(57)【特許請求の範囲】
【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、この熱交換器を冷却する冷却風を導く遠心ファン及び斜流ファンのうちいずれか一方とを有するエンジン冷却装置において、
前記エンジン室を、前記少なくとも１つの熱交換器を内設した上流部及び前記エンジンを内設した下流部に区画する遮蔽板と、
前記エンジン室の上流部に設けた冷却空気取入口と、
前記エンジン室の下流部に設けた排気口と、
前記いずれか一方のファン出口の略径方向外周領域に設けられ、該ファンにより誘起され前記熱交換器を冷却した後の前記上流部からの冷却風流れを、周方向にブロックして前記下流部に向かって軸方向に誘導し前記エンジンに送風する誘導部材と
を設けたことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン冷却装置において、前記誘導部材は、一の側が前記ファン出口に対向するとともに他の側が前記エンジン室に固定されていることを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項３】
請求項１記載のエンジン冷却装置において、前記誘導部材は、冷却風の当たる面が前記いずれか一方のファンの軸方向後方に向かって傾斜するように配置されていることを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項４】
請求項１記載のエンジン冷却装置において、前記外周領域におけるファン外径とこのファン外径に略径方向に対向して配置される冷却風通路外周側壁面との間隔が、前記誘導部材近傍からファン回転方向に向かって略拡大していることを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項５】
請求項４記載のエンジン冷却装置において、前記冷却風通路外周側壁面は、前記エンジン室の壁面であることを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項６】
請求項４記載のエンジン冷却装置において、前記冷却風通路外周側壁面は、前記エンジン室内に設けられた少なくとも１つの第１の冷却風案内壁を含むことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項７】
請求項１記載のエンジン冷却装置において、前記ファン外径と冷却風通路外周側壁面との間隔が最大となる位置の近傍に、冷却風が当たる面が前記いずれか一方のファンの軸方向後方に向かって傾斜するように設置された第２の冷却風案内壁を設けたことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項８】
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、及びこの熱交換器を冷却する冷却風を導く遠心ファン及び斜流ファンのうちいずれか一方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、
前記エンジン冷却装置は、前記エンジン室を、前記少なくとも１つの熱交換器を内設した上流部及び前記エンジンを内設した下流部に区画する遮蔽板と、前記エンジン室の上流部に設けた冷却空気取入口と、前記エンジン室の下流部に設けた排気口と、前記いずれか一方のファン出口の略径方向外周領域に設けられ、該ファンにより誘起され前記熱交換器を冷却した後の前記上流部からの冷却風流れを、周方向にブロックして前記下流部に向かって軸方向に誘導し前記エンジンに送風する誘導部材とを設けたことを特徴とする建設機械。
【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の冷却装置、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５−２４８２３９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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知技術においては、以下の課題が存在する。
すなわち、遠心ファンから吹き出される冷却風の旋回方向成分のすべてがそのまま損失となってしまうので、ファン効率の向上が困難であるという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、ファンからの冷却風における旋回方向成分による損失を低減し、ファン効率を向上できるエンジン冷却装置を提供することである。
【０００５】
【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、この熱交換器を冷却する冷却風を導く遠心ファン及び斜流ファンのうちいずれか一方とを有するエンジン冷却装置において、前記エンジン室を、前記少なくとも１つの熱交換器を内設した上流部及び前記エンジンを内設した下流部に区画する遮蔽板と、前記エンジン室の上流部に設けた冷却空気取入口と、前記エンジン室の下流部に設けた排気口と、前記いずれか一方のファン出口の略径方向外周領域に設けられ、該ファンにより誘起され前記熱交換器を冷却した後の前記上流部からの冷却風流れを、周方向にブロックして前記下流部に向かって軸方向に誘導し前記エンジンに送風する誘導部材と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。
好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記誘導部材は、一の側が前記ファン出口に対向するとともに他の側が前記エンジン室に固定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、熱交換器を冷却する冷却風を導くために遠心ファン又は斜流ファンが回転すると、エンジン室の上流部からファンに吸い込まれた少なくとも１つの熱交換器を冷却した後の冷却風は、昇圧された後にファン外周部の出口から吹き出される。この吹き出された直後の高速冷却風には、軸まわりに回転する羽根車の遠心力により、ファン出口の略径方向外周領域を周方向に旋回して流れる旋回方向成分が生じる。ここで本発明においては、この外周領域に、例えば一の側がファン出口に対向するとともに他の側がエンジン室に固定された誘導部材を設けて、冷却風流れを周方向にブロックしつつ軸方向に誘導しエンジン室の下流部に導き、エンジンを冷却する。これにより、冷却風流れの旋回方向成分を減速させ静圧を回収できるので、すべて損失となっていた従来よりも旋回方向成分による損失を低減することができ、ファン効率を向上させることができる。
【０００６】
また好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記誘導部材は、冷却風の当たる面が前記いずれか一方のファンの軸方向後方に向かって傾斜するように配置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。
これにより、冷却風を冷却流路の下流側に滑らかにかつ速やかに導くことができる。また、誘導部材の設置位置及び傾斜角度を、冷却風が抵抗の少ない位置に導かれるように選択することで、冷却系の圧力損失を低減することができる。さらに、誘導部材の設置位置及び傾斜角度を適宜選択して、局所的に特に冷却したい箇所、例えばオイルパンに集中的に冷却風を導くこともできる。
【０００７】
また好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記外周領域におけるファン外径とこのファン外径に略径方向に対向して配置される冷却風通路外周側壁面との間隔が、前記誘導部材近傍からファン回転方向に向かって略拡大し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、例えば、エンジン室を軸方向に直角な横断面で見た場合においてファンをこの横断面の中央でなく偏心させて配置し、冷却風通路を構成するファン外径とこれに対向するエンジン室壁面との間隔をファン回転方向に略拡大させる。これにより、ファンから吹き出された高速冷却風の旋回方向成分の流路断面積が徐々に広がり、旋回方向成分が緩やかに減速されるので、さらに確実に効率よく静圧を回収して損失を低減し、ファン効率を向上させることができる。
【０００８】
さらに好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記冷却風通路外周側壁面は、前記エンジン室の壁面であ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、前記冷却風通路外周側壁面は、前記エンジン室内に設けられた少なくとも１つの第１の冷却風案内壁を含む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、この第１の冷却風案内壁の設置位置及び個数を適宜選択することで、外周領域における冷却風通路をさらに滑らかに拡大させることができるので、冷却風の減速による静圧回復をさらに少ない損失で効率よく行うことができる。
【００１０】
また好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記ファン外径と冷却風通路外周側壁面との間隔が最大となる位置の近傍に、冷却風が当たる面が前記いずれか一方のファンの軸方向後方に向かって傾斜するように設置された第２の冷却風案内壁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。
これにより、冷却風を冷却流路の下流側に滑らかにかつ速やかに導くことができる。また、第２の冷却風案内壁の設置位置及び傾斜角度を、冷却風が抵抗の少ない位置に導かれるように選択することで、冷却系の圧力損失を低減することができる。さらに、第２の冷却風案内壁の設置位置及び傾斜角度を適宜選択して、局所的に特に冷却したい箇所、例えばオイルパンに集中的に冷却風を導くこともできる。
【００１１】
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、及びこの熱交換器を冷却する冷却風を導く遠心ファン及び斜流ファンのうちいずれか一方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、前記エンジン冷却装置は、前記エンジン室を、前記少なくとも１つの熱交換器を内設した上流部及び前記エンジンを内設した下流部に区画する遮蔽板と、前記エンジン室の上流部に設けた冷却空気取入口と、前記エンジン室の下流部に設けた排気口と、前記いずれか一方のファン出口の略径方向外周領域に設けられ、該ファンにより誘起され前記熱交換器を冷却した後の前記上流部からの冷却風流れを、周方向にブロックして前記下流部に向かって軸方向に誘導し前記エンジンに送風する誘導部材とを設けたことを特徴とする建設機械が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜図３により説明する。本実施形態は、例えば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。
本実施形態が適用される油圧ショベルのエンジン室の概略構造を表す縦断面図を図１に示す。
図１において、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、ラジエータ６ｃと遠心ファン４との間に設けられ、冷却風を遠心ファン４の吸い込み側に導く吸い込み管８と、遠心ファン４出口の径方向外周領域に設けられた板状の部材で、旋回流を抑制する役割を果たす（後述）ノーズ１２とから主として構成されている。このノーズ１２は、一端がエンジン室１壁面に固定保持されるとともに他端が遠心ファン４に僅かな隙間を介して対向するように配置されている。なお、エンジン室１の上部・下部壁面には、外気を取り入れるための冷却空気取入口７及び排気のための排気口９が設けられ、また吸い込み管８は、遮蔽板１１を介してエンジン室１壁面に固定されている。
【００１３】
以上のような構成のエンジン冷却装置において、エンジン室１外部からの冷却風は、冷却風取入口７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を過ぎた後に吸い込み管８によって絞られ、遠心ファン４に入る。その後、遠心ファン４の出口から外周方向に吹き出した冷却風は、エンジン５、オイルパン１０の周囲を流れながらそれらを冷却し、冷却風排気口９からエンジン室１の外部に排気される。
【００１４】
このとき、遠心ファン４出口から吹き出した冷却風流れの様子を表す、図１中ＩＩ−ＩＩ線横断面図を図２に示す。
図２において、遠心ファン４外周部の出口から吹き出された高速冷却風は、軸まわりに回転する遠心ファン４の羽根４ａの遠心力により、ファン出口の略径方向外周領域を周方向に旋回して流れる旋回方向成分（図２中矢印で示す）が生じる。
【００１５】
このような挙動をとる遠心ファン４出口部分の冷却風の速度三角形の例を図３に示す。
図３において、周速ｕ２で回転する遠心ファン４の出口から吹き出した冷却風（絶対速度ｃ２）は、非常に大きな旋回方向成分（＝周方向成分）ｃｕ２を有している。したがって、このような周方向成分をそのまま放置しファン外周領域で冷却風を旋回させたままにすると、旋回方向成分ｃｕ２のもつ大きな運動エネルギーがなんら活かされることなくそのまま損失となり、ファン効率が上がらないこととなる。
【００１６】
ここにおいて、本実施形態においては、図１及び図２に示されるように、この外周領域に設けられたノーズ１２が、冷却風流れを周方向にブロックしつつ軸方向（図２中では紙面垂直方向）に誘導するので、旋回方向成分ｃｕ２を減速させて旋回を抑制しこれによって静圧を回収できる。よって、旋回方向成分ｃｕ２がすべて損失となっていた従来よりも旋回方向成分ｃｕ２による損失を低減することができ、ファン効率を向上させることができる。また、遠心ファン４の大風量化・高圧力化を図ることができ、回転数を低下させることができるので、騒音の低減を図れる。よって、冷却対象である熱交換器６ａ〜ｃを新たに増設する場合や、エンジン室１の密閉度・コンパクト化がさらに進められる場合等においても、騒音を増大させることなく、これらによる冷却系の圧力損失増大に打ち勝って冷却風を供給することができる。
【００１７】
なお、上記実施形態においては、図２中の左下部にノーズ１２を設置したが、これに限られない。すなわち、一端がエンジン室１壁面に固定保持されるとともに他端が遠心ファン４に僅かな隙間を介して対向するように配置されていれば、ズ２中の他の部分に設けてもよい。これらの場合も、同様の効果を得る。
また、上記実施形態においては、ノーズ１２が１個だけ設けられいたが、これに限られず、流路形状や流れ場の状態に応じて２個以上設けてもよい。これらの場合も、同様の効果を得る。
【００１８】
本発明の第２の実施形態を図４により説明する。本実施形態は、図１に示した第１の実施形態においてノーズの設置方法を変えた実施形態である。第１の実施形態と同等の部材には同一の符号を付す。
本実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室１の概略構造を表す縦断面図を図４に示す。
図４において、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ノーズ２１２の冷却風の当たる面が、遠心ファン４の後方（図示右方）に向かって下方に傾斜するように配置されていることである。
その他の構造は図１とほぼ同様である。
【００１９】
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、冷却風を冷却流路の下流側に滑らかにかつ速やかに導くことができる。また、ノーズ２１２の設置位置及び傾斜角度を、冷却風が抵抗の少ない位置に導かれるように選択することで、冷却系の圧力損失を低減することができる。さらに、ノーズ２１２の設置位置及び傾斜角度を適宜選択して、局所的に特に冷却したい箇所、例えばオイルパン１０に集中的に冷却風を導くこともできる。
【００２０】
本発明の第３の実施形態を図５により説明する。本実施形態は、第１の実施形態における遠心ファン及びノーズの設置位置を変えた実施形態である。
本実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室１の概略構造を表す横断面図を図５に示す。図５は、第１の実施形態の図２にほぼ相当する図である。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す。
図５において、本実施形態によるエンジン冷却装置が第１の実施形態と異なる点は、遠心ファン３０４をエンジン室１の中央でなく偏心させて配置するとともにノーズ３１２の設置位置を図中遠心ファン３０４を挟んだ反対側とすることにより、冷却風通路を構成する遠心ファン３０４外径とこれに対向するエンジン室１壁面との間隔を、ノーズ３１２近傍からファン回転方向（図中では左まわり）に略拡大させていることである。
その他の構造は、第１の実施形態とほぼ同様である。
【００２１】
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、遠心ファン３０４から吹き出された高速冷却風の旋回方向成分（図中矢印で示す）の流路断面積が徐々に広がり、旋回方向成分が緩やかに減速されることから、さらに確実に効率よく静圧を回収して損失を低減し、ファン効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明の第４の実施形態を図６により説明する。本実施形態は、第３の実施形態の構成に、冷却風を案内する冷却風案内板を追加した場合の実施形態である。本実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室１の概略構造を表す横断面図を図６に示す。図６は、第１の実施形態の図２、第３の実施形態の図５にほぼ相当する図である。第１〜第３の実施形態と同等の部材には同一の符号を付す。
【００２３】
図６において、本実施形態によるエンジン冷却装置が第３の実施形態と異なる点は、遠心ファン３０４外径とエンジン室１壁面との間隔がより連続的に滑らかに広がっていくように、エンジン室１内に複数枚の冷却風案内板４１３を設けたことである。
その他の構造は、第３の実施形態とほぼ同様である。
【００２４】
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得る。
またこれに加え、冷却風通路を滑らかに拡大させることができるので、冷却風の減速による静圧回復をさらに少ない損失で効率よく行うことができる。
【００２５】
なお、上記第４の実施形態においては、第３の実施形態と同様、遠心ファン３０４を偏心させて配置したが、これに限られるものではない。すなわち、第２の実施形態のように遠心ファン４をエンジン室１の中央に配置し、冷却風案内板４１３ａの配置を工夫することで、冷却風の旋回方向成分の流路断面積が徐々に広がるように構成してもよい。この場合も、同様の効果を得る。
また、上記第４の実施形態においては、エンジン室１の壁面と冷却風案内板４１３ａとで冷却風通路を構成したが、これに限られず、遠心ファン４を覆うようなスパイラルケースを設け、これによって、冷却風の旋回成分の減速及び静圧回復を促進してもよい。この場合も、同様の効果を得る。
【００２６】
本発明の第５の実施形態を図７により説明する。本実施形態は、第４の実施形態の構成に冷却風を案内する別の冷却風案内板を追加した実施形態である。
本実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室１の概略構造を表す縦断面図を図７に示す。第１〜第４の実施形態と同等の部材には同一の符号を付す。
【００２７】
図７において、本実施形態によるエンジン冷却装置が第４の実施形態と異なる点は、ファン３０４外径と冷却風案内板４１３の間隔が十分広がったエンジン室１の下部壁面に、ファン後方（図示右方）に向かって下方に傾斜した冷却風案内板５１３を設け、遠心ファン３０４の軸方向（図示左右方向）に冷却風を導くことである。
その他の構造は、第４の実施形態とほぼ同様である。
【００２８】
本実施形態によっても、第４の実施形態と同様の効果を得る。
またこれに加え、冷却風案内板５１３で、冷却風を冷却流路の下流側に滑らかにかつ速やかに導くことができる。また、冷却風案内板５１３の設置位置及び傾斜角度を、冷却風が抵抗の少ない位置に導かれるように選択することで、冷却系の圧力損失を低減することができる。さらに、冷却風案内板５１３の設置位置及び傾斜角度を適宜選択して、局所的に特に冷却したい箇所、例えばオイルパン１０に集中的に冷却風を導くこともできる。
【００２９】
なお、上記第５の実施形態においては、図６に示された第４の実施形態の構成に冷却風案内板５１３を追加したものであったが、これに限られず、例えば図５に示された第３の実施形態の構成に冷却風案内板５１３を追加する構成でもよい。この場合も、冷却風案内板５１３に関して同様の効果を得ることができる。
また、上記第１〜第５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５の実施形態においては、遠心ファン４のすべてに回転シュラウドが固定されていたが、これに限られず、回転シュラウドのない遠心ファンが用いられている場合でも適用でき、同様の効果を得る。
また、上記第１〜第５の実施形態においては、すべて吸い込み管８が設けられていたが、これに限られず、吸い込み管８が設けられていない場合にも適用でき、同様の効果を得る。
さらに、上記第１〜第５の実施形態においては、すべて遠心ファン４が設けられていたが、これに限られず、斜流ファンでもよい。この場合も、同様の効果を得る。
【００３０】
また、以上第１〜第５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。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジン室の上流部で少なくとも１つの熱交換器を冷却した後、エンジン等の冷却用にエンジン室の下流部に導入される際の冷却風流れの旋回方向成分を減速させ静圧を回収できるので、すべて損失となっていた従来よりも旋回方向成分による損失を低減することができ、ファン効率を向上させることができる。したがって、大風量化・高圧力化を図ることができ、ファン回転数を低下させることができるので、騒音の低減を図れる。よって、冷却対象である熱交換器を新たに増設する場合や、エンジン室の密閉度・コンパクト化がさらに進められる場合等においても、騒音を増大させることなく、これらによる冷却系の圧力損失増大に打ち勝って冷却風を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態が適用される油圧ショベルのエンジン室の概略構造を表す縦断面図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線横断面図である。
【図３】遠心ファン出口部分の冷却風の速度三角形の例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室の概略構造を表す縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室の概略構造を表す横断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室の概略構造を表す横断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態によるエンジン冷却装置を内設したエンジン室の概略構造を表す縦断面図である。
【符号の説明】
１              エンジン室
２              クランク軸
３                            ファンベルト
４              遠心ファン
５              エンジン
６ａ                インタークーラー
６ｂ                        オイルクーラー
６ｃ                        ラジエーター
７                  冷却風取入口
８                      吸い込み管
９                  冷却風排気口
１０                オイルパン
１１              遮蔽板
１２              ノーズ（誘導部材）
２１２                ノーズ（誘導部材）
３０４                遠心ファン
４１３              冷却風案内板
５１３                          冷却風案内板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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