JP3493045B2 - ディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置

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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、加速時に燃料噴射量
を制限して黒煙の発生を防止するようにしたディーゼル
エンジンの加速時黒煙防止装置の改良に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンには加速時に黒煙を
発生しやすい性質があり、これを防止するための装置と
して、ブーストコンペンセータや機械式ガバナにおける
逆アングライヒ機構がよく知られている。しかし、前者
ではブースト圧を利用するために配管やダイアフラム等
が必要であり、一般に構造が複雑でコストが高くなりや
すく、またブースト圧の立上りの遅れにより良好な負荷
追従性を得ることが困難である。また後者では、ブース
ト圧や加速の有無などに無関係に一様に低回転域での噴
射量を下げてしまうので、必要なエンジンの出力が得ら
れにくくなると共に、ガバナの構造も複雑なものとなっ
てコストが高くなる等の問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
問題点に着目し、加速時の黒煙を防止し、且つ実作業時
には十分なエンジン出力を得るという両機能を比較的簡
単な構成によって実現することを課題としてなされたも
のである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この発明では、機関回転数の実際値と設定値及び
燃料噴射量の実際値を検出し、所定の出力特性に対応し
た機関回転数の実際値を得るべく燃料噴射量の設定値を
算出して燃料噴射量を制御すると共に、加速時には燃料
噴射量の最大値を通常時における第1の制限値よりも低
い第2の制限値に抑える加速時制御を行うようにしたデ
ィーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置において、加速
時制御の必要性を判定するために、最大回転数より低
く、アイドル回転数よりも高い判定回転数と、非作業状
態における燃料噴射量よりも大きく、上記第2の制限値
よりも小さい判定噴射量とをあらかじめ設定し、加速開
始時の機関回転数の実際値が上記判定回転数より低く、
且つ燃料噴射量の実際値が上記判定噴射量より低い場合
に上記加速時制御を実施するように構成している。
【0005】上記の加速時制御は、開始されてからあら
かじめ設定された所定の継続時間が経過すると終了する
ように構成される。また、制御の開始時には第1の制限
値から第2の制限値への変更が速やかに行われ、終了時
には第2の制限値から第1の制限値への復帰が徐々に行
われるように構成される。また、アイドル回転数あるい
はこれに近い低回転数以下の領域において第2の制限値
が第1の制限値と同じあるいはほぼ同じ値に設定され
る。
【0006】また、作業機に搭載されたディーゼルエン
ジンで2台以上の油圧ポンプを駆動するように構成され
たものにおいて、上記第2の制限値が、いずれかの油圧
ポンプのリリーフ弁が作動した時のエンジン出力に対応
する値よりも大きい値に設定される。この場合、判定噴
射量を各油圧ポンプのロス馬力を含んだ非作業状態に対
応する燃料噴射量よりも大きく、且つ第2の制限値より
も小さい値に設定している。
【0007】
【作用】判定回転数と判定噴射量を適正に設定しておく
ことにより、機関回転数と燃料噴射量のいずれもがこれ
らの判定値より低く、エンジン出力よりも黒煙防止を優
先すべき状態であるか否かの判定が適切に行われ、必要
な時にのみ加速時制御が実施される。
【0008】また、加速時制御の継続時間があらかじめ
設定されることにより、長時間にわたって必要以上に加
速時制御が行われて作業性を低下させることがない。ま
た、加速時制御の終了時に第2の制限値から第1の制限
値への復帰が徐々に行われることにより、急に燃料噴射
量が増加して作業者がショックを感じたり、作業に危険
が生じたりすることがない。また、低回転領域における
第2の制限値を第1の制限値と同じ値あるいはほぼ同じ
値に設定することにより、加速中に大きな負荷が掛かる
ようなことがあってもエンストを起すことがなく、作業
性と安全性が向上される。
【0009】バックホーなどの作業機ではクローラやア
ーム、バケットなどの機構を2台以上の油圧ポンプで分
担して駆動する場合が多いが、油圧ポンプのリリーフ弁
が作動するのは、負荷が大きくてエンジンに大きな出力
が要求されている時である。従って、第2の制限値をい
ずれかの油圧ポンプのリリーフ弁が作動した時のエンジ
ン出力に対応する値よりも大きい値に設定することによ
り、油圧ポンプの1台がリリーフする程度ではエンスト
しないエンジンが得られる。
【0010】また、判定噴射量を各油圧ポンプのロス馬
力を含んだ非作業状態に対応する燃料噴射量よりも大き
く設定することにより、作業機に搭載されたエンジンと
して実用上必要な出力が得られ、判定噴射量を第2の制
限値よりも小さい値に設定することにより、加速時に加
速できないという問題が生ずることがない。
【0011】
【実施例】次に図示の一実施例について説明する。図1
は全体構成を示すブロック図であり、図において、1は
エンジン、2はエンジン1に付設された燃料噴射ポン
プ、3はラック用アクチュエータ、4は回転数センサ、
5はラック位置センサ、6はアクセル位置センサ、7は
制御部である。エンジン1は作業機に搭載されたもの
で、複数の油圧ポンプ8を回転駆動し、これらの油圧ポ
ンプ8で走行部のクローラ、旋回部、ブームやアーム、
バケット等の作業部、排土板などの機構部分9を適宜分
担して操作するように構成されている。
【0012】制御部7は主要部にマイクロコンピュータ
を用いたものであり、入力ポート7a、出力ポート7
b、制御演算及び入出力指示を与えるCPU7c、制御
プログラムや制御演算に必要な諸データを記憶している
ROM7d、演算に使用されるRAM7e等で構成され
ている。入力ポート7aには上記の各種のセンサが接続
され、また出力ポート7bにはラック用アクチュエータ
3が接続されている。なお、制御部7はエンジン1の制
御全般に用いられるものであり、図示以外にも各種のセ
ンサなどが適宜設けられる。また入力ポート7aの前段
には必要に応じてA/D変換器等が挿入され、出力ポー
ト7bの出力側には必要に応じてドライバー回路が挿入
される。
【0013】図2はROM7dに記憶されている燃料噴
射量マップである。CPU7cは回転数センサ4で検出
される回転数の実際値、アクセル位置センサ6で検出さ
れる回転数の設定値、及びラック位置センサ5で検出さ
れる燃料噴射量の実際値から、図2のマップを用いて所
定の出力特性に対応した回転数が得られるように燃料噴
射量を算出し、その結果に応じてラック用アクチュエー
タ3を駆動するようになっている。このような基本的な
制御自体は例えば特開昭64−45937号公報等によ
って公知であるので詳細な説明は省略し、次にこの発明
による手順について述べる。
【0014】図2において、実線Aは通常の制御に用い
られる最大ラック位置、実線Bはエンジン単体の無負荷
相当ラック位置を示すものであり、これらは従来から周
知のものである。この発明では実線Aを第1の制限値と
して、これより低い位置に破線Cで示すように第2の制
限値が設定されている。この第2の制限値は、第1の制
限値が最も大きな値となる回転数範囲を含む一定の領域
における最大ラック位置を低く抑える形状で設定され、
アイドル回転数Ni以下ではほぼ実線Aと一致してい
る。
【0015】鎖線Dは油圧ポンプ8のいずれかがリリー
フした時のエンジン出力に対応するラック位置を示して
おり、破線Cの第2の制限値はこの鎖線Dよりも大きい
値に設定されている。また、鎖線Eは実線Bの無負荷相
当ラック位置に各油圧ポンプ8のロス馬力を上乗せした
非作業状態における燃料噴射量に対応するラック位置を
示している。
【0016】回転数Nh及びラック位置Rhは、この発
明において加速時制御の必要性を判定するために設定さ
れた判定回転数及び判定噴射量である。図に示すよう
に、判定回転数Nhは最大回転数Nmよりかなり低く、
アイドル回転数Niよりも高い値に設定されており、判
定噴射量Rhは鎖線Eよりも大きく、破線Cの第2の制
限値よりも小さい値に設定されている。これらの判定回
転数Nhと判定噴射量Rhは、機関の出力、特性、用途
などの条件によって異なるものであり、実際には実験等
によって適正な値が選定されることになる。
【0017】以下、図3及び図4のフローチャートを参
照しながら動作を説明する。まず、ステップS1では回
転数の設定値を更新し(Nset→Nset1)、更に新
しい設定値Nset、実際値Nact及びラック位置の
実際値Ractを算出し、前回と今回の回転数の設定値
の差を加速判定値Naccと比較する。そして差がNa
cc以上であれば加速されていると判定して次のステッ
プS2に進み、以上でなければステップS3に進む。
【0018】ステップS2では、回転数の実際値Nac
tと判定回転数Nhを比較し、またラック位置の実際値
Ractと判定噴射量Rhを比較し、いずれかが以下で
なければステップS3に進み、それぞれが以下であれば
加速時制御を実施する条件、すなわち図2に斜線で示し
た領域で運転されていると判定して加速時制御フラグを
1にセットし、継続時間タイマをスタートしてステップ
S3に進む。なお、継続時間はあらかじめ適切な時間に
設定されている。ステップS3では、まず加速時制御フ
ラグの状態を判定し、1であれば更に継続時間が経過し
たか否かを判定し、経過していなければステップS4
に、経過していればステップS5にそれぞれ進む。また
加速時制御フラグが1でなければステップS6に進む。
【0019】ステップS4とステップS5はこの発明に
よる手順である。ステップS4では回転数の実際値Na
ctにおける第2の制限値の最大ラック位置Rmax2
を図2のマップの破線Cから算出し、これを今回の最大
ラック位置RmaxとしてステップS7に進む。
【0020】ステップS7は実際の燃料噴射量を決定す
るステップであり、周知のように、回転数の実際値と設
定値の差から所定の速度変動率特性に対応する目標ラッ
ク位置Rsetを算出し、これと最大ラック位置Rma
xを比較する。そしてRset≦Rmaxであればこの
Rsetを用いてラック用アクチュエータ3を駆動し、
またRset≦RmaxでなければRsetをRmax
に修正した上でラック用アクチュエータ3を駆動し、そ
れぞれ目標ラック位置Rsetに対応する所定量の燃料
噴射を行う。
【0021】ステップS5は第2の制限値を用いた加速
時制御の継続時間が終了して通常の制御に戻る際の手順
である。すなわち、待ち時間タイマをスタートし、回転
数の実際値Nactにおける第1の制限値の最大ラック
位置Rmax1を図2のマップの実線Aから算出する。
上記の待ち時間は比較的短い適切な時間に設定されてい
る。続いてこの待ち時間が経過していない時にはステッ
プS4で算出した最大ラック位置Rmaxをそのまま
で、また待ち時間が経過した時はRmaxを1ステップ
増加してこれを今回の最大ラック位置とする。こうして
Rmaxの1ステップ増加が待ち時間の経過ごとに繰り
返され、ラック位置が徐々に第1の制限値まで増加して
通常の制御に戻るのである。
【0022】次いでこの最大ラック位置Rmaxを第1
の制限値の最大ラック位置Rmax1と比較する。ここ
でRmax1>RmaxであればこのRmaxをそのま
ま用いてステップS7に進み、Rmax1>Rmaxで
なければRmaxをRmax1に修正し、加速時制御フ
ラグをリセットした後、ステップS7に進んで所定の燃
料噴射が行われるのである。
【0023】また、ステップS3からステップS6に進
むのは加速時制御が行われない通常の制御の場合であ
り、第1の制限値の最大ラック位置Rmax1を図2の
マップの実線Aから算出し、このRmax1を今回のラ
ック位置としてステップS7に進み、所定の燃料噴射が
行われる。
【0024】図2の二点鎖線Fは以上の手順による動作
点の変化を例示したものである。すなわち、図2の斜線
領域内のa点で運転されている時にアクセルが操作さ
れ、その操作量が加速判定値Naccに対応する量を越
えると、ステップS1及び2の手順によって加速時制御
が開始される。この場合、ラック位置はアクセルに応じ
て増加するがその位置はステップS4によって図のb点
で制限され、加速につれて動作点は第2の制限値である
破線C上を右方向に移動する。そしてc点で加速時制御
の継続時間が終了すると、ステップS5によって燃料噴
射量が徐々に増加し、第1の制限値である実線A上のd
点に達して通常の制御となるのである。
【0025】なお、図2の斜線領域内であってもアイド
ル回転数Niよりも低い回転数で運転されている時に
は、第2の制限値が第1の制限値とほぼ同一の値に設定
されているため、加速時制御が行われても低回転域では
最大ラック位置が低く抑えられることがない。その結
果、負荷が急増した場合などにおけるエンストが回避さ
れるのである。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明は、加速時に燃料噴射量を制限して黒煙の発生を防止
するようにしたディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装
置において、加速時制御の必要性を判定する判定回転数
と判定噴射量を設定し、機関回転数と燃料噴射量のいず
れもがこれらの判定値より低い時に加速時制御が実施さ
れるようにしたものである。
【0027】従って、ブーストコンペンセータや機械式
ガバナにおける逆アングライヒ機構のように機械的な構
造が複雑になったり、不必要な燃料噴射量の制限が行わ
れるようなことがなく、しかも本当にエンジン出力より
も黒煙防止を優先すべき状態の時にのみ加速時制御が行
われるので、加速時の黒煙防止と実作業時のエンジン出
力を極力両立させることができ、実用性の高い加速時黒
煙防止装置を得ることが可能となるのである。
【0028】また、加速時制御をあらかじめ設定された
所定の継続時間で終了するようにしたものでは、従来の
ブースト圧を利用したもののように、ブースト圧の立上
りが遅い時に加速時制御が必要以上に長時間続けられ
て、加速性能が極端に悪化したりエンストしたりすると
いうことがなくなり、負荷追従性が良くなって作業性が
向上される。
【0029】また、加速時制御の終了時には第2の制限
値から第1の制限値への復帰が徐々に行われるようにし
たものでは、急に燃料噴射量が増加して作業者がショッ
クを感ずるということがなく、操作フィーリングが向上
する。また例えば建設機械などの作業機の場合には、旋
回速度やブームの作動速度が急に速くなったりすると極
めて危険であるが、このような危険な状態となることも
ない。また、過給機付きのエンジンではブースト圧が噴
射量に追随できずに加速時制御の終了時に一時的に黒煙
を発生することがあるが、このような問題が生ずること
もない。
【0030】また、低回転領域における第2の制限値を
第1の制限値と同じ値、あるいはほぼ同じ値に設定する
ことにより、加速中に大きな負荷が掛かるようなことが
あってもエンストを起すことが少なく、作業性が向上さ
れると共に作業機の動作が突然停止することによる危険
性が少なくなる。
【0031】また、作業機に搭載されたディーゼルエン
ジンで2台以上の油圧ポンプを駆動するように構成され
たものにおいて、第2の制限値をいずれかの油圧ポンプ
のリリーフ弁が作動した時のエンジン出力に対応する値
よりも大きい値に設定したものでは、油圧ポンプの1台
がリリーフする程度ではエンジンがエンストせず、作業
性を低下させるようなことがない。また、判定噴射量を
各油圧ポンプのロス馬力を含んだ非作業状態に対応する
燃料噴射量よりも大きく、且つ第2の制限値よりも小さ
い値に設定したものでは、判定噴射量の設定が適切であ
るため加速時において加速できないという問題が生ずる
ことがなく、作業性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図である。
【図2】同実施例の制御用マップの一例を示す図であ
る。
【図3】同実施例の制御手順を示すフローチャートであ
る。
【図4】同じく制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン 2 燃料噴射ポンプ 3 ラック用アクチュエータ 4 回転数センサ 5 ラック位置センサ 6 アクセル位置センサ 7 制御部 7c CPU 7d ROM 8 油圧ポンプ 9 機構部分
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−45937(JP,A) 特開 平1−159442(JP,A) 特開 昭62−111141(JP,A) 特開 平1−178735(JP,A) 特開 平4−41822(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/10 F02D 29/04 F02D 41/38

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機関回転数の実際値と設定値及び燃料噴
    射量の実際値を検出し、所定の出力特性に対応した機関
    回転数の実際値を得るべく燃料噴射量の設定値を算出し
    て燃料噴射量を制御すると共に、加速時には燃料噴射量
    の最大値を通常時における第1の制限値よりも低い第2
    の制限値に抑える加速時制御を行うようにしたディーゼ
    ルエンジンの加速時黒煙防止装置であって、加速時制御
    の必要性を判定するために、最大回転数より低く、アイ
    ドル回転数よりも高い判定回転数と、非作業状態におけ
    る燃料噴射量よりも大きく、上記第2の制限値よりも小
    さい判定噴射量とがあらかじめ設定されており、加速開
    始時の機関回転数の実際値が上記判定回転数より低く、
    且つ燃料噴射量の実際値が上記判定噴射量より低い場合
    に上記加速時制御を実施するように構成されたことを特
    徴とするディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置。
  2. 【請求項2】 加速時制御の継続時間があらかじめ設定
    されており、加速時制御の開始から上記継続時間が経過
    すると加速時制御を終了するように構成された請求項1
    記載のディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置。
  3. 【請求項3】 加速時制御の開始時には第1の制限値か
    ら第2の制限値への変更が速やかに行われ、終了時には
    第2の制限値から第1の制限値への復帰が徐々に行われ
    るように構成された請求項1または2記載のディーゼル
    エンジンの加速時黒煙防止装置。
  4. 【請求項4】 第2の制限値が、アイドル回転数あるい
    はこれに近い低回転数以下の領域において第1の制限値
    と同じ値あるいはほぼ同じ値に設定された請求項1乃至
    3のいずれかに記載のディーゼルエンジンの加速時黒煙
    防止装置。
  5. 【請求項5】 ディーゼルエンジンが2台以上の油圧ポ
    ンプを駆動するように構成されている作業機用のもので
    あり、第2の制限値が、いずれかの油圧ポンプのリリー
    フ弁が作動した時のエンジン出力に対応する値よりも大
    きい値に設定された請求項1乃至4のいずれかに記載の
    ディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置。
  6. 【請求項6】 判定噴射量が、各油圧ポンプのロス馬力
    を含んだ非作業状態に対応する燃料噴射量よりも大き
    く、且つ第2の制限値よりも小さい値に設定された請求
    項5記載のディーゼルエンジンの加速時黒煙防止装置。
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