JP5873876B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械に関し、特に、走行用の油圧モータを用いて路上走行を行うようにした建設機械に関する。

一般に、油圧ショベルに代表される建設機械は、自走可能な車体と、該車体に搭載され制御装置によって電子制御されるエンジンと、該エンジンにより駆動されタンク内の油液を吸込んで圧油を吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される走行用の油圧モータと、前記車体に設けられ車両の走行時に前記油圧モータを駆動操作する走行操作装置とを備えている（特許文献１）。

この種の従来技術による建設機械（特に、ミニショベルと呼ばれる小型の油圧ショベル）には、前記油圧モータによる車両の走行速度を切換える走行速度切換部材が設けられている。この走行速度切換部材は、前記車体の運転席の前側に設けられ、オペレータが手動操作することにより、車両の走行速度を少なくとも低速と高速の２段に選択的に切換えるものである。

特開平５−２８００７０号公報

ところで、従来技術による建設機械は、エンジンから排出される排気ガスの浄化を行う必要があるので、最近の傾向として電子制御式のエンジンが多く搭載されている。電子制御式のエンジンは、燃料性状および／または使用環境に影響されて、場合によってはエンジンの構成部品の一部が損傷し、不調状態となることがある。しかし、電子制御式のエンジンには、このような場合に、エンジン本体を保護するための保護モード機能が付加されている。即ち、エンジンの保護モード運転時には、燃料の噴射量を制限してエンジン出力を低下させることにより、エンジンの不調状態を深刻化させない制御を行うようにしている。

しかし、保護モード運転によりエンジン出力が低下している場合でも、オペレータがこれに気付かずに、走行速度切換部材を高速段側に切換えてしまうと、エンジンの負荷が増大する。このような場合、エンジンは過負荷状態となるために、エンジンストール（エンスト）を起こす虞れがある。このような状況の下で、エンジンが不意に停止してしまうと、車両の走行ができないために、修理工場に代表される整備場所まで自走して移動することができなくなってしまう。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、エンジン出力が低下し燃料噴射量が制限された状態でも、エンジンストールの発生を抑えることにより、修理が可能な場所まで自走して移動することができるようにした建設機械を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、自走可能な車体と、該車体に搭載され制御装置によって電子制御されるエンジンと、吐出容量を可変に制御する容量制御機構を有し前記エンジンにより駆動されタンク内の油液を吸込んで圧油を吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される走行用の油圧モータと、前記車体に設けられ走行時に前記油圧モータを駆動操作する走行操作装置と、前記車体に設けられ前記油圧モータによる走行速度を少なくとも低速と高速の２段に切換える走行速度切換部材と、前記エンジンの目標回転数を指示する回転数指示装置とを備え、前記制御装置は、前記エンジンの回転数を前記回転数指示装置で指示された目標回転数に近付けるように前記エンジンを電子制御し、前記油圧ポンプの吐出圧力と吐出流量とのＰ−Ｑ特性が前記エンジンの出力トルクによる馬力曲線に基づいた特性となるように前記容量制御機構により前記油圧ポンプの吐出容量を制御してなる建設機械に適用される。

請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記制御装置は、前記エンジンが、エンジン構成部品のいずれかが不調状態となることにより、前記エンジンに供給する燃料噴射量を制限してエンジン出力を低下させるための保護モード運転に設定されているか否かを判定する出力低下判定手段と、該出力低下判定手段により前記エンジンが保護モード運転に設定されていると判定したときには、前記走行速度切換部材が高速側に切換えられている場合でも、前記走行操作装置の操作による高速側走行速度よりも低い速度に予め設定された低速状態にするため、前記容量制御機構により前記油圧ポンプの吐出容量を小容量状態に保つ小容量保持手段とを備え、かつ前記制御装置は、前記出力低下判定手段によりエンジンが前記保護モード運転に設定されていると判定するまでの通常運転時は、通常運転時等馬力線の特性線に基づいて前記油圧ポンプの吐出容量を制御し、前記エンジンが前記保護モード運転に設定されたときには、前記通常運転時等馬力線の特性線よりも小さい出力低下時等馬力線の特性線に基づいて、前記油圧ポンプの吐出容量を前記小容量保持手段による小容量に保つ制御を行う構成としたことにある。

このように構成することにより、エンジンを電子制御する制御装置は、エンジン構成部品のいずれかが不調状態となることにより、前記エンジンに供給する燃料の噴射量を制限してエンジン出力を低下させるための保護モード運転に、前記エンジンが設定されていると出力低下判定手段により判定したときに、小容量保持手段は、容量制御機構により油圧ポンプの吐出容量を小容量状態に保つことができる。このため、仮に走行速度切換部材が高速側に切換えられている場合でも、エンジン出力が低下した保護モード運転時には、走行用の油圧モータに供給する圧油の流量を制限することができ、車両の走行速度を低速状態に保つことができる。これにより、エンジンの保護モード運転時には、エンジンが油圧ポンプから受ける負荷を小さく抑えることでき、エンジンストールの発生を防ぐことができる。そして、修理が可能な場所まで低速で自走することによって移動することができる。

本発明の前提となる参考例に適用される油圧ショベルを示す正面図である。 図１中の上部旋回体のうちキャブ、外装カバーの一部を取除いた状態で油圧ショベルを拡大して示す一部破断の平面図である。 エンジン、油圧ポンプ、方向制御弁、走行用の油圧モータおよびエンジン制御装置を示す全体構成図である。 エンジン回転数と出力トルクとの関係を通常時と出力低下時のトルクカーブとして示す特性線図である。 油圧ポンプの吐出圧力と流量との関係を示す特性線図である。 本発明の参考例によるエンジンの出力低下時における走行速度制御処理を示す流れ図である。 本発明の実施の形態によるエンジンの出力低下時における走行速度制御処理を示す流れ図である。 実施の形態によるエンジン回転数と出力トルクとの関係を通常時と出力低下時のトルクカーブとして示す特性線図である。 実施の形態による油圧ポンプの吐出圧力と流量との関係を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による建設機械として小型の油圧ショベルを例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

ここで、図１ないし図６は本発明の前提となる参考例に係る小型の油圧ショベルを示している。

図中、１は土砂の掘削作業等に用いられる小型の油圧ショベルである。この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置５とを含んで構成されている。

ここで、作業装置５は、スイングポスト式の作業装置として構成され、例えばスイングポスト５Ａ、ブーム５Ｂ、アーム５Ｃ、作業具としてのバケット５Ｄ、スイングシリンダ（図示せず）、ブームシリンダ５Ｅ、アームシリンダ５Ｆおよびバケットシリンダ５Ｇを備えている。また、上部旋回体４は、後述の旋回フレーム６、外装カバー７、キャブ８およびカウンタウエイト９を含んで構成されている。

旋回フレーム６は上部旋回体４の一部を構成し、該旋回フレーム６は、旋回装置３を介して下部走行体２上に取付けられている。旋回フレーム６には、その後部側に後述のカウンタウエイト９、エンジン１０が設けられ、左前側には後述のキャブ８が設けられている。さらに、旋回フレーム６には、キャブ８とカウンタウエイト９との間に位置して外装カバー７が設けられ、この外装カバー７は、旋回フレーム６、キャブ８およびカウンタウエイト９と共に、エンジン１０を内部に収容する機械室を画成するものである。

キャブ８は旋回フレーム６の左前側に搭載され、該キャブ８は、オペレータが搭乗する運転室を内部に画成している。キャブ８の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバー（図３中に後述の走行レバー２７Ａのみ図示）が配設されている。

カウンタウエイト９は上部旋回体４の一部を構成するもので、該カウンタウエイト９は、後述するエンジン１０の後側に位置して旋回フレーム６の後端部に取付けられ、作業装置５との重量バランスをとるものである。図２に示すように、カウンタウエイト９の後面側は、円弧状をなして形成され、上部旋回体４の旋回半径を小さく収める構成となっている。

１０は旋回フレーム６の後側に横置き状態で配置されたエンジンで、該エンジン１０は、前述の如く小型の油圧ショベル１に原動機として搭載されるため、例えば小型のディーゼルエンジンを用いて構成されている。図２に示すように、エンジン１０の左側には、排気ガス通路の一部をなす排気管１１が設けられ、該排気管１１には後述の排気ガス浄化装置１６が接続して設けられている。

ここで、エンジン１０は、電子制御式エンジンにより構成され、燃料の供給量が電子ガバナ１２（図３参照）により可変に制御される。即ち、この電子ガバナ１２は、後述のエンジン制御装置３５から出力される制御信号に基づいてエンジン１０に供給される燃料の噴射量を可変に制御する。これにより、エンジン１０の回転数は、前記制御信号による目標回転数に対応した回転数となるように制御される。

油圧ポンプ１３はエンジン１０の左側に設けられ、該油圧ポンプ１３は、作動油タンク（図示せず）と共に油圧源を構成するものである。油圧ポンプ１３は、例えば可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成される。油圧ポンプ１３は、容量制御機構としてのポンプ容量可変部１３Ａを備え、該ポンプ容量可変部１３Ａは、油圧シリンダを含んだ傾転アクチュエータにより構成されている。ポンプ容量可変部１３Ａは、後述するポンプ傾転切換弁３１からの制御信号（容量制御用のパイロット圧）に従って、油圧ポンプ１３の吐出容量を大容量と小容量の２段に切換えて制御するものである。

図２に示すように、油圧ポンプ１３は、エンジン１０の左側に動力伝達装置１４を介して取付けられ、この動力伝達装置１４によりエンジン１０の回転出力が伝えられる。油圧ポンプ１３は、エンジン１０によって駆動されると、前記作動油タンク内の油液を吸込んで、圧油を後述の方向制御弁２５に向けて吐出するものである。

熱交換器１５はエンジン１０の右側に位置して旋回フレーム６上に設けられ、この熱交換器１５は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラを含んで構成されている。即ち、熱交換器１５は、エンジン１０の冷却を行うと共に、前記作動油タンクに戻される圧油（作動油）の冷却も行うものである。

１６はエンジン１０の排気ガスに含まれる有害物質を除去して浄化する排気ガス浄化装置である。図２に示すように、この排気ガス浄化装置１６は、エンジン１０の近傍で、かつ動力伝達装置１４の上側となる位置に配設されている。排気ガス浄化装置１６は、その上流側にエンジン１０の排気管１１が接続されている。排気ガス浄化装置１６は、排気管１１と共に排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが流通する間に、この排気ガスに含まれる有害物質を除去するものである。

即ち、ディーゼルエンジンからなるエンジン１０は、高効率で耐久性にも優れている。しかし、エンジン１０の排気ガス中には、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の有害物質が含まれている。このため、排気管１１に取付けられる排気ガス浄化装置１６は、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して除去する後述の酸化触媒１８と、粒子状物質（ＰＭ）を捕集して除去する後述の粒子状物質除去フィルタ１９とを含んで構成されている。

図３に示すように、排気ガス浄化装置１６は、複数の筒体を前，後で着脱可能に連結して構成された筒状のケーシング１７を有している。該ケーシング１７内には、酸化触媒１８（通常、Diesel Oxidation Catalyst、略してＤＯＣと呼ばれる）と、粒子状物質除去フィルタ１９（通常、Diesel Particulate Filter、略してＤＰＦと呼ばれる）とが取外し可能に収容されている。

前記酸化触媒１８は、ケーシング１７の内径寸法と同等の外径寸法をもったセラミックス製のセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔（図示せず）が形成され、その内面に貴金属がコーティングされている。酸化触媒１８は、所定の温度下で各貫通孔内に排気ガスを流通させることにより、この排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を酸化して除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。

粒子状物質除去フィルタ１９は、ケーシング１７内で酸化触媒１８の下流側に配置されている。粒子状物質除去フィルタ１９は、エンジン１０から排出される排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、捕集した粒子状物質を燃焼して除去することにより排気ガスの浄化を行うものである。このため、粒子状物質除去フィルタ１９は、例えばセラミックス材料からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔（図示せず）を設けたセル状筒体により構成されている。これにより、粒子状物質除去フィルタ１９は、多数の小孔を介して粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質は、前述の如く燃焼して除去される。この結果、粒子状物質除去フィルタ１９は再生される。

排気ガスの排出口２０は排気ガス浄化装置１６の下流側に設けられている。この排出口２０は、粒子状物質除去フィルタ１９よりも下流側に位置してケーシング１７の出口側に接続されている。排出口２０は、例えば浄化処理された後の排気ガスを大気中に放出する煙突を含んで構成される。

排気温センサ２１は排気ガスの温度を検出するもので、該排気温センサ２１は、排気ガス浄化装置１６のケーシング１７に取付けられ、例えば排気管１１側から排出される排気ガスの温度を検出する。排気温センサ２１で検出した温度は、検出信号として後述のエンジン制御装置３５に出力されるものである。

ガス圧センサ２２，２３は排気ガス浄化装置１６のケーシング１７に設けられている。図３に示すように、これらのガス圧センサ２２，２３は、粒子状物質除去フィルタ１９の上流側（入口側）と下流側（出口側）とに互いに離間して配置され、それぞれの検出信号を後述のエンジン制御装置３５に出力する。

エンジン制御装置３５は、ガス圧センサ２２で検出した上流側の圧力Ｐ1 とガス圧センサ２３で検出した下流側の圧力Ｐ2 とから、両者の圧力差ΔＰを下記の数１式に従って演算する。また、エンジン制御装置３５は、圧力差ΔＰの演算結果から粒子状物質除去フィルタ１９に付着した粒子状物質、未燃焼残留物の堆積量、即ち捕集量を推定するものである。この場合、前記圧力差ΔＰは、前記捕集量が少ないときには小さな圧力値となり、前記捕集量が増加するに従って高い圧力値となる。

左，右の走行モータ２４は油圧ポンプ１３から吐出された圧油により駆動される。左，右の走行モータ２４は、油圧ショベル１の下部走行体２に設けられた油圧モータにより構成されている。各走行モータ２４は、それぞれモータ容量制御機構としてのモータ容量可変部２４Ａを備え、該モータ容量可変部２４Ａは、油圧シリンダからなる傾転アクチュエータにより構成されている。モータ容量可変部２４Ａは、後述する走行速度切換弁３０からの信号（傾転制御用のパイロット圧）に従って、走行モータ２４の回転速度を少なくとも低速と高速の２段に切換えて制御するものである。

なお、油圧ショベル１には、油圧モータ２４の他に複数の油圧アクチュエータ（いずれも図示せず）が設けられている。油圧ショベル１に搭載される油圧アクチュエータは、例えば作業装置５のスイングシリンダ（図示せず）、ブームシリンダ５Ｅ、アームシリンダ５Ｆまたはバケットシリンダ５Ｇ（図１参照）を含んで構成される。さらに、これらの油圧アクチュエータには、旋回用の油圧モータ、排土板用の昇降シリンダ（いずれも図示せず）が含まれる。

方向制御弁２５は走行モータ２４用の制御弁である。この方向制御弁２５は、油圧ポンプ１３と各走行モータ２４との間にそれぞれ設けられ、各走行モータ２４に供給する圧油の流量と方向を可変に制御する。即ち、各方向制御弁２５は、後述の走行用操作弁２７からパイロット圧が供給されることにより、中立位置から左，右の切換位置（いずれも図示せず）に切換えられる。なお、方向制御弁２５は、左，右の走行モータ２４毎に１個ずつ、合計２個設けられるが、図３中ではまとめて１個として図示している。

パイロットポンプ２６は前記作動油タンクと共に補助油圧源を構成する補助油圧ポンプである。このパイロットポンプ２６は、メインの油圧ポンプ１３と共にエンジン１０によって回転駆動される。パイロットポンプ２６は、前記作動油タンク内から吸込んだ作動油を後述の走行用操作弁２７に向けて吐出するものである。

２７は走行操作装置としての走行用操作弁を示し、該走行用操作弁２７は、減圧弁型のパイロット操作弁により構成されている。走行用操作弁２７は、上部旋回体４のキャブ８（図１参照）内に設けられ、オペレータにより傾転操作される走行レバー２７Ａを有している。走行用操作弁２７は、左，右の走行モータ２４を個別に遠隔操作するため方向制御弁２５に対応して２個配置されている。即ち、各走行用操作弁２７は、オペレータが走行レバー２７Ａを傾転操作したときに、その操作量に対応したパイロット圧を各方向制御弁２５の油圧パイロット部（図示せず）に供給する。

これにより、方向制御弁２５は、前記中立位置から切換位置のいずれかに切換えられる。方向制御弁２５が一方の切換位置に切換えられると、走行モータ２４は、油圧ポンプ１３からの圧油が一方向に供給され、該当する方向（例えば、前進方向）に回転駆動される。一方、方向制御弁２５が他方の切換位置に切換えられたときには、走行モータ２４は、油圧ポンプ１３からの圧油が他方向に供給されて逆方向（例えば、後進方向）に回転駆動されるものである。

回転数指示装置２８はエンジン１０の目標回転数を指示するもので、この回転数指示装置２８は、上部旋回体４のキャブ８（図１参照）内に設けられている。回転数指示装置２８は、オペレータによって操作される操作ダイヤル、アップダウンスイッチまたはエンジンレバー（いずれも図示せず）等のいずれかにより構成されている。回転数指示装置２８は、オペレータの操作に従った目標回転数の指示信号を後述の車体制御装置３４に出力するものである。

走行速度選択スイッチ２９は油圧ショベル１の走行速度を選択するものである。この走行速度選択スイッチ２９は、車両（油圧ショベル１）の走行速度を低速と高速の２段に切換えるものであり、本願発明の構成要件である走行速度切換部材の具体例である。走行速度選択スイッチ２９は、上部旋回体４のキャブ８（図１参照）内に設けられ、オペレータが手動操作することにより、車両の走行速度を低速と高速の２段に切換える。走行速度選択スイッチ２９は、このときの選択信号（即ち、低速または高速の選択信号）を後述の車体制御装置３４に向けて出力する。

走行速度切換弁３０は走行モータ２４の回転速度を可変に制御するものである。この走行速度切換弁３０は、後述する車体制御装置３４から出力される制御信号に従って、モータ容量を切換えるための信号（傾転制御用のパイロット圧）を各走行モータ２４のモータ容量可変部２４Ａに出力する。各モータ容量可変部２４Ａは、走行速度切換弁３０から出力されたパイロット圧に従って各走行モータ２４の回転速度を低速と高速の２段に切換えるものである。

即ち、走行速度切換弁３０は、車体制御装置３４からの制御信号に従ってＯＮ，ＯＦＦ制御される。走行速度切換弁３０がＯＮして開弁されたときには、パイロットポンプ２６からのパイロット圧がモータ容量可変部２４Ａに供給される。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を小さくして回転速度を高速側に切換える。走行速度切換弁３０がＯＦＦして閉弁されたときには、前記モータ容量可変部２４Ａに対するパイロット圧の供給が停止される。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を大きくして回転速度を低速側に切換える制御を行うものである。

３１は油圧ポンプ１３の吐出容量を可変に制御する容量制御機構としてのポンプ傾転切換弁である。このポンプ傾転切換弁３１は、後述の車体制御装置３４から出力される制御信号に従ってポンプ容量を切換えるための信号（傾転制御用のパイロット圧）を油圧ポンプ１３のポンプ容量可変部１３Ａに出力し、油圧ポンプ１３の吐出容量を増減させる。

即ち、ポンプ傾転切換弁３１は、車体制御装置３４からの制御信号に従ってＯＮ，ＯＦＦ制御される。ポンプ傾転切換弁３１がＯＮして開弁されたときには、パイロットポンプ２６からのパイロット圧がポンプ容量可変部１３Ａに供給される。これにより、ポンプ容量可変部１３Ａは、油圧ポンプ１３の傾転角を小さくして吐出容量（油圧ポンプ１３から吐出される圧油の流量）を減少させる。ポンプ傾転切換弁３１がＯＦＦして閉弁されている間は、ポンプ容量可変部１３Ａに対する前記パイロット圧の供給が停止される。これにより、ポンプ容量可変部１３Ａは、油圧ポンプ１３の傾転角を大きくして吐出容量を増大させるものである。

回転センサ３２はエンジン１０の回転数を検出するもので、該回転センサ３２は、エンジン回転数Ｎの検出信号をエンジン制御装置３５に出力する。エンジン制御装置３５は、エンジン回転数Ｎの検出信号に基づいてエンジン１０の実回転数を監視し、例えば回転数指示装置２８で指示した目標回転数に実回転数を近付けるようにエンジン回転数Ｎを制御するものである。

次に、本発明の参考例に用いられる制御装置３３について説明する。

即ち、３３は油圧ショベル１の制御装置で、該制御装置３３は、車体制御装置３４とエンジン制御装置３５とを含んで構成されている。車体制御装置３４は、回転数指示装置２８および走行速度選択スイッチ２９から出力される信号に従って走行モータ２４の回転速度を可変に制御する制御信号を走行速度切換弁３０に出力する。一方、車体制御装置３４は、油圧ポンプ１３の吐出容量を可変に制御する制御信号をポンプ傾転切換弁３１に出力する。

車体制御装置３４は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリからなる記憶部（図示せず）を有し、この記憶部内には、後述の図６に示すエンジンの出力低下時における走行速度制御処理、即ちエンジンストールを防止するための制御（以下、エンスト防止制御という）を行う処理プログラムが格納されている。さらに、車体制御装置３４は、回転数指示装置２８から出力される信号に従ってエンジン制御装置３５にエンジン１０の目標回転数を指示する指令信号を出力する機能も有している。

エンジン制御装置３５は、車体制御装置３４から出力される前記指令信号と、回転センサ３２から出力されるエンジン回転数Ｎの検出信号とに基づいて予め決められた所定の演算処理を行い、エンジン１０の電子ガバナ１２に目標燃料噴射量を指示する制御信号を出力する。エンジン１０の電子ガバナ１２は、その制御信号に従ってエンジン１０の燃焼室（図示せず）内に噴射供給すべき燃料の噴射量を増加または減少したり、燃料の噴射を停止したりする。この結果、エンジン１０の回転数は、車体制御装置３４からの前記指令信号が指示する目標回転数に対応した回転数となるように制御される。

エンジン制御装置３５は、その入力側が排気温センサ２１、ガス圧センサ２２，２３、回転センサ３２および車体制御装置３４等に接続され、その出力側はエンジン１０の電子ガバナ１２および車体制御装置３４等に接続されている。また、エンジン制御装置３５は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリからなる記憶部（図示せず）を有し、この記憶部内には、エンジン回転数Ｎを制御するための処理プログラムが格納されている。

ここで、エンジン１０の出力トルクＴr は、通常運転時のエンジン回転数Ｎに対して図４に示す特性線３６のようなトルク特性を有している。この通常運転時においては、エンジン回転数Ｎが回転数Ｎ１のときにエンジン１０の出力トルクＴr が最大トルク点３６Ａとなり、定格出力点３６Ｂではエンジン回転数Ｎが回転数Ｎ２（Ｎ２＞Ｎ１）となる。

そこで、通常運転時には、油圧ショベル１（車両）の走行速度を高速段とした場合に、定格出力点３６Ｂよりも出力トルクＴr が小さい出力点３７Ａの位置でエンジン１０が運転される。一方、車両の走行速度を低速段とする場合には、前記出力点３７Ａよりも出力トルクＴr が小さい出力点３７Ｂの位置でエンジン１０が運転される。

電子制御式のエンジン１０は、燃料性状および/または使用環境に影響されて、場合によっては、エンジン構成部品（例えば、前述した排気温センサ２１、ガス圧センサ２２，２３、回転センサ３２、燃料噴射弁、水温センサを含む）の一部が損傷し、不調状態となることがある。そこで、電子制御式のエンジン１０には、このような場合にエンジン本体を保護するための保護モード機能が付加されている。

即ち、エンジン１０の保護モード運転時には、電子ガバナ１２によりエンジン１０の燃焼室に向けて供給できる燃料の噴射量が制限される。ここで、図４に示す特性線３８は、エンジン１０の保護モード運転による出力低下時のトルクカーブを示している。このように、エンジン１０の保護モード運転時には、エンジン１０の出力トルクＴr が低下し、エンジン回転数Ｎも低下してしまう。

図４に示す特性線３８のように、保護モード運転によるエンジン出力の低下状態では、車両の走行速度を高速段に設定すると、前述した通常運転時の出力点３７Ａと出力トルクＴr がほぼ等しい出力点３８Ａの位置でエンジン１０が運転される。一方、車両の走行速度を低速段とした場合には、出力トルクＴr が通常運転時の出力点３７Ｂとほぼ等しい出力点３８Ｂの位置でエンジン１０が運転される。

この場合、車両の走行速度を低速段とし、出力トルクＴr が出力点３８Ｂの位置でエンジン１０を運転するときには、エンジンストールを起こすことはない。しかし、車両の走行速度を高速段に設定した場合は、出力トルクＴr が出力点３８Ａの位置でエンジン１０が運転される。このため、車両の発進時の動き出しで瞬間的に過剰なトルクが作用すると、出力トルクＴr が出力点３８Ａの位置から出力点３８Ｃに移動し、エンジンストールを起こす可能性が高くなる。

図５は油圧ショベル１の掘削作業時における油圧ポンプ１３のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示している。即ち、掘削作業時において油圧ポンプ１３は、図５に示す特性線３９の範囲内で、吐出圧力（Ｐ）と吐出流量（Ｑ）とが制御されるように駆動される。特性線４０は、通常運転時におけるエンジン１０の馬力曲線を示し、特性線４１は、エンジンの出力低下状態における馬力曲線を示している。

車両の走行速度を高速段に設定した場合に、油圧ポンプ１３の吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係は、例えば図５中の特性線３９のうち、点４２Ａの位置として表すことができる。一方、走行速度を低速段に設定した場合には、油圧ポンプ１３の吐出圧力Ｐと流量Ｑの関係は、例えば点４２Ｂの位置として表すことができる。

参考例による油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

油圧ショベル１のオペレータは、上部旋回体４のキャブ８に搭乗し、エンジン１０を始動して油圧ポンプ１３とパイロットポンプ２６を駆動する。これにより、油圧ポンプ１３から圧油が吐出され、この圧油は方向制御弁２５を介して左，右の走行モータ２４に供給される。一方、これ以外の方向制御弁（図示せず）からは他の油圧アクチュエータ（例えば、旋回用の油圧モータ、ブームシリンダ５Ｅ、アームシリンダ５Ｆ、バケットシリンダ５Ｇまたは他の油圧シリンダ）に対して圧油が供給される。

キャブ８に搭乗したオペレータが走行レバー２７Ａを操作したときには、油圧ポンプ１３からの圧油が方向制御弁２５を介して左，右の走行モータ２４に供給され、各走行モータ２４が回転駆動される。これにより、油圧ショベル１の下部走行体２を走行駆動し、車両を前進または後退させることができる。さらに、キャブ８内のオペレータが作業用の操作レバーを操作することにより、作業装置５を俯仰動させて土砂の掘削作業を行うことができる。

エンジン１０の運転時には、その排気管１１から有害物質である粒子状物質が排出される。このときに排気ガス浄化装置１６は、例えば酸化触媒１８によって排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して除去することができる。一方、粒子状物質除去フィルタ１９は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を燃焼して除去（再生）する。これにより、浄化した排気ガスを下流側の排出口２０から外部に排出することができる。

ところで、排気ガスの浄化処理を行う電子制御式のエンジン１０は、燃料性状および／または使用環境に影響されて、場合によっては、エンジン１０の構成部品の一部が損傷し、不調状態となることがある。そこで、電子制御式のエンジン１０には、このような場合にエンジン本体を保護するための保護モード機能が付加されている。エンジン１０の保護モード運転時には、電子ガバナ１２による燃料噴射量を制限してエンジン出力を低下させることにより、エンジン１０の不意な作動停止を防ぐようにしている。しかし、保護モード運転によりエンジン出力が低下している場合でも、オペレータがこれに気付かずに、走行速度選択スイッチ２９を高速側に切換えてしまうと、エンジン１０の負荷が増大して過負荷状態となり、エンジンストールを起こす虞れがある。

そこで、本発明の参考例は、車体制御装置３４とエンジン制御装置３５とからなる制御装置３３において、図６に示すプログラムに沿ったエンジン１０のエンジンストール防止制御、即ちエンジン１０の出力低下時における走行速度制御処理を行う構成としている。

図６に示すプログラムのうちステップ６は、参考例の構成要件である出力低下判定手段であり、この出力低下判定手段は、エンジン１０に供給する燃料噴射量が制限されてエンジン出力が低下状態にあるか否かを判定する。一方、ステップ６の判定処理で「ＹＥＳ」と判定した場合のステップ２〜４にわたる処理は、参考例の構成要件である低速制御手段である。この低速制御手段は、走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられている場合でも、走行用操作弁２７の操作時における走行速度を高速よりも低く抑制された低速状態に制御する処理を行うものである。

低速制御手段により走行速度を高速よりも低く抑制された低速状態に制御する処理とは、走行速度選択スイッチ２９を低速側に切換えた場合の低速回転に限らず、これ以外の低速回転を予め設定しておいてもよい。なお、以下の参考例における説明では、走行速度選択スイッチ２９を低速側に切換えた場合の低速回転を代表例として挙げて説明するものである。

即ち、エンジン１０の稼働によって図６の処理動作がスタートすると、ステップ１では走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられているか否かを判定する。ステップ１で「ＮＯ」と判定する間は、走行速度選択スイッチ２９が低速側に切換えられているので、走行モータ２４で発生する負荷圧を、例えばエンジンストールが発生し易い圧力値よりも低い圧力に抑えることができる。

走行速度選択スイッチ２９が低速側に切換えられている間は、図４に示す通常運転時の特性線３６のように、走行低速時の出力点３７Ｂの位置でエンジン１０が運転され、このときの出力トルクＴr は、走行高速時の出力点３７Ａよりも小さい値となっている。また、エンジン１０の構成部品に不具合が発生した場合、電子ガバナ１２による燃料の噴射量が制限された保護モード運転が行われる。しかし、このような保護モード運転時（即ち、図４中に示す特性線３８のように、エンジン１０の出力トルクＴr が低下した状態）でも、走行速度選択スイッチ２９が低速側に切換えられている間は、出力トルクＴr が出力点３８Ｂの位置でエンジン１０が運転されるため、エンジンストールを起こすことはない。

そこで、次のステップ２では、走行速度切換弁３０をＯＦＦして閉弁状態とし、モータ容量可変部２４Ａに対するパイロット圧の供給を停止する。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を大きくして回転速度を低速側に切換える制御を行う。

ステップ３では、走行レバー２７Ａが操作されているか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定する間は、次のステップ４で低速走行制御を行い、走行モータ２４を低速段で駆動することにより、車両を低速状態で走行駆動する。また、ステップ３で「ＮＯ」と判定する間は、オペレータが走行レバー２７Ａを操作することなく、中立位置に戻しているので、車両の走行動作を停止させる制御を行い、次のステップ５でリターンする。

一方、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定したときには、走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられているので、次のステップ６では、エンジン１０が前記保護モード運転によりエンジン出力が低下された状態にあるか否かを判定する。ステップ６で「ＮＯ」と判定するときは、エンジン１０が通常モードで運転されているので、図４中に示す特性線３６のように、走行高速時の出力点３７Ａの位置でエンジン１０の運転を続けることができる。

そこで、次のステップ７では、走行速度切換弁３０をＯＮして開弁状態とし、パイロットポンプ２６からのパイロット圧をモータ容量可変部２４Ａに供給する。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を小さくして回転速度を高速側に切換える制御を行う。

ステップ８では、走行レバー２７Ａが操作されているか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定する間は、次のステップ９で高速走行制御を行い、走行モータ２４を高速段で駆動することにより、車両を高速状態で走行駆動する。また、ステップ８で「ＮＯ」と判定する間は、オペレータが走行レバー２７Ａを操作することなく、中立位置に戻しているので、車両の走行動作を停止させる制御を行い、次のステップ５でリターンする。

しかし、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、エンジン１０が保護モード運転により、図４中の特性線３８の如くエンジン出力が低下された状態にある。このため、走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられている場合でも、車両の走行速度を低速状態に保つ制御を行う。即ち、この場合にはステップ２に移って、走行速度切換弁３０をＯＦＦして閉弁状態とし、モータ容量可変部２４Ａに対するパイロット圧の供給を停止する。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を大きくして回転速度を低速側に切換える制御を行い、その後はステップ３以降の制御を続ける。

かくして、本発明の参考例によれば、走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられている場合でも、エンジン出力の低下時には車両の走行速度を低速状態に保つことができ、走行モータ２４の負荷圧としてエンジン１０が油圧ポンプ１３から受ける負荷を小さく抑えることできる。

従って、参考例によれば、油圧ショベル１のエンジン出力が低下し燃料噴射量が制限された状態となっても、車両の走行速度を低速状態に保持することにより、エンジンストールの発生を抑えることができる。これにより、油圧ショベル１を修理工場または整備場所まで低速で自走させつつ、移動することができ、その後の修理作業を円滑に行うことができる。

次に、図７ないし図９は本発明の実施の形態を示している。本実施の形態では、前述した参考例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。しかし、本実施の形態の特徴は、燃料噴射量が制限されてエンジン出力が低下したときに、ポンプ容量可変部１３Ａ（図３参照）により油圧ポンプ１３の吐出容量を小容量状態に切換える構成としたことにある。

ここで、図７に示す処理動作がスタートすると、ステップ１１〜ステップ１６にわたる処理を、前記参考例による図６に示すステップ１〜ステップ６と同様に行う。ステップ１６で「ＮＯ」と判定したときは、エンジン１０が通常モードで運転されているので、図８中に示す特性線３６のように、走行高速時の出力点３７Ａの位置でエンジン１０の運転を続けることができる。

そこで、次のステップ１７では、ポンプ傾転切換弁３１をＯＦＦして閉弁状態とし、ポンプ容量可変部１３Ａに対するパイロット圧の供給を停止する。これにより、ポンプ容量可変部１３Ａは、油圧ポンプ１３の傾転角を大きくした状態に保ち、油圧ポンプ１３の吐出容量を大容量状態に設定する。なお、この場合の油圧ポンプ１３は、参考例による図６に示す制御処理と同様の吐出容量状態と考えてもよい。そして、次なるステップ１８〜２０にわたる処理は、前記参考例による図６に示すステップ７〜ステップ９と同様に行う。

一方、ステップ１６で「ＹＥＳ」と判定したときには、エンジン１０が保護モード運転により、図８中の特性線３８に示す如くエンジン出力が低下された状態にある。このため、走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられている場合でも、油圧ポンプ１３の吐出容量を小容量に切換えることにより、結果として車両の走行速度を低速状態に保つ制御を行う。

即ち、次のステップ２１では、ポンプ傾転切換弁３１をＯＮして開弁状態とし、パイロットポンプ２６からのパイロット圧をポンプ容量可変部１３Ａに供給する。これにより、ポンプ容量可変部１３Ａは、油圧ポンプ１３の傾転角を小さくして吐出容量を小容量側に切換える制御を行う。このため、例えば掘削作業時における油圧ポンプ１３の特性は、図９中に示す通常モード時の特性線３９から出力低下（保護モード）時の特性線５２まで下がってしまう。

次のステップ２２では、前記ステップ１１の判定処理により走行速度選択スイッチ２９が高速側に切換えられているので、走行速度切換弁３０をＯＮして開弁状態とし、パイロットポンプ２６からのパイロット圧をモータ容量可変部２４Ａに供給する。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を小さくして回転速度を高速側に切換える制御を行う。

しかし、この場合には、油圧ポンプ１３の吐出容量が小容量側に切換えられているため、エンジン１０が保護モード運転により、図８中の特性線３８の如くエンジン出力が低下された状態でも、エンジン１０の出力トルクＴr は、走行高速時の出力点３７Ａから出力点５１Ａに移った状態でエンジン１０が運転される。このため、エンジン１０は、油圧ポンプ１３からの負荷が過負荷状態になることはなく、エンジンストールを起こすこともない。

即ち、次のステップ２３では走行レバー２７Ａが操作されているか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定する間は、次のステップ２４で高速走行制御を行い、走行モータ２４を高速段で駆動する。しかし、油圧ポンプ１３の吐出容量が小容量となっているので、見掛け上の高速走行制御が行われるだけであり、車両は実際には低速状態で走行する。また、ステップ２３で「ＮＯ」と判定する間は、オペレータが走行レバー２７Ａを操作することなく、中立位置に戻しているので、車両の走行動作を停止させる制御を行い、次のステップ１５でリターンする。

一方、エンジン１０が保護モードによりエンジン出力の低下状態で運転される間は、走行速度選択スイッチ２９が低速側に切換えられている限り、ステップ１１で「ＮＯ」と判定される。このため、次のステップ１２で走行速度切換弁３０をＯＦＦして閉弁状態とし、モータ容量可変部２４Ａに対するパイロット圧の供給を停止する。これにより、モータ容量可変部２４Ａは、走行モータ２４の傾転角を大きくして回転速度を低速側に切換える制御を行い、ステップ１４では低速走行制御を行う。

この場合、油圧ポンプ１３の吐出容量が小容量側に切換えられているため、図８中の特性線３８の如くエンジン出力が低下された状態で、エンジン１０の出力トルクＴr は、走行低速時の出力点３７Ｂから出力点５１Ｂに移った状態でエンジン１０が運転される。このため、エンジン１０は、油圧ポンプ１３からの負荷が過負荷状態になることはなく、エンジンストールを起こすこともない。

図９に示すように、油圧ポンプ１３の吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係は、車両の走行速度を高速段に設定した場合に、通常運転時における点４２Ａの位置から保護モード運転時には点５３Ａの位置に変わる。一方、走行速度を低速段に設定した場合には、油圧ポンプ１３の吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑの関係は、通常運転時における点４２Ｂの位置から保護モード運転時には点５３Ｂの位置に変わる。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、エンジン１０の燃料噴射量が制限されてエンジン出力が低下したときに、ポンプ容量可変部１３Ａによって油圧ポンプ１３の吐出容量を小容量に切換えることにより、エンジンストールの発生を防止でき、前記参考例と同様な効果を得ることができる。

特に、実施の形態では、エンジン出力の低下時には油圧ポンプ１３の吐出容量を小容量に切換えることにより、車両の走行速度を低速状態に保つことができる。このため、走行速度選択スイッチ２９により高速側が選択され、走行モータ２４が高速段に切換えられている場合でも、車両の走行速度を低速状態に抑えることができる。

なお、前記参考例では、図６に示すステップ６の判定処理が本発明の構成要件である出力低下判定手段の具体例を示している。また、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定した場合のステップ２〜４にわたる処理が、低速制御手段の具体例を示している。一方、前記実施の形態では、図７に示すステップ１６の判定処理が本発明の構成要件である出力低下判定手段の具体例を示している。また、ステップ２１の処理が、小容量保持手段の具体例を示している。

前記参考例では、油圧ポンプ１３を可変容量型の油圧ポンプによって構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、前記参考例にあっては、油圧ポンプ１３の吐出容量を変える必要はないので、例えば固定容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式の油圧ポンプを用いてもよい。

前記参考例では、走行速度切換部材の具体例として、走行速度選択スイッチ２９により車両（油圧ショベル１）の走行速度を低速と高速の２段に切換える場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば車両の走行速度を低速と高速との間で、３段階または４段階以上で切換える構成とした建設機械であってもよい。また、走行速度切換部材としては、走行速度選択スイッチ２９に代表される切換スイッチ以外に、速度切換レバー、回転式のダイヤル等の他の操作部材を用いてもよい。いずれの場合でも、エンジンの出力低下時に車両の走行速度を低速状態に設定する構成であればよい。この点は実施の形態についても同様である。

前記参考例では、図６中のステップ６で「ＹＥＳ」と判定した場合のステップ２〜４にわたる処理（低速制御手段）において、車両の走行速度を低速状態に保つ処理を行う場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこのように走行速度選択スイッチ２９が低速側に切換えられているときと同じ低速回転に限るものではない。即ち、走行速度選択スイッチ２９により設定される高速よりも低く設定された所望の低速回転で制御する構成としてもよい。この点は実施の形態についても同様である。

前述した実施の形態では、スイングポスト式の作業装置５を備えた油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明に係る建設機械はこれに限るものではなく、例えばブームを下ブームと上ブームとにより構成したオフセットブーム式の作業装置を備えた油圧ショベルに適用してもよい。さらに、ブーム、アームおよびバケット（作業具）からなる通常のモノブーム式と呼ばれる一般的な型式の作業装置を備えた油圧ショベルに適用してもよい。

さらに、前述した実施の形態では、建設機械として小型の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明に係る建設機械はこれに限るものではなく、例えば中型以上の油圧ショベルであってもよい。さらに、ホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベル、ホイールローダ、フォークリフト、油圧クレーン、ダンプトラックを含む建設機械にも広く適用することができるものである。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体（車体）
４ 上部旋回体（車体）
５ 作業装置
６ 旋回フレーム（フレーム）
９ カウンタウエイト
１０ エンジン
１１ 排気管
１２ 電子ガバナ
１３ 油圧ポンプ
１３Ａ ポンプ容量可変部（容量制御機構）
１５ 熱交換器
１６ 排気ガス浄化装置
１７ ケーシング
１８ 酸化触媒
１９ 粒子状物質除去フィルタ
２１ 排気温センサ
２２，２３ ガス圧センサ
２４ 走行モータ（油圧モータ）
２４Ａ モータ容量可変部（モータ容量制御機構）
２５ 方向制御弁
２６ パイロットポンプ
２７ 走行用操作弁（走行操作装置）
２７Ａ 走行レバー（操作レバー）
２８ 回転数指示装置
２９ 走行速度選択スイッチ（走行速度切換部材）
３０ 走行速度切換弁
３１ ポンプ傾転切換弁
３２ 回転センサ
３３ 制御装置
３４ 車体制御装置
３５ エンジン制御装置

Claims (1)

1. 自走可能な車体（２）と、該車体（２）に搭載され制御装置（３３）によって電子制御されるエンジン（１０）と、吐出容量を可変に制御する容量制御機構（１３Ａ）を有し前記エンジン（１０）により駆動されタンク内の油液を吸込んで圧油を吐出する油圧ポンプ（１３）と、該油圧ポンプ（１３）から吐出された圧油により駆動される走行用の油圧モータ（２４）と、前記車体（２）に設けられ走行時に前記油圧モータ（２４）を駆動操作する走行操作装置（２７）と、前記車体（２）に設けられ前記油圧モータ（２４）による走行速度を少なくとも低速と高速の２段に切換える走行速度切換部材（２９）と、前記エンジン（１０）の目標回転数を指示する回転数指示装置（２８）とを備え、
   前記制御装置（３３）は、前記エンジン（１０）の回転数を前記回転数指示装置（２８）で指示された目標回転数に近付けるように前記エンジン（１０）を電子制御し、前記油圧ポンプ（１３）の吐出圧力と吐出流量とのＰ−Ｑ特性が前記エンジン（１０）の出力トルク（Ｔｒ）による馬力曲線に基づいた特性となるように前記容量制御機構（１３Ａ）により前記油圧ポンプ（１３）の吐出容量を制御してなる建設機械において、
   前記制御装置（３３）は、
   前記エンジン（１０）が、エンジン構成部品のいずれかが不調状態となることにより、前記エンジン（１０）に供給する燃料噴射量を制限してエンジン出力を低下させるための保護モード運転に設定されているか否かを判定する出力低下判定手段と、
   該出力低下判定手段により前記エンジン（１０）が保護モード運転に設定されていると判定したときには、前記走行速度切換部材（２９）が高速側に切換えられている場合でも、前記走行操作装置（２７）の操作による高速側走行速度よりも低い速度に予め設定された低速状態にするため、前記容量制御機構（１３Ａ）により前記油圧ポンプ（１３）の吐出容量を小容量状態に保つ小容量保持手段とを備え、
   かつ前記制御装置（３３）は、
   前記出力低下判定手段によりエンジン（１０）が前記保護モード運転に設定されていると判定するまでの通常運転時は、通常運転時等馬力線の特性線（４０）に基づいて前記油圧ポンプ（１３）の吐出容量を制御し、
   前記エンジン（１０）が前記保護モード運転に設定されたときには、前記通常運転時等馬力線の特性線（４０）よりも小さい出力低下時等馬力線の特性線（４１）に基づいて、前記油圧ポンプ（１３）の吐出容量を前記小容量保持手段による小容量に保つ制御を行う構成としたことを特徴とする建設機械。

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