JP6138654B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、テールパイプを有する建設機械に関する。

例えば、油圧ショベルのような建設機械は、走行体上に配置された旋回体にエンジン等の各種機器が配設されており、このエンジンにより下部走行体を駆動して移動を行う構成とされている。

また、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（Diesel Particulate Filter、以下DPFという）を含む排気ガス処理装置を設けた建設機械も存在している。DPFは排気ガス浄化装置の一種であり、排気ガス中の粒子物質を捕集すると共に、捕集された粒子物質を燃焼し除去する機能を奏するものである。このDPFを設けることにより、排気ガスの浄化を図ることができる。

また、排気ガス処理装置から浄化された排気ガスを外部に排出する吐出部には、テールパイプが取り付けられている（特許文献１）。

特開２００８−２４０６７６号公報

排気ガス処理装置から排出される排気ガスは高温である。特に、DPFを設けた排気ガス浄化装置を設けた建設機械では、粒子物質を燃焼し除去するため排気ガスの温度は高くなる（例えば、６００℃程度）。このように高温の排気ガスを冷却することなく外部に排出するのは、環境及び安全の面から望ましくない。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、テールパイプ内で排気ガスの温度を低下させることができる建設機械を提供することにある。

本発明のある態様によると、
折曲部で折り曲げられた形状のテールパイプが、排気ガスが吐出される吐出部に固定された建設機械であって、
前記テールパイプは、
一端部が前記吐出部に固定されると共に、前記排気ガスが内部を流れる内側パイプと、
一端部が前記内側パイプに固定されると共に、他端部が外部に開口した外側開口部とされた外側パイプと、
前記内側パイプと前記外側パイプとの間に形成され、一端部である空気取り入れ部から取り入れられた空気が、他端部である通路開口部から流出する通路と、を有し、
前記通路開口部を、前記折曲部と前記外側開口部との間に設け、
前記内側パイプの他端部から排出される前記排気ガスの排出方向と、前記通路開口部から流出する空気の流出方向が略同一方向となるよう構成し、
前記通路開口部と前記外側開口部との間に形成される空間部で、前記排気ガスと前記空気とが混合される構成とする。

本発明のある態様によると、排気ガスをテールパイプ内で温度低下させることができる。

図１は、ある実施形態である建設機械を示す正面図である。 図２は、ある実施形態である建設機械のエンジンルーム内を示す要部構成図である。 図３は、上部旋回体のテールパイプ近傍を拡大して示す部分拡大図である。 図４は、上部旋回体のテールパイプ近傍を拡大して示す部分断面図である。 図５は、テールパイプの断面図である。

次に、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。

なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に指定しない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

また、以下説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明のある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、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等を有している。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、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及び図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、主に図２を用いてエンジン室１７内の構成について説明する。

エンジン室１７内には、エンジン２０、熱交換装置２４、及び排気ガス処理装置３０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により、外部空気が冷却風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に取り込まれる冷却風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等を有している。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。

また、図２においてエンジン２０の矢印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が設けられている。

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（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（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。この排気ガス処理装置３０で浄化された排気ガスは、ＳＣＲ３２の吐出部３４から排出される。

吐出部３４には、後に詳述するようにテールパイプ４０が配設されている。吐出部３４から排出された排気ガスは、テールパイプ４０を介してエンジン室１７（上部旋回体３）の外部に排出される。

上記構成とされた排気ガス処理装置３０は、ハウスフレーム３５に支持されることにより、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。なお上記の排気ガス処理装置３０において、ＤＰＦ３１は酸化触媒担持型フィルタ（ＣＳＦ）としてもよい。

エンジン２０から排出された排気ガスは、先ずＤＰＦ３１に導入され第１段の浄化処理が行われる。その後、図示しない配管を介して排気ガスはＳＣＲ３２に送られて第２段の浄化処理が行われ、その後にＳＣＲ３２に設けられた吐出部３４及びテールパイプ４０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、図３に示されるように、樹脂製のエンジンフード１７ａが設けられている。

ところで、前記のようにＤＰＦ３１を設けた排気ガス処理装置３０は、粒子物質を燃焼し除去するため排気ガスの温度は高くなる（例えば、６００℃程度）。よって、テールパイプ４０を樹脂製のエンジンフード１７ａに取り付けた場合、エンジンフード１７ａは加熱したテールパイプ４０により損傷するおそれがある。このためテールパイプ４０は、図４に示すように、ＳＣＲ３２に設けられた吐出部３４に直接固定された構成とされている。これにより、エンジンフード１７ａの熱損傷を防止することができる。

次に、テールパイプ４０の詳細について説明する。

テールパイプ４０は、前記のように一端部が吐出部３４に装着されることにより排気ガス処理装置３０に固定されている。また、テールパイプ４０の形状は、折り曲げられたような形状（略Ｌ字状の形状）とされている。この形状とすることにより、雨水がテールパイプ４０から吐出部３４に浸入することを防止することができる。

このテールパイプ４０は二重管構造とされており、内側パイプ５０と外側パイプ６０とを有している。外側パイプ６０の直径は内側パイプ５０の直径よりも大きく設定されており、よって内側パイプ５０と外側パイプ６０との間には、環状の通路が形成されている（以下、この通路を空気通路７０という）。なお、このテールパイプ４０及び内側パイプ５０の材料としては、例えば一般構造用圧延鋼鈑を用いることができる。

内側パイプ５０は、図５に示すように、内側上流部５１、内側下流部５２、及び内側折曲部５３等を有している。

内側パイプ５０は、吐出部３４に固定される。具体的には、内側パイプ５０は、その下端の所定範囲をベルト式の締結部材６９を用いて吐出部３４に締結することにより吐出部３４に固定される（以下、この固定部分を含む所定範囲を固定部５５ということがある）。よって、吐出部３４から排出される排気ガスＥＧは、内側パイプ５０の内部を図中黒塗りの矢印で示す方向に流れる。

なお以下の説明において、内側パイプ５０及び外側パイプ６０等を説明する際、排気ガスＥＧの流れ方向を基準として上流側及び下流側という表現を用いて説明することがある。この際、上流側とは吐出部３４に近い側をいい、下流側とはテールパイプ４０が外気に開口している位置（外側開口部６４）に近い側をいうものとする。

内側上流部５１と内側下流部５２は、内側折曲部５３において接続されている。また内側上流部５１は、排気ガスＥＧの流れ方向に対し内側折曲部５３よりも上流側に位置している。この内側上流部５１は、略鉛直方向に向いた（延出した）構成とされている。

なお、ここで鉛直方向とは、旋回フレーム５に対する上下方向であり、図中矢印Ｚ１，Ｚ２で示す方向である。また、以下の説明において、鉛直上方である矢印Ｚ１方向を上方向といい、鉛直下方である矢印Ｚ２で示す方向を下方向ということがある。

内側下流部５２は、排気ガスＥＧの流れ方向に対し内側折曲部５３よりも下流に位置している。この内側下流部５２は、水平方向に対して斜め上方向に（図中、矢印Ａ１，Ａ２で示す方向）に延出した構成とされている。

この内側上流部５１の延出方向と内側下流部５２の延出方向は異なっており、よって内側パイプ５０は内側折曲部５３において折り曲げられたような形状となっている。また、内側下流部５２の下流側の端部（矢印Ａ１方向側の端部）は、外側パイプ６０の内部に開口した内側開口部５４とされている。なお、この折り曲げ角度は、任意に設定することが可能である。

外側パイプ６０は、図５に示すように、外側上流部６１、外側下流部６２、外側折曲部６３、及びロート状部６５等を有している。

外側上流部６１と外側下流部６２は、外側折曲部６３において接続されている。外側上流部６１は、排気ガスＥＧの流れ方向に対し外側折曲部６３よりも上流側に位置している。この外側上流部６１は、略上下方向に向いた（延出した）構成とされている。

外側下流部６２は、排気ガスＥＧの流れ方向に対し外側折曲部６３よりも下流に位置している。この内側下流部５２は、水平方向に対して斜め上方に向いた（図中、矢印Ａ１，Ａ２で示す方向に延出した）構成とされている。

この外側上流部６１の延出方向と外側下流部６２の延出方向は異なっており、よって外側パイプ６０は外側折曲部６３において折り曲げられたような形状となっている。また、外側下流部６２の下流側の端部（矢印Ａ１方向側の端部）は、機器外部（大気）に向けて開口した外側開口部６４とされている。

ロート状部６５は、外側上流部６１の下方向の端部に設けられている。ロート状部６５はロート形状（円錐台状の形状）を有しており、上端部の直径が外側上流部６１の直径と等しく設定されており、下端部の直径が内側上流部５１の外径と略等しく設定されている。また、ロート状部６５には、複数の空気吸入孔６６が形成されている。

このロート状部６５の上端部は外側上流部６１の下端部に溶接等により固定されている。またロート状部６５の下端部は、内側上流部５１の外周（より詳細には固定部５５の外周）に溶接等により固定されている。これにより、外側パイプ６０は、ロート状部６５を介して内側パイプ５０に固定される。

また内側パイプ５０は、前記のように固定部５５が吐出部３４に固定されている。このため、外側パイプ６０は内側パイプ５０を介して吐出部３４に固定される。

またロート状部６５の肉厚は、外側上流部６１及び外側下流部６２の肉厚に比べて厚く設定されている。このため、ロート状部６５の強度は、外側パイプ６０の他の部位に比べて高くなっている。

またロート状部６５には、スリットではなく孔である長孔形状の空気吸入孔６６が形成されている。このため、溶接位置となるロート状部６５の上端部及び下端部は、連続した円形状となる。よって、ロート状部６５の上端部を外側上流部６１に溶接するとき、及びロート状部６５の下端部を内側上流部５１の外周に溶接するとき、全周溶接することが可能となり、よって溶接強度を高めることができる。なお、上記の長孔形状には一般的な長孔の他、楕円孔のものも含む。

上記のように外側パイプ６０を内側パイプ５０に固定する際、内側上流部５１の中心軸と外側上流部６１の中心軸が略一致するよう構成されると共に、内側下流部５２の中心軸と外側下流部６２の中心軸が略一致するよう構成されている。これにより、内側パイプ５０と外側パイプ６０との間には、環状の空気通路７０が形成される。

ロート状部６５には、複数の空気吸入孔６６が形成されている。ロート状部６５に空気吸入孔６６を形成することにより、空気通路７０の上流側端部（矢印Ｚ２方向側の端部）はエンジン室１７に連通した構成となる。

前記したように、冷却ファン２３が駆動することによりエンジン室１７内には冷却風３９が流れている。またテールパイプ４０は、冷却風３９の流れ方向に対して下流側に配設されている。よって、エンジン室１７を流れる冷却風３９の一部（この空気を図５に矢印ＡＲで示す）は、ロート状部６５に形成された空気吸入孔６６を介して空気通路７０内に進入する。

また、空気通路７０の下流側端部は、内側下流部５２の内側開口部５４と同位置において、外側下流部６２内に開口している（以下、この開口した部分を通路開口部７１という）。従って、空気通路７０に進入した空気ＡＲは、通路開口部７１から外側下流部６２内に流出する。

ここで、内側下流部５２と外側下流部６２の長さを比較する。図３〜図５に示されるように、内側下流部５２の内側折曲部５３から内側開口部５４までの長さは、外側下流部６２の外側折曲部６３から外側開口部６４までの長さに比べて短くなっている。

よって、内側パイプ５０の内側開口部５４及び空気通路７０の通路開口部７１は、折曲部５３，６３と外側パイプ６０の外側開口部６４との間に設けられた構成となる。この構成とすることにより、内側下流部５２の内側開口部５４と外側下流部６２の外側開口部６４との間、及び空気通路７０の通路開口部７１と外側下流部６２の外側開口部６４との間には、空間部が形成される（以下、この空間部を混合空間部８０という）。

次に、上記の構成とされたテールパイプ４０の動作について説明する。

エンジン２０から排出される排気ガスＥＧは、排気ガス処理装置３０において浄化された後、吐出部３４から吐出される。テールパイプ４０は吐出部３４に配設されており、よって吐出部３４から吐出された排気ガスＥＧは、テールパイプ４０の内側パイプ５０内を流れる。

具体的には、排気ガスＥＧは内側上流部５１内を図中矢印Ｚ１方向に進行した後、通路開口部７１で進行方向を変えて、内側下流部５２内を図中矢印Ａ１方向に進行する。そして、内側パイプ５０の下流側端部である内側開口部５４から混合空間部８０に排出される。

排気ガスＥＧは、吐出部３４から高速で吐出される。よって、排気ガスＥＧは内側開口部５４からも高速で排出される。

また、空気通路７０の下流側端部である通路開口部７１は、内側開口部５４の開口位置と同一位置で開口している。よって、空気通路７０の通路開口部７１では、内側開口部５４から高速で排気ガスＥＧが排出されることにより、空気通路７０内の空気ＡＲを吸引するディフューザー効果（エジェクタ効果ともいう）が発生する。

このディフューザー効果により、エンジン室１７内の空気ＡＲは、ロート状部６５に形成された空気吸入孔６６から空気通路７０内に吸引される。この空気通路７０内に吸引された空気ＡＲは、内側上流部５１と外側上流部６１との間に形成された通路を上方向（矢印Ｚ１方向）に進行した後、折曲部５３，６３で進行方向を変更し、内側下流部５２と外側下流部６２との間に形成された流路を通路開口部７１に向け矢印Ａ１方向に進行する。そして、空気ＡＲは、通路開口部７１から混合空間部８０に流出される。

ここで、内側パイプ５０の内側開口部５４から排出される排気ガスＥＧの排出方向と、空気通路７０の通路開口部７１から流出する空気ＡＲの流出方向に注目すると、排気ガスＥＧの排出方向と空気ＡＲの流出方向は略同一方向（矢印Ａ１方向）となっている。このように排気ガスＥＧ及び空気ＡＲの混合空間部８０への流出方向を同一方向とすることにより、排気ガスＥＧと空気ＡＲを効率良く混合させることができる。なお、以下の説明において排気ガスＥＧと空気ＡＲが混合したガスを混合ガスＭＧというものとする。

空気ＡＲはエンジン室１７内の空気（冷却風３９）であるため、エンジン２０から排出され排気ガス処理装置３０を通過した排気ガスＥＧに比べて温度は低い。よって、排気ガスＥＧと空気ＡＲが混合されることにより、混合ガスＭＧの温度は排気ガスＥＧの温度よりも低い温度となる。即ち、本実施形態に係るテールパイプ４０によれば、混合空間部８０内において、排気ガスＥＧの冷却を行うことができる。

このように排気ガスＥＧは空気ＡＲで冷却された後にテールパイプ４０から排出されるため、高温の排気ガスＥＧをそのまま排出する構成に比べ、安全性の向上及び環境（作業現場周辺）に対する影響を低減させることができる。

また、前記のように排気ガスＥＧの排出方向と空気ＡＲの流出方向は、略同一方向（図中、矢印Ａ１方向）とされている。このため、排気ガスＥＧと空気ＡＲが混合された混合ガスＭＧの流れ方向も図中矢印Ａ１方向となり、外側パイプ６０の外側開口部６４から円滑に外部排出される。

なお、単にテールパイプ４０内に混合空間部８０を設けようとした場合、外側パイプ６０には外側下流部６２を設けるが、内側パイプ５０には内側下流部５２を設けない構成とすることも考えられる。

しかしながら、内側下流部５２を設けない構成では、内側上流部５１から上方向（矢印Ｚ１方向）に排出された排気ガスＥＧは外側下流部６２に衝突し、その進行方向を下方向（矢印Ｚ２方向）に変える。よって、この進路変更した排気ガスＥＧは、空気通路７０内に侵入し、空気吸入孔６６からエンジン室１７内に放出されてしまう。よって、排気ガスＥＧの適正な排気及び冷却を行うためには、内側下流部５２及び外側下流部６２の双方を設ける必要がある。

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。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
５ 旋回フレーム
１６ 旋回機構
１７ エンジン室
１７ａ エンジンフード
１８ 外装カバー
２０ エンジン
２３ 冷却ファン
２４ 熱交換装置
３０ 排気ガス処理装置
３１ ＤＰＦ
３２ ＳＣＲ
３４ 吐出部
３５ ハウスフレーム
４０ テールパイプ
５０ 内側パイプ
５１ 内側上流部
５２ 内側下流部
５３ 内側折曲部
５４ 内側開口部
５５ 固定部
６０ 外側パイプ
６１ 外側上流部
６２ 外側下流部
６３ 外側折曲部
６４ 外側開口部
６５ ロート状部
６６ 空気吸入孔
６９ 締結部材
７０ 空気通路
７１ 通路開口部
８０ 混合空間部
ＡＲ 空気
ＥＧ 排気ガス
ＭＧ 混合ガス

Claims (4)

1. 折曲部で折り曲げられた形状のテールパイプが、排気ガスが吐出される吐出部に固定された建設機械であって、
   前記テールパイプは、
   一端部が前記吐出部に固定されると共に、前記排気ガスが内部を流れる内側パイプと、
   一端部が前記内側パイプに固定されると共に、他端部が外部に開口した外側開口部とされた外側パイプと、
   前記内側パイプと前記外側パイプとの間に形成され、一端部である空気取り入れ部から取り入れられた空気が、他端部である通路開口部から流出する通路と、を有し、
   前記通路開口部を、前記折曲部と前記外側開口部との間に設け、
   前記内側パイプの他端部から排出される前記排気ガスの排出方向と、前記通路開口部から流出する空気の流出方向が略同一方向となるよう構成し、
   前記通路開口部と前記外側開口部との間に形成される空間部で、前記排気ガスと前記空気とが混合される構成とした建設機械。
2. 前記外側パイプの前記内側パイプと固定される固定部は、ロート形状とされていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 前記空気取り入れ部は、前記固定部のロート形状部分の周面に形成された孔である請求項２記載の建設機械。
4. 前記外側パイプの一端部が前記内側パイプに全周溶接されることにより固定されていることを特徴とする請求項３記載の建設機械。

Images