JP2010048168A - 建設機械のエンジン異常判断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークを検出することなく、燃料供給系の異常に起因する燃料リークのみを正確に検出できる建設機械のエンジン異常判断装置を提供する。
【解決手段】キースイッチ31によりエンジン21を停止させた後、圧力センサ23aで検出された燃料圧が判定時間内に判定圧力以下まで低下した場合に、機体コントローラ26bにおいて燃料リークが発生していると判断する。この燃料リークの判断に用いられる判定時間は、機体コントローラ26bにより、エンジンの総稼働時間を示すエンジン稼働情報に基づいて変更される。
【選択図】図6

Description

本発明は、建設機械のエンジン異常判断装置に関するものである。
従来より、燃料ポンプから圧送された燃料をコモンレール内に高圧状態で貯留し、その高圧燃料をディーゼルエンジンの各気筒に設けられた燃料噴射弁に供給するコモンレール式の燃料噴射装置が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特許文献1,2に記載の燃料噴射装置では、コモンレール内の燃料圧を検出する圧力センサを設け、検出された燃料圧に基づいて燃料供給ポンプからの燃料圧送量を制御している。そして、燃料噴射弁の開閉時期を制御することで、燃料噴射量及び燃料噴射時期をそれぞれ制御するようにしている。これにより、燃料噴射ポンプとノズルとで構成された一般的な燃料噴射装置に比べて、燃料噴射制御を精度良く行うことができる。
しかし、燃料噴射弁が内部破損したり亀裂を生じている等、燃料供給ポンプから燃料噴射弁に至る燃料供給系に異常があることを検出した場合には、燃料リークが発生してコモンレール内の燃料圧が低下するおそれがある。
このような問題を解決するため、特許文献1には、所定の判定期間中に検出されるコモンレール内の燃料圧変化を算出し、その燃料圧変化に基づいて燃料供給系からの燃料リークを判定することで、ディーゼルエンジンの運転中においても正確に燃料リークを検出することができる技術が開示されている。
また、特許文献2には、燃料供給ポンプの駆動時の燃料圧を検出して、燃料供給ポンプを停止した後、所定時間以上経過したときの燃料圧を検出し、その差が所定値以上になると燃料リークがあると判定して警報ランプを点灯させるようにした技術が開示されている。
特許3345933号公報 特開平4−350358号公報
しかしながら、特許文献1,2に記載のエンジンを搭載した建設機械では、建設機械を長年使い続けたことにより生じる、エンジンの経年劣化に伴う部品のガタツキや摩耗等に起因するリークのように、燃料噴射弁が内部破損等していない条件下においても異常であると判断されてしまうおそれがある。そのため、実際には使用可能な範囲内における劣化であっても警報動作が行われてしまい、メンテナンスが必要な燃料リークであるか否かをオペレータが適切に判断することが困難となっていた。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークを検出することなく、燃料供給系の異常に起因する燃料リークのみを正確に検出できる建設機械のエンジン異常判断装置を提供することにある。
上述した目的を達成するため、本発明は、エンジンの総稼働時間を示すエンジン稼働時間をエンジンが稼働中は常にカウント及び積算記憶しておき、このエンジン稼働時間に基づいて、燃料リークが発生していると判断するための判断条件を適宜変更するようにした。
具体的に、本発明は、高圧状態の燃料を貯留するコモンレールが設けられたエンジンと、該エンジンを始動又は停止させる切換手段とを備えた建設機械のエンジン異常判断装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
すなわち、請求項1の発明は、前記コモンレール内の燃料圧を検出する燃料圧検出手段と、
前記エンジンの総稼働時間を示すエンジン稼働情報を記憶する記憶手段と、
前記切換手段により前記エンジンを停止させた後、前記燃料圧検出手段で検出された燃料圧が所定の判定時間内に所定の判定圧力以下まで低下した場合に、該エンジン内で燃料リークが発生していると判断する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記エンジン稼働情報に基づいて前記判定時間を変更するように構成されていることを特徴とするものである。
請求項1の発明では、エンジンを停止した後、制御手段により、燃料圧検出手段で検出された燃料圧が所定の判定時間内に所定の判定圧力以下まで低下した場合に、エンジン内で燃料リークが発生していると判断される。ここで、燃料リークの判断に用いられる判定時間は、エンジンの総稼働時間を示すエンジン稼働情報に基づいて変更される。
このような構成とすれば、エンジンの経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークの発生を検出することなく、燃料供給系の異常に起因する燃料リークの発生のみを正確に検出することができる。
具体的に、燃料リークの判断に用いられる判定時間を一定とした場合には、エンジンの経年劣化に伴う部品のガタツキや摩耗等に起因するリークのように、インジェクタが内部破損等していない条件下においても判定時間内に燃料圧が判定圧力以下まで低下して異常であると判断されてしまうおそれがある。そのため、メンテナンスが必要な燃料リークであるか否かをオペレータが判断することが困難となっていた。
これに対し、本発明では、エンジンの総稼働時間を考慮して、エンジンの総稼働時間が長くなるほど判定時間が短くなるように判定時間を再設定することで、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみを検出でき、メンテナンスが必要な燃料リークが発生しているかの判断を適切に行うことができる。
請求項2の発明は、請求項1において、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記エンジン稼働情報に基づいて前記判定圧力を変更するように構成されていることを特徴とするものである。
請求項2の発明では、制御手段により、エンジンの総稼働時間を示すエンジン稼働情報に基づいて、燃料リークの判断に用いられる判定圧力が変更される。これにより、請求項1の発明と同様、エンジンの経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークの発生を検出することなく、燃料供給系の異常に起因する燃料リークの発生のみを正確に検出することができる。
すなわち、エンジンの総稼働時間を考慮して、エンジンの総稼働時間が長くなるほど判定圧力が低くなるように判定圧力を再設定することで、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみを検出でき、メンテナンスが必要な燃料リークが発生しているかの判断を適切に行うことができる。
本発明によれば、エンジンの総稼働時間を考慮して、エンジンの総稼働時間が長くなるほど判定時間を短く設定したり又は判定圧力を低く設定することで、エンジンの経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークの発生を検出することなく、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみを検出でき、メンテナンスが必要な燃料リークが発生しているかの判断を適切に行うことができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
<実施形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る建設機械の構成を示す側面図である。図1に示すように、この建設機械1は、いわゆる油圧ショベルであり、土木工事や建設工事を行う建設現場で土砂の掘削、砕石、建物の解体などを行うものである。建設機械1は、多数の板状部材を無端状に連結してなるクローラ2を備えた下部走行体3と、下部走行体3の上側に旋回装置4を介して取り付けられた上部旋回体5とを備えている。
前記上部旋回体5の下部には基台10が設けられ、この基台10の上面における進行方向前側には作業機構11が設けられている。この作業機構11は、基台10に対して上下方向に傾動可能に取り付けられたブーム12と、ブーム12の先端に揺動可能に取り付けられたアーム13と、アーム13の先端に連結されたバケット14とを備えている。
前記基台10の上面における作業機構11取付部の隣りには、オペレータ用のキャビン15が配設されており、キャビン15内には、作業機構11を操作するための図示しない操作機器や空調機器が配設されている。基台10の上面における作業機構11の後方には、図示しないエンジンや油圧ポンプ等が配設されており、これらはカバー16により覆われている。さらに基台10の上面におけるカバー16後方にはカウンタウエイト17が装着されている。
図2は、建設機械に搭載されたコモンレール式の燃料噴射装置の構成を示す概略図である。図2に示すように、この燃料噴射装置20は、ディーゼルエンジン21の気筒21aに燃料を噴射供給するインジェクタ22と、インジェクタ22に供給する高圧燃料を貯留するコモンレール23と、燃料タンク25から燃料を吸入してコモンレール23内に高圧燃料を圧送する燃料供給ポンプ24と、各種制御を行う制御回路26としてのエンジンコントローラ26aとを備えている。
前記インジェクタ22は、供給配管20aを介してコモンレール23に接続されている。そして、エンジンコントローラ26aからのインジェクタ駆動信号に基づいてインジェクタ22が開閉動作されることで、コモンレール23に貯留されている高圧燃料がエンジン21の気筒21aの燃焼室に噴射されるようになっている。インジェクタ22には、リターン配管20bが接続されており、エンジン21を停止して燃料供給ポンプ24による燃料の圧送が停止されたときに、インジェクタ22内の燃料がリターン配管20bを介して燃料タンク25側に徐々に戻されるようになっている。
前記コモンレール23は、インジェクタ22に供給するための高圧燃料を一時的に貯留するものであり、内部が高圧状態に維持される。コモンレール23には、その内部に貯留された燃料の燃料圧を検出するための圧力センサ23a(燃料圧検出手段)が取り付けられている。
前記燃料供給ポンプ24は、燃料タンク25に貯留された燃料を吸入配管20cを介して吸入し且つポンプ内部で燃料を加圧することで高圧状態の燃料を生成するものであり、この高圧燃料が吐出配管20dを介してコモンレール23に圧送される。ここで、吸入配管20cの管路途中には燃料フィルタ27が接続されており、燃料タンク25内の燃料に含まれるゴミ等が燃料供給ポンプ24内に吸入されないように燃料フィルタ27で取り除かれる。
前記エンジンコントローラ26aは、エンジン21の回転数やアクセル開度等を示す情報に基づいて、エンジン21の燃焼状態が最も良好となるような燃料噴射圧を得るための目標燃料圧を算出し、圧力センサ23aで検出したコモンレール23内の実際の燃料圧が目標燃料圧と一致するように、燃料供給ポンプ24を駆動制御してフィードバック制御を行うものである。
次に、本発明の特徴部分である、建設機械1のエンジン異常判断装置30について説明する。図3は、建設機械のエンジン異常判断装置の構成を示す電気回路図である。図3に示すように、このエンジン異常判断装置30は、エンジン21内の燃料供給ポンプ24からインジェクタ22に至る燃料供給系で燃料リークが発生しているかを判断して所定の警報動作を行うものであり、キースイッチ31(切換手段)と、バッテリリレー34と、警報装置35と、圧力センサ23aと、制御回路26とを備えている。
前記キースイッチ31は、エンジン21を始動又は停止させるエンジンスイッチ31aと、電源ユニット32から警報装置35や制御回路26等の各種電装品に対する電力供給を開始又は遮断させる電源スイッチ31bとを備えている。ここで、キースイッチ31のエンジンスイッチ31aをオンにするとスタータ33が駆動してエンジン21が始動する一方、キースイッチ31をオフにするとスタータ33の停止によりエンジン21が停止するようになっている。
前記バッテリリレー34は、キースイッチ31をオンにすることで電源ユニット32から各種電装品に対する電力供給の開始する一方、キースイッチ31をオフにしてエンジン21を停止することで、エンジン21を停止させてから各種電装品に対する電力供給が遮断されるまでの電力遮断時間を遅延させるように構成されている。これにより、エンジン21停止後もしばらくの間は各種電装品に電力が供給されるようになっている。
前記警報装置35は、オペレータに対して所定の警報動作を行うものである。具体的には、警報ブザーや警報ランプで構成され、ブザーを鳴らしたりランプを点灯させることにより、オペレータに対してエンジンの異常を警報することができるようになっている。なお、警報装置35の別の形態として、表示モニタにエラー表示を行うことでオペレータに対して警報するようにしてもよい。また、遠隔地から建設機械1の動作状態を管理している管理者に対して警報を行いたい場合には、エラー情報を無線等で遠隔送信して警報を行うようにしてもよい。
前記制御回路26は、エンジンコントローラ26aと、機体コントローラ26bとで構成されている。エンジンコントローラ26aは、コモンレール23内の燃料圧に基づく燃料供給ポンプ24からの燃料圧送量やインジェクタ22の開閉時期等の燃料噴射装置20の動作を制御するものである。エンジンコントローラ26aには、コモンレール23の圧力センサ23aから燃料圧を示す信号が入力される。また、機体コントローラ26bは、エンジンコントローラ26aとの間で信号の伝達を行うことで、燃料圧を示す信号が入力される。
前記機体コントローラ26bは、バッテリリレー34や警報装置35等の各種電装品の動作を制御するものである。具体的に、エンジン21内の燃料供給系で燃料リークが発生しているかを判断して、燃料リークが発生している場合には、警報装置35を作動させて、オペレータに異常を警報するように制御している。
さらに、前記機体コントローラ26bは、RAM等の記憶媒体で構成された記憶装置41を備えている。この記憶装置41は、エンジンコントローラ26aに接続されており、エンジン21の総稼働時間を示すエンジン稼働情報が記憶されるようになっている。
図4は、エンジン停止後のコモンレール内の燃料圧の低下速度を示すグラフ図である。図4に示すように、エンジン21を停止したときには燃料供給ポンプ24が燃料の圧送を停止するため、コモンレール23に貯留された燃料はインジェクタ22内部からリターン配管20bを介して燃料タンク25側に徐々に戻されていく。その結果、コモンレール23内の燃料圧は徐々に低下していく。ここで、エンジン21の燃料供給系が正常に動作している場合には、エンジン21を停止した後の燃料圧は、比較的緩やかに低下していくこととなる。
しかし、インジェクタ22が内部破損していたり亀裂を生じている等、燃料供給系に異常がある場合には、その破損箇所から燃料リークが発生することとなり、エンジン21を停止した後の燃料圧は急激に低下することとなる。
そこで、本発明では、キースイッチ31をオフにしてエンジン21を停止させた後、圧力センサ23aで検出された燃料圧が電力遮断時間内における所定の判定時間に所定の判定圧力以下まで低下した場合に、燃料供給系で燃料リークが発生していると判断するようにしている。
ここで、図4に示すように、エンジン21停止後のコモンレール23内の燃料圧の低下速度は、インジェクタ22の内部破損等に起因する燃料リークの他にも、エンジン21の総稼働時間によっても変化している。すなわち、エンジン21が新品状態である場合には、経年劣化による部品のガタツキや摩耗等が生じていないため、燃料圧が最も緩やかに低下していることが分かる。これに対し、エンジン21の総稼働時間が長くなるにつれて、燃料圧の低下速度は急激となっていることが分かる。
ここで、例えば、判定時間を一定にして燃料リークの判断を行った場合には、エンジン21が新品状態であれば判定時間内に判定圧力以下となることはないが、エンジン21を長時間稼働させた後では、エンジン21の経年劣化により燃料圧の低下速度が急激となって、判定時間内に判定圧力以下となってしまうことがある。
このように、燃料リークの判断条件である判定時間を一定にしたままでは、インジェクタ22が内部破損等しておらず使用可能な範囲内における燃料リークであるにもかかわらず、異常であると判断されてしまうこととなり、メンテナンスが必要な燃料リークであるか否かをオペレータが判断することが困難となる。
そこで、本発明では、図5に示すように、機体コントローラ26bにより、エンジン21の総稼働時間を考慮して、エンジン21の総稼働時間が長くなるほど判定時間が短くなるように判定時間を再設定するようにしている。なお、この判定時間は、エンジン21の総稼働時間が所定時間を経過した後は、判定時間が一定となるように制御している。
以下、エンジン21の総稼働時間を考慮した燃料リークの判断手順について、建設機械1における作業開始から作業終了までの一連の動作手順と合わせて、図3及び図6を用いて説明する。図6は、建設機械の動作手順を示すフローチャート図である。図6に示すように、まず、ステップS101では、キースイッチ31をオンにしてスタータ33を起動させ、続くステップS102に進む。
ステップS102では、キースイッチ31をオンにすることでバッテリリレー34がオンとなり、エンジンコントローラ26a、機体コントローラ26b、警報装置35等の各種電装品に対して電力を供給し、続くステップS103に進む。ステップS103では、エンジンコントローラ26aによりエンジン21を始動させ、続くステップS104に進む。
ステップS104では、作業終了時にキースイッチ31をオフにしてスタータ33を停止させ、続くステップS105に進む。ステップS105では、エンジンコントローラ26aによりエンジン21の停止動作が開始され、続くステップS106に進む。
ステップS106では、エンジン21の総稼働時間を示すエンジン稼働情報を記憶装置41に記憶して、続くステップS107に進む。
ステップS107では、機体コントローラ26bにより、記憶装置41に記憶されたエンジン稼働情報に基づいて燃料リークの判定時間を変更し、続くステップS108に進む。ここで、エンジン21の総稼働時間が長いほど、エンジン21の経年劣化に伴う部品のガタツキや摩耗等に起因して、使用可能な範囲内における燃料リークが発生しやすくなるため、判定時間が短くなるように再設定している。これにより、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみを検出できるようにしている。
ステップS108では、圧力センサ23aによりコモンレール23内の燃料圧が検出され、続くステップS109に進む。
ステップS109では、キースイッチ31をオフにした時点から電力遮断時間内における燃料リークの判定時間が経過した後で、再び圧力センサ23aによりコモンレール23内の燃料圧を検出し、続くステップS110に進む。
ステップS110では、燃料リークの判定時間経過後の燃料圧が判定圧力以下であるかを判定する。ステップS110での判定が「YES」の場合には、燃料供給系において燃料リークが発生していると判断して、ステップS112に分岐する。ステップS110での判定が「NO」の場合には、燃料供給系に異常がない、すなわち正常に動作していると判断して、ステップS111に分岐する。ステップS111では、電力遮断時間(数秒)が経過するまで待機し、続くステップS113に進む。
ステップS112では、機体コントローラ26bにより、電力遮断時間が経過するまで警報装置35としての警報ブザーを鳴らし続け、続くステップS113に進む。
ステップS113では、電力遮断時間が経過した後、バッテリリレー34をオフにすることにより、各種電装品に対する電力の供給を遮断して、処理を終了する。
以上のように、本実施形態1に係る建設機械1のエンジン異常判断装置30によれば、エンジン21の総稼働時間を考慮して、エンジン21の総稼働時間が長くなるほど判定時間が短くなるように判定時間を再設定することで、エンジン21の経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークの発生を検出することなく、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみを検出でき、メンテナンスが必要な燃料リークが発生しているかの判断を適切に行うことができる。
<実施形態2>
図7は、本実施形態2に係る建設機械の動作手順を示すフローチャート図である。前記実施形態1との違いは、エンジン21の総稼働時間に応じて判定圧力を変更するようにした点であるため、以下、実施形態1と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
本実施形態2では、エンジン21の総稼働時間に応じて判定圧力を変更するようにしているが、その理由は以下の通りである。例えば、判定圧力を一定にして燃料リークの判断を行った場合には、エンジン21が新品状態であれば判定時間内に判定圧力以下となることはないが、エンジン21を長時間稼働させた後では、エンジン21の経年劣化により燃料圧の低下速度が急激となって、判定時間内に判定圧力以下となってしまうことがある。
このように、燃料リークの判断条件である判定圧力を一定にしたままでは、インジェクタ22が内部破損等しておらず使用可能な範囲内における燃料リークであるにもかかわらず、異常であると判断されてしまうこととなり、メンテナンスが必要な燃料リークであるか否かをオペレータが判断することが困難となる。そこで、本発明では、機体コントローラ26bにより、エンジン21の総稼働時間を考慮して、エンジン21の総稼働時間が長くなるほど判定圧力が低くなるように判定圧力を再設定するようにしている。
図7に示すように、まず、ステップS101では、キースイッチ31をオンにしてスタータ33を起動させ、続くステップS102〜S107まで進む。
ステップS107では、機体コントローラ26bにより、記憶装置41に記憶されたエンジン稼働情報に基づいて燃料リークの判定時間を変更し、続くステップS201に進む。ステップS201では、機体コントローラ26bにより、記憶装置41に記憶されたエンジン稼働情報に基づいて判定圧力を変更し、続くステップS108に進む。ここで、エンジン21の総稼働時間が長いほど判定圧力が低くなるように再設定している。これにより、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみを検出できるようにしている。
ステップS108では、圧力センサ23aによりコモンレール23内の燃料圧が検出され、続くステップS109〜S113まで進む。ステップS113では、電力遮断時間が経過した後、バッテリリレー34をオフにすることにより、各種電装品に対する電力の供給を遮断して、処理を終了する。
以上のように、本実施形態2に係る建設機械1のエンジン異常判断装置30によれば、エンジン21の総稼働時間を考慮して、エンジン21の総稼働時間が長くなるほど判定時間が短くなるように判定時間を再設定するとともに、エンジン21の総稼働時間が長くなるほど判定圧力が低くなるように判定圧力を再設定することで、エンジン21の経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークの発生を検出することなく、燃料供給系の異常に起因して急激に燃料圧が低下する場合の燃料リークのみをより正確に検出でき、メンテナンスが必要な燃料リークが発生しているかの判断を適切に行うことができる。
なお、本実施形態2では、エンジン21の総稼働時間に応じて判定時間及び判定圧力の両方を変更して再設定するようにしたが、この形態に限定するものではなく、判定圧力のみを変更するようにしても構わない。
以上説明したように、本発明は、エンジンの経年劣化に起因する使用可能な範囲内における燃料リークを検出することなく、燃料供給系の異常に起因する燃料リークのみを正確に検出できる建設機械のエンジン異常判断装置を提供することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
本発明の実施形態1に係る建設機械の構成を示す側面図である。 建設機械に搭載されたコモンレール式の燃料噴射装置の構成を示す概略図である。 建設機械のエンジン異常判断装置の構成を示す電気回路図である。 エンジン停止後のコモンレール内の燃料圧の低下速度を示すグラフ図である。 エンジンの総稼働時間と判定時間との関係を示すグラフ図である。 建設機械の動作手順を示すフローチャート図である。 本実施形態2に係る建設機械の動作手順を示すフローチャート図である。
符号の説明
1 建設機械
21 エンジン
23 コモンレール
23a 圧力センサ(燃料圧検出手段)
26 制御回路(制御手段)
26a エンジンコントローラ
26b 機体コントローラ
30 エンジン異常判断装置
31 キースイッチ(切換手段)
41 記憶装置(記憶手段)

Claims (2)

  1. 高圧状態の燃料を貯留するコモンレールが設けられたエンジンと、該エンジンを始動又は停止させる切換手段とを備えた建設機械のエンジン異常判断装置であって、
    前記コモンレール内の燃料圧を検出する燃料圧検出手段と、
    前記エンジンの総稼働時間を示すエンジン稼働情報を記憶する記憶手段と、
    前記切換手段により前記エンジンを停止させた後、前記燃料圧検出手段で検出された燃料圧が所定の判定時間内に所定の判定圧力以下まで低下した場合に、該エンジン内で燃料リークが発生していると判断する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記エンジン稼働情報に基づいて前記判定時間を変更するように構成されていることを特徴とする建設機械のエンジン異常判断装置。
  2. 請求項1において、
    前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記エンジン稼働情報に基づいて前記判定圧力を変更するように構成されていることを特徴とする建設機械のエンジン異常判断装置。
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