JP5991954B2

JP5991954B2 - 建設機械の燃料タンク装置

Info

Publication number: JP5991954B2
Application number: JP2013172724A
Authority: JP
Inventors: 英毅原本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: JP2015039988A

Description

本発明は建設機械の燃料タンク装置に関する。

従来、油圧ショベル等の建設機械には、エンジン等に供給される燃料（例えば、ガソリン、軽油等）が貯められる燃料タンクを備えている。
燃料タンクの内部には、燃料だけでなく、燃料供給時に混入した異物や、結露等によって発生した水が含まれている場合がある。
このような異物や水が燃料とともにエンジンに供給されると、エンジン等に悪影響を与えるおそれがある。

異物や水は、燃料よりも比重が重いため、燃料タンクの内部では底部に溜まる。
そこで、燃料タンクの底部に、燃料タンクの下方の外部に開放された排出路に連なる排出ポート（ドレンポート）を形成し、排出路の途中に設けられた開閉弁を開放することで、燃料タンクの底部に溜まった異物や水を燃料タンクの外部に随時排出することが可能となっている。

一方、燃料タンクの、エンジンに通じる供給路に連なる供給ポートは、排出ポートよりも高い位置に開口して形成されていて、燃料タンクの底部に溜まった異物や水が供給ポートから供給路に流入するのを防止している。
しかし、供給ポートの開口よりも低い液面になった燃料は供給路に供給されないため、供給ポートの開口位置は、排出ポートよりもわずかに高い位置（高さ数［ｃｍ］程度）となるように設定されている（特許文献１）。

実開平４−２２３２０号公報

ところで、気温が例えば摂氏マイナス１０［度］を下回るような寒冷地では、燃料タンクの底部に溜まった水を適宜排出していないと、その水が凍結して排出ポートを塞いでしまうことがある。
排出ポートが塞がれると、燃料タンク内の水等が外部に排出できなくなるため燃料タンク内に溜まった水の水面位置（水位）が上がり、供給ポートまで達してしまう事態が起こり得る。
そして、供給ポートまで達した水が凍結すると、凍結した水（氷）により供給ポートが塞がれてエンジンに燃料が供給されず、エンジンが停止し、またはエンジンを始動できない、という事態に陥る。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、燃料タンクの底部に溜まった水を排出ポートから随時排出していない場合であっても、燃料タンクの供給ポートが凍結した水（氷）で塞がれるのを防止乃至抑制することができる、建設機械の燃料タンク装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る建設機械の燃料タンク装置は、燃料（ガソリンや軽油等）が貯められる燃料タンクと、燃料タンクの底部に設けられ、燃料タンクの内部の異物や水を外部排出する排出管とを備えた建設機械の燃料タンク装置において、前記建設機械に搭載されたエンジンから前記燃料タンクに戻される戻り燃料を、前記排出間に接触させるためのジョイントを備え、前記ジョイントは、内部に前記排出管が貫通される中空の胴部を有し、前記胴部の少なくとも２か所に、前記胴部の内側の空間に前記戻り燃料が流れる経路が接続されていることを特徴とする。

本発明に係る建設機械の燃料タンク装置によれば、燃料タンクの底部に溜まった水を排出ポートから随時排出していない場合であっても、燃料タンクの供給ポートが凍結した水（氷）で塞がれるのを防止乃至抑制することができる。

本発明に係る建設機械の燃料タンク装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示した燃料タンク装置の詳細を示す図である。図２に示した燃料タンク装置の縦断面を示す図である。図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。変形例１を示す模式図である。参考例１を示す模式図である。参考例２を示す模式図である。

以下、本発明に係る建設機械の燃料タンク装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示した建設機械の燃料タンク装置１００は、建設機械のエンジン８０（既存の熱源の一例）で温められ、燃料タンク１０に戻る燃料Ｆ（媒体の一例）を、燃料タンク１０の底部に設けられたドレン配管３２（排出管）に接触させた構成である。

燃料タンク１０は、所定量の燃料Ｆ（ガソリンや軽油等）を内部に貯蔵するものであり、エンジン８０に燃料Ｆを供給する供給配管２２，２３と、エンジン８０で使用されずに燃料タンク１０に燃料Ｆを戻す戻り燃料配管４２，４３とが接続されている。
燃料タンク１０の内部には燃料Ｆの他に水Ｗや異物が溜まることがあり、この水Ｗ等を外部に排出するためのドレン配管３２，３３，３４（排出管）が燃料タンク１０に接続されている。
ここで、ドレン配管３２，３３，３４のうち、燃料タンク１０に直接接続されているドレン配管３２は、燃料タンク１０の底壁を貫通して、その上端は燃料タンク１０の内部で開口した排出ポート３１を形成している。

排出ポート３１は、燃料タンク１０の底部に溜まる水Ｗや異物を効果的に排出できるように、燃料タンク１０の内部の底面と同じか、または底面よりもわずかに高い位置で開口している。

ドレン配管３３はドレン配管３２の下部に接続され、ドレン配管３３の下部に開閉弁３５が接続され、開閉弁３５の下部にドレン配管３４が接続されている。
ドレン配管３３は、柔軟性のあるゴムや樹脂等の材料で形成された管３３ａと、金属製のパイプ３３ｂとを有している。

開閉弁３５は、排出ポート３１を通じてドレン配管３２，３３に流れ込んだ水Ｗや異物をドレン配管３４に流す排水状態と流さない止水状態とを選択的に切り替えるものであり、図２に示すように、開放した排水状態と閉鎖した止水状態とが切り替えられる弁３５ａと、弁３５ａの開閉状態を切り替える操作が入力される操作レバー３５ｂと、ドレン配管３３の管３３ａが接続されるパイプ３５ｃと、ドレン配管３４が接続されるパイプ３５ｄとを備えている。
操作レバー３５ｂは図２の実線で示す水平方向に延びた位置と二点鎖線で示す鉛直方向に延びた位置との間で回動可能に設けられていて、実線で示した位置で弁３５ａを止水状態とし、二点鎖線で示した位置で弁３５ａを排水位置とする。

ドレン配管３４の、図示を略した最下端部は外部に開放されていて、排水状態の開閉弁３５およびドレン配管３４を流れた水Ｗや異物は、外部に排出される。
実際の排出作業は、ドレン配管３４の下方にバケツ等の容器を設置して、水Ｗ等が周囲に飛散しないように行われる。

供給配管２２，２３のうち燃料タンク１０に直接接続されている供給配管２２も燃料タンク１０の底壁を貫通し、その上端は燃料タンク１０の内部で開口した供給ポート２１を形成している。
供給ポート２１は、排出ポート３１よりも高い位置で開口していて、燃料タンク１０の底部に溜まる水Ｗや異物が供給ポート２１に入りにくくしている。

供給配管２２と供給配管２３との間には、供給配管２２を流れた燃料Ｆに混じった異物等を濾し取る燃料フィルタ７０が設けられており、この燃料フィルタ７０で異物等が除去された後の燃料Ｆが、供給配管２３を通じてエンジン（燃料噴射ポンプ等を含む）８０に供給される。
エンジン８０に供給された燃料Ｆは、エンジン８０の駆動のために消費されるが、供給された燃料Ｆのうち一部は、エンジン８０と燃料タンク１０とを繋ぐ戻り燃料配管４３，４２を通じて燃料タンク１０に戻る。

戻り燃料配管４３，４２のうち燃料タンク１０に直接接続されている戻り燃料配管４２は、燃料タンク１０の側壁を貫通して、燃料タンク１０の内部に突き出た先端４１は、供給ポート２１や排出ポート３１に比べて高い位置で開口している。
戻り燃料配管４２，４３の内部を流れる燃料Ｆは、エンジン８０を通過したことで、その温度は比較的高く、大気温よりも５０［度］程度高い温度になっている。

戻り燃料配管４２と戻り燃料配管４３とは、加温手段の一例であるジョイント５２を介して接続されている。
このジョイント５２は、鉛直方向に延びた中心軸を有する短円筒状の胴部５２ａと、その胴部５２ａの２か所に別々に接続され、それぞれ水平方向に延びた中心軸を有する筒状の２つの接続部５２ｂ，５２ｂとを有し、胴部５２ａのうち、各接続部５２ｂ，５２ｂの筒の内部空間に面する部分は、開口している。
したがって、ジョイント５２は、鉛直方向に沿って貫通した空間と、水平方向に沿って貫通した空間とを有し、鉛直方向に貫通した空間と水平方向に貫通した空間とは通じている。

戻り燃料配管４３は、柔軟性のあるゴムや樹脂等に材料で形成された管４３ａと、金属製のパイプ４３ｂとを有し、このパイプ４３ｂがジョイント５２の一方の接続部５２ｂに圧入されて、ジョイント５２と戻り燃料配管４３とが接続されている。
同様に、戻り燃料配管４２は、柔軟性のあるゴムや樹脂等に材料で形成された管４２ａと、金属製のパイプ４２ｂとを有し、このパイプ４２ｂがジョイント５２の他方の接続部５２ｂに圧入されて、ジョイント５２と戻り燃料配管４２とが接続されている。

胴部５２ａの鉛直方向に貫通した空間には、この空間を鉛直方向に貫く貫通管５１が通されている。
貫通管５１は、座付きボルトの中心軸に沿った中心部分が軸方向に貫通してくり抜かれた形状に形成されていて、この貫通管５１が前述したドレン配管３２を構成している。
貫通管５１は、図２，３に示すように、ジョイント５２の胴部５２ａの空間に下方から挿入されて、貫通管５１のボルト頭部の座面５１ｂが胴部５２ａの下端面５２ｃに密着し、胴部５２ａの空間の下側の開口（下端部）が閉じられる。

そして、胴部５２ａの上端面５２ｄから上方に突出した貫通管５１のボルトの雄ねじ５１ａが、燃料タンク１０の底壁に形成された雌ねじ１０ｂに締結されることで、ジョイント５２の胴部５２ａの上端面５２ｄは、燃料タンク１０の下面１０ａに密着し、胴部５２ａの空間の上側の開口（上端部）が閉じられる。
これによって、ジョイント５２の内部は、水平方向に延びた空間となり、この空間に、貫通管５１であるドレン配管３２の外周面３２ｂが露出した状態となっている。
なお、図４に示すように、胴部５２ａの内周面５２ｅと貫通管５１の外周面５１ｃの間には、燃料Ｆが通過しうる空間が形成されている。

本実施形態の燃料タンク装置１００においては、貫通管５１の座面と胴部５２ａの下端面との間や、燃料タンク１０の下面１０ａと胴部５２ａの上端面との間に、パッキンを配置して、各両面間の水密性を高めた構成を採ることもできる。

以上のように構成された実施形態の燃料タンク装置１００によれば、エンジン８０によって温められた燃料Ｆ（戻り燃料）が、戻り燃料配管４３、ジョイント５２および戻り燃料配管４２を通じて燃料タンク１０に戻される。
ジョイント５２の内部の空間にはドレン配管３２が貫通していて、このジョイント５２の内部を通過する戻り燃料Ｆが、ドレン配管３２の外周面３２ｂに直接接するため、ドレン配管３２は戻り燃料Ｆによって温められる。

したがって、この燃料タンク装置１００の周囲が水Ｗを凍結させるような低温環境であっても、燃料タンク１０の底部からドレン配管３２に流れ込んだ水Ｗは、ジョイント５２の内部で、ドレン配管３２の外周面３２ｂから伝わる戻り燃料Ｆの熱によって温められ、凍結されることがない。
この結果、燃料タンク１０の底部に溜まった水Ｗも、ドレン配管３２の内部の、温められた水Ｗによって凍結が防止乃至抑制される。
これにより、本実施形態の建設機械の燃料タンク装置１００によれば、燃料タンク１０の底部に溜まった水Ｗが凍結して供給ポート２１を塞ぐのを防止乃至抑制することができる。

また、ジョイント５２の内部において、ジョイント５２の内部とドレン配管３２の内部とは完全に遮断されているため、ジョイント５２の内部を流れる戻り燃料Ｆにドレン配管３２を流れる水Ｗ等が混じることはなく、ドレン配管３２を流れる水Ｗ等にジョイント５２の内部を流れる戻り燃料Ｆが混じることもない。

なお、本実施形態の建設機械の燃料タンク装置１００は、内部を流れる戻り燃料Ｆによってジョイント５２自体も温められる。
そして、ジョイント５２は、その上端面５２ｄが燃料タンク１０の下面１０ａに接しているため、燃料タンク１０の下面１０ａも、ジョイント５２を通じて間接的に温められる。
したがって、燃料タンク１０の底部に溜まった水Ｗは、燃料タンク１０の下面１０ａを有する底壁を通じても温められ、凍結が一層抑制される。

本実施形態に係る建設機械の燃料タンク装置１００は、エンジン８０という既存の熱源で温められた媒体である戻り燃料Ｆによって、燃料タンク１０内の水Ｗを温めているため、新たに熱源を設置するものではなく、したがって、新たに熱源を設置するものに比べてコストの上昇を抑えることができるとともに、省エネルギに資するものである。

（変形例１）
本実施形態の建設機械の燃料タンク装置１００においては、図５に示すように、エンジン８０からジョイント５２に通じ戻り燃料配管４３の途中に、経路切替弁４４（経路切替器の一例）を設けて、戻り燃料配管４３を、経路切替弁４４よりも、戻り燃料Ｆの流れの上流側を戻り燃料配管４３Ａ、下流側を戻り燃料配管４３Ｂの２つに分割する。
また、経路切替弁４４に、他の戻り燃料配管４５を接続し、この戻り燃料配管４５を、戻り燃料配管４２と同様に燃料タンク１０に接続する。

経路切替弁４４は、戻りは燃料配管４３Ａを流れた戻り燃料Ｆの経路を、ジョイント５２を通る戻り燃料配管４３Ｂを通る経路（第１経路）またはジョイント５２を通らない戻り燃料配管４５を通る経路（第２経路）に切り替える。
例えば、燃料タンク１０に溜まった水Ｗの凍結を防止乃至抑制しようとするときは、戻り燃料Ｆが第１経路を流れるように経路切替弁４４を切り替えることで、燃料タンク１０に溜まった水Ｗの凍結を防止乃至抑制することができる。

一方、燃料タンク１０に溜まった水Ｗが凍結のおそれがないとき（水Ｗがドレン配管３２，３３，３４を通じて外部に排出されているときや、燃料タンク１０の周囲の温度が高いとき等）や、最初は第１経路に切り替えられていたが、凍結していた水Ｗが解けた後は、戻り燃料Ｆが第２経路を流れるように経路切替弁４４を切り替えることで、燃料タンク１０の内部の燃料Ｆが温められ過ぎるのを防止する。
一般に、燃料Ｆの温度が高いと、燃料Ｆの密度は小さくなる。
密度の大きい燃料Ｆと密度の小さい燃料Ｆとでは、これらの燃料Ｆで駆動されるエンジンの出力に差が生じ、密度の小さい燃料Ｆで駆動されたエンジンの出力は密度の大きい燃料Ｆで駆動されたエンジンの出力よりも低い。
したがって、燃料タンク１０の内部の燃料Ｆの凍結を防ぐ必要のない状況では、燃料タンク１０の内部の燃料Ｆを、例え局所的であっても温めないことが好ましく、このように好ましい構成を採用した変形例１では、エンジンの出力が低下するのを防止することができる。

なお、経路切替弁４４による第１経路への切替え、または第２経路への切替えは、手動によるものであってもよいし、例えば、燃料タンク１０の周囲の温度等に応じて自動的に行うものであってもよい。
自動的に行うものとするときは、燃料タンクの周囲の温度や燃料タンクの底部の温度などを検出する温度検出器を設けて、この温度検出器で検出された温度が、水Ｗが凍結するおそれのある温度以下のときは、経路切替弁４４による第１経路への切替えを行い、温度検出器で検出された温度が、水Ｗが凍結するおそれのない温度以上のときは、経路切替弁４４による第２経路への切替えを行えばよい。

（参考例１）
上述した実施形態の燃料タンク装置１００は、戻り燃料Ｆの経路上にジョイント５２を設け、このジョイント５２の内部で、温められた戻り燃料Ｆがドレン配管３２に直接接するように構成したものであるが、本発明に係る建設機械の燃料タンク装置は、この形態のものに限定されるものではなく、温められた戻り燃料等の媒体によって、燃料タンクの底面を直接温めるものであってもよい。
すなわち、燃料タンク１０の底を、例えば図６に示すように、外側（下側）の底壁１３と内側（上側）の底壁１２とからなる二重底とし、この２つの底壁１２，１３の間に形成された底空間１４に、戻り燃料配管４２，４３を接続して、底空間１４に、戻り燃料Ｆを通過させることで、温められた戻り燃料Ｆによって、燃料タンク１０の底壁１２を直接温め、実施形態と同様に、燃料タンク１０の底部に溜まった水Ｗの凍結を防止乃至抑制することができる。
この場合、戻り燃料Ｆが通過する底空間１４を形成している二重底（底壁１２，１３）が、本発明における加温手段の一例に該当する。

（参考例２）
上述した実施形態や変形例の燃料タンク装置１００は、エンジン８０から燃料タンク１０に戻る戻り燃料Ｆによって、燃料タンク１０の底部の水Ｗを温めるものであるが、本発明に係る建設機械の燃料タンク装置は、これらの形態に限定されるものではなく、例えば、エンジン８０を冷却して温められたエンジン冷却液Ｌ（ＬＬＣ：ロングライフクーラント）や、建設機械のショベル等を作動させるモータによって温められた作動油などによって、燃料タンク１０の底部の水Ｗを温めるものとしてもよい。
例えば、図７に示すように、エンジン８０の内部を通って温められたエンジン冷却液Ｌは、エンジン冷却液配管８２を通ってラジエータ８１に送られ、ラジエータ８１で多少冷やされ、エンジン冷却液配管８３を通って、建設機械の車室９０内に設けられた暖房装置の熱交換器９１に送られ、エンジン冷却液配管８４、ジョイント５２およびエンジン冷却液配管８５を通って、エンジン８０に戻り、これらの間を循環している。

そして、図１に示した実施形態と同様に、ジョイント５２の内部をドレン配管３２を貫通させて、ジョイント５２の内部で、ドレン配管３２の外周面３２ｂにエンジン冷却液Ｌを直接接触させることで、上述した実施形態や変形例と同様に、燃料タンク１０の底部に溜まった水Ｗの凍結を防止乃至抑制することができる。
なお、ジョイント５２に入力されるエンジン冷却液Ｌは、暖房装置の熱交換器９１を通過した後のものであるため、ジョイント５２での水Ｗ（およびドレン配管３２）との熱交換によって、暖房装置の暖房性能を低下させることがない。

また、この形態のものにあっても、図５に示した経路切替弁４４を設けた構成や、図６に示した燃料タンク１０の二重底の間の底空間１４にエンジン冷却液Ｌを通す構成などを適用することもできる。

なお、ジョイント５２に入力されるエンジン冷却液Ｌは、車室９０の暖房装置に用いられたものに限定されるものではなく、車室９０の暖房装置の有無に拘わらず、ラジエータ８１を通過したエンジン冷却液Ｌをジョイント５２に入力した構成を採用することもできる。
ただし、建設機械は、エンジン８０と燃料タンク１０とが比較的大きく離れて設置されていて、車室９０と燃料タンク１０とは比較的近い位置で設置されている場合が多いため、車室９０まで配管されている既存の暖房装置用のエンジン冷却液配管８３，８４，８５を利用することで、新規の配管の手間やコストを低減することができる。

上述した実施形態や変形例の燃料タンク装置１００は、温められた戻り燃料Ｆやエンジン冷却液Ｌを、ドレン配管３２や燃料タンク１０の底面に直接触れさせる構成により、戻り燃料Ｆやエンジン冷却液Ｌの熱をドレン配管３２や燃料タンク１０の底面に効率的に伝達するものであるが、本発明に係る建設機械の燃料タンク装置は、これらの形態に限定されるものではなく、戻り燃料が流れる戻り燃料配管（媒体）やエンジン冷却液が流れるエンジン冷却液配管（媒体）を、排出管や燃料タンクの底面に接触させた構成を採用することもできる。
この場合、戻り燃料配管自体やエンジン冷却液配管自体による熱損失があるため、温められた戻り燃料やエンジン冷却液を、排出管や燃料タンクの底面に直接触れさせるものに比べて、燃料タンクの底部に溜まった水に与えられる熱は低くなるが、燃料タンクの底部に溜まった水が凍結するのを防止乃至抑制することはできる。

１０燃料タンク
２２，２３供給配管
３２，３３，３４ドレン配管（排出管）
３５開閉弁
４２，４３戻り燃料配管
５２ジョイント（加温手段）
８０エンジン
１００建設機械の燃料タンク装置
Ｆ燃料
Ｗ水

Claims

燃料が貯められる燃料タンクと、前記燃料タンクの底部に設けられ、前記燃料タンクの内部の異物や水を外部に排出する排出管とを備えた建設機械の燃料タンク装置において、
前記建設機械に搭載されたエンジンから前記燃料タンクに戻される戻り燃料を、前記排出管に接触させるジョイントを備え、
前記ジョイントは、内部に前記排出管が貫通される中空の胴部を有し、前記胴部の少なくとも２か所に、前記胴部の内側の空間に前記戻り燃料が流れる経路が接続されていることを特徴とする建設機械の燃料タンク装置。
前記戻り燃料が流れる経路は、前記ジョイントを通過する第１経路と、前記ジョイントを通らずに前記燃料タンクに戻す第２経路とを備えるとともに、前記戻り燃料の流れを、前記第１経路または前記第２経路に切り替える経路切替器を、前記第１経路と前記第２経路とが分岐する部分に１つだけ備えたことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の燃料タンク装置。