KR101705906B1 - 건설중장비의 엔진룸 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 엔진, 라디에이터 팬, 소음기, 유압펌프, 오일쿨러 팬의 소음 원인이 되는 기기를 거의 밀폐된 엔진룸에 수납하여 소음 저감을 도모할 수 있도록 하되, 상기 라디에이터 팬 및 오일쿨러 팬이 흡입한 공기를 배출 전용의 배기팬으로 배출하여 엔진룸 내의 압력을 내리고 냉각풍량을 증가시키도록 한 것이다.

Description

건설중장비의 엔진룸 냉각장치 { an Engine Room Cooling Apparatus for a Construction Heavy Equipment }
본 발명은 건설중장비의 엔진룸 냉각장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 라디에이터 팬 및 오일쿨러 팬이 흡입한 공기를 배출 전용의 배기팬으로 배출하여 엔진룸 내의 압력을 내리고 냉각풍량을 증가시키도록 한 것에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명이 관계하는 건설중장비의 하나인 굴삭기의 측면도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 굴삭기의 엔진 및 유압시스템 구성도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에서 도면부호 101은 상부 선회체, 102는 하부 주행체, 103은 작업기, 104는 엔진룸, 141은 엔진 후드 커버, 140은 카운터 웨이트, 118은 운전실이다.
도 1 및 도 2에 도시된 굴삭기에 있어서 상부 선회체(101)는 수직축(8)을 중심으로 좌우방향으로 선회할 수 있게 된다.
그리고 엔진룸(104)에는 도 2에 도시된 엔진(105), 라디에이터(113), 라디에이터 팬(115), 오일쿨러(112), 오일쿨러 팬(114), 메인 펌프(106), 소형 오일펌프(120)(121), 메인 콘트롤 밸브(110), 오일탱크(117) 등의 도 1의 작업기(103)를 구동하기 위한 각종의 기기가 탑재된다.
상기 굴삭기에 있어서 라디에이터(113)는 엔진의 냉각수를 냉각하는 것으로, 라디에이터 팬(115)에 의해서 냉각되며, 라디에이터 팬(115)은 엔진(105)에 장착되어 구동되는 방식과, 유압모터에 의해서 구동되는 방식의 2가지 방식이 있다.
도 2는 유압모터(122)에 의해서 라디에이터 팬(115)이 구동되는 경우를 나타내고 있다.
오일쿨러 팬(114)은 통상 유압모터(123)로 구동된다.
엔진(105)은 메인 펌프(106)와 오일쿨러 팬(114)을 구동하기 위한 오일펌프(121), 라디에이터 팬(115)을 구동하기 위한 오일펌프(120)를 구동한다.
메인 펌프(106)는 오일탱크(117)로부터 작동유를 흡입하여 배관(109)으로 배출하며, 배출된 오일은 메인 콘트롤밸브(110; MCV-Main Control Valve)로 보내져서 필요에 따라서 작업기(103)의 엑추에이터(111)로 보내진다.
상기 엑추에이터(111)에는 도 1에 나타내는 붐 실린더(9), 암 실린더(11), 버켓 실린더(13) 등이 있다.
메인 콘트롤 밸브(110)로부터 배출되는 오일은 고온이기 때문에 냉각을 하기 위해 오일쿨러(112)에 보내져서 냉각되며, 오일쿨러(112)로부터 나오는 오일은 관로(116)를 거쳐 오일탱크(117)로 회수된다.
도 3에는 종래 기술에 의한 건설중장비의 엔진룸 냉각장치의 구성을 나타낸 측면도가 도시되어 있고 도 4에는 동 종래 기술에 의한 건설중장비의 엔진룸 냉각장치의 구성을 나타낸 평면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4와 같이 건설중장비의 엔진룸에는 엔진(105)과, 그것이 필요로 하는 냉각 장치, 라디에이터(113), 흡기하는 에어클리너(303), 배기가스를 방출하여 소음을 저감하는 소음기(304)가 장착되며, 통상 이것들은 개별적으로 설치되어 외벽(305)으로 둘러싸여 있다.
상기 외벽(305)은 공기의 배출을 하기 위해서 다수의 개구부(306－1~3, 307－1~4, 401－1~5)가 형성되어 있다.
라디에이터 팬(115)은 라디에이터(113)를 통해 공기를 외부로부터 흡입하고, 공기가 라디에이터(113)를 통과할 때 튜브 내에서 흐르고 있는 엔진냉각수를 냉각하며, 그 후 그 공기는 엔진(105)의 주위로 보내져서 엔진 본체도 냉각하고, 엔진 본체를 냉각한 후 외벽(305)의 개구부(306,307,401)를 통해 외벽(305) 밖으로 배출된다.
상기 종래의 건설중장비의 엔진룸에 있어서 공기는 라디에이터 팬(115)의 힘으로 외벽(305) 내부로 유입되고 개구부(306,307,401)를 통해 외벽(305) 밖으로 배출된다.
도 4는 동 종래 기술에 의한 건설중장비의 엔진룸의 평면도로, 공기의 흐름을 나타내고 있다.
도 4에서 도면부호 401은 통상 “그릴”이라고 불리는 것으로, 작은 벽공이 많이 뚫린 패널을 의미하며, 여기에서는 하나 하나의 벽공에 번호를 매기지는 않았다.
최근 건설중장비의 소음 공해가 대두되어 굴삭기와 같이 엔진으로 구동되는 건설중장비에 대해서 소음 규제가 한층 강화되고 있다.
건설중장비 엔진의 소음이 외부로 새어나가지 않게 하려면 엔진을 밀폐된 공간에 수납하는 것이 가장 효과적이지만 냉각하기가 어렵다.
즉, 엔진을 냉각을 하기 위해서는 공기를 외부로부터 엔진룸 내부로 흡입하고, 엔진을 냉각한 후 다시 엔진룸 내부 공기를 외부로 배출해야 하며, 그러기 위해서는 흡입, 배출을 위한 충분한 면적을 가지는 개구부를 엔진룸 외벽에 마련하여야 한다.
그러나 엔진룸 외벽에 개구부를 형성하게 되면 소음이 외부에 배출되므로 이 둘의 요구를 동시에 만족시키는 것은 극히 어려우며, 그에 따라 종래에는 엔진룸에서 새어나오는 소음을 충분히 저감할 수 없었다.
한편 엔진룸 외벽(305)의 큰 면적으로 형성된 개구부(306,307)를 그릴(401)의 벽공과 같이 작게 하면 소음을 저감할 수 있게 되지만 외벽(305)의 개구부(306, 307)의 면적을 작게 하게 되면 공기의 흐름에 대한 저항이 커지기 때문에 엔진룸 내부의 압력이 상승된다.
상기 엔진룸 내부의 압력이 상승되는 것은 곧 오일쿨러 팬(114) 및 라디에이터 팬(115)의 배압이 오르는 것이며, 오일쿨러 팬(114) 및 라디에이터 팬(115)의 효율을 떨어뜨리게 된다.
도 5에는 종래 기술에 의한 팬 특성 그래프가 도시되어 있다.
도 5와 같이 팬의 유량은 배압이 오를수록 적게 되고, 완전히 출구가 막혔을 경우에 유량은 0이 되고 배압은 최대치가 된다.
통상 어느 정도의 배압(Pa)을 피할 수 없으며, 거기에 대응하는 유량(Q)으로 운전이 행해진다.
공기의 유량이 불충분하다면 라디에이터(113)가 냉각수를 완전히 냉각하지 못하게 되고, 엔진(105)이 오버히트를 일으키거나 엔진룸 내부의 온도가 올라 엔진(105)의 부속기기가 고온이 되어 최악의 경우에는 화재가 발생하는 경우도 일어나기도 한다.
또한 소음은 엔진(105)뿐만이 아니며, 팬(114)(115)으로부터의 소음이 더 크고, 엔진(105)을 둘러싼 것만으로는 해결할 수 없다.
엔진룸에 설치된 팬(114)(115)의 소음을 저감하는 종래 기술은 팬(114)(115)의 속도를 감소시키고 라디에이터(113)의 사이즈를 크게 하는 것이었다.
그러나 이러한 종래 기술은 큰 공간이 필요로 됨으로써 고비용이 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 보다 적은 비용으로 엔진룸 내부의 엔진 등을 효율적으로 냉각할 수 있도록 하면서도 엔진룸에서 발생하는 소음을 저감할 수 있도록 하는 건설중장비의 엔진룸 냉각장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 엔진, 라디에이터 팬, 소음기, 유압펌프, 오일쿨러 팬의 소음 원인이 되는 기기를 거의 밀폐된 엔진룸에 수납하여 소음 저감을 도모할 수 있도록 하되, 상기 라디에이터 팬 및 오일쿨러 팬이 흡입한 공기를 배출 전용의 배기팬으로 배출하여 엔진룸 내의 압력을 내리고 냉각풍량을 증가시키도록 한 것이다.
본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 상기 배기팬과 그 개구부를 엔진룸 후방의 카운터웨이트와 마주보는 면에 설치하고, 상기 카운터 웨이트에 개구부와 대응되는 배기 공간을 형성하며, 개구부를 통해 배기 공간으로 진입하는 배출 공기를 배기 공간의 상부 방향으로 배출하는 형태로 구성할 수 있다.
아울러 본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 상기 엔진룸 후방의 카운터 웨이트에 접하는 부분에 개구부를 형성하고, 카운터 웨이트 내부에 배기팬을 경사지게 설치하여 엔진룸 내부의 공기를 카우터 웨이트의 상부 방향으로 배출하는 형태로 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 상기 배기팬을 엔진룸에 개폐 가능하게 설치되는 엔진 후드 내부에 설치한 형태로 구성할 수 있다.
본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치에 의하면 엔진룸을 밀폐형으로 구성할 수 있게 되므로 엔진룸의 소음을 저감할 수 있게 되며, 엔진룸의 압력을 낮추고 라디에이터 팬과 오일쿨러 팬의 풍량을 증가시킬 수 있게 되므로 엔진, 소음기을 비롯한 엔진룸 내부의 발열기기를 효율적으로 냉각할 수 있게 되어 건설중장비의 내구성과 상품성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명이 관계하는 건설중장비의 하나인 굴삭기의 측면도
도 2는 동 굴삭기의 엔진 및 유압시스템 구성도
도 3은 종래 기술에 의한 건설중장비의 엔진룸 냉각장치의 구성을 나타낸 측면도
도 4는 동 종래 기술에 의한 건설중장비의 엔진룸 냉각장치의 구성을 나타낸 평면도
도 5는 종래 기술에 의한 팬 특성 그래프
도 6은 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타낸 측면도가 도시되어 있고,
도 7은 동 제1실시예의 구성을 나타낸 평면도
도 8은 본 발명에 따른 팬 특성 그래프
도 9는 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타낸 측면도
도 10은 동 제2실시예의 구성을 나타낸 평면도
도 11은 본 발명의 제3실시예의 구성을 나타낸 정면도
도 12는 동 제3실시예의 구성을 나타낸 평면도
도 13은 동 제3실시예의 구성을 나타낸 측면도
이하 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 기술 내용을 첨부도면에 의거하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 엔진, 라디에이터 팬, 소음기, 유압펌프, 오일쿨러 팬의 소음 원인이 되는 기기를 거의 밀폐된 엔진룸에 수납하여 소음 저감을 도모할 수 있도록 하되, 상기 라디에이터 팬 및 오일쿨러 팬이 흡입한 공기를 배출 전용의 배기팬으로 배출하여 엔진룸 내의 압력을 내리고 냉각풍량을 증가시키도록 한 것이다.
본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 상기 배기팬과 그 개구부를 엔진룸 후방의 카운터웨이트와 마주보는 면에 설치하고, 상기 카운터 웨이트에 개구부와 대응되는 배기 공간을 형성하며, 개구부를 통해 배기 공간으로 진입하는 배출 공기를 배기 공간의 상부 방향으로 배출하는 형태로 구성할 수 있다.
아울러 본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 상기 엔진룸 후방의 카운터 웨이트에 접하는 부분에 개구부를 형성하고, 카운터 웨이트 내부에 배기팬을 경사지게 설치하여 엔진룸 내부의 공기를 카우터 웨이트의 상부 방향으로 배출하는 형태로 구성할 수 있으며, 상기 배기팬의 설치각도는 카운터 웨이트 내부 수직면에 대하여 20°~45°으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 상기 배기팬을 엔진룸에 개폐 가능하게 설치되는 엔진 후드 내부에 설치한 형태로 구성할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타낸 측면도가 도시되어 있고, 도 7에는 동 제1실시예의 구성을 나타낸 평면도가 도시되어 있는 바, 도 6 및 도 7을 통해 본 발명의 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7의 제1실시예와 같이 엔진(105), 라디에이터(113), 라디에이터 팬(115), 오일쿨러(112), 오일쿨러 팬(114), 그리고 그 외의 부속품은 모두 하나의 엔진룸(510) 내에 수용되어 있다.
상기 엔진룸(510)에는 라디에이터(113) 전면의 공기 유입용 개구부(133), 오일쿨러(112) 전면의 공기 유입용 개구부(132)가 마련되어 있고, 카운터 웨이트(600)에 접한 벽면에 개구부(134)와 또 하나의 팬(501)이 설치되어 있다.
그리고 그 이외는 거의 밀폐되어 있으며, 그에 따라 소음이 외부로 새어 나오는 것을 최소한으로 억제할 수 있다.
라디에이터(113) 및 오일쿨러(112)는 냉각 효율을 높게 하기 위해 외부의 낮은 온도의 공기를 들이 마시는 이른바 흡입용 팬을 사용한다.
또 하나의 배기팬(501)은 배출 타입의 팬으로 엔진룸(510)내의 공기를 배출하는 역할을 한다.
따라서 라디에이터(113) 및 오일쿨러(112)로부터 흡입된 공기는 팬(501)에 의해 강제적으로 배출되며, 상기 배기팬(501)이 설치된 개구부(134)를 통해 배출되는 공기는 카운터 웨이트(600)의 내측에 형성된 배기공간(601)으로 유도되어 상부 방향으로 배출된다.
상기 배출 공기가 수평방향으로 배출되면 캡에 난기가 들어간다든가 주위의 환경물에 악영향을 준다든가 하는 등의 문제가 발생하므로 상부 방향을 향해서 방출하는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 배기공간(601)은 공기의 흐름을 상부 방향으로 유도하도록 매끄러운 곡면(602)을 갖고 있으며, 이것에 의해 배기팬(501)에 가해지는 배압을 줄임과 아울러 차체 밖의 수평방향으로 소음이 새어 나오는 것을 방지하게 된다.
한편 배기팬(501)은 밀폐공간인 엔진룸(510) 내부의 공기를 강제적으로 배출하므로 실내의 압력이 내려가며, 압력이 내려가면 도 8의 팬 특성 곡선으로 나타낸 바와 같이 유량과 압력의 밸런스 점이 Pb-Qb의 점으로 이동한다.
따라서 유량 Qa는 Qb까지 증가하게 되어 라디에이터(113) 및 오일쿨러(112)의 냉각능력이 증가하게 된다.
이처럼 본 발명의 건설중장비의 엔진룸 냉각장치는 엔진룸(510)의 소음을 최소로 억제하면서 냉각성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
도 9에는 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타낸 측면도가 도시되어 있고, 도 10에는 동 제2실시예의 구성을 나타낸 평면도가 도시되어 있다.
도 9 및 도 10의 제2실시예는 배기팬(501)을 카운터 웨이트(906) 내부에 수용한 것이다.
즉, 제2실시예에서 배기팬(501)은 카운터 웨이트(906)의 수직 내면벽에 대해서 일정범위의 각도(예를 들면 20°~45°)로 장착되며, 엔진룸(510)의 내부 공기는 카운터 웨이트(906)의 내부벽에 맞닿아서 가이드된 후 카운터 웨이트(906)의 상부에 형성된 출구(907)에서 상부 방향을 향해 고속으로 배출된다.
상기 제 2 실시예에서는 카운터 웨이트(906)에 관통 형성되거나 카운터 웨이트의 일부가 함몰되어 배기 유로가 형성되며, 배기팬(501)은 카운터 웨이트(906) 내부에 설치될 수도 있고, 엔진룸 커버로부터 경사지게 돌출되어 설치될 수도 있다.
상기에서 배기팬(501)을 엔진룸 커버로부터 경사지게 돌출되어 설치하는 경우 카운터 웨이트(906) 측 배기 유로 내벽과 배기의 충돌로 인한 유체 소음을 추가로 방지할 수 있게 된다.
도 11에는 본 발명의 제3실시예의 구성을 나타낸 정면도가 도시되어 있고, 도 12에는 동 제3실시예의 구성을 나타낸 평면도가 도시되어 있으며, 도 13에는 동 제3실시예의 구성을 나타낸 측면도가 도시되어 있다.
도 11 내지 도 13의 제3실시예는 배기팬(501)을 엔진룸(510)에 힌지(1143)를 통해 개폐 가능하게 설치되는 엔진 후드(1142)내에 수납한 것이다.
엔진룸(510) 내부의 엔진(105)은 그 자체가 열을 발산하며, 그에 따라 따뜻해진 주위의 공기는 상부로 향한다.
따라서 엔진(105)의 바로 위에 배기팬(501)을 두어서 엔진(105)으로부터 발산되는 열을 고효율로 흡입한다는 것이 제3실시예의 핵심이며, 소형의 건설중장비에서 카운터 웨이트가 작아서 배기팬(501)을 수납할 수 없을 때에 유효한 하나의 형태이다.
최근 라디에이터(113)가 그의 냉각 용량을 늘리기 위해서 서서히 커지고 있고 엔진 후드(1142)의 높이도 높아지고 있으므로 배기팬(501)을 수납하는 공간을 확보할 수 있는 여건이 점차 좋아지고 있다.
한편 라디에이터(113)와 배기팬(501)의 설치를 건설중장비의 상부에 설치한 예는 이미 존재하지만 코어가 매우 무겁기 때문에 상하로 개폐하는 것은 불편하다.
그러나 제3실시예의 경우에는 엔진 후드(1142)의 내부에 배기팬(501)만 설치되기 때문에 중량이 가벼워 문제가 적다.
최근 건설중장비 엔진의 배기가스 규제가 단계적으로 엄격해지고 있으며, 2011년부터 발효하는 Tier 4 (Interim) 또 2014년부터 발효하는 Tier 4 (Final)에서는 냉각 용량을 큰 폭으로 늘리지 않으면 안 된다.
그러나 건설중장비의 소음 규제를 만족시키고, 또한 냉각 용량을 증가시키는 것은 극히 어려운 일이 되고 있으며, 이러한 상황에 있어서 본 발명을 적용하면 극히 용이하게 소음과 배기가스 규제치를 클리어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
105 : 엔진
112 : 오일쿨러
113 : 라디에이터
114 : 오일쿨러 팬
115 : 라디에이터 팬
134 : 개구부
501 : 배기팬
510 : 엔진룸
600, 906 : 카운터 웨이트
601 : 배기공간
602 : 곡면
1142 : 엔진 후드

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 엔진, 라디에이터 팬, 소음기, 유압펌프, 오일쿨러 팬의 소음 원인이 되는 기기를 거의 밀폐된 엔진룸에 수납하여 소음 저감을 도모할 수 있는 엔진룸 냉각장치에 있어서,
    상기 라디에이터 팬;
    상기 오일쿨러 팬;
    상기 라디에이터 팬과 상기 오일쿨러 팬이 흡입한 공기가 배출되는 개구부(134)에 설치된 배기팬(501); 및
    상기 배기팬(501) 및 상기 개구부(134)와 마주보게 엔진룸 후방에 위치한 카운터웨이트(600);를 포함하며,
    상기 카운터 웨이트(600)에는 상기 배기팬(501) 및 상기 개구부(134)를 마주보는 쪽에 상기 개구부(134)와 대응되는 배기 공간(601)이 형성되며, 상기 개구부(134)를 통해 상기 배기 공간(601)으로 진입하는 배출 공기의 흐름을 상부 방향으로 유도하도록 상기 배기 공간(601)은 오목하게 형성된 매끄러운 곡면(602)을 가지는 것을 특징으로 하는 건설중장비의 엔진룸 냉각장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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