JP2005030067A - 建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械のエンジン冷却装置において、エンジンルーム下部における冷却風の流通が滑らかに行なわれるようにし、さらには、鉛直上方へ発せられる騒音を抑制でき、エンジンの冷却を効果的に冷却でき、運転席からの機体後方に対する視界を良好なものにできるようにする。
【解決手段】ファン軸流方向を機体左右方向Ｙに設定された冷却ファンの作動により冷却風が流通するエンジンルームが上方に配置されるスイングフレームであって、左右方向Ｙに所定の間隔をあけてフレーム本体３１に立設され機体前後方向Ｘに延びる左右一対のメインレール３２Ａ，３２Ｂに対し、該エンジンルーム内に位置する部位に開口３２Ｂｂを設ける。
【選択図】 図３
【解決手段】ファン軸流方向を機体左右方向Ｙに設定された冷却ファンの作動により冷却風が流通するエンジンルームが上方に配置されるスイングフレームであって、左右方向Ｙに所定の間隔をあけてフレーム本体３１に立設され機体前後方向Ｘに延びる左右一対のメインレール３２Ａ，３２Ｂに対し、該エンジンルーム内に位置する部位に開口３２Ｂｂを設ける。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部旋回体の底部をなし下部走行体に旋回可能に取り付けられ、エンジンルームが上方に配置された、建設機械のスイングフレーム、並びにそれを使用した建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、油圧ショベル，ホイールローダ等の走行式の建設機械やクレーン等の定置式の建設機械等、種々の建設機械が建設現場，港湾，工場内等の様々な分野において用いられている。これら建設機械の構造は、例えば走行式の建設機械である油圧ショベルでは、図５に示すように下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２に設けられ種々の作業を行なう作業装置１０３との３つの部分で構成されている。
【０００３】
ここで上部旋回体１０２内について図６及び図７を参照して説明する。図６はスイングフレームの構成を示す模式的な斜視図、図７は一般的なエンジンルームの内部構成を示す図であって機体前方から見たエンジンルームの模式的な断面図である。
上部旋回体１０２の底部は主に図６に示すスイングフレーム１２０により構成され、このスイングフレーム１２０は下部走行体１０１に旋回可能に接続されている。スイングフレーム１２０は、１対のメインレール１２１，１２２をそなえており（例えば非特許文献１）、このメインレール１２１，１２２の前端部により作業装置１０３が上下方向に揺動可能に軸支されている。
【０００４】
また、図７に示すように、上部旋回体１０２では、スイングフレーム１２０上に、エンジン１０６や油圧ポンプ１０８等の機器が配設され、エンジン１０６による油圧ポンプ１０８の駆動により発生した油圧によって作業装置１０３（図５参照）を作動させている。
建設機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジン１０６や油圧ポンプ１０８等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。このため、これら建設機械では、図７に示すように、エンジン１０６により駆動されるファン１０５によって生成される冷却風の流路に、比較的大容量のラジエータやオイルクーラなどからなるクーリングパッケージ１０４をそなえ、これらクーリングパッケージ１０４によってエンジン冷却水や作動油が冷却される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
つまり、ファン１０５の回転により、クーリングパッケージ１０４が設置されたラジエータルーム１０２Ａの上部開口部１０９，１１０から外部の空気（冷却風）が吸引され、この空気が、フィン構造のクーリングパッケージ１０４のコアを通過する際に、エンジン冷却水や作動油を冷却するのである。
そして、メインエンジンルーム１０２Ｂには、ファン１０５からファン軸流方向（図７中において左右方向）に対し所定の距離をあけて、上面に開口部１１１が、下面に開口部１１２がそれぞれ設けられている。上面の開口部１１１は、メッシュ状やルーバ状などに形成された複数の開口からなり、上記ファン軸流方向に対し比較的大きな幅をもって形成されている。一方、下面の開口部１１２は、作業装置１０３のアームを上下に揺動可能に支持する一対のメインレール１２１，１２２の相互間に配置されており、比較的面積の大きな単一の開口として形成されている。
【０００６】
また、油圧ポンプ１０８が設置されたポンプルーム１０２Ｃには、上面に開口部１１３が、下面に開口部１１４がそれぞれ設けられており、これらの開口部１１３，１１４は、メインエンジンルーム１０２Ｂの開口部１１１と同様に、メッシュ状やルーバ状などに形成された複数の開口からなる。
エンジン冷却水や作動油を冷却して高温となった空気は、メインエンジンルーム１０２Ｂの上記排気開口部１１１，１１２から外部に排出され、又は、メインエンジンルーム１０２Ｂを通り抜けて、ポンプルーム１０２Ｃの上記排気開口部１１３，１１４から外部に排出される。
【０００７】
ところで、特に油圧ショベルでは、ファン１０５から吐出された空気の流れには、ファン軸流方向の成分が殆どなく、遠心方向の成分や旋回方向の成分（以下、まとめて遠心／旋回方向成分という）が主成分となることが確認されている。
以下、この理由を図８〜図１１を参照して説明する。
油圧ショベルの場合、上部旋回体１０２内部においてラジエータやエンジンなどを搭載できるスペースは図８（ａ）に示すようになり、図８（ｂ）に示すような他の建設機械のスペースに較べて狭く特にその横断面積（ファン軸流方向に対して直交する断面）が小さくなる。これは、エンジンルームの高さについては高くするとエンジンルーム前方の運転席からの後方への視界が遮られてしまい、エンジンルームの幅〔建設機械の前後長さ〕についてはこれを長くすると機長が長くなって建設機械後端の旋回半径が大きくなり、狭い現場で使うのに不便になるためである。
【０００８】
このように横断面積が比較的小さくなる分、油圧ショベルでは、クーリングパッケージ１０４の厚さ（冷却風の進行方向に対する寸法）を大きく取って、クーリングパッケージ１０４と冷却風との接触面積ひいてはクーリングパッケージ１０４の冷却性能を確保するようにしている。この結果、冷却風がクーリングパッケージ１０４を通過する際に受ける圧力抵抗が比較的大きくなってしまう。
【０００９】
建設機械では、コストやサイズを抑えるため冷却ファンには軸流ファンが一般的に使用されている。図９は一般的な軸流ファンの性能曲線を示す模式図である。この性能曲線Ｌから明らかなように、軸流ファンでは、一般的にファン上流側の圧力損失ΔＰが増加するほど、単位時間当たりのファン風量Ｖが減少する傾向にある。ファン風量Ｖとは即ち冷却風のファン上流からファン下流への移動量であることから、ファン上流側の圧力損失ΔＰが増加するほど、ファン上流からファン下流への直線的な流れである軸流方向の流れが特に得られにくくなる。
【００１０】
このため、ファン上流側の圧力損失ΔＰが所定値ΔＰ０未満の低圧力損失域ＲＬにおいては冷却風の流れは図１０（ａ），（ｂ）に示すようになり、ファン上流側の圧力損失ΔＰが所定値ΔＰ０以上の高圧力損失域ＲＨにおいては冷却風の流れは図１１（ａ），（ｂ）に示すようになる〔図１０及び図１１は何れもその左右方向をファン軸流方向と一致させて示す図であり、図１０（ａ）及び図１１（ａ）では、ファン翼の回転中心線ＣＬより下側みを示している〕。
【００１１】
つまり、上記低圧力損失域ＲＬにおいてはファン風量が比較的多くなることから、図１０（ａ）に示すように、ファン上流側ではベクトルＦＩＮ，１で代表して示すような比較的大きな風量の軸流が発生し、ファン下流側ではベクトルＦＯＵＴ，１で代表して示すような流れ、即ち遠心／旋回方向成分ベクトルＦＣ，１よりも軸流方向成分ベクトルＦＡ，１が支配的な流れが発生する。そして、風量は、図１０（ｂ）にベクトルで示すように遠心側になるほど大きくなる。
【００１２】
これに対し、上記高圧力損失域ＲＨにおいてはファン風量が比較的少なくなることから、図１１（ａ）に示すように、ファン上流側ではベクトルＦＩＮ，２で示すような比較的少量の軸流しか発生せず、ファン下流側においては、ベクトルＦＯＵＴ，２で示すような流れ、即ち軸流方向成分ベクトルＦＡ，２よりも遠心／旋回方向成分ベクトルＦＣ，２が支配的な流れが発生し、風量は、図１１（ｂ）にベクトルで示すように遠心側になるほど大きくなる。
【００１３】
このようなファン上流側の圧力損失ΔＰとファン下流側での冷却風の流れとの関係は、実験やシミュレーションでも確認されている。
そして、上述したように油圧ショベルではクーリングパッケージが厚いためファン上流側の圧力損失ΔＰが大きく高圧力損失域で冷却ファンが使用されることとなり、ファン出口側の冷却風の流れ成分は、遠心／旋回方向成分が支配的になるのである。
【００１４】
しかしながら、図７に示す上記従来技術では、上述したように、網目状に複数の開口が形成されてなる排気開口部１１１などが、ファン軸流方向に対してファン１０５から距離を開けて配設され、また、ファン軸流方向に対して幅を持って形成されているため、メインエンジンルーム１０２Ｂに吸引された冷却風は、排出されるまでに上記軸流方向への流れを余儀なくされる。
【００１５】
つまり、この従来技術では、遠心／旋回方向成分を流れの主成分とする空気を強制的に軸流方向へ流す構造となるため、乱流が発生するなどして空気の被る圧力損失が比較的大きく、クーリングパッケージ１０４を通過後の空気の排出が滑らかに行なわれない（排出効率が低い）という課題がある。
排出効率を向上させるために、メインエンジンルーム１０２Ｂの開口面積を増加させることも考えられるが、この場合、騒音（エンジン音や、冷却風がクーリングパッケージ１０４などを通過する際に発生する風切音の外部への漏洩）の増大を招くこととなり、新たな課題が発生する。
【００１６】
また、特に、エンジン１０６よりも下方においてはメインレール１２１，１２２により冷却風の流れが大きく阻害されてしまうことから、エンジンルーム床面よりもエンジンルーム天井面を主体に排出開口を形成することとなる。エンジンルーム天井面に開口を設けることは、この開口より鉛直上方に騒音が発せられることとなる。水平方向に発せられる騒音を抑制することは例えば作業場所を遮蔽物により二次元的に囲うなどすれば可能であるが、鉛直上方に発せられる騒音に対しこのような遮蔽物を設けることは大掛かりになり現実的ではなく、また、水平方向に発せられる騒音は地面などにより吸収されるが、鉛直上方に発せられる騒音に対してはこのような吸収物がないためその伝播範囲（伝播する距離及び伝播する方向）が極めて広いものとなってしまう。
【００１７】
また、上記の導入口１１０と排出口１１１とが比較的隣接して配置されていることから、排出口１１１から排出された、クーリングパッケージ１０４と熱交換後の比較的温度の高い冷却風（熱風）が導入口１１０からエンジンルーム内へ取り込まれるようになる（これを熱風の巻き込みという）。つまり、導入口１１０と排出口１１１との間で図７中に矢印Ａで示すような循環流が生じてしまうのである。
【００１８】
そして、このような熱風の巻き込みが発生すると、クーリングパッケージ１０４へ供給される冷却風の温度が比較的高くなりクーリングパッケージ１０４の冷却効率が低下してしまう。この結果、エンジン１０６がオーバヒートし易くなるという課題がある。或いは、冷却性能を確保するために冷却風との熱交換面積が大きくなってクーリングパッケージ１０４のサイズが大きくなる課題がある。
【００１９】
さて、このような技術に対し、冷却風のエンジンルームからの排出効率を向上させ騒音を低減できるようにした技術として、特許文献２には図１２に示すような建設機械が開示されている。この建設機械では、エンジンルーム１３０の上面に冷却風の導入口１３１が設けられるとともにエンジンルーム１３０の上面及び両側面（車体前後面）に冷却の風排出通路（ファン風分流路，ファン風分流ダクト）１３２〜１３４が設けられ、この冷却風通路の入り口（図１２中で左側端部）は何れも冷却ファンの外周近傍に位置設定されている。このような構成により、冷却ファンから遠心／旋回方向に吹き出された冷却風を少ない開口から効率的に排出し、且つ、エンジンルーム１３０からの騒音の増大を防止するようにしている。
【００２０】
【非特許文献１】
「部品カタログ ３２０Ｃ ３２０Ｃ Ｌ 油圧ショベル」，新キャタピラ三菱，２００２年９月，ＸＪＢＰ７８４３−０１，ｐ．１９８
【特許文献１】
実開平３−８３３２４号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９３１０２号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図１２に示す従来技術には、以下のような課題がある。
つまり、上述した図５に示す従来技術と同様に、上記の冷却風通路１３２，１３４の排出口１３２ａ，１３４ａはエンジンルーム上面に設けられているため、これらの排出口１３２ａ，１３４ａからは鉛直上方に向けて騒音が発せられてしまい、騒音の伝播範囲が極めて広いものとなってしまう。
【００２２】
さらに、上述した図５に示す従来技術と同様に熱風の巻き込みを十分に抑制できないという課題がある。つまり、排出開口１３２ａ，１３４ａからは熱風が上方に向けて排出されるため、導入開口１３１から比較的離隔して配置されているものの上方から空気を取り込む導入開口１３１との間には循環流が発生する虞があるのである。
【００２３】
特に、上部旋回体を旋回させた場合には容易に上部へ排出した熱風を再度吸入してしまう虞がある。つまり、導入開口１３１と排出開口１３２ａ，１３４ａとを図示するように建設機械の幅方向の両端に離隔して配置したとしても、上部旋回体の旋回にかかる導入開口１３１の移動範囲と排出開口１３２ａ，１３４ａの移動範囲とが重なりあうようになるので、排出開口１３２ａ，１３４ａから機体上方へと排出された冷却風（熱風）が導入開口１３１により再度吸入されてしまうといったことが生じるのである。
【００２４】
また、機体上面に設けられたファン風分流ダクト１３３によりエンジンルームの前方に配置された運転席から機体後方への視界の一部が遮られてしまう課題もある。
さらに、上述した図５に示す従来技術の課題として説明した、スイングフレームのメインレールによりエンジンルーム下部における冷却風の流通が阻害されてしまう点については、何ら着目されていない。
【００２５】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、エンジンルーム下部における冷却風の流通が滑らかに行なわれるようにし、さらには、鉛直上方へ発せられる騒音を抑制でき、エンジン冷却水及び油圧ポンプ作動油を効果的に冷却でき、運転席からの機体後方に対する視界を良好なものにできるようにした、建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の建設機械のスイングフレームは、上部旋回体の底部をなし下部走行体に旋回可能に取り付けられ、ファン軸流方向を該上部旋回体の左右方向に設定された冷却ファンによる冷却風の流通するエンジンルームが上方に配置され、該上部旋回体の底部を形成するフレーム本体と、該上部旋回体の左右方向に所定の間隔をあけて該フレーム本体に立設され該上部旋回体の前後方向に延びる左右一対のメインレールと、該フレーム本体に立設され該左右方向に延びる複数の梁とを有する、建設機械のスイングフレームであって、上記一対のメインレールの該エンジンルーム内に位置する部位にそれぞれ開口が形成されたことを特徴としている。
【００２７】
請求項２記載の本発明の建設機械のスイングフレームは、上記の請求項１記載の建設機械のスイングフレームにおいて、上記一対のメインレールに設けられた開口の相互間における該冷却風の流通を案内するためのガイド部材をそなえたことを特徴としている。
請求項３記載の本発明の建設機械のスイングフレームは、上記の請求項２記載の建設機械のスイングフレームにおいて、該ガイド部材が、上記一対のメインレール及び上記の複数の梁のうちの該開口の該前後方向両側に配置された二つの梁により囲まれる領域を蓋うように配置された、プレートにより構成されたことを特徴としている。
【００２８】
請求項４記載の本発明の建設機械のエンジンルーム構造は、エンジンと、クーリングパッケージと、該クーリングパッケージを冷却する冷却風を流通させる冷却ファンとを収容する建設機械のエンジンルームの構造であって、底部が、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のスイングフレームの一部であって上記一対のメインフレームにそれぞれ形成された開口を含む部位をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２９】
請求項５記載の本発明の建設機械の冷却装置は、内部が冷却風通路として機能するエンジンルームと、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に設置されたクーリングパッケージとをそなえて構成された、建設機械の冷却装置において、該エンジンルームの底部が、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のスイングフレームの一部であって上記一対のメインフレームにそれぞれ形成された開口を含む部位をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、図１〜図４における図中の矢印Ｘは建設機械の前後方向（以下、エンジンルーム幅方向ともいう）を示し、図中の矢印Ｙは建設機械の左右方向（以下、ファン軸流方向ともいう）を示す。
【００３１】
また、以下の実施形態では、本発明を建設機械として油圧ショベルに適用した例を説明する。
図１は建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図であり、図１を参照して本発明の一実施形態にかかる建設機械について説明する。
建設機械は、下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ種々の作業を行う作業装置３と、運転席４とをそなえて構成されている。このうち上部旋回体２には、その機体後方にカウンタウェイト２Ａが配置され、カウンタウェイト２Ａの機体前方にはエンジンルーム２Ｂが配置されている。
【００３２】
次いで、図２を参照して本発明の一実施形態としてのエンジンルーム構造について説明する。図２はエンジンルーム２Ｂの機体前方から見た模式的な断面図である。エンジンルーム２Ｂには、エンジン２６がそのクランク軸を機体左右方向Ｙに向けて設置されており、図２中でエンジン２６の右側に軸流式の冷却ファン２５が配設されている。この冷却ファンは、その軸流方向が機体左右方向Ｙに一致するような姿勢で設置されており、エンジンルーム２Ｂの内部空間により形成される冷却風通路に、冷却風を流通させるようになっている（ここでは、図２中で左側に冷却風を送り出すようになっている）。なお、ここでは、冷却ファン２５はエンジンクランク軸に機械的に連結されたエンジン駆動式であるが、これに限定されず、油圧駆動式でも良い。
【００３３】
冷却ファン２５のファン軸流方向上流側（図２中右側）には、ラジエータやオイルクーラなどからなるクーリングパッケージ２４が設置され、また、エンジン２６のファン軸流方向下流側（図２中左側）には、エンジンクランク軸に機械的に連結された油圧ポンプ２７が設置されている。
なお、エンジンルーム２Ｂの内部は、クーリングパッケージ２４，エンジン２６及び油圧ポンプ２７の各相互間で仕切られており、ラジエータ（クーリングパッケージ２４）が設置されたラジエータルーム２Ｂａ、エンジン２６や冷却ファン２５が設置されたメインルーム（以下メインエンジンルームという）２Ｂｂ、油圧ポンプ２７が設置されたポンプルーム２Ｂｃに分割された構成となっている。
【００３４】
さて、エンジンルーム２Ｂの底部は、下部走行体２に旋回可能に取り付けられたスイングフレーム３０の一部により形成されている。
ここで、スイングフレーム３０について図３及び図４を参照して説明する。
図３及び図４はスイングフレーム３０の構成を示す図であり、図３はその全体構成を示す模式的な斜視図、図４（ａ），（ｂ）はその部分構成を示す模式的な斜視図であある。
【００３５】
スイングフレーム３０は、エンジンルーム２Ｂ（下部走行体２）の底部（床面）をなすフレーム本体３１と、フレーム本体３１に立設され機体前後方向Ｘに延びる一対の（２つの）メインレール３２Ａ，３２Ｂと、フレーム本体３１と平行の姿勢でメインレール３２Ａ，３２Ｂに取り付けられたプレート３３とをそなえて構成されている。
【００３６】
メインレール３２Ａ，３２Ｂは、その機体前方の端部３２Ａａ，３２Ｂａで作業装置３を上下方向に揺動可能に軸支するものであり、クーリングパッケージ２４や冷却ファン２５やエンジン２６などを収容するエンジンルーム内に位置する部分に、それぞれ開口３２Ａｂ，３２Ｂｂがそれぞれ形成されている。
プレート３３は、その機体左右方向Ｙの両端部を、開口３２Ａｂ，３２Ｂｂよりも上方（エンジンルーム内側）でメインレール３２Ａ，３２Ｂに固定されるとともに、その機体前後方向Ｘの両端部を、フレーム本体３１に立設され機体左右方向Ｙに延びる梁（ディスタンスプレート）３４ａ，３４ｂに固定されている。つまり、プレート３３は、メインレール３２Ａ，３２Ｂ及び梁３４ａ，３４ｂにより区画される領域に対し蓋をしているのである。
【００３７】
このようにスイングフレーム３０を構成する結果、図２に示すように、ファン軸流方向Ｙで上流側のメインレール３２Ａの開口３２Ａｂを入口とし、ファン軸流方向Ｙで下流側のメインレール３２Ｂの開口３２Ｂｂを出口とする冷却風の風路３５が、フレーム本体３１，メインレール３２Ａ，３２Ｂ，プレート（ガイド部材）３３及び梁３４ａ，３４ｂにより形成されることとなる。
【００３８】
一般的に、冷却ファン２５は、メインレール３２Ａのファン軸流方向上流側直近に配置されることが多く、この結果、メインレール３２Ａに形成される上記風路３５の入口となる開口３２Ａｂは、冷却ファン２５の外周、即ちファン軸流方向Ｙに対し冷却ファン２５と同位置（完全に同位置だけでなく略同位置にある場合も含む）に位置し、ここでは、冷却ファン２５の直下（ファン軸流方向Ｙに対して直ぐ下流側）に位置する。
【００３９】
従来技術で説明したように一般的にクーリングパッケージ２４における圧力損失が大きいため、冷却ファン２５により吐出された冷却風は旋回／半径方向に流れるようになり、このように風路３５の入口（開口）３２Ａｂが冷却ファン２５の外周にあることから、冷却ファン２５により吐出された冷却風が速やかに風路３５に流入し、風路３５により案内されるようになる。
【００４０】
メインレール３２Ａひいては開口３２Ａｂが、冷却ファン２５からファン軸流方向下流側に比較的離隔している場合には、冷却ファン２５から旋回／半径方向に吐出された冷却風を速やかに開口３２Ａｂに案内できるように、プレート３３の先端を冷却ファン２５側に向けて開口３２Ａｂを挿通させるようにしたり、或いは、プレート３３とは別に、メインレール３２Ａの冷却ファン２５側にガイドを取り付けても良い（この場合、プレート３３と上記ガイドとから本発明のガイド部材が構成されることとなる）。即ち、ガイド部材のファン軸流方向上流側の先端が、冷却ファン２５の外周に位置するように、メインレール３２Ａよりもファン軸流方向上流側にガイド部材を延設しても良い。
なお、プレート３３は、上方のオイルパン２６ａと干渉しないように、或はオイルパン２６ａとの間に所定の間隔が保持されるよう、ファン軸流方向中央が下方に凹んだ形状となっている。
【００４１】
さて、冷却ファン２５よりもファン軸流方向Ｙで上流側には、ラジエータルーム２Ｂａの天井面に冷却風の導入口２２ａが設けられる一方、冷却ファン２５よりもファン軸流方向Ｙで下流側には、ポンプルーム２Ｂｃの側面下方及び床面にメッシュ状或はルーバ状の冷却風の排出口２２ｂ，２２ｃが設けられている。上記のスイングフレーム３０と一体に形成される風路３５により冷却風はファン軸流方向Ｙに沿ってポンプルーム２Ｂｃへと案内されるため、特にポンプルーム２Ｂｃの側面下方に設けられた排出口２２ｂから排出されるようになる。なお、排出口２２ｂは、ルーバにより形成されており、建設機械の周辺にいる作業者に対し影響を与えないように、冷却風は下方又は上方（ここでは下方）に向けて排出されるようになっている。
【００４２】
また、ここでは、冷却風の排出口２２ｂ，２２ｃをポンプルーム２Ｂｃの側面下方及び床面に設けているが、冷却風の排出口をポンプルーム２Ｂｃの側面上方及び天井面に設けることも可能である。
そして、このようなエンジンルーム構造において、冷却ファン２５を作動させることにより、上記導入口２２ａからエンジンルーム２Ｂ（冷却風通路）へ冷却風として取り込まれた外気は、クーリングパッケージ２４を通過した後、上記のスイングフレーム３０と一体に形成される風路３５によりポンプルーム２Ｂｃへと案内され、上記排出口２２ｂ，２２ｃから外部へと排出され、クーリングパッケージ２４を通過する際に冷却水及び油圧ポンプ２７の作動油を冷却するようになっている。
【００４３】
つまり、本実施形態では、冷却装置は、導入口２２ａ，エンジンルーム２Ｂ（機体２１内の空間即ち室２Ｂａ，２Ｂｂ，２Ｂｃ），クーリングパッケージ２４，冷却ファン２５，排出口２２ｂ，２２ｃ及びスイングフレーム３０のエンジンルーム２Ｂに面する部位をそなえて構成されているのである。
【００４４】
本発明の一実施形態の建設機のスイングフレーム，エンジンルーム及び冷却装置は、上述したように構成されており、図２に示すように冷却風が機外に排出される。
つまり、冷却ファン２５から旋回／半径方向に吐出された冷却風は、冷却ファン２５の外周に位置する開口３２Ａｂを入口としスイングフレーム３０と一体に形成される風路３５に直ぐに流入し、この風路３５によりファン軸流方向Ｙに案内されてポンプルーム２Ｂｃへ水平に流れ込み、ポンプルーム２Ｂｃの下方に設けられた排出口２２ｂ，２２ｃから排出される。
【００４５】
上述した従来技術では、騒音が、エンジンルーム上面に形成された冷却風の排出開口から鉛直上方に発せられるため、広い範囲に騒音が広がってしまう。これに対し、本実施形態では、スイングフレーム３０の風路３５がエンジンルーム２Ｂの下部に設けられることから、この風路３５を介してエンジンルーム２Ｂ（ポンプルーム２Ｂｃ）の下部に設けられた排出口２２ｂ，２２ｃから冷却風を効率良く排出できるようになる。この結果、エンジンルーム２Ｂの天井面に冷却風の排出口を不要にできるので、エンジン音や、冷却風がファン翼やクーリングパッケージ２４を通過する際に発生する風切り音（以下、「エンジン音など」という）が機外へ鉛直上方に発せられるのを大幅に抑制できるようになる。
【００４６】
また、エンジン音などは、排出口２２ｃからは矢印Ｎ１で示すように斜め下方に伝播しながら機外へと漏洩し、排出口２２ｄからは矢印Ｎ２で示すように鉛直下方に伝播しながら機外へと漏洩するようになる。
斜め下方へと伝播する騒音は、主に地面により吸収されるようになり、或いは、建設機械の作業場所を水平方向に対し遮蔽物により囲えるようになり、また、鉛直下方へと伝播する騒音は、地面により吸収されるようになるので、騒音の伝播範囲（伝播する距離及び伝播する方向）を狭めることができるようになる（騒音の広がりを抑制できるようになる）。
【００４７】
また、エンジン音などは風路３５を伝わる際に、風路３５を形成するスイングフレーム本体３１やプレート３３に吸収され減衰されるので、この点でも騒音を低減できる。
さらに、エンジン音などの一部は、図２中に矢印Ｎ３で示すようにプレート３３及びスイングフレーム本体３１を透過して、騒音として外部へ漏洩するが、従来のスイングフレームの構造に較べ、プレート３３により遮蔽されるようになる分、騒音を低減できる。
【００４８】
さらに、上述したように、冷却ファン２５から旋回／半径方向に吐出された冷却風は、冷却ファン２５の外周に位置する開口３２Ａｂを介して風路３５に直ぐに流入し、この風路３５により案内されるので、冷却風の排圧を比較的低くすることができ、冷却風の排出効率を良好に保持できるようになる。
この結果、エンジンルーム２Ｂの開口面積を比較的少なくすることができ、この点でも、エンジン音などの外部への漏洩の、即ち騒音を抑制でき、また、冷却風の背圧を比較的低くできることから冷却ファン２５の仕様を下げてコストダウンを図ることができる。或いは、冷却風の排出効率が向上することから、同じ仕様の冷却ファン２５を使用してもその風量を増大することが可能となり、熱交換面積の少ない（コンパクトな）クーリングパッケージ２４を採用することが可能となる。
【００４９】
そして、従来技術では、エンジンルームの天井面の外側に冷却風を排出するためのダクト設けられていたため、このダクトにより、エンジンルーム前方にある運転席からのは、その機体後方への視界の一部が遮られていたが、本実施形態では、上述したように良好な冷却風の排出効率が得られることから、かかるエンジンルームの天井面外側のダクトを不要にでき、エンジンルームの前方に配置された運転席４からの視界を良好なものにできる。
【００５０】
また、クーリングパッケージ２４を通過後の比較的温度の高い冷却風は、エンジンルーム２Ｂの天井面に設けられた冷却風の導入口２２ａから比較的離隔した位置にあるエンジンルーム２Ｂの下部に設けられた排出口２２ｂ，２２ｃから、上記導入口２２ａに対し反対方向に（上記導入口２２ａからさらに離隔する方向に）排出されるので、上部旋回体の旋回中においても上記のクーリングパッケージ２４通過後の比較的温度の高い冷却風が再び上記導入口２２ａから吸入されてしまうことを防止できる。この結果、クーリングパッケージ２４の冷却効果を向上させることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本発明は、スイングフレームと一体に冷却風の風路をエンジンルーム２Ｂの下部に設けることで、この風路に近接させてエンジンルームの下部に設けた排出口から効率よく冷却風を排出できるようにしたものであり、この結果、従来設けられていたエンジンルーム天井面の排出口を削除して、或いは、エンジンルーム天井面の排出口面積を従来よりも低減して、鉛直上方への騒音を抑制できるようにしたものであるから、上記実施形態ではエンジンルーム２Ｂの上部（天井面や側面上部）に排出開口を設けない構成としたが、例えばメインエンジンルーム２Ｂｂやポンプルーム２Ｂｃの上部（天井面や側面上部）に従来設けられていた排出開口よりも小さな排出開口を補助的に設けるようにしても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、エンジンルーム（上部旋回体）の床面（底部）をなすスイングフレームに立設されたメインレールにそれぞれ開口が形成されるので、エンジンルームの床面近傍においてこれらの開口を通って冷却風が滑らかに流れるようになり、この結果、エンジンルームを形成する壁面に設ける冷却風排出用の開口をエンジンルームの下部（床面や側面下部）に設けることが可能となり、従来設けられていたエンジンルーム天井面の開口が不要になり、或いはエンジンルーム天井面の開口面積が低減され、鉛直上方へと発せられる騒音を低減できるようになる。また、上記特許文献２に記載の建設機械に設けられたような機体上面のダクトを不要とすることが可能となる結果、運転席からの機体後方に対する視界を良好なものにできる。
【００５３】
また、冷却風を上記のメインレールに設けられた開口を流通させる結果、エンジンルームに形成される冷却風の排出口を、通常エンジンルーム天井面に形成される冷却風の導入口から離隔させ、また、この排出口から冷却風の導入口とは反対側に冷却風を排出することが可能となるので、エンジンルームの排出口から排出されたクーリングパッケージ通過後の比較的高温の冷却風がエンジンルーム内に再び導入されてしまう、所謂「熱風の巻き込み」を防止でき、クーリングパッケージによるエンジン冷却水及び油圧ポンプ作動油の冷却を効果的に行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態としての建設機械の冷却装置の全体構成を示す機体前方から見た模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスイングフレームの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態としてのスイングフレームについて示す図であり、（ａ）はその要部を示す模式的な斜視図、（ｂ）はそのプレート（ガイド部材）を抜き出して示す模式的な斜視図である。
【図５】従来の建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図６】従来のスイングフレームの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図７】従来の建設機械のエンジンルームの内部構成を示す図であって機体前方から見たエンジンルームの模式的な断面図である。
【図８】建設機械の冷却装置におけるエンジンルーム内の広ささとクーリングパッケージの厚さとの関係を説明するため図であって、（ａ）はエンジンルーム内が比較的狭い場合の模式図、（ａ）はエンジンルーム内が比較的広い場合の模式図である。
【図９】一般的な軸流形式の冷却ファンの性能曲線を示す模式図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は上流側の圧力損失が比較的小さかった場合の冷却ファン前後の冷却風の流れをベクトルにより示す模式図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は上流側の圧力損失が比較的大きかった場合の冷却ファン前後の冷却風の流れをベクトルにより示す模式図である。
【図１２】従来の建設機械のエンジンルーム構造を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
２Ａ カウンタウェイト
２Ｂ エンジンルーム
２Ｂａ ラジエータルーム
２Ｂｂ メインエンジンルーム
２Ｂｃ ポンプルーム
３ 作業装置
４ 運転席
２２ａ エンジンルーム導入口
２２ｂ，２２ｃ エンジンルーム排出口
２４ クーリングパッケージ
２５ 冷却ファン
２６ エンジン
２７ エンジンポンプ
３０ スイングフレーム
３１ スイングフレーム本体
３２Ａ，３２Ｂ メインレール
３２Ａｂ，３２Ｂｂ 開口
３３ プレート（ガイド部材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部旋回体の底部をなし下部走行体に旋回可能に取り付けられ、エンジンルームが上方に配置された、建設機械のスイングフレーム、並びにそれを使用した建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、油圧ショベル，ホイールローダ等の走行式の建設機械やクレーン等の定置式の建設機械等、種々の建設機械が建設現場，港湾，工場内等の様々な分野において用いられている。これら建設機械の構造は、例えば走行式の建設機械である油圧ショベルでは、図５に示すように下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２に設けられ種々の作業を行なう作業装置１０３との３つの部分で構成されている。
【０００３】
ここで上部旋回体１０２内について図６及び図７を参照して説明する。図６はスイングフレームの構成を示す模式的な斜視図、図７は一般的なエンジンルームの内部構成を示す図であって機体前方から見たエンジンルームの模式的な断面図である。
上部旋回体１０２の底部は主に図６に示すスイングフレーム１２０により構成され、このスイングフレーム１２０は下部走行体１０１に旋回可能に接続されている。スイングフレーム１２０は、１対のメインレール１２１，１２２をそなえており（例えば非特許文献１）、このメインレール１２１，１２２の前端部により作業装置１０３が上下方向に揺動可能に軸支されている。
【０００４】
また、図７に示すように、上部旋回体１０２では、スイングフレーム１２０上に、エンジン１０６や油圧ポンプ１０８等の機器が配設され、エンジン１０６による油圧ポンプ１０８の駆動により発生した油圧によって作業装置１０３（図５参照）を作動させている。
建設機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジン１０６や油圧ポンプ１０８等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。このため、これら建設機械では、図７に示すように、エンジン１０６により駆動されるファン１０５によって生成される冷却風の流路に、比較的大容量のラジエータやオイルクーラなどからなるクーリングパッケージ１０４をそなえ、これらクーリングパッケージ１０４によってエンジン冷却水や作動油が冷却される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
つまり、ファン１０５の回転により、クーリングパッケージ１０４が設置されたラジエータルーム１０２Ａの上部開口部１０９，１１０から外部の空気（冷却風）が吸引され、この空気が、フィン構造のクーリングパッケージ１０４のコアを通過する際に、エンジン冷却水や作動油を冷却するのである。
そして、メインエンジンルーム１０２Ｂには、ファン１０５からファン軸流方向（図７中において左右方向）に対し所定の距離をあけて、上面に開口部１１１が、下面に開口部１１２がそれぞれ設けられている。上面の開口部１１１は、メッシュ状やルーバ状などに形成された複数の開口からなり、上記ファン軸流方向に対し比較的大きな幅をもって形成されている。一方、下面の開口部１１２は、作業装置１０３のアームを上下に揺動可能に支持する一対のメインレール１２１，１２２の相互間に配置されており、比較的面積の大きな単一の開口として形成されている。
【０００６】
また、油圧ポンプ１０８が設置されたポンプルーム１０２Ｃには、上面に開口部１１３が、下面に開口部１１４がそれぞれ設けられており、これらの開口部１１３，１１４は、メインエンジンルーム１０２Ｂの開口部１１１と同様に、メッシュ状やルーバ状などに形成された複数の開口からなる。
エンジン冷却水や作動油を冷却して高温となった空気は、メインエンジンルーム１０２Ｂの上記排気開口部１１１，１１２から外部に排出され、又は、メインエンジンルーム１０２Ｂを通り抜けて、ポンプルーム１０２Ｃの上記排気開口部１１３，１１４から外部に排出される。
【０００７】
ところで、特に油圧ショベルでは、ファン１０５から吐出された空気の流れには、ファン軸流方向の成分が殆どなく、遠心方向の成分や旋回方向の成分（以下、まとめて遠心／旋回方向成分という）が主成分となることが確認されている。
以下、この理由を図８〜図１１を参照して説明する。
油圧ショベルの場合、上部旋回体１０２内部においてラジエータやエンジンなどを搭載できるスペースは図８（ａ）に示すようになり、図８（ｂ）に示すような他の建設機械のスペースに較べて狭く特にその横断面積（ファン軸流方向に対して直交する断面）が小さくなる。これは、エンジンルームの高さについては高くするとエンジンルーム前方の運転席からの後方への視界が遮られてしまい、エンジンルームの幅〔建設機械の前後長さ〕についてはこれを長くすると機長が長くなって建設機械後端の旋回半径が大きくなり、狭い現場で使うのに不便になるためである。
【０００８】
このように横断面積が比較的小さくなる分、油圧ショベルでは、クーリングパッケージ１０４の厚さ（冷却風の進行方向に対する寸法）を大きく取って、クーリングパッケージ１０４と冷却風との接触面積ひいてはクーリングパッケージ１０４の冷却性能を確保するようにしている。この結果、冷却風がクーリングパッケージ１０４を通過する際に受ける圧力抵抗が比較的大きくなってしまう。
【０００９】
建設機械では、コストやサイズを抑えるため冷却ファンには軸流ファンが一般的に使用されている。図９は一般的な軸流ファンの性能曲線を示す模式図である。この性能曲線Ｌから明らかなように、軸流ファンでは、一般的にファン上流側の圧力損失ΔＰが増加するほど、単位時間当たりのファン風量Ｖが減少する傾向にある。ファン風量Ｖとは即ち冷却風のファン上流からファン下流への移動量であることから、ファン上流側の圧力損失ΔＰが増加するほど、ファン上流からファン下流への直線的な流れである軸流方向の流れが特に得られにくくなる。
【００１０】
このため、ファン上流側の圧力損失ΔＰが所定値ΔＰ０未満の低圧力損失域ＲＬにおいては冷却風の流れは図１０（ａ），（ｂ）に示すようになり、ファン上流側の圧力損失ΔＰが所定値ΔＰ０以上の高圧力損失域ＲＨにおいては冷却風の流れは図１１（ａ），（ｂ）に示すようになる〔図１０及び図１１は何れもその左右方向をファン軸流方向と一致させて示す図であり、図１０（ａ）及び図１１（ａ）では、ファン翼の回転中心線ＣＬより下側みを示している〕。
【００１１】
つまり、上記低圧力損失域ＲＬにおいてはファン風量が比較的多くなることから、図１０（ａ）に示すように、ファン上流側ではベクトルＦＩＮ，１で代表して示すような比較的大きな風量の軸流が発生し、ファン下流側ではベクトルＦＯＵＴ，１で代表して示すような流れ、即ち遠心／旋回方向成分ベクトルＦＣ，１よりも軸流方向成分ベクトルＦＡ，１が支配的な流れが発生する。そして、風量は、図１０（ｂ）にベクトルで示すように遠心側になるほど大きくなる。
【００１２】
これに対し、上記高圧力損失域ＲＨにおいてはファン風量が比較的少なくなることから、図１１（ａ）に示すように、ファン上流側ではベクトルＦＩＮ，２で示すような比較的少量の軸流しか発生せず、ファン下流側においては、ベクトルＦＯＵＴ，２で示すような流れ、即ち軸流方向成分ベクトルＦＡ，２よりも遠心／旋回方向成分ベクトルＦＣ，２が支配的な流れが発生し、風量は、図１１（ｂ）にベクトルで示すように遠心側になるほど大きくなる。
【００１３】
このようなファン上流側の圧力損失ΔＰとファン下流側での冷却風の流れとの関係は、実験やシミュレーションでも確認されている。
そして、上述したように油圧ショベルではクーリングパッケージが厚いためファン上流側の圧力損失ΔＰが大きく高圧力損失域で冷却ファンが使用されることとなり、ファン出口側の冷却風の流れ成分は、遠心／旋回方向成分が支配的になるのである。
【００１４】
しかしながら、図７に示す上記従来技術では、上述したように、網目状に複数の開口が形成されてなる排気開口部１１１などが、ファン軸流方向に対してファン１０５から距離を開けて配設され、また、ファン軸流方向に対して幅を持って形成されているため、メインエンジンルーム１０２Ｂに吸引された冷却風は、排出されるまでに上記軸流方向への流れを余儀なくされる。
【００１５】
つまり、この従来技術では、遠心／旋回方向成分を流れの主成分とする空気を強制的に軸流方向へ流す構造となるため、乱流が発生するなどして空気の被る圧力損失が比較的大きく、クーリングパッケージ１０４を通過後の空気の排出が滑らかに行なわれない（排出効率が低い）という課題がある。
排出効率を向上させるために、メインエンジンルーム１０２Ｂの開口面積を増加させることも考えられるが、この場合、騒音（エンジン音や、冷却風がクーリングパッケージ１０４などを通過する際に発生する風切音の外部への漏洩）の増大を招くこととなり、新たな課題が発生する。
【００１６】
また、特に、エンジン１０６よりも下方においてはメインレール１２１，１２２により冷却風の流れが大きく阻害されてしまうことから、エンジンルーム床面よりもエンジンルーム天井面を主体に排出開口を形成することとなる。エンジンルーム天井面に開口を設けることは、この開口より鉛直上方に騒音が発せられることとなる。水平方向に発せられる騒音を抑制することは例えば作業場所を遮蔽物により二次元的に囲うなどすれば可能であるが、鉛直上方に発せられる騒音に対しこのような遮蔽物を設けることは大掛かりになり現実的ではなく、また、水平方向に発せられる騒音は地面などにより吸収されるが、鉛直上方に発せられる騒音に対してはこのような吸収物がないためその伝播範囲（伝播する距離及び伝播する方向）が極めて広いものとなってしまう。
【００１７】
また、上記の導入口１１０と排出口１１１とが比較的隣接して配置されていることから、排出口１１１から排出された、クーリングパッケージ１０４と熱交換後の比較的温度の高い冷却風（熱風）が導入口１１０からエンジンルーム内へ取り込まれるようになる（これを熱風の巻き込みという）。つまり、導入口１１０と排出口１１１との間で図７中に矢印Ａで示すような循環流が生じてしまうのである。
【００１８】
そして、このような熱風の巻き込みが発生すると、クーリングパッケージ１０４へ供給される冷却風の温度が比較的高くなりクーリングパッケージ１０４の冷却効率が低下してしまう。この結果、エンジン１０６がオーバヒートし易くなるという課題がある。或いは、冷却性能を確保するために冷却風との熱交換面積が大きくなってクーリングパッケージ１０４のサイズが大きくなる課題がある。
【００１９】
さて、このような技術に対し、冷却風のエンジンルームからの排出効率を向上させ騒音を低減できるようにした技術として、特許文献２には図１２に示すような建設機械が開示されている。この建設機械では、エンジンルーム１３０の上面に冷却風の導入口１３１が設けられるとともにエンジンルーム１３０の上面及び両側面（車体前後面）に冷却の風排出通路（ファン風分流路，ファン風分流ダクト）１３２〜１３４が設けられ、この冷却風通路の入り口（図１２中で左側端部）は何れも冷却ファンの外周近傍に位置設定されている。このような構成により、冷却ファンから遠心／旋回方向に吹き出された冷却風を少ない開口から効率的に排出し、且つ、エンジンルーム１３０からの騒音の増大を防止するようにしている。
【００２０】
【非特許文献１】
「部品カタログ ３２０Ｃ ３２０Ｃ Ｌ 油圧ショベル」，新キャタピラ三菱，２００２年９月，ＸＪＢＰ７８４３−０１，ｐ．１９８
【特許文献１】
実開平３−８３３２４号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９３１０２号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図１２に示す従来技術には、以下のような課題がある。
つまり、上述した図５に示す従来技術と同様に、上記の冷却風通路１３２，１３４の排出口１３２ａ，１３４ａはエンジンルーム上面に設けられているため、これらの排出口１３２ａ，１３４ａからは鉛直上方に向けて騒音が発せられてしまい、騒音の伝播範囲が極めて広いものとなってしまう。
【００２２】
さらに、上述した図５に示す従来技術と同様に熱風の巻き込みを十分に抑制できないという課題がある。つまり、排出開口１３２ａ，１３４ａからは熱風が上方に向けて排出されるため、導入開口１３１から比較的離隔して配置されているものの上方から空気を取り込む導入開口１３１との間には循環流が発生する虞があるのである。
【００２３】
特に、上部旋回体を旋回させた場合には容易に上部へ排出した熱風を再度吸入してしまう虞がある。つまり、導入開口１３１と排出開口１３２ａ，１３４ａとを図示するように建設機械の幅方向の両端に離隔して配置したとしても、上部旋回体の旋回にかかる導入開口１３１の移動範囲と排出開口１３２ａ，１３４ａの移動範囲とが重なりあうようになるので、排出開口１３２ａ，１３４ａから機体上方へと排出された冷却風（熱風）が導入開口１３１により再度吸入されてしまうといったことが生じるのである。
【００２４】
また、機体上面に設けられたファン風分流ダクト１３３によりエンジンルームの前方に配置された運転席から機体後方への視界の一部が遮られてしまう課題もある。
さらに、上述した図５に示す従来技術の課題として説明した、スイングフレームのメインレールによりエンジンルーム下部における冷却風の流通が阻害されてしまう点については、何ら着目されていない。
【００２５】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、エンジンルーム下部における冷却風の流通が滑らかに行なわれるようにし、さらには、鉛直上方へ発せられる騒音を抑制でき、エンジン冷却水及び油圧ポンプ作動油を効果的に冷却でき、運転席からの機体後方に対する視界を良好なものにできるようにした、建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の建設機械のスイングフレームは、上部旋回体の底部をなし下部走行体に旋回可能に取り付けられ、ファン軸流方向を該上部旋回体の左右方向に設定された冷却ファンによる冷却風の流通するエンジンルームが上方に配置され、該上部旋回体の底部を形成するフレーム本体と、該上部旋回体の左右方向に所定の間隔をあけて該フレーム本体に立設され該上部旋回体の前後方向に延びる左右一対のメインレールと、該フレーム本体に立設され該左右方向に延びる複数の梁とを有する、建設機械のスイングフレームであって、上記一対のメインレールの該エンジンルーム内に位置する部位にそれぞれ開口が形成されたことを特徴としている。
【００２７】
請求項２記載の本発明の建設機械のスイングフレームは、上記の請求項１記載の建設機械のスイングフレームにおいて、上記一対のメインレールに設けられた開口の相互間における該冷却風の流通を案内するためのガイド部材をそなえたことを特徴としている。
請求項３記載の本発明の建設機械のスイングフレームは、上記の請求項２記載の建設機械のスイングフレームにおいて、該ガイド部材が、上記一対のメインレール及び上記の複数の梁のうちの該開口の該前後方向両側に配置された二つの梁により囲まれる領域を蓋うように配置された、プレートにより構成されたことを特徴としている。
【００２８】
請求項４記載の本発明の建設機械のエンジンルーム構造は、エンジンと、クーリングパッケージと、該クーリングパッケージを冷却する冷却風を流通させる冷却ファンとを収容する建設機械のエンジンルームの構造であって、底部が、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のスイングフレームの一部であって上記一対のメインフレームにそれぞれ形成された開口を含む部位をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２９】
請求項５記載の本発明の建設機械の冷却装置は、内部が冷却風通路として機能するエンジンルームと、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に設置されたクーリングパッケージとをそなえて構成された、建設機械の冷却装置において、該エンジンルームの底部が、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のスイングフレームの一部であって上記一対のメインフレームにそれぞれ形成された開口を含む部位をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、図１〜図４における図中の矢印Ｘは建設機械の前後方向（以下、エンジンルーム幅方向ともいう）を示し、図中の矢印Ｙは建設機械の左右方向（以下、ファン軸流方向ともいう）を示す。
【００３１】
また、以下の実施形態では、本発明を建設機械として油圧ショベルに適用した例を説明する。
図１は建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図であり、図１を参照して本発明の一実施形態にかかる建設機械について説明する。
建設機械は、下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ種々の作業を行う作業装置３と、運転席４とをそなえて構成されている。このうち上部旋回体２には、その機体後方にカウンタウェイト２Ａが配置され、カウンタウェイト２Ａの機体前方にはエンジンルーム２Ｂが配置されている。
【００３２】
次いで、図２を参照して本発明の一実施形態としてのエンジンルーム構造について説明する。図２はエンジンルーム２Ｂの機体前方から見た模式的な断面図である。エンジンルーム２Ｂには、エンジン２６がそのクランク軸を機体左右方向Ｙに向けて設置されており、図２中でエンジン２６の右側に軸流式の冷却ファン２５が配設されている。この冷却ファンは、その軸流方向が機体左右方向Ｙに一致するような姿勢で設置されており、エンジンルーム２Ｂの内部空間により形成される冷却風通路に、冷却風を流通させるようになっている（ここでは、図２中で左側に冷却風を送り出すようになっている）。なお、ここでは、冷却ファン２５はエンジンクランク軸に機械的に連結されたエンジン駆動式であるが、これに限定されず、油圧駆動式でも良い。
【００３３】
冷却ファン２５のファン軸流方向上流側（図２中右側）には、ラジエータやオイルクーラなどからなるクーリングパッケージ２４が設置され、また、エンジン２６のファン軸流方向下流側（図２中左側）には、エンジンクランク軸に機械的に連結された油圧ポンプ２７が設置されている。
なお、エンジンルーム２Ｂの内部は、クーリングパッケージ２４，エンジン２６及び油圧ポンプ２７の各相互間で仕切られており、ラジエータ（クーリングパッケージ２４）が設置されたラジエータルーム２Ｂａ、エンジン２６や冷却ファン２５が設置されたメインルーム（以下メインエンジンルームという）２Ｂｂ、油圧ポンプ２７が設置されたポンプルーム２Ｂｃに分割された構成となっている。
【００３４】
さて、エンジンルーム２Ｂの底部は、下部走行体２に旋回可能に取り付けられたスイングフレーム３０の一部により形成されている。
ここで、スイングフレーム３０について図３及び図４を参照して説明する。
図３及び図４はスイングフレーム３０の構成を示す図であり、図３はその全体構成を示す模式的な斜視図、図４（ａ），（ｂ）はその部分構成を示す模式的な斜視図であある。
【００３５】
スイングフレーム３０は、エンジンルーム２Ｂ（下部走行体２）の底部（床面）をなすフレーム本体３１と、フレーム本体３１に立設され機体前後方向Ｘに延びる一対の（２つの）メインレール３２Ａ，３２Ｂと、フレーム本体３１と平行の姿勢でメインレール３２Ａ，３２Ｂに取り付けられたプレート３３とをそなえて構成されている。
【００３６】
メインレール３２Ａ，３２Ｂは、その機体前方の端部３２Ａａ，３２Ｂａで作業装置３を上下方向に揺動可能に軸支するものであり、クーリングパッケージ２４や冷却ファン２５やエンジン２６などを収容するエンジンルーム内に位置する部分に、それぞれ開口３２Ａｂ，３２Ｂｂがそれぞれ形成されている。
プレート３３は、その機体左右方向Ｙの両端部を、開口３２Ａｂ，３２Ｂｂよりも上方（エンジンルーム内側）でメインレール３２Ａ，３２Ｂに固定されるとともに、その機体前後方向Ｘの両端部を、フレーム本体３１に立設され機体左右方向Ｙに延びる梁（ディスタンスプレート）３４ａ，３４ｂに固定されている。つまり、プレート３３は、メインレール３２Ａ，３２Ｂ及び梁３４ａ，３４ｂにより区画される領域に対し蓋をしているのである。
【００３７】
このようにスイングフレーム３０を構成する結果、図２に示すように、ファン軸流方向Ｙで上流側のメインレール３２Ａの開口３２Ａｂを入口とし、ファン軸流方向Ｙで下流側のメインレール３２Ｂの開口３２Ｂｂを出口とする冷却風の風路３５が、フレーム本体３１，メインレール３２Ａ，３２Ｂ，プレート（ガイド部材）３３及び梁３４ａ，３４ｂにより形成されることとなる。
【００３８】
一般的に、冷却ファン２５は、メインレール３２Ａのファン軸流方向上流側直近に配置されることが多く、この結果、メインレール３２Ａに形成される上記風路３５の入口となる開口３２Ａｂは、冷却ファン２５の外周、即ちファン軸流方向Ｙに対し冷却ファン２５と同位置（完全に同位置だけでなく略同位置にある場合も含む）に位置し、ここでは、冷却ファン２５の直下（ファン軸流方向Ｙに対して直ぐ下流側）に位置する。
【００３９】
従来技術で説明したように一般的にクーリングパッケージ２４における圧力損失が大きいため、冷却ファン２５により吐出された冷却風は旋回／半径方向に流れるようになり、このように風路３５の入口（開口）３２Ａｂが冷却ファン２５の外周にあることから、冷却ファン２５により吐出された冷却風が速やかに風路３５に流入し、風路３５により案内されるようになる。
【００４０】
メインレール３２Ａひいては開口３２Ａｂが、冷却ファン２５からファン軸流方向下流側に比較的離隔している場合には、冷却ファン２５から旋回／半径方向に吐出された冷却風を速やかに開口３２Ａｂに案内できるように、プレート３３の先端を冷却ファン２５側に向けて開口３２Ａｂを挿通させるようにしたり、或いは、プレート３３とは別に、メインレール３２Ａの冷却ファン２５側にガイドを取り付けても良い（この場合、プレート３３と上記ガイドとから本発明のガイド部材が構成されることとなる）。即ち、ガイド部材のファン軸流方向上流側の先端が、冷却ファン２５の外周に位置するように、メインレール３２Ａよりもファン軸流方向上流側にガイド部材を延設しても良い。
なお、プレート３３は、上方のオイルパン２６ａと干渉しないように、或はオイルパン２６ａとの間に所定の間隔が保持されるよう、ファン軸流方向中央が下方に凹んだ形状となっている。
【００４１】
さて、冷却ファン２５よりもファン軸流方向Ｙで上流側には、ラジエータルーム２Ｂａの天井面に冷却風の導入口２２ａが設けられる一方、冷却ファン２５よりもファン軸流方向Ｙで下流側には、ポンプルーム２Ｂｃの側面下方及び床面にメッシュ状或はルーバ状の冷却風の排出口２２ｂ，２２ｃが設けられている。上記のスイングフレーム３０と一体に形成される風路３５により冷却風はファン軸流方向Ｙに沿ってポンプルーム２Ｂｃへと案内されるため、特にポンプルーム２Ｂｃの側面下方に設けられた排出口２２ｂから排出されるようになる。なお、排出口２２ｂは、ルーバにより形成されており、建設機械の周辺にいる作業者に対し影響を与えないように、冷却風は下方又は上方（ここでは下方）に向けて排出されるようになっている。
【００４２】
また、ここでは、冷却風の排出口２２ｂ，２２ｃをポンプルーム２Ｂｃの側面下方及び床面に設けているが、冷却風の排出口をポンプルーム２Ｂｃの側面上方及び天井面に設けることも可能である。
そして、このようなエンジンルーム構造において、冷却ファン２５を作動させることにより、上記導入口２２ａからエンジンルーム２Ｂ（冷却風通路）へ冷却風として取り込まれた外気は、クーリングパッケージ２４を通過した後、上記のスイングフレーム３０と一体に形成される風路３５によりポンプルーム２Ｂｃへと案内され、上記排出口２２ｂ，２２ｃから外部へと排出され、クーリングパッケージ２４を通過する際に冷却水及び油圧ポンプ２７の作動油を冷却するようになっている。
【００４３】
つまり、本実施形態では、冷却装置は、導入口２２ａ，エンジンルーム２Ｂ（機体２１内の空間即ち室２Ｂａ，２Ｂｂ，２Ｂｃ），クーリングパッケージ２４，冷却ファン２５，排出口２２ｂ，２２ｃ及びスイングフレーム３０のエンジンルーム２Ｂに面する部位をそなえて構成されているのである。
【００４４】
本発明の一実施形態の建設機のスイングフレーム，エンジンルーム及び冷却装置は、上述したように構成されており、図２に示すように冷却風が機外に排出される。
つまり、冷却ファン２５から旋回／半径方向に吐出された冷却風は、冷却ファン２５の外周に位置する開口３２Ａｂを入口としスイングフレーム３０と一体に形成される風路３５に直ぐに流入し、この風路３５によりファン軸流方向Ｙに案内されてポンプルーム２Ｂｃへ水平に流れ込み、ポンプルーム２Ｂｃの下方に設けられた排出口２２ｂ，２２ｃから排出される。
【００４５】
上述した従来技術では、騒音が、エンジンルーム上面に形成された冷却風の排出開口から鉛直上方に発せられるため、広い範囲に騒音が広がってしまう。これに対し、本実施形態では、スイングフレーム３０の風路３５がエンジンルーム２Ｂの下部に設けられることから、この風路３５を介してエンジンルーム２Ｂ（ポンプルーム２Ｂｃ）の下部に設けられた排出口２２ｂ，２２ｃから冷却風を効率良く排出できるようになる。この結果、エンジンルーム２Ｂの天井面に冷却風の排出口を不要にできるので、エンジン音や、冷却風がファン翼やクーリングパッケージ２４を通過する際に発生する風切り音（以下、「エンジン音など」という）が機外へ鉛直上方に発せられるのを大幅に抑制できるようになる。
【００４６】
また、エンジン音などは、排出口２２ｃからは矢印Ｎ１で示すように斜め下方に伝播しながら機外へと漏洩し、排出口２２ｄからは矢印Ｎ２で示すように鉛直下方に伝播しながら機外へと漏洩するようになる。
斜め下方へと伝播する騒音は、主に地面により吸収されるようになり、或いは、建設機械の作業場所を水平方向に対し遮蔽物により囲えるようになり、また、鉛直下方へと伝播する騒音は、地面により吸収されるようになるので、騒音の伝播範囲（伝播する距離及び伝播する方向）を狭めることができるようになる（騒音の広がりを抑制できるようになる）。
【００４７】
また、エンジン音などは風路３５を伝わる際に、風路３５を形成するスイングフレーム本体３１やプレート３３に吸収され減衰されるので、この点でも騒音を低減できる。
さらに、エンジン音などの一部は、図２中に矢印Ｎ３で示すようにプレート３３及びスイングフレーム本体３１を透過して、騒音として外部へ漏洩するが、従来のスイングフレームの構造に較べ、プレート３３により遮蔽されるようになる分、騒音を低減できる。
【００４８】
さらに、上述したように、冷却ファン２５から旋回／半径方向に吐出された冷却風は、冷却ファン２５の外周に位置する開口３２Ａｂを介して風路３５に直ぐに流入し、この風路３５により案内されるので、冷却風の排圧を比較的低くすることができ、冷却風の排出効率を良好に保持できるようになる。
この結果、エンジンルーム２Ｂの開口面積を比較的少なくすることができ、この点でも、エンジン音などの外部への漏洩の、即ち騒音を抑制でき、また、冷却風の背圧を比較的低くできることから冷却ファン２５の仕様を下げてコストダウンを図ることができる。或いは、冷却風の排出効率が向上することから、同じ仕様の冷却ファン２５を使用してもその風量を増大することが可能となり、熱交換面積の少ない（コンパクトな）クーリングパッケージ２４を採用することが可能となる。
【００４９】
そして、従来技術では、エンジンルームの天井面の外側に冷却風を排出するためのダクト設けられていたため、このダクトにより、エンジンルーム前方にある運転席からのは、その機体後方への視界の一部が遮られていたが、本実施形態では、上述したように良好な冷却風の排出効率が得られることから、かかるエンジンルームの天井面外側のダクトを不要にでき、エンジンルームの前方に配置された運転席４からの視界を良好なものにできる。
【００５０】
また、クーリングパッケージ２４を通過後の比較的温度の高い冷却風は、エンジンルーム２Ｂの天井面に設けられた冷却風の導入口２２ａから比較的離隔した位置にあるエンジンルーム２Ｂの下部に設けられた排出口２２ｂ，２２ｃから、上記導入口２２ａに対し反対方向に（上記導入口２２ａからさらに離隔する方向に）排出されるので、上部旋回体の旋回中においても上記のクーリングパッケージ２４通過後の比較的温度の高い冷却風が再び上記導入口２２ａから吸入されてしまうことを防止できる。この結果、クーリングパッケージ２４の冷却効果を向上させることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本発明は、スイングフレームと一体に冷却風の風路をエンジンルーム２Ｂの下部に設けることで、この風路に近接させてエンジンルームの下部に設けた排出口から効率よく冷却風を排出できるようにしたものであり、この結果、従来設けられていたエンジンルーム天井面の排出口を削除して、或いは、エンジンルーム天井面の排出口面積を従来よりも低減して、鉛直上方への騒音を抑制できるようにしたものであるから、上記実施形態ではエンジンルーム２Ｂの上部（天井面や側面上部）に排出開口を設けない構成としたが、例えばメインエンジンルーム２Ｂｂやポンプルーム２Ｂｃの上部（天井面や側面上部）に従来設けられていた排出開口よりも小さな排出開口を補助的に設けるようにしても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、エンジンルーム（上部旋回体）の床面（底部）をなすスイングフレームに立設されたメインレールにそれぞれ開口が形成されるので、エンジンルームの床面近傍においてこれらの開口を通って冷却風が滑らかに流れるようになり、この結果、エンジンルームを形成する壁面に設ける冷却風排出用の開口をエンジンルームの下部（床面や側面下部）に設けることが可能となり、従来設けられていたエンジンルーム天井面の開口が不要になり、或いはエンジンルーム天井面の開口面積が低減され、鉛直上方へと発せられる騒音を低減できるようになる。また、上記特許文献２に記載の建設機械に設けられたような機体上面のダクトを不要とすることが可能となる結果、運転席からの機体後方に対する視界を良好なものにできる。
【００５３】
また、冷却風を上記のメインレールに設けられた開口を流通させる結果、エンジンルームに形成される冷却風の排出口を、通常エンジンルーム天井面に形成される冷却風の導入口から離隔させ、また、この排出口から冷却風の導入口とは反対側に冷却風を排出することが可能となるので、エンジンルームの排出口から排出されたクーリングパッケージ通過後の比較的高温の冷却風がエンジンルーム内に再び導入されてしまう、所謂「熱風の巻き込み」を防止でき、クーリングパッケージによるエンジン冷却水及び油圧ポンプ作動油の冷却を効果的に行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態としての建設機械の冷却装置の全体構成を示す機体前方から見た模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスイングフレームの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態としてのスイングフレームについて示す図であり、（ａ）はその要部を示す模式的な斜視図、（ｂ）はそのプレート（ガイド部材）を抜き出して示す模式的な斜視図である。
【図５】従来の建設機械の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図６】従来のスイングフレームの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図７】従来の建設機械のエンジンルームの内部構成を示す図であって機体前方から見たエンジンルームの模式的な断面図である。
【図８】建設機械の冷却装置におけるエンジンルーム内の広ささとクーリングパッケージの厚さとの関係を説明するため図であって、（ａ）はエンジンルーム内が比較的狭い場合の模式図、（ａ）はエンジンルーム内が比較的広い場合の模式図である。
【図９】一般的な軸流形式の冷却ファンの性能曲線を示す模式図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は上流側の圧力損失が比較的小さかった場合の冷却ファン前後の冷却風の流れをベクトルにより示す模式図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は上流側の圧力損失が比較的大きかった場合の冷却ファン前後の冷却風の流れをベクトルにより示す模式図である。
【図１２】従来の建設機械のエンジンルーム構造を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
２Ａ カウンタウェイト
２Ｂ エンジンルーム
２Ｂａ ラジエータルーム
２Ｂｂ メインエンジンルーム
２Ｂｃ ポンプルーム
３ 作業装置
４ 運転席
２２ａ エンジンルーム導入口
２２ｂ，２２ｃ エンジンルーム排出口
２４ クーリングパッケージ
２５ 冷却ファン
２６ エンジン
２７ エンジンポンプ
３０ スイングフレーム
３１ スイングフレーム本体
３２Ａ，３２Ｂ メインレール
３２Ａｂ，３２Ｂｂ 開口
３３ プレート（ガイド部材）
Claims (5)
- 上部旋回体の底部をなし下部走行体に旋回可能に取り付けられ、ファン軸流方向を該上部旋回体の左右方向に設定された冷却ファンによる冷却風の流通するエンジンルームが上方に配置され、該上部旋回体の底部を形成するフレーム本体と、該上部旋回体の左右方向に所定の間隔をあけて該フレーム本体に立設され該上部旋回体の前後方向に延びる左右一対のメインレールと、該フレーム本体に立設され該左右方向に延びる複数の梁とを有する、建設機械のスイングフレームであって、
上記一対のメインレールの該エンジンルーム内に位置する部位にそれぞれ開口が形成された
ことを特徴とする、建設機械のスイングフレーム。 - 上記一対のメインレールに設けられた開口の相互間における該冷却風の流通を案内するためのガイド部材がそなえられた
ことを特徴とする、請求項１記載の建設機械のスイングフレーム。 - 該ガイド部材が、上記一対のメインレール及び上記の複数の梁のうちの該開口の該前後方向両側に配置された二つの梁により囲まれる領域を蓋うように配置された、プレートにより構成された
ことを特徴とする、請求項２記載の建設機械のスイングフレーム。 - エンジンと、クーリングパッケージと、該クーリングパッケージを冷却する冷却風を流通させる冷却ファンとを収容する建設機械のエンジンルームの構造であって、
底部が、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のスイングフレームの一部であって上記一対のメインフレームにそれぞれ形成された開口を含む部位をそなえて構成された
ことを特徴とする、建設機械のエンジンルーム構造。 - 内部が冷却風通路として機能するエンジンルームと、該エンジンルーム内に設置され冷却風を流通させる冷却ファンと、該エンジンルーム内に設置されたクーリングパッケージとをそなえて構成された、建設機械の冷却装置において、
該エンジンルームの底部が、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のスイングフレームの一部であって上記一対のメインフレームにそれぞれ形成された開口を含む部位をそなえて構成された
ことを特徴とする、建設機械の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003196752A JP2005030067A (ja) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | 建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003196752A JP2005030067A (ja) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | 建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005030067A true JP2005030067A (ja) | 2005-02-03 |
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ID=34207137
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003196752A Withdrawn JP2005030067A (ja) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | 建設機械のスイングフレーム，建設機械のエンジンルーム構造及び建設機械の冷却装置 |
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| JP (1) | JP2005030067A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014084627A (ja) * | 2012-10-23 | 2014-05-12 | Sumitomo (Shi) Construction Machinery Co Ltd | 建設機械の排気装置 |
| EP2937468A3 (en) * | 2014-04-22 | 2015-11-04 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Exhaust gas treatment unit for construction machine |
-
2003
- 2003-07-14 JP JP2003196752A patent/JP2005030067A/ja not_active Withdrawn
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| EP2937468A3 (en) * | 2014-04-22 | 2015-11-04 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Exhaust gas treatment unit for construction machine |
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