Кожух вентиляторной установки с дополнительными воздушными каналами
BLOWER CASING WITH ADDITIONAL AIR CHANNELS

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к легковым автомобилям.
Для обеспечения работы двигателя легкового автомобиля в тяжелых дорожных условиях при движении с малой скоростью применяется вентилятор, который при включении обдувает радиатор системы охлаждения. Для увеличения КПД вентилятор используется с кожухом (Жидкостное охлаждение автомобильных двигателей / A.M. Кригер, М.Е. Дискин, А.Л. Новеннй- ков, В.И. Пикус. - М.: Машиностроение, 1985. - 176с.). Из существующего уровня техники конструкции вентиляторной установки (фиг. 1 и фиг.2) представляет собой электровентилятор 1 и кожух вентилятора 2. Кожух — это прямоугольный короб с открытой передней частью, направленной к радиатору и охватывавшая его сердцевину по периметру. На задней стенке имеется отверстие, охваченное кольцом 3, в проеме этого отверстия располагается вентилятор (фиг. 2).
КПД вентилятора увеличивается потому, что за кожухом создается разряжение, которое распространяется по всей поверхности сердцевины радиатора. Благодаря этому воздух всасывается через удаленные от центра участки фронтальной поверхности радиатора. В легковых автомобилях большая часть охлаждающего воздуха поступает за счет использования набегающего потока воздуха при их движении. Кожух вентилятора в этом смысле в значительной степени ухудшает использование набегающего потока воздуха. Резкое сужение потока в отверстии кожуха создает большое сопротивление для прохода воздуха и в некоторых случаях эту потерю приходится возмещать включением вентилятора. Какие-либо мероприятия, направленные на улучшение использование набегающего потока воздуха, как правило, приводят к снижению эффективности вентилятора. Две эти функции, работа вентилятора и использование набегающего потока, практически всегда имеют взаимно противоположное влияние. Существует еще одна проблема снижающая эффективность системы охлаждения — это неравномерное распределение скорости охлаждающего воздуха по фронтальной поверхности радиатора. Вследствие того, что кожух вентилятора имеет резкое сужение, воздушный поток вынужден преодолевать большое сопротивление через участки радиатора удаленных от выходного отверстия в кожухе. Особенно большие проблемы возникают на участках радиатора по углам кожуха, скорость воздуха здесь в разы ниже, чем по центру.
Кольцо на кожухе выполняет важную функцию, оно препятствует циркуляции воздушного потока на концах лопастей вентилятора обратно под кожух. Эту же функцию выполняет кольцо на концах лопастей 4, вместе они образуют лабиринтное уплотнение между кожухом и вентилятором.
Условия применения вентиляторных установок на легковых автомобилях в значительной мере осложнена, реализовать оптимальную геометрию и форму в этих условиях проблематичная задача. Дело в том, что подкапотное пространство легкового автомобиля критически ограничено. Эти обстоятельства в значительной мере снижают эффективность применения вентилятора и снижают возможность использования набегающего потока воздуха, это в существенной мере снижает эффективность системы охлаждения двигателя и в результате приходится затрачивать больше энергии для подачи охлаждающего воздуха.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении эффективности вентиляторной установки системы охлаждения двигателя легкового автомобиля, рационального использования набегающего потока воздуха при движении автомобиля.
Поставленная задача решается за счет изменения конструкции кожуха вентилятора.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что за основу взят вентиляторная установка легкового автомобиля существующего уровня техники (фиг. 1 и 2), которая состоит из вентилятора 1 и кожуха 2. Кольцо на кожухе 3 цельное и задняя стенка ровная. В изобретении предлагается изменить конструкцию кожуха вентилятора. На кожухе вентилятора в отличии от прототипа на задней стенке выполнены четыре воздушных канала (фиг. 3 и 4, поз. 4). Во фронтальной проекции каналы имеют клиновидную форму, причем каналы расширяются от угла кожуха к кольцу 3. Боковые стороны каналов выполнены по дуге, задавая каналу направление по касательной к выходному отверстию кожуха, по отношению к направлению вращения вентилятора (направление вращения вентилятора против часовой стрелки (фиг. 3)). В продольной проекции (фиг. 5) канал 4 также имеет клиновидную форму и расширяется от угла кожуха к кольцу. На выходе из канала, там, где он контактирует с кольцом, в кольце сделано отверстие (фиг. 5 и 6, поз. 6) по форме соответствующей проекции канала. В проеме отверстия размещаются пять пластинчатых дефлекторов, направленных под углом по касательной в противоположном направлении к вращению вентилятора. Вдоль потока воздуха отверстия расположены за кольцом вентилятора в открытой зоне (фиг. 6, поз. 6).
На фиг. 1 изображена вентиляторная установка легкового автомобиля существующего уровня техники. Вид из моторного отсека, т.е. видна задняя стенка кожуха вентилятора.
На фиг. 2 изображен фрагмент сечения в вертикальной продольной плоскости вентиляторной установки существующего уровня техники. Поток воздуха идет справа налево, справа передняя часть, слева задняя.
На фиг. 3 изображена вентиляторная установка с заявляемым кожухом вентилятора. Вид из моторного отсека, т.е. видна задняя стенка кожуха вентилятора.
На фиг. 4 изображена вентиляторная установка с заявляемым кожухом вентилятора. Вид со стороны радиатора, т.е. видна передняя стенка кожуха вентилятора.
На фиг. 5 изображен фрагмент диагонального сечения вдоль оси воздушного канала заявляемой вентиляторной установки. Передняя стенка кожуха сверху.
На фиг. 6 изображен фрагмент сечения в вертикальной продольной плоскости заявляемой вентиляторной установки. Поток воздуха идет слева направо.
Конструкция работает следующим образом. При создании данной конструкции требовалось решить две задачи, необходимо увеличить эффективность использования набегающего потока воздуха при движении автомобиля и при этом вентиляторная установка не должна снизить эффективность при использовании вентилятора. Этот компромисс достигается несколькими решениями. Для того, чтобы увеличить эффективность использования набегающего потока воздуха на задней стенке кожуха выполнены каналы 4. Каналы предназначены для того, чтобы уменьшить сопротивление для прохода воздуха с наиболее удаленных участков радиатора. Для снижения сопротивления самих каналов они имеют клиновидную форму в двух плоскостях. Важное значение имеет выпуск воздуха из этих каналов, выпуск должен быть организован так, чтобы через эти каналы не было «подсасывания» воздуха из подкапотного пространства при работе вентилятора. Иначе будет возникать циркуляция воздуха, что приведет к снижению эффективности вентилятора. Для решения этой проблемы выходные отверстия должны быть размешены в кольце кожуха 3. При этом выход набегающего воздуха осуществляется в открытую зону за вентилятором, таким образом осуществляется «обход» вентилятора, и он не вносит дополнительного сопротивления этому потоку. Для того, чтобы исключить рециркуляцию воздуха реализуется еще одна мера, это искривленная форма оси канала и направление этой оси под определенным углом. Эти меры препятствуют захвату потока воздуха при вращении вентилятора, поскольку канал направлен в противоположную сторону закручивающемуся потоку. Главную роль против захвата закрученного потока играют дефлекторы 5, направленные под обратным углом к потоку, которые отсекают вовлечение воздуха в рециркуляцию. Для правильного решения этой проблемы необходимо найти точный баланс между размерами выпускных отверстии 6 каналов и остальными атрибутами. Если дальше увеличивать размеры отверстий 6, то естественно эффективность использования набегающего потока будет расти, но при этом эффективность вентилятора может падать, что недопустимо. Как показали исследования все перечисленные меры позволяют повысить поступление набегающего потока воздуха на 2%. За счет того, что каналы расположены диагонально увеличилась скорость воздуха через радиатор по углам кожуха, вследствие этого равномерность поля скоростей воздуха по фронтальной поверхности радиатора улучшилась на 1%. При работе вентилятора циркуляция потока воздуха отсутствовала.
«Выштамповкой» на кожухе для организации воздушных каналов одновременно могут выполнять дополнительную функцию, использоваться как ребра жесткости стенок кожуха.
Простое конструктивное решение позволяет заметно повысить эффективность использования набегающего потока воздуха, таким образом снизить затраты мощности для подачи воздуха для системы охлаждения двигателя легкового автомобиля, а значит уменьшить расход топлива и выброс вредных веществ в атмосферу. Все мероприятия не приводят к увеличению габаритных размеров вентиляторной установки и ее массы.