JP6297276B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、液体還元剤が貯留されるタンクが配置された建設機械に関する。

近年、ディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベル等の建設機械では、高次の排ガス規制に対応すべく、ディーゼルエンジンの排気系に排ガス処理装置が設置され、ディーゼルエンジンからの排ガスは、排気管の下流側に設けたＮＯｘ還元触媒を通って大気中に放出される。

従来、この種の種排ガス処理装置としては、尿素水溶液（液体還元剤）を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が多く採択され、尿素水溶液は一般に樹脂製の液体還元剤用タンクに貯留されている。また、液体還元剤用タンクは液体還元剤供給パイプにより排気管に接続され、液体還元剤供給ポンプにより液体還元剤用タンク内の尿素水溶液を排気管に供給できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２０９３６号公報

しかしながら、液体還元剤用タンクを上部旋回体に設置する場合、液体還元剤用タンクを振動から適切に保護する必要がある。特に建設機械は、過酷な環境下での作業が多いので、液体還元剤用タンクを上部旋回体に例えばボルト等で直接固定した場合、液体還元剤用タンクの固定部に破損が生じるおそれがある。

また、液体還元剤用タンク内の液体還元剤(例えば尿素水溶液)は、低温環境下で凍結して膨張するが、係る膨張時に伴って液体還元剤用タンクが変形すると、液体還元剤用タンクの破損や周辺部品との干渉が生じるおそれもある。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、液体還元剤用タンク及びその周辺部品の損傷を防止す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、
樹脂により形成され、液体還元剤が貯留される液体還元剤用タンクと、
前記液体還元剤用タンクを内部に収容するタンク収納容器と、
前記液体還元剤用タンクの上部に設けられるフィラーブラケットと、
前記フィラーブラケットに取り付けられるフィラー本体と、
前記フィラー本体の外側突出部に着脱可能に装着されるフィラーキャップと、
前記フィラー本体の内側突出部に取り付けられるフィラーチューブと、
を有し、
前記タンク収納容器の前記液体還元剤の膨張時に前記液体還元剤用タンクが変形する部位に、前記液体還元剤用タンクの変形を許容する変形許要部を備える。

本発明のある態様によると、低温環境下で液体還元剤が凍結して膨張しても液体還元剤用タンク及びその周辺部品の損傷を防止することができる。

図１は、ある実施形態である建設機械の一例として油圧ショベルを示す側面図である。 図２は、建設機械の上部旋回体を概略的に示す平面図である。 図３は、建設機械の液体還元剤用タンクの配設位置近傍を拡大して示す斜視図である。 図４は、液体還元剤用タンクを左前方から見た斜視図である。 図５は、液体還元剤用タンクを右前方から見た分解斜視図である。 図６は、液体還元剤用タンクを下方から見た斜視図である。 図７は液体還元剤用タンクの膨張を説明するためのイメージ図であり、（Ａ）は膨張前の状態を示す図であり、（Ｂ）は膨張後の状態を示す図である。

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、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の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、建設機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。しかしながら、本発明は液体還元剤用タンクを有するものであれば、他の建設機械についても適用が可能なものである。

建設機械は、下部走行体１の上部に上部旋回体２が旋回可能に装架され、上部旋回体２の前方一側部にキャブ３が設けられている。また、上部旋回体２の前方中央部にブーム４が俯仰可能に枢着され、このブーム４の先端部にはアーム５が上下回動可能に連結されている。更に、アーム５の先端部には、バケット６が上下回動可能に取り付けられている。

図２は、上部旋回体の後部を概略的に示す平面図である。

図２に示すように、上部旋回体２の後部にはエンジンルーム７が形成され、このエンジンルーム７内にはディーゼルエンジン８が設置されている。また、ディーゼルエンジン８の右方側（図中矢印Ｙ１方向側）には冷却ファン８ｂが設けられると共に、この冷却ファン８ｂの右方（図中矢印Ｙ１方向側）にはラジエータ等を含む熱交換機ユニット１３が設置されている。

更に、ディーゼルエンジン８には排気管８ａが接続され、この排気管８ａの下流側には、高次の排ガス規制に対応すべく、エンジン排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を浄化する排ガス処理装置９が設置されている。

排ガス処理装置９としては、液体還元剤として尿素水を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が採択されている。この排ガス処理装置９は、排気管８ａに備えられた還元触媒（図示せず）の上流側に尿素水を噴射して排ガス中のＮＯｘを還元し、この還元反応を還元触媒により促進してＮＯｘを無害化する構成とされている。

従って、この種の排ガス処理装置９を備えた建設機械には、尿素水（液体還元剤）を蓄えるための液体還元剤用タンク１０（以下、尿素水タンクという）が備えられる。

図３は、尿素水タンク１０の設置位置近傍を部分的に拡大して示す斜視図である。

図３に示すように、上部旋回体２の旋回フレーム１４の前部には左右一対のブーム取り付け用の支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒが立設されている。ブームフートピン１８は、この支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒに形成された穴１７２Ｌ，１７２Ｒに抜き差しされる。また、支持ブラケット１７Ｌの外側の側部には尿素水タンク１０が配置される。なお、尿素水タンク１０に近接して燃料タンク及びサンプタンクを配置してもよい。

尿素水タンク１０は樹脂製の容器であり、内部に尿素水が貯留される。この尿素水タンク１０は、尿素水供給パイプ及びインジェクタ（図示せず）等を介して排気管８ａに接続されている。よって、尿素水タンク１０内の尿素水は、尿素水供給パイプを介しインジェクタから排気管８ａに噴射される。

図４〜図６は、尿素水タンク１０の具体的な構成例を示す図である。

図４は液体還元剤用タンク１０を左前方から見た斜視図であり、図５はフィラー３０を取り外した状態の液体還元剤用タンク１０を右前方から見た分解斜視図であり、図６は液体還元剤用タンク１０を下方から見た斜視図である。

なお以下の説明において、必要に応じて、液体還元剤用タンク１０の尿素水の補給作業時において作業者側に近い手前側（図中矢印Ｘ２方向側）を前方といい、奥側（図中矢印Ｘ１方向側）を後方ということがある。また、前後方向に直交する図中矢印Ｙ１で示す方向を右方といい、図中矢印Ｙ２で示す方向を左方ということがある。

尿素水タンク１０は樹脂製であり、横断面が略矩形状で全体として略箱形状のタンク本体１０ａを有している。このタンク本体１０ａの前方上部には、傾斜面１０ｂが形成されている。この傾斜面１０ｂは、上方に向かうにつれて後方側に倒れるよう傾斜している。

また傾斜面１０ｂには、給液口１０ｄが設けられている（図５参照）。この給液口１０ｄには後述するフィラー３０が着脱可能に取り付けられる。尿素水は、補給時においてこのフィラー３０を介して給液口１０ｄからタンク本体１０ａ内に補給される。

また、傾斜面１０ｂにはレベルゲージ２８が設けられている。このレベルゲージ２８は、タンク本体１０ａ内の尿素水のレベル（液面高さ）が表示される。よって尿素水の補給処理時において、作業者がレベルゲージ２８を見ながら尿素水の補給を行うことにより、尿素水の溢れ出しを防止できる。

更に、この傾斜面１０ｂの右方の側部には、凹部１０ｃが形成されている。この凹部１０ｃは、尿素水タンク１０をタンク補強部材１５に対して着脱する際の把持部（持ち手）として機能する。

また、尿素水タンク１０の底部１０ｇには、ドレインプラグ１１が設けられている（図６参照）。このドレインプラグ１１は尿素水タンク１０内に残留する尿素水を排水する際に取り外されるプラグである。

更に、尿素水タンク１０にはフィラー３０が取り付けられる。フィラー３０は、補給時に尿素水を尿素水タンク１０の給液口１０ｄに導くものである。このフィラー３０は、フィラー本体３０ａ、フィラーチューブ３３、及びフィラーキャップ３５等を有している。

フィラー本体３０ａは筒状の部材であり、金属或いは他の材料（例えば、樹脂等）により形成されている。このフィラー本体３０ａは、フィラーブラケット３１に溶接或いは接着等により取り付けられる。この際、筒形状のフィラー本体３０ａは、その略中央位置がフィラーブラケット３１に固定される。よって固定状態において、フィラー本体３０ａの一端部はフィラーブラケット３１の外側に突出して内側突出部を形成し、他端部は内側に突出して内側突出部を形成する。

フィラー本体３０ａの外側突出部は、外周にネジが形成されている。フィラーキャップ３５は、このフィラー本体３０ａの外側突出部に着脱可能に装着される。

フィラー本体３０ａの内側突出部には、フィラーチューブ３３の一端が取り付けられる。またフィラーチューブ３３の他端部は、尿素水タンク１０の給液口１０ｄに取り付けられる。

上記構成とされたフィラー３０は、フィラーブラケット３１を用いて尿素水タンク１０に取り付けられる。フィラーブラケット３１は板状部材であり、金属或いは他の材料（例えば樹脂等）により形成されている。

また尿素水タンク１０には、上部取り付け部１０ｅ及び下部取り付け部１０ｆが形成されている。上部取り付け部１０ｅは、タンク本体１０ａの上面部に形成されている。また下部取り付け部１０ｆは、傾斜面１０ｂで給液口１０ｄの下部位置に形成されている。

上部取り付け部１０ｅ及び下部取り付け部１０ｆには、ネジ孔１０ｈが形成されている。この各ネジ孔１０ｈの形成位置は、フィラーブラケット３１が尿素水タンク１０に装着されたとき、フィラー取り付けボルト３２の位置と対応するよう構成されている。

フィラー取り付けボルト３２を各取り付け部１０ｅ，１０ｆのネジ孔１０ｈに螺着することにより、フィラーブラケット３１は尿素水タンク１０に固定され、これによりフィラー３０も尿素水タンク１０に取り付けられる。

尿素水の補充は、フィラー３０が尿素水タンク１０に装着された状態で行われる。尿素水を補充するには、フィラーキャップ３５をフィラー本体３０ａから取り外し、フィラー本体３０ａの外側端部から尿素水を注入する。これにより、尿素水はフィラーチューブ３３を介して尿素水タンク１０に補充される。

上記構成とされた樹脂製の尿素水タンク１０は、タンク収納容器１２に収納される。このタンク収納容器１２は、タンク補強部材１５とタンクブラケット２６とを有している。以下、タンク収納容器１２について説明する。

まず、タンク補強部材１５について説明する。

タンク補強部材１５は、図４〜図６に示されるように、側部補強板１５Ａ、上部補強板１５Ｂ、タンク載置板１５Ｃ等を有している。このタンク補強部材１５を構成する各板１５Ａ〜１５Ｃは、例えば鉄等の金属材或いは他の材質（尿素水タンク１０の材質よりも強度が高い材料）により形成されている。

側部補強板１５Ａは上下方向（図中、Ｚ１，Ｚ２方向）に延在しており、平面視でＬ字形状を有している。この側部補強板１５Ａは尿素水タンク１０の四隅と対向する位置に配置され、この尿素水タンク１０の四隅位置を保持する。

上部補強板１５Ｂは、隣り合う側部補強板１５Ａの上部を連結する。これにより、側部補強板１５Ａの上部は、上部補強板１５Ｂにより固定される。この際、上部補強板１５Ｂは、各側部補強板１５Ａよりも外側に位置するよう固定されている。なおこの理由については、説明の便宜上、後述するものとする。

タンク載置板１５Ｃは、尿素水タンク１０を載置する基台となるものである。またタンク載置板１５Ｃには、前記した側部補強板１５Ａの下端部が固定される。

このタンク載置板１５Ｃにはプラグ用開口部１５Ｅが形成されている。尿素水タンク１０がタンク補強部材１５に装着された際、ドレインプラグ１１はプラグ用開口部１５Ｅに挿通され、タンク載置板１５Ｃの下面から下方に突出する。

タンク載置板１５Ｃの下面には、下部補強板１５Ｄが配設される。この下部補強板１５Ｄは、タンク載置板１５Ｃの長手方向（図４中、矢印Ｙ１，Ｙ２方向）に延在するよう設けられている。この下部補強板１５Ｄは固定ボルト１９を用いて旋回フレーム１４に固定され、これによりタンク補強部材１５は旋回フレーム１４に固定される。

上記したタンク補強部材１５を構成する各板１５Ａ〜１５Ｄの接合は、例えば溶接を用いて行うことができる。また、各板１５Ａ〜１５Ｄを接合してタンク補強部材１５を形成することにより、隣接する側部補強板１５Ａの間には開口部ＯＰが形成される。

具体的には、タンク補強部材１５の前方には開口部ＯＰ１が形成され、右方には開口部ＯＰ２が形成され、左方には開口部ＯＰ３が形成される。なお図示されないが、タンク補強部材１５の背面にも開口部ＯＰ４が形成される。

次に、タンクブラケット２６について説明する。

タンクブラケット２６は、タンク補強部材１５に装着された尿素水タンク１０の上部に取り付けられる。ブラケット２６は、タンク補強部材１５にボルト２７を用いて固定される。

具体的には、前方に位置する側部補強板１５Ａ及び上部補強板１５Ｂには、ボルト締結ブロック２７ａが溶接等により構成されている。このボルト締結ブロック２７ａにはタンク固定ボルト２７と螺合するネジ孔が形成されている。また、タンクブラケット２６の前方端部にはタンク固定ボルト２７を挿通する挿通孔（図に現れず）が形成された鍔状部２６ｄが設けられている。

よって、タンク固定ボルト２７を鍔状部２６ｄに形成された挿通孔を挿通してボルト締結ブロック２７ａに締結することにより、タンクブラケット２６はタンク補強部材１５に固定される。このようにブラケット２６がタンク補強部材１５に固定された状態で、液体還元剤用タンク１０はタンク収納容器１２内に収納された状態となる。

ブラケット２６は、水平方向に延在する上部２６ａと、尿素水タンク１０の傾斜面１０ｂに沿った傾斜面２６ｂを備えている。この傾斜面２６ｂは、液体還元剤用タンク１０をタンク収納容器１２内に収納した状態で、尿素水タンク１０の傾斜面１０ｂを上方から押えることにより保持する。

よって、タンク補強部材１５と尿素水タンク１０は特にボルト等を用いて両者を固定しなくても、液体還元剤用タンク１０はタンクブラケット２６によりタンク補強部材１５内に収容された状態に保持される。これにより液体還元剤用タンク１０は、タンク収納容器１２（タンク補強部材１５，タンクブラケット２６）により確実に保持されると共に補強される。

ところで、液体還元剤用タンク１０を搭載した建設機械は、低温環境下に置かれる場合がある。しかしながら、液体還元剤用タンク１０内に貯留される尿素水は、−１１℃以下で凍結することが知られている。

尿素水が凍結した場合、その体積は液体状態の時よりも増大し、これに伴い尿素水が貯留された液体還元剤用タンク１０も外側に向けて膨らむように変形してしまう。

前記のように、液体還元剤用タンク１０は上方に傾斜面１０ｂ、給液口１０ｄ、上部取り付け部１０ｅ，１０ｆ等が形成された構造とされている。このため、液体還元剤用タンク１０の上方部分は凹凸が多く、剛性が高い構造となっている。

これに対し、液体還元剤用タンク１０の下方に位置するタンク本体１０ａは、横断面が略矩形状で全体として略箱形状とされている。このため、タンク本体１０ａの四隅位置を除いた部分（側面部分）は凹凸の少ない平板形状となっており、上方に比べて低い剛性となっている。よって、尿素水が凍結した場合、主にタンク本体１０ａの側面部分が変形することになる。

ここで、仮に四側壁に開口を有しないタンク補強部材に液体還元剤用タンク１０を収納した場合を想定する。この場合、尿素水が凍結して体積が増大すると、凍結した尿素水の体積変化により、タンク補強部材の四側壁には外側に向けて大きな押圧力が印加され、体還元剤用タンク或いはタンク補強部材に損傷が発生するおそれがある。

これに対して本実施形態では、隣接する側部補強板１５Ａの間に開口部ＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ４）が形成されている。このタンク補強部材１５の開口部ＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ４）の形成位置においては、液体還元剤用タンク１０は露出しており、よって尿素水が凍結しても液体還元剤用タンク１０は変形例可能な構成とされている。即ち、タンク補強部材１５に形成された開口部ＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ４）は、尿素水の凍結時に液体還元剤用タンク１０の変形を許容する変形許要部として機能する。

また、タンク補強部材１５の開口部ＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ４）は、タンク本体１０ａの四隅位置を除く平面部分と対向した構成となっている。前記のように、タンク本体１０ａの四隅位置を除く平面部分は剛性が低く、尿素水が凍結した場合にタンク本体１０ａに変形が大きく発生し易い位置である。

本実施形態では、タンク補強部材１５に形成する開口部ＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ４）の形成位置を、尿素水が凍結した場合にタンク本体１０ａに変形が発生し易い位置と対向する位置に設定している。よって、尿素水が凍結し液体還元剤用タンク１０が変形しても、この変形は開口部ＯＰ（ＯＰ１〜ＯＰ４）内で行われるため、タンク補強部材１５が損傷することを防止することができる。

更に本実施形態では、隣り合う側部補強板１５Ａの上部を連結する上部補強板１５Ｂが、各側部補強板１５Ａよりも外側に位置するよう構成されている。これについて、図７を用いて説明する。

図７は、タンク補強部材１５の前方に形成された開口部ＯＰ１の近傍を模式的に示すイメージ図である。また、図７（Ａ）は尿素水が凍結していない状態を示し、図７（Ｂ）は尿素水が凍結した状態を示している。

図７（Ａ）に示すように、隣接する側部補強板１５Ａの間には上部補強板１５Ｂが配設されている。この上部補強板１５Ｂは、側部補強板１５Ａのタンク本体１０ａ（液体還元剤用タンク１０）と対峙する背面ＢＡではなく、この背面ＢＡの反対面である外側面ＳＵに配設されている。

本実施形態では、上部補強板１５Ｂが側部補強板１５Ａの外側面ＳＵに設けられた構成とされている。換言すると、上部補強板１５Ｂは側部補強板１５Ａに対し、側部補強板１５Ａの厚寸法（図７に矢印Ｗで示す寸法）だけ、前方（矢印Ｘ２方向）にシフトした構成となっている。

図７（Ｂ）に示すように、尿素水が凍結して体積が増加すると、これに伴いタンク本体１０ａも外側に向けて変形（膨張）する。この際、本実施形では上部補強板１５Ｂの背面側に空間部（矢印ＳＰで示す）が形成されるため、この空間部ＳＰにおいても膨張部ＥＸＰは膨張する。これにより、タンク本体１０ａが膨張しても、膨張による力が上部補強板１５Ｂに印加されることを抑制でき、タンク補強部材１５が損傷することを防止できる。

更に上部補強板１５Ｂは、側部補強板１５Ａの上方端部（矢印Ｚ１方向の端部）に配設されている。即ち、上部補強板１５Ｂは、液体還元剤用タンク１０の上部に近い位置に配設されている。

この液体還元剤用タンク１０の上方部分は、凹凸が多く剛性が高い構造となっており、素水が凍結してもタンク本体１０ａの膨張量は小さい。よって、この位置に上部補強板１５Ｂを配設することにより、尿素水が凍結しタンク本体１０ａの膨張しても、この力が上部補強板１５Ｂに印加されることを抑制でき、タンク補強部材１５の損傷を防止できる。

また前記のように、タンクブラケット２６はタンク補強部材１５にタンク固定ボルト２７を用いて固定されるが、タンク固定ボルト２７が締結されるボルト締結ブロック２７ａも側部補強板１５Ａ及び上部補強板１５Ｂの上方位置に設けられている。即ち、タンク固定ボルト２７とボルト締結ブロック２７ａの締結位置も液体還元剤用タンク１０の上部に近い位置に設定されている。

よって、タンク本体１０ａが変形しても、タンク固定ボルト２７とボルト締結ブロック２７ａの締結部分には変形に伴う外力は印加されず、タンクブラケット２６とタンク補強部材１５とは固定された状態を維持する。よって、タンク固定ボルト２７とボルト締結ブロック２７ａの締結位置を本実施形態のように設定することにより、タンク収納容器１２が損傷することを防止することができる。

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、開口部ＯＰは必ずしもタンク本体１０ａを露出させる構成とする必要はなく、タンク本体１０ａの変形を許容する部材等で覆う（塞ぐ）構成とすることも可能である。

また、尿素水の凍結時における液体還元剤用タンク１０の変形を防止するため、図４〜図６に示すように、タンク本体１０ａに剛性を高めるためのリブ１０ｉを設けた構成としてもよい。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
４ ブーム
７ エンジンルーム
８ ディーゼルエンジン
９ 排ガス処理装置
１０ 尿素水タンク（液体還元剤用タンク）
１０ａ タンク本体
１１ ドレインプラグ
１２ タンク収納容器
１３ 熱交換機ユニット
１４ 旋回フレーム
１５ タンク補強部材
１５Ａ 側部補強板
１５Ｂ 上部補強板
１５Ｃ タンク載置板
１５Ｄ 下部補強板
１７Ｌ，１７Ｒ 支持ブラケット
１８ ブームフートピン
２０ 保護部材
２６ タンクブラケット
３０ フィラー
３１ フィラーブラケット
ＥＸＰ 膨張部
ＯＰ，ＯＰ１〜ＯＰ４ 開口部
ＳＰ 空間部

Claims (4)

1. 液体還元剤が貯留される液体還元剤用タンクと、
   前記液体還元剤用タンクを内部に収容するタンク収納容器と、
   前記液体還元剤用タンクの上部に設けられるフィラーブラケットと、
   前記フィラーブラケットに取り付けられるフィラー本体と、
   前記フィラー本体の外側突出部に着脱可能に装着されるフィラーキャップと、
   前記フィラー本体の内側突出部に取り付けられるフィラーチューブと、
   を有し、
   前記タンク収納容器に、前記液体還元剤の体積変化に伴う前記液体還元剤用タンクの変形を許容する変形許要部を設け、
   前記液体還元剤用タンクは箱状の形状部分を有し、
   前記タンク収納容器は前記液体還元剤用タンクの四隅位置を保持する支持部材を有し、
   前記変形許要部は隣接する前記支持部材の間に設けられていることを特徴とする建設機械。
2. 前記変形許要部において前記タンク収納容器は露出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. 前記タンク収納容器に隣接する前記支持部材の間を連結する連結部材を設けると共に、該連結部材を前記支持部材の前記液体還元剤用タンクと対峙する面の反対面に配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械。
4. 前記液体還元剤用タンクにレベルゲージが設けられ、
   前記レベルゲージは、前記フィラー本体と同一方向を向いている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。

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