JP6857112B2

JP6857112B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP6857112B2
Application number: JP2017229651A
Authority: JP
Inventors: 正太岡▲崎▼; 稔生小鷹; 優貴阿彦; 泰之中谷; 隆介堤; 石井　隆; 隆石井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP2019100024A

Description

本発明は、エンジンルーム内に複数の周辺機器が配設された作業車両に関する。

ホイールローダやショベルローダ等の作業車両は、運転室の後部にエンジンルームを備えている。このエンジンルーム内には、エンジンが収容されており、エンジン以外の周辺機器等も収容されている。周辺機器としては、エアクリーナ、排気マフラー、油圧アキュムレータ、冷却水サブタンク、油圧フィルタ、排ガス処理装置等があり、これらはエンジンの位置等に応じてエンジンルーム内の前部、上部、後部等に設置されている。

例えば、図６に示すように、作業車両の一例であるホイールローダ２０１の場合、シャーシ２０３の前部と後部とにタイヤ２０２が設けられ、これらのタイヤ２０２の前後方向中央部に運転室２０４が設けられている。シャーシ２０３の前部には、ブーム２０５で駆動するバケット２０６が設けられ、運転室２０４の後方にエンジンルーム２０７が設けられている。このエンジンルーム２０７内には、エンジン２０８が収容されており、エンジン２０８の上方には、エアクリーナ２０９と排出ガス処理装置２１０とが設けられている。また、エンジン２０８の後方に隔壁２１１で仕切られたクーリングルーム２１２が設けられており、このクーリングルーム２１２内には、ラジエータ２１３とファン２１４とが設けられている。

なお、このようなホイールローダの従来技術として、エンジンルーム内に、前部構造体と後部構造体の上部を連結構造体で連結した枠組み構造体を備え、この連結構造体によってエンジン上方部に周辺機器設置スペースを形成し、この周辺機器設置スペースにエアクリーナと排出ガス処理装置を水平に設置したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１３／０５７９０２号国際公開第２０１４／１９２４０３号

一方、近年では、排出ガス規制等により、排ガス処理装置の構成が変化しており、それに伴って必要部品数が増える場合がある。しかしながら、上記したような複数の周辺機器が設けられているエンジンルーム内に新たなスペースを確保するのは難しく、また、狭隘なエンジンルーム内に新たな周辺機器を設けた場合、その周辺機器の保守点検作業を作業性良く行うことも難しくなる。

また、従来の作業車両の中には、エンジンルーム内の下部にエンジンを配置し、エンジンの上部に、エンジンからの排ガスを処理する排出ガス後処理装置を設置したものがある（例えば、特許文献２参照）。この排出ガス後処理装置は、ディーゼル微粒子捕集フィルタ装置と接続管および選択触媒還元装置とを備えており、これら複数の部材を水平かつ平行に設置するで、複数の部材からなる排出ガス後処理装置を狭小なスペースに格納している。ただし、このような構成を採用したとしても、エアクリーナ等の排出ガス前処理装置をエンジンの上方に設置する必要がある場合、これら複数の排ガス処理装置をまとめてエンジンの上方に配設することは極めて困難となる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みなされたもので、その目的は、機能の異なる２つの排ガス処理装置を含む複数の周辺機器を、エンジンルーム内にコンパクトに格納することが可能な作業車両を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の作業車両は、車体フレームと、前記車体フレームに設けられた運転室と、前記車体フレーム上における前記運転室の後方に設けられたエンジンルームと、を備え、前記エンジンルームには、エンジンと、作動油が貯留された作動油タンクと、機能の異なる第１の排ガス処理装置および第２の排ガス処理装置と、前記第１の排ガス処理装置と前記第２の排ガス処理装置とを互いに接続する接続管と、が設けられた作業車両において、前記作動油タンクは、前記エンジンの前方に配置され、前記エンジンルームの底面に立設された一対の支持脚を有する支持ブラケットに支持されており、前記第１の排ガス処理装置は、前記エンジンの前方かつ前記作動油タンクの下方であって、前記一対の支持脚の間に一部を潜り込ませて配置され、前記第２の排ガス処理装置は、前記エンジンの上方に配置され、前記第１の排ガス処理装置と前記第２の排ガス処理装置のうちいずれか一方の排ガス処理装置は、前記エンジンから排出される排出ガスが流入可能に設けられ、他方の排ガス処理装置は、前記第１の排ガス処理装置および前記第２の排ガス処理装置で処理された排出ガスを外部へ放出可能に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、機能の異なる２つの排ガス処理装置を含む複数の周辺機器を、エンジンルーム内にコンパクトに格納することが可能となる。前述した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るホイールローダの外観斜視図である。図１のホイールローダに備えられるエンジンルーム構造を左方から見た側面図である。図２に示すエンジンルーム構造の上面図である。図２に示すエンジンルーム構造の正面図である。図２に示すエンジンルーム構造を右上方から見た斜視図である。作業車両の一例である従来のホイールローダを模式的に示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。以下の実施の形態では、作業車両としてホイールローダ１を例に挙げて、エンジンルーム構造１０に関する構成を説明する。なお、以下の説明において、「右」、「左」、「上」、「下」は、運転席から前方を見た状態を基準とした方向を示している。また、「車幅方向」は「左右方向」と同義であり、「前後方向」は「車体の前後方向」を意味している。

このホイールローダ１は、エンジンルーム構造１０が図６に示す従来例と異なるが、それ以外の構成は図６に示すホイールローダ２０１と基本的に同様である。すなわち、図１に示すように、本実施形態に係るホイールローダ１は、アーム１０１、バケット１０２、前タイヤ１１１等を有する前部車体１０４と、運転室２、エンジンルーム４、クーリングルーム２０、後タイヤ１１２等を有する後部車体１０５とで構成されている。エンジンルーム４は、上方が上部構造体８、外気取込管３４、レインキャップ３５等を有するエンジンフード１０６で覆われており、側方が開閉可能な建屋カバー１０７で覆われている。建屋カバー１０７の上部側面は、上部のヒンジを中心に外側に向かって開くように構成されており、不図示のガススプリングによって開いた状態で保持されるように構成されている。

後部車体１０５は車体フレームであるシャーシ１１を有しており、このシャーシ１１は左右の後タイヤ１１２の間に前後方向に延びている。シャーシ１１の上部には運転室２とエンジンルーム４とが設けられており、エンジンルーム４は運転室２の後方に配設され、運転室２の直後にエンジンルーム４の前端部が位置している。

図２に示すように、エンジンルーム４は、前部構造体５と上部構造体８と後部構造体６とにより形成された枠組み構造体１２を備え、前部に前部構造体５が立設され、この前部構造体５から所定距離後方に後部構造体６が立設されている。そして、これら前部構造体５と後部構造体６の上部を上部構造体８で連結することによって枠組み構造体１２が構成されている。さらに、エンジンルーム４の上部はエンジンフード（天板）１０６によって塞がれている。

エンジンルーム４は、幅方向寸法はシャーシ１１の幅方向寸法と同等で、前後方向寸法は運転室２の直後から後タイヤ１１２の後部まで延びる大きさで形成されている。エンジンルーム４の後方には、冷却ファン２１とラジエータ２２が配置されたクーリングルーム２０が設けられている。本実施形態では、図２の矢印ａで示すように、冷却ファン２１は、エンジンルーム４内の空気を、ラジエータ２２を通してクーリングルーム２０の外部に排出する構成となっている。

エンジンルーム４内の前部に設けられた前部構造体５には、作動油タンク１３が設置されている。作動油タンク１３内には、アーム１０１やバケット１０２等を駆動するための作動油が貯留されている。作動油タンク１３は車体左右方向に門型に形成された支持ブラケット３９に支持されており、この支持ブラケット３９はエンジンルーム４の底面に立設された一対の支持脚３９ａを有している。エンジンルーム４内の上部に設けられた上部構造体８は、エンジン３の上方に周辺機器設置スペースの一部を形成しており、この周辺機器設置スペースには、後述する第２の排ガス処理装置、エアクリーナ３３、冷却液タンク３６等が配設されており（図３参照）、エアクリーナ３３は第２の排ガス処理装置の後方に配置されている。冷却液タンク３６は、エンジン３を冷却するための冷却液を貯留する部材である。

エアクリーナ３３は実質的に円筒形状であり、車幅方向に延びて配設されている。すなわち、エアクリーナ３３の中心軸が車幅方向に平行に延びるように配設されている。エアクリーナ３３は、エンジン３へ取り込む外気に含まれる不純物の除去を行う前処理装置である。エアクリーナ３３の外気取込口は、上部構造体８を貫通するように設置されている外気取込管３４の下端部と連結されており、外気取込管３４の上端部にはレインキャップ３５が設けられている。また、エンジン３とエアクリーナ３３は吸気管３８によって接続されている。

外気取込管３４は、エンジンルーム４の外部からエンジン３内へ送る空気を取り込むための部材である。エンジンルーム４外の空気は、外気取込管３４の上端からエアクリーナ３３を介して吸気管３８を通り、エンジン３へ取り込まれる。レインキャップ３５は、外気取込管３４の上端開口部を覆うことで、雨などの異物が上方から外気取込管３４やエアクリーナ３３内へ侵入することを防止するための部材である。

エンジンルーム４の後部に設けられた後部構造体６には、冷却装置であるラジエータ２２が設置されており、エンジンルーム４の後方には、冷却ファン２１とラジエータ２２を格納するクーリングルーム２０が設けられている。冷却ファン２１は、エンジン３の後端部に設置されており、エンジンルーム４内の空気をラジエータ２２を通して車体外部に排出するように回転する。すなわち、冷却ファン２１は、後方へ向かう気流を生成する。冷却ファン２１で生成される気流によって、クーリングルーム２０内に格納されたラジエータ２２がエンジン３の冷却液を冷却する。

エンジン３はディーゼルエンジンであり、エンジン３はエンジンルーム４の底面に位置するシャーシ１１上にマウントされている。エンジン３の前端部には中間構造体７が設けられており、この中間構造体７によって第１の排ガス処理装置がエンジン３の前方に支持されている。中間構造体７は、前部構造体５の下部とエンジン３の前面との間に周辺機器設置スペースの残部を形成しており、この周辺機器設置スペースに第１の排ガス処理装置が設置されている。本実施形態では、第１の排ガス処理装置としてＤＯＣ装置３０（DOC：Diesel Oxidation Catalyst,ディーゼル酸化触媒）が用いられている。ＤＯＣ装置３０は、エンジン３から排出される排出ガスを処理する装置である。その際、ＤＯＣ装置３０（第１の排ガス処理装置）は、作動油タンク１３を支持する支持ブラケット３９が有する一対の支持脚３９ａの間に一部を潜り込ませて配置されているため、エンジン３の上端部より低く、作動油タンク１３の下方に位置することとなる。

ＤＯＣ装置３０の前方には遮断部材１４が設けられている。この遮断部材１４は、エンジンルーム４内の熱された空気が運転室２の方へ流れることを防ぐ部材である。遮断部材１４の上端部は作動油タンク１３の下端面に固定されており、遮断部材１４の左右端部は前部構造体５の内側面に接しているか内側面から僅かに離れた場所に位置している。

前述したように、エンジン３の上方に形成された周辺機器設置スペースには、第２の排ガス処理装置、ミキシングパイプ３１、エアクリーナ３３、冷却液タンク３６等が配設されている。本実施形態では、第２の排ガス処理装置として選択触媒還元脱硝装置３２（SCR：Selective Catalyst Reduction）が用いられている。ミキシングパイプ３１は、第１の排ガス処理装置であるＤＯＣ装置３０と第２の排ガス処理装置である選択触媒還元脱硝装置３２とを互いに接続する部材であり、還元剤としての尿素水を噴射する噴射装置（不図示）を有している。なお、ミキシングパイプ３１、選択触媒還元脱硝装置３２、エアクリーナ３３は、それぞれエンジンフード（天板）１０６に対して支持部材を介して吊り下げ支持されている。

エンジンルーム４の下方に配設されたＤＯＣ装置３０と、エンジンルーム４の上方に配設されたミキシングパイプ３１および選択触媒還元脱硝装置３２とは、蛇腹構造を有する排気管９を介して連結されている。図２と図３に示すように、これら各部材は、エンジン３から生じる排出ガスが流れる順に、ＤＯＣ装置３０、排気管９、ミキシングパイプ３１、選択触媒還元脱硝装置３２と並ぶように配置されている。

ＤＯＣ装置３０と選択触媒還元脱硝装置３２は、いずれも実質的に円筒形状であり、車幅方向に延びて平行に配設されている。すなわち、図３に示すように、ＤＯＣ装置３０と選択触媒還元脱硝装置３２の各中心軸は、車幅方向に互いに平行に延びるように配設されており、上方から見たときＤＯＣ装置３０とミキシングパイプ３１は部分的に重なり合っている。

排気管９は、本発明の接続管に相当する部材であり、ＤＯＣ装置３０とミキシングパイプ３１を接続している。排気管９は蛇腹構造を有しており、ＤＯＣ装置３０とミキシングパイプ３１の間にある振動系の違いから生じる相対位置関係の変動を、蛇腹構造部の変形によって許容しつつ、排出ガスをＤＯＣ装置３０からミキシングパイプ３１へ導出する。

ミキシングパイプ３１は第１屈曲部、第２屈曲部、第３屈曲部を有している。第１屈曲部は排気管９とミキシングパイプ３１の接続部近傍に存在しており、第２屈曲部は選択触媒還元脱硝装置３２とミキシングパイプ３１の接続部近傍に存在している。第３屈曲部は第１屈曲部と第２屈曲部の間に存在しており、この第３屈曲部には尿素水の噴出口（不図示）が設けられている。ミキシングパイプ３１では排出ガス中に噴射装置から尿素水を噴霧し、排出ガスと尿素水を混合した状態で選択触媒還元脱硝装置３２へ導出する。

選択触媒還元脱硝装置３２は、排出ガス中の酸化窒素を処理する装置である。選択触媒還元脱硝装置３２で処理された排出ガスは、選択触媒還元脱硝装置３２の上方にある排出口から上部構造体８の穴を通り、エンジンフード１０６に立設された排気管３７を介して外部へ放出される。

このようなエンジンルーム構造１０を備えたホイールローダ１によれば、エンジンルーム４の前部に設けられた前部構造体５とエンジン３との間の、すなわち、作動油タンク１３を支持し車体左右方向に門型に形成された支持ブラケット３９を形成する一対の支持脚３９ａの間で、かつ、エンジン３の前方側のデッドスペースに、機能を異にする２つの排ガス処理装置の1つ（ＤＯＣ装置３０）を設置することにより、エンジンルーム４内の限られたスペースに２つの排ガス処理装置と前処理装置（エアクリーナ３３）を設置することができる。また、２つの排ガス処理装置を所定長さの蛇腹構造を有する接続管（排気管９）で連結することにより、異なる振動の仕方をする２つの排ガス処理装置間の相対位置関係の変化を吸収することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。以下に、いくつかの変形例について説明する。

上記の実施形態では、第１の排ガス処理装置をＤＯＣ装置３０とし、第２の排ガス処理装置を選択触媒還元脱硝装置３２としたが、これらは一例であり、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の排ガス処理装置をＤＯＣとＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等を有するディーゼル排ガス処理装置に置き換えても良い。このようにすると、排出ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を処理することができるようになる。

また、上記の実施形態では、中間構造体７に設置された第１の排ガス処理装置がＤＯＣ装置３０で、上部構造体８に設置された第２の排ガス処理装置が選択触媒還元脱硝装置３２で、ミキシングパイプ３１がＤＯＣ装置３０と選択触媒還元脱硝装置３２を互いに接続している場合について説明したが、これとは逆に、第１の排ガス処理装置が選択触媒還元脱硝装置３２で、第２の排ガス処理装置がＤＯＣ装置３０で、ミキシングパイプ３１がＤＯＣ装置３０と選択触媒還元脱硝装置３２を互いに接続するようにしても良い。また、これに伴って排ガス処理装置とエンジン３の配管の繋ぎ方を変更したり、排出ガスを車体の後方や側方から排出するようにしても良い。例えば、エンジン３から排出された排出ガスを上方位置にあるＤＯＣ装置３０に流し、排気管９とミキシングパイプ３１を介して下方位置にある選択触媒還元脱硝装置３２へ排出ガスを流して排出ガスを処理し、処理した排出ガスを車体の側方から排出するように排気管３７を設けても良い。

また、上記の実施形態では、冷却ファン２１をエンジン３の後端部に支持させているが、冷却ファン２１は、必ずしもエンジン３の後端部に支持されている必要はなく、エンジン３が有する出力軸で直接駆動させる必要もない。また、冷却ファン２１はクーリングルーム２０の前方側にあっても後方側にあっても良く、例えば、冷却ファン２１をクーリングルーム２０の後方側に設置して、冷却ファン２１をエンジン３の駆動力の代わりにモータで駆動させても良い。

また、上記の実施形態では、冷却ファン２１がラジエータ２２に対して図２の矢印ａで示す方向に空気を送るように回転する構成となっているが、冷却ファン２１の回転方向はこれに限定されず、車体後方からクーリングルーム２０内へ空気を吸い込むように回転させたり、動作中に回転方向を切り替えるようにしても良い。なお、クーリングルーム２０内に配設するラジエータ２２は、冷却ファン２１が送る空気の流れの下流側に設置することが好ましいため、冷却ファン２１の回転方向を動作中に切り替える場合は、冷却ファン２１からの空気がより長い時間送られる空気の下流側となる位置にラジエータ２２を配置することが好ましい。

また、上記の実施形態では、クーリングルーム２０とエンジンルーム４が一体的に繋がっているエンジンルーム構造１０について説明したが、クーリングルーム２０とエンジンルーム４は必ずしも繋がっている必要はなく、クーリングルーム２０とエンジンルーム４との間に図６に示すような隔壁を設けたり、その隔壁に穴を設けたり隔壁の周りに隙間を確保することにより、クーリングルーム２０とエンジンルーム４とを部分的に繋ぐようにしても良い。なお、このような隔壁を設けた場合、第２の排ガス処理装置、エアクリーナ３３、冷却液タンク３６等のエンジン３の上方に設置される部材は、隔壁よりエンジンルーム４側とクーリングルーム２０側のいずれに配置しても良いが、第２の排ガス処理装置が高温になることを考慮すると、隔壁よりエンジンルーム４側に配置する方が好ましい。また、第２の排ガス処理装置を隔壁よりクーリングルーム側に配置する場合は、第２の排ガス処理装置を断熱部材で覆うことが好ましい。

また、上記の実施形態では、本発明の作業車両をホイールローダ１に適用した場合について説明したが、本発明は、例えば清掃機、ロードホウルダンプ、モータグレーダなどの他の作業車両にも適用することも可能である。

１ホイールローダ（作業車両）
２運転室
３エンジン
４エンジンルーム
５前部構造体
６後部構造体
７中間構造体
８上部構造体
９排気管（接続管）
１０エンジンルーム構造
１１シャーシ（車体フレーム）
１２枠組み構造体
１３作動油タンク
１４遮熱部材
２０クーリングルーム
２１冷却ファン
２２ラジエータ
３０ＤＯＣ装置
３１ミキシングパイプ
３２選択触媒還元脱硝装置
３３エアクリーナ
３４外気取込管
３５レインキャップ
３６冷却液タンク
３７排気管
３８吸気管
１０４前部車体
１０５後部車体

Claims

車体フレームと、前記車体フレームに設けられた運転室と、前記車体フレーム上における前記運転室の後方に設けられたエンジンルームと、を備え、前記エンジンルームには、エンジンと、作動油が貯留された作動油タンクと、機能の異なる第１の排ガス処理装置および第２の排ガス処理装置と、前記第１の排ガス処理装置と前記第２の排ガス処理装置とを互いに接続する接続管と、が設けられた作業車両において、
前記作動油タンクは、前記エンジンの前方に配置され、前記エンジンルームの底面に立設された一対の支持脚を有する支持ブラケットに支持されており、
前記第１の排ガス処理装置は、前記エンジンの前方かつ前記作動油タンクの下方であって、前記一対の支持脚の間に一部を潜り込ませて配置され、
前記第２の排ガス処理装置は、前記エンジンの上方に配置され、
前記第１の排ガス処理装置と前記第２の排ガス処理装置のうちいずれか一方の排ガス処理装置は、前記エンジンから排出される排出ガスが流入可能に設けられ、他方の排ガス処理装置は、前記第１の排ガス処理装置および前記第２の排ガス処理装置で処理された排出ガスを外部へ放出可能に設けられている
ことを特徴とする作業車両。
請求項１に記載の作業車両において、
前記エンジンルームには、前記エンジンと接続され、前記エンジンへ取り込む外気に含まれる不純物を除去するエアクリーナが設けられ、
前記エアクリーナは、前記エンジンの上方かつ、前記第２の排ガス処理装置の後方に配置されている
ことを特徴とする作業車両。
請求項１に記載の作業車両において、
前記第１の排ガス処理装置はディーゼル酸化触媒装置であり、
前記第２の排ガス処理装置は選択触媒還元脱硝装置であって、
前記接続管は、還元剤を噴射する噴射装置を備えたミキシングパイプを有し、
前記第１の排ガス処理装置と前記ミキシングパイプとは、上面視したときに互いに一部が重なる位置関係に配置されている
ことを特徴とする作業車両。
請求項１に記載の作業車両において、
前記接続管は、所定長さの蛇腹構造を有している
ことを特徴とする作業車両。