JP2017066932A - 後処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】断路器の操作により通常電源からの電力供給が絶たれても内燃機関の付属装置の後処理を行うことのできる、内燃機関の付属装置の後処理装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の付属装置に対して前記内燃機関の停止操作後に後処理を行う、後処理装置5Aであって、前記後処理を行なうために作動し、断路器32及びキースイッチ33が接続状態のときには、通常電源31から電力が供給される一方、断路器32又はキースイッチ33が切断状態のときには、通常電源31からの電力の供給が絶たれる、電気機器10,20と、通常電源31に対して、電気機器10,20と並列に接続され、断路器32及びキースイッチ33が前記接続状態のときには、通常電源31から供給された電力を蓄電する一方、断路器31又はキースイッチ33が前記切断状態のときには、前記の蓄電した電力を電気機器10,20に供給する補助電源41とを備えて構成される。
【選択図】図2
【解決手段】内燃機関の付属装置に対して前記内燃機関の停止操作後に後処理を行う、後処理装置5Aであって、前記後処理を行なうために作動し、断路器32及びキースイッチ33が接続状態のときには、通常電源31から電力が供給される一方、断路器32又はキースイッチ33が切断状態のときには、通常電源31からの電力の供給が絶たれる、電気機器10,20と、通常電源31に対して、電気機器10,20と並列に接続され、断路器32及びキースイッチ33が前記接続状態のときには、通常電源31から供給された電力を蓄電する一方、断路器31又はキースイッチ33が前記切断状態のときには、前記の蓄電した電力を電気機器10,20に供給する補助電源41とを備えて構成される。
【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関の付属装置に対して、内燃機関の停止操作後に後処理を行う後処理装置に関し、特に、内燃機関の付属装置として排気浄化装置の後処理装置に用いて好適な後処理装置に関する。
油圧ショベル等の作業機械では、動力源としてディーゼルエンジンが広く採用されている。ディーゼルエンジンの排気には窒素酸化物(NOx)が多く含まれているため、ディーゼルエンジンを動力源とする作業機械では、通常、窒素酸化物を除去して排気を浄化するための排気浄化装置が備えられている。
排気浄化装置として、例えばSCR(Selective Catalytic Reduction)システムが知られている。SCRシステムでは、窒素酸化物の還元剤である尿素水がSCR触媒(選択還元触媒)の上流側においてディーゼルエンジンの排気路中に噴射され、噴射された尿素水は、排気中の高温雰囲気下で加水分解してアンモニアを生成する。そして、SCR触媒により、アンモニアと窒素酸化物との反応が促進され、窒素酸化物が窒素に還元される。
排気浄化装置として、例えばSCR(Selective Catalytic Reduction)システムが知られている。SCRシステムでは、窒素酸化物の還元剤である尿素水がSCR触媒(選択還元触媒)の上流側においてディーゼルエンジンの排気路中に噴射され、噴射された尿素水は、排気中の高温雰囲気下で加水分解してアンモニアを生成する。そして、SCR触媒により、アンモニアと窒素酸化物との反応が促進され、窒素酸化物が窒素に還元される。
尿素水は、タンクに貯溜され、ポンプを作動させてタンクから配管を介してインジェクタに供給され、このインジェクタにより排気路中に噴射される。
ディーゼルエンジンの停止操作後、尿素水の噴射は停止される。噴射停止後に、配管等に尿素水が残留していると、尿素水に含まれる尿素が、排気の熱や水分の蒸発によって結晶化あるいは化学変化を生じて固体となって析出することや、尿素水が外気温の低下によって凍結することがある。尿素が固体となって析出するとインジェクタの噴射孔を目詰まりさせるおそれがあり、尿素水が凍結すると体積変化によって配管を損傷させるおそれがある。
このため、建設機械を停止させる際には、後処理として、ポンプを逆回転させて配管等に残留した尿素水をタンクに吸い戻すパージ処理が行われる(特許文献1参照)。
ディーゼルエンジンの停止操作後、尿素水の噴射は停止される。噴射停止後に、配管等に尿素水が残留していると、尿素水に含まれる尿素が、排気の熱や水分の蒸発によって結晶化あるいは化学変化を生じて固体となって析出することや、尿素水が外気温の低下によって凍結することがある。尿素が固体となって析出するとインジェクタの噴射孔を目詰まりさせるおそれがあり、尿素水が凍結すると体積変化によって配管を損傷させるおそれがある。
このため、建設機械を停止させる際には、後処理として、ポンプを逆回転させて配管等に残留した尿素水をタンクに吸い戻すパージ処理が行われる(特許文献1参照)。
加えて、排気にさらされてインジェクタが高温になった場合には、パージ処理の前に、インジェクタを冷却するクーリング処理が後処理として必要となる。これは、尿素水の噴射中、インジェクタは尿素水により冷却されるが、尿素水の噴射停止後は、尿素水による冷却が行われないため、そのままにしておくとインジェクタが高温劣化するおそれがあるとともに安全上好ましくいからである。
クーリング処理は、例えば、尿素水をインジェクタとタンクとの間で循環させることによって行われる。
クーリング処理は、例えば、尿素水をインジェクタとタンクとの間で循環させることによって行われる。
特許文献2には、パージ処理を行うSCRシステムにおいて、尿素水を圧送するSMポンプを含むサプライモジュールと、サプライモジュールを制御してエンプティング制御(パージ処理)を行うDCU(Dosing Control Unit)とを備え、イグニションスイッチ(キースイッチ)からキーオンの信号を受信せず且つエンジンが回転している状態が所定時間継続した時に、DCUの電源をオフするようにした技術が開示されている。この技術によれば、イグニションスイッチとDCUとの接続が断線しても、上記所定時間が経過するまでは、エンジン作動中であればDCUの電源はオンのままとなるのでDCUの制御によるパージ処理を行うことができる。
作業機械には、電源として大容量のバッテリが装備されており、通常、この大容量のバッテリを電気的に遮断するためのディスコネクトスイッチ(断路器)が装備されている。作業機械の不使用時にディスコネクトスイッチをオフ状態としてバッテリを電気的遮断状態とすることで、作業機械の盗難の防止や、作業機械のメンテナンス時の安全性の確保を図っている。
パージ処理やクーリング処理等の後処理は、通常はキースイッチがオフされてから(すなわちエンジンの停止操作後に)自動で行われるようになっているが、この作業期間(最大で20分程度)中に、ディスコネクトスイッチが誤ってオフされてしまうと、後処理に必要な機器(制御装置や、尿素水を送給するポンプ)に電力を供給することができず、パージ処理やクーリング処理が中断されてしまう。
パージ処理やクーリング処理等の後処理は、通常はキースイッチがオフされてから(すなわちエンジンの停止操作後に)自動で行われるようになっているが、この作業期間(最大で20分程度)中に、ディスコネクトスイッチが誤ってオフされてしまうと、後処理に必要な機器(制御装置や、尿素水を送給するポンプ)に電力を供給することができず、パージ処理やクーリング処理が中断されてしまう。
特許文献2に開示されたSCRシステムは、イグニションスイッチとDCUとの接続が断線してもパージ処理を行うことは可能であるが、ディスコネクトスイッチがオフされてしまうと、DCUや尿素水を圧送するSMポンプへの電力が強制的に絶たれてしまうので、同様にパージ処理が中断されてしまう。
このような不具合は、排気浄化装置に限らず、エンジンの停止操作後に後処理を行う内燃機関の付属装置全般に生じうるものである。
本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、断路器の操作により通常電源からの電力供給が絶たれても内燃機関の付属装置の後処理を行うことのできる、後処理装置を提供することを目的とする。
(1)上記の目的を達成するために、本発明の後処理装置は、内燃機関の付属装置に対して前記内燃機関の停止操作後に後処理を行う、後処理装置であって、前記後処理を行なうために作動し、断路器及びキースイッチの両方が接続状態のときには、通常電源から電力が供給される一方、前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が切断状態のときには、前記通常電源からの電力の供給が絶たれる、電気機器と、前記通常電源に対して、前記電気機器と並列に接続され、前記断路器及び前記キースイッチの両方が前記接続状態のときには、前記通常電源から供給された電力を蓄電する一方、前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が前記切断状態のときには、前記の蓄電した電力を前記電気機器に供給する補助電源とを備えて構成されたことを特徴としている。
(2)前記補助電源は、前記通常電源と前記電気機器との間の電気経路に設けられ、前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が前記切断状態とされて前記通常電源から前記電力の供給が絶たれると、前記補助電源と前記通常電源との間を電気的に遮断する補助遮断スイッチが備えられることが好ましい。
(3)前記付属装置が排気浄化装置であることが好ましい。
(4)前記排気浄化装置は、内燃機関の運転中に還元剤供給系統から排気浄化用の還元剤を排気通路に供給することが好ましい。
(5)前記後処理は、前記還元剤を前記還元剤供給系統から除去するパージ処理を少なくとも含むことが好ましい。
(6)前記還元剤供給系統は、少なくとも先端の噴射口を前記排気通路に臨ませて、前記噴射口から前記排気通路に前記還元剤を噴射するインジェクタを備え、前記後処理は、前記インジェクタを冷却するクーリング処理を少なくとも含むことが好ましい。
(7)前記クーリング処理は、前記還元剤を前記還元剤供給系統に循環させて前記インジェクタを冷却する処理であることが好ましい。
本発明の内燃機関の付属装置の後処理装置によれば、断路器及びキースイッチが接続状態のときに通常電源から供給された電力を蓄電する補助電源を備えており、前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が切断状態とされて通常電源からの電力供給が絶たれても、補助電源に蓄電された電力を、後処理に必要な電力機器に供給することで後処理を行うことができるという利点がある。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
以下の実施形態では、本発明の内燃機関の付属装置の後処理装置としての排気浄化装置の後処理装置を、作業機械である油圧ショベルの内燃機関に適用した例を説明するが、油圧ショベル以外にも例えば油圧式クレーンのような種々の作業機械全般の内燃機関に適用することができる。
[1.油圧ショベルの構成]
図示を省略するが、油圧ショベルは、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体と、下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、上部旋回体の車両前方側に配置されオペレータ(操作者)が搭乗するキャビンと、キャビンの側方に隣接して設けられたフロント作業装置とが設けられている。
フロント作業装置は、ブーム,スティック及びバケットを備えて構成される。ブームは、その基端部を上部旋回体に対して揺動自在に軸支され、スティックは、その基端部をブームの先端部に対して揺動自在に軸支され、さらに、バケットはスティックの先端部に対して揺動自在に軸支されている。
図示を省略するが、油圧ショベルは、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体と、下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、上部旋回体の車両前方側に配置されオペレータ(操作者)が搭乗するキャビンと、キャビンの側方に隣接して設けられたフロント作業装置とが設けられている。
フロント作業装置は、ブーム,スティック及びバケットを備えて構成される。ブームは、その基端部を上部旋回体に対して揺動自在に軸支され、スティックは、その基端部をブームの先端部に対して揺動自在に軸支され、さらに、バケットはスティックの先端部に対して揺動自在に軸支されている。
油圧ショベルには、ブーム,スティック及びバケットを揺動させるための油圧シリンダや、下部走行体を走行駆動する油圧モータや、上部旋回体を旋回駆動する油圧モータ等の油圧アクチュエータが備えられている。そして、油圧ショベルには、これらの油圧アクチュエータを作動させるための作動油圧を発生させる油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するディーゼルエンジン(内燃機関)が備えられている。
背景技術の欄でも説明したようにディーゼルエンジンの排気には窒素酸化物(NOx)が多く含まれているため、油圧ショベルには、窒素酸化物を除去して排気を浄化するための排気浄化装置が搭載されている。
背景技術の欄でも説明したようにディーゼルエンジンの排気には窒素酸化物(NOx)が多く含まれているため、油圧ショベルには、窒素酸化物を除去して排気を浄化するための排気浄化装置が搭載されている。
[2.排気浄化装置]
以下、図1及び図2を参照して、排気浄化装置、及び、本発明の一実施形態としての排気浄化装置の後処理装置について説明する。
排気浄化装置(内燃機関の付属装置)1は、SCR(Selective Catalytic Reduction)システムにより構成されている。具体的には、排気浄化装置1は、図1に示すように、ディーゼルエンジン(内燃機関、以下、単にエンジンともいう)2の排気管3に設置されたSCR触媒(選択還元触媒)4と、このSCR触媒4の排気上流側に還元剤としての尿素水を供給する尿素水供給装置5とを備えて構成される。
尿素水供給装置5によってSCR触媒4の排気上流側に供給された尿素水は、排気中の高温雰囲気下で加水分解してアンモニアを生成する。SCR触媒4は、このアンモニアと排気中の窒素酸化物との反応(すなわち窒素酸化物を窒素に還元することによる無害化)を促進する。
以下、図1及び図2を参照して、排気浄化装置、及び、本発明の一実施形態としての排気浄化装置の後処理装置について説明する。
排気浄化装置(内燃機関の付属装置)1は、SCR(Selective Catalytic Reduction)システムにより構成されている。具体的には、排気浄化装置1は、図1に示すように、ディーゼルエンジン(内燃機関、以下、単にエンジンともいう)2の排気管3に設置されたSCR触媒(選択還元触媒)4と、このSCR触媒4の排気上流側に還元剤としての尿素水を供給する尿素水供給装置5とを備えて構成される。
尿素水供給装置5によってSCR触媒4の排気上流側に供給された尿素水は、排気中の高温雰囲気下で加水分解してアンモニアを生成する。SCR触媒4は、このアンモニアと排気中の窒素酸化物との反応(すなわち窒素酸化物を窒素に還元することによる無害化)を促進する。
尿素水供給装置5は、尿素水が貯留される尿素水タンク6と、SCR触媒4よりも排気上流側で排気管3内に尿素水を噴射するインジェクタ7と、尿素水タンク6とインジェクタ7との間を繋ぎ尿素水が流通する配管8,9と、配管8に設けられる尿素水ポンプ10と、インジェクタ7や尿素水ポンプ10などの作動を制御する電子制御モジュール(以下、ECMともいう)20とを備えて構成される。なお、ECM20は、尿素水供給装置5の制御だけでなく建設機械全体を制御するものであり例えばエンジンの制御も行う。
尿素水ポンプ10は、正逆回転可能であり、以下の説明では、特に逆回転する旨の記載がない場合には、尿素水ポンプ10は正回転しているものとする。
尿素水ポンプ10及びECM20はそれぞれ後述する電源回路30,40(図2参照)から供給される電力を駆動源としており、本発明の電気機器に相当する。
尿素水ポンプ10及びECM20はそれぞれ後述する電源回路30,40(図2参照)から供給される電力を駆動源としており、本発明の電気機器に相当する。
インジェクタ7は、少なくともその先端の噴射孔7aを排気管3の内部に臨ませ、尿素水ポンプ10から配管8を介して圧送された尿素水をインジェクタ噴射孔(以下、単に噴射孔ともいう)7aから排気管3内に噴射する。つまり、配管8及びインジェクタ7を備えて本発明の還元剤供給系統が構成されている。
また、インジェクタ7は、噴射孔7aの開度がECM20の制御によって調整され、噴射孔7aの開度が調整されることで尿素水の噴射量が調整される。噴射孔7aの開度を変更する機構は、インジェクタ7に内蔵された電磁式の機構であり、ソレノイドをPMW制御することで尿素水の噴射量を調整することができる。
また、インジェクタ7は、噴射孔7aの開度がECM20の制御によって調整され、噴射孔7aの開度が調整されることで尿素水の噴射量が調整される。噴射孔7aの開度を変更する機構は、インジェクタ7に内蔵された電磁式の機構であり、ソレノイドをPMW制御することで尿素水の噴射量を調整することができる。
尿素水ポンプ10は、電子制御式のポンプであり、その起動・停止や回転方向がECM20によって制御される。
排気浄化装置は、通常処理と、後処理としてのクーリング処理及び冷却処理とを行う。これらの処理は、ECM20が、インジェクタ7及び尿素水ポンプ10の作動を適宜制御することで選択的に実行される。
(1)通常処理
通常処理は、エンジン運転中に継続して行われる処理である。つまり、ECM20は、エンジン運転中は、尿素水ポンプ10を正回転に制御すると共にインジェクタ噴射孔7aを適宜の開度で開弁状態に制御して、適量の尿素水を排気管3内に噴射する。
なお、ECM20は、例えばキースイッチ33(図2参照)からオン信号を検出した場合に、エンジン運転中であると判定する。また、ECM20は、例えば、図示しないエンジン回転速度センサ及び排気温度センサ等の検出結果に基づいてインジェクタ噴射孔7aの所定開度を設定する。
また、インジェクタ噴射孔7aから噴射されなかった過剰な尿素水は、配管9を介して尿素水タンク6へとリターンされる。
(1)通常処理
通常処理は、エンジン運転中に継続して行われる処理である。つまり、ECM20は、エンジン運転中は、尿素水ポンプ10を正回転に制御すると共にインジェクタ噴射孔7aを適宜の開度で開弁状態に制御して、適量の尿素水を排気管3内に噴射する。
なお、ECM20は、例えばキースイッチ33(図2参照)からオン信号を検出した場合に、エンジン運転中であると判定する。また、ECM20は、例えば、図示しないエンジン回転速度センサ及び排気温度センサ等の検出結果に基づいてインジェクタ噴射孔7aの所定開度を設定する。
また、インジェクタ噴射孔7aから噴射されなかった過剰な尿素水は、配管9を介して尿素水タンク6へとリターンされる。
(2)クーリング処理
エンジン停止操作後、インジェクタ8が高温のままであると、インジェクタが高温劣化するおそれがあり、また、搭載機器が高温状態で放置されることは安全上好ましくない。クーリング処理は、エンジンの停止操作後に、高温のインジェクタ8を冷却するための処理である。
ECM20は、エンジンの停止操作後にインジェクタ7の冷却を行う必要があると判断した場合には、後処理としてインジェクタ7を冷却するクーリング処理を行う。
エンジン停止操作後、インジェクタ8が高温のままであると、インジェクタが高温劣化するおそれがあり、また、搭載機器が高温状態で放置されることは安全上好ましくない。クーリング処理は、エンジンの停止操作後に、高温のインジェクタ8を冷却するための処理である。
ECM20は、エンジンの停止操作後にインジェクタ7の冷却を行う必要があると判断した場合には、後処理としてインジェクタ7を冷却するクーリング処理を行う。
なお、ECM20は、例えばキースイッチ33からオン信号を検出しない場合に、運転者がエンジンを停止操作したと判定する。
また、ECM20は、例えば、エンジン2の停止操作直前又は停止操作直後に検出されたインジェクタ7の温度が所定温度以上の場合には、インジェクタ7の冷却が必要であると判断する。或いは、ECM20は、エンジン2の停止操作直前又は停止操作直後に検出されたインジェクタ7の温度に相関するパラメータが、高温を示している場合に、インジェクタ7の冷却が必要であると判断する。前記相関するパラメータは、エンジン2の停止操作直前の建設機械の運転状態、例えば、アクセル位置や、油圧負荷や、エンジン2が停止するまでのエンジン出力の積算値やエンジン2の連続運転時間である。
また、ECM20は、例えば、エンジン2の停止操作直前又は停止操作直後に検出されたインジェクタ7の温度が所定温度以上の場合には、インジェクタ7の冷却が必要であると判断する。或いは、ECM20は、エンジン2の停止操作直前又は停止操作直後に検出されたインジェクタ7の温度に相関するパラメータが、高温を示している場合に、インジェクタ7の冷却が必要であると判断する。前記相関するパラメータは、エンジン2の停止操作直前の建設機械の運転状態、例えば、アクセル位置や、油圧負荷や、エンジン2が停止するまでのエンジン出力の積算値やエンジン2の連続運転時間である。
クーリング処理では、ECM20は、尿素水ポンプ10を正回転に制御すると共にインジェクタ噴射孔7aを全閉状態に制御して、尿素水タンク6から吸引した尿素水の全量を、配管8,インジェクタ7及び配管9をこの順に流通させて尿素水タンク6へと戻す。これにより、尿素水をタンク6とインジェクタ7との間で循環させてこの尿素水によりインジェクタ7を冷却する。
クーリング処理は、例えば、エンジン停止直後に検出されたインジェクタ温度に応じて設定される期間、又はインジェクタ温度が所定温度以下に低下するまでの期間行われる。
クーリング処理は、例えば、エンジン停止直後に検出されたインジェクタ温度に応じて設定される期間、又はインジェクタ温度が所定温度以下に低下するまでの期間行われる。
(3)パージ処理
エンジン停止操作後、配管8やインジェクタ7に尿素水が残留しているとインジェクタ7の噴射孔7aの目詰まりや配管8の損傷を招くおそれがある。このため、ECM20は、キースイッチ33のオフ後(エンジン停止操作後)、さらに後処理として、残留した尿素水(以下、残留尿素水ともいう)をインジェクタ7や配管8から排出するパージ処理を行う。つまり、ECM20は、インジェクタ噴射孔7aを全閉状態とし且つ尿素水ポンプ10を逆回転させることにより、残留尿素水を尿素水タンク6に吸い戻すようにしている。
なお、配管9は、尿素水タンク6の上部のポート9aにおいて、尿素水タンク6内の尿素水液面よりも上方に接続されている。これにより、尿素水ポンプ10を逆回転させた場合には、ポート9aから前記の尿素水液面よりも上方の空気を吸い込んで、インジェクタ7,配管8及び尿素水タンク6の順に流れる逆流状態を発生させて、配管8やインジェクタ噴射孔7aの残留尿素水を尿素水タンク6に回収することができる。
エンジン停止操作後、配管8やインジェクタ7に尿素水が残留しているとインジェクタ7の噴射孔7aの目詰まりや配管8の損傷を招くおそれがある。このため、ECM20は、キースイッチ33のオフ後(エンジン停止操作後)、さらに後処理として、残留した尿素水(以下、残留尿素水ともいう)をインジェクタ7や配管8から排出するパージ処理を行う。つまり、ECM20は、インジェクタ噴射孔7aを全閉状態とし且つ尿素水ポンプ10を逆回転させることにより、残留尿素水を尿素水タンク6に吸い戻すようにしている。
なお、配管9は、尿素水タンク6の上部のポート9aにおいて、尿素水タンク6内の尿素水液面よりも上方に接続されている。これにより、尿素水ポンプ10を逆回転させた場合には、ポート9aから前記の尿素水液面よりも上方の空気を吸い込んで、インジェクタ7,配管8及び尿素水タンク6の順に流れる逆流状態を発生させて、配管8やインジェクタ噴射孔7aの残留尿素水を尿素水タンク6に回収することができる。
本発明の一実施形態としての排気浄化装置の後処理装置5Aは、このようなインジェクタ噴射孔7aの開度を調整する機構を有する排気浄化装置1の後処理を行うもので、尿素水ポンプ10及びECM20等の電気機器を備えて構成されている。
後処理装置5Aの電力供給回路を、図2を参照して説明する。
後処理装置5Aを構成するECM20や尿素水ポンプ10等の電気機器は、ECMや尿素水ポンプが主電源回路に設けられる従来一般の回路と同様に、作業機機械が装備する他の電気機器と共に、主電源回路30から電力が供給される。
主電源回路30は、主電源である大容量のバッテリ(通常電源)31,ディスコネクトスイッチ(断路器)32,キースイッチ33及びメインリレー34を備えて構成されている。
後処理装置5Aを構成するECM20や尿素水ポンプ10等の電気機器は、ECMや尿素水ポンプが主電源回路に設けられる従来一般の回路と同様に、作業機機械が装備する他の電気機器と共に、主電源回路30から電力が供給される。
主電源回路30は、主電源である大容量のバッテリ(通常電源)31,ディスコネクトスイッチ(断路器)32,キースイッチ33及びメインリレー34を備えて構成されている。
ディスコネクトスイッチ32は、建設機械を休止するとき、建設機械のメンテナンス作業を行うとき、負荷(車載の電気機器)を無電圧にするとき、負荷の待機電流を抑制するときなどに使用されるものである。
メインリレー34は、リレーコイル34cの励磁・非励磁によって、一対の接点34a,34bが連動して開閉(オンオフ)するノーマルオープン型の二連スイッチである。接点34aは、上記の他の電気機器に電力を供給するラインに介装され、接点34bは、後述の補助リレー(補助遮断スイッチ)42のリレーコイル42cに電力を供給するラインに介装されている。
ディスコネクトスイッチ32が図2に二点鎖線で示すように電気的接続状態にされ(オンされ)且つキースイッチ33がオンされた状態では、メインリレー34のリレーコイル34cが励磁されて、接点34a,34bが共にオン状態となる。
これにより、接点34aを介して上記の他の電気機器に電力が供給される。加えて、接点34bを介してリレーコイル42cに電力が供給されてリレーコイル42cが励磁される結果、補助リレー42を介して、バッテリ31からECM20や尿素水ポンプ10にも電力が供給される。
一方、パージ処理中に誤って、ディスコネクトスイッチ32が図2に実線で示すような電気的切断状態にされると(オフされると)、メインリレー34のリレーコイル34cにはバッテリ31から電力が供給されず、リレーコイル34cひいてはリレーコイル42cが非励磁となるので、ECMや尿素水ポンプが主電源回路に設けられる従来一般の回路と同様に、バッテリ31からはECM20や尿素水ポンプ10に電力が供給されないようになる。そこで、このようにバッテリ31からの電力が供給されない状態でも後処理を実行できるように、本発明の後処理装置5Aは補助電源回路40を備えることを大きな特徴としている。
これにより、接点34aを介して上記の他の電気機器に電力が供給される。加えて、接点34bを介してリレーコイル42cに電力が供給されてリレーコイル42cが励磁される結果、補助リレー42を介して、バッテリ31からECM20や尿素水ポンプ10にも電力が供給される。
一方、パージ処理中に誤って、ディスコネクトスイッチ32が図2に実線で示すような電気的切断状態にされると(オフされると)、メインリレー34のリレーコイル34cにはバッテリ31から電力が供給されず、リレーコイル34cひいてはリレーコイル42cが非励磁となるので、ECMや尿素水ポンプが主電源回路に設けられる従来一般の回路と同様に、バッテリ31からはECM20や尿素水ポンプ10に電力が供給されないようになる。そこで、このようにバッテリ31からの電力が供給されない状態でも後処理を実行できるように、本発明の後処理装置5Aは補助電源回路40を備えることを大きな特徴としている。
補助電源回路40は、クーリング処理及びパージ処理を完了するのに十分な容量を有する補助電源41と、補助リレー(補助遮断スイッチ)42とを備えて構成される。
補助電源41は、蓄電可能な電源であり、例えばキャパシタや二次電池である。補助電源41は、バッテリ31と、ECM20や尿素水ポンプ10との間の電気経路において、ECM20や尿素水ポンプ10に対して並列に接続されている。
補助リレー42は、リレーコイル42cの励磁・非励磁によって、一対の接点42a,42bが連動して開閉(オンオフ)するノーマルオープン型の二連スイッチであり、バッテリ31と補助電源41との間の電気経路に設けられている。接点42a,42bは、バッテリ31のプラス側及びマイナス側にそれぞれ電気的に接続されている。
補助電源41は、蓄電可能な電源であり、例えばキャパシタや二次電池である。補助電源41は、バッテリ31と、ECM20や尿素水ポンプ10との間の電気経路において、ECM20や尿素水ポンプ10に対して並列に接続されている。
補助リレー42は、リレーコイル42cの励磁・非励磁によって、一対の接点42a,42bが連動して開閉(オンオフ)するノーマルオープン型の二連スイッチであり、バッテリ31と補助電源41との間の電気経路に設けられている。接点42a,42bは、バッテリ31のプラス側及びマイナス側にそれぞれ電気的に接続されている。
ディスコネクトスイッチ32が二点鎖線で示すようにオン状態(接続状態)の場合、且つ、キースイッチ33がオンされてメインリレー34がオン状態の場合は、上述したように接点42bに対面して設けられたリレーコイル42cにバッテリ31から電力が供給される。
これにより、リレーコイル42cが励磁されて、接点42a,42bは共に二点鎖線で示すようにオン状態となる。この結果、補助電源41が、ECM20及び尿素水ポンプ10と共にバッテリ31と電気的に接続された状態となる。したがって、補助電源41は、バッテリ31からECM20や尿素水ポンプ10へ供給される電力の一部を蓄電する。
これにより、リレーコイル42cが励磁されて、接点42a,42bは共に二点鎖線で示すようにオン状態となる。この結果、補助電源41が、ECM20及び尿素水ポンプ10と共にバッテリ31と電気的に接続された状態となる。したがって、補助電源41は、バッテリ31からECM20や尿素水ポンプ10へ供給される電力の一部を蓄電する。
一方、ディスコネクトスイッチ32が実線で示すようにオフ状態の場合、キースイッチ33がオフされてメインリレー34がオフ状態の場合、又は、ディスコネクトスイッチ32がオフ状態且つキースイッチ33がオフされてメインリレー34がオフ状態の場合(すなわち、ディスコネクトスイッチ32及びキースイッチ33の少なくとも一方がオフ状態の場合)、リレーコイル42cには電力が供給されない。これにより、リレーコイル42cは非励磁とされて、接点42a,42bは、例えばリターンスプリングの付勢により共に実線で示すようにオフ状態となる。この結果、補助電源41は、ECM20及び尿素水ポンプ10とは電気的に接続された状態で、バッテリ31と電気的に切断された状態となり、補助電源41は、蓄電した電力をECM20や尿素水ポンプ10へ供給するようになる。
[3.作用・効果]
キースイッチ33がオンされたエンジン作動中は、インジェクタ7から排気管3内に尿素水が噴射され、排気中の窒素酸化物が窒素に還元されて排気が浄化される。
キースイッチ33がオフされてエンジン2が停止されると、後処理装置5Aによって排気浄化装5の後処理が行われる。具体的には、キースイッチ33がオフされてエンジン2が停止されたときに、インジェクタ7の冷却が必要と判断した場合には、ECM20はクーリング処理を行う。つまり、インジェクタ噴射孔7aを全閉状態とすると共に尿素水ポンプ10を正回転させることで、尿素水を循環させてインジェクタ7を冷却する。
キースイッチ33がオンされたエンジン作動中は、インジェクタ7から排気管3内に尿素水が噴射され、排気中の窒素酸化物が窒素に還元されて排気が浄化される。
キースイッチ33がオフされてエンジン2が停止されると、後処理装置5Aによって排気浄化装5の後処理が行われる。具体的には、キースイッチ33がオフされてエンジン2が停止されたときに、インジェクタ7の冷却が必要と判断した場合には、ECM20はクーリング処理を行う。つまり、インジェクタ噴射孔7aを全閉状態とすると共に尿素水ポンプ10を正回転させることで、尿素水を循環させてインジェクタ7を冷却する。
ECM20は、クーリング処理が完了すると、或いは、エンジン2が停止されたときにインジェクタ7の冷却は不要と判断するとクーリング処理を行うことなく、パージ処理を行う。つまり、ECM20は、後処理装置5Aをパージモードとしてパージ処理を行う。つまり、インジェクタ噴射孔7aを全閉状態とすると共に、尿素水ポンプ10を逆回転させることで、インジェクタ7や配管8等の残留尿素水を尿素水タンク6へと吸い戻す。
正常な電力供給状態、すなわち、キースイッチ33及びディスコネクトスイッチ32の両方がオンとされて補助リレー42がオンとなる場合には、ECM20や尿素水ポンプ10のように後処理(クーリング処理やパージ処理)に作動が必要なECM20や尿素水ポンプ10等の電気機器には、主電源回路30から電力が供給されるとともに、補助電源41には、主電源回路30から供給される電力が蓄電される。
一方、この後処理中に、誤ってディスコネクトスイッチ32がオフされてしまったことにより、主電源回路30からECM20や尿素水ポンプ10等への電力供給が絶たれてしまった場合には、ディスコネクトスイッチ32のオフと連動して補助リレー42がオフして、補助電源41が主電源回路30から電気的に切断される。これにより、補助電源41に蓄電された電力が、ECM20や尿素水ポンプ10等に供給されるようになる。
したがって、本発明の一実施形態としての後処理装置5Aによれば、ディスコネクトスイッチ32の誤操作によりバッテリ31からの電力供給が絶たれても補助電源41に蓄電された電力が、ECM20や尿素水ポンプ10等に供給されるようになるので、後処理(パージ処理及びクーリング処理)を行うことができるという利点がある。
[4.その他]
(1)上記実施形態では、インジェクタ7の尿素水の噴射量を、インジェクタ開口7aの開度調整により制御するようにしたが、インジェクタ開口7aの開度調整に替えて(又はインジェクタ開口7aの開度調整と併せて)他の手法により、尿素水の噴射量を制御しても良い。例えば、尿素水ポンプ10の出力制御により尿素水の噴射量を制御しても良いし、噴射量を調整するための流量調整弁を配管8又は配管9に設けても良い。
(1)上記実施形態では、インジェクタ7の尿素水の噴射量を、インジェクタ開口7aの開度調整により制御するようにしたが、インジェクタ開口7aの開度調整に替えて(又はインジェクタ開口7aの開度調整と併せて)他の手法により、尿素水の噴射量を制御しても良い。例えば、尿素水ポンプ10の出力制御により尿素水の噴射量を制御しても良いし、噴射量を調整するための流量調整弁を配管8又は配管9に設けても良い。
(2)上記実施形態では、排気浄化装置の後処理装置は、パージ処理とクーリング処理との二つの後処理を行うようにしたが、パージ処理とクーリング処理との何れか一方の後処理だけを行うものであっても良い。
(3)上記実施形態では、クーリング処理におけるインジェクタの冷却媒体に、還元剤である尿素水を兼用させたが、インジェクタの冷却媒体には、尿素水に替えて専用の冷却媒体を使用しても良い。
(4)上記実施形態では、本発明の内燃機関の後処理装置を、パージ処理やクーリング処理を行う後処理装置としたが、SCR触媒4の再生燃焼を行う後処理装置や、ターボチャージャのベアリング保護のための後処理装置にも適用できる。
本発明の内燃機関の後処理装置を、ターボチャージャのベアリング保護のための後処理に適用する場合について具体的に説明する。ターボチャージャのタービン軸受は、フローティングメタル式の軸受であり、エンジンオイルによって潤滑されている。エンジンオイルはオイルポンプにより軸受に供給される。
エンジン停止操作後に直ぐにエンジンオイルを停止してしまうと、高温状態のタービン軸と軸受とが接触し焼き付きに至るおそれや、高温の軸受の周辺に滞留したエンジンオイルにスラッジが発生してエンジンオイルの循環ラインが塞がれてしまいタービン軸や軸受が焼き付きに至るおそれがある。このため、エンジン停止操作後の後処理として、オイルポンプにより潤滑油をタービン軸受に供給する必要がある。
エンジン停止操作後に直ぐにエンジンオイルを停止してしまうと、高温状態のタービン軸と軸受とが接触し焼き付きに至るおそれや、高温の軸受の周辺に滞留したエンジンオイルにスラッジが発生してエンジンオイルの循環ラインが塞がれてしまいタービン軸や軸受が焼き付きに至るおそれがある。このため、エンジン停止操作後の後処理として、オイルポンプにより潤滑油をタービン軸受に供給する必要がある。
そこで、後処理中に、誤ってディスコネクトスイッチ32がオフされて主電源回路30からの電力供給が絶たれてしまった場合でも、以下のようにしてオイルポンプを作動させることで、潤滑油を供給して(後処理を正常に行って)タービン軸や軸受の焼き付きを防止することができる。
つまり、オイルポンプがエンジン駆動式のポンプであれば、補助電源41からECM20に電力を供給して、ECM20の制御によりエンジンを作動させてオイルポンプをエンジン駆動し、オイルポンプが電動式のポンプであれば、補助電源41からオイルポンプに電力を供給してオイルポンプを作動させる。
つまり、オイルポンプがエンジン駆動式のポンプであれば、補助電源41からECM20に電力を供給して、ECM20の制御によりエンジンを作動させてオイルポンプをエンジン駆動し、オイルポンプが電動式のポンプであれば、補助電源41からオイルポンプに電力を供給してオイルポンプを作動させる。
(5)上記実施形態では、本発明の後処理装置を、作業機械が搭載した排気浄化装置に適用した例を説明したが、本発明の後処理装置は、作業機械の排気浄化装置への適用に限定されない。つまり、ディスコネクトスイッチの切断後に、後処理を必要とするものであれば、種々の用途の内燃機関の付属装置に広く適用することができる。例えば、電池モジュールを遮断するディスコネクトスイッチを有するハイブリッド自動車が搭載した排気浄化装置にも使用することができる。
1 排気浄化装置(内燃機関の付属装置)
2 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3 排気管
4 SCR触媒(選択還元触媒)
5 尿素水供給装置
5A 排気浄化装置の後処理装置
6 尿素水タンク
7 インジェクタ
7a インジェクタ7の噴射孔
7b インジェクタ7の切替機構
8,9 尿素水供給装置5とインジェクタ6とを繋ぐ配管
10 尿素水ポンプ(電気機器)
20 電子制御モジュール(ECM,電気機器)
30 主電源回路
31 バッテリ(通常電源)
32 ディスコネクトスイッチ(断路器)
33 キースイッチ
34 メインリレー
40 補助電源回路
41 補助電源
42 補助リレー(補助遮断スイッチ)
42c リレーコイル
42a,42b 補助リレー42を構成する一対の接点
2 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3 排気管
4 SCR触媒(選択還元触媒)
5 尿素水供給装置
5A 排気浄化装置の後処理装置
6 尿素水タンク
7 インジェクタ
7a インジェクタ7の噴射孔
7b インジェクタ7の切替機構
8,9 尿素水供給装置5とインジェクタ6とを繋ぐ配管
10 尿素水ポンプ(電気機器)
20 電子制御モジュール(ECM,電気機器)
30 主電源回路
31 バッテリ(通常電源)
32 ディスコネクトスイッチ(断路器)
33 キースイッチ
34 メインリレー
40 補助電源回路
41 補助電源
42 補助リレー(補助遮断スイッチ)
42c リレーコイル
42a,42b 補助リレー42を構成する一対の接点
Claims (7)
- 内燃機関の停止操作後に前記内燃機関の付属装置の後処理を行う、後処理装置であって、
前記後処理を行なうために作動し、断路器及びキースイッチの両方が接続状態のときには、通常電源から電力が供給される一方、前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が切断状態のときには、前記通常電源からの電力の供給が絶たれる、電気機器と、
前記通常電源に対して、前記電気機器と並列に接続され、前記断路器及び前記キースイッチの両方が前記接続状態のときには、前記通常電源から供給された電力を蓄電する一方、前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が前記切断状態のときには、前記の蓄電した電力を前記電気機器に供給する補助電源とを備えて構成された
ことを特徴とする、後処理装置。 - 前記補助電源は、前記通常電源と前記電気機器との間の電気経路に設けられ、
前記断路器及び前記キースイッチの少なくとも一方が前記切断状態とされて前記通常電源から前記電力の供給が絶たれると、前記補助電源と前記通常電源との間を電気的に遮断する補助遮断スイッチが備えられた
ことを特徴とする、請求項1に記載の後処理装置。 - 前記付属装置が排気浄化装置である
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の後処理装置。 - 前記排気浄化装置は、内燃機関の運転中に還元剤供給系統から排気浄化用の還元剤を排気通路に供給する
ことを特徴とする、請求項3に記載の後処理装置。 - 前記後処理は、前記還元剤を前記還元剤供給系統から除去するパージ処理を少なくとも含む
ことを特徴とする、請求項4に記載の後処理装置。 - 前記還元剤供給系統は、少なくとも先端の噴射口を前記排気通路に臨ませて、前記噴射口から前記排気通路に前記還元剤を噴射するインジェクタを備え、
前記後処理は、前記インジェクタを冷却するクーリング処理を少なくとも含む
ことを特徴とする、請求項4又は5記載の後処理装置。 - 前記クーリング処理は、前記還元剤を前記還元剤供給系統に循環させて前記インジェクタを冷却する処理である
ことを特徴とする、請求項6記載の後処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015191579A JP2017066932A (ja) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 後処理装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021090845A1 (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | 株式会社タダノ | 作業機械の電源回路 |
-
2015
- 2015-09-29 JP JP2015191579A patent/JP2017066932A/ja active Pending
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WO2021090845A1 (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | 株式会社タダノ | 作業機械の電源回路 |
JPWO2021090845A1 (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | ||
EP4057462A4 (en) * | 2019-11-05 | 2024-02-07 | Tadano Ltd. | POWER SUPPLY CIRCUIT FOR WORK MACHINE |
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