JP2017227158A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンの低騒音化を図ることができるエンジン装置を提供する。【解決手段】エンジン装置は、エンジン１１と、ラジエータ１３と、ラジエータファン１２とをボンネットに収納している。ラジエータファン１２を通ってラジエータ１３に至る通風経路に沿う方向を流路方向Ｘとし、流路方向Ｘと直交する方向を幅方向Ｗとしたとき、ラジエータファン１２の軸心１２ａと交差する鉛直面に対して、通風経路を幅方向Ｗで２つの領域に分けた際、通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされている。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンと、熱交換器と、熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置に関する。

従来、油圧ショベル等の掘削機（建設機械）では、ファンを用いた換気によって、エンジンを冷却していた。そして、水冷式のエンジンを適用した建設機械では、ラジエータが搭載されており、ラジエータの冷却効率の向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３３８６６５２号公報

特許文献１に記載の建設機械のラジエータ装置では、エンジンを覆う機体カバーに形成された排気部からラジエータからの通過風を吐き出す構成とされている。ラジエータの近傍には、前方側に拡開された風案内壁部を設けて、通過風を円滑に案内する構成とされている。

ところで、上述したラジエータ装置では、通過風の流れが阻害されることで生じた乱気流に対処しているだけで、通過風が通過する面内での風量、風速の偏りが考慮されておらず、これによって生じる騒音に対しては、有効な対策とされていない可能性がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ファンを通る風の速度分布を均一にし、ファンの低騒音化を図ることができるエンジン装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエンジン装置は、エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、前記エンジンによって駆動される油圧装置と、前記油圧装置の作動オイルを冷却する冷却部とを備え、前記冷却部は、前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域の側に偏心配置されていることを特徴とする。

本発明に係るエンジン装置は、エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、前記熱交換器の前記流路方向での厚さは、前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域の側で厚く形成されていることを特徴とする。

本発明に係るエンジン装置は、エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の大きい領域に面する位置に補助吸気口が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るエンジン装置では、前記補助吸気口は、前記ボンネットに設けられた開口部と、前記通風経路に面して設けられた供給口と、前記開口部から前記供給口まで延伸された吸気側壁とを備えた構成としてもよい。

本発明に係るエンジン装置では、前記供給口に対向して立設された防音壁が設けられている構成としてもよい。

本発明に係るエンジン装置では、前記吸気側壁は、前記開口部が開口している方向に対し、屈曲して形成されている構成としてもよい。

本発明に係るエンジン装置は、エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域の側から他方の領域の側へ導風する導風経路が設けられていることを特徴とする。

本発明によると、風が流路抵抗の大きい方へ流れるように導くことで、熱交換ファンを通る風の速度分布を均一にし、熱交換ファンの低騒音化を図ることができる。

エンジン装置を備えた掘削機の概略構成を示す側面図である。 図１に示す掘削機の上面図である。 ボンネットの内部を示す概略断面図である。 従来のラジエータファン近傍の通風経路を説明する拡大説明図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。 本発明の第４実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。 本発明の第５実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。 従来のラジエータファン近傍とブーム側吸気口からの流路とを示す説明図である。 本発明の第６実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係るエンジン装置について、図面を参照して説明する。

図１は、エンジン装置を備えた掘削機の概略構成を示す側面図であって、図２は、図１に示す掘削機の上面図である。

掘削機１は、バックホーとも呼ばれる建設機械であって、クローラ２、ボンネット３、旋回軸４、座席５、ブーム６、および排土板７を備えた構成とされている。掘削機１は、クローラ２によって移動する構成とされており、クローラ２の上に設けられたボンネット３は、旋回軸４を中心に旋回可能に軸支されている。２つ並べて設けられたクローラ２の間には、排土板７が設けられている。座席５は、ボンネット３の上面に設けられ、ユーザがボンネット３の一側面側（図１では、左方）を向いて着席し、操縦するように構成されている。なお、以下では説明のため、座席５が向けられている方向を前方側（図２では、上方）と呼び、反対側を後方側（図２では、下方）と呼ぶことがある。図１では、排土板７がボンネット３の後方側に向いているが、ボンネット３を旋回させることで、排土板７をボンネット３の前方側に向けることができる。

ブーム６は、ボンネット３の前面側に取り付けられ、アーム６ａの先端にバケット６ｂが設けられている。アーム６ａは、複数の節部に分割されており、シリンダーおよびピストンによって、節部を揺動させることで、バケット６ｂを上下に移動させたり、回動させたりすることができる。すなわち、掘削機１では、ブーム６を前方に向かって伸ばし、バケット６ｂを回動させることで地面の土等をバケット６ｂに掻き入れることができる。

座席５とブーム６とは、それぞれ異なる側面寄りに配置されており、図２に示すように、座席５が左側面寄り（図２では、左方）に設けられ、ブーム６が右側面寄り（図２では、右方）に設けられている。

図３は、ボンネットの内部を示す概略断面図である。

図３は、ボンネット３の内部を上面視した状態であって、水平方向に平行な面でのボンネット３の断面を示しており、ボンネット３の前面は、図面の上方を向いている。ボンネット３の内部には、エンジン１１、ラジエータファン１２（熱交換ファンの一例）、ラジエータ１３（熱交換器の一例）、オイルクーラ１４（冷却部の一例）、油圧装置１０、およびコントロールバルブ１７などが収納されている。

ボンネット３の中心には、旋回軸４が位置しており、旋回軸４を囲むように設けられた筐体壁３ｄが前面から延伸されている。つまり、ボンネット３の内部の空間は、前方側が筐体壁３ｄによって左右に分断されており、後方側に設けられたエンジン１１近傍で繋がっている。ボンネット３の前面には、２つの開口部が設けられており、筐体壁３ｄよりも左側面寄りに配置されたキャビン側吸気口３ａと、筐体壁３ｄよりも右側面寄りに配置されたブーム側吸気口３ｂとを備えている。

また、ボンネット３の右後方側面には、開口部（排気口３ｃ）が設けられている。排気口３ｃの近傍には、排気口３ｃに向かって風を吐き出すラジエータファン１２が設けられ、ラジエータファン１２と排気口３ｃとの間には、ラジエータ１３とオイルクーラ１４とが配置されている。エンジン１１は、ボンネット３内の後部中央に配置されている。ラジエータファン１２は、エンジン１１の右側方に配置され、油圧装置１０は、エンジン１１の左側方に配置されている。コントロールバルブ１７は、キャビン側吸気口３ａに面し、筐体壁３ｄの左側方に配置されている。なお、ボンネット３内の前部右方には、ブーム６の駆動源などの構造物が適宜収納されている。

上述した構成では、ラジエータファン１２によって、ボンネット３の内部を通る風を生じさせており、キャビン側吸気口３ａおよびブーム側吸気口３ｂから空気を取りこみ、排気口３ｃから空気を排気している。ここで、ラジエータファン１２までの流路を比較すると、キャビン側吸気口３ａからラジエータファン１２までの流路では、コントロールバルブ１７、油圧装置１０、およびエンジン１１といった障害物が存在し、距離が長いので、風が通り辛い。これに対し、ブーム側吸気口３ｂからラジエータファン１２までの流路では、障害が少ないので、キャビン側よりも風量が多くなる。その結果、ボンネット３内での配置によって、ラジエータファン１２を通る風には、偏りが生じているので、図４を参照して詳細に説明する。

なお、本実施の形態では、エンジン１１などを冷却するために、熱交換器であるラジエータ１３を用いたり、冷却部であるオイルクーラ１４を用いたりしたが、これに限定されず、エアコンコンデンサやインタークーラを用いてもよい。

図４は、従来のラジエータファン近傍の通風経路を説明する拡大説明図である。

図４は、図３のラジエータファン１２近傍を拡大して示している。ラジエータファン１２は、エンジン１１の出力軸１１ａに軸心１２ａが繋がっており、エンジン１１の出力によって直接駆動される。ラジエータ１３およびオイルクーラ１４は、開口部にラジエータファン１２が設けられたシュラウド１５によって覆われている。つまり、ラジエータファン１２から吐き出された風は、シュラウド１５によって、ラジエータ１３およびオイルクーラ１４へ向かうように導かれる構成とされている。以下では説明のため、ラジエータファン１２を通ってラジエータ１３に至る流路を通風経路とし、通風経路に沿う方向を流路方向Ｘと呼び、流路方向Ｘと直交する方向を幅方向Ｗと呼ぶ。また、幅方向Ｗのうち、ラジエータファン１２を基準として、ブーム側吸気口３ｂに近い側（前方側）を第１幅方向Ｗ１と呼び、反対側（後方側）を第２幅方向Ｗ２と呼ぶことがある。

上述したように、ラジエータファン１２の軸心１２ａと交差する鉛直面に対して、通風経路を幅方向Ｗで２つの領域に分けた際、通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされている。以下では説明のため、通風経路のうち、軸心１２ａよりも第１幅方向Ｗ１の側を第１領域ＴＫ１と呼び、軸心１２ａよりも第２幅方向Ｗ２の側を第２領域ＴＫ２と呼ぶことがある。具体的に、通風経路においては、ブーム側吸気口３ｂからの風を取りこみやすい第１領域ＴＫ１の風量が多くなり、第２領域ＴＫ２では、エンジン１１を回り込んでから風を取り込むので、風量が少なくなる。図４に示す矢符Ｆ１は、風の流れを示しており、矢符が長くなるほど、風量や風速が大きいことを表している。すなわち、ラジエータファン１２近傍での配置や、流路の構成などによって流路抵抗が決定されており、流路抵抗の違いで風量に差が生じている。図４に示す構造では、第１領域ＴＫ１の流路抵抗が小さく、第２領域ＴＫ２の流路抵抗が大きい。このように、ラジエータファン１２入口での速度分布が不均一になることで、騒音などを生じさせる要因となっていた。こうした騒音を抑制する構成について、図面を参照して説明する。

図５は、本発明の第１実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。

図５は、ラジエータファン１２近傍を拡大して示している。本発明の第１実施形態に係るエンジン装置は、エンジン１１と、ラジエータ１３と、エンジン１１の出力軸１１ａによって駆動されるラジエータファン１２とをボンネット３に収納した構成とされている。図５に示す構造では、オイルクーラ１４が、幅方向Ｗでラジエータファン１２の軸心１２ａを中心とした位置に配置されていたが、本実施の形態において、オイルクーラ１４は、第１幅方向Ｗ１側に偏って配置されている。すなわち、オイルクーラ１４は、通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域（第１領域ＴＫ１）の側に偏心配置されている。その結果、第１領域ＴＫ１の流路抵抗が大きくなるので、ラジエータファン１２を通る風は、矢符Ｆ２に示すように、第１領域ＴＫ１と第２領域ＴＫ２とで略均一とされる。このように、オイルクーラ１４を偏心配置することで、第１領域ＴＫ１よりも第２領域ＴＫ２に風が流れ込みやすくなり、流路抵抗の偏りを緩和することができる。したがって、風が流路抵抗の大きい方へ流れるように導くことで、ラジエータファン１２を通る風の速度分布を均一にし、ラジエータファン１２の低騒音化を図ることができる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。なお、第１実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６は、ラジエータファン１２近傍を拡大して示している。第２実施形態は、図４に示す構成に対して、ラジエータ１３の構造が異なっている。具体的に、ラジエータ１３の流路方向Ｘでの厚さは、通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域（第１領域ＴＫ１）の側で厚く形成されている。つまり、ラジエータ１３は、第１領域ＴＫ１に対応する部分に厚く形成された抵抗部１３ａが設けられている。抵抗部１３ａを設けることで、第１領域ＴＫ１の流路抵抗を調整し、風量の偏りを緩和することができる。その結果、ラジエータファン１２を通る風は、矢符Ｆ３に示すように、第１領域ＴＫ１と第２領域ＴＫ２とで略均一とされる。

図７は、本発明の第３実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。なお、第１実施形態および第２実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７は、ラジエータファン１２近傍とボンネット３の一部とを拡大して示している。第３実施形態は、図４に示す構成に対して、ボンネット３に補助吸気口１８が設けられている点で異なる。補助吸気口１８は、ボンネット３後部のラジエータファン１２近傍に設けられ、第２領域ＴＫ２に面しており、ボンネット３外部の空気を取り込んで、ラジエータファン１２に導く。具体的に、補助吸気口１８は、ボンネット３に設けられた開口部１８ａと、通風経路に面して設けられた供給口１８ｂと、開口部１８ａから供給口１８ｂまで延伸された吸気側壁１８ｃとを備えた構成とされている。このように、補助吸気口１８を設けることで、ボンネット３の外部から内部へ風を取り込み、確実に通風経路に導くことができる。また、矢符Ｆ４に示すように、特に、第２領域ＴＫ２への風量を増やすことで、流路抵抗の偏りを緩和することができる。

図８は、本発明の第４実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。なお、第１実施形態ないし第３実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８は、ラジエータファン１２近傍とボンネット３の一部とを拡大して示している。第４実施形態は、第３実施形態に対して、供給口１８ｂに対向して立設された防音壁１９が設けられている点で異なる。防音壁１９は、供給口１８ｂから離間して設けられており、供給口１８ｂとの間に隙間ができている。本実施の形態において、補助吸気口１８から取り込まれた風は、矢符Ｆ５に示すように、防音壁１９で一旦遮られた後、防音壁１９を回り込んでからラジエータファン１２へ向かう。したがって、防音壁１９を設けてボンネット３を間接的に開口させることで、補助吸気口１８を通じてボンネット３の外部に漏れる音を、抑制することができる。

図９は、本発明の第５実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。なお、第１実施形態ないし第４実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９は、ラジエータファン１２近傍とボンネット３の一部とを拡大して示している。第５実施形態は、第３実施形態に対して、吸気側壁１８ｃが屈曲して形成されている点で異なる。本実施の形態において、吸気側壁１８ｃは、開口部１８ａが開口している方向に対し、屈曲して形成されている。図９に示す構造では、開口部１８ａが後方に向かって開口しており、吸気側壁１８ｃが流路方向Ｘに沿って延伸され、供給口１８ｂが前方に向かって開口している。つまり、開口部１８ａと供給口１８ｂとがオフセットされた構造として、矢符Ｆ６に示すように、吸気側壁１８ｃを通る際に、風の向きが変わるようにしている。そして、補助吸気口１８を直線的に開口させずに屈曲させることで、吸気側壁１８ｃによって音波を遮り、補助吸気口１８を通じてボンネット３の外部に漏れる音を、抑制することができる。

図１０は、従来のラジエータファン近傍とブーム側吸気口からの流路とを示す説明図である。

ボンネット３の内部には、取り込んだ空気を導くための隔壁２０が設けられている。図１０に示す構造において、ブーム側吸気口３ｂに繋がる隔壁２０は、第１領域ＴＫ１に面したラジエータファン１２近傍で開口している。その結果、ブーム側吸気口３ｂから取り込まれた空気は、矢符Ｆ７に示すように、第１領域ＴＫ１に多く流れ込み、第２領域ＴＫ２に供給される風量が少なくなる。なお、図１０に示す構成では、オイルクーラ１４および油圧装置１０を備えていないが、エンジン装置にオイルクーラ１４および油圧装置１０を取り入れるかどうかは、適宜設定することができる。

図１１は、本発明の第６実施形態に係るエンジン装置を示す拡大説明図である。なお、第１実施形態ないし第５実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

第６実施形態は、図１０に示す構成に対して、隔壁２０の換わりに、導風経路２１を備えている点で異なる。導風経路２１は、第１領域ＴＫ１から第２領域ＴＫ２へ風を導いている。具体的に、導風経路２１は、隔壁２０と同様にブーム側吸気口３ｂに繋がっており、第１領域ＴＫ１に面する先端が、流路方向Ｘの上流側へ傾斜している。その結果、ブーム側吸気口３ｂから取り込まれた空気は、矢符Ｆ８に示すように、ラジエータファン１２から離間する方向へ、一旦排気される。その後、ラジエータファン１２に吸引されることで、一部がエンジン１１を回り込むように導かれ、図１０に示す構成よりも第２領域ＴＫ２に供給される風量が多くなる。このように、導風経路２１を設けて風を送り込むことで、流路抵抗の偏りを緩和することができる。

なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

１ 掘削機
３ ボンネット
３ａ キャビン側吸気口
３ｂ ブーム側吸気口
３ｃ 排気口
３ｄ 筐体壁
１０ 油圧装置
１１ エンジン
１１ａ 出力軸
１２ ラジエータファン（熱交換ファンの一例）
１２ａ 軸心
１３ ラジエータ（熱交換器の一例）
１４ オイルクーラ（冷却部の一例）
１５ シュラウド
１７ コントロールバルブ
１８ 補助吸気口
１９ 防音壁
２１ 導風経路
ＴＫ１ 第１領域（通風経路の一部）
ＴＫ２ 第２領域（通風経路の一部）
Ｗ 幅方向
Ｘ 流路方向

Claims (7)

1. エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、
   前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、
   前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、
   前記エンジンによって駆動される油圧装置と、
   前記油圧装置の作動オイルを冷却する冷却部とを備え、
   前記冷却部は、前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域の側に偏心配置されていること
   を特徴とするエンジン装置。
2. エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、
   前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、
   前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、
   前記熱交換器の前記流路方向での厚さは、前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域の側で厚く形成されていること
   を特徴とするエンジン装置。
3. エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、
   前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、
   前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、
   前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の大きい領域に面する位置に補助吸気口が設けられていること
   を特徴とするエンジン装置。
4. 請求項３に記載のエンジン装置であって、
   前記補助吸気口は、前記ボンネットに設けられた開口部と、前記通風経路に面して設けられた供給口と、前記開口部から前記供給口まで延伸された吸気側壁とを備えた構成とされていること
   を特徴とするエンジン装置。
5. 請求項４に記載のエンジン装置であって、
   前記供給口に対向して立設された防音壁が設けられていること
   を特徴とするエンジン装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のエンジン装置であって、
   前記吸気側壁は、前記開口部が開口している方向に対し、屈曲して形成されていること
   を特徴とするエンジン装置。
7. エンジンと、熱交換器と、前記エンジンの出力軸によって駆動される熱交換ファンとをボンネットに収納したエンジン装置であって、
   前記熱交換ファンを通って前記熱交換器に至る通風経路に沿う方向を流路方向とし、前記流路方向と直交する方向を幅方向としたとき、
   前記熱交換ファンの軸心と交差する鉛直面に対して、前記通風経路を前記幅方向で２つの領域に分けた際、前記通風経路の２つの領域は、互いに流路抵抗が異なる構成とされ、
   前記通風経路の２つの領域のうち、流路抵抗の小さい領域の側から他方の領域の側へ導風する導風経路が設けられていること
   を特徴とするエンジン装置。

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