(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
【0011】
尚、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に断わらない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。また、以下で説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【0012】
まず、
図1、
図2を参照して、本実施形態に係るショベルの基本構成について説明する。以下、ブーム4(
図1、
図2参照)の延在する方向(
図2中の矢印X1で示す方向)を「前」、その反対方向(
図2中の矢印X2で示す方向)を「後」とする前提で説明を進める。
【0013】
図1は、本実施形態に係るショベルの一例を示す側面図である。
【0014】
本実施形態に係るショベルは、下部走行体1の上部に上部旋回体2が旋回可能に搭載され、上部旋回体2の前部における一側(例えば、左側)にキャブ3が設けられている。また、上部旋回体2の前方中央部にブーム4が俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端部にはアーム5が上下回動可能に連結されている。更に、アーム5の先端部には、バケット6が上下回動可能に取り付けられている。
【0015】
図2は、上部旋回体2を概略的に示す平面図である。
【0016】
図2に示すように、上部旋回体2にはエンジンルーム7が形成される。
【0017】
エンジンルーム7内には、ディーゼルエンジン8が搭載されている。ディーゼルエンジン8は、その回転軸を略左右方向に合わせる態様で、配置されている。
【0018】
また、エンジンルーム7内におけるディーゼルエンジン8の左端部には、ディーゼルエンジン8の動力で駆動される冷却ファン11が設けられると共に、冷却ファン11の左方には、ラジエータ等を含む熱交換器ユニット13が搭載されている。
【0019】
また、エンジンルーム7内において、ディーゼルエンジン8には、排気管9が接続され、排気管9の下流側には、ディーゼルエンジン8の排気ガス中のNOxを浄化する排気ガス処理装置10が搭載されている。
【0020】
排気ガス処理装置10は、例えば、排気ガス中のNOxを浄化する処理剤として液体還元剤を用いた選択還元型のNOx処理装置である。排気ガス処理装置10は、排気管9に備えられた選択還元触媒67(
図3参照)の上流側に液体還元剤(例えば、尿素水溶液)を噴射して排気ガス中のNOxを還元し、この還元反応を還元触媒により促進してNOxを無害化する。以下、液体還元剤は、尿素水溶液(以下、単に「尿素水」と称する)である前提で説明を進める。
【0021】
図2に示すように、上部旋回体2には、尿素水を貯蔵する尿素水タンク20(貯蔵タンクの一例)が搭載されている。本例では、尿素水タンク20は、上部旋回体2のブーム4を挟んでキャブ3の反対側、即ち、右側前部に配設されている。尿素水タンク20の前方には、工具箱21が隣接して搭載されている。また、尿素水タンク20の後方には、燃料タンク19が隣接して搭載されている。
【0022】
次に、
図3を参照して、排気ガス処理装置10の構成について説明する。
【0023】
図3は、排気ガス処理装置10の構成の一例を概略的に示す構成図である。排気ガス処理装置10は、上述の如く、ディーゼルエンジン8から排気管9を通じて排出される排気ガスを浄化する。
【0024】
尚、ディーゼルエンジン8は、エンジンコントロールモジュール(以下、「ECM」と称する)60により作動制御される。
【0025】
ディーゼルエンジン8から排気マニホールド(不図示)を通じて排出される排気ガスは、ターボチャージャ61を通過し、その下流の排気管9に至り、排気ガス処理装置10により浄化処理が行われた後、大気中に排出される。
【0026】
一方、エアクリーナ63を通じて吸気管64内に導入された吸入空気は、ターボチャージャ61及びインタークーラ65等を通過してディーゼルエンジン8に供給される。
【0027】
排気管9には、排気ガス中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)66と、排気ガス中のNOxを還元除去する選択還元触媒67とが直列に設けられている。
【0028】
選択還元触媒67は、液体還元剤の供給を受けて排気ガス中のNOxを連続的に還元除去する。本実施形態では、取扱いの容易さから、上述の如く、液体還元剤として尿素水が用いられる。
【0029】
排気管9における選択還元触媒67の上流側の部分(排気管9a)には、選択還元触媒67に尿素水を供給する尿素水噴射弁68が設けられている。尿素水噴射弁68は、尿素水供給ライン69を介して尿素水タンク20に接続されている。
【0030】
また、尿素水供給ライン69には、尿素水供給ポンプ70が設けられる。
【0031】
また、尿素水供給ライン69の尿素水タンク20内の一端部には、フィルタを内蔵するストレーナ71が設けられる。ストレーナ71内のフィルタは、尿素水に含まれるゴミを捕捉(吸着)する。
【0032】
尚、フィルタの配設位置は、尿素水供給ライン69上であれば、任意であってよく、例えば、尿素水供給ライン69における尿素水タンク20の外にある部分に配設される態様であってもよい。
【0033】
尿素水タンク20内に貯蔵される尿素水は、尿素水供給ポンプ70により尿素水噴射弁68に供給され、尿素水噴射弁68から排気管9における選択還元触媒67の上流位置(排気管9a)に噴射される。
【0034】
尿素水噴射弁68から噴射された尿素水は、選択還元触媒67に到達する前に排気管9(排気管9a)内で熱分解、加水分解されてアンモニアを生成する。当該アンモニアが選択還元触媒67内で排気ガスに含まれるNOxを還元し、排気ガスが浄化される。
【0035】
NOxセンサ72は、尿素水噴射弁68の上流側に配設されている。また、NOxセンサ73は、選択還元触媒67の下流側に配設されている。NOxセンサ72、73は、それぞれの配設位置における排気ガス中のNOx濃度を検出する。
【0036】
尿素水タンク20には、尿素水残量センサ74が配設されている。尿素水残量センサ74は、尿素水タンク20内の尿素水残量を検出する。
【0037】
また、尿素水タンク20には、エア抜き装置90が取り付けられる。エア抜き装置90は、尿素水タンク20の内部の空気(内気)と外部の空気(外気)との間を連通させる。これにより、尿素水タンク20の温度変化や尿素水供給ポンプ70の作動による残量の変化等に伴う、尿素水タンク20の内部の圧力(以下、「内圧」と称する)の変化に応じて、外気を取り込んだり、内気を外部に逃がしたりすることができる。エア抜き装置90は、尿素水タンク20内部における尿素水の上方の空気部分(内気)と外気との間を連通させるエア抜き管91と、エア抜き管91における外気導入口と尿素水タンク20との間に設けられるダスト分離容器92(ダスト分離部の一例)を含む。エア抜き装置90の詳細は、後述する。
【0038】
上記したNOxセンサ72,73、尿素水残量センサ74、尿素水噴射弁68、及び尿素水供給ポンプ70は、排気ガスコントローラ75に接続されている。排気ガスコントローラ75は、NOxセンサ72,73で検出されるNOx濃度に基づき、尿素水噴射弁68及び尿素水供給ポンプ70により適正量の尿素水が噴射されるように噴射量制御を行う。
【0039】
また、排気ガスコントローラ75は、尿素水残量センサ74から出力される尿素水残量に基づき、尿素水タンク20の全容積に対する尿素水残量の割合(以下、「尿素水残量比」と称する)を算出する。例えば、尿素水残量比50%は、尿素水タンク20の容量の半分の尿素水が尿素水タンク20内に残存していることを示す。
【0040】
排気ガスコントローラ75は、所定の通信手段を介してディーゼルエンジン8の制御を行うECM60と接続されている。また、ECM60は、所定の通信手段によりショベルコントローラ76に接続されている。即ち、排気ガスコントローラ75が有する排気ガス処理装置10に関する各種情報は、ショベルコントローラ76との間で共有し得る構成となっている。
【0041】
尚、ECM60、排気ガスコントローラ75、ショベルコントローラ76は、それぞれ、CPU、RAM、ROM、入出力ポート、記憶装置等を含むマイクロコンピュータを中心に構成されてよい。
【0042】
また、ショベルコントローラ76には、モニタ77(表示装置の一例)が接続されている。モニタ77は、キャブ3内の操縦席に着座するオペレータから視認可能な位置に搭載される。モニタ77には、例えば、各種警告やショベルの運転条件等が表示される。
【0043】
また、排気ガス処理装置10は、尿素水タンク20及び尿素水供給ライン69の凍結を防止する凍結防止機構を有する。本例では、凍結防止機構は、配管80を通過するディーゼルエンジン8を冷却する冷却水(以下、「エンジン冷却水」と称する)を利用する。具体的には、ディーゼルエンジン8を冷却した直後のエンジン冷却水は、比較的高い温度を維持しながら配管80の第1部分80aを通って第2部分80bに至る。配管80の一部分である第2部分80bは、例えば、尿素水タンク20の外面に接する態様であってもよいし、尿素水タンク20の内部を通過する態様であってもよい。エンジン冷却水は、第2部分80bを流れるときに、尿素水タンク20の外面を通じて、或いは、直接的に、尿素水タンク20内の尿素水に熱を供給する。その後、エンジン冷却水は、尿素水供給ライン69に沿うように設置される配管80の第3部分80cを流れるときに尿素水供給ライン69及びその内部にある尿素水に熱を供給する。その後、熱の供給を終えて比較的低い温度となったエンジン冷却水は、配管80の第4部分80dを通ってディーゼルエンジン8に至る。このようにして、凍結防止機構は、エンジン冷却水を利用して尿素水タンク20内の尿素水及び尿素水供給ライン69に熱を供給し、尿素水タンク20及び尿素水供給ライン69の凍結を防止する。
【0044】
次に、
図4、
図5を参照して、尿素水タンクの構成について説明をする。
【0045】
図4は、尿素水タンクの搭載態様の一例を概略的に示す斜視図である。また、
図5は、尿素水タンク20の具体的な構成の一例を示す斜視図であり、具体的には、尿素水タンク20を右前方から見た斜視図である。
【0046】
尚、
図5の説明において、必要に応じて、尿素水タンク20の尿素水の補給作業時において作業者側に近い手前側(図中矢印X2方向側)を前方と称し、奥側(図中矢印X1方向側)を後方と称する場合がある。また、前後方向に直交する図中矢印Y1で示す方向を左方と称し、図中矢印Y2で示す方向を右方と称する場合がある。
【0047】
図4に示すように、上部旋回体2の旋回フレーム14の前部には左右一対のブーム4を上部旋回体2に取り付けるための支持ブラケット17(17L,17R)が立設されている。また、ブーム4を支持ブラケット17L,17Rに枢着するブームフートピン18は、支持ブラケット17L,17Rに形成される挿通孔172L,172Rに抜き差しされる。また、支持ブラケット17Rの右方、即ち、上部旋回体2における右側前部には、尿素水タンク20が配置される。
【0048】
尚、上述の如く、尿素水タンク20に近接して燃料タンク19、工具箱21(
図2参照)が配置されてよい。また、尿素水タンク20に近接してサンプタンクが配置されてもよい。
【0049】
尿素水タンク20は、例えば、樹脂製であり、内部に尿素水が貯蔵される。尿素水タンク20は、上述の如く、尿素水供給ライン69及び尿素水噴射弁68等を介して排気管9(排気管9a)に接続され、尿素水タンク20内の尿素水は、尿素水供給ライン69を介し尿素水噴射弁68から排気管9aに噴射される(
図3参照)。
【0050】
図5に示すように、尿素水タンク20は、横断面が略矩形状で全体として略箱形状のタンク本体20aと、タンク本体20aを収納し保持するタンク収納容器12を含む。尿素水タンク20は、例えば、タンク収納容器12を旋回フレーム14に締結することにより、上部旋回体2に固定される。
【0051】
タンク収納容器12は、タンク本体20aを下方から保持するタンク補強部材15と、タンク本体20aを上方から保持するタンクブラケット26を含む。
【0052】
タンク本体20aの前側上部には、傾斜面20bが形成されている。具体的には、傾斜面20bは、後上がり(即ち、前下がり)の態様で、傾斜している。
【0053】
傾斜面20bには、給液口(不図示)が設けられ、給液口には、フィラー30が着脱可能に取り付けられる。尿素水は、フィラー30を介して給液口からタンク本体20a内に補給される。
【0054】
タンク本体20aの上面には、開口(不図示)が設けられ、該開口には、開口を閉塞する蓋体ユニット40が設けられる。
【0055】
蓋体ユニット40には、尿素水残量センサ74が取り付けられると共に、その上面には、尿素水残量センサ74と排気ガスコントローラ75との間を通信可能に接続する通信線74aが取り付けられる。また、蓋体ユニット40には、その上面と下面の間、即ち、尿素水タンク20の外部と内部との間を貫通する複数の貫通孔が設けられ、尿素水を加熱するエンジン冷却水の配管80、尿素水供給ライン69、尿素水戻りライン78、及びエア抜き管91等が挿通されている。即ち、配管80、尿素水供給ライン69、尿素水戻りライン78、及びエア抜き管91等は、蓋体ユニット40において、尿素水タンク20の内部と外部との間を貫通している。
【0056】
尚、尿素水戻りライン78は、尿素水供給ポンプ70から尿素水噴射弁68に供給されなかった尿素水を尿素水タンク20に戻すために使用される。
【0057】
また、尿素水タンク20には、エア抜き装置90が取り付けられる。具体的には、上述の如く、エア抜き装置90のエア抜き管91の一端が蓋体ユニット40を貫通することにより保持され、該一端と、外気に開放される他端との間に設けられるダスト分離容器92が尿素水タンク20の前面に取り付けられる。
【0058】
ダスト分離容器92は、例えば、タンク本体20aの傾斜面20bの前方において、ブラケット93を介して、タンクブラケット26に取り付けられてよい。
【0059】
尚、ダスト分離容器92の配置は、任意であってよい。例えば、ダスト分離容器92は、尿素水タンク20の上面、即ち、タンク本体20aの上方に位置するタンクブラケット26の部分に取り付けられてよい。また、ダスト分離容器92は、尿素水タンク20の左右何れかの側面、即ち、タンク本体20aの左右何れかの側方に位置するタンク補強部材15の部分に取り付けられてもよい。また、ダスト分離容器92と外気導入口との間のエア抜き管91の部分、即ち、後述するエア抜き管912は、ダスト分離容器92に保持される以外に、例えば、タンクブラケット26に固定される態様であってよい。
【0060】
ここで、例えば、尿素水供給ポンプ70が尿素水タンク20内の尿素水を吸い上げる際、尿素水の液面低下に応じて、内圧が低下し、エア抜き管91を通じて、尿素水タンク20の内部に外気が導入される場合がある。このとき、尿素水タンク20の内部にエア抜き管91を通じてダストが侵入すると、ダストが尿素水タンク20の底部に沈殿し、尿素水タンク20の底部に設けられるストレーナ71(尿素水供給ライン69の一端部)に尿素水と共に吸入されてしまう可能性がある。また、ディーゼルエンジン8が停止される等により、尿素水噴射弁68に供給されなかった尿素水は、尿素水戻りライン78を通じて、尿素水タンク20に戻されるため、一度、尿素水タンク20内に侵入したダストは、尿素水タンク20内に留まることになる。従って、ダストが尿素水タンク20の内部に滞留する状況下では、ストレーナ71(内のフィルタ)が早期に目詰まりし、最悪の場合、尿素水供給ポンプ70が尿素水を尿素水噴射弁68に供給できなくなる、即ち、排気ガス処理装置10が適切に作動しなくなり、ショベルの運転停止に至る可能性がある。そのため、本実施形態では、エア抜き管91における外気導入口と尿素水タンク20との間にダスト分離容器92を設けることにより、尿素水タンク20の内圧の変化によるエア抜き管91を通じた尿素水タンク20の内部へのダストの侵入を抑制する。以下、
図6〜
図8を参照して、ダスト分離容器92を含むエア抜き装置90の具体的な構成について説明をする。
【0061】
最初に、
図6は、エア抜き装置90の構成の一例を概略的に示す断面図である。
【0062】
図6に示すように、エア抜き管91は、ダスト分離容器92において非連続に形成される。即ち、エア抜き管91は、ダスト分離容器92を境にして、尿素水タンク20の内部に通じるエア抜き管911(第1エア抜き管の一例)と、外気導入口に通じるエア抜き管912(第2エア抜き管の一例)と、に分割されている。
【0063】
エア抜き管911は、蓋体ユニット40に設けられる貫通孔を貫通する貫通パイプ40a(
図5参照)と、エア抜きホース911aと、ダスト分離容器92の内部から外部に貫通する貫通パイプ911bを含む。
【0064】
エア抜きホース911aは、貫通パイプ40aにおける尿素水タンク20の外部に露出する一端と、貫通パイプ911bにおけるダスト分離容器92(具体的には、後述する容器上部92a)の外部に露出する一端との間を接続する。具体的には、エア抜きホース911aは、一端に貫通パイプ40aの端部が挿入され、他端に貫通パイプ911bが挿入される。
【0065】
貫通パイプ911bは、例えば、樹脂製であり、ダスト分離容器92(具体的には、容器上部92a)の上面の貫通孔に挿通される。即ち、貫通パイプ911bは、一端がダスト分離容器92の外部にあり、他端がダスト分離容器92の内部空間にある。ダスト分離容器92の内部空間における貫通パイプ911bの端部(他端)は、ダスト分離容器92の底面から比較的離間した位置に設けられる。貫通パイプ911bは、例えば、溶着等により、ダスト分離容器92(即ち、容器上部92a)に固定される。
【0066】
エア抜き管912は、外気導入口に通じるエア抜きホース912aと、ダスト分離容器92の内部から外部に貫通する貫通パイプ912bを含む。
【0067】
エア抜きホース912aは、一端が外気に開放され、他端が貫通パイプ912bの一端に接続される。具体的には、エア抜きホース912aは、一端が外気導入口として外気に開放され、他端に貫通パイプ912bが挿入される。
【0068】
貫通パイプ912bは、貫通パイプ911bと同様、例えば、樹脂製であり、ダスト分離容器92(即ち、容器上部92a)の上面の貫通孔に挿通される。即ち、貫通パイプ912bは、一端がダスト分離容器92の外部にあり、他端がダスト分離容器92の内部空間にある。ダスト分離容器92の内部空間における貫通パイプ912bの端部(他端)は、ダスト分離容器92の底面に対して比較的近接した位置に設けられる。貫通パイプ912bは、例えば、溶着等により、ダスト分離容器92(即ち、容器上部92a)に固定される。
【0069】
尚、貫通パイプ911b,912bとダスト分離容器92(即ち、容器上部92a)とは、例えば、一体成形されてもよい。
【0070】
ダスト分離容器92は、貫通パイプ911b、912bが貫通する容器上部92aと、容器下部92bを含む。
【0071】
例えば、容器上部92aは、上面が閉じられ、下面が開放される円筒形状を有し、容器下部92bは、下面が閉じられると共に上面が開放され、容器上部92aの内径と略同じ外径を有する。そして、容器上部92aの下端内周面、及び容器下部92bの上端外周面の双方に対応するねじ山が形成されることにより、容器上部92aに対して、容器下部92bを下から螺着させることができる。即ち、ダスト分離容器92は、その内部空間が貫通パイプ911b,912bが貫通する部分を除き密閉されると共に、容器下部92bを着脱することにより開閉可能である。
【0072】
尚、容器下部92bは、容器上部92aに対して、下から嵌着される態様であってもよい。
【0073】
このように、本例では、エア抜き管91における外気導入口と尿素水タンク20との間に、ダスト分離容器92を設ける。これにより、尿素水タンク20の内圧の変化により外気導入口からエア抜き管91に導入された空気に混入するダストをダスト分離容器92内で分離し、ダストの大部分が除去された空気を尿素水タンク20の内部に導入することができる。具体的には、エア抜き管91は、ダスト分離容器92において非連続に形成され、尿素水タンク20に通じるエア抜き管911と、外気導入口に通じるエア抜き管912に分割される。これにより、尿素水タンク20の内圧の変化により外気導入口からエア抜き管912に導入された空気は、一度、ダスト分離容器92の内部空間に開放されるため、導入された空気中のダストをダスト分離容器92の内部空間の底面に落下させて分離することができる。
【0074】
また、ダスト分離容器92の流路断面積は、エア抜き管911,912の流路断面積よりも十分に大きい。そのため、ダスト分離容器92の内部空間の空気の流れは、比較的緩やかとなり、空気中のダストがエア抜き管912に吸い込まれる前に、ダスト分離容器92の内部空間の底面に落下させ易くなる。
【0075】
また、尿素水タンク20の内部に通じるエア抜き管911(具体的には、貫通パイプ911b)は、ダスト分離容器92の内部空間に対して、上から挿入されている。そして、尿素水タンク20に通じるエア抜き管911、即ち、貫通パイプ911bのダスト分離容器92の内部の端部は、上述の如く、ダストが堆積する底面からある程度離れた位置に設けられる。そのため、堆積したダストをエア抜き管911(貫通パイプ911b)に導入されにくくし、ダスト分離容器92の底面に堆積したダストが、貫通パイプ911bに侵入することを防止できる。
【0076】
続いて、
図7は、エア抜き装置90の構成の他の例を概略的に示す断面図である。以下、
図6に示す一例と同様の構成には、同一の符号を付し、
図6に示す一例と異なる部分を中心に説明する。
【0077】
図7に示すように、本例では、貫通パイプ911bは、ダスト分離容器92の下面、即ち、容器下部92bの下面を貫通している。換言すれば、エア抜き管911は、ダスト分離容器92の内部空間に対して、下から挿入されている。ダスト分離容器92の内部空間における貫通パイプ911bの端部は、
図6に示す一例と同様、ダスト分離容器92の底面から比較的離間した位置に設けられる。これにより、
図6に示す一例と同様、ダスト分離容器92の底面に堆積したダストが、貫通パイプ912bに侵入することを防止できる。
【0078】
また、ダスト分離容器92の内部空間において、エア抜き管912(具体的には、貫通パイプ912b)の端部は、下から挿入されるエア抜き管911(具体的には、貫通パイプ911b)の端部よりも下方に位置する。即ち、ダスト分離容器92の内部空間において、エア抜き管911の端部とエア抜き管912の端部の間には、所定の距離が形成され、更に、エア抜き管911,912が上下方向でラップする態様で段差が設けられる。これにより、エア抜き管912からダスト分離容器92の内部空間に対して下向きに導入される空気に含まれるダストが、そのままの流れの方向に沿って、エア抜き管911に導入されてしまう事態を抑制することができる。そのため、ダスト分離容器92の内部空間に導入された空気中のダストをダスト分離容器92の内部空間の底面に落として分離しやすくすることができる。
【0079】
続いて、
図8は、エア抜き装置90の構成の更に他の例を概略的に示す断面図である。以下、
図6に示す一例、及び
図7に示す他の例と同様の構成には、同一の符号を付し、
図6に示す一例、及び
図7に示す他の例と異なる部分を中心に説明する。
【0080】
図8に示すように、本例では、ダスト分離容器92の内部空間にダストを捕捉するエレメント92cが設けられる。
【0081】
エレメント92cは、貫通パイプ911bの外周と略同等の内径を有する略円筒形状を有し、ダスト分離容器92の内部空間において、内部に貫通パイプ911bを挿入する態様で、貫通パイプ911bに固定される。また、貫通パイプ911bの先端は、閉じられると共に、貫通パイプ911bにおけるエレメント92cにより覆われる外周部分は、その周方向の一部が開放される(図中点線部分)。これにより、ダスト分離容器92内の空気は、エレメント92cを通過して、エア抜き管911に導入される。そのため、仮に、ダスト分離容器92の内部空間の底面に堆積するダストがエア抜き管911に吸い込まれるような事態が発生しても、エレメント92cでダストが捕捉され、尿素水タンク20へのダストの侵入を更に抑制することができる。
【0082】
尚、本例では、エア抜き管912(具体的には、貫通パイプ912b)は、容器下部92bの側面を貫通するが、容器下部92bの下面を貫通する態様であってもよいし、容器上部92aの側面を貫通する態様であってもよい。
【0083】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。