(57)【要約】【課題】  ガス容器から原動機に燃料ガスを供給するシステムにおいて、油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を利用してガス容器を加圧し、同容器内のガス圧を一定に保つ。【解決手段】  ガス容器１と加圧シリンダ１４を同軸上に並べて互いのピストン９,１６同士をロッド１７で連結し、エンジン３によって駆動される油圧ポンプ４の吐出油を加圧シリンダ１４に導入することにより、作動油の圧力で加圧シリンダ１４及びガス容器１のピストン１６,９を押してガス容器１内を加圧するようにした。また、ピストン９の移動量と等価であるロッド１７の移動量を燃料残量としてストロークセンサ１８で検出するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス容器に貯蔵された圧縮ガスを燃料として原動機を運転するとともに、この原動機により油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出される作動油によって油圧アクチュエータを作動させる建設機械において、上記ガス容器を、外部から加圧されることによって容量が変化する可変容量型の容器として構成し、上記油圧ポンプから吐出される作動油を圧源とする加圧手段により上記ガス容器を加圧して容量を変化させ、同容器内を一定圧力に保持するように構成したことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、ガス容器及び加圧手段をそれぞれピストンを備えたシリンダとして構成するとともに、互いのピストン同士をロッドで連結し、作動油により加圧手段のピストンをガス容器側に押し込んで、ガス容器内を加圧するように構成したことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項２記載の建設機械において、加圧手段に供給される作動油の圧力を設定する圧力設定弁を設けたことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項２または３記載の建設機械において、加圧シリンダに作動油を供給する作動油供給管路に、加圧シリンダに対して作動油を供給する位置と同シリンダ内の作動油をタンクに戻して圧力を抜く位置との間で切換わり作動する切換弁を設けたことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の建設機械において、ガス容器のピストンの移動量を燃料残量として検出する燃料残量検出手段を設けたことを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項５記載の建設機械において、燃料残量検出手段は、ガス容器及び加圧手段のピストン同士を連結するロッドの移動量をピストン移動量として検出するように構成した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】
本発明は圧縮天然ガス等の圧縮ガスを燃料とする原動機が搭載された建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー対策や環境対策の観点から、自動車のみならずショベル等の建設機械においても原動機燃料として圧縮天然ガス等の圧縮ガスを用いることが検討されている。
【０００３】
燃料として圧縮天然ガス(ＣＮＧ)を用いる場合で説明すると、圧縮天然ガス(以下、単にガスという)はガス容器に２０Mpa程度の高圧で貯蔵され、このガス容器から出たガスが、減圧弁によりエンジン燃料に適した圧力(０．４Mpa程度)まで減圧されてエンジンに供給される。
【０００４】
ところが、この場合の問題点として、ガスが消費されるに連れてガス容器内の圧力が低下するため、これに減圧弁や燃料供給系での圧力損失分が加わることで、ガス残量が一定以下となったときに圧力不足でエンジンへのガス供給ができなくなる。つまり、ガス容器内のガスが使い切れずに残ってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、容器内のガスを使い切る策として、特許文献１に示されているように、ガス容器をピストン付きのシリンダ構造とし、一方の圧力室に充填したガスを、他方の圧力室に導入した圧縮空気で加圧することにより、容器内のガス圧を一定に保つ技術が提案された。
【０００６】
この技術は移動式のガス供給装置として提案されているが、建設機械のガス供給系にも転用することは、理論上、可能である。
【特許文献１】特開２００３−１４８６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この技術によると、ガスボンベを加圧するための別圧源(圧縮空気を送るための空気圧縮機)が必要となるため、燃料供給装置全体として構造が大型化するとともに設備費も高くつく。
【０００８】
また、構造が大形化する点で、燃料供給専用の車両には適用できても、スペースに余裕のない建設機械(とくに小型の油圧ショベルのような小型機械)には実際上、適用できない。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑み、加圧用の別圧源を付加せずに、ガス容器内のガス圧を一定に保つことができる建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、ガス容器に貯蔵された圧縮ガスを燃料として原動機を運転するとともに、この原動機により油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出される作動油によって油圧アクチュエータを作動させる建設機械において、上記ガス容器を、外部から加圧されることによって容量が変化する可変容量型の容器として構成し、上記油圧ポンプから吐出される作動油を圧源とする加圧手段により上記ガス容器を加圧して容量を変化させ、同容器内を一定圧力に保持するように構成したものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、ガス容器及び加圧手段をそれぞれピストンを備えたシリンダとして構成するとともに、互いのピストン同士をロッドで連結し、作動油により加圧手段のピストンをガス容器側に押し込んで、ガス容器内を加圧するように構成したものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の構成において、加圧手段に供給される作動油の圧力を設定する圧力設定弁を設けたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２または３の構成において、加圧シリンダに作動油を供給する作動油供給管路に、加圧シリンダに対して作動油を供給する位置と同シリンダ内の作動油をタンクに戻して圧力を抜く位置との間で切換わり作動する切換弁を設けたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれかの構成において、ガス容器のピストンの移動量を燃料残量として検出する燃料残量検出手段を設けたものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の構成において、燃料残量検出手段は、ガス容器及び加圧手段のピストン同士を連結するロッドの移動量をピストン移動量として検出するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、建設機械に元々搭載された油圧ポンプの吐出油圧を利用してガス容器を加圧するため、公知技術の空気圧縮機のような別の圧源を付加する必要がない。このため、燃料供給装置の構造を簡単・小型にできるとともに、設備も安くてすむ。また、小型にできることで建設機械にも容易に適用することができる。
【００１７】
この場合、請求項２〜６の発明によると、ガス容器及び加圧手段をそれぞれピストンつきのシリンダとして構成し、両シリンダのピストン同士をロッドでつないだだけであるため、構造をより簡単・小型化でき、とくに小型の建設機械に適したものとなる。
【００１８】
請求項３の発明によると、作動油の圧力、つまりガス容器に対する加圧力を、必要なガス圧力に応じた値に正確に設定することができる。
【００１９】
請求項４の発明によると、ガス容器へのガス充填時には加圧シリンダの作動油圧力を抜くことができるため、ガス充填作業をスムーズに行うことができる。
【００２０】
請求項５,６の発明によると、ガス容器の容量(ガス残量)に対応するガス容器のピストンの移動量を検出するため、容器内圧力を検出し、これを容量換算して残量を求める場合と比較して、残量を正確に検出することができる。
【００２１】
また、請求項６の発明によると、外部に露出したロッドの移動量をピストン移動量として検出するため、シリンダ内部のピストンの移動量を直接検出する場合と比較して、センサの保守点検、取替え等が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は圧縮天然ガスを燃料とするエンジンによって油圧ポンプを駆動するシステムの全体構成を示す。
【００２３】
図において、１はガス容器で、このガス容器１に２０Mpa程度の高圧で貯蔵された圧縮天然ガス(以下、単にガスという)は、減圧弁２でエンジン燃料に適した圧力である０．４Mpa程度まで減圧された後、エンジン３に供給される。
【００２４】
エンジン３は上記ガスを燃料として運転され、このエンジン３によって油圧ポンプ４が駆動される。
【００２５】
この油圧ポンプ４からポンプ吐出管路５に吐出された圧油は、コントロールバルブ６を介して油圧アクチュエータ７に送られ、同アクチュエータ７を作動させた後、作動油タンクＴに戻される。
【００２６】
ガス容器１は、図示のように円筒状のチューブ８内にピストン９が設けられたシリンダ構造で、かつ、ピストン９の片側に形成されたガス貯蔵室１０の容量がピストン９のストローク作動によって変化する可変容量型の容器として構成され、ガス貯蔵室１０内に充填されたガスが減圧弁２に送られる。
【００２７】
１１はガス貯蔵室１０と反対側に形成されたエア室、１２はこのエア室１１を大気に開口させるエア口である。
【００２８】
また、１３はガス貯蔵室１０に設けられたガス口で、このガス口１３は、エンジン運転中はガス貯蔵室１０から減圧弁２に向けてガスを供給するガス出口となり、ガス充填時にはガス充填口となる。
【００２９】
このガス容器１と同軸上に並んで加圧手段としての加圧シリンダ１４が設けられている。
【００３０】
この加圧シリンダ１４は、ガス容器１と同様にチューブ１５内にピストン１６が設けられたシリンダ構造とされ、ガス容器１とこの加圧シリンダ１４のピストン９,１６同士がロッド１７によって連結されている。
【００３１】
このロッド１７における外部に露出した部分に、燃料残量検出手段としてのストロークセンサ(たとえばポテンショメータ)１８が設けられ、ロッド１７のストローク移動量、すなわちガス容器１のピストン９の移動量がこのストロークセンサ１８によって検出される。
【００３２】
ここで、ピストン９の移動量はガス貯蔵室１０の容量変化に直結し、ピストン移動量を検出することでその時点でのガス貯蔵室１０の容量、すなわち燃料残量を検出することができる。
【００３３】
１９はストロークセンサ１５によって検出されたロッド移動量を燃料残量に置換して表示するための燃料残量表示器である。
【００３４】
加圧シリンダ１４には、ピストン１６の片側(ロッド１７と反対側)に作動油室２０が形成され、この作動油室２０が作動油供給管路２１を介して油圧ポンプ４の吐出管路５に接続されている。
【００３５】
これにより、油圧ポンプ４から吐出された作動油が加圧シリンダ１４に導入され、この作動油の圧力により同シリンダ１４のピストン１６がガス容器１側に押されるようになっている。
【００３６】
この加圧シリンダ１４におけるピストン１６の受圧面積(作動油室２０側の面積)と、ガス容器１におけるピストン９の加圧面積(ガス貯蔵室１０側の面積)とは同一とされ、ピストン１６に加えられる作動油の圧力がそのままガス貯蔵室１０に加圧力として作用する。
【００３７】
なお、加圧シリンダ１４における作動油室２０と反対側の油室２２には作動油が導入される。この油室２２はタンクＴに連通し、ピストン１６のストローク作動に応じて油室２２内の作動油がタンクＴに排出され、あるいはタンクＴから油室２２に吸入される。
【００３８】
また、作動油供給管路２１に、図示しないスイッチ等によって切換え操作される電磁切換弁２３が設けられている。
【００３９】
この電磁切換弁２３は、非励磁状態で図示の作動油供給位置イとなり、この状態で油圧ポンプ４の吐出油が加圧シリンダ１４の作動油室２０に供給される。一方、同切換弁２３が励磁されると作動油排出位置ロに切換わり、この状態で作動油室２０内の油がタンクＴに戻される。
【００４０】
また、作動油供給管路２１とタンクＴとの間にリリーフ管路２４が設けられ、このリリーフ管路２４に圧力設定弁としてのリリーフ弁２５が設けられている。
【００４１】
このリリーフ弁２５のリリーフ圧は、ガス容器１のガス貯蔵室１０に充填されるガスの圧力(以下、所定ガス圧という。たとえば２０Mpa)と同じ値に設定されている。
【００４２】
上記構成において、ガス容器１のガス貯蔵室１０にガスが充填された当初は、ガス貯蔵室１０のガス圧力は所定ガス圧にある。このとき、加圧シリンダ１４の作動油室２０内の作動油は、リリーフ弁２５によって所定ガス圧と同じ値に保たれるため、ガス容器１と加圧シリンダ１４は圧力的にバランスし、両者のピストン９,１６は動かない。
【００４３】
この状態から、エンジン３へのガス供給に応じてガス貯蔵室１０内のガス圧力が低下すると、圧力バランスが崩れるため、加圧シリンダ１４の作動油圧力により、ガス圧力が所定ガス圧に回復するまで両ピストン９,１６がガス貯蔵室１０側(図左側)に移動する。
【００４４】
この動作はガス貯蔵室１０内のガスが無くなるまで行なわれ、この動作によりガス貯蔵室１０内のガス圧力が常に所定ガス圧に保持される。すなわち、ガス容器１内のガスを最後まで使い切ることができる。
【００４５】
また、ガス貯蔵室１０内のガス残量は、ストロークセンサ１８によって検出され、燃料残量表示器１９に表示される。
【００４６】
このように、建設機械に元々搭載された油圧ポンプ４の吐出油圧を利用してガス容器１を加圧するため、公知技術で必要とされる空気圧縮機のような別の圧源を付加する必要がない。
【００４７】
このため、燃料供給装置の構造を簡単・小型にできるとともに、設備費も安くてすむ。また、小型にできることで建設機械にも容易に適用することができる。
【００４８】
さらに、シリンダ構造のガス容器１と加圧シリンダ１４を同軸上に並べ、互いのピストン９,１６同士をロッド１７でつないだだけの構成であるため、構造をより簡単・小型化でき、とくに小型の建設機械に適したものとなる。
【００４９】
一方、加圧シリンダ１４に供給される作動油の圧力、つまりガス容器１に加える加圧力を、リリーフ弁２５により、所定ガス圧に正確に設定することができる。
【００５０】
また、ガス容器１のガス残量に対応するピストン９の移動量(ロッド１７の移動量)をストロークセンサ１８で検出するため、たとえば容器内圧力を検出して容量換算で残量を求める方式と比較して、ガス残量を正確に検出することができる。
【００５１】
この場合、ガス容器内部のピストン９の移動量を直接検出するのではなく、外部に露出したロッド１７の移動量を検出するため、センサ１８の保守点検、取替え等が容易となる。
【００５２】
一方、ガス容器１にガスを充填するときは、エンジン３を停止させ、電磁切換弁２３を作動油排出位置ロに切換えた状態でガス口１３からガスを注入する。
【００５３】
このとき、注入されるガスの圧力によってガス容器１及び加圧シリンダ１４のピストン９,１６が図右側に移動し、加圧シリンダ１４内の作動油がタンクＴに戻される。
【００５４】
このように、ガス容器１へのガス充填時には加圧シリンダ１４の作動油圧力をタンクＴに抜くことができるため、ガス充填作業をスムーズに行うことができる。
【００５５】
ガスが満タンまで充填されると、燃料残量表示器１９の満タン表示に基づいて充填操作を終了し、エンジン３を再始動させるとともに、電磁切換弁２３を作動油供給位置イに戻すとことにより、再び加圧シリンダ１４に作動油を導入する。
【００５６】
他の実施形態
(１)  上記実施形態では、ガス容器側ピストン９の加圧面積と、加圧シリンダ側ピストン１６の受圧面積とを同じ大きさとしたが、これらを異なる大きさとしてもよく、これらの面積比に応じてリリーフ弁２５の設定圧力を決めればよい。たとえば、ピストン９の加圧面積に対してピストン１６の受圧面積を２倍とした場合、リリーフ弁２５の設定圧力は所定ガス圧の１／２の値に設定すればよい。
【００５７】
(２)  上記実施形態では、ガス容器１のピストン９の移動量と等価であるロッド１７の移動量を燃料残量としてストロークセンサ１８で検出する構成をとったが、ピストン９の移動量そのものを検出してもよい。
【００５８】
(３)  本発明は、天然ガス以外の圧縮ガス(ＬＰガス、水素等)を燃料とするエンジンを用いる建設機械にも適用することができる。
【００５９】
また、燃料電池で電動機を回転させて油圧ポンプを駆動するシステムをとる場合にも、燃料電池本体にガスを供給するガス容器内のガスが使い切れずに残ってしまうという問題があるため、本発明はこの燃料電池機関を原動機とする建設機械にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ガス容器
９  ガス容器のピストン
１０  ガス貯蔵室
１４  加圧手段としての加圧シリンダ
１６  同シリンダのピストン
１７  ピストン同士を連結するロッド
１８  ロッドの移動量を検出するストロークセンサ
１９  燃料残量表示器
２０  加圧シリンダの作動油室
２１  作動油供給管路
２３  加圧シリンダに作動油を供給する位置と同シリンダ内の作動油をタンクに戻して圧力を抜く位置との間で切換わり作動する電磁切換弁
２５  圧力設定弁としてのリリーフ弁
【図１】
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