JP5028165B2 - エンジン動力機械 - Google Patents

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Description

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、脱硝触媒及び還元剤を利用して排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置を備えたエンジン動力機械に関する。
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。
尿素水やアンモニア水溶液などの還元剤は、低温では凍結し、高温では悪臭を有するアンモニアガス発生するので、還元剤タンク内に貯蔵された状態で適度な温度管理を必要とする。従来、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を適温に保つ手段としては、還元剤タンク内にエンジン冷却媒体を導き、エンジン冷却媒体の熱により還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を加熱する還元剤加熱装置と、当該還元剤加熱装置にエンジン冷却媒体を導く冷却媒体流路を開閉する開閉装置とを備え、還元剤の凍結時には、開閉装置を開放状態に切り換えてエンジン冷却媒体の熱により凍結した還元剤を融解し、還元剤が融解温度以上の所定の温度まで昇温した場合には、開閉装置を閉止状態に切り換えて熱エネルギの流入を遮断し、還元剤の過熱を防止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−９０４３１号公報
ところで、運転室を有し、運転室内に搭乗した運転者が機械の運転を行うエンジン動力機械の中には、寒冷時にも快適な運転環境で運転者がエンジン動力機械の運転を行えるようにするため、エンジン冷却媒体の熱により運転室内を暖房する暖房装置を備えたものがある。この暖房装置付きのエンジン動力機械に前記公知例に係る排気浄化装置を適用すると、開閉装置を開放状態に切り換えてエンジン冷却媒体を還元剤タンク内に導いた場合に、暖房装置に導かれるエンジン冷却媒体の量が相対的に減少するため、運転室温度を速やかに快適温度まで昇温することが困難になり、運転者に長時間苦痛を強いることになる。
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、高性能な排気浄化装置を備え、かつ運転室温度を速やかに快適温度まで昇温可能なエンジン動力機械を提供することにある。
本発明は、前記課題を解決するため、エンジンの排気通路に付設され、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、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を排気通路内に噴射する還元剤供給装置と、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、エンジン冷却媒体の熱により還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を加熱する還元剤加熱装置と、還元剤加熱装置にエンジン冷却媒体を導く冷却媒体流路を開閉する開閉装置と、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と、エンジン冷却媒体の熱により運転室内を加熱する暖房装置と、運転室内の温度を検出する運転室温度検出器と、前記各温度検出器から出力される検出温度信号を入力し、還元剤供給装置、開閉装置及び暖房装置の駆動を制御するコントローラとを備えたエンジン動力機械において、前記コントローラは、前記冷却媒体温度検出器により検出されたエンジン冷却媒体の温度が前記運転室内の前記暖房装置の設定温度よりも高い第１の所定温度よりも高く、前記還元剤温度検出器により検出された還元剤の温度が、前記還元剤が凍結する第２の所定温度よりも低く、かつ前記運転室温度検出器により検出された運転室内の温度が前記暖房装置の前記設定温度である第３の所定温度よりも低い場合、前記開閉装置を閉止状態に切り換えて前記還元剤加熱装置内へのエンジン冷却媒体の導入を遮断し、前記暖房装置に導かれるエンジン冷却媒体の流量を増加させ、前記運転室内の温度が前記第３の所定温度に達した後に、前記開閉装置を開放状態に切り換えて前記還元剤加熱装置内へエンジン冷却媒体を導入するという構成にした。
かかる構成によると、寒冷時に運転室を優先的に暖房することができるので、運転者の苦痛を早期に取り除くことができ、エンジン動力機械を運転する運転者の快適性を高めることができる。また、運転室内の温度が所定温度に達した後においては、開閉装置を開放状態に切り換えることにより凍結した還元剤をエンジン冷却媒体の熱で融解できるので、エンジン排気の浄化を行うことができる。さらに、還元剤温度が凍結温度以上の所定温度に達した後においては、開閉装置を閉止状態に切り換えることにより還元剤の昇温を停止できるので、悪臭の発生を防止することができる。
本発明のエンジン動力機械は、冷却媒体温度検出器により検出されたエンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度よりも高く、還元剤温度検出器により検出された還元剤の温度が第２の所定温度よりも低く、かつ運転室温度検出器により検出された運転室内の温度が第３の所定温度よりも低い場合、開閉装置を閉止状態に切り換えて還元剤加熱装置内へのエンジン冷却媒体の導入を遮断し、暖房装置に導かれるエンジン冷却媒体の流量を増加するので、寒冷時に運転室を優先的に暖房することができて、運転者の快適性を高めることができる。また、還元剤温度を適温に保持する手段を有する排気浄化装置を備えるので、凍結した還元剤の融解、及び還元剤からの悪臭の発生を防止することができる。
以下、本発明に係るエンジン動力機械の一実施形態を図１乃至図３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は実施形態に係るヒータファン及び開閉装置の制御手順を示すフローチャートである。
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、運転者が搭乗し、エンジン１を含む機械各部の運転装置を操作する運転室７と、運転室７を暖房する暖房装置８と、運転室７内の温度を検出する運転室温度検出器９と、エンジン冷却媒体の一部を還元剤タンク５に導く第１冷却媒体流路１０と、エンジン冷却媒体の残りの一部を暖房装置８に導く第２冷却媒体流路１１と、冷却媒体流路１０，１１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１２と、第１冷却媒体流路１０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１３と、第１冷却媒体流路１０を開閉する開閉装置１４と、還元剤温度検出器６から出力される検出温度信号ａ、運転室温度検出器９から出力される検出温度信号ｂ及び冷却媒体温度検出器１２から出力される検出温度信号ｃを入力し、還元剤供給装置４の駆動信号ｄ、暖房装置８の駆動信号ｅ及び開閉装置１４の駆動信号ｆを出力するコントローラ１５とが備えられている。
コントローラ１５は、図２に示すように、検出温度信号ａ，ｂ，ｃを受け入れる入力ポート１５ａと、以下に記載する第１乃至第３の所定温度が記憶される記憶部１５ｂと、検出温度信号ａ，ｂ，ｃと第１乃至第３の所定温度とに基づいて駆動信号ｄ，ｅ，ｆを算出する演算部１５ｃと、演算部１５ｃにて算出された駆動信号ｄ，ｅ，ｆをそれぞれ還元剤供給装置４、暖房装置８及び開閉装置１４に出力する出力ポート１５ｄとからなる。ここで、第１の所定温度は、エンジン冷却媒体温度に関するものであり、運転室７内に冷風を噴出して運転者に不快感を与えないため、運転室７の設定温度よりも高い温度、例えば運転室７の設定温度が＋２５度である場合には、＋３０度に設定される。また、第２及び第４の所定温度は、還元剤温度に関するものであり、第２の所定温度は、還元剤の凍結温度、例えば還元剤として尿素水を用いる場合には、−１１℃に設定され、第４の所定温度は、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、アンモニアが発生する＋４０℃よりもやや低い温度、例えば＋３５℃に設定される。さらに、第３の所定温度は、運転室温度に関するものであり、運転室７の設定温度、例えば＋２５℃に設定される。
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よ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。
暖房装置８は、図１に示すように、運転室７内に向けて温風の吹出口が設置された熱交換器８ａと、運転室７側から見て熱交換器８ａの背面側に設置され、駆動時に運転室７内に温風を噴出させるヒータファン８ｂと、運転室７内に設置され、暖房装置８の温度設定及び風量設定等を行う暖房コントローラ（図示省略）とからなる。
コントローラ１５は、エンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度よりも低い場合には、運転室７内の温度が第３の所定温度よりも低い場合にも、運転室７内への冷風の噴出を防止するため、ヒータファン８ｂに駆動信号ｅを出力せず、ヒータファン８ｂを停止状態に維持する。次いで、エンジンの暖機が進み、エンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度以上になった段階で、運転室７内の温度が第３の所定温度よりも低いことを条件としてヒータファン８ｂの駆動信号ｅを出力し、運転室７内の温度が図示しない暖房コントローラを操作することによって設定された値になるまで、運転室７内に温風を送出する。
開閉装置１４は、図１に示すように、第１のエンジン冷却媒体流路１０を開閉する弁体１４ａと、これを駆動するソレノイドなどのアクチュエータ１４ｂとからなり、弁体１４ａの切換位置は、コントローラ１５から出力される駆動信号ｆにより制御される。第１のエンジン冷却媒体流路１０及び第２のエンジン冷却媒体流路１１を流れるエンジン冷却媒体の総量は常時一定である。したがって、第１のエンジン冷却媒体流路１０に備えられた開閉装置１４を閉止すると、開閉装置１４の開放時に第１のエンジン冷却媒体流路１０を流れる流量だけ第２のエンジン冷却媒体流路１１を流れるエンジン冷却媒体の流量を増加することができ、運転室７内の暖房を迅速に行うことができる。
コントローラ１５は、冷却媒体温度検出器１２により検出されたエンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度よりも高く、かつ運転室温度検出器９により検出された運転室７内の温度が第３の所定温度よりも低い場合には、還元剤温度検出器６により検出された還元剤の温度が第２の所定温度よりも低い場合にも、開閉装置１４を閉止状態に切り換える駆動信号ｆを出力して還元剤加熱装置１３内へのエンジン冷却媒体の導入を遮断し、暖房装置８の熱交換器８ａに導かれるエンジン冷却媒体の流量を増加する。これにより、寒冷時に運転室７を優先的に暖房することができるので、運転者の快適性を高めることができる。また、コントローラ１５は、運転室７内の温度が第３の所定温度に達した後、開閉装置１４を開放状態に切り換える駆動信号ｆを出力して還元剤加熱装置１３内にエンジン冷却媒体を導入し、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を第４の所定温度まで昇温する。
なお、コントローラ１５は、エンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度よりも低いためにヒータファン８ｂが停止状態に保持されている場合においても、還元剤の温度が第４の所定温度よりも低い場合には、開閉装置１４を開放状態に保持し、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤の昇温を図る。また、コントローラ１５は、運転室７内の温度が第３の所定温度に達しており、還元剤の温度が第２の所定温度以上であり、かつ当該第２の所定温度よりも高温に設定された第４の所定温度以下である場合には、開閉装置１４を開放状態に保持し、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を昇温する。これにより、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤を凍結温度以上気化温度以下の適温に保持することができ、排気の還元処理を高能率に行うことができる。還元剤の温度が第４の所定温度に至った場合、コントローラ１５は、開閉装置１４を閉止状態に切り換え、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤のそれ以上の昇温を防止する。これにより、還元剤からの悪臭の発生を防止することができる。
以下、実施形態に係るコントローラ１５によるヒータファン８ｂ及び開閉装置１４の制御手順を、図３にしたがって説明する。
エンジン１が起動されると、それに伴ってコントローラ１５がウェークアップされ、コントローラ１５によるヒータファン８ｂ及び開閉装置１４の制御がスタートする。エンジン起動後、運転者が運転室７内に備えられた図示しない暖房コントローラを操作し、暖房装置８をＯＮ操作すると共に、暖房装置８の設定温度を入力すると（ステップＳ１）、以下、この設定温度値にしたがってヒータファン８ｂの駆動制御が行われる。なお、エンジン起動時に、既に暖房装置８がＯＮ操作に切り換えられており、かつ暖房装置８の設定温度を変更しない場合には、このステップＳ１は省略することができる。
次いで、ステップＳ２に移行して、冷却媒体温度検出器１２の検出温度信号ｃを入力した後、ステップＳ３に移行して、冷却媒体流路１０，１１内を流れるエンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度に達したか否かを判定する。ステップＳ３において、エンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度に達していないと判定した場合は、ステップＳ４に移行し、ヒータファン８ｂをＯＦＦ状態に維持又は切り換えて、ステップＳ２に戻る。これにより、運転室７内への冷風の噴出が防止される。一方、ステップＳ３において、エンジン冷却媒体の温度が第１の所定温度に達したと判定した場合は、ステップＳ５に移行して、運転室温度検出器９の検出温度信号ｂを入力した後、ステップＳ６に移行して、運転室７内の温度が第３の所定温度よりも低温であるか否かを判定する。ステップＳ６において、運転室７内の温度が第３の所定温度よりも低温であると判定した場合には、ステップＳ７に移行して、ヒータファン８ｂを駆動状態に切り換え、しかる後に、ステップＳ８に移行して、開閉装置１４を閉止状態に切り換える。
次いで、ステップＳ９に移行して、運転室７内の温度が第３の所定温度に達したか否かを判定する。ステップＳ９において、運転室７内の温度が第３の所定温度に達したと判定した場合には、ステップＳ１０に移行して、還元剤温度検出器６の検出温度信号ａを入力した後、ステップＳ１１に移行して、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤の温度が第２の所定温度よりも低温であるか否かを判定する。ステップＳ１１において、還元剤の温度が第２の所定温度よりも低温であると判定した場合には、ステップＳ１２に移行し、開閉装置１４を開放状態に切り換えて、エンジン冷却媒体を第１冷却媒体流路１０を通じて還元剤加熱装置１３に導入し、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。なお、ステップＳ６において、運転室７内の温度が第３の所定温度に達したと判定した場合には、ステップＳ１０に移行する。また、ステップＳ９において、運転室７内の温度が第３の所定温度に達していないと判定した場合、及び、ステップＳ１１において、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤の温度が第２の所定温度よりも高温であると判定した場合には、ステップＳ８に戻って、開閉装置１４を閉止状態に維持する。これにより、凍結状態にあった還元剤を融解することができ、還元剤供給装置４による排気管２内への噴射が可能になる。
しかる後に、ステップＳ１３に移行して、還元剤タンク５内に貯蔵された還元剤の温度が第４の所定温度に達したか否かを判定する。ステップＳ１３において、還元剤の温度が第４の所定温度に達したと判定した場合には、ステップＳ１４に移行して、開閉装置１４を閉止状態に切り換える。ステップＳ１３において、還元剤の温度が第４の所定温度に達していないと判定した場合には、ステップＳ１２に戻って、開閉装置１４を開放状態を維持する。これにより、還元剤の気化ひいては悪臭の発生を防止を図りつつ、還元剤を所定温度に昇温できる。
実施形態に係るエンジン動力機械の構成図である。 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。 実施形態に係るヒータファン及び開閉装置の制御手順を示すフローチャートである。
符号の説明
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 運転室
８ 暖房装置
９ 運転室温度検出器
１０ 第１のエンジン冷却媒体流路
１１ 第２のエンジン冷却媒体流路
１２ 冷却媒体温度検出器
１３ 還元剤加熱装置
１４ 開閉装置
１５ コントローラ

Claims (1)

  1. エンジンの排気通路に付設され、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、還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を排気通路内に噴射する還元剤供給装置と、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、エンジン冷却媒体の熱により還元剤タンク内に貯蔵された還元剤を加熱する還元剤加熱装置と、還元剤加熱装置にエンジン冷却媒体を導く冷却媒体流路を開閉する開閉装置と、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と、エンジン冷却媒体の熱により運転室内を加熱する暖房装置と、運転室内の温度を検出する運転室温度検出器と、前記各温度検出器から出力される検出温度信号を入力し、還元剤供給装置、開閉装置及び暖房装置の駆動を制御するコントローラとを備えたエンジン動力機械において、
    前記コントローラは、前記冷却媒体温度検出器により検出されたエンジン冷却媒体の温度が前記運転室内の前記暖房装置の設定温度よりも高い第１の所定温度よりも高く、前記還元剤温度検出器により検出された還元剤の温度が、前記還元剤が凍結する第２の所定温度よりも低く、かつ前記運転室温度検出器により検出された運転室内の温度が前記暖房装置の前記設定温度である第３の所定温度よりも低い場合、前記開閉装置を閉止状態に切り換えて前記還元剤加熱装置内へのエンジン冷却媒体の導入を遮断し、前記暖房装置に導かれるエンジン冷却媒体の流量を増加させ、前記運転室内の温度が前記第３の所定温度に達した後に、前記開閉装置を開放状態に切り換えて前記還元剤加熱装置内へエンジン冷却媒体を導入することを特徴とするエンジン動力機械。
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