JP3606174B2 - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルやラフテレーンクレーン等の建設機械におけるエンジンルームの冷却装置に関し、特に、押し込み式軸流ファンを用いて放熱機器を冷却する建設機械の冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、図4に示すように、下部走行体40上に上部旋回体41を旋回自在に搭載した油圧ショベルでは、上部旋回体41の前方に操縦室であるキャビン42が配置され、後部にエンジンルーム43が配置されている。
【0003】
このエンジンルーム43内の放熱機器を、押し込み式軸流ファン(以下、冷却ファンと呼ぶ)44を用いて冷却する冷却装置では、エンジン45によって回転駆動する冷却ファン44の下流側に、放熱機器であるオイルクーラ46、ラジエータ47が配設されており、冷却ファン44からの冷却風をそのオイルクーラ46,ラジエータ47に案内するための角筒状のファンシュラウド48が設けられている。
【0004】
このような冷却装置において、冷却ファン44が回転駆動すると、エンジンカバー49の吸気口49aからエンジンルーム50内に外気が取り込まれ、エンジン45等を冷却した後、冷却ファン44を通過した冷却風はファンシュラウド48を通じてオイルクーラ46、ラジエータ47に導入され、順次、熱交換が行われる。
【0005】
熱交換によって昇温した温風はエンジンカバー49の側面に設けられた排気口49bから外部に放出される。なお、図中51は、ラジエータ47を通過した温風を排気口49bに導くためのダクトである。
【0006】
上記冷却装置におけるファンシュラウド48は、冷却ファン44から送出される冷却風を効率良く放熱機器46,47に案内できるよう、一方端はラジエータ47のコア面(放熱面)から角筒状に延設され、他方端は、冷却ファン44のファン翼外周部分を取り囲み且つ冷却ファン44の軸方向においてそのファン翼の一部を覆うようになっている。
【0007】
図5は上記冷却ファン44と放熱機器46,47の配置を拡大して示したものである。同図において、ファンシュラウド48は、鋼板をプレス加工することにより、或いは複数の鋼板片を溶接することにより箱状に成形されており、ファンシュラウド48の前側壁面48aに、冷却ファン44を挿通し得る円形開口48bが形成されている。なお、油圧ショベルは通常、走行停止状態で掘削等の作業を行なうことから、エンジンルーム内の昇温が著しい。従って熱変形を防止する意味でファンシュラウド48の材質に熱変形の生じない鋼板が選択され、加工が容易であることから箱状に成形されるようになっている。また、ファンシュラウド底面の一部は、外観上の見栄えを良くすることとメンテナンス性の向上を図る目的で傾斜面48cに形成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の冷却装置では、冷却ファン44から発生する冷却風において冷却ファン半径方向の速度成分はファン翼端に近づくほど大きく、冷却ファン軸方向についてはラジエータ47及びオイルクーラ46のコア面が重なっているため速度分布が発生する。さらに、冷却ファン44と放熱機器46,47との配置にも影響されて冷却ファン44を通過した冷却風は、一様に流れず放熱機器の放熱効率を低下させている。
【0009】
また、箱形ファンシュラウド40ではその隅部において冷却風が乱流状態で滞留し、冷却効率の低下のみならず騒音発生の原因にもなっている。
【0010】
本発明は以上のような従来の建設機械における冷却装置の課題を考慮してなされたものであり、第一の目的は、冷却風の速度ムラをなくして放熱機器の冷却効率を高めることにあり、第二の目的は、ファンシュラウド内の乱流を防止して騒音の発生を抑制することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の本発明は、軸流ファンの送風下流側に放熱機器を配置し、放熱機器のコア面から角筒状に延設されたファンシュラウドを通じて上記軸流ファンの冷却風を取り入れるように構成された建設機械の冷却装置において、軸流ファンのための開口が形成されているファンシュラウド前板とファンシュラウド上板とファンシュラウド側板とが接続されている角部およびファンシュラウド前板とファンシュラウド下板とファンシュラウド側板とが接続されている角部のすべてに、軸流ファンから半径方向に放出される冷却風の流れを上記放熱機器の放熱面に向ける傾斜面を設けてなる建設機械の冷却装置である。
【0012】
しかも、この請求項1の本発明は、上記傾斜面が、上記ファンシュラウドにおける軸流ファン側各角部を三角形に切り落とす形状に形成されているものである。
【0013】
請求項の本発明は、上記放熱機器が、ラジエータとそのラジエータの送風上流側に配置されるオイルクーラとからなる建設機械の冷却装置である。
【0014】
請求項の本発明は、上記ファンシュラウド内壁面に吸音材が貼設されている建設機械の冷却装置である。
【0015】
請求項1の本発明に従えば、軸流ファンが回転駆動すると、軸流ファンから送出される冷却風がファンシュラウド内を流れて放熱機器と接触し、熱交換が行われる。冷却ファンから送出される旋回流の一部は、冷却ファンの半径方向に向けて流れるが、軸流ファンのための開口が形成されているファンシュラウド前板とファンシュラウド上板とファンシュラウド側板とが接続されている角部およびファンシュラウド前板とファンシュラウド下板とファンシュラウド側板とが接続されている角部に形成された傾斜面に沿って流れ、旋回エネルギーを失うことなく放熱機器に導入される。それにより、従来、ファンシュラウド内の角部で乱流を発生し滞留していた冷却風の流れを解消することができ、しかも整流された冷却風として放熱機器に導入することができるため、放熱効率を向上させることができる。
【0016】
しかも、上記ファンシュラウドにおける軸流ファン側各角部それぞれに三角形からなる傾斜面を形成したため、軸流ファン旋回成分についてその運動量を失うことなく円滑に放熱機器に導入することができる。
【0017】
請求項の本発明に従えば、従来滞留していた冷却風も整流された状態で放熱機器に導入することができるため、ラジエータとオイルクーラが冷却ファン軸方向に重なっているために生じる冷却効率の低下を補うことができる。
【0018】
請求項の本発明に従えば、ファンシュラウド内壁面に貼設した吸音材が、ファンシュラウド内で発生する冷却風に起因するノイズを吸収し、それにより、騒音の発生が防止される。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【0020】
図1は、この発明に係る建設機械の冷却装置の一実施形態を示したものである。
【0021】
同図において、1は図示しないエンジンによって矢印a方向に回転駆動する冷却ファンである。矢印bは、その冷却ファン1によってエンジンカバーの吸気口(図示しない)から取り込まれた冷却風の流れを示している。
【0022】
冷却ファン1の送風下流側には放熱機器としてのオイルクーラ2及びラジエータ3がこの順に配置されており、押し込み式冷却システムを構成している。また、冷却ファン1の軸心延長線上にラジエータ3のほぼ中心が配置され、そのラジエータ3のコア面はオイルクーラ2のそれよりも大きく、オイルクーラ2はラジエータ3のコア面上方で且つ略中央に配置されている。
【0023】
放熱機器2,3と冷却ファン1は、高さの低い角筒状のファンシュラウド4によって連絡されており、そのファンシュラウド4の前側に冷却ファン1が配置されている。
【0024】
なお、5はラジエータ3とエンジンカバーの排気口(図示しない)とを連絡しているダクトであり、熱交換によって昇温された熱風をエンジンルーム外部に案内して排出するようになっている。
【0025】
上記ファンシュラウド4は、上面4a,右側面4b,左側面4c及び下面4dを有し、前面4eの中央に冷却ファン1を挿通し得る円形開口4fが形成されている。
【0026】
ファンシュラウド4の各角部には、ラジエータ3のコア面角縁部から冷却ファン1のファン翼に向けて傾斜する傾斜面4g,4h,4i,4jが形成されている。ただし、図1においては、切り欠き部分に相当する傾斜面4hについては図示していない(傾斜面4hについては図2参照)。
【0027】
図2において傾斜面4hの傾斜角θは、本実施形態ではz軸方向仮想外形線Lから下向き及び内向きに45°に形成されており、従って、傾斜面4hの3辺の長さが同一になるように形成されている。なお、上記傾斜角θは、ファンシュラウド4の厚さd,幅,高さ,円形開口4fの中心からラジエータ3外周縁部までの距離等を考慮して決められるものであり、30〜60°の範囲で決められる。
【0028】
上記構成を有する冷却装置の動作を以下に説明する。
【0029】
エンジンが駆動して冷却ファン1が回転駆動すると、例えばエンジンカバーの吸気口から外気が取り込まれ、冷却ファン1から冷却風bが送出される。
【0030】
この冷却風bは、冷却ファン1の軸方向に流れて放熱機器2,3に向かうが、冷却風の一部、すなわち、冷却ファン1の回転によって発生する旋回流の一部は冷却ファン1の半径方向に向けて流れることになる。
【0031】
このとき、従来のファンシュラウドでは、その半径方向に流れる旋回流がファンシュラウドにおける角部で乱流を発生し滞留を引き起こしていたが、本発明のファンシュラウド4ではその角部に傾斜面4g〜4jが形成されているため、旋回成分を持つ冷却風はその傾斜面4g〜4jに沿って流れ放熱機器2,3に案内される。それにより、ファンシュラウド4内における冷却風の滞留が解消され、半径方向に流れる旋回流についても放熱機器2,3の熱交換に供することができるようになる。
【0032】
図3は、本発明による冷却装置による放熱効果を、従来の冷却装置による放熱効果と対比させて示したものである。
【0033】
同図において、グラフd1はラジエータ3及びオイルクーラ2の要求放熱量であって規格値である。なお、ラジエータ3はエンジン内に冷却水を循環させてエンジンを直接冷却するため、その要求放熱量は、エンジン発熱量に基づいて決定される。一方、オイルクーラ2の要求放熱量は、油圧回路に供給される作動油について仕事に供せされず熱エネルギーに変わる割合等に基づいて決定される。
【0034】
グラフd2は従来の冷却装置による放熱量を示したものである。同グラフに示されるように、オイルクーラの放熱量は高く現れる反面、その下流側に配置されているラジエータの放熱量は要求放熱量を下回っている。
【0035】
すなわち、冷却ファン側から見てラジエータのコア面がオイルクーラのコア面と重なる部分については、冷却風はオイルクーラを通過した後の昇温された空気がラジエータのコア面を通過することになるため、ラジエータ内を流れる冷却水との温度差が小さくなり、結果として熱交換量が低下するからである。
【0036】
グラフd3は本発明の冷却装置による放熱量を示したものである。
【0037】
ファンシュラウド4の各角部に傾斜面を形成した場合、冷却風がファンシュラウド4の角部で滞留することなく整流に近い状態で放熱機器2,3に導入されるため、オイルクーラ2、ラジエータ3ともに要求放熱量を上回る放熱量が得られている。このことは、ファンシュラウド4の角部に形成した傾斜面4g〜4jが放熱機器2,3をバランスよく放熱できることを示している。
【0038】
また、グラフd4は、ファンシュラウド4の下側2箇所に傾斜面4i,4jを形成した場合の放熱量を比較例として示したものである。この場合、ラジエータについては要求放熱量を上回っているが、オイルクーラについては要求放熱量を満足することができなかった。
【0039】
このことは、ファンシュラウド4の角部3箇所に傾斜面を形成しても、残りの1箇所に冷却風のよどみ域が残ると、そのよどみ域に乱流が起きて冷却風の整流状態を乱し、その結果、放熱量が低下するものと予想される。従ってファンシュラウド4の各角部に傾斜面4g〜4jを形成することが好ましい。
【0040】
従来は、冷却ファンの形状、大きさ、回転数等に制約があるために所定の放熱量が得られないと、その放熱量の減少分を見越してオイルクーラのサイズを大きくするという方法が採られていた。その場合、上記した理由でラジエータの放熱量低下が避けられない。ところが、本発明によれば、オイルクーラ2、ラジエータ3ともに放熱効率を向上させることができるため、オイルクーラのサイズを拡大する必要がなく、制約された冷却ファンで所定の放熱量を得ることができる。
【0041】
また、上記ファンシュラウド4の内壁面には吸音材としてのグラスウールマットを貼設することが好ましい。また、そのグラスウールマットは撥水性を有するものを使用することが好ましい。なお、グラスウールの固定方法としては、例えばファンシュラウド内壁面に植設した複数本のアンカーピンを介して固定する方法や接着剤を用いてファンシュラウド内壁面に固着する方法等が示される。
【0042】
このように吸音材を貼設すると、ファンシュラウド4内で発生する冷却風に起因するノイズが吸収されるため、騒音の発生が防止される。
【0043】
なお、上記実施形態ではファンシュラウド4の角部を傾斜面で構成する場合を例示したが、既存の箱形ファンシュラウドの内側角部に上記傾斜面と同一形状の傾斜面を有するブロックを別部品として装着してもよい。この構成によれば、従来のファンシュラウドについても本発明の効果を得ることができる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項1の本発明によれば、軸流ファンが回転駆動すると、冷却風がファンシュラウド内を流れて放熱機器と接触し熱交換が行われるが、ファンシュラウド内壁近傍を流れる冷却風は、ファン翼に向けて傾斜した状態で形成されている傾斜面に沿って流れるため、箱形ファンシュラウド内の角部で乱流が生じて冷却風の滞留することがなく、整流された冷却風が放熱機器に導入されることによって放熱効率が向上する。
【0045】
しかも、上記ファンシュラウドにおける軸流ファン側各角部それぞれにその角部を三角形に切り落とす形状の傾斜面を形成したため、軸流ファン旋回成分についてもその運動量を失うことなく円滑に放熱機器に導入することができる。
【0046】
請求項の本発明によれば、従来滞留していた冷却風も整流された状態で放熱機器に導入することができるため、ラジエータとオイルクーラが冷却ファン軸方向に重なっているために生じる冷却効率の低下を補うことができる。
【0047】
請求項の本発明によれば、ファンシュラウド内壁面に貼設した吸音材が、ファンシュラウド内で発生する冷却風に起因するノイズを吸収し、それにより、騒音の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る建設機械の冷却装置の構成を一部切欠いて示す斜視図である。
【図2】図1に示すファンシュラウドの角部拡大図である。
【図3】本発明による放熱量と従来例による放熱量とを比較したグラフである。
【図4】従来の建設機械における冷却装置の構成を示す断面図である。
【図5】図4に示す放熱機器周辺の構成を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
1 冷却ファン
2 オイルクーラ
3 ラジエータ
4 ファンシュラウド
4g,4h,4i,4j 傾斜面
5 ダクト

Claims (3)

  1. 軸流ファンの送風下流側に放熱機器を配置し、放熱機器のコア面から角筒状に延設されたファンシュラウドを通じて上記軸流ファンの冷却風を取り入れるように構成された建設機械の冷却装置において、
    上記軸流ファンのための開口が形成されているファンシュラウド前板とファンシュラウド上板とファンシュラウド側板とが接続されている角部および上記ファンシュラウド前板とファンシュラウド下板とファンシュラウド側板とが接続されている角部のすべてに、その角部を三角形に切り落とす形状に形成された傾斜面であって軸流ファンから半径方向に放出される冷却風の流れを上記放熱機器の放熱面に向ける傾斜面を設けてなることを特徴とする建設機械の冷却装置。
  2. 上記放熱機器が、ラジエータとそのラジエータの送風上流側に配置されるオイルクーラとからなる請求項に記載の建設機械の冷却装置。
  3. 上記ファンシュラウド内壁面に吸音材が貼設されている請求項1または2のいずれかに記載の建設機械の冷却装置。
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