(57)【要約】【課題】配管経路中で燃料性状を検出する方式をとりながら、燃料性状検出の正確さと安定性を高める。【解決手段】油圧ショベル等の建設機械において、燃料タンク４とエンジン３とを結ぶ燃料配管経路中にサブタンク７を枡のように設置する。サブタンク７には、垂直な周側面の周方向のほぼ同じ位置において下部に燃料入口７ａ、上部に燃料出口７ｂをそれぞれ設けるとともに、底部にセンサ８を設け、サブタンク７内で燃料の流速を落とし、かつ、流量を安定させながら、センサ８によって燃料性状を検出するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンクとを結ぶ燃料供給配管経路中に、一定量の燃料を貯めるサブタンクを設け、このサブタンクに、上記燃料タンクからの燃料が導入される燃料入口と、燃料をエンジンに向けて送り出す燃料出口と、上記サブタンク内の燃料の動粘度等の物理量を検出するセンサとを設けたことを特徴とする建設機械の燃料性状検出装置。
【請求項２】
上記サブタンクの燃料入口と燃料出口のうち、相対的にセンサに対して近い位置に燃料入口、遠い位置に燃料出口をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の燃料性状検出装置。
【請求項３】
上記センサをサブタンクの下部に設け、相対的に燃料入口をサブタンクの下部、燃料出口を上部にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項２記載の建設機械の燃料性状検出装置。
【請求項４】
上記サブタンクの燃料入口と燃料出口を、サブタンクの垂直な周側面における周方向のほぼ同じ位置に上下に並んで配置したことを特徴とする請求項３記載の建設機械の燃料性状検出装置。
【請求項５】
上記サブタンクの燃料出口を、上記サブタンクの最上部に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の燃料性状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の建設機械において、エンジンに供給される燃料の適否判別のために燃料の性状を検出する燃料性状検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械において、不適燃料の使用によるエンジンの故障や不良排ガスの発生等を防止するために、エンジンに供給される燃料の性状(動粘度や密度等の物理量または化学的性質)を検出する装置が公知である。
【０００３】
この公知技術として、特許文献１には、燃料を貯留する燃料タンクの底部に密度センサを、サクションパイプの吸入口と近接して設置し、サクションパイプに吸い込まれる燃料の密度を検出する技術(公知技術の１)が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、燃料タンク内上部の給油口に臨む位置に、流入口と流出口とを備えた小室を形成し、補給された燃料のうち小室底部に溜まった燃料の性状をセンサで検出する技術(公知技術の２)が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６１８１２号公報
【特許文献２】特開２００８−１４７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記両公知技術によると、燃料タンクそのものにセンサとその関連構造を設置するため、燃料タンクの大幅な改造または取替えが必要となり、既存機械へのアドオン(後付け)が事実上できない。
【０００７】
また、公知技術の１によると、センサとその関連構造が燃料タンク底面から外部に突出するため、スペース、他の機器との干渉の問題等から機械に対する搭載性が悪くなる。
【０００８】
このような問題の解決策として、燃料タンクとエンジンとを結ぶ燃料供給配管経路中にセンサを設け、同経路中で燃料性状を検出すること(以下、配管経路検出方式という)が考えられる。
【０００９】
この配管経路検出方式によると、燃料タンクそのものの改造や取替えが不要となるため、アドオが可能であるとともに、搭載性の問題も生じない。
【００１０】
しかし、燃料が配管内を流れている状態で検出することになるため、性状検出に必要な時間が不足すること、及び流速と流量の変化が大きいことから、検出の正確さと安定性が悪くなる。
【００１１】
そこで本発明は、配管経路検出方式をとりながら、燃料性状検出の正確さと安定性を高めることができる建設機械の燃料性状検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、エンジンと、このエンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンクとを結ぶ燃料供給配管経路中に、一定量の燃料を貯めるサブタンクを設け、このサブタンクに、上記燃料タンクからの燃料が導入される燃料入口と、燃料をエンジンに向けて送り出す燃料出口と、上記サブタンク内の燃料の動粘度等の物理量を検出するセンサとを設けたものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記サブタンクの燃料入口と燃料出口のうち、相対的にセンサに対して近い位置に燃料入口、遠い位置に燃料出口をそれぞれ配置したものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２の構成において、上記センサをサブタンクの下部に設け、相対的に燃料入口をサブタンクの下部、燃料出口を上部にそれぞれ配置したものである。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、上記サブタンクの燃料入口と燃料出口を、サブタンクの垂直な周側面における周方向のほぼ同じ位置に上下に並んで配置したものである。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、上記サブタンクの燃料出口を、上記サブタンクの最上部に配置したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、燃料の入口及び出口を有するサブタンクを燃料供給配管経路中に枡のように設け、このサブタンクで燃料の流速を落とし、かつ、流量を安定させながら、サブタンクに設置したセンサで性状検出するため、検出に必要な時間と安定した流量を確保することができる。
【００１８】
しかも、サブタンクは、
(Ｉ)  燃料タンクとエンジンとの間でスペース、搭載性の点で有利な任意の位置を自由に選択して設置できること、
(ＩＩ)  燃料を性状検出に必要な流速に低下させるに足る最小限の容積があれば良いため、小形ですむこと
の二点により、搭載性が良い。
【００１９】
すなわち、既存機械へのアドオンが可能で搭載性も良い配管経路検出方式をとりながら、燃料性状の検出の正確さと安定性を高めることができる。
【００２０】
請求項２〜５の発明によると、サブタンクの燃料入口と燃料出口のうち、相対的にセンサに近い位置に燃料入口を設けたから、いいかえれば燃料がセンサに近い位置から流入するため、適正燃料から不適燃料またはその逆の入れ替わりをいち早く検出することができる。
【００２１】
このうち、請求項３〜５の発明によると、センサをサブタンクの下部に設け、相対的に燃料入口を下部、燃料出口を上部に設けたから、いいかえれば燃料がサブタンクに下から入り、上昇して上から出るため、燃料の入れ替わりそのものが早くなり、この入れ替わりをより早く検出することができる。
【００２２】
この場合、請求項４の発明によると、燃料入口と出口をサブタンクの垂直な周側面における周方向のほぼ同じ位置に上下に並んで配置したから、サブタンク内で燃料が下から上にＵ字状に折り返して出て行く屈曲流が形成される。
【００２３】
この屈曲流により、サブタンク内での燃料の流れがより緩やかとなるため、性状検出の正確さと安定性を一層高めることができる。
【００２４】
また、燃料の流れを緩やかにするためにサブタンクを大きくする必要がない。つまり、サブタンクをより小型化できる。このため、搭載性がさらに良くなる。
【００２５】
また、請求項５の発明によると、燃料出口を、上記サブタンクの最上部に配置したから、燃料中のエアがサブタンク内に溜まらずに燃料とともに出ていく。このため、エア抜きが不要または最小限ですむ。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る検出装置が搭載された油圧ショベルのアッパーフレームの概略平面図である。
【図２】同実施形態の機器配置図である。
【図３】同実施形態のサブタンクの半部断面正面図である。
【図４】同側面図である。
【図５】(ａ)は本発明の第１実施形態のサブタンクを模式的に示す図、(ｂ)はその検出性能の試験結果を示す図である。
【図６】(ａ)は本発明の第２実施形態のサブタンクを模式的に示す図、(ｂ)は同実施形態による検出性能の試験結果を示すグラフである。
【図７】(ａ)は本発明の第３実施形態のサブタンクを模式的に示す図、(ｂ)はその検出性能の試験結果を示すグラフである。
【図８】(ａ)は本発明の第４実施形態のサブタンクを模式的に示す図、(ｂ)はその検出性能の試験結果を示すグラフである。
【図９】(ａ)は本発明の第５実施形態のサブタンクを模式的に示す図、(ｂ)はその検出性能の試験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施形態のサブタンクを示す正面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態のサブタンクを示す正面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態のサブタンクを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１実施形態(図１〜図５参照)
図１は実施形態に係る燃料性状検出装置が搭載された油圧ショベルのアッパーフレームの平面図である。
【００２８】
同図に示すように、アッパーフレーム１にキャビン２が搭載され、このキャビン２内の座席に着座したオペレータから見てキャビン後方にエンジン３、右側に燃料を貯留する燃料タンク４がそれぞれ設置されている。５はエンジン３によって駆動される冷却ファン、６は同油圧ポンプである。
【００２９】
図２にも示すように、燃料タンク４からエンジン３に燃料を供給する燃料供給配管経路中に、燃料タンク４よりも少ない一定量の燃料を貯めるサブタンク７が枡状に設けられ、このサブタンク７に設けられた燃料性状検出用のセンサ(燃料の動密度や密度等の物理量または化学的性質を検出するセンサ)８によって燃料の性状が検出される。
【００３０】
サブタンク７は、図３，４に拡大して示すように、燃料入口７ａと燃料出口７ｂとを有し、燃料タンク４の燃料出口配管９が燃料入口７ａに、エンジン３の燃料入口配管１０が燃料出口７ｂにそれぞれ接続される。
【００３１】
このように、サブタンク７を燃料供給配管経路中に枡のように設けることにより、このサブタンク７で燃料の流速を落とし、かつ、流量を安定させることができる。
【００３２】
そして、流速低下しかつ流量が安定した状態でセンサ８による燃料性状の検出作用を行わせることにより、基本的な効果として、燃料性状の検出に必要な時間と安定した流量を確保することができる。
【００３３】
ここで、サブタンク７は、
(Ｉ)  燃料タンク４とエンジン３との間でスペース、搭載性の点で有利な任意の位置(図１の例ではアッパーフレーム１の後端部でエンジン３の右側)を自由に選択して設置できること、
(ＩＩ)  燃料を性状検出に必要な流速に低下させるに足る最小限の容積があれば良いため、小形ですむこと
の二点により、アッパーフレーム１に対する搭載性が良いものとなる。
【００３４】
すなわち、既存機械へのアドオンが可能で搭載性も良い配管経路検出方式をとりながら、燃料性状の検出の正確さと安定性を高めることができる。
【００３５】
なお、センサ８からの検出信号はコントローラ１１に送られ、このコントローラ１１で燃料適否の判別、表示、警報等の処理が行われる。
【００３６】
サブタンク７は、第１実施形態では円筒状に形成され、その垂直な周側面の下部に燃料入口７ａ、この燃料入口７ａのほぼ真上に当たるサブタンク上部に燃料出口７ｂがそれぞれ水平に設けられている。
【００３７】
すなわち、燃料入口７ａと燃料出口７ｂがサブタンク７の周側面における周方向のほぼ同じ位置で上下に並んで平行に設けられている。
【００３８】
センサ８は、検知部分８ａがサブタンク内に臨む状態でサブタンク７の底部に設置され、たとえば燃料との接触によりその動粘度を検出する。
【００３９】
なお、センサ８はサブタンク底部の中央部に設けてもよいし、サブタンク７の底部にドレン口等の他の構造物が設けられる場合にこれらと干渉しないようにサブタンク底部の中央からずれた位置に設けてもよい。
【００４０】
図３，４中、１２はサブタンク７の上面中央部に設けられたエア抜き口、１３はこのエア抜き口１２を塞ぐ着脱自在なプラグである。
【００４１】
この第１実施形態の構成によると、上記基本的効果に加えて次の作用効果を得ることができる。
【００４２】
(ｉ)  相対的にセンサ８に近い位置に燃料入口７ａを設けたから、いいかえれば燃料がセンサ８に近い位置から流入するため、適正燃料から不適燃料またはその逆の入れ替わりをいち早く検出することができる。
【００４３】
(ｉｉ)  センサ８をサブタンク７の下部に設け、燃料入口７ａを下部、燃料出口７ｂを上部に設けたから、いいかえれば燃料がサブタンク７に下から入り、上昇して上から出るため、燃料の入れ替わりそのものが早くなり、この入れ替わりをより早く検出することができる。
【００４４】
(ｉｉｉ)  この場合、燃料入口７ａと燃料出口７ｂをサブタンク７の垂直な周側面における周方向のほぼ同じ位置に上下に並んで配置したから、図３に示すようにサブタンク７内で燃料が下から上にＵ字状に折り返して出て行く屈曲流が形成される。
【００４５】
この屈曲流により、サブタンク７内での燃料の流れがより緩やかとなるため、性状検出の正確さと安定性を一層高めることができる。
【００４６】
(ｉｖ)  上記のように燃料の流れが十分緩やかになるため、燃料の流速低下を狙ってサブタンク７を大きくする必要がない。つまり、サブタンク７をより小型化できる。このため、搭載性がさらに良くなる。
【００４７】
なお、センサ８を、Ｕ字状屈曲流の折り返し点の真下またはその近くに設置すると、流速が最も低い部分をセンサで検出するため、性状検出の正確度がさらに高くなる。
【００４８】
図５〜図９は、第１実施形態、及び第２〜第５各実施形態の模式的構成と、検出性能の試験結果を示す。
【００４９】
検出性能の試験は、サブタンク７の形状及び容積を各実施形態で同一とし、このサブタンク７に流す燃料を軽油から灯油に変えたときに、時間の経過に対してセンサ出力である識別値がどのように変化したかについて行った。各図(ｂ)の左端が燃料入れ替え点である。
【００５０】
なお、燃料供給の流量、流速等の条件は各実施形態を通じて同じである。また、サブタンク内での燃料温度は外的影響によって変化するため、識別値は３０℃換算で表した。
【００５１】
まず、第１実施形態については、燃料入れ替えから短時間(２〜３分)で識別値が変化し、以後、ほぼ一定の識別値で推移した。
【００５２】
つまり、燃料入れ替えをいち早く検出し、かつ、安定した検出性能が得られた。
【００５３】
これは、前記のように燃料入口７ａ、同出口７ｂ、センサ８の位置関係から、Ｕ字形の屈曲流によって燃料が下から上に攪拌されながら対流して速やかに混ざり合うこと、この油質の変化をセンサ８が速やかにかつ正確に捉えた結果と思われる。
【００５４】
図６に示す第２実施形態では、燃料入口７ａをサブタンク周側面の中間やや上部寄りの位置に設ける一方、燃料出口７ｂをサブタンク上面に設けた。センサ８の位置は第３〜第５各実施形態を通じて第１と同じである。
【００５５】
その結果、同図(ｂ)に示すように、燃料の入れ替わりは早く検出できる一方で、識別値の安定度が低くなった。
【００５６】
これは、サブタンク７内での燃料の流れが水平から上向きとなり、入口７ａ、出口７ｂ両方の流れの影響でセンサ周辺の流れが乱れ易いから思われる。
【００５７】
図７に示す第３実施形態では、燃料入口７ａをサブタンク周側面の上部、これとほぼ同じ高さ位置で９０度周方向にずれた位置に燃料出口７ｂをそれぞれ設けた。
【００５８】
この結果、同図(ｂ)に示すように、第１、第２両実施形態と比較して、燃料の入れ替わりを検出するまでの時間が長くなる。
【００５９】
これは、入口７ａと出口７ｂがともに上位にあるため液界面が発生し、タンク内上部でゆっくり円を描くように対流してなかなか混ざり合わないためと思われる。
【００６０】
図８に示す第４実施形態では、燃料入口７ａをサブタンク周側面の下部、燃料出口７ｂを周方向に９０度ずれた位置のタンク上部に設けた。
【００６１】
この結果、同図(ｂ)に示すように、燃料の入れ替わりはいち早く検出できる一方、識別値の出力が安定しない。
【００６２】
これは、燃料が入口７ａからねじれながら出口７ｂに向かう対流の影響によるものと思われる。
【００６３】
図９に示す第５実施形態では、燃料入口７ａをサブタンク周側面の下部、燃料出口７ｂをその対面の上部にそれぞれ設けた。
【００６４】
その結果、同図(ｂ)に示すように、燃料の入れ替わりは比較的短時間で検出できるものの、識別値の出力が安定しない。第４実施形態と同様、サブタンク内での対流の影響によるものと思われる。
【００６５】
以上、綜合して勘案すると、第１実施形態によると検出性能の点で最もすぐれ、各実施形態の中で最良の実施形態と結論付けることができる。
【００６６】
その他の実施形態
(１)  図１０に第６実施形態、図１１に第７実施形態としてそれぞれ示すように、燃料入口７ａと燃料出口７ｂのうち、燃料出口７ｂ(図１０)、または双方(図１１)をサブタンク７の最上部に設けてもよい。
【００６７】
この場合、サブタンク周側面の最上部(図１０)でもよいし、サブタンク全体の最上位である上面(図１１)でもよい。
【００６８】
こうすれば、燃料中のエアがサブタンク７内に溜まらずに燃料とともに出ていく。このため、エア抜きプラグ１３を外してエア抜き口１２を開くエア抜き操作が不要、または最小限ですむ。
(２)  上記各実施形態では、円筒状のサブタンク７を周側面が垂直となる縦置き姿勢で設置したが、図１２に第８実施形態として示すようにサブタンク７を周側面が水平となる横置き姿勢で設置してもよい。
【００６９】
この場合、燃料入口７ａ及び同出口７ｂとセンサ８の配置は図示の配置以外に種々選択することができる。
【００７０】
この横置き姿勢でも、第１〜第７各実施形態と同様に、配管経路検出方式をとりながら、燃料性状の検出の正確さと安定性を高めることができるという基本的作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００７１】
３  エンジン
４  燃料タンク
７  サブタンク
７ａ  燃料入口
７ｂ  燃料出口
８  センサ
８ａ  検知部分
９  燃料供給配管経路を構成する燃料タンクの燃料出口配管
１０  同、エンジンの燃料入口配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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