JP2014173448A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】液体還元剤の補給時における作業者の負担軽減を図りうる建設機械を提供する。
【解決手段】尿素水１１が給水される尿素水タンク１０と、この尿素水タンク１０内の尿素水１１の液量を検出するレベルセンサ３２と、上部旋回体２に設けられており補給用の液体還元剤が充填された給水タンク４０から尿素水タンク１０に尿素水１１を給水する給水ポンプ３３と、レベルセンサ３２の出力に基づき尿素水タンク１０内の尿素水１１の液量が所定量となったこと検知した際に給水ポンプ３３を停止させる制御装置３６とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、給水口から液体還元剤が給水される液体還元剤用タンクを有する建設機械に関する。

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。この排ガス処理装置としては、尿素水溶液（液体還元剤）を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が多く採択されている。

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。よって、尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置を設けた建設機械は、尿素水が貯留される液体還元剤用タンク（尿素水タンク）を有している（特許文献１）。

尿素水の残量が少なくなった場合には、尿素水タンクには尿素水の補給が行われる。この尿素水を補給する方法としては、市販されている尿素水ボックスを作業者が手で持ち、尿素水タンクの給水口から補給処理を行うことが行われている。

特開２０１２−１５４１５０号公報

しかしながら、尿素水タンクのタンク容量が大きい場合、尿素水ボックス（一般に１０〜２０リットル）による補給処理では補給回数が多くなり、作業者の負担が大きくなってしまう。

これに対処するため、ドラム缶（２００リットル）から尿素水タンクに尿素水を補給することも行われている。この場合、ドラム缶を作業者が尿素水タンクの給水口まで持ち上げるのは不可能であるため、給水ポンプを用いて補給することが行われている。

この種の給水ポンプはドラム缶及び尿素水タンクから独立した構成とされており、吸引用の配管をドラム缶に挿入すると共に供給側の配管を給水口に挿入し、ポンプを駆動することによりドラム缶から尿素水タンクに尿素水を補給する構成とされている。

この給水ポンプを用いた補給方法では、ポンプが手動である場合はやはり作業者に負担が掛かるという問題点がある。またポンプが電動である場合には、給水ポンプが尿素水タンクから独立した構成であったため、独立した電源（乾電池，充電式電池等）が必要となり、やはり作業者に負担が発生してしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液体還元剤の補給時における作業者の負担軽減を図りうる建設機械を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
液体還元剤が給水される液体還元剤用タンクと、
該液体還元剤用タンク内の前記液体還元剤の液量を検出する液量検出センサと、
上部旋回体に設けられており、補給用の液体還元剤が充填された給水タンクから前記液体還元剤用タンクに前記液体還元剤を給水する給水ポンプと、
前記液量検出センサの出力に基づき、前記液体還元剤用タンク内の前記液体還元剤の液量が所定量となったこと検知した際、前記給水ポンプを停止させる制御手段と
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。

開示の発明によれば、上部旋回体に設けられた給水ポンプにより給水タンクから液体還元剤用タンクに給水され、所定量まで給水された際に制御手段により自動的に給水が停止されるため、液体還元剤の補給時における作業者の負担軽減を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態である建設機械の側面図である。 図２は、本発明の一実施形態である建設機械の上部旋回体を平面視した概略構成図である。 図３は、尿素タンク近傍を概略的に示す斜視図である。 図４は、尿素水補給装置の概略構成図である。 図５は、制御装置が行う尿素水補給を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

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。しかしながら、本発明は液体還元剤用タンクを有するものであれば、他の建設機械についても適用が可能なものである。

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。

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。

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。また、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が設けられると共に、この冷却ファン８ｂの前方にはラジエータ等を含む熱交換機ユニット１３が設置されている。

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。

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処理装置が採択されている。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。

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、尿素水１１（図５参照）を蓄えるための液体還元剤用タンク１０（以下、尿素水タンクという）が備えられている。

図３は、尿素水タンク１０の設置状態を概略的に示す斜視図である。

図３に示すように、上部旋回体２の旋回フレーム１４の前部には左右一対のブーム取り付け用の支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒが立設されている。また、支持ブラケット１７Ｌの外側であって、後方には燃料タンク１８及びサンプタンク１９が直列に配置されている。また、燃料タンク１８の前側には尿素水タンク１０が、尿素水タンク１０の前には工具箱１６がそれぞれ配置されている。そして、これらのタンク１０，１８，１９は、上部旋回体２の外装カバー（図示せず）で囲われている。

従って図示の例では、前から工具箱１６、尿素水タンク１０、燃料タンク１８、及びサンプタンク１９が順に隣接して配置されている。なお、燃料タンク１８等の順序は任意である。燃料タンク１８及びサンプタンク１９は、幅方向に横並びに配置されてもよい。

尿素水タンク１０は樹脂材料から形成されており、その内部に尿素水１１が貯留される。この尿素水タンク１０は上部に給水口２０が設けられており、後述するように給水口２０から尿素水１１が補給（給水）される。

更に、尿素水タンク１０は、尿素水供給パイプ及びインジェクタ（図示せず）等を介して排気管８ａに接続されている。よって、尿素水タンク１０内の尿素水１１は、尿素水供給パイプを介しインジェクタから排気管８ａに噴射される。

上記構成とされた尿素水タンク１０は、尿素水残量が少なくなると補給処理が行われる。尿素水タンク１０には、尿素水１１の補給処理を行うための尿素水補給装置３０が設けられている。以下、図４及び図５を用いて尿素水補給装置３０について説明する。

図４に示すように、尿素水補給装置３０は、給水スイッチ３１、レベルセンサ３２、給水ポンプ３３、表示装置３４、及び制御装置３６等を有している。

給水スイッチ３１は尿素水補給装置３０を起動するためのスイッチであり、制御装置３６に接続されている。

レベルセンサ３２（液量検出センサ）は、尿素水タンク１０内の尿素水１１の液量を検出するセンサである。このレベルセンサ３２は、制御装置３６と接続されている。よってレベルセンサ３２で検出された尿素水１１の液量（液面レベル）は、電気信号として制御装置３６に出力される。

このレベルセンサ３２は特に種類を限定されるものではないが、例えば尿素水タンク１０内に設けられたフロートにより尿素水１１の液量を検出する構成のものを用いることができる。

給水ポンプ３３は、給水タンク４０に充填されている尿素水１１を尿素水タンク１０に圧送するためのポンプである。この給水ポンプ３３の吸引側には吸引用ホース３５Ａの一端が接続されており、供給側には供給用ホース３５Ｂの一端が接続されている。

また、尿素水タンク１０に対して尿素水１１の補給処理を行う際、吸引用ホース３５Ａの他端部は作業者により給水タンク４０内に挿入される。本実施形態で用いる給水タンク４０は、約２００リットルの尿素水１１が装填されたドラム缶状のものである。よって、１０〜２０リットル程度が充填された尿素水ボックスと異なり、作業者が持って補給処理を行うことは困難である。

一方、供給用ホース３５Ｂの他端は、給水口２０に接続されている。よって給水ポンプ３３が駆動すると、吸引用ホース３５Ａを介して給水タンク４０から吸引された尿素水１１は、給水ポンプ３３から供給用ホース３５Ｂを介して給水口２０に供給され、給水口２０から尿素水タンク１０内に補給（給水）される。

給水ポンプ３３により給水タンク４０から尿素水タンク１０に尿素水１１が給水されることにより、尿素水タンク１０内の尿素水１１の液面レベルは上昇する。レベルセンサ３２はこれを検知し、制御装置３６に出力する。このように、制御装置３６は尿素水タンク１０内の尿素水１１の液量を常時検知できる構成となっている。

上記構成とされた給水ポンプ３３は制御装置３６に接続され、この制御装置３６により駆動制御が行われる構成とされている。

なお、給水ポンプ３３は腐食性が高い尿素水１１を圧送するポンプである。このため、給水ポンプ３３は尿素水１１に対して耐食性がある樹脂等より形成されている。

表示装置３４は、尿素水補給装置３０による尿素水１１の補給状況を示す装置である。この尿素水補給装置３０は液晶表示装置でもよく、また単に補給状況に応じて点燈するＬＥＤライト等の表示装置であってもよい。

なお本実施形態では、尿素水補給装置３０の不使用時においては、上記した給水ポンプ３３及び各ホース３５Ａ，３５Ｂを具箱１６に収納する構成としている。図３に示したように、工具箱１６は尿素水タンク１０の手前位置に配置している。よって、この工具箱１６に給水ポンプ３３及び各ホース３５Ａ，３５Ｂを収納することにより、尿素水１１の補給処理時における利便性を高めることができる。

また、給水スイッチ３１及び表示装置３４は、尿素水タンク１０或いは工具箱１６に配置するか、或いはその近傍位置に配置することが望ましい。本実施形態では、給水スイッチ３１及び表示装置３４を工具箱１６に設けた構成としている。これにより、給水スイッチ３１の操作性の向上、及び表示装置３４の視認性の向上を図ることができる。

次に図４及び図５を用いて、上記構成とされた尿素水補給装置３０を有した建設機械において、尿素水タンク１０に対して尿素水１１を補給する際の作業者の処理、及び尿素水補給装置３０の制御装置３６が実施する補給制御処理について説明する。なお、図５は尿素水補給装置３０を構成する制御装置３６が実施する尿素水補給処理を示すフローチャートである。

尿素水タンク１０に対して尿素水１１の補給をする際、まず作業者は尿素水１１が装填されたドラム缶状の給水タンク４０を上部旋回体２の外装カバー（図示せず）に設けられたメンテナンス用ドア（図示せず）の近傍位置に運ぶ。続いて作業者は、上部旋回体２の外装カバーに設けられたメンテナンス用ドアを開く。

このメンテナンス用ドアを開いた際、工具箱１６は手前に位置した状態となっている。作業者は工具箱１６を開き、内部に収納されている吸引用ホース３５Ａを引出し、これをドラム缶状の給水タンク４０内に挿入装着する。

吸引用ホース３５Ａの給水タンク４０への装着処理が終了すると、作業者は工具箱１６に配設されている給水スイッチ３１を操作してＯＮとする（閉操作する）。給水スイッチ３１がＯＮとされることにより、尿素水補給装置３０は起動して制御装置３６は図５に示す補給制御処理を開始する。

制御装置３６は給水スイッチ３１からＯＮにされたことを検知すると（ステップ１０。なお、図５ではステップをＳと示している）、給水ポンプ３３を起動する（ステップ１２）。給水ポンプ３３が起動することにより、給水タンク４０内の尿素水１１は給水ポンプ３３により吸引され尿素水タンク１０に補給される。

また制御装置３６は、給水ポンプ３３を起動されると同時に表示装置３４を起動させる。具体的には、表示装置３４に補給処理が開始されたことを作業者に知らせる表示を行う。

前記のように、表示装置３４は工具箱１６に配設されている。よって、作業者は表示装置３４を見ることにより、尿素水補給装置３０が駆動して尿素水１１が給水タンク４０から尿素水タンク１０に補給されていることを知ることができる。

一方、給水ポンプ３３により尿素水１１の補給が行われることにより、尿素水タンク１０内の尿素水１１の液面レベルは上昇する。給水スイッチ３１のＯＮ操作によりレベルセンサ３２も起動し、レベルセンサ３２で検出された尿素水タンク１０内における尿素水１１の液量（以下、タンク内液量という）は制御装置３６に送信される（ステップ１６）。

制御装置３６には、予め尿素水タンク１０の適正充填量が記憶されている。制御装置３６は、レベルセンサ３２で検出されたタンク内液量と適正充填量との比較処理を行う（ステップ１８）。

制御装置３６は、タンク内液量が適正充填量未満である場合（ステップ１８で否定判断がされた場合）には、ステップ１２〜１６の処理を繰り返し実行する。よって、タンク内液量が適正充填量に至るまでは、給水ポンプ３３による尿素水１１から尿素水タンク１０への尿素水１１の補給処理は継続される。

一方、ステップ１８においてタンク内液量が適正充填量以上になったと判断されると（ステップ１８で肯定判断がされると）、制御装置３６は給水ポンプ３３を停止させる（ステップ２０）。これにより、給水ポンプ３３による給水タンク４０から尿素水タンク１０への尿素水１１の補給が停止される。

また給水ポンプ３３が停止され時点で、制御装置３６は表示装置３４に給水ポンプ３３が停止されたことを表示する（ステップ２２）。これにより作業者は、尿素水タンク１０内への尿素水１１の補給処理が終了し、尿素水タンク１０内の尿素水１１が適正充填量になったことを知ることができる。

作業者は、表示装置３４の表示により補給処理が終了したことを知ると、給水スイッチ３１をＯＦＦとする（閉操作する）。制御装置３６は、作業者が給水スイッチ３１をＯＦＦしたか否かを判断する。そして、給水スイッチ３１がＯＦＦされるまで、表示装置３４の表示を維持する（ステップ２４）。

そして、ステップ２４において作業者により給水スイッチ３１がＯＦＦに操作されたことを確認すると、制御装置３６は表示装置３４の表示を停止させる（ステップ２６）。これにより、作業者の給水スイッチ３１の切り忘れを防止することができる。

上記のよう尿素水補給装置３０は、タンク内液量が適正充填量になると自動的に給水ポンプ３３停止し、給水タンク４０から尿素水タンク１０への尿素水１１の補給が停止させる。よって、作業者が手動のポンプ等を操作する等の必要はなく、また尿素水タンク１０内の液量を常時監視する必要もなくなるため、尿素水１１の補給作業の作業負担を軽減することができる。

また、尿素水補給装置３０では、タンク内液量が適正充填量になった時点で自動的に尿素水１１の補給が停止されるため、尿素水１１が尿素水タンク１０から溢れ出ることも防止することができる。

なお、上記した実施形態では、供給用ホース３５Ｂを給水口２０に固定し、尿素水補給装置３０を常時尿素水タンク１０に接続した構成を示した。しかしながら、尿素水補給装置３０を給水口２０に対して着脱可能な構成とし、尿素水補給装置３０を建設機械のオプションとすることも可能である。

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。

例えば、上記した実施形態ではドラム缶状の給水タンク４０を用いた補給処理を例として挙げているが、尿素水ボックス（一般に１０〜２０リットル）を用いた補給処理であっても何ら問題はない。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ キャブ
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
１４ 旋回フレーム
１６ 工具箱
１８ 燃料タンク
１９ サンプタンク
２０ 給水口
３０ 尿素水補給装置
３２ レベルセンサ
３１ 給水スイッチ
３３ 給水ポンプ
３４ 表示装置
３５Ａ，３５Ｂ 給水ホース
３６ 制御装置
４０ 給水タンク

Claims (3)

1. 液体還元剤が給水される液体還元剤用タンクと、
   該液体還元剤用タンク内の前記液体還元剤の液量を検出する液量検出センサと、
   上部旋回体に設けられており、補給用の液体還元剤が充填された給水タンクから前記液体還元剤用タンクに前記液体還元剤を給水する給水ポンプと、
   前記液量検出センサの出力に基づき、前記液体還元剤用タンク内の前記液体還元剤の液量が所定量となったこと検知した際、前記給水ポンプを停止させる制御手段と
   を有することを特徴とする建設機械。
2. 補給処理を開始する際に操作される給水スイッチを設け、
   前記制御手段は、前記給水スイッチがＯＮされることにより前記給水ポンプの駆動を開始させることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 前記給水ポンプが起動することにより給水中であることを表示する表示手段を設け、
   前記制御手段は、前記給水スイッチがＯＦＦされることにより前記表示手段を停止させることを特徴とする請求項２記載の建設機械。

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