(57)【要約】  【課題】エンジンに於けるＮＯｘとＰＭ・黒煙のトレードオフの関係を解消する。  【解決手段】エンジン２１と、該エンジン２１により駆動する油圧ポンプ２２と、該エンジン２１の排気ガスを燃焼室に還流するＥＧＲ制御部２３を備える。更に、前記ＥＧＲ制御部２３が、前記エンジン２１の負荷変動を検出し、該エンジン２１が高負荷運転から低負荷運転の状態になると前記燃焼室に送り込む前記排気ガスの量を瞬時にオフしてＮＯｘの発生を抑え、逆に低負荷運転から高負荷運転の状態に切り替わった時には前記排気ガス量を定常量まで徐々に増加させるようにしてＰＭ・黒鉛の発生を抑えるように制御して成る建設機械のエンジン制御システムを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンにより駆動する油圧ポンプと、該油圧ポンプからの吐出圧により駆動する油圧アクチュエータと、該エンジンの排気ガスを燃焼室に還流するＥＧＲ手段を備えた建設機械のエンジン制御システムに於いて、
前記ＥＧＲ手段が、前記エンジンの負荷変動を検出し、前記エンジンが無負荷アイドル運転乃至低負荷運転から急激に高負荷運転になる時は、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスの量を定常量まで徐々に増加させ、逆に、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わった時には、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスを瞬時にオフ或いは低流量になるように制御することを特徴とする建設機械のエンジン制御システム。
【請求項２】
上記ＥＧＲ手段が、上記エンジンの負荷変動を、上記油圧ポンプの吐出圧から検出する請求項１記載の建設機械のエンジン制御システム。
【請求項３】
上記ＥＧＲ手段が、上記エンジンの負荷変動を、ターボ過給圧から検出する請求項１又は２記載の建設機械のエンジン制御システム。
【請求項４】
上記ＥＧＲ手段が、上記エンジンの負荷変動を、上記エンジンの実回転数と目標回転数の差から検出する請求項１，２又は３記載の建設機械のエンジン制御システム。
【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のエンジン制御システムに関するものであり、特に、ＮＯｘ(窒素酸化物)とＰＭ(粒子状浮遊物)及び黒煙を低減させて排気ガス規制に対応できる建設機械のエンジン制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルでは、動力源としてディーゼルエンジンを装備し、該ディーゼルエンジンに搭載された油圧ポンプを駆動源として、ブーム、アーム、バケット等を動作させ、各種の作業を行うようにしている。
【０００３】
ディーゼルエンジンは、空気中への有害成分の排出が問題とされ、排出ガス規制が強化される中、様々な規制対応技術が採用されている。その一つの技術として、排気中の有害成分であるＮＯｘの発生を抑制するために、吸気管に不活性の排出ガスを再循環させる、所謂、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１４７０２４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の発明に見られるようなＥＧＲシステムは、ＮＯｘを低減させるために、燃焼温度の低下を目的として採用されている。ＮＯｘは燃焼温度が高い状態でより多く発生するため、ＥＧＲ制御はエンジンにかかる負荷が高く、且つ、安定的に加わる定常負荷状態(一般的に車両に見られる負荷状態)で有効と考えられる。
【０００５】
しかしながら、エンジンにかかる負荷が常に急激な変動を繰り返す建設機械においては、ＥＧＲ制御は燃焼効率の悪化を伴うため、ＮＯｘに置き換わりＰＭや黒煙の増加が余儀なくされる。つまり、燃焼温度が高い状態(完全燃焼に近い状態)では、ＮＯｘが多くＰＭ・黒煙は少ないが、逆に燃焼温度が低い状態(不完全燃焼)ではＮＯｘは少なくＰＭ・黒煙が多くなるというように、一方を追求すれば他方を犠牲にせざるを得ないという、所謂、トレードオフの関係にある。
【０００６】
そこで、エンジンに於けるＮＯｘとＰＭ・黒煙のトレードオフ関係を解消するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動する油圧ポンプと、該油圧ポンプからの吐出圧により駆動する油圧アクチュエータと、該エンジンの排気ガスを燃焼室に還流するＥＧＲ手段を備えた建設機械のエンジン制御システムに於いて、前記ＥＧＲ手段が、前記エンジンの負荷変動を検出し、前記エンジンが無負荷アイドル運転乃至低負荷運転から急激に高負荷運転になる時は、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスの量を定常量まで徐々に増加させ、逆に、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わった時には、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスを瞬時にオフ或いは低流量になるように制御する建設機械のエンジン制御システムを提供する。
【０００８】
この構成によれば、燃焼温度が高く、これによってＮＯｘが多く排出される高負荷運転の状態になった時には前記燃焼室に排気ガスを送り込むことで、ＮＯｘの発生が抑えられる。逆に、燃焼温度が低く、ＮＯｘは少ない代わりにＰＭ・黒鉛が多く排出される急激な負荷変動（低負荷から高負荷）時には、前記燃焼室に排気ガスを徐々に送り込むことになるので、ＰＭ・黒鉛の排出を少なくすることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、上記ＥＧＲ手段が、上記エンジンの負荷変動を、上記油圧ポンプの吐出圧から検出する請求項１記載の建設機械のエンジン制御システムを提供する。
【００１０】
この構成によれば、エンジンの負荷変動を油圧ポンプの吐出圧から簡単に検出することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、上記ＥＧＲ手段が、上記エンジンの負荷変動を、ターボ過給圧から検出する請求項１又は２記載の建設機械のエンジン制御システムを提供する。
【００１２】
この構成によれば、エンジンの負荷変動をターボ過給圧から簡単に検出することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、上記ＥＧＲ手段が、上記エンジンの負荷変動を、上記エンジンの実回転数と目標回転数の差から検出する請求項１，２又は３記載の建設機械のエンジン制御システムを提供する。
【００１４】
この構成によれば、エンジンの負荷変動をエンジンの実回転数と目標回転数の差から簡単に検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、燃焼温度が高いときに発生するＮＯｘと急激な負荷変動時に発生するＰＭ・黒鉛の両方を低減させることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、エンジンの負荷変動を油圧ポンプの吐出圧から簡単に検出することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明の効果に加えて、エンジンの負荷変動をターボ過給圧から簡単に検出することができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１，２又は３の発明の効果に加えて、エンジンの負荷変動をエンジンの実回転数と目標回転数の差から簡単に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
エンジンに於けるＮＯｘとＰＭ・黒煙のトレードオフ関係を解消するという目的を達成するために、エンジンと、該エンジンにより駆動する油圧ポンプと、該エンジンの排気ガスを燃焼室に還流するＥＧＲ制御部を備えると共に、前記ＥＧＲ制御部が、前記エンジンの負荷変動を検出し、前記エンジンが無負荷アイドル運転乃至低負荷運転から急激に高負荷運転になる時は、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスの量を定常量まで徐々に増加させ、逆に、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わった時には、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスを瞬時にオフ或いは低流量になるように制御するようにした。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の一実施例を図面に従って詳述する。図１は本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルを示す。該油圧ショベル１０は、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３には、その前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、更に該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。
【００２１】
図２は図１の油圧ショベル１０に適用可能したエンジン制御システムの構成ブロック図である。図２に於いて、本実施例のエンジン制御システムは、油圧ショベル１０を駆動するエンジン２１と、該エンジン２１のパワーラインに接続された油圧ポンプ２２と、ＥＧＲ制御部２３と、実回転数センサ２６、過給圧センサ２７、ポンプ吐出圧センサ２８とで構成されている。
【００２２】
エンジン２１は本実施例ではディーゼルエンジンであり、該エンジン２１を駆動源として油圧ショベル１０が走行する。尚、図示しないが、エンジン２１にはターボ過給器が設けられている。
【００２３】
前記油圧ポンプ２２は、ブーム１５，アーム，バケット１７を動作させる各油圧シリンダを含むアクチュエータ(図示せず)を駆動するもので、エンジン２１の駆動力を受けて動作する。
【００２４】
ＥＧＲ制御部２３は、マイクロコンピュータ(通称「マイコン」)を内蔵した制御演算部として機能するもので、エンジン２１の駆動を制御するエンジンコントローラ２４と油圧システムを制御するショベルコントローラ２５とを有する。該ＥＧＲ制御部２３は、ポンプ吐出センサ２８からのポンプ吐出圧信号と、実回転数センサ２６からのエンジン実回転数信号と、過給圧センサ２７からのターボ過給圧信号を受け、マイクロコンピュータ内に予めプログラムされている制御手順に従い、エンジンコントローラ２４及びショベルコントローラ２５にそれぞれ所定の制御を行わせる。
【００２５】
又、ＥＧＲ制御部２３によるＥＧＲ制御は、
前記エンジン２１の負荷変動を検出し、前記エンジン２１が無負荷アイドル運転乃至低負荷運転から急激に高負荷運転になる時は、燃焼室に送り込む排気ガスの量を定常量まで徐々に増加させ、逆に、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わった時には、前記燃焼室に送り込む前記排気ガスを瞬時にオフ或いは低流量になるように、負荷に応じて制御することで、燃焼温度が高いときに発生するＮＯｘと急激な負荷変動時に発生するＰＭ・黒鉛のトレードオフ関係を解消するようにしている。
【００２６】
以下、そのＥＧＲ制御部２３によるＥＧＲ制御の具体的例を図３乃至図５を用いて説明する。
【００２７】
(具体例１：図３参照)
具体例１は、エンジンの負荷変動の状態を、ＥＧＲ制御部２３がポンプ吐出圧センサ２８から得られるポンプ吐出圧信号から検出する場合である。そして、図３は油圧ポンプ２２の信号波形とＥＧＲ量の波形を対応させて示しており、(ａ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うポンプ吐出圧Ｐの変化、(ｂ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うＥＧＲ量Ｑの変化をそれぞれ示している。
【００２８】
ＥＧＲ制御部２３は、図３に於いて、油圧ポンプ２２のポンプ吐出圧Ｐをポンプ吐出圧信号から読み込み、図３(ａ)中にＳ１で予め設定される圧力と比較する。そして、設定圧力Ｓ１を超えている時は、高負荷運転の状態下にあると判定して定常量のＥＧＲ制御を行う。逆に、設定圧力Ｓ１以下になると、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わったと判定してＥＧＲ制御を瞬時にＯＦＦ(オフ)し、排気ガスをエンジン２１の燃焼室内に送り込むのを止める。又、設定圧力Ｓ１以下から設定圧力Ｓ１を超えると、低負荷運転から高負荷運転の状態に切り替わったと判定してＥＧＲ量(排気ガス量)を定常量まで徐々に増加させて行く。
【００２９】
即ち、図３では、時間領域Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５では、ポンプ吐出圧Ｐが低負荷、即ち設定圧力Ｓ１以下の状態にあり、従ってＥＧＲ制御はＯＦＦである。又、図３(ｂ)からは、高負荷運転から低負荷運転の状態に入るとＥＧＲ(排気ガス)は瞬時にしてＯＦＦされていることがわかる(時間領域Ｔ３，Ｔ５参照)。逆に、低負荷運転から高負荷運転の状態に入ると、ＥＧＲは徐々に増加して定常のＥＧＲ量に戻っていることがわかる(時間領域Ｔ２，Ｔ４参照)。
【００３０】
従って、具体例１のようにして、ＥＧＲを制御すると、燃焼温度が高い時に発生するＮＯｘと、燃焼温度が低く急負荷時に発生するＰＭ・黒鉛の両方を低減させることができる。
【００３１】
(具体例２：図４参照)
具体例２は、ＥＧＲ制御部２３がエンジンの負荷変動の状態を、過給圧センサ２７から得られるターボ過給圧信号とポンプ吐出圧センサ２８から得られるポンプ吐出圧信号から検出する場合である。そして、図４は油圧ポンプ２２の信号波形とターボ過給器(図示せず)の信号波形とＥＧＲ量の波形を対応させて示しており、(ａ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うポンプ吐出圧Ｐの変化、(ｂ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うターボ過給圧Ｐの変化、(ｃ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うＥＧＲ量の変化をそれぞれ示している。
【００３２】
ＥＧＲ制御部２３は、図４に於いて、ポンプ吐出圧信号からポンプ吐出圧Ｐを読み込むと共にターボ過給圧信号からターボ過給圧Ｐを読み込み、図４(ｂ)中にＳ２で示す設定される圧力と比較する。そして、設定圧力Ｓ２を超えている時は高負荷運転の状態にあると判定して定常量のＥＧＲ制御を行う。逆に、設定圧力Ｓ２以下になると、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わったと判定してＥＧＲ制御を瞬時にＯＦＦ(オフ)し、排気ガスをエンジン２１の燃焼室内に送り込むのを止める。又、設定圧力Ｓ２以下から設定圧力Ｓ２を超えると、低負荷運転から高負荷運転の状態に切り替わったと判定してＥＧＲ量を定常量まで徐々に増加させて行く。
【００３３】
即ち、図４では、時間領域Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５では、ポンプ吐出圧Ｐが低負荷、即ち設定圧力Ｓ２以下の状態にあり、従ってＥＧＲ制御はＯＦＦである。又、図４(ｃ)からは、高負荷運転から低負荷運転の状態に入るとＥＧＲは瞬時にしてＯＦＦされていることがわかる(時間領域Ｔ３，Ｔ５参照)。逆に、低負荷運転から高負荷運転の状態に入ると、ＥＧＲは徐々に増加して定常のＥＧＲ量に戻っていることがわかる(時間領域Ｔ２，Ｔ４参照)。
【００３４】
従って、具体例２のようにして、ＥＧＲを制御すると、具体例１の場合と同様に燃焼温度が高い時に発生するＮＯｘと、燃焼温度が低く急負荷時に発生するＰＭ・黒鉛の両方を低減させることができる。
【００３５】
(具体例３：図５参照)
具体例３は、ＥＧＲ制御部２３がエンジンの負荷変動の状態を、ポンプ吐出圧信号と実回転数センサ２６から得られるエンジン実回転数から検出する場合である。そして、図５は油圧ポンプ２２の信号波形とエンジン回転数の信号波形とＥＧＲ量の波形を対応させて示しており、(ａ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うポンプ吐出圧Ｐの変化、(ｂ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うエンジン回転数Ｎの変化、(ｃ)の横軸には時間ｔ、縦軸には時間ｔに伴うＥＧＲ量の変化をそれぞれ示している。又、(ｂ)のエンジン回転数では、目標回転数Ｎ０を設け、更に、該目標回転数Ｎ０からある回転数αを引いた設定回転数Ｓ３を設けている。
【００３６】
そして、ＥＧＲ制御部２３は、図５に於いて、ポンプ吐出圧信号からポンプ吐出圧Ｐを読み込むと共に、エンジン２１の実回転数Ｎ１をエンジン実回転数信号から読み込み、設定回転数Ｓ３と比較する。設定回転数Ｓ３を超えている時は高負荷運転の状態にあると判定して定常量のＥＧＲ制御を行う。逆に、設定回転数Ｓ３以下になると、高負荷運転から低負荷運転の状態に切り替わったと判定してＥＧＲ制御を瞬時にＯＦＦ(オフ)し、排気ガスをエンジン２１の燃焼室内に送り込むのを止める。又、設定回転数Ｓ３を超えると、低負荷運転から高負荷運転の状態に切り替わったと判定してＥＧＲ量を定常量まで徐々に増加させて行く。尚、図５に於いて、時間領域Ｔ０，Ｔ５はアイドリング時等の無負荷時の状態にあり、従って本例では無負荷の時もＥＧＲをＯＦＦするように設定している。
【００３７】
又、図５では、時間領域Ｔ１，Ｔ３は、ポンプ吐出圧Ｐが急負荷、即ち設定回転数Ｓ３以下の状態にあり、従ってＥＧＲ制御はＯＦＦである。更に、図５(ｃ)からは、高負荷運転から低負荷運転の状態に入るとＥＧＲは瞬時にしてＯＦＦされていることがわかる(時間領域Ｔ３，Ｔ５参照)。逆に、低負荷運転から高負荷運転の状態に入ると、ＥＧＲは徐々に増加して定常のＥＧＲ量に戻っていることがわかる(時間領域Ｔ２，Ｔ４参照)。
【００３８】
従って、具体例３のようにして、ＥＧＲを制御すると、具体例１，２の場合と同様に燃焼温度が高い時に発生するＮＯｘと、燃焼温度が低く急負荷時に発生するＰＭ・黒鉛の両方を低減させることができる。
【００３９】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】本発明に係るエンジン制御システムを適用した油圧ショベルの全体構成図。
【図２】同上エンジン制御システムの構成ブロック図。
【図３】本発明システムに於けるＥＧＲ制御の具体例１を示すもので、(ａ)はポンプ吐出圧の変化を時間と対応させて示す波形図、(ｂ)ＥＧＲ量の変化を時間と対応させて示す波形図。
【図４】本発明システムに於けるＥＧＲ制御の具体例２を示すもので、(ａ)はポンプ吐出圧の変化を時間と対応させて示す波形図、(ｂ)はターボ過給器のターボ過給圧の変化を時間と対応させて示す波形図、(ｃ)ＥＧＲ量の変化を時間と対応させて示す波形図。
【図５】本発明システムに於けるＥＧＲ制御の具体例３を示すもので、(ａ)は油圧ポンプの吐出圧の変化を時間と対応させて示す波形図、(ｂ)はエンジンの実回転数の変化を時間と対応させて示す波形図、(ｃ)ＥＧＲ量の変化を時間と対応させて示す波形図。
【符号の説明】
【００４１】
２１      エンジン
２２      油圧ポンプ
２３      ＥＧＲ制御部
２４      エンジンコントローラ
２５      ショベルコントローラ
２６      実回転数センサ
２７      過給圧センサ
２８      ポンプ吐出圧センサ
【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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