具有防止再循環(huán)特征的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于發(fā)動機的發(fā)動機格柵。發(fā)動機格柵可具有端部(46、48)，以及以圍繞端部中間的型式形成在端部中的多個孔(42)。發(fā)動機格柵還可具有防止再循環(huán)特征(44)，其位于多個孔的型式中的端部中間處。
【專利說明】具有防止再循環(huán)特征的冷卻系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明整體涉及一種冷卻系統(tǒng)，且更特別地，涉及一種具有能夠增強發(fā)動機冷卻的防止再循環(huán)特征的冷卻系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]大部分移動式機器由內燃發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機或氣態(tài)燃料動力發(fā)動機)供以動力。這些發(fā)動機中的每種燃燒燃料和空氣的混合物來產生用于推進機器的機械功率輸出。為了確保燃料/空氣混合物的最佳燃燒以及保護發(fā)動機部件免受極端破壞，發(fā)動機的溫度和引入發(fā)動機內用以燃燒的空氣應被嚴格控制。
[0003]典型的內燃發(fā)動機通過熱交換器和與熱交換器相鄰(例如，在前方或后方)布置的軸向冷卻風扇來冷卻。來自發(fā)動機的冷卻劑經過熱交換器而循環(huán)，同時軸向冷卻風扇引導新鮮空氣流經過熱交換器，以從冷卻劑吸熱。已經向空氣散熱的冷卻劑隨后循環(huán)返回經過發(fā)動機來冷卻發(fā)動機。在已經從熱交換器吸熱之后，空氣被引導至大氣。
[0004]遺憾的是，由風扇引導經過熱交換器的空氣并非全部新鮮和冷卻且能夠從發(fā)動機充分吸收大量的熱。特別地，傳統(tǒng)的冷卻風扇產生在外圍具有比軸向中心更高壓力的空氣流。在一些情形中，這一壓力梯度會導致外圍處的一些較高壓空氣在經過熱交換器之后反向，且經過熱交換器的較低壓中心被吸回。這一再循環(huán)的空氣具有升高的溫度，其會降低熱交換器的效率。
[0005]為了解決上述的一個或多個問題的一種嘗試在1993年I月19日授予Kouzel等人的美國第5，180,003號專利Γ 003專利)中公開。特別地，'003專利描述了一種冷卻系統(tǒng)，其具有雙風扇構造，包括主風扇和較小的輔助風扇。主風扇位于熱交換器的一側，以推進空氣經過熱交換器，同時較小的輔助風扇布置在熱交換器的相對側，以吸出空氣經過熱交換器。較小的輔助風扇位于主風扇的中心處的最低空氣流的區(qū)域，且意在消除經過熱交換器返回的空氣再循環(huán)。
[0006]雖然'003專利的雙風扇構造可幫助減低經過熱交換器的空氣再循環(huán)，其還可能是復雜、昂貴且難以包裝的。此外，附加的風扇和相關的安裝和控制部件會降低冷卻系統(tǒng)的可靠性。
[0007]冷卻系統(tǒng)針對克服上述一個或多個問題和/或現有技術的其它問題。
【發(fā)明內容】
[0008]一方面，本發(fā)明涉及一種冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)可包括可流體地連接至發(fā)動機的熱交換器，以及與熱交換器相鄰定位且能夠產生經過熱交換器的空氣流的風扇。冷卻系統(tǒng)還可包括防止再循環(huán)特征，其毗鄰風扇，能夠阻擋在風扇中心處的空氣流動且允許空氣在風扇周圍流動。
[0009]另一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)動機格柵。發(fā)動機格柵可包括端部，以及以圍繞端部中間的型式形成在端部中的多個孔。發(fā)動機格柵還可包括防止再循環(huán)特征，位于多個孔的型式的端部中間處。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是示例性公開的機器的示意圖；以及
[0011]圖2是可結合圖1的機器使用的示例性公開的冷卻系統(tǒng)的示意圖；以及
[0012]圖3是與圖2的冷卻系統(tǒng)相關聯的不例性公開的發(fā)動機格柵的不意圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1示出了機器10的示例性實施方式。機器10可以是固定或移動式機器，其執(zhí)行與諸如采礦、建筑、耕作、運輸、石油的產業(yè)或本領域已知的其它產業(yè)相關聯的一些類型的操作。例如，機器10可以是土方作業(yè)機器，例如圖1中所示的自動平路機、輪式裝載機、履帶式拖拉機、拖運卡車或其它類型的移動式機器。替代地，如果需要的話，機器10可以與發(fā)電、流體(例如，油、水、氣等等)泵送或其它固定應用相關聯。在本發(fā)明的實施方式中，機器10可包括框架12，其支撐位于外殼16中的發(fā)動機14。除了別的之外，外殼16可包括殼體18和可拆除整流罩20，該整流罩20封閉殼體18的端部。殼體18可設有一個或多個空氣入口 22，能夠允許空氣流經外殼16的至少一部分，用于冷卻目的，正如將在下文更詳細描述的。
[0014]如圖2所示，機器10可裝備有冷卻系統(tǒng)24，其與空氣入口 22相通，來便于發(fā)動機14的動力的產生。除了別的之外,冷卻系統(tǒng)24可包括位于殼體18中且流動地連接至發(fā)動機14的熱交換器26,以及位于殼體18中與熱交換器26相鄰的風扇28。熱交換器26可具體為發(fā)動機14的主散熱器，且定位為在冷卻劑經過發(fā)動機14之后從冷卻劑散熱。作為發(fā)動機14的主散熱器，熱交換器26可以是液體至空氣類型的交換器。即，空氣流可被引導從空氣入口 22經過熱交換器26的通道，使得來自相鄰通道中的冷卻劑的熱被傳送至空氣。以這一方式，經過發(fā)動機14的冷卻劑可被冷卻至低于發(fā)動機14的預定操作溫度。冷卻風扇28可定位為產生被引導經過熱交換器26的空氣流。
[0015]在本發(fā)明的實施方式中，風扇28可位于熱交換器26和整流罩20之間，以從殼體18的入口 22經過熱交換器26吸出空氣，并且經過整流罩20的一端推出空氣。除了別的以夕卜，風扇28還包括轂30和多個從轂30徑向向外延伸的傾斜葉片30。風扇28可由發(fā)動機14直接(例如，通過機械連接，例如滑輪或齒輪驅動)或間接(例如，通過液壓或電機34)驅動，且包括安裝硬件36，能夠將風扇28固定地連接至發(fā)動機整流罩20。風扇28也可被樞轉地連接至熱交換器26 (例如，在熱交換器26的下邊緣處)，使得風扇28和熱交換器26可一起形成到外殼16的門(參見圖1)，其可在維修期間選擇性地打開以提供至熱交換器26的散熱片的通道。在這一構造中，可提供位于整流罩20的上邊緣處的手柄38，用于相對于熱交換器26來手動鎖定和釋放風扇28和整流罩20?？梢韵氲?，如果需要的話，風扇28可替代地相對于整流罩20安裝在熱交換器26的相反側(即，在發(fā)動機14和熱交換器26之間)。在這一替代構造中，風扇28可推動空氣經過熱交換器26，而非經過熱交換器26吸出空氣。
[0016]整流罩20可包括位于其一端的發(fā)動機格柵40。發(fā)動機格柵40能夠允許由風扇28產生的氣流經過整流罩20，同時禁止大于特定尺寸的碎屑通過。特別地，如圖3所示，發(fā)動機格柵40可包括多個孔42，以圍繞大致實心盤形狀、與風扇28同心定位(位于發(fā)動機格柵40的大致中間-參見圖2)的防止再循環(huán)特征44的型式布置。在本發(fā)明的實施方式中，孔42可布置為蜂窩構造，每個孔的橫截面面積和/或孔42的密度基于機器10的指定用途而選擇。應注意到，如果需要的話，可以使用除了蜂窩狀之外的孔構造。包括防止再循環(huán)特征44的發(fā)動機格柵40可以由本領域中任何已知的材料制得，例如，防銹和/或抗熱材料，或涂覆有防銹和/或抗熱涂層的其它材料。
[0017]發(fā)動機格柵40可包括通常平坦的第一部分46和通常平坦的第二部分48，第二部分48位于第一部分46下方(即，在第一部分46和框架12之間)。如圖1和2所示，當組裝在整流罩20中時，第一部分46可以從上邊緣朝向第二部分48向外傾斜。第二部分48可在下邊緣向內、遠離第一部分46且朝向風扇28和熱交換器26傾斜，使得第一和第二部分46、48的交叉部位于最遠離風扇28處?；氐綀D3，多個橫溝50可形成在第一和第二部分46中，來增加發(fā)動機格柵40的剛性。防止再循環(huán)特征44可被至少部分地形成于第一和第二部分46、48 二者中，并且橫溝50可經過防止再循環(huán)特征44。包括防止再循環(huán)特征44、孔42和橫溝50的發(fā)動機格柵40可通過例如傳統(tǒng)的沖壓和穿孔操作由任何合適的材料(例如，鋼)制造為單一整體部件。然而，可以想到，如果需要的話，防止再循環(huán)特征44可替代地被制造為獨立盤狀部件，其可被隨后組裝為與發(fā)動機格柵40相鄰和/或接合。
[0018]防止再循環(huán)特征44可被設計為增強冷卻系統(tǒng)24的性能。特別地，防止再循環(huán)特征44可具有幾何結構且被定位為抑制熱空氣經過熱交換器26再循環(huán)。特別地，防止再循環(huán)特征44的外徑Dl可大于轂30的外徑D2(參見圖2)，但小于葉片32的外徑D3。已經發(fā)現，防止再循環(huán)特征44的外徑Dl接近轂30的外徑D2，由風扇28產生的更大量的氣流可經過熱交換器26再循環(huán)。相反，也已經發(fā)現，防止再循環(huán)特征44的外徑Dl接近葉片32的外徑D3，由風扇28產生的更少量的氣流可經過整流罩20且對氣流的約束可增加。當防止再循環(huán)特征44的外徑Dl是葉片32的外徑D3的大約60-80%時，由風扇28產生的所需量的氣流可經過整流罩20，具有可忽略量的氣流經過熱交換器26再循環(huán)返回。在本發(fā)明的實施方式中，直徑D3可以是大約550-600mm。
[0019]工業(yè)實用性
[0020]本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)與發(fā)動機14 一起可形成適用于任何需要有效的發(fā)動機冷卻的移動或固定式機器的動力單元。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可通過減少經過相關聯的熱交換器再循環(huán)的空氣量來改進冷卻效率。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可使用防止再循環(huán)特征44來減少再循環(huán)的空氣量。特別地，防止再循環(huán)特征44可阻擋來自風扇28外緣的較高壓空氣流經過風扇28的較低壓中心和熱交換器26被吸回。以這一方式，更大量的冷卻新鮮空氣可經過熱交換器26，因而增加冷卻量以及相關聯的熱交換器26的效率。實際上，已經證明了，防止再循環(huán)特征44可實質上增加5%或更多的經過熱交換器26的氣流。通過使用防止再循環(huán)特征44也降低噪聲。
[0021]對于本領域技術人員明顯的是，對于本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)，可以進行多種修改和變形，而不偏離本發(fā)明的范圍。基于對在此公開的熱量管理系統(tǒng)的說明和實踐的考慮，冷卻系統(tǒng)的其它實施方式對于本領域技術人員將是顯而易見的。例如，在上述的替代構造中，其中風扇28位于發(fā)動機14和熱交換器26之間與發(fā)動機整流罩20相對，可以想到，防止再循環(huán)特征44可以是獨立部件(S卩，與發(fā)動機格柵40分離)，并且定位為在風扇28的上游或下游側處與風扇28相鄰。這里的詳述和示例意于僅被認為是示例，本發(fā)明的實際范圍通過下面的權利要求和它們的等效而指示。
【權利要求】
1.一種發(fā)動機格柵(40),包括: 端部(46、48)； 多個孔(42)，以圍繞端部中間的型式形成在端部中；以及 防止再循環(huán)特征(44)，位于多個孔的型式中的端部中間處。
2.如權利要求1所述的發(fā)動機格柵，其中，防止再循環(huán)特征為大致盤狀實心元件。
3.如權利要求2所述的發(fā)動機格柵，其中，防止再循環(huán)特征的外徑為大約550-600_。
4.如權利要求2所述的發(fā)動機格柵，其中: 端部包括: 基本上平坦的第一部分(46);以及 基本上平坦的第二部分(48)，其傾斜遠離第一部分；并且 盤狀實心元件至少部分地延伸穿過第一部分和第二部分。
5.如權利要求4所述的發(fā)動機格柵，其中，發(fā)動機格柵包括多個橫溝(50)，其延伸經過防止再循環(huán)特征。
6.一種動力單元(14、24),包括: 發(fā)動機(14)，布置在發(fā)動機殼體(18)中； 熱交換器(26)，流動地連接至發(fā)動機，且在發(fā)動機的一端布置在發(fā)動機殼體中； 風扇(28)，布置在發(fā)動機殼體中與熱交換器相鄰，且能夠產生經過熱交換器的氣流； 如權利要求1-5任一項所述的發(fā)動機格柵(40)，布置為與風扇相鄰；以及 發(fā)動機整流罩(20)，能夠至少部分地封閉發(fā)動機殼體，且將發(fā)動機格柵連接至風扇。
7.如權利要求6所述的動力單元，其中，發(fā)動機殼體包括多個空氣入口(22)，能夠將空氣引導至風扇。
8.如權利要求7所述的動力單元，其中，風扇能夠從多個空氣入口經過熱交換器吸出空氣，并推動空氣圍繞防止再循環(huán)特征且經過多個孔離開發(fā)動機殼體。
9.如權利要求8所述的動力單元，其中，防止再循環(huán)特征的外徑是風扇外徑的大約60-80%。
【文檔編號】F01P11/10GK104245383SQ201380006452
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年1月28日 優(yōu)先權日:2012年1月31日
【發(fā)明者】S·R·加德希拉瓊, 王飛, R·D·魯珀, B·V·布魯尼爾 申請人:卡特彼勒公司