jié)流，再到達(dá)冷卻風(fēng)扇8。然后，在冷卻風(fēng)扇8的軸方向下游側(cè)吹出后，一邊流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)1及發(fā)動(dòng)機(jī)1下方的油盤1a周圍，一邊將它們冷卻，從發(fā)動(dòng)機(jī)室2上部、下部的冷卻風(fēng)排出口11、12排出到外部。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)1通過減振裝置14設(shè)置在框架13上，框架13設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)室2底面2a上。在吸入管9與發(fā)動(dòng)機(jī)室2的上蓋2b及底面2a之間，由分隔部件15、16密封。
另外，備有斜軸流式風(fēng)扇的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的公知技術(shù)，有以下文件。
⑤特開平4-269326號(hào)公報(bào)該公知技術(shù)中，采用斜軸流式風(fēng)扇作為向車輛用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部供給冷卻風(fēng)的風(fēng)扇，同時(shí)，將導(dǎo)入冷卻風(fēng)的固定套筒作成吸入管形狀，以謀求比軸流式風(fēng)扇更高的壓力和風(fēng)量。
近年來，普遍要求采用中間冷卻器，以及為了減低噪音而要求提高發(fā)動(dòng)機(jī)室的密閉度、小型化等，為了滿足這些要求，發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)冷卻流路的阻力有增大的傾向。盡管有這樣的傾向，仍要求具有與已往同等的流量，所以，要求冷卻風(fēng)扇的大風(fēng)量、高壓力化。
為此，在公知技術(shù)①～③中，為了滿足這一要求，采用離心式風(fēng)扇代替已往一般的軸流式風(fēng)扇，作為冷卻風(fēng)扇，因其離心力作用，在同一外徑、同一轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，其風(fēng)量、壓力都比軸流式風(fēng)扇大。這里，離心式風(fēng)扇中，冷卻風(fēng)從吸入管朝著軸方向?qū)肴~輪，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)向徑向吹出，但是，這時(shí)從吸入管與葉輪之間的間隙產(chǎn)生徑向的冷卻風(fēng)泄漏。由此引起的損失大，由(流量×壓力)／(輸入到風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)力)式表示的風(fēng)扇效率降低，而且噪音增大。
另外，在公知技術(shù)④和⑤中，由于采用軸流式風(fēng)扇、斜軸流式風(fēng)扇，所以，難以實(shí)現(xiàn)足夠的大風(fēng)量化、高壓力化，當(dāng)上述的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的冷卻流路的阻力增加時(shí)，為了確保與已往相同的流量，就不得不提高轉(zhuǎn)數(shù)，由此引起大的噪音。另外，在公知技術(shù)⑤中，流過軸流式風(fēng)扇的氣流與發(fā)動(dòng)機(jī)碰撞，壓力損失大。有時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)、油盤的周圍產(chǎn)生冷卻風(fēng)的逆流，這樣難以確保足夠的冷卻風(fēng)量。因此，為了確保冷卻風(fēng)量就不得不提高轉(zhuǎn)數(shù)，引起噪音增大。
為了解決上述問題，本申請(qǐng)的發(fā)明者們?cè)谌毡咎卦钙?-109483號(hào)(申請(qǐng)日1995年5月8日)中，揭示了一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，該冷卻裝置設(shè)在內(nèi)設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)，具有至少一個(gè)熱交換器、冷卻風(fēng)扇和吸入管。熱交換器含有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水進(jìn)行冷卻的散熱器。冷卻風(fēng)扇冷卻該熱交換器。吸入管設(shè)在該冷卻風(fēng)扇的上游側(cè)，將上述冷卻風(fēng)導(dǎo)入冷卻風(fēng)扇的吸入側(cè)。上述冷卻風(fēng)扇是斜流式風(fēng)扇和離心式風(fēng)扇中的任一種，而且備有葉輪和旋轉(zhuǎn)套筒。葉輪備有多片葉片，旋轉(zhuǎn)套筒固定在該葉輪上，與該葉輪一起旋轉(zhuǎn)。
但是，上述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置中，旋轉(zhuǎn)套筒與吸入管的配置關(guān)系不是特定的，揭示了旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部是外側(cè)、吸入管的下游側(cè)端部是內(nèi)側(cè)的構(gòu)造，以及，旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端是內(nèi)側(cè)、吸入管的下游側(cè)端是外側(cè)的構(gòu)造。這種構(gòu)造具有以下問題。
通常，這種冷卻裝置發(fā)出的噪音，多由冷卻風(fēng)扇的葉輪產(chǎn)生，該葉輪產(chǎn)生的噪音之中，尤以葉片前緣部(葉片入口)產(chǎn)生的最多。把吸入管的下游側(cè)端部配置在旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部的外側(cè)時(shí)，從吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的徑向間隙流入的間隙流的方向與從吸入管流入旋轉(zhuǎn)套筒的冷卻風(fēng)的主流的方向相反，在其合流部產(chǎn)生旋渦等，使冷卻風(fēng)的氣流產(chǎn)生大紊亂。因此，在葉輪的葉片前緣部因紊流而使噪音增大。另外，在上述配置的情況下，由于作業(yè)時(shí)的振動(dòng)問題，為了避免吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的接觸，必須加長(zhǎng)吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的軸方向距離，這樣就不能滿足上述的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)室小型化的要求。
本發(fā)明是為了解決上述各種問題，其目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置。本發(fā)明的裝置能不降低風(fēng)扇效率而得到大流量·高壓力的冷卻風(fēng)，并且，能實(shí)現(xiàn)低噪音、小型化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置設(shè)在內(nèi)設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)，備有至少一個(gè)熱交換器、冷卻風(fēng)扇和吸入管；熱交換器含有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水進(jìn)行冷卻的散熱器；冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生冷卻熱交換器的冷卻風(fēng)；吸入管設(shè)在冷卻風(fēng)扇的上游側(cè)，將上述冷卻風(fēng)導(dǎo)向冷卻風(fēng)扇的吸入側(cè)；其特征在于，冷卻風(fēng)扇是斜流式風(fēng)扇及離心式風(fēng)扇中的任一種，備有葉輪和旋轉(zhuǎn)套筒，葉輪備有多片葉片，旋轉(zhuǎn)套筒固定在葉輪上并與該葉輪一起旋轉(zhuǎn)；吸入管的下游側(cè)端部口徑小于旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部口徑，該下游側(cè)端部進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部?jī)?nèi)側(cè)。
即，本發(fā)明中，采用斜流式風(fēng)扇或離心式風(fēng)扇作為風(fēng)扇。這些風(fēng)扇由于其離心力的作用，在同一外徑且同一轉(zhuǎn)數(shù)情況下，與軸流式風(fēng)扇或斜軸流式風(fēng)扇相比，可實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量化·高壓力化。因此，在冷卻流路阻力增大了的最近的發(fā)動(dòng)機(jī)室中，為了確保與已往同等的流量而實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量化·高壓力化時(shí)，不必象軸流式風(fēng)扇、斜軸流式風(fēng)扇那樣要增大轉(zhuǎn)數(shù)，可減低噪音。另外，與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)套筒固定在葉輪上，所以，可防止冷卻風(fēng)從吸入管與葉輪之間的間隙中朝徑向泄漏，可提高風(fēng)扇效率，并可進(jìn)一步降低其噪音。
另外，由于吸入管的下游側(cè)端進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部?jī)?nèi)側(cè)，所以，從吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的徑向間隙流入的間隙流的方向與冷卻風(fēng)主流的方向?yàn)橥环较?。這樣，可以抑制將吸入管配置在旋轉(zhuǎn)套筒外側(cè)時(shí)產(chǎn)生的因旋渦引起的紊亂，所以可進(jìn)一步減低噪音。另外，通過將吸入管的下游側(cè)端部配置成進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部?jī)?nèi)側(cè)的狀態(tài)，由此，與將吸入管配置在旋轉(zhuǎn)套筒外側(cè)時(shí)相比，在吸入管與葉輪之間的風(fēng)扇軸方向的距離為同一量時(shí)，可將吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒接近配置。這樣，能更加使發(fā)動(dòng)機(jī)室小型化。
上述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置中，上述吸入管的下游側(cè)端部與旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部的軸方向復(fù)蓋量最好為0mm以上、40mm以下。
即，當(dāng)復(fù)蓋量為0mm以上、即不為負(fù)值時(shí)，可防止吸入管的下游側(cè)端部與旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部分離、使從吸入管外的吸入增多而使風(fēng)扇效率降低的現(xiàn)象，并且，可防止阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)室的小型化。反之，如果復(fù)蓋量過大，則吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒接近，從吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的徑向間隙流入的間隙流與冷卻風(fēng)主流合流的位置與冷卻風(fēng)扇葉輪的葉片前緣部的距離變短，合流引起的紊亂流對(duì)冷卻風(fēng)扇性能帶來不好的影響，使風(fēng)扇效率降低，增加噪音。從該觀點(diǎn)考慮，復(fù)蓋量最好為20mm左右。但是，考慮到用于油壓挖土機(jī)等建筑機(jī)械時(shí)，由于該機(jī)械整體是大體積焊接構(gòu)造物，所以要考慮制造公差和組裝誤差等。另外，在作業(yè)時(shí)即使產(chǎn)生振動(dòng)也要不使吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒接觸。因此，考慮到這些因素，復(fù)蓋量的上限最好為40mm。
上述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置中，設(shè)上述吸入管的下游側(cè)端部與旋轉(zhuǎn)套筒的吸入側(cè)端部之間的徑向間隙為C，設(shè)葉輪的最大徑為Do時(shí)，最好是C≤0．05×Do。
即，如果間隙C與葉輪最大徑Do相比過大，則與冷卻風(fēng)主流合流的間隙流的比例變大，冷卻風(fēng)扇的效率降低。換言之，間隙C越小風(fēng)扇效率越高。但是，與上述同樣地，考慮到制造公差、組裝誤差以及振動(dòng)因素等，間隙C的上限最好為C=0．05×Do。
上述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置中，上述吸入管備有略箱形的導(dǎo)入板和一體地成形在該導(dǎo)入板背面壁上的略圓環(huán)形的環(huán)部件。
即，吸入管的形狀最好做成為流路盡量圓滑、不產(chǎn)生壓力損失的形狀。為了得到這樣的流路形狀，以及為了提高生產(chǎn)效率，通常用模壓成形方法制造吸入管。該模壓成形在生產(chǎn)量多的情況下是很有效的，但是，由于模具費(fèi)高，所以在生產(chǎn)量少的情況下成本提高。因此，在生產(chǎn)量少的情況下，做成為在略箱形的導(dǎo)入板的背面壁上安裝環(huán)部件的形狀，這樣不需要模具，可以低成本地制作。
圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例之發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置構(gòu)造的側(cè)剖面圖。
圖2是表示冷卻風(fēng)扇及吸入管的詳細(xì)配置的放大側(cè)剖面圖。
圖3是表示在同一轉(zhuǎn)數(shù)、同一外徑的情況下，軸流式風(fēng)扇與離心式風(fēng)扇的風(fēng)扇特性比較圖。
圖4A是表示發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的要部詳細(xì)配置的側(cè)剖面圖，用于調(diào)查吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的位置關(guān)系與噪音減低效果之間的關(guān)系。
圖4B是表示發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的要部詳細(xì)配置的側(cè)剖面圖，用于調(diào)查吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的位置關(guān)系與噪音減低效果之間的關(guān)系。
圖5是表示同一轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的噪音值及風(fēng)量測(cè)定結(jié)果的圖。
圖6是表示為了使風(fēng)量相同而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的噪音值測(cè)定結(jié)果的圖。
圖7是表示變形例中的吸入管構(gòu)造的正面圖和側(cè)面圖。
圖8是表示現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置構(gòu)造的側(cè)剖面圖。
下面，參照


本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的實(shí)施例。
先參照

本發(fā)明的一實(shí)施例。
本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置的構(gòu)造如圖1所示。與圖8所示現(xiàn)有構(gòu)造中相同的部件注以相同標(biāo)號(hào)，其說明從略。圖1中，與圖8所示現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置不同之處是，冷卻風(fēng)扇17的種類、旋轉(zhuǎn)套筒18的配置和吸入管19的形狀。圖2表示該冷卻風(fēng)扇17及吸入管19的詳細(xì)配置。
圖1和圖2中，冷卻風(fēng)扇17是離心式風(fēng)扇，備有葉輪20和旋轉(zhuǎn)套筒18。葉輪20備有心板20a和多片葉片20b。旋轉(zhuǎn)套筒18固定在該葉輪20上，與葉輪20一起旋轉(zhuǎn)。吸入管19的下游側(cè)端部19A的口徑D1小于旋轉(zhuǎn)套筒18的吸入側(cè)端部18A的口徑D2，吸入管下游側(cè)端部19A進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A內(nèi)側(cè)。吸入管下游側(cè)端部19A和旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A在軸方向的復(fù)蓋量d=20mm，吸入管下游側(cè)端部19A與旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A之間的徑向間隙C，當(dāng)葉輪20的最大徑(這時(shí)是心板20a的直徑)為Do時(shí)，C=0．03×Do。為了使吸入管19的形狀做成為盡可能地使流路圓滑、不產(chǎn)生壓力損失的形狀，并且為了提高生產(chǎn)效率，采用模壓成形法等制造該吸入管。
上述構(gòu)造中，冷卻風(fēng)與圖8所示同樣地，從發(fā)動(dòng)機(jī)室2外部通過冷卻風(fēng)吸入口10進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)室2，經(jīng)過了作為熱交換器的中間冷卻器3、油冷卻器4、散熱器5后，由吸入管19導(dǎo)入離心式風(fēng)扇即冷卻風(fēng)扇17。朝著冷卻風(fēng)扇17的周方向吹出后，一邊流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)1及發(fā)動(dòng)機(jī)1下方的油盤1a的周圍，一邊將它們冷卻，然后從發(fā)動(dòng)機(jī)室2上部、下部的冷卻風(fēng)排出口11、12排出到外部。
下面說明上述構(gòu)造的本實(shí)施例的作用效果。
(1)離心式風(fēng)扇及旋轉(zhuǎn)套筒的作用效果本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置中，采用離心式風(fēng)扇作為冷卻風(fēng)扇17。這樣，與現(xiàn)有技術(shù)中采用軸流式風(fēng)扇、斜軸流式風(fēng)扇的方案相比，在同一外徑、同一轉(zhuǎn)數(shù)情況下，可實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量化、高壓力化。對(duì)此用圖3進(jìn)行說明。
圖3是表示在同一外徑、同一轉(zhuǎn)數(shù)情況下，軸流式風(fēng)扇和離心式風(fēng)扇的風(fēng)扇特性比較圖。橫軸表示流量，縱軸表示靜壓?！拜S流式風(fēng)扇”及“離心式風(fēng)扇”的特性曲線，分別表示軸流式風(fēng)扇及離心式風(fēng)扇單體的特性(即，不是配置在流路中測(cè)定的風(fēng)扇單獨(dú)的特性)，2個(gè)阻力曲線①、②表示發(fā)動(dòng)機(jī)室中的冷卻流路單體的特性(由流路構(gòu)造單方面決定的特性)。風(fēng)扇的特性曲線與阻力曲線的交點(diǎn)，是將該風(fēng)扇配置在該流路中時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)，表示這時(shí)得到的壓力和流量。阻力曲線①②之中，阻力曲線①表示現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)室中的冷卻流路特性，阻力曲線②表示采用了中間冷卻器或者滿足減低噪音而提高發(fā)動(dòng)機(jī)室密閉度、小型化等要求的近年來的發(fā)動(dòng)機(jī)室中冷卻流路的特性。
在現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)室中采用軸流式風(fēng)扇時(shí)，流量和靜壓為“軸流式風(fēng)扇”的特性曲線與阻力曲線①的交點(diǎn)A，分別為Q prop1、Pprop1。而采用離心式風(fēng)扇時(shí)，流量和靜壓為“離心式風(fēng)扇”的特性曲線與阻力曲線①的交點(diǎn)B，分別為Q turbo1、Pturbo1。即，在同一外徑和同一轉(zhuǎn)數(shù)情況下，離心式風(fēng)扇因其離心力作用(詳細(xì)后述)，與軸流式風(fēng)扇相比能實(shí)現(xiàn)高壓化和大風(fēng)量化。
如果將已往的軸流式風(fēng)扇直接用于近年來的發(fā)動(dòng)機(jī)室，則流量和靜壓為“軸流式風(fēng)扇”的特性曲線與阻力曲線②的交點(diǎn)C，分別為Q prop2、Pprop2，與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)室中的上述Pprop1相比，雖然靜壓增大，可實(shí)現(xiàn)高壓化，但是流量比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)室中的上述Qprop1小。因此，為了得到與現(xiàn)有的Q prop1同等的流量，就不得不提高轉(zhuǎn)數(shù)，結(jié)果噪音非常大。而采用離心式風(fēng)扇時(shí)，流量和靜壓為“離心式風(fēng)扇”的特性曲線與阻力曲線②的交點(diǎn)D，分別為Qturbo2(≈Q prop1)、Pturbo2，所以，可確保與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)室中的軸流式風(fēng)扇的流量Q prop1約相同程度的流量，同時(shí)，與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)室中的軸流式風(fēng)扇的靜壓Pprop1相比，可實(shí)現(xiàn)2倍以上的高壓化。
該離心式風(fēng)扇的特性例如可如下地說明。
通常，風(fēng)扇的理論壓力上升Pth可用下式表示Pth=P(U22-U12)／2+P(V22-V21)／2+P(W22-W21)／2式中，u是風(fēng)扇的周速，v是氣流的絕對(duì)速度，W是氣流的相對(duì)速度，下標(biāo)1、2分別表示風(fēng)扇入口及出口的值。
上式中，右邊第1項(xiàng)的P(U22-U21)／2表示離心力的效果，右邊第2項(xiàng)的P(V22-V21)／2表示動(dòng)能的變化(動(dòng)壓上升)，右邊第3項(xiàng)的P(W22-W21)／2表示流路的減速效果(靜壓上升)?？吹?項(xiàng)，軸流式風(fēng)扇中，因其風(fēng)扇入口與出口是同徑，所以，U1=U2，第1項(xiàng)=0。而離心式風(fēng)扇中，因其風(fēng)扇出口大于風(fēng)扇入口，所以第1項(xiàng)的離心力效果能最大限度地產(chǎn)生。因此，離心式風(fēng)扇比軸流式風(fēng)扇能實(shí)現(xiàn)高壓化，也容易實(shí)現(xiàn)大流量化。上面是通過與軸流式風(fēng)扇的比較來說明離心式風(fēng)扇的特性，與斜軸流式風(fēng)扇比較時(shí)也能得到同樣的結(jié)果。
如上所述，采用離心式風(fēng)扇作為冷卻風(fēng)扇17時(shí)，在同一外徑、同一轉(zhuǎn)數(shù)情況下，與軸流式風(fēng)扇、斜軸流式風(fēng)扇相比，可實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量化、高壓力化。因此，在冷卻流路阻力增大的近年來的發(fā)動(dòng)機(jī)室中，為了確保與已往同等流量而實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量化、高壓力化時(shí)，不必象軸流式風(fēng)扇、斜軸流式風(fēng)扇那樣地增大轉(zhuǎn)數(shù)，可降低噪音。另外，這時(shí)在冷卻風(fēng)扇17中，由于與葉輪20一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)套筒18固定在葉輪20上，所以，可防止冷卻風(fēng)在徑向從吸入管19與葉輪20之間的間隙中泄漏，可提高風(fēng)扇效率，進(jìn)一步降低由此產(chǎn)生的噪音。
(2)吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的位置關(guān)系的作用效果。
本實(shí)施例的冷卻裝置中，吸入管下游側(cè)端部19A進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A的內(nèi)側(cè)，與將吸入管下游側(cè)端部19A配置在旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A外側(cè)時(shí)相比，可更加減低噪音。下面參照?qǐng)D4A、圖4B、圖5、圖6對(duì)此進(jìn)行說明。
本案發(fā)明者們，為了調(diào)查吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的位置關(guān)系與減低噪音效果之間的關(guān)系，準(zhǔn)備了圖4A和圖4B的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置。圖4A表示吸入管下游側(cè)端部19A進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A內(nèi)側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，圖4B表示吸入管下游側(cè)端部19A配置在旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A外側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)定在同一轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)各自的噪音值、以及為了達(dá)到同一風(fēng)量而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的各自的噪音值。圖5是前者情形的測(cè)定結(jié)果，圖6是后者情形的測(cè)定結(jié)果。圖5和圖6中，橫軸表示將吸入管下游側(cè)端部19A和旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A的徑向間隙(頂隙)的2倍與風(fēng)扇最大徑之比(2C／Do)作為參數(shù)，各圖中左半部分是圖4A構(gòu)造的測(cè)定值，右半部分是圖4B構(gòu)造的測(cè)定值。圖5中，通過將間隙C的值為最小時(shí)的風(fēng)量作為100％的相對(duì)值一同表示各測(cè)定條件中的風(fēng)量。
圖5中，ィ、ロ分別表示圖4A構(gòu)造及圖4B構(gòu)造中的風(fēng)量測(cè)定結(jié)果，ハ、ニ分別表示圖4A構(gòu)造及圖4B構(gòu)造中的噪音測(cè)定結(jié)果。從ィ、ロ線可知，在圖4A構(gòu)造中，與頂隙C增大的同時(shí)，風(fēng)量從100％減少到93％，在圖4B構(gòu)造中，也同樣地從100％減少到98％，無論在哪種構(gòu)造中，風(fēng)量都隨著頂隙C的增大而減少。這是因?yàn)椋诳谒镜膱D4B構(gòu)造中，與間隙C增大的同時(shí)，從吸入管19外的吸入量增多，使風(fēng)扇效率降低的緣故；而在ィ所示的圖4A構(gòu)造中，是吸入側(cè)的有效面積減小的緣故。另外，在同一轉(zhuǎn)數(shù)且同一間隙C時(shí)，圖4A的構(gòu)造比圖4B構(gòu)造的風(fēng)量小。由于該風(fēng)量差，如ハ、ニ所示，在同一轉(zhuǎn)數(shù)且同一間隙時(shí)的噪音，吸入管下游端部19A進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A內(nèi)側(cè)的圖4A構(gòu)造比吸入管下游側(cè)端部19A配置在旋轉(zhuǎn)套筒吸入管側(cè)端部18A外側(cè)的圖4B構(gòu)造小。
圖6表示通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)，使圖4A構(gòu)造與圖4B構(gòu)造的風(fēng)量差一致時(shí)，測(cè)定噪音強(qiáng)度的結(jié)果。即，為了使風(fēng)量同一，使圖4A構(gòu)造中的轉(zhuǎn)數(shù)比圖4B構(gòu)造中的轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)地增加，在該狀態(tài)所測(cè)定的噪音數(shù)據(jù)。圖6中，ホ、ヘ分別表示在圖4A構(gòu)造和圖4B構(gòu)造中測(cè)定噪音的結(jié)果。如圖5所示，圖4A和圖4B的構(gòu)造中，在同一轉(zhuǎn)數(shù)情況下，都是隨著頂隙C的增大而風(fēng)量減小。因此，為了使風(fēng)量同一，必須隨著頂隙C的增大使轉(zhuǎn)數(shù)增大。但是，如圖6所示，ホ、ヘ均有隨著頂隙C的增大噪音增大的傾向。
這時(shí)，比較圖5的ィ和ロ可知，圖4A的構(gòu)造中，由于頂隙C的增大風(fēng)量降低，所以，在圖6中，圖4A構(gòu)造的轉(zhuǎn)數(shù)比圖4B構(gòu)造的轉(zhuǎn)數(shù)大。比較圖6的ホ和ヘ可知，圖4A的構(gòu)造比圖4B構(gòu)造的噪音小。其原因如下。
通常，此種冷卻裝置的噪音多由冷卻風(fēng)扇的葉輪20產(chǎn)生，該葉輪20產(chǎn)生的噪音之中，以從葉片20b的前緣部(葉片入口)產(chǎn)生的最多。圖4B所示構(gòu)造中，如圖中虛線箭頭所示，從吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18的徑向間隙流入的間隙流21的方向與冷卻風(fēng)的主流22的方向相反，在其合流部產(chǎn)生旋渦等而引起紊亂。冷卻風(fēng)的流動(dòng)產(chǎn)生紊亂后，在葉片20b的前緣部使噪音增大。而圖4A的構(gòu)造中，從吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18的徑向間隙流入的間隙流21的方向與冷卻風(fēng)主流22的方向?yàn)橥环较?，所以，可抑制旋渦等引起紊亂，可相應(yīng)地減少噪音。
另外，如圖4A所示，由于吸入管下游側(cè)端部19A進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A內(nèi)，與圖4B所示的將吸入管下游側(cè)端部19A配置在旋轉(zhuǎn)套筒18外側(cè)的情形相比，當(dāng)吸入管19與葉輪20之間的風(fēng)扇軸方向距離e為同一量時(shí)，可以使吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18接近配置。這樣，如兩圖所示，在圖4A的構(gòu)造中，距離e是從吸入管下游側(cè)端部19A到葉片20b前緣的距離；而圖4B構(gòu)造中，距離e是從吸入管下游側(cè)端部19A到旋轉(zhuǎn)套筒18壁面的距離。這樣，可相應(yīng)地使發(fā)動(dòng)機(jī)室2更加小型化。
本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，如前所述，與圖4A所示構(gòu)造同樣地，吸入管下游側(cè)端部19A進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A的內(nèi)側(cè)。因此，與將吸入管下游側(cè)端部19A配置在旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A外側(cè)時(shí)相比，可更加減低噪音，并且能更加使發(fā)動(dòng)機(jī)室2小型化。
(3)吸入管和旋轉(zhuǎn)套筒的復(fù)蓋量的作用效果。
本案發(fā)明者們對(duì)吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18的復(fù)蓋量d(見圖2)的最佳值范圍作了研究。
如果復(fù)蓋量不足0mm(即為負(fù)值)，則吸入管下游側(cè)端部19A與旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A分離，從吸入管19外流入的間隙流21增多，風(fēng)扇效率低。另外，由于吸入管下游側(cè)端部19A與旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A分離，也阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)室的小型化。但是，反之，如果復(fù)蓋量d過大，則吸入管下游側(cè)端部19A與旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A過分接近，間隙流21與冷卻風(fēng)主流22合流的位置距葉片20b前緣部的距離過近，合流產(chǎn)生的紊亂對(duì)冷卻風(fēng)扇性能有不好的影響，使風(fēng)扇效率降低且增加噪音。
從該觀點(diǎn)出發(fā)，復(fù)蓋量d為20mm左右最適當(dāng)，但是象油壓挖土機(jī)等建筑機(jī)械，其整體是大體積的焊接構(gòu)造物，所以，要考慮制造公差和組裝誤差。另外，建筑機(jī)械在不平坦路面上行駛時(shí)或作業(yè)時(shí)，車身的振動(dòng)大，要使吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18不接觸?？紤]到這些因素，復(fù)蓋量d的上限為40mm。即，吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18的復(fù)蓋量d的最佳范圍為0mm≤d≤40mm。
本實(shí)施例中，吸入管下游側(cè)端部19A與旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A的軸方向復(fù)蓋量d=20mm，考慮到制造公差、組裝誤差等，可防止風(fēng)扇效率降低、使發(fā)動(dòng)機(jī)室小型化，減低噪音。
(4)吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒的徑向間隙的作用效果本案發(fā)明者等對(duì)吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18的徑向間隙C(見圖4A)的最佳值范圍作了研究。
即，如果間隙C與葉輪最大徑Do相比過分大，則與冷卻風(fēng)主流22合流的間隙流21的比例增大，冷卻風(fēng)扇的風(fēng)扇效率降低(例如如圖5所示，在2C／Do≈0．05時(shí)，風(fēng)量減少到最大值的95．5％；在2C／Do≈0．06時(shí)，風(fēng)量減少到最大值的93．5％)。這樣，間隙C越小風(fēng)扇效率越高。但是，考慮到適用于油壓挖土機(jī)等建筑機(jī)械時(shí)，與上述(3)同樣地，由于建筑機(jī)械是大體積焊接構(gòu)造物，所以要考慮到制造公差和組裝誤差等，另外，在作業(yè)時(shí)即使產(chǎn)生振動(dòng)也要使吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18不接觸。因此，考慮到這些因素，間隙C的上限為C=0．05Do最適合。即，吸入管19與旋轉(zhuǎn)套筒18的徑向間隙C的最佳范圍為C≤0．05Do。
本實(shí)施例中，吸入管下游側(cè)端部19A與旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部18A的徑向間隙C=0．03，考慮到制造公差和組裝誤差，可防止風(fēng)扇效率降低。
另外，上述實(shí)施例中，是采用離心式風(fēng)扇作為冷卻風(fēng)扇17，但并不限于此，也可以采用斜流式風(fēng)扇。這時(shí)也能得到同樣的效果。
上述實(shí)施例中，為了將吸入管19做成為流路圓滑、不產(chǎn)生壓力損失的形狀，并且為了提高生產(chǎn)效率，吸入管19是采用模壓成形方法制造的。但并不限于此，也可以做成為更簡(jiǎn)單形狀的吸入管23。用圖7說明該變形例。
上述的模壓成形制造法，生產(chǎn)量多時(shí)是很有效，但生產(chǎn)量少時(shí)，由于采用高價(jià)的模具反而提高了成本。因此，在生產(chǎn)量少的情況下，如圖7的側(cè)面圖和正面圖所示，在略箱形的導(dǎo)入板23a的背面壁上，用焊接方式等安裝略圓環(huán)形的環(huán)部件23b，簡(jiǎn)單地形成為一體的構(gòu)造，可以低成本地制作。
根據(jù)本發(fā)明，由于斜流式風(fēng)扇或離心式風(fēng)扇的葉輪上設(shè)置旋轉(zhuǎn)套筒，可以不降低風(fēng)扇效率地得到大流量、高壓力的冷卻風(fēng)，可降低噪音。另外，由于將吸入管配置在旋轉(zhuǎn)套筒的內(nèi)側(cè)，所以，可以抑制配置在外側(cè)時(shí)由旋渦等產(chǎn)生的紊流，相應(yīng)地更減低噪音。另外，吸入管與葉輪之間的風(fēng)扇軸方向距離為同一量時(shí)，由于可將吸入管與旋轉(zhuǎn)套筒接近配置，所以，相應(yīng)地能更加使發(fā)動(dòng)機(jī)室小型化。
權(quán)利要求
1．發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，設(shè)在內(nèi)設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的發(fā)動(dòng)機(jī)室(2)內(nèi)，備有至少一個(gè)熱交換器(3、4、5)、冷卻風(fēng)扇(17)和吸入管(19)；熱交換器含有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的冷卻水進(jìn)行冷卻的散熱器(5)；冷卻風(fēng)扇(17)產(chǎn)生冷卻熱交換器(3、4、5)的冷卻風(fēng)(22)；吸入管(19)設(shè)在冷卻風(fēng)扇(17)的上游側(cè)，將上述冷卻風(fēng)(22)導(dǎo)向冷卻風(fēng)扇(17)的吸入側(cè)；其特征在于，冷卻風(fēng)扇(17)是斜流式風(fēng)扇及離心式風(fēng)扇中的任一種，備有葉輪(20)和旋轉(zhuǎn)套筒(18)，葉輪(20)備有多片葉片(20b)，旋轉(zhuǎn)套筒(18)固定在葉輪(20)上并與該葉輪(20)一起旋轉(zhuǎn)；吸入管(19)的下游側(cè)端部(19A)的口徑(D1)小于旋轉(zhuǎn)套筒(18)的吸入側(cè)端部(18A)的口徑(D2)，該下游側(cè)端部(19A)配置成進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒(18)的吸入側(cè)端部(18A)內(nèi)側(cè)的狀態(tài)。
2．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，其特征在于，上述吸入管(19)的下游側(cè)端部(19A)與旋轉(zhuǎn)套筒(18)的吸入側(cè)端部(18A)的軸向復(fù)蓋量(d)為0mm以上、40mm以下。
3．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，其特征在于，設(shè)上述吸入管(19)的下游側(cè)端部(19A)與旋轉(zhuǎn)套筒(18)的吸入側(cè)端部(18A)之間的徑向間隙為C，葉輪(20)的最大徑為Do時(shí)，C≤0．05×Do。
4．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置，其特征在于，上述吸入管(23)備有略箱形的導(dǎo)入板(23a)和一體地成形在該導(dǎo)入板(23a)背面壁上的略圓環(huán)形的環(huán)部件(23b)。
全文摘要
本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻裝置,備有對(duì)供給發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的燃燒用空氣進(jìn)行預(yù)冷的中間冷卻器(3)、對(duì)油壓挖土機(jī)的工作油進(jìn)行冷卻的油冷卻器(4)、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的冷卻水進(jìn)行冷卻的散熱器(5)、作為冷卻風(fēng)扇(17)的離心式風(fēng)扇、將冷卻風(fēng)導(dǎo)入冷卻風(fēng)扇(17)吸入側(cè)的吸入管(19);其特征在于,吸入管下游側(cè)端部(19A)的口徑(D1)小于旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部(18A)的口徑(D2),吸入管下游側(cè)端部(19A)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)套筒吸入側(cè)端部(18A)內(nèi)側(cè)。這樣,可減低噪音,并且可使發(fā)動(dòng)機(jī)室(2)小型化。
文檔編號(hào)F01P3/18GK1205047SQ9719124
公開日1999年1月13日 申請(qǐng)日期1997年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月11日
發(fā)明者川崎浩二, 船橋茂久, 金子善二, 金原正起, 多原晃司 申請(qǐng)人:日立建機(jī)株式會(huì)社