JP3963896B2 - 建設機械の燃料状態識別方法 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械の燃料状態識別方法に関するものであり、特に、建設機械のディーゼルエンジンに使用されている燃料の状態を把握するための建設機械の燃料状態識別方法に関するものである。

従来、建設機械のディーゼルエンジンに使用可能な燃料としては、軽油／灯油／重油等があり、例え同じ種類の燃料でも国内と海外を比較すると成分が大きく異なっている。又、保管状態によってもランクは大きく変化し、水分やゴミを多く含むものもある。これらは出力の低下やスモークの悪化、或いは耐久性等、エンジンに様々な悪影響を及ぼすこともある。そのため、ガソリンエンジンに於いては使用燃料のランクを検出し、該ランクに応じた燃料制御を行う方法が試みられている(例えば、特許文献１参照)。
特開昭６２−２８８３３５号公報。

特許文献１記載の発明は、加速度の空燃比の応答遅れや加速時の発生トルク等に相関するパラメータの応答遅れ等から燃料ランクを検出し、燃料ランクに応じて燃料供給を補正することを提案している。しかしながら、上記要素を使用して燃料のランクを識別する方法は非常に困難であり、従って建設機械に於いては、エンジンダウンやスモークの悪化等の現象が発生してから燃料の性状（ランク）を調査しているのが現状である。

そこで、建設機械が燃料制御を行うのに使用する燃料ランクを自動的に把握するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、建設機械の動力源として装備されているディーゼルエンジンで使用する燃料のランクを求める建設機械の燃料状態識別方法に於いて、前記建設機械が稼働している作業内容と環境条件を各々複数に分類し、この分類した作業内容及び環境条件を組み合わせてなる複数のパターンを有した燃料ランク識別マップと、該燃料ランク識別マップの各パターンにそれぞれ対応している燃料ランク決定のための複数のデータとを用意し、前記建設機械本体及び前記ディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を前記作業内容に従う分類と前記環境条件に従う分類とに分け、該分類された各信号を前記燃料ランク識別マップに対応させて該燃料ランク識別マップから現在の条件に合致するパターンと該パターンに対応した前記データとを順に抽出し、該データから前記燃料のランクを決定する建設機械の燃料状態識別方法を提供する。

この方法によれば、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を建設機械が稼働している作業内容に従う分類と、建設機械が使用されている環境条件に従う分類とに分け、これら分類を燃料ランク識別マップのパターンに対応させると共に、該パターンから現在の条件に合致するデータを抽出し、該データから燃料のランクを決定することができる。

請求項２記載の発明は、前記作業内容を分類する要素として前記油圧ポンプの吐出圧を用いる請求項１記載の建設機械の燃料状態識別方法を提供する。

この方法によれば、エンジンの出力特性の変化に対して直ぐに影響を与える油圧ポンプの吐出圧を、作業内容を分類する要素に使用して燃料のランクを決定する。

請求項３記載の発明は、上記環境条件を分類する要素として外気温と燃料温度と大気圧を用いる請求項１又は２記載の建設機械の燃料状態識別方法を提供する。

この方法によれば、エンジンの出力特性の変化に対して直ぐに影響を与える外気温と燃料温度と大気圧を環境条件を分類する要素に使用して燃料のランクを決定する。

請求項４記載の発明は、上記燃料のランク決定の処理は、設定された時間毎にモニタリングを実施し、その結果を更新するようにした請求項１，２又３記載の建設機械の燃料状態識別方法を提供する。

この方法によれば、燃料のランク決定の処理結果が設定された時間毎に常に更新される。

請求項１記載の発明は、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類から得られる信号により、現在の使用状況を燃料ランク識別マップのパターンに対応させて絞り込み、このパターンから現在の条件に合致するデータを抽出し、更に、該データから燃料のランクを簡単に求めることができる。

請求項２記載の発明は、エンジンの出力特性変化に対して直ぐに影響を与える油圧ポンプの吐出圧を作業内容を分類する要素に使用しているので、請求項１記載の発明の効果に加えて、更に精度の良い燃料のランクを決定することができる。

請求項３記載の発明は、エンジンの出力特性の変化に対して直ぐに影響を与える外気温と燃料温度と大気圧を環境条件を分類する要素に使用しているので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、更に精度の良い燃料のランクを決定することができる。

請求項４記載の発明は、一定時間毎にモニタリングを実施して燃料のランクを把握するので、請求項１，２又は３記載の発明の効果に加えて、機械が自動的に、且つ、定期的に最新の燃料状態を把握することができる。

建設機械が燃料制御を行うのに使用する燃料ランクを自動的に把握するという目的を達成するために、建設機械が稼働している作業内容と環境条件を各々複数に分類し、この分類した作業内容及び環境条件を複数通りに組み合わせてなる燃料ランク識別マップと、該燃料ランク識別マップの各組み合わせにそれぞれ対応している燃料ランク決定のための複数のデータとを用意し、前記建設機械本体及び前記ディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を前記作業内容に従う分類と前記環境条件に従う分類とに分け、該分類された各信号を前記燃料ランク識別マップに対応させて該燃料ランク識別マップから現在の条件に合致する前記データを抽出し、該データから前記燃料のランクを自動的に決定するようにした。

以下、本発明の一実施例を図面に従って詳述する。図１は本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルを示す。該油圧ショベル１０は、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３には、その前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、更に該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。

図２は前記油圧ショベル１０に適用したエンジン制御系の構成ブロック図である。本実施例のエンジンの制御系は、油圧ショベル１０を駆動するエンジン２１と、該エンジン２１のパワーラインに接続された油圧ポンプ２２と、エンジンコントローラ２３と、燃料状態演算器２４と、本体各装置２５とで構成されている。

エンジン２１は、燃料噴射装置２１ａを備えたディーゼルエンジンであり、該エンジン２１を動力源として油圧ショベル１０が走行する。

又、エンジン２１には、エンジン２１の環境を検出するセンサと作業を検出するセンサとが設けられている。環境条件を検出するセンサとしては、例えば大気圧センサ２６、吸気空気温度センサ２７、加給空気温度センサ２８、加給空気圧センサ２９であり、それぞれ、各センサ信号をエンジンコントローラ２３に出力する。作業内容を検出するセンサとしては、例えば燃料温度センサ３０、燃料吸入圧センサ３１、冷却水温度センサ３２、排気温度センサ３３、燃料噴射圧センサ３４、エンジン回転数センサ３５であり、それぞれ、各センサ信号をエンジンコントローラ２３に出力する。

前記エンジンコントローラ２３は、マイクロコンピュータ(通称「マイコン」という)を内蔵した制御演算部として機能するもので、各センサ２６〜３５の信号を基にエンジン２１の負荷率を検出する負荷率検出器３６を有し、該負荷率検出器３６での負荷率信号と各センサ２６〜３５からの信号を融合させて燃料噴射量指令値３７を生成し、該燃料噴射指令値３７を燃料噴射装置２１ａに付与してエンジン２１の回転数が目標エンジン回転数になるように制御する。又、エンジンコントローラ２３に入力された各センサ２６〜３５のセンサ信号、及び、負荷率検出器３６で生成された付加率信号、並びに、燃料噴射量指令値３７は、燃料状態演算器２４に出力される。

前記油圧ポンプ２２は、ブーム１５、アーム１６、バケット１７をそれぞれ作動させる各油圧シリンダを含むアクチュエータ(図示せず)を駆動するもので、エンジン２１の駆動力を受けて動作する。又、油圧ポンプ２２には、該油圧ポンプ２２の作動油の温度を検出する作動油温度センサ３８及び油圧ポンプ２２からの作動油の吐出圧を検出する油圧ポンプ吐出圧センサ３９が設けられ、それぞれのセンサ信号を燃料状態演算器２４に出力する。

本体各装置２５は、エアクリーナ、燃料を燃料噴射装置２１ａまで運ぶ燃料供給系ライン、各計器類等で成る装置群である。又、本体各装置２５には、燃料タンク(図示せず)内の燃料残量を検出する燃料残量センサ４０、外気温度を検出する外気温度センサ４１が設けられており、それぞれのセンサ信号を燃料状態演算器２４に出力する。

更に、本体各装置２５には、エンジン稼働時間検出器４２が設けられている。該エンジン稼働時間検出器４２は、エンジン２１の稼働時間を積算する機能と、稼働時間からエンジンの消費期間を予めならし運転期間、有効稼働期間、長期稼働期間の３つの期間(領域)に分け、現在の期間がどの期間に該当しているかの信号を出力する。尚、ならし運転期間とは、文字通りエンジンがなじむまでの期間であり、有効稼働期間とはエンジンの効率が目標効率を十分に発揮し得るとされる期間、長期稼働期間とは有効稼働期間を過ぎ、目標効率を十分に発揮するとまでは行かなくても、通常の稼働では問題とならない程度の運転が可能な期間である。

燃料状態演算器２４は、マイコンを内蔵した制御演算部として構成されており、エンジン２１に付加されているセンサ類、即ちエンジンコントローラ２３からの各種信号(センサ２６〜３５の各センサ信号と、負荷率検出器３６及び燃料噴射量指令値３７からの信号)と油圧ポンプ２２からの各種信号(センサ３８，３９の各センサ信号)とから、現在のエンジン２１の条件に合致する燃料のランクを識別する機能を有する。該燃料状態演算器２４による燃料のランクを識別する機能は、燃料ランク識別マップ４３と、該燃料ランク識別マップ４３が有している８１のパターンにそれぞれ対応して予め用意されている８１個のデータ４３−１，４３−２，…，４３−８１を用いて行われる。該データ４３−１，４３−２，…，４３−８１には、燃料の種類や汚染度といった状態別に設定したエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度が予め登録されている。

図３は、燃料ランク識別マップ４３の一例を示すものである。該燃料ランク識別マップ４３は、縦列に作業内容をツリー構成で分類すると共に、横列に環境条件を同じくツリー構成で分類し、これら縦列と横列の各分類事項でマトリックスを組み、縦列の分類内容と横軸の分類内容とが交叉した箇所に数値を燃料のパターンとして振り分けている。

即ち、縦列のツリー構成では、油圧ポンプ吐出圧により低／中／高の３つの項目に分類し、更に油圧ポンプ吐出圧が低の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目、油圧ポンプ吐出圧が中の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目、油圧ポンプ吐出圧が高の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目にそれぞれ分類している。一方、横列のツリー構成では、大気圧の大きさにより低／中／高の３つの項目に分類し、更に大気圧が低の時の外気温度を低／中／高の３つの項目、大気圧が中の時の外気温度を低／中／高の３つの項目、大気圧が高の時の燃料温度を低／中／高の３つの項目にそれぞれ分類している。従って、この燃料ランク識別マップ４３では、縦列で分類された作業内容と横列で分類された環境条件の内容とでマトリックスを組み、燃料ランク識別マップ４３の交叉する箇所に数値を順番に振り分けることによって、使用状況を８１のパターンに分けている。そして、上記８１個のデータ４３−１，４３−２，…，４３−８１は、この８１個のパターンに１つずつ対応させて振り分けられている。

更に具体的な一例を説明すると、
(１)作業内容で油圧ポンプ吐出圧が「高」、燃料温度が「低」に分類され、環境内容では大気圧が「低」、外気温が「低」に分類されていた場合は、作業分類の条件と環境分類の条件とが「１」の箇所で交叉し、従って現在の使用状況に合致するデータのパターンは「１」となる。そして、続いて行われる燃料のランクを決定する作業で、パターン「１」に対応しているデータ４３−１を抽出し、該データ４３−１に登録されている状態別のエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度を現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と比較することによって、現在使用している燃料のランクが決定される。
(２)作業内容で油圧ポンプ吐出圧が「中」、燃料温度が「中」に分類され、環境内容では大気圧が「中」、外気温が「中」に分類されていた場合は、作業分類の条件と環境分類の条件とが「４１」の箇所で交叉し、従って使用状況を表すパターンは「４１」と決定なる。そして、続いて行われる燃料のランクを決定する作業では、パターン「４１」に対応しているデータ４３−４１を抽出し、該データ４３−４１に登録されている状態別のエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度を現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と比較することによって、現在使用している燃料のランクが決定される。
(３)作業内容で油圧ポンプ吐出圧が「低」、燃料温度が「高」に分類され、環境内容では大気圧が「高」、外気温が「高」に分類されていた場合は、作業分類の条件と環境分類の条件とが「８１」の箇所で交叉し、従って使用状況を表すパターンは「８１」となる。そして、続いて行われる燃料のランクを決定する作業では、パターン「８１」に対応しているデータ４３−８１を抽出し、該データ４３−８１に登録されている状態別に設定したエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度やエンジン負荷率頻度と比較することによって、現在使用している燃料のランクが決定される。又、これ以外に付いても、同様にして燃料ランクを決定することができる。

ここで、エンジン制御系に於ける燃料のランクの決定手順は、図２に示した燃料状態演算器２４に予めプログラムされている。この制御系に於ける燃料のランク決定手順について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、エンジン稼働時間検出器４２からの信号により、エンジン２１の稼働時間を把握し(ステップＳ１)、ならし運転期間、長期稼働期間である場合は処理を中止する。一方、有効稼働期間である場合は、建設機械の状態、即ち、エアクリーナの目詰まり、燃料ラインの目詰まり、タービンの渋り、各機器類の破損等、機械状態を把握し(ステップＳ２)、機械状態に問題が無い場合(良)にはステップＳ３以降に示す実際のランク決定処理に入り、問題がある場合(不良)には処理を中止する。

ランク決定処理では、各センサ２６〜３５、３８〜４１の信号を読み込み、各センサ類の信号から燃料ランク識別マップ４３に対応する作業内容での分類処理(ステップＳ３)と環境条件での分類処理(ステップＳ４)とを行う。又、ここで分類処理された項目をそれぞれ燃料ランク識別マップ４３に対応させ、燃料ランク識別マップ４３の８１個のパターンの中から現在の使用状況を表す１つのパターンと該パターンに対応する１つのデータ（４３−１，４３−２，…，４３−８１）が抽出される（ステップＳ５）。

続いて、抽出された１つのデータ（４３−１，４３−２，…，４３−８１）に登録されているエンジン回転数頻度及びエンジン負荷率頻度と現在の使用状況に於けるエンジン回転数頻度及びエンジン負荷率頻度とを比較し（ステップＳ６）、この比較結果から現在使用している燃料のランクが決定される（ステップＳ７）。又、このランク決定処理は、一定期間毎にモニタリングされて、その結果が更新され、これにより最新の燃料ランクが把握できる。

尚、本例では作業内容での分類処理は、油圧ポンプ吐出圧センサ３９からのセンサ信号と燃料温度センサ３０からのセンサ信号を使用して行われ、環境条件での分類処理は大気圧センサ２６からのセンサ信号と、外気温度センサ４１からのセンサ信号を使用して行われる場合で説明した。しかし、各分類で使用するセンサ信号は、前述した各センサの信号だけに限定されるべきではなく、複数のセンサを組み合わせて得られた信号から分類することも可能である。即ち、作業を分類する要素としては、燃料温度センサ３０、燃料吸入圧センサ３１、冷却水温度センサ３２、排気温度センサ３３、燃料噴射圧センサ３４、エンジン回転数センサ３５、作動油温度センサ３８等の各センサ信号を単独若しくは融合させて使用することが可能である。一方、環境を検出するセンサとしては、大気圧センサ２６、吸気空気温度センサ２７、加給空気温度センサ２８、加給空気圧センサ２９等の各センサ信号を単独若しくは融合させて使用することも可能である。

従って、本実施例による建設機械の燃料状態識別方法によれば、建設機械本体及びディーゼルエンジンに付加されているセンサ類から得られる信号により、現在の使用状況を燃料ランク識別マップに対応させて絞り込み、この燃料ランク識別マップから現在の条件に合致するデータを抽出し、更に、該データから燃料のランクを求めることにより、燃料のランクを簡単、且つ、自動的に決定することができる。

又、作業内容を分類する要素として、エンジンの出力特性変化に対して直ぐに影響を与える油圧ポンプの吐出圧を使用しているので、精度の良い燃料のランクを決定することができる。

更に、環境条件を分類する要素として、エンジン２１の出力特性の変化に対して直ぐに影響を与える外気温(外気温度センサ４１のセンサ信号)と燃料温度(燃料温度センサ３０のセンサ信号)と大気圧(大気圧センサ２６のセンサ信号)を使用しているので、精度の良い燃料のランクを決定することができる。

又、更にエンジンの稼働時間の把握、及び機械状態の把握を行い、燃料のランクを把握して燃料制御を行ってもさほど効果の得られない要素が存在する期間については処理を行わないようにしているので、効率の良い処理を行うことができる。

更に、一定時間毎にモニタリングを実施して燃料のランクを把握するようにしているので、途中で使用燃料が変更され、燃料ランクが変わった場合も、自動的に把握することができる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

図は本発明の一実施の形態を示すものである。
本発明に係る燃料状態識別方法を適用した油圧ショベルの全体構成図。 同上油圧ショベルのエンジン制御系の構成を示す概略構成ブロック図。 本発明に於ける燃料状態識別方法で使用する燃料ランク識別マップの一例を示す図。 本発明に於ける燃料状態識別方法の識別手順の一例を示すフローチャート。

符号の説明

２１ エンジン
２２ 油圧ポンプ
２３ エンジンコントローラ
２４ 燃料状態演算器
３９ 油圧ポンプ吐出圧センサ
４１ 外気温度センサ
４２ エンジン稼働時間検出器
４３ 燃料ランク識別マップ

Claims (4)

1. 建設機械の動力源として装備されているディーゼルエンジンで使用する燃料のランクを求める建設機械の燃料状態識別方法に於いて、
   前記建設機械が稼働している作業内容と環境条件を各々複数に分類し、この分類した作業内容及び環境条件を組み合わせてなる複数のパターンを有した燃料ランク識別マップと、該燃料ランク識別マップの各パターンにそれぞれ対応している燃料ランク決定のための複数のデータとを用意し、
   前記建設機械本体及び前記ディーゼルエンジンに付加されているセンサ類からの信号を前記作業内容に従う分類と前記環境条件に従う分類とに分け、該分類された各信号を前記燃料ランク識別マップに対応させて該燃料ランク識別マップから現在の条件に合致するパターンと該パターンに対応した前記データとを順に抽出し、該データから前記燃料のランクを決定することを特徴とする建設機械の燃料状態識別方法。
2. 上記作業内容を分類する要素として上記油圧ポンプの吐出圧を用いる請求項１記載の建設機械の燃料状態識別方法。
3. 上記環境条件を分類する要素として外気温と燃料温度と大気圧を用いる請求項１又は２記載の建設機械の燃料状態識別方法。
4. 上記燃料のランク決定の処理は、設定された時間毎にモニタリングを実施し、その結果を更新するようにした請求項１，２又は３記載の建設機械の燃料状態識別方法。

Images