JP2019020132A

JP2019020132A - エンジンの耐久試験装置

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Publication number: JP2019020132A
Application number: JP2017135529A
Authority: JP
Inventors: 昭広 ▲楢▼▲崎▼; Akihiro Narasaki; 実藤崎; Minoru Fujisaki; 則昭西村; Noriaki Nishimura; 裕介清水; Yusuke Shimizu
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: JP6712576B2

Abstract

【課題】耐久試験において所期の負荷をエンジンに与えて高精度で耐久性を評価できると共に、エンジンが消費する燃料が有するエネルギを有効活用できるエンジンの耐久試験装置を提供する。【解決手段】第１〜４ステップからなる所定の開閉パターンに基づき第１〜３スプール１２,１３,１９を開閉して、エンジン２の駆動により第１及び第２油圧ポンプ３，４から吐出された作動油を切り換える。例えば第２ステップでは、第１油圧ポンプ３から吐出された作動油の大部分を第１スプール１２を経て動力回収装置２８の油圧モータ３５に供給して発電機３７を駆動させると共に、残りの最小限の作動油をリリーフ弁２１からリリーフさせる。これにより第１油圧ポンプ３の吐出側の油圧をリリーフ弁２１の設定圧まで高め、設定圧に対応する負荷を第１油圧ポンプ３を介してエンジン２に与える。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの耐久試験装置に係り、詳しくはエンジンの耐久性を評価するためにエンジンに負荷を与えながら運転して損耗させる耐久試験装置に関する。

この種のエンジンの試験装置としては、例えばエンジンの性能を評価するための試験を実施する性能試験装置を挙げることができる。例えば特許文献１に記載の性能試験装置では、水動力計により負荷を与えつつ単体のエンジンを各回転速度で運転し、例えば動力計荷重、吸入空気温、吸入空気圧、燃料消費量等の測定データに基づき、軸トルク、軸出力、燃料消費率、各種効率（体積効率、熱効率）等のエンジンの諸特性を導出している。

得られたエンジンの諸特性は、製品としてエンジンの仕様を決定するための材料となるが、これとは別にエンジンの耐久性を評価する必要もある。特に油圧ショベル、転圧機械、ホイールローダ等の各種工事用の建設械械に搭載されるエンジンは、工事現場の過酷な環境で稼働する上に、エンジン故障が工事の中断に直結することから、製品化の前に耐久性を評価することが非常に重要なものとなる。

そこで、性能試験とは別にエンジンの耐久性を評価するための耐久試験が実施されている。この耐久試験の内容は、性能試験のような測定データを取得することなく、専ら実使用時を想定した運転条件でエンジンを運転して損耗させることを目的としている。そして試験の終了後に、例えばエンジンを分解して各パーツの摩耗状態等を測定し、耐久性を評価する際の指標として利用している。

特開昭５７−１４６１２９号公報

上記したようにエンジンの性能試験と耐久試験とは共にエンジンの特性を評価する試験であるものの、その試験内容に決定的な相違がある。エンジンの性能試験はエンジンを各回転速度で運転してデータ測定するだけのため、その際のエンジンの運転時間は数１０分程度に過ぎない。これに対してエンジンの耐久試験は、負荷を与えた運転の継続により実際にエンジンを損耗させることを目的とするため、数ヶ月単位の長期に亘ってエンジンを運転することになる。

結果として耐久試験では多量の燃料がエンジンにより消費され、燃料費の高騰に起因して耐久試験の実施費用が莫大なものとなる。言うまでもないが、高精度の耐久性の評価には、耐久試験でエンジンに所期の負荷を与えることが大前提であることから、そのために必要な燃料量は一義的に定まり、燃料節減の余地は存在しない。
このように耐久試験では、負荷を与えてエンジンを損耗させるだけのために多量の燃料が消費されることから、それらの燃料が有するエネルギを有効活用したいという要望が従来からあった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐久試験において所期の負荷をエンジンに与えて高精度で耐久性を評価できると共に、エンジンが消費する燃料が有するエネルギを有効活用することができるエンジンの耐久試験装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの耐久試験装置は、試験対象となるエンジンにより駆動されて作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出側に接続され、前記油圧ポンプから吐出された作動油を所定の設定圧でリリーフ可能なリリーフ手段と、前記油圧ポンプの吐出側に接続され、前記油圧ポンプから吐出された作動油の供給により作動する油圧モータと、前記油圧モータにより駆動されて発電する発電機と、前記油圧ポンプの吐出側と前記油圧モータとの間に設けられ、前記油圧ポンプから吐出された作動油をオイルタンクに戻す無負荷位置と、前記油圧ポンプから吐出された作動油を前記油圧モータに供給しつつ該作動油の一部を前記リリーフ手段からリリーフさせる負荷位置との間で切換可能な第１の切換手段と、予め設定された切換パターンに基づき前記第１の切換手段を無負荷位置と負荷位置との間で切り換える試験制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のエンジンの耐久試験装置によれば、耐久試験において第１の切換手段が負荷位置のときに、作動油の一部がリリーフ弁からリリーフされることから、所期の負荷をエンジンに与えて高精度で耐久性を評価できると共に、油圧ポンプから吐出された作動油の供給により油圧モータが作動して発電機を発電させるため、エンジンが消費する燃料が有するエネルギを有効活用することができる。

実施形態の耐久試験装置の試験対象となるエンジンを搭載した油圧ショベルを示す側面図である。実施形態のエンジンの耐久試験装置を示す全体構成図である。第１及び第２油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータ電磁弁への駆動電流の算出処理を示す制御フローである。エンジンの耐久試験の実行状況を示すタイムチャートである。

以下、本発明を具体化したエンジンの耐久試験装置の一実施形態を説明する。
本実施形態の耐久試験装置は、油圧ショベルに搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと称する）の耐久試験を実施するものであり、まず図１に基づき油圧ショベルの概略構成を説明する。

油圧ショベル１０１の下部走行体１０２にはクローラ１０３が備えられ、クローラ１０３は図示しない走行用油圧モータにより駆動されて油圧ショベル１０１を走行させる。下部走行体１０２上には上部旋回体１０４が設けられ、上部旋回体１０４は図示しない旋回用油圧モータにより駆動されて旋回する。上部旋回体１０４の前部には作業機１０５が設けられ、作業機１０５はブーム１０６、アーム１０７、及びバケット１０８から構成されている。ブーム１０６はブームシリンダ１０６ａにより角度変更され、アーム１０７はアームシリンダ１０７ａにより角度変更され、バケット１０８はバケットシリンダ１０８ａにより角度変更される。

上部旋回体１０４のフレーム１０９上の前部にはオペレータが搭乗する運転室１１０が設けられ、フレーム１０９上の運転室１１０の後側には燃料タンク１１１、機械室１１２及びカウンタウエイト１１３等が設けられている。機械室１１２内には、エンジン２（図２に示す）を動力源とするＨＳＴ（Hydro Static Transmission）が搭載されている。エンジン２の駆動によりＨＳＴの油圧ポンプ３，４（図２に示す）から作動油が吐出され、作業者の運転操作に応じて切換弁により作動油の油路が切り換えられ、それに対応して上記した走行用或いは旋回用油圧モータや各シリンダ１０６ａ〜１０８ａが作動油を供給されて作動する。

図２は本実施形態のエンジン２の耐久試験装置１を示す全体構成図である。
上記のように構成された油圧ショベル１０１のエンジン２を耐久試験する際に、本実施形態ではエンジン２のみならず、ＨＳＴを構成する機器の一部も試験対象として耐久試験装置１に組み込まれている。図２では、それらのＨＳＴの構成機器を破線で囲んで示している。
但し、エンジン以外のＨＳＴの構成機器を試験対象とする必要は必ずしもなく、これらの構成機器を油圧ショベル１０１から転用せずに耐久試験装置１の構成としてもよい。

まず、従来からの既存の耐久試験装置と共通する部分について説明する。
エンジン２の出力軸２ａには、第１油圧ポンプ３及び第２油圧ポンプ４とパイロットポンプ５とが直列に連結され、エンジン２の運転中には各ポンプ３〜５がエンジン２により回転駆動される。第１及び第２油圧ポンプ３，４は可変容量型として構成されており、それぞれの傾転角がレギュレータ６により調整可能となっている。

エンジン２にはメインコントローラ７が接続され、メインコントローラ７には速度設定ダイヤル８により設定された目標エンジン回転速度tgtＮeが入力される。メインコントローラ７はＨＳＴの制御を司るべく油圧ショベル１０１に搭載される制御装置であり、詳細は後述するが耐久試験においても、速度設定ダイヤル８の設定に応じたエンジン２の回転制御や第１及び第２油圧ポンプ３，４の傾転角制御等を実行する。

第１油圧ポンプ３の吐出側とオイルタンク１０とを接続する第１吐出油路１１上には、第１スプール１２（第１の切換手段）と第２スプール１３（第１の切換手段）とが直列に介装されている。また第１及び第２スプール１２，１３は、それぞれ逆止弁１４，１５を備えたバイパス油路１６，１７を介して第１吐出油路１１の第１油圧ポンプ３側と接続されている。これらの第１及び第２スプール１２，１３は、第１油圧ポンプ３から吐出される作動油をオイルタンク１０側に戻す開位置（無負荷位置）と、後述する動力回収装置２８に供給する閉位置（負荷位置）との間で切換可能となっている。

また、第２油圧ポンプ４の吐出側とオイルタンク１０とを接続する第２吐出油路１８上には第３スプール１９（第１の切換手段）が介装され、この第３スプール１９は、第２油圧ポンプ４から吐出される作動油をオイルタンク１０側に戻す開位置（無負荷位置）と、動力回収装置２８に供給する閉位置（負荷位置）との間で切換可能となっている。

第１及び第２吐出油路１１，１８の油圧ポンプ３，４近傍の箇所はリリーフ油路２０を介して互いに接続され、リリーフ油路２０にはリリーフ弁２１（リリーフ手段）が介装されている。リリーフ油路２０上のリリーフ弁２１を挟んだ両側には一対の逆止弁２２が介装され、これらの逆止弁２２により、第１油圧ポンプ３と第２油圧ポンプ４との間での作動油の流通が規制されている。そして詳細は後述するが、耐久試験では、第１及び第２油圧ポンプ３，４の吐出圧がリリーフ弁２１の設定圧を上限として制限され、設定圧に対応する負荷が第１及び第２油圧ポンプ３，４を介して運転中のエンジン２に与えられる。

パイロットポンプ５の吐出側には第１パイロット油路２４を介してレギュレータ電磁弁２５が接続され、パイロットポンプ５から吐出された作動油は、パイロットリリーフ弁２６によりパイロット圧（元圧）に調圧されてレギュレータ電磁弁２５に供給されている。パイロット圧はメインコントローラ７からの駆動電流Ｉに応じてレギュレータ電磁弁２５により調圧され（後述するレギュレータ圧Ｐreg）、その後に第１及び第２油圧ポンプ３，４のレギュレータ６に供給されてそれぞれの傾転角が制御される。

以上の構成が従来からの既存の耐久試験装置と共通する部分である。既存の耐久試験の内容は周知であるため概略のみを述べるが、予め設定されたパターンに基づき第１〜３スプール１２,１３,１９が開閉される。既存の耐久試験装置は動力回収装置２８を備えておらず、各スプール１２,１３,１９の閉位置では対応する油圧ポンプ３，４からの作動油が遮断される。このため各スプール１２,１３,１９の何れかが閉位置に切り換えられると、それに応じて対応する油圧ポンプ３，４からの作動油がリリーフ弁２１によりリリーフされ、その側の油圧ポンプ３，４を介してリリーフ弁２１の設定圧に対応する負荷が作用する。結果としてエンジン２は、各スプール１２,１３,１９の開閉パターンに応じて変動する負荷が与えられ、耐久試験に進行と共に次第に損耗していく。

耐久性を評価し得る程度にエンジン２を損耗させるには、長期に亘って耐久試験を継続する必要がある。そして、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、耐久試験では、負荷を与えてエンジン２を損耗させるだけのために多量の燃料が消費されることから、それらの燃料が有するエネルギを有効活用したいという要望がある。一方で、耐久性を高い精度で評価するには、耐久試験においてエンジン２に所期の負荷を与えることが極めて重要である。

このような課題を鑑みて本発明者は、エンジン２に負荷を与えるためにリリーフ弁２１からリリーフされる作動油のエネルギを動力回収装置２８により電気エネルギに変換する手法を見出した。但し、既存の耐久試験においてエンジン２に対する所期の負荷を達成できているのは、リリーフ弁２１のリリーフにより設定圧相当に油圧ポンプ３，４の吐出圧を調圧しているためである。

そこで、最小限度の作動油をリリーフ弁２１からリリーフさせて設定圧に対応する所期のエンジン負荷を達成した上で、残りの大部分の作動油を動力回収装置２８に供給して電気エネルギへの変換を図っている。以下、本発明の特徴部分である動力回収装置２８に関する構成を説明する。

図２に二点鎖線で示すように、動力回収装置２８は油路を介して第１〜３スプール１２,１３,１９に接続されており、まず油路について説明する。
第１スプール１２は第１回収油路２９を介して共通回収油路３２の一端に接続され、第２スプール１３は第２回収油路３０を介して共通回収油路３２の一端に接続され、第３スプール１９は第２及び第３回収油路３０，３１を介して共通回収油路３２の一端に接続されている。第１及び第２回収油路２９，３０上には逆止弁３３が介装され、動力回収装置２８から各スプール１２,１３,１９への作動油の逆流が防止されている。

共通回収油路３２上には動力回収装置２８のＰＴＯ弁３４（第２の切換手段）が介装されると共に、共通回収油路３２の他端には油圧モータ３５が接続されている。油圧モータ３５は可変容量型として構成されており、その傾転角がレギュレータ３６により調整可能となっている。油圧モータ３５の出力軸３５ａには発電機３７が接続され、図示はしないが、発電機３７は耐久試験装置１が設置された工場内の電気設備に接続されて発電した電力を供給可能となっている。

共通回収油路３２のＰＴＯ弁３４と油圧モータ３５との間の箇所にはＡＣＣ油路３８の一端が接続され、ＡＣＣ油路３８上にはＡＣＣ弁３９（第２の切換手段）が介装されると共に、ＡＣＣ油路３８の他端にはアキュムレータ４０（畜圧手段）が接続されている。

ＰＴＯ弁３４が開弁されＡＣＣ弁３９が閉弁されているときには、共通回収油路３２に対して油圧モータ３５が連通し、ＰＴＯ弁３４及びＡＣＣ弁３９が共に開弁されているとき（畜圧位置）には、共通回収油路３２に対して油圧モータ３５及びアキュムレータ４０がそれぞれ連通する。また、ＰＴＯ弁３４が閉弁されＡＣＣ弁３９が開弁されているとき（放圧位置）には、アキュムレータ４０が共通回収油路３２から遮断されると共に油圧モータ３５に対して連通する。

発電機３７、油圧モータ３５のレギュレータ３６、ＰＴＯ弁３４及びＡＣＣ弁３９には動力回収コントローラ４１が接続され、発電機３７の運転状態、油圧モータ３５の傾転角、ＰＴＯ弁３４及びＡＣＣ弁３９の開閉状態が動力回収コントローラ４１により制御される。油圧モータ３５の傾転角については、予め定められた大、中、小の３段階の何れかに制御される。

油圧モータ３５の傾転角とＰＴＯ弁３４及びＡＣＣ弁３９の開閉状態の制御タイミングは、第１〜３スプール１２,１３,１９の開閉パターン（本発明の切換パターンに相当）、ひいてはエンジン２に与える負荷の変動パターンと同期させる必要がある。そこで動力回収コントローラ４１には、第１〜３スプール１２,１３,１９の開閉パターンが以下に述べるベンチ用コントローラ４５から入力されるようになっている。

第１〜３スプール１２,１３,１９の開閉は、ベンチ用電磁弁４３から入力される制御圧に基づき制御される。ベンチ用電磁弁４３は、第２パイロット油路４４を介して上記した第１パイロット油路２４のパイロット圧が入力されている。ベンチ用電磁弁４３を制御するベンチ用コントローラ４５には、予め第１スプール１２の開閉パターンと第２及び第３スプール１３，１９の開閉パターンが記憶されており、それらの開閉パターンに基づく指令信号がベンチ用電磁弁４３に入力される。

そしてベンチ用電磁弁４３により、パイロット圧をベースとして開閉パターンに対応する矩形状の第１制御圧及び第２制御圧が生成される（図２中では各制御圧に１，２を付して示す）。第１制御圧は第１スプール１２に入力され、第２制御圧は第２及び第３スプール１３，１９に入力され、それらの制御圧に基づき各スプール１２,１３,１９が開閉される。第１及び第２制御圧のON状態では対応するスプール１２,１３,１９が閉弁され、第１及び第２制御圧のOFF状態では対応するスプール１２,１３,１９が開弁される。
このときのベンチ用コントローラ４５による所定の開閉パターンに基づく各スプール１２,１３,１９の開閉制御が、本発明の試験制御手段に相当する。

一方、第２油圧ポンプ４の吸込側には油温センサ４６（油温検出手段）が配設され、この油温センサ４６により検出される作動油の温度Ｔoil（以下、油温と称する）はメインコントローラ７及び動力回収コントローラ４１に入力される。

次に、以上のように構成された耐久試験装置１により実施されるエンジン２の耐久試験について説明する。
図３は第１及び第２油圧ポンプ３，４の傾転角を制御するレギュレータ電磁弁２５への駆動電流Ｉの算出処理を示す制御フローであり、まず、メインコントローラ７による各油圧ポンプ３，４の傾転角の制御について説明する。

メインコントローラ７のベーストルク算出部５１には、速度設定ダイヤル８で設定された目標エンジン回転速度tgtＮeが入力され、予め設定されたベーストルク算出マップに基づき目標エンジン回転速度tgtＮeからベーストルクＴqが算出される。ベーストルクＴqとは第１及び第２油圧ポンプ３，４が発生する負側のトルクであり、ベーストルク算出マップの特性は、以下のように設定されている。

耐久試験では、エンジン２を損耗させるために実使用時を想定した運転条件で運転しており、具体的には、油圧ショベル１０１の実使用時においてエンジン２が運転される回転域が目標エンジン回転速度tgtＮeとして速度設定ダイヤル８により入力される。このような目標エンジン回転速度tgtＮeとベーストルクＴqとの関係にはエンジン２固有のトルク特性が関与するため、予めトルク特性を考慮しつつ目標エンジン回転速度tgtＮeに対して最適なベーストルクＴqが算出されるように、ベーストルク算出マップの特性が設定されている。そして、入力された回転速度tgtＮeを負荷として、ベーストルク算出マップからベーストルクＴqが算出される。

一方、補正係数算出部５２には油温センサ４６により検出された油温Ｔoilが入力され、予め設定された補正係数算出マップに基づき油温Ｔoilから補正係数Ｋpが算出される。その趣旨は、油温Ｔoilの上昇に伴う油圧ポンプ３，４の効率低下を補償することにある。即ち、油温上昇により作動油の粘度が低下するに従って油圧ポンプ３，４の効率が低下し、同一傾転角でのベーストルクＴqが低下する。そこで、例えば常温時の補正係数Ｋpを1.0とし、油温Ｔoilの上昇に伴って増加側の補正係数Ｋpが算出されるように、補正係数算出マップの特性が設定されている。

ベーストルクＴq及び補正係数Ｋpはベーストルク補正部５３に入力され、ベーストルクＴqに補正係数Ｋpが乗算されることにより温度補正される。補正後のベーストルクＴqはレギュレータ圧算出部５４に入力され、予め設定されたレギュレータ圧算出マップに基づきベーストルクＴqからレギュレータ圧Ｐregが算出される。レギュレータ圧Ｐregとは、上記したレギュレータ電磁弁２５で調圧されて油圧ポンプ３，４のレギュレータ６に供給される油圧であり、ベーストルクＴqが達成される傾転角に制御可能な油圧が算出されるように、レギュレータ圧算出マップの特性が設定されている。

レギュレータ圧Ｐregは駆動電流算出部５５に入力され、予め設定された駆動電流算出マップに基づきレギュレータ圧Ｐregから駆動電流Ｉが算出される。駆動電流Ｉはメインコントローラ７がレギュレータ電磁弁２５を駆動する際の電流値であり、レギュレータ圧Ｐregを達成可能な駆動電流Ｉが算出されるように、駆動電流算出マップの特性が設定されている。

そして、得られた駆動電流Ｉがメインコントローラ７からレギュレータ電磁弁２５に入力されることにより、油圧ポンプ３，４の傾転角が制御されてベーストルクＴqが達成される。駆動電流Ｉには油温Ｔoilに基づく補正係数Ｋpが反映されているため、油温上昇により油圧ポンプ３，４の効率が低下するほど傾転角が増加方向に補正され、結果として油温Ｔoilに関わらず油圧ポンプ３，４は常に適切な傾転角、ひいては適切なベーストルクＴqに制御される。

このときのメインコントローラ７による油温Ｔoilに基づく油圧ポンプ３，４の傾転角の制御が、本発明の試験制御手段に相当する。
一方でメインコントローラ７によりエンジン２は、速度設定ダイヤル８で設定された目標エンジン回転速度tgtＮeに保たれる。耐久試験中における油圧ポンプ３，４のベーストルクＴq及びエンジン２の回転速度は、メインコントローラ７により試験開始当初に設定した値に保持され、これにより油圧ポンプ３，４及びエンジン２は油圧ショベル１０１の実使用時に相当する運転条件で運転が継続される。

図４はエンジン２の耐久試験の実行状況を示すタイムチャートであり、耐久試験でエンジン２に与えられる負荷変動は、第１〜３スプール１２,１３,１９の開閉パターンに同期して以下に述べるように実行される。
耐久試験では、エンジン２への負荷状態が異なる第１〜４ステップ（図中ではＳ１〜４で示す）を１サイクルとし、このサイクルが繰り返し実行される。

第１ステップでは、ベンチ用コントローラ４５に記憶された開閉パターンに基づきベンチ用電磁弁４３からの第１及び第２制御圧が共にOFFされるため、第１〜３の全てのスプール１２,１３,１９が開弁される。このため、第１及び第２油圧ポンプ３，４から吐出された作動油がそれぞれの吐出油路１１，１８及びスプール１２,１３,１９を経てオイルタンク１０側に戻され、第１及び第２油圧ポンプ３，４が共に無負荷で駆動されることでエンジン２への負荷は最小にとどめられる。

このとき動力回収コントローラ４１によりＰＴＯ弁３４は閉弁され、ＡＣＣ弁３９は開弁される。ＰＴＯ弁３４の閉弁により油圧モータ３５には作動油が供給されず、傾転角が小側に制御される。またＡＣＣ弁３９の開弁によりアキュムレータ４０は油圧モータ３５と連通しており、その目的は油圧モータ３５のキャビテーション防止にあるが、詳細は後述する。

続く第２ステップに移行すると、ベンチ用電磁弁４３からの第１制御圧がONされて、第１スプール１２が閉弁される。また、動力回収コントローラ４１によりＰＴＯ弁３４は開弁され、ＡＣＣ弁３９は閉弁される。このため、第１油圧ポンプ３から吐出された作動油は第１吐出油路１１、第１スプール１２、第１回収油路２９、共通回収油路３２、及びＰＴＯ弁３４を経て油圧モータ３５に供給され、作動した油圧モータ３５により発電機３７が駆動されて発電電力を発生させる。

第１油圧ポンプ３のみからの供給により作動油の量が少ないことから、油圧モータ３５の傾転角は中側に制御される。油圧モータ３５で消費される作動油の量は傾転角に応じて定まり、このときの油圧モータ３５での作動油の消費量は第１油圧ポンプ３からの作動油の供給量よりも若干少ない。このため、第１油圧ポンプ３からの作動油の大部分は油圧モータ３５に供給されて発電に供されるが、最小限度の作動油がリリーフ弁２１からリリーフされる。結果として第１油圧ポンプ３の吐出側の油圧がリリーフ弁２１の設定圧まで高められ、設定圧に対応する負荷が第１油圧ポンプ３を介してエンジン２に与えられる。

油圧モータ３５の傾転角に対しても、上記した油圧ポンプ３，４のベーストルクＴqに対する温度補正と同様の趣旨の温度補正がなされる。即ち、動力回収コントローラ４１の補正数算出部６１では、補正係数算出マップに基づき油温Ｔoilから補正係数Ｋm（≧1.0）が算出され、この補正係数Ｋmを乗算後の傾転角に基づき油圧モータ３５のレギュレータ３６が制御される。その結果、油温上昇に伴い作動油の粘度が低下するほど、補正係数Ｋmに基づき傾転角が増加側に補正される。このため油温Ｔoilの上昇に伴う油圧モータ３５の効率低下が補償され、油温Ｔoilに関わらず油圧モータ３５による発電機３７の駆動が常に適切に実施される。

このときの動力回収コントローラ４１による油温Ｔoilに基づく油圧モータ３５の傾転角の制御が、本発明の試験制御手段に相当する。
なお、ＡＣＣ弁３９を閉弁しているのは、アキュムレータ４０の畜圧よりも発電を優先し、第１油圧ポンプ３からの限られた作動油を油圧モータ３５に供給するためである。

続く第３ステップの制御内容は、第１ステップと同一である。即ち、第１〜３スプール１２,１３,１９の開弁により各油圧ポンプ３，４から吐出された作動油がオイルタンク１０側に戻され、エンジン２への負荷が最小にとどめられる。ＰＴＯ弁３４は閉弁され、ＡＣＣ弁３９は開弁され、油圧モータ３５の傾転角は小側に制御される。

続く第４ステップに移行すると、ベンチ用電磁弁４３からの第２制御圧がONされて、第２及び第３スプール１３，１９が閉弁される。また、動力回収コントローラ４１によりＰＴＯ弁３４は開弁され、ＡＣＣ弁３９も開弁されており、この処理は本発明の試験制御手段に相当する。

このため、第１油圧ポンプ３から吐出された作動油は第１吐出油路１１、バイパス油路１７、第２スプール１３を経て第２回収油路３０に案内される。また、第２油圧ポンプ４から吐出された作動油は第２吐出油路１８、第３スプール１９、第３回収油路３１を経て第２回収油路３０に案内される。これらの作動油は第２回収油路３０で合流して共通回収油路３２及びＰＴＯ弁３４を経て油圧モータ３５に供給され、作動した油圧モータ３５により発電機３７が駆動されて発電電力を発生させる。

第１及び第２油圧ポンプ３，４の双方からの供給により作動油の量が多いことから、油圧モータ３５の傾転角は大側に制御される。このときの油圧モータ３５での作動油の消費量は第１及び第２油圧ポンプ３，４からの作動油の総供給量よりも若干少ない。

このため、第１及び第２油圧ポンプ３，４からの作動油の大部分は油圧モータ３５に供給されて発電に供されるが、最小限度の作動油がリリーフ弁２１からリリーフされる。結果として第１及び第２油圧ポンプ３，４の吐出側の油圧がそれぞれリリーフ弁２１の設定圧まで高められ、設定圧に対応する負荷が第１及び第２油圧ポンプ３，４を介してそれぞれエンジン２に与えられるため、第２ステップに比較して負荷が倍増する。
なお、油圧モータ３５の傾転角が油温Ｔoilに基づき温度補正される点は、第２ステップと同様である。

そして、この第４ステップではＡＣＣ弁３９が開弁されることによりアキュムレータ４０が畜圧され、畜圧された作動油は、その後の第１及び第３ステップで油圧モータ３５のキャビテーション防止に利用される。

即ち、１サイクル中の各ステップの継続時間には差異があるものの何れもごく短時間であり、例えば各油圧ポンプ３，４が無負荷となる第１及び第３ステップの継続時間は１sec未満である。そして、第１及び第３ステップでは、油圧モータ３５への作動油の供給を中断すべくＰＴＯ弁３４を閉弁しているにも拘わらず、自己の慣性により油圧モータ３５が回転し続けるため、キャビテーションを生じてカジリ等のトラブルを引き起こす。

上記のように第１及び第３ステップでは、動力回収コントローラ４１によりＰＴＯ弁３４が閉弁され、ＡＣＣ弁３９が開弁されており、この処理が本発明の試験制御手段に相当する。従ってアキュムレータ４０は、ＰＴＯ弁３４の閉弁により共通回収油路３２側から遮断された上で、ＡＣＣ弁３９の開弁により油圧モータ３５と連通されるため、アキュムレータ４０に畜圧された作動油が油圧モータ３５に供給されてキャビテーションの発生が未然に回避される。

以上のように本実施形態のエンジン２の耐久試験装置１によれば、エンジン２に負荷を与える第２ステップにおいては、第１油圧ポンプ３からの作動油の大部分を油圧モータ３５に供給して発電に供すると共に、最小限度の作動油をリリーフ弁２１からリリーフさせており、同じくエンジン２に負荷を与える第４ステップにおいては、第１及び第２油圧ポンプ３，４からの作動油の大部分を油圧モータ３５に供給して発電に供すると共に、最小限度の作動油をリリーフ弁２１からリリーフさせている。

このため、これらのステップではリリーフ弁２１の設定圧に対応する所期の負荷がエンジン２に与えられ、結果として耐久試験全体を通じてエンジン２に与えられる負荷も所期のものとなる。よって試験の終了後において、エンジン２の分解・測定等を実施して耐久性を高い精度で評価することができる。

また、本来はエンジン２に負荷を与えるためにリリーフ弁２１からリリーフされる作動油のエネルギにより、油圧モータ３５を作動させて発電機３７を発電させている。このように無駄に捨てられる作動油のエネルギを電気エネルギに変換しているため、例えば発電された電力を工場内の電気設備に供給して利用することができる。発電電力分だけ工場内での電力消費を節減でき、その分を耐久試験でエンジン２の運転に要する燃料費に充当できることから、結果として燃料費の節減につながる。なお、発電電力の利用方法はこれに限るものではなく、例えば電力会社に売電してもよい。

特に耐久試験では、エンジン２に与えるべき負荷の変動パターンが予め定まっているため、各スプール１２,１３,１９や油圧モータ３５が有する応答遅れ等を見込んだ上で、フィードフォワード制御により各スプール１２,１３,１９の開閉制御や油圧モータ３５の傾転角制御を実行可能である。よって、簡単な制御内容によりエンジン２に与える負荷を最適化できると共に、最大限の電気エネルギの回収を実現することができる。

加えて本実施形態では、第１及び第２油圧ポンプ３，４と油圧モータ３５の傾転角とをそれぞれ油温Ｔoilに応じて補正しているため、各油圧ポンプ３，４に関しては作動油の吐出量をより適切に制御でき、油圧モータ３５に関しては発電機３７の駆動をより適切に制御できる。この要因も、エンジン２への負荷の最適化と最大限のエネルギ回収との両立に貢献する。

一方、第４ステップではアキュムレータ４０を畜圧し、その後の第１及び第３ステップでは畜圧したアキュムレータ４０からの作動油の供給により油圧モータ３５のキャビテーションを防止している。よって、カジリ等のトラブルを防止して耐久試験装置１の信頼性を向上することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、油圧ショベル１０１に搭載されるエンジン２の耐久試験装置１に具体化したが、試験対象となるエンジンを搭載した車両は工事用の建設機械であれば限定されない。よって、例えば転圧機械やホイールローダに搭載されるエンジンを試験対象とした耐久試験装置に具体化してもよい。

また上記実施形態では、第１〜４ステップからなる所定の開閉パターンに基づき第１〜３の３つのスプール１２,１３,１９を開閉したが、その開閉パターンやスプールの数等はこれに限るものではなく、エンジン２の仕様等に応じて任意に変更可能である。

また上記実施形態では、メインコントローラ７、ベンチ用コントローラ４５及び動力回収コントローラ４１を互いに協調させて耐久試験を実施したが、これに限るものではなく、例えば単一のコントローラにより実施するようにしてもよい。

１耐久試験装置
２エンジン
３第１油圧ポンプ
４第２油圧ポンプ
７メインコントローラ（試験制御手段）
１２第１スプール（第１の切換手段）
１３第２スプール（第１の切換手段）
１９第３スプール（第１の切換手段）
２１リリーフ弁（リリーフ手段）
３５油圧モータ
３４ＰＴＯ弁（第２の切換手段）
３７発電機
３９ＡＣＣ弁（第２の切換手段）
４０アキュムレータ（畜圧手段）
４１動力回収コントローラ（試験制御手段）
４５ベンチ用コントローラ（試験制御手段）
４６油温センサ（油温検出手段）

Claims

試験対象となるエンジンにより駆動されて作動油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの吐出側に接続され、前記油圧ポンプから吐出された作動油を所定の設定圧でリリーフ可能なリリーフ手段と、
前記油圧ポンプの吐出側に接続され、前記油圧ポンプから吐出された作動油の供給により作動する油圧モータと、
前記油圧モータにより駆動されて発電する発電機と、
前記油圧ポンプの吐出側と前記油圧モータとの間に設けられ、前記油圧ポンプから吐出された作動油をオイルタンクに戻す無負荷位置と、前記油圧ポンプから吐出された作動油を前記油圧モータに供給しつつ該作動油の一部を前記リリーフ手段からリリーフさせる負荷位置との間で切換可能な第１の切換手段と、
予め設定された切換パターンに基づき前記第１の切換手段を無負荷位置と負荷位置との間で切り換える試験制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの耐久試験装置。
前記油圧ポンプから吐出された作動油を畜圧可能な畜圧手段と、
前記畜圧手段を前記油圧ポンプと連通させる畜圧位置と、前記畜圧手段を前記油圧ポンプ側から遮断して前記油圧モータと連通させる放圧位置との間で切換可能な第２の切換手段と
をさらに備え、
前記試験制御手段は、前記第１の切換手段が負荷位置のときに前記第２の切換手段を畜圧位置に切り換え、前記第１の切換手段が無負荷位置のときに前記第２の切換手段を放圧位置に切り換える
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの耐久試験装置。
前記油圧ポンプと前記油圧モータとの少なくとも一方は傾転角を調整可能な可変容量型として構成され、
作動油の温度を検出する油温検出手段をさらに備え、
前記試験制御手段は、前記油温検出手段により検出された油温が上昇するほど前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの傾転角を増加方向に制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの耐久試験装置。