JP2019173389A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン室内のファンの翼端付近の圧力変動を抑制でき、ファンの効率を向上できるショベルを提供する。【解決手段】ショベルは、エンジン１１と、エンジン１１により駆動されるファン１７と、ファン１７を挟んでエンジン１１と反対側に配置されるラジエータ７２と、ラジエータ７２とエンジン１１との間に配置され、ファン１７の回転により発生し、上流側のラジエータ７２を通過した冷却風Ｗを下流側のエンジン１１へ導くシュラウド７３と、シュラウド７３の下流側に設けられ、冷却風Ｗを下流側に導く環状のリップ７４と、を備え、リップ７４は、冷却風Ｗの下流側に向けて裾広がりになるように形成される。【選択図】図３

Description

本開示は、ショベルに関する。

特許文献１には、ショベルのエンジン室に設けられるラジエータと、ラジエータと冷却用のファンとの間に設けられ、エンジン室内へ冷却風を導くシュラウドと、シュラウドのエンジン側の端部からファンの形状に合わせて冷却風の流れ方向に突出する円筒状のリップとを備える構成が開示されている。リップは、ファンの特性に合わせて、ファンの風流れを誘導するために設けられている。ファンの風流れを誘導することで、ファンの効率を上げている。

特開２００５−１４７４２８号公報

ここで、ファンの翼端付近の冷却風がファンの軸中心から離れる方向（遠心方向）に向かう流れとなる。特許文献１などに記載される従来の構成では、リップはシュラウドからファンの回転軸と平行になるように延出した形状のため、ファンの翼端付近の冷却風がリップに衝突してしまう。リップへ衝突した冷却風の流れは上流側へ流れ逆流してしまう。このような翼端付近の冷却風の逆流は、圧力変動を生じさせてしまう。この圧力変動が原因で、ファンの効率が悪くなる場合がある。

本開示は、ファンの効率を向上できるショベルを提供することを目的とする。

本発明の実施形態の一観点に係るショベルは、エンジンと、前記エンジンにより駆動されるファンと、前記ファンを挟んで前記エンジンと反対側に配置されるラジエータと、前記ラジエータと前記エンジンとの間に配置され、前記ファンの回転により発生し、上流側の前記ラジエータを通過した冷却風を下流側の前記エンジンへ導くシュラウドと、前記シュラウドの下流側に設けられ、前記冷却風を下流側に導く環状のリップと、を備え、前記リップは、前記冷却風の下流側に向けて裾広がりになるように形成される。

本開示によれば、ファンの効率を向上できるショベルを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。 上部旋回体の概略構成を示す平面図である。 エンジン室の内部を後方側から視たときのエンジン室の側面図である。 リップに対するファンのかぶり代の変化に応じた翼端の冷却風の流れを模式的に示す図である。 かぶり代と風量との特性の一例を示す図である。 変形例におけるエンジン室の内部を後方側から視たときのエンジン室の側面図である。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

なお、以下の説明において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに垂直な方向であり、典型的には、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向、Ｚ方向は鉛直方向である。Ｘ方向は、ショベルの前後方向であり、前方側がＸ正方向であり、後方側がＸ負方向である。Ｙ方向は、ショベルの左右幅方向であり、右側がＹ正方向、左側がＹ負方向である。Ｚ方向は、ショベルの高さ方向であり、上側がＺ正方向、下側がＺ負方向である。

最初に、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るショベルの全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。

油圧ショベルは、自走可能なクローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回機構２を介して旋回可能に搭載された上部旋回体３を有している。

上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６により作業アタッチメントが構成される。

ブーム４は、旋回フレーム３１に俯仰動可能に取付けられている。アーム５は、ブーム４の先端側に回動可能に取付けられている。また、バケット６は、アーム５の先端側に回動可能に取付けられている。

ブームシリンダ７は、旋回フレーム３１とブーム４との間に配設されている。このブームシリンダ７により、ブーム４は旋回フレーム３１に対して俯仰動する。アームシリンダ８は、ブーム４とアーム５との間に配設されている。このアームシリンダ８により、アーム５はブーム４に対して回動動作する。更にバケットシリンダ９は、バケット６とアーム５との間に配設されている。このバケットシリンダ９により、バケット６はアーム５に対して回動する。

上部旋回体３は、下部走行体１上に旋回機構２を介して旋回自在に設置されている。この上部旋回体３には、旋回フレーム３１、キャブ１０、カウンタウェイト３２、外装カバー３３、図２を参照して後述するエンジン１１、冷却ユニット７０等が配設されている。

キャブ１０は旋回フレーム３１上に設けられており、その内部には運転席（図示せず）が設けられている。オペレータはキャブ１０内の運転席に着座し、油圧ショベルの運転操作を行う。

カウンタウェイト３２は、作業アタッチメントとの重量バランスをとる機能を奏する。また、外装カバー３３及びエンジンフード３４ａは、エンジン室３４内に配設されたエンジン１１、冷却ユニット７０等を覆う。

図２は上部旋回体３の概略構成を示す平面図である。図３は、エンジン室３４の内部を後方側（Ｘ負方向側）から視たときのエンジン室３４の側面図である。

図２に一点鎖線で示すように、上部旋回体３の後部にはエンジン室３４が形成される。エンジン室３４の上部は、図１に示すようにエンジンフード３４ａにより覆われているが、図２ではエンジン室３４の内部を図示するためにエンジンフード３４ａが取り外された状態が示されている。図３では、エンジン室３４内のファン１７の周囲を透過的に示している。

エンジン室３４の前方右側に、油圧システムで用いられる作動油を貯蔵する作動油タンク３５が配置される。作動油タンク３５の前方に、軽油等のディーゼルエンジン燃料を貯蔵する燃料タンク３６が配置される。燃料タンク３６に貯蔵されたディーゼルエンジン燃料は、燃料供給配管（図示せず）を介してエンジン１１に供給される。

燃料タンク３６の前方に、排ガス処理装置が使用する処理剤（尿素水溶液（液体還元剤））を貯蔵する尿素水タンク３７が配置される。尿素水タンク３７に貯蔵された処理剤は、処理剤供給配管（図示せず）により排ガス処理装置に供給される。なお、尿素水溶液（液体還元剤）は処理剤の一例であり、液体還元剤として他の処理剤を用いたり、他の処理方法を用いて行なう場合もあり得る。

図２に示すように、エンジン室３４の内部には、エンジン１１、油圧ポンプ１４、冷却ユニット７０等が搭載されている。エンジン１１は、図３に示すようにエンジンマウントを介して旋回フレーム３１に固定されている。なお図２、図３には図示しないが、エンジン室３４内には、排ガス処理装置や、エアクリーナ、過給機、等の他の装置も設置されている。

冷却ユニット７０は、エンジン室３４内のエンジン１１及びその他の機器を冷却する。冷却ユニット７０は、エンジン１１の左側（Ｙ負方向側）に設置されている。冷却ユニット７０は、ラジエータ７２、エアコン用コンデンサ８０、燃料クーラ９０等を含む。エアコン用コンデンサ８０及び燃料クーラ９０はラジエータ７２の吸気側（Ｙ負方向側）に取り付けられている。ラジエータ７２の吸気側は、冷却風Ｗの流れに関する上流側を意味する。つまり図３に矢印で示すように、エンジン室３４内では冷却風ＷはＹ負方向側からＹ正方向側へ向けて流れており、Ｙ負方向側（ラジエータ７２側）が上流側、Ｙ正方向側（エンジン１１側）が下流側である。

ラジエータ７２の下流側には、冷却風Ｗを生成するファン１７が設けられている。ファン１７はエンジン１１によって駆動される。この場合、エンジン１１は、ファン１７の回転駆動源として機能する。具体的には、ファン１７の回転軸１７Ｘは、図３に示すようにファンベルト１８を介して、エンジン１１の回転軸１１Ｘに連結されている。ファンベルト１８は、エンジン１１の回転力をファン１７に伝える。ファン１７は、シュラウド７３と、シュラウド７３の端部に取り付けられた筒状のリップ７４により形成される空間に収納されている。

図３に示すように、ファン１７はエンジン１１の上流側に配置される。したがって、ラジエータ７２は、ファン１７を挟んでエンジン１１と反対側に配置されることになる。

シュラウド７３は、ラジエータ７２とエンジン１１との間に配置され、ラジエータ７２の下流側、かつ、ファン１７の上流側の空間を覆うように設けられている。シュラウド７３は、ラジエータ７２の下流側に面する放熱部の外周を覆うように形成される箱状部７３Ａと、この箱状部７３Ａの下流側端部を塞ぐ平板部７３Ｂとを有する。平板部７３Ｂの中央には円形状の下流側開口７３Ｃが形成される。下流側開口７３Ｃの径は、ファン１７より大きく設定されている。

シュラウド７３は、上記構成により、ファン１７によって外部からエンジン室３４内に取り込まれた冷却風Ｗを、ラジエータ７２の全体を偏りなく冷却しながら通過させることができ、さらに、ファン１７の回転により発生して上流側のラジエータ７２を通過した冷却風Ｗを、下流側のエンジン１１へ導くことができる。

シュラウド７３の下流側開口７３Ｃから下流側に突出して環状のリップ７４が形成されている。リップ７４は、シュラウド７３の下流側に設けられ、冷却風Ｗを下流側に導く。リップ７４は、シュラウド７３の下流側開口７３Ｃの全周に亘って設けられる。

図３に示すように、リップ７４は、冷却風Ｗの下流側に向けて裾広がりになるように形成されている。言い換えると、リップ７４は、冷却風Ｗの流れ方向（Ｙ方向）と直交する断面形状が円形であり、冷却風Ｗの下流側に向けて径が大きくなるよう形成されている。本実施形態では、リップ７４は、冷却風Ｗの流れ方向の断面が直線状に形成されている。

ファン１７は、回転中心から遠心方向に延びる複数のブレード１７ａを有する。シュラウド７３の下流側開口７３Ｃとリップ７４は、このファン１７のブレード１７ａの翼端より外周側に配置されるように径が設定されている。

ここで、特許文献１などに記載される従来のリップは、シュラウドの下流側開口から冷却風の風流れ方向に沿って突出して形成されている。ファンのブレードの翼端付近の冷却風は、ファンの軸中心から離れる方向（遠心方向）に向かう流れとなる。このため、従来のリップの形状では、ファンの翼端付近の冷却風がリップに衝突してしまい、リップへ衝突した冷却風の流れは上流側へ流れ逆流してしまう。このような翼端付近の冷却風の逆流は、圧力変動を生じさせてしまう。この圧力変動が原因で、ファンの効率が悪くなる場合がある。

これに対して本実施形態では、上述のようにリップ７４が冷却風Ｗの下流側に向けて裾広がりに形成されるため、ファン１７のブレード１７ａの翼端とリップ７４との距離が、冷却風Ｗの下流側に進むほど広がる。これにより、ファン１７のブレード１７ａの翼端付近の冷却風Ｗがファン１７の軸中心から離れる方向（遠心方向）に流れても、冷却風Ｗの流れ方向とリップ７４の延在方向とが平行になり、リップ７４の裾広がりの方向に沿って下流側に流れやすくできる。したがって、翼端付近の冷却風Ｗがリップ７４に衝突しにくくでき、冷却風Ｗの逆流を低減することが可能となるので、エンジン室３４内のファン１７の翼端付近の圧力変動を抑制でき、ファン１７の効率を向上できる。

また、冷却風Ｗの流れと直交する方向（Ｘ方向またはＺ方向）から視たときに、ブレード１７ａの少なくとも一部が、リップ７４と重なるように配置される。さらに、冷却風Ｗの流れと直交する方向から視たときに、ブレード１７ａの冷却風Ｗの流れ方向に沿った長さのうち１／３〜２／３の部分が、リップ７４と重なるように配置されるのが好ましい。

図４、図５を参照して、上記のリップ７４とブレード１７ａとの位置関係による効果を説明する。図４は、リップ７４に対するファン１７のかぶり代の変化に応じた翼端の冷却風Ｗの流れを模式的に示す図である。図５は、かぶり代と風量との特性の一例を示す図である。ここで「かぶり代」とは、冷却風Ｗの流れと直交する方向（Ｘ方向またはＺ方向）から視たときに、ファン１７のブレード１７ａの冷却風Ｗの流れ方向（Ｙ方向）の全長のうち、リップ７４と重なっている長さの割合を意味する。

図４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれかぶり代が０、１／３、２／３、１、２、−１の場合のリップ７４とファン１７の位置関係を示す。図５の横軸はかぶり代を表し、横軸に記載されている文字ａ〜ｆは、それぞれ図４の（ａ）〜（ｆ）のかぶり代の値に対応する。図５の縦軸は、所定回転数でファン１７が回転する場合のファン１７の下流側の風量を表す。図５中のグラフは、かぶり代に応じた風量の特性を示し、風量が大きいほどファン１７の効率が良いことを表す。

図４（ａ）に示すように、かぶり代が０の場合は、ファン１７のブレード１７ａの下流側端部の位置と、リップ７４の上流側端部の位置とが略同一となる。この場合、ブレード１７ａがリップ７４より上流側にあるので、ブレード１７ａの翼端から径方向外側に流れる冷却風Ｗの一部がシュラウド７３の平板部７３Ｂより上流側に分岐して流れてしまう。このためリップ７４を通って下流側に流れる冷却風Ｗが減少するので、図５に示すように風量は相対的に低下する。

図４（ｂ）に示すように、かぶり代が１／３の場合は、ファン１７のブレード１７ａの下流側端部の位置が、リップ７４の上流側端部の位置より下流側となり、ブレード１７ａの下流側の略１／３の部分がリップ７４と重なっている。この場合、ブレード１７ａの翼端から径方向外側に流れる冷却風Ｗもリップ７４に沿って下流側に流れるので、図５に示すように風量は相対的に増加する。

図４（ｃ）に示すように、かぶり代が２／３の場合は、ファン１７のブレード１７ａの下流側端部の位置が、リップ７４の上流側端部の位置より下流側となり、ブレード１７ａの下流側の略２／３の部分がリップ７４と重なっている。この場合も上記（ｂ）と同様に、ブレード１７ａの翼端から径方向外側に流れる冷却風Ｗもリップ７４に沿って下流側に流れるので、図５に示すように風量は相対的に増加する。

図４（ｄ）に示すように、かぶり代が１の場合は、ファン１７のブレード１７ａの上流側端部の位置が、リップ７４の上流側端部の位置と略同一となり、ブレード１７ａの全体がリップ７４と重なっている。この場合ブレード１７ａの翼端から径方向外側に流れる冷却風Ｗの一部がリップ７４に衝突して上流側に逆流する。このためリップ７４を通って下流側に流れる冷却風Ｗが減少するので、図５に示すように風量は相対的に低下する。

図４（ｅ）に示すように、かぶり代が２の場合は、ファン１７のブレード１７ａの下流側端部の位置が、リップ７４の上流側端部の位置から、ブレード１７ａの幅の２倍の長さだけ下流側に配置される。この場合ブレード１７ａの翼端から径方向外側に流れる冷却風Ｗの一部がリップ７４に衝突して上流側に逆流する。この逆流する冷却風Ｗの量は上記（ｄ）よりも増加する。このためリップ７４を通って下流側に流れる冷却風Ｗは上記（ｄ）より減少するので、図５に示すように風量は上記（ｄ）よりもさらに低下する。

図４（ｆ）に示すように、かぶり代が−１の場合は、ファン１７のブレード１７ａの上流側端部の位置が、リップ７４の上流側端部の位置から、ブレード１７ａの幅の２倍の長さだけ上流側に配置される。この場合ブレード１７ａの翼端から径方向外側に流れる冷却風Ｗの一部がシュラウド７３の平板部７３Ｂより上流側に分岐して流れてしまう。この分岐する冷却風Ｗの量は上記（ａ）よりも増加する。このためリップ７４を通って下流側に流れる冷却風Ｗは上記（ａ）より減少するので、図５に示すように風量は上記（ａ）よりもさらに低下する。

このように、本実施形態では、図４、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、リップ７４に対するブレード１７ａのかぶり代が０〜１の場合、すなわち、ブレード１７ａの少なくとも一部がリップ７４と重なるように配置される場合に、ファン１７からリップ７４を通って下流側に流れる冷却風Ｗの風量が増加でき、ファン１７の効率をさらに向上できる。

また、図４、図５の（ｂ）、（ｃ）に示すように、かぶり代を１／３〜２／３の間とすると、ファン１７からリップ７４を通って下流側に流れる冷却風Ｗの風量をさらに増加でき、ファン１７の効率をより一層向上できる。

また、リップ７４の形状は、冷却風Ｗの下流側に向けて裾広がりになるように形成されるが、特に冷却風Ｗの流れ方向の断面が直線状となるように形成すると、リップ７４の加工が容易となり、製造コストを低減できる。

また、図３に示すように、リップ７４はシュラウド７３の下流側開口７３Ｃの全周に亘って設けられる。つまりリップ７４はシュラウド７３に直接固定される。これにより、リップ７４とシュラウド７３との隙間を無くし、ラジエータ７２を通過した冷却風Ｗをリップ７４に導入しやすくできる。ここで、例えば、リップ７４は、溶接等を用いてシュラウド７３の下流側開口７３Ｃに固定される。

次に図６を参照して変形例を説明する。図６は、変形例におけるエンジン室３４の内部を後方側（Ｘ負方向側）から視たときのエンジン室３４の側面図である。図６に示すように、リップ７４は、エンジン１１に連結固定することもできる。この場合、エンジン１１にブラケット７５Ｕ，７５Ｄを取付け、このブラケット７５Ｕ，７５Ｄの上流側端部にリップ７４の下流側端部が取り付けられる。リップ７４の上流側端部と、シュラウド７３の下流側開口７３Ｃとの間は例えばシールクッション７６などで封止される。

図６に示す構成でも、上記実施形態と同様にリップ７４の形状をとり、また、ファン１７とリップ７４との位置関係をかぶり代が有るように調整することによって、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

上記実施形態では、リップ７４は、冷却風Ｗの流れ方向に沿った断面が直線状に形成される構成を例示したが、リップ７４は冷却風Ｗの下流側に向けて裾広がりになるように形成されればよく、冷却風Ｗの流れ方向に沿った断面が曲線状でもよい。また、リップ７４は環状であればよく、冷却風Ｗの流れ方向と直交する断面形状は円形以外でもよい。

１１ エンジン
１７ ファン
１７ａ ブレード
７２ ラジエータ
７３ シュラウド
７３Ｃ 下流側開口
７４ リップ
Ｗ 冷却風

Claims (7)

1. エンジンと、
   前記エンジンにより駆動されるファンと、
   前記ファンを挟んで前記エンジンと反対側に配置されるラジエータと、
   前記ラジエータと前記エンジンとの間に配置され、前記ファンの回転により発生し、上流側の前記ラジエータを通過した冷却風を下流側の前記エンジンへ導くシュラウドと、
   前記シュラウドの下流側に設けられ、前記冷却風を下流側に導く環状のリップと、
   を備え、
   前記リップは、前記冷却風の下流側に向けて裾広がりになるように形成される、
   ショベル。
2. 前記リップは、前記冷却風の流れ方向と直交する断面形状が円形であり、前記冷却風の下流側に向けて径が大きくなるよう形成される、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記ファンは複数のブレードを有し、
   前記リップは前記複数のブレードの外周側に配置され、
   前記冷却風の流れと直交する方向から視たときに、前記ブレードの少なくとも一部が前記リップと重なるように配置される、
   請求項１または２に記載のショベル。
4. 前記冷却風の流れと直交する方向から視たときに、前記ブレードの前記冷却風の流れ方向に沿った長さのうち１／３〜２／３の部分が前記リップと重なるように配置される、
   請求項３に記載のショベル。
5. 前記リップは、前記冷却風の流れ方向に沿った断面が直線状に形成される、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のショベル。
6. 前記リップは、前記シュラウドの下流側開口の全周に亘って設けられる、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のショベル。
7. 前記リップは、前記エンジンに連結固定される、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のショベル。

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