JP2007263094A - 建設機械における冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジエータ、オイルクーラー、過給機クーラー等の熱交換器が冷却風の流れに対して前後に重なる状態で配された冷却装置において、ラジエータおよびオイルクーラーの前後に渡るように配される過給機クーラー用配管を、容易に配設できるようにする。
【解決手段】過給機クーラー８用の第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙを、オイルクーラー９およびラジエータ１０の前後で分割すると共に、熱交換器が組付けられるフレーム部材７に、分割された配管同士を連結する配管連結部１７Ｘ、１７Ｙを一体的に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル、ホイールローダ等の建設機械における冷却装置の技術分野に属するものである。

油圧ショベルやホイールローダ等の建設機械には、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータや作動油を冷却するためのオイルクーラー等の熱交換器が搭載されるが、さらにこれらの熱交換器に加えて、低燃費、窒素酸化物排ガスの濃度低減、出力向上等を目的として、ターボ過給機で生じる圧縮空気を冷却するための過給機クーラー（該過給機クーラーは、インタークーラー、吸気エアクーラー、アフタークーラー、ＡＴＴＡＣとも称される）を搭載した機種が、近年増加している。
前記ラジエータ、オイルクーラー、過給機クーラー等の熱交換器は、一般に、ユニット化された冷却装置としてフレーム部材に組付けられると共に、エンジンのクランク軸に直結される冷却ファンの回転で流入する冷却風によって冷却されるようになっている。この場合、ラジエータとオイルクーラーとは、冷却風の流れに対して前後に重なるように配されたり、あるいは左右に並列するように配されるが、過給機クーラーは、ラジエータやオイルクーラーと比べてより低温まで冷却する必要があるため、通常、冷却風の流れに対してラジエータやオイルクーラーよりも上流側に位置するように配される。
ところで、前記過給機クーラーには、被冷却流体である圧縮空気が流れる配管が接続されるが、該過給機クーラー用の配管は、過給機用クーラーとエンジンとのあいだを連結するものであるから、前記ラジエータやオイルクーラーの上方や側方を経由するようにして配設されることになる。しかも、過給機クーラー用の配管は、ラジエータやオイルクーラー用の配管と比べて大径であるから、ラジエータやオイルクーラーの上方や側方に、過給機クーラー用の配管を配設するためのスペースが必要となる。
このため、建設機械に冷却装置をレイアウトする場合に、ラジエータやオイルクーラーの上方や側方に過給機クーラー用配管の配設スペースを予め確保しておかないと、過給機クーラー用の配管を配設することが困難になる場合がある。
そこで、過給機クーラー用の配管の一部を扁平状に形成したり、あるいはラジエータやオイルクーラーのアッパタンクに配管が没入する窪み部を形成したりすることで、ラジエータやオイルクーラーの上方や側方に必要な過給機クーラー用配管の配設スペースをできるだけ小さくするようにした技術が提唱されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−８１３２０号公報

しかるに、前記特許文献１のものは、過給機クーラー用配管の配設スペースを小さくすることで冷却装置をコンパクトに設置できるという利点がある一方、扁平状の配管や、アッパタンクに窪み部が形成されたラジエータやオイルクーラーは、特殊なものであって汎用性がないために採用しずらいという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、フレーム部材に、少なくとも第一、第二の熱交換器を冷却風の流れに対して前後に重なる状態で組付けてなる建設機械の冷却装置において、第一の熱交換器用の配管を、第二の熱交換器の前後に渡るように配するにあたり、前記フレーム部材に、第一の熱交換器用の配管が連結される配管連結部を一体的に設けたことを特徴とする建設機械における冷却装置である。
そして、この様にすることにより、第一の熱交換器用の配管の配設スペースを、第二の熱交換器の側方や上方に別途確保しなくても、フレーム部材に予め確保されていることになって、冷却装置や該冷却装置まわりに配される部材装置のレイアウトが容易になる。
請求項２の発明は、第二の熱交換器を複数とし、これら複数の熱交換器を冷却風の流れに対して左右に並列する状態で配すると共に、これら左右に並列する熱交換器のうち何れかの熱交換器の高さ寸法を他の熱交換器の高さ寸法よりも低くし、該高さ寸法が低い熱交換器の上方スペースを、第一の熱交換器用の配管が連結される配管連結部の配設スペースにしたことを特徴とする請求項１に記載の建設機械における冷却装置である。
そして、この様にすることにより、冷却装置の全体寸法が大きくなってしまうことが殆どなく、コンパクト化に寄与できる。
請求項３の発明は、第一の熱交換器用の配管を、第二の熱交換器の前後で分割すると共に、該分割された配管同士は、フレーム部材に設けた配管連結部を介して連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械における冷却装置である。
そして、この様にすることにより、配管作業を簡単に行うことができる。
請求項４の発明は、第一の熱交換器の被冷却流体の流路は、配管連結部の部位で、第一の熱交換器用の配管の部位よりも膨らむことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械における冷却装置である。
そして、この様にすることにより、配管連結部の部位でチャンバー効果を有し、過給機クーラーの吸気音の低減に寄与できる。
請求項５の発明は、配管連結部は、配管接続口を備えた四角箱形状をしていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の建設機械における冷却装置である。
そして、この様にすることにより、配管連結部を簡単且つ低コストで作成できると共に、フレーム部材の強度アップにも寄与できる。
請求項６の発明は、配管連結部は、両端部が配管に接続される連結管と、該連結管が支持される箱状のエア室とから形成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の建設機械における冷却装置である。
そして、この様にすることにより、冷却前の被冷却流体の流路となる配管連結部と冷却後の被冷却流体の流路となる配管連結部とが並設して設けられたものであっても、両配管連結部同士を断熱された状態で区隔することができる。

次に、本発明の第一の実施の形態について、図１〜図３（Ａ）に基づいて説明する。これら図面において、１は油圧ショベルに設けられるエンジンルームであって、該エンジンルーム１内には、エンジン２、該エンジン２により駆動する油圧ポンプ３、後述する冷却装置４等の機器装置が収納されているが、前記エンジン２は、エンジン２への給気を圧縮する過給機５を備えている。尚、図１中、６はエアクリーナである。

前記冷却装置４は、フレーム部材７に複数の熱交換器を組み込んでユニット化したものであって、本実施の形態では、本発明の第一の熱交換器に相当する熱交換器として、過給機５で圧縮された空気を冷却するための過給機クーラー８が設けられており、また、本発明の第二の熱交換器に相当する熱交換器として、作動油を冷却するためのオイルクーラー９と、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ１０とが設けられている。そしてこれら過給機クーラー８、オイルクーラー９およびラジエータ１０は、エンジン２のクランクシャフトの一端側に連結される冷却ファン１１の回転で流入する冷却風によって、冷却されるようになっている。また、１２は前記冷却ファン１１とフレーム部材７とのあいだを囲うシュラウドであって、該シュラウド１２によって、冷却風の流れを整えて冷却効率を向上させることができるようになっている。

扨、前記過給機クーラー８、オイルクーラー９およびラジエータ１０は、冷却風の流れに対して前後に重なる状態でフレーム部材７に組込まれているが、本実施の形態では、これら熱交換器８〜１０のうち、過給機クーラー８が冷却風の流れに対して最も上流側（エンジン２から最も遠い位置）に位置し、その下流側にオイルクーラー９が位置し、さらにその下流側（エンジン２に最も近い位置）にラジエータ１０が位置するように配されている。

一方、前記フレーム部材７は、エンジンルーム１の床面部に固定される下側フレーム１３と、該下側フレーム１３の左右両側に立設される左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙとを用いて構成される略凵形状のものであって、前記オイルクーラー９およびラジエータ１０は、左側フレーム１４Ｘと右側フレーム１４Ｙとの間に納まる状態で、取付ブラケット１５を介してフレーム部材７に組み付けられている。また、過給機クーラー８は、左右のフレーム１４Ｘ、フレーム１４Ｙの前面部１４ａ、１４ａ間に支架される支持フレーム１６に、左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙの前面部１４ａ、１４ａよりも前方に突出する状態で組み付けられている。

前記左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙは、それぞれ前面部１４ａ、後面部１４ｂ、左右外方側面部１４ｃ、左右内方側面部１４ｄ、上面部１４ｅを備えた箱型形状をしていると共に、仕切面部１４ｆによって上下に分割されている。そして、該分割された上側の部分が、後述する配管連結部１７Ｘ、１７Ｙに構成されている。

前記配管連結部１７Ｘ、１７Ｙは、左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙを形成する前面部１４ａ、後面部１４ｂ、左右外方側面部１４ｃ、左右内方側面部１４ｄ、上面部１４ｅおよび仕切面部１４ｆによって、密閉性を有した四角箱形状に形成されると共に、該配管連結部１７Ｘ、１７Ｙの前面部１４ａ、１４ａおよび後面部１４ｂ、１４ｂには、後述する第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙが接続される配管接続口１７Ｘａ、１７Ｘｂ、１７Ｙａ、１７Ｙｂがそれぞれ形成されている。

前記第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、過給機クーラー８の被冷却流体である圧縮空気の流路となる配管であって、第一配管１８Ｘは、冷却前の圧縮空気の流路となるべく過給機５と過給機クーラー８とを連結するように配され、また第二配管１８Ｙは、冷却後の圧縮空気の流路となるべく過給機クーラー８とエンジン２の吸気マニホ−ルドとを連結するように配されるが、これら第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、オイルクーラー９およびラジエータ１０の前後で、一端側が過給機クーラー８に接続されるクーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａと、一端側が過給機５またはエンジン２の吸気マニホ−ルドに接続されるエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂとに分割されている。そして、上記クーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａの他端側が、前記配管連結部１７Ｘ、１７Ｙの前面部１４ａ、１４ａに形成される配管接続口１７Ｘａ、１７Ｙａに着脱自在に連結され、またエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂの他端側が、配管連結部１７Ｘ、１７Ｙの後面部１４ｂ、１４ｂに形成される配管接続口１７Ｘｂ、１７Ｙｂに着脱自在に連結されている。而して、第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙに形成される配管連結部１７Ｘ、１７Ｙを介して、オイルクーラー９およびラジエータ１０の前後で分割されたクーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａとエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂとが連結されるように構成されているが、この場合、被冷却流体である圧縮空気の流路は、配管連結部１７Ｘ、１７Ｙの部位で、クーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａおよびエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂの部位よりも膨らんだ状態になっている。
尚、図示しないが、ラジエータ１０用の配管は、ラジエータ１０の後側からエンジン２側に連結される。また、オイルクーラー９用の配管は、エンジンルーム１の床面部を通って、図示しない作動油タンクおよびバルブ装置に連結されるようになっている。

叙述の如く構成された第一の実施の形態において、過給機クーラー８、オイルクーラー９およびラジエータ１０は、フレーム部材７に、冷却風の流れに対して前後に重なる状態で組み付けられると共に、過給機クーラー８は、冷却風の流れに対して最上流、つまりエンジン２から最も遠い位置に配され、而して、過給機クーラー８用の配管である第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、エンジン２と過給機クーラー８とを連結するべくオイルクーラー９およびラジエータ１０の前後に渡るように配されることになるが、この場合に、第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、オイルクーラー９およびラジエータ１０の前後で、一端側が過給機クーラー８に接続されるクーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａと、一端側がエンジン２に接続されるエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂとに分割されていると共に、これら分割されたクーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａとエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂとは、フレーム部材７に一体的に設けられた配管連結部１７Ｘ、１７Ｙを介して連結されることになる。

この結果、冷却装置４をエンジンルーム２に設置するにあたり、オイルクーラー９およびラジエータ１０の前後に渡るように配される過給機クーラー８用の第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙの配設スペースを、オイルクーラー９やラジエータ１０の側方や上方に別途確保しなくても、フレーム部材７に予め確保されていることになって、冷却装置４や該冷却装置４まわりに配される部材装置のレイアウトが容易になる。

しかも、前記過給機クーラー８用の第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、オイルクーラー９およびラジエータ１０の前後でクーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａとエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂとに分割されており、それぞれを配管連結部１７Ｘ、１７Ｙに接続することで、過給機クーラー８とエンジン２とのあいだを連結するように配管されることになるから、配管作業を簡単に行うことができる。

さらに、配管連結部１７Ｘ、１７Ｙは、箱型形状の左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙを利用して四角箱形状に形成されているため、簡単且つ低コストで作成できる一方、箱型形状の左右のフレーム１４Ｘ、１４Ｙによって、フレーム部材７の強度アップを図れるという利点がある。しかも、過給機クーラー８の被冷却流体である圧縮空気の流路は、配管連結部１７Ｘ、１７Ｙの部位で、第一、第二配管（クーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａおよびエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂ）の部位よりも膨らんだ状態になっているから、チャンバー効果を有し、過給機クーラー８の吸気音の低減に寄与できる。

次に、本発明の第二の実施の形態を、図４〜図６（Ａ）に基づいて説明するが、該第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と同様のものは、同一の符号を附すと共に説明を省略する。
扨、第二の実施の形態の冷却装置４は、第一の実施の形態のものと同様に、フレーム部材２０に複数の熱交換器を組み付けたものであるが、この場合、本発明の第二の熱交換器に相当するオイルクーラー９とラジエータ１０とが、冷却風の流れに対して左右に並列する状態で配されており、これらオイルクーラー９およびラジエータ１０の上流側に、本発明の第一の熱交換器に相当する過給機クーラー８が配されている。また、オイルクーラー９の高さ寸法は、ラジエータ１０の高さ寸法よりも低く設計されている。

一方、前記フレーム部材２０は、エンジンルーム１の床面部に固定される下側フレーム２１と、該下側フレーム２１の左右両側に立設される左右のフレーム２２Ｘ、２２Ｙとを用いて形成される略凵形状のものであるが、このものは、オイルクーラー９が配される側のフレームである左側フレーム２２Ｘの上部に、仕切面部２３ａで仕切られた一対の四角箱形状の配管連結部２３Ｘ、２３Ｙが、左右に並設する状態で形成されている。そして、オイルクーラー９およびラジエータ１０をフレーム部材２０に組み付けたときに、高さ寸法の低いオイルクーラー９の上方に前記配管連結部２３Ｘ、２３Ｙが位置するようになっており、而して、オイルクーラー９の上方が、配管連結部２３Ｘ、２３Ｙの配設スペースになっている。

また、過給機クーラー８用の配管である第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙは、第一の実施の形態と同様に、クーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａとエンジン側配管１８Ｘｂ、１８Ｙｂとに分割されており、そして、クーラー側配管１８Ｘａ、１８Ｙａは、前記配管連結部２３Ｘ、２３Ｙの前面部に形成される配管接続口２３Ｘａ、２３Ｙａに着脱自在に連結され、またエンジン側配管２３Ｘｂ、２３Ｙｂは、配管連結部２３Ｘ、２３Ｙの後面部に形成される配管接続口２３Ｘｂ、２３Ｙｂに着脱自在に連結されるようになっている。

そして、この第二の実施の形態のものも、前記第一の実施の形態のものと同様に、過給機クーラー８用の第一、第二配管１８Ｘ、１８Ｙの配設スペースを、オイルクーラー９やラジエータ１０の側方や上方に別途確保しなくても、フレーム部材２０に予め確保されていることになって、冷却装置４や該冷却装置４まわりに配される部材装置のレイアウトが容易になると共に、配管作業を簡単に行うことができるが、さらにこのものでは、冷却風の流れに対して左右に配されるオイルクーラー９とラジエータ１０のうち、高さ寸法の低いオイルクーラー９の上方を配管連結部２３Ｘ、２３Ｙの配設スペースにしたため、冷却装置４の全体寸法が大きくなってしまうことが殆どなく、コンパクト化に寄与できる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、前記第二の実施の形態のものにおいて、ラジエータの高さ寸法がオイルクーラーの高さ寸法よりも低い場合には、ラジエータの上方を、配管連結部の配設スペースにすれば良い。

また、図３（Ｂ）、図６（Ｂ）に示す第三、第四の実施の形態のものは、前記第一の実施の形態の配管連結部１７Ｘ、１７Ｙ、第二の実施の形態の配管連結部２３Ｘ、２３Ｙの代わりに、両端部が過給機クーラー用配管に接続される連結菅２５Ｘ、２５Ｙと、該連結菅２５Ｘ、２５Ｙを支持する四角箱状のエア室２６Ｘ、２６Ｙとにより配管連結部２４Ｘ、２４Ｙを形成したものであり、この様にして配管連結部を形成することもできるが、このものでは、図６（Ｂ）に示す第四の実施の形態のように、冷却前の被冷却流体の流路となる配管連結部２４Ｘと、冷却後の被冷却流体の流路となる配管連結部２４Ｙとが並設する状態で設けられていても、両配管連結部２４Ｘ、２４Ｙ同士を断熱した状態で区隔できるという利点がある。

さらに、フレーム部材に組込まれる熱交換器としては、前記ラジエータ、オイルクーラー、過給機クーラーに限定されることなく、例えば空調用コンデンサ等であっても、本発明を実施できる。

因みに、本発明では、熱交換器が組込まれるフレーム部材に配管連結部を一体的に設け、これにより、汎用の配管や熱交換器を用いたものでありながら、冷却装置のレイアウトや配管作業を容易に行えるようにしたものであるが、例えば、熱交換器に、本発明の配管連結部と同様の配管連結部を形成することにより、汎用の熱交換器ではなくなるが、本発明と同様に、冷却装置のレイアウトや配管作業を容易に行うことができる。また、高さ寸法の異なる熱交換器が冷却風の流れに対して左右に配されている場合、本発明のようにフレーム部材に配管連結部が一体的に設けられていなくても、低い方の熱交換器の上方を配管の配設スペースにすると、配管のレイアウトが容易になる。

第一の実施の形態におけるエンジンルームの平面図である。 第一の実施の形態における冷却装置の正面図である。 （Ａ）は第一の実施の形態における配管連結部の斜視図、（Ｂ）は第三の実施の形態における配管連結部の斜視図である。 第二の実施の形態におけるエンジンルームの平面図である。 第二の実施の形態における冷却装置の正面図である。 （Ａ）は第二の実施の形態における配管連結部の斜視図、（Ｂ）は第四の実施の形態における配管連結部の斜視図である。

符号の説明

４ 冷却装置
７ フレーム部材
８ 過給機クーラー
９ オイルクーラー
１０ ラジエータ
１７Ｘ、１７Ｙ 配管連結部
１７Ｘａ、１７Ｙａ 配管接続口
１７Ｘｂ、１７Ｙｂ 配管接続口
１８Ｘ、１８Ｙ 第一、第二配管
１８Ｘａ、１８Ｙａ クーラー側配管
１８Ｘｂ、１８Ｙｂ エンジン側配管
２０ フレーム部材
２３Ｘ、２３Ｙ 配管連結部
２３Ｘａ、２３Ｙａ 配管接続口
２３Ｘｂ、２３Ｙｂ 配管接続口
２４Ｘ、２４Ｙ 配管連結部
２５Ｘ、２５Ｙ 連結菅
２６Ｘ、２６Ｙ エア室

Claims (6)

1. フレーム部材に、少なくとも第一、第二の熱交換器を冷却風の流れに対して前後に重なる状態で組付けてなる建設機械の冷却装置において、第一の熱交換器用の配管を、第二の熱交換器の前後に渡るように配するにあたり、前記フレーム部材に、第一の熱交換器用の配管が連結される配管連結部を一体的に設けたことを特徴とする建設機械における冷却装置。
2. 第二の熱交換器を複数とし、これら複数の熱交換器を冷却風の流れに対して左右に並列する状態で配すると共に、これら左右に並列する熱交換器のうち何れかの熱交換器の高さ寸法を他の熱交換器の高さ寸法よりも低くし、該高さ寸法が低い熱交換器の上方スペースを、第一の熱交換器用の配管が連結される配管連結部の配設スペースにしたことを特徴とする請求項１に記載の建設機械における冷却装置。
3. 第一の熱交換器用の配管を、第二の熱交換器の前後で分割すると共に、該分割された配管同士は、フレーム部材に設けた配管連結部を介して連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械における冷却装置。
4. 第一の熱交換器の被冷却流体の流路は、配管連結部の部位で、第一の熱交換器用の配管の部位よりも膨らむことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械における冷却装置。
5. 配管連結部は、配管接続口を備えた四角箱形状をしていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の建設機械における冷却装置。
6. 配管連結部は、両端部が配管に接続される連結管と、該連結管が支持される箱状のエア室とから形成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の建設機械における冷却装置。

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