JP5996449B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンから排出された排気ガスを処理する排気ガス処理装置を有する建設機械に関する。

従来より、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）を搭載した油圧ショベル等の建設機械では、エンジンの排気系に排気ガス処理装置が設置されている。エンジンからの排気ガスは排気管の下流側に設けた排気ガス処理装置で浮遊粒子状物質（ＰＭ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等が除去された後、大気中に放出される構成とされている。

従来、この排気ガス処理装置は、エンジン室内においてエンジンに一体的に取り付けられる構成とされていた。また、特許文献１の図５及び図６に示されるように、排気ガス処理装置を構成するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と選択還元型触媒（ＳＣＲ）を分離し、それぞれをエンジンに並列に取り付けることも行われていた。

特開２００９−１８４５５８号公報

しかしながら近年では、高次の排ガス規制が要求されており、この高次の排ガス規制に対応するために排気ガス処理装置（ＤＰＦ及びＳＣＲ等）が大型化及び重量化する傾向にある。排気ガス処理装置が大型化及び重量化した場合、これをエンジンに支持させることは困難となる。このため、旋回体内に設けられたハウスフレームに排気ガス処理装置を支持させる構成が提案されている。

ところで、エンジンには冷却ファンが設けられており、この冷却ファンを回転させることにより冷却風を生成する構成とされている。この冷却風により、熱交換装置においてエンジンの冷却水、油圧機器の作動油等は冷却される。また、熱交換装置を通過した冷却風は、エンジン側部を通過してエンジン室の外部に放出される。

しかしながら、排気ガス処理装置は、熱交換装置の配設位置に対してエンジンを介して反対側に配設される。即ち、排気ガス処理装置は、冷却風の流れ方向に対してエンジンの下流側に配設された構成とされている。

このようにエンジンの下流側に大型化した排気ガス処理装置が設けられた場合、冷却風の流路が排気ガス処理装置により妨げられ、エンジン室から良好に排出されなくなる。よって、熱交換装置における熱交換効率が低下し、ヒートバランスが悪化するおそれがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ハウスフレームに排気ガス処理装置を設けても、冷却風の流れを確保しうる建設機械を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載され、冷却ファンを駆動することにより冷却風を生成するエンジンと、
該エンジンから排出された排気ガスを処理する排気ガス処理装置と、
前記冷却風の流れに対し前記エンジンの下流側に配設されたハウスフレームとを有した建設機械であって、
前記排気ガス処理装置は、
第１の排気ガス処理部と第２の排気ガス処理部とを有していること、
前記ハウスフレームは、
前記上部旋回体の旋回フレームに下部が固定されたフレーム本体と、該フレーム本体の上部に配設される前記第１の排気ガス処理部と前記第２の排気ガス処理部を支持する支持体を有しており、
前記フレーム本体の前記冷却風の上流側で、且つ前記エンジンと対向する位置にファイアーウォールが設けられており、前記支持体に前記冷却風が流れる導風路が形成されている、
ことを特徴とする建設機械により解決することができる。

開示の発明によれば、ハウスフレームに冷却風が流れる導風路を形成したことにより、冷却風の流路を確保することができ、ヒートバランスの低下を防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態である建設機械の側面図である。 図２は、本発明の一実施形態である建設機械のエンジン室の概略構成を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態である建設機械のエンジン室を部分拡大した斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態である建設機械に配設されるハウスフレームを示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態である建設機械に配設されるハウスフレームを示す側面図である。 図６は、本発明の一実施形態である建設機械に配設されるハウスフレームを示す正面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は本発明の一実施形態である建設機械を示している。本実施形態では、建設機械として油圧ショベル１を例に挙げて説明する。

油圧ショベル１は、大略すると自走可能なクローラ式の下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とにより略構成されている。また、上部旋回体３の前部側には作業アタッチメント４が設けられている。

この作業アタッチメント４は、ブーム６、アーム９、及びバケット１０等を有している。ブーム６は、後述の旋回フレーム５に俯仰動可能に取り付けられている。アーム９は、ブーム６の先端側に回動可能に取り付けられている。また、バケット１０は、アーム９の先端側に回動可能に取り付けられている。

ブームシリンダ１２は、旋回フレーム５とブーム６との間に配設されている。このブームシリンダ１２により、ブーム６は旋回フレーム５に対して俯仰動する。アームシリンダ１３は、ブーム６とアーム９との間に配設されている。このアームシリンダ１３により、アーム９はブーム６に対して回動動作する。更にバケットシリンダ１４は、バケット１０とアーム９との間に配設されている。このバケットシリンダ１４により、バケット１０はアーム９に対して回動する。

上部旋回体３は、下部走行体２上に旋回機構１６を介して旋回自在に設置されている。この上部旋回体３には、図１に加え図２に示すように、旋回フレーム５、キャブ８、カウンタウエイト１５、外装カバー（外装体）１８、エンジンフード１７ａ、エンジン２０、熱交換装置２４、排気ガス処理装置３０、ハウスフレーム３５、及び接続装置５０Ａ，５０Ｂ等が配設されている。

キャブ８は旋回フレーム５上に設けられており、その内部には運転席（図示せず）が設けられている。オペレータはキャブ８内の運転席に着座し、油圧ショベル１の運転操作を行う。

カウンタウエイト１５は、作業アタッチメント４との重量バランスをとる機能を奏する。また、外装カバー１８及びエンジンフード１７ａは、エンジン室１７内に配設されたエンジン２０，熱交換装置２４，及び排気ガス処理装置３０等を覆うものである。

次に、エンジン室１７内の構成について説明する。

図２はエンジン室１７の内部構成を示す概略構成図であり、図３はエンジン室１７のエンジン２０の近傍を拡大して示す斜視図である。

エンジン室１７内には、エンジン２０、熱交換装置２４、排気ガス処理装置３０、及びハウスフレーム３５等が配設されている。

エンジン２０は、旋回フレーム５に配設されたエンジン取り付け座２１の上部に、マウント２２を介して支持されている。マウント２２は防振マウントであり、エンジン２０で発生する振動が旋回フレーム５に伝達されるのを防止している。

エンジン２０のＸ１方向側（図中左側）には、冷却ファン２３が配設されている。また、冷却ファン２３のＸ１方向側には熱交換装置２４が配設されている。

冷却ファン２３は、エンジン２０により回転駆動される。冷却ファン２３が回転駆動されることより、外気が冷却風３９としてエンジン室１７内に取り込まれる。熱交換装置２４は、このエンジン室１７に取り込まれた冷却風３９により熱交換処理を行う。

冷却風３９は、図２に矢印で示すように図中右方向に流れる。よって、図中矢印Ｘ１方向側が冷却風上流側となり、図中矢印Ｘ２方向が冷却風下流側となる。

熱交換装置２４は、エンジン２０内を流れる冷却水を冷却するラジエータ、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４等の油圧機器の作動油の放熱をするためのオイルクーラ及びエンジンに供給される過給空気を冷却するためのインタークーラが並設されたラジエータユニット２４Ａと、図示しない燃料タンクに戻る余剰燃料を冷却する燃料クーラ２４Ｂと、エアコン用のコンデンサ２４Ｃとを有して構成されている。

この冷却水、作動油、過給空気、及び余剰燃料等は、冷却風３９により冷却される。従って、冷却風３９は熱交換装置２４を通過することにより温度が上昇する。

またエンジン２０のＸ２方向側には、油圧ポンプ２７が一体的に取り付けられている。油圧ポンプ２７は、作業アタッチメント４を駆動するブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４等の油圧源である。この油圧ポンプ２７もエンジン２０により駆動される。

エンジン２０から排出された排気ガスは、排気ガス処理装置３０により浄化処理が行われる。エンジン２０から排出される排気ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が含まれることがあり、これらを浄化するためにエンジン２０には排気ガス処理装置３０が接続されている。

この排気ガス処理装置３０は、排気ガス中に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ３１（請求項に記載の第１の排気ガス処理部に相当する。以下、ＤＰＦという）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する選択的還元剤（例えば、尿素等）を用いて還元除去する選択還元型触媒３２（請求項に記載の第２の排気ガス処理部に相当する。以下、ＳＣＲという）等が設けられている。また、ＤＰＦ３１はその上流側に前段酸化触媒を備えており、ＳＣＲ３２はその下流側に後段酸化触媒を備えている。なお、ＤＰＦ３１は酸化触媒担持型フィルタ（ＣＳＦ）としてもよい。

排気ガス処理装置３０及び排気ガス処理装置３０を支持するハウスフレーム３５を、図２に加えて図４乃至図６に示す。

排気ガス処理装置３０は、上記のようにエンジン２０から排気される排気ガスを浄化するものであるため、エンジン２０の近傍位置に配設される。また、冷却風３９の流れ方向に対しエンジン２０の上流側には熱交換装置２４が配設されているため、排気ガス処理装置３０は冷却風３９の流れ方向に対しエンジン２０の下流側（Ｘ２方向側）に配設される。

また前記したように近年では、高次の排ガス規制が要求されており、この高次の排ガス規制に対応するために排気ガス処理装置３０を構成するＤＰＦ３１及びＳＣＲ３２は大型化及び重量化している。このため従来のように排気ガス処理装置３０をエンジン２０に取り付けることは困難であり、よって本実施形態では排気ガス処理装置３０をハウスフレーム３５に取り付け、このハウスフレーム３５に支持させる構成としている。

また、排気ガス処理装置３０を構成するＤＰＦ３１とＳＣＲ３２を一列に並べて配設した場合、その長さはエンジン幅に比べて長くなってしまい、エンジン室１７のコンパクトが図れない。このため本実施形態では、ＤＰＦ３１とＳＣＲ３２を分離させ、ＤＰＦ３１とＳＣＲ３２を略平行となるよう並設した構成としている。

エンジン２０から排出された排気ガスは、排気ガス配管２９を介してＤＰＦ３１に導入され第１段の浄化処理が行われた後、図示しない配管を介してＳＣＲ３２に送られ第２段の浄化処理が行われ、その後に排気管４１及びテールパイプ２５を介して機体外部に排出される。なお、エンジン２０及び排気ガス処理装置３０の上部には、エンジンフード１７ａが設けられている。

ハウスフレーム３５は、前記のように排気ガス処理装置３０を支持する機能を奏するものである。このハウスフレーム３５は、旋回フレーム５上に設けられている。また、ハウスフレーム３５の配設位置は、冷却風３９の流れ方向に対しエンジン２０の下流側（Ｘ２方向側）に設定されている。

ハウスフレーム３５は、フレーム本体３６と、支持体３７とを有している。フレーム本体３６は、その下部が旋回フレーム５に固定されている。また、フレーム本体３６の内部には、油圧ポンプ２７と接続された油圧系の部品が配設されている。このため、フレーム本体３６には、これらの油圧系の部品とエンジン２０とを遮蔽するためのファイヤーウォール４２が設けられている。

支持体３７は、フレーム本体３６の上部に配設されている。この支持体３７は、図３、図４、及び図６に示すように箱状の形状を有している。排気ガス処理装置３０を構成するＤＰＦ３１は、支持体３７の側部に取り付けられている。また、ＤＰＦ３１は支持体３７の上部に取り付けられている。

このように、排気ガス処理装置３０がハウスフレーム３５に取り付けられることにより、排気ガス処理装置３０はエンジン２０と分離される。そして、排気ガス処理装置３０は、ハウスフレーム３５を介して旋回フレーム５上に取り付けられた構成となる。

ここで、排気ガス処理装置３０及びハウスフレーム３５について更に詳細に説明する。

前記のようにハウスフレーム３５は、冷却風３９の流れ方向に対してエンジン２０の下流側に配置されている。このハウスフレーム３５は、その下部に油圧系の部品が配設され、またエンジン２０と対向する位置にファイヤーウォール４２が配設されているため、冷却ファン２３で生成された冷却風３９はハウスフレーム３５によりその流れが妨げられる。

また、ハウスフレーム３５の上部には、排気ガス処理装置３０を構成するＤＰＦ３１及びＳＣＲ３２が設けられている。前記のように、排気ガス処理装置３０は大型化しており、エンジン室１７のエンジンフード１７ａの近傍まで配設された構成となっている。よって冷却ファン２３で生成された冷却風３９は、この排気ガス処理装置３０によってもその流れが妨げられる。

そこで本実施形態では、図３乃至図６に示すように、ハウスフレーム３５に冷却風３９が流れる（通過できる）導風路３８を形成した。本実施形態では、フレーム本体３６の上部に配設された支持体３７に導風路３８を形成した構成としている。

前記のように支持体３７は箱形状とされており、矩形の枠体４３の内部にＬ字形状の仕切り板４０が配設された構成とされている。また隣接する仕切り板４０の間には空間が形成されるよう構成されており、この空間部分が導風路３８を構成する。

上記のように導風路３８を設けることにより、この導風路３８はファイヤーウォール４２等が設けられたフレーム本体３６の上部で、かつ排気ガス処理装置３０の下部に位置した構成となる。よって図２に示すように、エンジン２０のＸ２方向側において、下部（Ｚ２方向側）がファイヤーウォール４２等により冷却風３９の流れが妨げられ、また上部（Ｚ１方向側）が排気ガス処理装置３０により冷却風３９の流れが妨げられたとしても、排気ガス処理装置３０とファイヤーウォール４２との間において冷却風３９は導風路３８を通り下流側（Ｘ２方向側）に流れる。

このように、冷却風３９の流れに対しエンジン２０の下流側において、冷却風３９の流れが確保されることにより、エンジン室１７内に熱交換装置２４を通過することにより温度が上昇した冷却風３９の流れが悪化しヒートバランスが低下することを防止することができる。よって、熱交換装置２４において、冷却風３９によりエンジン冷却水等の冷却を効率良く行うことができる。

また本実施形態では、排気ガス処理装置３０を構成するＤＰＦ３１とＳＣＲ３２を冷却風３９の流れ方向及び上部旋回体３の上下方向にずらして配置（オフセット）した構成としている。具体的には、ＤＰＦ３１とＳＣＲ３２をＸ１，Ｘ２方向（冷却風３９の流れ方向）やＺ１，Ｚ２方向（上部旋回体３の上下方向）に沿って並べるのではなく、相対的にＤＰＦ３１に対してＳＣＲ３２をＸ２方向側且つＺ１方向側にずらして配置した構成としている。

この構成することにより、エンジン室１７の低背化を図りつつ、導風路３８の流路面積を増大することができる。

仮にＳＣＲ３２を図２に示す位置のままとし、その下部にＤＰＦ３１を配設した場合、導風路３８の流路は狭くなってしまう。よって、導風路３８を設けない構成に比べてはヒートバランスの改善は見込まれるものの、十分な改善は望めない。

これを解決する手段として、ＤＰＦ３１とＳＣＲ３２をＺ１，Ｚ２方向に重ねた状態で、この排気ガス処理装置３０をＺ１方向に移動させて支持体３７に固定することが考えられる。

この構成では導風路３８の流路面積は確保されるため、ヒートバランスの改善は図られるが、エンジン室１７のエンジンフード１７ａの位置が図２に示される位置よりも高くなってしまう。この排気ガス処理装置３０の配設位置は、キャブ８の後方位置であるため、エンジン室１７が高背化した場合にはキャブ８からの後方視界が悪化してしまう。

これに対し、本実施形態のようにＤＰＦ３１とＳＣＲ３２をＸ１，Ｘ２方向及びＺ１，Ｚ２方向にずらして配置することにより、ＤＰＦ３１の下部に冷却風３９の流路（図中、矢印ＦＬで示す）が形成される。よって、エンジン室１７の低背化を図りつつ、導風路３８の流路を確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

例えば、ハウスフレーム３５の下部に位置するフレーム本体３６に導風路３８を形成可能な領域があれば、フレーム本体３６に導風路３８を形成することも可能である。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ アタッチメント
５ 旋回フレーム
１７ エンジン室
１７ａ エンジンフード
１８ 外装カバー
１９ 旋回フレーム
２０ エンジン
２３ 冷却ファン
２４ 熱交換装置
２７ 油圧ポンプ
２９ 排気ガス配管
３０ 排気ガス処理装置
３１ ＤＰＦ
３２ ＳＣＲ
３５ ハウスフレーム
３６ フレーム本体
３７ 支持体
３８ 導風路
３９ 冷却風
４０ 仕切り板
４２ ファイヤーウォール
５０Ａ 第１の接続装置
５０Ｂ 第２の接続装置

Claims (4)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   前記上部旋回体に搭載され、冷却ファンを駆動することにより冷却風を生成するエンジンと、
   該エンジンから排出された排気ガスを処理する排気ガス処理装置と、
   前記冷却風の流れに対し前記エンジンの下流側に配設されたハウスフレームとを有した建設機械であって、
   前記排気ガス処理装置は、
   第１の排気ガス処理部と第２の排気ガス処理部とを有していること、
   前記ハウスフレームは、
   前記上部旋回体の旋回フレームに下部が固定されたフレーム本体と、該フレーム本体の上部に配設される前記第１の排気ガス処理部と前記第２の排気ガス処理部を支持する支持体を有しており、
   前記フレーム本体の前記冷却風の上流側で、且つ前記エンジンと対向する位置にファイアーウォールが設けられており、前記支持体に前記冷却風が流れる導風路が形成されている、
   ことを特徴とする建設機械。
2. 前記排気ガス処理装置は、
   前記第１の排気ガス処理部と前記第２の排気ガス処理部が前記ハウスフレームに並設されていること、
   前記第１の排気ガス処理部と前記第２の排気ガス処理部は、前記冷却風の流れ方向にずらして配置されており、
   前記第１の排気ガス処理部は、
   前記第２の排気ガス処理部に対して前記冷却風の上流側にずれており、且つ前記第２の排気ガス処理部に対して鉛直下方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記第１の排気ガス処理部は、
   前記支持体の前記エンジン側の側面に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の建設機械。
4. 前記フレーム本体は、
   内部に油圧部品が配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の建設機械。

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