(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排ガスが導入される入口部材と、排ガスを排出する出口部材と、上記入口及び出口両部材間に設けられる中間部材から成り、上記中間部材は、標準仕様のマフラーにおいて上記入口及び出口両部材間で排ガス浄化作用を行う排ガス浄化装置とほぼ同じ排気抵抗を発生する抵抗発生手段を備え、かつ、上記入口及び出口両部材に対して上記排ガス浄化装置と同じ結合手段によって着脱自在に結合される筒体として構成したことを特徴とする建設機械のマフラー。
【請求項２】
上記中間部材の長さ寸法を上記排ガス浄化装置の長さ寸法とほぼ同等に設定したことを特徴とする請求項１記載の建設機械のマフラー。
【請求項３】
上記中間部材を、外筒と内筒が同心配置され、かつ、上記外筒の入口側及び出口側両開口が入口側及び出口側両エンドプレートで閉塞された二重筒状に形成し、上記入口側エンドプレートに排ガス入口、上記出口側エンドプレートに排ガス出口、上記内筒の周壁に複数の排ガス流通穴をそれぞれ設けることによって上記抵抗発生手段を構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械のマフラー。
【請求項４】
上記中間部材の長さ方向の中間部に、上記外筒と内筒の間の空間を仕切る隔壁を設けるとともに、この隔壁を挟んだ両側において上記内筒の排ガス流通穴を設けたことを特徴とする請求項３記載の建設機械のマフラー。
【請求項５】
上記中間部材を、上記入口部材及び出口両部材よりも小径の筒状の本体と、外周が上記本体から鍔状に突出する状態で本体の入口側及び出口側両開口を閉塞する入口側及び出口側両エンドプレートによって鍔付き筒状に形成し、上記入口側エンドプレートの中心部に排ガス入口、上記出口側エンドプレートの中心部に排ガス出口を設けることによって上記抵抗発生手段を構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械のマフラー。
【請求項６】
上記中間部材を、排ガス入口及び排ガス出口を備えた筒状の本体と、この本体内に設けた上記抵抗発生手段としての消音材によって構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械のマフラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はショベル等の建設機械においてエンジンの排気系に設けられるマフラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショベルのマフラーを例にとって背景技術を説明する。
【０００３】
ショベルにおいては、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中の有害物質を除去するための排ガス浄化装置を備えたマフラーが標準仕様として設けられる。
【０００４】
この標準仕様のマフラー(以下、標準マフラーという)は、図６，７に示すように、円筒状の排ガス浄化装置１と、この排ガス浄化装置１の入口側(エンジン側)に設けられてエンジンからの排ガスを導入する入口部材２と、出口側に設けられて排ガスを排出する出口部材３の三者が、相対向する端部に設けられたフランジ４，５，６，７により長さ方向に着脱自在にボルト結合されて構成される。
【０００５】
以下、実施形態を含めて、入口及び出口部材２，３として入口側及び出口側両消音器を用いた場合で説明する。
【０００６】
図６，７中の８は出口側消音器３に設けられた排気ダクト(テールパイプ)である。また、図７中のＷ１は排ガス浄化装置１の長さ寸法を示す。
【０００７】
排ガス浄化装置１は、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter：ディーゼル煤フィルタ)１ａ、及びＤＯＣ(Diesel Oxidation Catalyst：ディーゼル酸化触媒)１ｂを内蔵し、排ガスに含まれるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）等がこの排ガス浄化装置１で除去される(特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０２６８６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記標準マフラーを備えたショベルを排ガス規制の無い地域で稼動させる場合、その地域で使用される燃料に含まれる硫黄分が排ガス浄化装置１の許容含有量を超えることがある。
【００１０】
このままでは、ＤＰＦの再生ができなくなる等の問題が生じるため、何らかの対策をとる必要がある。
【００１１】
たとえば排ガス浄化装置１を取外し、両側消音器２，３のみでマフラーを構成すること、あるいは消音機能のみを備えた別のマフラーに取り替えることが考えられる。
【００１２】
しかし、こうすると排ガス浄化装置１の分だけ排気抵抗が低下し、エンジン背圧が低下するため、弊害として消音機能が低下したり、エンジン出力が変化したり、過給機付きエンジンにおいて過回転を起こしたりする等の機能障害が発生し、排ガス非規制機用として実用に適さない。
【００１３】
一方、マフラーとともにエンジンを排ガス非規制仕様のものに取り替えることも考えられる。
【００１４】
しかし、エンジンルーム内の機器レイアウトに対応した新規なエンジンを設計・製作するか、ショベル本体側の大幅な改造や部品交換が必要となり、対策の費用、工数がかかるため得策でない。
【００１５】
そこで本発明は、排ガス規制対応のエンジンを生かしながら、最小限の部品交換によって低コストで、しかも機能障害を起こすことなく排ガス非規制機に対応することができる建設機械のマフラーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する手段として、本発明においては、エンジンからの排ガスが導入される入口部材と、排ガスを排出する出口部材と、上記入口及び出口両部材間に設けられる中間部材から成り、上記中間部材は、標準仕様のマフラーにおいて上記入口及び出口両部材間で排ガス浄化作用を行う排ガス浄化装置とほぼ同じ排気抵抗を発生する抵抗発生手段を備え、かつ、上記入口及び出口両部材に対して上記排ガス浄化装置と同じ結合手段によって着脱自在に結合される筒体として構成したものである。
【００１７】
この構成によれば、排ガス浄化装置を中間部材に取り替えるだけで、標準マフラーと同等の排気抵抗を持った排ガス非規制対応マフラーに転換することができる。
【００１８】
しかも、中間部材が排ガス浄化装置と同等の排気抵抗を有するため、排ガス規制対応のエンジンに用いても消音機能低下やエンジン出力の変化等の機能障害を起こすおそれがない。
【００１９】
すなわち、排ガス規制対応のエンジンはそのままとして、低コストで排ガス非規制機に対応することができる。
【００２０】
また、排ガス非規制機から排ガス規制機への転換も中間部材を排ガス浄化装置に入れ替えるだけで可能となる。
【００２１】
しかも、中間部材を排ガス浄化装置と同じ結合手段によって入口、出口両部材間に組み込むため、その着脱(標準マフラーとの間の互換)が簡単となる。
【００２２】
この場合、上記中間部材の長さ寸法を上記排ガス浄化装置の長さ寸法とほぼ同等に設定するのが望ましい(請求項２)。
【００２３】
こうすれば、マフラー全長を標準マフラーとほぼ同等にできるため、エンジンとその周辺機機器のレイアウト変更や改造が一切不要となる。
【００２４】
この場合、標準マフラーとほぼ同じ排気抵抗を確保できることを条件として、中間部材１１の直径寸法を排ガス浄化装置１と同等とすることにより、マフラー全体として標準マフラーとほぼ同じ外形を持たせ、外観上の違和感を無くすることができる。
【００２５】
本発明において、上記中間部材を、外筒と内筒が同心配置され、かつ、上記外筒の入口側及び出口側両開口が入口側及び出口側両エンドプレートで閉塞された二重筒状に形成し、上記入口側エンドプレートに排ガス入口、上記出口側エンドプレートに排ガス出口、上記内筒の周壁に複数の排ガス流通穴をそれぞれ設けることによって上記抵抗発生手段を構成するのが望ましい(請求項３，４)。
【００２６】
この構成によれば、排ガスが、排ガス入口、排ガス流通穴、内外筒間、内筒内、排ガス出口を通過することで排気抵抗が発生する。
【００２７】
ここで、排ガス入口及び出口、排ガス流通穴のいずれか、またはすべてについて開口面積を調整するによって、エンジンにマッチした適正な排気抵抗を得ることができる。
【００２８】
また、二重筒内での排ガスの膨張／収縮の繰り返しによって消音作用を得ることができるため、消音機能も得ることができる。
【００２９】
しかも、中間部材が穴付きの二重筒構造という簡単な構造で、軽量、安価となる。
【００３０】
この場合、上記中間部材の長さ方向の中間部に、上記外筒と内筒の間の空間を仕切る隔壁を設けるとともに、この隔壁を挟んだ両側において上記内筒の排ガス流通穴を設けるのが望ましい(請求項４)。
【００３１】
こうすれば、隔壁を挟んだ両側で対称的に排気抵抗が発生するため、とくに高い排気抵抗が求められるエンジンの場合に好適となる。
【００３２】
本発明において、上記中間部材を、上記入口及び出口両部材よりも小径の筒状の本体と、外周が上記本体から鍔状に突出する状態で本体の入口側及び出口側両開口を閉塞する入口側及び出口側両エンドプレートによって鍔付き筒状に形成し、上記入口側エンドプレートの中心部に排ガス入口、上記出口側エンドプレートの中心部に排ガス出口を設けることによって上記抵抗発生手段を構成してもよい(請求項５)。
【００３３】
この構成によれば、排ガスが、排ガス入口と出口及び小径の本体で絞られることによって排気抵抗が発生するという、きわめて簡単な構造で一層軽量、安価ですむ。
【００３４】
この場合、排気抵抗の調整は、本体の直径寸法と排ガス入口及び出口の開口面積によって行うことができる。とくに排気抵抗が小さくてよいエンジンの場合に好適となる。
【００３５】
さらに本発明において、上記中間部材を、排ガス入口及び排ガス出口を備えた筒状の本体と、この本体内に設けた上記抵抗発生手段としての消音材によって構成してもよい(請求項６)。
【００３６】
こうすれば、構造がきわめて簡単でさらに軽量、安価となる。
【００３７】
また、消音材の材質、密度等の選択によって必要な排気抵抗を確保できるとともに、マフラー全体の消音性能を調整することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によると、排ガス規制対応のエンジンを生かしながら、最小限の部品交換によって低コストで、しかも機能障害を起こすことなく排ガス非規制機に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマフラーの分解斜視図である。
【図２】同、組立状態の一部断面正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るマフラーの図２相当図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るマフラーの図２相当図である。
【図５】本発明の第４実施形態にマフラーの図２相当図である。
【図６】排ガス浄化装置を備えた標準仕様のマフラーの斜視図である。
【図７】同、正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
【００４１】
第１〜第４各実施形態に係るマフラーは、図６，７に示す標準マフラーの入口部材としての入口側消音器２と、排気ダクト８を備えた出口部材としての出口側消音器３の間に、排ガス浄化装置１に代えて円筒状の中間部材１１が設けられることによって構成される。
【００４２】
中間部材１１は、
(ｉ)  標準マフラーの排ガス浄化装置１とほぼ同じ排気抵抗を発揮する抵抗発生手段を具備すること、
(ｉｉ)  排ガス浄化装置１の両端部に設けられた両側フランジ４，５に対応する両側フランジ１２，１３を備え、両側消音器２，３に対し排ガス浄化装置１と同様に着脱自在にフランジ結合されること、
(ｉｉｉ)  長さ寸法Ｗ２が排ガス浄化装置１の長さ寸法Ｗ１とほぼ同じであること
を条件として構成されている。
【００４３】
なお、上記条件中の「標準マフラーの排ガス浄化装置１とほぼ同じ排気抵抗を発揮する」とは、同一のエンジンに使用した場合に標準マフラーの排ガス浄化装置１と実施形態マフラーの中間部材１１がほぼ同じ排気抵抗を発揮することをいう。
【００４４】
第１実施形態(図１，２参照)
第１実施形態において、中間部材１１は、外筒１４と内筒１５が同心配置され、かつ、外筒１４の入口側及び出口側両開口を閉塞するエンドプレート１６，１７が設けられた二重筒状に形成されている。
【００４５】
両側エンドプレート１６，１７は、外周が外筒１４から鍔状に突出する状態で設けられこの鍔状部分に円周方向複数のボルト通し穴(符号省略)が設けられて、排ガス浄化装置１の両側フランジ４，５に対応するフランジ１２，１３が形成されている。
【００４６】
なお、フランジ１２，１３をエンドプレート１６，１７とは別体のリング体として形成し、外筒１４の外周に溶接等によって固定してもよい。
【００４７】
また、入口側消音器２に隣接する入口側エンドプレート１６の中心部とその周囲に排ガス入口１８が丸穴として設けられるとともに、出口側エンドプレート１７の中心部に、内筒１５の内径とほぼ同寸法の丸穴状の排ガス出口１９が設けられている。
【００４８】
一方、内筒１５には、出口側半部の周壁に多数の排ガス流通穴２０が長さ方向及び円周方向に間隔を置いて設けられている。
【００４９】
こうして、外、内筒１４，１５と排ガス入口１８及び排ガス出口１９と排ガス流通穴２０によって抵抗発生手段が構成され、排ガスが、入口側消音器２から排ガス入口１８を通って外、内筒１４，１５内に導入され、一部は内筒１５から直接、残りは排ガス流通穴２０により外筒１４から内筒１５に移った後、排ガス出口１９から出口側消音器３に入る。
【００５０】
この経路により、排ガスに、排ガス浄化装置１を通過するのとほぼ同じ抵抗が与えられる。
【００５１】
いいかえれば、このような排気抵抗が発生するように外、内筒１４，１５の直径寸法、排ガス入口１８、排ガス出口１９、排ガス流通穴２０の各開口面積が調整される。
【００５２】
このマフラーによれば、次の効果を得ることができる。
【００５３】
(Ｉ)   排ガス浄化装置１を中間部材１１に取り替えるだけで、標準マフラーと同等の排気抵抗を持った排ガス非規制対応マフラーに転換することができる。
【００５４】
しかも、中間部材１１が排ガス浄化装置１と同等の排気抵抗を有するため、排ガス規制対応のエンジンに用いても消音機能低下やエンジン出力の変化等の機能障害を起こすおそれがない。
【００５５】
すなわち、排ガス規制対応のエンジンはそのままとして、低コストで排ガス非規制機に対応することができる。
【００５６】
(ＩＩ)  排ガス非規制機から排ガス規制機への転換も中間部材１１を排ガス浄化装置１に入れ替えるだけで可能となる。
【００５７】
(ＩＩＩ)  中間部材１１を排ガス浄化装置１と同じフランジ結合によって両側消音器２，３間に組み込むため、その着脱(標準マフラーとの間の互換)が簡単となる。
【００５８】
(ＩＶ)   中間部材の長さ寸法Ｗ２を排ガス浄化装置１の長さ寸法Ｗ１とほぼ同等に設定しているため、マフラー全長を標準マフラーとほぼ同等とすることができる。このため、エンジンとその周辺機機器のレイアウト変更や改造が一切不要となる。
【００５９】
この場合、標準マフラーとほぼ同じ排気抵抗を確保できることを条件として、中間部材１１の直径寸法を排ガス浄化装置１と同等とすることにより、マフラー全体として標準マフラーとほぼ同じ外形を持たせ、外観上の違和感を無くすることができる。
【００６０】
(Ｖ)  外筒１４と内筒１５を備えた二重筒内での排ガスの膨張／収縮の繰り返しによって消音作用をも得ることができるため、消音機能も得ることができる。
【００６１】
(ＶＩ)  中間部材１１が穴付きの二重筒構造という簡単な構造で、軽量、安価となる。
【００６２】
第２〜第４実施形態(図３〜図５参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００６３】
図３に示す第２実施形態においては、第１実施形態の構成を基本として、中間部材１１の長さ方向中間部に、外筒１４と内筒１５の間の空間を仕切る隔壁２１が設けられ、この隔壁２１を挟んだ両側において内筒１５に排ガス流通穴２０が設けられている。
【００６４】
また、第１実施形態との相違点として、排ガス出口１９が排ガス入口１８と同様に出口側エンドプレート１７の中心部とその周囲とに分散して設けられている。
【００６５】
この構成によれば、第１実施形態の効果に加えて、隔壁２１を挟んだ両側(入口側及び出口側)で対称的に排気抵抗が発生するため、とくに高い排気抵抗が求められるエンジンの場合に好適となる。
【００６６】
図４に示す第３実施形態においては、中間部材１１が、入口側及び出口側両消音器２，３よりも小径の筒状の本体２２と、この本体２２の入口側及び出口側両開口を閉塞する入口側及び出口側両エンドプレート２３，２４によって構成されている。
【００６７】
両エンドプレート２３，２４は、第１及び第２両実施形態と同様に、外周が本体２２から鍔状に突出してフランジ１２，１３が形成される状態で設けられ、入口側エンドプレート２３の中心部に排ガス入口２５、出口側エンドプレート２４の中心部に排ガス出口２６がそれぞれ設けられて抵抗発生手段が構成されている。
【００６８】
この第３実施形態によれば、排ガスが、排ガス入口２５と出口２６、それに小径の本体２２で絞られることによって排気抵抗が発生するという、きわめて簡単な構造で一層軽量、安価ですむ。
【００６９】
この場合、排気抵抗の調整は、本体２２の直径寸法と排ガス入口２５及び出口２６の開口面積によって行うことができる。
【００７０】
この実施形態は、とくに排気抵抗が小さくてよいエンジンの場合に好適となる。
【００７１】
図５に示す第４実施形態においては、排ガス入口２７及び排ガス出口２８を備えた筒状の本体２９内に、抵抗発生手段としてのグラスウール等の消音材３０が設けられて中間部材１１が構成されている。
【００７２】
この場合、図示のように本体２９を両端が開口した筒状とし、その両端開口を排ガス入口２７及び排ガス出口２８としてもよいし、第１〜第３各実施形態と同様にエンドプレートを設けて丸穴状の排ガス入口及び出口を設けてもよい。
【００７３】
この構成によれば、構造がさらに簡単でより一層、軽量、安価となる。
【００７４】
また、消音材の材質、密度等の選択によって必要な排気抵抗を確保できるとともに、マフラー全体の消音性能を調整することができる。
【００７５】
他の実施形態
(１)  上記実施形態では、入口及び出口両部材として消音器を用いたマフラーを適用対象として例示したが、本発明は、入口部材として、たとえば導入された排ガスを拡散させるための部屋を形成するための部材、出口部材として、たとえば排ガスをスムーズに排出するための部屋を形成するための部材を備えたマフラーにも適用することができる。
【００７６】
(２)  上記実施形態では、入口部材及び出口部材と中間部材(標準マフラーでは排ガス浄化装置)とを互いのフランジでボルト結合する構成をとったが、三者を他の結合手段によって着脱自在に結合する場合にも適用することができる。
【００７７】
たとえば、入口及び出口両部材と中間部材の相対向する端部にフランジを設け、隣り合うフランジ間にシール部材を介在させた状態で両フランジに跨って締め付けバンドを巻き付け、同バンドの巻き付け端部をボルトやラッチ式の止め具で止め付けるフランジバンド結合方式によって隣り合う両フランジ、つまり入口部材と中間部材、及び中間部材と出口部材をそれぞれ着脱自在に結合する構成をとることができる。
【００７８】
また、入口、出口両部材と中間部材をフランジ無しの筒状とするとともに、互いの端部でシール部材を介して嵌合(単なる内外嵌合でもよいが、望ましくはインロー嵌合)させ、この嵌合部分を上記締め付けバンドで締め付け固定する嵌合結合方式、あるいは入口、出口両部材の一方と中間部材は上記フランジボルト結合方式またはフランジバンド結合方式で、他方と中間部材は上記嵌合結合方式でそれぞれ結合する構成をとってもよい。
【００７９】
(３)  本発明はショベルのマフラーに限らず、標準仕様が排ガス浄化装置付きで、場合によって排ガス浄化装置無しの排ガス非規制仕様に転換する必要がある建設機械に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  排ガス浄化装置
２  入口側消音器
３  出口側消音器
４，５  結合手段を構成する排ガス浄化装置の両側フランジ
６，７  同、両側消音器のフランジ
１１  中間部材
１２，１３  結合手段としての中間部材の両側フランジ
１４  外筒
１５  内筒
１６，１７  エンドプレート
１８，２５，２７  排ガス入口
１９，２６，２８  排ガス出口
２０  排ガス流通穴
２１  隔壁
２２，２９  中間部材の本体
２３，２４  エンドプレート
３０  消音材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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