(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するエンジンと、該エンジンの燃料を収容する燃料タンクと、該燃料タンクの燃料残量を検出する燃料計と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記油圧ポンプの入力トルクを設定するポンプトルク設定手段と、を備える建設機械において、
前記燃料計から検出された燃料残量から、エンジン回転数偏差から求められるエンジンの１回転当りの燃料消費量と前記検出されたエンジン回転数の積を減算することにより、燃料残量を算出する演算手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、回転数を制限する指令を出力する回転数制限手段と、
前記回転数を制限する指令によって、前記目標回転数設定手段から入力される目標回転数を所定の範囲に制限して、前記エンジンに出力する回転数調整手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、入力トルクを制限する指令を出力する入力トルク制限手段と、
前記入力トルクを制限する指令によって、前記ポンプトルク設定手段から入力される設定された入力トルクを所定の範囲に制限して、前記油圧ポンプに出力する入力トルク調整手段と、
から構成される出力制限装置を備えることを特徴とする建設機械の出力制限装置。
【請求項２】
油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するエンジンと、該エンジンの燃料を収容する燃料タンクと、該燃料タンクの燃料残量を検出する燃料計と、前記油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータを操作する操作レバーと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記油圧ポンプの入力トルクを設定するポンプトルク設定手段と、を備える建設機械において、
前記検出された燃料残量から、前記操作レバーの操作時間積算値と前記操作レバーの操作時間に対する燃料減少率との積を減算することにより、燃料残量を算出する演算手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、回転数を制限する指令を出力する回転数制限手段と、
前記回転数を制限する指令によって、前記目標回転数設定手段から入力される目標回転数を所定の範囲に制限して、前記エンジンに出力する回転数調整手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、入力トルクを制限する指令を出力する入力トルク制限手段と、
前記入力トルクを制限する指令によって、前記ポンプトルク設定手段から入力される設定された入力トルクを所定の範囲に制限して、前記油圧ポンプに出力する入力トルク調整手段と、
から構成される出力制限装置を備えることを特徴とする建設機械の出力制限装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械の出力制限装置に係わり、特に、燃料残量に応じて、エンジンの回転数および油圧ポンプの入力トルクを制限することを可能にした建設機械の出力制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧ショベルに代表される建設機械のエンジンと油圧ポンプとから構成される駆動系の一例を図１５に示す。
【０００３】
図において、１はエンジン、１ａはエンジン１の燃料噴射ポンプ、２は燃料レバーに代表されるエンジン１の目標回転数を設定する目標回転数設定器、３は燃料タンク、３ａは燃料タンク内の燃料残量を計測する燃料計、４はブザー、５Ａ，５Ｂはエンジン１により回転駆動される可変容量型の油圧ポンプ（以下、単に油圧ポンプという。）、６Ａ，６Ｂは設定された入力トルクによって油圧ポンプ５Ａ，５Ｂの吐出量を可変制御する容積可変機構である。
【０００４】
また、このエンジン１の出力特性は図１６に示すように、エンジンの実際の回転数Ｎｅに対する出力トルクＴｅは、目標回転数Ｎｒの大きさ、即ち、Ｎｒ１，Ｎｒ２・・・によって変化し、また、油圧ポンプ５Ａ，５Ｂの出力特性は図１７に示すように、ポンプ負荷Ｗに対するポンプ出力トルクＴｐはポンプ入力トルクＴｐｒの大きさ、即ち、Ｔｐｒ１，Ｔｐｒ２・・・によって変化する。
【０００５】
このような従来の建設機械の駆動系では、エンジン１の燃料を格納する燃料タンク３に設置された燃料計３ａにより、燃料残量が所定以下になるとブザー４や図示されていないランプ等により、オペレータに燃料残量が少なくなったことや、エンジン１に最大負荷をかけた状態で、約１時間の稼動が可能であること等を知らせるように構成されている。
【０００６】
また、大規模鉱山のような市街地から遠く離れた作業現場では、、油圧ショベル等の建設機械は一般車両と異なり、エンジンの燃料が無くなった場合、直ちにこれを補給しないと、作業不能に陥って作業全体に影響を与え、生産性を著しく阻害することになる。また、この種の建設機械は負荷が大きく変動するので、オペレータは建設機械の燃料消費量を予測することが難しく、そのため給油を要求する時期を失して燃料切れを生じ、往々にして作業不能に陥る場合がある。
【０００７】
従来、このような燃料切れを避けるために、燃料が最大負荷で作業しても１時間程度作業できる程度まで燃料が減少した時点で、ブザーやランプ等により警報を発し、オペレータに燃料補給を促す手段が採られており、オペレータは電話等で給油車を呼んで燃料の補給を受けるようにしていた。また、直掘り（露天掘り）鉱山のように作業現場が広域にわたり、多数の建設機械が使用されている現場では、給油車が数台用意され、各給油車は担当する建設機械を巡回して燃料切れが生じないようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のように、燃料が減少した時点で警報を発する方法では、作業内容によってエンジンにかかる負担が異なるため、オペレータの予想に反して早く燃料が無くなる場合もあり、最悪の場合には建設機械を移動させることもできず、予定していた発破作業ができなくなったり、岩石を積み込むダンプトラックを待たせる等の事態が発生していた。そのため、従来はこのような状態に陥いらないように、常に燃料残量に十分余裕がある状態で燃料補給をせざるを得ず、必然的に生産性を最大に上げることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような種々の問題点に鑑みて、燃料残量に応じて、エンジンの最高回転数や油圧ポンプの入力トルクを制限することにより、作業性をある程度犠牲にして稼動可能時間の延長を図り、作業を継続しつつ燃料の補給を待つことを可能にした建設機械の出力制限装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次のような手段を採用した。
【００１２】
油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するエンジンと、該エンジンの燃料を収容する燃料タンクと、該燃料タンクの燃料残量を検出する燃料計と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記油圧ポンプの入力トルクを設定するポンプトルク設定手段と、を備える建設機械において、
前記燃料計から検出された燃料残量から、エンジン回転数偏差から求められるエンジンの１回転当りの燃料消費量と前記検出されたエンジン回転数の積を減算することにより、燃料残量を算出する演算手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、回転数を制限する指令を出力する回転数制限手段と、
前記回転数を制限する指令によって、前記目標回転数設定手段から入力される目標回転数を所定の範囲に制限して、前記エンジンに出力する回転数調整手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、入力トルクを制限する指令を出力する入力トルク制限手段と、
前記入力トルクを制限する指令によって、前記ポンプトルク設定手段から入力される設定された入力トルクを所定の範囲に制限して、前記油圧ポンプに出力する入力トルク調整手段と、
から構成される出力制限装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するエンジンと、該エンジンの燃料を収容する燃料タンクと、該燃料タンクの燃料残量を検出する燃料計と、前記油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータを操作する操作レバーと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、前記油圧ポンプの入力トルクを設定するポンプトルク設定手段と、を備える建設機械において、
前記検出された燃料残量から、前記操作レバーの操作時間積算値と前記操作レバーの操作時間に対する燃料減少率との積を減算することにより、燃料残量を算出する演算手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、回転数を制限する指令を出力する回転数制限手段と、
前記回転数を制限する指令によって、前記目標回転数設定手段から入力される目標回転数を所定の範囲に制限して、前記エンジンに出力する回転数調整手段と、
前記算出された燃料残量に応じて、入力トルクを制限する指令を出力する入力トルク制限手段と、
前記入力トルクを制限する指令によって、前記ポンプトルク設定手段から入力される設定された入力トルクを所定の範囲に制限して、前記油圧ポンプに出力する入力トルク調整手段と、
から構成される出力制限装置を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１〜図３を用いて説明する。
【００１５】
図１は本実施形態に係る建設機械の出力制限装置のブロック図、図２は図１に示す回転数制限装置における入出力特性図、図３は図１に示す入力トルク制限装置の入出力特性図である。
【００１６】
なお、図１において図１５に示す部分と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。
６Ａ，６Ｂは指令された入力トルクよって油圧ポンプ５Ａ，５Ｂの吐出量を可変制御する容積可変機構、７は油圧ポンプ５Ａ，５Ｂの入力トルクを設定するポンプトルク設定装置、８は燃料残量に応じてエンジン回転数の最大値を制限する回転数制限装置、９は、目標回転数設定器２で設定された目標回転数と回転数制限装置８から出力される制限された回転数とを対比して、いずれか低い方の回転数を選択する回転数調整装置、１０は燃料残量に応じて入力トルクの最大値を制限する入力トルク制限装置、１１Ａ，１１Ｂは、設定された入力トルクと入力トルク制限装置から出力される制限された入力トルクとを対比して、いずれか小さい方の入力トルクを選択する入力トルク調整装置、１２は出力制限装置である。
【００１７】
図２は、回転数制限装置８の入出力特性図の一例であり、横軸は燃料計３ａから検出された燃料残量Ｑｒ、縦軸は燃料残量Ｑｒに応じて設定される制限回転数Ｎｒを表す。
【００１８】
図において、所定の燃料残量Ｑｒ１以下では回転数Ｎｒは最小回転数Ｎｒｍｉｎに制限され、所定の燃料残量Ｑｒ１およびＱｒ２間では最小回転数Ｎｒｍｉｎから最大回転数Ｎｒｍａｘ間を比例して増減可能な回転数Ｎｒに制限され、所定の燃料残量Ｑｒ２以上では回転数Ｎｒは最大回転数Ｎｒｍａｘに設定される。
【００１９】
図３は、入力トルク制限装置１０の入出力特性図の一例であり、横軸は燃料計３ａから検出された燃料残量Ｑｒ、縦軸は燃料残量Ｑｒに応じて設定される制限入力トルクＴｒを表す。
【００２０】
図において、所定の燃料残量Ｑｒ３以下では入力トルクＴｐｒは最小入力トルクＴｐｒｍｉｎに制限され、所定の燃料残量Ｑｒ３およびＱｒ４間では最小入力トルクＴｐｒｍｉｎから最大入力トルクＴｐｒｍａｘ間を比例して増減可能な入力トルクＴｐｒに制限され、所定の燃料残量Ｑｒ４以上では入力トルクＴｐｒは最大入力トルクＴｐｒｍａｘに設定される。
【００２１】
次に、本実施形態に係わる出力制限装置の動作を図１〜図３に基づいて説明する。
【００２２】
燃料計３ａは常時燃料タンク３内の燃料残量を検出しており、その計測値は回転数制限装置８および入力トルク制限装置１０に出力され、各装置８，１０は、計測されたその時の燃料残量Ｑｒに応じて、図２および図３に示す入出力特性に従う、制限された回転数Ｎｒおよび入力トルクＴｐｒを出力し、それぞれが回転数調整装置９および入力トルク調整装置１１Ａ，１１Ｂに入力する。
【００２３】
一方、オペレータによって図示されていない操作レバーが操作されると、目標回転数設定器２において目標回転数Ｎｓが設定され、回転数調整装置９に入力される。回転数調整装置９では、目標回転数Ｎｓと制限された回転数Ｎｒとが対比され、いずれか低い方の回転数がエンジン１の燃料噴射ポンプ１ａに指令値として出力される。
【００２４】
また、入力トルク調整装置１１Ａ，１１Ｂでは、ポンプトルク設定装置７によって設定された入力トルクＴｓと制限された入力トルクＴｐｒとが対比され、いずれか低い方の入力トルクが容積可変機構６Ａ，６Ｂに指令値として出力される。
【００２５】
上記のごとく、本実施形態によれば、例えば、目標回転数設定器２において、目標回転数が最大回転数Ｎｓｍａｘに設定されても、燃料残量Ｑｒが少なくなると、回転数制限装置８により制限された低い回転数で駆動するように制御され、燃料消費量が少なくなる。同時に、図示されていないブザーやランプ等で運転者に低燃料モードで運転されていることを知らせるので、従来のように、１時間待つのか、２時間待つのか心配せずに、２時から３時間以上安心して、作業しながら燃料補給を待つことができ、建設機械の不測の燃料切れを防止することができる。
【００２６】
次に本発明の第２の実施形態を図４〜図９を用いて説明する。
【００２７】
図４は本実施形態に係る建設機械の出力制限装置のブロック図、図５は図４に示す演算装置１７の内部構成および表示装置１８の表示内容を示す図である。
【００２８】
なお、図４において図１に示される部分と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図４において、１ｂはエンジン１の回転数検出器、１３ａ〜１３ｃは操作レバーの操作量および操作方向に応じたパイロット圧を対応する図示されていないコントロール弁に出力する減圧弁（パイロット弁）、１４は、図示されていないシャトル弁、圧力スイッチ、ロジック回路等で構成され、各パイロット弁１３ａ〜１３ｃからのパイロット圧を入力し、各操作レバーの操作状態信号Ｃを出力する操作状態検出器、１５は燃料計３ａからの検出信号を燃料残量Ｑに変換する演算器、１６は、目標回転数およびエンジン回転数Ｎｅを入力し、両者の差（回転数偏差ΔＮ）に基づいて燃料噴射ポンプ１ａの燃料噴射量を制御し、エンジン１をできるだけ目標回転数に近い一定回転数で回転するように制御する制御装置、１７は、回転数検出器１ｂからのエンジン回転数Ｎｅ、制御装置１６からの回転数偏差ΔＮ、操作状態検出器１４からの状態信号Ｃ、および演算器１５からの燃料残量Ｑを入力して時々刻々の稼動可能残時間および燃料残量を演算する演算装置、１８は演算装置１７で得られた稼動可能残時間および燃料残量を表示する表示装置、１９は出力制限装置である。
【００３０】
図５において、１７は演算装置、１７１は状態信号Ｃ、計測された燃料残量Ｑ、演算された燃料残量Ｑｒ、エンジン回転数Ｎｅ、回転数偏差ΔＮを入力し、表示信号Ｓを出力する入出力インタフェース、１７２は所定の演算、制御を行うＣＰＵ、１７３は、入力プログラム１７３ａ、作業時間計測プログラム１７３ｂ、残量校正プログラム１７３ｃ、燃料消費量計算プログラム１７３ｄ、および出力プログラム１７３ｅの各種の演算プログラムが格納されるＲＡＭまたはＲＯＭ、１７４は演算、制御の結果得られた各種のデータを格納するＲＡＭ、１７５は時刻データを出力するタイマである。表示装置１８の表示例として、燃料残量が５４リットル、可能稼動時間が ８，５時間の場合を示す。
【００３１】
次に、演算装置１７における各種の演算プログラムの処理手順を図６〜図７、および図９のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
はじめに、入力プログラム１７３ａの処理手順は、図示されていないが、演算装置１７の外部から回転数Ｎｅ、回転数偏差ΔＮ、状態信号Ｃ、および燃料残量Ｑの各データの入力処理を行う。
【００３３】
次に、作業時間計測プログラムの処理手順を図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３４】
このプログラムは建設機械が実際に駆動状態にある時間を積算して算出するものであり、この処理は一定周期ｔ１、例えば５０〜１００ｍｓｅｃ、毎に起動される。
【００３５】
まず、ステップ１０において、入力されたエンジン回転数Ｎｅが所定の回転数Ｎｅ0より大きいか否かを判断する。上記回転数Ｎｅ0は、建設機械として油圧ショベルを用いる場合はエンジン回転数を１０００〜２５００ｒｐｍの範囲で使用されるので、例えばＮｅ0 ＝６００ｒｐｍに設定する。ステップ１１においてエンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ0 より大きい場合にはエンジン１が駆動状態にあると判断して、エンジン駆動時間積算値Ｔａに起動間隔ｔ２を加算してエンジン駆動時間積算値Ｔａを算出する。エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ0 以下の場合には、エンジン１が駆動状態にないと判断して処理を終了し、時間ｔ２後に再度本プログラムを起動する。
【００３６】
次に、燃料消費量計算プログラムの処理手順を図７に示すフローチャートおよび図８に示すエンジン回転数偏差に対する燃料消費量の特性図を用いて説明する。
【００３７】
このプログラムは燃料消費量を推定するプログラムであり、一定周期ｔ２毎に、例えば １００ｍｓｅｃ毎に起動される。
【００３８】
まず、ステップ２０において、データ更新フラグがセットされているか否かを判断する。このデータ更新フラグは後述する残量校正プログラム１７３ｃにより新たに燃料残量が測定されたときセットされるフラグである。ステップ２１において、データ更新フラグがセットされた時、即ち、新たに燃料残量が測定されたと判断された時は、新たに測定された燃料残量Ｑ（ｎ）を実際の燃料残量Ｑｒとして格納し、また後述する残量校正プログラム１７３ｃにより得られた補正係数Ｋ（ｎ）を新たな補正係数Ｋｒとして格納して、データ更新フラグをリセットする。なお、ここでｎは残量校正プログラム１２３ｃによる校正回数を示す。データ更新フラグがセットされていない時、即ち、新たな燃料残量測定が行われていない時はステップ２１の処理は行わない。
【００３９】
次いで、ステップ２２において入力された回転数偏差ΔＮおよびエンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ２３において、入力した回転数偏差ΔＮに基づいてエンジン１回転当りの燃料減少量Δｑを取り出す。
【００４０】
ここで、回転数偏差ΔＮに基づいてエンジン１回転当りの燃料減少量Δｑの算出法を図８を用いて説明する。
【００４１】
図において、横軸は入力された回転数偏差ΔＮ、縦軸は燃料減少量Δｑであり、点Ａ10，Ａ20，Ａ30は、それぞれ図１６に示す点Ａ１ 、Ａ２ 、Ａ３ に対応する点である。即ち、図示の特性では、エンジン１にかかる負荷（油圧ポンプの負荷）が増大してゆくと回転数偏差ΔＮも増大してゆき、同時に燃料噴射ポンプ１ａの燃料噴射量（燃料消費量Δｑ）も増大してゆき、この状態で、回転数偏差ΔＮが一定値ΔＮ0 に達すると燃料噴射量はそれ以上増加せず飽和する特性となっている。このことから、燃料減少量Δｑは、ある負荷状態でのエンジン１の出力トルク、換言すれば、エンジン１回転当りの燃料消費量にほぼ比例した値であることが判る。この特性は、予めエンジン１に徐々に負荷をかける実験により容易に求めることができるが、実験によらずに、エンジン製造者が性能試験書として発行しているデータを用いても求めることができる。
【００４２】
次に図７のステップ２４において、前回の演算実行時に求められた燃料残量Ｑｒから、燃料減少量Δｑとエンジン回転数Ｎｅとの積（回転数Ｎｅのときの燃料消費量）を減算して、計算上の現在の燃料残量Ｑｒを算出し、算出された燃料残量Ｑｒを、後述する残量校正プログラム１２３ｃにより得られた新たな補正係数Ｋｒ（１時間当りの燃料消費量に相当）で除算して新たな計算上の残時間Ｔｒを算出し、さらに前回までの燃料消費量積算値Ｄに今回の燃料消費量（ΔｑとＮｅの積）を加算して新たな燃料消費量積算値Ｄを演算する。ステップ２５において、得られた燃料残量Ｑｒを制限回転数発生装置８および制限入力トルク発生装置１０に出力すると共に、燃料残量Ｑｒと稼動可能残時間Ｔｒを表示装置１３へ出力する。
【００４３】
本実施形態では、このように、演算装置１７によって算出された燃料残量Ｑｒに応じて、エンジン１の目標回転数および油圧ポンプ５Ａ，５Ｂの入力トルクが制御される。またオペレータは、表示装置１８に表示される燃料残量Ｑｒと稼動可能残時間Ｔｒの表示を見ることにより給油のために要する時間を勘案して、給油を要求すべきか否かを決定することができる。
【００４４】
次に、残量校正プログラムの処理手順を図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
このプログラムは負荷の変動により燃料消費量の変化を推定して燃料残量を校正し、時間当りの燃料消費量を求めるプログラムであり、このプログラムは１００〜２００ｍｓｅｃ程度の周期で起動される。
【００４６】
ステップ３０において、作業時間計測プログラム１７３ｂで得られるエンジン稼動時間Ｔａを読み込み、ステップ３１においてステップ３５で既に得られている前回校正までのエンジン稼動時間から経過したエンジン稼動時間ΔＴａが設定時間Ｔａ0 を超えたか否か判断する。上記設定時間Ｔａ0 は約１時間に設定される。エンジン稼動時間ΔＴａが設定時間Ｔａ0 以下であれば処理を終了し、設定時間Ｔａ0 を超えている場合には、ステップ３２において、操作信号Ｃにより建設機械が現在動作状態にあるか否か判断し、さらにステップ３３において燃料レベル更新フラグがセットされているか否か判断する。いずれかの操作レバーが操作れて建設機械が動作状態にある場合には燃料タンク３の液面が揺れて燃料レベルの測定はできないので処理を終了し、また、燃料レベル更新フラグがセットされていない場合も処理を終了する。
【００４７】
ステップＳ３２、Ｓ３３で燃料レベルの測定が可能になったと判断すると、ステップ３４において燃料レベルの計測を行い、そのときの演算器１５から出力される実際の燃料残量Ｑを今回測定の燃料残量Ｑ（ｎ）として格納する。次いで、ステップ３５において、現在時刻Ｔｂをタイマ１７５から読み込んで格納し、エンジン稼動時間積算値Ｔａを今回のエンジン稼動時間積算値Ｔａ（ｎ）として格納し、今回エンジン稼動時間積算値Ｔａ（ｎ）から前回校正時のエンジン稼動時間積算値Ｔａ（ｎ−１）を減算して前回校正時から今回校正までのエンジン稼動時間ΔＴａ（ｎ）を演算し、さらに、燃料消費量計算プログラム１２３ｄによって得られている燃料消費量の積算値Ｄを今回燃料消費量積算値Ｄ（ｎ）として格納する。
【００４８】
次いで、ステップ３６において、今回測定の燃料残量Ｑ（ｎ）から前回測定の燃料残量Ｑ（ｎ−１）を減算して、前回校正時と今回校正時の間の実際の燃料消費量ΔＱ（ｎ）を演算すると共に今回の燃料消費量の積算値Ｄ（ｎ）から前回までの燃料消費量の積算値Ｄ（ｎ−１）を減算して、前回校正時と今回校正時の間の計算上の燃料消費量ΔＤ（ｎ）を演算する。なお、前回までの燃料消費量の積算値Ｄ（ｎ−１）は後述するステップＳ３８で０にされている。
【００４９】
次のステップ３７では、上記実際の燃料消費量ΔＱ（ｎ）と上記計算上の燃料消費量ΔＤ（ｎ）との比（第１の補正係数）Ｋ1 （ｎ）を求める。この第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）は、現在の校正時から約１時間前までの平均的な単位燃料消費量積算値当りの実際の消費量を示す値である。次いで、得られた第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）を用いて第２の補正係数Ｋ（ｎ）を演算する。この演算中、定数ｋ0 は１以下の正数である。上記第２の補正係数Ｋ（ｎ）は図示の数式から明らかなように、前回校正時の第２の補正係数Ｋ（ｎ−１）と今回の第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）との中間値である。このように中間値を算出する理由は、第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）は１時間毎に変更されるので比較的ばらつきが大きくなると考えられ、このばらつきを抑えて変化を緩やかにするためである。そして、作業内容によってはエンジン１にかかる負荷の変化が小さいので、そのような場合には、定数ｋ0 を「１」として第２の補正係数Ｋ（ｎ）を第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）と等しくなるようにしてもよい。又、変化を緩やかにするためには、ステップＳ３６の処理を、前回、前々回と時間を遡って数時間の実際の燃料消費量ΔＱ（ｎ）と燃料消費量積算値ΔＤ（ｎ）の長時間の平均値を用いて第２の補正係数Ｋ（ｎ）の演算を省略することもできる。このようにして求めた第２の補正係数Ｋ（ｎ）は、図７に示す燃料消費量計算プログラム１２３ｄのステップＳ２１において補正係数Ｋｒとして格納され、Ｓ２４において演算に用いられる。
【００５０】
次に、ステップ３８では、第２の補正係数Ｋ（ｎ）の演算を終了すると、次回の燃料レベル計測に備えて、それまでの校正回数に「１」を加算し、燃料消費量積算値Ｄを「０」にリセットし、さらに、データ更新フラグをセットとして処理を終了する。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、一定時間毎に実際の燃料消費量と計算上の燃料消費量の積算値との比で補正係数を求め、校正時に得た正確な燃料残量から時々刻々エンジンにかかる負荷の大きさに基づいて燃料消費量を減算して燃料残量の予測値を求め、この燃料残量の予測値によってエンジンの回転数やポンプの入力トルクの最大値を制限するので、より高精度に稼動時間を増加させることができる。また、算出された燃料残量と共に稼動可能残時間を表示装置に表示するようにしたので、建設機械のオペレータは時々刻々の正確な燃料残量と稼動可能残時間とを常時把握することができる。
【００５２】
次に本発明の第３の実施形態を図１０〜図１３を用いて説明する。
【００５３】
図１０は本実施形態に係る建設機械の出力制限装置のブロック図、図１１は図１０に示す演算装置１７の内部構成および表示装置１８の表示内容を示す図である。
【００５４】
なお、図１０において図４に示す部分と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図１０に示す出力制限装置１９は、図４に示す制御装置１６を備えていない点で構成が相違する。
【００５６】
また、図１１において図５に示す部分と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図１１に示す演算装置１７は、図５に示す演算装置１７で必要としていた回転数偏差ΔＮを入力していない点で相違する。
【００５８】
本実施形態は、演算して求められる燃料消費量Ｑｒを、第２の実施形態のように、回転数偏差ΔＮを用いず、操作状態信号Ｃ、エンジン回転数Ｎｅ、計測された燃料残量Ｑ、および操作レバーを操作している時間に基づいて求める。
【００５９】
本実施形態の動作は、基本的には第２の実施形態と同様に、作業時間計測プログラム、燃料消費量計算プログラム、および残量校正プログラムを備える。
次に、演算装置１７における上記の各種の演算プログラムの処理手順をフローチャートを図１２〜図１４を用いて説明する。
【００６０】
はじめに、入力プログラム１２３ａの処理手順は、図示されていないが、演算装置１７の外部から回転数Ｎｅ、状態信号Ｃ、および計測された燃料残量Ｑの各データを入力処理する。
【００６１】
次に、作業時間計測プログラムの処理手順を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６２】
このプログラムは建設機械が実際に駆動状態にある時間を積算して算出するものであり、この処理は一定周期ｔ１毎に、例えば５０〜１００ｍｓｅｃ毎に起動される。
【００６３】
ステップ１０、１１は、第２の実施形態の場合と同様に、エンジンの駆動時間の積算値Ｔａを求める。ステップ１２において、操作状態信号Ｃによっていずれかの操作レバーが操作されているか否か判断し、操作されている場合には、ステップ１３において、それまでの操作時間の積算値に時間ｔ２を加算して今回の操作時間の積算値Ｔｃとして処理を終了する。
【００６４】
次に、燃料消費量計算プログラムの処理手順を図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６５】
はじめに、燃料消費量計算プログラムおよび残量校正プログラムに用いられる係数ＫAよびＫBついて説明する。
【００６６】
所定時間（例えば１時間）における実際の燃料減少量と操作レバーの操作時間との比（ＫA ）を単位稼動時間当りの燃料消費量とする。この場合、負荷がかかる作業（油圧アクチュエータが駆動されている作業）を続けている場合には、燃料消費量を操作レバーの操作時間に基づいて求めるのは妥当であるが、建設機械では常時負荷がかかる作業が継続されているわけではなく、ダンプトラック待ち等の無操作時間でもエンジンを稼動している場合が存在する。本実施形態ではこの点を考慮し、操作レバーの操作時間とエンジン稼動時間との比（ＫB ）を算出し、燃料消費量の算定、ひいては燃料残量の算定、燃料残時間の算定に係数ＫA と共に係数ＫB を用いる。
【００６７】
燃料消費量計算プログラムは燃料消費量を推定するプログラムであり、一定周期ｔ２毎に、例えば １００ｍｓｅｃ毎に起動される。
【００６８】
ステップ２０において、第２の実施形態の場合と同様に、データ更新フラグがセットか否か判断し、次に、ステップ２１０において、後述する残量校正プログラムで求めた今回校正の燃料残量Ｑ（ｎ）を燃料残量Ｑｒ、操作レバーの操作時間に対する燃料減少率ＫA （ｎ）をＫｒA 、エンジン稼動時間に対する操作レバーの操作時間の比ＫB （ｎ）をＫｒB 、校正時の操作レバーの操作時間の積算値Ｔｃ（ｎ）をＴｒC とし、データ更新フラグをリセットする。
【００６９】
次に、ステップ２２００において、作業時間計測プログラムで得られた現在の操作時間の積算値から校正時の操作時間の積算値を減算して、校正後の操作時間の積算値ｔｃ を求める。
【００７０】
次いで、ステップ２４００において、校正時の燃料残量Ｑｒから、操作時間積算値ｔC と燃料減少率ＫｒA の積（計算上の燃料消費量）を減算して現在の燃料残量Ｑｒを演算すると共に、この燃料残量Ｑｒを比ＫｒA と比ＫｒB の積で除算して稼動可能残時間Ｔｒを求め、ステップ２５で、得られた燃料残量Ｑｒと稼動可能残時間Ｔｒを表示装置に出力する。
【００７１】
ここで、上記稼動可能残時間の算出手法、Ｔｒ＝Ｑｒ／（ＫｒA ・ＫｒB ）について説明する。
【００７２】
本実施形態では、基本的には、現時点での計算上の燃料残量Ｑｒを単位操作時間当りの燃料減少率ＫｒA で除算して稼動可能残時間Ｔｒを得る。ただし、前述のように操作レバーが操作されていないときでもエンジンが稼動している時間が存在する場合があるので、得られた稼動可能残時間を、さらに、エンジン稼動時間に対する操作レバーの操作時間の比ＫB で除算して補正し、稼動可能残時間Ｔｒを求める。
【００７３】
即ち、操作レバーが操作されないでエンジンが稼動している時間が大きい場合（例えばダンプトラックの待ち時間が長い場合）、操作時間当りの燃料減少率ＫｒA は大きくなり、稼動可能残時間が不当に小さくなる。しかし、上記の場合には、操作レバーの操作時間とエンジン稼動時間との比ＫｒB （常に「１」より小さい）が小さくなるので、計算上の燃料残量Ｑｒを単位操作時間当りの燃料減少率ＫｒA で除算して得られた稼動可能残時間を、上記小さい値ＫｒB で除算することにより補正を行い、適切な稼動可能残時間Ｔｒを得るものである。
【００７４】
なお、上記の例とは逆に、作業時間中、９０数％の時間は操作レバーを操作しているような作業、例えば、前述の直掘りの鉱山で発破をかけた後の土石を掘削する作業等の場合には、計算上の燃料残量Ｑｒを単位操作時間当りの燃料減少率ＫｒA で除算しただけで精度のよい稼動可能残時間Ｔｒを得ることができる。これは、上記の場合、エンジン稼動時間に対する操作レバーの操作時間の比ＫB が「１」に近い値になり、得られた稼動可能残時間Ｔｒを「１」に近い比ＫB で除算するのは実質的に意味が無くなることからも明らかである。即ち、作業の態様によっては、燃料減少率ＫｒA で除算して得られた稼動可能残時間Ｔｒを、比ＫBで除算することは必ずしも必要ではない場合がある。
【００７５】
次に、残量校正プログラムの処理手順を図１４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７６】
このプログラムは、第２の実施形態と同様に、負荷の変動により燃料消費量の変化を推定して燃料残量を校正し、時間当りの燃料消費量を求めるプログラムである。
【００７７】
このプログラムは１００〜２００ｍｓｅｃ程度の周期で起動され、ステップ３０〜ステップ３４までの処理手順は第２の実施形態の場合と同様である。
次いで、ステップ３５０において、校正時の時刻Ｔｂ、エンジン駆動時間Ｔａ、操作時間Ｔｃを読み込んで、それぞれ今回校正時の時刻Ｔｂ（ｎ）、エンジン駆動時間Ｔａ（ｎ）、操作時間Ｔｃ（ｎ）として格納するとともに、今回校正時のエンジン駆動時間Ｔａ（ｎ）から前回校正時のエンジン駆動時間Ｔａ（ｎ−１）を減算して前回校正時以後のエンジン駆動時間ΔＴａ（ｎ）を演算し、また、今回校正時の操作時間Ｔｃ（ｎ）から前回校正時の操作時間Ｔｃ（ｎ−１）を減算して前回校正時以後の操作時間ΔＴｃ（ｎ）を演算し、さらに、前回校正時以後の操作時間ΔＴｃ（ｎ）を前回校正時以後のエンジン駆動時間ΔＴａ（ｎ）で除算して稼動時間中の操作時間の割合（比）ＫB （ｎ）を演算する。なお、ここで比ＫB（ｎ）は「１」より明かに小さくなる。
【００７８】
次に、ステップ３６０において、今回校正時の燃料残量Ｑ（ｎ）から前回校正時の燃料残量Ｑ（ｎ−１）を減算して、その間の実際の燃料消費量ΔＱ（ｎ）を演算し、この実際の燃料消費量ΔＱ（ｎ）をその間の操作時間ΔＴｃ（ｎ）で除算して操作時間当りの燃料消費量Ｋ2（ｎ）を演算する。
【００７９】
次いで、ステップ３７０において、第２の実施形態と同様に、稼動可能残時間のばらつきを抑えてその変化を緩やかにするために、操作時間当りの燃料消費量の中間値ＫA（ｎ）を求める場合に使用される定数ｋ0 を、今回の比ＫB（ｎ）と前回の比ＫB（ｎ−１）の差の絶対値が、予め定められた設定値Ｋ0未満のとき値ｋ−とし、今回の比ＫB（ｎ）と前回の比ＫB（ｎ−１）の差の絶対値が設定値Ｋ0以上のとき値ｋ＋とし、図示の式に従って演算を行い、中間値ＫA（ｎ）を算出する。この中間値ＫA（ｎ）が図１３に示す操作時間に対する燃料消費量ＫｒAとなる。
【００８０】
次に、ステップ３８０において、校正回数ｎに「１」を加算し、データ更新フラグをセットして処理を終了する。
【００８１】
本実施形態では、稼動可能残時間の演算に、第２の実施形態のようにエンジン関連の回転数偏差ΔＮ、エンジン回転数Ｎｅを用いず（エンジン回転数Ｎｅはエンジン稼動の判定に用いるだけである）、より一層簡単に燃料残量を演算して求めることができ、これを用いることにより第２の実施形態と同様に、高精度にエンジン回転数やポンプトルクの出力制限を行うことができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明は、燃料残量が所定のレベル以下になった時、エンジンの最高回転数と油圧ポンプの入力トルクを制限するので、油圧アクチュエータの作動速度は若干低下するものの、長時間の作業が可能ととなり、建設機械の不測の停止を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る建設機械の出力制限装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回転数制限装置における入出力特性図である。
【図３】図１に示す入力トルク制限装置の入出力特性図である。
【図４】第２の実施形態に係る建設機械の出力制限装置を示すブロック図である。
【図５】図４に示す演算装置１７の内部構成および表示装置１８の表示内容を示す図である。
【図６】図５に示す作業時間計測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図５に示す燃料消費量計算プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係わるエンジン回転数偏差に対する燃料消費量の特性図である。
【図９】図５に示す残量校正プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第３の実施形態に係る建設機械の出力制限装置を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す演算装置１７の内部構成および表示装置１８の表示内容を示す図である。
【図１２】図１１に示す作業時間計測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１１に示す燃料消費量計算プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１１に示す残量校正プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】従来例に係わる建設機械の駆動系を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示すエンジンの出力特性図である。
【図１７】図１５に示す油圧ポンプの出力特性図である。
【符号の説明】
１  エンジン
１ｂ  回転数検出器
２  目標回転数設定器
３  燃料タンク
３ａ  燃料計
５Ａ〜５Ｃ  油圧ポンプ
７  ポンプトルク設定装置
８  回転数制限装置
９  回転数調整装置
１０  入力トルク制限装置
１１Ａ〜１１Ｃ  入力トルク調整装置
１２  出力制限装置
１５  演算器
１６  制御装置
１７  演算装置
１９  出力制限装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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