JP5515375B2 - 建設機械のフィルタ目詰まり検出装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において作動油を濾過するフィルタの目詰まりを検出するフィルタ目詰まり検出装置に関するものである。

従来、この種の装置として、特許文献１に示されているように、予め、流量ごとに油温と、その油温におけるフィルタ目詰まり判断の基準となるフィルタ前後の差圧との関係をマップとして記憶しておき、フィルタを通過する作動油の流量と、温度（油温）と、差圧をそれぞれ検出し、検出される差圧が、上記マップから求められる記憶値よりも高くなったときにフィルタが目詰まりしたとして警報を発するものが公知である。

特開昭５８−８４０１５号公報

しかし、上記公知技術によると、全流量範囲の流量変化に対応する広い圧力範囲で圧力を検出しなければならないため、検出の精度が悪くなり、目詰まりを正確に検出できない可能性があった。

また、高価な流量計が必要となる上に、圧力検出手段にも圧力レンジの広い高価な圧力センサしか使用できないため、設備コストが高くなるという問題もあった。

そこで本発明は、設備コストを安くしながら、フィルタの目詰まりを確実に検出することができる建設機械のフィルタ目詰まり検出装置を提供するものである。

請求項１の発明は、油圧アクチュエータの油圧源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプレギュレータと、上記油圧ポンプから吐出された作動油をタンクへの戻りラインで濾過するフィルタとを備えた建設機械のフィルタ目詰まり検出装置において、上記フィルタを通過する作動油の温度を検出する油温検出手段と、この油温検出手段によって検出される油温が入力される制御手段と、上記フィルタの前後の差圧を検出する圧力検出手段とを具備し、上記制御手段は、予め油温ごとの基準流量を表す油温／流量特性を記憶しておき、上記油温検出手段によって検出される油温と、上記油温／流量特性とを照合して対応する基準流量を算出するとともに、上記ポンプレギュレータにより、上記油圧ポンプの吐出流量を上記算出された基準流量に調整するように構成され、この基準流量の作動油が上記フィルタを通過するときの差圧について、フィルタの目詰まりを示す値として設定された目詰まり基準値と上記圧力検出手段によって検出される実際値との比較に基づいてフィルタの目詰まりを検出するように構成され、かつ、設定圧で開くバイパスチェック弁が上記フィルタに並列に接続され、上記目詰まり基準値が上記バイパスチェック弁の設定圧よりも低い値に設定されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、圧力検出手段として、上記フィルタの差圧が上記目詰まり基準値以上であるときに作動する圧力スイッチが用いられ、この圧力スイッチの作動によってフィルタの目詰まりを検出するように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記制御手段は、上記油圧ポンプの最大吐出流量以下の流量範囲で油温と基準流量の関係を記憶しておくものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、上記制御手段は、粘度が異なる複数種類の作動油についての油温／流量特性に基づいて作動油の種類ごとの基準流量を算出するように構成されたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、上記制御手段は、油温／流量特性が異なる複数種類のフィルタについての油温／流量特性に基づいてフィルタの種類ごとの基準流量を算出するように構成されたものである。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの構成において、上記制御手段は、上記フィルタの目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性を記憶しておき、選択された油温／流量特性に基づいて基準流量を算出するように構成されたものである。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの構成において、上記制御手段は、上記フィルタの目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性を記憶しておき、基準流量を、上記フィルタの目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性での基準流量間で変化させ、この変化する基準流量下で上記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて現在の目詰まり度合いを検出するように構成されたものである。

本発明によると、予め油温と基準流量の関係を表す油温／流量特性を記憶しておき、ポンプ流量を、検出される油温に応じた基準流量に調整して、そのときのフィルタの差圧に基づいてフィルタの目詰まりを検出するように構成したから、圧力検出手段は、目詰まり基準値近辺のみの狭いレンジで圧力を検出すればよい。

このため、圧力検出の精度を上げ、フィルタの目詰まりを確実に検出することができる。

しかも、高価な流量計が不要となる上に、上記のように圧力検出手段として検出すべき圧力レンジの狭い安価なものを用いることができるため、特許文献１に示された公知技術と比較して設備コストが格段に安くてすむ。

とくに、圧力センサでなく、オン／オフ式の圧力スイッチを用いる請求項２の発明によると、この点の効果が顕著となる。

この場合、フィルタの完全目詰まり（直ちにフィルタ交換を要する目詰まり状態）で圧力スイッチが作動するように設定してもよいし、一定の目詰まり度合い（たとえば目詰まり度８０％や６０％）で圧力スイッチが作動するように設定してもよい。

ところで、フィルタには、完全に目詰まりしたときの油の逃げのためにバイパスチェック弁を並列に接続するのが一般的である。

この場合、公知技術では、油の粘度が高くなる低温時等に、バイパスチェック弁が開いてしまい、フィルタ目詰まりを検出できなくなるおそれがある。

この点、本発明によると、目詰まり基準値をバイパスチェック弁の設定圧よりも低い値に設定するため、低温時等にも目詰まりを確実に検出することができる。

一方、基準流量は、理論上はポンプの最大流量としてもよいが、実際上、最大流量に到達しない場合があり得るため、請求項３の発明のように基準流量を最大流量以下に設定するのが望ましい。

請求項４の発明によると粘度が異なる複数種類の作動油に、また請求項５の発明によると油温／流量特性が異なる複数種類のフィルタにそれぞれ対応できるため、機械の種類等によって使用される作動油、フィルタが異なったり、同一機械において異なる作動油、フィルタが使用されたりしても目詰まり検出を確実に行うことができる。

また、請求項６の発明によると、複数の目詰まり度合い（たとえば１００％、８０％、６０％）のうち選択された度合いでの目詰まりの有無を検出することができる。

請求項７の発明によると、基準流量を、目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性での基準流量間で変化させることによって現在の目詰まり度合いを検出することが可能となる。

本発明の基本実施形態に係るフィルタ目詰まり検出装置の回路構成及びブロック構成を示す図である。 同装置のコントローラに記憶された油温／基準流量の特性を示す図である。 同、基準流量とフィルタ前後の差圧の特性を示す図である。 同装置による目詰まり検出作用を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態の１に係るフィルタ目詰まり検出装置のコントローラに記憶された、複数種類の作動油についての油温／基準流量の特性を示す図である。 本発明の他の実施形態の２に係るフィルタ目詰まり検出装置のコントローラに記憶された油温／基準流量の特性を示す図である。 本発明の他の実施形態の３に係るフィルタ目詰まり検出装置のコントローラに記憶された複数の目詰まり度合いごとの油温／基準流量の特性を示す図である。

基本実施形態（図１〜図４参照）
図１は油圧シリンダ回路を例にとった実施形態装置の回路構成及びブロック構成を示す。

１は可変容量型の油圧ポンプで、この油圧ポンプ１から吐出された圧油（作動油）がコントロールバルブ２を介して油圧シリンダ３に供給され、この油圧シリンダ３からの、またはリリーフ弁４経由の戻り油がフィルタ５を通ってタンク６に戻される。

フィルタ５には、完全に目詰まりしたときに油をタンク６に逃がすためのバイパスチェック弁７が並列に接続されている。

油圧ポンプ１はポンプレギュレータ８によって吐出流量が調整され、ポンプレギュレータ８は制御手段としてのコントローラ９からの指令に基づいて制御される。

この装置においては、フィルタ５を通過する作動油の温度Ｔを検出する油温センサ（油温検出手段）９と、フィルタ５の前後の差圧ΔＰに応じてオン／オフ作動する圧力スイッチ１１とが設けられ、油温センサ９からの油温信号がコントローラ９に入力される。

圧力スイッチ１１は、図２に示すように、フィルタ５を通過する流量のうち予め定められた基準流量Ｑｓでのフィルタ前後の差圧ΔＰが、フィルタ５の目詰まりを示す目詰まり基準値ΔＰｓ以上であるときにオン作動し、この圧力スイッチ１１がオン作動したときに表示警報手段１２が作動（たとえばモニタ表示とブザー作動）する。

上記差圧基準値ΔＰｓは、この実施形態ではフィルタ５の完全目詰まり（目詰まり度合い１００％で直ちに交換を要する状態）を示すものとして設定されている。

ところで、フィルタ５に並列にバイパスチェック弁７が接続されたこの実施形態の構成では、フィルタ５が目詰まりしていない状態でも、油の粘度が高くなる低温時等にバイパスチェック弁７が開いてしまう場合がある。このため、差圧基準値ΔＰｓをこのバイパスチェック弁７が開く圧力（設定圧）以上の値に設定すると、目詰まりを検出できなくなるおそれがある。

そこで、この実施形態では、差圧基準値ΔＰｓはバイパスチェック弁７が開く圧力（設定圧）よりも低い値に設定されている。

一方、コントローラ９には、図３に示すように油温Ｔと基準流量Ｑｓの特性がマップとして記憶され、油温センサ９で検出された油温Ｔに対応する基準流量Ｑｓが算出される。

なお、基準流量Ｑｓは、理論上はポンプの最大流量としてもよいが、実際上はポンプ流量が最大流量に到達しない場合があり得るため、最大流量以下の範囲Ａで基準流量Ｑｓを設定するのが望ましい。

コントローラ９にはまた、油圧ポンプ１の駆動源である図示しないエンジンを始動／停止させるキースイッチ１３からの信号が入力される。

コントローラ９の作用を含めたこの装置全体の作用を図４のフローチャートによって説明する。

ステップＳ１で、キースイッチ１３がオン（エンジン始動）か否かが判断され、ＹＥＳのときにステップＳ２で油温Ｔが読み込まれる。

ステップＳ３では、図３の油温／基準流量の特性から、検出された油温Ｔに対応する基準流量Ｑｓが算出され、ステップＳ４で、フィルタ通過流量が算出された基準流量Ｑｓとなるようにポンプレギュレータ８によってポンプ流量を調整する。

そして、ステップＳ５で、圧力スイッチ１１による差圧検出、つまり圧力スイッチ１１のオン／オフ作動が行われ、ステップＳ６において、圧力スイッチオンのときには表示警報手段１２が作動し、オフのときには非作動のままとなる。

従って、オペレータはこの表示警報手段１２の作動／非作動に基づいてフィルタ交換を行い、または通常作業に入ればよい。

このように、フィルタ５を基準流量Ｑｓの作動油が通過するときのフィルタ前後の差圧ΔＰがフィルタ５の目詰まりを示す目詰まり基準値以上であるときに作動する圧力スイッチ１１を用いるとともに、予め油温Ｔと上記基準流量Ｑｓの関係を表す油温／流量特性をコントローラ９に記憶しておき、ポンプ流量を、検出される油温に応じた基準流量Ｑｓに調整して、そのときの圧力スイッチ１１の作動状況によってフィルタ５の目詰まりを検出するように構成したから、検出手段として油温センサ９と圧力スイッチ１１のみを設ければよい。

すなわち、特許文献１に記載された公知技術のような高価な流量計が不要となるとともに、圧力レンジの広い高価な圧力センサに代えてオン／オフ式の圧力スイッチ１１を用いればよい。このため、公知技術と比較して設備コストが格段に安くてすむ。

しかも、基準流量Ｑｓ下での圧力スイッチ１１の作動状況によって確実に目詰まりを検出することができる。

また、目詰まり基準値ΔＰｓをバイパスチェック弁７の設定圧よりも低い値に設定しているため、低温時等にも目詰まりを確実に検出することができる。

他の実施形態
（１）図５に示すように、粘度が異なる複数種類の作動油についての油温／流量特性をコントローラ９に記憶しておき、これらのうちから機械に実際に使用される作動油の種類を作動油選択手段によって選択し、選択された作動油の油温／流量特性に基づいて基準流量Ｑｓを算出し、目詰まり検出を行うように構成してもよい。

こうすれば、粘度が異なる複数種類の作動油に対応でき、使用可能な作動油の種類が増加する。

（２）複数種類のフィルタ５についての油温／流量特性に基づいてフィルタ５の種類ごとの基準流量Ｑｓを算出し、目詰まり検出を行うようにしてもよい。

この場合、たとえばコントローラ９にフィルタ５の種類ごとの油温／流量特性を記憶しておき、これらのうちから機械に実際に使用されるフィルタ５の種類をフィルタ選択手段によって選択し、選択されたフィルタ５の油温／流量特性に基づいて基準流量Ｑｓを算出し、目詰まり検出を行うようにしてもすればよい。

あるいは、作動油の粘度と流量に差圧ΔＰが比例することから、図６に示すように、一つの油温／流量特性をコントローラ９に記憶しておき、ある一点での油温Ｔ１と基準流量Ｑｓ１の特性を代入する近似処理を行うことにより、一つの特性で複数種類のフィルタ５に対応するようにしてもよい。

（３）基本実施形態では、フィルタ５の完全目詰まり（目詰まり度合い１００％）を検出するようにしたが、図７に示すように、フィルタの目詰まり度合い（図では１００％、８０％、６０％の三例を示す）に応じた複数の油温／流量特性を記憶しておき、目詰まり度合い選択手段によって選択された油温／流量特性に基づいて基準流量Ｑｓを算出し、目詰まり検出を行うように構成してもよい。

（４）基準流量Ｑｓを、フィルタ５の目詰まり度合い（たとえば１００％、８０％、６０％）に応じた複数の油温／流量特性での基準流量Ｑｓ１，Ｑｓ２…間で変化させるように構成し、この変化する基準流量下での圧力スイッチ１１の作動状況によって現在の目詰まり度合いを検出するように構成してもよい。

なお、この方式を、図１〜図４に示す基本実施形態と併用し、目詰まり度合いを検出した後、その後の完全目詰まりを監視するように構成してもよい。

（５）フィルタ前後の差圧を検出する圧力検出手段として、上記基本実施形態の圧力スイッチ１１に代えて、圧力センサを用いてもよい。

この場合でも、圧力センサは、目詰まり基準値ΔＰｓ近辺のみの狭いレンジで圧力を検出すればよいため、圧力検出の精度を上げ、フィルタ５の目詰まりを確実に検出することができる。

また、特許文献１に示された公知技術で用いられる圧力センサと比較して、検出すべき圧力レンジの狭い安価な圧力センサを用いることができる。すなわち、基本実施形態と同様に設備コストが安くてすむ。

この圧力センサを用いる場合も、基本実施形態及び上記他の実施形態の（１）〜（４）の構成を採用することができる。

この場合、基本実施形態（図１）では、圧力スイッチ１１の作動に基づいて表示・警報手段１２を直接作動させる構成をとったのに対し、圧力センサを用いる場合は、同センサからの圧力信号をコントローラ９に入力し、コントローラ９から表示・警報手段１２に作動信号を出力する構成をとればよい。あるいは、表示・警報手段１２そのものに、センサ信号を作動信号に変換する機能を付加してもよい。

（６）上記実施形態では、フィルタ５の前後の差圧を検出する構成をとったが、フィルタ５の後の圧力がきわめて小さい場合には、フィルタ前の圧力のみを圧力スイッチ１１または圧力センサで検出するようにしてもよい。この場合も、実質的にフィルタ前後の差圧を検出する点に変わりはない。

１ 油圧ポンプ
５ フィルタ
７ ポンプレギュレータ
８ コントローラ（制御手段）
９ 油温センサ
１０ 圧力スイッチ
１１ 表示・警報手段
Ａ ポンプ最大流量以下の範囲
Ｑｓ 基準流量
Ｔ 油温
ΔＰ 差圧
ΔＰｓ 差圧基準値

Claims (7)

1. 油圧アクチュエータの油圧源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプレギュレータと、上記油圧ポンプから吐出された作動油をタンクへの戻りラインで濾過するフィルタとを備えた建設機械のフィルタ目詰まり検出装置において、上記フィルタを通過する作動油の温度を検出する油温検出手段と、この油温検出手段によって検出される油温が入力される制御手段と、上記フィルタの前後の差圧を検出する圧力検出手段とを具備し、上記制御手段は、予め油温ごとの基準流量(図３)を表す油温／流量特性を記憶しておき、上記油温検出手段によって検出される油温と、上記油温／流量特性とを照合して対応する基準流量を算出するとともに、上記ポンプレギュレータにより、上記油圧ポンプの吐出流量を上記算出された基準流量に調整するように構成され、この基準流量の作動油が上記フィルタを通過するときの差圧について、フィルタの目詰まりを示す値として設定された目詰まり基準値と上記圧力検出手段によって検出される実際値との比較に基づいてフィルタの目詰まりを検出するように構成され、かつ、設定圧で開くバイパスチェック弁が上記フィルタに並列に接続され、上記目詰まり基準値が上記バイパスチェック弁の設定圧よりも低い値に設定されたことを特徴とする建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。
2. 圧力検出手段として、上記フィルタの差圧が上記目詰まり基準値以上であるときに作動する圧力スイッチが用いられ、この圧力スイッチの作動によってフィルタの目詰まりを検出するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。
3. 上記制御手段は、上記油圧ポンプの最大吐出流量以下の流量範囲で油温と基準流量の関係を記憶しておくことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。
4. 上記制御手段は、粘度が異なる複数種類の作動油についての油温／流量特性に基づいて作動油の種類ごとの基準流量を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。
5. 上記制御手段は、油温／流量特性が異なる複数種類のフィルタについての油温／流量特性に基づいてフィルタの種類ごとの基準流量を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。
6. 上記制御手段は、上記フィルタの目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性を記憶しておき、選択された油温／流量特性に基づいて基準流量を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。
7. 上記制御手段は、上記フィルタの目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性を記憶しておき、基準流量を、上記フィルタの目詰まり度合いに応じた複数の油温／流量特性での基準流量間で変化させ、この変化する基準流量下で上記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて現在の目詰まり度合いを検出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械のフィルタ目詰まり検出装置。

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