JP4871778B2 - 建設機械のフィルタ目詰まり判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に設けられたフィルタエレメントの目詰まりを判定するフィルタ目詰まり判定装置に関する。

従来より、フィルタエレメントの前後差圧に基づき、フィルタの目詰まりを判定するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、フィルタエレメントの前後差圧に基づいてフィルタ目詰まり信号を一定時間以上感知したか否かを判定し、一定時間以上感知した場合には、目詰まり自動検診を行うか否かのメッセージをオペレータに対して表示する。そして、オペレータが自動検診を行うことを選択した場合に、ポンプ吐出流量を一定量に制御し、この状態でフィルタの目詰まりを検出する。

特開２００４−３３７６６８号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、フィルタ目詰まり信号が一定時間以上感知される度に目詰まり自動検診を行うか否かのメッセージが表示されるので、オペレータは表示を煩わしく感じる。さらに、目詰まり自動検診を行うには、オペレータが自動検診を選択する必要があり、この点でもオペレータにとって煩わしさがある。

以下、実施の形態の符号を参照して本発明を説明する。発明の理解を容易にする目的で符号を付すので、これにより、発明が実施の形態に限定されるものではない。
本発明は、少なくともアームを備えた作業用フロントと、ロッド室と前記ロッド室よりも受圧面積の大きいボトム室とを有し、前記ボトム室に圧油が供給されて前記ロッド室から圧油が排出されると伸張動作し、前記ロッド室に圧油が供給されて前記ボトム室から圧油が排出されると縮退動作し、前記縮退動作によるタンクへの戻り油量が前記伸張動作に比べて多い、前記作業用フロントを駆動する複数の油圧シリンダと、前記油圧シリンダから排出される圧油をフィルタを介して前記タンクへ戻す戻り油管路と、前記戻り油管路に設けられ、前記フィルタの前後差圧を検出する差圧検出器とを備え、前記複数の油圧シリンダは、少なくともアームを駆動するアームシリンダを含む建設機械のフィルタ目詰まり判定装置である。
そして、本発明によるフィルタ目詰まり判定装置では、前記フィルタが目詰まりをしていない正常状態における前記油圧シリンダの伸張動作による戻り油量によって生じる伸張動作時の前記前後差圧（図３のΔＰ１）と、縮退動作による戻り油量によって生じる縮退動作時の前記前後差圧（図のΔＰ２）との間の所定差圧を基準差圧（図３のΔＰａ）として設定するととともに、前記正常状態における前記油圧シリンダの動作時に前記前後差圧が前記基準差圧以上となる時間を基準時間（図３のｔ１）として設定し、前記差圧検出器によって検出される前記前後差圧が前記基準差圧以上（ΔＰａ以上）となる状態が前記基準時間（ｔ１）を超えたときに、前記フィルタの目詰まりを判定し、前記基準時間（ｔ１）以内のときには、目詰まりを判定しない目詰まり判定手段と、前記目詰まり判定手段により前記フィルタの目詰まりが判定されると、警報を発する警報手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、アームシリンダが縮退動作する戻り油量が多い時でも、フィルタの目詰まりを精度よく判定できる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図５を参照して本発明によるフィルタ目詰まり判定装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るフィルタ目詰まり判定装置の構成を示す油圧回路図であり、図２は、このフィルタ目詰まり判定装置を搭載した油圧ショベルの側面図である。図２に示すように油圧ショベルは、走行体１と、走行体１上に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２に回動可能に軸支されたブーム３、アーム４、バケット５からなる作業用用フロント６とを有する。ブーム３、アーム４、バケット５はそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ４ａ、バケットシリンダ５ａにより回動可能に軸支されている。

図１に示すように油圧ポンプ１０からの圧油は、方向制御弁１３，１４，１５を介してブームシリンダ３ａ、アームシリンダ４ａ、バケットシリンダ５ａにそれぞれ供給される。各シリンダ３ａ〜５ａからの油は、方向制御弁１３〜１５およびフィルタエレメント１１（以下、フィルタ）を介してタンクに戻る。方向制御弁１３〜１５はそれぞれ図示しない操作レバーにより操作され、操作レバーの操作に応じて各シリンダ３ａ〜５ａの駆動が制御される。戻り油の管路には、フィルタ１１の前後差圧ΔＰを検出する差圧検出器２１が設けられている。なお、１２は、フィルタ１１に対して並列に設けられたチェック弁であり、チェック弁１２はフィルタ１１の前後差圧が所定値以上になると開放する。

このような回路構成では、方向制御弁１３〜１５からの戻り油内に含まれる異物はフィルタ１１で除去され、作動油が濾過される。この際、異物が一定量以上フィルタ１１に溜まると、フィルタ１１が目詰まりを起こすため、フィルタ１１の交換が必要になる。フィルタ１１の前後差圧ΔＰは、戻り油量に応じて変化し、戻り油量が増加すると前後差圧ΔＰも増加する。このため、前後差圧ΔＰの大きさのみでは、フィルタ１１の目詰まりを精度よく判定できない。そこで、本実施の形態では、予め戻り油量が多くなる作業時間を所定時間ｔ１として設定し、前後差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上の状態が所定時間ｔ１を超えて継続すると、フィルタ１１が目詰まりを起こしたと判定する。

所定時間ｔ１について説明する。図３は、掘削作業時におけるフィルタ１１の前後差圧の変化の一例を示す図である。なお、実線はフィルタ１１が目詰まりしていない正常状態の特性であり、破線はフィルタ１１が目詰まりを起こした目詰まり状態の特性である。目詰まり状態では、フィルタ１１の通路面積が狭くなるため、差圧の特性は図示のように上方にシフトしたものとなる。油圧ショベルは、掘削作業時には、バケット５内に土砂等を取り込む掘削動作（掘削作業）、バケット５内に取り込んだ土砂をダンプする放土動作（放土作業）、およびブーム３を下げるブーム下げ動作（ブーム作業作業）の一連の動作を繰り返す。

掘削動作時には、アームシリンダ４ａを伸張しつつバケットシリンダ５ａを伸張し、フロント６を掘削姿勢とする。一方、放土動作時には、アームシリンダ４ａを縮退しつつバケットシリンダ５ａを縮退し、フロント６を放土姿勢とする。掘削姿勢では、図４（ａ）に示すようにシリンダ４ａ，５ａのボトム室Ｒ１に油圧ポンプ１０からの圧油が供給され、ロッド室Ｒ２から圧油が排出される。このとき、ボトム室Ｒ１とロッド室Ｒ２ではボトム室Ｒ１の受圧面積の方が大きいため、ロッド室Ｒ２からタンクへの戻り油量は少ない。これに対し、放土姿勢では、図４（ｂ）に示すようにシリンダ４ａ，５ａのロッド室Ｒ２に圧油が供給され、ボトム室Ｒ１から油が排出されるため、タンクへの戻り油量が多くなる。

その結果、図３に示すように正常状態において、放土動作時の前後差圧ΔＰ２は掘削動作時の前後差圧ΔＰ１よりも大きくなる。この点を考慮し、本実施の形態では、掘削動作時の前後差圧ΔＰ１と放土動作時の前後差圧ΔＰ２の間に所定値ΔＰａを設定し、通常の放土動作時に少なくとも差圧が所定値ΔＰａ以上となる時間（例えば３秒程度）を所定時間ｔ１として設定する。そして、差圧が所定値ΔＰａ以上の状態が所定時間ｔ１以内であれば（図３の実線）、放土動作により前後差圧ΔＰが増加したと判定し、所定時間ｔ１を超えると（図３の点線）、目詰まりと判定する。所定時間ｔ１は、放土作業に要する時間ｔ０よりも短い。

なお、ブーム下げ動作時にはブームシリンダ３ａが縮退するため、ブーム下げ時にもフィルタ１１の前後差圧ΔＰが増加する。しかし、ブーム下げ時のブームシリンダ３ａの縮退量はアームダンプ時のアームシリンダ４ａの縮退量よりも小さく、タンクへの戻り油量が少ないので、図示のように差圧ΔＰの増加の程度も小さい。このため、本実施の形態では、放土動作を基準にして上述の所定値ΔＰａおよび所定時間ｔ１を設定する。これら所定値ΔＰおよび所定時間ｔ１は、工場出荷時あるいはフィルタ交換直後にフロントを姿勢変化させた際の実機の稼働データを用いて、各機械毎に設定することができる。

図１のコントローラ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。図５は、ＣＰＵで実行されるプログラムの一例を示すフローチャーである。このフローチャートで示す処理は例えばエンジンキースイッチのオンによりスタートする。

ステップＳ１では、差圧検出器２１からの信号によりフィルタ１１の前後差圧ΔＰを読み込む。ステップＳ２では、差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上か否かを判定する。ステップＳ２が肯定されるとステップＳ３に進み、タイマを起動する。一方、ステップＳ２で差圧ΔＰが所定値ΔＰａ未満と判定されるとステップＳ６に進み、タイマをリセットし（ｔ＝０）、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ４では、タイマの計測時間ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定する。ｔ＞ｔ１と判定されるとステップＳ５に進み、ｔ≦ｔ１と判定されるとステップＳ１に戻る。ステップＳ５では、モニタ２２に目詰まり信号を出力する。目詰まり信号が出力されると、モニタ２２はフィルタ１１が目詰まりである旨の警報を発生する。例えば表示による警報や音声による警報を発生する。

以上の動作をまとめると次のようになる。掘削作業時において、フィルタ１１が正常状態であれば、フィルタ１１の前後差圧ΔＰは図３の実線に示すように変化する。このとき放土動作時に前後差圧ΔＰは所定値ΔＰａ以上となるが、その状態は所定時間ｔ１を超えて継続しないので、モニタ２２に目詰まり信号は出力されない。このため、モニタ２２に目詰まりに関するメッセージが頻繁に表示されることはなく、オペレータは表示上の煩わしさを感じずにすむ。なお、ブーム下げ時にも前後差圧ΔＰは所定値ΔＰａ以上となるが、この場合もΔＰ≧ΔＰａの状態は所定時間ｔ１を超えて継続しないので、目詰まり信号は出力されない。

一方、フィルタ１１が目詰まり状態になると、フィルタ１１の前後差圧ΔＰは図３の点線に示すように変化する。このため、放土作業はΔＰ≧ΔＰａの状態が所定時間ｔ１を超えて継続する作業でないにも拘わらず、目詰まりの程度が所定レベル以上になると、ΔＰ≧ΔＰａの状態が所定時間ｔ１を超えて継続し、モニタ２２に目詰まり信号が出力される（ステップＳ５）。これにより目詰まり判定のための煩雑な操作をすることなく目詰まり判定が自動的に行われるので、オペレータはフィルタ１１の目詰まり状態を容易にかつ的確に把握できる。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）放土作業に要する時間とそのときのフィルタ１１の前後差圧ΔＰとに基づき、所定時間ｔ１と所定値ΔＰａを設定し、フィルタ１１の前後差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上の状態が所定時間ｔ１を超えて継続すると、目詰まり信号を出力するようにした。これにより掘削作業時に戻り油量が増加した状態でも、フィルタ１１の目詰まりを精度よく判定できる。
（２）目詰まり判定時に作業流量を一定に調整する必要がないので、作業性を悪化することなく掘削作業を行うことができる。

（３）前後差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上の状態が所定時間ｔ１を超えて継続するまで目詰まり信号が出力されないので、目詰まりに関する情報がモニタ２２に頻繁に表示されることがなく、オペレータは表示上の煩わしさを感じずにすむ。
（４）前後差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上の状態が所定時間ｔ１を超えて継続すると、目詰まり信号が自動的に出力されるので、目詰まり判定のための操作が不要であり、オペレータは目詰まり状態を遅れずに把握できる。すなわちオペレータの操作に拘わらず目詰まり判定を常時行うので、オペレータは最適なタイミングでフィルタ交換することができる。

−第２の実施の形態−
図６を参照して本発明によるフィルタ目詰まり装置の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、コントローラ２０における処理である。以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図６は、第２の実施の形態に係るコントローラ２０での処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、タイマをリセットし（ｔ＝０）、ステップＳ１１でタイマを起動する。ステップＳ１２では、タイマの計測時間ｔが予め定めた所定時間ｔ２以上か否かを判定する。所定時間ｔ２は例えば所定時間ｔ１と等しく設定される。ステップＳ１２が否定されるとステップＳ１１に戻り、計測時間ｔが所定時間ｔ２を超えるまでタイマの計時が繰り返される。ステップＳ１２が肯定されるとステップＳ１３に進み、差圧検出器２１からの信号によりフィルタ１１の前後差圧ΔＰを読み込む。ステップＳ１４では、差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上か否かを判定する。ステップＳ１４でΔＰ＜ΔＰａと判定されるとステップＳ１８に進み、カウンタをリセットし（Ｎ＝０）、ステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ１４でΔＰ≧ΔＰａと判定されるとステップＳ１５に進み、カウンタに１を加算する。ステップＳ１６では、カウント値Ｎが所定値Ｎ１（例えば２）以上であるか否かを判定する。ステップＳ１６が肯定されるとステップＳ１７に進み、否定されるとステップＳ１０に戻る。ステップＳ１７では、モニタ２２に目詰まり信号を出力する。

以上の第２の実施の形態では、カウンタをリセットしてから所定時間ｔ２経過後のフィルタ１１の前後差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上であれば、カウンタに１を加算し（ステップＳ１５）、Ｎ＝１となる。そこからタイマを起動し、所定時間ｔ２経過後の差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上であれば、さらにカウンタに１を加算する（ステップＳ１５）。これによりＮ＝２となってモニタ２２に目詰まり信号が出力され（ステップＳ１７）、オペレータはモニタ２２の表示等により目詰まり状態を把握できる。

このように第２の実施の形態によれば、所定時間ｔ２毎にフィルタ１１の前後差圧ΔＰを検出し、差圧が所定値ΔＰａ以上となってから所定時間ｔ２経過後の差圧が所定値ΔＰａ以上であれば、モニタ２２に目詰まり信号を出力するようにした。これにより、第１の実施の形態と同様、オペレータは表示上の煩わしさを感じることなく、目詰まり状態を的確に把握できる。なお、第２の実施の形態では、所定値Ｎ１を２に設定したが、所定値Ｎ１を３以上に設定してもよい。所定値Ｎ１＝３とした場合には、所定時間ｔ２をｔ１／２として設定すればよい。

上記実施の形態では、放土作業により差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上となる時間を所定時間ｔ１に設定したが、目詰まり状態を確実に検出するために、差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上となる時間よりも長い時間（例えば放土作業に要する時間ｔ０）を所定時間ｔ１として設定してもよい。作動油温度やエンジン回転数に応じて差圧ΔＰの特性は微妙に変化する。そこで、作動油温度を検出する油温センサやエンジン回転数を検出する回転数検出センサを設け、所定値ΔＰａおよび所定時間ｔ１，ｔ２を、検出された作動油温度やエンジン回転数などに応じて変更してもよい。これにより目詰まり判定をより精度よく行うことができる。

上記実施の形態では、フィルタ１１の前後差圧ΔＰに基づきフィルタ１１の目詰まりの程度を検出したが、戻り油量に応じて変化する他の物理量に基づき目詰まりの程度を検出してもよく、目詰まり検出手段は上述したものに限らない。差圧ΔＰが所定値ΔＰａ以上の状態、つまり所定レベル以上の目詰まりが所定時間ｔ１を超えて継続すると、フィルタ１１が目詰まりであると判定し、目詰まり信号を出力するようにしたが、少なくともアームダンプ時に目詰まり検出を無効化するのであれば、目詰まり判定手段としてのコントローラ２０の構成は上述したものに限らない。

上記実施の形態では、所定時間ｔ１の経過により放土作業を検出したが、操作レバーの操作等により目詰まり検出を無効化する作業を検出してもよい。上記実施の形態では、アームダンプ時だけでなくブーム下げ時にも目詰まり検出を無効化するようにしたが、戻り油量が増加する他の作業においても、同様にして目詰まり検出を無効化するようにしてもよい。

なお、戻り油量に応じて変化する前後差圧ΔＰ等の物理量に基づき、作動油タンクへの戻り油を濾過するフィルタ１１の目詰まりの程度を検出する目詰まり検出手順（ステップＳ１，ステップＳ１３）と、戻り油量が増加する作業中のときは、目詰まり検出手順による目詰まり検出を無効化し、戻り油量が増加する作業中でないにも拘わらず、目詰まり検出手順で所定レベル以上の目詰まりが検出されると、フィルタ１１が目詰まりであると判定する目詰まり判定手順（ステップＳ２〜ステップＳ４，ステップＳ１３〜ステップＳ１６）と、目詰まり判定手順でフィルタ１１が目詰まりであると判定されると、目詰まり信号を出力する信号出力手順（ステップＳ５，ステップＳ１７）とを備えるのであれば、本発明によるフィルタ目詰まり判定方法は、上述したものに限定されない。

以上では、目詰まり判定装置を油圧ショベルに適用する例について説明したが、他の建設機械にも同様に適用することができる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の目詰まり判定装置に限定されない。

本実施の形態に係るフィルタ目詰まり判定装置の構成を示す油圧回路図。 図１のフィルタ目詰まり判定装置を搭載した油圧ショベルの側面図。 掘削作業時におけるフィルタの前後差圧の変化の一例を示す図。 （ａ）は掘削作業時におけるシリンダへの油の流れを示す図であり、（ｂ）は放土作業時におけるシリンダへの油の流れを示す図。 第１の実施の形態に係るフィルタ目詰まり判定装置における処理の一例を示すフローチャート。 第２の実施の形態に係るフィルタ目詰まり判定装置における処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

４ａ アームシリンダ
１１ フィルタ
２０ コントローラ
２１ 差圧検出器
２２ モニタ

Claims (1)

1. 少なくともアームを備えた作業用フロントと、
   ロッド室と前記ロッド室よりも受圧面積の大きいボトム室とを有し、前記ボトム室に圧油が供給されて前記ロッド室から圧油が排出されると伸張動作し、前記ロッド室に圧油が供給されて前記ボトム室から圧油が排出されると縮退動作し、前記縮退動作によるタンクへの戻り油量が前記伸張動作に比べて多い、前記作業用フロントを駆動する複数の油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダから排出される圧油をフィルタを介して前記タンクへ戻す戻り油管路と、
   前記戻り油管路に設けられ、前記フィルタの前後差圧を検出する差圧検出器とを備え、
   前記複数の油圧シリンダは、少なくともアームを駆動するアームシリンダを含む建設機械のフィルタ目詰まり判定装置において、
   前記フィルタが目詰まりをしていない正常状態における前記油圧シリンダの伸張動作による戻り油量によって生じる伸張動作時の前記前後差圧と、縮退動作による戻り油量によって生じる縮退動作時の前記前後差圧との間の所定差圧を基準差圧として設定するととともに、
   前記正常状態における前記油圧シリンダの動作時に前記前後差圧が前記基準差圧以上となる時間を基準時間として設定し、
   前記差圧検出器によって検出された前記前後差圧が前記基準差圧以上となる状態が前記基準時間を超えたときに、前記フィルタの目詰まりを判定し、前記基準時間以内のときには、目詰まりを判定しない目詰まり判定手段と、
   前記目詰まり判定手段により前記フィルタの目詰まりが判定されると、警報を発する警報手段とを備えることを特徴とする建設機械のフィルタ目詰まり判定装置。

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