發電機冷卻裝置及建築機械的製作方法
2023-06-01 20:58:31 1
專利名稱：發電機冷卻裝置及建築機械的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機冷卻裝置，例如涉及裝在汽車、建築機械上的發動機冷卻裝置及帶該冷卻裝置的建築機械。
關於此種發動機冷卻裝置的現有技術，例如有以下文獻。
①日本專利公報特開平5-288053號該現有技術是，在建築機械的發動機冷卻部中，軸流式風扇通過風扇皮帶與發動機的曲軸連接，由該軸流式風扇向熱交換器供給冷卻風。
②日本專利公報特開平5-248239號該現有技術是，在拖拉機等作業車的發動機冷卻部中，使用離心風扇作為供給冷卻風的風扇，提高冷卻性能。
③日本專利公報特開平5-248242號該現有技術中，用一個離心風扇，把從農機正面取入並通過散熱器的冷卻風從離心風扇正面吸入，將來自離心風扇後方發動機室的冷卻風從離心風扇的背面吸入。
上述現有技術存在以下問題。
即，通常，在發動機室內，與冷卻散熱器、油冷卻器等熱交換器所需要的空冷能力相比，冷卻發動機外部所需的空冷能力是非常少的，例如約為1/3以下即足夠了。但是，上述現有技術①和②中，冷卻了散熱器等熱交換器後成為高溫的冷卻風，直接流入發動機一側，所以，熱交換器一側與發動機一側的冷卻風量相同。也就是說，熱交換器的空冷所需要的大風量從設在發動機一側的排氣口直接排出，因此排氣口的開口部尺寸要非常大，使得作為最大噪音源的發動機一側的閉密度降低，從而不容易降低噪音。
另外，通常，在發動機室內的發動機周圍，安裝著多個電氣設備，在現有技術①和②中，冷卻了散熱器等的熱交換器後成為高溫的空氣流經電氣設備周圍，降低了對電氣設備的冷卻效果，影響電氣設備的可靠性。
在現有技術③中，冷卻發動機周圍的電氣設備的冷卻風，與通過散熱器的冷卻風是不同的流路，所以，散熱器冷卻後的高溫空氣不導向電氣設備，不會產生上述問題。但是，在現有技術③中，存在下述的其它問題。
即，現有技術③中的離心風扇，具有吸入來自散熱器一側及發動機一側這樣兩個方向冷卻風的兩吸入型離心風扇的功能。但是實際上，它是備有一個葉輪的一個單吸入型離心風扇。葉輪積極地吸入散熱器一側的空氣，產生冷卻風；而發動機一側的空氣，只不過利用負壓使空氣從設在風扇背面側的間隙流入，並不積極地進行吸入而產生冷卻風。因此，相對來自散熱器一側的冷卻風，發動機一側的冷卻風量變得極少，另外，來自上述兩方向的冷卻風的相互吸入量不穩定。因此，不能對電氣設備等進行充分的冷卻。
本發明是鑑於上述問題而作出的，其目的在於提供一種能提高發動機一側的密閉度而減低噪音、對電氣設備等能進行充分冷卻的發動機冷卻裝置及建築機械。
為了實現上述目的，本發明的發動機冷卻裝置，具有至少一個包含散熱器的熱交換器和產生冷卻風的冷卻風扇，上述熱交換器設在內有發動機的發動機室內，用於冷卻上述發動機的冷卻水，上述冷卻風扇通過旋轉軸的旋轉產生冷卻風，該冷卻風用於冷卻熱交換器、發動機及設在該發動機周圍的電氣設備；其特徵在於，上述冷卻風扇是產生第1冷卻風和第2冷卻風的離心式雙重葉輪構造的離心風扇，並且設離心風扇產生的第1及第2冷卻風的風量分別為W1和W2時，W1∶W2＝2∶0.5～2∶1.5；第1冷卻風是從第1空氣取入口被取入到發動機室內，用於冷卻熱交換器；第2冷卻風是從第2空氣取入口被取入到發動機室內，用於冷卻發動機及電氣設備。
即，由離心式雙重葉輪構造中的一個葉輪產生的第1冷卻風，從第1空氣取入口被取入到發動機室內，冷卻了熱交換器後，從旋轉軸的一端被第1葉輪吸入而朝外周方向排出。由離心式雙重葉輪構造中另一個葉輪產生的第2冷卻風，從第2空氣取入口被取入到發動機室內，冷卻了發動機及其周圍的電氣設備後，從旋轉軸的另一端被第2葉輪吸入而朝外周方向排出。
這樣，使冷卻發動機一側的第2冷卻風流路與冷卻熱交換器的第1冷卻風流路分開，所以，不必象現有技術那樣從發動機一側排出大風量，第2冷卻風的風量只需是滿足發動機一側冷卻的小風量即可。因此，發動機一側的開口比現有技術中的小，從而可提高發動機一側的密閉度，減低噪音。
另外，冷卻發動機一側的第2冷卻風流路，與冷卻熱交換器的第1冷卻風流路是不同的路徑，所以，與現有技術不同的是，冷卻了熱交換器後的高溫空氣不再流經電氣設備周圍。因此，可提高對電氣設備的冷卻效果，提高了電氣設備的可靠性。
通常，發動機的全發熱量100％之中，由散熱器水冷卻散失的部分約佔30％，由發動機外壁輻射的熱散失的部分約佔15％。前者約相當於在散熱器中由第1冷卻風冷卻的發熱量，後者約相當於在發動機外部由第2冷卻風冷卻的發熱量。因此，設冷卻的發熱量與冷卻風量成正比，則把離心式雙重葉輪構造的離心風扇的構造做成為第1冷卻風量與第2冷卻風量之比W1∶W2＝2∶1時，在熱量平衡方面是最佳的。做成這樣的比例，可防止離心風扇的消耗馬力的損失，防止燃料利用率降低。另外，不必過多地提高旋轉數，可降低噪音。還可防止因第2冷卻風量W2過多而引起的發動機過冷卻。
但是，考慮到第1冷卻風所通過的熱交換器一側的流路和第2冷卻風所通過的發動機一側的流路中的通風阻力的差異、因製造誤差產生的實機偏差等因素，把第1冷卻風量與第2冷卻風量之比設定為W1∶W2＝2∶0.5～2∶1.5。
在上述發動機冷卻裝置中，設離心風扇產生的第1及第2冷卻風風量分別為W1和W2時，W1與W2之比最好為W1∶W2＝2∶1。
在上述發動機冷卻裝置中，離心風扇最好備有一個由第1葉輪部分和第2葉輪部分構成的兩吸入型葉輪，第1葉輪部分固定在輪轂上，該輪轂固定在旋轉軸上，第1葉輪從該旋轉軸的一端吸入第1冷卻風后將其朝外周方向排出；第2葉輪固定在上述輪轂上的與第1葉輪相反側部位，從旋轉軸的另一端吸入第2冷卻風后將其朝外周方向排出。
在上述發動機冷卻裝置中，離心風扇最好備有單吸入型第1葉輪和單吸入型第2葉輪，第1葉輪固定在第1輪轂上，該第1輪轂固定在旋轉軸上，第1葉輪從旋轉軸的一端吸入第1冷卻風后將其朝外周方向排出；第2葉輪固定在第2輪轂上，該第2輪轂固定在旋轉軸上，第2葉輪從旋轉軸的另一端吸入第2冷卻風后將其朝外周方向排出。
在上述發動機冷卻裝置中，最好還備有蝸殼，該蝸殼設在離心風扇的出口部分附近，用於使離心風扇排出的冷卻風減速並恢復壓力。
這樣，可以把已往作為壓力損失而浪費掉的、包含在離心風扇出口氣流內的旋迴成分恢復成壓力，所以，可提高風扇的效率。還可以在一定程度上實現大風量化、高壓力化。由於實現高壓力化，可提高發動機室的密閉度，降低噪音。
在上述發動機冷卻裝置中，最好在蝸殼內面的至少一部分上，設置吸音材料。
這樣，作為主要噪音源之一的離心風扇的噪音被吸音材料吸收，能有效地實現發動機室的整體靜音化。
在上述發動機冷卻裝置中，最好還備有驅動機構，該驅動機構把驅動力傳遞到離心風扇的旋轉軸使其旋轉，並能獨立地設定該離心風扇的旋轉數和發動機旋轉數。
即，例如，用與發動機的旋轉無關的電能、油壓能獨立地產生驅動力的驅動機構，分別獨立地設定離心風扇的旋轉數和發動機旋轉數。這樣，可將離心風扇的旋轉數設定為不被發動機旋轉數(水泵旋轉數)左右的、適應於作業環境的最適當值。例如在低溫作業時，當離心風扇的旋轉與發動機的旋轉直接對應時，通常，為了確保發動機額定旋轉數，離心風扇可能對發動機過冷卻。但是，本發明中，由於能把使發動機旋轉數設定為通常額定值，而使離心風扇的旋轉數減少，所以可防止發動機因過冷卻而降低性能，另外，還可防止這時離心風扇引起的噪音增大。又如在高海拔地區作業時，當離心風扇的旋轉與發動機的旋轉直接對應時，為了防止發動機停止，發動機旋轉數減少，離心風扇旋轉數也減少，所以，冷卻能力不足，發動機過熱，使發動機性能降低。而本發明中，由於能減少發動機的旋轉數而使離心風扇的旋轉數保持在通常水平，所以可防止發動機因過熱而降低性能。
在上述發動機冷卻裝置中，上述驅動機構最好是用電能產生驅動力的機構或用油壓能產生驅動力的機構。
另外，本發明提供的建築機械帶有冷卻裝置，該冷卻裝置備有設在發動機室內的發動機、由該發動機驅動的油壓泵、由該油壓泵排出的油壓驅動的促動器、至少一個熱交換器和通過旋轉軸的旋轉產生冷卻風的冷卻風扇；上述熱交換器包含冷卻上述發動機冷卻水的散熱器；上述冷卻風扇產生的冷卻風用於冷卻熱交換器、發動機和設在該發動機周圍的電氣設備；其特徵在於，上述冷卻風扇是產生第1冷卻風和第2冷卻風的離心式雙重葉輪構造的離心風扇，而且，設該離心風扇產生的第1和第2冷卻風的風量分別為W1和W2時，W2∶W2＝2∶0.5～2∶1.5；第1冷卻風從第1空氣取入口被取入到發動機室內，用於冷卻熱交換器；第2冷卻風從第2空氣取入口被取入到發動機室內，用於冷卻發動機及電氣設備。
圖1是表示油壓挖土機的發動機室構造的側斷面圖，該油壓挖土機適合採用本發明第1實施例。
圖2是圖1中的II-II線視圖。
圖3是相當於圖2中III-III線斷面位置處的離心風扇的成形衝模的斷面圖。
圖4是相當於圖2中IV-IV線斷面位置處的離心風扇的成形衝模的斷面圖。
圖5是在相同外徑和相同旋轉數的前提下，軸流式風扇與離心風扇的風扇特性比較圖。
圖6是設發動機的全發熱量為100％時，表示作為馬力得到的部分與作為各種損失失去的部分的分配比例圖。
圖7是表示備有2個單吸入型葉輪的變形例的縱斷面圖。
圖8是表示內設本發明第2實施例之發動機冷卻裝置的發動機室構造的側斷面圖。
圖9是表示圖8中所示蝸殼部分詳細構造的立體圖。
圖10是表示內設本發明第3實施例之發動機冷卻裝置的發動機室構造的側斷面圖。
圖11是表示內設本發明第4實施例之發動機冷卻裝置的發動機室構造的側斷面圖。
下面，參照
本發明發動機冷卻裝置的實施例。下述的實施例都是設在油壓挖土機的發動機室內的發動機冷卻裝置的實施例，該油壓挖土機具有由發動機驅動的油壓泵和由該油壓泵排出之壓力油驅動的促動器。
第1實施例參照圖1至圖6說明本發明的第1實施例。本實施例是設在油壓挖土機的發動機室內的發動機冷卻裝置的實施例。
圖1是表示適合採用本實施例的油壓挖土機的發動機室構造的側斷面圖。
圖1中，本實施例的發動機冷卻裝置設置在內有發動機5的發動機室1內，主要由中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c、離心風扇4、吸入管8a、8b構成。中間冷卻器6a對供往發動機5的燃燒用空氣進行預冷。油冷卻器6b用於冷卻油壓挖土機的作動油。散熱器6c用於冷卻發動機5的冷卻水。離心風扇4由風扇皮帶3驅動，來自發動機5曲軸2的動力傳遞到該風扇皮帶3上。吸入管8a、8b分別將冷卻風50、51(後述)導向離心風扇4的2個吸入口。在發動機室1內的上部、下部壁面上，設有取入外氣用的第1空氣取入口例如冷卻空氣取入口7a、第2空氣取入口例如冷卻空氣取入口7b以及排氣用的排氣口9。在發動機室1內部的發動機5附近，設置著交流發電機10等的電氣設備。
圖2是圖1中的II-II向視圖，表示離心風扇4的詳細構造。圖3是相當於圖2中III-III線斷面位置處的離心風扇4的成形衝模11a、11b的斷面圖。圖4是相當於圖2中IV-IV線斷面位置處的離心風扇4的成形衝模11a、11b的斷面圖。在圖3和圖4中，為了便於理解離心風扇4的各部位對應關係，在成形空洞的對應部分注以相同標記。
圖1至圖4中，離心風扇4是備有2個離心式葉輪構造的離心式雙重葉輪構造，備有固定在旋轉軸4h上的輪轂板4a和固定在該輪轂板4a上的1個兩吸入型葉輪4b。該葉輪4b由第1葉輪部分4bL和第2葉輪部分4bR構成，該第1葉輪部分4bL和第2葉輪部分4bR挾著輪轂板4a地設在兩側，分別具有若干葉片。在第1葉輪部分4bL上設有旋轉套筒4g。把從兩側吸入口4d、4e吸入的空氣從外周方向的排出口4f排出。第1葉輪部分4bL的有效寬度L1與第2葉輪部分4bR的有效寬度L2之比L1∶L2＝2∶0.5～2∶1.5。
輪轂板4a的直徑Dh比帶有旋轉套筒4g的第1葉輪部分4bL的吸入口直徑D1小。這樣，離心風扇4成為能由模子11a、b一體成形的構造。例如，先通過模子11b的口徑為D1的開口，把由口徑為Dh的鐵心構成的輪轂板4a放到模子11b中後，再疊合模子11a，通過圖未示的注入口注入樹脂，進行注射成形。
即，第2葉輪部分4bR、第1葉輪部分4bL中的位於輪轂板4a的外徑Dh外側的部分及旋轉套筒4g的靠發動機5側端面4gR，可以用衝模11b從圖3中的右側擠壓成形。並且，第1葉輪部分4bL中的靠輪轂板4a內側的部分、第1葉輪部分4bL中的位於輪轂板4a外徑Dh外側部分的前緣部以及旋轉套筒4g的靠散熱器6c側的端面4gL，可以用衝模11a從圖3中左側擠壓成形。這樣，做成為可一體成形的構造，能大幅度地降低風扇的製造成本。另外，由於設有旋轉套筒4g，在第1葉輪部分4bL一側流路內較少產生紊流，可提高風扇效率，並減少風扇噪音。
見圖1，在上述構造的發動機冷卻裝置中，形成兩條冷卻風流路，即，從離心風扇4看，分別形成在散熱器6c一側和發動機5一側。
即，流經散熱器6c一側流路的第1冷卻風50，從發動機室1外部通過冷卻風取入口7a進入發動機室1，經過了中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c等的熱交換器後，被吸入管8a節流而進入離心風扇4。再朝著離心風扇4外周方向排出後，從發動機室1上部的排氣口9排出到外部。
流經發動機5一側流路的第2冷卻風51，從發動機室1外部通過冷卻風取入口7b、7b進入發動機室1，一邊流經發動機5、交流發電機10等各種電氣設備及油盤14周圍，一邊對它們進行冷卻。被吸入管8b節流而進入離心風扇4後，朝著離心風扇4的外周方向排出，與散熱器一側的第1冷卻風50一起從發動機室1上部的排氣口9排出到外部。
在上述構造的本實施例中，由於用於冷卻發動機5及交流發電機10等電氣設備的第2冷卻風51的流路與用於冷卻中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c等熱交換器的第1冷卻風51的流路是分開的，所以，不象現有技術那樣從發動機5一側排出大風量，可以將發動機5一側的第2冷卻風51的風量設定成僅用於發動機5冷卻所需的小風量(如後所述，為第1冷卻風50的風量的1/4～3/4)。因此，發動機5一側的開口部即冷卻空氣取入口7b、7b可以比現有技術中的小，從而提高了發動機5一側的密閉度，可減小噪音。
由於冷卻發動機5及交流發電機10等電氣設備的第2冷卻風51的流路與冷卻中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c等熱交換器的第1冷卻風50的流路是不同的路徑，所以，不象現有技術中那樣冷卻了熱交換器後成為高溫的空氣再流經電氣設備周圍。因此，能提高對電氣設備的冷卻效果，提高電氣設備的可靠性。同時，不必考慮電氣設備的耐熱性(在現有技術中要求電氣設備必須具有耐熱性)，可降低成本。另外，由於提高了發動機5的空冷效果，可減少對發動機進行水冷的比例，從而可降低散熱器6c的冷卻性能，可實現散熱器6c的小型化、低成本化。
近年來，如本實施例發動機室1那樣，由於採用中間冷卻器6a、為減低噪音而提高發動機室密閉度、小型化等的要求增多，所以冷卻流路阻力有增大的傾向。儘管有該傾向，但仍要求與已往相同的流量，所以，必須使冷卻風扇大風量化和高壓力化。為此，在本實施例的發動機冷卻裝置中，採用離心風扇4作為風扇，與採用軸流式風扇、斜軸流式風扇的情形相比，在相同外徑和相同旋轉數的前提下，可實現大風量化和高壓力化。在減少噪音方面是有利的。關於這一點用圖5進行說明。
圖5是在相同外徑和相同旋轉數的前提下，軸流式風扇與離心風扇的風扇特性比較圖。橫軸表示流量，縱軸表示靜壓。「軸流式風扇」和「離心風扇」的特性曲線分別表示軸流式風扇和離心風扇的單體特性(即不配置在流路中測定的風扇本身的特性)。2條阻力曲線①、②表示發動機室中的冷卻流路單體特性(由流路構造決定的特性)。風扇的特性曲線與阻力曲線的交點是把該風扇配置在該流路情形時的動作點，表示在該情形時得到的壓力和流量。另外，在阻力曲線①、②之中，阻力曲線①表示已往發動機室中的冷卻流路阻力，阻力曲線②表示與採用中間冷卻器、為減少噪音而提高發動機室密閉度、小型化等要求對應的近年來發動機室中的冷卻流路的特性。
在已往的發動機室中採用軸流式風扇的情形時，流量和靜壓從「軸流式風扇」的特性曲線與阻力曲線①的交點A求出，分別為Q prop1和P prop1。而採用離心風扇的情形時，流量和靜壓從「離心風扇」的特性曲線與阻力曲線①的交點B求出，分別為Q turbo1和Pturbo1。即，在相同外徑和相同旋轉數的前提下，離心風扇因離心力作用(詳見後述)比軸流式風扇能實現高壓力化和大風量化。
如果把已往的軸流式風扇直接用於近年來的發動機室內，則流量和靜壓可從「軸流式風扇」的特性曲線與阻力曲線②的交點C求出，分別為Q prop2和P prop2。靜壓比已往發動機室的內上述P prop1增大，雖然可實現高壓力化，但是流量比已往發動機室中的上述Qprop1小。因此，欲得到與已往的Q prop1同等的流量就必須提高旋轉數，其結果導致噪音增大。而採用離心風扇的情形時，流量和靜壓可從「離心風扇」特性曲線與阻力曲線②的交點D求得，分別為Q turbo2(≈Q prop1)和P turbo2，所以，可確保與已往發動機室中的軸流式風扇的流量Q prop1約相同程度的流量，並且，靜壓與已往發動機室中的軸流式風扇的靜壓P prop1相比，可實現2倍以上的高壓力化。
下面說明該離心風扇的特性。
通常，風扇的理論壓力上升P th可用下式表示。
P th＝P(u22-u12)/2+P(v22-v12)/2+P(w22-w12)/2。
式中，u代表風扇的周速，v代表氣流的絕對速度，w代表氣流的相對速度，下標1、2分別代表在風扇入口和出口的值。
上式中，右邊第1項P(u22-u12)/2代表離心力的效果，右邊第2項P(v22-v12)/2代表動能的變化(動壓上升)，右邊第3項P(w22-w12)/2代表流路中的減速效果(靜壓上升)。分析第1項，由於軸流式風扇的風扇入口與出口是同直徑，所以，u1＝u2，第1項＝0，而離心風扇的風扇出口大於入口，所以，最大限度地產生了第1項的離心力效果。因此，離心風扇比軸流式風扇能實現高壓力化，從而也容易實現大流量化。以上是與軸流式風扇進行對比來說明離心風扇特性的，與斜軸流式風扇對比也可得到同樣的結果。
如上所述，由於採用離心風扇4作為冷卻風扇，在相同外徑和相同旋轉數的前提下，離心風扇可比軸流式風扇和斜軸流式風扇實現大風量化和高壓力化。因此，在冷卻流路阻力增大的近年來的發動機室中，為了確保與已往同等的流量而實現大風量化和高壓力化時，不必象軸流式風扇和斜軸流式風扇那樣增大旋轉數，所以可降低噪音。另外，由於在第1葉輪部分4bL上設置了旋轉套筒4g，所以可防止冷卻風從吸入管8a與第1葉輪部分4bL之間的間隙朝徑方向洩漏，可提高風扇效率，更降低噪音。
另外，在採用軸流式風扇的已往構造中，從軸流式風扇排出的冷卻風冷卻配置在風扇下流側的發動機，所以，因風扇旋轉而包含旋迴成分的冷卻風氣流與發動機及其周圍複雜形狀的部件碰撞，在局部產生冷卻風的逆流，該逆流阻礙冷卻風的順利流動。而本實施例的冷卻裝置中，發動機5配置在離心風扇4的上流側，不含有旋迴成分的第2冷卻風51沿著發動機5的表面及發動機5下方的油盤14表面朝離心風扇4方向往上流，所以，可減少已往那樣的逆流。
另外，由於第1葉輪部分4bL的有效寬度L1與第2葉輪部分4bR的有效寬度L2之比為L1∶L2＝2∶0.5～2∶1.5，所以，第1冷卻風50的風量與第2冷卻風51的風量之比為W1∶W2＝2∶0. 5～2∶1.5，這樣，可以使第1和第2冷卻風50、51的風量平衡。對此，用圖6進行說明。
圖6中，設發動機的全發熱量為100％，表示作為馬力得到的部分及成為各種損失而失去的部分的分配比例。如圖所示，通常，在發動機的全發熱量中，例如由散熱器的水冷卻而失去的部分約佔30％，從發動機外壁作為排氣熱和輻射熱而失去的部分約佔33％(見內燃機手冊，日本朝倉書店)。至於後者的33％中，輻射熱佔多少，可用下述方法算出。
通常，發動機的全熱量與馬力的關係可用以下的基本式表示。
Q＝Ne×b×Hu/60式中，Q冷卻水放熱量(kcal/min)Ne馬力(PS)b燃料利用率(kg/PSHr)Hu燃料的低發熱量(＝10500(kcal/kg))例如，設代表性的燃料利用率為P≤170(g/PSH)，根據上述基本式求發動機全發熱量時，PQp＝10500(kcal/kg)×170×10-3(kg/PSh)×135(PS)＝240975(kcal/h)因此，如上所述，因為排氣熱和輻射熱的比例是33％，所以(排氣熱、輻射熱)＝240975×0.33＝79522(kcal/h)…①另一方面，從消音器排出的排氣熱，設排氣溫度為300℃，外氣溫度為20℃，流速為313(m3/s)，比重為0.596(kg/m3)，則，
(排氣熱)＝0.24(kcal/kg·deg)×(300-20)(deg)×313(m3/s)×0.596(kg/m3)×3600(s)＝45230(kcal/h)…②因此，從①和②式可算出(輻射熱)＝79522-45230＝34291(kal/h)該輻射熱相當於上述Q(＝240975(kcal/h)的約14.2％。也就是說，在發動機的全發熱量100％之中，由散熱器的水冷卻失去的部分約佔30％，從發動機外壁輻射失去的部分約佔14.2％。
將其放到本實施例發動機5中看，前者約相當於在散熱器6c中由第1冷卻風50冷卻掉的發熱量，後者約相當於在發動機外部由第2冷卻風51冷卻掉的發熱量。因此，如果冷卻掉的發熱量與冷卻風量成正比，則把離心式雙重葉輪構造即離心風扇4做成為第1冷卻風50的風量與第2冷卻風51的風量之比W1∶W2≈2∶1時，最利於熱量平衡。由於做成這種比例，可防止離心風扇消耗馬力的損失，可防止燃料利用率的降低。另外，不必將旋轉數提高過多，可減小噪音。可防止因第2冷卻風51的風量W2過多而引起發動機過冷卻。
但是，考慮到第1冷卻風50通過的熱交換器6a～6c一側流路和第2冷卻風51通過的發動機5一側流路中的通風阻力差異及製造誤差等造成的實機的偏差，把第1冷卻風50的風量與第2冷卻風51的風量之比設定在W1∶W2＝2∶0.5～2∶1.5的範圍內。
因此，本實施例中，通過把第1葉輪部分4bL的有效寬度L1與第2葉輪部分4bR的有效寬度L2之比設定在L1∶L2＝2∶0.5～2∶1.5的範圍內，可以使第1和第2冷卻風50、51的風量平衡。
上述第1實施例中，是用2條冷卻風流路中的一條(第1冷卻風50)冷卻中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c等的熱交換器，用另一條冷卻風流路(第2冷卻風51)冷卻交流發電機10等的電氣設備、發動機5和油盤14，但是，對這些冷卻對象進行冷卻的冷卻風流路並不限於這樣分配。例如，也可以把熱交換器中的中間冷卻器6a配置在發動機5一側的吸入口7b的下流側。即，只要至少一個熱交換器配置在非發動機5一側的冷卻風流路中，即可得到同樣的效果。
另外，上述第1實施例中，在第1葉輪部分4bL上設置了旋轉套筒4g，但是，如果僅為了提高電氣設備的空冷效果，也不一定要設置該旋轉套筒4g。反之，也可以不僅在第1葉輪部分4bL上設置旋轉套筒4g，而且在第2葉輪部分4bR上也設置另外的旋轉套筒，使第1和第2葉輪部分4bL和4bR上都帶有旋轉套筒。這種情況下，更能提高風扇效率，減小噪音。
另外，上述第1實施例中，離心風扇4備有從2個方向吸入、從1個方向排出的兩吸入型葉輪4b，但並不局限於此，也可以把2個單吸入型葉輪背靠背地配置。該變形例如圖7所示。與第1實施例中相同的部件注以同一標記。
圖7表示第1實施例的變形例，是發動機室構造的側斷面圖，該發動機室內設置著備有2個單吸入型葉輪的發動機冷卻裝置。與圖1所示第1實施例不同的是，圖1中的離心風扇4備有一個兩吸入型葉輪4b，而圖7中的離心風扇104備有吸入口朝著相反方向的2個單吸入型葉輪104Lb、104La。該離心風扇104備有固定在旋轉軸4h上的第1輪轂例如輪轂板104La、固定在該輪轂板104La上的第1葉輪104Lb、固定在第1葉輪104Lb吸入側的旋轉套筒104Lg、固定在旋轉軸4h上的第2輪轂例如輪轂板104Ra、固定在該輪轂板104Ra上的第2葉輪104Rb、固定在該第2葉輪104Rb吸入側的旋轉套筒104Rg。圖示左側的第1葉輪104Lb從冷卻風取入口7a吸入冷卻了中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c等的第1冷卻風50後將其向排氣口9排出；圖示右側的第2葉輪104Rb從冷卻風取入口7b吸入冷卻了發動機5、交流發電機10等的電氣設備及油盤14的第2冷卻風51後將其向排氣口9排出。
其它構造與第1實施例基本相同。
本變形例也具有與第1實施例同樣的效果。
另外，對於採用備有一個單吸入型葉輪離心風扇的現有技術，在構成本變形例時，可利用其葉輪。而第1實施例中，必須新製造備有第1和第2葉輪部分4bL和4bR的葉輪4b，所以，與第1實施例相比，該變形例更容易實施。另外，單吸入型的第1及第2葉輪104Lb、104Rb相互無關聯，可以選擇各自獨立的風扇外徑尺寸、葉片數目等，所以，設計的自由度大。
第2實施例下面參照圖8和圖9說明本發明的第2實施例。本實施例的特徵是在第1實施例的構造中設置了蝸殼。與第1實施例相同的部件注以同一標記。
圖8是表示內設本實施例之發動機冷卻裝置的發動機室1構造的側斷面圖。與第1實施例不同之處是設置了蝸殼212，該蝸殼212復蓋離心風扇4出口部分附近。該蝸殼212是在包含離心風扇4旋轉軸的平面中可分成若干段的構造。在配設了發動機5、中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c、離心風扇4等後安裝該蝸殼212。
圖9是表示該蝸殼212局部詳細構造的立體圖，蝸殼212內的流路呈流路斷面積漸漸變大的形狀。
圖8和圖9所示構造中，與第1實施例同樣地，冷卻了中間冷卻器6a、油冷卻器6b、散熱器6c等的第1冷卻風50和冷卻了發動機5、油盤14和交流發電機10等電氣設備的第2冷卻風51被離心風扇4吸入又排出後，被蝸殼212漸漸減速，壓力得到恢復，從排氣口9排出。
其它構造與第1實施例基本相同。
本實施例除了具有與第1實施例同樣的效果外，由於設置了蝸殼212，將已往作為壓力損失而浪費掉的、從離心風扇4出口流出的氣流中所含旋迴成分恢復成為壓力，所以能提高風扇效率，從而也就在一定程度上實現了大風量化和高壓力化。由於實現高壓力化，可提高發動機室1的密閉度而減低噪音。
第3實施例參照10說明本發明的第3實施例。本實施例的特徵是在第2實施例的構造中增加了吸音材料。與第2實施例相同的部件注以同一標記。
圖10是表示內設本實施例之發動機冷卻裝置的發動機室構造的側斷面圖。與第2實施例不同之處是，在蝸殼212內面的一部分上安裝了吸音材料313。另外，也可以在蝸殼的全部內面上安裝吸音材料313。
其它構造與第2實施例基本相同。
本實施例除了具有第2實施例的效果外，由於作為主要噪音源之一的離心風扇4的噪音被吸音材料313吸收，所以，更有效地實現發動機室1的整體靜音化。
第4實施例參照圖11說明本發明的第4實施例。本實施例是用與發動機曲軸不同的驅動源來驅動離心風扇4的實施例。圖11是表示內設本實施例之發動機冷卻裝置的發動機室構造的側斷面圖。與第1實施例不同之處是，離心風扇403是被電動馬達406(後述)驅動的。其它各部的構造與第1～第3實施例也有些不同，所以，包括與第1～第3實施例相同的部件在內，對全部部件重新說明。即，發動機冷卻裝置設置在內有發動機402的發動機室401內，該發動機冷卻裝置主要由中間冷卻器409a、油冷卻器409b、散熱器409c、離心風扇403、驅動機構例如電動馬達406、吸入管410a、410b、水泵405構成。中間冷卻器409a對供給發動機402的燃燒用空氣進行預冷。油冷卻器409b用於冷卻油壓挖土機的作動油。散熱器409c用於冷卻發動機402的冷卻水。離心風扇403備有可旋轉地支承在軸承413上的旋轉軸403a，軸承413通過軸承支承部件423支承在發動機402上。電動馬達406由電能產生驅動力，通過風扇皮帶422把驅動力傳遞給離心風扇403的旋轉軸403a使之旋轉。吸入管410a、410b把冷卻風450、451(後述)分別導向設在離心風扇403兩側(圖示左右側)的2個吸入口403d、403e。水泵405通過冷卻水配管415使發動機402的冷卻水在散熱器409c內循環。
來自發動機402的曲軸411的動力通過皮帶412傳遞到旋轉軸(水泵旋轉軸)421，驅動水泵405。
離心風扇403是離心式雙重葉輪構造，備有固定在旋轉軸403a上的輪轂板(圖未示)和一個固定在該輪轂板上的兩吸入型葉輪403b。該葉輪403b由挾著輪轂板地設在兩側的、分別備有若干葉片的第1葉輪部分403bL和第2葉輪部分403bR構成，把從兩側吸入口403d、403e吸入的空氣從外周方向的排出口403f排出。
在發動機室401的上部、下部壁面上，設有取入外氣用的冷卻風空氣取入口407a、407b和排氣用的排氣口408，在發動機室401內部的發動機402附近，配置著交流發電機等的電氣設備(圖未示)。
在上述構造的發動機冷卻裝置中，形成2股冷卻風氣流，從離心風扇403看，分別形成在散熱器409c一側和發動機402一側。
即，通過散熱器409c一側流路的第1冷卻風450，從發動機室401外部通過冷卻風取入口407a進入發動機室401，在經過了中間冷卻器409a、油冷卻器409b、散熱器409c後，被吸入管410a節流而進入離心風扇403。再朝著離心風扇403的外周方向排出後，從發動機室401上部的排氣口408排到外部。
通過發動機402一側流路的第2冷卻風451，從發動機室401外部通過冷卻風取入口407b進入發動機室401，一邊流經發動機402、設在發動機402附近下方的油盤404等的周圍，一邊使它們冷卻。然後被吸入管410b節流而流入離心風扇403後，朝著離心風扇403外周方向排出，與散熱器409c一側的第1冷卻風450一起從發動機室401上部的排氣口408排到外部。
第1葉輪部分403bL和第2葉輪部分403bR做成為第1冷卻風450與第2冷卻風451的風量比W1∶W2＝2∶0.5～2∶1.5的構造。
上述構造的本實施例，除了具有與第1實施例同樣的效果外，還具有以下效果。
首先，可以用電動馬達406分別獨立地設定離心風扇403的旋轉數和發動機402的旋轉數，這樣，不受發動機402旋轉數(＝水泵405的旋轉數)的左右，可以設定最適合作業環境的旋轉數。例如，在低溫作業時，在風扇的旋轉與發動機的旋轉直接對應的已往構造中，為了確保正常的發動機額定旋轉數，離心風扇可能會對發動機過冷卻。而本實施例中，把發動機402的旋轉數設定為通常的額定旋轉數，同時可減少離心風扇403的旋轉數，所以，可防止發動機402過冷卻而性能降低，並且這時可防止離心風扇403引起的噪音增大。又如在高海拔地區作業時，在風扇的旋轉與發動機的旋轉直接對應的已往構造中，為了防止發動機停止，發動機旋轉數減小、離心風扇旋轉數也減小，所以，冷卻能力不足，可能會引起發動機過熱而降低發動機性能。而本實施例中，使發動機402的旋轉減小的同時能使離心風扇403的旋轉數保持正常，所以，可防止發動機402因過熱而性能降低。
由於發動機402的旋轉數與離心風扇403的旋轉數相互無關地被設定，所以能提高燃料利用率。
雖然離心風扇403比已往的軸流式風扇重量大，但是，在本實施例中，由於用電動馬達406驅動離心風扇403，把離心風扇403固定在發動機402的旋轉軸421上，所以，發動機402的旋轉軸421的軸承(設置在發動機402內，圖未示)負荷不增大。即，大型化了的離心風扇403的重量只要是風扇旋轉軸403a用軸承413能承受的重量即可。這樣，對於為使用軸流式風扇而設計的現有發動機，只要重新設置軸承支承部件423和軸承413，就能容易地實現本實施例的發動機冷卻裝置，對於中間冷卻器409a、油冷卻器409b、散熱器409c的冷卻最為適當的風扇中心位置(風扇旋轉軸位置)，因該三個熱交換器的大小及形狀而異，在風扇旋轉軸被發動機曲軸直接旋轉的已往構造中，風扇旋轉軸相對於發動機位置的移動是困難的，所以，可能形成為從最適當風扇旋轉軸位置偏心的狀態，使冷卻風量降低等。而本實施例中，可以把風扇旋轉軸403a設置在任意位置，根據三個熱交換器409a～409c的情況把風扇旋轉軸403a移動到最適當位置，所以，可防止冷卻風量降低。
上述第4實施例中，是採用備有一個兩吸入型葉輪403b的離心風扇403，但是，也可以如圖7所示變形例那樣，採用備有吸入口朝相反方向的2個單吸入型葉輪的離心風扇，這種情況時也能得到同樣的效果。
上述第4實施例中，是用電動馬達406驅動葉輪403b的，但也可以不採用電動馬達406，而用由油壓能(壓力油)驅動的油壓馬達來驅動葉輪403b，這時也能得到同樣的效果。
上述第4實施例中，採用了與發動機402的旋轉毫無關係的獨立的驅動源即電動馬達406，但並不局限於此，也可以採用下述的變形例。即，也可以設置旋轉數變換機構，使離心風扇403以相應於作業環境的旋轉數旋轉。該旋轉數變換機構輸入發動機402的旋轉，同時以所需的加減速變換該輸入的旋轉數後，再輸出到離心風扇403。該旋轉數變換機構例如由減速齒輪機構和加減速比控制機構構成。減速齒輪機構備有不同齒數的若干種齒輪；加減速比控制機構用於控制減速齒輪機構中的傳遞加減速比，例如是用於切換減速齒輪機構中齒輪的齒輪切換機構。這時也具有同樣的效果。
上述第1～第4實施例中，例舉了中間冷卻器6a、409a、油冷卻器6b、409b、散熱器6c、409c作為熱交換器，但並不局限於此，也可以設置空調機的冷凝器等其它熱交換器。這時也具有同樣的效果。
上述第1～第4實施例，是以建築機械發動機的冷卻裝置為例進行說明的，但並不局限於此，也適用於汽車、農機等其它機械發動機的冷卻裝置。這時也具同樣的效果。
根據本發明，用於冷卻發動機一側的第2冷卻風流路與用於冷卻熱交換器的第1冷卻風流路是分開的，所以，發動機一側的開口部可以做得比已往小。因此，提高了發動機一側的密閉性，可減小噪音。另外，不象現有技術中那樣冷卻了熱交換器後的高溫空氣流經電氣設備等周圍，所以，可提高對電氣設備等的冷卻效果，從而提高了電氣設備的可靠性。
權利要求
1.一種發動機冷卻裝置，設置在內有發動機(5、402)的發動機室(1、401)內，備有至少一個熱交換器(6a～c、409a～c)和冷卻風扇(4、104、403)；該熱交換器(6a～c、409a～c)包含用於冷卻發動機(5、402)的冷卻水的散熱器；冷卻風扇(4、104、403)通過旋轉軸(4h、403a)的旋轉產生冷卻風，該冷卻風用於冷卻熱交換器(6a～c、409a～c)、發動機(5、402)以及設在發動機(5、402)周圍的電氣設備(10)；其特徵在於，上述冷卻風扇是產生第1冷卻風和第2冷卻風的離心式雙重葉輪構造的離心風扇(4、104、403)，第1冷卻風從第1空氣取入口(7a、407a)被取入到發動機室(1、401)內，用於冷卻熱交換器(6a～c、409a～c)；第2冷卻風從第2空氣取入口(7b、407b)被取入到發動機室(1、401)內，用於冷卻發動機(5、402)和電氣設備(10)。
2.如權利要求1所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，上述離心風扇(4、104、403)的結構滿足，當設產生的第1及第2冷卻風的風量分別為W1和W2時，W1∶W2＝2∶0.5～2∶1.5。
3.如權利要求1所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，上述離心風扇(4、104、403)的結構滿足，當設產生的第1及第2冷卻風的風量分別為W1和W2時，W1∶W2＝2∶1。
4.如權利要求1所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，離心風扇(4、403)備有1個由第1葉輪部分(4bL、403bL)和第2葉輪部分(4bR、403bR)構成的兩吸入型葉輪(4b、403b)；第1葉輪部分(4bL、403bL)固定在輪轂(4a)上，輪轂(4a)固定在旋轉軸(4h、403a)上，從旋轉軸(4h、403a)的一端吸入第1冷卻風后將其朝外周方向吹出；第2葉輪部分(4bR、403bR)固定在輪轂(4a)上的與第1葉輪部分(4bL、403bL)相反側部位，從旋轉軸(4h、403a)的另一端吸入第2冷卻風后將其朝外周方向吹出。
5.如權利要求1所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，離心風扇(104)備有單吸入型第1葉輪(104Lb)和單吸入型第2葉輪(104Rb)，第1葉輪(104Lb)固定在第1輪轂(104La)上，第1輪轂(104La)固定在旋轉軸(4h)上，從旋轉軸(4h)的一端吸入第1冷卻風后將其朝外周方向吹出；第2葉輪(104Rb)固定在第2輪轂(104Lb)上，第2輪轂(104Lb)固定在旋轉軸(4h)上，從旋轉軸(4h)的另一端吸入第2冷卻風后將其朝外周方向吹出。
6.如權利要求1所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，還備有設置在離心風扇(4)出口附近、使離心風扇(4)排出的冷卻風減速並恢復壓力的蝸殼(212)。
7.如權利要求6所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，在蝸殼(212)內面的至少一部分上，設置了吸音材料(313)。
8.如權利要求1所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，還設有驅動機構(406)，該驅動機構(406)把驅動力傳遞給離心風扇(403)的旋轉軸(403a)使其旋轉，同時可分別獨立地設定離心風扇(403)的旋轉數和發動機(402)的旋轉數。
9.如權利要求8所述的發動機冷卻裝置，其特徵在於，上述驅動機構是用電能產生驅動力的機構(406)或者是用油壓能產生驅動力的機構。
10.一種建築機械，備有設在發動機室(1、401)內的發動機(5、402)、由該發動機(5、402)驅動的油壓泵、由該油壓泵排出的壓力油驅動的促動器、具有冷卻風扇(4、104、403)的發動機冷卻裝置；該發動機冷卻裝置備有至少一個熱交換器(6a～c、409a～c)和通過旋轉軸(4h、403a)的旋轉產生冷卻風的冷卻風扇(4、104、403)，上述熱交換器(6a～c、409a～c)包含用於冷卻發動機(5、402)的冷卻水的散熱器(6c、409c)，上述冷卻風扇(4、104)產生的冷卻風用於冷卻熱交換器(6a～c、409a～c)、發動機(5、402)、以及設在該發動機(5、402)周圍的電氣設備(10)；其特徵在於，上述冷卻風扇是產生第1冷卻風和第2冷卻風的離心式雙重葉輪構造的離心風扇(4、104、403)，第1冷卻風從第1空氣取入口(7a、407a)被取入到發動機室(1、401)內，用於冷卻熱交換器(6a～c、409a～c)；第2冷卻風從第2空氣取入口(7b、407b)被取入到發動機室(1、401)內，用於冷卻發動機(5、402)以及電氣設備(10)。
全文摘要
本發明的發動機冷卻裝置中，第1冷卻風(50)從發動機室(1)外部通過冷卻空氣取入口(7a)進入發動機室(1)內，經過了中間冷卻器(6a)、油冷卻器(6b)、散熱器(6c)等熱交換器後，被吸入管(8a)節流，進入離心風扇(4)。然後朝著離心風扇(4)的外周方向排出。第2冷卻風(51)從發動機室(1)外部通過冷卻風取入口(7b、7b)進入發動機室(1)內，一邊流經發動機(5)、交流發電機(10)等各種電氣設備，一邊對它們進行冷卻。被吸入管(8b)節流，進入離心風扇(4)。然後朝著離心風扇(4)的外周方向排出。2股冷卻風(50、51)從排氣口(9)排出到外部。這樣，可提高發動機(5)一側的密閉度，減小噪音，同時提高了對電氣設備(10)的冷卻效果，提高了電氣設備(10)的可靠性。
文檔編號F01P5/02GK1166194SQ96191231
公開日1997年11月26日 申請日期1996年10月18日 優先權日1995年10月19日
發明者船橋茂久, 高田芳廣, 渡邊昌俊, 下出新一, 谷東芳雄, 田中壯態郎, 金子善二, 平見一郎, 瀧下利男, 三原新一 申請人:日立建機株式會社