KR100254654B1 - 엔진냉각장치 및 건설기계 - Google Patents

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시게히사 후나바시
요시히로 다까다
마사또시 와따나베
신이찌 시모데
요시오 다니또
소따로 다나까
젠지 가네꼬
이찌로 히라미
도시오 다끼시따
신이찌 미하라
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세구치 류이치
히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

본32 발명에 있어서, 제 1냉각풍(50)은 엔진실(1)외부로 부터 냉각공기 도입구(7a)를 지나 엔진실(1)로 들어가고, 인터쿨러(6a), 오일쿨러(6b), 라디에이터 (6c) 등의 열교환기를 지난 후에 흡입관(8a)에 의하여 드로틀되고, 원심팬(4)으로 들어간다. 그리고 원심팬(4)의 외부둘레방향으로 분출한다. 또 제 2냉각풍은 엔진실(1)외부로부터 냉각풍 도입구(7b, 7b)를 지나 엔진실(1)로 들어가고, 엔진 (5), 올터네이터(10) 등의 각종 전장품 및 오일팬(14)의 주위를 흐르면서 그것들을 냉각한다. 그리고 흡입관(8b)에 의하여 드로틀되어 원심팬(4)으로 들어간 후, 원심팬(4)의 외부둘레방향으로 분출한다. 그리고 두 개의 냉각풍(50, 51)은 배기구 (9)로 부터 외부로 배출된다. 이로써 엔진(5)측의 밀페도를 향상하여 소음을 저감할 수 있음과 동시에 전장품(10)에 대한 냉각효과를 향상하여 전장품(10)의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

엔진냉각장치 및 건설기계{ENGINE COOLER AND CONSTRUCTION MACHINES}
이러한 종류의 엔진냉각장치에 관한 공지기술로서 예를 들어 이하의 것이 있다.
① 일본국 특개평 5-288053호 공보
이 공지기술은 건설기계의 엔진냉각부에 있어서, 엔진의 클랭크축에 팬벨트를 개재하여 연결된 축류팬에 의하여 냉각풍을 열교환기에 공급하는 것이다.
② 일본국 특개평 5-248239호 공보
이 공지기술은 트랙터등 작업차의 엔진냉각부에 있어서, 냉각풍을 공급하는 팬으로서 원심팬을 사용함으로써 냉각성능의 향상을 도모하는 것이다.
③ 일본국 특개평 5-248242호 공보
이 공지기술에 있어서는 한 개의 원심팬에 의하여 농기계의 정면으로부터 도입되어 라디에이터를 통과한 냉각풍이 원심팬의 정면으로 흡입되는 한편, 원심팬의 뒤쪽에 있는 엔진실로부터의 냉각풍이 원심팬의 뒷면측에서 흡입된다.
본 발명은 엔진의 냉각장치에 관한 것으로 특히 자동차나 건설기계에 탑재되는 엔진냉각장치 및 이것을 이용한 건설기계에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예가 적용되는 유압셔블의 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도,
도 2는 도 1중 Ⅱ-Ⅱ면에서의 화살표로 나타낸 도,
도 3은 도 2중 Ⅲ-Ⅲ선 단면위치에 상당하는 원심팬의 성형용 트리밍다이의 단면도,
도 4는 도 2중 Ⅳ-Ⅳ선 단면위치에 상당하는 원심팬의 성형용 트리밍다이의 단면도,
도 5는 동일 외경 또한 동일 회전수로 한 경우에 있어서, 축류팬과 원심팬과의 팬특성의 일예를 비교한 도,
도 6은 엔진의 전발열량을 100% 로 하였을 때, 마력으로서 얻어지는 부분 및 각종 손실로 되어 손실되는 부분의 내역을 나타낸 도,
도 7은 두 개의 편 흡입형 임펠러를 구비한 변형예를 나타낸 종단면도,
도 8은 본 발명의 제 2실시예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도,
도 9는 도 8에 나타낸 스파이럴케이스부분의 상세구조를 나타낸 사시도,
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도,
도 11은 본 발명의 제 4실시예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도이다.
상기 공지기술에 있어서는 이하의 과제가 존재한다.
즉 일반적으로 엔진실내에 있어서 라디에이터 오일쿨러 등의 열교환기를 냉각하기 위하여 요구되는 공냉능력에 비해 엔진외부를 냉각하기 위하여 필요한 공냉능력은 상당히 적고, 예를 들어 약 1/3이하로 족하다. 그러나 상기 공지기술①및 ②에서는 라디에이터 등의 열교환기를 냉각하여 고온으로 된 냉각풍이 그대로 엔진측으로 유입하는 구성으로 되어 있기 때문에 열교환기측과 엔진측과의 냉각풍량이 동일하게 되어 있다. 즉, 열교환기측의 공냉에 필요한 대풍량이 엔진측에 설치되는 배기구로부터 그대로 배출되기 때문에 배기구의 개구부의 크기가 상당히 커져 있고, 가장 큰 소음원인 엔진측의 밀폐도가 저하하여 소음저감이 곤란하게 되어 있다.
또 통상, 엔진실내에 있어서의 엔진의 주위에는 수많은 전장품(電裝品)등이 탑재되어 있으나, 공기기술 ① 및 ②에 있어서는 라디에이터 등의 열교환기를 냉각하여 고온으로 된 공기가 전장품의 주위를 흐름으로, 전장품에 대한 냉각효과가 낮아져 전장품의 신뢰성면에서 문제가 된다.
한편 공지기술③에 있어서는 엔진주위의 전장품을 냉각하는 냉각풍은 라디에이터를 통과하는 냉각풍과는 다른 유로로 되기 때문에 라디에이터 냉각후의 고온공기는 전장품에는 유도되지 않아 상기의 과제는 생기지 않는다. 그러나 상기 공지기술③에 있어서는 이하에 나타낸 다른 과제를 가진다.
즉, 공지기술③의 원심팬은 기능적으로는 라디에이터측 및 엔진측의 양방향으로부터 냉각풍을 흡입하는 양 흡입원심팬과 같이 도시되어 있다. 그러나 실질적으로는 한 개의 임펠러를 구비한 한 개의 편흡입원심팬이며, 임펠러는 라디에이터측의 공기를 적극적으로 흡입하여 냉각풍을 유기하나, 엔진측의 공기에 관해서는 팬배면측에 간극을 마련하여 그 간극으로부터 부압에 의하여 공기를 유입시키고 있음과 불과하며, 적극적으로 흡입을 행하여 냉각풍을 유기하는 구조로는 되어 있지 않다. 이와같은 구조의 결과, 라디에이터측으로부터의 냉각풍에 대하여 엔진측의 냉각풍량이 극히 적어진다. 또 이들 양방향으로부터의 냉각풍의 상호흡입량이 불안정하게 된다. 따라서 전장품 등의 냉각을 충분히 행할 수 없다.
본 발명은 종래기술에 있어서의 상기 과제를 해결하는 것으로, 그 목적은 엔진측의 밀폐도를 향상시켜 소음을 저감할 수 있고, 또한 전장품 등에 대한 충분한 냉각을 행할 수 있는 엔진냉각장치 및 건설기계를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면, 그 내부에 엔진이 설치된 엔진실내에 설치되어, 상기 엔진의 냉각수를 냉각하는 라디에이터를 포함하는 적어도 한 개의 열교환기와, 회전축이 회전됨으로써 상기 열교환기, 상기 엔진 및 이 엔진의 주위에 설치된 전장품을 냉각하는 냉각풍을 유기하는 냉각팬을 가지는 엔진냉각장치에 있어서, 상기 냉각팬은 제 1공기도입구로부터 상기 엔진실내로 도입되어 상기 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍과, 제 2공기도입구로부터 상기 엔진실내로 도입되어 상기 엔진 및 전장품을 냉각하는 제 2냉각풍을 유기하는 원심형 이중임펠러구조의 원심팬이고, 또한 상기 원심팬은 유기하는 상기 제 1 및 제 2냉각풍의 풍량을 각각 W1 및 W2라 하였을 때, W1 : W2 = 2 : 0.5 ~ 2: 1.5가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
즉, 원심형 이중임펠러구조중 한쪽의 임펠러로 유기되는 제 1냉각풍은 제 1공기도입구로부터 엔진실내로 도입되어 열교환기를 냉각한 후, 회전축의 한쪽 끝난쪽에서 제 1임펠러로 흡입되어 외부둘레방향 방향으로 분출된다. 또 원심형 이중임펠러구조중 다른쪽의 임펠로로 유기되는 제 2냉각풍은 제 2공기도입구로부터 엔진실내로 도입되어 엔진 및 그 주위의 전장품을 냉각한 후, 회전축의 다른 끝단쪽에서 제 2임펠러로 흡입되어 외주방향으로 분출된다.
이로써 엔진측을 냉각하는 제 2냉각풍의 냉각유로를 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍의 냉각유로로 부터 분리할 수 있기 때문에 종래와 같이 엔진측으로부터 대풍량을 배출할 필요가 없고, 제 2냉각풍의 풍량은 엔진측의 냉각에 필요한 만큼의 소풍량으로 충분하다. 따라서 종래보다도 엔진측의 개구부를 작게 할 수 있기 때문에 엔진측의 밀폐도가 향상하고, 소음을 저감할 수 있다.
또 엔진측을 냉각하는 제 2냉각풍의 냉각유로가 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍의 냉각유로와 다른 경로로 되기 때문에 종래와 같이 열교환기를 냉각한 후의 고온공기가 전장품 등의 주위를 흐르지 않게 된다. 따라서 전장품 등에 대한 냉각효과를 향상시킬 수 있어 전장품 등의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 일반적으로 엔진의 전발열량 100%중, 라디에이터물의 냉각에 의하여 손실되는 부분이 약 30%, 엔진외벽으로부터 복사열로서 손실되는 부분이 약 15%인 것으로 알려져 있다. 여기서 전자는 라디에이터에 있어서, 제 1냉각풍이 냉각하는 발열량에 거의 상당하고, 후자는 엔진외부에 있어서 제 2냉각풍이 냉각하는 발열량에 거의 상당한다. 따라서 냉각하는 발열량이 냉각풍에 거의 비례한다고 하면, 원심형 이중임펠러구조의 원심팬을 제 1냉각풍량과 제 2냉각풍량과의 비 W1 : W2 = 2:1이 되도록 구성하는 것이 열량균형상, 가장 적합하다. 이와같은 비율로 함으로써 원심팬의 소비마력의 손실을 방지하고, 연비의 저하를 방지할 수 있다. 또 필요이상으로 회전수를 올리지 않아도 되기 때문에 소음을 저하할 수 있다. 또한 제 2냉각풍량(W2)이 과다해져서 엔진을 과냉각시키는 것을 방지할 수 있다.
단, 제 1냉각풍이 통과하는 열교환기측 유로와 제 2냉각풍이 통과하는 엔진측 유로에 있어서의 통풍저항의 차이나, 제조오차 등에 유래하는 실제기계에서의 불균형 등을 고려하면, 제 1냉각풍과 제 2냉각풍과의 비 W1 : W2 = 2 : 0.5 ~ 2 : 1.5가 적정범위이다.
바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 원심팬은 유기되는 상기 제 1 및 제 2냉각풍의 풍량을 각각 W1 및 W2로 하였을 때 W1 : W2 = 2 : 1이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
또 바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 원심팬은 상기 회전축에 고정된 허브에 고정되고, 상기 회전축의 한쪽 끝단쪽에서 상기 제 1냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 제 1임펠러부분과, 상기 허브의 상기 제 1임펠러부분과 반대측에 고정되고, 상기 회전축의 다른쪽 끝단쪽에서 상기 제 2냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향 으로 분출하는 제 2임펠러부분으로 이루어지는 양쪽 흡입형의 한 개의 임펠러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
또 바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 원심팬은 상기 회전축에 고정된 제 1허브에 고정되고, 상기 회전축의 한쪽 끝단쪽에서 상기 제 1냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 편흡입형 제 1임펠러와, 상기 회전축에 고정된 제 2허브에 고정되고, 상기 회전축의 다른쪽 끝단쪽에서 상기 제 2냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 편흡입형 제 2임펠러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
또 바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 원심팬의 출구부분근방에 설치되고, 상기 원심팬으로부터 분출된 냉각풍을 감속하여 압력을 회복시키는 스파이럴케이스를 더 가지는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
이로써 종래 모두 압력손실로서 낭비되고 있던 원심팬출구로부터의 흐름에 포함되는 선회성분을 압력으로서 회복시킬 수 있기 때문에 팬효율의 향상을 도모한다. 또 그만큼 더욱 대풍량화, 고압력화를 도모할 수 있다. 또한 고압력화할 수 있음으로써 엔진실의 밀폐도를 향상시킬 수 있기 때문에 그 만큼 더욱 소음을 저감할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 스파이럴케이스내면의 적어도 일부분에 흡음재를 설치한 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
이로써 주된 소음원의 하나인 원심팬으로부터의 소음을 흡음재로 흡수할 수 있기 때문에 엔진실전체를 조용히 하는 데 유효하다.
또 바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 원심팬의 회전축에 구동력을 전달하여 회전시킴과 동시에 상기 원심팬의 회전수를 상기 엔진의 회전수와 별개 독립하여 설정가능한 구동수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
즉 예를 들면, 엔진의 회전과 관계없이 전기에너지, 유압에너지에 의하여 독자로 구동력을 발생하는 구동수단으로 원심팬의 회전수를 엔진회전수와 별개로 독립하여 설정한다. 이로써 원심팬의 회전수를 엔진회전수(=워터펌프회전수)에 좌우되는 일이 없는 작업환경에 따른 최적의 값으로 할 수 있다. 예를 들면, 저온시의 작업에 있어서는 원심팬이 엔진회전에 직접 대응하여 회전되는 경우에는 통상대로의 엔진정격회전수를 확보하기 위하여 원심팬에 의한 엔진과냉각이 생길 가능성이 있으나, 본 발명에 의하면, 엔진회전수를 통상의 정격회전수로 하는 한편, 원심팬의 회전수를 작게 할 수 있기 때문에 엔진과냉각에 의한 성능저하를 방지할 수 있고, 또 이때의 원심팬에 의한 소음증대를 방지할 수 있다. 또 예를 들면, 고지대에서의 작업에 있어서는 원심팬이 엔진회전에 직접 대응하여 회전되는 경우에는 엔스트방지를 위해 엔진회전수가 작아지고 원심팬회전수도 작아지게 되기 때문에 냉각능력이 부족하여 엔진이 과열하여 엔진성능을 저하시킬 가능성이 있으나, 본 발명에 의하면, 엔진회전수를 작게 하면서 원심팬의 회전수는 통상대로 유지할 수 있기 때문에 엔진과열에 의한 성능저하를 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 엔진냉각장치에 있어서, 상기 구동수단은 전기에너지에 의하여 구동력을 발생하는 수단 및 유압에너지에 의하여 구동력을 발생하는 수단중 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치가 제공된다.
또 본 발명에 의하면, 엔진실내에 설치된 엔진과 이 엔진에 의하여 구동되는 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동되는 액츄에이터와, 상기 엔진의 냉각수를 냉각하는 라디에이터를 포함하는 적어도 한 개의 열교환기 및 회전축이 회전됨으로써 상기 열교환기, 상기 엔진, 이 엔진의 주위에 설치된 전장품을 냉각하는 냉각풍을 유기하는 냉각팬을 구비한 엔진냉각장치를 가지는 건설기계에 있어서, 상기 냉각팬은 제 1공기도입구로부터 상기 엔진실내로 도입되어 상기 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍과, 제 2공기도입구로부터 상기 엔진실내로 도입되어 상기 엔진 및 전장품을 냉각하는 제 2냉각풍을 유기하는 원심형 이중임펠러구조의 원심팬이고 또한 상기 원심팬에는 유기하는 상기 제 1 및 제 2의 냉각풍의 풍량을 각각 W1 및 W2라 하였을 때, W1 : W2 = 2 : 0.5 ~ 2: 1.5가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계가 제공된다.
이하, 본 발명의 엔진냉각장치의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 이하에 나타낸 실시예는 모두 엔진에 의하여 구동되는 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동되는 액츄에이터를 가지는 유압셔블의 엔진실에 설치되는 엔진냉각장치의 실시예이다.
본 발명의 제 1실시예를 도 1 내지 도 6에 의하여 설명한다.
본 실시예는 유압셔블의 엔진실에 설치되는 엔진냉각장치의 실시예이다.
본 실시예가 적용되는 유압셔블의 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도를 도 1에 나타낸다.
도 1에 있어서, 본 실시예에 의한 엔진냉각장치는 그 내부에 엔진(5)이 설치된 엔진실(1)내에 설치되어 있고, 엔진(5)에의 연소용 공기를 예비냉각하는 인터쿨러(6a)와, 유압셔블의 작동유를 냉각하는 오일쿨러(6b)와, 엔진(5)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터(6c)와, 엔진(5)의 클랭크축(2)으로부터의 동력이 전달되는 팬벨트(3)에 의하여 구동되는 원심팬(4)과, 냉각풍(50, 51)(후기)을 원심팬(4)의 두 개의 흡입구로 각각 유도하는 흡입관(8a, 8b)으로 주로 구성되어 있다. 또한 엔진실(1)내의 상부, 하부벽면에는 외부공기를 도입하기 위한 제 1공기도입구, 예를 들어 냉각공기도입구(7a)와, 제 2공기의 도입구, 예를 들어 냉각공기도입구(7b)와, 배기를 위한 배기구(9)가 설치되고, 또 엔진실(1)내부에 있어서의 엔진(5)근방에는 올터네이터(10) 등의 전장품이 설치되어 있다.
도 2에 원심팬(4)의 상세구조를 나타낸 도 1중 Ⅱ-Ⅱ면으로부터의 화살표로 나타낸 도를 나타내고, 도 3에 도 2중의 Ⅲ-Ⅲ선 단면위치에 상당하는 원심팬(4)의 성형용 트리밍다이(11a, 11b)의 단면도를 나타내고, 도 4에 도 2중 Ⅳ-Ⅳ선 단면위치에 상당하는 원심팬(4)의 성형용 트리밍다이(11a, 11b)의 단면도를 나타낸다. 또한 도 3 및 도 4에는 원심팬(4)의 각부위와의 대응을 알기 쉽게 하기 위하여 성형공동이 대응하는 부분에 동일부호를 달고 있다.
도 1 내지 도 4에 있어서, 원심팬(4)은 원심형 임펠러구조를 두 개 구비한 원심형 이중임펠러구조로 되어 있고, 회전축(4h)에 고정되는 허브판(4a)과, 이 허브판(4a)에 고정된 양 흡입형 한 개의 임펠러(4b)를 구비하고 있다. 이 임펠러(4b)는 허브판(4a)을 끼워 양측에 설치되고 복수매의 블레이드를 각각 구비한제 1임펠러부분(4bL) 및 제 2임펠러부분(4bR)으로 구성되어 있고, 제 1임펠러부분(4bL)에는 회전슈라우드(4g)가 설치되어 있다. 그리고 양측의 흡입구(4d, 4e)로부터 흡입된 공기를 외부둘레방향의 분출구(4f)로부터 분출하도록 되어 있다. 또 제 1임펠러부분(4bL)의 유효폭(L1)과 제 2임펠러부분(4bR)의 유효폭(L2)과의 비 L1:L2=2:0.5 ~ 2:1.5가 되도록 구성되어 있다.
그리고 다시 허브판(4a)의 직경(Dh)이 회전슈라우드(4g)가 있는 제 1임펠러부분(4bL)의 흡입구경(D1)보다도 작고, 이로써 원심팬(4)은 형(11a, 11b)에 의한 일체성형이 가능한 구조로 되어 있다. 예를 들어 먼저 형(11b)의 구경(D1)의 개구를 개재하여 형(11b)중에 구경(Dh)의 철심으로 이루어지는 허브판(4a)을 얹어 놓은 후, 형(11a)을 겹쳐맞추어 도시생략한 주입구를 개재하여 수지를 주입하고, 인젝션성형을 행한다.
즉 제 2임펠러부분(4bR), 제 1임펠러부분 4bR중 허브판(4a)외경(Dh)보다도 외측부분 및 회전슈라우드(4g)의 엔진(5)측단면(4gR)을 도 3중 우측으로부터의 트리밍다이(11b)로 압압성형할 수 있음과 동시에 제 1임펠러부분(4bL)중 허브판(4a)보다도 내측부분, 제 1임펠러부분(4bL)중 허브판(4a)외경(Dh)보다도 외측부분의 전연부 및 회전슈라우드(4g)의 라디에이터(6c) 측단면(4gL)을 도 3중 좌측으로부터의 트리밍다이(11a)로 압압성형할 수 있다. 이와같이 일체성형가능한 구조로 함으로써 팬의 제조비용이 대폭 저감된다. 또 회전슈라우드(4g)가 설치되어 있음으로써 제 1임펠러부분(4bL)측에 있어서의 유로 내에서의 혼란의 발생이 적어지고, 팬효율을 향상할 수 있음과 동시에 팬소음을 작게 할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이상과 같은 구성의 엔진냉각장치에 있어서, 냉각풍의 유로는 원심팬(4)으로부터 보아 라디에이터(6c)측과, 엔진(5)측 두 개가 형성된다.
즉 라디에이터(6c)측의 유로를 통과하는 제 1냉각풍(50)은 엔진실(1)외부로부터 냉각풍 도입구(7a)를 지나 엔진실(1)로 들어가고, 인터쿨러(6a), 오일쿨러 (6b), 라디에이터(6c) 등의 열교환기를 지난 후에 흡입관(8a)에 의하여 드로틀되고, 원심팬(4)으로 들어간다. 그리고 원심팬(4)의 외부둘레방향 으로 분출한 후, 엔진실(1)상부의 배기구(9)로부터 외부로 배출된다.
또 엔진(5)측의 유로를 통과하는 제 2냉각풍(51)은 엔진실(1)외부로부터 냉각풍 도입구(7b, 7b)를 지나 엔진실(1)로 들어가고, 엔진(5), 올터네이터(10) 등의 각종 전장품 및 오일팬(14)의 주위를 흐르면서 그것들을 냉각한다. 그리고 흡입관 (8b)에 의하여 드로틀되어 원심팬(4)으로 들어간 후, 원심팬(4)의 외부둘레방향 으로 분출하고, 상기한 라디에이터(6c)측의 제 1냉각풍(50)과 함께 엔진실(1)상부의 배기구(9)로부터 외부로 배출된다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 있어서는 엔진(5) 및 올터네이터(10) 등의 전장품을 냉각하는 제 2냉각풍(51)의 유로를 인터쿨러(6a), 오일쿨러(6b), 라디에이터(6c) 등의 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍(50)의 유로로부터 분리할 수 있기 때문에 종래와 같이 엔진(5)측으로부터 대풍량을 배출할 필요가 없고, 엔진(5)측의 제 2냉각풍(51)의 풍량을 엔진(5)측의 냉각에 필요한 만큼의 소풍량(후기하는 바와같이 제 1냉각풍(50)의 풍량의 1/4 ~ 3/4)으로 할 수 있다. 따라서 종래보다도 엔진(5)측의 개구부인 냉각공기도입구(7b, 7b)를 작게 할 수 있기 때문에 엔진(5)측의 밀폐도가 향상하고, 소음을 저감할 수 있다.
또 엔진(5) 및 올터네이터(10) 등의 전장품을 냉각하는 제 2냉각풍(51)의 유로가 인터쿨러(6a), 오일쿨러(6b), 라디에이터(6c) 등의 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍(50)의 유로와 다른 경로로 되기 때문에 종래와 같이 열교환기를 냉각한 후의 고온공기가 전장품 등의 주위를 흐르지 않게 된다. 따라서 전장품 등에 대한 냉각효과를 향상시킬 수 있고, 전장품 등의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또 이로써 종래 내열성이 필수였던 전장품 등에 관하여 내열성을 고려할 필요성이 없어지기 때문에 저비용화를 도모할 수 있다. 또한 엔진(5)의 공냉효과가 높아지기 때문에 엔진냉각전체를 차지하는 수냉의 비율을 내릴 수 있고, 이로써 라디에이터(6c)에 요구되는 냉각성능을 내릴 수 있기 때문에 라디에이터(6c)의 소형화, 저비용화를 도모된다.
또 최근, 엔진실은 본 실시예의 엔진실(1)과 같은 인터쿨러(6a)의 채용이나, 소음저감을 위한 엔진밀폐도 향상, 콤팩트화 등의 요구에 의하여 냉각유로의 저항이 증대하는 경향이 있다. 그리고 이와같은 경향에도 불구하고, 종래와 동등한 유량이 요구되고 있기 때문에 냉각팬의 대풍량화, 고압력화의 필요가 생긴다. 여기서 본 실시예의 엔진냉각장치에 있어서는 팬으로서 원심팬(4)을 이용함으로써 축류팬, 경사축류팬을 이용하는 경우에 비하여 동일외경 또한 동일회전수에 있어서는 대풍량화, 고압력화를 도모할 수 있고, 소음면에서 유리하다. 이것을 도 5를 이용하여 설명한다.
도 5는 동일외경 또한 동일회전수로 한 경우에 있어서, 축류팬과 원심팬과의 팬특성의 일예를 비교한 도이며, 횡축이 유량, 종축이 정압을 나타내고 있다. 「축류팬」및 「원심팬」의 특성곡선은 각각 축류팬 및 원심팬단체의 특성(즉 유로중에 배치하지 않고, 측정한 팬단독의 특성)을 나타내고 있고, 두 개의 저항곡선 ①②는 엔진실에 있어서의 냉각유로단체의 특성(유로구조에 의하여 일의적으로 결정하는 특성)을 나타내고 있다. 그리고 팬의 특성곡선과 저항곡선과의 교차점이 해당하는 팬을 해당하는 유로에 배치한 경우의 동작점이며, 그 경우에 얻어지는 압력 및 유량을 나타낸다. 또한 저항곡선①,②중 저항곡선①이 종래의 엔진실에 있어서의 냉각유로저항을 나타내고 있고, 저항곡선②가 인터쿨러채용이나 소음저감을 위한 엔진밀폐도 향상, 콤팩트화 등의 요구에 대응한 최근의 엔진실에 있어서의 냉각유로의 특성을 나타내고 있다.
먼저, 종래의 엔진실에 있어서, 축류팬을 이용하는 경우는 유량 및 정압은 「축류팬」의 특성곡선과 저항곡선①과의 교차점(A)이 되고, 각각 Qpropl, Ppropl이 된다. 이것에 대하여 원심팬을 이용한다고 하면, 유량 및 정압은 「원심팬」의 특성곡선과 저항곡선①과의 교차점(B)에 의해 나타내는 Qturbol, Pturbol이 된다. 즉 원심팬은 동일외경 또한 동일회전수에서는 원심력작용(상세는 후기)에 의하여 축류팬에 비하여 고압화 또한 대풍량화가 가능하다는 성질을 가진다.
여기서 최근의 엔진실에 대하여 종래의 축류팬을 그대로 적용하였다고 하면, 유량 및 정압은 「축류팬」의 특성곡선과 저항곡선②과의 교차점(C)에 의해 나타내는 Qprop2, Pprop2가 되고, 정압은 종래의 엔진실에 있어서의 상기한 Pprop1에 비해 커져 고압화가 도모되나, 유량은 종래의 엔진실에 있어서의 상기한 Qprop1보다도 작아진다. 따라서 종래의 Qprop1과 동등한 유량을 얻고자 하는 경우에는 회전수를 올리지 않을 수 없고, 결과로서 소음이 상당히 커진다. 이에 대하여, 원심팬을 적용한 경우는 유량 및 정압을 「원심팬」의 특성곡선과 저항곡선②과의 교차점(D)에 의해 나타내는 Qturbo2(≒Qprop1), Pturbo2로 할 수 있기 때문에 종래의 엔진실에 있어서의 축류팬의 유량 Qprop1과 거의 같은 정도의 유량을 확보함과 동시에 종래의 엔진실에 있어서의 축류팬의 정압Pprop1에 비하여 2배이상의 고압화를 도모할 수 있다.
이와같은 원심팬의 특성은 예를 들어 이하와 같이 설명할 수 있다.
즉 일반적으로 팬의 이론압력상승 Pth은 다음식으로 나타낸다.
Pth=P(u2 2-u1 2)/2+P(v2 2-v1 2)/2+P(w2 2-w1 2)/2
또한 u는 팬의 주속, v는 흐름의 절대속도, w는 흐름의 상대속도를 나타내고 있고, 첨자 1,2는 각각 팬입구 및 출구에서의 값임을 나타내고 있다.
상기식에 있어서, 우변 제 1항의 P(u2 2-u1 2)/2가 원심력의 효과를 나타내고 있으며, 우변 제 2항의 P(v2 2-v1 2)/2가 운동에너지의 변화(동압상승)를 나타내고 있으며, 우변 제 3항의 P(w2 2-w1 2)/2가 유로에서의 감속에 의한 효과(정압상승)를 나타내고 있다. 여기서 제 1항에 관하여 생각하면, 축류팬은 팬입구와 출구가 지름이 같기 때문에 u1=u2가 되어 제 1항=0 이 되는 것에 대하여 원심팬은 팬출구쪽이 팬입구보다도 지름이 크기 때문에 제 1항의 원심력의 효과가 최대한 생기게 된다. 따라서 원심팬 쪽이 축류팬보다도 고압화를 도모할 수 있고, 나아가서는 대유량화도 용이하게 도모할 수 있다. 또한 이상은 축류팬과의 대비에 있어서, 원심팬의 특성을 설명하였으나, 사축류팬과의 대비에 있어서도 동일한 것이 성립된다.
이상 설명한 바와같이 냉각팬으로 하여 원심팬(4)을 이용함으로써 동일외경 또한 동일회전수로 축류팬, 사축류팬보다도 대풍량화, 고압력화를 도모할 수 있다. 따라서 냉각유로의 저항이 증대하고 있는 최근의 엔진실에서 종래와 동등한 유량을 확보하기 위하여 대풍량화, 고압력화를 도모하는 경우에도 축류팬, 사축류팬과 같이 회전수를 증대시킬 필요가 없이 소음을 저하시킬 수 있다. 또 이때 제 1임펠러부분(4bL)에 회전슈라우드(4g)가 설치되어 있음으로써 흡입관(8a)과 제 1임펠러부분(4bL)사이의 간극으로부터 지름방향으로 냉각풍이 누설되는 것을 방지하고, 팬효율을 향상시킬 수 있기 때문에 그만큼 소음을 더욱 저감시킬 수 있다.
또 축류팬을 이용한 종래구조에서는 축류팬으로부터 분출한 냉각풍이 팬하류측에 배치된 엔진을 냉각하는 구성으로 되어 있었기 때문에 팬회전에 의하여 선회성분을 포함한 냉각풍흐름이 엔진이나 그 주위부재의 복잡한 형상에 충돌하여 국소적으로 냉각풍의 역류가 생기고 그만큼 냉각풍의 원활한 흐름을 저해하고 있었다. 이에 대하여 본 실시예의 냉각장치에 있어서는 엔진(5)은 원심팬(4)의 상류측에 배치됨으로써 선회성분을 포함하지 않는 제 2냉각풍(51)이 엔진(5)표면이나 엔진(5)아래쪽의 오일팬(14)표면을 따라 원심팬(4)방향으로 흐르게 되기 때문에 종래와 같은 역류의 발생을 저감할 수 있다.
또한 제 1임펠러부분(4bL)의 유효폭(L1)과 제 2임펠러부분(4bR)의 유효폭 (L2)과의 비 L1:L2=2:0.5~2:1.5로 함으로써 제 1냉각풍(50)의 풍량과 제 2냉각풍 (51)의 풍량과의 비 W1:W2=2:0.5~2:1.5로 하고, 이로써 제 1 및 제 2냉각풍(50, 51)의 풍량균형을 적정화하는 작용도 있다. 이것을 도 6에 의하여 설명한다.
도 6은 엔진의 전발열량을 100%로 하였을 때 마력으로서 얻어지는 부분 및 각종 손실이 되어 잃어버린 부분의 내역을 나타낸 것이다. 도시한 바와같이 일반적으로 엔진의 전발열량 100%중 예를 들어 라디에이터수의 냉각에 의하여 손실되는 부분이 약 30%, 엔진외벽으로부터 배기열 및 복사열로서 손실되는 부분이 약 33%인 것으로 알려져 있다(내연기관 핸드북; 아사구라서점발행에 의함). 그리고 후자의 33%중 복사열이 어느만큼 차지하는 지에 관해서는 예를 들어 이하와 같이 하여 산출할 수 있다.
일반적으로 엔진에 있어서의 전발열량과 마력과의 관계는 다음의 기본식으로 나타낸다.
Q=Ne×b×Hu/60
단 Q : 냉각수 방열량[kcal/min]
Ne : 마력[PS]
b : 연비율[kg/PSHr]
Hu : 연료의 저발열량(=10500[kcal/kg])
예를 들어 대표적인 연비율 P≤170[g/PSh]로서 상기 기본식에 의하여 엔진전발열량(Q)을 구하여 보면,
P : Qp=10500[kal/kg]×170×10-3[kg/PSh]×135[PS]
=240975[kcal/h]
가 된다. 그리고 상기한 바와같이 배기열, 복사열의 비율은 33%이기 때문에 (배기열, 복사열)=240975×0.33=79522[kcal/h] …①
한편, 사이렌서로부터 배출되는 배기열은 배기온도 300℃, 외기온도 20℃, 유속 313[m3/s], 비중 0.596[kg/m3]라 하면,
(배기열) =0.24[kcal/kg·deg]×(300-20)[deg]×313[m3/s]
×0.596[kg/m3]×3600[s]
=45230[kcal/h] …②
가 된다. 따라서 ① 및 ②에 의하여 복사열은
(복사열) =79522-45230
=34291[kcal/h]
가 되고 이것은 상기 Q(=240975[kcal/h])의 약 14.2%에 상당하고 있다. 즉 엔진의 전발열량 100%중 라디에이터수의 냉각에 의하여 손실되는 부분이 약 30%, 엔진외벽으로부터 복사열로서 손실되는 부분이 약 14.2%가 된다.
이것을 본 실시예의 엔진(5)에 적용하면, 전자는 라디에이터(6c)에 있어서, 제 1냉각풍(50)이 냉각하는 발열량에 거의 상당하고, 후자는 엔진외부에 있어서 제 2냉각풍(51)이 냉각하는 발열량에 거의 상당한다. 따라서 냉각하는 발열량이 냉각풍량에 거의 비례한다고 하면, 원심형 이중임펠러구조인 원심팬(4)을 제 1냉각풍 (50)의 풍량과 제 2냉각풍(51)의 풍량과의 비 W1:W2≒2:1이 되도록 구성하는 것이 발열균형상 최적이다. 그리고 이와같은 비율로 함으로써 원심팬의 소비마력의 손실을 방지하고, 연비의 저하를 방지할 수 있다. 또 필요이상으로 회전수를 올리지 않아도 되기 때문에 소음을 저하할 수 있다. 또한 제 2냉각풍(51)의 풍량(W2)이 과다하게 되는 것에 의한 엔진의 과냉각을 방지할 수 있다.
단, 여기서 제 1냉각풍(50)이 통과하는 열교환기(6a~c)측 유로와 제 2냉각풍 (51)이 통과하는 엔진(5)측 유로에 있어서의 통풍저항의 차이나, 제조오차 등에 유래하는 실시에서의 불균형 등을 고려하면, 제 1냉각풍(50)의 풍량과 제 2냉각풍 (51)의 풍량과의 비 W1:W2=2:0.5~2:1.5가 적정범위이다.
따라서 본 실시예에 있어서는 제 1임펠러부분(4bL)의 유효폭(L1)과 제 2임펠러부분(4bR)의 유효폭(L2)과의 비 L1:L2=2:0.5~2:1.5로 함으로써 제 1 및 제 2냉각풍(50, 51)의 풍량균형을 적정화화할 수 있다.
또한 상기 제 1실시예에 있어서는 두 개의 냉각풍유로의 한쪽(제 1냉각풍 (50))에서 인터쿨러(6a), 오일쿨러(6b), 라디에이터(6c) 등의 열교환기를 냉각하고, 다른 쪽(제 2냉각풍(51))에서 올터네이터(10) 등의 전장품, 엔진(5) 및 오일팬 (14)을 냉각하고 있었으나, 이들 냉각대상물의 냉각풍유로로의 배분은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 열교환기중 인터쿨러(6a)를 엔진(5)측의 흡입구(7b)의 하류측에 배치하여도 된다. 즉 적어도 한 개의 열교환기가 엔진(5)측이 아닌 냉각풍유로에 배치되면, 동일효과를 얻을 수 있다.
또 상기 제 1실시예에 있어서는 제 1임펠러부분(4bL)에 회전슈라우드(4g)를 설치하였으나, 전장품 등의 공냉효과를 향상시킨다는 목적만에 있어서는 반드시 회전슈라우드(4g)를 설치하지 않아도 된다. 또 반대로 제 1임펠러부분(4bL)에만 회전슈라우드(4g)를 설치하는 것이 아니고, 제 2임펠러부분(4bR)에도 별개의 회전슈라우드를 설치함으로써 제 1임펠러부분(4bL) 및 제 2임펠러부분(4bR)양쪽에 회전슈라우드를 부착시킬 수도 있다. 이 경우, 더욱 팬효율을 향상할 수 있음과 동시에 소음을 작게 할 수 있다.
또한 상기 제 1실시예에 있어서는 원심팬(4)이 2방향으로부터 흡입하여 1방향으로 분출하는 양흡입형의 임펠러(4b)를 구비하고 있었으나, 이것에 한정하지 않고, 한쪽 흡입형의 임펠러를 2개 서로 등을 맞대고 배치하여도 된다. 이 변형예를 도 7에 나타낸다. 제 1실시에와 동등한 부재에는 동일부호를 부여한다.
도 7은 두 개의 한쪽 흡입형 임펠러를 구비한 변형예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도이며, 도 1에 나타낸 제 1실시형태와 다른점은 양쪽 흡입형의 임펠러(4b)를 한 개 구비한 원심팬(4)대신 서로 흡입구를 반대방향으로 향하도록 두 개의 한쪽 흡입형 임펠러(104Lb, 104Rb)를 구비한 원심팬(104)이 설치되어 있는 것이다. 이 원심팬(104)은 회전축(4h)에 고정된 제 1허브, 예를 들어 허브판(104La)과, 이 허브판(104La)에 고정된 제 1임펠러(104Lb)와, 이 제 1임펠러(104Lb)의 흡입측에 고정된 회전슈라우드(104Lg)와, 회전축(4h)에 고정된 제 2허브, 예를 들어 허브판(104Ra)과 이 허브판(104Ra)에 고정된 제 2임펠러(104Rb)와, 이 제 2임펠러(104Rb)의 흡입측에 고정된 회전슈라우드(104Rg)를 구비하고 있다. 그리고 도시좌측의 제 1임펠러(104Lb)가 냉각풍 도입구(7a)로부터 인터쿨러(6a),오일쿨러(6b), 라디에이터(6c) 등을 냉각한 제 1냉각풍(50)을 흡입하여 배기구(9)로 분출하고, 도시 우측의 제 2임펠러(104Rb)가 냉각풍 도입구(7b)로부터 엔진(5), 올터네이터(10) 등의 전장품 및 오일팬(14)을 냉각한 제 2냉각풍(51)을 흡입하여 배기구(9)로 분출한다.
그외의 구성은 제 1실시예와 거의 동일하다.
본 변형예에 의해서도 제 1실시예와 동일효과를 얻는다.
또 이것에 덧붙혀 한쪽 흡입형의 임펠러를 한 개 구비한 원심팬을 이용하고 있던 종래구조에 대해서는 본 변형예를 구성할 때 그 임펠러를 재이용할 수 있다. 따라서 제 1 및 제 2임펠러부분(4bL, 4bR)을 구비한 임펠러(4b)를 신규로 제조할 필요가 있는 제 1실시예에 비하여 용이하게 실시가능하다. 또 한쪽 흡입형 제 1 및 제 2임펠러(104Lb, 104bR)는 서로 제한되지 않고 각각 독자적으로 팬외경치수, 블레이드매수 등을 선택할 수 있기 때문에 설계의 자유도가 증가하는 효과도 있다.
본 발명의제 2실시예를 도 8 및 도 9에 의하여 설명한다. 본 실시예는 제 1실시예의 구성에 스파이럴케이스를 설치한 실시예이다. 제 1실시예와 동등한 부재에는 동일부호를 붙힌다.
도 8은 본 실시예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실(1)의 구조를 나타낸 측단면도를 나타내고 있고, 제 1실시예와는 원심팬(4)의 출구부분 근방을 덮도록 스파이럴케이스(212)가 설치되어 있는 점이 다르다. 이 스파이럴케이스(212)는 원심팬(4)의 회전축을 포함하는 평면에 의해 복수로 분할가능한 구조로 되어 있고, 엔진(5), 인터쿨러(6a), 오일쿨러(6b), 라디에이터(6c), 원심팬(4) 등을 배설한 후에 설치된다.
도 9는 이 스파이럴케이스(212)부분의 상세구조를 나타낸 사시도이고, 스파이럴케이스(212)내의 유로는 서서히 유로단면적이 커지는 형상으로 되어 있다.
도 8 및 도 9에 나타낸 구성에 있어서, 제 1실시에와 같이 인터쿨러(6a), 오일쿨러(6b), 라디에이터(6c) 등을 냉각한 제 1냉각풍(50)과, 엔진(5), 오일팬(14) 및 올터네이터(10) 등의 전장품을 냉각한 제 2냉각풍(51)이 원심팬(4)에 흡입되어 분출된 후, 스파이럴케이스(212)에서 서서히 감속됨으로써 압력회복되고, 배기구(9)로부터 배출된다.
그외의 구조는 제 1실시예와 거의 동일하다.
본 실시예에 있어서도 제 1실시예와 동일한 효과를 얻는다. 또 그것에 덧붙혀 스파이럴케이스(212)를 설치함으로써 종래 모드 압력손실로서 낭비가 되고 있던 원심팬(4)출구로부터의 흐름중에 포함되는 선회성분을 압력으로서 회복시킬 수 있기 때문에 팬효율의 향상을 도모할 수 있고, 또 그만큼 대풍량화, 고압력화를 도모할 수 있다. 또한 고압력화할 수 있음으로써 엔진실(1)의 밀폐도를 향상시킬 수 있기 때문에 그만큼 소음을 더욱 저감할 수 있다.
본 발명의 제 3실시예를 도 10에 의하여 설명한다. 본 실시예는 제 2실시예의 구성에 다시 흡음재를 추가한 실시예이다. 제 2실시예와 동등한 부재에는 동일부호를 붙힌다.
도 10은 본 실시예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실(1)의 구조를 나타낸 측단면도이고, 제 2실시예와는 스파이럴케이스(212)의 내면의 일부에 흡음재 (313)가 장착되어 있는 점이 다르다. 또한 일부가 아니라 스파이럴케이스전면에 흡음재(313)를 장착하여도 된다.
그외의 구조는 제 2실시예와 거의 동일하다.
본 실시예에 의하면, 제 2실시예와 동일한 효과에 덧붙혀 주된 소음원의 하나인 원심팬(4)의 소음을 흡음재(313)로 흡수할 수 있기 때문에 엔진실(1)전체의 정음화에 유효하다.
본 발명의 제 4실시예를 도 11에 의하여 설명한다. 본 실시예는 원심팬을 엔진클랭크축과는 별개의 구동원에 의하여 구동하는 실시예이다.
도 11은 본 실시예에 의한 엔진냉각장치를 내설한 엔진실의 구조를 나타낸 측단면도이며, 제 1실시예와는 특별히 원심팬(403)이 전동모터(406)(후기)로 구동되는 점이 다르다. 또한 그외 각부의 구조에 있어서도 제 1~제 3실시예와 약간 다르기 때문에 제 1 ~ 제 3실시에와 동등한 부재도 포함하여 다시 모든부재에 관하여 설명한다. 즉 엔진냉각장치는 엔진(402)이 내설된 엔진실(401)내에 설치되어 있고, 엔진(402)에 공급되는 연소용 공기를 예냉하는 인터쿨러(409a)와 유압셔블의 작동유를 냉각하는 오일쿨러(409b)와, 엔진(402)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터 (409c)와, 베어링지지부재(423)를 개재하여 엔진(402)에 지지된 베어링(413)에 회전자유롭게 지지된 회전축(403a)을 구비한 원심팬(403)과, 이 원심팬(403)의 회전축(403a)에 팬벨트(422)를 개재하여 구동력을 전달하여 회전시키는 구동수단, 예를 들어 전기에너지에 의하여 구동력을 발생하는 전동모터(406)와, 원심팬(403)의 양측(도시 좌우측)에 설치된 두 개의 흡입구(403d, 403e)로 냉각풍(450, 451)(후기)을 각각 유도하는 흡입관(410a, 410b)과, 냉각수배관(415)을 개재하여 라디에이터 (409c)내로 엔진(402)의 냉각수의 순환을 행하게 하는 워터펌프(405)로 주로 구성되어 있다.
워터펌프(405)는 엔진(402)의 클랭크축(411)로부터의 동력이 벨트(412)를 개재하여 회전축(워터펌프회전축)(421)에 전달됨으로써 구동된다.
원심팬(403)은 원심형 이중임펠러구조로 되어 있고, 회전축(403a)에 고정되는 허브판(도시생략)과, 이 허브판에 고정된 양쪽 흡입형의 한 개의 임펠러(403b)를 구비하고 있다. 이 임펠러(403b)는 허브판을 끼워 양측에 설치되어 복수매의 블레이드를 각각 구비한 제 1임펠러부분(403bL)및 제 2임펠러부분(403bR)으로 구성되어 있고, 양측의 흡입구(403d, 403e)로부터 흡입한 공기를 외부둘레방향의 분출구(403f)로부터 분출하도록 되어 있다.
또한 엔진실(401)내의 상부, 하부벽면에는 외기를 도입하기 위한 냉각풍 공기도입구(407a, 407b)및 배기를 위한 배기구(408)가 설치되어 있고, 엔진실(401)내부에 있어서의 엔진(402)근방에는 특히 도시생략하였으나, 올터네이터 등의 전장품이 설치되어 있다.
이상과 같은 구성의 엔진냉각장치에 있어서, 냉각풍의 흐름은 원심팬(403)에서 보아 라디에이터(409c)측과, 엔진(402)측 두 개가 형성된다.
즉 라디에이터(409c)측의 유로를 통과하는 제 1냉각풍(450)은 엔진실(401)외부로부터 냉각풍 도입구(407a)를 지나 엔진실(401)로 들어가고, 인터쿨러(409a), 오일쿨러(409b), 라디에이터(409c) 등의 열교환기를 지난 후에 흡입관(410a)에 의하여 드로틀되고, 원심팬(403)으로 들어간다. 그리고 원심팬(403)의 외부둘레방향 으로 분출한 후, 엔진실(401)상부의 배기구(408)로부터 외부로 배출된다.
또 엔진(402)측의 유로를 통과하는 제 2냉각풍(451)을 엔진실(401)외부로부터 냉각풍 도입구(407b)를 지나 엔진실(401)로 들어가고, 엔진(402)이나 엔진(402)근방 아래쪽에 설치된 오일팬(404) 등의 주위를 흐르면서 그것들을 냉각한다. 그리고 흡입관(410b)에 의하여 드로틀되고, 원심팬(403)으로 들어간 후, 원심팬(403)의 외부둘레방향 으로 분출하고, 라디에이터(409c)측의 제 1냉각풍(450)과 동시에 엔진실(401)상부의 배기구(408)로부터 외부로 배기된다.
또한 제 1임펠러부분(403bL)과 제 2임펠러부분(403bR)과는 제 1냉각풍(450)과 제 2냉각풍(451)의 풍량비 W1:W2=2:0.5~2:1.5가 되도록 구성되어 있다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 제 1실시예와 동일한 효과에 덧붙혀 이하와 같은 효과를 갖는다.
먼저 원심팬(403)의 회전수를 전동모터(406)로 엔진(402)의 회전수와 별개로 독립하여 설정할 수 있음으로써 엔진(402)의 회전수(=워터펌프(405)의 회전수)에 좌우되지 않고 작업환경에 따른 최적한 회전수로 할 수 있다. 예를 들어 저온시의 작업에 있어서는 팬이 엔진회전에 직접 대응하여 회전되는 종래구조에서는 통상대로 엔진정격회전수를 확보하기 위하여 원심팬에 의한 엔진과냉각이 생길 가능성이 있으나, 본 실시예에 있어서는 엔진(402)의 회전수를 통상의 정격회전수로 하는 한편, 원심팬(403)의 회전수를 작게 할 수 있기 때문에 엔진(402)의 과냉각에 의한 성능저하를 방지할 수 있고, 또한 이때의 원심팬(403)에 의한 소음증대를 방지할 수 있다. 또 예를 들어 고지에서의 작업에 있어서는 팬이 엔진회전에 직접 대응하여 회전되는 종래구조에서는 엔스트방지를 위하여 엔진회전수가 작아지고, 원심팬회전수도 작아지게 되기 때문에 냉각능력이 부족하여 엔진이 과열하여 엔진성능을 저하시킬 가능성이 있으나, 본 실시예에 있어서는 엔진(402)의 회전수를 작게 하면서 원심팬(403)의 회전수는 통상대로 유지할 수 있기 때문에 엔진(402)의 과열에 의한 성능저하를 방지할 수 있다.
또 엔진(402)의 회전수가 원심팬(403)의 회전수와 관계없이 설정됨으로써 연비를 향상할 수 있는 효과도 있다.
또 원심팬(403)은 종래의 축류팬에 비하여 중량이 커질 가능성이 있으나, 본 실시예에 있어서는 원심팬(403)을 전동모터(406)에 의한 구동으로 하고 엔진(402)의 회전축(421)에 고정하지 않기 때문에 엔진(402)의 회전축(421)의 베어링 (엔진(402)내에 설치, 도시생략)의 부하가 증대하지 않는다. 즉 대형화한 원심팬(403)의 하중은 팬회전축(403a)용 베어링(413)을 적절히 대하중에 견딜 수 있는 것으로 하면 된다. 이로써 축류팬의 사용을 상정하여 설계된 기존의 엔진에 대해서도 새로이 베어링지지부재(423) 및 베어링(413)을 설치함으로써 본 실시예의 엔진냉각장치를 용이하게 실현할 수 있다.
또 인터쿨러(409a), 오일쿨러(409b), 라디에이터(409c)의 냉각에 최적한 팬중심위치(=팬회전축 위치)는 이들 세 개의 열교환기의 크기나 형상에 따라 다른 위치가 되나, 팬회전축이 엔진쿨러축에 의해 직접 회전되는 종래구조에서는 엔진위치에 대한 팬회전축의 이동이 곤란하기 때문에 최적한 팬회전축 위치로부터 편심된 상태가 되어 냉각풍량의 저하 등을 초래할 가능성이 있다. 이것에 대하여 본 실시예에 있어서는 팬회전축(403a)을 임의의 위치에 설치할 수 있음으로써 3개의 열교환기(409a~c)에 따라 팬회전축(403a)을 최적한 위치로 이동할 수 있기 때문에 냉각풍량의 저하를 방지할 수 있다.
또한 상기 제 4실시예에 있어서는 양쪽 흡입형의 한 개의 임펠러(403b)를 구비한 원심팬(403)을 이용하였으나, 이것을 대신하여 도 7에 나타낸 변형예와 같이 서로 흡입구를 반대방향으로 향하게 한 두 개의 한쪽 흡입형의 임펠러를 구비한 원심팬을 이용하여도 되고, 이 경우도 동일한 효과를 얻는다.
또 상기 제 4의 실시예에 있어서는 임펠러(403b)를 전동모터(406)에 의하여 구동하는 예를 나타내었으나, 전동모터(406)대신 유압에너지(압유)로 구동하는 유압모터를 이용하여도 되고, 이 경우도 동일한 효과가 얻어진다.
또한 상기 제 4실시예에 있어서는 엔진(402)의 회전과는 전혀 관계없는 독립된 구동원인 전동모터(406)를 이용하였으나, 이것에 한정하지 않고, 이하와 같은 변형도 생각할 수 있다. 즉 엔진(402)의 회전이 전달되어 입력됨과 동시에 그 입력된 회전수를 소망의 가감속비를 가지고 변환하여 원심팬(403)에 출력하는 회전수변환수단을 설치하고, 원심팬(403)을 작업환경에 따른 회전수로 회전시켜도 된다. 회전수변환수단의 구서예로서는 예를 들어 다른 톱니수의 복수종류의 기어를 구비한 감속기어기구와, 그 감속기어기구에 있어서의 전달가감속비를 제어하는 가감속비제어수단, 예를 들어 감속기어기구에 있어서의 기어를 전환하는 기어전환기구를 설치하는 구성이 있다. 이들의 경우도 동일한 효과를 얻는다.
또 상기 제 1~제 4실시예에 있어서는 열교환기로서 인터쿨러(6a, 409a), 오일쿨러(6b, 409b), 라디에이터(6c, 409c)를 예로 들어 나타내었으나, 이들에 한정하지 않고, 에어콘의 콘덴서등, 다른 열교환기가 설치되어 있어도 되고, 이들의 경우도 동일한 효과를 얻는다.
또한 상기 제 1 ~ 제 4의 실시예는 건설기계에 구비된 엔진의 냉각장치를 예로 들어 설명하였으나, 이것에 한정하지 않고, 자동차, 농기계 그외 기계에 탑재되는 엔진의 냉각장치에도 적용할 수 있다. 이들의 경우도 동일한 효과를 얻는다.
본 발명에 의하면, 엔진측을 냉각하는 제 2냉각풍의 냉각유로를 열교환기를 냉각하는 제 1냉각풍의 냉각유로로부터 분리할 수 있기 때문에 종래보다도 엔진측의 개구부를 작게 할 수 있다. 따라서 엔진측의 밀폐도가 향상되고, 소음을 저감할 수 있다. 또 종래와 같이 열교환기를 냉각한 후의 고온공기가 전장품 등의 주위를 흐르지 않게 되기 때문에 전장품 등에 대한 냉각효과를 향상시킬 수 있고, 전장품 등의 신뢰성을 향상할 수 있다.

Claims (9)

  1. 그의 내부에 엔진(5, 402)이 설치된 엔진실(1, 401)내에 설치되어, 상기 엔진(5, 402)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터(6c, 409c)를 포함하는 적어도 한 개의 열교환기(6a~c, 409a~c)와, 회전축(4h, 403a)이 회전됨으로써 상기 열교환기(6a~c, 409a~c), 상기 엔진(5, 402) 및 이 엔진(5, 402)의 주위에 설치된 전장품(10)을 냉각하는 냉각풍을 유기하는 냉각팬(4, 104, 103)을 가지는 냉각장치에 있어서,
    상기 냉각팬은 제 1공기 도입구(7a, 407a)로부터 상기 엔진실(1, 401)내로 도입되어 상기 열교환기(6a~c, 409a~c)를 냉각하는 제 1냉각풍과, 제 2공기 도입구(7b, 407b)로부터 상기 엔진실(1, 401)내로 도입되어 상기 엔진(5, 402) 및 전장품(10)을 냉각하는 제 2냉각풍을 유기하는 원심형 이중임펠러구조의 원심팬(4, 104, 403)이고, 상기 원심팬(4, 104, 403)은 유기하는 상기 제 1 및 제 2냉각풍의 풍량을 각각 W1 및 W2라 하였을 때,
    W1:W2=2:0.5~2:1.5가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원심팬(4, 104, 403)은 유기하는 상기 제 1 및 제 2냉각풍의 풍량을 각각 W1 및 W2라 하였을 때,
    W1:W2=2:1 이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원심팬(4. 403)은 상기 회전축(4h, 403a)에 고정된 허브(4a)에 고정되고, 상기 회전축(4h, 403a)의 한쪽 끝단쪽에서 상기 제 1냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 제 1임펠러부분(4bL, 403bL)과, 상기 허브(4a)의 상기 제 1임펠러부분(4b, 403bL)과 반대쪽에 고정되어, 상기 회전축(4h, 403a)의 다른쪽 끝단쪽에서 상기 제 2냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 제 2임펠러부분 (4bR, 403bR) 으로 이루어지는 양쪽 흡입형의 한 개의 임펠러(4b, 403b)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 원심팬(104)은 상기 회전축(4h)에 고정된 제 1허브(104La)에 고정되어, 상기 회전축(4h)의 한쪽 끝단쪽에서 상기 제 1냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 한쪽 흡입형 제 1임펠러(104Lb)와, 상기 회전축(4h)에 고정된 제 2허브(104Lb)에 고정되어, 상기 회전축(4h)의 다른쪽 끝단쪽에서 상기 제 2냉각풍을 흡입하여 외부둘레방향으로 분출하는 한쪽 흡입형 제 2임펠러(104Rb)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 원심팬(4)의 출구부분근방에 설치되고, 상기 원심팬(4)으로부터 분출된 냉각풍을 감속하여 압력을 회복시키는 스파이럴케이스(212)를 더욱 가지는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스파이럴케이스(212)내면의 적어도 일부분에 흡음재(313)를 설치한 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 원심팬(403)의 회전축(403a)에 구동력을 전달하여 회전시킴과 동시에 상기 원심팬(403)의 회전수를 상기 엔진(402)의 회전수와 별개로 독립하여 설정가능한 구동수단(406)을 더욱 가지는 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 구동수단은 전기에너지에 의하여 구동력을 발생하는 수단(406) 및 유압에너지에 의하여 구동력을 발생하는 수단중 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 엔진냉각장치.
  9. 엔진실(1, 401)내에 설치된 엔진(5, 402)과, 이 엔진(5, 402)에 의하여 구동되는 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 분출되는 압유에 의하여 구동되는 액츄에이터와, 상기 엔진(5, 402)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터(6c, 409c)를 포함하는 적어도 한 개의 열교환기(6a~c, 409a~c), 및 회전축(4h, 403a)이 회전됨으로써 상기 열교환기(6a~c, 409a~c), 상기 엔진(5, 402), 이 엔진(5, 402)의 주위에 설치된 전장품(10)을 냉각하는 냉각풍을 유기하는 냉각팬(4, 104, 403)을 구비한 엔진냉각장치를 가지는 건설기계에 있어서,
    상기 냉각팬은 제 1공기도입구(7a, 407a)로부터 상기 엔진실(1, 401)내로 도입되어 상기 열교환기(6a~c)를 냉각하는 제 1냉각풍과, 제 2공기도입구(7b, 407b)로부터 상기 엔진실(1, 401)내로 도입되어 상기 엔진(5, 402)및 전장품(10)을 냉각하는 제 2냉각풍을 유기하는 원심형 이중임펠러구조의 원심팬(4, 104, 403)이고, 상기 원심팬(4, 104, 403)은 유기하는 상기 제 1 및 제 2냉각풍의 풍량을 각각 W1 및 W2라 하였을 때, W1 : W2 = 2 : 0.5 ~ 2: 1.5가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계.
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