JP5525869B2 - 作業機械の排熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械のエンジン室内の熱を機体外部へ排出する排熱構造に関する。

従来、油圧ショベルに代表される作業機械では、エンジンや熱交換器が設けられるエンジンルーム内に冷却ファンを配置して機体外部から冷却風を導入し、各種装置を冷却している。冷却風は、熱交換器での熱交換に利用されるだけでなく、エンジンルーム内の各所を流通するように誘導されて、熱を機体外部へ排出するのにも利用されている。
例えば、特許文献１には、冷却ファンによってエンジンルーム内に吸い込まれた冷却風を水平方向に排出する排気ダクトを備えた作業機械が開示されている。この技術では、機体側方の吸気開口から導入された冷却風が熱交換器を通過した後、エンジンの上面を通過して排気ダクトから排出されている。また、排気ダクト内に仕切板を設けるとともに内面に吸音材を貼り付けることにより、冷却風量を確保しつつ騒音を低減させている。

特開２００４−９０６８９号公報

ところで、油圧ポンプを搭載した一般的な作業機械では、油圧ポンプがエンジンに隣接して設けられる。例えば特許文献１では、エンジンよりも冷却風の下流側に隣接するように、油圧ポンプが配置されている。そのため、エンジンの近傍を流通した冷却風が油圧ポンプ側にも流れやすく、油圧ポンプの周りに熱がこもりやすいという課題がある。
また、一般的な作業機械では、排気を浄化するとともに排気音を低減させるための排気マフラーがエンジンの上部に併設される。近年では、排ガス規制により排気マフラーが大型化し、これに伴い排気マフラーからの排熱量が増加しつつある。そのため、排気マフラーがエンジンに隣接して配置されたようなレイアウトの場合には、エンジンの近傍を流通した冷却風がさらに高温になりやすく、結果として油圧ポンプの周りにこもる熱量が増大しやすいという課題もある。

本件の目的の一つは、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成で機体内部での熱のこもりを防止して、排熱性を向上させることができるようにした、作業機械の排熱構造を提供することである。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

開示の作業機械の排熱構造は、作業機械に搭載されたエンジンが配置されるエンジン室と、該エンジン室に隣接して設けられ、油圧ポンプが配置されるポンプ室と、該ポンプ室の上方で機体側面に面して設けられ、該エンジンの排気マフラーが配置されるマフラー室と、該エンジンに隣接して配置され、機体外部から該エンジン室へと冷却風を導入する冷却装置と、該エンジン室に導入された該冷却風の流れを該ポンプ室へ向かう流れと該マフラー室に向かう流れとに分離させる分離構造とを備え、該分離構造が、該エンジン室の上部に水平方向に配置され、該冷却装置で導入された該冷却風を該マフラー室へ供給する通気ダクトを有することを特徴としている。

また、開示の作業機械の排熱構造は、該分離構造が、該ポンプ室と該マフラー室とを機体上下方向に区画する防火壁と、該マフラー室に面する該機体側面に形成され、該マフラー室と機体外部とを連通する通気穴と、を有することを特徴としている。
また、開示の作業機械の排熱構造は、該分離構造が、該エンジン室と該ポンプ室とを区画する第二防火壁と、該第二防火壁に形成され、該エンジン室と該ポンプ室とを連通する第二通気穴と、該ポンプ室の底面に形成され、該ポンプ室と該機体外部とを連通する第三通気穴と、を有することを特徴としている。

開示の作業機械の排熱構造によれば、冷却風の流れをポンプ室側とマフラー室側とに分離させることにより、機体内部での熱のこもりを防止することができ、排熱性を高めることができる。

一実施形態に係る排熱構造を備えた油圧ショベルの全体構成を示す斜視図である。 図１の油圧ショベルのエンジン室を模式的に示す側断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。 図１の油圧ショベルのポンプ室内部を示す側断面図（図２のＢ矢視相当断面図）である。

以下、図面を参照して作業機械の排熱構造の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下に示す実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、その趣旨を逸脱しない範囲で本実施形態を種々変形して実施してもよい。
［１．構成］
［１−１．全体構成］
本発明は、図１に示す油圧ショベル２０（作業機械）に適用されている。この油圧ショベル２０は、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体２１と、その上部に搭載された上部旋回体２２とを備えている。上部旋回体２２は、旋回装置を介して下部走行体２１の上に旋回自在に設置される。

上部旋回体２２の車両前方側にはブームやアーム等のフロント作業機２３が設けられ、その機体左側に操作者が搭乗するキャブ２４が設けられる。また、上部旋回体２２における後端部にはカウンタウェイト２５が設けられ、その直前方にマシンルーム１９が設けられている。
図２に模式的に示すように、マシンルーム１９は機体の左右全幅にわたって配置され、天井をなすエンジンフード９，底面８，左右の側板７，１６によって囲まれて形成されている。エンジンフード９は、上部旋回体２２の上方に開放可能なカバー部材である。このマシンルーム１９は、エンジン室１，ポンプ室２及びマフラー室３の三種類の空間から構成される。なお、底面８はエンジン室１及びポンプ室２で共通であり、機体右側の側板７はポンプ室２及びマフラー室３で共通である。

［１−２．エンジン室］
エンジン室１には、エンジン１１及び冷却ファン１８（冷却装置）が配置されている。冷却ファン１８はエンジン１１に隣接して設けられた軸流ファンであり、機体外部からエンジン室１内に冷却風を取り込むものである。エンジン室１の左側面となる側板１６には吸気口１６ａが設けられ、ここから冷却風がエンジン室１内へ導入される。また、冷却ファン１８によって取り込まれる冷却風の上流側には、オイルクーラやラジエータ等からなる冷却ユニット４が配置されている。以下、エンジン室１内における冷却風の流れに基づいて、上流側及び下流側との表現を用いる。

冷却ユニット４の放熱コアを通過した冷却風は、冷却ファン１８に吸い込まれ、冷却ファン１８の下流側へと放射状に吹き出される。なお、冷却ファン１８よりも下流側の冷却風の一部は、図２中に黒矢印で示すように、右方向（エンジン１１側）へと流通し、あるいは冷却ファン１８の回転軸まわりに旋回しつつ外側へ広がるように流通する。
底面８及びエンジンフード９における冷却ファン１８よりも冷却風の下流側となる位置（すなわち、図２中において、冷却ファン１８の直上部，直下部よりもやや右方向にずれた位置）には、通気穴８ｂ，９ｂが形成されている。これらの通気穴８ｂ，９ｂは、冷却ファン１８から吹き出された冷却風のうち、遠心方向に流れた冷却風を直接的に機体外部へ排出する。

本エンジン室１はいわゆるダブルデッキ構造であり、エンジン１１の上部にデッキプレート１４が配置されている。このデッキプレート１４は、エンジンフード９の表面とほぼ平行となるように水平方向に広がって設けられ、エンジンフード９との間に通気ダクト１５を形成している。通気ダクト１５の入口は、通気穴９ｂよりも冷却風の下流側となる位置（すなわち、図２中において、通気穴９ｂよりもやや右方向にずれた位置）に設定されている。

［１−３．ポンプ室］
ポンプ室２は、エンジン室１に隣接して設けられ、油圧ポンプ１２が配置された室である。油圧ポンプ１２は、油圧ショベル２０に搭載された各種油圧機器（例えば、フロント作業機２３の油圧シリンダや下部走行体２１に内蔵された油圧走行モータ等）の作動油供給源である。この油圧ポンプ１２は、エンジン１１の出力軸に対して機械的に接続され、エンジン１１によって駆動されている。

エンジン１１と油圧ポンプ１２との間には、作動油がエンジン１１側へ飛散しないようにするための防火壁６（第二防火壁）が形成されている。防火壁６は、エンジン室１とポンプ室２とを機体左右方向に区画する板状の部材であり、底面８からほぼ垂直に設けられている。なお、エンジン１１の出力軸は、防火壁６を貫通して油圧ポンプ１２に接続されている。

防火壁６には、エンジン室１とポンプ室２とを連通するポンプサイド穴６ａ（第二通気穴）が形成されている。図３に示す例では、ポンプサイド穴６ａは油圧ポンプ１２から機体前後方向に離れた位置であって、ここでは防火壁６の機体後方端部（カウンタウェイト２５側の端部）と、ポンプ室２の前端側との二箇所に形成されている。
図２に示すように、ポンプ室２の底面８には、ポンプ室２と機体外部とを連通するボトムガード穴８ａ（第三通気穴）が形成されている。これにより、エンジン室１からポンプサイド穴６ａを通ってポンプ室２に導入された冷却風は、ボトムガード穴８ａから機体外部に排出されるように流れる。

ポンプ室２の側面には、サイドカバー１７が開閉自在に取り付けられている。ここでは、サイドカバー１７に開口部が形成されていないものとする。つまり、ポンプ室２内の冷却風の出口はボトムガード穴８ａのみとなる。なお、サイドカバー１７に開口部を形成する場合であっても、ポンプ室２内の冷却風がおもにボトムガード穴８ａから排出されるように、その開口形状，開口面積等を比較的小さく設定することが好ましい。

［１−４．マフラー室］
マフラー室３は、ポンプ室２の上方に設けられ、排気マフラー１３が配置された室である。排気マフラー１３は、エンジン１１からの排気を浄化するとともに排気音を低減させるものであり、各種フィルタや排気触媒等を組み合わせて構成されている。図２に示すように、マフラー室３は機体側面をなす側板７に面して形成され、排気マフラー１３がマフラー室３のほぼ中央の位置を占めるように配置されている。なお、排気マフラー１３から上方に向けて突設された排気筒１３ａは、エンジンフード９を貫通して上部旋回体２２の上面に突出している。

マフラー室３とポンプ室２との間には防火壁５が設けられている。この防火壁５は、ポンプ室２とマフラー室３とを機体上下方向に区画する板状の部材であり、排気マフラー１３の直下方でほぼ水平に配置されている。防火壁５には、前述の防火壁６とは異なり、開口部が形成されていない。つまり、防火壁５はマフラー室３からポンプ室２への空気の流通を遮断するように機能している。なお、防火壁５の上面に、排気マフラー１３からの熱を遮断するための断熱材を貼り付けてもよい。

防火壁５におけるエンジン室１側の端部には下方へ折り曲げられた傾斜部５ａが設けられており、この傾斜部５ａが防火壁６に接続されている。傾斜部５ａは、図２に示すように、エンジン室１内を流れる冷却風をマフラー室３側に導くように、防火壁６に対して傾斜して配置されている。
マフラー室３の側面には、マフラー室３と機体外部とを連通する通気穴７ａ（第三通気穴）が形成されている。また、エンジンフード９における排気マフラー１３の直上部となる位置にも、マフラー室３と機体外部とを連通する通気穴９ａが形成されている。これにより、エンジン室１からマフラー室３に導入された冷却風は、これらの通気穴７ａ，９ａから機体外部に排出されるように流れる。

［２．作用］
冷却ファン１８によってエンジン室１内に導入された冷却風は、冷却ユニット４の放熱コアを通過し、冷却ユニット４内の熱媒体を冷却する。その後、冷却風は冷却ファン１８に吸い込まれるとともに遠心方向に広がりながら下流側へと吹き出される。冷却ファン１８の下流側における冷却風の流れをその流通方向別に分類すると、おもに以下の三種類となる。
（Ａ）通気穴８ｂ，９ｂ側へ流れるもの
（Ｂ）通気ダクト１５側へ流れるもの
（Ｃ）エンジン１１側へ流れるもの

上記（Ａ）の冷却風は、遠心方向への速度成分が大きいものであり、底面８の通気穴８ｂ及びエンジンフード９の通気穴９ｂから機体外部へ排出される。これにより、冷却風が冷却ユニット４から受け取った熱は、上部旋回体２２の上面及び下面の両方から機体外部へと排出され、エンジン室１内の温度上昇が抑制される。

上記（Ｂ）の冷却風は、上記（Ａ）よりも遠心方向への速度成分がやや小さいものである。通気ダクト１５の入口はエンジンフード９の通気穴９ｂよりも下流側となる位置に設けられているため、通気穴９ｂから機体外部へ排出されなかった冷却風は通気ダクト１５を通ってマフラー室３側へと供給される。また、通気ダクト１５の下面にはデッキプレート１４が配置されているため、通気ダクト１５を通過する冷却風はエンジン１１から発せられる熱の影響を受けにくく、比較的低温の冷却風が排気マフラー１３の近傍に供給される。

上記（Ｃ）の冷却風は、上記（Ｂ）よりも遠心方向への速度成分がさらに小さいものである。この冷却風は、エンジン１１の近傍を通過してエンジン１１を冷却し、さらにポンプ室２に向かう流れとマフラー室３に向かう流れとに分流する。
ポンプ室２に向かう流れの冷却風は、防火壁６に形成されたポンプサイド穴６ａからポンプ室２の内部に導入され、油圧ポンプ１２やその周辺機器を冷却しつつ、底面８のボトムガード穴８ａから機体外部へ排出される。これにより、冷却風がエンジン１１及び油圧ポンプ１２から受け取った熱は、上部旋回体２２の下面から外部に排出され、エンジン室１内及びポンプ室２内の温度上昇が抑制される。特に、冷却風がポンプ室２内を吹き抜ける（通過する）構造であるため、ポンプ室２内に熱がこもりにくく、ポンプ室２内の温度上昇が効率的に抑制される。

一方、マフラー室３に向かう流れの冷却風は、排気マフラー１３やその周辺機器を冷却しつつ、側板７の通気穴７ａ及びエンジンフード９の通気穴９ａから機体外部へ排出される。これにより、冷却風がエンジン１１及び排気マフラー１３から受け取った熱は、上部旋回体２２の上面及び側面から外部に排出され、エンジン室１及びマフラー室３の温度上昇が抑制される。

また、マフラー室３には、エンジン１１の近傍を通過した冷却風だけでなく、上記（Ｂ）に係る通気ダクト１５を通った冷却風も導入される。この冷却風は上記（Ｃ）の冷却風よりも低温であり、効果的に排気マフラー１３を冷却する。また、マフラー室３とポンプ室２との間には防火壁５が設けられているため、マフラー室３で熱せられた冷却風がポンプ室２側へ吹き込むことがなく、排気マフラー１３の熱は機体外部へ排出される。これにより、マフラー室３の温度上昇が効率的に抑制される。

［３．効果］
このように、開示の作業機械の排熱構造によれば、冷却風の流れをポンプ室２側とマフラー室３側とに分離させることにより、マシンルーム１９内部（機体内部）での熱のこもりを防止することができ、排熱性を高めることができる。また、ポンプ室２とマフラー室３とを防火壁５で機体上下方向に区画することにより、マフラー室３からポンプ室２への冷却風の吹き込みを防止することができ、ポンプ室２の温度上昇を抑制することができる。なお、防火壁５，６が傾斜部５ａによって接続されているため、エンジン室１内を流れる冷却風のうちポンプサイド穴６ａに流入しなかった冷却風をマフラー室３側に誘導することができ、冷却風の流れを分離しやすくすることができるという利点もある。

また、ポンプ室２には、エンジン室１側からの冷却風の入口となるポンプサイド穴６ａが設けられ、かつ、冷却風の出口となるボトムガード穴８ａが設けられているため、冷却風を機体外部へと淀みなく吹き流すことができ、ポンプ室２の温度上昇を抑制することができる。ポンプサイド穴６ａは油圧ポンプ１２から機体前後方向に離れた位置に設けられているため、防火壁６に要求される作動油の飛散防止機能に支障は生じない。また、ポンプ室２のサイドカバー１７には開口部が形成されていないため、熱せられた冷却風の通過によってサイドカバー１７の温度上昇を防止することができる。なお、ポンプ室２内の温度が過剰に高まることがないため、例えばポンプ室２内に周辺機器やセンサ類が設置されていたとしても、それらの動作温度環境を維持することができる。

さらに、マフラー室３が機体側面をなす側板７に接して形成され、かつ、その側板７に通気穴７ａが設けられているため、排気マフラー１３の近傍で熱せられた冷却風を機体外部へとスムーズに排出することができ、マフラー室３内の温度上昇を防ぐことができる。また、排気マフラー１３の直上部となる位置にも通気穴９ａが形成されているため、排気マフラー１３からの放熱性を高めることができる。

特に、上述の実施形態では、エンジン室１の上部に通気ダクト１５が形成されており、エンジン１１から発せられる熱の影響をあまり受けていない比較的低温の冷却風が排気マフラー１３の近傍に供給されている。したがって、通気ダクト１５のない構造と比較して、マフラー室３を冷却しやすくすることができ、マフラー室３内の温度上昇を効果的に防止することができる。また、これにより、たとえ排気マフラー１３が大型化したとしても、機体外部への熱量の排出性を確保することができる。

［４．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態におけるマシンルーム１９の内外を連通する通気穴８ｂ，９ａ，９ｂに加えて、あるいは代えて、異なる位置に通気穴を設けてもよい。例えば、底面８やエンジンフード９に開口部を設けて、エンジン室１，ポンプ室２及びマフラー室３から冷却風が流出しやすい構造としてもよい。なお、エンジン室１に導入された冷却風がポンプ室２側に向かう流れとマフラー室３側に向かう流れとに分離されている限り、具体的な冷却風の流通経路は任意に設定することができる。

本発明は、エンジン，油圧ポンプ及び排気マフラーを備えた作業機械（例えば、油圧ショベルやホイールローダ，油圧式クレーン等）全般に適用することができる。

１ エンジン室
２ ポンプ室
３ マフラー室
４ 冷却ユニット（冷却装置）
５ 防火壁
５ａ 傾斜部
６ 防火壁（第二防火壁）
６ａ ポンプサイド穴（第二通気穴）
７ 側板（機体側面）
７ａ 通気穴（通気穴）
８ 底面
８ａ ボトムガード穴（第三通気穴）
８ｂ 通気穴
９ エンジンフード
９ａ，９ｂ 通気穴
１１ エンジン
１２ 油圧ポンプ
１３ 排気マフラー
１３ａ 排気筒
１４ デッキプレート
１５ 通気ダクト
１６ 側板
１６ａ 吸気口
１７ サイドカバー
１８ 冷却ファン（冷却装置）
１９ マシンルーム
２０ 油圧ショベル
２５ カウンタウェイト

Claims (3)

1. 作業機械に搭載されたエンジンが配置されるエンジン室と、
   該エンジン室に隣接して設けられ、油圧ポンプが配置されるポンプ室と、
   該ポンプ室の上方で機体側面に面して設けられ、該エンジンの排気マフラーが配置されるマフラー室と、
   該エンジンに隣接して配置され、機体外部から該エンジン室へと冷却風を導入する冷却装置と、
   該エンジン室に導入された該冷却風の流れを該ポンプ室に向かう流れと該マフラー室に向かう流れとに分離させる分離構造と
   を備え、
   該分離構造が、
   該エンジン室の上部に水平方向に配置され、該冷却装置で導入された該冷却風を該マフラー室へ供給する通気ダクトを有する
   ことを特徴とする、作業機械の排熱構造。
2. 該分離構造が、
   該ポンプ室と該マフラー室とを機体上下方向に区画する防火壁と、
   該マフラー室に面する該機体側面に形成され、該マフラー室と機体外部とを連通する通気穴と、を有する
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の排熱構造。
3. 該分離構造が、
   該エンジン室と該ポンプ室とを区画する第二防火壁と、
   該第二防火壁に形成され、該エンジン室と該ポンプ室とを連通する第二通気穴と、
   該ポンプ室の底面に形成され、該ポンプ室と該機体外部とを連通する第三通気穴と、を有する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械の排熱構造。

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