JP5910587B2 - 建設機械の燃料性状検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、エンジンに供給される燃料の適否判別のために燃料の性状を検出する燃料性状検出装置に関するものである。
油圧ショベル等の建設機械において、不適燃料の使用によるエンジンの故障や不良排ガスの発生等を防止するために、エンジンに供給される燃料の性状(動粘度や密度等の物理量または化学的性質)を検出する装置が公知である。
この公知技術として、特許文献１に示されているように、エンジンと燃料タンクとを結ぶ燃料供給ライン中に小形のサブタンクを設け、このサブタンクで燃料の流速を落とし、かつ、流量を安定させながら、サブタンクの底部に設置したセンサで燃料性状検出を行うサブタンク方式が公知である。
このサブタンク方式によると、燃料タンク内で燃料性状を検出する技術(たとえば特許文献２参照)と比較して、既存機械へのアドオンが可能で搭載性も良く、しかも燃料性状の検出の正確さと安定性を高めることができる。
特開２０１１−９４５４９号公報 特開２００８−２６１８１２号公報
特許文献１に記載された公知技術によると、燃料に含まれる水(燃料から分離した水を含む)がセンサに接触するため、検出精度が悪くなるという問題がある。
ここで、水は燃料(たとえば軽油)よりも比重が大きくてサブタンク底部に溜まり易いため、とくにタンク底部にセンサを設ける公知技術によると、検出精度が極端に悪化し、または燃料性状検出ができなくなる可能性があった。
なお、対策としてセンサをタンク底部以外の位置に設置することが考えられるが、溜まった水はサブタンク内での燃料の流動やこれに伴う攪拌作用によって同タンク内を移動し、センサと水の接触を回避することはできないため、根本的な解決策とはならない。
そこで本発明は、サブタンク方式を前提として、サブタンクの底部に溜まった、あるいは溜まろうとする水を、サブタンクから出る燃料の流れを利用して同タンク下流側に押し流して燃料性状検出を確実に高精度で行うことができる建設機械の燃料性状検出装置を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、エンジンと、このエンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、上記エンジンと燃料タンクとを結ぶ燃料供給ラインと、この燃料供給ライン中に設けられたサブタンクと、このサブタンクに上記燃料タンクからの燃料を導入する燃料導入管と、サブタンク内の燃料をエンジンに向けて排出する燃料排出管と、上記サブタンク内の燃料の動粘度等の物理量を検出するセンサとを具備し、上記サブタンク内の底部から燃料を排出するようにサブタンク底面に燃料出口を設け、上記燃料排出管を上記燃料出口に接続し、上記サブタンク底面の燃料出口を下部燃料出口、上記燃料排出管を下部燃料排出管として、サブタンクの最上部に上部燃料出口を設けるとともに、この上部燃料出口に上部燃料排出管を接続し、上記上部及び下部両燃料排出管を、上部燃料排出管の最も高い位置で合流管に合流接続し、上記サブタンク内の燃料をこの合流管により上記エンジンに向けて排出するように構成したものである。
この構成によれば、サブタンク内の底部から排出される燃料の流れのエネルギー(燃料ポンプの加圧による流動エネルギーと燃料の自重による落下エネルギー)により、サブタンク内の底部に溜まった、あるいは溜まろうとする水を下流側に押し流してタンク外に率良く排出することができる。
このため、サブタンク内の水による検出への影響を最小限に抑制することができる。
ところで、燃料よりも比重が大きい水はサブタンクの底部に溜まり易いのに対し、燃料中のエアはサブタンク内の最上部に溜まり易く、水分と同様に、燃料の流動と攪拌作用によってセンサと接触して燃料性状検出に悪影響を与える可能性がある。
この点、本発明によると、サブタンクの最上部に上部燃料出口を設けて上部燃料排出管を接続したから、サブタンク内の最上部に溜まったエアを燃料の流動エネルギーによって下流側に押し出すことができる。
このため、エアによる検出性能への悪影響を最小限に抑制することができる。
しかも、上部燃料排出管を、同排出管の最も高い位置で下部燃料排出管からの排出燃料と合流させる構成としたから、この合流エネルギーを利用してエアを合流管に流し出すことができる。
このため、上部燃料排出管内へのエアの滞留を防止して燃料の流れを良くし、エア排出性能、ひいては検出精度を高めることができる。
一方、請求項２の構成によると、サブタンク内の高さ方向の中間部、つまり、下部や上部と比較して水またはエアの分布が薄い位置でセンサの検出部と燃料を接触させるため、検出精度をより改善することができる。
本発明によると、サブタンク方式を前提として、サブタンクの底部に溜まった水分を、サブタンクから出る燃料の流れを利用して同タンク下流側に排出して燃料性状検出を確実に高精度で行うことができる。
本発明の実施形態に係る燃料性状検出装置を含むシステム構成図である。 同装置におけるサブタンクの構成及び燃料の流れを示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２におけるサブタンク底部と燃料導入部分及び下部燃料排出部分の拡大図である。 図２におけるサブタンク上部と上部燃料排出部分の拡大図である。
図１に示すように、燃料タンク１からエンジン２に燃料を送る燃料供給ライン３中に、燃料タンク１よりも少ない一定量の燃料を貯める小形のサブタンク４が設けられ、このサブタンク４に設けられた燃料性状検出用のセンサ５によって燃料の性状(燃料の動密度や密度等の物理量または化学的性質)が検出される。
サブタンク４は、図２〜図５にも示すように、一つの燃料入口６と、下部及び上部の二つの燃料出口７，８を有し、燃料タンク１からの燃料Ｆをサブタンク４に送る燃料導入管９の下流側端部が燃料入口６に、サブタンク４内の燃料をエンジン２に向けて排出する下部及び上部両燃料排出管１０，１１の上流側端部が下部及び上部両燃料出口７，８にそれぞれ接続されている。
また、下部及び上部両燃料排出管１０，１１の下流側端部は合流管１２に合流接続され、この合流管１２の下流側端部がエンジン２に接続されている。
なお、燃料導入管９に、ウォーターセパレータ、フィルタ等から成る処理装置１３(図１参照)が設けられている。この処理装置１３は合流管１２に設けてもよい。
さらに、燃料供給ライン３には図示しない燃料ポンプが設けられ、この燃料ポンプの加圧作用によって燃料が燃料供給ライン３を燃料タンク１からエンジン２に向かって流れる。
このように、サブタンク４を燃料供給ライン３中に設けることにより、このサブタンク４で燃料の流速を落とし、かつ、流量を安定させることができる。
そして、流速低下しかつ流量が安定した状態でセンサ５による燃料性状の検出作用を行わせることにより、基本的な効果として、燃料性状の検出に必要な時間と安定した流量を確保することができる。
ここで、サブタンク４は、
(Ｉ) 燃料タンク１とエンジン２との間でスペース、搭載性の点で有利な任意の位置を自由に選択して設置できること、
(ＩＩ) 燃料を性状検出に必要な流速に低下させるに足る最小限の容積があれば良いため、小形ですむこと
の二点により、建設機械(油圧ショベルでいえば上部旋回体のアッパーフレーム)に対する搭載性が良いものとなる。
すなわち、既存機械へのアドオンが可能で搭載性も良いサブタンク方式をとりながら、基本的に燃料性状の検出の正確さと安定性を高めることができる。
なお、センサ５からの検出信号はコントローラ１４に送られ、このコントローラ１４で燃料適否の判別が行われるとともに、表示装置１５によって表示、警報等の処理が行われる。
サブタンク４とその関連部分の構成を詳述する。
サブタンク４は、実施形態では円筒を横にした形状に形成され、周面におけるタンク長さ方向のほぼ中央部において、正面(図２)から見て斜め下方に燃料入口６が斜め上向きに設けられるとともに、底部に下部燃料出口７が下向き垂直に、最上部に上部燃料出口８が上向き垂直にそれぞれ設けられている。
下部燃料排出管１０は、図２等に示すように、下部燃料出口７に接続された下向き垂直部分１０ａと、この下向き垂直部分１０ａの下端から水平に転じる下部水平部分１０ｂと、この下部水平部分１０ｂの先端から上向き垂直に立ち上がる立ち上がり部分１０ｃと、この立ち上がり部分１０ｃの上端から水平に転じる上部水平部分１０ｄとから成っている。
上部燃料排出管１１は、上部燃料出口８に接続された上向き垂直部分１１ａと、この上向き垂直部分１１ａの上端から水平に転じる水平部分１１ｂから成っている。
そして、下部燃料排出管１０の上部水平部分１０ｄと、上部燃料排出管１１の水平部分１１ｂが互いの先端で合流管１２に合流接続されている。
すなわち、上部燃料排出管１１を、同排出管１０の最も高い位置で下部燃料排出管１０からの排出燃料と合流させるように構成されている。
なお、燃料導入管９及び下部、上部両燃料排出管１０，１１は、実際にはそれぞれサブタンク４に取付けられた鋼管製のイン、アウト接続管とこれに接続されたホースによって構成されるが、図では簡略化のためにそれぞれ単なる一本の管として示している。
また、合流管１２についても、実際には合流部分に設けられたＴ字形の継手とこれに接続されたホースによって構成されるが、同様に一本の管として示している。
センサ５は、図３に示すように検出部５ａを有し、この検出部５ａがサブタンク４内の高さ方向の中間部(中心部またはその近辺)で、かつ、サブタンク長さ方向の中間部(中心部または図示のようにその近辺)で燃料Ｆと接触する状態でサブタンク４の長さ方向の片側に取付けられている。
図３中、１６はセンサ５が収容されたセンサケースで、このセンサケース１６の上下両側に燃料通し穴１７が設けられ、燃料Ｆをこの燃料通し穴１７によりセンサケース１６内で流通させてその性状をセンサ５で検出するように構成されている。
１８はセンサケース１５の、サブタンク４外に通じる開口部を覆うセンサカバーである。
この燃料性状検出装置においては、燃料タンク１内の燃料Ｆが燃料導入管９及び燃料入口６を介してサブタンク４内に導入され、一定量だけ貯留されながらそれを超える分が下部及び上部両燃料出口７，８及び同燃料排出管１０，１１からサブタンク４外に排出されてエンジン２に向かう。
そして、サブタンク４内の燃料Ｆがセンサ５と接触することによってその性状が検出される。
この場合、燃料Ｆに含まれる水(処理装置１３で除去できなかった水)は、燃料Ｆよりも比重が大きいため、徐々に燃料Ｆから分離してサブタンク４内の底部に溜まろうとする。
図４中のＷは、下部燃料出口７及び下部燃料排出管１０を設けない場合にサブタンク４内の底部に溜まった水を示す。
そして、溜まった水Ｗは、サブタンク４内での燃料の流動やこれに伴う攪拌作用により、燃料Ｆとともに同タンク内を移動し、移動中、センサ５と接触して検出に悪影響を与えることになる。
ここで、下部燃料出口７をサブタンク４の底部、つまりサブタンク４内で水Ｗが溜まる最下部に設けているため、この下部燃料出口７から排出される燃料Ｆのエネルギー(燃料ポンプの加圧による流動エネルギーと燃料自重による落下エネルギー)により、溜まり水Ｗが下部燃料排出管１０を通って下流側に押し流される。
つまり、サブタンク４内の底部に溜まった、あるいは溜まろうとする水が同タンク外に効率良く排出される。
このため、サブタンク４内の水の量を減らして検出への影響を最小限に抑えることができる。
一方、燃料中のエアはサブタンク４内の最上部に溜まり、水と同様に、燃料の流動と攪拌作用によってセンサ５と接触して燃料性状検出に悪影響を与える可能性がある。
ここで、この装置によると、サブタンク４の最上部に上部燃料出口８を設けて上部燃料排出管１１を接続したから、図５(エアを黒点で表している)に示すようにサブタンク内の最上部に溜まったエアを燃料Ｆの流動エネルギーによって下流側に押し出すことができる。
このため、エアによる検出性能への悪影響を最小限に抑えることができる。
しかも、上部燃料排出管１１を、同排出管１１の最も高い位置で合流管１２によって下部燃料排出管１０からの排出燃料と合流させるため、この合流エネルギーを利用してエアを合流管１２に流し出すことができる。
このため、上部燃料排出管１１内へのエアの滞留を防止して燃料の流れを良くし、エア排出性能を高めることができる。
一方、サブタンク４内の高さ方向の中間部、つまり、下部や上部と比較して水またはエアの分布が薄い位置でセンサ５の検出部５ａと燃料Ｆを接触させるため、検出精度をより改善することができる。
以上の点により、この燃料性状検出装置によると、水及びエアの悪影響を抑えて、燃料性状検出を確実に高精度で行うことができる。
他の実施形態
(１) サブタンク４の燃料入口６は、図２において図示の位置と左右対称な位置(右斜め下側)に設けてもよいし、これらと上下対称な位置(左または右斜め上側)、またはサブタンク高さ方向中央部の左右いずれか片側の位置に設けてもよい。あるいは、燃料入口６を複数個所に設けてもよい。
(２) サブタンク４は、水及びエアが溜まる範囲を限定し易くてこれらを排出し易いという観点で、実施形態で挙げた円筒を横にした形状が望ましいが、円筒を縦にした形状や直方体状としてもよい。
(３) センサ５についても、サブタンク高さ方向の中央よりも下または上にずれた位置、またサブタンク長さ方向の片側に片寄った位置に設置してもよい。
１ 燃料タンク
２ エンジン
３ 燃料供給ライン
４ サブタンク
５ センサ
５ａ 検出部
６ 燃料入口
７ 下部燃料出口
８ 上部燃料出口
９ 燃料導入管
１０ 下部燃料排出管
１１ 上部燃料排出管
１２ 合流管
Ｆ 燃料
Ｗ 水

Claims (2)

  1. エンジンと、
    このエンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、
    上記エンジンと燃料タンクとを結ぶ燃料供給ラインと、
    この燃料供給ライン中に設けられたサブタンクと、
    このサブタンクに上記燃料タンクからの燃料を導入する燃料導入管と、
    サブタンク内の燃料をエンジンに向けて排出する燃料排出管と、
    上記サブタンク内の燃料の動粘度等の物理量を検出するセンサとを具備し、
    上記サブタンク内の底部から燃料を排出するようにサブタンク底面に燃料出口を設け、上記燃料排出管を上記燃料出口に接続し、
    上記サブタンク底面の燃料出口を下部燃料出口、上記燃料排出管を下部燃料排出管として、サブタンクの最上部に上部燃料出口を設けるとともに、この上部燃料出口に上部燃料排出管を接続し、
    上記上部及び下部両燃料排出管を、上部燃料排出管の最も高い位置で合流管に合流接続し、上記サブタンク内の燃料をこの合流管により上記エンジンに向けて排出するように構成したことを特徴とする建設機械の燃料性状検出装置。
  2. 上記センサは検出部を有し、この検出部が上記サブタンク内の高さ方向の中間部で燃料と接触する状態でサブタンクに設けたことを特徴とする請求項１の建設機械の燃料性状検出装置。
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