(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
次に、テールパイプ40の詳細について説明する。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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)。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。