JP7430549B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

特許文献１には、建設機械として油圧ショベルが開示されている。この油圧ショベルでは、上部旋回体のエンジンルームに、エンジン及び後処理装置が搭載される。そして、後処理装置によって、エンジンからの排気ガスの無害化処理等の後処理が行われ、後処理された排気ガスが大気に排気される。また、エンジンと後処理装置との間は、排気管を介して接続される。

特開２００７－１５４５９１号公報

前記特許文献１のような建設機械では、エンジンルームにおけるエンジン及び後処理装置の配置の制約等から、Ｕ字形状部分等の折返し部分を排気管に形成する必要性が生じることがある。そして、前述のように排気管に折返し部分を形成する場合においても、排気管における排気ガスのエネルギー損失が低減されることが、求められている。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、排気管に折返し部分が設けられる構成において、排気管での排気ガスのエネルギー損失が低減される建設機械を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のある態様の建設機械は、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に前記下部走行体の鉛直上側に連結される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載されるエンジンと、前記上部旋回体に搭載され、前記エンジンからの排気ガスを後処理して、大気に排気する後処理装置と、前記エンジンと前記後処理装置との間を接続する排気管と、を備え、前記排気管は、第１の管部と、前記第１の管部に対して前記エンジンに近い側に接続され、９０°未満の屈曲角度で前記第１の管部に対して屈曲する第２の管部と、前記第１の管部に対して前記エンジンから遠い側に接続され、前記第２の管部が屈曲する側へ９０°未満の屈曲角度で前記第１の管部に対して屈曲することにより、前記第２の管部に対して折返される第３の管部と、を備え、前記排気管では、前記第１の管部、前記第２の管部及び前記第３の管部は、互いに対して別体の管部材から形成され、前記排気管では、前記第１の管部に対する前記第２の管部の屈曲位置、及び、前記第１の管部に対する前記第３の管部の屈曲位置のそれぞれに、２つの前記管部材の接続部分が形成され、前記第３の管部は、前記第１の管部への接続位置とは反対側の端で、前記後処理装置へ接続され、前記第３の管部では、１つの前記管部材が、前記第１の管部への前記接続位置から前記後処理装置への接続位置まで、屈曲することなく真直ぐに延設される。

本発明によれば、排気管に折返し部分が設けられる構成において、排気管での排気ガスのエネルギー損失が低減される建設機械を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る油圧ショベルを示す概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る油圧ショベルの上部旋回体において、エンジンルーム及びその近傍の構成を示す概略図である。 図３は、第１の実施形態に係る油圧ショベルのエンジンルームにおいて、エンジン及び後処理装置、及び、これらの近傍の構成を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る油圧ショベルの後処理装置及び排気管を示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態に係る油圧ショベルの排気管において、Ｕ字形状部分及びその近傍を、仮想平面に対して垂直な方向の一方側から視た状態で示す概略図である。 図６は、第１の実施形態に係る油圧ショベルの排気管において、Ｕ字形状部分及びその近傍を、管部（第１の管部）の中心軸に沿う方向の一方側から視た状態で示す概略図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、建設機械の一例として、第１の実施形態に係る油圧ショベル１を示す。図１に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２及び上部旋回体３を備える。上部旋回体３は、下部走行体２の鉛直上側に連結される。上部旋回体３は、鉛直方向（矢印Ｚ１及び矢印Ｚ２に示す方向）に平行又は略平行な旋回軸を中心として、下部走行体２に対して旋回可能である。

上部旋回体３では、鉛直方向に交差する（垂直又は略垂直な）前後方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、及び、鉛直方向及び前後方向の両方に交差する（垂直又は略垂直な）幅方向が規定される。図１では、紙面に対して垂直又は略垂直な方向が、上部旋回体３の幅方向（左右方向）と一致又は略一致する。また、下部走行体２でも、鉛直方向に対して交差する（垂直又は略垂直な）前後方向、及び、鉛直方向及び前後方向の両方に対して交差する（垂直又は略垂直な）幅方向が規定される。図１では、下部走行体２の前後方向が上部旋回体３の前後方向と一致又は略一致する状態、すなわち、下部走行体２の前方側が上部旋回体３の前方側（矢印Ｘ１側）と一致又は略一致する状態で、油圧ショベル１を示す。また、図１では、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれを、幅方向の一方側、すなわち、左方側から視た状態で示す。

上部旋回体３には、作業装置５が連結される。作業装置５は、下部走行体２に対して、上部旋回体３と一緒に旋回する。作業装置５は、ブーム６、アーム７及びバケット８を備える。ブーム６の基端部は、上部旋回体３に回動可能に取付けられる。ブーム６が上部旋回体３に対して回動することにより、ブーム６は、上部旋回体３に対して起状動作又は伏状動作する。アーム７の基端部は、ブーム６の先端部に回動可能に取付けられる。アーム７がブーム６に対して回動することにより、アーム７は、ブーム６に対して起状動作又は伏状動作する。バケット８は、アタッチメントの１種であり、アーム７の先端部に取外し可能に取付けられる。ブーム６、アーム７及びバケット８を作動することにより、油圧ショベル１では、バケット８によって土砂等が掘削される。

上部旋回体３は、旋回テーブル１１及び運転室１２を備える。運転室１２は、旋回テーブル１１上に設置される。運転室１２は、上部旋回体３の幅方向について、作業装置５に対して並んで配置される。運転室１２では、作業者によって油圧ショベル１の操作等が行われる。また、上部旋回体３では、運転室１２に対して後方側に、エンジンルーム１３が形成される。

図２は、上部旋回体３においてエンジンルーム１３及びその近傍の構成を示す。図２は、鉛直上側から視た状態を示し、図２では、矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示す方向が、上部旋回体３の幅方向となる。図２に示すように、エンジンルーム１３には、エンジン１５及び後処理装置１６が配置される。すなわち、エンジン１５及び後処理装置１６は、上部旋回体３において運転室１２より後方側の領域に、搭載される。エンジン１５及び後処理装置１６は、旋回テーブル１１上に配置される。また、図２の一例では、後処理装置１６は、エンジン１５に対して、上部旋回体３の幅方向の一方側（左方側）に並んで配置される。

後処理装置１６は、エンジン１５からの排気ガスの無害化処理等の後処理を行う。例えば、後処理装置１６は、排気ガスに含まれる窒素酸化物及び粒子状物質等に対して処理を行う。そして、排気ガスは、後処理装置１６によって後処理が行われた後に、大気に排気される。また、エンジンルーム１３では、エンジン１５と後処理装置１６との間は、排気管１７を介して接続される。したがって、エンジン１５からの排気ガスは、排気管１７の内部を通して、後処理装置１６へ排出される。

図３は、エンジンルーム１３において、エンジン１５及び後処理装置１６、及び、これらの近傍の構成を示す。図３に示すように、エンジンルーム１３では、旋回テーブル１１にエンジンフレーム２１が取付けられる。そして、エンジンフレーム２１上に、エンジン１５が、エンジンマウント２２を間に介して、設置される。また、エンジンルーム１３では、エンジンフレーム２１とは別の位置で、旋回テーブル１１に一対の装置フレーム２３が取付けられる。ここで、装置フレーム２３のそれぞれとエンジンフレーム２１との間には、旋回テーブル１１が介在し、装置フレーム２３のそれぞれは、エンジンフレーム２１に直接的には連結されない。また、一対の装置フレーム２３は、互いに対して離れた位置で、旋回テーブル１１に取付けられる。

また、装置フレーム２３のそれぞれは、旋回テーブル１１から鉛直上側へ延設される。一対の装置フレーム２３のそれぞれは、鉛直上側の端を形成するビーム部（頂上ビーム部）２５を備える。装置フレーム２３のそれぞれのビーム部２５には、中継フレーム２６が接続される。中継フレーム２６は、一対の装置フレーム２３のビーム部２５の間を、中継する。そして、一対の装置フレーム２３のビーム部２５には、台座２７が取付けられる。台座２７は、一対の装置フレーム２３によって、鉛直下側から支持される。そして、台座２７上に、後処理装置１６が設置される。図３等の一例では、装置フレーム２３のビーム部２５、及び、台座２７は、エンジンフレーム２１に対して、鉛直上側に位置する。このため、後処理装置１６は、エンジン１５に対して、鉛直上側にずれて配置される。なお、図３では、一対の装置フレーム２３の一方のビーム部２５のみが示されるが、一対の装置フレーム２３の他方にも、同様に、ビーム部２５が設けられる。

また、エンジンルーム１３には、ポンプ２８が配置される。ポンプ２８は、上部旋回体３の幅方向について、エンジン１５に対して後処理装置１６が位置する側（左方側）に並んで配置される。また、ポンプ２８は、後処理装置１６に対して、鉛直下側に配置される。鉛直方向についてポンプ２８と後処理装置１６との間には、装置フレーム２３のビーム部２５、及び、台座２７が、配置される。

図４は、後処理装置１６及び排気管１７を示す。図３及び図４に示すように、排気管１７は、エンジン１５への接続位置Ｅ１、及び、後処理装置１６への接続位置Ｅ２を有する。排気管１７では、接続位置Ｅ１によって、一端が形成され、接続位置Ｅ２によって、接続位置Ｅ１とは反対側の端が形成される。また、排気管１７は、ベローズ管部３１、及び、折返し部分となるＵ字形状部分３２を備える。排気管１７では、ベローズ管部３１は、Ｕ字形状部分３２に対して、エンジン１５に近い側、すなわち、後処理装置１６から遠い側に配置される。

図５及び図６は、排気管１７のＵ字形状部分３２及びその近傍を示す。図５及び図６に示すように、Ｕ字形状部分３２は、管部３５～３７を備える。管部（第１の管部）３５は、管部（第２の管部）３６と管部（第３の管部）３７との間を中継する。管部３６は、管部３５に対して、エンジン１５に近い側に接続される。管部３７は、管部３５に対して、エンジン１５から遠い側に、すなわち、管部３６の接続位置とは反対側に接続される。このため、Ｕ字形状部分３２では、エンジン１５に近い側から、管部（第２の管部）３６、管部（第１の管部）３５及び管部（第３の管部）３７の順に配置される。Ｕ字形状部分３２では、管部３６において管部３５への接続位置とは反対側の端が、排気ガスのエンジン１５側からの流入部分となる。そして、Ｕ字形状部分３２では、管部３７において管部３５への接続位置とは反対側の端が、排気ガスの後処理装置１６側への排出部分となる。

管部３６は、管部３５に対して屈曲する。そして、管部３７は、管部３５に対して、管部３６が屈曲する側へ屈曲する。このため、管部３６，３７は、互いに対して同一の側へ、管部３５に対して屈曲する。前述のように管部３６，３７のそれぞれが管部３５に対して屈曲するため、管部３７は、管部３６に対して折返される。管部３６は、管部３５に対して屈曲角度（第１の屈曲角度）θ１で屈曲する。管部３７は、管部３５に対して屈曲角度（第２の屈曲角度）θ２で屈曲する。屈曲角度θ１，θ２のそれぞれは、９０°未満であり、鋭角となる。このため、屈曲角度θ１，θ２の合計値は、１８０°未満となる。

屈曲角度θ１，θ２の合計値は、１３５°より大きいことが好ましい。また、屈曲角度θ１，θ２は、互いに対して同一の大きさとなることが好ましい。ある一例では、屈曲角度θ１，θ２のそれぞれが、７８°となる。

また、管部（第１の管部）３５は、中心軸（第１の中心軸）Ｐ１を有し、中心軸Ｐ１に沿って延設される。同様に、管部（第２の管部）３６は、中心軸（第２の中心軸）Ｐ２を有し、中心軸Ｐ２に沿って延設される。そして、管部（第３の管部）３７は、中心軸（第３の中心軸）Ｐ３を有し、中心軸Ｐ３に沿って延設される。中心軸Ｐ２の中心軸Ｐ１に対する屈曲角度が、前述の屈曲角度θ１に相当する。そして、中心軸Ｐ３の中心軸Ｐ１に対する屈曲角度が、前述の屈曲角度θ２に相当する。

本実施形態では、中心軸Ｐ１～Ｐ３は、互いに対して同一の仮想平面Ｈ上に配置される。したがって、中心軸Ｐ３は、中心軸Ｐ１，Ｐ２の両方に垂直な方向について、中心軸Ｐ１，Ｐ２に対してずれていない。そして、中心軸Ｐ２は、中心軸Ｐ１，Ｐ３の両方に垂直な方向について、中心軸Ｐ１，Ｐ３に対してずれていない。このため、本実施形態では、管部３５～３７は、仮想平面Ｈに垂直な方向について、互いに対してずれていない。したがって、管部３５，３６がある平面に当接する状態にＵ字形状部分３２を配置した場合には、管部３７も、管部３５，３６が当接する平面に、当接する。そして、管部３５，３７がある平面に当接する状態にＵ字形状部分３２を配置した場合には、管部３６も、管部３５，３７が当接する平面に、当接する。

ここで、図５は、仮想平面Ｈに対して垂直な方向の一方側から視た状態を示す。また、図６は、管部３５の中心軸Ｐ１に沿う方向の一方側から視た状態を示す。なお、図５では、中心軸Ｐ１～Ｐ３が示されるが、図５において、中心軸Ｐ１～Ｐ３のそれぞれの排気管１７と重なる部分は、排気管１７の内部を通過する。本実施形態では、前述のように、管部３５～３７は、仮想平面Ｈに垂直な方向について、互いに対してずれていない。このため、中心軸Ｐ１に沿う方向からの投影において（図６参照）、管部３６，３７は、仮想平面Ｈに垂直な方向について、互いに対してずれない。

なお、管部３５，３６の間の屈曲部分、及び、管部３５,３７の間の屈曲部分等の屈曲角度が鋭角になる屈曲部分は、例えば、以下の一例のようにして形成される。この一例では、屈曲角度が鋭角になる屈曲部分の形成に、屈曲角度が９０°となる屈曲部分を備える管部材、及び、屈曲部分がない真直ぐな管部材が、用いられる。この場合、屈曲角度が９０°の屈曲部分で、管部材を切断する。そして、真直ぐな管部材を、屈曲部分の切断面で屈曲部分を備える管部材に接続する。これにより、屈曲角度が鋭角になる屈曲部分が、形成される。なお、屈曲部分での鋭角の大きさは、切断する切断面を調整することにより、調整される。

本実施形態では、折返し部分であるＵ字形状部分３２において、管部（第１の管部）３５に対する管部（第２の管部）３６の屈曲角度（第１の屈曲角度）θ１、及び、管部３５に対する管部（第３の管部）３７の屈曲角度（第２の屈曲角度）θ２のそれぞれが、９０°未満、すなわち、鋭角となる。これにより、Ｕ字形状部分３２での、排気ガスのエネルギー損失が低減される。したがって、Ｕ字形状部分３２等の折返し部分が排気管１７に設けられても、排気管１７での排気ガスのエネルギー損失が低減される。

排気管１７での排気ガスのエネルギー損失が低減されることにより、排気管１７での排気ガスの流速の低下が有効に防止される。これにより、エンジン１５から後処理装置１６へ排気ガスが適切に排気され、排気ガスの排気効率の低下が有効に抑制されるとともに、エンジン１５の各種性能（出力、燃費、環境負荷及び寿命等）の低下が有効に抑制される。また、排気管１７での排気ガスの流速の低下が防止されることにより、排気ガスが排気管１７の通過に要する時間が短くなり、排気管１７での排気ガスの温度の低下が有効に防止される。排気ガスの温度の低下が有効に防止されることにより、後処理装置１６において、排気ガスの無害化処理等の後処理が、適切に行われる。

また、屈曲角度θ１，θ２の合計値が１３５°より大きい場合は、エンジンルーム１３において、Ｕ字形状部分３２が占めるスペースを小さくすることが可能になる。これにより、エンジンルーム１３において、排気管１７が占めるスペースを小さくすることが可能になる。

また、屈曲角度θ１，θ２が互いに対して同一の大きさになる場合は、管部３５，３６の間の屈曲部分、及び、管部３５,３７の間の屈曲部分で、互いに対して、使用する部材の種類、及び、製造時に用いる加工治具の種類等を共通化することが可能になる。これにより、排気管１７の製造におけるコスト等が削減される。また、屈曲角度θ１，θ２が互いに対して同一の大きさになる場合は、高温の排気ガスに起因する熱膨張によって、管部３５，３６の間の屈曲部分、及び、管部３５,３７の間の屈曲部分は、互いに対して同様の変形をする。このため、熱膨張した状態等において、Ｕ字形状部分３２での応力の偏りの発生が、有効に抑制される。

また、本実施形態では、中心軸Ｐ１～Ｐ３は、互いに対して同一の仮想平面Ｈ上に配置され、管部３５～３７は、仮想平面Ｈに垂直な方向について、互いに対してずれていない。このため、エンジンルーム１３において、Ｕ字形状部分３２が占めるスペースをさらに小さくすることが可能になり、排気管１７が占めるスペースをさらに小さくすることが可能になる。また、管部３５～３７が仮想平面Ｈに垂直な方向について互いに対してずれていないため、Ｕ字形状部分３２の製造において、仮想平面Ｈに垂直な方向についての位置調整が容易になる。これにより、形成されたＵ字形状部分３２において、精度のばらつきが低減するとともに、Ｕ字形状部分３２の製造におけるコストが削減される。

なお、前述の実施形態等では、油圧ショベル１を例に挙げて説明したが、前述したエンジン１５、後処理装置１６及び排気管１７の構成は、下部走行体２及び上部旋回体３を備える建設機械であれば、適用可能である。前述の実施形態等の構成が適用される油圧ショベル１以外の建設機械としては、例えば、クレーンが挙げられる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

１…油圧ショベル、２…下部走行体、３…上部旋回体、１３…エンジンルーム、１５…エンジン、１６…後処理装置、１７…排気管、３２…Ｕ字形状部分、３５…管部（第１の管部）、３６…管部（第２の管部）、３７…管部（第３の管部）。

Claims (4)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に対して旋回可能に前記下部走行体の鉛直上側に連結される上部旋回体と、
   前記上部旋回体に搭載されるエンジンと、
   前記上部旋回体に搭載され、前記エンジンからの排気ガスを後処理して、大気に排気する後処理装置と、
   前記エンジンと前記後処理装置との間を接続する排気管と、
   を具備し、
   前記排気管は、
   第１の管部と、
   前記第１の管部に対して前記エンジンに近い側に接続され、９０°未満の屈曲角度で前記第１の管部に対して屈曲する第２の管部と、
   前記第１の管部に対して前記エンジンから遠い側に接続され、前記第２の管部が屈曲する側へ９０°未満の屈曲角度で前記第１の管部に対して屈曲することにより、前記第２の管部に対して折返される第３の管部と、
   を備え、
   前記排気管では、前記第１の管部、前記第２の管部及び前記第３の管部は、互いに対して別体の管部材から形成され、
   前記排気管では、前記第１の管部に対する前記第２の管部の屈曲位置、及び、前記第１の管部に対する前記第３の管部の屈曲位置のそれぞれに、２つの前記管部材の接続部分が形成され、
   前記第３の管部は、前記第１の管部への接続位置とは反対側の端で、前記後処理装置へ接続され、
   前記第３の管部では、１つの前記管部材が、前記第１の管部への前記接続位置から前記後処理装置への接続位置まで、屈曲することなく真直ぐに延設される、
   建設機械。
2. 前記第１の管部に対する前記第２の管部の前記屈曲角度と前記第１の管部に対する前記第３の管部の前記屈曲角度との合計値は、１３５°より大きく、かつ、１８０°未満である、請求項１の建設機械。
3. 前記第１の管部に対する前記第２の管部の前記屈曲角度は、前記第１の管部に対する前記第３の管部の前記屈曲角度と同一の大きさである、請求項１又は請求項２の建設機械。
4. 前記第１の管部の中心軸、前記第２の管部の中心軸、及び、前記第３の管部の中心軸は、互いに対して同一の仮想平面上に位置する、請求項１乃至３のいずれか１項の建設機械。