JP5948966B2 - 建設機械の吸気構造 - Google Patents

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Description

本発明は外部から吸入した冷却用の空気を熱交換器に導く建設機械の吸気構造に関するものである。
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
ショベルにおいては、上部旋回体の後部にエンジンルームを設け、このエンジンルームにエンジン、油圧ポンプ、冷却ファン、熱交換器(ラジエータ、オイルクーラ等)を左右に並設し、冷却ファンの回転により外部から冷却用の空気を吸い込んで熱交換器に通すように構成している。
この場合、吸気口は、通常はエンジンルームの左右片側の側面や上面に設けられるが、この吸気口からのエンジンまわりの騒音(エンジン音、ポンプ音、ファン音等。以下、まとめて「エンジン騒音」という)の漏れが大きくなるという課題があった。
この課題の解決策として、特許文献1に示されるように、吸気ダクトを、機械左右片側の前面から熱交換器の吸気面に至る湾曲した経路で設けることにより、吸気通路を長くとって通路内で減音効果を発揮させ、吸気口からの音漏れを低減する技術が提案されている。
特開平4−55527号公報
しかし、上記公知技術では、吸気ダクト全体を、エンジンや冷却ファン等の主音源と同じ高さレベルに、かつ、エンジン騒音が直接ダクト内に入る状態で設けているため、吸気ダクト(吸気通路)内に入るエンジン騒音の絶対量が多くなる。
この場合、公知技術では吸気ダクトを旋回周方向に沿って湾曲させてはいるものの、減音に高い効果があるとされる、音の伝達の障害となる大きな屈折部分が無いため、ダクト内での減音効果そのものも低いものとなる。
このため、吸気口から外部に出るエンジン騒音が多くなり、騒音低減効果が低いものとなっていた。
そこで本発明は、吸気通路に入るエンジン騒音そのものを減らすとともに、吸気通路内での減音効果を高めて騒音低減効果を向上させることができる建設機械の吸気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、本発明は、下部走行体と、その下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とを備え、上記上部旋回体の後部にはエンジンルームが設けられ、上記エンジンルームの前方で且つ上記上部旋回体の左側と右側のうちの一方側の領域には作動油タンク等の機器類が収容される機器スペースが設けられ、上記エンジンルーム内にエンジンと熱交換器と冷却ファンが設けられた建設機械において、上記冷却ファンの回転により外部空気を上記エンジンルーム内に導入して上記熱交換器に通すように構成された建設機械の吸気構造であって、吸気ダクトが上記上部旋回体に設けられ、上記エンジンと上記冷却ファンと上記熱交換器はこの順番で上記上部旋回体の上記一方側と反対側から上記一方側へ向かって並び、上記熱交換器は上記上部旋回体において上記機器スペースが配置された上記一方側と同じ側に配置され、上記上部旋回体のうち左右方向において上記熱交換器に対して上記エンジンと反対側の位置には、吸気空間が設けられ、上記熱交換器の吸気面は、左右方向において上記エンジンと反対側を向いて上記吸気空間に面し、上記吸気ダクトは、前後方向において上記機器スペースの上部を通って上記熱交換器の上方の位置へ延びる状態で当該吸気ダクトの幅方向の中心が上記機器スペースの幅方向の中心に対して上記上部旋回体の左右幅方向の内側にオフセットするように配置され、上記吸気ダクトは、当該吸気ダクトの前端において開口する吸気口と、当該吸気ダクトの後部に設けられ、上記熱交換器の上方で左右方向における上記吸気空間側に開口する吹き出し口とを有していて、当該吸気ダクトは、上記吸気口から後方へ延びて上記熱交換器の上方を通り、左右方向における上記吸気空間側へ屈曲して上記吹き出し口へ至る内部空間を形成し、上記外部空気が上記吸気口から上記吸気ダクトの上記内部空間を通って上記吹き出し口から上記吸気空間に入り、その吸気空間から上記熱交換器の上記吸気面に入る経路で流れるように当該外部空気を流通させる吸気通路が形成されているものである。
この構成によれば、外部空気を、熱交換器の上方から下方に回り込んで吸気面に入る経路で通すため、いいかえれば、エンジン騒音が吸気面から上向きの屈折路を通って吸気口に向かうため、第1に、吸気通路への音の入射量が減少し、第2に、屈折路で高い減音効果を発揮させることができる。これにより、前記公知技術と比較して、吸気口からの音の漏れ量を減少させることができる。
また、この構成によれば、吸気ダクトによって吸気通路を簡単に構成することができる。とくに、吸気ダクト全体を設置障害物の無い、熱交換器よりも上方に設置する構成をとれば、吸気ダクトの設置がより簡単となる。また、この構成によれば、エンジンルームの前方左右片側に機器スペースが設けられた機械において、機器スペースの上部をダクト設置空間として前後方向に十分な長さを持った吸気ダクトを構成することができる。また、この構成によれば、吸気ダクトを熱交換器と左右同じ側でほぼ直線状に構成することができるため、ダクト構成及びその設置が簡単となる。また、この構成によれば、エンジン騒音の出口となる吸気口が、機械の最も外側端よりも内側で外部に開口するため、機械近くで作業する作業員に与える騒音の影響が少なくてすむ。
本発明において、上記吸気通路全体上記熱交換器よりも高い位置に設けられているのが望ましい(請求項2)。
この構成によれば、吸気通路全体を熱交換器よりも上方の、設置障害物となる機器類が無くて通路のルートと長さを比較的自由に設定できる空間で構成することができるため、十分な通路長を確保して高い減音効果を得ることができる。
本発明において、上記上部旋回体のうち上記エンジンルームの前方における上記機器スペースと左右反対側の位置に運転席設けられる一方、上記機器スペースカバー材で覆われ、このカバー材における車幅方向外側の上側コーナー部外下がりの傾斜面となっているのが望ましい(請求項)。
すなわち、機器スペースと左右反対側に運転席が設置され、かつ、機器スペースがカバー材で覆われて形成される機械において、上記建設機械の吸気構造のように吸気ダクトを車幅方向内側に配置したことによってカバー材の外側が空くため、この空いた上側コーナー部を外下がりの傾斜面として形成することにより、吸気ダクトを設置しながら運転席からの側方視界を良くすることができる。
本発明において、上記上部旋回体のうち上記エンジンルームの前方における上記機器スペースと左右反対側の位置に運転席設けられ、上記吸気口、上記運転席に着座した状態でのオペレータの標準的な耳の位置よりも前方で上記機器スペースの前面側に開口しているのが望ましい(請求項)。
こうすれば、吸気口から出るエンジン騒音が直接オペレータの耳に入らないため、オペレータの耳元騒音を低減することができる。
また、吸気口をオペレータの耳の位置よりも前方で機器スペースの前面側に開口させるということは、吸気ダクトの長さを長くとれるということであるため、吸気ダクトによる減音効果がより高いものとなる。
ところで、機器スペースは、たとえばショベルにあっては上部旋回体の基台としてのアッパーフレーム上にカバー材で覆われて形成され、作動油タンク等の機器類がカバー材との間に隙間を置いて設置されるのが通例である。すなわち、機器スペース内は上記隙間によって、元々、空気が流通し得る状態にある。
そこで、上記機器スペースカバー材で覆われていて、このカバー材に補助吸気口設けられ上記上部旋回体には、上記補助吸気口から吸入された外部空気を、上記機器スペース内を通過させ上記吸気空間に入る経路で通す補助通気路が設けられているのが望ましい(請求項)。
こうすることにより、熱交換器に対する外部空気の導入量を増やすことができるため、冷却効果を高めることができる。
この場合、吸気通路を通過した空気と上記補助通気路からの空気が吸気空間で異なる方向から合流する構成とすると、空気の交錯によって通風抵抗が増加する懸念がある。
そこで、上記上部旋回体には、上記補助通気路を流れる外部空気を、上記熱交換器の上方で上記吸気通路の外部空気に合流させるガイド板設けられているのが望ましい(請求項)。
この構成により、合流部分での通風抵抗を減らし、風量増加に寄与する。
本発明によると、吸気通路に入るエンジン騒音そのものを減らすとともに、吸気通路内での減音効果を高めて騒音低減効果を向上させることができる。
本発明の第1実施形態を示す一部断面平面図である。 図1のII−II線断面図である。 同III−III線断面図である。 第1実施形態に係る吸気ダクトの斜視図である。 本発明の第2実施形態を示す一部断面平面図である。 図5のVI−VI線断面図である。 本発明の第3実施形態を示す一部断面平面図である。 図7のVIII−VIII線断面図である。 本発明の参考例を示す背面断面図である。
実施形態はショベルを適用対象としている。
第1実施形態(図1〜図4参照)
図示しないクローラ式の下部走行体上に上部旋回体1が旋回自在に搭載され、この上部旋回体1に図示しない作業アタッチメントが取付けられてショベルが構成される。
上部旋回体1の後部に、カウンタウェイト2、及び前方、左右両側、上方を覆うカバー材によってエンジンルーム3が形成されるとともに、このエンジンルーム3の前方左側に、運転席4を備えたキャビン5、前方右側に機器スペース(機器室)6がそれぞれ設けられる。
エンジンルーム3内には、エンジン7が車幅(左右)方向のほぼ中央部に設けられるとともに、このエンジン7の左側に油圧ポンプ8、右側に冷却ファン9がそれぞれエンジン7によって駆動される状態で設けられている。
また、冷却ファン9のさらに右側、すなわち、エンジンルーム3内における車幅方向の最も外側にエンジン冷却用のラジエータ、オイルクーラ、インタークーラー等の熱交換器(図では一つのものとして示す))10が設けられ、冷却ファン9の回転により、外部空気が後述する吸気ダクトを介して熱交換器10の吸気面(図1の右側の面。コア面ともいう)10aに向けて吸入される。
なお、この明細書において「左右」及び「前後」は、運転席4に着座したオペレータO(図1,2参照)から見た方向性をいう。
一方、機器スペース6には、作動油タンク11や図示しないコントロールバルブ等の機器類が設置されている。
以上の構成を前提として、第1実施形態においては、機器スペース6の上部に吸気ダクト12が前後方向に設けられることによって吸気通路が構成されている。
この吸気ダクト12は、図4等に示すように上面が開口した断面U字形の前後に長いダクト部材13の上面開口を、機器スペース6及びエンジンルーム3の上面や側面を覆うカバー材14の上面部で塞ぐことによって四角筒状に構成され、前端に吸気口12a、後端に右向きに開口する吹き出し口12bがそれぞれ設けられている。
なお、他の実施形態として、吸気ダクト12をカバー材14に対し独立した四角筒状に構成し、カバー材14の上面部下方に設置してもよい。あるいは、独立した吸気ダクト12をカバー材14の上面部上方に設置してもよい。
第1実施形態において、吸気ダクト12は、次の条件を満足する状態で設置されている。
(イ) ダクト全体が熱交換器10よりも高位に位置すること。
(ロ) ダクト幅中心が、機器スペース6の幅方向の中心Lよりも車幅方向内側(左側)にオフセットしていること。いいかえれば、ダクト右側面が機器スペース6の右側面よりも左側に位置すること。
(ハ) 機器スペース6の前端から熱交換器10の上方までの間を前後方向に水平に縦貫すること。
(ニ) 吸気口12aが、機械前面(機器スペース6の前面)において、運転席4に着座したオペレータOの標準的な耳の位置Eよりも前方(図1,2中のαはこの前方へのずれ量である)で外部に開口すること。
(ホ) 吹き出し口12bを有する後端側が熱交換器10の上方に位置し、かつ、吹き出し口12bが、熱交換器10の吸気面10a側に形成された空間S(図3のみに符号を付す。以下、吸気空間という)に開口すること。
上記構成において、冷却ファン9を回転させると、外部空気が、図1〜図3中に矢印で示すように吸気口12aから吸気ダクト12に吸入されて後方に流れ、熱交換器10の上方を通って、同ダクト12の吹き出し口12bから吸気空間Sに入り、ここから下向きに流れた後、左向きに転じて熱交換器10の吸気面10aに入る。
さらに、熱交換器10を通過してエンジンルーム3を左向きに流れ、図示しない排気口から排出される。
この空気の流れによって熱交換器10が冷却される。
この吸気構造によると、外部空気を、熱交換器10の上方から下方にUターン状に回り込んで吸気面10aに入る経路で通すため、いいかえれば、エンジン騒音は、吸気面10aから出た後、上向きに180°折れ曲がった屈折路を通ってはじめて吸気ダクト12に到達するため、第1に、吸気通路(吸気ダクト12内)への音の入射量が減少し、第2に、屈折路で高い減音効果を発揮させることができる。
さらに詳述すると、エンジン騒音は、音の直進性から熱交換器10を水平に通過して吸気空間Sに入り、同空間Sの壁(カバー材14の右側壁部分)に当たって反射する。
この反射した音は、一部がエンジンルーム3に戻り、一部は吸気空間S内で反射を繰り返し、残りの一部である左斜め上向きに反射した音のみが吹き出し口12bから吸気ダクト12に入る。
しかし、ここでも吸気通路が前向きに90°折れ曲がっているため、音の反射が行われ、前向きに反射した音のみがダクト12内でさらに反射・減衰しながら吸気口12aに向かう。
このように、音の入射と通過を阻む迷路状の通気路を構成することにより、公知技術と比較して、吸気口12aから外部に出るエンジン騒音を著しく減少させることができる。
なお、吸気ダクト12内での減音作用をさらに高めるために、同ダクト内面にグラスウール等の吸音材を設けるのが望ましい。
上記基本的効果に加えて、第1実施形態の吸気構造によると次の効果を得ることができる。
(i) 吸気通路(吸気ダクト12)全体を熱交換器10よりも高い位置、すなわち、設置障害物となる機器類が無くて通路のルートと長さを比較的自由に設定できる空間で構成することができるため、十分な通路長を確保して高い減音効果を得ることができる。
(ii) 吸気ダクト12を設けることによって吸気通路を構成するため、上記(i)の効果と相まって吸気通路を簡単に構成することができる。
(iii) エンジンルーム3の前方右側に元々設けられた機器スペース6の上部をダクト設置空間として、前後方向に長い吸気ダクト12を構成することができる。
(iv) 吸気ダクト12を、熱交換器10と同じ右側でほぼ直線状に構成することができるため、ダクト構成及びその設置が簡単となる。
(v) 吸気ダクト12を、ダクト幅中心が機器スペース6の幅方向の中心Lよりも車幅方向内側にオフセットした状態で設け、エンジン騒音の出口となる吸気口12aを、機械(上部旋回体1)の最も外側端よりも内側で外部に開口させているため、機械近くで作業する作業員に与える騒音の影響が少なくてすむ。
(vi) 実施形態のように、機器スペース6と左右反対側に運転席4が設置され、かつ、機器スペース4がカバー材14で覆われて形成される機械において、吸気ダクト12を、ダクト幅中心が機器スペース6の幅方向の中心Lよりも車幅方向内側にオフセットした状態で設けたことにより、図3に示すように、機器スペース6を形成するカバー材14における車幅方向外側部分が空くため、この空いた外側部分の上側コーナー部14aを外下がりの傾斜面として形成することが可能となる。
図3中、Pはキャビン5内のオペレータの標準的な視点(アイポイント)、Xは上側コーナー部14aを傾斜させないときの側方視界の下限ライン、Yは傾斜させたときの側方視界の下限ラインである。
これにより、吸気ダクト12を設置しながら運転席4からの側方視界を良くすることができる。
(vii) 吸気口12aを、運転席4に着座した状態でのオペレータOの標準的な耳の位置Eよりも前方で機械前面側に開口させているため、吸気口12aから出るエンジン騒音が直接オペレータOの耳に入らない。このため、オペレータOの耳元騒音を低減することができる。
また、吸気口12aをオペレータOの耳の位置Eよりも前方で機械前面側に開口させるということは、吸気ダクト12の長さを長くとれるということであるため、吸気ダクト12による減音効果がより高いものとなる。
なお、実施形態では、図1,3に示すように吸気ダクト12の後端部を、冷却ファン9の上方にこれを覆う状態で配置しているため、冷却ファン9の上部がカバー材上面部と合わせて二重カバー構造となり、同ファン9から上方に向かって発生する駆動音や風切り音の外部への漏れを低減できる効果がある。
第2実施形態(図5,6参照)
以下の第2〜第4実施形態では第1実施形態との相違点のみを説明する。
機器スペース6は、ショベルにあっては上部旋回体1の基台としてのアッパーフレーム上にカバー材14で覆われて形成され、図5に示すように作動油タンク11等の機器類がカバー材14との間に隙間Cを置いて設置されるのが通例である。
すなわち、機器スペース6内は上記隙間によって、元々、空気が流通し得る状態にある。
そこで、第2実施形態においては、機器スペース6を形成するカバー材14の前面に補助吸気口15が設けられ、図5,6中に矢印Aで示すようにこの補助吸気口15から機器スペース6内に吸入した外部空気を、吸気ダクト12内での流れと並行して、機器スペース6内を通過して吸気空間Sに入る経路で通す補助通気路(とくに符号は付していない)が形成されている。
なお、補助吸気口15は、図6に示すようにカバー材前面の下部に設けてもよいし、上部または中間部に設けてもよい。
この構成により、熱交換器10に対する外部空気の導入量を増やすことができるため、冷却効果を高めることができる。
第3実施形態(図7,8参照)
第2実施形態の構成によると、吸気ダクト12を通過した空気と補助通気路からの空気が吸気空間Sで異なる方向から合流するため、この合流部分での空気の交錯によって通風抵抗が増加する懸念がある。
そこで、第3実施形態においては、第2実施形態の構成を前提として、補助通気路を流れる外部空気を、熱交換器10の上方に案内して吸気ダクト12からの外部空気に合流させるガイド板16が吸気空間Sの前面側に設けられている。
この構成により、補助通気路からの空気がガイド板16を迂回し、吸気ダクト12からの空気と同じ方向の流れに変えられた上で合流するため、合流部分での通風抵抗を減らし、風量増加に寄与する。
参考例(図9参照)
この参考例においては、エンジンルーム3の上部に左右方向の連続した空間を確保できる機械において、吸気ダクト12が熱交換器10よりも上方位置でエンジンルーム3の上部に左右方向に設けられている。
この場合、吸気ダクト12の左端に吸気口12a、右端に吹き出し口12bがそれぞれ設けられ、吹き出し口12bから出た空気が吸気空間Sで下方にUターンして熱交換器10の吸気面10aに入る。
この構成によっても、吸気ダクトを前後方向に設ける場合と基本的に同じ騒音低減効果を得ることができる。
他の実施形態
(1) 本発明は、エンジンルーム3の左側に熱交換器10が設けられたショベルにも適用することができる。
このようなショベルにおいて、たとえば図9に示す参考例のように吸気ダクト12をエンジンルーム上部に左右方向に設け、右端に吸気口12a、左端に吹き出し口12bを設ける構成をとることが別の参考例として考えられる
(2) 機器スペース6またはエンジンルーム3内において熱交換器10よりも上方に前後方向または左右方向の連続した空間を確保できる機械であれば、既存のカバー材の上面部の下面に板材や断面U字形のフレーム材を取付けて吸気通路を構成してもよい。
(3) 本発明は、運転席4がキャビン5内に設けられたショベルに限らず、小型ショベルのように運転席が外部に露出して設けられたショベルにも適用できるし、ショベルに限らず、ショベルと同様に、エンジンルーム内にエンジンと熱交換器と冷却ファンを設け、冷却ファンの回転により外部空気をエンジンルーム内に導入して熱交換器に通す構成をとる建設機械に広く適用することができる。
1 上部旋回体
3 エンジンルーム
4 運転席
5 キャビン
E 運転席に着座したオペレータの耳の位置
6 機器スペース
L 機器スペースの幅方向中心線
7 エンジン
9 冷却ファン
10 熱交換器
10a 吸気面
S 吸気空間(吸気面側の空間)
11 作動油タンク
12 吸気ダクト
12a 吸気ダクトの吸気口
12b 同、吹き出し口
14 カバー材
14a カバー材の上側コーナー部
15 補助吸気口
C 作動油タンクとカバー材の隙間
16 ガイド板

Claims (6)

  1. 下部走行体と、その下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とを備え、上記上部旋回体の後部にはエンジンルームが設けられ、上記エンジンルームの前方で且つ上記上部旋回体の左側と右側のうちの一方側の領域には作動油タンク等の機器類が収容される機器スペースが設けられ、上記エンジンルーム内にエンジンと熱交換器と冷却ファンが設けられた建設機械において、上記冷却ファンの回転により外部空気を上記エンジンルーム内に導入して上記熱交換器に通すように構成された建設機械の吸気構造であって、
    吸気ダクトが上記上部旋回体に設けられ、
    上記エンジンと上記冷却ファンと上記熱交換器はこの順番で上記上部旋回体の上記一方側と反対側から上記一方側へ向かって並び、上記熱交換器は上記上部旋回体において上記機器スペースが配置された上記一方側と同じ側に配置され、
    上記上部旋回体のうち左右方向において上記熱交換器に対して上記エンジンと反対側の位置には、吸気空間が設けられ、
    上記熱交換器の吸気面は、左右方向において上記エンジンと反対側を向いて上記吸気空間に面し、
    上記吸気ダクトは、前後方向において上記機器スペースの上部を通って上記熱交換器の上方の位置へ延びる状態で当該吸気ダクトの幅方向の中心が上記機器スペースの幅方向の中心に対して上記上部旋回体の左右幅方向の内側にオフセットするように配置され、
    上記吸気ダクトは、当該吸気ダクトの前端において開口する吸気口と、当該吸気ダクトの後部に設けられ、上記熱交換器の上方で左右方向における上記吸気空間側に開口する吹き出し口とを有していて、当該吸気ダクトは、上記吸気口から後方へ延びて上記熱交換器の上方を通り、左右方向における上記吸気空間側へ屈曲して上記吹き出し口へ至る内部空間を形成し、
    上記外部空気が上記吸気口から上記吸気ダクトの上記内部空間を通って上記吹き出し口から上記吸気空間に入り、その吸気空間から上記熱交換器の上記吸気面に入る経路で流れるように当該外部空気を流通させる吸気通路が形成されていることを特徴とする建設機械の吸気構造。
  2. 上記吸気通路全体上記熱交換器よりも高い位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の建設機械の吸気構造。
  3. 上記上部旋回体のうち上記エンジンルームの前方における上記機器スペースと左右反対側の位置に運転席設けられる一方、上記機器スペースカバー材で覆われ、このカバー材における車幅方向外側の上側コーナー部外下がりの傾斜面となっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の建設機械の吸気構造。
  4. 上記上部旋回体のうち上記エンジンルームの前方における上記機器スペースと左右反対側の位置に運転席設けられ、上記吸気口、上記運転席に着座した状態でのオペレータの標準的な耳の位置よりも前方で上記機器スペースの前面側に開口していることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の建設機械の吸気構造。
  5. 上記機器スペースカバー材で覆われていて、このカバー材に補助吸気口設けられ
    上記上部旋回体には、上記補助吸気口から吸入された外部空気を、上記機器スペース内を通過させ上記吸気空間に入る経路で通す補助通気路が設けられていることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の建設機械の吸気構造。
  6. 上記上部旋回体には、上記補助通気路を流れる外部空気を、上記熱交換器の上方で上記吸気通路の外部空気に合流させるガイド板設けられていることを特徴とする請求項記載の建設機械の吸気構造。
JP2012045299A 2012-03-01 2012-03-01 建設機械の吸気構造 Expired - Fee Related JP5948966B2 (ja)

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