JP5812038B2 - 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垂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、冷却ファン、マフラー、熱交換器等の機器類が設置される。
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１，２に示されたものが公知である。
これら公知技術においては、エンジンルーム内に上下両側が開口した筒状のダクトを設けるとともに、排ガス管の先端部をダクト内に挿入し、排風及び排ガスをダクト内で混合させることにより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低減させるようにしている。
特開平３−２２９９０７号公報 特開２０１３−０２４０７８号公報
公知技術のように、排ガス管の先端部をダクト内に挿入する構成をとると、排ガス管をダクトとは無関係に最短距離で外部に導出する場合よりも排ガス管が長尺となるため、基本的に排ガス管の振動が大きくなる。
また、排ガス管はマフラーに接続され、マフラーはエンジンに連結されているため、排ガス管はエンジン振動系となってエンジンと一体に振動するが、このとき「共振」が発生すると排ガス管全体の振れがより大きくなって破損に至る等、耐久性に問題が生じる。
一方、排ガス管が長くなる分、その強度の確保が問題となる。
そこで本発明は、排ガス管の先端部をダクト内に挿入して排ガスを排風とともにダクトを通じて排出する構成を前提として、排ガス管の振動を抑制できるとともに、その必要強度を確保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、エンジンルーム内にダクトを設け、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、上記排ガス管を、上記ダクト内に挿入されるダクト内部分と、ダクト外に位置するダクト外部分に分け、上記ダクト内部分を上記ダクトに取付け、かつ、上記ダクト内部分とダクト外部分とを接続したものである。
この構成によれば、排ガス管をエンジン振動系(ダクト外部分)と機体振動系(ダクト内部分)に分けて別々に固定できるため、基本的に排ガス管の振動を抑制することができる。
また、ダクト内部分をダクトに固定することで排ガス管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。
また、排ガス管のダクト内部分を固定することで、ダクト内部分、ひいては排ガス管全体の強度を高めることができる。
本発明において、上記排ガス管のダクト内部分を、上記ダクトに対して排風方向とほぼ直交してダクト内を横断する状態で配置し、このダクト内部分の両端部をダクトに取付けるのが望ましい(請求項２)。
この構成によれば、ダクト内部分を両端部でダクトに固定できるため、振動抑制及び強度向上効果が一層高くなる。
また本発明においては、上記排ガス管のダクト内部分を、上記ダクト外部分に対して上記ダクト内で接続／分離可能な状態で接続するとともに、上記ダクトに対してダクト内で着脱可能な状態で取付けるのが望ましい(請求項３)。
この構成によれば、ダクト外部分に対するダクト内部分の接続／分離、及びダクトに対する着脱をダクト内で行うことができるため、メンテナンス等のためのダクト内部分の着脱をダクトの排風口を利用して簡単に着脱することができる。
本発明において、上記ダクトを、排風口が下方に位置し、排風が上から下に流れるように上下方向に設ける一方、上記排ガス管のダクト内部分の先端に管側ブラケット、上記ダクトにダクト側ブラケットをそれぞれ設け、上記管側ブラケットが上になって上記ダクト内部分の重量が上記ダクト側ブラケットで支えられる状態で、上記両ブラケットを下方から締結するように構成するのが望ましい(請求項４〜６)。
この構成によれば、ダクト内部分をその重量がダクトで支えられた状態でボルト着脱できるため、ダクト内の着脱を少ない労力で容易に行うことができる。
この場合、上記管側及びダクト側両ブラケットを、ダクト内部分の長さ方向に位置調節可能に締結するのが望ましい(請求項５)。
こうすれば、両ブラケットの位置調節によって、ダクト内部分をダクト外部分との関係において長さ方向に位置調節できるため、両部分の接続に影響を与える各部の組立誤差や製作誤差を吸収することができる。
また、上記管側ブラケットを、水平部と垂直部から成るＬ字形に形成し、上記管側ブラケットを上記ダクト内部分の先端に、その垂直部が上記ダクト内部分の先端開口を閉塞する状態で取付け、上記水平部を上記ダクト側ブラケット上に締結するように構成するのが望ましい(請求項６)。
この構成によれば、ダクト内部分の先端開口を閉塞することによって排出穴からの排ガスの噴射量を増やし、ダクト内での拡散効果を高めることができる。
しかも、管側ブラケットを閉塞部材として兼用するため、コスト及び組立の点で有利となる。
さらに本発明においては、上記排ガス管のダクト外部分を、マフラーに接続される第１部分と、上記ダクト内部分に接続される第２部分とに長さ方向に分割し、上記第１及び第２両部分のうちの一方の端部を他方の端部内に直径方向の隙間を持って遊挿することによって両部分を接続するのが望ましい(請求項７)。
こうすれば、ダクト外部分をさらに分割することによって振動を一層抑えることができる。
また、一方の部分の端部を他方の部分の端部に遊挿して接続しているため、両部分の長さ方向の位置調節(ダクト外部分の長さ調節)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、マフラーとダクト外部分、ダクト外部分とダクト内部分の位置調節が容易となり、ダクト外部分、ダクト内部分、マフラー、ダクトの製作誤差や組立誤差を吸収することができる。
この場合、上記直径方向の隙間を、第１、第２両部分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部分が共振しても、第２部分への伝達を遮断することができる。
本発明において、上記ダクト外部分における第１部分の先端部を上記第２部分の基端部に遊挿して両部分を接続し、上記第１部分の先端部に先すぼまりのノズル部を設けるのが望ましい(請求項８)。
この構成によれば、ノズル部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。
本発明によると、排ガス管の振動を抑制できるとともに、その必要強度を確保することができる。
本発明の実施形態に係る排気構造が設けられたエンジンルームの一部断面背面図である。 図１の一部を拡大した図である。 実施形態に係る排気構造を示す斜視図である。 図３と異なる方向から見た斜視図である。 ダクトに対する排ガス管先端部の取付構造を示す一部拡大分解斜視図である。
本発明の実施形態を図１〜図５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。
実施形態において、次の点は公知技術と同じである。
(Ａ) 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１にエンジン２、冷却ファン３、マフラー４、熱交換器(図示しない)等の機器類が設置される点。
(Ｂ) 冷却ファン３の回転により、エンジンルーム１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５を通じて排気口６から外部に排出される点。
(Ｃ) マフラー４に接続された排ガス管７の先端部がダクト５内に挿入され、エンジン２からの排ガスがダクト５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５及び排ガス管７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６はエンジンルーム１の下面に設けられている。
ダクト５は、上面に導入口５ａ、下面に排風口５ｂを備え、排気口６の上方であってエンジン２の下方に、排風が上から下に流れて排気口６から排出されるように(排風口５ｂが排気口６に臨む状態で)、エンジンルーム１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、８，９はダクト５の左右両側をエンジンルーム１内に取付けるためのダクト取付部材である。
排ガス管７は、ダクト外に位置するダクト外部分１０と、ダクト５内に挿入されるダクト内部分１１とに分けられ、この両部分１０，１１が接続されて構成される。以下に詳述する。
ダクト外部分１０
ダクト外部分１０は、基端側がマフラー４に接続／分離可能に接続された第１部分１２と、先端側がダクト内部分１１に接続／分離可能に接続された第２部分１３とに長さ方向に二分割されている。
第２部分１３の基端部(第１部分１２に接続される端部)１３ａは、第１部分１２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１３ａに第１部分１２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１２，１３が接続／分離可能に接続されている。
これにより、第１、第２両部分１２，１３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、基端部１３ａは図示の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１２，１３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１２が共振しても、第２部分１３への伝達を遮断することができる。
また、第１部分１２の先端部に先すぼまりのノズル部１２ａが設けられ、このノズル部１２ａが第２部分１３の基端部１３ａに遊挿されている。
このダクト外部分１０の取付構造として、図１に示すように第１部分１２がクランプ部材１４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１３の先端部はダクト５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１５(図２参照)によって支持されている。
ダクト内部分１１
ダクト内部分１１は、ダクト５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５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１１には、ほぼ全長に亘り、下側の半周部分に複数の排出穴１６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１６からダクト５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１１は、先端部(右側端部)及び基端部(左側端部)がダクト５に取付けられる。その取付構造は次の通りである。
先端部取付構造
ダクト内部分１１の先端に管側ブラケット１７、ダクト５の右側壁内面にダクト側ブラケット１８がそれぞれ設けられ、管側ブラケット１７が上になってダクト内部分１１の重量がダクト側ブラケット１８(ダクト５)で支えられる状態で、両ブラケット１７，１８が下方から差し込まれたボルト１９及びナット２０で着脱自在に締結される。
さらに詳しくは、両ブラケット１７，１８は、いずれも水平部１７ａ，１８ａと垂直部１７ｂ，１８ｂ(図の複雑化を避けるため図５のみに符号を付している)から成るＬ字板状に形成され、垂直部１７ｂ，１８ｂがそれぞれダクト内部分１１の先端、ダクト右側壁内面に溶接等によって取付けられるとともに、互いの水平部１７ａ，１８ａ同士が上記のようにボルト締結される。
ここで、管側ブラケット１７の垂直部１７ｂは、ダクト内部分１１の先端開口を閉塞する状態で取付けられている。
また、図５に示すように、両ブラケット１７，１８の水平部１７ａ，１８ａには、左右に長いボルト穴２１，２２が設けられ、このボルト穴２１，２２の長さ範囲で両ブラケット１７，１８をダクト内部分１１の長さ方向(左右方向)に位置調節可能に締結するように構成されている。すなわち、ダクト内部分１１の右側取付位置を左右方向に調節できるようになっている。
なお、両ボルト穴２１，２２の一方のみを長穴としてもよい。また、長穴でなく、前後方向の位置調節も可能となる所謂ばか穴としてもよい。
基端部取付構造
ダクト内部分１１の基端部(左側端部)は、ダクト５内において、ダクト外部分１０(第２部分１３)の先端部に嵌入された状態でクリップ２３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１１の基端部が第２部分１３及びサポート板１５を介してダクト５に取付けられ(支持され)ている。
以上の構成によると、次の効果を得ることができる。
(Ｉ) 排ガス管７をエンジン振動系(ダクト外部分１０)と機体振動系(ダクト内部分１１)に分けて別々に固定しているため、基本的に排ガス管７の振動を抑制することができる。
また、ダクト内部分１１をダクト５に固定することで排ガス管７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７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７のダクト内部分１１をダクト５に固定しているため、ダクト内部分１１、ひいては排ガス管７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１１の左右両端部をダクト５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１１の基端部を、ダクト外部分１０(第２部分１３)に対してダクト５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５に対して管側及びダクト側両ブラケット１７，１８によってダクト５内で着脱可能な状態で取付けているため、ダクト外部分１０に対するダクト内部分１１の接続／分離、及びダクト５に対する着脱をダクト５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１１の着脱をダクト５の下面開口及び排気口６を利用して簡単に着脱することができる(図１，３参照)。
(ＩＶ) ダクト内部分１１を、その重量がダクト５で支えられた状態でボルト着脱できるため、ダクト５内の着脱を少ない労力で簡単に行うことができる。
(Ｖ) 管側ブラケット１７を、水平部１７ａと垂直部１７ｂから成るＬ字形に形成し、垂直部１７ｂがダクト内部分１１の先端開口を閉塞する状態で取付けたから、排出穴１６からの排ガスの噴射量を増やし、ダクト５内での拡散効果を高めることができる。
しかも、管側ブラケット１７を閉塞部材として兼用するため、コスト及び組立の点で有利となる。
(ＶＩ) 排ガス管７のダクト外部分１０を、マフラー４に接続される第１部分１２と、ダクト内部分１１に接続される第２部分１３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。
(ＶＩＩ) 第１部分１２の先端部を第２部分１３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１２，１３を接続しているため、両部分１２，１３の長さ方向の位置調節(ダクト外部分１０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４とダクト外部分１０、ダクト外部分１０とダクト内部分１１の位置調節が容易となり、ダクト外部分１０、ダクト内部分１１、マフラー４、ダクト５の製作誤差や組立誤差を吸収することができる。
また、前記のようにたとえばエンジン振動系の第１部分１２が共振しても、上記隙間Ｓにより、その振動の第２部分１３への伝達を遮断することが可能となる。
(ＶＩＩＩ) 第１部分１２の先端部に先すぼまりのノズル部１２ａを設けたから、このノズル部１２ａ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。
他の実施形態
(１) 上記実施形態では、ダクト内部分１１の基端部を、ダクト外部分１０の第２部分１３との接続部分及びサポート板１５を介して間接的にダクト５に取付ける構成をとったが、接続部分とは別に独立してダクト５に取付ける構成をとってもよい。
(２) ダクト内部分１１の先端部の取付構造として、位置調節機能が不要の場合は同部分先端部をブラケットによって直接ダクト５に取付けてもよい。
(３) 上記実施形態では、ダクト外部分１０の第２部分１３の基端部を漏斗状に広げてここに第１部分１２を遊挿する構成をとったが、ノズル機能が不要の場合は、逆に、第１部分の先端部を漏斗状に広げてここに第２部分１３の基端部を遊挿する構成をとってもよい。
(４) ダクト外部分１０の位置調節機能が不要の場合は、ダクト外部分１０を一本物として構成してもよい。
(５) 本発明は油圧ショベルに限らず、エンジンルームを備え、冷却済み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適用することができる。
１ エンジンルーム
３ 冷却ファン
４ マフラー
５ ダクト
５ｂ 排風口
６ 排気口
７ 排ガス管
１０ 排ガス管のダクト外部分
１１ 同、ダクト内部分
１２ ダクト外部分の第１部分
１２ａ ノズル部
１３ ダクト外部分の第２部分
１３ａ 第２部分の基端部
１５ ダクト内部分の基端部をダクトに取付けるためのサポート板
１６ ダクト部分の排出穴
１７ ダクト内部分の先端部をダクトに取付けるための管側ブラケット
１８ 同、ダクト側ブラケット
１７ａ，１８ａ 両ブラケットの水平部
１７ｂ，１８ｂ 同、垂直部
１９ 両ブラケットを連結するボルト
２０ 同、ナット
２１ 両ブラケットのボルト穴
２３ ダクト内部分とダクト外部分を接続するクリップ

Claims (8)

  1. エンジンルーム内にダクトを設け、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、上記排ガス管を、上記ダクト内に挿入されるダクト内部分と、ダクト外に位置するダクト外部分に分け、上記ダクト内部分を上記ダクトに取付け、かつ、上記ダクト内部分とダクト外部分とを接続し、
    上記排ガス管のダクト内部分の両端部を上記ダクトに取付け、上記ダクト内部分のうち当該ダクト内部分の両端部の間に前記複数の排出穴を設けたことを特徴とする建設機械の排気構造。
  2. 上記排ガス管のダクト内部分を、上記ダクトに対して排風方向とほぼ直交してダクト内を横断する状態で配置し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。
  3. 上記排ガス管のダクト内部分を、上記ダクト外部分に対して上記ダクト内で接続／分離可能な状態で接続するとともに、上記ダクトに対してダクト内で着脱可能な状態で取付けたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の排気構造。
  4. 上記ダクトを、排風口が下方に位置し、排風が上から下に流れるように上下方向に設ける一方、上記排ガス管のダクト内部分の先端に管側ブラケット、上記ダクトにダクト側ブラケットをそれぞれ設け、上記管側ブラケットが上になって上記ダクト内部分の重量が上記ダクト側ブラケットで支えられる状態で、上記両ブラケットを下方から締結するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の排気構造。
  5. 上記管側及びダクト側両ブラケットを、ダクト内部分の長さ方向に位置調節可能に締結したことを特徴とする請求項４記載の建設機械の排気構造。
  6. 上記管側ブラケットを、水平部と垂直部から成るＬ字形に形成し、上記管側ブラケットを上記ダクト内部分の先端に、その垂直部が上記ダクト内部分の先端開口を閉塞する状態で取付け、上記水平部を上記ダクト側ブラケット上に締結するように構成したことを特徴とする請求項４または５記載の建設機械の排気構造。
  7. 上記排ガス管のダクト外部分を、マフラーに接続される第１部分と、上記ダクト内部分に接続される第２部分とに長さ方向に分割し、上記第１及び第２両部分のうちの一方の端部を他方の端部内に直径方向の隙間を持って遊挿することによって両部分を接続したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械の排気構造。
  8. 上記ダクト外部分における第１部分の先端部を上記第２部分の基端部に遊挿して両部分を接続し、上記第１部分の先端部に先すぼまりのノズル部を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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