JP5886552B2 - 建設機械の排気構造 - Google Patents

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Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、エンジンの排ガス及び冷却空気をエンジンルーム外に排出するための排気構造に関するものである。
油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。
図９はミニショベルと称される小型の油圧ショベルを示している。
この油圧ショベルは、下部走行体１上に上部旋回体２が地面に対して鉛直となる軸(旋回中心軸)Ｏのまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２の前部に掘削装置Ａが装着されて構成される。
下部走行体１は、上部旋回体２が搭載されるカーボディ(図示しない)の左右両側にクローラ式走行装置３(片側のみ示す)が取付けられて成っている。
上部旋回体２を構成するアッパーフレーム４の後部に、アッパーフレーム４、及びパネルやボンネット等のエンジンガード部材５で囲われたエンジンルーム６が設けられ、このエンジンルーム６内にエンジン７とその関連機器が設置される。
また、エンジンガード部材５上に運転席８と操作レバー（図示省略）が設けられ、オペレータが運転席８に着座した状態でレバー操作を行う。
図９中、９は運転席８を上方から覆うキャノピである。
この小型ショベルにおいて、エンジンから排出される高温の排ガスを排ガス管(尾管)によってエンジンルームから外部に直接上向きに排出すると、オペレータが排気熱と排気音を身近に受けるためオペレータの作業環境が悪くなるという問題があった。
一方、排気構造に関する改良技術として、特許文献１に示されたものが公知である。
この公知技術を図１０によって説明する。
図１０はエンジンルーム６を背面側から見た概略図である。
エンジンルーム６には、エンジン７の一端側に、エンジン７で駆動される冷却用のファン１０とラジエータ等の熱交換器１１が設けられるとともに、同じ側の上面壁(エンジンガード部材５の上面壁)に吸気口１２、反対側の上面壁(同)に排気口１３がそれぞれ設けられ、ファン１０の回転により、吸気口１２から外気を導入して熱交換器１１に通し、冷却済み空気(排風)を排気口１３から排出するように構成されている。
一方、エンジン９の他端側には消音器(マフラー)１４が設けられ、エンジン７から出る排ガスが、この消音器１４、及びこれに接続された排ガス管(尾管)１５を通って外部に排出される。
ここで、公知技術においては、エンジンルーム６内における排気口１３の下部に筒状のダクト１６を、上端が排気口１３に、下端がエンジンルーム６内にそれぞれ開口する状態で上下方向に設けるととともに、排ガス管１５の先端部１５ａをダクト下方から上向きに折り曲げてダクト１６内に挿入している。
こうすることにより、排風及び排ガスをダクト１６内に導き、このダクト１６内で両者を混合させることにより排ガス温度を低下させた上で外部に排出し、同時にダクト内で運転騒音を減音させることとしている。
特開平３−２２９９０７号公報
しかし、公知技術によると、排ガス温度及び運転騒音を従来構造よりは低下させ得るものの、排ガスと排風の混合気を上向きに排出する点で従来技術と変わらないため、とくに図９に示すキャビンの無い小型ショベルにおいて、なおオペレータに与える熱と騒音の悪影響が大きい。
そこで本発明は、とくに小型ショベルにおいてオペレータに与える熱と音の悪影響を著しく低減することができる建設機械の排気構造を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明は、下部走行体と、その下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とを備えていて、上記上部旋回体にエンジンルームが設けられ、このエンジンルームは、冷却用の空気を外部から当該エンジンルーム内に導入する吸気口と当該エンジンルーム内からの排風を外部に排出する排気口とを備え、上記下部走行体は、上記上部旋回体が搭載されるカーボディと、そのカーボディの左右両側に取り付けられた、クローラを備えたクローラ式走行装置とを有する建設機械において、上記エンジンルーム内にダクトが上記排気口と連通して設けられ、上記排風を上記ダクトを通じて上記エンジンルームの外部に排出する一方、上記エンジンの排ガスを排ガス管を通じて外部に排出するように構成された建設機械の排気構造であって、上記排気口及び上記ダクトの出口は、上記エンジンルームから下向きに開口し、上記排ガス管の先端側部分は、上記ダクト内に挿入されていて、上記排ガスを上記ダクト内で上記排風と混合させて上記排気口から下向きに排出させるように構成され、上記排気口は、上記エンジンルームにおける上記上部旋回体の旋回中心側の位置であって上記エンジンルームが左右片側の上記クローラ上に位置する上記上部旋回体の横向き旋回状態において上記左右片側のクローラの上面から上記下部走行体の内側に外れる位置で下向きに開口しているものである。
この構成によれば、排ガスと排風の混合気をエンジンルームから下向き、すなわち運転席と上下反対側に排出するため、とくに小型ショベルにおいてオペレータが受ける熱と騒音の悪影響を著しく低減することができる。また、この構成によれば、上部旋回体の横向き旋回状態で、混合気がクローラから外れた位置に排出されるため、とくに小型ショベルに一般的に採用されているゴムクローラの混合気熱による劣化を抑制することができる。また、この構成によれば、排気抵抗が少なくてすむため、排気の風量性能が良くなる。
本発明においては、上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分には、排ガスを、上記ダクト内の排風方向と異なる方向に排出する排出穴が設けられているのが望ましい（請求項２）。
この構成によれば、公知技術のように排ガスが排風方向に噴射されるのではなく、ダクト内で排風方向と異なる方向に排出される。
ここで、排ガスは排風と比較して圧力と流速が格段に高いため、ダクト内で排風方向と異なる方向に噴射されることによって、この排ガスと排風がダクト断面の広い面積範囲で混合する。このため、混合効率が良くなり、排ガス温度低減効果を高めることができる。
また、排ガスが排風方向と異なる方向に噴射してダクト内で拡散するため、ダクト内面での反射による音の減衰を含めてダクト内での減音効果を改善し、騒音低減効果をも高めることができる。
本発明において、排ガスをダクト内の広い範囲に排出するための具体的構成として、上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分には、排ガスを、上記排ガス管の長さ方向に分散して排出する排出穴が設けられていてもよいし（請求項３）、上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分には、排ガスを、上記排ガス管の周方向に分散して排出する排出穴が設けられていてもよい（請求項５）。
これらの構成によれば、ダクト内で排ガスが排ガス管の長さ方向または周方向に分散して排出されるため、排ガスと排風の混合効率と減音効果を高め、排ガス温度低減効果及び騒音低減効果を高めることができる。
なお、これらを組み合わせ、排出穴を排ガス管の長さ方向及び周方向の双方に分散して排出する状態で設けてもよい。
また、請求項３の構成をとる場合、上記排出穴は、上記排ガス管の上記挿入部分における長さ方向の複数個所に設けられ、かつ、上記複数個所の排出穴から排出される排ガス量が上記挿入部分の長さ方向にほぼ均等となるように、排出穴の開口面積が上記排ガス管の挿入部分の先端に向かって漸減する状態で設けられているのが望ましい（請求項４）。
この構成によれば、排ガスの流速が最も高い挿入部分の先端側は相対的に小開口面積となり、低速の反対側に向かって開口面積が漸増することで排ガスの排出量が排ガス管長さ方向で均等となるため、混合効率及び減音効果の点で有利となる。
さらに本発明においては、上記排ガス管の先端側部分は、上記ダクトと交差して上記ダクト内に挿入されているのが望ましい（請求項６）。
こうすれば、排ガス管の挿入部分を、ダクト内を横断する状態でダクト断面の広い範囲に亘って位置させることができるため、請求項２のように排ガスを排風方向と異なる方向に排出する構成をとる場合、及び請求項３〜５のように排ガスを排ガス管の長さ方向または周方向に分散して排出する構成をとる場合のいずれにおいても、排ガスをダクト内の広い範囲に噴射させることが容易となる。
この請求項６の構成をとる場合に、上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分における上記ダクト内の排風の風下側の半周部分には、排ガスを排出する排出穴が設けられているのが望ましい（請求項７）。
こうすれば、ダクト内で排風と排ガスが衝突することによる音の発生を抑制できるとともに、排ガスによって通風が阻害されるおそれがない。
本発明によると、とくに小型ショベルにおいてオペレータに与える熱と音の悪影響を著しく低減でき、作業環境を大幅に改善することができる。
本発明の一実施形態にかかる小型ショベルの概略断面図である。 同ショベルを下面側から見た図である。 同ショベルのエンジンルームの断面図である。 図３の一部を拡大した図である。 図４のＶ−Ｖ線拡大断面図である。 本発明の第１参考例にかかる小型ショベルの概略断面図である。 図６の一部を拡大した図である。 本発明の第２参考例にかかる小型ショベルの概略断面図である。 本発明の適用対象となる小型ショベルの全体概略側面図である。 公知技術を示す概略断面図である。
本発明の一実施形態、第１及び第２参考例を図１〜図８によって説明する。
実施形態及び各参考例は小型ショベル(ミニショベル)を適用対象としている。
実施形態及び各参考例において、次の点は図９，１０に示す従来構造及び公知技術と同じである。
(Ａ) 下部走行体２１上に上部旋回体２２が地面に対して鉛直となる軸(旋回中心軸)Ｏのまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２２の前部に掘削装置(図示省略)が装着されてショベルが構成される点。
(Ｂ) 下部走行体２１は、上部旋回体２２が搭載されるカーボディ２３の左右両側に、クローラ２４，２４を備えたクローラ式走行装置２５，２５が取付けられて構成される点。
(Ｃ) 上部旋回体２２を構成するアッパーフレーム２６の後部に、アッパーフレーム２６及びパネルやボンネット等のエンジンガード部材２７で囲われたエンジンルーム２８が設けられる点。
(Ｄ) このエンジンルーム２８にはエンジン２９が収容され、かつ、図３に示すようにこのエンジン２９の一端側に、ンジン２９で駆動される冷却用のファン３０とラジエータ等の熱交換器３１が設けられるとともに、同じ側の上面壁(エンジンガード部材２７の上面壁)に吸気口３２、反対側に排気口３３がそれぞれ設けられ、ファン３０の回転により、吸気口３２から外気を導入して熱交換器３１に通し、冷却済み空気(排風)を排気口３３から排出するように構成されている点。
(Ｅ) エンジンルーム２８におけるエンジン２９の他端側には消音器(マフラー)３４が設けられ、エンジン２９から出る排ガスが、この消音器３４、及びこれに接続された排ガス管(尾管)３５を通って外部に排出される点。
なお、図１，６，８は、上部旋回体２２を、下部走行体２１の進行方向に対して９０度旋回させた状態、すなわち、エンジンルーム２８が片側クローラ２４の上方に位置することになる横向き旋回状態を示す。
実施形態（図１〜図５参照）
本実施形態において、排気口３３は、図１，２に示すようにエンジンルーム２８における上部旋回体２２の旋回中心軸Ｏ側であって、上部旋回体２２の横向き旋回状態でクローラ２４の上面に対して内側に外れる位置で下面壁(アッパーフレーム２６)に設けられ、この排気口３３の上部に筒状のダクト３６が設けられている。
このダクト３６は、図示のように下端の出口側が排気口３３に、上端の入口側がエンジンルーム２８内にそれぞれ開口する状態で上下方向に設けられている。
排ガス管３５は、中間部がダクト３６に向かって折り曲げられ、その先端側部分(挿入部分)３６ａがダクト側壁を貫いてダクト３６内に挿入されている。
すなわち、排ガス管３５の先端側部分３５ａは、ダクト３６と交差(望ましくは図示のように直交)してダクト３６内をほぼ横断する状態で挿入されている。
この排ガス管挿入部分３５ａには、図４，５に示すようにダクト３６内を通る排風の風下側の半周部分(排風と直交する線より下側の半周部分)に、排ガスをダクト３６内に噴射する複数の排出穴３７が設けられている。
この排出穴３７は、図示のように挿入部分３５ａの半周部分における周方向の複数個所に、かつ、挿入部分３５ａの長さ方向の複数個所にそれぞれ間隔を置いて設けられている。
また、この排出穴３７…は、ここから排出される排ガス量が挿入部分３５ａの長さ方向にほぼ均等となるように、その開口面積が挿入部分３５ａの先端に向かって漸減する状態で設けられている。
具体的には、図４に示すように、排出穴３７…の挿入部分長さ方向の間隔(密度)が挿入部分３５ａの先端に向かって漸次大きくなる(密度が疎になる)状態で設けられている。
あるいは、排出穴３７の大きさを先端に向かって漸次小さくしてもよい。
なお、排出穴３７は、図示の丸穴でもよいし、角穴でもよい。あるいは、挿入部分３５ａの長さ方向に長い溝穴としてもよい。溝穴とする場合は、その幅寸法を、先端に向かって漸次小さくすればよい。
また、本実施形態、及び後述する第１、第２両参考例において、排ガス管３５の先端開口は閉塞され、または小開口面積に絞られる。
本実施形態によると、排ガスと排風の混合気がエンジンルーム２８から下向き、すなわち運転席と上下反対側に排出されるため、とくに実施形態で挙げた小型ショベルにおいてオペレータが受ける熱と騒音の悪影響を著しく低減することができる。
この場合、排気口３３を、エンジンルーム２８における上部旋回体２２の旋回中心側であって、横向き旋回状態でクローラ２４から内側に外れる位置で下向きに開口させているため、エンジンルーム２８が片側クローラ上に位置する横向き旋回状態で、排出される混合気がクローラ２４に直接かからない。
このため、とくに小型ショベルに一般的に採用されているゴムクローラが混合気熱によって劣化し、耐久性が低下することを抑制することができる。
また、混合気を排気口３３から直接排出するため、排気抵抗が少なくてすみ、排気の風量性能が良くなる。
さらに、本実施形態によると、排ガスが、図４，５に示すように挿入部分３５ａの風下側半周部分であってほぼ全長部分からダクト３６内に、挿入部分３５ａの中心に対して放射状に噴射される。
すなわち、排ガスが、
(ｉ) ダクト３６内の排風方向と異なる方向に、
(ｉｉ) 挿入部分３５ａの周方向及び長さ方向に分散して
噴射される。
この構成によると、第１に、上記(ｉ)の異方向噴射作用により、圧力と流速が排風よりも高い排ガスがダクト断面の広い面積範囲に長くとどまるため、低圧、低速の排風と混ざり易くなる。
第２に、上記(ｉｉ)の排ガスの周方向及び長さ方向拡散作用により、排ガスがダクト３６内のさらに広い範囲で排風と混ざり合う。
この二点の相乗効果により、排ガスと排風の混合効率を高め、排ガス温度を好ましい温度(たとえば５００℃から１００℃)まで確実に低下させた上でダクト３６及び排気口３３から外部に排出することができる。
また、上記(ｉ)(ｉｉ)の排ガス噴射作用によって排ガスの排出音(排気音)がダクト３６の内面に接触し易くなること、及びエンジン７及び消音器１４から発し排風に乗って外部に出ようとする音が排ガスとともにダクト１６内で拡散・反射し易くなることにより、外部に排出される運転騒音を低減させることができる。
すなわち、排ガス温度低減効果及び騒音低減効果を公知技術よりも格段に高めることができる。
なお、騒音低減効果をさらに向上させるためにダクト１６の内面にグラスウール等の吸音材を設けるのが望ましい。
第１参考例（図６，７参照）
第１、第２両参考例については上記実施形態との相違点のみを説明する。
第１参考例においては、第１の相違点として、排気口３３が、エンジンルーム２８における旋回中心軸Ｏと反対側であって、上部旋回体２２の横向き旋回状態で片側クローラ２４の上面に対向する位置で下面壁(アッパーフレーム２６)に設けられ、この排気口３３の上部にダクト３６が設けられるとともに、排気口３３に風向部材としての風向板３８が設けられている。
この風向板３８は、図７に拡大して示すように、混合気をクローラ上面から内側に外れる位置に向けて排出案内するための内向きに傾斜した複数の穴３８ａ…を備え、この穴３８ａ…によって混合気がクローラ２４の上面よりも内側に排出案内される。
なお、風向部材として排気口３３の外面(アッパーフレーム下面)に、傾斜した複数枚の風向板を設けてもよい。
第２の相違点として、排ガス管３５の先端側部分３５ａが、ダクト３６の上方からダクト３６内にまっすぐ下向きに挿入され、この挿入部分３５ａの長さ方向複数個所において全周部分に、排ガスを横向きに噴射する排出穴３７…が間隔を置いて設けられている。
なお、この排出穴３７…は、図では等径穴を長さ方向及び周方向に等間隔に設けているが、上記実施形態と同様に、排出される排ガス量が挿入部分３５ａの長さ方向にほぼ均等となるように、排出穴３７…の長さ方向間隔(密度)が挿入部分３５ａの先端に向かって漸次大きくなる(密度が疎になる)状態で設けてもよいし、排出穴３７…の大きさを先端に向かって漸次小さくしてもよい。
この第１参考例によると、上記実施形態と同様に、混合気をクローラ上面から外れた位置に排出するため、熱によるゴムクローラの劣化を抑えることができるとともに、排気口３３を設ける位置の自由度が高くなるため、機器レイアウトやダクトの形状、配置に関する設計、設置が容易となる。
一方、排ガス管３５の先端側部分３５ａをダクト３６の上方から挿入しているため、先端側部分３５ａをダクト３６の側壁に貫通させる必要も、そのための穴を設ける必要もなくなる。このため、排ガス管３５及びダクト３６の加工、設置が容易となる。
第２参考例
第２参考例においては、金属製クローラが用いられるショベルに適する構成として、第１参考例から風向板３８を除去し、混合気が排気口３３からそのまま下向き、すなわちクローラ２４の上面に向けて排出される構成がとられている。他の構成は第１参考例と同じである。
この構成によると、排気口３３を設ける位置の自由度が高くなる点の利点を生かしながら、風向板３８が不要となる分、構造が簡単ですむ。
なお、上記実施形態の、排気口３３を、横向き旋回状態でクローラ上面から外れる位置でエンジンルーム下面壁に設ける構成と、第１、第２両参考例の、排ガス管先端側部分３５ａをダクト上方からまっすぐ挿入する構成を組み合わせてもよい。
また、上記実施形態の、排ガス管先端側部分３５ａをダクト側壁を貫通してダクト３６内に挿入する構成と、排気口３３を、横向き旋回状態でクローラ上面に対向する位置でエンジンルーム下面壁に設ける構成を組み合わせてもよい。
一方、本発明は油圧ショベルに限らず、エンジンルームを備え、冷却用空気と排ガスをこのエンジンルームから外部に排出する構成をとる他の建設機械にも上記同様に適用することができる。
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
Ｏ 旋回中心軸
２３ 下部走行体のカーボディ
２４ 同、クローラ
２５ クローラ式走行装置
２６ アッパーフレーム
２７ エンジンガード部材
２８ エンジンルーム
２９ エンジン
３２ 吸気口
３３ 排気口
３４ 消音器
３５ 排ガス管
３５ａ 排ガス管の先端側部分(挿入部分)
３６ ダクト
３７ 排出穴
３８ 風向板

Claims (7)

  1. 下部走行体と、その下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体とを備えていて、上記上部旋回体にエンジンルームが設けられ、このエンジンルームは、冷却用の空気を外部から当該エンジンルーム内に導入する吸気口と当該エンジンルーム内からの排風を外部に排出する排気口とを備え、上記下部走行体は、上記上部旋回体が搭載されるカーボディと、そのカーボディの左右両側に取り付けられた、クローラを備えたクローラ式走行装置とを有する建設機械において、上記エンジンルーム内にダクトが上記排気口と連通して設けられ、上記排風を上記ダクトを通じて上記エンジンルームの外部に排出する一方、上記エンジンの排ガスを排ガス管を通じて外部に排出するように構成された建設機械の排気構造であって、
    上記排気口及び上記ダクトの出口は、上記エンジンルームから下向きに開口し、
    上記排ガス管の先端側部分は、上記ダクト内に挿入されていて、上記排ガスを上記ダクト内で上記排風と混合させて上記排気口から下向きに排出させるように構成され、
    上記排気口は、上記エンジンルームにおける上記上部旋回体の旋回中心側の位置であって上記エンジンルームが左右片側の上記クローラ上に位置する上記上部旋回体の横向き旋回状態において上記左右片側のクローラの上面から上記下部走行体の内側に外れる位置で下向きに開口していることを特徴とする建設機械の排気構造。
  2. 上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分には、排ガスを、上記ダクト内の排風方向と異なる方向に排出する排出穴が設けられていることを特徴とする請求項１記載の建設機械の排気構造。
  3. 上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分には、排ガスを、上記排ガス管の長さ方向に分散して排出する排出穴が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械の排気構造。
  4. 上記排出穴は、上記排ガス管の上記挿入部分における長さ方向の複数個所に設けられ、かつ、上記複数個所の排出穴から排出される排ガス量が上記挿入部分の長さ方向にほぼ均等となるように、排出穴の開口面積が上記排ガス管の挿入部分の先端に向かって漸減する状態で設けられていることを特徴とする請求項３記載の建設機械の排気構造。
  5. 上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分には、排ガスを、上記排ガス管の周方向に分散して排出する排出穴が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の排気構造。
  6. 上記排ガス管の先端側部分は、上記ダクトと交差して上記ダクト内に挿入されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械の排気構造。
  7. 上記排ガス管の上記ダクト内への挿入部分における上記ダクト内の排風の風下側の半周部分には、排ガスを排出する排出穴が設けられていることを特徴とする請求項６記載の建設機械の排気構造。
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