JP5287020B2 - 作業機械のセンサ取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルやクレーンなどの作業機械のセンサ取付構造に関する。

この種の作業機械に搭載されているディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する装置として、ＤＰＦ（Ｄｉｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ Ｆｉｌｔｅｒ）が知られている（例えば、特許文献１）。

このＤＰＦを内蔵したマフラー（ＤＰＦマフラー）は、そのＤＰＦで排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕捉しているため、そのフィルターが目詰まりを起こすと適正に排気できなくなってディーゼルエンジンにトラブルを招くおそれがある。

そこで、ＤＰＦマフラーの排気ガス流入側のポート（上流ポート）に、差圧センサ等に連なるホースを取り付け、上流ポートにおける圧力をホース内の空気や排気ガス（内部ガス）を介して差圧センサで計測し、定期的にＤＰＦマフラーの入り側の圧力変化を比較することによってフィルターの目詰まりの発生を事前に検出することが試みられている。
特開２００８−１５６８３５号公報

ところで運転時には、排気ガスの温度は数１００℃にも達するため、停止時の温度（常温）との間で大きな温度差が発生する。その結果、内部ガスが膨張、収縮するため、停止時にホース内に結露水が発生したり、塵埃が侵入したりするおそれがある。

一方、差圧センサは様々なタイプがあるが、一般に水分や塵埃が侵入するとその機能が損なわれるおそれがあり、また、ホースが詰まると圧力が正確に計測できなくなるため、このような環境下では、その取り付け位置やホースの取り付け状態等に厳しい条件が求められる場合が多い。

例えば、センサの取り付け位置については、水分の侵入を避けるために、測定部位よりも鉛直方向の上側に取り付けることが要求され、また、ホースの取り付け状態も液溜まりが確実に生じないように取り付けることが要求されるのである。

しかし、この種の作業機械の場合、トラック等の車両とは異なり、ＤＰＦマフラーは本体上部の比較的高い位置に配設されているため、差圧センサをこれよりも高い位置に取り付けることは難しい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、必ずしもＤＰＦマフラーより高い位置に取り付ける必要もなく、比較的自由に差圧センサを取り付けることができるセンサ取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、排気ガス浄化装置（例えばＤＲＦマフラーなど）とセンサ（例えば差圧センサなど）とに連通する管状の接続体（例えばホースやチューブ、金属管など）の下端部をセンサよりも下側に位置させた上で、この下端部に結露水を貯留して気体の通路を確保する結露水貯留構造を設けた。

具体的には、フィルターを内蔵した排気ガス浄化装置と、この排気ガス浄化装置と管状の接続体を介して連通し、上記排気ガス浄化装置の上流側の圧力を検出するセンサと、を備えた作業機械のセンサ取付構造であって、上記接続体の中間部分が下方に垂れるように設けられ、その下端部は鉛直方向において少なくとも上記センサよりも下側に位置しており、この下端部に、結露水を貯留して気体の通路を確保する結露水貯留構造が設けられている構成とする。

この構成によれば、まず、管状の接続体の下端部は、鉛直方向において少なくともセンサよりも下側に位置している。従って、接続体内で発生する結露水や接続体内に侵入した塵埃はその下端部に集まるため、センサに結露水や塵埃が入り込むのを効果的に阻止できる。

そして、その下端部には、結露水を貯留して気体の通路を確保する結露水貯留構造が設けられているので、結露水が集まってきても接続体が結露水で塞がれることがなく、センサは結露水によって邪魔されずに排気ガス浄化装置の上流側の圧力を正確に検出することができる。侵入した塵埃も結露水とともに結露水貯留構造に貯留されるため、圧力の検出を妨げずに済む。

従って、センサを取り付けるときには、例えば、排気ガス浄化装置よりも下側にセンサを取り付けても結露水等の影響が及ぶことがないため、高さを気にせず取り付けることができ、比較的自由に取り付け場所を選ぶことができる。

具体的には、上記接続体は、上記排気ガス浄化装置と上記結露水貯留構造との間に設けられる第１接続体と、上記結露水貯留構造と上記センサとの間に設けられる第２接続体とで構成されていて、上記結露水貯留構造が、上記第１接続体と上記第２接続体との間に垂設され、これらに連通するとともに下端の閉じられた第３接続体で構成されているものとすることができる。

この場合、接続体の下端部の両側がそれぞれ別体の第１接続体及び第２接続体で構成されているため、接続体の下端部が明確になり、簡単な作業で接続体を適正な状態に取り付けることができる。従って、予期せぬ場所に液溜まりが形成されたり、下端部の位置がずれたりするのを防ぐことができる。

そして、結露水貯留構造が、第１接続体と第２接続体との間に垂設された第３接続体、つまり管状の部材で構成されているので、簡単に設置でき、製造コストや生産性に優れる。

また、上記接続体は、上記排気ガス浄化装置と上記結露水貯留構造との間に設けられる第１接続体と、上記結露水貯留構造と上記センサとの間に設けられる第２接続体とで構成されていて、上記結露水貯留構造が、上記第１接続体と上記第２接続体とに接続された中空の密閉容器で構成されているものとしてあってもよい。

この場合、結露水貯留構造が容器で構成されているので、比較的多量の結露水や塵埃を貯留することができるため、確実に気体の通路を確保することができる。結露水であれば、いったん溜まっても時間が経てば蒸発してその量は減少するが、塵埃量は取り除かない限り増える一方なので、特に塵埃が多く混入するような環境において有効である。

また、このセンサ取付構造は、上記作業機械が水平面に置かれた状態において、上記センサと上記接続体との接続点と、上記結露水貯留構造と上記接続体との接続点とを結ぶ仮想線を設けた場合に、この仮想線と水平面との間の角度（劣角）を４０°以上に設定しておくのが効果的である。

この種の作業機械の場合、トラック等の車両と異なり、急斜面で停車する場合があるため、場合によっては接続体の下端部がセンサよりも上側に位置する場合も発生し得る。従って、上記のような設定にしておけば、高い精度で接続体とセンサとの位置関係を確保することができ、信頼性が向上する。

更に、上記センサを上記作業機械の外部カバーの内側に配設しておけば、結露水だけでなく、雨水等の外部からのセンサへの水の侵入も効果的に阻止することができるし、センサへの塵埃の侵入も効果的に阻止できる。

以上説明したように、本発明によれば、高さを気にせず比較的自由にセンサを取り付けることができるようになる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
（第１実施形態）
図１に本発明のセンサ取付構造の第１実施形態を示す。図１は、水平な地面に置かれた状態の油圧ショベル（作業機械）の要部を模式的に表している。図中、符号１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジン１ともいう）であり、このエンジン１に一端が接続され、略水平方向に延びる排気配管２の他端にＤＰＦマフラー３（排気ガス浄化装置）が接続されている。尚、図１においてその上側が鉛直方向上側に相当し、特に言及しない限り、上下等の方向はこの方向に従うものとする。

ＤＰＦマフラー３は、その内部にフィルター（ＤＰＦ）を備えていて、このフィルターでエンジン１から排出される排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕捉し、浄化した排気ガスをその下流側に排出するように構成されている。

従って、使用期間が長くなるとフィルターの目が詰まって排気ガスを適正に排出できなくなるため、そうなる前にフィルターの初期化処理が行われるが、そのフィルターの目詰まりの状態を検出するために、詳しくは後述する差圧センサ（センサ）７が設けられている。

ＤＰＦマフラー３の上流側の部位、詳しくは排気配管２に接続される部位（上流ポート３ａともいう）には、上流ポート３ａの内部に連通する細管状の圧力抽出管４が、上方に突き出るように一体に取り付けられている。尚、このように上方に突き出るように取り付けたのは、排気配管２側から圧力抽出管４側に塵埃等が侵入するのを防ぐためである。

そして、この圧力抽出管４の上端に可撓性を有する第１ホースＳ１（接続体）の一端が接続されている。

この第１ホースＳ１は、比較的長く形成されていて、運転時には高温になるＤＰＦマフラー３や上流ポート３ａから離れた部位にまでとどくように構成されている。そして、この第１ホースＳ１の他端は、３方向に分岐したコネクタ５の一方の端部に接続されている。

このコネクタ５の残り２つの端部には、比較的短寸の第３ホースＳ３（結露水貯留構造）と、第２ホースＳ２とが接続されていて、第３ホースＳ３が第１ホースＳ１と第２ホースＳ２との間で下方に垂れる、つまり第１ホースＳ１及び第２ホースＳ２よりも下側に位置するように配設されている。その第３ホースＳ３の下端部には、その開口を塞ぐ着脱可能なプラグ６が取り付けられている。一方、第２ホースＳ２の他端は、差圧センサ７の圧力検出ポート７ａに接続されている。

この差圧センサ７は、圧力検出ポート７ａに接続されたホース内の流体の圧力変動を検出するように構成されていて、本実施形態では、上流ポート３ａの内部と連通している第１ホースＳ１及び第２ホースＳ２内の空気や排気ガス（内部ガス）の圧力変動を検出することでＤＰＦマフラー３の上流側の圧力、つまりフィルターの一次側の圧力を検出するようになっている。

尚、差圧センサ７には、大気下に連通する大気圧検出ポート７ｂが備えられていて、この大気圧検出ポート７ｂで検出される大気圧と圧力検出ポート７ａで検出される圧力とを比較することにより、ＤＰＦマフラー３の上流側の圧力が精度高く検出できるようになっている。

通常、この差圧センサ７の圧力検出ポート７ａに水分や塵埃が侵入すると、損傷等のトラブルを招くおそれがあり、また、接続するホース（本実施形態では第１ホースＳ１及び第２ホースＳ２、単にホースＳともいう）の途中に液溜まりが生じると、圧力の測定値が不安定になったり、測定ができなくなるなど、圧力の検出に影響が生じるため、設置条件に比較的厳しい制限が要求されている。

例えば、圧力検出ポート７ａに結露水などが侵入しないように、差圧センサ７は検出部位（本実施形態では上流ポート３ａ）よりも高い位置に取り付けることや、接続するホースＳが途中で弛んだりして液溜まり部位が確実に生じないようにすることなどが求められる。

しかしながら、油圧ショベルなどの作業機械の場合、ＤＰＦマフラー３は通常、機械本体の比較的上部に取り付けられているため、これよりも上側に差圧センサ７ーを取り付けることは困難である。仮に取り付けたとしても、そのために別途確りとした支持部材を設け、雨水や塵埃を防ぐカバー等も設ける必要があるため、装備が複雑化するし、作業にも邪魔になる。

そこで、本発明では、そのような差圧センサ７をＤＰＦマフラー３の上側に設けず、つまり、側方や下側等に配設できるように工夫されている。

すなわち、ＤＰＦマフラー３と差圧センサ７との間を接続するホースＳの下端部（本実施形態ではコネクタ５の部分）が、差圧センサ７（詳しくはその圧力検出ポート７ａ）よりも下側に位置するようにした上で、そこに溜まる結露水を貯留しつつ、気体の通路が確保できるようにした。

詳しくは、コネクタ５は鉛直方向において差圧センサ７よりも下方に位置しており、このコネクタ５に接続された第１ホースＳ１は、そこから上方に延びて、圧力抽出管４に接続されている。第２ホースＳ２も、同様にコネクタ５から上方に延びて差圧センサ７の圧力検出ポート７ａに接続されている。

つまり、一連に連なった第１ホースＳ１及び第２ホースＳ２（ホースＳ）は、その中間部分で一箇所だけ下方に垂れ下がったような状態、側面視では略Ｖ字形状となっている。本実施形態では、接続するホースＳを第１ホースＳ１と第２ホースＳ２とで構成したことで、その下端部が明確になり、各ホースＳ１，Ｓ２を適切に配設し易くなるため、第１ホースＳ１も第２ホースＳ２も余計な弛みが生じ難くなる。従って、その途中にホースＳが下側に略Ｕ字状に垂れて液溜まり部位が形成されるのを効果的に阻止できる。

特に、差圧センサ７の取り付け位置とホースＳの下端部の取り付け位置とは、所定の位置関係に設定しておくのが好ましい。

すなわち、差圧センサ７と第２ホースＳ２との接続点と、第３ホースＳ３とホースＳとの接続点、具体的には、圧力検出ポート７ａの先端とコネクタ５の分岐点とを結ぶ仮想上の仮想線Ｌを引いた場合に、この仮想線Ｌと水平面Ｍ（図１では、圧力検出ポート７ａの先端を通る水平面として表す）との間の角度（劣角）θが４０°以上になるようにしておくのが好ましい。

この種の作業機械の場合、現場によっては傾斜角の大きい急斜面で停車する場合があるため、場合によってはホースＳの下端部が差圧センサ７よりも上側に位置する場合も発生し得る。従って、このような設定にしておけば、そのような意図せぬ逆転現象を確実性をもって阻止できるため、高い精度でこれらの適正な位置関係を確保することができ、信頼性が向上して使用者は安心して使用することができる。尚、４０°の角度はこの種の作業機械が使用できる傾斜角に基づいて選定したものである。

更により確実なものとするには、ホースＳの下端部が差圧センサ７の略下方に位置するように配設すればよい。そうすれば、位置関係が逆転するようなことは生じないし、差圧センサ７とコネクタ５との間を繋ぐ第２ホースＳ２が更に真っ直ぐに延びて、液溜まりの発生や差圧センサ７への結露水の浸入等をより確実に防止することができる。

次に、このセンサ取付構造の作用について説明する。

運転時には、ＤＰＦマフラー３の上流側の排気ガスの圧力は、内蔵されたフィルターの影響によって下流側の圧力よりも上昇する。ホースＳは、このＤＰＦマフラー３の上流側に連通していて、その内部には内部ガスが存在しているため、この内部ガスを介して差圧センサ７はＤＰＦマフラー３の上流側の圧力を検出する。そして、図外の制御装置にそのデータ信号が送信され、ＤＰＦマフラー３の目詰まりの状態が判断されるようになっている。

また、運転時には、高温の排気ガスの影響で第１ホースＳ１等の温度は比較的高温になるため、停止して常温に戻るとその温度差によって膨張していた内部ガスが収縮し、ホースＳ内に結露水が発生したり、塵埃が侵入したりするおそれがある。

しかし、ホースＳ内で発生する結露水や、侵入した塵埃はその下端部のコネクタ５に向かって流れ落ちるため、差圧センサ７に侵入するのを阻止できる。そして、流れ落ちた結露水等は第３ホースＳ３内に溜まるため、第１ホースＳ１と第２ホースＳ２との間が詰ることもなく、確実に内部ガスが流れる通路を確保することができる。

その際、結露水は通常、多量には発生しないし、発生して溜まったとしても、時間の経過とともに蒸発して減少していくことから、第３ホースＳ３を適当な所定長さにしておけば、特に処理する必要もなしに機能させることができる。また、必要に応じてプラグ６を取り外せば第３ホースＳ３から結露水や塵埃を取り除くこともできる。

（第２実施形態）
図２は、本発明のセンサ取付構造の第２実施形態を示している。尚、第２実施形態の基本的な構成は、第１実施形態と同様であるため、異なる構成について説明することとし、同じ部材についてはその符号を付して説明は省略する。

この実施形態では、第１実施形態のコネクタ５や第３ホースＳ３に代えて、小型のタンク８（結露水貯留構造）を取り付けた。

すなわち、このタンク８は中空の密閉容器からなり、その上端面には内部に連通する２つの連通管８ａ，８ａが一体に設けられている。この一方の連通管８ａに第１ホースＳ１が接続されていて、他方の連通管８ａに第２ホースＳ２が接続されている。

この構成によれば、比較的多量の結露水であっても支障なく貯留することができるため、確実に気体の通路を確保することができる。塵埃は取り除かない限り増える一方なので、特に塵埃が多く混入するような環境において有効である。尚、タンク８には、蓋部材で開閉可能な開口が形成されていて（図示せず）、そこから溜まった塵埃等を取り除けるようになっている。

このように、本発明のセンサ取付構造によれば、結露水の発生や、塵埃の侵入を気にしなくてよくなるため、取り付け位置に制限されず差圧センサ７を比較的自由に配設することができる。従って、設計の自由度が拡がり、取り扱いが容易になるなど、様々な利点を得ることができる。

（実施例）
図３に、油圧ショベルカーに第１実施形態の構成を適用した場合の実施例を示す。図３は、外部カバー１１で覆われた機械本体１０の内部をその側方から見た構造を表している。尚、図１と同様、図３における矢印上側が鉛直方向上側に相当している。

図３中、符号３はＤＰＦマフラーを示すように、第１実施形態と同じ部材については同じ符号が付してある。符号１２は差圧センサ７の電気配線であり、第１ホースＳ１とともに取付部材１３で機械本体１０のフレーム１０ａにボルトで締結固定されている。同様に第３ホースＳ３も取付部材１３でフレーム１０ａにボルトで締結固定されている。フレーム１０ａは、機械本体１０に確りと支持されていて、外部カバー１１の内側に位置している。

この実施例では、差圧センサ７を、ＤＰＦマフラー３の略側方位置において、フレーム１０ａの側面に取り付けた。このように、差圧センサ７はその取り付け位置を比較的自由に選択して取り付けることができるため、雨水や塵埃を効率よく避けて振動の少ない安定した場所に取り付けることができ、差圧センサ７の性能をより安定して発揮させることができる。

以上説明したように、本発明のセンサ取付構造によれば、簡単な構造でありながら、圧力測定に悪影響のあるホースＳの詰まりや、性能を損なうおそれのある水分や塵埃の差圧センサ７への侵入を効果的に阻止することができ、高さ等、その取り付け位置を気にする必要もなくなって比較的自由にセンサを取り付けることができるようになる。

なお、本発明にかかるセンサ取付構造は、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、図４は、結露水貯留構造の別実施形態を示している。ここでは、結露水貯留構造として、ホースＳ（接続体）の下端部に他の部位よりもひとまわり大径な大径部位１５を形成した。

具体的には、ひとまわり大径のホースを途中に繋げたり、一部だけ大径に形成したホースを利用すればよい。この場合であっても、その大径部位の下側に結露水を貯留して、その上側に内部ガスの通路を確保することができる。

第１実施形態を説明するための模式図である。 第２実施形態を説明するための模式図である。 実施例を示す側面図である。 結露水貯留構造の別実施形態を示す概念図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ 排気配管
３ ＤＰＦマフラー（排気ガス浄化装置）
４ 圧力抽出管
５ コネクタ
６ プラグ
７ 差圧センサ
７ａ 圧力検出ポート
８ タンク（結露水貯留構造）
１０ 機械本体
１０ａ フレーム
１１ 外部カバー
１５ 大径部位（結露水貯留構造）
Ｌ 仮想線
Ｍ 水平面
Ｓ１ 第１ホース
Ｓ２ 第２ホース
Ｓ３ 第３ホース（結露水貯留構造）

Claims (4)

1. フィルターを内蔵した排気ガス浄化装置と、この排気ガス浄化装置と管状の接続体を介して連通し、上記排気ガス浄化装置の上流側の圧力を検出するセンサと、を備えた作業機械のセンサ取付構造であって、
   上記接続体の中間部分が下方に垂れるように設けられ、その下端部は鉛直方向において少なくとも上記センサよりも下側に位置しており、この下端部に、結露水を貯留して気体の通路を確保する結露水貯留構造が設けられていて、
   上記センサが、上記作業機械の外部カバーの内側に配設されるとともに、上記排気ガス浄化装置の側方または下方に配設されていることを特徴とする作業機械のセンサ取付構造。
2. 請求項１に記載の作業機械のセンサ取付構造であって、
   上記接続体は、上記排気ガス浄化装置と上記結露水貯留構造との間に設けられる第１接続体と、上記結露水貯留構造と上記センサとの間に設けられる第２接続体とで構成されていて、
   上記結露水貯留構造が、上記第１接続体と上記第２接続体との間に垂設され、これらに連通するとともに下端の閉じられた第３接続体で構成されていることを特徴とする作業機械のセンサ取付構造。
3. 請求項１に記載の作業機械のセンサ取付構造であって、
   上記接続体は、上記排気ガス浄化装置と上記結露水貯留構造との間に設けられる第１接続体と、上記結露水貯留構造と上記センサとの間に設けられる第２接続体とで構成されていて、
   上記結露水貯留構造が、上記第１接続体と上記第２接続体とに接続された中空の密閉容器で構成されていることを特徴とする作業機械のセンサ取付構造。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の作業機械のセンサ取付構造であって、
   上記作業機械が水平面に置かれた状態において、上記センサと上記接続体との接続点と、上記結露水貯留構造と上記接続体との接続点とを結ぶ仮想線を設けた場合に、この仮想線と水平面との間の角度（劣角）が４０°以上に設定されていることを特徴とする作業機械のセンサ取付構造。

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