(57)【要約】【課題】エンジンの燃焼効率を向上することができる建設機械の冷却装置及びこれを備える建設機械を提供する。【解決手段】エンジン２１を内包するエンジンユニット６内に設けられ、エンジン２１に吸入される空気を冷却するインタークーラ３４と、エンジンユニット６内に設けられ、インタークーラ３４に冷却風を導入する冷却ファン３６と、エンジンユニット６をエンジン２１が収納されるエンジン室２０とインタークーラ３４及び冷却ファン３６が収納されるクーラ室３０とに区画するエンジン−クーラ隔壁３１とを備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の被冷却材を冷却する冷却装置において、
エンジンを内包するエンジン室内に設けられ、前記エンジンに吸入される空気を冷却する第１の熱交換器と、
前記エンジン室内に設けられ、前記第１の熱交換器に冷却風を導入する第１の冷却ファンと、
前記エンジン室を前記エンジンが収納される第１室と前記第１の熱交換器及び前記第１の冷却ファンが収納される第２室とに区画する隔壁部材と
を備えたことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項２】
前記第２室に前記エンジン室外の外気を取り入れる吸気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。
【請求項３】
前記第２室内における前記第１の熱交換器の前記冷却風の流れ方向下流側にエンジンを冷却するための冷媒を冷却する第２の熱交換器を設けたことを特徴とする請求項２記載の建設機械の冷却装置。
【請求項４】
前記エンジン室外に作動油を冷却する第３の熱交換器及びこの第３の熱交換器に冷却風を導入する第２の冷却ファンを設けたことを特徴とする請求項３記載の建設機械の冷却装置。
【請求項５】
前記建設機械は走行体及びこの走行体に旋回可能に設けた旋回体を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置。
【請求項６】
走行体と、
この走行体に旋回可能に設けた旋回体と、
この旋回体に搭載したエンジンと、
このエンジンを内包するエンジン室と、
このエンジン室内に設けられ、前記エンジンに吸入される空気を冷却する熱交換器と、
前記エンジン室内に設けられ、前記熱交換器に冷却風を導入する冷却ファンと、
前記エンジン室を前記エンジンが収納される第１室と前記熱交換器及び前記冷却ファンが収納される第２室とに区画する隔壁部材と
を備え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、油圧ショベル等の建設機械の冷却装置に係り、更に詳しくは、エンジンの燃焼効率を向上することができる建設機械の冷却装置及びこれを備える建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、エンジンを冷却するためのラジエータや作動油を冷却するためのオイルクーラ等の熱交換器をエンジン室内に備えており、冷却ファンによりこの熱交換器に冷却風を導入して冷却水や作動油を冷却する。この際の冷却方式として、エンジン室内における冷却風の流れ方向がエンジン、熱交換器、冷却ファンの順となるいわゆる押出冷却方式がある。この押出冷却方式では、エンジン室外から吸い込んだ外気をまずエンジン周囲に冷却風として流してエンジンを冷却し、その後熱交換器に導入する。したがって、冷却風はエンジン周囲で暖められた後に熱交換器に導入されることになるため、熱交換器の冷却効率が低下する原因となっていた。
【０００３】
このような背景から、エンジン室をエンジンを収納する第１室（機関コンパートメント）と熱交換器及び冷却ファンを収納する第２室（冷却システムコンパートメント）とに区画する隔壁部材を設けると共に、上記第２室に吸気口を設けた建設機械の冷却装置がある（例えば、特許文献１参照。）。このような構成とすることで、冷却風がエンジンで暖められて熱交換器に流入するのを防止し、熱交換器には常に吸気口を介してエンジン室外の外気を導入できるので、熱交換器の冷却効率を向上させてエンジンと作動油を効率的に冷却することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１６６８６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、建設機械が例えば大型油圧ショベル等の大型建設機械である場合、各アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動するエンジンには大馬力が要求される上に、例えば海外の大規模な鉱山等における２４時間連続稼動といったような過酷な条件で使用されることも多いことから、エンジンは長時間連続して大馬力を出力せねばならず、そのためにエンジンにおける燃焼効率が重要となる。このエンジンの燃焼効率を向上させるには、エンジンに吸入される空気の温度を下げることで吸気密度を増加して吸気量を増大することが有効であるが、上記従来技術の建設機械の冷却装置では、エンジンと作動油については効率的に冷却することはできても、エンジンの吸気温度については効率的に冷却することができなかった。すなわち、大型建設機械に適用する場合において、エンジン吸気の冷却に関しては充分とは言えなかった。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、エンジンの燃焼効率を向上することができる建設機械の冷却装置及びこれを備える建設機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上述した課題を解決するために、第１の発明は、建設機械の被冷却材を冷却する冷却装置において、エンジンを内包するエンジン室内に設けられ、前記エンジンに吸入される空気を冷却する第１の熱交換器と、前記エンジン室内に設けられ、前記第１の熱交換器に冷却風を導入する第１の冷却ファンと、前記エンジン室を前記エンジンが収納される第１室と前記第１の熱交換器及び前記第１の冷却ファンが収納される第２室とに区画する隔壁部材とを備えたことを特徴とする建設機械の冷却装置にある。
【０００８】
本発明においては、第１の冷却ファンで第１の熱交換器に冷却風を導入してエンジンに吸入される空気を冷却する。このとき、エンジン室をエンジンが収納される第１室と第１の熱交換器及び第１の冷却ファンが収納される第２室とに区画する隔壁部材を設けるので、冷却風がエンジン、第１の熱交換器、第１の冷却ファンの順で流れるいわゆる押出冷却方式の場合のようにエンジン周囲で暖められた冷却風が第１の熱交換器に導入されるのを隔壁部材によって防止できる。その結果、第１の熱交換器の冷却効率を向上できる。このように、本発明によれば、第１の熱交換器の冷却効率を向上することにより、作動油及びエンジン冷却水のみの冷却効率を向上する前述の従来技術のような構造に比べてエンジンの吸気温度をさらに低下することができるので、エンジンに吸入される空気の密度を増大することができる。これにより、エンジンの燃焼効率を向上することができる。その結果、エンジン出力を増大することができ、建設機械の馬力を増大することができる。
【０００９】
（２）上述した課題を解決するために、第２の発明は、前記第２室に前記エンジン室外の外気を取り入れる吸気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にある。
【００１０】
これにより、第１の熱交換器には常にエンジン室外の冷涼な外気を導入することができる。したがって、エンジンに吸入される空気を確実に冷却することができ、エンジンの燃焼効率を確実に向上することができる。
【００１１】
（３）上述した課題を解決するために、第３の発明は、前記第２室内における前記第１の熱交換器の前記冷却風の流れ方向下流側にエンジンを冷却するための冷媒を冷却する第２の熱交換器を設けたことを特徴とする請求項２記載の建設機械の冷却装置にある。
【００１２】
（４）上述した課題を解決するために、第４の発明は、前記エンジン室外に作動油を冷却する第３の熱交換器及びこの第３の熱交換器に冷却風を導入する第２の冷却ファンを設けたことを特徴とする請求項３記載の建設機械の冷却装置にある。
【００１３】
（５）上述した課題を解決するために、第５の発明は、前記建設機械は走行体及びこの走行体に旋回可能に設けた旋回体を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の冷却装置にある。
【００１４】
（６）上述した課題を解決するために、第６の発明は、走行体と、この走行体に旋回可能に設けた旋回体と、この旋回体に搭載したエンジンと、このエンジンを内包するエンジン室と、このエンジン室内に設けられ、前記エンジンに吸入される空気を冷却する熱交換器と、前記エンジン室内に設けられ、前記熱交換器に冷却風を導入する冷却ファンと、前記エンジン室を前記エンジンが収納される第１室と前記熱交換器及び前記冷却ファンが収納される第２室とに区画する隔壁部材とを備えたことを特徴とする建設機械にある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の建設機械の冷却装置及びこれを備える建設機械の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の建設機械の冷却装置の一実施の形態を備えた大型油圧ショベルの全体構造を表す側面図であり、図２はこの大型油圧ショベルを図１中矢印ＩＩ方向から見た矢視正面図である。なお、これら図１及び図２では煩雑防止のためフロント装置を図示省略している。
【００１６】
これら図１及び図２において、１は大型油圧ショベルであり、２は走行手段である無限軌道履帯（クローラ）、３はこの無限軌道履帯２を左・右両側にそれぞれ備えた走行体、４はこの走行体３の上部に旋回可能に搭載された旋回体、５はこの旋回体４の基礎下部構造をなす旋回フレーム、６はこの旋回フレーム５上の後方（図１中右側）部に設けたエンジンユニット、７は上記旋回フレーム５上の前方（図１中左側、図２中紙面手前側）部左側に配設された運転室、８はこの運転室７の下方に位置し運転室７を支持する運転室ベッド、９は旋回フレーム５上の上記運転室ベッド８の後方に設けられた燃料タンク、１０は旋回フレーム５上に設けられ運転室７へ行くための通路、１１は旋回フレーム５上の後方部に取り付けられたカウンタウエイトであり、このカウンタウエイト１１は上記旋回フレーム５の前方部に設けられるフロント装置（図示せず）との重量バランスをとるようになっている。
【００１７】
１２は平面視略Ｈ字形状のトラックフレーム、１３はこのトラックフレーム１２の左・右両側の後端近傍にそれぞれ回転自在に支持された駆動輪、１４はこの駆動輪１３を駆動する走行用油圧モータである。また、１５はトラックフレーム１２の左・右両側の前端近傍にそれぞれ回転自在に支持された従動輪（アイドラ）であり、この従動輪１５は無限軌道履帯２を介し駆動輪１３の駆動力で回転される。前記走行体３は、これらトラックフレーム１２、左・右駆動輪１３，１３、左・右走行用油圧モータ１４，１４、及び左・右従動輪１５，１５を備えている。また、１６は走行体３の略中央部に配置された旋回輪であり、この旋回輪１６の中心近傍に複数（本実施の形態では４つ）の旋回用油圧モータ１７（後述の図３参照）が内蔵されている。これにより、前記旋回フレーム５は走行体３に対し旋回可能となっている。
【００１８】
図３は旋回体４上の各種機器の配置を表す旋回体４の平面図であり、図４はエンジンユニット６の内部構造を示す図３中ＩＶ−ＩＶ断面による横断面図である。なお、図４において太線の矢印は冷却風の流れを示している。
これら図３及び図４において、２０は大型油圧ショベル１の幅方向（図３中上下方向、図４中左右方向）に沿って配置されたエンジン２１を内包するように設けたエンジン室、２２はこのエンジン室２０内に複数（本実施の形態では４つ）設けられエンジン２１に吸入される空気から塵埃等を除去するエアクリーナ、２３はマフラ（図１も参照）である。２４はエンジン−ポンプ隔壁２５によって上記エンジン室２０と区画されたポンプ室であり、その内部に複数の油圧ポンプ２６、高圧ストレーナ２７（図３にのみ図示）及びバッテリ２８（図３にのみ図示）を収納している。上記油圧ポンプ２６はエンジン２１により駆動され、高圧ストレーナ２７を介して大型油圧ショベル１に搭載される複数の油圧アクチュエータ（図示せず）に圧油を供給するようになっている。
【００１９】
３０はエンジン−クーラ隔壁３１によってエンジン室２０と区画されたクーラ室であり、このクーラ室３０はさらにクーラユニット３２とこのクーラユニット３２を支持する支持部材３３とによって冷却風の流れ方向上流側（図３中上側、図４中右側）に位置する吸気室３０Ａと冷却風の流れ方向下流側（図３中下側、図４中左側）に位置する排気室３０Ｂとに区画されている。上記クーラユニット３２は、エンジン２１に吸入される空気（以下、エンジン吸気と記載する）を冷却するインタークーラ３４と、エンジン２１を冷却するラジエータ３５と、冷却ファン３６及びこの冷却ファン３６を駆動する油圧モータ３７を複数（本実施の形態では４つ。但し、図３及び図４ではそれらのうち２つを図示）備えた冷却ファン装置３８とで構成されており、これらインタークーラ３４、ラジエータ３５、及び冷却ファン装置３８が冷却風の流れ方向上流側から下流側に向けてこの順序で配置されている。すなわち、上記冷却ファン３６が油圧モータ３７によってそれぞれ駆動されると、大型油圧ショベル１周囲の外気がエンジンユニット６の後方側に設けた吸気口カバー３９（図１参照）から吸入され、吸気室３０Ａの上部に設けた吸気口４０（図４参照）を介して吸気室３０Ａ内に導入される。そして、図４中太線矢印で示すようにこの冷却風が吸気室３０Ａからインタークーラ３４及びラジエータ３５に導入されることで、それらインタークーラ３４及びラジエータ３５においてエンジン吸気及びエンジン２１本体を冷却するためのエンジン冷却水が冷却風と熱交換されて冷却される。このように、エンジン−クーラ隔壁３１を設けることでエンジン室２０側の暖かい空気が冷却風に流入しないようになっており、クーラユニット３２における冷却効率を向上できるようになっている。なお、熱交換して温まった冷却風は、さらに下流側（図３中下側、図４中左側）に流れてエンジンユニット６の油圧ショベル幅方向左側に設けた排気口４１（図１参照）から排気されるようになっている。
【００２０】
図４において、４２はターボチャージャであり、このターボチャージャ４２はエアクリーナ２２で清浄化されたエンジン吸気を、その内部に備えた例えば排気タービン（図示せず）等により圧縮して空気密度を増加させ、エンジン２１へ過給を行うようになっている。４３ａはこのターボチャージャ４２とインタークーラ３４とを接続するインタークーラ配管であり、上記のようにしてターボチャージャ４２で圧縮されたエンジン吸気はこのインタークーラ配管４３ａを通ってインタークーラ３４に導入される。また、４３ｂはインタークーラ３４とエンジン２１を接続する配管であり、インタークーラ３４で冷却されたエンジン吸気はこのインタークーラ配管４３ｂを通ってエンジン２１に導入されるようになっている。
【００２１】
また、４４はラジエータ３５とエンジン２１とをループ状に接続するラジエータ配管であり、ラジエータ３５で冷却されたエンジン冷却水はこのラジエータ配管４４を通ってエンジン２１に導入され、エンジン２１内に設けられた冷却配管（図示せず）を通ってエンジン本体を冷却するようになっている。このようにしてエンジン２１と熱交換することで暖められたエンジン冷却水は、ラジエータ配管４４を通って再びラジエータ３５に導入され冷却されるようになっている。
【００２２】
図３に戻り、４５は旋回体４の前方右側にエンジンユニット６と通路４６を介して配置されたオイルクーラ室であり、このオイルクーラ室４５内には作動油タンク４７と、オイルクーラ４８、冷却ファン４９、及びこの冷却ファン４９を駆動する油圧モータ５０を備えた複数（本実施の形態では２つ）のオイルクーラユニット５１と、リュプリケータ（給脂装置）５２とが設けられている。すなわち、上記冷却ファン４９が油圧モータ５０によってそれぞれ駆動されると、冷却風がオイルクーラ４８に供給される。これにより、オイルクーラ４８は複数の油圧アクチュエータからの戻り油を冷却風と熱交換することで冷却し、作動油タンク４７に環流するようになっている。また、上記リュプリケータ５２は図示しないフロント装置の可動域（例えばブーム、アーム、バケット、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダを連結する軸受装置等）及び前記の旋回輪１６等に潤滑油を給脂するようになっている。なお、本実施の形態では、このようにオイルクーラユニット５１とインタークーラ３４及びラジエータ３５を有するクーラユニット３２とを切り離して別々に配置することで、オイルクーラ４８にはクーラユニット３２とは全く別系統で外気を導入できるようになっており、オイルクーラ４８の冷却効率を向上できるように配慮がなされている。これにより、作動油温が下がり油圧機器類の耐久性が向上される。
【００２３】
５５は旋回体４のほぼ中央部に配置されたコントロールバルブ装置であり、油圧ポンプ２６から油圧アクチュエータへの圧油の流れ（流量、方向）を制御するようになっている。
【００２４】
以上において、エンジンユニット６は特許請求の範囲各項記載のエンジンを内包するエンジン室を構成し、インタークーラ３４はエンジンに吸入される空気を冷却する第１の熱交換器を構成すると共に、請求項６記載の熱交換器をも構成し、冷却ファン３６は第１の熱交換器に冷却風を導入する第１の冷却ファンを構成する。また、エンジン室２０はエンジンが収納される第１室を構成し、クーラ室３０は第１の熱交換器及び第１の冷却ファンが収納される第２室を構成し、エンジン−クーラ隔壁３１はエンジン室を第１室と第２室とに区画する隔壁部材を構成する。また、ラジエータ３５は請求項３記載のエンジンを冷却するための冷媒を冷却する第２の熱交換器を構成し、オイルクーラ４８は請求項４記載の作動油を冷却する第３の熱交換器を構成し、冷却ファン４９は第３の熱交換器に冷却風を導入する第２の冷却ファンを構成する。
【００２５】
次に、上記構成の本発明の建設機械の冷却装置及びこれを備える建設機械の一実施の形態の動作を以下に説明する。
４つの冷却ファン３６がそれぞれに設けられた油圧モータ３７によって駆動されると、大型油圧ショベル１周囲の外気が吸気口カバー３９から吸引され、吸気室３０Ａの上部に設けた吸気口４０を介して吸気室３０Ａ内に導入される。そして、この吸気室３０Ａ内に導入された外気は、冷却ファン３６によって吸引されることでまずインタークーラ３４に冷却風として導入され、エアクリーナ２２で清浄化されターボチャージャ４２で圧縮されたエンジン吸気と熱交換してそれを冷却する。その後、冷却風はラジエータ３５に導入され、エンジン冷却水と熱交換してそれを冷却する。このようにして、熱交換することで温まった冷却風は冷却ファン３６によって押し出され、下流側の排気口４１から排気される。
【００２６】
インタークーラ３４で冷却されたエンジン吸気は、インタークーラ配管４３ｂを通ってエンジン２１に導入される。
【００２７】
また、ラジエータ３５で冷却されたエンジン冷却水は、ラジエータ配管４４を通ってエンジン２１に導入され、エンジン２１内に設けられた冷却配管を通ってエンジン本体と熱交換しそれを冷却する。その後、エンジン２１と熱交換することで暖められたエンジン冷却水は、ラジエータ配管４４を通って再びラジエータ３５に導入され冷却される。
【００２８】
以上のような構成及び動作を行う本発明の一実施の形態によれば、以下のような作用を得ることができる。
すなわち、上記本発明の一実施の形態においては、エンジン室２０とクーラ室３０とをエンジン−クーラ隔壁３１を設けて区画することで、エンジン室２０側からの空気を導入することなく、エンジンユニット６の外部から吸気口４０を介して導入した外気のみを冷却風として用いる。これにより、例えばエンジン−クーラ隔壁３１を設けずエンジン室２０側から冷却風を導入するいわゆる押出冷却方式のような構造に比べ、エンジン室２０内の暖かい空気を流入させずに冷涼な外気のみを冷却風として導入することができるので、クーラユニット３２の冷却効率を向上することができる。このとき、本実施の形態においては、クーラユニット３２の冷却風流れ方向上流側にインタークーラ３４を設けるので、クーラユニット３２にオイルクーラとラジエータのみが設けられた前述の従来技術のような構造に比べ、インタークーラ３４によるエンジン吸気の冷却効率を向上させることができる。これにより、エンジン吸気の温度をさらに低下することができ、空気密度を増大することができる。その結果、エンジン２１の燃焼効率を向上することができる。
【００２９】
さらに、本実施の形態においては、クーラユニット３２にラジエータ３５を設ける。このラジエータ３５はインタークーラ３４の冷却風流れ方向下流側に配置されるが、クーラユニット３２において冷却風の流れ方向上流側からオイルクーラ、ラジエータの順に配置した前述の従来構造と比べた場合にラジエータの位置的条件はほぼ同様となるので、ラジエータ３５の冷却効率を低下させずにほぼ同条件に維持することが可能である。したがって、本実施の形態によれば、エンジン冷却水によるエンジン２１の冷却効率を低下させずに上記燃焼効率の向上効果を得ることができる。
【００３０】
またさらに、本実施の形態においては、オイルクーラユニット５１をインタークーラ３４及びラジエータ３５を有するクーラユニット３２と切り離して別々に配置する。これにより、オイルクーラ４８にはクーラユニット３２とは全く別系統で冷涼な外気を直接導入できるため、クーラユニット３２において冷却風の流れ方向上流側からオイルクーラ、ラジエータの順に配置した前述の従来構造と比べても、オイルクーラ４８の冷却効率を低下させずにほぼ同条件に維持することが可能である。したがって、本実施の形態によれば、作動油の冷却効率を低下させずに上記燃焼効率の向上効果を得ることができる。この結果、作動油温の上昇を防止し、大型油圧ショベル１の油圧機器類の耐久性が低下するのを防止できる。
【００３１】
なお、上記本発明の冷却装置の一実施の形態を備えた大型油圧ショベル１によれば、上述したようにエンジン２１の燃焼効率が向上されるので、エンジン出力を増大することができる。その結果、エンジン馬力を増大することができる。
【００３２】
また、上記本発明の一実施の形態においては建設機械の１つである大型油圧ショベルに本発明を適用したが、これに限らず、大型クレーンに適用してもよい。この場合も、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、第１の熱交換器の冷却効率を向上することにより、エンジンの吸気温度を低下することができる。これにより、エンジンに吸入される空気の密度を増大することができるので、エンジンの燃焼効率を向上することができる。その結果、エンジン出力を増大することができるので、建設機械のエンジン馬力を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械の冷却装置の一実施の形態を備えた大型油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の冷却装置の一実施の形態を備えた大型油圧ショベルの全体構造を表す図１中矢印ＩＩ方向から見た矢視正面図である。
【図３】本発明の建設機械の冷却装置の一実施の形態を備えた大型油圧ショベルの旋回体上の各種機器の配置を表す平面図である。
【図４】本発明の建設機械の冷却装置の一実施の形態を備えた大型油圧ショベルのエンジンユニットの内部構造を示す図３中ＩＶ−ＩＶ断面による横断面図である。
【符号の説明】
１            大型油圧ショベル（建設機械）
３            走行体
４            旋回体
６            エンジンユニット（エンジン室）
２０          エンジン室（第１室）
３０          クーラ室（第２室）
２１          エンジン
３１          エンジン−クーラ隔壁（隔壁部材）
３４          インタークーラ（第１の熱交換器；熱交換器）
３５          ラジエータ（第２の熱交換器）
３６          冷却ファン（第１の冷却ファン）
４０          吸気口
４８          オイルクーラ（第３の熱交換器）
４９          冷却ファン（第２の冷却ファン）
【図１】
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【図２】
2005016083.tif 000004
【図３】
2005016083.tif 000005
【図４】
2005016083.tif 000006