JP6934830B2

JP6934830B2 - 建設機械

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Publication number: JP6934830B2
Application number: JP2018058925A
Authority: JP
Inventors: 野口　修平; 修平野口; 基朗石井; 哲也中林; 達也宮脇
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP2019173567A

Description

本発明は、燃料に含まれる水を分離する水分離装置と、この水分離装置によって分離されて貯留された水の水位が所定の高さに到達したことを検出し、水位到達信号（スイッチ信号）を出力する水位検出装置とを備えた建設機械に関する。

この種の従来技術として、特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載の従来技術は、水分離装置と水位検出装置（水位センサ）とを備えた作業機械において、建設機械が作動しているか否かを判断する作動判断手段を設け、建設機械が作動していないと判断された場合のみ水位検出装置を有効にし、水位検出装置の誤検出による報知装置の誤動作を生じさせないようにしている。

特許文献２に記載の従来技術は、水分離装置と水位検出装置（水位センサ）とを備えた作業機械において、水位が所定の高さに到達したことを水位検出装置が検出したにも係わらず、水分離装置の排水作業が行われなかつたときには、所定時間経過後に、自動的にエンジン回転数を低下させることにより、オペレータに水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性を認識させるようにしている。

特開２０１３−１４４９０６号公報

特表２０１３−５３４２９４号公報

水分離装置に水が溜まり、水位検出装置によって水位が所定高さに到達したことが検出されたにも係わらず、オペレータが水分離装置の排水作業を行わなかった場合は、水分離装置に貯留した水が流出してエンジンの中に流れ込んでしまい、インジェクタや燃料システムなどに致命的な損傷を引き起こす可能性がある。特に、粗悪燃料が使用された場合は、その損傷を引き起こす傾向は顕著となる。

一方、油圧ショベル等の建設機械においては、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受け、水位検出装置の誤検出による報知装置の誤動作が繰り返し生じる可能性がある。このような場合、水分離装置の水位が実際に所定高さに到達して水位検出装置が正しく作動し、報知装置が動作して水分離装置の排水作業の必要性を報知した場合に、オペレータが誤動作だと判断して水分離装置の排水作業を行わなくなることが懸念される。

このような問題を回避するため、特許文献１では、建設機械が作動していないと判断された場合のみ水位検出装置を有効にし、水位検出装置の誤検出を生じさせないようにしている。しかし、このような水位検出装置の誤検出の防止では、水分離装置の水位が実際に所定高さに到達して水位検出装置が正しく作動し、報知装置が排水作業の必要性を報知した場合でも、オペレータによっては、水分離装置に貯留した水の流出によりインジェクタや燃料システムなどに致命的な損傷を引き起こす可能性があることの深刻性（本明細書では、このことを単に「水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性」と言う）を認識せず、直ちに排水作業を行うかどうかどうかは不明であり、エンジン保護の観点から見れば強制性に欠ける。

特許文献２では、水位検出装置によって水分離装置の水位が所定の高さになったことが検出されたにも係わらず、排水作業が行われなかったときには、所定時間経過後に、自動的にエンジン回転数を低下させることにより、オペレータに水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性を認識させるようにしている。しかし、例えば中速・低速回転数でしか建設機械を使用しないオペレータにとつては、エンジン回転数が低下していることに気付かずに作業を継続する可能性が考えられ、この技術もまた、エンジン保護の観点から見れば強制性に欠ける。

本発明の目的は、燃料に含まれる水を分離する水分離装置と水位センサを備えた建設機械において、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサの誤検出による報知装置の誤動作を防止し、かつオペレータに水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性を強く認識させ、作業性に及ぼす影響を最小に留めつつ、オペレータに強制的に水分離装置の排水作業を行わせることを可能とする建設機械を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、エンジンと、燃料タンクから前記エンジンに燃料を供給する燃料供給配管と、前記燃料供給配管の途中に設けられ、燃料に含まれる水を分離して貯留する水分離装置と、この水分離装置によって貯留された水の水位が所定の高さ以上にある間、水位到達信号を発生し続ける水位センサと、前記水位到達信号に基づいて前記水分離装置の排水作業が必要であることをオペレータに知らせる報知装置と、キー信号として電源をＯＮにするための電源ＯＮのキー信号と、前記エンジンを始動するためのエンジン始動のキー信号とを出力するキースイッチと、前記水位到達信号と前記キー信号が入力され、前記報知装置の動作と前記エンジンを制御する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、前記エンジンの始動前に前記電源ＯＮのキー信号が入力され、かつ、前記水位センサから前記水位到達信号が入力されたときは前記報知装置を動作させるとともに、その後、前記エンジン始動のキー信号が入力されて前記エンジンを始動させたときには、前記水位センサからの前記水位到達信号の入力を無効とし、前記エンジンの設定回転数を定格回転数より低い回転数に低下させることによって前記エンジンの回転数を低下させる回転数制限制御と、前記エンジンの最大燃料噴射量を定格の最大燃料噴射量よりも減少させることによって前記エンジンの最大出力馬力を低下させる燃料噴射量制限制御とを含むフェールセーフ制御を行うものとする。

このように構成した本発明は、エンジン始動のキー信号が入力されてエンジンを始動させたときに、水位センサからの水位到達信号の入力を無効とすることにより、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサの誤検出による報知装置の誤動作を防止することができる。

また、水位到達信号の入力を有効としかつ水位到達信号が入力されたときは報知装置を動作させるとともに、エンジンの回転数を低下させる回転数制限制御とエンジンの最大出力馬力を低下させる燃料噴射量制限制御を含むフェールセーフ制御を行うことにより、オペレータに水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性を強く認識させ、オペレータに強制的に水分離装置の排水作業を行わせることが可能となる。

更に、前回の電源ＯＮのキー信号入力時に水位到達信号が入力されず、その後エンジンを停止させるまでの間に水分離装置の水位が所定の高さに到達した場合は、今回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位センサから水位到達信号が入力され、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御が行われるため、オペレータは、今回のエンジン始動前の電源ＯＮのキー信号の入力時のみに水分離装置の排水作業を行えばよくなり、作業性に及ぼす影響を最小に留めることができる。

本発明によれば、燃料に含まれる水を分離する水分離装置と水位センサを備えた建設機械において、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサの誤検出による報知装置の誤動作を防止し、かつオペレータに水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性を強く認識させ、作業性に及ぼす影響を最小に留めつつ、オペレータに強制的に水分離装置の排水作業を行わせることを可能となる。

本発明の一実施の形態に係る建設機械である油圧ショベルの外観を示す図である。エンジンの燃料供給系を示す図である。本実施の形態の建設機械（油圧ショベル）に備えられるエンジン保護機能を備えたエンジンシステムを示す図である。エンジンコントローラの処理機能の概略を示す機能ブロック図である。エンジンコントローラ４０の処理機能の詳細を示すフローチャートである。エンジンコントローラ４０の処理機能の詳細を示すフローチャートである。回転数低下制御と燃料噴射量制限制御を行った場合のエンジンの回転数と出力トルク特性の変化を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る建設機械を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る建設機械である油圧ショベルの外観を示す図である。

図１において、油圧ショベルは、下部走行体１０１と、上部旋回体１０９と、スイング式のフロント作業機１０４を備え、フロント作業機１０４は、ブーム１０４ａ、アーム１０４ｂ、バケット１０４ｃから構成されている。上部旋回体１０９は下部走行体１０１に対して旋回モータ３ｃによって旋回可能である。上部旋回体１０９の前部にはスイングポスト１０３が取り付けられ、このスイングポスト１０３にフロント作業機１０４が上下動可能に取り付けられている。スイングポスト１０３はスイングシリンダ３ｅの伸縮により上部旋回体１０９に対して水平方向に回動可能であり、フロント作業機１０４のブーム１０４ａ、アーム１０４ｂ、バケット１０４ｃはブームシリンダ３ａ，アームシリンダ３ｂ，バケットシリンダ３ｄの伸縮により上下方向に回動可能である。下部走行体１０２の中央フレームには、ブレードシリンダ３ｈの伸縮により上下動作を行うブレード１０６が取り付けられている。下部走行体１０１は、走行モータ３ｆ，３ｇの回転により左右の履帯１０１ａ，１０１ｂ（図１では左側のみ図示）を駆動することによって走行を行う。

上部旋回体１０９にはキャノピータイプの運転室１０８が設置され、運転室１０８内には、運転席１２１、フロント／旋回用の左右の操作装置１２２，１２３（図１では左側のみ図示）、走行用の操作装置１２４ａ，１２４ｂ（図１では左側のみ図示）、図示しないスイング用の操作装置及びブレード用の操作装置、ゲートロックレバー１２５等が設けられている。

上部旋回体１０９の運転席１２１の後方にはエンジンルームが形成され、このエンジンルームにエンジン１と、このエンジン１を始動させるスタータ２などが配置されている。

図２は、エンジン１の燃料供給系を示す図である。

図２において、エンジン１の燃料供給系は、燃料タンク４と、燃料タンク４からエンジン１に燃料を供給する燃料供給配管５と、燃料供給配管５の途中に設けられ、燃料に含まれる水を分離して貯留する水分離装置７とを有している。燃料タンク４は上部旋回体１０９の運転席１２１の右側収納スペースに配置され、水分離装置７は例えばその右側収納スペースの燃料タンク４の近くに配置されている。

水分離装置７は、分離した水を貯留するタンク７ａと、タンク７ａの底部に設けられ、タンク７ａに貯留された水を排出するためのコック７ｂとを備え、オペレータはコック７ｂを開操作することで、水を外部に排出することができる。

また、水分離装置７は、水分離装置７によって分離されて貯留された水の水位が所定の高さに到達したときに作動し、水位が所定の高さ以上にある間、水位到達信号（電気信号）を発生し続ける水位センサ１０を備えている。

水位センサ１０は、比重が燃料よりも大きく、水よりも小さく設定され、水分離装置７内の燃料と水との境界面に浮遊するフロート１０ａと、このフロート１０ａを鉛直方向へ案内するガイド１０ｂと、このガイド１０ｂによって案内されたフロート１０ａの鉛直上方向への移動に対して上限を設定するストッパ１０ｃと、水分離装置７内の水位が所定の高さに到達したときに作動して、水位が所定高さ以上にある間、水位到達信号を発生し続ける出力装置１１とを有している。

出力装置１１は、例えばガイド１０ｂの内部に設けられ、２つの金属板が上述の所定の高さ位置に所定の間隔を空けて配置されたリードスイッチ１１ａと、フロート１０ａの内部に埋め込まれた磁石１１ｂとから構成されている。

水分離装置７が燃料に含まれる水を分離してタンク７ａに貯留することにより、水分離装置７のタンク７ａ内の水の量が増してゆく。水位が所定の高さに到達したとき、燃料と水との境界面に浮遊するフロート１０ａの内部の磁石１１ｂがリードスイッチ１１ａの２つの金属板のうち一方に近づき、この金属板が磁力を帯びるので、金属板が互いに引き寄せられる。これにより、両金属板が互いに接触して導通する。水位センサ１０は、このとき流れた電気信号、すなわち水位到達信号を発生し、エンジンコントローラ４０（図３）に送信する。また、水位が所定の高さ或いはそれ以上にある限り、水位センサ１０は水位到達信号を発生し続ける。

図３は、本実施の形態の建設機械（油圧ショベル）に備えられるエンジン保護機能を備えたエンジンシステムを示す図である。

図３において、本実施の形態におけるエンジンシステムは、エンジンコントロールダイヤル２０と、車体モニタ２２と、キースイッチ２４と、スタータリレー２６と、バッテリ（電源装置）２８と、車体コントローラ３０と、エンジンコントローラ４０とを備えている。

エンジンコントロールダイヤル２０、車体モニタ２２及びキースイッチ２４は、上部旋回体１０９の運転室１０８内の適所に配置され、バッテリ２８、車体コントローラ３０及びエンジンコントローラ４０は、上部旋回体１０９の運転席１２１の下側などのエンジンルームから離れた場所に配置されている。

エンジンコントロールダイヤル２０はオペレータの操作によりエンジン１の目標回転数を指示する指示信号を出力する。

車体モニタ２２は、エンジンの運転状態や燃料タンク内の燃料の残量を含む各種の情報を表示する。また、車体モニタ２２は、水位センサ１０の水位到達信号が発生し、車体コントローラ３０を経由してエンジンコントローラ４０から報知信号（後述）を入力したとき、水分離装置７内の水を排出するように促す排水通知を表示する。すなわち、車体モニタ２２は、水位センサ１０の水位到達信号に基づいて水分離装置７の排水作業が必要であることをオペレータに知らせる報知装置としての役割を有している。

キースイッチ２４は、ＯＦＦ位置と電源ＯＮ位置とエンジン始動位置を含む複数のキーポジションを有し、電源ＯＮ位置に操作されたときに電源ＯＮのキー信号を出力し、エンジン始動位置に操作されたときにエンジン始動のキー信号を出力する。スタータリレー２６は、電源系統のキースイッチ２４とエンジン１のスタータ２との間に配置されている。キースイッチ２４がＯＦＦ位置にあるとき、バッテリ２８はキースイッチ２４のいずれの接点とも接続されておらず、エンジンコントロールダイヤル２０、車体モニタ２２、車体コントローラ３０、エンジンコントローラ４０を含む電装品の電源はＯＦＦである。オペレータがキースイッチ２４にエンジンキーを差し込み、キースイッチ２４がＯＦＦ位置から電源ＯＮ位置に操作されると、接点Ｂがバッテリ２８と接続され（通電され）、電源がＯＮとなる。キースイッチ２４が電源ＯＮ位置から更にエンジン始動位置へと操作されると接点Ｃがバッテリ２８と接続される（通電される）。このとき、スタータリレー２６の接点２６ａが閉じて通電している場合は、スタータ２が駆動し、エンジン１は始動する。スタータリレー２６の接点２６ａの開閉はエンジンコントローラ４０によって制御される（後述）。

車体コントローラ３０は、エンジンコントロールダイヤル２０及び車体モニタ２２と電気的に接続されかつエンジンコントローラ４０と電気的に接続されている。車体コントローラ３０は、エンジンコントロールダイヤル２０の指示信号が入力されて、その指示信号（目標回転数）に基づいて設定回転数信号を生成し、その設定回転数信号をエンジンコントローラ４０に出力する。また、車体コントローラ３０は、エンジンコントローラ４０から報知信号（後述）を入力すると、その報知信号を車体モニタ２２に送信する。

エンジンコントローラ４０は、エンジン１の電子ガバナ（図示せず）と、水位センサ１０と、キースイッチ２４と、スタータリレー２６と電気的に接続され、水位センサ１０からの水位到達信号とキースイッチ２４からのキー信号を入力し、報知装置である車体モニタ２２の動作とエンジン１を制御する。

エンジンコントローラ４０は以下の制御を行う。

まず、エンジンコントローラ４０は、エンジン１の始動前にキースイッチ２４から電源ＯＮのキー信号が入力され、水位センサ１０から水位到達信号が入力されたときは車体モニタ２２（報知装置）を動作させるとともに、その後、エンジン始動のキー信号が入力されてエンジン１を始動させたときには、水位センサ１０からの水位到達信号の入力を無効とし、エンジン１の設定回転数を定格回転数より低い回転数に低下させることによってエンジン１の回転数を低下させる回転数制限制御と、エンジン１の最大燃料噴射量を定格の最大燃料噴射量よりも減少させることによってエンジン１の最大出力馬力を低下させる燃料噴射量制限制御とを含むフェールセーフ制御を行う。

また、エンジンコントローラ４０は、上記フェールセーフ制御を開始した後、所定時間経過するとエンジン１を停止させるエンジン停止制御を行う。

また、エンジンコントローラ４０は、電源ＯＮのキー信号が入力される都度、水位到達信号の入力の有無を記憶装置４０ｄ（図４参照）に記憶しておき、前回の電源ＯＮのキー信号入力時と今回の電源ＯＮのキー信号入力時の両方で水位到達信号が入力されたと判定したとき、エンジン１の始動を不能とするエンジン始動不能制御を行う。

更に、エンジンコントローラ４０は、電源ＯＮのキー信号が入力されたとき、スタータリレー２６の接点を遮断し、前回の電源ＯＮのキー信号入力時と今回の電源ＯＮのキー信号入力時の両方で水位到達信号が入力されたと判定したとき、スタータリレーの接点を遮断したままとし、エンジン始動不能制御を行う。

図４は、エンジンコントローラ４０の処理機能の概略を示す機能ブロック図である。エンジンコントローラ４０は、エンジン制御部４０ａと、信号入力制御部４０ｂと、報知制御部４０ｃの各機能と、記憶装置４０ｄを有している。

図５Ａ及び図５Ｂは、エンジンコントローラ４０の処理機能の詳細を示すフローチャートである。

図５Ａにおいて、まず、オペレータがキースイッチ２４にエンジンキーを差し込み、電源ＯＮ位置に操作すると、キースイッチ２４から電源ＯＮのキー信号がエンジンコントローラ４０に出力され、エンジンコントローラ４０のエンジン制御部４０ａと信号入力制御部４０ｂにはその電源ＯＮのキー信号が入力される（ステップＳ１００）。エンジン制御部４０ａは、電源ＯＮのキー信号が入力されると、スタータリレー２６の接点２６ａを遮断し、エンジン１の始動を不能とする（ステップＳ１１０）。信号入力制御部４０ｂは、電源ＯＮのキー信号が入力されると、水位センサ１０からの水位到達信号の入力を有効にする（ステップＳ１２０）。すなわち、信号入力制御部４０ｂは、電源ＯＮのキー信号が入力されなかったときは接点を開いて水位到達信号の入力を無効（不能）とし、電源ＯＮのキー信号が入力されたときは接点を閉じて水位到達信号の入力を可能とするスイッチ手段として機能する。これにより電源ＯＮのキー信号入力時に水位センサ１０が水位到達信号を発生していた場合は、エンジン制御部４０ａと報知制御部４０ｃにその水位到達信号を入力することができる。

次いで、エンジン制御部４０ａは、前回の電源ＯＮのキー信号の入力時と今回の電源ＯＮのキー信号の入力時のそれぞれにおいて水位到達信号が入力されたかどうかを判定する（ステップＳ１３０，Ｓ１４０，Ｓ３００）。

ステップＳ１３０，Ｓ１４０において、前回の電源ＯＮのキー信号の入力時と今回の電源ＯＮのキー信号の入力時のいずれにおいても水位到達信号が入力されなかったと判定したときは、前回の電源ＯＮのキー信号入力時以降、水分離装置７の水位が所定の高さに到達していない場合であり、エンジン制御部４０ａは、スタータリレー２６の接点２６ａを閉じて通電させ、エンジン１の始動を可能とする（ステップＳ１５０）。前回の電源ＯＮのキー信号の入力時における水位到達信号の入力の有無の判定は、キースイッチ２４から電源ＯＮのキー信号が入力される都度、水位到達信号の入力の有無を記憶装置４０ｄに記憶しておき、その記憶した判定結果を用いることにより行う。また、この状態で、オペレータがキースイッチ２４をエンジン始動位置に操作すると、バッテリ２８からスタータ２に電力が与えられ、スタータ２が駆動し、エンジン１が始動する。

次いで、信号入力制御部４０ｂは、オペレータがキースイッチ２４をエンジン始動位置に操作し、エンジン始動のキー信号が入力されたかどうかの判定を行い（ステップＳ１６０）、エンジン始動のキー信号が入力されたと判定すると、水位到達信号の入力を無効とする処理を行う（ステップＳ１７０）。これにより、その後の建設機械の稼動時に、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサ１０の誤検出による報知装置である車体モニタ２２の誤報知やエンジン１の誤制御を防止することができる。

次に、ステップＳ１３０において、前回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位到達信号が入力されていないと判定し、ステップＳ１４０において、今回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位到達信号が入力されたと判定したときは、前回の電源ＯＮのキー信号の入力後の建設機械の稼働時に水分離装置７の水位が所定の高さに到達した場合であり、報知制御部４０ｃは車体モニタ２２（報知装置）を動作させ、水分離装置７の排水作業が必要であることをオペレータに知らせる（ステップＳ２００）。次いで、エンジン制御部４０ａはスタータリレー２６の接点２６ａを閉じて通電させ、エンジン１の始動を可能とする（ステップＳ２１０）。この状態で、オペレータがキースイッチ２４をエンジン始動位置に操作すると、バッテリ２８からスタータ２に電力が与えられ、スタータ２が駆動し、エンジン１が始動する。

また、信号入力制御部４０ｂは、オペレータがキースイッチ２４をエンジン始動位置に操作し、エンジン始動のキー信号が入力されたかどうかの判定を行い（ステップＳ２２０）、エンジン始動のキー信号が入力されたと判定すると、水位到達信号の入力を無効とする処理を行う（ステップＳ２３０）。これによりステップＳ１７０の場合と同様、その後の建設機械の稼動時に、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサ１０の誤検出による報知装置である車体モニタ２２の誤報知やエンジン１の誤制御を防止することができる。

次いで、エンジン制御部４０ａは、エンジン１の回転数を低下させる回転数制限制御とエンジン１の最大出力馬力を低下させる燃料噴射量制限制御を含むフェールセーフ制御を行う（ステップＳ２４０）。

エンジン１の回転数制限制御は、エンジン１の設定回転数をエンジン１の定格回転数（例えば２０００ｒｐｍ）よりも低下させる制御であり、エンジン制御部４０ａは、エンジンの電子ガバナに出力されるエンジン制御信号の設定回転数をエンジンコントロールダイヤル２０が指示する目標回転数から、エンジン１の定格回転数よりも低い中間回転数（例えば１５００ｒｐｍ）へと変更し、その回転数を設定回転数とするエンジン制御信号をエンジン１の電子ガバナに出力することで回転数制限制御を行う。

燃料噴射量制限制御は、電子ガバナの最大燃料噴射量を定格の最大燃料噴射量よりも減少させ、エンジン１の出力馬力をエンジン１の定格馬力よりも例えば約１５％低下させる制御である。エンジン制御部４０ａは、例えば目標回転数から燃料噴射量を演算する際に最大燃料噴射量を制限する処理を行うことで燃料噴射量制限制御を行う。

次いで、エンジン制御部４０ａは、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を開始した後、所定時間が経過したかどうかを判定し（ステップＳ２５０）、所定時間が経過するとエンジン１を停止させるエンジン停止制御を行う。所定時間は例えば２時間である。エンジン停止制御は、例えば電子ガバナに出力するエンジン制御信号をＯＦＦにして燃料噴射を停止することによって行うことができる。

このように回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を開始した後、依然として、オペレータがエンジンを停止して水分離装置の排水作業を行わなかった場合は、強制的にエンジンを停止させて油圧ショベルの稼動を不能とし、オペレータが排水作業を行わざるを得ないようにする。

次に、ステップＳ１３０において、前回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位到達信号が入力されたと判定したが、ステップ３００において、今回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位到達信号が入力されなかったと判定したときは、前回の電源ＯＮのキー信号の入力後の建設機械の稼働時にオペレータが水分離装置７の排水作業を行った場合であり、エンジン制御部４０ａと信号入力制御部４０ｂはステップ１５０，Ｓ１６０，Ｓ１７０と同様の処理を行う。すなわち、エンジン制御部３０ａはエンジン１の始動を可能とし（ステップＳ３１０）、信号入力制御部３０ｂにエンジン始動のキー信号が入力された後、水位到達信号の入力を無効とする処理を行う（ステップＳ３２０，Ｓ３３０）。この状態で、オペレータがキースイッチ２４をエンジン始動位置に操作すると、バッテリ２８からスタータ２に電力が与えられ、スタータ２が駆動し、エンジン１が始動する。また、ステップＳ３３０において、水位到達信号の入力を無効（不能）とする処理を行うことにより、ステップＳ１７０の場合と同様、その後の建設機械の稼動時に、掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサ１０の誤検出による報知装置である車体モニタ２２の誤報知やエンジン１の誤制御を防止することができる。

一方、ステップＳ１３０において、前回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位到達信号が入力されたと判定し、ステップＳ３００において、今回の電源ＯＮのキー信号の入力時にも水位到達信号が入力されたと判定したときは、前回の電源ＯＮのキー信号の入力時におけるステップＳ２００において排水作業の必要性を報知し、ステップＳ２４０において回転数制限制御及び燃料噴射量制御、更にはステップＳ２６０においてエンジン停止制御を行ったにも係わらず、オペレータが水分離装置７の排水作業を行わなかった場合である。この場合は、報知制御部４０ｃは車体モニタ２２（報知装置）を動作させ、水分離装置７の排水作業が必要であることをオペレータに改めて知らせた上で（ステップＳ４００）、スタータリレー２６の接点２６ａを遮断したままとし、オペレータがキースイッチ２４をエンジン始動位置に操作しても、エンジン１が始動しないエンジン始動不能制御を行う。また、信号入力制御部３０ｂはエンジン始動のキー信号を入力した後、水位到達信号の入力を無効とする処理を行う（ステップＳ４１０，Ｓ４２０）。

図６は、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を行った場合のエンジン１の回転数と出力トルク特性の変化を示す図である。横軸はエンジン１の回転数であり、縦軸はエンジン１の出力トルクである。また、符号Ａは、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御が行われていないときの定格回転数におけるエンジン１の出力トルク特性であり、符号Ｂは回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を行ったときのエンジン１の出力トルク特性である。

エンジン１の出力トルク特性Ａは、電子ガバナの燃料噴射量が最小から最大に増加するまでのレギュレーション特性Ｔｒａと、電子ガバナの燃料噴射量が最大に達したときの全負荷特性Ｔｆａとから構成されている。図示の例では、レギュレーション特性Ｔｒａは、電子ガバナの燃料噴射量の増減に係わらずエンジン回転数を一定に制御するアイソクロナス特性の例である。レギュレーション特性Ｔｒａは、電子ガバナの燃料噴射量が増大するにしたがってエンジン回転数が低下するドループ特性であってもよい。全負荷特性Ｔｆａは、燃料噴射量が最大であるとき、エンジン１の出力回転数が低下するにしたがって出力トルクが増加し、中間回転数よりも低いＥ点で最大トルクとなる特性を有しており、これにより電子ガバナの燃料噴射量が最大になった後も、エンジン負荷の増大による出力回転数の低下に応じて出力トルクが増加し、エンジンストールが生じにくい特性となっている。

回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を行うと、エンジン１の出力トルク特性はＢのように変化する。すなわち、回転数制限制御によりレギュレーション特性はＴｒａからＴｒｂへと変化し、燃料噴射量制限制御により全負荷特性はＴｆａからＴｆｂへと変化する。

回転数制限制御はエンジン１の設定回転数を定格回転数（例えば２０００ｒｐｍ）よりも低下させる制御であり、設定回転数は矢印Ｃで示すように定格回転数から、例えば、最大トルク点Ｅの回転数よりも２００ｒｐｍ程度高い回転数（例えば１５００ｒｐｍ）に低下する。

ここで、回転数制限制御だけを行った場合は、電子ガバナの燃料噴射量は全負荷特性Ｔｆａ上のトルク点Ｇで最大となるのに対し、燃料噴射量制限制御を行い、電子ガバナの最大燃料噴射量を制限した場合は、最大燃料噴射量となるトルク点はＧ点から例えばＨ点に低下する。このため全負荷特性はＴｆａからＴｆｂへと変化し、最大燃料噴射量におけるエンジン１の最大出力馬力（出力トルクと回転数の積）も低下する。燃料噴射量の制限量は、例えば、最大出力馬力が定格よりも１５％程度低下するように設定されている。

このようにエンジン１の最大回転数だけでなく、燃料噴射量制限制御によってエンジン１の最大出力馬力も低下させることにより、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｄなどのアクチュエータの駆動速度だけでなく、駆動力も低下するため、作業性の低下が著しくなり、オペレータにエンジン性能が低下していることを確実に気付かせることができる。これにより水分離装置７に貯留した水の流出に関する深刻性を強くオペレータに認識させ、オペレータに強制的にエンジンを停止させ、水分離装置７の排水作業を行わせることができる。

以上のように構成した本実施の形態によれば以下の効果が得られる。

１．ステップＳ１００においてキースイッチ２４から電源ＯＮのキー信号が入力された後、ステップＳ１２０において水位センサ１０からの水位到達信号の入力を有効にし、ステップＳ１６０，Ｓ２２０，Ｓ３２０，Ｓ４１０においてエンジン始動のキー信号が入力されと判定した後、ステップＳ１７０，Ｓ２３０，Ｓ３３０，Ｓ４２０において水位到達信号の入力を無効とする処理を行う。このようにエンジン１の始動前の電源ＯＮのキー信号の入力直後のみ、水位センサ１０からの水位到達信号の入力を有効とするにより、建設機械の作業時に掘削、走行等により水分離装置が衝撃で大きな振動を受けた場合の水位センサ１０の誤検出による車体モニタ２２（報知装置）の誤報知やエンジン１の誤制御を防止することができる。

２．ステップＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１４０，Ｓ２００，Ｓ２４０において、水位到達信号の入力を有効としかつ水位到達信号が入力されたときに車体モニタ２２（報知装置）を動作させるとともに、エンジン１の回転数を低下させる回転数制限制御とエンジン１の最大出力馬力を低下させる燃料噴射量制限制御を含むフェールセーフ制御を行う。これによりオペレータに水分離装置に貯留した水の流出に関する深刻性を強く認識させ、オペレータに強制的に水分離装置の排水作業を行わせることが可能となる。

３．ステップＳ１３０において前回の電源ＯＮのキー信号入力時に水位到達信号が入力されず、その後エンジンを停止させるまでの間に水分離装置７の水位が所定の高さに到達した場合は、ステップ１４０において今回の電源ＯＮのキー信号の入力時に水位センサ１０から水位到達信号が入力され、ステップＳ２４０〜Ｓ２６０において、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御並びにエンジン停止制御が行われる。これによりオペレータは、今回のエンジン始動前の電源ＯＮのキー信号の入力時のみに水分離装置７の排水作業を行えばよくなり、作業性に及ぼす影響を最小に留めることができる。

４．エンジンコントローラ４０は、水位到達信号が入力されたとき、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を行うだけでなく、更に、ステップＳ２５０，Ｓ２６０において、所定時間経過するとエンジン１を停止させるエンジン停止制御を行う。これによりオペレータは水分離装置７の排水作業を行わざるを得なくなり、オペレータに更に強制的に水分離装置７の排水作業を行わせることを可能となる。

５．エンジンコントローラ４０は、ステップＳ１３０，Ｓ３００において前回の電源ＯＮのキー信号入力時と今回の電源ＯＮのキー信号入力時の両方で水位到達信号が入力されたと判定したときは、エンジン１の始動を不能とするエンジン始動不能制御を行う。これによりオペレータは水分離装置７の排水作業を行わないと建設機械を稼動できなくなるため、オペレータに確実に水分離装置７の排水作業を行わせることを可能となる。

６．エンジンコントローラ４０は、ステップＳ１１０において、電源ＯＮのキー信号が入力されたとき、スタータリレー２６の接点を遮断し、ステップＳ１３０，Ｓ３００において、前回の電源ＯＮのキー信号入力時と今回の電源ＯＮのキー信号入力時の両方で水位到達信号が入力されたと判定したときは、スタータリレーの接点を遮断したままとすることで、エンジン始動不能制御を行う。これによっても既存のスタータリレー２６を用いて、簡易な構成でステップＳ２６０のエンジン停止制御を行うことができる。

〜その他〜
なお、上記実施の形態は種々の変形が可能である。以下に幾つかの変形例を説明する。

１．上記実施の形態においては、エンジンコントローラ４０は、水位到達信号が入力されたとき、ステップＳ２５０，Ｓ２６０において、所定時間経過後にエンジン１を停止させるエンジン停止制御を行ったが、ステップＳ２４０の回転数制限制御と燃料噴射量制限制御だけを行ってもよい。その場合でも、アクチュエータの駆動速度だけでなく、駆動力も低下するため、作業性の低下が著しくなり、従来技術に比べ、オペレータにエンジン性能が低下していることを確実に気付かせることができる。

２．上記実施の形態においては、エンジンコントローラ４０は、ステップＳ１２０において、電源ＯＮのキー信号が入力される都度、水位到達信号の入力の有無を判定し、ステップＳ１３０，Ｓ３００において前回の電源ＯＮのキー信号入力時と今回の電源ＯＮのキー信号入力時の両方で水位到達信号が入力されたと判定したとき、エンジンの始動を不能とするエンジン始動不能制御を行ったが、このエンジン始動不能制御は省略することができる。ただし、このエンジン始動不能制御を設けることにより、上記のように、オペレータは水分離装置７の排水作業を行わないと建設機械を稼動できなくなり、オペレータに確実に水分離装置７の排水作業を行わせることを可能となるため、エンジン保護の観点から極めて好ましい。

３．上記実施の形態においては、ステップＳ２４０のフェールセーフ制御において、回転数制限制御と燃料噴射量制限制御を同時に開始する場合を説明したが、回転数制限制御を開始した後、所定時間経過すると燃料噴射量制限制御を行うようにしてもよい。この場合の所定時間は例えば１時間４５分であり、その後の燃料噴射量制御の継続時間は例えば１５分である。

４．上記実施の形態においては、エンジンコントローラ４０にエンジン制御部４０ａ、信号入力制御部４０ｂ、報知制御部４０ｃの各機能と、記憶装置４０ｄを設けたが、これらの要素の全て或いは少なくとも一部を車体コントローラ３０に設けてもよい。例えば、エンジン制御部４０ａ、信号入力制御部４０ｂ、報知制御部４０ｃ、記憶装置４０ｄの全てを車体コントローラ３０に設けた場合は、水位センサ１０からの水位到達信号は車体コントローラ３０に入力され、キースイッチ２４からのキー信号は例えばエンジンコントローラ４０を経由して車体コントローラ３０に入力される。車体コントローラ３０の報知制御部４０ｃはダイレクトに車体モニタ２２（報知装置）に報知信号を出力し、エンジン制御部４０ａはエンジン制御信号とスタータリレー２６の制御信号をエンジンコントローラ４０に送信し、エンジンコントローラ４０を介してエンジン１の制御とスタータリレー２６の接点２６ａを開閉する制御を行えばよい。

５．上記実施の形態では、建設機械が油圧ショベルである場合について説明したが、水分離装置と水位センサを備えた建設機械であれば、油圧ショベル以外建設機械（例えばホイールローダ、油圧クレーン、ホイール式ショベル等）に本発明を適用してもよく、この場合も同様の効果が得られる。

１エンジン
２スタータ
４燃料タンク
５燃料供給配管
７水分離装置
１０水位センサ
２０エンジンコントロールダイヤル
２２車体モニタ（報知装置）
２４キースイッチ
２６スタータリレー
２８バッテリ
３０車体コントローラ（コントローラ）
４０エンジンコントローラ（コントローラ）
４０ａエンジン制御部
４０ｂ信号入力制御部
４０ｃ報知制御部
４０ｄ記憶装置

Claims

エンジンと、
燃料タンクから前記エンジンに燃料を供給する燃料供給配管と、
前記燃料供給配管の途中に設けられ、燃料に含まれる水を分離して貯留する水分離装置と、
この水分離装置によって貯留された水の水位が所定の高さ以上にある間、水位到達信号を発生し続ける水位センサと、
前記水位到達信号に基づいて前記水分離装置の排水作業が必要であることをオペレータに知らせる報知装置と、
キー信号として電源をＯＮにするための電源ＯＮのキー信号と、前記エンジンを始動するためのエンジン始動のキー信号とを出力するキースイッチと、
前記水位到達信号と前記キー信号が入力され、前記報知装置の動作と前記エンジンを制御する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、
前記エンジンの始動前に前記電源ＯＮのキー信号が入力され、かつ、前記水位センサから前記水位到達信号が入力されたときは前記報知装置を動作させるとともに、その後、前記エンジン始動のキー信号が入力されて前記エンジンを始動させたときには、前記水位センサからの前記水位到達信号の入力を無効とし、前記エンジンの設定回転数を定格回転数より低い回転数に低下させることによって前記エンジンの回転数を低下させる回転数制限制御と、前記エンジンの最大燃料噴射量を定格の最大燃料噴射量よりも減少させることによって前記エンジンの最大出力馬力を低下させる燃料噴射量制限制御とを含むフェールセーフ制御を行うことを特徴とする建設機械。
請求項１記載の建設機械において、
前記コントローラは、前記フェールセーフ制御を開始した後、所定時間経過すると前記エンジンを停止させるエンジン停止制御を行うことを特徴とする建設機械。
請求項１記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記電源ＯＮのキー信号が入力される都度、前記水位到達信号の入力の有無を記憶装置に記憶しておき、前回の前記電源ＯＮのキー信号入力時と今回の前記電源ＯＮのキー信号入力時の両方で前記水位到達信号が入力されたとき、前記エンジンの始動を不能とするエンジン始動不能制御を行うことを特徴とする建設機械。
請求項３記載の建設機械において、
前記キースイッチと前記エンジンのスタータとの間に配置されたスタータリレーを更に備え、
前記コントローラは、前記電源ＯＮのキー信号が入力されたとき、前記スタータリレーの接点を遮断し、前回の前記電源ＯＮのキー信号入力時と今回の前記電源ＯＮのキー信号入力時の両方で前記水位到達信号が入力されたとき、前記スタータリレーの接点を遮断したままとし、前記エンジン始動不能制御を行うことを特徴とする建設機械。