JP5659316B1 - 還元剤タンクおよび作業車両 - Google Patents
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Abstract
還元剤タンク(20)の容器本体(33)は、還元剤(90)を貯留するためのものである。吸出配管(70)は、容器本体(33)内に位置する吸込口(70a)を有し、かつ吸込口(70a)から還元剤(90)を容器本体(33)の外部に導くためのものである。濾過器(100)は、吸出配管(70)の吸込口(70a)に設けられている。濾過器(100)は、包囲部(110)と、対向部(120)とを含んでいる。包囲部(110)は、内部空間(105)を取り囲むことにより内部空間(105)と濾過器(100)の外部空間とを仕切り、かつ内部空間(105)と外部空間との間で還元剤(90)を透過させるフィルタ部(101a)を有している。対向部(120)は、包囲部(110)の内部空間(105)内に延びることにより、内部空間(105)内で、吸込口(70a)に連通した隙間空間(106)を介在してフィルタ部(101a)と対向し、かつ隙間空間(106)と外部空間とを仕切っている。
Description
本発明は、還元剤タンクおよび作業車両に関するものである。
油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダなどの作業車両には、排気処理装置が搭載されている。排気処理装置としては、たとえばディーゼル微粒子捕集フィルター装置(DPF)、ディーゼル酸化触媒装置(DOC)、および選択還元触媒装置(SCR)などが存在する。
特に選択還元触媒装置は、尿素を還元剤の前駆体として使用し排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を還元して排気ガスを浄化するものである。この排気処理に利用される還元剤(尿素水)は、還元剤タンクから還元剤噴射装置まで還元剤配管を通じて供給される。エンジンが停止した後に、還元剤配管内に還元剤が残留すると、その配管内部で還元剤が固化し、配管詰まりを生じる可能性がある。
このため、エンジン停止後に還元剤配管内の還元剤を還元剤タンクに回収する処理(パージ処理)が行われる。このパージ処理では、還元剤配管内の残留還元剤とともに、気泡も還元剤タンク内に回収される。
一方、作業車両は塵埃の多い過酷な環境下で使用されるため、還元剤タンク内に不純物が混入する可能性が高く、その不純物を除去する必要がある。この不純物を除去するために還元剤タンク内の還元剤の吸込口には、濾過器が設けられている。このような濾過器としてのフィルタが吸込口に設けられた還元剤タンクは、たとえば特開2011−137441号公報に開示されている。
しかし、濾過器を設けた還元剤タンクにおいて上記のパージ処理が行われると、濾過器内に気泡が滞留することになる。このため濾過器の内部空間の容積が大きいと、その内部空間に気泡が多く滞留する。これによりエンジンの再始動時において還元剤を還元剤配管内に吸い込む際に、還元剤配管内に気泡が大量に吸い込まれて、還元剤配管内への還元剤の吸込不良が生じ、還元剤ポンプの作動不良につながる。
一方、濾過器の内部空間の容積を単純に小さくしようとすると、フィルタ部の表面積が小さくなり、還元剤の流量に影響が生じる。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、気泡による還元剤の吸込不良を抑制できるとともに、フィルタ部の表面積を大きく確保できる還元剤タンクおよび作業車両を提供することである。
本発明の還元剤タンクは、容器本体と、配管と、濾過器とを備えている。容器本体は、還元剤を貯留するためのものである。配管は、容器本体内に位置する吸込口を有し、吸込口から還元剤を容器本体の外部に導くためのものである。濾過器は、配管の吸込口に設けられている。濾過器は、包囲部と、対向部とを有している。包囲部は、その濾過器の内部空間を取り囲むことにより内部空間と濾過器の外部空間とを仕切り、かつ内部空間と外部空間との間で還元剤を透過させる第1のフィルタ部を有している。対向部は、包囲部の内部空間内に延びることにより、内部空間内で、吸込口に連通した隙間空間を介在して第1のフィルタ部と対向し、かつ隙間空間と外部空間とを仕切っている。
なお、本明細書中では、還元剤および還元剤の前駆体を「還元剤」として総称するものとする。
本発明の還元剤タンクによれば、対向部が包囲部の内部空間内に延びている。これにより、対向部と包囲部との間に挟まれる隙間空間の容積を小さくすることができる。このためパージ処理で濾過器の隙間空間内に滞留する気泡の量を減らすことができる。よって、エンジンの再始動時において還元剤を吸込口に吸い込む際に、吸込口内に気泡が大量に吸い込まれることが抑制されて還元剤の吸込不良を抑制することが可能となる。
また上記隙間空間の容積を減らすために包囲部の内部空間に対向部を延ばせばよく、包囲部の大きさ自体を小さくする必要がない。このため、包囲部に形成される第1のフィルタ部の表面積を大きく確保することができ、還元剤の流量に影響が出ないようにすることができる。
以上より還元剤の吸込不良を抑制できるとともに、フィルタ部の表面積を大きく確保することができる。
上記の還元剤タンクにおいて、対向部は、隙間空間と外部空間との間で還元剤を透過させる第2のフィルタ部を有している。これにより、フィルタ部の面積をさらに大きくすることができる。
上記の還元剤タンクにおいて、包囲部は、吸込口と隙間空間とを繋ぐ貫通孔を有している。対向部は、貫通孔の延在方向に沿って貫通孔に近付くほど包囲部と対向部との間の隙間空間の大きさが大きくなる形状のテーパ部を有している。これにより、吸込口に繋がる貫通孔付近での還元剤の流路抵抗を低減することができ、還元剤をスムーズに吸込口に流すことが可能となる。
上記の還元剤タンクにおいて、第1のフィルタ部が隙間空間の周囲を取り囲むように配置されている。これにより、フィルタ部の面積をさらに大きくすることができる。
上記の還元剤タンクにおいて、包囲部は、内部空間の周囲を取り囲む周囲部と、その周囲部の一方端を閉じる底部とを有している。周囲部の他方端には開口部が形成されている。対向部は、他方端に取り付けられた蓋部と、その蓋部から内部空間内へ延びる突出部とを有している。隙間空間は、突出部が蓋部に接続された部分から突出部の先端部に至るまでの突出部の全周と周囲部との間、および先端部と底部との間に位置している。先端部と底部との間の隙間空間の寸法は底部の厚みよりも小さい。これにより、先端部と底部との間の隙間空間の寸法をより小さくすることが可能となる。
上記の還元剤タンクにおいて、突出部の径方向の寸法は周囲部の径方向の寸法の半分以上である。これにより隙間空間を体積をさらに小さくすることが可能となる。
本発明の作業車両は、エンジンと、排気処理装置と、還元剤タンクと、還元剤噴射装置とを備えている。排気処理装置は、エンジンからの排気ガスを還元反応により処理するためのものである。還元剤タンクは、上記のいずれかの還元剤である。還元剤噴射装置は、還元剤タンクから吸い出した還元剤を、排気処理装置に導かれる排気ガスに対して噴射するためのものである。
本発明の作業車両によれば、上記の還元剤タンクを備えているため、還元剤の吸込不良を抑制でき、かつフィルタ部の表面積が小さくなることによる還元剤の流量の影響もない。このため、排気処理装置における排気ガスの還元反応をより適切に行なうことが可能となる。
以上説明したように本発明によれば、気泡による還元剤の吸込不良を抑制できるとともに、フィルタ部の表面積を大きく確保できる還元剤タンクおよび作業車両を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず本発明の実施の形態における作業車両の一例として油圧ショベルの構成について図1を用いて説明するが、本発明はホイールローダ、ブルドーザなどの排気処理ユニットを含むエンジンユニットを備えた作業車両に適用可能である。
まず本発明の実施の形態における作業車両の一例として油圧ショベルの構成について図1を用いて説明するが、本発明はホイールローダ、ブルドーザなどの排気処理ユニットを含むエンジンユニットを備えた作業車両に適用可能である。
図1は、本発明の一実施の形態における作業車両の構成を概略的に示す斜視図である。図1を参照して、油圧ショベル1は、下部走行体2と、上部旋回体3と、作業機4とを主に備えている。下部走行体2と上部旋回体3とにより、作業車両本体が構成されている。
下部走行体2は、左右一対の履帯2aを有している。下部走行体2は、一対の履帯2aが回転することにより自走可能に構成されている。上部旋回体3は、下部走行体2に対して旋回自在に設置されている。
上部旋回体3は、前方側F(車両前側)の左側Lに、オペレータが油圧ショベル1を操作するための空間を構成するキャブ5を有している。上部旋回体3は、後方側B(車両後側)に、エンジンを収納するエンジンルーム6、およびカウンタウェイト7を有している。
なお、本実施の形態では、オペレータがキャブ5内に着座した状態で、オペレータの前方側(正面側)を上部旋回体3の前方側Fとし、これと反対側、つまりオペレータの後方側(背面側)を上部旋回体3の後方側Bとし、着座状態でのオペレータの左側を上部旋回体3の左側Lとし、オペレータの右側を上部旋回体3の右側Rとする。またオペレータの上下方向を図中矢印Zで示している。以降は、上部旋回体3の前後左右上下と作業車両の前後左右上下は一致しているとする。
上部旋回体3は、旋回フレーム9を有している。旋回フレーム9は、作業車両本体に含まれている。旋回フレーム9は、下部走行体2の上方に配置されており、下部走行体2に対して旋回自在に設けられている。作業機4、キャブ5およびカウンタウェイト7は、旋回フレーム9に搭載されており、旋回フレーム9の上面に配置されている。
なお、油圧ショベル1は、上部旋回体3を下部走行体2に対して相対的に旋回させるための、図示しない旋回装置を備えている。旋回装置は、下部走行体2に支持された旋回モータ、旋回フレーム9に支持されたギアなどから構成されている。
土砂の掘削などの作業を行う作業機4は、上下方向Zに作動可能に、上部旋回体3により軸支されている。作業機4は、上部旋回体3の前方側Fの略中央部に上下方向Zに作動可能に取り付けられたブーム4aと、ブーム4aの先端部に前後方向F、Bに作動可能に取り付けられたアーム4bと、アーム4bの先端部に前後方向F、Bに作動可能に取り付けられたバケット4cとを有している。ブーム4a、アーム4bおよびバケット4cはそれぞれ、油圧シリンダ4dによって、駆動されるように構成されている。
作業機4は、キャブ5に対してたとえば右側Rに設けられている。作業機4は、上部旋回体3の前方側Fの左側Lに配置されたキャブ5に対し、キャブ5の一方の側部側である右側Rに設けられている。なお、キャブ5と作業機4との配置は図1に示す例に限られるものではなく、たとえば上部旋回体3の前方右側F、Rに配置されたキャブ5の左側Lに作業機4が設けられていてもよい。
エンジンルーム6は、カウンタウェイト7の前方側Fに隣接するように、旋回フレーム9の上方に設けられている。旋回フレーム9は、エンジンルーム6の床部分を形成している。エンジンルーム6は、エンジンフード8によって上側から覆われている。エンジンフード8は、エンジンルーム6の天井部分を形成している。カウンタウェイト7は、エンジンルーム6の後方側Bに配置されており、エンジンルーム6の後方側Bの壁を形成している。
カウンタウェイト7は、掘削作業などにおいて油圧ショベル1の車体バランスを保持するために、旋回フレーム9の後端部に設けられている。カウンタウェイト7は、旋回フレーム9上におけるエンジンルーム6の後方側Bに設けられている。カウンタウェイト7は、たとえば、鋼板を組み立てて形成した箱の中に屑鉄およびコンクリートなどを入れて固めることにより形成されている。カウンタウェイト7の後面は、油圧ショベル1の後方側Bの表面を構成しており、滑らかに湾曲した形状を有している。
次に、本実施の形態の作業車両における還元剤タンクから排気処理ユニットまでの還元剤配管の経路について図2を用いて説明する。
図2は、図1に示す作業車両(油圧ショベル)1において旋回フレーム9上における還元剤タンクから排気処理ユニットまでの還元剤配管の経路を示す平面図である。図2を参照して、油圧ショベル1は、下部走行体2および作業機4を駆動するための動力源であるエンジン10を有している。エンジン10は、旋回フレーム9上に搭載されている。エンジン10は、エンジンルーム6内に収容されている。
油圧ショベル1は、エンジンルーム6内に、エンジン10から排出される排気ガスを処理するための排気処理ユニットを有している。排気処理ユニットは、エンジン10の上方に配置されており、排気処理装置12、14と、中継接続管13と、排気筒15と、還元剤の噴射装置28とを主に有している。
排気処理装置12は、後述する排気管11(図3)によりエンジン10と接続されている。排気処理装置14は、中継接続管13により排気処理装置12と接続されている。つまりエンジン10から排出された排気ガスの流れに対して排気処理装置12はエンジン10の下流側に配置されており、排気処理装置14は排気処理装置12の下流側に配置されている。
本実施の形態においては、排気処理装置12はたとえばディーゼル微粒子捕集フィルター装置であり、排気処理装置14はたとえば選択還元触媒装置である。また中継接続管13はたとえばミキシング配管である。
ディーゼル微粒子捕集フィルター装置12は、エンジン10からの排気を処理する装置であり、フィルター(図示せず)と、そのフィルターに付設されたヒータ(図示せず)とを主に有している。ディーゼル微粒子捕集フィルター装置12は、エンジン10の排気中に含まれる粒子状物質をフィルターによって捕集し、捕集した粒子状物質を焼却するよう構成されている。フィルターは、たとえばセラミックよりなっている。
選択還元触媒装置14は、エンジン10からの排気を処理する装置であり、たとえば尿素水を加水分解して得られるアンモニアを還元剤として用い、窒素酸化物NOxを還元するためのものである。選択還元触媒装置14は、原理的には、アンモニア(NH3)が窒素酸化物(NOx)と化学反応することで窒素(N2)と水(H2O)とに還元されることを応用したものである。
ミキシング配管13は、ディーゼル微粒子捕集フィルター装置12と選択還元触媒装置14との間を接続している。つまり、ミキシング配管13によりディーゼル微粒子捕集フィルター装置12と選択還元触媒装置14とが接続されている。このミキシング配管13は、ディーゼル微粒子捕集フィルター装置12から選択還元触媒装置14へ向かう排気に、還元剤(たとえば尿素水)を噴射し、排気に尿素を混合するための部分である。
噴射装置28は、還元剤をミキシング配管5内に噴射するためにミキシング配管13に設けられている。噴射装置28は、ミキシング配管13内の経路の比較的上流側、つまりミキシング配管13と排気処理装置12との接続部付近においてミキシング配管13に接続されている。
排気筒15は、選択還元触媒装置14に接続されており、ディーゼル微粒子捕集フィルター装置12と選択還元触媒装置14とを通過した後の排気を大気中に排出するためのものである。この排気筒15は図1に示すようにエンジンフード8から上方へ突き出している。これにより排気処理ユニットは、エンジン10から排出された排気ガスが排気処理装置12、14を順に通過して油圧ショベル1の車外に排出されるように構成されている。
油圧ショベル1は、排気処理ユニット(たとえば噴射装置28)へ還元剤を供給するための還元剤供給部を有している。還元剤供給部は、還元剤タンク20と、還元剤ポンプ22と、還元剤を通すための還元剤配管21、23、25とを主に有している。
還元剤タンク20および還元剤ポンプ22は、旋回フレーム9のうち、たとえば右側Rのサイドフレーム上に搭載されている。還元剤ポンプ22はエンジンルーム6よりも前方側Fに配置されており、還元剤タンク20は還元剤ポンプ22よりも前方側Fに配置されている。
還元剤タンク20は、噴射装置28で噴射する還元剤を貯留するためのものである。還元剤としてアンモニアを還元剤タンク20に貯留することもできるが、還元剤タンク20には、アンモニアに代えて、たとえば尿素水が貯留されている。ただし還元剤は、尿素水に限定されるものではなく、窒素酸化物NOxを還元できるものであればよい。
還元剤配管21、23、25は、送り配管21、戻し配管23および圧送配管25からなっている。還元剤タンク20と還元剤ポンプ22とは、送り配管21および戻し配管23によって互いに接続されている。送り配管21は、還元剤タンク20から還元剤ポンプ22へ還元剤を送出するための配管である。戻し配管23は、還元剤ポンプ22から還元剤タンク20へ還元剤を戻すための配管である。還元剤ポンプ22と噴射装置28とは、圧送配管25によって互いに接続されている。圧送配管25は、還元剤ポンプ22から噴射装置28に還元剤を移送するための配管である。
還元剤タンク20から送り配管21を経由して還元剤ポンプ22へ移送されてきた還元剤は、還元剤ポンプ22において二分岐する。排気処理に使用されない還元剤は、還元剤ポンプ22から戻し配管23を経由して、還元剤タンク20へ戻される。排気処理に使用される還元剤は、還元剤ポンプ22から圧送配管25を経由して、噴射装置28へ到達し、噴射装置28から排気管13内へ噴霧される。
次に、本実施の形態の作業車両における熱交換用の媒体の経路と還元剤の経路とについて図3を用いて説明する。
図3は、本実施の形態の作業車両における還元剤の経路、熱交換用の媒体の経路、およびエンジンからの排気ガスの排気経路を模式的に示す機能図である。図3を参照して、エンジン10から排出された排気ガスは、排気管11、排気処理装置12、中継接続管13、排気処理装置14を順に流れて排気筒15から車外に排気される。中継接続管13には噴射装置28が設けられている。
還元剤タンク20は、還元剤90を貯留するための容器本体33を有している。容器本体33の内部には吸出配管70が配置されている。この吸出配管70は、容器本体33内に位置する吸込口70aを有し、かつその吸込口70aから還元剤90を容器本体33の外部へ導くためのものである。この吸出配管70の吸込口70aには濾過器100が設けられている。吸出配管70は、送り配管21に接続されている。
容器本体33内の還元剤90は、還元剤ポンプ22の吸引力によって、濾過器100を透過して吸出配管70の吸込口70aに吸い込まれる。吸込口70aに吸い込まれた還元剤90は、吸出配管70を通じて還元剤タンク20から吸い出され、その後、送り配管21および圧送配管25を順に経由して噴射装置28へ到達する。排気処理に使用されない還元剤90は、還元剤ポンプ22から戻し配管23を経由して、還元剤タンク20の容器本体33へ戻される。
噴射装置28は、還元剤タンク20から吸い出した還元剤90を中継接続管13内に噴射する。これにより中継接続管13内を流れる排気ガス中に還元剤90が供給され、排気処理装置14において排気ガス中に含有される窒素酸化物が還元剤90と反応する。これにより、排気ガス中の窒素酸化物の濃度が減少する。
還元剤90が尿素水である場合、中継接続管13内において尿素水は分解してアンモニアへと変化し、窒素酸化物とアンモニアとの反応によって窒素酸化物は無害な窒素および酸素に分解される。窒素酸化物の量が適正値に低下した排気ガスは、排気筒15から排出される。
還元剤タンク20の容器本体33の内部には熱交換器40が配置されている。この熱交換器40内には、還元剤90との間で熱交換する媒体(熱交換媒体)が流れている。この媒体には、たとえばエンジン10の冷却水が用いられている。熱交換器40の一方端は冷却水配管17に接続されており、熱交換器40の他方端は冷却水配管18に接続されている。冷却水配管18とエンジン10との間には、ラジエータ16と、冷却水ポンプ19とが接続されている。
冷却水ポンプ19の駆動によって、エンジン10の冷却水は、エンジン10、熱交換器40、ラジエータ16、および冷却水ポンプ19を順に流れることで循環する。エンジン10で加熱された冷却水は、熱交換器40において還元剤90と熱交換することにより冷却される。他方、還元剤90は、冷却水から熱を受けることにより加熱される。ラジエータ16は、冷却水と空気との熱交換を行い、冷却水を冷却するための熱交換器である。ラジエータ16において冷却された冷却水がエンジン10のウォータジャケットに流れることにより、エンジン10は適切に冷却される。
次に、還元剤タンク20の構成について図4および図5を用いて詳細に説明する。
図4は、本発明の一実施の形態における還元剤タンクの構成を概略的に示す斜視図である。図5は、図4に示す還元剤タンクの一部を破断して示す一部破断斜視図である。図4および図5を参照して、還元剤タンク20は、天蓋30と、中空の容器本体33と、熱交換器40と、吸出配管70と、センサユニット80と、伝熱プレート95と、濾過器100とを主に有している。
図4は、本発明の一実施の形態における還元剤タンクの構成を概略的に示す斜視図である。図5は、図4に示す還元剤タンクの一部を破断して示す一部破断斜視図である。図4および図5を参照して、還元剤タンク20は、天蓋30と、中空の容器本体33と、熱交換器40と、吸出配管70と、センサユニット80と、伝熱プレート95と、濾過器100とを主に有している。
容器本体33は、たとえば略矩形箱状の外形を有している。容器本体33は、内部に中空の空間を有しており、上面34にその中空空間に通じる開口(図示せず)および補充口37を有している。容器本体33は、たとえばポリエチレンなどの耐食性に優れた樹脂材料により形成されている。
容器本体33の上面34に形成された開口(図示せず)は、円板状の天蓋30によって閉塞されている。天蓋30は、締結部材32(たとえば複数個のボルト)により、容器本体33に着脱可能に取り付けられている。上面34と天蓋30との間にはOリングなどのシール部材が設けられており、これにより、天蓋30を上面34に固定した状態で開口は液密に封止されている。天蓋30は、たとえば、剛性に優れる金属材料によって形成されている。
熱交換器40は容器本体33の中空空間内に位置している。この熱交換器40は、互いに接続された第1管路50(往き配管部)と第2管路60(戻り配管部)とを有している。熱交換器40は、天蓋30に取り付けられている。つまり熱交換器40の一方端(第1管路50の端部)および他方端(第2管路60の端部)のそれぞれに繋がる配管51、61の各々が天蓋30を貫通することにより、熱交換器40が天蓋30に固定されている。配管51、61の各々は容器本体33の中空空間の外部に突き出している。なお配管51は容器本体33内に流入する媒体を通し、かつ配管61は容器本体33から外部へ流出する媒体を通すものである。
センサユニット80は容器本体33の中空空間内に位置している。センサユニット80は、ハーネス82と、水位計83と、濃度および温度計85とを有している。ハーネス82および水位計83は天蓋30の下面から容器本体33の底面26に向かって延びている。濃度および温度計85は、ハーネス82および水位計83の下端に取り付けられている。
水位計83は、その内部にフロートを有している。フロートは、還元剤の液面に位置している。当該フロートの高さ位置情報に基づいて、容器本体33の中空空間内の還元剤の水位が検出可能である。濃度および温度計85は、還元剤の濃度および温度を計測するためのものである。計測された還元剤の水位、濃度および温度の値に係る信号は、ハーネス82を経由して、基部86に伝達され、さらにハーネス87およびコネクタ88を経由して、図示しないコントローラへ出力可能である。
伝熱プレート95は、熱交換器40の第1管路50と第2管路60との両方に亘って設けられている。この伝熱プレート95は、平板形状の第1の平板部95aと、平板形状の第2の平板部95bと、第1の平板部95aおよび第2の平板部95bを繋ぐ屈曲部95cとを有している。伝熱プレート95は、一枚の平板が屈曲加工されて形成されている。第1の平板部95aはたとえば溶接により第1管路50に固定されている。第2の平板部95bはたとえば溶接により第2管路60に固定されている。
第1の平板部95aの下端部には、クランプ部96が取り付けられている。クランプ部96は、センサユニット80のうち、ハーネス82および水位計83の周囲を囲い、センサユニット80を伝熱プレート95に支持している。熱交換器40、伝熱プレート95およびセンサユニット80によって、立体的な支持構造が形成されており、これにより、熱交換器40およびセンサユニット80の剛性が向上している。
吸出配管70は、天蓋30を貫通して容器本体33の中空空間内から外部へ延びるとともに、天蓋30に支持されている。吸出配管70の下端には吸込口(図示せず)が設けられている。濾過器100は、この吸込口に濾過器100の内部空間が連通するように吸出配管70に取り付けられている。この濾過器100は、板状支持部78を介在して支持板77に取り付けられている。この支持板77は容器本体33の底面26に固定されている。
天蓋30には、この天蓋30を貫通する戻り口79が設けられている。この戻り口79は上記の戻し配管23(図3)が接続される部分である。
天蓋30には、空気抜き穴91と、ブリーザ92とが取り付けられている。補充口37から容器本体33に還元剤が補充されるとき、容器本体33内に存在していた空気は、空気抜き穴91を経由して、容器本体33の外へ流出する。ブリーザ92は、容器本体33内の空気圧を自動的に一定に保つために設けられている。気温の変化のために容器本体33内の空気が膨張または収縮するとき、ブリーザ92を経由して空気が排出または吸入され、これにより容器本体33内の圧力が一定に保持される。
次に、本実施の形態の濾過器100を構成する包囲部と対向部とのそれぞれの構成について図6〜図8を用いて説明する。
図6および図7は、図5に示された本実施の形態の濾過器100の構成を概略的に示す斜視図および分解斜視図である。図8は、図7に示された濾過器の対向部の構成を概略的に示す斜視図である。
まず図6および図7を参照して、濾過器100は、包囲部110と、対向部120とを有している。
主に図7を参照して、包囲部110は、内部空間105を取り囲むことによりその内部空間105と濾過器100の外部空間とを仕切るような形状を有しており、たとえば有底筒形状を有している。有底筒形状の包囲部110は、内部空間105の周囲を取り囲む周囲部101と、周囲部101の一方端側を閉じる底部102とを有している。周囲部101の他方端側には開口部103が形成されている。包囲部110に対向部120を未装着の状態では、開口部103を通じて包囲部110の内部空間105は包囲部110の外部と繋がっている。
周囲部101は、複数のフィルタ部(第1のフィルタ部)101aと、フレーム部101bとを有している。フレーム部101bは、たとえば複数の矩形の開口部を構成するように格子形状を有しながら内部空間105の周囲を取り囲んでいる。複数のフィルタ部101aの各々は、フレーム部101bにより形成された複数の矩形の開口部の各々に配置されている。
この複数のフィルタ部101aの各々は、内部空間105と濾過器100の外部空間との間で還元剤を透過させることができるように構成されている。この複数のフィルタ部101aの各々は、たとえば複数本の線材を網目状に編んだ構成を有していてもよく、また不織布のような構成を有していてもよい。
周囲部101がフィルタ部101aだけでなくフレーム部101bを有していることにより周囲部101の強度を確保することが容易となる。また周囲部101はフレーム部101bを有さずに、フィルタ部101aのみからなっていてもよい。これにより周囲部101をフィルタ部101aのみの簡易な構成とすることができる。
また還元剤の流量確保を考慮するとフィルタ部101aは周囲部101の全体に位置していることが好ましいが、周囲部101の強度を考慮すると周囲部101はフィルタ部101aとフレーム部101bとの組合せの構成からなっていることが好ましい。また包囲部110の底部102にフィルタ部をさらに設けた場合、フィルタ部の表面積をさらに大きく確保することができる。
また複数のフィルタ部101aの各々の網目の形状または寸法は、各フレーム部101bの各開口部に位置するフィルタ部101a毎に異なっていてもよく、また同じであってもよい。フィルタ部101aの網目の形状は三角形、四角形、六角形、不定形などのいずれの形状であってもよい。
包囲部110の底部102は、吸出配管70の吸込口70a(図3)に接続するための接続部104を有している。この接続部104は底部102から外部空間側へ突出している。接続部104には、この接続部104を貫通して包囲部110の内部空間105と外部空間とを繋ぐ貫通孔104aが形成されている。この貫通孔104aを吸出配管70の吸込口70aに接続することにより、内部空間105を吸込口70aに連通させることが可能である。この接続部104は、底部102の長手方向(図7の矢印A方向)の一方端側に偏って位置していることが好ましい。
主に図7および図8を参照して、対向部120は、突出部111と、蓋部112と、支持部113とを有している。突出部111は、蓋部112の表面から突き出すように形成されている。この突出部111は、内部に中空空間115を有しており中空となっている。なお突出部111は、内部に中空空間115を有さない密実構造を有していてもよい。
また突出部111は、蓋部112からの立ち上り部111aと、先端部111bとを有している。立ち上り部111aの先端部側には、蓋部112との接続部側から先端部にかけて立ち上り部111aの寸法Wが小さくなるようなテーパ部111a1が設けられている。
支持部113は蓋部112の側方に張り出すように形成されている。この支持部113には、貫通孔114が形成されている。この貫通孔114にボルトなどを挿通して、板状支持部78(図5)と支持部113とをボルトおよびナットで締め上げることにより支持部113を板状支持部78に支持させることができる。
次に、包囲部110に対向部120を嵌め合わせた構成について図6および図9〜図14を用いて説明する。
図9および図10のそれぞれは、本実施の形態の濾過器の構成を概略的に示す正面図および側面図である。図11および図12のそれぞれは、図10のXI−XI線およびXII−XII線に沿う概略断面図である。図13および図14のそれぞれは、図9のXIII−XIII線およびXIV−XIV線に沿う概略断面図である。
図6および図9を参照して、包囲部110に対向部120を嵌め合わせた状態において、対向部120の蓋部112は、包囲部110の他方端に取り付けられ、包囲部110の開口部103(図7)を閉じている。対向部120の突出部111は、蓋部112に接続され、その蓋部112から包囲部110の内部空間105内に延びている。
図11〜図14を参照して、突出部111が包囲部110の内部空間105内に延びることにより、突出部111は、内部空間105内で隙間空間106を介在して周囲部101(フィルタ部101aおよびフレーム部101b)および底部102の各々と対向している。隙間空間106は、突出部111が蓋部112に接続された部分から突出部111の先端部111bに至るまでの突出部111の全周と周囲部101との間、および先端部111bと底部102との間に位置している。また突出部111は、隙間空間106と濾過器100の外部空間とを仕切っている。
図11および図12を参照して、突出部111の先端部111bは底部102の近くまで延びている。具体的には突出部111の先端部111bと底部102との間の隙間空間106の寸法DAは、たとえば底部102の厚みTよりも小さくなっている。
また突出部111の立ち上り部111aと周囲部101(フィルタ部101aおよびフレーム部101b)との間の隙間空間106の寸法DBは、突出部111と蓋部112との接続部側から先端部111bに至るまで徐々に大きくなっている。
また立ち上り部111aのテーパ部111a1と周囲部101との間の隙間空間106の寸法DCも、先端部111b側に向かうほど大きくなっている。つまり対向部120は、貫通孔104aの延在方向(一点鎖線Cに沿う方向)に沿って貫通孔104aに近付くほど包囲部110の周囲部101と対向部120との間の隙間空間106の寸法DCが大きくなる形状のテーパ部111a1を有している。
このテーパ部111a1と周囲部101との間における隙間空間106の寸法DCの増加の割合は、テーパ部111a1以外の立ち上り部111aと周囲部101との間における隙間空間106の寸法DBの増加の割合よりも大きくなっている。また貫通孔104aと対向する部分におけるテーパ部111a1と周囲部101との間(つまり先端部111b付近)における隙間空間106の寸法DC1は貫通孔104aの直径DD以上の寸法を有している。
また図11に示すように隙間空間106に貫通孔104aが連通しているため、この貫通孔104aを吸出配管70の吸込口70a(図3)に接続することにより、吸込口70aに隙間空間106を連通させることができる。
図13および図14を参照して、突出部111の立ち上り部111aと周囲部101(フィルタ部101aおよびフレーム部101b)との間にも隙間空間106が形成されている。この隙間空間106は、立ち上り部111aの全周上に位置している。
図14を参照して、周囲部101のフィルタ部101aが隙間空間106の周囲を取り囲むように配置されている。フレーム部101bがある場合には、フィルタ部101aとフレーム部101bとが交互に配置されることによりフィルタ部101aは隙間空間106の周囲を取り囲んでいる。またフレーム部101bが省略された場合には、フィルタ部101aが全周にわたって隙間空間106の周囲を取り囲むことになる。
突出部111の径方向の寸法は周囲部101の径方向の寸法の半分以上であることが好ましい。ここで径方向の寸法とは、図13に示すように蓋部112から突出部111が延びる方向に対して垂直な面で切った濾過器100の断面において、重心CEを中心とする放射方向の寸法を意味する。この重心CEは、内部空間105の上記断面形状における質量分布が均一であると想定したときの上記断面形状の重心を意味する。また径方向は、重心CEを通る全ての方向を意味する。
具体的には図13を参照して、上記径方向がたとえば内部空間105の上記断面形状における長手方向である場合、突出部111の径方向の寸法WA1は周囲部101の径方向の寸法WB1aの半分以上であることが好ましい。また上記径方向がたとえば内部空間105の上記断面形状における短手方向である場合、突出部111の径方向の寸法WA2は周囲部101の径方向の寸法WB2aの半分以上であることが好ましい。
上記においては周囲部101のフレーム部101bにより規定される上記断面形状の径方向の寸法について説明したが、周囲部101のフィルタ部101aにより規定される上記断面形状の径方向の寸法についても同様である。具体的には図14を参照して、上記径方向がたとえば内部空間105の上記断面形状における短手方向である場合、突出部111の径方向の寸法WA2は周囲部101のフィルタ部101aにより規定される径方向の寸法WB2bの半分以上であることが好ましい。
また図11に示すように、突出部111のテーパ部111a1が設けられた部分についても突出部111の径方向の寸法は周囲部101の径方向の寸法の半分以上であることが好ましい。具体的には上記径方向がたとえば内部空間105の上記断面形状における長手方向である場合、テーパ部111a1が設けられた先端部111bの径方向の寸法WA1は周囲部101の径方向の寸法WB1aの半分以上であることが好ましい。
上記においては上記径方向の寸法が内部空間105の上記断面形状における長手方向または短手方向の寸法である場合について説明したが、上記径方向の寸法は長手方向および短手方向以外の方向であっても上記重心CEを通る寸法であればよい。
また隙間空間106が可能な限り小さくなるように突出部111は周囲部101および底部102に近接していることが好ましい。立ち上り部111aの外周面が周囲部101の内周面に近接しており、かつ先端部111bの表面が底部102の表面に近接していることが好ましい。
なお図15に示すように対向部120は、隙間空間106と濾過器100の外部空間との間で還元剤90を透過させるフィルタ部(第2のフィルタ部)111aaを有していてもよい。具体的には、立ち上り部111aは、複数のフィルタ部111aaと、フレーム部111abとを有している。
フレーム部111abは、たとえば複数の矩形の開口部を構成するように格子形状を有しながら中空空間115の周囲を取り囲んでいる。複数のフィルタ部111aaの各々は、フレーム部111abにより形成された複数の矩形の開口部の各々に配置されている。この複数のフィルタ部111aaの各々は、隙間空間106と濾過器100の外部空間との間で還元剤を透過させることができるように構成されている。
立ち上り部111aは、フレーム部111abを有さずに、フィルタ部111aaのみからなっていてもよい。また突出部111の先端部111bがフィルタ部を有していてもよい。
なお図15に示す対向部120の上記以外の構成は、図7、図8に示した対向部の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
次に、本実施の形態の作用効果について、図16に示す比較例の構成と対比して説明する。
図16を参照して、比較例の濾過器100の構成は、図6および図7に示した本実施の形態の構成と比較して、対向部120が突出部111を有しておらず、平板状の蓋部112と、その蓋部112の側方に張り出した支持部113とからなる点において異なっている。なお、これ以外の比較例の構成は、図6および図7に示した本実施の形態の構成とほぼ同じであるため同一の要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
比較例の構成においては、本実施の形態のように突出部111が設けられていないため、濾過器100の内部空間105は本実施の形態の隙間空間106よりも広くなっている。このため、図3に示すように濾過器100を設けた還元剤タンク20においてパージ処理が行われると、濾過器100内に大量の気泡が滞留することになる。このためエンジン10の再始動時において還元剤90を吸出配管70内に吸い込む際に、吸出配管70内に気泡が大量に吸い込まれて、吸出配管70内への還元剤90の吸込不良が生じ、還元剤ポンプ22の作動不良につながる。
上記の吸込不良を抑制するために、比較例の濾過器100の内部空間105の容積を単純に小さくしようとすると、フィルタ部101aの表面積が小さくなり、還元剤90の流量に影響が生じる。
これに対して本実施の形態の濾過器100によれば、図11〜図14に示すように、対向部120が包囲部110の内部空間105内に延びている。これにより、対向部120と包囲部110との間に挟まれる隙間空間106の容積を比較例よりも小さくすることができる。このためパージ処理で濾過器100の隙間空間106内に滞留する気泡の量を減らすことができる。よって、エンジンの再始動時において還元剤90を吸込口70aに吸い込む際に、吸込口70a内に気泡が大量に吸い込まれることが抑制されて還元剤90の吸込不良を抑制することが可能となる。
また吸込不良を抑制するためには上記隙間空間106の容積を減らすべく包囲部110の内部空間105に対向部120を延ばせばよく、包囲部110の大きさ自体を小さくする必要がない。このため、包囲部110に形成されるフィルタ部101aの表面積を大きく確保することができ、還元剤90の流量に影響が出ないようにすることができる。
また上記のとおり現状のサイズを維持できるためコンパクトなサイズで、吸込不良を抑制しながらもフィルタ部の表面積を大きく確保することが可能である。
またフィルタ部の表面積を大きく確保することによれば、フィルタを長寿命化させることができる。
また図14に示すようにフィルタ部101aが隙間空間106の周囲を取り囲むように配置されている。これにより、フィルタ部101aの面積をさらに大きくすることができる。
また図11に示すように先端部111bと底部102との間の隙間空間の寸法DAが底部102の厚みTよりも小さいため、先端部111bと底部102との間の隙間空間の寸法DAをより小さくすることが可能となる。
また図13および図14に示すように突出部111aの径方向の寸法は周囲部の径方向の寸法の半分以上である。これにより隙間空間を体積をさらに小さくすることが可能となる。
また図11に示すように対向部120は、貫通孔104aの延在方向(一点鎖線Cに沿う方向)に沿って貫通孔104aに近付くほど包囲部110と対向部120との間の隙間空間106の大きさDCが大きくなる形状のテーパ部111a1を有している。これにより、吸込口70aに繋がる貫通孔104a付近での還元剤90の流路抵抗を低減することができ、還元剤90をスムーズに吸込口70aに流すことが可能となる。
また図15に示すように対向部120が、隙間空間106と濾過器100の外部空間との間で還元剤90を透過させるフィルタ部111aaを有している場合には、フィルタ部の全体の面積をフィルタ部111aaの分だけさらに大きくすることができる。
図1および図2に示す本実施の形態の作業車両1によれば、図4〜図14に示す本実施の形態の還元剤タンク20を備えているため、還元剤90の吸込不良を抑制でき、かつフィルタ部101aの表面積が小さくなることによる還元剤90の流量の影響もない。このため、排気処理装置14における排気ガスの還元反応をより適切に行なうことが可能となる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 作業車両(油圧ショベル)、2 下部走行体、2a 履帯、3 上部旋回体、4 作業機、4a ブーム、4b アーム、4c バケット、4d 油圧シリンダ、5 キャブ、6 エンジンルーム、7 カウンタウェイト、8 エンジンフード、9 旋回フレーム、10 エンジン、11,13 排気管、12 排気処理装置(ディーゼル微粒子捕集フィルター装置)、13 中継接続管(ミキシング配管)、14 排気処理装置(選択還元触媒装置)、15 排気筒、16 ラジエータ、17,18 冷却水配管、19 冷却水ポンプ、20 還元剤タンク、21 送り配管、22 還元剤ポンプ、25 圧送配管、26 底面、28 噴射装置、30 天蓋、31 開口、32 締結部材、33 容器本体、34 上面、37 補充口、40 熱交換器、50 第1管路、60 第2管路、70 吸出配管、70a 吸込口、77 支持板、78 板状支持部、79 戻り口、80 センサユニット、82,87 ハーネス、83 水位計、85 温度計、86 基部、88 コネクタ、90 還元剤、91 空気抜き穴、92 ブリーザ、95 伝熱プレート、95a 第1の平板部、95b 第2の平板部、95c 屈曲部、96 クランプ部、100 濾過器、101 周囲部、101a,111aa フィルタ部、101b,111ab フレーム部、102 底部、103 開口部、104 接続部、104a,114 貫通孔、105 内部空間、106 隙間空間、110 包囲部、111 突出部、111a 立ち上り部、111a1 テーパ部、111b 先端部、112 蓋部、113 支持部、115 中空空間、120 対向部。
Claims (7)
- 還元剤を貯留する容器本体と、
前記容器本体内に位置する吸込口を有し、前記吸込口から前記還元剤を前記容器本体の外部に導く配管と、
前記配管の前記吸込口に設けられた濾過器と、
を備え、
前記濾過器は、
前記濾過器の内部空間を取り囲むことにより前記内部空間と前記濾過器の外部空間とを仕切り、かつ前記内部空間と前記外部空間との間で前記還元剤を透過させる第1のフィルタ部を有する包囲部と、
前記包囲部の前記内部空間内に延びることにより、前記内部空間内で、前記吸込口に連通した隙間空間を介在して前記第1のフィルタ部と対向し、かつ前記隙間空間と前記外部空間とを仕切る、還元剤不透過性の対向部とを有する、還元剤タンク。 - 還元剤を貯留する容器本体と、
前記容器本体内に位置する吸込口を有し、前記吸込口から前記還元剤を前記容器本体の外部に導く配管と、
前記配管の前記吸込口に設けられた濾過器と、
を備え、
前記濾過器は、
前記濾過器の内部空間を取り囲むことにより前記内部空間と前記濾過器の外部空間とを仕切り、かつ前記内部空間と前記外部空間との間で前記還元剤を透過させる第1のフィルタ部を有する包囲部と、
前記包囲部の前記内部空間内に延びることにより、前記内部空間内で、前記吸込口に連通した隙間空間を介在して前記第1のフィルタ部と対向し、かつ前記隙間空間と前記外部空間とを仕切る対向部とを有し、
前記包囲部は、前記吸込口と前記隙間空間とを繋ぐ貫通孔を有し、
前記対向部は、前記貫通孔の延在方向に沿って前記貫通孔に近付くほど前記包囲部と前記対向部との間の前記隙間空間の大きさが大きくなる形状のテーパ部を有している、還元剤タンク。 - 前記対向部は、前記隙間空間と前記外部空間との間で前記還元剤を透過させる第2のフィルタ部を有する、請求項2に記載の還元剤タンク。
- 前記第1のフィルタ部が前記隙間空間の周囲を取り囲むように配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の還元剤タンク。
- 前記包囲部は、前記内部空間の周囲を取り囲む周囲部と、前記周囲部の一方端を閉じる底部とを有し、
前記周囲部の他方端には開口部が形成されており、
前記対向部は、前記他方端に取り付けられた蓋部と、前記蓋部から前記内部空間内へ延びる突出部とを有しており、
前記隙間空間は、前記突出部が前記蓋部に接続された部分から前記突出部の先端部に至るまでの前記突出部の全周と前記周囲部との間、および前記先端部と前記底部との間に位置し、
前記先端部と前記底部との間の前記隙間空間の寸法は前記底部の厚みよりも小さい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の還元剤タンク。 - 前記突出部の径方向の寸法は前記周囲部の径方向の寸法の半分以上である、請求項5に記載の還元剤タンク。
- エンジンと、
前記エンジンからの排気ガスを還元反応により処理する排気処理装置と、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記還元剤タンクと、
前記還元剤タンクから吸い出した前記還元剤を、前記排気処理装置に導かれる排気ガスに対して噴射する還元剤噴射装置とを備える、作業車両。
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