JP5824961B2

JP5824961B2 - 建設機械の冷却装置

Info

Publication number: JP5824961B2
Application number: JP2011179689A
Authority: JP
Inventors: 大沼沢
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: KR20140052042A; WO2013027351A1; EP2746087A4; US20140166380A1; CN103796860B; US9376786B2; JP2013039895A; CN103796860A; KR101923759B1; EP2746087A1; EP2746087B1

Description

本発明はショベル等の建設機械において、熱交換器を冷却するための空気流の排出構造を改良した冷却装置に関するものである。

ショベルを例にとって背景技術を説明する。

ショベルは、図９に示すように下部走行体１上に上部旋回体２が旋回自在に搭載され、この上部旋回体２のベースとなるアッパーフレーム３上にキャビン４を含む各種設備、機器が搭載されるとともに、同フレーム３の前部に作業アタッチメント(掘削アタッチメント)５、後端部にカウンタウェイト６がそれぞれ装着されて構成される。

なお、この明細書においては、キャビン４の位置を左側前部とし、これを基準に「前後」「左右」の方向性をいうものとする。

また、図及び説明の簡略化のために本発明と直接関係のないアッパーフレーム各部の構成及び機器配置に関する細かな図示、説明を省略する。

アッパーフレーム３の後部には、エンジン７が収容されるエンジンルーム８が設けられている。

図１０はこのエンジンルーム８内の機器配置と空気の流れを背面側から見た模式的断面図である。

同図に示すようにエンジンルーム８は、アッパーフレーム底板９を床として、パネル材等のエンジンガード部材１０(カウンタウェイト６もこのエンジンガード部材を兼ねる)で周囲を囲まれた左右方向に長い空間として形成され、エンジン７がこのエンジンルーム８内に左右方向に設置される。

エンジン７の片側(右側)には、エンジン冷却用のラジエータやオイルクーラ等の熱交換器１１と軸流式のファン１２とが設けられ、このファン１２の回転により、右側上面壁に設けられた吸気口１３から外気が取り込まれて熱交換器１１を通過し、これによって熱交換器１１が冷却される。

一方、エンジン７の反対側(左側)には油圧ポンプ１４が設けられるとともに、この油圧ポンプ１４からミスト状に漏洩・飛散した油がエンジン７(正確には図示しないマフラーを含む排気系)に降りかかることのないように、エンジン７と油圧ポンプ１４とを仕切る防火カバー１５が設けられる。１６はエンジンルーム８の左側上面壁に設けられた排気口である。

この構成において、ファン１２の回転中、ファン１２の下流側に、図１０中に矢印で示すようにファン回転方向の成分と遠心方向の成分とファン軸方向の成分が合成された空気流が生成される。

この空気流は、ファン下流側のほぼ全域に亘る長い距離を右から左に移動して左端の排気口１６から排出されるため、通過抵抗が大きいこと、及び乱流が発生し易いこと等から排出効率が悪いという問題があった。

一方、この問題を解決するための技術として、特許文献１，２に示されているように、エンジンルーム８の背面を形成するカウンタウェイト６の前面におけるファン後方の部位に上下方向に延びる溝(凹状通路)を設け、ファン１２から旋回／半径方向に吐出された空気をこの溝を通して直接捕集し、エンジンルーム外に排出する技術が提案されている。

特開２００５−３４４７号公報特開２００５−１４５１１４号公報

しかし、空気流は、実際には、上記のようにファン軸方向の成分によってファン下流側の全域を旋回しながら移動するにもかかわらず、上記公知技術では、ファン１２から旋回／半径方向に吐出された空気のみを捕捉して排出する構成をとっているため、ファン下流側の大半の領域を通る空気流は捕集できない。

また、溝の入口部分での通気抵抗が大きくなるため、風量性能も悪い。

これらの点で、公知技術によると、実際上、空気の排出効率の向上には至らない。

なお、公知技術において、風量性能を上げるために溝幅を大きくして空気流の捕捉範囲をファン軸方向に広げることは可能であるが、こうすると本来のカウンタウェイト機能が低下することから限界があるため、実効には至らない。

そこで本発明は、ファンの回転によって生成される空気流は、ファン回転方向及び遠心方向の成分に加えてファン軸方向の成分を含むという実情に合わせて、空気流を効率良く捕集し、排気効率を向上させることができる建設機械の冷却装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、エンジンルームに収容されたエンジンの片側に、熱交換器と、エンジンルーム外部から冷却用の空気を導入して上記熱交換器に通す軸流式のファンとを設け、上記ファンの回転により、ファンの回転方向、遠心方向、軸方向の各成分が合成された冷却用の空気流をエンジンまわりに生成するように構成した建設機械の冷却装置において、空気導入口と空気排出口を備えた排気ダクトを、エンジンに沿ってファン軸方向に延びる状態で上記エンジンルーム内に設け、この排気ダクトにより、ファン下流側の空気流をファン軸方向の一定範囲に亘る領域で導入してエンジンルーム外に排出するように構成し、上記排気ダクトを上記エンジンの前方または後方の下部に配置し、上記空気流をその旋回方向に合わせて上記ダクトの上から吸入して下から排出するように上記排気ダクトの上面に上記空気導入口、下面に上記空気排出口をそれぞれ設け、上記空気導入口は、上向きに開口しているものである。

この構成によれば、ファンの回転によって生成される、旋回しながらファン軸方向に移動する空気流をその移動方向の一定範囲に亘る領域で捕集できること、及び空気入口部分での通気抵抗が少ないことの二点により、ファンから旋回／半径方向に吐出される空気しか捕集できない公知技術と比較して、排気効率を格段に向上させることができる。

また、空気流をその旋回方向に合わせてダクトの上から吸入して下から排出する構成をとることにより、空気を少ない通気抵抗でスムーズに吸入、排出できるため、排気効率の点でさらに有利となる。

さらに、下から排出することで、エンジンルーム内から外部に漏れる機器騒音(エンジン音、ポンプ音)によって周囲に与える影響を抑えることができる。

この場合、上記排気ダクトを上記エンジンのほぼ全長に亘る領域に亘って設けるとともに、この排気ダクトのほぼ全長部分に空気導入口及び空気排出口を設けるのが望ましい(請求項２)。

こうすれば、ファン下流側でエンジンまわりを旋回しながらファン軸方向に移動する空気流をほぼエンジン全長域で捕集し排出できるため、排気効率が最良となる。

さらに本発明においては、機械のフレーム上に垂直な仕切り部材を上記エンジンとほぼ平行に設けて上記エンジンルームを区画形成し、前面が開放した枠状のダクト本体を上記仕切り部材の背面側に取付けることによって上記排気ダクトを構成するのが望ましい(請求項３)。

このように、エンジンガードの一部である仕切り部材を利用して排気ダクトを構成することにより、排気ダクトの部品点数と組立工数を減らしてコストダウンを実現することができる。

一方、本発明においては、上記ファンから最も遠い下流側で上記空気流を上記排気ダクトに導く導風板を設けるのが望ましい(請求項４，５)。

こうすれば、排気ダクトの域外に漏れようとする空気を最下流部分で導風板によって捕集できるため、漏れ空気による乱流の発生を抑え得ることと併せて排気効率の向上に寄与する。

この場合、上記エンジンのファンと反対側に油圧ポンプを設けるとともに、この油圧ポンプとエンジンとを仕切る防火カバーを設け、この防火カバーが上記導風板を兼ねるように、防火カバーに、上記空気流を導入する空気入口と、導入した空気流を上記排気ダクトに導く空気出口とを設けるのが望ましい(請求項５)。

このように、防火カバーを導風板として兼用する構成により、部品点数を節減できるとともに、スペースが限られたエンジンルーム内に導風板を無理なく設置することができる。

さらに本発明においては、上記排気ダクトを、上記空気導入口と空気排出口の間で少なくとも一つの曲げ部を備えた曲折状に形成するのが望ましい(請求項６，７)。

この構成によれば、曲折形状によって排気ダクト内での音の反射・減衰効果を高め得ること、及び排気ダクトを通じて外部に直接漏れる「直接音」を抑制できることにより、騒音低減効果が高いものとなる。

この場合、曲げ部を空気流の旋回方向に沿った曲げ形状とする(請求項７)ことにより、ダクト内での空気の流れを良くして排気効率を高めることができる。

本発明によると、空気流を効率良く捕集し、排気効率を向上させることができる。

ショベルを適用対象とした本発明の第１実施形態を模式的に示すショベル後部の平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。第１実施形態におけるショベル後部の概略斜視図である。第１実施形態における排気ダクトと防火カバーの概略斜視図である。本発明の第２実施形態を模式的に示す図３相当図である。第２実施形態における排気ダクトの概略斜視図である。本発明の適用対象であるショベルの全体概略側面図である。従来の冷却装置を示す図２相当図である。

本発明の実施形態を図１〜図８によって説明する。

実施形態は、背景技術の説明に合わせて、図９に示すショベルを適用対象としている。

実施形態において、次の点は図９，１０に示す従来技術と同じである。なお、図１〜図８に図示しない部分について、適宜、図９中の符号を引用する。

(Ａ) 上部旋回体２のアッパーフレーム後部に、エンジン７が収容されるエンジンルーム８が設けられている点。

(Ｂ) エンジンルーム８は、アッパーフレーム底板９を床として、パネル材等のエンジンガード部材１０(カウンタウェイト６もこのエンジンガード部材を兼ねる)で周囲を囲まれた左右方向に長い空間として形成され、エンジン７がこのエンジンルーム８内に左右方向に設置される点。

(Ｃ) エンジン７の片側(右側)には、エンジン冷却用のラジエータやオイルクーラ等の熱交換器１１と軸流式のファン１２とが設けられ、このファン１２の回転により、右側上面壁に設けられた吸気口１３から外気が取り込まれて熱交換器１１を通過することにより熱交換器１１が冷却される点。

(Ｄ) エンジン７の反対側(左側)には油圧ポンプ１４が設けられるとともに、この油圧ポンプ１４からミスト状に漏洩・飛散した油がエンジン７(正確には図示しないマフラーを含む排気系)に降りかかることのないように、エンジン７と油圧ポンプ１４とを仕切る防火カバー１７が設けられる点。

(Ｅ) ファン１２の回転中、熱交換器１１の下流側に、図１〜図４、図７中に矢印で示すようにファン回転方向の成分と遠心方向の成分とファン軸方向の成分が合成された空気流が生成される点。

第１実施形態(図１〜図６参照)
エンジンルーム８内におけるエンジン７の前方下部に、排気ダクト１８がエンジン７に沿ってファン軸方向(左右方向)に延びる状態で設けられている。

この排気ダクト１８は、ダクト本体１９と、エンジン前方の仕切り板２０とによって構成されている。

詳述すると、仕切板２０は、エンジンルーム８をアッパーフレーム後部に区画形成するための仕切り部材の一つとして、エンジン前方においてアッパーフレーム底板９上に左右方向ほぼ全幅に亘って立設されている。

ダクト本体１９は、前面壁１９ａと左右両側壁１９ｂ，１９ｃ(図の簡略化のため図５，６のみに符号を付している)とによって、前面及び上下両面が開放した左右に長い枠体として形成されている。

そして、このダクト本体１９がアッパーフレーム底板９上で仕切板２０の背面に取付けられることにより、上面側に空気導入口２１、下面側に空気排出口２２がそれぞれほぼダクト全長に亘って形成された排気ダクト１８が構成されている。

ここで、アッパーフレーム底板９には、排気ダクト１８の空気排出口２２に対応する部位にエンジンルーム下方に開口する排気口２３が設けられている。

こうして、エンジンまわりを移動する空気流を、排気ダクト１８内に上(空気導入口２１)から吸入して下(空気排出口２２及び排気口２３)から排出するように構成されている。

また、ダクト本体前面壁１９ａの前面右側端部、すなわち、ファン１２の前方部分であって空気流の最上流側の部分に、主として空気流のファン回転方向及び遠心方向の成分を導入し易くするための切欠２４(図５，６のみに符号を付している)が設けられている。

さらに、排気ダクト１８は、図３，４等に示すように下半部が後方に折れ曲がった側面視ほぼくの字形、つまりほぼ空気の旋回方向に沿った曲折形状とされている。

なお、排気ダクト１８の内面にグラスウール等の吸音材を設けてもよい。

また、排気ダクト１８は、空気流をファン軸方向のできるだけ広い流域範囲で捕集し得るように、図示のようにほぼエンジン全長またはそれ以上の範囲に亘って設けるのが望ましいが、機器レイアウトの関係等から制限を受ける場合には図示よりも短い範囲に設けてもよい。

請求項１中の「ファン軸方向の一定範囲」とは、公知技術のようにファン１２から旋回／半径方向に吐出される空気のみでなく、ファン下流側に移動する空気をも、エンジン全長またはそれに近い領域を含めて許容される最大限広い範囲で捕集し得る範囲をいう。

一方、防火カバー１７は、エンジン７に対して油圧ポンプ１４(図１，２に示す)を遮蔽する本来のポンプ遮蔽機能を果たしつつ、空気流を最下流側で排気ダクト１８に導く導風板としての機能をも果たすように構成されている。

すなわち、防火カバー１７は、背面から見て大略Ｌ字形のカバー本体１７ａの周囲に下向きの折り曲げ部１７ｂが一体に連設された、下面が開口する枠状に形成されている。

この防火カバー１７の前端部には、排気ダクト１８の空気導入口２１に向かって突出するガイド部２５が設けられ、同カバー１７の下面開口２６(図４のみに符号を付している)の後部から導入した旋回流を、このガイド部２５から排気ダクト１８の空気導入口２１に導くように構成されている。

なお、ガイド部２５は、図２に示すように空気導入口２１の左側端部に上から被さるように配置してもよいし、空気導入口２１の左側端部よりも少し左側に位置するように配置してもよい。

上記構成によると、排気ダクト１８により、ファン１２の回転によって生成される、旋回しながらファン軸方向に移動する空気流を、その移動方向の一定範囲に亘る領域(実施形態ではほぼエンジン全長に亘る領域)で捕集することができる。

また、排気ダクト１８のほぼ全長に亘って空気導入口２１を設けているため、この空気入口部分での通気抵抗が少ない。

この二点により、ファン１２から旋回／半径方向に吐出される空気しか捕集できない公知技術と比較して、排気効率を格段に向上させることができる。

また、第１実施形態によると、次の効果を得ることができる。

(ｉ) 排気ダクト１８をエンジン７の前方の下部に配置し、空気流を上から吸入して下から排出するように構成しているため、空気を少ない通気抵抗でスムーズに吸入、排出できるため、排気効率の点でさらに有利となる。

(ｉｉ) 捕集した空気をダクト下方に排出するため、エンジンルーム８内から外部に漏れる機器騒音(エンジン音、ポンプ音)によって周囲に与える影響を抑えることができる。

(ｉｉｉ) エンジンガードの一部である仕切り板２０を利用して排気ダクト１８を構成するため、排気ダクト１８の部品点数と組立工数を減らしてコストダウンを実現することができる。

(ｉｖ) 排気ダクト１８の域外に漏れようとする空気を、最下流部分で、防火カバー１７によって排気ダクト１８に捕集できるため、漏れ空気による乱流の発生を抑え得ることと併せて排気効率の向上に寄与する。

また、防火カバー１７を導風板として兼用するため、部品点数を節減できるとともに、スペースが限られたエンジンルーム内に導風板を無理なく設置することができる。

(ｖ) 排気ダクト１８を、側面視ほぼくの字形、すなわち、空気の旋回方向にほぼ沿った曲折形状に形成しているため、排気ダクト１８内での音の反射・減衰効果を高め得ること、及び排気ダクト１８を通じて外部に直接漏れる「直接音」を抑制できることにより、騒音低減効果が高いものとなるとともに、排気ダクト１８内での空気の流れを良くして排気効率を高めることができる。

第２実施形態(図７，８参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第２実施形態においては、排気ダクト２７が、左右に長い独立した箱体として構成され、第１実施形態と同様に、エンジンルーム８内におけるエンジン７の前方に左右方向に延びる状態で設置されている。

この排気ダクト２７は、上部及び下部がそれぞれ後向きに折れ曲がった曲折形状、すなわち、二つの曲げ部によってダクト全体が空気の旋回方向によりフィットする形状に形成され、後面上部に空気導入口２８、下面に空気排出口２９がそれぞれ形成されている。

また、この排気ダクト２７は、第１実施形態の排気ダクト１８よりも大きな高さ寸法をもって形成され、空気導入口２８がエンジン７の上部に臨む状態で設置されている。

このダクト構成をとれば、第１実施形態と基本的に同じ効果を得ながら、第１に、排気ダクト２７を、機械ごとのエンジンルーム８のサイズや機器レイアウト等に応じて最適の位置に配置できる利点がある。

第２に、空気流を、第１実施形態よりも高い位置で迎え入れるため、空気流をよりスムーズにかつ漏れなく捕集することができる。

第３に、二つの曲げ部を備えた曲折形状であるため、機器騒音の外部への漏洩を抑制する点の効果がより高いものとなる。

他の実施形態
(１) スペース及び機器レイアウト上問題がなければ、排気ダクト１８，２７をエンジン７の後方に設けてもよい。

(２) 防火カバー１７とは別に専用の導風板を空気流の下流側に設けてもよい。

(３) 本発明はショベルに限らず、ショベルを母体として構成される解体機や破砕機等、アッパーフレーム後部に形成されたエンジンルームにエンジンが設置されるとともに、このエンジンの片側に熱交換器とファンが配置され、ファンの回転によってエンジンまわりを旋回しながらファン軸方向に移動する空気流が生成される建設機械に広く適用することができる。

３アッパーフレーム(機械のフレーム)
７エンジン
８エンジンルーム
９アッパーフレーム底板
１０エンジンガード部材
１１熱交換器
１２ファン
１３吸気口
１４油圧ポンプ
１７防火カバー
１８排気ダクト
１９排気ダクトを構成するダクト本体
２０同、仕切板
２１排気ダクトの空気導入口
２２空気排出口
２３排気口
２７排気ダクト
２８空気導入口
２９空気排出口

Claims

エンジンルームに収容されたエンジンの片側に、熱交換器と、エンジンルーム外部から冷却用の空気を導入して上記熱交換器に通す軸流式のファンとを設け、上記ファンの回転により、ファンの回転方向、遠心方向、軸方向の各成分が合成された冷却用の空気流をエンジンまわりに生成するように構成した建設機械の冷却装置において、空気導入口と空気排出口を備えた排気ダクトを、エンジンに沿ってファン軸方向に延びる状態で上記エンジンルーム内に設け、この排気ダクトにより、ファン下流側の空気流をファン軸方向の一定範囲に亘る領域で導入してエンジンルーム外に排出するように構成し、
上記排気ダクトを上記エンジンの前方または後方の下部に配置し、上記空気流をその旋回方向に合わせて上記ダクトの上から吸入して下から排出するように上記排気ダクトの上面に上記空気導入口、下面に上記空気排出口をそれぞれ設け、
上記空気導入口は、上向きに開口していることを特徴とする建設機械の冷却装置。
上記排気ダクトを上記エンジンのほぼ全長に亘る領域に亘って設けるとともに、この排気ダクトのほぼ全長部分に空気導入口及び空気排出口を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装置。
機械のフレーム上に垂直な仕切り部材を上記エンジンとほぼ平行に設けて上記エンジンルームを区画形成し、前面が開放した枠状のダクト本体を上記仕切り部材の背面側に取付けることによって上記排気ダクトを構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械の冷却装置。
上記ファンから最も遠い下流側で上記空気流を上記排気ダクトに導く導風板を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置。
上記エンジンのファンと反対側に油圧ポンプを設けるとともに、この油圧ポンプとエンジンとを仕切る防火カバーを設け、この防火カバーが上記導風板を兼ねるように、防火カバーに、上記空気流を導入する空気入口と、導入した空気流を上記排気ダクトに導く空気出口とを設けたことを特徴とする請求項４記載の建設機械の冷却装置。
上記排気ダクトを、上記空気導入口と空気排出口の間で少なくとも一つの曲げ部を備えた曲折状に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置。
上記曲げ部を空気流の旋回方向に沿った曲げ形状としたことを特徴とする請求項６記載の建設機械の冷却装置。