特許 7148328 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-27

(45)【発行日】2022-10-05

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20220928BHJP

   F02D 17/00 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 23/02 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 29/02 20060101ALI20220928BHJP

   F02D 29/04 20060101ALI20220928BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 345

F02D17/00 H

F02D21/08 301Z

F02D41/04

F02D41/22

F02D43/00 301H

F02D43/00 301Z

F02D29/00 B

F02D23/02 N

F02D29/02 K

F02D29/04 H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018164566

(22)【出願日】2018-09-03

(65)【公開番号】P2020037880

(43)【公開日】2020-03-12

【審査請求日】2021-09-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 圭佑

(72)【発明者】

【氏名】糸賀 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】松▲崎▼ 泰樹

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－８９６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７４８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－７５２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－９２７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０８５０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／００ － ４５／００

Ｅ０２Ｆ ９／００

Ｇ０１Ｍ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンへ吸入される空気を圧縮する過給機と、前記エンジンの燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、前記過給機のコンプレッサと前記燃焼室とを接続する吸気路を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と前記過給機のタービンとを接続する排気路を開閉する排気弁と、前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、前記エンジンから排出される排気ガスの温度を検出する温度センサと、前記エンジンによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、作動油を貯蔵する作動油タンクと、前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流れを制御する方向制御弁と、前記方向制御弁と前記作動油タンクとの間に設けられて前記作動油タンクへの戻り油量を制御する流量制御弁と、前記エンジンにおいて異常燃焼が発生した場合に前記エンジンを停止させるための制御を行うコントローラと、を備えた建設機械において、
前記コントローラは、
前記回転数センサで検出されたエンジン回転数と予め設定された目標エンジン回転数との回転数偏差を演算すると共に、前記温度センサで検出された排気温度と予め設定された前記エンジンの正常稼働時における排気温度との差を演算し、
演算された回転数偏差が所定の回転数偏差閾値よりも大きく、かつ演算された排気温度の差が所定の温度差閾値よりも大きくなる異常燃焼発生条件を満たすか否かを判定し、
前記異常燃焼発生条件を満たすと判定された場合に、前記流量制御弁の閉弁を指令すると共に、前記油圧ポンプに掛かる負荷が前記エンジンの出力トルク以上となるように前記油圧ポンプの吐出流量の増加を指令する指令信号を生成する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械において、
前記コントローラは、前記異常燃焼発生条件を満たすと判定された場合に、前記インジェクタに対して燃料の噴射の停止を指令する指令信号、前記吸気弁に対して閉弁を指令する指令信号、及び前記排気弁に対して閉弁を指令する指令信号のうち、少なくともいずれかの指令信号を生成する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項3】

請求項２に記載の建設機械において、
前記吸気弁の下流側かつ前記排気弁の上流側において前記排気路と前記吸気路とを連通するＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁をさらに備え、
前記排気弁に対して閉弁を指令する指令信号を生成する場合に、前記ＥＧＲ弁に対して閉弁を指令する指令信号を生成する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項4】

請求項１に記載の建設機械において、
前記コントローラは、継続して前記異常燃焼発生条件を満たす時間を計測し、計測された継続時間が所定の継続時間以上である場合に、前記異常燃焼発生条件を満たすと判定する
ことを特徴とする建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンから排出された排気ガスの流れを利用してコンプレッサを駆動してエンジンへの吸気を加圧する過給機を備えた建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、排ガス規制に対応するべく、油圧ショベル等の建設機械においてもクローズドシステムエンジンが搭載されている。この「クローズドシステムエンジン」とは、クランクケース内に存在する燃焼ガスや未燃焼の混合ガス等を含んだブローバイガスをエンジンの吸気側に還元して利用する方式のエンジンである。例えば、油圧ショベルが稼働する作業現場は傾斜地や路面の凹凸が大きい場所が多く、大きな揺れや転倒により車体が大きく傾く可能性がある。このとき、クローズドシステムエンジンが搭載された油圧ショベルでは、エンジンが大きく傾くことにより、大量のエンジンオイルがブローバイガス流路を通ってエンジンの吸気路から燃焼室内に流入する場合がある。

【0003】

このように、エンジンで駆動する車両では、エンジンオイル等がエンジンの燃焼室内に流入することがあり、流入したエンジンオイルが燃焼することによって異常燃焼が発生する可能性がある。この場合、エンジンが過回転を起こし、エンジンが制御不能となったり、エンジンが破損したりするおそれがある。

【0004】

そこで、例えば、特許文献１には、エンジンの燃焼室内にオイルや燃料が異常流入して異常燃焼が生じたとき、電動過給器のモータをブレーキ制御してタービン回転を停止することによりエンジンを停止させるエンジン異常燃焼時の停止制御方法が開示されている。このエンジンの停止制御方法では、燃料室内への燃料噴射を停止すると共に、吸気弁、ＶＧＴベーン、及びＥＧＲバルブの開度をそれぞれ閉じることにより新規吸入空気量を下げることで異常燃焼の発生を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－９２７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のエンジン異常燃焼時の停止制御方法では、例えば、吸気弁、ＶＧＴベーン、及びＥＧＲバルブそれぞれの閉弁時に異物等が挟まってわずかな隙間が生じて新規吸入空気の流入を完全に遮断することができない場合や、異常燃焼の影響によってエンジンに付属する部品が故障してしまう場合があり、エンジンの過回転を抑制することが困難となる。

【0007】

そこで、本発明の目的は、エンジンにおいて異常燃焼が発生した場合に、エンジン側の制御によらないでエンジンを停止させることが可能な建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンへ吸入される空気を圧縮する過給機と、前記エンジンの燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、前記過給機のコンプレッサと前記燃焼室とを接続する吸気路を開閉する吸気弁と、前記燃焼室と前記過給機のタービンとを接続する排気路を開閉する排気弁と、前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、前記エンジンから排出される排気ガスの温度を検出する温度センサと、前記エンジンによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、作動油を貯蔵する作動油タンクと、前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の流れを制御する方向制御弁と、前記方向制御弁と前記作動油タンクとの間に設けられて前記作動油タンクへの戻り油量を制御する流量制御弁と、前記エンジンにおいて異常燃焼が発生した場合に前記エンジンを停止させるための制御を行うコントローラと、を備えた建設機械において、前記コントローラは、前記回転数センサで検出されたエンジン回転数と予め設定された目標エンジン回転数との回転数偏差を演算すると共に、前記温度センサで検出された排気温度と予め設定された前記エンジンの正常稼働時における排気温度との差を演算し、演算された回転数偏差が所定の回転数偏差閾値よりも大きく、かつ演算された排気温度の差が所定の温度差閾値よりも大きくなる異常燃焼発生条件を満たすか否かを判定し、前記異常燃焼発生条件を満たすと判定された場合に、前記流量制御弁の閉弁を指令すると共に、前記油圧ポンプに掛かる負荷が前記エンジンの出力トルク以上となるように前記油圧ポンプの吐出流量の増加を指令する指令信号を生成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、エンジンにおいて異常燃焼が発生した場合に、エンジン側の制御によらないでエンジンを停止させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの一構成例を示す外観側面図である。

【図2】油圧ショベルに搭載された油圧回路の構成を示す図である。

【図3】油圧ショベルに搭載されたエンジン及びその周辺機器の構成を示す図である。

【図4A】エンジンがまっすぐなときの状態について説明する図である。

【図4B】エンジンが傾いたときの状態について説明する図である。

【図5】コントローラが有する機能構成を示す機能ブロック図である。

【図6】コントローラ内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】エンジンの性能曲線図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態に係る建設機械の一態様として、ホイール式の油圧ショベルについて説明する。

【0012】

（油圧ショベル１の概略構成）
まず、油圧ショベル１の概略構成について、図１を参照して説明する。

【0013】

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の一構成例を示す外観側面図である。

【0014】

油圧ショベル１は、路面を走行するための下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上方に旋回装置１００を介して旋回可能に取り付けられた上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２の前部において俯仰動可能に連結されて掘削等の作業を行うフロント作業機１０３と、を備えている。

【0015】

下部走行体１０１は、左右一対の前輪１１及び後輪１２と、油圧駆動式の走行モータ１３と、を有している。油圧ショベル１は、公道を走行することが可能なホイール式の油圧ショベルであり、走行モータ１３の駆動力がプロペラシャフト及びアクスル（不図示）を介して左右一対の前輪１１及び後輪１２にそれぞれ伝達されて回転することにより走行する。なお、図１では、左右一対の前輪１１及び後輪１２のうち、一方側（左側）のみを示している。

【0016】

上部旋回体１０２は、オペレータが搭乗する運転室２１と、フロント作業機１０３とのバランスを保つためのカウンタウェイト２２と、エンジンや油圧ポンプ等の各機器が内部に収容された機械室２３と、を有している。上部旋回体１０２において、運転室２１は前部に、カウンタウェイト２２は後部に、機械室２３は運転室２１とカウンタウェイト２２との間に、それぞれ配置されている。上部旋回体１０２は、旋回装置１００内に設けられた旋回モータ（不図示）の駆動力によって下部走行体１０１に対して旋回する。

【0017】

フロント作業機１０３は、基端部が上部旋回体１０２に回動可能に取り付けられて、上部旋回体１０２に対して上下方向に回動（俯仰）するブーム３１と、ブーム３１の先端部に回動可能に取り付けられてブーム３１に対して前後方向に回動するアーム３２と、アーム３２の先端部に回動可能に取り付けられてアーム３２に対して前後方向に回動するバケット３３と、を備えている。

【0018】

バケット３３は、例えば土砂等を掘削したり、均したり、あるいは地面を締め固めたりするものである。このバケット３３は、例えば、木材や岩石、廃棄物等を掴むグラップルや、岩盤を掘削するブレーカ等のアタッチメントに変更することが可能である。これにより、油圧ショベル１は、作業内容に適したアタッチメントを用いて、掘削や破砕等を含む様々な作業を行うことができる。

【0019】

また、フロント作業機１０３は、上部旋回体１０２とブーム３１とを連結するブームシリンダ３１０と、ブーム３１とアーム３２とを連結するアームシリンダ３２０と、アーム３２とバケット３３とを連結するバケットシリンダ３３０と、これらの各油圧シリンダ３１０，３２０，３３０へ作動油を導くための複数の配管３００と、を有している。

【0020】

ブームシリンダ３１０は、ロッド３１０Ａが伸縮することによってブーム３１を上部旋回体１０２に対して回動させる。アームシリンダ３２０は、ロッド３２０Ａが伸縮することによってアーム３２をブーム３１に対して回動させる。バケットシリンダ３３０は、ロッド３３０Ａが伸縮することによってバケット３３をアーム３２に対して回動させる。

【0021】

ブームシリンダ３１０、アームシリンダ３２０、及びバケットシリンダ３３０、ならびに走行モータ１３及び旋回モータはそれぞれ、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータの一態様である。

【0022】

（油圧回路４の構成）
次に、油圧ショベル１における油圧回路４の構成について、図２を参照して説明する。

【0023】

図２は、油圧ショベル１に搭載された油圧回路４の構成を示す図である。

【0024】

以下では、油圧アクチュエータとしてブームシリンダ３１０を例に挙げて説明する。したがって、図２では、ブームシリンダ３１０に係る回路構成のみを図示しており、その他の油圧アクチュエータや方向制御弁、操作装置等の図示を省略している。

【0025】

油圧回路４は、メインポンプ４１及びパイロットポンプ４２と、作動油を貯蔵する作動油タンク４３と、ブームシリンダ３１０と、メインポンプ４１からブームシリンダ３１０へ供給される作動油の流れ（流量及び方向）を制御する方向制御弁４４と、方向制御弁４４を操作するためのパイロット圧を生成するパイロット弁４５と、方向制御弁４４と作動油タンク４３との間に設けられて作動油タンク４３への戻り油量を制御する流量制御弁４６と、メインポンプ４１の吐出圧の上限を規定するリリーフ弁４７と、を含んで構成されている。

【0026】

メインポンプ４１は、エンジン５１によって駆動され、傾転角に応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。傾転角は、コントローラ６に接続されたポンプ用電磁弁４８からのパイロット圧にしたがってレギュレータ４１Ａにより調整される。このメインポンプ４１は、作動油タンク４３から作動油を吸入し、方向制御弁４４を介してブームシリンダ３１０に作動油を供給する。

【0027】

パイロットポンプ４２は、エンジン５１によって駆動される固定容量型の油圧ポンプである。このパイロットポンプ４２は、作動油タンク４３から作動油を吸入し、パイロット弁４５を介して方向制御弁４４の一対の受圧室４４Ａ，４４Ｂにそれぞれ供給する。

【0028】

方向制御弁４４は、センターバイパス型の方向制御弁であり、ブームシリンダ３１０のロッド３１０Ａを伸長させる第１切換位置４４Ｌと、メインポンプ４１と作動油タンク４３とを連通させて作動油を作動油タンク４３へ直接戻す中立位置４４Ｎと、ブームシリンダ３１０のロッド３１０Ａを縮ませる第２切換位置４４Ｒと、を有している。

【0029】

方向制御弁４４は、一対の受圧室４４Ａ，４４Ｂにそれぞれ作用するパイロット圧に応じて内部のスプールがストロークすることにより、第１切換位置４４Ｌ、中立位置４４Ｎ、及び第２切換位置４４Ｒのいずれかに切り換わる構成になっている。これにより、メインポンプ４１からブームシリンダ３１０へ供給される作動油の流れが制御される。

【0030】

第１切換位置４４Ｌは、ブームシリンダ３１０のボトム室３１０Ｂとメインポンプ４１とを連通させ、かつブームシリンダ３１０のロッド室３１０Ｃと作動油タンク４３とを連通させる。これにより、作動油は、メインポンプ４１からブームシリンダ３１０のボトム室３１０Ｂに供給されると共に、ブームシリンダ３１０のロッド室３１０Ｃから作動油タンク４３へ流出する。

【0031】

第２切換位置４４Ｒは、ブームシリンダ３１０のロッド室３１０Ｃとメインポンプ４１とを連通させ、かつブームシリンダ３１０のボトム室３１０Ｂと作動油タンク４３とを連通させる。これにより、作動油は、メインポンプ４１からブームシリンダ３１０のロッド室３１０Ｃに供給されると共に、ブームシリンダ３１０のボトム室３１０Ｂから作動油タンク４３へ流出する。

【0032】

パイロット弁４５は、運転室２１（図１参照）に設けられた操作レバー２１Ａを一方側、例えば図２における右側へ操作した場合に、パイロット圧Ｘを生成する。生成されたパイロット圧Ｘは、方向制御弁４４の一方の受圧室４４Ａ（図２における左側の受圧室）に作用し、方向制御弁４４は第１切換位置４４Ｌに切り換わる。これにより、ブームシリンダ３１０のロッド３１０Ａは伸長する（図２における矢印Ｙの方向に動作する）。

【0033】

流量制御弁４６は、コントローラ６に接続された制御弁用電磁弁４９からのパイロット圧にしたがって開弁位置４６Ｌ又は閉弁位置４６Ｒに切り換わる。図２において、方向制御弁４４が中立位置４４Ｎであって、かつ流量制御弁４６が開弁位置４６Ｌである場合、メインポンプ４１から吐出した作動油は作動油タンク４３に戻る。一方、方向制御弁４４が中立位置４４Ｎであって、かつ流量制御弁４６が閉弁位置４６Ｒである場合、メインポンプ４１から吐出した作動油は作動油タンク４３に流出することができず、メインポンプ４１の吐出圧はリリーフ弁４７の設定圧力まで上昇し、エンジン５１に掛かる負荷が増大する。

【0034】

実際には、流量制御弁４６は、各油圧アクチュエータに係る方向制御弁がいずれも中立位置である場合、すなわち各油圧アクチュエータが動作しない状態において、開弁位置４６Ｌと閉弁位置４６Ｒとを切り換えることによって作動油タンク４３への戻り油量を制御している。これにより、メインポンプ４１の吐出圧が調整されて、エンジン５１に掛かる負荷を制御することができる。メインポンプ４１の吐出圧は、圧力センサ４１０によって検出されてコントローラ６に入力される。

【0035】

（エンジン５１及びその周辺機器の構成）
次に、エンジン５１及びその周辺機器の構成について、図３ならびに図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。

【0036】

図３は、油圧ショベルに搭載されたエンジン５１及びその周辺機器の構成を示す図である。図４Ａは、エンジン５１がまっすぐなときの状態について説明する図である。図４Ｂは、エンジン５１が傾いたときの状態について説明する図である。

【0037】

エンジン５１は、燃焼室５１１と、燃焼室５１１に燃料を噴射するインジェクタ５１２と、を有している。また、エンジン５１には、前述した油圧回路４と、エンジン５１へ吸入される空気を圧縮する過給機５２と、が併設されている。

【0038】

過給機５２は、エンジン５１の排気路５０１上に設けられてエンジン５１からの排気エネルギーにより回転するタービン５２１と、エンジン５１の吸気路５０２上に設けられてタービン５２１の回転力を利用して吸気を圧縮するコンプレッサ５２２と、を有している。

【0039】

排気路５０１のうち、燃焼室５１１とタービン５２１とを接続する上流側排気路５０１Ａには排気弁５３が、タービン５２１の下流側となる下流側排気路５０１Ｂにはエンジン５１から排出される排気ガスの温度を検出する温度センサ５４が、それぞれ設けられている。排気弁５３は、上流側排気路５０１Ａを開閉することにより排気ガスの流量を調整する。

【0040】

吸気路５０２のうち、コンプレッサ５２２の上流側となる上流側吸気路５０２Ａには吸気量を検出する吸気量センサ５５が、コンプレッサ５２２と燃焼室５１１とを接続する下流側吸気路５０２Ｂにはインタークーラ５６及び吸気弁５７が、それぞれ設けられている。インタークーラ５６は、コンプレッサ５２２により圧縮されて高温となった吸気を冷却する。吸気弁５７は、下流側吸気路５０２Ｂを開閉することにより吸気量を調整する。

【0041】

上流側排気路５０１Ａと下流側吸気路５０２Ｂとは、排気弁５３の上流側かつ吸気弁５７の下流側においてＥＧＲ通路５０３によって連通されており、排気ガスの一部を下流側吸気路５０２Ｂに戻すことにより排気再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｒａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）を行っている。ＥＧＲ通路５０３には、ＥＧＲ通路５０３を開閉するＥＧＲ弁５８が設けられている。

【0042】

本実施形態に係るエンジン５１は、クランクケース内に存在する燃焼ガスや未燃焼の混合ガス等を含んだブローバイガスを吸気側に還元するクローズドシステムエンジンであり、エンジン５１と上流側吸気路５０２Ａとの間には、ブローバイガス用通路５０４が設けられている。

【0043】

油圧ショベル１が平坦な路面上を走行している場合には、図４Ａに示すように、エンジン５１は傾かずにまっすぐな状態であり、ブローバイガスのみがブローバイガス用通路５０４を通って上流側吸気路５０２Ａに流入する。

【0044】

一方、油圧ショベル１が傾斜面や凹凸の大きい路面上を走行している場合には、図４Ｂに示すように、エンジン５１が傾いてしまい、ブローバイガスと共にエンジンオイルがブローバイガス用通路５０４を通って上流側吸気路５０２Ａに流入してしまう。そして、エンジンオイルが燃焼室５１１内に流入すると、エンジンオイル自体が燃焼し、エンジン５１において異常燃焼が発生することがある。この場合、エンジン５１が過回転を起こして制御不能もしくは破損する可能性があることから、コントローラ６によりエンジン５１を停止させる必要がある。エンジン５１の回転数は、回転数センサ５９により検出されてコントローラ６に入力される。

【0045】

コントローラ６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力Ｉ／Ｆ、及び出力Ｉ／Ｆがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、圧力センサ４１０（図２参照）、温度センサ５４、吸気量センサ５５、及び回転数センサ５９といった検出器等が入力Ｉ／Ｆにそれぞれ接続され、ポンプ用電磁弁４８、制御弁用電磁弁４９、インジェクタ５１２、排気弁５３、吸気弁５７、及びＥＧＲ弁５８等が出力Ｉ／Ｆにそれぞれ接続されている。

【0046】

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭや光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ６の機能を実現する。

【0047】

なお、本実施形態では、コントローラ６をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、他のコンピュータの構成の一例として、油圧ショベル１の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。

【0048】

（コントローラ６の機能）
次に、コントローラ６の機能構成、及びコントローラ６内で実行される処理について、図５～７を参照して説明する。

【0049】

図５は、コントローラ６が有する機能構成を示す機能ブロック図である。図６は、コントローラ６内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。図７は、エンジン５１の性能曲線図である。

【0050】

図５に示すように、コントローラ６は、データ取得部６１と、演算部６２と、判定部６３と、継続時間計測部６４と、記憶部６５と、指令部６６と、を含む。

【0051】

データ取得部６１は、温度センサ５４で検出された排気ガスの温度Ｔ（以下、単に「実排気温度Ｔ」とする）、吸気量センサ５５で検出された吸気量Ｑ（以下、単に「実吸気量Ｑ」とする）、回転数センサ５９で検出されたエンジン回転数Ｎ（以下、単に「実エンジン回転数Ｎ」とする）、及び圧力センサ４１０で検出されたメインポンプ４１の吐出圧Ｐａに関するデータをそれぞれ取得する。

【0052】

演算部６２は、回転数偏差演算部６２Ａと、温度差演算部６２Ｂと、吸気量偏差演算部６２Ｃと、を含む。回転数偏差演算部６２Ａは、データ取得部６１で取得された実エンジン回転数Ｎと、予め設定された目標エンジン回転数Ｎ１との回転数偏差ΔＮを演算する。温度差演算部６２Ｂは、データ取得部６１で取得された実排気温度Ｔと、予め設定されたエンジン５１の正常稼働時における排気温度Ｔ１との差ΔＴを演算する。吸気量偏差演算部６２Ｃは、データ取得部６１で取得された実吸気量Ｑと、予め設定されたエンジン５１の正常稼働時における吸気量Ｑ１との吸気量偏差ΔＱを演算する。

【0053】

判定部６３は、異常燃焼発生判定部６３Ａと、エンジン停止判定部６３Ｂと、を含む。異常燃焼発生判定部６３Ａは、回転数偏差演算部６２Ａで演算された回転数偏差ΔＮが所定の回転数偏差閾値ΔＮｔｈよりも大きく（ΔＮ＞ΔＮｔｈ）、かつ温度差演算部６２Ｂで演算された排気温度の差ΔＴが所定の温度差閾値ΔＴｔｈよりも大きくなる（ΔＴ＞ΔＴｔｈ）異常燃焼発生条件を満たすか否かを判定する。

【0054】

本実施形態に係る油圧ショベル１のように、公道を走行するホイール式の建設機械では、例えば下り坂を下りるとき等にエンジン５１において異常燃焼が発生していなくても回転数偏差ΔＮが大きくなる場合がある。このような場合に、コントローラ６が、エンジン５１において異常燃焼が発生していると誤って判定しないように、異常燃焼発生条件に排気温度の差ΔＴに係る条件を含めている。

【0055】

また、本実施形態では、異常燃焼発生条件に、吸気量偏差演算部６２Ｃで演算された吸気量偏差ΔＱが所定の吸気量偏差閾値ΔＱｔｈよりも大きくなる（ΔＱ＞ΔＱｔｈ）条件を含む。

【0056】

エンジン停止判定部６３Ｂは、データ取得部６１で取得されたメインポンプ４１の吐出圧Ｐａが所定の目標吐出圧Ｐｔｈであるか否かを判定すると共に、データ取得部６１で取得された実エンジン回転数Ｎが０であるか否か、すなわちエンジン５１が停止したか否かを判定する。

【0057】

継続時間計測部６４は、継続して異常燃焼発生条件を満たす時間ｔを計測する。本実施形態では、継続時間計測部６４で計測された継続時間ｔが所定の継続時間ｔ１異常である場合に（ｔ≧ｔ１）、異常燃焼発生判定部６３Ａは前述した異常燃焼発生条件を満たすと判定する。

【0058】

記憶部６５は、所定の目標エンジン回転数Ｎ１、エンジン５１の正常稼働時における所定の排気温度Ｔ１及び所定の吸気量Ｑ１、所定の回転数偏差閾値ΔＮｔｈ、所定の温度差閾値ΔＴｔｈ、所定の吸気量偏差閾値ΔＱｔｈ、ならびに所定の継続時間ｔ１等の各種の目標値や閾値を記憶している。

【0059】

指令部６６は、エンジン制御指令生成部６６Ａと、油圧ポンプ負荷指令生成部６６Ｂと、を含む。エンジン制御指令生成部６６Ａは、異常燃焼発生判定部６３Ａにて異常燃焼発生条件を満たすと判定された場合に、インジェクタ５１２に対して目標燃料噴射量を０とする指令信号、すなわち燃料の噴射の停止を指令する指令信号、ならびに排気弁５３、吸気弁５７、及びＥＧＲ弁５８のそれぞれに対して全閉とする指令信号を生成する。

【0060】

吸気弁５７を閉弁とすることにより燃料の燃焼に必要な吸気の流入が減り、排気弁５３を閉弁とすることにより排圧が上昇する。このとき、ＥＧＲ弁５８も閉弁とすることによって、排圧が上昇しやすくなる。このように、エンジン制御指令生成部６６Ａは、エンジン５１、及びエンジン５１に付属する各機器の駆動を制御するための指令信号を生成する。

【0061】

なお、エンジン制御指令生成部６６Ａは、異常燃焼発生判定部６３Ａにて異常燃焼発生条件を満たすと判定された場合に、インジェクタ５１２に対して燃料の噴射の停止を指令する指令信号、排気弁５３に対して閉弁を指令する指令信号、及び吸気弁５７に対して閉弁を指令する指令信号のうち、少なくともいずれかの指令信号を生成すればよい。

【0062】

油圧ポンプ負荷指令生成部６６Ｂは、異常燃焼発生判定部６３Ａにて異常燃焼発生条件を満たすと判定された場合に、メインポンプ４１に掛かる負荷がエンジン５１の出力トルク以上となるように（メインポンプ負荷≧エンジン出力トルク）、メインポンプ４１の吐出流量の増加を指令すると共に、流量制御弁４６の閉弁（閉弁位置４６Ｒへの切り換え）を指令する指令信号を生成する。なお、このとき、方向制御弁４４は中立位置４４Ｎとなっている。

【0063】

ここで、図７は、エンジン５１の回転数Ｎと出力Ｆとの関係を示しており、エンジン５１は、負荷領域Ｂでは稼働し続け、負荷領域Ａでは停止する。例えば、実エンジン回転数ＮがＮ２のとき、エンジン５１の出力が最大エンジン出力Ｆ１を超える出力Ｆ２（Ｆ２＞Ｆ１）となるとエンジン５１は停止する。そこで、エンジン５１の出力ＦがＦ２になるように、油圧ポンプ負荷指令生成部６６Ｂは、ポンプ用電磁弁４８及び制御弁用電磁弁４９に対して駆動指令信号を生成する。これにより、流量制御弁４６が閉弁の状態でメインポンプ４１の吐出流量が増加し、メインポンプ４１の吐出圧Ｐａが所定の目標吐出圧Ｐｔｈとなったときにエンジン５１は停止する。

【0064】

なお、図７において、実エンジン回転数Ｎが上限回転数Ｎａを超えた場合、エンジン５１の出力が定格点出力Ｆａになるように、油圧ポンプ負荷指令生成部６６Ｂは、ポンプ用電磁弁４８及び制御弁用電磁弁４９に対して駆動指令信号を生成する。

【0065】

図６に示すように、コントローラ６では、まず、データ取得部６１が、温度センサ５４からの実排気温度Ｔ、吸気量センサ５５からの実吸気量Ｑ、及び回転数センサ５９からの実エンジン回転数Ｎをそれぞれ取得する（ステップＳ６０１）。

【0066】

次に、回転数偏差演算部６２Ａが、ステップＳ６０１で取得した実エンジン回転数Ｎと所定の目標エンジン回転数Ｎ１との回転数偏差ΔＮを演算し、温度差演算部６２Ｂが、ステップＳ６０１で取得した実排気温度Ｔとエンジン５１の正常稼働時における所定の排気温度Ｔ１との差ΔＴを演算し、吸気量偏差演算部６２Ｃが、ステップＳ６０１で取得した実吸気量Ｑとエンジン５１の正常稼働時における所定の吸気量Ｑ１との吸気量偏差ΔＱを演算する（ステップＳ６０２）。

【0067】

次に、異常燃焼発生判定部６３Ａは、ステップＳ６０２で演算された回転数偏差ΔＮが記憶部６５に記憶された所定の回転数偏差閾値ΔＮｔｈよりも大きいか否か判定する（ステップＳ６０３）。ステップＳ６０３において回転数偏差ΔＮが所定の回転数偏差閾値ΔＮｔｈよりも大きい（ΔＮ＞ΔＮｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０３／ＹＥＳ）、異常燃焼発生判定部６３Ａは、ステップＳ６０２で演算された排気温度の差ΔＴが記憶部６５に記憶された所定の温度差閾値ΔＴｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６０４）。

【0068】

ステップＳ６０４において排気温度の差ΔＴが所定の温度差閾値ΔＴｔｈよりも大きい（ΔＴ＞ΔＴｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０４／ＹＥＳ）、異常燃焼発生判定部６３Ａは、ステップＳ６０２で演算された吸気量偏差ΔＱが記憶部６５に記憶された所定の吸気量偏差閾値ΔＱｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６０５）。

【0069】

ステップＳ６０５において吸気量偏差ΔＱが所定の吸気量偏差閾値ΔＱｔｈよりも大きい（ΔＱ＞ΔＱｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０５／ＹＥＳ）、異常燃焼発生判定部６３Ａは、継続時間計測部６４で計測された継続時間ｔが記憶部６５に記憶された所定の継続時間ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ６０６）。

【0070】

ステップＳ６０６において継続時間計測部６４で計測された継続時間ｔが所定の継続時間ｔ１以上である（ｔ≧ｔ１）と判定された場合（ステップＳ６０６／ＹＥＳ）、エンジン制御指令生成部６６Ａは、インジェクタ５１２に対して目標燃料噴射量を０とし、排気弁５３、吸気弁５７、及びＥＧＲ弁５８に対してそれぞれ全閉とする指令信号を生成する（ステップＳ６０７）。続いて、油圧ポンプ負荷指令生成部６６Ｂは、ポンプ用電磁弁４８及び制御弁用電磁弁４９に対してそれぞれ駆動指令信号を生成する（ステップＳ６０８）。

【0071】

すなわち、コントローラ６では、ステップＳ６０６においてＹＥＳとなった場合、エンジン５１側を制御する処理であるステップＳ６０７、及びメインポンプ４１に負荷を掛ける処理であるステップＳ６０８の両ステップが順に実行される。

【0072】

メインポンプ４１に負荷を掛ける処理（ステップＳ６０８）の後、データ取得部６１は、圧力センサ４１０からのメインポンプ４１の吐出圧Ｐａを取得する（ステップＳ６０９）。そして、エンジン停止判定部６３Ｂが、ステップＳ６０９で取得したメインポンプ４１の吐出圧Ｐａが所定の目標吐出圧Ｐｔｈとなったか否かを判定する（ステップＳ６１０）。

【0073】

ステップＳ６１０においてメインポンプ４１の吐出圧Ｐａが所定の目標吐出圧Ｐｔｈとなった（Ｐａ＝Ｐｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６１０／ＹＥＳ）、データ取得部６１は、再度、回転数センサ５９から実エンジン回転数Ｎを取得する（ステップＳ６１１）。一方、ステップＳ６１０においてメインポンプ４１の吐出圧Ｐａが所定の目標吐出圧Ｐｔｈでない（Ｐａ≠Ｐｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６１０／ＮＯ）、ステップＳ６０８に戻る。

【0074】

そして、エンジン停止判定部６３Ｂは、ステップＳ６１１で再取得した実エンジン回転数Ｎが０であるか否かを判定する（ステップＳ６１２）。ステップＳ６１２において実エンジン回転数Ｎが０である（Ｎ＝０）と判定された場合（ステップＳ６１２／ＹＥＳ）、エンジン５１は停止状態であり、コントローラ６での処理が終了する。一方、ステップＳ６１２において実エンジン回転数Ｎが０でない（Ｎ≠０）と判定された場合（ステップＳ６１２／ＮＯ）、ステップＳ６０７に戻る。

【0075】

本実施形態では、コントローラ６は、エンジン５１側を制御する処理（ステップＳ６０７）と、メインポンプ４１に負荷を掛ける処理（ステップＳ６０８）とを、両方実行しているが、これに限らず、少なくともメインポンプ４１に負荷を掛ける処理（ステップＳ６０８）を実行すればよい。すなわち、指令部６６は、少なくとも油圧ポンプ負荷指令生成部６６Ｂを含んでいればよい。

【0076】

また、ステップＳ６０３において回転数偏差ΔＮが所定の回転数偏差閾値ΔＮｔｈ以下（ΔＮ≦ΔＮｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０３／ＮＯ）、ステップＳ６０４において排気温度の差ΔＴが所定の温度差閾値ΔＴｔｈ以下（ΔＴ≦ΔＴｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０４／ＮＯ）、ステップＳ６０５において吸気量偏差ΔＱが所定の吸気量偏差閾値ΔＱｔｈ以下（ΔＱ≦ΔＱｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０５／ＮＯ）、及びステップＳ６０６において継続時間ｔが所定の継続時間ｔ１よりも短い（ｔ＜ｔ１）と判定された場合（ステップＳ６０６／ＮＯ）にはそれぞれ、コントローラ６での処理が終了する。

【0077】

本実施形態では、異常燃焼発生判定部６３Ａは、回転数偏差ΔＮに関する条件（ステップＳ６０３）、排気温度の差ΔＴに関する条件（ステップＳ６０４）、吸気量偏差ΔＱに関する条件（ステップＳ６０５）、及び継続時間ｔに関する条件（ステップＳ６０６）の全ての条件を満たす場合に異常燃焼発生条件を満たすと判定しているが、これに限らず、少なくとも回転数偏差ΔＮに関する条件（ステップＳ６０３）、及び排気温度の差ΔＴに関する条件（ステップＳ６０４）を満たす場合に異常燃焼発生条件を満たすと判定すればよい。

【0078】

このように、油圧ショベル１では、エンジン５１における異常燃焼が発生した場合に、コントローラ６は、メインポンプ４１に負荷を掛ける制御を実行することによりエンジンを停止させるため、エンジン５１側の制御によらないでエンジン５１を停止させることができる。したがって、仮に、排気弁５３や吸気弁５７の閉弁時に異物等が挟まって隙間が生じて吸気の流入を完全に遮断することができない場合や、異常燃焼の影響によってインジェクタ５１２等のエンジン５１に付属する部品が故障してしまった場合であっても、異常燃焼によるエンジン５１の過回転を抑制することができる。

【0079】

本実施形態では、コントローラ６は、メインポンプ４１に負荷を掛ける処理（ステップＳ６０８）に加えて、エンジン５１側の制御処理（ステップＳ６０７）を行うため、メインポンプ４１に負荷を掛ける処理（ステップＳ６０８）のみを行う場合と比べて、迅速かつ効率的にエンジン５１を停止させることができる。

【0080】

また、本実施形態では、異常燃焼発生判定部６３Ａは、継続時間計測部６４で計測された継続時間ｔが所定の継続時間ｔ１以上である場合に、異常燃焼発生条件を満たすと判定するため、油圧ショベル１の動作等によって一時的にエンジン５１の回転数が増加した場合や排気温度が上昇してしまった場合等を異常燃焼の発生として誤判定しにくくなり、精度よく異常燃焼の発生を判定することが可能である。

【0081】

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0082】

例えば、上記実施形態では、油圧ショベル１は、ホイール式の油圧ショベルであったが、これに限らず、クローラ式の油圧ショベルであってもよい。また、必ずしも油圧ショベルでなくてもよく、他の建設機械であってもよい。

【0083】

また、上記実施形態では、エンジン５１側の制御処理と、メインポンプ４１に負荷を掛ける処理と、を含むエンジン５１の異常燃焼発生時におけるエンジン５１の停止に係る制御処理を１つのコントローラ６によって行っていたが、これに限らず、例えばエンジン５１側の制御処理を行うエンジンコントローラ、及びメインポンプ４１に負荷を掛ける処理を含むそれ以外の処理を行うメインコントローラの２種類のコントローラを用いてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、メインポンプ４１のレギュレータ４１Ａはポンプ用電磁弁４８で生成されたパイロット圧で、流量制御弁４６は制御弁用電磁弁４９で生成されたパイロット圧で、それぞれ駆動するパイロット操作式であったが、電磁式であってもよい。

【符号の説明】

【0085】

１：油圧ショベル（建設機械）
６：コントローラ
４１：メインポンプ（油圧ポンプ）
４３：作動油タンク
４４：方向制御弁
４６：流量制御弁
５１：エンジン
５２：過給機
５３：排気弁
５４：温度センサ
５７：吸気弁
５８：ＥＧＲ弁
５９：回転数センサ
３１０：ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５０１Ａ：上流側排気路（排気路）
５０２Ｂ：下流側吸気路（吸気路）
５１１：燃焼室
５１２：インジェクタ
５２１：タービン
５２２：コンプレッサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】