JP2014173302A - Construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体還元剤を用いて排気ガスの浄化処理を行う建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine that performs exhaust gas purification using a liquid reducing agent.
近年、ディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベル等の建設機械では、高次の排ガス規制に対応すべく、排気系に排ガス処理装置が設置されている。 In recent years, in a construction machine such as a hydraulic excavator equipped with a diesel engine, an exhaust gas treatment device is installed in an exhaust system in order to comply with high-order exhaust gas regulations.
この排ガス処理装置としては、尿素水(液体還元剤)を用いた尿素選択還元型のNOx処理装置が多く用いられている。この種のNOx処理装置は、排気ガス通路に設けられた還元触媒の上流側に尿素水を噴射し、排気ガス中のNOxを還元することにより無害化する構成とされている。 As this exhaust gas treatment device, a urea selective reduction type NOx treatment device using urea water (liquid reducing agent) is often used. This type of NOx treatment device is configured to be detoxified by injecting urea water upstream of a reduction catalyst provided in an exhaust gas passage and reducing NOx in the exhaust gas.
この排気ガス中のNOxを還元するのに用いられる尿素水は、低温になると凍結して噴射を行うことができなくなる。このため、従来からヒータ等を用いて尿素水の凍結を防止する機構を設けた建設機械が知られている(特許文献1)。 The urea water used to reduce NOx in the exhaust gas is frozen and cannot be injected when the temperature becomes low. For this reason, a construction machine having a mechanism for preventing freezing of urea water using a heater or the like has been known (Patent Document 1).
一方、建設機械は種々の環境下で使用されるものであり、高温下で使用される場合もある。このような場合、建設機械に搭載された尿素水の温度も上昇する。また、エンジンの近傍に尿素水タンクを配置した場合には、エンジン状態によっても尿素水の温度は上昇する。 On the other hand, construction machines are used in various environments and sometimes used at high temperatures. In such a case, the temperature of the urea water mounted on the construction machine also rises. Further, when a urea water tank is disposed in the vicinity of the engine, the temperature of the urea water rises depending on the engine state.
この尿素水の温度上昇は尿素水の劣化を招き、NOxの浄化作用が低下したり、また刺激臭を有するアンモニアが発生したりするおそれがある。 This increase in the temperature of the urea water causes deterioration of the urea water, which may reduce the NOx purification action and may generate ammonia having an irritating odor.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液体還元剤の温度上昇を抑えることができる建設機械を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said point, and it aims at providing the construction machine which can suppress the temperature rise of a liquid reducing agent.
上記の課題は、第1の観点からは、
液体還元剤が充填された液体還元剤用タンクと、
エンジンの排気管の所定位置に前記液体還元剤を噴射する噴射ノズルと、
前記液体還元剤用タンクから前記噴射ノズルに前記液体還元剤を圧送する液体還元剤用ポンプと、
前記液体還元剤用タンクから前記噴射ノズルに至る配管に設けられ、前記液体還元剤を冷却する液体還元剤冷却装置とを有し、
前記液体還元剤冷却装置は、
前記液体還元剤を冷却する液体還元剤用クーラと、
前記液体還元剤の温度が所定値以上になった際、前記液体還元剤が前記液体還元剤用クーラに流入するよう、前記液体還元剤の流路の切り替えを行う切り替え装置とを有することを特徴とする建設機械により解決することができる。
From the first point of view, the above problem is
A liquid reducing agent tank filled with the liquid reducing agent;
An injection nozzle for injecting the liquid reducing agent to a predetermined position of an exhaust pipe of an engine;
A liquid reducing agent pump for pumping the liquid reducing agent from the liquid reducing agent tank to the injection nozzle;
A liquid reducing agent cooling device that is provided in a pipe from the liquid reducing agent tank to the injection nozzle and cools the liquid reducing agent;
The liquid reducing agent cooling device includes:
A liquid reducing agent cooler for cooling the liquid reducing agent;
And a switching device that switches the flow path of the liquid reducing agent so that the liquid reducing agent flows into the liquid reducing agent cooler when the temperature of the liquid reducing agent reaches or exceeds a predetermined value. It can be solved by the construction machine.
開示の発明によれば、液体還元剤の温度が上昇した際、切り替え手段により液体還元剤は液体還元剤用クーラに送られ冷却が行われるため、浄化作用の低下や刺激臭の発生を抑制することができる。 According to the disclosed invention, when the temperature of the liquid reducing agent rises, the liquid reducing agent is sent to the liquid reducing agent cooler by the switching means, and cooling is performed. be able to.
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態である建設機械を示している。本実施形態では、建設機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。 FIG. 1 shows a construction machine according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, a hydraulic excavator will be described as an example of a construction machine.
建設機械は、下部走行体1の上部に上部旋回体2が旋回可能に装架され、上部旋回体2の前方一側部にキャブ3が設けられている。また、上部旋回体2の前方中央部にブーム4が俯仰可能に枢着され、このブーム4の先端部にはアーム5が上下回動可能に連結されている。更に、アーム5の先端部には、バケット6が上下回動可能に取り付けられている。 In the construction machine, an upper swing body 2 is swingably mounted on an upper portion of the lower traveling body 1, and a cab 3 is provided on one front side of the upper swing body 2. A boom 4 is pivotally attached to the front center portion of the upper swing body 2 so as to be able to be raised and lowered. Further, a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5 so as to be rotatable up and down.
図2は、上部旋回体の後部を平面視した状態を概略的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a state in which the rear portion of the upper swing body is viewed in plan.
図2に示すように、上部旋回体2の後部にはエンジンルーム7が形成され、このエンジンルーム7内にはディーゼルエンジン8が設置されている。このディーゼルエンジン8の前方側(図2における手前側)には、冷却ファン8bが設けられている。更に、この冷却ファン8bの前方には、ラジエータ14、インタークーラ15、燃料クーラ16等を含む熱交換機ユニット13が設置されている(図7参照)。
As shown in FIG. 2, an engine room 7 is formed at the rear of the upper swing body 2, and a diesel engine 8 is installed in the engine room 7. A cooling fan 8b is provided on the front side (front side in FIG. 2) of the diesel engine 8. Further, a
更に、ディーゼルエンジン8には排気管8aが接続され、この排気管8aの下流側には、高次の排ガス規制に対応すべく、エンジン排ガス中の窒素酸化物(以下、NOxという。)を浄化する排ガス処理装置9が設置されている。
Further, an
排ガス処理装置9としては、液体還元剤として尿素水を用いた尿素選択還元型のNOx処理装置が用いられている。この排ガス処理装置9は、排気管8aに備えられた還元触媒(図示せず)の上流側に尿素水11を噴射ノズル21から噴射して排ガス中のNOxを還元し、この還元反応を還元触媒により促進してNOxを無害化する構成とされている。
As the exhaust gas treatment device 9, a urea selective reduction type NOx treatment device using urea water as a liquid reducing agent is used. This exhaust gas treatment device 9 injects urea
排ガス処理装置9は、排気ガス中に含まれるパティキュレートマター(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、窒素酸化物(NOx)を還元除去する選択的還元剤(本実施形態では尿素水)を用いて還元除去する選択還元型触媒(SCR)と、排気管8aのSCRに対して上流側に配設され、排気管8a内の排気ガスに向けて尿素水11を噴射する噴射ノズル21等を有している。
The exhaust gas treatment device 9 includes a diesel particulate filter that collects particulate matter (PM) contained in exhaust gas, and a selective reducing agent that reduces and removes nitrogen oxides (NOx) (in this embodiment, urea water). A selective reduction catalyst (SCR) that reduces and removes the fuel using a gas, and an
排気管8a内を流れる排気ガスに含まれるNOxは、噴射ノズル21から噴射される尿素水11により還元される。このNOxに対する還元反応はSCRにおいて促進され、よって排ガス処理装置9において排気ガスに含まれるNOxを無害化をすることができる。
NOx contained in the exhaust gas flowing in the
従って、この種の排ガス処理装置9を備えた建設機械には、液体還元剤用タンク10(以下、尿素水タンクという)内に貯留された尿素水11を噴射ノズル21に供給し噴射させる尿素水噴射装置20が設けられている。
Therefore, in construction machines equipped with this type of exhaust gas treatment device 9, urea
図3は、尿素水噴射装置20を概略的に示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the urea
図3に示されるように尿素水噴射装置20は、尿素水タンク10、噴射ノズル21、尿素水ポンプ22、及び尿素水冷却装置30A等を有している。
As shown in FIG. 3, the urea
尿素水タンク10は、尿素水11を貯留するものである。尿素水ポンプ22は、尿素水タンク10に貯留されている尿素水11を吸引し、噴射ノズル21に向けて圧送するものである。また、噴射ノズル21は、尿素水ポンプ22により圧送された尿素水11を排気管8a内の排ガスに向けて噴射するものである。
The urea
尿素水タンク10と尿素水ポンプ22との間には、サクション配管23及びリターン配管24が設けられている。サクション配管23は、尿素水タンク10内の尿素水11を吸引するための配管である。また、リターン配管24は、尿素水ポンプ22から噴射ノズル21に対して尿素水11を圧送する際に、余剰となった尿素水11を尿素水ポンプ22から尿素水タンク10に戻すための配管である。
A
更に、尿素水ポンプ22と噴射ノズル21との間には、供給配管25が配設されている。よって、尿素水ポンプ22で高圧化された尿素水11は、供給配管25を介して噴射ノズル21に送られる。
Further, a
ところで、前記したように尿素水タンク10内の尿素水11の温度が上昇した場合、尿素水11の劣化を招き、NOxの浄化作用が低下するおそれがある。そこで本実施形態では、尿素水噴射装置20に尿素水11を冷却する尿素水冷却装置30Aを設けた構成としている。
By the way, as described above, when the temperature of the
次に、図3に加えて図4及び図5を用いて尿素水冷却装置30Aについて説明する。
Next, the urea
本実施形態では、尿素水冷却装置30Aを尿素水タンク10と尿素水ポンプ22との間に配設されたサクション配管23に設けた構成としている。この尿素水冷却装置30Aは、図4に示すように尿素水クーラ32、切り替え装置34A、及びバイパス配管36等を有している。
In the present embodiment, the urea water cooling device 30 </ b> A is provided in the
尿素水クーラ32は、例えば図7に示すようにインタークーラ15及び燃料クーラ16と共にラジエータ14の前方位置に配設されている。この尿素水クーラ32の内部には、尿素水11が流れる冷却用チューブが高密度に配置されている。そして、冷却ファン8bが生成する冷却風により、冷却用チューブ内を流れる尿素水11は冷却される。
For example, as shown in FIG. 7, the
上記構成とされた尿素水クーラ32は、サクション配管23から分岐されたバイパス配管36に配設されている。切り替え装置34Aは、このサクション配管23とバイパス配管36との分岐位置に配設されている。
The
この切り替え装置34Aは、尿素水タンク10から尿素水ポンプ22に向け流れる尿素水11をそのままサクション配管23に流す流路と、尿素水クーラ32に流す流路とで流路の切り替え処理を行うものである。本実施形態では、切り替え装置34Aとして図5に示すサーモバルブを用いている。
This
図5に示すように、切り替え装置34Aとしてのサーモバルブは、スプールハウジング40、スプール41、サーモアクチュエータ42、及びリターンスプリング44等を有している。
As shown in FIG. 5, the thermo valve as the
スプールハウジング40は略円筒形状を有しており、尿素水タンク10に接続されたポートP1、尿素水ポンプ22に接続されたポートP2、及び尿素水クーラ32に接続されたポートP3を有している。
The
このスプールハウジング40の内部には、弁体であるスプール41が配設されている。このスプール41は有底筒状形状を有した弁体であり、スプールハウジング40内で図中矢印X1,X2方向に気密状態を維持しつつ移動可能な構成とされている。また、底部にはポートP1と連通する連通孔46が形成されている。
Inside the
前記したスプールハウジング40に形成されたポートP2は、スプール41が矢印X2方向に移動することにより開弁される構成とされている。また、ポートP3は、スプール41が矢印X1方向に移動することにより開弁される構成とされている。
The port P2 formed in the
サーモアクチュエータ42は、アクチュエータ本体42aと、このアクチュエータ本体42aからX1方向に延出するピストン43とにより構成されている。
The
アクチュエータ本体42aの内部にはワックスが配設されており、ピストン43のX2方向側の端部はこのワックス内に挿入された構成とされている。このアクチュエータ本体42aは、尿素水11の温度を感知しうる箇所に配置されている。更に、ピストン43のX1方向側の端部にはスプール41が固定されている。
Wax is disposed inside the actuator
このアクチュエータ本体42a内のワックスは、尿素水11の温度が上昇することにより昇温して、ピストン43をX1方向に移動させる動作を行う。尿素水11は、温度が40℃以上になると劣化の問題が生じる。よって本実施形態では、尿素水11の温度が40℃を超えた際、アクチュエータ本体42a内のワックスによりピストン43がX1方向に移動するよう構成している。
The wax in the actuator
ピストン43がX1方向に移動することによりスプール41はX1方向に移動し、よってポートP2が閉じられると共にポートP3が開かれる。これにより、尿素水タンク10に接続されたポートP1と、尿素水クーラ32に接続されたポートP3は連通する。よって、尿素水タンク10から流出した尿素水11の流路は、尿素水クーラ32を流れる流路(バイパス配管36を流れる流路)に切り替えられる。
When the
これにより、尿素水11の温度が上昇しても尿素水クーラ32で冷却され、尿素水11は劣化等が発生しない安定した温度に維持される。よって、尿素水冷却装置30Aを設けることにより、NOxの浄化機能が低下したり、アンモニア発生による異臭が発生したりすることを確実に防止することができる。
Thereby, even if the temperature of the
一方、尿素水11の温度が劣化を生じない温度である場合には、スプール41はスプールハウジング40内に配設されたリターンスプリング44に付勢されてX2方向に移動した状態となる。
On the other hand, when the temperature of the
この場合、尿素水クーラ32と接続されたポートP3が閉じられると共に、尿素水ポンプ22に直接接続されたポートP2が開かれる。よって、尿素水タンク10からの尿素水11は、尿素水クーラ32により冷却されることなく尿素水ポンプ22に直接供給される。これにより、尿素水11が過冷却されることを防止することができる。
In this case, the port P3 connected to the
また、尿素水クーラ32により尿素水11が冷却可能な構成であるため、尿素水11が流れる各配管23,24,25をエンジンルーム7内の比較的温度が高い位置に配置することが可能となる。このため、尿素水11が凍結するような低い温度環境下で建設機械を使用しても、尿素水11が凍結することを防止することが可能となる。
In addition, since the
図6は、他の尿素水冷却装置30Bを示している。
FIG. 6 shows another urea
なお、図6において、図4に示した構成と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。 In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図4に示した尿素水補給装置30Aでは、切り替え装置34Aとしてサーモバルブを用いた構成とした。これに対して図6に示す尿素水冷却装置30Bは、尿素水11の流路を切り替える切り替え装置34Bを切り替え弁50、温度センサ51、及び制御装置52等により構成したことを特徴としている。
In the urea
切り替え弁50は、例えば電気的に切り替えを行う三方弁である。この切り替え弁50は、尿素水タンク10と切り替え弁50とを接続する配管23aを、尿素水ポンプ22に直接接続する配管23b、又は尿素水クーラ32に接続するバイパス配管36に選択的に接続する。切り替え弁50は制御装置52に接続されており、制御装置52の制御により上記の切り替え処理を行う構成とされている。なお、上記の配管23a,23bはサクション配管23の一部を構成する。
The switching
温度センサ51はサクション配管23に配設されており、サクション配管23内を流れる尿素水11の温度を検出する。温度センサ51は制御装置52に接続されており、検出された尿素水11の温度は制御装置52に送られる。
The
制御装置52は、温度センサ51から送られる尿素水11の温度に基づき、切り替え弁50の切り替え制御を行う。即ち、温度センサ51で検出された尿素水11の温度が劣化が問題となる40℃を超えた場合には、制御装置52は配管23aとバイパス配管36が接続するよう切り替え弁50を制御する。
The
よって尿素水11の温度が40℃よりも高くなると、図6に示す例においても、尿素水11の流路は尿素水クーラ32に流れ込む流路に切り替えられる。これにより、NOxの浄化機能が低下したり、アンモニア発生による異臭が発生したりすることを防止することができる。
Therefore, when the temperature of the
一方、温度センサ51で検出された尿素水11の温度が劣化が問題となる40℃よりも低い場合には、制御装置52は配管23aと配管23bが接続するよう切り替え弁50を制御する。この場合、尿素水タンク10からの尿素水11は、尿素水クーラ32により冷却されることなく尿素水ポンプ22に供給されるため、尿素水11が過冷却されることを防止することができる。
On the other hand, when the temperature of the
なお上記した実施形態では、尿素水冷却装置30A,30Bを尿素水タンク10と尿素水ポンプ22を接続するサクション配管23に設けた例を示した。しかしながら、尿素水冷却装置30A,30Bの配設位置はサクション配管23に限定されるものではなく、図3に矢印A1で示すリターン配管24に設けても、また矢印A2で示す供給配管25に配設した構成としてもよい。いずれの場所に尿素水冷却装置30A,30Bを配設しても、尿素水11の冷却処理を行うことができる。
In the above-described embodiment, an example in which the urea
しかしながら、サクション配管23はリターン配管24及び供給配管25に比べて尿素水11の流量が多い配管である。よって、尿素水11が多く流れサクション配管23に尿素水冷却装置30A,30Bを設けることにより、尿素水11を効率良く冷却することができる。
However, the
また、噴射ノズル21及び尿素水ポンプ22は、尿素水11の温度が上昇して劣化が発生した場合、ダメージが大きい装置である。よって、噴射ノズル21及び尿素水ポンプ22を保護する点からは、尿素水11が尿素水ポンプ22に流入する前において尿素水11を冷却することが望ましい。
Further, the
以上の理由から、尿素水冷却装置30A,30Bをサクション配管23に配設した場合、その効果は他の配管24,25に設けた場合に比べて大きくなる。
For the above reasons, when the urea
また上記した実施形態では、尿素水クーラ32を熱交換機ユニット13を構成するラジエータ14の前に配置した例を示した。しかしながら、尿素水クーラ32の配設位置はこの位置に限定されるものではなく、尿素水11の冷却を行うことができれば他の位置であってもよい。その場合、図6に示すように尿素水クーラ32を強制的に冷却風を供給する冷却ファン55等を設けた構成としてもよい。
Moreover, in above-described embodiment, the example which has arrange | positioned the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.
1 下部走行体
2 上部旋回体
7 エンジンルーム
8 ディーゼルエンジン
9 排ガス処理装置
10 尿素水タンク
11 尿素水
13 熱交換機ユニット
20 尿素水噴射装置
21 噴射ノズル
22 尿素水ポンプ
23 サクション配管
24 リターン配管
25 供給配管
30A,30B 尿素水冷却装置
32 尿素水クーラ
34A,34B 切り替え装置
36 バイパス配管
40 スプールハウジング
41 スプール
42 サーモアクチュエータ
43 ピストン
44 リターンスプリング
50 切り替え弁
51 温度センサ
52 制御装置
55 冷却ファン
P1〜P3 ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 2 Upper turning body 7 Engine room 8 Diesel engine 9 Exhaust
Claims (5)
エンジンの排気管の所定位置に前記液体還元剤を噴射する噴射ノズルと、
前記液体還元剤用タンクから前記噴射ノズルに前記液体還元剤を圧送する液体還元剤用ポンプと、
前記液体還元剤用タンクから前記噴射ノズルに至る配管に設けられ、前記液体還元剤を冷却する液体還元剤冷却装置とを有し、
前記液体還元剤冷却装置は、
前記液体還元剤を冷却する液体還元剤用クーラと、
前記液体還元剤の温度が所定値以上になった際、前記液体還元剤が前記液体還元剤用クーラに流入するよう、前記液体還元剤の流路の切り替えを行う切り替え装置とを有することを特徴とする建設機械。 A liquid reducing agent tank filled with the liquid reducing agent;
An injection nozzle for injecting the liquid reducing agent to a predetermined position of an exhaust pipe of an engine;
A liquid reducing agent pump for pumping the liquid reducing agent from the liquid reducing agent tank to the injection nozzle;
A liquid reducing agent cooling device that is provided in a pipe from the liquid reducing agent tank to the injection nozzle and cools the liquid reducing agent;
The liquid reducing agent cooling device includes:
A liquid reducing agent cooler for cooling the liquid reducing agent;
And a switching device that switches the flow path of the liquid reducing agent so that the liquid reducing agent flows into the liquid reducing agent cooler when the temperature of the liquid reducing agent reaches or exceeds a predetermined value. And construction machinery.
前記液体還元剤の温度を検出する温度センサと、
前記液体還元剤の流れを切り替える切り替え弁と、
前記温度センサからの出力に基づき、前記切り替え弁の切り替え制御を行う制御手段と
を有することを特徴とする請求項1又は2記載の建設機械。 The switching device is
A temperature sensor for detecting the temperature of the liquid reducing agent;
A switching valve for switching the flow of the liquid reducing agent;
The construction machine according to claim 1, further comprising a control unit that performs switching control of the switching valve based on an output from the temperature sensor.
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