JP4328221B2 - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械のエンジンルームに設置される、冷却ファンを使用した建設機械の冷却装置に関する。

今日、油圧ショベル，ホイールローダ等の走行式の建設機械やクレーン等の定置式の建設機械等、種々の建設機械が建設現場，港湾，工場内等の様々な分野において用いられている。これら建設機械の構造は、例えば走行式の建設機械である油圧ショベルでは、図１０に示すように下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２に設けられ種々の作業を行なう作業装置１０３との３つの部分で構成されている。このうち上部旋回体１０２には、その機体後方にカウンタウェイト１０２−１が配置され、カウンタウェイト１０２−１の機体前方にはエンジンルーム１０２−２が配置されている。

ここでエンジンルーム１０２−２について図１１を参照して説明する。図１１は一般的なエンジンルームの構成を示す図であって機体前方から見たエンジンルームの模式的な断面図である。
エンジンルーム１０２−２には、エンジン１０６や油圧ポンプ１０８等の機器が配設され、エンジン１０６による油圧ポンプ１０８の駆動により発生した油圧によって作業装置１０３（図１０参照）を作動させている。

建設機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジン１０６や油圧ポンプ１０８等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。このため、これら建設機械では、図１１に示すように、エンジン１０６により駆動されるファン１０５によって生成される冷却風の流路に、比較的大容量のラジエータやオイルクーラなどからなるクーリングパッケージ１０４をそなえ、これらクーリングパッケージ１０４によってエンジン冷却水や作動油が冷却される（例えば特許文献１参照）。

つまり、ファン１０５の回転により、クーリングパッケージ１０４が設置されたラジエータルーム１０２Ａの上部開口部１１０から外部の空気（冷却風）が吸引され、この空気が、フィン構造のクーリングパッケージ１０４のコアを通過する際に、エンジン冷却水や作動油を冷却するのである。
そして、メインエンジンルーム１０２Ｂには、ファン１０５からファン軸流方向（図１１中において左右方向）に対し所定の距離をあけて、上面に開口部１１１が、下面に開口部１１２がそれぞれ設けられている。上面の開口部１１１は、メッシュ状やルーバ状などに形成された複数の開口からなり、上記ファン軸流方向に対し比較的大きな幅をもって形成されている。一方、下面の開口部１１２は、比較的面積の大きな単一の開口として形成されている。

また、油圧ポンプ１０８が設置されたポンプルーム１０２Ｃには、上面に開口部１１３が、下面に開口部１１４がそれぞれ設けられており、これらの開口部１１３，１１４は、メインエンジンルーム１０２Ｂの開口部１１１と同様に、メッシュ状やルーバ状などに形成された複数の開口からなる。
エンジン冷却水や作動油を冷却して高温となった空気は、メインエンジンルーム１０２Ｂの上記排気開口部１１１，１１２から外部に排出され、又は、メインエンジンルーム１０２Ｂを通り抜けて、ポンプルーム１０２Ｃの上記排気開口部１１３，１１４から外部に排出される。

また、冷却ファン１０５の冷却風吐出側には、作業者がメンテナンス作業の際に冷却ファン１０５に触れてしまわないように、ファンガード１０５ａが取り付けられている（例えば非特許文献１及び非特許文献２参照）。ファンガード１０５ａは、指などの挿入できない間隔で配列された複数の鋼線からなり、クーリングパッケージ１０４の構成要素であってクーリングパッケージ１０４のコアと冷却ファン１０５との間に設置されるシュラウド１０４ａに支持されている。

ところで、特に油圧ショベルでは、ファン１０５から吐出された空気の流れには、ファン軸流方向の成分が殆どなく、遠心方向の成分や旋回方向の成分（以下、まとめて遠心／旋回方向成分という）が主成分となることが確認されている。
以下、この理由を図１２〜図１５を参照して説明する。
油圧ショベルの場合、上部旋回体１０２内部においてラジエータやエンジンなどを搭載できるスペースは図１２（ａ）に示すようになり、図１２（ｂ）に示すような他の建設機械のスペースに較べて狭く特にその横断面積（ファン軸流方向に対して直交する断面）が小さくなる。これは、エンジンルームの高さについては高くするとエンジンルーム前方の運転席からの後方への視界が遮られてしまい、エンジンルームの幅〔建設機械の前後長さ〕についてはこれを長くすると機長が長くなって建設機械後端の旋回半径が大きくなり、狭い現場で使うのに不便になるためである。

このように横断面積が比較的小さくなる分、油圧ショベルでは、クーリングパッケージ１０４の厚さ（冷却風の進行方向に対する寸法）を大きく取って、クーリングパッケージ１０４と冷却風との接触面積ひいてはクーリングパッケージ１０４の冷却性能を確保するようにしている。この結果、冷却風がクーリングパッケージ１０４を通過する際に受ける圧力抵抗が比較的大きくなってしまう。

建設機械では、コストやサイズを抑えるため冷却ファンには軸流ファンが一般的に使用されている。図１３は一般的な軸流ファンの性能曲線を示す模式図である。この性能曲線Ｌから明らかなように、軸流ファンでは、一般的にファン上流側の圧力損失ΔＰが増加するほど、単位時間当たりのファン風量Ｖが減少する傾向にある。ファン風量Ｖとは即ち冷却風のファン上流からファン下流への移動量であることから、ファン上流側の圧力損失ΔＰが増加するほど、ファン上流からファン下流への直線的な流れである軸流方向の流れが特に得られにくくなる。

このため、ファン上流側の圧力損失ΔＰが所定値ΔＰ₀未満の低圧力損失域Ｒ_Lにおいては冷却風の流れは図１４（ａ），（ｂ）に示すようになり、ファン上流側の圧力損失ΔＰが所定値ΔＰ₀以上の高圧力損失域Ｒ_Hにおいては冷却風の流れは図１５（ａ），（ｂ）に示すようになる〔図１４及び図１５は何れもその左右方向をファン軸流方向と一致させて示す図であり、図１４（ａ）及び図１５（ａ）では、ファン翼の回転中心線Ｃ_Lより下側のみを示している〕。

つまり、上記低圧力損失域Ｒ_Lにおいてはファン風量が比較的多くなることから、図１４（ａ）に示すように、ファン上流側ではベクトルＦ_IN,1で代表して示すような比較的大きな風量の軸流が発生し、ファン下流側ではベクトルＦ_OUT,1で代表して示すような流れ、即ち遠心／旋回方向成分ベクトルＦ_C,1よりも軸流方向成分ベクトルＦ_A,1が支配的な流れが発生する。そして、風量は、図１４（ｂ）にベクトルで示すように遠心側になるほど大きくなる。

これに対し、上記高圧力損失域Ｒ_Hにおいてはファン風量が比較的少なくなることから、図１５（ａ）に示すように、ファン上流側ではベクトルＦ_IN,2で示すような比較的少量の軸流しか発生せず、ファン下流側においては、ベクトルＦ_OUT,2で示すような流れ、即ち軸流方向成分ベクトルＦ_A,2よりも遠心／旋回方向成分ベクトルＦ_C,2が支配的な流れが発生し、風量は、図１５（ｂ）にベクトルで示すように遠心側になるほど大きくなる。

このようなファン上流側の圧力損失ΔＰとファン下流側での冷却風の流れとの関係は、実験やシミュレーションでも確認されている。
そして、上述したように油圧ショベルではクーリングパッケージが厚いためファン上流側の圧力損失ΔＰが大きく高圧力損失域で冷却ファンが使用されることとなり、ファン出口側の冷却風の流れ成分は、遠心／旋回方向成分が支配的になるのである。

しかしながら、図１０に示す上記従来技術では、上述したように、網目状に複数の開口が形成されてなる排気開口部１１１などが、ファン軸流方向に対してファン１０５から距離を開けて配設され、また、ファン軸流方向に対して幅を持って形成されているため、メインエンジンルーム１０２Ｂに吸引された冷却風は、排出されるまでに上記軸流方向への流れを余儀なくされる。

つまり、この従来技術では、遠心／旋回方向成分を流れの主成分とする空気を強制的に軸流方向へ流す構造となるため、乱流が発生するなどして空気の被る圧力損失が比較的大きく、クーリングパッケージ１０４を通過後の空気の排出が滑らかに行なわれない（排出効率が低い）という課題がある。
排出効率を向上させるために、メインエンジンルーム１０２Ｂの開口面積を増加させることも考えられるが、この場合、騒音（エンジン音や、冷却風がクーリングパッケージ１０４などを通過する際に発生する風切音の外部への漏洩）の増大を招くこととなり、新たな課題が発生する。

そこで、冷却風のエンジンルームからの排出効率を向上させ騒音を低減できるようにした技術として、特許文献２には図１６に示すような建設機械が開示されている。この建設機械では、エンジンルーム１３０の上面に冷却風の導入口１３１が設けられるとともにエンジンルーム１３０の上面及び両側面（車体前後面）に冷却の風排出通路（ファン風分流路，ファン風分流ダクト）１３２〜１３４が設けられ、この冷却風通路の入口（図１６中で左側端部）は何れも冷却ファンの外周近傍に位置設定されている。このような構成により、冷却ファンから遠心／旋回方向に吹き出された冷却風を少ない開口から効率的に排出することにより、クーリングパッケージの冷却性を保持しつつ、エンジンルーム１３０からの騒音を低減するようにしている。
実開平３−８３３２４号公報 特開２００１−１９３１０２号公報 「油圧ショベル ３２２Ｃ ＲＥＧＡ」，新キャタピラ三菱，２０００年１０月，４１５２Ｃ１−０１（１０００），ｐ．１０ 「ＲＥＧＡ 油圧ショベル ３４５Ｂ ３４５ＢＬ ＳＥＲＩＥＳII」，新キャタピラ三菱，２００１年１１月，４２０１Ｃ１−０２（１１０１），ｐ．１１

しかしながら、上述したファンガードは、一般的に多数の鋼線を縦及び／又は横に所定の間隔をあけて配列することにより形成されているため、冷却風がファンガードを通過する際にこれらの多数の鋼線と接触する結果、大きな風切り音が発生し、また、冷却風の圧力損失を引き起こすといった課題がある。
図１６に示す従来技術では、機体の冷却風の排出口面積を低減して騒音の発生を低減してはいるが、ファンガードの風切り音自体を抑制するものではなく、風切り音を低減することにより騒音を一層低減することが要望されている。

本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、騒音を低減でき、また、冷却風の圧力損失を低減できるようにした、建設機械の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、請求項１記載の本発明の建設機械の冷却装置は、エンジンルームの内部に形成される冷却風通路と、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に該冷却ファンよりもファン軸流方向上流側に設置されるクーリングユニットとをそなえて構成された、建設機械の冷却装置において、該冷却ファンを覆うように取付けられ、該冷却風が通過しうる通気材と、該冷却ファンの外周において該通気材の配置されない隙間として形成された通気材非配置部とを有してなるファンガードと、該エンジンルームが内部に形成される機体壁面に対し該冷却ファンの外周に形成された冷却風の排出口とをそなえ、該ファンガードの通気材非配置部が、該冷却ファンの回転中心線を中心とし該冷却ファンの外縁を通る円周の接線であって上記のエンジンルームに設置された冷却風の排出口を通る所定の直線上に配置されたことを特徴とする、建設機械の冷却装置。
ここで、通気材とは、冷却ファンを異物の侵入から保護しつつクーリングユニットの冷却性能を保持できる冷却風の流通を確保できる程度の通気性を有する構造体をいい、例えば、鋼線を間隔を空けて配列することにより形成したものや、網目状のものや、穴の形成されたパネル材などの構造体である。

請求項２記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１記載の建設機械の冷却装置において、該機体壁面の上面に設けられたメンテナンス用の開口と、上記のメンテナンス用の開口を開閉可能なフードとをそなえ、上記のメンテナンス用の開口が、該冷却ファンよりも該ファン軸流方向下流側に位置設定されたことを特徴としている。
請求項３記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１又は２記載の建設機械の冷却装置において、該通気材非配置部からの冷却風を、該排出口へと案内するガイドが設けられたことを特徴としている。
請求項４記載の本発明の建設機械の冷却装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置において、上記のエンジンルームの一側面をなすカウンタウェイトと、該カウンタウェイトの内部に設けられ、該エンジンルームに面して機外へと貫通する風路とをそなえ、該通気材非配置部が、該冷却ファンの回転中心線を中心とした該冷却ファンの外縁を通る円周の接線であって、該カウンタウェイトに設けられた該風路の入口を通る所定の直線上に配置されたことを特徴としている。

本発明によれば、エンジンルームにおけるクーリングユニットを冷却する冷却風の排出口が冷却ファンの外周に配置されるとともに、冷却風が通過しうる通気材が冷却ファンを覆うようにして取り付けられてなるファンガードに対し、冷却ファンの外周に、通気材の配置されない通気材非配置部が設けられているので、冷却風が通気材非配置部を通って排出口へと流れる分、冷却風が通気材を通過する際に生じる風切り音ひいては建設機械から発生する騒音を低減でき、さらに、冷却風の圧力損失を従来よりも低減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、図１〜図１１の各図において、図中の矢印Ｘは建設機械の前後方向（以下、エンジンルーム幅方向ともいう）を示し、図中の矢印Ｙは建設機械の左右方向（以下、ファン軸流方向ともいう）を示す。
また、以下の実施形態では、本発明を建設機械として油圧ショベルに適用した例を説明するが、本発明は、油圧ショベルに限定されず、ホイールローダ，クレーンなどの種々の建設機械に適用しうるものである。

本発明の一実施形態としてのファンガード及び冷却装置が適用される建設機械について図１を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。
建設機械は、下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ種々の作業を行なう作業装置３の３つの部分で構成されている。このうち上部旋回体２には、その機体後方にカウンタウェイト２Ａが配置され、カウンタウェイト２Ａの機体前方にはエンジンルーム２Ｂが配置されている。上部旋回体２の上壁（以下、エンジンルーム天井壁ともいう）２２には開閉可能なエンジンフード４０が取り付けられており、このエンジンフード４０を開くことにより現れるメンテナンス口２２Ａから、エンジンルーム２Ｂ内のエンジンなどをメンテナンスできるようになっている。図１では、エンジンフード４０がメンテナンス口２２Ａを開いた開姿勢となっている。

次いで、図２を参照して本発明の一実施形態としてのエンジンルーム２Ｂの構造について説明する。図２はエンジンルーム２Ｂの構造を示す図であって、（ａ）はその正面視による（機体前方からの見た）模式的な断面図、（ｂ）は（ａ）の模式的なＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）の模式的なＢ−Ｂ断面図である。
エンジンルーム２Ｂには、エンジン２６がそのクランク軸を機体左右方向Ｙに向けて設置されており、図２中でエンジン２６の右側に軸流式の冷却ファン２５が配設されている。この冷却ファン２５は、その軸流方向が機体左右方向Ｙに一致するような姿勢で設置されており、エンジンルーム天井壁（上壁）２２にラジエータルーム２Ｂａに面して形成された吸入口２２ａから外気を吸入し、この外気を、冷却風として、エンジンルーム２Ｂの内部空間により形成される冷却風通路に流通させるようになっている。

ここでは、冷却ファン２５は、図２（ａ）において左側となるような方向に冷却風を送りだすようになっており、矢印Ｄで示すように、ファン軸流方向上流側から見て時計回りに回転するようになっている。機体壁面２１には、上述したようにエンジンルーム天井壁２２に吸入口２２ａが設けられる一方、エンジンルーム天井壁２２に、メインエンジンルーム２Ｂｂに面して冷却風を排出するための単一の開口（排出口）２２ｂが設けられるとともにポンプルーム２Ｂｃに面して冷却風を排出するためのメッシュ状（複数の比較的小さな開口の集合体として形成される）若しくはルーバ状の開口（排出口）２２ｃが設けられている。また、エンジンルーム床壁２３には、メインエンジンルーム２Ｂｂに面してメッシュ状若しくはルーバ状の排出口２３ａが設けられるとともにポンプルーム２Ｂｃに面してメッシュ状若しくはルーバ状の排出口２３ｂが設けられている。

図２（ｂ）に示すように、エンジンルーム天井壁２２の排出口２２ｂは、エンジンルームに略全幅に渡って形成されている。一方、エンジンルーム床壁２３の排出口２３ａは、クーリングパッケージ２４側から見てファン回転中心線CL よりも右側、つまり矢印Ｄで示す方向に回転する冷却ファン２５から鉛直下方に冷却風が吐出される領域、すなわちエンジンルーム床壁２３に向けて強く冷却風が吐出される領域に形成されている。

これらの排出口２２ｂ，２３ａは、冷却ファン２５の外周〔＝ファン軸流方向（＝機体左右方向）Ｙに対し冷却ファン２５と同位置（完全に同位置だけでなく略同位置にある場合も含む）〕に配置されている。
なお、ここでは、冷却ファン２５はエンジンクランク軸に機械的に連結されたエンジン駆動式であるが、これに限定されず、油圧駆動式でも良い。

さて、冷却ファン２５の軸流方向上流側〔図２（ａ）中で右側〕には、クーリングパッケージ２４が設置され、また、エンジン２６のファン軸流方向下流側〔図２（ａ）中で左側〕には、エンジンクランク軸に機械的に連結された油圧ポンプ２７が設置されている。
クーリングパッケージ２４は、ラジエータやオイルクーラなどのコア（クーリングユニット）２４ａや、これらのコア２４ａが支持されエンジンルーム２Ｂの床壁（下部壁面）に固定されたフレーム２４ｂや、コア２４ａと冷却ファン２５との間に設置され上記フレーム２４ｂに支持されるシュラウド２４ｃとをそなえて構成される。

また、シュラウド２４ｃの背面（ファン軸流方向下流の面）には、冷却ファン２５のファン軸流方向下流側を覆うファンガード３０が固定されている。
ファンガード３０は、メンテナンス作業などの際に作業者が誤って回転中の冷却ファン２５に触れてしまわないように、また、大きな異物が回転中の冷却ファン２５に巻き込まれてしまわないように、冷却ファン２５を保護するものであり、冷却ファン２５からの冷却風の吐出を極力阻害してしまわないように、複数の鋼線を人の指の通らない程度の間隔で配列することにより構成される（このためファンガードはフィンガーガードとも呼ばれる）。

以下、図３を参照してファンガード３０について説明する。図３は本発明の一実施形態としてのファンガードの構造を示す模式的な斜視図である（冷却ファン２５は図示省略）。
ファンガード３０は、略円筒形状に形成され、シュラウド２４ｃの背面２４ｃａに固定されている。ファンガード３０は、上記中心線ＣＬから放射状に伸びるような複数のフレーム材３１と、これらのフレーム材３１に組みつけられた複数の円周形状又は円弧形状の細い鋼線（細線）３２ａ，３２ｂ，３２ｃとをそなえて構成されている。

ファンガード３０における冷却ファン２５の後方（ファン軸流方向下流側）をなす部位（ファンガード背面）３０Ａは、直径の異なる複数の円周形状の鋼線３２ａが同心上に且つ人の指の通らない程度の間隔をあけて配列されて構成される。
また、ファンガード３０における冷却ファン２５の側方（ファン外周側）をなす部位（ファンガード側面）３０Ｂは、互いに異なる形状の二種類の鋼線３２ｂ，３２ｃにより形成される。鋼線３２ｂ，３２ｃは、互いに同一の直径に設定される一方、ここでは、互いに異なる長さに設定されている。鋼線３２ｂは、ファンガード側面３０Ｂの半分程度を占める領域３０Ｂａに配置されるものであり、ファン軸流方向に指の通らない程度の間隔をあけて且つ端を揃えて複数並べられている。また、鋼線３２ｃは、ファンガード側面３０Ｂの一部であって上記領域３０Ｂａに較べて小さな領域３０Ｂｂに配置されるものであり、ファン軸流方向に指の通らない程度の間隔をあけて且つ端を揃えて複数並べられている。

領域３０Ｂａと領域３０Ｂｂとの間には（鋼線３２ｂと鋼線３２ｃとの間には）相互に隙間Ｓ₁，Ｓ₂が形成されており、ここでは、ファン軸流方向下流側から見て（つまり図３において）、隙間Ｓ₁はファンガード３０の左上部に配置され、隙間Ｓ₂は左下部に配置されているのである。
なお、当然であるが、ファンガード側面３０Ｂを形成する鋼線３２ｂ，３２ｃの円弧半径は、ファンガード背面３０Ａを形成する鋼線３２ａの最外側の（＝最大半径の）鋼線３２ａの半径以上に設定されている。

このような構成のファンガード３０は、指の通らない程度の間隔をあけて配列された複数の鋼線３２ａ，３２ｂ，３２ｃからなる冷却風の通過しうる通気材（ファンガード材）３２が、冷却ファン２５を覆うようにしてシュラウド２４ｃの背面２４ｃａに固定されるとともに、冷却ファン２５の外周において、上記通気材の配置されない通気材非配置部（隙間）Ｓ₁，Ｓ₂が設けられて構成されたとみることができる。

『通気材』とは、素材自体が通気性のあるものをいうのではなく、冷却ファン２５を異物の侵入から保護しつつクーリングパッケージ２４の冷却性能を保持できるような冷却風の流通を確保できる程度の通気性を有する構造体をいい、例えば、上記の鋼線を間隔を空けて配列することにより形成したものや、網目状のものや、穴の形成されたパネル材など通気性の得られる構造に加工されたものなどの従来よりファンガードの構成に使用されるものが挙げられる。

ここで、通気材非配置部Ｓ₁は、図２（ｂ）に示すように、ファン回転中心線ＣＬ上の所定の点を中心とし冷却ファン２５の外縁を通る円周Ｃの接線であってエンジンルーム天井壁２２の排出口２２ｂを通る所定の直線Ｌ₁上に位置設定されている。同様に、通気材非配置部Ｓ₂は、上記円周Ｃの接線であってエンジンルーム床壁２３の排出口２３ａを通る所定の直線Ｌ₂上に位置設定されている。

冷却ファン２５から吐出される冷却風の多くは冷却ファン２５の外周側に吐出され、この外周側に吐出された冷却風の進行方向は、上記円周Ｃの接線方向に近似される。つまり、排出口２２ｂ，２３ａへと略直線的に冷却風が流れて特に効率よく冷却風の排出される箇所に限定して、鋼線３２ａ，３２ｂ，３２ｃを配列してなる通気材３２即ち流通抵抗を取り除くことにより、冷却ファン２５の保護機能を殆ど損なうことなく、従来のように鋼線がファン全周にわたって万遍なく設けられたファンガードに比べ冷却風の機外への排出効率を向上させているのである。

また、下方の通気材非配置部Ｓ₂については、エンジンルーム床壁２３に設けられた排出口２３ａがメッシュ状若しくはルーバ状のものであり、排出口２３ａと通気材非配置部Ｓ₂とは距離があるため、通気材非配置部Ｓ₂を介して冷却ファン２５に手を触れてしまうようなことはない。
さて、エンジンルーム２Ｂの上壁面２２には、エンジンフード４０が開閉可能に取り付けられており、エンジンフード４０を上方に開くことにより現れるメンテナンス口２２Ａ（図１参照）介してエンジン２６などの点検，部品交換，修理及び清掃などのメンテナンスを行なえるようになっている。

図４〜図６を参照してエンジンフード４０について説明する。
図４及び図５は本発明の一実施形態にかかるエンジンルームの構造を示す図であり、図４はエンジンフードが開いた状態における上部旋回体を斜め上方から見た模式的な斜視図（エンジンルームを形成する外壁面の一部を破断して示す）、図５はエンジンフードが閉じた状態における上部旋回体を斜め上方から見た模式的な斜視図である。図６は本発明の一実施形態にかかるエンジンフードの構成を一部破断して示す模式的な斜視図である。

メンテナンス口２２Ａは、冷却ファン２５よりもファン軸流方向下流側に位置設定されており、エンジンフード４０を開いてメンテナンス口２２Ａを露出させた状態であっても、冷却ファン２５はエンジンルーム天井壁２２により外部に対し略遮蔽された状態となる。
また、エンジンフード４０を開くと、エンジンルーム天井壁２２に設けられた冷却風の排出口２２ｂが露出するが、この排出口２２ｂは、人の手が挿入できない大きさ（或いは手を挿入するのが困難な大きさ）に設定されているので、このような大きさの排出口、さらにはファンガード３０の上方の通気材非配置部Ｓ₁を介しては作業者の手や指が冷却ファン２５に届かないような構造となっている。したがって、作業者がエンジンフード４０を開いてメンテナンス作業を行なう際に、誤って冷却ファン２５に手や指が触れられないようになっている。

なお、排出口２２ｂを、人の手が挿入できない大きさ（或いは手を挿入するのが困難な大きさ）の開口の集合体からなるメッシュ状の開口により形成しても良い。
エンジンフード４０は、平板形状の底部プレート４２と、底部プレート４２の上側に取り付けられた膨出プレート４１とをそなえて構成される。
底部プレート４２は、メンテナンス口２２Ａの形状と同じ形状をし、図示しないヒンジを介して機体本体２１に取り付けられており、このヒンジが取り付けられた一辺側（ここでは機体後方側の辺）を中心として、水平姿勢となってメンテナンス口２２Ａを塞ぐ閉姿勢（図５に示す姿勢）と、起立姿勢となってメンテナンス口２２Ａを開く開姿勢（図４に示す姿勢）との間で上下に揺動可能に構成されている。

膨出プレート４１は、底部プレート４２に固定され、ここでは、エンジンルーム幅方向Ｘについては底部プレート４２と略同じ長さに設定されエンジンルーム幅方向Ｘの両端縁を底部プレート４２のエンジンルーム幅方向Ｘの両端縁に一致させるようにして底部プレート４２に固定される。
膨出プレート４１は、その中央部（主面）４１ａが、底部プレート４２に当接するその下縁部ひいては底部プレート４２に対し膨出した形状とされる。具体的には、膨出プレート４１は、略台形の断面を有し略箱型形状の輪郭を有した形状とされており、長方形の主面４１ａと、この主面４１ａの周縁を囲む４つ壁面４１ｂ〜４１ｅとからなる。膨出プレート４１は、その主面４１ａと底部プレート４２との間に空間４３をあけて底部プレート４２に組みつけられ、ここでは、膨出プレート４１と底部プレート４２との組み付け状態において主面４１ａが底部プレート４２と平行な姿勢となる。

また、ファン旋回流上流側の壁面４１ｃは、ファン旋回流に沿うような湾曲形状（ファン回転軸芯線を中心とした円弧のような形状）とされている。また、ファン軸流方向下流側の面４１ｂに、排出穴４１ｂａがエンジンルーム幅方向Ｘに沿って複数並設され、ファン旋回流方向下流側の面４１ｅに、排出穴４１ｅａがファン軸流方向Ｙに沿って複数並設されている。ここでは、各排出穴４１ｂａ，４１ｅａの形状は円形であるが、円形に限定されるものではない。

また、膨出プレート４１はそのファン軸流方向上流側の壁面４１ｄを底部プレート４２から突出させるようにして底部プレート４２に組みつけられており、また、エンジンフード４０を閉じた状態においては、壁面４１ｄは、エンジンルーム天井壁２２の排出口２２ｂよりもファン軸流方向上流側に位置するようになっている。つまり、エンジンフード４０を閉じた状態においては、膨出プレート４１は、排出口２２ｂを蓋うこととなり、この結果、膨出プレート４１と底部プレート４２との間に、排出口２２ｂを入口とし、排出穴４１ｂａ，４１ｅａを出口とする風路４３が形成されるようになっているのである。

再び図２（ａ），（ｂ）を参照して説明すると、このような構成において、冷却ファン２５の作動により上記エンジンルーム吸入口２２ａから機体本体内部（冷却風通路）へ冷却風として取り込まれた外気は、クーリングパッケージ２４を通過した後、ファンガード３０を通過し、エンジンルーム天井壁２２の排出口２２ｂ，膨出プレート４１と底部プレート４２との間に形成される風路４３を介して機外へと排出され、又は、エンジンルーム床壁２３の排出口２３ａを介して機外へと排出され、クーリングパッケージ２４を通過する際に冷却水及び油圧ポンプの作動油を冷却するようになっている。

つまり、本実施形態にかかる冷却装置は、冷却風の吸入口２２ａ，冷却風通路（機体本体２１内の空間即ち室２Ｂａ，２Ｂｂ，２Ｂｃ），クーリングパッケージ２４，冷却ファン２５，ファンガード３０，冷却風の排出口２２ｂ，２３ａ及びエンジンフード４０をそなえて構成されているのである。
なお、エンジンルーム２Ｂに流入した冷却風の一部は、僅かではあるが、エンジン２６と油圧ポンプ２７との連結部２７ａと、メインエンジンルーム２Ｂｂとポンプルーム２Ｂｃとの仕切り壁（ファイヤウォール）２８との隙間を通ってポンプルーム２Ｂｃに流入する。このため、ポンプルーム２Ｂｃに面して上壁面２２及び下壁面２３にメッシュ状若しくはルーバ状の排出口２２ｃ，２３ｂが補助的にそれぞれ設けられており、これらの開口２２ｃ，２３ｂから冷却風が機外へと排出されるようになっている。

本発明の一実施形態としての建設機械のエンジンフード，建設機械のエンジンルーム構造及び冷却装置は、上述したように構成されており、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように冷却風の流通が行なわれる。
つまり、冷却ファン２５の作動により、外気が矢印Ｆ₁で示すように冷却風として開口
２２ｃからエンジンルーム２Ｂ内へ吸入される。吸入された冷却風は、矢印Ｆ₂〜Ｆ₄で示すようにクーリングパッケージ２４を通過し、この際、クーリングパッケージ２４内を流れるエンジン冷却水やポンプ作動油を冷却する。

従来技術の課題として説明したように、一般的にクーリングパッケージ２４の圧力損失が比較的大きいため、冷却ファン２５から送り出された冷却風は、矢印Ｆ₅，Ｆ₇，Ｆ₉で示すように流れ、冷却ファン２５の冷却風の流れの主成分は遠心／旋回方向成分となり、冷却ファン２５から送り出された冷却風の多くが略直線的にファン外周へと流れるようになる。

そこで、本実施形態では、機体壁面２１のファン外周（ファン軸流方向に対して冷却ファン２５と略同じ位置）すなわち、冷却風の向かうところに排出口２２ｂ，２３ａを配置するとともに、これらの排出口２２ｂ，２３ａへと略直線的に流れる冷却風の流通経路についてはファンガード３０に通気材非配置部Ｓ₁，Ｓ₂を設けている。冷却風は抵抗の少ないところに多く流れるようになることから、冷却ファン２５から送り出された冷却風の多くが、矢印Ｆ₅，Ｆ₇で示すように、直接的な抵抗を受けることなく排出口２２ｂ，２３ａへと流れるようになる。

また、排出口２２ｂを出た冷却風は、エンジンフード４０のファン旋回流方向下流側の排出穴４１ｅａから矢印Ｆ₆で示すように機外へと滑らかに排出されるようになる。さらに、遠心／旋回方向成分を流れの主成分としながらも軸流方向への流れ成分の強い冷却風は、エンジンフード４０の膨出プレート４１と底部プレート４２との間に形成された風路４３により案内され、矢印Ｆ₁₁で示すようにファン軸流方向下流側の排出穴４１ｂａから機外へと滑らかに排出されるようになる。

また、遠心／旋回方向への流れを主成分とし排出口２２ｂへ向けて流れる冷却風の内、図２（ｂ）に矢印Ｆ₉で示すように膨出プレート４１のファン旋回流上流壁面４１ｃに向けて流れる冷却風は、略鉛直上方へと流れるが、矢印Ｆ₁₀で示すように上記壁面４１ｃの湾曲形状によりファン旋回流方向下流側の排出穴４１ｅａへ向けて偏向され、排出穴４１ｅａから滑らかに排出されるようになる。

このように冷却風の排出効率を向上させることができる結果、排出口２２ｂ，２３ａや排出穴４１ｂａ，４１ｅａの総開口面積を比較的少なくすることができ、エンジン音や冷却風がファン翼やクーリングパッケージ２４を通過する際に発生する風切り音の外部への漏洩、即ち騒音を抑制でき、また、冷却風の圧力損失を低減することも可能となり、冷却ファン２５の仕様を下げてコストダウンを図ることが可能となる。或いは、冷却風の排出効率が向上することから、同じ仕様の冷却ファン２５を使用してもその風量を増大することが可能となり、従来よりも熱交換面積の少ないコンパクトなクーリングパッケージを使用することが可能となる。

さらには、ファンガード３０には通気材非配置部Ｓ₁，Ｓ₂が設けられていることから、冷却風の鋼線３２ｂ，３２ｃとの接触が低減され、風切音（騒音）が抑制され、圧力抵抗が低減される。
また、エンジンルーム２Ｂから排出された冷却風は、エンジンフード４０により形成される風路４３により案内され、水平方向に偏向されて機外へと滑らかに排出されるようになり、また、上記水平姿勢の風路４３を介して外部へと漏洩するエンジン音なども破線の矢印Ｎ₁で示すように水平方向に伝播するようになる。

建設機械から水平方向に発せられる騒音を抑制することは例えば作業場所を遮蔽物により囲うなどすれば可能であるが、鉛直上方に発せられる騒音に対しこのような遮蔽物を設けることは大掛かりな作業が必要となり現実的ではなく、また、水平方向に発せられる騒音の一部及び鉛直下方に発せられる騒音は地面などにより吸収されるが、鉛直上方に発せられる騒音に対してはこのような吸収物がないためその伝播範囲が極めて広い。

したがって、騒音の伝播方向をこのように水平方向にすることにより、伝播範囲（伝播する方向及び伝播する距離）を狭めることができるようになる。
さらに、この風路４３内を矢印Ｎ₁で示すように伝わるエンジン音などは、風路４３を
形成する膨出プレート４１及び底部プレート４２に吸収され減衰される。
加えて、エンジン音などの一部は、図２（ａ）中に破線の矢印Ｎ₂で示すように底部プ
レート４２及び膨出プレート４１を透過するが、この際、底部プレート４２及び膨出プレート４１により減衰される。つまり、矢印Ｎ₂で示すように機外に伝播するエンジン音な
どは、機外に対し底部プレート４２及び膨出プレート４１の二つの壁面により遮蔽され減衰されるのである。

また、風路４３に案内されることにより、冷却風は、排出口２２ｂから直接機外へ排出されるよりも、エンジンルーム吸入口２２ａから離隔した位置より機外へ排出されるようになり、また、冷却風はエンジンルーム吸入口２２ａとは離隔する側に向けて排出されるようになる。これにより、機外へ排出されたクーリングパッケージ２４と熱交換後の温度の高い冷却風（熱風）が再びエンジンルーム吸入口２２ａから導入されてしまうこと（熱風の巻き込み）を防止できるようになる。

この点でも、クーリングパッケージ２４の冷却ひいてはエンジン冷却水やポンプ作動油などの冷却を効率的に行なえるようになり、クーリングパッケージをコンパクト化することが可能となる。
本発明の建設機械の冷却装置は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

例えば、図７に示すように、通気材非配置部Ｓ₂から排出口２３ａへ冷却風を案内するガイドＧを設けても良い。この場合、ガイドＧを、図８に示すように、ファンガード側面３０Ｂを形成する鋼線３２ｂ，３２ｃを下方の排出口へ向けて延ばすようにして形成するのが、製造が容易であるから好ましい。
また、上記各実施形態では、エンジンルーム天井壁２２に冷却風の排出口２２ｂを設けたが、この排出口２２ｂの代わりに、図９に示すように、カウンタウェイト２Ａに対しエンジンルーム２Ｂに面して機外へと貫通する風路６０を設けても良い（エンジンルーム２Ｂと機外とを連通させる風路６０をカウンタウェイト２Ａに設けても良い）。この場合、通気材非配置部Ｓ₃は、図９に示すように、このカウンタウェイト２Ａに設けられた風路入口６１に直線的に流れる冷却風の経路上に位置設定され、エンジンフード４０′は、上記実施形態のエンジンフード４０に対し膨出プレート４２のない構成となる。このようにエンジンルーム天井壁２２の排出口の不要な構成は、ファンガードの通気材非配置部が、エンジンルーム天井壁２２により機外に対し遮蔽された構成となるので好ましい。また、図２に示す上記実施形態の構造に対し、上記のカウンタウェイト２Ａに設ける風路６０及び通気材非配置部Ｓ₃を追加しても良い。

本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態としての建設機械の冷却ファン用ファンガード及び建設機械の冷却装置の構成を示す図であって、（ａ）はエンジンルームの正面視による模式的な断面図、（ｂ）は（ａ）の模式的なＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）の模式的なＢ−Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態としてのファンガードの構造を示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるエンジンルームの構造を示す図であってエンジンフードが開いた状態における上部旋回体を斜め上方から見た模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるエンジンルームの構造を示す図であってエンジンフードが閉じた状態における上部旋回体を斜め上方から見た模式的な斜視図である。 図６は本発明の一実施形態にかかるエンジンフードの構成を一部破断して示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態としての建設機械の冷却ファン用ファンガード及び建設機械の冷却装置の変形例の構成を示すエンジンルームの模式的な断面図であって、図２（ｂ）に対応する図である。 本発明の一実施形態としてのファンガードの変形例の構造を示す模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態としての建設機械の冷却ファン用ファンガード及び建設機械の冷却装置の変形例の構成を示すエンジンルームの模式的な断面図であって、図２（ｂ）に対応する図である。 従来の建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。 従来の建設機械のエンジンルームの内部構成を示す図であって機体前方から見たエンジンルームの模式的な断面図である。 建設機械の冷却装置におけるエンジンルーム内の広ささとクーリングパッケージの厚さとの関係を説明するため図であって、（ａ）はエンジンルーム内が比較的狭い場合の模式図、（ｂ）はエンジンルーム内が比較的広い場合の模式図である。 一般的な軸流形式の冷却ファンの性能曲線を示す模式図である。 （ａ），（ｂ）は上流側の圧力損失が比較的小さかった場合の冷却ファン前後の冷却風の流れをベクトルにより示す模式図である。 （ａ），（ｂ）は上流側の圧力損失が比較的大きかった場合の冷却ファン前後の冷却風の流れをベクトルにより示す模式図である。 従来の建設機械の冷却装置の構成を示す模式的な斜視図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
２Ａ カウンタウェイト
２Ｂ エンジンルーム
２Ｂａ ラジエータルーム
２Ｂｂ メインエンジンルーム
２Ｂｃ ポンプルーム
３ 作業装置
２１ 機体本体
２２ エンジンルーム天井壁
２２ａ 吸入口
２２ｂ，２３ａ 排出口
２３ エンジンルーム床壁
２２Ａ メンテナンス口
２４ クーリングパッケージ
２４ａ コア（クーリングユニット）
２４ｃ シュラウド
２５ 冷却ファン
２６ エンジン
２７ エンジンポンプ
３０ ファンガード
３０Ａ ファンガード背面
３０Ｂ ファンガード側面
３１ フレーム材
３２ 通気材（ファンガード材）
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 鋼線（細線）
４０ エンジンフード
Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃ 通気材非配置部
Ｇ ガイド

Claims (4)

1. エンジンルームの内部に形成される冷却風通路と、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に該冷却ファンよりもファン軸流方向上流側に設置されるクーリングユニットとをそなえて構成された、建設機械の冷却装置において、
   該冷却ファンを覆うように取付けられ、該冷却風が通過しうる通気材と、該冷却ファンの外周において該通気材の配置されない隙間として形成された通気材非配置部とを有してなるファンガードと、
   該エンジンルームが内部に形成される機体壁面に対し該冷却ファンの外周に形成された冷却風の排出口とをそなえ、
   該ファンガードの通気材非配置部が、該冷却ファンの回転中心線を中心とした該冷却ファンの外縁を通る円周の接線であって上記のエンジンルームに設置された冷却風の排出口を通る所定の直線上に配置された
   ことを特徴とする、建設機械の冷却装置。
2. 該機体壁面の上面に設けられたメンテナンス用の開口と、
   上記のメンテナンス用の開口を開閉可能なフードとをそなえ、
   上記のメンテナンス用の開口が、該冷却ファンよりも該ファン軸流方向下流側に位置設定された
   ことを特徴とする、請求項１記載の建設機械の冷却装置。
3. 該通気材非配置部からの冷却風を、該排出口へと案内するガイドが設けられた
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の建設機械の冷却装置。
4. 上記のエンジンルームの一側面をなすカウンタウェイトと、
   該カウンタウェイトの内部に設けられ、該エンジンルームに面して機外へと貫通する風路とをそなえ、
   該通気材非配置部が、該冷却ファンの回転中心線を中心とした該冷却ファンの外縁を通る円周の接線であって、該カウンタウェイトに設けられた該風路の入口を通る所定の直線上に配置された
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置。

Images