JPH10141059A - エンジン冷却装置及び建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジン側の密閉度を向上して騒音を十分に低
減でき、かつ、電装品等に対する十分な冷却を行うこと
ができるエンジン冷却装置を提供する。 【解決手段】第１の冷却風５０は、冷却風取り入れ口７
ａからエンジン室１に入り、インタークーラー６ａ・オ
イルクーラー６ｂ・ラジエーター６ｃを過ぎた後に吸い
込み管８ａで絞られ、遠心ファン４に入って外周方向に
吹き出す。第２の冷却風５１は、冷却風取り入れ口７ｂ
を通ってエンジン室１に入り、エンジン５、オルタネー
ター１０、及びオイルパン１４を冷却し、吸い込み管８
ｂで絞られて遠心ファン４に入って外周方向に吹き出
す。遠心ファン４は、第１の羽根車部分４ｂＬの有効幅
Ｌ1と第２の羽根車部分４ｂＲの有効幅Ｌ2との比Ｌ1：
Ｌ2＝２：０．５〜２：１．５となるように構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却装
置に係わり、例えば、自動車や建設機械に搭載されるエ
ンジン冷却装置及びこれを用いた建設機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のエンジン冷却装置に関する公知
技術として、例えば、以下のものがある。 特開平５-２８８０５３号公報 この公知技術は、建設機械のエンジン冷却部において、
エンジンのクランク軸にファンベルトを介し連結された
軸流ファンにより冷却風を熱交換器に供給するものであ
る。 特開平５-２４８２３９号公報 この公知技術は、トラクタ等作業車のエンジン冷却部に
おいて、冷却風を供給するファンとして遠心ファンを使
用することにより冷却性能の向上を図るものである。 特開平５−２４８２４２号公報 この公知技術においては、１つの遠心ファンによって、
農機正面から取り入れられラジエーターを通過した冷却
風が遠心ファンの正面から吸い込まれる一方、遠心ファ
ンの後方にあるエンジン室からの冷却風が遠心ファンの
背面側から吸い込まれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公知技術において
は、以下の課題が存在する。一般に、エンジン室内にお
いて、ラジエーター、オイルクーラー等の熱交換器を冷
却するために要求される空冷能力に比べて、エンジン外
部を冷却するために必要な空冷能力は小さくて済む。こ
のため、上記公知技術及びでは、エンジン室外部か
ら導入した低温の冷却風でラジエーター等の熱交換器を
冷却した後、その冷却により高温となった冷却風をその
ままエンジン側に流入させてエンジン側を冷却する構造
となっている。しかし、熱交換器側の冷却に必要な大風
量がエンジン側に設けた排気口からそのまま排出される
ため、排気口の開口部面積が大きくならざるを得ず、最
も大きな騒音源であるエンジン側の密閉度が低下する。
すなわち、騒音の面で問題ある構造となっている。ま
た、通常、エンジン室内におけるエンジンの周囲には数
多くの電装品等が搭載されているが、公知技術及び
では、上述したようにラジエーター等の熱交換器を冷却
して高温となった冷却風が電装品の周囲を流れるので、
電装品に対する冷却効果が低くなり、電装品の信頼性の
面で問題となる。

【０００４】一方、公知技術では、エンジンまわりの
電装品を冷却する冷却風は、ラジエータを通過する冷却
風とは別の流路となるので、ラジエーター冷却後の高温
冷却風は電装品には導かれず、上記の課題は生じない。
しかしながら、上記公知技術は、以下に示す別の課題
を有する。すなわち、公知技術の遠心ファンは、機能
的には、ラジエーター側及びエンジン側の両方向から冷
却風を吸い込む両吸い込み遠心ファンのように図示され
ている。しかし実質的には、１つの羽根車を備えた１つ
の片吸い込み遠心ファンであり、羽根車は、ラジエータ
ー側の空気を積極的に吸い込んで冷却風を誘起するが、
エンジン側の空気に関しては、ファン背面側に隙間を設
けてその隙間から負圧により空気を流入させているに過
ぎず、積極的に吸い込みを行い冷却風を誘起する構造と
はなっていない。このような構造では、ラジエーター側
からの冷却風に対しエンジン側の冷却風量が極めて少な
く、電装品等の冷却を十分行うことができない。

【０００５】このような課題を解決すべく、本願発明者
等は、特願平７−２７１１１７号（出願日：１９９５年
１０月１９日）において、エンジンが内設されたエンジ
ン室内に設けられ、前記エンジンの冷却水を冷却するラ
ジエーターを含む少なくとも１つの熱交換器と、回転軸
が前記エンジンの駆動力によって回転されることによ
り、前記熱交換器、前記エンジン、及びこのエンジンの
周囲に設けられた電装品を冷却する冷却風を誘起する少
なくとも１つの冷却ファンとを有するエンジン冷却装置
において、前記少なくとも１つの冷却ファンは、第１の
空気取り入れ口から前記エンジン室内に取り入れられ前
記熱交換器のうち少なくとも１つを冷却する第１の冷却
風と、第２の空気取り入れ口から前記エンジン室内に取
り入れられ前記エンジン及び電装品を冷却する第２の冷
却風とを誘起することを特徴とするエンジン冷却装置を
提唱した。しかし、上記エンジン冷却装置は、熱交換器
側を冷却する第１の冷却風とエンジン側を冷却する第２
の冷却風との風量バランスを考慮し、前述したような熱
交換器側に必要な冷却能力とエンジン側に必要な冷却能
力との差に応じてそれぞれの風量を適性化することにつ
いて言及されていない。したがって、第１の冷却風と第
２の冷却風との風量バランスを適性化し、この風量バラ
ンスに応じて、エンジン側の空気取り入れ口の大きさを
縮小することにより密閉度を向上して騒音低減を図る点
で改善の余地がある。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、その目的は、エンジン側の密閉度を向上して騒音を
十分に低減でき、かつ、電装品等に対し十分な冷却を行
うことができるエンジン冷却装置及び建設機械を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、エンジンが内設されたエンジン室
内に設けられ、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエ
ーターを含む少なくとも１つの熱交換器と、回転軸が回
転されることにより、前記熱交換器、前記エンジン、及
びこのエンジンの周囲に設けられた電装品を冷却する冷
却風を誘起する冷却ファンとを有するエンジン冷却装置
において、前記冷却ファンは、第１の空気取り入れ口か
ら前記エンジン室内に取り入れられ前記熱交換器を冷却
する第１の冷却風と、第２の空気取り入れ口から前記エ
ンジン室内に取り入れられ前記エンジン及び電装品を冷
却する第２の冷却風とを誘起する遠心型二重羽根車構造
の遠心ファンであり、該遠心ファンの二重羽根車構造
は、誘起する前記第１及び第２の冷却風の風量をそれぞ
れＷ1及びＷ2としたとき、Ｗ1：Ｗ2＝２：０．５〜２：
１．５となるように構成されていることを特徴とするエ
ンジン冷却装置が提供される。すなわち、遠心型二重羽
根車構造のうちの一方の羽根車で誘起される第１の冷却
風は、第１の空気取り入れ口からエンジン室内に取り入
れられて熱交換器を冷却した後、回転軸の一端側から第
１の羽根車に吸い込まれて外周方向に吹き出される。ま
た、遠心型二重羽根車構造のうちの他方の羽根車で誘起
される第２の冷却風は、第２の空気取り入れ口からエン
ジン室内に取り入れられてエンジン及びその周囲の電装
品等を冷却した後、回転軸の他端側から第２の羽根車に
吸い込まれて外周方向に吹き出される。これにより、エ
ンジン側を冷却する第２の冷却風の冷却流路を、熱交換
器を冷却する第１の冷却風の冷却流路から分離すること
ができる。ここで、エンジンの全発熱量のうち、ラジエ
ーター水の冷却によって失われる熱量が約３０％、エン
ジン外壁から輻射熱として失われる熱量が約１５％であ
ることが知られている。前者はラジエーターにおいて第
１の冷却風が冷却する熱量にほぼ相当し、後者はエンジ
ン外部において第２の冷却風が冷却する熱量にほぼ相当
する。このように、冷却する熱量が冷却風量にほぼ比例
するため、二重羽根車構造を、第１の冷却風量Ｗ1と第
２の冷却風量Ｗ2との比がＷ1：Ｗ2＝２：１となるよう
に構成するのが熱量バランスの上で最適である。そのた
めには、例えば二重羽根車構造のうち、第１の羽根車の
有効幅と第２の羽根車の有効幅との比を２：１とすれば
よい。これにより、第１の冷却風と第２の冷却風との風
量バランスが最適化され、第２の冷却風の風量をエンジ
ン側の冷却に必要かつ十分な風量とすることができる。
そして、エンジン側に設けられる第２の冷却風を取り入
れる開口部、すなわち第２の空気取り入れ口の大きさを
小さくすることができるので、騒音を十分に低減するこ
とができる。また、このように風量バランスが最適化さ
れることにより、必要以上に冷却ファンの回転数を上げ
る必要がなくなるので、これによっても、騒音を低減す
ることができる。さらに、冷却ファンの回転による消費
馬力のロスを最小限に抑えることができ、燃費の低下を
防止することができる。また、第２の冷却風量Ｗ2が過
多となることによるエンジンの過冷却を防止できる。但
し、第１の冷却風が通過する熱交換器側流路と第２の冷
却風が通過するエンジン側流路における抵抗の違いや、
製造誤差等に起因する実機でのばらつき等を考慮する
と、第１の冷却風量Ｗ1と第２の冷却風量Ｗ2との比をＷ
1：Ｗ2＝２：０．５〜２：１．５としてもよい。すなわ
ち例えば、二重羽根車構造のうち、第１の羽根車の有効
幅と第２の羽根車の有効幅との比を２：０．５〜２：
１．５とすればよい。そして、エンジン側を冷却する第
２の冷却風の冷却流路が、熱交換器を冷却する第１の冷
却風の冷却流路と異なる経路となることにより、従来の
ように熱交換器を冷却した後の高温空気が電装品等の周
囲を流れることがなくなる。したがって、電装品等に対
する冷却効果を向上させることができるので、電装品等
の信頼性を向上させることができる。

【０００８】また好ましくは、前記エンジン冷却装置に
おいて、前記遠心ファンの二重羽根車構造は、前記回転
軸に固定されたハブに固定され、該回転軸の一端側から
前記第１の冷却風を吸い込み外周方向に吹き出す第１の
羽根車部分と、前記ハブの前記第１の羽根車部分と反対
側に固定され、前記回転軸の他端側から前記第２の冷却
風を吸い込み外周方向に吹き出す第２の羽根車部分とか
らなる両吸い込み型の１つの羽根車を備えており、か
つ、前記第１の羽根車部分の有効幅をＬ1、前記第２の
羽根車部分の有効幅をＬ2としたとき、Ｌ1：Ｌ2＝２：
０．５〜２：１．５となるように構成されていることを
特徴とするエンジン冷却装置が提供される。

【０００９】また好ましくは、前記エンジン冷却装置に
おいて、前記遠心ファンの二重羽根車構造は、前記回転
軸に固定された第１のハブに固定され、該回転軸の一端
側から前記第１の冷却風を吸い込み外周方向に吹き出す
片吸い込み型の第１の羽根車と、前記回転軸に固定され
た第２のハブに固定され、該回転軸の他端側から前記第
２の冷却風を吸い込み外周方向に吹き出す片吸い込み型
の第２の羽根車とを備えており、かつ、前記第１の羽根
車の有効幅をＬ3、前記第２の羽根車の有効幅をＬ4とし
たとき、Ｌ3：Ｌ4＝２：０．５〜２：１．５となるよう
に構成されていることを特徴とするエンジン冷却装置が
提供される。

【００１０】また好ましくは、前記エンジン冷却装置に
おいて、前記遠心ファンの出口部分近傍にスパイラルケ
ースを設けたことを特徴とするエンジン冷却装置が提供
される。このように、遠心ファン出口部近傍にスパイラ
ルケースを設けたことにより、冷却風排出路での流路抵
抗を最小限に抑えることができ、高温化した冷却風をス
ムーズに外部へ放出することができる。これによりファ
ン効率が向上し、回転数を上げることなく大風量化を図
ることができる。

【００１１】さらに好ましくは、前記エンジン冷却装置
において、前記スパイラルケース内面の少なくとも一部
分に、吸音材を設置したことを特徴とするエンジン冷却
装置が提供される。これにより、主たる騒音源の１つで
ある遠心ファンからの騒音を吸音材で吸収できるので、
エンジン室全体の静音化を効果的に図ることができる。

【００１２】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、エンジン室内に設けられたエンジンと、このエ
ンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポン
プから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエー
タと、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエーターを
含む少なくとも１つの熱交換器、及び、回転軸が回転さ
れることにより前記熱交換器・前記エンジン・このエン
ジンの周囲に設けられた電装品を冷却する冷却風を誘起
する冷却ファンを備えたエンジン冷却装置とを有する建
設機械において、前記冷却ファンは、第１の空気取り入
れ口から前記エンジン室内に取り入れられ前記熱交換器
を冷却する第１の冷却風と、第２の空気取り入れ口から
前記エンジン室内に取り入れられ前記エンジン及び電装
品を冷却する第２の冷却風とを誘起する遠心型二重羽根
車構造の遠心ファンであり、該遠心ファンの二重羽根車
構造は、誘起する前記第１及び第２の冷却風の風量をそ
れぞれＷ1及びＷ2としたとき、Ｗ1：Ｗ2＝２：０．５〜
２：１．５となるように構成されていることを特徴とす
る建設機械が提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のエンジン冷却装置
の実施形態を図に基づいて説明する。以下に示す実施形
態は、いずれも、エンジンによって駆動される油圧ポン
プと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動
されるアクチュエータとを有する油圧ショベルのエンジ
ン室に設けられるエンジン冷却装置の実施形態である。
本発明の第１の実施形態を図１〜図５により説明する。
図１は、本実施形態のエンジン冷却装置が適用されるエ
ンジン室の断面図である。この図１に示すように、本実
施形態によるエンジン冷却装置は、エンジン５が内設さ
れたエンジン室１内に設けられており、エンジン５への
燃焼用空気を予冷するインタークーラー６ａと、油圧シ
ョベルの作動油を冷却するオイルクーラー６ｂと、エン
ジン５の冷却水を冷却するラジエーター６ｃと、エンジ
ン５のクランク軸２からの動力が伝達されるファンベル
ト３により駆動される遠心ファン４と、冷却風５０，５
１（後述）を遠心ファン４の２つの吸い込み口へそれぞ
れ導く吸い込み管８ａ，８ｂとを備えている。なお、エ
ンジン室１内の上部・下部壁面には、外気を取り入れる
ための第１の空気取り入れ口、例えば冷却風取り入れ口
７ａと、第２の空気の取り入れ口、例えば冷却風取り入
れ口７ｂと、排気のための排気口９が設けられ、エンジ
ン５近傍には、オルタネーター１０等の電装品が設置さ
れている。

【００１４】図２は、遠心ファン４の詳細構造を表す図
１中II−II線位置からの矢視図（但し吸い込み管８ａは
省略）であり、図３は図２中III−III線断面位置に相当
する遠心ファン４の成形用抜き型１１ａ，１１ｂの断面
図であり、図４は図２中IV−IV線断面位置に相当する遠
心ファン４の成形用抜き型１１ａ，１１ｂの断面図であ
る。なお図３及び図４には、遠心ファン４の各部位との
対応を分かりやすくするために、成形空洞の対応する部
分に同じ符号を付している。図１〜図４において、遠心
ファン４は、遠心型の羽根車構造を２つ備えた遠心型二
重羽根車構造となっており、回転軸４ｈに固定されるハ
ブ板４ａと、このハブ板４ａに固定された両吸い込み型
の１つの羽根車４ｂとを備えている。この羽根車４ｂ
は、ハブ板４ａを挟んで両側に設けられ複数枚の羽根を
それぞれ備えた第１の羽根車部分４ｂＬ及び第２の羽根
車部分４ｂＲから形成されており、第１の羽根車部分４
ｂＬには回転シュラウド４ｇが設けられている。そして
両側の吸込口４ｄ，４ｅから吸い込んだ空気を外周方向
の吹き出し口４ｆから吹き出すようになっている。ま
た、第１の羽根車部分４ｂＬの有効幅Ｌ1と第２の羽根
車部分４ｂＲの有効幅Ｌ2との比Ｌ1：Ｌ2＝２：０．５
〜２：１．５となるように構成されている。

【００１５】そしてさらに、ハブ板４ａの直径Ｄｈが、
回転シュラウド４ｇのある第１の羽根車部分４ｂＬの吸
い込み口径Ｄ１よりも小さく、これにより、遠心ファン
４は、型１１ａ，ｂによる一体成形が可能な構造となっ
ている。例えば、まず型１１ｂの口径Ｄ１の開口を介し
型１１ｂ中に口径Ｄｈの鉄心からなるハブ板４ａを載置
した後、型１１ａを重ね合わせ、図示しない注入口を介
して樹脂を注入し、インジェクション成形を行う。すな
わち、第２の羽根車部分４ｂＲ、第１の羽根車部分４ｂ
Ｌのうちハブ板４ａ外径Ｄｈよりも外側の部分、及び回
転シュラウド４ｇのエンジン５側端面４ｇＲを、図３中
右側からの抜き型１１ｂで押圧成形できるとともに、第
１の羽根車部分４ｂＬのうちハブ板４ａよりも内側部
分、第１の羽根車部分４ｂＬのうちハブ板４ａ外径Ｄｈ
よりも外側の部分の前縁部、及び回転シュラウド４ｇの
ラジエーター６ｃ側端面４ｇＬを、図３中左側からの抜
き型１１ａで押圧成形することができる。このように一
体成形可能な構造とすることにより、ファンの製造コス
トが大幅に低減される。

【００１６】以上のように構成した本実施形態の作用を
以下、順次説明する。 （１）冷却流路分離及び風量バランス適性化作用 図１において、冷却風の流路は、遠心ファン４から見て
ラジエーター６ｃ側と、エンジン５側との２つが形成さ
れる。すなわち、ラジエーター６ｃ側の流路を通過する
第１の冷却風５０は、エンジン室１外部から冷却風取り
入れ口７ａを通ってエンジン室１に入り、インタークー
ラー６ａ・オイルクーラー６ｂ・ラジエーター６ｃ等の
熱交換器を冷却した後に吸い込み管８ａによって絞ら
れ、遠心ファン４に導かれる。そして、遠心ファン４の
外周方向に吹き出した後、エンジン室１上部の排気口９
から外部に排出される。またエンジン５側の流路を通過
する第２の冷却風５１は、エンジン室１外部から冷却風
取り入れ口７ｂ，７ｂを通ってエンジン室１に入り、エ
ンジン５、オルタネーター１０等の各種電装品、及びオ
イルパン１４の周囲を流れながらそれらを冷却する。そ
して、吸い込み管８ｂによって絞られて遠心ファン４に
導かれた後、遠心ファン４の外周方向に吹き出し、上記
したラジエーター６ｃ側の第１の冷却風５０とともにエ
ンジン室１上部の排気口９から外部に排出される。した
がって、エンジン５及びオルタネーター１０等の電装品
を冷却する第２の冷却風５１の流路と、インタークーラ
ー６ａ・オイルクーラー６ｂ・ラジエーター６ｃ等の熱
交換器を冷却する第１の冷却風５０の流路とを分離する
ことができる。

【００１７】一方、図５は、エンジンの全発熱量に対
し、馬力として得られる部分及び各種損失となって失わ
れる部分の内訳を示したものである（内燃機関ハンドブ
ック(朝倉書店)による）。図示のように、通常、エンジ
ンの全発熱量のうち正味馬力として消費される割合は約
３０％、ラジエーター水の冷却によって失われる割合が
約３０％、エンジン外壁から排気熱及び輻射熱として失
われる割合が約３３％を占めることが知られている。こ
こで、後者の３３％のうち輻射熱がどれだけを占めるか
については、例えば以下のようにして算出することがで
きる。一般に、エンジンにおける全発熱量と馬力との関
係は、次の基本式で表される。

【００１８】Ｑ＝Ｎｅ×ｂ×Ｈｕ／６０ 但し、 Ｑ：冷却水放熱量［kcal/min］ Ｎｅ：馬力［PS］ ｂ：燃費率［kg/PSHr］ Ｈｕ：燃料の低発熱量（＝10500［kcal/kg］） 例えば、代表的な燃費率を170[g/PSh]として、上記基本
式によりエンジン全発熱量Ｑを求めてみると、 Ｑ＝10500[kcal/kg]×170×10−３[kg/PSh]×135[PS] ＝240975[kcal/h] となる。そして、上述したように排気熱・輻射熱の割合
は３３％であるから、 （排気熱・輻射熱）＝240975×0.33＝79522[kcal/h] … 一方、サイレンサーから排出される排気熱は、典型例と
して排気温度300℃、外気温度20℃、流速313[m３/s],比
重0.956[kg/m３]とすると、 （排気熱）＝0.24[kcal/kg・deg]×(300-20)[deg]×313[m３/s] ×0.596[kg/m３]×3600[s] ＝45230[kcal/h] … となる。したがって、及びにより、輻射熱は （輻射熱）＝79522−45230 ＝34291[kcal/h] となり、これは上記Ｑ（＝240975[kcal/h]）の約１４．
２％に相当している。すなわち、エンジンの全発熱量の
うち、ラジエーター水の冷却によって失われる割合が約
３０％、エンジン外壁から輻射熱として失われる割合が
約１４．２％となる。

【００１９】これを本実施形態のエンジン５に当てはめ
てみると、前者はラジエーター６ｃにおいて第１の冷却
風５０が冷却する発熱量にほぼ相当し、後者はエンジン
５の外部において第２の冷却風５１が冷却する発熱量に
ほぼ相当する。したがって、冷却する発熱量が冷却風量
にほぼ比例するため、遠心ファン４の二重羽根車構造
を、第１の冷却風５０の風量Ｗ1と第２の冷却風５１の
風量Ｗ2との比がＷ1：Ｗ2＝３０：１４．２≒２：１と
なるように構成するのが熱量バランスの上で最適であ
る。そしてこのような割合とすることにより、第１の冷
却風５０と第２の冷却風５１の風量バランスを最適化
し、第２の冷却風５１の風量をエンジン５側の冷却に必
要かつ十分な風量とすることができる。但し、第１の冷
却風５０が通過する熱交換器６側流路と第２の冷却風５
１が通過するエンジン５側流路における通風抵抗の違い
や、製造誤差等に起因する実機でのばらつき等を考慮す
ると、第１の冷却風５０の風量Ｗ1と第２の冷却風５１
の風量Ｗ2との比をＷ1：Ｗ2＝２：０．５〜２：１．５
とするのが適正範囲となる。したがって、本実施形態に
おいては、第１の羽根車部分４ｂＬの有効幅Ｌ1と第２
の羽根車部分４ｂＲの有効幅Ｌ2との比Ｌ1：Ｌ2＝２：
０．５〜２：１．５とすることで、第１及び第２の冷却
風５０，５１の風量バランスを適正化することができ
る。そして、これにより、この第２の冷却風５１を取り
入れる開口部である冷却風取り入れ口７ｂの大きさを小
さくすることができるので、騒音を十分に低減すること
ができる。また、このように風量バランスが最適化され
ることにより、必要以上にファン回転数を上げる必要が
なくなるので、これによっても、騒音を低減することが
できる。さらに、遠心ファン４の回転による消費馬力の
ロスを最小限に抑えることができ、燃費の低下を防止す
ることができる。また、第２の冷却風５１の風量Ｗ2が
過多となることによるエンジン５の過冷却を防止でき
る。

【００２０】また上記作用に加え、上記したように、エ
ンジン５及びオルタネーター１０等の電装品を冷却する
第２の冷却風５１の冷却流路が、インタークーラー６ａ
・オイルクーラー６ｂ・ラジエーター６ｃ等の熱交換器
６を冷却する第１の冷却風５０の冷却流路と異なる経路
となることにより、従来のように熱交換器を冷却した後
の高温空気が電装品等の周囲を流れることがなくなる。
したがって、電装品１０等に対する冷却効果を向上させ
ることができるので、電装品１０等の信頼性を向上させ
ることができる。さらにエンジン５の空冷効果が高まる
ことから、エンジン冷却全体に占める水冷の割合を下げ
ることができ、これによりラジエーター６ｃへ要求され
る冷却性能を下げることができるので、ラジエーター６
ｃの小型化・低コスト化を図れる。

【００２１】さらに、軸流ファンを用いた従来構造で
は、軸流ファンから吹き出した冷却風がファン下流側に
配置されたエンジンを冷却していたので、ファン回転に
より旋回成分を含んだ冷却風の流れがエンジンやその周
囲部材の複雑な形状に衝突して局所的に逆流が生じ、そ
の分冷却風の円滑な流れを阻害していた。これに対して
本実施形態の冷却装置においては、エンジン５が遠心フ
ァン４の上流側に配置されることにより、旋回成分を含
まない第２の冷却風５１が、エンジン５表面やエンジン
５下方のオイルパン１４表面に添って遠心ファン４方向
へと流れることになるので、従来のような逆流の発生を
低減することができる。

【００２２】（２）遠心ファン及び回転シュラウドによ
る高圧化・大風量化作用 近年、エンジン室は、本実施形態のエンジン室１のよう
なインタークーラー６ａの採用や、騒音低減のためのエ
ンジン室密閉度向上・コンパクト化等の要求により、冷
却流路の抵抗が増大する傾向がある。そして、このよう
な傾向にもかかわらず従来と同等の流量が要求されてい
ることから、冷却ファンの大風量化・高圧力化の必要が
生じている。ここで本実施形態のエンジン冷却装置にお
いては、ファンとして遠心ファン４を用いることによ
り、軸流ファン・斜軸流ファンを用いる場合に比べ、同
一外径かつ同一回転数においては大風量化・高圧力化を
図ることができ、これによっても騒音を低減できる。こ
のことを図６を用いて説明する。図６は、同一外径かつ
同一回転数とした場合において、軸流ファンと遠心ファ
ンとのファン特性の一例を比較した図であり、横軸が流
量、縦軸が静圧を表している。「軸流ファン」及び「遠
心ファン」の特性曲線は、それぞれ軸流ファン及び遠心
ファン単体の特性（すなわち流路中に配置せず測定した
ファン単独の特性）を示しており、２つの抵抗曲線，
はエンジン室における冷却流路単体の特性（流路構造
により一意的に定まる特性）を示している。そして、フ
ァンの特性曲線と抵抗曲線との交点が、該当するファン
を該当する流路に配置した場合の動作点であり、その場
合に得られる圧力及び流量を表す。なお、抵抗曲線，
のうち、抵抗曲線が従来のエンジン室における冷却
流路抵抗を表しており、抵抗曲線が、インタークーラ
ー採用や騒音低減のためのエンジン室密閉度向上・コン
パクト化等の要求に対応した近年のエンジン室における
冷却流路の特性を表している。

【００２３】まず、従来のエンジン室において軸流ファ
ンを用いる場合は、流量及び静圧は、「軸流ファン」の
特性曲線と抵抗曲線との交点Ａとなり、それぞれＱpr
op1，Ｐprop1となる。これに対し、遠心ファンを用いた
とすると、流量及び静圧は、「遠心ファン」の特性曲線
と抵抗曲線との交点Ｂで表されるＱturbo1，Ｐturbo1
となる。すなわち、遠心ファンは、同一外径かつ同一回
転数では、遠心力作用（詳細は後述）によって軸流ファ
ンに比べて高圧化かつ大風量化が可能であるという性質
を持つ。ここで、近年のエンジン室に対して従来の軸流
ファンをそのまま適用したとすると、流量及び静圧は、
「軸流ファン」の特性曲線と抵抗曲線との交点Ｃで表
されるＱprop2，Ｐprop2となり、静圧は従来のエンジン
室における前述のＰprop1に比べて大きくなり高圧化が
図られるものの、流量は従来のエンジン室における前述
のＱprop1よりも小さくなってしまう。したがって、従
来のＱprop1と同等の流量を得ようとする場合には回転
数を上げざるを得ず、結果として騒音が大きくなる。こ
れに対し、遠心ファンを適用した場合は、流量及び静圧
を、「遠心ファン」の特性曲線と抵抗曲線との交点Ｄ
で表されるＱturbo2（≒Ｑprop1），Ｐturbo2とするこ
とができるので、従来のエンジン室における軸流ファン
の流量Ｑprop1とほぼ同程度の流量を確保するととも
に、従来のエンジン室における軸流ファンの静圧Ｐprop
1に比べて２倍以上の高圧化を図ることができる。

【００２４】このような遠心ファンの特性は、例えば以
下のように説明できる。すなわち、一般に、ファンの理
論圧力上昇Ｐthは次式で表される。 Ｐth＝Ｐ（ｕ２２−ｕ１２）／２＋Ｐ（ｖ２２−ｖ１
２）／２＋Ｐ（ｗ２２−ｗ１２）／２ なお、ｕはファンの周速、ｖは流れの絶対速度、ｗは流
れの相対速度を表しており、添字１，２はそれぞれ、フ
ァン入口及び出口での値であることを表している。上式
において、右辺第１項のＰ（ｕ２２−ｕ１２）／２が遠
心力の効果を表しており、右辺第２項のＰ（ｖ２２−ｖ
１２）／２が運動エネルギの変化（動圧上昇）を表して
おり、右辺第３項のＰ（ｗ２２−ｗ１２）／２が流路で
の減速による効果（静圧上昇）を表している。ここで、
第１項について考えると、軸流ファンはファン入口と出
口とが同径であることからｕ１＝ｕ２となって第１項＝
０となるのに対し、遠心ファンはファン出口の方がファ
ン入口よりも大径であるので、第１項の遠心力の効果が
最大限生かされる。したがって、遠心ファンのほうが軸
流ファンよりも高圧化を図ることができ、ひいては大流
量化も容易に図ることができる。なお、以上は軸流ファ
ンとの対比において遠心ファンの特性を説明したが、斜
軸流ファンとの対比においても同様のことが成り立つ。
本実施形態においては、冷却ファンとして遠心ファン４
を用いることにより、同一外径かつ同一回転数で軸流フ
ァン・斜軸流ファンよりも大風量化・高圧力化を図るこ
とができる。したがって、冷却流路の抵抗が増大してい
る近年のエンジン室で従来と同等の流量を確保するため
に大風量化・高圧力化を図る場合にも、軸流ファン・斜
軸流ファンのように回転数を増大させる必要がなく、こ
れによってさらに騒音を低下させることができる。また
このとき、第１の羽根車部分４ｂＬに回転シュラウド４
ｇが設けられていることにより、吸い込み管８ａと第１
の羽根車部分４ｂＬとの間の隙間から径方向に冷却風が
洩れるのを防止し、ファン効率を向上させることができ
る。したがって、これによっても騒音をさらに低下させ
ることができる。

【００２５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、エンジン５側を冷却する第２の冷却風５１の冷却流
路を、熱交換器６側を冷却する第１の冷却風５０の冷却
流路から分離するとともに、このときの第１の冷却風５
０と第２の冷却風５１の風量バランスを最適化し、この
第２の冷却風５１を取り入れる冷却風取り入れ口７ｂの
大きさを縮小することができるので、エンジン５側の密
閉度を向上し、騒音を十分に低減することができる。ま
た、従来のように、熱交換器６を冷却した後の高温空気
が電装品１０等の周囲を流れることがなくなるので、電
装品１０等に対する冷却効果を向上させることができ、
電装品１０等の信頼性を向上させることができる。

【００２６】なお、上記実施形態においては、第１の冷
却風５０でインタークーラー６ａ・オイルクーラー６ｂ
・ラジエーター６ｃ等の熱交換器を冷却し、第２の冷却
風５１でオルタネータ１０等の電装品、エンジン５、及
びオイルパン１４を冷却していたが、これらの冷却対象
物の冷却風流路への配分は、これに限られない。すなわ
ち、少なくとも、第１の冷却風５０でラジエーター６ｃ
を冷却し、第２の冷却風５１でエンジン５を冷却すれば
足り、例えば熱交換器のうちラジエーター６ｃ以外のイ
ンタークーラー６ａやオイルクーラー６ｂをエンジン５
側の吸い込み口７ｂの下流側に配置して第２の冷却風５
１で冷却するように構成してもよい。この場合も、同様
の効果を得ることができる。また、上記実施形態におい
ては、第１の羽根車部分４ｂＬに回転シュラウド４ｇを
設けたが、冷却風取り入れ口７ｂの大きさを縮小して騒
音を低減するとともに、電装品等の空冷効果を向上させ
るという目的のみにおいては、必ずしも回転シュラウド
４ｇを設けなくてもよい。また逆に、第１の羽根車部分
４ｂＬにのみ回転シュラウド４ｇを設けるのではなく、
第２の羽根車部分４ｂＲにも回転シュラウド４ｇと同様
の形状を備えた別体の回転シュラウドを後付けすること
で、第１の羽根車部分４ｂＬ及び第２の羽根車部分４ｂ
Ｒの両方を回転シュラウドつきとすることもできる。こ
の場合、さらにファン効率を向上できるとともに、騒音
を小さくすることができる。

【００２７】本発明の第２の実施形態を図７により説明
する。本実施形態は、片吸い込み型の羽根車を２個背中
合わせに配置した二重羽根車構造を有する場合の実施形
態である。第１の実施形態と同等の部材には同一の符号
を付し、詳細な説明を省略する。図７は、本実施形態の
エンジン冷却装置が適用されるエンジン室の構造を表す
断面図であり、図１に示した第１の実施形態とは、特
に、両吸い込み型の羽根車４ｂを１つ備えた遠心ファン
４の代わりに、互いに吸込口を反対方向に向けた２つの
片吸い込み型の羽根車１０４Ｌｂ，１０４Ｒｂを備えた
遠心ファン１０４が設けられている点が異なる。

【００２８】この遠心ファン１０４は、回転軸４ｈに固
定された第１のハブ、例えばハブ板１０４Ｌａと、この
ハブ板１０４Ｌａに固定された第１の羽根車１０４Ｌｂ
と、この第１の羽根車１０４Ｌｂの吸い込み側に固定さ
れた回転シュラウド１０４Ｌｇと、回転軸４ｈに固定さ
れた第２のハブ、例えばハブ板１０４Ｒａと、このハブ
板１０４Ｒａに固定された第２の羽根車１０４Ｒｂと、
この第２の羽根車１０４Ｒｂの吸い込み側に固定された
回転シュラウド１０４Ｒｇとを備えている。このとき、
第１の羽根車１０４Ｌｂの有効幅Ｌ3と第２の羽根車１
０４Ｒｂの有効幅Ｌ3との比Ｌ3：Ｌ4＝２：０．５〜
２：１．５となるように構成されている。そして、図示
左側の第１の羽根車１０４Ｌｂが、冷却風取り入れ口７
ａからインタークーラー６ａ・オイルクーラー６ｂ・ラ
ジエーター６ｃ等を冷却した第１の冷却風５０を吸い込
んで排気口９へと吹き出し、図示右側の第２の羽根車１
０４Ｒｂが、冷却風取り入れ口７ｂからエンジン５、オ
ルタネーター１０等の電装品、及びオイルパン１４を冷
却した第２の冷却風５１を吸い込んで排気口９へと吹き
出す。その他の構造は、第１の実施形態とほぼ同様であ
る。

【００２９】本実施形態によっても、第１の実施形態と
同様の効果を得る。またこれに加え、片吸い込み型の羽
根車を１つ備えた遠心ファンを用いていた従来構造に対
しては、本実施形態の構造を実現する際にその羽根車を
そのまま再利用できる。したがって、第１及び第２の羽
根車部分４ｂＬ，４ｂＲを備えた羽根車４ｂを新規に製
造する必要がある第１の実施形態に比べ、容易かつ安価
に実施可能である。また、片吸い込み型の第１及び第２
の羽根車１０４Ｌｂ，Ｒｂは、互いに制限されることな
くそれぞれ独自にファン外径寸法・羽根枚数等を選択す
ることができるので、設計の自由度が増す効果もある。

【００３０】本発明の第３の実施形態を図８及び図９に
より説明する。本実施形態は、第１の実施形態の構造に
スパイラルケースを設けた実施形態である。第１及び第
２の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、詳細
な説明を省略する。図８は、本実施形態のエンジン冷却
装置が適用されるエンジン室の構造を表す断面図であ
り、図１に示した第１の実施形態とは、遠心ファン４の
出口部分近傍を覆うようにスパイラルケース２１２が設
けられている点が異なる。図９は、このスパイラルケー
ス２１２部分の詳細構造を表す図８中IX−IX線位置から
の矢視図（但し吸い込み管８ａは省略）であり、スパイ
ラルケース２１２は、その内部の流路面積が流れ方向に
徐々に大きくなるように形成されている。またこのスパ
イラルケース２１２は、特に詳細を示さないが、遠心フ
ァン４の回転軸を含む平面で複数に分割可能な構造にな
っており、エンジン５、インタークーラー６ａ・オイル
クーラー６ｂ・ラジエーター６ｃ、遠心ファン４等を配
設した後に取り付けられる。図８及び図９に示す構造に
おいて、第１の実施形態同様、インタークーラー６ａ・
オイルクーラー６ｂ・ラジエーター６ｃ等を冷却した第
１の冷却風５０と、エンジン５、オイルパン１４、及び
オルタネーター１０等の電装品を冷却した第２の冷却風
５１とが、遠心ファン４から吹き出された後、スパイラ
ルケース２１２を介し排気口９から排出される。その他
の構造は第１の実施形態とほぼ同様である。

【００３１】本実施形態によっても、第１の実施形態と
同様の効果を得る。またそれに加え、スパイラルケース
２１２を設けることにより、冷却風排出路での流路抵抗
を最小限に抑えることができ、高温化した冷却風をスム
ーズに外部へ放出することができるので、ファン効率の
向上を図れる。また、このファン効率の向上により、同
じ条件でさらに大風量化・高圧力化を図ることができ
る。さらにこの高圧力化が可能となることにより、エン
ジン室１の密閉度を向上させることができるので、その
分騒音をさらに低減することができる。

【００３２】本発明の第４の実施形態を図１０により説
明する。本実施形態は、第３の実施形態の構造にさらに
吸音材を追加した実施形態である。第１〜第３の実施形
態と同等の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省
略する。図１０は、本実施形態のエンジン冷却装置が適
用されるエンジン室の構造を表す断面図であり、図９に
示した第３の実施形態とは、スパイラルケース２１２の
内面の少なくとも一部に公知の吸音材３１３が装着され
ている点が異なる。その他の構造は第３の実施形態とほ
ぼ同様である。

【００３３】本実施形態によれば、第３の実施形態と同
様の効果に加え、主たる騒音源の１つである遠心ファン
４の騒音を吸音材３１３で吸収できるので、エンジン室
１全体の静音化を効果的に図ることができる。

【００３４】なお、上記第１〜第４の実施形態において
は、熱交換器として、インタークーラー６ａ、オイルク
ーラー６ｂ、ラジエーター６ｃを例にとって示したが、
これらに限られず、エアコンのコンデンサー等、他の熱
交換器が設けられていてもよく、これらの場合も同様の
効果を得る。さらに、上記第１〜第４の実施形態は、建
設機械に備えられたエンジンの冷却装置を例に取って説
明したが、これに限られず、自動車・農機その他の機械
に搭載されるエンジンの冷却装置にも適用することがで
きる。これらの場合も同様の効果を得る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、エンジン側を冷却する
第２の冷却風の冷却流路を、熱交換器側を冷却する第１
の冷却風の冷却流路から分離するとともに、このときの
第１の冷却風と第２の冷却風の風量バランスを最適化
し、この第２の冷却風を取り入れるエンジン側の開口部
の大きさを縮小することができるので、エンジン側の密
閉度を向上し、騒音を十分に低減することができる。ま
た、従来のように、熱交換器を冷却した後の高温空気が
電装品等の周囲を流れることがなくなるので、電装品等
に対する冷却効果を向上させることができ、電装品等の
信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のエンジン冷却装置が
適用されるエンジン室の構造を表す断面図である。

【図２】図１中II−II線位置からの矢視図である。

【図３】図２中III−III線断面位置に相当する遠心ファ
ンの成形用抜き型の断面図である。

【図４】図２中IV−IV線断面位置に相当する遠心ファン
４の成形用抜き型の断面図である。

【図５】エンジンの全発熱量を１００％としたときに、
馬力として得られる部分及び各種損失となって失われる
部分の内訳を示した図である。

【図６】同一外径かつ同一回転数とした場合において、
軸流ファンと遠心ファンとのファン特性の一例を比較し
た図である。

【図７】本発明の第２の実施形態のエンジン冷却装置が
適用されるエンジン室の構造を表す断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態のエンジン冷却装置が
適用されるエンジン室の構造を表す断面図である。

【図９】図８中IX−IX線位置からの矢視図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態のエンジン冷却装置
が適用されるエンジン室の構造を表す断面図である。

【符号の説明】

１ エンジン室 ４ 遠心ファン（冷却ファン） ４ａ ハブ ４ｂ 羽根車 ４ｂＬ 第１の羽根車部分 ４ｂＲ 第２の羽根車部分 ４ｈ 回転軸 ５ エンジン ６ａ インタークーラー（熱交換器） ６ｂ オイルクーラー（熱交換器） ６ｃ ラジエータ−（熱交換器） ７ａ 冷却風取り入れ口（第１の空気取り入れ
口） ７ｂ 冷却風取り入れ口（第２の空気取り入れ
口） １０ オルタネータ（電装品） ５０ 第１の冷却風 ５１ 第２の冷却風 １０４ 遠心ファン（冷却ファン） １０４Ｌａ 第１のハブ １０４Ｌｂ 第１の羽根車 １０４Ｒａ 第２のハブ １０４Ｒｂ 第２の羽根車 ２１２ スパイラルケース ３１３ 吸音材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｐ 11/10 Ｆ０１Ｐ 11/10 Ｋ Ｆ０４Ｄ 29/30 Ｆ０４Ｄ 29/30 Ｚ (72)発明者 船橋 茂久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンが内設されたエンジン室内に設け
   られ、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエーターを
   含む少なくとも１つの熱交換器と、回転軸が回転される
   ことにより、前記熱交換器、前記エンジン、及びこのエ
   ンジンの周囲に設けられた電装品を冷却する冷却風を誘
   起する冷却ファンとを有するエンジン冷却装置におい
   て、 前記冷却ファンは、第１の空気取り入れ口から前記エン
   ジン室内に取り入れられ前記熱交換器を冷却する第１の
   冷却風と、第２の空気取り入れ口から前記エンジン室内
   に取り入れられ前記エンジン及び電装品を冷却する第２
   の冷却風とを誘起する遠心型二重羽根車構造の遠心ファ
   ンであり、 該遠心ファンの二重羽根車構造は、誘起する前記第１及
   び第２の冷却風の風量をそれぞれＷ1及びＷ2としたと
   き、 Ｗ1：Ｗ2＝２：０．５〜２：１．５ となるように構成されていることを特徴とするエンジン
   冷却装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、 前記遠心ファンの二重羽根車構造は、誘起する前記第１
   及び第２の冷却風の風量をそれぞれＷ1及びＷ2としたと
   き、 Ｗ1：Ｗ2＝２：１ となるように構成されていることを特徴とするエンジン
   冷却装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、 前記遠心ファンの二重羽根車構造は、前記回転軸に固定
   されたハブに固定され、該回転軸の一端側から前記第１
   の冷却風を吸い込み外周方向に吹き出す第１の羽根車部
   分と、前記ハブの前記第１の羽根車部分と反対側に固定
   され、前記回転軸の他端側から前記第２の冷却風を吸い
   込み外周方向に吹き出す第２の羽根車部分とからなる両
   吸い込み型の１つの羽根車を備えており、かつ、前記第
   １の羽根車部分の有効幅をＬ1、前記第２の羽根車部分
   の有効幅をＬ2としたとき、 Ｌ1：Ｌ2＝２：０．５〜２：１．５ となるように構成されていることを特徴とするエンジン
   冷却装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、 前記遠心ファンの二重羽根車構造は、前記回転軸に固定
   された第１のハブに固定され、該回転軸の一端側から前
   記第１の冷却風を吸い込み外周方向に吹き出す片吸い込
   み型の第１の羽根車と、前記回転軸に固定された第２の
   ハブに固定され、該回転軸の他端側から前記第２の冷却
   風を吸い込み外周方向に吹き出す片吸い込み型の第２の
   羽根車とを備えており、かつ、前記第１の羽根車の有効
   幅をＬ3、前記第２の羽根車の有効幅をＬ4としたとき、 Ｌ3：Ｌ4＝２：０．５〜２：１．５ となるように構成されていることを特徴とするエンジン
   冷却装置。
5. 【請求項５】請求項１記載のエンジン冷却装置におい
   て、 前記遠心ファンの出口部分近傍にスパイラルケースを設
   けたことを特徴とするエンジン冷却装置。
6. 【請求項６】請求項５記載のエンジン冷却装置におい
   て、前記スパイラルケース内面の少なくとも一部分に、
   吸音材を設置したことを特徴とするエンジン冷却装置。
7. 【請求項７】エンジン室内に設けられたエンジンと、こ
   のエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧
   ポンプから吐出される圧油によって駆動されるアクチュ
   エータと、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータ
   ーを含む少なくとも１つの熱交換器、及び、回転軸が回
   転されることにより前記熱交換器・前記エンジン・この
   エンジンの周囲に設けられた電装品を冷却する冷却風を
   誘起する冷却ファンを備えたエンジン冷却装置とを有す
   る建設機械において、 前記冷却ファンは、第１の空気取り入れ口から前記エン
   ジン室内に取り入れられ前記熱交換器を冷却する第１の
   冷却風と、第２の空気取り入れ口から前記エンジン室内
   に取り入れられ前記エンジン及び電装品を冷却する第２
   の冷却風とを誘起する遠心型二重羽根車構造の遠心ファ
   ンであり、 該遠心ファンの二重羽根車構造は、誘起する前記第１及
   び第２の冷却風の風量をそれぞれＷ1及びＷ2としたと
   き、 Ｗ1：Ｗ2＝２：０．５〜２：１．５ となるように構成されていることを特徴とする建設機
   械。