JP2000336694A

JP2000336694A - 建設機械の冷却装置及び建設機械

Info

Publication number: JP2000336694A
Application number: JP11152285A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 修渡邉; Makoto Sugaya; 誠菅谷
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に加工できる形状で冷却風を円滑に導入
し、冷却風量を確保しつつ騒音を低減することにより、
生産性の向上を図る。【解決手段】羽根車の回転によって空気流を生起するフ
ァン４４と、このファン４４の上流側に設けられ空気流
Ｐをファン４４の吸い込み側に導入するシュラウド４８
とを有し、旋回体を覆うカバー８内に配置したラジエー
タ４５、オイルクーラ４６等の熱交換器及びエンジン３
２を、ファン４４で生起する空気流Ｐで冷却する建設機
械の冷却装置において、ファン４４は、エンジン３２の
駆動力で駆動される略水平方向の回転軸４３を備えた軸
流ファンであり、シュラウド４８は、ラジエータ４５に
固定される固定用取り付け部４８ａと、この取り付け部
４８ａの反ラジエータ側でファン４４の羽根車の外周側
を取り囲む略円筒形状のファン外周部４８ｂとを備えた
円筒型シュラウドである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械の冷却装
置に関し、さらに詳しくは、冷却風量を確保しつつ騒音
を低減できる建設機械の冷却装置及びこれを備えた建設
機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の一例として、油圧ショベルを
その後方からみた横断面図を図９に示す。また図９中の
部分拡大図を図１０に、図１０中XI−XI断面で見た矢視
図を図１１に示す。

【０００３】これら図９〜図１１において、油圧ショベ
ル１００は、左右に無限軌道履帯１０２ａを有する走行
体１０２と、この走行体１０２上に旋回可能に設けた旋
回体１０３と、この旋回体１０３の前方左側に設けた運
転室１０４と、旋回体１０３上に横置きに配置され、エ
ンジン１０５及びこのエンジン１０５に関連する補機
（図示せず）を内包するエンジン装置１０６と、旋回体
１０３の前部に設けられ、ブーム、アーム、及びバケッ
トからなる多関節型のフロント装置１０７とを備えてい
る。

【０００４】旋回体１０３は、通常、カバー１０８で覆
われており、前記エンジン装置１０６や、旋回体１０３
の前部に載置される燃料タンク（図示せず）は、このカ
バー１０８内の閉空間に配置されている。そしてエンジ
ン装置１０６では、前記エンジン１０５及び前記補機の
冷却を行うために、エンジン１０５の駆動力で駆動され
る冷却ファン１０９により前記カバー１０８の一方側に
設けた吸気孔１０８ａから空気を導入して空気流れＰを
生起し、ラジエータ、オイルクーラ等の熱交換器１１０
及びその下流側のシュラウド１１１を通過させた後、更
に前記エンジン１０５及び前記補機の側方を通過させ、
前記カバー１０８の他方側に設けた排気孔１０８ｂから
外部に排出している。

【０００５】前記のシュラウド１１１は、高圧である下
流側から低圧である上流側への冷却風の逆流を防止して
冷却風量を確保するためのもので、冷却ファン１０９の
径方向外周部近傍に配置されている。このシュラウド１
１１は、いわゆるボックス型シュラウドと称されるもの
であり、略箱形形状の筐体１１１ａに、冷却ファン１０
９の外径よりやや大きな円形の貫通孔１１１ｂを形成し
たシンプルな構造となっており、熱交換器１１０側端部
の固定用取り付け部１１１ｃにおいて熱交換器１１０に
取り付けられている。

【０００６】前記の冷却ファン１０９は、エンジン１０
５の駆動力により駆動される軸流ファンが用いられ、前
記のカバー１０８内の閉空間に回転軸１０９ａが略水平
方向となるように配置されている。そのため、本来であ
れば、前記の吸気孔１０８ａを前記カバー１０８の側面
に設けてファン１０９の略水平方向上流側から空気を導
入することが円滑な空気流れという観点からは自然であ
る。しかし、カバー１０８内にある前記エンジン１０５
及び補機等は動作時に騒音を発生するため、カバー１０
８の側面に開口部を設けるとこの音が周囲環境へ直接放
射されることとなって著しい騒音を生じ好ましくない。
したがって、吸気孔１０８ａをカバー１０８の上面１０
８Ａに設けて空気流れＰを下方に向かって導入するとと
もに、排気孔１０８ｂもカバー１０８の上面１０８Ａに
設けて空気流れＰを上方に向かって排出するようになっ
ている。

【０００７】ところで、一般に、軸流ファンは、上流側
から下流側へと直線的に空気流れを導くという特性上、
上流側又は下流側に流路抵抗となる構造物があると、そ
の影響を受けて流れが乱れやすい。上記のエンジン装置
１０６内の冷却ファン１０９では、上流側には熱交換器
１１０が、下流側にはエンジン１０５及び補機が設けら
れている上、前述の事情により吸気孔１０８ａ及び排気
孔１０８ｂがカバー１０８の側面に設けられず吸気流路
及び排気流路がカーブする形状となるため、流路抵抗が
比較的大きい。そのため、冷却ファン１０９前後の空気
流れが乱れやすく、風量の低減や騒音の増大を招いてい
た。

【０００８】そこで、この点を解決するために、例えば
特開平８−２８４６１１号公報に記載されているよう
に、上記のいわゆるボックス型シュラウド１１１に代わ
ってベルマウス型シュラウドを用いる構成が提唱されて
いる。

【０００９】図１２は、この従来技術を適用した油圧シ
ョベルの後方からの横断面図であり、図１３は、図１２
中Ａ部の拡大図である。これら図１２及び図１３におい
て、図９〜図１１と同符号の部分は、同一部分を示す。

【００１０】図１２及び図１３において、シュラウド１
１２は、熱交換器１１０のすぐ下流側に位置する縁部１
１２ａと、この縁部１１２ａのさらに下流側でかつ冷却
ファン１０９のブレード１０９Ａにほぼ対応する位置に
配置されたファン周囲部１１２ｂとを備えており、これ
ら縁部１１２ａとファン周囲部１１２ｂとは一体的に形
成されている。

【００１１】縁部１１２ａは、熱交換器１１０の冷却フ
ァン１０９側の壁面に形成された空気通路口（図示せ
ず）を覆うような状態で、当該壁面に取り付けられてい
る。

【００１２】ファン周囲部１１２ｂは、図１３に示すよ
うに、両端部側に位置し半径Ｒの２つの円弧形状の断面
を有する曲面部１１２ｂ₁，１１２ｂ₂と、２つの曲面部
１１２ｂ₁，１１２ｂ₂の中間に位置し直線的形状の断面
を有する平面部１１２ｂ₃とによって構成される。ファ
ン周囲部１１２ｂでは、曲面部１１２ｂ₁，１１２ｂ₂の
両端の直径が最も大きくかつ平面部１１２ｂ₃へ近くな
るに従って直径が絞られて小さくなり、また平面部１１
２ｂ₃で直径が最も小さくなるように構成されている。
なお、１１３は、シュラウド中心線であり、ファン周囲
部１１２ｂの平面部１１２ｂ₃の中央位置を通るように
定められる。

【００１３】このとき、車体の振動に伴う干渉防止のた
め、シュラウド１１２は冷却ファン１０９とは径方向で
一定の空間（チップクリアランスｔ）を保持するように
取り付けられている。

【００１４】このチップクリアランスの意義は、以下の
ようである。すなわち、冷却ファン１０９のブレード１
０９Ａの外周部とシュラウド１１２内周に挟まれたチッ
プクリアランス付近の流れは複雑な流れになっており、
ブレード１０９Ａ外周に近い部分はファンによる吐出力
の影響が強い領域であり、上流から下流へと冷却風は流
れている（図１３中イの方向）が、シュラウドファン周
囲部１１２ｂの内周近傍はファンによる吐出力が及ばな
い領域であり、高圧の下流側から上流側へ（図１３中ロ
の方向）逆流して流れている。チップクリアランスｔは
小さいほど、前記の逆流が少なくなるため好ましいもの
である。

【００１５】しかしながら、シュラウド１１２は熱交換
器１１０を介し車体側に固定される一方、冷却ファン１
０９はエンジン１０５に固定されているため、シュラウ
ド１１２と冷却ファン１０９とはそれぞれ異なる振動系
に属することとなり、稼働中には互いに相対変位するこ
ととなる。そのため、チップクリアランスｔは、シュラ
ウド１１２と冷却ファン１０９とがその振動で干渉しな
いように、その下限値が決定される。

【００１６】そして、この従来技術による冷却装置では
さらに、ブレード１０９Ａの回転軸１０９ａ方向の幅を
Ｌ、熱交換器１１０側のブレード１０９Ａ端部から前記
シュラウド中心線１１３までの距離をＬ₁として、 α＝Ｌ₁／Ｌで定義されるかぶせ率αを種々変えて、騒音測定実験を
行っている。図１４は、その騒音測定実験の結果を示し
たものであり、α＝６０％のときが最も騒音が低い最適
値であるとしている。またこの最適値に対し、人間の耳
で識別困難な範囲である＋２ｄＢの許容範囲をとると、
αの最適範囲は、４１〜７０％であるとしている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、熱交
換器１１０の下流側にベルマウス型のシュラウド１１２
を設けて冷却ファン１０９へ空気流れＰを円滑に導入し
乱れを低減するとともに、そのシュラウド１１２のかぶ
せ率αを最適化することにより、騒音の低減を図るもの
である。

【００１８】しかしながら、上記従来技術で採用するベ
ルマウス型のシュラウド１１２は、図１３に示したよう
に、平面部分と曲面部分とが複雑に混在した形状であっ
て加工が容易ではなく、生産性の向上が困難という問題
がある。またこれによって製造コストの高騰を招くとい
う問題もある。

【００１９】本発明の目的は、容易に加工できる形状で
冷却風を円滑に導入し、冷却風量を確保しつつ騒音を低
減することにより、生産性の向上を図ることができる建
設機械の冷却装置及び建設機械を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、多数の羽根を備えた羽根車の回転
によって空気流を生起するファンと、このファンの上流
側に設けられ前記空気流を前記ファンの吸い込み側に導
入するシュラウドとを有し、旋回体を覆うカバー内に配
置したラジエータ、オイルクーラ等の熱交換器及びエン
ジンを、前記ファンで生起する空気流で冷却する建設機
械の冷却装置において、前記ファンは、前記エンジンの
駆動力で駆動される略水平方向の回転軸を備えた軸流フ
ァンであり、前記シュラウドは、前記熱交換器に固定さ
れる固定用取り付け部と、この取り付け部の反熱交換器
側で前記ファンの羽根車の外周側を取り囲む略円筒形状
のファン外周部とを備えた円筒型シュラウドである。

【００２１】ファンの羽根車の回転によって空気流を生
起すると、この空気流はシュラウドを介しファンの吸い
込み側に導入された後、ファンの吹き出し側に吹き出さ
れる。そして、この一連の流れの中で、カバー内の熱交
換器やエンジンを冷却する。ここで、ファンが略水平方
向の回転軸を備えた軸流ファンである場合、通常、ファ
ンの上流側及び下流側のうち一方に熱交換器、他方にエ
ンジンが比較的近接して配置されてこれらが流路抵抗と
なるため、その影響を受けてファン前後の空気流が乱れ
やすい。

【００２２】そこで本発明においては、ファンの羽根車
の外周側を取り囲むファン外周部を備えた円筒型シュラ
ウドを用いることにより、例えば熱交換器を通過した空
気流をファンへ円滑に導入し、乱れを低減することがで
きる。

【００２３】そしてこのとき、ファン外周部を略円筒形
状とすることにより、ベルマウス形状とする従来構造の
ように曲面部分と平面部分とが複雑に混在する形状にな
ることはなく、加工が極めて簡単となり、生産性の向上
を図ることができる。また、例えば羽根のファン回転軸
方向の幅Ｌ₀、羽根の熱交換器側端部からシュラウドフ
ァン外周部の反熱交換器側端部までの距離Ｌ₁₀を用いて
α₀＝Ｌ₁₀／Ｌ₀で表されるかぶせ率α₀を適宜設定する
（例えば２０％を超え６０％未満とする）ことで、ベル
マウス形状の従来構造における最適値に相当するかぶせ
率６０％の場合に比べ、少なくとも冷却風量を低下させ
ることなく、同程度に騒音低減を図ることができる。し
たがって、冷却効率の向上が可能となる。

【００２４】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記熱交換器及び前記エンジンを冷却するための空気流
を前記カバー内に取り入れる吸気孔を、該カバーの上部
に設けるとともに、前記熱交換器及び前記エンジンを冷
却した後の空気流を前記カバー外に排出する排気孔を、
前記エンジンの下方に設ける。

【００２５】周囲への騒音低減の配慮から空気流の吸気
孔がカバー上部に設けられかつ排気孔がエンジン下方に
設けられている場合には、空気流流路のカーブ形状が顕
著となってさらに流路抵抗が大きくなるため空気流がさ
らに乱れやすい。したがって、この場合には、特に本発
明による上記の乱れ低減効果が有効である。

【００２６】（３）上記（１）又は（２）において、ま
た好ましくは、前記羽根の前記回転軸方向の幅をＬ₀、
前記羽根の前記熱交換器側端部から前記シュラウドの前
記ファン外周部の反熱交換器側端部までの距離をＬ₁₀と
したとき、α₀＝Ｌ₁₀／Ｌ₀で表されるかぶせ率α₀を、
２０％を超え６０％未満とする。

【００２７】（４）上記目的を達成するために、また本
発明は、走行体と、この走行体の上部に旋回可能に搭載
されたメインフレームと、このメインフレームに垂直ピ
ンを中心にして水平方向に回動可能に取り付けられたス
イングポストと、このスイングポストに上下方向に回動
可能に取り付けられたブームを含む多関節型のフロント
装置と、前記メインフレーム上に設けられた運転室と、
前記メインフレーム上の運転室以外の大部分を覆い、ラ
ジエータ、オイルクーラ等の熱交換器及びエンジンを収
納するカバーと、多数の羽根を備えた羽根車の回転によ
って空気流を生起するファン及びこのファンの上流側に
設けられ前記空気流を前記ファンの吸い込み側に導入す
るシュラウドを備え、前記カバー内に収納された前記熱
交換器及び前記エンジンを前記ファンで生起する空気流
で冷却する冷却装置とを有し、かつ、前記フロント装置
は、前記ブームを最大に振り上げ該ブームが前記カバー
の上面に最も近づいたフロント最小旋回姿勢にしたとき
に該ブームが前記運転室側方の位置まで後方に傾き、こ
れにより前記フロント最小旋回姿勢での旋回半径を小さ
くした建設機械において、前記ファンは、前記エンジン
の駆動力で駆動される略水平方向の回転軸を備えた軸流
ファンであり、前記シュラウドは、前記熱交換器に固定
される固定用取り付け部と、この固定用取り付け部の反
熱交換器側で前記ファンの羽根車の外周側を取り囲む略
円筒形状のファン外周部とを備えた円筒型シュラウドで
ある。

【００２８】フロント最小旋回姿勢にしたときにブーム
が運転室側方の位置まで後方に傾き、これによって旋回
半径を小さくしたいわゆる後方小旋回型の建設機械で
は、カバー内スペースの制約や密閉度の増大によって流
路抵抗が大きくなるため、空気流が特に乱れやすい。し
たがって、この場合も、特に本発明による上記の乱れ低
減効果が有効である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルに適
用した場合の一実施の形態を図面を用いて説明する。図
１は、本発明を適用する油圧ショベルの全体構造を示す
ものであり、図２は、図１に示した油圧ショベルを斜め
後方からみた一部透視斜視図を示すものである。

【００３０】これら図１及び図２において、油圧ショベ
ルは、左右の無限軌道履帯１Ｌ，１Ｒを備えた走行体２
と、この走行体２の上部に旋回可能に搭載される旋回体
の基礎下部構造をなすメインフレーム３と、このメイン
フレーム３に垂直ピン（図示せず）を中心にして水平方
向に回動可能に取り付けられたスイングポスト４と、こ
のスイングポスト４に上下方向に回動可能に取り付けら
れた多関節型のフロント装置５と、前記メインフレーム
３の後端部に取り付けられたカウンタウェイト６と、前
記メインフレーム３上に設けられた運転室７と、前記メ
インフレーム３上の運転室７以外の大部分を覆うカバー
８とを備えている。

【００３１】前記の走行体２は、略Ｈ字形状のトラック
フレーム９と、このトラックフレーム９の左・右両側の
後端近傍に回転自在に支持された駆動輪１０Ｌ，１０Ｒ
と、これら駆動輪１０Ｌ，１０Ｒをそれぞれ駆動する左
・右走行モータ１１Ｌ，１１Ｒと、前記トラックフレー
ム９の左・右両側の前端近傍に回転自在に支持され、前
記無限軌道履帯１Ｌ，１Ｒを介し前記駆動輪１０の駆動
力でそれぞれ回転される回転輪（アイドラ）１２Ｌ，１
２Ｒと、前記トラックフレーム９の前方側に上下動可能
に設けられ、ブレードシリンダ１３により上下動する排
土用のブレード１４とを備えている。また前記走行体２
の中央部には旋回台軸受１５が配置されている。

【００３２】前記の多関節型のフロント装置５は、ロア
ブーム１６Ｌとアッパーブーム１６Ｕとからなるツーピ
ースブームであるブーム１６と、前記アッパーブーム１
６Ｕに回動可能に結合されたアーム１７と、このアーム
１７に回動可能に結合されたバケット１８と、一端が前
記アッパーブーム１６Ｕに連結されアッパーブーム１６
Ｕと前記ロアブーム１６Ｌとの間の角度を変化させるク
ロスロッド１９とを備えている。このクロスロッド１９
は、フロント装置５の形状を規制するリンク部材として
機能し、前記ロアブーム１６Ｌの前記メインフレーム３
に対する回動角に応じて、前記アッパーブーム１６Ｕと
前記ロアブーム１６Ｌとの間の角度を変化させるように
なっている。そして、前記ロアブーム１６Ｌ、アーム１
７、及びバケット１８は、それぞれブームシリンダ２
０、アームシリンダ２１、及びバケットシリンダ２２に
より駆動動作される。

【００３３】前記のスイングポスト４は、前記メインフ
レーム３に設けられたスイングシリンダ２３に、連結ピ
ン（図示せず）を介して連結されており、スイングシリ
ンダ２３の伸縮でスイングポスト４全体が回動すること
によって、前記多関節型のフロント装置５が左・右にス
イングするようになっている。

【００３４】前記のメインフレーム３は、その中心近傍
に、前記走行体２に対しメインフレーム３を旋回させる
旋回モータ２４が配置されている。このとき、前記メイ
ンフレーム３は、特に明確には図示しないが、前記走行
体２の車幅内に近い直径（＝車幅よりも若干大きい直
径）内で旋回可能な寸法に構成されている。また、前記
ブーム１６を最大に振り上げブーム１６が前記上部カバ
ー８に最も近づく最小旋回姿勢をとる際において、前記
ロアブーム１６Ｌを上昇させ前記多関節型のフロント装
置５を畳み込むと（図１に示した状態）、多関節型のフ
ロント装置５がメインフレーム３の旋回半径の範囲内、
すなわち走行体２の車幅内に近い直径内で旋回可能とな
るよう構成されている。

【００３５】なお、ここまでに述べてきた駆動機器、す
なわち、前述したブレードシリンダ１３、旋回モータ２
４、ブームシリンダ２０、アームシリンダ２１、バケッ
トシリンダ２２、スイングシリンダ２３、及び左・右走
行モータ１１といった油圧アクチュエータは、特に詳細
な説明を行わないが、公知の油圧駆動装置（例えば特開
平７−１８９２９８号公報や特開平７−２６５９２号公
報に記載のもの）により駆動される。すなわち、これら
駆動機器は、運転室７内の操作者によって操作される操
作手段（後述する左・右走行レバー２５Ｌ，２５Ｒ、ス
イングペダル２６、左・右作業レバー２７Ｌ，２７Ｒ、
ブレードレバー等）の操作に応動し、エンジン３２（後
述する）で駆動される油圧ポンプ３３（同）からの圧油
を制御する制御弁装置（図示せず）からの圧油により駆
動される。

【００３６】一方、前記の運転室７は、前記メインフレ
ーム３上の左側に設けられている。この運転室７内に
は、前記走行体２の左・右走行モータ１１Ｌ，１１Ｒを
それぞれ駆動するための左・右走行レバー２５Ｌ，２５
Ｒと、前記スイングシリンダ２３を駆動し前記多関節型
のフロント装置５をスイングさせるためのスイングペダ
ル２６と、前記ブームシリンダ２０、アームシリンダ２
１、及びバケットシリンダ２２を駆動して前記ロアブー
ム１６Ｌ、アーム１７、及びバケット１８をそれぞれ動
作させるための左・右作業レバー２７Ｌ，２７Ｒと、前
記ブレードシリンダ１３を駆動しブレード１４を上下動
させるためのブレードレバー（図示せず）とが設けられ
ている。また、運転室７は、座席２８（後述の図３参
照）と、この座席２８の上方に設けられたルーフ２９
と、前記座席２８の後方に設けられた後壁３０と、前記
座席の内側（右側）側方に設けられた側壁３１とを備え
ており、これら後壁３０及び側壁３１はいずれも大部分
が透過性材料で形成され、略鉛直に配設されている。

【００３７】また、前記の上部カバー８は、図２に示す
ように、その内部に、エンジン３２、このエンジン３２
に連結されその駆動力によって駆動される油圧ポンプ３
３、前記エンジン３２の燃料を貯留する燃料タンク３
４、前記油圧ポンプ３３の圧油源となる作動油タンク３
５、前記エンジン３２への吸入空気を清浄化するエアク
リーナ３６、このエアクリーナ３６に接続された吸気パ
イプ３７（後述の図３を参照）、前記エンジン３２から
の排気ガスが導かれてその消音を行うマフラー３８、こ
のマフラー３８の吐出側に一端が連結され他端が前記カ
ウンタウェイト６の貫通孔６ａを貫通して外部に露出し
た排気ガス管３９等の機器を収納するエンジン室４０を
形成している。なお前記上部カバー８の後方下部には、
前記エンジン室４０内部のメンテナンス用の開閉ドア４
１が設けられており、前記カウンタウェイト６はこの開
閉ドア４１の下方に位置している。また、前記作動油タ
ンク３５は、前記油圧ポンプ３３やオイルクーラ４６
（後述の図３参照）等と図示しない配管により接続され
ている。

【００３８】このようなエンジン室４０に、本発明の冷
却装置の一実施の形態が設けられている。図３は、本発
明の冷却装置の一実施の形態を備えたエンジン室４０内
の詳細構造を表す旋回体２の水平断面図であり、図４
は、図３に示したエンジン室４０の鉛直断面図であり、
図５は、図４中Ｂ部の詳細拡大図であり、図６は、図５
中VI−VI断面による断面図である。これら図３〜図６に
おいて、図１及び図２と同符号のものは同一部分を示
す。図３〜図６において、前記したエンジン３２は、前
記メインフレーム３上に振動減衰装置（エンジンマウン
トともいう、図示せず）を介して設置されている。本発
明の一実施の形態による冷却装置は、前記エンジン３２
のクランク軸３２ａにクランクプーリ３２ｂ、ファンベ
ルト４２、及びファンプーリ４３ａを介して連結された
補助回転軸（ファン回転軸）４３の一方側に設けた冷却
ファン４４と、この冷却ファン４４の前段（上流側）に
配置した熱交換器としてのラジエータ４５及びオイルク
ーラ４６と、前記ラジエータ４５を固定する仕切材４７
と、前記ラジエータ４５の下流側に固定されたシュラウ
ド４８と、前記上部カバー８のうち前記ラジエータ４５
及びオイルクーラ４６の上流側部分に設けられた吸気孔
４９ａ（カバー上部に設置），４９ｂ（カバー下部に設
置）と、前記冷却ファン４４から流出する空気流を外部
に排出するために、前記メインフレーム３のうち前記エ
ンジン３２の直下部分に設けられた排気孔５０とを備え
ている。

【００３９】前記の冷却ファン４４は、通常のこの種の
建設機械の冷却装置と同様、軸流ファンが用いられてお
り、図４に示すように、ファン回転軸である補助回転軸
４３が略水平方向に配置されている。なお、この補助回
転軸４３の他方側には、前記ラジエータ４５にエンジン
冷却水を循環させる水ポンプ（図示せず）が連結されて
いる。またクランク軸３２ａの反対側（図４中左方側）
は、図示しないギヤ機構を介して（あるいは直結でも良
い）油圧ポンプ３３に接続されている。

【００４０】前記のラジエータ４５は、ホース５１ａ，
５１ｂを介して前記エンジン３２の冷却水が循環供給さ
れてこれを冷却し、前記のオイルクーラ４６は、上流側
で図示しない配管を介し前記の各種アクチュエータへ連
通する一方、下流側も図示しない配管を介し作動油タン
ク３５へ連通している。これにより、前記油圧ポンプ３
３から前記アクチュエータに供給される作動油を冷却す
るようになっている。

【００４１】前記のシュラウド４８は、いわゆる円筒型
シュラウドであり、図５に示すように、ラジエータ４５
にボルト５４を介し固定される固定用取り付け部４８ａ
と、この取り付け部４８ａの反ラジエータ側でファン４
４の羽根車の外周側を取り囲む略円筒形状のファン外周
部４８ｂとを備えている。なおファン外周部４８ｂに
は、作業員の危険防止のための図示しないファンガード
がボルトを介して固定されている。そしてこのとき、シ
ュラウド４８は、冷却ファン４４のハブ４４ｂに取り付
けられた複数の羽根４４ａ（例えば後退翼となってい
る）の補助回転軸４３軸方向の幅をＬ₀、羽根４４ａの
ラジエータ４５側端部４４ａａからシュラウドファン外
周部４８ｂの反ラジエータ側端部４８ｂａまでの距離を
Ｌ₁₀としたとき、かぶせ率α₀＝Ｌ₁₀／Ｌ₀を２２％とし
ている。またシュラウドファン外周部４８ｂの内周側と
羽根４４ａとの間には、所定のチップクリアランスｔが
設けられている。

【００４２】前記上部カバー８内の空間は、隔壁５３に
よって、前記ラジエータ４５、オイルクーラ４６、エン
ジン３２、及び冷却ファン４４等が配置される後方領域
としての前記エンジン室４０とそれ以外の前方領域とし
ての燃料タンク室５２とに仕切られている。このとき前
記隔壁５３は、前述した運転室７の後壁３０の一部を兼
ねている。

【００４３】また、上部カバー８内の空間、特にエンジ
ン室４０は、後述する近年の騒音低減化の傾向に対応す
る形で、密閉度が従来よりも小さく設定されており、吸
気孔４９ａ，４９ｂ及び排気孔５０の開口面積も比較的
小さくなるように設定されている。なおこのとき、通常
はカバー８の側方に１箇所設置される吸気孔が上下２箇
所の吸気孔４９ａ，４９ｂに分かれて設置されている
（図４参照）のは、このような配置にすることによっ
て、側方に１箇所の吸気孔を設置する通常の場合より広
い開口面積としても同一の遮音能力を持たせるためであ
る。

【００４４】前述した本発明の冷却装置の一実施の形態
の動作を説明する。エンジン３２を駆動すると、エンジ
ン３２のクランク軸３２ａの回転がベルト４２を介して
補助回転軸４３に伝達され、補助回転軸４３の回転によ
り冷却ファン４４が回転する。この冷却ファン４４の回
転により、吸気孔４９ａ，４９ｂから空気流Ｐが吸入さ
れて、オイルクーラ４６及びラジエータ４５を冷却す
る。そして、オイルクーラ４６及びラジエータ４５を通
過した空気流Ｐは、シュラウド４８を介して冷却ファン
４４に流入する。冷却ファン４４に流入した空気流Ｐ
は、冷却ファン４４で昇圧されて流出し、エンジン３２
等を冷却して、排気孔５０から外部（旋回体２の下方）
に放出される。

【００４５】次に、上記のように構成した本発明の冷却
装置の一実施の形態の作用を説明する。

【００４６】（１）円筒型シュラウドによる乱れ低減及
び生産性向上作用上記のような空気流Ｐの流通経路において、冷却ファン
４４が略水平方向の回転軸４３を備えた軸流ファンであ
るため、その特性上、上流側近接位置にあるオイルクー
ラ４６及びラジエータ４５や下流側近接位置にあるエン
ジン３２が流路抵抗となりその影響を受けてファン４４
前後の空気流が乱れやすい。そこで本実施の形態におい
ては、冷却ファン４４の羽根車の外周側に円筒型シュラ
ウド４８を設けることにより、オイルクーラ４６及びラ
ジエータ４５を通過した空気流Ｐを冷却ファン４４へ円
滑に導入して乱れを低減することができる。そしてこの
とき、ファン外周部４８ａを略円筒形状とすることによ
り、ベルマウス形状とする従来構造のように曲面部分と
平面部分とが複雑に混在する形状になることはないた
め、加工が極めて簡単となり、生産性の向上を図ること
ができる。

【００４７】（２）かぶせ率設定による冷却風量向上及
び騒音低減作用本実施の形態では、上記（１）の作用に加え、かぶせ率
α₀を最適な範囲に設定することにより、従来構造にお
ける最適値に相当するかぶせ率６０％の場合に比べ、少
なくとも冷却風量を低下させることなく、同程度に騒音
低減を図ることができる。以下、この作用について詳細
に説明する。

【００４８】（２−Ａ）密閉度増大の背景前述したように、カバーにはエンジン及び補機等の冷却
ための開口部が必要であるが、その開口部を介しエンジ
ン及び補機等から生じる騒音が周囲環境へ放射されるこ
ととなるため、このことへの配慮が必要である。開口部
を広くとってカバー内の密閉度を減少させると、通風抵
抗が小さくなるため冷却効率は向上するが、周囲への騒
音は大きくなる。逆に密閉度を増大させると、周囲への
騒音は低減するが、冷却効率は低下する。

【００４９】従来の建設機械では騒音の規制の基準が現
在よりも緩かったため、主として冷却効率の向上が重視
されていた。そのため、開口部が大きめにとられ密閉度
が比較的低くなっており、冷却ファンの通風抵抗が比較
的低い状態であった。

【００５０】しかしながら、近年、作業環境の変化や周
辺環境の保全の要求に基づき、建設機械から周囲への騒
音低減が強く要求されており、国内及び欧州騒音規則に
合格する騒音基準を持った建設機械を開発することが急
務となっている。

【００５１】その基準の一例を挙げると、従来の騒音評
価は、建設機械の車体が静的な状態であるエンジン無負
荷最高回転数での評価（すなわち定置騒音評価）であっ
たが、これに代わって、建設機械の車体が動的な状態に
あるとき、具体的には掘削・走行・旋回動作等を含む模
擬作業負荷時における評価（すなわち作業騒音評価）が
要求される。また、従来の騒音測定は、車体側方４方向
において車体から所定距離にある複数箇所で平面的に行
われていたが、これに代わって、車体を囲む半球上の複
数箇所で３次元的に行われる。さらに、従来の騒音測定
は、車体を堅土の地表面に配置して行えば足りたが、こ
れに代わって、例えば油圧ショベルではコンクリート又
はアスファルト上に配置して測定するのが基本となり、
堅土の場合にはその測定騒音値に補正値を加える義務が
生じる。

【００５２】このような背景のもと、今後の建設機械に
おいては、現行よりさらに進んだ低騒音化が要求されて
おり、より一層の低騒音化のため、カバー内の開口部を
少なくしてカバーの密閉度を増大させる傾向にある。こ
れにより、冷却風の入口開口部と出口開口部の開口面積
が小さくなり、冷却風流入時と流出時の抵抗が大きくな
り、冷却ファンに加わる全通風抵抗が大きくなる傾向に
ある。

【００５３】（２−Ｂ）密閉度とかぶせ率との関係ところで、冷却ファンとシュラウドとの軸線方向の相対
的な配置関係を決定するかぶせ率α₀は、冷却ファンの
作動する圧力条件に応じてその最適な配置が決定される
ものである。このことを図７により説明する。

【００５４】図７は、シュラウド付近の流れを説明する
ための図であり、図５中VII−VII断面でみた断面図であ
る。図示のように、ファン４４から流出する冷却風（空
気流Ｐ）は、ブレード４４ａの円周方向速度ベクトルＶ
_rと、冷却風のブレード４４ａに対する相対速度ベクト
ルＶ_wとの合成ベクトルである絶対速度ベクトルＶをも
つ。この絶対速度ベクトルＶを、風量に対応する成分で
ある軸線方向成分Ｖ₁と円周方向成分Ｖ₂とに分解して考
えた場合、車体側の通風抵抗が大きくなると、同一のフ
ァン回転速度においても冷却風の絶対速度ベクトルＶが
円周方向成分Ｖ₂をより多く持つようになる。

【００５５】円周方向成分Ｖ₂はシュラウド４８に衝突
する方向への成分であるため、この円周方向成分Ｖ₂を
冷却風がより多く持つようになると、シュラウド４８近
傍の流路抵抗が大きくなる。したがって、同一の冷却風
量を確保するためには、そのシュラウド４８近傍の流路
抵抗を低減するために、かぶせ率α₀を小さくして冷却
ファン４４とシュラウド４８とのかぶり量を浅くする必
要がある。

【００５６】ここで、上記（２−Ａ）で説明したよう
に、今後の建設機械では、カバーの密閉度増大により車
体側の通風抵抗が大きくなるため、シュラウド４８近傍
の流路抵抗が増大する。そのため、同一の冷却風量を確
保するためには、かぶせ率α₀を小さくする必要があ
る。

【００５７】従来の建設機械では、上記（２−Ａ）で説
明したような比較的緩い騒音規制基準に基づく比較的小
さい密閉度という背景の下、冷却ファンのかぶせ率は、
例えば前述した特開平８−２８４６１１号公報に記載の
ように、約６０％が最適値であった。しかしながら、上
記のような密閉度増大の背景の下では、この値が必ずし
も適正な値とは言えなくなる（シュラウド近傍の流路抵
抗低減のためかぶせ率を小さくする必要がある）ため、
最適なかぶせ率の値を検討し直す必要がある。

【００５８】（２−Ｃ）かぶせ率の適正な範囲本願発明者等は、上記の考察に基づき、適正なかぶせ率
の値を検討する実験を行い、図８に示す結果を得た。

【００５９】図８は、図３〜図６に示した本実施の形態
と同様の構造において、エンジン３２の回転数を、負荷
の大きい定格回転数に近い回転数に設定しておき、冷却
ファン４４とシュラウド４８のかぶせ率α₀を種々変化
させたときのラジエータ４５の前面（上流側）風速及び
騒音を測定したものである。なお、風速の縦軸は、かぶ
せ率α₀＝５０％のときの値に対する相対値［％］で表
し、騒音の縦軸は、かぶせ率α₀＝５０％のときの値に
対する偏差［ｄＢ（Ａ）］で表している。

【００６０】図８において、まず風速については、かぶ
せ率をα₀＝２２％，３８％，５０％，６３％にそれぞ
れ設定し測定を行った。測定値は、図示のように、かぶ
せ率α₀の増加に対して右下がりの曲線となっており、
かぶせ率α₀が小さくなるほど風速値が増加している。
これは、かぶせ率α₀が小さくなるにつれて冷却風吐出
し部の流れの衝突による前述したシュラウド４８近傍の
流路抵抗が小さくなり、風量が増加していることを示し
ている。なお、特に図示しないが、エンジンの回転数を
変えてもこの傾向は変わらなかった。

【００６１】また、騒音については、かぶせ率をα₀＝
２２％，５０％，６３％にそれぞれ設定し測定を行っ
た。測定値は、図示のように、かぶせ率α₀の増加に対
して微増傾向となっており、ほとんど変化がない。少な
くとも、かぶせ率α₀＝２２％，６３のいずれの場合
も、かぶせ率α₀＝５０％と同程度の騒音値にとどまる
ことがわかった。なお、騒音についても、上記風速と同
様、エンジンの回転数を変えてもこの傾向は変わらなか
った。

【００６２】ところで、測定条件におけるかぶせ率α₀
の最小値を２２％としたのは、以下の理由による。すな
わち、かぶせ率α₀を実際に小さくする場合、エンジン
室４０内のスペースにはそれほど余裕がないため、エン
ジン３２やラジエータ４５及びシュラウド４４の配置は
そのままに、補助回転軸４３を短くして冷却ファン４４
をエンジン３２側（図４中左方）へとずらして配置する
こととなる。

【００６３】ここで、この種のエンジン室４０において
は、図３や図４には特に図示しなかったが、通常、エア
コン用のコンプレッサが設置されており、図４中のクラ
ンク軸３２ａがクランクプーリ３２ｂよりさらに右側に
延長されて、そのコンプレッサへ駆動力を与えるプーリ
が設けられている場合が多い。そのため、かぶせ率α₀
をあまり小さくすると、冷却ファン４４とこのコンプレ
ッサ用のプーリとが干渉することとなってしまう。本願
発明者等の検討したところによれば、この干渉を回避す
るためには、かぶせ率α₀を少なくとも２０％より大き
くとらなければならないことがわかった。

【００６４】上記により、本願発明者等は以下のことを
知見した。近年の騒音低減のために密閉度を向上した構造におい
ては、従来構造のかぶせ率α₀＝６０％は必ずしも最適
値ではなく、かぶせ率α₀の最適値は少なくとも６０％
よりも小さくなる側にシフトする。 α₀＜６０％においては、少なくともα₀＝６０％の場
合よりは風速（言い換えれば風量）を増大させることが
できる。 α₀＜６０％においては、少なくともα₀＝６０％の場
合と同等の騒音低減効果を得ることができる。コンプレッサ用プーリとの干渉防止の観点からは、α
₀＞２０％としなければならない。

【００６５】以上により、本願発明者等は、かぶせ率α
₀の適正範囲としては、２０％＜α₀＜６０％が適当であると判断した。

【００６６】前述したように、本実施の形態において
は、かぶせ率α₀＝Ｌ₁₀／Ｌ₀を２２％としており、この
範囲内である。これにより、コンプレッサ用プーリとの
干渉防止を図りつつ、従来構造での最適値（かぶせ率６
０％）に比べ、少なくとも冷却風量を低下させることな
く、同程度に騒音低減を図ることができる。したがっ
て、冷却効率の向上が可能となる。

【００６７】（３）その他前述したように、本実施の形態のエンジン室４０におい
ては、周囲への放射騒音低減の観点から吸気孔４９ａ，
４９ｂが上下に分かれて配置されており、この結果、図
４に示すように、吸気孔４９ａ，４９ｂ→冷却ファン４
４→排気孔５０という冷却風流路が曲折している。その
ため、これによっても流路抵抗が増大し、ファン前後の
空気流が乱れやすくなっている。したがって、（１）で
前述した乱れ低減作用は、特にこのようなタイプのエン
ジン室４０で有効である。

【００６８】また、本実施の形態の適用対象である油圧
ショベルは、前述したように、近年の小規模な掘削現場
での作業に対するニーズに応える形で提唱されているい
わゆる超小旋回型の建設機械である。このような機種で
は、上部カバー８内の空間が通常の建設機械よりも狭
く、また機器配置の自由度も限られるため、これによっ
ても流路抵抗が増大しファン前後の空気流が乱れやすく
なっている。したがって、（１）で前述した乱れ低減作
用は、特にこのような建設機械で有効である。

【００６９】以上説明したように、上記本発明の一実施
の形態によれば、ファン外周部４８ｂを備えた円筒型の
シュラウド４８を用いるので、ベルマウス形状とする従
来構造に比べて、シュラウドの加工が極めて簡単とな
り、生産性の向上を図ることができる。また、かぶせ率
α₀を２０％を超え６０％未満である２２％とするの
で、従来構造における最適値α₀＝６０％の場合に比
べ、少なくとも冷却風量を低下させることなく、同程度
に騒音低減を図ることができる。したがって、冷却効率
の向上が可能となる。

【００７０】なお、上記本発明の一実施の形態では、冷
却ファン４４のブレード４４ａは後退翼で構成されてい
たが、前進翼で構成された場合においても、同様の効果
が得られることは明らかである。

【００７１】また、上記本発明の一実施の形態では、上
述のようにいわゆる吸い込みタイプの冷却装置に本発明
を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られ
ず、いわゆる吐き出しタイプの冷却装置に適用してもよ
い。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、シュラウドとして、熱
交換器に固定される固定用取り付け部と、この取り付け
部の反熱交換器側でファンの羽根車の外周側を取り囲む
略円筒形状のファン外周部とを備えた円筒型シュラウド
を備えるので、容易に加工できる形状で冷却風を円滑に
導入し、冷却風量を確保しつつ騒音を低減することによ
り、生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する油圧ショベルの全体構造を示
す図である。

【図２】図１に示した油圧ショベルを斜め後方からみた
一部透視斜視図である。

【図３】本発明の冷却装置の一実施の形態を備えたエン
ジン室内の詳細構造を表す旋回体の水平断面図である。

【図４】図３に示したエンジン室の鉛直断面図である。

【図５】図４中Ａ部の拡大図である。

【図６】図５中VI−VI断面による断面図である。

【図７】本発明の冷却装置の一実施の形態によるシュラ
ウド付近の流れを説明するための図であり、図５中VII
−VII断面でみた断面図である。

【図８】本発明の冷却装置の一実施の形態と同様の構造
において、冷却ファンとシュラウドのかぶせ率α₀を種
々変化させたときのラジエータの前面風速及び騒音を測
定した結果を示す図である。

【図９】従来の油圧ショベルの一例をその後方からみた
横断面図である。

【図１０】図９中の部分拡大図である。

【図１１】図１０中XI−XI断面で見た矢視図である。

【図１２】従来の油圧ショベルの他の例を後方からみた
横断面図である。

【図１３】図１２中Ａ部の拡大図である。

【図１４】従来構造における騒音測定実験の結果を示し
た図である。

【符号の説明】

２走行体３メインフレーム４スイングポスト５フロント装置７運転室８カバー３２エンジン４４冷却ファン（ファン）４５ラジエータ（熱交換器）４６オイルクーラ（熱交換器）４８シュラウド４８ａ固定用取り付け部４８ｂファン外周部４９ａ，ｂ吸気孔５０排気孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の羽根を備えた羽根車の回転によって
空気流を生起するファンと、このファンの上流側に設け
られ前記空気流を前記ファンの吸い込み側に導入するシ
ュラウドとを有し、旋回体を覆うカバー内に配置したラ
ジエータ、オイルクーラ等の熱交換器及びエンジンを、
前記ファンで生起する空気流で冷却する建設機械の冷却
装置において、前記ファンは、前記エンジンの駆動力で駆動される略水
平方向の回転軸を備えた軸流ファンであり、前記シュラウドは、前記熱交換器に固定される固定用取
り付け部と、この取り付け部の反熱交換器側で前記ファ
ンの羽根車の外周側を取り囲む略円筒形状のファン外周
部とを備えた円筒型シュラウドであ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記載の建設機械の冷却装置におい
て、前記熱交換器及び前記エンジンを冷却するための空
気流を前記カバー内に取り入れる吸気孔を、該カバーの
上部に設けるとともに、前記熱交換器及び前記エンジン
を冷却した後の空気流を前記カバー外に排出する排気孔
を、前記エンジンの下方に設けた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又は２記載の建設機械の冷却装置
において、前記羽根の前記回転軸方向の幅をＬ₀、前記
羽根の前記熱交換器側端部から前記シュラウドの前記フ
ァン外周部の反熱交換器側端部までの距離をＬ₁₀とした
とき、 α₀＝Ｌ₁₀／Ｌ₀ で表されるかぶせ率α₀を、２０％を超え６０％未満と
したことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項４】走行体と、この走行体の上部に旋回可能に
搭載されたメインフレームと、このメインフレームに垂
直ピンを中心にして水平方向に回動可能に取り付けられ
たスイングポストと、このスイングポストに上下方向に
回動可能に取り付けられたブームを含む多関節型のフロ
ント装置と、前記メインフレーム上に設けられた運転室
と、前記メインフレーム上の運転室以外の大部分を覆
い、ラジエータ、オイルクーラ等の熱交換器及びエンジ
ンを収納するカバーと、多数の羽根を備えた羽根車の回
転によって空気流を生起するファン及びこのファンの上
流側に設けられ前記空気流を前記ファンの吸い込み側に
導入するシュラウドを備え、前記カバー内に収納された
前記熱交換器及び前記エンジンを前記ファンで生起する
空気流で冷却する冷却装置とを有し、かつ、前記フロン
ト装置は、前記ブームを最大に振り上げ該ブームが前記
カバーの上面に最も近づいたフロント最小旋回姿勢にし
たときに該ブームが前記運転室側方の位置まで後方に傾
き、これにより前記フロント最小旋回姿勢での旋回半径
を小さくした建設機械において、前記ファンは、前記エンジンの駆動力で駆動される略水
平方向の回転軸を備えた軸流ファンであり、前記シュラウドは、前記熱交換器に固定される固定用取
り付け部と、この固定用取り付け部の反熱交換器側で前
記ファンの羽根車の外周側を取り囲む略円筒形状のファ
ン外周部とを備えた円筒型シュラウドであることを特徴
とする建設機械。