JP2006226200A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
プロペラファンのボス部周りの流れを改善し、ファン性能を高めることで、低騒音・高効率のファン、及びエンジン冷却装置を得る。
【解決手段】
略円筒形状、あるいは略円錐台形状のボス部の周囲に複数の翼を配してなるプロペラファンにおいて、そのボス部に、ボスの吸込み側正面に吸込み口を有し、その吐き出し側円周部に吹出し口を有し、両者間に複数の翼を配して、小径の遠心ないし斜流ファンを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は建設機械等のエンジン冷却装置に関するものである。

油圧ショベルなどの建設機械のエンジン冷却装置では、ラジエータやオイルクーラ等の複数の熱交換器を介して、エンジンの冷却水や作動油を冷却するために、外気を導入するためのラジエータファンが搭載されている。

このラジエータファンの多くは軸流タイプのプロペラファンであり、例えば特許文献１にその一例が記載されている。

特開２００３−６５２９４号公報 特開２００２−３１７９７４号公報 特開平１０−３２５３９８号公報

ラジエータファンであるプロペラファンは、上述したように熱交換器と組み合わせて使用される場合が多い。その場合、ファンの上流側あるいは下流側に接近させて熱交換器を配置することも少なくない。

このプロペラファンには、略円筒形状あるいは略円錐台形状のボス部が設けられているが、このボス部は流れに対して抵抗となり易く、特に、熱交換器やフィルタ、その他の抵抗体に近接して用いられる場合は、ファンに吸込まれるあるいは吐出される空気の流れの速度分布が大きくなるので通風抵抗が大きくなりやすくなる。

特に、エンジン冷却装置に用いられる場合等は、熱交換器の直後にファンが配置され、かつ、高回転時の遠心力に耐えて翼を支持するためにボスも比較的大きくなっていので、ボスの影響は熱交換器を通過する風速分布にも強く現れ、通風抵抗増加はもちろん、熱交換器の冷却性能低下にもつながる。

これらの課題に対して、特許文献２のように、ボスの内部に小型の軸流ファンを内含させることが考えられるが、ボス内部の小径ファンは同一回転数で径が小さいために、元々の大径ファンと同等の圧力を発生させるのは難しい。

このように特許文献２では、２つのファンの翼取り付け角度や翼枚数を変えることでボス側、すなわち小径ファン側の仕事量を増やそうとしているが、ファン径の差異の影響は大きいので、その調整にも限界があり、圧力が高い状態で動作する場合等は、小径ファン側の昇圧が少なくなり、そこから逆流する危険性がある。

また、特許文献３では、翼付け根部を流れる気流によって発生した差圧を利用して、空気をボスの正面（吸込み側）から円周部に空けた孔へと流しているが、元来、翼付け根部は比較的風速が低いので、ボス内部を流れる風量は少ない。仮に十分な風量が得られたとしても、元々の翼の成している風量をボス部に一部分散しているだけで、ファン自体として従来よりも高風量が得られるというものではない。

本発明の目的は、ファンの性能を向上させて低騒音・高効率のエンジン冷却装置を提供することにある。

上記目的は、エンジンルーム内に設けられた複数の熱交換器と、この熱交換器に近接しボス部の外周に複数の第１の翼を配したファンとを備えたエンジン冷却装置において、前記ボス部の吸込み側正面に設けられた吸込み口と、前記ボス部の内部に位置し前記吸込み口から遠心方向に設けられた吹出し口と、これら吸込み口と吹出し口の両者間に複数の第２の翼を配したファンを備えたことにより達成される。

また、上記目的は、前記吹出し口における前記第２の翼と前記ファンの第１の翼とは、回転軸周りの周方向に食い違って配置されていることにより達成される。

また、上記目的は、前記ファンのボス部にハブ板を設け、このハブ板を前記第２の翼から分割可能としたことにより達成される。

また、上記目的は、前記ハブ板にファンプーリーを一体に設けてなり、このファンプーリーを介して前記ファンが駆動されることにより達成される。

本発明によれば、ファンの性能を向上させて低騒音・高効率のエンジン冷却装置を提供できる。

一般的なエンジン冷却装置を図７を使って説明する。
図７は、建設機械の部分断面図である。
図７において、エンジンルーム１内にはエンジン２があり、エンジン２に隣接してラジエータ７、オイルクーラ６、インタークーラ５、さらにはエアコンのコンデンサ８といった熱交換器が配設されている。エンジン２とラジエータ７の間にはプロペラファン３が配設されている。エンジン２のクランク軸９から取り出した動力はファンベルト１０を介してプロペラファン３に伝達して、プロペラファン３を回転させ、冷却空気の流れを発生させる。冷却空気は、外部から吸気口１２を経てエンジンルーム１内に入り、各熱交換器５、６、７、８を通過し、熱交換を行なう。

各熱交換器５、６、７、８を通過後、冷却空気は、プロペラファン３を通り、エンジン２周りを通過し、排気口１３を経てエンジンルーム１の外部に排出される。前記各熱交換器のうち、インタークーラ５管内にはターボチャージャ（図示せず）によってエンジン２に過給される過給気が、オイルクーラ６には油圧機器（図示せず）の作動により高温となった作動油が、ラジエータ７にはエンジン２を冷却するための冷却水が流れている。

プロペラファン３は、略円筒形状あるいは略円錐台形状のボス部３ａの周囲に複数の翼３ｂを配して構成されている。ボス３ａは翼３ｂを支持するのみで、空気は翼３ｂの部分を流れる。そのため場合によっては、ボス３ａ自体が抵抗となり得る。この問題の解決を図るために、例えば特許文献２では、ボスの内部に小型の軸流ファンを内含させることで、ボス部においても空気が流れるようにしたファンの構成を開示している。また特許文献３に示されるファンでは、ボスの内部を空洞にし、ボスの正面（吸込み側）から円周に空けた孔へと空気が流れることを許容して、乱気流の発生を抑制し、騒音低減を図っている。

本発明では、各特許文献にはない手段による風量増加を種々検討した結果、以下のような実施例を得た。

尚、本実施例を搭載する建設機械（油圧ショベル）を図２に示す。
図２は、油圧ショベルの斜視図である。
図２において、１は油圧ショベルの後部に位置するエンジンルームである。２１はアーム２２が連結されるブームである。アーム２２の先端にはバケット２３が取り付けられている。２４は運転室２５の下方に設けられた走行体である。２６は、上部旋回体であり後方にはカンウンターウエイトが取り付けられている。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例であるファンを搭載した建設機械のエンジン冷却装置の概略側断面図である。
図２は、本発明の一実施例によるファンの側断面図である。
図１、図２において、エンジン冷却装置は、上記図６に示した油圧ショベルに搭載され、動力源であるエンジン２やその冷却水、油圧機器の作動油の冷却、さらにはエンジン吸気用のインタークーラ５やエアコンのコンデンサ８などを冷却する。

本発明のファン３０は、図２に示すように円筒形状のボス部３０ａの周囲に複数の翼３０ｂを配してなる従来のプロペラファンの構成に加えて、そのボス部の吸込み側正面に吸込み口３０ｃを有し、その吐き出し側円周部に吹出し口３０ｄを有し、両者間に複数の翼３０ｅを配してなる遠心ファンを構成している。３０ｈはハブ板である。

図６の一例として示した油圧ショベルのエンジン冷却装置の場合、図１に示すように、複数の熱交換器５、６、７、８を被冷却対象として有するために、圧力損失が高く、ファン３０の動作点としては中、高圧領域に相当する。

元来、プロペラファンに代表される軸流ファンは低圧・高風量に適したファンであり、それに比べて遠心ファンや斜流ファンは遠心力を有効活用するため、より高圧が望め、高圧・低風量に適したファンと言える。このため、遠心ファンは同一回転数の軸流ファンに比べてより小径で、同等の圧力を発生させることが可能である。

本発明のファン３０は、低圧タイプの軸流ファンを大径で、高圧タイプの遠心ファンを小径で配すことにより、ファン前後において両者の圧力均衡を取りやすい。このため、大径の軸流ファンを通過した流れが小径の遠心ファン部を通って上流側に逆流する、あるいはその逆で遠心ファンによって昇圧された流れが軸流ファン部を通って上流側に逆流するといった現象を抑制しやすい。

また、中高圧領域で動作する軸流ファンの下流側ボス部では逆流（図７の１９）が発生しやすく、これが騒音上昇の原因となっていたが、本発明のファン３０では、遠心ファンから吐出する流れ１５ｂがその局所的に圧力が低い箇所を補い、逆流を抑制する形になるので、騒音低減が望める。

さらに逆流を効果的に抑制すべく、本発明では、図３に示すように、ファン下流側においてプロペラファンの翼後縁３０ｇと遠心ファン３０ｊの翼後縁を、ファン回転軸周方向に食い違うように配置している。これにより、逆流を引き起こす負圧が発生するプロペラファンの翼３０ｂの負圧面側に合わせて、遠心ファンの翼３０ｅの圧力面が配置されることになり、逆流を抑制できる。

さらに好ましくは、ファン３０上流側における風速分布緩和の影響が挙げられる。ボス部３０ｃからも空気を吸込むことが出来るので、ファンの上流側に設けられた熱交換器５、６、７、８に対する風速分布が緩和され、通風抵抗の低減と熱交換性能の向上が図れる。

これらの性能向上はファン回転数の低減を可能とし、低騒音化にも寄与する。また、ボス部３０ｃから吸込む空気の流れは、ボスに設けられた小径遠心ファンによって発生しているので、プロペラファン部の性能を引き下げることもない。

従来のプロペラファンに比べれば単純に遠心ファンの風量分が増加する形で、ファンとしての総風量の増加が望めるので、これもファン回転数の低減を可能とし、低騒音化に寄与できる。遠心ファンはプロペラファンに比べて小径で、かつ同一回転数なので、各々の翼における流速は遠心ファンの方が小さく、遠心ファン自体の騒音はプロペラファンに比べて無視できるレベルなので、ボス部構成を変えたことによる騒音上昇もない。

図４は、本発明の一実施例を備えたファンの側断面図である。
図４においては、ファン部のハブ板３０ｈを分割した状態を示す。従来のプロペラファンは一体成型が可能であったのに対し、ボス部に遠心ファンを構成すると、その形状が複雑になり、成型性も悪くなる。しかし、図４に示すようにハブ板３０ｈを分割できるように構成すれば、円板形状のハブ板３０ｈ以外は一体成型可能となり、製作コストの低減につながる。場合によっては、ハブ板３０ｈと遠心ファンの翼３０ｅはつながっていて、それらがファン本体（プロペラファン部分）と分割できる構成にしてもよい。

上述のように油圧ショベルのエンジン冷却装置に用いられるファン等の場合は、エンジン２のクランク軸９から取り出した動力をファンベルト１０を介してファン３０に伝達して、ファン３０を回転させている。そのため、元来ファン３０の背後の同一軸上にファンプーリー１６が存在していた。

前述の分割可能としたハブ板３０ｈをファンプーリー１６のファン側の端板（フランジ部）１６ａと一体（すなわち３０ｉ）とすれば、部品点数の増加を抑制でき、システムの低コスト化が可能となる。

以上のごとく、ボス部に遠心ファンを構成することによって、従来より風量増加が図れる。また、ボス部にも空気の流れが存在することから近接配置された熱交換器における風速分布が緩和され、通風抵抗の低下と熱交換性能の向上を図れる。低圧タイプの軸流ファンを大径で、高圧タイプの遠心ファンを小径で配しているので、ファン前後において両者の圧力均衡を取りやすく、中高圧時の動作点でも逆流を発生しにくい。さらにはそういった動作点で発生しやすいプロペラファン下流側ボス部での逆流を遠心ファンからの吐出流れが抑制するので、騒音低減が可能となる。

図１は、本発明の一実施例による建設機械のエンジン冷却装置の概略側断面図である。 図２は、本発明の一実施例によるファンの側断面図である。 図３は、本発明の一実施例によるファンの正面図である。 本発明の一実施例によるファンの側断面図（ハブ板分割）である。 図５は、本発明の一実施例による建設機械のエンジン冷却装置の概略側断面図（ハブ板とファンプーリー一体化）である。 図６は、本発明のエンジン冷却装置が搭載される油圧ショベルの斜視図である。 図７は、一般的な建設機械のエンジン冷却装置の概略側断面図である。

符号の説明

１…エンジンルーム、２…エンジン、３…プロペラファン、３ａ…ボス、３ｂ…翼、４…マウスリング、５…インタークーラ、６…オイルクーラ、７…ラジエータ、８…コンデンサ、９…クランク軸、１０…ファンベルト、１１…バッテリー、１２…吸気口、１３…排気口、１４…ファンガード、１５ａ、１５ｂ…流れ、１６…ファンプーリー、１６ａ…ファンプーリーのフランジ、１９…逆流、２１…ブーム、２２…アーム、２３…バケット、２４…走行体、２５…運転室、２６…上部旋回体、２７…カウンターウェイト、３０…本発明のファン、３０ａ…ボス、３０ｂ…プロペラファンの翼、３０ｃ…吸込み口、３０ｄ…吐出口、３０ｅ…遠心ファンの翼、３０ｆ…プロペラファン翼の前縁、３０ｇ…プロペラファン翼の後縁、３０ｈ…ハブ板、３０ｉ…ファンプーリーと一体化したハブ板、３０ｊ…遠心ファン翼の後縁。

Claims (4)

1. エンジンルーム内に設けられた複数の熱交換器と、この熱交換器に近接しボス部の外周に複数の第１の翼を配したファンとを備えたエンジン冷却装置において、
   前記ボス部の吸込み側正面に設けられた吸込み口と、前記ボス部の内部に位置し前記吸込み口から遠心方向に設けられた吹出し口と、これら吸込み口と吹出し口の両者間に複数の第２の翼を配したファンを備えたことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジン冷却装置において、
   前記吹出し口における前記第２の翼と前記ファンの第１の翼とは、回転軸周りの周方向に食い違って配置されていることを特徴とするエンジン冷却装置。
3. 請求項１記載のエンジン冷却装置において、
   前記ファンのボス部にハブ板を設け、このハブ板を前記第２の翼から分割可能としたことを特徴とするエンジン冷却装置。
4. 請求項３記載のエンジン冷却装置において、
   前記ハブ板にファンプーリーを一体に設けてなり、このファンプーリーを介して前記ファンが駆動されることを特徴とするエンジン冷却装置。
   

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