JP2006299825A

JP2006299825A - 建設機械の暖機運転システム

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Publication number: JP2006299825A
Application number: JP2005118462A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Arai; 康荒井; Kazunori Nakamura; 和則中村; Yoichi Kowatari; 陽一古渡; Shohei Kamiya; 象平神谷
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】寒さの苛烈な環境下で運転室の暖房をリアルタイムに実施できる建設機械の暖機運転システムを提供する。
【解決手段】油圧ポンプ８の傾転角及びその駆動用エンジン１の回転数を制御するコントローラ１３とエンジン回転数を指定できるスロットル１３ａとエンジン冷却水温検出用の冷却水温センサ１５とエンジン冷却水で暖房する運転室ヒータ１０とを設けた建設機械の暖機運転システムにおいて、氷点下の領域内に設定したエンジン冷却水の設定温度と最小傾転角より大きく最大傾転角より小さい領域内に設定した設定傾転角とアイドル回転数より高くハイアイドル回転数より低い領域内に設定した設定エンジン回転数とをコントローラに記憶させ、エンジン冷却水の検出温度がエンジン冷却水の設定温度以下のときに油圧ポンプの傾転角を設定傾転角にしエンジン回転数をスロットルで指定のエンジン回転数に関係なく設定エンジン回転数にするように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ポンプとこの油圧ポンプ駆動するためのエンジンとを備えた油圧ショベル等の建設機械を苛烈な寒さの環境下で運転する際に、エンジン冷却水や作動油を暖めることに加え、エンジン冷却後のエンジン冷却水により運転室内を暖房する建設機械の暖機運転システムに関する。

建設機械は、通常、走行体により走行して、これに設置した作業機により、掘削作業、クレーン作業等の種々の建設作業を行う。そのため、建設機械は、走行体を駆動するための走行用の油圧モータや作業機を駆動するための油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを駆動する圧油を発生させるための可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンとを設けている。

こうした建設機械を氷点下の気温のきわめて低い環境下で使用するときには、エンジンや油圧ポンプの故障や寿命の低下を防止して油圧アクチュエータを最適な状態で効率よく駆動できるようにするため、エンジンや作動油を適切な温度に暖めるための予備の運転操作である暖機運転（ウオーミングアップ）を行うことが必要である。この暖機運転では、これの一環として、運転室内を暖めるための運転室の暖房も通常行われる。こうした暖機運転を行うためのシステムを、本明細書では暖機運転システムと称する。この暖機運転システムを設計する場合、運転室内の暖房は、特に、建設機械を氷点下での寒さの苛烈な環境下で運転する際にきわめて重要なテーマとなる。

この種の建設機械の暖機運転システムに関する技術としては、これまで種々の技術が提案されているが、ここでは、特許文献１に記載の技術を従来の技術として位置付けて、その技術内容を以下に概説する。その際、特許文献１で使用している用語や符号を括弧内に付記しながら、本発明と関連する部分の技術内容を中心に説明する。

この特許文献１に記載の従来の技術に係る建設機械の暖機運転システムは、油圧アクチュエータを駆動するための圧油の発生源となる可変容量型の油圧ポンプ（可変吐出型の油圧ポンプ１）と、この油圧ポンプを駆動するエンジン（２）と、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を制御する傾転角制御手段（コントローラ１９）と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段（コントローラ３）と、オペレータが建設機械の運転時のエンジン回転数を任意に指定きるエンジン回転数指定手段（スロットル７）と、エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段（水温センサ１４）と、作動油の温度を検出する作動油温検出手段（温度センサ２１）と、エンジン冷却水により運転室内を暖房する運転室ヒータ（ヒータ１６）とを設けて構成されている。

こうした手段を設けた従来の技術では、エンジン冷却水の温度が常温（エンジンの運転に適した常温）以下である場合において暖機運転を行うときには、運転室ヒータを作動させないようにした状態の下で、まず、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を最小傾転角にしてから、設定された第１の暖機目標回転数（Ｎ₁）でエンジンを回転させて油圧ポンプを駆動する。こうしてエンジンを回転させてエンジン冷却水を暖めてゆき、その結果、エンジン冷却水の温度が暖房開始のための設定温度に達したと判定されたら、運転室ヒータを作動させて運転室内の暖房を開始する。その後、エンジン冷却水の温度が前記の常温以上になったと判定されたら、エンジンの暖機運転は、一応終了する。

次いで、エンジン回転数制御手段により、エンジン回転数を、設定された第２の暖機目標回転数（Ｎ₂）に上昇させた状態において、今度は、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を傾転角制御手段により最大傾転角に増大させて作動油の温度を常温（油圧アクチュエータの駆動に適した常温）に上昇させる。その結果、作動油の温度が前記の常温以上になったと判定されたら、作動油の暖機運転を終了させる。このとき、エンジン回転数をエンジン回転数制御手段によりローアイドル回転数に減少させるとともに、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を傾転角制御手段により減少させて、再び、最小傾転角にする。かくして、エンジンや油圧ポンプは、通常運転の開始が可能な初期の設定状態にセットされる。この従来の技術では、以上の暖機運転を実施することにより、暖機運転の操作の未熟によるエンジンや油圧ポンプ等の故障の発生をなくし、暖機時間の短縮化が図れることに加え、運転室内も自動的に適温に暖房されて、オペレータの居住性も向上するとされている。
特開平７ー４２８５号公報（第２−４頁、図１−２）

この従来の技術に係る建設機械の暖機運転システムでは、エンジンや可変容量型の油圧ポンプを駆動するとき、エンジン冷却水の温度が最も低い暖機運転の初期の段階では、エンジンや油圧ポンプにあまり負荷をかけないようにして、これらの機械が損傷するのを防止し、かつ、燃料消費を少なくするという設計思想により、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を最小傾転角にして駆動するようにしている。ここで例示した従来の技術だけに限らず、従来は、少なくとも暖機運転の初期の段階でこのように可変容量型の油圧ポンプの傾転角を最小傾転角にする必要であるとする考えが既成概念として定着していた。

ところで、最近は、新規に開発されるエンジンの熱効率が著しく向上して、エンジン冷却水がエンジンから吸収できる熱量が減少したため、こうした従来の技術に係る暖機運転システムによっては、運転室内を快適な温度に暖房するまでに以前よりも多くの時間を要するようになっている。換言すると、新規開発の最近のエンジンは、従来のエンジンと同じ負荷を油圧ポンプから受けたとしても、エンジンの熱効率の向上により、従来のエンジンよりも少ない燃料消費で油圧ポンプを駆動することが可能となったため、その分、エンジン冷却水がエンジンから持ち去ることのできる熱量が減少して、運転室内を暖房するのに次第に長い時間を要するようになってきている。

こうした技術背景の変化から、油圧ショベルのような建設機械を、例えば−２０°Ｃというような苛烈な寒さの環境下で暖機運転する場合、これまでの暖機運転システムを踏襲する限り、運転室内が適温に温まるまでに最低でも３０分程度の長い時間を要することとなり、その間、オペレータは、寒さを凌ぐことを余儀なくされる。そのため、オペレータは、運転室内に留まることなく、運転室外で暖をとることがしばしばあり、作業効率上望ましくなかった。こうした現状に鑑み、作業効率の改善の見地から、寒さの苛烈な環境下で実施する暖機運転について、運転室内の暖房時間の短縮化を図って、運転室内の暖房をリアルタイムに実施できるようにすることが望まれる。

本発明は、こうした要求に応えるために創作されたものであって、その技術課題は、寒さの苛烈な環境下でも、運転室内の暖房をリアルタイムに実施することができる建設機械の暖機運転システムを提供することにある。

こうした技術課題を達成するため、「油圧アクチュエータを駆動するための圧油の発生源となる可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するエンジンと、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を制御する傾転角制御手段と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段と、オペレータが建設機械の運転時のエンジン回転数を任意に指定できるエンジン回転数指定手段と、エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段と、エンジン冷却水により運転室内を暖房する運転室ヒータとを設けて構成された建設機械の暖機運転システム」を構成する場合に、本発明は、次のように構成した。

可変容量型の油圧ポンプの傾転角及びエンジン回転数の制御に用いられ氷点下の領域内に設定されたエンジン冷却水の温度の設定値を記憶している温度設定値記憶手段と、最小傾転角よりも大きく最大傾転角よりも小さい領域内に設定された可変容量型の油圧ポンプの傾転角の設定値を記憶している傾転角設定値記憶手段と、アイドル回転数よりも高くハイアイドル回転数よりも低い領域内に設定されたエンジン回転数の設定値を記憶しているエンジン回転数記憶手段とを設け、水温検出手段で検出されたエンジン冷却水の温度が温度設定値記憶手段に記憶されているエンジン冷却水の温度の設定値以下にあるときに、可変容量型の油圧ポンプの傾転角が、傾転角設定値記憶手段に記憶されている傾転角の設定値になるよう傾転角制御手段により制御され、かつ、エンジン回転数が、エンジン回転数指定手段で指定されたエンジン回転数にかかわりなく、エンジン回転数記憶手段に記憶されているエンジン回転数の設定値になるようエンジン回転数制御手段により制御されるように構成した。

従来、建設機械の暖機運転システムにより暖機運転をするとき、エンジン冷却水の温度が低い暖機運転の初期の段階では、エンジンや油圧ポンプにできるだけ負荷をかけないようにして、エンジンや油圧ポンプ等の損傷を防止し、かつ、燃料消費を少なくするという設計思想の基に、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を最小傾転角にするという考えが当然のこととして定着していた。しかしながら、氷点下の苛烈な寒さの環境下で暖機運転を行う場合において、その初期の段階で可変容量型の油圧ポンプの傾転角を最小傾転角より可成大きくしても、その設定を適切に行って、エンジンをアイドル回転数とハイアイドル回転数の間の中位の回転数で駆動すれば、燃料消費は増加するものの、エンジンや油圧ポンプ等の損傷が発生しないことを見い出した。

こうした知見に基づき、本発明に係る建設機械の暖機運転システムでは、水温検出手段で検出されたエンジン冷却水の温度が温度設定値記憶手段に記憶されているエンジン冷却水の温度の設定値以下にあるとき、すなわち暖機運転の初期の段階において、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を、傾転角設定値記憶手段に記憶されている予め設定された最小傾転角より大きい傾転角になるように傾転角制御手段で制御することにより、エンジンの負荷トルクを積極的に増加させるようにした。その場合、エンジン回転数は、オペレータがエンジン回転数指定手段で指定したエンジン回転数にかかわりなく、エンジン回転数記憶手段に記憶されているアイドル回転数とハイアイドル回転数の間の予め設定されたエンジン回転数になるようエンジン回転数制御手段で制御するようにした。

このように、本建設機械の暖機運転システムでは、エンジン冷却水の温度が設定値以下にあるとき、すなわち氷点下の領域中の低温側の領域にあるときに、油圧ポンプの傾転角を最小傾転角より大きくするように傾転角制御手段で制御してエンジンの負荷トルクを適正な限度で積極的に増加させるようにしているので、エンジン冷却水の温度が氷点下における所定温度に達するまでは、燃料消費は増加するものの、エンジン冷却水を急速に暖めることができる。その場合、エンジンは、オペレータが指定したエンジン回転数にかかわりなく、適正なエンジン回転数で駆動されるようにエンジン回転数制御手段で制御するようにしているので、エンジンや油圧ポンプ等の損傷を防止することができる。

こうしてエンジン冷却水を所定温度まで急速に暖めた後は、例えば、従来のように油圧ポンプの傾転角を最小傾転角にするというように、傾転角を減少させて暖機運転を続行すれば、以後は、燃料消費を抑制することができる。本建設機械の暖機運転システムでは、以上のような暖機運転を実施することができるので、運転室内の暖房に要する時間を従来よりも短縮化して運転室内を許容時間内に適温に暖めることが可能となり、寒さの苛烈な環境下でも、運転室内の暖房をリアルタイムに実施することができる。

以下の説明から明らかなように、本発明では、「油圧アクチュエータを駆動するための圧油の発生源となる可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するエンジンと、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を制御する傾転角制御手段と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段と、オペレータが建設機械の運転時のエンジン回転数を任意に指定できるエンジン回転数指定手段と、エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段と、エンジン冷却水により運転室内を暖房する運転室ヒータとを設けて構成された建設機械の暖機運転システム」を構成する場合に、前記の「課題を解決するための手段」の項に示したように構成しているので、本発明の建設機械の暖機運転システムによれば、寒さの苛烈な環境下でも、運転室内の暖房をリアルタイムに実施することができる。その結果、建設機械による作業の作業効率を向上させることができる。

特に、本発明では、水温検出手段で検出されたエンジン冷却水の温度が設定値以下にあるときに、エンジン回転数を、エンジン回転数指定手段で指定されたエンジン回転数にかかわりなく、エンジン回転数記憶手段に記憶されているエンジン回転数の設定値になるようエンジン回転数制御手段により制御するようにしているので、エンジン冷却水の温度が氷点下の領域中の低温側の領域にあるときに、オペレータがエンジン回転数を上昇させるようにエンジン回転数指定手段を誤操作しても、エンジン回転数は、予め設定された適正なエンジン回転数で駆動されるように制御される。そのため、エンジンや油圧ポンプ等の損傷を招きやすい寒さの苛烈な環境下での暖機運転の初期の段階において、例えば、通常運転の早期着手や暖機運転の促進等のためにオペレータがエンジン回転数を無理に増加させても、エンジンや油圧ポンプ等が損傷するようなことはない。

以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図１乃至図４に基づいて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。

図１は、本発明を具体化して構成した建設機械の暖機運転システムに係る油圧回路図、図２は、建設機械の通常運転時における油圧アクチュエータ操作用のパイロット弁のポジコン圧と油圧ポンプの傾転角との関係を示す図、図３は、図１の建設機械の暖機運転システムの暖機運転時におけるエンジン冷却水の温度と傾転角調節用電磁弁の出力との関係を示す図、図４は、図１の建設機械の暖機運転システムの暖機運転時におけるエンジン冷却水の温度と油圧ポンプの傾転角との関係を示す図である。

以下に述べる建設機械の暖機運転機構は、すでに述べた従来の技術に係る建設機械の暖機運転システムと同様、油圧アクチュエータを駆動するための圧油の発生源となる可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するエンジンと、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を制御する傾転角制御手段と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段と、オペレータが建設機械の運転時のエンジン回転数を任意に指定できるエンジン回転数指定手段と、エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段と、エンジン冷却水により運転室内を暖房する運転室ヒータとを設けて構成したものである。また、従来の技術に係る暖機運転システムと同様、作動油の温度を検出する作動油温検出手段も設けている。本建設機械の暖機運転システムは、油圧ショベルに設けた例であるが、クレーン、ホイールローダ等の他の建設機械にも適用することができる。

図１において、１は油圧ポンプ８を駆動するための動力源となるエンジン、２はこのエンジン１で駆動され作動油クーラ１１やラジエータ１２を空冷するための空気流を起す冷却ファン、３はエンジン１で駆動されエンジン冷却水を循環させる冷却水ポンプ、４はエンジンコントロールモータ５で駆動されエンジン１の燃料噴射量を制御するガバナ、５は電気的に駆動されエンジン１の回転速度をガバナ４を通じて制御するエンジンコントロールモータ、６は油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角を制御するレギュレータ、７は作動油を貯溜するための作動油タンク、８は図示しない各種油圧アクチュエータを駆動するための圧油の発生源となる可変容量型の油圧ポンプ、８ａはこの油圧ポンプ８の押しのけ容積可変機構としての斜板、９はオペレータがパイロット弁２６，２７，２８の操作手段を操作することにより油圧ポンプ８から油圧アクチュエータへ供給される圧油の流れや流量を切り換えて油圧アクチュエータの運動を制御する方向切換弁である。

レギュレータ６は、パイロット圧管路ａを通じて後述する油圧パイロット圧が導かれ、その圧力の大きさに応じて可変容量型の油圧ポンプ８の斜板８ａを適宜の角度傾転させることにより、油圧ポンプ８の吐出容量を調整する働きをする。建設機械が自走式の油圧ショベルである場合、油圧アクチュエータは、ブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダや走行用の油圧モータや旋回用の油圧モータ等の油圧駆動される機器を意味する。方向切換弁９は、図１には説明の便宜上一つしか図示していないが、実際には、こうした各種油圧アクチュエータに対応して多数設けられている。

１０はエンジン１の冷却後のエンジン冷却水を導いて運転室内を暖房するための運転室ヒータ、１１は作動油を冷却するための作動油クーラ、１２はエンジン１の冷却後のエンジン冷却水を冷却するためのラジエータ、１３はエンジン１の回転数や暖機運転時における油圧ポンプ８の傾転角を制御するための制御信号や暖機運転を自動的に行うための制御信号を出力するコントローラ、１３ａはオペレータが建設機械の運転時のエンジン回転数を任意に指定できるエンジン回転数指定手段としてのスロットル、１４は暖機運転によりエンジン冷却水の温度が所定温度に達したときに開放してエンジン冷却水をラジエータ１２に導く働きをするサーモスタット（弁の一種）、１５はエンジン１の冷却後のエンジン冷却水の水温を検出するための冷却水温センサ、１６はエンジン１の原動力を伝動する駆動側のプーリとしてのクランクプーリ、１７はクランクプーリ１６とファンプーリ１８とに掛け回されたファンベルト、１８はクランクプーリ１６の回転がファンベルト１７を介して伝動され冷却ファン２を回転駆動する従動側のプーリとしてのファンプーリである。

通常運転時において、コントローラ１３は、オペレータがスロットル１３ａの操作で指定したエンジン回転数に係るスロットル信号によりエンジンコントロールモータ５を制御し、このエンジンコントロールモータ５でガバナ４を駆動して燃料噴射量を制御することにより、エンジン回転数を、スロットル１３ａで指定したエンジン回転数にするように制御する。こうした通常運転時におけるエンジン回転数の制御や後述する暖機運転時におけるエンジン回転数の制御は、エンジン回転センサ２３でのエンジン回転数に係る検出結果をコントローラ１３へ入力することにより、コントローラ１３においてフィードバック制御をして行われる。コントローラ１３では、暖機運転時に種々の制御を行うが、この点については、後に詳述する。

サーモスタット１４が閉鎖しているときには、エンジン冷却水は、冷却水ポンプ３の吐出側から管路ｂ−管路ｃ−運転室ヒータ１０−管路ｄ−管路ｅを経て冷却水ポンプ３の吸入側に戻るというように循環し、その際、管路ｂを流れるエンジン１の冷却後の余剰のエンジン冷却水は、サーモスタット１４のバイパス路（図示せず）から冷却水ポンプ３の吸入側に戻る。したがって、このときには、エンジン１の冷却後のエンジン冷却水は、ラジエータ１２へ供給されて冷却されることなく、専ら運転室ヒータ１０を暖めるように循環して運転室内の暖房を促進させる。また、エンジン冷却水の温度がラジエータ１２で冷却することを要する所定の温度（８０°Ｃ〜８５°Ｃ）に達して、サーモスタット１４が開放したときには、エンジン１の冷却後のエンジン冷却水を運転室ヒータ１０に循環させるだけでなく、前記の管路ｂを流れるエンジン１の冷却後の余剰のエンジン冷却水は、サーモスタット１４を経由してラジエータ１２に循環させて冷却する。

１９は運転室内の温度を検出するための運転室内温度センサ、２０は各パイロット弁２６，２７，２８に供給するための油圧パイロット圧を所定の値に調整する働きをするパイロットリリーフ弁、２１は油圧ポンプ８の吐出圧を検出するための油圧ポンプ吐出圧センサ、２２は作動油タンク７内の作動油の温度を検出するための作動油センサ、２３はエンジン１の回転数を検出するためのエンジン回転センサ、２４はコントローラ１３により制御されて暖機運転時に油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角をレギュレータ６を通じて設定値に調節する働きをする傾転角調節用電磁弁、２５はパイロット弁２６，２７，２８に油圧パイロット圧を供給するためのパイロットポンプ、２６，２７，２８はオペレータの操作により油圧パイロット圧を対応する方向切換弁９に送ってこれを切り換えることにより油圧アクチュエータ９を操作する油圧アクチュエータ操作用のパイロット弁である。

油圧アクチュエータ操作用の各パイロット弁２６，２７，２８には、操作レバーや操作ペダルのようなオペレータが操作するための操作手段が付設されており、パイロットリリーフ弁２０で圧力調整されたパイロットポンプ２５からの油圧パイロット圧がパイロット圧供給路ｆを通じて導かれる。各パイロット弁２６，２７，２８は、この油圧パイロット圧を操作手段の操作量に応じた圧力値に調整して、対応する各方向切換弁９に出力し、その圧力値に応じて各方向切換弁９の開口量を調節して油圧アクチュエータの駆動速度を制御する。また、操作手段の操作方向により、方向切換弁９を中立位置から第１の位置又は第２の位置に切り換えて油圧アクチュエータの駆動方向を制御する。こうしたパイロット弁２６，２７，２８は、方向切換弁９と同様、油圧ショベルの各種油圧アクチュエータに対応して設けられている。

一方、各パイロット弁２６，２７，２８から各方向切換弁９に出力される油圧パイロット圧の中から最高圧力のものが三つのシャトル弁２９ａ，２９ｂ，２９ｃにより選択されてパイロット圧ラインｇに送られる。このパイロット圧ラインｇに送られた油圧パイロット圧は、可変容量型の油圧ポンプ８をポジティブ制御するための油圧パイロット圧すなわちポジコン圧として用いられる。このポジコン圧は、傾転角調節用電磁弁２４が下位置すなわち図１の位置に切り換えられているときには、シャトル弁３０を経由してパイロット圧管路ａに送られて、レギュレータ６を駆動する。

傾転角調節用電磁弁２４は、コントローラ１３からの電気信号により上位置及び下位置の何れかに切り換えられる。そして、暖機運転時には、上位置に切り換えられ、パイロット圧供給路ｆをパイロット圧接続路ｈに連通させてパイロットポンプ２５からの油圧パイロット圧を同接続路ｈに導く。その場合、傾転角調節用電磁弁２４は、コントローラ１３からの電気信号の出力値に応じて開口量が調節され、これにより、傾転角調節用電磁弁２４からパイロット圧接続路ｈに導かれる油圧パイロット圧の出力値が調整される。暖機運転時には、パイロット弁２６，２７，２８が操作されず、ポジコン圧がパイロット圧ラインｇヘ送られることはないので、パイロット圧ラインｇの油圧パイロット圧及びパイロット圧接続路ｈの油圧パイロット圧のうちの後者の油圧パイロット圧がシャトル弁３０で選択されてパイロット圧管路ａに送られる。その結果、傾転角調節用電磁弁２４で圧力調整された油圧パイロット圧の出力値によりレギュレータ６が駆動されて、可変容量型の油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角が制御される。

パイロット弁２６，２７，２８は、長時間同じ状態で操作され続けることはないので、暖機運転時に、パイロット圧接続路ｈの油圧パイロット圧よりも大きなポジコン圧がパイロット圧ラインｇへ送られるように操作されたとしても、エンジン１を後述する設定値で回転させている限り、スロットル１３ａの誤操作ほどはエンジン１や油圧ポンプ８等の機器類に悪影響を及ぼさない。しかしながら、その機器類の信頼性を向上させるため、暖機運転時にパイロット弁２６，２７，２８が操作されても、適宜の手段によりポジコン圧が出力されないようにすることもできる。なお、傾転角調節用電磁弁２４やパイロット弁２６，２７，２８へ供給されるパイロット圧油のうちの余剰のものは、パイロットリリーフ弁２０を通じて作動油タンク７に戻される。

傾転角調節用電磁弁２４は、通常運転時（非暖機運転時）には、図１に示すように下位置に切り換えられてパイロット圧接続路ｈへのパイロット圧供給路ｆの連通を解除するとともに、前述したようにパイロット圧ラインｇのポジコン圧がパイロット圧管路ａに送られてレギュレータ６を駆動し、ポジコン圧の圧力値に応じて油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角を制御する。このポジコン圧の圧力値と油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角との関係を示すと、図２のようになる。図２において、横軸は、ポジコン圧の圧力値（ポジコン圧と略記）を意味し、縦軸は、油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角（ポンプ傾転角と略記）を意味する。また、θ１は、最大傾転角を意味し、θ２は、最小傾転角を意味する。

これらの最大傾転角や最小傾転角は、油圧ポンプの性能に応じて一義的に定まる値であって、メーカで製作された油圧ポンプごとに定まっている固有の値である。斜板８ａの傾転角が最大傾転角のときには、油圧ポンプ８の吐出容量は最大となり、斜板８ａの傾転角が最小傾転角のときには、油圧ポンプ８の吐出容量は、作動油が油圧回路を循環して油圧ポンプ８等を潤滑する程度の最小の値となる。こうした可変容量型の油圧ポンプ８の傾転角は、油圧回路をポジティブ制御により通常運転している限り、帰するところ、パイロット弁２６，２７，２８の各操作量のうちの最大操作量により決定される。

次に、図３及び図４を用いて、暖機運転時におけるエンジン１及び可変容量型の油圧ポンプ８の制御について説明する。なお、図１には、種々のセンサが示されているが、これらの制御に直接的に関係するセンサは、冷却水温センサ１５である。

図３及び図４は、コントローラ１３で行う可変容量型の油圧ポンプ８の制御の概要を模式的に図示したものである。図３において、横軸は、エンジン冷却水の温度（冷却水温と略記）を意味し、縦軸は、暖機運転時における傾転角調節用電磁弁２４の出力（暖機運転時電磁弁出力と略記）すなわち傾転角調節用電磁弁２４から出力される油圧パイロット圧の値を意味している。また、図４において、横軸は、エンジン冷却水の温度を意味し、縦軸は、暖機運転時における油圧ポンプ８の斜板８ａの傾転角（暖機運転時ポンプ傾転角と略記）を意味している。なお、図３及び図４の横軸のエンジン冷却水の温度は、氷点下の温度領域を表しているものとする。

図４から分かるように、コントローラ１３では、エンジン冷却水の温度が氷点下の領域内の設定温度Ｔ１以下であるときには、可変容量型の油圧ポンプ８の傾転角を、最小傾転角θ２よりも大きく最大傾転角θ１よりも小さい領域内に設定された設定傾転角θ３にするように制御している。また、エンジン冷却水の温度が暖機運転により温まって設定温度Ｔ１を超えたときには、油圧ポンプ８の傾転角を次第に減少させてゆき、エンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ１から氷点下の領域内の設定温度Ｔ２まで上昇したときには、その傾転角を最小傾転角θ２にするように制御している。なお、エンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ１を超えたときに、直ちに、油圧ポンプ８の傾転角を最小傾転角θ２にするように制御することもできる。

こうした油圧ポンプ８の傾転角の制御を行うため、コントローラ１３には、氷点下の領域内に設定されたエンジン冷却水の温度に係る設定温度Ｔ１を記憶している温度設定値記憶手段を設けている。また、最小傾転角θ２よりも大きく最大傾転角θ１よりも小さい領域内に設定された可変容量型の油圧ポンプ８の設定傾転角θ３を記憶している傾転角設定値記憶手段を設けている。そして、コントローラ１３では、冷却水温センサ１５で検出されたエンジン冷却水の温度が温度設定値記憶手段に記憶されている設定温度Ｔ１以下にあるときに、傾転角調節用電磁弁２４を通じて、油圧ポンプ８の傾転角を、傾転角設定値記憶手段に記憶されている設定傾転角θ３にするよう電気信号により制御している。

これらの手段が本発明との関連上、不可欠の手段であるが、ここに示す例では、エンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ１を超えた直後にその傾転角を最小傾転角θ２にしないで、エンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ２まで上昇したときに傾転角を最小傾転角θ２にするようにしているので、二次設定温度Ｔ２を設定温度Ｔ１の高温側に設定して温度設定値記憶手段に記憶している。そして、コントローラ１３は、冷却水温センサ１５で検出されたエンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ２に達したときに、初めて、油圧ポンプ８の傾転角を最小傾転角θ２にするよう制御している。

一方、コントローラ１３では、設定温度Ｔ１以下であるときには、エンジン回転数をアイドル回転数（通常７００〜９００回転／分程度）よりも高くハイアイドル回転数（通常２０００〜２２００回転／分程度）よりも低い領域内に設定された設定エンジン回転数にするように制御している。そのため、コントローラ１３は、こうした設定エンジン回転数を記憶しているエンジン回転数記憶手段を備えており、これにより、エンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ１以下である期間中、すなわち可変容量型の油圧ポンプ８の傾転角を設定傾転角θ３に制御している期間中、スロットル１３ａで指定されたエンジン回転数にかかわりなく、エンジン回転数を設定エンジン回転数にするように、エンジンコントロールモータ５及びガバナ４を通じて制御している。

ところで、エンジン１の負荷トルクは、エンジン回転数が一定ならば、斜板８ａの傾転角が大きくなるに従って大きくなるので、エンジン１の暖機は、斜板８ａの傾転角が大きくなるほど促進され、これに伴って運転室内の暖房も促進される。また、作動油は、油圧ポンプ８から吐出して油圧回路を循環する過程で、方向切換弁９等の油圧回路の構成部材との摩擦により油圧ポンプ８と共に暖められるので、作動油の暖機も、斜板８ａの傾転角を大きくして油圧ポンプ８から作動油を大量に吐出させるほど促進される。

したがって、暖機運転の促進という観点だけからみれば、可変容量型の油圧ポンプ８の傾転角は、できるだけ大きくするように設定すればよいが、酷寒の環境下における暖機運転の初期の段階では、作動油が低温でその粘性が著しく高いため、こうした状況下で油圧ポンプ８の傾転角を大きく設定すると、油圧ポンプ８にキャビテーションが発生して損傷をもたらし、更には、大量の作動油を油圧回路内で円滑には流通させることができず、配管類等の油圧回路の周辺機器に損傷をもたらす。こうしたことから、エンジン冷却水の温度が低い暖機運転の初期の段階では、従来、エンジン１や油圧ポンプ８にできるだけ負荷をかけないようにして、エンジン１や油圧ポンプ８等の損傷を防止し、併せて燃料消費を少なくするという設計思想の基に、油圧ポンプ８の傾転角を最小傾転角θ２にするという考えが当然のこととして定着していた。

これに対し、出願人は、氷点下の苛烈な寒さの環境下で暖機運転を行う場合において、暖機運転の初期の段階で可変容量型の油圧ポンプ８の傾転角を最小傾転角より可成大きくしても、その設定を適切に行って、エンジン１をアイドル回転数とハイアイドル回転数の間の中位の回転数で駆動すれば、燃料消費は増加するものの、エンジン１や油圧ポンプ８等の損傷が発生しないことを見い出した。そこで、油圧ポンプ８の設定傾転角θ３やエンジン１の設定エンジン回転数等について次に具体的に述べる。

油圧ポンプ８の設定傾転角θ３は、当該油圧ポンプ８のキャビテーション発生防止及び運転室内の所要暖房時間の短縮化を図る観点から設定する。検討したところによると、油圧ポンプ８の設定傾転角θ３は、概ね当該可変容量型の油圧ポンプ８の最大傾転角θ１の４０％以上７０％以下の領域に設定するのが実用上好ましく、とりわけ、５０％以上６０％以下の領域に設定するのが望ましい。その場合、設定エンジン回転数をアイドル回転数とハイアイドル回転数の間の中位の回転数、具体的には、ハイアイドル回転数の５０％以上６５％以下の領域（例えば、ハイアイドル回転数が２０００〜２２００回転／分程度のエンジンでは、１２００〜１４００回転／分程度の領域）に設定すれば、エンジン１や油圧ポンプ８等に損傷が発生せず、かつ、エンジンストールを起こさず、エンジン１を安定して回転させることができる。

エンジン冷却水の設定温度Ｔ１は、例えば零下１０°Ｃ前後に設定し、二次設定温度Ｔ２は、通常運転が支障なく行える零下数度Ｃ程度に設定するのが望ましい。設定温度Ｔ１を設定する場合は、二次設定温度Ｔ２を設定するか否かを別にして、何れにしても、油圧ポンプ８の傾転角の減少過程が終了する時点までには、運転室内の暖房は終了しないまでも、通常運転が可能な状態に至るように設定するのが望ましく、これにより、緊急の作業がある場合に同作業に早期に着手することができる。コントローラ１３には、以上述べたようなエンジン冷却水の設定温度Ｔ１、油圧ポンプ８の設定傾転角θ３、エンジン１の設定エンジン回転数等に係るデータを記憶させる。

以上の知見に基づき、本建設機械の暖機運転システムでは、冷却水温センサ１５で検出されたエンジン冷却水の温度がコントローラ１３の温度設定値記憶手段に記憶されているエンジン冷却水の設定温度Ｔ１以下にあるとき、すなわち暖機運転の初期の段階において、可変容量型の油圧ポンプ８の傾転角を、コントローラ１３の傾転角設定値記憶手段に記憶されている予め設定された最小傾転角θ２より大きい設定傾転角θ３になるようにコントローラ１３の傾転角制御手段で制御することにより、エンジン１の負荷トルクを積極的に増加させるようにした。その場合、エンジン回転数は、オペレータがスロットル１３ａで指定したエンジン回転数にかかわりなく、コントローラ１３のエンジン回転数記憶手段に記憶されているアイドル回転数とハイアイドル回転数の間の前記設定エンジン回転数になるようコントローラ１３のエンジン回転数制御手段で制御するようにした。

このように、本建設機械の暖機運転システムでは、エンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ１が以下にあるとき、すなわち氷点下の領域中の低温側の領域にあるときに、油圧ポンプ８の傾転角を、最小傾転角θ２よりも可成大きい設定傾転角θ３にするようにコントローラ１３で制御してエンジン１の負荷トルクを適正な限度で積極的に増加させるようにしているので、エンジン冷却水の温度が氷点下における所定温度（エンジン冷却水の設定温度Ｔ１）に達するまでは、燃料消費は増加するものの、エンジン冷却水を急速に暖めることができる。その場合、エンジン１は、オペレータがスロットル１３ａで指定したエンジン回転数にかかわりなく、予め設定された適正な前記エンジン回転数で駆動されるようにコントローラ１３で制御するようにしているので、エンジン１や油圧ポンプ８等の損傷を防止することができる。

こうしてエンジン冷却水を設定温度Ｔ１まで急速に暖めた後は、従来のように油圧ポンプ８の傾転角を最小傾転角θ２にするというように、傾転角を減少させて暖機運転を続行するようにしているので、以後は、燃料消費を抑制することができる。本建設機械の暖機運転システムでは、以上のような暖機運転を実施するので、運転室内の暖房に要する時間を従来よりも短縮化して運転室内を許容時間内に適温に暖めることが可能となり、寒さの苛烈な環境下でも、運転室内の暖房をリアルタイムに実施することができる。その結果、建設機械による作業の作業効率を向上させることができる。

特に、本建設機械の暖機運転システムでは、冷却水温センサ１５で検出されたエンジン冷却水の温度が設定温度Ｔ１以下にあるときに、エンジン回転数を、スロットル１３ａで指定されたエンジン回転数にかかわりなく、コントローラ１３に記憶されている設定エンジン回転数になるようにコントローラ１３より制御するようにしているので、エンジン冷却水の温度が氷点下の領域中の低温側の領域にあるときに、オペレータがエンジン回転数を上昇させるようにスロットル１３ａを誤操作しても、エンジン回転数は、予め設定された適正なエンジン回転数で駆動されるように制御される。そのため、エンジン１や油圧ポンプ８等の損傷を招きやすい寒さの苛烈な環境下での暖機運転の初期の段階において、例えば、通常運転の早期着手や暖機運転の促進等のためにオペレータがエンジン回転数を無理に増加させても、エンジン１や油圧ポンプ８等が損傷するようなことはない。

本発明を具体化して構成した建設機械の暖機運転システムに係る油圧回路図である。図１の建設機械の通常運転時における油圧アクチュエータ操作用のパイロット弁のポジコン圧と油圧ポンプの傾転角との関係を示す図である。図１の建設機械の暖機運転システムの暖機運転時におけるエンジン冷却水の温度と傾転角調節用電磁弁の出力との関係を示す図である。図１の建設機械の暖機運転システムの暖機運転時におけるエンジン冷却水の温度と油圧ポンプの傾転角との関係を示す図である。

符号の説明

１エンジン
２冷却ファン
３冷却水ポンプ
４ガバナ
５エンジンコントロールモータ
６レギュレータ
７作動油タンク
８可変容量型の油圧ポンプ
８ａ（可変容量型の油圧ポンプ８の）斜板
９方向切換弁
１０運転室ヒータ
１１作動油クーラ
１２ラジエータ
１３コントローラ
１３ａスロットル
１４サーモスタット
１５冷却水温センサ
２３エンジン回転センサ
２４傾転角調節用電磁弁
２５パイロットポンプ
２６，２７，２８パイロット弁
２９ａ〜２９ｃ，３０シャトル弁

Claims

油圧アクチュエータを駆動するための圧油の発生源となる可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するエンジンと、可変容量型の油圧ポンプの傾転角を制御する傾転角制御手段と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段と、オペレータが建設機械の運転時のエンジン回転数を任意に指定できるエンジン回転数指定手段と、エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段と、エンジン冷却水により運転室内を暖房する運転室ヒータとを設けて構成された建設機械の暖機運転システムにおいて、可変容量型の油圧ポンプの傾転角及びエンジン回転数の制御に用いられ氷点下の領域内に設定されたエンジン冷却水の温度の設定値を記憶している温度設定値記憶手段と、最小傾転角よりも大きく最大傾転角よりも小さい領域内に設定された可変容量型の油圧ポンプの傾転角の設定値を記憶している傾転角設定値記憶手段と、アイドル回転数よりも高くハイアイドル回転数よりも低い領域内に設定されたエンジン回転数の設定値を記憶しているエンジン回転数記憶手段とを設け、水温検出手段で検出されたエンジン冷却水の温度が温度設定値記憶手段に記憶されているエンジン冷却水の温度の設定値以下にあるときに、可変容量型の油圧ポンプの傾転角が、傾転角設定値記憶手段に記憶されている傾転角の設定値になるよう傾転角制御手段により制御され、かつ、エンジン回転数が、エンジン回転数指定手段で指定されたエンジン回転数にかかわりなく、エンジン回転数記憶手段に記憶されているエンジン回転数の設定値になるようエンジン回転数制御手段により制御されるように構成したことをことを特徴とする建設機械の暖機運転システム。