(57)【要約】【課題】燃料噴射量制御を介在させることなく、現在のエンジン負荷状態に応じたＥＧＲ制御弁の制御を実現できる作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置の提供。【解決手段】排出ライン６に導かれる排気ガスの一部１５をエンジン１の燃焼室へ導くバイパスライン１２と、このバイパスライン１２を流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁１７とを備えるとともに、ポンプトルクＴｐとエンジン最大トルクＴｅを求め、これらのポンプトルクＴｐとエンジン最大トルクＴｅとの比であるエンジン負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）を求める第１演算手段２５ｄ１と、予め設定されるエンジン負荷率とＥＧＲ率との関係と、第１演算手段２５ｄ１で求めたエンジン負荷率とから、対応するＥＧＲ率を求める第２演算手段２５ｄ２と、この第２演算手段２５ｄ２で求めたＥＧＲ率に応じた駆動制御信号をＥＧＲ制御弁１７に出力する出力手段２５ｂとを備えた。【選択図】図１
2005076464.tif 000002
【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る可変容量型油圧ポンプを含む油圧駆動装置とを有する作業機械に備えられ、
燃料を上記エンジンの燃焼室に導く供給ラインと、空気を上記エンジンの燃焼室へ導く給気ラインと、上記エンジンの燃焼室から排出される排気ガスを導く排出ラインと、一端を上記給気ラインに、他端を上記排出ラインに接続され、上記排出ラインに導かれる排気ガスの一部を上記エンジンの燃焼室へ導くバイパスラインと、このバイパスラインを流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁とを備えた作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置において、
ポンプトルクとエンジン最大トルクを求め、これらのポンプトルクとエンジン最大トルクとの比であるエンジン負荷率を求める第１演算手段と、
予め設定されるエンジン負荷率と、上記エンジンの全吸気量に対する還流排気ガス流量の割合であるＥＧＲ率との関係と、上記第１演算手段で求めたエンジン負荷率とから、対応するＥＧＲ率を求める第２演算手段と、
この第２演算手段で求めたＥＧＲ率に応じた駆動制御信号を上記ＥＧＲ制御弁に出力する出力手段とを備えたことを特徴とする作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の発明において、
上記可変容量型油圧ポンプの傾転量を検出する傾転量検出手段と、
上記可変容量型油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
上記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
上記第１演算手段と、上記第２演算手段と、上記出力手段とを含む制御手段とを備え、
上記第１演算手段は、上記傾転量検出手段で検出される傾転量と上記吐出圧検出手段で検出される吐出圧とに基づいて上記ポンプトルクを求め、
予め設定されるエンジン回転数とエンジン最大トルクの関係と、上記回転数検出手段で検出されるエンジン回転数とから、対応するエンジン最大トルクを求めることを特徴とする作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に備えられ、エンジンの排気ガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁を有する作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、燃料供給ポンプから供給された燃料をエンジンの燃焼室に導く配管、すなわち供給ラインと、空気をエンジンの燃焼室へ導く給気管すなわち給気ラインと、エンジンから排出される排気ガスを導く排気管すなわち排出ラインと、一端を給気ラインに、他端を排出ラインに接続され、排出ラインで導かれる排気ガスの一部をエンジンの燃焼室へ導くＥＧＲ通路、すなわちバイパスラインと、このバイパスラインを流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁とを備えたものがある。
【０００３】
また、この従来技術は、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器と、エンジンへの燃料の噴射量を検出するスロットル開度検出器を備えるとともに、これらの検出器から出力される信号に応じてＥＧＲ制御弁を制御する駆動制御信号を出力する制御装置を備えている。
【０００４】
この制御装置は、入力したエンジン回転数と燃料噴射量に応じて現在のエンジン負荷を算出し、この算出されたエンジン負荷が、高負荷なのか、中・低負荷なのかを判断する。この判断は、エンジン回転数とエンジン出力トルクとエンジン等馬力曲線とによるものである。なお、エンジンにかかる負荷が、エンジン等馬力曲線上で高負荷領域と中・低負荷領域とに設定され、マップに記憶されている。
【０００５】
また、この従来技術は、排気ガスの排出ライン上に、ＮＯｘ浄化装置を備え、このＮＯｘ浄化装置の上流側にはＮＯｘを還元する還元剤を供給する還元剤供給量調整弁を備えている。高負荷時では、還元剤供給量調整弁が制御装置から信号を受け、開度を制御して還元剤供給量を調整し、中・低負荷時では、ＥＧＲ制御弁が制御装置から信号を受け、ＥＧＲ制御弁の開度を制御することにより、上述のバイパスラインへ還流する排気ガスの流量を調整するようになっている。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−１２１１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術では、エンジンに負荷がかかるとエンジン回転数が変動し、制御装置によって負荷に応じた適切な量の燃料が噴射される。エンジンの全吸気量に対する排気ガス流量の割合であるＥＧＲ率の制御では、エンジン回転数と燃料噴射量を制御パラメータとして、制御装置から現在のエンジンの負荷状態に適したＥＧＲ率にするための駆動制御信号がＥＧＲ制御弁に出力される。
【０００７】
すなわち、
エンジン負荷→エンジン回転数変動の発生→燃料噴射量制御→ＥＧＲ制御弁の制御
となり、このうちの燃料噴射量制御がタイムラグとなるために、現在のエンジンの負荷状態とＥＧＲ制御弁の制御との間に、応答遅れが生じ、これに伴ってエンジン出力が低下しやすい問題がある。
【０００８】
また、このような応答遅れに伴って、排気ガス中のＮＯｘ成分低減を実現させるために、ＮＯｘ浄化装置、還元剤供給量調整弁等を要しており、この排気ガス還流制御装置の製作費が高くなる問題がある。
【０００９】
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、燃料噴射量制御を介在させることなく、現在のエンジン負荷状態に応じたＥＧＲ制御弁の制御を実現させることができる作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記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る可変容量型油圧ポンプを含む油圧駆動装置とを有する作業機械に備えられ、燃料を上記エンジンの燃焼室に導く供給ラインと、空気を上記エンジンの燃焼室へ導く給気ラインと、上記エンジンから排出される排気ガスを導く排出ラインと、一端を上記給気ラインに、他端を上記排出ラインに接続され、上記排出ラインに導かれる排気ガスの一部を上記エンジンの燃焼室へ導くバイパスラインと、このバイパスラインを流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁とを備えた作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置において、ポンプトルクとエンジン最大トルクを求め、これらのポンプトルクとエンジン最大トルクとの比であるエンジン負荷率を求める第１演算手段と、予め設定されるエンジン負荷率と、上記エンジンの全吸気量に対する還流排気ガス流量の割合であるＥＧＲ率との関係と、上記第１演算手段で求めたエンジン負荷率とから、対応するＥＧＲ率を求める第２演算手段と、この第２演算手段で求めたＥＧＲ率に応じた駆動制御信号を上記ＥＧＲ制御弁に出力する出力手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成した本発明は、第１演算手段によって、現在のエンジン負荷に相応するポンプトルクとエンジン最大トルクとが求められ、さらにこれらのポンプトルクとエンジン最大トルクとの比であるエンジン負荷率が求められる。次に、第２演算手段によって、予め設定されるエンジン負荷率とＥＧＲ率との関係と、第１演算手段で求められたエンジン負荷率とから、対応するＥＧＲ率、すなわち現在のエンジン負荷状態に相応するＥＧＲ率に応じた駆動制御信号が出力手段からＥＧＲ制御弁に出力される。これによりＥＧＲ制御弁は、バイパスラインを流れる排気ガスの流量、すなわちエンジンの燃焼室に還流される排気ガスの流量を調整する。
【００１２】
したがって本発明は、燃料噴射量制御を介在させることなく、現在のエンジン負荷に応じたＥＧＲ制御弁の制御を実現させることができ、現在のエンジンの負荷状態に対するＥＧＲ制御弁の応答遅れを防ぐことができる。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、上記可変容量型油圧ポンプの傾転量を検出する傾転量検出手段と、上記可変容量型油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、上記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、上記第１演算手段と、上記第２演算手段と、上記出力手段とを含む制御手段とを備え、上記第１演算手段は、上記傾転量検出手段で検出される傾転量と上記吐出圧検出手段で検出される吐出圧とに基づいて上記ポンプトルクを求め、予め設定されるエンジン回転数とエンジン最大トルクの関係と、上記回転数検出手段で検出されるエンジン回転数とから、対応するエンジン最大トルクを求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料噴射量制御を介在させることなく、現在のエンジン負荷状態に応じたＥＧＲ制御弁の制御を実現でき、現在のエンジン負荷状態に対するＥＧＲ制御弁の応答遅れを防ぐことができ、これにより、従来生じていたようなエンジン出力の低下を抑えることができる。また、上述のように応答遅れを防ぐことができるので、排気ガス中のＮＯｘ成分を有効に低減でき、これにより従来要していたようなＮＯｘ浄化装置、還元剤供給量調整弁等が不要となり、装置全体の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】
【００１５】
以下，本発明に係る作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置を実施するための最良の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態を示す回路図、図２は図１に示す一実施形態に備えられる制御手段の構成を示すブロック図、図３は図２に示す制御手段の記憶部に設定されるエンジン負荷率とＥＧＲ率との関係の一例を示す図である。
【００１７】
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、この油圧ショベルは図１に示すように、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型油圧ポンプ２０を含む油圧駆動装置１９を備えている。
【００１８】
このような油圧ショベルに備えられる本実施形態は、燃料噴射ポンプ２から噴射される燃料をエンジン１の燃焼室に導く供給ライン３と、空気をエンジン１の燃焼室へ導く給気ライン５と、エンジン１から排出される排気ガスを導く排出ライン６と、一端１３を給気ライン５に、他端１４を排出ライン６に接続され、排出ライン６に導かれる排気ガスの一部１５をエンジン１の燃焼室へ導くバイパスライン１２と、このバイパスライン１２を流れる排気ガス流量を制御するＥＧＲ制御弁１７とを備えている。バイパスライン１２には、排気ガスを冷却する冷却器１６を配置してある。
【００１９】
エンジン１に対してはターボ式過給機４で過給をおこなうようにしてあり、このターボ式過給機４は、過給のために外部から取り入れた空気を圧縮し、給気ライン５に供給する遠心式圧縮機７と、排出ライン６に配置され、遠心式圧縮機７を駆動する排気タービン１０とを備えている。給気ライン５には圧縮された空気を冷却するインタクーラ８を配置してある。排出ライン６の排気タービン１０の下流側にはマフラー１１を配置してある。
【００２０】
本実施形態は、油圧駆動装置１９に備えられる可変容量型油圧ポンプ２０の吐出圧２４を検出する吐出圧検出手段２１と、油圧ポンプ２０の傾転量２３を検出する傾転量検出手段２２と、エンジン１の回転数検出手段２６とを備えるとともに、吐出圧検出手段２１、傾転量検出手段２２、及び回転数検出手段２６からの信号を入力し、ＥＧＲ制御弁１７に駆動制御信号２７を出力する制御手段２５を備えている。
【００２１】
制御手段２５は、図２に示すように、各検出手段２１，２２，２６の信号を入力する入力手段２５ａと、ＥＧＲ制御弁１７に駆動制御信号を出力する出力手段２５ｂと、記憶手段２５ｃと、演算処理を実施する中央演算処理装置すなわちＣＰＵ２５ｄとを備えている。
【００２２】
記憶手段２５ｃには、図３に示す関係、すなわちポンプトルクＴｐとエンジン最大トルクＴｅとの比であるエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）と、エンジン１の全吸気量（Ｉ）に対する還流排気ガス流量Ｇの割合であるＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）との関係が設定されている。この関係は、負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）が大きくなるほどＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）が小さくなり、負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）が小さくなるほどＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）が大きくなる関係、例えば直線的な関係となっている。このような図３に示すエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）との関係は、経験的に、あるいは実験的に設定することができる。
【００２３】
また、記憶手段２５ｃには、エンジン１の回転数とエンジン最大トルクＴｅとの関係も予め設定されている。
【００２４】
ＣＰＵ２５ｄは、吐出圧検出手段２１で検出される吐出圧２４と、傾転量検出手段２２で検出される傾転量２３とに基づいてポンプトルクＴｐを求め、記憶手段２５ｃに記憶されるエンジン１の回転数とエンジン最大トルクＴｅとの関係と、エンジン１の回転数検出手段２６で検出される回転数とからエンジン最大トルクＴｅを求め、これらのポンプトルクＴｐとエンジン最大トルクＴｅとの比であるエンジン負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）を求める第１演算手段２５ｄ１を備えている。
【００２５】
また、このＣＰＵ２５ｄは、記憶手段２５ｃに記憶される図３に示すエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）との関係と、上述した第１演算手段２５ｄ１で求められたエンジン負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とから、対応するＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）を求める第２演算手段２５ｄ２を備えている。
【００２６】
この第２演算手段２５ｄ２で求められたＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）に相応する駆動制御信号が出力手段２５ｂからＥＧＲ制御弁１７に出力されるようになっている。
【００２７】
このように構成した本実施形態は、ターボ式過給機４の駆動により、遠心式圧縮機７で圧縮された空気が給気ライン５に送られ、インタクーラ８で冷却されてエンジン１の燃焼室に供給される。また、燃料噴射ポンプ２で噴射された燃料が供給ライン３によってエンジン１の燃焼室に供給される。燃焼室における燃料の燃焼によってエンジン１が駆動し、その排気ガスが排出ライン６に送られ、この排気ガスによって排気タービン１０が駆動し、排気ガスはマフラー１１に送られる。
【００２８】
排出ライン６に送られた排気ガスの一部１５はバイパスライン１２に送られ、冷却器１６で冷却された後、ＥＧＲ制御弁１７に与えられる。
【００２９】
上述したエンジン１の駆動により油圧ポンプ２０が駆動し、この油圧ポンプ２０から吐出される圧油によって、例えば図示しないブーム、アーム、バケット等が作動して掘削作業等が実施される。
【００３０】
エンジン１及び油圧ポンプ２０の駆動に伴って、エンジン１の回転数が回転数検出手段２６で検出され、油圧ポンプ２０の吐出圧２４が吐出圧検出手段２１で検出され、油圧ポンプ２０の傾転量２３が傾転量検出手段２２で検出され、それぞれ制御手段２５の入力手段２５ａに入力される。
【００３１】
これに伴い、ＣＰＵ２５ｄの第１演算手段２５ｄ１は、入力された油圧ポンプ２０の傾転量２３と吐出圧２４とに基づいて、ポンプトルクＴｐを求める公知の演算をおこなう。また、記憶手段２５ｅに記憶されているエンジン回転数とエンジン最大トルクＴｅとの関係と、入力されたエンジン１の回転数とから、対応するエンジン最大トルクＴｅを求める演算をおこなう。さらに、求められたポンプトルクＴｐとエンジン最大トルクＴｅとの比であるエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）を求める演算をおこなう。
【００３２】
続いて、ＣＰＵ２５ｄの第２演算手段２５ｄ２は、記憶手段２５ｅに記憶されている図３のエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）の関係と、上述した第１演算手段２５ｄ１で求められたエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とから、対応するＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）を求める演算をおこなう。この求められたＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）に応じた駆動制御信号が出力手段２５ｂを介してＥＧＲ制御弁１７に出力される。
【００３３】
これによりＥＧＲ制御弁１７の開度が調整され、エンジン１の燃焼室へ還流される排気ガスの流量が制御される。エンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）が大きいときは、図３に示すようにＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）が小さく、ＥＧＲ制御弁１７の開度が小さくなるように、すなわち還流排気ガスの流量が小さくなるように制御される。また逆に、エンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）が小さいときは、図３に示すようにＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）が大きく、ＥＧＲ制御弁１７の開度が大きくなるように、すなわち還流排気ガスの流量が大きくなるように制御される。
【００３４】
以上のように構成した本実施形態によれば、ＣＰＵ２５ｄの第１演算手段２５ｄ１と第２演算手段２５ｄ２とによって、現在のエンジン１の負荷状態に相応するポンプトルクＴｐとエンジン最大トルクＴｅの比であるエンジン負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）に応じたＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）を求め、このＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）に相応する駆動制御信号によってＥＧＲ制御弁１７を制御するようにしてあることから、燃料噴射量制御を介在させることなく、現在のエンジン負荷状態に応じたＥＧＲ制御弁１７の制御を実現させることができる。したがって、現在のエンジン負荷状態に対するＥＧＲ制御弁１７の応答遅れを防ぐことができ、このような応答遅れに伴うエンジン出力の低下を抑えることができる。また、上述のように応答遅れを防ぐことができるので、排気ガス中のＮＯｘ成分を有効に低減できる。これによりＮｏｘ浄化装置、還元剤供給量調整弁等が不要となり、装置の製作費を安くすることができる。
【００３５】
なお、上記実施形態にあっては、エンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）との関係を図３に示す直線的な関係として記憶手段２５ｃに記憶させたが、このような直線的関係に代えて曲線的関係に設定することもできる。要するに、エンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）が大きいときにＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）が小さくなり、負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）が小さいときにＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）が大きくなる関係を維持するように、このエンジン１の負荷率（Ｔｐ／Ｔｅ）とＥＧＲ率（Ｇ／Ｉ）との関係を設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る作業機械のエンジンの排気ガス還流制御装置の一実施形態を示す回路図である。
【図２】図１に示す一実施形態に備えられる制御手段の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御手段の記憶部に設定されるエンジン負荷率とＥＧＲ率との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    エンジン
３    供給ライン
５    給気ライン
６    排出ライン
１２  バイパスライン
１３  一端
１４  他端
１５  一部
１７  ＥＧＲ制御弁
１９  油圧駆動装置
２０  可変容量型油圧ポンプ
２１  吐出圧検出手段
２２  傾転量検出手段
２３  傾転量
２４  吐出圧
２５  制御手段
２５ａ  入力手段
２５ｂ  出力手段
２５ｃ  記憶手段
２５ｄ  ＣＰＵ
２５ｄ１  第１演算手段
２５ｄ２  第２演算手段
２６    回転数検出手段
２７    駆動制御信号
【図１】
2005076464.tif 000003
【図２】
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【図３】
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