(57)【要約】【課題】還元剤噴射装置における液状還元剤の熱分解を防止できるようにした機体を提供する。【解決手段】機体は、機械室19内に設けたエンジン21の排気ガス中の窒素酸化物を還元処理する排ガス処理装置24と、排ガス処理装置24に液状還元剤を供給する還元剤供給装置31とを具備している。排ガス処理装置24は、還元剤供給装置31から供給された液状還元剤を噴射する還元剤噴射装置28と、還元剤噴射装置28の近傍に還元剤噴射装置28に対向して設置された冷却ファン35とを具備したものである。冷却ファン35は、機械室19の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置28およびその上流側に対し吹き付け、冷却する。【選択図】図１
2013241809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械室と、
機械室内に設置されたエンジンと、
機械室内に設けられ排気ガス中の窒素酸化物を還元処理する排ガス処理装置と、
排ガス処理装置に液状還元剤を供給する還元剤供給装置とを具備した機体において、
排ガス処理装置は、
還元剤供給装置から供給された液状還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、
還元剤噴射装置の近傍に還元剤噴射装置に対向して設置され、機械室の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置に対し吹き付ける冷却ファンと
を具備したことを特徴とする機体。
【請求項２】
還元剤噴射装置またはその近傍雰囲気の温度を検出する温度検出装置と、
温度検出装置により検出された還元剤噴射装置またはその近傍の温度に応じて冷却ファンを制御する制御装置と
を具備したことを特徴とする請求項１記載の機体。
【請求項３】
冷却ファンは、取り外し可能であり、
冷却ファン設置箇所に、取り外した冷却ファンに替えて閉塞カバーを設置可能とした
ことを特徴とする請求項１または２記載の機体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の機体と、
機体に搭載された作業装置と
を具備した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、液状還元剤を用いる排ガス処理装置を備えた機体、およびこの機体を備えた作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物を還元処理するための液状還元剤として尿素水が用いられるが、この尿素水の熱分解温度は約１５０℃であり、尿素水の凍結温度は尿素３２．５％濃度(商品名：アドブルー)の場合で、−１１℃であることから、従来は、凍結防止のために還元剤タンクを温めるよう熱源近くに配置することが多い。例えば、車輌レイアウト上、還元剤タンクはエンジンなどの高温となるものの傍に配置されることがある。
【０００３】
排ガス処理装置という特徴から、還元剤噴射装置は、マフラなどの排気管の付近に設置されることとなり、還元剤噴射装置そのものが高温となる。
【０００４】
トラックなどの走行車輌においては、還元剤噴射装置やマフラなどは走行時の風で冷却されるが、油圧ショベルなどの定置作業を行なう作業機械では、エンジンルームに熱がこもりやすく高温となりやすい。
【０００５】
還元剤タンクがエンジンルームなどの機械室のような非常に高温になる場所に配置される場合は、尿素水の熱分解温度に近づくこととなり、性能の低下が懸念される。燃料噴射装置に供給される還元剤を適切な温度に管理しなければ、排ガス処理装置内に噴射される前に液状還元剤の熱分解温度に達してしまう懸念がある。外気温の高い地域では、液状還元剤を冷却する必要性がさらに高まる。
【０００６】
従来は、油圧ショベルなどの作業機械の機体においてエンジンルームに隣接するカウンタウエイトの内部にタンク収容空間を設け、このタンク収容空間内に、仕切部材によってカウンタウエイト内の重量調整材と隔てられるタンク収容室を、扉により開閉可能に形成し、このタンク収容室内に還元剤タンクを固定し、そして、タンク収容室と外部とを連通する連通開口部に、この連通開口部の開閉を行なう可動ルーバを設け、還元剤タンク内などの温度に応じて、この可動ルーバを制御したり、あるいは、タンク収容室内の空気を外部に排出または外部の空気をタンク収容室内に導入するファンを設け、還元剤タンク内などの温度に応じて、このファンを制御するようにしている（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２００９−２５０１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来は、還元剤噴射装置に供給される前の液状還元剤の温度を管理しているが、液状還元剤が高温の還元剤噴射装置に到達したときに熱分解温度に達してしまい、その機能を十分に発揮できないおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、還元剤噴射装置における液状還元剤の熱分解を防止できるようにした機体と、その機体を備えた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】
【００１０】
請求項１に記載された発明は、機械室と、機械室内に設置されたエンジンと、機械室内に設けられ排気ガス中の窒素酸化物を還元処理する排ガス処理装置と、排ガス処理装置に液状還元剤を供給する還元剤供給装置とを具備した機体において、排ガス処理装置は、還元剤供給装置から供給された液状還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、還元剤噴射装置の近傍に還元剤噴射装置に対向して設置され、機械室の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置に対し吹き付ける冷却ファンとを具備した機体である。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の機体において、還元剤噴射装置またはその近傍雰囲気の温度を検出する温度検出装置と、温度検出装置により検出された還元剤噴射装置またはその近傍の温度に応じて冷却ファンを制御する制御装置とを具備したものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の機体における冷却ファンが、取り外し可能であり、冷却ファン設置箇所に、取り外した冷却ファンに替えて閉塞カバーを設置可能としたものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の機体と、機体に搭載された作業装置とを具備した作業機械である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、還元剤供給装置から供給された液状還元剤を噴射する還元剤噴射装置の近傍に、この還元剤噴射装置に対向して冷却ファンを設置し、機械室の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置に対し吹き付けるようにしたので、外気により還元剤噴射装置を直接冷却して、還元剤噴射装置で液状還元剤が熱分解するおそれを防止できる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、温度検出装置により検出された還元剤噴射装置またはその近傍の温度に応じて制御装置が冷却ファンを制御するので、冷却ファン駆動のためのエネルギ消費を抑えつつ、還元剤噴射装置の適切な温度管理が可能となり、還元剤噴射装置の適温での噴射が可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、冷却ファン設置箇所に、取り外した冷却ファンに替えて閉塞カバーを設置可能としたので、気温の低い環境下で液状還元剤が凍結する懸念がある場合に対応でき、過度の冷却を防止できる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、定置作業または低速移動作業を行なう作業機械では、機械室に熱がこもりやすく高温となりやすいので、冷却ファンにより還元剤噴射装置を直接冷却して、還元剤噴射装置における液状還元剤が熱分解することを防止できる効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る機体の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同上機体の排ガス処理装置を示す平面図である。
【図３】同上機体の排ガス処理装置を示す正面図である。
【図４】同上機体を備えた作業機械の側面図である。
【図５】同上機体の排ガス処理装置用の冷却ファン制御系フローチャートである。
【図６】同上機体の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示された機体のカウンタウエイトを示す斜視図である。
【図８】図７に示された冷却ファンを取り外した状態の分解斜視図である。
【図９】図８に示された冷却ファンに替えて閉塞カバーを取り付けた斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を、図１乃至図５に示された一実施の形態、図６乃至図９に示された他の実施の形態に基いて詳細に説明する。
【００２０】
先ず、図１乃至図５に示された一実施の形態を説明する。
【００２１】
図４に示されるように、油圧ショベル形の作業機械10は、機体11が、下部走行体12と、この下部走行体12に旋回可能に設けられた上部旋回体13とを備え、この機体11の上部旋回体13にバケット形の作業装置14が搭載されている。
【００２２】
上部旋回体13上には、作業装置14を介して、オペレータの運転席が設けられたキャブ15と、工具などを収納するストレージボックス16とが設けられている。このストレージボックス16の後方には、燃料タンク17および作動油タンク18が設けられている。上部旋回体13の旋回軸受部より後部に位置する機体11内の機械室（エンジンルーム）19にはエンジン21が設置され、さらに後端にはカウンタウエイト22が搭載されている。
【００２３】
図１に示されるように、上部旋回体13の機械室19内に設置されたエンジン21の一側部には、ラジエータ、オイルクーラおよびこれらに外部から吸引した冷却風を当てて冷却する冷却ファンなどのクーリングパッケージ23が配置され、エンジン21の他側部には、機械室19内でエンジン21の排気系に対して排気ガスを浄化処理する排ガス処理装置24が配置されている。また、排ガス処理装置24の下側に位置するポンプ室には、エンジン21により駆動される複数の油圧ポンプ（図示せず）が配置されている。
【００２４】
排ガス処理装置24は、排気ガス配管中に、排気ガス中の黒煙を除去する黒煙除去装置（Diesel Particulate Filter）25と、排気ガス中の窒素酸化物を還元処理する窒素酸化物還元装置（Selective Catalytic Reduction）26とを配管27により直列に接続したものであり、窒素酸化物還元装置26は、その上流側の配管27に尿素水などの液状還元剤を噴射するインジェクタなどの還元剤噴射装置28を備えている。
【００２５】
この還元剤噴射装置28には、還元剤噴射装置28またはその近傍雰囲気の温度を検出する温度検出装置29が設けられている。
【００２６】
窒素酸化物還元装置26の上流側の配管27に設けられた還元剤噴射装置28に対して、窒素酸化物還元装置26に尿素水などの液状還元剤を供給する還元剤供給装置31が設けられている。
【００２７】
この還元剤供給装置31は、エンジン21の熱影響を受けない位置としてのストレージボックス16に設置された液状還元剤貯留用の液状還元剤タンク32およびこの液状還元剤タンク32内の液状還元剤を汲み上げ吐出する液状還元剤供給源としての液状還元剤ポンプ33と、この液状還元剤ポンプ33から機体11内の配管経路を経て機械室19内の窒素酸化物還元装置26の還元剤噴射装置28にわたり配設された尿素水供給配管（いわゆるユリアライン）などの還元剤供給配管34とを備えている。
【００２８】
図１および図２に示されるように、還元剤噴射装置28の近傍に還元剤噴射装置28およびその上流側に対向して冷却ファン35が設置され、この冷却ファン35により、機械室19の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置28およびその上流側に対し吹き付けるようにする。
【００２９】
冷却ファン35は、図２に示されたフレーム36に、図３に示された取付板37を介して複数のボルト38により取り付けられている。ボルト38を外すことで冷却ファン35は取付板37から取り外し可能である。
【００３０】
図３に示されるように、冷却ファン35は、取付板37に固定されるケーシング41上に電動モータ42が設けられ、ケーシング41内にこの電動モータ42により駆動される回転翼43が設けられたものであり、この回転翼43を回動することで、ケーシング41の上面に設けられた吸込口44から外気を吸い込み、取付板37に設けられた吹出口45から冷却風を還元剤噴射装置28およびその上流側に向けて吹き出すようにする。
【００３１】
エンジンルームなどの機械室19にはフード46が設けられているので、このフード46には、冷却ファン35のケーシング41と嵌合するための穴を開けておく。
【００３２】
ボルト38を外して冷却ファン35を取付板37から取り外した場合は、取付板37の吹出口45およびフード46の穴、すなわち冷却ファン設置箇所に、取り外した冷却ファン35に替えてケーシング41と同様の閉塞カバー（図示せず）を設置可能とする。この閉塞カバーには、吸込口44のような開口部はない。
【００３３】
図３に示されるように、上記温度検出装置29により検出された還元剤噴射装置28またはその近傍の温度に応じて冷却ファン35を制御する制御装置48が、例えばキャブ15内などに設けられている。
【００３４】
この制御装置48は、検出温度に応じて冷却ファン35をオン・オフ制御または比例制御する。オン・オフ制御は閾値によりファン駆動・停止を制御し、比例制御は、温度に応じてファン回転速度を制御する。
【００３５】
例えば、図５に示されるように、還元剤噴射装置28に設けられた温度検出装置29により還元剤噴射装置28または近傍の温度ｔを検出し（ステップ１）、オン・オフ制御では、検出温度ｔと閾値ｔoとを比較し（ステップ２）、検出温度ｔが閾値ｔo以上の場合は冷却ファン35を駆動し（ステップ３）、検出温度ｔが閾値ｔo未満の場合は冷却ファン35を停止する（ステップ４）。
【００３６】
次に、この図１乃至図５に示された実施の形態の作用効果を説明する。
【００３７】
還元剤供給装置31は、ストレージボックス16内の液状還元剤タンク32内にある尿素水などの液状還元剤を液状還元剤ポンプ33により汲み上げ、還元剤供給配管34を通して機械室19内の排ガス処理装置24に供給し、還元剤噴射装置28により窒素酸化物還元装置26の上流側に噴射する。
【００３８】
その際、還元剤噴射装置28に設けられた温度検出装置29により温度検出装置29またはその近傍の温度を検出し、オン・オフ制御では、検出温度と閾値とを比較し、検出温度が閾値以上の場合は冷却ファン35を駆動し、検出温度が閾値未満の場合は冷却ファン35を停止する。また、比例制御では、液状還元剤の検出温度の上昇に応じて冷却ファン35のファン回転速度を増速制御し、還元剤噴射装置28およびその上流側を冷却する能力を高めることで、還元剤噴射装置28の温度をより高精度に制御する。
【００３９】
このように、還元剤供給装置31から供給された液状還元剤を噴射する還元剤噴射装置28の近傍に、この還元剤噴射装置28およびその上流側に対向して冷却ファン35を設置し、機械室19の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置28およびその上流側に対し直接吹き付け、外気により還元剤噴射装置28を直接冷却するので、還元剤噴射装置28において液状還元剤が熱分解するおそれを防止できる。
【００４０】
温度検出装置29により検出された還元剤噴射装置28の温度に応じて制御装置48が冷却ファン35を制御するので、冷却ファン駆動のためのエネルギ消費を抑えつつ、還元剤噴射装置28の適切な温度管理が可能となり、還元剤噴射装置28の適温での噴射が可能となる。
【００４１】
特に、図４に示されるように、定置作業または低速移動作業を行なう作業機械10では、機械室19に熱がこもりやすく高温となりやすいので、冷却ファン35により還元剤噴射装置28およびその上流側を直接冷却して、この還元剤噴射装置28において液状還元剤が熱分解することを防止できる効果は大きい。
【００４２】
次に、図６乃至図９に示された他の実施の形態を説明する。なお、図１乃至図５に示された実施の形態と同様の部分には、同一符号を付して、その説明を簡略化する。
【００４３】
すなわち、作業機械10は、機体11と、機体11に搭載された作業装置14と、機体11に搭載されたエンジン21と、エンジン21の排気系に対して設けられた排気ガス中の窒素酸化物を還元処理する排ガス処理装置24とを具備している。
【００４４】
図６に示されるように、排ガス処理装置24の窒素酸化物還元装置26は、カウンタウエイト22側が上流側であり、この窒素酸化物還元装置26の上流側に尿素水などの液状還元剤を噴射するインジェクタなどの還元剤噴射装置28およびこの還元剤噴射装置28の温度を検出する温度検出装置29を備えている。
【００４５】
窒素酸化物還元装置26の還元剤噴射装置28に対して、窒素酸化物還元装置26に尿素水などの液状還元剤を供給する還元剤供給装置31が設けられている。
【００４６】
この還元剤供給装置31は、エンジン21の熱影響を受けない位置としてのストレージボックス16に設置された液状還元剤貯留用の液状還元剤タンク32およびこの液状還元剤タンク32内の液状還元剤を汲み上げ吐出する液状還元剤供給源としての液状還元剤ポンプ33と、この液状還元剤ポンプ33から排ガス処理装置24の還元剤噴射装置28にわたり配設された還元剤供給配管34とを備えている。
【００４７】
還元剤供給配管34は、燃料タンク17および作動油タンク18の上部を経た後、機械室19の一側に位置するコ字形断面部材50と、機械室19の一側に開閉自在に取り付けられた外装カバー板（図示せず）とで形成される遮熱ダクトを通して機械室19内に引き込まれ、窒素酸化物還元装置26の入口側に設けられた還元剤噴射装置28に接続されている。
【００４８】
図６に示されるように、カウンタウエイト22には、その上面から凹溝状のファン装着溝51が形成され、このファン装着溝51内に冷却ファン52が嵌着されている。
【００４９】
このファン装着溝51は、還元剤噴射装置28の近傍であって、還元剤噴射装置28およびその上流側に対向して冷却ファン52が設置される場所に位置している。
【００５０】
この冷却ファン52により、機械室19の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置28およびその上流側に対し吹き付けるようにする。
【００５１】
図７および図８に示されるように、冷却ファン52は、逆Ｌ形に形成されたファン本体53に図示しない電動モータにより駆動される回転翼54が回転自在に設けられたものであり、この回転翼54を回動することで、ファン本体53の上面板部に設けられた吸込口55から外気を吸い込み、ファン本体53の前面板部に設けられた吹出口56から冷却風を還元剤噴射装置28およびその上流側に向けて吹き出すようにする。
【００５２】
図８に示されるように、ファン本体53の上面板部および前面板部の周縁部には複数の取付穴57が設けられ、また、カウンタウエイト22のファン装着溝51の周縁部にも取付ねじ穴58が設けられているので、図７に示されるように、これらの取付穴57を通して取付ねじ穴58に螺入された複数のボルト59により、冷却ファン52がファン装着溝51内に固定されている。したがって、各ボルト59を外すことで、冷却ファン52をファン装着溝51から取り外し可能である。
【００５３】
図７に示されるように冷却ファン52をファン装着溝51に装着した場合と、図８に示されるように冷却ファン52をファン装着溝51から外して、ファン装着溝51を単なる通気穴として利用する場合と、図９に示されるように冷却ファン52に替えてファン本体53と同様の閉塞カバー60を設置する場合とを、外気温の程度に応じて選択する。この閉塞カバー60には、ファン本体53の吸込口55および吹出口56のような開口部はない。
【００５４】
冷却ファン52の電動モータも、前記冷却ファン35と同様の制御装置により、還元剤噴射装置28の検出温度に応じて、オン・オフ制御または比例制御される。オン・オフ制御は閾値によりファン駆動・停止を制御し、比例制御は、温度に応じてファン回転速度を制御する。
【００５５】
次に、この図６乃至図９に示された実施の形態の作用効果を説明する。
【００５６】
還元剤供給装置31は、ストレージボックス16内の液状還元剤タンク32内にある尿素水などの液状還元剤を液状還元剤ポンプ33により汲み上げ、還元剤供給配管34を通して機械室19内の排ガス処理装置24に供給し、還元剤噴射装置28により窒素酸化物還元装置26の上流側に噴射する。
【００５７】
このとき、温度検出装置29により還元剤噴射装置28の温度を検出し、この検出温度に応じて冷却ファン52をオン・オフ制御または比例制御して、還元剤噴射装置28の過度の温度上昇を防ぎ、窒素酸化物還元装置26の上流側に噴射される液状還元剤の熱分解を防止する。
【００５８】
このように、還元剤供給装置31から供給された液状還元剤を噴射する還元剤噴射装置28の近傍に、この還元剤噴射装置28に対向して冷却ファン52を設置し、機械室19の外部から外気を取り入れた冷却風を還元剤噴射装置28に対し吹き付けるようにしたので、外気により還元剤噴射装置28を直接冷却して、この還元剤噴射装置28で液状還元剤が熱分解するおそれを防止できる。
【００５９】
温度検出装置29により検出された還元剤噴射装置28の温度に応じて冷却ファン52を制御するので、冷却ファン駆動のためのエネルギ消費を抑えつつ、還元剤噴射装置28の適切な温度管理が可能となり、液状還元剤の還元剤噴射装置28での熱分解を効果的に防止できる。
【００６０】
また、図７の冷却ファン52を装着した場合と、図８の冷却ファン52を取り外した場合と、図９の閉塞カバー60をした場合とを外気温の程度に応じて選択できるようにし、特に、冷却ファン52の設置箇所に、取り外した冷却ファン52に替えて閉塞カバー60を設置可能としたので、寒冷地などの冷却の必要のない地域や冬季などの気温の低い環境下で液状還元剤が凍結する懸念がある場合に対応でき、過度の冷却を防止できる。
【００６１】
なお、上記実施の形態では、冷却ファン52の設置場所をカウンタウエイト22のファン装着溝51としているが、この場所に限定されるものではなく、還元剤噴射装置28の近傍であれば、他の場所でもよい。
【００６２】
本発明は、エンジンにより駆動される機体であれば、作業機械の他にも適用でき、例えば輸送機械などにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、機体および作業機械を製造または販売などする者にとって産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６４】
10    作業機械
11    機体
14    作業装置
19    機械室
21    エンジン
24    排ガス処理装置
28    還元剤噴射装置
29    温度検出装置
31    還元剤供給装置
35    冷却ファン
48    制御装置
52    冷却ファン
【図１】
2013241809.tif 000003
【図２】
2013241809.tif 000004
【図３】
2013241809.tif 000005
【図４】
2013241809.tif 000006
【図５】
2013241809.tif 000007
【図６】
2013241809.tif 000008
【図７】
2013241809.tif 000009
【図８】
2013241809.tif 000010
【図９】
2013241809.tif 000011