JP6385868B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、水位検出装置が設けられたショベルに関する。

建設機械としてのショベルには、動力源としてルエンジンが搭載されることが多い。エンジンに供給する燃料は、燃料タンクに貯蔵されている間に、空気中の水分を吸収するおそれがある。燃料が水分を多く含むと、燃料供給系統の部品が酸化して腐食が生じるおそれがある。また、多量の水分がエンジンに供給されると、エンジンへの燃料噴射が正常に行われず、燃焼効率が低下して、エンジンの作動が停止してしまう（エンストを起こす）おそれがある。

そこで、ショベルのエンジンには、燃料から水分を分離するために水分離装置が設けられることが多い。一般的に、水分離装置は、エンジンに供給される燃料を濾過するフィルタとともに燃料供給ラインに設けられる。燃料が燃料供給ラインを流れてエンジンに供給される際に、燃料中の水分は水分離装置により燃料から分離される。分離された水分は水分離装置の中に貯留されるので、エンジンのメンテナンス時や一定の期間ごとに、貯留している水を水分離装置から排出する。

燃料の状態や周囲の大気の状態により、燃料に含まれる水分量は異なる。また、例えば、燃料タンクに雨水等が入り込んだりした場合は、燃料中の水分量が急激に多くなる。したがって、水分離装置で分離される水分量も一定ではなく、分離された水分が急激に多くなることもある。

そこで、水分離装置内に貯留された水分の量を測定して知らせるために水位検出装置が水分離装置に組み込まれることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１４４９０６号公報

ショベルは雰囲気温度が零下となる場所に保管されることがある。ショベルの雰囲気温度が零下になると、水分離装置内に貯留されている水が凍ってしまう。水分離装置内に貯留されている水が凍った状態でショベルの運転を開始すると、水位検出装置が水分離装置内の水位を誤検出するおそれがある。そして、誤検出した水位に基づいて、例えば水分離装置内の水位が上限を超えている等の誤判断がなされるおそれがある。

そこで、本発明は、水位検出装置の誤検出による誤判断を引き起こさないショベルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、アタッチメントが取り付けられた上部旋回体に搭載されたエンジンと、該エンジンに燃料を供給する燃料供給系と、該燃料供給系に設けられた水分離装置に組み込まれた水位検出装置と、該水位検出装置の検出値を用いて水位判定処理を実行する制御装置とを有するショベルであって、水が凍るような温度以下の条件において、前記水位判定処理を無効にするショベルが提供される。

開示した実施形態によれば、水位検出装置が誤検出するおそれがあるような条件下では水位に関する判定が行われない。これにより、水位検出装置が検出した水位に基づく誤判断を未然に防止することができる。

ショベルの左側面図である。 ショベルの上部旋回体を上から見た平面図である。 燃料供給系の回路図である。 水位検出装置が組み込まれた水分離装置の断面図である。 水位異常判定処理のフローチャートである。 水位異常判定処理の他の例のフローチャートである。

図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。

図１は一実施形態によるショベルの左側面図である。図１に示すように、ショベルは下部走行体１、上部旋回体２、キャブ３、ブーム４、アーム５、及びバケット６を有する。上部旋回体２は、旋回機構（図示せず）を介して下部走行体１上に搭載される。上部旋回体２の左側前部にキャブ３が設けられる。上部旋回体２の前部中央にブーム４の一端が回動可能に取り付けられる。アーム５は、ブーム４の先端部に回動可能に取り付けられる。エンドアタッチメントであるバケット６は、アーム５の先端部に回動可能に取り付けられる。掘削アタッチメントであるバケット６の代わりに、ブレーカや破砕機のようなエンドアタッチメントがアーム５の先端部に取り付けられてもよい。

上部旋回体２の後部には、後述するようにディーゼルエンジン及びエンジンに付随する構成部品が搭載されており、これらエンジンと構成部品上部を覆うようにエンジンフード２００が取り付けられる。

図２は上部旋回体２の概略構成を示す平面図である。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（一点鎖線で示す）が形成される。エンジンルーム７の上部は、図１に示すようにエンジンフード２００により覆われているが、図２ではエンジンルーム７の内部を図示するためにエンジンフード２００が取り外された状態が示されている。

図３に示すように、エンジンルーム７内にはディーゼルエンジン８が設置される。ディーゼルエンジン８の近傍には、排ガス処理装置を含むＳＣＲシステム（選択触媒還元システム）が配置される。なお、図３は、ＳＣＲシステムの下方に設けられたポンプ室４０の内部を示すため、ＳＣＲシステムが取り外された状態が示されている。

ディーゼルエンジン８には冷却ファン１２が設けられ、ラジエータを含む熱交換器ユニット１３が冷却ファン１２の前方に設置される。ディーゼルエンジン８と熱交換器ユニット１３の間には、エンジン冷却水が流れる冷却水配管１５が設けられる。水温センサ１６が冷却水配管１５に設けられる。水温センサ１６は冷却水配管１５を流れる冷却水の温度を検出し、検出信号を後述するコントローラ３０に供給する。

熱交換器ユニット１３の側方（ショベルとしては前側）には、エアクリーナ６３（エアフィルタ）が配置される。エアクリーナ６３は吸気管６４を介してディーゼルエンジン８に接続されている。エアクリーナ６３で濾過された空気が吸気管６４を通じてディーゼルエンジン８に供給される。

ディーゼルエンジン８（以下、単に「エンジン８」と称する）には、エンジン排気（以下、「排ガス」と称する）を放出するための排気管９が接続される。排気管９の下流側の端部には、上述の排ガス処理装置（図示せず）が接続される。

キャブ３は上部旋回体２の左側前部に配置されている。ここで、本明細書において、上部旋回体２の前部とは、上部旋回体の中央から見てブーム４が取り付けられている側の部分である。また、前方とは、上部旋回体の中央から見てブーム４が延在する方向である。また、左側とは上部旋回体２において前方（ブーム４が延在する方向）を向いたときに左となる部分である。また、右側とは上部旋回体２において前方（ブーム４が延在する方向）を向いたときに、右となる部分である。

キャブ３には、運転席（図示せず）が設けられる。運転席の前方に、例えば液晶表示装置からなるモニタ表示装置３ａが設けられる。モニタ表示装置３ａは、コントローラ３０からの表示信号に基づいて、ショベルの運転状況や各部の動作状態などを表す様々な種類の情報を表示する。ショベルの操作者は、モニタ表示装置３ａに表示される様々な種類の情報を見ながらショベルを操作する。

コントローラ３０は、ショベルの全体及び各部の動作を制御する制御装置であり、演算装置としてのＣＰＵ及びＲＯＭ，ＲＡＭ等の内部メモリを含むコンピュータにより実現される。後述の水位異常判定処理も、コントローラ３０が水位異常判定処理用のプログラムを実行することで達成される。

キャブ３の後方には、上述のエアクリーナ６３が配置される。エアクリーナ６３の後方に上述の熱交換器ユニット１３が配置される。

一方、エンジンルーム７の前側に、油圧システムで用いられる作動油を貯蔵する作動油タンク１２０が配置される。作動油タンク１２０の前方に、軽油等のディーゼルエンジン燃料（以下、単に「燃料」と称することもある）を貯蔵する燃料タンク１９が配置される。燃料タンク１９に貯蔵された燃料は、燃料供給配管４１を介してディーゼルエンジン８に供給される。

燃料タンク１９の前側に、排ガス処理装置１０が使用する処理剤（尿素水溶液（液体還元剤））を貯蔵する尿素水タンク（処理剤タンク）２０が配置される。尿素水タンク２０に貯蔵された処理剤は、処理剤供給配管（図示せず）により排ガス処理装置（図示せず）に供給される。

ブーム４は、図２に示すように、上部旋回体２の旋回フレーム２ａの前側中央部に強固に固定されたブーム支持ブラケット１７に回動可能に支持される。より具体的には、ブーム４は、ブーム支持ブラケット１７の右側ブラケット１７Ｒ及び左側ブラケット１７Ｌとの間に挟まれた状態で、右側ブラケット１７Ｒ、ブーム４、左側ブラケット１７Ｌを貫通して設けられるブームフートピン１００により支持される。

エンジンルーム７の中に形成される上述のポンプ室４０には、燃料をエンジン８に供給するための燃料供給系の各種構成部品が配置される。具体的には、プレフィルタ４３、燃料ポンプ４４、メインフィルタ４５、三方弁４６、及びそれらを接続する配管がポンプ室４０内に配置される。より具体的には、燃料タンク１９からエンジン８へ燃料を供給するための燃料供給配管４１がポンプ室４０内に延在し、燃料供給配管４１の途中に、プレフィルタ４３、燃料ポンプ４４、メインフィルタ４５、三方弁４６等が設けられる。燃料供給配管４１には、エンジン８に供給される燃料の温度を検出する燃料温度センサ５４が設けられる。

図３は燃料供給系の回路図である。燃料供給系は、燃料タンク１９に貯留されている燃料を、燃料ポンプ４４を駆動することで、エンジン８に供給する。より具体的には、燃料ポンプ４４を駆動すると、燃料タンク１９内の燃料が燃料供給配管４１を流れてプレフィルタ４３に流入する。燃料タンク１９とプレフィルタ４３との間の燃料供給配管４１には、閉止弁４２が設けられている。閉止弁４２は通常時は開放されており、燃料は閉止弁４２を通過することができる。

プレフィルタ４３に流入した燃料は濾過されて細かい異物等が取り除かれる。また、水分離装置５０により燃料に含まれる水分が分離される。分離された水分の量は、水位検出装置５２により水位として検出される。

プレフィルタ４３に流入した燃料は、燃料供給配管４１を流れて燃料ポンプ４４に吸い込まれ、燃料ポンプ４４から吐出される。燃料ポンプ４４から吐出された燃料は、燃料供給配管４１を流れてメインフィルタ４５に流入する。

メインフィルタ４５に流入した燃料は濾過されてさらに異物が取り除かれる。メインフィルタ４５から流出した燃料は、燃料供給配管４１を流れてエンジン８に供給される。

メインフィルタ４５とエンジン８との間の燃料供給配管４１には、三方弁４６が設けられている。三方弁４６は通常時はエンジン８に燃料が流れる状態に設定されており、燃料は三方弁４６を通過してエンジン８に供給される。

一方、三方弁４６は、戻りドレイン配管４７を介して燃料タンク１９に繋がれており、三方弁を切り替えて燃料を燃料タンクに戻すことができる。

エンジン８に供給された燃料は、エンジン８の燃料噴射装置によりエンジン内部に噴射される。エンジン８において噴射されなかった燃料は、燃料戻り配管４８を流れて燃料タンク１９に戻される。燃料戻り配管４８には燃料クーラ４９が設けられ、燃料タンク１９に戻される燃料の温度を下げる。

次に、水分離装置５０について、図４を参照しながら説明する。プレフィルタ４３には、水位検出装置５２が設けられた水分離装置５０が組み込まれている。したがって、プレフィルタ４３を通過する際に、燃料は濾過されると共に、燃料中の水分が水分離装置５０内のフィルタ５０ａにより分離される。分離された水分は、水分離装置５０の水貯め部５０ｂに貯留される。なお、水貯め部５０ｂには水抜き用のコック５０ｃが設けられる。操作者等がコック５０ｃを開くことで、水貯め部５０ｂに溜った水を外部に排出することができる。

図４に示すように、水貯め部５０ｂには、フロート式の水位検出装置５２が設けられている。水位検出装置５２は、検出軸５２ａと、フロート５２ｂと、検出部５２ｃとを含む。検出軸５２ａは、上端が閉じられた中空の細長い円筒状の部材である。検出軸５２ａの下端は検出部５２ｃに接続されている。中心に孔を有するドーナツ形状のフロート５２ｂは、検出軸５２ａに沿って上下に移動可能である。

水位検出装置５２は、本実施形態では、例えば磁気検出型のセンサであり、フロート５２ｂの内部に設けられている永久磁石の磁気を、検出軸５２ａの中に配置されている磁気回路で検出する。そして、検出部５２ｃ内の電気回路は、磁気回路で検出したフロート５２ｂからの磁気に基づいて５２ｂの位置を特定して電気信号に変換し、電気信号をコントローラ３０に出力する。水位検出装置５２の検出部５２ｃからは、電信号を出力する電気ケーブル５２ｄが延出している。

フロート５２ｂは水に浮くように、フロート５２ｂ全体としての比重は水の比重より小さい。水貯め部５０ｂに水が溜ると、フロート５２ｂは水に浮かんで水の表面付近に位置する。したがって、フロート５２ｂの位置は、水貯め部５０ｂに溜った水の水位に相当する。これにより、水位検出装置５２から出力される電気信号は、水貯め部５０ｂに溜った水の水位を示す信号となる。

本実施形態では、水位検出装置５２からの水位検出値（電気信号）をコントローラ３０が受ける。コントローラ３０は、水位検出値ＷＬが上限値Ｌｕを超えているときに、水位が上限を超えていることを示す情報をモニタ表示装置３ａに表示し、運転者に注意を促す。この水位が上限を超えていることを判定するための処理を、水位判定処理と称する。水位判定処理を行なうことで、水位が異常であることを判定することができる。したがって、水位判定処理は水位異常判定処理を含む処理である。

水位異常判定処理を行うときに、周囲の気温が零下となる場所にショベルが置かれていたような場合、水分離装置５０内に溜った水分が凍結することがある。この場合、水の凍結によりフロート５２ｂが固定されてしまい、正確な水位を検出できないにもかかわらず、フロート５２ｂが固定された位置に相当する水位検出値（誤検出値）が水位検出装置５２から出力されてしまう。すると、コントローラ３０は、この誤検出値に基づいて水位異常判定処理を行う。もし、誤検出値が上限値を超えていたら、コントローラ３０は、水位が上限を超えたことを示す情報をモニタ表示装置３ａに表示する（水位異常表示）。しかし、このときの水位に関する表示は、水位検出装置５２からの誤検出値に基づく表示であり、実際には表示されるべきではない誤表示である。

例えば、水分離装置５０に溜った水が氷る際にフロート５２ｂの位置が実際の水面より上に位置していたような場合（例えばショベルが傾斜していたときなど）には、誤検出値が上限値Ｌｕを超えることがある。あるいは、水分離装置５０に溜った水が氷る際にフロート５２ｂが上に持ち上げられるような場合にも、誤検出値が上限値Ｌｕを超えることがある。

本実施形態では、このような誤検出値に基づく誤判断を防止するために、所定の条件下（例えば、水分離装置５０内の水が凍るような温度以下）では、水位異常判定処理を無効とすることで、水位異常判定を行わない。

次に、上述の水位異常判定処理について、図５を参照しながら説明する。図５は水位異常判定処理のフローチャートである。

水位異常判定処理が開始されると、まず、コントローラ３０は、エンジン冷却水の水温ＴＷを水温センサ１６から取得する（ステップＳ１０）。水温センサ１６が検出する水温は、熱交換器ユニット１３からエンジン８に供給される直前の冷却水の温度であり、外気の温度に等しいとみなすことができる。そして、コントローラ３０は、取得した水温ＷＴが、水が氷る温度Ｔｃ（すなわち、零度）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

コントローラ３０は、水温ＷＴが温度Ｔｃ以下である（ＷＴ≦Ｔｃ）と判定すると、水位異常判定処理を無効にする（ステップＳ１２）。すなわち、コントローラ３０は、外気温が零下であると、水分離装置５０内の水が凍っていて水位検出装置５２から誤検出値が出力されているおそれがあるため、水位異常判定処理をそれ以上継続せずに終了する。これにより、水位検出装置５２からの誤検出値が出力されていたとしても、誤検出に基づいて誤判断することを防止することができる。

一方、ステップＳ１１において水温ＷＴが温度Ｔｃより高いと判定されると、コントローラ３０は水位異常判定処理の実行を継続する。そして、コントローラ３０は、水位検出装置５２から水位ＷＬの検出値を取得する（ステップＳ１４）。続いて、コントローラ３０は、取得した水位ＷＬが上限値Ｌｕを超えているか否かを判定する（ステップＳ１５）。

コントローラ３０は、水位ＷＬが上限値を超えている（ＷＬ＞Ｌｕ）と判定すると、水位表示処理を実行する（ステップＳ１６）。この水位表示処理により、水分離装置５０内の水位が上限値を超えていることを示す情報がモニタ表示装置３ａへの表示により報知され、ショベルの操作者に水抜きを促す。

なお、本実施形態における水位表示処理では、ショベルが作業中か否かに関係なく、水分離装置５０内の水位が上限値を超えていることを示す情報がモニタ表示装置３ａに表示される。すなわち、ショベルが作業中であっても、水位表示処理による表示が行われる。モニタ表示装置３ａへの表示であれば、ブザー音や警報音による報知ほど強く注意を促すことはなく、操作者は注意表示を無視できるためである。注意表示は作業中にも継続して表示されるので、操作者はショベルでの作業が終わる時点で、注意表示を確認することができる。そして、操作者は、作業を終了してショベルの運転を止めてから、水抜きを行う等の処置を施すことができる。

一方、ステップＳ１５において水位ＷＬが上限値を超えていないと判定されると、コントローラ３０は水位表示処理を行わず、今回の水位異常判定処理を終了する。したがって、水分離装置５０内の水位が上限値を超えていることを示す情報はモニタ表示装置３ａに表示されない。

なお、上述ステップＳ１０，Ｓ１１では、冷却水の水温ＷＴが外気温に等しいとして用いているが、例えば、気温センサをショベルに設けて、気温センサの検出値を用いてもよい。また、水が氷っているか否かを判定するための温度Ｔｃを零度としているが、気温や冷却水温度が零度より高いときでも、水が凍っている場合もあり得るので、Ｔｃに余裕を持たせて、Ｔｃを零度より高い例えば２〜３℃としておいてもよい。

上述の実施形態では、水位異常判定処理を無効にするための所定の条件として、外気温が水が氷る温度以下であるという条件を用いているが、例えば、ショベルが大きく傾いているといった条件を用いてもよい。ショベルが大きく傾いていると、水位検出装置５２からの検出値は実際の水位とは異なることがあるからである。

また、上述の実施形態では水位検出装置５２として上述の磁気検出型のセンサが用いられているが、他の検出方式のセンサが用いられてもよい。

次に、水位異常判定処理の他の例について、図６を参照しながら説明する。図６は水位異常判定処理の他の例のフローチャートである。

図６に示す水位異常判定処理が開始されると、まず、コントローラ３０は、燃料温度ＦＴを燃料温度センサ５４から取得する（ステップＳ２０）。そして、コントローラ３０は、取得した燃料温度ＦＴが、水が氷る温度Ｔｃ（すなわち、零度）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。

コントローラ３０は、燃料温度ＦＴが温度Ｔｃ以下である（ＦＴ≦Ｔｃ）と判定すると、水位異常判定処理を無効にする（ステップＳ２２）。すなわち、コントローラ３０は、外気温が零下であると、水分離装置５０内の水が凍っていて水位検出装置５２から誤検出値が出力されているおそれがあるため、水位異常判定処理をそれ以上継続せずに終了する。これにより、水位検出装置５２からの誤検出値が出力されていたとしても、誤検出に基づいて誤報知することを防止することができる。

一方、ステップＳ２１において燃料温度ＦＴが温度Ｔｃより高いと判定されると、コントローラ３０は水位異常判定処理の実行を継続する。そして、コントローラ３０は、水位検出装置５２から水位ＷＬの検出値を取得する（ステップＳ２４）。続いて、コントローラ３０は、取得した水位ＷＬが上限値Ｌｕを超えているか否かを判定する（ステップＳ２５）。

コントローラ３０は、水位ＷＬが上限値を超えている（ＷＬ＞Ｌｕ）と判定すると、水位表示処理を実行する（ステップＳ２６）。この水位表示処理により、水分離装置５０内の水位が上限値を超えていることを示す情報がモニタ表示装置３ａへの表示により報知され、ショベルの操作者に水抜きを促す。

一方、ステップＳ２５において水位ＷＬが上限値を超えていないと判定されると、コントローラ３０は水位表示処理を行わず、今回の水位異常判定処理を終了する。したがって、水分離装置５０内の水位が上限値を超えていることを示す情報はモニタ表示装置３ａに表示されない。

なお、水が氷っているか否かを判定するための温度Ｔｃを零度としているが、燃料温度ＦＴが零度より高いときでも、水が凍っている場合もあり得るので、Ｔｃに余裕を持たせて、Ｔｃを零度より高い例えば２〜３℃としておいてもよい。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ キャブ
３ａ モニタ表示装置
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
１２ 冷却ファン
１３ 熱交換器ユニット
１５ 冷却水配管
１６ 水温センサ
１９ 燃料タンク
３０ コントローラ
４０ ポンプ室
４１ 燃料供給管
４３ プレフィルタ
４４ 燃料ポンプ
４５ メインフィルタ
４６ 三方弁
４７ 戻りドレイン配管
５０ 水分離装置
５２ 水位検出装置
６３ エアクリーナ
６４ 吸気管

Claims (5)

1. アタッチメントが取り付けられた上部旋回体に搭載されたエンジンと、
   該エンジンに燃料を供給する燃料供給系と、
   該燃料供給系に設けられた水分離装置に組み込まれた水位検出装置と、
   該水位検出装置の検出値を用いて水位判定処理を実行する制御装置と
   を有するショベルであって、
   水が凍るような温度以下の条件において、前記水位判定処理を無効にするショベル。
2. 請求項１記載のショベルであって、
   前記水が凍るような温度以下の条件とは、水温センサにより検出したエンジン冷却水の温度が所定温度以下
   であるという条件であるショベル。
3. 請求項１記載のショベルであって、
   前記水が凍るような温度以下の条件とは、燃料温度センサ若しくは気温センサにより検出したエンジン冷却水の温度が所定温度以下
   であるという条件であるショベル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のショベルであって、
   水が凍るような温度より高い温度条件において、
   前記水位判定処理は、水位が上限値を超えたことを表示装置に表示する水位表示処理を含むショベル。
5. 請求項４記載のショベルであって、
   前記水位検出装置の検出値が上限値を超えているときは、前記ショベルが作業中でも、前記水位表示処理を継続するショベル。

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