JP6430833B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス排出装置を備えた建設機械に関する。

建設機械、船舶、列車等には、動力源として主にディーゼルエンジンが使用されており、エンジンから排出される排ガスに含まれた粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ ）は、環境汚染、特に大気汚染の原因の１つとなっているので、全世界にわたって粒子状物質の排出量に対する規制が強化されている。

前述したような環境汚染などの問題を解決すべく、建設機械に使用されるエンジン等から生じる粒子状物質が大気中に排出されるのを防ぐために粒子状物質を捕集して処理する後処理装置が開発されており、ディーゼルエンジンの後処理装置は、フィルタを通じて粒子状物質を捕集し、主に高温で燃焼する事によりフィルタを再生させる。この時、何も処置を施さなければ、上述した後処理装置から、最高１０００℃の非常に高い温度のガスが放出されてしまうため、上記ガスの温度を下げるべく、様々な技術が開発されている。

この種の従来技術として、特許文献１に挙げられるものがある。この従来技術は、建設機械に適用した過熱ガス温度低減装置として、機械室の一側に貫通形成される貫通孔と、エンジンに接続された排気管としてテールパイプと、冷却ファンと、貫通孔に組み付けられ、テールパイプの外径を取り囲んで離隔空間を形成されるディフューザとから構成されている。このディフューザは、冷却ファンから生成された気流と過熱ガスとを混合し、過熱を低減するものとして示されている。

特開２０１０−１６９０９４号公報

しかし、従来技術の加熱ガス温度低減装置では、排気ガスの温度を低減させるために、一定の長さのディフューザを必要とし、排気ガス温度の低減効果を得ようとするとディフューザの位置が過度に高くなり、オペレータの後方視界等を損なう可能性がある。また、ディフューザの高さが高くなる、すなわちディフューザが大型化すると、それに伴いエンジンカバーもディフューザを支えるべく大型化せざるを得ず、建設機械の製造コストが増加する。一方で、輸送規制に対応させるべく、ディフューザを低く設計すると、高温の排気ガスが機械室内に逆流し、後処理装置に取り付けられた温度センサ等のセンサ類にダメージを与える可能性がある。

本発明は、上述した従来技術における実情からなされたもので、その目的は、ディフューザの高さを抑えた上で、上述した後処理装置から排出される排気ガスの温度を効果的に低減することができる建設機械を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、機械室内に載置されたエンジンと、前記エンジンに連結されて前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する後処理装置と、前記後処理装置内で浄化された排気ガスを排出する排気管と、前記機械室の上方に位置する車体カバー上に設けられて前記排気管から排出される排気ガスを前記機械室外に排出するディフューザと、有する排気ガス排出装置を備えた建設機械において、前記車体カバーに設けられ、前記機械室の内外を貫通する貫通口と、前記貫通口に連結されて前記車体カバーに取り付けられたパイプと、を備え、前記排気管は、前記貫通口に隙間を介して挿通されており、前記排気管の排出口は、前記パイプの排出口の位置よりも低く位置し、前記ディフューザは、前記パイプの外径よりも大径に形成されると共に、前記パイプとの間に隙間を介して前記パイプの外周側に配置されており、前記ディフューザの外周には、前記パイプの排出口の位置よりも低く、かつ下端が前記車体カバーに接している開口部が設けられていることを特徴としている。

このように構成した本発明は、エンジンから排出された排気ガスが後処理装置を経由して排気管から排出される際に、貫通口から導かれた機械室内の空気流と合流し、排気ガスの温度が低減される。更に、機械室からの空気流と合流した排気ガスは、パイプから排出される際に、ディフューザに設けられた開口から導かれた外気と合流し、更に温度が低減される。また、パイプから排出された排気ガスの一部がディフューザの壁面に跳ね返り逆流したとしても、ディフューザに設けられた開口から導かれた外気が、逆流した排気ガスをディフューザ外に押し出す事により、高温の排気ガスが機械室内に侵入する事を防ぐ事ができる。

本発明に係る過熱ガス低減装置は、エンジンから排出された排気ガスを、機械室内及び機械室外からの空気流と合流させる構成により、従来技術と比較して、より効率的に排気ガスを冷却することが可能となる。また、排気ガスの一部がディフューザの内壁に跳ね返り逆流したとしても、ディフューザの開口部から導かれた外気がディフューザの排出口側に押し出す。これにより、高温の排気ガスの逆流によるセンサ等の機器へのダメージを抑えるとともに、ディフューザの高さが増加することを抑制でき、オペレータの後方視野を確保することができる。

本発明に係る建設機械の排気ガス排出装置の第１実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げられた油圧ショベルを示す側面図である。 図１に示す油圧ショベルに備えられた機械室内の要部を示す図である。 本発明に係る建設機械の排気ガス排出装置の第１実施形態を示す部分断面図である。 本発明に係る建設機械の排気ガス排出装置の第１実施形態を構成する部材を示す斜視図である。 本発明に係る建設機械の排気ガス排出装置の第１実施形態における、排気ガスの冷却作用を説明するための図である。 本発明に係る建設機械の排気ガス排出装置の第１実施形態における、排気ガスの逆流防止作用を説明するための図である。

以下、本発明に係る作業機械の排気ガス排出装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る建設機械の排気管構造の第１実施形態は、例えば図１に示すように油圧ショベル１に設けられる。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に配置され、旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動するフロント作業機４とを備えている。また、また、旋回体３は、前方に位置するキャブ７と、後方に配置されたカウンタウェイト６と、キャブ７の後方に配置された機械室５と、この機械室５の上部を形成する車体カバー１５と、この機械室５の内部に設けられた後述するエンジンとを備えている。

また、図２に示すように機械室５は、図示しない油圧ポンプ等を駆動する前述のエンジン１３と、エンジン１３の冷却を行う熱交換器１４と、外気を吸い込み熱交換器１４に導く冷却風を生起させるファン１２と、機械室５内における熱交換器１４を通過した冷却風の流れの下流側に設けられ、エンジン１３の排気ガスを浄化する後処理装置８とを備えている。エンジン１３には、回転数センサや温度センサに代表される各種センサ１３ａが取り付けられている。熱交換器１４は、図示されていないが、例えばエンジン１３用の冷却水を冷却するラジエータと、フロント作業機４を作動させる作動油を冷却するオイルクーラと、エンジン１３の吸気を冷却するインタクーラ等とを含む。

また、旋回体３は、エンジン１３と、図２に示すようにエンジン１３に接続されＰＭを捕集するフィルタを内部に有した後処理装置８と、この後処理装置８の上部に配置され、旋回体３の上部の外装を形成する車体カバー１５とを備えている。本発明に係る第１実施形態は、後処理装置８上に設けられ、後処理装置８内で処理した排気ガスを排出する排気管９と、排気管９内の排気ガスを機械室５外に排出するディフューザ１１とを含んでいる。尚、後処理装置の構造については、本発明の効果を発現する事が出来る限り特に限定されず、例えば尿素SCRシステムを更に搭載した後処理装置であっても良い。

上述のディフューザ１１は、基端側が車体カバー１５に取付けられて立設し、先端側が折り曲がって形成されている。ディフューザ１１の先端側には排気ガスを排出する排出口１１ａが設けられている。なお、後処理装置８は図示しない支持体によって機械室５内に支持固定されている。

図３に示すように、本実施形態は、エンジン１３に連結し、エンジン１３から排出される排気ガスを処理する後処理装置８と、後処理装置８に取り付けられ、後処理装置８内で処理した排気ガスを排出する排気管９と、排気管９内の排気ガスを機械室５外に排出するディフューザ１１とを有している。

ここで、機械室の上方に位置する車体カバー１５には、機械室５の内外を貫通する貫通口１７が設けられている。排気管９は、機械室５内の空気流が、機械室５外へ流れることを許容するように排気管９の周囲に隙間を確保して貫通口１７に挿通されている。そして、貫通口１７には、機械室５内からの空気流と後処理装置８内で処理した排気ガスとが排気管９の出口側（図５に符号２５で示す第１合流点２５）で合流するように、貫通口１７とほぼ同径の内径を有するパイプ１０を設け、このパイプ１０の外周側には、パイプ１０の直径に比べて大径のディフューザ１１がパイプ１０との間に所定寸法隙間を確保して設けられている。ここで、ディフューザ１１は、車体カバー１５上にリング状の支持体１８を介してボルト１６で締結されており、また、機械室５外の空気流をディフューザ１１内に導く開口部１９としての複数の小径の穴を周囲に有している。また、ディフューザ１１は、開口部１９から導かれた機械室５外の空気流と、パイプ１０から排出された排気ガスとが図５に符号２６で示すディフューザ１１内部の第２合流点２６で合流するように形成される。換言すれば、第２合流点２６の先に、ディフューザ１１の排出口１１ａが設けられている。

本実施形態においては、図４に示すように、ディフューザ１１を連結した支持体１８、及び、貫通口１７にパイプ１０を連結した車体カバー１５に、４つのボルト穴２０を設け、それらを前述したボルト１６を用いて締結する事により本発明の排気ガス排出装置を形成しているが、本発明の効果が発現される限り、車体カバー１５と支持体１８の連結方法は特に限定されず、車体カバー１５と支持体１８を溶接するような連結手法であっても、車体カバー１５に直接ディフューザ１１の基端部を溶接するような連結手法であってもよい。

このように構成した本実施形態によれば、図５に示すように、エンジン１３から排出された排気ガス２２が、後処理装置８を経由して排気管９から排出される際に、エゼクタ効果により機械室５内からの空気流を吸い寄せる。これにより、エンジン１３に取り付けられた冷却ファン１２によって冷却された機械室内の空気流（以下、「第１の空気流」とも言う。）２３が、上述した排気ガス２２と、排気管の出口付近における第１合流点２５において合流し、排気ガス２２の温度が低減される。更に、第１の空気流２３と合流した排気ガス２２が、ディフューザ１１内の排気口１１ａに向かって流れる際に、エゼクタ効果により、開口１９から導かれた機械室外の空気流（以下、「第２の空気流」という）２４をディフューザ１１内に吸い寄せる。これにより、パイプ１０から排出された排気ガス２２が第２合流点２６において第２の空気流２４と合流し、更に温度が低減される。

また、図６に示すように、パイプ１０から排出された排気ガス２２の一部２７が、ディフューザ１１の内壁に跳ね返り逆流を起こした場合にも、第２の空気流２４がディフューザ１１内に導かれる際に、ディフューザ１１の出口方向に押しやる事により、機械室内への高温の空気流の逆流が原因となって、後処理装置８やエンジンに取り付けられたセンサ等の精密機器にダメージを与える事を防ぐことができる。

また、本実施形態においては、パイプ１０の出口の位置を、ディフューザ１１に設けられた開口部１９としての小径に形成した複数の穴の位置に比べて高く設定してある。これにより、パイプ１０から排出された排気ガス２２の一部が、第２合流点２６に到達しないまま、開口部１９を通じて車外に排出される事を防ぐ事ができ、より確実に排気ガス２２の温度を低減する事が可能となる。

また、本実施形態においては、図４に示すように、パイプ１０の出口にメッシュ２１を設けている。これにより、ディフューザ１１の排出口１１ａから侵入した枯葉などの塵芥が、パイプ１０及び排気管９に設けられた排気口を通じて、後処理装置８内に侵入する事を防ぐ事が可能となる。

また、本実施形態においては、開口部１９の下端が、車体カバー１５に接している、これにより、雨水や塵埃が開口１９やディフューザ１１の排出口１１ａを通してディフューザ１１内に侵入したとしても、油圧ショベルの稼働に応じて、上述した開口１９から雨水や塵埃が自動的に排出され、ディフューザ１１の下端と、パイプ１０の下端との間の空間に塵埃や雨水が溜まる事を防ぐことができる。ただし、開口１９の下端の位置は、排気ガス２２の温度を効率的に低減できる限り特に限定されず、車体カバー１５よりも高い位置にあってもよい。

以上のように本実施形態に係る排気ガス排出装置は、エンジンから排出された排気ガスを、前記第１合流点２５及び第２合流点２６を経由させることにより二段階に分けて冷却するため、従来技術と比較して、より効率的に排気ガス２２を冷却することが可能となる。また、また、排気ガス２２の一部がディフューザ１１の内壁に跳ね返り逆流したとしても、ディフューザ１１の開口部１９から導かれた外気が、上記排気ガス２２の一部をディフューザ１１の排出口１１ａに押し出す。これにより、ディフューザ１１の高さが増加することを抑制し、オペレータの後方視野を確保することができる。

１ 油圧ショベル、２ 走行体、３ 旋回体、４ フロント作業機、５ 機械室、６
カウンタウェイト、７ キャブ、８ 後処理装置、９ 排気管、１０ パイプ、１１ ディフューザ、１１ａ 排出口、１２ ファン、１３ エンジン、１４ 熱交換器、１５
車体カバー、１６ ボルト、１７ 貫通口、１８ 支持体、１９ 開口部、２０ ボルト穴、２１ メッシュ、２２ 排気ガス、２３ 第１の空気流、２４ 第２の空気流、２５
第１合流点、２６ 第２合流点、２７ 第１合流点２５を通過した空気流の一部

Claims (3)

1. 機械室内に載置されたエンジンと、前記エンジンに連結されて前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する後処理装置と、前記後処理装置内で浄化された排気ガスを排出する排気管と、前記機械室の上方に位置する車体カバー上に設けられて前記排気管から排出される排気ガスを前記機械室外に排出するディフューザと、有する排気ガス排出装置を備えた建設機械において、
   前記車体カバーに設けられ、前記機械室の内外を貫通する貫通口と、
   前記貫通口に連結されて前記車体カバーに取り付けられたパイプと、を備え、
   前記排気管は、前記貫通口に隙間を介して挿通されており、
   前記排気管の排出口は、前記パイプの排出口の位置よりも低く位置し、
   前記ディフューザは、前記パイプの外径よりも大径に形成されると共に、前記パイプとの間に隙間を介して前記パイプの外周側に配置されており、
   前記ディフューザの外周には、前記パイプの排出口の位置よりも低く、かつ下端が前記車体カバーに接している開口部が設けられている
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記開口部は、複数の穴により形成されている
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記パイプの排出口には、メッシュが設けられている
   ことを特徴とする建設機械。