WO2016189653A1 - 予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法 - Google Patents

予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法 Download PDF

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    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
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    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/18—Heater

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine including a preheating unit for preheating a fluid such as cooling water, mission oil, hydraulic oil, etc. of a prime mover (engine or electric motor) and a preheating method thereof.
  • a preheating unit for preheating a fluid such as cooling water, mission oil, hydraulic oil, etc. of a prime mover (engine or electric motor) and a preheating method thereof.
  • Patent Document 1 As a technique for improving engine startability in cold weather, for example, in Patent Document 1 below, a heater is provided in a suction line connecting a hydraulic pump and a hydraulic oil tank, and the operation in the suction line is performed before the engine is started. Techniques have been proposed for improving engine startability by warming up the oil. Patent Document 2 below proposes a technique in which a preheater is provided in an engine, a cab, etc., and the engine, the cab, etc. are preheated by the preheater. Further, Patent Document 3 below proposes a technique for warming the hydraulic oil of the entire vehicle body by driving both a main electric motor and an electric heater that drive the vehicle body.
  • the conventional preheating method as described above has the following disadvantages. That is, in the technique shown in Patent Document 1, since the working oil to be warmed is limited to the local area of the suction pipe only, sufficient preheating is difficult in an extremely cold region of ⁇ 40 ° C. or lower.
  • an electric hydraulic excavator is provided with a transmission for amplifying the pump rotation speed at a location where a main electric motor and a pump are connected.
  • This transmission employs a forced circulation system that uses a pump that is operated by the electric motor, and has a plurality of capillaries for supplying lubricating oil directly to the bearings and gears. For this reason, if the viscosity of the mission oil becomes high or freezes inside the narrow tube and the supply is insufficient or stopped, there is a risk of local lubrication failure and the bearings and gears may be seized and damaged. Therefore, it is necessary to sufficiently preheat not only the hydraulic oil suction pipe but also this transmission.
  • the technique shown in Patent Document 2 is a system in which engine cooling water is heated by a combustion heater, and therefore, in an area where the altitude is higher than 2000 m above sea level, the oxygen concentration is low and good combustion is achieved. Is difficult. Furthermore, the technique as shown in Patent Document 3 has a sufficient heating function, but has a disadvantage that it does not function when the main electric motor is stopped due to maintenance or the like.
  • an object of the present invention is to provide a construction machine including a novel preheating unit capable of efficiently preheating the entire circulation path through which the fluid flows, and a method for preheating the construction machine. Is to provide.
  • the first invention is a construction machine characterized in that a bypass path is provided in a circulation path for circulating a fluid, and the bypass path includes a preheating unit including a heater and a bypass pump. It is. According to such a configuration, even when the circulation of the fluid in the circulation path is stopped, the fluid can be heated while circulating the fluid through the bypass path, so that the entire circulation path can be efficiently preheated. Can do. Moreover, since it can be retrofitted to an existing circuit, excellent versatility can be exhibited.
  • the bypass path is provided between an upstream side and a downstream side of a circulation pump provided in the circulation path, and the bypass pump of the preheating unit is a pump of the circulation path.
  • It is a construction machine characterized by circulating fluid in the same direction. According to such a configuration, even when the circulation pump is stopped, the fluid can be heated while reliably circulating the fluid in the same direction as the pump of the circulation path, so that the entire circulation path is efficiently preheated. be able to.
  • the circulation path circulates lubricating oil between the hydraulic oil tank and the main pump, and the bypass path is provided between the hydraulic oil tank and the main pump.
  • a construction machine is provided in parallel with a circulation path, and a circulation loop of hydraulic oil is formed by the circulation path and the bypass path.
  • the small-loop circulation path can be formed by the bypass path in the large-loop circulation path formed between the hydraulic oil tank and the main pump, so that the main pump is in a stopped state. Even with a small amount of heat, the hydraulic oil in the hydraulic oil tank can be circulated while preheating through the bypass.
  • a fourth invention is a construction machine according to the first or second invention, wherein the circulation path is a circulation path for circulating transmission oil for transmission. According to such a configuration, even if the transmission and its circulation pump are stopped, the transmission oil can be heated while being reliably circulated in the circulation path, so that the entire transmission can be efficiently preheated. .
  • a fifth invention is a construction machine according to the first to third inventions, wherein the circulation path is a circulation path for circulating cooling water for a prime mover.
  • the circulation path is a circulation path for circulating cooling water for a prime mover.
  • the sixth invention is the construction machine according to the third invention, wherein the bypass passage connects between the hydraulic oil tank and the suction tank. According to such a configuration, even when the circulation of the hydraulic oil in the hydraulic oil tank is stopped, the whole is efficiently preheated while reliably circulating the hydraulic oil between the hydraulic oil tank and the suction tank. can do.
  • 7th invention is the preheating method regarding 1st thru
  • the fluid can be heated while circulating the fluid through the bypass path. It can be preheated efficiently. Moreover, since it has the structure which branched the bypass path with respect to the existing circulation path and attached the preheating unit to the bypass path, it can be easily attached to an existing construction machine by retrofitting. Furthermore, since the fluid circulation and heating by the preheating unit are finely controlled in accordance with changes in the outside air temperature, oil temperature, and the like while the engine is stopped, efficient preheat treatment can be performed while suppressing wasteful power consumption.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a construction machine (hydraulic excavator) 100 according to the present invention.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration near a power train of a construction machine (hydraulic excavator) 100.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a circulation path 60A of a transmission 60. It is a follow chart figure which shows the flow of the preheating control using the preheating unit 67 which concerns on this invention. It is a schematic diagram which shows the structure of the powertrain vicinity of the conventional construction machine (hydraulic excavator).
  • FIG. 1 shows an embodiment of a hydraulic excavator 100 which is one of the construction machines according to the present invention.
  • the excavator 100 is mainly composed of a lower traveling body 10 and an upper revolving body 20 provided on the lower traveling body 10 so as to be rotatable.
  • the lower traveling body 10 has a pair of crawlers 11 positioned parallel to each other on a traveling body frame (not shown).
  • the crawlers 11 are hydraulically driven traveling motors for traveling by driving the respective crawler belts. 12 is provided.
  • the upper swing body 20 includes an engine room 22 installed on the swing body frame 40, a cab 23 provided on the front left side of the engine room 22, and a front work extending forward from the right side of the cab 23.
  • the machine 30 and a counterweight 24 provided at the rear of the engine chamber 22 are mainly configured to balance the weight of the front work machine 30.
  • the front work machine 30 includes a boom 31 extending forward from the revolving structure frame 40 side, an arm 32 swingably provided at the tip of the boom 31, and a bucket swingably provided at the tip of the arm 32.
  • the boom 31, the arm 32, and the bucket 33 are respectively operated by a boom cylinder 34, an arm cylinder 35, and a bucket cylinder 36 that extend and contract by hydraulic pressure.
  • the boom cylinder 34, the arm cylinder 35, the bucket cylinder 36, the traveling motor 12 and the like are operated by pressure oil (hydraulic oil) supplied from a main pump 50 (FIG. 2) provided in the engine chamber 22. It has become.
  • the main pump 50 is connected to the engine 70 via the transmission 60 as shown in FIG. 2, and the hydraulic oil in the hydraulic oil tank 80 is supplied by the driving force of the engine 70 to the suction pipe 81a, the suction tank 82, and the suction.
  • the suction oil is sucked through the pipe 83, and the pressure oil is sent to actuators such as the boom cylinder 34, the arm cylinder 35, the bucket cylinder 36, and the traveling motor 12.
  • a plurality of main pumps 50 are provided for one transmission 60, and the hydraulic oil in the hydraulic oil tank 80 is divided from the suction tank 82 into a plurality of suction pipes 83, 83. ... is being sucked into.
  • the high-pressure hydraulic oil discharged from the main pumps 50, 50... Is returned from the actuator to the hydraulic oil tank 80 via a return pipe 81b. That is, a large loop circulation path 80A in one direction is formed between the hydraulic oil tank 80 and the main pumps 50, 50... By the suction pipe 81a, the suction tank 82, the suction pipe 83, and the return pipe 81b.
  • the transmission 60 is a transmission that accelerates or decelerates the rotational drive of the engine 70 and transmits it to the main pumps 50, 50... By a gear, and is always supplied with lubricating oil (mission oil) by the lubricating pump 61 during operation. It has become so.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of mission oil in the transmission 60. As shown in the figure, the mission oil sent from the lubrication pump 61 is diverted from the diversion / relay block 62 to the narrow tubes 62a, 62a,... Via the oil feed pipe 61 and supplied to the bearings B, B,. These are lubricated.
  • a part of the mission oil that has flowed to the diversion / relay block 62 flows to the diversion block 63 as it is, and is diverted from the diversion block 63 to the narrow tubes 63a, 63a, etc., to the other bearings B, B,. Supplied to lubricate them.
  • the mission oil supplied to the bearings B, B... And the gears flows through the narrow pipes 62b, 62b, 63b, 63b, and flows into the merging blocks 64, 65 to join the return oil pipes 64a, 65a. And return to the lubrication pump 61 side. That is, the mission oil circulates in the circulation path 60A formed by the oil feeding pipe 61a, the thin pipes 62a, 62a,... 62b, 62b, 63a, 63a, 63b, 63b. It has become.
  • the return oil pipes 64a and 65a are provided with suction filters 64b and 65b, respectively, and when a solid substance such as iron powder is mixed in the mission oil, it is filtered and separated. Yes.
  • a bypass pipe 66 is connected between the oil feed pipe 61 and the return oil pipes 64a and 65a so as to bypass the lubrication pump 61, and a suction filter 64b flowing through the return oil pipes 64a and 65a.
  • the transmission oil immediately after exiting 65b is extracted through the connecting pipe 66a and directly flows in the same direction with respect to the oil feeding pipe 61.
  • the bypass pipe 66 is provided with a preheating unit 67 in which a bypass pump 67a and an electric heater 67b are integrated.
  • the mission oil is extracted to the bypass pipe 66 side by the bypass pump 67b.
  • the mission oil is heated by the heater 67b and then flows to the oil feed pipe 61 side.
  • the engine 70 is also formed with a circulation path 70A through which cooling water flows.
  • the circulation path 70A includes a first circulation path 71a formed in the engine 70 and a second circulation path 71b formed between the engine 70 and the radiator.
  • the thermostat 73 will act
  • the second circulating path 71b communicates with the second circulating path 71b, and a high-temperature cooling water is flowed to the second circulating path 71b.
  • the cooling water is cooled by the radiator 74 and the cooling fan 75 and returned to the first circulating path 71a. ing.
  • a bypass pipe 76 and a preheating unit 77 are also provided in the circulation path 70A of the engine 70 so as to bypass the circulation pump 72 in the same manner as the transmission 60, and flow through the circulation path 70A.
  • the cooling water is extracted and heated, and is returned in the same direction with respect to the circulation path 70A.
  • the preheating unit 77 is also configured by integrating a bypass pump 77a and an electric heater 77b.
  • the hydraulic oil tank 80 and the suction tank 82 are also connected in parallel to the suction pipe 81a by a bypass pipe 84 having a preheating unit 85, and the bypass pump of the preheating unit 85 is connected.
  • the hydraulic oil in the suction tank 82 is extracted by 84a, and this is heated by the electrothermal heater 84b and returned directly to the middle of the hydraulic oil tank 80. That is, the bypass pipe 84 forms a small-loop circulation path in parallel with the large-loop circulation path 80A.
  • each of the preheating units 67, 77, 85 is automatically controlled by a controller (information processing device) 90.
  • the controller 90 controls the preheating units 67, 77, and 85 based on various sensors (oil temperature sensor, temperature sensor) not shown and input signals from an engine control unit (ECU).
  • FIG. 4 shows the flow of control related to the preheating unit 67 for the transmission 60 by the controller 90.
  • the controller 90 determines whether or not the engine 70 is stopped in the first step S100. When it is determined that the engine 70 is not stopped (NO), the process is terminated, but the engine 70 is stopped. When it is determined that there is (YES), the process proceeds to the next step S102.
  • step S102 it is determined whether or not the outside air temperature is less than ⁇ 10 ° C. based on the input value from the temperature sensor, and it is determined that there is no risk of the mission oil freezing above ⁇ 10 ° C., that is, above ⁇ 10 ° C.
  • the process is terminated as it is, but when it is determined that the outside air temperature is less than ⁇ 10 ° C. and there is a risk of freezing (YES), the process proceeds to the next step S104.
  • step S104 it is determined whether or not the temperature of the mission oil (oil temperature) is lower than 30 ° C. based on the input value from the oil temperature sensor. If it is determined that the temperature is lower than 30 ° C.
  • step S108 the process proceeds to step S108.
  • the heater 67a of the preheating unit 67 and the bypass pump 67b are started and the mission oil in the circulation path 60A is extracted from the upstream side of the lubrication pump 61 to the bypass pipe 66 side as shown in FIG. Heated at 67b and sent to the downstream side of the lubrication pump 61.
  • the mission oil sent to the downstream side of the lubrication pump 61 does not flow to the lubrication pump 61 side, as shown in FIG.
  • it flows out from the confluence blocks 64 and 65 to the return oil pipes 64a and 65a passes through the suction filters 64b and 65b, is extracted to the bypass pipe 66, is heated again by the heater 67b, and circulates in the circulation path 60A. It will be.
  • the transmission 60 as a whole is kept at an appropriate temperature, so that it is possible to prevent inconveniences such as the mission oil freezing even when the outside air temperature becomes extremely cold, for example, ⁇ 40 ° C. or lower.
  • step S104 when it is determined in step S104 that the temperature (oil temperature) of the mission oil is not lower than 30 ° C., that is, 30 ° C. or higher (NO), the process proceeds to the next step S106 to bypass the preheating unit 67 bypass pump. Only the engine 67b is started, the mission oil in the circulation path 60A is extracted from the upstream side of the lubrication pump 61 to the bypass pipe 66 side, and is sent to the downstream side of the lubrication pump 61. As a result, the mission oil having an oil temperature of 30 ° C. or higher is circulated in the circulation path 60A and the entire transmission 60 is kept at an appropriate temperature by the heat of the mission oil itself, so that unnecessary heating by the heater 67b is prevented and power consumption is reduced. Can be suppressed.
  • step S110 it is determined whether or not the oil temperature has become less than 30 ° C. due to a decrease in the outside air temperature during circulation using only the lubrication pump 61, and when it is determined that the oil temperature has not fallen below 30 ° C. (NO) Shifts to step S113, but when it is determined that the temperature is lower than 30 ° C. (YES), the flow shifts to step S112 to further start (energize) the electric heater 67b.
  • the flow shifts to step S112 to further start (energize) the electric heater 67b.
  • the mission oil extracted to the bypass pipe 66 is heated and flows to the circulation path 60A, the mission oil can be more reliably prevented from freezing due to a decrease in the oil temperature.
  • only the heater 67b may be stopped when the oil temperature greatly exceeds 30 ° C. due to the heating of the heater 67b.
  • next step S114 it is determined whether or not the engine 70 has been started based on an input signal from an ECU (not shown) or the like.
  • the routine proceeds to the next step S116 and the heater 67a. Then, the bypass pump 67b is stopped, the circulation and heating of the mission oil by the preheating unit 67 are stopped, and the processing is ended.
  • step S113 it is determined whether or not the engine 70 has been started based on an input signal from an ECU (not shown), and when it is determined that the engine 70 has not been started (NO), Although the circulation of the mission oil by only the bypass pump 67b is continued, when it is determined that the engine 70 has been started (YES), the process proceeds to the next step S115 to stop the bypass pump 67b, and the preheating unit 67 Stop the mission oil circulation and finish the process.
  • the circulation and heating of the mission oil by the preheating unit 67 are finely controlled according to changes in the outside air temperature, oil temperature, etc. while the engine 70 is stopped, efficient preheat treatment can be performed while suppressing wasteful power consumption. Can be implemented.
  • the starting temperature is appropriately adjusted according to the freezing temperature of each oil type, more efficient preheating can be performed. For example, when the freezing temperature of the mission oil and the cooling water is ⁇ 10 ° C., whereas the freezing temperature of the hydraulic oil is ⁇ 20 ° C., when the outside air temperature becomes ⁇ 10 ° C., If preheating is performed using only 77 and preheating is performed by the preheating unit 85 on the hydraulic oil tank 80 side when the outside air temperature reaches ⁇ 20 ° C., further wasteful power consumption can be suppressed. Is possible.
  • the fluid is circulated in the same direction via the bypass path 66. Since it can be heated, the entire circulation path 60A can be efficiently preheated. Further, since the bypass pipe 66 is branched from the existing circulation path 60A and the preheating unit 67 is attached to the bypass pipe 66, it can be easily attached to an existing construction machine by retrofitting. , Excellent versatility can be demonstrated. Further, as described above, if the circulation and heating of the mission oil by the preheating unit 67 are finely controlled according to changes in the outside air temperature, oil temperature, etc. while the engine 70 is stopped, it is efficient while suppressing wasteful power consumption. Pre-heat treatment can be performed.
  • FIG. 5 shows a conventional configuration example that does not have a preheating unit as in the present invention. That is, the preheating of the cooling water of the engine 70 is performed by attaching the bypass pipe 76 to the circulation path 70A as in the present invention, and extracting the cooling water from the circulation path 70A toward the bypass pipe 76 and heating it. Since the heating means uses a combustion type heater 78, it is difficult to perform good combustion in a place with a low oxygen concentration such as a high altitude, and the configuration is complicated. Further, a plurality of rod heaters 86, 86 are attached to the suction tank 82, and the hydraulic oil in the suction tank 82 is heated by energizing the rod heaters 86. In such a configuration, the heating location is local. It is difficult to efficiently preheat the whole. Further, the transmission 60 that needs to prevent seizure due to freezing of the lubricating oil (mission oil) cannot be efficiently preheated.
  • the heating means uses a combustion type heater 78, it is difficult to perform
  • the transmission 60 is driven by the engine 70.
  • the present invention can be similarly applied even when an electric motor is used instead of the engine 70 as a prime mover.

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Abstract

流体が流れる循環路全体を効率的に予熱できる新規な予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法の提供する。　流体を循環させる循環路（６０Ａ）にバイパス路（６６）を設け、このバイパス路（６６）に、ヒーター（６７ａ）とバイパス用ポンプ（６７ｂ）とからなる予熱ユニット（６７）を備える。このような構成によれば、循環路（６０Ａ）において流体の循環が停止した状態であってもバイパス路（６６）を介して流体を循環させながらその流体を加熱できるため、その循環路（６０Ａ）全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路（６０Ａ）に対して後付けで付設できることから、優れた汎用性を発揮できる。

Description

予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法
　本発明は、原動機（エンジンや電動モーター）の冷却水やミッションオイル、作動油などの流体を予熱するための予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法に関するものである。
　油圧ショベルなどの建設機械には、原動機（エンジンや電動モーター）の冷却水やトランスミッションの潤滑油（ミッションオイル）、アクチュエータの作動油などといった様々な流体（液体）が用いられている。このような建設機械を例えば－４０℃以下の極寒な地域で使用した場合、一旦原動機を停止するとそれらの流体が凍結し、再起動が困難になることがある。また、ミッションオイルなどの潤滑油が凍結してその潤滑性能が失われた状態で原動機を起動すると、トランスミッションや油圧ポンプ、アクチュエータなどが破損するおそれがある。
　寒冷下におけるエンジン始動性の向上を図る技術として、例えば以下の特許文献１では油圧ポンプと作動油タンクとを接続する吸込管路にヒーターを設け、エンジンの始動前にその吸込管路内の作動油を暖機しておくことでエンジンの始動性を向上させる技術が提案されている。また、以下の特許文献２には、エンジンや運転室などにプレヒーターを設け、このプレヒーターによってエンジンや運転室などを予熱する技術が提案されている。さらに以下の特許文献３には、車体を駆動するメインの電動モーターと電熱器の両者を駆動することで車体全体の作動油を温める技術が提案されている。
特開平８－２８４９０７号公報 特開２０００－８０６７９号公報 特許第５２７１５００号公報
　ところで、前述したような従来の予熱方式では以下に示すような不都合がある。すなわち、前記特許文献１に示す技術では温められる作動油は吸込管路のみの局所に限られるため、－４０℃以下の極寒な地域では十分な予熱が困難である。特に、電動式の油圧ショベルには、メインの電動モーターとポンプを接続する箇所にポンプ回転数を増幅するためのトランスミッションが設けられている。
　このトランスミッションは、その電動モーターによって作動するポンプを使用した強制循環方式を採用しており、ベアリングやギアに直接潤滑油を供給するために複数の細管を備えている。このため、この細管の内部でミッションオイルの粘度が高くなったり凍結したりして供給が不足あるいはストップすると局部的に潤滑不良となってベアリングやギアが焼付き破損するおそれがある。従って、作動油の吸込管路のみならず、このトランスミッションも十分に予熱しておく必要がある。
　一方、前記特許文献２に示すような技術では、エンジンの冷却水を燃焼式のヒーターで加熱する方式であるため、海抜２０００ｍを超えるような標高が高い地域では、酸素濃度が低く、良好な燃焼が難しい。さらに、前記特許文献３に示すような技術では、ヒーティング機能は十分であるが、メンテナンスなどによってメインの電動モーターを停止した場合には機能しないという不都合がある。
　そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、流体が流れる循環路全体を効率的に予熱できる新規な予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法を提供するものである。
　前記課題を解決するために第１の発明は、流体を循環させる循環路にバイパス路を設け、当該バイパス路に、ヒーターとバイパス用ポンプとからなる予熱ユニットを備えたことを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、循環路において流体の循環が停止した状態であってもバイパス路を介して流体を循環させながらその流体を加熱できるため、その循環路全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路に対して後付けで付設できることから、優れた汎用性を発揮できる。
　第２の発明は、第１の発明において、前記バイパス路を、前記循環路に設けられた循環ポンプの上流側と下流側間に設け、前記予熱ユニットのバイパス用ポンプは、前記循環路のポンプと同じ方向に流体を循環させることを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、循環ポンプが停止した状態であっても循環路のポンプと同じ方向に流体を確実に循環させながらその流体を加熱できるため、その循環路全体を効率的に予熱することができる。
　第３の発明は、第１の発明において、前記循環路は、作動油タンクとメインポンプ間で潤滑油を循環するようになっており、前記バイパス路を、前記作動油タンクとメインポンプ間の循環路に並列に設け、当該循環路と前記バイパス路で作動油の循環ループを形成することを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、作動油タンクとメインポンプ間に形成される大ループの循環路に、バイパス路によって小ループの循環路を形成することができるため、メインポンプが停止した状態であっても少ない熱量で作動油タンク内の作動油をバイパス路を介して予熱しながら循環することができる。
　第４の発明は、第１または第２の発明において、前記循環路は、トランスミッション用のミッションオイルを循環させる循環路であることを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、トランスミッションおよびその循環ポンプが停止した状態であってもその循環路内でミッションオイルを確実に循環させながら加熱できるため、そのトランスミッション全体を効率的に予熱することができる。
　第５の発明は、第１乃至第３の発明において、前記循環路は、原動機用の冷却水を循環させる循環路であることを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、エンジン（内燃機関）や電動モーターなどの原動機およびその循環ポンプが停止した状態であってもその循環路内で冷却水を確実に循環させながら加熱できるため、そのエンジン全体を効率的に予熱することができる。
　第６の発明は、第３の発明において、前記バイパス路は、前記作動油タンクとサクションタンクとの間を接続することを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、作動油タンク内の作動油の循環が停止した状態であっても作動油タンクとサクションタンクとの間で作動油を確実に循環させつつこれら全体を効率的に予熱することができる。
　第７の発明は、第１乃至第６の発明に関する予熱方法であって、原動機が停止しているときの外気温度と前記流体温度とを計測し、前記外気温度が第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記流体温度が第２の所定値Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２）未満のときは前記予熱ユニットのヒーターによる流体の加熱とバイパス用ポンプによる流体循環を実施し、前記外気温度が前記第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記流体温度が前記第２の所定値Ｔ２以上のときは前記予熱ユニットのバイパス用ポンプによる流体循環のみを実施することを特徴とする建設機械の予熱方法である。このような予熱方法によれば、予熱が必要な場合にのみ流体（油種）を加熱できるため、無駄のない効果的な予熱を実施することができる。
　本発明は、エンジンが停止してトランスミッションの循環路などにおいてミッションオイルなどの流体の循環が停止した状態であってもバイパス路を介してその流体を循環させながら加熱できるため、その循環路全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路に対してバイパス路を分岐してそのバイパス路に予熱ユニットを取り付けた構造となっているため、既存の建設機械に対しても容易に後付けで付設できる。さらに、エンジンの停止中における外気温や油温などの変化に応じて予熱ユニットによる流体の循環および加熱を細かく制御したため、無駄な電力消費を抑えつつ効率的な予熱処理を実施することができる。
本発明に係る建設機械（油圧ショベル）１００の実施の一形態を示す縦断面図である。 建設機械（油圧ショベル）１００のパワートレイン付近の構成を示す模式図である。 トランスミッション６０の循環路６０Ａの構成を示す模式図である。 本発明に係る予熱ユニット６７を用いた予熱制御の流れを示すフォローチャート図である。 従来の建設機械（油圧ショベル）のパワートレイン付近の構成を示す模式図である。
　次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る建設機械の１つである油圧ショベル１００の実施の一形態を示したものである。図示するようにこの油圧ショベル１００は、下部走行体１０と、この下部走行体１０上に旋回自在に設けられた上部旋回体２０とから主に構成されている。下部走行体１０は、図示しない走行体フレームに互いに平行に位置する一対のクローラ１１を有しており、このクローラ１１には、それぞれの履帯を駆動して走行するための油圧駆動式の走行モーター１２が設けられている。
　一方、上部旋回体２０は、旋回体フレーム４０上に設置されたエンジン室２２と、このエンジン室２２の前方左側に設けられた運転室２３と、この運転室２３の右側から前方に延びるフロント作業機３０と、このフロント作業機３０との重量バランスを図るべくエンジン室２２の後方に設けられたカウンターウエイト２４とから主に構成されている。
　フロント作業機３０は、旋回体フレーム４０側から前方に延びるブーム３１と、このブーム３１の先端に揺動自在に設けられたアーム３２と、このアーム３２の先端に揺動自在に設けられたバケット３３とから主に構成されており、これらブーム３１、アーム３２、バケット３３は、それぞれ油圧で伸縮するブームシリンダー３４、アームシリンダー３５、バケットシリンダー３６によってそれぞれ動作する。そして、これらブームシリンダー３４、アームシリンダー３５、バケットシリンダー３６、走行モーター１２などは、エンジン室２２内に設けられたメインポンプ５０（図２）から供給される圧油（作動油）によって動作するようになっている。
　このメインポンプ５０は、図２に示すようにトランスミッション６０を介してエンジン７０と接続されており、エンジン７０の駆動力によって作動油タンク８０内の作動油を、サクション配管８１a、サクションタンク８２、サクションパイプ８３を経て吸い込み、その圧油を前記ブームシリンダー３４、アームシリンダー３５、バケットシリンダー３６、走行モーター１２などのアクチュエータに送るようになっている。このメインポンプ５０は、１つのトランスミッション６０に対して複数設けられており、作動油タンク８０内の作動油はサクションタンク８２から複数のサクションパイプ８３，８３…に分流して各メインポンプ５０、５０…に吸い込まれるようになっている。
　そして、各メインポンプ５０、５０…から吐出された高圧の作動油は、前記アクチュエータから戻り配管８１ｂを介して作動油タンク８０に戻されるようになっている。すなわち、この作動油タンク８０と各メインポンプ５０、５０…間には、サクション配管８１ａ、サクションタンク８２、サクションパイプ８３および戻り配管８１ｂによって一方向の大ループの循環路８０Ａが形成されている。
　トランスミッション６０は、エンジン７０の回転駆動を増速あるいは減速して各メインポンプ５０、５０…に歯車で伝達する変速機であり、作動時は潤滑ポンプ６１によって常時潤滑油（ミッションオイル）が供給されるようになっている。図３は、このトランスミッション６０におけるミッションオイルの流れを示した模式図である。図示するように、潤滑ポンプ６１から送り出されたミッションオイルは、送油管６１を介して分流兼中継ブロック６２から各細管６２ａ，６２ａ…に分流して各ベアリングＢ、Ｂ…やギアに供給されてこれらを潤滑するようになっている。さらに、この分流兼中継ブロック６２に流れたミッションオイルの一部はそのまま分流ブロック６３に流れ、この分流ブロック６３から各細管６３ａ，６３ａ…に分流して他の各ベアリングＢ、Ｂ…やギアに供給されてこれらを潤滑するようになっている。
　また、各ベアリングＢ、Ｂ…やギアに供給されたミッションオイルは、各細管６２ｂ、６２ｂ…、６３ｂ、６３ｂ…を介して合流ブロック６４，６５に流れて合流し、各戻油管６４ａ、６５ａを介して潤滑ポンプ６１側に戻るようになっている。すなわち、ミッションオイルは、送油管６１ａと、細管６２ａ，６２ａ…、６２ｂ、６２ｂ…、６３ａ，６３ａ…、６３ｂ、６３ｂ…および戻油管６４ａ、６５ａで形成される循環路６０Ａ内を循環するようになっている。なお、この戻油管６４ａ、６５ａには、それぞれサクションフィルター６４ｂ、６５ｂが設けられており、ミッションオイル中に鉄粉などの固形物が混入した際にはこれを濾過して分離するようになっている。
　そして、この循環路６０Ａ中において送油管６１と戻油管６４ａ、６５ａとの間には、潤滑ポンプ６１を迂回するようにバイパス管６６が接続されており、戻油管６４ａ、６５ａを流れるサクションフィルター６４ｂ、６５ｂを出た直後のトランスミッションオイルを接続管６６ａを介して抜き出して直接送油管６１に対して同じ方向に流すようになっている。さらに、このバイパス管６６には、バイパス用ポンプ６７ａと電熱式のヒーター６７ｂとを一体化した予熱ユニット６７が設けられており、バイパス用ポンプ６７ｂによってミッションオイルをバイパス管６６側に抜き出し、抜き出したミッションオイルをヒーター６７ｂで加熱してから送油管６１側に流すようになっている。
　一方、図２に示すようにエンジン７０にも冷却水が流れる循環路７０Ａが形成されている。この循環路７０Ａは、エンジン７０内に形成された第１の循環路７１ａと、エンジン７０とラジエータ間に形成された第２の循環路７１ｂとから構成されている。そして、第１の循環路７１ａに設けられた循環ポンプ７２によってエンジン７０内で冷却水を循環させると共に、その冷却水の温度が上昇すると、サーモスタット７３が作動して第１の循環路７１ａと第２の循環路７１ｂと連通して第２の循環路７１ｂ側に高温となった冷却水を流し、これをラジエータ７４および冷却ファン７５によって空冷して第１の循環路７１ａ側に戻すようになっている。
　そして、図示するように、このエンジン７０の循環路７０Ａにも前記トランスミッション６０と同様に循環ポンプ７２を迂回するようにバイパス管７６と予熱ユニット７７とが設けられており、この循環路７０Ａを流れる冷却水を抜き出して加熱し、これを循環路７０Ａに対して同じ方向に戻すようになっている。なお、この予熱ユニット７７もバイパス用ポンプ７７ａと電熱式のヒーター７７ｂを一体化したものから構成されている。
　また、同図に示すように、作動油タンク８０とサクションタンク８２との間も、予熱ユニット８５を備えたバイパス管８４によってサクションパイプ８１ａと並行に接続されており、予熱ユニット８５のバイパス用ポンプ８４ａによってサクションタンク８２内の作動油を抜き出すと共に、これを電熱式のヒーター８４ｂで加熱して作動油タンク８０の中程に直接戻すようになっている。すなわち、このバイパス管８４によって大ループである循環路８０Ａと並行に小ループの循環路が形成されるようになっている。
　そして、これらの各予熱ユニット６７，７７，８５は、コントローラ（情報処理装置）９０によってその作動が自動制御されている。このコントローラ９０は、図示しない各種センサー（油温センサー、気温センサ）やエンジンコントーロルユニット（ＥＣＵ）からの入力信号などに基づいて各予熱ユニット６７，７７，８５を制御するようになっている。
　図４は、このコントローラ９０によるトランスミッション６０用の予熱ユニット６７に関する制御の流れを示したものである。先ず、このコントローラ９０は、最初のステップＳ１００においてエンジン７０が停止しているか否かを判断し、停止していないと判断したとき（ＮＯ）は、処理を終了するが、エンジン７０が停止していると判断したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１０２に移行する。
　ステップＳ１０２では、温度センサーからの入力値に基づき外気温度が－１０℃未満であるか否かを判定し、－１０℃未満でない、すなわち－１０℃以上でミッションオイルの凍結のおそれがないと判断したとき（ＮＯ）は、そのまま処理を終了するが、外気温度が－１０℃未満で凍結のおそれがあると判定したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、油温センサーからの入力値に基づきミッションオイルの温度（油温）が３０℃未満か否かを判定し、３０℃未満であると判断したとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０８に移行して予熱ユニット６７のヒーター６７ａおよびバイパス用ポンプ６７ｂを始動して図２に示すように循環路６０Ａ内のミッションオイルを潤滑ポンプ６１の上流側からバイパス管６６側に抜き出すと共に、これをヒーター６７ｂで加熱して潤滑ポンプ６１の下流側に送り出す。
　このとき停止中の潤滑ポンプ６１ではミッションオイルの流れが停止しているため、潤滑ポンプ６１の下流側に送り出されたミッションオイルは、潤滑ポンプ６１側へは流れずに図３に示したように送油管６１ａから分流兼中継ブロック６２および分流ブロック６３側へ流れ、各細管６２ａ、６２ａ…、６３ａ、６３ａ…、各ベアリングＢ、Ｂ…およびギア、各細管６２ｂ、６２ｂ…、６３ｂ、６３ｂ…を順次通過した後、合流ブロック６４、６５から戻油管６４ａ、６５ａに流れ出てサクションフィルタ６４ｂ、６５ｂを通過してバイパス管６６に抜き出され、再びヒーター６７ｂで加熱されて循環路６０Ａ内を循環することになる。これによって、トランスミッション６０全体が適温に保温されるため、外気温が例えば－４０℃以下の極寒状態になってもミッションオイルが凍結するなどといった不都合を防止することができる。
　一方、前記ステップＳ１０４においてミッションオイルの温度（油温）が３０℃未満でない、すなわち３０℃以上であると判断したとき（ＮＯ）は、次のステップＳ１０６に移行して予熱ユニット６７のバイパス用ポンプ６７ｂのみを始動して循環路６０Ａ内のミッションオイルを潤滑ポンプ６１の上流側からバイパス管６６側に抜き出して、これを潤滑ポンプ６１の下流側に送り出す。これによって、循環路６０Ａ内で油温が３０℃以上のミッションオイルが循環されてミッションオイル自体の熱でトランスミッション６０全体が適温に保温されるため、ヒーター６７ｂによる無駄な加熱を防止して電力消費を抑制することができる。
　次のステップＳ１１０では、潤滑ポンプ６１のみによる循環中において外気温の低下などによってその油温が３０℃未満になったか否かを判断し、３０℃未満になっていないと判断したとき（ＮＯ）は、ステップＳ１１３に移行するが、３０℃未満になったと判断したとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１２に移行してさらに電熱式のヒーター６７ｂを始動（通電）する。これによって、バイパス管６６に抜き出されたミッションオイルが加熱されて循環路６０Ａに流れるため、油温低下によるミッションオイルの凍結をより確実に防止することができる。なお、このヒーター６７ｂの加熱により油温が３０℃を大幅に超えたときなどには、このヒーター６７ｂのみを停止するようにしても良い。
　次のステップＳ１１４では、図示しないＥＣＵなどからの入力信号に基づいてエンジン７０が始動したか否かを判断する。エンジン７０が始動していないと判断したとき（ＮＯ）は、そのままミッションオイルの循環を継続するが、エンジン７０が始動したと判断したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１１６に移行してヒーター６７ａおよびバイパス用ポンプ６７ｂを停止して予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環および加熱を停止して処理を終了する。
　一方、前記ステップＳ１１３においても同様に、図示しないＥＣＵなどからの入力信号に基づいてエンジン７０が始動したか否かを判断し、エンジン７０が始動していないと判断したとき（ＮＯ）は、そのままバイパス用ポンプ６７ｂのみによるミッションオイルの循環を継続するが、エンジン７０が始動したと判断したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１１５に移行してバイパス用ポンプ６７ｂを停止することで予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環を停止して処理を終了する。このように、エンジン７０の停止中における外気温や油温などの変化に応じて予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環および加熱を細かく制御すれば、無駄な電力消費を抑えつつ効率的な予熱処理を実施することができる。
　そして、他の予熱ユニット７７，８５においてもこれと同様な制御を行うことにより、作動油や冷却水の凍結を効率良く防止することができる。この場合、各油種の凍結温度に応じてその始動温度を適宜調整すればより効率の良い予熱処理を実施することができる。例えばミッションオイルおよび冷却水の凍結温度が－１０℃であるのに対し、作動油の凍結温度が－２０℃である場合には、外気温が－１０℃になったときは予熱ユニット６７と、７７だけによる予熱処理を実施し、外気温が－２０℃になったときにさらに作動油タンク８０側の予熱ユニット８５による予熱処理を実施するようにすれば、さらに無駄な電力消費を抑制することが可能となる。
　このように本発明はエンジン７０が停止してトランスミッション６０の循環路６０Ａなどにおいてミッションオイルなどの流体の循環が停止した状態であってもその流体をバイパス路６６を介して同じ方向に循環させながら加熱できるため、その循環路６０Ａ全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路６０Ａに対してバイパス管６６を分岐してそのバイパス管６６に予熱ユニット６７を取り付けた構造となっているため、既存の建設機械に対しても容易に後付けで付設できることから、優れた汎用性を発揮できる。また、前述したように、エンジン７０の停止中における外気温や油温などの変化に応じて予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環および加熱を細かく制御すれば、無駄な電力消費を抑えつつ効率的な予熱処理を実施することができる。
　図５は、本発明のような予熱ユニットを有しない従来の構成例を示したものである。すなわち、エンジン７０の冷却水の予熱は、本発明と同様にその循環路７０Ａにバイパス管７６を付設し、その循環路７０Ａから冷却水をバイパス管７６側に抜き出して加熱するものであるが、その加熱手段は、燃焼式のヒーター７８を使用するものであるため、高地のような酸素濃度の低い場所で良好な燃焼が難しい上に、その構成も複雑となる。また、サクションタンク８２に複数の棒ヒーター８６，８６を取り付け、これに通電してサクションタンク８２内の作動油を加熱しようとするものであるが、このような構成では、加熱箇所が局所的であり、全体を効率的に予熱するのは困難である。さらに、潤滑油（ミッションオイル）の凍結による焼付きなどを防止する必要があるトランスミッション６０ではこれを効率的に予熱することができなかった。
　なお、本実施の形態では、エンジン７０によってトランスミッション６０を駆動するような構成としたが、原動機としてこのエンジン７０に代えて電動モーターを使用した場合でも同様に適用できることは勿論である。
　１００…建設機械（油圧ショベル）
　５０…メインポンプ
　６０…トランスミッション
　６０Ａ、７０Ａ、８０Ａ…循環路
　６１…潤滑ポンプ
  ６６、７６、８４…バイパス管（路）
　６７、７７、８５…予熱ユニット
　６７ａ、７７ａ、８４ａ…電熱式ヒーター
　６７ｂ、７７ｂ、８４ｂ…バイパス用ポンプ
　７０…エンジン（原動機）
　７２…循環ポンプ
　８０…作動油タンク
　８１ａ…サクションパイプ
　８１ｂ…戻り配管
　８２…サクションタンク
　８３…サクションパイプ
　９０…コントローラ

Claims (7)

  1. 　流体を循環させる循環路にバイパス路を設け、当該バイパス路に、ヒーターとバイパス用ポンプとからなる予熱ユニットを備えたことを特徴とする建設機械。
  2. 　請求項１に記載の建設機械において、
    　前記バイパス路を、前記循環路に設けられた循環ポンプの上流側と下流側間に設け、前記予熱ユニットのバイパス用ポンプは、前記循環路のポンプと同じ方向に流体を循環させることを特徴とする建設機械。
  3. 　請求項１に記載の建設機械において、
    　前記循環路は、作動油タンクとメインポンプ間で潤滑油を循環するようになっており、
    　前記バイパス路を、前記作動油タンクとメインポンプ間の循環路に並列に設け、当該循環路と前記バイパス路で作動油の循環ループを形成することを特徴とする建設機械。
  4. 　請求項１または２に記載の建設機械において、
    　前記循環路は、トランスミッション用のミッションオイルを循環させる循環路であることを特徴とする建設機械。
  5. 　請求項１または２に記載の建設機械において、
    　前記循環路は、原動機用の冷却水を循環させる循環路であることを特徴とする建設機械。
  6. 　請求項３に記載の建設機械において、
    　前記バイパス路は、前記作動油タンクとサクションタンクとの間を接続することを特徴とする建設機械。
  7. 　請求項１乃至６のいずれかの建設機械の予熱方法であって、
    　原動機が停止しているときの外気温度と前記流体温度とを計測し、
    　前記外気温度が第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記流体温度が第２の所定値Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２）未満のときは前記予熱ユニットのヒーターによる流体の加熱とバイパス用ポンプによる流体循環を実施し、
    　前記外気温度が前記第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記流体温度が前記第２の所定値Ｔ２以上のときは前記予熱ユニットのバイパス用ポンプによる流体循環のみを実施することを特徴とする建設機械の予熱方法。
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