JP2019120193A - Fuel consumption amount measurement system of working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機械の燃料消費量測定システムに関する。 The present invention relates to a fuel consumption measurement system for work machines.
作業機械、例えば油圧ショベル等では、掘削を行うブームやアーム等の作業機や旋回を行う旋回体を油圧で作動させるようにしており、通常はガソリンや軽油などを燃料とするエンジン(内燃機関)を駆動させることで油圧ポンプを作動させ、作業機や旋回体の油圧機器に油圧を供給するようにしている。 In work machines, such as hydraulic shovels, work machines such as booms and arms for excavating, and swing bodies for turning are operated hydraulically, and usually engines powered by gasoline or light oil (internal combustion engine) Is operated to supply hydraulic pressure to the working machine and the hydraulic equipment of the rotating body.
このような作業機械においては、上記油圧ポンプの作動や走行に必要な燃料の消費量が作業機械の性能を表す重要なパラメータの一つとなっており、燃料消費量を正確に計測し、燃費データを得ることが作業機械の製造者にとっても作業機械の使用者にとっても重要な要素となっている。 In such a working machine, the amount of fuel consumption necessary for the operation and travel of the hydraulic pump is one of the important parameters representing the performance of the working machine, and the fuel consumption is accurately measured, and the fuel consumption data is measured. Is an important factor for both manufacturers of work machines and users of work machines.
しかしながら、例えば油圧ショベルの実働燃費を計測しようとすると、掘削可能な土砂や旋回及び走行するためのスペースが必要となる。特に、鉱山等で使用される大型の油圧ショベルにあっては、大量の土砂と非常に広範なスペースとが必要となり、容易に実働燃費を計測することができないという問題があった。 However, in order to measure the working fuel consumption of a hydraulic shovel, for example, excavable soil, turning, and a space for traveling are required. In particular, in a large hydraulic excavator used in a mine or the like, a large amount of soil and a very wide space are required, and there is a problem that the working fuel consumption can not be easily measured.
一方、エンジンで駆動される機械としては自動車が代表的であるが、例えば、自動車の燃費測定手法として、自動車を実際に走行させることなく、エンジン特性情報に基づいて仮想的なエンジンマップを生成し、このエンジンマップから燃費をシミュレーションにより推定する技術が知られている(特許文献1)。 On the other hand, although a car is typical as a machine driven by an engine, for example, as a method of measuring fuel consumption of a car, a virtual engine map is generated based on engine characteristic information without actually driving the car. There is known a technology for estimating fuel consumption from this engine map by simulation (Patent Document 1).
上記特許文献1に記載の技術では、エンジン特性情報に基づいて燃費推定を行うようにしている。しかしながら、作業機械、特にブームやアーム等の作業機を頻繁に作動させ負荷変動の大きな油圧ショベルでは、自動車とは異なり、エンジン単体のエンジン特性情報から得られる燃費データと実際の燃費との差が大きいと考えられ、シミュレーションによる燃費推定では信憑性に欠けるという問題がある。この問題は、上記大型の油圧ショベルのように作業機械が大型になればなるほど顕著である。 In the technology described in Patent Document 1 above, fuel consumption estimation is performed based on engine characteristic information. However, unlike a car, working machines, especially hydraulic excavators with large load fluctuations, which frequently operate working machines such as booms and arms, differ from fuel efficiency data obtained from the engine characteristic information of a single engine and actual fuel efficiency. It is considered to be large, and there is a problem that the fuel efficiency estimation by simulation is unreliable. This problem is more remarkable as the working machine becomes larger like the above-mentioned large hydraulic excavator.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、作業機の作業動作、旋回体の旋回動作及び走行動作を行うことなく、実際にそれらの動作を行った場合と同等の燃料消費量を測定することの可能な作業機械の燃料消費量測定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and the fuel consumption equivalent to the actual operation of the working machine without performing the work operation of the work machine, the turning operation of the revolving unit, and the traveling operation is performed. It is an object of the present invention to provide a working machine fuel consumption measuring system capable of measuring quantity.
上記の目的を達成するため、本発明の作業機械の燃料消費量測定システムは、作動油を貯蔵する作動油タンクと、可変容量型の油圧ポンプと、前記作動油タンクから前記油圧ポンプに吸い込まれる作動油を供給するサクション油路と、前記油圧ポンプから吐出される作動油を前記作動油タンクに排出する還流油路と、前記還流油路の途中に接続され作動油の吐出圧を調整可能な圧力調整弁と、前記油圧ポンプを駆動する内燃機関と、前記内燃機関に供給する燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記内燃機関に使用される前記燃料の消費量を測定する燃料消費量測定装置と、前記内燃機関の実働負荷に相当する負荷データを時系列的に目標負荷として記憶する記憶部を有し、前記油圧ポンプの吐出圧と吐出量の積が示す前記内燃機関に作用する負荷が前記目標負荷となるよう前記油圧ポンプの容量可変ユニット或いは前記圧力調整弁の少なくとも一方を駆動制御するとともに前記内燃機関の出力を制御する制御装置とを備え、前記燃料消費量測定装置は、前記制御装置により前記内燃機関に作用する負荷が前記目標負荷となるよう前記油圧ポンプの吐出量或いは前記圧力調整弁によって前記油圧ポンプの吐出圧の少なくとも一方を調整し前記内燃機関の出力を制御した間に前記内燃機関にて使用された前記燃料の消費量を測定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fuel consumption measuring system for a working machine according to the present invention is drawn from a hydraulic oil tank storing hydraulic oil, a variable displacement hydraulic pump, and the hydraulic pump from the hydraulic oil tank. A suction oil path for supplying hydraulic oil, a return oil path for discharging hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to the hydraulic oil tank, and a return oil path connected in the middle of the return oil path to adjust the discharge pressure of the hydraulic oil A pressure control valve, an internal combustion engine for driving the hydraulic pump, a fuel tank for storing fuel supplied to the internal combustion engine, and a fuel consumption measuring device for measuring the consumption of the fuel used for the internal combustion engine A load acting on the internal combustion engine indicated by a product of a discharge pressure and a discharge amount of the hydraulic pump, the storage unit storing, as a target load, load data corresponding to an actual operation load of the internal combustion engine in time series; The fuel consumption measuring device includes: a control device that drives and controls at least one of the variable displacement unit of the hydraulic pump and the pressure adjusting valve to achieve the target load and controls the output of the internal combustion engine; While controlling the output of the internal combustion engine by adjusting at least one of the discharge amount of the hydraulic pump or the discharge pressure of the hydraulic pump by the pressure adjustment valve so that the load acting on the internal combustion engine becomes the target load by the device. The amount of consumption of the fuel used in the internal combustion engine is measured.
これにより、可変容量型の油圧ポンプを内燃機関で作動させて作業を行う作業機械の当該内燃機関における燃料の消費量が、作業機械の作業により内燃機関に作用する実働負荷に相当する負荷データを時系列的に目標負荷として用い、油圧ポンプの吐出圧と吐出量の積が示す内燃機関に作用する負荷が当該目標負荷となるよう油圧ポンプの容量可変ユニット或いは圧力調整弁の少なくとも一方を駆動制御して内燃機関の出力を制御し、この間に内燃機関で使用される燃料の消費量を測定することにより、作業機械で実際に作業を行うことなく容易に測定可能とされる。 As a result, the amount of fuel consumed by the internal combustion engine of the working machine that operates the variable displacement hydraulic pump with the internal combustion engine corresponds to the load data corresponding to the actual load acting on the internal combustion engine by the work machine operation. Drive control at least one of the variable capacity unit of the hydraulic pump or the pressure regulating valve so that the load acting on the internal combustion engine indicated by the product of the discharge pressure and the discharge amount of the hydraulic pump is used as a target load in time series. By controlling the output of the internal combustion engine and measuring the amount of fuel consumed by the internal combustion engine during this time, it is possible to easily measure without actually performing work on the working machine.
好ましくは、前記制御装置は、前記圧力調整弁により前記油圧ポンプの吐出圧を一定に保ちつつ、前記内燃機関に作用する負荷が前記目標負荷となるよう前記容量可変ユニットを駆動制御して前記油圧ポンプの吐出量を調整するのがよい。 Preferably, the control device drives and controls the variable displacement unit such that a load acting on the internal combustion engine becomes the target load while keeping the discharge pressure of the hydraulic pump constant by the pressure adjustment valve. It is better to adjust the discharge rate of the pump.
これにより、内燃機関に作用する負荷に寄与する油圧ポンプの吐出圧と吐出量のうち、吐出圧を一定に保持しつつ油圧ポンプの吐出量を調整することにより、油圧ポンプの吐出量を可変させるだけで内燃機関に作用する負荷を容易に負荷データに基づく目標負荷とすることが可能である。 Thus, the discharge amount of the hydraulic pump can be varied by adjusting the discharge amount of the hydraulic pump while maintaining the discharge pressure constant among the discharge pressure and the discharge amount of the hydraulic pump that contributes to the load acting on the internal combustion engine. The load acting on the internal combustion engine can be easily set as the target load based on the load data.
好ましくは、前記制御装置は、前記油圧ポンプの吐出量を一定に保ちつつ、前記内燃機関に作用する負荷が前記目標負荷となるよう前記圧力調整弁を駆動制御して前記油圧ポンプの吐出圧を調整するのがよい。 Preferably, the control device controls the discharge pressure of the hydraulic pump by driving and controlling the pressure adjusting valve such that a load acting on the internal combustion engine becomes the target load while keeping the discharge amount of the hydraulic pump constant. It is good to adjust.
これにより、内燃機関に作用する負荷に寄与する油圧ポンプの吐出圧と吐出量のうち、油圧ポンプの吐出量を一定に保持しつつ圧力調整弁によって油圧ポンプの吐出圧を調整することにより、圧力調整弁によって油圧ポンプの吐出圧を可変させるだけで内燃機関に作用する負荷を容易に負荷データに基づく目標負荷とすることが可能である。 As a result, of the discharge pressure and the discharge amount of the hydraulic pump that contributes to the load acting on the internal combustion engine, the discharge pressure of the hydraulic pump is maintained constant while the discharge pressure of the hydraulic pump is adjusted by the pressure adjustment valve. The load acting on the internal combustion engine can be easily set as the target load based on the load data simply by varying the discharge pressure of the hydraulic pump by the adjusting valve.
好ましくは、前記燃料消費量測定装置は、前記燃料タンクと前記内燃機関との間を流れる前記燃料の流量を計測する流量計を含み、該流量計により計測される燃料の流量に基づき前記燃料の消費量を測定するのがよい。 Preferably, the fuel consumption measuring device includes a flow meter that measures the flow rate of the fuel flowing between the fuel tank and the internal combustion engine, and the fuel consumption measuring device measures the flow rate of the fuel based on the flow rate of the fuel measured by the flow meter. It is good to measure consumption.
これにより、燃料タンクと内燃機関との間を流れる燃料の流量を流量計で計測することにより、燃料の消費量を容易に測定可能である。特に、内燃機関がディーゼルエンジンである場合には、燃料タンクから燃料を供給する燃料供給ラインと燃料タンクへ燃料を戻す燃料返戻ラインとを有しており、これら燃料供給ラインと燃料返戻ラインとにそれぞれ流量計を設け、各流量計でそれぞれ計測した燃料の流量の差を積算することで燃料の消費量を容易に測定可能である。 Thus, the fuel consumption can be easily measured by measuring the flow rate of the fuel flowing between the fuel tank and the internal combustion engine with a flow meter. In particular, when the internal combustion engine is a diesel engine, it has a fuel supply line for supplying fuel from the fuel tank and a fuel return line for returning fuel to the fuel tank, and the fuel supply line and the fuel return line It is possible to easily measure the consumption of fuel by providing a flow meter and integrating the difference in the flow rate of fuel measured by each flow meter.
本発明の作業機械の燃料消費量測定システムによれば、作業機械の作業により内燃機関に作用する実働負荷に相当する負荷データを時系列的に目標負荷として用い、油圧ポンプの吐出圧と吐出量の積が示す内燃機関に作用する負荷が当該目標負荷となるよう油圧ポンプの容量可変ユニット或いは圧力調整弁の少なくとも一方を駆動制御して内燃機関の出力を制御し、この間に内燃機関で使用される燃料の消費量を測定するようにしたので、作業機械で実際に作業を行うことなく、例えば油圧ショベルにおいて作業機の作業動作、旋回体の旋回動作及び走行動作を行うことなく、簡単な構成且つ省スペースにして、実働させた場合と比べて遜色なく、作業機械の内燃機関における燃料の消費量を測定することができる。 According to the fuel consumption measuring system for a working machine of the present invention, load data corresponding to an actual working load acting on an internal combustion engine by work of the working machine is used as a target load in time series, and discharge pressure and discharge amount of hydraulic pump The output of the internal combustion engine is controlled by driving and controlling at least one of the variable displacement unit of the hydraulic pump and the pressure control valve so that the load acting on the internal combustion engine indicated by the product becomes the target load. Since the amount of fuel consumption is measured, the simple configuration is carried out without actually performing the work with the work machine, for example, without performing the work operation of the work machine and the turning operation and traveling operation of the swing body in the hydraulic shovel And, it is possible to save the space, and to measure the consumption of fuel in the internal combustion engine of the working machine without being inferior to the case of actual operation.
また、作業機械で実際に作業を行う代わりに圧力調整弁で疑似的に実作業に相当する負荷を油圧ポンプに与えることで、実作業の必要がないことから作業機械を操縦するオペレータは不要であり、油圧ポンプの容量可変ユニット及び圧力調整弁の駆動制御や内燃機関の出力制御は制御装置によって自動的に行われるので、燃料消費量の計測において省人化を図ることができる。 Also, instead of actually performing work with the work machine, the load equivalent to the actual work is applied to the hydraulic pump in a pseudo manner with the pressure control valve, so there is no need for the actual work, and an operator who operates the work machine is unnecessary. Since the control of the variable capacity unit of the hydraulic pump and the pressure control valve and the output control of the internal combustion engine are automatically performed by the control device, labor saving can be achieved in the measurement of the fuel consumption.
ここに、内燃機関がある回転数で動いているとき、このときのトルクから出力(回転数×トルク)が導き出されるが、この出力が油圧ポンプと圧力調整弁の間で測定した圧力(吐出圧)と吐出量の積に変換されるものとすれば、吐出圧と吐出量との積が内燃機関の出力に相当することになる。 Here, when the internal combustion engine is moving at a certain rotational speed, an output (rotational speed × torque) is derived from the torque at this time, but the pressure measured between the hydraulic pump and the pressure control valve (discharge pressure The product of the discharge pressure and the discharge amount corresponds to the output of the internal combustion engine if it is converted to the product of the discharge amount and the discharge amount.
[実施形態1]
図1に本発明に係る作業機械の燃料消費量測定システムの概略構成を示す。
ここでは、作業機械の一つである油圧ショベルに適用される燃料消費量測定システムを例に説明する。
Embodiment 1
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel consumption measuring system for a working machine according to the present invention.
Here, a fuel consumption measurement system applied to a hydraulic shovel, which is one of working machines, will be described as an example.
燃料消費量測定システムでは、実際の油圧ショベルの油圧システムを模して、主としてエンジン(内燃機関)10とエンジン10により駆動される油圧ポンプ20とが配設されており、エンジン10によって油圧ポンプ20が駆動されることで油圧が生起される。エンジン10としては例えばディーゼルエンジンが採用される。
In the fuel consumption measurement system, an engine (internal combustion engine) 10 and a
図1に示すように、エンジン10の近傍には燃料タンク12が配設されており、エンジン10には、燃料タンク12から燃料をエンジン10へ供給する燃料供給ライン13と、エンジン10からの戻り燃料を燃料タンク12へ戻す燃料返戻ライン14とが接続されている。
As shown in FIG. 1, a
燃料供給ライン13には、エンジン10に供給される燃料の流量Qsを計測するための流量計(燃料消費量測定装置)15が設けられ、燃料返戻ライン14には、エンジン10からの戻り燃料の流量Qrを計測するための流量計(燃料消費量測定装置)16が設けられている。
The
油圧ポンプ20は、電磁駆動されるレギュレータユニット(容量可変ユニット)21を含み、レギュレータユニット21を駆動制御することで吐出量を変更させることが可能な可変容量式の油圧ポンプであり、駆動軸がエンジン10の出力軸に連結され、レギュレータユニット21によって容量を可変させ、或いはエンジン10の出力を増減させることで、吐出量や吐出圧を調整可能に構成されている。詳しくは、油圧ポンプ20は、例えば斜板式の油圧ポンプであり、レギュレータユニット21によって斜板の傾転角を調整することで押しのけ容積、ひいては吐出量を変更可能である。
The
油圧ポンプ20の吸込ポートにはサクション油路23の一端が接続されており、サクション油路23の他端は作動油タンク22の例えば下部に連通している。また、油圧ポンプ20の吐出ポートには還流油路24の一端が接続されており、還流油路24の他端は作動油タンク22の例えば上部に連通している。
One end of a
還流油路24には、還流油路24の開度の調整を行うことの可能な電磁比例弁(圧力調整弁)26が介装されており、この電磁比例弁26の開度を調整することで還流油路24内の油圧ポンプ20側の油圧(吐出圧)を調整することが可能である。
A solenoid proportional valve (pressure regulating valve) 26 capable of adjusting the opening degree of the
また、還流油路24のうち電磁比例弁26よりも油圧ポンプ20側の上流部分には、圧力センサ28が設けられており、油圧ポンプ20から吐出されて電磁比例弁26により調圧された作動油の還流油路24内での油圧を計測可能である。
In addition, a
そして、本システムには、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えたコントローラ(制御装置、燃料消費量測定装置)100が設けられており、このコントローラ100により、本発明に係る燃料消費量測定システムの総合的な制御が行われる。
In the present system, a controller (control device, fuel consumption measuring device) 100 including an input / output device, a storage device (ROM, RAM, non-volatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, etc. The
図2を参照すると、本発明の実施形態1に係るコントローラ100の構成及び接続状態がブロック図で示されている。同図において、入力部102と出力部104とが入出力装置に対応し、記憶部106が記憶装置に対応し、演算処理部108が中央処理装置やタイマカウンタに対応している。演算処理部108には、エンジン10の燃料制御ユニット11、レギュレータユニット21及び電磁比例弁26を作動させるための出力値を演算する出力値演算部110、及び、燃料消費量を演算する燃料消費量演算部112が設けられている。
Referring to FIG. 2, a configuration and a connection state of the
コントローラ100の入力部102には、流量計15、流量計16及び圧力センサ28が電気的に接続され、流量計15により検出される燃料供給ライン13を流れる燃料の流量信号、流量計16により検出される燃料返戻ライン14を流れる燃料の流量信号、圧力センサ28により検出される作動油の圧力信号がそれぞれ入力される他、油圧ショベルの作業によりエンジン10に作用する負荷を模擬した時系列の負荷データT(t)や還流油路24における目標油圧Pcが入力される。
A
ここに、負荷データT(t) は、通常の燃料消費量の測定時において実施される油圧ショベルの作業、例えばブームやアーム等の作業機による掘削及び放土や旋回体の旋回等によってエンジン10に作用する実働負荷を模擬して一定期間に亘り時系列的に設定された実働負荷に相当する一連のデータであり、予め油圧ショベルの仕様に応じて設定されており、燃料消費量の測定時に適宜入力部102に入力され、エンジン10に作用する負荷を経時変化させるための目標負荷として記憶部106に格納される。また、目標油圧Pcは、通常の燃料消費量の測定時において実施される油圧ショベルの作業時に還流油路24に生起される平均的な油圧を模擬して設定された油圧であり、予め油圧ショベルの仕様に応じて設定されており、燃料消費量の測定時に適宜入力部102に入力され、記憶部106に格納される。
Here, the load data T (t) is the
一方、コントローラ100の出力部104には、エンジン10の燃料制御ユニット11、レギュレータユニット21、電磁比例弁26、モニタ120が電気的に接続されている。
これにより、記憶部106に格納された負荷データT(t) や目標油圧Pcの情報、圧力センサ28からの入力情報に基づき、演算処理部108の出力値演算部110においてレギュレータユニット21への出力値、電磁比例弁26への出力値、燃料制御ユニット11への出力値が演算され、出力部104からレギュレータユニット21に容量可変信号が供給されて油圧ポンプ20の吐出量が調整され、電磁比例弁26に制御信号が供給されて電磁比例弁26の開閉度合いが調整され、燃料制御ユニット11に燃料制御信号が供給されてエンジン10の出力が制御される。
On the other hand, the
Thus, based on the load data T (t) stored in the
そして、上記負荷データT(t) や目標油圧Pcに基づきエンジン10の出力が制御されると、流量計15、流量計16からの入力情報に基づき、演算処理部108の燃料消費量演算部112において、エンジン10において使用された燃料の消費量が演算され、例えばモニタ120に表示される。
Then, when the output of the
詳しくは、コントローラ100の記憶部106には、負荷データT(t)に基づきエンジン10に作用する目標負荷を経時変化させて、還流油路24内の油圧Pを目標油圧Pcとしつつエンジン10に作用する負荷が当該目標負荷となるようレギュレータユニット21や電磁比例弁26を作動させ、エンジン10の出力を制御するよう組まれたプログラムが格納されている。これより、本システムにおいては、当該プログラムが作動することにより、目標油圧Pcの下で負荷データT(t)に応じた負荷がエンジン10に作用するようレギュレータユニット21や電磁比例弁26が調整され、当該負荷に応じてエンジン10が出力制御される。
More specifically, the
以下、このように構成された燃料消費量測定システムの実施形態1に係る作用及び効果について説明する。
図3を参照すると、コントローラ100において上記プログラムに従い実行される実施形態1に係る燃料消費量測定の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
Hereinafter, the operation and effects according to the first embodiment of the fuel consumption measurement system configured as described above will be described.
Referring to FIG. 3, a control routine of fuel consumption measurement according to the first embodiment executed according to the above program in the
燃料消費量測定が開始されると、先ず、ステップS0において、時系列の負荷データT(t)と目標油圧Pcとに基づき、負荷データT(t)に応じて変動する油圧ポンプ20の時系列の押しのけ容積V(t)が算出され、記憶部106に格納される。
When fuel consumption measurement is started, first, in step S0, based on time-series load data T (t) and target hydraulic pressure Pc, time series of
負荷データT(t)は油圧ポンプ20が発揮するトルクに対応しており、負荷データT(t)と油圧Pと押しのけ容積V(t)との間には、油圧ポンプ20が発揮するトルクの式に基づき、次式(1)の関係が成立する。
T(t)=μ×(P×V(t))/2π ・・・(1)
ここに、μはポンプの効率を示す。
The load data T (t) corresponds to the torque exerted by the
T (t) = μ × (P × V (t)) / 2π (1)
Here, μ indicates the efficiency of the pump.
これより、押しのけ容積V(t)については、油圧Pを目標油圧Pcとし、式(1)を逆算することで求めることができる。
このようにして、負荷データT(t)と目標油圧Pcに基づき押しのけ容積V(t)が求まると、油圧ショベルの作業が、例えば「掘削 → 旋回ブーム上げ → 放土 → 旋回戻り」の一連の作業を繰り返すものである場合、負荷データT(t)と目標油圧Pcと押しのけ容積V(t)との経時変化については、図4のタイミングチャートのように図示することができる。図4中、実線が負荷データT(t)を示し、一点鎖線が目標油圧Pcを示し、破線が押しのけ容積V(t)を示しており、縦軸はそれぞれの値の大きさを示している。
From this, with regard to the displacement volume V (t), the hydraulic pressure P can be determined as the target hydraulic pressure Pc and the equation (1) is calculated backward.
In this way, when the displacement volume V (t) is obtained based on the load data T (t) and the target hydraulic pressure Pc, the work of the hydraulic shovel is, for example, a series of "digging → turning boom raising → release → turning return". When the operation is repeated, temporal changes in the load data T (t), the target hydraulic pressure Pc, and the displacement volume V (t) can be illustrated as shown in the timing chart of FIG. In FIG. 4, the solid line indicates load data T (t), the alternate long and short dash line indicates the target hydraulic pressure Pc, the broken line indicates the displacement volume V (t), and the vertical axis indicates the magnitude of each value. .
図3のフローチャートに戻り、ステップS10においてエンジン10が始動される。
ステップS12では、還流油路24の油圧Pが目標油圧Pcとなるように電磁比例弁26が調整され、ステップS14において、圧力センサ28からの情報に基づき、油圧Pが目標油圧Pcに達した(P=Pc)か否かが判別される。
Returning to the flowchart of FIG. 3, the
In step S12, the solenoid
ステップS14の判別結果が偽(No)で、油圧Pが目標油圧Pcに未だ達していないと判定された場合には、ステップS12に戻り、油圧Pが目標油圧Pcに達するのを待つ。一方、ステップS14の判別結果が真(Yes)で、油圧Pが目標油圧Pcに達したと判定された場合には、ステップS16に進む。 If the determination result in step S14 is false (No) and it is determined that the hydraulic pressure P has not yet reached the target hydraulic pressure Pc, the process returns to step S12 and waits for the hydraulic pressure P to reach the target hydraulic pressure Pc. On the other hand, when the determination result in step S14 is true (Yes) and it is determined that the hydraulic pressure P has reached the target hydraulic pressure Pc, the process proceeds to step S16.
ステップS16では、油圧ポンプ20の押しのけ容積Vが上述のように求めた押しのけ容積V(t)となるようにレギュレータユニット21により斜板の傾転角が調整される。この際、電磁比例弁26についても、圧力センサ28からの情報に基づき、還流油路24の油圧Pが目標油圧Pcに保持されるように適宜制御される。これにより、エンジン10には負荷データT(t)に相当する負荷が作用することになり、例えばエンジン回転速度を一定に保持すべく、出力値演算部110においてエンジン10の出力値が演算され、当該出力値に基づき燃料制御信号が燃料制御ユニット11へ出力され、エンジン10が出力制御される。
In step S16, the inclination angle of the swash plate is adjusted by the
ステップS18では、燃料供給ライン13を流れる燃料の流量Qsと燃料返戻ライン14を流れる燃料の流量Qrとがそれぞれ流量計15、流量計16により計測され、これら流量Qsと流量Qrとが記憶部106に一旦記憶される。
In step S18, the flow rate Qs of the fuel flowing through the
ステップS20では、一定期間に亘る負荷データT(t)が終了し、当該負荷データT(t)の終了に合わせて押しのけ容積V(t)が終了したか否かを判別する。ステップS20の判別結果が偽(No)で、未だ押しのけ容積V(t)が終了していないと判定された場合には、引き続きステップS16及びステップS18の操作を繰り返す。これにより、押しのけ容積V(t)に応じてエンジン10が出力制御されながら、当該フローチャートのサンプリング周期毎に燃料供給ライン13を流れる燃料の流量Qsと燃料返戻ライン14を流れる燃料の流量Qrとが計測され続け、これら流量Qsと流量Qrの計測値が記憶部106に時系列にそれぞれ蓄積される。ステップS20の判別結果が真(Yes)で、押しのけ容積V(t)が終了したと判定された場合には、ステップS22に進む。
In step S20, it is determined whether the load data T (t) for a fixed period has ended and the displacement volume V (t) has ended in accordance with the end of the load data T (t). If the determination result in step S20 is false (No) and it is determined that the displacement volume V (t) has not ended yet, the operations in step S16 and step S18 are continuously repeated. As a result, while the output of the
ステップS22では、燃料消費量演算部112において、記憶部106に時系列に蓄積された上記流量Qsと流量Qrの各計測値に基づき、燃料消費量を計算する。燃料消費量は、流量Qsと流量Qrとの差にサンプリング周期Δtを乗じて加算する次式(2)に基づき算出される。
燃料消費量=Σ(Qs−Qr)×Δt ・・・(2)
In step S22, the fuel
Fuel consumption = ((Qs-Qr) x Δt (2)
このようにして燃料消費量が求められ、当該ルーチンを終了する。これにより、一連の燃料消費量の測定が終了し、一定期間、例えば一定時間或いは一定作業回数当たりの燃料消費量が求められる。 Thus, the fuel consumption is obtained and the routine ends. As a result, the measurement of a series of fuel consumption is completed, and the fuel consumption per fixed time, for example, a fixed time or a fixed number of work is obtained.
以上、説明したように、本発明の実施形態1に係る燃料消費量測定システムでは、油圧ショベルの作業によりエンジン10に作用する負荷を模擬した時系列の負荷データT(t)を用い、当該負荷データT(t)から還流油路24の油圧Pを目標油圧Pcとした場合の油圧ポンプ20の時系列の押しのけ容積V(t)を求め、油圧ポンプ20の押しのけ容積Vが当該押しのけ容積V(t)となるよう斜板の傾転角を調整することでエンジン10に負荷を作用させ、エンジン10の出力制御を自動的に行い、エンジン10の燃料消費量を求めるようにしている。
As described above, in the fuel consumption measurement system according to the first embodiment of the present invention, using the time-series load data T (t) simulating the load acting on the
これにより、実際に油圧ショベルにおいて作業機の作業動作、旋回体の旋回動作及び走行動作を行うことなく、これらの動作を行ったと同等の負荷をエンジン10に作用させるようにしてエンジン10を出力制御し、簡単な構成でエンジン10の燃料消費量を求めることができる。また、実際に油圧ショベルを操縦するオペレータは不要であり、レギュレータユニット21、電磁比例弁26及びエンジン10の制御はコントローラ100によって自動的に行われるので、燃料消費量の計測において省人化を図ることができる。
As a result, the load equivalent to performing these operations is applied to the
[実施形態2]
上記実施形態1では、還流油路24内での油圧Pが目標油圧Pcとなるようにして、負荷データT(t)に応じて油圧ポンプ20の押しのけ容積V(t)を求め、押しのけ容積Vを変化させるようにしたが、式(1)に基づき、油圧ポンプ20の押しのけ容積Vを目標押しのけ容積Vcとなるようにして、負荷データT(t)に応じて還流油路24内での油圧Pを変化させるようにしてもよく、実施形態2では、油圧Pを変化させて燃料消費量の計測を行う場合について説明する。なお、実施形態2においても燃料消費量測定システムの概略構成については図1に示した通りであり、ここでは、実施形態1と異なる部分について説明する。
Second Embodiment
In the first embodiment, the displacement volume V (t) of the
図5を参照すると、本発明の実施形態2に係るコントローラ100’の構成及び接続状態がブロック図で示されている。同図に示すように、実施形態2では、実施形態1の目標油圧Pcに代えて目標押しのけ容積Vcが入力される。 Referring to FIG. 5, the configuration and connection of the controller 100 'according to the second embodiment of the present invention is shown in a block diagram. As shown in the figure, in the second embodiment, a target displacement volume Vc is input instead of the target hydraulic pressure Pc of the first embodiment.
そこで、実施形態2では、油圧ポンプ20の押しのけ容積Vが目標押しのけ容積Vcとなるようにレギュレータユニット21や電磁比例弁26を駆動制御するとともにエンジン10を出力制御するよう組まれたプログラムが使用される。
Therefore, in the second embodiment, a program assembled to drive and control the
以下、このように構成された燃料消費量測定システムの実施形態2に係る作用及び効果について説明する。
図6を参照すると、コントローラ100’において実行される実施形態2に係る燃料消費量測定の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
Hereinafter, the operation and effects according to the second embodiment of the fuel consumption measurement system configured as described above will be described.
Referring to FIG. 6, a control routine of fuel consumption measurement according to the second embodiment, which is executed in the controller 100 ', is shown by a flowchart, which will be described below along the flowchart.
燃料消費量測定が開始されると、先ず、ステップS0’において、時系列の負荷データT(t)と目標押しのけ容積Vcとに基づき、負荷データT(t)に応じた還流油路24内での時系列の油圧P(t)が算出され、記憶部106に格納される。油圧P(t)については、上記式(1)において油圧ポンプ20の押しのけ容積V(t)を目標押しのけ容積Vcとし、油圧Pを油圧P(t)として、上記式(1)を逆算することで求めることができる。
When fuel consumption measurement is started, first, in step S0 ′, based on time-series load data T (t) and target displacement volume Vc, in
このようにして、負荷データT(t)と目標押しのけ容積Vcに基づき油圧P(t)が求まると、油圧ショベルの作業が、例えば「掘削 → 旋回ブーム上げ → 放土 → 旋回戻り」の一連の作業を繰り返すものである場合、負荷データT(t)と目標押しのけ容積Vcと油圧P(t)との経時変化については、上記図4と同様、図7のタイミングチャートのように図示することができる。図7中、実線が負荷データT(t)を示し、一点鎖線が油圧P(t)を示し、破線が目標押しのけ容積Vcを示しており、縦軸はそれぞれの値の大きさを示している。 In this way, when the hydraulic pressure P (t) is obtained based on the load data T (t) and the target displacement volume Vc, the work of the hydraulic shovel is, for example, a series of "digging → turning boom raising → release → turning return". In the case where the work is repeated, temporal changes in the load data T (t), the target displacement volume Vc and the hydraulic pressure P (t) may be illustrated as in the timing chart of FIG. 7 as in FIG. it can. In FIG. 7, the solid line indicates load data T (t), the alternate long and short dash line indicates hydraulic pressure P (t), the broken line indicates target displacement volume Vc, and the vertical axis indicates the magnitude of each value. .
図6のフローチャートに戻り、ステップS10においてエンジン10が始動されると、ステップS12’では、油圧ポンプ20の押しのけ容積Vが目標押しのけ容積Vcとなるようにレギュレータユニット21が駆動制御され、斜板の傾転角が調整される。
Returning to the flowchart of FIG. 6, when the
ステップS16’では、還流油路24内での油圧Pが上述のように求めた油圧P(t)となるように電磁比例弁26が駆動制御される。これにより、エンジン10には負荷データT(t)に相当する負荷が作用することになり、例えばエンジン回転速度を一定に保持すべく、出力値演算部110においてエンジン10の出力値が演算され、当該出力値が燃料制御ユニット11へ出力され、エンジン10が出力制御される。
In step S16 ', the solenoid
ステップS18では、燃料供給ライン13を流れる燃料の流量Qsと燃料返戻ライン14を流れる燃料の流量Qrとがそれぞれ流量計15、流量計16により計測され、これら流量Qsと流量Qrとが一旦記憶部106に記憶される。
In step S18, the flow rate Qs of fuel flowing through the
ステップS20’では、一定期間に亘る負荷データT(t)が終了し、当該負荷データT(t)の終了に合わせて油圧P(t)が終了したか否かを判別する。ステップS20’の判別結果が偽(No)で、未だ油圧P(t)が終了していないと判定された場合には、引き続きステップS16’及びステップS18の操作を繰り返す。これにより、油圧P(t)に応じてエンジン10が出力制御されながら、当該フローチャートのサンプリング周期毎に燃料供給ライン13を流れる燃料の流量Qsと燃料返戻ライン14を流れる燃料の流量Qrとが計測され続け、これら流量Qsと流量Qrの計測値が記憶部106に時系列にそれぞれ蓄積される。
In step S20 ', it is determined whether the load data T (t) for a predetermined period has ended and the hydraulic pressure P (t) has ended according to the end of the load data T (t). If the determination result in step S20 'is false (No) and it is determined that the hydraulic pressure P (t) has not ended yet, the operations in step S16' and step S18 are repeated. Thus, while the output of the
ステップS20’の判別結果が真(Yes)で、油圧P(t)が終了したと判定された場合には、ステップS22に進み、燃料消費量演算部112において、記憶部106に時系列に蓄積された上記流量Qsと流量Qrの各計測値に基づき、燃料消費量が上記式(2)に基づき算出される。
If the determination result in step S20 'is true (Yes) and it is determined that the hydraulic pressure P (t) has ended, the process proceeds to step S22, and the fuel
以上、説明したように、本発明の実施形態2に係る燃料消費量測定システムでは、油圧ショベルの作業によりエンジン10に作用する負荷を模擬した時系列の負荷データT(t) を用い、当該負荷データT(t)から油圧ポンプ20の押しのけ容積Vを目標押しのけ容積Vcとした場合の還流油路24内の時系列の油圧P(t)を求め、還流油路24内の油圧Pが当該油圧P(t)となるよう電磁比例弁26を駆動制御することでエンジン10に負荷を作用させ、エンジン10の出力制御を自動的に行い、エンジン10の燃料消費量を求めるようにしている。
As described above, in the fuel consumption measurement system according to the second embodiment of the present invention, using the time-series load data T (t) simulating the load acting on the
これにより、実施形態2においても、上記実施形態1の場合と同様、実際に油圧ショベルにおいて作業機の作業動作、旋回体の旋回動作及び走行動作を行うことなく、これらの動作を行ったと同等の負荷をエンジン10に作用させるようにしてエンジン10を出力制御し、簡単な構成でエンジン10の燃料消費量を求めることができ、燃料消費量の計測において省人化を図ることができる。
Thus, also in the second embodiment, as in the first embodiment, it is equivalent to actually performing these operations without performing the work operation of the working machine, the turning operation of the turning body, and the traveling operation in the hydraulic shovel. The load can be applied to the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記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、作業機械が油圧ショベルである場合を例に説明したが、作業機械は油圧ショベルに限られるものではなく、内燃機関を駆動源して使用する作業機械であって負荷データT(t)を得られれば、本発明を適用可能である。
Although the description of the embodiment is finished above, the aspect of the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, although the case where the working machine is a hydraulic shovel has been described as an example, the working machine is not limited to a hydraulic shovel and is a working machine that uses an internal combustion engine as a drive source and load data If T (t) is obtained, the present invention is applicable.
また、上記実施形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に説明したが、内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではない。
また、上記実施形態では、油圧ポンプが例えば斜板式からなる可変容量式の油圧ポンプ20である場合を例に説明したが、油圧ポンプは可変容量式であれば斜板式に限られるものではない。
Moreover, although the case where an internal combustion engine is a diesel engine was demonstrated to the example in the said embodiment, an internal combustion engine is not restricted to a diesel engine.
In the above embodiment, the hydraulic pump is, for example, a swash plate type variable displacement
また、上記実施形態では、コントローラ100、100’によってレギュレータユニット21や電磁比例弁26を駆動制御する制御装置を構成するとともに燃料消費量を演算する燃料消費量測定装置(燃料消費量演算部112)をも一部構成するようにしたが、燃料消費量測定装置をコントローラ100、100’から分離して設けるようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, a fuel consumption measuring device (a fuel consumption calculating unit 112) which constitutes a control device for driving and controlling the
また、上記実施形態では、流量計15及び流量計16によりそれぞれ流量Qsと流量Qrとを計測し、コントローラ100、100’の燃料消費量演算部112において燃料消費量を演算するようにしたが、燃料消費量の求め方はこれに限られず、例えば燃料タンク12内の燃料の変化量に基づき燃料消費量を求めるようにしてもよい。
In the above embodiment, the flow rate Qs and the flow rate Qr are measured by the
10 エンジン(内燃機関)
12 燃料タンク
13 燃料供給ライン
14 燃料返戻ライン
15 流量計(燃料消費量測定装置)
16 流量計(燃料消費量測定装置)
20 油圧ポンプ
21 レギュレータユニット(容量可変ユニット)
22 作動油タンク
23 サクション油路
24 還流油路
26 電磁比例弁(圧力調整弁)
100 コントローラ(制御装置、燃料消費量測定装置)
102 入力部
104 出力部
106 記憶部
108 演算部
110 出力値演算部
112 燃料消費量演算部
10 Engine (internal combustion engine)
12
16 Flowmeter (Fuel Consumption Measurement Device)
20
22
100 controller (control device, fuel consumption measuring device)
102
Claims (4)
可変容量型の油圧ポンプと、
前記作動油タンクから前記油圧ポンプに吸い込まれる作動油を供給するサクション油路と、
前記油圧ポンプから吐出される作動油を前記作動油タンクに排出する還流油路と、
前記還流油路の途中に接続され作動油の吐出圧を調整可能な圧力調整弁と、
前記油圧ポンプを駆動する内燃機関と、
前記内燃機関に供給する燃料を貯蔵する燃料タンクと、
前記内燃機関に使用される前記燃料の消費量を測定する燃料消費量測定装置と、
前記内燃機関の実働負荷に相当する負荷データを時系列的に目標負荷として記憶する記憶部を有し、前記油圧ポンプの吐出圧と吐出量の積が示す前記内燃機関に作用する負荷が前記目標負荷となるよう前記油圧ポンプの容量可変ユニット或いは前記圧力調整弁の少なくとも一方を駆動制御するとともに前記内燃機関の出力を制御する制御装置とを備え、
前記燃料消費量測定装置は、前記制御装置により前記内燃機関に作用する負荷が前記目標負荷となるよう前記油圧ポンプの吐出量或いは前記圧力調整弁によって前記油圧ポンプの吐出圧の少なくとも一方を調整し前記内燃機関の出力を制御した間に前記内燃機関にて使用された前記燃料の消費量を測定することを特徴とする作業機械の燃料消費量測定システム。 A hydraulic oil tank for storing hydraulic oil,
With a variable displacement hydraulic pump,
A suction oil passage for supplying hydraulic fluid drawn from the hydraulic fluid tank to the hydraulic pump;
A return oil passage for discharging hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to the hydraulic oil tank;
A pressure control valve connected in the middle of the return oil passage and capable of adjusting the discharge pressure of the hydraulic oil;
An internal combustion engine driving the hydraulic pump;
A fuel tank storing fuel supplied to the internal combustion engine;
A fuel consumption measuring device for measuring the consumption of the fuel used in the internal combustion engine;
It has a storage unit that stores load data corresponding to the actual load of the internal combustion engine as a target load in time series, and the load acting on the internal combustion engine indicated by the product of the discharge pressure and the discharge amount of the hydraulic pump is the target And a control device that drives and controls at least one of the variable displacement unit of the hydraulic pump and the pressure control valve so as to be a load, and controls the output of the internal combustion engine.
The fuel consumption measuring device adjusts at least one of a discharge amount of the hydraulic pump or a discharge pressure of the hydraulic pump by the pressure control valve such that a load acting on the internal combustion engine by the control device becomes the target load. A fuel consumption measurement system for a working machine, comprising measuring the consumption of the fuel used in the internal combustion engine while controlling the output of the internal combustion engine.
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