JP2003065047A - 建設機械のエンジン冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラジエータとエンジンとの間が狭くてもファ
ンステータを用いて風量を効率的に増加でき、冷却効率
を向上できる建設機械のエンジン冷却構造を提供する。 【解決手段】 エンジン室(2)内に、エンジン(4)と、エ
ンジン(4)の軸方向前方に設けた冷却ファン(8)と、冷却
ファン(8)の前方のラジエータ(6)と、冷却ファン(8)及
びラジエータ(6)の間に設けたファンステータ(7)とを備
え、エンジン(4)の設置されたエンジン冷却室(2a)と冷
却ファン(8)との間に隔壁(5)を設け、冷却ファン(8)の
側方のエンジン室(2)壁に、外気の吸入口を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械のエンジ
ン冷却構造に関し、特にはファンステータを用いたエン
ジン冷却構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、あらゆる分野において環境保全の
重要性、必要性が唱えられており、建設機械においても
排気ガス対策や騒音対策が重要視されて来ている。この
対策を社会的に広く効果的に行うために、排気ガス規制
や騒音規制などが制定され、各メーカーに対してこれら
の規制をクリアすることが要求されている。建設機械に
おいて、特にこの規制に限った場合、排気ガス対策の背
反としての放熱量増大や通風抵抗増大などのヒートバラ
ンス悪化や、騒音要因の最大寄与装置が冷却ファンであ
るという事実から、今や冷却系の大幅な改善が重要課題
となっている。 【０００３】ところで、ブルドーザ、ホイールローダ等
の建設機械の中にはエンジン冷却装置に押出しファン構
造を採用したものが多く、この押出しファン構造は、エ
ンジンの前部に設けた冷却ファンで外部から吸い込んだ
エアをラジエータに通してエンジン冷却水や潤滑油を冷
却し、その通過したエアを外部へ吐き出しているもので
ある。冷却効率を高めるためには、ラジエータの通風量
を増大する必要があり、またそのために通風抵抗を極力
小さくする必要がある。そして、最近の小型ホイールロ
ーダ等では、冷却ファンとラジエータの間に設けたファ
ンステータにより通風ロスを静圧回復してラジエータの
通風量を増加し、冷却効率を向上させているものもあ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】一方ブルドーザにおい
ては、上記と同じ押出しファン構造を採用しているもの
の、ファンステータは用いられていないのが現状であ
る。その理由は、ブルドーザ特有の、設置スペースが狭
い、非常に大きな振動や衝撃に耐える強度が必要であ
る、及び生産台数との関連によるコスト低減が必要であ
るなどの問題が考えられるが、一番の理由は現在ファン
ステータが無くても規制クリアができているからであ
る。しかしながら、前述のように、今後より強く環境保
全が要求される状況の中で、現在よりも更に厳しい規制
をクリアしていかなければならず、その技術を確立する
ことが、解決すべき大きな課題の一つとなっている。 【０００５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、ラジエータとエンジンとの間のスペース
を広く取れない構造でもファンステータを用いて風量を
効率的に増加できて、冷却効率を向上できる建設機械の
エンジン冷却構造を提供することを目的としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明は、建設機械のエンジン冷
却構造において、エンジン室内に、エンジンと、エンジ
ンの軸方向前方に設けた冷却ファンと、冷却ファンの前
方のラジエータと、冷却ファン及びラジエータの間に設
けたファンステータとを備えたエンジンの設置されたエ
ンジン冷却室と冷却ファンとの間に隔壁を設け、冷却フ
ァンの側方のエンジン室壁に、外気の吸入口を設けた構
成としている。 【０００７】上記発明によると、隔壁によりエンジン冷
却室からの通風抵抗が大となり、これとともに冷却ファ
ンの側方に設けた吸入口からの外気が効率的にファンス
テータによって整流されるので、ステータ効果、すなわ
ちステータ無しのときの風量に比してステータ有りのと
きの風量の増加量を非常に大きくできる。したがって、
ラジエータとエンジンとの間のスペースを広く取れない
構造でもファンステータを用いて風量を効率的に増加で
きて、冷却効率を向上できる。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、発明の実施形態を図面を参
照して詳細に説明する。図１は本発明に係る建設機械の
エンジン冷却構造を表す側面断面図であり、図２はその
平面断面図である。これらの図において、エンジン室２
の略中央部にエンジン４が取り付けられており、エンジ
ン４の前方に手前から順に冷却ファン８、ファンステー
タ７及びラジエータ６が配設されている。エンジン４と
冷却ファン８との間には、エンジン４の外周面を包んだ
エンジン冷却室２ａと、冷却ファン８からラジエータ６
までを包んだラジエータ室２ｂとを仕切る隔壁５が設け
られている。隔壁５と冷却ファン８との間の、ラジエー
タ室２ｂの外装壁には、エンジン前方を向いて左右側に
左右側面吸入口３ａ．３ｂが、上側に上側面吸入口３ｃ
がそれぞれ形成されている。また、隔壁５の下端面とエ
ンジン室２の底部外装壁との間には所定開口面積を有す
る隙間部１１が形成され、この隙間部１１を経由してラ
ジエータ室２ｂの底部空間を臨むエリアに底部吸入口３
ｄが形成されている。各吸入口３ａ〜３ｃには、図示し
ないルーバが設けられている。また、エンジン４後方の
エンジン冷却室２ａの外装壁には後部吸入口９が形成さ
れており、この後部吸入口９にも図示しないルーバが設
けられている。ラジエータ６前方のラジエータ室２ｂの
外壁部には、前部排出口１２が形成されている。 【０００９】冷却ファン８はエンジン４の回転軸に直接
連結されて駆動されるようにしてもよいし、又は図示し
ない油圧モータにより駆動されるようにしてもよい。 【００１０】上記構成による作動を、図１，２を参照し
て説明する。冷却ファン８の回転により後部吸入口９か
ら吸入された外気は、エンジン４の外周面を冷却しなが
ら隔壁５下部の隙間部１１に至り、この隙間部１１を経
由してラジエータ室２ｂの底部の底部吸入口３ｄに流入
する。また、側面吸入口３ａ．３ｂ、３ｃから吸入され
た外気は、前記底部吸入口３ｄから流入したエアと合流
し、ファンステータ７を経由してラジエータ６を通過
し、前部排出口１２から排出される。 【００１１】上記の如く、冷却ファン８近傍の側方外壁
部（吸入口３ａ〜３ｃ）から冷たい外気を直接吸入し、
これをファンステータ７を経由してラジエータ６に通す
ので、ラジエータ６の冷却効率を高くできる。しかも、
ファンステータ７により、冷却ファン８で発生した旋回
方向の外向き流れベクトルを受けてこれをファン軸方向
の流れベクトルに整流するので、軸方向の風量すなわち
ラジエータ６を通過する風量が増大し、冷却効率をより
高めることができる。さらに隔壁５により、エンジン４
で発生した騒音がラジエータ室２ｂ内に侵入するのを防
止し、よって側面吸入口３ａ，３ｂ、３ｃから外部に漏
れるのが少なくなるので、エンジン４回りの騒音低減効
果が大きい。 【００１２】このとき、本発明者は、図１に示すよう
に、冷却ファン８の直径をＤとし、冷却ファン８の外気
入口側端部と隔壁５との間の長さをＡとすると、両者の
比率Ａ／Ｄを２０％に設定した場合に、隔壁５と冷却フ
ァン８とのスペースが狭くても、ファンステータ７の装
着時の非装着時に対する風量の増加率を最大にすること
ができることを、実験により確認している。すなわち、
（側壁の吸入口の開口面積）／（ラジエータ６の面積）
＝開口率と定義すると、この開口率が所定範囲内にある
ときに、ファンステータ７の効果を所定値以上に大きく
することができ、よって風量を最大にすることができ
る。尚、上記のファンステータ７の効果は、（ファンス
テータ有りの風量／ファンステータ無しの風量）×１０
０−１００（％）と定義している。 【００１３】以下に、本発明者の実験結果に基づいて、
このことを詳細に説明する。まず、本発明者はファンス
テータ（以下、ステータと呼ぶ）７をブルドーザに適用
する際に、狭いスペースの中で上記ステータ効果が最大
となる周囲環境条件になるように、ステータ７及び冷却
ファン８の周囲の冷却構造を設定することを目標とし
た。このため、以下に示す４種の状態でステータ効果の
変化程度を確認した。 （確認した４種の状態） ａ．エンジン抵抗無しで、吸入口（開口位置）をエンジ
ン後方とする。（図３（ａ）参照）但し、エンジン４の
代わりにモータ４ａを用いた。 ｂ．エンジン抵抗無しで、吸入口をエンジン側方とする
（左右側面吸入口３ａ，３ｂ，上下側面吸入口３ｃ，３
ｄ（図示せず）等）。（図３（ｂ）参照）但し、エンジ
ン４の代わりにモータ４ａを用いた。 ｃ．エンジン抵抗；小（すなわち、エンジン４とエンジ
ン室２の壁面との隙間が大）で、吸入口をエンジン側方
とする（左右側面吸入口３ａ，３ｂ，上下側面吸入口３
ｃ，３ｄ等）。（図３（ｃ）参照） ｄ．エンジン抵抗；大（すなわち、エンジン４とエンジ
ン室２の壁面との隙間が小）で、吸入口をエンジン側方
とする（吸入口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ等）。（図３
（ｄ）参照） 【００１４】その結果、図４に示すように、（ｄ）の条
件、すなわち開口位置が冷却ファン８の側方で、エンジ
ン抵抗が大のときに、ステータ効果が大となることがわ
かった。さらに、このように冷却ファン８の外気入口側
の風が予め旋回方向成分（予旋回）を有している時に、
ステータ効果が大きい周囲環境条件としては、「開口位
置が側方で、エンジン抵抗が大」という条件と同様に、
図１，２に示す「隔壁構造」が有効であることを確認し
た。 【００１５】図５は隔壁構造とエンジン抵抗大との風量
比較を表したグラフである。横軸に「隔壁有り」と「エ
ンジン抵抗大」とのそれぞれの開口条件（開口位置、即
ち吸入口３の冷却ファン８の入口側端部からの位置；０
ｍｍ，９０ｍｍ）を表わし、縦軸に「ステータ有り」と
「ステータ無し」の風量を表している。同図で分かるよ
うに、「ステータ有り」の風量が「ステータ無し」の風
量よりも非常に大きく、その時の風量の大きさは「隔壁
有り」と「エンジン抵抗大」との間に有意差が無いこと
から、エンジン隔壁による風量増大の効果が非常に大き
いと言える。 【００１６】またステータ７の軸長が、従来（小型ホイ
ールローダ等）用いられていたものに対して１／４〜１
／５となっている。具体的には、冷却ファン８の軸長に
対するステータ軸長の比が、従来はおよそ１５０〜２３
０％程度であったが、本実施例では略３６％としてい
る。尚、冷却ファン８の軸長に対するステータ軸長の比
は３０〜４５％の範囲内でも、前記条件が満たされれば
３５〜４０％程度の範囲で大きな効果が得られる。 【００１７】以上の実施形態で説明した如く、エンジン
室２内に、エンジン４と、エンジン４の軸方向前方に設
けた冷却ファン８と、冷却ファン８の前方のラジエータ
６と、冷却ファン８及びラジエータ６の間に設けたステ
ータ７とを備えた建設機械のエンジン冷却構造におい
て、エンジン４の設置されたエンジン冷却室２ａと冷却
ファン８との間に隔壁５を設け、冷却ファン８の側方の
エンジン室２の側壁に、外気の吸入口３ａ，３ｂ，３ｃ
を設けた構成としたので、ステータ７の軸長が短くても
非常に大きなステータ効果、つまりステータ７の整流作
用による風量増大効果が得られる。 【００１８】以上説明したように、ファンステータによ
る風量増大の効果が大きくなるように、エンジン冷却室
とラジエータ室とを遮蔽するエンジン隔壁を設け、この
隔壁よりもラジエータ室側の側面に所定面積の吸入口を
形成した。これにより、ラジエータ室が狭く、このため
ファンステータの軸長を短くしても、ファンステータの
整流効果を非常に高めて通風抵抗を小さくし、冷却風を
増大でき、ステータ効果を最も高めることができる。し
たがって、ブルドーザ等の狭いエンジン室内において
も、ファンステータの適用により冷却効率を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る建設機械のエンジン冷却構造を表
す側面断面図である。 【図２】図１の平面断面図である。 【図３】周囲環境条件の説明図である。 【図４】周囲環境条件別のステータ効果の比較グラフで
ある。 【図５】隔壁構造とエンジン抵抗大との風量比較グラフ
である。 【符号の説明】 ２…エンジン室、２ａ…エンジン冷却室、２ｂ…ラジエ
ータ室、３ａ，３ｂ…側面吸入口、３ｃ…上面吸入口、
３ｄ…底部吸入口、４…エンジン、５…隔壁、６…ラジ
エータ、７…ファンステータ、８…冷却ファン、９…後
部吸入口、１１…隙間部、１２…前部排出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 建設機械のエンジン冷却構造において、 エンジン室(2)内に、エンジン(4)と、エンジン(4)の軸
   方向前方に設けた冷却ファン(8)と、冷却ファン(8)の前
   方のラジエータ(6)と、冷却ファン(8)及びラジエータ
   (6)の間に設けたファンステータ(7)とを備え、 エンジン(4)の設置されたエンジン冷却室(2a)と冷却フ
   ァン(8)との間に隔壁(5)を設け、 冷却ファン(8)の側方のエンジン室(2)壁に、外気の吸入
   口(3a,3b,3c)を設けたことを特徴とする建設機械のエン
   ジン冷却構造。