JP6038504B2

JP6038504B2 - 建設機械

Info

Publication number: JP6038504B2
Application number: JP2012143419A
Authority: JP
Inventors: 祐貴齋藤
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: JP2014005697A

Description

本発明は、液体還元剤が貯留される液体還元剤用タンクを備える建設機械に関する。

近年、ディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベル等の建設機械では、高次の排ガス規制に対応すべく、ディーゼルエンジンの排気系に排ガス処理装置が設置され、ディーゼルエンジンからの排ガスは、排気管の下流側に設けたＮＯｘ還元触媒を通って大気中に放出される。

従来、此種排ガス処理装置としては、尿素水溶液（液体還元剤）を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が多く採択され、尿素水溶液は金属製の液体還元剤用タンクに貯留されている。また、液体還元剤用タンクは液体還元剤供給パイプにより排気管に接続され、液体還元剤供給ポンプにより液体還元剤用タンク内の尿素水溶液を排気管に供給できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２０９３６号公報

ところで、一般的に、この種の建設機械では、その動作中、液体還元剤用タンク内の液体還元剤の残量（液面レベル）はセンサにより監視されている。

しかしながら、傾斜地等で作業する場合などで建設機械の姿勢が変化すると、液体還元剤用タンク内の液体還元剤の液面レベルが当該姿勢の変化に起因して変化するので、正確な液体還元剤の残量を算出するのが困難である。

そこで、本発明は、建設機械の姿勢の影響を低減する態様で精度良く液体還元剤の残量を算出することができる建設機械の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、下部走行体と、
旋回フレームの前部にブーム取り付け用のブーム支持ブラケットが設けられる上部旋回体と、
前記旋回フレームの右前部の工具箱付近における前記ブーム取り付け用のブーム支持ブラケットの外側に配置され、液体還元剤が貯留され、深さに応じて断面積が異なる形状である液体還元剤用タンクと、を備える建設機械において、
前記液体還元剤用タンクの側面と平行に直線的に移動することで、前記液体還元剤用タンク内の液体還元剤の液面レベルを検出する液面レベル検出センサと、
前記建設機械の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
前記液面レベル検出センサから得られる情報を処理する処理装置とを備え、
前記処理装置は、前記液面レベル検出センサにより検出された液面レベルと、前記姿勢検出センサにより検出された姿勢と、前記液体還元剤用タンクの形状との関係に基づいて、前記液体還元剤用タンク内の液体還元剤の残量を算出することを特徴とする、建設機械が提供される。

本発明によれば、建設機械の姿勢の影響を低減する態様で精度良く液体還元剤の残量を算出することができる建設機械が得られる。

建設機械の一例として油圧ショベルを示す側面図である。上部旋回体の後部を上面視で概略的に示す平面図である。液体還元剤用タンク７０の設置状態を概略的に示す斜視図である。液体還元剤用タンク７０内の尿素水溶液（液体還元剤）の残量を算出するための構成例を示す図である。建設機械が傾斜地で前傾となって作業している状態を模式的に示す図である。建設機械の姿勢（傾斜）が変化すると液面レベルセンサ８２の検出値が示す距離が変化する原理を示す説明図である。処理装置８０により実行されてよい尿素水溶液の残量に応じた建設機械の動作抑制制御の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、建設機械の一例として油圧ショベルを示す側面図である。

図１に示すように、下部走行体１上には上部旋回体２が旋回可能に装架され、上部旋回体２の前方一側部にキャブ３が設けられている。また、上部旋回体２の前方中央部にブーム４が俯仰可能に枢着され、該ブーム４の先端部にはアーム５が上下回動可能に連結されているとともに、該アーム５の先端部にバケット６が上下回動可能に取り付けられている。尚、掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。

図２は、上部旋回体の後部を上面視で概略的に示す平面図である。

図２に示すように、上部旋回体２の後部にはエンジンルーム７が形成され、該エンジンルーム７内にはディーゼルエンジン８が設置されている。また、ディーゼルエンジン８の前方側（図２における手前側）には冷却ファン１２が設けられているとともに、該冷却ファン１２の前方にはラジエータ等を含む熱交換機ユニット１３が設置されている。

更に、ディーゼルエンジン８には排気管９が接続され、該排気管９の下流側には、高次の排ガス規制に対応すべく、排ガス処理装置１０が設置されている。排ガス処理装置１０としては、尿素水溶液（液体還元剤）を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が採択されている。

図３は、液体還元剤用タンク７０の設置状態を概略的に示す斜視図である。

図３に示すように、前記上部旋回体２の旋回フレーム１４の前部には左右一対のブーム取り付け用のブーム支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒが立設されている。ブーム支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒは、ブームフートピン（図示せず）を通すための穴１７２Ｌ，１７２Ｒをそれぞれ備える。ブームフートピンは、穴１７２Ｌ，１７２Ｒに幅方向Ｗに通され、ブーム４を回転可能に保持する。

ブーム支持ブラケット１７Ｌの外側であって、後方には燃料タンク１８及びサンプタンク１９が直列に配置されている。また、燃料タンク１８の前側には、液体還元剤用タンク７０が配置される。従って、図示の例では、前から液体還元剤用タンク７０、燃料タンク１８及びサンプタンク１９が順に隣接して配置されている。尚、燃料タンク１８及びサンプタンク１９の順序は任意である。燃料タンク１８及びサンプタンク１９は、幅方向に横並びに配置されてもよい。液体還元剤用タンク７０内には尿素水溶液が貯留されている。更に、液体還元剤用タンク７０は液体還元剤供給パイプ（図示せず）を介して、排ガス処理装置１０に接続されている。

図４は、液体還元剤用タンク７０内の尿素水溶液（液体還元剤）の残量を算出するための構成例を示す図である。

処理装置８０は、コンピューターにより構成される。処理装置８０は、建設機械の制御を行う制御装置の一部であってもよい。尚、建設機械の制御方法は、ネガコン制御やポジコン、ロードセンシング等、任意であってよい。

処理装置８０には、液体還元剤用タンク７０内の尿素水溶液の液面レベルを検出するセンサ８２（以下、「液面レベルセンサ８２」という）が接続される。液面レベルセンサ８２の検出原理は任意であり、静電容量式、光学式等であってもよい。液面レベルセンサ８２は、フロートレベルセンサであってもよい。

処理装置８０には、建設機械の姿勢（傾斜）を検出する傾斜センサ８４が接続される。傾斜センサ８４は、傾斜検出原理は任意であり、加速度センサを利用したものであってもよいし、水平面に対する液体の傾斜角度を検出するものであってもよい。また、傾斜センサ８４は、建設機械のピッチ方向の傾斜（横方向の軸まわりの傾斜）を検出するものであってもよいし、建設機械のピッチ方向の傾斜及びロール方向の傾斜（前後方向の軸まわりの傾斜）を検出する２軸型であってもよい。

処理装置８０は、液面レベルセンサ８２により検出された液面レベルを、傾斜センサ８４により検出された傾斜に応じて補正する。これは、図５及び図６に模式的に示すように、傾斜地等で作業する場合などで建設機械の姿勢（傾斜）が変化すると、液面レベルセンサ８２の検出値が示す距離が、建設機械の傾斜がゼロのときの正規の距離L₀（図６（B）参照）とは異なる距離L_１（図６（A）参照）へと変化するためである。尚、図５では、建設機械が傾斜地で前傾となって作業している状態が示されているが、後傾になる場合や、左右に傾斜する場合もある。

処理装置８０は、液面レベルセンサ８２の検出値が示す距離Lを、傾斜センサ８４により検出された傾斜により補正するが、この補正方法は多種多様である。例えば、補正式（換算式）を用いてもよい。換算式は、液体還元剤用タンク７０の形状と傾斜の関係から予め導出することができる。また、液面レベルセンサ８２の検出値が示す距離Lと、傾斜センサ８４により検出された傾斜と、液体還元剤用タンク７０内の尿素水溶液の残量との関係を示すマップを用意し、このマップを利用して尿素水溶液の残量を算出してもよい。

このように本実施例によれば、液面レベルセンサ８２の検出値が、傾斜センサ８４により検出された傾斜により補正されるので、建設機械の姿勢の影響を低減する態様で精度良く尿素水溶液の残量を算出することができる。尚、図６（A）に示したような傾斜に起因した正規の距離L₀からのずれは、特に液体還元剤用タンク７０が図６に示すような異形（深さに応じて断面積が急変する形状）であるときに顕著に現れる。従って、本実施例は、このような異形の液体還元剤用タンク７０に対して好適である。特に、図３等に示すように液体還元剤用タンク７０が建設機械右前部の工具箱付近に配置される場合には、空間的制約等から、必要な容量を確保するために液体還元剤用タンク７０が異形となりやすくなる。但し、液体還元剤用タンク７０が、直方体や立方体のような、深さに応じて断面積が略一定である形状（即ち異形で無い場合）であっても、液面レベルセンサ８２を液体還元剤用タンク７０の中央部に設置できない場合には同様のずれは発生するので（ずれ量は低減されるものの）、本実施例は適用可能である。

図７は、処理装置８０により実行されてよい尿素水溶液の残量に応じた建設機械の動作抑制制御の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理ルーチンは、建設機械の動作中に所定周期毎に繰り返し実行されてよい。

ステップ７００では、処理装置８０は、液面レベルセンサ８２及び傾斜センサ８４からの最新の検出値を取得する。尚、液面レベルセンサ８２及び傾斜センサ８４からの最新の検出値は、必ずしも同一周期で取得される必要はない。

ステップ７０２では、処理装置８０は、上記ステップ７００で取得した液面レベルセンサ８２の検出値を、上記ステップ７００で取得した傾斜センサ８４の検出値に基づいて補正し、尿素水溶液の残量（補正した残量）を算出する。尚、尿素水溶液の残量は、容積で表されてもよいし、液体還元剤用タンク７０の全容積に対する比率で表されてもよいし、表現方法は任意である。

ステップ７０４では、処理装置８０は、上記ステップ７０２で算出した尿素水溶液の残量が、所定の基準値よりも多いか否かを判定する。尚、上記ステップ７０２で算出した尿素水溶液の残量は、フィルタ処理（過去所定周期分の複数のサンプルの平均等）を受けた上で、所定の基準値と比較されてもよい。所定の基準値は、排ガスを適切に浄化するのに必要な尿素水溶液の必要最小量に対応してもよい。上記ステップ７０２で算出した尿素水溶液の残量が、所定の基準値よりも多い場合は、そのまま終了する。他方、上記ステップ７０２で算出した尿素水溶液の残量が、所定の基準値以下の場合は、ステップ７０６に進む。

ステップ７０６では、処理装置８０は、建設機械の動作抑制を実行する。建設機械の動作抑制は、例えば各種のアクチュエータ（例えばブーム４等を駆動するためのアクチュエータ）に圧油を供給するポンプの吐出流量を制限することや、エンジン回転数を制限することにより実現されてもよい。

このようにして図７に示す処理によれば、建設機械の姿勢に応じて補正して得られた尿素水溶液の残量に基づいて、建設機械の動作抑制を実行するので、信頼性の高い態様で動作抑制を行うことができる。

尚、図７に示す処理において、建設機械の動作抑制は段階的に実行されてもよい。例えば、上記ステップ７０２で算出した尿素水溶液の残量が、所定の第１基準値よりも小さいが所定の第２基準値よりも大きい場合は、ポンプの吐出流量を制限するのみとし、上記ステップ７０２で算出した尿素水溶液の残量が所定の第２基準値よりも小さい場合は、エンジンを停止することとしてもよい。

また、図７に示す処理では、上記ステップ７００で取得した液面レベルセンサ８２の検出値を、上記ステップ７００で取得した傾斜センサ８４の検出値に基づいて補正して得られる尿素水溶液の残量を、所定の基準値と比較しているが、等価的に、上記ステップ７００で取得した液面レベルセンサ８２の検出値から得られる尿素水溶液の残量を、上記ステップ７００で取得した傾斜センサ８４の検出値に基づいて補正した所定の基準値と比較してもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１下部走行体
２上部旋回体
３キャブ
４ブーム
５アーム
６バケット
７エンジンルーム
８ディーゼルエンジン
９排気管
１０排ガス処理装置
１２冷却ファン
１３熱交換機ユニット
１４旋回フレーム
１７Ｌ，１７Ｒブーム支持ブラケット
１７２Ｌ，１７２Ｒ穴
１８燃料タンク
１９サンプタンク
７０液体還元剤用タンク
８０処理装置
８２液面レベルセンサ
８４傾斜センサ

Claims

下部走行体と、
旋回フレームの前部にブーム取り付け用のブーム支持ブラケットが設けられる上部旋回体と、
前記旋回フレームの右前部の工具箱付近における前記ブーム取り付け用のブーム支持ブラケットの外側に配置され、液体還元剤が貯留され、深さに応じて断面積が異なる形状である液体還元剤用タンクと、を備える建設機械において、
前記液体還元剤用タンクの側面と平行に直線的に移動することで、前記液体還元剤用タンク内の液体還元剤の液面レベルを検出する液面レベル検出センサと、
前記建設機械の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
前記液面レベル検出センサから得られる情報を処理する処理装置とを備え、
前記処理装置は、前記液面レベル検出センサにより検出された液面レベルと、前記姿勢検出センサにより検出された姿勢と、前記液体還元剤用タンクの形状との関係に基づいて、前記液体還元剤用タンク内の液体還元剤の残量を算出することを特徴とする、建設機械。
前記処理装置は、算出した液体還元剤の残量が所定基準を下回った場合に、建設機械の動作を抑制する、請求項１に記載の建設機械。