JP2013083214A - 建設機械の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消音効果を高め、かつ周囲に騒音及び排気ガスの影響が及ぶのを防止できる建設機械の排気装置を提供する。
【解決手段】エンジン２０の排気ガスを排出する建設機械の排気装置を、エンジン２０に接続されたマフラ３０、このマフラ３０からの排気ガスが導入される導入口３２、導入口３２と対向しないよう配置され導入された排気ガスを外部に排気する排気口３７、消音室３５Ａからなるテールボックス（箱体）３６を有する構成とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、建設機械の排気装置に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械では、エンジンから排出された排気を消音装置（マフラ）に導いて消音し、その上で排気することが行われている。

また、機体後方にエンジンを搭載し、更にその後方にカウンタウエイトを配置する建設機械においては、エンジン室の後方から排気を行うのが困難である。このため、エンジン室の上部に排気パイプ（テールパイプ）を設け、マフラからの排気ガスをこの排気パイプを介して排出することが行われている。

更に、単に排気パイプを上方に向けて開口させた構成では、雨水が排気パイプを介してマフラに浸入してしまう。よって、これを回避するため、一般に排気パイプのパイプ先端を曲げ、排気ガスが後方（機体水平方向）に排気されるよう構成されている（特許文献１）。

特開平０２−０４０９２６号公報

ところで、一般にマフラはエンジンに固定されるため、エンジンで発生する高い振動に耐えられる構造及び大きさに制限されている。またマフラは、その内部で排気ガスを膨張・圧縮させることで共鳴させ、これにより騒音低減を図っている。しかしながら、上記のようにその構造や大きさが制限されると、排気音の低減を充分に行うことができないという問題点があった。

また、従来のようにパイプ先端を曲げられた構成（即ち、排気パイプが機体水平方向に開口した構成）では、排気ガスが建設機械の周囲で作業する人に直接掛かってしまうという問題点があった。

更に、上記のように騒音低減が充分でない場合には、排気パイプに沿って排気音も排気ガスの流れに沿って放出されるため、建設機械の周囲で作業する人は騒音にも悩まされるという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、消音効果を高め、かつ周囲に騒音及び排気ガスの影響が及ぶのを防止できる建設機械の排気装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
建設機械のエンジンに接続されたマフラと、
前記マフラからの排気ガスが導入される導入口と、前記導入口と対向しないよう配置され導入された排気ガスを外部に排気する排気口と、消音室とを有し、前記エンジンの上方に備えられる外装体に取り付けられる箱体と、
を有することを特徴とする建設機械の排気装置により解決することができる。

開示の建設機械の排気装置によれば、マフラからの排気ガスが導入される導入口と、導入された排気ガスを外部に排気する排気口が対向していないため、排気口から箱体の消音室に雨水が浸入してもこれがマフラに浸入することを防止することができる。

また、マフラから排出された排気ガスの騒音は箱体の消音室でも消音させるため、騒音の低減を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態である排気装置を搭載した建設機械を示す側面図である。 図２は、本発明の第１実施形態である排気装置を搭載した建設機械のエンジン室の断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態である排気装置を構成するテールボックス（消音室）の外観図である。 図４は、本発明の第１実施形態である排気装置を構成するテールボックス（消音室）の縦断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態である排気装置を構成するテールボックス（消音室）の横断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態である排気装置を構成するテールボックス（消音室）を拡大して示す断面図である。 図７は、本発明の第３実施形態である排気装置を構成するテールボックス（消音室）を拡大して示す断面図である。 図８は、本発明の第４実施形態である排気装置を搭載した建設機械のエンジン室の断面図である。 図９は、本発明の第５実施形態である排気装置を搭載した建設機械のエンジン室の断面図である。 図１０は、第５実施形態である排気装置を構成するテールボックス（消音室）を拡大して示す斜視図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は本発明の一実施形態である排気装置を設けた建設機械を示している。本実施形態では、建設機械として小型油圧ショベル１を例に挙げて説明する。小型油圧ショベル１は、大略すると自走可能なクローラ式の下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とにより略構成されている。

上部旋回体３の前部側には作業アタッチメント４が設けられている。この作業アタッチメント４は、ブーム６、アーム９、及びバケット１０等を有している。

ブーム６は、後述の旋回フレーム５に俯仰動可能に取り付けられている。アーム９は、ブーム６の先端側に回動可能に取り付けられている。また、バケット１０は、アーム９の先端側に回動可能に取り付けられている。

ブームシリンダ１２は、旋回フレーム５とブーム６との間に配設されている。このブームシリンダ１２により、ブーム６は旋回フレーム５に対して俯仰動する。アームシリンダ１３は、ブーム６とアーム９との間に配設されている。このアームシリンダ１３により、アーム９はブーム６に対して回動動作する。更にバケットシリンダ１４は、バケット１０とアーム９との間に配設されている。このバケットシリンダ１４により、バケット１０はアーム９に対して回動する。

上部旋回体３は、下部走行体２上に旋回機構１６を介して旋回自在に設置されている。この上部旋回体３には、図１に加え図２に示すように、旋回フレーム５、キャブ８、カウンタウエイト１５、外装カバー１８（外装体）、エンジンフード１９（外装体）、エンジン２０、マフラ３０等が配設されている。

キャブ８は旋回フレーム５上に設けられており、その内部には運転席（図示せず）が設けられている。オペレータはキャブ８内の運転席に着座し、小型油圧ショベル１の運転操作を行う。

カウンタウエイト１５は、作業アタッチメント４との重量バランスをとる機能を奏する。またエンジンフード１９は、エンジン２０、熱交換機２４、ポンプ２７等の上部を覆うものである。

次に、エンジン室１７内の構成について説明する。

図２は、エンジン室１７の内部構成を示す概略構成図である。同図に示されるように、カウンタウエイト１５、外装カバー１８、エンジンフード１９に囲まれたエンジン室１７内には、エンジン２０、冷却ファン２３、熱交換機２４、排気装置、及びポンプ２７等が配設されている。

エンジン２０は、旋回フレーム５に配設されたエンジン取付座２１の上部に、マウント２２を介して支持されている。マウント２２は防振マウントであり、エンジン２０で発生する振動が旋回フレーム５に伝達されるのを防止している。

エンジン１０のＹ１方向側（図中左側）には、冷却ファン２３が配設されている。また、冷却ファン２３のＹ１方向側には、熱交換機（ラジエータ）２４が配設されている。

冷却ファン２３は、エンジン２０により回転駆動される。冷却ファン２３が回転駆動されることより、外気が冷却空気としてエンジン室１７に取り込まれる。エンジン室１７に取り込まれた冷却空気は、熱交換機２４を通過することにより熱交換機２４内の冷却水を冷却する。

ポンプ２７は、作業アタッチメント４を駆動するブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４等の油圧源である。このポンプ２７もエンジン２０により駆動される。

エンジン２０から排出される排気ガスは、マフラ３０に導入される。マフラ３０は、排気ガスの排気騒音を低減する機能を奏する。なお、マフラ３０による排気騒音の低減については、説明の便宜上、後述するものとする。

前記のエンジン２０、熱交換機２４、マフラ３０、及びポンプ２７等は、外装カバー１８内に収納される。この外装カバー１８の上面部には、上方に向け突出したエンジンフード１９が設けられている。

エンジンフード１９は、外装カバー１８に対して開閉可能な構成とされている。よって、ンジン２０等のメンテナンス時等には、このエンジンフード１９を開いてメンテナンスを行うことができる。

エンジン２０から排出された排気ガスは、排気マニホールド２８及び排気管２９を介してマフラ３０に導入される。

マフラ３０は排気管２９と接続されており、よってエンジン２０からの排気ガスは、先ずマフラ３０に導入される。マフラ３０は、図１に加えて図４に示すように円筒形状を有している。またマフラ３０は、エンジン２０のＹ２方向側の上部位置に固定されている。具体的には、エンジン２０のＹ２方向側には固定ブラケット３３が配設されており、マフラ３０はこの固定ブラケット３３に固定具３４を用いて固定される。

マフラ３０の内部は複数の部屋に画成されており、エンジン２０から導入された排気ガスはこの複数の部屋を通り排出管３１から排出される。この際、排出ガスの排気騒音は、マフラ３０の複数の部屋内で膨張及び圧縮を繰り返して消音される。

本実施形態では、マフラ３０に設けられた排出管３１は上方向（Ｚ１方向）に向け開口している。また排出管３１は、エンジンフード１９に設けられた開口部から上方に突出するよう構成されている。

エンジンフード１９の開口部の上方には、従来の排気パイプ（テールパイプ）に代えて、テールボックス３６が取り付けられる。

テールボックス３６は、図２乃至図５に示されるように、エンジンフード１９の上面に対向する一面を開口した矩形状の本体部３６ａと、その開口された面に取り付けられる底体部３６ｂとからなり、この取り付け状態において、本体部３６ａと底体部３６ｂは共同して箱体を形成し、その内部に空間が形成される。この本体部３６ａと底体部３６ｂとの間に形成される空間が消音室３５Ａとなる。

テールボックス３６の底体部３６ｂには、前記したマフラ３０に設けられた排出管３１が挿入される開口部が形成されている。排出管３１から排出される排気ガスは、この開口部から消音室３５Ａ内に導入される（以下、この開口部を導入口３２という）。

また、導入口３２の直径は、排出管３１の直径に対して大きく設定されている。よって、導入口３２と排出管３１との間には間隙が形成され、エンジン２０の振動に伴い排出管３１が振動しても、排出管３１がエンジンフード１９に当接しないよう構成されている。これにより、排出管３１を導入口３２を介して消音室３５Ａ内に挿入しても、衝突音等の騒音が発生することはない。

また、テールボックス３６の外周には、フランジ部３９が形成されている（図３参照）。このフランジ部３９をエンジンフード１９にボルト固定することにより、テールボックス３６はエンジンフード１９に固定される。

また、テールボックス３６（本体部３６ａ）の上面側には、最終排気口３７が形成されている。この最終排気口３７は、上方（矢印Ｚ１方向）に向け開口している。

ここで図４を参照し、前記したテールボックス３６の底体部３６ｂに形成された導入口３２の形成位置と、テールボックス３６に形成された最終排気口３７の形成位置に注目する。

図４は、消音室３５Ａの縦断面図である。同図に示すように、導入口３２と最終排気口３７は、対向しないよう配置されている。即ち、導入口３２の配設位置と最終排気口３７の配設位置とは、水平方向（マフラ３０の長手方向で、図中矢印Ｘ１，Ｘ２で示す方向）に図中矢印Ｗで示す距離だけずれた構成とされている。

従って、導入口３２から消音室３５Ａ内に挿入された排出管３１は、テールボックス３６の本体部３６ａ（の内面）と対向する。また、テールボックス３６の本体部３６ａに配設された最終排気口３７は、テールボックス３６の底体部３６ｂと対向する。

消音室３５Ａを上記構成とすることにより、エンジン２０から排出された排ガスは、排気管２９を介してマフラ３０導入されて消音処理され、次に消音室３５Ａに導入され、最後に最終排気口３７から機体外部に放出される。

本実施形態では、マフラ３０内における排気ガスの圧力をＰ１、消音室３５Ａ内における排気ガスの圧力をＰ２、大気の圧力をＰ３としたとき、消音室３５Ａ内における排気ガス圧力Ｐ２がマフラ３０内における排気ガス圧力Ｐ１よりも低く、かつ、大気圧力Ｐ３よりも高くなるよう構成されている（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３）。

エンジン２０から発生する排気音である爆発音は、高圧状態の排気ガスが急激に圧力低下した場合に発生し、逆に段階的に低下させることで緩和させることができる。従来では、消音室３５Ａが設けられていなかったため、マフラ３０の排気ガス圧力Ｐ１の排気ガスが直接大気圧力Ｐ３（Ｐ１＞＞Ｐ３）に放出されることとなる。マフラ３０はエンジン２０の振動に耐える形状、大きさに制限されているため、消音効果を十分に発揮できずに大気に放出されるので大きな騒音が発生していた。

これに対して本実施形態に係る排気装置では、マフラ３０内で第１段の消音処理がされ圧力がＰ１となった排気ガスは、消音室３５Ａに導入されることにより第２段の消音処理がされて圧力がＰ２となる。更に、第２段の消音処理が行われた排気ガスは、最終排気口３７から機体外部に放出され、その圧力は大気圧Ｐ３となる。このように、本実施形態に排気装置では、排気ガスが３段階に圧力低下されるため、高い消音効果を得ることができる。

また、最終排気口３７はテールボックス３６の本体部３６ａに上方に向けて（Ｚ１方向に向けて）開口されており、かつ図３に示すようにテールボックス３６はエンジンフード１９の上部に配設されている。よって、最終排気口３７からテールボックス３６の消音室３５Ａ内に雨水が浸入する恐れがある。

しかしながら、前記のように最終排気口３７の配設位置は、導入口３２の形成位置（即ち、排出管３１の配設位置）からずれた位置とされている。このように本実施形態では、最終排気口３７と排出管３１が対向しないよう構成したため、最終排気口３７から雨水が浸入しても、これが排出管３１内に入り込むことを防止できる。よって、マフラ３０に雨水が浸入することを防止でき、マフラ３０の性能が低下することを防止することができる。

なお、最終排気口３７から消音室３５Ａ内に浸入した雨水は、図４に示すドレイン配管３８を介して機体外部に排出されるよう構成されている。よって、消音室３５Ａ内に雨水が残留するようなことはない。

また上記のように、最終排気口３７はテールボックス３６の本体部３６ａに上方に向けて開口されている。このため、エンジン２０から排出された排気ガスは、消音室３５Ａを介して最終排気口３７から上方に向け（Ｚ１方向に向け）排出される。よって、排気ガスが小型油圧ショベル１の周囲で作業する人に直接掛かってしまうことを防止できる。

これにより、パイプ先端を曲げられたテールパイプを用いていた従来の油圧ショベルに比べ、小型油圧ショベル１の周囲で作業する作業員に対する作業環境の改善を図ることができる。

次に、本発明の他の実施形態である排気装置について、図６乃至図１０を用いて説明する。なお、図６乃至図１０において、図１乃至図５に示した構成と対応する構成については同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図６は、第２実施形態である排気装置を拡大して示している。本実施形態に係る排気装置は、消音室３５Ｂを構成するテールボックス３６を内壁部４０ａと外壁部４０ｂの二重構造としたことを特徴とするものである。
この構成とすることにより、テールボックス３６の壁面が振動して周囲に伝わる排気騒音が内壁部４０ａと外壁部４０ｂの二重構造を透過することで減衰され、周囲の低騒音化を図ることができる。

図７は、第３実施形態である排気装置を拡大して示している。本実施形態に係る排気装置は、テールボックス３６の内部に多孔板４２及び吸音材４３を配設したことを特徴とするものである。

多孔板４２は多数の孔４２ａが穿設された板材であり、テールボックス３６の側面と対向するよう配設されている。吸音材４３は例えばグラスウールであり、消音室カバー３６の側面と多孔板４２との間に配設されている。

この構成とすることにより、排気騒音は多孔板４２の孔４２ａを通過する際にエネルギー吸収されることにより吸音され、更に吸音材４３においても吸音が行われる。よって、本実施形態の構成とすることによっても、周囲の低騒音化を図ることができる。

図８は、第４実施形態である排気装置を示している。

前記した第１実施形態に係る排気装置は、一面を開口した矩形状の本体部３６ａと、その開口された面に取り付けられる底体部３６ｂからなるテールボックス３６をエンジンフード１９上に固定した構成とした（図３参照）。よって、第１実施形態に係る排気装置では、テールボックス３６がエンジンフード１９上に突出した構成とされていた。

これに対して本実施形態に係る排気装置は、テールボックス３６を本体部４４Ａと蓋体部４５Ａとにより構成すると共に、本体部４４Ａをエンジンフード１９の内部に収納したことを特徴としている。

本体部４４Ａは一面を開口した矩形状とされており、蓋体部４５Ａは本体部４４Ａの開口された面に取り付けられる。この取り付け状態において、本体部４４Ａと蓋体部４５Ａは共同して箱体を形成し、その内部に空間が形成される。この本体部４４Ａと蓋体部４５Ａとの間に形成される空間が消音室３５Ｄとなる。

本実施形態では、本体部４４Ａがエンジンフード１９の内部に収納された構成となる。よってエンジンフード１９の上部には、蓋体部４５Ａのみが配設される。これにより、エンジンフード１９の上面を略面一とすることが可能となる。

図９及び図１０は、第５実施形態である排気装置を説明するための図である。

本実施形態に係る排気装置は、前記の第４実施形態に係る排気装置と同様にテールボックス３６を本体部４４Ｂと蓋体部４５Ａとにより構成しており、この本体部４４Ｂと蓋体部４５Ａの間に形成される空間部が消音室３５Ｅとなる。

前記した第４実施形態では、排出管３１が本体部４４Ａの底面に形成された導入口３２から上方に向けて挿入される構成とされていた。これに対して本実施形態に係る排気装置は、図１０に示すように、本体部４４Ｂの側面に導入口３２を形成し、排出管３１が本体部４４Ｂの側面から消音室３５Ｅ内に挿入されるよう構成し、エンジンフード１９に代えて外装カバー１８に取り付けたことを特徴としている。

このように、排気ガスを消音室３５Ｅの側部から導入する構成とすることにより、エンジン２０に対して消音室３５Ｅの配設位置を低く設定することが可能となる。これにより、図８に示すように第４実施形態ではエンジン２０、熱交換機２４、ポンプ２７等の上部を覆うエンジンフード１９を突設させる必要があったが、本実施形態では図９に示すようにエンジンフード１９の突出量を抑えることができる。よって、エンジン室１７の低背化を図ることができ、小型油圧ショベル１の更なる小型化を図ることができる。

なお、図８及び図９では、図示の便宜上、最終排気口３７と導入口３２（排出管３１）が対向したように図示しているが、第１乃至第３実施形態と同様に、導入口３２と固定ブラケット３３とは対向しておらず、水平方向にずれた構成とされている。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

具体的には、上記した各実施形態では本願発明を小型油圧ショベル１に適用した例について説明したが、本願発明は排気騒音の低減を望む各種建設機械についても適用可能なものである。

また、本実施形態では、消音装置としてマフラ３０を用いた例を示したが、マフラ３０に代えてＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の排ガス後処理装置を用いた構成としてもよい。ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の排ガス後処理装置は、内部に触媒、フィルタを多層に積層配置しており、排ガス浄化の機能を優先する必要がある結果、同等の大きさのマフラ３０に比べ消音効果が期待し難い。これに対して本願発明では、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の排ガス後処理装置の後段に消音室を設けることができるので、排ガスの浄化と低騒音化を両立することができる。また、排ガス後処理装置の排出管に水（雨水）が浸入することを確実に防止することもできる。

１ 小型油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
５ 旋回フレーム
１７ エンジン室
１８ 外装カバー（外装体）
１９ エンジンフード（外装体）
２０ エンジン
２３ 冷却ファン
２４ 熱交換機
２７ ポンプ
２９ 排気管
３０ マフラ（消音装置）
３１ 排出管
３２ 導入口
３３ 固定ブラケット
３４ 固定具
３５Ａ〜３５Ｅ 消音室
３６ テールボックス（箱体）
３６ａ 本体部
３６ｂ 底体部
３７ 最終排気口
３８ ドレイン配管
４０ａ 内壁部
４０ｂ 外壁部
４２ 多孔板
４３ 吸音材
４４Ａ，４４Ｂ 本体部
４５Ａ，４５Ｂ 蓋体部

Claims (4)

1. 建設機械のエンジンに接続されたマフラと、
   前記マフラからの排気ガスが導入される導入口と、前記導入口と対向しないよう配置され導入された排気ガスを外部に排気する排気口と、消音室とを有し、前記エンジンの上方に備えられる外装体に取り付けられる箱体と、
   を有することを特徴とする建設機械の排気装置。
2. 前記消音室の壁を、内壁部と外壁部とを有する二重構造としたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の排気装置。
3. 前記消音室に吸音材を配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械の排気装置。
4. 前記箱体を前記エンジンが配置されている外装体の内側に収納したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の建設機械の排気装置。

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