(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンの燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料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、前記エンジンにより回転される油圧ポンプと、この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、これら油圧アクチュエータを操作する各操作レバーとを備えた作業機械において、所定期間における前記燃料計の計測値に基づく前記エンジンの実燃料消費量を演算する第１の演算手段と、前記所定期間後から始まる所定の微小時間毎の前記エンジンの予想燃料消費量を求める燃料消費量取出手段と、前記実燃料消費量から前記微小時間毎に前記予想燃料消費量を減算して現在の残燃料を算出する第２の演算手段と、前記実燃料消費量と前記所定期間内の前記予想燃料消費量の積算値の比で前記残燃料を除算して現在の稼動可能残時間を算出する第３の演算手段と、前記稼動可能残時間、又はこの稼動可能残時間および前記残燃料を表示する表示装置とを設けたことを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の稼動可能残時間予知装置において、今回の前記所定期間において得られた比が前回の所定期間で得られた前記補正手段による補正値より大きいときは、前記補正手段による減少の度合いを小さくし、当該補正値が大きいときは、前記補正手段による減少の度合いを大きくすることを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【請求項３】
請求項１において、前記燃料消費量取出手段における予想燃料消費量は、前記エンジンの回転数偏差から求められる当該エンジンの１回転当りの燃料消費量とそのときの当該エンジン回転数の積であることを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【請求項４】
請求項１において、前記燃料消費量取出手段における予想燃料消費量は、前記エンジンのラック変位量とそのときの当該エンジン回転数から求められる当該エンジンの１回転当りの燃料消費量とそのときの当該エンジン回転数の積であることを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【請求項５】
請求項１において、前記燃料消費量取出手段における予想燃料消費量は、前記エンジンへの燃料供給量から前記燃料タンクへの戻り量を減算して求められることを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【請求項６】
エンジンと、このエンジンの燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料量を検出する燃料計と、前記エンジンにより回転される油圧ポンプと、この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、これら油圧アクチュエータを操作する各操作レバーとを備えた作業機械において、所定期間における前記燃料計の計測値に基づく前記エンジンの実燃料消費量を演算する第１の演算手段と、前記所定期間後から始まる所定の微小時間毎の前記エンジンの予想燃料消費量を求める燃料消費量取出手段と、前記実燃料消費量から前記微小時間毎に前記予想燃料消費量を減算して現在の残燃料を算出する第２の演算手段と、前記実燃料消費量と前記所定期間内の前記油圧アクチュエータの駆動時間との比で前記残燃料を除算して現在の稼動可能残時間を算出する第３の演算手段と、前記稼動可能残時間、又はこの稼動可能残時間および前記残燃料を表示する表示装置とを設けたことを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【請求項７】
請求項６記載の作業機械の稼動可能残時間予知装置において、前記稼動可能残時間は、前記油圧アクチュエータの駆動時間と前記エンジンの稼動時間との比で除算して補正されることを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械を現時点から残り何時間稼動させることができるかを予測する作業機械の稼動可能残時間予知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の作業機械は、エンジンを搭載し、このエンジンにより油圧ポンプを回転させ、油圧ポンプから吐出される圧油により複数の油圧アクチュエータ（油圧シリンダ等）を駆動して所要の作業を行う。ところで、油圧ショベル等の作業機械は一般車両と異なり、市街地から遠く離れた現場で作業を行うことが多いので、エンジンの燃料が無くなった場合直ちにこれを補給することはできず、この場合、作業不能となって生産性を著しく阻害する。一方、作業機械は負荷が大きく変動するので、作業機械のオペレータは燃料の消費量を予測することが困難であり、給油を要求する時期を失って燃料切れを生じ、往々にして作業不能に陥る事態が発生していた。
【０００３】
このような燃料切れを避けるため、従来、作業機械の燃料計には、燃料が最大負荷であと１時間稼動することができる量に減少した時点で警報を表示し、又は警報音を発生させて作業機械のオペレータに燃料の補給を促す手段が付され、オペレータは警報があると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。又、直掘り（露天掘り）の鉱山のように作業現場が広域にわたり、多数の作業機械が使用されている作業現場の場合には、給油車が数台用意され、これら給油車にそれぞれが担当する作業機械を巡回させてそれらに燃料切れが生じないようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃料が最大負荷であと１時間稼動することができる量に減少したとき警報を発する上記手段は、１時間稼動には充分過ぎる燃料が残っているので、オペレータは経験上これを知っており、このため、この警報を無視して給油を要求せずに作業を続け、気付いたときには燃料残量が少なくなり、給油を要求しても間に合わない時間となり、給油車が到着するまで作業停止を余儀なくされるという事態がしばしば生じていた。
【０００５】
又、給油車を巡回させる手段では、燃料切れを確実に避けるために早目早目の給油が行われ、まだ多くの燃料が残っているにもかかわらず給油を行うことになり、給油のため一旦作業を中止する時間が増加し、これが生産性を阻害する要因になっていた。特に、３交替制を実施している現場では、作業機械の稼動率は90％以上に達し、このような場合には給油のための停止時間の増加は生産性の低下に直結することとなる。さらに、燃料切れを確実に避けるためには、給油車および給油車の操作に必要な人員のそれぞれを、充分な台数および充分な員数だけ確保しておかねばならず、その費用は極めて大きなものとなっていた。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、作業機械をあと何時間稼動させ得るかを精度良く予測して表示することができ、これにより、合理的な給油を実施することができる作業機械の稼動可能残時間予知装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンと、このエンジンの燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料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、前記エンジンにより回転される油圧ポンプと、この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、これら油圧アクチュエータを操作する各操作レバーとを備えた作業機械において、第１の所定期間における前記燃料計の計測値に基づく前記エンジンの実燃料消費量を演算する第１の演算手段と、前記第１の所定期間後から始まる所定の微小時間毎の前記エンジンの予想燃料消費量を求める燃料消費量取出手段と、前記実燃料消費量から前記微小時間毎に前記予想燃料消費量を減算して現在の残燃料を算出する第２の演算手段と、前記実燃料消費量と前記所定期間内の前記予想燃料消費量の積算値の比で前記残燃料を除算して現在の稼動可能残時間を算出する第３の演算手段と、前記稼動可能残時間、又はこの稼動可能残時間および前記残燃料を表示する表示装置とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
又、請求項２の発明は、請求項１記載の作業機械の稼動可能残時間予知装置において、今回の前記所定期間において得られた比が前回の所定期間で得られた前記補正手段による補正値より大きいときは、前記補正手段による減少の度合いを小さくし、当該補正値が大きいときは、前記補正手段による減少の度合いを大きくすることを特徴とする。
【００１０】
又、請求項６の発明は、エンジンと、このエンジンの燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料量を検出する燃料計と、前記エンジンにより回転される油圧ポンプと、この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、これら油圧アクチュエータを操作する各操作レバーとを備えた作業機械において、所定期間における前記燃料計の計測値に基づく前記エンジンの実燃料消費量を演算する第１の演算手段と、前記所定期間後から始まる所定の微小時間毎の前記エンジンの予想燃料消費量を求める燃料消費量取出手段と、前記実燃料消費量から前記微小時間毎に前記予想燃料消費量を減算して現在の残燃料を算出する第２の演算手段と、前記実燃料消費量と前記所定期間内の前記油圧アクチュエータの駆動時間との比で前記残燃料を除算して現在の稼動可能残時間を算出する第３の演算手段と、前記稼動可能残時間、又はこの稼動可能残時間および前記残燃料を表示する表示装置とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項７の発明は、請求項６記載の作業機械の稼動可能残時間予知装置において、前記稼動可能残時間を、前記油圧アクチュエータの駆動時間と前記エンジンの稼動時間との比で除算して補正することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。この図で、１はエンジン、１ａはエンジン１の燃料噴射ポンプ、１ｂはエンジン１のフライホイール等の回転部分に対向して設置されエンジン１の回転数Ｎｅを検出する電磁ピックアップである。油圧ショベル等の作業機械では、エンジン１にオールスピードタイプのディーゼルエンジンが用いられる。２はエンジン１の目標回転数を設定する目標回転数設定レバー、３は目標回転数設定レバーで設定された目標回転数Ｎｒに比例した電気信号を出力する目標回転数発生器である。４は制御装置であり、目標回転数Ｎｒ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Ｎｒに近い一定回転数で回転するように制御する。
【００１３】
５は燃料タンク、６は燃料タンク５内の燃料レベルを測定する燃料レベル計、６ａは燃料レベル計６のフロート、６ｂはフロート６ａの変位を検出してこれに応じた電気信号を出力する変位検出器である。なお、燃料レベル計にはフロートを用いず、超音波やレーザ光を利用して液面までの距離を測定するものも使用される。７Ａ、７Ｂ、７Ｃ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。）、８ａ、８ｂ、８ｃ、……は図示しない油圧アクチュエータの操作レバー、９ａ、９ｂ、９ｃ、……は各操作レバー８ａ、８ｂ、８ｃ、……の操作量、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）である。
【００１４】
１０は操作状態検出器であり、図示しないシャトル弁、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９ａ、９ｂ、９ｃ、……からのパイロット圧を入力し、各操作レバー８ａ、８ｂ、８ｃ、……の操作状態信号Ｃを出力する。信号Ｃは、各操作レバー８ａ、８ｂ、８ｃ、……のうちに１つでも操作されている操作レバーがあるときにＯＮ（高レベル信号）、全ての操作レバーが非操作状態のときＯＦＦ（低レベル信号）となる。なお、操作レバーとして、ポテンショメータ等の変位センサを用いた電気的な操作レバーで構成し、電気信号に応じたパイロット油圧を発生させる構成のものも使用することができ、この場合には、操作状態検出器１０は当該各電気信号を入力して各操作レバー８ａ、８ｂ、８ｃ、……の操作状態を判断することになる。
【００１５】
１１は燃料レベル計６の変位検出器６ｂからの変位信号を燃料残量Ｑに変換する演算器である。なお、作業機械の本体が傾斜している場合の燃料レベルの測定を考慮して複数の燃料レベル計６を備える場合もあり、この場合、演算器１１は各燃料レベル計６からの信号に基づいて作業機械が水平状態の場合の燃料レベルを演算する。１２は演算装置であり、制御装置４からの回転数Ｎｅ、回転数偏差ΔＮ、操作状態検出器１０からの信号Ｃ、および演算器１１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。なお、回転数Ｎｅは電磁ピックアップ１ｂから直接演算装置１２に導入してもよいのは当然である。１３は演算装置１２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である。Ｓは稼動可能残時間および燃料残量を表す信号を示す。
【００１６】
ここで、エンジン１の回転数Ｎｅとその出力トルクＴｅとの関係について説明する。図２はエンジン回転数に対するエンジン出力トルクの特性図である。この図で、横軸にはエンジン回転数Ｎｅが、縦軸にはエンジン出力トルクＴｅがとってある。エンジン１にかかる負荷が全くなければ、エンジン１は図示Ａ1 点に示すように目標回転数Ｎｒで回転するが、油圧ポンプ７Ａ等にかかる負荷の和が図示のようにＴP0であると、制御装置４はエンジン１の出力トルクＴｅが増加するように燃料噴射量を増加させてエンジン１の出力トルクＴｅと油圧ポンプ７Ａ等の吸収トルクＴP0とを均衡させ、この結果、エンジン１は図示Ａ2 点に示すように目標回転数Ｎｒより低い回転数Ｎｅ2 で回転する。さらに油圧ポンプ７Ａ等にかかる負荷が増加すると、エンジン１の出力トルクＴｅと油圧ポンプ７Ａ等の吸収トルクＴP の均衡点は矢印Ｂの方向に移行してゆき、燃料噴射ポンプ１ａの出力が飽和する図示Ａ3 点に達する。この状態からさらに負荷が増加すると、燃料噴射ポンプ１ａの出力は増加しないのでエンジン１の出力も増加せず、エンジン１の回転数は低下してゆき、やがてエンジン停止に至る。制御装置４は上記燃料噴射ポンプ１ａの制御に回転数偏差ΔＮを用い、回転数偏差ΔＮが大きくなると燃料噴射量を増加させ、小さくなると燃料噴射量を減少させる。
【００１７】
次に、図１に示す演算装置１２の構成を図３により説明する。図３は演算装置のシステム構成図である。この図で、１２１はＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を備え、信号Ｃ、Ｑ、Ｎｅ、ΔＮの入力、および信号Ｓの出力を行う入出力インタフェース、１２２は所定の演算、制御を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）、１２３はＣＰＵ１２２の処理手順等が格納されたリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１２４は演算、制御の結果等を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、１２５は時刻データを出力するタイマである。ＲＯＭ１２３は図示のように、入力プログラム１２３ａ、作業時間計測プログラム１２３ｂ、残量校正プログラム１２３ｃ、燃料消費量計算プログラム１２３ｄ、および出力プログラム１２３ｅを備えている。この図３では、表示装置１３およびその表示例が示されている。この表示例は、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。
【００１８】
次に、本実施の形態の動作を、図４、図６、図７、図８に示すフローチャート、および図５に示す特性図を参照して説明する。入力プログラム１２３ａはＣＰＵ１２２の指令により操作信号Ｃ、燃料残量Ｑ、エンジン回転数Ｎｅ、および回転数偏差ΔＮのうちの所要の信号を入力し、これをディジタル値に変換する。作業時間計測プログラム１２３ｂは一定周期ｔ2 、例えば50〜 100ｍｓｅｃ毎に起動される。まず、入力されたエンジン回転数Ｎｅが所定の回転数Ｎｅ0 より大きいか否かが判断される（手順Ｓ10）。上記回転数Ｎｅ0 は、作業機械として油圧ショベルを用いる場合、エンジン回転数1000〜2500ｒｐｍの範囲で使用するので、例えばＮｅ0 ＝ 600ｒｐｍに設定する。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、エンジン駆動時間積算値に起動間隔ｔ2 を加算してエンジン駆動時間積算値Ｔａを算出し（手順Ｓ11）、処理を終了する。エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ0 以下である場合にはエンジン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。
【００１９】
図６は燃料消費量を推定する燃料消費量計算プログラム１２３ｄを説明するフローチャートである。このプログラム１２３ｄを説明する前に、当該プログラム１２３ｄで用いられる回転数偏差ΔＮに対応する燃料減少量Δｑを求める関数ｆ（ΔＮ）を図５により説明する。図５で、横軸には入力された回転数偏差ΔＮが、縦軸には燃料減少量Δｑがとってある。点Ａ10、Ａ20、Ａ30はそれぞれ図２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。上記のことから、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。上記の関数ｆ（ΔＮ）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られるが、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。
【００２０】
ここで、図６に示すフローチャートを参照して燃料消費量計算プログラム１２３ｄを、又、図７に示すフローチャートを参照して残量校正プログラム１２３ｃを説明する。燃料消費量計算プログラム１２３ｄは、燃料レベル計６により燃料残量Ｑが測定された時点以後の微小時間毎の燃料残量と稼動可能残時間を推定するプログラムである。なお、燃料レベル計６による燃料残量の測定は、本実施の形態においては、残量校正プログラム１２３ｃにより、ほぼ１時間毎に、かつ、作業機械が動いていないときに測定を行う。又、残量校正プログラム１２３ｃは、上記燃料残量の測定とともに、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。
【００２１】
燃料消費量計算プログラム１２３ｄは一定周期ｔ1 、例えば 100ｍｓｅｃ毎に起動される。まず、ＣＰＵ１２２は、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（図６に示す手順Ｓ20）。上記データ更新フラグは後述する残量校正プログラム１２３ｃ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。データ更新フラグがセットされた、即ち新たに燃料残量が測定されたと判断すると、ＣＰＵ１２２は新たに測定された燃料残量Ｑ（ｎ）を実際の燃料残量として格納し、又、後述する残量校正プログラム１２３ｃ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、さらに、データ更新フラグをリセットする（手順Ｓ21）。なお、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とき、即ち新たな燃料残量測定が行われていないときには手順Ｓ21の処理は行わない。
【００２２】
次いで、ＣＰＵ１２２は、入力プログラム１２３ａを起動してそのときの回転数偏差ΔＮおよびエンジン回転数Ｎｅを読み込み（手順Ｓ22）、入力した回転数偏差ΔＮに基づいて、図５に示す特性からエンジン１回転当りの燃料減少量Δｑを取り出す（手順Ｓ23）。そして、燃料消費量計算プログラム１２３ｄの前回の実行時における燃料残量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、得られた燃料残量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（手順Ｓ24）。これにより得られた燃料残量Ｑｒと稼動可能残時間Ｔｒを表示装置１３へ出力する（手順Ｓ25）。作業機械のオペレータは、表示装置１３に常時表示される燃料残量Ｑｒと稼動可能残時間Ｔｒ、特に、稼動可能残時間Ｔｒの表示を見、かつ、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。
【００２３】
次に、残量校正プログラム１２３ｃを図７により説明する。このプログラム１２３ｃは100〜200ｍｓｅｃ程度の周期で起動される。ＣＰＵ１２２は作業時間計測プログラム１２３で得られるエンジン稼動時間Ｔａを読み込み（図７に示す手順Ｓ30）、本残量校正プログラム１２３ｃの手順Ｓ35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（手順Ｓ31）。上記設定時間Ｔａ0 は約１時間に設定されている。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操作信号Ｃにより作業機械が現在動作状態にあるか否か判断し（手順Ｓ32）、さらに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（手順Ｓ33）。いずれかの操作レバーが操作されて作業機械が動作状態にある場合には燃料タンク５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、又、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。
【００２４】
ＣＰＵ１２２は、上記手順Ｓ32、Ｓ33で燃料レベルの測定が可能になったと判断すると、燃料レベルの計測を行い、そのとき演算器１１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（手順Ｓ34）。次いで、ＣＰＵ１２２は、現在時刻Ｔｂをタイマ１２５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で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（手順Ｓ35）。
【００２５】
次いで、ＣＰＵ１２２は、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）を演算するととも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（手順Ｓ36）。なお、前回までの燃料消費量の積算値Ｄ（ｎ−１）は本プログラム１２３ｃの後述する手順Ｓ38で 0にされている。次の処理手順Ｓ37で、ＣＰＵ１２２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。そして、ＣＰＵ１２２は、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。
【００２６】
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、手順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６に示す燃料消費量計算プログラム１２３ｄの手順Ｓ21、Ｓ24で、補正係数Ｋｒとして格納され、かつ、演算に用いられる。
【００２７】
ＣＰＵ１２２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（手順Ｓ38）処理を終了する。
【００２８】
このように、本実施の形態では、所定時間毎に測定される実際の燃料残量から、微小時間毎に、予測される燃料消費量を順次減算して各微小時間毎の燃料残量を算出し、さらに、この燃料残量を補正係数で除算して稼動可能残時間を算出し、これらを表示装置に表示するようにしたので、作業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、これにより、合理的な給油を実施することができる。又、給油車を巡回させる手段でも、稼動可能残時間を無線等により給油車に送信するようにすれば、極めて効率的な給油を行うことができ、ひいては、給油車の台数や給油員を減少させることができる。又、第２の補正係数を用いてばらつきを抑え変化を緩やかにしたので、燃料残量と稼動可能残時間の急激な変化を避けることができ、オペレータがこれらの急激な変化の表示に直面して驚くようなとはなく、自然な感じで運転を続けることができる。
【００２９】
さらに、燃料残量や稼動可能残時間以外に、現在時刻Ｔｂ、エンジン稼動時間積算値Ｔａ（ｎ）、前回校正から今回校正までのエンジン稼動時間の積算値ΔＴａ（ｎ）、燃料消費量積算値Ｄ（ｎ）、今回校正時の実際の燃料残量ΔＱ（ｎ）と計算上の燃料消費量ΔＤ（ｎ）、補正係数Ｋ1 （ｎ）、Ｋ（ｎ）を記憶しておき、又は無線で作業管理部署（会社）に校正毎に送信しておけば、作業管理部署では、これらデータに基づいて管理上の処理データを得ることができる。例えば、ＴｂとＴａ（ｎ）から無作業時間の比率を得たり、ΔＴａ、ΔＱ（ｎ）、ΔＤ（ｎ）、Ｋ（ｎ）の履歴から各時点での作業機械の燃料消費量の観点からの作業内容の評価を行ったりすることができる。さらに、ΔＤ（ｎ）が小さいのにΔＱ（ｎ）が大きい場合、即ち、ある時点で急激に第１の補正係数が大きくなった場合には、燃料タンクや配管からの漏れの可能性を推測できる。
【００３０】
図８は本発明の第２の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置の動作を説明するフローチャートの一部である。さきの第１の実施の形態においては、補正係数Ｋ（ｎ）を用いることにより急激な変化を抑える手段を採用した。しかし、燃料が少なくなり、稼動可能残時間が 2〜 3時間となった状態で、作業機械の負荷が軽負荷から重負荷に変化した場合、第１の実施の形態では補正係数Ｋ（ｎ）は小さいままであるため、計算上の燃料消費量も小さいままとなり、オペレータは余裕をもって作業を行っていると、予想以上に早く燃料が無くなるという不具合が生じるおそれがある。本実施の形態では、上記の不具合を避け、負荷が軽負荷から重負荷に変化した場合、燃料の減少率をより早く計算値Ｋ1 （ｎ）に近付けて稼動可能残時間をより一層正確に表示するものである。
【００３１】
本実施の形態では、さきの実施の形態の残量校正プログラム１２３ｃにおける手順Ｓ37を変更するのみであり、他の構成はさきの実施の形態の構成と同じである。図８で、手順Ｓ370 はさきの実施の形態の手順Ｓ37に対応する処理手順である。本実施の形態では、第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）を演算した後、当該第１の補正係数Ｋ1 （ｎ）と前回の第２の補正係数Ｋ（ｎ−１）とを比較し、前者が後者以上［Ｋ1 （ｎ）≧Ｋ（ｎ−１）］のとき、定数ｋ0 を大きくし、前者が後者未満［Ｋ1 （ｎ）＜Ｋ（ｎ−１）］のとき、定数ｋ0 を小さくする。いずれの場合も、定数ｋ0 は「 1」以下の正数である。又、図中、ｋ+ は大きくした場合の定数ｋ0 、ｋ- は小さくした場合の定数ｋ0 を示す。このような定数ｋ0 を用いて第２の補正係数Ｋ（ｎ）を算出する。
【００３２】
このように、本実施の形態では、エンジンにかかる負荷が増大して燃料が早くなくなるように変化した場合には、補正係数Ｋ1 に近い値（定数ｋ0 が「 1」に近い値）に基づいて稼動可能残時間を予測するようにしたので、さきの実施の形態と同じ効果を奏する以外に、稼動可能残時間を小さく予測するのを避けることができ、作業機械のオペレータにとって予想以上に早く燃料が無くなるという不具合を防止することができる。
【００３３】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。この図で、図１に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。１ｃは燃料噴射ポンプ１ａのコントロールラック、１ｄはコントロールラック１ｃの変位量Ｒを検出するストロークセンサである。ストロークセンサ１ｄにより検出されたコントロールラック１ｃの変位量Ｒは演算装置１２へ入力される。２ａはプッシュプルケーブルであり、一端は目標回転数設定レバー２に連結され、他端は燃料噴射ポンプ１ａの図示しない入力レバーに連結され、目標回転数設定レバー２に設定された目標回転数Ｎｒを入力レバーに伝達する。
【００３４】
次に、本実施の形態の動作を説明する。第１の実施の形態においては、回転数偏差ΔＮに基づき、図５に示す関数ｆ（ΔＮ）を用いてエンジン１回転当りの燃料消費量Δｑを求めた。しかし、本実施の形態においては、回転数偏差ΔＮの代わりにコントロールラック１ｃの変位量Ｒとエンジン回転数Ｎｅに基づき、関数ｇ（Ｒ、Ｎｅ）を用いてエンジン１回転当りの燃料消費量Δｑを求める。
【００３５】
図１０は関数ｇ（Ｒ、Ｎｅ）の特性を示す図である。この図で、横軸にはエンジン回転数Ｎｅが、縦軸にはエンジン１回転当りの燃料噴射量（燃料消費量）がとってある。両者の関係はコントロールラック１ｃの変位量Ｒの大小により異なり、図の矢印に示すように、コントロールラック１ｃの変位量Ｒが大きいと燃料噴射量も大きくなり、コントロールラック１ｃの変位量Ｒが小さいと燃料噴射量も小さくなる。この関数ｇ（Ｒ、Ｎｅ）も、さきの関数ｆ（ΔＮ）と同様の手法で得ることができる。
【００３６】
本実施の形態では、第１の実施の形態における動作中、図６に示すフローチャートの手順Ｓ22の処理でコントロールラック１ｃの変位量Ｒとエンジン回転数Ｎｅを読み込み、手順Ｓ23の処理で燃料消費量Δｑを図１０に示す関数ｇ（Ｒ、Ｎｅ）から求める点が相違するのみであり、他の動作は第１の実施の形態の動作と同じである。又、その効果は、さきの各実施の形態の効果に比較して、燃料消費量にほぼ比例するコントロールラックの変位量に基づいて燃料消費量を求めるので、より一層正確な予知を行うことができる。
【００３７】
図１１は本発明の第４の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。この図で、図１に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。５１ａは燃料タンク５から燃料噴射ポンプ１ａへ燃料を供給する供給管路、５１ｂは燃料噴射ポンプ１ａで爆発のため消費されなかった燃料を燃料タンク５へ戻す戻り管路である。５２ａは供給管路５１ａに設置されて供給燃料量ＱA を検出する流量センサ、５２ｂは戻り管路５１ｂに設置されて戻りの燃料量ＱB を検出する流量センサである。各流量センサ５２ａ、５２ｂで検出された供給燃料量ＱA および戻りの燃料量ＱB は演算装置１２に入力される。
【００３８】
次に、本実施の形態の動作を図１２に示すフローチャートを参照して説明する。第１の実施の形態においては、回転数偏差ΔＮに基づき、図５に示す関数ｆ（ΔＮ）を用いてエンジン１回転当りの燃料消費量Δｑを求め、図６に示すように、求められた燃料消費量Δｑに、回転数Ｎｅを乗算することにより現在の燃料残量Ｑｒを求める手法が採られた。しかし、本実施の形態においては、供給燃料量ＱA および戻りの燃料量ＱB を用いて設定時間（図６に示す例では 100ｍｓｅｃ）内の燃料消費量を求める。この燃料消費量を求める処理以外の処理は第１の実施例における処理と同じである。
【００３９】
図１２において、図６に示す処理手順と同一の処理手順には同一符号を付して説明を省略する。ＣＰＵ１２２は手順Ｓ220 の処理において、入力プログラム１２３ａを起動させ、供給燃料量ＱA および戻りの燃料量ＱB を読み込む。次いで、供給燃料量ＱA から戻りの燃料量ＱB を減算することにより燃料消費量ΔｑABを求める（手順Ｓ230 ）。即ち、エンジン１の燃料噴射ポンプ１ａに供給された燃料量ＱA から燃料タンク５に戻された燃料量ＱB を差し引くと、燃料噴射ポンプ１ａでの爆発に消費された燃料量が得られる。ＣＰＵ１２２は、次の手順Ｓ240 で、前回の燃料残量から上記手順Ｓ230 で求めた燃料消費量ΔｑABを減算して現在の燃料残量Ｑｒを求め、この燃料残量Ｑｒを補正係数Ｋｒで除算することにより稼動可能残時間Ｔｒを求め、さらに、今までの燃料消費量積算値に上記燃料消費量ΔｑABを加算することにより現在の燃料消費量積算値Ｄを求める。以後の処理は第１の実施の形態の処理と同じである。
本実施の形態では、燃料消費量にほぼ比例する燃料量ＱA 、ＱB の差に基づいて燃料消費量を求めるので、より一層正確な予知を行うことができる。
【００４０】
図１３は本発明の第５の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。この図で、図９に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、計算上の燃料消費量を、さきの各実施の形態におけるような回転数偏差ΔＮ、コントロールラックの変位量Ｒ、流量ＱA 、ＱB に基づいて求めることはせず、操作レバーを操作している時間に基づいて求める。即ち、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、作業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。本実施の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 とともに係数ＫB を用いる。このような本実施の形態では、図１３に示すように、演算装置１２の入力信号は、操作状態信号Ｃ、エンジン回転数Ｎｅ、および燃料残量Ｑのみとなる。
【００４１】
次に、本実施の形態の動作を、図１４、図１５、および図１６に示すフローチャートを参照して説明する。本実施の形態の動作は、基本的には第１の実施の形態と同じく、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の処理手順を備えている。まず、作業時間計測プログラム（ｔ2 ＝50〜 100ｍｓｅｃ）では、図４に示す第１の実施の形態における手順Ｓ10、Ｓ11と同様にしてエンジンの駆動時間の積算値Ｔａを求める（図１４に示す手順Ｓ10、Ｓ11）。次に、ＣＰＵ１２２は、入力プログラムを起動させて操作状態信号Ｃを入力し、いずれかの操作レバーが操作されているか否か判断し（手順Ｓ12）、操作されている場合には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（手順Ｓ13）処理を終了する。
【００４２】
燃料消費量計算プログラム（ｔ1 ＝ 100ｍｓｅｃ）では、図６に示す第１の実施の形態における手順Ｓ20と同様にデータ更新フラグがセットか否か判断し、次いでＣＰＵ１２２は、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（手順Ｓ210 ）。次に、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（手順Ｓ2200）。次いで、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を演算するとともに、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（手順Ｓ2400）、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（手順Ｓ25）。上記稼動可能残時間の算出手法、Ｔｒ＝Ｑｒ／（ＫｒA ・ＫｒB ）については後述する。
【００４３】
残量校正プログラムでは、燃料レベルを計測して今回校正時の燃料残量Ｑ（ｎ）を格納するまでの処理手順Ｓ30〜Ｓ34は第１の実施の形態における処理手順と同じである。次いで、ＣＰＵ１２２は、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、又、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（手順Ｓ350 ）。なお、比ＫB （ｎ）が「 1」より小さいのは明らかである。
【００４４】
次に、ＣＰＵ１２２は、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（手順Ｓ360 ）。次いで、第１の実施の形態と同じくばらつきを抑えて稼動可能残時間の変化を緩やかにするため、かつ、第２の実施の形態と同じく稼動可能残時間を小さく予測するのを避けるため、次の手順Ｓ370 の処理を行う。即ち、ＣＰＵ１２２は、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+ とする。そして、手順Ｓ370 の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１５に示す操作時間に対する燃料消費量ＫｒA とされる。次に、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（手順Ｓ380 ）処理を終了する。
【００４５】
ここで、燃料消費量計算プログラムの手順Ｓ2400の処理における稼動可能残時間Ｔｒの算出手法、Ｔｒ＝Ｑｒ／（ＫｒA ・ＫｒB ）について説明する。本実施の形態では、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、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。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。
【００４６】
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。
【００４７】
本実施の形態では、稼動可能残時間の演算に、第１の実施の形態〜第３の実施の形態におけるようにエンジン関連の数値ΔＮ、Ｒ、Ｎｅを用いず（回転数Ｎｅはエンジン稼動の判定に用いるだけである）、又、第４の実施の形態におけるように流量計を用いることもないので、より一層容易に稼動可能残時間を得ることができ、かつ、操作時間とエンジン稼動時間との比ＫｒB で補正を行うので、正確な稼動可能残時間を得ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、所定時間毎に燃料残量を測定し、この燃料残量から微小時間毎にこの微小時間内の消費燃料量予測値を減算して現燃料残量を求め、これを予測される時間当りの燃料消費量で除算して稼動可能残時間を求めるようにしたので、作業機械をあと何時間稼動させ得るかを精度良く予測して表示することができ、これにより、合理的な給油を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図２】エンジン回転数に対するエンジン出力トルクの特性図である。
【図３】図１に示す演算装置のシステム構成図である。
【図４】図１に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】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６】図１に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図１に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置の演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図１０】エンジン回転数に対する燃料噴射料の特性図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図１２】図１１に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図１４】図１３に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１５】図１３に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】図１３に示す演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
１ａ  燃料噴射ポンプ
２  目標回転数設定レバー
３  目標回転数発生器
４  制御装置
５  燃料タンク
６  燃料レベル計
７Ａ〜７Ｃ  油圧ポンプ
８Ａ〜８Ｃ  操作レバー
９Ａ〜９Ｃ  パイロット弁
１０  操作状態検出器
１１  演算器
１２  演算装置
１３  表示装置
【図１】
0003703575.tif 000002
【図２】
0003703575.tif 000003
【図３】
0003703575.tif 000004
【図４】
0003703575.tif 000005
【図５】
0003703575.tif 000006
【図６】
0003703575.tif 000007
【図７】
0003703575.tif 000008
【図８】
0003703575.tif 000009
【図９】
0003703575.tif 000010
【図１０】
0003703575.tif 000011
【図１１】
0003703575.tif 000012
【図１２】
0003703575.tif 000013
【図１３】
0003703575.tif 000014
【図１４】
0003703575.tif 000015
【図１５】
0003703575.tif 000016
【図１６】
0003703575.tif 000017