JP7106949B2 - 建設機械のエンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械のエンジンシステムに関する。

油圧ショベル等の建設機械では、ターボチャージャを組み込んだエンジンシステムを搭載したものが一般に知られている。

また、例えば特許文献１に見られるように、ターボチャージャにモータ発電機を組み込んで、該モータ発電機を制御することで、ターボチャージャの所要の回転制御を行うことを可能としたエンジンシステムが知られている。

特開２０１２－９２７８６号公報

特許文献１に見られるエンジンシステムは、ターボチャージャの種々様々な回転制御を、モータ発電機を介して適宜、行うことが可能であるものの、高価なものとなる。このため、建設機械では、汎用的なターボチャージャを組み込んだエンジンシステムが搭載されることが一般的である。

しかしながら、このように、汎用的なターボチャージャを組み込んだエンジンシステムが搭載された建設機械では、次のような課題がある。

すなわち、汎用的なターボチャージャは、エンジンの出力を上昇させようとしたとき、吸気路側のコンプレッサによる過給圧を所定の過給圧まで増加させるように排気路側のタービンが回転するように作動する。

そして、建設機械の高地での作業時には、平地（標準的な標高の地）での作業時よりも空気が希薄であるために、過給圧を所定の過給圧まで上昇させるために必要なタービンの回転数が平地よりも高くなる。このため、高地での作業時には、ターボチャージャが過回転状態になりやすい。ひいては、ターボチャージャの耐久性の低下や、損傷を招きやすい。

また、これを防止するために、ターボチャージャが過回転状態になる虞がある状況で、エンジンへの燃料供給を制限することが考えられる。しかしながら、このようにすると、エンジンの十分な出力を確保することができなくなってしまう。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、建設機械の高地での作業時でも、エンジンの十分な出力を確保しつつ、ターボチャージャが過回転状態になるのを防止することができると共に、汎用性の高い簡易な構成で実現することができるエンジンシステムを提供することを目的とする。

本発明の建設機械のエンジンシステムは、上記の目的を達成するために、油圧装置の動力源としてのエンジンと、該エンジンの排気路と吸気路とに各々配置されたタービン及びコンプレッサを有するターボチャージャとを備える建設機械のエンジンシステムであって、
前記ターボチャージャのコンプレッサの上流側で前記吸気路に介装され、内部に該吸気路に連通する気室を有するエアチャンバーと、該エアチャンバーの上流側で前記吸気路に介装されたコンプレッサを有するエア過給機と、該エア過給機のコンプレッサを回転駆動するアクチュエータと、大気圧を検出する第１圧力センサと、前記アクチュエータを制御することにより前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を行う機能を有する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、前記第１圧力センサによる大気圧の検出値が所定値よりも低い状態で、前記エアチャンバーの気室の圧力であるチャンバー圧が前記大気圧の検出値よりも高い圧力になるように前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を行う機能を有するように構成されていることを基本構成とする。
そして、本発明では、さらに前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を、前記エンジンの回転数が所定値以上であることを必要条件として実行するように構成されていることを特徴とする（第１発明）。

かかる第１発明によれば、建設機械による高地での作業時のように、前記第１圧力センサによる大気圧の検出値が所定値よりも低い状況では、前記制御装置による前記エア過給機のコンプレッサの作動制御が前記アクチュエータを介して行われる。そして、この作動制御によって、前記チャンバー圧を前記大気圧の検出値よりも高い圧力（例えば、平地（標準的な標高の地）での大気圧と同等の圧力）にすることができる。

このため、前記ターボチャージャのコンプレッサにエアチャンバーの気室から、建設機械の作業現場の大気圧よりも高い気圧の空気を供給することができる。その結果、ターボチャージャのタービン及びコンプレッサが過回転状態になるのを防止しつつ、エンジンへの過給圧を上昇させることができる。また、この場合、エアチャンバーの気室に加圧された空気が蓄えられるので、エンジンの負荷が比較的急激に増加するような場合でも、エンジンへの過給圧、ひいては、エンジンの出力を速やかに上昇させることができる。

また、第１発明のエンジンシステムの機構は、ターボチャージャーのコンプレッサの上流側の吸気路に、前記エア過給機及びエアチャンバーを組み付けるだけで構成することができる。そして、この場合、エア過給機及びエアチャンバーは、さほど大きなものを必要としないと共に汎用的なものを採用し得る。

よって、第１発明によれば、建設機械の高地での作業時でも、エンジンの十分な出力を確保しつつ、ターボチャージャが過回転状態になるのを防止することができると共に、汎用性の高い簡易な構成で実現することが可能となる。
ここで、エンジンの回転数が上記所定値よりも低い状態では、エンジンの負荷が低負荷となっている場合が多い。また、エンジン回転数が上記所定値よりも低い状態では、エンジンの負荷が急激に増加しても、ターボチャージャのタービン及びコンプレッサが過回転状態にまで達する可能性は十分に低い。
そして、第１発明は、このようにエンジンの回転数が低い状態では、エア過給機の作動制御が行われない。これにより、エア過給機の不要な作動を回避して、不要なエネルギー消費を削減することができる。

上記基本構成を有する本発明では、前記建設機械が、その運転操作用の操作レバーの操作を無効状態に設定可能なレバーロック操作部を備えている場合には、前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を、該レバーロック操作部による前記無効状態の設定が解除されていることを必要条件として実行するように構成されていることが好ましい（第２発明）。

ここで、レバーロック操作部によって、建設機械の運転操作用の操作レバーの操作が無効状態に設定されている状態は、建設機械による作業が行われない状態であるので、前記エンジンの負荷は低負荷状態に維持される。このため、当該状態は、エンジンへの過給を必要としない状況である。

そして、第２発明では、このように操作レバーの操作が無効状態に設定されている状態では、エア過給機の作動制御が行われない。これにより、該エア過給機の不要な作動を回避して、不要なエネルギー消費を削減することができる。

上記基本構成を有する本発明では、前記チャンバー圧を検出する第２圧力センサをさらに備えており、前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動制御において、前記第２圧力センサによるチャンバー圧の検出値と所定値との大小関係に応じて該エア過給機のコンプレッサの作動及び停止を交互に繰り返すように構成されていることが好ましい（第３発明）。

これによれば、エア過給機のコンプレッサの作動制御時に、チャンバー圧が必要以上に高圧になるのを防止することができる。また、この場合、チャンバー室から外部への排気を必要とせずに、ひいては、排気音を発生させることなく、チャンバー圧が過剰に高圧になるのを防止できる。

また、チャンバー圧を所定値の近辺の圧力に保つことができるので、ターボチャージャのコンプレッサに供給される空気の圧力の安定性を高めることができる。

上記基本構成を有する本発明では、前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動時に、該コンプレッサが下流側に供給する風量が、前記ターボチャージャのコンプレッサの上限回転数での作動時に該コンプレッサが下流側に供給する風量以上の風量となるように設定された回転数で、前記エア過給機のコンプレッサを前記アクチュエータにより回転駆動するように構成されていることが好ましい（第４発明）。

これによれば、前記エア過給機のコンプレッサの作動時には、ターボチャージャで必要とする風量の空気（エンジンへの過給圧が所要の過給圧にまで上昇させるのに必要な風量の空気）を、確実且つ安定にターボチャージャのコンプレッサに供給することが可能となる。ひいては、ターボチャージャのタービン及びコンプレッサが過回転状態になるのを防止することの効果を高めることができる。

本発明の実施形態における建設機械の一例としての油圧ショベルを示す側面図。 実施形態のエンジンシステムの全体構成を示す図。 図２に示すエア過給コントローラの制御処理を示すフローチャート。 図３のＳＴＥＰ１で用いる所定値ＮＥ１の設定例を示すグラフ。 実施形態のエンジンシステムの作動例に関するタイミングチャート。

本発明の一実施形態を図１～図５を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の建設機械１は、例えば、油圧ショベルである。この建設機械１は、クローラ式の走行体２と、走行体２上に旋回可能に搭載された機体としての旋回体３と、旋回体３に取付けられた作業装置４とを備える。走行体２の走行動作と旋回体３の旋回動作とはそれぞれ図示を省略する油圧モータにより駆動される。

旋回体３は前部に運転室３ａを備え、後部に機械室３ｂを備える。図１での図示は省略するが、機械室３ｂには、後述するエンジン１１や油圧装置１５等が搭載されている。

作業装置４は、旋回体３の運転室３ａの側方箇所から揺動可能に延設されたブーム４ａと、ブーム４ａの先端部から揺動可能に延設されたアーム４ｂと、アーム４ｂの先端部に揺動可能に取付けられたアタッチメント４ｃ（図示例では、バケット）と、ブーム４ａ、アーム４ｂ及びアタッチメント４ｃをそれぞれ駆動する油圧シリンダ５ａ，５ｂ，５ｃとを備える。

なお、建設機械１（油圧ショベル）は、例えば、車輪型の走行体を備えるものであってもよく、また、旋回体を備えないものであってもよい。また、作業装置４の構造は、図示例のものと異なっていてもよい。

本実施形態では、かかる建設機械１（油圧ショベル）に、図２に示すエンジンシステム１０が搭載されている。このエンジンシステム１０は、ターボチャージャ１２が付設されたディーゼルエンジン等のエンジン１１（内燃機関）と、該エンジン１１に空気を導入する吸気路２０と、該エンジン１１から排ガスを導出する排気路３０と、エア過給機２２及びエアチャンバー２４とを備える。

エンジン１１の回転軸（出力軸）１１ａには、建設機械１に搭載された油圧装置１５に含まれる一つ以上の油圧ポンプ１６が接続されていると共に、エンジン１１の冷却用のファン１３に接続され、これらの油圧ポンプ１６及びファン１３がエンジン１１により駆動される。

油圧装置１５は、建設機械１に搭載された各油圧アクチュエータ（前記油圧シリンダ５ａ～５ｃを含む）への作動油の供給を行う装置である。詳細な図示は省略するが、油圧装置１５は、油圧ポンプ１６の他、各油圧アクチュエータの駆動用の方向切換弁、作動油タンク、作動油配管、パイロット油通路等の種々の油圧回路要素を含む。

また、エンジン１１には、該エンジン１１のアイドリング回転数を調整するためのアクセルレバー（図示省略）の操作状態を検出するアクセルレバー操作検出器４２と、エンジン１１の回転数ＮＥ（回転軸１１ａの回転速度）を検出する回転数検出器４３とが付設されている。

ターボチャージャ１２は、公知の構成のものであり、排気路３０に回転自在に介装されたタービン１２ａと、該タービン１２ａと一体に回転し得るように該タービン１２ａに連結されていると共に吸気路２０に介装されたコンプレッサ１２ｂとを有する。このターボチャージャ１２では、エンジン１１から排気路１４に流れる排ガスにより、タービン１２ａがコンプレッサ１２ｂと一体に回転駆動され、該コンプレッサ１２ｂの回転によりエンジン１１に空気を圧送する（過給する）ことが可能である。

排気路３０には、上記タービン１２ａの他、マフラー３１がタービン１２ａの下流側に介装されている。

吸気路２０の上流端には、エアクリーナ２１が装着されている。また、吸気路２０には、エアクリーナ２１とターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ｂとの間に、エア過給機２２のコンプレッサ２２ａと、逆止弁２３と、エアチャンバー２４とが上流側から順に介装されている。

エア過給機２２は、本実施形態では、コンプレッサ２２ａを回転駆動するアクチュエータとして、電動モータ２２ｂを有する電動式のエア過給機である。

エアチャンバー２４は、吸気路２０に連通するチャンバー室（図示省略）を内部に有し、該チャンバー室内に加圧状態の空気を蓄えることが可能である。該チャンバー室には、その内部の圧力ＰＣ（以降、チャンバー圧ＰＣという）が所定値以上の過圧状態になると開弁する逆止弁２４ａを有する過圧逃がし通路２４ｂが接続されている。また、エアチャンバー２４には、チャンバー圧ＰＣを検出する圧力センサ４４が付設されている。該圧力センサ４４は、本発明における第２圧力センサに相当する。

エンジンシステム１０は、さらに、エンジン１１の運転制御を行う制御装置であるエンジンＥＣＵ４０と、エア過給機２２の運転制御を行う制御装置であるエア過給コントローラ４１と、大気圧ＰＡを検出する圧力センサ４５とを備える。該圧力センサ４５は、本発明における第１圧力センサに相当する。

エンジンＥＣＵ４０は、マイコン、メモリ、インターフェース回路等を含む一つ以上の電子回路ユニットにより構成され、アクセルレバー操作検出器４２の検出信号や回転数検出器４３の検出信号等、エンジン１１の運転に関する種々の検出信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ４０は、実装されたハードウェア構成及びプログラム（ソフトウェア構成）の両方又は一方により実現される機能によって、エンジン１１の図示しないスロットル弁や燃料供給装置を制御することで、エンジン１１の運転制御を行う。

エア過給コントローラ４１は、エンジンＥＣＵ４０と同様に一つ以上の電子回路ユニットにより構成され、前記圧力センサ４４，４５の検出信号が入力されると共に、建設機械１の駐車時等に、走行体２、旋回体３及び作業装置４の運転操作用の操作レバーの操作をロック状態（無効状態）とするレバーロック操作部５０の操作状態を示すレバーロック操作信号が、該レバーロック操作部５０又はこれに付設された検出器（信号生成器）から入力される。

また、エア過給コントローラ４１は、エンジンＥＣＵ４０と通信可能であり、この通信により、アクセルレバーの操作状態を示す情報と、エンジン１１の回転数ＮＥとを示す情報とをエンジンＥＣＵ４０から取得することが可能である。そして、エア過給コントローラ４１は、実装されたハードウェア構成及びプログラム（ソフトウェア構成）の両方又は一方により実現される機能によって、エア過給機２２の動作制御を行う。

なお、エンジンＥＣＵ４０とエア過給コントローラ４１とは、共通の電子回路ユニットにより構成することも可能である。また、エンジンＥＣＵ４０又はエア過給コントローラ４１は、油圧装置１５の作動制御等、その他の制御処理機能を含んでいてもよい。この場合、例えばエア過給コントローラ４１は、建設機械１の運転制御用のコントローラの一部の機能として含まれ得る。

次に、本実施形態のエンジンシステム１０の作動を説明する。エンジン１１の運転状態で、エア過給コントローラ４１は、図３のフローチャートに示す処理を所定の制御処理周期で逐次実行する。

ＳＴＥＰ１において、エア過給コントローラ４１は、回転数検出器４３で検出されるエンジン１１の現在の回転数ＮＥの検出値をエンジンＥＣＵ４０から取得し、該回転数ＮＥの検出値が所定値ＮＥ１よりも大きいか否かを判断する。

ここで、作業装置４により比較的高負荷の作業を行う場合には、通常、エンジン１１のアイドリング回転数を高くするように、アクセルレバーがハイアイドル側に操作され、このような操作状態で、ＳＴＥＰ１の判断結果が肯定的になる。また、作業装置４により行う作業が比較的低負荷の作業である場合には、通常、エンジン１１のアイドリング回転数を低くするように、アクセルレバーがローアイドル側に操作され、このような操作状態で、ＳＴＥＰ１の判断結果が否定的になる。

なお、ＳＴＥＰ１では、回転数ＮＥの検出値を所定値ＮＥ１と比較する代わりに、アクセルレバー操作検出器４２により検出されるアクセルレバーの操作状態が、ハイアイドル側の操作状態であるか否かを判断するようにしてもよい。

また、ＳＴＥＰ１における所定値ＮＥ１は、図４の実線のラインＬ１で示す如く、固定値でもよいが、例えば図４の破線のラインＬ２で示す如く、圧力センサ４５の検出信号により示される現在の大気圧ＰＡ（検出値）に応じて可変的に設定した値（大気圧ＰＡの増加に対して単調に増加するように設定した値）であってもよい。

ＳＴＥＰ１の判断結果が肯定的である場合（ＮＥ＞ＮＥ１である場合）には、エア過給コントローラ４１は、ＳＴＥＰ２の処理を実行する。このＳＴＥＰ２では、エア過給コントローラ４１は、圧力センサ４５の検出信号により示される現在の大気圧ＰＡの検出値を取得し、この大気圧ＰＡの検出値を、所定値Ｐ２から減算してなる大気圧偏差ΔＰＡを算出する。該所定値Ｐ２は、本実施形態では、例えば、平地（詳しくは、標準的な標高の地）での標準的な大気圧の値（例えば標準気圧）に設定されている。

次いで、ＳＴＥＰ３において、エア過給コントローラ４１は、大気圧偏差ΔＰＡの算出値が、所定値ΔＰ３よりも大きいか否かを判断する。ここで、建設機械１の存在地（作業現場）が、標高が比較的高い高地である場合、ＳＴＥＰ３の判断結果が肯定的になり、該存在地が平地もしくは低標高の地である場合には、ＳＴＥＰ３の判断結果が否定的になる。

なお、ＳＴＥＰ３では、大気圧ＰＡの検出値が、所定値（＝Ｐ２－ΔＰ３）よりも低いか否か（換言すれば、Ｐ２よりも所定値ΔＰ３以上、低いか否か）を判断してもよい。この場合には、ＳＴＥＰ２の処理は不要である。

ＳＴＥＰ３の判断結果が肯定的である場合には、エア過給コントローラ４１は、さらにＳＴＥＰ４において、レバーロック操作信号により示されるレバーロック操作部５０の操作状態が、レバーロックの解除状態（操作レバーの操作の有効状態）であるか否かを判断する。

このＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的である場合（レバーロック操作部５０が操作レバーのロック状態に設定されている場合）には、エア過給コントローラ４１は、以下に説明するＳＴＥＰ５からの処理を実行する。また、ＳＴＥＰ１，３，４のいずれかの判断結果が否定的である場合には、エア過給コントローラ４１は、後述のＳＴＥＰ１０からの処理を実行する。

ここで、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的となる場合は、ＳＴＥＰ１，３の判断結果も肯定的となっているので、エンジン１１が所定値Ｎ１よりも高い高回転域で運転されており、且つ、大気圧ＰＡが、所定値（＝Ｐ２－ΔＰ３）よりも低い大気圧となっている状態（ひいては、空気量が平地よりも少ない状態）で、建設機械１による作業が行われるとみなし得る状況である。

また、ターボチャージャ１２は、エンジン１１の負荷が大きくなった場合に、該エンジン１１の必要な出力を確保するために、エンジン１１への過給圧を所定の過給圧まで上昇させるように作動する。

このため、空気が平地よりも希薄である高地において、仮に、エア過給機２２を作動させないままで建設機械１による作業を行うと、エンジン１１の負荷が大きくなった場合に、ターボチャージャ１２のタービン１２ａ及びコンプレッサ１２ｂが、平地での作業時よりも、より高速回転で作動する。ひいては、ターボチャージャ１２のタービン１２ａ及びコンプレッサ１２ｂが過回転状態になりやすい。

そこで、エア過給コントローラ４１は、ＳＴＥＰ１，３，４の全ての判断結果が肯定的である場合には、エア過給機２２の作動制御を行うために、ＳＴＥＰ５からの処理を実行する。

ＳＴＥＰ５では、エア過給コントローラ４１は、エア過給機２２が、ＯＦＦ状態（作動停止状態）であるか否かを判断する。そして、このＳＴＥＰ５の判断結果が肯定的である場合（エア過給機２２がＯＦＦ状態である場合）には、エア過給コントローラ４１は、さらに、ＳＴＥＰ６の判断処理を実行する。

このＳＴＥＰ６では、エア過給コントローラ４１は、圧力センサ４４の検出信号により示される現在のチャンバー圧ＰＣの検出値を取得し、このチャンバー圧ＰＣの検出値が、所定値Ｐ４よりも低いか否かを判断する。この場合、所定値Ｐ４は、例えば、平地での標準的な大気圧の値（＝Ｐ２）に一致する値、もしくはそれに近い値に設定されている。

そして、ＳＴＥＰ６の判断結果が肯定的である場合（ＰＣ＜Ｐ４である場合）には、エア過給コントローラ４１は、ＳＴＥＰ７において、エア過給機２２をＯＮ状態（電動モータ２２ｂによるコンプレッサ２２ａの回転駆動状態）に制御する。これにより、エア過給コントローラ４１の今回の制御処理周期における制御処理が終了する。

上記ＳＴＥＰ７では、より詳しくは、エア過給コントローラ４１は、コンプレッサ２２ａを所定の一定回転数（一定回転速度）で回転駆動するように電動モータ２２ｂを制御する。この場合、コンプレッサ２２ａの回転数は、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ｂの既定の上限回転数（上限回転速度）での風量以上の風量の空気を下流側に供給し得るようにあらかじめ設定された回転数である。

一方、ＳＴＥＰ６の判断結果が否定的である場合（ＰＣ≧Ｐ４である場合）には、エア過給コントローラ４１は、エア過給機２２をＯＦＦ状態に維持したままで、今回の制御処理周期における制御処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ５の判断結果が否定的である場合（エア過給機２２を、既にＯＮ状態に制御している場合）には、エア過給コントローラ４１は、さらにＳＴＥＰ８の判断処理を実行する。

このＳＴＥＰ８では、エア過給コントローラ４１は、圧力センサ４４の検出信号により示される現在のチャンバー圧ＰＣの検出値を取得し、このチャンバー圧ＰＣの検出値が、前記所定値Ｐ４よりも若干大きい値に設定された所定値（＝Ｐ４＋α）を超える圧力値まで上昇したか否かを判断する。なお、αはあらかじめ定められた所定値である。

そして、ＳＴＥＰ８の判断結果が肯定的である場合（ＰＣ＞Ｐ４＋αである場合）には、エア過給コントローラ４１は、ＳＴＥＰ９において、エア過給機２２をＯＦＦ状態にする（電動モータ２２ｂの通電制御を停止する）。これにより、エア過給コントローラ４１の今回の制御処理周期における制御処理が終了する。

一方、ＳＴＥＰ８の判断結果が否定的である場合（ＰＣ≦Ｐ４＋αである場合）には、エア過給コントローラ４１は、エア過給機２２をＯＮ状態に維持したままで、今回の制御処理周期における制御処理を終了する。

以上のように、ＳＴＥＰ５～９の処理を実行することで、チャンバー圧ＰＣが、所定値Ｐ４とＰ４＋αとの間の範囲内の圧力値（≒Ｐ４）に維持されるように、エア過給機２２がＯＮ状態及びＯＦＦ状態に交互に制御される。

なお、本実施形態では、ＳＴＥＰ６，８にける所定値Ｐ４，Ｐ４＋αが、本発明におけるチャンバー圧に関する所定値に相当する。

また、前記ＳＴＥＰ１、３、４のいずれかの判断結果が否定的である場合には、エア過給コントローラ４１は、ＳＴＥＰ１０において、エア過給機２２がＯＮ状態であるか否かを判断する。

ここで、ＳＴＥＰ１、３、４のいずれかの判断結果が否定的となる状況は、エア過給機２２を作動させずとも、エンジン１１の必要出力を確保し得る状況である。そこで、エア過給コントローラ４１は、ＳＴＥＰ１０の判断結果が肯定的である場合には、ＳＴＥＰ１１において、エア過給機２２をＯＦＦ状態にした上で、今回の制御処理周期における制御処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１０の判断結果が否定的である場合には、エア過給コントローラ４１は、エア過給機２２をＯＦＦ状態に維持したままで、今回の制御処理周期における制御処理を終了する。

本実施形態では、エア過給コントローラ４１により制御処理は以上の如く実行される。ここで、図５は、かかる制御処理によるエンジンシステム１０の作動に関するタイミングチャートを例示している。

この例では、期間Ｔ１では、エンジン１１の回転数ＮＥの状態、レバーロック操作器の状態、及び大気圧ＰＡの状態が図５の第１段目～第３段目のグラフで示されるように遷移するため、該期間Ｔ１では、前記ＳＴＥＰ１、３、４のいずれかの判断結果が否定的になる。このため、エア過給機２２はＯＦＦ状態に維持される。

期間Ｔ１以後の期間Ｔ２，Ｔ３では、エンジン１１の回転数ＮＥの状態、レバーロック操作器の状態、及び大気圧ＰＡの状態が図５の第１段目～第３段目のグラフで示される状態になるため、前記ＳＴＥＰ１、３、４の全ての判断結果が肯定的になる。

このため、第４段目のグラフで示されるように、期間Ｔ２でエア過給機２２の作動（ＯＮ状態）が開始される。この期間Ｔ２では、エア過給機２２の作動によって、チャンバー圧ＰＣが、第６段目（最下段）のグラフで示される如く上昇し、やがて、平地での標準的な大気圧と同程度の所定値Ｐ４以上の圧力まで達する。

そして、チャンバー圧ＰＣが所定値Ｐ４以上の圧力まで達した後の期間Ｔ３では、エア過給機２２の作動によってチャンバー圧ＰＣが所定値Ｐ４＋αを超える圧力まで上昇すると（ひいては、前記ＳＴＥＰ８の判断結果が肯定的になると）、エア過給機２２が、一旦、ＯＦＦ状態に制御され、これに応じて、チャンバー圧ＰＣが低下する。

そして、チャンバー圧ＰＣが、所定値Ｐ４を下回る圧力まで低下すると（ひいては、前記ＳＴＥＰ６の判断結果が肯定的になると）、エア過給機２２が、再び、ＯＮ状態に制御される。以後、このようにして、エア過給機２２のＯＮ状態及びＯＦＦ状態が交互に繰り返される。ひいては、チャンバー圧ＰＣが、所定値Ｐ４とＰ４＋αとの間の範囲内の圧力（すなわち、平地での標準的な大気圧とほぼ同等の圧力）に維持される。

上記のように、エア過給機２２の作動が開始された後の期間Ｔ２，Ｔ３では、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ｂの上流側に配置されたエアチャンバー２４のチャンバー圧ＰＣが、平地での標準的な大気圧とほぼ同等の圧力に維持されるので、ターボチャージャ１２は、結果的に、平地での建設機械１の作業時と同様の態様で作動することとなる。

このため、高地での建設機械１の作業時に、該作業が比較的高負荷の作業であっても、エンジン１１の必要出力を確保しつつ、ターボチャージャ１２のタービン１２ａ及びコンプレッサ１２ｂが過回転状態になるのを適切に防止することができる。

また、エア過給機２２の作動制御（ＯＮ状態及びＯＦＦ状態の交互に繰り返し）が行われている状態では、エアチャンバー２４の気室に、大気圧ＰＡよりも高い圧力の空気が定常的に蓄えられるので、エンジン１１の負荷が急激に上昇する場合でも、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ｂに加圧された空気をエアチャンバー２４の気室から供給することができる。ひいては、エンジン１１への過給圧を速やかに上昇させて、エンジン１１の出力を速やかに上昇させることができる。

また、ＳＴＥＰ１、３、４の判断結果が否定的となる状況、すなわち、エア過給機２２の作動を必要とせずに、エンジン１１の出力を確保し得る状況では、エア過給機２２が作動停止状態に維持されるので、該エア過給機２２の作動による不要なエネルギー消費を削減することができる。

また、エア過給機２２の作動制御では、該エア過給機２２のＯＮ状態及びＯＦＦ状態が交互に繰り返されることで、チャンバー圧ＰＣが過剰に高圧になるのが防止される。ひいいては、前記過圧逃がし通路２４ｂの逆止弁２４ａが頻繁に開弁するようなことがない。その結果、エアチャンバー２４の気室の排気（過圧逃がし通路２４ｂによる排気）に伴う排気音が頻繁に生じるようなことを防止することができる。

また、本実施形態のエンジンシステム１０の機構は、ターボチャージャ１２を含む既存の汎用的なエンジンシステムに、エア過給機２２と、エアチャンバー２４とを付加することで、容易に構成することができる。また、エア過給機２２及びエアチャンバー２４は、さほど大きなものを必要とせず、汎用的なものを使用し得る。このため、エンジンシステム１０を低コストで構成できると共に、該エンジンシステム１０の汎用性を高めることができる。

なお、以上説明した実施形態では、エア過給機２２として、電動モータ２２ｂをアクチュエータとして備えるものを例示した。ただし、エア過給機２２は、例えば、エンジン１１の動力を適宜の動力伝達機構を介してコンプレッサ２２ａに伝達することで、該コンプレッサ２２ａを駆動するように構成されていてもよい。さらに、エア過給機２２のアクチュエータとして、例えば油圧モータを用いることも可能である。

また、前記実施形態では、チャンバー圧ＰＣに関する前記所定値Ｐ４を平地での標準的な大気圧に一致もしくはほぼ一致する値とした。ただし、該所定値Ｐ４、あるいは、所定値Ｐ４＋αは、ターボチャージャ１２のタービン１２ａ及びコンプレッサ１２ｂの過回転を防止し得る範囲で、例えば、平地での標準的な大気圧よりも低めの圧力値に設定してもよい。

また、前記実施形態では、建設機械１として油圧ショベルを例示した。ただし、本発明のエンジンシステムを適用可能な建設機械は、油圧ショベルに限られない。例えば、建設機械は、クレーン等であってもよい。

１…建設機械（油圧ショベル）、１０…エンジンシステム、１１…エンジン、１２…ターボチャージャ、１２ａ…ターボチャージャのタービン、１２ｂ…ターボチャージャのコンプレッサ、１５…油圧装置、２０…吸気路、２２…エア過給機、２２ａ…エア過給機のコンプレッサ、２２ｂ…電動モータ（アクチュエータ）、２４…エアチャンバー、４１…エア過給コントローラ（制御装置）、４４…圧力センサ（第２圧力センサ）、４５…圧力センサ（第１圧力センサ）、５０…レバーロック操作部。

Claims (4)

1. 油圧装置の動力源としてのエンジンと、該エンジンの排気路と吸気路とに各々配置されたタービン及びコンプレッサを有するターボチャージャとを備える建設機械のエンジンシステムであって、
   前記ターボチャージャのコンプレッサの上流側で前記吸気路に介装され、内部に該吸気路に連通する気室を有するエアチャンバーと、該エアチャンバーの上流側で前記吸気路に介装されたコンプレッサを有するエア過給機と、該エア過給機のコンプレッサを回転駆動するアクチュエータと、大気圧を検出する第１圧力センサと、前記アクチュエータを制御することにより前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を行う機能を有する制御装置とを備えており、
   前記制御装置は、前記第１圧力センサによる大気圧の検出値が所定値よりも低い状態で、前記エアチャンバーの気室の圧力であるチャンバー圧が前記大気圧の検出値よりも高い圧力になるように前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を行う機能を有するように構成されていると共に、前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を、前記エンジンの回転数が所定値以上であることを必要条件として実行するように構成されていることを特徴とする建設機械のエンジンシステム。
2. 請求項１記載の建設機械のエンジンシステムにおいて、
   前記建設機械は、その運転操作用の操作レバーの操作を無効状態に設定可能なレバーロック操作部を備えており、
   前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動制御を、該レバーロック操作部による前記無効状態の設定が解除されていることを必要条件として実行するように構成されていることを特徴とする建設機械のエンジンシステム。
3. 請求項１又は２記載の建設機械のエンジンシステムにおいて、
   前記チャンバー圧を検出する第２圧力センサをさらに備えており、
   前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動制御において、前記第２圧力センサによるチャンバー圧の検出値と所定値との大小関係に応じて該エア過給機のコンプレッサの作動及び停止を交互に繰り返すように構成されていることを特徴とする建設機械のエンジンシステム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の建設機械のエンジンシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記エア過給機のコンプレッサの作動時に、該コンプレッサが下流側に供給する風量が、前記ターボチャージャのコンプレッサの上限回転数での作動時に該コンプレッサが下流側に供給する風量以上の風量となるように設定された回転数で、前記エア過給機のコンプレッサを前記アクチュエータにより回転駆動するように構成されていることを特徴とする建設機械のエンジンシステム。

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