| 【発明の名称】 |
建設機械の冷却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 篤司
【住所又は居所】茨城県土浦市神立町６５０番地 日立建機株式会社土浦工場内
【氏名】渡邉 修
【住所又は居所】茨城県土浦市神立町６５０番地 日立建機株式会社土浦工場内
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| 【要約】 |
【課題】冷却性能を維持したまま、騒音を低減する。
【解決手段】エンジンカバー５の冷却空気流入口５ａの近傍に冷却空気吸い込み用のシロッコファン（吸込ファン２３）を設け、冷却空気排出口５ｂの近傍に冷却空気吐き出し用のシロッコファン（吐出ファン１２）を設ける。エンジン室７内に吸い込まれた冷却空気は、ケーシング２５、ダクト２６を介してオイルクーラ２１、ラジエータ２２に送風される。そして、エンジン１０の周囲を通過した後、吐出ファン１２によりケーシング１３内に吸い込まれ、ダクト１４を介して排出口５ｂから排出される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンと、冷却空気を送風するシロッコファンと、冷却空気と所定の媒体とを熱交換する熱交換器とを、カバーによって形成されたエンジン室内にそれぞれ備える建設機械の冷却装置において、前記シロッコファンは、前記カバーに開口された空気流入口を介して前記エンジン室内に冷却空気を吸い込む吸込用ファンと、前記カバーに開口された空気排出口を介して前記エンジン室外に冷却空気を吐き出す吐出用ファンとを有することを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項２】 請求項１に記載の建設機械の冷却装置において、前記吸込用ファンは、冷却空気の流れに対し少なくとも前記エンジンよりも上流側に設けられ、前記吐出用ファンは前記エンジンよりも下流側に設けられることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項３】 請求項１または２に記載の建設機械の冷却装置において、前記吐出用ファンは、ファンケース内に収容され、このファンケース内の冷却空気を前記空気排出口に導く吐出用ダクトを有することを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項４】 請求項３に記載の建設機械の冷却装置において、前記吐出用ダクトは曲がり形状をなし、前記吐出用ファンは、前記空気排出口に面さずに配置されることを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置において、この建設機械は走行体と旋回体とを有し、前記旋回体の左右片側に寄せて運転席部が配置されるとともに、前記運転席部の左右反対側から前記運転席部の後方にかけて前記エンジン室が形成され、前記空気流入口および前記空気排出口のいずれか一方は、前記運転席部の左右反対側にエンジン室を形成する前記カバーに開口され、他方は、前記運転席部の後方にエンジン室を形成する前記カバーに開口されることを特徴とする建設機械の冷却装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シロッコファン、エンジン、ラジエータなどをエンジン室内に備える建設機械の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、油圧ショベル等の建設機械は市街地等の工事現場で稼働されることが多く、低騒音での作業が要求されている。このような要求の下、冷却ファンとして比較的静粛性の高いシロッコファンを用いるようにした装置が知られている（例えば実開平６−１７２５号公報）。この公報記載の装置では、シロッコファンの回転によってエンジン室内に冷却空気を吸い込み、この吸い込んだ冷却空気をラジエータやオイルクーラなどの熱交換器に送風して熱交換させた後、エンジン室外に排出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成では、冷却空気は冷却空気流入用の開口部を介してエンジン室内に吸い込まれ、冷却空気排出用の開口部を介してエンジン室外に排出される。そのため、エンジン室内で発生した騒音がこれら開口部を介してエンジン室外に流出する。エンジン室外に流出する騒音を低減するためには開口部の面積を減少させることが有効である。しかしながら、開口部の面積を減少させるとエンジン室内の冷却空気の圧力損失が大きくなり、十分な冷却空気量を確保できないおそれがある。これを避けるためにファン回転数を増加させると、エンジン室内の騒音が上昇し、騒音の低減が困難となる。
【０００４】本発明の目的は、冷却性能を維持するとともに、騒音を低減することができる建設機械の冷却装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図面を参照して説明する。
（１）請求項１の発明は、エンジン１０と、冷却空気を送風するシロッコファンと、冷却空気と所定の媒体とを熱交換する熱交換器２１,２２とを、カバー５によって形成されたエンジン室７,７０内にそれぞれ備える建設機械の冷却装置に適用される。そして、シロッコファンが、カバー５に開口された空気流入口５ａ,５ｃを介してエンジン室７,７０内に冷却空気を吸い込む吸込用ファン２３と、カバー５に開口された空気排出口５ｂを介してエンジン室外に冷却空気を吐き出す吐出用ファン１２とを有することにより上述した目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の建設機械の冷却装置において、吸込用ファン２３が、冷却空気の流れに対し少なくともエンジン１０よりも上流側に設けられ、吐出用ファン１２はエンジン１０よりも下流側に設けられるものである。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の建設機械の冷却装置において、吐出用ファン１２が、ファンケース１３内に収容され、このファンケース１３内の冷却空気を空気排出口５ｂに導く吐出用ダクト１４を有するものである。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の建設機械の冷却装置において、吐出用ダクト１４が曲がり形状をなし、吐出用ファン１２は、空気排出口５ｂに面さずに配置されるものである。
（５）請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置において、この建設機械は走行体１と旋回体２とを有し、旋回体２の左右片側に寄せて運転席部３が配置されるとともに、運転席部３の左右反対側から運転席部３の後方にかけてエンジン室７０が形成され、空気流入口５ｃおよび空気排出口５ｂのいずれか一方は、運転席部３の左右反対側にエンジン室７０を形成するカバー５に開口され、他方は、運転席部３の後方にエンジン室７０を形成するカバー５に開口されるものである。
【０００６】なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の実施の形態】−第１の実施の形態−以下、図１〜図６を参照して本発明による建設機械の冷却装置の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用される油圧ショベル、とくに小旋回が可能なミニショベルの側面図である。油圧ショベルは、走行体１と、走行体１上に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２に回動可能に取り付けられたブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃからなる作業装置４とを有する。旋回体２には運転席部３が設けられ、運転席部３の後方にはカバー５によってエンジン室７が形成され、旋回体２の後端部にはカウンタウエイト６が搭載されている。
【０００８】図２は、エンジン室７内の主要部品の配置を示す平面図（車両上方から見た図）であり、図３は正面図（車両後方から見た図）である。なお、本実施の形態では図２に示すように車両前後方向に基づいて前後左右方向を定義し、以下、この定義に基づいて各部の配置および部品形状を説明する。
【０００９】図２、３に示すように、エンジン室７のほぼ中央にはエンジン１０が左右方向にわたって横置きに配置されている。エンジン１０の左側にはエンジン１０によって駆動される油圧ポンプ１１が付設され、エンジン１０の左方にはシロッコファン１２（以下、吐出ファンと呼ぶ）が配置されている。エンジン１０の右方にはオイルクーラ２１、ラジエータ２２、シロッコファン２３（以下、吸込ファンと呼ぶ）などからなる冷却装置２０が配置されている。ここで、シロッコファンとは羽根の軸方向から吸い込んだ空気を羽根の周方向へ吐き出す遠心ファンであり、プロペラファンに比べて小型で低騒音であることをその特徴とする。カバー５の右側面にはエンジン室７内に冷却空気を流入させる空気流入口５ａが開口され、カバー７の左側面にはエンジン室７外に冷却空気を流出させる空気排出口５ｂが開口されている。
【００１０】吐出ファン１２は車両前後方向に回転軸を有し、エンジン室７の下方部に配置されたファンケース１３内に回転可能に収容されている。ファンケース１３は略円筒状に形成され、ファンケース１３の車両前後方向側面にはファンケース１３内に冷却空気を吸い込む円状の吸込口１３ａがそれぞれ開口されている。ファンケース１３の右上部の冷却空気出口部１３ｂにはダクト１４が接続されている。ダクト１４は図３に示すようにファンケース１３の上方に連なり、途中で左方に向かって屈曲し、その先端は排出口５ｂに達している。これによりファンケース１３内の冷却空気はダクト１４を介して排出口５ｂに導かれる。
【００１１】図４は冷却装置２０の正面図（車両前方から見た図）である。オイルクーラ２１はラジエータ２２の左側方にラジエータ２２に対して略平行に配置され、オイルクーラ２１とラジエータ２２の通風面はともに左右方向に向かっている。オイルクーラ２１はブラケット２４を介してラジエータ２２から支持され、ラジエータ２２は図示しないブラケットを介して旋回体フレームから支持されている。
【００１２】吸込ファン２３は車両前後方向に回転軸を有し、オイルクーラ２１とラジエータ２２の下方に配置されたファンケース２５内に回転可能に収容されている。ファンケース２５は略円筒状に形成され、ファンケース２５の車両前後方向側面にはファンケース２５内に冷却空気を吸い込む円状の吸込口２５ａがそれぞれ開口されている。ファンケース２５の右上部の冷却空気出口部２５ｂには、ファンケース２５の上方に連なる略ボックス状のダクト２６が接続されている。ダクト２６の左側面（図４では右側）にはダクト２６内から冷却空気を吹き出す吹出口２６ａが開口され、この吹出口２６ａを覆うようにラジエータ２２が配置されている。これにより、ケーシング２５内の冷却空気はダクト２６を介しその全量がラジエータ２２に導かれる。
【００１３】図２に示すように、ファンケース１３の後側壁面にはブラケット１５を介して油圧モータ１６が取り付けられ、ファンケース２５の前側壁面にはブラケット２７を介して油圧モータ２８が取り付けられている。油圧モータ１６の出力軸は、開口部１３ａを貫通した吐出ファン１２の回転軸にカップリング１７を介して連結され、油圧モータ２８の出力軸は、開口部２５ａを貫通した吸込ファン２３の回転軸にカップリング２９を介して連結されている。油圧モータ１６,２８はそれぞれ図示しない油圧ホースを介して油圧ポンプ１１に接続されている。油圧モータ１６,１８は油圧ポンプ１１からの圧油によって駆動され、油圧モータ１６,１８の駆動により吐出ファン１２および吸込ファン２３がそれぞれ回転する。吸込ファン２３の回転により空気流入口５ａを介してエンジン室７内に冷却空気が吸い込まれ、吐出ファン１２の回転によりエンジン室７内の冷却空気は排出口５ｂを介して排出される。
【００１４】図２、３に示すように、エンジン１０には吸気管３１と排気管３２がそれぞれ接続されている。吸気管３１の途中にはエアクリーナ３３が設けられ、吸気管３１の先端はエンジン室７内の左上方に位置している。油圧ポンプ１１の上方にはマフラ３４が配置され、マフラ３４に接続された排気管３２の先端は車両後部に突出している。なお、ラジエータ２２には冷却水の通過するホース３５,３６が接続され、オイルクーラ２１にも作動油の通過するホース（不図示）が接続されている。
【００１５】次に、第１の実施の形態に係わる冷却装置の動作を説明する。エンジン１０を始動すると、吸気管３１内に空気が吸い込まれ、エアクリーナ３３で濾過された後、エンジン１０のシリンダ内に流入する。この流入空気はシリンダ内で圧縮後、燃料が噴射されて爆発燃焼し、排気管３２を介してエンジン１０外に排出される。そして、マフラ３４で消音された後、排気管３２を介して車両後部から排出される。このとき発生したエネルギがクランク軸に伝えられて油圧ポンプ１１が駆動され、油圧ポンプ１１から油圧モータ１６,２８に圧油が圧送される。これにより油圧モータ１６,２８が駆動され、吐出ファン１２および吸込ファン２３が図３の矢印の方向に回転する。
【００１６】吸込ファン２３が回転すると、図２に矢印で示すように、空気流入口５ａを介してエンジン室７内に冷却空気が流入する。その冷却空気は吸込口２５ａからファンケース２５内に吸い込まれた後、ダクト２６に沿って上方に導かれ、エンジン室７内の左方に向かって吹き出される。ダクト２６から吹き出された冷却空気はラジエータ２２およびオイルクーラ２１を順次通過し、冷却空気とラジエータ２２内の冷却水およびオイルクーラ２１内の作動油とが熱交換される。これにより、冷却水および作動油の温度がともに低下する。
【００１７】ラジエータ２２、オイルクーラ２１を通過した冷却空気はエンジン１０の周辺を通過してエンジン１０の表面を冷却した後、吐出ファン１２の回転により吸込口１３ａからファンケース１３内に吸い込まれる。吸い込まれた冷却空気は、ダクト１４に沿って上方に導かれ、左方の排出口５ｂからエンジン室７外に排出される。
【００１８】ここで、エンジン室内の圧力分布について説明する。図５の実線は本実施の形態に係わる冷却装置による空気流入口５ａから空気排出口５ｂに至るエンジン室７内の圧力分布特性、点線は吐出ファン１２を省略した場合の圧力分布特性をそれぞれ示す。なお、実線、点線の特性とも所定の冷却空気量（例えばＱ1）を流すことを前提としている。
【００１９】図５の実線に示すように、空気流入口５ａより吸い込まれた冷却空気は吸込ファン２３の入口で負圧となり、吸込ファン２３の回転により圧力が上昇し、吸込ファン２３の出口圧力（絶対圧）はＰ1となる。吸込ファン２３の出口から吐出ファン１２の入口にかけてはその間の圧力損失分ΔＰaだけ圧力が減少する。その後、吐出ファン１２の回転により圧力が上昇し、吐出ファン１２の出口圧力（絶対圧）、すなわち排出口５ｂの直前の圧力は、排出口５ｂの開口面積Ａと冷却空気流量Ｑに応じた圧力Ｐ2となる。
【００２０】一方、吐出ファン１２がない場合、図５の点線に示すように、吸込ファン２３の出口圧力（絶対圧）Ｐ3は排出口５ｂの直前の圧力Ｐ2にエンジン室７内の圧力損失ΔＰaを加算した値にほぼ等しくなり、Ｐ1＜Ｐ3となる。なお、図では吐出ファン１２の入口圧力を負圧にしたが、吐出ファン１２の入口圧力は吸込ファン２３の出口圧力Ｐ1や圧力損失ΔＰa、排出口５ｂ直前の圧力Ｐ2などにより定まり、必ずしも負圧になるとは限らない。
【００２１】図６は、吸込ファン２３の圧力−風量特性を示す図である。図中、実線はファン回転数Ｎ1における特性、点線はファン回転数Ｎ2における特性であり、Ｎ1＜Ｎ2である。図６に示すように、空気流量Ｑ1、圧力Ｐ1に対応するファン回転数はＮ1であり、空気流量Ｑ1、圧力Ｐ3に対応するファン回転数はＮ2である。すなわち、吐出ファン１２を設けることにより同一の空気流量Ｑ1を得るための吸込ファン２３の回転数はＮ2からＮ1まで低減する。これによりエンジン室７内の騒音を低減することができるとともに、燃費も低減する。
【００２２】なお、吸込ファンの回転数をＮ1からＮ2まで上昇させてもよい。これにより冷却空気流量が所定量Ｑ2まで増加し、騒音を一定レベルに保ったまま冷却性能を向上させることができる。
【００２３】ファン回転数をＮ2、冷却空気量をＱ1とした場合には、エンジン室７内の圧力損失の増加に適応することができる。これにより排出口５ｂの開口面積Ａを小さくすることができ、エンジン室７外への騒音を低減することができる。
【００２４】このように第１の実施の形態によると、エンジン室７内の冷却空気の吸い込み側に吸込ファン２３を設けるとともに、冷却空気の吐き出し側に吐出ファン１２を設けるようにした。これによりエンジン室７内に所定量Ｑ1の冷却空気を送風する場合の吸込ファン２３の回転数を低減することができる（Ｎ2→Ｎ1）。または、吸込ファン２３の回転数を一定（Ｎ2）とした場合には排出口５ｂの開口面積Ａを小さくすることができる。その結果、所定の冷却性能を保ったままエンジン室７外への騒音の流出を抑制することができる。また、吐出ファン１２からの冷却空気をダクト１４を介して排出口５ｂに導くようにしたので、ダクト１４の内面に防音材を貼付したりダクト１４の形状、長さを適宜設定することでダクト１４を騒音低減ダクトと構成することができ、エンジン騒音を低減することができる。さらに、排出口５ｂの下方に吐出ファン１２を配置するので、エンジン室７内の騒音が排出口５ｂから直接放出されることを防止できる。
【００２５】−第２の実施の形態−図７を参照して本発明による建設機械の冷却装置の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのはエンジン室の形状である。図７は第２の実施の形態に係わるエンジン室内の主要部品の配置を示す平面図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明する。図７に示すように、第２の実施の形態のエンジン室７０は運転席部３の後方から右方にかけて平面視略Ｌ字状に形成されている。
【００２６】運転席部３の後方にはエンジン１０が横置きに配置され、エンジン１０の右側部に油圧ポンプ１１が付設されている。油圧ポンプ１１の前方、すなわち運転席部３の右後方には、オイルクーラ２１、ラジエータ２２、ファンケース２５、ダクト２６、吸込ファン２３などが配置されている。吸込ファン２３の回転軸は左右方向に設けられ、ラジエータ２２およびオイルクーラ２１の通風面はそれぞれ前後方向に向けられている。カバー５の前方および右方には、エンジン室７内に冷却空気を流入する吸込口５ｃが設けられ、カバー５の左方にはエンジン室７内から冷却空気を排出する排出口５ｂが設けられている。なお、第２の実施の形態では、ファンケース２５と吸込ファン２３がダクト２６とラジエータ２２とオイルクーラ２１の上方に配置されている。
【００２７】第２の実施の形態では、吸込ファン２３が回転すると開口部５ｃを介してエンジン室７の前方および右方から冷却空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気はケーシング２５、ダクト２６を介してラジエータ２２、オイルクーラ２１に送風され、車両後方に吹き出される。この冷却空気はカバー５に沿ってエンジン室７内を左方に流され、エンジン１０の周囲を通過した後、吐出ファン１２によりファンケース１３内に吸い込まれる。吸い込まれた空気はダクト１４を介して排出口５ｂから流出する。
【００２８】このように第２の実施の形態では、エンジン室７を平面視略Ｌ字状に設け、エンジン室７の前方および右方から取り込んだ冷却空気をエンジン室７を通過後、エンジン室７の左方より排出するようにした。これにより空気流入口５ｃを騒音源たるエンジン１０から遠ざけることができ、エンジン騒音の流出を低減することができる。この場合、図２に比べてエンジン室７内の圧力損失が増大するが、吐出ファン１２により冷却空気の排出がアシストされるので、吸込ファン２３の回転数を増大させる必要がなく、騒音低減に効果的である。
【００２９】なお、吐出ファン１２の出力は例えば吸込ファン２３の出力よりも小さくすればよい。これによりエンジン室７内に吸い込まれた冷却空気はそのほとんどがケーシング２５内に導かれる。その結果、ケーシング２５をバイパスしてケーシング１３内に冷却空気が直接吸い込まれることを防止することができ、熱交換器による冷却効率を向上することができる。
【００３０】上記実施の形態では、熱交換器としてラジエータ２２、オイルクーラ２１を用いたが、コンデンサ等、他の熱交換器を用いてもよい。オイルクーラ２１とラジエータ２２の配置は逆でもよい。すなわち、オイルクーラ２１をラジエータ２２よりも上流側に配置してもよい。また、ダクト開口部２６ａにオイルクーラ２１とラジエータ２２を並べて配置してもよい。
【００３１】エンジン１０と空気流入口５ａ、空気排出口５ｂの位置関係は上記実施の形態に限定されるものではない。排出口５ｂの下方に吐出ファン１２を配置するようにしたが排出口５ｂに面して設けてもよい。この場合、ダクト１４を不要としてもよい。以上では、油圧ショベルに適用したが、他の建設機械にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）請求項１の発明によれば、エンジン室内に冷却空気を吸い込む吸込用ファンと、エンジン室から冷却空気を吐き出す吐出用ファンを設けるようにしたので、冷却性能を維持したまま、吸込ファンの回転数を低減または空気排出口の開口面積を低減することができ、騒音を低減することができる。
（２）請求項２の発明によれば、エンジンの上流側に吸込用ファンを配置し、エンジンの下流側に吐出用ファンを配置するので、エンジンの周囲を冷却空気が通過し、エンジンを効率よく冷却することができる。
（３）請求項３の発明によれば、吐出用ファンからの冷却空気をダクトを介して空気排出口に導くようにしたので、ダクトによる騒音低減効果を得ることができる。
（４）請求項４の発明によれば、吐出用ファンは空気排出口からずらして配置するので、エンジン室内の騒音がエンジン室外に直接放出されることを防止できる。
（５）請求項５の発明によれば、運転席部の左右反対側から運転席部の後方にかけてエンジン室を形成し、空気流入口および空気排出口のいずれか一方を運転席部の左右反対側のカバーに設け、他方を運転席部の後方のカバーに設けるようにした。これにより、空気流入口をエンジンから遠ざけることができるとともに、エンジン室内の圧力損失が増大しても吸い込みファンの回転数の増大させる必要がないので、騒音低減に効果的である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５５２２
【氏名又は名称】日立建機株式会社
【住所又は居所】東京都文京区後楽二丁目５番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月２７日（２００１．１２．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８４４１２
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 冬紀
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１９１７５８（Ｐ２００３−１９１７５８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月９日（２００３．７．９） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３９７６９２（Ｐ２００１−３９７６９２） |
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