WO2004076844A1

WO2004076844A1 - 液体燃料量計測装置、及び液体燃料量計測方法

Info

Publication number: WO2004076844A1
Application number: PCT/JP2003/015600
Authority: WO
Inventors: Eiji Akahane; Makoto Sakai; Kenji Takami
Original assignee: Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd.
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2004-09-10
Also published as: CN100370131C; JP2004257363A; JP4163978B2; CN1692221A; EP1598545A1; US20050217368A1; WO2004076844A8; US7174780B2

Abstract

容器内部に貯蔵された液体燃料を正確に計測できるようにした、液体燃料量計測装置及びその装置を用いた液体燃料量計測方法である。第１容器（３）内の空気圧が所定圧未満の時には、加圧手段（６）によって第１管路（１３）を介して第１容器（３）内へ空気を供給し、供給された空気の体積とこの空気供給による第１容器（３）内の空気圧の変化量とを検出或いは算出し、これらの空気の体積と空気圧の変化量とから第１容器（３）内の液体燃料の体積を演算し、第２容器（４）内の液体燃料が所定量未満の時には、移送手段（８）によって第２管路（１２）を介して第１容器（３）から第２容器（４）へ所定量の液体燃料の移送を行い、この液体燃料の移送回数に基づいて第１容器（３）内の液体燃料の体積を演算する。第１容器（３）の形状や傾きによらず、第１容器（３）から第２容器（４）へ供給される液体燃料量を正確に計測することができる。

Description

液体燃料量計測装置、及び

液体燃料量計測方法技術分野

本発明は、容器内の液体燃料量を計測する装置、及びその装置を用いた液体燃料量計測方法に関する。

明

細

背景技術

油圧ショベルに代表される作業機械は一般に、移動を行うための下部走行体と作業を行うための上部旋回体とから構成されている。このような作業機械においては、下部走行体には主にタイヤやクロ一ラ等の走行装置のみが配置されるのに対して、上部旋回体には作業アームゃァクチユエ一夕，エンジン，カウンタゥェイト，燃料タンク，各種装置を制御する操作装置等、下部走行体と比べて非常に多くの装置が配置される。そのため、作業機械が市街地で作業を行う場合や狭い場所で作業を行う場合を考慮して、上部旋回体をできるだけ小さく設計し、上部旋回体の旋回半径を縮小させることが要望されている。

このような要望に対して、燃料タンクを下部走行体に配置し、上部旋回体に設けられる各種装置の配置に余裕を持たせて、上部旋回体をコンパクトにする技術が開示されている（例えば、実公平 6— 1 8 0 5 2号公報参照）。この技術によれば、下部走行体に燃料タンクと燃料フィードポンプとを設け、旋回ジョイントを介して燃料を上部旋回体のエンジンへ運ぶように構成することで、燃料タンクを上部旋回体から排すことができ、同時に上部旋回体の旋回半径を縮小させることができるようになつている。

しかしこの技術では、燃料タンクとエンジンとのヘッド、すなわち燃料タンクとエンジンとの配置上の高低差が大きくなるため、燃料タンクとエンジンとを繋ぐ燃料フィード通路の燃料が燃料タンクへ下降して、燃料給油切れが発生してしまうことがある。そこでこれに対して、燃料ポンプを付設したエンジンと燃料タンクとを結ぶ燃料フィード通路の途中に、燃料フィードポンプとチェック弁とを並列に配し、燃料の燃料タンクへの下降を防止する技術も開示されている（例えば、実用新案登録第 2 5 1 6 6 0 1号公報参照）。この技術によれば、燃料給油系統に異常がない場合には、燃料フィードポンプが作動せず、燃料はエンジンに付属した燃料ポンプによってチェック弁を介してエンジンへ供給され、チェック弁が燃料の下降を防止するように働くため、燃料給油切れを防止することができ、一方、燃料給油系統に異常が発生して燃料給油切れが起こった場合にも、チェック弁と並列に配置された燃料フィードポンプを作動させて、燃料を強制的にエンジンへ送油できるようになる。

ところで、燃料タンク内の燃料量の計測装置については、上述の何れの特許文献においても記述がないが、一般的な作業機械の場合、燃料タンク内にフロートゲージを設けて燃料の液面の変化を検知するようになっている。しかし、燃料夕ンクが傾いた状態や、液面が動いている状態では正確に燃料量を把握できないという課題がある。

特に、作業機械の下部走行体に燃料タンクを設ける場合、燃料タンクを収める空間の物理的な制約から扁平な形状になることが多く、作業機械の傾きによって液面変化が大きくなりやすいため、正確な計測を行うことが一層困難になる。また、上述の特許文献 1及び 2に開示されている技術のように燃料タンクを下部走行体に配置した場合、フロートゲージが検出した情報を上部旋回体へ伝達するために、フロートゲージ用の信号線（電線）をスィベル部分で接続するためのスリップリングが必要となり、上部旋回体と下部走行体との連結部の構造が複雑になるという課題もある。

本発明は、このような課題を鑑み創案されたもので、容器内部に貯蔵された液体燃料を正確に計測できるようにした、液体燃料量計測装置及びその装置を用いた液体燃料量計測方法を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の要旨は、液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器と、該第 1容器内へ空気を供給して該第 1容器内の空気圧を上昇させる加圧手段と、該第 1容器内の空気圧を計測する空気圧計測手段と、該第 1容器と該加圧手段とを連通接続する第 1 管路と、該第 1容器と接続された第 2容器と、該第 1容器と該第 2容器とを連通接続する第 2管路と、該第 1容器内の液体燃料を該第 2管路を介して該第 2容器へ移送する移送手段と、該第 2容器内の液体燃料の減少を検知する検知手段と、該空気圧計測手段と該検知手段とからの情報に基づいて、加圧モ一ドか給油モードか何れかのモードを選択して該移送手段と該加圧手段とを制御する制御手段と ' 、該加圧手段によって該第 1管路を介して該第 1容器内へ供給された空気の体積を計測する空気体積計測手段と、該加圧モード時には該空気体積計測手段によつて計測された空気の体積と該空気圧計測手段によって計測された該第 1容器内の空気圧から算出される空気圧の変化量とから該第 1容器内の液体燃料の体積を演算し、該給油モード時には該第 1容器から該第 2容器へ液体燃料が移送された回数から該第 1容器内の液体燃料の体積を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする、液体燃料量計測装置に存する（請求の範囲第 1項）。

また、本発明の別の要旨は、液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器と、該第 1容器内へ空気を供給して該第 1容器内の空気圧を上昇させる加圧手段と、該第 1容器と該加圧手段とを連通接続する第 1管路と、該第 1容器と接続された第 2容器と、該第 1容器と該第 2容器とを連通接続する第 2管路と、該第 1容器内の液体燃料を該第 2管路を介して該第 2容器へ移送する移送手段とを備え、該第 1容器内の空気圧が所定圧未満の時には、該加圧手段によって該第 1管路を介して該第 1容器内へ空気を供給し、この供給された空気の体積とこの空気供給による該第 1容器内の空気圧の変化量とを検出或いは算出し、これらの空気の体積と空気圧の変化量とから該第 1容器内の液体燃料の体積を演算し、該第 2容器内の液体燃料が所定量未満の時には、該移送手段によって該第 2管路を介して該第 1容器から該第 2容器へ所定量の液体燃料の移送を行い、この液体燃料の移送回数に基づいて該第 1容器内の液体燃料の体積を演算することを特徴とする、液体燃料量計測方法に存する（請求の範囲第 8項）。

このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 1項）、及び液体燃料量計測方法（請求の範囲第 8項）によれば、第 1容器の形状や傾きによらず、容器内の液体燃料量を正確に把握することができ、第 1容器から第 2容器へ供給される液体燃料量を正確に計測することができる。

また、本発明の別の要旨は、液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器と、該第 1容器内へ空気を供給して該第 1容器内の空気圧を上昇させる加圧手段と、該第 1容器内の空気圧を計測する空気圧計測手段と、該第 1容器と該加圧手段とを連通接続する第 1管路と、該加圧手段によって該第 1管路を介して該第 1容器内へ供給された空気の体積を計測する空気体積計測手段と、該空気体積計測手段で計測された空気の体積と該空気圧計測手段によって計測された該第 1容器内の空気圧から算出される空気圧の変化量とから該第 1容器内の液体燃料の体積を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする、液体燃料量計測装置に存する（請求の範囲第 2項）。

また、本発明の別の要旨は、液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器と、該第 1容器内へ空気を供給して該第 1容器内の空気圧を上昇させる加圧手段と、該第 1容器と該加圧手段とを連通接続する第 1管路とを備え、該加圧手段によって該第 1 管路を介して該第 1容器内へ空気を供給し、この供給された空気の体積とこの空気供給による該第 1容器内の空気圧の変化量とを検出或いは算出し、これらの空気の体積と空気圧の変化量とから該第 1容器内の液体燃料の体積を演算することを特徴とする、液体燃料量計測方法に存する（請求の範囲第 9項）。

このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 2項）、及び液体燃料量計測方法（請求の範囲第 9項）によれば、第 1容器の形状や傾きによらず、容器内の液体燃料量を正確に把握することができる。

また、本発明の別の要旨は、液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器と、該第 1容器と接続された第 2容器と、該第 1容器と該第 2容器とを連通接続する第 2管路と、該第 1容器内の液体燃料を該第 2管路を介して該第 2容器へ移送する移送手段と、該第 2容器内の液体燃料の残量を検知する検知手段と、該検知手段からの情報に基づいて該移送手段を制御する制御手段と、該第 1容器から第 2容器へ液体燃料が移送された回数から該第 1容器内の液体燃料の体積を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする、液体燃料量計測装置に存する（請求の範囲第 3項

) o また、本発明の別の要旨は、液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器と、該第 1容器と接続された第 2容器と、該第 1容器と該第 2容器とを連通接続する第 2管路と、該第 1容器内の液体燃料を該第 2管路を介して該第 2容器へ移送する移送手段とを備え、該移送手段によって該第 2管路を介して該第 1容器から該第 2容器へ所定量の液体燃料の移送を行い、この液体燃料の移送回数に基づいて該第 1容器内の液体燃料の体積を演算することを特徴とする、液体燃料量計測方法に存する（請求の範囲第 1 0項）。

このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 3項）、及び液体燃料量計測方法（請求の範囲第 1 0項）によれば、第 1容器から第 2容器へ供給される液体燃料量を正確に計測することができる。

加えて、本発明の別の要旨は、該空気体積計測手段が、該加圧圧力を計測する加圧計測手段と、該加圧圧力と該第 1容器への供給体積との対応関係を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする、請求の範囲第 3項記載の液体燃料量計測装置に存する（請求の範囲第 4項）。

このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 4項）によれば、容易に第 1容器内の空気の体積を計測することができる。

また、本発明の別の要旨は、該空気圧計測手段が該加圧計測手段を兼用していることを特徴とする、請求の範囲第 4項記載の液体燃料量計測装置に存する。このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 5項）によれば、構成を簡素にすることができる。

また、本発明の別の要旨は、該第 1管路内の流通を調整する第 1管路弁と、該第 2管路内の流通を調整する第 2管路弁とを備え、該第 1管路の該第 1管路弁よりも該第 1容器側の部分と、該第 2管路の第該 2管路弁よりも該第 1容器側の部分とがー本に集合していることを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の液体燃料量計測装置に存する（請求の範囲第 6項）。

このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 6項）によれば、第 1 管路と第 2管路とを一本に集合させるとともに、第 1管路弁と第 2管路弁とを設けて各々の開閉を制御することで第 1管路と第 2管路との接続部より第 1容器側の第 2管路を燃料移送路及び空気供給路として兼用することができ、配管構造を簡素化できる。また、加圧手段による加圧時以外は管路内に燃料が充填されたまま管路内の圧力が下がらないため、管路内のさびの発生を防止することができるまた、本発明の別の要旨は、下部走行体と該下部走行体に連結部を介して旋回可能に取付けられた上部旋回体とを備えた作業機械に設けられ、該第 1容器は該下部走行体に主燃料タンクとして設けられ、該第 2容器は該上部旋回体に補助燃料タンクとして設けられていることを特徴とする、請求の範囲第 6項記載の液体燃料量計測装置を備えた作業機械に存する（請求の範囲第 7項）。

このような本発明の液体燃料量計測装置（請求の範囲第 7項）によれば、下部走行体に燃料タンクを配置することで、上部旋回体を小さく設計することができ、上部旋回体の旋回半径を小さくすることができる。また、燃料タンク分の重量が下部走行体に移動するため、旋回に必要なエネルギーを小さくすることができる。さらに、燃料タンクを下部走行体に配置することで、作業機械全体の重心を下げることができ、車体を安定させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態にかかる、液体燃料量計測装置を備えた作業機械の構成を模式的に示す全体構成図である。

図 2は、本発明の一実施形態にかかる、液体燃料量計測装置の燃料供給及び燃料量計測制御を示す制御フロー図である。

図 3は、本発明の一実施形態の変形例にかかる、具体的な液体燃料量計測装置の構成図である。

図 4は、本発明の一実施形態の変形例にかかる、具体的な液体燃料量計測装置の構成図である。

図 5は、本発明の一実施形態にかかる、液体燃料量計測装置を備えた作業機械の側面図である。

図 6は、本発明の一実施形態にかかる、液体燃料量計測装置のエアポンプ（加圧手段）の吐出量性能を示すマップである。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本実施形態にかかる作業機械は、図 1及び図 5に示すように、下部走行体 3 0 と、この下部走行体 3 0の上に連結部（スィベル） 1 0を介して旋回可能に取付けられた上部旋回体 2 0とを備えて構成され、上部旋回体 2 0に設けられたェンジン 2によって油圧ポンプ 1 9が駆動され、この油圧ポンプ 1 9によって加圧される駆動油を通じて、作業機械全体が駆動されるようになっている。ここでは図示されないが上部旋回体 2 0には、この他に作業アーム，ァクチユエ一夕，カウンタウェイト，各種装置を制御するための制御装置を備えた運転室等が雠えられている。

また、本液体燃料量計測装置は、メインタンク（第 1容器） 3からサブタンク (第 2容器） 4を介してエンジン 2への燃料供給を行う燃料供給装置に付設されており、メインタンク 3及びサブタンク 4内の燃料量を計測する。メインタンク 3は、エンジン 2用の燃料を貯蔵するための主たるタンク (主燃料タンク）として構成され、下部走行体 3 0に設けられている。また、メインタンク 3は気密及び液密に構成され、内部の燃料や空気の漏出や、外部からの雨水等の流入が防止されるようになつている。一方サブタンク 4は、エンジン 2の駆動用の燃料を一定量貯蔵しうるようにした補助燃料タンクであり、上部旋回体 2 0に設けられ、第 2管路 1 2を介してメインタンク 3と連通接続されている。そして、メイン夕ンク 3内に貯蔵された燃料は第 2管路 1 2を介してサブタンク 4内へ移送され、サブタンク 4内に一定量単位で一時的に貯蔵されるようになっている。また、サブタンク 4内の燃料はエンジン 2へ安定供給されるようになっている。

サブタンク 4内には、燃料液面に浮かぶセンサ先端部（フロー卜）の位置に基づいてサブタンク 4内に貯蔵されている燃料量を検知し、制御装置（制御手段） 1 1へ検知信号を出力する、フロートセンサ（検知手段） 9が備えられている。上部旋回体 2 0には、メインタンク 3内へ空気を圧送するためのエアポンプ 6 が設けられ、第 2管路弁 1 4の上流側（メインタンク 3側）で第 2管路 1 2から分岐接続された第 1管路 1 3を介してメインタンク 3へ連通接続されている。第 2管路 1 2には第 2管路弁（開閉弁） 1 4が設けられ、第 2管路弁 1 4を開弁することでメインタンク 3からサブタンク 4への燃料供給を行えるようにし、閉弁することで供給を停止するとともに燃料の流出を防ぐようになつている。同様に、第 1管路 1 3には第 1管路弁（開閉弁） 1 5が設けられ、第 1管路弁 1 5 を開弁することで、エアポンプ（加圧手段） 6からメインタンク 3へ空気を供給し、閉弁することで空気の供給を停止するとともに、両者間の連通を遮断し燃料のメインタンク 3側からエアポンプ 6側への空気の流出を防ぐようになつている。これらの第 1管路弁 1 5と第 2管路弁 1 4との開閉制御は、後述の制御装置 1 1によって行われ、通常時には閉弁されている。そして、これらの第 1，第 2管路を介してエアポンプ 6が空気をメインタンク 3へ圧送することで、メインタンク 3内へ空気が蓄積され、メインタンク 3内部が加圧されるようになっている。なお、第 1管路 1 3と第 2管路 1 2との接続部は上部旋回体 2 0に設けられており、連結部 1 0内には、この接続部より上流側の第 2管路 1 2が配設されている。これにより、エアポンプ 6を上部旋回体 2 0に設けた本構成においても連結部 1 0内に配置される配管を一本のみとすることができ、連結部 1 0内の構造が簡素化される。

さらに、第 1管路 1 3には圧力センサ（空気圧計測手段） 5が設けられており、第 1管路 1 3内の圧力を検出し、間接的にメインタンク 3内の圧力状態を検出するようになつている。

制御装置 1 1は、エアポンプ 6 , 第 1管路弁 1 5，第 2管路弁 1 4の動作を制御するためのものであり、フロートセンサ 9や圧力センサ 5からの入力信号に応じて、エアポンプ 6の作動 '停止及び第 1管路弁 1 5，第 2管路弁 1 4の開閉操作の組み合わせ制御を行うことで、エア及び燃料の流入方向や流入量を制御し、メインタンク 3からサブタンク 4への燃料移送量を調節できるようになつている。まず、圧力センサ 5によって検知されたメインタンク 3内の圧力が所定値未満である場合には、エアポンプ 6を作動させるとともに第 1管路弁 1 5を開弁し、メインタンク 3内を加圧する。そして、圧力センサ 5によって検知されたメインタンク 3内の圧力が所定値以上になった場合には、エアポンプ 6を停止させるとともに第 1管路弁 1 5を閉弁する。また、制御手段 1 1には演算手段 7が備えられており、演算手段 7はメインタンク 3内の燃料量の算出を行うようになっている。

また、サブタンク 4内の燃料が減少し、液面が一定レベルより下がると、フロ一卜センサ 9が発する信号に従って、制御装置 1 1が第 2管路弁 14を開弁する。このときメインタンク 3の内圧はサブタンク 4の内圧よりも高いので、メインタンク 3内の燃料は、第 2管路 1 2を通り第 2管路弁 14を介してサブタンク 4 へ移送される。サブタンク 4内の燃料量が増加し、液面が一定レベルを超えると、フロートセンサ 9が発する信号に従って、制御装置 1 1が第 2管路弁 14を閉弁する。

以下、図 2に示す制御フロー図を用いて、本液体燃料量計測装置によって行われる制御について具体的に説明する。なお、この処理は制御装置 1 1内部で処理されるメインフロー（図示略）に従属するフ口一となっているため、適宜繰り返して処理されるようになっている。また、以下の制御は、制御手段 1 1によって行われる。

まずステツプ S 1 1 0では、この時圧力センサ 5によって検出されたメイン夕ンク 3内の圧力を P i (a t m) とすると、この P iが第 1の規定圧 P _m i _n (所定圧）以上であるかどうかが判定される。 Pェが第 1の規定圧 P_{mi n}以上の場合にはステップ S 1 2 0以下のフロー、すなわち、メインタンク 3からサブタンク 4への燃料の移送制御を行うフロー（給油モード）へ進むが、 ₁が第1の規定圧 P_{m i n}に満たない場合にはステップ S 2 1 0以下のフロー、すなわち、ェアポンプ 6によってメインタンク 3内の圧力を上昇させるフロー（加圧モード）へ進む。なお、第 1の規定圧 P_{m i n}は、メインタンク 3内の燃料が、メインタンク 3 内とサブタンク 4内との圧力差によって、自動的に供給されうる値として設定されている。

加圧モードでは、まず、ステップ S 2 1 0では、エアポンプ 6を作動させる。そして次のステップ S 22 0で、第 1管路弁 1 5を開放する。この第 1管路弁 1 5を開くことで、エアポンプ 6によって加圧された空気が第 1管路 1 3を通ってメインタンク 3へと供給される。

次のステップ S 2 3 0では、この時圧力センサ 5によって検出されたメイン夕ンク 3内の圧力を P ₂ (a t m) とすると、この P ₂が第 2の規定圧 P_{ma x} (所定圧）以上であるかどうかが判定される。 P ₂が第 2の規定圧 P _{m a x}以上になつた場合にはステップ S 2 4 0へ進み、第 2の規定圧 P _{m a x}未満の場合には第 2の規定圧 P _{m a x}以上になるまでこのステップを繰り返すようになつている。なお、このステップで規定されている第 2の規定圧 P _{m a x}とは、ステップ S 1 1 0で親定されている第 1の規定圧 P _{m i n}よりも大きい値として設定されている（P _{m i n}

< P m a x ) 。

ステップ S 2 5 0では、エアポンプ 6を停止させる。この時、制御装置 1 1は、エアポンプ 6が作動を開始してから停止するまでにメインタンク 3内へ供給した空気の体積（ 1 a t m、すなわち大気圧下での体積） V ( 1 ) を算出する。なお、このメインタンク 3内へ供給した空気の体積は、エアポンプ 6から吐出された空気の体積（吐出量）と等しく、図 6のエアポンプ 6の吐出量性能表に示すように、吐出量はポンプの吐出圧力と対応関係がある。そこで、このような対応関係に基づき、予めマップを作成し（図 6参照）、ごのマップを用いて圧力センサ 5によって検出された圧力 (エアポンプ 6の吐出圧であってメインタンク 3 内の圧力に相当する）に応じて単位時間あたりの吐出量を算出することができる。このような吐出量の算出を所定周期（例えば、 0 . 3秒）で行い、エアポンプ 6が作動を開始してから停止するまでの吐出量を積算することによって、メインタンク 3内へ供給された空気の体積が求められる。つまり、本実施形態においては、圧力センサ 5、及び、エアポンプ 6の吐出圧 (すなわち、メインタンク 3内の圧力）とエアポンプ 6の吐出量との対応マップ（記憶手段）が、加圧手段によつて第 1容器へ供給された空気の体積を計測（或いは判定）する空気体積計測手段を構成していることになる。また、圧力センサ 5は、エアポンプ 6による吐出圧力（加圧圧力）を計測する加圧計測手段の機能も兼用していることにもなる。なお、空気圧計測手段と加圧計測手段とは、兼用させずに別個に設けられてもよい。例えば、空気圧計測手段としての圧力センサ 5とは別に、加圧計測手段としての圧力センサを第 1管路 1 3に設けることが考えられる。

また、本実施形態では、空気体積計測手段が、加圧圧力を計測する圧力センサ 5と、加圧圧力とメインタンク 3への供給体積との対応関係を記憶する対応マツプとを備えて構成されているが、メインタンク 3内へ供給された空気の体積を直接計測できる流量計を第 1管路 1 3に設けるようにしてもよい。

また、圧力センサ 5の圧力の検出周期をより短くして（例えば、 0. 1秒）、より精度よく供給した空気の体積を求めてもよい。

そして、ステップ S 26 0でメインタンク 3内の燃料量を算出する。なお、このステップの燃料量の算出は、主に演算手段 7によって行われる。メインタンク 3内の液体燃料量とメインタンク 3自身の体積は変化しないため、メインタンク 3内の空気の体積を V_a ( 1 ) とし、空気の温度変化は無視できる程度の微小なものとみなせば、気体の状態方程式から以下の式が成立する。

P！ · V_a+ 1 · V₁ = P ₂ · V_a · · · (式 1)

従って、 v_aは以下の式で与えられる。

V _a = V！ κ (p ₂ - p · · · (式 2)

ここで、メインタンク 3自身の体積を V _t ( 1 ) とすると、 V_tは常に一定であるから、メインタンク 3の体積からこの空気の体積 V_aを引いたものが、メインタンク 3内のその時の燃料量（体積） V_f ( 1 ) となる。

V _f = V _t- V_a · · · (式 3)

このように P iく P_{m i n}の場合には、エアポンプ 6によってメインタンク 3内へ供給された空気の体積とメインタンク 3内の圧力変化量とから、メインタンク 3内の燃料量が計測される。

メインタンク 3内の燃料量 V _fの算出が終わると、ステップ S 1 2 0以下のフ口一、すなわち、メインタンク 3からサブタンク 4への燃料の移送制御を行うフローへと進む。

メインタンク 3からサブタンク 4への燃料の移送を行うフローへ進んだ場合、又は、前述のメインタンク 3内の圧力を上昇させた後、 V_fの算出を終了させた場合、すなわちステップ S 1 2 0では、サブタンク 4内の燃料量を V _{f s}とすると、 V_{i s}が第 1の規定量 V_{m i n}未満かどうかが判定される。第 1の規定量 V_{m i} _n未満の場合にはステツプ S 1 3 0へ進み、また第 1の規定量 V_{m i n}以上の場合にはサブタンク 4内の燃料が消費されて第 1の規定量 V_{m i n}未満になるまでこのステップを繰り返す。このフローの判定に用いられる第 1の規定量 V_{m i n}とは、エンジン 2の駆動に支障なく燃料を供給することができる、サブタンク 4内の燃料液面の目標下限値を表す量であり、燃料液面がこの目標下限値を下回るまでこのステップを繰り返し、燃料液面がこの目標下限値を下回るとステップ S 1 3 0 へ進むようになつている。

ステップ S 1 3 0では、第 2管路弁 14を開に制御する。この時メインタンク 3内の圧力 P ₂はステップ S 1 1 0で規定されている第 1の規定圧 P_{m i n}よりも大きいため、第 2管路弁 14を開くことで燃料がメインタンク 3側からサブタンク 4側へと自動的に流出し、燃料がサブタンク 4へと移送される。そして、ステップ S 140へと進む。

ステップ S 140では、サブタンク 4内の燃料量が第 2の規定量 V_max以上かどうかが判定される。第 2の規定量 V_max以上の場合にはステップ S 1 5 0へと進み、第 2の規定量 V_max未満の場合には第 2の規定量 V_{ma x}以上になるまでこのステップを繰り返す。このフローに用いられる第 2の規定量 V_maxとは、ェンジン 2の駆動に支障なく燃料を移送することができる、サブタンク 4内の燃料液面の目標上限値を表す値であり、燃料液面がこの目標上限値を上回るまでこのステツプを繰り返し、燃料液面がこの目標上限値を上回るとステップ S 1 5 0へ進むようになっている。そして、ステップ S 1 5 0では第 2管路弁 14を閉に制御してステップ S 1 6 0へ進む。

ステップ S 1 6 0は、燃料をメインタンク 3からサブタンク 4へ移送した後、メインタンク 3内の燃料量を算出するフローである。このステップの燃料量の算出は、主に演算手段 7によって行われる。ここでは、メインタンク 3からサブタンク 4へ移送された燃料供給回数 Nをカウントし、一回あたりの燃料供給量に燃料供給回数 Nを乗じることで、メインタンク 3からサブタンク 4へ移送された供給燃料量の合計を算出する。

なお、一回あたりの燃料供給量を V_nとすると、 V_nは以下の式によって与えられる。

V_n = V_max-V_{m i n} · · · (式 4)

従って、以下の式に示す通り、上記のステップ S 2 6 0で算出された、メインタンク 3内の燃料量 V_fから、 V_nを燃料供給回数 N分だけ減ずることで、このステップにおけるメインタンク 3内の燃料量 V _f 'を算出する。そして、このフローを終了する。

V _f ' = V _f - N · V _n · · · (式 5 )

以上のような制御により、本発明の一実施形態による液体燃料量計測装置によれば、次のような作用及び効果が得られる。

まず、上述のフローに従って制御が行われるとき、圧力センサ 5によって検出されたメインタンク 3内の圧力 P iが第 1の規定圧 P _{m i n}に満たない場合、すなわち、 P i P m i _nの場合には、制御装置 1 1がエアポンプ 6を起動して第 1管路弁 1 5を開放するように制御を行う。エアポンプ 6で加圧された空気がメインタンク 3内へ供給され、メインタンク 3内の圧力が第 2の規定圧 P _{m a x}以上の P ₂になると、制御装置 1 1はエアポンプ 6を停止させて第 1管路弁 1 5を閉じる。メインタンク 3内の液体燃料量とメインタンク 3自身の体積は変化しないから、メインタンク 3内の空気の体積 V _aは、式 2で与えられ、メインタンク 3内のその時の燃料量 V _fが、式 3によって与えられる。

このように P i P m i _nの場合には、エアポンプ 6によってメインタンク 3内へ空気が供給され、その供給された空気の体積とメインタンク 3内の圧力変化量とから、メインタンク 3内の燃料量を正確に計測することができる。

一方、 Pェが第 1の規定圧 P _{m i n}以上ある場合、すなわち、 P

の場合、サブタンク 4内の燃料が十分に残っているかどうかが判定される。サブタンク 4内のフロートセンサ 9によって検知される燃料液面が低く、燃料が十分でないと判断されると、メインタンク 3からサブタンク 4へ燃料を供給するために制御装置 1 1が第 2管路弁 1 4を開放するよう制御する。この場合、メインタンク 3内の空気の圧力が P _{m i n}以上あるため、第 2管路弁 1 4が開放されると、メインタンク 3内とサブタンク 4内との圧力差によって燃料が自動的にサブタンク 4 へ供給される。そして、フロートセンサ 9によって検知される燃料液面が高くなり、燃料が十分に移送されたと判断されると、制御装置 1 1が第 2管路弁 1 4を閉鎖し、メインタンク 3からサブタンク 4への燃料移送を停止する。ここで、フロートセンサ 9によって検知されるサブタンク 4内の燃料液面の高低を判断する閾値は常に一定であるため、メインタンク 3からサブタンク 4への一回の燃料供給量は常に一定であり、その量は式 4によって与えられる。また、制御装置 1 1 は、メインタンク 3からサブタンク 4へ移送された燃料供給回数 Nをカウントし、一回あたりの燃料供給量 V _nに燃料供給回数 Nを乗じてメインタンク 3からサブタンク 4へ供給された供給燃料量を算出する。そして、式 5に従ってメイン夕ンク 3内の燃料量 V _fからこの供給燃料量を減ずることで、供給後のメインタンク 3内の燃料量 V _f 'を正確に算出することができる。

上述のように、本液体燃料量計測装置によれば、メインタンク 3内の圧力が規定値未満の時は、メインタンク 3内の圧力を上昇させ加圧空気の体積を算出することで、メインタンク 3内の燃料量を算出することができ、また、メインタンク 3内の圧力が規定値以上の時は、メインタンク 3からサブタンク 4へ供給された燃料量を算出して、メインタンク 3内の燃料量を算出することができる。また、算出された燃料量は、メインタンク 3の形状や傾きによらない正確なものとなるまた、メインタンク 3とサブタンク 4とが第 2管路によって連通接続され、メインタンク 3とサブタンク 4との距離に関わらず、各々のタンク内の燃料量を正確に把握でき、燃料の移送を確実に行うことができる。また、メインタンク 3とエアポンプ 6とが第 1管路によって連通接続されているため、メインタンク 3とエアポンプ 6との距離に関わらず、適切にメインタンク 3内の加圧を行うことができる。

また、第 1管路 1 3と第 2管路 1 2とを接続させるとともに.、第 1管路弁 1 5 と第 2管路弁 1 4とを設けて各々の開閉を制御することで第 1管路 1 3と第 2管路 1 2との接続部よりメインタンク 3側の第 2管路を燃料移送路及び空気供給路として兼用することができ、配管構造を簡素化できる。また、エアポンプ 6による加圧時以外は管路内に燃料が充填されたまま管路内の圧力が下がらないため、管路内のさびの発生を防止することができる。

また、メインタンク 3を下部走行体 3 0に配置することで、上部旋回体 2 0を小さく設計することができ、上部旋回体 2 0の旋回半径を小さくできる。また、メインタンク 3が上部旋回体 2 0に設けられる構成と比較して、旋回に必要なェネルギーを小さくすることができる。さらに、燃料タンクが下部走行体 3 0に設けられることで、作業機械全体の重心を下げることができ、車体を安定させることができる。またこのとき、信号線をスィベル部分で接続するために、上部旋回体 2 0と下部走行体 3 0との間にスリップリングを設ける必要がないため、上部旋回体と下部走行体との連結部の構造を簡素なものとすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の実施形態において、制御装置 1 1によって制御されるフローは、給油モードと加圧モードとを備えており、制御装置 1 1は何れかのモードを選択して第 1管路弁 1 5、第 2管路弁 1 4及びエアポンプ 6を制御しているが、何れかのモ —ドのみを持つ構成も考えられる。

例えば、図 3に示す液体燃料量計測装置は、上述の実施形態における加圧モードのみを備え、その機能に特化した構成となっている。なお、図 1の実施形態と同一の構成要素は、同一の符号で示している。

図 3に示す液体燃料量計測装置は、液体燃料を内部に貯蔵するメインタンク（第 1容器)' 3と、メインタンク 3内へ空気を供給してメインタンク 3内の空気圧を上昇させるエアポンプ（加圧手段） 6と、メインタンク 3内の空気圧を計測する圧力センサ（空気圧計測手段） 5と、メインタンク 3とエアポンプ 6とを連通接続する第 1管路 1 3と、メインタンク 3内の液体燃料の体積を演算する演算手段 7とを備えて構成されている。

圧力センサ 5は、メインタンク 3の壁面に設けられて、メインタンク 3内の空気の圧力状態を直接検出できるようになつている。なお、上述の実施形態と同様に、圧力センサ 5が第 1管路 1 3に設けられて、第 1管路 1 3内の圧力から間接的にメインタンク 3内の圧力状態を検出するように構成してもよい。

また、圧力センサ 5が、エアポンプ 6によって第 1管路 1 3を介してメイン夕ンク 3内へ供給された空気の体積を計測する空気体積計測手段を兼用しているとともに、演算手段 7が、この空気体積計測手段としての圧力センサ 5で計測された空気の体積と、メインタンク 3内の空気圧から算出される空気圧の変化量とから、メインタンク 3内の液体燃料の体積を演算するように構成されている。

ここで、エアポンプ 6によってメインタンク 3内へ供給された空気の体積は、エアポンプ 6から吐出された空気量（吐出量）に等しく、また、エアポンプ 6の空気の吐出量はエアポンプ 6の吐出圧力と対応関係を有するため、図 6に示すようなマップを用いれば、エアポンプ 6によってメインタンク 3内へ供給された空気の体積を算出することができる。そして、上述の（式 1 ) ~ (式 3 ) に基づいて、メインタンク 3内の燃料量を計測することができる。

一方、図 4に示す液体燃料量計測装置は、上述の実施形態における給油モードのみを備え、その機能に特化した構成となっている。なお、図 1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付している。

図 4に示す液体燃料量計測装置は、液体燃料を貯蔵するメインタンク（第 1容器） 3と、メインタンク 3に接続されたサブタンク（第 2容器） 4と、メイン夕ンク 3とサブタンク 4とを連通接続する第 2管路 1 2と、メインタンク 3内の液体燃料を第 2管路 1 2を介してサブタンク 4へ移送する第 2管路弁（移送手段） 8と、サブタンク 4内の液体燃料の残量を検知するフロートセンサ（検知手段） 9と、フロート 9からの情報に基づいて第 2管路弁 8を制御する制御装置（制御手段） 1 1と、メインタンク 3内の液体燃料の体積を演算する演算手段 7とを備えて構成されている。

演算手段 7は、メインタンク 3からサブタンク 4へ液体燃料が移送された回数から、メインタンク 3内の液体燃料の体積を演算するようになっている。

また、フロートセンサ 9は、サブタンク 4内に設けられて、センサ先端のフロ —トの位置に基づいてサブタンク 4内に貯蔵されている燃料量を検知するようになっている。

また、制御装置 1 1は、第 2管路弁 8の開閉を制御する。サブタンク 4内の燃料が減少して、液面が一定レベルより下がると、フロートセンサ 9が発する信号に従って、制御装置 1 1が第 2管路弁 8を開弁する。そして、メインタンク 3内の燃料は、第 2管路 1 2を通り第 2管路弁 8を介してサブタンク 4へ移送される。サブタンク 4内の燃料量が増加し、液面が一定レベルを超えると、フロートセンサ 9が発する信号に従って、制御装置 1 1が第 2管路弁 8を閉弁する。なお、メインタンク 3内の内圧は、予めサブタンク 4内の内圧よりも高く設定してあるここで、フロートセンサ 9によって検出されるサブタンク 4内の液面レベルは常に一定であるため、演算装置 7によって、一回あたりの燃料供給量（すなわち、メインタンク 3からサブタンク 4へ移送される燃料量）に燃料供給回数 Nを乗じられて、メインタンク 3からサブタンク 4へ移送された燃料供給量の合計を算出することができる。

なお、このような構成の液体燃料量計測装置を図 1及び図 5に示す作業機械に適用することもできる。この場合、メインタンク 3が下部走行体 3 0に備えられるとともにサブタンク 4が上部旋回体 2 0に備えられることが好ましい。

このように、図 3に示す液体燃料量計測装置の構成によれば、本実施形態の加圧モードに対応した制御を行うことができ、また図 4に示す液体燃料量計測装置の構成によれば、本実施形態の給油モードに対応した制御を行うことができる。また、本発明の液体燃料量計測装置及び液体燃料量計測方法は、作業機械のみに実施されるものではなく、正確な液体燃料量を計測するためのあらゆる液体燃料量計測装置に適用することができる。産業上の利用可能性

本発明に係る液体燃料量計測装置及び液体燃料量計測方法は、従来の建設作業用機械の分野だけでなく、液体燃料量を計測する必要のある機械全般に広く適用できるので、その有用性は極めて高いものと考えられる。

Claims

請求の範囲

1. 液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器（3) と、

該第 1容器内（3) へ空気を供給して該第 1容器（3) 内の空気圧を上昇させる加圧手段（6) と、

該第 1容器（3) 内の空気圧を計測する空気圧計測手段（5) と、

該第 1容器（3) と該加圧手段（6) とを連通接続する第 1管路（ 1 3) と、該第 1容器（3) と接続された第 2容器（4) と、

該第 1容器（3) と該第 2容器（4) とを連通接続する第 2管路（ 1 2) と、該第 1容器（3) 内の液体燃料を該第 2管路（ 1 2) を介して該第 2容器（4 ) へ移送する移送手段（14, 8) と、

該第 2容器（4) 内の液体燃料の減少を検知する検知手段（9) と、該空気圧計測手段（5) と該検知手段（9) とからの情報に基づいて、加圧モ ―ドか給油モードか何れかのモ一ドを選択して該移送手段（ 1 4， 8 ) と該加圧手段（6) とを制御する制御手段と、

該加圧手段（6) によって該第 1管路（1 3) を介して該第 1容器（3) 内へ供給された空気の体積を計測する空気体積計測手段と、

該加圧モード時には該空気体積計測手段によって計測された空気の体積と該空気圧計測手段（5) によって計測された該第 1容器（3) 内の空気圧から算出される空気圧の変化量とから該第 1容器（3) 内の液体燃料の体積を演算し、該給油モード時には該第 1容器（3) から該第 2容器（4) へ液体燃料が移送された回数から該第 1容器（3) 内の液体燃料の体積を演算する演算手段（7) とを備えたことを特徴とする、液体燃料量計測装置。

2. 液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器（3) と、

該第 1容器（3) 内へ空気を供給して該第 1容器（3) 内の空気圧を上昇させる加圧手段（6) と、

該第 1容器（3) と該加圧手段（6) とを連通接続する第 1管路（ 1 3.) と、該加圧手段（6) によって該第 1管路（1 3) を介して該第 1容器（3) 内へ供給された空気の体積を計測する空気体積計測手段と、

該空気体積計測手段で計測された空気の体積と該空気圧計測手段（5) によつて計測された該第 1容器（3) 内の空気圧から算出される空気圧の変化量とから該第 1容器（3) 内の液体燃料の体積を演算する演算手段（7) と

を備えたことを特徴とする、液体燃料量計測装置。

3. 液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器（3) と、

該第 1容器（3) と接続された第 2容器（4) と、

該第 1容器（3) と該第 2容器（4) とを連通接続する第 2管路（1 2) と、該第 1容器（3) 内の液体燃料を該第 2管路（1 2) を介して該第 2容器（4 ) へ移送する移送手段（14， 8) と、

該第 2容器（4) 内の液体燃料の残量を検知する検知手段（9) と、該検知手段（9) からの情報に基づいて該移送手段（14, 8) を制御する制御手段（1 1) と、

該第 1容器（3) から第 2容器（4) へ液体燃料が移送された回数から該第 1 容器（3) 内の液体燃料の体積を演算する演算手段（7) と

を備えたことを特徴とする、液体燃料量計測装置。

4. 該空気体積計測手段が、該加圧圧力を計測する加圧計測手段（5) と、該加圧圧力と該第 1容器（3) への供給体積との対応関係を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする、請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項記載の液体燃料量計測装置。

5. 該空気圧計測手段（5) が該加圧計測手段（5) を兼用している

ことを特徴とする、請求の範囲第 4項記載の液体燃料量計測装置。

6. 該第 1管路（1 3) 内の流通を調整する第 1管路弁（1 5) と、

該第 2管路（ 1 2) 内の流通を調整する第 2管路弁（14) とを備え、該第 1管路（ 1 3) の該第 1管路弁（1 5) よりも該第 1容器（3) 側の部分と、該第 2管路（1 2) の第該 2管路弁（14) よりも該第 1容器（3) 側の部分とがー本に集合している

ことを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の液体燃料量計測装置。

7. 下部走行体（3 0) と該下部走行体（3 0) に連結部（ 1 0) を介して旋回可能に取付けられた上部旋回体（2 0) とを備えた作業機械（ 1) に設けられ、該第 1容器（3) は該下部走行体（3 0) に主燃料タンクとして設けられ、該第 2容器（4) は該上部旋回体（2 0) に補助燃料タンクとして設けられている

ことを特徴とする、請求の範囲第 6項記載の液体燃料量計測装置。

8. 液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器（3) と、

該第 1容器（3) と該第 2容器（4) とを連通接続する第 2管路（1 2) と、該第 1容器（3) 内の液体燃料を該第 2管路（1 2) を介して該第 2容器（4 ) へ移送する移送手段（14， 8) とを備え、

該第 1容器 (3) 内の空気圧が所定圧未満の時には、該加圧手段 (6) によつて該第 1管路 (1 3) を介して該第 1容器 (3) 内へ空気を供給し、この供給された空気の体積とこの空気供給による該第 1容器（3) 内の空気圧の変化量とを検出或いは算出し、これらの空気の体積と空気圧の変化量とから該第 1容器（3 ) 内の液体燃料の体積を演算し、

該第 2容器（4) 内の液体燃料が所定量未満の時には、該移送手段（14, 8 ) によって該第 2管路（1 2) を介して該第 1容器（3) から該第 2容器（4) へ所定量の液体燃料の移送を行い、この液体燃料の移送回数に基づいて該第 1容器（3) 内の液体燃料の体積を演算することを特徴とする、液体燃料量計測方法

9. 液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器（3) と、

該第 1容器（3) 内へ空気を供給して該第 1容器内（3) の空気圧を上昇させる加圧手段（6) と、

該第 1容器（3) と該加圧手段（6) とを連通接続する第 1管路（1 3) とを備え、

該加圧手段（6) によって該第 1管路（1 3) を介して該第 1容器（3) 内へ空気を供給し、この供給された空気の体積とこの空気供給による該第 1容器（3 ) 内の空気圧の変化量とを検出或いは算出し、これらの空気の体積と空気圧の変化量とから該第 1容器（3) 内の液体燃料の体積を演算することを特徴とする、液体燃料量計測方法。

1 0. 液体燃料を内部に貯蔵する第 1容器（3) と、

該第 1容器（3) と接続された第 2容器（4) と、

該第 1容器（3) と該第 2容器（4) とを連通接続する第 2管路（ 1 2) と、該第 1容器（3) 内の液体燃料を該第 2管路（1 2) を介して該第 2容器（4

) へ移送する移送手段（1 4， 8) とを備え、

該移送手段（14, 8) によって該第 2管路（ 1 2) を介して該第 1容器（3

) から該第 2容器（4) へ所定量の液体燃料の移送を行い、この液体燃料の移送回数に基づいて該第 1容器（3) 内の液体燃料の体積を演算することを特徴とする、液体燃料量計測方法。