WO2018025439A1 - 建設機械の排気ガス浄化システム - Google Patents

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正寿 櫻井
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日立建機株式会社
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    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system for construction machinery, and more particularly to an exhaust gas purification system for purifying NOx in exhaust gas by injecting a liquid reducing agent such as urea water into engine exhaust gas.
  • Construction machines such as hydraulic excavators are equipped with a diesel engine as the prime mover of the hydraulic pump. Therefore, as with large trucks and buses, exhaust for purifying nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) in engine exhaust gas.
  • a gas purification system is provided.
  • an exhaust gas aftertreatment device incorporating a reduction catalyst is installed in the exhaust pipe of the engine, a urea water injection device is provided upstream of the reduction catalyst, and urea water is supplied from this urea water injection device.
  • Patent Document 1. One example is described in Patent Document 1. ing.
  • the fuel tank for storing fuel is installed at a high position from the ground, the fuel is disposed at a position lower than the fuel tank as described in Patent Document 2, for example.
  • a refueling device is provided for replenishing from the ground.
  • a urea water tank for storing urea water necessary for exhaust gas treatment of an engine is installed at a high position from the ground like a fuel tank. For this reason, when supplying urea water to the urea water tank from the ground, a urea water replenishing device is required at a position lower than the urea water tank, as in the case of supplying fuel from the ground.
  • the urea water injection device is supplied with urea water from a urea water tank. Like the fuel tank, this urea water tank is installed at a high position on the construction machine.
  • a urea water supply circuit is connected to the urea water tank, and a urea water tank lorry pipe outside the construction machine is connected to the urea water supply circuit, and the urea water tank lorry pump is driven to connect the urea water supply circuit from the urea water tank lorry. Via the urea water tank is supplied to the urea water tank.
  • the urea water supply circuit piping and the urea water tank lorry piping are connected by connecting the coupler on the urea water tank lorry side to the coupler on the construction machine side.
  • the coupler on the construction machine side is installed at a height accessible to the operator. For this reason, the height difference of the piping of the urea water supply circuit is large, and urea remains in the piping of the urea water supply circuit after the urea water supply. Urea water has a characteristic that it easily deteriorates as the water temperature rises.
  • An object of the present invention is to prevent the urea water remaining in the piping of the urea water supply circuit after the urea water is supplied to the urea water tank from being deteriorated by the influence of heat from the engine, the hydraulic oil tank, or the like. It is to provide an exhaust gas purification system for construction machinery.
  • the present invention provides a urea water tank disposed in an upper rotating body of a construction machine, a urea water injection device for injecting urea water into engine exhaust gas, and the urea water tank from the urea water tank.
  • An exhaust gas purification system for a construction machine comprising a urea water supply circuit in which a urea water pump for supplying urea water to a water injection device is provided, and is provided at a position lower than the urea water tank.
  • a urea water coupler connectable with a urea water supply device arranged outside, a urea water replenishment circuit for replenishing the urea water tank from the urea water coupler, and the exhaust gas from the urea water injection device
  • a urea water return circuit for returning excess urea water not injected into the urea water tank, the urea water return circuit connecting the urea water injection device to the urea water tank.
  • the first return valve and the second return pipe are provided with the first check valve and the second check valve, respectively, and the opening pressure of the first check valve is set higher than the opening pressure of the second check valve.
  • the second check valve with a low valve opening pressure is opened, and excess urea water that has not been injected from the urea water injection device into the exhaust gas aftertreatment device 2 is urea water. Since it is returned to the urea tank through the second return pipe of the return circuit and the urea water supply circuit, the urea water remaining in the urea water supply circuit after the replenishment operation is caused by surplus waste discharged from the urea water injection device. It is pushed by the urea water and returned to the urea water tank.
  • the urea water remaining in the pipe of the urea water supply circuit after the urea water supply operation remains in the pipe 11 and deteriorates due to the influence of heat from the engine or a hydraulic oil tank (not shown). Is prevented. This prevents the deteriorated urea water from entering the urea water tank and lowering the quality of the urea water, thereby reducing the exhaust gas purification performance of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the urea water remaining in the piping of the urea water supply circuit after the urea water is supplied to the urea water tank is prevented from being deteriorated by the influence of heat from the engine, the hydraulic oil tank, etc.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a large hydraulic excavator provided with the exhaust gas purification system of the present invention.
  • reference numeral 100 denotes a large hydraulic excavator.
  • a large hydraulic excavator 100 (hereinafter referred to as a hydraulic excavator) includes a lower traveling body 101 for traveling and an upper revolving body mounted on the upper portion of the lower traveling body 101 so as to be able to swivel. 102, and a working device 103 provided at the front portion of the upper swing body 102 so as to be able to move up and down.
  • the work device 103 is an articulated excavator including a boom 103a, an arm 103b, and a bucket 103c, and is attached to the front side of the swivel frame 104 that forms the base frame of the upper swivel body 102.
  • a counterweight 105 is provided on the revolving frame 104 at a rear position opposite to the work device 103 with the revolving center of the upper revolving structure 102 interposed therebetween.
  • a cab 106 is installed at the front of the swivel frame 104, and a machine room building 107 is installed on the swivel frame 104 from the rear side of the cab 106 to the front side of the counterweight 105.
  • devices such as the engine 1, a fuel tank (not shown), a hydraulic oil tank, a hydraulic pump, and the like are installed.
  • An exhaust gas aftertreatment device 2 for purifying NOx in the exhaust gas of the engine 1 is installed in the exhaust pipe 1 a of the engine 1, and a muffler pipe 3 is connected to the exhaust gas aftertreatment device 2.
  • the excavator 100 drives a hydraulic pump by the engine 1, and drives the actuator by supplying pressure oil discharged from the hydraulic pump to a plurality of actuators via a plurality of distribution valves provided in a hydraulic drive circuit.
  • the plurality of actuators include a boom 103a, an arm 103b, a boom cylinder 103d that drives the bucket 103c, an arm cylinder 103e, and a bucket cylinder 103f.
  • NOx in the exhaust gas discharged from the engine 1 is installed in the exhaust gas aftertreatment device 2 using the urea water injected from the urea water injection device 4 (see FIG. 2) in the exhaust gas aftertreatment device 2 as a reducing agent.
  • the catalyst (reduction catalyst) 2a is reduced to N2 and O2, and is discharged from the muffler pipe 3.
  • a urea water tank 6 for supplying urea water to the urea water injection device 4 is installed in the machine room building 107 on the swivel frame 104.
  • a central liquid supply device 110 that also serves as a urea water supply device is provided.
  • the central liquid supply device 110 has a central liquid supply panel 112 that is pivotally connected to a revolving frame via left and right rotating arms 111 (only the right side is shown), and the central liquid supply panel 112 is connected via a pipe.
  • a plurality of couplers connected to the liquid supply target on the swivel frame 104 are provided. During a liquid supply operation, these couplers are detachably connected to a liquid supply hose of a liquid supply device arranged outside the hydraulic excavator. For example, when the liquid to be supplied is the fuel of the engine 1, the fuel supply hose coupler of the fuel tank truck is connected to the fuel supply coupler of the central liquid supply panel 112.
  • the pump provided in the fuel tank lorry is activated to pump the fuel, whereby the fuel is supplied from the tank lorry to the fuel tank on the swivel frame 104 via the concentrated liquid supply panel 112.
  • a lift cylinder 113 is attached to the rotating arm 111. The lift cylinder 113 is contracted to move the central liquid supply panel 112 to the upper storage position except during the liquid supply operation, and the turning operation of the upper swing body 102 is hindered. It does not occur.
  • the urea solution coupler 14 (see FIG. 2) is provided in the central liquid supply panel 112, and the urea solution coupler 14 stores urea water through the pipe 11 (see FIG. 2).
  • the urea water tank 6 is connected.
  • FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of the exhaust gas purification system in the present embodiment.
  • the urea water supply circuit 200 has a pipe 7 (urea water supply pipe) for connecting the urea water tank 6 and the urea water injection device 4, and a urea water pump 5 installed in the pipe 7.
  • the urea water supply circuit 201 has a pipe 11 (urea water supply pipe) for connecting the urea water tank 6 and the urea water coupler 14.
  • the urea water coupler 14 can be connected to a urea water coupler 22 of a urea water tank truck 21 (urea water supply device) disposed outside the excavator 100.
  • the urea water return circuit 202 includes a common return pipe 8 connected to the urea water injection apparatus 4 and a first return pipe 9 that connects the urea water injection apparatus 4 to the urea water tank 6 through the common return pipe 8.
  • the second return pipe 10 that connects the urea water injection device 4 to the pipe 11 of the urea water supply circuit 201 via the common return pipe 8 and the first return pipe 9 to prevent back flow of urea water. It has the 1st check valve 15 and the 2nd check valve 16 which is arranged in the 2nd return piping 10, and prevents back flow of urea water.
  • the valve opening pressure of the first check valve 15 is set higher than the valve opening pressure of the second check valve 16.
  • a pipe portion between the connection point of the pipe 11 of the urea water supply circuit 201 with the second return pipe 10 and the urea water tank 6 constitutes a part of the urea water return circuit 202.
  • the urea water coupler 14 is provided on the central liquid supply panel 112 attached to the turning frame 104 of the excavator 100 and is located at a position lower than the urea water tank 6.
  • the pipe 11 of the urea water supply circuit 201 has a height difference of H1
  • the second return pipe 10 of the urea water return circuit 202 has a height difference of H2
  • the urea water supply circuit 201 has a difference in height.
  • the urea water remains in the pipe 11.
  • the exhaust gas purification system provides the operator of the water level sensor 12 that detects that the urea water tank 6 is full and the urea water tank lorry 21 that the urea water tank 6 is full.
  • a urea water replenishment lamp 18 for notification and a controller 19 are provided.
  • the controller 19 turns on the urea water supply lamp 18 based on the signal from the water level sensor 12. Similar to the urea water coupler 14, the urea water supply lamp 18 is provided on the central liquid supply panel 112 of the excavator 100.
  • FIG. 3 is a timing chart showing the opening / closing operation of the first and second check valves 15 and 16. The operation of the exhaust gas purification system of the present embodiment will be described using this timing chart.
  • ⁇ Normal engine operation> When the operator of the excavator 100 turns on the engine key to start the engine 1 (time t1), the urea water pump 5 is started after a predetermined time (time t2).
  • the predetermined time is a time for checking whether the urea water in the urea water tank 6 is in a usable state, such as whether the urea water in the urea water tank 6 is frozen, and this check is not illustrated.
  • the engine controller performs this based on a signal from a temperature sensor provided in the urea water tank 6. When it is confirmed that the urea water is in a usable state, the engine controller activates the electric motor of the urea water pump 5 to activate the urea water pump 5.
  • the urea water pump 5 When the urea water pump 5 is activated, the urea water in the urea water tank 6 is supplied to the urea water injection device 4 through the urea water supply circuit 200 by the urea water pump 5, and the urea water injection device 4 is in the exhaust gas aftertreatment device 2.
  • the urea water is injected into the exhaust gas, the exhaust gas discharged from the engine 1 is reduced to N2 and O2, and the exhaust gas is purified.
  • the operator of the urea water tank lorry 21 connects the urea water coupler 22 provided in the urea water tank lorry 21 to the urea water coupler 14 provided in the central liquid supply panel 112 of the excavator 100, and the pump 23 in the urea water tank lorry 21. Is started, and urea water supply to the urea water tank 6 is started from the urea water tank lorry 21 via the urea water supply circuit 201.
  • the second check valve 16 provided in the second return pipe 10 of the urea water return circuit 202 is closed by the urea water pumped from the urea water tank lorry 21 (time t3), and the urea water returns to the urea water return circuit. Backflow to 202 is prevented.
  • the water level sensor 12 detects this and sends a signal to the controller 19. Based on the signal, the controller 19 turns on the urea water supply lamp 18 and informs the operator of the urea water tank lorry 21 that the urea water tank 6 is full.
  • the urea water supply lamp 18 is turned on, the operator of the urea water tank lorry 21 stops the pump 23 and ends the urea water supply operation.
  • the second check valve 16 When the urea water replenishment operation is completed, the second check valve 16 is in a state that can be opened, and the second check valve 16 is opened by the discharge pressure of excess urea water discharged from the urea water injector 4 (time t4). At the same time, the first check valve 15 is closed, and excess urea water is returned from the second return pipe 10 and the second check valve 16 to the urea water tank 6 through the pipe 11 of the urea water supply circuit 201. .
  • the operator of the urea water tank lorry 21 connects the urea water coupler 22 to the urea water coupler 14 of the excavator 100 and starts the pump 23 in the urea water tank lorry 21, whereby the urea water tank lorry 21 passes through the urea water replenishment circuit 201. Then, urea water is supplied to the urea water tank 6.
  • the controller 19 turns on the urea water supply lamp 18, and the operator of the urea water tank lorry 21 stops the pump 23 and finishes the urea water supply operation.
  • the engine controller determines whether or not the urea water in the urea water tank 6 is usable. After checking that the urea water is in a usable state, the electric motor of the urea water pump 5 is started (time t2).
  • the urea water injection device 4 injects urea water into the exhaust gas aftertreatment device 2 to purify the exhaust gas discharged from the engine 1.
  • the second check valve 16 is opened by the discharge pressure of the excess urea water discharged from the urea water injection device 4 (time t2), and the urea water remaining in the pipe 11 of the urea water supply circuit 201 after the supply work.
  • FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of an exhaust gas purification system according to the second embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas purification system in the present embodiment includes an electromagnetic on-off valve 13 and a urea water supply switch 17 in addition to the configuration of the exhaust gas purification system in the first embodiment.
  • the electromagnetic on-off valve 13 is installed in a pipe portion between the connection point of the pipe 11 of the urea water supply circuit 201 with the second return pipe 10 and the urea water tank 6.
  • the electromagnetic on-off valve 13 is driven by a signal from the controller 19.
  • the urea water supply switch 17 is for the operator of the urea water tank lorry 21 to instruct the controller 19 that the urea water supply operation to the urea water tank 6 is in progress.
  • the urea water tank lorry 21 is used.
  • the operator switches the urea water supply switch 17 from OFF to ON.
  • an ON signal is output from the urea water supply switch 17 to the controller 19.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the control function of the electromagnetic on-off valve 13 in the controller 19.
  • the controller 19 determines whether or not the urea water supply switch 17 is ON based on the signals from the urea water supply switch 17 and the water level sensor 12 and whether or not the water level sensor 12 has detected the full water state of the urea water tank 6 (step).
  • step S1 When the urea water supply switch 17 is ON (the urea water supply operation is in progress) and the urea water tank 6 becomes full (when the determination in step S1 is affirmative), the electromagnetic on-off valve 13 is closed.
  • Step S2 When the urea water supply switch 17 is not ON, or when the urea water tank 6 is not full, the electromagnetic on-off valve 13 is held at the valve open position.
  • the controller 19 determines whether or not the urea water supply switch 17 is turned off (step S3).
  • the urea water supply switch 17 is turned off (when the urea water supply operation is not being performed)
  • the electromagnetic on-off valve 13 is opened ( Step S4).
  • step S1 in the flowchart of FIG. 5 is denied, and the electromagnetic on-off valve 13 is in an open state (the piping 11 of the urea water supply circuit 201 is in a communicating state).
  • the operator of the urea water tank truck 21 connects the urea water coupler 22 to the urea water coupler 14 of the hydraulic excavator 100, and urea water
  • urea water is supplied from the urea water tank lorry 21 to the urea water tank 6 via the pipe 11 of the urea water supply circuit 201.
  • the urea water level in the urea water tank 6 reaches a predetermined full water level
  • the water level sensor 12 detects this and sends a signal to the controller 19.
  • the controller 19 closes the electromagnetic on-off valve 13.
  • the urea water supply to the urea water tank 6 is stopped reliably and promptly.
  • the urea solution replenishment lamp 18 is turned on, and the operator of the urea solution tank lorry 21 stops the pump 23 and the urea solution End the replenishment work.
  • the operation of the urea water return circuit 202 at this time is the same as the operation of the urea water return circuit 202 in the first embodiment, and the urea water discharged from the urea water injection device 4 is the second return pipe 10. Is then returned to the urea water tank 6.
  • the operator of the urea water tank lorry 21 connects the urea water coupler 22 to the urea water coupler 14 of the excavator 100 and starts the pump 23 in the urea water tank lorry 21, whereby the urea water tank lorry 21 passes through the urea water replenishment circuit 201. Then, urea water is supplied to the urea water tank 6.
  • the urea water tank 6 becomes full, the water level sensor 12 detects this and sends a signal to the controller 19. At this time, since the urea water supply operation is being performed and the urea water tank 6 is full, the determination of step S1 in the flowchart of FIG. 5 is affirmed, and the controller 19 closes the electromagnetic on-off valve 13. As a result, the urea water supply to the urea water tank 6 is stopped reliably and promptly. Further, as described in “urea water replenishment 1—engine stop” in the first embodiment, the urea water replenishment lamp 18 is turned on, and the operator of the urea water tank lorry 21 stops the pump 23 and urea water End the replenishment work.
  • the engine controller checks whether the urea water in the urea water tank 6 is in a usable state, and the urea water can be used. After confirming that it is in the correct state, the electric motor of the urea water pump 5 is started.
  • the urea water injection device 4 injects urea water into the exhaust gas aftertreatment device 2 to purify the exhaust gas discharged from the engine 1.
  • the second check valve 16 is opened by the discharge pressure of the excess urea water discharged from the urea water injection device 4, and the urea water remaining in the pipe 11 of the urea water supply circuit 201 after the replenishment operation is the urea water. Excess urea water discharged from the injection device 4 and passing through the second return pipe 10 and the second check valve 16 is pushed back to the urea water tank 6.
  • this embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment. Further, according to the present embodiment, when the urea water tank 6 becomes full during the urea water supply, the urea water supply to the urea water tank 6 can be stopped reliably and promptly.
  • the construction machine is a large hydraulic excavator
  • the present invention may be applied to a construction machine other than the hydraulic excavator, such as a hydraulic traveling crane. Good.

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Abstract

建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、尿素水タンクへの尿素水の補給後に尿素水補給回路の配管内に残留した尿素水がエンジンや作動油タンク等の熱の影響を受けて劣化することを防止することができるようにする。　尿素水噴射装置４から排気ガス中に噴射されなかった余剰の尿素水を尿素水タンク６に戻す尿素水戻り回路２０２に、尿素水噴射装置４を尿素水タンク６に接続する第1戻り配管９と、尿素水噴射装置４を尿素水補給回路２０１の配管１１に接続する第２戻り配管１０を設け、第１戻り配管９に設けられた第１チェック弁１５の開弁圧力を第２戻り配管１０に設けられた第２チェック弁１６の開弁圧力よりも高く設定する。

Description

建設機械の排気ガス浄化システム
　本発明は建設機械の排気ガス浄化システムに係わり、特にエンジンの排気ガス中に尿素水等の液体還元剤を噴射し、排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気ガス浄化システムに関する。
　油圧ショベル等の建設機械は、油圧ポンプの原動機としてディーゼルエンジンが搭載されているため、大型のトラックやバスと同様に、エンジン排気ガス中の窒素酸化物（以下ＮＯｘという）を浄化するための排気ガス浄化システムが備えられている。このような排気ガス浄化システムとして、エンジンの排気管に還元触媒を内蔵した排気ガス後処理装置を設置し、還元触媒の上流側に尿素水噴射装置を設け、この尿素水噴射装置から尿素水を噴射して排気ガス中にアンモニアを発生させ、還元触媒上でのアンモニアの還元反応により排気ガス中のＮＯｘを無害な水と窒素とに分解するものがあり、その一例が特許文献１に記載されている。
　また、大型の油圧ショベル等の建設機械にあっては、燃料を貯蔵する燃料タンクが地上から高い位置に設置されているため、例えば特許文献２に記載のように燃料タンクよりも低い位置に燃料の補給を地上から行うための燃料補給装置が備わっている。
特開２００９－０６８３９５号公報 特開２０００－２６４０７８号公報
　大型の油圧ショベル等の建設機械では、エンジンの排気ガス処理に必要となる尿素水を貯蔵するための尿素水タンクが燃料タンクと同様に地上から高い位置に設置されている。このためその尿素水タンクに尿素水を地上から補給する場合にも、燃料の補給を地上から行う場合と同様、尿素水タンクよりも低い位置に尿素水補給装置が必要となる。
　しかし、燃料補給装置の構成をそのまま尿素の補給に適用した場合は次のような問題がある。
　尿素水噴射装置には尿素水タンクから尿素水が供給される。この尿素水タンクは燃料タンクと同様、建設機械の高い位置に設置される。尿素水タンクには尿素水補給回路が接続され、この尿素水補給回路に建設機械外部の尿素水タンクローリーの配管を接続し、尿素水タンクローリーのポンプを駆動して尿素水タンクローリーから尿素水補給回路を経由して尿素水タンクに尿素水が供給される。尿素水補給回路の配管と尿素水タンクローリーの配管との接続は尿素水タンクローリー側のカプラを建設機械側のカプラに接続することにより行う。建設機械側のカプラはオペレータがアクセス可能な高さに設置されている。このため尿素水補給回路の配管の高低差は大きく、尿素水の補給後に尿素水補給回路の配管内に尿素が残留する。尿素水は水温が上昇するにしたがって劣化しやすくなる特性がある。このためエンジンが始動すると、エンジンや冷却器、燃料タンク、作動油タンク等の熱の影響を受け、尿素水補給回路の配管内に残留した尿素水が劣化し、次の補給時にその劣化した尿素水が尿素水タンクに入り込んで尿素水の質を低下させ、排気ガス後処理装置による排気ガスの浄化性能を低下させる問題がある。
　本発明の目的は、尿素水タンクへの尿素水の補給後に尿素水補給回路の配管内に残留した尿素水がエンジンや作動油タンク等の熱の影響を受けて劣化することを防止することができる建設機械の排気ガス浄化システムを提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明は、建設機械の上部旋回体に配置された尿素水タンクと、エンジンの排気ガス中に尿素水を噴射する尿素水噴射装置と、前記尿素水タンクから前記尿素水噴射装置に尿素水を供給するための尿素水ポンプが配置された尿素水供給回路とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、前記尿素水タンクよりも低い位置に設けられ、建設機械の外部に配置された尿素水供給装置と接続可能な尿素水カプラと、前記尿素水カプラから前記尿素水タンクに尿素水を補給するための尿素水補給回路と、前記尿素水噴射装置から前記排気ガス中に噴射されなかった余剰の尿素水を前記尿素水タンクに戻す尿素水戻り回路とを備え、前記尿素水戻り回路は、前記尿素水噴射装置を前記尿素水タンクに接続する第1戻り配管と、前記尿素水噴射装置を前記尿素水補給回路に接続する第２戻り配管と、前記第１戻り配管に配置され、前記尿素水の逆流を防止する第１チェック弁と、前記第２戻り配管に配置され、前記尿素水の逆流を防止する第２チェック弁とを有し、前記第１チェック弁の開弁圧力を前記第２チェック弁の開弁圧力よりも高く設定したものとする。
　このように第１戻り配管と第２の戻り配管にそれぞれ第１チェック弁と第２チェック弁を設け記第１チェック弁の開弁圧力を第２チェック弁の開弁圧力よりも高く設定することにより、補給後の通常のエンジン稼働時は、開弁圧力の低い第２チェック弁が開弁し、尿素水噴射装置から排気ガス後処理装置２内に噴射されなかった余剰な尿素水は尿素水戻り回路の第２戻り配管、尿素水補給回路の配管を経て尿素タンクへと戻されるため、補給作業後に尿素水補給回路の配管に残留した尿素水は、尿素水噴射装置から排出された余剰の尿素水に押されて尿素水タンクに戻される。これにより尿素水の補給作業後に尿素水補給回路の配管内に残留した尿素水が配管１１内に滞留したままとなってエンジンや図示しない作動油タンク等の熱の影響を受けて劣化することが防止される。これにより劣化した尿素水が尿素水タンクに入り込んで尿素水の質を低下させ、排気ガス後処理装置による排気ガスの浄化性能を低下させることが防止される。
　本発明によれば、尿素水タンクへの尿素水の補給後に尿素水補給回路の配管内に残留した尿素水がエンジンや作動油タンク等の熱の影響を受けて劣化することが防止され、これによりその劣化した尿素水が尿素水タンクに入り込んで尿素水の質を低下させ、排気ガス後処理装置による排気ガスの浄化性能を低下させることを防止することができる。
本発明の排気ガス浄化システムが備えられる大型油圧ショベルの全体構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 第１及び第２チェック弁の開閉動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態における排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 コントローラにおける電磁開閉弁の制御機能を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
＜第１の実施の形態＞
～構成～
　図1は本発明の排気ガス浄化システムが備えられる大型油圧ショベルの全体構成を示す図である。
　図1において１００は大型油圧ショベルであり、大型油圧ショベル１００（以下油圧ショベルという）は、走行移動するための下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２の前部に俯仰動可能に設けられた作業装置１０３とを備えている。作業装置１０３はブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃを備えた多関節型の掘削装置であり、上部旋回体１０２のベースフレームを構成する旋回フレーム１０４の前部側に取付けられている。旋回フレーム１０４には上部旋回体１０２の旋回中心を挟んで作業装置１０３の反対となる後部位置にカウンタウエイト１０５が設けられている。旋回フレーム１０４の前部には運転室１０６が設置され、運転室１０６の後側からカウンタウエイト１０５の前側に至る旋回フレーム１０４上に機械室建屋１０７が設置されている。機械室建屋１０７内にはエンジン１や図示しない燃料タンク、作動油タンク、油圧ポンプ等の機器が設置されている。また、エンジン１の排気管１ａにエンジン１の排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排気ガス後処理装置２が設置され、この排気ガス後処理装置２にマフラーパイプ３が接続されている。
　油圧ショベル１００はエンジン１によって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出された圧油を油圧駆動回路に設けられた複数の分配弁を介して複数のアクチュエータに供給することで、これらアクチュエータを駆動する。複数のアクチュエータにはブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃを駆動するブームシリンダ１０３ｄ、アームシリンダ１０３ｅ、バケットシリンダ１０３ｆが含まれる。
　エンジン１から排出された排気ガス中のＮＯｘは排気ガス後処理装置２内で尿素水噴射装置４（図２参照）から噴射された尿素水を還元剤として、排気ガス後処理装置２内に設置された触媒（還元触媒）２ａを用いてＮ２とＯ２に還元され、マフラーパイプ３より排出される。旋回フレーム１０４上の機械室建屋１０７内には尿素水噴射装置４に尿素水を供給するための尿素水タンク６が設置されている。
　大型油圧ショベル１００においては、地上から上部旋回体１０２の下面までの高さが例えば２ｍ以上に及ぶため、地上からの給液作業（エンジン1の燃料、冷却水や下部走行体に対して上部旋回体１０２を旋回させる旋回輪に供給するグリース等の種々の液体を旋回フレーム上に供給したり、古くなった液体を排出して交換する作業）を行えるようにするため、旋回フレーム１０４の下面に尿素水補給装置を兼ねる集中給液装置１１０が設けられている。この集中給液装置１１０は左右の回動アーム１１１（右側のみ図示）を介して旋回フレームに回動可能に接続された集中給液パネル１１２を有し、集中給液パネル１１２には配管を介して旋回フレーム１０４上の給液対象に接続された複数のカプラが設けられている。給液作業時、これらのカプラは油圧ショベル外部に配置された液体供給装置の給液ホースと着脱自在に接続される。例えば供給する液体がエンジン１の燃料である場合、燃料タンクローリーの燃料供給ホースのカプラを集中給液パネル１１２の燃料供給用のカプラに接続する。そして燃料タンクローリーに備えられるポンプを起動して燃料を圧送することで、タンクローリーから集中給液パネル１１２を介して旋回フレーム１０４上の燃料タンクへと燃料が供給される。回動アーム１１１には昇降シリンダ１１３が取り付けられ、給液作業時以外は昇降シリンダ１１３を縮めて集中給液パネル１１２を上方の格納位置へと移動し、上部旋回体１０２の旋回動作に支障が生じないようにしている。
　本実施の形態においては、集中給液パネル１１２に尿素水カプラ１４（図２参照）が設けられており、この尿素水カプラ１４は配管１１（図２参照）を介して尿素水が貯蔵される尿素水タンク６に接続されている。
　図２は本実施の形態における排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。
　図２において、本実施の形態における排気ガス浄化システムは、上述した尿素水タンク６、排気ガス後処理装置２、尿素水噴射装置４、尿素水カプラ１４と、尿素水タンク６から尿素水噴射装置４に尿素水を供給するための尿素水供給回路２００と、尿素水カプラ１４から尿素水タンク６に尿素水を補給するための尿素水補給回路２０１と、尿素水噴射装置４から排気ガス中に噴射されなかった余剰の尿素水を尿素水タンク６に戻す尿素水戻り回路２０２とを備えている。
　尿素水供給回路２００は尿素水タンク６と尿素水噴射装置４とを接続する配管７（尿素水供給配管）と、この配管７に設置された尿素水ポンプ５とを有している。
　尿素水補給回路２０１は尿素水タンク６と尿素水カプラ１４とを接続する配管１１（尿素水補給配管）を有している。尿素水カプラ１４は、油圧ショベル１００の外部に配置された尿素水タンクローリー２１（尿素水供給装置）の尿素水カプラ２２と接続可能である。
　尿素水戻り回路２０２は、尿素水噴射装置４に接続された共通の戻り配管８と、この共通の戻り配管８を介して尿素水噴射装置４を尿素水タンク６に接続する第1戻り配管９と、共通の戻り配管８を介して尿素水噴射装置４を尿素水補給回路２０１の配管１１に接続する第２戻り配管１０と、第１戻り配管９に配置され、尿素水の逆流を防止する第１チェック弁１５と、第２戻り配管１０に配置され、尿素水の逆流を防止する第２チェック弁１６とを有している。第１チェック弁１５の開弁圧力は第２チェック弁１６の開弁圧力よりも高く設定されている。尿素水補給回路２０１の配管１１の第２戻り配管１０との接続点と尿素水タンク６との間の配管部分は尿素水戻り回路２０２の一部を構成している。
　前述したように、尿素水カプラ１４は油圧ショベル１００の旋回フレーム１０４に取り付けられた集中給液パネル１１２に設けられ、尿素水タンク６よりも低い位置にある。その結果、尿素水補給回路２０１の配管１１はＨ１の高低差を有し、尿素水戻り回路２０２の第２戻り配管１０はＨ２の高低差を有し、尿素水補給後に尿素水補給回路２０１の配管１１内に尿素水が残留する構成となっている。
　また、本実施の形態における排気ガス浄化システムは、尿素水タンク６が満水状態にあることを検出する水位センサ１２と、尿素水タンク６が満水状態になったことを尿素水タンクローリー２１のオペレータに知らせる尿素水補給ランプ１８と、コントローラ１９とを備えている。コントローラ１９は水位センサ１２からの信号に基づいて尿素水補給ランプ１８を点灯させる。尿素水補給ランプ１８は尿素水カプラ１４と同様、油圧ショベル１００の集中給液パネル１１２に設けられている。
～動作～
　図３は第１及び第２チェック弁１５，１６の開閉動作を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートを用いて本実施の形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
＜通常のエンジン稼働時＞
　油圧ショベル１００のオペレータがエンジンキーをＯＮしてエンジン１を起動すると（時刻ｔ１）、所定時間をおいて尿素水ポンプ５が起動する（時刻ｔ２）。その所定時間は尿素水タンク６内の尿素水が凍結していないかなど、尿素水タンク６内の尿素水が使用可能な状態にあるかどうかをチェックする時間であり、このチェックは、図示しないエンジンコントローラが尿素水タンク６に設けられた温度センサからの信号に基づいて行う。尿素水が使用可能な状態にあることが確認されるとエンジンコントローラは尿素水ポンプ５の電動モータを起動し尿素水ポンプ５を起動する。
　尿素水ポンプ５が起動すると、尿素水ポンプ５によって尿素水タンク６の尿素水が尿素水供給回路２００を経て尿素水噴射装置４に供給され、尿素水噴射装置４は排気ガス後処理装置２内に尿素水を噴射し、エンジン１から排出された排気ガスをＮ２とＯ２に還元し、排気ガスを浄化する。
　排気ガス後処理装置２内に噴射されなかった余剰な尿素水は尿素水噴射装置４から尿素水戻り回路２０２に排出される。このとき、第１チェック弁１５の開弁圧力は第２チェック弁１６の開弁圧力よりも高いため、尿素水噴射装置４から排出された余剰な尿素水の排出圧によって第２チェック弁１６が開弁し（時刻ｔ２）、余剰な尿素水は第２戻り配管１０、第２チェック弁１６、尿素水補給回路２０１の配管１１を経て尿素水タンク６へと戻される。
＜尿素水補給時１－エンジン稼働時＞
　尿素水タンクローリー２１のオペレータは、尿素水タンクローリー２１に備えられた尿素水カプラ２２を油圧ショベル１００の集中給液パネル１１２に備えられた尿素水カプラ１４に接続し、尿素水タンクローリー２１内のポンプ２３を起動して尿素水タンクローリー２１から尿素水補給回路２０１を経由して尿素水タンク６への尿素水の補給を開始する。このとき、尿素水戻り回路２０２の第２戻り配管１０に設けられた第２チェック弁１６は尿素水タンクローリー２１から圧送される尿素水によって閉弁し（時刻ｔ３）、尿素水が尿素水戻り回路２０２へと逆流することが防止される。
　また、エンジン稼働時に排気ガス後処理装置２内に噴射されなかった余剰な尿素水は尿素水戻り回路２０２に排出されるが、尿素水補給時は、尿素水戻り回路２０２の第２戻り配管１０上の第２チェック弁１６は尿素水タンクローリー２１から圧送される尿素水によって閉じられているため、尿素水噴射装置４から排出された余剰な尿素水の排出圧によって第１チェック弁１５が開弁し（時刻ｔ３）、尿素水は第２戻り配管１０を経由して尿素水タンク６へと戻される。
　尿素水タンク６内の尿素水水位が予め決めた満水位置（満水状態）になると水位センサ１２はそのことを検知し、コントローラ１９に信号を送る。コントローラ１９はその信号に基づいて尿素水補給ランプ１８を点灯させ、尿素水タンクローリー２１のオペレータにて尿素水タンク６が満水状態であることを知らせる。尿素水タンクローリー２１のオペレータは尿素水補給ランプ１８が点灯するとポンプ２３を停止し、尿素水の補給作業を終了させる。尿素水の補給作業が終了すると第２チェック弁１６は開弁可能な状態となり、尿素水噴射装置４から排出された余剰な尿素水の排出圧によって第２チェック弁１６は開弁し（時刻ｔ４）、これと同時に第１チェック弁１５は閉弁し、余剰な尿素水は第２戻り配管１０、第２チェック弁１６から尿素水補給回路２０１の配管１１を経て尿素水タンク６へと戻される。
　その後、油圧ショベル１００のオペレータがエンジンキーをＯＦＦにしてエンジン１を停止すると、尿素水ポンプ５も停止し、第２チェック弁１６は閉弁する（時刻ｔ５）。
＜尿素水補給時２－エンジン停止時＞
　エンジン停止時の尿素水補給回路２０１の動作は「尿素水補給時１－エンジン稼動時」における尿素水補給回路２０１の動作と同じである。尿素水タンクローリー２１のオペレータが尿素水カプラ２２を油圧ショベル１００の尿素水カプラ１４に接続し、尿素水タンクローリー２１内のポンプ２３を起動することで、尿素水タンクローリー２１から尿素水補給回路２０１を経由して尿素水タンク６へと尿素水が補給される。
　また、尿素水タンク６が満水状態になると、コントローラ１９は尿素水補給ランプ１８を点灯させ、尿素水タンクローリー２１のオペレータはポンプ２３を停止し、尿素水の補給作業を終了させる。
　この後、油圧ショベル１００のオペレータはエンジンキーをＯＮにしてエンジン１を起動すると（時刻ｔ１）、前述したように、エンジンコントローラは尿素水タンク６内の尿素水が使用可能な状態にあるかどうかをチェックし、尿素水が使用可能な状態にあることを確認した後、尿素水ポンプ５の電動モータを起動する（時刻ｔ２）。尿素水噴射装置４は排気ガス後処理装置２内に尿素水を噴射し、エンジン１から排出された排気ガスを浄化する。このとき、尿素水噴射装置４から排出された余剰な尿素水の排出圧によって第２チェック弁１６が開弁し（時刻ｔ２）、補給作業後に尿素水補給回路２０１の配管１１に残留した尿素水は、尿素水噴射装置４から排出され第２戻り配管１０及び第２チェック弁１６を通過する余剰の尿素水に押されて尿素水タンク６へと戻される。
～効果～
　以上のように本実施の形態によれば、補給後の通常のエンジン稼働時は、開弁圧力の低い第２チェック弁１６が開弁し、尿素水噴射装置４から排気ガス後処理装置２内に噴射されなかった余剰な尿素水は尿素水戻り回路２０２の第２戻り配管１０、尿素水補給回路２０１の配管１１を経て尿素水タンク６へと戻されるため、補給作業後に尿素水補給回路２０１の配管１１に残留した尿素水は、尿素水噴射装置４から排出された余剰の尿素水に押されて尿素水タンク６に戻される。これにより尿素水の補給作業後に尿素水補給回路２０１の配管１１内に残留した尿素水が配管１１内に滞留したままとなってエンジン１や図示しない作動油タンク等の熱の影響を受けて劣化することを防止することができる。これにより劣化した尿素水が尿素水タンク６に入り込んで尿素水の質を低下させ、排気ガス後処理装置２による排気ガスの浄化性能を低下させることが防止される。
＜第２の実施の形態＞
　図４は本発明の第２の実施の形態における排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。
　図４において、本実施の形態における排気ガス浄化システムは、第１の実施の形態における排気ガス浄化システムの構成に加えて、電磁開閉弁１３と尿素水補給スイッチ１７とを備えている。
　電磁開閉弁１３は尿素水補給回路２０１の配管１１の第２戻り配管１０との接続点と尿素水タンク６との間の配管部分に設置されている。電磁開閉弁１３はコントローラ１９からの信号によって駆動される。
　尿素水補給スイッチ１７は、尿素水タンク６への尿素水補給作業中であることを尿素水タンクローリー２１のオペレータがコントローラ１９に指示するものであり、尿素水補給作業を行うとき、尿素水タンクローリー２１のオペレータは尿素水補給スイッチ１７をＯＦＦからＯＮに切り替える。尿素水補給スイッチ１７がＯＮになると、尿素水補給スイッチ１７からコントローラ１９にＯＮ信号が出力される。
　図５はコントローラ１９における電磁開閉弁１３の制御機能を示すフローチャートである。
　コントローラ１９は、尿素水補給スイッチ１７と水位センサ１２からの信号に基づき尿素水補給スイッチ１７がＯＮかどうかと、水位センサ１２が尿素水タンク６の満水状態を検出したかどうかを判定し（ステップＳ１）、尿素水補給スイッチ１７がＯＮであり（尿素水補給作業中であり）かつ尿素水タンク６が満水状態になると（ステップＳ１の判定が肯定されると）電磁開閉弁１３を閉弁させる（ステップＳ２）。尿素水補給スイッチ１７がＯＮでない場合、或いは尿素水タンク６が満水状態で無い場合は、電磁開閉弁１３は開弁位置に保持される。次いでコントローラ１９は尿素水補給スイッチ１７がＯＦＦになったかどうかを判定し（ステップＳ３）、尿素水補給スイッチ１７がＯＦＦになると（尿素水補給作業中でないと）電磁開閉弁１３を開弁する（ステップＳ４）。
　次に、本実施の形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
＜通常のエンジン稼働時＞
　尿素水を補給していない通常のエンジン１の稼働時は、尿素水補給スイッチ１７はＯＦＦ位置にある。このため図５のフローチャートにおけるテップＳ１の判定は否定され、電磁開閉弁１３は開弁している。このときの排気ガス浄化システムの動作は第１の実施の形態の「通常のエンジン稼働時」と同じである。
＜尿素水補給時１－エンジン稼働時＞
　尿素水の補給時、尿素水タンクローリー２１のオペレータは尿素水補給スイッチ１７をＯＮにし、尿素水タンク６への尿素水補給作業中であることをコントローラ１９に指示する。このときは尿素水タンク６は満水状態にないため、水位センサ１２は尿素水タンク６の満水状態を検出しない。このため図５のフローチャートにおけるテップＳ１の判定は否定され、電磁開閉弁１３は開弁状態（尿素水補給回路２０１の配管１１は連通状態）にある。第１の実施の形態の「尿素水補給時１－エンジン停止時」で説明したように、尿素水タンクローリー２１のオペレータが尿素水カプラ２２を油圧ショベル１００の尿素水カプラ１４に接続し、尿素水タンクローリー２１内のポンプ２３を起動することにより尿素水タンクローリー２１から尿素水補給回路２０１の配管１１を経由して尿素水タンク６へと尿素水が補給される。
　尿素水タンク６内の尿素水水位が予め決めた満水位置になると水位センサ１２はそのことを検知し、コントローラ１９に信号を送る。このとき、尿素水補給作業中でありかつ尿素水タンク６が満水状態にあるため、図５のフローチャートにおけるテップＳ１の判定は肯定され、コントローラ１９は電磁開閉弁１３を閉弁させる。これにより尿素水タンク６への尿素水の補給が確実かつ速やかに停止される。また、第１の実施の形態の「尿素水補給時１－エンジン停止時」で説明したように、尿素水補給ランプ１８を点灯させ、尿素水タンクローリー２１のオペレータはポンプ２３を停止し、尿素水の補給作業を終了させる。
　また、このときの尿素水戻り回路２０２の動作は第１の実施の形態における、尿素水戻り回路２０２の動作と同じであり、尿素水噴射装置４から排出された尿素水は第２戻り配管１０を経由して尿素水タンク６に戻される。
＜尿素水補給時２－エンジン停止時＞
　エンジン停止時における尿素水補給回路２０１の動作は本実施の形態の上述した「尿素水補給時１－エンジン停止時」と同じであり、電磁開閉弁１３は開弁している。尿素水タンクローリー２１のオペレータが尿素水カプラ２２を油圧ショベル１００の尿素水カプラ１４に接続し、尿素水タンクローリー２１内のポンプ２３を起動することで、尿素水タンクローリー２１から尿素水補給回路２０１を経由して尿素水タンク６へと尿素水が補給される。
　尿素水タンク６が満水状態になると水位センサ１２はそのことを検知し、コントローラ１９に信号を送る。このとき、尿素水補給作業中でありかつ尿素水タンク６が満水状態にあるため、図５のフローチャートにおけるテップＳ１の判定は肯定され、コントローラ１９は電磁開閉弁１３を閉弁させる。これにより尿素水タンク６への尿素水の補給が確実かつ速やかに停止される。また、第１の実施の形態の「尿素水補給時１－エンジン停止時」で説明したように、尿素水補給ランプ１８が点灯し、尿素水タンクローリー２１のオペレータはポンプ２３を停止し、尿素水の補給作業を終了させる。
　この後、油圧ショベル１００のオペレータはエンジンキーをＯＮにしてエンジン１を起動すると、エンジンコントローラは尿素水タンク６内の尿素水が使用可能な状態にあるかどうかをチェックし、尿素水が使用可能な状態にあることを確認した後、尿素水ポンプ５の電動モータを起動する。尿素水噴射装置４は排気ガス後処理装置２内に尿素水を噴射し、エンジン１から排出された排気ガスを浄化する。このとき、尿素水噴射装置４から排出された余剰な尿素水の排出圧によって第２チェック弁１６が開弁し、補給作業後に尿素水補給回路２０１の配管１１に残留した尿素水は、尿素水噴射装置４から排出され第２戻り配管１０及び第２チェック弁１６を通過する余剰の尿素水に押されて尿素水タンク６へと戻される。
　以上のように本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、本実施の形態によれば、尿素水補給時に尿素水タンク６が満水状態になると、尿素水タンク６への尿素水の補給を確実かつ速やかに停止することができる。
　～その他～
　以上の実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施の形態では、建設機械が大型の油圧ショベルである場合について説明したが、大型の建設機械であれば、油圧走行クレーン等、油圧ショベル以外の建設機械に本発明を適用してもよい。
１　エンジン 
２　排気ガス後処理装置
２ａ　還元触媒
３　マフラーパイプ
４　尿素水噴射装置
５　尿素水ポンプ
６　尿素水タンク
７　配管
８　共通の戻り配管
９　第１戻り配管
１０　第２戻り配管
１３　電磁開閉弁
１４　尿素水カプラ
１５　第１チェック弁
１６　第２チェック弁
１７　尿素水補給スイッチ
１８　尿素水補給ランプ
１９　コントローラ
２１　尿素水タンクローリー
２２　尿素水カプラ
２３　ポンプ 
１００　大型油圧ショベル
２００　尿素水供給回路
２０１　尿素水補給回路
２０２　尿素水戻り回路

Claims (3)

  1. 　建設機械の上部旋回体に配置された尿素水タンクと、
    　エンジンの排気ガス中に尿素水を噴射する尿素水噴射装置と、
    　前記尿素水タンクから前記尿素水噴射装置に尿素水を供給するための尿素水ポンプが配置された尿素水供給回路とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
    　前記尿素水タンクよりも低い位置に設けられ、建設機械の外部に配置された尿素水供給装置と接続可能な尿素水カプラと、
    　前記尿素水カプラから前記尿素水タンクに尿素水を補給するための尿素水補給回路と、
    　前記尿素水噴射装置から前記排気ガス中に噴射されなかった余剰の尿素水を前記尿素水タンクに戻す尿素水戻り回路とを備え、
    　前記尿素水戻り回路は、
    　前記尿素水噴射装置を前記尿素水タンクに接続する第１戻り配管と、
    　前記尿素水噴射装置を前記尿素水補給回路に接続する第２戻り配管と、
    　前記第１戻り配管に配置され、前記尿素水の逆流を防止する第１チェック弁と、
    　前記第２戻り配管に配置され、前記尿素水の逆流を防止する第２チェック弁とを有し、
    　前記第１チェック弁の開弁圧力を前記第２チェック弁の開弁圧力よりも高く設定したことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
  2. 　請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
    　前記尿素水補給回路は、前記尿素水タンクと前記尿素水カプラとを接続する尿素水補給配管と、この尿素水補給配管に設けられた電磁弁とを有し、
    　前記尿素水タンクへ尿素水を補給する尿素水補給作業中であることを指示する尿素水補給スイッチと、
    　前記尿素水タンクの水位を検出する水位センサと、
    　前記尿素水補給スイッチと前記水位センサからの信号に基づき前記尿素水補給作業中であるかどうかと前記尿素水タンクが満水状態になったかどうかを判定し、前記尿素水補給作業中でありかつ前記尿素水タンクが満水状態になると前記電磁弁を閉路させ、前記尿素水補給作業の終了後に前記電磁弁を開路させる制御装置とを更に備えることを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
  3. 　請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
    　前記尿素水タンクの水位を検出する水位センサと、
    　前記尿素水タンクが満水になったことを知らせる尿素水補給ランプと、
    　前記水位センサからの信号に基づき前記尿素水タンクが満水になったときに前記尿素水補給ランプを点灯させる制御装置とを更に備えることを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
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