JP5594197B2

JP5594197B2 - 建設機械の冷却構造

Info

Publication number: JP5594197B2
Application number: JP2011057973A
Authority: JP
Inventors: 弘文渡辺
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: US8646553B2; JP2012192824A; EP2500542B1; US20120234513A1; EP2500542A1

Description

本発明はエンジン冷却水を冷却する熱交換器の吸気入口側に吸気室を形成し、この吸気室内に吸気案内用のダクトとエンジン吸気を濾過するエアクリーナとを設ける建設機械の冷却構造に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

油圧ショベルにおいては、図３，４に示すように上部旋回体１の後部に、エンジンガード２やカウンタウェイト３等のガード部材で覆われたエンジンルーム４が設けられ、このエンジンルーム４にエンジン５が左右方向に長い横長姿勢で設置される。

このエンジン５の左右片側(図例では右側。以下、この場合で説明する)に油圧ポンプ６、反対側に、エンジン冷却水を冷却する熱交換器７と、外気をエンジンルーム４に吸い込んで熱交換器７に通す冷却ファン８がそれぞれ設けられるとともに、熱交換器７の吸気入口側に外気を取り入れる吸気室９が形成される。

なお、カウンタウェイト３は、左右両サイド部分３ａ，３ｂがエンジンルーム４の側方に回り込み、左サイド部分３ａが吸気室９を形成する状態で設置される。

また、左右両サイド部分３ａ，３ｂには、窓穴状のメンテナンス開口１０と、これを開閉するメンテナンスパネル１１とが設けられ、これらにより両メンテナンス開口部分の内側に凹み１２が形成される。

吸気室９内における熱交換器コア面７ａの吸気入口側に、コア面７ａに対向する正面壁１３ａを備えた箱状のダクト１３が設けられる一方、吸気室９の上面壁(エンジンガード２)に、外気を吸気室９内に導入する第１吸気口１４、ダクト正面壁１３ａに第２吸気口１５(フィルタが設けられるが図示省略)がそれぞれ設けられ、
この第１及び第２両吸気口１４，１５及びダクト１３により、第１吸気口１４から下向きに取り込まれた外気を第２吸気口１５で横向きに方向転換して熱交換器コア面７ａに導入するＬ字形の屈折した吸気通路が形成される。

さらに、エンジン吸気を濾過するエアクリーナ１６が吸気室９内に設けられる。

このエアクリーナ１６はほぼ円筒状に形成され、特許文献１に示された公知技術では、図示のようにこのエアクリーナ１６をダクト１３内に前後方向に延びる横姿勢で設けている。

図３，４中、１７は上部旋回体１の基台となるアッパーフレーム、１８はこのアッパーフレーム１７の前部左側に設置されたキャビンである。

なお、この明細書において、「左右」「前後」はキャビン１８内に着座したオペレータから見た方向性をいう。

特開２００６−２０６０３４号公報

上記のようにエアクリーナ１６をダクト１３内に設置した公知技術によると、このエアクリーナ１６が、第２吸気口１５から熱交換器コア面７ａに向かう空気(冷却風)の流れの障害となり、スムーズな流れが阻害されるとともに、エアクリーナ１６を避けてコア面７ａの一部に偏って流れることとなる。

このため、空気の吸い込み効率が悪くなり、熱交換器７が必要とする風量が不足して冷却性能が低下する。

また、必要な風量を確保するために冷却ファン８を増速させると、同ファン８の運転音も増加するため、外部に漏れる騒音レベルが高くなり、騒音対策の拡充が必要となってコストアップとなる。

そこで本発明は、吸気室にエアクリーナを設けながら、このエアクリーナが空気の流れの障害とならないばかりか、整風機能を発揮して風量性能を高め、吸い込み効率をアップさせることができる建設機械の冷却構造を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、カバー材で覆われたエンジンルーム内に、エンジンと、熱交換器と、外気をエンジンルーム内に吸い込んで上記熱交換器に通す冷却ファンとが設けられるとともに、上記熱交換器の吸気入口側に、外気を取り入れる吸気室が形成され、かつ、この吸気室内における上記熱交換器のコア面の吸気入口側に、コア面に対向する正面壁を備えたダクトが設けられるとともに、上記吸気室の上面壁に、外気を吸気室内に導入する第１吸気口、上記ダクトの正面壁に第２吸気口がそれぞれ設けられ、上記第１吸気口から吸気室内に吸い込んだ外気を上記ダクトの第２吸気口を経て熱交換器コア面に導入するように構成された建設機械の冷却構造において、エンジン吸気を濾過するエアクリーナを、
(i) 上記吸気室内であってダクト外におけるダクトの吸気入口側で上記第２吸気口に臨み、
(ii) 上記熱交換器と冷却ファンとダクトの並び方向を左右としたときの前後方向に延びる横姿勢で、
(iii) 上記吸気室内に吸い込まれる空気の流れにおけるダクトから最も遠い外縁側の流れを上記第２吸気口に向けてガイドする位置に
設けたものである。

この構成によれば、第１に、エアクリーナをダクト外に設けるため、エアクリーナがダクト内での空気の流れの障害とならない。

すなわち、空気をスムーズに、かつ、熱交換器コア面の全域に均等に導入することができる。

第２に、エアクリーナを、吸気室内に吸い込まれる空気の流れにおけるダクトから最も遠い外縁側の流れを第２吸気口に向けてガイドする位置に設けたから、エアクリーナを吸気室におけるダクトの吸気側に設置しながら、エアクリーナが第２吸気口に向かう空気の流れを阻害するおそれがないばかりか、外縁側の流れを第２吸気口に向けてガイドする整風機能を発揮する。

とくに円筒状のエアクリーナの場合、外縁側の流れを外周の円弧面にそってスムーズに第２吸気口にガイドすることができる。

そして、外縁側の流れを第２吸気口にガイドすることで吸気室内での空気の流れ全体を第２吸気口に向かう流れに整えることができる。

以上の点により、冷却ファンを増速することなく必要な風量を確保することができる。

この場合、上記エアクリーナを、上記第１吸気口におけるダクトから最も遠い外側端部と上記第２吸気口の下端部とを結ぶ直線よりも下方でかつ直線に近い位置に設けるのが望ましい(請求項２)。

こうすれば、外縁側を流れる空気のほぼ全量をエアクリーナによって第２吸気口に導くこと、すなわち、吸気室内に吸い込まれた空気を第２吸気口の全域を通ってダクト内に導くことができるため、空気を熱交換器コア面の全域に均等に導入する点の効果がとくに高くなる。

なお、エアクリーナを、全体が上記直線よりも下方でかつ直線にできるだけ近い位置に設けるのが望ましいが、たとえばエアクリーナの中心が上記直線よりも下方にあってエアクリーナ外周の大半が上記直線よりも下方に位置し、外周一部のみがわずかに直線よりも上方に位置する状態で設けてもよい。

要は、エアクリーナが、外縁側の流れを第２吸気口に向けてガイドする機能を失わない範囲であればよい。

また本発明においては、第１吸気口から吸い込まれた空気が第２吸気口で方向転換して熱交換器のコア面に至るように、第２吸気口を、第１吸気口と熱交換器のコア面との間にＬ字形に屈折した吸気通路を形成する状態で設け、上記エアクリーナを、上記ダクトから最も遠い外縁側の流れの方向転換点に設けるのが望ましい(請求項３)。

こうすれば、外縁側の空気の流れの方向転換点でエアクリーナによって空気を第２吸気口に導くことで、整風効果が一層良くなる。

さらに本発明においては、上記エンジンルームの後方にカバー材を兼ねるカウンタウェイトを、左右両サイド部分がエンジンルームの側方に回り込んで片側のサイド部分が上記吸気室を形成する状態で設置し、このカウンタウェイトの上記片側のサイド部分に、メンテナンス開口と、このメンテナンス開口を外側から開閉するメンテナンスパネルとを設け、上記エアクリーナを、上記メンテナンス開口とメンテナンスパネルとによって形成されるカウンタウェイトの凹みの上端部に接近して設けるのが望ましい(請求項４)。

図３，４に示す公知技術によると、図４中に矢印で示すように、吸気室９に吸い込まれた空気の一部が、第２吸気口１５を素通りして下に向かう流れに分散し、さらに一部はカウンタウェイトサイド部分３ａの凹み１２に入り込んで渦を巻く流れとなり、停滞してしまう。

このため、ダクト１３内に導入される風量そのものが減少するため、風量性能がさらに悪化するという問題がある。

これに対し、上記のようにエアクリーナをカウンタウェイトサイド部分の凹みの上端部に接近して設けることにより、下向きに素通りする空気の流れを止めて第２吸気口に向けてガイドできること、及び凹みへの空気の流入そのものを抑えて渦の発生を抑制できることにより、風量性能を一層向上させることができる。

一方、本発明において、上記吸気室の底部にバッテリを設置し、上記エアクリーナを、このバッテリの少なくとも一部を上から覆う状態で設けるのが望ましい(請求項５)。

補機用のバッテリを吸気室に設置する場合、第１吸気口から雨水がバッテリに降りかかるおそれがあるため、バッテリ上方に雨水避けのカバーを設ける必要がある。

この場合、上記のようにエアクリーナを、バッテリの少なくとも一部を上から覆う状態で設けることにより、雨水避けカバーのサイズを縮小し、コストダウンを図ることができる。

本発明によると、吸気室にエアクリーナを設けながら、このエアクリーナが空気の流れの障害とならないばかりか、整風機能を発揮して風量性能を高め、吸い込み効率をアップさせることができる。

本発明の実施形態を示す概略断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。従来構造を示す油圧ショベルの上部旋回体の全体概略平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。

本発明の実施形態を図１，２によって説明する。

実施形態において、次の点は図３，４に示す従来構造と同じである。

(ｉ) 上部旋回体の後部に、エンジンガード２やカウンタウェイト３等のガード部材で覆われたエンジンルーム４を設け、このエンジンルーム４にエンジン５を左右方向に長い横長姿勢で設置する点。

(ｉｉ) このエンジン５の左右片側(背景技術の説明に合わせて右側の場合で説明する)に油圧ポンプ６、反対側に、エンジン冷却水を冷却する熱交換器７と、外気をエンジンルーム４に吸い込んで熱交換器７に通す冷却ファン８をそれぞれ設けるとともに、熱交換器７の吸気入口側に外気を取り入れる吸気室９を形成する点。

(ｉｉｉ) アッパーフレーム１７の後端部に配置されるカウンタウェイト３は、左右両サイド部分３ａ，３ｂがエンジンルーム４の側方に回り込み、左サイド部分３ａが吸気室９を形成する状態で設置する点。

(ｉｖ) 左右両サイド部分３ａ，３ｂには、窓穴状のメンテナンス開口１０と、これを開閉するメンテナンスパネル１１とを設け、これらにより両メンテナンス開口部分の内側に凹み１２が形成される点。

(ｖ) 吸気室９内における熱交換器コア面７ａの吸気入口側に、コア面７ａに対向する正面壁１９ａを備えた箱状のダクト１９を設ける一方、吸気室９の上面壁(エンジンガード２)に、外気を吸気室９内に導入する第１吸気口１４、ダクト正面壁１９ａに第２吸気口１５をそれぞれ設け、この第１及び第２両吸気口１４，１５及びダクト１９により、第１吸気口１４から下向きに取り込まれた外気を第２吸気口１５で横向きに方向転換して熱交換器コア面７ａに導入するＬ字形の屈折した吸気通路を形成する点。

なお、ダクト１９は正面壁１９ａのほか上下、前後の各側面を備えた独立した箱状に形成し、熱交換器コア面７ａを気密に囲う状態で設けている。

実施形態においては、エンジン吸気を濾過する円筒状のエアクリーナ１６を、吸気室９内であってダクト１９外におけるダクト１９の吸気入口側で第２吸気口１５に臨む位置、つまり、吸気室９内に吸い込まれた空気の流れのうちダクト１９から最も遠い外縁側の流れＦｏ(図１参照)を第２吸気口１５に向けてガイドする位置に、前後方向に延びる横姿勢で設けている。

詳述すると、エアクリーナ１６は次の条件を満足する状態で設けている。

(Ａ) エアクリーナ全体が、第１吸気口１４におけるダクト１９から最も遠い外側端部と第２吸気口１５の下端部とを結ぶ直線Ｌよりも下方であって、外周が直線Ｌにほぼ接する(直線Ｌにできるだけ近い)こと。

(Ｂ) Ｌ字形の吸気通路の屈折点、つまり、上記外縁側の空気流れＦｏの方向転換点に位置すること。

(Ｃ) カウンタウェイト左サイド部分３ａのメンテナンス開口１０とメンテナンスパネル１１とによって形成される凹み１２の上端部に接近する(凹み１２の上端部をほぼ塞ぐ)こと。

なお、エアクリーナ１６をダクト１９外で吸気室９に設けるため、ダクト１９外にエアクリーナ設置スペースを確保するべく、ダクト１９の左右方向寸法を図３，４に示す従来構造のダクト１３よりも短くしている。

一方、吸気室９の底部であってエアクリーナ１６の下部に補機用のバッテリ２０を設置している。

ここで、エアクリーナ１６が、上から見てバッテリ２０のほぼ左半部を上から覆うようにエアクリーナ１６とバッテリ２０の位置関係を設定している。

図１中、２１はバッテリ２０のほぼ右半部を上から覆う雨水避けカバーである。

この冷却構造によれば、第１に、エアクリーナ１６をダクト１９外に設けるため、従来構造と異なり、エアクリーナ１６がダク１９ト内での空気の流れの障害とならない。

すなわと、空気をスムーズに、かつ、熱交換器コア面７ａの全域に均等に導入することができる。

第２に、エアクリーナ１６を、吸気室９内での外縁側の空気の流れＦｏを第２吸気口１５に向けてガイドする位置に設けたから、エアクリーナ１６を吸気室９におけるダクト１９の吸気側に設置しながら、エアクリーナ１６が第２吸気口１５に向かう空気の流れを阻害するおそれがないばかりか、外縁側の流れを第２吸気口１５に向けてガイドする整風機能を発揮する。

とくに、エアクリーナ１６が円筒状であるため、外縁側の流れＦｏを外周の円弧面にそって第２吸気口１５にスムーズにガイドすることができる。

そして、外縁側の流れＦｏを第２吸気口１５にガイドすることで吸気室９内での空気の流れ全体を第２吸気口１５に向かう流れに整えることができる。

また、この実施形態では、
(Ｉ) エアクリーナ１６を、第１吸気口１４におけるダクト１９から最も遠い外側端部と第２吸気口１５の下端部とを結ぶ直線Ｌよりも下方でかつ直線Ｌに近い位置に設けたから、外縁側を流れる空気のほぼ全量をエアクリーナ１６によって第２吸気口１５に導くこと、すなわち、吸気室９内に吸い込まれた空気を第２吸気口１５の全域を通ってダクト１９内に導くことができる。このため、空気を熱交換器コア面７ａの全域に均等に導入する点の効果がとくに高くなる。

(ＩＩ) エアクリーナ１６を、Ｌ字形の吸気通路の屈折点であってダクト１９から最も遠い外縁側の流れＦｏの方向転換点に設けたから、整風効果が一層良くなる。

(ＩＩＩ) エアクリーナ１６をカウンタウェイト左サイド部分３ａの凹み１２の上端部に接近して設けたから、下向きに素通りする空気の流れを止めて第２吸気口１５に向けてガイドできること、及び凹み１２への空気の流入そのものを抑えて渦の発生を抑制できることにより、風量性能を一層向上させることができる。

以上の点により、吸気室９内での空気の流れ全体を第２吸気口１５に向かう流れに整え、冷却ファン８を増速するまでもなく必要な風量を確保することができる。

すなわち、低騒音でありながら高い冷却性能を得ることができる。

一方、エアクリーナ１６を、バッテリ２０のほぼ左半部を上から覆う状態、つまり雨水避けカバーの一部を兼ねる状態で設けたから、本来の雨水避けカバー２１のサイズを縮小し、コストダウンを図ることができる。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、最も望ましい形態として、エアクリーナ１６を、全体が直線Ｌよりも下方でかつ直線Ｌにできるだけ近い位置に設けたが、たとえばエアクリーナ１６の中心が直線Ｌよりも下方にあってエアクリーナ外周の大半が直線Ｌよりも下方に位置し、外周一部のみがわずかに直線Ｌよりも上方に位置する状態で設けてもよい。

要は、エアクリーナ１６が、吸気室９内の外縁側の空気の流れＦｏを第２吸気口１５に向けてガイドする機能を失わない範囲であればよい。

(２) ダクト１９は、上記実施形態のように独立した箱体を熱交換器７の吸気側に取付けて構成するものに限らず、たとえばカバー材や熱交換器７の取付枠等から板材を張り出して構成してもよい。

(３) 上記実施形態ではエアクリーナ１６がバッテリ２０のほぼ左半部を上から覆う構成としたが、バッテリ２０のサイズや位置によってはエアクリーナ１６がバッテリ２０の左半部以外の範囲、及びもっと狭い範囲で覆う構成としてもよい。

２カバー材としてのエンジンガード
３カバー材を兼ねるカウンタウェイト
３ａカウンタウェイトの左サイド部分
４エンジンルーム
５エンジン
７熱交換器
７ａ熱交換器コア面
８冷却ファン
９吸気室
１０カウンタウェイト左サイド部分のメンテナンス開口
１１メンテナンスパネル
１２凹み
１４第１吸気口
１５第２吸気口
１６エアクリーナ
１９ダクト
２０バッテリ

Claims

カバー材で覆われたエンジンルーム内に、エンジンと、熱交換器と、外気をエンジンルーム内に吸い込んで上記熱交換器に通す冷却ファンとが設けられるとともに、上記熱交換器の吸気入口側に、外気を取り入れる吸気室が形成され、かつ、この吸気室内における上記熱交換器のコア面の吸気入口側に、コア面に対向する正面壁を備えたダクトが設けられるとともに、上記吸気室の上面壁に、外気を吸気室内に導入する第１吸気口、上記ダクトの正面壁に第２吸気口がそれぞれ設けられ、上記第１吸気口から吸気室内に吸い込んだ外気を上記ダクトの第２吸気口を経て熱交換器コア面に導入するように構成された建設機械の冷却構造において、エンジン吸気を濾過するエアクリーナを、
(i) 上記吸気室内であってダクト外におけるダクトの吸気入口側で上記第２吸気口に臨み、
(ii) 上記熱交換器と冷却ファンとダクトの並び方向を左右としたときの前後方向に延びる横姿勢で、
(iii) 上記吸気室内に吸い込まれる空気の流れにおけるダクトから最も遠い外縁側の流れを上記第２吸気口に向けてガイドする位置に
設けたことを特徴とする建設機械の冷却構造。
上記エアクリーナを、上記第１吸気口におけるダクトから最も遠い外側端部と上記第２吸気口の下端部とを結ぶ直線よりも下方でかつ直線に近い位置に設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の冷却構造。
第１吸気口から吸い込まれた空気が第２吸気口で方向転換して熱交換器のコア面に至るように、第２吸気口を、第１吸気口と熱交換器のコア面との間にＬ字形に屈折した吸気通路を形成する状態で設け、上記エアクリーナを、上記ダクトから最も遠い外縁側の流れの方向転換点に設けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の冷却構造。
上記エンジンルームの後方にカバー材を兼ねるカウンタウェイトを、左右両サイド部分がエンジンルームの側方に回り込んで片側のサイド部分が上記吸気室を形成する状態で設置し、このカウンタウェイトの上記片側のサイド部分に、メンテナンス開口と、このメンテナンス開口を外側から開閉するメンテナンスパネルとを設け、上記エアクリーナを、上記メンテナンス開口とメンテナンスパネルとによって形成されるカウンタウェイトの凹みの上端部に接近して設け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構造。
上記吸気室の底部バッテリを設置し、上記エアクリーナを、このバッテリの少なくとも一部を上から覆う状態で設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の冷却構造。