JP2014515076A

JP2014515076A - 建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置

Info

Publication number: JP2014515076A
Application number: JP2014503577A
Authority: JP
Inventors: ソンチョルパク
Original assignee: ボルボコンストラクションイクイップメントアーベー
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2014-06-26
Also published as: WO2012138000A1; KR20140024861A; EP2696046A4; EP2696046A1; US20140020638A1; CN103459788A

Abstract

【課題】建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置の提供。
【解決手段】エンジンルーム７の一方の側に配設されて外部の空気を流入させて冷却ファン気流９を生成する冷却ファン３と、乱流流入口１４と前記冷却ファン気流９を内部に誘導する第１ガイド１３ａとを備え、一方の端は前記煤煙低減装置６と接続され、他方の端は前記エンジンルーム７の外部に延在し、前記煤煙低減装置６の再生時に排出された過熱ガスを外部に排出するテールパイプ１０と、前記エンジンルーム７の外部に露出する外気流入口２４と、前記外気流入口２４と隣り合い、流入する外気を内部に誘導する第２ガイド２３ａとを備え、前記テールパイプ１０の外周面を取り囲んで離隔空間を形成することによって前記テールパイプ１０との直接的な接触を防ぐディフューザ２０と、を備える建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置に係り、さらに詳しくは、建設機械用エンジン、好ましくは、ディーゼルエンジンの煤煙低減装置の燃焼過程で発生する排気ガスがディフューザ及びテールパイプを通過するときに、冷却ファン気流及び外気と合流して低い温度の排気ガスをエンジンルームの外側に排出可能なように改良した建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置に関する。

従来は、化石燃料を用いるディーゼルエンジンまたは電気エネルギーと併用するハイブリッドタイプの建設機械において、排気ガスの再生及び後処理のために煤煙低減装置を採用することが一般的であった。

特に、建設機械のディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれている粒状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ：ＰＭ）が環境汚染及び大気汚染につながる一つの原因となっており、人体の肺や呼吸器に入ると致命的な被害を与えることから、全世界的に粒状物質の排出量についての規制が強化されつつある。

このような環境汚染などの問題を解消することを目的として、ディーゼル車両などから発生する粒状物質が大気中に排出されることを防ぐための、粒状物質を捕集して処理する煤煙低減装置（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）は、フィルターを介して粒状物質を捕集した後、所定の時点になると、ろ過された煤煙を燃焼させる過程を繰り返し行ったり、燃焼させることなく振るい落とす過程を繰り返し行ってフィルターを再生する。このとき、煤煙低減装置を介して排出されるエンジンの排気ガスは、高温の気流として外部に排出されることにより、火災や火傷を引き起こす虞があるという問題点を抱えている。

上述の問題点を解消するために、煤煙低減装置に接続されたテールパイプを介して排気ガスの温度を低下させる技術への取り組みが盛んに行われているが、例えば、２０１０年８月２日付けで公開された「エンジンルームの過熱ガス温度低下装置」が建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置の一例としてよく知られている（特許文献１参照）。

図１は、上述の従来の建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置がエンジンルームに取り付けられた状態を概略的に示した図であり、同図に示すように、エンジンルーム７の一方の側に貫設される貫通孔２と、一方の端は煤煙低減装置５と接続され、他方の端は前記貫通孔２を介して前記エンジンルーム７の外部に延在し、前記煤煙低減装置５の再生時に排出された過熱ガスを外部に排出するテールパイプ１と、前記エンジンルーム７の一方の側に配設されて外部の空気を流入させて気流を生成する冷却ファン３と、前記貫通孔２と係合されて前記テールパイプ１の外周面を取り囲んで離隔空間を形成することによって、前記テールパイプ１との直接的な接触を防ぎ、前記気流を吸入した後に分散を防いで前記過熱ガスの温度を下げるディフューザ４と、を備えている。

同技術によれば、煤煙低減装置５を通る排気ガスが一次的にテールパイプ１を介して排出されるとき、煤煙低減装置５の排気ガスと冷却ファン３によって生成された気流９とがテールパイプ１の内部において混合することによって、過熱された排気ガスの温度を下げることができる。

しかしながら、冷却ファン３によって生成された気流９がテールパイプ１の外周面をそのまま通過してしまったり、テールパイプ１の内部での混合がスムーズに行われなかったりすることにより、依然としてテールパイプ１を介して外部に排出される排気ガスの温度が高温、例えば、約５００℃に近づいてしまうという問題点がある。

このような高温の排気ガスは、ディフューザ４の過熱を招くという問題点があり、たとえテールパイプ１に直接的に接触しないとしても、ディフューザ４との接触に起因して火災や身体上の傷害が生じるという問題点がある。

韓国特許出願公開第２０１０−８６５２５号公報

従って、上述した問題点を解消するために、本発明は、構造的にディフューザの内部において外気と冷却ファンによって生成された気流とが乱流を引き起こしながら混合してテールパイプを冷却させ、さらに、混合した乱流をテールパイプの内部に効率よく流入させることにより、テールパイプの内部において煤煙低減装置を経る排気ガスの過熱を低減することのできる建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置を提供することにその目的がある。

上述の目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンの排気管路の上に接続されて粒状物質の排出を防ぐ煤煙低減装置と、を備える建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置において、エンジンルームの一方の側に配設されて外部の空気を流入させて冷却ファン気流を生成する冷却ファンと、乱流流入口と前記冷却ファン気流を内部に誘導する第１ガイドとを備え、一方の端は前記煤煙低減装置と接続され、他方の端は前記エンジンルームの外部に延在し、前記煤煙低減装置の再生時に排出された過熱ガスを外部に排出するテールパイプと、前記エンジンルームの外部に露出する外気流入口と前記外気流入口と隣り合い、流入する外気を内部に誘導する第２ガイドとを備え、前記テールパイプの外周面を取り囲んで離隔空間を形成することによって、前記テールパイプとの直接的な接触を防ぐディフューザと、を備える建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置を提供する。

また、上述の目的を達成するために、本発明は、前記乱流流入口が前記テールパイプの円周に沿って４５°の間隔をおいて多数形成され、前記ディフューザにも前記多数の乱流流入口に対応するように、多数の外気流入口が形成されることを特徴とする。

本発明に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置は、構造的に、エンジンルーム外部からの冷たい外気がディフューザの側方から流入して、冷却ファンによって生成された気流とともに乱流を引き起こしながらテールパイプの内部に供給されることにより、煤煙低減装置を経る高温の排気ガスの過熱温度を大幅に低下することができる。

また、外気と混合した乱流がディフューザの内側面及びテールパイプの外側面とぶつかって冷却のための熱交換を引き起こすことにより、排気ガス及びテールパイプの過熱を大幅に低下することができる。

従来の建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置が取り付けられたエンジンルームの概略図である。本発明の一実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置がエンジンルームに設けられた状態を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置を示す概略斜視図である。外気と冷却ファンによって生成された気流とが乱流を引き起こしながらテールパイプの内部に流入する状態を概略的に示す作用状態図である。ディフューザの第２ガイドとテールパイプの第１ガイドの設置状態を説明するための図４におけるＡ−Ａ線断面図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置について説明する。本発明の実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置を説明するに当たって、重複する付加的な説明は省略する。下記の実施形態において、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

図２は、本発明の一実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置がエンジンルームに設けられた状態の概略図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置の斜視図である。

本発明の一実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置は、
ディーゼルエンジン５と、前記ディーゼルエンジン５の排気管路の上に接続されて粒状物質の排出を防ぐ煤煙低減装置６と、を備える建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置において、
エンジンルーム７の一方の側に配設されて外部の空気を流入させて冷却ファン気流９を生成する冷却ファン３と、
乱流流入口１４と前記冷却ファン気流９を内部に誘導する第１ガイド１３ａとを備え、一方の端は前記煤煙低減装置６と接続され、他方の端は前記エンジンルーム７の外部に延在し、前記煤煙低減装置６の再生時に排出された過熱ガスを外部に排出するテールパイプ１０と、
前記エンジンルーム７の外部に露出する外気流入口２４と前記外気流入口２４と隣り合い、流入する外気を内部に誘導する第２ガイド２３ａとを備え、前記テールパイプ１０の外周面を取り囲んで離隔空間を形成することによって前記テールパイプ１０との直接的な接触を防ぐディフューザ２０と、を備える。

また、図４を参照すると、前記乱流流入口１４は、前記テールパイプ１０の円周に沿って所定の角度の配置間隔にて多数形成され、前記ディフューザにも前記多数の乱流流入口１４に対応するように多数の外気流入口２４が形成される。

好ましくは、前記テールパイプ１０の乱流流入口１４が４５°の角度ごとに形成され、前記ディフューザ２０の外気流入口２４は前記乱流流入口１４の配置間隔に対応するように形成される。このとき、前記乱流流入口１４と前記外気流入口２４は、異なる高さ及び大きさをもって形成されてもよい。

前記外気流入口２４は、エンジンルーム７の外気、好ましくは、エンジンルームの上部の外気がディフューザ２０の内部に移動する通路となり、外気の移動過程で、外気が前記第２ガイド２３ａによってディフューザ２０の内部及びテールパイプ１０の内部に誘導される。

一方、前記冷却ファン３は、過熱ガスの温度を下げる気流９を生成する装置であり、上述のエンジンルーム７の一方の側に配設され、エンジンルーム７の前方から外気を吸入して煤煙低減装置６のフィルターの再生過程で排出された過熱ガスの温度を下げる気流９を生成する。

好ましくは、冷却ファン３は、ラジエータ８の後方に配設されてディーゼルエンジン５から放出される熱の影響を排除し、一定の温度の気流９を生成する。

前記ディフューザ２０とテールパイプ１０との間の空間に冷却ファン３で生成された気流９を供給するために、前記ディフューザ２０は、構造的に、前記テールパイプ１０よりも大きな直径または寸法でテールパイプ１０を取り囲むように形成される。

本発明の一実施形態に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置は、前記ディフューザ２０の下端部と前記テールパイプ１０との間に離隔空間が保持されるように、前記ディフューザ２０の下端部を前記煤煙低減装置６に固定する連結ブラケット２１をさらに備えることが好ましい。前記連結ブラケット２１の一方の側は、前記ディフューザ２０の下部及び外気流入口２４を前記エンジンルーム７の外部に露出させる起立姿勢を保持するために、前記ディフューザ２０の下端部を前記エンジンルーム７の一方の側に固定されている。

前記ディフューザ２０に形成された第２ガイド２３ａは、前記煤煙低減装置６から離隔した他の第２ガイド２３ｂを備え、複数列に構成される。前記他の第２ガイド２３ｂは、前記ディフューザ２０の上部の一方の側の内周面の上から突き出るように取り付けられるのに対し、前記ディフューザ２０の下端部において前記第２ガイド２３ａは前記外気流入口２４と隣り合うように前記ディフューザ２０の下部の一方の側の内周面の上に突設される。

上述のディフューザ２０の上部の一方の側に設けられる他の第２ガイド２３ｂは、空気の流れ及び排気容量または乱流の要求容量を考慮して、前記後斜面の角度を調整した突出エアダクトまたはチャネルとして形成されてもよいが、この場合、テールパイプ１０の外側面にも前記エアダクトまたはチャネルを互い違いに形成することが好ましい。

前記第２ガイド２３ａは、前記ディフューザ２０の下部の内周面の上に放射状に３０°〜９０°の範囲の所定の角度間隔で隔設されてもよく、前記第２ガイド２３ａ以外の他の第２ガイド２３ｂも同様に、前記ディフューザ２０の上部の内周面の上に放射状に３０°〜９０°の範囲の所定の角度間隔で隔設されてもよい。これにより、前記第２ガイド２３ａ及び前記他の第２ガイド２３ｂは複数列を構成することができる。

一方、前記テールパイプ１０に形成された第１ガイド１３ａは、前記煤煙低減装置６から離隔した他の第１ガイド１３ｂを備え、複数列に形成される。前記他の第１ガイド１３ｂは、前記テールパイプ１０の上部の一方の側の内周面の上から突き出るように取り付けられるのに対し、前記テールパイプ１０の下端部において前記第１ガイド１３ａは前記乱流流入口１４と隣り合うように前記テールパイプ１０の下部の一方の側の内周面の上に突設される。

前記第１ガイド１３ａは、前記テールパイプ１０の下部の内周面の上に放射状に３０°〜９０°の範囲の所定の角度間隔で隔設されてもよく、前記第１ガイド１３ａ以外の他の第１ガイド１３ｂも同様に、前記テールパイプ１０の上部の内周面の上に放射状に３０°〜９０°の範囲の所定の角度間隔で隔設されてもよい。これにより、前記第１ガイド１３ａ及び前記他の第１ガイド１３ｂは複数列を構成することができる。

前記テールパイプ１０の内周面の上部の一方の側に設けられる他の第１ガイド１３ｂは、空気の流れ及び排気容量または乱流の要求容量を考慮して、その後斜面の角度を調整した突出エアダクトまたはチャネルとして形成されてもよい。例えば、排気量が大きい場合には、エアダクト及びその後斜面の角度の調節により乱流と排気ガスとの熱交換時間が相対的に長く持続される。

本発明の実施形態に係るディフューザ２０は、煤煙低減装置６を介してテールパイプ１０から排気ガスが排出されるとき、外気と冷却ファン気流９が混合して乱流を生成するようにし、低温の乱流がテールパイプ１０の内部において高温の排気ガスと混合して排出されるようにする。

好ましくは、前記ディフューザ２０は、冷却ファン気流９とエンジンルーム７の外気とがぶつかって発生する乱流がディフューザ２０の内部の離隔空間においてテールパイプ１０の外周を取り囲むことにより、テールパイプ１０の外周面を冷却する。これにより、ディフューザ２０の外部の構造物または身体とテールパイプ１０との間の直接的な接触を防いで、火災及び火傷の危険を防ぐことができる。

具体的に、煤煙低減装置６を介してテールパイプ１０から排気ガスが排出される過程で、冷却ファン気流９がテールパイプ１０の乱流流入口１４及びディフューザ２０の外気流入口２４に到達する。前記到達した冷却ファン気流９の一部はディフューザ２０の内周面の下部に形成された複数列の第２ガイド２３ａの後斜面にぶつかって一次的に前記テールパイプ１０の乱流流入口１４側に方向を切り換えることになる。

すなわち、ディフューザ２０の外気流入口２４を介して側方から流入する大気と衝突及び混合して乱流が発生する。この過程で、冷却ファン気流９の残りの気流（ディフューザの内周面と平行な気流成分を意味する）がディフューザ２０の第２ガイド２３ａの後斜面及びその先端部を超えて直進してディフューザ２０の上部の内周面上に形成された複数列の第２ガイド２３ｂの後斜面と衝突して誘導され、テールパイプ１０の外周面と接触してもよい。

究極的に、エンジンルーム７の内部の冷却ファン３によって生成される冷却ファン気流９とエンジンルーム７の外気とが激しく混合した乱流がテールパイプ１０の内部に流入し、このとき、テールパイプ１０の内部に流入できなかった乱流はテールパイプ１０の外周面上を取り囲んでテールパイプ１０の上部に向かって回転しながら進行する。この過程で、ディフューザ２０の上部の内周面上に突設された複数列の他の第２ガイド２３ｂの後斜面と再びぶつかってさらに乱流が生成される。

一方、場合によって、ディフューザ２０の内部の内周面上に突設された複数列の第２ガイド２３ａまたは２３ｂは、冷却ファン気流９の空圧の流れを抑制せず、テールパイプ１０及び排気ガスの温度を低下する範囲内でその形状及び配置構造を種々に変形することができる。

例えば、前記ディフューザ２０の第２ガイド２３ａまたは２３ｂの後斜面角度を１５°〜８０°の範囲で調節するとともに、ねじれ角度を付加的に応用することもできる。

上述したように、本発明の実施形態によれば、乱流流入口１４を介して冷却ファン気流９とエンジンルーム７の外気とが混合した乱流が流入するが、これは、ディフューザ２０の外気流入口２４とテールパイプ１０の乱流流入口１４との間に高低差があると一層効果的である。

例えば、ディフューザ２０の外気流入口２４が煤煙低減装置６から相対的に低く、テールパイプ１０の乱流流入口１４が煤煙低減装置６から相対的に高い場合には、乱流はディフューザ２０の第２ガイド２３ａの後斜面にぶつかり、これにより、乱流の方向がテールパイプ１０の乱流流入口１４の前方を向くことになり、乱流の流入効率を高めることができる。

一方、テールパイプ１０の乱流流入口１４に流入した乱流と排気ガスとが混合してテールパイプ１０の上部を通って外部に排出されるが、この過程で、混合した排気ガスはテールパイプ１０の上部に隣設された第１ガイド１３ｂの後斜面にぶつかる。このとき、高温の排気ガスは乱流流入口１４から流入する低温の乱流と混合且つ熱交換されて外部に排出される。

究極的に、本発明に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置は、ディフューザ２０の外気流入口２４及び第２ガイド２３ａまたは２３ｂ、テールパイプ１０の乱流流入口１４及び第１ガイド１３ａまたは１３ｂを経由しながら排気ガスとテールパイプ１０及びディフューザ２０の温度を相対的に低温に下げることができ、排気ガスは、渦巻き状の乱流としてエンジンルーム７の外部に排出可能になる。

本発明は、添付図面及び実施形態に基づいて具体的に説明されたが、添付図面及び上述の実施形態は、本発明についての当該技術分野において通常の知識を有する者による理解の一助となるために例示的に説明されたものである。よって、上述の実施形態は制限的なものではなく、例示的なものとして取り扱われるべきであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載の発明に基づいて解釈されるべきであり、その範囲は、当該技術分野において通常の知識を有する者による種々の変更、代案、均等物をさらに含むことができる。

本発明に係る建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置は、掘削機やホイールローダだけではなく、土砂の掘削、運搬及び停止作業に用いられる建設機械に効果的に適用可能である。

Claims

ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンの排気管路の上に接続されて粒状物質の排出を防ぐ煤煙低減装置と、を備える建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置において、
エンジンルームの一方の側に配設されて外部の空気を流入させて冷却ファン気流を生成する冷却ファンと、
乱流流入口と、前記冷却ファン気流を内部に誘導する第１ガイドとを備えるテールパイプであって、一方の端は前記煤煙低減装置と接続され、他方の端は前記エンジンルームの外部に延在し、前記煤煙低減装置の再生時に排出される過熱ガスを外部に排出するテールパイプと、
前記エンジンルームの外部に露出する外気流入口と、前記外気流入口と隣り合い、流入する外気を内部に誘導する第２ガイドとを備えるディフューザであって、前記テールパイプの外周面を取り囲んで離隔空間を形成することによって前記テールパイプとの直接的な接触を防ぐディフューザと、を備えることを特徴とする建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置。
前記乱流流入口は、前記テールパイプの円周に沿って４５°の角度間隔で多数形成され、前記ディフューザにも前記多数の乱流流入口に対応するように多数の外気流入口が形成されることを特徴とする請求項１に記載の建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置。
前記ディフューザに形成された第２ガイドは、前記煤煙低減装置から離隔した複数列に構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置。
前記テールパイプに形成された第１ガイドは、前記煤煙低減装置から離隔した複数列に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置。
前記ディフューザの下端部と前記テールパイプとの間に離隔空間が保持されるように、前記ディフューザの下端部を前記煤煙低減装置に固定する連結ブラケットをさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建設機械のエンジン用排気ガス温度低下装置。