JP2014101865A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートバランスに与える悪影響を低減すること。
【解決手段】建設機械は、エンジンと、液体還元剤が貯留される液体還元剤用タンクと、前記エンジンの排気経路に設けられ、前記エンジンから排気に対して、前記液体還元剤用タンクから供給される前記液体還元剤を噴射する噴射装置と、前記エンジンの冷媒が流通する冷媒流路であって、前記エンジン内から前記冷媒を取り出して前記噴射装置に導くと共に、前記噴射装置に導かれた前記冷媒を前記エンジン内に戻す第１系統の冷媒流路と、前記第１系統の冷媒流路における流路部分であって、前記噴射装置に導かれた前記冷媒を前記エンジン内に戻す流路部分に設けられる放熱手段とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体還元剤が貯留されるタンクが配置された建設機械に関する。

従来から、ディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベル等の建設機械では、高次の排ガス規制に対応すべく、ディーゼルエンジンの排気系に排ガス処理装置が設置され、ディーゼルエンジンからの排ガスは、排気管の下流側に設けたＮＯｘ還元触媒を通って大気中に放出される。

従来、此種排ガス処理装置としては、尿素水溶液（液体還元剤）を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が多く採択され、尿素水溶液は金属製又は樹脂製の液体還元剤用タンクに貯留されている。また、液体還元剤用タンクは液体還元剤供給パイプにより排気管に接続され、液体還元剤供給ポンプにより液体還元剤用タンク内の尿素水溶液を排気管に供給できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、この種の排ガス処理装置において、排気管に尿素水溶液を噴射するインジェクタを備え、インジェクタを冷却するために、エンジンの冷却水を抜き出してインジェクタを経由させる構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開2003-20936号公報 特開2012-7511号公報

しかしながら、上記の特許文献２に開示の構成では、エンジンの冷却水を抜き出してインジェクタを経由させてエンジンに戻しているが、かかるインジェクタを経由した冷却水はかなり高温になるため、かかる高温状態のままエンジン内部に戻すと、ヒートバランスに悪影響を与える（更にはエンジンのオーバーヒートを引き起こしうる）ことになる。

そこで、本発明は、ヒートバランスに与える悪影響を低減することができる建設機械の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、エンジンと、
液体還元剤が貯留される液体還元剤用タンクと、
前記エンジンの排気経路に設けられ、前記エンジンから排気に対して、前記液体還元剤用タンクから供給される前記液体還元剤を噴射する噴射装置と、
前記エンジンを冷却するための冷媒が流通する冷媒流路であって、前記エンジン内から前記冷媒を取り出して前記噴射装置に導くと共に、前記噴射装置に導かれた前記冷媒を前記エンジン内に戻す第１系統の冷媒流路と、
前記第１系統の冷媒流路における流路部分であって、前記噴射装置に導かれた前記冷媒を前記エンジン内に戻す流路部分に設けられる放熱手段とを備えることを特徴とする、建設機械が提供される。

本発明によれば、ヒートバランスに与える悪影響を低減することができる建設機械が得られる。

建設機械の一例として油圧ショベルを示す側面図である。 上部旋回体の後部を上面視で概略的に示す平面図である。 液体還元剤用タンク７０の設置状態を概略的に示す斜視図である。 ディーゼルエンジン８及び液体還元剤用タンク７０に関連する冷却水経路及び尿素水経路の一例と共に、放熱器３００の配置方法の一例を示す図である。 ウォータポンプのダクト８１における第１パイプ１２０における戻り方向のパイプ部分の接続態様の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、建設機械の一例として油圧ショベルを示す側面図である。

図１に示すように、下部走行体１上には上部旋回体２が旋回可能に装架され、上部旋回体２の前方一側部にキャブ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、該ブーム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とともに、該アーム５の先端部にバケット６が上下回動可能に取り付けられている。尚、掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。

図２は、上部旋回体の後部を上面視で概略的に示す平面図である。

図２に示すように、上部旋回体２の後部にはエンジンルーム７が形成され、該エンジンルーム７内にはディーゼルエンジン８が設置されている。また、ディーゼルエンジン８の前方側（図２における手前側）には冷却ファン１２が設けられているとともに、該冷却ファン１２の前方にはラジエータ等を含む熱交換機ユニット１３が設置されている。

更に、ディーゼルエンジン８には排気管９が接続され、該排気管９の下流側には、高次の排ガス規制に対応すべく、排ガス処理装置１０が設置されている。排ガス処理装置１０としては、尿素水溶液（液体還元剤）を用いた尿素選択還元型のＮＯｘ処理装置が採択されている。排ガス処理装置１０は、後述のドージングモジュール２０２に加えて、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒や、ＰＭ（Particular Matter）に含まれる未燃燃料を燃焼させる酸化触媒(DOC : Diesel Oxidation Catalyst)を含んでよい。

図３は、液体還元剤用タンク７０の設置状態を概略的に示す斜視図である。

図３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取り付け用の支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒが立設されている。また、支持ブラケット１７Ｌの外側であって、後方には燃料タンク１８及びサンプタンク１９が直列に配置されている。また、燃料タンク１８の前側には、液体還元剤用タンク７０が配置される。従って、図示の例では、前から液体還元剤用タンク７０、燃料タンク１８及びサンプタンク１９が順に隣接して配置されている。尚、燃料タンク１８及びサンプタンク１９の順序は任意である。燃料タンク１８及びサンプタンク１９は、幅方向に横並びに配置されてもよい。液体還元剤用タンク７０は、樹脂材料から形成されてよい。液体還元剤用タンク７０内には尿素水溶液が貯留されている。液体還元剤用タンク７０は、前側の側面がブーム支持ブラケット１７Ｌ，１７Ｒの穴１７２Ｌ，１７２Ｒよりも後方に位置するように配置される。

図４は、ディーゼルエンジン８及び液体還元剤用タンク７０に関連する冷却水経路及び尿素水経路の一例と共に、放熱器３００の配置方法の一例を示す図である。

液体還元剤用タンク７０は、第１液体還元剤供給パイプ１１２、サプライポンプモジュール２００、第２液体還元剤供給パイプ１１４及びドージングモジュール２０２を介して、排ガス処理装置１０に接続されている。液体還元剤用タンク７０内の尿素は、第１液体還元剤供給パイプ１１２を介してサプライポンプモジュール２００により汲み出され、第２液体還元剤供給パイプ１１４を介してドージングモジュール２０２に導入される。ドージングモジュール２０２は、噴射装置の一例であり、導入される尿素を排気管９内に噴射するインジェクタを備える。ドージングモジュール２０２は、排気管９に設けられる。従って、ドージングモジュール２０２は、排気管９内を通る排気の熱により非常に高温になりうる。

ディーゼルエンジン８内には、冷却水（冷媒の一例）による冷却経路（図示せず）が形成されている。冷却水は、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）であってよい。ディーゼルエンジン８内における冷却経路（即ち冷却対象の部品や、冷却水の循環方法等）は任意であってよい。典型的には、ディーゼルエンジン８内における冷却経路は、ラジエータ等を含む熱交換機ユニット１３を通る。

液体還元剤用タンク７０には、液体還元剤の凍結を防止するための第２系統の冷媒流路を介して、ディーゼルエンジン８内の冷却経路から取り出した冷却水が流通されてよい。具体的には、液体還元剤用タンク７０内には、ディーゼルエンジン８内の冷却経路から分岐した第２パイプ１１０が通される。第２パイプ１１０には、ディーゼルエンジン８内の冷却水が流通される。ディーゼルエンジン８内から取り出された第２パイプ１１０内の冷却水は、ディーゼルエンジン８のウォータポンプ（図示せず）により液体還元剤用タンク７０に向かう方向の流速を有する。第２パイプ１１０には、液体還元剤用タンク７０よりも上流側（ディーゼルエンジン８側）にクーラントコントロールバルブ２０４が設けられてよい。第２パイプ１１０は、液体還元剤用タンク７０内を通り、液体還元剤用タンク７０から出て、サプライポンプモジュール２００内を通り、サプライポンプモジュール２００から出て、後述の第１パイプ１２０（戻り方向のパイプ部分）に接続部１３２にて接続される。クーラントコントロールバルブ２０４は、例えばコントローラ（図示せず）により制御され、液体還元剤用タンク７０内の液体還元剤の凍結防止の必要性が生じた場合に閉状態から開状態に変化される。

ドージングモジュール２０２には、ドージングモジュール２０２を冷却するための第１系統の冷媒流路を介して、ディーゼルエンジン８内の冷却経路から取り出した冷却水が流通される。具体的には、ドージングモジュール２０２内には、ディーゼルエンジン８内の冷却経路から分岐した第１パイプ１２０が通される。第１パイプ１２０は、ドージングモジュール２０２内を通り、ドージングモジュール２０２から出て、ディーゼルエンジン８内の冷却経路に接続される。尚、ディーゼルエンジン８内の冷却経路から取り出された冷却水は、第１パイプ１２０内を通りながらドージングモジュール２０２内を流通することで、ドージングモジュール２０２から熱を奪う（即ちドージングモジュール２０２を冷却する）。従って、ドージングモジュール２０２から出てくる冷却水は、非常に高温状態となりうる。尚、ドージングモジュール２０２内における第１パイプ１２０の配索態様は任意であってよい。

尚、図示の例では、第１パイプ１２０は、第２パイプ１１０から分岐部１３０にて分岐する態様で設けられている。しかしながら、第１パイプ１２０は、第２パイプ１１０とは無関係に、ディーゼルエンジン８内の冷却経路から分岐されてもよい。但し、いずれの場合も、ディーゼルエンジン８内から取り出された第１パイプ１２０内の冷却水は、ディーゼルエンジン８のウォータポンプ（図示せず）によりドージングモジュール２０２に向かう方向の流速を有する。

第１パイプ１２０の戻り側（ドージングモジュール２０２とディーゼルエンジン８の間）には、放熱器３００が設けられる。従って、ドージングモジュール２０２を通る冷却水は、放熱器３００にて冷却された後、ディーゼルエンジン８内の冷却経路に戻される。放熱器３００は、任意の構成であってよく、例えば小型のラジエータの形態であってよい。放熱器３００の放熱能力は、ドージングモジュール２０２からディーゼルエンジン８内に戻される高温状態の冷却水がヒートバランスに悪影響を与えないような温度まで十分に冷却されるように決定される。

放熱器３００は、好ましくは、図４に示すように、ドージングモジュール２０２に近接して配置される。これにより、放熱器３００は、ドージングモジュール２０２から出た直後の冷却水（高温状態の冷却水）を冷却することができるので、冷却効率を高めることができる。具体的には、放熱器３００は、第１パイプ１２０（戻り方向のパイプ部分）における第２パイプ１１０との接続部１３２よりもドージングモジュール２０２側に配置されてよい。これにより、放熱器３００は、第２パイプ１１０から導入される冷却水と混合される前に、ドージングモジュール２０２から出た直後の冷却水を冷却することができるので、冷却効率を高めることができる。但し、放熱器３００は、第１パイプ１２０（戻り方向のパイプ部分）における第２パイプ１１０との接続部１３２よりもディーゼルエンジン８側に配置されてもよい。

このように図４に示す構成によれば、第１パイプ１２０におけるドージングモジュール２０２とディーゼルエンジン８の間の部分（ドージングモジュール２０２からディーゼルエンジン８への戻り方向のパイプ部分）に放熱器３００を設けることで、ドージングモジュール２０２からディーゼルエンジン８内に向かう高温状態の冷却水を放熱器３００により冷却した後、ディーゼルエンジン８内に戻すことができる。これにより、ドージングモジュール２０２からディーゼルエンジン８内に戻される冷却水に起因してヒートバランスが悪くなるのを防止することができる。

尚、図4に示す例では、第１パイプ１２０における戻り方向のパイプ部分には、第２パイプ１１０が接続されている。即ち、サプライポンプモジュール２００からの第２パイプ１１０内の冷却水は、第１パイプ１２０における戻り方向のパイプ部分に導入された後、ディーゼルエンジン８内に戻される。しかしながら、サプライポンプモジュール２００からの第２パイプ１１０内の冷却水は、第１パイプ１２０内の冷却水に導入されることなく、ディーゼルエンジン８内に直接的に戻されてもよい。即ち、第２パイプ１１０を通ってウォータポンプ内に導入される冷却水、及び、第１パイプ１２０を通ってウォータポンプ内に導入される冷却水は、ウォータポンプ内で混合されてもよい。この構成では、接続部１３２がウォータポンプ内に位置することになる。

図５に示す構成では、ウォータポンプのダクト８１に、第１パイプ１２０における戻り方向のパイプ部分が接続されている。ディーゼルエンジン８内に戻される冷却水は、ウォータポンプによってディーゼルエンジン８内を循環し、ディーゼルエンジン８内の各部品を冷却した後、ラジエータ等を含む熱交換機ユニット１３で冷却される。熱交換機ユニット１３で冷却された冷却水は、ディーゼルエンジン８内でウォータポンプに戻される。第２パイプ１１０の供給系のパイプ部分１１０Ｂを介してディーゼルエンジン８内から取り出される冷却水は、ディーゼルエンジン８内の任意の箇所の冷却水であってよいが、例えば、ディーゼルエンジン８内の各部品を冷却した後の冷却水（熱交換機ユニット１３で冷却される前の冷却水）であってもよいし、熱交換機ユニット１３で冷却された後の冷却水であってもよい。いずれにしても、第２パイプ１１０の供給系のパイプ部分１１０Ｂを介してディーゼルエンジン８内から取り出される冷却水は、上述の如く、分岐部１３０を介して第１パイプ１２０によりドージングモジュール２０２へと供給される。

次に、図２を再度参照して、放熱器３００の好ましい配置例について説明する。

放熱器３００は、好ましくは、図２に示すように、前後方向でディーゼルエンジン８とカウンタウエイト９０との間に配置される。これにより、建設機械１の後部の限られたスペースを効率的に利用して放熱器３００を配置することができる。尚、カウンタウエイト９０は、建設機械１の前部の重量(特にアタッチメントの重量)に対する重量バランスを取るための重量物である。より具体的には、放熱器３００は、インタクーラ出口配管の下方付近でハウスフレーム（エンジンルーム７を画成するフレーム）に取り付けられてよい。或いは、放熱器３００は、ステップ（ディーゼルエンジン８の上方に渡される足場を画成するステップ）の下方付近でハウスフレームに取り付けられてよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、第２パイプ１１０は、サプライポンプモジュール２００を通っているが、サプライポンプモジュール２００を通らなくてもよい。即ち、第２パイプ１１０は、サプライポンプモジュール２００を通ることなく、液体還元剤用タンク７０を通って液体還元剤の凍結防止機能を果たすものであってもよい。また、第２パイプ１１０は、サプライポンプモジュール２００を通った後、液体還元剤用タンク７０を通ってディーゼルエンジン８側に戻されてもよい。即ち、ディーゼルエンジン８内から取り出された冷却水がサプライポンプモジュール２００及び液体還元剤用タンク７０を通過する順序は、上述した実施例とは逆であってもよい。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ キャブ
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ エンジンルーム
８ ディーゼルエンジン
９ 排気管
１０ 排ガス処理装置
１２ 冷却ファン
１３ 熱交換機ユニット
１４ 旋回フレーム
１７Ｌ，１７Ｒ ブーム支持ブラケット
１７２Ｌ，１７２Ｒ 穴
１８ 燃料タンク
１９ サンプタンク
７０ 液体還元剤用タンク
８１ ウォータポンプのダクト
９０ カウンタウエイト
１１０ 第２パイプ
１１２，１１４ 液体還元剤供給パイプ
１２０ 第１パイプ
１３０ 分岐部
１３２ 接続部
２００ サプライポンプモジュール
２０２ ドージングモジュール
２０４ クーラントコントロールバルブ
３００ 放熱器

Claims (3)

1. エンジンと、
   液体還元剤が貯留される液体還元剤用タンクと、
   前記エンジンの排気経路に設けられ、前記エンジンから排気に対して、前記液体還元剤用タンクから供給される前記液体還元剤を噴射する噴射装置と、
   前記エンジンを冷却するための冷媒が流通する冷媒流路であって、前記エンジン内から前記冷媒を取り出して前記噴射装置に導くと共に、前記噴射装置に導かれた前記冷媒を前記エンジン内に戻す第１系統の冷媒流路と、
   前記第１系統の冷媒流路における流路部分であって、前記噴射装置に導かれた前記冷媒を前記エンジン内に戻す流路部分に設けられる放熱手段とを備えることを特徴とする、建設機械。
2. 前記エンジンの冷媒が流通する第２系統の冷媒流路であって、前記エンジン内から前記冷媒を取り出して前記液体還元剤用タンクに導くと共に、前記液体還元剤用タンクに導かれた前記冷媒を前記第１系統の冷媒流路の前記流路部分に導入する第２系統の冷媒流路を備え、
   前記放熱手段は、前記流路部分における前記第２系統の冷媒流路からの前記冷媒の導入位置よりも前記噴射装置側に配置される、請求項１に記載の建設機械。
3. 前記放熱手段は、前後方向で前記エンジンとカウンタウエイトとの間に配置される、請求項１又は２に記載の建設機械。

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