JP2009184558A - 建設機械のNOx低減装置の配設構造 - Google Patents

建設機械のNOx低減装置の配設構造 Download PDF

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Abstract

【課題】油圧ポンプの周囲空間を広くし、熱源を構成する還元触媒と油圧ポンプに接続される油圧ホースとを離隔させることができ、車幅の狭い建設機械にも適用が可能である。
【解決手段】エンジン14の排気通路に配設され、エンジン14の排ガス中の浮遊粒子状物質を捕集するPM捕集フィルタ20、及びエンジン14の排ガス中の窒素酸化物を還元浄化する尿素還元触媒22と、尿素水をエンジン14の排気通路に噴霧する尿素水噴霧装置23と、尿素水を尿素水噴霧装置23へ供給する尿素水供給装置25と、この尿素水供給装置25に導かれる尿素水を貯える尿素水タンク24とを含む油圧ショベルのNOx低減装置の配設構造において、カウンタウエイト12に凹部12aを形成し、この凹部12a内に尿素還元触媒22を配置し、エンジン室11内にPM捕集フィルタ20を配置し、尿素還元触媒22とPM捕集フィルタ20とがL字となる構成にしてある。
【選択図】図2

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に備えられ、エンジンの排ガス中に含まれる浮遊粒子状物質を捕集するPM捕集フィルタと、エンジンの排ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元浄化する還元触媒とを構成要素として含む建設機械のNOx低減装置の配設構造に関する。
この種の従来技術として、特許文献1に示されるものがある。この特許文献1には、エンジンの排ガス中に含まれる浮遊粒子状物質であるパーティキュレートを捕集する上流側の第1後処理装置、すなわちPM捕集フィルタと、窒素酸化物(NOx)を浄化して無害化する下流側の第2後処理装置、すなわち還元触媒を含むNOx低減装置が開示されており、PM捕集フィルタと還元触媒とをエンジンの排気通路を形成する配管を介して「コ」字状に配設した構成が示されている。
このようなNOx低減装置の搭載は建設機械においても要望されている。以下に、上述した特許文献1に示される従来技術を、建設機械例えば油圧ショベルに搭載する場合に考えられるNOx低減装置の配設構造について説明する。
図5は従来考えられる建設機械のNOx低減装置の配設構造の要部を示す平面図、図6は図5のB方向から見た図である。
これらの図5,6に示すように、油圧ショベルは走行体上に配置される旋回体40を備えている。この旋回体40には、エンジン室41と、このエンジン室41に隣接されて車体後方位置に設けられ、車体の安定性を保つカウンタウエイト42とが備えられている。エンジン室41内には、エンジン43と、このエンジン43によって駆動する油圧ポンプ44が配置されている。上述した特許文献1に示される従来技術を、このような油圧ショベルに搭載した場合には、図5に示すように、PM捕集フィルタ46と還元触媒48とを、還元触媒48が外側に位置するように当該建設機械の幅方向に並設させ、エンジン43とPM捕集フィルタ46とを配管45で連絡し、PM捕集フィルタ46と還元触媒48とを配管47で連絡し、還元触媒48の部分に排気を大気中に放出するマフラ49を設けた構成にすることが考えられる。すなわち、PM捕集フィルタ46と還元触媒48とを配管47を介して平面視「コ」字状に配置した構成にすることが考えられる。
特開2005−155404公報
しかしながら、特許文献1に示される従来技術を、図5,6に示すように油圧ショベル等の建設機械に適用しようとする場合には、以下のような問題がある。
還元触媒48と油圧ポンプ44が接近して配置されることになることから、油圧ポンプ44の周囲空間、すなわち油圧ポンプ44のメンテナンスを行なう際の作業空間が狭くなる。このために、油圧ポンプ44のメンテナンスの実施が難しくなる問題がある。また、化学反応による高い反応熱を生じる熱源となる還元触媒48の近傍に、油圧ポンプ44に接続される油圧ホースが位置することから、油圧ホースが破裂した際に、この油圧ホースを流れる油が熱源を構成する還元触媒48に接触して、火災を生じる懸念がある。なお、車幅の狭い超小型ショベルのように車幅に制約を受ける建設機械では、PM捕集フィルタ46と還元触媒48とを当該建設機械の幅方向に並設させる設置スペースを確保できない場合がある。したがって、このような車幅の狭い建設機械にあっては、特許文献1に示されるNOx低減装置を搭載できなくなる虞がある。
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、油圧ポンプの周囲空間を広く確保でき、熱源を構成する還元触媒と油圧ポンプに接続される油圧ホースとを離隔させることができ、また車幅の狭い建設機械にも適用可能な建設機械のNOx低減装置の配設構造を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明に係る建設機械のNOx低減装置の配設構造は、エンジン室と、このエンジン室に隣接されて車体の後方位置に設けられ、車体の安定性を保つカウンタウエイトとを有し、上記エンジン室に、エンジンと、このエンジンによって駆動する油圧ポンプとを配置した建設機械に備えられ、上記エンジンの排気通路に配設され、上記エンジンの排ガス中に含まれる浮遊粒子状物質を捕集するPM捕集フィルタ、及び上記エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、還元剤を上記エンジンの排気通路に噴霧する還元剤噴霧装置と、還元剤を上記還元剤噴霧装置へ供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に導かれる還元剤を貯える還元剤貯蔵タンクとを含む建設機械のNOx低減装置の配設構造において、上記カウンタウエイトに凹部を形成し、この凹部内に上記還元触媒を配置し、上記エンジン室内に上記PM捕集フィルタを配置したことを特徴としている。
このように構成した本発明は、還元触媒をカウンタウエイトの凹部内に配置し、PM捕集フィルタをエンジン室内に配置したことから、油圧ポンプの周囲にはPM捕集フィルタと還元触媒のうちのPM捕集フィルタだけが配置され、これにより油圧ポンプの周囲空間、すなわち油圧ポンプのメンテナンスを行なう際の作業空間を広く確保することができる。
また、還元触媒をエンジン室内の油圧ポンプから離れたカウンタウエイトの凹部内に配置したことから、熱源を構成する還元触媒と油圧ポンプに接続される油圧ホースとを離隔させることができる。これにより、油圧ホースが破裂し油圧ホース内の油が漏出しても、その油が還元触媒に接触しないようにすることができ、このような油圧ホースから漏出した油による火災を防ぐことができる。
さらに、還元触媒はカウンタウエイトの凹部に配置されることから、車幅方向に配置されるのはPM捕集フィルタと還元触媒のうちのPM捕集フィルタだけであり、車幅に制約を受ける場合でも、PM捕集フィルタの設置スペースの確保が容易である。これにより、車幅の狭い建設機械にも適用可能である。
また、本発明に係る建設機械のNOx低減装置の配設構造は、上記発明において、熱交換器を冷却する風を生起させるファンを有するとともに、上記カウンタウエイトの上記凹部内に、上記還元剤貯蔵タンクと、上記還元剤供給装置とを配置したことを特徴としている。
このように構成した本発明は、還元剤貯蔵タンクと還元剤供給装置を、同じカウンタウエイトの凹部内に配置され熱源を構成する還元触媒の近傍に位置させることができることから、極低温の状況下に建設機械が置かれた場合でも、エンジンの始動後早期に還元剤貯蔵タンク内の還元剤、及び還元剤供給装置内の還元剤の凍結を解消でき、排ガスの浄化を早期に開始させることができる。
なお、ファンに対して、下流側となるように還元触媒を配置し、さらにこの還元触媒の下流側に還元剤貯蔵タンクと還元剤供給装置を配置させるようにすれば、ファンによって生起された風が還元触媒で暖められ、この暖められた風が還元剤貯蔵タンクと還元剤供給装置に与えられる。したがって、還元剤貯蔵タンク内の還元剤と還元剤供給装置内の還元剤を上述した暖められた風によって、エンジン始動後の還元剤の凍結解消をより早めることができる。
また、本発明に係る建設機械のNOx低減装置の配設構造は、上記発明において、上記エンジンの排気通路を形成する上記エンジンと上記PM捕集フィルタとを連絡する配管、及び上記PM捕集フィルタと上記還元触媒とを連絡する配管のそれぞれに、振動吸収管を備えたことを特徴としている。
このように構成した本発明は、建設機械に作業に伴う振動等が生じた際に、振動吸収管によって、エンジンとPM捕集フィルタとを連絡する配管、及びPM捕集フィルタと還元触媒とを連絡する配管を、振動等の影響を受けることなく保つことができ、これにより当該NOx低減装置を振動等に対して安定した状態に保つことができる。
また、本発明に係る建設機械のNOx低減装置の配設構造は、上記発明において、上記PM捕集フィルタを固定する固定プレートと、この固定プレートを支持するブラケットとを設けるとともに、これらの固定プレートとブラケットとの間に振動吸収部材を介在させたことを特徴としている。
このように構成した本発明は、当該建設機械に振動等が生じた際に、振動吸収部材によってPM捕集フィルタを振動等の影響を受けることなく安定した状態に保持することができる。
本発明は、カウンタウエイトに凹部を形成し、この凹部内に還元触媒を配置し、エンジン室内にPM捕集フィルタを配置したことから、エンジン室に配置される油圧ポンプの周囲に配置されるのは、PM捕集フィルタと還元触媒のうちのPM捕集フィルタだけであり、これにより油圧ポンプの周囲空間を広く確保でき、油圧ポンプのメンテナンスが容易となる。したがって、この油圧ポンプに対する優れたメンテナンス性を確保できる。
また、熱源を構成する還元触媒と油圧ポンプに接続される油圧ホースとを離隔させることができ、これにより、油圧ホースが破裂してこの油圧ホース内の油が漏出した際でも、その漏出した油による火災の発生を防ぐことができ、優れた安全性を確保できる。
さらに、エンジン室内には、PM捕集フィルタと還元触媒のうちのPM捕集フィルタだけを配置すればよいので、車幅の狭い建設機械にも適用可能であり、優れた汎用性を確保できる。
以下,本発明に係る建設機械のNOx低減装置の配設構造を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明に係るNOx低減装置の配設構造の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図、図2は図1に示す油圧ショベルに備えられる旋回体の概略構成を示す平面図、図3は図2に示す旋回体に備えられる本実施形態に係るNOx低減装置の配設構造を示す平面図、図4は図3のA方向から見た図である。
本実施形態に係るNOx低減装置の配設構造が適用される建設機械は、例えば図1に示す油圧ショベルであり、この油圧ショベルは、走行体1と、この走行体1上に配置される旋回体2とを備えている。また、旋回体2に上下方向の回動可能に取り付けられるブーム3と、このブーム3の先端に上下方向の回動可能に取り付けられるアーム4と、このアーム4の先端に上下方向の回動可能に取り付けられ、掘削作業等に活用されるバケット5とを備えている。これらのブーム3、アーム4、及びバケット5は、フロント作業機を構成している。
また、ブーム3を駆動するブームシリンダ6、アーム4を駆動するアームシリンダ7、及びバケット5を駆動するバケットシリンダ8を備える他、走行体1を走行させる図示しない走行モータ、旋回体2を旋回させる図示しない旋回モータ等を備えている。これらのブームシリンダ6、アームシリンダ7、バケットシリンダ8、及び図示しない走行モータ、旋回モータ等によって油圧アクチュエータが構成されている。
旋回体2に設けられる車体フレーム9上には、前側位置に運転室10が配置され、後側位置に重量バランスを確保し車体の安定性を保つカウンタウエイト12が配置されている。このカウンタウエイト12に隣接された前側部分には、エンジン室11が配置されている。カウンタウエイト12には、図2に示すように、例えば下方部分が貫通して車体フレーム9に連通する凹部12aが形成されている。
図2に示すように、エンジン室11内には、エンジン14と、このエンジン14によって駆動し、熱交換器13内を流れるエンジン冷却水等を冷却する風を生起させるファン14bと、エンジン14によって駆動し、上述した油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプ15を備えている。エンジン室11の外側に位置する運転室10付近には、油圧ポンプ15から上述の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する油圧制御弁装置16を配置してある。なお、図3に示すように、エンジン14にはターボ14aが付設されている。
また、図2に示すように、エンジン室11の外側に位置する油圧制御弁装置16の近傍位置には、エンジン14に供給される燃料を貯える燃料タンク17と、油圧ポンプ15に吸い込まれる作動油を貯える作動油タンク18とを配置してある。これらの燃料タンク17及び作動油タンク18は、車体フレーム9上に搭載させてある。
このような構成を有する油圧ショベルに備えられる本実施形態に係るNOx低減装置は、図3,4に示すように、エンジン14の排気通路に配設され、エンジン14の排ガス中に含まれる浮遊粒子状物質を捕集するPM捕集フィルタ20、及びエンジン4の排ガス中に含まれる窒素酸化物を還元浄化する還元触媒、例えば尿素還元触媒22と、還元剤例えば尿素水をエンジン14の排気通路に噴霧する還元剤噴霧装置、すなわち尿素水噴霧装置23と、この尿素水噴霧装置23に尿素水を供給する還元剤供給装置、すなわち尿素水供給装置25と、この尿素水供給装置25に導かれる尿素水を貯える還元剤貯蔵タンク、すなわち尿素水タンク24とを含んでいる。
エンジン14とPM捕集フィルタ20とは配管19で接続され、PM捕集フィルタ20と、このPM捕集フィルタ20の下流に位置する尿素還元触媒22とは配管21で接続されている。すなわち、これらの配管19,21は、エンジン14の排気通路を構成している。尿素還元触媒22には、排気を大気中に放出するマフラ26を接続してある。
上述した本実施形態に係るNOx低減装置の構成要素のうちのPM捕集フィルタ20は、油圧ポンプ15の上方に位置するエンジン室11内に配置してある。このPM捕集フィルタ20は、図3,4等に示すように保持されている。すなわち、例えばエンジン14に固定されるブラケット27を設けてあり、このブラケット27上に例えば弾性体から成る振動吸収部材31を介して固定プレート29を配置してある。PM捕集フィルタ20を締結する締結バンド28は、この固定プレート29に一体的に設けられている。固定プレート29はボルト29によって、振動吸収部材31とともにブラケット27に固定支持されている。
また、本実施形態に係るNOx低減装置の構成要素のうちの尿素還元装置22と、尿素水供給装置25と、尿素水タンク24と、尿素水噴霧装置23は、カウンタウエイト12の凹部12aに、それぞれの上面がカウンタウエイト12の上面から突出しないようにして配置してある。上述したPM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22と、これらのPM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22とを連絡する配管21とによって形成される構造体の形状は、例えばL字状に形成されている。
なお、尿素還元触媒22は、例えばファン14bの下流側に配置してあり、尿素水供給装置25及び尿素水タンク24は、例えば尿素還元触媒22の下流側に配置してある。また、尿素水噴霧装置23は、PM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22とを接続する配管21内に、尿素水を噴霧するように配置してある。
上述した尿素還元触媒22は、固定プレート33に一体的に設けられる締結バンド32によって締結されている。固定プレート33は例えば、カウンタウエイト12の凹部12aの下方部分を挿通するボルト34によって車体フレーム9に固定されている。
また、エンジン14とPM捕集フィルタ20とを連絡する配管19に、振動吸収管36を設けてあり、PM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22とを連絡する配管21に、振動吸収管37を設けてある。
このように構成した本実施形態の配設構造に係るNOx低減装置は、図3に示す尿素水タンク24内に収容された尿素水が尿素水供給装置25に導かれ、この尿素水供給装置25から尿素水が尿素水噴霧装置23に供給される。エンジン14の排気通路を構成する配管19に排出された排ガス中の浮遊粒子状物質はPM捕集フィルタ20によって捕集され、配管21に排出された排ガス中のNOxは、尿素水噴霧装置23から配管21に噴霧される尿素水と、配管21に接続された尿素還元触媒22とによって還元浄化される。このようにして浮遊粒子状物質、及びNOxの低減された排気はマフラ26から大気中に放出される。
本実施形態に係るNOx低減装置の配設構造によれば、尿素還元触媒22をカウンタウエイト12に形成した凹部12a内に配置し、PM捕集フィルタ20をエンジン室11内に配置したことから、油圧ポンプ15の周囲にはPM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22のうちのPM捕集フィルタ20だけが配置され、これにより油圧ポンプ15の周囲空間、すなわち油圧ポンプ15のメンテナンスを行なう際の作業空間を広く確保することができる。したがって、この油圧ポンプ15に対する優れたメンテナンス性を確保できる。
また、尿素還元触媒22をエンジン室11内の油圧ポンプ15から離れたカウンタウエイト12の凹部12a内に配置したことから、熱源を構成する尿素還元触媒22と油圧ポンプ15に接続される油圧ホースとを、離隔させることができる。これにより、油圧ホースが破裂しこの油圧ホース内の油が漏出しても、その油が尿素還元触媒22に接触しないようにすることができる。したがって、このような油圧ホースの破裂に伴う油の漏出による火災を防ぐことができ、優れた安全性を確保することができる。
さらに、尿素還元触媒22は、カウンタウエイト12の凹部12aに配置されることから、車幅方向に配設されるのは、PM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22のうちのPM捕集フィルタ20だけであり、車幅に制約を受ける場合でも、PM捕集フィルタ20の設置スペースの確保が容易である。これにより、車幅の狭い建設機械にも適用可能であり、優れた汎用性を確保することができる。
また、尿素水タンク24と尿素水供給装置25を、同じカウンタウエイト12の凹部12a内に配置される熱源を構成する尿素還元触媒22の近傍に位置させることができることから、極低温の環境下に当該油圧ショベルが置かれた場合でも、エンジン14の始動後早期に尿素水タンク24内の尿素水、及び尿素水供給装置25内の尿素水の凍結を解消でき、排ガスの浄化を早期に開始させることができる。
なお、ファン14bに対して下流側に尿素還元触媒22を配置し、さらにこの尿素還元触媒22の下流側に尿素水タンク24と尿素水供給装置25を配置させてあるので、ファン14bによって生起された風が尿素還元触媒22で暖められ、この暖められた風が尿素水タンク24と尿素水供給装置25に与えられる。したがって、尿素水タンク24内の尿素水と尿素水供給装置25内の尿素水を、上述の暖められた風によって暖めて、エンジン14の始動後の尿素水の凍結解消をより早めることができる。
また、エンジン14とPM捕集フィルタ20とを連絡する配管19、及びPM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22とを連絡する配管21のそれぞれに振動吸収管36,37を備えたことから、油圧ショベルに、掘削作業などに伴う振動等が生じた際に、振動吸収管36,37によって、上述したエンジン14とPM捕集フィルタ20とを連絡する配管19、及びPM捕集フィルタ20と尿素還元触媒22とを連絡する配管21を、振動の影響を受けることなく保つことができ、当該NOx低減装置を安定した状態に保つことができる。したがって、上述した掘削作業などに伴う振動等による当該NOx低減装置の損傷を防ぎ、耐久性に優れたNOx低減装置を実現させることができる。
また、PM捕集フィルタ20が、固定プレート29に一体的に設けられる締結バンド28に締結され、固定プレート20を振動吸収部材31を介してボルト30によってブラケット27に支持させてあることから、上述したような掘削作業などに伴う振動等が生じた際に、振動吸収部材31によってPM捕集フィルタ20を振動等の影響を受けることなく安定した状態に保持することができ、耐久性に優れたNOx低減装置の実現に貢献する。
本発明に係るNOx低減装置の配設構造の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。 図1に示す油圧ショベルに備えられる旋回体の概略構成を示す平面図である。 図2に示す旋回体に備えられる本実施形態に係るNOx低減装置の配設構造を示す平面図である。 図3のA方向から見た図である。 従来考えられる建設機械のNOx低減装置の配設構造の要部を示す平面図である。 図5のB方向から見た図である。
符号の説明
2 旋回体
9 車体フレーム
11 エンジン室
12 カウンタウエイト
12a 凹部
13 熱交換器
14 エンジン
14b ファン
15 油圧ポンプ
19 配管
20 PM捕集フィルタ
21 配管
22 尿素還元触媒(還元触媒)
23 尿素水噴霧装置(還元剤噴霧装置)
24 尿素水タンク(還元剤貯蔵タンク)
25 尿素水供給装置(還元剤供給装置)
26 マフラ
27 ブラケット
28 締結バンド
29 固定プレート
30 ボルト
31 振動吸収部材
32 締結バンド
33 固定プレート
34 ボルト
35 ボルト
36 振動吸収管
37 振動吸収管

Claims (4)

  1. エンジン室と、このエンジン室に隣接されて車体の後方位置に設けられ、車体の安定性を保つカウンタウエイトとを有し、上記エンジン室に、エンジンと、このエンジンによって駆動する油圧ポンプとを配置した建設機械に備えられ、
    上記エンジンの排気通路に配設され、上記エンジンの排ガス中に含まれる浮遊粒子状物質を捕集するPM捕集フィルタ、及び上記エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、還元剤を上記エンジンの排気通路に噴霧する還元剤噴霧装置と、還元剤を上記還元剤噴霧装置へ供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に導かれる還元剤を貯える還元剤貯蔵タンクとを含む建設機械のNOx低減装置の配設構造において、
    上記カウンタウエイトに凹部を形成し、この凹部内に上記還元触媒を配置し、上記エンジン室内に上記PM捕集フィルタを配置したことを特徴とする建設機械のNOx低減装置の配設構造。
  2. 上記請求項1記載の建設機械のNOx低減装置の配設構造において、
    熱交換器を冷却する風を生起させるファンを有するとともに、
    上記カウンタウエイトの上記凹部内に、上記還元剤貯蔵タンクと、上記還元剤供給装置とを配置したことを特徴とする建設機械のNOx低減装置の配設構造。
  3. 上記請求項1記載の建設機械のNOx低減装置の配設構造において、
    上記エンジンの排気通路を形成する上記エンジンと上記PM捕集フィルタとを連絡する配管、及び上記PM捕集フィルタと上記還元触媒とを連絡する配管のそれぞれに、振動吸収管を備えたことを特徴とする建設機械のNOx低減装置の配設構造。
  4. 上記請求項1記載の建設機械のNOx低減装置の配設構造において、
    上記PM捕集フィルタを固定する固定プレートと、この固定プレートを支持するブラケットとを設けるとともに、これらの固定プレートとブラケットとの間に振動吸収部材を介在させたことを特徴とする建設機械のNOx低減装置の配設構造。
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