JP6789917B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化装置としてとしてＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択触媒還元）装置を搭載した建設機械に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中にＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための排気ガス浄化装置として、ＳＣＲ装置を用いる装置がある。

例えば、特許文献１には、「ディーゼルエンジンの排気通路に、ＮＯｘを還元浄化するＳＣＲ触媒を配設すると共に、該ＳＣＲ触媒の上流側に、上流側から順に酸化触媒と、該酸化触媒の触媒作用により排ガス中の硫黄分が酸化されて生じるサルフェート分を捕集できるフィルタを直列に配設して（要約抜粋）」構成されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が開示されている。特許文献１に開示の技術では、ＳＣＲ装置の排気ガス上流に尿素水を噴射し、排気ガスの熱でアンモニアを生成する。そして、このアンモニアによってＳＣＲ装置内のＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化する。

このような排ガス浄化装置では、噴射する尿素水の濃度は浄化性能に関わり、適切に保たれていることが前提である。このため、尿素水タンク内の尿素水の濃度を監視する濃度センサが設けられる。しかしながら、この濃度センサは、気泡等の泡沫が付着すると、濃度が正確に計測できない。このため、濃度センサに気泡の付着を防止する技術として、例えば、特許文献２には、「ＮＯｘを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵装置に関し、尿素水を貯蔵するタンク内に尿素水濃度センサを配置し、該尿素水濃度センサの周囲を上部開口の容器状を成す泡沫ガードにより包囲し、該泡沫ガードの内側で親水性素材から成る泡沫捕捉フィルタにより前記尿素水濃度センサを被包する（要約抜粋）。」技術が開示されている。

特開２０００−３０３８２６号公報 特開２００５−２９９４４１号公報

油圧ショベル等の建設機械は、自動車に比べて動作環境が厳しく、作業中に大きく振動することが多い。このため、建設機械では、振動により尿素水を貯蔵するタンク（尿素水タンク）内に気泡が発生し易い。特許文献１に開示された技術では、泡沫捕捉フィルタ内に気泡が発生した場合、濃度センサに気泡が付着し、測定精度の低下は避けられない。また、建設機械の作業環境では、尿素水タンクに新たな尿素水を投入する際に砂塵等のコンタミが浸入する可能性がある。このコンタミが、泡沫捕捉フィルタに付着するため、メンテナンスも必要である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＳＣＲ装置を用いた排気ガス浄化装置を備える建設機械において、メンテナンスの手間を増大させることなく、尿素水タンク内における尿素水濃度の測定精度の低下を、高い確度で抑える技術を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンから排出される排気ガスの流路において、選択触媒還元（ＳＣＲ）装置の上流に配置され、前記排気ガスに還元剤を噴射する還元剤噴射装置を備える建設機械であって、前記還元剤噴射装置は、前記還元剤を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンク内の前記還元剤を前記排気ガスに噴射する噴射器と、前記噴射器に前記還元剤を、圧送配管を介して圧送するポンプと、前記圧送配管と前記貯留タンクとを前記ポンプを介さずに接続する戻りラインと、前記貯留タンク内に配置されて前記還元剤の濃度を検出する濃度センサと、を備える。前記戻りラインは、前記還元剤を一時貯留する圧力容器と、前記圧力容器と前記貯留タンクとを接続し、前記貯留タンク側の開口が前記濃度センサに面する吹付配管と、前記吹付配管に設けられる切替バルブと、所定の条件を満たした場合、前記切替バルブを開く制御装置と、を備えることを特徴とする建設機械を提供する。

本発明によれば、ＳＣＲを用いた排気ガス浄化装置を備える建設機械において、メンテナンスの手間を増大させることなく、尿素水タンク内における尿素水濃度の測定精度の低下を、高い確度で抑えることができる。なお、前述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

（ａ）は、第一の実施形態の油圧ショベルの側面図であり、（ｂ）は、第一の実施形態の油圧ショベルの要部を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の排気ガス浄化装置の概要を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の還元剤噴射装置を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の還元剤噴射装置の各構成要素の高さ方向の配置を説明するための説明図である。 （ａ）は、本発明の実施形態の制御装置の機能ブロック図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の制御装置のハードウェア構成図である。 本発明の実施形態の気泡除去処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。また、以下の各実施形態では、ＳＣＲ装置を用いた排ガス浄化装置を搭載する建設機械として、油圧ショベルを例にあげて説明する。

図１（ａ）は、本実施形態の排気ガス浄化装置を搭載した建設機械の一例である油圧ショベル１の側面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す油圧ショベルの要部を説明するための説明図である。なお、説明の便宜上、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を設定する。すなわち、油圧ショベル１が水平面上に配置されている状態で、鉛直方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面において、油圧ショベル１の左右方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする。

本実施形態の油圧ショベル１は、走行体２と、走行体２の上側に配置され、旋回フレーム３ａを有する旋回体３と、旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動するフロント作業機４と、フロント作業機４を動作させる後述の油圧シリンダとを備える。

フロント作業機４は、例えば基端が旋回フレーム３ａに回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、例えば、ブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、アーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを備える。また、前述した油圧シリンダは、例えば、旋回フレーム３ａとブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａの上側に配置されてブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃとを備える。

旋回体３は、前方左側にキャブ７を備え、後方にカウンタウェイト６を備える。また、旋回体３は、キャブ７およびカウンタウェイト６の間に設けられたエンジンルーム５と、エンジンルーム５の上部に設けられた車体カバー１５と、この車体カバー１５に設けられ、後述のエンジンから排出される排気ガスを外部へ放出する尾管１０とを備える。また、旋回体３は、エンジンルーム５内に配設されたエンジン２４（図２参照）と、エンジン２４に隣接するように設けられ、エンジン２４の駆動力によって駆動される油圧ポンプ１４と、油圧ポンプ１４の前方に配置され、油圧ポンプ１４と図示しない配管によって接続される作動油タンク２２と、作動油タンク２２の前方に配置され、エンジン２４の燃料を貯蔵する燃料タンク２１と、を備える。

また、旋回体３は、後述する排気ガス浄化装置２０（図２参照）を備える。

［排気ガス浄化装置］
排気ガス浄化装置２０について、図２、図３、および図４を用いて説明する。図２は、本実施形態の排気ガス浄化装置２０の概要を説明するための図である。また、図３は、排気ガス浄化装置２０の、後述する還元剤噴射装置１８の詳細を説明するための図である。また、図４は、還元剤噴射装置１８の各構成の高さ方向の配置を説明するための図である。

油圧ショベル１等の原動機となるエンジンには、一般にディーゼルエンジンが用いられる。そして、このディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、例えば、粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が含まれる。排気ガス浄化装置２０は、排気ガスに含まれるこれらの物質を取り除く装置である。排気ガス浄化装置２０は、図２に示すように、エンジン２４の排気ガスの流路を形成する排気管２４ｃ上に設けられる。

本実施形態の排気ガス浄化装置２０は、図２に示すように、ＰＭ処理装置１２と、排気管２４ｃのＰＭ処理装置１２の下流に設けられる窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化装置１７と、を備える。そして、ＮＯｘ浄化装置１７は、排気管２４ｃに接続されたＳＣＲ装置１３と、排気管２４ｃの、ＳＣＲ装置１３の上流に設けられ、排気ガスに尿素水を噴射する還元剤噴射装置１８と、を備える。

これらのＰＭ処理装置１２とＮＯｘ浄化装置１７のＳＣＲ装置１３とは、図１（ｂ）に示すように、油圧ポンプ１４の上方、かつ車体カバー１５の下方に配置される。

［ＰＭ処理装置］
ＰＭ処理装置１２は、図３に示すように、酸化触媒装置（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）１２ａと、フィルタ装置（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）１２ｂと、を備える。

ＤＯＣ１２ａは、例えば、排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を酸化して除去する装置である。ＤＰＦ１２ｂは、ＤＯＣ１２ａの下流側に配置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する装置である。

［ＮＯｘ浄化装置］
排気管２４ｃに排出された排気ガスは、ＰＭ処理装置１２を経てＮＯｘ浄化装置１７に導かれる。ＮＯｘ浄化装置１７は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤となる尿素水溶液（以下、尿素水という）を用いて除去する装置である。本実施形態では、還元剤噴射装置１８により排気ガス中に尿素水を噴射し、ＳＣＲ装置１３内の尿素選択還元触媒により尿素水からアンモニアを生成する。そして、生成されたアンモニアを用いて排気ガス中のＮＯｘを還元反応させ、水と窒素とに分解する。そして、酸化触媒によって排気ガス中のアンモニアを低減させる。

［ＳＣＲ装置］
ＳＣＲ装置１３は、生成されたアンモニアと排気ガスに含まれる窒素酸化物との反応を促進する還元触媒と、この還元触媒よりも下流側に設けられ、窒素酸化物と反応しなかったアンモニアを酸化する第二の酸化触媒とを有する。

［還元剤噴射装置］
還元剤噴射装置１８は、還元剤として尿素水を尿素水タンク２５に保持し、上述のように、排気ガスに噴射する。このとき、噴射量は、尿素水タンク内の尿素水が適切な濃度であることが前提で制御される。この尿素水タンク２５は、図１（ｂ）に示すように、例えば、旋回体３上に配置される。

従って、尿素水タンク２５は、建設機械の振動を直接受けやすく、尿素水タンク２５内の尿素水には、気泡が発生し易い。例えば、車両の走行振動により水面が波打って気泡が生じたりする。また、例えば、エンジン２４から熱を受け、尿素水タンク２５の内外の温度差が大きくなると、尿素水タンク２５の内壁に気泡が生じることがある。また、尿素水タンク２５上部の供給口から新たな尿素水を投入する際に水面で空気が巻きこまれて気泡が生じることがある。さらに、尿素水を送り出すポンプ内で気泡が発生したりすることがある。これらの気泡が尿素水の濃度センサの表面に付着すると、尿素水の正確な濃度測定を阻害する。

本実施形態の還元剤噴射装置１８は、正確な濃度測定を阻害する、濃度センサの表面に付着した気泡を取り除き、常に精度よく濃度測定可能とする。これを実現するため、本実施形態の還元剤噴射装置１８は、図３に示すように、前述の尿素水タンク２５に加え、さらに、噴射装置２８と、ポンプ２７と、戻りライン４０と、送り配管３１と、圧送配管３４と、制御装置３８と、濃度センサ２６と、を備える。

尿素水タンク２５は、尿素水を貯留する貯留タンクである。ポンプ２７は、尿素水タンク２５内の尿素水を噴射装置２８に加圧供給（圧送）する。噴射装置２８は、噴射器を備え、圧送された尿素水を噴射器から排気管２４ｃの排気ガスに噴射する。送り配管３１は、尿素水タンク２５と、ポンプ２７とを接続する。圧送配管３４は、ポンプ２７と噴射装置２８とを接続する。

濃度センサ２６は、前記尿素水タンク２５内に配置され、尿素水タンク２５内の尿素濃度に相当する信号（濃度信号）を検出する。検出した濃度信号は、制御装置３８に出力される。濃度センサ２６は、例えば、熱式、超音波式等、その形式は問わない。

例えば、音速測定方式の濃度センサ２６では、超音波振動子と反射板が対向配置された検知部を備え、超音波振動子から発信した超音波が、反射板から返ってくるまでの時間を計測することにより、音速ｖを測定する。つまり、濃度センサ２６で検出される尿素水の濃度に相当する信号は、音速ｖを表す信号である。なお、音速ｖに代えて、超音波の往復時間としてもよい。

戻りライン４０は、圧送配管３４と、尿素水タンク２５とを、ポンプ２７を介することなく接続し、ポンプ２７を介して噴射装置２８に過剰に供給された尿素水を、尿素水タンク２５に戻す。また、本実施形態では、この戻りの尿素水を用いて、濃度センサ２６に付着した気泡を吹き飛ばす。これらの機能を実現するため、本実施形態の戻りライン４０は、圧力容器３０と、水位センサ３９と第一リリーフバルブ３５と、第二リリーフバルブ３６と、切替バルブ３７と、戻り配管３２と、吹付配管３３と、を備える。

圧力容器３０は、戻りライン４０中に設けられ、尿素水タンク２５に戻す尿素水を一時的に貯留する。本実施形態では、圧力容器３０に所定量の尿素水を蓄積し、蓄積した尿素水を、吹付配管３３を介して濃度センサ２６に吹き付ける。第一リリーフバルブ３５は、圧送配管３４上の、圧力容器３０の上流に設けられ、圧送配管３４内の圧力が、そのリリーフ圧以上とならないようにする。例えば、第一リリーフバルブ３５のリリーフ圧をＰ１とすると、圧送配管３４内の圧力がＰ１を超えると、第一リリーフバルブ３５が開き、圧送配管３４内の尿素水および／または空気を圧力容器３０に排出する。これにより、ポンプ２７にて加圧された尿素水および／または空気が、圧力容器３０に供給される。

水位センサ３９は、圧力容器３０内の水位を検出する。検出した水位は、制御装置３８に出力される。

戻り配管３２は、圧力容器３０と尿素水タンク２５とを接続する。第二リリーフバルブ３６は、戻り配管３２上に設けられ、圧力容器３０内の圧力が、そのリリーフ圧以上とならないようにする。例えば、第二リリーフバルブ３６のリリーフ圧を、Ｐ２とすると、圧力容器３０内の圧力がＰ２を超えると、第二リリーフバルブ３６が開き、圧力容器３０内の尿素水および／または空気を、尿素水タンク２５に戻す。

なお、本実施形態では、第一リリーフバルブ３５のリリーフ圧Ｐ１を、第二リリーフバルブ３６のリリーフ圧Ｐ２以上（Ｐ１≧Ｐ２）に設定する。

例えば、圧送配管３４内の圧力がＰ１以上になると、第一リリーフバルブ３５が開き、これにより、第一リリーフバルブ３５を通過した尿素水および／または空気により、圧力容器３０内の圧力が上昇する。圧力容器３０内の圧力が第一リリーフバルブ３５のリリーフ圧Ｐ１と同等以上になると、第一リリーフバルブ３５が開いていても圧送配管３４内の尿素水および／または空気が、圧力容器３０に排出できなくなり、圧送配管３４内の圧力がＰ１以上となる。本実施形態のように、圧力容器３０と尿素水タンク２５との間の戻り配管３２上に、リリーフ圧がＰ２（Ｐ２≦Ｐ１）の第二リリーフバルブ３６を設けると、圧力容器３０内の圧力がＰ１になる前に、第二リリーフバルブ３６が開き、尿素水および／または空気が戻り配管３２を通過して尿素水タンク２５に戻る。

吹付配管３３は、圧力容器３０と尿素水タンク２５とを接続する。吹付配管３３の一端は、圧力容器３０に接続され、他端は、尿素水タンク２５内に挿入される。図４に示すように、尿素水タンク２５内の吹付配管３３の開口３３ａは、尿素水タンク２５内で、濃度センサ２６に対面するよう配管される。

切替バルブ３７は、吹付配管３３上に設けられ、電気信号によって開閉が切り替えられるバルブである。電気信号は、制御装置３８から出力される。切替バルブ３７が開くと、圧力容器３０内の尿素水が吹付配管３３を通って濃度センサ２６に噴射され、濃度センサ２６に付着した気泡を水流によってはらい落とす。

なお、本実施形態では、切替バルブ３７は、制御装置３８からの電気信号を受信していない状態では、バルブが開いた状態（以下、開状態と呼ぶ。）とする。そして、制御装置３８からの電気信号を受信すると、バルブを閉じる（以下、閉状態と呼ぶ。）。また、制御装置３８からの電気信号を閉指令信号と呼ぶ。このように設定することにより、例えば、油圧ショベル１のエンジン２４停止時、制御装置３８から閉指令信号が出力されないため、切替バルブ３７を開状態とすることができる。

また、戻り配管３２は、図４に示すように、例えば、圧力容器３０の上面または圧力容器３０の側面の上面側に近い位置に接続される。吹付配管３３は、例えば、圧力容器３０の底面または側面の底面側に近い位置に接続される。

一般に、尿素水タンク２５内で発生した気泡やポンプ２７の駆動によって発生した気泡は、浮力により圧力容器３０内の上層に蓄積される。上述のように接続することにより、圧力容器３０内の空気が尿素水より優先して尿素水タンク２５に排出される。そして、圧力容器３０の下層には、気泡の少ない尿素水が貯留する。

吹付配管３３を介して濃度センサ２６に吹き付けられる尿素水に空気が含まれると、この空気がさらに気泡として濃度センサ２６に付着する可能性がある。しかしながら、吹付配管３３を、上述のように低い位置に接続することにより、圧力容器３０の下層の、気泡の少ない尿素水を濃度センサ２６に噴射することができる。従って、空気の吹き付けを回避できる。

また、例えば、第二リリーフバルブ３６のリリーフ圧Ｐ２は、大気圧以上とする。リリーフ圧Ｐ２を大気圧以上とすることで、ポンプ２７によって圧力容器３０内の尿素水および空気を加圧することができる。

制御装置３８は、エンジン２４、濃度センサ２６および水位センサ３９からの信号を受信し、ポンプ２７および切替バルブ３７の動作を制御する。本実施形態では、濃度センサ２６に気泡が付着し、かつ、圧力容器３０に十分な尿素水が貯留されている場合、切替バルブ３７を開状態とし、圧力容器３０内の尿素水を、濃度センサ２６に吹き付け、気泡を除去する。

これを実現するため、本実施形態の制御装置３８は、図５（ａ）に示すように、初期処理部５１と、濃度算出部５２と、閾値保持部５３と、水位受信部５４と、決定部５５と、閉指令出力部５６と、を備える。

初期処理部５１は、エンジン２４が始動されたことを検出し、初期処理を行う。本実施形態では、ポンプ２７を稼働させるよう、ポンプ２７に駆動信号を出力する。また、切替バルブ３７に閉指令信号を出力するよう、閉指令出力部５６に指示を出す。

濃度算出部５２は、濃度センサ２６から出力された濃度信号に基づき、尿素水タンク２５内の尿素濃度を算出する。例えば、上述のように、音速測定方式の濃度センサ２６を用いる場合、後述する記憶装置に、予め、音速ｖと濃度との相関関係を表すデータテーブル（以下、濃度データテーブルと記す。）を記憶する。そして、濃度算出部５２は、濃度信号を受信すると、濃度データテーブルを参照し、尿素濃度を算出する。算出した濃度は、決定部５５に出力される。

水位受信部５４は、水位センサ３９から水位を特定する信号を受信し、決定部５５に出力する。

閾値保持部５３には、後述する決定部５５が、閉指令信号を出力するか否かを決定する際に用いる閾値が格納される。本実施形態では、尿素水タンク２５の尿素濃度の正常範囲を示す閾値と、圧力容器３０内の尿素水の水位の閾値とが格納される。水位の閾値は、図４に示すように、切替バルブ３７を閉から開にするために最低限必要な尿素水量を規定する第一の水位ｈ１と、開から閉にする閾値である第二の水位ｈ２（ｈ２＜ｈ１）との、２種が格納される。これらの閾値は、予め設定され、閾値保持部５３に保持される。

本実施形態では、上述のように、圧力容器３０に貯留された尿素水を濃度センサ２６に吹き付けることにより、気泡を払い落とす。従って、気泡を飛ばすためには、ある程度の尿素水の貯留が必要である。ｈ１−ｈ２に圧力容器３０の断面積を乗じて得られる尿素水量が、気泡を飛ばすために用いる尿素水量である。

このため、第一の水位ｈ１は、気泡を飛ばすために必要な尿素水量から定められる。なお、第一の水位ｈ１は、戻り配管３２の接続位置より低い高さに設定される。また、第二の水位ｈ２は、吹付配管３３の設置位置に応じて定められる。すなわち、第二の水位ｈ２は、吹付配管３３を介して空気を吹付けるのを避けるため、吹付配管３３の接続位置より高い高さに設定される。

決定部５５は、濃度算出部５２から受信した濃度と、水位受信部５４から受信した水位と、閾値保持部５３に保持される閾値と、に従って、閉指令信号の出力を継続するか停止するかを決定する。そして、決定に応じて閉指令出力部５６に指示を行う。

本実施形態では、決定部５５は、閉指令信号が出力されている時、まず、尿素水タンク２５内の濃度が、正常範囲であるか否かを判別する。正常範囲外である場合、濃度センサ２６に気泡が付着している可能性があるため、尿素水の吹き付けが必要と判断する。

そして、決定部５５は、圧力容器３０内に、所定量の尿素水が貯留されているか否かを判別する。ここでは、圧力容器３０内の尿素水の水位ｈが第一の水位ｈ１以上であるか否かを判別する。例えば、圧力容器３０内の尿素水の量が少ない状態で切替バルブ３７を開くと、圧力容器３０内の空気が吹付配管３３を介して濃度センサ２６に噴射され、濃度センサ２６に、さらに、気泡を付着させてしまうためである。

そして、第一の水位ｈ１以上であれば、圧力容器３０内に、濃度センサ２６に吹き付ける、十分な尿素水が貯留しているため尿素水の吹き付け可能と判断し、決定部５５は、切替バルブ３７を開くよう制御する。具体的には、決定部５５は、閉指令出力部５６に閉指令信号の出力を停止するよう指示する。なお、その他の場合は、そのまま閉指令信号の出力を継続させる。

一方、閉指令信号の出力が停止されている時、決定部５５は、圧力容器３０内の尿素水の水位ｈが第二の水位ｈ２以上であるか否かを判別する。第二の水位ｈ２より小さくなると、濃度センサ２６に、尿素水ではなく空気が吹き付けられる可能性があるため、吹き付け不可と判断し、切替バルブ３７を閉じるよう制御する。具体的には、決定部５５は、閉指令出力部５６に閉指令信号の出力を再開させる。

閉指令出力部５６は、決定部５５からの指示に従って、切替バルブ３７に閉指令信号を出力する。

本実施形態の制御装置３８は、図５（ｂ）に示すように、ＣＰＵ６１と、メモリ６２と、記憶装置６３と、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）６４と、を備える情報処理装置で実現される。制御装置３８の各機能は、予め記憶装置６３に格納されたプログラムを、ＣＰＵ６１がメモリ６２にロードして実行することにより実現される。

また、閾値保持部５３は、例えば、記憶装置６３に設定される。その他、各機能が用いるデータ、実行途中に算出されるデータ、算出結果等は、メモリ６２または記憶装置６３に格納される。さらに、エンジン２４、濃度センサ２６、水位センサ３９、ポンプ２７、切替バルブ３７とは、入出力Ｉ／Ｆ６４を介してデータの送受信を行う。

また、本実施形態の制御装置３８は、還元剤噴射装置１８に独立に設けられていなくてもよい。油圧ショベル１の他の制御を行う制御装置、例えば、エンジン２４の動作制御を行うＥＣＵ（ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）等と兼用されてもよい。

次に、本実施形態の制御装置３８の各部による気泡除去処理を説明する。図６は、本実施形態の制御処理の処理フローである。本処理は、エンジン２４の始動により開始される。エンジン２４は、例えば、運転手がキースイッチをスタート位置に回転させることにより、始動する。

エンジン２４が始動すると、初期処理部５１は、初期処理を行う（ステップＳ１１０１）。ここでは、初期処理部５１は、ポンプ２７に対し、所定の吐出圧で稼働するよう回転速度を制御する制御信号を出力するとともに、切替バルブ３７に閉指令信号（以下、処理フローの説明内では、単に閉指令と呼ぶ。）を出力する。これにより、還元剤噴射装置１８内での尿素水の循環フローが開始される。

循環フローは、具体的には、以下のとおりである。尿素水の圧送が開始され、圧送配管３４内の圧力が上昇する。圧送配管３４内の圧力がＰ１以上になると、第一リリーフバルブ３５が開き、尿素水および／または空気が、圧力容器３０に排出される。そして、圧力容器３０内の圧力が上昇し、圧力容器３０に接続される戻り配管３２内の圧力がＰ２以上になると、第二リリーフバルブ３６が開き、尿素水および／または空気が、尿素水タンク２５に戻される。

循環フローが開始されると、決定部５５は、まず、閉指令が出力されているか否かを判別する（ステップＳ１１０２）。

閉指令が出力されている場合、決定部５５は、濃度算出部５２に、濃度センサ２６から受信した濃度信号に基づいて、尿素水タンク２５の尿素水の濃度を算出させる（ステップＳ１１０３）。そして、決定部５５は、算出した濃度が正常範囲か否かを判別する（ステップＳ１１０４）。

正常範囲であれば、決定部５５は、濃度センサ２６に気泡の付着無し、と判別し、閉指令出力部５６にそのまま閉指令の出力を継続させる。そして、決定部５５は、エンジン２４が稼働中であるか否かを判別する（ステップＳ１１０５）。

エンジン２４が稼働中であれば、ステップＳ１１０２へ戻り、処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１１０４において、正常範囲外であると判別した場合、決定部５５は、濃度センサ２６に気泡の付着の可能性があり、吹き付けが必要と判断する。この場合、決定部５５は、水位受信部５４が水位センサ３９から受信した水位から、圧力容器３０内の水位ｈを特定する（ステップＳ１１０６）。

そして、決定部５５は、算出した水位ｈが予め定めた第一の水位ｈ１以上であるか否かを判別する（ステップＳ１１０７）。ここで、水位ｈがｈ１以下の場合は、決定部５５は、圧力容器３０に貯留している尿素水量が不足しているため、吹き付け不可と判断し、閉指令出力部５６にそのまま閉指令の出力を継続させる。そして、ステップＳ１１０５へ移行する。

一方、ステップＳ１１０７において、水位ｈがｈ１以上である場合、決定部５５は、吹き付け可能と判断し、切替バルブ３７に対する閉指令の出力を停止するよう、閉指令出力部５６に指示を行い（ステップＳ１１０８）、ステップＳ１１０５へ移行する。閉指令出力部５６は、指示に従って、切替バルブ３７に対し、閉指令の出力を停止する。閉指令を停止することで、吹付配管３３の切替バルブ３７が開き、圧力容器３０内の尿素水が吹付配管３３を通って濃度センサ２６に吹き付けられる。これにより、濃度センサ２６に付着した気泡が除去される。

また、ステップＳ１１０２で閉指令が出力されていないと判別された場合、決定部５５は、水位受信部５４が水位センサ３９から受信した水位から、圧力容器３０内の水位ｈを特定する（ステップＳ１１０９）。そして、決定部５５は、特定した水位ｈがｈ２以上であるか否かを判別する（ステップＳ１１１０）。すなわち、切替バルブ３７が開いている間は、水位センサ３９で、水位を監視する。

水位ｈがｈ２以上であれば、閉指令の出力を停止した状態のままで、すなわち、切替バルブ３７を開状態のままとし、ステップＳ１１０５へ移行する。

一方、水位ｈがｈ２より低い場合、決定部５５は、閉指令の出力を開始させ（ステップＳ１１１１）、ステップＳ１１０５へ移行する。このように、水位ｈがｈ２より低下した場合、切替バルブ３７が閉じられ、濃度センサ２６への尿素水の吹き付けが止まる。これにより、圧力容器３０内の空気が、濃度センサ２６に吹き付けられるのを回避できる。

ステップＳ１１０５において、エンジン２４が稼働中でないと判別された場合、そのまま処理を終了する。エンジンが停止すると、ポンプ２７への制御信号の出力および切替バルブ３７への閉指令の出力も止まる。これにより、循環フローも停止し、また、切替バルブ３７は開状態となる。切替バルブ３７が開状態になると、圧力容器３０内の尿素水が、尿素水タンク２５に放出される。これにより、例えば、寒冷地等で、圧力容器３０内の尿素水が凍結することを回避できる。

以上説明したように、本実施形態の油圧ショベル１に搭載される排気ガス浄化装置２０の、ＮＯｘ浄化装置１７の還元剤噴射装置１８は、還元剤である尿素水を貯留する貯留タンクである尿素水タンク２５と、貯留タンク内の還元剤を排気ガスに噴射する噴射器を備える噴射装置２８と、噴射器に還元剤を圧送配管３４を介して圧送するポンプ２７と、噴射器と貯留タンクとをポンプ２７を介さずに接続する戻りライン４０と、貯留タンク内に配置されて還元剤の濃度を検出する濃度センサ２６と、を備える。そして、戻りライン４０は、還元剤を一時貯留する圧力容器３０と、圧力容器３０と貯留タンクとを接続し、貯留タンク内の開口３３ａが濃度センサ２６に面する吹付配管３３と、吹付配管３３に設けられる切替バルブ３７と、所定の条件を満たした場合、切替バルブ３７を開く制御装置３８と、を備える。

このように、本実施形態の還元剤噴射装置１８では、圧力容器３０内に加圧した状態で貯留した尿素水を、尿素水タンク２５内の濃度センサ２６に噴射することで、濃度センサ２６に付着した気泡を払い落す。

従って、本実施形態によれば、簡易な構成で、確実に、尿素水タンク２５内の濃度センサ２６に付着した気泡を除去できる。これにより、尿素水タンク２５内の濃度センサ２６に気泡が付着することによる、尿素水濃度の検出精度の低下を抑えることができる。このため、高い精度で尿素水の排気ガスへの噴射を制御でき、結果として、ＮＯｘの除去精度を向上させることができる。また、本実施形態の構成によれば、フィルタ等の付属品を用いないため、このような付属品のメンテナンスも不要である。

＜変形例＞
なお、上記実施形態では、油圧ショベル１のエンジン２４が停止した時点で切替バルブ３７が開き、重力によって圧力容器３０内の尿素水を尿素水タンク２５に戻す。この場合、より効率よく重力のみで圧力容器３０内の全ての尿素水を排出するために、例えば、圧力容器３０の底面の、最も低い面を、尿素水タンク２５の上面より高い位置に配置してもよい。例えば、図４の例では、尿素水タンク２５の上面から高さＨ（Ｈ＞０）の位置に、圧力容器３０の底面の最も低い面を配置する。

さらに、吹付配管３３の、圧力容器３０への接続位置が、圧力容器３０の最も低い位置になるように配策してもよい。

また、吹付配管３３の、尿素水タンク２５内の開口３３ａの向きは限定されない。斜め上向き、真上向き、真横向き等、濃度センサ２６に対面していれば、いずれであってもよい。

また、上記実施形態では、尿素水タンク２５内の尿素水の濃度が、所定の範囲外になった場合のみ切替バルブ３７を開き、濃度センサ２６に尿素水を吹付けるよう構成しているが、これに限定されない。例えば、濃度センサ２６の値に寄らず、所定の時間間隔で、圧力容器３０の水位ｈを測定し、ｈ１以上であれは、切替バルブ３７を開き、尿素水を吹き付けるよう構成してもよい。すなわち、上記図６の処理フローにおいて、ステップＳ１１０２の後、ステップＳ１１０３およびＳ１１０４の処理を省略し、そのままＳ１１０６へ移行してもよい。また、所定の時間間隔で吹き付ける処理と、濃度が所定の範囲外になった場合に吹き付ける処理とを組み合わせてもよい。

また、上記実施形態では、切替バルブ３７は、制御装置３８から閉指令信号を受信していない状態では、開状態となるよう設定されている。しかしながら、これに限定されない。例えば、制御装置３８からの電気信号（開指令信号）を受信し、開状態にするよう構成してもよい。

なお、尿素水の融点は、約−１１度である。外気の温度が低下することによって圧力容器３０に貯留した尿素水が凍結することがある。特に寒冷地で作業を行う油圧ショベル１は、稼働時および停車時の凍結対策が必要となる。

このため、油圧ショベル１が稼働時に、エンジン２４によって暖められた冷却水が通る配管を圧力容器３０周囲に配策してもよい。これにより、圧力容器３０内の尿素水の凍結を防止できる。

１：油圧ショベル、２：走行体、３：旋回体、３ａ：旋回フレーム、４：フロント作業機、４Ａ：ブーム、４ａ：ブームシリンダ、４Ｂ：アーム、４ｂ：アームシリンダ、４Ｃ：バケット、４ｃ：バケットシリンダ、５：エンジンルーム、６：カウンタウェイト、７：キャブ、１０：尾管、１２：ＰＭ処理装置、１３：ＳＣＲ装置、１４：油圧ポンプ、１５：車体カバー、１７：ＮＯｘ浄化装置、１８：還元剤噴射装置、
２０：排気ガス浄化装置、２１：燃料タンク、２２：作動油タンク、２４：エンジン、２４ｃ：排気管、２５：尿素水タンク、２６：濃度センサ、２７：ポンプ、２８：噴射装置、
３０：圧力容器、３１：送り配管、３２：戻り配管、３３：吹付配管、３３ａ：開口、３４：圧送配管、３５：第一リリーフバルブ、３６：第二リリーフバルブ、３７：切替バルブ、３８：制御装置、３９：水位センサ、４０：戻りライン、
５１：初期処理部、５２：濃度算出部、５３：閾値保持部、５４：水位受信部、５５：決定部、５６：閉指令出力部、６１：ＣＰＵ、６２：メモリ、６３：記憶装置、６４：入出力Ｉ／Ｆ

Claims (8)

1. エンジンから排出される排気ガスの流路において、選択触媒還元装置の上流に配置され、前記排気ガスに還元剤を噴射する還元剤噴射装置を備える建設機械であって、
   前記還元剤噴射装置は、
   前記還元剤を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンク内の前記還元剤を前記排気ガスに噴射する噴射器と、
   前記噴射器に前記還元剤を圧送配管を介して圧送するポンプと、
   前記圧送配管と前記貯留タンクとを前記ポンプを介さずに接続する戻りラインと、
   前記貯留タンク内に配置されて前記還元剤の濃度を検出する濃度センサと、を備え、
   前記戻りラインは、
   前記還元剤を一時貯留する圧力容器と、
   前記圧力容器と前記貯留タンクとを接続し、前記貯留タンク側の開口が前記濃度センサに面する吹付配管と、
   前記吹付配管に設けられる切替バルブと、
   所定の条件を満たした場合、前記切替バルブを開く制御装置と、を備えること
   を特徴とする建設機械。
2. 請求項１記載の建設機械において、
   前記圧力容器には、前記圧力容器内の水位を検出する水位センサが設けられており、
   前記制御装置は、
   前記濃度センサの出力から前記貯留タンク内の尿素水の前記濃度を算出する濃度算出部と、
   前記切替バルブを閉じるよう指示する閉指令信号の出力を継続するか停止するかを決定する決定部と、
   前記決定部の決定に従って、前記閉指令信号を前記切替バルブに出力する閉指令出力部と、を備え、
   前記決定部は、算出された前記濃度が、所定の範囲外であるか否かを判別し、当該範囲外であり、かつ、前記水位センサから受信した水位が、予め定めた第一の水位以上の場合、前記第一の水位より低い、予め定めた第二の水位になるまで、前記閉指令信号を停止すると決定すること
   を特徴とする建設機械。
3. 請求項１または２記載の建設機械において、
   前記戻りラインは、
   前記圧送配管と前記圧力容器との間に配置される第一リリーフバルブと、
   前記圧力容器と前記貯留タンクとの間に配置される第二リリーフバルブと、をさらに備え、
   前記第二リリーフバルブのリリーフ圧は、前記第一リリーフバルブのリリーフ圧以下に設定されること
   を特徴とする建設機械。
4. 請求項２記載の建設機械において、
   前記戻りラインは、前記圧力容器と前記貯留タンクとを接続する戻り配管をさらに備え、
   前記戻り配管は、前記圧力容器の前記第一の水位より高い位置に接続されること
   を特徴とする建設機械。
5. 請求項２記載の建設機械において、
   前記吹付配管は、前記圧力容器の前記第二の水位より低い位置に接続されること
   を特徴とする建設機械。
6. 請求項１記載の建設機械において、
   前記圧力容器の底面は、前記貯留タンクの上面より高い位置に配置されること
   を特徴とする建設機械。
7. 請求項１記載の建設機械において、
   前記吹付配管の前記開口は、前記濃度センサに面し、斜め上向きまたは真上向きに設けられること
   を特徴とする建設機械。
8. 請求項１記載の建設機械において、
   前記圧力容器には、前記圧力容器内の水位を検出する水位センサが設けられており、
   前記制御装置は、
   前記切替バルブを閉じるよう指示する閉指令信号の出力を継続するか停止するかを決定する決定部と、
   前記決定部の決定に従って、前記閉指令信号を前記切替バルブに出力する閉指令出力部と、を備え、
   前記決定部は、前記水位センサから受信した水位が、予め定めた第一の水位以上の場合、前記第一の水位より低い、予め定めた第二の水位になるまで、前記閉指令信号を停止すると決定すること
   を特徴とする建設機械。

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