(57)【要約】【課題】尿素水タンク内で凍結している尿素水の解凍性能を上げることができる建設機械を提供する。【解決手段】油圧ショベルの尿素ＳＣＲシステムを構成する尿素水タンク２７には、尿素水タンク２７内で凍結している尿素水を解凍するエンジン冷却水管２１５が接続されている。尿素ＳＣＲシステムを構成する尿素水ポンプと尿素水タンク２７との間には、尿素水ポンプから尿素水タンク２７に尿素水を戻すための第１の尿素水戻し管２１３が接続されているとともに、第１の尿素水戻し管２１３とは別の第２の尿素水戻し管２１４が接続されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素ＳＣＲシステムが設けられている建設機械であって、
前記尿素ＳＣＲシステムを構成する尿素水タンクには、当該尿素水タンク内で凍結している尿素水を解凍する解凍手段が接続され、前記尿素ＳＣＲシステムを構成する尿素水ポンプと前記尿素水タンクとの間には、前記尿素水ポンプから前記尿素水タンクに尿素水を戻すための第１の尿素水戻し管が接続されているとともに、当該第１の尿素水戻し管とは別の第２の尿素水戻し管が接続されていることを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械において、
前記第２の尿素水戻し管は、前記尿素水タンクのタンク本体の上面で、当該タンク本体の上部の側面または角部に設けられている前記尿素水の給水口の近傍に接続されていることを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の建設機械において、
前記第２の尿素水戻し管は、前記尿素水ポンプからエンジン室を経由して前記尿素水タンクに接続されることを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記尿素水ポンプから前記尿素水タンクへ戻す尿素水の戻し管を前記第１の尿素水戻し管と前記第２の尿素水戻し管との間で切り換える制御弁を備えることを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素ＳＣＲシステムが設けられている建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今のディーゼルエンジンが搭載された油圧ショベル等の建設機械には、排気ガス規制に対応するために尿素ＳＣＲシステムが設けられている。この尿素ＳＣＲシステムは、尿素水を利用して排気ガス中の窒素酸化物を還元して排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
また、この尿素ＳＣＲシステムは、尿素水噴射装置、尿素水噴射装置に接続された尿素水ポンプ、尿素水ポンプに接続された尿素水タンクを備えている。
【０００４】
ここで、尿素ＳＣＲシステムによる排気ガスの浄化方法を説明する。尿素水ポンプは、尿素水タンクから尿素水を吸い上げて尿素水噴射装置に供給する。尿素水噴射装置は、尿素水ポンプから供給された尿素水を、エンジンの排気通路内に配置されたＳＣＲ触媒の前段側に噴射して、排気ガス中の窒素酸化物に尿素水を添加する。尿素水は排気ガスの熱により加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒において窒素酸化物を無害な窒素に還元する。余剰のアンモニアは後段の酸化触媒により酸化されて無害な窒素と水になる。
【０００５】
なお、尿素水ポンプと尿素水タンクとの間には、尿素水戻し管が接続されている。この尿素水戻し管は、尿素水ポンプから尿素水噴射装置へ供給されなかった尿素水を尿素水タンクに戻すために使用されるものである。
【０００６】
一方、気温が−１１℃以下の環境下において建設機械の停止時間が長時間に及ぶと、尿素水タンク内に貯留している尿素水が凍結する。そのため、エンジンを始動した際には、尿素水噴射装置へ尿素水を供給することができない。したがって、排気ガス中の窒素酸化物を還元することができず、有害な窒素酸化物が排出されてしまう。そこで、尿素水タンク内で凍結している尿素水を解凍する解凍手段として、例えばエンジン冷却水管が使用されている（特許文献１参照）。
【０００７】
この特許文献１では、建設機械に設けられているエンジン冷却装置で使用されているエンジン冷却水の循環配管を尿素水タンクとの間にも循環して接続されている。尿素水が凍結した状態でエンジンを始動させると、エンジン冷却水管を介してエンジン冷却水が尿素水タンク内を通過する。このエンジン冷却水はエンジンにより温められるので、この温められたエンジン冷却水の熱を利用して尿素水が解凍される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、尿素水の解凍にエンジン冷却水管を利用した場合、尿素水はエンジン冷却水管の周りから溶け始めることになり、エンジン冷却水管から遠い部分は溶けにくい。したがって、これだけでは解凍性能が十分ではない。
【００１０】
本発明は、以上の問題を鑑みて成されたものであり、尿素水タンク内で凍結している尿素水の解凍性能を上げることができる建設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】
【００１１】
本発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような建設機械を採用した。
【００１２】
本発明の建設機械は、尿素ＳＣＲシステムが設けられている建設機械であって、
前記尿素ＳＣＲシステムを構成する尿素水タンクには、当該尿素水タンク内で凍結している尿素水を解凍する解凍手段が接続され、前記尿素ＳＣＲシステムを構成する尿素水ポンプと前記尿素水タンクとの間には、前記尿素水ポンプから前記尿素水タンクに尿素水を戻すための第１の尿素水戻し管が接続されているとともに、当該第１の尿素水戻し管とは別の第２の尿素水戻し管が接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の建設機械では、尿素水戻し管を追加したことにより、凍結している尿素水の解凍範囲が広がるので、解凍手段から遠い部分で凍結している尿素水も解凍することが可能になる。よって、本発明の建設機械は、尿素水タンク内で凍結している尿素水の解凍性能を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態を示すホイール式油圧ショベルの左側面図である。
【図２】同実施の形態の油圧ショベルの後部の内部を示す平面図である。
【図３】同実施の形態の尿素ＳＣＲシステムの構成を示す図である。
【図４】同実施の形態の尿素水タンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図にしたがって説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態を示すホイール式油圧ショベル１の左側面図である。以下の説明では、単に油圧ショベル１と称する。この油圧ショベル１は、走行体２と、走行体２上に旋回可能に設けられた旋回体３と、旋回体３の前側に設けられた掘削作業等を行う作業装置４とを備えている。
【００１７】
旋回体３上には、前側に運転室５が設けられ、後側に機械室６が設けられている。機械室６の後側にはカウンタウエイト７が設けられている。
【００１８】
図２に示すように、機械室６にはエンジン室ＥＲが設けられている。このエンジン室ＥＲ内には、エンジン１１、エンジン１１に接続した油圧ポンプ（図示せず）およびファン１２が設けられている。
【００１９】
さらに、エンジン室ＥＲ内には、熱交換器１３がファン１２と対向して配置されている。エンジン１１と熱交換器１３との間には、エンジン冷却水を循環する循環配管（図示せず）が接続されている。この循環配管やファン１２および熱交換器１３は、周知のようにエンジン１１を冷却するエンジン冷却装置を構成している。
【００２０】
機械室６の上面には、熱交換器１３のファン１２と反対側になる位置に取入口（図示せず）が設けられている。エンジン１１の排気側にはマフラ（図示せず）が取り付けられている。マフラには、排気管（図示せず）が機械室６の上面から突出して取り付けられている。さらに、機械室６の上面には、排気管の近傍に排出口（図示せず）が設けられている。
【００２１】
ここで、エンジン室ＥＲ内の基本的な動作を説明する。ファン１２が駆動すると、外気が取入口からエンジン室ＥＲ内に流入して熱交換器１３を通過する。熱交換器１３はこの外気を利用して、循環配管内を通るエンジン冷却水を冷却する。エンジン１１は、このエンジン冷却水により冷却される。熱交換器１３を通過した外気は上昇してエンジン１１側へ送られ、排出口から機械室６の外へ排出される。
【００２２】
また、機械室６には、尿素ＳＣＲシステム２１が設けられている。この尿素ＳＣＲシステム２１は、周知のように、排気ガス中の窒素酸化物を還元して排気ガスを浄化するものである。
【００２３】
図２と図３を用いて尿素ＳＣＲシステム２１の全体的な構成について説明する。この尿素ＳＣＲシステム２１は、尿素ＳＣＲシステム本体２２（後処理装置）と、尿素ＳＣＲシステム本体２２に尿素水を添加する尿素水添加装置２３とを備えている。
【００２４】
尿素ＳＣＲシステム本体２２は、エンジン１１の排気通路１１ａ内に上流側から順に配置された前段酸化触媒２４、ＳＣＲ触媒２５、後段酸化触媒２６を備えている。なお、前段酸化触媒２４は必ずしも配置されなくても良い。
【００２５】
尿素水添加装置２３は、尿素水タンク２７、尿素水タンク２７に尿素水供給管２１１で接続された尿素水ポンプ２８、尿素水ポンプ２８に尿素水供給管２１２で接続された尿素水噴射装置２９を備えている。図２に示すように尿素水タンク２７と尿素水ポンプ２８はエンジン室ＥＲの外側に配置されている。図３に示すように尿素水噴射装置２９の噴射位置は、前段酸化触媒２４とＳＣＲ触媒２５との間に設定されている。
【００２６】
尿素ＳＣＲシステム２１による排気ガスの浄化方法を説明する。尿素水ポンプ２８は、尿素水タンク２７から尿素水を吸い上げて尿素水噴射装置２９に供給する。尿素水噴射装置２９は、尿素水ポンプ２８から供給された尿素水を前段酸化触媒２４とＳＣＲ触媒２５との間に噴射する。
【００２７】
前段酸化触媒２４は、エンジン１１の排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素を酸化して無害な二酸化炭素と水にする。前段酸化触媒２４を通過した排気ガス中の窒素酸化物には、尿素水噴射装置２９から噴射された尿素水が添加される。尿素水は排気ガスの熱により加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒２５において窒素酸化物を無害な窒素に還元する。余剰のアンモニアは後段酸化触媒２６により酸化されて無害な窒素と水になる。
【００２８】
次に、図２を用いて、尿素ＳＣＲシステム２１の本発明にかかる構成について説明する。尿素水ポンプ２８と尿素水タンク２７との間には、第１の尿素水戻し管２１３が接続されている。この第１の尿素水戻し管２１３は、尿素水ポンプ２８から尿素水噴射装置２９に供給されなかった（窒素酸化物の還元に使用されなかった）尿素水を尿素水タンク２７に戻すために使用されるものである。
【００２９】
さらに、尿素水ポンプ２８と尿素水タンク２７との間には、第１の尿素水戻し管２１３とは別の第２の尿素水戻し管２１４が接続されている。この第２の尿素水戻し管２１４も、尿素水ポンプ２８から尿素水噴射装置２９に供給されなかった尿素水を尿素水タンク２７に戻すために使用されるものである。
【００３０】
また、この第２の尿素水戻し管２１４は、一端側が第１の尿素水戻し管２１３に接続されており、エンジン１１の下側を経由して他端側が尿素水タンク２７に接続されている。
【００３１】
また、双方の尿素水戻し管２１３、２１４の接続部分には、制御弁２２１が設けられている。この制御弁２２１は、尿素水ポンプ２８から尿素水タンク２７へ戻す尿素水の戻し管を第１の尿素水戻し管２１３と第２の尿素水戻し管２１４との間で切り換えるものである。
【００３２】
また、上記で説明したエンジン冷却水の循環配管と尿素水タンク２７との間には、エンジン冷却水管２１５（本発明の解凍手段）が循環して接続されている。このエンジン冷却水管２１５は、タンク本体２７１内にエンジン冷却水を通過させて、尿素水タンク２７内で凍結している尿素水を解凍するものである。
【００３３】
次に、図４を用いて尿素水タンク２７の構成を説明する。この尿素水タンク２７は、タンク本体２７１を備えている。このタンク本体２７１は箱形の中空状に形成されている。
【００３４】
タンク本体２７１の上部の角部には、尿素水の給水口２７２が設けられている。この給水口２７２には、キャップ２７３等の栓部材が着脱可能に装着されている。なお、給水口２７２は、タンク本体２７１の上部の側面２７１ｂに設けられていても良い。
【００３５】
タンク本体２７１の上面２７１ａの中央部分には開口部２７１ｃが設けられている。この開口部２７１ｃには、尿素水の供給・解凍ユニット２７４が閉塞して取り付けられている。この供給・解凍ユニット２７４は、タンク本体２７１内に貯留されている尿素水を尿素水ポンプ２８に供給したり、タンク本体２７１内で凍結している尿素水を解凍したりするために使用されるものである。
【００３６】
供給・解凍ユニット２７４は、開口部２７１ｃを閉塞する蓋体２７４ａと、蓋体２７４ａを貫通して設けられた尿素水供給管２１１、第１の尿素水戻し管２１３、エンジン冷却水管２１５、センサーユニット２１６、空気抜き管２１７を備えている。
【００３７】
尿素水供給管２１１は、タンク本体２７１内に貯留されている尿素水を尿素水ポンプ２８へ供給するために使用されるものである。尿素水供給管２１１の一端側は、蓋体２７４ａを貫通してタンク本体２７１内の底部付近まで延びて配置されている。尿素水供給管２１１の他端側は、図２や図３で示すように尿素水ポンプ２８に接続されている。
【００３８】
第１の尿素水戻し管２１３は、前述したように尿素水ポンプ２８から尿素水噴射装置２９に供給されなかった尿素水をタンク本体２７１内に戻すために使用されるものである。第１の尿素水戻し管２１３の一端側は、蓋体２７４ａを貫通してタンク本体２７１内に配置されている。第１の尿素水戻し管２１３の他端側は、図２や図３で示すように尿素水ポンプ２８に接続されている。
【００３９】
エンジン冷却水管２１５は、前述したように、タンク本体２７１内にエンジン冷却水を通過させて、タンク本体２７１内で凍結している尿素水を解凍するものである。このエンジン冷却水管２１５は、タンク本体２７１内で例えばＵ字状に折り返されて配置されている。エンジン冷却水管２１５の流入側となる一端側と、排出側となる他端側はそれぞれ蓋体２７４ａを貫通して、前述したようにエンジン冷却水の循環配管に接続されている。
【００４０】
センサーユニット２１６は、タンク本体２７１内に貯留されている尿素水の状態を検出するものである。このセンサーユニット２１６は、濃度センサーや液面センサー（図示せず）を備えている。これらのセンサーは、蓋体２７４ａを貫通してタンク本体２７１内の底部付近まで延びて設けられている。なお、濃度センサーはタンク本体２７１内の尿素水の濃度を検出するものであり、液面センサーは尿素水の液面の位置を検出するものである。
【００４１】
空気抜き管２１７は、タンク本体２７１内の空気を逃がすために使用されるものである。空気抜き管２１７の一端側は、蓋体２７４ａを貫通してタンク本体２７１内に配置されている。空気抜き管２１７の他端側は、タンク本体２７１の外部に配置されている。
【００４２】
さらに、タンク本体２７１の上面２７１ａには、給水口２７２の近傍に開口部（図示せず）が設けられている。この開口部には、第２の尿素水戻し管２１４の一端が挿入されて取り付け部材２７５により固定されている。この第２の尿素水戻し管２１４は、前述したように尿素水ポンプ２８から尿素水噴射装置２９に供給されなかった尿素水をタンク本体２７１内に戻すために使用されるものである。
【００４３】
以上のように構成されている尿素ＳＣＲシステム２１において、尿素水の解凍動作を説明する。タンク本体２７１内に貯留されている尿素水が凍結しているときに、エンジンを始動させるとエンジン冷却装置が作動し、循環配管中のエンジン冷却水が流れ始める。これに伴い、循環配管中のエンジン冷却水の一部がエンジン冷却水管２１５を介してタンク本体２７１内を通過する。このエンジン冷却水の通過により、凍結している尿素水が解凍される。
【００４４】
ここで、本実施の形態の尿素ＳＣＲシステム２１では、第２の尿素水戻し管２１４を追加している。これにより、凍結している尿素水は、エンジン冷却水管２１５と双方の尿素水戻し管２１３、２１４から戻される尿素水で解凍されることになる。したがって、従来よりも凍結している尿素水の解凍範囲が広がるので、エンジン冷却水管２１５から遠い部分で凍結している尿素水も解凍することが可能になる。よって、本実施の形態の油圧ショベル１は、尿素水タンク２７内で凍結している尿素水の解凍性能を上げることができる。
【００４５】
また、解凍時において尿素水の消費量が解凍量よりも多い場合は、尿素水ポンプ２８に尿素水が十分供給できない状態となるので、タンク本体２７１内に尿素水を補給する必要が生じる。このときに、凍結した尿素水で給水口２７２が塞がれていない場合には、作業者はキャップ２７３を外して給水口２７２から尿素水をタンク本体２７１内に入れる。
【００４６】
一方、尿素水が満水状態で凍結した場合には、凍結した尿素水で給水口２７２が塞がれてしまう。この給水口２７２はエンジン冷却水管２１５から離れて配置されているので、エンジン冷却水管２１５で尿素水を凍結しても、図４に示すように給水口２７２の周辺部分Ａは尿素水の解け残りの部分となる。そのため、給水口２７２から尿素水をタンク本体２７１内に入れることができない事態が生じる。
【００４７】
そこで、本実施の形態の尿素ＳＣＲシステム２１では、第２の尿素水戻し管２１４を、タンク本体２７１の上面２７１ａにおいて給水口２７２の近傍に接続している。これにより給水口２７２の周辺部分Ａは、第２の尿素水戻し管２１４で戻される尿素水で解凍されることが可能になる。よって、本実施の形態の油圧ショベル１は、尿素水タンク２７内で凍結している尿素水の解凍性能を確実に上げることができる。
【００４８】
また、給水口２７２の周辺部分Ａが解凍されることで、この周辺部分Ａを尿素水ポンプ２８に供給することが可能になる。さらに、給水口２７２から尿素水をタンク本体２７１内に入れることも可能になる。したがって、尿素ＳＣＲシステム２１は、尿素水タンク２７内の尿素水が凍結していても上記の解凍動作により尿素水タンク２７から尿素水ポンプ２８に尿素水を十分に供給することが可能になる。これにより、窒素酸化物を十分に還元することも可能になり、有害な窒素酸化物が排出されるのを防ぐことができる。また、エンジンの出力制限がかかって運転できなくなるという問題も発生しない。
【００４９】
また、第２の尿素水戻し管２１４は、尿素水ポンプ２８からエンジン室ＥＲを経由して尿素水タンク２７に接続されている。これにより、第２の尿素水戻し管２１４を通る尿素水はエンジン室ＥＲの高い温度で温められて尿素水タンク２７内に戻されるので、凍結している尿素水を素早く解凍することが可能になる。よって、本実施の形態の油圧ショベル１は、尿素水タンク２７内の凍結している尿素水の解凍性能をより高く上げることができる。
【００５０】
なお、エンジン室ＥＲに第２の尿素水戻し管２１４を経由させる場所としては、本実施の形態のようにエンジン室ＥＲで一番温度が高い場所（エンジン１１の下側）が好ましい。これにより、尿素水タンク２７内で凍結している尿素水をより素早く解凍することが可能になり、尿素水の解凍性能をより高く上げることができる。
【００５１】
また、尿素ＳＣＲシステム２１は、尿素水が凍結しない環境下の場合には、制御弁２２１により、尿素水ポンプ２８から尿素水タンク２７へ戻す尿素水の戻し管を第１の尿素水戻し管２１３に切り換えて、第２の尿素水戻し管２１４に尿素水を流さないようにする。これにより、尿素ＳＣＲシステム２１を環境温度に応じて効率良く駆動させることができる。
【００５２】
また、エンジン室ＥＲを経由する第２の尿素水戻し管２１４に尿素水を流さないようにすることで、尿素水タンク２７内の尿素水の温度が上昇し過ぎて排気ガスの浄化処理に悪影響を与えるのを抑えることもできる。よって、本実施の形態の油圧ショベル１は、環境温度が変化しても排気ガスの浄化を安定して行うことができる。
【００５３】
なお、制御弁２２１の開閉は、手動または自動のいずれの方法で行っても良い。制御弁２２１の開閉を自動で行う場合には、センサ等により第２の尿素水戻し管２１４の温度を検出し、検出した温度に基づいて制御弁２２１の開閉を行うようにしても良い。
【００５４】
以上、本発明にかかる実施の形態を例示したが、上記の実施の形態は本発明の内容を限定するものではない。また、本発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。
【００５５】
例えば、本実施の形態の尿素ＳＣＲシステム２１では、本発明の解凍手段としてエンジン冷却水管２１５を使用したが、他の解凍手段（電熱を用いた解凍装置等）を使用しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１    ホイール式油圧ショベル（建設機械）
２１    尿素ＳＣＲシステム
２７    尿素水タンク
２８    尿素水ポンプ
２１３    第１の尿素水戻し管
２１４    第２の尿素水戻し管
２１５    エンジン冷却水管（解凍手段）
２２１    制御弁
２７１    タンク本体
２７１ａ    タンク本体の上面
２７１ｂ    タンク本体の側面
２７２    尿素水の給水口
ＥＲ    エンジン室
【図１】
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【図２】
2015148186.tif 000004
【図３】
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【図４】
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