(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内に搭載したエンジンにエアクリーナを介して外気を吸入する吸気管と、上記エンジンからの排気ガスをマフラを介して本体外に排出する排気管とを備えた建設機械のエンジン吸排気装置において、
排気管の先端部に、排気ガスの流通断面積が排気管よりも大きい排気チャンバを設けるとともに、吸気管の先端部に、上記排気チャンバとは仕切られた室を有する吸気チャンバを設け、
上記排気チャンバは、上記排気チャンバ内の排気ガスを下に排出するように下向きに開口する排気側開口部を有するとともに、上記吸気チャンバは、上記吸気チャンバよりも下の気体を吸入するように下向きに開口する吸気側開口部を有し、
上記排気側開口部と上記吸気側開口部とは、水平方向に互いに隣接して配置されていることを特徴とする建設機械のエンジン吸排気装置。
【請求項２】
上記エンジンを下から支持する底板をさらに備え、
上記排気チャンバ及び上記吸気チャンバは、それぞれ上記底板を下面として有する筐状に形成され、
上記底板には、上記排気側開口部及び上記吸気側開口部を構成するための底板開口部が上下方向に貫通して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械のエンジン吸排気装置。
【請求項３】
上記排気チャンバ及び上記吸気チャンバは、上記底板上に設けられることにより当該底板との間にチャンバ用の室を形成するチャンバ本体と、上記チャンバ用の室を上記排気チャンバ用の室と上記吸気チャンバ用の室とに仕切る仕切板とを備え、
上記仕切板は、上記底板開口部を上記排気側開口部と上記吸気側開口部とに区画することを特徴とする請求項２に記載の建設機械のエンジン吸排気装置。
【請求項４】
排気チャンバ内部に、排気ガスから固形成分を除去可能な排気フィルタを取り付けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械のエンジン吸排気装置。
【請求項５】
排気フィルタは、排気チャンバ内部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の建設機械のエンジン吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械のエンジン吸排気装置に関し、特に小型油圧ショベルの車体に搭載されるエンジンの吸排気装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
小型油圧ショベルなどの建設機械にあっては、運転席とエンジンとが非常に接近して配置されるため、エンジンの排気管を車体上部に設けると、排気ガスが運転席のあるキャビン内に侵入したり、またキャビンを設けていないキャノピ構造の場合には、運転者の周囲に排気ガスが拡散されることがある。
【０００３】
このため、排気ガスの排出口を車体後部に突出させていることが多い。その場合には、排気口から比較的低い位置に集中して排気ガスや黒煙を噴出させるので、周囲の樹木に排気ガスが直接かかり、温度が高い排気ガス成分により樹木を枯らせてしまうことがある。
【０００４】
そこで、排気ガスを強制的に拡散させる対策を講じているものもある。例えば、特開平7-332081号公報に開示された技術では、排気口に設けた衝突板に排気ガスを衝突させることにより、排気ガスを強制的に拡散させて車外に排出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、排気ガスを単に拡散して環境に放出しているだけであるので、高温の排気ガス成分が拡散されて、広範囲に亘り周囲の樹木を枯らしてしまうおそれがある。したがって、環境保全の観点からさらなる改善の余地があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温の排気ガス成分を環境に放出することを防止できる建設機械のエンジン吸排気装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、本体内に搭載したエンジンにエアクリーナを介して外気を吸入する吸気管と、上記エンジンからの排気ガスをマフラを介して本体外に排出する排気管とを備えた建設機械のエンジン吸排気装置において、排気管の先端部に、排気ガスの流通断面積が排気管よりも大きい排気チャンバを設けるとともに、吸気管の先端部に、上記排気チャンバとは仕切られた室を有する吸気チャンバを設け、上記排気チャンバは、上記排気チャンバ内の排気ガスを下に排出するように下向きに開口する排気側開口部を有するとともに、上記吸気チャンバは、上記吸気チャンバよりも下の気体を吸入するように下向きに開口する吸気側開口部を有し、上記排気側開口部と上記吸気側開口部とは、水平方向に互いに隣接して配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記構成によれば、排気管の先端部に設けられた排気チャンバは、排気ガスの流通断面積が排気管よりも大きいので、その排気チャンバ内に流入する排気ガスが断熱膨張されて冷却され、それに伴うガス流速の低下により放冷されて、排気ガスの温度が大幅に低下する。これにより、排気チャンバから排出される排気ガスにより周囲の樹木を枯らしてしまうおそれは非常に少なくなり、環境保全が図られる。
【０００９】
ところで、近年、さらなる環境保全の観点から、排気ガスの車外への排出量そのものと削減することに対する要請がますます高まっており、かかる要請にも応える必要がある。しかし、排気管から排出される排気ガスの一部を直接吸気管に導いたのでは、エンジンに再循環される排気ガスの温度が高いので、空気密度の低下により、出力低下、燃料消費率の増大、排気ガス温度のさらなる上昇、排気ガス色の悪化等といったエンジン性能の低下を招くおそれがある。
【００１０】
そこで、排気チャンバから排出される排気ガスの一部を、吸気管から吸入される外気と混合させるように構成すると、エンジンから排出される排気ガスは、排気チャンバ内でその温度が大幅に低下しているので、上記したようなエンジン性能の低下を招くおそれが少ない。そして、実際に本体外に排気される排気ガスの量は、外気に混合されて再びエンジンに吸入される分だけ減少されるので、上記さらなる環境保全の要請にも応えることができる。なお、排気ガス中には、酸素が多く残っており、その再循環により酸素不足となることはない。
【００１１】
請求項１記載の発明のように、上記排気側開口部と上記吸気側開口部とを、水平方向に互いに隣接して配置すれば、排気チャンバから排出される排気ガスの一部は、吸気チャンバ内に容易に導かれ、その吸気チャンバ内で外気と混合されて再びエンジンに供給されるので、その分だけ本体外へ排出される排気ガスは減少される。
【００１２】
請求項１記載の発明では、排気チャンバと吸気チャンバとに排気側開口部及び吸気側開口部を設けているため、排気側開口部から排出される排気ガスの一部を、外気とともに吸気側開口部から吸入することができる。したがって、エンジンから排出される排気ガスのうち、実際に本体外に排気される排気ガス量は、本体外で外気と混合されて再びエンジンに吸入される分だけ減少される。
【００１３】
この場合には、本体外での排気ガスの大気拡散により、排気ガスの温度が周囲温度付近にまで低下するので、エンジンに再循環される排気ガスの温度は殆ど上昇しなくなる。その結果、排気ガスの再循環によるエンジンの性能低下を招くおそれがさらに少なくなる。
【００１４】
請求項１記載の発明において、上記エンジンを下から支持する底板をさらに備え、上記排気チャンバ及び上記吸気チャンバは、それぞれ上記底板を下面として有する筐状に形成され、上記底板には、上記排気側開口部及び上記吸気側開口部を構成するための底板開口部が上下方向に貫通して設けられていることが好ましい。
【００１５】
請求項２記載の発明において、上記排気チャンバ及び上記吸気チャンバは、上記底板上に設けられることにより当該底板との間にチャンバ用の室を形成するチャンバ本体と、上記チャンバ用の室を上記排気チャンバ用の室と上記吸気チャンバ用の室とに仕切る仕切板とを備え、上記仕切板は、上記底板開口部を上記排気側開口部と上記吸気側開口部とに区画することが好ましい。
【００１６】
また、排気ガスには未燃焼炭化物等の固形成分が含まれており、その量が多いと排気ガスをエンジンに再循環した場合にエアクリーナを頻繁に目詰まりさせるおそれがあり、その固形成分がそのまま本体外に放出されることにもなる。そこで、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、排気チャンバ内部に、排気ガスから固形成分を除去可能な排気フィルタを取り付ければ（請求項４）、排気ガスに含まれる固形成分が除去されることにより、エンジンに再循環する排気ガスが清浄化されてエアクリーナの目詰まりが防止されるとともに、また本体外に排出される排気ガスも清浄化される。
【００１７】
請求項４記載の発明において、排気フィルタは、排気チャンバ内部に着脱自在に取り付けられていることとすれば（請求項５）、排気フィルタを定期的に点検したり取り替えたりする等のメンテナンス作業が容易になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２はクローラ式油圧ショベルの全体構成を示す図であって、建設機械の一例としての油圧ショベルの車体（本体）は、下部走行体１と、上部旋回体２とより構成されており、この上部旋回体２の前部には掘削用アタッチメント３が起伏自在に装着されている。
【００１９】
下部走行体１は、左右のクローラフレーム４及びクローラ（いずれも片側のみ図示）５からなり、両側クローラ５が、左右の走行モータ７により個別に回転駆動されて走行する。
【００２０】
上部旋回体２は、旋回フレーム８、キャビン９、機械室１０等からなり、機械室１０には、図示しない油圧ポンプ等を駆動するためのエンジン１１を横向きに配置しており、このエンジン１１には後述するマフラ及び排気管と、エアクリーナ及び吸気管とがそれぞれ連結されて本発明の特徴となるエンジン吸排気装置を構成している。
【００２１】
掘削用アタッチメント３は、ブーム１７、上記油圧ポンプからの圧油により伸縮動作してブームを起伏させるブームシリンダ１８と、アーム１９と、このアーム１９を回動させるアームシリンダ２０と、バケット２１と、このバケットを回動させるバケットシリンダ２２とを具備している。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係るクローラ式油圧ショベルのエンジン吸排気装置の構成を示す図であって、（ａ）は機械室内の後部正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ線矢視図である。
【００２３】
このエンジン吸排気装置は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、排気チャンバ３３と、吸気チャンバ３４とを備えてなっている。ここでは両チャンバ３３，３４は旋回フレーム８の底板１２と一体に構成されており、仕切板３５で互いに区画されている。かかる構成により、両チャンバ３３，３４は互いに隣り合うように配置され、後述するような排気ガスの再循環が可能となる。
【００２４】
排気チャンバ３３は、排気ガスの流通断面積が排気管３１よりも大きい筺状に形成されており、仕切板３５と反対側の側面中央に形成された挿入孔３６には、排気管３１の先端部が挿入されている。この排気管３１は適宜屈曲されて消音用のマフラ３７に連結され、さらにエンジン１１の排気マニホールド３８に連結されている。
【００２５】
また、排気チャンバ３３の下面側には、ほぼ全面に亘る蓋付きの開口部３９が形成されており、その内部には、排気フィルタ４０がボルト等で着脱可能に取り付けられて収納されている。この排気フィルタ４０は排気ガス中の固形成分を除去可能なメッシュのものであって、例えば耐熱性のあるグラスファイバ等からなる。
【００２６】
なお、排気チャンバ３３の開口部３９からエンジン１１の排気マニホールド３８までの管路抵抗は、エンジン１１の排気ポートに対する背圧の許容値以下となるように設定されている。
【００２７】
吸気チャンバ３４は、吸気される外気と排気ガスとの混合体の流通断断面が吸気管１０よりも大きい筺状に形成されており、仕切板３５と反対側の側面中央に形成された貫通孔４１には、吸気管３２の先端部が貫通されている。この吸気管３２は適宜屈曲されてエアクリーナ４２に連結され、さらにエンジン１１の吸気マニホールド４３に連結されている。
【００２８】
吸気チャンバ３４の下面には、そのほぼ全面に亘る蓋付き開口部４４が形成されている。この開口部４４には、必要に応じて防塵用のプレフィルタ（不図示）が設けられる。なお、吸気チャンバ３４の開口部４４からエンジン１１の吸気マニホールド４２までの管路抵抗は、エンジン１１の吸気ポートにおける背圧の許容値以下となるように設定されている。
【００２９】
上記両開口部３９，４４には、両者に跨って一体の穴あき蓋４６が設けられており、その蓋４６の周辺部分は旋回フレーム８の底板１２の適当箇所にボルト結合されて、取り外し可能となっている。したがって、ボルトを緩めてこの蓋４６を取り外すことにより、上記排気フィルタ４０を点検したり、取り替えたりする等のメンテナンスが可能となる。ただし、蓋４６の取り付けをヒンジ結合してメンテナンス性を向上させたり、或いは、蓋４６の重量が大きくなる場合には、開口部３９，４４毎に小さな蓋を設けて、それぞれ単独で取り外し等可能としてもよい。
【００３０】
以下、図１（ａ），（ｂ）を参照して、本装置を油圧ショベルに装備したときのエンジンの吸排気の流れについて順に説明する。なお、図中には、吸排気の流れ方向を矢印で示している。
【００３１】
まず、エンジン１１の始動により、外気は吸気チャンバ３４の開口部４４から、吸気管３２を通って、エアクリーナ４２で清浄化された後、エンジン１１の吸気マニホールド４３に吸入される。そして、エンジン１１内で所定の空燃比となるように燃料に混入されて燃焼される。その燃焼の結果、エンジン１１の排気マニホールド３８から排出される排気ガスの温度は周囲温度と比べて非常に高くなっており、さらに排気ガス中には未燃焼炭化物等の有害な固形成分が含まれている。特に低負荷運転時には、エンジン１１内は不完全燃焼となりやすいため、排気ガスに含まれる固形成分は多くなる。
【００３２】
ついで、エンジン１１の排気マニホールド３８から排出される排気ガスはマフラ３７で消音され、排気管３１を通って排気チャンバ３３に排出される。この時点では排気ガスの温度は幾分低下しているが、周囲温度と比べるとなお高温である。この排気チャンバ３３内で排気ガスは、断熱膨張による冷却作用と、それに伴うガス流速の低下による放冷作用とにより、急速に冷却されて大幅にその温度が下がり、また排気フィルタ４０で固形成分が十分に除去された後、開口部３９から蓋４６を通って車外に放出される。
【００３３】
その車外に放出された排気ガスは周囲温度よりは若干高温であり、外気と比べてその密度が低いため、旋回フレーム８の底板１２に沿って大気中に拡散していく。その拡散された排気ガスの一部は、排気チャンバ３３に隣接する吸気チャンバ３４の開口部４４付近にも流れていくので、再びこの吸気チャンバ３４から外気とともに吸入される。そして、この吸入された一部の排気ガスは、吸気チャンバ３４中で外気とほぼ均一に混合されて吸気管３２、エアクリーナ４２を通って清浄化された後、再びエンジン１１の吸気マニホールド４３に吸入される。以下、繰り返す。
【００３４】
以上説明したように、この実施形態によれば、排気チャンバ３３内での冷却作用により、排気ガスの温度が大幅に低下し、さらに、車外での排気ガスの拡散によりその温度は周囲温度近くまで低下する。しかも、排気フィルタ４０により、排気ガス中の固形成分も除去されるので、周囲の樹木を枯らしてしまうおそれは非常に少なくなり、これらにより環境保全を図ることができる。
【００３５】
また、エンジン１１の排気マニホールド３８からマフラ３７、排気管３１等を経由して排出される排気ガスの全量を一旦車外に排出し、この車外に排出されて拡散された排気ガスの一部を外気とともに吸気管３２、エアクリーナ４２等を経由してエンジン１１の吸気マニホールド４３に吸入するので、エンジン１１の排気マニホールド３８から排出される排気ガスのうち、実際に車外に排気される排気ガス量は、外気に混合されて再びエンジン１１に吸入される分だけ減少する。
【００３６】
この際、エンジン１１に再循環する吸気の温度も殆ど上昇せず、その結果、エンジン性能の低下を招くおそれが非常に少なくなる。このようにして、エンジン性能の低下を招くことなく、排気ガスの再循環を行って、車外に放出される排気ガス量の低減というさらなる環境保全からの要請にも十分に応えることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、排気ガスを一旦車外に放出しているが、排気ガスの再循環量が少ないか、或いは、排気ガス温度がもともと低い場合には、排気ガスの一部を車外に放出させることなく、直接再循環させることも考えられる。例えば、排気チャンバ３３と吸気チャンバ３４との仕切板３５の一部を切り欠くことによって、そのような構成が可能となる。この場合には、自然風等による外気の状態に影響されることなく、常に一定量の排気ガスを再循環させることができる。さらには、その再循環量を調整するための絞り機構等を上記仕切板３５に設けてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、排気チャンバ３３と吸気チャンバ３４とを設け、両チャンバ３３，３４を仕切板３５を介して一体に形成しているが、両チャンバ３３，３４を別個に設けて互いに隣接させ、排気ガスの一部が吸気されるように配置してもよい。さらには、両チャンバ３３，３４を同軸の円筒形状にして、排気チャンバ３３の周囲に吸気チャンバ３４を配置することにより、排気チャンバ３３の開口部３９から排出される排気ガスがその拡散時に吸気チャンバ３４の開口部４４を必ず通過するようにしてもよい。さらには、排気チャンバ３３のみを設けて、吸気管３２の先端部にベルマウス等を設けることとしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、排気チャンバ３３の内部に排気フィルタ４０を設けているが、必ずしもこの排気フィルタ４０を設ける必要はない。例えば、排気フィルタ４０の代わりに、排気チャンバ３３自体をサイクロン構造とし、排出される排気ガスに遠心力を作用させることによって、排気ガス中の固形成分を除去することとしてもよいし、或いは、静電吸着によって排気ガス中の固形成分を除去することとしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、本発明に最も好適な小型油圧ショベルについて説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、本発明をホイールクレーン等の他の建設機械にも同様に適用できるのはもちろんである。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、排気チャンバ内に流入する排気ガスの断熱膨張による冷却作用と、それに伴うガス流速の低下による放冷作用とにより、排気ガスの温度を大幅に低下させることができるので、本体外に高温の排気ガスを排出することを防止することができる。したがって、高温の排気ガスによって周囲の樹木を枯らしてしまうおそれを非常に少なくすることができ、これによって、環境保全を図ることができる。
【００４２】
また、エンジンから排出される排気ガスは、排気チャンバ内でその温度が大幅に低下しているので、エンジン性能の低下を招くおそれを少くし、かつ、本体外に排気される排気ガスの量を、外気に混合されて再びエンジンに吸入される分だけ減少させることができるので、これによって、車外に排出される排気ガス量の削減という、さらなる環境保全にも十分に応えることができる。
【００４３】
さらに、排気チャンバから排出される排気ガスの一部は、吸気チャンバ内に容易に導かれ、その吸気チャンバ内で外気と混合されて再びエンジンに供給されるので、その分だけ本体外へ排出される排気ガスを減少させることができる。
【００４４】
また、エンジンから排出される排気ガスのうち、実際に本体外に排気される排気ガス量を、本体外で外気と混合して再びエンジンに吸入させる分だけ減少させることができる。この場合には、本体外での排気ガスの大気拡散により、排気ガスの温度が周囲温度付近にまで低下するので、エンジンに再循環される排気ガスの温度は殆ど上昇しなくなる。その結果、排気ガスの再循環によるエンジンの性能低下を招くおそれをさらに少なくすることができる。
【００４５】
請求項４記載の発明によれば、排気ガスに含まれる固形成分を除去することにより、エンジンに再循環する排気ガスを清浄化してエアクリーナの目詰まりを防止することができるとともに、また本体外に排出される排気ガスを清浄化することができる。
【００４６】
請求項５記載の発明によれば、排気フィルタを定期的に点検したり取り替えたりする等のメンテナンス作業の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るクローラ式油圧ショベルの吸排気装置の構成を示す図であって、（ａ）は機械室内の後部正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ線矢視図である。
【図２】  クローラ式油圧ショベルの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１  下部走行体
２  上部旋回体
３  掘削用アタッチメント
８  旋回フレーム
１１  エンジン
１２  底板
３１  排気管
３２  吸気管
３３  排気チャンバ
３４  吸気チャンバ
３５  仕切板
３７  マフラ
３８  排気マニホールド
３９  開口部
４０  排気フィルタ
４２  エアクリーナ
４３  吸気チャンバ
４４  開口部
４６  蓋
【図１】
0004595214.tif 000002
【図２】
0004595214.tif 000003