JP2013104369A

JP2013104369A - プランジャポンプの故障診断装置

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Publication number: JP2013104369A
Application number: JP2011249491A
Authority: JP
Inventors: Ken Shiina; 健椎名
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: JP5651099B2

Abstract

【課題】プランジャポンプに異常があるか否かの判定を安定して行うことができるプランジャポンプの故障診断装置を提供する。
【解決手段】油圧ポンプ１７から吐出された圧油を油圧シリンダ２２に導く吐出管路２０の途中に切換弁２５を設ける。切換弁２５に接続された分岐管路２６には、該分岐管路２６を流れる作動油の圧力を設定値に保持するリリーフ弁２７を設ける。さらに、油圧ポンプ１７の駆動時に該油圧ポンプ１７の内部でリークする作動油を作動油タンク１８へ排出するドレン管路２８には、圧力センサ２９を設ける。そして、コントローラ３１は、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えた状態における圧力センサ２９の検出値に基づいて、油圧ポンプ１７に異常があるか否かを判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば建設機械に搭載されるプランジャポンプの故障診断装置に関する。

一般に、建設機械の代表例としての油圧ショベルには、油圧機器の油圧源としてプランジャポンプ（シリンダポンプ）が搭載されている。このプランジャポンプは、作動油タンクから吸込んだ作動油を、油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータに圧油として吐出するものである。

このようなプランジャポンプは、例えばプランジャ（ピストン）をシリンダブロックの軸方向に往復動させてなるアキシャル型の液圧ポンプ、プランジャをシリンダブロックの径方向に往復動させてなるラジアル型の液圧ポンプ等として知られている。また、例えば、アキシャル型の液圧ポンプとしては、斜板式、斜軸式のものがある。

ところで、油圧機器を正常に作動させるためには、アキシャルポンプに異常があるか否かを判定できることが好ましい。例えば、油圧エレベータでは、作動油の温度を上昇させるためのヒーティング運転時に、ポンプの吐出圧力を計測し、この計測された吐出圧力値と前回の計測値との相関関係に基づいて、異常があるか否かの判定を行う異常診断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２１０４０号公報

特許文献１による異常診断装置を、例えば油圧ショベル等の建設機械に適用することが考えられる。しかし、油圧エレベータのヒーティング運転のような一定の負荷が連続してポンプに加わる定常動作がない建設機械では、異常があるか否かの判定を十分に行うことができないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、プランジャポンプに異常があるか否かの判定を安定して行うことができ、異常と判定した場合には早期に必要な措置を講じることができるプランジャポンプの故障診断装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、請求項１によるプランジャポンプの故障診断装置は、作動油タンクから吸込んだ作動油を圧油として吐出するプランジャポンプと、該プランジャポンプから吐出された圧油を油圧アクチュエータに導く吐出管路と、該吐出管路の途中に設けられ、前記圧油を前記油圧アクチュエータ側に供給する供給位置と前記圧油を前記吐出管路から分岐管路を通じて前記作動油タンク側へ戻す戻り位置とに切換える切換装置と、前記分岐管路に設けられ該分岐管路を流れる作動油の圧力を設定値に保持するリリーフ弁と、前記プランジャポンプの駆動時に該プランジャポンプの内部でリークする作動油を前記作動油タンクへ排出するドレン管路と、該ドレン管路を流れる作動油の圧力を検出する圧力センサと、前記切換装置を前記戻り位置に切換えた状態における前記圧力センサの検出値に基づいて、前記プランジャポンプに異常があるか否かを判定するプランジャポンプ異常判定手段とを備えてなる構成としている。

請求項２の発明は、前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記圧力センサにより検出した現在検出値と予め設定した正常値または前回の判定を行ったときに検出した前回検出値とを比較し、前記現在検出値が、前記正常値または前回検出値に対して予め設定した閾値を超える差がある場合に、前記プランジャポンプに異常があると判定する構成としている。

請求項３の発明は、前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記現在検出値が前記正常値または前回検出値に対して大きい場合に、前記プランジャポンプの内部で異常なリークが発生していると判定し、前記現在検出値が前記正常値または前回検出値に対して小さい場合に、前記ドレン管路に異常な目詰まりが発生していると判定する構成としている。

請求項４の発明は、前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記切換装置を前記戻り位置に切換えてから所定時間経過したときの前記圧力センサの検出値に基づいて判定する構成としている。

請求項５の発明は、前記分岐管路には、該分岐管路を流れる作動油の圧力が前記設定値になったことを検出するための別の圧力センサを設け、前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記別の圧力センサにより前記分岐通路内の圧力が前記設定値になったと判定したときの前記圧力センサの検出値に基づいて判定する構成としている。

請求項１の発明によれば、切換装置を戻り位置に切換えると、分岐管路に設けられたリリーフ弁により、該リリーフ弁よりも上流側を流れる作動油の圧力がリリーフ弁の設定値に保持される。これにより、プランジャポンプには、リリーフ弁の設定値に応じた一定の負荷が加わり、該プランジャポンプの内部でリークしてドレン管路を流れる作動油の量が、前記一定の負荷に応じたものとなる。

このため、この状態におけるドレン管路を流れる作動油の圧力を圧力センサにより検出し、その検出値に基づいてプランジャポンプに異常があるか否かを判定することにより、その判定を安定して行うことができる。そして、異常と判定した場合には、早期に点検、修理、清掃、交換等の必要な措置を講じることができ、油圧機器、延いてはこの油圧機器を搭載した建設機械等の各種機械装置の信頼性を向上することができる。

請求項２の発明によれば、圧力センサにより検出した現在検出値と予め設定した正常値または前回の判定を行ったときに検出した前回検出値とを比較することにより、プランジャポンプに異常があるか否かの判定を行う構成としている。このため、現在検出値と正常値または前回検出値とに基づいて、プランジャポンプに異常があるか否かの判定を、精度よく安定して行うことができる。これにより、異常が深刻になる前にその異常を早期に発見することができる。

請求項３の発明によれば、現在検出値と正常値または前回検出値との差に基づいて、具体的な異常の特定、即ち、プランジャポンプの内部で異常なリークが発生しているか、ドレン管路に異常な目詰まりが発生しているかを、精度よく安定して判定することができる。そして、このように異常を特定することにより、その異常に応じた点検、修理、清掃、交換等の措置を早期に講じることができる。

請求項４の発明によれば、切換装置を戻り位置に切換えてから所定時間経過したときの圧力センサの検出値に基づいて判定を行う構成としている。このため、所定時間経過することにより、リリーフ弁よりも上流側を流れる作動油の圧力が、リリーフ弁の設定値に確実に保持された状態（設定値に落ち着いた状態）で、圧力センサによる検出を行うことができる。これにより、判定精度を高めることができる。

請求項５の発明によれば、別の圧力センサにより分岐通路内の圧力がリリーフ弁の設定値になったと判定したときの圧力センサの検出値に基づいて判定を行う構成としている。このため、リリーフ弁よりも上流側を流れる作動油の圧力が、リリーフ弁の設定値に確実に保持された状態（設定値に落ち着いた状態）で、圧力センサによる検出を行うことができる。これにより、判定精度を高めることができる。

第１の実施の形態による故障診断装置が搭載された油圧ショベルを示す全体図である。図１中の油圧ショベルの油圧駆動回路図である。図２中のコントローラによる制御処理を示す流れ図である。図３中の異常診断対応処理を示す流れ図である。コントロールバルブ、切換弁、エンジン、油圧ポンプ等の時間変化の一例を示す説明図である。第２の実施の形態による油圧ショベルの油圧駆動回路図である。図６中のコントローラによる制御処理を示す流れ図である。コントロールバルブ、切換弁、エンジン、油圧ポンプ、圧力スイッチ等の時間変化の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態によるプランジャポンプの故障診断装置を、大型の油圧ショベルに搭載した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械の代表例としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、後述する作業装置８とにより大略構成されている。下部走行体２には、油圧アクチュエータとしての左，右の走行用油圧モータ（図示せず）が設けられている。

油圧ショベル１の上部旋回体３は、下部走行体２と共に建設機械の車体を構成するものである。上部旋回体３は、下部走行体２上で旋回駆動される旋回フレーム４を有し、この旋回フレーム４上には、後述のキャブ５、カウンタウエイト６および建屋カバー７等が設けられている。また、上部旋回体３の旋回フレーム４上には、油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ（図示せず）が設けられている。

５は旋回フレーム４の前部左側に配設された運転室を構成するキャブで、該キャブ５内には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバー、後述する異常診断スイッチ３０（図２参照）等が配設されている。

６は旋回フレーム４の後端側に設けられたカウンタウエイトで、該カウンタウエイト６は、旋回フレーム４の後端側に着脱可能に搭載され、前側の作業装置８に対して上部旋回体３全体の重量バランスをとるものである。また、カウンタウエイト６の前側には、後述するエンジン１６、油圧ポンプ１７（いずれも図２参照）等を収容する建屋カバー７が設けられている。

７はキャブ５とカウンタウエイト６との間に位置して旋回フレーム４上に立設された建屋カバーで、該建屋カバー７は、例えば複数枚の金属パネル等を用いて形成され、内部に後述のエンジン１６、油圧ポンプ１７等を収容する機械室（図示せず）を画成するものである。また、建屋カバー７内には、例えばキャブ５に近い位置に後述するコントロールバルブ２４（図２参照）等が設けられている。

８は上部旋回体３の前部に俯仰動可能に設けられた作業装置で、該作業装置８は、基端側が旋回フレーム４に俯仰動可能に取付けられたブーム９と、該ブーム９の先端側に俯仰動可能に取付けられたアーム１０と、例えば土砂等の掘削作業を行うため該アーム１０の先端側に回動可能に設けられた作業具としてのバケット１１とにより大略構成されている。

そして、作業装置８のブーム９は、ブームシリンダ１２により旋回フレーム４に対して上，下に俯仰動され、アーム１０は、ブーム９の先端側でアームシリンダ１３により上，下に俯仰動される。また、バケット１１は、アーム１０の先端側で作業具用シリンダとしてのバケットシリンダ１４により上，下に回動される。

ここで、バケット１１は、大型の油圧ショベル１の場合に、例えば地面等に沿って水平押出しされるローダバケットが用いられ、リヤバケット１１Ａとフロントバケット１１Ｂからなるバケット１１は、図１中に点線で示すバケット開閉シリンダ１５により、フロントバケット１１Ｂがリヤバケット１１Ａに対して開，閉するように回動される。ブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４およびバケット開閉シリンダ１５は、いずれも油圧アクチュエータ（後述の油圧シリンダ２２）に対応するものである。

次に、図２を参照して油圧ショベル１の上部旋回体３等に搭載された油圧駆動回路について説明する。

１６は上部旋回体３に搭載されたエンジンで、該エンジン１６は、例えばディーゼルエンジンを用いて構成され、後述の油圧ポンプ１７を回転駆動するものである。

１７はエンジン１６により回転駆動されるプランジャポンプとしての油圧ポンプで、該油圧ポンプ１７は、図２に示すように、作動油タンク１８と共に油圧ショベル１の油圧源を構成している。ここで、油圧ポンプ１７は、例えば可変容量型で斜板式のアキシャルポンプとして構成され、プランジャ（ピストン）をシリンダブロック（いずれも図示せず）に対して往復動させることにより、作動油タンク１８から吸込んだ作動油（油液）を圧油として吐出する。油圧ポンプ１７は、例えば斜板、弁板等からなる容量可変部１７Ａを有し、該容量可変部１７Ａは、後述のレギュレータ１９により駆動される。

１９は油圧ポンプ１７に付設されたレギュレータで、該レギュレータ１９は、油圧ポンプ１７の容量を可変に制御するものである。レギュレータ１９は、例えば油圧シリンダ等の傾転アクチュエータにより構成され、例えば後述するコントローラ３１の制御信号に従って油圧ポンプ１７の容量可変部１７Ａを駆動し、該油圧ポンプ１７の吐出容量を可変に制御する。

２０は油圧ポンプ１７の吐出側に接続された吐出管路で、該吐出管路２０は、油圧ポンプ１７から吐出された圧油を後述の油圧シリンダ２２に導くものである。ここで、吐出管路２０は、図２中に示すように、後述するコントロールバルブ２４の位置まで延び、該コントロールバルブ２４よりも下流側となる位置で戻し管路２１と接続されている。そして、戻し管路２１に導かれた圧油等の油液は順次作動油タンク１８に還流される。また、吐出管路２０の途中には、後述する切換弁２５が設けられている。

２２は油圧アクチュエータを構成する油圧シリンダで、該油圧シリンダ２２は、例えば作業装置８のブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４またはバケット開閉シリンダ１５等を構成するものである。そして、油圧シリンダ２２は、図２に示す如くチューブ２２Ａ、ピストン２２Ｂ、ロッド２２Ｃ、油室２２Ｄ，２２Ｅ等を有し、ロッド２２Ｃは、油室２２Ｄ，２２Ｅに給排される圧油により伸長，縮小されるものである。

なお、油圧ショベル１には、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４、バケット開閉シリンダ１５の他、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ等の油圧アクチュエータも設けられている。しかし、図２に示す油圧回路では、その説明を簡略化するために、複数の油圧アクチュエータの代表例として油圧シリンダ２２を示している。

２３Ａ，２３Ｂは油圧シリンダ２２の油室２２Ｄ，２２Ｅに接続された一対の油圧管路を示している。この油圧管路２３Ａ，２３Ｂは、油圧ポンプ１７からの圧油を後述のコントロールバルブ２４を介して油圧シリンダ２２の油室２２Ｄ，２２Ｅに給排することにより、油圧シリンダ２２のロッド２２Ｃを伸縮動作させるものである。

２４は油圧シリンダ２２に対する作動油の給排を制御するコントロールバルブで、該コントロールバルブ２４は、例えば複数の方向制御弁を含んだ多連弁からなるものである。コントロールバルブ２４は、油圧ポンプ１７から吐出される圧油を油圧シリンダ２２、即ち、作業装置８の各シリンダ１２，１３，１４，１５、旋回用油圧モータ、走行用油圧モータ等の油圧アクチュエータに給排するときに、各油圧アクチュエータ毎にそれぞれ個別に給排する圧油の流量と給排方向を制御するものである。本実施の形態では、コントロールバルブ２４は、後述のコントローラ３１に接続され、該コントローラ３１の制御信号（ないし該制御信号に対応するパイロット圧）に従ってその切換位置を制御できるように構成している。

この場合、コントロールバルブ２４が中立位置のときには、油圧ポンプ１７からの圧油が吐出管路２０、戻し管路２１を通じて作動油タンク１８に還流される。また、コントロールバルブ２４が例えば中立位置から一の切換位置に切換えられたときには、油圧ポンプ１７からの圧油が吐出管路２０、油圧管路２３Ａを介して油圧シリンダ２２の油室２２Ｄに供給され、油室２２Ｅからの戻り油は油圧管路２３Ｂ、戻し管路２１を介して作動油タンク１８に戻される。これにより、油圧シリンダ２２は、ロッド２２Ｃが伸長する方向に駆動される。

また、コントロールバルブ２４が例えば中立位置から他の切換位置に切換えられたときには、油圧ポンプ１７からの圧油が吐出管路２０、油圧管路２３Ｂを介して油圧シリンダ２２の油室２２Ｅに供給され、油室２２Ｄからの戻り油は、油圧管路２３Ａ、戻し管路２１を介して作動油タンク１８に戻される。これにより、油圧シリンダ２２は、ロッド２２Ｃが縮小する方向に駆動される。

２５は吐出管路２０の途中に設けられた切換装置としての切換弁で、該切換弁２５は、油圧ポンプ１７とコントロールバルブ２４との間に配置され、吐出管路２０と分岐管路２６とに接続されている。切換弁２５は、例えば電磁パイロット部２５Ａを有する３ポート２位置の電磁弁からなる。

切換弁２５は、後述するコントローラ３１からの制御信号に従って、油圧ポンプ１７からの圧油を、コントロールバルブ２４を通じて油圧シリンダ２２側に供給する供給位置（イ）と、同じく圧油を、吐出管路２０から分岐管路２６を通じて作動油タンク１８側へ戻す戻り位置（ロ）とに切換えるものである。具体的には、切換弁２５は、常時は供給位置（イ）となり、後述する油圧ポンプ１７の異常診断（故障診断）を行うときに、コントローラ３１からの制御信号に従って戻り位置（ロ）に切換えられる。

２７は分岐管路２６に設けられたリリーフ弁で、該リリーフ弁２７は、分岐管路２６を流れる作動油、換言すれば、リリーフ弁２７よりも上流側の圧力を設定値（設定圧）に保持するものである。このために、リリーフ弁２７は、該リリーフ弁２７よりも上流側を流れる作動油の圧力が設定値を超えると開弁し、このときの過剰圧を作動油タンク１８側にリリーフさせるものである。これにより、例えば、切換弁２５が戻り位置（ロ）に切換えられたときは、吐出管路２０を含むリリーフ弁２７の上流側が設定値に保持され、油圧ポンプ１７には、該設定値に応じた一定の負荷が加わる。

ここで、リリーフ弁２７の設定圧は、例えば、油圧ポンプ１７の最大吐出圧力よりも小さい圧力で、かつ、油圧ポンプ１７等に異常が発生したときに後述のドレン管路２８内の圧力変化が検出し易いような圧力に設定する。具体的には、油圧ショベル１の場合は、例えば油圧ポンプ１７の最大吐出圧力が３０ＭＰａ程度とすると、リリーフ弁２７の設定圧は５〜１０ＭＰａ程度とすることができる。換言すれば、リリーフ弁２７の設定圧は、油圧ポンプ１７の最大吐出圧力の１５〜３５％程度とすることができる。

２８は油圧ポンプ１７と作動油タンク１８とを接続するドレン管路を示している。このドレン管路２８は、油圧ポンプ１７の駆動時に該油圧ポンプ１７の内部でリークする作動油を作動油タンク１８へ排出するものである。この場合、例えば、切換弁２５が戻り位置（ロ）に切換えられることにより、油圧ポンプ１７にリリーフ弁２７の設定値に応じた一定の負荷が加わると、油圧ポンプ１７の内部でリークしてドレン管路２８を流れる作動油の量は、上記一定の負荷に応じたものとなる。

このため、油圧ポンプ１７等に異常が生じた場合には、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えた状態でのドレン管路２８を流れる作動油の圧力は、その異常に応じて変化する。即ち、異常が生じると、その異常に応じて、ドレン管路２８の圧力が正常時の値からずれる（増大または減少する）。そこで、本実施の形態では、後述するように、切換弁２５が戻り位置（ロ）の状態におけるドレン管路２８の圧力に基づいて、油圧ポンプ１７等に異常（故障）があるか否かを判定する構成としている。

２９はドレン管路２８に設けられた圧力センサで、該圧力センサ２９は、ドレン管路２８を流れる作動油の圧力を検出し、その検出信号を後述のコントローラ３１に出力する。そして、コントローラ３１は、後述するように、圧力センサ２９で検出したドレン管路２８の圧力に基づいて、油圧ポンプ１７に異常があるか否かの判定を行うものである。

３０はキャブ５内で運転席の近傍に設けられた異常診断スイッチで、該異常診断スイッチ３０は、後述のコントローラ３１に接続され、オペレータの操作に基づいてコントローラ３１に対して異常判定（故障診断）を行う旨の指令信号を出力するものである。即ち、オペレータが異常診断スイッチ３０を操作（ＯＮに）すると、コントローラ３１に対してスイッチ３０が操作された旨の信号が出力され、これにより、コントローラ３１は、後述の図３および図４に示す油圧ポンプ１７の異常判定（故障診断）処理を行う構成となっている。

３１はマイクロコンピュータ等からなるコントローラで、該コントローラ３１は、その入力側がコントロールバルブ２４、圧力センサ２９、異常診断スイッチ３０等に接続され、その出力側はレギュレータ１９、コントロールバルブ２４、切換弁２５等に接続されている。また、コントローラ３１は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるメモリ（記憶部）３１Ａ、経過時間Ｓをカウントするカウンタ（図示せず）を有し、メモリ３１Ａ内には、後述の図３および図４に示す故障診断用の処理プログラムと、所定時間Ｓ1、圧力センサ２９の現在検出値Ｐ1、前回検出値Ｐ2、正常値Ｐ3、閾値Ｔ等とが格納されている。

そして、コントローラ３１は、後述する図３および図４の処理プログラムに従って、油圧ポンプ１７の異常診断処理（故障診断処理）の制御を行う。即ち、コントローラ２９は、例えばエンジン１６の始動時に自動的に、或いは、オペレータが異常診断スイッチ３０を操作（ＯＮに）したことを条件に、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換え、圧力センサ２９によりドレン管路２８を流れる作動油の圧力を検出する。そして、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えた状態における圧力センサ２９の検出値に基づいて、油圧ポンプ１７に異常があるか否かを判定する。

具体的には、コントローラ３１は、圧力センサ２９により検出した現在検出値Ｐ1と前回の判定を行ったときに検出した前回検出値Ｐ2とを比較し、現在検出値Ｐ1が、前回検出値Ｐ2に対して予め設定した閾値Ｔを超える差がある場合に、油圧ポンプ１７に異常があると判定する。なお、閾値Ｔは、例えば０に設定してもよい（少しでも差があれば異常があると判定するようにしてもよい）が、異常があるか否かを適切に判定できるような不感帯としての閾値Ｔを設定することもできる。このような閾値Ｔは、例えば計算や実験等により予め求める。

何れにしても、コントローラ３１は、例えば、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2に対して大きい場合は、油圧ポンプ１７の内部で異常なリークが発生していると判定する。即ち、油圧ポンプ１７を構成するピストン、シリンダブロック、シリンダ等の摺動部等で過度の摩耗が生じたり、ピストンシューが損傷等することにより、油圧ポンプ１７の内部で異常なリークが発生していると判定することができる。

一方、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2に対して小さい場合は、コントローラ３１は、ドレン管路２８に異常な目詰まりが発生していると判定する。即ち、ドレン管路２８に作動油中の異物（コンタミ）等が付着する（詰まる）等により、ドレン管路２８に異常な目詰まりが発生していると判定することができる。

そして、コントローラ３１は、運転席近傍に設けられたモニタやブザー等の警報器（図示せず）により、異常が発生している旨の警告音を発したり、警告信号の点灯、モニタへの表示等を行うことにより、オペレータに報知する。これにより、異常（故障）の判定、異常の特定を精度よく安定して行うことができると共に、異常が深刻になる前にその異常を早期にオペレータに報知することができる。そして、オペレータは、報知された異常に応じて、油圧ポンプ１７の内部の点検、部品の交換、修理等を行ったり（依頼したり）、ドレン管路２８を構成する油圧配管、油圧ホース等の点検、清掃、修理、交換等を行う（依頼する）ことにより、油圧ショベル１に過度の不具合が生じる以前に対処することができる。

本実施の形態による油圧ショベル１に搭載した油圧駆動回路に用いる故障診断装置は、上述の如き構成を有するもので、次に図３、図４を参照してコントローラ３１による故障診断処理（異常判定処理）について説明する。

エンジン１６の稼働（始動）により、図３の処理動作がスタートすると、ステップ１では、エンジン１６を始動したときか否かと、異常診断スイッチ３０が操作（ＯＮ）されたか否かとの判定を行う。即ち、ステップ１は、診断を開始するか否かを判定するもので、このステップ１は、エンジン１６を始動させたときに（オペレータによる異常診断スイッチ３０の操作を必要とすることなく）自動的に診断を行うことと、オペレータが異常診断スイッチ３０を操作したときに診断を行うこととができるように構成している。

ステップ１で、「ＮＯ」、即ち、エンジン１６が始動したときではなく、かつ、異常診断スイッチ３０が操作されていない（ＯＦＦである）と判定されたときは、診断を開始する条件を満たしていないので、再度ステップ１に戻り、異常診断を開始するか否かの判定を行う。一方、ステップ１で、「ＹＥＳ」、即ち、エンジン１６が始動したときである、または、異常診断スイッチ３０が操作（ＯＮ）されたと判定されたときは、診断を開始する条件を満たしたので、ステップ２に進む。

ステップ２は、異常診断の開始から経過時間Ｓをカウントするための処理をおこなうものである。即ち、ステップ２では、コントローラ３１のカウンタをリセット（経過時間Ｓを０に）すると共に、経過時間Ｓのカウントを開始し、ステップ３に進む。

ステップ３では、コントロールバルブ２４を中立位置に固定する。即ち、コントローラ３１からコントロールバルブ２４に中立位置にするための制御信号を出力する。ステップ３で、コントロールバルブ２４を中立位置にする理由は、後述するステップ４で行う切換弁２５の切換えが、例えば切換弁２５の故障等により正常に行うことができない場合でも、各種油圧アクチュエータ、即ち、油圧シリンダ２２が動く（伸縮）ことを防止するためである。

ステップ３で、コントロールバルブ２４を中立位置に固定したならば、ステップ４で、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換える。即ち、コントローラ３１から切換弁２５に戻り位置（ロ）に切換える旨の制御信号を出力する。これにより、切換弁２５が戻り位置（ロ）に切換わると、油圧ポンプ１７から吐出された作動油は、吐出管路２０から分岐管路２６を通じて作動油タンク１８側へ還流する。

ステップ４で、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えたならば、ステップ５で、エンジン１６の回転数（回転速度）を上昇させる。即ち、ステップ５では、コントローラ３１からエンジン１６の燃料噴射装置（図示せず）に制御信号を出力し、エンジン１６の回転数を、例えばリリーフ弁２７よりも上流側の作動油の圧力が該リリーフ弁２７の設定値となるような回転数に調節する。

続くステップ６では、油圧ポンプ１７の吐出圧力を上昇させる。即ち、コントローラ３１からレギュレータ１９に制御信号を出力し、油圧ポンプ１７の吐出容量（吐出圧力）を例えば最大にする。

ステップ６で、油圧ポンプ１７の吐出圧力を上昇させたならば、ステップ７に進み、ステップ２で経過時間Ｓのカウントを開始してから所定時間Ｓ1が経過したか否か、即ち、経過時間Ｓが所定時間Ｓ1以上（Ｓ≧Ｓ1）になったか否かを判定する。このステップ７は、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えてから所定時間Ｓ1が経過したことを判定するためのものである。

なお、本実施の形態の場合は、ステップ２でカウントを開始するため、ステップ４の切換弁２５の切換え開始よりも若干早くカウントが開始される可能性がある。しかし、それによる時間の差は極くわずかであるため、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えてから所定時間Ｓ1が経過したことと同義とすることができる。また、ステップ２のカウント開始の処理は、ステップ４の次に行うように構成してもよい。

何れにしても、ステップ７は、経過時間Ｓが所定時間Ｓ1の経過を条件に、ステップ８に進むように構成している。これにより、ステップ７では、続くステップ８で行う圧力センサ２９の読み込みを、リリーフ弁２７よりも上流側の作動油の圧力が該リリーフ弁２７の設定値に確実に保持された（落ち着いた）状態で行えるようにするものである。従って、所定時間Ｓ1は、切換弁２５を切換えてからリリーフ弁２７よりも上流側の作動油の圧力が設定値に保持されるまでに必要な時間として設定することができる。

このような所定時間Ｓ1は、例えば計算や実験等により予め設定しておくことができる。具体的には、油圧ショベル１の場合は、例えば油圧ポンプ１７の最大吐出圧力を３０ＭＰａ程度とし、リリーフ弁２７の設定圧を５ＭＰａ程度とすると、設定圧となるまでの時間は、切換弁２５を切換えると共に油圧ポンプ１７の吐出圧力を最大にしてから１秒程度となる（例えば１秒を要しない）。そこで、所定時間Ｓ1は、余裕を見て例えば２〜５秒程度に設定することができる。

ステップ７で、「ＹＥＳ」、即ち、経過時間Ｓが所定時間Ｓ1を経過したと判定された場合には、ステップ８に進む。ステップ８では、圧力センサ２９によりドレン管路２８を流れる作動油の圧力Ｐ1を読込む（検出する）。そして、ステップ９に進み、ステップ８で検出した圧力センサ２９の圧力Ｐ１、即ち、今回の判定で検出した現在検出値Ｐ1を、コントローラ３１のメモリ３１Ａに記録（保存）する。このステップ１０では、現在検出値Ｐ1がメモリ３１Ａに記録されたか否かを判定し、その記録がされたことを条件に、ステップ１０に進む。

ステップ１０では、ステップ８で検出された現在検出値Ｐ1と前回の異常判定（故障診断）を行ったときに検出され（ると共にコントローラ３１のメモリ３１Ａに記録され）た前回検出値Ｐ2とを比較する。即ち、現在検出値Ｐ1が、前回検出値Ｐ2に対して予め設定した閾値Ｔを超える差があるか否かを判定し、閾値Ｔを超える差がある場合に、油圧ポンプ１７に異常があると判定する。なお、前回検出値Ｐ2が記録されていない場合は、コントローラ３１のメモリ３１Ａに予め記録した正常時における圧力（正常値Ｐ3）と比較することにより判定することができる。この正常値Ｐ3は、例えば計算や実験等により予め設定しておく。

ステップ１０で、「ＹＥＳ」、即ち、異常があると判定された場合は、ステップ１１に進み、異常診断対応処理を行う。この異常診断対応処理は、図４に示すように、異常を特定すると共に、その異常をオペレータに報知する処理を行うものである。

即ち、異常診断対応処理のステップ２１では、ステップ８で検出された現在検出値Ｐ1が、前回の異常判定を行ったときに検出され（ると共にメモリ３１Ａに記録され）た前回検出値Ｐ2よりも大きいか否かを判定する。このステップ２１で、「ＹＥＳ」、即ち、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2に対して大きいと判定された場合は、ステップ２２に進み、油圧ポンプ１７の内部で異常なリークが発生していると判定する。

そして、続くステップ２３に進み、例えばキャブ５内のオペレータに油圧ポンプ１７の内部で異常なリークが発生している旨を報知する。具体的には、運転席近傍に設けられたモニタやブザー等の警報器により、異常なリークが発生している旨の警告音を発したり、警告信号の点灯、モニタへの表示等を行う。次いで、図４のリターンを介して、図３のステップ１２に進む。

一方、図４のステップ２１で、「ＮＯ」、即ち、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2よりも大きくないと判定された場合は、ステップ２４に進み、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2よりも小さいか否かを判定する。このステップ２４で、「ＹＥＳ」、即ち、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2に対して小さいと判定された場合は、ステップ２５に進み、ドレン管路２８に異常な目詰まりが発生していると判定する。

そして、続くステップ２６に進み、例えばキャブ５内のオペレータにドレン管路２８に異常な目詰まりが発生している旨を報知する。具体的には、運転席近傍に設けられたモニタやブザー等の警報器により、異常な目詰まりが発生している旨の警告音を発したり、警告信号の点灯、モニタへの表示等を行う。次いで、図４のリターンを介して、図３のステップ１２に進む。なお、ステップ２４で、「ＮＯ」、即ち、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2に対して小さくないと判定された場合は、図４のリターンを介して、図３のステップ１２に進む。なお、ステップ２４は、省略することもできる。即ち、ステップ２１で「ＮＯ」と判定されたら、ステップ２５に進むようにしてもよい。

一方、図３のステップ１０で、「ＮＯ」、即ち、現在検出値Ｐ1が前回検出値Ｐ2に対して閾値Ｔを超える差がないと判定された場合は、異常がないと判定できるので、ステップ１１の異常診断対応処理を介することなく、ステップ１２に進む。この場合には、例えばモニタ等に異常がない旨の表示等をすることにより、オペレータに異常がない旨を報知することができる。

ステップ１２では、油圧ポンプ１７の吐出圧力を下降させる。即ち、コントローラ３１からレギュレータ１９に制御信号を出力し、油圧ポンプ１７の吐出容量を通常時の状態に戻す（復帰させる）。次いで、ステップ１３で、エンジン１６の回転数を下降させる。即ち、ステップ１３では、コントローラ３１からエンジン１６の燃料噴射装置に制御信号を出力し、エンジン１６の回転数を通常の状態に戻す（復帰させる）。続いて、ステップ１４では、切換弁２５を供給位置（イ）に切換える。即ち、コントローラ３１から切換弁２５に供給位置（イ）に切換える旨の制御信号を出力する。これにより、切換弁２５が供給位置（イ）に切換わると、油圧ポンプ１７から吐出された作動油は、中立位置に固定されたコントロールバルブ２４を通じて作動油タンク１８側へ還流する。

そして、続くステップ１５では、コントロールバルブ２４の中立位置固定を解除する。即ち、コントローラ３１からコントロールバルブ２４に制御信号を出力し、コントロールバルブ２４の切換位置を通常の状態（中立位置から切換えることができる状態）に戻す（復帰させる）。さらに、必要に応じて、コントローラ３１のカウンタを停止すると共に、カウンタをリセット（経過時間Ｓを０に）する。そして、図３のリターンを介してスタートに戻り、ステップ１以降の処理を繰返す。

なお、図５は、図３および図４の流れに従って故障診断処理（異常診断処理）を行ったときの、コントロールバルブ２４、切換弁２５、エンジン１６、油圧ポンプ１７等の時間変化の一例を示した特性線図である。

かくして、本実施の形態によれば、油圧ポンプ１７に異常があるか否かの判定を安定して行うことができる。

即ち、油圧ポンプ１７の故障診断（異常判定）を行うべく、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えると、分岐管路２６に設けられたリリーフ弁２７により、該リリーフ弁２７よりも上流側を流れる作動油の圧力がリリーフ弁２７の設定値に保持される。これにより、油圧ポンプ１７には、リリーフ弁２７の設定値に応じた一定の負荷が加わり、該油圧ポンプ１７の内部でリークしてドレン管路２８を流れる作動油の量が、前記一定の負荷に応じたものとなる。

このため、この状態におけるドレン管路２８を流れる作動油の圧力を圧力センサ２９により検出し、その検出値Ｐ1、Ｐ2に基づいて油圧ポンプ１７に異常があるか否かを判定することにより、その判定を安定して行うことができる。そして、異常と判定した場合には、早期に点検、清掃、修理、交換等の必要な措置を講じることができ、油圧ポンプ１７、コントロールバルブ２４、油圧シリンダ２２等を含む各種油圧機器、延いては各種油圧機器を搭載した油圧ショベル１の信頼性を向上することができる。

また、本実施の形態によれば、圧力センサ２９により検出した現在検出値Ｐ1と前回の判定を行ったときに検出した前回検出値Ｐ2とを比較することにより、異常があるか否かの判定を行う構成としている。このため、現在検出値Ｐ1と前回検出値Ｐ2とに基づいて、異常があるか否かの判定を、精度よく安定して行うことができる。これにより、異常が深刻になる前にその異常を早期に発見することができる。

この場合、現在検出値Ｐ1と前回検出値Ｐ2との差に基づいて、具体的な異常の特定、即ち、油圧ポンプ１７の内部で異常なリークが発生しているか、ドレン管路２８に異常な目詰まりが発生しているかを、精度よく安定して判定することができる。そして、このように異常を特定することにより、その異常に応じた修理、清掃、交換等の措置を早期に講じることができる。

さらに、本実施の形態によれば、切換弁２５を戻り位置（ロ）に切換えてから所定時間Ｓ1が経過したときの圧力センサ２９の検出値Ｐ1、Ｐ2に基づいて判定を行う構成としている。このため、所定時間Ｓ1の経過により、リリーフ弁２７よりも上流側を流れる作動油の圧力が、リリーフ弁２７の設定値に確実に保持された状態（設定値に落ち着いた状態）で、圧力センサ２９による検出を行うことができる。これにより、判定精度を高めることができる。

次に、図６ないし図８は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、分岐管路に設けた別の圧力センサにより該分岐管路の圧力がリリーフ弁の設定圧になったことを判定し、このときの圧力センサの検出値に基づいて異常の判定を行う構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、４１は分岐管路２６に設けられた別の圧力センサとしての圧力スイッチで、該圧力スイッチ４１は、分岐管路２６を流れる作動油の圧力がリリーフ弁２７の設定値（例えば５ＭＰａ）になったことを検出するためのものである。ここで、圧力スイッチ４１は、コントローラ３１の入力側に接続されている。

そして、圧力スイッチ４１は、分岐管路２６を流れる作動油の圧力がリリーフ弁２７の設定値以上（例えば５ＭＰａ以上）になると、その旨の検出信号（ＯＮ信号）をコントローラ３１に出力する。そして、コントローラ３１は、圧力スイッチ４１からの検出信号により、分岐管路２６内の圧力が設定値になったと判定し、このときの圧力センサ２９の検出値Ｐ1、Ｐ2に基づいて異常の判定を行う構成としている。

次に、図７を用いて、コントローラ３１による異常診断処理について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態のステップ２およびステップ７の処理に代えて、ステップ３６の処理を行う構成としている。即ち、第１の実施の形態のような、所定時間Ｓ1の経過を条件に圧力センサ２９による検出を行う構成は採用せずに、本実施の形態では、圧力スイッチ４１の検出信号（ＯＮ信号）を条件に圧力センサ２９による検出を行う構成としている。

エンジン１６の稼働（始動）により、図７の処理動作がスタートすると、ステップ３１では、上述した図３のステップ１と同様に、エンジン１６を始動したときか否かと、異常診断スイッチ３０が操作（ＯＮ）されたか否かとの判定を行う。ステップ３１で、「ＹＥＳ」と判定されたときは、ステップ３２に進み、該ステップ３２からステップ３５の処理を行う。このステップ３２からステップ３５は、上述した図３のステップ３からステップ６と同様の処理である。即ち、本実施の形態では、上述した図３のステップ２の処理は行わない。

ステップ３６では、圧力スイッチ４１がＯＮされたか否かを判定する。即ち、ステップ３６では、分岐管路２６内の圧力が設定値になった旨の検出信号（ＯＮ信号）が、圧力スイッチ４１からコントローラ３１に入力されたか否かを判定する。そして、ステップ３６は、圧力スイッチ４１から検出信号（ＯＮ信号）が入力されたと判定された場合、即ち、分岐管路２６内の圧力が設定値になったと判定された場合に、ステップ３７に進むように構成している。

これにより、続くステップ３７で行う圧力センサ２９の読み込みを、リリーフ弁２７よりも上流側の作動油の圧力が該リリーフ弁２７の設定値に確実に保持された（落ち着いた）状態で行うことができる。なお、ステップ３７からステップ４４の処理は、上述した図３のステップ８からステップ１５までの処理および図４のステップ２１から２６の処理と同様である。また、図８は、図７および図４の流れに従って異常診断処理を行ったときの、コントロールバルブ２４、切換弁２５、エンジン１６、油圧ポンプ１７、圧力スイッチ４１等の時間変化の一例を示した特性線図である。

本実施の形態は、上述の如き圧力スイッチ４１の検出信号を条件に圧力センサ２９による検出を行うもので、その基本的作用については、上述した第１の実施の形態によるものと格別差異はない。

特に、本実施の形態の場合は、コントローラ３１は、圧力スイッチ４１により分岐通路２６内の圧力が設定値になったと判定したときの圧力センサ２９の検出値Ｐ1、Ｐ2に基づいて、異常の判定を行う構成としている。このため、リリーフ弁２７よりも上流側を流れる作動油の圧力が、リリーフ弁２７の設定値に確実に保持された状態（設定値に落ち着いた状態）で、圧力センサ２９による検出を行うことができる。これにより、判定精度を高めることができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、図３に示すステップ１０の処理（必要に応じて、ステップ２、ステップ４、ステップ７、ステップ８、ステップ１１の処理）が本発明の構成要件であるプランジャポンプ異常判定手段の具体例を示している。また、上述した第２の実施の形態では、図７に示すステップ３９の処理（必要に応じて、ステップ３３、ステップ３６、ステップ３８、ステップ４０の処理）が本発明の構成要件であるプランジャポンプ異常判定手段の具体例を示している。

上述した各実施の形態では、現在検出値Ｐ1と前回検出値Ｐ2（必要に応じて予め設定した正常値Ｐ3）とを比較することにより異常の判定を行う構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、前回検出値Ｐ2を用いずに、常に現在検出値Ｐ1と予め設定した正常値Ｐ3とを比較することにより、異常の判定を行う構成としてもよい。また、現在検出値Ｐ1と前回検出値Ｐ2を比較すると共に現在検出値Ｐ1と正常値Ｐ3も比較し、両者のうち何れか一方でも閾値を超える差がある場合に、異常と判定するように構成してもよい。要は、前回検出値Ｐ2と正常値Ｐ3とのうちの少なくとも何れかの値と現在検出値Ｐ1とを比較することにより、異常の判定を行うことができる。

上述した各実施の形態では、プランジャポンプとしての油圧ポンプ１７を、可変容量型で斜板式のアキシャルポンプとして構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、油圧ポンプとして、他の形式のプランジャポンプ、具体的には、斜軸式でアキシャル型のもの、ラジアル型のもの、容量固定型のもの等、各種のプランジャポンプを用いることができる。また、作動油に関しても油以外のものを用いてもよい。

上述した第２の実施の形態では、分岐管路２６の圧力がリリーフ弁２７の設定圧になったことを圧力スイッチ４１により検出する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、分岐管路の圧力がリリーフ弁の設定圧になったことを検出できるものであれば各種の圧力センサを用いることができる。

さらに、上述した各実施の形態では、プランジャポンプの故障診断装置を油圧ショベルに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械を含む各種の産業機械、即ち、プランジャポンプを有する種々の油圧駆動回路を採用した産業機械に広く適用できるものである。

１２ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１３アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１４バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１５バケット開閉シリンダ（油圧アクチュエータ）
１７油圧ポンプ（プランジャポンプ）
１８作動油タンク
２０吐出管路
２２油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
２５切換弁（切換装置）
２６分岐回路
２７リリーフ弁
２８ドレン管路
２９圧力センサ
４１圧力スイッチ（別の圧力センサ）

Claims

作動油タンクから吸込んだ作動油を圧油として吐出するプランジャポンプと、
該プランジャポンプから吐出された圧油を油圧アクチュエータに導く吐出管路と、
該吐出管路の途中に設けられ、前記圧油を前記油圧アクチュエータ側に供給する供給位置と前記圧油を前記吐出管路から分岐管路を通じて前記作動油タンク側へ戻す戻り位置とに切換える切換装置と、
前記分岐管路に設けられ該分岐管路を流れる作動油の圧力を設定値に保持するリリーフ弁と、
前記プランジャポンプの駆動時に該プランジャポンプの内部でリークする作動油を前記作動油タンクへ排出するドレン管路と、
該ドレン管路を流れる作動油の圧力を検出する圧力センサと、
前記切換装置を前記戻り位置に切換えた状態における前記圧力センサの検出値に基づいて、前記プランジャポンプに異常があるか否かを判定するプランジャポンプ異常判定手段とを備えてなるプランジャポンプの故障診断装置。
前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記圧力センサにより検出した現在検出値と予め設定した正常値または前回の判定を行ったときに検出した前回検出値とを比較し、前記現在検出値が、前記正常値または前回検出値に対して予め設定した閾値を超える差がある場合に、前記プランジャポンプに異常があると判定する構成としてなる請求項１に記載のプランジャポンプの故障診断装置。
前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記現在検出値が前記正常値または前回検出値に対して大きい場合に、前記プランジャポンプの内部で異常なリークが発生していると判定し、前記現在検出値が前記正常値または前回検出値に対して小さい場合に、前記ドレン管路に異常な目詰まりが発生していると判定する構成としてなる請求項２に記載のプランジャポンプの故障診断装置。
前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記切換装置を前記戻り位置に切換えてから所定時間経過したときの前記圧力センサの検出値に基づいて判定する構成としてなる請求項１，２または３に記載のプランジャポンプの故障診断装置。
前記分岐管路には、該分岐管路を流れる作動油の圧力が前記設定値になったことを検出するための別の圧力センサを設け、
前記プランジャポンプ異常判定手段は、前記別の圧力センサにより前記分岐通路内の圧力が前記設定値になったと判定したときの前記圧力センサの検出値に基づいて判定する構成としてなる請求項１，２または３に記載のプランジャポンプの故障診断装置。