JP3816569B2 - エンジン冷却システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に、ノイズを低減するために建設機械とともに使用するエンジン冷却システム装置に関する。より詳細には、複数の入口から冷却システム室までの空気の流れを誘起する、冷却システム室内の冷却ファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械のメーカーに、システムと建設機械のエンジンで発生するノイズを低減したり、シールドしたりするノイズ低減の法律規制が施行されている。エンジンノイズは、エンジンの囲いとは別に冷却システムの囲いを備えることで低減できる。例えば、1975年 2月18日にホワイトハルストらに付与された、米国特許第 3,866,580号の「エンジン用空冷式囲い」に示される。ホワイトハルストらの発明において、エンジンの囲いが冷却システムから分離されるので、周囲の冷却空気を入口から通してエンジン室に吸引し、エンジン室の出口から排するように、エジェクタが形成される。冷却空気を貫流するために、エジェクタは出口内に低圧力を生じるように排気管からの排気ガスの流れを利用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、改良されたエンジン冷却システムが必要になる。望ましくは、そのようなエンジン冷却システムは、ノイズバリヤによってエンジンの囲いから分離された冷却システムの囲いを備えることが好ましい。そのようなエンジン冷却システムは、冷却システムの囲いとエンジンの囲いを通して冷却空気の流れを誘起できる冷却ファンを備えることが好ましい。また、そのようなエンジン冷却システムは、通常のエンジン冷却システムに、容易に適用できるものでなければならない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例において、ノイズを減少するために建設機械とともに使用するエンジン冷却システムが開示される。該エンジン冷却システムは、エンジンを囲うようになったエンジン室と、エンジン室に隣接して配置された冷却システム室と、該エンジン室と冷却システム室との間に配置されたノイズバリヤとからなる。冷却システム室は、冷却空気源に通じる第一入口とエンジン室からのエンジン室空気に通じる第二入口と冷却システム室から冷却空気とエンジン室空気を排出する出口とを備える。冷却システム室内に熱交換器が配置され、熱交換器とノイズバリヤとの間にファンが配置される。このファンは、第一入口から熱交換器を通りファンを横切って該ファンとノイズバリヤとの間まで達する冷却空気の流れを誘起し、第二入口からファンとノイズバリヤとの間まで達するエンジン室空気の流れを誘起し、冷却空気及びエンジン室空気がファンとノイズバリヤとの間から出口を通して半径方向外側に排出されるようにする。
本発明の別の実施例において、冷却システムを通して空気の流れを誘起するように建設機械のエンジン冷却システムとともに使用する冷却ファン装置が開示される。該冷却ファン装置は、第一源から空気を受ける多数の軸流ブレードを備え、該第一源から空気を軸方向に向けるようになった軸流ファンと、第二源からの空気の流れを誘起するように第一源からの空気の一部分を軸流ファンの外側に向けるようになった軸流ファンに隣接して下流に配置されたディフューザと、軸流ファンとディフューザを同時に回転するように軸流ファン及びディフューザに連結したファン駆動装置と、を備える。
【０００５】
さらに、本発明の別の実施例において、建設機械の冷却システム室で軸流冷却ファンとともに使用するディフューザが開示される。このファンは、第一源からの空気の流れを誘起し、前記ディフューザは、冷却ファンに取り付けるようになった中央部分と、第二源からの空気の流れを誘起するように冷却ファンを通って流れる空気を半径方向外側に向けるようになった中央平坦部分の半径方向外側で下流に延び、冷却ファンのブレードに隣接して受けるようになった外周部分とを備え、第二源から空気の流れを誘起する。
【０００６】
【実施例】
本発明の本質の理解を深めるために、図面に示される実施例を参照し、説明のために特定用語を用いる。しかし、これは本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、示された装置の変更及び修正と、示された本発明の原理の別の応用は、当業者にとって普通に想到できる程度のものである。
図１を参照すると、建設機械２０の後部が示される。建設機械２０は、エンジンの囲い２４に隣接して配置される冷却システムの囲い２２を備える。エンジンの囲いから冷却システムの囲いを分離することで、冷却システムの囲いを開いて周囲の空気が自由に入るようにしたときにも、エンジンの囲いが十分に閉鎖されてエンジンノイズを低減することができる。冷却システムの囲い２２は、冷却空気源に通じる第一入口２６を備える。好適実施例において、冷却空気源は周囲の空気であり、建設機械２０の後方端部３０に移動可能に配置された通常のルーバ２８を通して、冷却システムの囲い２２が周囲の空気を受ける。冷却システムの囲い２２は、該囲い２２から空気を排出する出口２９を備える。好適実施例において、冷却システムの囲い２２が、該囲い２２の側部３４及び上部３６の一部分の前後に固定的に配置される通常のルーバ３２を通して空気を排出する。
【０００７】
エンジンの囲い２４は冷却システムの囲い２２から分離され、それ自体は冷却空気源に通じる別の入口（図示せず）を備える。好適実施例において、冷却空気源は、エンジンの囲い２４と機械トランスミッションハウジングとの間の間隔を通してエンジンの囲い２４に受けられる周囲の空気である。
図２を参照すると、冷却システムの囲い２２及びエンジンの囲い２４が、より詳細に示される。エンジンの囲い２４は、中にディーゼルエンジン４４及びその関連付属品を収容できる寸法に作られている。エンジンの囲い２４は、ノイズバリヤ４６によって冷却システムの囲い２２から分離される。
冷却システムの囲い２２は、ラジエータ５２及びオイルクーラ５４、又は他のそのような熱交換器の下流に、エンジン４４に関係なく回転可能に取付られた冷却ファン４８を備える。さらに、１つ又は２つ以上の熱交換器とノイズバリヤとの間に冷却ファン４８を配置すると、冷却ファンノイズを低減するのに役立つ。冷却ファン４８は、エンジン荷重に比例する速度でモータ５０によって油圧式に駆動され、それにより一定のエンジンの囲い温度を保持する。モータ５０はノイズバリヤ４６に取付られ、エンジン４４から油圧的な動力を得て、冷却ファン４８を駆動する。冷却ファン４８は、入口ルーバ２８を通して熱交換器５２、５４を通り冷却ファン４８を通過して、周囲の空気の流れを誘起する。空気の流れが、冷却ファン４８とノイズバリヤ４６との間で冷却ファン４８を出て、出口２９のルーバ３２を通して放出される。
【０００８】
多数の貫通穴５５がノイズバリヤ４６に備えられ、冷却システムの囲い２２に第二入口を備える。以下でより詳細に述べ、矢印で示すように、貫通穴５５がエンジンの囲い２４から冷却システムの囲い２２に空気を送り、冷却ファン４８によって第一入口２６から誘起される冷却空気とともに放出される。結果として、米国特許第 3,866,580号に示されるようなエジェクタ、又はファンとファン駆動装置を追加することによる価格増加を伴わずに、空気がエンジンの囲い２４を通して循環させられる。
好適実施例において、ファンシュラウド５６が、冷却ファン４８の周辺に配置され、冷却ファン４８によって生じるノイズが低減する。ファンシュラウド５６は、半径方向に収束する入口部分５８と、円筒形遷移部分６０と、半径方向に収束する出口部分６２とを備える。入口部分５８と出口部分６２のそれぞれが、冷却ファン４８の中央軸６４の周辺で軸対称に形成される。入口部分５８の半径方向に収束する軸対称形状が、ファンへの流動を均一的に加速し、入口の歪みを低減し、乱れ強さを最小限にする。円筒形遷移部分６０は、ファンをファンシュラウドとの間の低走行すき間に取付け、それによりファンブレードの前縁前後での再循環及び乱流を減少する。出口部分６２の半径方向に分岐する軸対称形状が、ファンを出る流れを均一的に減速したり拡散したりし、ファンブレードの前縁前後での最小限度の再循環及び乱流を保持する。
【０００９】
冷却ファン４８は、冷却空気の流量に対して主として軸方向の速度成分を与える軸流ファンである。ディフューザ６５は、冷却ファン４８の下流に回転可能に取付られ、冷却ファン４８を出る冷却空気の流れに対して半径方向の速度成分を与える。他の構成として、冷却ファン４８は、上述の軸流ファン及び放射流ディフューザの代わりに混合流ファンであることが考えられる。そのような混合流形状において、冷却空気の流れに対して軸方向の速度成分及び半径方向の速度成分の両方を与えるように冷却ファン４８のブレードが形成される。
どちらの場合にも、冷却ファン４８を出る空気の流れに対する半径方向の速度成分を与えることにより、低圧力域が冷却ファン４８の吐出部に隣接して生じ、エンジンの囲い２４から貫通穴５５を通してエンジン室空気の流れを誘起する。さらに、ノイズバリヤ４６は、ディフューザ６５の下流に配置され、冷却ファン４８を出る空気の流れを出口２９を通して半径方向外側に向けるように形成される。ディフューザ６５及びノイズバリヤ４６は、冷却空気の流れの方向を軸方向から半径方向に変更して排出し、乱流が最小限になり、冷却システムを通る空気の流れによって生じるノイズが減少するのに効果がある形状に形成される。
【００１０】
特別な好適実施例において、冷却ファン４８は、モータ５０に取付られた円筒形ハブ部分６６を備える。多数の軸流ファンブレード６８が、円形平坦部分７０を介してハブ部分６６に取付られる。図３、４を参照すると、ディフューザ６５は、ハブ部分６６の上方に取り付けるようになった円形取付フランジ７２を備える。特別な場合において、フランジ７２は、そこを貫通するハブ部分６６を受けるように寸法が作られた円形ボア７４を形成する。そのように、ディフューザ６５が冷却ファン４８に取り付けられ、軸方向速度成分及び半径方向速度成分の両方を与えるファン組み立て体を形成する。さらに、そのようなディフューザ６５は容易に通常の冷却システム内の軸流ファンに追加して取付けることができ、半径方向の流れが軸流ファンを出る。
冷却ファン４８を出る空気の流れに半径方向の速度成分を与えるように、ディフューザ６５は、ファンブレード６８のハブに隣接する位置に受けられる外周部分７６を備える。すなわち、ディフューザ６５はファンの直径以下の直径を有し、先端速度と、ディフューザ６５によって生じるノイズとを低減する。外周部分７６が、フランジ７２の後方で半径方向外側に軸方向に延び、ファンブレード４８によって誘起された空気の流れの一部分を冷却ファンの半径方向外側に向けるように形成された外部表面７８を形成する。製造が容易になるように、外周部分７６は、円錐形状であり、フランジ７２の外側に所定の角度で延び、該所定の角度はファンブレード６８のハブ部分の形状によって定められる。さらに、円錐形状は、エンジンの囲いから貫通穴５５を通る時に発するノイズをシールドしたり、低減したりするのに役立つ。
【００１１】
ディフューザ６５と同様に、ノイズバリヤ４６は、モータ５０を取付るようになった円形取付フランジ８６を備える。特別な場合において、円形取付フランジ８６は、中に取付られたモータ５０を受けるように寸法を作られた円形ボア８８を形成する。冷却ファン４８を出る空気の流れに半径方向の速度成分を与えるように、ノイズバリヤ４６は円形取付フランジ８６の半径方向外側及び軸方向後方に延びる外周部分９０を備える。望ましくは、外周部分９０は円錐形状であるとよい。
外周部分７６は、ディフューザブレード８２を取り付けるようになった内部表面８０を形成する。ディフューザブレード８２は、内部表面８０とバッキングプレート８４との間に取り付けられる。ディフューザブレード８２は、冷却ファン４８とノイズバリヤ４６との間から能動的に空気を給送し、貫通穴５５を通してエンジンの囲い２４からエンジン室空気の流れを誘起する。製造が容易になるように、ディフューザブレード８２は、ほぼ三角形状の平坦な部材であり、外周部分７６の円錐形の所定の角度に関連し、外周部分７６の半径方向内側に延びる。ディフューザブレード８２による補充給送を最大限にするように、ディフューザブレード８２の三角形は、ほぼ 3mmないし 5mmのノイズバリヤ４６を有する所定の小さい走行すき間まで、冷却ファン４８とノイズバリヤ４６のフランジ８６との間に形成された軸方向の間隔にわたって延びる。
【００１２】
他の構成として、ディフューザブレード８２による補充給送の必要がない実施例においては、図５、６に示されるようなディフューザ９２が考えられる。ディフューザ９２は、ハブ部分６６の上方に取り付けるようになった円形取付フランジ９４を備える。フランジ９４は、貫通するハブ部分６６を受けるような寸法に作られた円形ボア９６を備える。冷却ファン４８を出る空気の流れに半径方向の速度成分を与えるように、ディフューザ９２が、ファンブレード６８のハブに隣接した位置で受けられるようになった外周部分９８を備える。外周部分９８が、フランジ９４の後方で半径方向外側に軸方向に延び、ファンブレード４８によって誘起された空気の流れの一部分を冷却ファンの半径方向外側に向けるように形成された外部表面１００を形成する。外周部分７６と同様に、外周部分９８は円錐形状であり、フランジ９４の外側に所定の角度で延び、該所定の角度はファンブレード６８のハブ部分の形状によって定められる。
本発明が、図面と前述の記述で詳細に示され、説明されてきた。本発明は実施例として考えられ、特質を制限するものではなく、好適実施例のみを示したが、本発明の精神の範囲内の全ての変更と変形を含むものである。
【００１３】
例えば、ここに示した特定の好適実施例以外の別の実施例も、本発明の精神の範囲内のものであり、十分に閉鎖されたノイズバリヤによってエンジンの囲いから冷却システムの囲いを分離するとき、冷却システム室を通してエンジン室からの流れを誘起し、それにより、冷却システムの囲いを開いて周囲の空気が自由に入るようにしたときにも、エンジンの囲いが十分に閉鎖されてエンジンノイズを低減するように構成できる。
さらに、ここに示した特定の好適実施例以外のものであっても、１つ又は２つ以上の熱交換器とノイズバリヤとの間に配置されたファンの周辺に軸対称のファンシュラウドを備えて、冷却ファンノイズが低減するようにしたものであれば、本発明の精神の範囲内のものである。
さらに、ここに示した特定の好適実施例以外のものであっても、効果的に軸方向から半径方向に冷却空気の流れの方向を変更し乱流及びノイズが最小になる形態で冷却空気の流れを排出するようにディフューザとノイズバリヤが形成されるものであれば、本発明の精神の範囲内のものである。
さらに、ここに示した特定の好適実施例以外のものであっても、ノイズバリヤ内の穴を通してエンジンの囲いの換気をするディフューザを備え、このディフューザがエンジンの囲いから穴を通して発するノイズをシールドしたり、低減したりするような形状であれば、本発明の精神の範囲内のものである。
【００１４】
さらに、ここに示した特定の好適実施例以外のものであっても、エンジン荷重に比例するファンとディフューザの回転速度で、例えば油圧式モータによって駆動して一定のエンジンの囲い温度を保持するものであれば、本発明の精神の範囲内のものである。
さらに、ここに示した特定の好適実施例以外のものであっても、ファンの直径以下の直径を有するディフューザによってその先端速度とディフューザによって生じるノイズを低減するようなものであれば、本発明の精神の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による、建設機械の駆動部分の側面図である。
【図２】図１の実施例の断面図である。
【図３】図１の実施例のディフューザの正面図である。
【図４】図３のディフューザの側面図である。
【図５】図１の実施例の別のディフューザの正面図である。
【図６】図５のディフューザの正面図である。
【符号の説明】
２０ 建設機械
２２ 冷却システムの囲い
２４ エンジンの囲い
２６ 第一入口
２８、３２ ルーバ
２９ 出口
３０ 後方端部
３４ 側部
３６ 上部
４４ ディーゼルエンジン
４６ ノイズバリヤ
４８ 冷却ファン
５０ モータ
５２ ラジエータ
５４ オイルクーラ
５５ 貫通穴
５６ ファンシュラウド
５８ 入口部分
６０ 円筒形遷移部分
６２ 出口部分
６４ 中央軸
６５、９２ ディフューザ
６６ ハブ部分
６８ ファンブレード
７０ 平坦部分
７２、８６、９４ フランジ
７４、８８、９６ ボア
７６、９０、９８ 外周部分
７８、１００ 外部表面
８０ 内部表面
８２ ディフューザブレード
８４ バッキングプレート

Claims (7)

1. エンジンを囲むエンジン室と、
   前記エンジン室に隣接して配置される冷却システム室と、
   前記エンジン室と前記冷却システム室との間に配置されるノイズバリヤと、を備え、
   前記冷却システム室が、冷却空気取入れのための第一入口と、前記エンジン室からのエンジン室空気と通じる第二入口と、前記冷却空気と前記冷却システム室からの前記エンジン室空気とを排出する出口と、を備え、
   前記冷却システム室内に熱交換器が配置され、
   前記熱交換器と前記ノイズバリヤとの間に軸流ファンが配置され、
   前記軸流ファンに隣接し、かつ、その下流側にディフューザが配置され、
   前記ノイズバリヤは、該ノイズバリヤの中央部分から外向きに延びる外周部分を有し、
   前記軸流ファンは、該ファンの中央部分から外向きに延びて、冷却空気に軸方向の流れを生じさせる複数個のブレードを有し、
   前記ディフューザは、中央部分と該中央部分から外向きに延び前記ファンの前記ブレードに隣接する外周部分とを有し、前記ディフューザの前記中央部分は前記ファンの前記中央部分に取り付けられており、前記ディフューザは該ディフューザの前記外周部分から半径方向内方に延びる複数個のブレードを有し、該ディフューザの前記ブレードの各々は、該ディフューザの前記外周部分から前記ノイズバリヤの前記中央部分に隣接する位置まで延びて該ノイズバリヤとの間に小さい間隙を形成し、冷却空気の流れに半径方向の速度成分を与えるようになっており、
   前記軸流ファンが、前記第一入口から前記熱交換器を通り前記ファンを通過して、前記ファンと前記ノイズバリヤとの間に至る前記冷却空気の流れと、前記第二入口から前記ファンと前記ノイズバリヤとの間に至る前記エンジン室の空気の流れとを誘起し、前記冷却空気及び前記エンジン室空気が前記出口を通して前記ファンと前記ノイズバリヤとの間から前記ファンの半径方向外向きに排出される、
   ことを特徴とする、ノイズを低減するために建設機械とともに使用するエンジン冷却システム装置。
2. 前記ディフューザの前記外周部分が、該ディフューザの前記中央部分から外側に所定の角度で延びる円錐部分であり、
   前記ディフューザの前記ブレードのそれぞれが、前記円錐部分に取り付けられた平坦部材であり、該ディフューザの半径方向内向きに延びる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム装置。
3. エンジン室と、
   前記エンジン室に隣接して配置され、該エンジン室に開口する冷却システム室と、
   円錐形の中央部分と外周部分と前記中央部分を貫通する空気流通用の複数個の穴とを有し、前記冷却システム室と前記エンジン室とに開口により接続されたノイズバリヤと、
   前記冷却システム室内に配置されたラジエータと、
   中央部分と該中央部分から半径方向外向きに延びる複数個のブレードとを備え、前記ノイズバリヤと前記ラジエータとの間に位置するように前記冷却システム室内に配置され、前記ノイズバリヤを貫通する回転軸まわりに回転可能なファンと、
   中央部分と該中央部分から半径方向外向きに延びる外周部分とを有し、前記ファンと前記ノイズバリヤとの間に配置され、該中央部分において前記ファンに結合されたディフューザと、
   を備え、
   前記ディフューザの前記外周部分は、円錐形で前記ディフューザの前記中央部分から所定の角度で前記ノイズバリヤの方に外向きに延び、
   前記ファンは前記ラジエータを通して冷却空気を吸引し、前記ディフューザは前記孔を通して前記エンジン室内の空気を吸引し、
   前記ディフューザと前記ノイズバリヤの前記外周部分は、該ディフューザが吸引した空気を半径方向外方に前記冷却システム室の出口に向けて導く、
   ことを特徴とする建設機械用のエンジン冷却システム装置。
4. 前記ディフューザは、間隔をもった位置において該ディフューザの前記外周部分に結合された複数のディフューザブレードを有し、
   前記ディフューザブレードは、前記回転軸に対して半径方向外向きで、かつ、軸方向に前記ノイズバリヤの方に延び、該ノイズバリヤとの間に所定の間隙を残すようになった、
   ことを特徴とする請求項３に記載のエンジン冷却システム装置。
5. 前記ディフューザは、バッキングプレートと、該バッキングプレートと、前記ディフューザの前記外周部分との間に配置された複数個の放射流ブレードとを有することを特徴とする請求項４に記載のエンジン冷却システム装置。
6. 前記ノイズバリヤの前記外周部分は、該ノイズバリヤの前記中央部分に対し所定の角度で前記ファンとは反対の方向に外向きに延びることを特徴とする請求項３に記載のエンジン冷却システム装置。
7. 前記ノイズバリヤの前記孔は前記ディフューザの前記外周部分により定められる領域の範囲内で該ディフューザに隣接して配置されたことを特徴とする請求項４に記載のエンジン冷却システム装置。

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