JPH10259722A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ファン効率を低下させることなく、エンジン油
温を上昇させることなく、電装品の信頼性を確保しつ
つ、かつ騒音を大きくすることなく、大風量化，高圧力
化を図ることができるエンジン冷却装置を提供する。 【解決手段】エンジン冷却装置は、エンジン２を冷却す
るラジエータ６を含む少なくとも１つの熱交換器と、こ
の熱交換器を冷却する冷却ファン３とを備える。冷却フ
ァン３を冷却風流路最下流に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却装
置に関わり、例えば、建設機械に搭載されるエンジンの
冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術この種のエンジン冷却装置と
して例えば以下のものがある。 特開平５−２８８０５３号公報 この公知技術は、建設機械のエンジン冷却装置におい
て、エンジンのクランク軸にファンベルトを介し連結さ
れた軸流ファンにより冷却風を熱交換器に供給するもの
である。 特開平４−２６９３２６号公報 この公知技術は、車両用ディーゼルエンジン冷却装置に
おいて、冷却風を供給するファンとして斜軸流ファンを
使用し、また同時に冷却風を導入する固定シュラウドを
吸い込み管形状にすることにより、軸流ファンより高圧
・高風量化を図るものである。 内燃機関ＶｏＩ．３１，Ｎ０．３８８，Ｐ．９−２７
（１９９２） この公知技術は、建設機械のエンジン冷却装置におい
て、冷却風を供給するファンとして遠心ファンを使用す
ることにより冷却性能の向上を図ると共に、エンジンル
ームと冷却装置とを切り離すことによりエンジン音によ
る騒音を低減するものである。 特開平５−２４８２３９号公報 この公知技術は、トラクタ等作業車のエンジン冷却装置
において、冷却風を供給するファンとして遠心ファンを
使用することにより冷却性能の向上を図るものである。 実開平２−６４７９９号公報 この公知技術は、自動車のエンジン冷却装置において、
冷却風を供給するファンとして遠心ファンを使用するこ
とにより、軸流ファン使用時に必要であった排気ダクト
をなくすものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】公知技術およびに
おいて、冷却ファン下流にエンジンを配置した場合、フ
ァンを過ぎた冷却風がエンジンに衝突するような形で流
れるので圧力損失が大きく、場合によってはエンジン・
オイルパンの周囲で冷却風の逆流が生じる等、冷却に有
効な流路を構成する上での課題があった。

【０００４】公知技術、においては、遠心ファンか
らエンジン方向に冷却風が流れないため、エンジンの油
温が上昇したり、エンジン周りの温度が高くなりエンジ
ン周囲の電装品の信頼性が低下するという問題があっ
た。更に、ファンから流れ出る冷却風の流れがエンジン
ルーム内壁面に対して垂直にぶつかり、急激に変向され
るため、流路の圧力損失が増大するという問題があっ
た。

【０００５】公知技術〜において、冷却ファンはエ
ンジンに取り付けられ、冷却ファンに冷却風を導く吸込
み管はラジエータに取り付けられている。そして、エン
ジンは弾性体を介してフレームに取り付けられ、ラジエ
ータは直接フレームに取り付けられている。このため、
冷却ファンと吸込み管の振動系が異なる構成となってい
る。従って、外部からの入力振動による干渉を防ぐため
に冷却ファンと吸込み管とのクリアランスを小さくする
ことができず、ファン効率の低下を招いていた。

【０００６】本発明の目的は、ファン効率を低下させる
ことなく、エンジン油温を上昇させることなく、電装品
の信頼性を確保しつつ、かつ騒音を大きくすることな
く、大風量化，高圧力化を図ることができるエンジン冷
却装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明は、エンジンの冷却水を冷却するラジエー
タ一を含む少なくとも１つの熱交換器と、この熱交換器
を冷却する冷却風を導くファンとを有するエンジン冷却
装置に適用され、ファンを冷却風流路の最下流に配置す
ることにより上記目的を達成する。ファンは油圧または
電気モーターにて駆動することができる。また、冷却風
流路上流から、熱交換器、エンジン、冷却ファンの順序
で配置したり、あるいは、エンジン、熱交換器、冷却フ
ァンの順序で配置することができる。好ましくは、ファ
ン上流にファン吸い込み口に冷却風を導く導入板や吸込
み管のような手段を設ける。 （２）ファンの駆動軸をエンジンクランク軸からプーリ
ーとベルトを介して駆動し、駆動軸をエンジンのウオー
ターポンプ回転軸と共用とし、駆動軸のファン側の自由
端部を回転自在に支持できる支持部材を設けることもで
きる。この場合、支持部材をエンジンを支持する車体フ
レームに取り付ける場合において、ファン駆動軸を弾性
体を介して支持するのが好ましい。 （３）冷却ファンとして、斜流ファンまたは、遠心ファ
ンを用いる場合において、冷却ファン下流に静圧を回収
するスパイラルケースを設けてもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ説明する。

【０００９】本発明の第１の実施の形態を図１および図
２により説明する。この実施の形態は、油圧ショベルの
エンジン室に設けられるエンジン冷却装置の一例であ
る。本実施の形態が適用される油圧ショベルのエンジン
室の概略構造を表す側断面図を図１に示す。図１におい
て、本実施の形態によるエンジン冷却装置は、過吸器を
備えたエンジン２と、過吸器によって圧縮され温度の上
昇した燃焼空気を冷却するインタークーラ７と、エンジ
ン冷却水を冷却するラジエータ５と、油圧ショベルの作
動油を冷却するオイルクーラ（不図示）と、油圧モータ
１０によって駆動される冷却ファン３（一例として斜流
ファン）と、ラジエータ５と冷却ファン３との間に設け
られ、冷却風を冷却ファン３の吸込み口へ導入する吸込
み管４とによって構成されている。これらはエンジン室
１内に設けられる。

【００１０】ここで、エンジン２は弾性体１２ｂを介し
てフレーム１９に取り付けられ、ラジエータ５、オイル
クーラ６、インタークーラ７は直接フレーム１９に取り
付けられている。吸込み管４はラジエータ５に取り付け
られ、モーター１０はフレーム１９に直接取り付けられ
ている。

【００１１】エンジン室１外部からの冷却風は冷却風取
り入れロ８から流入し、エンジン２の周囲を流れ、エン
ジンの周囲に取付られた電装品や燃料、エンジン２自体
を冷却した後、インタークーラ７、オイルクーラ６、ラ
ジエータ５を冷却し、吸込み管４を経て冷却ファン３を
通過し、冷却風吐出し口９から流出する。

【００１２】前述のような冷却風流路を構成することに
よって、エンジン周囲に取付られた電装品も積極的に冷
却されるため、電装品の信頼性が向上する。さらに、エ
ンジン２自体も外気で直接冷却されるため、熱交換器を
冷却した後の風でエンジン２を冷却する場合に比べて、
エンジン２の油温の上昇をより効果的に防止することが
できる。このため、エンジンオイルの品質低下を防止
し、エンジン２の耐久性の向上を図ることができる。さ
らに、エンジン油温の低下に伴い、エンジン冷却水の温
度も低下するため、ラジエータ５の容量を小さくするこ
とが可能となり、コスト低減に効果がある。さらに、エ
ンジン２に供給される燃料の燃料ホース周囲も冷却風が
流れるため、燃料の温度が低下し、燃焼温度を低下させ
ることができる。このため、特にディーゼルエンジンの
場合には、窒素酸化物ＮＯｘおよび粒状物質ＰＭの発生
が減少し、排気ガスの浄化を促進することができる。

【００１３】冷却ファン３の取り付けられているモータ
ー１０と吸込み管４の取り付けられているラジエータ５
はともにフレーム１９に直接取り付けられているため、
同一の振動系となる。従って、冷却ファン３と吸込み管
４のクリアランスを小さくすることが可能となり、ファ
ン効率を向上することができる。このため、低回転で必
要冷却風量を確保することができ、ファン騒音を低減す
ることができる。

【００１４】なお、必ずしも熱交換器を連ねる必要は無
く、例えば、図２のようにインタークーラ７のみをエン
ジンよりも冷却風流路上流側に配置しても良い。

【００１５】本発明の第２の実施の形態を図３および図
４により説明する。図３は、第１の実施の形態に対し
て、熱交換器とエンジンの配置位置が異なるものであ
る。また、使用するファンの一例として遠心ファンを用
い、遠心ファンの外側にスパイラルケース１４を配した
ものである。スパイラルケース１４を図４に示す。

【００１６】スパイラルケース１４は、フレーム１９を
含む車体構造物に取り付けられ、モーター１３はスパイ
ラルケース１４に取り付けられる。つまり、スパイラル
ケース１４を、モーター取付部材を兼ねた車体構造物の
一部とみなすことができる。また、吸込み管４は、第１
の実施形態とは異なり、車体構造物に直接取り付けられ
ている。このため、防火、防音の観点から、吸込み管４
をエンジン２の防火、防音壁としてみなすことができ
る。

【００１７】ここで、熱交換器を通過する冷却風は、熱
交換器コア面に対して垂直方向にしか流れることができ
ない。従って、冷却風は熱交換器５〜７を通過後、コア
面形状からファン吸込み面形状に変向される。このた
め、熱交換器とファンの距離が近い場合は前述の変向が
急激であるため、圧力損失が増加してしまう。本実施の
形態によるエンジン冷却装置では、エンジン２の上流側
に熱交換器５、６、７を配置しているため、熱交換器
５、６、７と冷却ファン３との距離が十分に確保され
る。このため、前述の流れの変向による圧力損失の増加
は生じない。また、図３に示すように遠心ファンまたは
斜流ファンを用いる場合、ファン３の外側にスパイラル
ケース１４を配置することによって、ファン３から吐出
される冷却風の旋回成分を静圧として回収でき、ファン
効率を向上することができる。スパイラルケース１４の
冷却風吐出口を車体上方に向けることによって、騒音を
上方向に発散することができ、横方向への騒音を低減す
ることができる。

【００１８】本発明の第３の実施の形態を図５により説
明する。本例は第２の実施の形態とファンの駆動方法が
異なるものである。また、使用するファンの一例として
軸流ファンを搭載している。

【００１９】図５において、冷却ファン３の駆動軸３ａ
はエンジン２のウオーターボンプ軸２ｃと共用してお
り、エンジンクランク軸回転からプ一リー１６とベルト
１７を介して駆動している。このため、油圧モーターや
電気モーターを用いてファンを駆動するよりも動力の伝
達ロスが少なく、機械的損失が少ない構成である。ま
た、軸流ファンの間近の下流側に冷却風の流れの障害と
なるエンジンが存在しないため、流路の圧力損失が低下
し、冷却効率を向上することができる。さらに、吸込み
管４に関して、吸込み管４をエンジン室１からスムーズ
に冷却ファン３に冷却風を導く形状とすることによっ
て、より冷却効率を向上させることができる。

【００２０】本発明の第４の実施の形態を図６および図
７を用いて説明する。本例は第１の実施の形態に対して
ファンの駆動方法を第３の実施の形態と同様にしたもの
である。また、使用するファンの一例として遠心ファン
を使用している。

【００２１】図６において、冷却系の構成要素および冷
却風の流路順は第１の実施の形態と同様である。ここ
で、第３の実施の形態と同じようにファン駆動軸３ａを
エンジンウオーターポンプ軸２ｃと共用とし、エンジン
クランク軸回転からプーリー１６およびベルト１７を介
して駆動させる場合、ファン駆動軸３ａが熱交換器５、
６、７を貫通する構造とする必要がある。その際の熱交
換器５、６、７の貫通部の構成を図７を用いて説明す
る。

【００２２】従来の熱交換器の熱交換面は、冷媒を流す
チューブ１８ａと熱伝達面であるフィン１８ｂによって
構成されている。冷却風はチューブ１８ａとフィン１８
ｂとの間を流れて冷媒との熱伝達を行う。ここで、冷却
ファン駆動軸３ａを通すために熱交換面に穴を開けるの
であるが、チューブ１８ａ内には冷媒が流れているた
め、チューブ１８ａを塞いでしまうとその部分に冷媒が
流れなくなり、熱伝達効率が低下してしまう。また、チ
ューブ１８ａとフィン１８ｂの貫通穴の直径分の列だけ
取り払ってしまうと、熱交換面積が減少してしまう。そ
こで、冷却ファン駆動軸貫通部分に円筒形のリング１８
ｃを挿入し、リング１８ｃとチューブ１８ａの内部を冷
媒が流れるように連結する。これによって、必要以上に
熱交換面積を減らすことなく貫通穴を開けることができ
る。

【００２３】また、上記のように冷却ファン３がエンジ
ン２から遠くなる場合、特に、冷却ファン３の重量が重
い場合、ファン駆動軸３ａの軸長が長くなってウオータ
ーポンプ軸２ｃの軸受へのモーメントが増大し、軸受の
寿命が短くなってしまう。そこで、ファン駆動軸３ａの
ファン側自由端部を回転自在に支持することにより、前
述の軸受の負担を軽減することができる。

【００２４】ここで、ファン側自由端部を支持するにあ
たり、支持部材１０をエンジン２に取り付ける場合には
問題ないが、支持部材１０を車体フレーム１９に取り付
ける場合、エンジン２はフレーム１９に弾性体１２ｂを
介して取り付けられているために、支持部材１０とウオ
ーターポンプ軸２ｃひいてはファン駆動軸３ａは異なる
振動系となってしまう。そこで、支持部材１０と軸受部
１１との間に弾性体１２ａを介することによってエンジ
ン２の振動に同調しつつ、支持することが可能となる。

【００２５】以上第１〜第４の全ての実施の形態におい
て、冷却ファンとして、それぞれ１種類のファンを用い
たが、これに限られず、軸流ファン、斜軸流ファン、斜
流ファン、遠心ファンのどれを搭載しても良い。但し、
その場合、使用するファンによって吸込み管４の形状が
多少異なる。また、熱交換器として、インタークーラ、
オイルクーラ、ラジエータを用いたが、これに限られ
ず、エンジンオイルクーラ、ミッションオイルクーラ、
エアコンのコンデンサ等を搭載しても良く、逆に、ラジ
エータを含む少なくとも１つがあれば良い。全ての実施
の形態において、冷却ファンに斜流ファンまたは、遠心
ファンを用いる場合には、第２の実施の形態にて説明し
たスパイラルケース１４を使用することができる。

【００２６】以上では油圧ショベルの冷却装置について
説明したが、クレーンなどエンジン室に設置したエンジ
ンや熱交換器をファンで冷却するその他の建設機械にも
本発明を適用できる。

【００２７】

【発明の効果】

（１）以上の詳細に説明したように本発明によれば、冷
却ファンを冷却風流路最下流に配置したので、冷却ファ
ン下流に冷却風流路の障害となるエンジンが存在しない
ため、従来方法よりも冷却風流路の圧力損失が低減さ
れ、冷却効率の向上を図ることができる。従って、従来
よりもファン回転数が低回転で必要冷却風量を確保する
ことができ、ファン騒音を低減する車ができる。冷却フ
ァンとして軸流ファン、斜軸流ファンを用いるとさらに
効率良く大流量を流すことができる。 （２）冷却風が熱交換器を通過する際、冷却風は熱交換
面に対して垂直方向にしか流れることができない。さら
に、ファン吸い込口径は熱交換面積よりも小さいため、
冷却風は熱交換器通過後にファン吸い込み面積にまで絞
られる。従って、熱交換面とファン吸い込み位置が近い
と冷却風の流路の絞りが急激となり、流路の圧力損失が
増加する。しかし、ファンを冷却風流路最下流に配置し
た場合、熱交換器とファンは十分に離れているため、前
述のような圧力損失の増加は生じない。このため、冷却
効率を向上することが可能となり、ファン回転数を低く
することができる。従って、低騒音化を達成することが
できる。 （３）請求項２の発明によれば次のような効果を奏す
る。冷却ファンを片持ちで取り付けた場合、エンジンに
対してファンのオーバーハングが大きくなるため、ウオ
ーターポンプ駆動軸の軸受けの負担が大きくなる。そこ
で、請求項２の発明のように、ファン回転軸のファン側
自由端部を別途回転自在に支持することによって、軸受
けの負担荷重を経減し、軸受けの寿命を延ばすことがで
きる。また、請求項２の発明によれば、エンジンクラン
ク軸回転力力力をプーリーおよびベルトを介しウオータ
ーポンプ駆動軸と共通のファン駆動軸に伝達すれば、エ
ンジン出力を油圧や電気に変換して駆動するよりも伝達
ロスが少ない。また、部品点数も少なくて済む。 （４）請求項３の発明によれば次のような効果を奏す
る。エンジンはフレームに防振部材を介してマウントさ
れており、フレームとは別の振動系にて振動するもので
ある。従って、支持部材をエンジンに取り付ける分には
支障は無いが、支持部材をフレーム側に取り付ける際に
は、ファンの振動（エンジンの振動）に対して追従し、
且つファンの一端を支持できる構造とする必要がある。
そこで、ファンの支持部とフレーム側の取り付け部の間
に弾性体を介して支持することによって、異なる振動系
の２つを結合することができる。 （５）請求項４の発明によれば、ファンの駆動動力を油
圧モーターや電気モーターとすることによって、前述の
駆動方法のように熱交換器やエンジンの配置に関わらず
ファンを自由に配置することができる。従って、寸法等
の制限が厳しい工ンジンルーム内において、前述のクラ
ンク軸駆動では、ファン中心と熱交換器中心が偏心して
しまうような場合でも、ファンの位置、軸方向をエンジ
ンの配置方向に関係なく、熱交換器中心に合わせて配置
でき、ファン効率を向上することができる。その上、ウ
オーターポンプ駆動軸の軸受けへの負担が軽滅されるの
で軸受けを小型化することが可能となる。さらに、車体
の構成に関して、従来の構成から大きく変更する必要が
無いので、構造物の強度、部品の形状等を変更する必要
が無い。 （６）請求項５の発明のように、上流から熱交換器、エ
ンジン、ファンの順番で配置することによって、冷却風
取り入れ口から取り入れられる冷却風が熱交換器を通過
し、エンジンの周囲を流れ、ファンを通過する。このた
め、エンジン周囲に取り付けられた電装品も効率良く冷
却される。従って、電装品の温度が低下し、電装品の信
頼性が向上する。また、エンジンの周囲も冷却すること
ができるため、エンジン油温を低下させることができ、
これによって、冷却水温も低下させられる。従って、冷
却水冷却用の熱交換器（ラジエータ）での熱交換が少な
くて済むため、ラジエータの容量が小さくて済み、コス
ト低減に効果がある。 （７）請求項６の発明のように、上流からエンジン、熱
交換器、ファンの順番で配置することによってエンジン
周りの冷却風温度は前述の順番の場合よりも低くなるた
め、前述の電装品温度、エンジン油温の低下の効果がさ
らに向上する。 （８）請求項７の発明のように、エンジン室を流れる冷
却風を冷却ファン吸い込み口に導く導入板や吸込み管な
どの導入手段を冷却ファン上流に配置することによっ
て、冷却風がスムーズに冷却ファンに導かれ、冷却風流
路の圧力損失を低減し、ファン効率を向上することがで
きる。 （９）請求項８の発明のように、斜流ファン、遠心ファ
ンを用いた場合でも、例えば、上流から熱交換器、エン
ジン、ファンの順番で配置することによって、冷却風取
り入れ口から取り入れられる冷却風が熱交換器を通過
し、エンジンの周囲を流れ、ファンを通過する。このた
め、エンジン周囲に取り付けられた電装品も効率良く冷
却される。従って、電装品の温度が低下し、電装品の信
頼性が向上する。また、エンジンの周囲も冷却すること
ができるため、エンジン油温を低下させることができ、
これによって、冷却水温も低下させられる。従って、冷
却水冷却用の熱交換器（ラジエータ）での熱交換が少な
くて済むため、ラジエータの容量が小さくて済み、コス
ト低減に効果がある。 （１０）請求項９の発明のように、ファン下流にスパイ
ラルケースを設置することによって、ファンから流れ出
る冷却風の旋回成分を静圧として回収することができ、
ファン効率をアップすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】斜流ファンをモータ駆動する本発明による冷却
装置を油圧ショベルに適用した場合の一実施の形態であ
り、油圧ショベルのエンジンルームの側断面図である。

【図２】図１の実施の形態の変形例であり、油圧ショベ
ルのエンジンルームの側断面図である。

【図３】遠心ファンをモータ駆動する本発明による冷却
装置を油圧ショベルに適用した場合の一実施の形態であ
り、油圧ショベルのエンジンルームの側断面図である。

【図４】図３のスパイラルケースの斜視図である。

【図５】軸流ファンをうクオーターポンプ軸に取り付け
て駆動する本発明による冷却装置を油圧ショベルに適用
した場合の一実施の形態であり、油圧ショベルのエンジ
ンルームの側断面図である。

【図６】遠心ファンをウオーターポンプ軸に取り付けて
駆動する本発明による冷却装置を油圧ショベルに適用し
た場合の一実施の形態であり、油圧ショベルのエンジン
ルームの側断面図である。

【図７】図６の熱交換器の貫通穴部分の拡大図である。

【符号の説明】

２ エンジン室 ２ａ エンジン ２ｂ エンジンクランク軸 ２ｃ ウオーターポンプ軸 ３ 冷却ファン ３ａ ファン駆動軸 ４ 吸込み管 ５ ラジエータ ６ オイルクーラ ７ インタークーラ ８ 冷却風取り入れ ９ 冷却風吐出し口 １０ 支持部材 １１ 軸受 １２ａ 弾性体 １２ｂ 弾性体 １３ モーター １４ スパイラルケース １５ 冷却風 １６ プーリー １７ ベルト １８ａ チューブ １８ｂ フィン １８ｃ リング １９ フレーム

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンを冷却するラジエータを含む少な
   くとも１つの熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却
   ファンとを有するエンジン冷却装置において、前記冷却
   ファンを冷却風流路最下流に配置したことを特徴とする
   エンジン冷却装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、前記冷却ファンの駆動軸をウオーターポンプの回転
   軸と共有軸としてエンジンクランク軸にプーリーとベル
   トを介して連結し、前記駆動軸のファン側自由端部を回
   転可能に支持することを特徴とするエンジン冷却装置。
3. 【請求項３】請求項２記載のエンジン冷却装置におい
   て、前記駆動軸のファン側自由端部を前記エンジンを支
   持する車体フレームに弾性体を介して支持することを特
   徴とするエンジン冷却装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、前記冷却ファンを油圧または電気モーターによって
   駆動することを特徴とするエンジン冷却装置。
5. 【請求項５】請求項４記載のエンジン冷却装置におい
   て、冷却風流路上流から、熱交換器、エンジン、冷却フ
   ァンという順序で配置することを特徴とするエンジン冷
   却装置。
6. 【請求項６】請求項４記載のエンジン冷却装置におい
   て、冷却風流路上流から、エンジン、熱交換器、冷却フ
   ァンという順序で配置することを特徴とするエンジン冷
   却装置。
7. 【請求項７】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、前記冷却ファン上流に冷却ファンに冷却風を導入す
   る導入手段を有することを特徴とするエンジン冷却装
   置。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のエンジン
   冷却装置において、前記冷却ファンは、軸流ファン、斜
   軸流ファン、斜流ファン、および遠心ファンのいづれか
   であることを特徴とするエンジン冷却装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載のエンジン
   冷却装置において、斜流ファン、または遠心ファンを用
   いる場合に前記冷却ファンの下流にスパイラルケースを
   有することを特徴とする工ンジン冷却装置。