(57)【要約】【課題】エネルギー効率を向上することができ、作動油を早期昇温させることができる作業機械を提供すること。【解決手段】エンジン１００からの冷却水をラジエータ１７を介してエンジン１００に流入させる第３の循環回路Ｃ３と、第３の循環回路Ｃ３におけるラジエータ１７からエンジン１００に流入する冷却水の流量を調整する第３の制御弁Ｖ３と、第３の循環回路Ｃ３のラジエータ１７とエンジン１００との間を通流する冷却水の温度に応じてラジエータ１７からエンジン１００に流入する冷却水の流量を制御するサーモスタット弁２０とを備え、ＥＣＵ３００は、外気温が基準温度以下である場合に、第３の制御弁Ｖ３を閉状態から開状態に制御するときの温度の方がサーモスタット弁２０が閉状態から開状態となるときの冷却水の温度よりも高くなるように、水温センサ７１の検出結果に応じて第３の制御弁Ｖ３の開度を制御する。【選択図】  図１２
2020133521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される油圧アクチュエータと、
前記作動油を貯留する作動油タンクと、
前記エンジンを冷却する冷却水を冷却するラジエータと、
運転室に送られる空気を前記冷却水の熱により加温するヒータコアと、
外気温度を検出する外気温センサと、
前記冷却水と前記作動油との熱交換を行う作動油熱交換器と、
前記エンジンの排気ガスの熱により前記冷却水を加温する排気熱回収器と、
前記エンジンから流出した前記冷却水を前記ヒータコアと前記排気熱回収器とを介して前記エンジンに流入させる第１の循環回路と、
前記エンジンから流出した前記冷却水を前記作動油熱交換器と前記排気熱回収器とを介して前記エンジンに流入させる第２の循環回路と、
前記エンジンから流出した前記冷却水を前記ラジエータを介して前記エンジンに流入させる第３の循環回路と、
前記エンジン内の前記冷却水の温度を検出する水温センサと、
前記第１の循環回路における前記ヒータコアに流入する前記冷却水の流量を調整する第１の制御弁と、
前記第２の循環回路における前記作動油熱交換器に流入する前記冷却水の流量を調整する第２の制御弁と、
前記第１及び第２の制御弁の開度をそれぞれ制御して前記冷却水の流量を調整する制御装置と、
前記第３の循環回路の前記ラジエータと前記エンジンとの間に設けられ、通流する前記冷却水の温度に応じて前記ラジエータから前記エンジンに流入する前記冷却水の流量を制御するサーモスタット弁とを備えた作業機械において、
前記第３の循環回路における前記ラジエータから前記サーモスタット弁を介して前記エンジンに流入する前記冷却水の流量を調整する第３の制御弁を備え、
前記制御装置は、前記外気温センサの検出結果が予め定めた基準温度以下である場合に、前記第３の制御弁を閉状態から開状態に制御するときの温度の方が前記サーモスタット弁が閉状態から開状態となるときの前記冷却水の温度よりも高くなるように、前記水温センサの検出結果に応じて前記第３の制御弁の開度を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、
前記制御装置は、前記水温センサの検出結果が予め定めた切換温度以下の場合には、前記第１の制御弁を開状態に制御しつつ前記第２の制御弁を閉状態に制御し、前記水温センサの検出結果が前記切換温度よりも高い場合には、前記第１の制御弁を閉状態に制御しつつ前記第２の制御弁を開状態に制御することを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項２記載の作業機械において、
前記作動油タンクに貯留される前記作動油の温度を検出する油温センサを備え、
前記制御装置は、前記油温センサの検出結果が予め定めた温度以下の場合には、前記第２の制御弁を半開状態に制御することを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項２記載の作業機械において、
前記制御装置は、前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置の操作量を検出する操作量センサの検出結果に応じて前記第２の制御弁の開度を制御することを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの作業機械の駆動媒体となる作動油は温度の変化によってその粘性が大きく変化する。例えば、作動油が低温の場合には粘度が高くなって流動性が悪いため、油圧機器の応答性の悪化や、負荷の増大などの影響が生じる。また、作業機械に搭載されるエンジン（例えば、ディーゼルエンジン）は、油圧ポンプに接続されているため、作動油の粘度が高い状態では、その作用する負荷によって作業燃費を悪化させる要因となる。そのため、作業機械の始動直後などには作動油の温度を早期に上昇させて粘度を下げることが重要である。一方、エンジンの排気ガスの熱エネルギーが大気中にそのまま捨てられる場合を考えると、ディーゼルエンジンの場合には有効エネルギー効率が上限でも約４０％とかなり低くなってしまう。
【０００３】
そこで、エンジンの排気ガスの熱エネルギーを熱回収器で回収し、変速機作動油の早期昇温に再利用することが考えられており、例えば、特許文献１には、エンジンから流出された冷却水を、ヒータコアを経由させて当該エンジンに流入させるための第１の循環回路と、エンジンから流出された冷却水を、作動油熱交換器を経由させて当該エンジンに流入させるための第２の循環回路と、エンジンから流出された冷却水を、ヒータコアおよび作動油熱交換器を経由させずに当該エンジンに流入させるための第３の循環回路とを備え、状況に応じて循環回路を選択する冷却水循環装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９９８３９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、利用していなかった排気ガスの熱エネルギーを再利用することにより、全体のエネルギー効率としては向上することができる。しかしながら、上記従来技術は自動車での使用条件のような少量の作動油に最適化された技術であるものの、作業機械のように大量の作動油を使用する場合の作動油の早期昇温に適した技術ではなく、作業機械に適用するにはエネルギー効率に改善の余地があった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率を向上することができ、作動油を早期昇温させることができる作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される油圧アクチュエータと、前記作動油を貯留する作動油タンクと、前記エンジンを冷却する冷却水を冷却するラジエータと、運転室に送られる空気を前記冷却水の熱により加温するヒータコアと、外気温度を検出する外気温センサと、前記冷却水と前記作動油との熱交換を行う作動油熱交換器と、前記エンジンの排気ガスの熱により前記冷却水を加温する排気熱回収器と、前記エンジンから流出した前記冷却水を前記ヒータコアと前記排気熱回収器とを介して前記エンジンに流入させる第１の循環回路と、前記エンジンから流出した前記冷却水を前記作動油熱交換器と前記排気熱回収器とを介して前記エンジンに流入させる第２の循環回路と、前記エンジンから流出した前記冷却水を前記ラジエータを介して前記エンジンに流入させる第３の循環回路と、前記エンジン内の前記冷却水の温度を検出する水温センサと、前記第１の循環回路における前記ヒータコアに流入する前記冷却水の流量を調整する第１の制御弁と、前記第２の循環回路における前記作動油熱交換器に流入する前記冷却水の流量を調整する第２の制御弁と、前記第１〜第３の制御弁の開度をそれぞれ制御して前記冷却水の流量を調整する制御装置と、前記第３の循環回路の前記ラジエータと前記エンジンとの間に設けられ、通流する前記冷却水の温度に応じて前記ラジエータから前記エンジンに流入する前記冷却水の流量を制御するサーモスタット弁とを備えた作業機械において、前記第３の循環回路における前記ラジエータから前記サーモスタット弁を介して前記エンジンに流入する前記冷却水の流量を調整する第３の制御弁を備え、前記制御装置は、前記外気温センサの検出結果が予め定めた基準温度以下である場合に、前記第３の制御弁を閉状態から開状態に制御するときの温度の方が前記サーモスタット弁が閉状態から開状態となるときの前記冷却水の温度よりも高くなるように、前記水温センサの検出結果に応じて前記第３の制御弁の開度を制御するものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エネルギー効率を向上することができ、作動油を早期昇温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施の形態に係る冷却水循環装置を備えた作業機械の一例である油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】作業機械に搭載される冷却水循環装置の一例を関連構成とともに抜き出して模式的に示す図である。
【図３】排気熱回収器の構成を示す部分断面図である。
【図４】エンジンの排気ガスの流路に設置される排気熱回収器を周辺構成とともに示す図である。
【図５】エンジンの排気ガスの流路に設置される排気熱回収器を周辺構成とともに示す図である。
【図６】制御装置であるＥＣＵの他の構成との関係を示す図である。
【図７】ＥＣＵの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図８】ＥＣＵによる冷却水循環装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図９】第１〜第３の制御弁の開閉状態の切り換わりの様子を示す図である。
【図１０】冷却水循環装置における冷却水の流路の切り換わりの様子を示す図である。
【図１１】冷却水循環装置における冷却水の流路の切り換わりの様子を示す図である。
【図１２】第３の制御弁の開度の変化をサーモスタット弁の開度の変化とともに示す図である。
【図１３】冷却水および作動油の温度変化と第３の制御弁の開度の変化を比較して示す図である。
【図１４】変形例に係る第１〜第３の制御弁の開閉状態の切り換わりの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を図１〜図１４を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを例示して説明するが、エンジンの排気ガスから回収した熱でエンジンの冷却水を加温する構成の冷却水循環装置を備えた他の作業機械にも本発明を適用することが可能である。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る冷却水循環装置を備えた作業機械の一例である油圧ショベルを示す側面図である。また、図２は、作業機械に搭載される冷却水循環装置の一例を関連構成とともに抜き出して模式的に示す図である。
【００１２】
図１において、油圧ショベルは、その車体を構成する下部走行体１及び上部旋回体２により構成されており、上部旋回体２の前部には、フロント装置３が起伏自在に装着されている。
【００１３】
下部走行体１は、左右のクローラフレーム４（一方のみ図示）及びクローラ５（一方のみ図示）からなり、両側のクローラ５が、左右の走行モータ７（一方のみ図示）により個別に回転駆動されて走行する。
【００１４】
上部旋回体２は、下部走行体１上に旋回可能に設けられており、旋回フレーム８、運転室としてのキャブ９、機械室１０等から構成されている。キャブ９は、外部の騒音や塵埃等から運転者を保護するために外気と遮断された略密閉構造となっており、その居住性を確保するための空気調和装置（エアコン）などのほか、オペレータの操作に基づいて油圧ショベルの起動／停止（すなわち、後述するエンジン１００の起動／停止）を操作するキースイッチや、フロント装置３の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６）などを操作するための操作装置（図示せず）などが備えられている。
【００１５】
フロント装置３は、その基端を上部旋回体２に回動可能に結合されたブーム１１と、ブーム１１の基端とは異なる端部に回動可能に結合されたアーム１３と、アーム１３の先端に回動可能に結合されたバケット１５とを備えており、ブーム１１、アーム１３、及び、バケット１５は、それぞれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、及び、バケットシリンダ１６により回動駆動される。
【００１６】
上部旋回体２の旋回フレーム８上には、エンジン１００や、エンジン１００により駆動される油圧ポンプ１０１、作動油を貯留する作動油タンク１０２、及び、図示しないコントロールバルブ等を有する、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システムなどが搭載されている。
【００１７】
また、油圧ショベルの機体には、外気温度を検出する外気温センサ７０、後述するエンジン１００の冷却水の温度を検出する水温センサ７１、キャブ９の側面に設けられてキャブ９の内部の温度を検出する室温センサ７２、作動油タンク１０２に貯留される作動油の温度を検出する油温センサ７３、及び、操作装置の操作量を検出する操作量センサ７４などのセンサ類や、センサ類からの入力信号に基づいて油圧ショベル全体の動作を制御する制御装置であるＥＣＵ（Electric Control Unit）３００が搭載されている。
【００１８】
図２において、冷却水循環装置は、エンジン１００を冷却する冷却水を冷却するラジエータ１７と、キャブ９内に送られる空気を冷却水の熱により加温するヒータコア４０と、冷却水と作動油との熱交換を行う作動油熱交換器５０と、エンジン１００の排気ガスの熱により冷却水を加温する排気熱回収器６０とから概略構成されている。
【００１９】
ウォータポンプ３０の吐出口は、エンジン１００に形成された図示しないウォータジャケットに連通している。このウォータジャケットでは、ウォータポンプ３０からの冷却水がシリンダブロック側のウォータジャケットを経た後、シリンダヘッド側のウォータジャケットに導入され、その後、管路Ｈ２に流出する。なお、エンジン１００には、エンジン１００内の冷却水の温度を検出する水温センサ７１が設けられている。
【００２０】
エンジン１００から延びる管路Ｈ２は、ホースなどの管路Ｈ３と管路Ｈ４との２方向に分岐している。管路Ｈ４は、ラジエータ１７の流入部に設けられたアッパタンク１９に接続されている。また、ラジエータ１７の流出部に設けられたロアタンク１８からは管路Ｈ１が接続されており、ラジエータ１７から管路Ｈ１に流出した冷却水は、管路Ｈ１に接続された管路Ｈ１１を介してウォータポンプ３０に流入する。
【００２１】
管路Ｈ３は、接続部Ｊ１１において、ヒータコア４０の流入部に接続される管路Ｈ７と作動油熱交換器５０の流入部に接続される管路Ｈ９とに分岐している。また、ヒータコア４０の流出部に接続される管路Ｈ８と作動油熱交換器５０の流出部に接続される管路Ｈ１０は接続部Ｊ２１において管路Ｈ５に接続される。管路Ｈ５は、排気熱回収器６０の流入部（後述する冷却水入口６５）に接続されている。排気熱回収器６０の流出部（後述する冷却水出口６６）には、管路Ｈ６が接続されており、排気熱回収器６０から流出した冷却水は、管路Ｈ６に接続された管路Ｈ１１を介してウォータポンプ３０に流入する。
【００２２】
このように、ヒータコア４０および作動油熱交換器５０は、エンジン１００に対して並列に設けけられている。また、排気熱回収器６０は、ヒータコア４０および作動油熱交換器５０の下流側において、エンジン１００に対してウォータポンプ３０を介して直列に設けられている。
【００２３】
ここで、エンジン１００から流出した冷却水をヒータコア４０と排気熱回収器６０とを介してエンジン１００に流入させる第１の循環回路Ｃ１（管路Ｈ２→Ｈ３→Ｈ７→Ｈ８→Ｈ５→Ｈ６→Ｈ１１のように冷却水が経由する流路）と、エンジン１００から流出した冷却水を作動油熱交換器５０と排気熱回収器６０とを介してエンジン１００に流入させる第２の循環回路Ｃ２（管路Ｈ２→Ｈ３→Ｈ９→Ｈ１０→Ｈ５→Ｈ６→Ｈ１１のように冷却水が経由する流路）と、エンジン１００から流出した冷却水をラジエータ１７を介してエンジン１００に流入させる第３の循環回路Ｃ３（管路Ｈ２→Ｈ４→Ｈ１→Ｈ１１のように冷却水が経由する流路）とを定義する。
【００２４】
ヒータコア４０の上流側に接続される管路Ｈ７には、第１の循環回路におけるヒータコア４０に流入する冷却水の流量を調整する第１の制御弁Ｖ１が設けられている。また、作動油熱交換器５０の上流側に接続される管路Ｈ９には、第２の循環回路における作動油熱交換器５０に流入する冷却水の流量を調整する第２の制御弁Ｖ２が設けられている。
【００２５】
ラジエータ１７の下流側に接続される管路Ｈ１には、第３の循環回路におけるラジエータ１７からエンジン１００側に流出される冷却水の流量を調整する第３の制御弁Ｖ３が配置されている。また、管路Ｈ１の第３の制御弁Ｖ３における下流側、すなわち、エンジン１００及びウォータポンプ３０側には、第３の循環回路のラジエータ１７とエンジン１００との間に設けられ、通流する冷却水の温度に応じてラジエータ１７からエンジンに流入する冷却水の流量を制御するサーモスタット弁２０が設けられている。
【００２６】
図３は、排気熱回収器の構成を示す部分断面図である。また、図４及び図５は、エンジンの排気ガスの流路に設置される排気熱回収器を周辺構成とともに示す図である。
【００２７】
図３に示すように、排気熱回収器６０は、図示しないスペーサを介してほぼ均一なクリアランスを設けて積層されている、或いは、表面に複数の凸型のダボが突設されている扁平チューブ６１と、扁平チューブ６１のダボ同士を重ね合わせて各扁平チューブ６１間のクリアランスをほぼ均一に保ちつつ端部をそれぞれエンドプレート６３に組み付けて形成されたチューブアセンブリ６４と、チューブアセンブリ６４収容するシェル６０ａとにより形成されている。シェル６０ａの下面または側面の一端には、冷却水入口６５が設けられており、上面または側面の冷却水入口６５と反対側の端部には、冷却水出口６６が設けられている。排気熱回収器６０のシェル６０ａの内部をエンジン１００の排気ガスが通過することで、積層した扁平チューブ６１を通流する冷却水と熱交換が行われる。
【００２８】
図４及び図５に示すように、排気熱回収器６０は、２分岐し合流する排気ガスの流路の一方に配置されている。排気ガスの合流する部分には、排気ガスの流路を２分岐する流路の一方に選択的に切り換える切換弁２００と、制御装置であるＥＣＵ３００からの流路切換信号に基づいて切換弁２００を切り換えるアクチュエータ２００ａとが配置されている。切換弁２００は、通常、図４に示すようにオープン状態であり、排気ガスが排気熱回収器６０を通過しない状態としている。また、エンジン１００の始動後、冷却水の温度がある温度（例えば、０℃）以下の場合には、ＥＣＵ３００からアクチュエータ２００ａに流路切換信号の指令を送って、図５に示すように、切換弁２００を全閉状態、すなわち、排気ガスが排気熱回収器６０を通過する状態にする。この状態で、排気ガスのエネルギーを排気熱回収器６０で回収し、その回収したエネルギーで冷却水を早期昇温させる。
【００２９】
図６は、制御装置であるＥＣＵの他の構成との関係を示す図である。また、図７は、ＥＣＵの処理内容を示す機能ブロック図である。
【００３０】
図６に示すように、制御装置であるＥＣＵ３００は、外気温度を検出する外気温センサ７０、後述するエンジン１００の冷却水の温度を検出する水温センサ７１、キャブ９の内部の温度を検出する室温センサ７２、作動油タンク１０２に貯留される作動油の温度を検出する油温センサ７３、及び、操作装置の操作量を検出する操作量センサ７４などのセンサ類からの入力信号に基づいて、第１の制御弁Ｖ１、第２の制御弁Ｖ２、第３の制御弁Ｖ３、及び、切換弁２００のアクチュエータ２００ａを制御することにより、冷却水循環装置の動作を制御する。
【００３１】
図７に示すように、ＥＣＵ３００は、外気温センサ７０からの検出結果と予め定めた基準温度とを比較し、比較結果を制御部３００ｆに出力する外気温比較部３００ａと、水温センサ７１からの検出結果と予め定めた基準温度とを比較し、比較結果を制御部３００ｆに出力する水温比較部３００ｂと、室温センサ７２からの検出結果と予め定めた基準温度とを比較し、比較結果を制御部３００ｆに出力する室温比較部３００ｃと、油温センサ７３からの検出結果と予め定めた基準温度とを比較し、比較結果を制御部３００ｆに出力する油温比較部３００ｄと、操作量センサ７４からの検出結果と予め定めた基準操作量とを比較し、比較結果を制御部３００ｆに出力する操作量比較部３００ｅと、外気温比較部３００ａ、水温比較部３００ｂ、室温比較部３００ｃ、油温比較部３００ｄ、及び、操作量比較部３００ｅから入力される比較結果に基づいて、第１の制御弁Ｖ１、第２の制御弁Ｖ２、及び、第３の制御弁Ｖ３を制御する開度制御信号、及び、アクチュエータ２００ａを制御する流路切換信号を演算して出力する制御部３００ｆとを有している。
【００３２】
図８は、ＥＣＵによる冷却水循環装置の制御内容を示すフローチャートであり、図９は第１〜第３の制御弁の開閉状態の切り換わりの様子を示す図である。また、図１０及び図１１は、冷却水循環装置における冷却水の流路の切り換わりの様子を示す図である。
【００３３】
図８に示すように、ＥＣＵ３００は、まず、エンジン１００が始動されると、外気温センサ７０の検出結果を読み込み（ステップＳ１００）、冬季のように外気温度が予め定めた基準温度Ｔ１（例えば、−５℃）以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。
【００３４】
ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合には、図９に示すように、第１の制御弁Ｖ１及び第２の制御弁Ｖ２を全閉状態に制御するとともに、第３の制御弁Ｖ３を全開状態に制御する（ステップＳ１１１）。このとき、冷却水循環装置における冷却水はラジエータ１７を通流する第３の循環回路Ｃ３を循環する。
【００３５】
また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、外気温度が低い場合（例えば、冬季などの場合）には、室温センサ７２の検出結果を読み込み（ステップＳ１２０）、キャブ９の室内温度が予め定め基準温度Ｔ２（例えば、２０℃）以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１３０）。なお、このとき、ＥＣＵ３００は、水温センサ７１の検出結果を読み込み、冷却水の温度が予め定めた基準温度（室内温度が２０℃となる温度であり、例えば、６０℃などである）以下であるかどうかを同時に判定している。  
【００３６】
ステップＳ１３０での判定結果がＹＥＳの場合には、図９に示すように、第１の制御弁Ｖ１を全開状態に制御するとともに、第２の制御弁Ｖ２及び第３の制御弁Ｖ３を全閉状態に制御し（ステップＳ１３１）、ステップＳ１３０での判定結果がＮＯになるまでステップＳ１３０，Ｓ１３１の処理を繰り返す。ステップＳ１３１では、図１０に示すように、冷却水循環装置における冷却水は第１の循環回路Ｃ１を循環する。これにより、排気熱回収器６０でエンジン１００の排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水は、ヒータコア４０に分配されて室内温度の昇温に供される。また、このときには、室内温度の昇温が優先されるので、作動油熱交換器５０には冷却水が分配されず、作動油熱交換器５０での作動油の昇温は行われない。
【００３７】
また、ステップＳ１３０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、室内温度が基準温度よりも高くなった場合（又は、冷却水の温度が基準温度よりも高くなった場合）には、油温センサ７３の検出結果を読み込み（ステップＳ１４０）、作動油の温度が予め定めた基準温度Ｔ３（例えば、６０℃）以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１５０）。
【００３８】
ステップＳ１５０での判定結果がＮＯの場合には、図９に示すように、第１の制御弁Ｖ１を半開状態（例えば、１／２開状態）に制御するとともに、第２の制御弁Ｖ２を全開状態、第３の制御弁Ｖ３を全閉状態に制御し（ステップＳ１５１）、ステップＳ１５０での判定結果がＹＥＳになるまでステップＳ１５０，Ｓ１５１の処理を繰り返す。ステップＳ１５１では、第１の制御弁Ｖ１が半開状態に制御されるので、ヒータコア４０に分配される回収熱容量が減少される。また、第２の制御弁Ｖ２が全開状態に制御されるので、冷却水循環装置における冷却水は、図１１に示すように、主に第２循環回路Ｃ２を循環する。
【００３９】
このとき、第１の制御弁Ｖ１が半開状態以下に制御されるので、エンジン１００の排気ガスから回収した熱によって排気熱回収器６０で昇温された冷却水のヒータコア４０と作動油熱交換器５０とに流入する分配割合は、作動油熱交換器５０に対する流量がヒータコア４０の流量よりも多くなる。すなわち、作動油熱交換器５０を冷却水が通流するので、排気ガスから冷却水に回収された熱エネルギーによって作動油の昇温が行われる。また、第３の制御弁Ｖ３が全閉状態に制御されることにより、冷却水がラジエータ１７を通流しないので、冷却水がラジエータ１７で冷却されること、すなわち、冷却水の熱エネルギーがラジエータ１７で放出されることを抑制するので、より高い温度の冷却水が作動油熱交換器５０に通流され、作動油をより早期に昇温することができる。
【００４０】
また、ステップＳ１５０での判定結果がＹＥＳの場合には、図９に示すように、第１の制御弁Ｖ１を半開状態（例えば、ステップＳ１５１での開度よりも低い１／４開状態）に制御するとともに、第２の制御弁Ｖ２及び第３の制御弁Ｖ３を全開状態に制御し（ステップＳ１６０）、処理を終了する。作動油の温度が所定温度以上になると酸化が加速されて性能が低下してしまう。そこで、本実施の形態では、作動油タンク１０２に設置されている油温センサ７３の検出値が予め定めた基準温度Ｔ３（例えば、６０℃）以上になる場合には、第２の制御弁Ｖ２を全閉状態に制御して作動油熱交換器５０への冷却水の流入を遮断するので、作動油の温度が上昇しすぎることを防止することができる。
【００４１】
図１２は、第３の制御弁の開度の変化をサーモスタット弁の開度の変化とともに示す図である。また、図１３は、冷却水および作動油の温度変化と第３の制御弁の開度の変化を比較して示す図である。
【００４２】
図１２及び図１３に示すように、第３の制御弁Ｖ３の開度は、ＥＣＵ３００により冷却水の温度に応じて制御される。図１２に示すように、第３の制御弁Ｖ３が全閉状態から半開状態に変化し始める温度は、サーモスタット弁２０が全閉状態から半開状態に変化し始める温度よりも高くなるよう設定されている。このように第３の制御弁Ｖ３の開度を制御することによってラジエータ１７による冷却水からの放熱を抑制して冷却水の温度の低下を抑制し、サーモスタット弁２０のみによってラジエータ１７への冷却水の通流量を制御する場合よりも高温の冷却水を作動油熱交換器５０に流すことができるので交換熱容量を最大化させることができ、作動油を早期昇温することができる。
【００４３】
サーモスタット弁２０の開度の温度特性は、例えば、エンジン１００の温度（すなわち、冷却水の温度）と燃費との関係から定められており、サーモスタット弁２０のみによってラジエータ１７への冷却水の通流量を制御する場合には、燃費重視で冷却水の温度を調整しようと制御することになり、冷却水の熱エネルギーを用いた作動油熱交換器５０での作動油の昇温状態によらず、すなわち、作動油の昇温が十分でない場合であってもラジエータ１７での冷却水の放熱が行われてしまう。これは、作動油の昇温の観点から見れば効率の低下につながる。そこで、本実施の形態においては、サーモスタット弁２０よりも第３の制御弁Ｖ３の方が高い温度で開度が大きくなるように構成し、冷却水の温度の低下を抑制してより高温の冷却水を作動油熱交換器５０に流すように構成した。ただし、サーモスタット弁２０の開度の温度特性に対する第３の制御弁Ｖ３の開度の温度特性は、冷却水の温度の上昇（すなわち、エンジン１００の温度の上昇）による燃費の低下が生じない範囲、或いは、作動油の早期昇温による作業機械の操作性の向上による作業効率の向上が燃費の若干の低下による効率低下を上回る範囲で設定する。
【００４４】
なお、第３の制御弁Ｖ３が全閉状態から半開状態に変化し始める基準温度Ｔ４は、エンジン１００がオーバーヒートを起こさない警報温度（例えば、１００℃）以下の適当な温度（例えば、９５℃）などに定義する。図１３に示すように、エンジン１００が始動されると、冷却水の温度が作動油温度より早期上昇する。この時、第３の制御弁Ｖ３は全閉状態である。そして、高温の冷却水を作動油熱交換器５０に流すことで、作動油の温度が上昇し、所定温度（基準温度Ｔ３）に達した際、第３の制御弁Ｖ３を全開状態に制御して高温の冷却水をラジエータ１７に通流させる。これにより、冷却水の温度を低下させ、エンジン１００のオーバーヒートを防止することができる。
【００４５】
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
【００４６】
従来技術には、自動車に係るものとして、利用していなかった排気ガスの熱エネルギーを再利用することにより、全体のエネルギー効率としては向上するものがある。しかしながら、従来技術では、自動車での使用条件のような少量の作動油に最適化された技術であるものの、作業機械のように大量の作動油を使用する場合の作動油の早期昇温に適した技術ではなく、作業機械に適用するにはエネルギー効率に改善の余地があった。
【００４７】
これに対して、本実施の形態においては、エンジン１００と、エンジン１００によって駆動される油圧ポンプ１０１と、油圧ポンプ１０１から吐出される作動油により駆動される油圧アクチュエータ（ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６）と、作動油を貯留する作動油タンク１０２と、エンジン１００を冷却する冷却水を冷却するラジエータ１７と、キャブ９に送られる空気を冷却水の熱により加温するヒータコア４０と、外気温度を検出する外気温センサ７０と、冷却水と作動油との熱交換を行う作動油熱交換器５０と、エンジン１００の排気ガスの熱により冷却水を加温する排気熱回収器６０と、エンジン１００から流出した冷却水をヒータコア４０と排気熱回収器６０とを介してエンジン１００に流入させる第１の循環回路Ｃ１と、エンジン１００から流出した冷却水を作動油熱交換器５０と排気熱回収器６０とを介して前記エンジンに流入させる第２の循環回路Ｃ２と、エンジン１００から流出した冷却水をラジエータ１７を介してエンジン１００に流入させる第３の循環回路Ｃ３と、エンジン１００内の冷却水の温度を検出する水温センサ７１と、第１の循環回路Ｃ１におけるヒータコア４０に流入する冷却水の流量を調整する第１の制御弁Ｖ１と、第２の循環回路Ｃ２における作動油熱交換器５０に流入する冷却水の流量を調整する第２の制御弁Ｖ２と、第３の循環回路Ｃ３におけるラジエータ１７からエンジン１００に流入する冷却水の流量を調整する第３の制御弁Ｖ３と、前記第１〜第３の制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度をそれぞれ制御して冷却水の流量を調整するＥＣＵ３００と、第３の循環回路Ｃ３のラジエータ１７とエンジン１００との間に設けられ、通流する冷却水の温度に応じてラジエータ１７からエンジン１００に流入する冷却水の流量を制御するサーモスタット弁２０とを備え、ＥＣＵ３００は、水温センサ７１の検出結果に応じて第３の制御弁Ｖ３の開度を制御し、外気温センサ７０の検出結果が予め定めた基準温度以下である場合に、ＥＣＵ３００が第３の制御弁Ｖ３を閉状態から開状態に制御するときの冷却水の温度の方が、サーモスタット弁２０が閉状態から開状態となるときの温度よりも高くなるように構成したので、エネルギー効率を向上することができ、作動油を早期昇温させることができる。
【００４８】
すなわち、本実施の形態によれば、建設機械の稼働状況に応じて、排気熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を利用し、温水循環回路を適切に切り替え、キャブ内暖房性能を維持したまま、油圧ポンプ用作動油を早期昇温することが可能となる。したがって、燃費を含む作業機械全体のエネルギー効率を向上することができる。
【００４９】
また、冷却水の熱エネルギーによって作動油を昇温させるように構成したので、作動油を早期昇温させることができ、作業機械の操作性を向上することができる。特に、外気温度が低く、作動油の温度がより低くなることが考えられる場合には、ラジエータ１７による冷却水からの放熱を抑制して冷却水の温度の低下を抑制するので、より効率良く作動油の早期昇温を行うことができる。
【００５０】
＜変形例＞
なお、本実施の形態で示した第１〜第３の制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉制御は、以下のように変形することが可能である。
【００５１】
図１０は、本変形例に係る第１〜第３の制御弁の開閉状態の切り換わりの様子を示す図である。
【００５２】
第２の循環回路Ｃ２においては、エンジン１００から流出した冷却水が作動油熱交換器５０を経由してエンジン１００に流入する。高温の冷却水を作動油熱交換器５０に流すことで、作動油温度が上昇し、所定温度Ｔ５（例えば、２５℃）に達した際に、操作量センサ７４の検出結果から操作装置の操作状態を判定し、操作状態がハーフレバー以下であれば、第２の制御弁Ｖ２を全開状態に制御するとともに、第３の制御弁Ｖ３を全閉状態に制御する。また、操作装置の操作状態がフルレバーであれば、第２の制御弁Ｖ２を全閉状態に制御するとともに、第３の制御弁Ｖ３を全開状態に制御する。この制御により、フルレバー操作による、油圧システム上の各絞りエネルギーが加わることによって、作動油の過剰な上昇を防止することができる。また、フルレバー操作によるエンジン負荷の急激な増加によって冷却水の急激な上昇を防止することができ、エンジン１００のオーバーヒートを防止することができる。
【００５３】
次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
【００５４】
（１）上記の実施の形態では、エンジン１００と、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプ１０１と、前記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６）と、前記作動油を貯留する作動油タンク１０２と、前記エンジンを冷却する冷却水を冷却するラジエータ１７と、運転室（例えば、キャブ９）に送られる空気を前記冷却水の熱により加温するヒータコア４０と、外気温度を検出する外気温センサ７０と、前記冷却水と前記作動油との熱交換を行う作動油熱交換器５０と、前記エンジンの排気ガスの熱により前記冷却水を加温する排気熱回収器６０と、前記エンジンから流出した前記冷却水を前記ヒータコアと前記排気熱回収器とを介して前記エンジンに流入させる第１の循環回路Ｃ１と、前記エンジンから流出した前記冷却水を前記作動油熱交換器と前記排気熱回収器とを介して前記エンジンに流入させる第２の循環回路Ｃ２と、前記エンジンから流出した前記冷却水を前記ラジエータを介して前記エンジンに流入させる第３の循環回路Ｃ３と、前記エンジン内の前記冷却水の温度を検出する水温センサ７１と、前記第１の循環回路における前記ヒータコアに流入する前記冷却水の流量を調整する第１の制御弁Ｖ１と、前記第２の循環回路における前記作動油熱交換器に流入する前記冷却水の流量を調整する第２の制御弁Ｖ２と、前記第１及び第２の制御弁の開度をそれぞれ制御して前記冷却水の流量を調整する制御装置（例えば、ＥＣＵ３００）と、前記第３の循環回路の前記ラジエータと前記エンジンとの間に設けられ、通流する前記冷却水の温度に応じて前記ラジエータから前記エンジンに流入する前記冷却水の流量を制御するサーモスタット弁２０とを備えた作業機械において、前記第３の循環回路における前記ラジエータから前記サーモスタットを介して前記エンジンに流入する前記冷却水の流量を調整する第３の制御弁Ｖ３を備え、前記制御装置は、前記外気温センサの検出結果が予め定めた基準温度以下である場合に、前記第３の制御弁を閉状態から開状態に制御するときの温度の方が前記サーモスタット弁が閉状態から開状態となるときの前記冷却水の温度よりも高くなるように、前記水温センサの検出結果に応じて前記第３の制御弁の開度を制御するものとした。
【００５５】
これにより、エネルギー効率を向上することができ、作動油を早期昇温させることができる。
【００５６】
（２）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械において、前記制御装置（例えば、ＥＣＵ３００）は、前記水温センサ７１の検出結果が予め定めた切換温度以下の場合には、前記第１の制御弁Ｖ１を開状態に制御しつつ前記第２の制御弁Ｖ２を閉状態に制御し、前記水温センサの検出結果が前記切換温度よりも高い場合には、前記第１の制御弁を閉状態に制御しつつ前記第２の制御弁を開状態に制御するものとした。
【００５７】
（３）また、上記の実施の形態では、（２）の作業機械において、前記作動油タンク１０２に貯留される前記作動油の温度を検出する油温センサ７３を備え、前記制御装置（例えば、ＥＣＵ３００）は、前記油温センサの検出結果が予め定めた温度以下の場合には、前記第２の制御弁Ｖ２を半開状態に制御するものとした。
【００５８】
（４）また、上記の実施の形態では、（２）の作業機械において、前記制御装置（例えば、ＥＣＵ３００）は、前記油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６）を操作するための操作装置の操作量を検出する操作量センサ７４の検出結果に応じて前記第２の制御弁Ｖ２の開度を制御するものとした。
【００５９】
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…下部走行体、２…上部旋回体、３…フロント装置、４…クローラフレーム、５…クローラ、７…走行モータ、８…旋回フレーム、９…キャブ、１０…機械室、１１…ブーム、１２…ブームシリンダ、１３…アーム、１４…アームシリンダ、１５…バケット、１６…バケットシリンダ、１７…ラジエータ、１８…ロアタンク、１９…アッパタンク、２０…サーモスタット弁、３０…ウォータポンプ、４０…ヒータコア、５０…作動油熱交換器、６０…排気熱回収器、６０ａ…シェル、６１…扁平チューブ、６３…エンドプレート、６４…チューブアセンブリ、６５…冷却水入口、６６…冷却水出口、７０…外気温センサ、７１…水温センサ、７２…室温センサ、７３…油温センサ、７４…操作量センサ、１００…エンジン、１０１…油圧ポンプ、１０２…作動油タンク、２００…切換弁、２００ａ…アクチュエータ、３００…ＥＣＵ（制御装置）、３００ａ…外気温比較部、３００ｂ…水温比較部、３００ｃ…室温比較部、３００ｄ…油温比較部、３００ｅ…操作量比較部、３００ｆ…制御部、Ｃ１…第１の循環回路、Ｃ２…第２の循環回路、Ｃ３…第３の循環回路、Ｈ１〜Ｈ１１…管路、Ｖ１…第１の制御弁、Ｖ２…第２の制御弁、Ｖ３…第３の制御弁
【図１】
2020133521.tif 000003
【図２】
2020133521.tif 000004
【図３】
2020133521.tif 000005
【図４】
2020133521.tif 000006
【図５】
2020133521.tif 000007
【図６】
2020133521.tif 000008
【図７】
2020133521.tif 000009
【図８】
2020133521.tif 000010
【図９】
2020133521.tif 000011
【図１０】
2020133521.tif 000012
【図１１】
2020133521.tif 000013
【図１２】
2020133521.tif 000014
【図１３】
2020133521.tif 000015
【図１４】
2020133521.tif 000016