(57)【要約】【課題】還元剤を迅速に暖めることができ、排気ガスを効率良く浄化することができる作業機械の排気ガス浄化装置の提供。【解決手段】本発明は、排気ガス中の窒素酸化物を還元するアンモニアと、このアンモニアを前駆体である尿素水の状態で貯蔵する尿素水タンク２１と、この尿素水タンク２１から排気管９内へ尿素水を供給する還元剤供給部と、この還元剤供給部によって供給された尿素水から生成したアンモニアと排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進する還元触媒と、作動油タンク１６に貯蔵された作動油の一部を貯蔵するサブタンク１６Ａと、このサブタンク１６Ａに貯蔵された作動油を循環させて加温する循環加温回路３３と、この循環加温回路３３で加温された作動油と還元剤供給部によって供給される尿素水との間で熱交換させる熱交換回路３４とを備えた。【選択図】図３
2015045235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの駆動力で回転する油圧ポンプと、この油圧ポンプに吸入される作動油を貯蔵する作動油タンクと、前記エンジンから導かれた排気ガスを排出する排気管とを備えた作業機械に設けられ、
前記排気管に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元して浄化する浄化部を備え、この浄化部は、前記排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤と、この還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、この還元剤タンクから前記排気管内へ前記還元剤を供給する還元剤供給部と、この還元剤供給部によって供給された前記還元剤と前記排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進する還元触媒とを有する作業機械の排気ガス浄化装置において、
前記作動油タンクに貯蔵された作動油の一部を貯蔵するサブタンクと、
このサブタンクに貯蔵された作動油を循環させて加温する循環加温回路と、
この循環加温回路で加温された作動油と前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤との間で熱交換させる熱交換部とを備えたことを特徴とする作業機械の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械の排気ガス浄化装置において、
前記熱交換部は、
前記循環加温回路に設けられ、この循環加温回路で加温された作動油の熱が前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤に伝わるように前記循環加温回路で加温された作動油を流通させる熱交換回路から成り、
前記循環加温回路は、
前記サブタンクに接続されて作動油が流通する流路と、
前記サブタンクからこの流路内へ作動油を供給する作動油供給部と、
前記流路内の圧力が所定の設定圧未満のときに前記流路を遮断し、前記流路内の圧力が前記所定の設定圧以上のときに前記流路を連通するリリーフ弁と、
前記流路を流通する作動油の流れを切り換え、前記リリーフ弁を通過した作動油を前記熱交換回路へ流出させる方向切換弁とを有することを特徴とする作業機械の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の作業機械の排気ガス浄化装置において、
前記循環加温回路を循環する作動油の温度を検出する作動油温度検出部と、
前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤の温度を検出する還元剤温度検出部と、
これらの作動油温度検出部によって検出された作動油の温度及び還元剤温度検出部によって検出された前記還元剤の温度に基づいて、前記循環加温回路によって加温される作動油の温度の所定の目標値と前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤の温度の所定の目標値に対して、前記熱交換部によって熱交換させる作動油の流量を制御する熱交換流量制御部とを備えたことを特徴とする作業機械の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に設けられ、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元して浄化する作業機械の排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、油圧ショベル等の作業機械は、エンジンと、このエンジンから導かれる排気ガスを外部へ放出する排気管とを備えている。エンジンから導かれる排気ガスには、有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれているので、この窒素酸化物を還元することによって水と窒素に分解し、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を低減してから排気ガスを大気へ排出する必要がある。そのため、従来より作業機械には排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元して浄化する排気ガス浄化装置が設けられている。
【０００３】
この作業機械の排気ガス浄化装置は、例えば上述の排気管に設けられ、排気管内を流通する排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元して浄化する浄化部を備え、この浄化部は、窒素酸化物を還元する還元剤と、この還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、この還元剤タンクから排気管内へ還元剤を供給する還元剤供給部と、この還元剤供給部によって供給された還元剤と排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進する還元触媒とを有している。
【０００４】
還元剤には、例えばアンモニアが用いられ、このアンモニアは前駆体である尿素水の状態で還元剤タンクに貯蔵されている。この還元剤タンクに貯蔵された尿素水は、還元剤供給部によって排気管内へ供給され、排気管内の排気ガスの熱で加水分解することにより、アンモニアが生成されるようになっている。そして、排気管内で生成されたアンモニアが排気ガス中に含まれる窒素酸化物と還元反応することによって窒素酸化物を無害な水と窒素に分解して浄化している。
【０００５】
ここで、還元剤として用いられる尿素水の融点は−１１度であるので、外気の温度が低下することによって尿素水が供給過程で凍結する虞がある。仮に尿素水が凍結した場合には、還元剤供給部によって排気管内へ供給される尿素水の量が減少するので、排気管内を流通する排気ガス中に含まれる窒素酸化物を十分に還元することができなくなる。特に、寒冷地において排気ガス浄化装置を備えた作業機械による作業が行われた場合には、尿素水が凍結する現象が顕著となる。
【０００６】
そこで、作動油を貯蔵する作動油タンクを備えた油圧式作業機械に設けられ、上述の還元剤タンクと、エンジンのマフラに内蔵された上述の還元触媒と、この還元触媒の排気流路上流側に向かって還元剤を噴射する噴射ノズルと、還元剤タンクから噴射ノズルへ還元剤を供給する還元剤供給通路と、この還元剤供給通路に介装され、作動油タンクへ戻る作動油を利用して還元剤を暖める作動油ヒータとを備えると共に、還元剤タンクが作動油タンクに内蔵された油圧式作業機械の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２５７１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に開示された従来技術の油圧式作業機械の排気浄化装置では、作動油ヒータによる還元剤の加温は、エンジンの始動後の油圧式作業機械による作業に伴って加温された作動油の熱により行われるので、還元剤を暖めるために用いられる作動油の温度は外気の温度を含む周囲の環境に影響され易い。特に、冬場や寒冷地等の環境下では外気の温度が低いので、作動油が放熱され易く、温度が上昇し難い状態となる。そのため、還元剤タンクが作動油タンクに内蔵されて還元剤タンク内の還元剤が外気の温度の影響を受け難くなっていても、エンジンが始動したときには作動油ヒータの作動油がまだ暖まっていないので、還元剤を暖めるのに時間がかかることが問題になっている。
【０００９】
また、このような問題からエンジンの始動直後には還元剤の温度が低く、この還元剤の温度の低下に伴って還元触媒の温度も低くなるので、噴射ノズルによって排気管内へ噴射された還元剤と排気ガス中の窒素酸化物との反応が還元触媒によって促進され難くなる。そのため、還元剤や還元触媒が暖まるまでの間、排気ガスを十分に浄化することができず、排気ガスの浄化効率が低下することが懸念されている。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、還元剤を迅速に暖めることができ、排気ガスを効率良く浄化することができる作業機械の排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の作業機械の排気ガス浄化装置は、エンジンの駆動力で回転する油圧ポンプと、この油圧ポンプに吸入される作動油を貯蔵する作動油タンクと、前記エンジンから導かれた排気ガスを排出する排気管とを備えた作業機械に設けられ、前記排気管に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元して浄化する浄化部を備え、この浄化部は、前記排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤と、この還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、この還元剤タンクから前記排気管内へ前記還元剤を供給する還元剤供給部と、この還元剤供給部によって供給された前記還元剤と前記排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進する還元触媒とを有する作業機械の排気ガス浄化装置において、前記作動油タンクに貯蔵された作動油の一部を貯蔵するサブタンクと、このサブタンクに貯蔵された作動油を循環させて加温する循環加温回路と、この循環加温回路で加温された作動油と前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤との間で熱交換させる熱交換部とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
このように構成した本発明は、作動油タンクに貯蔵された作動油をサブタンクに分配し、このサブタンク内の作動油を循環加温回路で循環させて加温することにより、作動油タンク内の作動油の一部を暖めるだけで良いので、外気の温度が低くなり易い冬場や寒冷地等の環境下であっても、還元剤を暖めるのに用いられる作動油を早い段階で暖めることができる。そして、熱交換部が循環加温回路で加温された作動油と還元剤供給部によって供給される還元剤との間で熱交換させることにより、還元剤を迅速に暖めることができる。従って、エンジンの始動直後であっても還元剤や還元触媒の温度を高めることができるので、エンジンの稼働状況に拘わらず、還元触媒による還元剤と排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進することができる。このように、還元触媒の機能を有効に働かせることができるので、排気ガスを効率良く浄化することができる。
【００１３】
また、本発明に係る作業機械の排気ガス浄化装置は、前記発明において、前記熱交換部は、前記循環加温回路に設けられ、この循環加温回路で加温された作動油の熱が前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤に伝わるように前記循環加温回路で加温された作動油を流通させる熱交換回路から成り、前記循環加温回路は、前記サブタンクに接続されて作動油が流通する流路と、前記サブタンクからこの流路内へ作動油を供給する作動油供給部と、前記流路内の圧力が所定の設定圧未満のときに前記流路を遮断し、前記流路内の圧力が前記所定の設定圧以上のときに前記流路を連通するリリーフ弁と、前記流路を流通する作動油の流れを切り換え、前記リリーフ弁を通過した作動油を前記熱交換回路へ流出させる方向切換弁とを有することを特徴としている。
【００１４】
このように構成した本発明は、サブタンクに貯蔵された作動油が作動油供給部によって循環加温回路の流路内へ供給されると、この流路内の圧力が上昇する。そして、流路内の圧力がリリーフ弁の所定の設定圧以上になったとき、リリーフ弁が開いて循環加温回路の流路を連通することにより、作動油供給部によって圧縮された作動油が流路を流通して循環加温回路を循環する。このとき、作動油がリリーフ弁を通過する際に、作動油に蓄積されたエネルギーがリリーフ弁で熱に変換されるので、循環加温回路内において作動油を迅速に暖めることができる。
【００１５】
循環加温回路を循環する作動油が暖まると、方向切換弁が循環加温回路の流路を流通する作動油の流れを切り換えて作動油を熱交換回路へ流出させることにより、この熱交換回路において作動油の熱を還元剤供給部によって供給される還元剤に容易に伝達することができる。これにより、循環加温回路で加温された作動油と還元剤との間で行われる熱交換を促進できるので、還元剤への作動油の熱の伝達効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係る作業機械の排気ガス浄化装置は、前記発明において、前記循環加温回路を循環する作動油の温度を検出する作動油温度検出部と、前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤の温度を検出する還元剤温度検出部と、これらの作動油温度検出部によって検出された作動油の温度及び還元剤温度検出部によって検出された前記還元剤の温度に基づいて、前記循環加温回路によって加温される作動油の温度の所定の目標値と前記還元剤供給部によって供給される前記還元剤の温度の所定の目標値に対して、前記熱交換部によって熱交換させる作動油の流量を制御する熱交換流量制御部とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
このように構成した本発明は、熱交換流量制御部が、作動油温度検出部によって検出された作動油の温度及び還元剤温度検出部によって検出された還元剤の温度に基づいて、循環加温回路で加温される作動油の温度の所定の目標値と還元剤供給部によって供給される還元剤の温度の所定の目標値に対して、熱交換部によって熱交換させる作動油の流量を制御することにより、排気ガスの浄化に使用される還元剤を暖めるのに必要な流量の作動油を熱交換させるだけで良いので、循環加温回路で循環させる作動油の分量を減らすことができる。これにより、循環加温回路において作動油が加温される速度を高めることができるので、熱交換部による作動油と還元剤との熱交換の開始を早めることができ、還元剤が暖まるまでにかかる時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の作業機械の排気ガス浄化装置によれば、作動油タンクに貯蔵された作動油の一部をサブタンクに貯蔵し、循環加温回路がこのサブタンクに貯蔵された作動油を循環させて加温することにより、還元剤を暖めるのに用いられる作動油を早い段階で暖めることができる。そして、熱交換部が循環加温回路で加温された作動油と還元剤供給部によって供給される還元剤との間で熱交換させることにより、還元剤を迅速に暖めることができるので、エンジンの始動直後であっても、還元剤及び還元触媒の温度を高めて有効に機能させることができる。これにより、エンジンから排出される排気ガスを効率良く浄化することができる。従って、還元剤の状態が作業機械の周囲の環境に影響されず、従来よりも還元剤の凍結を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る排気ガス浄化装置の一実施形態が備えられる作業機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】図１に示す旋回体の内部の構成の位置関係を説明する概略図である。
【図３】本発明に係る作業機械の排気ガス浄化装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図４】本実施形態に係るＥＣＵに記憶された還元触媒の温度と尿素水適正噴射量との関係を示す図である。
【図５】本実施形態の動作を説明するフローチャートであり、手順Ｓ１から手順Ｓ７までの動作を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態の動作を説明するフローチャートであり、手順Ｓ８から手順Ｓ１５までの動作を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態の動作を説明するフローチャートであり、手順Ｓ１６から手順Ｓ２５までの動作を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係る作動油供給部におけるモータの駆動条件の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る作業機械の排気ガス浄化装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。
【００２１】
本発明に係る排気ガス浄化装置の一実施形態は、作業機械、例えば図１に示す油圧ショベル１に設けられる。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に配置され、旋回フレーム３ａを有する旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機４とから構成されている。
【００２２】
このフロント作業機４は、基端が旋回フレーム３ａに回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを有している。また、フロント作業機４は、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃとを有している。
【００２３】
上述の旋回体３は、車体の後方に配置され、車体のバランスを保つカウンタウェイト５と、車体の前方左側に配置され、フロント作業機４を操作する作業者が乗車するキャブ６と、これらカウンタウェイト５とキャブ６の間に配置されたエンジンルーム７と、このエンジンルーム７の上部に設けられ、車体の上部の外装を形成する車体カバー８と、この車体カバー８に設けられ、後述するエンジンから導かれた排気ガスを排出する排気管９とを備えている。
【００２４】
旋回体３は、図２、図３に示すようにエンジンルーム７内に収納された前述のエンジン１１と、車体の前方右側に配置され、エンジン１１に供給される燃料を貯蔵する燃料タンク１２と、エンジン１１の動作を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１３と、このＥＣＵ１３に接続され、車体の動作を制御するコントローラ１４と、エンジン１１とシャフト４１を介して接続され、エンジン１１の駆動力で回転し、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃへ作動油を圧油として吐出する油圧ポンプ１５と、燃料タンク１２の後方に配置され、油圧ポンプ１５に吸入される作動油を貯蔵する作動油タンク１６と、エンジン１１の左側方に配置され、エンジン１１の熱交換を行う熱交換器１７と、油圧ポンプ１５からブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃへ吐出される圧油の流れを制御するコントロールバルブ（図示せず）とを備えている。
【００２５】
旋回体３は、排気管９に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する浄化部を備え、この浄化部は、排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤を有し、この還元剤には、例えばアンモニアが用いられている。また、浄化部は、このアンモニアを前駆体である尿素水の状態で貯蔵する還元剤タンクとしての尿素水タンク２１と、この尿素水タンク２１と連通路２２を介して接続され、尿素水タンク２１に貯蔵された尿素水の一部を貯蔵するサブタンク２１Ａと、尿素水タンク２１と連通路２２との間に設けられ、尿素水タンク２１内の尿素水を連通路２２へ供給する尿素水供給ポンプ２３とを有している。
【００２６】
サブタンク２１Ａには、例えば貯蔵された尿素水の水位を検出する尿素水水位センサ２４が設けられており、この尿素水水位センサ２４はＥＣＵ１３に接続されている。ＥＣＵ１３は、尿素水水位センサ２４によって検出された尿素水の水位に基づいて、尿素水供給ポンプ２３を駆動してサブタンク２１Ａ内の尿素水の水位を所定の水位に制御している。なお、この所定の水位は、例えば後述の還元触媒室内の還元触媒の温度が活性温度（２５０℃程度）になるまで通常使用される尿素水の使用量に合わせて設定されている。
【００２７】
浄化部は、サブタンク２１Ａから排気管９内へ尿素水を供給する還元剤供給部を有しており、この還元剤供給部は、例えば排気管９に設けられ、尿素水をこの排気管９内へ噴射する噴射ノズル２６と、この噴射ノズル２６とサブタンク２１Ａとを接続し、尿素水が流通する尿素水供給通路２７と、ＥＣＵ１３に接続され、尿素水供給通路２７に圧力を付加してサブタンク２１Ａ内の尿素水を噴射ノズル２６へ導く圧力付加装置２８とから成っている。
【００２８】
サブタンク２１Ａに貯蔵された尿素水は、噴射ノズル２６によって排気管９内へ噴射され、排気管９内の排気ガスの熱で加水分解することにより、アンモニアが生成されるようになっている。そして、排気管９内で生成されたアンモニアが排気ガス中に含まれる窒素酸化物と還元反応することによって窒素酸化物を無害な水と窒素に分解して浄化している。また、浄化部は、排気管９内で生成されたアンモニアと排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進する還元触媒（図示せず）と、エンジン１１の右側方に配置されると共に、排気ガスの流れに対して噴射ノズル２６よりも下流側に設けられ、還元触媒を格納する前述の還元触媒室２９とを有している。なお、旋回体３には、図示されないが、尿素水供給通路２７内に残留している尿素水を吸引して尿素水タンク２１へ戻す吸引装置が設けられている。
【００２９】
本実施形態では、旋回体３は、作動油タンク１６と連通路３１を介して接続され、作動油タンク１６に貯蔵された作動油の一部を貯蔵するサブタンク１６Ａと、作動油タンク１６と連通路３１との間に設けられ、作動油タンク１６内の作動油を連通路３１へ供給する作動油供給ポンプ３２と、サブタンク１６Ａに貯蔵された作動油を循環させて加温する循環加温回路３３と、この循環加温回路３３で加温された作動油と還元剤供給部によって供給される尿素水との間で熱交換させる熱交換部とを備えている。
【００３０】
具体的には、この熱交換部は、例えば循環加温回路３３に設けられ、この循環加温回路３３で加温された作動油の熱がサブタンク２１Ａに貯蔵された尿素水に伝わるように循環加温回路３３で加温された作動油を流通させる熱交換回路３４から成っている。循環加温回路３３は、例えば両端がサブタンク１６Ａに接続されて作動油が流通する流路３３ａと、サブタンク１６Ａからこの流路３３ａ内へ作動油を供給する作動油供給部３０とを有している。
【００３１】
この作動油供給部３０は、例えばコントローラ１４に接続され、蓄えられた電力を供給するバッテリ３５と、このバッテリ３５の電力で駆動するモータ３６と、このモータ３６とシャフト３７及びクラッチ３８を介して連結されると共に、油圧ポンプ１５とシャフト３９及びクラッチ４０を介して連結され、モータ３６及びエンジン１１の少なくとも一方の駆動力で回転する供給ポンプ４２とから構成されている。
【００３２】
循環加温回路３３は、例えば流路３３ａ内の圧力が所定の設定圧未満のときに流路３３ａを遮断し、流路３３ａ内の圧力が所定の設定圧以上のときに流路３３ａを連通するリリーフ弁４５と、流路３３ａを流通する作動油の流れを切り換え、リリーフ弁４５を通過した作動油を熱交換回路３４へ流出させる方向切換弁４６とを有している。
【００３３】
熱交換回路３４は、例えば一端が方向切換弁４６に接続されると共に、他端がサブタンク１６Ａと供給ポンプ４２との間の流路３３ａに接続され、途中部分がサブタンク２１Ａを挿通するように形成されている。なお、熱交換回路３４を流通する作動油とサブタンク２１Ａ内の尿素水は接触せず、作動油の熱が熱交換回路３４及びサブタンク２１Ａの外壁を伝わるようになっている。また、各サブタンク１６Ａ，２１Ａの外側は、加温された熱を外部へ逃がさないように断熱部材（図示せず）で覆われている。
【００３４】
方向切換弁４６は、ＥＣＵ１３からの入力に応じて、流路３３ａと熱交換回路３４とを遮断してリリーフ弁４５を通過した作動油をサブタンク１６Ａへ戻す循環位置（図３に示す右位置）Ａに切り換えたり、あるいは流路３３ａと熱交換回路３４とを接続してリリーフ弁４５を通過した作動油を熱交換回路３４へ流出させる熱交換位置（図３に示す左位置）Ｂに切り換えるようにしている。
【００３５】
また、熱交換回路３４のうちサブタンク２１Ａ側から循環加温回路３３側へ戻る部分には、熱交換回路３４を流通する作動油の逆流を防止するチェック弁４７が設けられている。さらに、サブタンク１６Ａには、例えば貯蔵された作動油の水位を検出する作動油水位センサ４８が設けられ、この作動油水位センサ４８はＥＣＵ１３に接続されている。
【００３６】
本実施形態では、旋回体３は、循環加温回路３３を循環する作動油の温度ＴＳ（図５参照）を検出する作動油温度検出部としての作動油温度センサ５０と、還元剤供給部によって供給される尿素水の温度Ｔｋ（図５参照）を検出する還元剤温度検出部としての尿素水温度センサ５１とを備え、これらの作動油温度センサ５０及び尿素水温度センサ５１はそれぞれサブタンク１６Ａ，２１Ａ内に設けられている。
【００３７】
そして、旋回体３は、作動油温度センサ５０によって検出された作動油の温度Ｔｓ及び尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋに基づいて、循環加温回路３３によって加温される作動油の温度Ｔｓの所定の目標値Ｔｓ１と還元剤供給部によって供給される尿素水の温度Ｔｋの所定の目標値Ｔｋ１に対して、熱交換回路３４で熱交換させる作動油の流量を制御する熱交換流量制御部１３Ａを備え、この熱交換流量制御部１３Ａは、例えばＥＣＵ１３の内部に格納されている。
【００３８】
ここで、サブタンク２１Ａ内の尿素水の温度Ｔｋを所定の目標値Ｔｋ１まで上昇させるのに必要な熱量をＱｋ、尿素水の比熱をＣｋ（定数）、尿素水の密度をρｋ（定数）、サブタンク２１Ａ内の尿素水の体積をＶｋとし、サブタンク１６Ａ内の作動油の温度Ｔｓを所定の目標値Ｔｓ１まで上昇させるのに必要な熱量をＱｓ、作動油の比熱をＣｓ（定数）、作動油の密度をρｓ（定数）、サブタンク１６Ａ内の作動油の体積をＶｓとすると、数式（１）、数式（２）が成立する。
【数１】
2015045235.tif 000003
【数２】
2015045235.tif 000004
【００３９】
本実施形態は、循環加温回路３３で加温された作動油を熱交換回路３４に流通させ、作動油の熱をサブタンク２１Ａ内の尿素水に伝達して尿素水の温度Ｔｋを所定の目標値Ｔｋ１まで上昇させるので、上述の熱量Ｑｋと熱量Ｑｓは等しくなる（Ｑｋ＝Ｑｓ）。これにより、数式（１）、数式（２）を整理すると、数式（３）が成立する。
【数３】
2015045235.tif 000005
【００４０】
従って、サブタンク２１Ａ内の尿素水の体積ＶｋはＥＣＵ１３によって尿素水の水位が調整されて一定になっているので、熱交換流量制御部１３Ａは、作動油温度センサ５０によって検出された作動油の温度Ｔｓ及び尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋを上述の数式（３）に代入してサブタンク１６Ａに貯蔵する作動油の体積Ｖｓを演算する。そして、熱交換流量制御部１３Ａは、作動油水位センサ４８によって検出された作動油の水位が演算した作動油の体積Ｖｓに相当する水位と一致するように、作動油供給ポンプ３２を駆動してサブタンク１６Ａ内の作動油の水位を制御することにより、循環加温回路３３で循環させる作動油の流量を調整するようにしている。
【００４１】
また、循環加温回路３３と各シリンダ４ａ〜４ｃは電磁弁５２を介して接続されており、この電磁弁５２は、ＥＣＵ１３からの入力に応じて、循環加温回路３３と各シリンダ４ａ〜４ｃとを遮断する遮断位置（図３に示す左位置）Ｃに切り換えたり、あるいは循環加温回路３３と各シリンダ４ａ〜４ｃとを接続する接続位置（図３に示す右位置）Ｄに切り換えるようにしている。
【００４２】
ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが上述の所定の目標値Ｔｋ１未満のとき、電磁弁５２の切換位置を遮断位置Ｃに保ち、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが上述の所定の目標値Ｔｋ１以上のとき、電磁弁５２の切換位置を接続位置Ｄに保つ制御を行うようにしている。また、ＥＣＵ１３は、作動油温度センサ５０によって検出された作動油の温度Ｔｓが上述の所定の目標値Ｔｓ１未満のとき、方向切換弁４６の切換位置を循環位置Ａに保ち、作動油温度センサ５０によって検出された作動油の温度Ｔｓが上述の所定の目標値Ｔｓ１以上のとき、方向切換弁４６の切換位置を熱交換位置Ｂに保つ制御を行うようにしている。
【００４３】
旋回体３は、排気管９のうち排気ガスの流れに対して還元触媒室２９よりも上流側に設けられ、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ５３を備えている。ＥＣＵ１３は、この排気ガス温度センサ５３によって検出された排気ガスの温度に基づいて、還元触媒室２９内の還元触媒の温度を演算するようにしている。また、ＥＣＵ１３は、図４に示すように還元触媒の温度と、アンモニアスリップを生じさせない尿素水の適正な噴射量を示す尿素水適正噴射量との関係を記憶しており、この関係に対して演算した還元触媒の温度を適用して噴射ノズル２６から噴射される尿素水の噴射量を決定している。
【００４４】
次に、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の動作を図５〜図７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、循環加温回路３３で加温される作動油の温度Ｔｓの所定の目標値Ｔｓ１が、例えば常温を目安として２０℃に設定されており（Ｔｓ１＝２０℃）、サブタンク２１Ａに貯蔵された尿素水の温度Ｔｋの所定の目標値Ｔｋ１が、例えば尿素水の融点を目安として−１１℃に設定されている（Ｔｋ１＝−１１℃）。
【００４５】
まず、尿素水温度センサ５１がサブタンク２１Ａ内の尿素水の温度Ｔｋを検出し、検出した尿素水の温度ＴｋをＥＣＵ１３に入力する（手順Ｓ１）。次に、ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃未満かどうかを判断する（手順Ｓ２）。このとき、ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃以上であると判断すると（手順Ｓ２／Ｎｏ）、後述する手順Ｓ１３からの動作が行われる。
【００４６】
一方、手順Ｓ２において、ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃未満であると判断すると（手順Ｓ２／Ｙｅｓ）、作動油温度センサ５０がサブタンク１６Ａ内の作動油の温度Ｔｓを検出し、検出した作動油の温度ＴｓをＥＣＵ１３に入力する（手順Ｓ３）。次に、ＥＣＵ１３の熱交換流量制御部１３Ａは、手順Ｓ１において尿素水温度センサ５１で検出された尿素水の温度Ｔｋ及び手順Ｓ３において作動油温度センサ５０で検出された作動油の温度Ｔｓを、上述の数式（３）に代入してサブタンク１６Ａに貯蔵する作動油の体積Ｖｓを演算し（手順Ｓ４）、作動油供給ポンプ３２を駆動してサブタンク１６Ａ内の作動油の水位を制御することにより、循環加温回路３３で循環させる作動油の流量を調整する（手順Ｓ５）。
【００４７】
次に、コントローラ１４は、バッテリ３５の電力を使用してモータ３６を駆動することにより（手順Ｓ６）、供給ポンプ４２がモータ３６の駆動力で回転してサブタンク１６Ａ内の作動油を循環加温回路３３へ汲み上げる（手順Ｓ７）。これにより、作動油がサブタンク１６Ａから循環加温回路３３の流路３３ａを流通するが、リリーフ弁４５は閉じているので、作動油がリリーフ弁４５で堰き止められ、循環加温回路３３内の圧力が上昇する。そして、循環加温回路３３内の圧力がリリーフ弁４５の設定圧になったとき、リリーフ弁４５が開いて作動油がリリーフ弁４５及び方向切換弁４６を通過し、サブタンク１６Ａに戻る（手順Ｓ８）。このようにして、サブタンク１６Ａに貯蔵された作動油が循環加温回路３３を循環することにより、流路３３ａ及びリリーフ弁４５を流通する際に受ける抵抗等によって熱が発生して加温される。
【００４８】
次に、ＥＣＵ１３は、作動油温度センサ５０で検出された作動油の温度Ｔｓが２０℃以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ９）。このとき、ＥＣＵ１３は、作動油温度センサ５０で検出された作動油の温度Ｔｓが２０℃未満であると判断すると（手順Ｓ９／Ｎｏ）、作動油の温度Ｔｓが２０℃に到達するまで待機する。一方、手順Ｓ９において、ＥＣＵ１３は、作動油温度センサ５０で検出された作動油の温度Ｔｓが２０℃以上であると判断すると（手順Ｓ９／Ｙｅｓ）、方向切換弁４６に対して切換位置の変更を出力することにより、方向切換弁４６は、ＥＣＵ１３からの入力を受けて切換位置を循環位置Ａから熱交換位置Ｂに切り替える（手順Ｓ１０）。
【００４９】
手順Ｓ１０の動作が行われると、循環加温回路３３を循環して加温された作動油は、方向切換弁４６によって熱交換回路３４へ流出し、そのまま熱交換回路３４を流通してチェック弁４７を通過した後、循環加温回路３３に再び戻される。このとき、作動油の熱が熱交換回路３４及びサブタンク２１Ａの外壁を伝わり、作動油と尿素水との間で熱交換が行われる（手順Ｓ１１）。
【００５０】
次に、ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃未満どうかを判断する（手順Ｓ１２）。このとき、ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃未満であると判断すると（手順Ｓ１２／Ｙｅｓ）、尿素水の温度Ｔｋが−１１℃に到達するまで待機する。
【００５１】
手順Ｓ２又は手順Ｓ１２において、ＥＣＵ１３は、尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃以上であると判断すると（手順Ｓ２／Ｎｏ，手順Ｓ１２／Ｎｏ）、エンジン１１が始動しているかどうかを判断する（手順Ｓ１３）。手順Ｓ１３において、ＥＣＵ１３は、エンジン１１が始動していないと判断すると（手順Ｓ１３／Ｎｏ）、エンジン１１は停止しており、エンジン１１から排気ガスが排出されないので、尿素水供給通路２７内に残留している尿素水を吸引装置で吸引して尿素水タンク２１へ戻す（手順Ｓ１４）。このとき、圧力付加装置２８によって圧力が付加されず、噴射ノズル２６から尿素水が排気管９内へ一度も噴射されていなければ、そのまま手順Ｓ１５の動作が行われる。手順Ｓ１４の動作が行われると、コントローラ１４は、モータ３６を停止し（手順Ｓ１５）、本実施形態の動作を終了する。
【００５２】
一方、手順Ｓ１３において、ＥＣＵ１３は、エンジン１１が始動していると判断すると（手順Ｓ１３／Ｙｅｓ）、モータ３６と供給ポンプ４２とを連結するシャフト３７に設けられたクラッチ３８が切離され、油圧ポンプ１５と供給ポンプ４２とを連結するシャフト３９に設けられたクラッチ４０が結合され、供給ポンプ４２の駆動源がモータ３６の駆動力からエンジン１１の駆動力に切り換わる（手順Ｓ１６）。
【００５３】
そして、油圧ポンプ１５及び供給ポンプ４２がエンジン１１の駆動力で回転することにより、作動油が油圧ポンプ１５及び供給ポンプ４２からブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃ等に供給されるので、フロント作業機４等が動作して掘削等の作業が開始される（手順Ｓ１７）。次に、ＥＣＵ１３は、圧力付加装置２８を駆動することにより（手順Ｓ１８）、圧力付加装置２８が尿素水供給通路２７に圧力を付加してサブタンク２１Ａ内の尿素水が尿素水供給通路２７を流通し、噴射ノズル２６から排気管９内へ噴射される（手順Ｓ１９）。
【００５４】
次に、排気ガス温度センサ５３が排気ガスの温度を検出し、検出した排気ガスの温度をＥＣＵ１３に入力する（手順Ｓ２０）。そして、ＥＣＵ１３は、排気ガス温度センサ５３によって検出された排気ガスの温度に基づいて、還元触媒室２９内の還元触媒の温度を演算し（手順Ｓ２１）、記憶した還元触媒の温度と尿素水適正噴射量との関係に対して手順Ｓ２１で演算した還元触媒の温度を適用して噴射ノズル２６から噴射される尿素水の噴射量を決定する（手順Ｓ２２）。
【００５５】
その後、ＥＣＵ１３は、圧力付加装置２８によって尿素水供給通路２７に付加されている圧力を確認し、噴射ノズル２６から適正な噴射量の尿素水が噴射されているかどうか、すなわち手順Ｓ２２で決定した噴射量の尿素水が噴射されているかどうかを判断する（手順Ｓ２３）。このとき、ＥＣＵ１３は、噴射ノズル２６から適正な噴射量の尿素水が噴射されていると判断すると（手順Ｓ２３／Ｙｅｓ）、手順Ｓ１９の動作に戻る。
【００５６】
一方、ＥＣＵ１３は、噴射ノズル２６から適正な噴射量の尿素水が噴射されていないと判断すると（手順Ｓ２３／Ｎｏ）、手順Ｓ２２で決定した尿素水の噴射量に基づいて、圧力付加装置２８によって尿素水供給通路２７に付加される圧力を調整することにより、噴射ノズル２６から噴射される尿素水の噴射量を補正する（手順Ｓ２４）。次に、ＥＣＵ１３は、エンジン１１が停止しているかどうかを判断する（手順Ｓ２５）。このとき、ＥＣＵ１３は、エンジン１１が停止していないと判断すると（手順Ｓ２５／Ｎｏ）、手順Ｓ１９の動作に戻る。手順Ｓ２５において、ＥＣＵ１３は、エンジン１１が停止していると判断すると（手順Ｓ２５／Ｙｅｓ）、上述した手順Ｓ１４からの動作が行われる。
【００５７】
このように構成した本実施形態によれば、作動油タンク１６に貯蔵された作動油をサブタンク１６Ａに分配し、このサブタンク１６Ａ内の作動油を循環加温回路３３で循環させて加温することにより、作動油タンク１６内の作動油の一部を暖めるだけで良いので、外気の温度が低くなり易い冬場や寒冷地等の環境下であっても、尿素水を暖めるのに用いられる作動油を早い段階で暖めることができる。そして、循環加温回路３３で加温された作動油と噴射ノズル２６で噴射される尿素水との熱交換が熱交換回路３４で行われることにより、尿素水を迅速に暖めることができる。
【００５８】
従って、エンジン１１の始動直後であっても尿素水や還元触媒の温度を高めることができるので、エンジン１１の稼働状況に拘わらず、還元触媒によるアンモニアと排気ガス中の窒素酸化物との反応を促進することができる。このように、還元触媒の機能を有効に働かせることができるので、排気ガスを効率良く浄化することができる。これにより、尿素水の状態が油圧ショベル１の周囲の環境に影響されず、尿素水の凍結を効果的に抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態は、サブタンク１６Ａに貯蔵された作動油を循環加温回路３３で加温するために、供給ポンプ４２がモータ３６の駆動力で回転してサブタンク１６Ａ内の作動油が流路３３ａ内へ供給されると、この流路３３ａ内の圧力が上昇する。そして、流路３３ａ内の圧力がリリーフ弁４５の所定の設定圧以上になったとき、リリーフ弁４５が開いて流路３３ａを連通することにより、供給ポンプ４２によって圧縮された作動油が流路３３ａを流通して循環加温回路３３を循環する。このとき、作動油がリリーフ弁４５を通過する際に、作動油に蓄積されたエネルギーがリリーフ弁４５で熱に変換されるので、循環加温回路３３内において作動油を迅速に暖めることができる。
【００６０】
さらに、循環加温回路３３で加温された作動油は、方向切換弁４６によって熱交換回路３４へ導かれ、熱交換回路３４を流通する。このとき、作動油の熱が熱交換回路３４及びサブタンク２１Ａの外壁を通じて尿素水に伝わり易くなっているので、循環加温回路３３で加温された作動油とサブタンク２１Ａ内の尿素水との間で行われる熱交換を促進することができる。これにより、尿素水への作動油の熱の伝達効率を高めることができる。
【００６１】
また、本実施形態は、ＥＣＵ１３の熱交換流量制御部１３Ａは、作動油温度センサ５０で検出された作動油の温度Ｔｓ及び尿素水温度センサ５１で検出された尿素水の温度Ｔｋを、数式（３）に代入してサブタンク１６Ａに貯蔵する作動油の体積Ｖｓを演算し、サブタンク１６Ａ内の作動油の水位を演算した作動油の体積Ｖｓに相当する水位に合わせて作動油の流量を調整することにより、排気ガスの浄化に使用される尿素水を暖めるのに必要な流量の作動油を熱交換させるだけで済み、循環加温回路３３で循環させる作動油の分量を減らすことができる。これにより、循環加温回路３３において作動油が加温される速度を高めることができるので、熱交換回路３４で行われる作動油と尿素水との熱交換の開始を早めることができ、尿素水が暖まるまでにかかる時間を短縮することができる。さらに、これに伴ってバッテリ３５の消費電力が削減されるので、バッテリ３５の交換作業の頻度を減らすことができ、優れた利便性を提供することができる。
【００６２】
なお、上述した本実施形態は、サブタンク２１Ａに貯蔵された尿素水の温度を検出する尿素水温度センサ５１を備え、図５〜図７に示すように尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋが−１１℃未満であるときに、作動油供給部３０のモータ３６を駆動させ、作動油を循環加温回路３３で加温して尿素水を暖める作業を開始した場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、図８に示すように、油圧ショベル１が、外部の管理サーバ５５の通信装置５６と無線通信回線５７を介して通信する通信装置５８を備え、管理サーバ５５が尿素水の凍結を検知したときに、通信装置５６を用いて油圧ショベル１と無線通信を行い、遠隔的にモータ３６を駆動させるようにしても良い。
【００６３】
なお、上述した本実施形態は、ＥＣＵ１３の熱交換流量制御部１３Ａが、作動油温度センサ５０によって検出された作動油の温度Ｔｓ及び尿素水温度センサ５１によって検出された尿素水の温度Ｔｋに基づいて、循環加温回路３３によって加温される作動油の温度Ｔｓの所定の目標値Ｔｓ１と還元剤供給部によって供給される尿素水の温度Ｔｋの所定の目標値Ｔｋ１に対して、熱交換回路３４で熱交換させる作動油の流量を制御した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば油圧ショベル１による作業を行う作業者が熱交換回路３４で熱交換させる作動油の流量を適宜設定しても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１  油圧ショベル（作業機械）
２  走行体
３  旋回体
４  フロント作業機
４Ａ  ブーム
４ａ  ブームシリンダ
４Ｂ  アーム
４ｂ  アームシリンダ
４Ｃ  バケット
４ｃ  バケットシリンダ
５  カウンタウェイト
７  エンジンルーム
９  排気管
１１  エンジン
１３  ＥＣＵ
１３Ａ  熱交換流量制御部
１４  コントローラ
１５  油圧ポンプ
１６  作動油タンク
１６Ａ  サブタンク
２１  尿素水タンク
２１Ａ  サブタンク
２３  尿素水供給ポンプ
２４  尿素水水位センサ
２６  噴射ノズル
２７  尿素水供給通路
２８  圧力付加装置
２９  還元触媒室
３０  作動油供給部
３２  作動油供給ポンプ
３３  循環加温回路
３３ａ  流路
３４  熱交換回路（熱交換部）
３５  バッテリ
３６  モータ
４２  供給ポンプ
４５  リリーフ弁
４６  方向切換弁
４７  チェック弁
４８  作動油水位センサ
５０  作動油温度センサ（作動油温度検出部）
５１  尿素水温度センサ（還元剤温度検出部）
５２  電磁弁
５３  排気ガス温度センサ
５５  管理サーバ
５６，５８  通信装置
５７  無線通信回線
【図１】
2015045235.tif 000006
【図２】
2015045235.tif 000007
【図３】
2015045235.tif 000008
【図４】
2015045235.tif 000009
【図５】
2015045235.tif 000010
【図６】
2015045235.tif 000011
【図７】
2015045235.tif 000012
【図８】
2015045235.tif 000013