JP2000266001A

JP2000266001A - 水冷式作動油タンク及びそれを用いた建設機械の冷却装置

Info

Publication number: JP2000266001A
Application number: JP11067186A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Mitsuda; 正彦満田; Takeshi Oda; 剛織田; Toshiyuki Kobayashi; 利行小林; Kazuhiro Otani; 和弘大谷; Hajime Nakajima; 中島　　一
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却効率を低下させることなくエンジンルー
ムの小型化を図ることのでき、サクションファン冷却シ
ステムではオイルクーラを廃止することのできる建設機
械の冷却装置を提供する。【解決手段】建設機械に搭載されたエンジンにより油
圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプから吐出される作動
油で各油圧アクチュエータを作動させ、昇温した作動油
を冷却した後に油圧ポンプに循環させる建設機械の冷却
装置において、作動油を貯留する作動油タンク１に冷却
水通路５ａを設け、ラジエータから送出される冷却水を
冷却水通路５ａに導入し、その冷却水通路５ａから排出
される冷却水を、エンジン冷却水循環路に還流させるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧アクチュエータ
に供給される作動油を貯留している作動油タンク及びそ
の作動油タンクを備えた油圧ショベル、ホイールクレー
ン等の建設機械に関し、より詳しくは作動油を冷却する
水冷式作動油タンク及びそれを用いた建設機械の冷却装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械の冷却システムには、エ
ンジン冷却用の冷却水をラジエータに循環させて冷却す
る冷却系と、油圧系統の作動油をオイルクーラまたは作
動油タンクにおける放熱により冷却する冷却系とが含ま
れる。

【０００３】エンジンの冷却についてはラジエータを備
えることにより適性温度を維持することは比較的容易で
あるが、作動油の冷却方法については機種に応じた冷却
システムを設計する必要がある。なぜなら、小型の建設
機械では、作動油の温度上昇が比較的小さいため空冷フ
ァンによる冷却風で作動油温度を適性温度に保つことが
できるが、中型若しくは大型の建設機械では、作動油発
熱量が大きいため、適性油温を保つためにはオイルクー
ラを設ける必要があるからである。

【０００４】上記空冷式の冷却装置としては特開平9-20
2146号公報に記載のものが知られ、また、上記オイルク
ーラを備えた冷却装置としては特開平9-280201号公報に
記載のものが知られている。

【０００５】空冷式の冷却装置では、作動油タンクを空
冷するとともにその効率を高めるように冷却風の流れに
工夫がなされている。詳しくは、図７の上部旋回体レイ
アウト図に示すように、車体の下方開口部60から取り込
んだ冷却空気をまず作動油タンク61からコントロールバ
ルブ62に案内してそれぞれを冷却した後、エンジンルー
ムに案内してエンジン63を冷却し、さらに冷却ファン64
でラジエータ65に導入することによりエンジン冷却水と
熱交換させ、昇温した冷却空気をダクト66から外部に排
出している。この冷却装置では空冷により作動油タンク
61とコントロールバルブ62とを積極的に冷却することが
できるようになっている。

【０００６】このように冷却ファン64の下流側にラジエ
ータ65を配置した冷却システムはプッシャファン冷却シ
ステムと呼ばれており、主に小型油圧ショベル等の比較
的小さいクラス（例えば２トンクラス）の機種に適用さ
れている。

【０００７】一方、オイルクーラを備えた冷却装置で
は、冷却空気の流れの方向においてラジエータの上流側
にオイルクーラが配置されており、冷却ファンを回転さ
せると、上部旋回体の開口部から冷却空気が取り込ま
れ、オイルクーラとラジエータを順次冷却した後、その
冷却ファンを通過してエンジン、そのエンジンに連結さ
れた作動油ポンプ及び作動油タンクを冷却し、昇温した
冷却空気は外部に排出されるようになっている。なお、
作動油タンク外壁には放熱フィンが形成されており、空
冷による冷却効果を高めるようになっている。

【０００８】このように、ラジエータ下流側に配置した
冷却ファンで冷却空気を吸引する方式は、サクションフ
ァン冷却システムと呼ばれており、主に中型、大型ショ
ベル（６トン〜３０トンクラス）の冷却システムに適用
されている。

【０００９】また、図８は、上記サクションファン冷却
システムの熱サイクルを示したものである。冷却システ
ムは冷却水系、作動油系、空気系に分けられ、冷却水系
ではエンジンから熱量Ｑｗを吸熱しラジエータR/Dを介
して空気に熱量Ｑ_R/Dを放熱する。また、作動油系では
作動油ポンプ、油圧配管圧力損失等により熱量Ｑ_Oを発
熱し、オイルクーラO/C、作動油タンクO/Tを介して空気
にそれぞれ熱量Ｑ_O/C、Ｑ_O/Tを放熱する。一方、空気系
ではエンジン、油圧配管から熱量Ｑａを吸熱し、オイル
クーラO/C、作動油タンクO/T、ラジエータR/Dからそれ
ぞれ熱量Ｑ_O/C、Ｑ_O/T、Ｑ_R/Dを吸熱する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、油圧シ
ョベルの最近の動向として、上部旋回体の後部を突出さ
せない後端小旋回仕様、またエンジンルームを密閉する
超低騒音仕様が主流になりつつある。このようにエンジ
ンルームを小型化し且つ密閉化した場合、空冷式冷却装
置では冷却空気の通路が圧迫されるとともに冷却空気の
流れが悪化することになりエンジン冷却系と作動油冷却
系の冷却効率が低下するという問題が生じている。ま
た、オイルクーラを備えた冷却装置では、オイルクーラ
があるためにエンジンルームの小型化が図れないという
問題がある。

【００１１】本発明は以上のような従来の建設機械の冷
却装置における課題を考慮してなされたものであり、油
圧アクチュエータに供せられた作動油を効率良く冷却す
ることができる水冷式作動油タンクを提供するととも
に、冷却効率を低下させることなくエンジンルームの小
型化を図ることのできる建設機械の冷却装置を提供する
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、冷
却水通路を有し、その冷却水通路内に冷却水を導入する
ことにより、前記冷却水とタンク内作動油との間で熱交
換させるように構成した水冷式作動油タンクである。

【００１３】請求項２の本発明は、上記タンク周壁に多
数の冷却水通路と、外部から導入される冷却水を各冷却
水通路に分配する分配ヘッダと、各冷却水通路を通過し
た冷却水を集合させて外部に排出する集合ヘッダとを設
けてなる水冷式作動油タンクである。

【００１４】請求項３の本発明は、上記タンク周壁を、
多数の冷却水通路を備えたパネルによって構成してなる
水冷式作動油タンクである。

【００１５】請求項４の本発明は、建設機械に搭載され
たエンジンにより油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプ
から吐出される作動油で各油圧アクチュエータを作動さ
せ、昇温した作動油を冷却した後に油圧ポンプに循環さ
せる建設機械の冷却装置において、作動油を貯留する作
動油タンクに冷却水通路を設け、ラジエータから送出さ
れる冷却水を冷却水通路に導入し、その冷却水通路から
排出される冷却水を、エンジン冷却水循環路に還流させ
る建設機械の冷却装置である。

【００１６】請求項１の本発明に従えば、作動油を貯留
するタンクに設けられた冷却水通路に冷却水が導入され
ると、油圧アクチュエータの作動に供せられた後に作動
油タンクに戻された高温の作動油が、その導入した冷却
水と熱交換され作動油温度が適性に保たれる。それによ
り例えば冷却風の流れに沿って作動油タンクを配置する
ことができないような場合であっても油圧アクチュエー
タを安定動作させることができる。

【００１７】請求項２の本発明に従えば、分配ヘッダか
ら各冷却水通路に冷却水が導入され、各冷却水通路を流
れた冷却水は集合ヘッダからタンク外部に排出される。

【００１８】請求項３の本発明に従えば、タンク周壁が
冷却水通路を備えたパネルによって構成されているた
め、簡単な構成で作動油タンクの冷却を行うことができ
る。

【００１９】請求項４の本発明に従えば、ラジエータか
ら送出される冷却水が例えば、直接作動油タンクに、ま
たはエンジンを経由して作動油タンクに導かれ、その外
郭に形成されている冷却水通路に導入される。作動油タ
ンクの冷却水入口から出口に流れる冷却水は、油圧アク
チュエータの作動に供せられて昇温した作動油と熱交換
され冷却水通路の出口から排出される。冷却水通路の出
口から排出された冷却水は、ラジエータでエンジンを冷
却するエンジン冷却水循環路に還流され、ラジエータで
冷却される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施の形態に
基づいて本発明を詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る水冷式作動油タンク
の一実施形態を示したものである。同図において、１は
作動油を貯蔵するための作動油タンクであり、この作動
油タンク１の容積、寸法は、作動油が油圧回路で循環す
る最中でも過不足のない油量を維持することができるよ
うに設計されている。

【００２２】油圧アクチュエータの作動に供せられた作
動油は、作動油戻り管（作動油IN）２を介して作動油タ
ンク１に戻され、ストレーナ３を通過することにより油
中の混合物や気泡が分離除去され、作動油吸入管（作動
油OUT）４から排出されるようになっている。

【００２３】作動油タンク１の側壁は４枚のアルミニウ
ム製パネル（以下、側壁パネルと呼ぶ）５，６，７，８
を筒状に組み合わせてそれぞれ溶接することにより構成
されており、その上面及び底面は２枚のアルミニウム製
プレート９，１０で閉塞され、全体として箱状に形成さ
れている。

【００２４】各側壁パネル５〜８は、押し出し成形によ
って板状に加工されたものであり、側壁パネル５を代表
して説明すると、その内部には断面矩形状の多数の冷却
水通路５ａがパネル幅方向に相隣接して形成されてい
る。

【００２５】また、側壁パネル５〜８の下部には、側壁
パネルを取り囲むようにして半割筒状の下部ヘッダ１１
が付設されており、各側壁パネル５〜８における各冷却
水通路５ａの下端がその下部ヘッダ１１に連通してい
る。この下部ヘッダ１１には冷却水を導入するための冷
却水導入管１１ａが接続されている。

【００２６】一方、側壁パネル５〜８の上部についても
側壁パネルを取り囲むようにして半割筒状の上部ヘッダ
１２が付設されており、各側壁パネル５〜８における冷
却水通路５ａの上端がその上部ヘッダ１２に連通してい
る。この上部ヘッダ１２には作動油を冷却した後の冷却
水を排出するための冷却水排出管１２ａが接続されてい
る。

【００２７】上記作動油タンク１に導入される冷却水は
後述するラジエータから供給されるようになっており、
図２はその冷却システム例を示したものである。

【００２８】同図（ａ）及び（ｂ）は、エンジンE/Gに
対して作動油タンクO/TとラジエータR/Dを直列に接続し
たものであり、同図（ｃ）は作動油タンクO/Tとラジエ
ータR/Dを並列に接続したものである。

【００２９】図２（ａ）に示す冷却システムでは、作動
油タンクO/TはラジエータR/Dの下流側に配置され、ラジ
エータR/Dのアッパーホースが冷却水導入管１１ａに接
続され、冷却水排出管１２ａがエンジンE/Gの冷却水吸
込部E_INに接続される。また、図２（ｂ）に示す冷却シ
ステムでは、作動油タンクO/TはラジエータR/Dの上流側
に配置され、エンジンE/Gの冷却水吐出部E_OUTが冷却水
導入管１１ａに接続され、冷却水排出管１２ａがラジエ
ータR/Dのロワーホースに接続される。

【００３０】一方、図２（ｃ）に示す冷却システムで
は、エンジンの冷却水吐出部E_OUTとラジエータR/Dを接
続しているロワーホースから冷却水導入管１１ａが分岐
され、冷却水排出管１２ａはラジエータR/Dのアッパー
ホースに合流される。

【００３１】図３は図２（ａ）に示す冷却システムの熱
サイクル図を示したものである。本冷却システムは、冷
却水系、作動油系、空気系に分けられ、冷却水系ではエ
ンジンから熱量Ｑｗを吸熱しラジエータR/Dを介して空
気に熱量Ｑ_R/Dを放熱する。また、作動油系では作動油
ポンプ、油圧配管圧力損失等により熱量Ｑ_Oを発熱し、
作動油タンクO/Tを介して空気及び冷却水にそれぞれ熱
量Ｑ_O/T、Ｑ_O/T/Wを放熱する。一方、空気系ではエンジ
ン、油圧配管から熱量Ｑａを吸熱し、作動油タンクO/T
から熱量Ｑ_O/T、ラジエータR/DからＱ_R/Dを吸熱する。

【００３２】次に、上記構成を有する水冷式作動油タン
クの動作について説明する。

【００３３】図１において冷却水導入管１１ａを介して
下部ヘッダ１１に冷却水が導入されると、下部ヘッド１
１内が冷却水で充満され、次いで各側壁パネル５〜８に
おける各冷却水通路５ａに分配されて上昇する。このと
き、冷却水の通水によって各側壁パネル５〜８が冷却さ
れ、作動油タンク１内に貯留されている作動油と熱交換
される。

【００３４】各側壁パネル５〜８の各冷却水通路５ａか
ら送出された冷却水は、上部ヘッダ１２内を流れること
により合流し、冷却水排出管１２ａから排出される。こ
のように、本実施形態の作動油タンク１は、水冷式のオ
イルクーラと同等に機能することができ、それにより、
作動油の温度を適性に保つことができる。

【００３５】図４は上記水冷式作動油タンク１をプッシ
ャファン冷却システムに適用した建設機械の冷却装置を
示したものである。

【００３６】同図に示す平面図において、上部旋回体２
０の後部にはエンジン２１、ラジエータ２２が搭載さ
れ、そのラジエータ２２の側方に作動油タンク１及び燃
料タンク２３が配置されている。冷却ファン２４の回転
によって上部旋回体２０下面部の下方開口２５から冷却
空気を吸引すると、作動油タンク１の外壁に沿って冷却
空気が取り込まれ、同図に示す矢印方向に冷却空気が流
れ、コントロールバルブ２６、エンジン２１をそれぞれ
冷却し、シュラウド２７に案内される。

【００３７】冷却ファン２４を通過した冷却空気は、ラ
ジエータ２２のフィン間を通過し、ダクト２８を通じて
車体外部に排出される。

【００３８】また、図２（ｃ）に示した冷却システムを
例に取り説明すると、ラジエータ２２のロワーホースか
ら分岐された冷却水導入管１１ａは、作動油タンク１の
下部ヘッダ１１に供給され、作動油タンク１を冷却した
後、冷却水排出管１２ａからアッパーホースに還流され
る。

【００３９】このような構成によれば、作動油タンク１
は下方開口２５から取り込まれた冷却空気によってその
表面から放熱が行われるとともに、作動油タンク１それ
自身、ラジエータ２２から供給される冷却水によって水
冷されるため、エンジンルームの小型化及び密閉化を図
るにあたり、冷却空気の通路が圧迫され冷却空気の流れ
が悪化する虞れがある場合であっても作動油を確実に冷
却することができる。

【００４０】図５は本実施形態の冷却装置による冷却水
温度、作動油温度、冷却空気温度の熱応答を示したもの
である。また、図６に比較例として従来の冷却システム
による熱応答を示す。図６に示す従来の冷却装置では、
建設機械の運転開始から２０分経過後に作動油温Ｔｏが
冷却水温度Ｔｗを上回り、１時間経過後に冷却水温度Ｔ
ｗは略６８℃で平衡状態となり、作動油温度Ｔｏは略７
５℃で平衡状態となる。なお、冷却風温度Ｔａは略３４
℃で平衡状態となる。

【００４１】これに対し、本実施形態の冷却装置では、
運転開始から冷却水温度Ｔｗ′と作動油温度Ｔｏ′は略
１℃の差を保った状態で昇温し、１時間経過後に冷却水
温度Ｔｗ′は略６５℃で平衡状態となり、一方、作動油
温度Ｔｏ′は略６６℃で平衡状態となる。このように、
本実施形態によれば、冷却水温度Ｔｗ′、作動油温度Ｔ
ｏ′ともに従来の冷却システムよりも冷却効率が高めら
れたことが確認された。

【００４２】なお、本発明の建設機械の冷却装置は、上
記実施形態では小型油圧ショベルを例に取り説明した
が、これに限らず、中型や大型油圧ショベルにも適用す
ることができる。中型や大型油圧ショベルに適用した場
合には、従来必要とされていたオイルクーラを廃止する
ことができる。

【００４３】また、本発明において、作動油タンク外壁
に放熱フィンを取り付けて、冷却風による空冷効果を高
めるように構成することもできる。

【００４４】また、本発明の作動油タンクにおいて冷却
水通路を形成するにあたっては、上述したように押出し
成形によれば製造が簡単である点で好ましいが、これに
限らず、機械加工によって冷却水通路を穿設することも
できる。また、冷却水通路を別途、管体で例えば蛇腹状
に作製しておき、作動油タンク側壁表面に付設するもの
であってもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の水冷式作動油タンクによれば、例えば冷却風
の流れに沿って作動油タンクを配置することができない
ような場合であっても作動油温度を適性に保ち、油圧ア
クチュエータを安定動作させることができる。

【００４６】請求項２の水冷式作動油タンクによれば、
タンク周壁に冷却水通路を形成したため作動油タンクの
内容積を縮小することがなく、しかも分配ヘッダから各
冷却水通路に冷却水を導入しているため広い範囲に亙っ
て冷却を行うことができる。

【００４７】請求項３の水冷式作動油タンクによれば、
タンク周壁が冷却水通路を備えたパネルによって構成さ
れているため、作動油タンクの水冷構造を簡単な構成で
実現することができる。

【００４８】また、請求項４の建設機械の冷却装置によ
れば、冷却効率を低下させることなくエンジンルームの
小型化を図ることができる。また、サクションファン冷
却システムに適用した場合、ラジエータ近傍に配置して
いたオイルクーラを廃止することができるため、ラジエ
ータ通過風量が増加しラジエータに新鮮な冷却風を供給
することができる。その結果、冷却水温度と冷却風温度
との温度差が十分大きくなり熱交換効率を高めることが
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に使用される水冷
式作動油タンクの構成を示す斜視図である。

【図２】エンジンに対する水冷式作動油タンク及びラジ
エータの接続例を示す模式図である。

【図３】図２（ａ）の冷却システムにおける熱サイクル
を示す説明図である。

【図４】図１の水冷式作動油タンクをプッシャファン冷
却システムに適用した場合の構成を示す平面図である。

【図５】本発明の冷却システムによる熱応答を示すグラ
フである。

【図６】従来の冷却システムによる熱応答を比較例とし
て示すグラフである。

【図７】従来のプッシャファン冷却システムの構成を示
す図４相当図である。

【図８】従来の冷却システムの熱サイクルを示す図３相
当図である。

【符号の説明】

１水冷式作動油タンク２作動油戻り管４作動油吸入管５側壁パネル５ａ冷却水通路６，７，８側壁パネル９，１０プレート１１下部ヘッダ１１ａ冷却水導入管１２上部ヘッダ１２ａ冷却水排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者織田剛神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者小林利行神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者大谷和弘兵庫県明石市大久保町八木740番地株式会社神戸製鋼所大久保建設機械工場内 (72)発明者中島一広島市安佐南区祇園３丁目12番４号油谷重工株式会社内Ｆターム(参考） 2D015 CA02 3H086 AA25 AE02 AE24 AE25 AE45

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却水通路を有し、その冷却水通路内に
冷却水を導入することにより、前記冷却水とタンク内作
動油との間で熱交換させるように構成したことを特徴と
する水冷式作動油タンク。
【請求項２】前記タンク周壁に多数の冷却水通路と、
外部から導入される冷却水を各冷却水通路に分配する分
配ヘッダと、各冷却水通路を通過した冷却水を集合させ
て外部に排出する集合ヘッダとが設けられている請求項
１記載の水冷式作動油タンク。
【請求項３】前記タンク周壁が、多数の冷却水通路を
備えたパネルによって構成されている請求項２記載の水
冷式作動油タンク。
【請求項４】建設機械に搭載されたエンジンにより油
圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプから吐出される作動
油で各油圧アクチュエータを作動させ、昇温した作動油
を冷却した後に油圧ポンプに循環させる建設機械の冷却
装置において、前記作動油を貯留する作動油タンクに冷却水通路を設
け、ラジエータから送出される冷却水を前記冷却水通路
に導入し、その冷却水通路から排出される冷却水を、エ
ンジン冷却水循環路に還流させることを特徴とする建設
機械の冷却装置。