以下、本発明の実施の形態による排気ガス浄化装置を油圧ショベルに搭載した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
まず、図1ないし図8は本発明の第1の実施の形態を示している。この第1の実施の形態では、排気ガス浄化装置としてエンジンから排出される粒子状物質(PM)を粒子状物質除去フィルタ(DPF)によって除去する粒子状物質除去装置(以下、PM除去装置という)を例示している。
そして、この第1の実施の形態に用いる排気ガス除去装置は、酸化触媒と消音器筒体を収容した上流筒体と、消音器筒体を収容した下流筒体と、粒子状物質除去フィルタを収容したフィルタ用筒体との3個の筒体をボルトとナットを用いて直列に連結し、支持部材等によりエンジン側に取付ける構成としている。
図1において、1は土砂の掘削作業等に用いられる建設機械の代表例としての油圧ショベルである。この油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体2と共に車体をなす上部旋回体4と、該上部旋回体4の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置5とにより大略構成されている。また、上部旋回体4は、後述の旋回フレーム6、キャブ7、エンジン8、排気ガス浄化装置21等により大略構成されている。
6は上部旋回体4の旋回フレームで、該旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2上に取付けられている。また、旋回フレーム6は、図2に示す如く、前,後方向に延びる厚肉な底板6Aと、該底板6A上に立設され、左,右方向に所定の間隔をもって前,後方向に延びた左縦板6B,右縦板6Cと、該各縦板6B,6Cから左,右方向の外向きに延びた複数本の張出しビーム6Dと、左,右方向の外側に位置して各張出しビーム6Dの先端に取付けられ、前,後方向に延びた左サイドフレーム6E,右サイドフレーム6Fとにより大略構成されている。
7は旋回フレーム6の左前側に搭載されたキャブ(図1参照)を示し、該キャブ7は、オペレータが搭乗するものである。また、キャブ7の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバー(いずれも図示せず)等が配設されている。
8は旋回フレーム6の後側に横置き状態で搭載された原動機としてのエンジンである。このエンジン8は、例えばディーゼルエンジンにより構成されている。また、エンジン8の右側には、図2に示すように、排気ガスを排出する排気ガス通路の一部をなす排気管9が設けられ、該排気管9には後述の排気ガス浄化装置21が取付けられている。
また、ディーゼルエンジン8は、高効率で耐久性にも優れているが、粒子状物質(PM:Particulate Matter)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)等の有害物質が排気ガスと一緒に排出されてしまう。そこで、排気管9に取付けられる排気ガス浄化装置21は、一酸化炭素(CO)等を酸化して除去する酸化触媒25、粒子状物質を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ34とを含んで構成されている。
10はエンジン8の右側に取付けられた油圧ポンプで、該油圧ポンプ10は、後述の作動油タンク12と共に油圧源を構成するものである。そして、油圧ポンプ10は、エンジン8によって駆動されることにより制御弁(図示せず)に向けて圧油(作動油)を吐出するものである。
ここで、油圧ポンプ10は、図3、図4に示すように、エンジン8に対面する左側の端部がフランジ部10Aとなり、このフランジ部10Aがエンジン8側にボルト止め等の手段で着脱可能に固着されている。そして、油圧ポンプ10のフランジ部10Aは、後述の浄化装置支持ブラケット16と一緒にエンジン8側に取付けられるものである。
11はエンジン8の左側に位置して設けられた熱交換器で、この熱交換器11は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラ等を前,後方向に並べて配置する構成となっている。
12は油圧ポンプ10の前側に位置して旋回フレーム6の右側に搭載された作動油タンクである。この作動油タンク12は、油圧ポンプ10に供給する作動油を貯えるものである。また、13は作動油タンク12の前側に設けられた燃料タンクで、この燃料タンク13は、内部にエンジン8に供給する燃料を貯えるものである。
14はエンジン8の後側に位置して旋回フレーム6の後端部に取付けられたカウンタウエイトで、該カウンタウエイト14は、作業装置5との重量バランスをとるものである。また、15はエンジン8等を外側から覆う建屋カバーを示している。
16はエンジン8の右側に位置して設けられた浄化装置支持ブラケットで、該浄化装置支持ブラケット16は、後述の排気ガス浄化装置21を支持する構造体を構成し、上部旋回体4の一部をなしている。そして、浄化装置支持ブラケット16は、後述の支持台17、防振体18、前側取付板19および後側取付板20を含んで構成されるものである。
即ち、浄化装置支持ブラケット16は、図3、図4に示すように油圧ポンプ10のフランジ部10Aと一緒にエンジン8側に取付けられる支持台17と、該支持台17上に前,後方向に間隔をもって配置され、複数個の防振体18(2個のみ図示)を介して防振支持された前側取付板19、後側取付板20とにより大略構成されている。
次に、エンジン8の排気ガスに含まれる有害物質を除去して浄化する第1の実施の形態による排気ガス浄化装置21について、図2ないし図8を参照しつつ説明する。この第1の実施の形態の特徴は、排気ガス浄化装置をなすPM除去装置を、後述の酸化触媒25と粒子状物質除去フィルタ34とにより構成したことにある。
即ち、21はエンジン8の上部右側に位置して排気管9に接続された排気ガス浄化装置で、該排気ガス浄化装置21は、排気管9と共に排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが流通する間に、この排気ガスに含まれる有害物質を除去するものである。また、排気ガス浄化装置21は、前,後方向の前側が上流側となり、後側が下流側となるようにエンジン8の上部に縦置き状態に配置されている。
そして、第1の実施の形態による排気ガス浄化装置21は、図3、図4に示す如く、後述の上流筒体22と下流筒体28と浄化部筒体としてのフィルタ用筒体32とからなる3個の筒体をボルト38、ナット39によって締結する構成となっている。また、図6に示すように、上流筒体22には、流入管24の消音器筒体24Bと酸化触媒25とが収容され、下流筒体28には、流出管30の消音器筒体30Bが収容され、取外し可能に設けられたフィルタ用筒体32には粒子状物質除去フィルタ34が収容されている。
22は排気ガス通路の上流側となる排気ガス浄化装置21の前側位置に設けられた上流筒体で、該上流筒体22は、排気ガスが流入する入口部分を構成している。即ち、上流筒体22は、図5、図6に示すように後述の筒状ケース23、流入管24、酸化触媒25および支持脚26により大略構成されている。
23は上流筒体22の外殻を構成する筒状ケースで、該筒状ケース23は、大径な円筒状の円筒部23Aと、該円筒部23Aの前側(上流側)を閉塞して設けられた蓋部23Bと、前記円筒部23Aの後側(下流側)の端部に拡径して設けられた環状のフランジ部23Cとにより構成されている。そして、フランジ部23Cは、図5に例示するように円筒部23Aの外周から突出寸法Cの突出量で径方向に突出している。
ここで、フランジ部23Cは、例えば図6に示す如く、後側に隣合う後述のフィルタ用筒体32(筒状ケース33)の前側フランジ部33Bと対面して突合せるように接続されるもので、その接続面23C1は平坦に形成されている。これにより、フランジ部23Cは、後述のボルト38、ナット39を外して締結を解除したときに、フィルタ用筒体32を径方向の上側に持上げて取外せるようにしている。また、筒状ケース23のフランジ部23Cには、周方向に間隔をもって複数個のボルト挿通孔(図示せず)が設けられ、それぞれのボルト挿通孔には、後述のボルト38が挿通される。
また、筒状ケース23には、図3〜図6に示すように、円筒部23Aの上部に位置して2個の温度センサ取付口23Dが設けられている。この2個の温度センサ取付口23Dは、後述する酸化触媒25の上流部と下流部の温度を計測するため温度センサ41が取付けられるもので、酸化触媒25を前,後方向で挟む位置に配置されている。さらに、円筒部23Aの後側位置には、例えば右側に位置して上流側の圧力取出部23Eが設けられ、該圧力取出部23Eは、排気ガス通路を流れる排気ガスの圧力のうち、粒子状物質除去フィルタ34の上流側の圧力を取出すためのもので、後述の圧力センサ40に上流側導管40Aを介して接続されている。
24は筒状ケース23の前側(上流側)に設けられた流入管で、該流入管24は、筒状ケース23の円筒部23Aを直径方向に貫通している。また、流入管24の一端は、排気管9に向けて左側に延び、排気管9の先端側に接続される。一方、流入管24の他端は、閉塞板24Aによって閉塞されている。ここで、流入管24は、筒状ケース23の内部で消音器筒体24Bを構成している。この消音器筒体24Bは、多数個設けた小孔24Cに排気ガスを通すことにより、排気音を低減するものである。
25は流入管24の下流側に位置して筒状ケース23内に収容された酸化触媒で、該酸化触媒25は、排気ガスを浄化する処理部材(後処理装置)の1つを構成している。また、酸化触媒25は、図6に示すように、例えば円筒部23Aの内径寸法と同等の外径寸法をもったセラミックス製のセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔25Aが形成され、内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒25は、所定の温度下で各貫通孔25Aに排気ガスを流通させることにより、この排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去し、窒素酸化物(NO)を二酸化窒素(NO2)として除去するものである。
26は上流筒体22の円筒部23Aの下側に設けられた支持部材としての支持脚で、該支持脚26は、図3、図4に示す如く、後述の締結具43を用いて上流筒体22を浄化装置支持ブラケット16の前側取付板19に固定的に取付けるものである。そして、支持脚26は、図5に例示するように円筒部23Aの外周から突出寸法Aの長さで径方向(下向き)に突出している。なお、この場合の支持脚26は、金属の板体を略W字状に折曲げて形成されているが、L字状、逆T字状等の他の形状としてもよいものである。
また、27は筒状ケース23のフランジ部23Cに設けられた複数個の位置決め板で、該各位置決め板27は、図5に例示するように、フランジ部23Cの下側外周に所定の間隔をもって後側に突出するように取付けられている。そして、各位置決め板27は、後述のフィルタ用筒体32(筒状ケース33)の前側フランジ部33Bに下側から当接することにより、このフィルタ用筒体32の筒状ケース33を、上流筒体22とほぼ同軸となる位置に位置決めするものである。
28は排気ガス通路の下流側となる排気ガス浄化装置21の後側位置に設けられた下流筒体で、該下流筒体28は、前述した上流筒体22と反対側に位置して排気ガスが流出する出口部分を構成している。即ち、下流筒体28は、図5、図6に示すように、筒状ケース29、流出管30、支持脚31により大略構成されている。
29は下流筒体28の外殻を構成する筒状ケースで、該筒状ケース29は、上流筒体22の筒状ケース23とほぼ同様に、大径な円筒状の円筒部29Aと、該円筒部29Aの後側(下流側)を閉塞して設けられた蓋部29Bと、前記円筒部29Aの前側(上流側)の端部に拡径して設けられたフランジ部29Cとにより構成されている。
ここで、筒状ケース29のフランジ部29Cは、前述した上流筒体22の筒状ケース23のフランジ部23Cとほぼ同様に、前側に隣合う後述のフィルタ用筒体32(筒状ケース33)の後側フランジ部33Cとの接続面29C1が平坦に形成されている。また、フランジ部29Cには、周方向に間隔をもって複数個のボルト挿通孔(図示せず)が設けられている。
一方、円筒部29Aの後側位置には、例えば右側に位置して下流側の圧力取出部29Dが設けられ、該圧力取出部29Dは、排気ガス通路を流れる排気ガスの圧力のうち、粒子状物質除去フィルタ34の下流側の圧力を取出すもので、後述の圧力センサ40に下流側導管40Bを介して接続されている。
30は筒状ケース29に設けられた尾管と呼ばれる流出管で、該流出管30は、筒状ケース29の円筒部29Aを直径方向(上,下方向)に貫通している。また、流入管30の下端は、図6に示すように、閉塞板30Aによって閉塞され、流出管30の上端は、上方に突出して大気に開放されている。ここで、流出管30は、筒状ケース29の内部で消音器筒体30Bを構成している。この消音器筒体30Bは、前述した流入管24の消音器筒体24Bとほぼ同様に、排気ガスを多数個設けた小孔30Cに通すことにより、排気音を低減するものである。
31は下流筒体28の円筒部29Aの下側に設けられた支持部材としての支持脚で、該支持脚31は、前述した上流筒体22の支持脚26と同様に、略W字状に形成されている。また、支持脚31は、図5に例示した支持脚26と同様に突出寸法Aの突出量で円筒部29Aの外周から径方向(下向き)に突出している。そして、支持脚31は、締結具43を用いて下流筒体28を浄化装置支持ブラケット16の後側取付板20に固定的に取付けるものである。
ここで、上流筒体22は、支持脚26によって浄化装置支持ブラケット16の前側取付板19に取付けることができ、下流筒体28は、支持脚31によって浄化装置支持ブラケット16の後側取付板20に取付けることができる。そして、この状態では、上流筒体22と下流筒体28との間には、後述のフィルタ用筒体32を取付けるためのスペースが形成される。
32は上流筒体22と下流筒体28との間に直列に接続して設けられた1個のフィルタ用筒体で、このフィルタ用筒体32は、処理部材(後処理装置)を内蔵した浄化部筒体を構成している。また、フィルタ用筒体32は、図6、図8に示す如く後述の筒状ケース33と粒子状物質除去フィルタ34とにより大略構成されている。そして、フィルタ用筒体32は、後述の載置脚35、把手部37が設けられている点で上流筒体22、下流筒体28と相違している。
33はフィルタ用筒体32の外殻を構成する筒状ケースで、該筒状ケース33は、上流筒体22の筒状ケース23とほぼ同様な直径寸法をもった円筒状の円筒部33Aと、該円筒部33Aの前側(上流側)の端部に拡径して設けられた前側フランジ部33Bと、前記円筒部33Aの後側(下流側)の端部に拡径して設けられた後側フランジ部33Cとにより構成されている。
そして、筒状ケース33のフランジ部33B,33Cは、図5に例示した上流筒体22(筒状ケース23)のフランジ部23Cと同様に突出寸法Cの長さで円筒部33Aの外周から径方向に突出している。なお、第1の実施の形態によるPM除去装置では、フィルタ用筒体32の筒状ケース33には、上流筒体22の筒状ケース23、下流筒体28の筒状ケース29と相違し、温度センサ取付口、圧力取出部等の計器取付部分が設けられていない。
ここで、筒状ケース33の前側フランジ部33Bは、前側に隣合う上流筒体22(筒状ケース23)に設けられたフランジ部23Cの接続面23C1と平坦な接続面33B1により対面している。また、後側フランジ部33Cは、後側に隣合う下流筒体28(筒状ケース29)のフランジ部29Cの接続面29C1と平坦な接続面33C1により対面している。そして、前側フランジ部33Bと後側フランジ部33Cとには、図8に示すように周方向に間隔をもって複数個のボルト挿通孔33D,33D,…が穿設され、これらのボルト挿通孔33Dには後述のボルト38が挿通される。
この場合、フィルタ用筒体32は上流筒体22に対し、フランジ部23Cと前側フランジ部33Bとの間にガスケット(図示せず)を挟んだ状態で後述のボルト38、ナット39により連結される。そして、フランジ部23C,33B間を前記ガスケットにより気密にシールすることができる。また、フィルタ用筒体32は下流筒体28に対し、フランジ部29Cと後側フランジ部33Cとの間に他のガスケット(図示せず)を挟んだ状態で同様にボルト38、ナット39を用いて連結される。そして、フランジ部29C,33C間を前記他のガスケットにより気密にシールすることができる。
しかも、フィルタ用筒体32(筒状ケース33)は、隣合う上流筒体22と下流筒体28を浄化装置支持ブラケット16から取外すことなく、フィルタ用筒体32を上流筒体22と下流筒体28との間から単品で取外して分解することができる。また、フィルタ用筒体32(筒状ケース33)は、上流筒体22と下流筒体28との間に接続して組立てることもできる。
34は筒状ケース33内に収容された粒子状物質除去フィルタ(通常、Diesel Particulate Filter、略してDPFとも呼ばれている)で、該粒子状物質除去フィルタ34は、処理部材(後処理装置)の1つを構成している。この粒子状物質除去フィルタ34は、エンジン8から排出される排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集し、燃焼して除去することにより、排気ガスを浄化するものである。また、粒子状物質除去フィルタ34は、例えばセラミックス材料等からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔34Aを設けたセル状筒体をなし、各小孔34Aは、隣同士で交互に異なる端部が目封じ部材34Bによって閉塞されている。
これにより、粒子状物質除去フィルタ34は、一方から小孔34Aに流入する排気ガスを多孔質材料に通すことで粒子状物質を捕集し、隣の小孔34Aから他方に流出する。そして、捕集した粒子状物質は、燃焼して除去されるが、その一部は灰となって小孔34A内に徐々に堆積する。また、その他の未燃焼残留物、例えばエンジンオイル中の重金属、カルシウム等も徐々に堆積する。そこで、粒子状物質除去フィルタ34は、後述の圧力センサ40によって上流側の圧力と下流側の圧力を計測し、その圧力差が所定の閾値に達したときに、取外して堆積物をクリーニングするものである。
また、粒子状物質除去フィルタ34は、筒状ケース33の軸方向のほぼ中央部に配設されているから、フィルタ用筒体32を筒体22,28間に取付けるときに上流と下流とを決める必要がない。これにより、フィルタ用筒体32の誤組付けを防止できる。また、積極的にフィルタ用筒体32の組付け方向を反転して使用することができる。
35はフィルタ用筒体32の筒状ケース33に設けられた載置脚で、該載置脚35は、図3、図8に示す如く金属製の板材等をコ字形状に折曲げて形成され、その上端側が円筒部33Aの外周面に溶接等で固着されている。そして、載置脚35の下端側は、例えば図7、図8に示す作業台36上に載置される幅広な載置面35Aとなり、これによりフィルタ用筒体32は、載置脚35を介して作業台36の上面等に安定した状態で載置されるものである。
ここで、載置脚35は、図5に例示するようにフィルタ用筒体32(円筒部33A)の外周面から突出寸法Bの突出長さで径方向(下向き)に突出している。そして、載置脚35の突出寸法Bは、下記の数1式に示す如く支持脚26,31の突出寸法Aよりも小さく、フランジ部23C,29C,33B,33Cの突出寸法Cよりも大なる寸法に形成されている。
37はフィルタ用筒体32の筒状ケース33に設けられた把手部で、該把手部37は、載置脚35の上方に位置する円筒部33Aの外周面から上向きに突出して設けられている。この場合、把手部37は、例えば金属板を略C字状またはコ字状に折曲げて形成され、溶接、ねじ止め等の手段を用いて筒状ケース33(円筒部33A)の上面に固着されている。そして、把手部37は、例えばフィルタ用筒体32を筒体22,28間に取付けたり、筒体22,28間から取外したりするときに作業者等が把持するものである。
38は上流筒体22とフィルタ用筒体32との間、下流筒体28とフィルタ用筒体32との間に設けられたボルト、39は該ボルト38に螺着されるナットをそれぞれ示し、これらのボルト38、ナット39により締結部材が構成される。即ち、ボルト38は、上流筒体22(筒状ケース23)のフランジ部23Cに設けられたボルト挿通孔とフィルタ用筒体32(筒状ケース33)の前側フランジ部33Bに設けられたボルト挿通孔33D(図8参照)とに挿通され、突出したねじ部にナット39を螺着することにより、各フランジ部23C,33B間を互いに分解可能に締結するものである。
一方、他のボルト38は、下流筒体28(筒状ケース29)のフランジ部29Cに設けられたボルト挿通孔とフィルタ用筒体32(筒状ケース33)の後側フランジ部33Cに設けられたボルト挿通孔33D(図8参照)とに挿通され、突出したねじ部にナット39を螺着することにより、各フランジ部23C,33C間を互いに分解可能に締結するものである。
40は上流筒体22の外周側に設けられた圧力センサで、この圧力センサ40は、粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量を推定するために、粒子状物質除去フィルタ34の上流側と下流側の圧力(圧力差)を検出するものである。そして、圧力センサ40は、その上流側導管40Aが上流筒体22(筒状ケース23)の圧力取出部23Eに接続され、下流側導管40Bが下流筒体28(筒状ケース29)の圧力取出部29Dに接続されている。
ここで、上流側導管40A,下流側導管40Bは、フィルタ用筒体32を上,下方向に取付け、取外しするときに邪魔にならないように、フィルタ用筒体32の径方向外側となる位置、即ち図2、図3に示す如くフィルタ用筒体32を横方向に避けた位置に配設されている。
41は上流筒体22の筒状ケース23の上流側に設けられた上流側温度センサで、この上流側温度センサ41は、筒状ケース23の上流側に位置する温度センサ取付口23Dに取付けられ、コントローラ(図示せず)に接続されている。そして、上流側温度センサ41は、酸化触媒25が機能することができる温度であるか確認するために、筒状ケース23に流入する排気ガスの温度を検出するものである。
一方、42は上流筒体22の筒状ケース23の下流側に設けられた下流側温度センサである。そして、この下流側温度センサ42は、粒子状物質除去フィルタ34による再生が可能であるか確認するために、酸化触媒25を通過した排気ガスの温度を検出するものである。
43,43,…はボルト、ナット等からなる締結具で、該各締結具43は、例えば図3および図4に示すように、上流筒体22の円筒部23Aの下側に設けられた支持脚26を浄化装置支持ブラケット16の前側取付板19に固定的に取付ける。また、下流筒体28の円筒部29Aの下側に設けられた支持脚31についても、締結具43により浄化装置支持ブラケット16の後側取付板20に固定的に取付けられるものである。
第1の実施の形態によるPM除去装置からなる排気ガス浄化装置21は、上述の如き構成を有するもので、次に、その組立作業について説明する。
まず、上流筒体22の筒状ケース23を形成するフランジ部23Cとフィルタ用筒体32の筒状ケース33を形成する前側フランジ部33Bとを突合せるように対面させ、この状態で各ボルト挿通孔にボルト38を挿着し、突出したねじ部にナット39を螺着する。
これと同様に、下流筒体28の筒状ケース29を形成するフランジ部29Cとフィルタ用筒体32の筒状ケース33を形成する後側フランジ部33Cとを突合せるように対面させ、この状態で各ボルト挿通孔にボルト38を挿着し、突出したねじ部にナット39を螺着する。
これにより、上流筒体22と下流筒体28とフィルタ用筒体32とを、ほぼ同軸に位置するように直列に組立てることができる。また、ボルト38、ナット39を緩めて取外したときには、フィルタ用筒体32を上流筒体22と下流筒体28との間から取除いて分解することもできる。
そして、上流筒体22、下流筒体28およびフィルタ用筒体32によって排気ガス浄化装置21を組立てた段階では、この排気ガス浄化装置21を浄化装置支持ブラケット16の前側取付板19、後側取付板20上に載置する。次に、この状態で、上流筒体22の支持脚26を締結具43により前側取付板19に固定し、下流筒体28の支持脚31を同じく締結具43を用いて後側取付板20に固定する。これにより、排気ガス浄化装置21を浄化装置支持ブラケット16(エンジン8)に取付けることができる。
次に、フィルタ用筒体32の粒子状物質除去フィルタ34に堆積した粒子状物質を除去するためのクリーニング作業について説明する。即ち、粒子状物質除去フィルタ34のクリーニング作業を行うためには、上流筒体22と下流筒体28の間からフィルタ用筒体32を取外す必要がある。
そこで、クリーニング作業に先立って、上流筒体22とフィルタ用筒体32とを締結するボルト38、ナット39を外し、下流筒体28とフィルタ用筒体32とを締結するボルト38、ナット39を外す。このときに、フィルタ用筒体32は、印籠嵌合のない平坦なフランジ接続で上流筒体22、下流筒体28に取付ける構成としているから、該フィルタ用筒体32は、例えば作業者が把手部37を把持して引上げることにより上流筒体22、下流筒体28間から簡単に取外すことができる。
そして、取外したフィルタ用筒体32は、例えば図7、図8に示すように作業台36上に載置され、この状態でフィルタ用筒体32内の粒子状物質除去フィルタ34をクリーニングする。この場合、フィルタ用筒体32(筒状ケース33)の円筒部33Aには、その下面側に載置脚35を設けているから、この載置脚35を作業台36に接地させることにより、フィルタ用筒体32を転倒しないように安定的に載置することができる。これにより、フィルタ用筒体32内の粒子状物質除去フィルタ34に堆積した粒子状物質を、例えば圧縮空気等を吹き付けるようにして除去することができる。
次に、第1の実施の形態が適用された油圧ショベル1の動作(操作)について説明する。
まず、オペレータは、上部旋回体4のキャブ7に搭乗し、エンジン8を始動して油圧ポンプ10を駆動する。これにより、油圧ポンプ10からの圧油は、制御弁を介して各種アクチュエータに供給される。そして、キャブ7に搭乗したオペレータが走行用の操作レバー(図示せず)を操作したときには、下部走行体2を前進または後退させることができる。一方、作業用の操作レバー(図示せず)を操作することにより、作業装置5を俯仰動させて土砂の掘削作業等を行うことができる。
また、エンジン8の運転時には、その排気管9から有害物質である粒子状物質等が排出される。このときに排気ガス浄化装置21は、粒子状物質除去フィルタ34によって粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を燃焼して除去(再生)する。これにより、浄化した排気ガスを外部に排出することができる。
かくして、第1の実施の形態によれば、上流筒体22,下流筒体28,フィルタ用筒体32の筒状ケース23,29,33には、平坦な接続面23C1,29C1,33B1,33C1を有するフランジ部23C,29C,33B,33Cを設け、対面するフランジ部23C,29C,33B,33C間をボルト38、ナット39によって締結している。この上で、フィルタ用筒体32を除いた上流筒体22と下流筒体28にエンジン8側の浄化装置支持ブラケット16に固定するための支持脚26,31を設ける構成としている。
これにより、上流筒体22,下流筒体28は、支持脚26,31を用いて浄化装置支持ブラケット16に固定的に取付けることができる。一方、フィルタ用筒体32は浄化装置支持ブラケット16に固定的に支持されていないため、フィルタ用筒体32は、各ボルト38、ナット39を取外すことにより、上流筒体22、下流筒体28等を車体側に固定したままの状態で、クリーニング作業等が必要なフィルタ用筒体32だけを簡単に取外すことができる。
この結果、定期的なクリーニング作業、点検作業、修理作業等を行う場合に、フィルタ用筒体32は、各ボルト38、ナット39を弛めるという簡単な作業を行うだけで、上流筒体22、下流筒体28をエンジン8側に残した状態で取外すことができる。
しかも、第1の実施の形態によれば、フィルタ用筒体32(筒状ケース33)の円筒部33Aには下面側に載置脚35を設け、円筒部33Aの上面側には把手部37を設ける構成としている。このため、例えば作業者がフィルタ用筒体32を上流筒体22と下流筒体28との間から取外すときには、把手部37を把持して持上げるように取外すことができる。
そして、フィルタ用筒体32を取外して作業台36等に載置するときには、この作業台36上でフィルタ用筒体32を載置脚35により安定した載置状態に保つことができ、フィルタ用筒体32が作業台36上で転がるように転動したり、作業台36から落下したりする等の問題をなくすことができる。
従って、フィルタ用筒体32を他の筒体22,28から取外して作業台36等に載置する作業を、作業者は安心して容易に行うことができ、フィルタ用筒体32に対するクリーニング作業、保守、点検作業等を円滑に行うことができると共に、その作業性を向上することができる。
また、フィルタ用筒体32に設ける載置脚35の突出寸法Bは、図5に示すように支持脚26,31の突出寸法Aよりも小さく、フランジ部23C,29C,33B,33Cの突出寸法Cよりも大なる寸法(C<B<A)に形成しているので、上流筒体22と下流筒体28との間にフィルタ用筒体32を接続して設けるときに、載置脚35が径方向に突出する突出寸法Bを必要最小限の寸法に形成でき、取扱いの都合上で載置脚35が邪魔になる等の問題を解消することができる。
また、上流筒体22の筒状ケース23に2個の温度センサ取付口23Dと圧力取出部23Eを設け、下流筒体28の筒状ケース29には圧力取出部29Dを設ける構成としたから、フィルタ用筒体32には温度センサ取付口、圧力取出部等を設ける必要がなくなる。従って、フィルタ用筒体32を取外すときには、圧力センサ40や温度センサ41,42からの配管、配線等の取外し作業を行う必要がなく、フィルタ用筒体32のみを簡単に取外すことができる。
また、上流筒体22の内部には、流入管24の一部をなす消音器筒体24Bと酸化触媒25とを設けることができる。これにより、消音器筒体24Bによって排気による騒音を低減することができる。しかも、酸化触媒25によって排気ガス中の炭化水素(HC)、窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)を酸化除去することができる。また、下流筒体28の内部には、流出管30の一部をなす消音器筒体30Bを設けることができ、この消音器筒体30Bによって排気による騒音をより一層低減することができる。
次に、図9は本発明の第2の実施の形態による排気ガス浄化装置を示し、本実施の形態の特徴は、排気ガス浄化装置を4つの筒体により構成したことにある。なお、第2の実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
図中、51は第2の実施の形態で採用した排気ガス浄化装置、52は該排気ガス浄化装置51の上流側に位置する上流筒体を示している。そして、この上流筒体52は、後述の筒状ケース53と流入管24とから構成されている。
図中、51は第2の実施の形態による排気ガス浄化装置を示し、該排気ガス浄化装置51は、第1の実施の形態で述べた排気ガス浄化装置21とほぼ同様に構成されている。しかし、この場合の排気ガス浄化装置51は、後述の上流筒体52とフィルタ用筒体32との間に酸化触媒用筒体54を設けている点で、第1の実施の形態とは異なっている。
52は排気ガス浄化装置51の上流側に設けられた上流筒体で、該上流筒体52は、第1の実施の形態で述べた上流筒体22と同様に、流入管24が径方向に貫通して設けられた筒状ケース53を有している。そして、該筒状ケース53は、第1の実施の形態で述べた筒状ケース23とほぼ同様に、円筒部53A、蓋部53B、フランジ部53Cおよびボルト挿通孔(図示せず)等により構成されている。
しかし、この場合の筒状ケース53は、円筒部53Aが短尺に形成されている点と、支持部材(支持脚)が設けられていない点とで、第1の実施の形態で述べた筒状ケース23とは異なるものである。また、筒状ケース53のフランジ部53Cは、ガスケット(図示せず)を挟んだ状態で後述する酸化触媒用筒体54(筒状ケース55)の前側フランジ部55Bと対面して接続されるものである。
54は上流筒体52とフィルタ用筒体32との間に直列に接続して設けられた酸化触媒用筒体で、該酸化触媒用筒体54は、フィルタ用筒体32と共に中間筒体としての浄化部筒体を構成するものである。そして、酸化触媒用筒体54は、筒状ケース55内に後述の酸化触媒56を収納して構成されている。
ここで、筒状ケース55は、例えば第1の実施の形態で述べた筒状ケース33とほぼ同様に構成され、円筒部55A、前側フランジ部55B、後側フランジ部55Cおよび複数のボルト挿通孔(図示せず)等を有している。しかし、この場合の筒状ケース55は、円筒部55Aの上部側に2個の温度センサ取付口55Dが設けられ、これらの温度センサ取付部55Dには、例えば第1の実施の形態で述べた温度センサ41,42(図3、図4参照)が取付けられるものである。
そして、筒状ケース55の前側フランジ部55Bは、上流筒体52(筒状ケース53)のフランジ部53Cとの間にガスケット(図示せず)を挟んだ状態で、ボルト38、ナット39により筒状ケース53のフランジ部53Cに着脱可能に接続(固着)されている。また、後側フランジ部55Cは、フィルタ用筒体32(筒状ケース33)の前側フランジ部33Bとの間に他のガスケット(図示せず)を挟んだ状態で、ボルト38、ナット39により筒状ケース33の前側フランジ部33Bに着脱可能に接続(固着)されている。
これにより、フィルタ用筒体32の筒状ケース33は、隣合う酸化触媒用筒体54と下流筒体28との間からボルト38、ナット39を取外すだけで容易に脱着することができる。即ち、フィルタ用筒体32を単品で取外して分解することができるものである。
56は酸化触媒用筒体54の筒状ケース55内に収容された酸化触媒で、該酸化触媒56は、第1の実施の形態で述べた酸化触媒25と同様に構成され、内面に貴金属等がコーティングされた多数の貫通孔56A等を有している。そして、酸化触媒56は、筒状ケース55の円筒部55A内に軸方向の中央部に位置して配設されているから、取付けるときに上流と下流とを決める必要がない。これにより、酸化触媒用筒体54の誤組付けを防止することができる。
57は筒状ケース55の円筒部55Aの下側に設けられた支持部材としての支持脚で、該支持脚57は、第1の実施の形態で述べた支持脚26と同様に構成されている。しかし、この場合の支持脚57は、酸化触媒用筒体54の筒状ケース55を浄化装置支持ブラケット16の前側取付板19(図3、図4参照)に締結具43等により固定的に取付けるものである。
かくして、このように構成された第2の実施の形態においても、前述した第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第2の実施の形態では、排気ガス浄化装置51を上流筒体52、酸化触媒用筒体54およびフィルタ用筒体32、下流筒体28の4つの筒体により形成することができる。
次に、図10は本発明の第3の実施の形態を示している。本実施の形態では、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集して除去する粒子状物質除去装置と、窒素酸化物(NOx)を尿素水溶液を用いて浄化する窒素酸化物浄化装置(以下、NOx浄化装置という)とを組合せて1つの排気ガス浄化装置として構成した場合を例示している。
即ち、本実施の形態の特徴は、排気ガス浄化装置のうち、PM除去装置を前述した上流側の酸化触媒25と粒子状物質除去フィルタ34から構成し、NOx浄化装置を後述の尿素噴射弁68と選択還元触媒72から構成したことにある。なお、第3の実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
図中、61は第3の実施の形態による排気ガス浄化装置で、該排気ガス浄化装置61は、第1の実施の形態で述べた上流筒体22、フィルタ用筒体32によりPM除去装置を構成している。一方、後述の下流筒体62、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70によりNOx浄化装置を構成している。そして、排気ガス浄化装置61は、これら上流筒体22、フィルタ用筒体32、下流筒体62、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70の5つの筒体を直列に連結して構成されている。
まず、PM除去装置は、排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去する酸化触媒25を収容した上流筒体22と、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集し、燃焼して除去する粒子状物質除去フィルタ34を収容したフィルタ用筒体32とにより構成されている。
次に、NOx浄化装置について具体的に述べると、このNOx浄化装置は、下流側の酸化触媒65を収容した下流筒体62と、尿素水溶液を噴射する尿素噴射弁68が設けられた噴射弁用筒体66と、窒素酸化物(NOx)をアンモニアによって選択的に還元反応させて水と窒素に分解する選択還元触媒72を収容した還元触媒用筒体70とにより構成されている。
即ち、62は排気ガス浄化装置61の下流側に位置する下流筒体で、この下流筒体62は、第1の実施の形態による下流筒体28とほぼ同様に、筒状ケース63と流出管64とを備えている。そして、筒状ケース63には、支持脚31が設けられている。しかし、第3の実施の形態による下流筒体62は、筒状ケース63が軸方向に長尺に形成され、その内部に酸化触媒65が収容されている点で、前記第1の実施の形態で述べた下流筒体28とは相違している。
ここで、酸化触媒65は、図10に示すように、例えば筒状ケース63の内径寸法と同等な外径寸法をもったセラミックス製のセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔65Aが形成され、内面に貴金属がコーティングされている。そして、酸化触媒65は、後述の選択還元触媒72で窒素酸化物を還元した後に残った残留アンモニアを酸化し、窒素と水に分離するものである。
66はフィルタ用筒体32の下流側に直列でフランジ接続された噴射弁用筒体で、該噴射弁用筒体66は、浄化部筒体の1つを構成している。また、噴射弁用筒体66は、筒状ケース67と、該筒状ケース67内の排気ガスに向けて尿素水溶液を噴射する尿素噴射弁68とにより構成されている。ここで、噴射弁用筒体66は、噴射状態の不具合、尿素水溶液の結晶化による付着物が尿素噴射弁68に付着するから、取外して付着物をクリーニングする必要がある。
69は噴射弁用筒体66の筒状ケース67に設けられた載置脚で、該載置脚69は、フィルタ用筒体32の載置脚35とほぼ同様に構成され、突出寸法Bに形成されている。そして、噴射弁用筒体66をフィルタ用筒体32と一緒に取外したときには、噴射弁用筒体66は、突出寸法Bの載置脚69により作業台36(図7、図8参照)等に安定した状態で載置されるものである。
70は噴射弁用筒体66と下流筒体62との間に直列でフランジ接続された還元触媒用筒体で、該還元触媒用筒体70は、浄化部筒体の1つを構成している。また、還元触媒用筒体70は、筒状ケース71と、該筒状ケース71の内部に収容された選択還元触媒72とにより構成されている。
ここで、選択還元触媒72は、例えば筒状ケース71の内径寸法と同等な外径寸法をもったセラミックス製のセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔72Aが形成され、内面に貴金属がコーティングされている。そして、選択還元触媒72は、通常、エンジン8から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を、尿素水溶液から生成されたアンモニアにより選択的に還元反応させ、窒素と水に分解するものである。また、選択還元触媒72には、尿素水溶液の析出による付着物等が付着するから、還元触媒用筒体70を取外して選択還元触媒72の付着物をクリーニングする必要がある。
73は還元触媒用筒体70の筒状ケース71に設けられた載置脚を示し、該載置脚73は、フィルタ用筒体32の載置脚35とほぼ同様に構成され、突出寸法Bに形成されている。そして、還元触媒用筒体70を噴射弁用筒体66、フィルタ用筒体32等と一緒に取外したときには、還元触媒用筒体70は載置脚73を介して作業台36(図7、図8参照)等に安定した状態で載置されるものである。
74は還元触媒用筒体70の筒状ケース71に設けられた把手部で、該把手部74は、載置脚73の上方に位置する筒状ケース71の外周面から上向きに突出して設けられている。そして、把手部74は、フィルタ用筒体32の把手部37と同様に形成され、例えば還元触媒用筒体70を筒体62,66間に取付けたり、筒体62,66間から取外したりするときに作業者等が把持するものである。
このように、第3の実施の形態による排気ガス浄化装置61は、上流筒体22、フィルタ用筒体32、下流筒体62、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70の5つの筒体を直列に連結して構成されている。そして、上流筒体22、フィルタ用筒体32、下流筒体62、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70のうち、上流筒体22と下流筒体62が車体に固定的に支持されている。また、フィルタ用筒体32、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70は、クリーニング作業、点検作業、修理作業等を行う場合には、容易に取外したり、取付けたりすることができる。
かくして、このように構成された第3の実施の形態においても、PM除去装置としては前述した第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、第3の実施の形態では、PM除去装置にNOx浄化装置を組合せ、該NOx浄化装置を、尿素水溶液を噴射する尿素噴射弁68と、尿素水溶液から生成されたアンモニアによって排気ガス中のNOxを還元反応させて分解する選択還元触媒72とにより構成しているから、排気ガスをより一層浄化することができる。
なお、前記第3の実施の形態では、上流筒体22、フィルタ用筒体32からなるPM除去装置と、下流筒体62、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70からなるNOx浄化装置とにより排気ガス浄化装置61を構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図11に示す第1の変形例による排気ガス浄化装置81のように、NOx浄化装置だけを設ける構成としてもよい。
即ち、図11に示す排気ガス浄化装置81は、上流筒体22、下流筒体62、噴射弁用筒体66、還元触媒用筒体70の4つの筒体を接続し、処理部材(後処理装置)として2個の酸化触媒25,65と尿素噴射弁68と選択還元触媒72とを設ける構成としている。この場合、上流筒体22に流入管24を設け、下流筒体62には流出管64を設ける構成としている。
また、本発明は、上述した図11に示す第1の変形例ばかりではなく、上流筒体と下流筒体との間に処理部材を内蔵した筒体(浄化部筒体)を直列に接続する構成であれば、これらの連結数に限るものではなく、処理部材(後処理装置)の組合せも任意に変更できるものである。
また、第1の実施の形態では、上流筒体22,下流筒体28,フィルタ用筒体32の筒状ケース23,29,33にフランジ部23C,29C,33B,33Cを設け、対面するフランジ部23C,29C,33B,33C間を締結部材としてのボルト38、ナット39によって互いに分解可能に締結する構成とした場合を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図12に示す第2の変形例による排気ガス浄化装置91のように、対面するフランジ部23C′と前側フランジ部33B′、フランジ部29C′と後側フランジ部33C′を囲繞する断面V字状のクランプ92を設け、これらのV形状のクランプ92をボルト(図示せず)等を用いて締付けることにより、フィルタ用筒体32を上流筒体22と下流筒体28との間に連結する構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
また、例えば図13に示す第3の変形例による排気ガス浄化装置101のように、フィルタ用筒体102の筒状ケース103を、円筒部103A、前側フランジ部103B,後側フランジ部103Cから形成すると共に、円筒部103Aの軸方向両端側には、軸方向に延びる短尺な嵌合筒部103D,103Eを一体に形成し、該嵌合筒部103D,103Eを相手方の筒部22,28に印籠嵌合する構成としてもよい。
即ち、フィルタ用筒体102の筒状ケース103は、前側フランジ部103Bを上流筒体22のフランジ部23Cに接続するときに、嵌合筒部103Dが筒状ケース23の内周側に印籠嵌合される。また、後側フランジ部103Cを下流筒体28のフランジ部29Cに接続するときには、嵌合筒部103Eが筒状ケース29の内周側に印籠嵌合されるものである。
一方、前記第1の実施の形態では、フィルタ用筒体32の筒状ケース33に設ける載置脚35を、例えば図8に示すように金属製の板材等をコ字形状に折曲げて形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図14に示す第4の変形例のように、2本または4本以上の載置脚111を設ける構成としてもよい。
また、例えば図15に示す第5の変形例のように、金属製の板材等を台形状に折曲げて載置脚121を形成し、その下端側を作業台36上に載置される幅広な載置面121Aとする構成でもよい。また、例えば図16に示す第6の変形例のように、逆T字形状をなす載置脚131を形成し、その下端側を作業台36上に載置される幅広な載置面131Aとする構成でもよい。また、例えば図17に示す第7の変形例のように、略L字形状をなす載置脚141を形成し、その下端側を作業台36上に載置される幅広な載置面141Aとする構成でもよい。
一方、例えば図18に示す第8の変形例のように、金属製の板材等をコ字形状に折曲げて載置脚151を形成し、その下端側を作業台36上に載置される幅広な載置面151Aとする構成でもよい。また、例えば図19に示す第9の変形例のように、2本または4本以上の載置脚161を設ける構成としてもよい。
また、例えば図20に示す第10の変形例のように、逆T字形状をなす載置脚171を形成し、その下端側を作業台36上に載置される幅広な載置面171Aとする構成でもよい。また、例えば図21に示す第11の変形例のように、略L字形状をなす載置脚181を形成し、その下端側を作業台36上に載置される幅広な載置面181Aとする構成でもよい。そして、図14〜図21に示す前記第4〜第11の変形例による構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
一方、前記第1の実施の形態では、上流筒体22の流入管24を筒状ケース23に対して直径方向に接続し、下流筒体28の流出管30を筒状ケース29に対して直径方向に接続した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、流入管を筒状ケースに対して軸方向に接続してもよい。また、流出管を筒状ケースに対して軸方向に接続してもよい。これらの構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
さらに、各実施の形態では、排気ガス浄化装置21,51,61,81,91,101をクローラ式の下部走行体2を備えた油圧ショベル1に搭載した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばタイヤ等からなるホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベルに搭載する構成としてもよい。それ以外にも、リフトトラック、油圧クレーン等の他の建設機械にも広く搭載することができる。