(57)【要約】【課題】正規品以外の燃料を使用したことによるエンジンの動作異常を判定する。【解決手段】作業用油圧ポンプ１１を駆動するエンジン１０と、エンジン１０の目標回転数ＮＴを指令する回転数指令手段２１と、エンジン１０の実回転数ＮＲを検出する回転数検出手段２２と、実回転数ＮＲが目標回転数ＮＴとなるようにエンジン回転数を制御する回転数制御手段２０と、エンジン１０に作用する負荷が一定である負荷一定状態を検出する状態検出手段１６と、状態検出手段１６により負荷一定状態が検出されると、回転数指令手段２１で指令された目標回転数ＮＴと回転数検出手段２２で検出された実回転数ＮＲとの偏差ΔＮに基づき、エンジン１０の動作異常判定を行う異常判定手段２０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業用油圧ポンプを駆動するエンジンと、
エンジンの目標回転数を指令する回転数指令手段と、
エンジンの実回転数を検出する回転数検出手段と、
前記実回転数が前記目標回転数となるようにエンジン回転数を制御する回転数制御手段と、
エンジンに作用する負荷が一定である負荷一定状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段により負荷一定状態が検出されると、前記回転数指令手段で指令された目標回転数と前記回転数検出手段で検出された実回転数との偏差に基づき、エンジンの動作異常判定を行う異常判定手段とを備えることを特徴とする建設機械の異常判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の異常判定装置において、
前記異常判定手段は、前記目標回転数と前記実回転数との偏差が所定値以上の状態が所定時間継続すると、エンジンの動作が異常であると判定することを特徴とする建設機械の異常判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の建設機械の異常判定装置において、
エンジン回転数の増加特性に影響を与える物質の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記所定値および前記所定時間のうち少なくとも一方は、前記温度検出手段により検出された温度に応じた値に設定されることを特徴とする建設機械の異常判定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の異常判定装置において、
前記異常判定手段によりエンジンの動作が異常と判定されると、その異常動作に対応した情報を記憶する記憶手段をさらに備えることを特徴とする建設機械の異常判定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の異常判定装置において、
前記異常判定手段によりエンジンの動作が異常と判定されると、その異常動作に対応した情報を基地局に送信する送信手段をさらに備えることを特徴とする建設機械の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に搭載されたエンジンの異常動作を判定する建設機械の異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気中の酸素濃度に基づいて、燃料噴射系の異常を判定するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３７２１６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンは軽油を燃料とするものであるが、例えば建設機械がレンタルされた場合には、レンタル業者の知らないうちに、顧客が軽油よりも安価な灯油や重油を燃料として使用することがある。灯油は軽油に比べて潤滑性が悪いため、燃料噴射系の磨耗が発生し、重油を使用した場合は、燃料噴射系のノズルが目詰まりを起こす可能性がある。このように正規品以外の燃料を使用してエンジンを駆動すると、エンジン燃料噴射系自体に異常がなくても、エンジンの動作が異常となり、エンジン寿命を縮める原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による建設機械の異常判定装置は、作業用油圧ポンプを駆動するエンジンと、エンジンの目標回転数を指令する回転数指令手段と、エンジンの実回転数を検出する回転数検出手段と、実回転数が前記目標回転数となるようにエンジン回転数を制御する回転数制御手段と、エンジンに作用する負荷が一定である負荷一定状態を検出する状態検出手段と、状態検出手段により負荷一定状態が検出されると、回転数指令手段で指令された目標回転数と回転数検出手段で検出された実回転数との偏差に基づき、エンジンの動作異常判定を行う異常判定手段とを備えることを特徴とする。
目標回転数と実回転数との偏差が所定値以上の状態が所定時間継続すると、エンジンの動作が異常であると判定することもできる。
エンジン回転数の増加特性に影響を与える物質の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、所定値および所定時間のうち少なくとも一方を、温度検出手段により検出された温度に応じた値に設定することもできる。
異常判定手段によりエンジンの動作が異常と判定されると、その異常動作に対応した情報を記憶する記憶手段をさらに備えることもできる。
異常判定手段によりエンジンの動作が異常と判定されると、その異常動作に対応した情報を基地局に送信する送信手段をさらに備えることもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、エンジンに作用する負荷が一定の状態において、エンジンの目標回転数と実回転数との偏差に基づきエンジンの動作異常を判定するようにしたので、例えば正規品以外の燃料を使用してエンジンを駆動した場合の動作異常の判定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図５を参照して本発明による異常判定装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る異常判定装置を搭載した油圧ショベルの側面図である。油圧ショベルは、走行体１と、走行体１上に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２に回動可能に取り付けられたブーム３Ａ，アーム３Ｂ，バケット３Ｃからなる作業用フロント３とを有する。ブーム３Ａ，アーム３Ｂ，バケット３Ｃはそれぞれ油圧シリンダ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃにより駆動される。旋回体２の前部には運転室４が、その後方にはエンジン室５がそれぞれ設けられ、旋回体２の後端部にはカウンタウエイト６が取り付けられている。運転室４の入口には、乗降経路に突出した解除位置と、乗降経路から後退したロック位置との間で操作可能なゲートロックレバー７が設けられている。
【０００８】
図２は、作業用油圧回路の一例を示す図であり、ここでは油圧シリンダ３０Ａの駆動用回路を示している。なお、他の油圧シリンダ３０Ｂ，３０Ｃの駆動用回路も図２と同様であり、図示を省略する。エンジン１０により駆動される油圧ポンプ１１からの圧油は方向制御弁１２を介して油圧シリンダ３０Ａに導かれる。方向制御弁１２には操作レバー１３の操作量に応じた油圧ポンプ１４からのパイロット圧が作用し、操作レバー１３の操作量に応じて油圧切換弁１２は切り換わる。
【０００９】
油圧ポンプ７の下流には、ゲートロックレバー７により操作されるロックバルブ１５が設けられている。ロックバルブ１５は、ゲートロックレバー７が解除位置に操作されると位置イに切り換えられ、ロック位置に操作されると位置ロに切り換えられる。ロックバルブ１５が位置イに切り換わった状態では、油圧ポンプ１４から制御弁１２へのパイロット圧の作用が許可され、位置ロに切り換わった状態ではパイロット圧の作用が禁止される。ロックバルブ１５の切換状態は、ロックバルブ１５の下流に設けられた圧力センサ１６により検出され、ロックバルブ１５が位置ロに切り換わったときに、圧力センサ１６はゲートロック信号を出力する。
【００１０】
エンジン１０は、いわゆるコモンレール式ディーゼルエンジンであり、燃料を高圧にして圧送するポンプ、ポンプから送られてきた高圧の燃料を溜めておくレール、高圧の燃料を噴射するインジェクタ、および燃料の噴射量と時期を制御するエンジンコントローラ２０（図３）等を有する。エンジン１０は、燃料を高圧で噴射するため燃焼効率が高く、排気中のＮＯｘが低減し、エミッションが向上する。なお、エンジン冷却水の循環経路にはラジエータ１７とヒータ１８が設けられている。
【００１１】
エンジン１０は軽油を正規の燃料としており、インジェクタを燃料で潤滑している。そのため、もし安価な灯油や重油を燃料として用いると、灯油や重油の潤滑性は軽油よりも悪いので、潤滑部に摩耗が生じ、エンジン寿命が低下する。また、燃焼効率も悪化し、エミッションの向上が困難となる。そこで、本実施の形態では、灯油や重油を燃料として用いたことによりエンジン１０が異常動作しているか否かを判定し、その判定結果を報知する。
【００１２】
図３は、本実施の形態に係る異常判定装置のシステム構成を示すブロック図である。油圧ショベルには、エンジンコントローラ２０と、メインコントローラ３０と、モニタコントローラ４０と、情報コントローラ５０とが搭載され、各コントローラ２０〜５０はＣＡＮ通信線２５を介して互いに接続されている。エンジンコントローラ２０には、作業員の操作によりエンジン１０の目標回転数ＮＴを設定する回転数設定器（例えば回転数設定ダイヤル）２１と、エンジン１０の実回転数ＮＲを検出する回転数検出器２２とが接続されている。メインコントローラ３０には圧力センサ１６と通信装置３１とが接続されている。モニタコントローラ４０には表示装置４１が接続され、情報コントローラ５０にはＥＥＰＲＯＭなどの記憶装置５１が接続されている。なお、異常判定装置のシステム構成はこれに限らず、例えば各コントローラ２０〜５０の機能を単一のコントローラに集約してもよい。
【００１３】
エンジンコントローラ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、実回転数ＮＲが目標回転数ＮＴとなるように燃料の噴射量と時期を制御する。すなわち目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲとの大小を比較し、ＮＴ＞ＮＲならば燃料噴射量を所定量ΔＡ増量し、ＮＴ＜ＮＲならば所定量ΔＡ減量するという処理を繰り返し行い、実回転数ＮＲを目標回転数ＮＴに近づける。
【００１４】
ここで、所定量ΔＡは、正規の燃料（軽油）を用いることを前提として設定された値であり、正規の燃料を用いて負荷一定でエンジン１０を運転すれば、エンジン回転数の増加特性は例えば図４の特性ｆ１に示すようになる。すなわち目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲとの偏差ΔＮは、エンジン始動から時間ｔ１で所定値ΔＮａ以下となり、実回転数ＮＲは目標回転数ＮＴに速やかに近づく。これに対し、軽油以外の燃料（重油や灯油）を用いてエンジン１０を運転すると、特性ｆ２に示すようにエンジン始動から時間ｔ２（＞ｔ１）でエンジン回転数の偏差ΔＮが所定値ΔＮａ以下となり、実回転数ＮＲが目標回転数ＮＴに近づくのにより多くの時間がかかる。この点に着目して、本実施の形態ではエンジン１０の異常動作判定を行う。
【００１５】
メインコントローラ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。図５は、メインコントローラ３０に搭載されたプログラムで実行される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、例えばエンジンキースイッチのオンによりエンジン１０が始動するとスタートする。ステップＳ１では、ＣＡＮ通信線２５を介してエンジンコントローラ２０から目標回転数ＮＴを読み込み、ステップＳ２では、エンジンコントローラ２０から実回転数ＮＲを読み込む。
【００１６】
ステップＳ３では、圧力センサ１６からゲートロック信号が出力されているか否か、すなわち作業禁止状態であるか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、目標回転数ＮＴから実回転数ＮＲを減算し、エンジン回転数の偏差ΔＮを演算する。ステップＳ５では、偏差ΔＮが予め定めた所定値ΔＮａ（図４）より大きいか否かを判定する。ステップＳ６ではタイマｔをカウントする。一方、ステップＳ３またはステップＳ５が否定されるとステップＳ１０に進み、タイマｔをリセットする。
【００１７】
ステップＳ７では、タイマｔが予め定めた所定時間ｔａを計時したか否かを判定する。所定時間ｔａは、エンジン１０の動作が異常であるか否かを判定するための閾値であり、例えば図４の時間ｔ１とｔ２の間の値に設定されている。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとリターンする。ステップＳ８では、通信装置４１に異常信号を出力するとともに、ＣＡＮ通信線２５を介してモニタコントローラ４０と情報コントローラ５０にも異常信号を出力する。
【００１８】
メインコントローラ３０から異常信号が出力されると、通信装置３１は通信アンテナ３２を介して異常信号に対応した異常情報を遠隔にある基地局に送信する。通信装置３１から送信される異常情報としては、例えば異常の発生した時刻、油圧ショベルの機種、号機、エンジン１０の目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲの推移等であり、これによりエンジン１０の動作異常を基地局で把握できる。なお、油圧ショベルがＧＰＳ装置等の自己位置計測装置を搭載していれば、この位置情報を異常情報に含めて送信してもよい。異常情報は、異常信号が出力される度に送信してもよく、作業終了後にまとめて送信するようにしてもよい。
【００１９】
メインコントローラ３０から異常信号が出力されると、モニタコントローラ４０は運転室内の表示装置（表示モニタ）４１に異常信号に対応した警報情報、例えば正規の燃料を使用していないなどの警報情報を表示する。警報情報を表示するだけでなく、警報音を発生させてもよい。これにより誤った燃料の使用を中止するよう作業員に呼び掛けることができる。
【００２０】
メインコントローラ３０から異常信号が出力されると、情報コントローラ５０はＥＥＰＲＯＭなどの記憶装置５１に異常信号に対応した異常情報を記憶する。記憶装置５１に記憶される異常情報としては、例えば異常の発生した時刻、エンジン１０の目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲの推移等である。なお、異常情報は作業履歴情報に含まれ、記憶装置５１には他の作業履歴情報が記憶される。これにより、いかなる作業が行われたかを事後的に分析することができ、作業履歴情報に基づいてメンテナンス等を適切に行うことができる。
【００２１】
なお、以上の処理は、目標回転数ＮＴが一定状態で行うことが好ましく、例えば目標回転数ＮＴの設定が変更されたときは、タイマをリセットし、改めてΔＮ＞ΔＮａの状態が所定時間ｔａ継続したかを判定するようにしてもよい。
【００２２】
本実施の形態に係る異常判定装置の動作をより具体的に説明する。エンジン１０の異常判定は、エンジン１０に作用する負荷が一定の状態、つまりゲートロックレバー７がロック位置に操作され、エンジン１０に作業負荷が作用しない状態（非作業状態）で行う。このとき、正規の燃料を使用してエンジン１０を始動したのであれば、目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲとの偏差ΔＮは、所定時間ｔａが経過する前に所定値ΔＮａ以下となり、エンジン１０の動作が正常と判定される。この状態では、上述した図５のステップＳ７の処理が否定されるため、エンジン異常信号は出力されない。
【００２３】
一方、正規品以外の燃料を使用してエンジン１０を始動した場合、目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲとの偏差ΔＮは、所定時間ｔａが経過しても所定値ΔＮａ以下とならず、エンジン１０の動作が異常と判定される。この状態では、メインコントローラ３０から異常信号が出力され（ステップＳ８）、異常情報が基地局に送信される。このため、例えば油圧ショベルがレンタルされている場合には、正規の燃料を用いて油圧ショベルが使用されているか否かを基地局で把握することができ、誤った燃料を使用している顧客に対し、警告することができる。また、異常情報は記憶装置５１にも記憶されるため、エンジン１０に異常があったことを、油圧ショベルが返却された際にレンタル業者は把握することができる。表示装置４１には警報情報が表示されるので、作業員に誤った燃料を使用しないよう警告することもできる。
【００２４】
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）ゲートロックレバー７がロック位置に操作されたときに、エンジン１０の目標回転数ＮＴと実回転数ＮＲとの偏差ΔＮを演算し、この偏差ΔＮが所定値ΔＮａ以上の状態が所定時間ｔａ継続したときに異常信号を出力するようにした。これにより、エンジン１０の動作に異常があったことを判定することができ、誤った燃料を用いて作業を行うことを抑制できる。その結果、インジェクタの磨耗が抑えられ、エンジン１０の寿命低下を防ぐことができる。また、エンジン１０の燃焼効率が高く、排ガスのクリーン化を実現できる。
【００２５】
（２）ゲートロックレバー７がロック位置に操作されたとき、つまり作業が禁止されている状態で異常判定するようにしたので、エンジン１０に作用する作業負荷が変動することによるエンジン回転数の変化を考慮する必要がなく、異常判定を容易に行うことができる。
（３）エンジン回転数の偏差ΔＮが所定値ΔＮａ以上である状態が所定時間Δｔａ継続したときに、エンジン１０の動作が異常と判定するので、正規以外の燃料を使用したことによるエンジン１０の異常を適切に判定できる。
（４）エンジン回転数の偏差ΔＮに基づきエンジン１０の異常判定を行うので、正規品以外の燃料を使用したことによる異常だけでなく、正規のエンジンオイル以外を使用したことによる異常、エンジンオイルの交換を怠ったことによる異常、燃料フィルタが目つまりしたことによる異常等、エンジン回転数の偏差ΔＮが大きくなるおそれのある他の異常も併せて判定することができる。
【００２６】
（５）エンジン１０の動作が異常と判定されると、異常情報を通信装置３１を介して基地局に送信するので、油圧ショベルをレンタル等している場合に、基地局で異常の有無を把握することができ、エンジン１０の動作異常に早期に対応することができる。
（６）エンジン１０の動作が異常と判定されると、異常情報を含む作業履歴情報を記憶装置５１に記憶するので、メンテナンス等に役立つ情報が得られる。
（７）エンジン１０の動作が異常と判定されると、警報情報を表示装置４１に表示するので、作業員にエンジン１０に異常が発生した旨を報知できる。
【００２７】
以上では、エンジン回転数の偏差ΔＮが所定値ΔＮａ以上である状態が所定時間Δｔａ継続したときにエンジン１０の動作が異常と判定したが、温度センサ等の温度検出手段によりエンジン冷却水温や外気温等を検出し、所定値ΔＮａと所定時間Δｔａの少なくとも一方を、このエンジン冷却水温や外気温の検出値に応じて変更するようにしてもよい。例えばエンジン冷却水温が低いほど、あるいは外気温が低いほど、所定値ΔＮａと所定時間Δｔａを大きくするようにしてもよい。これにより異常判定の精度が向上する。エンジン冷却水温と外気温だけでなく、エンジン回転数の増加の特性に影響を与える他の物質の温度に応じてＮａ、Δｔａを変更するようにしてもよい。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、回転数設定器（回転数設定ダイヤル）２１の操作により目標回転数ＮＴを設定し、この目標回転数ＮＴをエンジン回転数の指令値としたが、ペダル操作やレバー操作等により回転数を指令してもよく、回転数指令手段の構成は上述したものに限らない。エンジン１０の実回転数ＮＲを検出するのであれば、回転数検出手段としての回転数検出器２２の構成はいかなるものでもよい。エンジンコントローラ２０によりエンジン１０の実回転数ＮＲが目標回転数ＮＲとなるように燃料の噴射量等を制御したが、回転数制御手段の構成はこれに限らない。エンジン１０もコモンレール式でなくてもよい。
【００２９】
上記実施の形態では、圧力センサ１６によりゲートロックレバー７の操作を検出し、ゲートロックレバー７の操作によって作業禁止状態にされていると、エンジン１０の異常判定を行うようにしたが、エンジン１０に作用する負荷が一定の状態で異常判定を行うのであれば、必ずしも作業禁止状態でなくてもよく、状態検出手段の構成は上述したものに限らない。この場合、目標回転数ＮＴが一定であることが好ましい。エンジン回転数の偏差ΔＮが所定値ΔＮａ以上である状態が所定時間Δｔａ継続したときに、メインコントローラ３０がエンジン１０の動作が異常と判定したが、例えば所定時間後の偏差ΔＮの大きさに応じて異常判定を行うようにしてもよく、異常判定手段の構成は上述したものに限らない。
【００３０】
エンジン１０の動作が異常と判定されると、異常情報を記憶装置５１に記憶するようにしたが、記憶手段の構成はいかなるものでもよい。エンジン１０の動作が異常と判定されると、異常情報を通信装置３１を介して基地局に送信するようにしたが、送信手段の構成はいかなるものでもよい。異常情報を送信しなくてもよい。エンジン１０の動作が異常と判定されると、エンジン１０の動作（例えば回転数）を制限し、エンジン１０の故障を防止するようにしてもよい。以上では、異常判定装置を油圧ショベルに適用する例について説明したが、ホイール式油圧ショベル等、他の建設機械にも同様に適用することができる。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異常判定装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る異常判定装置を搭載した油圧ショベルの側面図。
【図２】作業用油圧回路の一例を示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係る異常判定装置のシステム構成を示すブロック図。
【図４】実回転数の変化の一例を示す図。
【図５】図４のメイン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】
【００３２】
１０  エンジン
１６  圧力センサ
２０  エンジンコントローラ
２１  回転数設定器
２２  回転数検出器
３０  メインコントローラ
３１  通信装置
５１  記憶装置
【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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