JP4313057B2 - 軸流ファン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の駆動軸によって直接駆動もしくはベルト駆動、油圧駆動、モータ駆動等によって間接的に駆動される軸流ファンに係り、軸流ファンに許容される寸法範囲内で高風量を得ることができる軸流ファンに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車用の内燃機関には各種の付属装置が施されるようになり、ファンの周囲を流れる空気流の抵抗が増大してきている。例えばエンジンルーム内のファンの前側(ラジエータ側)には、ラジエータの外、エアコン用コンデンサ、インタークーラ、オイルクーラ等が付設され、一方、ファンの後側(内燃機関側)には、オルタネータ、エアコン用コンプレッサ、スーパーチャージャ、ビスカスヒーター、その他の補機類が付設されている。
この結果、ファンの上流側、下流側両方の抵抗が増し、高抵抗域での風量低下をきたしている。ファンの上流側抵抗が高い場合のファン下流側の流れは斜流方向となる。流速はファンの中心に近くなるにつれて遅くなるので、ファンの中心部の下流側は大気圧よりも圧力が低い領域が発生し、ファンを通過した流れの一部が逆流したり、渦流が発生し、ファン性能を低下させている。この現象はファンの上流側抵抗が高くなる程顕著となる。
【0003】
かかる対策として、例えばラジエータのシュラウドの自由端部に鍔状の隔壁を形成してこの逆流を阻止する軸流ファン(実開昭56−1921号公報参照)、ファンボス部を斜めに傾斜した対流外郭形状にして、気流の剥離を防止し、ファン効率を高めた斜軸流ファン(特開昭59−176499号公報参照)、ボス部が円錐台形状の斜軸流ファンにおいて、消費動力が少なくかつ風量が大となる条件として、ボス部の傾斜角と翼部の幅その他の相関関係を特定した軸流ファン(特公平8−6713号公報参照)、ボス部の下流側にコーン状のガイド(リング)をボス部端面より離して取付けたファン(実開昭57−75199号公報参照)、ボス部の下流側に円錐状のリングをブレード後縁より突出しないように取付けた軸流ファン(特開2000−234892号公報参照)等が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、内燃機関の高馬力化に伴い、軸流ファンには高風量が求められ、消費馬力が増大する傾向にあるが、消費馬力が増大すると必然的にファンドライブにかかる負荷も大きくなるため、高風量で低馬力となるファンが求められている。
従来、内燃機関用軸流ファンの高風量化をはかる手段としては、▲1▼ファンの外径、幅寸法を大きくする手法、▲2▼ブレードの枚数を多くする手法、▲3▼ブレード角度を大きくする手法があるが、これらの従来技術には、以下に記載する問題点がある。
すなわち、▲1▼ファンの外径、幅寸法を大きくすることによって高風量化をはかる方法は、要求される風量を満足するだけの寸法を確保することができないという問題があり、▲2▼ブレードの枚数を増やす手法は、軸流ファンを製造する金型の構造上限界があり、また、スライド機構を採用することでブレード枚数を増やすことは可能であるが、成型金型が複雑になることにより金型自体が高価なものとなり製品コストが高くつくという問題があり、▲3▼ブレード角度を大きくする手法は、風量が増加する以上に馬力と騒音の増大を余儀なくされるなどの問題点がある。さらに、前記した各種軸流ファンにおいても、寸法制約の厳しい条件に対応することが難しく、また製品コストが高くつくこと、性能効率の向上だけでは要求風量を満足しない等の問題があり、簡単に高風量を得ることができなかった。
【0005】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ブレードを後退翼とすることによりブレードの有効長さを長くして、軸流ファンに許容される寸法で高風量が得られるとともに、従来の軸流ファンに比し低コストで高風量、低馬力、低騒音の軸流ファンを提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸流ファンは、複数枚のファンブレードをハブまたはボス部に所望間隔で配置してなる軸流ファンにおいて、各ブレードは、その根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形であって、ブレード全長にわたり後退翼であることを特徴とするものである。また、各ブレードは、根本翼弦長Wと先端翼弦長wの比が0.5〜0.7であること、ブレード先端から根本方向へブレード全長Sの1/3S〜1/5Sの部分が当該ブレード根本部の後退角より大きな後退角を有すること、ブレードの根本部と先端部の後退角は、それぞれ15〜30度、40〜60度であることを特徴とするものである。
【0007】
本発明において、ブレードを先細り形の後退翼としたのは、以下に記載する理由による。
内燃機関用軸流ファンの場合は、風の流れはファン後方へ平行へ流れることが最も効率が良いが、実際にはファン後方にエンジンが近接しているためファン後方に流れた風はエンジン本体や補機類に当りエンジン周囲に分散して流れる。一方、斜軸流ファンであれば、ファン後方の流れが斜流方向となり直接エンジンに衝突する流れが少なくなり、結果として風量増加につながる。本発明ではこの斜軸流ファンよりさらに遠心方向への流れを増大させ、かつ旋回流を増大させて、ファン後方障害物(エンジンブロック等)の影響を最小限に抑えることで風量増加をはかるために先細り形の後退翼とした。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係るボス部を有する一体成形タイプの軸流ファンの一実施例を示す正面概念図、図2は図1のII−II線上の縦断面図、図3は同上軸流ファンのブレードの一部を拡大して示す正面概念図、図4は図3に示すブレードの根本部、先端側後退部分および先細り先端部分の迎角を示したもので、(A)は図3a−a線上の横断面図、(B)は図3b−b線上の横断面図、(C)は図3c−c線上の横断面図、図5〜図7は本発明に係る軸流ファンの他の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図であり、1はボス部、2、12、22、32はファンブレード、2a、12a、22a、32aは根本部分、2b、12b、22b、32bは中間部分、2c、12c、22c、33cは先細り先端後退部、2d、12d、22d、32dは前縁、2e、12e、22e、32eは後縁、3はスチールインサート、4は取付孔、Wはブレード根本翼弦長、wはブレード先端翼弦長、Sはブレード全長、sはブレード先端から根本方向へブレード全長Sの1/3S〜1/5Sの先端後退部の長さ、θ1はブレード根本部の後退角、θ2はブレード先細り先端後退部の後退角、θa〜θcはブレードの迎角である。
【0009】
すなわち、本発明に係る軸流ファンは、円周上に取付孔4を有する円形のスチールインサート3が埋込まれたプラスチック製のボス部1の外周面に、根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形の後退翼2を一体成形により配置した構成となしたもので、後退翼2は、根本部分2a、中間部分2bおよび先細り先端後退部2cとから構成されている。そして、各ブレードの先細り先端部2cは、根本翼弦長Wと先端翼弦長wの比が0.5〜0.7となるように形成され、また、この先細り先端後退部2cは、ブレード先端から根本方向へブレード全長Sの1/3S〜1/5Sの長さsを有し、かつ当該ブレード根本部2aの後退角θ1は15〜30度、ブレード先端後退部の後退角θ2は40〜60度が好ましい。さらに、各ブレードの迎角は、図3、図4に示すごとく、ブレード根本部2aの迎角θaよりブレード先細り先端後退部2cの迎角θb、θcが大きくなっている。
【0010】
ここで、各ブレードの先細り程度として、根本翼弦長Wと先端翼弦長wの比を0.5〜0.7としたのは、0.5未満ではブレード幅が小さくなることにより風量が低下し、他方、0.7を超えるとブレード幅が大きくなり風量は増加するが、大きなファン駆動力を必要とするためである。
また、先細り先端後退部2cの長さsをブレード先端から根本方向へブレード全長Sの1/3S〜1/5Sの長さとしたのは、1/3Sよりブレード根本側に長くとるとブレードの中心線上の実質長さを長くせざるを得なくなってブレードの固有振動数が低下し共振し易くなってブレード根本(付根)の応力値を高めてしまい、他方、1/5Sより短いと後退翼の効果(風量増加等)が十分に得られないためである。
さらに、各ブレードの根本部2aと先端後退部2cの後退角θ1、θ2をそれぞれ15〜30度、40〜60度としたのは、以下に記載する理由による。
すなわち、ブレード根本部2aの後退角θ1が15度未満では、風量の増加効果が十分に得られず、他方、30度を超えるとブレードの中心線上の実質長さが長くなってブレード根本に作用する応力が大きくなり耐久信頼性を低下低下させるためである。また、ブレード先細り先端後退部2cの後退角θ2が40度未満では、風量の増加効果が十分に得られず、他方、60度を超えるとブレードの固有振動数が低下し共振し易くなってブレード根本の応力値を高めてしまうためである。
なお、ブレード先細り先端後退部2cの迎角θb、θcをブレード根本部2aの迎角θaより大きくしたのは、流れに遠心成分を与えて風量を増加させるためである。
【0011】
次に、本発明の他の実施例として図5、図6および図7に示した軸流ファンについて説明すると、まず図5、図6に示す軸流ファンは、どちらも後退翼の形状をフカヒレ状に形成したもので、図5に示すフカヒレ状のブレード12は、ブレード中心線を根元部分12aから、中間部分12bおよび先細り先端後退部12cまで同一Rで形成した点に特徴を有する。なお、ブレード12の前縁12d、後縁12eは適当なRや曲線で形成する。また、図6に示すフカヒレ状のブレード22は、ブレード先端側にいくにしたがって曲率が小さくなるように、ブレード中心線を根元部分22a、中間部分22bおよび先細り先端後退部22cの各部分をそれぞれ異なるR1、R2、R3で形成した点に特徴を有する。なお、このブレードの場合も前縁12d、後縁12eは適当なRで形成することができるが、Rと直線あるいは種々の曲線とを組合わせて形成してもよい。
また、図7に示す軸流ファンは、ブレードの根本部分32a、中間部分32bおよび先細り先端後退部32cの後退角θ1をほぼ同一角度とした後退翼で構成したもので、ブレード32の前縁32d、後縁32eは形状的にはほぼ直線で形成される。
この図5、図6に示すフカヒレ状ブレードを有する軸流ファン、図7に示す軸流ファンにおいても、前記図1〜図4に示す先細り形後退翼と同様の作用効果が得られることはいうまでもない。
【0012】
【実施例】
本発明の図1〜図4に示す軸流ファンの、風量Qに対する静圧Pを従来の軸流ファンと比較して図7に示す。
本実施例で使用した軸流ファンは、ボス外径φ215mm、ブレード全長152mm、ブレードの根本翼弦長W87mmおよび先端翼弦長w53mm(根本翼弦長Wと先端翼弦長wの比=0.61)、先細り先端部2cの長さs50mm、ブレードの根本部後退角θ120.3度、先細り先端部後退角θ248.2度、ブレード根本部の迎角θa35.4度、ブレード先細り先端部の迎角θc42.9度、ブレード枚数8枚の射出成形された樹脂製であった。
図7に示すデータより、最近の軸流ファンにおいて最も頻繁に使用されている通気抵抗kが0.03〜0.06の範囲において、従来の軸流ファンに比べて風量Qが増加している。この結果より、本発明の先細り形後退翼の有効性が確認された。
なお、ここではブレード、ボス一体成形ファンを例にとり説明したが、組立式ファン等にも適用できることはいうまでもない。
【0013】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明の軸流ファンによれば、ブレードを先細り形後退翼としたことにより、軸流ファンに許容される寸法で高風量が得られ、また、遠心方向への流れが増加し、かつ旋回流が増大するためファン後方障害物(エンジンブロック等)の影響を最小限に抑えることができ、さらに、ファン単体で高風量が得られる上、成形金型が簡単で安価なものとなるため製品コストが高くつくことがない等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るボス部を有する一体成形タイプの軸流ファンの一実施例を示す正面概念図である。
【図2】図1のII−II線上の縦断面図である。
【図3】同上軸流ファンのブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図4】図3に示すブレードの根本部、先端側後退部分および先細り先端部分のピッチ角を示したもので、(A)は図3a−a線上の横断面図、(B)は図3b−b線上の横断面図、(C)は図3c−c線上の横断面図である。
【図5】本発明に係る軸流ファンの他の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図6】本発明に係る軸流ファンの別の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図7】本発明に係る軸流ファンのさらに別の実施例のブレードの一部を拡大して示す正面概念図である。
【図8】本発明の実施例における風量Qに対する静圧Pを従来と比較して示す図である。
【符号の説明】
1 ボス部
2、12、22、32 ファンブレード
2a、12a、22a、32a 根本部分
2b、12b、22b、32b 中間部分
2c、12c、22c、32c 先細り先端後退部
2d、12d、22d、32d 前縁
2e、12e、22e、32e 後縁
3 スチールインサート
4 取付孔
W ブレード根本翼弦長
w ブレード先端翼弦長
S ブレード全長
s ブレード先端から根本方向へブレード全長Sの1/3S〜1/5Sの長さ
θ1 ブレード根本部の後退角
θ2 ブレード先細り先端部の後退角
θa〜θc 迎角
Claims (5)
- 複数枚のファンブレードをハブまたはボス部に所望間隔で配置してなる軸流ファンにおいて、各ブレードは、その根本部の迎角より先端部の迎角の大きい先細り形であって、ブレード全長にわたり後退翼であることを特徴とする軸流ファン。
- 各ブレードは、根本翼弦長Wと先端翼弦長wの比が0.5〜0.7であることを特徴とする請求項1記載の軸流ファン。
- 各ブレードは、ブレード先端から根本方向へブレード全長Sの1/3S〜1/5Sの長さ部分が当該ブレード根本部の後退角より大きな後退角を有することを特徴とする請求項1または2記載の軸流ファン。
- 各ブレードの根本部の後退角は、15〜30度であることを特徴とする請求項3記載の軸流ファン。
- 各ブレードの先端部の後退角は、40〜60度であることを特徴とする請求項3または4記載の軸流ファン。
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