JP2009155906A - 建設機械の燃料冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のエンジンを搭載する建設機械におけるエンジンからの戻り燃料の温度上昇を、少ない部品点数で抑えることができる建設機械の燃料冷却装置を提供する。
【解決手段】旋回体上に載置された少なくとも２つのエンジン２４と、これらのエンジン２４に供給される燃料を備蓄した燃料タンク３０とを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、前記一方のエンジン２４からの余剰燃料を前記燃料タンク３０側に戻す第１の燃料戻し管３７と、前記他方のエンジン２４からの余剰燃料を前記燃料タンク３０側に戻す第２の燃料戻し管３９と、前記第１の燃料戻し管３７の途中に設けられ、前記第１及び第２の燃料戻し管３７，３９中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器３６とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、主に油圧ショベル等の建設機械における燃料の温度上昇を抑えるための燃料冷却装置に係り、更に詳しくは、２基のエンジンを備えた建設機械の燃料冷却装置に関するものである。

建設機械の１つである油圧ショベルには、様々な運転質量のものがある。例えば、運転質量が数百トン程度となる大型のものにおいては、その掘削バケットの容量及びその掘削バケットを備える多関節アームの重量が大きくなるため、原動機として、２基のディーゼルエンジンを搭載しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。

この種の大型の建設機械においては、エンジンの各種性能を満足するために様々な条件が設定されている。その中の１つに、エンジンに供給される燃料の温度条件を設定する場合がある。このために、それぞれのエンジンからの戻り燃料は、それぞれの燃料リターン配管の経路上に設けた熱交換器によって冷却してから、燃料タンクに戻す構成とするのが一般的である。また、燃料を効率よく冷却するために、熱交換器に送風用ファンを設ける場合もある。

特開２００４−２５７０００号公報（段落００２７、図２）

上述した複数のエンジンを有する建設機械においては、掘削バケット及びその掘削バケットを備える多関節アーム等を操作するための油圧シリンダや油圧モータ等を有する作動油系統を備えている。この作動油系統には、高温になった作動油を冷却するための作動油熱交換器が設けられている。そして、作動油熱交換器には、冷却風を通過させるためのファンが備えられているため、燃料冷却用の熱交換器を、前述の作動油熱交換器の前に設置すれば、燃料冷却専用のファンを設置する必要はないが、上述した複数のエンジンを有する大型の建設機械においては、種々の機器が本体上に搭載さるため、作動油熱交換器がエンジンの近くに設置されず、エンジンから離れた位置に設置される場合がある。

このように、作動油熱交換器がエンジンから離れた位置に設置される場合に、燃料戻り配管を、上記の作動油熱交換器まで導くとすると、燃料戻り配管が長くなり、その配管の圧損が高くなるため、エンジンの燃料戻りポートでの圧力が、エンジンの搭載条件を満たすことが困難となる。

この点を解決するためには、それぞれのエンジンから燃料タンクに戻る配管経路上で、燃料タンク付近に専用の熱交換器と冷却用ファンとを共に設置する事が多い。この場合、部品点数が増加し、製品原価のみでなくメンテナンスに関わるコストも高くなるという問題がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、複数のエンジンを搭載する建設機械におけるエンジンからの戻り燃料の温度上昇を、少ない部品点数で抑えることができる建設機械の燃料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、第１の発明は、旋回体上に載置された少なくとも２つのエンジンと、これらのエンジンに供給される燃料を備蓄した燃料タンクとを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、前記一方のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第１の燃料戻し管と、前記他方のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第２の燃料戻し管と、前記第１もしくは第２の燃料戻し管のいずれか一方の管の途中に設けられ、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器とを備える。

また、第２の発明は、旋回体上の右及び左側後方部にそれぞれ載置された第１及び第２のエンジンと、前記旋回体上にける前記第１のエンジンと第２のエンジン間に載置された燃料タンクと、前記旋回体上の右側前方部に配置された冷却ファン付の作動油クーラとを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、前記第１のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第１の燃料戻し管と、前記第２のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第２の燃料戻し管と、前記第１もしくは第２の燃料戻し管のいずれか一方の管の途中でかつ前記作動油クーラ部分に配置され、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器とを備える。

更に、第３の発明は、旋回体上の右及び左側後方部にそれぞれ載置された第１及び第２のエンジンと、前記旋回体上にける前記第１のエンジンと第２のエンジン間に載置された燃料タンクと、前記旋回体上の右側前方部に配置した作動油クーラとを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、前記第１のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第１の燃料戻し管と、前記第２のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第２の燃料戻し管と、前記第１の燃料戻し管の途中でかつ前記作動油クーラ部分に配置され、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器とを備える。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記熱交換器は、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分を熱交換する冷却表面積を有する。

更に、第５の発明は、第４の発明において、前記熱交換器は、少なくとも２つの熱交換器を備え、並列又は直列に連結されている。

また、第６の発明は、第４の発明において、前記熱交換器は、１つの熱交換器である。

本発明によれば、複数のエンジンを搭載する建設機械におけるエンジンからの戻り燃料の温度上昇を、少ない部品点数で抑えることができるので、製品原価及びそのメンテナンスに関わるコストを低減することができ。また、燃料冷却用の熱交換器は１つで良いので、建設機械本体上への機器配置の自由度が増し、レイアウト設計を簡略化することができる。

以下、本発明の建設機械の燃料冷却装置の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１乃至図５は本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械を示すもので、図１は本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械の左側面図、図２は本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械の右側面図、図３は図１に示す本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械における旋回体の平面図、図４は本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を構成する熱交換器の一例を示す正面図である。

図１は本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械の一例として大型油圧ショベルの全体構造を表す左側面図であるが、油圧ショベルが図１に示す状態にて操作者が運転席に着座した場合における操作者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

図１及び図２において、１は大型の油圧ショベルであり、２は走行手段である無限軌道履帯（クローラ）、３はこの無限軌道履帯２を左・右両側にそれぞれ備えた走行体、４は走行体３の上部に旋回可能に搭載された旋回体、５はこの旋回体４の基礎下部構造をなす旋回フレーム、６はこの旋回フレーム５上の前方部に上下方向に回動可能に（俯仰動可能に）取り付けられた多関節型のフロント装置、７は旋回フレーム５上の左側前方部に配設された運転室、８はこの運転室７の下方に配設され制御盤（図示せず）等を収納する運転室ベッド、９は旋回フレーム５上に配設され各種機器（詳細は後述）を収納する機械室、１０は旋回フレーム５上に設けられ操作者及び作業者が通行可能な通路、１１は旋回フレーム５上の後方部に取り付けられたカウンタウエイトであり、このカウンタウエイト１１はフロント装置６との重量バランスをとるようになっている。

１２は略Ｈ字形状のトラックフレーム、１３はこのトラックフレーム１２の左・右両側の後端近傍にそれぞれ回転自在に支持された駆動輪、１４は駆動輪１３を駆動する走行用油圧モータである。また、１５はトラックフレーム１２の左・右両側の前端近傍にそれぞれ回転自在に支持された従動輪（アイドラ）であり、この従動輪１５は無限軌道履帯２を介し駆動輪１３の駆動力で回転される。前記走行体３は、これらトラックフレーム１２、左・右駆動輪１３，１３、左・右走行用油圧モータ１４，１４、左・右従動輪１５，１５を備えている。

１６は基端部が旋回フレーム５に回動可能に接続されたブーム、１７はこのブーム１６の先端部に回動可能に接続されたアーム、１８はこのアーム１９の先端に回動可能に接続されたバケットであり、前記フロント装置６はこれらブーム１６、アーム１７、及びバケット１８を備えている。そして、ブーム１６、アーム１７、及びバケット１８は、それぞれブーム用油圧シリンダ１９、アーム用油圧シリンダ２０、及びバケット用油圧シリンダ２１により動作する。

図３は、図１に示す本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械における旋回体の平面図で、上記機械室９内の各種機器の配置をも併せて表してある。なお、図３において、便宜上、フロント装置６及び機械室９の上部は図示していない。２２は旋回体４の左側（図３中下側）に配設された建屋、２３は旋回体４の右側（図３中上側）に配設された建屋であり、上記機械室９はこれら左側建屋２２及び右側建屋２３で構成されている。

２４は左側建屋２２及び右側建屋２３の後方側（図２中右側）領域に前後方向にそれぞれ配置された右側及び左側のエンジン（原動機）である。２５はこのエンジン２４の後方側に配置されたラジエータ、２６はエンジン２４の後方側に取り付けられたラジエータ用冷却ファンであり、このラジエータ用冷却ファン２６がエンジン２６駆動され、生起した冷却風をラジエータ２６に供給する。

２７は各エンジン２４の前方側（図３中左側）に配置された複数の油圧ポンプ、２８は油圧ポンプ２７とエンジン２４との間にそれぞれ設けた減速機である。油圧ポンプ２７はエンジン２４により駆動され、複数の油圧アクチュエータ（上記走行用油圧モータ１４、旋回用油圧モータ、上記ブーム用油圧シリンダ１９、上記アーム用油圧シリンダ２０、上記バケット用油圧シリンダ２１等）に圧油を供給するようになっている。２９はエンジン２４と油圧ポンプ２７との間に設けられた隔壁であり、この隔壁２９によってエンジン２４側（図３右側）からの高温の空気が油圧ポンプ２７側（図３中左側）に流入しないようになっている。

３０はエンジン２４の燃料を貯留しまたエンジン２４からの余剰燃料を受入れる燃料タンクで、左側建屋２２と右側建屋２３との間に配置されている。３１は油圧ポンプ２７の作動油を貯留する作動油タンクで、燃料タンク３０の前方で左側建屋２２と右側建屋２３との間に配置されている。３２は燃料タンク３０及び作動油タンク３１の前方側に配置されたコントロールバルブ装置であり、油圧ポンプ２７から複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御するようになっている。

３３Ａ，３３Ｂは右側建屋２３の前方側領域に配置した作動油熱交換器、３３Ｃは右側建屋２３の前方側に配置した作動油熱交換器、３４Ａ〜３４Ｃはこれらの作動油熱交換器３３Ａ〜３３Ｃにそれぞれ付設した冷却ファンであり、この冷却ファン３４Ａ〜３４Ｃがモータ駆動され、生起した冷却風を各作動油熱交換器３３Ａ〜３３Ｃに供給する。これにより、作動油熱交換器３３Ａ〜３３Ｃは複数の油圧アクチュエータからの戻り油を冷却風と熱交換し、作動油タンク３１に環流するようになっている。３５Ａは作動油熱交換器３４Ａの前面側に配置した左側の減速機２８の減速機油熱交換器、３５Ｂは作動油熱交換器３４Ｃの前面側に配置した右側の減速機２８の減速機油熱交換器で、減速機油熱交換器３５Ａ，３５Ｂは、各冷却ファン３４Ａ，３４Ｃからの冷却風により、冷却される。

３６は右側のエンジン２５からの戻り燃料を冷却する燃料熱交換器で、この燃料熱交換器３６は、図２に示すように作動油熱交換器３３Ａの前面側に配置されており、冷却ファン３４Ａで生起される冷却風を受ける。この燃料熱交換器３６の入口側には、右側のエンジン２４からの戻り燃料を取り込むための戻り燃料用入口配管３７（２点鎖線で表示）が連結されている。燃料熱交換器３６の出口側には、冷却後の燃料を燃料タンク３０に戻すための戻り燃料用出口配管３８（２点鎖線で表示）が連結されている。燃料熱交換器３６は、右側のエンジン２４及び左側のエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇分を冷却するための冷却容量を有している。

３９は左側のエンジン２４からの戻り燃料を燃料タンク３０に直接的に戻すための戻り燃料配管（２点鎖線で表示）で、この戻り燃料配管３９から燃料タンク３０に戻された戻り燃料は、燃料タンク３０内で、前述した燃料熱交換器３６で冷却されて、燃料タンク３０に戻された戻り燃料と混合されて冷却される。４０は燃料タンク３０内の燃料を各エンジン２４に供給する燃料供給配管（２点鎖線で表示）である。

前述した燃料熱交換器３６は、右側のエンジン２４及び左側のエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇分を冷却するための冷却容量を有しているが、その具体的な構成を、図４を用いて説明する。この図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分である。
燃料熱交換器３６は、２つの熱交換器３６Ａ，３６Ｂを有している。更に具体的に述べると、熱交換器３６は、例えば、右側のエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇分を冷却する冷却容量を有する熱交換器３６Ａと、左側のエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇相当分を冷却する冷却容量を有する熱交換器３６Ｂで構成されている。これらの熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとは、熱交換器３６Ａの出口と熱交換器３６Ｂの入口を連結する連結管４１によって、直列に連結されている。

熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂは、旋回フレーム５上に組付けた上枠４２Ａ、下枠４２Ｂ、及び２つの縦枠４２Ｃに上下方向に配置されて固定されている。

次に、上述した本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を説明する。
燃料タンク３０内の燃料は、燃料タンク３０の下部に設置した燃料サクションポートから各エンジン２４に供給される。右側のエンジン２４からの戻り燃料は、戻り燃料用入口配管３７を通して熱交換器３６Ａに流入する。この熱交換器３６Ａに流入した右側のエンジン２４からの戻り燃料は、冷却ファン３４Ａで生起される冷却風を受けて冷却された後、更に、連結管４１によって熱交換器３６Ｂに流入する。この熱交換器３６Ｂは、左側のエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇分を燃料タンク３０内で相殺するように、右側のエンジン２４からの戻り燃料を更に冷却する。

この冷却された戻り燃料は、戻り燃料用出口配管３８によって燃料タンク３０に戻される。一方、左側のエンジン２４からの戻り燃料は、戻り燃料配管３９によって燃料タンク３０に直接戻される。左側のエンジン２４からの戻り燃料は、熱交換器を通していないため、温度上昇した状態で、戻り燃料配管３９によって燃料タンク３０に直接戻されるが、燃料タンク３０には、熱交換器３６によって左側のエンジン２４からの戻り燃料の上昇分を相殺するように冷却された右側のエンジン２４からの戻り燃料が戻されている。

このため、左側のエンジン２４からの戻り燃料は、燃料タンク３０内で、前述した燃料熱交換器３６で冷却されて、燃料タンク３０に戻された戻り燃料と混合されて冷却される。これにより、各エンジン２４に供給される燃料の温度上昇を抑えることができ、排ガス対策にも貢献することができる。

上述した本発明の実施の形態によれば、複数のエンジンを搭載する建設機械におけるエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇を、少ない部品点数で抑えることができるので、製品原価及びそのメンテナンスに関わるコストを低減することができ。また、燃料冷却用の熱交換器は１つで良いので、建設機械本体上への機器配置の自由度が増し、レイアウト設計を簡略化することができる。

図５は本発明の燃料冷却装置の他の実施の形態を示すもので、この図において、図４と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その詳細な説明を省略するが、この実施の形態は、図４に示す上下に配置した熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとを、連結管４１Ａ，４１Ｂによって、並列に連結したものである。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様に、複数のエンジンを搭載する建設機械におけるエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇を、少ない部品点数に抑えることができるので、製品原価及びそのメンテナンスに関わるコストを低減することができ。また、燃料冷却用の熱交換器は１つで良いので、建設機械本体上への機器配置の自由度が増し、レイアウト設計を簡略化することができる。

図６は、本発明の燃料冷却装置の更に他の実施の形態を示すもので、この図において、図４と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その詳細な説明を省略するが、この実施の形態は、図４に示す熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとを前後方向に並設し、熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとを、図４と同様に熱交換器３６Ａの出口と熱交換器３６Ｂの入口を連結する連結管４１によって、直列に連結したものである。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、この部分の高さ制限を要求される場合に有効である。

図７は、本発明の燃料冷却装置の他の実施の形態を示すもので、この図において、図５及び図６と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その詳細な説明を省略するが、この実施の形態は、熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとを図６に示すように前後方向に並設し、熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとを、図５と同様に連結管４１Ａ，４１Ｂによって、並列に連結したものである。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、この部分の高さ制限を要求される場合に有効である。

図８は、本発明の燃料冷却装置の更に他の実施の形態を示すもので、この図において、図１乃至図７と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その詳細な説明を省略するが、この実施の形態は、図４に示す熱交換器３６Ａと熱交換器３６Ｂとを一体にし、１つの熱交換器に構成したものである。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様に、複数のエンジンを搭載する建設機械におけるエンジン２４からの戻り燃料の温度上昇を、少ない部品点数で抑えることができるので、製品原価及びそのメンテナンスに関わるコストを低減することができ。また、燃料冷却用の熱交換器は１つで良いので、建設機械本体上への機器配置の自由度が増し、レイアウト設計を簡略化することができる。また、熱交換器が１つとなるので、その固定部品を削減することができる。

本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械の左側面図である。 本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械の右側面図である。 図１に示す本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を備えた建設機械における旋回体の平面図である。 本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を構成する熱交換器の一例を示す正面図である。 本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を構成する熱交換器の他の例を示す正面図である。 本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を構成する熱交換器の更に他の例を示す正面図である。 本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を構成する熱交換器の他の例を示す正面図である。 本発明の燃料冷却装置の一実施の形態を構成する熱交換器の更に他の例を示す正面図である。

符号の説明

１ 大型の油圧ショベル
２ 無限軌道履帯
３ 走行体
４ 旋回体
５ 旋回フレーム
６ 多関節型のフロント装置
７ 運転室
８ 運転室ベッド
９ 機械室
２２ 左側建屋
２３ 右側建屋
２４ エンジン
２７ 油圧ポンプ
２８ 減速機
３０ 燃料タンク
３１ 作動油タンク
３３Ａ〜３４Ｃ 作動油熱交換器
３４Ａ〜３４Ｃ 冷却ファン
３５Ａ，３５Ｂ 減速機油熱交換器
３６ 燃料熱交換器
３６Ａ，３６Ｂ 燃料熱交換器
３７ 戻り燃料用入口配管
３８ 戻り燃料用出口配管
３９ 戻り燃料配管
４０ 燃料供給配管

Claims (6)

1. 旋回体上に載置された少なくとも２つのエンジンと、これらのエンジンに供給される燃料を備蓄した燃料タンクとを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、
   前記一方のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第１の燃料戻し管と、
   前記他方のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第２の燃料戻し管と、
   前記第１もしくは第２の燃料戻し管のいずれか一方の管の途中に設けられ、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器と、
   を備えたことを特徴とする建設機械の燃料冷却装置。
2. 旋回体上の右及び左側後方部にそれぞれ載置された第１及び第２のエンジンと、前記旋回体上にける前記第１のエンジンと第２のエンジン間に載置された燃料タンクと、前記旋回体上の右側前方部に配置された冷却ファン付の作動油クーラとを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、
   前記第１のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第１の燃料戻し管と、
   前記第２のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第２の燃料戻し管と、
   前記第１もしくは第２の燃料戻し管のいずれか一方の管の途中でかつ前記作動油クーラ部分に配置され、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器と、
   を備えたことを特徴とする建設機械の燃料冷却装置。
3. 旋回体上の右及び左側後方部にそれぞれ載置された第１及び第２のエンジンと、前記旋回体上にける前記第１のエンジンと第２のエンジン間に載置された燃料タンクと、前記旋回体上の右側前方部に配置した作動油クーラとを備えた建設機械の燃料冷却装置であって、
   前記第１のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第１の燃料戻し管と、
   前記第２のエンジンからの余剰燃料を前記燃料タンク側に戻す第２の燃料戻し管と、
   前記第１の燃料戻し管の途中でかつ前記作動油クーラ部分に配置され、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分の熱交換容量を有する熱交換器と、
   を備えたことを特徴とする建設機械の燃料冷却装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の建設機械の燃料冷却装置において、
   前記熱交換器は、前記第１及び第２の燃料戻し管中の燃料温度相当分を熱交換する冷却表面積を有することを特徴とする建設機械の燃料冷却装置。
5. 請求項４に記載の建設機械の燃料冷却装置において、
   前記熱交換器は、少なくとも２つの熱交換器を備え、並列又は直列に連結されていることを特徴とする建設機械の燃料冷却装置。
6. 請求項４に記載の建設機械の燃料冷却装置において、
   前記熱交換器は、１つの熱交換器であることを特徴とする建設機械の燃料冷却装置。

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