JP2019100010A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤ポンプへの熱影響を抑制しながらも、還元剤タンクの必要容量を確保することが可能な建設機械を提供する。【解決手段】エンジン３２１から排出される排出ガスに尿素水を噴射する噴射装置３２３と、尿素水タンク４と、尿素水ポンプ５と、尿素水ポンプ５と前記尿素水タンク４とを接続する給排用配管６１，６２と、尿素水ポンプ５と噴射装置３２３とを接続する尿素水供給配管６０と、を備えたホイールローダ１００において、エンジン室３２と、ラジエータ室３３と、ラジエータ室３３の側方に設けられ、尿素水ポンプ５と尿素水タンク４と給排用配管６１，６２とを収納する収納室３７と、を有し、尿素水タンク４は、本体部４１と、本体部４１の鉛直方向の一端側から水平方向に張り出した張り出し部４２と、を一体に有し、尿素水ポンプ５は、収納室３７において本体部４１と張り出し部４２と収納室３７の側壁とによって形成される空間に配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンから排出される排出ガスを処理する排ガス処理装置が搭載された建設機械に関する。

近年、ホイールローダや油圧ショベルといった建設機械においても、エンジンから排出される排出ガスに含まれるＮＯｘ量を低減するために、還元剤として尿素水を用いた選択触媒還元（ＳＣＲ；Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）技術が採用された排ガス処理が行われている。

例えば特許文献１には、排ガスを処理するための排ガス処理装置と、排ガスに還元剤としての尿素水を噴射する噴射装置と、尿素水を貯留するタンクと、タンクから噴射装置へ尿素水を導く配管と、配管の途中に設けられたポンプと、を備えたホイールローダが開示されている。このホイールローダでは、エンジン室に排ガス処理装置及び噴射装置が、エンジン室の後方に配置された通気室の側方にタンクが、それぞれ配置されている。また、ポンプは、エンジン室と通気室とを仕切る隔壁の下部に取り付けられている。

国際公開第２０１６／０７９７７３号

特許文献１に記載のホイールローダでは、ポンプが高温のエンジン室に隣接した隔壁に取り付けられているため、ポンプへの熱影響が非常に大きく、尿素水の品質が悪化する可能性がある。したがって、ポンプは、エンジン室からの熱影響が小さい場所、すなわちエンジン室からなるべく離れた場所に収納されることが望ましい。そこで、例えばタンクと一緒にポンプを収納することが考えられる。

しかしながら、建設機械では、エンジン室や通気室といったいわゆる機械室の周辺はそのスペースに限りがあるといった恒久的な課題があり、タンクと一緒にポンプを収納するためにはタンクの大きさを制限しなければならない。そのため、排ガス処理装置が必要とする尿素水の量を確保することが可能な容量のタンクを用いることができない場合がある。

そこで、本発明の目的は、還元剤ポンプへの熱影響を抑制しながらも、還元剤タンクの必要容量を確保することが可能な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、本発明は、エンジンと、外気を吸い込んで冷却風を生成する冷却ファンと、前記冷却風との間で熱交換を行う熱交換器と、前記エンジンから排出される排出ガスに還元剤を噴射する噴射装置と、前記還元剤が貯蔵された還元剤タンクと、前記還元剤タンクに貯蔵された前記還元剤を前記噴射装置へ供給する還元剤ポンプと、前記還元剤ポンプと前記還元剤タンクとを接続する一対の給排用配管と、前記還元剤ポンプと前記噴射装置とを接続する還元剤供給配管と、を備えた建設機械において、前記エンジンと前記噴射装置とを収納するエンジン室と、前記エンジン室の後方に前記エンジン室と離隔して設けられ、前記熱交換器と前記冷却ファンとを収納する熱交換器室と、前記熱交換器室の側方に前記熱交換器室と離隔して設けられ、前記還元剤ポンプと前記還元剤タンクと前記一対の給排用配管とを収納する収納室と、を有し、前記還元剤タンクは、前記一対の給排用配管の一端部がそれぞれ接続される本体部と、前記本体部の鉛直方向の一端側から水平方向に張り出した張り出し部と、を一体に有し、前記還元剤ポンプは、前記収納室において前記本体部と前記張り出し部と前記収納室の側壁とによって形成される空間に配置されていることを特徴とする建設機械を提供する。

本発明によれば、還元剤ポンプへの熱影響を抑制しながらも、還元剤タンクの必要容量を確保することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係るホイールローダの外観を示す側面図である。 ホイールローダの車体後部の構成を説明する模式図である。 収納室の内部を示す斜視図である。 尿素水タンクの構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は上面図である。 車体の上側から収納室の内部を見た場合の模式図である。 車体の左側から収納室の内部を見た場合の模式図である。 本発明の第２実施形態に係るホイールローダにおいて、車体の左側から収納室の内部を見た場合の模式図である。

以下、本発明に係る建設機械の一態様として、土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うホイールローダを例に挙げて説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るホイールローダの構成について、図１〜６を参照して説明する。

（ホイールローダ１００の全体構成）
まず、ホイールローダ１００の全体構成について、図１〜３を参照して説明する。

図１は、第１実施形態に係るホイールローダ１００の外観を示す側面図である。図２は、ホイールローダ１００の車体後部の構成を説明する模式図である。図３は、収納室３７の内部を示す斜視図である。

ホイールローダ１００は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵するアーティキュレート式の建設機械である。具体的には、図１に示すように、フロントフレーム１０２によって構成される車体前部と、リアフレーム１０３によって構成される車体後部とが、センタジョイント１０１によって左右方向（車幅方向）に回動自在に連結されおり、フロントフレーム１０２がリアフレーム１０３に対して左右方向に屈曲する。

車体前部には、左右一対の前輪２０と、作業機２１と、が設けられている。車体後部には、左右一対の後輪３０と、オペレータが搭乗する運転室３１と、エンジン室３２と、ラジエータ室３３と、リアグリル３４と、車体が傾倒しないようにバランスを保つためのカウンタウェイト３５と、が設けられている。

なお、以下において、ホイールローダ１００の左右方向のうち、運転室３１の運転席に座ったオペレータから見て左の方向を「左方向」とし、右の方向を「右方向」とする。図１では、左右一対の前輪２０及び後輪３０のうち、左側の前輪２０及び後輪３０のみを示している。

作業機２１は、上下方向に回動可能なリフトアーム２１１と、伸縮することによってリフトアーム２１１を駆動させる一対のリフトアームシリンダ（不図示）と、リフトアーム２１１の先端部に取り付けられたバケット２１２と、伸縮することによりバケット２１２をリフトアーム２１１に対して上下方向に回動させるバケットシリンダ２１２Ａと、リフトアーム２１１に回動可能に連結されてバケット２１２とバケットシリンダ２１２Ａとのリンク機構を構成するベルクランク２１３と、を有している。

エンジン室３２及びラジエータ室３３はそれぞれ、リアフレーム１０３を上方からカバー１０４で覆うことにより内部に形成された空間である。ラジエータ室３３は、エンジン室３２の後方にエンジン室３２と離隔して設けられており、図２に示すように、エンジン室３２とラジエータ室３３との間には、両室を離隔するための隔壁３６が設けられている。これにより、エンジン室３２で生じた熱がラジエータ室３３に伝達されにくい。

図２に示すように、エンジン室３２には、エンジン３２１と、エンジン３２１から排出される排出ガスを処理する排ガス処理装置３２２と、排ガス処理装置３２２内の排出ガスに還元剤であるアンモニアを水に溶解させた尿素水を噴射する噴射装置３２３と、が収納されている。なお、図２では、排ガス処理装置３２２と噴射装置３２３とが別個に設けられているが、これに限らず、排ガス処理装置３２２内に噴射装置３２３が設けられていてもよい。

ラジエータ室３３は、外気を吸い込んで冷却風を生成する冷却ファンとしてのラジエータファン３３１と、ラジエータファン３３１で生成された冷却風との間で熱交換を行う熱交換器としてのラジエータ３３２と、を収納する熱交換器室の一態様である。

ラジエータファン３３１が作動すると、ラジエータ室３３の内部圧力がホイールローダ１００周辺の大気圧よりも低くなる。これにより、リアフレーム１０３及びカバー１０４に形成された穴やスリット、並びにエンジン室３２の開口等から外気がラジエータ室３３内に吸い込まれて、冷却風が生成される。ラジエータ３３２は、この冷却風を用いてエンジン３２１により加熱されたエンジン冷却水を冷却する。

また、ホイールローダ１００は、ラジエータ室３３の左側方にラジエータ室３３と離隔して設けられ、尿素水が貯蔵された尿素水タンク４（還元剤タンク）と、尿素水タンク４に貯蔵された尿素水を噴射装置３２３へ供給する尿素水ポンプ５（還元剤ポンプ）と、尿素水タンク４と尿素水ポンプ５とを接続する一対の給排用配管６１，６２と、を収納する収納室３７を有している。

収納室３７は、上下方向、前後方向、及び左右方向のそれぞれが側壁で囲まれた箱体であり、リアフレーム１０３に固定されている。なお、収納室３７の複数の側壁のうち、リアフレーム１０３に対向する側壁を「右壁３７１」、その反対側の側壁を「左壁３７２」、車体の前方向に位置する側壁を「前壁３７３」、車体の後方向に位置する側壁を「後壁３７４」、車体の上方向に位置する側壁を「上壁３７５」、車体の下方向に位置する側壁を「下壁３７６」とする。

図２に示すように、右壁３７１には壁穴３７０が形成されており、また、リアフレーム１０３のうちラジエータ室３３の左下側を覆う部分にはフレーム穴３３０が形成されている。収納室３７は、壁穴３７０の位置がフレーム穴３３０の位置に合うようにリアフレーム１０３に固定されている。そして、壁穴３７０とフレーム穴３３０とによって、ラジエータ室３３の内部空間と収納室３７の内部空間とがつながっている。

本実施形態では、収納室３７には、取り外し可能な蓋３７７が取り付けられている。この蓋３７７は、収納室３７の内部空間を上方、前方の一部、及び左方の一部から覆っている。したがって、収納室３７の左壁３７２、前壁３７３、及び上壁３７５はそれぞれ、少なくとも一部が蓋３７７により構成されている。なお、図３は、蓋３７７を取り外した状態の収納室３７の構成を示しており、開口部分を覆うように蓋３７７が取り付けられる。

一対の給排用配管６１，６２は、尿素水タンク４から尿素水ポンプ５へ尿素水を供給し、尿素水ポンプ５から尿素水タンク４へ尿素水を排出する（戻す）ための配管である。図３では、収納室３７において左方に向かって交差しながら湾曲した配管が供給用配管６１であり、右方に向かって湾曲した配管が排出用配管６２である。

また、図２に示すように、尿素水ポンプ５と噴射装置３２３とは尿素水供給配管６０（還元剤供給配管）によって接続されている。具体的には、尿素水ポンプ５側から導出された尿素水供給配管６０は、収納室３７の壁穴３７０及びリアフレーム１０３のフレーム穴３３０（図２において破線で示す）を通ってラジエータ室３３に到達し、さらに隔壁３６に形成された貫通孔３６０を通って噴射装置３２３に接続されている。したがって、尿素水タンク４に貯蔵されている尿素水は、供給用配管６１、尿素水ポンプ５、尿素水供給配管６０、を順に通って噴射装置３２３に供給される。

（尿素水タンク４の構成）
次に、尿素水タンク４の構成について、図４を参照して説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）は尿素水タンク４の構成を示し、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は左側面図、図４（ｃ）は上面図である。

尿素水タンク４は、一対の給排用配管６１，６２の一端部がそれぞれ接続される本体部４１と、本体部４１の鉛直方向の一端側から水平方向に張り出した張り出し部４２と、を一体に有している。

本実施形態では、本体部４１は、水平方向のうちの所定の方向に短辺を有する略直方体状に形成されている。本体部４１の上面には、一対の給排用配管６１，６２の一端部をそれぞれ接続するための接続部４１Ａが設けられている。また、本体部４１の上面と短辺を有する側面との間の角部には、尿素水タンク４内に尿素水を供給するための供給口４１Ｂが設けられている。

張り出し部４２は、本実施形態では、本体部４１の下端側から短辺方向に沿って張り出しており、鉛直方向に短辺を有する略直方体状に形成されている。したがって、供給口４１Ｂから注入された尿素水は、張り出し部４２及び本体部４１の下側から徐々に溜まっていく。また、図４（ｂ）に示すように、尿素水タンク４を供給口４１Ｂの側から見ると逆Ｌ字状となっている。

（収納室３７内における配置関係）
次に、収納室３７内における尿素水タンク４、尿素水ポンプ５、及び一対の給排用配管６１，６２の配置関係について、図５及び図６を参照して説明する。

図５は、車体の上側から収納室３７の内部を見た場合の模式図である。図６は、車体の左側から収納室３７の内部を見た場合の模式図である。なお、図５において、左壁３７２と前壁３７３との間に配置された側壁は、左壁３７２の一部とする。

尿素水タンク４は、本体部４１が後壁３７４側（車体の後方）に位置し、かつ張り出し部４２が前壁３７３（車体の前方）に向かって張り出すように収納室３７に配置されている。尿素水ポンプ５は、収納室３７において本体部４１と張り出し部４２と収納室３７の側壁（右壁３７１、左壁３７２、前壁３７３、及び上壁３７５）とによって形成される空間に配置されている。本実施形態では、尿素水ポンプ５は、収納室３７において本体部４１の前側であって、かつ張り出し部４２の上方に配置されている。

具体的には、図６に示すように、尿素水ポンプ５の上部の位置を本体部４１の上部の位置にできる限り近づけるようにして、尿素水ポンプ５が本体部４１（本体部４１の側面のうち収納室３７の前壁３７３に対向する面）にブラケット７１を介してボルト７２で固定されている。

そして、一対の給排用配管６１，６２はそれぞれ、本体部４１の上部と尿素水ポンプ５の上部とを接続している。このように、一対の給排用配管６１，６２が、鉛直方向において近くに位置する本体部４１の上部と尿素水ポンプ５の上部とを接続しているため、例えば一対の給排用配管６１，６２の一端部を尿素水ポンプ５の下部にそれぞれ接続する場合等のように、一対の給排用配管６１，６２を尿素水ポンプ５の側面を這わせる必要がない。したがって、一対の給排用配管６１，６２の長さを短くすることができるため、一対の給排用配管６１，６２の配策を簡素にすることが可能となり、かつコスト削減が図れる。

また、図６において破線で示すように、尿素水ポンプ５は、下方向に取り外して交換可能なフィルタ５０を有している。尿素水ポンプ５と尿素水タンク４の張り出し部４２との間には、鉛直方向に沿ったフィルタ５０の寸法（図６に示すＨ１）よりも大きい隙間Ｓが形成されている。すなわち、尿素水ポンプ５の下面と張り出し部４２の上面との間の距離Ｈ２は、鉛直方向に沿ったフィルタ５０の長さＨ１よりも長い（Ｈ２＞Ｈ１）。これにより、隙間Ｓが鉛直方向に沿ったフィルタ５０の長さＨ１よりも小さい場合（Ｈ２＜Ｈ１）と比べて隙間Ｓに裕度があるため、フィルタ５０の交換作業がしやすくなる。

以上のように、尿素水ポンプ５をエンジン室３２から離れた場所であり、かつエンジン室３２よりも低温であるラジエータ室３３の側方に設けられた収納室３７に収納することにより、尿素水ポンプ５への熱影響を抑制することができる。

また、尿素水タンク４を本体部４１と張り出し部４２とを有する構成とし、尿素水ポンプ５を収納室３７において本体部４１と張り出し部４２と収納室３７の側壁とによって形成される空間に配置させることにより、限られた大きさの収納室３７に尿素水ポンプ５を尿素水タンク４と一緒に収納しても、尿素水タンク４の必要容量を確保することができる。

さらに、尿素水ポンプ５を収納室３７における前側に配置させることにより、収納室３７における後側に配置させる場合と比べて、尿素水ポンプ５と噴射装置３２３との間の距離を短くすることができる。これにより、尿素水供給配管６０の長さを短くすることができ、尿素水供給配管６０の配策を簡素にすることが可能となり、かつコスト削減が図れる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るホイールローダについて、図７を参照して説明する。なお、図７において、第１実施形態に係るホイールローダ１００について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７は、第２実施形態に係るホイールローダにおいて、車体の左側から収納室３７Ａの内部を見た場合の模式図である。

本実施形態では、尿素水タンク４Ａは、張り出し部４２Ａが本体部４１の上端側から水平方向（本体部４１の短辺方向）に張り出している。そして、図７に示すように、尿素水タンク４Ａは、本体部４１が後壁３７４側（車体の後方）に位置し、かつ張り出し部４２Ａが前壁３７３（車体の前方）に向かって張り出すように収納室３７Ａに配置されている。

尿素水ポンプ５は、収納室３７Ａにおいて本体部４１の前側であって、かつ張り出し部４２Ａの下方に配置されている。本実施形態では、収納室３７Ａは、開閉可能であって、かつ尿素水ポンプ５のフィルタ５０（図７において破線で示す）が通過可能な大きさの開口部３７８を、下壁３７６（尿素水ポンプ５の下面と対向する底面）に有しており、この開口部３７８を介してフィルタ５０を収納室３７Ａ内から取り出す。

開口部３７８は、具体的には、ヒンジにより上下方向に回動可能な蓋部３７８Ａを有しており、車体の前後方向に沿った開口部３７８の寸法Ｗ１は、車体の前後方向に沿ったフィルタ５０の寸法Ｗ２よりも大きく形成されている（Ｗ１＞Ｗ２）。開口部３７８は蓋部３７８Ａを有することにより、ホイールローダの走行中における泥はね等によって収納室３７Ａ内が汚れてしまうことを防ぐことができる。

この場合、第１実施形態における隙間Ｓのように、フィルタ５０を交換する際に作業者の手が入るだけの隙間を設ける必要がないため、第１実施形態における尿素水タンク４と比べて、尿素水タンク４Ａの容量をより大きく確保することができる。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明した。なお、本発明は上記した実施形態や変形例に限定されるものではなく、様々な他の変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態及び変形例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、尿素水タンク４，４Ａは、張り出し部４２，４２Ａが車体の前方に張り出すように収納室３７，３７Ａに配置されていたが、必ずしも張り出し部４２，４２Ａは収納室３７，３７Ａにおいて車体の前方に張り出している必要はなく、車体の後方や左右方向に張り出していてもよい。

また、上記実施形態では、収納室３７，３７Ａは、ラジエータ室３３の左側方に設けられていたが、これに限らず、例えばラジエータ室３３の右側方に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の建設機械の一態様としてホイールローダを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば油圧ショベル等であってもよい。

４，４Ａ：尿素水タンク（還元剤タンク）
５：尿素水ポンプ（還元剤ポンプ）
３２：エンジン室
３３：ラジエータ室（熱交換器室）
３７，３７Ａ：収納室
４１：本体部
４２，４２Ａ：張り出し部
５０：フィルタ
６０：尿素水供給配管（還元剤供給配管）
６１，６２：一対の給排用配管
１００：ホイールローダ（建設機械）
３２１：エンジン
３２３：噴射装置
３３１：ラジエータファン（冷却ファン）
３３２：ラジエータ（熱交換器）
３７１：右壁（側壁）
３７２：左壁（側壁）
３７３：前壁（側壁）
３７４：後壁（側壁）
３７５：上壁（側壁）
３７６：下壁（側壁）
３７８：開口部
Ｓ：隙間

Claims (7)

1. エンジンと、外気を吸い込んで冷却風を生成する冷却ファンと、前記冷却風との間で熱交換を行う熱交換器と、前記エンジンから排出される排出ガスに還元剤を噴射する噴射装置と、前記還元剤が貯蔵された還元剤タンクと、前記還元剤タンクに貯蔵された前記還元剤を前記噴射装置へ供給する還元剤ポンプと、前記還元剤ポンプと前記還元剤タンクとを接続する一対の給排用配管と、前記還元剤ポンプと前記噴射装置とを接続する還元剤供給配管と、を備えた建設機械において、
   前記エンジンと前記噴射装置とを収納するエンジン室と、
   前記エンジン室の後方に前記エンジン室と離隔して設けられ、前記熱交換器と前記冷却ファンとを収納する熱交換器室と、
   前記熱交換器室の側方に前記熱交換器室と離隔して設けられ、前記還元剤ポンプと前記還元剤タンクと前記一対の給排用配管とを収納する収納室と、を有し、
   前記還元剤タンクは、前記一対の給排用配管の一端部がそれぞれ接続される本体部と、前記本体部の鉛直方向の一端側から水平方向に張り出した張り出し部と、を一体に有し、
   前記還元剤ポンプは、前記収納室において前記本体部と前記張り出し部と前記収納室の側壁とによって形成される空間に配置されている
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記還元剤タンクは、前記張り出し部が車体の前方に張り出すように前記収納室に配置されており、
   前記還元剤ポンプは、前記収納室における前側に配置されている
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記還元剤タンクは、前記張り出し部が前記本体部の下端側から水平方向に張り出しており、
   前記還元剤ポンプは、前記収納室において前記張り出し部の上方に配置されている
   ことを特徴とする建設機械。
4. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記還元剤ポンプは、下方向に取り外して交換可能なフィルタを有し、
   前記還元剤ポンプと前記還元剤タンクの前記張り出し部との間には、鉛直方向に沿った前記フィルタの寸法よりも大きい隙間が形成されている
   ことを特徴とする建設機械。
5. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記一対の給排用配管はそれぞれ、前記還元剤タンクの前記本体部の上部と前記還元剤ポンプの上部とを接続している
   ことを特徴とする建設機械。
6. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記還元剤タンクは、前記張り出し部が前記本体部の上端側から水平方向に張り出しており、
   前記還元剤ポンプは、前記収納室において前記張り出し部の下方に配置されている
   ことを特徴とする建設機械。
7. 請求項６に記載の建設機械において、
   前記還元剤ポンプは、下方向に取り外して交換可能なフィルタを有し、
   前記収納室は、開閉可能であって、かつ前記フィルタが通過可能な大きさの開口部を、前記還元剤ポンプの下面と対向する底面に有している
   ことを特徴とする建設機械。

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