JP7351600B2 - 機体および作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排ガス中の所定の酸化物を還元処理する排ガス浄化装置を有する機体およびこれを備えた作業機械に関する。

一般に、油圧ショベルなどの作業機械のエンジンには、ディーゼルエンジンが用いられる。ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、窒素酸化物が多く含まれるため、液体還元剤を排気ガスに噴射することで窒素酸化物を窒素に還元する排ガス浄化装置が設置される。

液体還元剤を貯留する還元剤タンクと排ガス浄化装置の噴射装置であるインジェクタとは、供給配管により接続され、この供給配管を通じて、還元剤タンクから排ガス浄化装置のインジェクタへと還元剤ポンプにより液体還元剤が供給される。

インジェクタが後部に配置され、還元剤タンクが前部に配置されるレイアウトの場合、供給配管は排ガス浄化装置を迂回して機体の外側に沿って配策される（例えば、特許文献１乃至３参照。）。

特開２０１３－２４１８０９号公報 特開２０１４－８０９０７号公報 特開２０１６－１３８３７０号公報

還元剤タンクから機体外側に供給配管を迂回させる場合、供給配管を支持するための別途の部材を要したり、液体還元剤を熱に対して保護するためにフレームやピラーの内部に供給配管を通すなどの特殊な構造を用いたり、冷却ファンにより供給配管を冷却するための風路を形成したりする必要がある。

また、排ガス浄化装置の下方に位置するポンプ室内にポンプや油圧機器が多く配置される場合、スペースが十分に取れず、機体外側への配策自体が困難な場合がある。その場合、排ガス浄化装置の上方の位置で排ガス浄化装置を囲うように供給配管を配策すると、高温となる排ガス浄化装置からの熱により液体還元剤が影響を受けないようにさらなる対策が必要になる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、スペースを有効利用して、排ガス浄化装置の熱の影響を受けにくい箇所に供給配管を容易に配策できる機体およびこれを備えた作業機械を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、エンジンと、このエンジンの排ガス中の所定の酸化物を還元処理する液状還元剤を噴射するインジェクタを後部に備える排ガス浄化装置と、この排ガス浄化装置をエンジンに隣接する位置にてエンジン上側寄りに支持する支持体と、排ガス浄化装置に対し前方に離れて配置され、液状還元剤を貯留する還元剤タンクと、この還元剤タンクに貯留された液状還元剤を吐出する還元剤ポンプと、一部がエンジンと排ガス浄化装置との間を通してエンジンの上側寄りかつ排ガス浄化装置よりも下方の位置にて支持体に固定され、還元剤ポンプから排ガス浄化装置のインジェクタまで液状還元剤を供給する供給配管と、を具備した機体である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の機体において、両側方向の中央部にセンタフレームを備える本体フレームを具備し、エンジンが、センタフレームに支持され、排ガス浄化装置、還元剤タンクおよび還元剤ポンプが、それぞれセンタフレームに対して一側にて本体フレームに支持され、エンジンと排ガス浄化装置との隙間がセンタフレームの一側の後方に延び、供給配管が、センタフレームに沿って配置されている部分と、エンジンと排ガス浄化装置との隙間に沿って支持体にてエンジンの上側寄りかつ排ガス浄化装置よりも下方の位置に固定されている部分と、を有するものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の機体において、支持体が、エンジンに対向する側面部を備え、供給配管の一部が、支持体の側面部に固定されているものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３いずれか一記載の機体と、この機体に搭載された作業装置とを具備した作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、エンジンと排ガス浄化装置との間のスペースを有効利用して、排ガス浄化装置の熱の影響を受けにくい箇所に供給配管を容易に配策できる。

請求項２記載の発明によれば、還元剤ポンプからセンタフレームに沿ってエンジンと排ガス浄化装置との間に亘り、供給配管を最短で配策可能となり、液体還元剤の受熱距離を短くできるとともに、供給配管を通る液体還元剤が熱の影響を受けにくくできる。

請求項３記載の発明によれば、専用の部材を別途用いることなく、排ガス浄化装置を支持する支持体の側面部を利用して、供給配管を排ガス浄化装置の熱の影響を受けにくい排ガス浄化装置の下方に配置できる。

請求項４記載の発明によれば、機体を省スペースで配置し、エンジンから排出される排気ガスを排ガス浄化装置によって液体還元剤で効率よく還元できる作業機械を提供できる。

本発明に係る機体の一実施の形態を上方から示す斜視図である。 同上機体を側方から示す斜視図である。 同上機体を備える作業機械の側面図である。

以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

図３に示されるように、油圧ショベル形の作業機械10は、機体11が、下部走行体12と、この下部走行体12に旋回可能に設けられた上部旋回体13とを備え、この機体11の上部旋回体13に作業装置14が搭載されている。図示される例では、作業装置14は、バケット形であるが、これに限らず、ブレーカなどが搭載されたものでもよい。

上部旋回体13は、本体フレームである旋回フレーム16上に、オペレータの運転席が設けられたキャブ18、還元剤タンク19、還元剤ポンプ20、燃料タンク21および作動油タンク22などのタンク類、エンジン23、ポンプ、排ガス浄化装置（排ガス後処理装置）25などが搭載されて構成されている。また、上部旋回体13の後方には、カウンタウエイト26が設置される。

図１および図２に示されるように、旋回フレーム16は、両側方向である左右方向の中央部に、センタフレーム28を有する。センタフレーム28は、前後方向に直線状に形成されている。センタフレーム28は、一対の側板である縦板28a，28aを左右方向に離れて備え、これら縦板28a，28aの前部の間に作業装置14（図３）の基端部が軸支持される。

また、旋回フレーム16は、センタフレーム28の左右に、サイドフレーム30，31を有する。サイドフレーム30，31は、センタフレーム28に対して左右方向に延びる梁部材が溶接され、梁部材の先端部に枠体が溶接されるとともに、支持部材が溶接されて構成されている。サイドフレーム30，31は、それぞれ前後方向に延びている。左側のサイドフレーム30にキャブ18（図３）が配置されている。また、右側のサイドフレーム31に、図３に示される還元剤タンク19、還元剤ポンプ20、燃料タンク21、作動油タンク22、ポンプが前方から後方へと順次配置されている。また、ポンプの上方の位置に、排ガス浄化装置25が配置されている。そして、旋回フレーム16は、化粧カバーにより覆われている。

図１に示される還元剤タンク19は、排ガス浄化装置25に使用される尿素水などの液状還元剤が貯留される。また、還元剤ポンプ20は、還元剤タンク19に貯留された液体還元剤を汲み上げ吐出することで排ガス浄化装置25に供給する。これら還元剤タンク19および還元剤ポンプ20は、本実施の形態において、旋回フレーム16の前端部に配置されている。図示される例では、還元剤タンク19および還元剤ポンプ20は、右側のサイドフレーム31の前端部に配置されている。したがって、これら還元剤タンク19および還元剤ポンプ20は、排ガス浄化装置25の前方に、この排ガス浄化装置25に対して離れて位置する。これら還元剤タンク19および還元剤ポンプ20は、例えば工具などを収納するストレージボックスの内部に収容されている。

図１および図２に示されるエンジン23は、旋回フレーム16に対し、エンジン支持部材（エンジンサブアッセン）であるサポート32により支持されている。本実施の形態において、サポート32は、縦板28a，28a間にてセンタフレーム28の後部に配置されている。つまり、エンジン23は、作業装置14（図３）の後方にて旋回フレーム16に支持されている。図示される例では、エンジン23は、旋回フレーム16の左右方向の中央部に配置されている。また、図３に示されるように、エンジン23は、作業装置14の後方に区画される機械室（エンジンルーム）に収容されている。すなわち、エンジン23は、旋回フレーム16の後部にてカウンタウエイト26の前方に配置されている。機械室には、ラジエータおよびオイルクーラなどのクーリングパッケージ（図示せず）、および、クーリングパッケージに外部から吸引した冷却風を当てて冷却する冷却ファン（図示せず）などが配置されている。

ポンプは、油圧ポンプであり、エンジン23と連結され、エンジン23により駆動される。このポンプは、機械室の右側方に隣接するポンプ室に収容されている。ポンプ室は、作動油タンク22の後方にて、旋回フレーム16の右側部に亘り配置されている。ポンプ室の内部には、その他に、各種の油圧機器などが収容されていてもよい。

排ガス浄化装置25は、エンジン23の排気系に対して排ガスを浄化処理する。図１および図２に示されるように、排ガス浄化装置25は、旋回フレーム16に対し、支持体である基台34を介して支持されている。

本実施の形態において、基台34は、ポンプ室の上方に排ガス浄化装置25を配置するものである。基台34は、排ガス浄化装置25が載置される載置部34aを備えている。載置部34aは、基台34の最上部に位置する。載置部34aは、例えば平板状に形成されている。本実施の形態において、載置部34aは、四角形状に形成されている。載置部34aは、長手方向を前後方向、短手方向を左右方向に沿わせて配置されている。載置部34aは、上下方向において、エンジン23に対し上側寄りに位置している。また、基台34は、載置部34aから下方に延びる脚部34bを備えている。脚部34bは、下端部がサポート32を介して旋回フレーム16に固定される。

そして、基台34は、側面部34cを備えている。側面部34cは、載置部34aと交差または直交する方向に沿う板状に形成されている。側面部34cは、載置部34aの長辺から下方に延びて形成されている。すなわち、側面部34cは、前後方向に沿って直線状に形成され、エンジン23に対向して位置する。図示される例では、側面部34cは、エンジン23に対して一側である右側に位置する。そのため、基台34の載置部34aに載置された排ガス浄化装置25は、エンジン23の一側である右側に、エンジン23に対して離間されて配置され、エンジン23と間隙Ｇを介して対向している。エンジン23と排ガス浄化装置25との間の間隙Ｇは、センタフレーム28の一方の縦板28aの側方の位置にて後方に直線状に延びている。また、側面部34cは、載置部34aに載置された排ガス浄化装置25よりも下方に位置する。

排ガス浄化装置25は、排ガス中の黒煙を除去する黒煙除去装置（Diesel Particulate Filter）40と、排ガス中の所定の酸化物である窒素酸化物を還元処理する窒素酸化物還元装置（Selective Catalytic Reduction）41と、ディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst）42とを備えている。本実施の形態においては、黒煙除去装置40と窒素酸化物還元装置41とが前後に直列に配置され、これら黒煙除去装置40と窒素酸化物還元装置41との側方にディーゼル酸化触媒42が配置されている。また、ディーゼル酸化触媒42は、黒煙除去装置40と窒素酸化物還元装置41とに対して上方に位置している。さらに、ディーゼル酸化触媒42は、接続管43を介して黒煙除去装置40と接続され、接続管43に、液状還元剤を噴射する噴射装置であるインジェクタ44が配置されている。図示される例では、黒煙除去装置40と窒素酸化物還元装置41とが右側に位置し、ディーゼル酸化触媒42および接続管43、インジェクタ44が左側に位置している。ディーゼル酸化触媒42と接続管43とが上下に並んで配置されている。また、インジェクタ44は、排ガス浄化装置25の後部に位置する。黒煙除去装置40、窒素酸化物還元装置41、および、ディーゼル酸化触媒42は、それぞれ前後方向に沿って軸線を有する略円筒状に形成されている。

そして、エンジン23の排気口に対して、エキゾースト管路の起点となる接続配管を介してディーゼル酸化触媒42の前端部が接続され、このディーゼル酸化触媒42の後端部に対し、接続管43の後端部が接続され、この接続管43の前端部が黒煙除去装置40と接続され、黒煙除去装置40の後部に窒素酸化物還元装置41の前部が接続され、かつ、この窒素酸化物還元装置41の後端部にエキゾースト管路の残りの部分が接続されている。

インジェクタ44には、還元剤タンク19から還元剤ポンプ20により液体還元剤を供給するための供給配管45が接続されている。

供給配管45は、還元剤タンク19から還元剤ポンプ20を経由し、第一部分45aが縦板28aに沿って前後方向に配置され、第一部分45aに続く第二部分45bがエンジン23および排ガス浄化装置25の前方の位置で上下方向に配置され、第二部分45bに続く第三部分45cがエンジン23と排ガス浄化装置25との間に配置され、その端部が排ガス浄化装置25の後方から前方に向かって折り返されて配置され、インジェクタ44に接続されている。供給配管45は、第一部分45a乃至第三部分45cに亘り、上方から見て、旋回フレーム16（機体11）の内側の部分に前後方向に沿って直線状に配置されている。供給配管45は、複数箇所が固定具46により固定されている。図示される例では、供給配管45は、一本の配管として形成されているが、これに限らず、複数の配管を接続して形成してもよい。つまり、第一部分45a、第二部分45b、および、第三部分45cは、それぞれ一体的な配管であってもよいし、分割された複数の配管が接続されて構成されていてもよい。

第一部分45aは、供給配管45中の最も長い主要部である。第一部分45aは、燃料タンク21および作動油タンク22（図３）と縦板28aとの間にて前後方向に直線状に配置されている。第一部分45aは、旋回フレーム16上に沿わせて配置されている。すなわち、第一部分45aは、供給配管45のうち、最も低い位置にある。

第二部分45bは、上下方向の位置が互いに異なる第一部分45aと第三部分45cとを接続する接続部である。第二部分45bは、第一部分45aの後端部から上方に屈曲されている。

第三部分45cは、エンジン23と排ガス浄化装置25との間に位置する介在部である。第三部分45cは、上流側が第二部分45bの上端部から後方に屈曲されている。第三部分45cは、第一部分45aよりも上方の位置で前後方向に直線状に配置されている。第三部分45cは、エンジン23と排ガス浄化装置25との間隙Ｇに通されている。また、本実施の形態において、第三部分45cは、基台34の側面部34cに沿わせて配置され、この側面部34cに固定されている。そのため、第三部分45cは、上下方向において、エンジン23の上側寄り、かつ、排ガス浄化装置25よりも下方に配置されている。第三部分45cは、基台34に一体的に固定されている。また、第三部分45cの下流側は、排ガス浄化装置25の後方から上方かつ側方に屈曲され、インジェクタ44と接続されている。

そして、還元剤タンク19内にある尿素水などの液状還元剤を還元剤ポンプ20により汲み上げ、供給配管45を通して排ガス浄化装置25のインジェクタ44に供給し、このインジェクタ44により黒煙除去装置40の上流側に噴射する。

このような排ガス浄化装置25を備える機体11の場合、排ガス浄化装置25を、複数の機種で共用できるように、還元剤タンク19および還元剤ポンプ20とは反対側の後側にインジェクタ44を有するものを用いる場合、還元剤ポンプ20からインジェクタ44への供給配管45は、排ガス浄化装置25を迂回して配策せざるを得ず、また、ポンプ室側にポンプや油圧機器が多く配置され供給配管45を通すスペースが十分に取れないなど、機体11や機器レイアウトのために、機体11の外側に供給配管45を配策することが制限される場合がある。そのような場合、図１および図２に二点鎖線Ｌで示されるように、供給配管45の一部が、排ガス浄化装置25の上側を囲んで迂回するように配置されると、高温の排ガス浄化装置25からの熱を受け、液体還元剤の劣化や性能低下を招くおそれがあるとともに、供給配管45も長くなり、配置スペースを取るだけでなく、受熱距離が長くなるおそれがある。

そのため、本実施の形態では、供給配管45の一部（第三部分45c）をエンジン23と排ガス浄化装置25との間を通して配置したことで、エンジン23と排ガス浄化装置25との間のスペースを有効利用して、熱源となる排ガス浄化装置25の熱の影響を受けにくい箇所に供給配管45を容易に配策（ルーチング）できるとともに、油圧機器などの他の部品との干渉を避けることができる。

また、エンジン23を支持するセンタフレーム28に対して一側にて旋回フレーム16に排ガス浄化装置25、還元剤タンク19および還元剤ポンプ20を支持し、供給配管45をセンタフレーム28に沿って配置することで、還元剤ポンプ20からセンタフレーム28に沿ってエンジン23と排ガス浄化装置25との間に亘り、供給配管45を最短で配策可能となり、液体還元剤の受熱距離を短くできる。

さらに、排ガス浄化装置25を支持する基台34のエンジン23に対向する側面部34cに供給配管45の一部（第三部分45c）を固定することで、専用の部材を別途用いることなく、排ガス浄化装置25を支持する基台34の側面部34cを利用して、供給配管45を排ガス浄化装置25の熱の影響を受けにくい排ガス浄化装置25の下方に配置できる。

しかも、エンジン23と排ガス浄化装置25との間を通す供給配管45の一部（第三部分45c）については、予め基台34に組み込んだ状態で旋回フレーム16に組み付けできるので、組み立て性の向上も見込める。

そして、上記のような機体11を備えることで、機体11を省スペースで配置し、エンジン23から排出される排気ガスを排ガス浄化装置25によって液体還元剤で効率よく還元できる作業機械10を提供できる。

なお、上記一実施の形態において、供給配管45の第三部分45cは、基台34の側面部34cに固定されるものに限らず、例えば載置部34a上の排ガス浄化装置25とエンジン23との間に配置されていてもよい。

また、機体11は、作業機械10が非旋回型のものにも適用できる。

さらに、機体11は、エンジンにより駆動されるものであれば、作業機械の他にも適用でき、例えば輸送機械などにも適用できる。

本発明は、排ガス後処理装置の配置構造に特徴を有する機体および作業機械の製造業などに関わる事業者にとって利用可能である。

10 作業機械
11 機体
14 作業装置
16 本体フレームである旋回フレーム
19 還元剤タンク
20 還元剤ポンプ
23 エンジン
25 排ガス浄化装置
28 センタフレーム
34 支持体である基台
34c 側面部
44 インジェクタ
45 供給配管

Claims (4)

1. エンジンと、
   このエンジンの排ガス中の所定の酸化物を還元処理する液状還元剤を噴射するインジェクタを後部に備える排ガス浄化装置と、
   この排ガス浄化装置をエンジンに隣接する位置にてエンジン上側寄りに支持する支持体と、
   排ガス浄化装置に対し前方に離れて配置され、液状還元剤を貯留する還元剤タンクと、
   この還元剤タンクに貯留された液状還元剤を吐出する還元剤ポンプと、
   一部がエンジンと排ガス浄化装置との間を通してエンジンの上側寄りかつ排ガス浄化装置よりも下方の位置にて支持体に固定され、還元剤ポンプから排ガス浄化装置のインジェクタまで液状還元剤を供給する供給配管と、
   を具備したことを特徴とする機体。
2. 両側方向の中央部にセンタフレームを備える本体フレームを具備し、
   エンジンは、センタフレームに支持され、
   排ガス浄化装置、還元剤タンクおよび還元剤ポンプは、それぞれセンタフレームに対して一側にて本体フレームに支持され、
   エンジンと排ガス浄化装置との隙間がセンタフレームの一側の後方に延び、
   供給配管は、センタフレームに沿って配置されている部分と、エンジンと排ガス浄化装置との隙間に沿って支持体にてエンジンの上側寄りかつ排ガス浄化装置よりも下方の位置に固定されている部分と、を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の機体。
3. 支持体は、エンジンに対向する側面部を備え、
   供給配管の一部は、支持体の側面部に固定されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の機体。
4. 請求項１乃至３いずれか一記載の機体と、
   この機体に搭載された作業装置と
   を具備したことを特徴とする作業機械。

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