JP2008144640A - 建設機械の暖機装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時にエンジン冷却水温を早期に上昇させる。
【解決手段】エンジン１により駆動される油圧ポンプ２と、エンジン始動時の暖機運転の要否を判定する暖機判定手段１０〜１６と、暖機判定手段１０〜１６により暖機運転が必要と判定されると、油圧ポンプ２を介してエンジン１に作用する負荷を上昇させる負荷掛け手段５，７，１０とを備える。負荷掛け手段は、油圧ポンプ２の下流側に設けられ、油圧ポンプ２の吐出圧を増加させる吐出圧増加手段である。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン始動時に暖機運転を行う建設機械の暖機装置に関する。

従来、エンジン始動時に自動的に暖機運転を行うようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、エンジン冷却水温が常温より低い状態でエンジンが始動されると、ポンプ傾転角を最小に保ったままエンジン回転数を第１の目標回転数まで上昇させる。その後、エンジン水温が常温以上に上昇すると、エンジン回転数を第２の目標回転数まで上昇させるとともに、ポンプ傾転角を最大傾転角まで増加させる。

特開平７−４２８５号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、エンジン冷却水温が常温以上となるまでは、第１の目標回転数でエンジンを回転させるだけなので、暖機に時間がかかる。

本発明による建設機械の暖機装置は、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、エンジン始動時の暖機運転の要否を判定する暖機判定手段と、暖機判定手段により暖機運転が必要と判定されると、エンジン回転数の増加の有無に拘わらず、油圧ポンプを介してエンジンに作用する負荷を上昇させる負荷掛け手段とを備えることを特徴とする。
負荷掛け手段を、油圧ポンプの吐出側に設けられ、油圧ポンプの吐出圧を増加させる吐出圧増加手段とすることもできる。
アクチュエータの駆動圧油を吐出する第１の油圧ポンプと、パイロット圧油を吐出する第２の油圧ポンプとを有し、第２のポンプを介してエンジンに作用する負荷を上昇させることもできる。
エンジンの負荷を上昇させる操作が行われているか否かを判定する操作判定手段を有し、操作判定手段によりこの操作が行われていると判定されると、暖機判定手段が暖機運転を不要と判定し、負荷掛け手段による負荷掛けを行わないこともできる。

本発明によれば、暖機運転が必要と判定されると、油圧ポンプを介してエンジンに作用する負荷を上昇させるようにしたので、暖機時間を短縮できる。

以下、図１，２を参照して本発明による建設機械の暖機装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る暖機装置の構成を示す図である。この暖機装置は、油圧ショベル等の建設機械に搭載され、寒冷地等でエンジンを始動した際に自動的に暖機運転を行う。

エンジン１は例えばターボ付きエンジンであり、エンジン１の出力軸には油圧ポンプ２が連結されている。油圧ポンプ２は、油圧シリンダや油圧モータ等のアクチュエータに駆動圧を供給するメインポンプと、パイロット圧によって駆動する油圧機器（パイロットバルブ）にパイロット圧を供給するパイロットポンプとからなり（図１にはパイロットポンプのみ図示）、これらはともにエンジン１により駆動される。メインポンプの最大吐出圧はパイロットポンプの最大吐出圧よりも大きく、メインポンプは高圧系の油圧回路を、パイロットポンプは低圧系の油圧回路を構成する。メインポンプは、駆動圧に応じてポンプ傾転量が変化する可変ポンプであり、パイロットポンプは、傾転量が固定の固定ポンプである。

図１は、低圧系の油圧回路の一部であり、油圧ポンプ２からの圧油（パイロット圧）は管路３を介してパイロットバルブ４に導かれる。本実施の形態では、油圧ポンプ２とパイロットバルブ４の間に電磁切換弁５が設けられ、電磁切換弁５に管路６を介して暖機用のリリーフ弁７が接続されている。なお、図示は省略するが、電磁切換弁５の下流の管路３にはパイロットリリーフ弁が接続され、パイロットバルブ４に作用するパイロット圧はパイロットリリーフ弁により制限される。

電磁切換弁５はコントローラ１０からの制御信号により切り換わる。電磁切換弁５が位置イに切り換わると、油圧ポンプ２からの圧油はリリーフ弁７に作用する。この状態では、油圧ポンプ２の吐出圧は、リリーフ弁７によって規定されたリリーフ圧相当となり、エンジン１にはリリーフ圧に応じた負荷が作用する。リリーフ弁７のリリーフ圧はパイロットリリーフ弁のリリーフ圧よりも大きな値に設定されており、電磁切換弁５が位置イに切り換わると、エンジン１に作用する負荷が大きくなる。一方、電磁切換弁５が位置ロに切り換わると、油圧ポンプ２からの圧油はパイロットバルブ４に作用する。

エンジン１には冷却水用配管を介して空調用ヒータ８が接続され、ヒータスイッチ１１のオンにより暖房運転の開始が指令される。暖房運転の開始が指令されると、車室内に送風される空気とエンジン冷却水とがヒータ８で熱交換され、車室内に温風を送風可能となる。

この場合、エンジン冷却水温が十分に高ければ、ヒータ８によって空気温度を目標温度相当まで高めることができ、運転室内の作業員にとって良好な空調快適性が得られる。一方、エンジン冷却水温が低ければ、車室内に送風される空気温度は目標温度よりも低くなり、空調快適性が悪化する。したがって、エンジン冷却水温が低い場合には、エンジン１の発熱量を増加させ、早期にエンジン冷却水温を高める必要がある。とくに、近年では、熱効率が高いエンジンが多く開発され、少ない燃料消費で油圧ポンプを駆動しての作業が可能である。そのため、エンジンからエンジン冷却水に吸収される熱量が減少し、運転室内の暖房に長い時間を要する傾向にあり、運転室内が暖房されるのを待っていたのでは、作業開始が遅れる。そこで、本実施の形態では以下のようにしてエンジン冷却水温を早期に上昇させ、寒冷地等で作業を行う際の暖機運転時間を短縮する。

コントローラ１０には、ヒータスイッチ１１と、エンジン冷却水温を検出する水温検出器１２と、エンジンオイルの圧力を検出する圧力検出器１３と、ゲートロックレバーの操作位置を検出するゲートロックスイッチ１４と、アクセルペダルの操作量を検出するペダル操作量検出器１５と、運転席に設けられた回転数設定ダイヤルの操作量を検出するダイヤル操作量検出器１６とが接続されている。これらからの信号はコントローラ１０に入力され、コントローラ１０で所定の処理が実行される。

コントローラ１０は、アクセルペダルの操作量に応じた回転数と回転数設定ダイヤルの操作量に応じた回転数のうち、大きい方の値を回転数指令値として設定する。例えばアクセルペダルが非操作で、かつ、回転数設定ダイヤルが最小回転位置に操作されているときは、回転数指令値として最小エンジン回転数（ローアイドル回転数）を設定する。

ゲートロックレバーは、運転室の入口に設けられ、運転席への乗降経路に突出したロック解除位置と、乗降経路から後退したロック位置との間で操作可能なレバーである。このゲートロックレバーの操作によりロックバルブ（不図示）を切り換え、メインポンプからアクチュエータへの圧油の流れを許可または遮断する。これにより運転者が運転室から離れるときは、ゲートロックレバーがロック位置に操作されるため、アクチュエータの作動が禁止される。運転者が運転室内に入り込み、ゲートロックレバーがロック解除位置に操作されると、アクチュエータの作動が許可される。

図２は、コントローラ１０で実行される暖機処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、始動スイッチ１７のオンによりコントローラ１０の電源が投入されるとスタートし、所定時間毎に繰り返される。初期状態では、電磁切換弁５は位置ロに切り換えられている。

まず、ステップＳ１で、暖機モード開始条件が成立しているか否かを判定する。暖機モードは、寒冷地等におけるエンジン始動時の暖機運転時間を短縮させるモードであり、ヒータスイッチ１１がオンで、かつ、ゲートロックレバーがロック位置に操作され、かつ、回転数指令値としてローアイドル回転数が指令されると、暖機モード開始条件が成立する。これ以外の場合は、暖機モード開始条件は不成立となる。

ステップＳ１が肯定されるとステップＳ２に進み、否定されると処理を終了する。ステップＳ２では、エンジン回転数をローアイドル回転数に制御し、ローアイドル運転を行う。ステップＳ３では、圧力検出器１３により検出されたエンジンオイル圧力Ｐが、予め定めた所定値Ｐ１以上か否かを判定する。これは、後述の処理（ステップＳ５）によってエンジン回転数を上昇させた際に、潤滑油の不足によってターボのタービンが損傷することがないようにするための処理である。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、水温検出器１２により検出されたエンジン冷却水温Ｔが所定値Ｔ１以上か否かを判定する。所定値Ｔ１は、暖房に適した空調風を車室内に送風できる温度に設定される。つまり、エンジン冷却水温が低いと、車室内に送風される空気をヒータ８で十分に加熱できないため、ステップＳ４では、所定温度の空調風を送風できる状態にあるか否かを判定する。

ステップＳ４が否定されるとステップＳ５に進み、肯定されると処理を終了する。ステップＳ５では、エンジン回転数をローアイドル回転数から予め定められた所定回転数まで上昇させる。所定回転数は、エンジン１や油圧ポンプ２の損傷が発生しない程度の回転数である。さらにステップＳ４では、電磁切換弁５に制御信号を出力し、電磁切換弁５を位置イに切り換える。これによりポンプリリーフ圧が大きくなり、エンジン１に作用する負荷が上昇する。

ステップＳ６では暖機モードが終了か否かを判定する。この場合、（ａ）エンジン冷却水温Ｔが所定値Ｔ１以上、（ｂ）ヒータスイッチ１１がオフ、（ｃ）ゲートロックレバーの解除位置への操作、（ｄ）アクセルペダルの操作もしくは回転数設定ダイヤルの操作によるエンジン回転数の上昇指令のいずれかの条件が満たされると、ステップＳ６が肯定され、暖機処理を終了する。一方、上記（ａ）〜（ｄ）の条件が全て満たされないときは、ステップＳ６が否定され、ステップ５に戻る。暖機処理が終了すると、電磁切換弁５を位置ロに切り換えるとともに、エンジン回転数をアクセルペダルと回転数設定ダイヤルの操作量に応じた指令値に設定する。

以上の実施の形態に係る暖機装置の動作をまとめると次のようになる。エンジン冷却水温が所定値Ｔ１以下の状態で作業を行う場合、運転者はゲートロックレバーをロック位置に操作して運転室内に入り、エンジンキーを操作してエンジンを始動する。この際、車室内が十分に暖房されるまで作業を行わずに待機するのであれば、ゲートロックレバーをロック位置に操作、アクセルペダルを非操作、回転数設定ダイヤルを最小回転数に操作する。これにより暖機モードが開始し、エンジン１がローアイドルで回転する（ステップＳ２）。

このときエンジンオイル圧力がＰ１以上になると、エンジン回転数が所定回転数だけ上昇するとともに、電磁切換弁５が位置イに切り換わる（ステップＳ５）。これによりポンプ吐出圧が大きくなってエンジン１に作用する負荷が大きくなり、エンジン１の発熱量が増加する。その結果、エンジン冷却水温を早期に上昇することができ、運転室内を比較的短時間で暖房できる。

エンジン冷却水温が所定値Ｔ１以上になると暖機モードが終了し、電磁切換弁５が位置ロに切り換わるとともに、エンジン回転数がローアイドル回転数となる。これにより必要以上に暖機運転を行うことがなく、油圧ポンプ２からの圧油をパイロットバルブ４に導いて作業を行うことができる。

エンジン冷却水温が所定値Ｔ１以上になる前であっても、アクセルペダルや回転数設定ダイヤルを操作して回転数指令値を大きくすると、あるいはゲートロックレバーを解除位置に切り換えると、暖機モードが終了する。これによりエンジン冷却水温が所定値Ｔ１以上となるまで待たなくても、運転者の意思により作業を行うことができる。この場合、運転者がエンジン１の負荷を上昇させるような操作を手動で行っているため、自動で暖機運転を行う必要がない。ヒータスイッチ１１がオフされたときは、暖房のためにエンジン冷却水温を上昇させる必要がないため、この場合も暖機モードが終了する。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）エンジン回転数をローアイドル回転数から所定回転数だけ上昇させるとともに、電磁切換弁５の切換により油圧ポンプ２をリリーフ弁７に連通してリリーフ圧を大きくし、暖機運転を行うようにした。これによりエンジン１に作用する負荷が上昇し、エンジン冷却水温を早期に上昇させることができ、寒冷地作業時において運転室内を短時間で暖房することができる。

（２）暖機モード時にポンプ傾転角を大傾転側に変化させる必要がないので、油圧ポンプの焼き付きを防止することができる。すなわちポンプ傾転角を大きくしてエンジン１の負荷を上昇させると、エンジン始動時は油温が低いため、ポンプの焼き付きが問題となる。これを防止するために、油温が上昇するまでポンプ傾転角を最小傾転角に保つと、エンジン冷却水温を早期に上昇できず、暖機運転が長びく。この点、本実施の形態では、ポンプリリーフ圧を大きくすることでエンジン１に負荷をかけるので、ポンプ傾転角を変化させる必要がなく、焼き付きの問題は生じない。ポンプ傾転固定の油圧ポンプ２を用いることができるため、適用対象も広い。

（３）パイロット用の油圧ポンプ２を介してエンジン１の負荷を上昇させるようにしたので、油圧回路は低圧の回路であり、リリーフ弁７を容易に組み込むことができる。
（４）アクセルペダルの踏み込み操作やゲートロックレバーの解除位置への操作が検出された場合に、暖機モードを終了するようにしたので、必要以上に暖機運転を継続する必要がなく、早期に作業を開始することができる。

なお、上記実施の形態では、油圧ポンプ２の下流にリリーフ弁７を設けてポンプ吐出圧を増加させ、エンジン１に作用する負荷を上昇させるようにしたが、例えばリリーフ弁７の代わりに絞りを設けてポンプ吐出圧を増加させるようにしてもよく、吐出圧増加手段は上述したものに限らない。エンジン回転数の増加の有無に拘わらず、エンジン１に負荷を掛けるのであれば、負荷掛け手段はいかなるものでもよく、例えばダミーポンプをエンジン１によって駆動させ、エンジン１に負荷を掛けるようにしてもよい。ポンプ傾転角を変化させてエンジン１に負荷を掛けるようにしてもよい。

電磁切換弁５の切換と同時にエンジン回転数を増加させるようにしたが（ステップＳ５）、エンジン回転数を増加させずに、エンジン１の負荷を上昇させてもよい。エンジンオイル圧力Ｐが所定値Ｐ１以上となったときに電磁切換弁５を位置イに切り換えるようにしたが、ターボ付きエンジン以外では、必ずしもこの処理は必要でなく、暖機モード開始と同時に電磁切換弁５を位置イに切り換えてもよい。アクセルペダルの操作と回転数設定ダイヤルの操作によりエンジン回転数を指令するようにしたが、他の操作により回転数を指令してもよい。

ヒータスイッチ１１がオン、かつ、ゲートロックレバーがロック位置に操作、かつ、回転数指令値としてローアイドル回転数が指令、かつ、エンジン冷却水温が所定値Ｔ１未満のとき、暖機運転が必要と判定したが、暖機判定手段の構成はこれに限らない。また、ゲートロックレバーの解除位置への操作、アクセルペダルもしくは回転数設定ダイヤルの操作の有無により、エンジン１の負荷を上昇させる操作を判定したが、操作判定手段はこれに限らない。メインポンプ（第１の油圧ポンプ）およびパイロットポンプ（第２の油圧ポンプ）をエンジン１によって駆動するとともに、パイロットポンプを介してエンジン１に負荷を掛けるようにしたが、メインポンプを介して負荷を掛けるようにしてもよく、メインポンプとパイロットポンプの両方から負荷を掛けるようにしてもよい。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の暖機装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係る暖機装置の構成を示す図。 図１のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

２ 油圧ポンプ
５ 電磁切換弁
７ リリーフ弁
１０ コントローラ
１１ ヒータスイッチ
１２ 水温検出器
１４ ゲートロックスイッチ
１５ ペダル操作量検出器
１６ ダイヤル操作量検出器

Claims (4)

1. エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   エンジン始動時の暖機運転の要否を判定する暖機判定手段と、
   前記暖機判定手段により暖機運転が必要と判定されると、エンジン回転数の増加の有無に拘わらず、前記油圧ポンプを介してエンジンに作用する負荷を上昇させる負荷掛け手段とを備えることを特徴とする建設機械の暖機装置。
2. エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   エンジン始動時の暖機運転の要否を判定する暖機判定手段と、
   前記暖機判定手段により暖機運転が必要と判定されると、前記油圧ポンプを介してエンジンに作用する負荷を上昇させる負荷掛け手段とを備え、
   前記負荷掛け手段は、前記油圧ポンプの吐出側に設けられ、前記油圧ポンプの吐出圧を増加させる吐出圧増加手段であることを特徴とする建設機械の暖機装置。
3. 請求項１または２に記載の建設機械の暖機装置において、
   前記油圧ポンプは、アクチュエータの駆動圧油を吐出する第１の油圧ポンプと、パイロット圧油を吐出する第２の油圧ポンプとを有し、
   前記負荷掛け手段は、前記第２のポンプを介してエンジンに作用する負荷を上昇させることを特徴とする建設機械の暖機装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の暖機装置において、
   エンジンの負荷を上昇させる操作が行われているか否かを判定する操作判定手段を有し、
   前記暖機判定手段は、前記操作判定手段により前記操作が行われていると判定されると、暖機運転を不要と判定し、前記負荷掛け手段による負荷掛けを行わないことを特徴とする建設機械の暖機装置。

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