JP3476702B2 - ポンプ故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ故障診断装
置に関し、特に、油圧ショベルなどに備えられる油圧ポ
ンプの故障診断に用いて好適な、ポンプ故障診断装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は一般的な建設機械としての油圧シ
ョベルの一例を示す模式図で、この図８に示すように、
通常、油圧ショベルは、無限軌条部５００Ａを有する下
部走行体５００上に、運転操作室（キャビン）６００付
きの上部旋回体１００をそなえており、さらにこの上部
旋回体１００に、ブーム２００，スティック３００，バ
ケット４００からなる関節式アーム機構を装備した構成
となっている。

【０００３】そして、この油圧ショベルには、ブーム２
００のための油圧シリンダ１２０，スティック３００の
ための油圧シリンダ１２１，バケット４００のための油
圧シリンダ１２２が装備されるとともに、少なくとも、
これらの各油圧シリンダ１２０〜１２２のための油圧回
路（図示略）が設けられており、この油圧回路内の油圧
ポンプの吐出量や油圧シリンダ１２０〜１２２用の制御
弁をオペレータの操作（キャビン６００内の操作レバー
の操作）に応じて電子制御して油圧シリンダ１２０〜１
２２への作動油の供給量（油圧）を適宜変更することに
より、油圧シリンダ１２０〜１２２の伸縮変位量が変化
してブーム２００，スティック３００，バケット４００
がそれぞれ駆動されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
建設機械は、通常、建設現場や災害復旧現場などをはじ
め、非常に過酷な状況で使用されることが多いため、そ
の異常や故障に対して適切な処置を行なう必要がある。
特に、油圧ポンプは、このような建設機械の動力源とな
る最も重要なものであるが、油圧ポンプの内部が破損し
たり、内部にクラックが生じたりして油圧ポンプ自体が
故障することにより、建設機械の予期せね休車時間が発
生する。このポンプ故障を予め予知することで、このよ
うな休車時間を最小限にすることが望まれている。

【０００５】そこで、このような建設機械では、油圧ポ
ンプの故障診断を行なうようになっており、このような
ポンプ故障診断としては種々のものが提案されている。
例えば、特開平７−２８０６８８号公報には、油圧ポン
プの故障はドレン回路を流れる流量等をみることで間接
的に判断することができるため、これに基づいて油圧ポ
ンプの故障診断を行なう技術が開示されている。つま
り、ポンプのドレン流量を表す信号を発する流量センサ
を設け、ドレン流量、或いは流量の変化率のいずれかが
定数を超える場合にポンプ故障と診断する技術が開示さ
れている。

【０００６】しかしながら、このようなポンプ故障診断
は、油圧ポンプの故障をドレン流量等を介して間接的に
診断するものであるため、正確、且つ確実に故障診断を
行なえるとは限らない。例えば、油圧ポンプの内部が破
損して、作動油中に比較的大きな金属チップが沈殿した
り、油圧ポンプの内部にクラックが生じたりすると、ド
レン回路を流れる流量に大きな変化が生じるため、この
ドレン流量により故障診断を行なえるとしても、ポンプ
故障診断におけるしきい値の設定によっては、通常作動
状態における内部磨耗によって金属粉が蓄積し、経時変
化による性能低下を生じた場合にもポンプ故障と診断し
てしまう場合がある。

【０００７】また、特開平６−１１３７６号公報には、
金属粉量検出センサからの検出情報に基づいてポンプの
故障診断を行なう技術が開示されている。つまり、この
ようなポンプ故障診断では、図９に示すように、ポンプ
ドレンライン２０（又は、ポンプケースハウジング）に
金属粉センサ（チップディテクタ，金属センサ）２４を
設け、予め設定した量の金属粉量が金属粉センサ２４に
より検出されたら、ポンプ１２が故障である旨の診断を
行なう技術が開示されている。なお、図９中、符号１１
はタンクを示している。

【０００８】しかし、このようなポンプ故障診断では、
ポンプ故障診断におけるしきい値の設定によっては、通
常作動状態における内部磨耗によって金属粉が蓄積した
場合にもポンプ故障と診断してしまう場合がある。そこ
で、上述のような不都合を回避するために、ポンプ故障
診断におけるしきい値を大きく設定すると、ポンプ１２
が故障して金属粉センサ２４の出力値が大きくなったと
しても、すぐにはしきい値を超えないため、ポンプ故障
の発見が遅れてしまうことにもなる。

【０００９】例えば、図１０に示すように、ポンプ故障
診断におけるしきい値を大きく設定すると、金属粉セン
サ２４の検出値によってポンプ故障が発見されるのはｔ
₃ 時点となり、機械運転者又は機械管理者によってポン
プ故障が発見されるｔ₂ 時点よりも遅くなってしまう。
これでは、建設機械を運転者又は機械管理者が機械の不
調に気付くまでポンプ故障がわからないことになり、都
合が悪い。

【００１０】なお、図１０中、実線Ａは金属粉センサ２
４の出力値特性、破線Ｂは通常作動状態における内部磨
耗によって発生する金属粉量特性を示している。そし
て、この金属粉センサ２４の出力値と通常作動状態にお
ける内部磨耗によって発生する金属粉量との差がポンプ
故障が生じている場合に生じる金属粉量であり、これを
有害金属粉量とわかりやすく表現する。また、図１０
中、ｔ₁ 時点は破損開始時点を示している。

【００１１】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、ポンプ故障の誤診断を確実に防止して、正確
かつ確実にポンプ故障診断を行なえるようにした、ポン
プ故障診断装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のポンプ故障診断装置は、ポンプの磨耗金属量
を検出する金属センサと、該ポンプの流量を検出する流
量センサと、ポンプ故障判定用しきい値を設定するしき
い値設定手段と、該金属センサ及び該流量センサのうち
の一方のセンサの検出値に他方のセンサの検出値をパラ
メータとする補正値を加味した補正検出値を求める補正
検出値算出手段と、該補正検出値算出手段で得られた該
補正検出値と、該しきい値設定手段からの該しきい値と
を比較して、該比較結果に基づいて、該ポンプが故障で
あるかどうかを判定する判定手段とをそなえて構成され
たことを特徴としている。

【００１３】請求項２記載の本発明のポンプ故障診断装
置は、請求項１記載の装置において、該しきい値設定手
段が、該ポンプの磨耗金属量又は該ポンプの流量の経時
変化を許容するような、しきい値を設定していることを
特徴としている。請求項３記載の本発明のポンプ故障診
断装置は、請求項１または請求項２に記載の装置におい
て、機械運転者又は機械管理者が故障を認識する磨耗金
属量又は流量になる前に、該判定手段が該ポンプが故障
である旨の判定結果を出力しうるような値の該補正値を
設定し、該補正値を上記の一方のセンサの検出値に加味
して該補正検出値を求めるように、該補正検出値算出手
段が構成されていることを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の本発明のポンプ故障診断装
置は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の
装置において、該補正検出値算出手段で得られる該補正
検出値が、該流量センサからの検出値に基づいて該金属
センサからの検出値を補正して算出されることを特徴と
している。請求項５記載の本発明のポンプ故障診断装置
は、請求項４記載の装置において、該補正検出値算出手
段が、経時変化による該ポンプの流量の低下度合に比べ
て該ポンプの流量の低下度合が大きくなるにしたがって
大きくなる補正係数により該金属センサからの検出値を
補正して該補正検出値を算出するように構成されている
ことを特徴としている。

【００１５】請求項６記載の本発明のポンプ故障診断装
置は、請求項１記載の装置において、該判定手段による
ポンプ故障判定時に、ポンプ出力変動要素を固定した故
障診断モード状態に該ポンプを制御しうるポンプ制御手
段が設けられたことを特徴としている。請求項７記載の
本発明のポンプ故障診断装置は、請求項６記載の装置に
おいて、該ポンプ制御手段が、ポンプ傾転角制御信号，
ポンプ馬力制御信号，エンジン回転数制御信号及びポン
プ負荷制御信号を所定値に設定することにより、該故障
診断モード状態に該ポンプを制御しうるように構成され
ていることを特徴としている。

【００１６】請求項８記載の本発明のポンプ故障診断装
置は、請求項１記載の装置において、該ポンプに、吐出
通路及びドレン通路が接続されており、該金属センサ
が、該ポンプに内蔵されるか又は該ドレン通路に設けら
れるとともに、該流量センサが、該ポンプに内蔵される
か、該吐出通路に配設されるか、又は該ドレン通路に配
設されることを特徴としている。

【００１７】請求項９記載の本発明のポンプ故障診断装
置は、請求項１又は請求項８に記載の装置において、該
流量センサが、抗力式流量センサであることを特徴とし
ている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。図２は本発明の一実施形態に
かかる作業機械としての油圧ショベルを模式的に示す図
で、この図２に示すように、本実施形態にかかる油圧シ
ョベルは、進行方向に対して左右に無限軌条部５００Ａ
を有する下部走行体５００上に、運転操作室６００付き
上部旋回体（建設機械本体）１００が水平面内で回転自
在に設けられた構成となっている。

【００１９】そして、この上部旋回体１００に対して、
一端が回動可能に接続されるブーム（ブーム部材）２０
０が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節
部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部
材）３００が設けられている。さらに、スティック３０
０に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続さ
れ、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケッ
ト（作業部材）４００が設けられている。

【００２０】また、この図２に示すように、本油圧ショ
ベルには、上記のブーム２００，スティック３００，バ
ケット４００に対して、ブーム油圧シリンダ１２０，ス
ティック油圧シリンダ１２１，バケット油圧シリンダ１
２２（以下、ブーム油圧シリンダ１２０をブームシリン
ダ１２０又は単にシリンダ１２０ということがあり、ス
ティック油圧シリンダ１２１をスティックシリンダ１２
１又は単にシリンダ１２１ということがあり、バケット
油圧シリンダ１２２をバケットシリンダ１２２又は単に
シリンダ１２２ということがある）が設けられている。

【００２１】ここで、ブームシリンダ１２０は、上部旋
回体１００に対して一端が回動可能に接続されるととも
に、ブーム２００に対して他の一端が回動可能に接続さ
れ、即ち上部旋回体１００とブーム２００との間に介装
されて、端部間の距離が伸縮することにより、ブーム２
００を上部旋回体１００に対して回動させることができ
るものである。

【００２２】また、スティックシリンダ１２１は、ブー
ム２００に対して一端が回動可能に接続されるととも
に、スティック３００に対して他の一端が回動可能に接
続され、即ちブーム２００とスティック３００との間に
介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、ステ
ィック３００をブーム２００に対して回動させることが
できるものである。

【００２３】さらに、バケットシリンダ１２２は、ステ
ィック３００に対して一端が回動可能に接続されるとと
もに、バケット４００に対して他の一端が回動可能に接
続され、即ちスティック３００とバケット４００との間
に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、バ
ケット４００をスティック３００に対して回動させるこ
とができるものである。なお、バケット油圧シリンダ１
２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられてい
る。

【００２４】また、図示しないが、左右の無限軌条部５
００Ａをそれぞれ駆動する油圧モータや、上部旋回体１
００を旋回駆動する旋回モータも設けられている。そし
て、図１，図２にそれぞれ示すように、上述の油圧ショ
ベルには、少なくとも、シリンダ１２０〜１２２や上記
の旋回モータ１２３のための油圧回路２が設けられてお
り、さらに、この油圧回路２には、図１に示すように、
作動油タンク１１，エンジン（ディーゼルエンジン）Ｅ
によって駆動される油圧ポンプ１２，コントロールバル
ブ（３方切り替え弁，方向制御弁）１３等が介装されて
いる。なお、図１中、油圧回路２は説明に必要なものの
み示している。

【００２５】ここで、作動油タンク１１は、作動油を貯
溜するものである。油圧ポンプ１２は、この作動油タン
ク１１内の作動油を所定の圧油として吐出供給するもの
で、ここでは、ピストン型可変容量ポンプとして構成さ
れており、ポンプ１２内に設けられたピストン（図示
略）のストローク量を変更することで作動油の流量制御
が可能になっている。即ち、上記ピストンの一端を斜板
（クリーププレート：図示略）に当接するように構成
し、この斜板の傾き（傾転角）を流量制御部１２ａによ
り変更することでピストンのストローク量を変更してポ
ンプ１２の吐出量を変更するようになっている。

【００２６】また、コントロールバルブ１３は、シリン
ダ１２０への作動油の供給方向を切り替えてシリンダ１
２０の伸縮を制御するためのもので、ここでは、それぞ
れ中立位置から一方向へ切り替えられると、一方の内室
に作動油が供給されるとともに他方の内室から作動油が
抜かれてシリンダ１２０が伸びる一方、逆方向へ切り替
えられると、他方の内室に作動油が供給されるとともに
一方の内室から作動油が抜かれてシリンダ１２０が縮む
ようになっている。

【００２７】また、図１では図示しないが、シリンダ１
２１，１２２への作動油の供給方向を切り替えてシリン
ダ１２１，１２２の伸縮を制御するためのコントロール
バルブも別に設けられており、これらのコントロールバ
ルブについても同様に作動するようになっている。ま
た、図１では図示しないが、旋回モータへの作動油の供
給方向を切り替えて旋回モータの回転方向を制御するた
めのコントロールバルブも別に設けられており、このコ
ントロールバルブの方向の切り替えに応じて旋回モータ
の回転方向が逆転するようになっている。

【００２８】これらの各コントロールバルブの切り替え
制御は、いずれも、上部旋回体１００内に設けられたコ
ントローラ１の制御手段２２によって行なわれるが、こ
の制御手段２２では、オペレータが運転操作室６００内
のブーム／バケット操作レバー６，スティック／旋回操
作レバー８を操作することにより得られる操作情報に基
づいてコントロールバルブのための切り替え制御信号を
生成して、各コントロールバルブにそれぞれ切り替え制
御信号を供給するようになっている。

【００２９】ここでは、制御手段２２のポンプ負荷制御
部３４からパイロット二次圧制御部３５へ制御信号が送
られるようになっている。また、油圧ポンプ１２には、
そのドレンポート（図示せず）から外部にポンプドレン
ライン（ドレン通路）２０が接続されており、このポン
プドレンライン２０を介して油圧ポンプ１２内のオイル
が作動油タンク１１へドレンされるようになっている。
なお、このように油圧ポンプ１２の外部にポンプドレン
ライン２０が接続されているものを外部ドレン型油圧ポ
ンプという。

【００３０】ところで、上述の油圧ポンプ１２では、そ
の可動部分に内部摩擦が生じ、これにより内部磨耗が生
じることになる。このため、ある程度内部が磨耗してき
たら、新しいものに交換する必要がある。この交換時期
は、油圧ポンプ１２の内部に沈殿している磨耗金属量を
みることで判断することができる。これは、油圧ポンプ
１２の内部が磨耗してくると、油圧ポンプ１２の内部に
沈殿する磨耗金属量が増加する傾向があるからである。

【００３１】一方、このような内部磨耗による金属粉の
沈殿のほかにも、油圧ポンプ１２の内部が破損し、比較
的大きな金属チップが作動油中に混入する場合や油圧ポ
ンプ１２の内部にクラックが生じて内部洩れが生じる場
合もある。そこで、本実施形態では、油圧ポンプ１２の
内部磨耗や内部洩れ等を検知し、これらに基づいて油圧
ポンプ１２の故障診断を行ない、警報信号を出力すべ
く、図１に示すように、上述の油圧回路２にポンプ故障
診断装置１０が設けられている。

【００３２】ポンプ故障診断装置１０は、図１に示すよ
うに、金属粉センサ（金属センサ，チップディテクタ）
２４，流量センサ２５，コントローラ１をそなえて構成
される。ここで、金属粉センサ２４は、図３に示すよう
に、ポンプドレンライン２０に設けられており、油圧ポ
ンプ１２の内部に沈殿している磨耗金属量を検出するも
ので、この磨耗金属量によって油圧ポンプ１２の内部磨
耗を検知するようになっている。なお、金属粉センサ２
４はハウジングケース内に内蔵させても良い。

【００３３】また、金属粉センサ２４の検出値は電圧に
比例する値として検出され、この金属粉センサ２４から
の検出値は後述するコントローラにより常時監視されて
いる。流量センサ２５は、図３に示すように、低圧損タ
イプの抗力式流量センサである。このような抗力式流量
センサを用いているのは、タービン流量センサのような
従来から用いられている流量センサではかなりの背圧が
生じてしまい、ポンプ１２からの吐出流量を低下させる
等の悪影響を与えることがあるからである。

【００３４】流量センサ２５は、作動油の流れから受け
る力は流速の自乗に比例することを利用して、作動油の
流れの中に抵抗体２５ａを挿入して作動油の流れから受
ける力を計測し、これに基づいてポンプ吐出流量（ポン
プからの流出流量）を検出するものである。この流量セ
ンサ２５は、整流長が短く、精度の良いセンサである。

【００３５】流量センサ２５は、油圧ポンプ１２に接続
される吐出通路２１に配設され、油圧ポンプ１２の吐出
流量を検出するようになっている。なお、流量センサ２
５は、コンパクトであるため、ポンプ１２に内蔵させる
か、又はポンプ吐出ポート（図示せず）に配設すること
もできる。そして、本実施形態では、ポンプ故障診断に
おいて経時変化による性能低下を考慮するため、出荷時
やオーバーホール時に上述の故障診断モードで流量セン
サ２５によりポンプ吐出流量Ｑ_S の計測が行なわれるよ
うになっている。なお、このようにして計測されたポン
プ吐出流量Ｑ_S は後述するポンプ性能基準値記録部４１
に記録されるようになっている。

【００３６】また、建設機械の作動中は、定期的にポン
プ吐出流量を計測することを促す情報が表示装置２６に
表示され、これに応じて運転者がモード選択装置６０を
操作して故障診断モードに設定すると、流量センサ２５
によりポンプ吐出流量Ｑ_C が計測されるようになってい
る。なお、このようにして計測されたポンプ吐出流量Ｑ
_C は後述するポンプ性能記録部４２に記録されるように
なっている。

【００３７】なお、ここでは、定期的にポンプ吐出流量
を計測することを促すようになっているが、金属粉セン
サ２４で金属粉が検出される毎にポンプ吐出流量を計測
することを促すようにしても良い。コントローラ１は、
図１に示すように、ポンプ故障診断を行なうために、制
御手段（ポンプ制御手段）２２と、故障判定手段２３と
を備えて構成される。

【００３８】このうち、制御手段２２は、ポンプ１２へ
の制御信号を常に一定に保つ故障診断モードに設定する
故障診断モード設定部３０を有している。なお、本建設
機械にはモード選択装置６０が設けられており、モード
選択装置６０によってポンプ故障診断を行なう場合に故
障診断モードを選択しうるようになっている。ここで、
故障診断モードは、ポンプ１２への制御信号を故障診断
用のものに設定するモードであり、この故障診断モード
ではポンプ出力変動要素としてのポンプ傾転角，ポンプ
馬力，エンジン回転数及びポンプ負荷を固定すべく、こ
れらのポンプ傾転角，ポンプ馬力，エンジン回転数及び
ポンプ負荷が予め設定された所定値に制御されるように
なっている。これにより、ポンプ故障診断を行なう場合
には、ポンプが常に同じ条件で制御されるため、ポンプ
故障診断を正確に行なえるようになる。

【００３９】このため、モード選択装置６０を介して故
障診断モード設定部３０が故障診断モードに設定された
場合、図１に示すように、ポンプ傾転角制御部３１，ポ
ンプ馬力制御部３２，エンジン回転数制御部３３，ポン
プ負荷制御部３４によって、それぞれポンプ傾転角制御
信号，ポンプ馬力制御信号，エンジン回転数制御信号及
びポンプ負荷制御信号が所定値に設定されるようになっ
ている。

【００４０】ここで、ポンプ負荷制御部３４は、コント
ロールバルブ１３のスプールを中立位置に設定したり、
ポンプ吐出ポートに設けられた圧力センサ（図示せず）
により検出される圧力、即ちポンプ吐出圧がある一定値
になるようにコントロールバルブ１３のセンタバイパス
通路１３ａの絞りを制御したりするものである。故障判
定手段２３は、油圧ポンプ１２の内部が破損し、比較的
大きな金属チップが作動油中に混入したり、油圧ポンプ
１２の内部にクラックが生じて内部洩れが生じたりして
油圧ポンプが故障しているかどうかを金属粉センサ２４
の検出結果に基づいて判定し、故障していると判定した
場合は表示装置（表示手段）２６へ警報信号を出力する
ものである。

【００４１】このため、故障判定手段２３は、しきい値
設定手段，補正検出値算出手段，判定手段を備えて構成
される。ここで、しきい値設定手段は、しきい値（ポン
プ故障判定用しきい値）をポンプ１２の内部の磨耗金属
量の経時変化を許容するような値として設定するもので
ある。

【００４２】補正検出値算出手段は、金属粉センサ２４
の検出値を流量センサ２５の検出値をパラメータとする
補正値に基づいて補正することにより補正検出値を求め
るものである。この補正検出値算出手段では、機械運転
者又は機械管理者が故障を認識する所定磨耗金属量にな
る前に、判定手段がポンプ１２が故障である旨の判定結
果を出力しうるような値の補正値を設定し、この補正値
を用いて金属粉センサ２４の検出値を補正することによ
り補正検出値を求めるようになっている。なお、所定磨
耗金属量とは、ポンプ１２の性能低下から見て機械運転
者又は機械管理者によりポンプ故障を発見しうる磨耗金
属量とわかりやすく表現する。

【００４３】ここで、補正検出値は、経時変化によるポ
ンプ吐出流量の低下度合に比べて流量センサ２５からの
検出値の低下度合が大きくなるにしたがって大きくなる
補正係数により金属粉センサ２４からの検出値を補正し
て算出されるようになっている。判定手段は、補正検出
値算出手段で得られた補正検出値と、しきい値設定手段
からのしきい値とを比較して、比較結果に基づいて、ポ
ンプ１２が故障であるかどうかを判定し、故障している
と判定した場合はポンプ１２が故障である旨の判定結果
として表示装置（表示手段）２６へ警報信号を出力する
ものである。

【００４４】具体的には、故障判定手段２３は、ポンプ
性能基準値記録部４１，ポンプ性能記録部４２，カウン
タ４３，性能低下流量演算部４４，ゲイン演算部４５，
有害金属粉量演算部４６，故障検出判断部４７を備えて
構成される。このうち、ポンプ性能基準値記録部４１
は、出荷時やオーバーホール時に流量センサ２５により
計測されたポンプ吐出流量Ｑ_S を記録しておくものであ
る。なお、ポンプ吐出流量Ｑ_S は性能低下流量演算部４
４へ出力されるようになっている。

【００４５】ポンプ性能記録部４２は、機械の作動中に
流量センサ２５により定期的に検出されたポンプ吐出流
量（即ち流量センサ２５からの検出値）Ｑ_C を記録して
おくものである。なお、ポンプ吐出流量Ｑ_C は性能低下
流量演算部４４へ出力されるようになっている。カウン
タ４３は、出荷時やオーバーホール時からの経過時間を
カウントするものであり、カウント値ｔが性能低下流量
演算部４４や有害金属粉量演算部４６へ出力されるよう
になっている。

【００４６】性能低下流量演算部４４は、ポンプ性能基
準値記録部４１から入力される出荷時やオーバーホール
時に計測されたポンプ吐出流量Ｑ_S に基づいて、経時変
化による流量低下を考慮してポンプ吐出流量を予め設定
するようになっている。また、ポンプ性能記録部４２か
ら流量センサ２５からの検出値が入力される。そして、
出荷時やオーバーホール時からポンプ故障診断時までの
時間に対応するカウント値ｔにおける予め設定されたポ
ンプ吐出流量と、カウント値ｔにおける流量センサ２５
からの検出値としてのポンプ吐出流量Ｑ_C との差を性能
低下流量Ｑ_d として算出するようになっている。なお、
性能低下流量演算部４４により算出された性能低下流量
Ｑ_d はゲイン演算部４５に出力されるようになってい
る。

【００４７】例えば、経時変化による流量低下を考慮し
たポンプ吐出流量は、図４中、破線Ｂで示すようにな
る。これに対し、ポンプ１２が故障した場合の流量セン
サ２５により検出される検出値の特性は、図４中、実線
Ａで示すようになる。そして、カウント値ｔ₂ における
予め設定されたポンプ吐出流量と、カウント値ｔ₂ にお
ける流量センサ２５からの検出値としてのポンプ吐出流
量Ｑ_C との差が性能低下流量Ｑ_d として算出される。な
お、図４中、カウント値ｔ₁ はポンプの破損開始時点、
カウント値ｔ₂ は性能低下流量Ｑ_d から見て機械運転者
又は機械管理者によりポンプ故障を発見しうると考えら
れる時点である。

【００４８】このように、経時変化によるポンプ吐出流
量の低下度合を考慮すれば、ポンプ吐出流量が低下して
も経時的な性能低下である場合にはポンプ故障と診断さ
れないようになり、正確且つ確実にポンプ故障診断を行
なえるようになる。ゲイン演算部４５は、経時変化によ
るポンプ吐出流量の低下度合に応じてゲインＧを設定す
るものである。つまり、ゲイン演算部４５では、図５に
示すようなマップにより、性能低下流量演算部４４から
入力された性能低下流量Ｑ_d に基づいてゲインＧを算出
するものである。なお、図５に示すマップでは、ゲイン
Ｇは対数目盛として設定されている。

【００４９】なお、ゲイン演算部４５により算出された
ゲインＧは故障検出判断部４７へ出力されるようになっ
ている。有害金属粉量演算部４６は、通常磨耗によって
発生する金属粉量の増加を考慮して金属粉量（この金属
粉はポンプ故障により生じるものではないため無害な金
属粉である）を予め設定するようになっている。また、
金属粉センサ２４の検出値が入力される。そして、出荷
時やオーバーホール時からポンプ故障診断時までの時間
に対応するカウント値ｔにおける予め設定された金属粉
量と、カウント値ｔにおける金属粉センサ２４からの検
出値としての金属粉量Ｃとの差を有害金属粉量Ｃ_a とし
て算出するようになっている。なお、有害金属粉量Ｃ_a
は故障検出判断部４７に出力されるようになっている。

【００５０】例えば、通常磨耗によって発生する金属粉
量の増加を考慮した金属粉量の特性は、図６中、破線Ｂ
で示すようになる。これに対し、ポンプ１２が故障した
場合の金属粉センサ２４により検出される検出値の特性
は、図６中、実線Ａで示すようになる。そして、カウン
ト値ｔ₂ における予め設定された金属粉量と、カウント
値ｔ₂ における金属粉センサ２４からの検出値としての
金属粉量Ｃとの差が有害金属粉量Ｃ_a として算出され
る。なお、図６中、カウント値ｔ₁ はポンプの破損開始
時点、カウント値ｔ₂ は性能低下流量Ｑ_d から見て機械
運転者又は機械管理者によりポンプ故障を発見しうると
考えられる時点である。

【００５１】故障検出判断部４７は、図７中、実線Ａで
示すように、有害金属粉量演算部４６からの有害金属粉
量Ｃ_a にゲイン演算部４５で算出されたゲインＧを乗算
して補正検出値を算出し、この補正検出値がしきい値を
超えた場合にポンプ故障と判定するものである。そし
て、故障検出判断部４７は、ポンプ１２が故障している
と判定した場合にはそれを運転者に知らせるべく、表示
装置２６へ警報信号を出力するようになっている。

【００５２】すなわち、上述の補正検出値算出手段は、
性能低下流量演算部４４，ゲイン演算部４５，有害金属
粉量演算部４６により構成され、上述のしきい値設定手
段，判定手段は故障検出判断部４７により構成される。
これにより、表示装置２６ではポンプ１２が故障した旨
の表示がなされ、運転者は、油圧ポンプ１２が故障した
ことを確実に認識できることになる。ここで、表示装置
２６での故障した旨の表示は、例えば表示画面に表示し
たり、ランプを点灯させたり、ランプを点滅させたり、
ブザーを鳴らしたりする等種々の態様が考えられる。

【００５３】ここで、金属粉センサ２４の検出値の特性
は、図７中、破線Ｂで示すようになり、この金属粉セン
サ２４の検出値をそのままポンプ故障判定に用いる従来
のポンプ故障判定における故障発見時点はカウンタ値ｔ
₄ であり、機械運転者又は機械管理者による故障発見時
点であるカウンタ値ｔ₂ よりも遅れていた。これに対
し、本実施形態のポンプ故障判定によれば、図７中、実
線Ａで示すような補正検出値特性がポンプ故障判定にお
いて用いられるため、ポンプ故障発見時点はカウント値
ｔ₃ となり、機械運転者又は機械管理者による故障発見
時点であるカウンタ値ｔ₂ よりも早くなる。

【００５４】また、図７中、カウント値ｔ₁ はポンプの
破損開始時点、カウント値ｔ₂ は性能低下流量Ｑ_d から
見て機械運転者又は機械管理者によりポンプ故障を発見
しうると考えられる時点を示している。このように、通
常磨耗による金属粉量の増加を考慮すれば、金属粉量が
増加しても通常磨耗による金属粉量の増加である場合に
はポンプ故障と判断されないことになる。

【００５５】また、金属粉センサ２４の検出値を流量セ
ンサ２５の検出値に基づいて補正してポンプの故障診断
を行なうようになっているのは、ポンプ故障でなく、通
常作動状態におけるポンプ内部や他のコンポーネントの
磨耗で発生した金属粉が蓄積しても、流量低下が見られ
ない限り故障と判断しないようにして、ポンプの故障診
断を確実に行なえるようにするためである。

【００５６】また、上述のようにポンプ故障診断を行な
う場合に金属粉センサ２４の検出値を補正することによ
って、無害な金属粉による誤報を回避するために金属粉
量のしきい値を高く設定することができることになる。
なお、故障判定手段２３には、ポンプ設計基準値記録部
５１や出荷性能判断部５２が備えられており、出荷時や
オーバーホール時においてポンプ１２の性能が設計基準
値に適合したものであるかどうかの判断が行なえるよう
になっている。そして、出荷性能判断部５２による判断
は表示装置２６により表示されるようになっている。

【００５７】本実施形態にかかるポンプ故障診断装置
は、上述のように構成されているため、以下のようにし
てポンプ故障診断が行なわれる。まず、本ポンプ故障診
断装置によってポンプ故障判定を行なう場合は、運転者
がモード選択装置６０を操作することにより、ポンプ故
障診断モード設定部３０によってポンプ故障診断モード
に設定される。

【００５８】これにより、ポンプ傾転角制御部３１，ポ
ンプ馬力制御部３２，エンジン回転数制御部３３，ポン
プ負荷制御部３４によって、それぞれポンプ傾転角制御
信号，ポンプ馬力制御信号，エンジン回転数制御信号及
びポンプ負荷制御信号が所定値に設定される。また、ポ
ンプ故障診断モードになると、流量センサ２５によりポ
ンプ吐出流量が検出され、ポンプ性能記録部４２に流量
センサ２５の検出値が記録される。なお、出荷時やオー
バーホール時には流量センサ２５によりポンプ吐出流量
が計測され、流量センサ２５の検出値がポンプ性能基準
値記録部４１に記録されている。

【００５９】そして、性能低下流量演算部４４には、ポ
ンプ性能記録部４２に記録された流量センサ２５の検出
値Ｑ_C 、ポンプ性能基準値記録部４１に記録された流量
センサ２５の検出値Ｑ_S 、カウンタ４３からの出荷時や
オーバーホール時からの経過時間としてのカウンタ値ｔ
がそれぞれ入力される。次いで、性能低下流量演算部４
４では、これらの流量センサ２５の検出値Ｑ_C，Ｑ_S や
出荷時やオーバーホール時からの経過時間としてのカウ
ンタ値ｔに基づいて、性能低下流量Ｑ_d が算出され、こ
の性能低下流量Ｑ_d がゲイン演算部４５に出力される。

【００６０】そして、ゲイン演算部４５では、性能低下
流量演算部４４で算出された性能低下流量Ｑ_d に基づい
て、図５に示すようなマップにより、ゲインＧが設定さ
れ、このゲインＧが故障検出判断部４７に出力される。
一方、有害金属粉量演算部４６に金属粉センサ２４の検
出値が入力されるとともに、カウンタ４３から出荷時や
オーバーホール時からの経過時間としてのカウンタ値ｔ
が入力される。

【００６１】そして、有害金属粉量演算部４６では、通
常磨耗によって発生する金属粉量と、金属粉センサ２４
の検出値との差から有害金属粉量Ｃ_a が算出され、この
有害金属粉量Ｃ_a が故障検出判断部４７に出力される。
故障検出判断部４７では、まず、有害金属粉量演算部４
６から入力される有害金属粉量Ｃ_a にゲイン演算部４５
から入力されるゲインＧを乗算することにより補正して
補正検出値を算出する。

【００６２】次いで、この補正検出値がしきい値を超え
たか否かを判定する。この判定の結果、補正検出値がし
きい値を超えている場合はポンプ故障と判定し、ポンプ
が故障しているとの警報信号が表示装置２６へ出力され
る。したがって、本実施形態にかかるポンプ故障診断装
置によれば、機械運転者又は機械管理者が故障を認識す
る所定磨耗金属量になる前に金属粉センサ２４の検出値
がしきい値を超えるように補正することにより補正検出
値を算出し、補正検出値がしきい値を超えたらポンプ故
障と判定するようになっているため、運転者又は機械管
理者によるポンプ故障の発見よりも早期にポンプ故障を
発見できるという利点がある。

【００６３】また、金属粉センサ２４により金属粉量を
計測するとともに、流量センサ２５によりポンプ吐出流
量も計測し、金属粉センサ２４の検出値を流量センサ２
５により計測されるポンプ吐出流量の低下度合に応じて
補正した補正検出値を用いてポンプ故障判定を行なうた
め、通常作動状態における内部磨耗によって発生する金
属粉に起因する故障の誤診断や経時変化によるポンプ吐
出流量の低下に起因する故障の誤診断を確実に防止する
ことができ、正確かつ確実にポンプ故障診断を行なえる
という利点がある。

【００６４】また、ポンプ故障診断を行なう場合には、
故障診断モードとし、ポンプ傾転角制御信号，ポンプ馬
力制御信号，エンジン回転数制御信号及びポンプ負荷制
御信号を所定値に設定するようになっており、常に一定
の条件で制御されたポンプ１２の流出流量を計測できる
ことになるため、正確かつ確実にポンプ故障診断を行な
えるという利点がある。

【００６５】なお、上述の実施形態では、金属粉センサ
２４の検出値を基にした補正検出値がしきい値を超えた
らポンプ故障と判定するようになっているが、流量セン
サ２５の検出値を基にした補正検出値がしきい値を超え
たらポンプ故障と判定するようにしても良い。この場
合、故障判定手段２３は、機械運転者又は機械管理者が
故障を認識する所定流出流量になる前に流量センサ２５
の検出値がしきい値を超えるように流量センサ２５の検
出値を段階的に補正することにより補正検出値を求め、
この補正検出値がしきい値を超えたらポンプ故障と判定
するように構成する。なお、所定流出流量とは、ポンプ
１２の性能低下から見て機械運転者又は機械管理者によ
りポンプ故障を発見しうるポンプ流出流量をいう。ま
た、しきい値は、ポンプ１２から外部への流出流量の経
時変化を許容するような値として設定する。さらに、補
正検出値は、流量センサ２５の検出値を金属粉センサ２
４の検出値に基づいて補正することにより算出する。つ
まり、補正検出値は、経時変化による磨耗金属量の増加
度合に比べて金属粉センサ２４からの検出値の増加度合
が大きくなるにしたがって大きくなる補正係数により流
量センサ２５からの検出値を補正して算出する。

【００６６】また、上述の実施形態では、流量センサ２
５をポンプ吐出管路に設けているが、ポンプドレン通路
２０に設けても良い。この場合、流量センサ２５により
検出されるのはドレン流量（ポンプ１２からの流出流
量）となるため、性能低下流量演算部４４における性能
低下流量の設定やゲイン設定部４５におけるゲインの設
定は、ドレン流量の特性に応じたものとする必要があ
る。また、上述の実施形態では、油圧ポンプを外部ドレ
ン型油圧ポンプとしているが、内部ドレン型油圧ポンプ
であっても良い。

【００６７】また、上述の実施形態では、本ポンプ故障
診断装置を油圧ショベルに適用した場合について説明し
ているが、本発明の適用はこれに限られるものではな
く、トラクタ，ローダ，ブルドーザ等の建設機械をはじ
め、少なくとも油圧ポンプを備えるものであれば同様に
適用することができ、いずれの場合においても上述と同
様の作用効果を得ることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜５，
８，９記載の本発明のポンプ故障診断装置によれば、通
常作動状態における内部磨耗によって発生する金属粉に
起因する故障の誤診断や経時変化によるポンプ吐出流量
の低下に起因する故障の誤診断を確実に防止することが
でき、正確かつ確実にポンプ故障診断を行なえるという
利点がある。また、運転者又は機械管理者がポンプ故障
を認識するよりも早くポンプ故障を発見できるという利
点がある。

【００６９】請求項６，７記載の本発明のポンプ故障診
断装置によれば、常に一定の条件でポンプの流出流量を
計測できるため、さらに正確かつ確実にポンプ故障診断
を行なえるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置の全体構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置を備える油圧ショベルを示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置の金属粉センサ及び流量センサを示す模式図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置の性能低下流量演算部を説明するための図である。

【図５】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置のゲイン演算部を説明するための図である。

【図６】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置の有害金属粉量演算部を説明するための図である。

【図７】本発明の一実施形態にかかるポンプ故障診断装
置の故障判定手段を説明するための図である。

【図８】一般的な作業機械としての油圧ショベルの一例
を示す模式図である。

【図９】従来のポンプ故障診断装置の金属粉センサを示
す模式図である。

【図１０】従来のポンプ故障診断装置における故障判定
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ コントローラ ２ 油圧回路 １０ 故障診断装置 １１ 作動油タンク １２ 油圧ポンプ １２ａ 流量制御部 １３ コントロールバルブ（３方切り替え弁，方向制御
弁） ２０ ポンプドレンライン（ドレン通路） ２１ 吐出通路 ２２ 制御手段 ２３ 故障判定手段 ２４ 金属粉センサ（チップディテクタ，金属センサ） ２５ 流量センサ ２６ 表示装置（表示手段） ３１ ポンプ傾転角制御部 ３２ ポンプ馬力制御部 ３３ エンジン回転数制御部 ３４ ポンプ負荷制御部 ３５ パイロット二次圧制御部 ４１ ポンプ性能基準値記録部 ４２ ポンプ性能記録部 ４３ カウンタ ４４ 性能低下流量演算部 ４５ ゲイン演算部 ４６ 有害金属粉量演算部 ４７ 故障検出判断部 ５１ ポンプ設計基準値記録部 ５２ 出荷性能判断部 ６０ モード選択装置 Ｅ エンジン（ディーゼルエンジン）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−280688（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−11376（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−329187（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−134080（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136713（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−75617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−213227（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 19/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプの磨耗金属量を検出する金属セン
   サと、 該ポンプの流量を検出する流量センサと、 ポンプ故障判定用しきい値を設定するしきい値設定手段
   と、 該金属センサ及び該流量センサのうちの一方のセンサの
   検出値に他方のセンサの検出値をパラメータとする補正
   値を加味した補正検出値を求める補正検出値算出手段
   と、 該補正検出値算出手段で得られた該補正検出値と、該し
   きい値設定手段からの該しきい値とを比較して、該比較
   結果に基づいて、該ポンプが故障であるかどうかを判定
   する判定手段とをそなえて構成されたことを特徴とす
   る、ポンプ故障診断装置。
2. 【請求項２】 該しきい値設定手段が、該ポンプの磨耗
   金属量又は該ポンプの流量の経時変化を許容するよう
   な、しきい値を設定していることを特徴とする請求項１
   記載のポンプ故障診断装置。
3. 【請求項３】 機械運転者又は機械管理者が故障を認識
   する磨耗金属量又は流量になる前に、該判定手段が該ポ
   ンプが故障である旨の判定結果を出力しうるような値の
   該補正値を設定し、該補正値を上記の一方のセンサの検
   出値に加味して該補正検出値を求めるように、該補正検
   出値算出手段が構成されていることを特徴とする、請求
   項１または請求項２に記載のポンプ故障診断装置。
4. 【請求項４】 該補正検出値算出手段で得られる該補正
   検出値が、該流量センサからの検出値に基づいて該金属
   センサからの検出値を補正して算出されることを特徴と
   する、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の
   ポンプ故障診断装置。
5. 【請求項５】 該補正検出値算出手段が、経時変化によ
   る該ポンプの流量の低下度合に比べて該ポンプの流量の
   低下度合が大きくなるにしたがって大きくなる補正係数
   により該金属センサからの検出値を補正して該補正検出
   値を算出するように構成されていることを特徴とする、
   請求項１記載のポンプ故障診断装置。
6. 【請求項６】 該判定手段によるポンプ故障判定時に、
   ポンプ出力変動要素を固定した故障診断モード状態に該
   ポンプを制御しうるポンプ制御手段が設けられたことを
   特徴とする、請求項１記載のポンプ故障診断装置。
7. 【請求項７】 該ポンプ制御手段が、ポンプ傾転角制御
   信号，ポンプ馬力制御信号，エンジン回転数制御信号及
   びポンプ負荷制御信号を所定値に設定することにより、
   該故障診断モード状態に該ポンプを制御しうるように構
   成されていることを特徴とする、請求項６記載のポンプ
   故障診断装置。
8. 【請求項８】 該ポンプに、吐出通路及びドレン通路が
   接続されており、 該金属センサが、該ポンプに内蔵されるか又は該ドレン
   通路に設けられるとともに、 該流量センサが、該ポンプに内蔵されるか、該吐出通路
   に配設されるか、又は該ドレン通路に配設されることを
   特徴とする、請求項１記載のポンプ故障診断装置。
9. 【請求項９】 該流量センサが、抗力式流量センサであ
   ることを特徴とする、請求項１又は請求項８に記載のポ
   ンプ故障診断装置。