JP5369919B2

JP5369919B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP5369919B2
Application number: JP2009141080A
Authority: JP
Inventors: 智隆喜多; 哲典眞鍋
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP2010285814A

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関し、特に還元剤を使用する排気ガス浄化システムを備えた油圧ショベルに関する。

近年、排気ガスに含まれるＮＯｘ等を低減するために、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction、選択触媒還元）システムを搭載した作業機械が増えつつある。ＳＣＲシステムでは、一般に液状の還元剤を排気ガス中に添加することでＮＯｘ等の還元を促進しており、その還元剤として尿素水が多用されている。ところが、この尿素水は−１０℃を超えるような低温になると凍結するおそれがあるため、作業中に尿素水が凍結しないように様々な提案が行われている（特許文献１、２）。

例えば、特許文献１では、還元剤を貯留する還元剤貯留タンクをエンジンルームや運転室など、保温可能な部位に配置している。

特許文献２では、液体還元剤を貯留する液体還元剤タンクを外部から遮蔽しながらメンテナンスを容易にするために、液体還元剤タンクを工具等の収納が可能な収納部の内部に設置している。液体還元剤タンクは、燃料油タンクと一体化されていて、センタフレームと燃料油タンクとの間を通る配管により、エンジンルームに配置された排気ガス浄化部と繋がれている。

特開２００３−２０９３６号公報特開２００８−２４０６７６号公報

ところが、特許文献１の配置構造の場合、満足のいく保温効果を得るためには、エンジンの近傍など、還元剤貯留タンクの設置場所が限られるため、各機器との配置調整が難しいし、メンテナンスし辛くなるおそれがある。環境温度が高くなると、温度が上がり過ぎて還元剤の変質を加速させるおそれもある。

その点、特許文献２では、液体還元剤タンクが収容部に設置されているため、各機器との配置調整が不要で、メンテナンスも容易である。液体還元剤も燃料油タンクの放熱で加温されるため、凍結を防止することもできる。

しかし、燃料油タンクの放熱だけでは、液体還元剤タンクに与えられる熱量が限られるため、収容部を確りと密閉して断熱しなければ満足のいく保温効果は得られないし、逆にそうすると、環境温度が高くなれば特許文献１と同様に還元剤の変質を招くこととなる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、還元剤をより適切な温度条件で保管することができ、作業性にも優れた作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、還元剤を格納する還元剤格納装置をエンジンが設置された機械室から離れた場所に設置したうえで、機械室内の熱気を必要に応じて熱源として活用できるようにした。

具体的には、本発明の作業機械は、機械室カバーで覆われた機械室と、前記機械室内に設置されるエンジンと、各々が前記機械室内に設置され、該機械室内に室内風を発生させるファンと、前記室内風を利用して熱交換を行う熱交換器と、前記エンジンが排出する排気ガスを還元する還元装置と、前記機械室外に設置され、前記還元装置に用いられる還元剤を格納する還元剤格納装置と、前記機械室に連通するダクト部と、を備え、前記機械室カバーは、前記室内風の風上側に開口する吸気口と、前記熱交換器より前記室内風の風下側に開口する排気口と、前記熱交換器と前記排気口との間に開口する分岐口と、を有し、前記分岐口に、前記ダクト部の一端が接続され、前記ダクト部の他端側が前記還元剤格納装置に臨んで開口している。

このような構成の作業機械によれば、還元剤格納装置は機械室の外に設置されているので、作業機械の運転中に還元剤格納装置が常に暖められることがなくなって還元剤の変質を防ぐことができる。機械室の外であれば、特に場所を選ばず還元剤格納装置を設置できるので、メンテナンスや設置が容易な場所に設置することができ、作業性にも優れる。そして、熱を多量に発生する熱交換器より風下側に開口した分岐口からダクト部に熱気を取り込んで、その熱気を還元剤格納装置に吹き付けることができるので、機械室の外に設置してあっても還元剤格納装置に十分な量の熱を与えることができ、尿素水の凍結を阻止できる。還元剤格納装置を暖める必要がない場合には、ダクト部を封止するだけで還元剤格納装置への熱の供給を止めることができ、還元剤を比較的低温な条件下で保管できる。

更に、前記ダクト部の通風路の開閉が可能な開閉部材を備えているのが好ましい。

そうすれば、開閉部材を開閉操作するだけで、還元剤格納装置へ熱を供給するか否かが設定できるので、利便性に優れる。供給する熱量の微調整が可能になる点でも有利である。

また、更に、前記還元装置と前記還元剤格納装置とに接続される還元剤供給配管、を備え、前記還元剤供給配管の中間部分が、前記ダクト部の内部に配設されているようにするとよい。

そうすれば、還元剤供給配管を流れる間も適正な温度下に還元剤を保持することができるので、還元剤供給配管を細くしたり長くしたりしても、還元剤が凍結して詰まったりするのを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、扱い易く、還元剤をより適切な温度条件で保管できる作業機械を提供することができる。

本発明を適用した作業機械の内部を示す概略平面図である。ダクト部の構造を説明するための概略斜視図である。ダクト部を封止した状態を示す概略断面図である。変形例を示す図１相当図である。図４における矢印Ｘ方向から見た概略図である。（ａ）はダクト部の通風路を開けた状態を、（ｂ）はダクト部の通風路を閉じた状態を、それぞれ示している。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図１に、本発明を適用した油圧ショベル（作業機械）を示す。この油圧ショベルは、ＳＣＲシステムが装備されている点を除けば、基本的な構成は従来の油圧ショベルと同様である。すなわち、クローラ型の下部走行体１の上に上部旋回体２が搭載されており、その上部旋回体２のフレーム２ａの上にアタッチメント３や運転室４、機械室５、コントロールバルブ６、側室７などが配設されている。

具体的には、上部旋回体２のフレーム２ａの上に、車両の左右幅方向の中間部分を前後方向に延びるように、一対の肉厚な金属板製のセンターフレーム２ｂ、２ｃが平行に立設されている。各センターフレーム２ｂ、２ｃの上端の後側部分は、帯状の補強板２ｄが接合されて断面略Ｔ字状に形成されている。そして、これら一対のセンターフレーム２ｂ、２ｃの前側部分に、バケットやアーム等で構成されたアタッチメント３が起伏自在に支持されている。上部旋回体２の前部左側には、運転座席４ａや各種操作装置、計器類が装備された運転室４が配設されている。上部旋回体２の略中央部における一対のセンターフレーム２ｂ、２ｃの間には、コントロールバルブ６が配設されている。

上部旋回体２の前部右側に側室７が配設され、上部旋回体２の後部の左右両側間にわたって機械室５が配設されている。側室７は側室カバー３１で覆われており、機械室５は機械室カバー３２で覆われている。

側室７には、備品等の収容が可能な備品室８と、エンジン駆動用の燃料を貯留する燃料タンク９と、油圧制御用の作動油を貯留する作動油タンク１０とが前方から順に設置されている。備品室８には、還元剤タンク２２が設置されているが、これについては後述する。備品室８の前面には、内外に貫通する一群の通風孔８ａが形成されている。

機械室５は、吸気室５０と、通気室５１と、エンジン室５２と、ポンプ室５３とに左から順に区画されていて、その内部には、エンジン１１やラジエータ１２（熱交換器）、油圧ポンプ１３などが設置されている。機械室カバー３２において、吸気室５０の上部には吸気口５４が開口し、ポンプ室５３の上部には排気口５５が開口している。吸気室５０と通気室５１との間の区画壁には防塵用のフィルタ１４が取り付けられ、通気室５１とエンジン室５２との間の区画壁にはラジエータ１２が取り付けられている。

エンジン室５２にはエンジン１１が設置され、ポンプ室５３には油圧ポンプ１３が設置されている。エンジン室５２からポンプ室５３に渡る範囲にエンジン１１から延びる排気配管１６やマフラー１７が配設されている（排気経路）。エンジン１１から排出される排気ガスは、これら排気配管１６等を経て機械室５の外に放出される。エンジン室５２内におけるラジエータ１２の近傍には、エンジン１１によって回転駆動される冷却用のファン１５が配設されている。エンジン室１１とポンプ室５３との間には、図示しないが通風経路が設けられている。

図１に矢印線で示すように、エンジン１１が駆動されてファン１５が回転すると、機械室５内には室内風が発生する。

すなわち、室内風の風上側に位置する吸気口５４から冷却用の外気が吸気室５０内に取り込まれる。取り込まれた外気は、フィルタ１４、通気室５１を経て、ラジエータ１２やエンジン室５２でエンジン１１や油圧ポンプ１３等の熱源から吸熱した後、風下側の排気口５５から排出される。

従って、油圧ショベルの運転中には、吸気室５０や通気室５１は相対的に温度が低く、ラジエータ１２やエンジン１１の風下側に位置するエンジン室５２やポンプ室５３は熱気が流れるため相対的に温度が高くなる。

この油圧ショベルには、排気ガスに含まれるＮＯｘ等を低減するために、還元剤に尿素水を用いたＳＣＲシステムが備えられている。

ＳＣＲシステムは、尿素水を貯留する還元剤タンク２２（還元剤格納装置）や、還元剤タンク２２から供給される尿素水を排気経路内に噴射する還元剤供給装置２１（還元装置）、尿素水を送液するために、還元剤タンク２２と還元剤供給装置２１とに接続された還元剤供給配管２３などで構成されている。

尿素水は水に所定量の尿素を添加した水溶液である。通常の温度であれば問題はないが、尿素水の特性上、低温になると凍結し、高温になると変質するおそれがある。そのため、気温の低い地域や気温の高い地域で油圧ショベルを使用すると、尿素水の凍結や変質が問題となる場合がある。

そこで、この油圧ショベルでは、多少過酷な温度条件の環境下であっても、尿素水を適切に保管できるように工夫されている。

まず、本実施形態の還元剤タンク２２は、多量の熱を発生する機械室５から離れて位置する備品室８に設置されている。

そして、図２に示すように、側室７の側室カバー３１と、これに隣接しているセンターフレーム２ｃ（右センターフレーム２ｃともいう）との間の隙間を利用してダクト部４０を設け、機械室５と備品室８とがそのダクト部４０を介して連通するように構成されている。

すなわち、右センターフレーム２ｃの右壁面と、側室カバー３１の左壁面との間には、これら両壁面によって左右側面が区画され、フレーム２ａの上面によって下面が区画された、前後方向に延びる細長い隙間が存在している。そこで、その隙間の上面を断熱材等の封止部材４３で覆うことで略密閉された筒状のダクト部４０が形成されている（図３参照）。

機械室カバー３２におけるダクト部４０の延長線上の部分に分岐口４１が開口し、その分岐口４１にダクト部４０の一端が接続されている。分岐口４１は、ラジエータ１２の風下側、具体的には、ラジエータ１２と排気口５５との間に位置している。ダクト部４０の他端は封止されていて、その近傍の側方に備品室８に連通する熱気取入口４２が開口している。この熱気取入口４２は、備品室８に設置されている還元剤タンク２２に臨むように形成されている。

本実施形態の還元剤供給配管２３は、ダクト部４０を利用して配設されている。すなわち、還元剤配管２３の中間部分の大部分はダクト部４０の内部に配設されている。

油圧ショベルの運転中は、図１や図２に矢印線で示すように、排気口５５から排出される熱気の一部が分岐口４１からダクト部４０に取り込まれて、備品室８に向かって流れる熱気の流れが形成される。その熱気は熱気取入口４２から備品室８に入り込み、還元剤タンク２２の周りを流れて通風孔８ａから外部に排出される。従って、油圧ショベルの運転中には、常に熱気によって還元剤タンク２２が暖められるため、尿素水の凍結を防ぐことができる。

特に、熱気取入口４２は、還元剤タンク２２における還元剤供給配管２３の接続部分に臨むように設けるのが好ましい。尿素水が凍結して供給が途切れるのをより効果的に防ぐことができるからである。

このように、還元剤タンク２２が備品室８に設置されていると、メンテナンス等が簡単で作業性に優れる。熱気を取り込んで還元剤タンク２２に十分な熱量を与えることができるので、尿素水の凍結をより安定して阻止できる。既存の構造を利用してダクト部４０を形成するだけで済むので、生産性にも優れる。

更に、還元剤供給配管２３の大半がダクト部４０内に配設されているので、尿素水が送液中に凍結するのを効果的に防ぐことができる。したがって、還元剤供給配管２３を細く、そして長くしても支障がなくなるため、容易に還元剤タンク２２を機械室５から離して設置することができる。

油圧ショベルが気温の高い地域で使用される場合には、熱気が備品室８に供給されると、尿素水の温度が高くなり過ぎて変質を招くおそれがある。

そこで、そのような場合には、図３に示すように、断熱材等の閉塞部材４４をダクト部４０に詰め込んで、ダクト部４０内の熱気の流れる通風路を塞いでしまえばよい。そうすれば、還元剤タンク２２は比較的温度の低い備品室８に設置されているため、尿素水の温度が異常に高くなるのを防ぐことができる。

このように、ダクト部４０を開放状態あるいは閉塞状態にするだけで、使用環境に応じて適切な温度条件下で尿素水を保管することができる。
（変形例）
図４及び図５は、上記実施形態の変形例を示している。本実施形態では、ダクト部４０の通風路をより簡単に開閉できるようにした。

すなわち、機械室５における分岐口４１の付近に、分岐口４１の開閉ができる開閉扉６０（開閉部材）を設置した。

開閉扉６０は、図５に詳しく示すように、機械室カバー３２の内側面に沿って配設された開閉板６１と、開閉板６１をスライド自在に支持する支持部６２とを有している。開閉板６１の端部には、閉じたときに還元剤供給配管２３が収容できるように切欠部６１ａが形成されている。開閉板６１は、図５の（ａ）に示す分岐口４１を開く開き位置と、図５の（ｂ）に示す分岐口４１を閉じる閉じ位置とにスライド変位可能となっている。

従って、開閉板６１を開き位置にスライドさせれば、熱気をダクト部４０に取り込むことができ、還元剤タンク２２を暖めることができる。開閉板６１を閉じ位置にスライドさせれば、ダクト部４０には熱気が取り込まれないため、還元剤タンク２２を比較的温度の低い環境下で保管することができる。なお、開閉板６１によって分岐口４１の開き具合が調整できるため、ダクト部４０に取り込む熱気量を自在に設定することも可能である。

なお、本発明にかかる作業機械は、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、還元剤タンク２２は、備品室８に限らず、運転室４内やコントロールバルブ６の近傍に設置してあってもよい。外部に露出した状態で設置してあってもよい。要は、相対的に温度の低い部位に設置されていればよい。

ダクト部４０は、必ずしも右センターフレーム２ｃ等を利用して形成しなくともよい。還元剤タンク２２の設置場所に応じて適宜形成することができる。

また、機械室５内に、ラジエータ１２よりも風上側に冷却風取込口が開口する補助ダクト部を設け、ダクト部４０をこの補助ダクト部にも接続できるようにしておくとよい。そうすれば、還元剤タンクに冷却用の外気を吹き付けることも可能になるため、よりいっそう尿素水の変質を防ぐことができるようになる。

１下部走行体
２上部旋回体
２ｂ、２ｃセンターフレーム
３アタッチメント
４運転室
５機械室
７側室
８備品室
８ａ通風孔
９燃料タンク
１０作動油タンク
１１エンジン
１２ラジエータ（熱交換器）
１５ファン
１６排気配管
１７マフラー
２１還元剤供給装置（還元装置）
２２還元剤タンク（還元剤格納装置）
２３還元剤供給配管
３１側部機械室カバー
３２後部機械室カバー
４０ダクト部
４１分岐口
４２熱気取入口
５４吸気口
５５排気口
６０開閉扉（開閉部材）

Claims

機械室カバーで覆われた機械室と、
前記機械室内に設置されるエンジンと、
各々が前記機械室内に設置され、該機械室内に室内風を発生させるファンと、前記室内風を利用して熱交換を行う熱交換器と、
前記エンジンが排出する排気ガスを還元する還元装置と、
前記機械室外に設置され、前記還元装置に用いられる還元剤を格納する還元剤格納装置と、
前記還元装置と前記還元剤格納装置とに接続される還元剤供給配管と、
前記機械室に連通するダクト部と、
を備え、
前記機械室カバーは、
前記室内風の風上側に開口する吸気口と、
前記熱交換器より前記室内風の風下側に開口する排気口と、
前記熱交換器と前記排気口との間に開口する分岐口と、
を有し、
前記分岐口に、前記ダクト部の一端が接続され、前記ダクト部の他端側が前記還元剤格納装置に臨んで開口し、
前記還元剤供給配管の中間部分が、前記ダクト部の内部に配設されている作業機械。
請求項１に記載の作業機械であって、
前記ダクト部の通風路の開閉が可能な開閉部材を備えている作業機械。