JP7324114B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、片傾転型可変容量式油圧ポンプを搭載した油圧ショベルやクレーン等の建設機械に関する。

従来ポンプの故障を診断する方法として例えば特許文献１が知られている。

特許文献１では、油圧ポンプの油圧回路を閉じた状態でポンプ傾転量を増加していき、油圧ポンプの吐出圧が設定圧に達したときのポンプ傾転量を故障判定値と比較し、ポンプ傾転量が故障判定値以上である場合、故障信号を出力するようにしたので、わざわざ油圧配管を切離して油圧テスタを取り付ける必要はなく、常時自動的かつ迅速に故障診断を行うことができる。

特公平６－９４８６８号公報

特許文献１の診断方法においては、油圧回路を閉じた状態でポンプの吐出流量を増加していき、油圧ポンプの吐出圧が設定圧に達したときのポンプ傾転量を故障判定値と比較し、ポンプ吐出流量が故障判定値以上の場合、故障信号を出力するようにしたので、油圧回路等の組替え等が不要で自動的かつ迅速に対応できるように考慮されているが、建設機械のようなポンプを複数利用する装置においては適用することができない場合が存在する。

また、特許文献１では両傾転型ポンプを対象としているのでポンプ吐出量をゼロにすることができるが、油圧ショベルのような建設機械では片ロッドシリンダを駆動するために、オープン回路構成で片傾転型ポンプを採用していることがほとんどである。

片傾転型ポンプを用いたシステムでは、
・ポンプとアクチュエータの間に方向切換弁が介在するため傾転量をゼロにする必要はないこと
・アクチュエータ始動時の応答性確保のために、アクチュエータ非動作時もある程度のポンプ流量が必要なこと
・ポンプの下流に設けられた回路機器の潤滑やクーリングのためにある程度のポンプ流量が必要なこと
等からアクチュエータ非動作時などのレバー中立のときにおいてもある程度の流量（以下、スタンバイ流量）を片傾転ポンプから吐出するように構成しているのが通常である。このスタンバイ流量に応じて片傾転ポンプの最小傾転量が決定される。

ここで、スタンバイ流量が最大吐出流量の１／５程度に設定されていた場合、最大吐出流量が２００Ｌ／ｍｉｎとすると、スタンバイ流量は４０Ｌ／ｍｉｎ程度にもなる。このように、片傾転型ポンプは微小流量を吐出するようには構成されていないため、片傾転型ポンプを用いたシステムに特許文献１の診断方法を適用しても、微小な漏れ流量の検知や評価を行うことができない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、片傾転型可変容量式油圧ポンプの微小な漏れ流量を測定することが可能な建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原動機と、作動油を貯留するタンクと、前記原動機によって駆動され、前記タンクから吸い込んだ作動油を吐出する片傾転型可変容量式の油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出油が供給される吐出油路に接続され、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも一部に供給される作動油の流れを制御する方向切換弁ユニットと、前記原動機の回転数および前記油圧ポンプの傾転を制御するコントローラとを備えた建設機械において、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサを備え、前記コントローラは、前記吐出油路と前記タンクとの連通を遮断し、かつ前記油圧ポンプの傾転をスタンバイ傾転よりも小さい診断用傾転に保持した状態で、前記原動機の回転数を負荷運転可能な最小回転数から上昇させつつ前記油圧ポンプの吐出圧力を計測し、前記油圧ポンプの吐出圧力が所定の圧力に達したときの前記原動機の回転数と前記診断用傾転とに基づいて前記油圧ポンプの漏れ流量を算出し、前記診断用傾転は、測定可能な最小漏れ流量を前記原動機の最小回転数で割った値以下の値であるものとする。

以上のように構成した本発明によれば、油圧ポンプの吐出油路とタンクとの連通を遮断し、かつ油圧ポンプの傾転をスタンバイ傾転よりも小さい診断用傾転に保持した状態で、原動機の回転数を最小回転数から上昇させ、油圧ポンプの吐出圧力が所定の圧力に達したときの理論吐出流量を算出することにより、スタンバイ流量よりも小さい微小流量の範囲で油圧ポンプの漏れ流量を測定することが可能となる。

本発明に係る建設機械によれば、片傾転型可変容量式油圧ポンプの微小な漏れ流量を測定することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。 図１に示す油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。 可変容量型斜軸式油圧ポンプの構造図である。 図２に示すコントローラの機能ブロック図である。 図２に示すコントローラによって実行されるポンプ漏れ流量の測定フローを示す図である。 本発明の第２の実施例における油圧駆動装置の回路図である。 本発明の第３の実施例における油圧駆動装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施例におけるポンプ漏れ流量の補正演算処理を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。

図１において、油圧ショベル１００は、走行体１０１、この走行体１０１上に旋回可能に取り付けられた旋回体１０２と、この旋回体１０２の前側に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置１０３とを備えている。

作業装置１０３は、旋回体１０２の前側に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム１０４と、このブーム１０４の先端部に上下または前後方向に回動可能に取り付けられたアーム１０５と、このアーム１０５の先端部に上下または前後方向に回動可能に取り付けられたバケット１０６とを備えている。ブーム１０４は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１０７によって駆動され、アーム１０５は油圧アクチュエータであるアームシリンダ１０８によって駆動され、バケット１０６は油圧アクチュエータであるバケットシリンダ１０９によって駆動される。旋回体１０２の前側には、オペレータが搭乗する運転室１１０が設けられている。

図２に油圧ショベル１００に搭載された油圧駆動装置の概略構成を示す。

図２において、油圧駆動装置２００は、原動機としてのエンジン２０と、エンジン２０によって駆動される片傾転型可変容量式の油圧ポンプ２１と、油圧ポンプ２１のポンプ押しのけ容積（以下、ポンプ傾転）ｑｐを制御する油圧パイロット式の傾転制御装置２２と、パイロット油圧源（図示せず）からの一次圧を減圧して生成したパイロット圧を傾転制御装置２２に出力する電磁比例弁２３と、油圧アクチュエータ１０７～１０９と、方向切換弁ユニット２４と、ブリードオフ閉鎖バルブ２５と、リリーフ弁２６と、圧力センサ２７と、モニタ５０と、エンジン２０、電磁比例弁２３、ブリードオフ閉鎖バルブ２５、モニタ５０等を制御するコントローラ４０とを備えている。

方向切換弁ユニット２４は、油圧ポンプ２１の吐出ポートに接続された吐出油路（以下、ポンプ吐出油路）２８に接続され、操作装置（図示せず）の操作に応じて、油圧ポンプ２１から油圧アクチュエータ１０７～１０９に供給される圧油の流れを制御する。

ブリードオフ閉鎖バルブ２５は、ポンプ吐出油路２８の方向切換弁ユニット２４よりも上流側に設けられ、コントローラ４０から制御信号に応じて開閉し、ポンプ吐出油路２８を連通または遮断する。

リリーフ弁２６は、ポンプ吐出油路２８の圧力を制限する安全弁であり、ポンプ吐出油路２８のブリードオフ閉鎖バルブ２５よりも上流側に設けられ、ポンプ吐出油路２８の圧力（＝ポンプ吐出圧力Ｐｐ）が所定の圧力（以下、リリーフ設定圧）Ｐｒを超えると開弁し、ポンプ吐出油路２８の圧油をタンク２９に排出する。

圧力センサ２７は、ポンプ吐出油路２８のブリードオフ閉鎖バルブ２５よりも上流側に設けられ、ポンプ吐出油路２８の圧力（ポンプ吐出圧力Ｐｐ）を圧力信号に変換し、コントローラ４０に出力する。

コントローラ４０は、ポンプ漏れ流量の測定指令を受けて、ブリードオフ閉鎖バルブ２５、エンジン２０の回転数（以下、エンジン回転数）Ｎｅｎｇ、ポンプ傾転ｑｐを制御し、圧力センサ２７で検出したポンプ吐出圧力Ｐｐに基づいて、油圧ポンプ２１の漏れ流量Ｑｌｅａｋを算出する。

建設機械用の油圧ポンプとしてはアキシャルピストンタイプのポンプが多く用いられており、可変容量機構として斜軸タイプと斜板タイプとがある。どちらもピストンのストローク工程を変化させて押しのけ容積を変化させることで可変容量を実現している。

片傾転型可変容量式の油圧ポンプ２１の一例として、図３に可変容量型斜軸式油圧ポンプの構造を示す。

図３において、筒状のケーシング１は、一端側が軸受部分となった略円筒状のケーシング本体１Ａと、ケーシング本体１Ａの他端側を閉塞したヘッドケーシング１Ｂとから構成されている。

回転軸２は、ケーシング本体１Ａ内に回転可能に設けられている。シリンダブロック３は、ケーシング本体１Ａ内に位置して回転軸２と共に回転する。シリンダブロック３には、その軸方向に複数のシリンダ４が穿設されている。そして、各シリンダ４内にはそれぞれピストン５が摺動可能に設けられ、各ピストン５にはコネクティングロッド６が取り付けられている。

また、各コネクティングロッド６の先端には球形部６Ａが形成され、各球形部６Ａは回転軸２の先端に形成されたドライブディスク７に揺動自在に支持されている。ここで、シリンダブロック３は後述の弁板８と共に回転軸２に対し傾転量としての傾転角θをもって配設され、この傾転角θによってポンプ押しのけ容量が決定される。

弁板８は、その一側端面にシリンダブロック３が摺接し、弁板８の他側端面はヘッドケーシング１Ｂに形成された凹湾曲状の傾転摺動面９に摺接している。

また、弁板８の中心には貫通孔８Ａが穿設され、貫通孔８Ａには後述するセンタシャフト１０と揺動ピン１５の各先端部が両側からそれぞれ挿入されている。そして、弁板８にはシリンダブロック３の回転時に各シリンダ４と間歇的に連通する一対の給排ポート（図示せず）が穿設され、ヘッドケーシング１Ｂの傾転摺動面９に開口する一対の給排通路（図示せず）はこれらの給排ポートに弁板８の傾転位置（傾転角θ）の如何に拘らず連通するようになっている。

センタシャフト１０は、ドライブディスク７と弁板８との間でシリンダブロック３を支持する。センタシャフト１０の一端側には球形部１０Ａが形成され、球形部１０Ａはドライブディスク７の軸中心位置に揺動自在に支持されている。一方、シリンダブロック３の中心を貫通して突出したセンタシャフト１０の他端側は弁板８の貫通孔８Ａ内に摺動可能に挿入され、シリンダブロック３を弁板８に対してセンタリングするようになっている。

傾転機構１１は、傾転摺動面９に沿って弁板８を傾転させる。傾転機構１１は、ヘッドケーシング１Ｂ内に形成され、軸方向両端側に油通孔１２Ａ，１２Ｂを有したシリンダ室１２と、シリンダ室１２内に摺動可能に挿嵌され、シリンダ室１２内に液圧室１３Ａ，１３Ｂを画成したサーボピストン１４と、基端側がサーボピストン１４に固着され、先端側が球形状先端部１５Ａとなって弁板８の貫通孔８Ａに揺動可能に挿嵌された揺動ピン１５とから構成されている。

制御部１６は、傾転機構１１を介して弁板８を傾転制御する。制御部１６は、ヘッドケーシング１Ｂの外側に設けられ、パイロットポンプから給排される圧油量（パイロット圧）をフィードバック制御する絞り切換弁（いずれも図示せず）を備えている。そして、この絞り切換弁にはスリーブ（図示せず）が設けられ、このスリーブとサーボピストン１４とは、ヘッドケーシング１Ｂの長孔１Ｃに挿通されたフィードバックピン１７によって一体的に連結されている。

ここで、制御部１６の絞り切換弁を操作レバー等で切換操作すると、このときの切換操作量に応じた圧油（パイロット圧）が前記パイロットポンプから前記油通孔１２Ａ，１２Ｂを介して傾転機構１１の液圧室１３Ａ，１３Ｂ内に給排され、液圧室１３Ａ，１３Ｂ間の圧力差でサーボピストン１４を摺動変位させることにより、サーボピストン１４は揺動ピン１５を介して弁板８およびシリンダブロック３を傾転角θをもって矢示Ａ方向に傾転させる。そして、前記絞り切換弁のスリーブはサーボピストン１４の変位に追従して変位することにより、前記パイロットポンプからの圧油量をフィードバック制御し、サーボピストン１４の変位量を絞り切換弁の切換操作量に対応させた状態に保持する。

このような構成を備えたアキシャルピストンタイプの可変容量型油圧ポンプにおいては、斜軸、または斜板ポンプにおいては斜板の傾き量（以下、傾転）を変更可能とすることにより１回転当たりのピストンの押しのけ量を変更して、ポンプの吐出流量を可変とすることができる。よってこの斜軸または斜板の傾転量の制御でポンプ吐出量を制御することが可能で、そのポンプ機構の姿勢が制御される。

一方、図示は省略するが、両傾転型ポンプは傾転角を両方向に振れるようにすることが必要で、機能的な面も増えることもあり、大きく構造が異なり部品が増えてコスト的にも高価なものになる。さらに、両傾転型ポンプは吸い込み性能も悪く利用上好ましくない面もあり、また補器への油の循環・潤滑のためにチャージ回路が必要になる。したがって両傾転型ポンプを片傾転で使用するようなことは実用上行われず、ショベルのように片傾転型ポンプで仕様を満たす機械であれば片傾転ポンプ型を使用するのが当然となっている。

次に、ポンプの吐出漏れについて説明する。

ポンプの主要な可動部、摺動部としては上述したように、軸受けや各ピストン５と各シリンダ４との摺動、シリンダブロック３と弁板８の摺動部、弁板８とヘッドケーシング１Ｂとの摺動等が挙げられる。ポンプからの吐出油はこのシリンダブロック３から弁板８を経由して吐出ポート（図示しない）に移送されることになり、これら摺動部が摺動に際して潤滑不良等が起きると摩耗等が発生して傾転摺動面の隙間が大きくなる。この隙間が追加され部品間クリアランスが正常時の規定量よりも大きくなることになりポンプの吐出油がその隙間から低圧部へ流れ出る（漏れる）ことになる。その結果、ポンプの吐出流量が正常時の吐出流量よりも漏れ流量分減少してしまうことになる。

理論ポンプ吐出流量、漏れ流量、およびポンプ吐出圧力の関係について以下に説明する。ここでいう理論ポンプ吐出流量とは、ポンプの漏れ流量がゼロと仮定した場合のポンプ吐出流量である。

油圧駆動装置２００内の各流量とポンプ吐出圧力Ｐｐとの関係は、以下の式で表される。

Qpref：理論ポンプ吐出流量
Qleak：ポンプ漏れ流量
Qrelief：リリーフ流量
Qcb：センタバイパス流量（ブリードオフ流量）
B：体積弾性係数
V：ポンプ吐出部容積
また、理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆは、以下の式で表される。

式（１）において、ポンプ吐出圧力Ｐｐがリリーフ設定圧Ｐｒより低い状態では、リリーフ流量Ｑｒｅｌｉｅｆはゼロになる。また、ブリードオフ閉鎖バルブ２５を閉じた状態では、センタバイパス流量Ｑｃｂはゼロになる。さらに、ポンプ吐出圧力Ｐｐが安定した状態ではポンプ吐出圧力Ｐｐの変化率ｄＰｐ／ｄｔは十分に小さくなる。このような回路状態では、理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆはポンプ漏れ流量Ｑｌｅａｋに等しくなる。従って、そのような回路状態における理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆを算出することにより、ポンプ漏れ流量Ｑｌｅａｋを測定することができる。

ここで測定したい漏れ流量Ｑｌｅａｋの程度について補足する。建設機械等で用いられる一般的なアキシャルピストンポンプでの容積効率ηｖは定格運転時でおよそ８５～９５％程度であり、漏れの少ない良好なポンプを想定して容積効率ηｖを９５％とすると、２０ｔ級油圧ショベルのポンプ吐出流量は約２００Ｌ／ｍｉｎであるからその漏れ流量は、
２００Ｌ／ｍｉｎ×５％＝１０Ｌ／ｍｉｎ
となる。

エンジン回転数を定格回転数（２０００ｒｐｍ）とすると、５％の漏れ流量相当を吐出するためのポンプ傾転は、
１０Ｌ／ｍｉｎ／２０００ｒｐｍ×１０００ｃｍ^３／Ｌ＝５ｃｍ^３／ｒｅｖ
となる。

ここで、エンジン回転数を最小回転数（例えば１０００ｒｐｍ）まで低下させると、５％の漏れ流量相当を吐出するためのポンプ傾転は、
１０Ｌ／ｍｉｎ／１０００ｒｐｍ×１０００ｃｍ^３／Ｌ＝１０ｃｍ^３／ｒｅｖ
となり、定格回転数の場合よりの大きくなる。

しかし、このようにエンジン回転数を最小回転数まで低下させても、５％の漏れ流量相当を吐出するためのポンプ傾転は、最大傾転（１００ｃｍ^３／ｒｅｖ）の１／１０まで抑える必要がある。

特許文献１では、両傾転型ポンプを対象としているため、ポンプ吐出流量をゼロから自在に変化させることができるが、先に述べた片傾転型ポンプのスタンバイ流量を５０Ｌ／ｍｉｎとすると、エンジン定格運転時（２０００ｒｐｍ）にスタンバイ流量を吐出するための傾転（スタンバイ傾転）は、
５０Ｌ／ｍｉｎ／２０００ｒｐｍ×１０００ｃｍ^３／Ｌ＝２５ｃｍ^３／ｒｅｖ
となり、５％の漏れ流量を測定するためのポンプ傾転（５ｃｍ^３／ｒｅｖ）の５倍に相当する。また、エンジン回転数をアイドリング回転数（１０００ｒｐｍ）まで落としたとしても、５％の漏れ流量を測定するための傾転（１０ｃｍ^３／ｒｅｖ）の２．５倍に相当する。従って、スタンバイ傾転を最小傾転とするシステムでは、片傾転型ポンプの吐出流量を５％の漏れ流量相当まで低下させることはできない。

そこで本実施の形態では、ポンプの最小傾転を以下のように通常運転時と漏れ診断時で切り替えられるように構成する。

通常運転時 最小傾転（スタンバイ傾転）ｑｐｓ＝２５ｃｍ^３／ｒｅｖ
漏れ診断運転時 最小傾転（診断用傾転）ｑｐｄ＝１０ｃｍ^３／ｒｅｖ
以上の関係をまとめると、診断用傾転ｑｐｄは、建設機械の油圧負荷運転可能な最小エンジン回転数Ｎｅｎｇ＿ｍｉｎ（通常はアイドリング回転数）および測定可能な最小漏れ流量Ｑｌｅａｋ＿ｍｉｎに対し、以下の条件を満たす必要がある。

このように診断用傾転ｑｐｄを設定することにより、エンジン回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｅｎｇ＿ｍｉｎまで低下させることでポンプ吐出流量を最小漏れ流量Ｑｌｅａｋ＿ｍｉｎ以下に抑えることができるため、最小漏れ流量Ｑｌｅａｋ＿ｍｉｎを測定することが可能となる。

図４にコントローラ４０の機能ブロックを示す。なお、図４中、油圧ポンプ２１の漏れ流量の測定に係わる構成のみを示し、アクチュエータ１０７～１０９の駆動に係わる構成は省略している。

図４において、コントローラ４０は、測定制御部４１と、バルブ制御部４２と、エンジン回転数制御部４３と、ポンプ傾転制御部４４と、ポンプ流量算出部４５と、ポンプ圧力計測部４６と、漏れ流量算出部４７とを備えている。

測定制御部４１は、漏れ流量Ｑｌｅａｋの測定を開始する測定指令を受けて、バルブ制御部４２、エンジン回転数制御部４３、およびポンプ傾転制御部４４を制御する。測定指令は、運転室１１０に配置されたスイッチ等の入力装置（図示せず）の操作を介して生成させても良いし、油圧ショベル１００のエンジン２０が始動してコントローラ４０の電源が入った直後に自動的に生成させても良い。

バルブ制御部４２は、測定制御部４１からの指令に基づいて、ブリードオフ閉鎖バルブ２５を開閉する。

エンジン回転数制御部４３は、測定制御部４１からの指令に基づいて、エンジン回転数Ｎｅｎｇが所望の値となるようにエンジン２０を制御する。

ポンプ傾転制御部４４は、測定制御部４１からの指令に基づいて、油圧ポンプ２１の傾転ｑｐが所望の値となるように、電磁比例弁２３の開度を調節し、傾転制御装置２２を駆動する。

ポンプ流量算出部４５は、エンジン回転数制御部４３からのエンジン回転数Ｎｅｎｇとポンプ傾転制御部４４からのポンプ傾転量ｑｐとに基づいて、理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆを算出し、漏れ流量算出部４７に出力する。

ポンプ圧力計測部４６は、圧力センサ２７からの圧力信号を油圧ポンプ２１のポンプ吐出圧力Ｐｐに変換し、漏れ流量算出部４７に出力する。

漏れ流量算出部４７は、ポンプ流量算出部４５からの理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆとポンプ圧力計測部４６からのポンプ吐出圧力Ｐｐとに基づいて漏れ流量Ｑｌｅａｋを算出し、運転室１１０に配置されたモニタ５０等に出力する。なお、漏れ流量Ｑｌｅａｋは、運転室１１０の作業者に限らず、車両管理者やサービス部門等に通知されるように構成しても良い。

図５にコントローラ４０によって実行されるポンプ漏れ流量の測定フローを示す。コントローラ４０は、ポンプ漏れ流量の測定指令が入力されると、通常の制御フロー（図示せず）を中断し、当該測定フローに移行する。以下、当該測定フローを構成する各ステップについて順に説明する。

コントローラ４０は、先ず、ポンプ傾転ｑｐをスタンバイ傾転ｑｐｓよりも小さい診断用傾転ｑｐｄに設定し、エンジン回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｅｎｇ＿ｍｉｎに設定する（ステップＳ１）。これにより、油圧ポンプ２１の吐出流量は微小流量（正常な油圧ポンプの漏れ流量相当）になる。

ステップＳ１に続き、ブリードオフ閉鎖バルブ２５を閉じる（ステップＳ２）。これにより、ポンプ吐出油路２８が遮断され、油圧ポンプ２１から方向切換弁ユニット２４への圧油の供給が停止する。すなわち、油圧ポンプ２１からタンク２９に排出されるブリードオフ流量はゼロになる。

ステップＳ２に続き、エンジン回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｍｉｎから最大回転数Ｎｅｎｇ＿ｍａｘまで緩やかに上昇させる制御を開始する（ステップＳ３）。ここでいう「緩やかに上昇」とは、式（１）における各流量の変動によるポンプ吐出圧力Ｐｐの変化率ｄＰｐ／ｄｔが十分に小さくなるような上昇速度であり、例えば数十秒程度の時間をかけてエンジン回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｅｎｇ＿ｍｉｎから最大回転数Ｎｅｎｇ＿ｍａｘまで上昇させることである。これにより、油圧ポンプ２１の吐出流量が緩やかに増加する。

ステップＳ３に続き、ポンプ吐出圧力Ｐｐを計測する（ステップＳ４）。

ステップＳ４に続き、ポンプ吐出圧力Ｐｐが所定の閾値Ｐｓ以上か否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、閾値Ｐｓは、リリーフ弁２６のリリーフ設定圧Ｐｒ（例えば３５ＭＰａ）よりも小さくかつ比較的大きい値（例えば３０ＭＰａ）に設定することが望ましい。閾値Ｐｓを比較的大きい値に設定することにより、測定時の回路圧力が安定し、また、傾転摺動面９の隙間が小さい場合でも漏れ流量Ｑｌｅａｋが大きくなるため、漏れ流量Ｑｌｅａｋの測定精度を向上させることができる。

ステップＳ５でポンプ吐出圧力Ｐｐが所定の閾値Ｐｓ未満である（Ｎｏ）と判定した場合は、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ５でポンプ吐出圧力Ｐｐが所定の閾値Ｐｓ以上である（Ｙｅｓ）と判定した場合は、ステップＳ３で開始したエンジン回転数Ｎｅｎｇを緩やかに上昇させる制御を停止する（ステップＳ６）。

ステップＳ６に続き、診断用傾転ｑｐｄおよび現在のエンジン回転数Ｎｅｎｇに基づいて理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆを算出し、漏れ流量Ｑｌｅａｋとしてモニタ５０等に出力する（ステップＳ７）。

ステップＳ７に続き、ブリードオフ閉鎖バルブ２５を開き（ステップＳ８）、当該フローを終了する（通常の制御フローに復帰する）。

本実施例では、原動機２０と、作動油を貯留するタンク２９と、原動機２０によって駆動され、タンク２９から吸い込んだ作動油を吐出する片傾転型可変容量式の油圧ポンプ２１と、複数の油圧アクチュエータ１０７～１０９と、油圧ポンプ２１の吐出油が供給される吐出油路２８に接続され、油圧ポンプ２１から複数の油圧アクチュエータ１０７～１０９に供給される作動油の流れを制御する方向切換弁ユニット２４と、原動機２０の回転数Ｎｅｎｇおよび油圧ポンプ２１の傾転ｑｐを制御するコントローラ４０とを備えた建設機械１００において、油圧ポンプ２１の吐出圧力Ｐｐを検出する圧力センサ２７を備え、コントローラ４０は、吐出油路２８とタンク２９との連通を遮断し、かつ油圧ポンプ２１の傾転ｑｐをスタンバイ傾転ｑｐｓよりも小さく設定された診断用傾転ｑｐｄに保持した状態で、原動機２０の回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｅｎｇ＿ｍｉｎから上昇させつつ油圧ポンプ２１の吐出圧力Ｐｐを計測し、油圧ポンプ２１の吐出圧力Ｐｐが所定の圧力Ｐｓに達したときの原動機２０の回転数Ｎｅｎｇと診断用傾転ｑｐｓとに基づいて油圧ポンプ２１の漏れ流量Ｑｌｅａｋを算出する。

以上のように構成された本実施例によれば、油圧ポンプ２１の吐出油路２８とタンク２９との連通を遮断した状態（ブリードオフ流量およびリリーフ流量がゼロの状態）で、油圧ポンプ２１の傾転ｑｐをスタンバイ傾転ｑｐｓよりも小さい診断用傾転ｑｐｄに保持し、原動機２０の回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｍｉｎから上昇させ、油圧ポンプ２１の吐出圧力Ｐｐが所定の圧力Ｐｓに達したときの吐出流量を算出することにより、スタンバイ流量よりも小さい微小流量の範囲で油圧ポンプ２１の漏れ流量Ｑｌｅａｋを測定することができる。これにより、油圧ポンプ２１の予兆診断が可能となる。また、原動機２０の回転数Ｎｅｎｇを緩やかに上昇させることにより、漏れ流量Ｑｌｅａｋの測定精度を向上させることができる。

本発明の第２の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

第１の実施例では、ブリードオフ閉鎖バルブ２５が油圧ポンプ２１のすぐ下流に位置しているため、方向切換弁ユニット２４等の影響を受けることなく油圧ポンプ２１の漏れ流量を測定することができる。しかし、油圧ポンプ２１の吐出油でアクチュエータ１０７～１０９を駆動する建設機械１００においては、油圧ポンプ２１単体ではなく方向切換弁ユニット２４も含めて漏れを評価することが好ましい場合もある。これは、油圧アクチュエータ１０７～１０９への圧油供給には油圧ポンプ２１だけでなく方向切換弁ユニット２４も大きく関わるからである。

図６は、本実施例における油圧駆動装置の回路図である。

図６において、油圧駆動装置２００は、エンジン（原動機）２０により駆動される可変容量式の第１および第２油圧ポンプ２１ａ，２１ｂと、第１油圧ポンプ２１ａの吐出側にパラレル接続される複数の方向切換弁２４ａ１からなる第１方向切換弁ユニット２４ａと、第２油圧ポンプ２１ｂの吐出側にパラレル接続される複数の方向切換弁２４ｂ１からなる第２方向切換弁ユニット２４ｂとを備えている。

第１方向切換弁ユニット２４ａを構成する複数の方向切換弁２４ａ１、および第２方向切換弁ユニット２４ｂを構成する複数の方向切換弁２４ｂ１はそれぞれ油圧アクチュエータ１０７～１０９，１２０Ｌ，１２０Ｒ，１２１のいずれかに接続されている。そして、各方向切換弁２４ａ１，２４ｂ１はパイロット方式（油圧式または電磁式）で切り換わるように構成されており、その切り換え操作は運転室１１０内に設けられた操作レバーや操作ペダル等の操作手段により行われる。また、第１および第２油圧ポンプ２１ａ，２１ｂからの圧油をタンク２９にバイパスするバイパスライン６０ａ，６０ｂには、第１および第２ブリードオフ閉鎖バルブ２５ａ，２５ｂが設けられている。第１および第２ブリードオフ閉鎖バルブ２５ａ，２５ｂは、コントローラ４０（図４に示す）からの指令によって第１および第２油圧ポンプ２１ａ，２１ｂからタンク２９にバイパスされる流量（以下、ブリードオフ流量）を制御する。

ここで、油圧ショベル１００に設けられる油圧アクチュエータは、油圧モータからなる左右の走行モータ１２０Ｒ，１２０Ｌ及び旋回モータ１２１と、ブーム１０４を駆動するブームシリンダ１０７と、アーム１０５を駆動するアームシリンダ１０８と、バケット１０６を駆動するバケットシリンダ１０９とを含む。これら油圧アクチュエータのうち、ブームシリンダ１０７およびアームシリンダ１０８については、第１および第２油圧ポンプ２１ａ，２１ｂからの圧油を合流させて供給できるようにしている。なお、本実施例に係る油圧駆動装置２００は２台の油圧ポンプ２１ａ，２１ｂを備えているが、油圧ポンプの数は作業負荷等に応じて適宜変更可能である。

第１および第２油圧ポンプ２１ａ，２１ｂとタンク２９との間には、油圧回路の最高圧力を規制するためのリリーフ弁２６が設けられており、これにより油圧回路を構成する各部の保護が図られる。

本実施例は、方向切換弁ユニット２４の上流側に設けられたブリードオフ閉鎖バルブ２５（図２に示す）に代えて、方向切換弁ユニット２４ａ，２４ｂの下流側に設けられたブリードオフ閉鎖バルブ２５ａ，２５ｂを備えている点で第１の実施例と異なる。図６に示すように、アクチュエータへ供給される圧油の流れを制御する方向切換弁２４ａ１，２４ｂ１が各ポンプの供給ポートに対して並列に設けられており、これら方向切換弁２４ａ１，２４ｂ１からの圧油の漏れがポンプの漏れと同様にアクチュエータの駆動に影響を与える形となっている。

本実施例における油圧駆動装置２００の各流量とポンプ吐出圧力Ｐｐの関係は、以下の式で表される。

Qpref：理論ポンプ吐出流量
Qleak：ポンプ漏れ流量
Qrelief：リリーフ流量
Qcb：センタバイパス流量（ブリードオフ流量）
Qcv：方向切換弁漏れ流量
B：体積弾性係数
V：ポンプ吐出部容積
ポンプ漏れ流量Ｑｌｅａｋの測定時に第１の実施例と同様に回路を制御した場合、式（４）は以下のようになる。

これよりポンプ漏れ流量Ｑｌｅａｋと方向切換弁漏れ流量Ｑｃｖの合計流量が理論ポンプ吐出流量Ｑｐｒｅｆとして算出されることになり、油圧ポンプ２１ａ，２１ｂおよび方向切換弁ユニット２４ａ，２４ｂを含む圧油供給系統全体の漏れ流量を測定することが可能となる。

測定時の動作は第１の実施例と同様であるため説明を省略するが、これにより、圧油供給系統全体の漏れ流量を微小流量領域から測定できると共に、ブリードオフ流量がゼロ、リリーフ流量がゼロとなっている状況の下でポンプ吐出圧力が閾値（３０ＭＰａ）を緩やかに超えた時の理論ポンプ吐出流量Ｑｌｅａｋを通じて圧油供給系統の漏れ流量が精度良く測定され、建設機械の圧油の供給源としての損傷具合を評価することが可能となる。

本実施例における油圧ショベル１００は、方向切換弁ユニット２４ａ，２４ｂとタンク２９とを接続するバイパスライン６０ａ，６０ｂに設けられ、コントローラ４０からの制御信号に応じて開閉するブリードオフ閉鎖バルブ２５ａ，２５ｂを備え、コントローラ４０は、ブリードオフ閉鎖バルブ２５ａ，２５ｂを閉じることにより吐出油路２８ａ，２８ｂとタンク２９との連通を遮断する。

以上のように構成した本実施例によれば、油圧ポンプ２１ａ，２１ｂの漏れ流量Ｑｌｅａｋと方向切換弁ユニット２４ａ，２４ｂの漏れ流量Ｑｃｖとの合計流量が算出されるため、油圧ポンプ２１ａ，２１ｂおよび方向切換弁ユニット２４ａ，２４ｂを含む圧油供給系統全体の微小な漏れ流量を測定することが可能となる。

本発明の第３の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
説明する。

本実施例は通常の測定環境とは大きく異なる場合に、測定結果の評価、比較が不適当な場合における漏れ量の評価診断方法を提供することを目的としている。例えば具体的な例としては、極寒地での極寒状態で診断を実施した場合では油温が－２０℃などと非常に低い場合もある。この場合、ポンプの環状すきま等から漏れる流量は一般的に油の粘度等の影響を受けるので温度環境が漏れ具合に影響することが想定される。このように作動油の暖気の有無等でも大きく温度が異なる場合では、ポンプ毎に算出された漏れ流量を定量的に評価することは適切ではない。本実施例では、このように測定環境が大きく異なる場合において、評価に適した漏れ流量を算出する方法を説明する。

図６の油圧回路構成に示すように、油圧ショベルのような建設機械においては左右の走行モータ１２０Ｌ，１２０Ｒが存在するため、左右の等価性を得るために同一仕様の２つの油圧ポンプを備えるのが通例である。これら２つの油圧ポンプが損傷等がなく同様な漏れ流量特性を持っている場合であれば、温度等の環境が普段と大きく異なった場合であっても２つの油圧ポンプ２１ａ，２１ｂの漏れ流量は同等になるはずである。逆にいえば、２つの油圧ポンプ２１ａ，２ｂの漏れ流量が大きく異なる場合は、漏れ流量の大きい方の油圧ポンプが他方の油圧ポンプよりも損傷していると捉えることができる。

従って、このように温度環境が普段と大きく異なっている場合は、２つの油圧ポンプの各漏れ流量を算出する際に２つの油圧ポンプの漏れ流量の偏差の影響を加味することにより、各漏れ流量に対する温度環境の変化による影響を抑えることができより適切な漏れ診断が行えるようになる。

図７に本実施例における油圧駆動装置２００の概略構成を示し、図８に本実施例における油圧ポンプ２１ａ，２１ｂの漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２の補正演算処理を示す。なお、油圧ポンプ２１ａ，２１ｂの漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２の算出方法は第１の実施例で説明した通りである。

図８に示す例では、漏れ流量Ｑｌｅａｋ１と漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２の偏差（＝Ｑｌｅａｋ１－Ｑｌｅａｋ２）の絶対値との加重平均を補正後の漏れ流量Ｑｌｅａｋ１として算出し、漏れ流量Ｑｌｅａｋ２と漏れ流量Ｑｌｅａｋ２，Ｑｌｅａｋ１の差分（＝Ｑｌｅａｋ２－Ｑｌｅａｋ１）の絶対値との加重平均を油圧ポンプ２１ａの補正後の漏れ流量Ｑｌｅａｋ２として算出する。

漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２の比重を決定する係数Ｋ１および漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２の偏差の絶対値の比重を決定する係数Ｋ２は、Ｋ１＋Ｋ２＝１の条件を満たし、かつ標準温度Ｔ_ＮにおいてＫ１が支配的（例えば０．９）であり、温度が低下するに従って係数Ｋ２が支配的（例えば０．９）になるように設定されている。

本実施例における油圧ショベル１００は、原動機２０によって駆動され、タンク２９から吸い込んだ作動油を吐出する片傾転型可変容量式の第２油圧ポンプ２１ｂと、第２油圧ポンプ２１ｂの吐出油が供給される第２吐出油路２８ｂに接続され、第２油圧ポンプ２１ｂから複数の油圧アクチュエータ１０７～１０９に供給される作動油の流れを制御する第２方向切換弁ユニット２４ｂと、第２油圧ポンプ２１ｂの吐出圧力を検出する第２圧力センサ２７ｂと、作動油の温度を検出する温度センサ３０とを更に備え、コントローラ４０は、第２吐出油路２９ｂとタンク２９との間の連通を遮断し、かつ第２油圧ポンプ２１ｂの傾転を診断用傾転ｑｐｄに保持した状態で、原動機２０の回転数Ｎｅｎｇを最小回転数Ｎｍｉｎから上昇させつつ第２油圧ポンプ２１ｂの吐出圧力を計測し、第２油圧ポンプ２１ｂの吐出圧力が所定の圧力Ｐｓに達したときの原動機２０の回転数Ｎｅｎｇと診断用傾転ｑｐ０とに基づいて第２油圧ポンプ２１ｂの漏れ流量Ｑｌｅａｋ２を算出し、作動油の温度に応じて、第１油圧ポンプ２１ａおよび第２油圧ポンプ２１ｂの各漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２の算出値を補正する。

以上のように構成した本実施例によれば、作動油の温度に応じて油圧ポンプ２１ａ，２１ｂの漏れ流量Ｑｌｅａｋ１，Ｑｌｅａｋ２を補正することにより、温度環境によらず適切な漏れ診断を行うことが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…ケーシング、１Ａ…ケーシング本体、１Ｂ…ヘッドケーシング、１Ｃ…長孔、２…回転軸、３…シリンダブロック、４…シリンダ、５…ピストン、６…コネクティングロッド、６Ａ…球形部、７…ドライブディスク、８…弁板、８Ａ…貫通孔、９…傾転摺動面、１０…センタシャフト、１１…傾転機構、１２…シリンダ室、１２Ａ，１２Ｂ…油通孔、１３Ａ，１３Ｂ…液圧室、１４…サーボピストン、１５…揺動ピン、１５Ａ…球形状先端部、１６…制御部、１７…フィードバックピン、２０…エンジン（原動機）、２１…油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）、２１ａ…油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）、２１ｂ…油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）、２２，２２ａ，２２ｂ…傾転制御装置、２３…電磁比例弁、２４…方向切換弁ユニット（第１方向切換弁ユニット）、２４ａ…方向切換弁ユニット（第１方向切換弁ユニット）、２４ｂ…方向切換弁ユニット（第２方向切換弁ユニット）、２５，２５ａ，２５ｂ…ブリードオフ閉鎖バルブ、２６…リリーフ弁、２７…圧力センサ（第１圧力センサ）、２７ａ…圧力センサ（第１圧力センサ）、２７ｂ…圧力センサ（第２圧力センサ）、２８…ポンプ吐出油路（第１吐出油路）、２８ａ…ポンプ吐出油路（第１吐出油路）、２８ｂ…ポンプ吐出油路（第２吐出油路）、２９…タンク、３０…温度センサ、４０…コントローラ、４１…測定制御部、４２…バルブ制御部、４３…エンジン回転数制御部、４４…ポンプ傾転制御部、４５…ポンプ流量算出部、４６…ポンプ圧力計測部、４７…漏れ流量算出部、５０…モニタ、６０ａ，６０ｂ…バイパスライン、１００…油圧ショベル（建設機械）、１０１…走行体、１０２…旋回体、１０３…作業装置、１０４…ブーム、１０５…アーム、１０６…バケット、１０７…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１０８…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１０９…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、１１０…運転室、１２０Ｌ，１２０Ｒ…走行モータ（油圧アクチュエータ）、１２１…旋回モータ（油圧アクチュエータ）、２００…油圧駆動装置。

Claims (3)

1. 原動機と、
   作動油を貯留するタンクと、
   前記原動機によって駆動され、前記タンクから吸い込んだ作動油を吐出する片傾転型可変容量式の第１油圧ポンプと、
   複数の油圧アクチュエータと、
   前記第１油圧ポンプの吐出油が供給される第１吐出油路に接続され、前記第１油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する第１方向切換弁ユニットと、
   前記原動機の回転数および前記第１油圧ポンプの傾転を制御するコントローラとを備えた建設機械において、
   前記第１油圧ポンプの吐出圧力を検出する第１圧力センサを備え、
   前記コントローラは、
   前記第１吐出油路と前記タンクとの連通を遮断し、かつ前記第１油圧ポンプの傾転をスタンバイ傾転よりも小さい診断用傾転に保持した状態で、前記原動機の回転数を最小回転数から上昇させつつ前記第１油圧ポンプの吐出圧力を計測し、
   前記第１油圧ポンプの吐出圧力が所定の圧力に達したときの前記原動機の回転数と前記診断用傾転とに基づいて前記第１油圧ポンプの漏れ流量を算出し、
   前記診断用傾転は、測定可能な最小漏れ流量を前記原動機の最小回転数で割った値以下の値である
   ことを特徴とした建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記第１方向切換弁ユニットと前記タンクとを接続するバイパスラインに設けられ、前記コントローラからの制御信号に応じて開閉するブリードオフ閉鎖バルブを更に備え、
   前記コントローラは、前記ブリードオフ閉鎖バルブを閉じることにより前記第１吐出油路と前記タンクとの連通を遮断する
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記原動機によって駆動され、前記タンクから吸い込んだ作動油を吐出する片傾転型可変容量式の第２油圧ポンプと、
   前記第２油圧ポンプの吐出油が供給される第２吐出油路に接続され、前記第２油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する第２方向切換弁ユニットと、
   前記第２油圧ポンプの吐出圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記作動油の温度を検出する温度センサとを更に備え、
   前記コントローラは、
   前記第２吐出油路と前記タンクとの間の連通を遮断し、かつ前記第２油圧ポンプの傾転を前記診断用傾転に保持した状態で、前記原動機の回転数を最小回転数から上昇させつつ前記第２油圧ポンプの吐出圧力を計測し、
   前記第２油圧ポンプの吐出圧力が所定の圧力に達したときの前記原動機の回転数と前記診断用傾転とに基づいて前記第２油圧ポンプの漏れ流量を算出し、
   前記作動油の温度に応じて、前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプの各漏れ流量の算出値を補正する
   ことを特徴とした建設機械。

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