JP6497738B2 - 油圧回路における制御バルブの故障診断システム - Google Patents

Description

本発明は、建設機械等の作業機械の油圧回路における制御バルブの故障診断システムの技術分野に関するものである。

一般に、建設機械等の作業機械の油圧回路には、作業用油圧シリンダ、走行用油圧モータ等の種々の油圧アクチュエータの作動を制御するべく各種制御バルブが設けられているが、これら制御バルブに故障が発生した場合には、修理、交換等の迅速な対応が要求される。しかしながら、たとえば油圧アクチュエータの出力不足、回路圧の低下、ポンプ圧が不安定等の不具合が油圧回路に発生した場合、その不具合の要因となりうる制御バルブは複数あるため、どの制御バルブが故障しているかを特定するには、要因となりうる制御バルブを１つずつ交換して不具合が解消されたか否かを確認していく作業が必要となって、時間と手間がかかる。特に、建設機械のなかには、油圧アクチュエータに対する作動油の給排流量を制御するためのメータリングバルブとして、油圧アクチュエータに設けられる一対のポートへの供給流量をそれぞれ制御する第一、第二メータインバルブと、上記一対のポートからの排出流量をそれぞれ制御する第一、第二メータアウトバルブとの４つの独立したメータリングバルブを設け、これら４つのメータリングバルブを個別に電子制御することでより細かく且つ効率的に油圧アクチュエータを制御できるようにしたものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）が、このような独立メータリングバルブが採用されている油圧回路においては、１つの油圧アクチュエータに４つのメータリングバルブが必要なうえ、ポンプ合流機能やポンプ圧力調整機能のためのバルブなど直接油圧アクチュエータを制御する目的以外のバルブや回路も存在していることから複雑な構成となっており、このため、油圧回路に不具合が発生した場合には、その不具合の要因となりうる制御バルブが多数あって、これらの制御バルブのうち何れの制御バルブが故障しているのかを特定するには回路構成に関する十分な知識が必要なうえ、多大な時間と手間がかかるという問題があった。
一方、作業機械の油圧回路における制御バルブの故障診断装置として、従来、制御バルブに制御信号を出力する制御手段を、通常の制御動作を行う通常制御モードと特定の故障診断用動作を行わせる故障診断モードとに交換可能に構成すると共に、故障診断モードにおいて制御弁に故障診断用動作を行わせたときの油圧ポンプの吐出圧に基づいて当該制御弁の故障の有無を判定するように構成した技術が提唱されている（たとえば、特許文献２参照。）。

特開１０−３１１３０１号公報 特開２０００−４６０１５号公報

しかしながら、前記特許文献２の故障診断装置では、診断対象とする制御バルブを定め、該制御バルブに対して個別に故障診断を行うように構成されている。このため、不具合が発生した油圧回路において、その不具合の要因となりうる制御バルブが複数ある場合には、これら全ての制御バルブに対する故障診断を個別に行わなければならず、依然として時間と手間がかかるうえ、１つの制御バルブの故障が他の正常な制御バルブの故障診断に影響を与えてしまうことがあって、正確な故障診断を行えない惧れがあり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される作動油により作動する油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに対する作動油の給排流量を制御するメータリングバルブと、油圧ポンプの吐出ラインから分岐形成されて油タンクに至るリリーフ油路、バイパス油路、並びに循環油路にそれぞれ配設される複数の制御バルブとを備えた作業機械の油圧回路において、前記複数の制御バルブは、リリーフ油路に配設されて吐出ラインの回路最高圧を設定するメインリリーフバルブを含み、該メインリリーフバルブを含む複数の制御バルブおよび前記メータリングバルブの故障を診断するための故障診断システムを設けるにあたり、前記複数の制御バルブのうち２つ以上の制御バルブを診断対象として種々組合わせた複数のテストパターンを設定すると共に、各テストパターンに応じて設定された診断用制御信号を制御バルブに出力して制御バルブを診断用制御状態にし、この状態での吐出ラインの検出圧力とメインリリーフバルブの設定圧とを比較して各テストパターンの故障の有無の診断を行う故障診断手段を設けて、該故障診断手段により故障の有無が診断された各テストパターンに含まれる制御バルブ同士の照合をすることで故障した制御バルブを特定できるように構成する一方、前記故障診断で制御バルブに故障がないと診断された場合に、前記メータリングバルブの故障診断を行うことを特徴とする油圧回路における制御バルブの故障診断システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、故障診断手段は作業機械の運転室に配されるモニタ装置に接続され、該モニタ装置の操作に基づいて故障診断を実行することを特徴とする油圧回路における制御バルブの故障診断システムである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、油圧アクチュエータは、該油圧アクチュエータを作動せしめる作動油の出入口として一対のポートを備えるとともに、該油圧アクチュエータに対する給排流量を制御するためのメータリングバルブは、油圧アクチュエータの一方のポートへの供給流量を制御する電子制御式の第一メータインバルブと、油圧アクチュエータの一方のポートからの排出流量を制御する電子制御式の第一メータアウトバルブと、油圧アクチュエータの他方のポートへの供給流量を制御する電子制御式の第二メータインバルブと、油圧アクチュエータの他方のポートからの排出流量を制御する電子制御式の第二メータアウトバルブとを用いて構成されていることを特徴とする油圧回路における制御バルブの故障診断システムである。

請求項１の発明とすることにより、制御バルブの故障診断に要する時間および手間を大幅に削減することができると共に、回路構成に関する高い知識を必要とせず、メンテナンス性の向上に大きく貢献できる。
請求項２の発明とすることにより、テストパターンの故障診断を行う場合に、制御バルブは自動的に各テストパターンに応じた診断用制御状態になり、而して、回路構成の知識がなくても容易且つ短時間で故障診断を行うことができる。
請求項３の発明とすることにより、故障診断用の操作装置を別途必要とせず、モニタ装置を利用して故障診断を実行することができる。
請求項４の発明とすることにより、本発明の故障診断システムを、メータリングバルブが第一、第二メータインバルブ、第一、第二メータアウトバルブの４つの個別のバルブを用いて構成されている複雑な油圧回路に実施できる。

油圧ショベルの油圧回路図である。 コントローラの入出力を示すブロック図である。 テストパターンおよびポンプテストの診断対象を示す表図である。 テストパターン１における油の流れを示す図である。 テストパターン２における油の流れを示す図である。 テストパターン３における油の流れを示す図である。 テストパターン４における油の流れを示す図である。 ポンプテスト１における油の流れを示す図である。 ポンプテスト２における油の流れを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１に、本発明の故障診断システムが実施された油圧ショベル（本発明の作業機械の一例である）の油圧回路を示すが、該油圧回路において、１、２は可変容量型の第一、第二油圧ポンプ（本実施の形態では、斜板角度により容量が変化する斜板式ピストンポンプ）、３は油タンク、４〜９は第一、第二油圧ポンプ１、２から吐出される作動油により作動する油圧アクチュエータであって、本実施の形態では、主として第一油圧ポンプ１から圧油供給される油圧アクチュエータとしてバケットシリンダ４、ブームシリンダ５、左走行モータ６が設けられており、また、主として第二油圧ポンプ２から圧油供給される油圧アクチュエータとして右走行モータ７、旋回モータ８、スティックシリンダ９が設けられている。

さらに、１０、１１、１５は前記バケットシリンダ４、ブームシリンダ５、スティックシリンダ９に対する作動油の給排流量をそれぞれ制御するバケット用、ブーム用、スティック用のメータリングバルブであって、これらメータリングバルブ１０、１１、１５は、それぞれ４つの独立した電子制御式バルブを用いて構成されている。バケット用メータリングバルブ１０を例にとって説明すると、該バケット用メータリングバルブ１０は、バケットシリンダ４のロッド側油室の出入口となるロッド側ポート４ａへの供給流量を制御する第一メータインバルブ１０Ａと、ロッド側ポート４ａからの排出流量を制御する第一メータアウトバルブ１０Ｂと、バケットシリンダ４のヘッド側油室の出入口となるヘッド側ポート４ｂへの供給流量を制御する第二メータインバルブ１０Ｃと、ヘッド側ポート４ｂからの排出流量を制御する第二メータアウトバルブ１０Ｄとを用いて構成されていると共に、これら第一、第二メータインバルブ１０Ａ、１０Ｃ、第一、第二メータアウトバルブ１０Ｂ、１０Ｄは、後述するコントローラ１６からの制御信号で作動するように構成されている。尚、前記ロッド側ポート４ａ、ヘッド側ポート４ｂは、本発明の油圧アクチュエータに備えられる一対のポートのうちの一方のポート、他方のポートに相当すると共に、ブームシリンダ５、スティックシリンダ９も、バケットシリンダ４と同様に、作動油の出入口となる一対のポート５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂを備えている。また、ブーム用、スティック用のメータリングバルブ１１、１５についての説明は省略するが、これらブーム用、スティック用のメータリングバルブ１１、１５もバケット用メータリングバルブ１０と同様に、コントローラ１６からの制御信号に基づいて作動する電子制御式の第一、第二メータインバルブ１１Ａ、１１Ｃ、１５Ａ、１５Ｃ、第一、第二メータアウトバルブ１１Ｂ、１１Ｄ、１５Ｂ、１５Ｄを用いて構成されている。
さらに、１２、１３は左右の走行モータ６、７に対する作動油の給排流量をそれぞれ制御する左走行用、右走行用のメータリングバルブであって、これらメータリングバルブ１２、１３は、走行用操作具の操作に基づいてパイロットバルブ（図示せず）から出力されるパイロット圧により作動するパイロット作動式バルブを用いて構成されている。また、１４は旋回モータ８に対する作動油の給排流量を制御する旋回用メータリングバルブであって、該旋回用メータリングバルブ１４は、メータインとメータアウトとで独立制御は行わないが、コントローラ１６からの制御指令で作動する電子制御式バルブを用いて構成されている。

さらに、１７、１８は第一、第二油圧ポンプ１、２の吐出側に接続される第一、第二吐出ラインであって、第一吐出ライン１７の圧油は、前記左走行用メータリングバルブ１２に供給されると共に、後述する第一位置Ｘの走行直進弁２７を経由してバケット用メータリングバルブ１０、ブーム用メータリングバルブ１１に供給されるように構成されている。一方、第二吐出ライン１８の圧油は、旋回用メータリングバルブ１４、スティック用メータリングバルブ１５に供給されると共に、第一位置Ｘの走行直進弁２７を経由して右走行用メータリングバルブ１３に供給されるように構成されている。

さらに、１９、２０は第一、第二吐出ライン１７、１８からそれぞれ分岐形成されて油タンク３に至る第一、第二リリーフ油路であって、該第一、第二リリーフ油路１９、２０には、第一、第二吐出ライン１７、１８の回路最高圧を設定するための第一、第二メインリリーフバルブ２１、２２がそれぞれ配設されている。

さらに、２３、２４は前記第一、第二リリーフ油路１９、２０の下流側において第一、第二吐出ライン１７、１８からそれぞれ分岐形成されて油タンク３に至る第一、第二バイパス油路であって、該第一、第二バイパス油路２３、２４には、コントローラ１６からの制御信号に基づいて第一、第二バイパス油路２３、２４の流量制御を行う第一、第二バイパスバルブ２５、２６がそれぞれ配設されている。

さらに、前記走行直進弁２７は、コントローラ１６からの制御信号に基づいて第一位置Ｘと第二位置Ｙとに切換る２位置切換弁であって、該走行直進弁２７が第一位置Ｘに位置している状態では、第一吐出ライン１７の圧油が左走行用メータリングバルブ１２に供給され、第二吐出ライン１８の圧油が右走行用メータリングバルブ１３に供給されるが、第二位置Ｙに位置している状態では、第一吐出ライン１７の圧油が左右両方の走行用メータリングバルブ１２、１３に供給されるようになっている。尚、走行直進弁２７が第二位置Ｙに位置している状態では、バケット用、ブーム用、旋回用、スティック用メータリングバルブ１０、１１、１４、１５には第二吐出ライン１８の圧油が供給されるようになっている。

さらに、２８は第一吐出ライン１７と第二吐出ライン１８とを連通する合流油路であって、該合流油路２８には、コントローラ１６からの制御信号に基づいて切換る合流バルブ２９が配設されている。該合流バルブ２９はチェック弁２９ａを具備した３位置切換弁であって、第一位置Ｘに位置している状態では、チェック弁２９ａによって第一吐出ライン１７から第二吐出ライン１８への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止し、第二位置Ｙに位置している状態では、第一、第二吐出ライン１７、１８同士の油の流れを遮断し、第三位置Ｚに位置している状態では、第一、第二吐出ライン１７、１８同士を連通して互いに合流させることができるように構成されている。

さらに、３０、３１は第一、第二吐出ライン１７、１８の吐出油を循環させて油タンク３に戻すための第一、第二循環油路であって、該第一、第二循環油路３０、３１には、コントローラ１６からの制御信号に基づいて第一、第二循環油路３０、３１を開閉する第一、第二暖機バルブ３２、３３がそれぞれ配設されている。
尚、本実施の形態において、前記第一、第二メインリリーフバルブ２１、２２、第一、第二バイパスバルブ２５、２６、走行直進弁２７、合流バルブ２９、第一、第二暖機バルブ３２、３３は本発明の制御バルブに相当する。そして、これらの制御バルブと前述したメータリングバルブ１０〜１５とは、コントロールバルブユニットとして一つに纏められた状態で配設されている。

一方、前記コントローラ１６は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図２のブロック図に示す如く、油圧アクチュエータ用操作具（バケット用、ブーム用、左走行用、右走行用、旋回用、スティック用の各操作具であって、図示しないが、操作レバーや操作ペダル）の操作方向および操作量をそれぞれ検出する操作検出手段３４〜３９、第一、第二油圧ポンプ１、２の斜板角度をそれぞれ検出する第一、第二斜板角度センサ４０ａ、４０ｂ、第一、第二吐出ライン１７、１８の圧力をそれぞれ検出する第一、第二圧力センサ４１、４２、後述するモニタ装置４３等からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前記第一、第二油圧ポンプ１、２、バケット用、ブーム用、旋回用、スティック用のメータリングバルブ１０、１１、１４、１５、第一、第二バイパスバルブ２５、２６、走行直進弁２７、合流バルブ２９、第一、第二暖機バルブ３２、３３、モニタ装置４３等に制御信号を出力するように構成されていると共に、故障診断手段４４、メモリ４６等を備えて構成されている。そして、該コントローラ１６は、油圧アクチュエータ用操作具の操作に基づいて油圧アクチュエータ４〜９を作動せしめる通常制御や、モニタ装置４３の操作に基づいて暖機運転を行う暖機運転制御や、故障診断手段４４による故障診断をモニタ装置４３の操作に基づいて行う故障診断制御等の各種制御を実行する。尚、前記モニタ装置４３は、油圧ショベルの運転室に配されており、図示しないが、ディスプレイと操作キーとを備えていると共に、コントローラ１６と入出力可能に接続されている。

まず、コントローラ１６の行う通常制御について説明すると、コントローラ１６は、バケット用、ブーム用、旋回用、スティック用の操作検出手段３４、３５、３８、３９から油圧アクチュエータ用操作具の操作信号が入力された場合に、該操作された油圧アクチュエータ用のメータリングバルブ１０、１１、１４、１５に制御信号を出力して、対応する油圧アクチュエータ（バケットシリンダ４、ブームシリンダ５、旋回モータ８、スティックシリンダ９）に対する給排流量を制御する。たとえば、バケット用操作具の操作検出手段３４からバケットアウト（バケットシリンダ４縮小）の操作信号が入力された場合には、バケット用メータリングバルブ１０の第一メータインバルブ１０Ａおよび第二メータアウトバルブ１０Ｄに制御信号を出力して、バケットシリンダ４のロッド側ポート４ａへの供給流量およびヘッド側ポート４ｂからの排出流量を制御する。

さらに、前記通常制御において、コントローラ１６は、油圧アクチュエータ用操作具の操作信号が入力された場合に、操作された油圧アクチュエータ４〜９の油圧供給源となる第一、第二油圧ポンプ１、２の吐出圧を操作具の操作量に応じて調整するべく、第一、第二バイパスバルブ２５、２６に開度量調整の制御信号を出力して第一、第二バイパス油路２３、２４の流量制御を行う。尚、コントローラ１６のメモリ４６には、油圧アクチュエータ用操作具の操作量と第一、第二バイパスバルブ２５、２６の開度量との関係を示したマップが収納されており、該マップを用いて第一、第二バイパスバルブ２５、２６の開度量制御が行われるように構成されている。また、油圧アクチュエータ用操作具が操作されていない状態では、第一、第二バイパスバルブ２５、２６は最大の開度量で第一、第二バイパス油路２３、２４を開くように制御され、これにより第一、第二油圧ポンプ１、２は低圧状態になるように構成されている。

さらに、通常制御において、コントローラ１６は、直進走行を行うべく左右両方の走行用操作具が操作され、さらにバケット用、ブーム用、旋回用、スティック用の何れかの操作具が操作された場合に、制御信号を出力して走行直進弁２７を第二位置Ｙに切換える。この状態では、第一油圧ポンプ１の吐出油が左走行モータ６および右走行モータ７に供給される一方、第二油圧ポンプ２の吐出油が上記操作具操作されたバケットシリンダ４、ブームシリンダ５、旋回モータ８、スティックシリンダ９に供給されるようになっており、これにより、第一油圧ポンプ１の吐出流量を左右の走行モータ６、７のみで分配して両走行モータ６、７への供給流量を同等にすることができるようになっている。尚、左右の走行操作具がのみが操作されている場合、或いはバケット用、ブーム用、旋回用、スティック用の操作具のみが操作されている場合には、走行直進弁２７は第一位置Ｘに位置するように制御される。

さらに、通常制御において、コントローラ１６は、流量を要する油圧アクチュエータ（たとえば、ブームシリンダ５、スティックシリンダ９）の操作信号が入力された場合に、第一油圧ポンプ１からの作動油と第二油圧ポンプ２からの作動油とを合流させて上記油圧アクチュエータに供給するべく、合流バルブ２９に対して制御信号を出力する。この場合に、コントローラ１６は、油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて要求流量を求め、該要求流量が油圧アクチュエータに供給されるように作動油の合計流量を制御する。
尚、前記通常制御が実行されている場合、モニタ装置４３は、エンジン冷却水温度、作動油温度、燃料残量等の各種機体情報をディスプレイに表示するように構成されている。

次いで、コントローラ１６の行う暖機制御について説明すると、コントローラ１６は、暖機を必要とする条件（作動油の温度、外気温等）が成立した場合に、モニタ装置４３のディスプレイに「暖機の実行」の要否を確認する画面を表示する。そして、この画面の表示に基づいてオペレータが「暖機を実行する」指示を入力した場合に、コントローラ１６は、第一、第二暖機バルブ３２、３３に対して第一、第二循環油路３０、３１を開く開位置に位置するように制御信号を出力する。そして、該第一、第二暖機バルブ３２、３３が開くことにより、第一、第二油圧ポンプ１、２の作動油が自動的に循環して作動油およびコントロールバルブユニットを暖めるように構成されている。尚、暖機制御が実行されていない場合には、第一、第二暖機バルブ３２、３３は第一、第二循環油路３０、３１を閉じる閉位置に位置するように制御される。

次いで、コントローラ１６の行う故障診断制御について説明する。該故障診断制御は、モニタ装置４３の操作に基づいて行われるが、本実施の形態において、モニタ装置４３は、操作キーの操作に基づいて、暗証番号の入力等によりサービスマン等の特定者だけに操作が許容されるサービスモードを設定できるようになっており、該サービスモード内において故障診断制御の操作を行うことができるようになっている（以降、故障診断制御の操作を行う者を、診断実行者と称する）。

ここで、前記コントローラ１６のメモリ４６には、故障診断用の複数のテストパターンを設定したデータが収納されている。該テストパターンは、前記制御バルブ（第一、第二メインリリーフバルブ２１、２２、第一、第二バイパスバルブ２５、２６、走行直進弁２７、合流バルブ２９）のうち２つ以上の制御バルブを診断対象として種々組み合わせたものであって、本実施の形態では、図３の表図に示す如く、第一バイパスバルブ２５と第一メインリリーフバルブ２１と第一暖機バルブ３２とを診断対象とするテストパターン１、第二バイパスバルブ２６と第二メインリリーフバルブ２２と第二暖機バルブ３３とを診断対象とするテストパターン２、第一バイパスバルブ２５と第一メインリリーフバルブ２１と第一暖機バルブ３２と第二暖機バルブ３３とを診断対象とするテストパターン３、第二バイパスバルブ２６と第二メインリリーフバルブ２２と第一暖機バルブ３２と第二暖機バルブ３３とを診断対象とするテストパターン４が設定されている。さらに、本実施の形態では、第一油圧ポンプ１を診断対象とするポンプテスト１、第二油圧ポンプ２を診断対象とするポンプテスト２も設定されている。尚、第一、第二油圧ポンプ１、２を診断対象とするポンプテスト１、２は、本発明のテストパターンには含まれない。また、前記テストパターン１〜４は、本実施の形態では予め設定されていてそのデータがコントローラ１６のメモリ４６に収納されているが、モニタ装置４３を用いて任意の制御バルブを診断対象とする各種テストパターンを設定できる構成にすることもできる。

そして、制御バルブの故障診断を行う場合には、まず、モニタ装置４３のキー操作により前記テストパターン１〜４の何れかを選択すると、その信号がコントローラ１６に入力されて、前記選択した各テストパターンを単位とする故障診断が故障診断手段４４により実行される。この場合、故障診断手段４４は、各テストパターンに応じて設定された診断用制御信号を制御バルブに出力して制御バルブを診断用制御状態にすると共に、第一、第二油圧ポンプ１、２を駆動させ、その吐出圧を第一、第二圧力センサ４１、４２により検出し、該検出された吐出圧を予め設定された吐出圧標準値として比較して故障診断を行うように構成されている。
尚、テストパターン１〜４の故障診断を行う場合には、全てのメータリングバルブ１０〜１５は閉じるように制御され、また、図示しないが油圧ショベルの油圧回路に設けられている旋回用ブレーキ装置はブレーキ状態となるように制御される。さらに、故障診断手段４４によるテストパターンの故障診断が実行されているあいだ、モニタ装置４３のディスプレイには、第一、第二圧力センサ４１、４２により検出される第一、第二油圧ポンプ１、２の圧力が表示されると共に、各テストパターンの故障診断の終了後には診断結果がディスプレイに表示されるように構成されている。

次いで、前記故障診断手段４４が行う診断用制御について、各テストパターン１〜４毎に具体的に説明する。まず、第一バイパスバルブ２５と第一メインリリーフバルブ２１と第一暖機バルブ３２とを診断対象とするテストパターン１では、合流バルブ２９は、第一吐出ライン１７と第二吐出ライン１８とを遮断する第二位置Ｙに位置するように制御する。走行直進弁２７は、第一吐出ライン１７の圧油が左走行用メータリングバルブ１２および走行直進弁２７を経由してバケット用、ブーム用メータリングバルブ１０、１１に供給されるとともに、第二吐出ライン１８の圧油が旋回用、スティック用メータリングバルブ１４，１５および走行直進弁２７を経由して右走行用メータリングバルブ１３に供給される第一位置Ｘに位置するように制御する。第一バイパスバルブ２５は、第一バイパス油路２３を閉じるように制御し、第二バイパスバルブ２６は、最大の開度量で第二バイパス油路２４を開くように制御する。第一、第二暖機バルブ３２、３３は、第一、第二循環油路３０、３１を閉じる閉位置に位置するように制御する。このようにして各制御バルブをテストパターン１の診断用制御状態にした状態で、第一油圧ポンプ１を最低流量で駆動させる。この状態では、図４に示す如く、第一油圧ポンプ１からの吐出油は、第一吐出ライン１７から走行直進弁２７を経由して第二位置Ｙの合流バルブ２９に至ると共に、閉位置の第一暖機バルブ３２に至るように流れるが、この状態で、第一圧力センサ４１から入力される第一吐出ライン１７の圧力を、予め設定される第一メインリリーフバルブ２１の設定圧（本発明の吐出圧標準値に相当する）と比較する。そして、第一吐出ライン１７の圧力が第一メインリリーフバルブ２１の設定圧以上の場合にはテストパターン１に故障なし（テストパターン１が診断対象とする全ての制御バルブに故障なし）と判断し、第一吐出ライン１７の圧力が第一メインリリーフバルブ２１の設定圧未満の場合にはテストパターン１に故障あり（テストパターン１が診断対象とする少なくとも１つの制御バルブに故障あり）と判断する。さらに、該判断結果をモニタ装置４３のディスプレイに表示する。

また、第二バイパスバルブ２６と第二メインリリーフバルブ２２と第二暖機バルブ３３とを診断対象とするテストパターン２では、合流バルブ２９は、第一吐出ライン１７から第二吐出ライン１８への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止する第一位置Ｘに位置するように制御する。走行直進弁２７は、第一吐出ライン１７の圧油が左走行用メータリングバルブ１２および走行直進弁２７を経由してバケット用、ブーム用メータリングバルブ１０、１１に供給されるとともに、第二吐出ライン１８の圧油が旋回用、スティック用メータリングバルブ１４，１５および走行直進弁２７を経由して右走行用メータリングバルブ１３に供給される第一位置Ｘに位置するように制御する。第一バイパスバルブ２５は、最大の開度量で第一バイパス油路２３を開くように制御し、第二バイパスバルブ２６は、第二バイパス油路２４を閉じるように制御する。第一、第二暖機バルブ３２、３３は、第一、第二循環油路３０、３１を閉じる閉位置に位置するように制御する。このようにして各制御バルブをテストパターン２の診断用制御状態にした状態で、第二油圧ポンプ２を最低流量で駆動させる。この状態では、図５に示す如く、第二油圧ポンプ２からの吐出油は、第二吐出ライン１８から第一位置Ｘの合流バルブ２９に至ると共に、閉位置の第二暖機バルブ３３に至るように流れるが、この状態で、第二圧力センサ４２から入力される第二吐出ライン１８の圧力を、予め設定される第二メインリリーフバルブ２２の設定圧（本発明の吐出圧標準値に相当する）と比較する。そして、第二吐出ライン１８の圧力が第二メインリリーフバルブ２２の設定圧以上の場合にはテストパターン２に故障なし（テストパターン２が診断対象とする全ての制御バルブに故障なし）と判断し、第二吐出ライン１８の圧力が第二メインリリーフバルブ２２の設定圧未満の場合にはテストパターン２に故障あり（テストパターン２が診断対象とする少なくとも１つの制御バルブに故障あり）と判断する。さらに、該判断結果をモニタ装置４３のディスプレイに表示する。

また、第一バイパスバルブ２５と第一メインリリーフバルブ２１と第一暖機バルブ３２と第二暖機バルブ３３を診断対象とするテストパターン３では、合流バルブ２９は、第一、第二吐出ライン１７、１８同士を連通して互いに合流させる第三位置Ｚに位置するように制御する。走行直進弁２７は、第一吐出ライン１７の圧油が左走行用メータリングバルブ１２および走行直進弁２７を経由してバケット用、ブーム用メータリングバルブ１０、１１に供給されるとともに、第二吐出ライン１８の圧油が旋回用、スティック用メータリングバルブ１４，１５および走行直進弁２７を経由して右走行用メータリングバルブ１３に供給される第一位置Ｘに位置するように制御する。第一バイパスバルブ２５は、第一バイパス油路２３を閉じるように制御し、第二バイパスバルブ２６は、最大の開度量で第二バイパス油路２４を開くように制御する。第一、第二暖機バルブ３２、３３は、第一、第二循環油路３０、３１を閉じる閉位置に位置するように制御する。このようにして各制御バルブをテストパターン３の診断用制御状態にした状態で、第一油圧ポンプ１を最低流量で駆動させる。この状態では、図６に示す如く、第一油圧ポンプ１からの吐出油は、第一吐出ライン１７から走行直進弁２７を経由して閉位置の第一暖機バルブ３２に至ると共に、第三位置Ｚの合流バルブ２９を経由して閉位置の第二暖機バルブ３３に至るように流れるが、この状態で、第一圧力センサ４１から入力される第一吐出ライン１７の圧力を、予め設定される第一メインリリーフバルブ２１の設定圧（本発明の吐出圧標準値に相当する）と比較する。そして、第一吐出ライン１７の圧力が第一メインリリーフバルブ２１の設定圧以上の場合にはテストパターン３に故障なし（テストパターン３が診断対象とする全ての制御バルブに故障なし）と判断し、第一吐出ライン１７の圧力の圧力が第一メインリリーフバルブ２１の設定圧未満の場合にはテストパターン３に故障あり（テストパターン３が診断対象とする少なくとも１つの制御バルブに故障あり）と判断する。さらに、該判断結果をモニタ装置４３のディスプレイに表示する。

また、第二バイパスバルブ２６と第二メインリリーフバルブ２２と第一暖機バルブ３２と第二暖機バルブ３３とを診断対象とするテストパターン４では、合流バルブ２９は、第一、第二吐出ライン１７、１８同士を連通して互いに合流させる第三位置Ｚに位置するように制御する。走行直進弁２７は、第一吐出ライン１７の圧油が左走行用メータリングバルブ１２および走行直進弁２７を経由してバケット用、ブーム用メータリングバルブ１０、１１に供給されるとともに、第二吐出ライン１８の圧油が旋回用、スティック用メータリングバルブ１４，１５および走行直進弁２７を経由して右走行用メータリングバルブ１３に供給される第一位置Ｘに位置するように制御する。第一バイパスバルブ２５は、最大の開度量で第一バイパス油路２３を開くように制御し、第二バイパスバルブ２６は、第二バイパス油路２４を閉じるように制御する。第一、第二暖機バルブ３２、３３は、第一、第二循環油路３０、３１を閉じる閉位置に位置するように制御する。このようにして各制御バルブをテストパターン４の診断用制御状態にした状態で、第二油圧ポンプ２を最低流量で駆動させる。この状態では、図７に示す如く、第二油圧ポンプ２からの吐出油は、第二吐出ライン１８から閉位置の第二暖機バルブ３３に至ると共に、第三位置Ｚの合流バルブ２９を経由して閉位置の第一暖機バルブ３２に至るように流れるが、この状態で、第二圧力センサ４２から入力される第二吐出ライン１８の圧力を、予め設定される第二メインリリーフバルブ２２の設定圧（本発明の吐出圧標準値に相当する）と比較する。そして、第二吐出ライン１８の圧力が第二メインリリーフバルブ２２の設定圧以上の場合にはテストパターン４に故障なし（テストパターン４が診断対象とする全ての制御バルブに故障なし）と判断し、第二吐出ライン１８の圧力が第二メインリリーフバルブ２２の設定圧未満の場合にはテストパターン４に故障あり（テストパターン４が診断対象とする少なくとも１つの制御バルブに故障あり）と判断する。さらに、該判断結果をモニタ装置４３のディスプレイに表示する。

而して、故障診断手段４４により各テストパターン１〜４の故障診断が実行され、その診断結果がモニタ装置４３のディスプレイに表示されるが、この場合、たとえば、図３の表図に示すように、各テストパターン１〜４の診断対象となる制御バルブと診断結果（故障の有無）を合わせて表示することができる。そして、診断実行者は、故障の有無が診断されたテストパターンに含まれる制御バルブ同士の照合をして、故障した制御バルブを特定する。この場合、故障ありと診断されたテストパターンに含まれる制御バルブと故障なしと診断されたテストパターンに含まれる制御バルブのうち、故障ありに含まれて故障なしに含まれない制御バルブがあれば、該制御バルブが故障バルブであると特定される。たとえば、テストパターン１が故障なしでテストパターン３が故障ありの場合、テストパターン３には含まれているがテストパターン１には含まれていない制御バルブは第二暖機バルブ３３だけであるため、該第二暖機バルブ３３が故障していると特定する。また、テストパターン２が故障なしでテストパターン４が故障ありの場合、テストパターン４には含まれているがテストパターン２には含まれていない制御バルブは第一暖機バルブ３２だけであるため、該第一暖機バルブ３２が故障していると特定する。
また、故障ありと診断された複数のテストパターンに含まれる制御バルブのうち共通の制御バルブがあれば、該制御バルブが故障している可能性の高い制御バルブとして特定される。たとえば、テストパターン１もテストパターン２も故障ありの場合、これらテストパターン１、２に含まれる制御バルブのうち故障している制御バルブが複数でないとすれば、これらテストパターン１、２に共通する第二暖機バルブ３３が故障バルブであると特定できる。しかしながら、この場合には複数の制御バルブが故障していることもあるため、第二暖機バルブ３３は故障している可能性の高い制御バルブとして特定される。
さらに、故障バルブの特定は、故障しているバルブのみを特定する場合に限定されず、絞り込まれた複数の制御バルブのうちの少なくとも１つが故障している場合の特定も含まれる。たとえば、テストパターン１とテストパターン３に故障あり、テストパターン２とテストパターン４に故障なしと診断された場合、テストパターン１、３には含まれているがテストパターン２、４には含まれていない制御バルブは第一バイパスバルブ２５と第一メインリリーバルブ２１であるため、第一バイパスバルブ２５と第一メインリリーバルブ２１とのうち少なくとも一方が故障していると特定される。
尚、故障の可能性が高いと特定された制御バルブ、或いは少なくとも１つが故障しているとして絞り込まれた制御バルブについては、別途個別に故障診断を行うことになる。

次いで、ポンプテスト１、２の故障診断において、故障診断手段４４が行う診断用制御について説明するが、ポンプテスト１、２の故障診断を行う場合には、前述したテストパターン１〜４の場合と同様に、全てのメータリングバルブ１０〜１５は閉じるように制御され、また、旋回用ブレーキ装置はブレーキ状態となるように制御される。

まず、第一油圧ポンプ１を診断対象とするポンプテスト１について説明すると、該ポンプテスト１では、合流バルブ２９は、第一、第二吐出ライン１７、１８同士を連通して互いに合流させる第三位置Ｚに位置するように制御する。走行直進弁２７は、第一吐出ライン１７の圧油が左走行用メータリングバルブ１２および走行直進弁２７を経由してバケット用、ブーム用メータリングバルブ１０、１１に供給されるとともに、第二吐出ライン１８の圧油が旋回用、スティック用メータリングバルブ１４，１５および走行直進弁２７を経由して右走行用メータリングバルブ１３に供給される第一位置Ｘに位置するように制御する。第一、第二バイパスバルブ２５、２６は、最大の開度量で第一、第二バイパス油路２３、２４を開くように制御する。第一、第二暖機バルブ３２、３３は、第一、第二循環油路３０、３１を開く開位置に位置するように制御する。このようにして各制御バルブをポンプテストの診断用制御状態にした状態で、第一油圧ポンプ１を最低流量で駆動させる。この状態では、図８に示す如く、第一油圧ポンプ１からの吐出油は、第一バイパス油路２３を経由して油タンク３に流れるが、この状態で、第一油圧ポンプ１の流量を最低流量から１０％変化させる。そして、このときの第一油圧ポンプ１に対する斜板角度指令値と第一斜板角度センサ４０ａの検出値とを比較して、第一油圧ポンプ１の斜板角度変位が指令値に対応して正確に行われているか否かを診断し、これにより第一油圧ポンプ１の故障の有無を判断してモニタ装置４３のディスプレイに表示する。

また、第二油圧ポンプ２を診断対象とするポンプテスト２では、合流バルブ２９、走行直進弁２７、第一、第二バイパスバルブ２５、２６、第一、第二暖機バルブ３２、３３は、前述したポンプテスト１と同じ診断用制御状態となるように制御し、この状態で、第二油圧ポンプ２を最低流量で駆動させる。この状態では、図９に示す如く、第二油圧ポンプ２からの吐出油は、第二バイパス油路２４を経由して油タンク３に流れるが、この状態で、第二油圧ポンプ２の流量を最低流量から１０％変化させる。そして、このときの第二油圧ポンプ２に対する斜板角度指令値と第二斜板角度センサ４０ｂの検出値とを比較して、第二油圧ポンプ２の斜板角度変位が指令値に対応して正確に行われているか否かを診断し、これにより第二油圧ポンプ２の故障の有無を判断してモニタ装置４３のディスプレイに表示する。
尚、前記第一、第二油圧ポンプ１、２は本発明のテストパターンの診断対象には含まれないが、本実施の形態において、故障診断手段４４は、第一、第二油圧ポンプ１、２を診断対象とするポンプテスト１、２も実行する構成となっており、このように、本発明のテストパターンの診断対象には含まれない油圧機器の故障診断を、本発明の診断対象となる制御バルブの故障診断と組み合わせて行なうこともできる。

叙述の如く構成された実施の形態において、油圧ショベルの油圧回路は、油圧ポンプ１、２（本実施の形態では、第一油圧ポンプ１、第二油圧ポンプ２）と、該油圧ポンプ１、２から吐出される作動油により作動する油圧アクチュエータ４〜９（本実施の形態では、バケットシリンダ４、ブームシリンダ５、左走行モータ６、右走行モータ７、旋回モータ８、スティックシリンダ９）と、油圧ポンプ１、２から吐出される作動油の流れの方向、流量あるいは圧力を制御するための複数の制御バルブ（本実施の形態では、第一、第二メインリリーフバルブ２１、２２、第一、第二バイパスバルブ２５、２６、走行直進弁２７、合流バルブ２９、第一、第二暖機バルブ３２、３３）とを備えているが、これら複数の制御バルブの故障を診断するための故障診断システムを設けるにあたり、複数の制御バルブのうち２つ以上の制御バルブを診断対象として種々組合わせた複数のテストパターン（本実施の形態では、テストパターン１〜４）を設定すると共に、各テストパターンを単位とする故障診断を油圧ポンプ１、２の吐出圧の検出値に基づいて行う故障診断手段４４を設け、該故障診断手段４４により故障の有無が診断されたテストパターンに含まれる制御バルブ同士の照合をして故障した制御バルブを特定することになる。

而して、制御バルブの故障診断を行う場合には、２つ以上の制御バルブが診断対象として組合わされたテストパターンを単位として故障診断を行うことになるが、該テストパターンを単位とする故障診断は、個別に制御バルブを故障診断する場合と比して、時間および手間を大幅に削減することができる。しかも、故障バルブの特定は、故障の有無が診断されたテストパターンに含まれる制御バルブ同士の照合により行われるため、回路構成に関する高い知識がなくても容易に行うことができて、メンテナンス性の向上に大きく貢献できる。

さらにこのものにおいて、故障診断手段４４は、各テストパターンに応じて設定された診断用制御信号を制御バルブに出力して制御バルブを診断用制御状態にする一方、該制御バルブを診断用制御状態にしたときの油圧ポンプ１、２の吐出圧の検出値を予め設定される吐出圧標準値と比較して故障診断を行う構成になっているから、テストパターンの故障診断を行う場合に、制御バルブは自動的に各テストパターンに応じた診断用制御状態になり、而して、故障診断を行う者が自らテストパターンに応じて制御バルブを診断用制御状態にする必要がなく、回路構成の知識がなくても容易且つ短時間でテストパターンの故障診断を行えることになる。

しかも、前記故障診断手段４４は油圧ショベルの運転室に配されるモニタ装置４３に接続されており、該モニタ装置４３の操作に基づいて故障診断を実行することができるから、故障診断用の操作装置を別途必要とせず、モニタ装置４３を利用して故障診断を行うことができる。

また、前記油圧アクチュエータ４〜９のうちバケットシリンダ４、ブームシリンダ５、スティックシリンダ９に対する給排流量を制御するためのメータリングバルブ１０、１１、１５は、油圧アクチュエータ４、５、９（バケットシリンダ４、ブームシリンダ５、スティックシリンダ９）の一方のポート４ａ、５ａ、９ａへの供給流量を制御する電子制御式の第一メータインバルブ１０Ａ、１１Ａ、１５Ａと、油圧アクチュエータ４、５、９の一方のポート４ａ、５ａ、９ａからの排出流量を制御する電子制御式の第一メータアウトバルブ１０Ｂ、１１Ｂ、１５Ｂと、油圧アクチュエータ４、５、９の他方のポート４ｂ、５ｂ、９ｂへの供給流量を制御する電子制御式の第二メータインバルブ１０Ｃ、１１Ｃ、１５Ｃと、油圧アクチュエータ４、５、９の他方のポート４ｂ、５ｂ、９ｂからの排出流量を制御する電子制御式の第二メータアウトバルブ１０Ｄ、１１Ｄ、１５Ｄとを用いて構成されているが、このように各ポート４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂへの給排流量制御を個別のメータイン、メータアウトバルブで行うように構成された油圧回路は複雑であって、前記メータリングバルブ１０、１１、１５に加えて、作動油の流れの方向、流量、圧力を制御するための制御バルブが多数設けられている。本発明は、このように多数の制御バルブが設けられている油圧回路であっても、故障した制御バルブの特定を短時間で容易に行えることになり、特に有用である。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、テストパターンは、前述したテストパターン１〜４以外にも適宜設定することができ、さらに、各種作業機械の油圧回路や、該油圧回路に配される制御バルブ等に応じて種々に設定することができる。
また、上記実施の形態では、故障診断の手順として、まずテストパターンによる故障診断でメータリングバルブ以外の制御バルブの故障判断を行い、この故障判断で制御バルブに故障がないと診断された場合に、メータリングバルブの故障診断を行うようになっている。
また、上記実施の形態において、診断実行者は、図３に示すような表図を用いて故障した制御バルブを特定するようになっているが、たとえば、各テストパターンの故障の有無の診断結果から故障バルブを特定することができるフローチャート等を予め作成しておき、これに基づいて故障バルブを特定するようにしても良い。さらに、コントローラに、故障診断手段により故障の有無が診断されたテストパターンに含まれる制御バルブ同士の照合をして故障した制御バルブを特定する機能を有した故障バルブ特定手段を設けることもでき、この場合には、コントローラによって特定された故障バルブが、たとえばモニタ装置のディスプレイに表示される構成とすることができる。

本発明は、建設機械等の作業機械の油圧回路において、制御バルブの故障を診断する場合に利用することができる。

１、２ 第一、第二油圧ポンプ
４〜９ 油圧アクチュエータ
１０〜１５ メータリングバルブ
１０Ａ、１１Ａ、１５Ａ 第一メータインバルブ
１０Ｂ、１１Ｂ、１５Ｂ 第一メータアウトバルブ
１０Ｃ、１１Ｃ、１５Ｃ 第二メータインバルブ
１０Ｄ、１１Ｄ、１５Ｄ 第二メータアウトバルブ
１６ コントローラ
２１、２２ 第一、第二メインリリーフバルブ
２５、２６ 第一、第二バイパスバルブ
２７ 走行直進弁
２９ 合流バルブ
３２、３３ 第一、第二暖機バルブ
４３ モニタ装置
４４ 故障診断手段

Claims (3)

1. 油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される作動油により作動する油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに対する作動油の給排流量を制御するメータリングバルブと、油圧ポンプの吐出ラインから分岐形成されて油タンクに至るリリーフ油路、バイパス油路、並びに循環油路にそれぞれ配設される複数の制御バルブとを備えた作業機械の油圧回路において、前記複数の制御バルブは、リリーフ油路に配設されて吐出ラインの回路最高圧を設定するメインリリーフバルブを含み、該メインリリーフバルブを含む複数の制御バルブおよび前記メータリングバルブの故障を診断するための故障診断システムを設けるにあたり、前記複数の制御バルブのうち２つ以上の制御バルブを診断対象として種々組合わせた複数のテストパターンを設定すると共に、各テストパターンに応じて設定された診断用制御信号を制御バルブに出力して制御バルブを診断用制御状態にし、この状態での吐出ラインの検出圧力とメインリリーフバルブの設定圧とを比較して各テストパターンの故障の有無の診断を行う故障診断手段を設けて、該故障診断手段により故障の有無が診断された各テストパターンに含まれる制御バルブ同士の照合をすることで故障した制御バルブを特定できるように構成する一方、前記故障診断で制御バルブに故障がないと診断された場合に、前記メータリングバルブの故障診断を行うことを特徴とする油圧回路における制御バルブの故障診断システム。
2. 請求項１において、故障診断手段は作業機械の運転室に配されるモニタ装置に接続され、該モニタ装置の操作に基づいて故障診断を実行することを特徴とする油圧回路における制御バルブの故障診断システム。
3. 請求項１または２において、油圧アクチュエータは、該油圧アクチュエータを作動せしめる作動油の出入口として一対のポートを備えるとともに、該油圧アクチュエータに対する給排流量を制御するためのメータリングバルブは、油圧アクチュエータの一方のポートへの供給流量を制御する電子制御式の第一メータインバルブと、油圧アクチュエータの一方のポートからの排出流量を制御する電子制御式の第一メータアウトバルブと、油圧アクチュエータの他方のポートへの供給流量を制御する電子制御式の第二メータインバルブと、油圧アクチュエータの他方のポートからの排出流量を制御する電子制御式の第二メータアウトバルブとを用いて構成されていることを特徴とする油圧回路における制御バルブの故障診断システム。

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