(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンによって駆動され、上記エンジンの出力トルクを超えないように吸収トルクが制御される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータと、上記可変容量油圧ポンプから吐出される圧油が供給され、複数の油圧アクチュエータを含む油圧駆動回路とを有する建設機械に備えられ、
上記エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う排ガス制御手段と、
この排ガス制御手段に供給される還元剤溶液を蓄える還元剤溶液タンクと、
この還元剤溶液タンクに蓄えられた上記還元剤溶液の残量を検出する残量検出手段とを備えるとともに、
この残量検出手段で検出される上記還元剤溶液の残量が第１所定量まで減少したときに、上記還元剤溶液の補給を要する旨の警告を報知する警告報知手段と、
上記残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が上記第１所定量からこの第１所定量よりも少ない第２所定量まで減少する間、その残量の減少に応じて徐々に上記エンジンの最高回転数を上記油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値まで低くなるように制限し、上記残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が上記第２所定量よりも減少したときには、上記エンジンの最高回転数を上記油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の上記所定値に維持するエンジン回転数制限手段とを備え、
上記可変容量油圧ポンプは、上記エンジン回転数制限手段によって制限された制限回転数に応じて、上記レギュレータによりその傾転角が制限されることを特徴とする建設機械の排ガス浄化装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の発明において、
上記還元剤溶液が尿素水から成ることを特徴とする建設機械の排ガス浄化装置。
【請求項３】
上記請求項１または２項記載の発明において、
上記警告報知手段が警報ランプから成ることを特徴とする建設機械の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に備えられ、油圧ポンプを駆動するエンジンから排出される排ガスを浄化することができる建設機械の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械、例えば油圧ショベルは、エンジンと、このエンジンによって駆動する油圧ポンプを備え、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの出力トルクを超えないようにトルクを制御することが行われている。また、油圧ポンプの圧油が供給される油圧駆動回路を備え、この油圧駆動回路には、ブーム、アーム等の作業機を駆動させるブームシリンダ、アームシリンダ等の油圧アクチュエータ、あるいは旋回体、走行体を駆動する旋回モータ、走行モータ等の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータの作動を制御する方向制御弁などの油圧機器が含まれている。このような構成を有する油圧ショベルにあっては、昨今、エンジンから排出される排ガスを浄化することが要望されてきている。
【０００３】
排ガスを浄化する従来技術として、特許文献１に示されるものがある。この従来技術は、本発明が対象としている建設機械とは異なり、自動車に備えられる排ガス浄化装置であるが、尿素等の還元剤によってエンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う排ガス制御手段と、この排ガス制御手段に供給される尿素水等の還元剤溶液を蓄える還元剤溶液タンクと、この還元剤溶液タンクに蓄えられた還元剤溶液の残量を検出する液位センサ、すなわち残量検出手段とを備えている。また、還元剤溶液タンクに蓄えられた還元剤溶液の残量が、所定量以下となったときに作動して運転者に知らせる警報機も備えている。
【０００４】
この従来技術では、還元剤溶液の残量が所定量以下となったときに、上述のように警報機が作動して運転者に知らせ、また、エンジン制御部によってエンジンを低出力に制御し、これらによって還元剤溶液の補給が促されるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−３７１８３１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に示される従来技術は、自動車における排ガスの浄化に有効と思われるものの、そのまま油圧ショベル等の建設機械には適用できない。例えば油圧ショベルでは、エンジンによって駆動されるとともに、ブーム、アーム、旋回体、走行体等を駆動するための圧油を該当する油圧アクチュエータに供給する油圧ポンプを備えており、上述した従来技術におけるように、還元剤溶液の残量が所定量以下となったときに直ちに、エンジンを低出力に制御するようにした場合、油圧ポンプから吐出される圧油の流量が激減することから油圧アクチュエータ等の駆動にショックを生じ、作業性が急激に低下してしまう虞がある。また場合によっては、作業が中断させられてしまう懸念もある。
【０００６】
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、エンジンで駆動する油圧ポンプを備えた建設機械に好適な排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動され、上記エンジンの出力を超えないように吸収トルクが制御される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータと、上記可変容量油圧ポンプから吐出される圧油が供給され、複数の油圧アクチュエータを含む油圧駆動回路とを有する建設機械に備えられ、上記エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う排ガス制御手段と、この排ガス制御手段に供給される還元剤溶液を蓄える還元剤溶液タンクと、この還元剤溶液タンクに蓄えられた上記還元剤溶液の残量を検出する残量検出手段とを備えるとともに、この残量検出手段で検出される上記還元剤溶液の残量が第１所定量まで減少したときに、上記還元剤溶液の補給を要する旨の警告を報知する警告報知手段と、上記残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が上記第１所定量からこの第１所定量よりも少ない第２所定量まで減少する間、その残量の減少に応じて徐々に上記エンジンの最高回転数を上記油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値まで低くなるように制限し、上記残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が上記第２所定量よりも減少したときには、上記エンジンの最高回転数を上記油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の上記所定値に維持するエンジン回転数制限手段とを備え、上記可変容量油圧ポンプは、上記エンジン回転数制限手段によって制限された制限回転数に応じて、上記レギュレータによりその傾転角が制限されることを特徴としている。
【０００８】
このように構成した本発明は、還元剤溶液タンク内の還元剤溶液の残量が所定量になるまでは、十分な還元剤溶液が排ガス制御手段に供給され、これにより、エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物が浄化され、清浄な排ガスを排出させることができる。還元剤溶液タンク内の還元剤溶液の残量が所定量になると、それが残量検出手段で検出され、警告報知手段によって警告が報知される。また、残量検出手段の検出に応じてエンジン回転数制限手段が作動し、エンジンの最高回転数を正常作業時に比べて徐々に低下させる制御、すなわち油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値までエンジンの最高回転数を低下させる制御が行われる。
【０００９】
これによって、還元剤溶液タンク内の還元剤溶液の残量が所定量以下となっても、エンジンの最高回転数を低下させることに伴って負荷が軽減されたエンジンの排ガスの浄化が継続され、清浄な排ガスを排出させることができる。また、作業性が低下することによって上述の警告の報知と併せて、還元剤溶液を補給する必要があることが促される。さらに、エンジン回転数制御手段の制御により、上述のように作業性は低下するものの、その作業性は還元剤溶液の残量の減少に応じて徐々に低下するので、作業の急激な変動を抑えることができ、また、制限された範囲内で油圧アクチュエータの作動は引き続き可能であるので、作業の継続が可能となる。
【００１０】
また、本発明は上記発明において、上記還元剤溶液が尿素水から成る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、上記警告報知手段が警報ランプから成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、エンジンの出力を超えないように吸収トルクが制御される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータと、可変容量油圧ポンプを駆動するエンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う排ガス制御手段と、この排ガス制御手段に供給される還元剤溶液を蓄える還元剤溶液タンクとを備えたことから、エンジンから排出される排ガスを浄化させることができる。また本発明は、還元剤溶液タンクに蓄えられた還元剤溶液の残量を検出する残量検出手段と、この残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が、第１所定量まで減少したときに、還元剤溶液の補給を要する旨の警告を報知する警告報知手段と、残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が第１所定量からこの第１所定量よりも少ない第２所定量まで減少する間、その残量の減少に応じて徐々にエンジンの最高回転数を油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値まで低くなるように制限し、残量検出手段で検出される還元剤溶液の残量が第２所定量よりも減少したときには、エンジンの最高回転数を油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値に維持するエンジン回転数制限手段とを備え、可変容量油圧ポンプは、エンジン回転数制限手段によって制限された制限回転数に応じて、レギュレータによりその傾転角が制限されることから、還元剤溶液タンク内の還元剤溶液の残量が所定量以下となったときには、エンジンの最高回転数を低下させることに伴って負荷が軽減されたエンジンの排ガスの浄化を継続させることができるとともに、警告が報知されて作業性が低下し、これらによって還元剤溶液の補給が促される。また作業性は還元剤溶液の残量の減少に応じて徐々に低下させることができるので、作業の急激な変動を抑えることができ、制限された範囲内ではあるが作業の継続が可能となる。したがって、建設機械に好適な装置を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，本発明に係る建設機械の排ガス浄化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は本発明に係る建設機械の排ガス浄化装置の一実施形態を示す油圧回路図、図２は図１に示す一実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示す本発明の第１実施形態は、建設機械例えば油圧ショベルに備えられるものであり、この油圧ショベルは、エンジン１と、このエンジン１によって駆動される可変容量油圧ポンプ２とを備え、油圧ポンプ２の吸収トルクがエンジン１の出力トルクを超えないようにトルク制御されるようになっている。また、エンジン１の目標回転数を指示する回転数指示装置３と、油圧ポンプ２の押しのけ容積を制御するレギュレータ４と、油圧ポンプ２の最大吐出圧を規定するメインリリーフ弁５と、エンジン１の回転数を制御する回転制御手段６と、回転数指示装置３で指示された目標回転数に応じた制御信号を回転制御手段６に出力するとともに、レギュレータ４を駆動させる駆動信号を出力させるコントローラ７を備えている。
【００１６】
さらに、油圧ポンプ２から吐出される圧油が供給される油圧駆動回路８を備えている。この油圧駆動回路８には、ブーム、アーム等の作業機を駆動させるブームシリンダ、アームシリンダ等の油圧アクチュエータ、あるいは旋回体、走行体を駆動する旋回モータ、走行モータ等の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータの作動を制御する方向制御弁などの油圧機器が含まれている。
【００１７】
このような油圧ショベルに備えられる本実施形態に係る排ガス浄化装置は、エンジン１から排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う排ガス制御手段９と、この排ガス制御手段９に供給される還元剤溶液、例えば尿素水を蓄える還元剤溶液タンク、すなわち尿素水タンク１０と、この尿素水タンク１０に蓄えられた尿素水の残量を検出する残量検出手段１１とを備えている。
【００１８】
また、残量検出手段１１で検出される尿素水の残量が後述の第１所定量Ａまで減少したときに、尿素水の補給を要する旨の警告を報知する警告報知手段、例えば警報ランプ１２を備えている。
【００１９】
さらに、後述するように、残量検出手段１１で検出される尿素水タンク１０内の尿素水の残量が第１所定量Ａから少なくなった際に、その残量の減少に応じてエンジン１の最高回転数を、上述した油圧駆動回路８に含まれる油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値まで低くなるように制限するエンジン回転数制限手段を備えている。このエンジン回転数制限手段はコントローラ７に含まれている。
【００２０】
図２に示すように、コントローラ７内には、残量検出手段１１から出力される検出信号に応じて警報ランプ１２にオン信号、あるいはオフ信号を出力するオン・オフ信号発生部７ａが備えられている。このオン・オフ信号発生部７ａは、尿素水タンク１０の残量が第１所定量Ａになるまではオフ信号を出力し、残量が第１所定量Ａ以下となるとオン信号を出力する。
【００２１】
また、コントローラ７内には、正常作業時においてエンジン１の最高回転数を回転数指示装置３で指示された目標回転数に制御するエンジン回転数演算部７ｂが備えられている。
【００２２】
また特に、コントローラ７には、関数発生部７ｃと、この関数発生部７ｃから出力された信号Ｓ１と上述のエンジン回転数演算部７ｂから出力された信号Ｓ２のうちの値の小さい方を選択して駆動信号としてレギュレータ４に出力する最小値選択部７ｄとが備えられている。これらの関数発生部７ｃと最小値選択部７ｄとによって、上述したエンジン回転数制限手段が構成されている。
【００２３】
関数発生部７ｃは、尿素水タンク１０の残量が第１所定量Ａになるまでは、通常時のエンジン１の最高回転数Ｎに相当する信号Ｓ１を出力し、残量が第１所定量Ａ以下となったときには、残量の減少に応じて徐々にエンジン１の最高回転数を低下させる信号Ｓ１を出力し、残量が第１所定量Ａよりも小さい第２所定量Ｂ以下に減少したときには、例えば通常作業時のエンジン１の最高回転数Ｎの７０％となる制限回転数ｎに相当する信号Ｓ１を出力する関数関係となっている。なお、上述した制限回転数ｎを与える第２所定量Ｂは、油圧駆動回路８に含まれる油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値となっている。
【００２４】
このように構成した本実施形態は、尿素水タンク１０内の尿素水の残量が第１所定量Ａとなるまでは、十分な尿素水が排ガス制御手段９に供給され、これにより、エンジン１から排出される排ガス中の窒素酸化物が浄化され、清浄な排ガスを排出させることができる。この間、残量検出手段１１の検出信号がコントローラ７に入力され、図２に示すオン・オフ信号発生部７ａからオフ信号が警報ランプ１２に出力され、警報ランプ１２は消灯状態に保たれる。また、関数発生部７ｃからエンジン１の最高回転数Ｎに相当する信号Ｓ２が出力され、最小値選択部７ｄにおいて信号Ｓ１と信号Ｓ２とから、例えばエンジン１の最高回転数Ｎに相当する駆動信号がレギュレータ４に出力される。これによりレギュレータ４が作動し、油圧ポンプ２の傾転角がエンジン１の出力トルクを超えない範囲の最大ポンプ吸収トルクを与えるように制御される。
【００２５】
上述の状態から、尿素水タンク１０内の尿素水が減少し、残量検出手段１１で検出される尿素水の残量が第１所定量Ａとなると、コントローラ７のオン・オフ信号発生部７ａからオン信号が警報ランプ１２に出力される。これによって警報ランプ１２が点灯する。さらに尿素水の残量が第１所定量Ａから減少するに従って警報ランプ１２の点灯が維持されるとともに、関数発生部７ｃから出力される信号Ｓ１は尿素水の残量の減少に応じてエンジン１の通常作業時の最高回転数Ｎよりも徐々に低い回転数となり、例えばこの低い回転数が最小値選択部７ｄで選択され、その低い回転数に相当する駆動信号がレギュレータ４に出力される。これにより、油圧ポンプ２の傾転角が徐々に小さくなるように制御され、油圧ポンプ２から吐出される圧油の流量は徐々に減少する。
【００２６】
さらに尿素水タンク１０内の残量が減少し、残量検出手段１１で検出される残量が第２所定量Ｂ以下となると、警報ランプ１２の点灯が維持されるとともに、関数発生部７ｃから出力される信号Ｓ１は制限回転数ｎに相当する値となり、この制限回転数ｎが最小値選択部７ｄで選択され、この制限回転数ｎに相当する駆動信号がレギュレータ４に出力される。これにより油圧ポンプ２の傾転角がさらに小さくなるように制限され、油圧ポンプ２から吐出される圧油の流量は減少する。この状態に至ると、油圧アクチュエータの作動速度が正常作業時に比べて遅くなり、作業性が低下する。
【００２７】
なお、上述のように尿素水タンク１０内の尿素水の残量が第２所定量Ｂ以下となっても、エンジン１の最高回転数を制限回転数ｎに低下させることに伴って負荷が軽減されたエンジン１の排ガスの浄化が継続され、清浄な排ガスを排出させることができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、油圧ポンプ２を駆動するエンジン１から排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う排ガス制御手段９と、この排ガス制御手段９に供給される尿素水を蓄える尿素水タンク１０とを備えたことから、エンジン１から排出される排ガスを浄化させることができる。
【００２９】
また、尿素水タンク１０に蓄えられた尿素水の残量を検出する残量検出手段１１と、この残量検出手段１１で検出される尿素水の残量が第１所定量Ａまで減少したときに、尿素水の補給を要する旨の警告を報知する警報ランプ１２と、残量検出手段１１で検出される尿素水の残量が第１所定量Ａから少なくなった際に、その残量の減少に応じて徐々にエンジン１の最高回転数を、油圧駆動回路８に含まれる油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内の所定値まで低下させ、すなわち正常作業時のエンジン１の最高回転数Ｎの例えば７０％の値である制限回転数ｎまで低下させる制御を行うエンジン回転数制御手段に含まれる関数発生部７ｃ、最小値選択部７ｄとを備えたことから、尿素水タンク１０内の尿素水の残量が第１所定量Ａ以下となったときには、エンジン１の最高回転数を低下させることに伴って、負荷が軽減されたエンジン１の排ガスの浄化を継続させることができる。
【００３０】
また、これとともに、警報ランプ１２が点灯し、併せて作業性が低下するので、尿素水の補給が促される。さらに、エンジン回転数制限手段の制御により、上述のように作業性は低下するものの、その作業性は尿素水の残量の減少に応じて徐々に低下するので作業の急激な変動を抑えることができ、また、制限された範囲内ではあるが作業の継続が可能となる。したがって、この油圧ショベルに好適な装置を実現させることができる。
【００３１】
図３は本発明の別の実施形態に備えられるコントローラに含まれる関数発生部を示す図である。
【００３２】
この別の実施形態は、エンジン回転数制限手段を構成するコントローラ７に含まれる関数発生部７ｃの関数設定が上述した実施形態におけるものと異なっている。その他の構成は上述した実施形態と同等である。
【００３３】
この図３に示す別の実施形態に備えられるコントローラ７の関数発生部７ｃは、尿素水の残量が第１所定量Ａまでは、エンジン１の最高回転数を通常作業時の最高回転数Ｎに設定し、残量が第１所定量Ａよりも少なくなると、所定量Ｃ１に至るまではその残量の減少に応じて最高回転数をｎ１まで徐々に低下させ、その残量が所定量Ｃ１から所定量Ｃ２まで減少する間は、上述の最高回転数ｎ１を維持させ、残量が所定量Ｃ２から第２所定量Ｂまで減少する間は、その残量の減少に応じて最高回転数を制限回転数ｎまで徐々に低下させ、その残量が第２所定量Ｂ以下となると、制限回転数ｎを維持させる関数関係に設定してある。すなわち、尿素水の残量が減少するに従って段階的に最高回転数を、通常作業時の最高回転数Ｎからこの最高回転数Ｎの例えば７０％の値である制限回転数ｎまで徐々に低下させる関数関係に設定してある。
【００３４】
このように設定された関数関係の関数発生部７ｃを有するコントローラ７を備えた別の実施形態も、尿素水の残量が減少するに従って、その残量に応じてエンジン１の最高回転数を、油圧駆動回路８に含まれる油圧アクチュエータの作動が可能となる範囲内で徐々に低下させるようにしてあることから、上述した実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る建設機械の排ガス浄化装置の一実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】図１に示す一実施形態に備えられるコントローラの要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態に備えられるコントローラに含まれる関数発生部を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    エンジン
２    可変容量油圧ポンプ
３    回転数指示装置
４    レギュレータ
５    メインリリーフ弁
６    回転制御手段
７    コントローラ
７ａ  オン・オフ信号発生部
７ｂ  エンジン回転数演算部
７ｃ  関数発生部（エンジン回転数制限手段）
７ｄ  最小値選択部（エンジン回転数制限手段）
８    油圧駆動回路
９    排ガス制御手段
１０    尿素水タンク（還元剤溶液タンク）
１１    残量検出手段
１２    警報ランプ（警告報知手段）
【図１】
0004847218.tif 000002
【図２】
0004847218.tif 000003
【図３】
0004847218.tif 000004