JP5783216B2 - 建設機械の排気構造 - Google Patents
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Description
本発明は油圧ショベル等の建設機械において、エンジンの排ガス及び冷却済みの空気をエンジンルーム外に排出するための排気構造に関するものである。
油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。
油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。
上部旋回体の後端部にはエンジンルームが設けられ、このエンジンルーム内にエンジンとその関連機器(冷却ファン、マフラー、熱交換器等)が設置される。
この油圧ショベルにおいて、エンジンからの排ガス、及び冷却ファンによりエンジンルーム内に吸い込まれて熱交換器等の冷却作用を行った冷却済みの空気(排風)をエンジンルーム外に排出するための排気構造として、特許文献1に示されたものが公知である。
この公知技術を図8に示す。
図8はエンジンルーム1を背面側から見た概略図である。
エンジンルーム1には、エンジン2の一端側に、エンジン2で駆動される冷却用のファン3とラジエータ等の熱交換器4が設けられるとともに、同じ側のエンジンカバー上面壁に吸気口5、反対側の上面壁に排気口6がそれぞれ設けられ、ファン3の回転により、吸気口5から外気を導入して熱交換器4に通し、冷却済み空気(以下、排風という)を排気口6から排出するように構成されている。
一方、エンジン2の他端側には消音器(マフラー)7が設けられ、エンジン2から出る排ガスが、この消音器7、及びこれに接続された排ガス管(尾管)8を通って外部に排出される。
ここで、排ガスは高温であるため、排ガス管8によって直接外部に排出すると周囲の温度環境を悪化させる。
また、排ガス及び排風をそのまま排出する構成では、エンジン音、排気音、排風音等の運転騒音の外部への漏れが大きくなる。
そこで、公知技術においては、図示のようにエンジンルーム1内における排気口6の下部に筒状のダクト9を、上端が排気口6に、下端がエンジンルーム1内にそれぞれ開口する状態で上下方向に設けるととともに、排ガス管8の先端部分8aを噴射管としてダクト9内に下方から上向きに挿入し、この噴射管8aの先端開口からダクト9内に排ガスを噴射させるように構成している。
こうすることにより、排風と排ガスをダクト9内で混合させ、排ガス温度を低下させた上で外部に排出し、同時にダクト内で運転騒音を減少させることとしている。
しかし、この公知技術によると、噴射管8aをダクト9内に上向きに挿入し、排ガスをその先端開口、つまり一点から集中的に噴射する構成をとっているため、排ガスと排風の混合効率が悪くなる。このため、排ガス温度を低下させる点の効果が低いものとなる。
また、排ガスが噴射管8aの先端開口から排気口6に向かってストレートに放出されるため、ダクト9内での排気音の低減効果も低くなる。
これに対し出願人は、この点を改善するために図9に示す技術を提案した。
この提案技術においては、ダクト9を、エンジンルーム1におけるエンジン2の下方に、上端がエンジンルーム1に、下端が排気口6にそれぞれ開口する状態で上下方向に設置し、排ガス管8の先端部分(噴射管)8aをダクト9内にこれをほぼ横断する(排風方向とほぼ直交する)状態で挿入している。
この構成によると、公知技術のように排ガスが排風方向のみにストレートに噴射されるのではなく、ダクト9内に分散して排出されるため、排ガスと排風がダクト断面の広い面積範囲で混合する。このため、混合効率が良くなり、排ガス温度低減効果を高めることができる。
また、排ガスがダクト9内で拡散するため、ダクト内面での反射による音の減衰を含めてダクト9内での減音効果を改善することができる。
ところが、図9に示す提案技術によると、エンジン2の下方でダクト9の上端(排風導入口)が開口するため、このダクト9の上方に、メンテナンス時等に油(燃料油または作動油)が漏れる可能性があるエンジン関連機器(たとえばウォーターセパレータや燃料フィルタ。以下、「ダクト上方機器」という)10が配置されている場合、メンテナンス時等にダクト上方機器10から漏れた油が排ガス管8(噴射管8a)に降りかかる可能性がある。
こうなると、降りかかった油によってメンテナンス時やその後の運転中に噴射管8aから発火するおそれがある。
そこで本発明は、エンジン下方にダクトが上向きに開口して設置され、このダクト内を横断して排ガス管(噴射管)が設けられる構成を前提として、排ガス管を上からの油に対して防護することができる建設機械の排気構造を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、上面に排風導入口を備えたダクトを、エンジンとその関連機器が設置されたエンジンルーム内に設け、冷却ファンにより上記エンジンルーム内に吸い込まれて冷却作用を行った冷却済みの空気を排風として上記ダクトにより外部に排出する一方、エンジンの排ガスを排ガス管によって上記ダクト内に導き、上記排ガス管に設けた複数の排出穴からダクト内に噴射させて上記排風とともに外部に排出するように構成した建設機械の排気構造において、上記ダクトを、上記エンジンルーム内における上記エンジンの下方に設置するとともに、上記排ガス管を、ダクト内の排風方向とほぼ直交してダクト内に挿入し、かつ、上記排ガス管に上から降りかかる油に対して排ガス管を防護する排ガス管カバーを、上記ダクト内におけるこの排ガス管の上方に間隔を置いて設けたものである。
このように、ダクト内における排ガス管の上方に、上から降りかかる油に対して排ガス管を防護する排ガス管カバーを設けたから、メンテナンス時等に上方機器からの油が高温状態の排ガス管に降りかかって発火するおそれがない。
また、排ガス管カバーをダクト内に設けているため、ダクト外に設けた場合のように同カバーによって他の機器、部材のレイアウトに影響を与えたり、これを回避するためにダクトの小型化を迫られたりするおそれがない。
本発明においては、上記排ガス管カバーを、上記排ガス管に対応する細長い板状に形成し、排ガス管の長さ方向に沿って設けるのが望ましい(請求項2〜8)。
この構成によれば、排ガス管カバーの投影面積(上から見た面積)をできるだけ小さくできるため、排ガス管カバーによるダクト内での通風抵抗の増加を抑えることができる。
また、排ガス管カバーのダクト内での占有スペースを排ガス管上方の限られた範囲に抑えることができる。このため、同カバーを設けたことによってダクト内の他の部材の設置スペースが減殺されたり、ダクトを大型化せざるを得なくなったりする弊害が生じない。
この場合、上記排ガス管カバーを、上記排ガス管の全長部分のうち油が降りかかる範囲としての特定の長さ範囲を上から遮蔽する状態で設けるのが望ましい(請求項3)。
こうすれば、排ガス管カバーの長さを必要最小限に抑えて通風抵抗及び占有スペースをさらに小さくすることができる。
また、請求項2または3の構成において、上記排ガス管カバーを、上記排ガス管の直径寸法とほぼ同等の幅寸法をもって形成し、平面視で排ガス管がはみ出さない状態で設けるのが望ましい(請求項4)。
こうすれば、とくに排ガス管カバーによる通風抵抗の増加を最小限に抑えて必要な風量性能を確保することができる。
また、請求項2〜4のいずれかの構成において、上記排ガス管カバーを、平面視での排ガス管の中心線を挟んだ両側部分が先下がりに傾斜する断面形状、とくに断面円弧状に形成するのが望ましい(請求項5,6)。
こうすれば、上からの排風が排ガス管カバーの両側部分の傾斜によって同カバーをスムーズに通過し、とくに断面円弧状とすればこの点の効果が高いため、通風抵抗低減効果がより高いものとなる。
一方、上記排ガス管カバーの下面に断熱材を設けるのが望ましい(請求項7,8)。
こうすれば、同カバーそのものの表面温度の上昇を抑制できるため、メンテナンス時等に作業員が接触しても火傷を負うおそれがない。
この場合、上記断熱材を、上記排ガス管カバーの下面と上記排ガス管の上面の間の隙間を埋める状態で設けるのが望ましい(請求項8)。
こうすれば、排ガス管カバーの断熱性能を高めることができるとともに、排ガス管カバーと排ガス管の間への空気の回り込みがなくなって空気の流れが滑らかになるため、通風抵抗の減少効果が高いものとなる。
本発明によると、エンジン下方にダクトが上向きに開口して設置され、このダクト内を横断して排ガス管(噴射管)が設けられる構成を前提として、排ガス管を上からの油に対して防護することができる。
本発明の実施形態を図1〜図7によって説明する。
実施形態は油圧ショベルを適用対象としている。
第1実施形態(図1〜図4参照)
第1実施形態において、次の点は図9に示す提案技術と同じである。
第1実施形態において、次の点は図9に示す提案技術と同じである。
(i) 図1に示すように、上部旋回体の後端部に形成されたエンジンルーム11にエンジン12、冷却ファン13、マフラー14、熱交換器(図示しない)等の機器類が設置される点。
(ii) 冷却ファン13の回転により、エンジンルーム11内に吸い込まれて熱交換器等の冷却作用を行った冷却済み空気(排風)が筒状のダクト15を通じて排気口16から外部に排出される点。
(iii) マフラー14に接続された排ガス管17の先端部がダクト15内に挿入され、エンジン12からの排ガスがダクト15内で排風と混合されて外部に排出される点。
なお、以下でいうダクト15及び排ガス管17を含む各部についての「左右」は図1の方向性に従うものとする。
排気口16はエンジンルーム11の下面に設けられている。
ダクト15は、上面に排風導入口15a、下面に排風導出口15bを備え、排気口16の上方であってエンジン12の下方に、排風が上から下に流れて排気口16から排出されるように(排風導出口15bが排気口16に臨む状態で)、エンジンルーム11内のエンジン下方に上下方向に設けられている。
図1,2中、18,19はダクト15の左右両側をエンジンルーム11内に取付けるためのダクト取付部材である。
なお、ダクト15の背面を、エンジンルーム11の後方(上部旋回体の後端部)に設けられるカウンタウェイトの前面によって形成してもよい。
第1実施形態においては、排ガス管17の振動の抑制と必要強度の確保を目的として次の構成がとられている。
排ガス管17は、ダクト15外に位置するダクト外部分20と、ダクト15内に挿入されるダクト内部分21(図9中の先端部分8aに相当)とに分けられ、この両部分20,21が接続されて構成される。
ダクト外部分20は、基端側がマフラー14に接続された第1部分22と、先端側がダクト内部分21に接続された第2部分23とに長さ方向に二分割されている。
第2部分23の基端部(第1部分22に接続される端部)23aは、第1部分22よりも大径となった漏斗状に形成され、この大径の基端部23aに第1部分22の先端部が直径方向の隙間S(図1参照)を持って遊挿されることにより、両部分22,23が接続/分離可能に接続されている。
こうして、第1、第2両部分22,23が、長さ方向に相対移動可能で、直径方向にも上記隙間S内で相対移動可能、すなわち上下、左右に位置調節可能となっている。
ここで、第2部分23の基端部23aは図1に示すように左倒れに傾斜して設けられ、この傾斜により、長さ方向と直径方向の位置調節を同時に行い得るように構成されている。
この場合、上記直径方向の隙間Sを、第1、第2両部分22,23の振動による最大振れ幅よりも大きな寸法に設定しておけば、たとえばエンジン振動系の第1部分22が共振しても、第2部分23への伝達を遮断することができる。
また、第1部分22の先端部に先すぼまりのノズル部22aが設けられ、このノズル部22aが第2部分23の基端部23aに遊挿されている。
このダクト外部分20の取付構造として、図1に示すように第1部分22がクランプ部材24を介してエンジンルーム内の固定部分に取付けられている。
また、第2部分23の先端部はダクト15の左側壁を貫通してダクト内に導入され、この導入部分が、ダクト左側壁に取付けられたサポート板25(図2,3参照)によって支持されている。
一方、ダクト内部分21は、ダクト15に対して排風方向とほぼ直交(完全直交でもよいし少し左下がりまたは右下がりに傾斜してもよい)してダクト15内を左右に横断する状態で配置されている。
このダクト内部分21には、ほぼ全長に亘り、下側の半周部分に複数の排出穴26が周方向及び長さ方向に間隔を置いて設けられ、排ガスがこの排出穴26からダクト15内に噴射されて排風とともに外部から排出される。
ダクト内部分21の先端部(右側端部)は、管側及びダクト側両ブラケット27,28とこれらを連結するボルト29、ナット30によってダクト15に着脱自在に取付けられている。
また、基端部(左側端部)は、ダクト15内において、ダクト外部分20(第2部分23)の先端部に嵌入された状態でクリップ31によって分離/接続自在に接続されている。
これにより、ダクト内部分21の基端部が第2部分23及びサポート板25を介してダクト15に取付けられ(支持され)ている。
この排ガス管取付構造によると、次の効果を得ることができる。
(I) 排ガス管17をエンジン振動系(ダクト外部分20)と機体振動系(ダクト内部分21)に分けて別々に固定しているため、基本的に排ガス管17の振動を抑制することができる。
また、ダクト内部分21をダクト15に固定することで排ガス管17全体の共振を避けることが可能となる。
この二点により排ガス管17の振動による破損を防止し、耐久性を向上させることができる。
(II) 排ガス管17のダクト内部分21をダクト15に固定しているため、ダクト内部分21、ひいては排ガス管17全体の強度を高めることができる。
この場合、ダクト内部分21の左右両端部をダクト15に取付けているため、振動抑制及び強度向上効果が一層高くなる。
(III) ダクト内部分21の基端部を、ダクト外部分20(第2部分23)に対してダクト15内で接続/分離可能な状態で接続するとともに、先端部をダクト15に対して管側及びダクト側両ブラケット27,28によってダクト15内で着脱可能な状態で取付けているため、ダクト外部分20に対するダクト内部分21の接続/分離、及びダクト15に対する着脱をダクト15内で行うことができる。
このため、メンテナンス等のためのダクト内部分21の着脱をダクト15の下面開口及び排気口16を利用して簡単に着脱することができる。
(IV) 排ガス管17のダクト外部分20を、マフラー14に接続される第1部分22と、ダクト内部分21に接続される第2部分23とに長さ方向に分割しているため、振動を一層抑えることができる。
(V) 第1部分22の先端部を第2部分23の基端部内に直径方向の隙間Sを持って遊挿した状態で両部分22,23を接続しているため、両部分22,23の長さ方向の位置調節(ダクト外部分20の長さ調節)及び隙間内での直径方向の位置調節が可能となる。
これにより、マフラー14とダクト外部分20、ダクト外部分20とダクト内部分21の位置調節が容易となり、ダクト外部分20、ダクト内部分21、マフラー14、ダクト15の製作誤差や組立誤差を吸収することができる。
また、たとえばエンジン振動系の第1部分22が共振しても、隙間Sにより、その振動の第2部分23への伝達を遮断することが可能となる。
なお、上記のように第1部分22の先端部を第2部分23の基端部内に遊挿する構成に代えて、同様の作用効果を奏する他の構成として両部分22,23を蛇腹状部分を介して接続してもよい。
(VI) 第1部分22の先端部に先すぼまりのノズル部22aを設けたから、このノズル部22aで排ガスの流速を上げて逆流による接続部分からの漏れを防止することができる。
次に、排ガス管カバー32について説明する。
ダクト15内における排ガス管17のダクト内部分21(以下、説明の便宜上、単に「排ガス管」という)の上方に、ウォーターセパレータや燃料フィルタ等の上方機器33から降りかかる油(燃料油または作動油。図1,4中に黒点で示す)に対して排ガス管21を防護するための排ガス管カバー32が間隔を置いて設けられている。
この排ガス管カバー32は、断面への字形、つまり、平面視での排ガス管の中心線を挟んだ前後両側部分が先下がりに傾斜する断面形状を有する、排ガス管21に対応する細長い板状に形成に形成されている。
同カバー32は、左右両端部に上向きに突出する取付アーム34を備え、この両側取付アーム34がダクト15の背面壁にボルト止めされることにより、排ガス管21の長さ方向に沿って、かつ、排ガス管21との間に一定の隙間が形成される状態で排ガス管21と平行に設けられている。
ここで、排ガス管21の直径寸法をD、排ガス管カバー32の幅寸法をWとして、
D=W
に設定され、上から見て排ガス管21が排ガス管カバー32からはみ出さず、かつ、排ガス管カバー32も下から見て排ガス管21からはみ出さない状態となっている。
D=W
に設定され、上から見て排ガス管21が排ガス管カバー32からはみ出さず、かつ、排ガス管カバー32も下から見て排ガス管21からはみ出さない状態となっている。
なお、少しの差を持ってD<Wとなるように設定してもよい。
また、排ガス管カバー32は、排ガス管21の全長部分を遮蔽する状態ではなく、図示のように特定の長さ範囲、つまり、上方機器33から油が降りかかる長さ範囲で排ガス管21を遮蔽する状態で設けられている。
また、排ガス管カバー32の下面にグラスウール等の断熱材35が一定の厚みで設けられている。
この構成によると、次の効果を得ることができる。
(1) 排ガス管カバー32により、メンテナンス時等に上方機器33から落下する油に対して排ガス管21を防護できるため、油が高温状態の排ガス管21に降りかかって発火するおそれがない。
(2) 排ガス管カバー32をダクト15内に設けているため、ダクト15外に設けた場合のように同カバー32によって他の機器、部材のレイアウトに影響を与えたり、これを回避するためにダクト15の小型化を迫られたりするおそれがない。
(3) 排ガス管カバー32を、排ガス管21に対応する細長い板状に形成し、排ガス管21の長さ方向に沿って設けているため、排ガス管カバー32の投影面積(上から見た面積)をできるだけ小さくすることができる。このため、排ガス管カバー32によるダクト15内での通風抵抗の増加を抑えることができる。
また、排ガス管カバー32のダクト15内での占有スペースを排ガス管上方の限られた範囲に抑えることができる。このため、同カバー32を設けたことによってダクト15内の他の部材の設置スペースが減殺されたり、ダクト15を大型化せざるを得なくなったりする弊害が生じない。
(4) 排ガス管カバー32を、排ガス管21の全長部分のうち油が降りかかる範囲を上から遮蔽する状態で設けているため、排ガス管カバー32の長さを必要最小限に抑えて通風抵抗及び占有スペースをさらに小さくすることができる。
(5) 排ガス管カバー32を、排ガス管21の直径寸法Dとほぼ同等の幅寸法Wをもって形成し、平面視で排ガス管21がはみ出さない状態で設けているため、排ガス管カバー32による通風抵抗の増加を最小限に抑えて必要な風量性能を確保することができる。
(6) 排ガス管カバー32を、平面視での排ガス管21の中心線を挟んだ両側部分が先下がりに傾斜する断面への字形に形成しているため、上からの排風が排ガス管カバー32の両側部分の傾斜によって同カバー32をスムーズに通過する。このため、通風抵抗低下効果がより高いものとなる。
(7) 排ガス管カバー32の下面に断熱材35を設けているため、同カバー32そのものの表面温度の上昇を抑制することができる。このため、メンテナンス時等に作業員が接触しても火傷を負うおそれがない。
他の実施形態(図5〜図7参照)
第1実施形態との相違点のみを説明する。
第1実施形態との相違点のみを説明する。
図5に示す第2実施形態においては、断熱材35が、排ガス管カバー32の下面と排ガス管21の上面との間の隙間を埋める状態で設けられている。
こうすれば、排ガス管カバー32の断熱性能を高めることができるとともに、排ガス管カバー32と排ガス管21の間への空気の回り込みがなくなって空気の流れが一層滑らかになるため、通風抵抗の減少効果がより高いものとなる。
図6に示す第3実施形態においては、排ガス管カバー32が断面円弧状に形成されている。
こうすれば、上からの排風が排ガス管カバー32の円弧面によって両側にスムーズに振り分けられるため、通風抵抗低減効果がより高いものとなる。
図7に示す第4実施形態においては、排ガス管21が、長径寸法A、短径寸法Bを有する断面楕円形に形成され、長径が排風方向と一致する状態(短径が排風に面する縦長の扁平状態)でダクト15内に配置されている。
こうすれば、断面積が同一の条件下で、第1〜第3各実施形態のように排ガス管21を断面真円形とした場合と比較して、上から見た排ガス管21の投影面積を小さくし、ダクト断面積に占める排ガス管21の割合(通風障害の度合い)を小さくすることができる。
また、排ガス管21の短径寸法Bに合わせて排ガス管カバー32の幅寸法Wも小さくすることができる。
これにより、通風抵抗の増加を抑える点の効果が高いものとなる。
あるいは、第4実施形態のバリエーションとして、排ガス管21を、合計の断面積が第1実施形態と同じとなる条件下で小径の複数本の管体に分け、これらを上下に間隔を置いて、かつ、上から見て重なる状態でダクト15内に配置してもよい。
この構成によっても、基本的に第4実施形態と同じ効果を得ることができる。
なお、図6,7においては断熱材の図示を省略しているが、第1実施形態と同様にカバー下面に一定厚みで設けてもよいし、第2実施形態のようにカバー下面と排ガス管21の上面との間の隙間を埋める状態で設けてもよい。
また、図7に示す第4実施形態において、排ガス管カバー32を断面への字形に形成してもよい。
ところで、他の実施形態として、排ガス管カバー32を、排ガス管21を全長部分でカバーする状態で設けてもよい。
また、本発明は油圧ショベルに限らず、エンジンルームを備え、冷却用空気と排ガスをこのエンジンルームから外部に排出する構成をとる他の建設機械にも上記同様に実施することができる。
11 エンジンルーム
12 エンジン
13 冷却ファン
14 マフラー
15 ダクト
15a 排風導入口
15b 排風導出口
16 排気口
17 排ガス管
20 排ガス管のダクト外部分
21 同、ダクト内部分(排ガス管)
32 排ガス管カバー
33 上方機器
34 取付アーム
35 断熱材
12 エンジン
13 冷却ファン
14 マフラー
15 ダクト
15a 排風導入口
15b 排風導出口
16 排気口
17 排ガス管
20 排ガス管のダクト外部分
21 同、ダクト内部分(排ガス管)
32 排ガス管カバー
33 上方機器
34 取付アーム
35 断熱材
Claims (8)
- 上面に排風導入口を備えたダクトを、エンジンとその関連機器が設置されたエンジンルーム内に設け、冷却ファンにより上記エンジンルーム内に吸い込まれて冷却作用を行った冷却済みの空気を排風として上記ダクトにより外部に排出する一方、エンジンの排ガスを排ガス管によって上記ダクト内に導き、上記排ガス管に設けた複数の排出穴からダクト内に噴射させて上記排風とともに外部に排出するように構成した建設機械の排気構造において、上記ダクトを、上記エンジンルーム内における上記エンジンの下方に設置するとともに、上記排ガス管を、ダクト内の排風方向とほぼ直交してダクト内に挿入し、かつ、上記排ガス管に上から降りかかる油に対して排ガス管を防護する排ガス管カバーを、上記ダクト内におけるこの排ガス管の上方に間隔を置いて設けたことを特徴とする建設機械の排気構造。
- 上記排ガス管カバーを、上記排ガス管に対応する細長い板状に形成し、排ガス管の長さ方向に沿って設けたことを特徴とする請求項1記載の建設機械の排気構造。
- 上記排ガス管カバーを、上記排ガス管の全長部分のうち油が降りかかる範囲としての特定の長さ範囲を上から遮蔽する状態で設けたことを特徴とする請求項2記載の建設機械の排気構造。
- 上記排ガス管カバーを、上記排ガス管の直径寸法とほぼ同等の幅寸法をもって形成し、平面視で排ガス管がはみ出さない状態で設けたことを特徴とする請求項2または3記載の建設機械の排気構造。
- 上記排ガス管カバーを、平面視での排ガス管の中心線を挟んだ両側部分が先下がりに傾斜する断面形状に形成したことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の建設機械の排気構造。
- 上記排ガス管カバーを断面円弧状に形成したことを特徴とする請求項5記載の建設機械の排気構造。
- 上記排ガス管カバーの下面に断熱材を設けたことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の建設機械の排気構造。
- 上記断熱材を、上記排ガス管カバーの下面と上記排ガス管の上面の間の隙間を埋める状態で設けたことを特徴とする請求項7記載の建設機械の排気構造。
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