JPH0932563A - エンジンにおけるターボチャージャの緊急作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン低回転状態で高負荷が働いたときの
エンストを回避する。 【解決手段】 ターボチャージャが作動しないエンジン
低回転状態での作業中に、エンジン回転数が低下する負
荷が検知されたとき、水を気化室１９に噴射して排気マ
ニホールド１０の熱で水蒸気とし、該水蒸気を排気マニ
ホールド内に噴出させてターボチャージャ６を作動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設作業に用いら
れるブルドーザ、ホイールローダ等の作業機械に搭載さ
れるエンジンの技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種作業機械に搭載されるエ
ンジンには、高負荷作業時におけるエンジン出力を向上
させるため、排気ガスのガス圧が所定圧以上となったと
きに作動するよう構成されたターボチャージャを装着し
たものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような作業機械に
おいて、ターボチャージャが作動しない程度の低負荷状
態で作業を行うことがあり、この場合、ダイレクトドラ
イブ方式を採用する作業機械においては、エンジンは低
回転状態となっている。このような低回転状態での作業
中に高負荷が働くと、該高負荷を受けるエンジンは回転
数が急速に低下してエンストを起こすことがある。この
エンストを回避するため、例えばブレードを上昇させる
等して作業負荷の軽減をすることが試みられるが、ブレ
ードを上昇させるための油圧負荷がエンジンに働くこと
となって結局のところエンストを回避できないことが多
い。

【０００４】そこでターボチャージャを、エンジンが前
記低回転状態のときに作動するよう小容量タイプのもの
とすることが提唱される。ところがそうすると、エンジ
ンが高速回転状態となったときのターボチャージャから
の過給が不足するという問題がある。そのため、ターボ
チャージャについて、低回転用の小容量タイプと高回転
用の大容量タイプとの両者を備えたツインターボ式のも
のとすることが考えられるが、構造が複雑になるうえコ
ストアップの要因になって採用が難しい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作
されたものであって、作業機械に搭載されるエンジンか
らの排気ガスで作動するように構成されたターボチャー
ジャが備えられたエンジンにおいて、エンジン回転数が
ターボチャージャが作動しない範囲で予め設定される回
転数以下であることの検知をするエンジン回転数検知手
段と、エンジン回転数を低下させる負荷が働いたことの
検知をする負荷検知手段と、前記エンジンからの排気マ
ニホールド内にガスを噴出するガス噴出手段とを、エン
ジン回転数が前記設定回転数以下でかつエンジン回転数
の低下を伴う負荷検知があったことに基づきガス噴出す
るよう接続し、該噴出されたガスを排気ガスに合流させ
てターボチャージャを作動させる構成にしたことを特徴
とするものである。この様にすることにより、エンジン
低回転状態で負荷が働いたときにはターボチャージャが
緊急的に作動することになって、負荷を受けたエンジン
の回転数が急速に低下してエンストしてしまうことを回
避することができる。このものにおいて、本発明の負荷
検知手段は、低下したエンジン回転数を上昇側に調速す
るためのガバナレバーの作動を検知するガバナレバー作
動検知手段であることを特徴とするものである。また、
前記負荷検知手段は、作業機械の作業負荷の増加検知を
する作業負荷検知手段とすることもできる。さらに、本
発明のエンジン回転数検知手段は、エンジン回転数をセ
ットする操作手段の操作状態検知手段であることを特徴
とするものである。また本発明は、作業機械に搭載され
るエンジンからの排気ガスで作動するように構成された
ターボチャージャが備えられたエンジンにおいて、エン
ジン回転数検知手段と、前記エンジンからの排気マニホ
ールド内にガスを噴出するガス噴出手段と、これら各手
段に接続され、エンジン回転数がターボチャージャが作
動しない範囲で予め設定される回転数以下でかつエンジ
ン回転数が低下したことの判断に基づきガス噴出するよ
う制御指令を出力する制御部とを備え、前記噴出された
ガスを排気ガスに合流させてターボチャージャを作動さ
せる構成にしたことを特徴とするものである。さらに、
これらのものにおいて、ガス噴出手段から噴出されるガ
スは水蒸気であることを特徴とするものである。また、
ガス噴出手段は、水を噴射する水噴射手段と、該噴射さ
れた水を水蒸気に気化すべく加熱される気化具と、該気
化具を加熱するための加熱手段とから構成されているこ
とを特徴とするものである。またさらに、加熱手段は、
加熱された排気マニホールドであることを特徴とするも
のである。

【０００６】

【実施の形態】次に、本発明の第一の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図面において、１はブルドーザで
あって、該ブルドーザ１は、クローラ式の走行体２を備
えた走行機体３、該走行機体３の前部に上下動自在に取
り付けられるブレード４等の各部から構成されており、
そしてこれら各部は、走行機体３に搭載されるエンジン
５の動力により作動すること等の基本的構成は従来通り
であるが、該エンジン５から前記走行体２への動力伝達
機構としては、ダイレクトドライブ方式のものが採用さ
れている。

【０００７】前記エンジン５は、本実施形態においては
ディーゼルエンジンであるが、このものにはターボチャ
ージャ６が装着されている。つまり、７はターボチャー
ジャ６を構成するタービンであって、該タービン７は、
エンジン５のシリンダ８から排気パイプ９に至る排気マ
ニホールド１０の中途部に配されている。また、１１は
エアクリーナ１２からシリンダ８に至る吸気マニホール
ド１３の中途部に配されるインペラであって、該インペ
ラ１１は、前記タービン７と一体回動すべくシャフト１
４を介して連動連結されている。そして、シリンダ８か
ら排気マニホールド１０に排出される排気ガスのガス圧
が所定圧以上に上昇すると、該ガス圧によって前記ター
ビン７が回転し、これと一体にインペラ１１が回転する
ことにより、空気が強制的に吸気マニホールド１３から
シリンダ８に送り込まれて、エンジン出力が増大する構
成となっている。尚、図中、１５はピストン、１６は吸
気弁、１７は排気弁、１８は燃料噴射ノズルである。

【０００８】また、１９は前記排気マニホールド１０の
シリンダ８からタービン７に至る部位に隣接して設けら
れる気化室であるが、該気化室１９は、熱伝導材から形
成されていて、排気ガスによって加熱された排気マニホ
ールド１０の熱により加熱される設定となっている。さ
らに、この気化室１９には、排気マニホールド１０内の
排気ガスの流れに略沿う方向に向けて突出し、その突出
先端の噴口１９ａが排気マニホールド１０内を臨む噴出
部１９ｂが設けられている。また、２０は水噴射ポンプ
であって、該水噴射ポンプ２０の水噴射ノズル２０ａ
は、上記気化室１９内に突出している。そして、後述す
るように水噴射ポンプ２０が通電状態となったときに水
噴射ノズル２０ａから気化室１９内に水が噴射される
が、該噴射された水は、排気マニホールド１０内の排気
ガスの熱により瞬時に水蒸気となって、噴口１９ａから
排気マニホールド１０内に噴出されるようになってい
る。そして、該噴出された水蒸気が、排気ガスと合流し
てタービン７を回転せしめるようになっており、而し
て、排気ガスのガス圧が前記所定圧以下で、該ガス圧だ
けではタービン７が回転しない状態であっても、前記水
噴射ノズル２０ａから水が噴射されることに基づいてタ
ーボチャージャ６が作動し、エンジン出力を増大させる
構成となっている。

【０００９】一方、２１はエンジン５の回転数を調速す
るためのガバナ装置であって、該ガバナ装置２１を構成
するガバナレバー２１ａは、エンジン回転数に対応して
ガバナウエイト２１ｂに働く遠心力によって変位して、
燃料噴射ポンプ（図示せず）のコントロールラック２２
の調節を行うように構成されている。つまり、ガバナレ
バー２１ａは、エンジン回転数が高くなると燃料減少側
に変位して燃料噴射量を減少させるようコントロールラ
ック２２に作動する一方、エンジン回転数が低下すると
燃料増加側に変位して燃料噴射量を増加させるようコン
トロールラック２２に作動するように設定されている。

【００１０】さらに、２３は前記ガバナレバー２１ａに
近接して設けられるレバー検知スイッチであって、該レ
バー検知スイッチ２３のスイッチ接点は、ガバナレバー
２１ａが最も燃料増加側位置に位置したときに開成側か
ら閉成側に切換るように設定されている。

【００１１】また、２４はエンジン回転数を検知するエ
ンジン回転数検知スイッチであって、該エンジン回転数
検知スイッチ２４のスイッチ接点は、エンジン回転数が
予め予め設定される回転数Ｃ以下のときに閉成するよう
に設定されている。因みに、上記回転数Ｃは、ターボチ
ャージャ６が作動しない低負荷状態で作業を行う回転数
範囲内で設定されるが、該回転数範囲の上限、つまりタ
ーボチャージャ６が作動しない範囲での最大回転数でも
良く、またこれよりも低い回転数であっても良いが、本
実施形態においては、軽いドーザ作業を行う場合のエン
ジン回転数（例えば６００回転／分）を目安として設定
されている。

【００１２】さらに、レバー検知スイッチ２３およびエ
ンジン回転数検知スイッチ２４のスイッチ接点は、前記
水噴射ポンプ２０の電源回路Ａに接続されている。そし
て、これら両検知スイッチ２３、２４のスイッチ接点が
共に閉成状態となってタイマＴがセットされると、タイ
マＴのスイッチ接点ＴＳが予め設定されるタイマ時間ｔ
（例えば０．５〜１秒間）のあいだだけ閉成し、これに
よって水噴射ポンプ２０が通電状態となって水噴射ノズ
ル２０ａから水が噴射されるように設定されている。

【００１３】叙述の如く構成されたものにおいて、ター
ボチャージャ６が作動しない低負荷状態、つまりエンジ
ン回転数が前記予め設定される回転数Ｃ以下であってエ
ンジン回転数検知スイッチ２４が閉成している状態での
作業中に、エンジン回転数を低下させる高負荷が働いた
場合、該エンジン回転数の低下に伴ってガバナレバー２
１ａがエンジン回転数を上昇させるべく燃料増加側に変
位し、これに伴いレバー検知スイッチ２３が閉成側に切
換えられる。これにより水噴射ポンプ２０の電源回路Ａ
がタイマ時間ｔのあいだ閉回路となって、水噴射ノズル
２０ａから気化室１９内に水が噴射され、この水が排気
ガスの熱で水蒸気となって排気マニホールド１０内に噴
出されて排気ガスに合流してターボチャージャ６を作動
させ、而してエンジン回転数が上昇することになる。

【００１４】この様に、エンジン５がターボチャージャ
６が作動しない低回転状態のときに高負荷が働いた場
合、排気マニホールド１０内に噴出される水蒸気によっ
てターボチャージャ６が緊急的に作動してエンジン回転
数を上昇させることになり、高負荷を受けたエンジン５
の回転数が急速に低下してエンストしてしまうことを回
避できることになる。この結果、ターボチャージャ６に
ついて、エンジン５が低回転状態のときに作動する小容
量タイプのとしたり、小容量タイプと大容量タイプとの
両タイプのものを備えたツインターボ式のものとしなく
ても、エンジン低回転状態で高負荷が働いたときのエン
ストを回避できることになって、エンジン５が高回転状
態のときの過給を充分に行うことができる大容量タイプ
のターボチャージャ６のみを採用したものにしても問題
はなく、前記小容量タイプやツインターボ式のものを採
用する場合のように、エンジン高回転時における過給が
不足したり、構造が複雑になってしまうことがない。

【００１５】しかもこのものは、排気マニホールド１０
内の排気ガスの熱を有効利用して水を水蒸気に気化させ
る構成となっているため、専用の気化装置が必要なく構
造簡単であるという利点がある。

【００１６】尚、本発明は上記第一の実施の形態に限定
されないことは勿論であって、上記実施形態において
は、エンジン回転数を低下させる高負荷が働いたこと
を、ガバナレバー２１ａが燃料増加側に変位したことの
検知により行うように構成したが、例えば走行体２の駆
動装置に働く油圧の圧力検知等により作業機械に働く負
荷の増加検知を行うように構成することもできる。因み
に、上記実施形態においては、ガバナレバー２１ａが最
も燃料増加側に変位したときにレバー検知スイッチ２３
の検知作動が成される設定となっていて、僅かな負荷変
動に基づくガバナレバー２１ａの変位ではターボチャー
ジャ６が作動しない構成となっているため、エンストの
惧れがない僅かな負荷変動でターボチャージャ６が作動
してしまうような不具合を回避できる。尤も、この設定
は最大増加位置に設定する必要は無く、それよりも小さ
い変化位置で検知するようにしてもよいことは勿論であ
る。

【００１７】また、エンジン回転数が予め設定される回
転数Ｃ以下であることを検知するエンジン回転数検知手
段としては、エンジン回転数をセットする操作レバー等
の操作手段の操作状態を検知する操作状態検知手段であ
っても良い。

【００１８】さらに本発明は、図５のブロック図に示す
第二の実施の形態の如く、エンジンの回転数を検知する
エンジン回転数検知手段２５とガス噴射手段２６とを制
御部２７に接続し、そして制御部２７において、前記エ
ンジン回転数検知手段２５から入力される検知信号に基
づき、エンジン回転数が予め設定される回転数以下でか
つエンジン回転数が低下したことを判断してガス噴射手
段２６に噴射するよう制御指令を出力する構成とするこ
ともできる。

【００１９】

【発明の効果】以上要するに、本発明は叙述の如く構成
されたものであるから、エンジン回転数がターボチャー
ジャが作動しない範囲で予め設定された回転数以下とな
っている状態での作業中に、エンジン回転数を低下させ
る負荷が働いた場合、該負荷の検知に基づいてガス噴出
手段から排気マニホールド内にガスが噴出され、これに
よってターボチャージャが緊急的に作動してエンジン回
転数を上昇せしめることになる。この結果、ターボチャ
ージャを、エンジンが高回転状態のときに過給が不足す
る小容量のものや、構造が複雑でコストアップの要因と
なるツインターボ式のものとすることなく、過給を充分
に行える大容量のターボチャージャのみを採用したもの
でも、エンジン低回転状態で負荷が働いたときにはター
ボチャージャが緊急的に作動することになって、負荷を
受けたエンジンの回転数が急速に低下してエンストして
しまうことを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブルドーザの斜視図である。

【図２】ターボチャージャの説明図である。

【図３】ガバナ装置の概略図である。

【図４】燃料噴射ポンプの電源回路図である。

【図５】第二の実施形態における制御部の入出力を示す
ブロック図である。

【符号の説明】 ５ エンジン ６ ターボチャージャ １０ 排気マニホールド １９ 気化室 ２０ 水噴射ポンプ ２１ａ ガバナレバー ２３ レバー検知スイッチ ２４ エンジン回転数検知スイッチ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機械に搭載されるエンジンからの排
   気ガスで作動するように構成されたターボチャージャが
   備えられたエンジンにおいて、エンジン回転数がターボ
   チャージャが作動しない範囲で予め設定される回転数以
   下であることの検知をするエンジン回転数検知手段と、
   エンジン回転数を低下させる負荷が働いたことの検知を
   する負荷検知手段と、前記エンジンからの排気マニホー
   ルド内にガスを噴出するガス噴出手段とを、エンジン回
   転数が前記設定回転数以下でかつエンジン回転数の低下
   を伴う負荷検知があったことに基づきガス噴出するよう
   接続し、該噴出されたガスを排気ガスに合流させてター
   ボチャージャを作動させる構成にしたことを特徴とする
   エンジンにおけるターボチャージャの緊急作動装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、負荷検知手段は、低
   下したエンジン回転数を上昇側に調速するためのガバナ
   レバーの作動を検知するガバナレバー作動検知手段であ
   ることを特徴とするエンジンにおけるターボチャージャ
   の緊急作動装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、負荷検知手段は、作
   業機械の作業負荷の増加検知をする作業負荷検知手段で
   あることを特徴とするエンジンにおけるターボチャージ
   ャの緊急作動装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、エンジ
   ン回転数検知手段は、エンジン回転数をセットする操作
   手段の操作状態検知手段であることを特徴とするエンジ
   ンにおけるターボチャージャの緊急作動装置。
5. 【請求項５】 作業機械に搭載されるエンジンからの排
   気ガスで作動するように構成されたターボチャージャが
   備えられたエンジンにおいて、エンジン回転数検知手段
   と、前記エンジンからの排気マニホールド内にガスを噴
   出するガス噴出手段と、これら各手段に接続され、エン
   ジン回転数がターボチャージャが作動しない範囲で予め
   設定される回転数以下でかつエンジン回転数が低下した
   ことの判断に基づきガス噴出するよう制御指令を出力す
   る制御部とを備え、前記噴出されたガスを排気ガスに合
   流させてターボチャージャを作動させる構成にしたこと
   を特徴とするエンジンにおけるターボチャージャの緊急
   作動装置。
6. 【請求項６】 請求項１または５において、ガス噴出手
   段から噴出されるガスは水蒸気であることを特徴とする
   エンジンにおけるターボチャージャの緊急作動装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、ガス噴出手段は、水
   を噴射する水噴射手段と、該噴射された水を水蒸気に気
   化すべく加熱される気化具と、該気化具を加熱するため
   の加熱手段とから構成されていることを特徴とするエン
   ジンにおけるターボチャージャの緊急作動装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、加熱手段は、加熱さ
   れた排気マニホールドであることを特徴とするエンジン
   におけるターボチャージャの緊急作動装置。