JP2005207413A

JP2005207413A - 建設機械のエンジン保護装置及び保護方法

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Publication number: JP2005207413A
Application number: JP2004339842A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Ikari; 孝信井刈; Yoshinori Owada; 義宜大和田; Yoshinori Furuno; 義紀古野; Shinji Akino; 真司秋野; 大輔 ▲高▼木; Daisuke Takagi
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP4315346B2

Abstract

【課題】エンジン回転数に対応するエンジンの各気筒固有の排気温度の傾向をそれぞれ診断し、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる建設機械のエンジン保護装置を提供する。
【解決手段】建設機械に搭載したエンジンの回転数を検出する回転数センサ１４と、エンジンの各気筒の排気温度をそれぞれ検出する例えば１６個の気筒温度センサ２０ａ〜２０ｐと、検出したエンジン回転数と各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶するデータ記録装置２６及び表示制御装置２４とを備える。データ記録装置２６は記憶データに基づいて生成したトレンドデータを例えば携帯端末２９等を介して例えば事務所内のＰＣ端末３０に出力し、表示制御装置２４は記憶データに基づいて生成したスナップショットの再生表示信号を運転室５内の表示装置２３に出力するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒エンジンを備えた油圧ショベル等の建設機械に関し、さらに詳しくはエンジン各気筒の排気温度の傾向を診断する建設機械のエンジン保護装置及び保護方法に関するものである。

油圧ショベル等の建設機械は、一般に、ブーム、アーム、及びバケット等からなるフロント作業機や旋回体を、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータにより動作させており、これら油圧アクチュエータは、エンジンによって駆動する油圧ポンプからの吐出圧油が供給されて作動する。エンジンは、燃焼室（気筒）内に燃料を噴霧する燃料噴射装置と、この燃料噴射装置を制御するガバナ機構とを備えており、燃料噴射量及び噴射時期等が制御されてエンジン出力を制御するようになっている。

ところで、建設機械の作業環境（外気温度、標高、日射）が変化したり作業負荷が大きくなると、あるいはエンジンに何らかの異常が発生すると、エンジンの排気温度が上昇することがある。このとき、排気温度が許容温度を越えてしまうと、エンジン部品（詳細には、エンジン気筒及び排気マニホールド等）が損傷する可能性がある。

そこで従来、例えば、排気マニホールド等に設けた温度センサにより排気温度を検出し、この排気温度が排気マニホールドで熱疲労を引き起こす第１の設定温度を越えた回数と、第１の設定温度より高く、排気マニホールドで酸化による破壊を起こす第２の設定温度を越えた時間とを集計し、第１の設定温度を越えた回数が所定の回数値を越えたとき、あるいは第２の設定温度を越えた時間が所定の設定時間を越えたときに、警報を出力したり、燃料噴射量を低減するか噴射時期を変更するかのいずれかを行う方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、燃料噴射量を低減するか噴射時期を変更するかのいずれかを行うことにより、排気温度の上昇を抑えるようになっている。

特開平８−３１９８７４号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
例えば大型の油圧ショベル等に搭載されたエンジンは、１２気筒前後の多気筒エンジンであり、例えば何らかの原因でエンジン気筒が１つ故障した場合、その故障によるエンジンの出力不足を他のエンジン気筒が多少補うような形で働いてしまう。そのため、エンジンの気筒数が多いほど、１つの気筒だけが故障したときのエンジン全体の出力低下はほとんどなく、その故障に気づくのが遅れてしまい、他のエンジン気筒が過負荷となって致命的な故障となることがある。

また、大型の油圧ショベルは、例えば広大な作業現場での土石掘削作業に供されており、その生産性向上のため一般的に運続稼働されている。このため、上記のような故障が発生すると、油圧ショベルによる生産作業が中断するので、生産計画の運用を変更しなければならない。そこで、エンジンに致命的な故障が発生して停止する前に、エンジン各気筒の異常（言い換えれば、故障前の兆候）を察知する必要性が生じる。ところが、エンジン全体だけでなく各気筒の特性には一般にバラツキがあるため、例えば排気温度等からエンジン気筒が異常であるかどうかを判定することは難しく、エンジン各気筒の異常をそれぞれ事前に察知するのは困難であった。

本発明の目的は、エンジン回転数に対応するエンジンの各気筒固有の排気温度の傾向をそれぞれ診断し、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる建設機械のエンジン保護装置及び保護方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、建設機械に搭載したエンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記エンジンの各気筒の排気温度をそれぞれ検出する複数の気筒温度検出手段と、検出した前記エンジンの回転数と前記各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶する記憶手段と、この記憶データに基づいて演算した表示信号を出力する制御手段とを備える。

本発明においては、回転数検出手段でエンジンの回転数を検出し、複数の気筒温度検出手段でエンジン各気筒の排気温度をそれぞれ検出し、これら検出したエンジン回転数と各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶手段で記憶する。そして、制御手段は記憶手段の記憶データに基づいて演算した表示信号を出力して表示させる。これにより、管理者又は操作者が、エンジン回転数に対応するエンジンの各気筒固有の排気温度の正常状態を得るとともに、この正常状態と比較しながらエンジン各気筒固有の排気温度の傾向を診断することができるので、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記記憶データから所定のエンジン回転数における各気筒の排気温度を抽出し、この抽出データから各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方を所定時間毎に演算し、この各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方の経時変化を表すトレンドデータを生成して記憶させるとともに、このトレンドデータを表示するための表示信号を建設機械の外部に出力するトレンドデータ処理手段を備える。

本発明においては、トレンドデータ処理手段は、所定のエンジン回転数における各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方の経時変化（所定時間毎の変化）を表すトレンドデータを生成して記憶手段に記憶させるとともに、このトレンドデータを例えば衛星通信等の情報通信を介して例えば建設機械の稼動状態等を管理する事務所等に送信して表示させる。これにより、事務所内の管理者が、所定のエンジン回転数におけるエンジンの各気筒固有の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方の正常状態を得るとともに、エンジン各気筒固有の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方の傾向を診断し、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、好ましくは、建設機械の運転室内に設けた表示装置と、操作者からの指令に応じて所定時間内の前記記憶データを抽出したスナップショットを生成して記憶させるとともに、操作者からの指令に応じて前記スナップショットの推移を再生表示する再生表示信号を前記表示装置に出力するスナップショット処理手段を有する前記制御手段とを備える。

本発明においては、操作者がスナップショットを作成することを意図して操作手段を操作すると、スナップショット処理手段は、その指令に応じて所定時間内の記憶データ（エンジン回転数と各気筒の排気温度）を抽出したスナップショットを生成して記憶させる。さらに、操作者が上記操作を定期的に繰り返すことで、スナップショット処理手段は、複数のスナップショットを記憶手段に記憶させる。そして、操作者がスナップショットを再生表示することを意図して操作手段を操作すると、スナップショット処理手段は、その指令に応じて選択したスナップショットの再生表示信号を運転室内の表示装置に出力し、表示装置に再生表示させる。これにより、運転室内の操作者は複数のスナップショットの推移（連続変化）を見て、エンジン回転数に応じたエンジンの各気筒の排気温度を比較することが可能となる。したがって、操作者が、エンジン回転数に対応するエンジンの各気筒固有の排気温度を以前の状態と比較診断し、エンジンの各気筒の異常を事前に察知することができる。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常信号を出力する第１の異常判定手段をさらに備える。

（５）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、請求項１乃至３のいずれか１項記載の建設機械のエンジン保護装置において、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常の種類を判定し、異常信号を出力する第２の異常判定手段をさらに備える。

（６）上記目的を達成するために、本発明は、多気筒エンジンを搭載した建設機械のエンジン保護方法において、回転数検出手段で検出するエンジン回転数と、複数の気筒温度検出手段で検出する各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶するとともに、この記憶データに基づいて演算した表示信号を表示手段に出力する。

（７）上記（６）において、好ましくは、前記記憶データから所定のエンジン回転数における各気筒の排気温度を抽出し、この抽出データから各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方を所定時間毎に演算し、前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方の経時変化を表すトレンドデータを生成して記憶するとともに、このトレンドデータを表示するための表示信号を建設機械の外部に出力する。

（８）上記（６）又は（７）において、好ましくは、操作者による指令に応じて所定時間内の前記記憶データを抽出したスナップショットを生成して記憶するとともに、操作者による指令に応じて前記スナップショットの推移を再生表示する再生表示信号を建設機械の運転室内に設けた表示装置に出力する。

（９）上記（６）〜（８）のいずれか１つにおいて、好ましくは、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常を報知する。

（１０）上記（６）〜（８）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常の種類を判定し、異常を報知する。

本発明によれば、エンジン回転数に対応するエンジンの各気筒固有の排気温度の傾向をそれぞれ診断し、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の適用対象となる建設機械の一例として大型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は大型の油圧ショベルであり、２は走行手段である無限軌道履帯（クローラ）、３は履帯２を左・右両側に備えた走行体、４は走行体３上に旋回可能に設けられた旋回体、５は旋回体４の前部左側に設けられた運転室、６は旋回体４の前部中央に俯仰動可能に設けられた多関節型のフロント作業機（掘削作業装置）である。そして、左・右の履帯２は左・右の走行用油圧モータ（図示せず）、旋回体４は旋回用油圧モータ（図示せず）の回転駆動により動作するようになっている。

７は旋回体４に上下方向に回動可能に設けられたブーム、８はブーム７の先端に回動可能に設けられたアーム、９はアーム８の先端に回動可能に設けられたバケットであり、前記フロント作業機６は、これらブーム７、アーム８、及びバケット９で構成されている。そして、ブーム７、アーム８、及びバケット９は、それぞれブーム用油圧シリンダ１０、アーム用油圧シリンダ１１、及びバケット用油圧シリンダ１２により動作するようになっている。

図２は、本発明の建設機械のエンジン保護装置の一実施形態をコントローラネットワークの要部構成とともに表す回路図である。

この図２において、１３は油圧ショベル１の各種稼働情報を収集するためのコントローラネットワークであり、１４は例えば１６気筒のディーゼルエンジン（図示せず）の回転数を検出する回転数センサ、１５はいわゆる電子ガバナタイプの燃料噴射装置、１６は回転数センサ１４等からの検出信号が入力され、燃料噴射装置１５を制御してエンジン回転数を制御するエンジン制御装置である。

１７はシリアル通信１８を介しエンジン制御装置１６に接続されるとともに、エンジン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エンジンモニタ装置である。１９はエンジンの排気マニホールド（図示せず）に設けた排気温度センサ、２０ａ〜２０ｐはエンジン気筒（図示せず）の排気側にそれぞれ設けた例えば１６個の気筒温度センサ（図２では便宜上、２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３個のみ図示）であり、これら排気温度センサ１９及び気筒温度センサ２０ａ〜２０ｐからの検出信号がエンジンモニタ装置１７に入力されるようになっている。

２１は油圧アクチュエータ（詳細には、上記左・右の走行用油圧モータ、上記旋回用油圧モータ、上記ブーム用油圧シリンダ１０、上記アーム用油圧シリンダ１１、及び上記バケット用油圧シリンダ１２等）を操作指示するため操作レバー２１ａを備え、この操作レバー２１ａの操作（変位方向及び変位量）に応じた操作信号を生成する操作レバー装置（図２では代表して１つのみ図示）、２２は操作レバー装置２１からの操作信号を入力し、この操作信号に対し所定の演算処理を行って生成した駆動信号（制御信号）を電磁比例減圧弁（図示せず）に出力する電気レバー制御ユニットである。

２３は運転室５内に設けられ、油圧ショベル１の各種稼働情報（後述のエンジン系、操作系、油圧系等に係わる状態量）や警報情報等を操作者（オペレータ）に表示する表示装置（ディスプレイ）、２４は表示装置２３の表示に係わる制御を行う表示制御装置である。また、２５は表示制御装置２４に接続され、操作者の入力操作により各種データの設定や画面の切り替え等が行われるキーパッドである。

２６は第１ネットワーク２７Ａを介しエンジンモニタ装置１７に接続され、第２ネットワーク２７Ｂを介し表示制御装置２４や電気レバー制御装置２２等（例えばエンジンによって駆動され前記油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプの油圧制御等に係わる油圧制御装置等）に接続されたデータ記録装置である。

これら表示制御装置２４及びデータ記録装置２６は、エンジン制御装置１６及びエンジンモニタ装置１７等から油圧ショベル１のエンジン系に係わる状態量、電気レバー制御装置２２から操作系に係わる状態量等（例えば前記油圧制御装置から油圧系に係わる状態量等）が連続して（例えば１秒毎に）入力され、それら状態量データを経時的関係をもって記憶するようになっている。

ここで、本実施形態の第１の大きな特徴として、データ記録装置２６は、記憶した状態量データから所定のエンジン回転数（例えば定格回転数）における各気筒の排気温度を抽出し、この抽出データから各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差を所定時間毎（例えば３０分毎）に演算し、この各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差の経時変化（例えば３０分毎の変化）を表すトレンドデータを生成して記憶するようになっている。そして、生成したトレンドデータは、データ記録装置２６からシリアル通信２８を介し携帯端末２９にダウンロードされて移送され、あるいは衛星通信端末（図示せず）を介し送信されて、例えば油圧ショベル１の稼動状態を管理する事務所等に設置されたＰＣ端末３０に出力されるようになっている。

また、本実施形態の第２の大きな特徴として、表示制御装置２４は、操作者が操作するキーパッド２５からの指令信号に応じて、記憶した状態量データから所定時間（例えば最大３０分間で、操作者が入力指定した時間）におけるエンジン回転数及び各気筒の排気温度等を抽出したスナップショットを生成し記憶するようになっている。また、表示制御装置２４は、操作者が操作するキーパッド２３からの指令信号に応じて、前記スナップショットの推移（例えば毎秒変化）を再生表示する再生表示信号を表示装置２３に出力するようになっている。

なお、上記において、回転数センサ１４は、特許請求の範囲記載の建設機械に搭載したエンジンの回転数を検出する回転数検出手段を構成し、気筒温度センサ２０ａ〜２０ｐは、特許請求の範囲記載のエンジンの各気筒の排気温度をそれぞれ検出する複数の気筒温度検出手段を構成する。

また、データ記録装置２６は、検出したエンジン回転数と各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶する記憶手段を構成し、かつ、記憶データに基づいて演算した表示信号を出力する制御手段をも構成し、さらに、記憶データから所定のエンジン回転数における各気筒の排気温度を抽出し、この抽出データから各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方を所定時間毎に演算し、この各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方の経時変化を表すトレンドデータを生成して記憶させるとともに、このトレンドデータを表示するための表示信号を建設機械の外部に出力するトレンドデータ処理手段をも構成する。

また、表示制御装置２４は、検出したエンジン回転数と各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶する記憶手段を構成し、かつ、記憶データに基づいて演算した表示信号を出力する制御手段をも構成し、さらに、操作者からの指令に応じて所定時間内の記憶データを抽出したスナップショットを生成して記憶させるとともに、操作者からの指令に応じてスナップショットの推移を再生表示する再生表示信号を表示装置に出力するスナップショット処理手段をも構成する。

次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。

例えば掘削作業等を行うために操作者が油圧ショベル１のエンジンを駆動させると、エンジンの回転数が例えば定格回転数となり、エンジンの各気筒の排気温度が上昇する。そして、回転数センサ１４がエンジンの回転数を検出し、気筒温度センサ２０ａ〜２０ｐがエンジン各気筒の排気温度を検出し、これらの検出信号がデータ記録装置２６及び表示制御装置２４に入力され記憶される。

データ記録装置２６は、記憶した状態量データから例えばエンジンの定格回転数における各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差を例えば３０分毎に演算し、この各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差の３０分毎の変化を表すトレンドデータを生成して記憶する。そして、生成したトレンドデータは、携帯端末２９等を介して建設機械の稼動状態等を管理する事務所に送信され、その事務所内のＰＣ端末３０に表示される。

これにより、事務所内の管理者が、エンジンの定格回転数における各気筒固有の排気温度の正常状態（例えば油圧ショベル１の累積稼動時間が少ない時期の状態）を得ることができる。また、このとき、エンジンの定格回転数における各気筒の排気温度データの３０分毎の変化がＰＣ端末３０に表示されるので、エンジン各気筒固有の排気温度の傾向をそれぞれ容易に診断し、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

また、操作者がスナップショットを作成することを意図してキーパッド２５を操作すると、表示制御装置２４は、キーパッド２５からの指令信号に応じて記憶した状態量データから所定時間（最大３０分間）におけるエンジン回転数及び各気筒の排気温度等を抽出したスナップショットを生成して記憶する。さらに、操作者がスナップショットの作成指示を繰り返すことで、表示制御装置２４は、複数のスナップショットを作成して記憶する。そして、スナップショットを再生表示することを意図して操作者がキーパッド２５を操作すると、表示制御装置２４は、キーパッド２５からの指令信号に応じて選択したスナップショットの再生表示信号を運転室５内の表示装置２３に出力し、表示装置２３に再生表示させる。

これにより、運転室５内の操作者は複数のスナップショットの推移（毎秒変化）を見て比較することが可能となり、操作者が、エンジンの回転数に対応する各気筒固有の排気温度を以前の状態と比較診断し、エンジンの各気筒の異常を事前に察知することができる。

したがって、本実施形態においては、管理者又は操作者がエンジン回転数に対応するエンジンの各気筒固有の排気温度の正常状態を得るとともに、エンジン各気筒固有の排気温度の傾向を診断することができるので、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

本発明の他の実施形態を図３及び図４により説明する。本実施形態は、エンジンの各気筒の異常をそれぞれ判定する手段をさらに備えた実施形態である。

図３は、本実施形態における建設機械のエンジン保護装置をコントローラネットワークの要部構成とともに表す回路図である。この図３において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態においては、３１ａ〜３１ｐ（図３では便宜上、３１ａ，３１ｂ，３１ｃの３個のみ図示）は上記運転室５内に設けられ、エンジン気筒にそれぞれ対応し異常を報知するための例えば１６個の異常報知ランプであり、エンジンモニタ装置１７’は、上記回転数センサ１４からのエンジン回転数及び上記気筒温度センサ２０ａ〜２０ｐからのエンジン各気筒の排気温度に対し後述する所定の演算処理を行い、生成した制御信号（異常信号）を異常報知ランプ３１ａ〜３１ｐにそれぞれ出力するようになっている。

図４は、本実施形態におけるエンジンモニタ装置１７’の制御処理内容を表すフローチャートである。

この図４において、まず、ステップ１００でエンジンが駆動しているかどうかを、例えば回転数センサ１４で検出したエンジン回転数により判断する。エンジンが駆動していないと判断された場合は、ステップ１００の判定が満たされず、この判定が繰り返される。一方、エンジンが駆動していると判断された場合は、ステップ１００の判定が満たされ、ステップ１１０に移る。ステップ１１０では、例えば回転数センサ１４の検出信号に基づいてエンジンの駆動時間を算出し、この駆動時間が所定時間（詳細には、駆動開始したエンジンが安定するまでの時間、例えば１時間程度）より長いかどうかを判定する。エンジンの駆動時間が所定時間より短い場合は、ステップ１１０の判定が満たされず、ステップ１００に戻って上記同様の手順を繰り返す。一方、エンジンの駆動時間が所定時間より長い場合は、ステップ１１０の判定が満たされ、ステップ１２０に移る。

ステップ１２０では、回転数センサ１４及び気筒排気温度センサ２０ａ〜２０ｐからの検出信号より、例えばエンジン定格回転数等における各気筒の排気温度を抽出し、ステップ１３０に進み、所定時間毎（例えば３０分毎）における各気筒の排気温度の平均値ｔ_ａｖ＿１〜ｔ_{ａｖ＿１６}を演算する。その後、ステップ１４０に進んで、同じ所定時間毎に全気筒の排気温度の平均値ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}を演算する（なお、上記排気温度センサ１９からの検出信号により演算してもよい）。そして、ステップ１５０に進んで、気筒計算子ｉ＝１に初期設定し、ステップ１６０で気筒計算子ｉが気筒数（本実施形態では１６）より大きいかどうかを判定する。最初は気筒計算子ｉ＝１で気筒数の１６より小さいので、ステップ１６０の判定が満たされず、ステップ１７０に移る。

ステップ１７０では、気筒計算子ｉ＝１であるから、第１の気筒の排気温度の平均値ｔ_ａｖ＿１と全気筒の排気温度の平均値ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}との偏差｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜が所定の閾値ｔ_ｒｅｆより大きいかどうかを判定する。｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜＞ｔ_ｒｅｆである場合は、ステップ１７０の判定が満たされ、ステップ１８０に移る。ステップ１８０では、気筒計算子ｉ＝１であるから、第１の気筒の異常報知ランプ３１ａへの制御信号をＯＮ状態として、異常報知ランプ３１ａを点灯させて、ステップ１９０に移る。また、ステップ１７０にて、｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜≦ｔ_ｒｅｆである場合は、その判定が満たされず、ステップ１９０に移る。ステップ１９０では、気筒計算子ｉに１を加えて（すなわち、ｉ＝１＋１＝２）、ステップ１６０に移る。

上述したステップ１６０〜１９０を気筒計算子がｉ＝２，３，……１６となるまで、すなわち第２〜１６の気筒において同様の手順を繰り返す。そして、ステップ１９０にて、気筒計算子ｉ＝１６＋１＝１７となって気筒数の１６より大きくなると、ステップ１６０の判定が満たされ、ステップ１００に戻って、上記同様の手順を繰り返す。

また、エンジンモニタ装置１７’は、上述した図４同様の制御手順で、例えばエンジン定格回転数等における各気筒の排気温度を抽出し、所定時間毎（例えば３０分毎）の各気筒の排気温度の標準偏差、全気筒の排気温度の標準偏差を演算し、さらに各気筒毎に各気筒の排気温度の標準偏差と全気筒の排気温度の標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、その偏差が所定の閾値より大きい場合は、各気筒に対応する異常報知ランプ（３１ａ〜３１ｐのいずれか）への制御信号をＯＮ状態として、対応する異常報知ランプを点灯させるようになっている。なお、図示しないが、エンジンモニタ装置１７’は、例えばエンジン各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、それらの偏差が両方とも大きい場合に各気筒に対応する異常報知ランプへの制御信号をＯＮ状態として、対応する異常報知ランプを点灯させてもよい。

なお、上記において、エンジンモニタ装置１７’は、特許請求の範囲記載の所定時間毎に演算した各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、偏差が所定の閾値より大きい場合は異常信号を出力する第１の異常判定手段を構成する。

以上のように構成された本実施形態においては、エンジンモニタ装置１７’がエンジン回転数に対応する各気筒固有の排気温度を比較診断し、エンジン気筒の異常を検出した場合は対応する異常報知ランプを点灯させるので、操作者はエンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

また、エンジンモニタ装置は、各気筒の排気温度をエンジン負荷状態に応じて診断し、その異常の種類を判定するようにしてもよい。このような変形例を図５により説明する。

図５は、本変形例によるエンジンモニタ装置１７”（図示省略）の制御処理内容を表すフローチャートである。この図５において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図５において、エンジンの駆動時間が所定時間より長い場合は、ステップ１００を経てステップ１１０の判定が満たされ、ステップ２００に移る。

ステップ２００では、所定時間（例えば３０秒間）における各気筒の排気温度の平均値ｔ_ａｖ＿１〜ｔ_{ａｖ＿１６}を演算する。その後、ステップ２１０に進んで、同じ所定時間における全気筒の排気温度の平均値ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}を演算する（なお、上記排気温度センサ１９からの検出信号により演算してもよい）。そして、ステップ２２０に進んで、気筒計算子ｉ＝１に初期設定し、ステップ２３０で気筒計算子ｉが気筒数（本実施形態では１６）より大きいかどうかを判定する。最初は気筒計算子ｉ＝１で気筒数の１６より小さいので、ステップ２３０の判定が満たされず、ステップ２４０に移る。

ステップ２４０では、エンジンに所定の負荷がかけられたかどうかを判断するため、信号線（図示せず）等を介し電気レバー制御装置２２からの検出信号によって操作レバー２１ａ等が操作されたかどうかを判定する。操作レバー２１ａ等が操作されている（言い換えれば、エンジンに所定の負荷がかけられている）場合は、ステップ２４０の判定が満たされ、ステップ２５０に移る。

ステップ２５０では、気筒計算子ｉ＝１であるから、第１の気筒の排気温度の平均値ｔ_ａｖ＿１と全気筒の排気温度の平均値ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}との偏差｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜が所定の第１閾値ｔ_{ｒｅｆ＿Ａ}より大きいかどうかを判定する。｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜＞ｔ_{ｒｅｆ＿Ａ}である場合は、ステップ２５０の判定が満たされ、ステップ２６０に移る。ステップ２６０では、気筒計算子ｉ＝１であるから、第１の気筒の異常報知ランプ３１ａへの制御信号をＯＮ状態として、異常報知ランプ３１ａを点灯させて（燃料噴射量増大警報）、ステップ２７０に移る。なお、燃料噴射量増大警報とは、例えば燃料噴射ノズルの先端が欠けて正常に噴射できなくなり噴射量が増大したことを報知するものであり、そのままではエンジンのピストン焼付き等が生じる要因となる。また、ステップ２５０にて、｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜≦ｔ_{ｒｅｆ＿Ａ}である場合は、その判定が満たされず、ステップ２７０に移る。

一方、ステップ２４０で操作レバー２１ａ等が操作されていない（言い換えれば、エンジンに所定の負荷がかけられていない）場合は、その判定が満たされず、ステップ２８０に移る。ステップ２８０では、エンジン回転数がローアイドルであるかどうかを判定する。エンジン回転数がローアイドルである場合は、ステップ２８０の判定が満たされ、ステップ２９０に移る。ステップ２９０では、気筒計算子ｉ＝１であれば、第１の気筒の排気温度の平均値ｔ_ａｖ＿１と全気筒の排気温度の平均値ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}との偏差｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜が所定の第２閾値ｔ_{ｒｅｆ＿Ｂ}より大きいかどうかを判定する。｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜＞ｔ_{ｒｅｆ＿Ｂ}である場合は、ステップ２９０の判定が満たされ、ステップ３００に移る。ステップ３００では、気筒計算子ｉ＝１であれば、第１の気筒の異常報知ランプ３１ａへの制御信号をＯＮ状態として、異常報知ランプ３１ａを点滅させて（開弁圧低下警報）、なお、開弁圧低下警報とは、例えば燃料噴射ノズルの針弁を押さえつけるスプリングが摩耗し、圧力が低下したことを報知するものであり、噴射ノズルのオーバーホールの目安となる。ステップ２７０に移る。また、ステップ２９０にて、｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜≦ｔ_{ｒｅｆ＿Ｂ}である場合は、その判定が満たされず、ステップ２７０に移る。

また、ステップ２８０でエンジン回転数がハイアイドルである場合は、その判定が満たされず、ステップ３１０に移る。ステップ３１０では、気筒計算子ｉ＝１であれば、第１の気筒の排気温度の平均値ｔ_ａｖ＿１と全気筒の排気温度の平均値ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}との偏差｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜が所定の第３閾値ｔ_{ｒｅｆ＿Ｃ}（但し、ｔ_{ｒｅｆ＿Ｃ}＜ｔ_{ｒｅｆ＿Ｂ}）より大きいかどうかを判定する。｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜＞ｔ_{ｒｅｆ＿Ｃ}である場合は、ステップ３１０の判定が満たされ、上述のステップ３００に移る。ステップ３００では、気筒計算子ｉ＝１であれば、第１の気筒の異常報知ランプ３１ａへの制御信号をＯＮ状態として、異常報知ランプ３１ａを点滅させて（開弁圧低下警報）、ステップ２７０に移る。また、ステップ３１０にて、｜ｔ_{ａｖ＿ａｌｌ}−ｔ_ａｖ＿１｜≦ｔ_{ｒｅｆ＿Ｃ}である場合は、その判定が満たされず、ステップ２７０に移る。

ステップ２７０では、気筒計算子ｉに１を加えて（すなわち、ｉ＝１＋１＝２）、ステップ２３０に移る。そして、上述したステップ２３０〜３１０を気筒計算子がｉ＝２，３，……１６となるまで、すなわち第２〜１６の気筒において同様の手順を繰り返す。そして、ステップ２７０にて、気筒計算子ｉ＝１６＋１＝１７となって気筒数の１６より大きくなると、ステップ２３０の判定が満たされ、ステップ１００に戻って、上記同様の手順を繰り返す。

また、エンジンモニタ装置１７”は、上述した図５同様の制御手順で、例えば所定時間毎（例えば３０秒間）の各気筒の排気温度の標準偏差、全気筒の排気温度の標準偏差を演算し、さらに各気筒毎に各気筒の排気温度の標準偏差と全気筒の排気温度の標準偏差との偏差が、エンジン負荷に対応する所定の閾値より大きいかどうかを判定し、その偏差が所定の閾値より大きい場合は、各気筒に対応する異常報知ランプ（３１ａ〜３１ｐのいずれか）への制御信号をＯＮ状態として、対応する異常報知ランプを点灯又は点滅させるようになっている。なお、図示しないが、エンジンモニタ装置１７”は、例えばエンジン各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が、エンジン負荷に対応する所定の閾値より大きいかどうかを判定し、それらの偏差が両方とも大きい場合に各気筒に対応する異常報知ランプへの制御信号をＯＮ状態として、対応する異常報知ランプを点灯又は点滅させてもよい。

なお、エンジンモニタ装置１７”は、特許請求の範囲記載の所定時間毎に演算した各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、偏差が所定の閾値より大きい場合は異常の種類を判定し、異常信号を出力する第２の異常判定手段を構成する。

このような変形例においては、各気筒の排気温度をエンジン負荷状態に応じて診断し、燃料噴射量増大及び開弁圧低下等の異常を判断して報知するので、操作者はエンジン各気筒の異常を容易に見てとることができる。これにより、上記他の実施形態同様、エンジン各気筒の異常を事前に察知することができる。

なお、上記他の実施形態及び一変形例においては、異常報知ランプ３１ａ〜３１ｐは、エンジンモニタ装置１７’又は１７”からの制御信号により点灯する構成を例に取り説明したが、これに限られない。すなわち、例えば上述した図４又は図５に示す制御処理がデータ記録装置２４で行われ、このデータ記録装置２４からの制御信号により異常報知ランプ３１ａ〜３１ｐが点灯するようにしてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。また、異常報知ランプ３１ａ〜３１ｐに代えて、例えば液晶等で構成された表示装置を設けて文字表示、モールス表示等してもよい。

なお、以上においては、建設機械として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られず、他の建設機械、例えばクローラクレーン、ホイールローダ等に対しても適用でき、この場合も同様の効果を得る。

本発明の建設機械のエンジン保護装置の適用対象となる建設機械の一例として大型油圧ショベル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保護装置の一実施形態をコントローラネットワークの要部構成とともに表す回路図である。本発明の建設機械のエンジン保護装置の他の実施形態をコントローラネットワークの要部構成とともに表す回路図である。本発明の建設機械のエンジン保護装置の他の実施形態を構成するエンジンモニタ装置における制御処理内容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保護装置の一変形例を構成するエンジンモニタ装置における制御処理内容を表すフローチャートである。

符号の説明

１３回転数センサ（回転数検出手段）
１７’ エンジンモニタ装置（第１の異常判定手段）
１７” エンジンモニタ装置（第２の異常判定手段）
１９ａ〜１９ｐ気筒温度センサ（気筒温度検出手段）
２３表示装置
２４表示制御装置（記憶手段、制御手段、スナップショット処理手段）
２６データ記録装置（記憶手段、制御手段、トレンドデータ処理手段）

Claims

建設機械に搭載したエンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記エンジンの各気筒の排気温度をそれぞれ検出する複数の気筒温度検出手段と、検出した前記エンジンの回転数と前記各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶する記憶手段と、この記憶データに基づいて演算した表示信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする建設機械のエンジン保護装置。
請求項１記載の建設機械のエンジン保護装置において、前記制御手段は、前記記憶データから所定のエンジン回転数における各気筒の排気温度を抽出し、この抽出データから各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方を所定時間毎に演算し、この各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方の経時変化を表すトレンドデータを生成して記憶させるとともに、このトレンドデータを表示するための表示信号を建設機械の外部に出力するトレンドデータ処理手段を備えたことを特徴とする建設機械のエンジン保護装置。
請求項１又は２記載の建設機械のエンジン保護装置において、建設機械の運転室内に設けた表示装置と、操作者からの指令に応じて所定時間内の前記記憶データを抽出したスナップショットを生成して記憶させるとともに、操作者からの指令に応じて前記スナップショットの推移を再生表示する再生表示信号を前記表示装置に出力するスナップショット処理手段を有する前記制御手段とを備えたことを特徴とする建設機械のエンジン保護装置。
請求項１乃至３のいずれか１項記載の建設機械のエンジン保護装置において、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常信号を出力する第１の異常判定手段をさらに備えたことを特徴とする建設機械のエンジン保護装置。
請求項１乃至３のいずれか１項記載の建設機械のエンジン保護装置において、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常の種類を判定し、異常信号を出力する第２の異常判定手段をさらに備えたことを特徴とする建設機械のエンジン保護装置。
多気筒エンジンを搭載した建設機械のエンジン保護方法において、回転数検出手段で検出するエンジン回転数と、複数の気筒温度検出手段で検出する各気筒の排気温度とを経時的関係をもって記憶するとともに、この記憶データに基づいて演算した表示信号を表示手段に出力することを特徴とする建設機械のエンジン保護方法。
請求項６記載の建設機械のエンジン保護方法において、前記記憶データから所定のエンジン回転数における各気筒の排気温度を抽出し、この抽出データから各気筒の排気温度の平均値及び標準偏差のうち少なくとも一方を所定時間毎に演算し、前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方の経時変化を表すトレンドデータを生成して記憶するとともに、このトレンドデータを表示するための表示信号を建設機械の外部に出力することを特徴とする建設機械のエンジン保護方法。
請求項６又は７記載の建設機械のエンジン保護方法において、操作者による指令に応じて所定時間内の前記記憶データを抽出したスナップショットを生成して記憶するとともに、操作者による指令に応じて前記スナップショットの推移を再生表示する再生表示信号を建設機械の運転室内に設けた表示装置に出力することを特徴とする建設機械のエンジン保護方法。
請求項６乃至８のいずれか１項記載の建設機械のエンジン保護方法において、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常を報知することを特徴とする建設機械のエンジン保護方法。
請求項６乃至８のいずれか１項記載の建設機械のエンジン保護方法において、所定時間毎に演算した前記各気筒の排気温度の前記平均値及び前記標準偏差のうち少なくとも一方と、全気筒の排気温度の平均値及び標準偏差との偏差が所定の閾値より大きいかどうかを判定し、前記偏差が所定の閾値より大きい場合は前記偏差が所定の閾値より大きい場合は異常の種類を判定し、異常を報知することを特徴とする建設機械のエンジン保護方法。