JP3914795B2 - 作業機械及びその燃料供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械及びその燃料供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、作業機械は、機体の移動をつかさどる下部走行体と、この下部走行体上に取り付けられ、運転室,エンジン等をそなえた上部構造体とから構成され、上部構造体に搭載された燃料タンクからエンジンに燃料が供給されて駆動されるようになっている。
【0003】
この種の作業機械の代表例である油圧ショベルについて図8〜図11を用いて説明すると、油圧ショベルは、図8に示すように、下部走行体100と上部旋回体(上部構造体)200とをそなえて構成されている。
上部旋回体200は、旋回フレーム200a上に運転室220,燃料タンク1,エンジン10及び圧油を発生させるためのパワープラント(図示略)等をそなえて構成され、連結部11を介して下部走行体100の走行フレーム100a上に旋回可能に取り付けられている。また、旋回フレーム200aの前方には、ブーム211,アーム212,バケット213及びこれらを揺動駆動するためのシリンダ211a〜213aからなる作業アーム機構210が取り付けられており、パワープラントから圧油が供給されることでシリンダ211a〜213aが伸縮し、ブーム211,アーム212,バケット213が揺動するようになっている。
【0004】
下部走行体100はクローラ式の走行体として構成され、図11に示すように、走行用の左右の油圧モータ121,131と、この油圧モータ121,131に連結されて正転又は逆転するスプロケットホイール120,130と、このスプロケットホイール120,130に巻回されるクローラ(図示略)とをそなえている。
【0005】
油圧モータ121,131は、油圧配管122,132を介してパワープラントから圧油が供給され、各油圧モータ121,131の作動や回転方向が独立に制御されるようになっている。そして、この左右の油圧モータ121,131が同時又は交互に独立して正逆転することで、スプロケットホイール120,130に巻回された左右のクローラが独立に正逆転し、油圧ショベル全体の前・後進、方向転換が行なわれるようになっている。
【0006】
なお、連結部11にはその中心(上部旋回体200の旋回中心)部に上部旋回体200と下部走行体100とを連通するスイベルジョイント111がそなえられており、上部旋回体200上に設けられたパワープラントから下部走行体100の左右の油圧モータ121,131へ圧油を供給するための油圧配管が設けられている。
【0007】
スイベルジョイント111は、その軸心と上部旋回体200の回転軸心とが一致するように配置されており、内筒112と外筒113とをそなえて構成されている。内筒112は上部旋回体200と一体に設けられ外筒113内に旋回自在に遊挿されており、パワープラントの圧油制御用機器との間に供給及び戻り油用などの配管が接続されている。また、外筒113は下部走行フレーム100と一体に設けられており、外周部には下部走行体の後方(即ち、スプロケットホイール120,130が設けられている方向)に向けて油圧配管122,132が取り付けられている。そして、個々の配管は左右の油圧モータ121,131の圧油のフィードポート,ドレインポート,信号用ポート等へ接続されており、パワープラントから圧送された圧油は供給用の配管及び内筒112を介してフィードポートや信号ポートに供給され、ドレインポートから吐出された圧油は還流路を介してパワープラントへ還流されるようになっている。
【0008】
ところで、旋回フレーム200a上には、パワープラント,燃料タンク1,運転室220とともに、上記パワープラントで発生する圧油などの動力を制御,分配したり、各種の操作をしたりする付属機器類が全面にわたって搭載されている。また、これ以外にも、所定の位置に作業アーム機構210を取り付けるための頑丈なブラケットや、パワープラント付属のボンネット,制御機器,旋回用アクチュエータ類が所狭しと配置してある。さらに、作業性能を向上させるために新たな機器を旋回フレーム200a上に設置する必要があり、上部旋回体200は大型化する傾向にある。
【0009】
しかし、機体の大きさとその機械の作動能力との関係から上部旋回体200の外形寸法には限界がある。このため、近年、特許第2566443号公報に開示されるごとく、旋回フレーム200a上の機器を一部下部走行体100側へ移設した油圧ショベルが提案されている。
この油圧ショベルは図9,図10に示すように、燃料タンク1が下部走行体100側に設けられており、連結部11内のスイベルジョイント111を通る管路8を介して上部旋回体200側に設けられているエンジン10へ燃料が供給されるようになっている。このように、機器相互の接続関係や効率などの面から最も移設し易い燃料タンク1を下部走行体100に移設することにより、作業性能を低下させることなく、下部走行体100側の空きスペースを有効活用し旋回フレーム200a上の機器類の配置にゆとりをもたせることができるのである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このように下部走行体100側に配置された燃料タンク1から上部旋回体200側に設けられているエンジン10へ燃料を供給する方法としては、上部旋回体200に吸引ポンプを設置して燃料タンク1内の燃料を吸い上げる方法や、下部走行体100側に圧送ポンプを設置して燃料タンク1内の燃料をエンジン10へ圧送する方法等が考えられる。
【0011】
しかし、吸引ポンプによって吸引する場合には、吸引力の強い大型のポンプが必要とされ、コストや設置スペースの確保等の面で難点がある。
一方、下部走行体100側に圧送ポンプを設置して圧送する場合には、スイベルジョイント111内にこの圧送ポンプと上部旋回体200側に設けられた制御装置とを接続するための電気配線を設ける必要がある。このような電気配線では、スリップリングを設ける等、旋回を許容しうる構成とする必要があるが、スイベルジョイント111内には油圧モータ121,131へ圧油を供給するための油圧供給管やエンジンに燃料を供給するための燃料供給管8が配置され作動油や燃料が通過しているため、特別な配慮が必要となる。
【0012】
また、この場合、燃料供給後に燃料タンク1内が負圧となるため、スイベルジョイント111内にエア供給用の配管を別途設けたり、或いは、キャップ1aから外気を吸引したりする等して、燃料タンク1内を常圧に維持する必要がある。しかし、スイベルジョイント111内の空間は狭く、多くの配管を設置することは困難である。また、この種の作業機械では下部走行体100の上部まで水に浸かって作業を行なう場合があり、燃料タンク1を密閉構造とする必要がある。
【0013】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、下部走行体に設置された燃料タンクから上部構造体に設置されたエンジンへ簡素な構成で燃料を供給できるようにした、燃料供給装置及びこのような燃料供給装置をそなえた作業機械を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の作業機械の燃料供給装置は、上部構造体と下部走行体とをそなえ、エンジンが上部構造体に設けられた作業機械に適用され、上記目的を達成するために、燃料を貯蔵するためのメインタンクを下部走行体に設けるとともに、エンジンに燃料を供給するためのサブタンクを上部構造体に設け、このメインタンクとサブタンクとを第2管路によって連通接続する。また、第1管路を介してエアポンプとメインタンクとを連通接続し、このエアポンプからメインタンクへエアを供給するようにする。
【0015】
したがって、エアポンプから圧送されたエアは第1管路を介してメインタンク内へ流入し、メインタンク内に貯蔵された燃料液面上方に蓄積される。そして、このメインタンク内に蓄積されて高圧状態となったエアの圧力により、メインタンク内に貯蔵された燃料の液面が加圧され、第2管路を介してサブタンクへ圧送される。そして、このようにメインタンクから圧送されサブタンク内に貯蔵された燃料がエンジンに供給される。
【0016】
さらに、第1管路の流れを規制する第1弁と、第2管路を開閉する第2弁とを設け、更に、第1管路のメインタンク側の管路を第2管路の第2弁よりもメインタンク側の管路に接続するようにする。
これにより、第1弁が開弁され且つ第2弁が閉弁された状態でエアポンプを作動させることで、エアポンプから圧送されるエアは第1管路,第2管路を介してメインタンクへ流入しメインタンク内部に蓄積される。また、このように蓄積されたエアによってメインタンク内部が十分加圧された状態において、第1弁が閉弁され且つ第2弁が開弁されることで、燃料は第2管路を介してサブタンクへ移送される(請求項1)。
【0017】
さらに、このとき、上部構造体が下部走行体に連結部を介して旋回可能に取り付けられ、第1管路と第2管路との接続部が上部構造体に配置されるようにしてもよい(請求項2)。
また、上記目的を達成するために、本発明の作業機械は、上部構造体と、下部走行体と、上部構造体に設けられたエンジンと、請求項1〜3のいずれかの項に記載の作業機械の燃料供給装置とをそなえて構成されている(請求項3)。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての作業機械の燃料供給装置について説明すると、図1はその全体構成を示す模式的図、図2〜図5はいずれもその作用を説明するための模式図、図6,図7はいずれもその作用を説明するためのフローチャートである。なお、図8〜図11を用いて説明した従来の技術と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を一部省略する。
【0019】
本実施形態に係る作業機械は、図1に示すように、図9,図10を用いて説明した従来の油圧ショベルと同様に、下部走行体100と、この下部走行体100上に連結部11を介して旋回可能に取り付けられた上部旋回体(上部構造体)200とをそなえて構成され、上部旋回体200に設けられたエンジン10によって駆動されるようになっている。
【0020】
また、エンジン10に燃料を供給するための本燃料供給装置は、メインタンク1と、このメインタンク1に第2管路8を介して連通接続されたサブタンク2と、エアポンプ3と、制御装置20とをそなえて構成されている。
メインタンク1はエンジン10用の燃料を貯蔵するための主たるタンクとして構成され、下部走行体100に設けられている。また、メインタンク1は気密及び液密に構成され、外部からの汚水等の流入が防止されるようになっている。
【0021】
サブタンク2は、エンジン10駆動用の燃料を一定量貯蔵しうるようにしたものであり、上部旋回体200に設けられ、第2管路8を介してメインタンク1と連通接続されている。そして、メインタンク1内に貯蔵された燃料は第2管路8を介してサブタンク2内へ移送され、サブタンク2内に一定量だけ貯蔵されるようになっている。また、サブタンク2は燃料供給配管2aを介してエンジン10に接続されており、サブタンク2内に貯蔵された燃料がエンジン10に安定供給されるようになっている。
【0022】
なお、サブタンク2内にはフロートセンサ9が設けられており、燃料に浮かぶセンサ先端部9aの位置に基づいてサブタンク2に貯蔵されている燃料貯蔵量を検知し、制御装置20へ検知信号を出力するようになっている。具体的には、センサ先端部9aがセンサ本体9bの取り付け位置を下回ると燃料不足状態を検知し、逆に、センサ先端部9aがセンサ本体9bの取り付け位置より所定高さ上回るとフル状態(サブタンク2内に燃料が所定量以上充填された状態)を検知するようになっている。
【0023】
また、図1〜図5に示すように、第2管路8には第2弁(開閉弁)5が設けられており、第2弁5を開弁することでメインタンク1からサブタンク2へ燃料を流入させ、第2弁5を閉弁することにより燃料の流入を禁止しうるようになっている。
エアポンプ3はメインタンク1内にエアを圧送するためのものであり、上部旋回体200に設けられ、第2弁5の上流側(メインタンク1側)で第2管路8から分岐接続された第1管路7を介してメインタンク1に連通接続されている。そして、この管路7,8を介してエアをメインタンク1内に圧送することで、メインタンク1内にエアが蓄積され、メインタンク1内部が加圧されるようになっている。
【0024】
なお、第1管路7と第2管路8との接続部は上部旋回体200側に設けられており、連結部11内には、この接続部より上流側の第2管路8が配設されている。これにより、エアポンプ3を上部旋回体200に設けた本構成においても連結部11内に配置される配管を一本のみとすることができ、連結部11内の構造を簡素化できるようになっている。
【0025】
また、第1管路7にも開閉弁(第1弁)4が設けられており、燃料がエアポンプ3内へ流入することを防止するようになっている。
さらに、第1管路7には圧力センサ6が設けられており、第1管路7内の圧力を検出し制御装置20へ圧力信号を出力するようになっている。この圧力センサ6はエアポンプ3による第1管路7内のエア圧を検出し、間接的にメインタンク1内の圧力状態を検出するようになっている。
【0026】
制御装置20はエアポンプ3の作動及び第1弁4,第2弁5の開閉を制御するためのものであり、エアポンプ3の作動・停止及び弁4,5の開閉操作を組み合わせることで、エア及び燃料の流入方向や流入量を制御し、メインタンク1からサブタンク2への燃料移送量を調節できるようになっている。
具体的には、フローセンサ9のセンサ先端部9aがセンサ本体9bの取り付け位置を下回りサブタンク2が燃料不足状態となったことを検知すると、圧力センサ6の圧力信号に基づいて第1管路7内の圧力状態を判定し、第1管路7内の燃料が所定圧以上に加圧されている場合には、第2弁5を開弁してメインタンク1からサブタンク2内へ燃料を移送する。
【0027】
逆に、第1管路7内の液圧が所定圧より小さいか、或いは、第1管路7内に燃料が充填されていないことを検知すると、第2弁5を閉弁してエアポンプ3を作動させる。その後、第1弁4を開弁し、管路7,8を介してメインタンク1内へエアを圧送し、メインタンク1内を加圧する。そして、圧力センサ6から圧力信号に基づいてメインタンク1内が所定圧以上に加圧されたことが検知されると、第1弁4を閉弁してエアポンプ3を停止し、メインタンク1内の加圧を停止する。そして、第2弁5を開弁し、サブタンク2内へ燃料を吐出させるようになっている。
【0028】
そして、フロートセンサ9によってフル状態が検知されると、第2弁5を閉弁し、メインタンク1からサブタンク2への燃料の移送を停止する。
本発明の一実施形態としての作業機械の燃料供給装置は、上述のように構成されているので、例えば、図6,図7に示されるようなフローに従って制御が行なわれ、メインタンク1からサブタンク2へ燃料が移送される。
【0029】
まず、ステップS1でフローセンサ9によって燃料不足状態が検知されると、ステップS2で圧力センサ6の圧力信号に基づいて第1管路7内の液圧が所定圧以上であるか否かが判定される。ここで、液圧が所定圧以上である場合には、メインタンク1内が高圧状態にあり、サブタンク2への燃料移送が可能な状態であると判定し、ステップS4に進む。また、液圧が所定圧を下回り、或いは、第1管路7内に燃料が充填されていない場合には、燃料移送不可能な状態であると判定し、ステップS3に進む。そして、図7に示すようなタンク内加圧ルーチンによってメインタンク1内が加圧される。
【0030】
すなわち、ステップS3に進むと、まず、ステップS31で第2弁5を閉弁してエアポンプ3からサブタンク2へのエアの流入を禁止する。そして、ステップS32でエアポンプ3を作動させ、ステップS33で第1弁4を開弁する。これにより、図2に示すように、エアの圧力によって管路7,8内に残留した燃料がメインタンク1へ戻されるとともに、管路7,8を介してエアがメインタンク1内へ流入し、メインタンク1内に貯蔵された燃料の上方に蓄積される。そして、蓄積されて高圧状態となったエアにより、メインタンク1内部の燃料が加圧される。
【0031】
そして、ステップS34で圧力センサ6により第1管路7内のエア圧が所定圧以上となったことが検知されると燃料移送可能状態であると判定し、ステップS35で第1弁4を閉弁し、ステップS36でエアポンプ3の作動を停止する(図3参照)。これにより、メインタンク1内は十分に加圧された状態に保持される。
【0032】
そして、ステップS2或いはステップS34で燃料移送可能状態と判定されると、燃料移送可能な状態と判定し、ステップS4で第2弁5を開弁する。これにより、第2管路8のサブタンク2側の端部が開放され、メインタンク1内のエアの圧力により燃料が第2管路8を介してサブタンク2側へ押し上げられ、サブタンク2へ燃料が流入する(図4参照)。
【0033】
そして、流入した燃料によってサブタンク2内の燃料液面が上昇し、ステップS5でフロートセンサ9によってフル状態が検知されると、ステップS6で第2弁5が閉弁され、サブタンク2への燃料移送が停止される(図5参照)。
なお、第2弁5が閉弁され燃料移送が停止された後は、第2管路8内は加圧状態の燃料によって充填された状態に保持される。
【0034】
したがって、本実施形態の作業機械の燃料供給装置によれば、下部走行体100側に設けられたメインタンク1から上部旋回体200側に設けられたサブタンク2へ必要量だけ燃料を移送し、サブタンク2内に貯蔵された燃料をエンジン10へ供給しているため、エンジン10への燃料供給を安定的に行なうことができる。
【0035】
また、メインタンク1からサブタンク2への燃料の移送が圧送方式で行なわれるため、ポンプ駆動に大きな動力を必要とせず、装置を小型化することができる。つまり、エアポンプ3によってメインタンク1内にエアを供給し、メインタンク1内に蓄積されて高圧状態となったエアの圧力によってメインタンク1内の燃料の液面を加圧しサブタンク2側へ押し上げて移送しているため、比較的ポンプ力の小さい中・小型のポンプを用いることができ、装置構成を簡素化しながらコストを低減することができるのである。
【0036】
また、メインタンク1内が負圧とならないため、キャップ1aを介して外気を取り入れる等の吸気構造が不要であり、メインタンク1を気密及び液密構造とすることができる。これにより、下部走行体100の上部まで水に浸かるような作業を行なった場合でも、メインタンク1内が汚染される虞がない。
また、このようにメインタンク1内を気密構造とすることで、サブタンク2への燃料移送後もメインタンク1内が高圧状態に保持され、管路7,8内に充填された燃料はメインタンク1へ戻されることがない。このため、管路7,8内は、エアポンプ3によりメインタンク1内を加圧するとき以外は常に燃料が充填された状態となり、管路7,8内の錆の発生が防止され、耐久性を向上させることができる。
【0037】
さらに、第2弁5の上流側において第2管路8と第1管路7とを接続し、第1管路7と第2管路8との接続部より上流側の第2管路8を燃料移送路及びエア供給路として兼用しているため、配管構造を簡素化できるとともに、スイベルジョイント111内に配設する燃料移送のための配管を一本(即ち、燃料移送路及びエア供給路として兼用されている上記接続部より上流側の第2管路8のみ)とすることができ、スイベルジョイント111内の構成を簡素化できる。
【0038】
また、第1管路7と第2管路8との接続部を上部旋回体200側に設けることで、エアポンプ3を上部旋回体200側に設けることができる。これにより、エアポンプ3と制御装置20とを接続するための電気配線を連結部11内に設ける必要がなく、スイベルジョイント111の構成を更に簡素化できる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0039】
例えば、第1管路7を第2管路8に接続せずに直接メインタンク1に接続し、燃料移送路(第2管路8)とエア供給路(第1管路7)とを分離して構成してもよい。この場合、エアポンプ3から圧送されるエアは燃料内を通らずに直接メインタンク1内に蓄積され、燃料液面が加圧される。
また、第1弁4を、メインタンク1側からエアポンプ3側への燃料の流れを規制し、エアポンプ3側からメインタンク1側へのエアの流れのみ許容するような逆止弁として構成してもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、下部走行体に設けられたメインタンクから上部旋回体に設けられたサブタンクへ必要量だけ燃料を移送し、サブタンク内に貯蔵された燃料をエンジンへ供給しているため、エンジンへの燃料供給を安定的に行なうことができる。
【0041】
また、エアポンプによってメインタンク内にエアを供給し、メインタンク内に蓄積されて高圧状態となったエアの圧力によってメインタンク内の燃料の液面を加圧しサブタンク側へ押し上げて移送しているため、比較的ポンプ力の小さい中・小型のポンプを用いることができ、装置構成を簡素化しながらコストを低減することができる。
【0042】
また、メインタンク内が負圧とならないため、メインタンク内に外気を取り入れる等の吸気構造が不要であり、メインタンクを気密及び液密構造とすることができる。これにより、下部走行体の上部まで水に浸かるような作業を行なった場合でも、メインタンク内が汚染される虞がない。
また、第1管路のメインタンク側管路と第2管路のメインタンク側管路とを接続させるとともに、第1管路及び第2管路にそれぞれ第1弁及び第2弁を設けて各弁の開閉を制御することで、第1管路と第2管路との接続部より上流側の第2管路を燃料移送路及びエア供給路として兼用することができ、配管構造を簡素化できる。また、この場合、メインタンクからサブタンクへ燃料を移送した後、第2弁を閉弁すると、メインタンク内が高圧状態に保持され、第1管路,第2管路内に充填された燃料はメインタンクへ戻されることがない。このため、第1管路,第2管路内は、エアポンプによりメインタンク内を加圧するとき以外は常に燃料が充填された状態となり、管路内の錆の発生が防止され、耐久性を向上させることができる(請求項1,3)。
【0043】
このとき、上部構造体が連結部によって下部走行体に旋回可能に取り付けられ、第1管路と第2管路との接続部が連結部に対して上部旋回体側に配置されるようにすることで、エアポンプを上部旋回体に設けることができる。これにより、エアポンプ作動用の電気配線を連結部内に設ける必要がなく、連結部内の構成を簡素化できる。また、連結部内に配設する燃料移送のための配管を、燃料移送路及びエア供給路として兼用されている上記接続部より上流側の第2管路のみとすることができ、連結部内の構成を更に簡素化できる(請求項2,3)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の全体構成を示す模式図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の作用を説明するための模式図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の作用を説明するための模式図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の作用を説明するための模式図である。
【図5】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の作用を説明するための模式図である。
【図6】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態にかかる作業機械の燃料供給装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図8】従来の作業機械の全体構成を示す図である。
【図9】従来の作業機械の全体構成を示す図である。
【図10】従来の作業機械の燃料供給装置の全体構成を示す図である。
【図11】従来の作業機械の下部走行体の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1 メインタンク
2 サブタンク
3 エアポンプ
4 第1弁
5 第2弁
7 第1管路
8 第2管路
10 エンジン
11 連結部
20 制御装置(制御手段)
100 下部走行体
200 上部構造体(上部旋回体)
Claims (3)
- 上部構造体と下部走行体とをそなえ、上記上部構造体にエンジンが設けられた作業機械において、上記エンジンに燃料を供給する燃料供給装置であって、
上記下部走行体に設けられ、燃料を貯蔵するメインタンクと、
上記上部構造体に設けられ、上記エンジンに燃料を供給するサブタンクと、
エアポンプと、
上記エアポンプと上記メインタンクとを連通接続する第1管路と、
上記メインタンクと上記サブタンクとを連通接続し、且つ、上記メインタンク内の燃料を上記サブタンクに供給可能な第2管路と、
上記第1管路の流れを規制する第1弁と、
上記第2管路を開閉する第2弁と、をそなえ、
上記第1管路の上記メインタンク側の管路が、上記第2管路の上記第2弁よりも上記メインタンク側の管路に接続されていることを特徴とする、作業機械の燃料供給装置。 - 上記上部構造体が上記下部走行体に連結部を介して旋回可能に取り付けられ、
上記第1管路と上記第2管路との接続部が上記上部構造体に配置されていることを特徴とする、請求項1記載の作業機械の燃料供給装置。 - 上部構造体と、
下部走行体と、
上記上部構造体に設けられたエンジンと、
請求項1又は2記載の作業機械の燃料供給装置とをそなえたことを特徴とする、作業機械。
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