JP2017053330A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水貯留部をインジェクタや排気処理装置に近接した位置に配置しながら、冷却水貯留部が排気処理装置の影響で高温になることを極力低減させる。【解決手段】エンジン２５からの排気ガスを処理するための排気処理装置３０と、尿素水が貯えられる尿素水タンク５１と、排気処理装置３０に尿素水を噴射するインジェクタ５３と、インジェクタ５３を冷却する冷却水が貯えられる冷却水貯留部２９とを備えた油圧ショベルにおいて、冷却水貯留部２９を、インジェクタ５３よりも上方に位置させるとともに、排気処理装置３０との間に仕切り壁３９を介在させて配置する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンとエンジンからの排気ガスを処理するための排気処理装置を備える建設機械に関する。

従来より、エンジンと、エンジンの周囲に空気流を生成する冷却機構と、エンジンから排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化する排気処理装置を備えた建設機械が知られている。上記の排気処理装置の一例として、例えば特許文献１には、内部に還元触媒を有するＮＯｘ浄化装置と、ＮＯｘ浄化装置に供給する還元剤として作用する尿素水を収容する尿素水タンク（還元剤タンク）と、ＮＯｘ浄化装置に取り付けられており、尿素水タンク中の尿素水をＮＯｘ浄化装置内に噴射する尿素水噴射弁（インジェクタ）とを備えた排気処理装置が記載されている。

また、特許文献１では、尿素水噴射弁の温度上昇を防ぐため、エンジンを冷却するための冷却水を尿素水噴射弁にも供給する冷却水循環経路を設けて、尿素水噴射弁を冷却するようになっている。

ところで、例えばエンジンが停止することでエンジンからの排気ガスの排出が停止されたとしても排気処理装置内に排気ガスが滞留している場合には、エンジンの停止に伴い冷却水循環経路における冷却水の循環が停止されることで、前記滞留した排気ガスの熱によってインジェクタを冷却している冷却水が沸騰し、インジェクタが急激に温度上昇する所謂ヒートソークバック現象を生じうるという問題がある。

そのための対策として、特許文献１では、冷却水循環経路の途中において、尿素水噴射弁よりも上方位置に冷却水貯留部を設けて、エンジン停止時に冷却水貯留部から自然落下で尿素水噴射弁へ冷却水を供給して、尿素水噴射弁が急激に温度上昇することを抑止する構成となっている。

特開２０１４−１８１７１８号公報

特許文献１では、エンジン停止時に、冷却水貯留部内の冷却水を自然落下で素早く尿素水噴射弁に供給するために、冷却水貯留部は尿素水噴射弁にできるだけ近い位置に配置される。その結果として、冷却水貯留部は、排気処理装置とも近接して配置されることになる。この場合、排気処理装置はエンジンから排出される高温の排気ガスを浄化するために高温になっているので、冷却水貯留部が排気処理装置の高温雰囲気中に晒されることとなる。そうすると、エンジンが停止しても、エンジンからの排気ガスや排気処理装置は依然として高温であるところ冷却水循環路は停止しているため、排気処理装置に近接配置された冷却水貯留部が高温になり、尿素水噴射弁の冷却効果が低下するおそれがある。このため、冷却水貯留部自体の温度上昇を抑止できる排気処理装置を備える建設機械の提供が望まれている。

本発明の目的は、冷却水貯留部を尿素水噴射弁や排気処理装置に近接した位置に配置しながら、冷却水貯留部が排気処理装置の影響で高温になることを極力低減させるようにした建設機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、排気処理装置と冷却水貯留部との間に仕切り部材を設けるようにした。

具体的には、第１の発明では、機械室と、該機械室内に配設されたエンジンと、該機械室内に空気を取り込んで該エンジン側に空気を導く送風ファンとを備えた建設機械を前提とする。そして、上記機械室内における空気の流れ方向にみて上記エンジンよりも下流側で、該エンジンの排気経路に設けられ、排気ガスを処理するための排気処理装置と、還元剤が貯えられる還元剤タンクと、上記還元剤タンクに接続され、該還元剤タンク内の該還元剤を上記排気経路内に噴射するインジェクタと、上記インジェクタを冷却する冷却水が貯えられる冷却水貯留部と、上記冷却水貯留部内の上記冷却水を上記インジェクタに供給する冷却水配管とを備え、上記冷却水貯留部は、上記インジェクタよりも上方に位置するとともに、上記排気処理装置との間に仕切り部材を介在して配置されることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、上記エンジンにより駆動される油圧ポンプが、該エンジンよりも空気の流れ方向下流側に配設され、上記排気処理装置及び上記冷却水貯留部が上記油圧ポンプの上方に設けられ、上記送風ファンを通って上記エンジンに沿って下流側に流れる空気を、上記冷却水貯留部を通過してから上記建設機械の外部に排出されるように導く空気流路を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、上記仕切り部材が上記排気処理装置よりも空気の流れ方向下流側に配設され、上記冷却水貯留部が上記仕切り部材よりもさらに下流側に配設され、上記空気流路は、上記送風ファンを通った空気が上記エンジン及び上記油圧ポンプに沿って下流側に流れるように導く第１空気流路と、該第１空気流路を通った空気が上記仕切り部材よりも下流側で上方向きに流れるように導く第２空気流路とを備え、上記第２空気流路に上記冷却水貯留部が配置され、該第２空気流路を通る空気の流れによって、該冷却水貯留部が冷却されるようになっていることを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明において、上記仕切り部材が、上記排気処理装置の電気接続部分を覆う防火カバー部を備え、該仕切り部材に、上記冷却水貯留部が支持されていることを特徴とする。

以上説明したように、第１の発明によると、排気処理装置と冷却水貯留部とが仕切り部材を隔てて配置されるので、インジェクタに供給される冷却水貯留部内の冷却水が排気処理装置の高温雰囲気に晒されて温度上昇することを抑制できる。その結果、エンジンの停止後に排ガス温度が上昇するという所謂ヒートソークバック現象が生じた時でもインジェクタが冷却不足になることを防止できる。

第２の発明によると、エンジンに沿って下流側に流れる空気が冷却水貯留部を通過するように空気流路が設けられているので、冷却水貯留部内の冷却水が効果的に冷却され、所謂ヒートソークバック現象が生じた時でもインジェクタが冷却不足になることをさらに防止できる。

第３の発明によると、排気処理装置よりも下流側に仕切り部材が設けられ、この仕切り部材よりもさらに下流側に冷却水貯留部が設けられるので、エンジンに沿って流れた空気は排気処理装置よりもさらに下流側まで流れてから冷却水貯留部に導かれる。このような構成とすれば、冷却水貯留部がエンジンから離れた位置となり、第１空気流路を通る空気がエンジン及び油圧ポンプに沿って一定距離流れた後、第２空気流路によって上方向に導かれるため、空気の流れを急激に方向転換することなく上方向きに変更できるので、空気の乱れが少なく冷却水貯留部が効果的に冷却される。

第４の発明によると、仕切り部材が、防火カバー部と冷却水貯留部の支持部とを兼ね備えるので、別の支持部材や防火カバーを設ける必要がなく部品点数を削減でき、かつコンパクトな構成にすることができる。

本発明の実施形態に係る建設機械の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の上部旋回体に配置される各要素の配置を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の冷却経路を示す概略経路図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の機械室内を斜め後方から表した概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。各図においては、上下や前後左右の方向を矢印で示してある。特に言及しない限り、上下等の方向についてはこれら矢印で示す方向に従って説明する。

図１に示すように、建設機械としての油圧ショベル１０は、クローラ式の下部走行体１１と、下部走行体１１上に旋回自在に搭載された上部旋回体１２とを備えている。上部旋回体１２には、アタッチメント１３、キャブ１４、機械室１５等が備えられている。

なお、本実施形態の油圧ショベル１０は小旋回型であり、旋回半径が小さくなるように上部旋回体１２は相対的に小さく構成され、上部旋回体１２の後部の外郭線は、平面視で円弧状に形成されているが、それに限定されるものではない。

アタッチメント１３は、上部旋回体１２の前部に設置され、ブーム１３ａ、アーム１３ｂ、及びバケット１３ｃ等で構成されている。ブーム１３ａ等のそれぞれは、油圧制御された油圧シリンダ１３ｄの伸縮に連動して動作し、掘削等の作業を行う。これらブーム１３ａ等の操作は、通常はキャブ１４において行われる。

キャブ１４は、例えば矩形箱形の運転室であり、アタッチメント１３に隣接して上部旋回体１２の左前部に設置されている。機械室１５は、上部旋回体１２の後部に設けられている。機械室１５の内部には、エンジン２５（図２参照）や油圧ポンプ２６等が密集した状態で収容されている。機械室１５の周囲は、カウンタウエイト１７や機械室カバー１８で覆われている。カウンタウエイト１７は、上部旋回体１２の後部に搭載されている。機械室カバー１８は、カウンタウエイト１７とともにエンジン２５等の周囲を覆うことで、機械室１５を区画している。機械室カバー１８は、エンジン２５を覆うエンジン側カバー１８ａと油圧ポンプ２６を覆う油圧ポンプ側カバー１８ｂとを有する。

図１に示すように、エンジン側カバー１８ａの左側には、機械室１５内に外気を取り込むための吸気口１９が形成されている。油圧ポンプ側カバー１８ｂの右側には、機械室１５内に取り込まれた空気を排気する排気口２０が形成されている。また、油圧ポンプ側カバー１８ｂには、エンジン２５からの排気ガスを外部に排気する排気筒３５が排気口２０に近接して設けられている。排気筒３５は、開口部を後方に向けた状態で、油圧ポンプ側カバー１８ｂから上方に突出して設けられている。

図１及び図２に示すように、機械室１５の内部には、エンジン２５の他にも、例えば、ラジエター２１及び送風ファン２２からなる冷却機構２３、油圧ポンプ２６、排気処理装置３０等が収容されている。この油圧ショベル１０では、吸気口１９から入って排気口２０から出る空気の流れ方向の上流側から順に、ラジエター２１、送風ファン２２、エンジン２５、及び油圧ポンプ２６が横並びで配置されている。また、排気処理装置３０は、油圧ポンプ２６の上方に配置されている。

図２に示すように、油圧ショベル１０の平面視では、前方中央にアタッチメント１３を支持するブームフット１３ｅ、アタッチメント１３の左側にキャブ１４、アタッチメント１３の右側に燃料タンク４０、作動油タンク４１、尿素水タンク（還元剤タンク）５１等の収容室１６、これらの後方に機械室１５が配置されている。具体的には、燃料タンク４０の上方に尿素水タンク５１が配置され、燃料タンク４０の前方に作動油タンク４１が配置されている。

図１及び図２に示すように、ラジエター２１は、縦長の長方形状からなり、コア面が左右方向を向くように配設されている。送風ファン２２は、エンジン２５の駆動軸の左端部に接続され、エンジン２５とラジエター２１との間に配設されている。油圧ポンプ２６は、エンジン２５の駆動軸の右端部に接続され、機械室１５の右側部分に位置している。

図３に直線状黒矢印で示すように、この油圧ショベル１０においては、ラジエター２１とエンジン２５とがエンジン冷却水循環経路Ｃ１で接続されている。エンジン冷却水循環経路Ｃ１には、エンジン２５で駆動されるポンプＰ１が設けられている。送風ファン２２の回転によって吸気口１９から機械室１５内に取り入れられた空気は、ラジエター２１で、エンジン冷却水循環経路Ｃ１内の冷媒と熱交換される。ラジエター２１で空気と熱交換された冷媒は、エンジン２５に循環されてエンジン２５等が冷却される。

また、送風ファン２２からの空気が、エンジン２５の外周に沿って空気の流れ方向下流側（以下、単に下流側と称す。）に流れ、さらに油圧ポンプ２６の外周に沿って下流側に流れ（すなわち、機械室１５内を左側から右側に流れ）、その後、排気口２０から機械室１５の外に排出されるように導く空気流路Ａが設けられている。

油圧ポンプ２６は、油圧制御に用いられる作動油の循環経路（図示省略）の途中に接続されている。油圧ポンプ２６は、エンジン２５によって駆動され、作動油を高圧にして循環経路に送り出す。

排気処理装置３０は、エンジン２５からの高温の排気ガスを処理するものであり、エンジンの排気経路２７に設けられている。排気処理装置３０は、フィルタ装置としてのＤＰＦ装置３１（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ：ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）と、ＳＣＲ装置３２（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択還元触媒）とを備えている。図３及び図４に示すように、ＤＰＦ装置３１の上方にＳＣＲ装置３２が並列した状態で、支持フレーム３８に支持されて油圧ポンプ２６の上方に配置されている。排気処理装置３０は、エンジン２５からの排気ガスを排出する排気管３４に接続されている。排気管３４は、第１排気管３４ａ、第２排気管３４ｂ及び第３排気管３４ｃを有している。第１排気管３４ａは、エンジン２５とＤＰＦ装置３１との間に介在している。第２排気管３４ｂは、ＤＰＦ装置３１とＳＣＲ装置３２との間に介在している。第３排気管３４ｃは、ＳＣＲ装置３２の下流側に設けられ、排気筒３５に接続されている。エンジン２５から排出される排気ガスは、第１排気管３４ａ、ＤＰＦ装置３１、第２排気管３４ｂ、ＳＣＲ装置３２、第３排気管３４ｃ及び排気筒３５を経て、油圧ショベル１０の外部へ排出される。

ＤＰＦ装置３１は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのものであり、円筒状のケーシングの内部には、酸化触媒が設けられている。ＤＰＦ装置３１で捕集された粒子状物質が高温の排気ガスによって自己燃焼されることでＤＰＦ装置３１は再生され、それとともにさらに高温になる。

ＳＣＲ装置３２は、後述する尿素水供給装置５０から供給される尿素水を還元剤として作用させることで排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するものであり、円筒状のケーシングの内部には、アンモニア低減触媒が設けられている。このアンモニア低減触媒によってアンモニアが酸化処理されて無害化されるようになっている。ＳＣＲ装置３２で還元浄化された排気ガスは、排気筒３５から外部に排気される。

尿素水供給装置５０は、第２排気管３４ｂに尿素水を供給する装置である。尿素水供給装置５０は、尿素水を収容する尿素水タンク５１、尿素水供給配管５２、およびインジェクタ５３を備えている。

尿素水供給装置５０は、エンジン２５を動力源として駆動される尿素水供給ポンプＰ３を備えている。尿素水タンク５１に収容された尿素水は、尿素水供給ポンプＰ３によって、尿素水供給配管５２内に導かれ、インジェクタ５３を通じて第２排気管３４ｂに供給される。

ＤＰＦ装置３１を通過した排気ガスには、第２排気管３４ｂでインジェクタ５３から尿素水が噴射される。尿素水は、高温の排気ガスによって熱分解されてアンモニアとなり、還元剤として作用して排気ガスとともに下流側のＳＣＲ装置３２へ供給される。

図３に示すように、油圧ショベル１０は、インジェクタ５３を冷却する排気系冷却水循環経路Ｃ２を備えている。排気系冷却水循環経路Ｃ２は、インジェクタ５３の周囲に設けられた熱交換部（図示省略）に冷却水を流入させる冷却水流入配管２８ａと、熱交換部から冷却水が流出される冷却水流出配管２８ｂとからなる冷却水配管２８を備える。冷却水流入配管２８ａの一端は、インジェクタ５３に接続されている。また、冷却水流入配管２８ａの他端は、エンジン冷却水循環経路Ｃ１に接続されている。冷却水流入配管２８ａの途中に、エンジン２５を動力源として駆動されるとともに、冷却水を循環させるポンプＰ２が設けられている。冷却水流出配管２８ｂの一端は、インジェクタ５３に接続されている。また、冷却水流出配管２８ｂの他端は、エンジン冷却水循環経路Ｃ１に接続されている。これによって、排気系冷却水循環経路Ｃ２内の冷却水とインジェクタ５３との間で熱交換が行われ、インジェクタ５３が冷却される。

冷却水流出配管２８ｂには、冷却水貯留部２９が接続されている。エンジン２５の停止に伴うポンプＰ２の停止によって、排気系冷却水循環経路Ｃ２における冷却水の循環が停止される。この時に、冷却水貯留部２９から、自然落下でインジェクタ５３の周囲に冷却水を供給することができるように、冷却水貯留部２９はインジェクタ５３よりも上方に配置されている。さらに、図３及び図４に示すように、冷却水貯留部２９は、排気処理装置３０よりも下流側において、排気処理装置３０との間に仕切り部材である仕切り壁３９を隔てて配置されている。この仕切り壁３９によって、冷却水貯留部２９が排気処理装置３０の高温雰囲気に晒されて高温になることを防止している。また、この仕切り壁３９は、排気処理装置３０の電機接続部（図示省略）などの防火対策を果たす防火カバー部としての機能を兼ね備えている。さらに、この仕切り壁３９に冷却水貯留部２９を取り付けて支持できるので、冷却水貯留部２９の支持部としての機能も果たしている。

次に、図３及び図４に基づいて、機械室１５内の空気の流れを説明する。空気流路Ａは、吸気口１９から取り入れた空気を、冷却機構２３からエンジン２５及び油圧ポンプ２６に沿って下流側に流れるように導く第１空気流路Ａ１（横方向に延びる白抜き矢印で示す。）と、第１空気流路Ａ１を通過した空気を、仕切り壁３９よりもさらに下流側で、油圧ショベル１０の上方向きに流れるように導く第２空気流路Ａ２（縦方向に延びる白抜き矢印で示す。）とを備える。この第２空気流路Ａ２に冷却水貯留部２９が配置され、第２空気流路Ａ２を通過する空気によって冷却水貯留部２９が冷却されるようになっている。

特に、冷却水貯留部２９は、図３及び図４に示すように、仕切り壁３９に取り付けられた取付部材４４によって、仕切り壁３９との間に隙間を空けて支持される。取付部材４４は、断熱材４３を介して仕切り壁３９に取り付けられている。このことで、第２空気流路Ａ２を通る空気が、仕切り壁３９と冷却水貯留部２９と隙間を通って下から上に向かって流れることができる。そのため、仕切り壁３９が仮に排気処理装置３０の高温雰囲気の影響で高温になっても、冷却水貯留部２９はこの高温の影響を受けにくくなっている。

このように、本発明では、排気系冷却水循環経路Ｃ２における冷却水の循環が停止されても、冷却水貯留部２９から、冷却された冷却水をインジェクタ５３へ供給することができ、これによりエンジン２５の停止時にインジェクタ５３が急激に温度上昇することを抑止できる。

また、本実施形態では、エンジン冷却水循環経路Ｃ１から冷却水流入配管２８ａを通じてインジェクタ５３へ冷却水が供給されるため、排気系冷却水循環経路Ｃ２の循環経路を兼用できるようになっている。
（その他の実施形態）
本実施形態では、仕切り部材として仕切り壁３９を設けるようにしたが、仕切り壁３９に限られるものではなく、例えば、断熱材を設けてもよいし、仕切り壁３９に代わる何らかの部品を介在させようにしてもよい。

また、本実施形態の循環系路に限られることなく、エンジン冷却水循環経路Ｃ１とは別に排気系冷却水循環経路を設け、その排気系冷却水循環経路から冷却水流入配管２８ａを通じてインジェクタ５３へ冷却水が供給されるようにしてもよい。

また、本実施形態では、ポンプＰ２を採用したが、これに限らず、例えばエンジン２５を動力源として駆動されるモータ等を採用することで排気系冷却水循環路Ｃ２に冷却水を循環させてもよい。

また、本実施形態では、冷却水貯留部２９を仕切り壁３９よりも空気流の下流側に配置したが、これに限られるものではなく、排気処理装置３０の高熱雰囲気で高温にならないように仕切り部材を介在させれば良いものであり、支持フレーム３８を仕切り部材として使用してもよい。特に、エンジン側カバー１８ａと油圧ポンプ側カバー１８ｂとの間に隙間があり、この隙間から空気が排出されるように、下から上に空気を導く空気流路を設けられるタイプの建設機械もあり、このような建設機械では、支持フレーム３８を仕切り部材としてその上流側に冷却水貯留部２９を配置することも可能である。

また、本実施形態では、建設機械として油圧ショベル１０を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、他の建設機械、例えばクレーンや杭打機等でもよい。

エンジンからの排気ガスを処理するための排気処理装置を備え、排気処理装置にインジェクタで還元剤を噴射する建設機械に関して実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０ 油圧ショベル（建設機械）
１５ 機械室
２２ 送風ファン
２３ 冷却機構
２５ エンジン
２６ 油圧ポンプ
２７ 排気経路
２８ 冷却水配管
２９ 冷却水貯留部
３０ 排気処理装置
３９ 仕切り部材（仕切り壁）
５０ 尿素水供給装置
５１ 尿素水タンク（還元剤タンク）
５３ インジェクタ
Ａ 空気流路
Ａ１ 第１空気流路
Ａ２ 第２空気流路

Claims (4)

1. 機械室と、該機械室内に配設されたエンジンと、該機械室内に空気を取り込んで該エンジン側に空気を導く送風ファンとを備えた建設機械であって、
   上記機械室内における空気の流れ方向にみて上記エンジンよりも下流側で、該エンジンの排気経路に設けられ、排気ガスを処理するための排気処理装置と、
   還元剤が貯えられる還元剤タンクと、
   上記還元剤タンクに接続され、該還元剤タンク内の該還元剤を上記排気経路内に噴射するインジェクタと、
   上記インジェクタを冷却する冷却水が貯えられる冷却水貯留部と、
   上記冷却水貯留部内の上記冷却水を上記インジェクタに供給する冷却水配管とを備え、
   上記冷却水貯留部は、上記インジェクタよりも上方に位置するとともに、上記排気処理装置との間に仕切り部材を介在して配置されることを特徴とする建設機械。
2. 上記エンジンにより駆動される油圧ポンプが、該エンジンよりも空気の流れ方向下流側に配設され、
   上記排気処理装置及び上記冷却水貯留部が上記油圧ポンプの上方に設けられ、
   上記送風ファンを通って上記エンジンに沿って下流側に流れる空気を、上記冷却水貯留部を通過してから上記建設機械の外部に排出されるように導く空気流路を備えることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 上記仕切り部材が上記排気処理装置よりも空気の流れ方向下流側に配設され、
   上記冷却水貯留部が上記仕切り部材よりもさらに下流側に配設され、
   上記空気流路は、上記送風ファンを通った空気が上記エンジン及び上記油圧ポンプに沿って下流側に流れるように導く第１空気流路と、該第１空気流路を通った空気が上記仕切り部材よりも下流側で上方向きに流れるように導く第２空気流路とを備え、
   上記第２空気流路に上記冷却水貯留部が配置され、該第２空気流路を通る空気の流れによって、該冷却水貯留部が冷却されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の建設機械。
4. 上記仕切り部材が、上記排気処理装置の電気接続部分を覆う防火カバー部を備え、該仕切り部材に、上記冷却水貯留部が支持されていることを特徴とする請求項３に記載の建設機械。
   

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