JP6730766B2 - 建設機械における冷却システムの配設構造 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械において、ラジエータ等の複数の熱交換器、冷却ファン、リザーバータンク等を備えた冷却システムの配設構造の技術分野に関するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータや、作動油を冷却するためのオイルクーラー、過給機で生じる圧縮空気を冷却するためのインタークーラー等の各種熱交換器が搭載されるとともに、これら熱交換器に冷却風を供給する冷却ファンや、エンジン冷却水の熱膨張による体積変化に対応するべくエンジン冷却水を貯留するリザーバータンク等を備えた冷却システムが設けられている。
前記リザーバータンクとしては、従前から、圧力調整機能を有するラジエータキャップを介してラジエータに接続された大気開放型のリザーバータンクが汎用的に用いられている。これに対し、ラジエータとエンジンとの間の冷却水循環系にラジエータと並列状に接続される加圧密閉式のリザーバータンクも知られている（例えば、特許文献１参照）。このような加圧密閉式リザーバータンクを用いた場合は、エンジン冷却水の一部がリザーバータンクを経由して循環するとともに、該リザーバータンク内の気相部により冷却水の熱膨張による体積変化を吸収することになるため、冷却水循環系内においてエア抜きがなされることになり、前記大気開放型のリザーバータンクと比して気泡分離性能に優れるという利点がある。
一方、油圧ショベル等の建設機械には、前述したようにラジエータ、オイルクーラー、インタークーラー等の複数の熱交換器が設けられるが、この場合に、これらラジエータを含む複数の熱交換器を、冷却ファンの冷却風の流れに対して左右に並列する状態で配して略正方形状をした冷却装置としてユニット化し、該ユニット化した冷却装置を運転室の後方の冷却装置収納部に収納したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このように複数の熱交換器を左右に並列状に配設することにより、何れの熱交換器も良好な冷却効率を確保できるとともに、各熱交換器の清掃等のメンテナンスを容易に行うことができる。

実公平７−２７３７１号公報 特開２００３−４９６４９号公報

ところで、前述した加圧密閉式のリザーバータンクは、エンジン冷却水の循環系内において冷却水中のエア抜きを行うため、エンジンおよびラジエータを含む冷却水循環路の最高部よりも高い位置に設ける必要がある。このため、前記特許文献２のようにラジエータを含む複数の熱交換器を左右に並列状に配してユニット化した冷却装置が設けられているものにおいて加圧密閉式のリザーバータンクを採用しようとした場合には、ラジエータの上端位置よりも高位にするためにリザーバータンクを冷却装置から上方に突出する状態で配設しなければならず、その分冷却装置収納部の天井高さを高くする必要が生じて、運転室からの後方視界が妨げられるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、ラジエータおよびオイルクーラーを含む複数の熱交換器と、これら熱交換器に冷却風を供給する冷却ファンと、前記ラジエータとエンジンとの間の冷却水循環系にラジエータと並列状に接続される加圧密閉式リザーバータンクとを備えた建設機械の冷却システムにおいて、前記ラジエータおよびオイルクーラーを、被冷却流体が流入、流出する流入側、流出側タンクがコアの左右に設けられた横長のサイドフロー型のものとし、これら横長のラジエータとオイルクーラーとを、冷却風の流れに対して上下に並列する状態で配する一方、ラジエータおよびオイルクーラー以外の他の熱交換器を上段熱交換器とし、該上段熱交換器を前記上下に配されたラジエータおよびオイルクーラーの上方に配設するとともに、該配設された状態での上段熱交換器全体の横幅をラジエータおよびオイルクーラーの横幅よりも短くして上段熱交換器の横方にタンク用スペースを形成し、該タンク用スペースに前記リザーバータンクを、ラジエータおよびオイルクーラーの上方に位置し、且つ、冷却風の流れに対して前記複数の熱交換器の何れとも重合せず、さらに複数の熱交換器全体よりも上方に突出しない状態で配設したことを特徴とする建設機械における冷却システムの配設構造である。
請求項２の発明は、請求項１において、上段熱交換器はインタークーラーであることを特徴とする建設機械における冷却システムの配設構造である。
請求項３の発明は、請求項１または２において、複数の熱交換器を四角枠状のフレーム部材に組込み、該フレーム部材に冷却ファンを囲うファンシュラウドを連結するとともに、フレーム部材およびファンシュラウドの上側隅部に、タンク用スペースを区画する段差状凹部を形成したことを特徴とする建設機械における冷却システムの配設構造である。

請求項１の発明とすることにより、加圧密閉式のリザーバータンクを、ラジエータの上端位置よりも高位で、且つ、熱交換器全体から上方に突出しない状態で配設できることになって、熱交換器が収納される収納室の天井高さを抑えることができる。
請求項２の発明とすることにより、ラジエータを含む複数の熱交換器を、冷却風の流れに対して互いに重ならない状態で配することができ、良好な冷却効率を確保できるとともに、清掃等のメンテナンス性に優れる。
請求項３の発明とすることにより、ラジエータとオイルクーラーとインタークーラーとが設けられている建設機械に本発明を適用できるとともに、インタークーラーを上段熱交換器とすることによって、インタークーラーとエンジンの吸気側とを接続する配管を短くすることができる。
請求項４の発明とすることにより、フレーム部材およびファンシュラウドに形成された段差状凹部によってリザーバータンクを冷却風から遮蔽できるとともに、段差状凹部が形成されるフレーム部材およびファンシュラウドの上側隅部は冷却ファンのファン回転軌跡から遠い位置であるため、冷却効率への影響を可及的に少なくすることができる。

側面カバーを外した状態の油圧ショベルの側面図である。 冷却システムの要部正面図である。 冷却システムの要部背面図である。 エンジン冷却水循環系を示すブロック図である。 第二の実施の形態における冷却システムの要部正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図において、１は本発明の建設機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着される作業装置４等の各部から構成されているとともに、上部旋回体３の前部には運転室５が設けられ、該運転室５の後方には、エンジン（図示せず）や後述する冷却装置６等が収納される機械室７が設けられ、さらに該機械室７の後側にはカウンタウエイト８が装着されている。

前記冷却装置６は、四角枠状のフレーム部材９に複数の熱交換器を組み込んでユニット化したものであって、本実施の形態では、本発明の下段熱交換器に相当する熱交換器として、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ１０と、作動油を冷却するためのオイルクーラー１１とが設けられており、また、本発明の上段熱交換器に相当する熱交換器として、エンジンの過給機で圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー１２が設けられている。そして、これらラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２が組み込まれた冷却装置６は、機械室７に設けられた冷却装置収納部７ａに収納されているとともに、冷却装置６の背面側に配置された冷却ファン１３の回転により流入する冷却風によって冷却されるように構成されている。また、冷却装置収納部７ａの上方および正面側は、開閉自在な側面カバー（図示せず）によって覆蓋されており、該側面カバーに形成された通気孔から外気が導入されるとともに、側面カバーを開いて冷却装置６のメンテナンス等を行うことができるようになっている。尚、本実施の形態の説明において、冷却風の流れに対して上流側を冷却装置６の正面とし、下流側を背面とする。

ここで、前記ラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２は、被冷却流体（ラジエータ１０ではエンジン冷却水、オイルクーラー１１では作動油、インタークーラー１２では圧縮空気）が流入する流入側タンク１０ａ、１１ａ、１２ａと、被冷却流体が流出する流出側タンク１０ｂ、１１ｂ、１２ｂと、これら流入側タンク１０ａ、１１ａ、１２ａと流出側タンク１０ｂ、１１ｂ、１２ｂとの間に設けられ、被冷却流体が通過する複数のチューブ及び冷却フィンを有するコア１０ｃ、１１ｃ、１２ｃとを備えた汎用の構成のものであるが、本実施の形態では、これらラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２は、流入側タンク１０ａ、１１ａ、１２ａおよび流出側タンク１０ｂ、１１ｂ、１２ｂがコア１０ｃ、１１ｃ、１２ｃの左右に設けられ、被冷却流体が左右方向に流れるサイドフロー型のものが用いられている。

そして、前記ラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２は、下段熱交換器であるラジエータ１０およびオイルクーラー１１が、ラジエータ１０が下側に位置しオイルクーラー１１が上側に位置する状態で、冷却風の流れに対して上下に並列する状態で配され、さらにこれら下段熱交換器の上側（本実施の形態では下側熱交換器のうち上側に位置するオイルクーラー１１の上側）に、上段熱交換器であるインタークーラー１２が、冷却風の流れに対して下段熱交換器と上下に並列する状態で配されている。この場合に、下段熱交換器であって上下に並列状に配されるラジエータ１０およびオイルクーラー１１は、図２に示すごとく横長のものであって、その横幅は、略同寸法に設定されているとともに、上段熱交換器であるインタークーラー１２の横幅は、ラジエータ１０、オイルクーラー１１の横幅よりも短く設定されており、これにより、インタークーラー１２の横方に、後述するリザーバータンク１４が配設されるタンク用スペースＳが形成されている。そして、ラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２が組み込まれるフレーム部材９の上側隅部には、前記タンク用スペースＳを区画するための段差状凹部９ａ（フレーム部材段差状凹部９ａ）が形成されている。

ここで、前記上段熱交換器としては、ラジエータ１０以外の何れかの熱交換器を選択できるが、本実施の形態では、油圧ショベル１等の建設機械ではラジエータ１０やオイルクーラー１１に比して放熱面積が小さく、且つ、エンジンの上部に設けられるエンジン吸気側部品（過給機、吸気マニホールド）に接続されるインタークーラー１２を上段熱交換器としている。そして、前述したように、該上段熱交換器であるインタークーラー１２の横方にタンク用スペースＳが形成されることになるが、該タンク用スペースＳを含めた状態で、ユニット化された状態の冷却装置６が略正方形状となるように各熱交換器（ラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２）の縦横寸法が設定されている。

一方、１６は前記冷却ファン１３の外周側を囲うファンシュラウドであって、該ファンシュラウド１６は、前記ラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２が組付けられる四角枠状のフレーム部材９の背面側に連結されており、該ファンシュラウド１６によって、冷却風の流れを整えて冷却効率を向上させることができるようになっているが、該ファンシュラウド１６の上側隅部には、前記フレーム部材段差状凹部９ａと連続する状態で、タンク用スペースＳを区画するための段差状凹部１６ａ（シュラウド段差状凹部１６ａ）が形成されている。そして、これらフレーム部材段差状凹部９ａおよびシュラウド段差状凹部１６ａにより区画されたタンク用スペースＳに、ブラケット１５を介してリザーバータンク１４が配設される構成になっている。この場合に、フレーム部材９，ファンシュラウド１６において段差状凹部９ａ、１６ａが形成される部分は、図３に示すように冷却ファン１３のファン回転軌跡から遠い位置に位置していて、冷却効率への影響が殆ど無いうえ、フレーム部材９，ファンシュラウド１６の段差状凹部９ａ、１６ａによってリザーバータンク１４を冷却風から遮蔽することができるようになっている。
尚、図中、１７ａはラジエータ１０の流入側タンク１０ａに接続されるラジエータ流入側配管、１７ｂはラジエータ１０の流出側タンク１０ｂに接続されるラジエータ流出側配管、１８ａはオイルクーラー１１の流入側タンク１１ａに接続されるオイルクーラー流入側配管、１８ｂはオイルクーラー１１の流出側タンク１１ｂに接続されるオイルクーラー流出側配管、１９ａはインタークーラー１２の流入側タンク１２ａに接続されるインタークーラー流入側配管、１９ｂはインタークーラー１２の流出側タンク１２ｂに接続されるインタークーラー流出側配管である。

次いで、本実施の形態におけるエンジン冷却水循環系について、図４に基づいて説明する。図４において、１０は前記ラジエータ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃはラジエータ１０の流入側タンク、流出側タンク、コア、１４は前記リザーバータンク、２０はエンジン（エンジンに設けられるウォータージャケット）、２１はウォーターポンプ、２２はサーモスタットである。そして、エンジン冷却水は、前記エンジン２０とラジエータ１０との間を密閉、且つ圧力を掛けられた状態で循環する。つまり、エンジン２０から流出したエンジン冷却水は、エンジン出口側通路２３、サーモスタット２２、ラジエータ流入側配管１７ａを経由してラジエータ１０に流入し、該ラジエータ１０により冷却された後、ラジエータ流出側配管１７ｂを経由してウォーターポンプ２１に至り、該ウォーターポンプ２１からエンジン入口側通路２４を経由してエンジン２０に供給される。また、前記サーモスタット２２とウォーターポンプ２１との間にはバイパス通路２５が設けられており、エンジン冷却水温度が低い場合は、エンジン２０から流出したエンジン冷却水はラジエータ１０を経由することなく、サーモスタット２２からバイパス通路２５を経由してウォーターポンプ２１に至ってエンジン２０に供給されるようになっている。

さらに、リザーバータンク１４は、前記ラジエータ１０とエンジンとの間の冷却水循環系に、ラジエータ１０と並列状に接続されている。つまり、リザーバータンク１４は、内部にエンジン冷却水の一部を貯留する液相部と該液相部の上方の気相部とを有し、エンジン冷却水の温度変化に伴う体積変化に応じてエンジン冷却水の貯留量を変化させる加圧密閉式のものであって、エンジン側ベント通路２６、ラジエータ側ベント通路２７を介してエンジン出口側通路２３、ラジエータ１０の流入側タンク１０ａにそれぞれ接続されるとともに、分岐通路２８を介してウォーターポンプ２１に接続されている。そして、このリザーバータンク１４を経由してエンジン冷却水の一部が循環するとともに、リザーバータンク１４内においてエンジン冷却水中のエア抜きがなされるようになっている。尚、１４ａは前記リザーバータンク１４の注水口を塞ぐためのタンクキャップであって、該タンクキャップ１４ａは圧力調整機能を有しており、リザーバータンク１４内の圧力が予め設定される上限圧力以上となった場合に該圧力をドレン通路２９を介して冷却水循環系外に排出するようになっている。

そして、前記リザーバータンク１４は、冷却水循環系内においてエア抜きを行うため冷却水循環系内の最高位に配置する必要があり、このためラジエータ１０の上端位置よりもリザーバータンク１４を高位に配さなければならないが、前述したように、リザーバータンク１４は上段熱交換器であるインタークーラー１２の横方のタンク用スペースＳに配されているため、下段熱交換器であるラジエータ１０よりも高位に位置するようになっている。

叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベル１の冷却システムは、複数の熱交換器としてラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２が設けられているとともに、これら複数の熱交換器（ラジエータ１０、オイルクーラー１１、インタークーラー１２）に冷却風を供給する冷却ファン１３、ラジエータ１０とエンジンとの間の冷却水循環系にラジエータ１０と並列状に接続される加圧密閉式のリザーバータンク１４等を備えて構成されているが、このものにおいて、前記複数の熱交換器は、ラジエータ１０以外の熱交換器であるインタークーラー１２を上段熱交換器とし、該上段熱交換器以外のラジエータ１０およびオイルクーラー１１を下段熱交換器として上段熱交換器の下方に配設するとともに、該配設された状態での上段熱交換器全体の横幅は下段熱交換器全体の横幅よりも短く設定されていて、上段熱交換器の横方にタンク用スペースＳが形成されている。そして、該タンク用スペースＳに前記リザーバータンク１４が配設されることになる。

このように本発明が実施されたものにおいては、ラジエータ１０を下段熱交換器とし、該下段熱交換器の上方に配される上段熱交換器の横方に形成したタンク用スペースＳにリザーバータンク１４を配することで、該リザーバータンク１４を、ラジエータ１０の上端位置よりも高位で、且つ、熱交換器全体から上方に突出しない状態で配設できることになる。この結果、ラジエータ１０とエンジンとの間の冷却水循環系にラジエータ１０と並列状に接続される加圧密閉式のリザーバータンク１４であっても、該リザーバータンク１４を熱交換器全体から上方に突出することなく配設できることになり、而して、熱交換器が収納される冷却装置収納部７ａの天井高さを抑えることができて、リザーバータンク１４に起因して冷却装置収納部７ａの天井高さが高くなり運転室５からの後方視界が悪化してしまうことを回避できる。

しかもこのものにおいて、下段熱交換器であるラジエータ１０とオイルクーラー１１とは、冷却ファン１３により供給される冷却風の流れに対して上下に並列する状態で配され、上段熱交換器であるインタークーラー１２は、ラジエータ１０およびオイルクーラー１１に対して上下に並列する状態で配されている。而して、ラジエータ１０を含む複数の熱交換器は、冷却風の流れに対して互いに重ならない状態で配されることになって、良好な冷却効率を確保できるとともに、清掃等のメンテナンス性に優れる。

また、本実施の形態では、複数の熱交換器として、油圧ショベル１等の建設機械に汎用的に設けられる熱交換器であるラジエータ１０とオイルクーラー１１とインタークーラー１２とが設けられているが、上段熱交換器であるインタークーラー１２は、一般的に下段熱交換器であるラジエータ１０やオイルクーラー１１に比して放熱面積の小さいものが用いられるため、横幅を短くしても冷却効率への影響は殆ど無く、さらに、インタークーラー１２の流入側、流出側配管１９ａ、１９ｂはエンジンの上部に設けられるエンジン吸気側部品（過給機、吸気マニホールド）に接続されるため、インタークーラー１２を上段熱交換器とすることによって、エンジン吸気側部品に接続されるインタークーラー１２の流入側、流出側配管１９ａ、１９ｂを短くできるという利点もある。

さらにこのものにおいて、上段熱交換器（インタークーラー１２）および下段熱交換器（ラジエータ１０およびオイルクーラー１１）は、冷却装置６としてユニット化されて四角枠状のフレーム部材９に組み込まれるが、該フレーム部材９には冷却ファン１３を囲うファンシュラウド１６が連結されるとともに、フレーム部材９およびファンシュラウド１６の上側隅部には、リザーバータンク１４が配設されるタンク用スペースＳを区画する段差状凹部９ａ、１６ａが形成されている。而して、該段差状凹部９ａ、１６ａによってリザーバータンク１４を冷却風から遮蔽することができるとともに、段差状凹部９ａ、１６ａが形成されるフレーム部材９およびファンシュラウド１６の上側隅部は、冷却ファン１３のファン回転軌跡から遠い位置であるため、冷却効率への影響を可及的に少なくすることができる。

さらに、前記第一、第二の実施の形態では上段熱交換器をインタークーラーとしたが、上段熱交換器はラジエータ以外の熱交換器であればインタークーラーに限定されるとこなく、例えば空調用コンデンサを上段熱交換器とすることもできる。また、上段熱交換器、下段熱交換器は単数でも複数でも良く、さらに、上段熱交換器および下段熱交換器に加えて、これら上段熱交換器、下段熱交換器と冷却風の流れに対して重なる他の熱交換器が設けられている場合であっても、本発明を実施できる。
また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、各種建設機械に実施できることは勿論である。

本発明は、ラジエータを含む複数の熱交換器や、冷却ファン、リザーバータンク等を備えた建設機械の冷却システムに利用することができる。

１ 油圧ショベル
９ フレーム部材
９ａ 段差状凹部
１０ ラジエータ
１１ オイルクーラー
１２ インタークーラー
１３ 冷却ファン
１４ リザーバータンク
１６ ファンシュラウド
１６ａ 段差状凹部
Ｓ タンク用スペース

Claims (3)

1. ラジエータおよびオイルクーラーを含む複数の熱交換器と、これら熱交換器に冷却風を供給する冷却ファンと、前記ラジエータとエンジンとの間の冷却水循環系にラジエータと並列状に接続される加圧密閉式リザーバータンクとを備えた建設機械の冷却システムにおいて、前記ラジエータおよびオイルクーラーを、被冷却流体が流入、流出する流入側、流出側タンクがコアの左右に設けられた横長のサイドフロー型のものとし、これら横長のラジエータとオイルクーラーとを、冷却風の流れに対して上下に並列する状態で配する一方、ラジエータおよびオイルクーラー以外の他の熱交換器を上段熱交換器とし、該上段熱交換器を前記上下に配されたラジエータおよびオイルクーラーの上方に配設するとともに、該配設された状態での上段熱交換器全体の横幅をラジエータおよびオイルクーラーの横幅よりも短くして上段熱交換器の横方にタンク用スペースを形成し、該タンク用スペースに前記リザーバータンクを、ラジエータおよびオイルクーラーの上方に位置し、且つ、冷却風の流れに対して前記複数の熱交換器の何れとも重合せず、さらに複数の熱交換器全体よりも上方に突出しない状態で配設したことを特徴とする建設機械における冷却システムの配設構造。
2. 請求項１において、上段熱交換器はインタークーラーであることを特徴とする建設機械における冷却システムの配設構造。
3. 請求項１または２において、複数の熱交換器を四角枠状のフレーム部材に組込み、該フレーム部材に冷却ファンを囲うファンシュラウドを連結するとともに、フレーム部材およびファンシュラウドの上側隅部に、タンク用スペースを区画する段差状凹部を形成したことを特徴とする建設機械における冷却システムの配設構造。

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