JPH1077872A - 作業機械の稼動可能残時間予知装置 - Google Patents

作業機械の稼動可能残時間予知装置

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JPH1077872A
JPH1077872A JP8230862A JP23086296A JPH1077872A JP H1077872 A JPH1077872 A JP H1077872A JP 8230862 A JP8230862 A JP 8230862A JP 23086296 A JP23086296 A JP 23086296A JP H1077872 A JPH1077872 A JP H1077872A
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義紀 古野
Takashi Yagyu
隆 柳生
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業機械をあと何時間稼動させ得るかを精度
良く予測して表示することができ、これにより、合理的
な給油を実施することができる作業機械の稼動可能残時
間予知装置を提供すること。 【解決手段】 演算装置12は、エンジン1の制御装置
4からエンジン回転数Neと回転数偏差ΔNを、操作状
態検出器10から操作レバーのうちの1つでも操作され
ているか否かを示す信号Cを、演算器11から燃料タン
ク5の燃料残量Qを入力する。演算装置12はほぼ1時
間毎に燃料残量Qを測定し、その後微小時間毎に、燃料
残量Qから回転数偏差ΔNに基づいて得られる当該微小
時間での燃料消費量を減算して計算上の燃料残量を求
め、この燃料残量を、前回から今回までの燃料残量測定
期間の燃料消費量を計算上の燃料消費量積算値で除算し
た値で除算して稼動可能残時間を演算し、これを表示装
置13に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、作業機械を現時点
から残り何時間稼動させることができるかを予測する作
業機械の稼動可能残時間予知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】油圧ショベル等の作業機械は、エンジン
を搭載し、このエンジンにより油圧ポンプを回転させ、
油圧ポンプから吐出される圧油により複数の油圧アクチ
ュエータ(油圧シリンダ等)を駆動して所要の作業を行
う。ところで、油圧ショベル等の作業機械は一般車両と
異なり、市街地から遠く離れた現場で作業を行うことが
多いので、エンジンの燃料が無くなった場合直ちにこれ
を補給することはできず、この場合、作業不能となって
生産性を著しく阻害する。一方、作業機械は負荷が大き
く変動するので、作業機械のオペレータは燃料の消費量
を予測することが困難であり、給油を要求する時期を失
って燃料切れを生じ、往々にして作業不能に陥る事態が
発生していた。
【0003】このような燃料切れを避けるため、従来、
作業機械の燃料計には、燃料が最大負荷であと1時間稼
動することができる量に減少した時点で警報を表示し、
又は警報音を発生させて作業機械のオペレータに燃料の
補給を促す手段が付され、オペレータは警報があると電
話等で給油車を呼んで燃料の補給を受けるようにしてい
た。又、直掘り(露天掘り)の鉱山のように作業現場が
広域にわたり、多数の作業機械が使用されている作業現
場の場合には、給油車が数台用意され、これら給油車に
それぞれが担当する作業機械を巡回させてそれらに燃料
切れが生じないようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】燃料が最大負荷であと
1時間稼動することができる量に減少したとき警報を発
する上記手段は、1時間稼動には充分過ぎる燃料が残っ
ているので、オペレータは経験上これを知っており、こ
のため、この警報を無視して給油を要求せずに作業を続
け、気付いたときには燃料残量が少なくなり、給油を要
求しても間に合わない時間となり、給油車が到着するま
で作業停止を余儀なくされるという事態がしばしば生じ
ていた。
【0005】又、給油車を巡回させる手段では、燃料切
れを確実に避けるために早目早目の給油が行われ、まだ
多くの燃料が残っているにもかかわらず給油を行うこと
になり、給油のため一旦作業を中止する時間が増加し、
これが生産性を阻害する要因になっていた。特に、3交
替制を実施している現場では、作業機械の稼動率は90%
以上に達し、このような場合には給油のための停止時間
の増加は生産性の低下に直結することとなる。さらに、
燃料切れを確実に避けるためには、給油車および給油車
の操作に必要な人員のそれぞれを、充分な台数および充
分な員数だけ確保しておかねばならず、その費用は極め
て大きなものとなっていた。
【0006】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、作業機械をあと何時間稼動させ得るかを精
度良く予測して表示することができ、これにより、合理
的な給油を実施することができる作業機械の稼動可能残
時間予知装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1の発明は、エンジンと、このエンジンの燃
料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料量を
検出する燃料計と、前記エンジンの回転数を検出するエ
ンジン回転数検出器と、前記エンジンにより回転される
油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動され
る複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエ
ータを操作する各操作レバーとを備えた作業機械におい
て、第1の所定期間における前記燃料計の計測値に基づ
く前記エンジンの実燃料消費量を演算する第1の演算手
段と、前記第1の所定期間後から始まる所定の微小時間
毎の前記エンジンの予想燃料消費量を求める燃料消費量
取出手段と、前記実燃料消費量から前記微小時間毎に前
記予想燃料消費量を減算して現在の残燃料を算出する第
2の演算手段と、前記実燃料消費量と前記所定期間内の
前記予想燃料消費量の積算値の比で前記残燃料を除算し
て現在の稼動可能残時間を算出する第3の演算手段と、
前記稼動可能残時間、又はこの稼動可能残時間および前
記残燃料を表示する表示装置とを設けたことを特徴とす
る。
【0008】又、請求項2の発明は、請求項1記載の作
業機械の稼動可能残時間予知装置において、前記第3の
演算手段における前記実燃料消費量と前記所定期間内の
前記予想燃料消費量の積算値の比の絶対値を減少させる
補正手段を設けたことを特徴とする。
【0009】又、請求項3の発明は、請求項2記載の作
業機械の稼動可能残時間予知装置において、今回の前記
所定期間において得られた比が前回の所定期間で得られ
た前記補正手段による補正値より大きいときは、前記補
正手段による減少の度合いを小さくし、当該補正値が大
きいときは、前記補正手段による減少の度合いを大きく
することを特徴とする。
【0010】又、請求項7の発明は、エンジンと、この
エンジンの燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タン
クの燃料量を検出する燃料計と、前記エンジンにより回
転される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により
駆動される複数の油圧アクチュエータと、これら油圧ア
クチュエータを操作する各操作レバーとを備えた作業機
械において、所定期間における前記燃料計の計測値に基
づく前記エンジンの実燃料消費量を演算する第1の演算
手段と、前記所定期間後から始まる所定の微小時間毎の
前記エンジンの予想燃料消費量を求める燃料消費量取出
手段と、前記実燃料消費量から前記微小時間毎に前記予
想燃料消費量を減算して現在の残燃料を算出する第2の
演算手段と、前記実燃料消費量と前記所定期間内の前記
油圧アクチュエータの駆動時間との比で前記残燃料を除
算して現在の稼動可能残時間を算出する第3の演算手段
と、前記稼動可能残時間、又はこの稼動可能残時間およ
び前記残燃料を表示する表示装置とを設けたことを特徴
とする。
【0011】さらに、請求項8の発明は、請求項7記載
の作業機械の稼動可能残時間予知装置において、前記稼
動可能残時間を、前記油圧アクチュエータの駆動時間と
前記エンジンの稼動時間との比で除算して補正すること
を特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係る作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図
である。この図で、1はエンジン、1aはエンジン1の
燃料噴射ポンプ、1bはエンジン1のフライホイール等
の回転部分に対向して設置されエンジン1の回転数Ne
を検出する電磁ピックアップである。油圧ショベル等の
作業機械では、エンジン1にオールスピードタイプのデ
ィーゼルエンジンが用いられる。2はエンジン1の目標
回転数を設定する目標回転数設定レバー、3は目標回転
数設定レバーで設定された目標回転数Nrに比例した電
気信号を出力する目標回転数発生器である。4は制御装
置であり、目標回転数Nrおよびエンジン回転数Neを
入力し、両者の差(回転数偏差ΔN)に基づいて燃料噴
射ポンプ1aの燃料噴射量を制御し、エンジン1をでき
るだけ目標回転数Nrに近い一定回転数で回転するよう
に制御する。
【0013】5は燃料タンク、6は燃料タンク5内の燃
料レベルを測定する燃料レベル計、6aは燃料レベル計
6のフロート、6bはフロート6aの変位を検出してこ
れに応じた電気信号を出力する変位検出器である。な
お、燃料レベル計にはフロートを用いず、超音波やレー
ザ光を利用して液面までの距離を測定するものも使用さ
れる。7A、7B、7Cはエンジン1により回転駆動さ
れる可変容量型の油圧ポンプ(以下、単に油圧ポンプと
いう。)、8a、8b、8c、……は図示しない油圧ア
クチュエータの操作レバー、9a、9b、9c、……は
各操作レバー8a、8b、8c、……の操作量、操作方
向に応じたパイロット圧を対応する図示されていないコ
ントロール弁に出力する減圧弁(パイロット弁)であ
る。
【0014】10は操作状態検出器であり、図示しない
シャトル弁、圧力スイッチ、ロジック回路等で構成さ
れ、各パイロット弁9a、9b、9c、……からのパイ
ロット圧を入力し、各操作レバー8a、8b、8c、…
…の操作状態信号Cを出力する。信号Cは、各操作レバ
ー8a、8b、8c、……のうちに1つでも操作されて
いる操作レバーがあるときにON(高レベル信号)、全
ての操作レバーが非操作状態のときOFF(低レベル信
号)となる。なお、操作レバーとして、ポテンショメー
タ等の変位センサを用いた電気的な操作レバーで構成
し、電気信号に応じたパイロット油圧を発生させる構成
のものも使用することができ、この場合には、操作状態
検出器110は当該各電気信号を入力して各操作レバー
8a、8b、8c、……の操作状態を判断することにな
る。
【0015】11は燃料レベル計6の変位検出器6bか
らの変位信号を燃料残量Qに変換する演算器である。な
お、作業機械の本体が傾斜している場合の燃料レベルの
測定を考慮して複数の燃料レベル計6を備える場合もあ
り、この場合、演算機11は各燃料レベル計6からの信
号に基づいて作業機械が水平状態の場合の燃料レベルを
演算する。12は演算装置であり、制御装置4からの回
転数Ne、回転数偏差ΔN、操作状態検出器10からの
信号C、および演算器11からの燃料残量Qを入力して
時々刻々の稼動可能残時間および燃料残量を演算する。
なお、回転数Neは電磁ピックアップ1bから直接演算
装置12に導入してもよいのは当然である。13は演算
装置12で得られた稼動可能残時間および燃料残量を表
示する表示装置である。Sは稼動可能残時間および燃料
残量を表す信号を示す。
【0016】ここで、エンジン1の回転数Neとその出
力トルクTeとの関係について説明する。図2はエンジ
ン回転数に対するエンジン出力トルクの特性図である。
この図で、横軸にはエンジン回転数Neが、縦軸にはエ
ンジン出力トルクTeがとってある。エンジン1にかか
る負荷が全くなければ、エンジン1は図示A1 点に示す
ように目標回転数Nrで回転するが、油圧ポンプ7A等
にかかる負荷の和が図示のようにTP0であると、制御装
置4はエンジン1の出力トルクTeが増加するように燃
料噴射量を増加させてエンジン1の出力トルクTeと油
圧ポンプ7A等の吸収トルクTP0とを均衡させ、この結
果、エンジン1は図示A2 点に示すように目標回転数N
rより低い回転数Ne2 で回転する。さらに油圧ポンプ
7A等にかかる負荷が増加すると、エンジン1の出力ト
ルクTeと油圧ポンプ7A等の吸収トルクTP の均衡点
は矢印Bの方向に移行してゆき、燃料噴射ポンプ1aの
出力が飽和する図示A3 点に達する。この状態からさら
に負荷が増加すると、燃料噴射ポンプ1aの出力は増加
しないのでエンジン1の出力も増加せず、エンジン1の
回転数は低下してゆき、やがてエンジン停止に至る。制
御装置4は上記燃料噴射ポンプ1aの制御に回転数偏差
ΔNを用い、回転数偏差ΔNが大きくなると燃料噴射量
を増加させ、小さくなると燃料噴射量を減少させる。
【0017】次に、図1に示す演算装置12の構成を図
3により説明する。図3は演算装置のシステム構成図で
ある。この図で、121はA/D変換器およびD/A変
換器を備え、信号C、Q、Ne、ΔNの入力、および信
号Sの出力を行う入出力インタフェース、122は所定
の演算、制御を行う中央処理ユニット(CPU)、12
3はCPU122の処理手順等が格納されたリードオン
リメモリ(ROM)、124は演算、制御の結果等を格
納するランダムアクセスメモリ(RAM)、125は時
刻データを出力するタイマである。ROM123は図示
のように、入力プログラム123a、作業時間計測プロ
グラム123b、残量校正プログラム123c、燃料消
費量計算プログラム、および出力プログラムを備えてい
る。この図3では、表示装置13およびその表示例が示
されている。この表示例は、燃料残量が54リットル、可
能稼動時間が 8.5時間の場合を示す。
【0018】次に、本実施の形態の動作を、図4、図
6、図7、図8に示すフローチャート、および図5に示
す特性図を参照して説明する。入力プログラム123a
はCPU122の指令により操作信号C、燃料残量Q、
エンジン回転数Ne、および回転数偏差ΔNのうちの所
要の信号を入力し、これをディジタル値に変換する。作
業時間計測プログラム123bは一定周期t2 、例えば
50〜 100msec毎に起動される。まず、入力されたエ
ンジン回転数Neが所定の回転数Ne0 より大きいか否
かが判断される(手順S10)。上記回転数Ne0 は、作
業機械として油圧ショベルを用いる場合、エンジン回転
数1000〜2500rpmの範囲で使用するので、例えばNe
0 = 600rpmに設定する。エンジン回転数Neが設定
回転数Ne0 より大きい場合にはエンジン1が駆動状態
にあると判断し、エンジン駆動時間積算値に起動間隔t
2 を加算してエンジン駆動時間積算値Taを算出し(手
順S 11)、処理を終了する。エンジン回転数Neが設定
回転数Ne0 以下である場合にはエンジン1が駆動状態
にないと判断して処理を終了し、時間t2 後に再度本プ
ログラムを起動する。
【0019】図6は燃料消費量を推定する燃料消費量計
算プログラム123dを説明するフローチャートであ
る。このプログラム123dを説明する前に、当該プロ
グラム123dで用いられる回転数偏差ΔNに対応する
燃料減少量Δqを求める関数f(ΔN)を図5により説
明する。図5で、横軸には入力された回転数偏差ΔN
が、縦軸には燃料減少量Δqがとってある。点A10、A
20、A30はそれぞれ図2に示す点A1 、A2 、A3 に対
応する点である。即ち、図示の特性では、エンジン1に
かかる負荷(油圧ポンプの負荷)が増大してゆくと回転
数偏差ΔNも増大してゆき、同時に燃料噴射ポンプ1a
の燃料噴射量(燃料消費量Δq)も増大してゆき、この
状態で、回転数偏差ΔNが一定値ΔN0 に達すると燃料
噴射量はそれ以上増加せず飽和する特性となっている。
上記のことから、燃料減少量Δqは、ある負荷状態での
エンジン1の出力トルク、換言すればエンジン1回転当
りの燃料消費量にほぼ比例した値であることが判る。上
記の関数f(ΔN)は、予めエンジン1に徐々に負荷を
かける実験により容易に求められるが、実験によらず
に、エンジン製造者が性能試験書として発行しているデ
ータを用いても求めることができる。
【0020】ここで、図6に示すフローチャートを参照
して燃料消費量計算プログラム123dを、又、図7に
示すフローチャートを参照して残量校正プログラム12
3cを説明する。燃料消費量計算プログラム123d
は、燃料レベル計6により燃料残量Qが測定された時点
以後の微小時間毎の燃料残量と稼動可能残時間を推定す
るプログラムである。なお、燃料レベル計6による燃料
残量の測定は、本実施の形態においては、残量校正プロ
グラム123cにより、ほぼ1時間毎に、かつ、作業機
械が動いていないときに測定を行う。又、残量校正プロ
グラム123cは、上記燃料残量の測定とともに、負荷
の変動により燃料消費量の変化を推定して燃料残量を校
正し、時間当りの燃料消費量を求めるプログラムであ
る。
【0021】燃料消費量計算プログラム123dは一定
周期t1 、例えば 100msec毎に起動される。まず、
CPU122は、データ更新フラグがセットされている
か否かを判断する(図6に示す手順S20)。上記データ
更新フラグは後述する残量校正プログラム123cによ
り新たに燃料残量が測定されたときセットされるフラグ
である。データ更新フラグがセットされた、即ち新たに
燃料残量が測定されたと判断すると、CPU122は新
たに測定された燃料残量Q(n)を実際の燃料残量とし
て格納し、又、後述する残量校正プログラム123cに
より得られた補正係数K(n)を新たな補正係数Krと
して格納し、さらに、データ更新フラグをリセットする
(手順S21)。なお、nは残量校正プログラム123c
による校正回数を示す。データ更新フラグがセットされ
ていないとき、即ち新たな燃料残量測定が行われていな
いときには手順S21の処理は行わない。
【0022】次いで、CPU122は、入力プログラム
123aを起動してそのときの回転数偏差ΔNおよびエ
ンジン回転数Neを読み込み(手順S22)、入力した回
転数偏差ΔNに基づいて、図5に示す特性からエンジン
1回転当りの燃料減少量Δqを取り出す(手順S23)。
そして、燃料消費量計算プログラム123dの前回の実
行時における燃料残量Qrから、燃料減少量Δqとエン
ジン回転数Neとの積(回転数Neのときの燃料消費
量)を減算して、計算上の現在の燃料残量Qrを算出
し、得られた燃料残量Qrを、後述する残量校正プログ
ラム123cにより得られた新たな補正係数Kr(1時
間当りの燃料消費量に相当)で除算して新たな計算上の
残時間Trを算出し、さらに前回までの燃料消費量積算
値Dに今回の燃料消費量(ΔqとNeの積)を加算して
新たな燃料消費量積算値Dを演算する(手順S24)。こ
れにより得られた燃料残量Qrと稼動可能残時間Trを
表示装置13へ出力する(手順S25)。作業機械のオペ
レータは、表示装置13に常時表示される燃料残量Qr
と稼動可能残時間Tr、特に、稼動可能残時間Trの表
示を見、かつ、給油のために要する時間を勘案して、給
油を要求すべきか否かを決定する。
【0023】次に、残量校正プログラム123cを図7
により説明する。このプログラム123cは100〜200m
sec程度の周期で起動される。CPU122は作業時
間計測プログラム123で得られるエンジン稼動時間T
aを読み込み(図7に示す手順S30)、本残量校正プロ
グラム123cの手順S35で既に得られている前回校正
までのエンジン稼動時間から経過したエンジン稼動時間
ΔTaが設定時間Ta0 を超えたか否か判断する(手順
31)。上記設定時間Ta0 は約1時間に設定されてい
る。エンジン稼動時間ΔTaが設定時間Ta0 以下であ
れば処理を終了し、設定時間Ta0 を超えている場合に
は操作信号Cにより作業機械が現在動作状態にあるか否
か判断し(手順S32)、さらに燃料レベル更新フラグが
セットされているか否か判断する(手順S33)。いずれ
かの操作レバーが操作れて作業機械が動作状態にある場
合には燃料タンク5の液面が揺れて燃料レベルの測定は
できないので処理を終了し、又、燃料レベル更新フラグ
がセットされていない場合のも処理を終了する。
【0024】CPU122は、上記手順S32、S33で燃
料レベルの測定が可能になったと判断すると、燃料レベ
ルの計測を行い、そのとき演算器11から出力される実
際の燃料残量Qを今回測定の燃料残量Q(n)として格
納する(手順S34)。次いで、CPU122は、現在時
刻Tbをタイマ125から読み込んで格納し、エンジン
稼動時間積算値Taを今回のエンジン稼動時間積算値T
a(n)として格納し、今回エンジン稼動時間積算値T
a(n)から前回校正時のエンジン稼動時間積算値Ta
(n−1)を減算して前回校正時から今回校正までのエ
ンジン稼動時間ΔTa(n)を演算し、さらに、燃料消
費量計算プログラム123dで得られている燃料消費量
の積算値Dを今回燃料消費量積算値D(n)として格納
する(手順S35)。
【0025】次いで、CPU122は、今回測定の燃料
残量Q(n)から前回測定の燃料残量Q(n−1)を減
算して、前回校正時と今回校正時の間の実際の燃料消費
量ΔQ(n)を演算するとともに今回の燃料消費量の積
算値D(n)から前回までの燃料消費量の積算値D(n
−1)を減算して、前回校正時と今回校正時の間の計算
上の燃料消費量ΔD(n)を演算する(手順S36)。な
お、前回までの燃料消費量の積算値D(n−1)は本プ
ログラム123cの後述する手順S38で 0にされてい
る。次の処理手順S37で、CPU122は、上記実際の
燃料消費量ΔQ(n)と上記計算上の燃料消費量ΔD
(n)との比(第1の補正係数)K1 (n)を求める。
この第1の補正係数K1 (n)は、現在の校正時から約
1時間前までの平均的な単位燃料消費量積算値当りの実
際の消費量を示す値である。そして、CPU122は、
得られた第1の補正係数K1 (n)を用いて第2の補正
係数K(n)を演算する。この演算中、定数k0は1以
下の正数である。
【0026】上記第2の補正係数K(n)は図示の数式
から明らかなように、前回校正時の第2の補正係数K
(n−1)と今回の第1の補正係数K1 (n)との中間
値である。このように中間値を算出する理由は、第1の
補正係数K1 (n)は1時間毎に変更されるので比較的
ばらつきが大きくなると考えられ、このばらつきを抑え
て変化を緩やかにするためである。そして、作業内容に
よってはエンジン1にかかる負荷の変化が小さいので、
そのような場合には、定数k0 を「 1」として第2の補
正係数K(n)を第1の補正係数K1 (n)と等しくな
るようにしてもよい。又、変化を緩やかにするために
は、手順S36の処理を、前回、前々回と時間を遡って数
時間の実際の燃料消費量ΔQ(n)と燃料消費量積算値
ΔD(n)の長時間の平均値を用いて第2の補正係数K
(n)の演算を省略することもできる。このようにして
求めた第2の補正係数K(n)は、図6に示す燃料消費
量計算プログラム123dの手順S21、S24で、補正係
数Krとして格納され、かつ、演算に用いられる。
【0027】CPU122は、第2の補正係数K(n)
の演算を終了すると、次回の燃料レベル計測に備えて、
それまでの校正回数に「 1」を加算し、燃料消費量積算
値Dを「 0」にリセットし、さらに、データ更新フラグ
をセットとして(手順S38)処理を終了する。
【0028】このように、本実施の形態では、所定時間
毎に測定される実際の燃料残量から、微小時間毎に、予
測される燃料消費量を順次減算して各微小時間毎の燃料
残量を算出し、さらに、この燃料残量を補正係数で除算
して稼動可能残時間を算出し、これらを表示装置に表示
するようにしたので、作業機械のオペレータは時々刻々
の正確な燃料残量と稼動可能残時間とを常時把握するこ
とができ、これにより、合理的な給油を実施することが
できる。又、給油車を巡回させる手段でも、稼動可能残
時間を無線等により給油車に送信するようにすれば、極
めて効率的な給油を行うことができ、ひいては、給油車
の台数や給油員を減少させることができる。又、第2の
補正係数を用いてばらつきを抑え変化を緩やかにしたの
で、燃料残量と稼動可能残時間の急激な変化を避けるこ
とができ、オペレータがこれらの急激な変化の表示に直
面して驚くようなとはなく、自然な感じで運転を続ける
ことができる。
【0029】さらに、燃料残量や稼動可能残時間以外
に、現在時刻Tb、エンジン稼動時間積算値Ta
(n)、前回校正から今回校正までのエンジン稼動時間
の積算値ΔTa(n)、燃料消費量積算値D(n)、今
回校正時の実際の燃料残量ΔQ(n)と計算上の燃料消
費量ΔD(n)、補正係数K1 (n)、K(n)を記憶
しておき、又は無線で作業管理部署(会社)に校正毎に
送信しておけば、作業管理部署では、これらデータに基
づいて管理上の処理データを得ることができる。例え
ば、TbとTa(n)から無作業時間の比率を得たり、
ΔTa、ΔQ(n)、ΔD(n)、K(n)の履歴から
各時点での作業機械の燃料消費量の観点からの作業内容
の評価を行ったりすることができる。さらに、ΔD
(n)が小さいのにΔQ(n)が大きい場合、即ち、あ
る時点で急激に第1の補正係数が大きくなった場合に
は、燃料タンクや配管からの漏れの可能性を推測でき
る。
【0030】図8は本発明の第2の実施の形態に係る作
業機械の稼動可能残時間予知装置の動作を説明するフロ
ーチャートの一部である。さきの第1の実施の形態にお
いては、補正係数K(n)を用いることにより急激な変
化を抑える手段を採用した。しかし、燃料が少なくな
り、稼動可能残時間が 2〜 3時間となった状態で、作業
機械の負荷が軽負荷から重負荷に変化した場合、第1の
実施の形態では補正係数K(n)は小さいままであるた
め、計算上の燃料消費量も小さいままとなり、オペレー
タは余裕をもって作業を行っていると、予想以上に早く
燃料が無くなるという不具合が生じるおそれがある。本
実施の形態では、上記の不具合を避け、負荷が軽負荷か
ら重負荷に変化した場合、燃料の減少率をより早く計算
値K1 (n)に近付けて稼動可能残時間をより一層正確
に表示するものである。
【0031】本実施の形態では、さきの実施の形態の残
量校正プログラム123cにおける手順S37を変更する
のみであり、他の構成はさきの実施の形態の構成と同じ
である。図8で、手順S370 はさきの実施の形態の手順
37に対応する処理手順である。本実施の形態では、第
1の補正係数K1 (n)を演算した後、当該第1の補正
係数K1 (n)と前回の第2の補正係数K(n−1)と
を比較し、前者が後者以上[K1 (n)≧K(n−
1)]のとき、定数k0 を大きくし、前者が後者未満
[K1 (n)<K(n−1)]のとき、定数k0 を小さ
くする。いずれの場合も、定数k0 は「 1」以下の正数
である。又、図中、k+ は大きくした場合の定数k0
- は小さくした場合の定数k0 を示す。このような定
数k0 を用いて第2の補正係数K(n)を算出する。
【0032】このように、本実施の形態では、エンジン
にかかる負荷が増大して燃料が早くなくなるように変化
した場合には、補正係数K1 に近い値(定数k0 が「
1」に近い値)に基づいて稼動可能残時間を予測するよ
うにしたので、さきの実施の形態と同じ効果を奏する以
外に、稼動可能残時間を小さく予測するのを避けること
ができ、作業機械のオペレータにとって予想以上に早く
燃料が無くなるという不具合を防止することができる。
【0033】図9は本発明の第3の実施の形態に係る作
業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
この図で、図1に示す部分と同一又は等価な部分には同
一符号を付して説明を省略する。1cは燃料噴射ポンプ
1aのコントロールラック、1dはコントロールラック
1cの変位量Rを検出するストロークセンサである。ス
トロークセンサ1dにより検出されたコントロールラッ
ク1cの変位量Rは演算装置12へ入力される。2aは
プッシュプルケーブルであり、一端は目標回転数設定レ
バー2に連結され、他端は燃料噴射ポンプ1aの図示し
ない入力レバーに連結され、目標回転数設定レバー2に
設定された目標回転数Nrを入力レバーに伝達する。
【0034】次に、本実施の形態の動作を説明する。第
1の実施の形態においては、回転数偏差ΔNに基づき、
図5に示す関数f(ΔN)を用いてエンジン1回転当り
の燃料消費量Δqを求めた。しかし、本実施の形態にお
いては、回転数偏差ΔNの代わりにコントロールラック
1cの変位量Rとエンジン回転数Neに基づき、関数g
(R、Ne)を用いてエンジン1回転当りの燃料消費量
Δqを求める。
【0035】図10は関数g(R、Ne)の特性を示す
図である。この図で、横軸にはエンジン回転数Neが、
縦軸にはエンジン1回転当りの燃料噴射量(燃料消費
量)がとってある。両者の関係はコントロールラック1
cの変位量Rの大小により異なり、図の矢印に示すよう
に、コントロールラック1cの変位量Rが大きいと燃料
噴射量も大きくなり、コントロールラック1cの変位量
Rが小さいと燃料噴射量も小さくなる。この関数g
(R、Ne)も、さきの関数f(ΔN)と同様の手法で
得ることができる。
【0036】本実施の形態では、第1の実施の形態にお
ける動作中、図6に示すフローチャートの手順S22の処
理でコントロールラック1cの変位量Rとエンジン回転
数Neを読み込み、手順S23の処理で燃料消費量Δqを
図10に示す関数g(R、Ne)から求める点が相違す
るのみであり、他の動作は第1の実施の形態の動作と同
じである。又、その効果は、さきの各実施の形態の効果
に比較して、燃料消費量にほぼ比例するコントロールラ
ックの変位量に基づいて燃料消費量を求めるので、より
一層正確な予知を行うことができる。
【0037】図11は本発明の第4の実施の形態に係る
作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図であ
る。この図で、図1に示す部分と同一又は等価な部分に
は同一符号を付して説明を省略する。51aは燃料タン
ク5から燃料噴射ポンプ1aへ燃料を供給する供給管
路、51bは燃料噴射ポンプ1aで爆発のため消費され
なかった燃料を燃料タンク5へ戻す戻り管路である。5
2aは供給管路51aに設置されて供給燃料量QA を検
出する流量センサ、52bは戻り管路51bに設置され
て戻りの燃料量QB を検出する流量センサである。各流
量センサ52a、52bで検出された供給燃料量QA
よび戻りの燃料量QB は演算装置12に入力される。
【0038】次に、本実施の形態の動作を図12に示す
フローチャートを参照して説明する。第1の実施の形態
においては、回転数偏差ΔNに基づき、図5に示す関数
f(ΔN)を用いてエンジン1回転当りの燃料消費量Δ
qを求め、図6に示すように、求められた燃料消費量Δ
qに、回転数Neを乗算することにより現在の燃料残量
Qrを求める手法が採られた。しかし、本実施の形態に
おいては、供給燃料量QA および戻りの燃料量QB を用
いて設定時間(図6に示す例では 100msec)内の燃
料消費量を求める。この燃料消費量を求める処理以外の
処理は第1の実施例における処理と同じである。
【0039】図12において、図6に示す処理手順と同
一の処理手順には同一符号を付して説明を省略する。C
PU122は手順S220 の処理において、入力プログラ
ム123aを起動させ、供給燃料量QA および戻りの燃
料量QB を読み込む。次いで、供給燃料量QA から戻り
の燃料量QB を減算することにより燃料消費量ΔqAB
求める(手順S230 )。即ち、エンジン1の燃料噴射ポ
ンプ1aに供給された燃料量QA から燃料タンク5に戻
された燃料量QB を差し引くと、燃料噴射ポンプ1aで
の爆発に消費された燃料量が得られる。CPU122
は、次の手順S240 で、前回の燃料残量から上記手順S
230 で求めた燃料消費量ΔqABを減算して現在の燃料残
量Qrを求め、この燃料残量Qrを補正係数Krで除算
することにより稼動可能残時間Trを求め、さらに、今
までの燃料消費量積算値に上記燃料消費量ΔqABを加算
することにより現在の燃料消費量積算値Dを求める。以
後の処理は第1の実施の形態の処理と同じである。本実
施の形態では、燃料消費量にほぼ比例する燃料量QA
B の差に基づいて燃料消費量を求めるので、より一層
正確な予知を行うことができる。
【0040】図13は本発明の第5の実施の形態に係る
作業機械の稼動可能残時間予知装置のブロック図であ
る。この図で、図9に示す部分と同一又は等価な部分に
は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態で
は、計算上の燃料消費量を、さきの各実施の形態におけ
るような回転数偏差ΔN、コントロールラックの変位量
R、流量QA 、QB に基づいて求めることはせず、操作
レバーを操作している時間に基づいて求める。即ち、所
定時間(例えば1時間)における実際の燃料減少量と操
作レバーの操作時間との比(KA )を単位稼動時間当り
の燃料消費量とする。この場合、負荷がかかる作業(油
圧アクチュエータが駆動されている作業)を続けている
場合には、燃料消費量を操作レバーの操作時間に基づい
て求めるのは妥当であるが、作業機械では常時負荷がか
かる作業が継続されているわけではなく、ダンプトラッ
ク待ち等の無操作時間でもエンジンを稼動している場合
が存在する。本実施の形態ではこの点を考慮し、操作レ
バーの操作時間とエンジン稼動時間との比(KB )を算
出し、燃料消費量の算定、ひいては燃料残量の算定、燃
料残時間の算定に係数KA とともに係数KB を用いる。
このような本実施の形態では、図13に示すように、演
算装置12の入力信号は、操作状態信号C、エンジン回
転数Ne、および燃料残量Qのみとなる。
【0041】次に、本実施の形態の動作を、図14、図
15、および図16に示すフローチャートを参照して説
明する。本実施の形態の動作は、基本的には第1の実施
の形態と同じく、作業時間計測プログラム、燃料消費量
計算プログラム、および残量校正プログラムの処理手順
を備えている。まず、作業時間計測プログラム(t2=5
0〜 100msec)では、図4に示す第1の実施の形態
における手順S10、S11と同様にしてエンジンの駆動時
間の積算値Taを求める(図14に示す手順S 10
11)。次に、CPU122は、入力プログラムを起動
させて操作状態信号Cを入力し、いずれかの操作レバー
が操作されているか否か判断し(手順S12)、操作され
ている場合にはそれまでの操作時間の積算値に時間t2
を加算して今回の操作時間の積算値Tcとして(手順S
13)処理を終了する。
【0042】燃料消費量計算プログラム(t1 = 100m
sec)では、図6に示す第1の実施の形態における手
順S20と同様にデータ更新フラグがセットか否か判断
し、次いでCPU122は、後述する残量校正プログラ
ムで求めた今回校正の燃料残量Q(n)を燃料残量Q
r、操作レバーの操作時間に対する燃料減少率KA
(n)をKrA 、エンジン稼動時間に対する操作レバー
の操作時間の比KB (n)をKrB 、校正時の操作レバ
ーの操作時間の積算値Tc(n)をTrC とし、データ
更新フラグをリセットする(手順S210 )。次に、作業
時間計測プログラムで得られた現在の操作時間の積算値
から校正時の操作時間の積算値を減算して、校正後の操
作時間の積算値tC を求める(手順S2200)。次いで、
校正時の燃料残量Qrから、操作時間積算値tC と燃料
減少率KrA の積(計算上の燃料消費量)を減算して現
在の燃料残量Qrを演算するとともに、この燃料残量Q
rを比KrA と比KrB の積で除算して稼動可能残時間
Trを求め(手順S2400)、得られた燃料残量Qrと稼
動可能残時間Trを表示装置に出力する(手順S25)。
上記稼動可能残時間の算出手法、Tr=Qr/(KrA
・KrB )については後述する。
【0043】残量校正プログラムでは、燃料レベルを計
測して今回校正時の燃料残量Q(n)を格納するまでの
処理手順S30〜S34は第1の実施の形態における処理手
順と同じである。次いで、CPU122は、校正時の時
刻Tb、エンジン駆動時間Ta、操作時間Tcを読み込
んで、それぞれ今回校正時の時刻Tb(n)、エンジン
駆動時間Ta(n)、操作時間Tc(n)として格納す
るとともに、今回校正時のエンジン駆動時間Ta(n)
から前回校正時のエンジン駆動時間Ta(n−1)を減
算して前回校正時以後のエンジン駆動時間ΔTa(n)
を演算し、又、今回校正時の操作時間Tc(n)から前
回校正時の操作時間Tc(n−1)を減算して前回校正
時以後の操作時間ΔTc(n)を演算し、さらに、前回
校正時以後の操作時間ΔTc(n)を前回校正時以後の
エンジン駆動時間ΔTa(n)で除算して稼動時間中の
操作時間の割合(比)KB (n)を演算する(手順S
350)。なお、比KB (n)が「 1」より小さいのは明
らかである。
【0044】次に、CPU122は、今回校正時の燃料
残量Q(n)から前回校正時の燃料残量Q(n−1)を
減算して、その間の実際の燃料消費量ΔQ(n)を演算
し、この実際の燃料消費量ΔQ(n)をその間の操作時
間ΔTc(n)で除算して操作時間当りの燃料消費量K
2 (n)を演算する(手順S360 )。次いで、第1の実
施の形態と同じくばらつきを抑えて稼動可能残時間の変
化を緩やかにするため、かつ、第2の実施の形態と同じ
く稼動可能残時間を小さく予測するのを避けるため、次
の手順S370 の処理を行う。即ち、CPU122は、操
作時間当りの燃料消費量の中間値KA (n)を求める場
合に使用される定数k0 を、今回の比KB (n)と前回
の比KB (n−1)の差の絶対値が、予め定められた設
定値K0未満のとき値k- とし、今回の比KB (n)と
前回の比KB (n−1)の差の絶対値が設定値K0 以上
のとき値k+ とする。そして、手順S370 の図示の式に
従って演算を行い、中間値KA (n)を算出する。この
中間値KA (n)が図15に示す操作時間に対する燃料
消費量KrA とされる。次に、校正回数nに「 1」を加
算し、データ更新フラグをセットして(手順S380 )処
理を終了する。
【0045】ここで、燃料消費量計算プログラムの手順
2400の処理における稼動可能残時間Trの算出手法、
Tr=Qr/(KrA ・KrB )について説明する。本
実施の形態では、基本的には、現時点での計算上の燃料
残量Qrを単位操作時間当りの燃料減少率KrA で除算
して稼動可能残時間Trを得る。ただ、前述のように操
作レバーが操作されていないときでもエンジンが稼動し
ている時間が存在する場合があるので、得られた稼動可
能残時間を、さらに、エンジン稼動時間に対する操作レ
バーの操作時間の比KB で除算して補正し、稼動可能残
時間Trを求める。即ち、操作レバーが操作されないで
エンジンが稼動している時間が大きい場合(例えばダン
プトラックの待ち時間が長い場合)、操作時間当りの燃
料減少率KrA は大きくなり、稼動可能残時間が不当に
小さくなる。しかし、上記の場合には、操作レバーの操
作時間とエンジン稼動時間との比KrB (常に「 1」よ
り小さい)が小さくなるので、計算上の燃料残量Qrを
単位操作時間当りの燃料減少率KrA で除算して得られ
た稼動可能残時間を、上記小さい値KrB で除算するこ
とにより補正を行い、適切な稼動可能残時間Trを得る
ものである。
【0046】なお、上記の例とは逆に、作業時間中、90
数%の時間は操作レバーを操作しているような作業、例
えば、前述の直掘りの鉱山で発破をかけた後の土石を掘
削する作業等の場合には、計算上の燃料残量Qrを単位
操作時間当りの燃料減少率KrA で除算しただけで精度
のよい稼動可能残時間Trを得ることができる。これ
は、上記の場合、エンジン稼動時間に対する操作レバー
の操作時間の比KB が「1」に近い値になり、得られた
稼動可能残時間Trを「 1」に近い比KB で除算するの
は実質的に意味が無くなることからも明らかである。即
ち、作業の態様によっては、燃料減少率KrA で除算し
て得られた稼動可能残時間Trを、比KBで除算するこ
とは必ずしも必要ではない場合がある。
【0047】本実施の形態では、稼動可能残時間の演算
に、第1の実施の形態〜第3の実施の形態におけるよう
にエンジン関連の数値ΔN、R、Neを用いず(回転数
Neはエンジン稼動の判定に用いるだけである)、又、
第4の実施の形態におけるように流量計を用いることも
ないので、より一層容易に稼動可能残時間を得ることが
でき、かつ、操作時間とエンジン稼動時間との比KrB
で補正を行うので、正確な稼動可能残時間を得ることが
できる。
【0048】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、所定時
間毎に燃料残量を測定し、この燃料残量から微小時間毎
にこの微小時間内の消費燃料量予測値を減算して現燃料
残量を求め、これを予測される時間当りの燃料消費量で
除算して稼動可能残時間を求めるようにしたので、作業
機械をあと何時間稼動させ得るかを精度良く予測して表
示することができ、これにより、合理的な給油を実施す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る作業機械の稼
動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図2】エンジン回転数に対するエンジン出力トルクの
特性図である。
【図3】図1に示す演算装置のシステム構成図である。
【図4】図1に示す演算装置の動作を説明するフローチ
ャートである。
【図5】エンジン回転数偏差に対する燃料消費量の特性
図である。
【図6】図1に示す演算装置の動作を説明するフローチ
ャートである。
【図7】図1に示す演算装置の動作を説明するフローチ
ャートである。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係る作業機械の稼
動可能残時間予知装置の演算装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。
【図9】本発明の第3の実施の形態に係る作業機械の稼
動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図10】エンジン回転数に対する燃料噴射料の特性図
である。
【図11】本発明の第4の実施の形態に係る作業機械の
稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図12】図11に示す演算装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。
【図13】本発明の第5の実施の形態に係る作業機械の
稼動可能残時間予知装置のブロック図である。
【図14】図13に示す演算装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。
【図15】図13に示す演算装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。
【図16】図13に示す演算装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン 1a 燃料噴射ポンプ 2 目標回転数設定レバー 3 目標回転数発生器 4 制御装置 5 燃料タンク 6 燃料レベル計 7A〜7C 油圧ポンプ 8A〜8C 操作レバー 9A〜9C パイロット弁 10 操作状態検出器 11 演算器 12 演算装置 13 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳生 隆 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 杉山 幸彦 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンと、このエンジンの燃料を収容
    する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料量を検出する
    燃料計と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回
    転数検出器と、前記エンジンにより回転される油圧ポン
    プと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の
    油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータを操
    作する各操作レバーとを備えた作業機械において、所定
    期間における前記燃料計の計測値に基づく前記エンジン
    の実燃料消費量を演算する第1の演算手段と、前記所定
    期間後から始まる所定の微小時間毎の前記エンジンの予
    想燃料消費量を求める燃料消費量取出手段と、前記実燃
    料消費量から前記微小時間毎に前記予想燃料消費量を減
    算して現在の残燃料を算出する第2の演算手段と、前記
    実燃料消費量と前記所定期間内の前記予想燃料消費量の
    積算値の比で前記残燃料を除算して現在の稼動可能残時
    間を算出する第3の演算手段と、前記稼動可能残時間、
    又はこの稼動可能残時間および前記残燃料を表示する表
    示装置とを設けたことを特徴とする作業機械の稼動可能
    残時間予知装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の作業機械の稼動可能残時
    間予知装置において、前記第3の演算手段における前記
    実燃料消費量と前記所定期間内の前記予想燃料消費量の
    積算値の比の絶対値を減少させる補正手段を設けたこと
    を特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の作業機械の稼動可能残時
    間予知装置において、今回の前記所定期間において得ら
    れた比が前回の所定期間で得られた前記補正手段による
    補正値より大きいときは、前記補正手段による減少の度
    合いを小さくし、当該補正値が大きいときは、前記補正
    手段による減少の度合いを大きくすることを特徴とする
    作業機械の稼動可能残時間予知装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記燃料消費量取出
    手段における予想燃料消費量は、前記エンジンの回転数
    偏差から求められる当該エンジンの1回転当りの燃料消
    費量とそのときの当該エンジン回転数の積であることを
    特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装置。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記燃料消費量取出
    手段における予想燃料消費量は、前記エンジンのラック
    変位量とそのときの当該エンジン回転数から求められる
    当該エンジンの1回転当りの燃料消費量とそのときの当
    該エンジン回転数の積であることを特徴とする作業機械
    の稼動可能残時間予知装置。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記燃料消費量取出
    手段における予想燃料消費量は、前記エンジンへの燃料
    供給量から前記燃料タンクへの戻り量を減算して求めら
    れることを特徴とする作業機械の稼動可能残時間予知装
    置。
  7. 【請求項7】 エンジンと、このエンジンの燃料を収容
    する燃料タンクと、この燃料タンクの燃料量を検出する
    燃料計と、前記エンジンにより回転される油圧ポンプ
    と、この油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油
    圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータを操作
    する各操作レバーとを備えた作業機械において、所定期
    間における前記燃料計の計測値に基づく前記エンジンの
    実燃料消費量を演算する第1の演算手段と、前記所定期
    間後から始まる所定の微小時間毎の前記エンジンの予想
    燃料消費量を求める燃料消費量取出手段と、前記実燃料
    消費量から前記微小時間毎に前記予想燃料消費量を減算
    して現在の残燃料を算出する第2の演算手段と、前記実
    燃料消費量と前記所定期間内の前記油圧アクチュエータ
    の駆動時間との比で前記残燃料を除算して現在の稼動可
    能残時間を算出する第3の演算手段と、前記稼動可能残
    時間、又はこの稼動可能残時間および前記残燃料を表示
    する表示装置とを設けたことを特徴とする作業機械の稼
    動可能残時間予知装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の作業機械の稼動可能残時
    間予知装置において、前記稼動可能残時間は、前記油圧
    アクチュエータの駆動時間と前記エンジンの稼動時間と
    の比で除算して補正されることを特徴とする作業機械の
    稼動可能残時間予知装置。
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