JP5356349B2

JP5356349B2 - 建設機械の排気装置

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Publication number: JP5356349B2
Application number: JP2010221446A
Authority: JP
Inventors: 敏博安部; 象平神谷; 英樹小沼; 博之鎌田; 浩紀菅原; 洋貴川向
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: KR20120034021A; EP2436896A1; CN102444459B; KR101810088B1; CN102444459A; US8601801B2; EP2436896B1; US20120079810A1; JP2012077635A

Description

本発明は、エンジンの排ガスの後処理装置から送出される排気ガスを外部へ送出する排気管を備えた建設機械の排気装置に関する。

一般的に、油圧ショベル等の建設機械は、履帯等を有して走行する走行体と、この走行体の上方に旋回フレームを介して連結され、左右方向に旋回する旋回体と、この旋回体の前方に設けられ、各アクチュエータを有して掘削等の作業を行うフロント作業機とを備えている。

そして、建設機械の旋回体は、エンジンルームの内部に収納されたエンジンと、エンジンの排ガスを処理する後処理装置と、この後処理装置で処理され、その排気口から導かれる排気を外部へ排出する排気管とを備えている。

このような建設機械に備えられる後処理装置の従来技術の１つとして、ディーゼルエンジンに使用されるものであるが、下流側に設置され、触媒の活性を確保するように排気ガスの温度を上昇させるために用いられる排気絞り弁を備え、この排気絞り弁の開放に伴って発生する騒音を低減することを目的としたディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、上述した特許文献１に開示されたディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置には、炭化水素等の粒子状物質を取り除くために触媒として酸化触媒が用いられており、粒子状物質が酸化触媒上で酸化反応を起こすことによって水蒸気が生じる。そのため、このような後処理装置を備えた建設機械の排気装置では、後処理装置から導かれる排気と共に水蒸気が排気管の内部に送出されると、排気管の温度が低い場合に水蒸気が排気管で冷却されることにより、排気管の内壁に水滴が付着する。特に、建設機械の作業開始時において排気管はまだ暖気されていないので、排気管の内壁への水滴の付着が顕著となる。

また、上述の後処理装置を備えている場合であっても、排ガス中に含まれる煤等を完全には処理できないので、後処理装置から導かれる排気を外部へ排出する際に排気管の壁面に煤等が付着する。そのため、排気管の壁面には煤等が堆積しているので、排気管の内壁に付着した水滴は多くの煤等を含んで黒色化している。

従って、このような後処理装置を備えた従来の建設機械の排気装置では、排気管の内壁に付着して黒色化した水滴が後処理装置の排気口から導かれる排気で押し出されることにより、水滴が排気管の出口で溜まり、排気管の外部へ飛散して旋回体の車体カバーを汚すことが問題となっている。

これを防止する従来技術の１つとして、車輌のマフラ装置が提案されている。この車輌のマフラ装置は、排気パイプ、すなわち排気管の内側に、水滴捕捉部材を設けたものであり、この水滴捕捉部材は、排気管から環状に内方突出した水滴堰き止め環と、水滴堰き止め環の内端から排気パイプの基部側に向けて環状に突出した突出環とを有している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２８２５３３号公報特開２００８−２６１２４２号公報

しかし、特許文献２に開示された車輌のマフラ装置では、上述したように水滴捕捉手段の水滴堰き止め環及び突出環が、排気管の出口において排気管から環状に内側へ大きく突出しているので、排気管の出口における開口面が排気管内を流通する排気の流路の断面よりも小さくなっている。そのため、水滴堰き止め環及び突出環によって排気の排出が妨げられ、排気管の出口で排気が滞留するので、排気管内における排気抵抗が大きくなる。その結果、エンジンの加速性能や燃費に悪影響を及ぼす可能性がある。また、排気管の出口部分でのみ捕捉するので、排出される水滴が多い場合には、一部が外部に排出されてしまう可能性もある。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、排気管の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管の外部へ飛散することを抑えることができると共に、装置の大型化を伴うことなく排気抵抗が大きくなることを抑えることができる建設機械の排気装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の建設機械の排気装置は、旋回体を有する建設機械の前記旋回体内部に設置され、エンジンの排ガスの後処理装置と、この後処理装置で処理され、その排気口から導かれる排気を外部へ排出する排気管とを備え、前記排気管は、前記旋回体の車体カバーに鉛直に配置され、前記後処理装置の前記排気口の周縁部を包含する鉛直部と、この鉛直部から屈曲する屈曲部とを有する建設機械の排気装置において、前記排気管の前記屈曲部の内面のうち上側部分にのみ、排気の排出方向に複数の凹凸から成る凹凸部を配設したことを特徴としている。

このように構成した本発明は、後処理装置から排気管の内部へ送出された水蒸気が排気管で冷却されて排気管の内壁に水滴が付着した場合であっても、付着した水滴を排気管の内面に設けられた凹凸部の凹凸によって補足するので、すなわち水滴が凹凸の凹部に留まるので、煤等を含んだ水滴が後処理装置の排気口から導かれる排気に押し出されることを抑制することができる。これにより、排気管の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管の出口部で溜まって排気管の外部へ飛散することを抑えることができる。

特に建設機械の作業開始時において、後処理装置から排気管へ送出された水蒸気が排気管で冷却されて排気管の内壁に水滴が付着した場合に、付着した水滴を排気管の内面に設けられた凹凸部によって補足している間に排気管が後処理装置から導かれる排気で暖められることにより、水滴がこの排気管の熱で再び蒸発するので、煤等を含む水滴が排気管の出口部で溜まって排気管の外部へ飛散することを抑えることができる。また、本発明は、排気管の内面に複数の凹凸から成る凹凸部を排気の排出方向に配設するだけで良いので、排気管内を流通する排気が旋回体の外部へ排出される際に、排気管の出口部において排気管の凹凸部が排気の排出の妨げとならず、排気管の出口部の開口を大きくしなくても排気抵抗が大きくなることを抑えることができる。このように本発明は、排気管の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管の外部へ飛散することを抑えることができると共に、装置の大型化を伴うことなく排気抵抗が大きくなることを抑えることができる。

また、本発明に係る建設機械の排気装置は、前記発明において、前記凹凸部は、少なくとも排気の流れ方向に対して横切る方向の凹凸を有することを特徴としている。このように構成すると、後処理装置から排気管の内部へ送出された水蒸気が排気管で冷却されて排気管の内壁に水滴が付着し、付着した水滴が排気管の内面に沿って排気に押し出される際に、水滴が排気管の凹凸部の凹凸から抵抗を受け易くなる。これにより、排気管の内面に配設された凹凸部における水滴の捕捉性能を向上させることができ、排気管の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管の出口部で溜まって排気管の外部へ飛散することをより抑えることができる。

また、本発明に係る建設機械の排気装置は、前記発明において、前記凹凸部はメッシュ構造から成ることを特徴としている。このように構成すると、排気管の内面に容易にメッシュ構造である凹凸部を設けることができるので、製作コストを低減することができる。また、凹凸部がメッシュ構造から成っていることにより、排気管内部の通気性を損なうことがないので、排気管の内面に凹凸部を設けたことによって背圧が上昇することを抑えることができる。

また、本発明に係る建設機械の排気装置は、前記発明において、前記排気管と前記後処理装置の前記排気口の前記周縁部との間から外気を前記排気管内部へ流入させる通気口を有することを特徴としている。このように構成すると、排気管から外部に放出される排気温度を下げることができるため、排気による周囲への熱影響を抑えることができる。

本発明の建設機械の排気装置は、旋回体を有する建設機械の旋回体内部に設置され、エンジンの排ガスの後処理装置と、この後処理装置で処理され、その排気口から導かれる排気を外部へ排出する排気管とを備え、この排気管は、旋回体の車体カバーに鉛直に配置され、後処理装置の排気口の周縁部を包含する鉛直部と、この鉛直部から屈曲する屈曲部とを有し、排気管の屈曲部の内面のうち上側部分にのみ、排気の排出方向に複数の凹凸から成る凹凸部を配設したことにより、排気と共に排気管内部へ送出された水蒸気が排気管で冷却されることで生じた水滴を排気管の内面に設けられた凹凸部の凹凸によって補足するので、煤等を含んだ水滴が後処理装置の排気口から導かれる排気に押し出されることを抑制することができる。特に建設機械の作業開始時において、水滴を凹凸によって補足している間に排気管が排気で暖められ、水滴がこの排気管の熱で再び蒸発するので、水滴が排気に押し出されることを効果的に抑制することができる。これにより、排気管の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管の出口部で溜まって排気管の外部へ飛散することを抑えることができ、作業開始後においても旋回体を汚損することなく美観を維持することができる。さらに、後処理装置から排気管内へ導かれた排気が旋回体の外部へ排出される際に、排気管の出口部において排気管の凹凸部が排気の排出の妨げとならないので、装置の大型化を伴うことなく排気抵抗が大きくなることを抑えることができる。

本発明に係る建設機械の排気装置の第１実施形態が適用される建設機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。本発明の第１実施形態の構成を示す図である。図２に示すＡ部の拡大図である。本発明の第２実施形態の要部の構成を示す図である。図４に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の第３実施形態の要部の構成を示す図である。図６に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図６に示す排気管の内面における金網の取付部位を説明する図であり、図６に示す排気管を矢視Ｄ方向から見た図である。

以下、本発明に係る建設機械の排気装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
本発明に係る建設機械の排気装置の第１実施形態は、例えば図１に示すように油圧ショベル１に備えられる。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に配置され、旋回フレーム３ａを有する旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動するフロント作業機４とを備えている。また、旋回体３は、前方に位置するキャブ７と、後方に配置されたカウンタウェイト６と、これらキャブ７とカウンタウェイト６との間に配置されたエンジンルーム５とを備えている。

図２に示すように、本発明の第１実施形態は、エンジンルーム５の上部に蓋をする車体カバー１５と、内部に設置されて図示しないエンジンの排ガスを処理する後処理装置１２と、この後処理装置１２で処理され、その排気口１２ａから導かれる排気を外部へ排出する排気管１０とを備えている。

図３に示すように、排気管１０は、鉛直に配置される鉛直部１０ａと、この鉛直部１０ａから屈曲する屈曲部１０ｂと、後述のボルト２０が取り付けられる取付部１０ｃとを有している。そして、本発明の第１実施形態では、排気管１０の内面には、排気の排出方向に複数の凹凸から成る凹凸部を配設している。この凹凸部は、後処理装置１２の排気口１２ａから導かれる排気の流れ方向に対して横切る方向の凹凸を有し、例えばメッシュ構造から成っている。本発明の第１実施形態では、このメッシュ構造は、例えば排気管１０の内面全体、すなわち鉛直部１０ａ及び屈曲部１０ｂの内面に溶接で取り付けられた金網１１によって構成されている。

さらに、排気管１０は、後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部を包含するように配置されており、排気管１０の鉛直部１０ａと後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部との間から外気を排気管１０内部へ流入させる通気口１６を有している。そして、本発明の第１実施形態では、前述した排気管１０の取付部１０ｃを旋回体３の車体カバー１５にボルト２０で取り付けている。

このように構成した本発明の第１実施形態によれば、後処理装置１２から排気管１０の内部へ送出された水蒸気が排気管１０によって冷却されて排気管１０の内壁に水滴が付着した場合であっても、排気管１０の鉛直部１０ａ及び屈曲部１０ｂの内面全体に取り付けられた金網１１で排気管１０の内壁に付着した水滴を補足するので、すなわち水滴が金網１１のメッシュ構造に留まるので、煤等を含んだ水滴が後処理装置１２の排気口１２ａから導かれる排気に押し出されることを抑制することができる。これにより、排気管１０の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管１０の出口部で溜まって排気管１０の外部へ飛散することを抑えることができる。

特に油圧ショベル１の作業開始時において、後処理装置１２から排気管１０へ送出された水蒸気が排気管１０によって冷却されて排気管１０の内壁に水滴が付着した場合に、水滴を金網１１で補足している間に排気管１０が後処理装置１２から導かれる排気で暖められることにより、水滴中の主に水分が排気管１０の熱で再び蒸発するので、煤等を含む水滴が排気管１０の出口部で溜まって排気管１０の外部へ飛散することを抑えることができる。これにより、排気管１０の内壁に付着した煤等を含んで黒色化した水滴が排気管１０の外部へ飛散し、車体カバー１５や排気管１０の近傍に設置された機器等を汚すことを防止できるので、作業開始後においても旋回体３の美観を維持することができる。

また、本発明の第１実施形態は、排気管１０の内面に水滴を捕捉する凹凸部がメッシュ構造から成っており、このメッシュ構造は、排気管１０の鉛直部１０ａ及び屈曲部１０ｂの内面全体に取り付けられた金網１１から構成されていることにより、安価に作製可能な金網１１を排気管１０の鉛直部１０ａ及び屈曲部１０ｂの内壁に沿って設けるだけで良いので、製作コストを抑えられ、経済性に優れている。また、メッシュ構造である金網１１は排気管１０の内面に沿うように貼着され、しかも多数の孔を有する網目状になっているために、排気管１０の内部の通気性を損なうことがなく、排気抵抗が増えることがない。このように本発明の第１実施形態は、排気管１０の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管１０の外部へ飛散することを抑えることができると共に、排気管１０の出口部において金網１１が排気の排出の妨げとなることもないので、装置の大型化を伴うことなく排気抵抗が大きくなることを抑えることができる。なお、金網１１の排気管１０への取り付けを溶接ではなく、排気管１０から取り外し可能なボルト等で行うことにより、金網１１に煤等が詰まっても交換することができる。

また、本発明の第１実施形態は、金網１１は、排気の流れ方向に対して横切る方向に凹凸を有しているので、後処理装置１２から排気管１０の内部へ送出された水蒸気が排気管１０で冷却されて排気管１０の内壁に水滴が付着し、付着した水滴が排気管１０の内面に沿って排気に押し出される際に、水滴が排気管１０の内面に配設された金網１１の凹凸から抵抗を受け易くなる。これにより、排気管１０の内面に配設された凹凸部における水滴の捕捉性能を向上させることができ、排気管１０の内壁に付着した煤等を含む水滴が排気管１０の出口部で溜まって排気管１０の外部へ飛散することをより抑えることができる。

また、本発明の第１実施形態は、内径が後処理装置１２の排気口１２ａよりも大きい排気管１０を、後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部を包含するように配置することにより、排気管１０の鉛直部１０ａと後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部との間に通気口１６が形成されているので、エゼクタ効果により後処理装置１２から導かれる排気によって通気口１６からエンジンルーム５内の空気が排気管１０内に吸入されて高温の排気ガスと混ざり合い排気温度を下げることができる。これにより、排気による周囲への熱影響を抑えることができる。

また、本発明の第１実施形態は、排気管１０の取付部１０ｃを旋回体３の車体カバー１５にボルト２０を介して取り付けていることにより、排気管１０が剛性を有する車体カバー１５に支持固定されるので、作業時における振動等に対しても影響を受けることなく、安定した構造を実現することができる。

［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態の要部の構成を示す図、図５は図４に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図４、図５に示すように、本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態が排気管１０は取付部１０ｃを有し、この取付部１０ｃを旋回体３の車体カバー１５にボルト２０を介して取り付ける構成にしてあるのに対して、第２実施形態は、排気管１８は取付部１０ｃを有さず、排気管１８の鉛直部１８ａを固定部材１４を介して後処理装置１２の排気口１２ａに例えば溶接で直接取り付けた構成にしてある。その他の構成は第１実施形態と同じである。

このように構成した本発明の第２実施形態によれば、排気管１８の鉛直部１８ａの内径を後処理装置１２の排気口１２ａの外形よりも大きく設定し、排気管１８の鉛直部１８ａを後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部を包含するように配置して固定部材１４を介して取り付けることにより、排気管１８の鉛直部１８ａと後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部との間に通気口１６を容易に設けることができる。また、排気管１８を後処理装置１２の排気口１２ａの周縁部に固定部材１４を介して溶接等で簡単に取り付けることができるので、排気管１０の設置作業における作業者の負担を軽減することができる。さらに、排気管１８と後処理装置１２が固定部材１４を介して一体型となっているので、後処理装置１２から導かれる排気を排気管１８の外部へ確実に排出することができる。

［第３実施形態］
図６は本発明の第３実施形態の要部の構成を示す図、図７は図６に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図、図８は図６に示す排気管の内面における金網の取付部位を説明する図であり、図６に示す排気管を矢視Ｄ方向から見た図である。

図６、図７に示すように、本発明の第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態では、凹凸部としてメッシュ構造である金網１１を排気管１０の鉛直部１０ａ及び屈曲部１０ｂの内面全体に設ける構成にしてあるのに対して、第３実施形態では、凹凸部としてメッシュ構造である金網１１を排気管１０の内面全体に設けず、排気管１０の屈曲部１０ｂの内面のうち上側部分に設けたことである。具体的には、本発明の第
３実施形態は、図８に示すように金網１１を排気管１０の鉛直部１０ａの内面に配設しないで排気管１０の屈曲部１０ｂの内面のうち上側の４分の１円周に金網１１を設けている。その他の構成は第１実施形態と同じである。

このように構成した本発明の第３実施形態によれば、後処理装置１２の排気口１２ａから排気と共に導かれた水蒸気が排気管１０で冷却されることによって経験的に知られている最も水滴が付着し易い場所、すなわち図８に示すように排気管１０の屈曲部１０ｂ内面のうち上側の４分の１円周にメッシュ構造である金網１１を配設していることにより、排気管１０の内面全体に金網１１を配設しなくても排気管１０の内壁に付着した水滴の大部分を効果的に補足することができる。また、金網１１を排気管１０の鉛直部１０ａ及び屈曲部１０ｂの内面全体に配設しなくても良いので、金網１１の取付作業を容易に行うことができる。これにより、メッシュ構造である金網１１を有する排気管１０の製作コストをより削減することができ、経済性を向上させることができる。

なお、上述した本発明の各第１〜３実施形態は、凹凸部であるメッシュ構造として金網１１を排気管１０の内面に配設した場合について説明したが、この場合に限らず、金属板をタレットパンチプレス等で打ち抜き加工して複数の貫通孔が設けられた金属加工板を用い、メッシュ構造として金網１１の代わりにこの金属加工板を排気管１０の内面に溶接等で取り付けても良い。この場合には、タレットパンチプレス等による打ち抜き加工によって金属加工板を容易に作製することができるので、排気管１０の内面に凹凸部を配設する作業において作業者の負担を軽減することができる。

１油圧ショベル
２走行体
３旋回体
３ａ旋回フレーム
４フロント作業機
５エンジンルーム
６カウンタウェイト
７キャブ
１０，１８排気管
１０ａ，１８ａ鉛直部
１０ｂ，１８ｂ屈曲部
１０ｃ取付部
１１金網（凹凸部）
１２後処理装置
１２ａ排気口
１４固定部材
１５車体カバー
１６通気口

Claims

旋回体を有する建設機械の前記旋回体内部に設置され、エンジンの排ガスの後処理装置と、この後処理装置で処理され、その排気口から導かれる排気を外部へ排出する排気管とを備え、前記排気管は、前記旋回体の車体カバーに鉛直に配置され、前記後処理装置の前記排気口の周縁部を包含する鉛直部と、この鉛直部から屈曲する屈曲部とを有する建設機械の排気装置において、
前記排気管の前記屈曲部の内面のうち上側部分にのみ、排気の排出方向に複数の凹凸から成る凹凸部を配設したことを特徴とする建設機械の排気装置。
請求項１に記載の建設機械の排気装置において、
前記凹凸部は、少なくとも排気の流れ方向に対して横切る方向の凹凸を有することを特徴とする建設機械の排気装置。
請求項２に記載の建設機械の排気装置において、
前記凹凸部はメッシュ構造から成ることを特徴とする建設機械の排気装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の建設機械の排気装置において、
前記排気管と前記後処理装置の前記排気口の前記周縁部との間から外気を前記排気管内部へ流入させる通気口を有することを特徴とする建設機械の排気装置。