(57)【要約】【課題】安価にして還元剤の過熱を防止可能な排気浄化装置を備えたエンジン動力機械を提供する。【解決手段】還元剤供給装置４によりエンジン１の排気管２内に還元剤を噴射し、排気中の窒素酸化物を無害化する排気浄化装置を備えたエンジン動力機械において、還元剤供給装置４により噴射される還元剤を貯蔵する還元剤タンク５の冷却装置として、コントローラ１２で駆動及び停止が制御される冷却ファン７を備える。コントローラ１２は、還元剤温度検出器６から出力される検出温度信号ａが記憶部１２ｂに記憶された冷却開始温度より高くなった場合に冷却ファン７を駆動して、還元剤タンク５の冷却を開始する。【選択図】図１
2009013845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に付設され、前記排気通路内を流れる排気中の窒素酸化物を還元剤により選択的に還元処理する脱硝触媒と、還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、前記還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を前記排気通路内に噴射する還元剤供給装置と、前記還元剤タンク内に貯蔵された還元剤の温度を検出する還元剤温度検出器と、前記還元剤タンクを冷却する冷却ファンと、前記還元剤温度検出器から出力される検出温度信号を入力し、前記冷却ファンの駆動を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記検出温度信号を入力する入力ポートと、前記還元剤タンクの冷却開始温度が記憶された記憶部と、前記検出温度信号と前記冷却開始温度とを対比し、前記検出温度信号が前記冷却開始温度以上になったとき、前記冷却ファンの駆動信号を出力する演算部と、前記駆動信号を出力する出力ポートとを有することを特徴とするエンジン動力機械。
【請求項２】
前記還元剤が尿素水であり、前記冷却開始温度が＋３５℃であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン動力機械。
【請求項３】
前記還元剤タンクの外面に冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン動力機械。
【請求項４】
前記冷却ファンの動力源として、電気モータ又は油圧モータを用いたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン動力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械や自動車などのエンジンを動力源とする機械（エンジン動力機械）に係り、特に、脱硝触媒及びこれに添加される還元剤を利用して排気中の窒素酸化物を無害化する排気浄化装置を備えたエンジン動力機械における排気浄化装置の温度管理手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン動力機械に搭載される排気浄化装置としては、排気管に付設された脱硝触媒と、この脱硝触媒の付設位置よりも上流側から還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を噴射する還元剤供給装置とを備え、脱硝触媒の存在下で還元剤により窒素酸化物を選択的に還元処理して、排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素ガスと水とに分解するものが知られている。なお、前記還元剤としては、排気管内で加水分解して窒素酸化物との反応性が良好なアンモニアに変化する尿素水、アンモニア水溶液、及び炭化水素を主成分とした軽油等が用いられる。
【０００３】
これらの還元剤は、過冷状態になると凝固して排気管内への噴射が不可能になり、過熱状態になると成分が気化して悪臭を発生すると共に、凍結や過熱によって還元剤の濃度が変化すると、還元剤タンク内に設置された濃度センサからの信号によってエンジン始動制限が掛けられるなどの不都合が生じるので、還元剤タンク内に貯蔵された状態で適温に保たれるように何らかの保温対策を必要とする。従来、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤の保温対策としては、還元剤タンク内に熱交換器を設置すると共に、エンジン冷却水の循環通路に三方向コックを介して放熱装置を備えた冷却用循環通路を連結し、還元剤が過冷状態になった場合には、三方向コックを冷却水循環通路側に切り換えて当該冷却水循環通路を流れる高温の冷却水を還元剤タンク内の熱交換器に導き、還元剤が過熱状態になった場合には、三方向コックを冷却用循環通路側に切り換えて当該冷却用循環通路を流れる低温の冷却水を還元剤タンク内の熱交換器に導くものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、建設機械に搭載される還元剤タンクの凍結防止手段としては、還元剤タンクを、エンジンルームの内部、油圧ポンプの近傍、運転室内、作動油タンクの近傍又は油圧モータの近傍に配置する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００５−８３２２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の技術は、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤の冷却手段として、熱交換器、冷却水循環通路、三方向コック、放熱装置及び冷却用循環通路を必要とするので、装置が大掛かりとなり、排気浄化装置ひいてはこれを備えたエンジン動力機械が高コスト化するという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献２に開示の技術は、コスト的には有利であるが、還元剤タンクが比較的高温の室内に設置され、かつ還元剤タンクの冷却手段が備えられていないので、エンジン動力機械の稼働状況によっては、還元剤タンク内の還元剤が過熱されやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、安価にして還元剤の過熱を防止可能な排気浄化装置を備えたエンジン動力機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するため、第１に、エンジンの排気通路に付設され、前記排気通路内を流れる排気中の窒素酸化物を還元剤により選択的に還元処理する脱硝触媒と、還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、前記還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を前記排気通路内に噴射する還元剤供給装置と、前記還元剤タンク内に貯蔵された還元剤の温度を検出する還元剤温度検出器と、前記還元剤タンクを冷却する冷却ファンと、前記還元剤温度検出器から出力される検出温度信号を入力し、前記冷却ファンの駆動を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記検出温度信号を入力する入力ポートと、前記還元剤タンクの冷却開始温度が記憶された記憶部と、前記検出温度信号と前記冷却開始温度とを対比し、前記検出温度信号が前記冷却開始温度以上になったとき、前記冷却ファンの駆動信号を出力する演算部と、前記駆動信号を出力する出力ポートとを有するという構成にした。
【０００９】
かかる構成によると、還元剤温度検出器から出力される検出温度信号が記憶部に記憶された冷却開始温度以上になったとき、コントローラの演算部が冷却ファンの駆動信号を出力し、冷却ファンを駆動するので、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤の過熱ひいては悪臭の発生を防止することができる。また、還元剤の過熱防止手段として、冷却ファンを所定位置に設置するだけで良いので、安価に実施することができる。
【００１０】
本発明は第２に、前記第１の構成のエンジン動力機械において、前記還元剤が尿素水であり、前記冷却開始温度が＋３５℃であるという構成にした。
【００１１】
尿素水を用いた排気浄化装置は、ディーゼルエンジン用及びガソリンエンジン用の排気浄化装置として最も一般的に用いられており、かつ技術的に確立しているので、これを用いることにより、安定な排気浄化を実現できる。尿素水は、約＋４０℃で気化し、アンモニア臭が発生するので、尿素水の気化温度よりも低い＋３５℃で冷却ファンの駆動を開始することにより、アンモニア臭の発生を防止することができる。
【００１２】
本発明は第３に、前記第１の構成のエンジン動力機械において、前記還元剤タンクの外面に冷却フィンを設けるという構成にした。
【００１３】
還元剤タンクの外面に冷却フィンを設けると、還元剤タンクからの放熱を効率化できるので、冷却ファンによる還元剤タンクの冷却効果をより高めることができる。
【００１４】
本発明は第４に、前記第１の構成のエンジン動力機械において、前記冷却ファンの動力源として、電気モータ又は油圧モータを用いるという構成にした。
【００１５】
冷却ファンの動力源として電気モータを用いると、冷却ファンの設置と必要な配線を施すだけで還元剤タンクを冷却できるので、低コストで還元剤タンク冷却装置付きの排気浄化装置を実施できる。また、冷却ファンの動力源として油圧モータを用いると、圧油を機械各部の動力源として用いる油圧ショベルなどの油圧駆動式のエンジン駆動機械においては、動力の有効利用を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエンジン動力機械は、還元剤タンクの冷却ファンを備え、還元剤温度検出器から出力される検出温度信号が記憶部に記憶された冷却開始温度以上になったとき、コントローラの演算部から出力される冷却ファンの駆動信号に基づいて冷却ファンを駆動するので、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤の過熱ひいては悪臭の発生を防止することができる。また、還元剤の過熱防止手段として、冷却ファンを備えるだけで良いので、安価に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るエンジン動力機械の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。図１は実施形態に係るエンジン動力機械の構成図、図２は実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図、図３は実施形態に係る還元剤タンクの断面図、図４は実施形態に係る還元剤供給装置、冷却ファン及び開閉装置の動作温度を示す表図である。
【００１８】
図１に示すように、本例のエンジン動力機械には、機械各部の動力源であるエンジン１と、エンジン１の排気管（排気通路）２に付設された脱硝触媒３と、脱硝触媒３の付設位置よりも上流側の排気管２内に窒素酸化物の還元剤を噴射する還元剤供給装置４と、還元剤供給装置４により噴射される還元剤を貯蔵する還元剤タンク５と、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤の温度を検出する還元剤温度検出器６と、還元剤タンク５の冷却ファン７と、エンジン冷却媒体の一部を還元剤タンク５に導く冷却媒体流路８と、冷却媒体流路８内を流れるエンジン冷却媒体の熱により還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を加熱する還元剤加熱装置１０と、冷却媒体流路８を開閉する開閉装置１１と、還元剤温度検出器６から出力される検出温度信号ａを入力し、還元剤供給装置４、冷却ファン７及び開閉装置１１の駆動信号ｂ，ｃ，ｄを出力するコントローラ１２とが備えられている。
【００１９】
コントローラ１２は、図２に示すように、検出温度信号ａを受け入れる入力ポート１２ａと、還元剤タンク５の冷却開始温度及び還元剤供給装置４の噴射開始温度が記憶された記憶部１２ｂと、検出温度信号ａと冷却開始温度とを対比し、検出温度信号ａが冷却開始温度以上になったとき、冷却ファン７の駆動信号ｃ及び開閉装置１１の駆動信号ｄを出力すると共に、検出温度信号ａと噴射開始温度とを対比し、検出温度信号ａが噴射開始温度以上になったとき、還元剤供給装置４の駆動信号ｂを出力する演算部１２ｃと、駆動信号ｂ，ｃ，ｄを出力する出力ポート１２ｄとを有する。還元剤タンク５の冷却開始温度は、還元剤の気化温度よりやや低い温度、例えば還元剤として尿素水を用いる場合には、アンモニア発生温度である＋４０℃よりもやや低い温度、例えば＋３５℃に設定される。また、還元剤供給装置４の噴射開始温度は、還元剤の凍結温度よりやや高い温度、例えば還元剤として尿素水を用いる場合には、尿素水の凍結温度である−１１℃よりも高い温度、例えば０℃に設定される。
【００２０】
脱硝触媒３、還元剤供給装置４及び還元剤タンク５は、前掲の特許文献１に記載の排気浄化装置を構成するもので、還元剤タンク５内に貯蔵された尿素水、アンモニア水溶液、又は炭化水素を主成分とした軽油などの還元剤を還元剤供給装置４により排気管２内に霧状に噴射し、脱硝触媒３の存在下で還元剤により窒素酸化物を選択的に還元処理して、排気中の窒素酸化物を無害な窒素ガスと水とに分解する。還元剤として尿素水を用いる場合には、排気管２内に噴射された尿素水を排気熱により加水分解して窒素酸化物と反応性の良いアンモニアを生成し、この生成されたアンモニアにより窒素酸化物を選択的に還元処理する。排気管２内への還元剤の噴射量は、排気量及び排気温度に応じて、排気中の窒素酸化物を相当量除去でき、かつ余剰の還元剤を生じない範囲に制御される。還元剤供給装置４は、ノズル４ａと、このノズル４ａを通して還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を霧状に噴射する噴射部４ｂとからなり、噴射部の駆動及び停止は、コントローラ１２から出力される駆動信号ｂにより制御される。
【００２１】
還元剤タンク５は、プラスチックやステンレス板などによって形成され、外面の必要箇所には、図３に示すように、冷却フィン５ａが設けられる。これにより、冷却ファン７の小型化や送風による効率的な冷却が可能になる。還元剤タンク５は、エンジン動力機械の任意の位置に設置できるが、万が一悪臭が発生した場合にも悪臭が運転室内に侵入しない位置、例えば建設機械においてはユーティリティ室内、トラックにおいては車体下などに設置することが望ましい。還元剤タンク５をユーティリティ室などの室内に設置する場合には、冷却ファン７による冷却効率を高めるため、送風の下流側に通気孔を開口することが特に望ましい。
【００２２】
冷却ファン７は、回転羽根７ａと、これを回転駆動するモータ７ｂとからなり、モータ７ｂの駆動及び停止は、コントローラ１２から出力される駆動信号ｃにより制御される。モータ７ｂとしては、電気モータを用いることもできるし、油圧モータを用いることもできる。冷却ファン７用のモータ７ｂとして電気モータを用いると、冷却ファン７の設置と必要な配線を施すだけで還元剤タンク５を冷却できるので、低コストで還元剤タンク冷却装置付きの排気浄化装置を実施できる。また、冷却ファン７用のモータ７ｂとして油圧モータを用いると、油圧ショベルなどの圧油を機械各部の動力源として用いるエンジン駆動機械における動力の有効利用を図ることができる。
【００２３】
開閉装置１１は、冷却媒体流路８を開閉する弁体１１ａと、これを駆動するソレノイドなどのアクチュエータ１１ｂとからなり、弁体１１ａの切換位置は、コントローラ１２から出力される駆動信号ｄにより制御される。
【００２４】
以下、図４を用いて、還元剤供給装置４、冷却ファン７及び開閉装置１１の動作を説明する。なお、図４は、還元剤として尿素水を用いた場合を例示するものであって、−１１℃は尿素水の凍結温度、０℃は還元剤供給装置４の噴射開始温度、＋３５℃は還元剤タンク５の冷却開始温度である。図４において、還元剤供給装置４の欄に表示された符号ＯＦＦは還元剤供給装置４による還元剤の噴射が停止状態であることを示し、符号ＯＮは還元剤供給装置４による還元剤の噴射が実行状態であることを示す。また、冷却ファン７の欄に表示された符号ＯＦＦは冷却ファン７が停止状態であることを示し、符号ＯＮは冷却ファン７が駆動状態であることを示す。さらに、開閉装置１１の欄に表示された符号ＯＦＦは還元剤加熱装置１０へのエンジン冷却媒体の供給が停止状態であることを示し、符号ＯＮは還元剤加熱装置１０にエンジン冷却媒体が供給状態であることを示す。
【００２５】
この図から明らかなように、還元剤供給装置４は、還元剤タンク５内の還元剤温度が噴射開始温度（０℃）以上であるとき、コントローラ１２から出力される駆動信号ｂを受けて駆動され、排気管２内への還元剤の噴射を実行する。これにより、排気管２内を流れるエンジン排気の浄化を行うことができる。一方、還元剤タンク５内の還元剤温度が噴射開始温度（０℃）以下である場合には、コントローラ１２から出力される駆動信号ｂを受けて駆動が停止される。これにより、図示しない噴射ノズル内での氷の小片などの目詰まりを防止することができる。
【００２６】
また、冷却ファン７は、還元剤タンク５内の還元剤温度が冷却開始温度（＋３５℃）に至ったとき、コントローラ１２から出力される駆動信号ｃを受けて駆動が開始され、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を冷却する。一方、開閉装置１１は、これとは逆であって、還元剤タンク５内の還元剤温度が冷却開始温度（＋３５℃）に至ったとき、コントローラ１２から出力される駆動信号ｄを受けて還元剤加熱装置１０へのエンジン冷却媒体の供給を停止し、冷却ファン７による還元剤の冷却が効率的に行われるようにする。このように、冷却ファン７及び開閉装置１１の駆動を制御することにより、還元剤タンク５内の還元剤温度を適温に保つことができる。
【００２７】
本実施形態に係るエンジン動力機械は、還元剤温度検出器６から出力される検出温度信号ａが記憶部１２ｂに記憶された冷却開始温度以上になったとき、コントローラ１２の演算部１２ｃが冷却ファン７の駆動信号ｃを出力し、冷却ファン７を回転駆動するので、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤の過熱ひいては悪臭の発生を防止することができる。また、還元剤の過熱防止手段として、冷却ファン７を備えるだけで良いので、安価に実施することができる。
【００２８】
なお、本実施形態に係るエンジン動力機械は、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を昇温するための装置、即ち、エンジン冷却媒体の一部を還元剤タンク５に導く冷却媒体流路８、冷却媒体流路８内を流れるエンジン冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出器９、冷却媒体流路８内を流れるエンジン冷却媒体の熱により還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を加熱する還元剤加熱装置１０、及び冷却媒体流路８を開閉する開閉装置１１を備えたが、還元剤が凍結しない環境下で使用されるエンジン動力機械については、これらの各装置を省略することもできる。
【００２９】
また、本実施例においては、冷却フィン５ａを有する還元剤タンク５を用いたが、冷却ファン７の冷却能力が十分に大きい場合には、冷却フィン５ａを有しない還元剤タンク５を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態に係るエンジン動力機械の構成図である。
【図２】実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る還元剤タンクの断面図である。
【図４】実施形態に係る還元剤供給装置、冷却ファン及び開閉装置の動作温度を示す表図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    エンジン
２    排気管
３    脱硝触媒
４    還元剤供給装置
５    還元剤タンク
６    還元剤温度検出器
７    冷却ファン
７ａ    回転羽根
７ｂ    モータ
８    エンジン冷却媒体流路
９    冷却媒体温度検出器
１０    還元剤加熱装置
１１    開閉装置
１２    コントローラ
【図１】
2009013845.tif 000003
【図２】
2009013845.tif 000004
【図３】
2009013845.tif 000005
【図４】
2009013845.tif 000006