JP2016151489A

JP2016151489A - 建設機械の尿素水濃度測定装置

Info

Publication number: JP2016151489A
Application number: JP2015029011A
Authority: JP
Inventors: 伸一小竹; Shinichi Kotake; 剛志中村; Tsuyoshi Nakamura; 謙輔佐藤; Kensuke Sato
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-08-22

Abstract

【課題】尿素水の濃度を常に正確に測定することができる建設機械の尿素水濃度測定装置を提供する。【解決手段】尿素水濃度測定装置１０は、尿素水Ａ内に配置されて超音波Ｗを発信・受信する超音波発信・受信部２１と、尿素水Ａ内に配置されて超音波発信・受信部２１から発信された超音波Ｗを超音波発信・受信部２１に反射する超音波反射部２２と、尿素水Ａ内に配置されて超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂや超音波反射部２２の反射面２２ｂに付着した気泡Ｂを除去するための超音波振動子２３と、制御部３０とを備える。制御部３０は、超音波発信・受信部２１が超音波反射部２２から超音波Ｗを受信したときの受信状況を用いて尿素水Ａの濃度を測定し、且つ、受信状況が正常か否かを判断して正常でないと判断した場合に超音波振動子２３を作動させる。【選択図】図４

Description

本発明は、建設機械の尿素水濃度測定装置に関する。

昨今のディーゼルエンジンが搭載された油圧ショベル等の建設機械には、排気ガス規制に対応するために尿素ＳＣＲシステムが設けられている。この尿素ＳＣＲシステムは、尿素水を利用して排気ガス中の窒素酸化物を還元して排気ガスを浄化するものである。

また、この尿素ＳＣＲシステムは、尿素水噴射装置、尿素水噴射装置に接続された尿素水ポンプ、尿素水ポンプに接続された尿素水タンクを備えている。

ここで、尿素ＳＣＲシステムによる排気ガスの浄化方法を説明する。尿素水ポンプは、尿素水タンクから尿素水を吸い上げて尿素水噴射装置に供給する。尿素水噴射装置は、尿素水ポンプから供給された尿素水を、エンジンの排気通路内に配置されたＳＣＲ触媒の前段側に噴射して、排気ガス中の窒素酸化物に尿素水を添加する。尿素水は排気ガスの熱により加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒において窒素酸化物を無害な窒素に還元する。余剰のアンモニアは後段の酸化触媒により酸化されて無害な窒素と水になる。

また、尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水の濃度（品質）が十分でないと排気ガス中の窒素酸化物を十分に還元することができない、つまり排気ガスを十分に浄化することができない。そのため、例えば超音波を用いて尿素水の濃度を測定する尿素水濃度測定装置が使用されている（特許文献１参照）。

従来の尿素水濃度測定装置は、尿素水内に配置されて超音波を発信・受信する超音波発信・受信部と、尿素水内に配置されて超音波発信・受信部から発信された超音波を超音波発信・受信部に反射する超音波反射部と、超音波発信・受信部が超音波反射部から超音波を受信したときの受信状況を用いて尿素水の濃度を測定する制御部とを備えている。

特表２０１３−５１２３７５号公報

しかしながら、従来の尿素水濃度測定装置においては、運転中に尿素水の温度が急激に上昇すると尿素水の一部が気化して気泡が発生する場合がある。特に、油圧ショベル等の建設機械では、トラックとは異なり作業中に走行することが少ないため、尿素水タンクに走行風（冷却風）が当たりにくく尿素水の温度が上昇しやすく、気泡が発生しやすい。

この気泡が、超音波発信・受信部の発信・受信面や超音波反射部の反射面に付着すると、超音波発信・受信部は超音波を正常に発信・受信できず、超音波反射部は超音波を正常に反射できない。したがって、制御部は正常な受信状況を得ることができず、尿素水の濃度を正確に測定することができない。その結果、尿素ＳＣＲシステムは、排気ガスを正常に浄化することができなくなる。

本発明は、以上の問題を鑑みて成されたものであり、尿素水の濃度を常に正確に測定することができる建設機械の尿素水濃度測定装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような建設機械の尿素水濃度測定装置を採用した。

本発明の建設機械の尿素水濃度測定装置は、建設機械に設けられる尿素ＳＣＲシステムに使用する尿素水の濃度を超音波を用いて測定する建設機械の尿素水濃度測定装置であって、
前記尿素水内に配置されて前記超音波を発信・受信する超音波発信・受信部と、
前記尿素水内に配置されて前記超音波発信・受信部から発信された前記超音波を受けて前記超音波発信・受信部に反射する超音波反射部と、
前記尿素水内に配置されて前記超音波発信・受信部の発信・受信面や前記超音波反射部の反射面に付着した気泡を除去するための超音波振動子と、
前記超音波発信・受信部が前記超音波反射部から前記超音波を受信したときの受信状況を用いて前記尿素水の濃度を測定し、且つ、前記受信状況が正常か否かを判断して正常でないと判断した場合に前記超音波振動子を作動させる制御部と
を備えることを特徴する。

本発明の建設機械の尿素水濃度測定装置では、超音波発信・受信部の発信・受信面や超音波反射部の反射面に気泡が付着しても超音波振動子により除去するようにした。これにより超音波発信・受信部は超音波を常に正常に発信・受信することが可能になり、超音波反射部は超音波を常に正常に反射することが可能になる。したがって、制御部は正常な受信状況を常に得ることが可能になる。よって、本発明の建設機械の尿素水濃度測定装置は、尿素水の濃度を常に正確に測定することができる。その結果、尿素ＳＣＲシステムは、排気ガスを常に正常に浄化することができる。

本発明の第１の実施の形態を示す油圧ショベルの右側面図である。同実施の形態の尿素ＳＣＲシステムの構成を示す図である。同実施の形態の尿素水タンクの内部を示す図である。同実施の形態の尿素水濃度測定装置の構成を示す図である。同実施の形態の尿素水濃度の許容範囲を説明するグラフである。同実施の形態の尿素水濃度測定装置による気泡の除去を説明する図である。本発明の第２の実施の形態を示す尿素水濃度測定装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態を示す尿素水濃度測定装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図にしたがって説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す油圧ショベル１の右側面図である。この油圧ショベル１は、走行体２と、走行体２上に旋回可能に設けられた旋回体３と、旋回体３の前側に設けられた掘削作業等を行う作業装置４とを備えている。

旋回体３上には、前側に運転室５が設けられ、後側に機械室６が設けられている。機械室６の後側にはカウンタウエイト７が設けられている。機械室６には、図示しないがエンジン（ディーゼルエンジン）、油圧ポンプ、作動油タンク、燃料タンク、旋回体３を駆動する旋回モータ、尿素ＳＣＲシステム、エンジン冷却装置等が格納されている。

次に、尿素ＳＣＲシステムについて説明する。尿素ＳＣＲシステムは、周知のように、排気ガス中の窒素酸化物を還元して排気ガスを浄化するものである。

図２に示すように尿素ＳＣＲシステム１０１は、尿素ＳＣＲシステム本体１０２（後処理装置）と、尿素ＳＣＲシステム本体１０２に尿素水を添加する尿素水添加装置１０３とを備えている。

尿素ＳＣＲシステム本体１０２は、エンジン１１０の排気通路１１０ａ内に上流側から順に配置された前段酸化触媒１０４、ＳＣＲ触媒１０５、後段酸化触媒１０６を備えている。なお、前段酸化触媒１０４は必ずしも配置されなくても良い。

尿素水添加装置１０３は、尿素水タンク１０７、尿素水タンク１０７に尿素水供給管２１１で接続された尿素水ポンプ１０８、尿素水ポンプ１０８に尿素水供給管２１２で接続された尿素水噴射装置１０９を備えている。尿素水噴射装置１０９の噴射位置は、前段酸化触媒１０４とＳＣＲ触媒１０５との間に設定されている。

ここで、尿素ＳＣＲシステム１０１による排気ガスの浄化方法を説明する。尿素水ポンプ１０８は、尿素水タンク１０７から尿素水を吸い上げて尿素水噴射装置１０９に供給する。尿素水噴射装置１０９は、尿素水ポンプ１０８から供給された尿素水を前段酸化触媒１０４とＳＣＲ触媒１０５との間に噴射する。

前段酸化触媒１０４は、エンジン１１０の排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素を酸化して無害な二酸化炭素と水にする。前段酸化触媒１０４を通過した排気ガス中の窒素酸化物には、尿素水噴射装置１０９から噴射された尿素水が添加される。尿素水は排気ガスの熱により加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒１０５において窒素酸化物を無害な窒素に還元する。余剰のアンモニアは後段酸化触媒１０６により酸化されて無害な窒素と水になる。

また、図２に示すように、尿素水ポンプ１０８と尿素水タンク１０７との間には、尿素水戻し管２１３が接続されている。この尿素水戻し管２１３は、尿素水ポンプ１０８から尿素水噴射装置１０９に供給されなかった（窒素酸化物の還元に使用されなかった）尿素水を尿素水タンク１０７に戻すために使用されるものである。

次に、尿素水タンク１０７について説明する。この尿素水タンク１０７は、図１に示すように旋回体３上において機械室６の前側に設けられている。この尿素水タンク１０７はカバー８で覆われている。

図３は、尿素水タンク１０７の内部を示す図である。この尿素水タンク１０７は、タンク本体１７１を備えている。このタンク本体１７１は箱形の中空状に形成されている。

タンク本体１７１の上部の角部には、尿素水の給水口１７２が設けられている。この給水口１７２には、キャップ１７３等の栓部材が着脱可能に装着されている。

タンク本体１７１の上面１７１ａの中央部分には開口部１７１ｂが設けられている。この開口部１７１ｂには、尿素水の供給・解凍ユニット２０１が閉塞して取り付けられている。この供給・解凍ユニット２０１は、タンク本体１７１内に貯留されている尿素水Ａを尿素水ポンプ１０８に供給したり、タンク本体１７１内で凍結している尿素水（図示せず）を解凍したりするために使用されるものである。

供給・解凍ユニット２０１は、開口部１７１ｂを閉塞する蓋体２０２と、蓋体２０２に一端（上端）が結合された支持棒２０３と、支持棒２０３の他端（下端）に結合されてタンク本体１７１内に配置された支持板２０４とを備える。

さらに、供給・解凍ユニット２０１は、蓋体２０２を貫通して下端が支持板２０４に配置された尿素水供給管２１１と、蓋体２０２を貫通して設けられた尿素水戻し管２１３（図２参照）及びエンジン冷却水管（図示せず）と、蓋体２０２を貫通して設けられた空気抜き管２１４を備えている。

支持棒２０３は、下端がタンク本体１７１内の底部付近まで延びて配置されている。支持板２０４は板状に形成されており、その中央部分に支持棒２０３の下端が結合されてタンク本体１７１内の底部付近に配置されている。

尿素水供給管２１１は、タンク本体１７１内に貯留されている尿素水Ａを尿素水ポンプ１０８へ供給するために使用されるものである。尿素水供給管２１１の一端側は、タンク本体１７１内の支持板２０４において支持棒２０３の左側（一方側）の部分に結合されている。尿素水供給管２１１の他端側は、図２に示すように尿素水ポンプ１０８に接続されている。

尿素水戻し管２１３は、図３に図示しないが、一端側が蓋体２０２を貫通してタンク本体１７１内に配置されている。エンジン冷却水管は、タンク本体１７１内にエンジン冷却水を通過させて、タンク本体１７１内で凍結している尿素水を解凍するものである。このエンジン冷却水管は、図示しないが、タンク本体１７１内で例えばＵ字状に折り返されて配置されている。エンジン冷却水管の両端側は蓋体２０２を貫通してエンジン冷却水の循環配管（図示せず）に接続されている。この循環配管は、エンジン冷却装置を構成するものである。

空気抜き管２１４は、タンク本体１７１内の空気を逃がすために使用されるものである。空気抜き管２１４の一端側は、蓋体２０２を貫通してタンク本体１７１内に配置されている。空気抜き管２１４の他端側は、タンク本体１７１の外部に配置されている。

タンク本体１７１の底面１７１ｃの中央部分にはドレン穴１７１ｄが設けられている。このドレン穴１７１ｄには、キャップ１７５等の栓部材が着脱可能に装着されている。

また、図示しないが、尿素水タンク１０７には液面センサが設けられている。この液面センサは、蓋体２０２を貫通してタンク本体１７１内の底部付近まで延びて設けられている。この液面センサは、尿素水Ａの液面の位置を検出するものである。

次に、本発明の尿素水濃度測定装置について説明する。図４は、尿素水濃度測定装置１０の構成を示す図である。この尿素水濃度測定装置１０は、尿素ＳＣＲシステム１０１に使用する尿素水Ａの濃度を超音波Ｗを用いて測定するものである。この尿素水濃度測定装置１０は、尿素水タンク１０７に設けられており、尿素水濃度測定装置本体２０と、尿素水濃度測定装置本体２０の動作を制御する制御部３０とを備えている。

尿素水濃度測定装置本体２０は、図３に示すようにタンク本体１７１内に貯留されている尿素水Ａ内、具体的にはタンク本体１７１内の支持板２０４において支持棒２０３の右側（他方側）に配置されている。

図４に示すように、尿素水濃度測定装置本体２０は、超音波発信・受信部２１と、超音波反射部２２と、超音波振動子２３と、温度センサ２４とを備えている。

超音波発信・受信部２１は、支持板２０４の上面の左側部分に設けられている。この超音波発信・受信部２１は、超音波Ｗを発信・受信するものである。この超音波発信・受信部２１の右側部分には超音波Ｗの発信・受信板２１ａが設けられている。この発信・受信板２１ａの右側面は超音波Ｗを発信・受信する発信・受信面２１ｂとなっている。

超音波反射部２２は、支持板２０４の上面の右側部分に超音波発信・受信部２１と対向して設けられている。この超音波反射部２２は、超音波発信・受信部２１から発信された超音波Ｗを受けて超音波発信・受信部２１に反射するものである。この超音波反射部２２の左側部分には超音波Ｗの反射板２２ａが設けられている。この反射板２２ａの左側面は超音波Ｗの反射面２２ｂとなっている。この反射面２２ｂは、超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂと対向している。

超音波振動子２３は、支持板２０４の上面において超音波発信・受信部２１と超音波反射部２２との間に設けられている。具体的には、この超音波振動子２３は、支持板２０４の上面に複数の取付部材２５により取り付けられており、この状態で超音波Ｗの発生面２３ａである上面の左右側の部分の上方に、超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂと、超音波反射部２２の反射面２２ｂが位置している。

また、この超音波振動子２３は、周知のように振動して超音波Ｗを発生して、この超音波Ｗを尿素水Ａ中に伝えて、超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂや超音波反射部２２の反射面２２ｂに付着した気泡Ｂを除去するものである。前述したように超音波振動子２３の上面は超音波Ｗが発生する発生面２３ａとなっている。なお、気泡Ｂは、運転中に尿素水Ａの温度が上昇して尿素水Ａの一部が気化して発生する。

温度センサ２４は、支持板２０４の下面において超音波発信・受信部２１の下側に配置されて取付部材２６により取り付けられている。この温度センサ２４は、尿素水Ａの温度を測定するものである。

制御部３０は、図３に示すように、尿素水タンク１０７の蓋体２０２の上面に設けられている。この制御部３０は、超音波発信・受信部２１、超音波振動子２３、温度センサ２４にそれぞれハーネス３１〜３３で接続されており、これらの機器の動作を制御する。

また、制御部３０は、超音波発信・受信部２１が超音波反射部２２から超音波Ｗを受信したときの受信状況を用いて尿素水Ａの濃度を測定する。具体的には、例えば、超音波発信・受信部２１と超音波反射部２２との間の往復距離と、超音波Ｗを発信してから受信までにかかる時間とから応答速度を算出する。そして制御部３０は、算出した応答速度を、尿素水Ａの既存の濃度に対応する既存の応答速度に照らして尿素水Ａの濃度を求める。さらに制御部３０は、温度センサ２４で測定された温度に応じた濃度の補正を行い、最終的な濃度を得る。

また、制御部３０は、受信状況が正常か否かを判断して正常でないと判断した場合には超音波振動子２３を作動させる。これについて以下に具体的に説明する。

制御部３０は、受信状況が正常であると判断する尿素水Ａの濃度の許容範囲をあらかじめ設定する。この許容範囲の設定方法は、例えば図５に示すように、正常な品質の尿素水の濃度Ｃ_０に対して所定の濃度Ｃ_１を加えた許容上限濃度Ｃ_０＋Ｃ_１と、正常な品質の尿素水の濃度Ｃ_０に対して所定の濃度Ｃ_２を減じた許容下限濃度Ｃ_０−Ｃ_２を設定する。なお、所定の濃度Ｃ_１、Ｃ_２は、濃度Ｃ_０の数パーセント程度の値に設定される。

制御部３０は、上記のように許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）を設定した上で、測定した尿素水Ａの濃度が許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れているか否かを判断して外れていると判断したときに受信状況が正常でないと判断して超音波振動子２３を作動させる。

具体的には、制御部３０は、測定した尿素水Ａの濃度が許容範囲の上限（Ｃ_０＋Ｃ_１）を上回ったとき、あるいは図５に示すように許容範囲の下限（Ｃ_０−Ｃ_２）を下回ったときに受信状況が正常でないと判断して超音波振動子２３を作動させる。

以上のように構成されている尿素水濃度測定装置１０において、次に動作を説明する。

制御部３０は、最初に超音波発信・受信部２１と温度センサ２４を作動させる。超音波発信・受信部２１は、発信・受信面２１ｂから、超音波反射部２２の反射面２２ｂに向けて超音波Ｗを発信する。超音波反射部２２は、超音波発信・受信部２１から発信された超音波Ｗを反射面２２ｂで受けて超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂに反射する。超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂは、超音波反射部２２の反射面２２ｂから反射された超音波Ｗを受信する。

制御部３０は、超音波発信・受信部２１が超音波Ｗを受信したときの受信状況を用いて、前述した方法で尿素水Ａの濃度を求め、さらに温度センサ２４で測定された温度に応じた濃度の補正を行い、最終的な濃度を得る。続いて、制御部３０は、得られた（測定した）尿素水Ａの濃度が、図５に示す許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れているか否か（許容範囲内にあるか否か）を判断する。

ここで、超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂや超音波反射部２２の反射面２２ｂに気泡Ｂが付着すると、超音波発信・受信部２１は超音波Ｗを正常に発信・受信できず、超音波反射部２２は超音波Ｗを正常に反射できなくなる。このため、受信状況が正常でなくなり、測定した尿素水Ａの濃度は許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れる。

制御部３０は、測定した尿素水Ａの濃度が許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れていると判断したときには受信状況が正常でないと判断し、超音波発信・受信部２１を停止して超音波振動子２３を所定時間作動させる。これにより超音波振動子２３は所定時間振動して発生面２３ａから超音波Ｗを発生し、その超音波Ｗを気泡Ｂに伝えて振動させる。

制御部３０は、所定時間経過したら超音波振動子２３を停止する。このときに気泡Ｂが発信・受信面２１ｂや反射面２２ｂから剥がれて浮き上がり除去される（図６参照）。続いて、制御部３０は、超音波発信・受信部２１を作動させて尿素水Ａの濃度を測定し、許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れているか否かを判断する。

制御部３０は、測定した尿素水Ａの濃度が許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れていると判断したときには超音波発信・受信部２１を再度停止して超音波振動子２３を所定時間作動させる。気泡の除去を確実に行うため、超音波振動子２３を所定回数作動させる（超音波振動子２３のオン・オフを所定回数繰り返す）。この結果、発信・受信面２１ｂや反射面２２ｂに付着した気泡Ｂが十分に除去される。

以上説明したように本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０では、超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂや超音波反射部２２の反射面２２ｂに気泡Ｂが付着しても超音波振動子２３により除去するようにした。これにより超音波発信・受信部２１は超音波Ｗを常に正常に発信・受信することが可能になり、超音波反射部２２は超音波を常に正常に反射することが可能になる。したがって、制御部３０は正常な受信状況を常に得ることが可能になる。よって、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０は、尿素水Ａの濃度を常に正確に測定することができる。その結果、尿素ＳＣＲシステム１０１は、排気ガスを常に正常に浄化することができる。

また、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０では、超音波発信・受信部２１と超音波反射部２２と超音波振動子２３とを支持板２０４に取り付けることで一体化した。これにより超音波発信・受信部２１と超音波反射部２２と超音波振動子２３をメンテナンス等する際にこれらの部品の取り付け・取り外し作業を一体化した状態で行うことが可能になる。よって、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０は、装置全体の取り付け・取り外し作業の作業効率を上げることができる。

さらに、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０では、超音波発信・受信部２１と超音波反射部２２と超音波振動子２３とを既存の部材（支持板２０４）に取り付けて一体化したので、一体化するために新たな部品を用意する必要がない。よって、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０は、超音波発信・受信部２１と超音波反射部２２と超音波振動子２３とを一体化するためのコストも抑えることができる。

また、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０では、制御部３０は、受信状況が正常である場合の尿素水Ａの濃度の許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）を設定し、測定した尿素水Ａの濃度が許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れているか否かを判断して許容範囲（Ｃ_０＋Ｃ_１〜Ｃ_０−Ｃ_２）から外れていると判断したときに受信状況が正常でないと判断して超音波振動子２３を作動させるようにした。

つまり、制御部３０は、超音波振動子２３の作動の判断条件として、測定した尿素水Ａの濃度を流用した。このため、超音波振動子２３の作動の判断のために新たな条件を用意する必要がないので、コストを抑えて気泡Ｂを除去することが可能になる。よって、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１０は、尿素水Ａの濃度をコストを抑えつつ常に正確に測定することができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態の尿素水濃度測定装置１００の構成を示す図である。図７において第１の実施の形態と同様な部分には同じ符号を付し、異なる部分を中心にして説明する。

第１の実施の形態の尿素水濃度測定装置１０では単一の超音波振動子２３を使用したが、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１００では複数（２つ）の超音波振動子１２３，１２３を使用している。

左側の超音波振動子１２３は、支持板２０４の上面において超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂの右側（前側）近傍に配置されて取付部材１２５により取り付けられ、制御部３０にハーネス１３２で接続されている。

右側の超音波振動子１２３は、支持板２０４の上面において超音波反射部２２の反射面２２ｂの左側（前側）近傍に配置されて取付部材１２５により取り付けられ、制御部３０にハーネス１３２で接続されている。双方の超音波振動子１２３，１２３は、上面が超音波Ｗの発生面１２３ａとなる。

以上のように構成されている尿素水濃度測定装置１００は、２つの超音波振動子１２３，１２３を作動させると左側の超音波振動子１２３は発生面１２３ａから超音波Ｗを発生し、超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂに付着した気泡Ｂを除去する。また、右側の超音波振動子１２３は発生面１２３ａから超音波Ｗを発生し、超音波反射部２２の反射面２２ｂに付着した気泡Ｂを除去する。

したがって、本実施の形態の尿素水濃度測定装置１００は、第１の実施の形態の尿素水濃度測定装置１０に比べて、小型の超音波振動子を用いて気泡Ｂを除去することが可能になるので、低コスト化を図ることができる。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態の尿素水濃度測定装置２００の構成を示す図である。図８において第１の実施の形態と同様な部分には同じ符号を付し、異なる部分を中心にして説明する。

上記の実施の形態の尿素水濃度測定装置１０、１００では超音波振動子を支持板２０４の上面に設けたが、本実施の形態の尿素水濃度測定装置２００では超音波振動子２２３が超音波反射部２２２に設けられている（内蔵されている）。

具体的に説明すると、超音波反射部２２２は上記の実施の形態の超音波反射部２２と同じ大きさであり、その左側に設けられている反射板２２２ａの内部に超音波振動子２２３が組み込まれ、制御部３０にハーネス３２で接続されている。また、反射板２２２ａの左側面が超音波Ｗの反射面２２２ｂとなり、超音波振動子２２３の左側面が超音波Ｗの発生面２２３ａとなっている。

以上のように構成されている尿素水濃度測定装置２００は、超音波振動子２２３を作動させると発生面２２３ａから超音波Ｗを発生し、発生面２２３ａと反射面２２２ｂに付着している気泡Ｂを除去する。さらに、尿素水濃度測定装置２００は、超音波Ｗにより超音波発信・受信部２１の発信・受信面２１ｂに付着している気泡Ｂを除去する。

したがって、本実施の形態の尿素水濃度測定装置２００は、超音波振動子２２３を超音波反射部２２２に内蔵したことで、上記の実施の形態の尿素水濃度測定装置１０、１００に比べて単一で且つ小型の超音波振動子を用いて気泡Ｂを除去することが可能になるので、低コスト化を図ることができる。

さらに、本実施の形態の尿素水濃度測定装置２００は、超音波振動子２２３の支持板２０４に対する取り付け・取り外しの作業が不要となるため、装置全体の取り付け・取り外しの作業の作業効率を上げることができる。

以上、本発明にかかる実施の形態を例示したが、上記の実施の形態は本発明の内容を限定するものではない。また、本発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。

例えば、実施の形態では、従来の尿素水濃度測定装置に新たに超音波振動子を追加したが、制御部が超音波発信・受信部を振動させて超音波振動子と同じ周波数の超音波を発生するように制御して超音波発信・受信部を超音波振動子として構成しても良い。これにより、新たに超音波振動子を用意する必要がないので低コスト化を図ることができる。

また、実施の形態では、尿素水濃度測定装置本体を支持板に設置したが、設置場所は支持板に限定しなくても良く、尿素水に常時浸漬する位置であれば、例えばタンク本体の底部に設置しても良い。また、制御部の設置位置はタンク本体の内部、外部どちらでも良い。

また、実施の形態では、排気ガス中の窒素酸化物を低減させる液体の還元剤として尿素水のみを使用し、この場合に本発明を適用した例を説明したが、液体の還元剤として尿素水とアルコール溶液を混合したものでも本発明を適用することは可能である。

１油圧ショベル（建設機械）
１０、１００、２００尿素水濃度測定装置
２１超音波発信・受信部
２１ｂ発信・受信面
２２、２２２超音波反射部
２２ｂ、２２２ｂ反射面
２３、１２３、２２３超音波振動子
３０制御部
１０１尿素ＳＣＲシステム
Ａ尿素水
Ｂ気泡
Ｗ超音波

Claims

建設機械に設けられる尿素ＳＣＲシステムに使用する尿素水の濃度を超音波を用いて測定する建設機械の尿素水濃度測定装置であって、
前記尿素水内に配置されて前記超音波を発信・受信する超音波発信・受信部と、
前記尿素水内に配置されて前記超音波発信・受信部から発信された前記超音波を受けて前記超音波発信・受信部に反射する超音波反射部と、
前記尿素水内に配置されて前記超音波発信・受信部の発信・受信面や前記超音波反射部の反射面に付着した気泡を除去するための超音波振動子と、
前記超音波発信・受信部が前記超音波反射部から前記超音波を受信したときの受信状況を用いて前記尿素水の濃度を測定し、且つ、前記受信状況が正常か否かを判断して正常でないと判断した場合に前記超音波振動子を作動させる制御部と
を備えることを特徴する建設機械の尿素水濃度測定装置。
請求項１に記載の建設機械の尿素水濃度測定装置において、
前記超音波振動子は、前記超音波反射部に設けられていることを特徴とする建設機械の尿素水濃度測定装置。
請求項１または請求項２に記載の建設機械の尿素水濃度測定装置において、
前記制御部は、前記超音波発信・受信部を振動させて前記超音波振動子と同じ周波数の超音波を発生するように制御して当該超音波発信・受信部を前記超音波振動子として構成したことを特徴とする建設機械の尿素水濃度測定装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の建設機械の尿素水濃度測定装置において、
前記超音波発信・受信部と前記超音波反射部と前記超音波振動子とを一体化したことを特徴とする建設機械の尿素水濃度測定装置。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の建設機械の尿素水濃度測定装置において、
前記制御部は、前記受信状況が正常である場合の前記尿素水の濃度の許容範囲を設定し、測定した前記尿素水の濃度が当該許容範囲から外れているか否かを判断して当該許容範囲から外れていると判断したときに前記受信状況が正常でないと判断して前記超音波振動子を作動させることを特徴とする建設機械の尿素水濃度測定装置。