JP2005180226A

JP2005180226A - 建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法

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Publication number: JP2005180226A
Application number: JP2003418826A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Furuno; 義紀古野; Shinji Akino; 真司秋野; Takanobu Ikari; 孝信井刈; Yoshinori Owada; 義宜大和田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系異常を正確に検出することができる建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法を提供する。
【解決手段】エンジン１１の回転数を検出する回転数センサＮと、エンジン１１の燃料噴射量を検出する角度センサＡと、エンジン１１の過給圧を検出する圧力センサＰと、回転数センサＮで検出したエンジン回転数及び角度センサＡで検出した燃料噴射量を用いてエンジン１１の第１の負荷率を算出すると共に、圧力センサＰで検出した過給圧を用いてエンジン１１の第２の負荷率を算出し、これら第１の負荷率と第２の負荷率との偏差を算出し、この算出した偏差が所定の値より大きい場合に異常と判定するエンジン異常検出装置１３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法に係り、更に詳しくは、過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系異常を正確に検出することができる建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法に関する。

建設機械、例えば油圧ショベル等の建設機械の故障を診断する故障診断装置としては、異常が検出された際に、その異常が検出されるまでの一定期間の異常に係わる状態量（検出データ）を記憶・蓄積すると共に、ディスプレイ装置に表示させる建設機械の故障診断装置（油圧作業機のモニタ装置）が既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。この従来技術では、上記異常が検出されるまでの一定期間の異常に係わる状態量を用いて故障診断を有益に行うことができ、異常原因の特定及びその修理を迅速に行うことを可能としている。

特開平７−１１９１８３号公報

上記特許文献１には特に明確には記載されていないが、上記従来技術のような手法により、例えば油圧ショベルの過給機不良や吸気配管の漏れといったエンジン給気系の故障診断を行う場合、例えば給気配管における過給機の下流側に設けた過給圧検出手段で過給圧を検出し、この過給圧が正常範囲外となった場合に異常を検出して、その異常検出までの一定期間の蓄積された過給圧データを用いて診断を行うことが考えられる。

しかしながら、通常、作業中の油圧ショベルにおいてはエンジンの回転数の変動や負荷の変動が生じるため、エンジンに必要な給気量が変動し、その結果、上記過給圧検出手段で検出する過給圧が変動する場合がある。このため、作業中の油圧ショベルにおいては、上記過給圧のみを検出して異常を検出する手法ではエンジン給気系の異常を正確に検出できない恐れがあった。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系異常を正確に検出することができる建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法を提供することにある。

（１）上述した課題を解決するために、第１の発明は、建設機械のエンジンの給気系異常を検出する建設機械のエンジン給気系異常検出装置において、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記エンジンの燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段と、前記エンジンの過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記回転数検出手段で検出した回転数及び前記燃料消費量検出手段で検出した燃料消費量を用いて前記エンジンの負荷率を算出する第１の負荷率計算手段と、前記過給圧検出手段で検出した過給圧を用いて前記エンジンの負荷率を算出する第２の負荷率計算手段と、前記第１の負荷率計算手段で算出した第１の負荷率と前記第２の負荷率計算手段で算出した第２の負荷率との偏差を算出する偏差計算手段と、前記偏差計算手段で算出した前記第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の値より大きい場合に異常と判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

例えば、前述した特許文献１に記載の従来技術のような手法により、油圧ショベルの過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系の故障診断を行う場合、例えばエンジン給気配管における過給機の下流側に設けた過給圧検出手段で過給圧を検出し、この過給圧が正常範囲外となった場合に異常を検出して、その異常検出までの一定期間の蓄積された過給圧データを故障診断に用いることが考えられる。

しかしながら、通常、作業中の油圧ショベルにおいてはエンジンの回転数の変動や負荷の変動が生じるため、エンジンに必要な給気量が変動し、その結果、上記過給圧検出手段で検出する過給圧は変動する場合がある。このため、作業中の油圧ショベルにおいては、上記過給圧のみを検出して異常を検出する手法ではエンジン給気系の異常を正確に検出できない恐れがあった。

一方、本発明においては、回転数検出手段でエンジン回転数を検出し、燃料消費量検出手段でエンジンの燃料消費量を検出すると共に、第１の負荷率計算手段でそれら検出したエンジン回転数、燃料消費量、及び例えば記憶手段等に予め記憶させておいたエンジンが全負荷状態且つ定格回転数であるときの燃料消費量を用いて第１の負荷率を算出し、また過給圧検出手段でエンジンの過給圧を検出すると共に、第２の負荷率計算手段でその検出した過給圧及び例えば記憶手段等に予め記憶させておいた過給圧をエンジンの負荷率に換算するための係数を用いて第２の負荷率を算出し、これら算出した第１の負荷率と第２の負荷率との偏差を偏差計算手段で算出する。

このとき、エンジン給気系に異常がない場合には、エンジンの回転数の変動や負荷の変動に関係なく第１の負荷率及び第２の負荷率は近似し、偏差計算手段で算出した偏差は比較的小さい値となる。一方、例えば過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系異常が生じている場合には、過給圧が低下するため第２の負荷率が第１の負荷率に比べて減少し、偏差計算手段で算出した偏差は大きくなる。

したがって、本発明によれば、第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の値より大きい場合に異常と判定するようにすることで、エンジンの回転数の変動や負荷の変動に左右されることなく、過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系異常を正確に検出することができる。

（２）上述した課題を解決するために、第２の発明は、前記エンジンが全負荷状態且つ定格回転数であるときの燃料消費量、及び前記過給圧を前記エンジンの負荷率に換算するための係数を記憶する記憶手段をさらに備え、且つ、前記第１の負荷率計算手段は、前記回転数及び燃料消費量と前記記憶手段から読み出した前記エンジンが全負荷状態且つ定格回転数であるときの燃料消費量とを用いて前記第１の負荷率を算出し、前記第２の負荷率計算手段は、前記過給圧と前記記憶手段から読み出した前記過給圧を前記エンジンの負荷率に換算するための係数とを用いて前記第２の負荷率を算出することを特徴とする請求項１記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

（３）上述した課題を解決するために、第３の発明は、前記エンジンが起動してから所定の時間が経過した後に、前記第１及び第２の負荷率計算手段は前記第１及び第２の負荷率をそれぞれ算出し、前記偏差計算手段はそれら第１及び第２の負荷率の偏差を算出することを特徴とする請求項２記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

これにより、エンジンの駆動状態が安定した上で各状態量を検出して第１及び第２の負荷率、それらの偏差の算出を行うようにすることができる。したがて、エンジン給気系の異常検出の信頼性を向上することができる。

（４）上述した課題を解決するために、第４の発明は、操作レバーの操作状態に係わる状態量を検出する操作状態検出手段をさらに備え、この操作状態検出手段で前記操作レバーの所定の操作状態を所定の時間以上継続して検出した場合に、前記第１及び第２の負荷率計算手段は前記第１及び第２の負荷率をそれぞれ算出し、前記偏差計算手段はそれら第１及び第２の負荷率の偏差を算出することを特徴とする請求項２記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

本発明によれば、例えばオペレータがブーム上げや上部旋回体の旋回、又はバケットクラウド等のエンジンに負荷を与える操作を所定の時間以上行った場合に、第１及び第２の負荷率や偏差の算出を行うようにすることが可能である。このようにしてエンジンに大きな負荷が作用している状態で負荷率の偏差を求めるようにすることで、偏差の顕現性を向上し、エンジン給気系異常の検出精度を向上することができる。

（５）上述した課題を解決するために、第５の発明は、ブームの角度を検出するブーム角度検出手段及びこのブーム角度検出手段で検出したブーム角度からブーム角速度を算出するブーム角速度計算手段をさらに備え、このブーム角速度計算手段で算出したブーム角速度が所定の角速度より大きい場合に、前記第１及び第２の負荷率計算手段は前記第１及び第２の負荷率をそれぞれ算出し、前記偏差計算手段はそれら第１及び第２の負荷率の偏差を算出することを特徴とする請求項２記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

これにより、例えばブーム上げ動作が一定の速度以上で行われた場合に第１及び第２の負荷率や偏差の算出が行われるようにするようにできる。このようにしてエンジンに大きな負荷が作用している状態で負荷率の偏差を求めるようにすることで、偏差の顕現性を向上し、エンジン給気系異常の検出精度を向上することができる。

（６）上述した課題を解決するために、第６の発明は、前記異常判定手段が異常を判定した場合に、その日時及びその時点における前記エンジンの累積稼働時間を含む異常情報を記録する異常記録手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

（７）上述した課題を解決するために、第７の発明は、前記異常記録手段は、前記異常判定手段が異常を判定した場合に、その判定時の前後を含む所定の時間範囲内における前記第１の負荷率、第２の負荷率、及び前記操作レバーの操作状態に係わる状態量又はブーム角速度を含むスナップショット情報を記録することを特徴とする請求項６記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
これにより、スナップショット情報を解析することで異常の発生原因を究明することができる。

（８）上述した課題を解決するために、第８の発明は、前記異常記録手段は、前記異常情報及びスナップショット情報を情報通信を介して携帯端末に送信することを特徴とする請求項７記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

これにより、携帯端末を介して例えば建設機械の稼働現場近傍に設けた現場事務所のＰＣ端末等に異常情報及びスナップショット情報をダウンロードすることが可能であり、その現場事務所等において的確な故障診断を行うことができる。

（９）上述した課題を解決するために、第９の発明は、前記異常記録手段は、前記異常情報及びスナップショット情報を衛星通信を介して送信することを特徴とする請求項７記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置にある。

これにより、建設機械の管理側（例えば建設機械のメーカ（又は販売店、ディーラ等）や建設機械の所有者）に衛星通信を介して異常情報及びスナップショット情報を送信することが可能であり、メーカ又は所有者のサービスセンタ等において的確な故障診断を行うことができる。

（１０）上述した課題を解決するために、第１０の発明は、建設機械のエンジンの給気系異常を検出する建設機械のエンジン給気系異常検出方法において、前記エンジンの回転数、燃料消費量、及び過給圧を検出し、前記回転数及び燃料消費量を用いて前記エンジンの第１の負荷率を算出すると共に、前記過給圧を用いて前記エンジンの第２の負荷率を算出し、前記第１の負荷率と前記第２の負荷率との偏差を算出し、この偏差が所定の値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする建設機械のエンジン給気系異常検出方法にある。

本発明によれば、エンジンの回転数の変動や負荷の変動に左右されることなく、過給機不良や吸気配管の漏れ等のエンジン給気系異常を正確に検出することができる。

以下、本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の一実施の形態を図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の一実施の形態を備えた建設機械（この例では油圧ショベル）の全体構造を表す側面図である。

この図１において、１は油圧ショベルである。また、２は走行体、３はこの走行体２上に旋回可能に設けた旋回体、４はこの旋回体３の前部左側に設けた運転室、５は旋回体３の前部中央に俯仰動可能に設けたフロント作業機である。また、６は旋回体３に回動可能に設けたブーム、７はこのブーム６の先端に回動可能に設けたアーム、８はこのアーム７の先端に回動可能に設けたバケットであり、フロント作業機５はこれらブーム６、アーム７及びバケット８で構成されている。また、９は運転室４内に設置されたコントローラネットワークであり、油圧ショベル１の部位ごとの動作状態に係わる状態量を収集するためのものである。

なお、図１においては、油圧ショベル１は、機体重量数百トンクラスで例えば海外の鉱山等において用いられることの多い超大型ショベル（バックホウタイプ）を例にとって図示しているが、本発明の適用対象としてはこれに限られるものではない。すなわち、日本国内において各種建設工事現場等において最も活躍する機体重量数十トンクラスのいわゆる大型ショベル、中型ショベルや、小規模工事現場で活躍するそれよりさらに小型のいわゆるミニショベル等に適用してもよい。

図２はコントローラネットワーク９の構成のうちエンジン給気系異常の検出に係わる要部を抽出して示す部分概略構成図である。
この図２において、１０はエンジン１１（後述の図３参照）の動作状態をモニタリングすると共に、燃料噴射装置（図示せず）からエンジン１１へ噴射される燃料の噴射量（＝燃料消費量）を制御する噴射量制御装置１２の制御を行うエンジン制御装置、１３はこのエンジン制御装置１０でモニタリングしたエンジン１１の動作状態を基にエンジン給気系の異常を検出するための所定の演算（詳細は後述）を行うエンジン異常検出装置である。上記エンジン制御装置１０にはエンジン１１の動作状態に係わる状態量を検出する各種センサからの検出信号が入力されるようになっている。

図３はこれらエンジン１１の動作状態に係わる状態量を検出する各種センサ（検出手段）の設置箇所を示すエンジン１１の概念構成図である。

この図３において、１１は油圧ショベル１の旋回体３に搭載された前述のエンジンであり、１５はエアクリーナ、１６は空気を吸入するための吸気配管、１７は吸気配管１６からの空気と燃料噴射装置（図示せず）から噴射された燃料との混合ガスを燃焼する複数の気筒、１８は複数の気筒１７からの排気ガスを排出するための排気配管、１９はこの排気配管１８の先端に設けたマフラ、２０は排気配管１８の排気ガスによりタービンを駆動して吸気配管１６の空気を加圧する（すなわちエンジン１１の過給を行う）ターボ（過給機）、２１は吸気配管１６におけるターボ２０の下流側に設けられ、吸気を冷却するためのインタークーラである。また、２３はエンジン１１の冷却水を冷却するラジエータ、２４はこのラジエータ２３及びインタークーラ２１の冷却を行う冷却ファン、２５はこの冷却ファン２４を駆動するモータである。

また、Ｐは吸気配管１６におけるターボ２０の下流側（すなわちターボ２０とインタークーラ２１との間）に設けられ、ターボ２０による過給圧を検出する圧力センサ（過給圧検出手段）、Ｎはエンジン１１の回転数を検出する回転数センサ（回転数検出手段）、Ａ１は噴射量制御装置１２のアクチュエータ（例えばガバナレバー等）の角度を検出する角度センサ（燃料消費量検出手段）である。

図２に戻り、上記圧力センサＰで検出される過給圧、回転数センサＮで検出されるエンジン回転数、及び角度センサＡ１で検出されるアクチュエータ角度はエンジン制御装置１０に入力される。また、エンジン制御装置１０とエンジン異常検出装置１３とはシリアル通信２６によって接続され、エンジン異常検出装置１３は第１ネットワーク９Ａにより後述するデータ記録装置（異常記録手段）３３に接続されている。

２７は例えば走行体２を操作する電気レバー（操作レバー）、２８は例えばフロント作業機５を操作するための電気レバー（操作レバー）、２９はこれら電気レバー２７，２８を制御すると共にそれら電気レバー２７，２８の操作状態に係わる状態量を検出する電気レバー制御装置（操作状態検出手段；ブーム角速度検出手段）である。また、この電気レバー制御装置２９には前記フロント作業機５を構成するブーム６、アーム７及びバケット８の各回転角度が入力されるようになっている（図２にはそのうちブーム６の角度を検出するブーム角度センサＡ２（ブーム角度検出手段）のみ図示）。また、３０は運転室４内に設けられ、油圧ショベル１の各種稼働情報や警報情報等をオペレータに対して表示するディスプレイであり、３１はこのディスプレイ３０の表示に係わる制御を行う表示制御装置である。また、３２はこの表示制御装置３１に接続され、オペレータの操作入力により各種のデータ設定やディスプレイ３０の画面の切り替え等が行われるキーパッドである。上記表示制御装置３１及び電気レバー制御装置２９は、第２ネットワーク９Ｂを介して後述するデータ記録装置３３に接続されている。

３３は第１ネットワーク９Ａ及び第２ネットワーク９Ｂにそれぞれ接続され、第１ネットワーク９Ａからのエンジンの動作状態に係わる状態量（すなわち、エンジン回転数、過給圧、アクチュエータ角度等。以下、エンジン系状態量と記載する）及び第２ネットワーク２Ｂからの油圧ショベル１の車体に係わる状態量（すなわち、電気レバー２７，２８の操作状態に係る状態量及びブーム角度等。以下、車体系状態量と記載する）を稼動データとして取り込み記録するデータ記録装置である。このデータ記録装置３３は第１ネットワーク９Ａと第２ネットワーク９Ｂとの信号の橋渡しの役目も果たしており、これによりエンジン系状態量をディスプレイ３０で表示することができるようになっている。

３４はこのデータ記録装置３３とシリアル通信（情報通信）３５を介して接続可能な携帯端末（情報通信）、３６はデータ記録装置３３にシリアル通信３７を介して接続された衛星通信端末（情報通信）、３８はこの衛星通信端末３６から図示しない通信衛星にデータを送信するためのアンテナ、３９は例えば油圧ショベル１が稼働する現場付近に設けた現場事務所内に設置され、上記携帯端末３４と接続可能なＰＣ端末である。

上記データ記録装置３３には第１ネットワーク９Ａからのエンジン系状態量及び第２ネットワーク９Ｂからの車体系状態量が単位時間毎（例えば１秒毎）に入力されており、通常、データ記録装置３３は例えばこれらの状態量の所定時間単位（例えば３０分）毎の平均値（又は標準偏差等でもよい）を演算して一定期間（例えば１日）の範囲内における経時変化を表す稼働データ（すなわちトレンドデータ）を生成したり、エンジン累積稼働時間等の累積稼働データを生成して記録する。この一定期間の範囲内におけるトレンドデータ及び累積稼働データは、例えば日報として１日に１回携帯端末３４を介してＰＣ端末３９にダウンロードされたり、衛星通信端末３６及びアンテナ３８を介した衛星通信により油圧ショベル１の管理側（例えば油圧ショベル１のメーカ（又は販売店、ディーラ等）、所有者等）に送信されるようになっている。

また、データ記録装置３３は、第１ネットワーク９Ａからのエンジン系状態量及び第２ネットワーク９Ｂからの車体系状態量のうち、所定の状態量項目については所定の時間範囲（例えば５分）内で単位時間毎（例えば１秒毎）にメモリ（図示せず）取り込み記録しており、最新のデータとなるように常時更新を行っている。そして、エンジン異常検出装置１３から異常判定信号（詳細は後述する）が入力された場合には、その異常に係わる所定の状態量項目について上記所定の時間記録したデータを更新されないように保存すると共に、異常判定信号が入力された時点から所定の時間範囲（例えば１分）内のデータを記録し、上記保存したデータと合わせて（すなわち例えば異常判定時の前５分、後１分を合わせて計６分のデータとして）スナップショットデータとして保存するようになっている。

以上のような構成である本実施の形態の油圧ショベル１において、本実施の形態の最も大きな特徴は、エンジン回転数と燃料噴射量から計算されるエンジン負荷率と過給圧から計算されるエンジン負荷率とを比較することにより、エンジン１１の給気系異常を検出するようにしたことである。以下、この詳細について説明する。

図４はエンジン異常検出装置１３の内部構成の概略を示す模式図である。
この図４において、４０はシリアル通信２６を介しエンジン制御装置１０からエンジン系状態量（エンジン回転数、過給圧、アクチュエータ角度）を入力する通信回路、４１は後述する負荷率及び偏差の演算を行うための処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ。記憶手段）、４２はこのＲＯＭ４１に記憶されたプログラムに基づいて演算処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置。第１の負荷率計算手段；第２の負荷率計算手段；偏差計算手段；異常判定手段）、４３はこのＣＰＵ４２が演算処理したデータ又は演算途中のデータを一時的に格納するためのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ。記憶手段）、４４はＣＰＵ４２と第１ネットワーク９Ａとのインターフェースであるネットワーク通信回路、４５はタイマである。

以上のように構成されるエンジン異常検出装置１３による異常検出手順を図５を用いて説明する。図５は、エンジン異常検出装置１３の異常検出手順を表すフローチャートである。

まず、ステップ１０では、エンジン１１が起動されたかどうかを判定する。具体的には、例えばキースイッチのＯＮ信号がエンジン制御装置１０に入力され、シリアル通信２６、通信回路４０を介してＣＰＵ４２に入力されたかどうかを判定する。なお、キースイッチのＯＮ信号は別の装置（例えばデータ記録装置３３等）に入力され、第２ネットサーク９Ａ及びネットワーク通信回路４４を介してＣＰＵ４２に入力されるようにしてもよい。エンジン１１が起動された場合には判定が満たされ、次のステップ２０に移る。

ステップ２０では、ＣＰＵ４２が上記ステップ１０でキースイッチのＯＮ信号を入力してからの経過時間をタイマ４５を用いてカウントし、所定の時間ｔが経過したかどうかを判定する。なお、この所定の時間ｔはエンジン１１の動作状態が安定するまでに要する時間として、ＲＯＭ４１に予め記憶された（又は適宜入力するようにしてもよい）時間である。時間ｔを経過していない場合には判定が満たされずステップ１０に戻る。時間ｔを経過している場合には判定が満たされて次のステップ３０に移る。

ステップ３０では、ＣＰＵ４２がＲＯＭ４１から第１の負荷率を演算するためのプログラムを読み出し、そのプログラムに従って演算を行う。具体的には、まず回転数センサＮ及び角度センサＡ１からエンジン制御装置１０に入力されたエンジン回転数及びアクチュエータ角度をシリアル通信２６及び通信回路４０を介して入力し、下記式(1)〜(3)に従って第１の負荷率を算出する。

１ストローク当たりの燃料噴射量ｑ＝（Ａ×ｅ^-0.001×Ne/2）×Ｒc＋Ｂ・・・(1)
燃料消費量Ｑ＝Ｃ×１０^-6×Ｎe×ｑ・・・(2)
第１の負荷率Ｌｏａｄ１＝Ｑ／Ｑrate・・・(3)
ここで、Ｎeはエンジン回転数、Ｒcはアクチュエータ角度、Ａ，Ｂ，Ｃは予め設定された係数、Ｑrateは定格燃料消費量（エンジン１１が全負荷状態且つ定格回転数であるときの燃料消費量）であり、上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｑrateは予めＲＯＭ４１（又はＲＡＭ４３）に記憶されている（又は適宜入力するようにしてもよい）。算出された第１の負荷率はＲＡＭ４３に一時的に格納されると共に、ネットワーク通信回路４４を介して第１のネットワーク９Ａに送信される。

次のステップ４０では、ＣＰＵ４２がＲＯＭ４１から第２の負荷率を演算するためのプログラムを読み出し、そのプログラムに従って演算を行う。具体的には、まず圧力センサＰからエンジン制御装置１０に入力された過給圧をシリアル通信２６及び通信回路４０を介して入力し、下記式(4)に従って第２の負荷率を算出する。

第２の負荷率Ｌｏａｄ２＝Ｋ×Ｐt・・・(4)
ここで、Ｐtは過給圧である。また、Ｋは予め設定された係数であり、予めＲＯＭ４１（又はＲＡＭ４３）に記憶されている（又は適宜入力するようにしてもよい）。算出された第２の負荷率はＲＡＭ４３に一時的に格納されると共に、ネットワーク通信回路４４を介して第１のネットワーク９Ａに送信される。

次のステップ５０では、ＣＰＵ４２がＲＡＭ４３から先のステップ３０及びステップ４０で算出された第１の負荷率及び第２の負荷率を読み出し、それらの偏差を計算する。

次のステップ６０では、ＣＰＵ４２が上記ステップ５０で算出した第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の値ｄ１よりも大きいかどうかを判定する。なお、この値ｄ１は第１の負荷率と第２の負荷率との偏差がこの値より大きい場合にはエンジン給気系等に何らかの異常が発生していると見なすことができる値であり、予めＲＯＭ４１（又はＲＡＭ４３）に記憶されている（又は適宜入力するようにしてもよい）。第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の値ｄ１以下である場合には、エンジン給気系は正常であると判定され、先のステップ１０に戻る。一方、第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の偏差値ｄ１よりも大きい場合には、エンジン給気系に何らかの異常が発生していると判定され、次のステップ７０に移る。なお、ＣＰＵ４２は上記ステップ１０〜ステップ６０までの手順を単位時間毎（例えば１秒毎）に行っている。

ステップ７０では、ＣＰＵ４２がネットワーク通信回路４４、第１ネットワーク９Ａを介して異常判定信号をデータ記録装置３３に送信する。前述したようにデータ記録装置３３は所定時間単位（例えば３０分）毎の累積稼働データを生成して記録しているが、このエンジン異常検出装置１３からの異常判定信号を入力された場合には、その日時及びその時点におけるエンジン１１の累積稼働時間を含む異常データ（異常情報）をメモリ（図示せず）に保存する。また同時に、次のステップ８０において、データ記録装置３３はスナップショットデータの記録・保存を行う。すなわち、先のステップ３０及びステップ４０においてＣＰＵ４２によって算出・送信されデータ記録装置３３により所定の時間範囲（例えば５分）内において記録された第１の負荷率、第２の負荷率と、電気レバー制御装置２９から第２ネットワーク９Ｂ上に送信された電気レバー２７，２８の操作状態に係わる状態量（操作の有無のみでもよい）とを保存すると共に、異常判定信号が入力された時点から所定の時間範囲（例えば１分）内の第１の負荷率、第２の負荷率及びレバー操作量を継続して記録し、それらを合わせて異常判定信号入力時の前後所定の時間（例えば前５分と後１分の計６分）範囲内におけるスナップショットデータとして保存する。スナップショット終了後、先のステップ１０に戻る。

なお、この図５には特に図示していないが、先のステップ６０においてＣＰＵ４２が異常と判定した場合に、異常判定信号はデータ記録装置３３を経由し、第２ネットワーク９Ｂを介して表示制御装置３１にも送信され、ディスプレイ３０にオペレータに注意を促すための適宜の警報表示がされるようになっている。

次に、上記構成の本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法の一実施の形態の動作を以下に説明する。
オペレータがエンジン１１を起動した後、時間ｔが経過すると、エンジン異常検出装置１３は図５において前述したステップ３０〜ステップ６０の手順、すなわち、第１の負荷率の算出、第２の負荷率の算出、これら第１の負荷率と第２の負荷率との偏差の算出、及びこの偏差と所定の値ｄ１との比較を単位時間毎（例えば１秒毎）に繰り返す。

このとき、例えばターボ２０の不良や吸気配管１６の漏れ等のエンジン給気系異常が生じている場合、吸気配管１６における過給圧が低下するので、ステップ４０で算出される第２の負荷率は第１の負荷率に比べ低下する。一方、ステップ３０で算出される第１の負荷率は上記過給圧の低下の影響を受けにくく、エンジン１１の負荷率を正確に示す値となる。これによりステップ５０で算出される第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の値ｄ１より大きくなり、ステップ６０で異常と判定される。また、例えばインタークーラ２１の目詰まり等のエンジン給気系異常が生じている場合には、吸気配管１６における過給圧が上昇する。この場合には第２の負荷率が第１の負荷率に比べ増大するが、その結果、第１の負荷率との偏差が増大するので、同様にステップ６０で異常と判定される。

エンジン異常検出装置１３で異常と判定されると、エンジン給気系に異常が発生したことがディスプレイ３０に表示され、オペレータの注意を促す。同時に、データ記録装置３３では異常が判定された日時及びその時点におけるエンジン１１の累積稼働データを含む異常データが保存されると共に、異常判定時の前後を含む所定の時間（例えば前５分と後１分）の範囲内における第１の負荷率、第２負荷率及び電気レバー２７，２８の操作状態に係わる状態量がスナップショットデータとして保存される。

このようにしてデータ記録装置３３に保存された異常データ及びスナップショットデータは、携帯端末３４を介して例えば油圧ショベル１の稼働現場付近に設けた現場事務所内に設置されたＰＣ端末３９にダウンロードされ、故障診断に用いられる。また、必要に応じ、衛星通信端末３６から通信衛星を介して遠方の管理側に送信され、例えば管理側のサポートセンタ等において故障診断が行われる。

以上のような動作を行う本実施の形態の建設機械のエンジン給気系異常検出装置によれば、以下のような作用が得られる。
すなわち、前述した特許文献１に記載の従来技術のような手法により、ターボ２０の不良や吸気配管１６の漏れ等のエンジン給気系の故障の診断を行う場合、例えば圧力センサＰで検出した過給圧が正常範囲外となった場合に異常を検出し、その異常検出までの一定期間の蓄積された過給圧データを故障診断に用いることが考えられる。

しかしながら、油圧ショベル１が作業中である場合には、通常、エンジン回転数の変動や負荷の変動が生じるため、エンジン１１に必要な給気量が変動し、その結果、圧力センサＰで検出する過給圧が変動する場合がある。このため、作業中の油圧ショベル１においては、上記過給圧のみを検出して異常を検出する手法では、例えばエンジン給気系には異常がなくとも異常が検出されたり、反対にエンジン給気系に異常が生じているにも拘らず異常が検出されなかったりといったように、エンジン給気系の異常を正確に検出できない恐れがあった。

これに対し、本実施の形態においては、エンジン回転数及び燃料噴射量を用いて第１の負荷率を算出し、また過給圧を用いて第２の負荷率を算出し、これら算出した第１の負荷率と第２の負荷率とを比較することによりエンジン給気系の異常を判定する。すなわち、例えばエンジン給気系に異常がない場合には、エンジン１１の回転数の変動や負荷の変動に関係なく第１の負荷率及び第２の負荷率は近似することとなり、その偏差は比較的小さい値（所定の値ｄ１以下）となる。したがって異常とは判定されない。一方、例えばターボ２０の不良や吸気配管１６の漏れ、インタークーラ２１の目詰まりといったエンジン給気系異常が生じている場合には、過給圧が上昇又は低下するため第２の負荷率が相対的に大きな値又は小さな値となり、それら第１の負荷率と第２の負荷率との偏差は比較的大きい値（所定の値ｄ１より大）となって異常と判定される。

このように、本実施の形態によれば、エンジン１１の回転数の変動や負荷の変動に左右されることなく、ターボ２０の不良や吸気配管１６の漏れ、又はインタークーラ２１の目詰まり等のエンジン給気系異常を正確に検出することができる。

また本実施の形態によれば、エンジン異常検出装置１３で異常を判定した場合、異常データとスナップショットデータをデータ記録装置３３で記録し、保存する。これにより、エンジン給気系異常に関する詳細なデータが得られ、上述した現場事務所や管理側において異常の発生原因を究明することが可能となる。例えば、スナップショットデータを調べた結果、偏差が大きくなった原因が第２の負荷率の方にある場合には、上記ターボ２０の不良や吸気配管１６の漏れ、又はインタークーラ２１の目詰まり等といったエンジン給気系異常が生じていると判定することができ、さらにそれらのうちどの異常が生じているかを特定することができる。一方、反対に偏差が大きくなった原因が第１の負荷率の方にある場合には、何らかの原因により実際にエンジン回転数が低下している場合や、回転数センサＮ及び角度センサＡの少なくともどちらかが不良となっていること等が考えられる。このように、エンジン１１自体の異常やセンサ類の異常等、エンジン給気系以外の異常についても検出することが可能である。

さらに本実施の形態によれば、スナップショットデータにエンジン負荷率のみでなく、電気レバー２７，２８の操作状態に係わる状態量（又は操作の有無）も含める。これにより、例えば負荷率が変動した時点におけるレバー操作の有無等も確認でき、より正確な故障診断が可能となる。

次に、本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置及び異常検出方法の他の実施の形態を図６を用いて説明する。本実施の形態と前述の一実施の形態との相違点は、オペレータがブーム上げ動作を一定速度以上で行っている最中にエンジン異常検出装置１３が負荷率及び偏差の計算をする点である。

図６は本実施の形態におけるエンジン異常検出装置１３の異常検出手順を表すフローチャートである。なお、このエンジン異常検出装置１３の検出手順以外は、本実施の形態の構成は前述の一実施の形態と同様であるので説明を省略する。

ステップ１１０及びステップ１２０は図５のステップ１０及びステップ２０と同様であり、エンジン１１が起動された後時間ｔが経過した場合には判定が満たされ、ステップ１３０に移る。

ステップ１３０では、まずオペレータが操作レバー２８を操作してブーム６の上げ動作を行う。このとき、電気レバー制御装置２９はブーム角度センサＡ２から入力されるブーム角度からブーム角速度を計算する。

次のステップ１４０では、上記ステップ１３０で算出したブーム角速度が所定の値ωより大きいかどうかを判定する。なお、この所定の値ωは、ブーム６が定常的に上昇している（すなわちブーム６の上げ動作がスムーズに行われている）とみなせる最低限の角速度として、ＲＯＭ４１（又はＲＡＭ４３）に予め記憶された値である（又は適宜入力するようにしてもよい）。ブーム角速度が所定の値ω以下である場合には判定が満たされず、先のステップ１１０に戻る。ブーム角速度が所定の値ωより大きい場合には判定が満たされ、次のステップ１５０に移る。

以下、ステップ１５０〜ステップ２００は図５のステップ３０〜ステップ８０と同様であり、第１の負荷率、第２の負荷率、及びそれらの偏差を計算して所定の値ｄ２と比較し、その値ｄ２よりも大きい場合には異常と判定され、データ記録装置３３が異常データ及びスナップショットデータの記録・保存を行う。

以上のような本発明の他の実施の形態によれば、ブーム６の上げ動作を一定速度以上で行うことで、エンジン１１に大きな負荷が作用している状態にした上で、第１及び第２の負荷率、及びそれらの偏差の算出を行うようにすることができる。このようにすることで、第１及び第２の負荷率が共に大きな値となり、その偏差の顕現性を向上して、エンジン給気系異常の検出精度を向上することができる。

なお、上記本発明の他の実施の形態においては、ブーム６の上げ動作を行うことによりエンジン１１に負荷を与えるようにしたが、これに限らず、例えば旋回体３の旋回、又はバケット８のクラウド動作等によりエンジン１１に負荷を与えるようにしてもよい。またこのとき、上記他の実施の形態のように角速度が所定の値以上となった場合に負荷率計算を開始するのではなく、その動作状態（電気レバーの操作状態）が所定の時間以上継続した場合に負荷率計算を開始するようにしてもよい。

また、以上説明してきた本発明の一実施の形態及び他の実施の形態においては、噴射量制御装置１２のアクチュエータ（例えばガバナレバー等）の角度を検出することにより燃料噴射量を検出するようにしたが、これに限らない。すなわち、燃料噴射装置が例えば蓄圧式噴射方式である場合には、コモンレール（又はタイミングレール）における燃圧を圧力センサで検出し、それにより燃料噴射量を検出するようにしてもよい。ユニットインジェクタを搭載したエンジンの場合は、そのレール圧とタイミングレール圧を検出してもよい。すなわち、燃料噴射量を制御可能なパラメータであればよい。

本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の一実施の形態を備えた建設機械の全体構造を表す側面図である。本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の一実施の形態を備えたコントローラネットワークの構成のうち、エンジン給気系異常の検出に係わる要部を抽出して示す部分概略構成図である。本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の一実施の形態を構成するエンジン制御装置に入力される状態量を検出するセンサの設置箇所を示すエンジンの概念構成図である。本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の一実施の形態を構成するエンジン異常検出装置の内部構成の概略を示す模式図である。本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の一実施の形態を構成するエンジン異常検出装置の異常検出手順を表すフローチャートである。本発明の建設機械のエンジン給気系異常検出装置の他の実施の形態を構成するエンジン異常検出装置の異常検出手順を表すフローチャートである。

符号の説明

１油圧ショベル
１６ブーム
２１エンジン
３０ターボ（過給機）
３７電気レバー（操作レバー）
３８電気レバー（操作レバー）
３９電気レバー制御装置（操作状態検出手段；ブーム角速度計算手段）
４３データ記録装置（異常記録手段）
４４携帯端末
５１ＲＯＭ（記憶手段）
５２ＣＰＵ（第１の負荷率計算手段；第２の負荷率計算手段；偏差計算手段；異常判定手段）
Ｎ回転数センサ（回転数検出手段）
Ａ１角度センサ（燃料消費量検出手段）
Ａ２ブーム角度センサ（ブーム角度検出手段）
Ｐ圧力センサ（過給圧検出手段）

Claims

建設機械のエンジンの給気系異常を検出する建設機械のエンジン給気系異常検出装置において、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記エンジンの燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段と、
前記エンジンの過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記回転数検出手段で検出した回転数及び前記燃料消費量検出手段で検出した燃料消費量を用いて前記エンジンの負荷率を算出する第１の負荷率計算手段と、
前記過給圧検出手段で検出した過給圧を用いて前記エンジンの負荷率を算出する第２の負荷率計算手段と、
前記第１の負荷率計算手段で算出した第１の負荷率と前記第２の負荷率計算手段で算出した第２の負荷率との偏差を算出する偏差計算手段と、
前記偏差計算手段で算出した前記第１の負荷率と第２の負荷率との偏差が所定の値より大きい場合に異常と判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
前記エンジンが全負荷状態且つ定格回転数であるときの燃料消費量、及び前記過給圧を前記エンジンの負荷率に換算するための係数を記憶する記憶手段をさらに備え、且つ、前記第１の負荷率計算手段は、前記回転数及び燃料消費量と前記記憶手段から読み出した前記エンジンが全負荷状態且つ定格回転数であるときの燃料消費量とを用いて前記第１の負荷率を算出し、前記第２の負荷率計算手段は、前記過給圧と前記記憶手段から読み出した前記過給圧を前記エンジンの負荷率に換算するための係数とを用いて前記第２の負荷率を算出することを特徴とする請求項１記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
前記エンジンが起動してから所定の時間が経過した後に、前記第１及び第２の負荷率計算手段は前記第１及び第２の負荷率をそれぞれ算出し、前記偏差計算手段はそれら第１及び第２の負荷率の偏差を算出することを特徴とする請求項２記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
操作レバーの操作状態に係わる状態量を検出する操作状態検出手段をさらに備え、この操作状態検出手段で前記操作レバーの所定の操作状態を所定の時間以上継続して検出した場合に、前記第１及び第２の負荷率計算手段は前記第１及び第２の負荷率をそれぞれ算出し、前記偏差計算手段はそれら第１及び第２の負荷率の偏差を算出することを特徴とする請求項２記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
ブームの角度を検出するブーム角度検出手段及びこのブーム角度検出手段で検出したブーム角度からブーム角速度を算出するブーム角速度計算手段をさらに備え、このブーム角速度計算手段で算出したブーム角速度が所定の角速度より大きい場合に、前記第１及び第２の負荷率計算手段は前記第１及び第２の負荷率をそれぞれ算出し、前記偏差計算手段はそれら第１及び第２の負荷率の偏差を算出することを特徴とする請求項２記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
前記異常判定手段が異常を判定した場合に、その日時及びその時点における前記エンジンの累積稼働時間を含む異常情報を記録する異常記録手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
前記異常記録手段は、前記異常判定手段が異常を判定した場合に、その判定時の前後を含む所定の時間範囲内における前記第１の負荷率、第２の負荷率、及び前記操作レバーの操作状態に係わる状態量又はブーム角速度を含むスナップショット情報を記録することを特徴とする請求項６記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
前記異常記録手段は、前記異常情報及びスナップショット情報を情報通信を介して携帯端末に送信することを特徴とする請求項７記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
前記異常記録手段は、前記異常情報及びスナップショット情報を衛星通信を介して送信することを特徴とする請求項７記載の建設機械のエンジン給気系異常検出装置。
建設機械のエンジンの給気系異常を検出する建設機械のエンジン給気系異常検出方法において、
前記エンジンの回転数、燃料消費量、及び過給圧を検出し、
前記回転数及び燃料消費量を用いて前記エンジンの第１の負荷率を算出すると共に、前記過給圧を用いて前記エンジンの第２の負荷率を算出し、
前記第１の負荷率と前記第２の負荷率との偏差を算出し、この偏差が所定の値より大きい場合に異常と判定することを特徴とする建設機械のエンジン給気系異常検出方法。