JPWO2017168688A1

JPWO2017168688A1 - 冷却装置および建設機械

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Publication number: JPWO2017168688A1
Application number: JP2016535199A
Authority: JP
Inventors: 広志副島; 勇士田中; 悠喜石川
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: CN106103937A; CA2934543C; JP6082499B1; WO2017168688A1; US20170284058A1; CA2934543A1; CN106103937B; US9863122B2

Abstract

冷却装置（８）は、過給機（７１）で過給された給気を導く導入配管（８２）と、導入配管（８２）が接続され、給気を冷却する第１アフタークーラ（８１）と、導入配管（８２）から分岐した分岐配管（８５）と、分岐配管（８５）が接続され、給気を冷却する第２アフタークーラ（８４）と、第１アフタークーラ（８１）および第２アフタークーラ（８４）に冷却風を供給する冷却ファンとを備え、第１アフタークーラ（８１）および第２アフタークーラ（８４）は、冷却ファンの回転軸方向に互いにずれて配置されている。

Description

本発明は、冷却装置および建設機械に関する。

従来、建設機械において、エンジンに供給される給気を冷却するアフタークーラを備えた冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２０５９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の冷却装置は、単一のアフタークーラで給気を冷却するため、過給圧のさらなる上昇等によって給気温度が高くなった場合、冷却能力が不足するおそれがある。これに対し、アフタークーラの容量を大きくして冷却性能を向上させようとすると、アフタークーラで生じる圧力損失が増加してしまうという問題がある。

本発明の目的の１つは、圧力損失を増加させることなく、給気に対する冷却性能を向上できる冷却装置および建設機械を提供することにある。

本発明の冷却装置は、過給機で過給された給気を導く導入配管と、前記導入配管が接続され、前記給気を冷却する第１アフタークーラと、前記導入配管から分岐した分岐配管と、前記分岐配管が接続され、前記給気を冷却する第２アフタークーラと、前記第１アフタークーラおよび前記第２アフタークーラに冷却風を供給する冷却ファンとを備え、前記第１アフタークーラおよび前記第２アフタークーラは、前記冷却ファンの回転軸方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１アフタークーラに給気を導く導入配管から分岐した分岐配管を第２アフタークーラに接続するため、各アフタークーラを大きくしなくても冷却能力を高めることができ、アフタークーラで圧力損失が増加することも防止できる。また、第１アフタークーラおよび第２アフタークーラが、冷却ファンの回転軸方向に互いにずれて配置されるため、分岐配管が第１アフタークーラを回り込んで第２アフタークーラに接続する配管構造を取らなくてもよく、配管の曲がりにより圧力損失が増加してしまうことを防止できる。従って、圧力損失を増加させることなく、給気に対する冷却性能を向上できる。

本発明の冷却装置において、前記第１アフタークーラおよび前記分岐配管は、前記冷却ファンの回転軸方向に互いに並んで配置されていることが好ましい。

本発明の冷却装置において、前記導入配管および前記分岐配管は、略同じ高さに配置されていることが好ましい。

本発明の冷却装置において、前記分岐配管は、前記第２アフタークーラの給気導入方向に延設されて前記第２アフタークーラに接続するストレート管を備えていることが好ましい。

本発明の冷却装置は、前記第１アフタークーラに接続され、前記第１アフタークーラから前記給気を排出する排出配管と、前記第２アフタークーラを前記排出配管に接続する合流配管とを備えていることが好ましい。

本発明の冷却装置において、前記排出配管および前記第２アフタークーラは、前記冷却ファンの回転軸方向に互いに並んで配置されていることが好ましい。

本発明の冷却装置において、前記排出配管および前記合流配管は、略同じ高さに配置されていることが好ましい。

本発明の冷却装置において、前記排出配管は、前記第１アフタークーラから給気排出方向に延設されたストレート管を備えていることが好ましい。

本発明の冷却装置において、前記第１アフタークーラおよび前記第２アフタークーラは、前記冷却ファンの回転軸方向に直交する方向に互いにずれて配置され、前記回転軸方向から見て互いのコアの端部が同じ位置にあることが好ましい。

本発明の冷却装置は、過給機で過給された給気を導く導入配管、前記導入配管が接続された第１アフタークーラ、および前記第１アフタークーラから前記給気を排出する排出配管で構成される主管路と、前記導入配管から分岐した分岐配管、前記分岐配管が接続された第２アフタークーラ、および前記第２アフタークーラと前記排出配管とを接続する合流配管で構成される分岐管路とを備えていることを特徴とする。

本発明の冷却装置において、前記主管路は、前記導入配管から分岐する第１ティーズ管部と、前記給気の流れ方向を前記導入配管による導入方向から前記第１アフタークーラの給気導入方向に変更する第１エルボ管部と、前記第１アフタークーラから排出された前記給気の流れ方向を前記第１アフタークーラの給気排出方向から前記導入配管による導入方向の反対方向に変更する第２エルボ管部と、前記排出配管から分岐する第２ティーズ管部とを備え、前記分岐管路は、前記第１ティーズ管部および前記第２ティーズ管部を接続することが好ましい。

本発明の建設機械は、エンジンと、本発明の冷却装置とを備えていることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る建設機械を示す側面図。建設機械に搭載された冷却装置およびエンジンの斜視図。冷却装置およびエンジンの側面図。冷却装置およびエンジンの平面図。冷却装置およびエンジンの斜視図。本発明の変形例に係る冷却装置を示す斜視図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明において、前後、左右、上下方向は、図１に示す建設機械としてのダンプトラック１において、キャブ６内の運転席に着座した運転者が正面を向いた状態を基準とする。また、左右方向は、ダンプトラック１の車幅方向と同意であり、上下方向は、ダンプトラック１の車高方向と同意である。

［ダンプトラックの概略構成］
図１において、ダンプトラック１は、シャーシ２と、ホイストシリンダ３１によりシャーシ２に起伏自在に支持されたダンプボディ３とを備えている。
シャーシ２は、フレーム４と、図示しない懸架装置を介してフレーム４に支持された前後のタイヤ５と、フレーム４の前方上部の左端側に搭載されたキャブ６と、フレーム４の前端部に搭載されたエンジン７と、エンジン７の前方でフレーム４に搭載された冷却装置８とを備えている。

エンジン７は、ディーゼルエンジンであり、前方側に向かって上方に傾斜した姿勢でフレーム４に搭載されている。エンジン７には、図２に示すように、過給器としての排気ターボ過給機７１が搭載されている。

［冷却装置の構成］
図２から図４において、冷却装置８は、異なる被冷却流体を冷却する複数の熱交換器を一体に組み付けてユニット化されている。冷却装置８は、エンジン７の冷却水を冷却するラジエータ８Ａと、排気ターボ過給機７１で過給された給気を第１アフタークーラ８１で冷却する主管路としての第１給気冷却路８Ｂと、第２アフタークーラ８４で給気を冷却する分岐管路として第２給気冷却路８Ｃと、ステアリングオイルを冷却するステアリングクーラ８７と、エアコンの冷媒を冷却するエアコンコンデンサ８８と、冷却風を生成する冷却ファン８９（図４、図５）とを備えている。

ラジエータ８Ａは、図１にも示すように、エンジン７の前方に立設した状態でフレーム４に支持されている。ラジエータ８Ａの前面には、ブラケット８０が取り付けられ、当該ブラケット８０に第１アフタークーラ８１、第２アフタークーラ８４、ステアリングクーラ８７、およびエアコンコンデンサ８８が支持されている。

ブラケット８０は、ラジエータ８Ａの前面の左右両側から前方に延設されたステイ８０１と、ステイ８０１に支持された矩形状の枠体８０２と、枠体８０２の枠内で上下方向に延設され、枠体８０２の上下の横枠同士を連結する縦材８０３と、縦材８０３から左方向に延設され、縦材８０３を枠体８０２の左側の縦枠に連結する横材８０４とを備えている。

第１給気冷却路８Ｂは、第１アフタークーラ８１と、第１アフタークーラ８１に給気を導く導入配管８２と、第１アフタークーラ８１から給気を排出する排出配管８３とを備えている。
第２給気冷却路８Ｃは、第１アフタークーラ８１に並列に接続された第２アフタークーラ８４と、導入配管８２から分岐して第２アフタークーラ８４に給気を導く分岐配管８５と、第２アフタークーラ８４を排出配管８３に接続する合流配管８６とを備えている。

第１アフタークーラ８１および第２アフタークーラ８４は、冷却装置８の他の構成を省略した図５にも示すように、冷却ファン８９の回転軸方向である前後方向に互いにずれて配置されている。また、各アフタークーラ８１、８４は、冷却ファン８９の回転軸方向に直交する方向である左右方向に互いにずれて配置されている。本実施形態の場合、第１アフタークーラ８１がラジエータ８Ａの前方右側に配置され、第２アフタークーラ８４がラジエータ８Ａの前方左側に配置されている。なお、各アフタークーラ８１、８４および各配管８２、８３、８５、８６の詳細については、後述する。

ステアリングクーラ８７は、中央のコアが平面視略長方形状に形成されている。ステアリングクーラ８７は、第２アフタークーラ８４の左前方に縦長となる（コアの長辺が上下方向となる）向きで配置され、第２アフタークーラ８４の前方を覆わない配置とされている。また、ステアリングクーラ８７は、上端部および左端部がブラケット８０の枠体８０２に、下端部が横材８０４に、それぞれボルト９１（図２）で固定されている。

エアコンコンデンサ８８は、平面視略正方形状のコアを備えている。エアコンコンデンサ８８は、第２アフタークーラ８４およびステアリングクーラ８７の前方下側に配置され、各クーラ８４、８７の前方を開放する配置とされている。また、エアコンコンデンサ８８は、右端部がブラケット８０の縦材８０３に、左端部が横材８０４に、それぞれ図示略のボルトで固定されている。

冷却ファン８９は、エンジン７およびラジエータ８Ａ間に、その回転軸を前後方向に向けて配置されている。冷却ファン８９は、電動または油圧駆動の吸込ファンであり、冷却空気を生成して第１アフタークーラ８１、エアコンコンデンサ８８、ステアリングクーラ８７、第２アフタークーラ８４、およびラジエータ８Ａに供給するとともに、当該冷却空気をエンジン７に供給する。

［アフタークーラおよびその配管構造］
図２から図５において、第１アフタークーラ８１は、平面視長方形状のコア８１１と、コア８１１の一方の短辺に沿って延設された入口タンク８１２と、コア８１１の他方の短辺に沿って延設された出口タンク８１３とを備えている。第１アフタークーラ８１は、ラジエータ８Ａの前方右側に縦長となる（コア８１１の長辺が上下方向となる）向きで配置され、上端部および下端部がブラケット８０の枠体８０２にボルト９２（図２）で固定される。

コア８１１は、入口タンク８１２と出口タンク８１３とを接続する複数の冷却管を内部に有している。
入口タンク８１２は、軸方向の一端である左端が閉塞した直線状の円筒形状を有する円筒部８１４と、円筒部８１４の軸方向の他端である右端に設けられた第１エルボ管部としての導入エルボ管部８１５とを備えている。導入エルボ管部８１５は、円筒部８１４から後方に湾曲して導入配管８２に接続され、給気の流れ方向を導入配管８２による導入方向である前方から、第１アフタークーラ８１の給気導入方向である左方向に変更する。
出口タンク８１３は、右端が閉塞した直線状の円筒形状を有し、左端に排出配管８３が接続される。

導入配管８２は、排気ターボ過給機７１と第１アフタークーラ８１とを接続する。導入配管８２は、排気ターボ過給機７１に接続される第１導入管８２１と、第１導入管８２１を第１アフタークーラ８１に接続する第２導入管８２２とを備えている。
第２導入管８２２は、第１導入管８２１から下方に傾斜した傾斜管部８２３と、傾斜管部８２３から前方に延設された導入ストレート管部８２４と、導入ストレート管部８２４からその軸方向と直交する方向に分岐する第１ティーズ管部としての導入分岐管部８２５とを備えている。第２導入管８２２は、ラジエータ８Ａの右側面に沿って配置され、ラジエータ８Ａの右前方で第１アフタークーラ８１の導入エルボ管部８１５に接続する。

排出配管８３は、第１アフタークーラ８１とエンジン７の吸気マニホールド７２（図３）とを接続する。排出配管８３は、第１アフタークーラ８１に接続される第１排出管８３１と、第１排出管８３１に接続され、排出された給気の流れ方向を変更する第２排出管８３２と、第２排出管８３２を吸気マニホールド７２に接続する第３排出管８３３（図３）とを備えている。
第１排出管８３１は、第１アフタークーラ８１から給気の排出方向に延設されたストレート管とされている。第１排出管８３１をストレート管にすることにより、第１アフタークーラ８１からの給気の排出抵抗を低減することができる。
第２排出管８３２は、第１排出管８３１と略同じ高さに配置されている。第２排出管８３２は、第１排出管８３１に接続される第２エルボ管部としての排出エルボ管部８３４と、排出エルボ管部８３４から延設された排出ストレート管部８３５と、排出ストレート管部８３５からその軸方向に直交する方向に分岐する第２ティーズ管部としての排出分岐管部８３６とを備えている。排出エルボ管部８３４は、第１アフタークーラ８１から排出された給気の流れ方向を、第１アフタークーラ８１の給気排出方向である左方向から、導入配管８２による導入方向の反対方向である後方に変更する。
第３排出管８３３は、ラジエータ８Ａの左側で第２排出管８３２と接続される。第３排出管８３３は、第２排出管８３２との接続部からラジエータ８Ａの左側面に沿って後方に一直線にのびた後、上方に向かい、吸気マニホールド７２に接続する。

以上の第１アフタークーラ８１、導入配管８２、および排出配管８３は、排気ターボ過給機７１で過給された給気を冷却して吸気マニホールド７２に導く主管路を構成する。また、第１アフタークーラ８１および第１排出管８３１は、エアコンコンデンサ８８とともに同一平面（鉛直面）上に配置されている。
一方、第２アフタークーラ８４、分岐配管８５、および合流配管８６は、主管路から分岐して給気を冷却し、当該給気を吸気マニホールド７２に導く分岐管路を構成する。

第２アフタークーラ８４は、第１アフタークーラ８１と略同一の形状とされているが、入口タンク８４２が屈曲部を有さない直線状の円筒形状とされている点で、第１アフタークーラ８１と相違する。すなわち、入口タンク８４２は、左端が閉塞した円筒形状を有し、右端に分岐配管８５が接続される。第２アフタークーラ８４のコア８４１および出口タンク８４３（図２）は、第１アフタークーラ８１のコア８１１および出口タンク８１３と同様の構成を有しているため、その説明を省略する。

第２アフタークーラ８４は、第１アフタークーラ８１に対して後方にずれて配置され、入口タンク８４２と分岐配管８５とを一直線に接続できるようになっている。また、第２アフタークーラ８４は、ラジエータ８Ａの前方左側にコア８４１の長辺が上下方向となる向きで配置されるとともに、冷却ファン８９の回転軸方向から見て、コア８４１の右側の端部が第１アフタークーラ８１のコア８１１の左側の端部と同じ位置に配置されている。このような配置により、第２アフタークーラ８４の前方が第１アフタークーラ８１で覆われないようになっている。なお、第２アフタークーラ８４は、上端部および下端部がブラケット８０の枠体８０２にボルト９３（図２）で固定される。

分岐配管８５は、第２導入管８２２の導入分岐管部８２５と、導入分岐管部８２５を第２アフタークーラ８４に接続する分岐接続管８５１とで構成される。
分岐接続管８５１は、第２アフタークーラ８４に対する給気の導入方向に延設されたストレート管とされている。分岐接続管８５１をストレート管にすることにより、第２アフタークーラ８４への給気の流入抵抗を低減することができる。また、分岐接続管８５１は、第２導入管８２２の導入分岐管部８２５と略同じ高さに配置されている。

合流配管８６は、第２排出管８３２の排出分岐管部８３６と、排出分岐管部８３６を第２アフタークーラ８４に接続する合流管８６１とで構成される。合流配管８６は、第１排出管８３１および第２排出管８３２と略同じ高さに配置されている。
合流管８６１は、第２アフタークーラ８４から給気の排出方向に延設されたストレート管とされている。合流管８６１をストレート管にすることにより、第２アフタークーラ８４からの給気の排出抵抗を低減することができる。

以上の第２アフタークーラ８４、分岐配管８５、および合流配管８６は、同一平面（鉛直面）上に配置されるとともに、第１アフタークーラ８１および第１排出管８３１が配置される平面と平行な平面上に配置されている。
また、各アフタークーラ８１、８４の入口タンク８１２、８４２および分岐配管８５は、同一平面（水平面）上に配置されている。
さらに、各アフタークーラ８１、８４の出口タンク８１３、８４３、第１排出管８３１、第２排出管８３２、および合流管８６１は、同一平面（水平面）上に配置されている。

［実施形態の効果］
以上の本実施形態によれば、第１アフタークーラ８１に給気を導く導入配管８２から分岐した分岐配管８５を第２アフタークーラ８４に接続するため、各アフタークーラ８１、８４を大きくしなくても冷却能力を高めることができ、各アフタークーラ８１、８４で圧力損失が増加することも防止できる。また、第１アフタークーラ８１および第２アフタークーラ８４が、冷却ファン８９の回転軸方向に互いにずれて配置されるため、分岐配管８５が第１アフタークーラ８１を回り込んで第２アフタークーラ８４に接続する配管構造を取らなくてもよく、配管の曲がりにより圧力損失が増加してしまうことを防止できる。従って、圧力損失を増加させることなく、給気に対する冷却性能を向上できる。

［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、図６に示すように、第１アフタークーラ８１Ａおよび第２アフタークーラ８４Ａは、冷却ファン８９の回転軸方向に直交する方向である上下方向に互いにずれて配置されてもよい。

第１アフタークーラ８１Ａおよび第２アフタークーラ８４Ａの配置は、前記実施形態のものに限られず、例えば、第１アフタークーラ８１Ａをラジエータ８Ａの前方左側に配置し、第２アフタークーラ８４をラジエータ８Ａの前方右側に配置してもよい。また、図示は省略するが、入口タンク８１２、８４２を下方に配置し、出口タンク８１３、８４３を上方に配置してもよい。
導入エルボ管部８１５は、入口タンク８１２でなく第１導入管８２１に設けてもよい。
排出エルボ管部８３４は、第２排出管８３２でなく出口タンク８４３に設けてもよい。

導入配管８２や排出配管８３は、それぞれ複数の管を接続した構成でなくてもよく、単一の管材で構成されてもよい。
分岐配管８５は、第２導入管８２２の導入分岐管部８２５を第２アフタークーラ８４に直接接続して構成してもよい。
合流配管８６は、第２排出管８３２の排出分岐管部８３６を第２アフタークーラ８４に直接接続して構成してもよい。

エンジン７は、ディーゼルエンジン以外のものでもよく、例えば、ガソリンエンジンであってもよい。
過給器は、排気ターボ過給機７１に限られず、例えば、エンジン７でタービンを駆動するスーパーチャージャであってもよい。

１…ダンプトラック（建設機械）、７…エンジン、８…冷却装置、８Ｂ…第１給気冷却路（主管路）、８Ｃ…第２給気冷却路（分岐管路）、７１…排気ターボ過給機（過給機）、８１…第１アフタークーラ、８２…導入配管、８３…排出配管、８４…第２アフタークーラ、８５…分岐配管、８６…合流配管、８７…ステアリングクーラ、８８…エアコンコンデンサ、８９…冷却ファン、８１１…コア、８２５…導入分岐管部（第１ティーズ管部）、８３１…第１排出管（ストレート管）、８３６…排出分岐管部（第２ティーズ管部）、８４１…コア、８５１…分岐接続管（ストレート管）。

Claims

過給機で過給された給気を導く導入配管と、
前記導入配管が接続され、前記給気を冷却する第１アフタークーラと、
前記導入配管から分岐した分岐配管と、
前記分岐配管が接続され、前記給気を冷却する第２アフタークーラと、
前記第１アフタークーラおよび前記第２アフタークーラに冷却風を供給する冷却ファンとを備え、
前記第１アフタークーラおよび前記第２アフタークーラは、前記冷却ファンの回転軸方向に互いにずれて配置されている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項１に記載の冷却装置において、
前記第１アフタークーラおよび前記分岐配管は、前記冷却ファンの回転軸方向に互いに並んで配置されている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項１または請求項２に記載の冷却装置において、
前記導入配管および前記分岐配管は、略同じ高さに配置されている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置において、
前記分岐配管は、前記第２アフタークーラの給気導入方向に延設されて前記第２アフタークーラに接続するストレート管を備えている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷却装置において、
前記第１アフタークーラに接続され、前記第１アフタークーラから前記給気を排出する排出配管と、
前記第２アフタークーラを前記排出配管に接続する合流配管とを備えている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項５に記載の冷却装置において、
前記排出配管および前記第２アフタークーラは、前記冷却ファンの回転軸方向に互いに並んで配置されている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項５または請求項６に記載の冷却装置において、
前記排出配管および前記合流配管は、略同じ高さに配置されている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の冷却装置において、
前記排出配管は、前記第１アフタークーラから給気排出方向に延設されたストレート管を備えている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の冷却装置において、
前記第１アフタークーラおよび前記第２アフタークーラは、前記冷却ファンの回転軸方向に直交する方向に互いにずれて配置され、前記回転軸方向から見て互いのコアの端部が同じ位置にある
ことを特徴とする冷却装置。
過給機で過給された給気を導く導入配管、前記導入配管が接続された第１アフタークーラ、および前記第１アフタークーラから前記給気を排出する排出配管で構成される主管路と、
前記導入配管から分岐した分岐配管、前記分岐配管が接続された第２アフタークーラ、および前記第２アフタークーラと前記排出配管とを接続する合流配管で構成される分岐管路とを備えている
ことを特徴とする冷却装置。
請求項１０に記載の冷却装置において、
前記主管路は、
前記導入配管から分岐する第１ティーズ管部と、
前記給気の流れ方向を前記導入配管による導入方向から前記第１アフタークーラの給気導入方向に変更する第１エルボ管部と、
前記第１アフタークーラから排出された前記給気の流れ方向を前記第１アフタークーラの給気排出方向から前記導入配管による導入方向の反対方向に変更する第２エルボ管部と、
前記排出配管から分岐する第２ティーズ管部とを備え、
前記分岐管路は、前記第１ティーズ管部および前記第２ティーズ管部を接続する
ことを特徴とする冷却装置。
エンジンと、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の冷却装置とを備えている
ことを特徴とする建設機械。