JP2016053307A

JP2016053307A - 液圧ポンプの故障診断装置

Info

Publication number: JP2016053307A
Application number: JP2014178392A
Authority: JP
Inventors: 友近　信行; Nobuyuki Tomochika; 信行友近; 拓也山近; Takuya Yamachika; 英喜吉原; Hideki Yoshihara
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-04-14
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: JP6342266B2

Abstract

【課題】コストが高くなることを抑止しつつ吐出量に基づいた故障の診断が可能となる液圧ポンプの故障診断装置を提供する。
【解決手段】回転体２ａの回転に伴って作動油を吐出する液圧ポンプ２の故障診断装置Ｘ１は、液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値を検出する圧力センサ１０と、回転体２ａの単位時間あたりの回転数を検出する速度センサ２０および回転数算出部４１と、作動油の圧力値と回転体２ａの単位時間あたりの回転数と吐出量に関する未知パラメータαとの関係を表すモデル式（Ｘ）を記憶する記憶部４２と、記憶部４２に記憶されたモデル式（Ｘ）を用いて、作動油の圧力値および回転体２ａの単位時間あたりの回転数から未知パラメータα_ｉを算出する未知パラメータ算出部４３と、既知パラメータα_０に対する未知パラメータα_ｉの減少度合いを算出する吐出量変化度算出部４５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液圧ポンプの故障診断装置に関する。

従来、液圧ポンプの故障を診断する故障診断装置として、特許文献１の故障診断装置が知られている。特許文献１の故障診断装置は、油圧ポンプのケーシング内の圧力を検出する内圧検出手段と、油圧ポンプに作動油を供給するタンク内の圧力を検出するタンク圧検出手段と、を備えている。この故障診断装置では、内圧検出手段によって検出された油圧ポンプのケーシング内の圧力からタンク圧検出手段によって検出されたタンク内の圧力を減じた差圧を基準圧値と比較することにより、油圧ポンプの故障が診断される。

特開２０１３−１６０１５７号公報

上記のとおり、特許文献１の故障診断装置は、所定の回転速度における油圧ポンプのケーシング内の圧力からタンク内の圧力を減じた差圧と基準圧値との差から、油圧ポンプの故障を診断する。このような故障の診断結果は、油圧ポンプのケーシング内の圧力のみならず、タンク内の圧力にも依存するものである。このため、油圧ポンプに実際に故障が発生していない場合であっても、例えばタンク圧検出手段に故障が発生すると、前記差圧と基準圧との差が大きくなり、これにより誤って油圧ポンプに故障が発生していると診断してしまう可能性がある。このような誤診断を抑止するためには、油圧ポンプによる作動油の吐出量に基づいて当該油圧ポンプの故障を診断することが考えられるが、前記作動油の吐出量を測定するためには、例えば油圧ポンプに流量計を取り付ける必要があり、コストが高くなってしまう。

本発明は、上記の観点からなされたものであり、その目的は、コストが高くなることを抑止しつつ吐出量の変化度合いに基づく故障の診断が可能な液圧ポンプの故障診断装置に関する。

本発明は、回転体を有するとともに当該回転体の回転に伴って液体を吐出する液圧ポンプの故障診断装置であって、前記回転体の回転中に前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段によって液体の圧力値が検出される際における前前記回転体の単位時間あたりの回転数を検出する回転数検出手段と、前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値と、前記回転体の単位時間あたりの回転数と、前記液圧ポンプの液体の吐出量に関する未知パラメータと、の関係を表すモデル式を記憶する記憶手段と、前記記憶部に記憶された前記モデル式を用いて、前記圧力検出手段によって検出された液体の圧力値および前記回転数検出手段によって検出された前記回転体の単位時間あたりの回転数から前記未知パラメータを算出する未知パラメータ算出手段と、前記未知パラメータ算出手段によって前記未知パラメータが算出される以前に算出された前記液圧ポンプの液体の吐出量に関する既知パラメータに対する前記未知パラメータ算出手段によって算出された前記未知パラメータの減少度合いを算出する吐出量変化度算出手段と、を備える。

上記の液圧ポンプの故障診断装置では、液圧ポンプにおける液体の吐出量を測定せずとも、液圧ポンプから吐出される液体の圧力値およびこれに対応する回転体の単位時間あたりの回転数によって、液体の吐出量に基づいた液圧ポンプの故障診断が可能となる。具体的には、液圧ポンプから吐出される液体の圧力値と当該液圧ポンプの回転体の単位時間あたり回転速度との関係は、液圧ポンプの液体の吐出量に関する未知パラメータを含むモデル式にて表すことができる。そして、前記モデル式に対して、圧力検出手段により検出された圧力値とこれに対応して回転数検出手段により検出された単位時間あたりの回転数とを代入することにより、前記未知パラメータが算出される。そして、未知パラメータの算出前に算出された既知パラメータに対する当該未知パラメータの減少度合いが算出される。ここで、既知パラメータとは、未知パラメータと同様の方法にて過去に算出された液圧ポンプの液体の吐出量に関するパラメータである。上記の液圧ポンプの故障診断装置では、既知パラメータに対する未知パラメータの減少度合いが算出されることにより、既知パラメータが算出された時点における液圧ポンプの吐出量に対する未知パラメータが算出された時点における液圧ポンプの吐出量の減少度合いが明らかとなる。このように、上記の液圧ポンプの故障診断装置では、圧力検出手段により検出された圧力値とこれに対応して回転数検出手段により検出された単位時間あたりの回転数とに基づいて、液圧ポンプの吐出量の減少度合いが算出され、当該減少度合いから液圧ポンプの故障が診断される。このため、例えば流量計等を設けることによりコストが高くなることを抑止しつつ、液圧ポンプの吐出量に基づいた当該液圧ポンプの故障の診断が可能となる。

前記吐出量変化度算出手段は、前記既知パラメータに対する前記未知パラメータの減少度合いとして、前記未知パラメータと前記既知パラメータとの比率を算出することが好ましい。

上記の液圧ポンプの故障診断装置では、既知パラメータに対する未知パラメータの減少度合いを表す指標として、未知パラメータと既知パラメータとの比率を採用している。すなわち、上記の液圧ポンプの故障診断装置では、液圧ポンプにおける液体の吐出量変化比率に基づいて当該液圧ポンプの故障の診断を行うことになり、精度の高い診断が可能となる。

本発明に係る液圧ポンプの故障診断装置は、前記液圧ポンプから吐出される液体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した液体の温度によって前記未知パラメータを補正する補正手段と、をさらに備えることが好ましい。

液圧ポンプにおける液体の吐出量は、当該液体の動粘度に依存して変化する。そして、前記動粘度は、液体の温度に依存して変化するものである。すなわち、モデル式における未知パラメータは、液圧ポンプから吐出される液体の温度に依存するものである。

上記の液圧ポンプの故障診断装置では、未知パラメータの算出時における液体の温度が既知パラメータの算出時とは異なる場合であっても、当該温度によってモデル式の未知パラメータを補正することにより、液体の吐出量の減少度合いを正確に算出することができる。

本発明に係る液圧ポンプの故障診断装置は、前記吐出量変化度算出手段により算出された前記既知パラメータに対する前記未知パラメータの減少度合いが所定の閾値を超えているか否かを判定する判定手段をさらに備えることが好ましい。

上記の液圧ポンプの故障診断装置では、液圧ポンプにおける液体の吐出量の減少度合いが所定の閾値を超えているか否かを判定し、当該判定結果から液圧ポンプの故障の有無を判断することができる。

前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値をＰ、前記回転体の単位時間あたりの回転数をＮ、前記液圧ポンプの液体の吐出量に関する未知パラメータをαとするとき、前記モデル式は、Ｐ＝αＮ^１／ｎ＋Ｐ_０にて表され、前記未知パラメータ算出手段は、前記モデル式に対して、互いに異なる３つ以上の前記回転体の単位時間あたりの回転数と、当該各回転数に対応する前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値と、をそれぞれ代入することにより、前記α、Ｐ_０およびｎを算出するとともに、前記モデル式が線形に近似されるように前記ｎの値を補正することが好ましい。

上記の液圧ポンプの故障診断装置では、圧力検出手段および回転数検出手段によって、互いに異なる３つ以上の回転数と当該各回転数に対応する液体の圧力値とを検出し、それぞれの値をモデル式に代入することによって、前記モデル式を線形に近似しつつ未知パラメータを算出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、コストが高くなることを抑止しつつ吐出量に基づいた故障の診断が可能となる液圧ポンプの故障診断装置が提供される。

本実施形態に係る液圧ポンプの故障診断装置および油圧回路を示す概略構成図である。本実施形態に係る液圧ポンプの故障診断装置の動作手順を示すフローチャート図である。本実施形態に係る液圧ポンプにおける圧力値と回転数との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部のうち、本実施形態を説明するために必要な主要部を簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る液圧ポンプの故障診断装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部を備え得る。

図１は、本実施形態に係る液圧ポンプの故障診断装置Ｘ１を示す。この故障診断装置Ｘ１は、油圧回路Ｙ１に含まれる液圧ポンプ２の故障診断に適用される。

油圧回路Ｙ１は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載され、作動油によって当該建設機械の構成部材を作動させる役割を果たす。油圧回路Ｙ１は、作動油を吐出する前記液圧ポンプ２と、液圧ポンプ２を駆動するエンジン等の駆動源３と、作動油の循環路となる第１〜第３油圧配管４ａ〜４ｃと、作動油を貯留する油タンク５と、作動油の供給を受けて伸縮する液圧シリンダ６と、コントロールバルブ７と、を有している。

液圧ポンプ２は、作動油を液圧シリンダ６へと吐出する役割を有する。具体的には、液圧ポンプ２は、第１油圧配管４ａを介して油タンク５に繋がっている。また、液圧ポンプ２は、第２油圧配管４ｂを介して液圧シリンダ６に繋がっている。そして、液圧ポンプ２は、駆動源３の出力軸に接続されており、当該駆動源３が液圧ポンプ２を駆動する。

油タンク５から第１油圧配管４ａを通じて液圧ポンプ２に吸入された作動油は、駆動源３によって駆動された当該液圧ポンプ２から第２油圧配管４ｂへ吐出される。そして、液圧ポンプ２から第２油圧配管４ｂへ吐出された作動油は、コントロールバルブ７を介して液圧シリンダ６に供給される。

前記液圧ポンプ２は、例えば複数のピストンと当該複数のピストンを保持する回転体２ａとを有する。液圧ポンプ２では、駆動源３からの駆動信号に応じて回転体２ａが回転するに際して、当該回転体２ａに保持された各ピストンが順次ピストン運動することにより、当該液圧ポンプ２から作動油が吐出される。

液圧シリンダ６は、例えば建設機械の構成部材を作動させる役割を有する。液圧シリンダ６は、ピストン部とシリンダ部とを有している。液圧シリンダ６は、コントロールバルブ７を介して第２油圧配管４ｂおよび第３油圧配管４ｃに接続されている。第２油圧配管４ｂから液圧シリンダ６に作動油が供給された場合、当該作動油は、コントロールバルブ７および第３油圧配管４ｃを介して油タンク５に送られる。

次に、図１を参照しながら、本実施形態に係る故障診断装置Ｘ１の構成について説明する。

故障診断装置Ｘ１は、作動油の圧力値を検出する圧力センサ１０と、液圧ポンプ２の回転速度を検出する速度センサ２０と、作動油の温度を検出する温度センサ３０と、各センサ１０，２０，３０の検出値から各種の演算を行う演算判定部４０と、演算判定部４０の演算結果から故障の判定を行う判定部４６と、を有している。

圧力センサ１０は、本発明に係る圧力検出手段に相当する部材である。圧力センサ１０は、液圧ポンプ２によって吐出される作動油の圧力値を検出する役割を有する。圧力センサ１０は、液圧ポンプ２の下流側に位置する第２油圧配管４ｂのうち液圧ポンプ２の近傍の部位に接続されており、これにより液圧ポンプ２の吐出圧としての圧力値を検出する。圧力センサ１０によって検出された作動油の圧力値情報は、演算判定部４０に送られる。

速度センサ２０は、液圧ポンプ２の回転体２ａの回転速度を検出する役割を有する。速度センサ２０は、例えば液圧ポンプ２と当該液圧ポンプ２の回転体２ａを回転させる駆動源３との接続点に接続される。速度センサ２０によって検出された液圧ポンプ２の回転体２ａの回転速度情報は、演算判定部４０に送られる。

温度センサ３０は、本発明に係る温度検出手段に相当する部材である。温度センサ３０は、液圧ポンプ２によって吐出される作動油の温度を検出する役割を有する。温度センサ３０は、例えば液圧ポンプ２に接続され、当該液圧ポンプ２内を通過する作動油の温度を検出する。温度センサ３０によって検出された作動油の温度情報は、演算判定部４０に送られる。なお、温度センサ３０は、例えば作動油の循環路における液圧ポンプ２の上流側または下流側に接続されてもよい。また、演算判定部４０が後述する補正部４４を有していない場合、温度センサ３０はなくともよい。

演算判定部４０は、圧力センサ１０によって検出された作動油の圧力値、速度センサ２０によって検出された回転体２ａの回転速度、および温度センサ３０によって検出された作動油の温度から、液圧ポンプ２の故障を診断するための各種の演算および判定を行う役割を有する。演算判定部４０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、あるいはＥＥＰＲＯＭ等によって構成される。

演算判定部４０は、回転数算出部４１と、記憶部４２と、未知パラメータ算出部４３と、補正部４４と、吐出量変化度算出部４５と、判定部４６と、を機能的に有している。

回転数算出部４１は、圧力センサ１０が圧力値を検出した際における液圧ポンプ２の単位時間あたりの回転数を演算する。回転数算出部４１には、圧力センサ１０から圧力値の検出信号が送られるとともに、速度センサ２０から液圧ポンプ２の回転速度情報が送られる。圧力センサ１０から前記圧力値の検出信号を受けた回転数算出部４１は、速度センサ２０から受けた回転速度情報から、前記圧力値の検出信号を受けた際の液圧ポンプ２の単位時間あたりの回転数を算出する。回転数算出部４１は、前記算出した回転数の情報を未知パラメータ算出部４３に送る。

本実施形態では、上記のとおり速度センサ２０および回転数算出部４１によって液圧ポンプ２の単位時間当たりの回転数が算出されるため、当該速度センサ２０および回転数算出部４１が本発明に係る回転数検出手段に相当する。

記憶部４２は、未知パラメータ算出部４３、補正部４４、吐出量変化度算出部４５、および判定部５０における各種の演算および判定に必要な情報を記憶する。

未知パラメータ算出部４３は、記憶部４２に記憶されたモデル式を参照し、当該モデル式における未知パラメータを算出する。記憶部４２には、液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値と、液圧ポンプ２の回転体２ａの単位時間あたりの回転数と、液圧ポンプ２の作動油の吐出量に関する未知パラメータと、の関係を表すモデル式が記憶される。未知パラメータ算出部４３は、記憶部４２に記憶された前記モデル式を参照し、当該モデル式に対して圧力センサ１０から受けた作動油の圧力値と回転数算出部４１から受けた回転体２ａの単位時間あたりの回転数とを代入することにより、未知パラメータを算出する。

補正部４４は、温度センサ３０から受けた作動油の温度情報に基づいて、未知パラメータ算出部４３により算出された未知パラメータを補正する。記憶部４２には、後述する既知パラメータ算出時において液圧ポンプ２から吐出される作動油の温度情報が記憶される。補正部４４は、記憶部４２に記憶された前記温度情報を参照し、当該記憶された温度情報と温度センサ３０から受けた前記温度情報とを比較する。そして、両者の温度差が大きい場合には、未知パラメータ算出部４３により算出された未知パラメータを補正する。

吐出量変化度算出部４５は、記憶部４２に記憶された既知パラメータを参照し、当該既知パラメータと未知パラメータとの比率を算出する。記憶部４２には、液圧ポンプ２における作動油の吐出量に関する既知パラメータが記憶されている。この既知パラメータは、未知パラメータを算出する以前に当該未知パラメータの算出方法と同様の方法にて算出されたパラメータである。既知パラメータは、例えば液圧ポンプ２の出荷時、あるいは出荷後に当該液圧ポンプ２をはじめて駆動させる時点において算出される。そして、吐出量変化度算出部４５は、記憶部４２に記憶された既知パラメータと未知パラメータ算出部４３により算出された未知パラメータまたは当該未知パラメータの補正値との比率を算出する。ここで、未知パラメータおよび既知パラメータは、液圧ポンプ２における作動油の吐出量に関する同じパラメータであるため、前記比率は液圧ポンプ２における作動油の吐出量変化比率に相当する。

なお、本実施形態では、吐出量変化度算出部４５は既知パラメータと未知パラメータとの比率を算出するものであったが、これに限らず、既知パラメータに対する未知パラメータの減少度合いを算出するものであればよい。例えば、吐出量変化度算出部４５は、既知パラメータから未知パラメータを減ずることにより前記減少度合いを算出するものであってもよい。

判定部４６は、吐出量変化度算出部４５によって算出された吐出量変化比率から液圧ポンプ２の故障の有無を判定する役割を有する。具体的には、判定部４６は、吐出量変化度算出部４５から送られた前記吐出量変化比率を記憶部４２に記憶された所定の閾値と比較し、前記吐出量変化比率が所定の閾値以上である場合に、液圧ポンプ２に故障有りと判定する。

なお、回転数算出部４１、記憶部４２、未知パラメータ算出部４３、補正部４４、吐出量変化度算出部４５、および判定部４６のそれぞれに相当する機能は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、ハードウェアによって実現されてもよい。また、回転数算出部４１、記憶部４２、未知パラメータ算出部４３、補正部４４、吐出量変化度算出部４５、および判定部４６のそれぞれに相当する機能は、個別の機能部品によって実現されてもよいし、共通の機能部品によって実現されてもよい。

ここで、図２を参照しながら、故障診断装置Ｘ１の動作手順について詳細に説明する。

駆動源３が液圧ポンプ２を駆動すると、液圧ポンプ２の回転体２ａの回転に応じて当該液圧ポンプ２から第２油圧配管４ｂへと作動油が吐出される。圧力センサ１０は、液圧ポンプ２から第２油圧配管４ｂへと吐出された作動油の圧力値を検出する。また、速度センサ２０は、液圧ポンプ２の回転体２ａの回転速度を検出する。演算判定部４０は、圧力センサ１０から作動油の圧力値情報を受け付けるとともに、速度センサ２０から回転体２ａの回転速度情報を受け付ける（Ｏｐ１）。そして、回転数算出部４１は、演算判定部４０が受け付けた液圧ポンプ２の回転速度情報から、圧力センサ１０が作動油の圧力値を検出した際の回転体２ａの単位時間あたりの回転数を算出する（Ｏｐ２）。これにより、回転体２ａの単位時間あたりの回転数と当該回転数に対応して液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値とが求まる。

本実施形態では、互いに異なる２つ以上の前記回転数と当該各回転数に対応する前記圧力値とを求める。このとき、液圧ポンプ２は、無負荷状態とするとともに、傾倒を固定する。このように互いに異なる２つ以上の前記回転数と当該各回転数に対応する前記圧力値とを求めることにより、後述する未知パラメータ算出部４３において未知パラメータαを算出することができるようになる。

なお、上記のとおり互いに異なる２つ以上の前記回転数と当該各回転数に対応する前記圧力値とを求めるに際して、液圧ポンプ２が吐出する作動油の温度は、できるだけ変化させないことが好ましい。

次に、未知パラメータ算出部４３は、記憶部４２に記憶されたモデル式を用いて当該モデル式の未知パラメータを算出する。

具体的には、まず、液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値と液圧ポンプ２の回転体２ａの単位時間あたりの回転数との関係は、下記の数式によって表すことができる。

ここで、上記の数式におけるｑは、回転体２ａの１回転あたりに液圧ポンプ２から吐出される作動油の流量である。Ｎは、回転体２ａの単位時間あたりの回転数である。Ｃは、流出係数であって、作動油の動粘度に関する関数である。作動油の動粘度は、当該作動油の温度に応じて変化する。Ａは、作動油が通過する面積に関する係数である。なお、本実施形態では、係数Ａは常に一定の値となる。Ｐは、液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値である。Ｐ_０は、作動油の循環路のうち圧力センサ１０が接続される部位よりも下流側に位置する所定の部位における圧力値の推定値である。ｎは、例えば液圧ポンプ２の機種ごとに複数の実験データをとることによって予め求められる既知の値である。ｎの値は、例えば０．５〜１．０に設定される。なお、回転数Ｎの１／ｎ乗と圧力値Ｐとの関係が線形となるようにｎの値を補正してもよい。この場合、Ｏｐ１およびＯｐ２において、互いに異なる３つ以上の回転数と当該各回転数に対応する圧力値とを求める必要がある。

ここで、上記の数式を変形すると、圧力値Ｐと回転数Ｎとの関係は、傾きα^１／ｎで且つ切片がＰ_０の一次関数である下記のモデル式（Ｘ）にて表される。

記憶部４２は、上記のモデル式（Ｘ）を記憶している。このモデル式（Ｘ）におけるαは、未知パラメータ算出部４３により算出される未知パラメータである。未知パラメータ算出部４３は、記憶部４２に記憶された上記のモデル式（Ｘ）を参照し、当該モデル式（Ｘ）の圧力値Ｐに圧力センサ１０から受け付けた圧力値を代入するとともに、回転数Ｎに回転数算出部４１により算出された回転数を代入することにより、未知パラメータαおよびＰ_０を算出する。なお、圧力値Ｐおよび回転数Ｎは、圧力センサ１０および速度センサ２０において検出される瞬時の値でなくともよい。例えば、圧力値Ｐは、各回転数Ｎにおける所定期間内に圧力センサ１０が検出した圧力値の平均値であってもよい。圧力値Ｐとして前記平均値を採用すると、外乱あるいはノイズの影響を低減することができ、これにより未知パラメータαおよびＰ_０を正確に算出することができる。

温度センサ３０は、液圧ポンプ２内を通過する作動油の温度を検出する。なお、例えば回転体２ａを単位時間あたりＮ回の回転数にてＳ秒間回転させ、当該回転中において圧力センサ１０が複数点の圧力値を検出する場合には、前記Ｓ秒間において温度センサ３０が検出した作動油の温度の平均値を求める。そして、前記温度の平均値を回転体２ａの回転数ごとに求め、これをさらに平均した値を作動油の正味の温度とすることができる。

演算判定部４０は、温度センサ３０から作動油の温度情報を受け付ける（Ｏｐ４）。そして、補正部４４は、演算判定部４０が受け付けた前記温度情報から、作動油の温度が所定の範囲内にあるか否かを判定する（Ｏｐ５）。

ここで、未知パラメータαは、作動油の吐出量ｑと係数Ａおよび流出係数Ｃとによって表されるパラメータである。後述する吐出量変化度算出部４５では、ある時点において未知パラメータ算出部４３に算出された未知パラメータα_ｉと当該未知パラメータα_ｉが算出される以前において同様の方法で算出された既知パラメータα_０との比率から、液圧ポンプ２から吐出される作動油の吐出量変化比率を求めることになる。ここで、未知パラメータαにおける流出係数Ｃは、作動油の動粘度に関する関数であって、当該動粘度は作動油の温度によって変化する。このため、未知パラメータα_ｉが算出された時点における作動油の温度Ｔ_ｉと既知パラメータα_０が算出された時点における作動油の温度Ｔ_０との差が大きい場合、流出係数Ｃ_ｉと流出係数Ｃ_０との差が大きくなる。このため、仮にＣ_ｉ＝Ｃ_０と近似して未知パラメータα_ｉと既知パラメータα_０との比率を算出した場合、当該比率は作動油の吐出量変化比率を正しく表していないことになる。

そこで、本実施形態では、補正部４４は、未知パラメータα_ｉが算出された時点における作動油の温度Ｔ_ｉと既知パラメータα_０が算出された時点における作動油の温度Ｔ_０との差の絶対値が所定値以下である場合に（Ｏｐ５にてＹＥＳ）、Ｃ_ｉ＝Ｃ_０と近似する。一方、補正部４４は、未知パラメータα_ｉが算出された時点における作動油の温度Ｔ_ｉと既知パラメータα_０が算出された時点における作動油の温度Ｔ_０との差の絶対値が所定値を超える場合に（Ｏｐ５にてＮＯ）、未知パラメータαを補正する（Ｏｐ７）。この補正方法は以下のとおりである。

流出係数Ｃと作動油の動粘度νとの関係は、例えば下記の数式（Ｙ）にて表される。

なお、上記の数式（Ｙ）におけるａおよびｂは、事前に算出された実験データから求まる既知の値である。

また、作動油の動粘度νと当該作動油の温度Ｔとの関係は、例えば、Ｗａｌｔｈｅｒの実験式として知られる下記の数式（Ｚ）にて表される。

なお、上記の数式（Ｚ）におけるＢおよびＤは、作動油によって決まる定数である。なお、定数Ｂおよび定数Ｄは、実験データから事前に算出してもよい。

補正部４４は、Ｏｐ５にてＮＯと判定した場合に、既知パラメータα_０が算出された時点における作動油の温度Ｔ_０を数式（Ｚ）に代入することで動粘度ν_０を算出するとともに、当該動粘度ν_０を数式（Ｙ）に代入することで流出係数Ｃ_０を算出する。既知パラメータα_０および温度Ｔ_０は、いずれも記憶部４２に記憶されている。なお、この記憶部４２には、流出係数Ｃ_０が直接記憶されていてもよい。また、未知パラメータα_ｉが算出された時点における作動油の温度Ｔ_ｉを数式（Ｚ）に代入することで動粘度ν_０ｉを算出するとともに、当該動粘度ν_ｉを数式（Ｙ）に代入することで流出係数Ｃ_ｉを算出する。このようにして算出した流出係数Ｃ_ｉより、未知パラメータαの補正を行う（Ｏｐ７）。

次に、吐出量変化度算出部４５は、未知パラメータ算出部４３により算出された未知パラメータα_ｉと、当該未知パラメータα_ｉが算出される以前に同様の方法にて算出された既知パラメータα_０との比率から、液圧ポンプ２における作動油の吐出量変化比率を算出する（Ｏｐ６）。

具体的には、未知パラメータα_ｉが算出された時点における液圧ポンプ２の吐出量ｑ_ｉと既知パラメータα_０が算出された時点における液圧ポンプ２の吐出量ｑ_０との比率Ｊは、下記の数式にて表される。

上式では、吐出量ｑ_ｉの係数となる断面積Ａが吐出量ｑ_０の係数となる断面積Ａによって除されている。このため、比率Ｊは、断面積Ａを算出せずとも求めることができる。

ここで、Ｏｐ５にてＹＥＳと判定され、未知パラメータα_ｉの補正が行われなかった場合、Ｃ_ｉ＝Ｃ_０と近似される。これにより、吐出量ｑ_ｉと吐出量ｑ_０との比率Ｊは、下記の数式にて表される。

上式では、吐出量ｑ_ｉの流出係数Ｃ_ｉと近似される流出係数Ｃ_０が吐出量ｑ_０の流出係数Ｃ_０によって除されている。このため、比率Ｊは、流出係数Ｃを算出せずとも求めることができる。

このように、吐出量ｑ_ｉと吐出量ｑ_０との比率Ｊは、未知パラメータα_ｉと既知パラメータα_０との比率のｎ乗によって表される。吐出量変化度算出部４５は、上記の数式に未知パラメータα_ｉと既知パラメータα_０とを代入することにより、吐出量ｑ_ｉと吐出量ｑ_０との比率Ｊを算出する。これにより、液圧ポンプ２における作動油の吐出量変化比率が算出される。

なお、Ｏｐ５にてＮＯと判定された場合には、数式（Ｙ）および数式（Ｚ）により算出された流出係数Ｃ_０および流出係数Ｃ_ｉをそれぞれ吐出量ｑ_ｉと吐出量ｑ_０との比率Ｊに関する上式に代入することにより、当該比率Ｊを算出する。

次に、判定部４６は、吐出量変化度算出部４５が算出した前記吐出量変化比率に基づいて、当該吐出量変化比率が判定部４６に記憶された閾値以上であるか否かを判定する（Ｏｐ８）。

判定部４６において前記吐出量変化比率が閾値以上であると判定された場合（Ｏｐ８にてＹＥＳ）、当該判定部４６は、液圧ポンプ２に故障有りと判定し（Ｏｐ９）、当該判定結果を例えば液晶モニター等に表示する。また、判定部４６において前記吐出量変化比率が閾値以上でないと判定された場合（Ｏｐ８にてＮＯ）、当該判定部４６は、液圧ポンプ２に故障無しと判定し（Ｏｐ１０）、当該判定結果を例えば液晶モニター等に表示する。使用者は、例えば前記液晶モニター等に表示された判定結果を参照し、液圧ポンプ２の故障の有無を判断する。

なお、判定部４６はなくともよく、例えば図３に示すように、既知パラメータα_０が算出された時点におけるモデル式（Ｘ）を示すグラフＬ_０と未知パラメータα_ｉが算出された時点におけるモデル式（Ｘ）を示すグラフＬ_ｉとを前記液晶モニター等に表示してもよい。この場合、使用者は、グラフＬ_０に対するグラフＬ_ｉの傾きを確認することにより、液圧ポンプ２の故障の有無を判断する。また、吐出量ｑ_ｉと吐出量ｑ_０との比率Ｊを所定期間毎に求めることにより、当該比率Ｊの時系列変化を例えば前記液晶モニター等に表示してもよい。この場合、使用者は、比率Ｊの時系列変化を確認することにより、液圧ポンプ２の故障の有無を判断する。

また、上述した各種の計算は、例えば油圧回路Ｙ１が搭載される建設機械から離れた遠隔の地において行われてもよい。具体的には、圧力センサ１０、速度センサ２０、および温度センサ３０によって検出された各種のデータを遠隔の地へ送り、当該遠隔の地において比率Ｊを算出することにより使用者が液圧ポンプ２の故障の有無を判断してもよい。

このようにして、故障診断装置Ｘ１による液圧ポンプ２の故障診断が完了する。

以上のとおり、故障診断装置Ｘ１では、液圧ポンプ２における作動油の吐出量を測定せずとも、液圧ポンプ２から吐出される液体の圧力値およびこれに対応する回転体２ａの単位時間あたりの回転数によって、液体の吐出量に基づいた液圧ポンプ２の故障診断が可能となる。具体的には、故障診断装置Ｘ１では、圧力センサ１０により検出された圧力値とこれに対応して回転数算出部４１により算出された単位時間あたりの回転数とに基づいて、液圧ポンプ２における作動油の吐出量の減少度合いが算出され、当該減少度合いから液圧ポンプ２の故障が診断される。このため、例えば流量計等を設けることによりコストが高くなることを抑止しつつ、液圧ポンプ２の吐出量に基づいた当該液圧ポンプ２の故障の診断が可能となる。

さらに、故障診断装置Ｘ１では、既知パラメータα_０に対する未知パラメータα_ｉの減少度合いを表す指標として、当該未知パラメータα_ｉと既知パラメータα_０との比率を採用している。すなわち、故障診断装置Ｘ１では、液圧ポンプ２における液体の吐出量変化比率に基づいて当該液圧ポンプ２の故障の診断を行うことになり、精度の高い診断が可能となる。

さらに、故障診断装置Ｘ１では、吐出量ｑ_ｉと吐出量ｑ_０との比率Ｊを算出するに際して流出係数Ｃおよび断面積Ａを算出する必要がなく、これにより当該流出係数Ｃおよび断面積Ａの推定誤差の影響によって比率Ｊの算出精度が悪化することを抑止できる。具体的には、吐出量ｑは未知パラメータαに流出係数Ｃおよび断面積Ａを乗ずることにより求まるパラメータであり、吐出量ｑ_ｉから吐出量ｑ_０を除することにより比率Ｊを算出するに際して、流出係数Ｃおよび断面積Ａが約分されることになるため、比率Ｊを算出するために流出係数Ｃおよび断面積Ａを算出する必要がない。このように、故障診断装置Ｘ１では、既知パラメータα_０に対する未知パラメータα_ｉの減少度合いを表す指標として、比率Ｊを採用することにより、流出係数Ｃおよび断面積Ａを算出することなく液圧ポンプ２の吐出量変化を捉えることができる。

さらに、故障診断装置Ｘ１では、液圧ポンプ２の回転数Ｎと当該回転数Ｎにおいて液圧ポンプ２から吐出される作動油の圧力値Ｐとの関係を２点以上検出し、当該回転数Ｎと圧力値Ｐとの関係を示す式の傾きから吐出量ｑの変化比率Ｊを推定するため、圧力センサ１０の経時変化によって何らかのオフセットが乗ったような場合でも、その影響を受けることがない。

さらに、故障診断装置Ｘ１では、未知パラメータα_ｉの算出時における作動油の温度Ｔ_ｉが既知パラメータα_０の算出時の作動油の温度Ｔ_０とは異なる場合であっても、当該温度Ｔ_ｉに基づいて未知パラメータα_ｉを補正することにより、液圧ポンプ２における作動油の吐出量変化比率を正確に算出することができる。

さらに、故障診断装置Ｘ１では、判定部４６が液圧ポンプ２における作動油の吐出量変化比率が所定の閾値を超えているか否かを判定することにより、当該判定結果から液圧ポンプの故障の有無を判断することができる。

なお、本実施形態では、故障診断装置Ｘ１によって作動油を吐出する液圧ポンプ２の故障を診断する例について説明したが、これに限らない。故障診断装置Ｘ１は、作動油以外にも例えば温水等の液体を吐出する液圧ポンプの故障を診断することもできる。

Ｘ１液圧ポンプの故障診断装置
２液圧ポンプ
２ａ回転体
１０圧力センサ（圧力検出手段）
２０速度センサ
３０温度センサ（温度検出手段）
４０演算部
４１回転数算出部
４２記憶部（記憶手段）
４３未知パラメータ算出部（未知パラメータ算出手段）
４４補正部（補正手段）
４５吐出量変化度算出部（吐出量変化度算出手段）
５０判定部（判定手段）

Claims

回転体を有するとともに当該回転体の回転に伴って液体を吐出する液圧ポンプの故障診断装置であって、
前記回転体の回転中に前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段によって液体の圧力値が検出される際における前前記回転体の単位時間あたりの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値と、前記回転体の単位時間あたりの回転数と、前記液圧ポンプの液体の吐出量に関する未知パラメータと、の関係を表すモデル式を記憶する記憶手段と、
前記記憶部に記憶された前記モデル式を用いて、前記圧力検出手段によって検出された液体の圧力値および前記回転数検出手段によって検出された前記回転体の単位時間あたりの回転数から前記未知パラメータを算出する未知パラメータ算出手段と、
前記未知パラメータ算出手段によって前記未知パラメータが算出される以前に算出された前記液圧ポンプの液体の吐出量に関する既知パラメータに対する前記未知パラメータ算出手段によって算出された前記未知パラメータの減少度合いを算出する吐出量変化度算出手段と、を備える液圧ポンプの故障診断装置。
前記吐出量変化度算出手段は、前記既知パラメータに対する前記既未知パラメータの減少度合いとして、前記未知パラメータと前記既知パラメータとの比率を算出する、請求項１に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
前記液圧ポンプから吐出される液体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が検出した液体の温度によって前記未知パラメータを補正する補正手段と、をさらに備える請求項１または２に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
前記吐出量変化度算出手段により算出された前記既知パラメータに対する前記既未知パラメータの減少度合いが所定の閾値を超えているか否かを判定する判定手段をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液圧ポンプの故障診断装置。
前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値をＰ、前記回転体の単位時間あたりの回転数をＮ、前記液圧ポンプの液体の吐出量に関する未知パラメータをαとするとき、
前記モデル式は、Ｐ＝αＮ^１／ｎ＋Ｐ_０にて表され、
前記未知パラメータ算出手段は、前記モデル式に対して、互いに異なる３つ以上の前記回転体の単位時間あたりの回転数と、当該各回転数に対応する前記液圧ポンプから吐出される液体の圧力値と、をそれぞれ代入することにより、前記α、Ｐ_０およびｎを算出するとともに、前記モデル式が線形に近似されるように前記ｎの値を補正する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液圧ポンプの故障診断装置。