(57)【要約】【課題】油圧ポンプの入力トルク制御によることなく、エンジンの排気ガスによる過大な熱負荷を抑えることができる作業機械の熱負荷抑制装置の提供。【解決手段】油圧ショベルに設けられ、可変容量型油圧ポンプ１６を駆動するエンジン１と、このエンジン１からの排気ガスの排出ライン６に接続されるターボ式過給器４と、このターボ式過給器４による過給後の吸気温度、または排出ライン６に導かれる排気ガス温度が過大な熱負荷を与え得る温度になったときに、過給後吸気の過給圧を低減させる過給圧低減手段を備え、例えばこの過給圧低減手段が、過給後吸気温度を検出する過給後吸気温度検出器１４と、この温度検出器１４で、過給後吸気温度、または排気ガス温度が過大な熱負荷を与え得る温度と検出されたとき、過給後吸気の過給圧を低減させる制御を行う過給圧制御弁１２とを含む構成にしてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械に設けられ、可変容量型油圧ポンプを駆動するエンジンと、このエンジンからの排気ガスの排出ラインに接続されるターボ式過給器とを備え、上記エンジンの排気ガスによる熱負荷を抑える作業機械の熱負荷抑制装置において、
上記ターボ式過給器による過給後の吸気温度、または上記排出ラインに導かれる排気ガス温度が過大な熱負荷を与え得る温度になったときに、上記過給後吸気の過給圧を低減させる過給圧低減手段を備えたことを特徴とする作業機械の熱負荷抑制装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の発明において、
上記過給圧低減手段が、
上記過給後吸気温度、または上記排気ガス温度を検出する温度検出器と、
この温度検出器で、上記過給後吸気温度、または上記排気ガス温度が過大な熱負荷を与え得る温度と検出されたとき、上記過給後吸気の過給圧を低減させる制御を行う過給圧制御弁とを含むことを特徴とする作業機械の熱負荷抑制装置。
【請求項３】
上記請求項２記載の発明において、
上記過給圧低減手段が、
上記ターボ式過給器で圧縮された空気を上記エンジンに供給する給気ラインと、
上記排出ラインとマフラーとを接続する分岐ラインとを含むとともに、
上記温度検出器を、上記排出ラインまたは上記給気ラインに設け、
上記過給圧制御弁を上記分岐ラインに設けたことを特徴とする作業機械の熱負荷抑制装置。
【請求項４】
上記請求項２または３記載の発明において、
上記過給圧低減手段が、
上記温度検出器で検出される温度と、上記過給圧制御弁の開度との相関関係を予め記憶する記憶部を有するコントローラとを含み、
このコントローラは、上記温度検出器で検出された温度が過大な熱負荷を与え得る温度になったときに、上記記憶部に記憶された相関関係に基づく開度となるように、上記過給圧制御弁を制御する制御信号を出力することを特徴とする作業機械の熱負荷抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ式過給器が備えられるエンジンを有する油圧ショベル等の作業機械に設けられ、エンジンの排気ガスによる熱負荷を抑える作業機械の熱負荷抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の作業機械においては、油圧駆動回路に含まれる可変容量型油圧ポンプを駆動するエンジンと、このエンジンの排気ガスの排出ラインに接続されるターボ式過給器を備えたものがある。このような作業機械にあって、排気ガス温度が高くなり過ぎると、すなわち排気ガスによる熱負荷が過大になると、シリンダライナー、ピストン、ピストンリング、給気・排気バルブ等の燃焼室まわりの部品、すなわちエンジン部品に、焼き付き、異常摩耗、損傷等を生じ、これらのエンジン部品の耐久性が劣化する。
【０００３】
このようなことから、従来、エンジンの排気ガスによる熱負荷を抑える手段が、特許文献１に示されている。この従来技術は、エンジンの排気ガス温度が高くなるに従って油圧ポンプの入力トルクの制限値を小さくなるように制御し、これによって排気ガス温度の上昇を抑えようとするものである。
【特許文献１】特開２００３−３０７１８０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術は、エンジンの排気ガス温度が許容排気温度を超えそうになったとき、油圧ポンプの入力トルクの制御によって排気ガス温度の上昇を抑えるようにしているが、油圧ポンプの入力トルクの制御は、煩雑な処理となりやすく、また、制御に必要な検出器の数が多くなりやすい。このために従来技術では、この排気ガスによる過大な熱負荷を抑える手段にかかる費用が高くなりやすい。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、油圧ポンプの入力トルク制御によることなく、エンジンの排気ガスによる過大な熱負荷を抑えることができる作業機械の熱負荷抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明は、作業機械に設けられ、可変容量型油圧ポンプを駆動するエンジンと、このエンジンからの排気ガスの排出ラインに接続されるターボ式過給器とを備え、上記エンジンの排気ガスによる熱負荷を抑える作業機械の熱負荷抑制装置において、上記ターボ式過給器による過給後の吸気温度、または上記排出ラインに導かれる排気ガス温度が過大な熱負荷を与え得る温度になったときに、上記過給後吸気の過給圧を低減させる過給圧低減手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
本発明者は、ターボ式過給器による過給後吸気の過給圧と、例えば過給後吸気温度との関係が、過給圧が低くなるに従って過給後吸気温度が低くなることを確認している。また、過給後吸気温度とエンジンの排気ガス温度とがほぼ比例関係にあることを確認している。
【０００８】
本発明は、ターボ式過給器による過給後の吸気温度、または排出ラインに導かれる排気ガス温度が、過大な熱負荷を与え得る温度となったときに、過給圧低減手段によって、過給後吸気の過給圧が低減され、これによって上述したように過給後吸気温度を下げることができる。また、これに伴って排気ガス温度を過大な熱負荷を与え得る温度よりも低い温度に抑えることができる。すなわち、油圧ポンプの入力トルク制御によることなく、排気ガスによる過大な熱負荷を抑えることができる。したがって、油圧ポンプの入力トルク制御におけるような煩雑な処理は不要となり、処理が簡単で済む。また、油圧ポンプの入力トルク制御におけるような多くの検出器を設けずに済む。
【０００９】
また、本発明は上記発明において、上記過給圧低減手段が、上記過給後吸気温度、または上記排気ガス温度を検出する温度検出器と、この温度検出器で、上記過給後吸気温度、または上記排気ガス温度が上記所定温度以上と検出されたとき、上記過給後吸気の過給圧を低減させる制御を行う過給圧制御弁とを含むことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は上記発明において、上記過給圧低減手段が、上記ターボ式過給器で圧縮された空気を上記エンジンに供給する給気ラインと、上記排出ラインとマフラーとを接続する分岐ラインとを含むとともに、上記温度検出器を、上記排出ラインまたは上記給気ラインに設け、上記過給圧制御弁を上記分岐ラインに設けたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明は上記発明において、上記過給圧低減手段が、上記温度検出器で検出される温度と、上記過給圧制御弁の開度との相関関係を予め記憶する記憶部を有するコントローラとを含み、このコントローラは、上記温度検出器で検出された温度が上記所定温度以上になったときに、上記記憶部に記憶された相関関係に基づく開度となるように、上記過給圧制御弁を制御する制御信号を出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、過給後吸気温度、または排出ラインに導かれる排気ガス温度が過大な熱負荷を与え得る温度になったときには、過給圧低減手段で過給後吸気の過給圧を低減させ、これにより過給後吸気温度を下げ、これに伴って排気ガス温度を過大な熱負荷を与え得る温度よりも低い温度に抑えることができ、従来のように油圧ポンプの入力トルク制御によることなく、排気ガスによる過大な熱負荷を抑えることができる。したがって、従来に比べて処理が簡単で、検出器の数を少なくすることができ、これらによって製作費を安くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，本発明に係る作業機械の熱負荷抑制装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る作業機械の熱負荷抑制装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
【００１５】
図１に示すように本実施形態は、作業機械例えば油圧ショベルに備えられるものであり、エンジン１と、このエンジン１に供給ライン３を介して燃料を供給する燃料ポンプ２とを備えている。また、エンジン１に圧縮空気を供給するターボ式過給器４と、外部の空気すなわち吸気をエンジン１へ導く給気ライン５と、エンジン１の排気ガスを外部に排出する排出ライン６とを備えている。上述のターボ式過給器４は排出ライン６によってエンジン１と接続されている。給気ライン５には、過給のために外部から取り入れられた吸気を圧縮するターボ式過給器４の遠心式圧縮機４ａと、この遠心式圧縮機４ａで圧縮された吸気の過給圧を検出する過給圧検出器８と、吸気を冷却するインタークーラ９と、エンジン１へ送る吸気の流量を調節するスロットルバルブ１０を配置してある。排出ライン６には、ターボ式過給器４の排気タービン４ｂと、この排気タービン４ｂの下流側に設けたマフラー１１とを配置してある。
【００１６】
また、エンジン１によって駆動される可変容量型油圧ポンプ１６と、この可変容量型油圧ポンプ１６の押しのけ容積、すなわち傾転角を制御するレギュレータ１８と、油圧ポンプ１６の吐出圧を検出する吐出圧検出器１７と、油圧ポンプ１６の傾転角を検出する傾転角検出器１９とを備えている。また、吐出圧検出器１７、傾転角検出器１９、及び過給圧検出器８でそれぞれ検出された吐出圧、傾転角、過給圧を信号ライン２１，２５，３２を介して入力し、信号ライン２４を介してレギュレータ１８に制御信号を出力するコントローラ２２を備えている。また、上述した可変容量型油圧ポンプ１６を含むとともに、この可変容量型油圧ポンプ１６から吐出される圧油によって駆動し、ブーム、アーム、バケット等を作動させる油圧アクチュエータ、及びこれらの油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブ等が含まれる油圧駆動回路２３を備えている。
【００１７】
図２〜５は、本実施形態のコントローラ２２の記憶部に設定される相関関係を示す図で、図２は過給圧と吸入空気量との相関関係を示す図、図３は吸入空気量とエンジン出力トルクとの相関関係を示す図、図４は可変容量型油圧ポンプの傾転角と吐出圧との相関関係を示す図、図５は過給後吸気温度と過給圧制御弁開度との相関関係を示す図である。
【００１８】
図２に示す過給圧、すなわちターボ式過給器４の遠心式圧縮機４ａで圧縮された吸気の過給圧と、エンジン１に供給される吸気、すなわち吸入空気量との関係は、ほぼ比例関係となっている。図３に示すエンジン１の吸入空気量とエンジン出力トルクとの関係も、ほぼ比例関係となっている。図４に示す油圧ポンプ１６の傾転角と吐出圧との関係は、公知のものである。
【００１９】
図５に示す過給後吸気温度と後述の過給圧制御弁１２の開度との関係は、本実施形態の特徴とする相関関係であり、過給後吸気温度がエンジン部品に対して過大な熱負荷を与え得る所定温度Ａよりも低い温度のときには過給圧制御弁１２の開度は０に保持され、所定温度Ａ以上となったとき、温度が高くなるに従って開度が次第に大きくなり、遂には全開にまで至る開度に保持される関係となっている。
【００２０】
本実施形態は特に、ターボ式過給器４による過給後の吸気温度、または排出ライン６に導かれるエンジン１の排気ガス温度がエンジン部品に対して過大な熱負荷を与え得る温度となったときに、過給後吸気の過給圧を低減させる過給圧低減手段を備えている。
【００２１】
この過給圧低減手段は、例えば上述した給気ライン５と、この給気ライン５に設けられ、過給後の吸気温度を検出し、信号ライン３３を介してコントローラ２２に出力する過給後吸気温度検出器１４と、上述した排出ライン６とマフラー１１とを接続する分岐ライン３１と、この分岐ライン３１に設けられ、過給後吸気温度検出器１７で、過給後の吸気温度が所定温度Ａ以上と検出されたとき、過給後吸気の過給圧を低減させる制御を行う過給圧制御弁１２と、上述した図５に示す過給後吸気温度と過給圧制御弁１２の開度との相関関係が設定される記憶部を有し、信号ライン３４を介して過給圧制御弁１２に制御信号を出力する上述のコントローラ２２とを含んでいる。
【００２２】
このように構成した本実施形態は、エンジン１の駆動によって可変容量型油圧ポンプ１６が駆動し、油圧駆動回路２３に圧油が供給されて、例えばブーム、アーム、バケット等による掘削作業等が実施されている状態において、過給圧検出器８、吐出圧検出器１７、傾転角検出器１９から出力される過給圧、吐出圧、及び傾転角がコントローラ２２に入力される。このコントローラ２２では、入力した吐出圧と傾転角とに基づいて、油圧ポンプ１６の入力トルクすなわち図４に示す該当するＰ−Ｑ線図を求める演算を行なう。また、入力した過給圧から、図２に示す関係に基づいて該当する吸入空気量を求め、さらに図３に示す関係に基づいて、上述のようにして求められた吸入空気量に該当するエンジン出力トルクを求める演算を行なう。
【００２３】
今、例えば図２に示す関係から求められる過給圧に相応する吸入空気量がＡ１であったとすると、図３の関係から、Ａ１に対応するエンジン出力トルクＢ１が求められる。このエンジン出力トルクＢ１に近い値を取り得るものとして、上述のＰ−Ｑ線図は、記憶部に設定されている図４の関係からＦ１と求められる。すなわち、ポンプ入力トルク目標値が求められる。このＦ１のＰ−Ｑ線図に基づいて、吐出圧に相応する傾転角が求められる。その傾転角に相応する制御信号が信号ライン２４を介してレギュレータ１８に出力される。したがって、可変容量型油圧ポンプ１６の傾転角が、吸入空気量Ａ１に応じた現実のエンジン出力トルクに相応するポンプ入力トルクとなるように制御される。
【００２４】
また、このような状態から例えば過給圧が低下し、吸入空気量が図３に示すＡ１よりも小さいＡ２になったとすると、この図３に示す関係から、Ａ２に対応するエンジン出力トルクＢ２、すなわち上述のＢ１よりも小さいＢ２と求められる。このエンジン出力トルクＢ２に近い値を取り得るものとして、上述のＰ−Ｑ線図は、図４のＦ２と求められる。このＦ２のＰ−Ｑ線図に基づいて、吐出圧に相応する傾転角が求められる。その傾転角に相応する制御信号がレギュレータ１８に出力される。したがって、可変容量型油圧ポンプ１６の傾転角が、吸入空気量Ａ２に応じた現実のエンジン出力トルクに相応するポンプ入力トルクとなるように制御される。
【００２５】
このようなポンプ入力トルクの制御が行なわれる間、給気ライン５に導かれる吸気の温度が過給後吸気温度検出器１４によって検出され、信号ライン３３を介してコントローラ２２に出力される。コントローラ２２は、記憶部に設定されている図５に示す関係に基づいて、入力された過給後吸気温度に応じた過給圧制御弁開度に相当する制御信号を信号ライン３４を介して過給圧制御弁１２に出力する。
【００２６】
今例えば、過給後吸気温度が所定温度Ａに満たない温度であったとすると、図５に示す関係から過給圧制御弁開度を０にする制御信号が過給圧制御弁１２に出力される。これにより分岐ライン３１は閉じた状態に保持される。
【００２７】
図６は本発明者が確認した過給圧と過給後吸気温度との関係を示す図、図７は一般に知られている過給後吸気温度と排気ガス温度との関係を示す図である。
【００２８】
上述のように過給後吸気温度が所定温度Ａに満たない温度の状態から、エンジン部品に過大な熱負荷を与え得る所定温度Ａ以上となると、その温度が高くなるに従って、図５に示す関係に基づく制御信号が過給圧制御弁１２に出力され、この過給圧制御弁１２の開度が大きくなる。これにより、分岐ライン３１が開かれて排出ライン６が分岐ライン３１を介してマフラー１１に連通し、過給後吸気の過給圧が低下する。したがって、図６に示す関係から過給圧の低下に伴って給気ライン５に導かれる給気の温度、すなわち過給後給気温度が低下する。さらに、この過給後吸気温度と排気ガス温度との関係は、図７に示すように比例関係にあることから、上述した過給後吸気温度の低下に伴って排気ガス温度をエンジン部品に過大な熱負荷を与えない温度まで下げることができる。これにより、エンジン部品に対する過大な熱負荷を抑え、エンジン部品の耐久性を向上させることができる。
【００２９】
上述のように本実施形態は、エンジン１の排気ガス温度が過大となって、過給後吸気温度検出器１４で検出される過給後吸気温度がエンジン部品に過大な熱負荷を与え得る所定温度Ａ以上になると、過給圧制御弁１２を含む過給圧低減手段で過給後吸気の過給圧を低減させ、これにより過給後吸気温度を下げ、これに伴って排気ガス温度を過大な熱負荷を与え得る温度よりも低い温度に抑えることができ、油圧ポンプ１６の入力トルク制御によることなく、排気ガスによる過大な熱負荷を抑えることができる。したがって、油圧ポンプ１６の入力トルク制御によって排気ガス温度を下げる場合に比べて処理が簡単で、検出器の数を少なくすることができ、これらによっても製作費を安くすることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、給気ライン５に過給後吸気温度検出器１４を設け、過給後吸気温度に応じて過給圧制御弁１２の開度を制御するように構成してあるが、本発明は、このように構成することには限られない。過給後吸気温度と排気ガス温度とは図７に示すように、ほぼ比例関係にあることから、コントローラ２２の記憶部に予め図６に示したと同様の排気ガス温度と過給圧制御弁開度との関係を設定しておき、給気ライン５に過給後吸気温度検出器１４を設ける代わりに、排出ライン６に排気ガス温度検出器を設け、コントローラ２２が、排気ガス温度検出器で検出された排気ガス温度に応じた過給圧制御弁開度に相応する制御信号を過給圧制御弁１２に出力する構成にしてもよい。
【００３１】
このように構成したものも、排気ガス温度がエンジン部品に過大な熱負荷を与え得る温度となったときには、過給圧制御弁１２の開度が大きくなって過給後吸気の過給圧を低減させ、これにより過給器吸気温度を下げ、これに伴って排気ガス温度を過大な熱負荷を与え得る温度よりも低い温度に抑えることができ、上述した実施形態と同等の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る作業機械の熱負荷抑制装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
【図２】本実施形態に備えられるコントローラで設定される過給圧と吸入空気量との相関関係を示す図である。
【図３】本実施形態に備えられるコントローラで設定される吸入空気量とエンジン出力トルクとの相関関係を示す図である。
【図４】本実施形態に備えられるコントローラで設定される可変容量型油圧ポンプの傾転角と吐出圧との相関関係を示す図である。
【図５】本実施形態に備えられるコントローラで設定される過給後吸気温度と過給圧制御弁開度との相関関係を示す図である。
【図６】本発明者が確認した過給圧と過給後吸気温度との関係を示す図である。
【図７】一般に知られている過給後吸気温度と排気ガス温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    エンジン
４    ターボ式過給器
４ａ  遠心式圧縮機
４ｂ  排気タービン
５    給気ライン（過給圧低減手段）
６    排出ライン（過給圧低減手段）
８    過給圧検出器
１１  マフラー
１２  過給圧制御弁（過給圧低減手段）
１４  過給後吸気温度検出器（過給圧低減手段）
１６  可変容量型油圧ポンプ
２２  コントローラ（過給圧低減手段）
２３  油圧駆動回路
３１  分岐ライン（過給圧低減手段）
３３  信号ライン
３４  信号ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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