JP2021095728A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を抑えつつ、ネガティブコントロール方式により制御される可変容量ポンプの故障を精度よく判定することができる建設機械を提供する。【解決手段】油圧ショベルは、エンジンによって駆動される可変容量ポンプと、第１ネガコン圧力センサ５１ｈと、第２ネガコン圧力センサ５１ｉと、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧のうち小さいほうの信号圧である第３ネガコン信号圧に基づき可変容量ポンプの吐出量を制御する統合コントローラ７とを備え、エンジンの回転数に基づき演算された理論ポンプ流量と、第３ネガコン信号圧に基づき演算された実ポンプ流量とに基づいて故障判定を行う第１判定部７１と、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分に基づいて故障判定を行う第２判定部７２と、第１判定部７１と第２判定部７２の判定が何れも故障である場合に可変容量ポンプが故障であると判定する故障判定部７３とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械に関する。

下記特許文献１には、両吐出型ポンプのドレンポートから排出される作動油のドレン圧力を検出し、検出されたドレン圧力が所定の圧力を超えた両吐出型ポンプは故障した両吐出型ポンプであると判定する方法が開示されている。

下記特許文献２には、理論上の総流量と実流量を比較することにより、ポンプの故障判定を行う技術が開示されている。

特開２０１９−４９３３５号公報 特開２００１−２４１３８４号公報

特許文献１の方法では、ドレン圧力は絶対値が小さいことから、標高等の環境要因により精度の信頼性が十分であるとは言えない。また、ドレンポートは、サクションラインと連通していることから、ポンプ制御に伴うポンプ流量の変化によってドレン圧力が変動する場合があり、同様の問題が生じる場合がある。特許文献２の技術では、実流量の検出に流量センサを使用していることからコストが上昇するという問題点がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、コスト上昇を抑えつつ、ネガティブコントロール方式により制御される可変容量ポンプの故障を精度よく判定することができる建設機械を提供することを目的とする。

本発明の建設機械は、原動機と、前記原動機によって駆動される第１吐出ポート及び第２吐出ポートを有するスプリットフロー型の可変容量ポンプと、前記第１吐出ポートから吐出された圧油の流量及び方向を制御する第１方向切換弁と、前記第１方向切換弁が中立位置のときに油タンクに連通する第１センターバイパス油路と、前記第１センターバイパス油路の最下流に配置された第１ネガコン絞りの上流の圧力を第１ネガコン信号圧として検知する第１ネガコン信号圧検知装置と、前記第２吐出ポートから吐出された圧油の流量及び方向を制御する第２方向切換弁と、前記第２方向切換弁が中立位置のときに油タンクに連通する第２センターバイパス油路と、前記第２センターバイパス油路の最下流に配置された第２ネガコン絞りの上流の圧力を第２ネガコン信号圧として検知する第２ネガコン信号圧検知装置と、前記第１ネガコン信号圧と前記第２ネガコン信号圧のうち小さいほうの信号圧を第３ネガコン信号圧とし、前記第３ネガコン信号圧に基づき前記可変容量ポンプの吐出量を制御するネガティブコントロール制御部と、を備え、
前記原動機の回転数に基づき演算された前記可変容量ポンプの理論ポンプ流量と、前記第３ネガコン信号圧に基づき演算された前記可変容量ポンプの実ポンプ流量とに基づいて前記可変容量ポンプの故障判定を行う第１判定部と、
前記第１ネガコン信号圧と前記第２ネガコン信号圧の差分に基づいて前記可変容量ポンプの故障判定を行う第２判定部と、
前記第１判定部と前記第２判定部の判定が何れも故障である場合に前記可変容量ポンプが故障であると判定する故障判定部と、を備える。

本発明によれば、ネガティブコントロール方式により制御されるスプリットフロー型の可変容量ポンプにおいて、実ポンプ流量と理論ポンプ流量との比較、及び第１吐出ポートの第１ネガコン信号圧と第２吐出ポートの第２ネガコン信号圧との比較という２つの判定要素に基づき可変容量ポンプの最終的な故障判定を行うため、精度よく故障の判定を行うことができる。また、可変容量ポンプの流量制御のためのネガコン信号圧に基づき故障判定を行うため、別途流量センサ等を設ける必要がなく、コスト上昇を抑えることができる。

本実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図 本実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路を示す図 本実施形態に係る油圧ショベルが備える制御系を示すブロック図 他の実施形態に係る油圧ショベルが備える制御系を示すブロック図 他の実施形態に係る油圧ショベルが備える制御系を示すブロック図 他の実施形態に係る油圧ショベルが備える制御系を示すブロック図 故障診断の手順を示すフローチャート

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［油圧ショベルの構造］
まず、図１を参照しながら、建設機械の一例としての油圧ショベル１の概略構造について説明する。

下部走行体２は、エンジン４２（原動機に相当する）からの動力を受けて駆動し、油圧ショベル１を走行させる。下部走行体２は、左右一対のクローラ２１，２１及び左右一対の走行モータ２２，２２（図１では右走行モータ２２は図示していない）を備える。油圧モータである左右の走行モータ２２，２２が左右のクローラ２１，２１をそれぞれ駆動することで油圧ショベル１の前後進を可能としている。また、下部走行体２には、ブレード２３、及びブレード２３を上下方向に回動させるための油圧アクチュエータであるブレードリフトシリンダ２４が設けられている。

作業機３は、エンジン４２からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業機３は、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３は、それぞれ作業部に相当し、油圧ショベル１は、複数の作業部を有する。

ブーム３１は、基端部が上部旋回体４の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ３１ａによって回動される。また、アーム３２は、基端部がブーム３１の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ３２ａによって回動される。そして、バケット３３は、基端部がアーム３２の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ３３ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａは、作業部を駆動する油圧アクチュエータに相当する。

バケット３３は、作業機３の先端に設けられ、掘削作業を行うためのツメを備えた容器状の部材である。バケット３３は、アーム３２の先端にピン３４を介して回動可能に取り付けられている。さらに、バケット３３は、リンク機構３５を介してバケットシリンダ３３ａと連結されている。

上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回ベアリング（図示しない）を介して旋回可能に構成されている。上部旋回体４には、操縦部４１、エンジン４２、旋回台４３、旋回モータ４４等が配置されている。油圧モータである旋回モータ４４の駆動力で上部旋回体４が旋回ベアリングを介して旋回する。また、上部旋回体４には、エンジン４２により駆動される複数の油圧ポンプ（図１では図示していない）が配設される。これらの油圧ポンプが、走行モータ２２，２２、ブレードリフトシリンダ２４、旋回モータ４４、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａ等に圧油を供給する。

操縦部４１には、操縦席４１１が配置されている。操縦席４１１の左右に一対の作業操作レバー４１２，４１２、前方に一対の走行レバー４１３，４１３が配置されている。作業者は、操縦席４１１に着座して作業操作レバー４１２，４１２、走行レバー４１３，４１３等を操作することによって、エンジン４２、各油圧モータ、各油圧アクチュエータ等の制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。

また、油圧ショベル１は、制御装置としての統合コントローラ７（図１には図示していない）と、統合コントローラ７からの指令に基づいてエンジン４２の駆動を制御するエンジンＥＣＵ４２ａとを有する。統合コントローラ７は、油圧ショベル１の制御システムを司り、上述した油圧ポンプへの制御指示やエンジンＥＣＵ４２ａへの制御指示を出力する。

［油圧回路の構成］
図２を用いて、油圧ショベル１が有する油圧回路５について説明する。油圧回路５は、第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ（左走行モータ２２、右走行モータ２２のいずれか）、第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ（ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、バケットシリンダ３３ａのいずれか）、油圧作業アタッチメント（油圧ハンマ等）のアタッチメント用モータ３０ｄ、旋回モータ４４と、可変容量ポンプ５１と、固定容量ポンプ５２と、パイロットポンプ５３と、を有する。

可変容量ポンプ５１及び固定容量ポンプ５２は、エンジン４２によって駆動され、油圧アクチュエータ（第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ、第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ、アタッチメント用モータ３０ｄ、旋回モータ４４）へ供給される圧油を吐出する。可変容量ポンプ５１は、第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ、第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ、及びアタッチメント用モータ３０ｄに圧油を供給して駆動する。固定容量ポンプ５２は、旋回モータ４４に圧油を供給して駆動する。

可変容量ポンプ５１は、ポンプレギュレータ５１ａの駆動により可動斜板５１ｂの傾斜角度を変更することで圧油の吐出量を制御可能としている。ポンプレギュレータ５１ａは、パイロットポンプ５３から吐出されたパイロット油の圧力（パイロット圧）により駆動される。

ポンプレギュレータ５１ａとパイロットポンプ５３との間の油路５３ａには、ポンプレギュレータ５１ａの制御用の電磁比例弁５１ｃが設けられている。電磁比例弁５１ｃは、統合コントローラ７からの制御指令によりポンプレギュレータ５１ａに入力される圧力信号（パイロット信号圧）を調圧可能となっている。

可変容量ポンプ５１は、第１吐出ポートＰ１と第２吐出ポートＰ２を有する、いわゆるスプリットフロー型の油圧ポンプである。第１吐出ポートＰ１から吐出された圧油は、第１センターバイパス油路５１ｄを介して後述する第１走行用方向切換弁５５ｅ及びアタッチメント用方向切換弁５５ｄへ供給され、第２吐出ポートＰ２から吐出された圧油は、第２センターバイパス油路５１ｅを介して後述する第２走行用方向切換弁５５ｆ、第３作業機用方向切換弁５５ｃ、第２作業機用方向切換弁５５ｂ、及び第１作業機用方向切換弁５５ａへ供給される。本発明において、第１走行用方向切換弁５５ｅ及びアタッチメント用方向切換弁５５ｄのうち少なくとも一つが第１方向切換弁に相当し、第２走行用方向切換弁５５ｆ、第３作業機用方向切換弁５５ｃ、第２作業機用方向切換弁５５ｂ、及び第１作業機用方向切換弁５５ａのうち少なくとも一つが第２方向切換弁に相当する。

第１センターバイパス油路５１ｄの最下流には、第１ネガコン絞り５１ｆが設けられている。第１ネガコン絞り５１ｆは、第１センターバイパス油路５１ｄを流れる圧油の流れを制限して第１ネガコン絞り５１ｆの上流で第１ネガコン圧を発生させる。同様に、第２センターバイパス油路５１ｅの最下流には、第２ネガコン絞り５１ｇが設けられている。第２ネガコン絞り５１ｇは、第２センターバイパス油路５１ｅを流れる圧油の流れを制限して第２ネガコン絞り５１ｇの上流で第２ネガコン圧を発生させる。

第１ネガコン圧力センサ５１ｈ（第１ネガコン信号圧検知装置に相当する）は、第１ネガコン圧を検出し、検出した値を電気信号に変換し、電気的な第１ネガコン信号圧として統合コントローラ７に対して出力する。同様に、第２ネガコン圧力センサ５１ｉ（第２ネガコン信号圧検知装置に相当する）は、第２ネガコン圧を検出し、検出した値を電気信号に変換し、電気的な第２ネガコン信号圧として統合コントローラ７に対して出力する。

低圧選択弁５１ｊは、第１センターバイパス油路５１ｄ及び第２センターバイパス油路５１ｅのそれぞれを流れる圧油のうち低圧の圧油を選択して出力する弁である。低圧選択弁５１ｊは、３つのポート５１１，５１２，５１３を有しており、第１ポート５１１が第１センターバイパス油路５１ｄに接続され、第２ポート５１２が第２センターバイパス油路５１ｅに接続されている。第３ポート５１３は、第３ネガコン圧力センサ５１ｋに接続されている。低圧選択弁５１ｊは、スプール５１４を摺動させることにより複数のポジションに切り換えることが可能である。スプール５１４は、第１ネガコン圧及び第２ネガコン圧を互いに抗するように受圧しており、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧の差圧に応じてポジションを変える。

具体的には、スプール５１４は、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧が同じ場合、スプリングの付勢力により、図２に示す中立位置に保持される。中立位置では、３つのポート５１１，５１２，５１３がすべて連通しており、第３ネガコン圧力センサ５１ｋは、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧の平均相当の圧力を検出する。

一方、第１ネガコン圧が第２ネガコン圧よりも低い場合、スプール５１４は図２で左方へ移動する。この位置では、第２センターバイパス油路５１ｅが遮断され、第１センターバイパス油路５１ｄが第３ネガコン圧力センサ５１ｋに接続される。これにより、第３ネガコン圧力センサ５１ｋは、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧のうち低圧側の第１ネガコン圧を検出する。また、第２ネガコン圧が第１ネガコン圧よりも低い場合、スプール５１４は図２で右方へ移動する。この位置では、第１センターバイパス油路５１ｄが遮断され、第２センターバイパス油路５１ｅが第３ネガコン圧力センサ５１ｋに接続される。これにより、第３ネガコン圧力センサ５１ｋは、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧のうち低圧側の第２ネガコン圧を検出する。以上により、第３ネガコン圧力センサ５１ｋは、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧のうち低圧側のネガコン圧を検出し、検出した値を電気信号に変換し、電気的な第３ネガコン信号圧として統合コントローラ７に対して出力する。

第１ネガコンリリーフ弁５１ｍは、第１ネガコン絞り５１ｆと並列に配置されている。第１ネガコンリリーフ弁５１ｍは、第１ネガコン絞り５１ｆの上流側の第１センターバイパス油路５１ｄの圧力が所定のリリーフ圧を超えた場合に、第１センターバイパス油路５１ｄの圧油を油タンクに逃す。これにより、第１ネガコンリリーフ弁５１ｍは、第１ネガコン絞り５１ｆの上流における第１ネガコン圧が予め設定されたリリーフ圧以上になった場合に、圧油を油タンクに排出して第１ネガコン圧をかかるリリーフ圧未満に制御することができる。

同様に、第２ネガコンリリーフ弁５１ｎは、第２ネガコン絞り５１ｇと並列に配置されており、第２ネガコン絞り５１ｇの上流における第２ネガコン圧が予め設定されたリリーフ圧以上になった場合に、圧油を油タンクに排出して第２ネガコン圧をかかるリリーフ圧未満に制御することができる。

固定容量ポンプ５２から吐出された圧油は、第３センターバイパス油路５２ａを介して後述する旋回用方向切換弁５５ｇへと供給される。

油圧アクチュエータ（第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ、アタッチメント用モータ３０ｄ、第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ、旋回モータ４４）には、それぞれ対応する方向切換弁５５が設けられ、方向切換弁５５は、可変容量ポンプ５１及び固定容量ポンプ５２から油圧アクチュエータへ圧送する圧油の方向と容量を切り換え可能なパイロット式の方向切換弁である。方向切換弁５５は、スプールを摺動させることにより複数のポジションに切り換えることが可能である。方向切換弁５５の２つのパイロットポートのいずれにもパイロット信号圧が付与されない場合、スプリングの付勢力により、方向切換弁５５は中立位置に保持される。方向切換弁５５が中立位置にある場合、圧油は、対応する油圧アクチュエータに供給されず、第１センターバイパス油路５１ｄ、第２センターバイパス油路５１ｅ、及び第３センターバイパス油路５２ａを通って油タンクに流れる。一方、方向切換弁５５の何れかのパイロットポートにパイロット信号圧が付与された場合、方向切換弁５５が中立位置から他のポジションに切り換えられて、圧油は、対応する油圧アクチュエータに供給される。

本実施形態においては、第１作業機アクチュエータ３０ａに対応する第１作業機用方向切換弁５５ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂに対応する第２作業機用方向切換弁５５ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃに対応する第３作業機用方向切換弁５５ｃ、アタッチメント用モータ３０ｄに対応するアタッチメント用方向切換弁５５ｄ、第１走行用モータ２２ａに対応する第１走行用方向切換弁５５ｅ、第２走行用モータ２２ｂに対応する第２走行用方向切換弁５５ｆ、旋回モータ４４に対応する旋回用方向切換弁５５ｇが設けられている。これらの方向切換弁は、まとめてコントロールバルブと呼ばれる。

パイロットポンプ５３は、主に方向切換弁５５へ入力される指令としてのパイロット油を吐出する。ただし、図２ではパイロットポンプ５３から方向切換弁５５に至る油路は記載していない。パイロットポンプ５３は、エンジン４２によって駆動され、圧油を吐出することにより、油路５３ａ内にパイロット信号圧を発生させる。

また、油圧回路５には、操作装置５６が接続されている。操作装置５６は、例えば第１作業機アクチュエータ３０ａを操作するためのものである。図２では操作装置５６のみ示しているが、その他の作業機アクチュエータを操作するために不図示の操作装置がそれぞれ設けられる。操作装置は、一対の作業操作レバー４１２，４１２で構成される。

操作装置５６は、第１作業機用方向切換弁５５ａに供給されるパイロット圧油の向きと圧力を切り換えるための第１作業機用リモコン弁５６ａを有する。第１作業機用リモコン弁５６ａには、パイロットポンプ５３から吐出された圧油が油路５３ａを介して供給される。第１作業機用リモコン弁５６ａは、油路５３ａから分岐される油路５３ｂに接続される。油路５３ｂの中途部には、開閉弁５３ｃが配置されている。開閉弁５３ｃは、電磁バルブで構成され、ソレノイド５３ｄを備えている。

また、油圧回路５には、カットオフレバー５７が接続されている。カットオフレバー５７は、上下に回動可能に構成されており、下方に回動操作されると操作装置５６の操作による第１作業機アクチュエータ３０ａの作動が可能の状態となり、上方に回動操作されると操作装置５６を操作しても第１作業機アクチュエータ３０ａが作動しないロック状態となるように構成されている。カットオフレバー５７には、カットオフレバー５７の回動位置を検知するカットオフスイッチ５７ａが設けられている。カットオフスイッチ５７ａは、カットオフレバー５７が下方に回動されるとＯＮされ、一方、カットオフレバー５７が上方に回動されるとＯＦＦされるように構成されている。

カットオフスイッチ５７ａは、開閉弁５３ｃのソレノイド５３ｄに接続されている。ソレノイド５３ｄは、カットオフレバー５７が下方に回動されてカットオフスイッチ５７ａがＯＮのとき、通電されて、開閉弁５３ｃを連通状態とする。これにより、パイロットポンプ５３からの圧油が開閉弁５３ｃを介して第１作業機用リモコン弁５６ａへ供給される。一方、カットオフレバー５７が上方に回動されると、カットオフスイッチ５７ａはスプリングの付勢力によりＯＦＦとなり、ソレノイド５３ｄに通電されなくなり、開閉弁５３ｃはスプリングの付勢力により遮断状態となる。これにより、パイロットポンプ５３からの圧油が第１作業機用リモコン弁５６ａへ供給されなくなり、操作装置５６を操作しても第１作業機用方向切換弁５５ａにパイロット圧が付与されないため、第１作業機アクチュエータ３０ａに圧油が供給されず、第１作業機アクチュエータ３０ａの操作が制限される。よって、カットオフレバー５７は、下方に回動操作されると操作装置５６の操作による第１作業機アクチュエータ３０ａの作動が可能の状態となり、上方に回動操作されると操作装置５６を操作しても第１作業機アクチュエータ３０ａが作動しないロック状態となる。

［制御系の構成］
統合コントローラ７には、第１ネガコン圧力センサ５１ｈ、第２ネガコン圧力センサ５１ｉ、第３ネガコン圧力センサ５１ｋ、エンジンＥＣＵ４２ａ、及び電磁比例弁５１ｃ等が電気的に接続されている。

統合コントローラ７は、電磁比例弁５１ｃに制御指令を発信する。電磁比例弁５１ｃは、統合コントローラ７によって作動制御されており、印加される制御電流値の大きさに応じて、ポンプレギュレータ５１ａに対するパイロット信号圧を調圧することができる。すなわち、制御指令は、例えば制御電流値である。統合コントローラ７は、第３ネガコン圧力センサ５１ｋから入力された第３ネガコン信号圧に基づいて制御指令を生成する。これにより、統合コントローラ７は、第３ネガコン信号圧に基づき可変容量ポンプ５１の吐出量を制御することができ、ネガティブコントロール制御部として機能する。なお、ポンプレギュレータ５１ａに第３ネガコン圧を直接入力することでネガティブコントロール制御をすることもできる。

また、統合コントローラ７は、第１判定部７１と、第２判定部７２と、故障判定部７３とを備える。

第１判定部７１は、エンジン４２の回転数に基づき演算された可変容量ポンプ５１の理論ポンプ流量と、第３ネガコン信号圧に基づき演算された可変容量ポンプ５１の実ポンプ流量とに基づいて可変容量ポンプ５１の故障判定を行う。

第１判定部７１は、理論ポンプ流量演算部７１ａを備えている。理論ポンプ流量演算部７１ａは、エンジン４２の回転数に基づき可変容量ポンプ５１の理論ポンプ流量Ｑｐを演算する。具体的には、理論ポンプ流量Ｑｐは、下記の式（１）で求められる。なお、ｑはポンプ容量を表し、Ｎはエンジン４２の回転数を表す。エンジン４２の回転数Ｎは、エンジン４２に設けられたエンジン回転数センサ４２ｂにより計測され、エンジンＥＣＵ４２ａを介して第１判定部７１に入力される。

第１判定部７１は、実ポンプ流量演算部７１ｂを備えている。実ポンプ流量演算部７１ｂは、第３ネガコン信号圧に基づき可変容量ポンプ５１の実ポンプ流量Ｑａを演算する。具体的には、実ポンプ流量Ｑａは、下記の式（２）で求められる。なお、ａは第１ネガコン絞り５１ｆ又は第２ネガコン絞り５１ｇの開口面積（第１ネガコン絞り５１ｆの開口面積と第２ネガコン絞り５１ｇの開口面積は等しい）を表し、ｃは補正係数を表し、ΔＰは第３ネガコン圧を表す。第３ネガコン圧は第３ネガコン信号圧から計算される。なお、ΔＰとして、ポンプレギュレータ５１ａに入力される圧油の圧力をセンサで測定して、その測定値から計算してもよい。

第１判定部７１は、理論ポンプ流量Ｑｐと実ポンプ流量Ｑａとに基づいて可変容量ポンプ５１の故障判定を行う。具体的には、第１判定部７１は、実ポンプ流量Ｑａと理論ポンプ流量Ｑｐとの比であるポンプ容積効率ηｖ（＝Ｑａ／Ｑｐ）が第１閾値η１より小さい場合、可変容量ポンプ５１が故障であると判定する。第１判定部７１は、ポンプ容積効率ηｖが第１閾値η１以上である場合、可変容量ポンプ５１が正常であると判定する。

第２判定部７２は、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分Ｄに基づいて可変容量ポンプ５１の故障判定を行う。可変容量ポンプ５１が正常であれば、第１吐出ポートＰ１からの吐出量と第２吐出ポートＰ２からの吐出量は同じであり、また、第１ネガコン絞り５１ｆの開口面積と第２ネガコン絞り５１ｇの開口面積は同じであるため、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧は略同じである。第２判定部７２は、差分Ｄが第２閾値η２より大きい場合、可変容量ポンプ５１が故障であると判定する。第２判定部７２は、差分Ｄが第２閾値η２以下である場合、可変容量ポンプ５１が正常であると判定する。

故障判定部７３は、第１判定部７１と第２判定部７２の判定が何れも故障である場合に可変容量ポンプ５１が故障であると判定する。このように実ポンプ流量Ｑａと理論ポンプ流量Ｑｐとの比較、及び第１吐出ポートＰ１の第１ネガコン信号圧と第２吐出ポートＰ２の第２ネガコン信号圧との比較という２つの判定要素に基づき可変容量ポンプ５１の故障を総合的に判定するため、精度よく故障の判定を行うことができる。また、可変容量ポンプ５１の流量制御のためのネガコン信号圧に基づき故障判定を行うため、別途流量センサ等を設ける必要がなく、コスト上昇を抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係る油圧ショベル１は、エンジン４２と、エンジン４２によって駆動される第１吐出ポートＰ１及び第２吐出ポートＰ２を有するスプリットフロー型の可変容量ポンプ５１と、第１吐出ポートＰ１から吐出された圧油の流量及び方向を制御する第１方向切換弁（第１走行用方向切換弁５５ｅ及びアタッチメント用方向切換弁５５ｄのうち少なくとも一つ）と、前記第１方向切換弁が中立位置のときに油タンクに連通する第１センターバイパス油路５１ｄと、第１センターバイパス油路５１ｄの最下流に配置された第１ネガコン絞り５１ｆの上流の圧力を第１ネガコン信号圧として検知する第１ネガコン圧力センサ５１ｈと、第２吐出ポートＰ２から吐出された圧油の流量及び方向を制御する第２方向切換弁（第２走行用方向切換弁５５ｆ、第３作業機用方向切換弁５５ｃ、第２作業機用方向切換弁５５ｂ、及び第１作業機用方向切換弁５５ａのうち少なくとも一つ）と、前記第２方向切換弁が中立位置のときに油タンクに連通する第２センターバイパス油路５１ｅと、第２センターバイパス油路５１ｅの最下流に配置された第２ネガコン絞り５１ｇの上流の圧力を第２ネガコン信号圧として検知する第２ネガコン圧力センサ５１ｉと、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧のうち小さいほうの信号圧を第３ネガコン信号圧とし、前記第３ネガコン信号圧に基づき可変容量ポンプ５１の吐出量を制御する統合コントローラ７と、を備え、
エンジン４２の回転数に基づき演算された可変容量ポンプ５１の理論ポンプ流量Ｑｐと、第３ネガコン信号圧に基づき演算された可変容量ポンプ５１の実ポンプ流量Ｑａとに基づいて可変容量ポンプ５１の故障判定を行う第１判定部７１と、
第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分に基づいて可変容量ポンプ５１の故障判定を行う第２判定部７２と、
第１判定部７１と第２判定部７２の判定が何れも故障である場合に可変容量ポンプ５１が故障であると判定する故障判定部７３と、を備える。

この構成によれば、ネガティブコントロール方式により制御されるスプリットフロー型の可変容量ポンプ５１において、実ポンプ流量Ｑａと理論ポンプ流量Ｑｐとの比較、及び第１吐出ポートＰ１の第１ネガコン信号圧と第２吐出ポートＰ２の第２ネガコン信号圧との比較という２つの判定要素に基づき可変容量ポンプ５１の最終的な故障判定を行うため、精度よく故障の判定を行うことができる。また、可変容量ポンプ５１の流量制御のためのネガコン信号圧に基づき故障判定を行うため、別途流量センサ等を設ける必要がなく、コスト上昇を抑えることができる。

図４に示すように、油圧ショベル１は、故障診断モード選択装置７４を備えるようにしてもよい。故障診断モード選択装置７４は、統合コントローラ７に電気的に接続されている。故障診断モード選択装置７４は、可変容量ポンプ５１の故障の有無を診断する故障診断モードを選択するものであり、例えばモニタに表示された故障診断モード開始アイコンである。作業者によって故障診断モードが選択されると、カットオフレバー５７が上方に回動されていること、すなわちカットオフスイッチ５７ａがＯＦＦとなっていることを条件に、故障診断モードが開始される。

統合コントローラ７は、故障診断モード指示部７５（目標回転数設定装置に相当する）を備えており、故障診断モード指示部７５は、故障診断モードの選択信号をトリガーとして、エンジンＥＣＵ４２ａに対してエンジン４２の目標回転数を故障診断モード用の目標回転数に設定する指令を出力する。故障診断モード用の目標回転数は、故障診断に適したエンジン回転数であり、第１ネガコン圧及び第２ネガコン圧が第１ネガコンリリーフ弁５１ｍ及び第２ネガコンリリーフ弁５１ｎで設定されたリリーフ圧を超えないように設定される。エンジンＥＣＵ４２ａは、エンジン回転数が故障診断モード用の目標回転数となるようにエンジン４２を制御する。このとき、第１判定部７１の理論ポンプ流量演算部７１ａは、故障診断モード用の目標回転数に基づき可変容量ポンプ５１の理論ポンプ流量Ｑｐを演算することとなる。故障判定部７３による最終的な故障判定結果は、モニタ７６に出力され、作業者はモニタ７６に表示された故障判定結果を確認することができる。なお、モニタ７６は、故障診断モード選択装置７４としての故障診断モード開始アイコンが表示されるモニタと同じであっても異なっていてもよい。

以上のように、油圧ショベル１は、故障判定部７３の判定結果を出力する故障診断モードを選択することができる故障診断モード選択装置７４と、エンジン４２の目標回転数を設定する故障診断モード指示部７５と、を備え、前記故障診断モードが選択されると、前記目標回転数が、故障診断モード用の目標回転数に設定されるようにしてもよい。この構成によれば、故障診断に最適なエンジン回転数に設定され、かつ作業機アクチュエータがロックされていることにより、可変容量ポンプ５１の吐出量が故障診断に最適な安定した流量となり、精度の高い故障診断結果が得られる。

図５に示すように、油圧ショベル１は、第１ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置７７ａ及び第２ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置７７ｂを備えるようにしてもよい。第１ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置７７ａは、第１ネガコンリリーフ弁５１ｍと電気的に接続されており、第１ネガコンリリーフ弁５１ｍのリリーフ圧を設定することができる。第２ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置７７ｂは、第２ネガコンリリーフ弁５１ｎと電気的に接続されており、第２ネガコンリリーフ弁５１ｎのリリーフ圧を設定することができる。

作業者によって故障診断モードが選択されると、故障診断モード指示部７５は、第１ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置７７ａ及び第２ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置７７ｂに対し、第１ネガコンリリーフ弁５１ｍ及び第２ネガコンリリーフ弁５１ｎのリリーフ設定圧を第１設定圧ＳＰ１から第１設定圧ＳＰ１より高い第２設定圧ＳＰ２に変更する指令を出力する。故障診断モード選択時に、第１ネガコン圧及び第２ネガコン圧の上限を規定するリリーフ設定圧を高くすることで、第１ネガコン信号圧及び第２ネガコン信号圧の絶対値を大きくすることができるため、故障判定の精度を上げることができる。

油圧ショベル１は、故障診断モード選択喚起装置７８（報知装置に相当する）をさらに備えるようにしてもよい。故障診断モード選択喚起装置７８は、故障診断モードが選択されていない時に故障判定部７３が可変容量ポンプ５１が故障であると判定すると、故障診断モードを選択することを促す報知を行う。故障診断モード選択喚起装置７８は、例えばモニタ上の故障診断モード開始アイコンを点滅させることにより作業者に故障診断モードを選択することを促す。油圧ショベル１の作動中に故障判定部７３により所定の精度で故障判定を行い、故障の可能性がある場合に、精度の高い故障診断モードによる診断を行うことで精度の高い診断を最適なタイミングで行うことができる。

以上のように、油圧ショベル１は、第１センターバイパス油路５１ｄに第１ネガコン絞り５１ｆと並列に配置された第１ネガコンリリーフ弁５１ｍと、第２センターバイパス油路５１ｅに第２ネガコン絞り５１ｇと並列に配置された第２ネガコンリリーフ弁５１ｎと、を備え、前記故障診断モードが選択されると、第１ネガコンリリーフ弁５１ｍと第２ネガコンリリーフ弁５１ｎのリリーフ設定圧が、第１設定圧ＳＰ１から第１設定圧ＳＰ１より高い第２設定圧ＳＰ２に変更されるようにしてもよい。この構成によれば、故障診断モード選択時に、第１ネガコン圧及び第２ネガコン圧の上限を規定するリリーフ設定圧を高くすることで、第１ネガコン信号圧及び第２ネガコン信号圧の絶対値を大きくすることができるため、故障判定の精度を上げることができる。

また、油圧ショベル１は、前記故障診断モードが選択されていない時に故障判定部７３が可変容量ポンプ５１が故障であると判定すると、前記故障診断モードを選択することを促す報知を行う故障診断モード選択喚起装置７８を備えるようにしてもよい。この構成によれば、油圧ショベル１の作動中に故障判定部７３により所定の精度で故障判定を行い、故障の可能性がある場合に、精度の高い故障診断モードによる診断を行うことで精度の高い診断を最適なタイミングで行うことができる。

また、図６に示すように、故障診断モードが選択されると、故障診断モード指示部７５は、第１判定部７１に対してポンプ容積効率ηｖの閾値を第１閾値η１から第１閾値η１より大きい第３閾値η３に変更する指令を出力し、第２判定部７２に対して第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分Ｄの閾値を第２閾値η２から第２閾値η２より小さい第４閾値η４に変更する指令を出力するようにしてもよい。故障判定を行うための閾値を最適値に変更することで、より精度の高い故障判定を行うことができる。

図７は、故障診断の手順の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、第１判定部７１は、ポンプ容積効率ηｖが第１閾値η１より小さいか否かを判定する。ポンプ容積効率ηｖが第１閾値η１より小さい場合、第１判定部７１により可変容量ポンプ５１が故障であると判定され、ステップＳ２に進む。一方、ポンプ容積効率ηｖが第１閾値η１以上である場合、ステップＳ１を繰り返す。

次いで、ステップＳ２において、第２判定部７２は、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分Ｄが第２閾値η２より大きいか否かを判定する。差分Ｄが第２閾値η２より大きい場合、第２判定部７２により可変容量ポンプ５１が故障であると判定され、その結果、故障判定部７３により可変容量ポンプ５１が故障であると判定され、ステップＳ３に進む。一方、差分Ｄが第２閾値η２以下である場合、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ３において、モニタに表示された故障診断モード開始アイコンが点滅する。次いで、ステップＳ４において、カットオフレバー５７を上方に回動させると、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、故障診断モード開始アイコンが選択されると、ステップＳ６において故障診断モードが開始する。

故障診断モードが選択され、故障診断モードが開始すると、ステップＳ７において、ポンプ容積効率ηｖの閾値を第１閾値η１から第３閾値η３に変更し、ステップＳ８において、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分Ｄの閾値を第２閾値η２から第４閾値η４に変更する。

次いで、ステップＳ９において、第１判定部７１は、ポンプ容積効率ηｖが第３閾値η３より小さいか否かを判定する。ポンプ容積効率ηｖが第３閾値η３より小さい場合、第１判定部７１により可変容量ポンプ５１が故障であると判定され、ステップＳ１０に進む。一方、ポンプ容積効率ηｖが第３閾値η３以上である場合、可変容量ポンプ５１が正常であると判定され、ステップＳ１２に進み、可変容量ポンプ５１の故障無しの旨がモニタに表示される。

次いで、ステップＳ１０において、第２判定部７２は、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分Ｄが第４閾値η４より大きいか否かを判定する。差分Ｄが第４閾値η４より大きい場合、第２判定部７２により可変容量ポンプ５１が故障であると判定され、その結果、故障判定部７３により可変容量ポンプ５１が故障であると判定され、ステップＳ１１に進み、可変容量ポンプ５１の故障有りの旨がモニタに表示される。一方、差分Ｄが第４閾値η４以下である場合、可変容量ポンプ５１が正常であると判定され、ステップＳ１２に進み、可変容量ポンプ５１の故障無しの旨がモニタに表示される。

以上のように、第１判定部７１は、実ポンプ流量Ｑａと理論ポンプ流量Ｑｐとの比であるポンプ容積効率ηｖが第１閾値η１より小さい場合に故障であると判定し、第２判定部７２は、第１ネガコン信号圧と第２ネガコン信号圧の差分Ｄが第２閾値η２より大きい場合に故障であると判定し、前記故障診断モードが選択されると、第１閾値η１が第１閾値η１より大きい第３閾値η３に変更され、第２閾値η２が第２閾値η２より小さい第４閾値η４に変更されるようにしてもよい。この構成によれば、故障診断のために最も適した状態に油圧ショベル１の状態を設定することから、故障判定を行うための閾値を最適値に変更することができ、より精度の高い故障判定を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

［他の実施形態］
上記の実施形態では、低圧選択弁５１ｊを用いて第１ネガコン圧と第２ネガコン圧のうち低圧側のネガコン圧を選択して、選択されたネガコン圧を第３ネガコン圧力センサ５１ｋが検出して第３ネガコン信号圧に変換しているが、これに限定されない。例えば、統合コントローラ７が、第１ネガコン圧力センサ５１ｈから入力された第１ネガコン信号圧と第２ネガコン圧力センサ５１ｉから入力された第２ネガコン信号圧とを比較することにより、低圧側のネガコン信号圧を選択して第３ネガコン信号圧としてもよい。

１ ：油圧ショベル
５ ：油圧回路
７ ：統合コントローラ
４２ ：エンジン
５１ ：可変容量ポンプ
５１ａ ：ポンプレギュレータ
５１ｄ ：第１センターバイパス油路
５１ｅ ：第２センターバイパス油路
５１ｆ ：第１ネガコン絞り
５１ｇ ：第２ネガコン絞り
５１ｈ ：第１ネガコン圧力センサ
５１ｉ ：第２ネガコン圧力センサ
５１ｊ ：低圧選択弁
５１ｋ ：第３ネガコン圧力センサ
５１ｍ ：第１ネガコンリリーフ弁
５１ｎ ：第２ネガコンリリーフ弁
５５ ：方向切換弁
５７ ：カットオフレバー
５７ａ ：カットオフスイッチ
７１ ：第１判定部
７１ａ ：理論ポンプ流量演算部
７１ｂ ：実ポンプ流量演算部
７２ ：第２判定部
７３ ：故障判定部
７４ ：故障診断モード選択装置
７５ ：故障診断モード指示部
７６ ：モニタ
７７ａ ：第１ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置
７７ｂ ：第２ネガコンリリーフ弁設定圧設定装置
７８ ：故障診断モード選択喚起装置
Ｐ１ ：第１吐出ポート
Ｐ２ ：第２吐出ポート

Claims (5)

1. 原動機と、前記原動機によって駆動される第１吐出ポート及び第２吐出ポートを有するスプリットフロー型の可変容量ポンプと、前記第１吐出ポートから吐出された圧油の流量及び方向を制御する第１方向切換弁と、前記第１方向切換弁が中立位置のときに油タンクに連通する第１センターバイパス油路と、前記第１センターバイパス油路の最下流に配置された第１ネガコン絞りの上流の圧力を第１ネガコン信号圧として検知する第１ネガコン信号圧検知装置と、前記第２吐出ポートから吐出された圧油の流量及び方向を制御する第２方向切換弁と、前記第２方向切換弁が中立位置のときに油タンクに連通する第２センターバイパス油路と、前記第２センターバイパス油路の最下流に配置された第２ネガコン絞りの上流の圧力を第２ネガコン信号圧として検知する第２ネガコン信号圧検知装置と、前記第１ネガコン信号圧と前記第２ネガコン信号圧のうち小さいほうの信号圧を第３ネガコン信号圧とし、前記第３ネガコン信号圧に基づき前記可変容量ポンプの吐出量を制御するネガティブコントロール制御部と、を備え、
   前記原動機の回転数に基づき演算された前記可変容量ポンプの理論ポンプ流量と、前記第３ネガコン信号圧に基づき演算された前記可変容量ポンプの実ポンプ流量とに基づいて前記可変容量ポンプの故障判定を行う第１判定部と、
   前記第１ネガコン信号圧と前記第２ネガコン信号圧の差分に基づいて前記可変容量ポンプの故障判定を行う第２判定部と、
   前記第１判定部と前記第２判定部の判定が何れも故障である場合に前記可変容量ポンプが故障であると判定する故障判定部と、を備える、建設機械。
2. 前記故障判定部の判定結果を出力する故障診断モードを選択することができる故障診断モード選択装置と、前記原動機の目標回転数を設定する目標回転数設定装置と、を備え、
   前記故障診断モードが選択されると、前記目標回転数が、故障診断モード用の目標回転数に設定される、請求項１に記載の建設機械。
3. 前記第１センターバイパス油路に前記第１ネガコン絞りと並列に配置された第１ネガコンリリーフ弁と、前記第２センターバイパス油路に前記第２ネガコン絞りと並列に配置された第２ネガコンリリーフ弁と、を備え、
   前記故障診断モードが選択されると、前記第１ネガコンリリーフ弁と前記第２ネガコンリリーフ弁のリリーフ設定圧が、第１設定圧から前記第１設定圧より高い第２設定圧に変更される、請求項２に記載の建設機械。
4. 前記故障診断モードが選択されていない時に前記故障判定部が前記可変容量ポンプが故障であると判定すると、前記故障診断モードを選択することを促す報知を行う報知装置を備える、請求項２又は３に記載の建設機械。
5. 前記第１判定部は、前記実ポンプ流量と前記理論ポンプ流量との比であるポンプ容積効率が第１閾値より小さい場合に故障であると判定し、前記第２判定部は、前記差分が第２閾値より大きい場合に故障であると判定し、前記故障診断モードが選択されると、前記第１閾値が前記第１閾値より大きい第３閾値に変更され、前記第２閾値が前記第２閾値より小さい第４閾値に変更される、請求項４に記載の建設機械。
   
   
   
   
   

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