JP5923223B1

JP5923223B1 - 作業車両

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Publication number: JP5923223B1
Application number: JP2015551928A
Authority: JP
Inventors: 幸雄高見
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: US20170096795A1; CN105723063A; WO2016043346A1; JPWO2016043346A1

Abstract

作業車両は、エンジンと、エンジンの排気を処理する排気処理装置と、排気処理装置に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、還元剤を貯留する還元剤タンクと、運転室と、エンジン冷却回路と、還元剤噴射装置冷却回路と、還元剤タンク凍結防止回路と、運転室の暖房回路と、を備える。還元剤噴射装置冷却回路、還元剤タンク凍結防止回路、及び暖房回路は、エンジン冷却回路に連通して配置される。還元剤噴射装置冷却回路、還元剤タンク凍結防止回路、及び、暖房回路のうちの１つの回路が残りの回路に対して直列に配置される。

Description

車内設備の冷却／加熱を行うための熱交換媒体循環回路を含む作業車両を開示する。

特許文献１は、冷却水などの熱交換媒体を循環させる回路（熱交換媒体循環回路）を備える車両を開示している。具体的には、エンジン冷却回路に連通して並列に配置された、還元剤噴射装置冷却回路と、還元剤タンク凍結防止回路とが開示されている。

特開２０１１−２４１７２２号公報

作業車両には、上述する回路以外に、運転室の暖房のための暖房回路も備えられる。この暖房回路を上述の回路とは別に並列に設けた場合、熱交換媒体（冷却水）の必要量が増加することにより、暖房回路の暖房性能と還元剤噴射装置冷却回路の冷却性能と還元剤タンク凍結防止回路の加熱性能とを十分に確保することが困難であった。

本明細書は、暖房回路の暖房性能と還元剤噴射装置冷却回路の冷却性能と還元剤タンク凍結防止回路の加熱性能とを確保できる作業車両を開示する。

第１の態様に係る作業車両は、エンジンと、エンジンの排気を処理する排気処理装置と、排気処理装置に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、還元剤を貯留する還元剤タンクと、運転室と、エンジン冷却回路と、還元剤噴射装置冷却回路と、還元剤タンク凍結防止回路と、運転室の暖房回路と、を備える。還元剤噴射装置冷却回路、還元剤タンク凍結防止回路、及び暖房回路は、エンジン冷却回路に連通して配置される。還元剤噴射装置冷却回路、還元剤タンク凍結防止回路、及び、暖房回路のうちの１つの回路が残りの回路に対して直列に配置される。

還元剤タンク凍結防止回路と、暖房回路とが並列に配置されるとよい。還元剤噴射装置冷却回路は、並列に配置された還元剤タンク凍結防止回路及び暖房回路に対して直列に配置されるとよい。

還元剤タンク凍結防止回路は、還元剤タンクの入口近傍に設けられた絞りを含むとよい。

当該作業車両は、還元剤噴射装置冷却回路に対して並列に配置されたバイパス回路をさらに備えるとよい。当該バイパス回路は、絞りを含むとよい。

還元剤噴射装置冷却回路は、並列に配置された還元剤タンク凍結防止回路及び暖房回路よりも、エンジン冷却回路側に配置されるとよい。

還元剤噴射装置冷却回路は、エンジンのシリンダブロックにおいて、エンジン冷却回路と連結するとよい。

第１の態様に係る作業車両は、還元剤噴射装置冷却回路、還元剤タンク凍結防止回路、及び、暖房回路のうちの１つの回路が残りの回路に対して直列に配置される。したがって、還元剤噴射装置冷却回路、還元剤タンク凍結防止回路、及び、暖房回路を並列に配置する場合に比べて、熱交換媒体の必要量が少なくなる。したがって、暖房回路の暖房性能と還元剤噴射装置冷却回路の冷却性能と還元剤タンク凍結防止回路の加熱性能とを十分に確保することができる。

図１は、実施形態に係る作業者両の側面図である。図２は、エンジン室の内部の構成を示す側面図である。図３は、第１実施例に係る作業車両の熱交換用の媒体の経路を模式的に示す機能図である。図４は、第２実施例に係る作業車両の熱交換用の媒体の経路を模式的に示す機能図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る作業車両１について説明する。図１は、実施形態に係る作業車両１の側面図である。本実施形態において作業車両１はホイールローダである。図１に示すように、作業車両１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行輪４，５と、運転室６とを備えている。作業車両１は、走行輪４，５が回転駆動されることにより走行する。作業車両１は、作業機３を用いて掘削等の作業を行うことができる。

車体フレーム２には、作業機３が取り付けられている。作業機３は、図示しない油圧ポンプからの作動油によって駆動される。作業機３は、ブーム１１とバケット１２とを有する。ブーム１１は、車体フレーム２に装着されている。作業機３は、リフトシリンダ１３とバケットシリンダ１４とを有している。リフトシリンダ１３とバケットシリンダ１４とは、油圧シリンダである。リフトシリンダ１３の一端は車体フレーム２に取り付けられている。リフトシリンダ１３の他端はブーム１１に取り付けられている。リフトシリンダ１３が油圧ポンプからの作動油によって伸縮することによって、ブーム１１が上下に揺動する。バケット１２は、ブーム１１の先端に取り付けられている。バケットシリンダ１４の一端は車体フレーム２に取り付けられている。バケットシリンダ１４の他端は、チルトアーム１８に取り付けられている。バケットシリンダ１４は、チルトアーム１８及び図示しないチルトロッドを介してバケット１２を駆動する。バケットシリンダ１４が、油圧ポンプからの作動油によって伸縮することによって、バケット１２が上下に揺動する。

車体フレーム２には、運転室６及び走行輪４，５が取り付けられている。運転室６は、車体フレーム２上に配置されている。運転室６内には、オペレータが着座するシートや、後述する暖房装置８０（図３等参照）などが配置されている。車体フレーム２は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとを有する。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとは互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。なお、本実施形態において、前後左右の各方向は、運転室６内のオペレータから見た前後左右の各方向を意味するものとする。

前フレーム２ａには、作業機３が取り付けられている。後フレーム２ｂには、運転室６、エンジン室７、及び還元剤タンク１７が配置されている。エンジン室７は、運転室６の後方に配置される。還元剤タンク１７は、運転室６の側方（図１の例では左側）且つ、エンジン室７の前方に配置される。還元剤タンク１７は、後述する還元剤噴射装置５４によって噴射される還元剤を貯留する。

作業車両１は、ステアリングシリンダ１５を有している。ステアリングシリンダ１５は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとに取り付けられている。ステアリングシリンダ１５は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１５が、伸縮することによって、作業車両１の進行方向が左右に変更される。

図２は、エンジン室７の内部の構造を示す側面図である。図２に示すように、エンジン室７内には、エンジン２１と、冷却装置２２と、第１排気処理装置２３と、第２排気処理装置２４と、が配置される。

エンジン２１は、上述した走行輪４，５及び油圧ポンプを駆動する。エンジン２１は、後フレーム２ｂに支持されている。冷却装置２２は、ラジエータ２６及びファン２７を有する。ラジエータ２６は、エンジン２１の冷却水を冷却する。ファン２７は、ラジエータ２６を通り、ラジエータ２６の後方へ流れる空気流を生成する。ラジエータ２６を通った空気は、エンジン室７の後面の排出口２９から後方へ排出される。

第１排気処理装置２３は、エンジン２１の上方に配置される。第１排気処理装置２３は、エンジン２１の排気を処理する。第１排気処理装置２３は、例えばディーゼル酸化触媒（DOC）装置である。第１排気処理装置２３は、略円筒状の形状を有する。第１排気処理装置２３は、第１排気処理装置２３の中心軸線が車幅方向に延びるように配置される。第１排気処理装置２３は、第１排気処理装置２３の長手方向が車幅方向に沿うように配置される。第１排気処理装置２３は、第１接続管４１を介してエンジン２１に接続される。

第２排気処理装置２４は、エンジン２１の上方において第１排気処理装置２３の前方に配置される。第２排気処理装置２４は、エンジン２１の排気を処理する。第２排気処理装置２４は、例えば選択還元触媒（SCR）装置である。第２排気処理装置２４は、略円筒状の形状を有する。第２排気処理装置２４は、第２排気処理装置２４の中心軸線が車幅方向に延びるように配置される。第２排気処理装置２４は、第２排気処理装置２４の長手方向が車幅方向に沿うように配置される。第２排気処理装置２４は、第２接続管４２を介して第１排気処理装置２３に接続される。

第２接続管４２は、第１排気処理装置２３及び第２排気処理装置２４の其々よりも上方に配置されている。第２接続管４２の長手方向は、車幅方向に沿うように配置される。第２接続管４２には、還元剤噴射装置５４が取り付けられている。還元剤噴射装置５４は、還元剤タンク１７において貯留されている還元剤を、第２接続管４２内に噴射する。還元剤は、例えば、尿素水である。第２接続管４２は、エンジン２１からの排気に還元剤を混合することによって、エンジン２１の排気を処理する排気処理装置である。

第２排気処理装置２４には、排気管４７が接続されている。排気管４７は、第２排気処理装置２４の上方に位置する。排気管４７は、第２排気処理装置２４の上方において車幅方向に延び、上方へ向かって屈曲している。図１に示すように、排気管４７の先端部は、エンジン室７の上面から上方に突出している。排気管４７の先端部は、後方へ向かって屈曲している。

なお、第１排気処理装置２３、第２排気処理装置２４、及び第２接続管４２は、互いに平行に配置されていなくてもよい。また、第１排気処理装置２３、第２排気処理装置２４、及び第２接続管４２の長手方向は、車幅方向に延びていなくてもよい。例えば、各長手方向が前後方向に延びていてもよい。或いは、各長手方向が車幅方向に対して傾斜していてもよい。

第２接続管４２は、第１排気処理装置２３及び第２排気処理装置２４の其々よりも上方に位置していなくてもよい。例えば、第１排気処理装置２３、第２排気処理装置２４及び第２接続管４２の各中心軸線が水平方向に並んで配置されてもよい。

図３は、第１実施例に係る作業車両の熱交換用の媒体の経路を模式的に示す機能図である。図３に基づいて本実施例に関連する熱交換用の媒体（熱交換媒体）の主な流路を説明する。熱交換媒体としては、エンジン２１の冷却水が用いられる。作業車両１は、主に、ポンプ６１、第１配管７１、第２配管７２、還元剤噴射装置冷却回路７３、バイパス回路７４、第３配管７５、暖房回路７６、還元剤タンク凍結防止回路７７、及び、戻り配管７８を備える。

第１配管７１は、エンジン２１のシリンダブロック２１ａのウォータジャケットとラジエータ２６とを連結し、ラジエータ２６によって冷却された冷却水をシリンダブロック２１ａのウォータジャケットに送る。なお、第１配管７１の途中にはポンプ６１が接続される。ポンプ６１は、エンジン２１から動力を得て駆動され、第１配管７１を介して冷却水をエンジン２１に供給する。エンジン２１は、シリンダブロック２１ａのウォータジャケットと、シリンダヘッド２１ｂのウォータジャケットとを有するエンジン冷却回路２１ｃを含む。

シリンダヘッド２１ｂのウォータジャケットに流入した冷却水の一部は、サーモスタット６３に送られる。ここで、サーモスタット６３は、エンジン冷却回路２１ｃからの冷却水が所定温度を超える場合には、サーモスタット６３に送られた冷却水をラジエータ２６に送る。エンジン冷却回路２１ｃからの冷却水が所定温度以下である場合には、サーモスタット６３は、シリンダヘッド２１ｂからラジエータ２６への冷却水の流路を遮断する。

シリンダヘッド２１ｂのウォータジャケットに流入した冷却水の別の一部は、第２配管７２に送られる。つまり、第２配管７２は、シリンダヘッド２１ｂと連結する。第２配管７２は、分岐点Pにおいて、還元剤噴射装置冷却回路７３とバイパス回路７４とに連結する。つまり、還元剤噴射装置冷却回路７３とバイパス回路７４とは、エンジン冷却回路２１ｃと連通する。

第２配管７２から還元剤噴射装置冷却回路７３に流入する冷却水は還元剤噴射装置５４に供給される。これによって、還元剤噴射装置５４は冷却される。したがって、還元剤噴射装置５４内部の温度を適切な温度範囲内に定めることが可能となる。

バイパス回路７４は、還元剤噴射装置冷却回路７３に対して並列に配置される。バイパス回路７４は、絞り９１を含む。絞り９１は、還元剤噴射装置冷却回路７３へ流れる冷却水の流量と、バイパス回路７４へ流れる冷却水の流量とを調整する。絞り９１の径によって、還元剤噴射装置冷却回路７３の冷却水の流量が調整される。

還元剤噴射装置冷却回路７３とバイパス回路７４とは、分岐点Qにおいて第３配管７５に連結する。還元剤噴射装置冷却回路７３から流出する冷却水とバイパス回路７４から流出する冷却水とは、第３配管７５に送られる。第３配管７５は、分岐点Rにおいて、暖房回路７６と還元剤タンク凍結防止回路７７とに連結する。つまり、暖房回路７６と還元剤タンク凍結防止回路７７とは、エンジン冷却回路２１ｃと連通する。

暖房回路７６と還元剤タンク凍結防止回路７７とは、並列に配置される。還元剤噴射装置冷却回路７３は、並列に配置された暖房回路７６及び還元剤タンク凍結防止回路７７に対して直列に配置される。還元剤噴射装置冷却回路７３は、並列に配置された暖房回路７６及び還元剤タンク凍結防止回路７７よりもエンジン冷却回路２１ｃ側に配置される。つまり、冷却水の流れる方向から見て、還元剤噴射装置冷却回路７３は、並列に配置された暖房回路７６及び還元剤タンク凍結防止回路７７よりも上流にあり、エンジン冷却回路２１ｃよりも下流に位置する。

第３配管７５を通る冷却水は、エンジン２１と還元剤噴射装置５４とによって温められている。第３配管７５を通る冷却水は、暖房回路７６と還元剤タンク凍結防止回路７７とに熱を供給する熱交換媒体として機能する。

暖房回路７６を流れる熱交換媒体は、運転室６内部の暖房装置８０に送られる。暖房装置８０は、ヒータコア８２とファン８４とを含む。ヒータコア８２は、暖房回路７６を流れる熱交換媒体と空気との間で熱交換を行わせる。ファン８４は、ヒータコア８２によって温められた空気を運転室６内に送風する。ヒータコア８２を通った熱交換媒体は、分岐点Sに送られる。

還元剤タンク凍結防止回路７７を流れる熱交換媒体は、還元剤タンク１７内部の熱交換機６５に送られる。熱交換機６５は、還元剤タンク凍結防止回路７７を流れる熱交換媒体と還元剤との間で熱交換を行わせる。還元剤タンク凍結防止回路７７は、還元剤タンク１７の入口近傍に設けられた絞り９２を含む。絞り９２は、暖房装置８０へ流れる熱交換媒体の流量と、熱交換機６５へ流れる熱交換媒体の流量とを調整する。つまり、絞り９２の径は、暖房装置８０と、熱交換機６５とに適切な量の熱交換媒体が供給されるように設定される。熱交換機６５を通った熱交換媒体は、分岐点Sに送られる。

戻り配管７８は、分岐点Sにおいて、暖房回路７６と還元剤タンク凍結防止回路７７とに連結する。暖房回路７６から流出する熱交換媒体と還元剤タンク凍結防止回路７７から流出する熱交換媒体とは、戻り配管７８に送られる。戻り配管７８を通った熱交換媒体は、分岐点Tを経由して、第１配管７１に送られる。

図４は、第２実施例に係る作業車両の熱交換媒体の経路を模式的に示す機能図である。第２実施例の熱交換媒体の経路は、第１実施例の熱交換媒体の経路と殆どの構成について同じである。したがって、図４では、図３に示された構成と同じ構成については同じ符号を付しており、これらの構成の説明は省略する。以下、第２実施例に係る作業車両の熱交換媒体の経路を、第１実施例の経路との相違点を中心に説明する。

シリンダヘッド２１ｂと連結する第２配管７２ａは、還元剤噴射装置５４と接続することなく、第２分岐点Qまで延びる。第２配管７２ａは、絞りを含まなくてもよい。還元剤噴射装置冷却回路７３ａは、エンジン２１のシリンダブロック２１ａにおいてエンジン冷却回路２１ｃと連結する。

シリンダブロック２１ａのウォータジャケットに流入した冷却水の一部は、還元剤噴射装置冷却回路７３ａに送られる。シリンダブロック２１ａのウォータジャケットから還元剤噴射装置冷却回路７３ａに流入する冷却水は還元剤噴射装置５４に供給される。還元剤噴射装置冷却回路７３ａの配管の内径は、還元剤噴射装置５４に適切な量の冷却水が供給されるように設定されてもよい。還元剤噴射装置冷却回路７３ａと第２配管７２ａとは、分岐点Qにおいて第３配管７５に連結する。

なお、第２実施例においても、還元剤噴射装置冷却回路７３ａは、並列に配置された暖房回路７６及び還元剤タンク凍結防止回路７７に対して直列に配置される。そして、還元剤噴射装置冷却回路７３ａは、並列に配置された暖房回路７６及び還元剤タンク凍結防止回路７７よりもエンジン冷却回路２１ｃ側に配置される。

つぎに、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の作業車両１では、図３、４に示すように、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａ、還元剤タンク凍結防止回路７７、及び、暖房回路７６のうちの１つの回路が残りの回路に対して直列に配置される。したがって、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａ、還元剤タンク凍結防止回路７７、及び、暖房回路７６を並列に配置する場合に比べて、熱交換媒体の必要量が少なくなる。したがって、暖房回路７６の暖房性能と還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａの冷却性能と還元剤タンク凍結防止回路７７の加熱性能とを十分に確保することができる。

さらに、図３、４に示すように、還元剤タンク凍結防止回路７７と暖房回路７６とが並列に配置される。そして、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａが並列に配置された暖房回路７６及び還元剤タンク凍結防止回路７７に対して直列に配置される。還元剤タンク凍結防止回路７７と暖房回路７６とは、熱交換媒体（冷却水）から熱を奪い、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａは、熱交換媒体に熱を供給する。したがって、熱効率のよい熱交換媒体の経路を実現することが可能となる。

さらに、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａは、並列に配置された還元剤タンク凍結防止回路７７及び暖房回路７６よりもエンジン冷却回路２１ｃ側に配置される。この結果、エンジン冷却回路２１ｃと還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａとによって温められた熱交換媒体（冷却水）が還元剤タンク凍結防止回路７７と暖房回路７６とに供給される。したがって、運転室６の暖房性能及び還元剤タンク１７の凍結防止性能が向上される。

還元剤タンク凍結防止回路７７は、還元剤タンク１７の入口近傍に設けられた絞り９２を含む。絞り９２の径は、暖房装置８０と、熱交換機６５とに適切な量の熱交換媒体が供給されるように設定される。これによって、暖房装置８０の暖房性能を確保しつつ、還元剤の凍結を防止できるように、還元剤の温度を適切な温度範囲内に定めることが可能となる。

図３に示すように、第１実施例において、還元剤噴射装置冷却回路７３に対して並列に配置されたバイパス回路７４が設けられる。これによって、還元剤噴射装置冷却回路７３に多量の冷却水が流入され、還元剤噴射装置５４が冷却され過ぎることが抑止される。

図３に示すように、第１実施例において、バイパス回路７４は、絞り９１を含む。絞り９１の径によって、還元剤噴射装置冷却回路７３の冷却水の流量が調整される。よって、還元剤噴射装置５４において還元剤の温度を適切な温度範囲内に定めることが可能となる。

図４に示すように、第２実施例において、還元剤噴射装置冷却回路７３ａは、エンジン２１のシリンダブロック２１ａにおいてエンジン冷却回路２１ｃと連結する。これによって、エンジン冷却回路２１ｃによって大きく加熱されていない冷却水が還元剤噴射装置冷却回路７３ａに供給される。したがって、還元剤噴射装置５４の冷却性能が向上する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、作業車両１としてホイールローダが例示されているが、油圧ショベル或いはブルドーザなどの他の作業車両であってもよい。

上記の実施形態では、第１排気処理装置２３としてDOC、第２排気処理装置２４としてSCRが例示されている。しかし、DOCに代えて、ディーゼル微粒子捕集フィルタ（DPF）装置が、第１排気処理装置２３として用いられてもよい。

上記の実施形態は、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａは、並列に配置された還元剤タンク凍結防止回路７７及び暖房回路７６に対して直列に配置される例を示している。しかし、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａ、還元剤タンク凍結防止回路７７、及び暖房回路７６のうちいずれか２つの回路が並列に配置され、残りの１つの回路が並列に配置された回路に対して直列に配置されてもよい。

上記の実施形態は、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａは、並列に配置された還元剤タンク凍結防止回路７７及び暖房回路７６よりもエンジン冷却回路２１ｃ側に配置される例を示している。しかし、並列に配置された還元剤タンク凍結防止回路７７及び暖房回路７６が、還元剤噴射装置冷却回路７３、７３ａよりもエンジン冷却回路２１ｃ側に配置されてもよい。

上記第２実施例において、第２配管７２ａに絞りが設けられ、絞りによって還元剤噴射装置５４に適切な量の冷却水が供給されるように設定されてもよい。

また、ラジエータ２６、ポンプ６１、サーモスタット６３の配置は、図３、図４に示した例に限られず、別の経路上に配置されてもよい。

暖房回路の暖房性能と還元剤噴射装置冷却回路の冷却性能と還元剤タンク凍結防止回路の加熱性能とを確保できる作業車両を提供することができる。

Claims

エンジンと、
前記エンジンの排気を処理する排気処理装置と、
前記排気処理装置に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、
前記還元剤を貯留する還元剤タンクと、
運転室と、
エンジン冷却回路と、
還元剤噴射装置冷却回路と、
還元剤タンク凍結防止回路と、
前記運転室の暖房回路と、
を備え、
前記還元剤噴射装置冷却回路、前記還元剤タンク凍結防止回路、及び前記暖房回路は、前記エンジン冷却回路に連通して配置され、
前記還元剤タンク凍結防止回路と、前記暖房回路とが並列に配置され、
前記還元剤噴射装置冷却回路は、並列に配置された前記還元剤タンク凍結防止回路及び前記暖房回路に対して直列に配置され、
前記還元剤噴射装置冷却回路に対して並列に配置されたバイパス回路をさらに備える、
作業車両。
前記還元剤タンク凍結防止回路は、前記還元剤タンクの入口近傍に設けられた絞りを含む、請求項１に記載の作業車両。
前記バイパス回路は、絞りを含む、
請求項１又は２に記載の作業車両。
前記還元剤噴射装置冷却回路は、前記並列に配置された前記還元剤タンク凍結防止回路及び前記暖房回路よりも、前記エンジン冷却回路側に配置される、
請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
前記還元剤噴射装置冷却回路は、前記エンジンのシリンダブロックにおいて、前記エンジン冷却回路と連結する、
請求項４に記載の作業車両。