JP2004036590A

JP2004036590A - 建設機械のエンジン冷却装置

Info

Publication number: JP2004036590A
Application number: JP2002198200A
Authority: JP
Inventors: Shigehisa Funabashi; 船橋　茂久; Yasushi Arai; 荒井　康; Seiichiro Takeshita; 竹下　清一郎; Osamu Watanabe; 渡邉　修; Hiroyuki Kamata; 鎌田　博之
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】熱交換器における風速分布を均一化し、風量の増加を図り、冷却効率を向上するとともに冷却風の流れによる騒音を低減できる建設機械のエンジン冷却装置の提供。
【解決手段】冷却ファン２を覆う第１のシュラウド４ａと、冷却風Ｆを第１のシュラウド４ａに導入する第２のシュラウド４ｂと、第１のシュラウド４ａと第２のシュラウド４ｂとの相対変位を吸収するとともに第１のシュラウド４ａと第２のシュラウド４ｂとの間をシールする弾性密封部材４ｃとを備え、冷却ファン２の回転中心軸から弾性密封部材４ｃと第２のシュラウド４ｂとの接続部４ｂ２（４ｃ２）までの距離が、第１のシュラウド４ａとの接続部４ａ２（４ｃ１）までの距離よりも遠くなるように、また、冷却ファン２の回転軸方向に関し両接続部４ｂ２，４ａ２がほぼ同一位置となるように配置し、ラジエータ３ｄの背後の空間を大きくする。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械のエンジン冷却装置に係わり、特にラジエータ等の熱交換器を冷却する冷却ファンを備えた建設機械のエンジン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械、例えば油圧ショベルでは、ブーム、アーム、バケット等のフロント装置及び上部旋回体を油圧シリンダあるいは油圧モータ等の油圧アクチュエータによって駆動する。また、これらの油圧アクチュエータは、エンジンによって駆動される油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する。上部旋回体には、燃料及び作動油用のタンク、その他油圧ポンプ、モータ、バルブ等の油圧機器、エンジン等が設けられ、特に、エンジン及び油圧ポンプは、エンジン室に配置されている。
【０００３】
通常、この種の建設機械では、エンジンの冷却を行なうために、エンジンによって駆動する冷却ファンを用い、エンジン室を覆うカバーの一方側に設けた吸気口から外気を冷却風として導入する。なお、冷却ファンとしてエンジンのクランク軸からの駆動力で回転される軸流ファンが用いられることが多い。
【０００４】
冷却風は、エンジン室内に導入された後、ラジエータあるいはオイルクーラ等の各種熱交換器を通過してエンジン冷却用の冷却水及び作動油等を冷却し、熱交換器の下流側に設けられたシュラウドによって冷却ファンに導かれる。冷却ファンから吹き出された冷却風は、さらにエンジン及び油圧ポンプ等を冷却した後、カバーの他方側に設けられた排気口から外部に排出される。
【０００５】
ここで、建設機械に搭載される各種熱交換器は、建設機械の上部体構造の骨格を形成する主フレームをベースとするエンジン室床面に支持される。このため、掘削作業あるいは走行に伴う振動・衝撃が主フレームを介して各種熱交換器に伝達される。すなわち、各種熱交換器には、エンジンが加振源となる振動とは別の振動が作用する。一方、冷却ファンは、エンジン回転軸に直結されており、冷却ファンと各種熱交換器とは全く異なる振れ方となる。さらに、冷却ファンを覆うシュラウドは、その一端側が熱交換器に支持される構造となっているために、冷却ファンとシュラウドとの間には比較的大きな相対変位を生じてしまう。このため、シュラウドのうち冷却ファンを覆う下流側部分と冷却ファン外径との間の隙間（チップクリアランス）を大きくせざるを得ず、この隙間から冷却風が逆流したり、あるいは、冷却風の漏れ・乱れが生じ、風量の低下やファン効率の低下、さらには騒音の増大を招いていた。
【０００６】
このような問題に対し、例えば実開平４−６７２６号公報に開示される公知の技術（以下、従来技術という）がある。この従来技術では、シュラウドを、冷却ファンを覆う第１のシュラウドと、この第１のシュラウドの上流側に設けられ、熱交換器としてのラジエータに支承されて冷却風を第１のシュラウドに導入する第２のシュラウドとに分離し、第１のシュラウドと第２のシュラウドとの間を弾性密封部材（例えばゴムリング）で接続しシールするようになっている。その際、第２のシュラウドの大きさが第１のシュラウドよりも大きいため、第２のシュラウドをその途中で第１のシュラウドとほぼ同径となるように折り曲げた構造となっている。このような構造を採用することにより、冷却ファンを覆う第１のシュラウドが、冷却ファンと同様エンジンを加振源とする振動系に属することとなり、両者の相対変位が小さくなりチップクリアランスを小さくすることができるため、ファン効率を向上し、騒音を低減することが出来る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題が残されている。
建設機械、特に油圧ショベル等の上部旋回体を有する構造では、狭い工事現場での作業性や、旋回時の安全性のために、上部旋回体の旋回半径をより小さくすることが求められている。これに伴い、上部旋回体の後方に設けられるエンジン室も可能な限り小さくしなければならない。一方、冷却効率の観点から、複数の熱交換器と冷却ファン、エンジン、油圧ポンプとは、それぞれ直列に配置する構造が一般的であり、全体の長さを短くすることが困難な状況となっている。
【０００８】
このような状況に対し、上記従来技術の場合には、径の大きな第２のシュラウドと径の小さな第１シュラウドとを接続するために、互いに同等の径となるように第２のシュラウドをその途中で折り曲げることにより段付きの構造とし、冷却ファンとラジエータとの間の限られた空間に、第１のシュラウド、弾性密封部材、第２のシュラウドを冷却ファンの回転軸方向に直線状に配置することになる。ここで、弾性密封部材、及び、この弾性密封部材を第２のシュラウド側で固定するリングを設けるために、第２シュラウドの折り曲げ部位を熱交換器であるラジエータに接近した位置にしなくてはならない。このため、ラジエータを経由した冷却風が第２のシュラウドの折り曲げ部で急激に絞られ、大きな流路損失が生じ、さらに、ラジエータを含む熱交換器における冷却風の風速分布の差が大きくなる。これに伴い、冷却風の風量が低下し、チップクリアランスを狭くした効果を十分に発揮することができなくなる。
【０００９】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器の風速分布をより均一化し、圧力損失を低減することで風量の増加を図り、冷却効率を向上するとともに冷却風の流れによる騒音を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン室内に設けられ、エンジン冷却用の冷却水を冷却するラジエータを含む少なくとも１つの熱交換器と、この熱交換器を冷却するための冷却風を誘起する冷却ファンと、一端側が前記エンジンに支持され前記冷却ファンを覆う第１のシュラウドと、この第１のシュラウドの上流側に設けられるとともに一側端が前記熱交換器に支持されて前記冷却風を前記第１のシュラウドに導入する第２のシュラウドと、一端側が前記第１のシュラウドの他端側に接続され他端側が前記第２のシュラウドの他端側に接続され、前記第１のシュラウドと前記第２のシュラウドとの相対変位を吸収するとともに前記第１のシュラウドと前記第２のシュラウドとの間をシールする弾性密封部材とを備え、前記冷却ファンの回転中心軸から前記弾性密封部材の他端側までの距離が、前記冷却ファンの回転中心軸から前記前記弾性密封部材の一端側までの距離よりも遠いことを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記第１のシュラウドと前記弾性密封部材との接続部と前記第２のシュラウドと前記弾性密封部材との接続部とが、前記冷却ファンの回転軸方向について略同一位置になるように配置する。
【００１２】
このように構成した本発明では、冷却ファンの回転中心軸から第１のシュラウドまでの距離と第２のシュラウドまでの距離との相違による隙間が、弾性密封部材により覆われる。これにより、第２のシュラウドあるいは第１のシュラウドを相手方の大きさ（径）にあわせるように折り曲げる必要がなく、第１のシュラウドと第２のシュラウドとの大きさの相違による絞り部までの距離を熱交換器から引き離すことができる。このため、熱交換器を流れる冷却風の流れを従来に比較し均一化することができ、また、圧力損失の低減により風量を増加することができ、冷却効率を向上するとともに冷却風の流れによる騒音を低減することができる。
【００１３】
また、弾性密封部材と熱交換器との間にリング状の流体案内板を設けることにより、冷却風の逆流の影響を排除し、騒音を低減させることができる。
また、冷却ファンを覆うように第１及び第２のシュラウドと弾性密封部材とによって囲まれた空間内に、冷却ファンの外周に沿ってスリットを設けることにより、さらに逆流の影響を排除し、騒音を低減させることができる。
【００１４】
さらに好ましくは、冷却風の流れの上流側からインタークーラ、オイルクーラ、ラジエータの順に熱交換器を配置し、さらにその下流側に冷却ファン及びエンジンを配置し、インタークーラとエンジンとを接続する空気配管を、オイルクーラのヘッダの上方及びラジエータのヘッダの側方を通るように配置する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を建設機械としての油圧ショベルに適用した実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態を説明するための図で、図１は第１の実施形態によるエンジン室の横断面図、図２は油圧ショベルの概観図、図３は図１中の要部拡大図である。
【００１６】
図２に示すように油圧ショベルは、左右一対の履帯を含む走行体２４と、走行体２４上に旋回可能に設けられる上部旋回体２６と、この上部旋回体２６の前方左側に設けた運転室２５と、上部旋回体２６の前方に設けられ、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３からなるフロント装置とから形成されている。２７は上部旋回体２６の後方に設けられるカウンタウェイト、１２は後述するエンジン室のカバーである。
【００１７】
エンジン冷却装置を内設するエンジン室は上部旋回体２６の後部に設けられ、図２のＤ−Ｄ断面図である図１に示すように、エンジン１は主フレームを形成するセンターフレーム１０に支持される。冷却ファン２は、ファンベルト１ｂを介し、エンジン１のクランク軸１ａの駆動力が伝達され回転する。また、冷却ファン２の回転によって誘起された冷却風Ｆは、カバー１２の一方に設けられた吸気口１２ａからエンジン室内に流入する。この冷却風Ｆの流れに対しインタークーラ３ａ及びエアコン用のコンデンサ３ｂが並列に最上流側に設けられ、その下流側にオイルクーラ３ｃ、ラジエータ３ｄの順に各熱交換器が配置されている。なお、各熱交換器３ａ〜３ｄは、不図示のセンターフレーム１０に溶接等により固着されるサイドフレーム及びサイドビームをベースとする支持部材に固定される。
【００１８】
また、冷却ファン２は、Ａ部の拡大図である図３に示すように第１のシュラウド４ａ、第２のシュラウド４ｂ、弾性密封部材４ｃによって覆われている。第１のシュラウド４ａは、エンジン１に固定される支持部材７によって一端側４ａ１が支承されている。また、第２のシュラウド４ｂは、一端側４ｂ１がラジエータ３ｄに支承されている。そして、第１のシュラウド４ａの他端側４ａ２と第２のシュラウド４ｂの他端側４ｂ２との間は、それぞれ弾性密封部材４ｃを折り曲げた一端部４ｃ１及び他端部４ｃ２で接続され、密封されている。また、同図３に示すように冷却ファン２の回転中心軸からの径が、第１のシュラウド４ａよりも第２のシュラウド４ｂの方が大きくなっており、さらに、第１のシュラウド４ａの他端部４ａ２と第２のシュラウド４ｂの他端部４ｂ２とは、冷却ファン２の回転軸方向に関しほぼ同一の位置となっており、弾性密封部材４ｃは冷却ファン２の径方向に沿って設けられている。
【００１９】
なお、図３中の符号８は、冷却ファン２を覆うように設けられるファンガード、９は弾性密封部材４ｃを固定するためのリングである。また、図１中の符号１３はバッテリ、５はエンジン１により駆動する油圧ポンプ、１１はマフラである。
【００２０】
以上のように構成した第１の実施の形態では、冷却ファン２の駆動によって誘起された冷却風Ｆが、各熱交換器３ａ〜３ｄを通過し、最下流に設けたラジエータ３ｄに支承された第２のシュラウド４ｂ、弾性密封部材４ｃ、エンジン１側に支承された第１のシュラウド４ａを流れて、冷却ファン２に導かれる。冷却ファン２を通過した冷却風Ｆは、エンジン１や油圧ポンプ５を冷却し、カバー１２及びエンジン室下部に設けた排気口１２ｂから外部に排出される。ここで、上述したように密封部材４ｃの一端部４ｃ１と第１のシュラウド４ａとの接続部と、他端部４ｃ２と第２のシュラウド４ｂとの接続部とが、冷却ファン２の回転軸方向についてほぼ同一位置となっていることから、密封部材４ｃの冷却ファン２の回転軸方向に対する長さは各シュラウド４ａ，４ｂとの接続に要する係合部のみとなり、上述した従来技術に比べ極めて短いものとなっている。本実施の形態では、密封部材４ｃが冷却ファン２の回転軸方向について短くなった分だけ第２のシュラウド４ｂをそのままラジエータ３ｄ側からエンジン側に伸ばすことができる。すなわち、第２のシュラウド４ｂを第１のシュラウド４ａの径にあわせて折り曲げる必要がなくなる。
【００２１】
したがって、第２のシュラウド４ｂとファン２との重なり合う部分まで、第２のシュラウド４ｂをそのまま延長することができ、その結果、従来構造に比べて、ラジエータ３ｄの背後の空間を大きくとることができる。このようにラジエータ３ｄの背後の空間を大きくすることにより、第１のシュラウド４ａ及び冷却ファン２に向かう冷却風Ｆの流れを緩やかに偏向することができ、流れの損失を軽減できる。さらに、ラジエータ３ｄを流れる冷却風Ｆの風速分布も緩和され、同じファン回転数でもより多くに風量を誘起できることになり、冷却装置としての冷却性能を向上させることができる。逆に、従来より多くなった風量分だけファン回転数を低減することもでき、ファン騒音の低減という観点でも効果がある。
【００２２】
また、冷却ファン２を覆う第１のシュラウド４ａが、エンジン１側に固定された支持部材７によって支持されており、冷却ファン２と同様エンジンを加振源とする振動系に属することとなり、両者の相対変位が小さくなりチップクリアランス２ａを小さくすることができるため、ファン効率を向上し、騒音を低減することが出来る。
【００２３】
次に図４及び図５を用い本発明による第２の実施形態について説明する。図４は第２の実施形態におけるエンジン室の横断面図、図５は図４のＢ−Ｂ断面拡大図である。
【００２４】
この第２の実施形態によるエンジン冷却装置は、上述した第１の実施形態と次の点が相違し、その他については同じ構成となっている。すなわち、図４に示すように、第１のシュラウド４ａ’の上流側（ラジエータ３ｄ側）を延長した部分４ｅをリング状の案内板とし、この部分に冷却ファン２を取り囲むようにスリット４ｄを設けている。図５に示すように、スリット４ｄは冷却ファン２の外形に沿って複数設けられている。
【００２５】
以上のように構成した第２の実施形態では、図４に示すように冷却ファン２入口側の翼先端から流出した逆流Ｆ’が、スリット４ｄ及び案内板４ｅにより同じ個所で循環するようになる。このように、冷却ファン２に流入する主流Ｆと分離することができるため、逆流Ｆ’の影響を排除することができ、結果として騒音を低減することができる。
【００２６】
図６は、本発明による第３の実施形態におけるエンジン室の横断面図を示す図である。上述した第２の実施形態では、第１のシュラウド４ａ’の延長部分に案内板４ｅ及びスリット４ｅを設けたが、この第３の実施形態では、第２のシュラウド４ｂ’の冷却ファン２側の一部を延長しリング状の案内板４ｅ’とし、図７に示すように案内板４ｅ’の外周部にスリット４ｄ’を設けている。その他の構成については、第２の実施形態と同一である。なお、図７は図６におけるＣ−Ｃ断面の拡大図である。
【００２７】
この第３の実施形態においても、上述した第２の実施形態と同様に、案内板４ｄ’及びリング４ｅ’により、冷却ファン２入口の翼先端から流出した逆流Ｆ’を冷却ファン２に流入する主流Ｆと分離することができ、逆流Ｆ’の影響を排除し、騒音を低減することができる。
【００２８】
なお、既存の第１のシュラウド４ａ、もしくは第２のシュラウド４ｂの形状を変更することなく、新たにリング状の案内板を追加しても良い。
【００２９】
次に、図８〜図１０を用い本発明によるエンジン冷却装置の第４の実施形態について説明する。図８は油圧ショベルの熱交換器の配置を上方から見た平面図、図９は図８を側方から見た側面図、図１０は図９におけるＥ−Ｅ断面矢視図である。
【００３０】
図８に示すように、この実施形態における熱交換器は、冷却風Ｆの流れの上流側（図８左側）からインタークーラ３ａ、オイルクーラ３ｃ、ラジエータ３ｄの順に配置され、左右方向（図８では上下方向）に関し、各熱交換器３ａ，３ｂ，３ｄのコア部分が重なり合うように配置している。また、図９に示すようにインタークーラ３ａは、オイルクーラ３ｃ及びラジエータ３ｄのコア部分よりも若干上方に配置し、その下には空調用のコンデンサ３ｂが配置され、上下方向に関してオイルクーラ３ｃとラジエータ３ｄのコア部分が重なり合うように配置している。一方、インタークーラ３ａのヘッダ３ａ’，３ａ’に接続された配管１３は、図１０に示すようにオイルクーラ３ｃのヘッダ３ｃ’の上方、かつ、ラジエータ３ｄのヘッダ３ｄ’の両脇に配設している。なお、冷却風Ｆは図８及び図９の左側から流入し、ラジエータ３ｄを通過した後に冷却ファン２（不図示）に導かれる。
【００３１】
以上のように構成した第４の実施形態では、オイルクーラ３ｃとラジエータ３ｄのそれぞれのコアが正面からみて重なるように配置しているため、四隅すなわちオイルクーラのヘッダ３ｃ’の上方（または下方）、かつ、ラジエータ３ｄのヘッダ３ｄ’側方の空間に、インタークーラ３ａ用の配管１３を配設することができる。このように配設することにより、限られたエンジン室内の空間でより大きなインタークーラ３ａを搭載することが可能になり、この結果インタークーラ３ａの冷却能力をアップさせることができる。
【００３２】
また、オイルクーラ３ｃとラジエータ３ｄのコア部分とが重なり合うように配置することにより、冷却風Ｆの流れが各オイルクーラ３ｃのヘッダ３ｃ’に妨げられることがなく、特にラジエータ３ｄの冷却効率が向上する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷却ファンの回転中心軸から第１のシュラウドまでの距離と第２のシュラウドまでの距離の相違による隙間が、弾性密封部材により覆われるため、第２のシュラウドあるいは第１のシュラウドを相手方の大きさ（径）にあわせるように折り曲げる必要がなく、第１のシュラウドと第２のシュラウドとの大きさの相違による絞り部までの距離を熱交換器から引き離すことができる。これにより、熱交換器を流れる冷却風の流れを従来に比較し均一化することができ、また、圧力損失の低減により風量を増加することができ、冷却効率を向上するとともに冷却風の流れによる騒音を低減することができる。
【００３４】
また、弾性密封部材と熱交換器との間にリング状の流体案内板を設けることにより、逆流の影響を排除することができ、騒音を低減することができる。
【００３５】
また、冷却ファンを覆うように第１及び第２のシュラウドと弾性密封部材とによって囲まれた空間内に、冷却ファンの外周に沿ってスリットを設けることにより、さらに逆流の影響を排除することができ、騒音を低減することができる。
【００３６】
さらに、オイルクーラとラジエータのそれぞれのコアが正面からみて重なるように配置しているため、四隅すなわちオイルクーラのヘッダの上方（または下方）、かつ、ラジエータのヘッダ側方の空間に、インタークーラ用の配管を配設することができるため、限られたエンジン室内の空間でより大きなインタークーラを搭載することが可能になり、この結果インタークーラの冷却能力をアップさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるエンジン冷却装置が設けられるエンジン室の詳細構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示すエンジン冷却装置が適用される油圧ショベルの全体外観構造を示す斜視図である。
【図３】図１中Ａ部拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるエンジン冷却装置の要部拡大図である。
【図５】図４中Ｂ方向から見た矢視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態によるエンジン冷却装置の要部拡大図である。
【図７】図６中Ｃ方向から見た矢視図である。
【図８】本発明の第４の実施形態によるエンジン冷却装置の平面図である。
【図９】図８を側方から見た側面図である。
【図１０】図８を冷却風の上流側から見た正面図である。
【符号の説明】
１　　　エンジン
２　　　冷却ファン
３ａ　　インタークーラ（熱交換器）
３ｂ　　コンデンサ（熱交換器）
３ｃ　　オイルクーラ（熱交換器）
３ｄ　　ラジエータ（熱交換器）
３ａ’　インタークーラのヘッダ
３ｃ’　オイルクーラのヘッダ
３ｄ’　ラジエータのヘッダ
４ａ　　第１のシュラウド
４ｂ　　第２のシュラウド
４ｃ　　弾性密封部材
４ｄ　　スリット
４ｅ　　リング
９　　　リング
１３　　インタークーラの配管

Claims

エンジン室内に設けられ、エンジン冷却用の冷却水を冷却するラジエータを含む少なくとも１つの熱交換器と、この熱交換器を冷却するための冷却風を誘起する冷却ファンと、一端側が前記エンジンに支持され前記冷却ファンを覆う第１のシュラウドと、この第１のシュラウドの上流側に設けられる前記冷却ファンの回転中心軸方向に延在して設けられ、一側端が前記熱交換器に支持されて前記冷却風を前記第１のシュラウドに導入する第２のシュラウドと、一端側が前記第１のシュラウドの他端側に接続され他端側が前記第２のシュラウドの他端側に接続され、前記第１のシュラウドと前記第２のシュラウドとの相対変位を吸収するとともに前記第１のシュラウドと前記第２のシュラウドとの間をシールする弾性密封部材とを備え、
前記冷却ファンの回転中心軸から前記弾性密封部材の他端側までの距離が、前記冷却ファンの回転中心軸から前記弾性密封部材の一端側までの距離よりも遠いことを特徴とする建設機械のエンジン冷却装置。
前記第１のシュラウドと前記弾性密封部材との接続部と前記第２のシュラウドと前記弾性密封部材との接続部とが、前記冷却ファンの回転軸方向について略同一位置となるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の建設機械のエンジン冷却装置。
前記弾性密封部材と前記熱交換器との間にリング状の流体案内板を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械のエンジン冷却装置。
前記冷却ファンを覆うように前記第１及び第２のシュラウドと前記弾性密封部材とによって囲まれた空間内に、前記冷却ファンの外周に沿ってスリットを設けたことを特徴とする請求項３に記載の建設機械のエンジン冷却装置。
前記冷却風の流れの上流側からインタークーラ、オイルクーラ、ラジエータの順に熱交換器を配置し、さらにその下流側に前記冷却ファン及び前記エンジンを配置し、前記インタークーラと前記エンジンとを接続する空気配管を、前記オイルクーラのヘッダの上方および前記ラジエータのヘッダの側方を通るように配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建設機械のエンジン冷却装置。