(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ガバナを有しこの電子ガバナによりエンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループ量を制御可能な電子制御式のエンジンと、
このエンジンに直結された直動式の冷却ファンと、
この冷却ファンにより被冷却流体を冷却するクーリングユニットと、
この被冷却流体の温度を検出する温度センサと、
この温度センサにより検出された被冷却流体の温度上昇に応じてエンジンのドループ量を大きくする方向へ制御するドループ量制御器と
を具備したことを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
電子ガバナを有しこの電子ガバナによりエンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループ量を制御可能な電子制御式のエンジンと、
このエンジンに直結された直動式の冷却ファンと、
この冷却ファンにより被冷却流体を冷却するクーリングユニットと、
エンジンのドループ量を可変制御するドループ量制御器とを具備し、
ドループ量制御器は、
過去の作業状況から作業パターンを判定し、
急負荷の投入が有る可能性の高い作業パターンではエンジンのドループ量を大きく設定し、
急負荷の投入が無い可能性の高い作業パターンではエンジンのドループ量を小さく設定する
ことを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項３】
電子ガバナを有しこの電子ガバナによりエンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループ量を制御可能な電子制御式のエンジンと、
このエンジンに直結された直動式の冷却ファンと、
この冷却ファンにより被冷却流体を冷却するクーリングユニットと、
エンジンのドループ量を複数のモードから選択されたモードに応じて可変制御するドループ量制御器と、
このドループ量制御器に対してモードを選択指示するモード選択手段と
を具備したことを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのドループ量を制御するエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械に搭載されたエンジンには冷却ファンが直結され、この冷却ファンによりラジエタおよびオイルクーラなどの冷却装置に必要な通過風量を得るようにした直動式ファンが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような直動式ファンであれば、エンジン回転速度（以下、エンジン回転数という）とファン回転速度（以下、ファン回転数という）とが等しいので、騒音とクーリング能力は相反する関係にあることが知られている。
【０００４】
すなわち、エンクロージャの開口を小さくし、冷却ファンのファン回転数を低くすることで、騒音を低減することができるが、一方、エンクロージャの開口を大きくし、ファン回転数を高くすることで、冷却装置の通過風量が増し、クーリング能力が高くなる。
【０００５】
ただし、クーリング能力は、機械の発熱量（エンジン負荷）が高いときに高い能力が必要となり、発熱量が低いときには低い能力で十分である。
【０００６】
ここで、一般的な建設機械に搭載されているエンジンの特性を、エンジン回転数とエンジンパワーとの関係で表わした図８に実線で示す。
【０００７】
この図８の実線特性図における使用領域に示されるように、エンジンの負荷が高いときほど、すなわちエンジンパワーが必要なときほど、エンジン回転数が低くなる特性が一般的である。
【０００８】
エンジンに直結された直動式の冷却ファンであれば、エンジン回転数とファン回転数は正比例の関係にある。
【０００９】
これは、つまりエンジン負荷が軽い時にファン回転数が高くなり、冷却ファンのクーリング能力が低くてもよい領域で、不必要な騒音を出していることになる。
【００１０】
このことより、クーリング能力が必要とならない軽負荷時および無負荷時に、風量を減少させれば、騒音の低減を図ることが可能であることが判る。
【００１１】
一方、冷却ファンをエンジンで直動しない電気モータ駆動式ファンまたは油圧モータ駆動式ファン（例えば、特許文献２参照）、またはクラッチなどでファン回転数を制御する場合などの、ファン回転数の制御が可能なシステムであれば、状況に応じたファン回転数を得ることは容易である。
【００１２】
しかし、建設機械への搭載となると、スペースおよびコストの面から、どのような建設機械にも、そのような回転数制御可能な冷却ファンを搭載できると言うわけではない。
【００１３】
そこで、近年の排ガス規制対応等から、建設機械でも一般的になりつつある電子ガバナにより電子制御されるエンジンの以下の特性に着目する。
【００１４】
この電子ガバナで電子制御されるエンジンでは、図８に実線、点線および一点鎖線で示されるように、ドループカーブのパラメータすなわちドループ量を比較的自由に設定することが可能である。
【００１５】
このドループ量を小さく設定することで、無負荷時のエンジン回転数を低くすることが可能であり、例えば図８に示されるように、ドループ量を、タイプ１からタイプ２へ、さらにはタイプ３へと小さく変更することで、軽負荷時および無負荷時のエンジン回転数を下げることが可能であり、これにより、ファン回転数を抑えることができる。
【００１６】
そして、軽負荷時および無負荷時のファン回転数の抑制により、ファン音の発生を低下させ、作業機械の機体周囲騒音の低減が期待できる。
【特許文献１】特開２００２−４７９６５号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１３９１０７号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
一方、ドループ量を小さく設定することで、次のようなデメリットも生じる。
【００１８】
Ａ：実作業では、負荷は絶えず変動する状況にあるので、トータルで考えると、総負荷に対する総風量は低くなり、クーリング能力が低下することとなる。
【００１９】
Ｂ：急負荷投入がある場合には、無負荷時のエンジン回転数と定格回転数とが近いことから、エンジン回転数が急落するエンジンドロップが発生しやすい状況になる。
【００２０】
このように、直動式ファンは、クーリング能力が低くてもよい領域で不必要な騒音を出しており、また、ファン回転数制御可能なモータ駆動式ファンは、設置スペースやコストの制限を受ける問題があり、さらに、電子ガバナで制御されるエンジンのドループ量を単に小さく設定すると、クーリング能力の低下やエンジンドロップの問題がある。
【００２１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、特別なクーリングシステムの追加や改良を行なうことなく、安価な直動式の冷却ファンを持つエンジンで、ファン回転数の低減を図ることで、冷却ファンから発生する騒音の低減を図れるエンジン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
請求項１記載の発明は、電子ガバナを有しこの電子ガバナによりエンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループ量を制御可能な電子制御式のエンジンと、このエンジンに直結された直動式の冷却ファンと、この冷却ファンにより被冷却流体を冷却するクーリングユニットと、この被冷却流体の温度を検出する温度センサと、この温度センサにより検出された被冷却流体の温度上昇に応じてエンジンのドループ量を大きくする方向へ制御するドループ量制御器とを具備したエンジン制御装置である。
【００２３】
請求項２記載の発明は、電子ガバナを有しこの電子ガバナによりエンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループ量を制御可能な電子制御式のエンジンと、このエンジンに直結された直動式の冷却ファンと、この冷却ファンにより被冷却流体を冷却するクーリングユニットと、エンジンのドループ量を可変制御するドループ量制御器とを具備し、ドループ量制御器は、過去の作業状況から作業パターンを判定し、急負荷の投入が有る可能性の高い作業パターンではエンジンのドループ量を大きく設定し、急負荷の投入が無い可能性の高い作業パターンではエンジンのドループ量を小さく設定するエンジン制御装置である。
【００２４】
請求項３記載の発明は、電子ガバナを有しこの電子ガバナによりエンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループ量を制御可能な電子制御式のエンジンと、このエンジンに直結された直動式の冷却ファンと、この冷却ファンにより被冷却流体を冷却するクーリングユニットと、エンジンのドループ量を複数のモードから選択されたモードに応じて可変制御するドループ量制御器と、このドループ量制御器に対してモードを選択指示するモード選択手段とを具備したエンジン制御装置である。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１記載の発明によれば、温度センサにより検出された被冷却流体の温度上昇に応じて、ドループ量制御器により、電子制御式のエンジンのドループ量を大きくする方向へ制御することで、軽負荷時または無負荷時でも、エンジン回転数すなわちファン回転数の低下を防止できるので、クーリングユニットの冷却に必要な風量を確保して、クーリング能力の低下を防止できるとともに、被冷却流体の温度が上昇する前は、ドループ量を小さく制御することで、軽負荷時または無負荷時のエンジン回転数すなわちファン回転数を低く抑制できるので、冷却ファンから発生する騒音を低減できる。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、急負荷投入が有る可能性の高い作業パターンでは、電子制御式のエンジンのドループ量を大きく設定することで、実際に急負荷が投入された際のエンジンドロップを回避できるとともに、急負荷投入が無い可能性の高い作業パターンでは、ドループ量を小さく設定することで、軽負荷時または無負荷時のエンジン回転数すなわちファン回転数を低く抑制できるので、冷却ファンから発生する騒音を低減できる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、例えば酷暑の状況下でのモードを選択して、ドループ量を大きく設定することで、軽負荷時または無負荷時でも、エンジン回転数すなわちファン回転数の低下を防止できるので、クーリングユニットの冷却に必要なファン風量を確保して、クーリング能力の低下を防止できるとともに、例えば低騒音を要求される状況下でのモードを選択して、ドループ量を小さく設定することで、軽負荷時および無負荷時のエンジン回転数すなわちファン回転数を低く抑制できるので、冷却ファンから発生する騒音を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を、図１乃至図４に示された第１実施の形態、図５に示された第２実施の形態、図６に示された第３実施の形態、図７に示された第４実施の形態を参照しながら詳細に説明する。なお、図１乃至図３は、図４乃至図７に示された各実施の形態に共通のブロック図および特性図とする。
【００２９】
先ず、図１乃至図４に示された第１実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は、油圧ショベルなどの作業機械に搭載されたエンジン制御装置の概要を示し、電子ガバナ11を有しこの電子ガバナ11により電子制御可能なエンジン12に、直動式の冷却ファン13が直結され、この冷却ファン13により被冷却流体を冷却するクーリングユニット14が近傍に配置されている。
【００３１】
このクーリングユニット14は、被冷却流体としてのエンジン冷却水を冷却するラジエタ、作業機械の作業装置などを作動する油圧シリンダおよび油圧モータなどの油圧回路15に供給された被冷却流体としての作動油を冷却するオイルクーラなどの熱交換器コアが集合されている。
【００３２】
電子ガバナ11は、電子式燃料噴射装置（インジェクタ）16をエンジンコントローラ17により制御することでエンジン回転数を制御するもので、エンジンコントローラ17は、油圧回路15などを含む機体の全体を制御する機体コントローラ18に接続されている。
【００３３】
機体コントローラ18およびエンジンコントローラ17には、エンジン回転数を検出する回転数センサ19A，19Bがそれぞれ接続され、エンジンコントローラ17には、エンジン冷却水の冷却水温を検出する温度センサとしての冷却水温センサ20が接続されている。
【００３４】
油圧回路15の作動油を収容した作動油タンク21などには、作動油の温度を検出する温度センサとしての作動油温センサ22が設けられ、この作動油温センサ22は、作業機械のオペレータが操作可能かつ監視可能な位置に設置されたモード選択手段としてのモニタ23を経て、機体コントローラ18およびエンジンコントローラ17に接続されている。
【００３５】
電子ガバナ11により電子制御されるエンジン12は、エンジン特性の定格回転数とこの定格回転数より高い無負荷時のエンジン回転数との間の領域でドループカーブを、ドループカーブパラメータ（または「ドループ量」という）により制御可能であり、機体コントローラ18およびエンジンコントローラ17は、エンジン12のドループ量を可変制御するドループ量制御器24である。
【００３６】
このドループ量制御器24は、冷却水温センサ20および作動油温センサ22により検出された冷却水温および作動油温の温度上昇に応じてエンジン12のドループ量を大きくする方向へ制御する機能を有する。
【００３７】
また、ドループ量制御器24は、回転数センサ19A，19Bで検出されたエンジン回転数データに基づき、過去の一定時間の作業状況から作業パターンを判定し、急負荷の投入が有る可能性の高い作業パターンではエンジン12のドループ量を大きく設定し、急負荷の投入が無い可能性の高い作業パターンではエンジン12のドループ量を小さく設定する機能も有する。
【００３８】
さらに、モニタ23は、このドループ量制御器24に対してモードを選択指示するモード選択手段として機能し、ドループ量制御器24は、モニタ23により複数のモードから選択されたモードに応じて、エンジン12のドループ量を可変制御する機能を有する。
【００３９】
図２に示されるように、電子ガバナ11で電子制御されるエンジン12は、実線、点線および一点鎖線で示されるように、ドループカーブの勾配などを変化させることで、ドループ量を比較的自由に設定することが可能である。なお、ドループカーブの直線で例示されている部分は、曲線または折れ線などにしてもよい。
【００４０】
このドループ量を一点鎖線で示されるように小さく設定することで、実線で示されるように大きく設定する場合よりも、エンジンパワーが０近傍の軽負荷時または無負荷時のエンジン回転数を低くすることが可能であり、例えば図２に示されるように、ドループ量を、タイプ１からタイプ２へ、さらにはタイプ３へと小さく変更することで、軽負荷時および無負荷時のエンジン回転数を下げることが可能である。これにより、エンジン12に直結された冷却ファン13のファン回転数を抑えることができる。
【００４１】
ドループ量制御器24は、このドループ量を、図３に点線で示されるように冷却水温、作動油温または作業パターンに応じて段階的に変化させることもできるが、図３に実線で示されるように冷却水温または作動油温に応じて無段階で変化させることもできる。
【００４２】
次に、ドループ量制御器24は、クーリング能力の低下や、急負荷の投入によるエンジンドロップの発生を克服するために、ドループ量を下記のように制御する。
【００４３】
先ず、図４に基づいてドループ量制御器24による制御の第１実施の形態であるクーリング状況判定機能を説明する。
【００４４】
（ステップS1）
ドループカーブパラメータ（ドループ量）が更新されている場合は、その更新値をドループ量制御器24に取り込む。
【００４５】
（ステップS2）
冷却水温センサ20および作動油温センサ22により冷却水温および作動油温を検出し、ドループ量制御器24に取り込む。
【００４６】
（ステップS3）
ドループ量制御器24は、検出した冷却水温および作動油温に応じて、温度上昇に伴いドループ量を大きくするように演算し、図２または図３に示されるように、ドループ量制御器24内に予め設定された複数のドループカーブパラメータの中から１つを決定する。冷却水温および作動油温が変化するに応じて、ドループカーブパラメータの更新および決定を繰返す。
【００４７】
（ステップS4）
ステップS3で決定されたドループ量により、エンジンコントローラ17は電子ガバナ11の設定を変更し、ドループカーブを変更する。例えば、油圧回路15の作動油温、エンジン12の冷却水温の上昇に応じて、図３に示されるように段階的にまたは無段階にドループ量を変化させ、図２に実線で示されるようにドループ量が大きくなる方向に（図２のタイプ３からタイプ１へ）変化させる。
【００４８】
このクーリング状況判定機能によれば、冷却水温センサ20および作動油温センサ22により検出された冷却水温および作動油温が上昇した状況では、ドループ量制御器24により、電子制御式のエンジン12のドループ量を大きくする方向へ制御することで、軽負荷時または無負荷時でも、エンジン回転数すなわちファン回転数の低下を防止できるので、クーリングユニット14の冷却に必要な風量を確保して、クーリング能力の低下を防止できるとともに、冷却水温および作動油温が上昇する前は、ドループ量を小さく制御することで、軽負荷時または無負荷時のエンジン回転数すなわちファン回転数を低く抑制できるので、冷却ファン13から発生する騒音を低減できる。
【００４９】
次に、図５に基づいてドループ量制御器24による制御の第２実施の形態である作業パターン判定機能を説明する。なお、図１に示されたエンジン制御装置の概要、図２に示されたエンジン特性、および図３に示されたドループ量の変更特性は、この第２実施の形態の前提となるが、説明は省略する。
【００５０】
（ステップS5）
ドループカーブパラメータ（ドループ量）が更新されている場合は、その更新値をドループ量制御器24に取り込む。
【００５１】
（ステップS6）
各回転数センサ19A，19Bにより検出したエンジン回転数をドループ量制御器24に取込む。
【００５２】
（ステップS7）
ドループ量制御器24は、更新されたドループカーブパラメータと、検出したエンジン回転数とからエンジン負荷を予測する。
【００５３】
（ステップS8）
ドループ量制御器24は、急負荷時のエンジンドロップを回避するために、過去の一定時間の作業状況から、作業パターンを判定する。作業パターンの判定は、エンジン回転数に基づくエンジン負荷の時系列データを処理することにより可能であり、例えば、過去の一定時間の最低回転数と平均回転数から作業パターンパラメータとして算出する。
【００５４】
（ステップS9）
ドループ量制御器24は、決定された作業パターンパラメータに応じて、ドループカーブパラメータ（ドループ量）を段階的または無段階に変化させて決定する。例えば、急負荷の投入が有る可能性の高い作業パターンではドループ量を大きく決定し（図２のタイプ１）、急負荷の投入が無い可能性の高い作業パターンではドループ量を小さく決定する（図２のタイプ３）。
【００５５】
（ステップS10）
決定したドループ量によりエンジンコントローラ17は電子ガバナ11の設定を変更して、ドループカーブを段階的または無段階に変更する。
【００５６】
この作業パターン判定機能によれば、急負荷投入が有る可能性の高い作業パターンでは、電子制御式のエンジン12のドループ量を大きく設定することで、実際に急負荷が投入された際のエンジンドロップを回避できるとともに、急負荷投入が無い可能性の高い作業パターンでは、ドループ量を小さく設定することで、軽負荷時または無負荷時のエンジン回転数すなわちファン回転数を低く抑制できるので、冷却ファン13から発生する騒音を低減できる。
【００５７】
次に、図６に基づいてドループ量制御器24による制御の第３実施の形態である手動モード選択機能を説明する。なお、図１に示されたエンジン制御装置の概要、図２に示されたエンジン特性、および図３に示されたドループ量の変更特性は、この第３実施の形態の前提となるが、説明は省略する。
【００５８】
（ステップS11）
作業機械に設けられたモニタ23は、複数のモードを表示する機能、表示された複数のモードの中から希望するモードを選択可能なスイッチを備えているので、このモニタ23のスイッチを操作することで強制的に選択されたモードをドループ量制御器24に入力する。
【００５９】
（ステップS12）
ドループ量制御器24は、モニタ23により選択されたモードに応じたドループカーブパラメータ（ドループ量）を決定する。例えば、低騒音モードを選択すると、ドループ量が最小値（例えば図２においてタイプ３）に設定され、酷暑モードを選択すると、ドループ量が最大値（例えば図２においてタイプ１）に設定され、標準モードを選択すると、ドループ量が標準値（例えば図２においてタイプ２）に設定される。
【００６０】
（ステップS13）
決定したドループ量により、エンジンコントローラ17は電子ガバナ11の設定を変更して、ドループカーブを段階的または無段階に変更する。例えば、酷暑モードではドループ量を図２のタイプ１に変更し、低騒音モードではドループ量を図２のタイプ３に変更する。
【００６１】
この手動モード選択機能によれば、例えば酷暑の状況下でのモードを選択して、ドループ量を大きく設定することで、軽負荷時または無負荷時でも、エンジン回転数すなわちファン回転数の低下を防止できるので、クーリングユニット14の冷却に必要なファン風量を確保して、クーリング能力の低下を防止できるとともに、例えば低騒音を要求される状況下でのモードを選択して、ドループ量を小さく設定することで、軽負荷時および無負荷時のエンジン回転数すなわちファン回転数を低く抑制できるので、冷却ファン13から発生する騒音を低減できる。
【００６２】
次に、図７に基づいてドループ量制御器24による制御の第４実施の形態である機体システムとして組合わせた一例を説明する。
【００６３】
機体システムとしては、第１実施の形態に示された被冷却流体の温度に応じてドループ量を設定するクーリング状況判定機能（ステップS1〜S3）と、第２実施の形態に示された作業パターンに応じてドループ量を設定する作業パターン判定機能（ステップS5〜S9）と、第３実施の形態に示された選択されたモードに応じてドループ量を設定する手動モード選択機能（ステップS11〜S13）とを組み合わせて作動することも、それぞれ独立して作動させることも可能なようにする。
【００６４】
（ステップS14）
機体コントローラ18は、モニタ23からの手動モード選択機能が採用された否かを判断する。
【００６５】
（ステップS15）
ステップS14で手動モード選択機能が採用された場合は、モニタ23から手動で選択されたドループ量により、電子ガバナ11のエンジンコントローラ17の設定が変更され、ドループカーブが変更される。
【００６６】
（ステップS16）
ステップS14でモニタ23からの手動モード選択機能が採用されない場合は、クーリング状況判定機能（ステップS1〜S3）と、作業パターン判定機能（ステップS5〜S9）とが作動し、それぞれの状況に応じたドループカーブパラメータ（ドループ量）が決定される。なお、クーリング状況判定機能と作業パターン判定機能については、それぞれの機能をモニタ23にてオン/オフできるようにする。
【００６７】
（ステップS17）
これらのクーリング状況判定機能のステップS3と、作業パターン判定機能のステップS9とで決定されたドループ量は、電子ガバナ11には送らず、機体コントローラ18内で更新されたそれぞれのドループ量を更新の都度比較し、より大きなドループ量を決定値とする。
【００６８】
（ステップS18）
ステップS17で決定されたドループ量により、エンジンコントローラ17は電子ガバナ11の設定を変更し、ドループカーブを変更する。
【００６９】
この機体システムによれば、手動モード選択機能、クーリング状況判定機能および作業パターン判定機能の各機能を組み合わせることによって、より状況に応じたファン回転数が得られる。
【００７０】
このようにして、作動油温、冷却水温または作業パターンなどによりエンジン12のドループカーブを変更するエンジン制御を行なうことで、特別なクーリングシステムの追加や改良を行なわずに、安価な直動型の冷却ファン13を持つエンジン12で、エンジン回転数を低減させることができ、冷却ファン13から発生する騒音を低減できる。
【００７１】
本発明のエンジン制御装置は、油圧ショベルだけでなく、エンジン直結型の冷却ファンにより冷却されるクーリングユニットを有する他の作業機械にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るエンジン制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同上制御装置により制御されるエンジンのエンジンパワー特性を示す特性図である。
【図３】同上制御装置により制御されるエンジンのドループ量変更特性を示す特性図である。
【図４】同上制御装置のクーリング状況判定機能を示すフローチャートである。
【図５】同上制御装置の作業パターン判定機能を示すフローチャートである。
【図６】同上制御装置の手動モード選択機能を示すフローチャートである。
【図７】同上制御装置を機体システムと組合わせた例を示すフローチャートである。
【図８】エンジンのドループ量変更を説明するエンジンパワー特性の特性図である。
【符号の説明】
【００７３】
11    電子ガバナ
12    エンジン
13    冷却ファン
14    クーリングユニット
20    温度センサとしての冷却水温センサ
22    温度センサとしての作動油温センサ
23    モード選択手段としてのモニタ
24    ドループ量制御器
【図１】
0004743512.tif 000002
【図２】
0004743512.tif 000003
【図３】
0004743512.tif 000004
【図４】
0004743512.tif 000005
【図５】
0004743512.tif 000006
【図６】
0004743512.tif 000007
【図７】
0004743512.tif 000008
【図８】
0004743512.tif 000009