JP2012172343A

JP2012172343A - 建設機械のエンジン室

Info

Publication number: JP2012172343A
Application number: JP2011033912A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 修渡邉
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】省スペース化を図るとともに、熱交換器と冷却ファンの間のスペースを確保することで、冷却性能を維持できる建設機械のエンジン室を提供する。
【解決手段】ラジエータ１１とオイルクーラ１２は、冷却風に対し並列に配置されるとともに、インタークーラ１３より上方であって、インタークーラ１３より冷却風上流側に張り出して配置される。その結果、ラジエータ１１とオイルクーラ１２は、バッテリ１８の上方に配置される（オーバーハング配置）。これにより、ラジエータ１１およびオイルクーラ１２と冷却ファン３との距離Lが確保され、熱交換器の冷却性能が維持される。一方、バッテリ交換時には、バッテリ１８は、ラジエータ１１およびオイルクーラ１２と干渉することなく、円弧軌跡を描きながら、斜め上方に引き出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベルなど建設機械のエンジン室に係り、特に熱交換器、冷却ファン、バッテリ等の機器が配置されたエンジン室に関する。

油圧ショベルなど建設機械ではブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動するアクチュエータを動作させて土砂の掘削作業を行う。動力源としてエンジンで油圧ポンプを駆動し、作動油を油圧シリンダーに圧送して各アクチュエータを動作させている。エンジンや油圧ポンプを稼働させると、エンジンや作動油に熱が発生する。そこで、エンジン冷却水や熱を帯びた作動油の冷却のために、ラジエータ、オイルクーラなどの熱交換器が設置されている。冷却ファンにより誘起された冷却風が、熱交換器を通過する事により、熱交換器は冷却される。

更に、近年の排ガスの規制のため、排ガス中の窒素酸化物など濃度を小さくするために、インタークーラを搭載している建設機械が主流になりつつある。インタークーラはターボ加給されて断熱圧縮されたエンジン吸気を、所定の温度まで冷却し、充填効率を上げ、燃焼温度を低くすることで排気のNOx(窒素酸化物)の発生を抑制するものである。また、エアコンの冷媒を冷却するコンデンサが設置されることもある。

従来多く採用されていたいわゆる直列配置型の熱交換器ユニットでは、下流側に配置された熱交換器を取り外す場合、まず上流側に配置された熱交換器を取り外す必要があり作業負担となっていた。

このようなメンテナンス上の課題を解決する従来技術が特許文献１に開示されている。従来技術に係るエンジン室には、ラジエータ、オイルクーラ、インタークーラなどの熱交換器が並列配置されて、並列配置型熱交換器ユニットを形成している。このような並列配置により取り外し対象となる熱交換器の手前に配置された熱交換器が障害となることはなく、清掃、点検時には、取り外し対象となる熱交換器を単独で取り外すことができ、メンテナンス性が向上する。

また、従来技術のように並列配置型とした結果、直列配置型に比べて、熱交換ユニットの冷却風方向の長さが短くなり、エンジン室の省スペース化を図ることもできる。

特開２００６−５２６８９号公報

上述したように、エンジン室内には、複数の熱交換器が配置される。一方、エンジン室はスペース上の制約があり、複数の熱交換器をどのように配置するかが重要である。特に、近年では小旋回型の油圧ショベルが開発されており、このような小旋回型油圧ショベルのエンジン室においては、更なる省スペース化が求められる。

ところで、エンジン室内にはバッテリが配置されている。バッテリは電装品の電源として、例えばエンジン始動時にセルモーターを回す。一般にバッテリは熱に弱く、冷却風最上流側に配置することが望ましい。さらに、バッテリは重量が重く、配置時の安定性を考慮すると、エンジン室底部に配置することが望ましく、バッテリ交換時の作業性を考慮すると、開口部に近い冷却風最上流側に配置されることが望ましい。

また、バッテリ交換時には、バッテリを上部に引き上げた後、油圧ショベルの下部フレームを乗り越えるようにして、バッテリを引き出す。したがって、バッテリ上部には、作業スペースを確保する必要がある。

このようなバッテリ配置を前提として、従来技術のエンジン室の更なる省スペース化を図ろうとすれば、熱交換器ユニットと冷却ファンの距離を狭めることになる。その結果、冷却風直交断面における風速分布のアンバランスが顕著になり、圧力損失増大による冷却風量低下および熱交換器の冷却性能低下、ファン騒音増大といった課題が生じる恐れがある。

本発明の目的は、省スペース化を図るとともに、熱交換器と冷却ファンの間のスペースを確保することで、熱交換器の冷却性能を維持できる建設機械のエンジン室を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンを冷却するラジエータを含む複数の熱交換器と、冷却風を誘起してこの熱交換器を冷却する冷却ファンと、バッテリとが配置された建設機械のエンジン室において、前記バッテリは、エンジン室底部かつ冷却風最上流側に配置され、前記複数の熱交換器は、前記エンジン室底部かつ前記バッテリの冷却風下流側に配置される下側熱交換器と、前記下側熱交換器より上方であって、前記下側熱交換器より冷却風上流側に張り出して配置される上側熱交換器とを有する。

このように構成した本発明においては、上側熱交換器と冷却ファンの距離を確保しつつ、エンジン室の省スペース化を図ることができる。これにより、熱交換器の冷却性能を維持できる。

また、上側熱交換器は従来より冷却風上流側に配置されており、上側熱交換器の小型化により、エンジン室の更なる省スペース化を図ることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記上側熱交換器は、前記バッテリの上方に配置される。

これにより、エンジン室の更なる省スペース化を図ることができる。

（３）上記（１）において、好ましくは、更に、前記バッテリと前記上側熱交換器との干渉を防止するように、前記バッテリを引き出すバッテリ引出手段
を備える。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記バッテリ引出手段は、エンジン室底部かつ冷却風最上流側に設けられた軸を中心に回動させて、前記バッテリを引き出す。

（５）上記（３）において、好ましくは、前記バッテリ引出手段は、エンジン室底部かつ冷却風最上流側に設けられたローラ部材上をスライドさせて、前記バッテリを引き出す。

（３）〜（５）の構成により、バッテリ上部の作業スペースを確保しなくとも、上側熱交換器と干渉することなくバッテリを引き出すことができる。

本発明によれば、エンジン室の省スペース化を図るとともに、熱交換器と冷却ファンの間のスペースを確保することで、熱交換器の冷却性能を維持できる。

建設機械のエンジン室を示す断面図である（第１実施形態）。エンジン室主要部の斜視図である。バッテリ引出構造に係る斜視図である。建設機械の一例である油圧ショベルの全体図である。油圧ショベルの一例である小旋回型の油圧ショベルの全体図である。建設機械のエンジン室を示す断面図である（第２実施形態）。バッテリ引出構造に係る斜視図である。

＜第１実施形態＞
〜構成〜
図１は、本発明の第１実施形態に係わる建設機械のエンジン室１を示す断面図である。図2はエンジン室1主要部の斜視図である。図1及び図2を用いて第１実施形態の構成について説明する。

本実施形態の防塵装置はエンジン室１内に設けられるものである。エンジン室１は外側を建屋カバー２７で覆われ、建屋カバー２７には冷却風を取り入れるための開口部２１，２２が形成されている。エンジン室１内には、熱交換器ユニット１０とコンデンサ１６と、エアークリーナ１７と、熱交換器ユニット１０の下流側に設けられたシュラウド４と、熱交換器ユニット１０を冷却する冷却風を誘起する冷却ファン３とが備えられている。

エンジン２はエンジン室１内にエンジンマウント(図示せず)を介して支持されている。油圧ポンプ(図示せず)はエンジン２のフライホイール側の駆動軸に取付けられている。冷却ファン３は油圧ポンプと反対側の駆動軸に取付けられて、エンジン２により駆動され冷却風を誘起する。

冷却ファン３はいわゆる軸流ファンであり、補助回転軸３４に取り付けられている。補助回転軸３４には、エンジンクランク軸３５のクランクプーリ３１に対応する位置となるようにファンプーリ３２が固定されている。そして、クランクプーリ３１とファンプーリ３２との間にはファンベルト３３が掛け渡されている。冷却ファン３は、エンジンクランク軸３５からの駆動力が伝達される補助回転軸３４に固定されたボス３ａと、このボス３ａまわりに固定された複数枚の羽根３ｂとを備えており、補助回転軸３４の回転によって回転駆動されて、冷却ファン３と熱交換器ユニット１０との間に負圧を発生させ、冷却風を誘起するようになっている。

またエンジン室１底部の冷却風最上流側にバッテリ１８が設置されている。バッテリ１８は電装品の電源として、例えばエンジン始動時にセルモーターを回す。なお、一般にバッテリは熱に弱いとされ、さらに、バッテリは重量が重いことから、配置時の安定性やバッテリ交換時の作業性を考慮すると、図示の位置に配置されることが望ましい。

本実施形態の第１の特徴的構成である熱交換器ユニット１０の配置について説明する。熱交換器ユニット１０は、冷却ファン３の冷却風上流側で対向するように配置され、ラジエータ１１、オイルクーラ１２、インタークーラ１３から構成されている。

インタークーラ１３は、エンジン室１底部のバッテリ１８の冷却風下流側に配置される。ラジエータ１１とオイルクーラ１２は、冷却風に対し並列に配置されるとともに、インタークーラ１３より上方であって、インタークーラ１３より冷却風上流側に張り出して配置される。その結果、ラジエータ１１とオイルクーラ１２は、バッテリ１８の上方に配置される。本明細書では、この特徴的な配置をオーバーハング配置と呼ぶ。

このようなオーバーハング配置により、上側に配置されたラジエータ１１およびオイルクーラ１２と冷却ファン３との距離Lが確保される。

本実施形態の第２の特徴的構成であるバッテリ１８の引出構造について説明する。

通常、バッテリ１８は固定用ボルト部材４４により、エンジン室１底部に固定される。固定用ボルト部材４４の一端はフック状であり、エンジン室１底部に設けられた係合孔に係合される。固定用ボルト部材４４の他端は、バッテリ１８上部を覆うバッテリカバー４５を介して、ボルト締めされる。

バッテリ１８はエンジン室１底部に置かれたベース板４２に載置される。ベース板４２の冷却風上流側端部は回動軸４１により固定端となると伴に、冷却風下流側端部は自由端となる。ベース板４２の冷却風下流側端部には、回動可能にボルト部材４３が設けられている。ボルト部材４３の他端は、バッテリカバー４５を介して、ボルト締めされる。

図３は、バッテリ引出構造に係る斜視図である。

固定用ボルト部材４４およびバッテリカバー４５を取り外すと、回動軸４１を中心にベース板４２は回動可能となる。作業者がボルト部材４３の端部を掴んで冷却風上流側に引っ張ることにより、バッテリ１８は円弧軌跡を描きながら、斜め上方に引き出される。なお、テコの原理により、作業者は容易にバッテリ１８を引き出すことができる。

このとき、オーバーハング配置であっても、バッテリ１８がラジエータ１１およびオイルクーラ１２と干渉することはない。

図４は、本実施形態が適用される建設機械の一例である油圧ショベルの全体図である。

油圧ショベル１０１は、下部走行体１０２の上に上部旋回体１０３を構成するフレーム１０４を備え、フレーム１０４上にエンジン室１とキャビン１０５、カウンタウェイト１０６を備えている。また、車体前方には、ブーム１１１とブームシリンダ１１２、アーム１１３とアームシリンダ１１４、バケット１１５とバケットシリンダ１１６から構成されたフロントアタッチメント１１０を備えている。

図５は、油圧ショベルの一例である小旋回型の油圧ショベルの全体図である。このような小旋回型油圧ショベルのエンジン室においては、特に省スペース化が求められる。

〜作用・効果〜
次に、以上のように構成した本実施形態の作用及び効果を説明する。

油圧ショベルの稼動時に、エンジン２を駆動すると、クランク軸３５の回転がクランクプーリ３１、ファンベルト３３、及びファンプーリ３２を介して補助回転軸３４に伝達される。これによって、冷却ファン３が駆動されて回転する。この冷却ファン３の回転によって外気が開口部２１，２２からエンジン室１内に取り入れられ、冷却風となって上流側から流入してコンデンサ１６及び熱交換器ユニット１０（ラジエータ１１、オイルクーラ１２、インタークーラ１３）を冷却した後、熱交換器ユニット１０の下流側にあるシュラウド４の内部を通過して絞られ、冷却ファン３の吸い込み側に導入される。その後、冷却ファン３から吹き出された冷却風は、冷却ファン３の下流側にあるエンジン２及び油圧ポンプ等を冷却した後、開口部２３、２４からエンジン室１の外部に放出される。

ところで、従来技術において、エンジン室１の省スペース化を図ろうとすれば、熱交換器ユニット１０と冷却ファン３の距離を狭めることになる。その結果、冷却風直交断面における風速分布のアンバランスが顕著になり、圧力損失増大による冷却風量低下および熱交換器の冷却性能低下、ファン騒音増大といった課題が生じる恐れがある。

本実施形態においては、オーバーハング配置（第１特徴的構成）により、上側に配置されたラジエータ１１およびオイルクーラ１２と冷却ファン３との距離Lが確保され、冷却風は均等に流れるため、従来技術のような課題が生じることがない。一方、従来技術において未利用であったバッテリ１８上部スペースを利用することにより、省スペース化を図ることができる。

さらに、ラジエータ１１およびオイルクーラ１２は、従来技術と比べて、冷却風上流側に配置される。一般に、冷却風下流側に比べて冷却風上流側の方が冷却効果が高い。従って、ラジエータ１１およびオイルクーラ１２をより小型化しても、従来技術と同等の冷却効果が得られる。ラジエータ１１およびオイルクーラ１２の小型化により、エンジン室１の更なる省スペース化を図ることができる。

一方、従来技術において、バッテリ交換時には、バッテリ１８を上部に引き上げた後、油圧ショベルの下部フレームを乗り越えるようにして、バッテリ１８を引き出す。したがって、バッテリ１８上部には、作業スペースを確保する必要がある。しかし、本実施形態においては、オーバーハング配置とした結果、バッテリ１８上部の作業スペースを確保できない。

本実施形態においては、回動可能な引出構造（第２特徴的構成）により、バッテリ１８上部の作業スペースを確保できなくとも、ラジエータ１１およびオイルクーラ１２と干渉することなくバッテリ１８を引き出すことができる。

〜その他〜
なお、エンジン室１の省スペース化を図ると、従来のように熱交換器を取り外して清掃することが難しくなる。本実施形態では、シュラウド４上部に開口部４ａと開口部４ａを開閉する蓋４ｂを設けている。熱交換器の清掃時は、蓋４ｂを取り外し開口部４ａを露出させ、開口部４ａからエアガンを挿入し、冷却風上流側に向かってエアを吹き付けることにより、熱交換器に堆積したダストを除去する。このように、本実施形態では従来技術と同程度の清掃容易性を維持する。

本実施形態は、ラジエータ１１とオイルクーラ１２がバッテリ１８の上方に配置されるが、ラジエータ１１とオイルクーラ１２が、インタークーラ１３より上方であって、インタークーラ１３より冷却風上流側に張り出して配置されることにより、冷却ファン３との距離Lが確保されていれば、必ずしもラジエータ１１とオイルクーラ１２がバッテリ１８の上方に配置されなくとも良い。

＜第２実施形態＞
第１実施形態におけるバッテリ引出構造は回動可能な引出構造であったが、バッテリ１８の引出時にラジエータ１１およびオイルクーラ１２との干渉を防止できれば、他の構成でも良い。

図６は第２実施形態に係わるエンジン室１を示す断面図であり、図７は第２実施形態におけるバッテリ引出構造にかかる断面図である。通常、第１実施形態と同様に、バッテリ１８はバッテリカバー４５を介して固定用ボルト部材４４により固定される。

エンジン室１底部の冷却風最上流側にはローラ部材４６が設けられおり、ローラ部材４６上には油圧ショベルの下部フレームに相当する位置に、ベース板４７が置かれている。バッテリ１８はベース板４７に載置される。

固定用ボルト部材４４およびバッテリカバー４５を取り外すと、下部フレームを越えてベース板４７はスライド可能となる。これにより、バッテリ１８は冷却風上流側に水平に引き出される。

第２実施形態においても、オーバーハング配置（第１特徴的構成）は第１実施形態と共通しており、第１実施形態と同様な効果が得られる。

１エンジン室
２エンジン
３冷却ファン
４シュラウド
４ａ開口部
４ｂ蓋
１０熱交換器ユニット
１１ラジエータ
１２オイルクーラ
１３インタークーラ
１６コンデンサ
１７エアークリーナ
１８バッテリー
２１，２２，２３，２４開口部
２７建屋カバー
３１クランクプーリ
３２ファンプーリ
３３ファンベルト
３４補助回転軸
３５エンジンクランク軸
４１回動軸
４２ベース板
４３ボルト部材
４４固定用ボルト部材
４５バッテリカバー
１０１油圧ショベル
１０２下部走行体
１０３上部旋回体
１０４フレーム
１０５キャビン
１０６カウンタウェイト
１１０フロントアタッチメント
１１１ブーム
１１２ブームシリンダ
１１３アーム
１１４アームシリンダ
１１５バケット
１１６バケットシリンダ

Claims

エンジンと、このエンジンを冷却するラジエータを含む複数の熱交換器と、冷却風を誘起してこの熱交換器を冷却する冷却ファンと、バッテリとが配置された建設機械のエンジン室において、
前記バッテリは、エンジン室底部かつ冷却風最上流側に配置され、
前記複数の熱交換器は、
前記エンジン室底部かつ前記バッテリの冷却風下流側に配置される下側熱交換器と、
前記下側熱交換器より上方であって、前記下側熱交換器より冷却風上流側に張り出して配置される上側熱交換器と
を有することを特徴とする建設機械のエンジン室。
請求項１記載の建設機械のエンジン室において、
前記上側熱交換器は、前記バッテリの上方に配置される
ことを特徴とする建設機械のエンジン室。
請求項１記載の建設機械のエンジン室において、
更に、前記バッテリと前記上側熱交換器との干渉を防止するように、前記バッテリを引き出すバッテリ引出手段
を備えることを特徴とする建設機械のエンジン室。
請求項３記載の建設機械のエンジン室において、
前記バッテリ引出手段は、エンジン室底部かつ冷却風最上流側に設けられた軸を中心に回動させて、前記バッテリを引き出す
ことを特徴とする建設機械のエンジン室。
請求項３記載の建設機械のエンジン室において、
前記バッテリ引出手段は、エンジン室底部かつ冷却風最上流側に設けられたローラ部材上をスライドさせて、前記バッテリを引き出す
ことを特徴とする建設機械のエンジン室。