(57)【要約】【課題】厳寒地においてエンジン冷却水をエンジンの排気ガスの熱を用いて加熱する際、エンジンの排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する能力が外気の影響により低下することを防止できる作業機械の暖房装置を提供すること。【解決手段】吹出口４１と、送風機４２と、この送風機４２から吹出口４１に向かって流れる空気を加熱するヒータコア４４と、エンジン冷却装置２０からヒータコア４４にエンジン冷却水を導く暖房用配管４５と、この暖房用配管４５を流れるエンジン冷却水をエンジン１０の排気ガスの熱で加熱する加熱手段５０とを備え、加熱手段５０は、エンジン１０の排気マニホールドから作業機械の外部に向かって延びた排気管１１内（消音器１２のケース１２ａ内）に位置して暖房用配管４５の一部を成す受熱管５１を備え、この受熱管５１は排気管１１内の排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の吹出口と、この吹出口から吹出される空気の流れを生起させる送風機と、この送風機から前記吹出口に向かって流れる空気を加熱するヒータコアと、エンジン冷却装置から前記ヒータコアにエンジン冷却水を導く暖房用配管と、この暖房用配管を流れるエンジン冷却水をエンジンの排気ガスの熱で加熱する加熱手段とを備え、前記ヒータコアは前記加熱手段により加熱されたエンジン冷却水を熱源として空気を加熱する作業機械の暖房装置において、
前記加熱手段は、エンジンの排気マニホールドから作業機械の外部に向かって延びた排気管内に位置して前記暖房用配管の一部を成す受熱管を備え、この受熱管は前記排気管内の排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する
ことを特徴とする作業機械の暖房装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械の暖房装置において、
前記排気管の外部に位置する前記暖房用配管の部分と前記受熱管とを、その受熱管の延びた方向において複数個所で接続する複数の接続管と、
前記複数の接続管のそれぞれに個別に設けられ、その接続管を開閉するバルブと、
これら複数のバルブを制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記複数のバルブのうち１個を選択的に開けることによって、エンジン冷却水が前記排気管内に入ってから出るまでの距離を変更する
ことを特徴とする作業機械の暖房装置。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械の暖房装置において、
前記制御手段は、暖房に要求される熱量を判定する判定手段を備え、この判定手段により判定された熱量が大きいほど前記距離が長くなり、その熱量が小さいほど前記距離が短くなるよう前記複数のバルブを制御する
ことを特徴とする作業機械の暖房装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機械の暖房装置において、
前記受熱管は、前記排気管の一部を成す消音器のケース内に位置する
ことを特徴とする作業機械の暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンプトラック、油圧ショベルなどの作業機械に備えられる暖房装置であって、その作業機械に搭載されたエンジンの排気ガスの熱でエンジン冷却水を加熱し、加熱後の冷却水を暖房の熱源とする作業機械の暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の自動車用暖房装置は、エンジンの排気ガスの熱を吸収する第１熱交換器と、この第１熱交換器から熱を伝達される流体が収容された熱サイフォンと、この熱サイフォン内の流体の熱をエンジン冷却水に伝達して温水を生成する第２熱交換器と、この第２熱交換器により生成された温水をヒータコアに導く管路とを備える。ヒータユニットはファンの下流に位置し、ファンから送られてくる空気に温水の熱を伝達する。ヒータコアから熱を伝達された空気は車室内に導かれ、この結果、車室内が暖房される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−８２６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ダンプトラック、油圧ショベル等の作業機械は厳寒地で使用される場合がある。この場合、その作業機械には、オペレータが作業機械に乗った直後から、すなわちエンジンの始動直後から、運転室内の暖房を開始できることが必要である。
【０００５】
前述のように特許文献１に開示の自動車用暖房装置は、エンジンの排気ガスの熱を暖房に利用している。エンジンの排気ガスはエンジンの始動直後から得られるものであるから、この自動車用暖房装置は、一見、厳寒地で使用される作業機械にも好適なものでありそうであるが、この自動車用暖房装置において排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する機器、すなわち第１熱交換器、第２熱交換器および熱サイフォンは厳寒地の外気により冷却されてしまうことが考えられ、この場合、エンジンの始動直後は暖房に十分な熱をエンジン冷却水に伝達できないおそれがある。
【０００６】
本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、厳寒地においてエンジン冷却水をエンジンの排気ガスの熱を用いて加熱する際、エンジンの排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する能力が外気の影響により低下することを防止できる作業機械の暖房装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するために、本発明に係る作業機械の暖房装置は次のように構成されている。
【０００８】
〔１〕  本発明に係る作業機械の暖房装置は、空気の吹出口と、この吹出口から吹出される空気の流れを生起させる送風機と、この送風機から前記吹出口に向かって流れる空気を加熱するヒータコアと、エンジン冷却装置から前記ヒータコアにエンジン冷却水を導く暖房用配管と、この暖房用配管を流れるエンジン冷却水をエンジンの排気ガスの熱で加熱する加熱手段とを備え、前記ヒータコアは前記加熱手段により加熱されたエンジン冷却水を熱源として空気を加熱する作業機械の暖房装置において、前記加熱手段は、エンジンの排気マニホールドから作業機械の外部に向かって延びた排気管内に位置して前記暖房用配管の一部を成す受熱管を備え、この受熱管は前記排気管内の排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達することを特徴とする。
【０００９】
この「〔１〕」に記載の作業機械の暖房装置において、加熱手段は、エンジンの排気マニホールドから延びた排気管内に位置して配管の一部を成す受熱管を備え、この受熱管において排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する。つまり、従来の技術においては、熱を伝達するための機器（第１熱交換器、第２熱交換器および熱サイフォン）を用いて、排気ガスの熱を間接的にエンジン冷却水に伝達していたが、本発明に係る作業機械の暖房装置においては、排気管内に受熱管が位置することによって排気ガスの熱を直接的にエンジン冷却水に伝達することができる。これにより、厳寒地においてエンジン冷却水をエンジンの排気ガスの熱を用いて加熱する際、エンジンの排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する能力が外気の影響により低下することを防止できる。
【００１０】
〔２〕  本発明に係る作業機械の暖房装置は、「〔１〕」に記載の作業機械の暖房装置において、前記排気管の外部に位置する前記配管の部分と前記受熱管とを、その受熱管の延びた方向において複数個所で接続する複数の接続管と、前記複数の接続管のそれぞれに個別に設けられ、その接続管を開閉するバルブと、これら複数のバルブを制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数のバルブのうち１個を選択的に開けることによって、エンジン冷却水が前記排気管内に入ってから出るまでの距離を変更することを特徴とする。
【００１１】
この「〔２〕」に記載の作業機械の暖房装置において、制御手段は、複数のバルブのうち１個を選択的に開けることによって、エンジン冷却水が排気管内に入ってから出るまでの距離を変更する。これにより、排気管内でエンジン冷却水に排気ガスの熱が伝達される時間、すなわち、エンジン冷却水に伝達する熱量を変更できる。
【００１２】
〔３〕  本発明に係る作業機械の暖房装置は、「〔２〕」に記載の作業機械の暖房装置において、制御手段は、暖房に要求される熱量を判定する判定手段を備え、この判定手段により判定された熱量が大きいほど前記距離が長くなり、その熱量が小さいほど前記距離が短くなるよう前記複数のバルブを制御することを特徴とする。これによって、暖房に要求される熱量に応じて、排気管内でエンジン冷却水に伝達する熱量を変更できる。
【００１３】
〔４〕  本発明に係る作業機械の暖房装置は、「〔１〕」〜「〔３〕」のいずれか１に記載の作業機械の暖房装置において、前記受熱管は、前記排気管の一部を成す消音器のケース内に位置することを特徴とする。これにより、受熱管を設けることが、受熱管の周囲に位置することになる機器とのレイアウト上の関係で障害になりにくい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る作業機械の暖房装置は、前述のように、厳寒地においてエンジン冷却水をエンジンの排気ガスの熱を用いて加熱する際、エンジンの排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する能力が外気の影響により低下することを防止できる。この結果、オペレータが作業機械に乗った直後から、すなわちエンジンの始動直後から、運転室内の暖房を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る暖房装置が備えられる作業機械の一例である油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る暖房装置の概略を示す図である。
【図３】エンジンの内部のみでエンジン冷却水が循環する場合のサーモスタットの状態を示す図である。
【図４】エンジンとラジエータの間でエンジン冷却水が循環する場合のサーモスタットの状態を示す図である。
【図５】図４に示した暖房装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示した制御系の構成により行われる処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る作業機械の暖房装置について図１〜図６を用いて説明する。
【００１７】
図１に示す油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、この走行体２の上部に旋回可能に結合し、運転室４、機械室５およびカウンタウェイト６を有する旋回体３と、この旋回体３の前部に設けられ、ブーム７ａ、アーム７ｂおよびバケット７ｃを有するフロント作業装置７とを備える。
【００１８】
機械室５内には、エンジン１０（ディーゼルエンジン）が格納されている。このエンジン１０には、排気ガスが排出される排気マニホールド（図示していない）が設けられている。この排気マニホールドには、油圧ショベル１の外部に向かって延びた排気管１１が接続されている。この排気管１１は、排気音を低減する消音器１２と、この消音器１２から上方向に延びて機械室５の天井を貫通して設けられ排気筒１３（図１参照）とを備える。
【００１９】
また、機械室５内においてエンジン１０には水冷式のエンジン冷却装置２０が付設されている。このエンジン冷却装置２０は、ラジエータ２２とエンジン１０の内部との間でエンジン冷却水を循環させる冷却回路２１と、ラジエータ２２を通過する空気の流れを生じさせる冷却ファン２３とを備える。
【００２０】
冷却回路２１は、エンジン冷却水に流れを生じさせる冷却水ポンプ２４と、この冷却水ポンプ２４から吐出されたエンジン冷却水をエンジン１０の内部に導く内部管路２５と、この内部管路２５をラジエータ２２に接続する排出管路２６と、ラジエータ２２を通過したエンジン冷却水を冷却水ポンプ２４に導く導入管路２７とを備える。つまり、冷却回路におけるエンジン冷却水の循環は、冷却水ポンプ２４から吐出された後、内部管路２５を流れながらエンジン１０の熱を吸収し、次に、排出管路２６を通じてラジエータ２２に導かれて放熱し、次に、導入管路２７を通じて冷却水ポンプ２４に導かれ、この冷却水ポンプ２４から再び吐出される、というものである。このエンジン冷却水の循環が繰り返されることによって、エンジン１０は冷却されるのである。
【００２１】
冷却回路２１には、サーモスタット２８が設けられている。このサーモスタット２８は、内部管路２５と排出管路２６の間に介在して設けられている。このサーモスタット２８は、導入管路２７に接続されたバイパス管路２９と、内部管路２５からのエンジン冷却水の流動先を、排出管路２６およびバイパス管路管路２９のいずれかに選択的に切り換える弁体３０とを備える。この弁体３０は、エンジン冷却水の規定温度（例えば８０℃）、すなわち、エンジン１０の各部が適正温度に達することを妨げないエンジン冷却水の温度の下限値として設定された温度よりも、エンジン冷却水の温度が低いときには、図３に示すように排出管路２６を閉じた状態でバイパス管路２９を開いた状態となり、そのエンジン冷却水の温度が規定温度以上のときには図４に示すように排出管路２６を開いた状態でバイパス管路２９を閉じた状態となる。つまり、サーモスタット２８はエンジン１０の各部が適正温度に達していない状態においては、エンジン冷却水をラジエータ２２で冷却せずに、エンジン１０の内部のみで循環させるようになっている。
【００２２】
本実施形態に係る暖房装置４０は、図２に示すように、空気の吹出口４１と、この吹出口４１から吹出される空気の流れを生起させる送風機４２と、この送風機４２を駆動する送風機モータ４３（電動モータ）と、送風機４２から吹出口４１に向かって流れる空気を加熱するヒータコア４４とを備える。これら吹出口４１、送風機４２、送風機モータ４３、ヒータコア４４は運転室４内に設けられている。
【００２３】
暖房装置４０はさらに、冷却回路２１のサーモスタット２８よりも上流側において内部管路２５から分岐して設けられた配管であって、エンジン冷却装置２０からヒータコア４４にエンジン冷却水を導く暖房用配管４５と、この暖房用配管４５内を流れるエンジン冷却水を加熱する加熱手段５０とを備える。
【００２４】
加熱手段５０は、排気管１１の一部を成す消音器１２のケース１２ａ内に位置し、暖房用配管４５の一部を成す受熱管５１を備え、この受熱管５１において排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達するようになっている。受熱管５１において加熱されたエンジン冷却水（温水）はヒータコア４４に導かれ、このヒータコア４４において空気を加熱するための熱源となる。
【００２５】
加熱手段５０はさらに、受熱管５１においてエンジン冷却水に伝達される熱量の調整を可能にする調整手段６０を備える。この調整手段６０は、消音器１２の外部（排気管１１の外部）に位置する暖房用配管４５の部分と受熱管５１とを、その受熱管５１の延びた方向において複数個所、例えば４箇所で接続する第１〜第４接続管６１〜６４と、これら第１〜第４接続管６１〜６４のそれぞれに個別に設けられた電磁弁であり、その接続管を開閉する第１〜第４バルブ７１〜７４のそれぞれとを備える。第１〜第４バルブ７１〜７４のうち第１バルブ７１のみが開いた状態、同じく第２バルブ７２のみが開いた状態、同じく第３バルブ７３のみが開いた状態、同じく第４バルブ７４のみが開いた状態の順に、エンジン冷却水が消音器１２のケース１２ａ内に入ってから出るまでの距離が長くなる。
【００２６】
図５に示すように、暖房装置４０はさらに、ヒータコア４４の入口４４ａにおけるエンジン冷却水の温度である温水入口温度を検出信号（電気信号）に変換して出力する温水入口温度センサ１０１と、運転室４の外部の温度である外気温度を検出信号（電気信号）に変換して出力する外気温度センサ１０２と、吹出口４１における空気の温度である吹出口温度を検出信号（電気信号）に変換して出力する吹出口温度センサ１０３と、室温の設定値の入力操作に基づき指令信号（電気信号）を出力する室温設定装置１０４と、吹出風量の設定値の入力操作に基づき指令信号（電気信号）を出力する風量設定装置１０５と、温水入口温度の検出信号、外気温度の検出信号、吹出口温度の検出信号、室温の設定値の指令信号、および、吹出風量の設定値の指令信号を入力し、これらの信号に基づき第１〜第４バルブ７１〜７４を制御する制御手段である制御装置１００とを備える。
【００２７】
制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭにより処理を行うマイクロコンピュータであり、制御プログラムにより設定された手段である判定手段１００ａを備える。この判定手段１００ａは、温水入口温度の検出信号、外気温度の検出信号、吹出口温度の検出信号、室温の設定値の指令信号、および、吹出風量の設定値の指令信号が制御装置１００に入力されると、温水入口温度、外気温度と室内温度の設定値の差、吹出口温度と室内温度の設定値の差、吹出風量の設定値に基づき、暖房に要求される熱量を判定するものである。
【００２８】
そして、制御装置１００は、その判定手段１００ａにより判定された熱量に基づき、第１〜第４バルブ７１〜７４のうち１個を選択的に開けることによって、エンジン冷却水が消音器１２のケース１２ａ内に入ってから出るまでの距離を変更するようになっている。ただし、運転室４内の温度が上昇し過ぎることを防止するため、温水入口温度が１００℃以上の場合には、第１〜第４バルブ７１〜７４の全てを閉じるようになっている。
【００２９】
なお、制御装置１００は、吹出風量の設定値の指令信号に基づき送風機モータ４３を制御するものでもある。
【００３０】
制御装置１００により行われる第１〜第４バルブ７１〜７４の制御の流れを、図６を用いて説明する。
【００３１】
図６に示すように、制御装置１００は、室温設定装置１０４からの室温の設定値の指令信号を入力し、その室温の設定値を記憶するとともに、風量設定装置１０５からの吹出風量の設定値の指令信号を入力し、その吹出風量の設定値を記憶する（ステップＳ１）。
【００３２】
次に、制御装置１００は、温水入口温度センサ１０１からの温水入口温度の検出信号、外気温度センサ１０２からの外気温度の検出信号、吹出口温度センサ１０３からの吹出口温度の検出信号を入力する（ステップＳ２）。
【００３３】
次に、制御装置１００は判定手段１００ａによって、温水入口温度、外気温度と室内温度の設定値の差、吹出口温度と室内温度の設定値の差、吹出風量の設定値に基づき、暖房に要求される熱量を判定する（ステップＳ３）。
【００３４】
次に、制御装置１００は、判定手段１００ａにより判定した熱量に基づき、第１〜第４バルブ７１〜７４のうちから１つを選択して開け（ステップＳ４）、ステップＳ２からのルーチンに戻る。その後、「ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４」のルーチンが繰り返される。これにより、第１〜第４バルブ７１〜７４の状態は、例えば暖房の開始直後は第４バルブ７４のみが開けられた状態となり、その後、室内温度の上昇により暖房に要求される熱量が１段階ずつ下がることに連動して、第３バルブ７３のみが開けられた状態、第２バルブ７２のみが開けられた状態、第１バルブ７１のみが開けられた状態へ順次移行する。
【００３５】
本実施形態に係る作業機械の暖房装置４０によれば次の効果を得られる。
【００３６】
本実施形態に係る暖房装置４０において、加熱手段５０は、エンジン１０の排気管１１内（消音器１２のケース１２ａ内）に位置する受熱管５１によって、排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する。つまり、従来の技術においては、熱を伝達するための機器（第１熱交換器、第２熱交換器および熱サイフォン）を用いて、排気ガスの熱を間接的にエンジン冷却水に伝達していたが、本実施形態に係る暖房装置４０においては、排気管１１内に受熱管５１が位置することによって排気ガスの熱を直接的にエンジン冷却水に伝達することができる。これにより、厳寒地においてエンジン冷却水をエンジン１０の排気ガスの熱を用いて加熱する際、エンジン１０の排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝達する能力が外気の影響により低下することを防止できる。
【００３７】
本実施形態に係る暖房装置４０において、制御装置１００は、第１〜第４バルブ７１〜７４のうち１個を選択的に開けることによって、エンジン冷却水が排気管１１内（消音器１２のケース１２ａ内）に入ってから出るまでの距離を変更する。これにより、排気管１１内でエンジン冷却水に排気ガスの熱が伝達される時間、すなわち、エンジン冷却水に伝達する熱量を変更できる。
【００３８】
本実施形態に係る暖房装置４０において、制御装置１００は、エンジン冷却水が排気管１１内（消音器１２のケース１２ａ内）に入ってから出るまでの距離が、判定手段１００ａにより判定された熱量が大きいほど長くなり、その熱量が小さいほど短くなるよう第１〜第４バルブ７１〜７４を制御する。これにより、暖房に要求される熱量に応じて、排気管１１内でエンジン冷却水に伝達する熱量を変更できる。
【００３９】
本実施形態に係る暖房装置４０において、受熱管５１は排気管１１の一部を成す消音器１２のケース１２ａ内に位置する。これにより、受熱管５１を設けることが、受熱管５１の周囲に位置することになる機器とのレイアウト上の関係で障害になりにくい。
【００４０】
本実施形態に係るダ暖房装置４０は、油圧ショベル１に適用されている。油圧ショベル１に搭載されるエンジン１０は、自動車に搭載されるエンジンよりも大型のエンジンである場合が多く、この場合、自動車よりも多くの排気量を得られるため、暖房に十分な熱量を確実に得ることができる。
【００４１】
なお、本実施形態に係る暖房装置４０は油圧ショベル１に適用されたものであったが、本発明の適用対象となる作業機械は、ダンプトラックなどの他の種類の作業機械であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  油圧ショベル
２  走行体
２ａ  履帯
３  旋回体
４  運転室
５  機械室
６  カウンタウェイト
７  フロント作業装置
７ａ  ブーム
７ｂ  アーム
７ｃ  バケット
１０  エンジン
１１  排気管
１２  消音器
１２ａ  ケース
１３  排気筒
２０  エンジン冷却装置
２１  冷却回路
２２  ラジエータ
２３  冷却ファン
２４  冷却水ポンプ
２５  内部管路
２６  排出管路
２７  導入管路
２８  サーモスタット
２９  バイパス管路
３０  弁体
４０  暖房装置
４１  吹出口
４２  送風機
４３  送風機モータ
４４  ヒータコア
４４ａ  入口
４５  暖房用配管
５０  加熱手段
５１  受熱管
６０  調整手段
６１〜６４  第１〜第４接続管
７１〜７４  第１〜第４バルブ
１０１  温水入口温度センサ
１０２  外気温度センサ
１０３  吹出口温度センサ
１０４  室温設定装置
１０５  風量設定装置
１００  制御装置
１００ａ  判定手段
【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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