KR101992860B1 - 건설 기계 - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
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Abstract

운전 중에, 엔진(10)의 출력 제어를 행하는 제어 장치(38)는, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장인지의 여부를 판정한다.
엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정된 경우에는, 엔진(10)의 최고 회전수를, 고장 전의 엔진 최대 토크(Tm)를 출력할 수 있는 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)로 제한한다. 이 경우, 엔진(10)의 최대 연료 분사량은, 제 1 회전수(Ns)에 있어서 고장 전의 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한한다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은, 예를 들면 전자 제어식의 엔진이나 배기가스 정화장치를 탑재한 유압 셔블, 유압 크레인 등의 건설 기계에 관한 것이다.
유압 셔블, 유압 크레인 등의 건설 기계에는, 제어 장치(컨트롤러)에 의해 전자 제어되는 디젤 엔진이 탑재된 것이 알려져 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2). 디젤 엔진에는, 배기가스를 정화하는 배기가스 정화장치가 설치되어 있다(특허문헌 3).
여기서, 배기가스 정화장치는, 배기가스 중에 포함되는 일산화질소(NO), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등을 산화하여 제거하는 산화 촉매(예를 들면, Diesel Oxidation Catalyst, 간략히 DOC로도 불리고 있다)와, 당해 산화 촉매의 하류측에 배치되어 배기가스 중의 입자형상 물질을 포집하여 제거하는 입자형상 물질 제거 필터(예를 들면, Diesel Particulate Filter, 간략히 DPF로도 불리고 있다)를 포함하여 구성되어 있다.
일본 공개특허 특개평5-280070호 공보 일본 공개특허 특개평7-127605호 공보(특허 제 3708563호 공보) 일본 공개특허 특개2010-236363호 공보
그런데, 엔진이나 배기가스 정화장치가, 연료 성상(性狀)이나 사용 환경의 영향에 의해 원하는 성능을 발휘할 수 없는 고장 상태가 된 경우에, 그대로 운전을 계속하면, 그 고장이 심각화되거나, 배기가스 정화장치의 필터에 입자형상 물질이 과잉으로 퇴적하여, 당해 필터가 용손(溶損)될 우려가 있다. 그래서, 전자 제어식의 엔진에서는, 당해 엔진이나 배기가스 정화장치가 고장 상태가 된 경우에, 보호 모드 운전, 즉, 연료의 분사량을 통상시보다 제한하여 엔진 출력을 저하시키는 제어를 행하도록 구성하고 있다.
한편, 예를 들면 미니 셔블로 불리는 소형의 유압 셔블에서는, 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프는, 토출 압력(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 일정해지도록 일정 토크 제어가 행해진다. 바꾸어 말하면, 소형의 유압 셔블에서는, 유압 펌프의 최대 토크를 증감하는 제어는 행해지지 않는다. 이 경우, 보호 모드 운전에 의해 엔진 출력이 저하하면, 엔진이 과부하 상태가 되어, 엔진 스톨(engine stall)을 일으킬 우려가 있다. 엔진이 갑자기 정지해버리면, 작업 현장에서 정비 장소까지 자주(自走)하여 이동할 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 일정 토크 제어되는 유압 펌프를 탑재하는 구성으로, 엔진이나 배기가스 정화장치의 고장시에도 정비 장소까지 안정하게 이동시킬 수 있는 건설 기계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
(1). 본 발명에 의한 건설 기계는, 자주 가능한 차체와, 당해 차체에 탑재되어 제어 장치에 의해 전자 제어되는 엔진과, 당해 엔진의 배기측에 설치되어 배기가스를 정화하는 배기가스 정화장치와, 상기 엔진에 의해 구동되어 토출 압력(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 일정해지도록 일정 토크 제어되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 당해 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터를 구비하여 이루어진다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명이 채용하는 구성의 특징은, 상기 제어 장치는, 상기 엔진 및/또는 배기가스 정화장치가 고장인지의 여부를 판정하는 고장 판정 수단과, 당해 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 상기 엔진의 최고 회전수를, 고장 전의 엔진 최대 토크(Tm)를 출력할 수 있는 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)로 제한하고, 또한, 상기 엔진의 최대 연료 분사량을, 상기 제 1 회전수(Ns)에 있어서 고장 전의 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한하는 엔진 제한 수단을 구비하는 구성으로 한 것에 있다.
이 구성에 의하면, 엔진 제한 수단은, 엔진의 최고 회전수를 제 2 회전수(Nt)로 제한하고, 또한, 엔진의 최대 연료 분사량을 제 1 회전수(Ns)에 있어서 고장 전의 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한한다. 이 때문에, 고장 판정 수단에 의해 엔진이나 배기가스 정화장치가 고장으로 판정된 경우에, 엔진의 최고 회전수와 출력 토크가 제한됨으로써 엔진과 배기가스 정화장치의 보호를 도모할 수 있다. 이 경우, 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 함으로써, 엔진 스톨을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 고장시에도, 일정 토크 제어되는 유압 펌프를 계속하여 구동할 수 있어, 건설 기계를 작업 현장에서 정비 장소까지 안정하게 이동시킬 수 있다. 이 결과, 건설 기계를 작업 현장에서 이동한 상태에서, 필요한 수리, 교환, 정비 등을 행할 수 있다.
(2). 본 발명에 의하면, 상기 소정량(α)은, 상기 유압 펌프의 피크 토크가 상기 엔진에 가해지는 것에 의한 회전수의 일시적인 저하에 상응하는 값으로 설정한 것에 있다.
이 구성에 의하면, 고장시의 최고 회전수를 규정하는 소정량(α)을, 유압 펌프의 피크 토크가 엔진에 가해지는 것에 의한 회전수의 일시적인 저하에 상응하는 값으로 설정하고 있다. 이 때문에, 고장시에, 유압 펌프의 피크 토크에 의한 엔진의 회전수의 저하가 있더라도, 그 회전수가 저하된 상태에서 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있다. 이것에 의해, 고장시에 엔진의 최대 회전수를 저감하는 것과 엔진 스톨을 억제하는 것을 고차원으로 양립시킬 수 있다. 이 결과, 엔진이나 배기가스 정화장치를 보호하면서, 고장시의 건설 기계의 이동을 안정하게 행할 수 있다.
(3). 본 발명에 의하면, 상기 제어 장치는, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 미리 설정한 소정 시간(Mt)이 경과하면 상기 엔진을 정지시키는 구성으로 한 것에 있다. 이 구성에 의하면, 엔진을 정지하는 소정 시간(Mt)을 적절히 설정함으로써, 건설 기계를 이동할 수 있도록 하는 것과 고장의 심각화를 저감하는 것을 양립할 수 있다.
(4). 본 발명에 의하면, 상기 제어 장치는, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 상기 엔진의 정지 횟수가 미리 설정한 규정 횟수(Ct)에 도달하면 상기 엔진의 시동을 금지하는 구성으로 한 것에 있다. 이 구성에 의하면, 엔진의 시동을 금지하기 위한 엔진의 정지의 규정 횟수(Ct)를 적절히 설정함으로써, 건설 기계를 이동할 수 있도록 하는 것과 운전이 과도하게 계속되지 않도록 하는 것을 양립할 수 있다.
(5). 본 발명에 의하면, 상기 제어 장치는, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 미리 설정한 소정 시간(Mt)이 경과하면 상기 엔진을 정지시키고, 또한, 상기 엔진의 정지 횟수가 미리 설정한 규정 횟수(Ct)에 도달하면, 상기 엔진의 시동을 금지하는 구성으로 한 것에 있다. 이 구성에 의하면, 건설 기계를 이동할 수 있도록 하는 것과, 고장의 심각화를 저감하는 것과, 운전이 과도하게 계속되지 않도록 하는 것의 모두를 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 적용되는 유압 셔블을 나타낸 정면도이다.
도 2는, 도 1 중의 상부 선회체 중 캡, 외장 커버의 일부를 제거한 상태에서 유압 셔블을 확대하여 나타낸 일부 파단의 평면도이다.
도 3은, 엔진, 유압 펌프, 컨트롤 밸브, 유압 액추에이터, 배기가스 정화장치, 제어 장치 등을 나타낸 구성도이다.
도 4는, 도 3 중의 제어 장치에 의한 제어 내용을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5는, 엔진 회전수와 출력 토크의 관계를 통상시와 고장시의 토크 커브(curve)로서 나타낸 특성선도이다.
도 6은, 유압 펌프의 토출 압력과 토출 유량의 관계를 나타낸 특성선도이다.
도 7은, 유압 토크와 엔진 회전수의 시간 변화의 일례를 나타낸 특성선도이다.
도 8은, 제 2 실시형태에 의한 제어 장치의 제어 내용을 나타낸 플로우 차트이다.
도 9는, 제 3 실시형태에 의한 제어 장치의 제어 내용을 나타낸 플로우 차트이다.
이하, 본 발명에 관련된 건설 기계의 실시형태를, 미니 셔블로 불리는 소형의 유압 셔블에 적용한 경우를 예로 들어, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 관련된 건설 기계의 제 1 실시형태를 나타내고 있다.
도면 중, 1은 토사의 굴삭 작업, 배토(排土) 작업 등에 이용되는 소형의 유압 셔블이다. 이 유압 셔블(1)은, 자주 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 당해 하부 주행체(2) 상에 선회 장치(3)를 통하여 선회 가능하게 탑재되고, 당해 하부 주행체(2)와 함께 차체를 구성하는 상부 선회체(4)와, 당해 상부 선회체(4)의 전측에 부앙동(俯仰動) 가능하게 설치된 작업 장치(5)에 의해 대략 구성되어 있다.
여기서, 작업 장치(5)는, 스윙 포스트식의 작업 장치로서 구성되며, 예를 들면 스윙 포스트(5A), 붐(5B), 아암(5C), 작업 도구로서의 버킷(5D), 작업 장치(5)를 좌, 우로 요동하는 스윙 실린더(5E)(도 2 참조), 붐 실린더(5F), 아암 실린더(5G) 및 버킷 실린더(5H)를 구비하고 있다. 상부 선회체(4)는, 후술의 선회 프레임(6), 외장 커버(7), 캡(8) 및 카운터 웨이트(9) 등에 의해 구성되어 있다.
선회 프레임(6)은, 상부 선회체(4)의 구조체를 형성하는 것으로, 당해 선회 프레임(6)은, 선회 장치(3)를 통하여 하부 주행체(2) 상에 장착되어 있다. 선회 프레임(6)에는, 그 후부측에 후술의 카운터 웨이트(9), 엔진(10)이 설치되고, 좌전측에는 후술의 캡(8)이 설치되어 있다. 선회 프레임(6)에는, 캡(8)과 카운터 웨이트(9)의 사이에 위치하여 외장 커버(7)가 설치되고, 이 외장 커버(7)는, 선회 프레임(6), 캡(8) 및 카운터 웨이트(9)와 함께, 엔진(10), 유압 펌프(15), 열교환기(17), 배기가스 정화장치(18) 등을 수용하는 공간을 구획하여 형성하는 것이다.
캡(8)은, 선회 프레임(6)의 좌전측에 탑재되고, 당해 캡(8)은, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실을 내부에 구획하여 형성하고 있다. 캡(8)의 내부에는, 오퍼레이터가 착좌하는 운전석(8A), 후술하는 각종의 조작 레버(30A), 통지 장치(37)(도 3 참조) 등이 배치되어 있다.
카운터 웨이트(9)는, 작업 장치(5)와의 중량 밸런스를 잡는 것으로, 당해 카운터 웨이트(9)는, 후술하는 엔진(10)의 후측에 위치하여 선회 프레임(6)의 후단부에 장착되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 카운터 웨이트(9)의 후면측은, 원호 형상을 이루어 형성되고, 카운터 웨이트(9)는, 하부 주행체(2)의 차체폭 내에 수렴되는 구성으로 되어 있다.
10은 선회 프레임(6)의 후측에 가로놓기 상태로 배치된 엔진으로, 당해 엔진(10)은, 소형의 유압 셔블(1)에 원동기로서 탑재되기 때문에, 예를 들면 소형의 디젤 엔진을 이용하여 구성되어 있다. 엔진(10)에는, 외기를 흡입하는 흡기관(11)(도 3 참조)과, 배기가스를 배출하는 배기가스 통로의 일부를 이루는 배기관(12)이 설치되어 있다. 흡기관(11)은, 엔진(10)을 향하여 외기(공기)가 유통하는 것으로, 그 선단측에는, 외기를 청정화하는 에어 클리너(13)가 접속되어 있다. 흡기관(11)의 도중에는, 후술하는 흡기 스로틀 밸브(23)가 설치되어 있다. 한편, 배기관(12)에는, 후술의 배기가스 정화장치(18)가 접속하여 설치되어 있다.
여기서, 엔진(10)은, 전자 제어식 엔진에 의해 구성되고, 연료의 공급량이 전자 제어식 연료 분사 장치를 가진 전자 가버너(governor)(14)(도 3 참조)에 의해 가변으로 제어된다. 즉, 전자 가버너(14)는, 후술의 엔진 제어 장치(40)로부터 출력되는 제어 신호에 의거하여 엔진(10)의 실린더(도시 생략) 내로 분사되는 연료의 분사량(연료 분사량)을 가변으로 제어한다. 이것에 의해, 엔진(10)의 회전수(회전 속도)는, 엔진 제어 장치(40)로부터의 제어 신호에 의한 목표 회전수에 대응한 회전수가 되도록 제어된다.
유압 펌프(15)는, 엔진(10)의 좌측에 설치되고, 당해 유압 펌프(15)는, 작동유 탱크(도시 생략)와 함께 메인의 유압원을 구성하는 것이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)의 좌측에 동력 전달 장치(16)가 장착되고, 유압 펌프(15)는, 이 동력 전달 장치(16)를 통하여 엔진(10)의 회전 출력이 전달된다. 유압 펌프(15)는, 엔진(10)에 의해 구동됨으로써, 후술하는 컨트롤 밸브(28) 등을 향하여 압유(작동유)를 토출한다.
여기서, 유압 펌프(15)는, 엔진(10)의 한정된 출력 마력을 유효하게 활용할 수 있도록, 토출 압력(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 거의 일정해지도록 일정 토크 제어되는 가변 용량형의 유압 펌프가 이용되어지고 있다. 즉, 유압 펌프(15)는, 압유의 토출 압력(토출압)(P)과 토출 유량(토출량)(Q)의 관계가, 후술의 도 6 중에 나타낸 특성선(43)의 「P-Q 특성」을 충족시키도록(특성선(43)을 따르도록) 제어된다.
이 때문에, 유압 펌프(15)는, 예를 들면 가변 용량형의 사판식(斜板式), 사축식(斜軸式) 또는 레이디얼 피스톤식 유압 펌프에 의해 구성되어 있다. 유압 펌프(15)의 용량 가변부(15A)는, 압유의 토출압(P)이 높아지면, 이것에 따라 토출량(Q)을 감소시키고, 반대로, 압유의 토출압(P)이 저하하면, 이것에 따라 토출량(Q)을 증대시키도록 경전(傾轉) 구동되는 구성으로 되어 있다.
열교환기(17)는, 엔진(10)의 우측에 위치하여 선회 프레임(6) 상에 설치되고, 당해 열교환기(17)는, 예를 들면 라디에이터, 오일쿨러, 인터쿨러를 포함하여 구성되어 있다. 즉, 열교환기(17)는, 엔진(10) 등의 냉각을 행함과 함께, 작동유 탱크로 되돌아가는 압유(작동유)의 냉각도 행하는 것이다.
다음에, 엔진(10)의 구성과, 당해 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 정화하는 배기가스 정화장치(18)와, 유압 펌프(15)에 의해 구동되는 유압 계통과, 각종 센서에 대하여 설명한다.
즉, 18은 엔진(10)의 배기측에 설치된 배기가스 정화장치를 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 당해 배기가스 정화장치(18)는, 엔진(10)의 상부 좌측으로, 예를 들면 동력 전달 장치(16)의 상측이 되는 위치에 배치되며, 그 상류측에는 엔진(10)의 배기관(12)이 접속되어 있다. 배기가스 정화장치(18)는, 배기관(12)과 함께 배기가스 통로를 구성하고, 상류측으로부터 하류측으로 배기가스가 유통하는 동안에, 이 배기가스에 포함되는 유해 물질을 제거한다. 보다 구체적으로는, 후술의 입자형상 물질 제거 필터(21)에 의해 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스 중의 입자형상 물질을 포집한다.
즉, 디젤 엔진으로 이루어지는 엔진(10)은, 고효율로 내구성에도 우수하다. 그러나, 엔진(10)의 배기가스 중에는, 입자형상 물질(PM), 질소 산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 유해물질이 포함되어 있다. 이 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 배기관(12)에 장착되는 배기가스 정화장치(18)는, 배기가스 중의 일산화탄소(CO) 등을 산화하여 제거하는 후술의 산화 촉매(20)와, 배기가스 중의 입자형상 물질(PM)을 포집하여 제거하는 후술의 입자형상 물질 제거 필터(21)를 포함하여 구성되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 배기가스 정화장치(18)는, 예를 들면 복수의 통체를 전, 후로 착탈 가능하게 연결하여 구성된 통 형상의 케이싱(19)을 가지고 있다. 이 케이싱(19) 내에는, 산화 촉매(20)와, 필터로서의 입자형상 물질 제거 필터(21)가 분리 가능하게 수용되어 있다.
산화 촉매(20)는, 예를 들면 케이싱(19)의 내경 치수와 동등한 외경 치수를 가진 세라믹제의 셀 형상 통체로 이루어지는 것이다. 산화 촉매(20) 내에는, 그 축 방향으로 다수의 관통공(도시 생략)이 형성되며, 그 내면에 귀금속이 코팅되어 있다. 산화 촉매(20)는, 소정의 온도 조건을 기초로 각 관통공 내에 배기가스를 유통시킴으로써, 이 배기가스에 포함되는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등을 산화하여 제거하고, 질소산화물(NO)을 이산화질소(NO2)로서 제거하는 것이다.
한편, 입자형상 물질 제거 필터(21)는, 케이싱(19) 내에서 산화 촉매(20)의 하류측에 배치되어 있다. 입자형상 물질 제거 필터(21)는, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스 중의 입자형상 물질을 포집함과 함께, 포집한 입자형상 물질을 연소하여 제거함으로써 배기가스의 정화를 행하는 것이다. 이 때문에, 입자형상 물질 제거 필터(21)는, 예를 들면 세라믹 재료로 이루어지는 다공질인 부재에 축 방향으로 다수의 작은 구멍(도시 생략)을 설치한 셀 형상 통체에 의해 구성되어 있다. 이것에 의해 입자형상 물질 제거 필터(21)는, 다수의 작은 구멍을 통하여 입자형상 물질을 포집하고, 포집한 입자형상 물질은, 후술하는 재생 처리에 의해 연소하여 제거된다. 이 결과, 입자형상 물질 제거 필터(21)는 재생된다.
배출구(22)는, 배기가스 정화장치(18)의 하류측에 설치되고, 당해 배출구(22)는, 입자형상 물질 제거 필터(21)보다 하류측에 위치하여 케이싱(19)의 출구측에 접속되어 있다. 배출구(22)는, 예를 들면 정화 처리된 후의 배기가스를 대기중으로 방출하는 굴뚝, 소음기를 포함하여 구성된다.
흡기 스로틀 밸브(23)는, 엔진(10)의 흡기관(11)측에 설치되고, 당해 흡기 스로틀 밸브(23)는, 배기가스 정화장치(18) 중 입자형상 물질 제거 필터(21)의 재생 처리를 행하는 재생 장치를 구성하고 있다. 즉, 흡기 스로틀 밸브(23)는, 후술하는 엔진 제어 장치(40)로부터의 제어 신호에 의해 통상시에는 밸브 개방 상태(예를 들면, 연료 분사량에 대응한 개도, 또는 전개 상태)로 유지된다. 한편, 입자형상 물질 제거 필터(21)의 재생 처리를 행할 때에는, 엔진 제어 장치(40)로부터의 제어 신호에 의해 흡기 스로틀 밸브(23)는 유로를 좁히는 방향으로 구동된다.
이것에 의해, 흡기 스로틀 밸브(23)는, 공기와 연료의 공연비가 리치 경향이 되도록 흡입 공기량을 줄인다. 이때, 엔진(10)의 연소실 내에서는, 공연비가 리치 경향이 된 연료를 연소시킴으로써, 배기관(12) 측으로 배출하는 배기가스의 온도가 상승하고, 입자형상 물질 제거 필터(21)에 포집된 입자형상 물질을 연소하여 제거할 수 있다.
배기온 센서(24)는, 배기가스의 온도를 검출하는 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 배기온 센서(24)는, 배기가스 정화장치(18)의 케이싱(19)에 장착되고, 예를 들면 배기관(12)측으로부터 배출되는 배기가스의 온도를 검출한다. 배기온 센서(24)로 검출한 온도는, 검출 신호로서 후술의 엔진 제어 장치(40)로 출력되는 것이다.
압력 센서(25, 26)는, 배기가스 정화장치(18)의 케이싱(19)에 설치되어 있다. 도 3에 예시한 바와 같이, 이들의 압력 센서(25, 26)는, 입자형상 물질 제거 필터(21)의 상류측(입구측)과 하류측(출구측)에 서로 이간하여 배치되며, 각각의 검출 신호를 후술하는 엔진 제어 장치(40)로 출력한다.
엔진 제어 장치(40)는, 압력 센서(25)로 검출한 상류측의 압력(P1)과 압력 센서(26)로 검출한 하류측의 압력(P2)으로부터, 양자의 압력차(ΔP)를 하기의 수학식 1에 따라 연산한다. 엔진 제어 장치(40)는, 압력차(ΔP)의 연산 결과로부터 입자형상 물질 제거 필터(21)에 부착된 입자형상 물질, 미연소 잔류물 등의 퇴적량, 즉 포집량을 추정하는 것이다. 이 경우, 압력차(ΔP)는, 상기 포집량이 적을 때에는 작은 압력값이 되고, 상기 포집량이 증가함에 따라 높은 압력값이 된다.
Figure 112014062921717-pct00001
복수의 유압 액추에이터(27)(도 3 중에는 1개만 도시)는, 유압 펌프(15)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 것이다. 이 유압 액추에이터(27)는, 작업 장치(5)의 스윙 실린더(5E), 붐 실린더(5F), 아암 실린더(5G) 또는 버킷 실린더(5H)를 포함하여 구성된다. 유압 셔블(1)에 탑재되는 유압 액추에이터(27)로서는, 주행용의 유압 모터, 선회용의 유압 모터, 배토판용의 승강 실린더(모두 도시 생략)도 포함된다.
복수의 컨트롤 밸브(28)(도 3 중에는 1개만 도시)는, 유압 액추에이터(27)용의 방향 제어 밸브를 구성하는 것이다. 이 컨트롤 밸브(28)는, 작동유 탱크, 유압 펌프(15)와 각 유압 액추에이터(27)의 사이에 각각 설치되고, 각 유압 액추에이터(27)로 공급하는 압유의 유량과 방향을 가변으로 제어한다. 즉, 각 컨트롤 밸브(28)는, 후술의 조작 밸브(30)로부터 파일럿압이 공급됨으로써, 중립 위치로부터 좌, 우의 전환 위치(모두 도시 생략)로 전환된다.
파일럿 펌프(29)는, 작동유 탱크와 함께 보조 유압원을 구성하는 보조 유압 펌프이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 파일럿 펌프(29)는, 메인의 유압 펌프(15)와 함께 엔진(10)에 의해 회전 구동된다. 파일럿 펌프(29)는, 작동유 탱크 내에서 흡입한 작동유를 후술의 파일럿 조작 밸브(30) 등을 향하여 토출함으로써 후술의 파일럿압을 발생시키는 것이다.
파일럿 조작 밸브(30)(이하, 조작 밸브(30)라고 한다)는, 감압 밸브형의 파일럿 조작 밸브이다. 조작 밸브(30)는, 유압 셔블(1)의 캡(8) 내에 설치되고, 오퍼레이터에 의해 경전 조작되는 조작 레버(30A)를 가지고 있다. 조작 밸브(30)는, 복수의 유압 액추에이터(27)를 개별적으로 원격 조작하기 위해 복수의 컨트롤 밸브(28)에 대응한 개수로 배치되어 있다. 즉, 각 조작 밸브(30)는, 오퍼레이터가 조작 레버(30A)를 경전 조작하였을 때에, 그 조작량에 대응한 파일럿압을 각 컨트롤 밸브(28)의 유압 파일럿부(도시 생략)로 공급한다.
이것에 의해, 컨트롤 밸브(28)는, 중립 위치로부터 전환 위치 중 어느 것으로 전환된다. 컨트롤 밸브(28)가 일방의 전환 위치로 전환되면, 유압 액추에이터(27)는, 유압 펌프(15)로부터의 압유가 일방향으로 공급되어, 해당하는 방향으로 구동된다. 컨트롤 밸브(28)가 타방의 전환 위치로 전환되었을 때에는, 유압 액추에이터(27)는, 유압 펌프(15)로부터의 압유가 타방향으로 공급되어 역방향으로 구동되는 것이다.
스타터(31)는, 엔진(10)의 기동을 행하는 것으로, 당해 스타터(31)는, 엔진(10)의 크랭크축을 회전 구동하는 전동 모터(모두 도시 생략)에 의해 구성되어 있다. 스타터(31)는, 유압 셔블(1)의 캡(8) 내에 설치된 시동 스위치(32)(도 3 참조)를, 오퍼레이터가 수동 조작(즉, 키 ON)하면, 엔진(10)의 기동을 행하고, 이것에 의해, 엔진(10)은 시동된다.
수온 센서(33)는, 엔진(10)의 온도 상태를 검출하는 것으로, 당해 수온 센서(33)는, 엔진(10)의 냉각수 온도를 검출하고, 그 검출 신호를 후술의 차체 제어 장치(39)로 출력한다.
회전 센서(34)는, 엔진(10)의 회전수(회전 속도)를 검출하는 것으로, 당해 회전 센서(34)는, 엔진 회전수(N)를 검출하고, 그 검출 신호를 후술의 엔진 제어 장치(40)로 출력한다. 엔진 제어 장치(40)는, 엔진 회전수(N)의 검출 신호에 의거하여 엔진(10)의 실회전수를 감시하고, 후술의 회전수 설정 장치(36)에 의해 설정된 목표 회전수에 따라 엔진 회전수(N)를 제어하는 것이다.
개도 센서(35)는, 흡기 스로틀 밸브(23)의 밸브 개방 상태를 검출하는 것으로, 당해 개도 센서(35)는, 흡기 스로틀 밸브(23)의 개도를 검출하고, 그 검출 신호를 후술의 엔진 제어 장치(40)로 출력한다.
회전수 설정 장치(36)는, 엔진(10)의 목표 회전수를 설정하는 것이다. 이 회전수 설정 장치(36)는, 유압 셔블(1)의 캡(8)(도 1 참조) 내에 설치되고, 오퍼레이터에 의해 수동으로 조작되는 조작 다이얼, 업 다운 스위치 또는 엔진 레버(모두 도시 생략)에 의해 구성되어 있다. 회전수 설정 장치(36)는, 오퍼레이터의 조작에 따른 목표 회전수의 지령 신호를 후술의 차체 제어 장치(39)로 출력하는 것이다.
통지 장치(37)는, 캡(8) 내에서 운전석의 근방에 설치되어 있다. 통지 장치(37)는, 후술의 제어 장치(38)(의 차체 제어 장치(39))에 접속되고, 당해 제어 장치(38)(차체 제어 장치(39) 내지 엔진 제어 장치(40))로부터의 지령(통지 신호)에 의거하여, 오퍼레이터에 대해, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)에 고장이 있다는 취지, 고장에 의해 운전 제한을 행하고 있다는 취지를 통지하는 것이다. 여기에서, 통지 장치(37)는, 통지음을 발하는 버저, 음성을 발하는 스피커, 음성 합성 장치, 통지 내용을 표시하는 램프 또는 모니터 등에 의해 구성할 수 있다. 통지 장치(37)는, 제어 장치(38)에 의해 고장이 있다고 판정된 경우에, 제어 장치(38)로부터의 지령(통지 신호)에 의거하여 통지음, 통지 표시를 발함으로써, 오퍼레이터에 대하여 그 취지를 통지한다.
다음에, 엔진(10), 유압 셔블(1)의 본체를 제어하기 위한 제어 장치(38)에 대하여 설명한다.
즉, 38은 유압 셔블(1)의 제어 장치로, 당해 제어 장치(38)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 차체 제어 장치(39)와 엔진 제어 장치(40)를 포함하여 구성되어 있다. 제어 장치(38)는, 예를 들면 차체 제어 장치(39)의 입력측이, 시동 스위치(32), 수온 센서(33), 회전수 설정 장치(36), 엔진 제어 장치(40) 등에 접속되어 있다. 차체 제어 장치(39)의 출력측은, 스타터(31), 통지 장치(37), 엔진 제어 장치(40) 등에 접속되어 있다.
제어 장치(38)의 차체 제어 장치(39)는, 시동 스위치(32)가 키 ON 조작되었을 때에 스타터(31)를 기동하여 엔진(10)의 시동 제어를 행한다. 차체 제어 장치(39)는, 회전수 설정 장치(36) 등으로부터 출력되는 신호에 따라 엔진 제어 장치(40)에 엔진(10)의 목표 회전수를 설정하는 지령 신호를 출력하는 기능도 가지고 있다.
엔진 제어 장치(40)는, 차체 제어 장치(39)로부터 출력되는 지령 신호와, 회전 센서(34)로부터 출력되는 엔진 회전수(N)의 검출 신호 등에 의거하여 소정의 연산 처리를 행하고, 엔진(10)의 전자 가버너(14)에 목표 연료 분사량을 지시하는 제어 신호를 출력한다. 엔진(10)의 전자 가버너(14)는, 그 제어 신호에 따라 엔진(10)의 연소실(도시 생략) 내로 분사 공급해야 할 연료의 분사량을 증대 또는 감소하거나, 연료의 분사를 정지하거나 한다. 이 결과, 엔진(10)의 회전수는, 차체제어 장치(39)로부터의 지령 신호가 지시하는 목표 회전수에 대응한 회전수가 되도록 제어된다. 이것에 의해, 엔진 제어 장치(40)는, 회전수 설정 장치(36)에 의한 설정값(목표 회전수)에 따라 엔진(10)의 회전수를 제어할 수 있다.
엔진 제어 장치(40)는, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)가 고장 상태, 즉, 연료 성상이나 사용 환경의 영향에 의해 원하는 성능을 발휘할 수 없는 고장 상태가 된 경우에, 엔진(10)의 최고 회전수와 최대 연료 분사량을 통상시(고장 전)에 비해 제한하는 기능(보호 모드 운전 기능)을 가지고 있다. 또한, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)의 고장 상태로서는, 예를 들면, 흡기 스로틀 밸브(23), 배기온 센서(24), 압력 센서(25, 26), 수온 센서(33), 회전 센서(34), 개도 센서(35) 등에 오동작, 고장 등에 의한 장해가 발생한 경우, 엔진 냉각수나 연료의 온도가 과도하게 상승한 경우, 배기가스 정화장치(18)의 입자형상 물질 제거 필터(21)에 입자 형상 물질이 과잉으로 퇴적한 경우 등을 들 수 있다.
여기서, 엔진 제어 장치(40)는, 그 입력측이 배기온 센서(24), 압력 센서(25, 26), 회전 센서(34), 개도 센서(35), 차체 제어 장치(39) 등에 접속되어 있다. 엔진 제어 장치(40)의 출력측은, 엔진(10)의 전자 가버너(14), 흡기 스로틀 밸브(23), 차체 제어 장치(39) 등에 접속되어 있다. 엔진 제어 장치(40)는, ROM, RAM, 불휘발성 메모리 등으로 이루어지는 기억부(도시 생략)를 가지고, 이 기억부 내에는, 후술의 도 4에 나타낸 엔진(10)의 출력 제어 등을 행하기 위한 처리 프로그램, 미리 설정된 통상시 및 고장시의 토크 커브(도 5의 특성선(41, 42)) 등이 저장되어 있다.
엔진 제어 장치(40)는, 도 4에 나타낸 처리 프로그램에 따라, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장인지의 여부를 판정하는 고장 판정 처리를 행한다. 엔진 제어 장치(40)는, 고장으로 판정된 경우에는, 엔진(10)의 최고 회전수와 최대 연료 분사량을 제한하는 운전 제한 처리를 행한다.
여기서, 엔진(10)의 출력 토크(Te)는, 통상 운전시는, 엔진 회전수(N)에 대하여 도 5에 나타낸 특성선(41)(통상시 토크 커브)과 같은 토크 특성을 가지고 있다. 또한, 특성선(41)은, 통상시의 최대 연료 분사량으로 운전한 경우의 엔진(10)의 토크 특성에 대응한다. 이 통상 운전시에 있어서는, 엔진 회전수(N)가 제 1 회전수(Ns)일 때에, 엔진(10)의 출력 토크(Te)는 최대 토크(Tm)가 되고, 엔진 회전수(N)가 제 1 회전수(Ns)보다 높은 정격 회전수(통상시의 최고 회전수)(Nm)일 때에, 엔진(10)의 출력 토크(Te)가 정격 토크(Tr)가 된다.
즉, 도 5 중의 특성선(41)은, 전체로서 대략 산 형상(상방을 향하여 볼록 형상)의 토크 곡선으로 되어 있다. 특성선(41)은, 엔진 회전수(N)가 제 1 회전수(Ns)를 향하여 높아짐(증대한다)에 따라, 출력 토크(Te)가 커지며, 제 1 회전수(Ns)일 때에 최대 토크 출력점(41A)이 된다. 엔진 회전수(N)가 제 1 회전수(Ns)보다 높아짐에 따라, 출력 토크(Te)는 작아지며, 통상시의 최고 회전수가 되는 정격 회전수(Nm)일 때에, 정격 토크 출력점(41B)이 된다.
이에 대해, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)가 고장 상태가 된 경우에는, 이들 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)를 보호하기 위한 보호 모드 운전, 즉, 연료의 분사량을 통상시보다 제한하여 엔진 출력을 저하시키는 제어를 행한다. 구체적으로는, 도 5 중에 나타낸 특성선(42)(고장시 토크 커브)과 같이, 고장시의 최고 회전수와 최대 연료 분사량을 제한한다. 또한, 특성선(42)은, 고장시의 최대연료 분사량으로 운전한 경우의 엔진(10)의 토크 특성에 대응한다.
이 고장시에 있어서는, 최고 회전수를, 고장 전(통상시)의 엔진 최대 토크(Tm)를 출력할 수 있는 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)로 제한하고, 또한, 고장시의 엔진(10)의 최대 연료 분사량을, 제 1 회전수(Ns)에 있어서 고장 전의 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한한다. 즉, 고장시의 토크 커브인 특성선(42)은, 제 1 회전수(Ns)일 때에 최대 토크 출력점(42A)이 되고, 이 최대 토크 출력점(42A)에서는, 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 하고 있다. 최고 회전수는, 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)로 규제하고, 소정량(α)은, 유압 펌프(15)의 피크 토크가 엔진(10)에 가해지는 것에 의한 엔진 회전수(N)의 일시적인 저하에 상응하는 값으로 설정하고 있다.
다음에, 엔진(10)의 고장시에 있어서의 토크 특성(토크 커브)을, 도 5에 나타낸 특성선(42)과 같이 제한하는 취지에 대하여 설명한다.
도 6은, 유압 셔블(1)의 유압 펌프(15)의 P-Q 특성을 나타내고 있다. 유압 펌프(15)는, 도 6 중에 나타낸 특성선(43)과 같이, 토출 압력(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 거의 일정(등(等)마력)해 지도록 일정 토크 제어(등마력 제어)된다. 즉, 도 6 중의 특성선(43)은, 유압 펌프(15)의 유압 최대 토크에 대응하는 등마력선이며, 유압 펌프(15)는, 특성선(43)을 따르도록 제어된다.
이와 같은 유압 펌프(15)의 특성선(43)에 대해, 도 6 중의 특성선(44)은, 엔진(10)의 정격 토크 출력시에 있어서의 등마력선을 나타내고 있다. 즉, 엔진(10)의 정격 토크 출력시에 있어서의 등마력선(특성선(44))은, 유압 펌프(15)의 유압 최대 토크에 대응하는 등마력선(특성선(43))에 대하여 어느 정도 크게 하고 있다(여유를 갖게 하고 있다). 이것에 의해, 유압 펌프(15)의 유압 최대 토크에 대해, 엔진(10)에서 정격 토크(Tr)를 출력함으로써, 엔진(10)이 엔진 스톨하지 않도록 구성하고 있다.
그래서, 제 1 실시형태에서는, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)가 고장일 때의 보호 모드 운전을, 엔진(10)의 최대 토크를 출력할 수 있는 제 1 회전수(Ns)에 있어서 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 하고, 보호 모드 운전시에도 엔진(10)이 엔진 스톨하지 않도록 하고 있다.
한편, 고장시의 엔진(10)의 최고 회전수는, 엔진(10)의 보호의 관점으로부터, 가급적 작게 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 예를 들면, 고장시의 엔진(10)의 최고 회전수를, 엔진(10)의 최대 토크를 출력할 수 있는 제 1 회전수(Ns)로 제한하고, 이 제 1 회전수(Ns)로 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 하는 것이 생각되어진다. 즉, 고장시에는, 엔진(10)을, 특성선(42) 중 최대 토크 출력점(42A)으로 운전하는 것이 생각되어진다.
그러나, 이와 같이 고장시에 엔진(10)을 최대 토크 출력점(42A)으로 운전하면, 유압 펌프(15)의 피크 토크가 엔진(10)에 가해졌을 때에, 엔진 스톨할 우려가 있다. 즉, 도 7에 나타낸 특성선(45)과 같이, 유압 펌프(15)의 유압 토크(Tp)는, 유압 펌프(15)가 예를 들면 무부하 상태, 구체적으로는, 도 3에 나타낸 유압 액추에이터(27)가 모두 정지하고, 모든 컨트롤 밸브(28)가 중립 위치에 유지되어 있는 상태(OFF의 상태)로부터, 유압 액추에이터(27)를 구동했을 때에, 일시적으로 최대 토크를 웃도는 값(피크 토크)까지 상승한다. 엔진(10)의 회전수(N)는, 도 7에 나타낸 특성선(46)과 같이, 유압 펌프(15)의 피크 토크가 가해짐으로써 일시적으로 저하한다.
이 경우, 고장시의 엔진(10)의 최고 회전수를 제 1 회전수(Ns)로 제한하고, 특성선(42) 중 최대 토크 출력점(42A)으로 운전하면, 엔진 회전수(N)가 일시적으로 저하하였을 때에, 엔진(10)의 출력 토크(Te)가, 도 5의 최대 토크 출력점(42A)의 위치로부터, 화살표(Y1)로 나타낸 바와 같이 출력점(42B)으로 이동한다. 이것에 의해, 엔진(10)의 출력 토크(Te)가 저하하고, 엔진 스톨을 일으킬 가능성이 높아진다.
이에 대해, 제 1 실시형태에서는, 고장시의 엔진(10)의 최고 회전수를, 제1 회전수(Ns)보다 높은 값, 즉, 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)가 되도록 하고 있다. 이 경우, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 소정량(α)은, 유압 펌프(15)의 피크 토크가 엔진(10)에 가해지는 것에 의한 이 엔진(10)의 회전수의 일시적인 저하에 상응하는 값으로 설정하고 있다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 소정량(α)은, 유압 펌프(15)의 피크 토크에 따른 엔진(10)의 회전수의 일시적인 저하량과 거의 동일해지도록 하고 있다.
이와 같은 제 1 실시형태에서는, 고장시에 엔진(10)을, 제 2 회전수(Nt)로 운전함으로써, 이 제 2 회전수(Nt)에서는, 출력 토크(Te)는, 출력점(42C)이 되어, 정격 토크(Tr)보다 조금 작아진다. 그러나, 유압 펌프(15)의 피크 토크가 가해지는 것에 의한 엔진(10)의 회전수(N)가 일시적으로 저하하더라도, 엔진(10)의 출력 토크(Te)는, 도 5의 특성선(42)의 출력점(42C)의 위치로부터, 화살표(Y2)로 나타낸 바와 같이 최대 토크 출력점(42A)으로 이동한다. 이것에 의해, 엔진(10)의 회전수의 저하와 함께, 엔진(10)의 출력 토크(Te)는 커지며, 피크 토크가 가해졌을 때에 엔진(10)으로부터 고장시의 최대 토크인 정격 토크(Tr)를 출력시킬 수 있다. 이 결과, 고장시에 보호 모드 운전을 행하기 위해 엔진(10)의 최고 회전수와 최대 연료 분사량을 제한하더라도, 엔진(10)에 엔진 스톨에 대한 저항을 가지게 할 수 있어, 엔진 스톨하기 어렵게 할 수 있다.
제 1 실시형태에 의한 소형의 유압 셔블(1)은, 상술과 같은 구성을 가지는 것으로, 다음에, 그 동작에 대하여 설명한다.
유압 셔블(1)의 오퍼레이터는, 상부 선회체(4)의 캡(8)에 탑승하고, 엔진(10)을 시동하여 유압 펌프(15)와 파일럿 펌프(29)를 구동한다. 이것에 의해, 유압 펌프(15)로부터 압유가 토출되며, 이 압유는 컨트롤 밸브(28)를 통하여 유압 액추에이터(27)로 공급된다. 이것 이외의 컨트롤 밸브(도시 생략)로부터는 다른 유압 액추에이터(예를 들면, 주행용, 선회용의 유압 모터, 또는 다른 유압 실린더 등)로 공급된다. 캡(8)에 탑승한 오퍼레이터가 주행용의 조작 레버(도시 생략)를 조작하였을 때에는, 하부 주행체(2)에 의해 차량을 전진 또는 후퇴시킬 수 있다.
한편, 캡(8) 내의 오퍼레이터가 작업용의 조작 레버, 예를 들면 도 3에 나타낸 조작 밸브(30)의 조작 레버(30A)를 조작함으로써, 작업 장치(5)를 부앙동시켜 토사의 굴삭 작업 등을 행할 수 있다. 소형의 유압 셔블(1)은, 상부 선회체(4)에 의한 선회 반경이 작기 때문에, 예를 들면 시가지와 같이 좁은 작업 현장에서도, 상부 선회체(4)를 선회 구동하면서 작업 장치(5)에 의해 측구굴(側溝堀) 작업 등을 행할 수 있고, 이와 같은 경우에는, 엔진(10)을 부하가 가벼운 상태에서 가동함으로써 소음의 저감화를 도모하는 경우가 있다.
엔진(10)의 운전시에는, 그 배기관(12)으로부터 유해 물질인 입자형상 물질이 배출된다. 이때에 배기가스 정화장치(18)는, 산화 촉매(20)에 의해 배기가스 중의 탄화 수소(HC), 질소 산화물(NO), 일산화탄소(CO)를 산화 제거할 수 있다. 입자형상 물질 제거 필터(21)는, 배기가스 중에 포함되는 입자형상 물질을 포집하고, 포집한 입자형상 물질을 연소하여 제거(재생)한다. 이것에 의해, 정화한 배기가스를 하류측의 배출구(22)로부터 외부로 배출할 수 있다.
그런데, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)가, 연료 성상이나 사용 환경의 영향에 의해 원하는 성능을 발휘할 수 없는 고장 상태가 되는 경우가 있다. 예를 들면, 흡기 스로틀 밸브(23), 배기온 센서(24), 압력 센서(25, 26), 수온 센서(33), 회전 센서(34), 개도 센서(35) 등에 장해가 발생한 경우나, 엔진 냉각수나 연료의 온도가 과도하게 상승한 경우, 배기가스 정화장치(18)의 입자형상 물질 제거 필터(21)에 입자형상 물질이 과잉으로 퇴적한 경우 등의 고장 상태가 되는 경우가 있다. 이 경우에, 그대로 운전을 계속하면, 그 고장이 심각화되는 등의 우려가 있다.
그래서, 제 1 실시형태에서는, 엔진 제어 장치(40)는, 운전시(가동시)에, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장인지의 여부를 판정한다. 또한, 엔진 제어 장치(40)는, 고장으로 판정된 경우에는, 엔진(10)의 최고 회전수와 최대 연료 분사량을 통상시에 비교하여 제한한다. 구체적으로는, 엔진 제어 장치(40)는, 도 4에 나타낸 처리를 실행함으로써, 고장 판정 처리와 운전 제한 처리(엔진 제한 처리)를 행한다.
도 4에 나타낸 처리 동작이 스타트하면, 단계 1에서 시동 스위치(32)가 「키ON」되었는지의 여부를 판정한다. 이 단계 1에서, 「NO」, 즉, 「키 ON」되어 있지 않다고 판정된 경우에는, 단계 1의 직전으로 되돌아가, 단계 1의 처리를 반복한다. 이 단계 1에서, 「YES」, 즉, 「키 ON」되었다고 판정된 경우에는, 다음 단계 2로 진행되고, 스타터(31)를 작동시켜, 엔진(10)의 시동을 행한다.
계속되는 단계 3에서는, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장인지의 여부를 판정한다. 이 판정은, 예를 들면, 각 센서(24, 25, 26, 33, 34, 35) 등에 소정의 신호(셀프 체크 신호)를 준 경우에 이들 각 센서(24, 25, 26, 33, 34, 35)로부터 소정의 신호로 되돌아가는지의 여부, 또는/및 소정의 운전 상태에서 각 센서(24, 25, 26, 33, 34, 35)로부터 소정의 검출 결과가 얻어지는지의 여부에 의해 행할(자기 진단한다) 수 있다.
단계 3에서, 「NO」, 즉, 엔진(10) 및 배기가스 정화장치(18)가 고장이 아니라고(통상 상태이다) 판정된 경우에는, 단계 4로 진행되고, 엔진(10)의 최고 회전수(최고 엔진 회전수)를 정격 회전수(Nm)로 설정함과 함께, 단계 5에서, 최대 연료 분사량을 정격 회전수(Nm)일 때에 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 설정한다. 즉, 단계 4 및 단계 5에서는, 통상시의 엔진 출력 제어를 행하기 위해, 엔진(10)의 토크 특성을, 도 5에 나타낸 특성선(41)(통상시의 토크 커브)으로 설정한다.
이것에 의해, 엔진(10) 및 배기가스 정화장치(18)에 고장이 없을 때에는, 엔진(10)은, 도 5에 나타낸 특성선(41)이 되도록 제어된다. 이 경우에는, 오퍼레이터가, 예를 들면 회전수 설정 장치(36)의 설정을, 가장 회전수가 높아지는 하이 아이들 회전수로 하면, 엔진(10)은, 특성선(41)의 정격 토크 출력점(41B)으로 운전된다.
단계 4 및 단계 5에서 통상시의 엔진(10)의 토크 특성을 설정하였다면, 단계 6으로 진행되고, 시동 스위치(32)가 「키 OFF」되었는지의 여부를 판정한다. 이 단계 6에서, 「NO」, 즉, 「키 OFF」되어 있지 않다고 판정된 경우에는, 단계 3의 앞쪽으로 되돌아가, 단계 3 이후의 처리를 반복한다.
한편, 단계 3에서, 「YES」, 즉, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정된 경우에는, 단계 7로 진행된다. 이 단계 7에서는, 엔진(10)의 최고 회전수(최고 엔진 회전수)를 제 2 회전수(Nt), 즉, 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)(＝Ns＋α)로 제한한다. 이어서, 단계 8에서, 최대 연료 분사량을 제 1 회전수(Ns)일 때에 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한한다. 즉, 단계 7 및 단계 8에서는, 엔진(10)의 출력 제한 제어(보호 모드로 운전)를 행하기 위해, 엔진(10)의 토크 특성을, 도 5에 나타낸 특성선(42)(고장시의 토크 커브)으로 설정한다.
이것에 의해, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)에 고장이 있을 때에는, 엔진(10)은, 도 5에 나타낸 특성선(42)이 되도록 제어된다. 이 경우에는, 오퍼레이터가, 회전수 설정 장치(36)의 설정을, 예를 들면 가장 회전수가 높아지는 하이 아이들 회전수로 하면, 엔진(10)은, 특성선(42)의 출력점(42C)으로 운전된다.
이것에 의해, 유압 펌프(15)의 피크 토크에 의해 엔진(10)의 회전수(N)가, 도 7에 나타낸 바와 같이 일시적으로 저하하더라도, 엔진(10)의 출력 토크(Te)는, 도 5의 특성선(42)의 출력점(42C)의 위치로부터, 화살표(Y2)로 나타낸 바와 같이 최대 토크 출력점(42A)으로 이동한다. 이 때문에, 고장시에 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)를 보호하기 위해, 엔진(10)의 최고 회전수와 최대 연료 분사량을 제한하더라도, 엔진 스톨하기 어렵게 할 수 있다.
단계 7 및 단계 8에서 고장시의 엔진(10)의 토크 특성을 설정하면, 단계 9로 진행되고, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장인 취지와 고장에 의해 엔진(10)의 출력을 제한하고 있다는 취지를, 오퍼레이터에게 통지한다. 즉, 제어 장치(38)로부터 통지 장치(37)에 통지음, 통지 표시 등을 발하는 취지의 통지 신호를 출력하고, 오퍼레이터에 대하여 고장이 있다는 취지와 엔진(10)의 출력을 제한하고 있다는 취지(보호 모드로 운전하고 있다는 취지)를 통지한다. 이어서, 단계 6으로 진행된다.
단계 6에서, 「YES」, 즉, 「키 OFF」되었다고 판정된 경우에는, 단계 10으로 진행되고, 엔진(10)을 정지한다. 이 경우에는, 리턴을 거쳐, 스타트로 되돌아가, 단계 1 이후의 처리를 반복한다.
이렇게 하여, 제 1 실시형태에 의하면, 단계 7 및 단계 8에서, 엔진(10)의 최고 회전수를 제 2 회전수(Nt)로 제한하고, 또한, 엔진(10)의 최대 연료 분사량을 제 1 회전수(Ns)에 있어서 고장 전의 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한한다. 이 때문에, 단계 3에서, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정된 경우에, 엔진(10)의 최고 회전수와 출력 토크가 제한됨으로써 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)의 보호를 도모할 수 있다. 이 경우에, 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 함으로써, 엔진 스톨을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 고장시에도, 일정 토크 제어되는 유압 펌프(15)를 계속하여 구동할 수 있고, 유압 셔블(1)을 작업 현장에서 정비 장소까지 안정하게 이동시킬 수 있다. 이 결과, 유압 셔블(1)을 작업 현장에서 이동한 상태에서, 필요한 수리, 교환, 정비 등을 행할 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면, 고장시의 최고 회전수를 규정하는 소정량(α)을, 유압 펌프(15)의 피크 토크가 엔진(10)에 가해지는 것에 의한 회전수의 일시적인 저하에 상응하는 값으로 설정하고 있다. 이 때문에, 고장시에, 유압 펌프(15)의 피크 토크에 의한 엔진(10)의 회전수의 저하가 있더라도, 그 회전수가 저하한 상태에서 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있다. 이것에 의해, 고장시에 최대 회전수를 저감하는 것과 엔진 스톨을 억제하는 것을 고차원으로 양립시킬 수 있다. 이 결과, 엔진(10)이나 배기가스 정화장치(18)를 보호하면서, 고장시의 유압 셔블(1)의 이동을 안정하게 행할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에 의하면, 고장시에 엔진(10)의 토크 특성을 도 5의 특성선(42)이 되도록 제한함으로써, 배기가스 정화장치(18)의 입자형상 물질 제거 필터(21)에 입자형상 물질이 과잉으로 퇴적하는 것을 억제할 수도 있다. 즉, 도 5에는, 300℃의 등 배기 온도선이 특성선(47)으로서, 400℃의 등 배기 온도선이 특성선(48)으로서, 500℃의 등 배기 온도선이 특성선(49)으로서, 각각 나타내어져 있다. 이들 각 특성선(47, 48, 49)으로부터 분명한 바와 같이, 고장시에 엔진(10)을, 특성선(42) 중 출력점(42C)으로 운전함으로써, 배기 온도를 400℃에서 500℃의 사이에 유지할 수 있다. 이것에 의해, 입자형상 물질 제거 필터(21)로 포집된 입자형상 물질의 연소(재생)를 촉진할 수 있어, 입자형상 물질 제거 필터(21)에 입자형상 물질이 과잉으로 퇴적하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 도 4에 나타낸 단계 3의 처리가 본 발명의 구성 요건인 고장 판정 수단의 구체예이며, 단계 7, 8의 처리가 본 발명의 구성 요건인 엔진 제한 수단의 구체예를 나타내고 있다.
다음에, 도 8은 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내고 있다. 제 2 실시형태의 특징은, 고장 판정 수단이 고장으로 판정된 경우에, 미리 설정한 소정 시간(Mt)이 경과하면 엔진을 자동적으로 정지시키는 구성으로 한 것에 있다. 또한, 제 2 실시형태에서는, 상술한 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.
도 8에 나타낸 처리 동작이 스타트하면, 단계 11∼단계 13에 걸친 처리를, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 1∼단계 3과 마찬가지로 행한다. 제 2 실시형태에서는, 단계 13에서, 「NO」, 즉, 엔진(10) 및 배기가스 정화장치(18)가 고장이 아니라고(통상 상태이다) 판정된 경우에는, 단계 14로 진행되고, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트 중인지의 여부를 판정한다. 즉, 단계 14에서는, 이번 처리보다 전의 처리(지난번 처리)에서 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정되어, 후술하는 단계 20의 처리에서 이미 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트가 개시되어 있는지의 여부를 판정하는 것이다.
이 단계 14에서, 「NO」, 즉, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트 중은 아니라고(카운트가 개시되어 있지 않다) 판정된 경우에는, 단계 15를 거치지 않고, 단계 16으로 진행된다. 단계 16 및 단계 17은, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 4 및 단계 5와 마찬가지로, 통상시의 엔진 출력 제어를 행하기 위해, 엔진(10)의 토크 특성을, 도 5에 나타낸 특성선(41)(통상시의 토크 커브)으로 설정한다. 계속되는 단계 18에서는, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 6과 마찬가지로, 시동 스위치(32)가 「키 OFF」되었는지의 여부를 판정한다.
한편, 단계 14에서, 「YES」, 즉, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트 중(카운트가 이미 개시되어 있다)으로 판정된 경우에는, 단계 15로 진행되고, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트를 정지함과 함께, 고장 상태 경과 시간(M)을 0으로 리셋한다. 즉, 단계 14에서, 「YES」로 판정된 경우에는, 지난번 처리에서 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정되었으나, 이번 처리에서는, 엔진(10) 및 배기가스 정화장치(18)가 정상으로 판정된 경우에 상당한다.
이와 같은 경우에는, 지난번 처리에서, 예를 들면 센서(24, 25, 26, 33, 34, 35) 등의 오동작 등에 기인하는 일과성(一過性)의 고장에 의해, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정되었으나, 이번 처리에서는 통상 상태(정상)로 복귀하였다고 생각된다. 그래서, 단계 15에서는, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트를 정지함과 함께, 고장 상태 경과 시간(M)을 0으로 리셋한다. 이어서, 단계 16으로 진행되고, 통상시의 엔진 출력 제어를 행한다.
한편, 단계 13에서, 「YES」, 즉, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정된 경우에는, 단계 19로 진행되고, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트 중인지의 여부를 판정한다. 이 단계 19에서, 「NO」, 즉, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트 중은 아니라고(카운트가 개시되어 있지 않다) 판정된 경우에는, 단계 20으로 진행되고, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트를 개시하고 나서, 단계 21로 진행된다. 한편, 단계 19에서, 「YES」, 즉, 고장 상태 경과 시간(M)의 카운트 중(카운트가 이미 개시되어 있다)으로 판정된 경우에는, 단계 20를 거치지 않고, 단계 21로 진행된다.
단계 21 및 단계 22는, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 7 및 단계 8과 마찬가지로, 엔진(10)의 출력 제한 제어(보호 모드로 운전)를 행하기 위해, 엔진(10)의 토크 특성을, 도 5에 나타낸 특성선(42)(고장시의 토크 커브)으로 설정한다. 계속되는 단계 23에서는, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 9와 마찬가지로, 오퍼레이터에 대하여 고장이 있다는 취지와 엔진(10)의 출력을 제한하고 있다는 취지를 통지한다.
단계 24에서는, 고장 상태 경과 시간(M)이 미리 설정한 소정 시간(Mt)을 넘었는지의 여부(M＞Mt), 즉, 고장으로 판정되고 나서 소정 시간(Mt)(예를 들면, 15분)이 경과하였는지의 여부를 판정한다. 또한, 이 소정 시간(Mt)은, 예를 들면, 유압 셔블(1)을 이동할 수 있도록 하는 것과 고장의 심각화를 저감하는 것을 양립할 수 있도록, 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의거하여 그 값을 설정한다.
단계 24에서, 「NO」, 즉, 고장 상태 경과 시간(M)이 소정 시간(Mt)을 넘고 있지 않다(M≤Mt)고 판정된 경우에는, 단계 18로 진행된다. 단계 18에서, 「NO」, 즉, 「키 OFF」되어 있지 않다고 판정된 경우에는, 단계 13의 직전으로 되돌아가, 단계 13 이후의 처리를 반복한다. 단계 18에서, 「YES」, 즉, 「키 OFF」되었다고 판정된 경우에는, 단계 25로 진행되어, 엔진(10)을 정지한다. 이 경우에는, 리턴을 거쳐, 스타트로 되돌아가, 단계 1 이후의 처리를 반복한다.
한편, 단계 24에서, 「YES」, 즉, 고장 상태 경과 시간(M)이 소정 시간(Mt)을 넘었다(M＞Mt)고 판정된 경우에는, 단계 18을 거치지 않고, 단계 25로 진행되어 엔진(10)을 자동적으로 정지한다.
제 2 실시형태는, 상술과 같이 도 8에 나타낸 처리에 의해, 엔진(10)의 출력제어를 행하는 것으로, 그 기본적 작용에 대해서는, 상술한 제 1 실시형태에 의한 것과 각별한 차이는 없다.
특히, 제 2 실시형태의 경우에는, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정된 경우에, 미리 설정한 소정 시간(Mt)이 경과하면 엔진(10)을 자동으로 정지하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 소정 시간(Mt)을 적절히 설정함으로써, 유압 셔블(1)을 이동할 수 있도록 하는 것과 고장의 심각화를 저감하는 것을 양립할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에서는, 도 8에 나타낸 단계 13의 처리가 본 발명의 구성 요건인 고장 판정 수단의 구체예이며, 단계 21, 22의 처리가 본 발명의 구성 요건인 엔진 제한 수단의 구체예를 나타내고 있다.
다음에, 도 9는 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내고 있다. 제 3 실시형태의 특징은, 고장 판정 수단이 고장으로 판정된 경우에, 엔진의 정지 횟수가 미리 설정한 규정 횟수(Ct)에 도달하면 엔진의 시동을 금지하는 구성으로 한 것에 있다. 또한, 제 3 실시형태에서는, 상술한 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.
도 9에 나타낸 처리 동작이 스타트하면, 단계 31에서는, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 1과 마찬가지로, 시동 스위치(32)가 「키 ON」되었는지의 여부를 판정한다. 이 단계 31에서, 「YES」, 즉, 「키 ON」되었다고 판정된 경우에는, 단계 32로 진행된다. 이 단계 32에서는, 고장으로 판정되고 나서 엔진(10)을 정지시킨 횟수인 고장 정지 횟수(C)가, 미리 설정한 규정 횟수(Ct)(예를 들면, 3회)에 도달하고 있지 않은지의 여부, 즉, 고장 정지 횟수(C)가 규정 횟수(Ct) 미만(C＜Ct)인지의 여부를 판정한다. 또한, 이 규정 횟수(Ct)는, 예를 들면, 유압 셔블(1)을 이동할 수 있도록 하는 것과 운전이 과도하게 계속되지 않도록 하는 것을 양립할 수 있도록, 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의거하여 그 값을 설정한다.
이 단계 32에서, 「YES」, 즉, 고장 정지 횟수(C)가 규정 횟수(Ct)에 도달하고 있지 않다(고장 정지 횟수(C)가 규정 횟수(Ct) 미만)고 판정된 경우에는, 단계 33으로 진행되고, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 2와 마찬가지로, 스타터(31)를 작동시켜, 엔진(10)의 시동을 행한다. 계속되는 단계 34에서는, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 3과 마찬가지로, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장인지의 여부를 판정한다.
이 단계 34에서, 「NO」, 즉, 엔진(10) 및 배기가스 정화장치(18)가 고장이 아니라고(통상 상태이다) 판정된 경우에는, 단계 35로 진행되고, 고장 정지 횟수(C)를 0회로 리셋한다. 즉, 단계 35는, 지난번 처리에서 고장으로 판정된 채 엔진(10)이 정지됨으로써 고장 정지 횟수(C)가 카운트되어 있었다고 하더라도, 이번 처리에서 고장은 없다고 판정된 경우에, 고장 정지 횟수(C)를 0회로 리셋하기 위한 것이다. 즉, 이 단계 35의 처리에서는, 일과성의 고장에서 통상 상태(정상)로 복귀한 경우에, 고장 정지 횟수(C)가 카운트되어 있었다고 하더라도, 그 고장 정지 횟수(C)가 0회로 리셋된다. 원래 고장 정지 횟수(C)가 0회인 경우에는, 리셋하더라도 0회 그대로이다. 단계 35에서, 고장 정지 횟수(C)가 0회로 리셋되면, 단계 36으로 진행된다.
또한, 도 9의 단계 36∼단계 42의 처리는, 제 1 실시형태에 의한 도 4의 단계 4∼단계 10의 처리와 마찬가지이기 때문에, 도 9의 단계 36∼단계 42의 처리의 설명은 생략한다.
단계 42에서 엔진(10)이 정지되면, 단계 43에서는, 엔진(10)을 정지하기 직전의 단계(34)의 처리에서 고장으로 판정된 상태에서 엔진(10)이 정지되었는지의 여부를 판정한다. 이 단계 43에서, 「NO」, 즉, 고장으로 판정된 상태에서 엔진(10)이 정지되어 있지 않다고 판정된 경우에는, 단계(44)를 거치지 않고, 리턴으로 진행되어, 스타트로 되돌아간다. 한편, 단계 43에서, 「YES」, 즉, 고장으로 판정된 상태에서 엔진(10)이 정지되었다고 판정된 경우에는, 단계 44로 진행되고, 고장 정지 횟수(C)에 1을 더하고 나서, 리턴으로 진행되어, 스타트로 되돌아간다. 또한, 고장 정지 횟수(C)의 초기값은 0회이다.
또한, 상기 단계 32에서, 「NO」, 즉, 고장 정지 횟수(C)가 규정 횟수(Ct)에 도달하였다(고장 정지 횟수(C)가 규정 횟수(Ct) 이상이다)고 판정된 경우에는, 단계 33 이후의 처리로 진행되지 않고(엔진(10)을 시동시키지 않고), 단계 45로 진행된다. 단계 45에서는, 엔진(10)의 시동을 금지하고, 리턴으로 진행된다. 이것에 의해, 엔진(10)을 시동할 수 없도록 한다.
제 3 실시형태는, 상술과 같이 도 9에 나타낸 처리에 의해, 엔진(10)의 출력제어를 행하는 것으로, 그 기본적 작용에 대해서는, 상술한 제 1 실시형태에 의한 것과 각별한 차이는 없다.
특히, 제 3 실시형태의 경우에는, 엔진(10) 및/또는 배기가스 정화장치(18)가 고장으로 판정된 경우에, 엔진(10)의 고장 정지 횟수(C)가 미리 설정한 규정 횟수(Ct)에 도달하면, 엔진(10)의 시동을 금지하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 규정 횟수(Ct)를 적절히 설정함으로써, 유압 셔블(1)을 이동할 수 있도록 하는 것과 운전이 과도하게 계속되지 않도록 하는 것을 양립할 수 있다.
또한, 제 3 실시형태에서는, 도 9에 나타낸 단계 34의 처리가 본 발명의 구성 요건인 고장 판정 수단의 구체예이며, 단계 39, 40의 처리가 본 발명의 구성 요건인 엔진 제한 수단의 구체예를 나타내고 있다.
상술한 제 2 실시형태에서는, 고장으로 판정되고 나서 소정 시간(Mt)을 경과하면 엔진(10)을 정지하는 구성으로 한 경우를 예로 들어 설명하고, 상술한 제 3 실시형태에서는, 고장으로 판정되고 나서 엔진(10)의 정지 횟수가 규정 횟수(Ct)에 도달하면 엔진(10)의 시동을 금지하는 구성으로 한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 고장으로 판정되고 나서 소정 시간(Mt)을 경과하면 엔진(10)을 정지하는 구성과, 고장으로 판정되고 나서 엔진(10)의 정지 횟수가 규정 횟수(Ct)에 도달하면 엔진(10)의 시동을 금지하는 구성의 양방을 합한 구성으로 해도 된다.
상술한 각 실시형태에서는, 배기가스 정화장치(18)를, 산화 촉매(20)와 입자형상 물질 제거 필터(21)에 의해 구성한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 산화 촉매와 입자형상 물질 제거 필터 외, 요소 분사 밸브, 선택 환원 촉매 장치 등을 조합하여 이용하는 구성으로 해도 된다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 배기가스 정화장치(18)를 소형의 유압 셔블(1)에 탑재한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명에 의한 배기가스 정화장치를 구비한 건설 기계는 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 중형 이상의 유압 셔블에 적용해도 된다. 또한, 휠식의 하부 주행체를 구비한 유압 셔블, 휠 로더, 포크 리프트, 유압 크레인 등의 건설 기계에도 널리 적용할 수 있는 것이다.
1: 유압 셔블(건설 기계) 2: 하부 주행체(차체)
4: 상부 선회체(차체) 10: 엔진
14: 전자 가버너 15: 유압 펌프
18: 배기가스 정화장치 27: 유압 액추에이터
38: 제어 장치

Claims (5)

  1. 자주 가능한 차체와, 당해 차체에 탑재되어 제어 장치에 의해 전자 제어되는 엔진과, 당해 엔진의 배기측에 설치되어 배기가스를 정화하는 배기가스 정화장치와, 상기 엔진에 의해 구동되어 토출 압력(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 일정해지도록 일정 토크 제어되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 당해 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터를 구비하여 이루어지는 건설 기계에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 엔진과 상기 배기가스 정화장치 중 적어도 어느 한쪽이 고장인지의 여부를 판정하는 고장 판정 수단과,
    당해 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 상기 엔진의 최고 회전수를, 고장 전의 엔진 최대 토크(Tm)를 출력할 수 있는 제 1 회전수(Ns)보다 소정량(α) 높은 제 2 회전수(Nt)로 제한하고, 또한, 상기 엔진의 최대 연료 분사량을, 상기 제 1 회전수(Ns)에 있어서 고장 전의 정격 토크(Tr)를 출력할 수 있도록 제한하는 엔진 제한 수단을 구비하는 구성으로 하고,
    상기 소정량(α)은, 상기 유압 펌프의 피크 토크가 상기 엔진에 가해지는 것에 의한 회전수의 일시적인 저하에 상응하는 값으로 설정한 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 미리 설정한 소정 시간(Mt)이 경과하면 상기 엔진을 정지시키는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 상기 엔진의 정지 횟수가 미리 설정한 규정 횟수(Ct)에 도달하면 상기 엔진의 시동을 금지하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장으로 판정된 경우에, 미리 설정한 소정 시간(Mt)이 경과하면 상기 엔진을 정지시키고, 또한, 상기 엔진의 정지 횟수가 미리 설정한 규정 횟수(Ct)에 도달하면, 상기 엔진의 시동을 금지하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  5. 삭제
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102088064B1 (ko) * 2013-12-13 2020-03-11 두산인프라코어 주식회사 건설 장비의 엔진 회전수 제어 장치 및 제어 방법
JP6258886B2 (ja) * 2015-03-02 2018-01-10 株式会社日立建機ティエラ ハイブリッド式作業機械
CN107407213A (zh) * 2015-03-20 2017-11-28 住友建机株式会社 挖土机
JP6644551B2 (ja) * 2016-01-06 2020-02-12 川崎重工業株式会社 建設機械のエンジン制御装置
JP6474750B2 (ja) * 2016-03-24 2019-02-27 株式会社日立建機ティエラ 小型油圧ショベル
CN109630298B (zh) * 2018-12-12 2021-05-07 三一汽车制造有限公司 动力系统的控制方法、控制系统及工程机械
JP7104663B2 (ja) * 2019-06-28 2022-07-21 日立建機株式会社 作業機械
CN110920915B (zh) * 2019-12-17 2021-06-15 南京航空航天大学 一种飞机燃油系统自适应热管理控制装置及方法
US11352767B2 (en) * 2020-04-20 2022-06-07 Caterpillar Paving Products Inc. Engine power management strategy
CN111810302B (zh) * 2020-07-01 2021-11-12 东风汽车集团有限公司 汽油机最大输出扭矩的确定方法
CN112127409B (zh) * 2020-09-23 2021-07-13 黄虎 一种用于堰塞湖自行处理的淤泥净化及坝体疏浚装置
CN113442727B (zh) * 2021-07-29 2022-07-01 重庆长安新能源汽车科技有限公司 防动力电池can通讯丢失引发动力中断的方法、系统及车辆

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009121443A (ja) * 2007-11-19 2009-06-04 Honda Motor Co Ltd コージェネレーション装置
JP2010065425A (ja) * 2008-09-09 2010-03-25 Sumitomo (Shi) Construction Machinery Co Ltd 建設機械の燃料監視装置
JP2010229985A (ja) * 2009-03-30 2010-10-14 Komatsu Ltd 作業車両および作業車両の制御方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0680298B2 (ja) * 1987-04-16 1994-10-12 ヤンマーディーゼル株式会社 内燃機関の制御装置
US5070832A (en) * 1991-03-29 1991-12-10 Cummins Engine Company, Inc. Engine protection system
JP2735978B2 (ja) 1992-04-02 1998-04-02 日立建機株式会社 油圧建設機械のトルク制御装置
JP3708563B2 (ja) 1993-11-04 2005-10-19 日立建機株式会社 油圧建設機械の駆動制御装置
EP1589211A1 (en) * 2003-01-31 2005-10-26 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Engine control device for and administration system for construction machine
JP3971348B2 (ja) * 2003-06-25 2007-09-05 日立建機株式会社 建設機械のエンジン制御装置
JP5204783B2 (ja) * 2007-11-06 2013-06-05 日立建機株式会社 作業車両の排気ガス浄化システム
JP5185056B2 (ja) * 2008-10-16 2013-04-17 ヤンマー株式会社 エンジン回転数制御装置
JP2010236363A (ja) 2009-03-30 2010-10-21 Hitachi Constr Mach Co Ltd 排気ガス浄化装置
JP5363369B2 (ja) * 2010-02-05 2013-12-11 日立建機株式会社 建設機械の油圧駆動装置
JP5828578B2 (ja) * 2010-05-07 2015-12-09 ヤンマー株式会社 排気ガス浄化システム
US9140157B2 (en) * 2010-05-07 2015-09-22 Yanmar Co., Ltd. Exhaust gas purification system
JP5839784B2 (ja) * 2010-06-02 2016-01-06 ヤンマー株式会社 排気ガス浄化システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009121443A (ja) * 2007-11-19 2009-06-04 Honda Motor Co Ltd コージェネレーション装置
JP2010065425A (ja) * 2008-09-09 2010-03-25 Sumitomo (Shi) Construction Machinery Co Ltd 建設機械の燃料監視装置
JP2010229985A (ja) * 2009-03-30 2010-10-14 Komatsu Ltd 作業車両および作業車両の制御方法

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Publication number Publication date
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WO2013111489A1 (ja) 2013-08-01
US20140324322A1 (en) 2014-10-30
EP2808453B1 (en) 2017-06-28
JPWO2013111489A1 (ja) 2015-05-11
CN104066894A (zh) 2014-09-24

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