CN108119416B - 无叶冷却风扇及发动机系统 - Google Patents

Abstract

一种无叶冷却风扇及发动机系统，其中，无叶冷却风扇包括呈环状结构的出风管道，所述出风管道内设有环形阻隔壁，所述环形阻隔壁和所述出风管道的外壁形成第一环形空腔，所述环形阻隔壁和所述出风管道的内壁形成第二环形空腔；所述第一环形空腔内设有第一环形流道，所述第二环形空腔内设有第二环形流道；所述第一环形流道的径向截面面积大于所述第二环形流道的径向截面面积，所述气体依次流经所述第一环形空腔、第二环形空腔后被排出。因此，当气体从第一环形流道流入第二环形流道时，由于截面面积的减小，气体的流速加快，增大了气体在冷却风扇出风口处的流速，从而能够提升冷却效果。

Description

无叶冷却风扇及发动机系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种无叶冷却风扇及发动机系统。

背景技术

汽车发动机在运转过程中，会产生大量的热量，使发动机机体的温度升高。当发动机温度过高时，会产生诸多不良的后果，例如：使润滑油的温度过高影响润滑性能，使进气温度过高降低发动机工作效率等。

因此，通常在发动机周围设置冷却水系统用于降低发动机的温度。具体在发动机周围布置管道和水箱，使冷却水在管道、水箱之间循环流动。冷却风扇设置在水箱一侧，用于降低水箱中冷却水的温度。

现有技术的冷却风扇一般通过有刷永磁直流电机或者无刷永磁直流电机，带动扇叶旋转，从而起到给水箱散热的效果。参照图1，为现有技术冷却风扇的立体结构图，包括扇叶1、用于驱动扇叶1进行旋转的电机2、用于防止外界干扰扇叶1进行正常运转的护风圈3。电机2驱动扇叶1旋转起到给水箱散热的技术效果。

上述散热方式存在以下缺点：

其一、现有技术冷却风扇的工作效率较低，因此冷却效果不佳；若要提升冷却效果，一般需要提高电机功率，不仅会增加能耗，同时还会增加电机的轴向长度，影响发动机舱空间的有效排布；

其二、现有技术冷却风扇通过扇叶旋转对空气进行切割以达到送风的目的，扇叶在旋转过程中会产生噪声、扇叶在切割空气的过程中引起空气不规则运动也会产生噪声，整体上增加了发动机在运行过程中的噪声；

其三、现有技术冷却风扇还存在一定的安全隐患，当有异物卡入扇叶与护风圈之间使得扇叶无法正常运转时，电机堵转，严重时有可能引起烧车的危险。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中，发动机冷却风扇的工作效率较低、运行过程中会产生较大的噪声且存在电机堵转的安全隐患。

为解决上述问题，本发明提供一种无叶冷却风扇，包括呈环状结构的出风管道，所述出风管道内设有环形阻隔壁，所述环形阻隔壁和所述出风管道的外壁形成第一环形空腔，所述环形阻隔壁和所述出风管道的内壁形成第二环形空腔；所述第一环形空腔内设有第一环形流道，所述第二环形空腔内设有第二环形流道；所述第一环形流道的径向截面面积大于所述第二环形流道的径向截面面积，气体依次流经所述第一环形空腔、第二环形空腔后被排出。

可选的，所述环形阻隔壁固定设置在所述外壁上。

可选的，所述环形阻隔壁的轴向一端沿周向360°贴合于所述外壁，并与所述外壁固装。

可选的，所述出风管道轴向截面的外轮廓为第一翼型，所述第一翼型的前缘圆滑过渡，所述第一翼型的后缘形成尖端，所述出风管道的出风口位于所述第一翼型的后缘。

可选的，所述内壁、外壁围成环形空腔，所述环形空腔的轴向截面为第二翼型，所述第二翼型的前缘圆滑过渡，所述第二翼型的后缘形成尖端，所述出风口还位于所述第二翼型的后缘。

可选的，所述环形阻隔壁的轴向截面为第三翼型，所述第三翼型的前缘圆滑过渡，所述第三翼型的后缘形成尖端，所述出风口还位于所述第三翼型的后缘。

可选的，所述第一翼型的上弧线的长度大于所述第一翼型的下弧线的长度；所述上弧线形成所述出风管道的内周面，所述下弧线形成所述出风管道的外周面。

可选的，所述出风管道还包括导流板，所述导流板设置在所述外壁和所述环形阻隔壁之间，固定连接所述外壁和所述环形阻隔壁，所述导流板用于将处于所述第一环形空腔内的气体导流至第二环形空腔。

可选的，所述无叶冷却风扇还包括进风装置，所述进风装置连通所述第一环形空腔，用于对所述第一环形空腔送风。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种发动机系统，包括权利要求1-9任一项所述的无叶冷却风扇。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本技术方案提供一种无叶冷却风扇，包括环状结构的出风管道，利用进风装置对出风管道进行送风，气体从出风管道的出风口被排出实现降温的目的。将本技术方案的无叶冷却风扇应用至汽车发动机时，由于不存在扇叶，因此不存在扇叶在旋转过程中、在切割空气的过程中产生噪声的技术问题；同时，也不存在异物卡入扇叶导致扇叶无法正常运转、电机堵转的技术问题。

本技术方案的无叶冷却风扇通过在出风管道内设置第一环形流道、第二环形流道，第一环形流道的径向截面面积大于第二环形流道的径向截面面积，且气体依次流经第一环形流道、第二环形流道后被排出。因此，当气体从第一环形流道流入第二环形流道时，由于截面面积的减小，气体的流速加快，增大了气体在冷却风扇出风口处的流速，从而能够提升冷却效果。因而无需增加发动机冷却风扇的电机功率，不会影响发动机舱空间的有效排布。

当气体从出风口被排出后，由于气体的流速较快，出风口正前方由于空气稀薄形成负压，出风管道周围的空气沿吹风方向流动至出风口正前方，加强了吹风效果。进一步的，出风管道轴向截面的外轮廓为第一翼型，因此能够使出风管道周围的空气顺畅的流动至出风口正前方，加强吹风效果。

附图说明

图1是本发明现有技术发动机冷却风扇的立体结构图；

图2是本发明具体实施例无叶冷却风扇的立体结构图；

图3是图2所示的无叶冷却风扇沿A-A方向的剖面图；

图4是图2所示的无叶冷却风扇沿B-B方向的剖面图；

图5是本发明具体实施例导流板安装在外壁上的结构示意图；

图6是本发明具体实施例气体在出风管道内的流动示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图2，本发明提供一种无叶冷却风扇100，包括呈环状结构的出风管道10和连通出风管道10的进风装置20。出风管道10具有位于轴向一端的出风口，进风装置20连通出风管道10，为出风管道10提供气体，气体在出风管道10中流动并经出风口排出(如图中空心箭头所示)，形成吹风效果。从而能够使位于无叶冷却风扇100前方的空气加速流动，带走热量，实现冷却降温的目的。

在无叶冷却风扇100工作过程中，气体源源不断的从出风管道10的出风口排出，使得位于出风管道10前方的空气被吹散，该区域形成负压，一方面，位于出风管道10后方的空气能够穿过出风管道10所围成的空腔，补充至出风管道10前方(如图中箭头a所示)，加强了吹风效果；另一方面，位于出风管道10周围的空气能够从出风管道10的外围补充至出风管道10前方(如图中箭头b所示)，进一步加强吹风效果。因此，能够更有效的带走热量，实现冷却降温的目的。

当无叶冷却风扇100的前方为汽车发动机时，无叶冷却风扇100能够带走发动机所产生的热量，实现对发动机的降温。

参照图3，为出风管道10的A-A方向剖面图，环状结构的出风管道10具有沿径向方向相对设置的呈环状结构的外壁11和内壁12，外壁11和内壁12的轴向一端固定，并围成环形空腔oo，出风口14设置在出风管道10的轴向另一端。

本实施例中，在出风管道10内还固定设有环形阻隔壁13，环形阻隔壁13位于外壁11和内壁12之间，将环形空腔oo分割为第一环形空腔aa、第二环形空腔bb；具体的，环形阻隔壁13和外壁11围成第一环形空腔aa，环形阻隔壁13和内壁12围成第二环形空腔bb。

第一环形空腔aa内设有第一环形流道，第二环形空腔bb内设有第二环形流道。第一环形流道的径向截面面积大于第二环形流道的径向截面面积，出风管道10内的气体依次流经第一环形空腔aa、第二环形空腔bb后从出风口14被排出，图中连续箭头所指的方向即为气体的流动方向。

因此，当气体从第一环形流道流入第二环形流道时，由于流道的截面面积减小，气体的流速加快，能够增大气体在出风口14处的流速，从而能够提升冷却效果。

由于气体在出风口14处的流速加快，能够更为有效的吹散位于出风管道10前方的空气，使得该区域的气压较低，位于出风管道10后方以及出风管道10周围的空气能够被引导至出风管道10的前方，加强吹风效果。

而且，本实施例中的无叶冷却风扇10由于没有扇叶，因此不存在扇叶在旋转过程中产生噪声的技术问题；同时，也不存在异物卡入扇叶导致扇叶无法正常运转、电机堵转的技术问题。

继续参照图3，本实施例中的环形阻隔壁13固定设置在外壁11上。具体的，环形阻隔壁13的轴向一端沿周向360°贴合于外壁11，并与外壁11固装。因此，第一环形空腔aa的轴向一端封闭，轴向另一端与第二环形空腔bb连通，使得气体只能依次经第一环形空腔aa、第二环形空腔bb后被排出。

如此设置，还能够在最大程度上利用环形阻隔壁13，使第一环形空腔aa具有更大的空间用于容纳气体，引导气体在第一环形空腔aa流动。在其他实施例中，也可以在环形阻隔壁13、外壁11之间设置环形连接部，使环形连接部一端固定设置在环形阻隔壁13上、环形连接部另一端固定设置在外壁11上，以将环形阻隔壁13固定在外壁11上。

本实施例中，外壁11在其轴向一端与环形阻隔壁13固定连接。因此，能够在最大程度上利用外壁11，使第一环形空腔aa具有更大的空间用于容纳气体，引导气体在第一环形空腔aa流动。在其他实施例中，环形阻隔壁13也可以固定设置在外壁11的其他位置。

继续参照图3，出风管道10轴向截面的外轮廓为翼型，翼型也称为翼剖面，指飞机机翼、直升机旋翼、涡轮等横截面的形状。翼型具有前缘、后缘和位于前缘、后缘之间的上弧线、下弧线，前缘、上弧线、后缘、下弧线所围成的形状即为翼型。

本实施例中，将出风管道10轴向截面的外轮廓的形状称为第一翼型10a，第一翼型10a包括第一前缘11a、第一后缘12a、第一上弧线13a、第一下弧线14a。第一翼型10a在第一前缘11a位置处圆滑过渡，第一翼型10a在第一后缘12a位置处形成尖端，出风口14位于第一后缘12a所在位置。

也就是说，出风管道10外轮廓的轴向一端形成环状尖端，出风口14设置在该环状尖端处，因此，出风口14的截面面积较小，能够增加气体的流速，从出风口14排出的气体具有较高的流速，能够吹散位于出风管道10前方的空气，使得在该区域形成负压，位于出风管道10后方以及周围的空气能够流动至出风管道10的前方，加强吹风效果。

由于出风管道10轴向截面的外轮廓为第一翼型10a，位于出风管道10周围的空气能够沿第一上弧线13a、第一下弧线14a顺畅的流动至出风管道10前方，不会对空气的流动造成阻碍。相较于其他形状，更有利于空气流动，加强吹风效果。

本实施例中，第一上弧线13a的长度大于第一下弧线14a的长度，且第一上弧线13a形成出风管道10的内周面，第一下弧线14a形成出风管道10的外周面。

当出风管道10的前方因为空气被吹散形成负压时，出风管道10后方及周围的空气经第一上弧线13a、第一下弧线14a流动至出风管道10的前方。而空气从第一前缘11a沿第一上弧线13a流动至第一后缘12a所用的时间等于空气从第一前缘11a沿第一下弧线14a流动至第一后缘12a所用的时间。

由于第一上弧线13a的长度大于第一下弧线14a的长度，因此，流经第一上弧线13a的空气的流速会更快。也就是说，穿过出风管道10所围成的空腔的空气的流速(图2中a箭头所示)，大于从出风管道10的外围流向出风管道10前方的空气的流速(图2中b箭头所示)。

无叶冷却风扇100正对需要被冷却的物体，例如发动机等。穿过出风管道10所围成的空腔的空气一般能够直接流向被冷却物体；因此，当a箭头所示的空气相较于b箭头所示的空气具有更高的流速时，则能够更好地起到冷却降温的效果。

继续参照图3，环形空腔oo的轴向截面也为翼型，具体将其称为第二翼型10b，第二翼型10b包括第二前缘11b、第二后缘12b、第二上弧线13b、第二下弧线14b。第二翼型10b在第二前缘11b位置处圆滑过渡，在第二后缘12b位置处形成尖端，出风口14位于第二后缘12b所在位置。

也就是说，第一前缘11a、第二前缘11b位于出风管道10的轴向同一端，第一后缘12a、第二后缘12b位于出风管道10的轴向另一端。

将环形空腔oo设计成翼型形状，能够使位于环形空腔oo内的气体更顺畅的流动，使气体获得更快的速度。

具体的，第一上弧线13a、第二上弧线13b位于环形空腔oo的同一侧，第一下弧线14a、第二下弧线14b位于环形空腔oo的另一侧。

本实施例中，环形阻隔壁13的轴向截面为也为翼型，具体将其称为第三翼型10c，第三翼型10c包括第三前缘11c、第三后缘12c、第三上弧线13c、第三下弧线14c。第三翼型10c在第三前缘11c位置处圆滑过渡，在第三后缘12c位置处形成尖端，出风口14位于第三后缘12c所在位置。

也就是说，第一前缘11a、第二前缘11b、第三前缘11c均位于出风管道10的轴向同一端，第一后缘12a、第二后缘12b、第三后缘12c均位于出风管道10的轴向另一端。

将环形阻隔壁13设计成翼型形状，同样能够使位于环形空腔oo内的气体更顺畅的流动，使气体获得更快的速度。

具体的，第一上弧线13a、第二上弧线13b、第三上弧线13c均位于环形阻隔壁13的同一侧，第一下弧线14a、第二下弧线14b、第三下弧线14c均位于环形阻隔壁13的另一侧。

如此设置，第二上弧线13b、第三上弧线13c均具有相对较长的长度，能够使第一环形空腔aa在轴向方向上的变化较为平缓，使位于第一环形空腔aa中的气体顺畅的流动；第二下弧线14b、第下弧线14c均具有相对较短的长度，能够使第二环形空腔bb在轴向方向上的变化较为平缓，使位于第二环形空腔bb中的气体顺畅的流动。

同时，还能够相对方便的在第一环形空腔aa内设置第一环形流道，在第二环形空腔bb内设置第二环形流道，并使第一环形流道的径向截面面积大于第二环形流道的径向截面面积。

为了能够更好的理解本发明的技术方案，参照图4，为出风管道10的B-B方向剖面图，其中连续箭头为出风管道10内的气体流动方向。

本实施例中，进风装置20与第一环形空腔aa连通，进风装置20将气体送入第一环形空腔aa，气体流经第一环形空腔aa、第二环形空腔aa后从出风口14被排出，并被加速。

进风装置20可以为环状结构，周向均匀的为第一环形空腔aa进行送风；也可以在外壁11上设置开口，使该开口和进风装置20连接，进风装置20通过该开口为第一环形空腔aa进行送风。具体本实施例中，进风装置20设置在出风管道10沿径向方向的一侧，通过在外壁11上设置开口，使进风装置20通过该开口为第一环形空腔aa进行送风。

因此，气体在出风管道10内的流动方向具体可以分为：沿出风管道10的周向方向和轴向方向。具体的，一方面，气体沿第一环形空腔aa周向流动，使气体充满整个第一环形空腔aa；另一方面，气体沿第一环形空腔aa轴向流动，使气体从第一环形空腔aa流入第二环形空腔bb，并被排出。

参照图5，本实施例中，为了引导气体能够在第一环形空腔aa中顺畅的进入第二环形空腔bb，出风管道10还包括导流板15，导流板15设置在外壁11和环形阻隔壁13(图5中未示出)所围成的第一环形空腔aa内，导流板15固定连接外壁11和环形阻隔壁13，用于将处于第一环形空腔aa内的气体导流至第二环形空腔bb。具体的，出风管道10包括多个导流板15，导流板15沿周向均匀分布。如图中箭头所示，为气体的流动方向。

本实施例中，导流板15的截面形状也为翼型。因此，当气体流经导流板15时，一部分气体能够顺畅的被导流至第二环形空腔bb中，使气体受到较小的阻碍。

另外，导流板15固定连接外壁11和环形阻隔壁13。因此，还能够加强外壁11和环形阻隔壁13之间的连接，有效的固定环形阻隔壁13。

参照图6，示出了无叶冷却风扇100在工作时，出风管道10内的气体流动方向，和出风管道10外的气体流动方向。如图中所示，进风装置20将气体送入第一环形空腔aa，第一环形空腔aa中的一部分气体经导流板15导流后进入第二环形空腔bb，另一部分继续沿周向方向运动，使气体充满整个第一环形空腔aa。

当气体从出风口(图中未示出)被排出后，位于出风管道10前方的空气被吹散，该区域形成负压，出风管道10周围的一部分空气能够穿过出风管道10所围成的空腔，补充至出风管道10前方(如图中箭头a所示)，加强了吹风效果；出风管道10周围的另一部分空气能够从出风管道10的外围补充至出风管道10前方(如图中箭头b所示)，进一步加强吹风效果。

本发明还提供一种发动机系统，包括以上所述的无叶冷却风扇100和发动机。发动机位于无叶冷却风扇100的前方，无叶冷却风扇100用于对发动机进行散热。

无叶冷却风扇的出风管道10的形状可以根据发动机具体设置，一般发动机面向冷却风扇一侧的形状为矩形形状，本实施例中，出风管道10设计成近似矩形的形状。在其他实施例中，可以根据发动机的具体形状具体设置。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种无叶冷却风扇，包括呈环状结构的出风管道，其特征在于，所述出风管道内设有环形阻隔壁，所述环形阻隔壁和所述出风管道的外壁形成第一环形空腔，所述环形阻隔壁和所述出风管道的内壁形成第二环形空腔；

所述第一环形空腔内设有第一环形流道，所述第二环形空腔内设有第二环形流道；所述第一环形流道的径向截面面积大于所述第二环形流道的径向截面面积，气体依次流经所述第一环形空腔、第二环形空腔后被排出。

2.如权利要求1所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述环形阻隔壁固定设置在所述外壁上。

3.如权利要求2所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述环形阻隔壁的轴向一端沿周向360°贴合于所述外壁，并与所述外壁固装。

4.如权利要求1所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述出风管道轴向截面的外轮廓为第一翼型，所述第一翼型的前缘圆滑过渡，所述第一翼型的后缘形成尖端，所述出风管道的出风口位于所述第一翼型的后缘。

5.如权利要求4所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述内壁、外壁围成环形空腔，所述环形空腔的轴向截面为第二翼型，所述第二翼型的前缘圆滑过渡，所述第二翼型的后缘形成尖端，所述出风口还位于所述第二翼型的后缘。

6.如权利要求5所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述环形阻隔壁的轴向截面为第三翼型，所述第三翼型的前缘圆滑过渡，所述第三翼型的后缘形成尖端，所述出风口还位于所述第三翼型的后缘。

7.如权利要求4所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述第一翼型的上弧线的长度大于所述第一翼型的下弧线的长度；所述上弧线形成所述出风管道的内周面，所述下弧线形成所述出风管道的外周面。

8.如权利要求3所述的无叶冷却风扇，其特征在于，所述出风管道还包括导流板，所述导流板设置在所述外壁和所述环形阻隔壁之间，固定连接所述外壁和所述环形阻隔壁，所述导流板用于将处于所述第一环形空腔内的气体导流至第二环形空腔。

9.如权利要求1所述的无叶冷却风扇，其特征在于，还包括进风装置，所述进风装置连通所述第一环形空腔，用于对所述第一环形空腔送风。

10.一种发动机系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的无叶冷却风扇。