JP2015048829A - 燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置および作業機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】高度などが変化しても燃料フィルタの目詰り状態を正確に判断できる燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置を提供する。【解決手段】 エンジン16に燃料を供給する燃料供給回路21は、燃料Fを貯留した燃料タンク22と、この燃料タンク22内から供給される燃料Fを濾過する燃料フィルタ23と、この燃料フィルタ23を経た燃料Fをエンジン16に加圧供給する燃料ポンプ24とを備えている。この燃料供給回路21において燃料フィルタ23の目詰りを検出して警告する燃料フィルタ目詰り検出装置31は、大気圧P1を検出する大気圧センサ32と、燃料フィルタ23の出口側圧力P2を検出するフィルタ出口圧センサ33と、大気圧P1と出口側圧力P2との差圧を演算して、この差圧から燃料フィルタ23の目詰り度を求め、この目詰り度が閾値を超えた場合は警告信号を出力する制御手段35とを具備している。【選択図】図1
Description
本発明は、燃料タンクから燃料フィルタを経て燃料ポンプに吸い込んだ燃料を、この燃料ポンプからエンジンに加圧供給する燃料供給回路において、燃料フィルタの目詰りを検出して警告する燃料フィルタ目詰り検出装置および作業機械に関する。
例えば作業機械において、粗悪な燃料を用いると、燃料フィルタが目詰りしやくすく、また、その管理が十分でない場合はフィルタ交換の時期を把握しずらい。
従来は、燃料フィルタの入口側と出口側のフィルタ前後差圧を検出するとともに、燃料フィルタを通過した燃料ポンプ流量を算出し、フィルタ前後差圧と燃料ポンプ流量とによって、燃料フィルタの目詰り度を演算する技術がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、作業機械は、海抜の低い場所から海抜の高い高地にわたる広範囲の現場で用いられるため、燃料タンクから供給される燃料を濾過する燃料フィルタは、作業現場の高度により異なる大気圧の影響を受けやすく、目詰り状態が同一であっても、フィルタ前後の差圧などが変化するため、目詰り状態を正確に判断できない。
さらに、作業機械は、寒冷地域または時期および温暖地域または時期にわたる広範囲の現場で用いられるため、それらの地域または時期によってエンジン始動前の燃料の温度が変化するとともに、エンジン始動後は燃料の温度が上昇するので、これらの温度変化によって燃料の粘度も変化し、粘度が変化すると、燃料フィルタの目詰り状態が同一であっても、フィルタ前後の差圧などが変化するため、目詰り状態を正確に判断できないおそれも生じる。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、高度などが変化しても燃料フィルタの目詰り状態を正確に判断できる燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置および作業機械を提供することを目的とする。
請求項1に記載された発明は、燃料を貯留した燃料タンクと、この燃料タンク内から供給される燃料を濾過する燃料フィルタと、この燃料フィルタを経た燃料をエンジンに加圧供給する燃料ポンプとを備えた燃料供給回路において、大気圧を検出する大気圧センサと、上記燃料フィルタの出口側に設けられ燃料フィルタの出口側圧力を検出するフィルタ出口圧センサと、上記大気圧センサで検出された大気圧と上記フィルタ出口圧センサで検出された燃料フィルタの出口側圧力との差圧を演算して、この差圧から燃料フィルタの目詰り度を求め、この目詰り度が閾値を超えた場合は警告信号を出力する機能を備えた制御手段とを具備した燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置である。
請求項2に記載された発明は、請求項1記載の燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置において、燃料の温度を検出する燃料温度センサを具備し、制御手段は、燃料温度センサにより検出された燃料の温度により燃料フィルタの目詰り度を補正する機能を備えたものである。
請求項3に記載された発明は、エンジンが搭載された機体と、この機体に搭載された作業装置と、上記エンジンに燃料を供給する燃料供給回路に設けられた請求項1または2記載の燃料フィルタ目詰り検出装置とを具備した作業機械である。
請求項1記載の発明によれば、制御手段が、大気圧センサで検出された大気圧とフィルタ出口圧センサで検出された燃料フィルタの出口側圧力との差圧を演算して、この差圧から燃料フィルタの目詰り度を求め、この目詰り度が閾値を超えた場合は警告信号を出力する機能を備えたので、高度が変化しても燃料フィルタの目詰り状態を正確に判断でき、フィルタ交換の適切な時期を正確に把握できる。
請求項2記載の発明によれば、制御手段が、請求項1の機能に加えて、燃料温度センサにより検出された燃料の温度により燃料フィルタの目詰り度を補正する機能を備えたので、高度および燃料の温度が変化しても燃料フィルタの目詰り状態を正確に判断でき、フィルタ交換の適切な時期を正確に把握できる。
請求項3記載の発明によれば、少なくとも作業機械が位置する高度が変化しても燃料フィルタの目詰り状態を正確に判断できるので、海抜の低い場所から海抜の高い高地にわたる広範囲の現場において、適正なタイミングでフィルタ交換を行なうことができる。
以下、本発明を、図1乃至図4に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。
図4に示されるように、作業機械としての油圧ショベル11は、下部走行体12に旋回部13を介して上部旋回体14が旋回可能に設けられ、これらの下部走行体12、旋回部13および上部旋回体14により機体15を形成している。上部旋回体14の後部上にはエンジン16およびこのエンジン16により駆動される油圧ポンプおよび燃料ポンプ(これらのポンプは図1に示されない)が搭載されているとともに、上部旋回体14の前部上には作業装置17およびキャブ18が搭載されている。
図1は、上記エンジン16に燃料を供給する燃料供給回路21を示し、この燃料供給回路21は、大気に連通された状態で燃料Fを貯留した燃料タンク22と、この燃料タンク22内から供給される燃料Fを濾過する燃料フィルタ23と、この燃料フィルタ23を経た燃料Fをエンジン16に加圧供給する燃料ポンプ24とを備えている。
この燃料ポンプ24は、低圧ポンプ、高圧ポンプ、およびこれらのポンプ間に設けられたメインの燃料フィルタなどを有しており、さらに、この燃料ポンプ24(高圧ポンプ)から吐出された燃料Fは、コモンレール25を介して複数の燃料噴射器(インジェクタ)26に分配され、各燃料噴射器26からそれぞれのタイミングでエンジン16内の各燃焼室に噴射される。
燃料ポンプ24、コモンレール25および各燃料噴射器26から排出された余剰燃料は、戻り通路27により燃料タンク22に戻される。
このような燃料供給回路21において、燃料フィルタ23の目詰りを検出して警告する燃料フィルタ目詰り検出装置31が設けられている。
この燃料フィルタ目詰り検出装置31は、例えばインテーク・マニホールドに設置されたエンジンコアセンサなどの、大気圧P1を検出する大気圧センサ32と、上記燃料フィルタ23の出口側に設けられ燃料フィルタ23の出口側圧力P2を検出するフィルタ出口圧センサ33と、上記大気圧センサ32で検出された大気圧P1と上記フィルタ出口圧センサ33で検出された燃料フィルタ23の出口側圧力P2との差圧ΔPを演算して、この差圧ΔPから燃料フィルタ23の目詰り度を求め、この目詰り度が閾値を超えた場合は警告ブザー、警告ランプまたはモニタなどの警告手段34に警告信号を出力する機能を備えた電子制御モジュール(ECM)などの制御手段35とを具備している。
制御手段35は、エンジン回転数センサ36によりエンジン回転速度を検出しながら、アクセルダイヤル(図示せず)で設定された目標エンジン回転数などに基づき、燃料噴射器26の燃料噴射タイミングおよび噴射量などを制御する本来機能を備えている。制御手段35は、燃料ポンプ24を制御して燃料ポンプ流量を調整する機能も備えている。
上記燃料フィルタ23の出口側には、燃料Fの温度tを検出する燃料温度センサ37が設けられ、この燃料温度センサ37は上記制御手段35に接続され、この制御手段35は、上記機能に加えて、燃料温度センサ37により検出された燃料Fの温度tにより燃料フィルタ23の目詰り度を補正する機能を備え、燃料Fの粘度が温度tの上昇により低下する温度依存性を補償する機能がある。
すなわち、図2に示される特性図のように、制御手段35のメモリには、特定の燃料ポンプ流量における、大気圧P1と燃料フィルタ23の出口側圧力P2との差圧ΔPに対する燃料フィルタ23の目詰り度Dの関係が、燃料Fの温度tごとに、マッピングまたは数式により格納されている。
図2において、差圧ΔPが同一であっても、例えば燃料Fの温度tが低温(t1)の場合より高温(t2)の場合の方が、温度上昇分だけ燃料Fの粘度が低下し、燃料Fが燃料フィルタ23を通過し易くなっている分、燃料目詰り状態は、より進行しているので、燃料フィルタ23の目詰り度Dはより高く判定される。
なお、図2は、エンジン始動から特定時間経過後の無負荷状態での特定の目標エンジン回転数(アクセルダイヤル値)における、すなわち特定の燃料ポンプ流量における差圧ΔP−目詰り度Dの特性であるが、異なる燃料ポンプ流量ごとに図2に示された差圧ΔP−目詰り度Dの特性を予め測定して制御手段35のメモリに格納しておくことにより、任意の燃料ポンプ流量において差圧ΔPと温度tから目詰り度Dを求めることができる。要するに、制御手段35は、燃料ポンプ24を制御する信号から燃料ポンプ流量を常に把握しているので、閾値を燃料ポンプ流量で補正することもできる。
次に、図3に示されたフローチャートに基づき、制御手段35にプログラムされた制御手順を説明する。なお、このプログラムは、一定の燃料ポンプ流量を用いてフィルタ目詰り度をチェックするため、無負荷状態で特定の目標エンジン回転数(アクセルダイヤル値)において実行されるものとする。
(ステップS1)
エンジンキーがオン位置に操作されたか否かを判断する。
エンジンキーがオン位置に操作されたか否かを判断する。
(ステップS2)
キーオン操作により、大気圧センサ32によって検出された大気圧P1を読み込む。
キーオン操作により、大気圧センサ32によって検出された大気圧P1を読み込む。
(ステップS3)
エンジンキーがオン位置からスタート位置に操作されてエンジン16が始動し、T1秒(数秒〜数十秒)経過したか否かを判断する。
エンジンキーがオン位置からスタート位置に操作されてエンジン16が始動し、T1秒(数秒〜数十秒)経過したか否かを判断する。
(ステップS4)
エンジン始動からT1秒経過後は、燃料フィルタ23の出口側に設けられた燃料温度センサ37により燃料タンク22内の燃料Fの温度tを検出できるので、その燃料Fの温度tを読み込む。
エンジン始動からT1秒経過後は、燃料フィルタ23の出口側に設けられた燃料温度センサ37により燃料タンク22内の燃料Fの温度tを検出できるので、その燃料Fの温度tを読み込む。
(ステップS5)
燃料Fの温度tが基準温度to℃以上か否かを判断する。
燃料Fの温度tが基準温度to℃以上か否かを判断する。
(ステップS6)
エンジン16が始動してからT2秒(数百秒)経過したか否かを判断する。
エンジン16が始動してからT2秒(数百秒)経過したか否かを判断する。
(ステップS7)
ステップS5およびS6の判断をクリアすることで、燃料フィルタ23の出口側圧力P2が安定する状態を待ち、その燃料フィルタ23の出口側圧力P2を読み込む。
ステップS5およびS6の判断をクリアすることで、燃料フィルタ23の出口側圧力P2が安定する状態を待ち、その燃料フィルタ23の出口側圧力P2を読み込む。
(ステップS8)
大気圧P1と燃料フィルタ23の出口側圧力P2との差圧ΔP(=P1−P2)を演算する。
大気圧P1と燃料フィルタ23の出口側圧力P2との差圧ΔP(=P1−P2)を演算する。
(ステップS9)
差圧ΔPと燃料Fの温度tから、制御手段35のメモリに格納された図2の関係より、燃料フィルタ23の目詰り度Dを求める。
差圧ΔPと燃料Fの温度tから、制御手段35のメモリに格納された図2の関係より、燃料フィルタ23の目詰り度Dを求める。
(ステップS10)
この目詰り度Dが、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する。
この目詰り度Dが、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する。
(ステップS11)
目詰り度Dが閾値より大きい場合は、警告用の信号を出力し、警告ブザー、警告ランプまたはモニタなどの警告手段34を作動させ、オペレータなどに燃料フィルタ23を交換する時期にきていることを報せる。
目詰り度Dが閾値より大きい場合は、警告用の信号を出力し、警告ブザー、警告ランプまたはモニタなどの警告手段34を作動させ、オペレータなどに燃料フィルタ23を交換する時期にきていることを報せる。
次に、図示された実施の形態の作用効果を説明する。
図4に示された油圧ショベル11は、海抜0mの低い場所から海抜5500mの高地にわたる広範囲の現場で用いられる可能性がある。
海抜0mと海抜5500mとで大気圧は50kPaも変化するが、大気圧P1と燃料フィルタ23の出口側圧力P2との差圧ΔPから目詰り度Dを求める手法は、予め大気圧P1をパラメータとして作成された特性を利用しているので、高度の変化の影響(圧力差50kPa)にも対応できる。
よって、制御手段35は、大気圧センサ32で検出された大気圧P1とフィルタ出口圧センサ33で検出された燃料フィルタ23の出口側圧力P2との差圧ΔPを演算し、この差圧ΔPから燃料フィルタ23の目詰り度Dを求め、この目詰り度Dが閾値を超えた場合は警告信号を警告手段34に出力する機能を備えたので、高度が変化しても燃料フィルタ23の目詰り状態を正確に判断でき、要するに大気圧P1の変化を補償しつつ、フィルタ交換の適切な時期を正確に把握できる。
また、異なる燃料ポンプ流量Qごとに、図2に示された差圧ΔP−目詰り度Dの特性を予め測定して制御手段35のメモリにマッピングしておくことにより、燃料ポンプ24を制御する信号から燃料ポンプ流量Qを常に把握している制御手段35は、燃料ポンプ流量Qが変化しても、その変化した流量における差圧ΔPと温度tから目詰り度Dを求めることができ、要するに燃料ポンプ流量Qの変化を補償しつつ、フィルタ交換の適切な時期を正確に把握できる。
さらに、各温度で燃料Fの粘性による差圧変化を考慮して図2に示されるようにマッピングされたメモリを備えた制御手段35は、上記大気圧P1の変化を補償する機能に加えて、燃料温度センサ37により検出された燃料Fの温度tにより燃料フィルタ23の目詰り度を補正する機能を備えたので、燃料Fの温度tが変化しても、この温度変化の影響を受けずに燃料フィルタ23の目詰り状態を正確に判断でき、要するに燃料Fの温度変化を補償しつつ、フィルタ交換の適切な時期を正確に把握できる。
このように、作業機械が位置する高度や燃料温度などが変化しても燃料フィルタ23の目詰り状態を正確に判断できるので、海抜の低い場所から海抜の高い高地にわたる広範囲の現場において、あるいは寒冷地域または時期から温暖地域または時期にわたる広範囲の現場において、適正なタイミングでフィルタ交換を行なうことができる。
本発明は、燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置や、この目詰り検出装置を備えた作業機械を製造、販売などしている事業者にとって、産業上の利用可能性がある。
11 作業機械としての油圧ショベル
15 機体
16 エンジン
17 作業装置
21 燃料供給回路
22 燃料タンク
23 燃料フィルタ
24 燃料ポンプ
31 燃料フィルタ目詰り検出装置
32 大気圧センサ
33 フィルタ出口圧センサ
35 制御手段
37 燃料温度センサ
F 燃料
P1 大気圧
P2 燃料フィルタの出口側圧力
ΔP 差圧
D 目詰り度
t 燃料の温度
15 機体
16 エンジン
17 作業装置
21 燃料供給回路
22 燃料タンク
23 燃料フィルタ
24 燃料ポンプ
31 燃料フィルタ目詰り検出装置
32 大気圧センサ
33 フィルタ出口圧センサ
35 制御手段
37 燃料温度センサ
F 燃料
P1 大気圧
P2 燃料フィルタの出口側圧力
ΔP 差圧
D 目詰り度
t 燃料の温度
Claims (3)
- 燃料を貯留した燃料タンクと、
この燃料タンク内から供給される燃料を濾過する燃料フィルタと、
この燃料フィルタを経た燃料をエンジンに加圧供給する燃料ポンプとを備えた燃料供給回路において、
大気圧を検出する大気圧センサと、
上記燃料フィルタの出口側に設けられ燃料フィルタの出口側圧力を検出するフィルタ出口圧センサと、
上記大気圧センサで検出された大気圧と上記フィルタ出口圧センサで検出された燃料フィルタの出口側圧力との差圧を演算して、この差圧から燃料フィルタの目詰り度を求め、この目詰り度が閾値を超えた場合は警告信号を出力する機能を備えた制御手段と
を具備したことを特徴とする燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置。 - 燃料の温度を検出する燃料温度センサを具備し、
制御手段は、
燃料温度センサにより検出された燃料の温度により燃料フィルタの目詰り度を補正する機能を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の燃料供給回路における燃料フィルタ目詰り検出装置。 - エンジンが搭載された機体と、
この機体に搭載された作業装置と、
上記エンジンに燃料を供給する燃料供給回路に設けられた請求項1または2記載の燃料フィルタ目詰り検出装置と
を具備したことを特徴とする作業機械。
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