JP2005061308A - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 建設機械の冷却装置において、エンジンルーム内のレイアウトを現状通りに維持しつつ、冷却ファンにより吸入される冷却風の各コアに対する配分を所定の配分に制御できるようにする。
【解決手段】 エンジンルームと、冷却ファン２５と、冷却ファン２５に対しファン軸流方向上流側に所定の間隔をあけて配設されたクーリングパッケージ２２とをそなえ、クーリングパッケージ２２が、エンジンルーム幅方向Ｘに複数のコアが並置されてなる並置型のクーリングパッケージである、建設機械の冷却装置において、冷却ファン２５により吸引される冷却風の該各コアに対する流量配分が所定の配分となるように、クーリングパッケージ２２と冷却ファン２５との間に該冷却風を案内するガイド部材２４がそなえられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンルームの内部に形成される冷却風通路に冷却ファンにより冷却風を流通させ、エンジンルーム幅方向に並置された複数のコアからなる並置型のクーリングパッケージに冷却風を通過させる、建設機械の冷却装置に関する。

建設機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジンや油圧ポンプ等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。
このため、これら建設機械では、図５に示すように、エンジン１０５により駆動される冷却ファン１０４の作動により、吸気開口部１０１からエンジンルーム１００内に外気が冷却風として取り込まれる。そして、この冷却風の流路となるラジエータルーム１００ａに、比較的大容量のラジエータ１０２ａやオイルクーラ１０２ｂなどのコアからなるクーリングパッケージ１０２がそなえられており、これらクーリングパッケージ１０２によってエンジン冷却水や図示しないオイルポンプの作動油が冷却される。クーリングパッケージ１０２は、ファン１０４との間に配設されたシュラウド１０３内に嵌め込まれるようにして設置されている。

クーリングパッケージには、ラジエータやオイルクーラなどのコアが冷却風の流通方向に対して直列配置されるタイプと、並列配置されるタイプとがあるが、このクーリングパッケージ１０２は図５に示すように並列配置タイプとして構成されている。
以下、図６を参照して、この並列配置タイプのクーリングパッケージ１０２について説明する。クーリングパッケージ１０２を構成するラジエータ１０２ａ及びオイルクーラ１０２ｂは、矢印Ａ₁〜Ａ₃で示す冷却風の流れに対して並列に配設されている。冷却風は、ラジエータ１０２ａ及びオイルクーラ１０２ｂのそれぞれに流れる冷却風の圧力損失（ラジエータ１０２ａ及びオイルクーラ１０２ｂを通過する冷却風の通過前通過後の圧力差）が等しくなるように、ラジエータ１０２ａ側とオイルクーラ１０２ｂ側とに自然に分かれて流れることとなる。

このように冷却風はラジエータ１０２ａ側とオイルクーラ１０２ｂ側との何れかのコアを通過するが、各コア１０２ａ，１０２ｂではこの通過する空気によって冷却が行なわれることから、通過風量が各コア１０２ａ，１０２ｂにおける冷却性能に大きく左右する。
ところが、各々のコア１０２ａ，１０２ｂの面積や、コア１０２ａ，１０２ｂ間の冷却風通過抵抗差、シュラウド１０３の形状、冷却ファン１０４とクーリングパッケージ１０３とのオフセット量、コア１０２ａ，１０２ｂの周辺の装置の影響、この他レイアウト上の制約などから、各々のコア１０２ａ，１０２ｂに対する冷却風の通過風量の割合を最適に設定できないことがある。

ラジエータ／オイルクーラに対する冷却ファンの位置を変更したり、各コアに対する冷却風の通過風量の割合がそれぞれ最適値となるようにコアの形状（大きさ・厚みなど）やシュラウドの形状を変更したりすると、エンジンルーム内の全機器のレイアウトを現状から大幅に変更しなければならず、多大な労力が必要となる。
また、建設機械の機種が異なれば、エンジンルーム及びエンジンルーム内の各種機器の形状や大きさが変化したり、エンジンルーム内のレイアウトが変化したりするので、各コアに対する冷却風の通過量の割合が変化するようになるが、上記の通過量の割合を最適なものとすべく、建設機械の機種に応じてエンジンルーム内のレイアウトを変更するには膨大な検討が必要となり現実的ではない。

このため、従来では、冷却風の通過風量の割合が最適値よりも低く設定されてしまうコアに対しても必要な通過風量が得られるように、冷却ファンを吸い込み容量を設定したり、エンジンルームに設ける冷却風の吸引用開口の面積及び／又は排出用開口の面積を設定したりしている。
しかし、これは本来必要なものよりも、吸い込み容量の大きな冷却ファンを採用したり、冷却風の吸引用開口の面積及び／又は排出用開口の面積を大きく設定したりすることとなり、このような冷却ファンの採用は、ファン騒音の増大や、コストの増大や、ファン設置スペースの増大ひいてはエンジンルーム内のレイアウトの現状からの大幅な変更を招いてしまい、このような開口面積の設定は、ファン音のエンジンルーム外への漏洩即ち騒音の増大を招いてしまう。

また、通過風量の割合が最適値よりも高く設定されるコアを一部塞いで強制的に通過風量を減少させるようなことも行なわれているが、この場合も、冷却風の圧力損失を増大させてしまい、冷却ファンのハイスペック化ひいてはコストの増大を招いてしまう。
そこで、特許文献１には、冷却風の流れに対し並列配置されたコア（ラジエータ及びオイルクーラ）に対する冷却風の通過量の割合を適宜調整できるようにした作業機械（建設機械）の冷却装置が開示されている。この技術では、ラジエータ及びオイルクーラの前方（冷却風流れ上流側）に左右方向に傾斜可能な分配板がそなえられており、この分配板の傾斜角度を調整することで、ラジエータ及びオイルクーラに対する冷却風の通過風量を最適化できるようにしている。
特開平１０−２８０９５９号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術には、ラジエータ及びオイルクーラの前方に分配板を配設するためのスペースが必要となってしまう。ラジエータ及びオイルクーラの前方には、アフタークーラや、バッテリーや、エアフィルタなど機器が配置されており、上記の分配板を配置するためには、やはり、これらの機器の配置を変更しなければならい。

本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、エンジンルーム内のレイアウトを現状通りに維持しつつ、冷却ファンにより吸入される冷却風の各コアに対する配分を所定の配分に制御できるようにした、建設機械の冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の建設機械の冷却装置は、内部が冷却風通路として機能するエンジンルームと、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に配設され該冷却ファンに対しファン軸流方向上流側に所定の間隔をあけて配設されたクーリングパッケージとをそなえ、該クーリングパッケージが、該ファン軸流方向と直交するエンジンルーム幅方向に複数のコアが並置されてなる並置型のクーリングパッケージである、建設機械の冷却装置において、該冷却ファンにより吸引される冷却風の該各コアに対する流量配分が所定の配分となるように、該クーリングパッケージと該冷却ファンとの間に該冷却風を案内するガイド部材がそなえられたことを特徴としている。

請求項２記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１記載の建設機械の冷却装置において、 該冷却ファンと該クーリングパッケージとの間にシュラウドが設置され、
該ガイド部材を、該シュラウドに支持させたことを特徴としている。
請求項３記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１又は２記載の建設機械の冷却装置において、該ガイド部材が、該エンジンルーム幅方向に複数並設されたことを特徴としている。

請求項４記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１〜３の何れか一項に記載の建設機械の冷却装置において、上記の複数のコアとして２つのコアがそなえられ、該エンジンルーム幅方向に対し、該冷却ファンの回転中心が上記の２つのコアの配置中心から外れるように該冷却ファンがオフセットして配置され、該各ガイド部材は、短冊型に形成されると共に、上記の２つのコアの内、該エンジンルーム幅方向に対し該冷却ファンの回転中心から外れたコアの側から冷却風を案内するように、配置及び該ファン軸流方向に対する傾斜姿勢が設定されたことを特徴としている。

請求項５記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１〜４の何れか一項に記載の建設機械の冷却装置において、該ガイド部材が、水平方向に旋回可能に構成されたことを特徴としている。

本発明の建設機械の冷却装置によれば、クーリングパッケージと冷却ファンとの従来からある空間に、冷却風を案内するガイド部材がそなえられていることから、エンジンルーム内のレイアウトを現状通りに維持しつつ、クーリングパッケージを形成するエンジンルーム幅方向に並置された複数のコアに対する冷却風の配分を所定の配分に制御できる利点がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、図１〜図４における図中の矢印Ｘはエンジンルーム幅方向（建設機械の前後方向）を示し、図中の矢印Ｙはファン軸流方向（建設機械の左右方向）を示す。
また、以下の実施形態では、本発明を建設機械として油圧ショベルに適用した例を説明する。

図４は建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図であり、図４を参照して本発明の一実施形態にかかる建設機械について説明する。
建設機械は、下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に設置された上部旋回体２と、上部旋回体２に取り付けられ種々の作業を行う作業装置３とをそなえて構成されている。このうち上部旋回体２には、その機体後方にカウンタウェイト２Ａが配置され、カウンタウェイト２Ａの機体前方にはエンジンルーム２Ｂが配置されている。

次いで、図１及び図２を参照して本発明の一実施形態としての建設機械の冷却装置について説明する。図１はクーリングパッケージ及び冷却ファンの周辺を示す模式的な斜視図、図２はエンジンルーム２Ｂの平面視による模式的な断面図である。エンジンルーム２Ｂには、エンジン２６がそのクランク軸を機体左右方向Ｙに向けて設置されており、図２中でエンジン２６の上側に軸流式の冷却ファン２５が配設されている。この冷却ファン２５は、その軸流方向が機体左右方向Ｙに一致するような姿勢で設置されており、外気を、吸気口２１から吸引して冷却風として、エンジンルーム２Ｂの内部空間により形成される冷却風通路に流通させるようになっている（ここでは、図２中で下側に冷却風を送り出すようになっている）。なお、この冷却ファン２５はエンジンクランク軸に機械的に連結されたエンジン駆動式であるが、これに限定されず、油圧駆動式でも良い。

冷却ファン２５のファン軸流方向Ｙで上流側（図２中上側）には、所定の間隔をあけてクーリングパッケージ２２が設置されており、クーリングパッケージ２２は複数のコア（ここではラジエータ２２ａ及びオイルクーラ２２ｂの２つのコア）をそなえて構成されている。また、エンジン２６のファン軸流方向Ｙで下流側（図２中下側）には、エンジンクランク軸に機械的に連結された油圧ポンプ２７が設置されている。

なお、エンジンルーム２Ｂの内部は、クーリングパッケージ２２，エンジン２６及び油圧ポンプ２７の各相互間で仕切られており、ラジエータ２２ａ（クーリングパッケージ２２）が設置されたラジエータルーム２Ｂａ、エンジン２６や冷却ファン２５が設置されたメインルーム（以下メインエンジンルームという）２Ｂｂ、油圧ポンプ２７が設置されたポンプルーム２Ｂｃに分割された構成となっている。

また、冷却ファン２５とこの冷却ファン２５の前方の（ファン軸流方向上流側の）クーリングパッケージ２２との間にはシュラウド２３が設置されている。このシュラウド２３は、冷却ファン２５の外周を囲むような四辺形の外縁を有している。そして、クーリングパッケージ２２は、シュラウド２３にはめ込まれるようにして取り付けられている。
ここで、レイアウト上の制約から、冷却ファン２５は、エンジンルーム幅方向Ｘに対しクーリングパッケージ２２にオフセットして配置されている。つまり、冷却ファン２５は、クーリングパッケージ２２のラジエータ２２ａとオイルクーラ２２ｂとの配置中心ＣＬ_Cから、その回転中心ＣＬ_Fを左側に外して配置されているのである。

そして、冷却ファン２５とクーリングパッケージ２２との間には、冷却ファン２５に面して、ファン回転中心ＣＬ_Fよりもコア配置中心ＣＬ_C側に、短冊型のブレード（ガイド部材）２４が、所定の間隔をあけてエンジンルーム幅方向Ｘに複数（ここでは３個）並べられており、これらの各ブレード２４は上下をシュラウド２３の内壁面によりそれぞれ固定されている。また、上述したように冷却ファン２５がクーリングパッケージ２２に対し左側にオフセットして配置されており、各ブレード２４は、図２に示すように平面視において、ファン軸流方向Ｙに対し、ファン軸流方向上流側に向けて冷却ファン回転中心ＣＬ_Fからコア配置中心ＣＬ_Cに傾斜したような姿勢（ここではファン軸流方向上流側に向けて右に傾斜した姿勢）に設定されている。

つまり、コア２２ａ，２２ｂの内、エンジンルーム幅方向Ｘに対しファン回転中心ＣＬ_Fから外れたコア２２ｂの側から冷却風を案内するように、ブレード２４の配置及びファン軸流方向Ｙに対する傾斜姿勢が設定されているのである。
このような構成において、冷却ファン２５を作動させることにより、エンジンルーム２Ｂ（冷却風通路）へ冷却風として取り込まれた外気は、シュラウド２３に組み付けられたブレード２４により案内されて各コア２２ａ，２２ｂを通過し、この際に冷却水及び油圧ポンプ２７の作動油を冷却するようになっている。

つまり、本建設機械の冷却装置が、冷却風通路（エンジンルーム２Ｂ），クーリングパッケージ２２，シュラウド２３，ブレード２４及び冷却ファン２５をそなえて構成されているのである。
本発明の一実施形態としての建設機械の冷却装置は、このように構成されており、以下、図３を参照してその作用・効果を説明する。

図３はエンジンルーム２Ｂ内の冷却風の流れをシミュレーションにより解析した結果を示す図であってエンジンルーム要部の平面視による模式的断面図に対し冷却風の流れを破線で示す図であり、（ａ）は冷却ファンとクーリングパッケージとの間にブレードを取り付けない構成について示す図、（ｂ）は冷却ファンとクーリングパッケージとの間にブレードを取り付けた構成（本実施形態の構成）について示す図である。

図３中の各破線は同じ量の冷却風の流れを示しており、ここでは、各コア２２ａ，２２ｂにおいて必要な冷却性能を確保するのために、それぞれ５本の破線で示す冷却風が順次各コア２２ａ，２２ｂを通過することが必要とされる。
図３（ａ）に示すように、冷却ファン２５が、ラジエータ２２ａ側に寄って配置されているため、ブレード２４がないと、ラジエータ２２ａには、６本の破線で示す流量の冷却風が順次流入することとなり冷却風量過多となる一方、オイルクーラ２２ｂには、４本の破線で示す流量しか冷却風が順次流入せず冷却風量不足となる。

これに対し、本冷却装置では、図３（ｂ）に示すように、ファン軸流方向上流側に向けて冷却ファン回転中心ＣＬ_Fからコア配置中心ＣＬ_Cに傾斜したブレード２４により冷却風が案内される結果、図３（ａ）に示すブレード２４のない場合に較べ、コア配置中心ＣＬ_C側、即ちオイルクーラ２２ｂ側から多くの冷却風が冷却ファン２５に吸引されるようになり、各コア２２ａ，２２ｂに対し５本の破線で示す流量の冷却風が順次流入するようになる。つまり、ブレード２４により、冷却ファン２５の作動によりクーリングパッケージ２２を通過する冷却風の各コア２２ａ，２２ｂに対する配分比率を適正なものに（ここでは均等に）制御することができ、この結果、オイルクーラ２２ｂに対し必要な冷却性能を維持するために必要なだけの冷却風通過量が確保されるようになる。

本エンジン冷却装置によれば、このように、クーリングパッケージ２２と冷却ファン２５との間の従来からある空間Ｓにブレード２４を設けることにより、ラジエータルーム２Ｂａ内に配置される図示しない機器（アフタークーラや、バッテリーや、エアフィルタなど）のレイアウトを現状から変更することなく、冷却風の各コアに対する配分比率を所定の比率に制御することができるようになる利点がある。

また、ラジエータ２２ａの全体に均等に冷却風を流入させることが可能となり、同様にオイルクーラの２２ｂ全体に均等に冷却風を流入させることが可能となる。
また、エンジンルーム２Ｂ内のレイアウトを現状通りとすることができるので、エンジンルーム２Ｂ内の冷却風の流れの特性を維持することができ、この従来からの冷却風の流れの特性を利用して冷却性能を確保しやすい利点がある。

また、ブレード２４を取り付けるだけなので必要な作業（ブレードの取付作業）も少なく、エンジンルーム２Ｂ内のレイアウトを現状から変更するのに比べ低いコストで冷却風の各コア２２ａ，２２ｂに対する配分比率を所定の比率に制御することができるようになる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施形態では、クーリングパッケージ２２を形成するコアを２つとしたが、３つ以上のコアが並置された場合においても、ブレード２４を適宜配置することにより冷却風の各コアに対する配分比率を所定の比率に制御することができる。
また、上記実施形態では、ブレード２４をシュラウド２３に固定しており、冷却風の流れ方向に対するブレード２４の傾斜姿勢が一定とされたが、ブレードを例えばシュラウド２３に軸支して水平方向に旋回可能に構成しても良い。これにより、冷却風の流れ方向に対するブレード２４の傾斜姿勢を変更して冷却風の各コアに対する配分比率を調整できるようになり、建設機械毎の冷却風の流れ特性に差異があったり、経年変化による冷却風の流れ特性が変化したりとしても、上記配分比率を容易に適切なものに調整できるようになる。また、油圧ポンプの負荷が大きい作業状況下では、オイルクーラ２２ｂへの冷却風量の配分を増やすなど、その作業状況に応じて各コアへの冷却風量の配分を調整することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかるシュラウドに取り付けられるブレードの構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態としての建設機械の冷却装置の全体構成を示す平面視による模式的な断面図である。 シミュレーションによるエンジンルーム２Ｂ内の冷却風の流れの解析結果を示す図であって、（ａ）は冷却ファンとクーリングパッケージとの間にブレードを取り付けない構成について示す図、（ｂ）は冷却ファンとクーリングパッケージとの間にブレードを取り付けた構成について示す図である。 本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。 従来の建設機械の冷却装置の全体構成を示す平面視による模式的な断面図である。 従来の建設機械の冷却装置の要部構成を示す模式的な斜視図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
２Ａ カウンタウェイト
２Ｂ エンジンルーム
２Ｂａ ラジエータルーム
２Ｂｂ メインエンジンルーム
２Ｂｃ ポンプルーム
３ 作業装置
２１ 給気開口
２２ 並置型クーリングパッケージ
２２ａ ラジエータ（コア）
２２ｂ オイルクーラ（コア）
２３ シュラウド
２４ ブレード（ガイド部材）
２５ 冷却ファン
２６ エンジン
２７ 油圧ポンプ

Claims (5)

1. 内部が冷却風通路として機能するエンジンルームと、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に配設され該冷却ファンに対しファン軸流方向上流側に所定の間隔をあけて配設されたクーリングパッケージとをそなえ、該クーリングパッケージが、該ファン軸流方向と直交するエンジンルーム幅方向に複数のコアが並置されてなる並置型のクーリングパッケージである、建設機械の冷却装置において、
   該冷却ファンにより吸引される冷却風の該各コアに対する流量配分が所定の配分となるように、該クーリングパッケージと該冷却ファンとの間に該冷却風を案内するガイド部材がそなえられた
   ことを特徴とする、建設機械の冷却装置。
2. 該冷却ファンと該クーリングパッケージとの間にシュラウドが設置され、
   該ガイド部材を、該シュラウドに支持させた
   ことを特徴とする、請求項１記載の建設機械の冷却装置。
3. 該ガイド部材が、該エンジンルーム幅方向に複数並設された
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の建設機械の冷却装置。
4. 上記の複数のコアとして２つのコアがそなえられ、
   該エンジンルーム幅方向に対し、該冷却ファンの回転中心が上記の２つのコアの配置中心から外れるように該冷却ファンがオフセットして配置され、
   該各ガイド部材は、短冊型に形成されると共に、上記の２つのコアの内、該エンジンルーム幅方向に対し該冷却ファンの回転中心から外れたコアの側から冷却風を案内するように、配置及び該ファン軸流方向に対する傾斜姿勢が設定された
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械の冷却装置。
5. 該ガイド部材が、水平方向に旋回可能に構成された
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の建設機械の冷却装置。
   

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