JP2016098731A

JP2016098731A - 機体および作業機械

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Publication number: JP2016098731A
Application number: JP2014236592A
Authority: JP
Inventors: 田中　健一; Kenichi Tanaka; 健一田中; 高津　禎久; Sadahisa Takatsu; 禎久高津
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-30
Also published as: US20160146079A1

Abstract

【課題】液状還元剤の温度上昇を抑制できる機体およびこれを備えた作業機械を提供する。【解決手段】エンジン22の排ガス中の所定の窒素酸化物を液状還元剤により還元処理する排ガス浄化装置23を設ける。エンジン22に対して離間した位置に液状還元剤を貯留する液状還元剤タンク32を設ける。排ガス浄化装置23と液状還元剤タンク32との間に、動作時に所定温度以上となる作動油を貯留する作動油タンク18を設ける。作動油タンク18に貯留した作動油の液面より上方の位置で作動油タンク18に沿って、液状還元剤タンク32から排ガス浄化装置23まで液状還元剤を供給する還元剤ライン34を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排ガス中の所定の酸化物を液状還元剤により還元処理する排ガス後処理装置を有する機体およびこれを備えた作業機械に関する。

近年、例えば作業機械などにおいて、排ガス規制Tier４final（Tier４f）への対応として、エンジンの排ガス中の窒素酸化物を還元して浄化する排ガス後処理装置として尿素システム（尿素ＳＣＲシステム）が採用されるようになっている。

このような尿素システムでは、長時間高温に曝されると耐久性が損なわれるおそれがあるコンポーネントがあったり、還元剤供給配管、一般的には尿素ライン内の液状還元剤である尿素水が温度上昇すると、その還元作用に支障が生じるおそれもあったりすることから、温度の制約が厳しい。したがって、システムの各コンポーネントやその中の尿素が許容温度内に納まるようにレイアウトを決定する必要がある。

具体的に、尿素タンクを高温下に曝されない場所に設置し、尿素タンクからインジェクタを繋ぐ尿素ラインも周辺から受ける熱の影響が最小限となるようにルーティングする必要がある。

この点、作業機械に用いられる一般的な配管としては、外観の品質を維持したり、スペースを有効活用したりすることを目的として、例えば作動油タンクあるいは燃料タンクの側面と、そのタンクの側面を覆う化粧カバーとの間に配管を配置するものが知られている（例えば、特許文献１および２参照。)。

特開２００６−２７４６７５号公報特開２０１１−２５６６０２号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２のように、単にタンクの側面に沿って配管を配置する構成を尿素ラインに適用する場合、タンク内に収容される作動油あるいは燃料からの熱影響により、尿素システムの温度が許容範囲内に収まらないことが懸念される。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、液状還元剤の温度上昇を抑制できる機体およびこれを備えた作業機械を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載された発明は、エンジンの排ガス中の所定の酸化物を液状還元剤により還元処理する排ガス後処理装置と、エンジンに対して離間された位置に設けられ液状還元剤を貯留する還元剤タンクと、上記排ガス後処理装置と還元剤タンクとの間に位置し少なくとも動作時に所定温度以上となる流体を貯留するタンクと、このタンクに貯留された流体の液面より上方の位置でこのタンクに沿って配置され、上記還元剤タンクから上記排ガス後処理装置まで液状還元剤を供給する還元剤供給配管とを具備した機体である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の機体において、タンクの側部を覆う化粧カバーを具備し、還元剤供給配管が、上記化粧カバーと上記タンクの側部との間に配置されているものである。

請求項３に記載された発明は、請求項２記載の機体において、還元剤供給配管が、固定具により化粧カバーのタンク側に少なくとも一部が固定されているものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３いずれか一記載の機体において、還元剤供給配管が、固定具によりタンクに少なくとも一部が固定されているものである。

請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４いずれか一記載の機体と、この機体に搭載された作業装置とを具備した作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、液状還元剤を貯留する還元剤タンクをエンジンに対して離間するとともに、この還元剤タンクから排ガス後処理装置まで液状還元剤を供給する還元剤供給配管を、タンクに貯留された流体の液面より上方の位置でこのタンクに沿って配置することで、還元剤タンクに貯留された液状還元剤がエンジンからの熱影響を受けにくいとともに、還元剤供給配管内を通過する液状還元剤が、動作時に所定温度以上となるタンクに貯留された流体からの熱影響を受けにくく、液状還元剤の温度上昇を抑制できる。

請求項２記載の発明によれば、還元剤供給配管をタンクの側部を覆う化粧カバーとタンクの側部との間に配置することで、還元剤供給配管が外部に見えることがなく、外観の品質を維持できるとともに、化粧カバーとタンクの側部との間のスペースを有効に利用できる。

請求項３記載の発明によれば、還元剤供給配管の少なくとも一部を、固定具により化粧カバーのタンク側に固定することで、還元剤供給配管を容易に固定できるとともに、還元剤供給配管をタンクから離間でき、タンクに貯留された流体からの熱がより伝わりにくい。

請求項４記載の発明によれば、還元剤供給配管の少なくとも一部を、固定具によりタンクに固定することで、還元剤供給配管を容易に固定できる。

請求項５記載の発明によれば、定位置で作業する作業機械において、還元剤タンク内および還元剤供給配管内の還元剤の温度上昇を効果的に抑制できる安価な構成を提供できる。

本発明に係る機体の一実施の形態の要部を示し、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図である。図１のタンクの位置での斜視断面図である。同上機体を備えた作業機械を示す正面図である。本発明に係る機体の他の実施の形態の要部を示す斜視図である。図４のタンクの位置での斜視断面図である。

以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

図３に示されるように、油圧ショベル形の作業機械10は、機体11が、下部走行体12と、この下部走行体12に旋回可能に設けられた上部旋回体13とを備え、この機体11の上部旋回体13にバケット形の作業装置14が搭載されている。

上部旋回体13上には、作業装置14の取付部を挟んで、オペレータの運転席が設けられたキャブ15と、工具などを収納するストレージボックス（ツールボックス）16とが設けられている。このストレージボックス16の後方にて上部旋回体13には、（一の）タンクである燃料タンク17および（他の）タンクである作動油タンク18が前後に並んで（隣接して）設けられている。上部旋回体13の旋回軸受部より後部には機械室（エンジンルーム）19およびポンプ室（図示せず）が左右に並んで設置され、さらにその後部にはカウンタウエイト20が設置されている。したがって、燃料タンク17および作動油タンク18は、ストレージボックス16と機械室19との間に位置し、ストレージボックス16と機械室19とは、互いに離間されている。

図１（ａ）、図１（ｂ）および図２に示されるように、燃料タンク17および作動油タンク18は、箱状に形成され、内部に流体である燃料（図示せず）および作動油Ｏを貯留している。これら燃料タンク17および作動油タンク18は、上部旋回体13（機体11）の側部に沿って配置されている。すなわち、これら燃料タンク17の機体11の側部に臨む外側の側部である側面部17aおよび作動油タンク18の機体11の側部に臨む外側の側部である側面部18aは、それぞれ前後方向および上下方向に沿って平面状に広がり、機体11の側部の外側面をなす化粧カバー21により覆われている。また、作動油タンク18は、作業装置14に用いられる流体圧アクチュエータとしての各油圧シリンダS1，S2，S3が縮んだ際に戻ってくる作動油Ｏによって内圧が上がり過ぎないように、内部に空気層Ａを充分に取っている。したがって、この作動油タンク18内の作動油Ｏの液面OSは、空気層Ａにより、この作動油タンク18の上端（上部）である上面部18bに対して常時下方に離間されている。

化粧カバー21は、燃料タンク17および作動油タンク18よりも前後方向および上下方向に延びて形成され、内面側が側面部17a，18aに対向するとともにこれら側面部17a，18aに対して離間されている。したがって、この化粧カバー21と、燃料タンク17の側面部17aおよび作動油タンク18の側面部18aとの間には、前後方向および上下方向に延びるスペースＳが形成されている。

また、機械室19内には、エンジン22が設置され、このエンジン22の一側部には、ラジエータおよびオイルクーラなどのクーリングパッケージ（図示せず）に外部から吸引した冷却風を当てて冷却する冷却ファン（図示せず）が配置され、エンジン22の他側部には、エンジン22の排気系に対して排ガスを浄化処理する排ガス後処理装置である排ガス浄化装置23が配置されている。

図３に戻って、機械室19の上部には、エンジンフード24が開閉可能に設けられ、このエンジンフード24より、エンジン22の排ガスを排出するエキゾースト管路25の先端が突出されている。また、機械室19の外側面部にはサイドドア26が開閉可能に設けられている。

図１乃至図３に示されるように、排ガス浄化装置23は、排ガス中の黒煙を除去する黒煙除去装置（Diesel Particulate Filter）27と、排ガス中の所定の酸化物である窒素酸化物を還元処理する窒素酸化物還元装置（Selective Catalytic Reduction）28とが左右に並んで（隣接して）配置されている。そして、エンジン22の排気口に対して、エキゾースト管路25の起点となる接続配管（図示せず）を介して黒煙除去装置27の後端部が接続され、この黒煙除去装置27の前端部に対して、窒素酸化物還元装置28の後端部が配管28aを介して接続され、かつ、この窒素酸化物還元装置28の前端部にエキゾースト管路25の残りの部分が接続されている。

黒煙除去装置27の前端部と窒素酸化物還元装置28の後端部とを接続する配管28aには、この配管28a内に向けて、尿素水などの液状還元剤を噴射するインジェクタ29が取り付けられている。

また、インジェクタ29に対して、エンジン22の熱影響を受けない位置に離間されたストレージボックス16内から窒素酸化物還元装置28に尿素水などの液状還元剤を供給する還元剤供給装置31が設けられている。

この還元剤供給装置31は、ストレージボックス16内に設置された液状還元剤貯留用の還元剤タンクである液状還元剤タンク32およびこの液状還元剤タンク32内の液状還元剤を汲み上げ吐出する液状還元剤供給源としての液状還元剤ポンプ33と、この液状還元剤ポンプ33から機体11内の配管経路を経て排ガス浄化装置23の液状還元剤噴射用のインジェクタ29にわたり配設された還元剤供給配管としての還元剤ライン34とを備えている。

還元剤ライン34は、前端部である上流端部34aが液状還元剤ポンプ33から後方へと、燃料タンク17の前方の位置で上方に延びて配置され、第１の中間部である前側中間部34bが燃料タンク17の側面部17aに沿って化粧カバー21と燃料タンク17の側面部17aとの間のスペースＳに、後方、すなわち作動油タンク18側へと徐々に上方に傾斜するように配置され、この前側中間部34bと連続する第２の中間部である後側中間部34cが作動油タンク18の上面部18bの側面部18aと連続する角部近傍（化粧カバー21寄り）の位置に沿って前後方向に略水平状に配置され、後端部である下流端部34dが後側中間部34cの後端部に連続し作動油タンク18の後方から上方へと、排ガス浄化装置23の下側に位置するポンプ室の上部に沿って排ガス浄化装置23に向けて機体11内方へと屈曲して配置されている。この還元剤ライン34の後側中間部34cの位置は、作動油タンク18に貯留された作動油Ｏの液面OSよりも上方となっており、化粧カバー21の内面に対して離間されて対向している。また、この還元剤ライン34は、燃料タンク17の側面部17aおよび作動油タンク18の上面部18b、または、化粧カバー21の燃料タンク17の側面部17aおよび作動油タンク18の側面部18a側である内面に複数箇所で別体の例えばブラケットなどの固定具35により位置が固定されており、燃料タンク17、作動油タンク18および化粧カバー21に対して密着することなく離間されている。なお、図１（ｂ）では、説明をより明確にするために、還元剤ライン34の前側中間部34bおよび後側中間部34cがそれぞれ燃料タンク17および作動油タンク18に固定されている状態を示す。さらに、この還元剤ライン34の下流端部34dは、ポンプ室の上部を覆うポンプ室カバー37の上部に別体の例えばブラケットなどの固定具38により固定されており、ポンプ室カバー37の上部に対して密着することなく離間されている。したがって、この還元剤ライン34の下流端部34dは、前側中間部34bおよび後側中間部34cよりも上方に位置している。

また、ポンプ室の内部には、エンジン22により駆動される複数の油圧ポンプが配置されている。

そして、還元剤供給装置31は、ストレージボックス16内の液状還元剤タンク32内にある尿素水などの液状還元剤を液状還元剤ポンプ33により汲み上げ、還元剤ライン34を通して機械室19内の排ガス浄化装置23に供給し、インジェクタ29により窒素酸化物還元装置28の上流側に接続された配管28a内に噴射する。

その際、液状還元剤を貯留する液状還元剤タンク32がエンジン22に対して離間されているとともに、還元剤ライン34（後側中間部34c）が作動油タンク18に貯留された作動油Ｏの液面OSより上方の位置で作動油タンク18に沿って配置されているので、液状還元剤タンク32に貯留された液状還元剤がエンジン22からの熱影響を受けにくいとともに、還元剤ライン34内を通過して流れる液状還元剤が、動作時に所定温度以上の高温になる作動油タンク18に貯留された作動油Ｏからの熱影響を受けにくくできる。

したがって、液状還元剤の温度上昇を最小限に抑制でき、特別な冷却水管路やポンプを必要とせず、低コストの構造で液状還元剤を規定された所定の許容温度範囲に収まるように管理できる。

また、還元剤ライン34（後側中間部34c）が作動油タンク18の上面部18bに配置されているので、作動油タンク18に作動油Ｏが溜まった状態でも、還元剤ライン34（後側中間部34c）を容易かつ確実に作動油Ｏの液面OSよりも上方に配置することができる。しかも、この還元剤ライン34（後側中間部34c）は、作動油タンク18の上面部18bの側面部18aと連続する角部の上方に配置しているので、基本的に直上方向（鉛直上方）へと伝達される作動油Ｏの熱に対して還元剤ライン34の一部である後側中間部34cを側方に逃がしているため、作動油Ｏからの熱影響をより受けにくい。

さらに、排ガス浄化装置23と液状還元剤タンク32とを、機体11の同側の前後に配置し、これらの間に位置する燃料タンク17の側面部17aおよび作動油タンク18の上面部18bに沿って還元剤ライン34を前後方向に引き回しているので、還元剤ライン34を例えば蛇行させることなどがなく、還元剤ライン34の長さを最小限にできる。

また、還元剤ライン34を、作動油タンク18、あるいは化粧カバー21に設けた固定具35により固定することで、還元剤ライン34を見栄えよく容易に固定できる。特に、化粧カバー21に固定具35を設ける場合には、還元剤ライン34を作動油タンク18から確実に離間でき、作動油タンク18に貯留された作動油Ｏからの熱がより伝わりにくい。

そして、上記のような機体11を備えることで、定位置で作業する作業機械10において、液状還元剤タンク32内および還元剤ライン34内の液状還元剤の温度上昇を効果的に抑制できる安価な構成を提供できる。

なお、還元剤ライン34は、作動油タンク18の側面部18aに沿って配置したが、作動油Ｏの液面OSよりも上方であれば、例えば図４および図５に示される他の実施の形態のように、後側中間部34cも化粧カバー21と作動油タンク18の側面部18aとの間のスペースＳに配置してもよい。この場合、還元剤ライン34は、作動油タンク18の側面部18aに固定具35で固定されていてもよいし、化粧カバー21の作動油タンク18側の内面に固定具35で固定されていてもよい。そして、この構成では、基本的に直上方向（鉛直上方）へと伝達される作動油Ｏの熱に対して還元剤ライン34の一部である後側中間部34cを側方に逃がしているので、作動油Ｏからの熱影響をより受けにくいとともに、還元剤ライン34が外部に見えることがなく、外観の品質を維持でき、かつ、化粧カバー21と作動油タンク18の側面部18aとの間のスペースＳを有効に利用できる。

また、作動油タンク18に限らず、少なくとも動作時に高温になる流体を貯留するタンクが液状還元剤タンク32と排ガス浄化装置23との間に位置する場合には、その側部に沿って流体の液面よりも上方の位置に還元剤ライン34を配置すればよい。

さらに、固定具としては、作動油タンク18、あるいは化粧カバー21にボスなどを設けて還元剤ライン34を保持するようにしてもよい。

さらに、上記の機体11は、エンジンにより駆動されるものであれば、作業機械の他にも適用でき、例えば輸送機械などにも適用できる。

本発明は、排ガス後処理装置の配置構造に特徴を有する機体および作業機械の製造業などに関わる事業者にとって利用可能である。

10 作業機械
11 機体
14 作業装置
18 タンクである作動油タンク
18a 側部である側面部
21 化粧カバー
22 エンジン
23 排ガス後処理装置である排ガス浄化装置
32 還元剤タンクである液状還元剤タンク
34 還元剤供給配管としての還元剤ライン
35 固定具
Ｏ流体である作動油
OS 液面

Claims

エンジンの排ガス中の所定の酸化物を液状還元剤により還元処理する排ガス後処理装置と、
エンジンに対して離間された位置に設けられ液状還元剤を貯留する還元剤タンクと、
上記排ガス後処理装置と還元剤タンクとの間に位置し少なくとも動作時に所定温度以上となる流体を貯留するタンクと、
このタンクに貯留された流体の液面より上方の位置でこのタンクに沿って配置され、上記還元剤タンクから上記排ガス後処理装置まで液状還元剤を供給する還元剤供給配管と
を具備したことを特徴とする機体。
タンクの側部を覆う化粧カバーを具備し、
還元剤供給配管は、上記化粧カバーと上記タンクの側部との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の機体。
還元剤供給配管は、固定具により化粧カバーのタンク側に少なくとも一部が固定されている
ことを特徴とする請求項２記載の機体。
還元剤供給配管は、固定具によりタンクに少なくとも一部が固定されている
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載の機体。
請求項１乃至４いずれか一記載の機体と、
この機体に搭載された作業装置と
を具備したことを特徴とする作業機械。