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JP5886551B2 - 建設機械の排気構造 - Google Patents

建設機械の排気構造 Download PDF

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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。
油圧ショベルは、図８に示すよう下部走行体１上に上部旋回体２を旋回自在に搭載し、この上部旋回体２に作業アタッチメント(掘削アタッチメント)３を取付けて構成される。４はキャビンである。
上部旋回体２には、後部にエンジンカバー５によってエンジンルーム６が形成され、このエンジンルーム６にエンジン７及びその関連機器が収容される。
エンジン７からの排ガス、及び熱交換器冷却済みの空気をエンジンルーム６外に排出するための排気構造として、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９によって説明する。
図９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８とラジエータ等の熱交換器９が設けられるとともに、同じ側のエンジンカバー上面壁に吸気口１０、反対側の上面壁に排気口１１がそれぞれ設けられ、ファン８の回転により、吸気口１０から外気を導入して熱交換器９に通し、冷却済み空気(以下、排風という)を排気口１１から排出するように構成されている。
一方、エンジン７の他端側には消音器(マフラー)１２が設けられ、エンジン７から出る排ガスが、この消音器１２、及びこれに接続された排ガス管(尾管)１３を通って外部に排出される。
ここで、排ガスは高温(たとえば５００℃)であるため、排ガス管１３によって直接外部に排出すると周囲の温度環境を悪化させる。
また、排ガス及び排風をそのまま排出する構成では、エンジン音、排気音、排風音等の運転騒音の外部への漏れが大きくなる。
そこで、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１１の下部に筒状のダクト１４を、上端が排気口１１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１３の先端部１３ａをダクト下方から上向きに折り曲げてダクト１４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１４内に導き、このダクト１４内で両者を混合させることによって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、排ガスと排風は圧力と流速が大きく異なる(排ガスの方がどちらも高い)ことから、元々混合しにくい上に、公知技術によると、図示のように排ガス管先端部１３ａをダクト１４内に上向きに挿入し、排ガスをその先端開口、つまり一点から集中的に、かつ、ダクト１４内の排風と同じ方向に噴射する構成をとっているため、排ガスと排風の混合効率が益々悪くなる。
このため、排ガス温度を低下させる点の効果が低いものとなる。
また、排ガスが排ガス管先端開口から排気口１１に向かってストレートに放出されるため、ダクト１４内での排気音の減音効果も低くなる。
そこで本発明は、排ガスと排風をダクトを通して外部に排出する構成を前提として、ダクト内での排ガスと排風の混合効率と減音効果を高め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、吸気口と排気口を備えたエンジンルームと、上記エンジンルーム内に設けられたエンジン及びファンとを備えた建設機械において、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、上記ファンによって上記吸気口から上記エンジンルーム内に吸い込まれた冷却用空気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、上記排ガス管の先端側部分は上記ダクト内に挿入され、このダクト内に挿入された先端側部分である上記排ガス管の挿入部分には、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ものである（請求項１）。
この構成によれば、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。
さらに本発明は、吸気口と排気口を備えたエンジンルームと、上記エンジンルーム内に設けられたエンジン及びファンとを備えた建設機械において、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、上記ファンによって上記吸気口から上記エンジンルーム内に吸い込まれた冷却用空気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、上記排ガス管の先端側部分は上記ダクト内に挿入され、このダクト内に挿入された先端側部分である上記排ガス管の挿入部分には、排ガスを上記ダクト内の排風方向と異なる方向に、かつ、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ものである（請求項２）。
この構成によれば、排ガスと排風の混合効率とダクト内での減音効果をさらに良くし、排ガス温度低減効果及び騒音低減効果を一層高めることができる。
この場合、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３）。
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１，２のように排ガスを排ガス管の長さ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３の構成をとる場合に、上記排出穴は、上記排ガス管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設けられているのが望ましい（請求項４）。
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。
ところで、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、上記排出穴は、上記排ガス管の挿入部分における周方向の複数個所に設けられていてもよいし（請求項５）、長さ方向の複数個所に設けられていてもよい（請求項６）。
あるいは、これらを組み合わせ、排出穴は排ガス管の周方向の複数個所に、かつ、長さ方向の複数個所に設けられていてもよい。
また、請求項６の変形形態として、排出穴は、排ガス管の挿入部分の一定長さ範囲(たとえばほぼ全長部分)に亘る溝穴として設けられていてもよい。
請求項６、あるいはその変形形態(排出穴が溝穴として設けられている)の構成をとる場合、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、上記排出穴は、そ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７）。
こうすれば、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。
また本発明において、上記ダクトには少なくとも一つの曲げ部が設けられ、上記排ガス管の挿入部分は上記曲げ部よりも排風の上流側に配置されているのが望ましい（請求項８）。
こうすれば、ダクトに曲げ部が設けられることで騒音全般が外部に漏れ難くなる上に、排ガス管の挿入部分が曲げ部よりも上流側に配置されることで排ガスの排出音も外部に漏れ難くなる。
この場合、上記排ガス管の挿入部分は上記ダクトの出口側開口を通して外部から直視できない状態で設けられているのが望ましい（請求項９）。
こうすれば、エンジンルーム内の騒音、及び排ガスの排出音がダクトから直接外部に出る「直接音」を防止できるため、騒音防止低減の点でとくに有利となる。
本発明によると、ダクト内での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。
本発明の第１実施形態を示す概略断面図である。 図１の一部を拡大した図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線拡大断面図である。 本発明の第２実施形態を示す部分概略断面図である。 本発明の第３実施形態を示す部分概略断面図である。 本発明の第４実施形態を示す部分概略断面図である。 本発明の第５実施形態を示す部分概略断面図である。 本発明の適用対象となる油圧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。
本発明の実施形態を図１〜図７によって説明する。
第１〜第５各実施形態において、次の点は図６に示す公知技術と同じである。
(Ａ) 上部旋回体の後部にエンジンカバー５によってエンジンルーム６が形成され、このエンジンルーム６にエンジン７及びその関連機器が収容される点。
(Ｂ) 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８とラジエータ等の熱交換器９(いずれも図１のみに示す)が設けられるとともに、同じ側のエンジンカバー上面壁に吸気口１０(図１のみに示す)、反対側の上面壁に排気口１１がそれぞれ設けられ、ファン８の回転により、吸気口１０から外気を導入して熱交換器９に通し、冷却済み空気(以下、排風という)を排気口１１から排出するように構成されている点。
(Ｃ) エンジン７の他端側には消音器(マフラー)１２が設けられ、エンジン７から出る排ガスが、この消音器１２、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点。
(Ｄ) エンジンルーム６内における排気口１１の下部に筒状のダクト１６が、ダクト上端が排気口１１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られ、排風及び排ガスをこのダクト１４内に導いて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するとともに、運転騒音をダクト１４内で減音させるように構成されている点。
第１実施形態(図１〜図３参照)
第１実施形態において、排ガス管１５は、中間部でダクト１６側に折り曲げられ、その先端側部分(挿入部分)１５ａがダクト側壁を貫いてダクト１６内に挿入されている。
すなわち、排ガス管１５の先端側部分１５ａは、ダクト１６と交差(望ましくは図示のように直交)してダクト１６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１５ａには、図２，３に示すようにダクト１６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上側の半周部分)に、排ガスをダクト１６内に噴射する複数の排出穴１７が設けられている。
この排出穴１７は、図示のように挿入部分１５ａの半周部分における周方向の複数個所に、かつ、挿入部分１５ａ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１７…は、ここから排出される排ガス量が挿入部分１５ａ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１５ａ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２に示すように、排出穴１７…の挿入部分長さ方向の間隔(密度)が挿入部分１５ａの先端に向かって漸次大きくなる(密度が疎らになる)状態で設けられている。
あるいは、排出穴１７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１７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１５ａ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、第１実施形態、及び後述する第２〜第５各実施形態において、排ガス管１５の先端開口は閉塞され、または小開口面積に絞られる。
この第１実施形態によると、排ガスが、図３に示すように挿入部分１５ａの風下側半周部分であってほぼ全長部分からダクト１６内に、挿入部分１５ａ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１６内の排風方向と異なる方向に、
(ｉｉ) 挿入部分１５ａ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１６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１６及び排気口１１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１６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１２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。
第２〜第５実施形態(図４〜図７参照)
以下の実施形態については、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、第１実施形態との相違点のみを説明する。
図４に示す第２実施形態においては、ダクト１６の上部がエンジン７と反対向きに折り曲げられ、排ガス管１５の挿入部分１５ａが、この曲げ部１６ａよりも上流側(ダクト下部)で、かつ、ダクト１６の出口開口１６ｂを通して外部から直視できない状態でダクト１６内に挿入されている。
また、曲げ部１６ａ全域とその下部の内面にグラスウール等の吸音材１８が設けられている。
他の構成は第１実施形態と同じである。
この第２実施形態によると、第１実施形態と同じ基本的な作用効果に加えて、ダクト１６に曲げ部１６ａを設けることで騒音全般が外部に漏れ難くなる上に、排ガス管挿入部分１５ａを曲げ部１６ａよりも上流側に配置することで排ガスの排出音も外部に漏れ難くなる。
しかも、排ガス管挿入部分１５ａがダクト１６の出口側開口１６ｂを通して外部から直視できない状態で設けられているため、騒音がダクト１６から直接外部に出る「直接音」を防止することができる。
さらに、前記のようにダクト１６内に拡散した排気音を含む運転騒音が吸音材１８によって効率良く吸収される。
このため、騒音防止低減の点でさらに有利となる。
この第２実施形態においては、ダクト１６の出口側開口１６ｂが排気口を兼ねることとなる。
なお、この第２実施形態のバリエーションとして、排ガス管挿入部分１５ａを、ダクト１６の出口開口１６ｂを通して外部から一部のみが直視できる状態で設けてもよい。
第３及び第４実施形態(図５，６参照)
両実施形態においては、排ガス管１５の先端側部分１５ａが背面から見てＬ字形(第３実施形態)、または逆Ｌ字形(第４実施形態)に折り曲げられてダクト１６内に挿入されている。
この場合、排出穴(図５，６では図示省略)は、Ｌ字または逆Ｌ字の横辺部のみに設けてもよいし、縦辺部のみに設けてもよい。あるいは、横、縦両辺部に設けてもよい。
また、排出穴は、第１実施形態と同様に排ガスが長さ方向及び周方向に分散して噴射する状態で設けるのが望ましい。
この第３及び第４両実施形態によると、排ガス管挿入部分１５ａの全長を長くとることができるため、排ガスをダクト１６内でより広く拡散させることができる。
なお、図５，６には、ダクト１６を上下方向の直管状とした第１実施形態のダクト構成を前提として示しているが、この第３、第４両実施形態の構成は、図４の、ダクト１６に曲げ部１６ａを設けるダクト構成をとる場合にも適用することができる。
図７に示す第５実施形態においては、公知技術と同様に排ガス管１５の挿入部分１５ａがダクト入口側開口１６ｃからダクト１６内に上向きに挿入され、この挿入部分１５ａから排ガスを、ダクト１６内の排風方向と異なる方向(横向き)に、かつ、挿入部分１５ａの周方向及び長さ方向(その一方のみでもよい)に分散して噴射するように構成されている。
この構成によっても、公知技術と比較して排ガスと排風の混合効率及び騒音低減効果を高めることができる。
ところで、上記各実施形態ではダクト１６を上下方向に設けた場合のみについて説明したが、本発明はダクト１６を横向き(水平または先上がり傾斜)に設ける場合にも適用することができる。
また、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。
６ エンジンルーム
７ エンジン
８ ファン
１０ 吸気口
１１ 排気口
１２ 消音器
１５ 排ガス管
１５ａ 排ガス管の先端側部分(挿入部分)
１６ ダクト
１６ａ ダクトの曲げ部
１７ 排出穴

Claims (9)

  1. 吸気口と排気口を備えたエンジンルームと、上記エンジンルーム内に設けられたエンジン及びファンとを備えた建設機械において、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、上記ファンによって上記吸気口から上記エンジンルーム内に吸い込まれた冷却用空気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、上記排ガス管の先端側部分は上記ダクト内に挿入され、このダクト内に挿入された先端側部分である上記排ガス管の挿入部分には、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建設機械の排気構造。
  2. 吸気口と排気口を備えたエンジンルームと、上記エンジンルーム内に設けられたエンジン及びファンとを備えた建設機械において、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、上記ファンによって上記吸気口から上記エンジンルーム内に吸い込まれた冷却用空気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、上記排ガス管の先端側部分は上記ダクト内に挿入され、このダクト内に挿入された先端側部分である上記排ガス管の挿入部分には、排ガスを上記ダクト内の排風方向と異なる方向に、かつ、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建設機械の排気構造。
  3. 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. 上記排出穴は、上記排ガス管の挿入部分における周方向の複数個所に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. 上記排出穴は、上記排ガス管の挿入部分における長さ方向の複数個所に設けら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、上記排出穴は、そ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６記載の建設機械の排気構造。
  8. 上記ダクトには少なくとも一つの曲げ部が設けられ、上記排ガス管の挿入部分は上記曲げ部よりも排風の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の建設機械の排気構造。
  9. 上記排ガス管の挿入部分は上記ダクトの出口側開口を通して外部から直視できない状態で設けられている請求項８記載の建設機械の排気構造。
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