JP5474447B2

JP5474447B2 - 建設機械の冷却構造

Info

Publication number: JP5474447B2
Application number: JP2009194041A
Authority: JP
Inventors: 康正木村; 弘文渡辺
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: JP2011046217A

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、外部からエンジンルームに取り込んだ冷却空気を熱交換器に導く冷却構造に関するものである。

油圧ショベルを例にとって説明する。

油圧ショベルにおいて、吸気側の防音性能を高める冷却構造として特許文献１に示されたもの(公知技術の１)が公知である。

この公知技術の１を図５，６に示す。

上部旋回体の後端部に、エンジンガードやカウンタウェイトの一部、燃料タンクの上面等のカバー材１で覆われたエンジンルーム２が設けられている。

このエンジンルーム２内にはエンジン３と、図示しない油圧ポンプと、エンジン３で駆動されて外部空気を吸入する冷却ファン４と、エンジン冷却用のラジエータをはじめ、オイルクーラ、インタークーラー等の複数の熱交換器(ここでは一つのものとして示す)５とが設けられている。

エンジンルーム２内における熱交換器５の吸気側に吸気室６が形成され、この吸気室６の上部(通常は上面、詳しくはカバー材１の吸気側端部の上面部)に、外部空気を導入する吸気口７が設けられている。

吸気室６は、エンジンルーム２におけるエンジン３等が収容された空間に対して、熱交換器５、及び図示しない仕切り材やシール材により独立して(空気の流通を遮断した状態で)形成され、この吸気室６にダクト８が設けられている。

ダクト８は、カバー材１とは別のダクト材によって箱状に形成され、熱交換器５のコア面５ａを周囲から気密に囲う状態で取付けられている。

このダクト８は、熱交換器コア面５ａに対向する正面部９を有し、このダクト正面部９に吸気用の開口部１０と、この開口部１０を覆う防塵用のフィルタ１１とが設けられている。

また、ダクト正面部９と、これに対向するカバー材１の側面部との間に吸気通路１２が形成され、吸気口７から吸い込まれた外部空気がこの吸気通路１２を下向きに通り、ダクト８の開口部１０で水平方向に方向転換してダクト８内に入り、熱交換器コア面５ａに向かうように構成されている。すなわち、空気流はＬ字形の流路によって熱交換器５に導入される。

さらに、ダクト正面部９は、図５に示すように吸気通路１２が上広がりとなるように上下方向に傾斜して形成されている。

なお、吸気室６内の壁面、すなわち吸気室６を形成するカバー材１の内面、及びダクト８の内外面にそれぞれ吸音材(図示省略)が設けられている。

この構成によると、ダクト８によって吸気室６内をダクト内外の二つに仕切った二重構造であるため、熱交換器コア面５ａから外部に直接抜ける音（直接音）をダクト８で規制し、その拡散を抑えること、及び吸気室６の室壁による減音効果に加えて、ダクト８での音の反射・減衰による減音効果が得られること等により、ダクト８を設けない場合と比較して吸気側の防音性能を格段に高めることができる。

また、ダクト正面部９を傾斜させることで、吸気通路１２の入口側(上部)の水平断面積を広げて通風抵抗を小さくできるため、ダクト８内への吸い込み空気量を増加させることができる。

しかも、ダクト８内の下部空間が広がって、ダクト８内に吸い込まれた空気が熱交換器コア面５ａ全体に均等に行き渡り易くなる。

つまり、熱交換器コア面５ａ全体に対する空気の均等供給作用を確保しながら風量を増加させることができる。

一方、特許文献２には、ダクト付きの吸気側防音構造をとる建設機械において、ダクト内にエアクリーナを設置した技術(公知技術の２)が開示されている。

特開２００８−１７４００４号特開２００８−８１９５３号

油圧ショベル等の建設機械においては、機械全体の小型化の要請に基づいてエンジンルームのコンパクト化が求められ、これに伴ってエンジンルーム内での機器類の設置スペースが縮小される傾向にある。

このため、上記のようなダクト付きの吸気側防音構造をとる場合、公知技術の２に示されているようにダクト内にエアクリーナ等の機器類を設置したいという要望がある。

しかし、ダクト正面部９の傾斜によってダクト内の下部空間を広げる公知技術の１をもってしてもなお、ダクト内スペースが機器類を設置するには不十分であった。

いいかえれば、ダクト８内に機器類を設置することが困難で、かつ、公知技術の２のように無理に設置すると、ダクト８内の下部空間が、設置した機器類で塞がれて通風性が極端に悪化したり、設置した機器類のメンテナンスが困難となったりするという弊害が生じる。

そこで本発明は、ダクト内の下部空間を大きく広げ、機器類をダクト内に余裕をもって設置することができる建設機械の冷却構造を提供するものである。

請求項１の発明は、カバー材で覆われたエンジンルーム内に、エンジンと熱交換器と冷却ファンを、上記熱交換器が空気の流れの最も上流側に位置する状態で設け、上記冷却ファンの回転により外部空気をエンジンルーム内に吸い込んで上記熱交換器に通すように構成された建設機械の冷却構造において、次の要件を具備するものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記吸気口を吸気室の上部に設けるとともに、上記ダクト正面部の各開口部及びフィルタが斜め上向きとなるようにダクト正面部を先下がりの傾斜面に形成したものである。

(Ａ) 上記エンジンルーム内の吸気側に、吸気室をエンジンルーム内の他の空間に対し独立して形成したこと。

(Ｂ) 上記吸気室の上部室壁に、外部空気を吸気室に導入する吸気口を設けたこと。

(Ｃ) 上記吸気室内における上記熱交換器の前面側に、上記吸気室内に導入された空気を熱交換器コア面に導くダクトを設けたこと。

(Ｄ) このダクトは、上記熱交換器コア面に対向する正面部を有し、このダクト正面部を、熱交換器と反対側に向かって先下がりの傾斜に沿った階段状に形成したこと。

(Ｅ) この階段状のダクト正面部における空気流と対向する各段の面に、吸気用の開口部と、この開口部を覆う防塵用のフィルタとを斜め上向きに設けたこと。

(Ｆ) 上記エンジンルームを機械の後端部に設け、上記吸気室をこのエンジンルームの左右一端側に設けるとともに、この吸気室における上記熱交換器コア面に対向する面を、機械の後方に向かって先すぼまりとなる傾斜面に形成し、上記ダクト正面部を、この傾斜面に沿って傾斜させたこと。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記ダクト正面部の各段の開口部及びフィルタを、上記熱交換器コア面を正面から見た場合の同コア面の左右方向の幅寸法よりも狭い幅寸法もって、かつ、上段側と下段側とで左右に位置ずれして設けたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記ダクト内の下部にエアクリーナを設置したものである。

本発明によると、エンジンルームの吸気側に吸気室、熱交換器の前面側にダクトをそれぞれ設けた構成を前提として、ダクト正面部を、熱交換器と反対側に向かって先下がりの傾斜に沿った階段状に形成し、空気流と対向する各段の面に吸気用の開口部とフィルタとを斜め上向きに設けたから、ダクト内の下部空間を広げることができる。

しかも、ダクト正面部の上部は熱交換器寄りに位置するため、吸気口側(空気導入側)である吸気通路の上部空間を狭めるという弊害が生じない。

また、
(Ｉ) ダクト正面部が傾斜していること、
(ＩＩ) ダクト正面部の、空気流と対向する中、下段の面の傾斜を、図示のように最上段の傾斜にとらわれない大きな任意の角度に設定できること
の二点により、両開口部及びフィルタを空気流に対してより直角に近い角度で対向させることができる。

このため、フィルタでの通風抵抗を小さくし、空気の流れをスムーズにして風量性能を向上させることが可能となる。

つまり、風量性能を確保しながらダクト内下部空間を広げることができる。

このため、ダクト内にエアクリーナ(請求項３)等の機器類を、通風を阻害しないでかつ周囲に十分なメンテナンス空間を確保した状態で設置することが可能となる。

ところで、後方小旋回型のショベル等では、後端部が後すぼまりに形成され、この機械の後端部にエンジンルームが形成される。

このような機械において、エンジンルームの左右一端側に吸気室を形成し、ダクト正面部を熱交換器コア面に対して正対させる(上から見てコア面と平行に設ける)と、吸気通路が、機械の方向性でいう後端側で狭くなって空気の流れが悪くなる。

この点、請求項１の発明によると、ダクト正面部を機械後端部の傾斜に沿って傾斜させたから、吸気通路を全域に亘ってほぼ均等の広さとし、空気の流れを良くして必要風量を確保することができる。

本発明の実施形態を示す概略断面図である。実施形態におけるダクトの斜視図である。実施形態を示す概略水平断面図である。実施形態のダクトの正面図である。公知技術を示す概略断面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う水平断面図である。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。

実施形態において、次の基本的構成は図５，６に示す公知技術と同じである。

(１) 上部旋回体の後端部に、エンジンガードやカウンタウェイトの一部、燃料タンクの上面等のカバー材２１で覆われたエンジンルーム２２が設けられている。

(２) このエンジンルーム２２に、エンジン２３、図示しない油圧ポンプ、冷却ファン２４、ラジエータ等の熱交換器(一つのものとして示す)２５が設けられている。

(３) エンジンルーム２２内における熱交換器２５の吸気側に吸気室２６が形成され、この吸気室２６の上面(カバー材２１の上面部)に、外部から冷却空気を導入する吸気口２７が設けられている。

(４) 吸気室２６は、エンジンルーム２２におけるエンジン２３等が収容された空間に対して、熱交換器２５、適宜の仕切り材及びシール材により独立して(空気の流通を遮断した状態で)形成され、この吸気室２６にダクト２８が設けられている。

(５) ダクト２８は、カバー材２１とは別のダクト材により、上面部２９、底面部３０、左右両側面部３１,３２(これらの符号は図２のみに示す)、それに熱交換器コア面２５ａに対向する正面部３３を備えた独立した箱状に形成され、熱交換器コア面２５ａを周囲から気密に囲う状態(たとえば熱交換器側の開口縁部が熱交換器コア面２５ａの縁枠部分に気密に接する状態)で取付けられている。

なお、側面部３１，３２についての「左右」とは、熱交換器コア面２５ａを正面から見たときの左右をいい、機械全体の方向性でいうと前後となる。

(６) このダクト２８の正面部３３に、水平方向に開口する吸気用の開口部３４と、この開口部３４を覆う防塵用のフィルタ３５とが設けられている。

(７) このダクトの正面部３３と、これに対向するカバー材２１の側面部との間に吸気通路３６が形成され、図１中に矢印で示すように吸気口２７から下向きに取り込まれた外気が開口部３４で横向きに方向転換して熱交換器コア面２５ａに至る略Ｌ字形の屈折した空気流路が形成される。

(８) ダクト正面部３３は、図示のように吸気通路３６が上広がりとなるように上下方向に傾斜して形成されている。

(９) 吸気室２６を形成するカバー材２１の内面、及びダクト２８の内外面にそれぞれ吸音材(図示省略)が設けられている。

上記基本的構成によって、吸気側の防音性能を高めながら風量を増加させ、冷却効率を高めるという、図５，６に示す公知技術と同じ基本的効果を得ることができる。

この冷却構造においては、上記基本構成に加えて、ダクト正面部３３が、単なる傾斜面ではなく、傾斜面に沿った階段状に形成されている。

実施形態では、図示のように三段の階段状に形成され、この階段状のダクト正面部３３における空気流と対向する中段、下段の面に、それぞれ吸気用の開口部３４，３４と防塵用のフィルタ３５，３５とが設けられている。

この構成によると、ダクト正面部３３を単なる傾斜面とした(最上段の傾斜面をそのまま下方に延長させた)場合と比較して、開口部３４及びフィルタ３５が熱交換器２５から見てより前方に張り出されるため、ダクト２８内の下部空間を広げることができる。

しかも、ダクト正面部３３の上部は熱交換器２５寄りに位置するため、吸気口２７側(空気導入側)となる吸気通路３６の上部空間を狭めるという弊害が生じない。

このため、このダクト内下部空間にエアクリーナ３７を、通風を大きく阻害しないでかつ周囲に十分なメンテナンス空間を確保した状態で設置することが可能となる。

また、
(Ｉ) ダクト正面部３３そのものが傾斜していること、
(ＩＩ) ダクト正面部３３の、空気流と対向する中、下段の面の傾斜を、図示のように最上段の傾斜にとらわれない大きな任意の角度に設定できること
の二点により、両開口部３４，３４及びフィルタ３５，３５を空気流に対してより直角に近い角度で対向させることができる。

このため、フィルタ３５，３５での通風抵抗を小さくし、空気の流れをスムーズにして風量性能を向上させることが可能となる。

ところで、図１中の直線Ａは、吸気口２７の最も外側の端と熱交換器コア面２５ａの下端とを結ぶ直線、直線Ｂは吸気口２７の最外端とダクト上側開口部３４の上端とを結ぶ直線であり、熱交換器コア面２５ａにおけるこの二つの直線Ａ，Ｂ間の部分が吸気口２７から直視できる範囲となり、この範囲でのみ、熱交換器コア面２５ａから外部に直接抜ける直接音の漏れが生じる。

つまり、直接音の漏れが基本的に少なくなる。

ここで、ダクト２８内の下部空間にエアクリーナ３７を設置すると、このエアクリーナ３７が直接音の障壁となるため、直接音の漏れをさらに減少させることができる。

一方、後方小旋回型のショベル等では、後端部が後すぼまり(通常は図３，６に示すように上から見て円弧状)に形成され、この機械の後端部にエンジンルームが形成される。

このような機械において、図６に示すように開口部１０及びフィルタ１１を熱交換器コア面５ａに対して正対させる(上から見て平行に設ける)と、吸気通路３６が、機械の方向性でいう後端側で狭くなって空気の流れが悪くなる。

そこで実施形態においては、図３に示すように、ダクト開口部３４及びフィルタ３５が機械後端部の傾斜に沿って傾斜して設けられている。

このような傾斜は、熱交換器コア面２５ａａを正面から見た場合のダクト左側面部３１の長さ寸法(熱交換器コア面２５ａａからの突出寸法)を右側面部３２のそれよりも大きく設定することによって得ることができる。

こうすれば、図示のように吸気通路３６の後端側エリア３６ａを広げて、吸気通路３６を全域に亘ってほぼ均等の広さにできるため、空気の流れを良くして必要風量を確保することができる。

また、図４に示すように、上下両側フィルタ３５，３５(開口部３４，３４)の幅寸法Ｌ２が熱交換器コア面２５ａの幅寸法Ｌ１よりも小さい場合の構成として、両フィルタ３５，３５が、熱交換器コア面２５ａを正面から見たときの左右に位置ずれして設けられている。

こうすれば、両フィルタ３５，３５を左右片側に偏って、または中央部のみに設けた場合と比較して、冷却空気を熱交換器コア面２５ａの広い範囲に行き渡らせることができるため、冷却性能を上げることができる。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、ダクト正面部３３を三段の階段状に形成して中、下段部分に開口部３４とフィルタ３５とを設けたが、四段以上または二段の階段状に形成し、前者ではニ〜四段部分、後者では下段部分に開口部３４とフィルタ３５を設けてもよい。

あるいは、最上段部分にも開口部３４とフィルタ３５を設けてもよい。

(２) 上記実施形態では、広げたダクト内下部空間にエアクリーナ３７を設置したが、他の機器類を設置してもよい。

(３) 吸気口２７は、上記実施形態のように吸気室２６の上面に設けるのが望ましいが、上面と側面とに跨る上部に設けてもよい。

(４) 本発明は油圧ショベルに限らず、油圧ショベルを母体として構成される破砕機や解体機等を含めて建設機械に広く適用することができる。

２１カバー材
２２エンジンルーム
２３エンジン
２４冷却ファン
２５熱交換器
２５ａ熱交換器コア面
２６吸気室
２７吸気口
２８ダクト
２９ダクトの上面部
３１同左側面部
３２同右側面部
３３同正面部
３４，３４ダクトの開口部
３５，３５同フィルタ
３６吸気通路
３７エアクリーナ

Claims

カバー材で覆われたエンジンルーム内に、エンジンと熱交換器と冷却ファンを、上記熱交換器が空気の流れの最も上流側に位置する状態で設け、上記冷却ファンの回転により外部空気をエンジンルーム内に吸い込んで上記熱交換器に通すように構成された建設機械の冷却構造において、次の要件を具備することを特徴とする建設機械の冷却構造。
(Ａ) 上記エンジンルーム内の吸気側に、吸気室をエンジンルーム内の他の空間に対し独立して形成したこと。
(Ｂ) 上記吸気室の上部室壁に、外部空気を吸気室に導入する吸気口を設けたこと。
(Ｃ) 上記吸気室内における上記熱交換器の前面側に、上記吸気室内に導入された空気を熱交換器コア面に導くダクトを設けたこと。
(Ｄ) このダクトは、上記熱交換器コア面に対向する正面部を有し、このダクト正面部を、熱交換器と反対側に向かって先下がりの傾斜に沿った階段状に形成したこと。
(Ｅ) この階段状のダクト正面部における空気流と対向する各段の面に、吸気用の開口部と、この開口部を覆う防塵用のフィルタとを斜め上向きに設けたこと。
(Ｆ) 上記エンジンルームを機械の後端部に設け、上記吸気室をこのエンジンルームの左右一端側に設けるとともに、この吸気室における上記熱交換器コア面に対向する面を、機械の後方に向かって先すぼまりとなる傾斜面に形成し、上記ダクト正面部を、この傾斜面に沿って傾斜させたこと。
上記ダクト正面部の各段の開口部及びフィルタを、上記熱交換器コア面を正面から見た場合の同コア面の左右方向の幅寸法よりも狭い幅寸法もって、かつ、上段側と下段側とで左右に位置ずれして設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の冷却構造。
上記ダクト内の下部にエアクリーナを設置したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の冷却構造。