JP5293009B2 - 建設機械の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、一定条件下で排ガスフィルタに蓄積された有害物質を焼却して同フィルタを再生させるための制御装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンから排出される排ガスを排ガスフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）に導入し、有害物質、とくに煤等のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質。以下この例で説明する）を除去して浄化する排ガス浄化装置が公知である（特許文献１参照）。

この種の排ガス浄化装置において、排ガスフィルタの浄化作用を一定に保つために、ＰＭの堆積量が一定以上となったときに、排ガスフィルタに堆積したＰＭを燃焼させて除去するフィルタ再生（自己再生ともいう）が行われる。

このフィルタ再生は、たとえば油圧ポンプの吐出量及び吐出圧を同時に上げ、エンジン出力を増加させて排ガス温度を上げる（通常は１５０℃〜２５０℃の排ガスを３５０℃〜６００℃まで上げる）ことによって行われる。
特許第３０７３３８０号公報

上記のようにフィルタ再生時は、排ガス温度を上げるためにポンプ吐出量及び吐出圧を増加させるため、このフィルタ再生中に誤ってコントロールバルブが操作されるとアクチュエータが急作動する。

特許文献１に記載された公知技術では、この点の対策として、再生中、操作手段が操作されると再生制御をキャンセルする構成をとっている。

ところが、こうするとフィルタ再生作用が完遂できず、排ガス浄化機能が低下する。

また、フィルタ再生制御をキャンセルしても、回路圧力は急には下がらないため、アクチュエータの急作動防止の効果が低い。

そこで本発明は、フィルタ再生作用を完遂させ、しかもアクチュエータの急作動を確実に防止することができる建設機械の制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、エンジンと、油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプと、油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを操作する操作手段と、上記エンジンから出た排ガス中の有害物質を除去する排ガスフィルタと、上記操作手段が操作されているか否かを検出する操作検出手段と、操作手段による上記コントロールバルブの操作を不能にする操作停止手段と、制御手段とを具備し、この制御手段は、上記操作検出手段からの信号に基づいて操作手段が操作されていないことを条件として、エンジン出力を上げて排ガス温度を高めることにより上記排ガスフィルタに蓄積された有害物質を焼却するフィルタ再生制御を行うとともに、上記操作停止手段に操作停止指令を出すように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、油圧ポンプの吐出油をアンロードするアンロード通路に、同通路を閉じるアンロード通路遮断手段を備え、制御手段は、フィルタ再生開始とともにエンジン回転数を上げ、かつ、油圧ポンプの吐出量を最大とするとともに、上記アンロード通路遮断手段によってアンロード通路を閉じるように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、オペレータの意思に基づいてフィルタ再生を開始させるための再生開始スイッチと、排ガスフィルタの再生が必要か否かを判断するデータを検出する再生データ検出手段とが設けられ、制御手段は、上記再生開始スイッチの操作時に、上記再生データ検出手段からの信号に基づいてフィルタ再生が必要と判断されたときにフィルタ再生制御を行うように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、油圧パイロット式のコントロールバルブが、操作手段としてのリモコン弁からのパイロット圧によって操作されるように構成され、このリモコン弁とコントロールバルブとを結ぶパイロットラインに、制御手段からの操作停止指令に基づいてパイロット圧を遮断する操作停止手段としてのパイロット圧遮断弁が設けられたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、制御手段は、操作手段が操作されておらず、かつ、この状態が一定時間以上経過したことを条件として再生制御を開始させるように構成されたものである。

本発明によると、フィルタ再生中は、操作手段の操作にかかわらずコントロールバルブを作動不能とするインターロックをかけるため、フィルタ再生作用を完遂させることができる。

しかも、フィルタ再生中は上記インターロック機能によってコントロールバルブが動かず、アクチュエータに圧油が送られないため、アクチュエータの急作動を確実に防止することができる。

とくに、請求項２の発明のように、フィルタ再生開始とともにエンジン回転数を上げ、かつ、油圧ポンプの吐出量及び吐出圧を最大にする場合、アクチュエータの急作動の度合いが大きいため、これを防止できることで安全確保の点の効果が高い。

請求項３の発明によると、フィルタ再生が必要であること、及びオペレータがフィルタ再生の意思をもって再生開始スイッチを操作したことを条件としてフィルタ再生を開始させるため、フィルタ再生作用が的確なタイミングで無駄無く行われる。

請求項４の発明によると、パイロット圧を遮断することによってコントロールバルブを操作不能にするため、たとえばリモコン弁に機械的なロックをかける場合と比べてインターロック効果がより確実となる。

請求項５の発明によると、操作手段の非操作が一定時間以上継続した場合（オペレータのフィルタ再生開始の意思が明確な場合）にフィルタ再生制御を開始するため、無駄な再生制御（請求項３の発明を前提とする場合は、オペレータの意思とは無関係な再生開始スイッチの誤操作に基づく再生制御）の開始を回避することができる。

実施形態に係る建設機械においては、図１に示すようにエンジン１によって可変容量型の油圧ポンプ２が駆動され、この油圧ポンプ２の吐出油がコントロールバルブ３経由で複数の油圧アクチュエータ（ここでは一つのものとして示す）４に供給される。

コントロールバルブ３は、操作手段としてのリモコン弁５,５からのパイロット圧によりストローク作動して油圧アクチュエータ４に対する圧油供給の方向と流量を制御する油圧パイロット切換弁として構成されている。

このコントロールバルブ３の両側パイロットポートとリモコン弁５,５とを結ぶパイロットライン６,６に、リモコン弁５,５からコントロールバルブ３に送られるパイロット圧を遮断する操作停止手段としてのパイロット圧遮断弁（電磁開閉弁）７,７が設けられている。

一方、ポンプ吐出油をコントロールバルブ３からタンクＴにアンロードするアンロード通路８に、同通路８を閉じるアンロード通路遮断手段としてのアンロード弁９が設けられている。

制御手段は、エンジン１の回転数を制御するエンジン制御部１０と、油圧ポンプ２の吐出量（傾転）を制御するポンプレギュレータ１１と、コントローラ１２とから成り、フィルタ再生時に、このコントローラ１２から再生制御のための各種指令、すなわち、エンジン制御部１０に対するハイアイドル回転数指令、ポンプレギュレータ６に対する最大吐出量指令、パイロット圧遮断弁７,７に対するパイロット圧遮断指令、アンロード弁９に対する閉じ指令がそれぞれを出力される。

一方、エンジン１からの排ガスを外部に放出する排気通路１３に排ガスフィルタ１４が設けられ、排ガス中のＰＭがこの排ガスフィルタ１４によって除去される。

また、オペレータの意思に基づいてフィルタ再生制御を開始させるための再生開始スイッチ１５が設けられるとともに、フィルタ再生のための情報を得るセンサとして、排ガスフィルタ１４のＰＭ蓄積量を検出する再生データ検出手段としての蓄積量センサ１６、パイロットライン６,６のパイロット圧によりリモコン弁５,５の操作の有無を検出する操作検出手段としてのパイロット圧センサ１７,１７がそれぞれ設けられている。

コントローラ１２は、これらの信号に基づいて、適時、フィルタ再生制御を行う。この点の作用を図２のフローチャートを併用して説明する。

ステップＳ１で再生開始スイッチ１５が操作されたか否かが判断され、ＹＥＳとなるとステップＳ２で、蓄積量センサ１６からの信号に基づいてフィルタ再生が必要か否かが判断される。

フィルタ再生が必要と判断されると、ステップＳ３で操作無し状態が一定時間経過したか否かが判断され、ＹＥＳとなると、オペレータがフィルタ再生を行う意思が明確であるとしてステップＳ４でフィルタ再生制御が開始される。

すなわち、パイロット圧遮断弁７に対するパイロット圧遮断指令（ステップＳ６）、エンジン制御部１０に対するハイアイドル回転数指令（ステップＳ７）、ポンプレギュレータ１１に対するポンプ最大吐出量指令（ステップＳ８）、アンロード弁９に対する閉じ指令（ステップＳ９）がそれぞれ出力される。

これらの処理により、エンジン出力が増加して排ガス温度がフィルタ再生に適した温度まで上昇しィルタ再生作用が行われる。

ステップＳ１０では蓄積量センサ１６からの信号に基づいてフィルタ再生作用が完了したか否かが判断され、完了となるとステップＳ１１でフィルタ再生制御が終了し通常制御に復帰してステップＳ１に戻る。

この制御装置によると、フィルタ再生中、もしリモコン弁５,５が操作されても、パイロット圧遮断弁７,７によってパイロット圧が遮断され、コントロールバルブ３が作動不能となる（インターロック状態となる）ため、フィルタ再生作用が確実に完遂される。

しかも、フィルタ再生中は上記インターロック機能によってコントロールバルブ３が動かず、油圧アクチュエータ４に圧油が送られないため、油圧アクチュエータ４の急作動を確実に防止することができる。

とくに、この実施形態のように、フィルタ再生開始とともにエンジン回転数を上げ、かつ、油圧ポンプ２の吐出量及び吐出圧を最大にする場合、油圧アクチュエータ４の急作動の度合いが大きいため、これを防止できることで安全確保の点の効果が高い。

また、フィルタ再生が必要であること、及びオペレータがフィルタ再生の意思があること（再生開始スイッチ１５が操作された）ことを条件としてフィルタ再生を開始させるため、フィルタ再生作用が的確なタイミングで無駄無く行われる。

さらに、パイロット圧を遮断することによってコントロールバルブ３を操作不能にするため、たとえばリモコン弁に機械的なロックをかける場合と比べてインターロック効果がより確実となる。

一方、リモコン弁５の非操作が一定時間以上継続した場合（オペレータが再生作用を行う意思が明確な場合）に再生作用を開始させるため、無駄な再生作用（たとえばオペレータの意思とは無関係な再生開始スイッチ１５の誤操作に基づく再生作用）の開始を回避することができる。

他の実施形態
（１）操作手段、操作検出手段、操作停止手段として、上記実施形態で例示したリモコン弁５、パイロット圧センサ１７、パイロット圧遮断弁７以外のものを用いることができる。

たとえばコントロールバルブ３として直動式（レバー操作で直接スプールをストローク作動させる方式）の切換弁を用いる場合は、レバーが操作手段となり、操作検出手段はこのレバーの動きを検出するもの（リミットスイッチ等）を用いればよい。

また、操作停止手段として、上記実施形態におけるリモコン弁５の一次圧を遮断する弁を用いてもよいし、リモコン弁５を動かないように機械的にロックするものを用いてもよい。

（２）フィルタ再生制御の一環として、燃料噴射制御、すなわちエンジン側で燃料を後噴射して排ガスを加熱する手法をとってもよい。

（３）上記実施形態では、オペレータによる再生開始スイッチ１５の操作に基づいてフィルタ再生制御を開始する構成をとったが、フィルタ再生が必要な状況となったときに自動的にフィルタ再生制御を開始する構成をとってもよい。この場合、オペレータにフィルタ再生制御中であることを表示するのが望ましい。

本発明の実施形態にかかる制御装置の全体構成を示すブロック図である。 同装置の作用を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 油圧ポンプ
３ コントロールバルブ
４ 油圧アクチュエータ
５ 操作手段としてのリモコン弁
６ パイロットライン
７ 操作停止手段としてのパイロット圧遮断弁
８ アンロード通路
９ アンロード通路遮断手段としてのアンロード弁
１０ 制御手段を構成するエンジン制御部
１１ 制御手段を構成するポンプレギュレータ
１２ 制御手段を構成するコントローラ
１４ 排ガスフィルタ
１５ 再生開始スイッチ
１６ 再生データ検出手段としての蓄積量センサ
１７ 操作検出手段としてのパイロット圧センサ

Claims (5)

1. エンジンと、油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプと、油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを操作する操作手段と、上記エンジンから出た排ガス中の有害物質を除去する排ガスフィルタと、上記操作手段が操作されているか否かを検出する操作検出手段と、操作手段による上記コントロールバルブの操作を不能にする操作停止手段と、制御手段とを具備し、この制御手段は、上記操作検出手段からの信号に基づいて操作手段が操作されていないことを条件として、エンジン出力を上げて排ガス温度を高めることにより上記排ガスフィルタに蓄積された有害物質を焼却するフィルタ再生制御を行うとともに、上記操作停止手段に操作停止指令を出すように構成されたことを特徴とする建設機械の制御装置。
2. 油圧ポンプの吐出油をアンロードするアンロード通路に、同通路を閉じるアンロード通路遮断手段を備え、制御手段は、フィルタ再生開始とともにエンジン回転数を上げ、かつ、油圧ポンプの吐出量を最大とするとともに、上記アンロード通路遮断手段によってアンロード通路を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の制御装置。
3. オペレータの意思に基づいてフィルタ再生を開始させるための再生開始スイッチと、排ガスフィルタの再生が必要か否かを判断するデータを検出する再生データ検出手段とが設けられ、制御手段は、上記再生開始スイッチの操作時に、上記再生データ検出手段からの信号に基づいてフィルタ再生が必要と判断されたときにフィルタ再生制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の制御装置。
4. 油圧パイロット式のコントロールバルブが、操作手段としてのリモコン弁からのパイロット圧によって操作されるように構成され、このリモコン弁とコントロールバルブとを結ぶパイロットラインに、制御手段からの操作停止指令に基づいてパイロット圧を遮断する操作停止手段としてのパイロット圧遮断弁が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の制御装置。
5. 制御手段は、操作手段が操作されておらず、かつ、この状態が一定時間以上経過したことを条件として再生制御を開始させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の制御装置。

Images