JP4179726B2

JP4179726B2 - Construction machinery data processing equipment

Info

Publication number: JP4179726B2
Application number: JP2000065918A
Authority: JP
Inventors: 公一川村; 誠哉羽賀
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP2001011900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械におけるエンジンの負荷状態に係るデータを収集して処理する建設機械のデータ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル、ブルドーザ等の建設機械においては、そのエンジンの点検、整備を計画的に行うために、エンジンのオーバーホール時期、言い換えればエンジン寿命を正確に予測することが極めて重要である。しかし、同一型式のエンジンを搭載している同一機種の建設機械であっても、個々の車両毎にその使用環境、稼働状況が大きく異なることから、各車両毎にエンジン寿命の予測を正確に行うことは極めて困難である。
【０００３】
従来、エンジンの負荷状態に係るデータを長期間にわたって収集し、その経時的な変化からエンジンの寿命予測を行うことが試みられている。しかしながら、このような方式は、エンジンが一定の負荷で連続して運転されている場合には有効な方法であっても、エンジン負荷が時間の経過に伴って変動する場合には適用するのが極めて困難である。
【０００４】
これを解決するものとして、本出願人の提案になる先願発明（エンジン並びに熱源を有する機械の寿命予測装置；特開平１１−２１１６２２号公報）がある。この先願発明においては、エンジンに加わる負荷を示す稼働パラメータを複数の各レベルに分割することにより負荷マップを設定し、この負荷マップの各レベル毎にそのレベルに属する稼働パラメータの値が検出されている時間を積算し、この積算時間に基づいてエンジンに加えられた実際の被害量を演算するようにし、この演算された被害量に対応するエンジン寿命を、予め設定される被害量の大きさと寿命の長さとの対応関係から求めるように構成されている。ここで、前記稼働パラメータとしては、エンジン回転数と出力トルク（もしくは燃料噴射量）等が選択されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記先願発明では、エンジン回転数の検出については基本性能制御のために装着されているエンジン回転数センサからの検出データを利用することができるものの、出力トルクの検出については新たにラック位置センサもしくはポンプ斜板センサ等の専用のセンサを追加する必要があって、コスト高を招いてしまうという問題点がある。
【０００６】
一方、このような専用のセンサを追加せずに出力トルクを推定する方法もある。すなわち、予めコントローラ内に図９（ａ）に示されるようなエンジン出力特性線図のノミナル線を記憶させておき、エンジン回転数センサにより検出される実回転数Ｎａから出力トルクＴ’を推定する方法である。ところが、この推定方法を用いた場合には検出精度を確保するのが困難で、図９（ｂ）に示されるように検出負荷と実際の負荷との間に逆転が生じ得るという問題点がある。すなわち、この図９（ｂ）において、実線にて示される理想線に対しレギュレーションのばらついた鎖線Ａおよび鎖線Ｂにて示される２つのエンジンデータを比較した場合、エンジン回転数Ｎａ（Ａ），Ｎａ（Ｂ）に対する実トルクＴ（Ａ），Ｔ（Ｂ）はＴ（Ａ）＞Ｔ（Ｂ）の関係にあるにもかかわらず、推定トルクＴ’（Ａ），Ｔ’（Ｂ）はＴ’（Ａ）＜Ｔ’（Ｂ）の関係となって、実トルクの大小と推定トルクの大小との間に逆転が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、センサの追加によるコストアップを招くことなく、しかもエンジン出力トルクのばらつきに依らずに負荷状態を記憶することができ、この記憶データに基づきエンジンの寿命予測の算出などのデータ処理も行うことのできる建設機械のデータ処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による建設機械のデータ処理装置は、
建設機械におけるエンジンの負荷状態に係るデータを収集して処理する建設機械のデータ処理装置であって、
（ａ）エンジンの無負荷時回転数とエンジンの実回転数とを検出する検出手段、
（ｂ）エンジンの無負荷時回転数の値よりなる第１パラメータ値を横軸にし、エンジンの無負荷時回転数と実回転数の差の値よりなる第２パラメータ値を縦軸にして、負荷マップを作成し、前記検出手段により検出される無負荷時回転数と実回転数とから、前記第１パラメータ値と、前記第２パラメータ値との組み合わせを前記作成された負荷マップの複数の領域に振り分けることにより負荷マップを設定する負荷マップ設定手段および
（ｃ）この負荷マップ設定手段により設定される負荷マップの各領域毎に、一定時間が経過するまでのそれら第１パラメータ値および第２パラメータ値の検出時間を積算演算するとともに、この演算結果をその負荷マップの各領域毎に記憶する演算・記憶手段
を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、まず、エンジンの無負荷時回転数の値よりなる第１パラメータ値を横軸にし、エンジンの無負荷時回転数と実回転数の差の値よりなる第２パラメータ値を縦軸にして、負荷マップが作成され、検出手段により検出される無負荷時回転数と実回転数とから、前記第１パラメータ値と前記第２パラメータ値との組み合わせが、複数のレベルに応じて分割された各領域に振り分けられて、エンジンの負荷状態を示す負荷マップが設定される。そして、この負荷マップの各領域内には、一定時間が経過するまでの前記第１パラメータ値および第２パラメータ値が検出されている時間が積算演算され、この演算結果がその負荷マップの各領域毎に記憶される。本発明によれば、従来から基本性能制御のために用いられている例えばエンジン回転数センサ、ガバナ位置センサを利用して前記第１パラメータ値および第２パラメータ値を得ることができるので、新たなセンサの追加によるコストアップを招くことなく、エンジンの負荷状態に係るデータを得ることができる。また、従来のようにエンジン負荷（出力馬力）の絶対値を検出するのではなく、無負荷時回転数と、無負荷時回転数と実回転数の差との関係を負荷マップとして記憶して、この負荷マップをパターンとして認識するようにされているので、検出精度による影響を受けることなくエンジンの負荷状態を記憶することができ、また複数のデータ間の逆転現象も防止することができる。
【００１０】
本発明の考え方によれば、例えば図１（ａ）に示されるように、エンジン回転数（Ｎａ）−トルク（Ｔ）線図において、スロットル大で負荷大の点Ｐ_１、スロットル大で負荷小の点Ｐ_２、スロットル小で負荷大の点Ｑ_１、スロットル小で負荷小の点Ｑ_２は、図１（ｂ）に示される無負荷時回転数（Ｎ_０）と無負荷時回転数と実回転数の差（Ｎ_０−Ｎａ）との負荷マップにおいてはそれぞれＰ_１’，Ｐ_２’，Ｑ_１’，Ｑ_２’に位相されることになって、エンジンの出力トルクにばらつきがあったとしても、Ｎ_０−ＮａおよびＮ_０の絶対値が変わるだけでマップパターンは変わることはないので、従来例の図９（ｂ）で説明したような問題が生じることはない。
【００１１】
本発明においては、さらに、前記負荷マップの各領域毎に、前記演算・記憶手段にて演算される積算時間に対して重み付けを行うとともに、この重み付けされた積算時間に基づき前記一定時間が経過するまでの間にエンジンに加えられた実際の被害量を演算する被害量演算手段と、前記被害量の大きさとエンジン寿命との対応関係を予め設定する対応関係設定手段と、この対応関係設定手段により設定される対応関係に基づき、前記被害量演算手段により演算される実際の被害量に対応するエンジン寿命を求める寿命予測手段とを備えるのが好ましい。このようにしたものでは、演算・記憶手段にて演算される積算時間に重み付けがされて、一定時間が経過するまでの間にエンジンに加えられた実際の被害量が演算され、この被害量の大きさとエンジン寿命との対応関係に基づき、寿命予測手段によってエンジン寿命が求められる。こうして、前述のエンジン負荷状態に係るデータに基づいてエンジン寿命の予測値を数値化することができる。
【００１２】
本発明においては、前記演算・記憶手段に記憶されているデータが外部から読み出し可能とされているのが好ましい。こうすることでエンジンの負荷状態に係るデータを外部のパソコンやＩＣメモリに取り込んで処理することができ、また表示装置に表示してデータ内容を視覚を通して見ることができる。
【００１３】
さらに、本発明においては、前記演算・記憶手段に記憶されているデータを送受信する第１の送受信手段と、この第１の送受信手段と離隔した位置に設けられその第１の送受信手段との間でデータの授受を行う第２の送受信手段と、この第２の送受信手段にて受信されるデータを処理するデータ処理手段と、このデータ処理手段により処理されたデータを表示する表示手段とを備える構成とすることもできる。このように構成したものでは、複数の建設機械における、エンジンの負荷状態に係るデータを、それら建設機械から離隔した遠隔地で一括して処理し、記憶させることができる。したがって、複数の種類の異なる建設機械が広範な領域に点在している場合であっても、それら建設機械の保守を行う作業者がその建設機械の元に赴かなくても、前記データを１箇所の基地局に集めて記憶させることができ、作業者もしくは管理者がその基地局に居ながらにして複数の建設機械の負荷データを得ることができる。また、得られた負荷データに基づき、エンジン寿命の予測値を求めて、機器類、部品類等のオーバーホールや交換時期を予測することができる。こうして、各建設機械に対して、適切な時期に必要なサービスを行うことが可能であり、機械の故障によって作業不能になるといった事態の発生を未然に防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による建設機械のデータ処理装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図２には、油圧ショベルに適用した本発明の第１実施例に係る建設機械のデータ処理装置のシステム構成図が示されている。
【００１６】
本実施例の油圧ショベルにおいては、エンジン１と、このエンジン１によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ２とが設けられるとともに、この油圧ポンプ２の吐出圧油が流入されることによって駆動される油圧シリンダ３が設けられ、更に油圧ポンプ２から油圧シリンダ３に至る油圧回路中に流量制御弁４が設けられている。この流量制御弁４は、そのスプールストローク位置に応じて開口面積を変化させることにより、油圧ポンプ２から吐出される圧油の流量を変化させ、この流量が変化された圧油を油圧シリンダ３に供給するように構成されたもので、操作レバー５の操作位置に応じたパイロット圧がパイロットライン６を介してその流量制御弁４の入力ポートに供給されることで操作される。また、前記油圧ポンプ２には、その斜板２ａの位置（傾転角位置）を変化させることによって油圧ポンプ２から吐出される圧油の流量を変化させる斜板駆動機構部７が付設されている。なお、図２においては、油圧シリンダ３、流量制御弁４および操作レバー５がそれぞれ一つだけ示されているが、実際には、油圧ショベルには、ブーム、アーム、バケット等の各種作業機が付設されており、これら各作業機毎にそれら油圧シリンダ３等が設けられている。
【００１７】
前記エンジン１には、このエンジン１に燃料を供給する燃料噴射ポンプのガバナ８が付設され、このガバナ８にはそのガバナ８の駆動位置（コントロールレバー位置）、言い換えればガバナ８を駆動するモータの回転角度を検出するポテンショメータとしてのガバナ位置センサ９が設けられている。また、エンジン１の出力軸には、エンジン１の実回転数Ｎａを検出するエンジン回転数センサ１０が設けられている。なお、前記ガバナ位置センサ９によってエンジン１の無負荷時の回転数が検出される。
【００１８】
前記ガバナ位置センサ９およびエンジン回転数センサ１０からの検出信号はエンジン１の負荷状態を示すデータとしてコントローラ１１に入力される。コントローラ１１では、これら入力データを処理して後述する負荷マップを作成、記憶し、必要に応じてその負荷マップ等が外部のモニタ１２に表示される。なお、このモニタ１２には、各種作業に応じた適正な作業モードを選択、指示するモードスイッチ１２ａが設けられている。
【００１９】
図３には、本実施例における機能ブロック図が示されている。
【００２０】
前記コントローラ１１には、入力部１３、演算部１４、負荷マップ設定部（負荷マップ設定手段）１５、記憶部１６が備えられている。前記入力部１３には、エンジン回転数センサ１０からのエンジン１の実回転数検出信号が入力されるとともに、ガバナ位置センサ９からのエンジン１の無負荷時回転数検出信号が入力され、演算部１４では、これら入力信号に基づき、負荷マップ設定部１５にて設定される負荷マップの各領域毎に後述するような所要の演算が実行され、この演算結果が記憶部１６に記憶され、この記憶内容が読み出し部１７を介して前述のモニタ１２等の表示部１８に表示される。なお、本実施例における演算部１４および記憶部１６が、本発明における演算・記憶手段に対応する。
【００２１】
次に、前記コントローラ１１内で実行されるデータ処理の手順を順次説明する。
【００２２】
まず、入力部１３に入力されるエンジン１の実回転数検出信号およびエンジン１の無負荷時回転数検出信号に基づき、負荷マップ設定部１５においては、無負荷時回転数（Ｎ_０）を第１パラメータ値とし、無負荷時回転数（Ｎ_０）と実回転数（Ｎａ）との差（Ｎ_０−Ｎａ＝Ｎ_１）を第２パラメータ値として、第１パラメータ値を横軸、第２パラメータ値を縦軸とする負荷マップＣを作成する。図４に示されるように、この負荷マップＣにおいては、第１パラメータ値と第２パラメータ値とが複数の各領域に分割されることになる。すなわち、この図４の例では、第１パラメータ値は、Ｎ_０１，Ｎ_０２，Ｎ_０３，……Ｎ_０９の９段階のレベルに分割されるとともに、第２パラメータ値は、Ｎ_１１，Ｎ_１２，Ｎ_１３，……Ｎ_１９の９段階のレベルに分割され、これら各レベル同士の組み合わせによって９×９＝８１の領域が定められることになる。なお、この負荷マップの分割数は適宜設定することができる。
【００２３】
次に、エンジン１が稼働中であると判断されると、演算部１４において前記第１パラメータ値（Ｎ_０）および第２パラメータ値（Ｎ_０−Ｎａ＝Ｎ_１）が所定間隔（例えば１ｓ）毎に検出、演算される。次いで、これら第１パラメータ値および第２パラメータ値の検出値に基づき、負荷マップの各領域毎に、これら領域に属する各パラメータ値の検出回数（検出時間）が一定時間を経過するまでカウントされる。
【００２４】
こうして、一定時間が経過するまでの各パラメータ値の検出累積時間（Ｈ）を演算することにより、図４に示されているように、エンジン１がどのような負荷状態で使用されていたかをパターンとして認識することができる。
【００２５】
この演算部１４における演算結果は記憶部１６にて記憶され、この記憶内容は必要に応じて読み出し部１７を通して外部の表示部１８に表示される。この表示データを見ることで、エンジン１の使われ方が一目瞭然にわかり、このデータをエンジン１の被害量の予測データとして役立てることができる。
【００２６】
本実施例によれば、従来既設のエンジン回転数センサ、ガバナ位置センサを利用して第１パラメータ値および第２パラメータ値を得ることができ、これらパラメータ値を用いてエンジン１の負荷状態を検出、記憶することができるので、従来のようにエンジン１の出力トルクを検出するためにラック位置センサやポンプ斜板センサ等を追加する必要がなく、コストアップを抑えることができる。また、負荷マップとして、エンジン負荷（出力馬力）の絶対値ではなく、無負荷時回転数（Ｎ_０）と、無負荷時回転数（Ｎ_０）と実回転数（Ｎａ）との差（Ｎ_０−Ｎａ＝Ｎ_１）との関係を記憶しているので、検出精度による影響を受けることなくエンジンの負荷状態を記憶することができ、これによってエンジンの出力トルクにばらつきがあった場合でも検出値と実際の負荷とが逆転するのを回避することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施例について説明する。図５には、この第２実施例の機能ブロック図が示されている。
【００２８】
本実施例において、コントローラ（建設機械コントローラ）１１の構成およびその処理内容については第１実施例と同様である。したがって、第１実施例と共通する部分には図に同一符号を付すに止めてその詳細な説明を省略することとし、以下、本実施例に特有の点についてのみ説明する。
【００２９】
本実施例においては、建設機械の車体側に、建設機械コントローラ１１に付設してデータ通信コントローラ１９と建設機械側送受信機（第１の送受信機）２０が設けられ、この建設機械とは離隔した位置に基地局コントローラ１１Ａが設けられるとともに、この基地局コントローラ１１Ａに付設してやはりデータ通信コントローラ２１と基地局側送受信機（第２の送受信機）２２が設けられている。また、前記基地局コントローラ１１Ａには、演算部（データ処理手段）１４Ａと、記憶部１６Ａとが備えられるとともに、この記憶部１６Ａに記憶された記憶内容が読み出し部１７を解してモニタ等の表示部１８に表示されるようになっている。
【００３０】
このような構成において、建設機械コントローラ１１の記憶部１６に記憶されたエンジンの負荷状態に係るデータはデータ通信コントローラ１９を介して建設機械側送受信機２０から基地局側送受信機２２へ送信され、この基地局側のデータ通信コントローラ２１を介して基地局コントローラ１１Ａ内の記憶部１６Ａに取り込まれ、演算部１４Ａにてデータ処理がなされる。こうして、この基地局コントローラ１１Ａの記憶部１６Ａの記憶内容は読み出し部１７を介して表示部１８に表示される。したがって、基地局の表示部１８に表示されたデータを見ることで、エンジン１の使われ方が一目瞭然にわかり、このデータをエンジン１の被害量の予測データとして役立てることができる。
【００３１】
本実施例によれば、複数の建設機械が広範な領域に点在して作業を行っている場合であっても、各建設機械におけるエンジンの負荷状態に係るデータを、それら建設機械から離隔した基地局で一括して処理し、記憶し、表示することができる。したがって、建設機械の保守を行う作業者や保守管理者が建設機械の元に赴かなくても、その基地局に居ながらにして複数の建設機械の負荷データを得ることができるという利点がある。
【００３２】
なお、本実施例では、建設機械から基地局へのデータ転送を通信手段を用いて行うものとしたが、勿論ＩＣカードやＩＣメモリ等にデータ転送を行うようにする実施例も可能である。
【００３３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。前記各実施例においては、負荷マップの各領域毎に各パラメータ値の検出累積時間を演算してその演算値を記憶するデータ処理について説明したが、このようにして得られた演算値から、エンジン１の実際の被害量を数値化し、更にその被害量に対応するエンジン寿命を数値化して出力するようにできる。
【００３４】
図６には、この第３実施例の機能ブロック図が示されている。本実施例においては、コントローラ１１Ｂ内に重み設定部２３と寿命曲線設定部２４が追加されている。これ以外の部分については前記第１実施例と同様である。したがって、第１実施例と共通する部分には図に同一符号を付すに止めてその詳細な説明を省略することとする。
【００３５】
本実施例においては、前述のようにして演算された各パラメータ値の検出累積時間に基づき、演算部（被害量演算手段）１４にて前記一定時間が経過するまでの間にエンジン１に加えられた実際の被害量を求めるのに、重み付け設定部２３において、負荷マップの各領域毎にその検出累積時間に対して重み付けが行われる。図７（負荷マップと重みとの関係）に示されているように、重みｋ_ｉはエンジン１にかかる負荷の大きさに応じて設定される。この重みｋ_ｉの具体的数値の一例としては、ｋ_０＝０，ｋ_１＝１，ｋ_２＝２，ｋ_３＝３，ｋ_４＝４，ｋ_５＝５の各数値が採用される。こうして、重みｋ_ｉの値が決定されると、次式で示されるように、検出累積時間Ｈ_ｉに重みｋ_ｉを乗算することによりエンジン１に加えられた実際の被害量（平均負荷率）δが求められる。
δ＝Σｋ_ｉ・Ｈ_ｉ
【００３６】
一方、エンジンの開発時において、予め耐久テストおよびテスト後の部品検査が行われて、エンジン種別毎にその被害量の大きさδとエンジンの平均寿命の長さＬとの対応関係を示す寿命曲線（図８参照）が予め寿命曲線設定部（対応関係設定手段）２４に設定されている。
【００３７】
ここで、前記寿命曲線は次のようにして設定される。すなわち、所定の耐久テストが行われた時間Ｈ_０に、１００％の負荷率δ_０を対応付ける。そして、この負荷率δ_０に所定の余裕度Δδを上乗せしてＤ点をプロットする。次いで、耐久テスト後の部品摩耗や損傷具合の検査から、経験的に、一般的な稼動条件の下での負荷率δ_Ｌ、一般的な稼動条件の下での寿命Ｈ_Ｌを求め、これに対応する点Ｅをプロットする。こうして、Ｄ点とＥ点とを結ぶ曲線として、被害量の大きさδとエンジンの平均寿命の長さＨとの対応関係（平均寿命曲線）が求められる。なお、この平均寿命曲線は、全てのエンジンについて平均的なものであり、実際には、個々のエンジンの製造時のばらつきなどによって幅を持っている。また、この平均寿命曲線は、エンジンの型式、エンジンを構成する部品の種類毎に異なる曲線となる。
【００３８】
このように、演算部（寿命予測手段）１４では、前記寿命曲線設定部２４にて設定される被害量の大きさとエンジン寿命との対応関係に基づき、前述のようにして求められた被害量δに対応するエンジン１の予測寿命Ｌが演算され、この演算値が記憶部１６に記憶されるとともに、読み出し部１７を介して表示部１８に表示される。なお、このエンジン寿命の予測値は、一定時間が経過する毎に演算し直され、これによってエンジン１の稼働条件が変化した場合でもその演算結果が補正されることになる。
【００３９】
本実施例においても、建設機械コントローラにて演算されたデータをデータ通信コントローラ等を介して基地局コントローラ内に取り込んでデータ処理を行うようにすることができる。
【００４０】
前記各実施例においては、エンジン無負荷時回転数をガバナ位置センサによって検出するものとしたが、このエンジン無負荷時回転数は、操作レバーのニュートラル時のエンジン実回転数から検出するようにしても良い。
【００４１】
前記各実施例においては、油圧ショベルに適用したものを説明したが、本発明は、その他の建設機械に対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明におけるデータ処理の考え方を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例に係る建設機械のデータ処理装置のシステム構成図である。
【図３】図３は、第１実施例における機能ブロック図である。
【図４】図４は、負荷マップを示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施例における機能ブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施例における機能ブロック図である。
【図７】図７は、負荷マップと重みとの関係を示す図である。
【図８】図８は、平均負荷率と寿命との関係を示す図である。
【図９】図９は、従来のエンジン負荷検出の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１エンジン
２油圧ポンプ
８ガバナ
９ガバナ位置センサ
１０エンジン回転数センサ
１１，１１Ａ，１１Ｂコントローラ
１２モニタ
１３入力部
１４，１４Ａ演算部
１５負荷マップ設定部
１６，１６Ａ記憶部
１７読み出し部
１８表示部
１９，２１データ通信コントローラ
２０建設機械側送受信機（第１の送受信機）
２２基地局側送受信機（第２の送受信機）
２３重み設定部
２４寿命曲線設定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a data processing apparatus for a construction machine that collects and processes data related to an engine load state in the construction machine.
[0002]
[Prior art]
In construction machines such as hydraulic excavators and bulldozers, in order to systematically check and maintain the engine, it is extremely important to accurately predict the engine overhaul time, in other words, the engine life. However, even with the same type of construction machine equipped with the same type of engine, the operating environment and operating conditions vary greatly from one vehicle to another, so the engine life is accurately predicted for each vehicle. It is extremely difficult.
[0003]
Conventionally, attempts have been made to collect engine data related to the load state of the engine over a long period of time and to predict the engine life from changes over time. However, such a method is effective when the engine is continuously operated at a constant load, but may be applied when the engine load fluctuates over time. It is extremely difficult.
[0004]
As a solution to this, there is a prior invention proposed by the present applicant (a life prediction apparatus for a machine having an engine and a heat source; Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-212622). In the prior invention, a load map is set by dividing an operation parameter indicating a load applied to the engine into a plurality of levels, and the value of the operation parameter belonging to that level is detected for each level of the load map. The actual amount of damage applied to the engine is calculated based on the accumulated time, and the engine life corresponding to the calculated amount of damage is calculated based on the damage amount and life set in advance. It is comprised so that it may obtain | require from the correspondence with the length of. Here, engine speed, output torque (or fuel injection amount) and the like are selected as the operating parameters.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention of the prior application, the detection data from the engine speed sensor mounted for basic performance control can be used for the detection of the engine speed, but the rack is newly added for the detection of the output torque. There is a problem that it is necessary to add a dedicated sensor such as a position sensor or a pump swash plate sensor, which increases the cost.
[0006]
On the other hand, there is a method for estimating the output torque without adding such a dedicated sensor. That is, the nominal line of the engine output characteristic diagram as shown in FIG. 9A is stored in the controller in advance, and the output torque T ′ is estimated from the actual rotational speed Na detected by the engine rotational speed sensor. Is the method. However, when this estimation method is used, it is difficult to ensure the detection accuracy, and there is a problem that a reverse can occur between the detected load and the actual load as shown in FIG. 9B. . That is, in FIG. 9B, when the two engine data indicated by the chain line A and the chain line B, which vary in regulation, are compared with the ideal line indicated by the solid line, the engine speeds Na (A), Na Although the actual torques T (A) and T (B) with respect to (B) are in the relationship of T (A)> T (B), the estimated torques T ′ (A) and T ′ (B) are T ′. (A) <T ′ (B) is established, and a reverse rotation occurs between the magnitude of the actual torque and the magnitude of the estimated torque.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to store a load state without incurring a cost increase due to the addition of a sensor and without depending on variations in engine output torque. It is an object of the present invention to provide a construction machine data processing apparatus capable of performing data processing such as calculation of engine life prediction based on the above.
[0008]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to achieve the above object, a data processing apparatus for a construction machine according to the present invention comprises:
A data processing apparatus for a construction machine that collects and processes data relating to the engine load state in the construction machine,
(A) detecting means for detecting an actual rotation speed of the no-load Rotational speed and the engine of the engine,
(B) The first parameter value consisting of the value of the engine's no-load speed is on the horizontal axis, and the second parameter value consisting of the difference between the engine's no-load speed and the actual speed is on the vertical axis, create a load map, from said no-load speed and detected by the detecting means and the actual rotational speed, the a first parameter value, a plurality of the created load map a combination of the second parameter value Load map setting means for setting the load map by allocating to the area, and (c) the first parameter value and the second time until a predetermined time elapses for each area of the load map set by the load map setting means. The present invention is characterized by comprising calculation / storage means for calculating and integrating the detection time of the parameter value and storing the calculation result for each area of the load map.
[0009]
In the present invention, first, the first parameter value consisting of the value of the engine's no-load speed is set on the horizontal axis, and the second parameter value consisting of the difference between the engine's no-load speed and the actual speed is set to the vertical axis. in the shaft, the load map is created, the no-load speed and the actual number of rotations detected by the detecting means, the combination of the second parameter value and the first parameter value, depending on a plurality of levels A load map indicating the load state of the engine is set by being assigned to each of the divided areas. In each area of the load map, the time during which the first parameter value and the second parameter value are detected until a predetermined time elapses is integrated, and the calculation result is calculated for each area of the load map. It is memorized every time. According to the present invention, the first parameter value and the second parameter value can be obtained by using, for example, an engine speed sensor and a governor position sensor that have been used for basic performance control. Data relating to the engine load state can be obtained without increasing the cost due to the addition of the sensor. Instead of detecting the absolute value of the engine load (output horsepower) as in the past, the relationship between the no-load speed and the difference between the no-load speed and the actual speed is stored as a load map. Since the load map is recognized as a pattern, the load state of the engine can be stored without being affected by the detection accuracy, and a reverse phenomenon between a plurality of data can be prevented.
[0010]
According to the concept of the present invention, for example, as shown in FIG. 1 (a), in the engine speed (Na) -torque (T) diagram, the point P _{1 where} the throttle is large and the load is large, and the point where the throttle is large and the load is small. The point P ₂ , the point Q _{1 with} a small throttle and a large load, and the point Q _{2 with a} small throttle and a small load are the unloaded rotation speed (N ₀ ) and the unloaded rotation speed shown in FIG. In the load map with the actual rotational speed difference (N ₀ −Na), the engine output torque varies because it is phased to P ₁ ′, P ₂ ′, Q ₁ ′, and Q ₂ ′, respectively. Even if the map pattern is not changed only by changing the absolute values of N ₀ -Na and N ₀ , the problem described with reference to FIG. 9B of the conventional example does not occur.
[0011]
In the present invention, for each region of the load map, the integrated time calculated by the calculating / storing means is weighted, and the fixed time elapses based on the weighted integrated time. A damage amount calculating means for calculating the actual damage amount applied to the engine until the time, a correspondence setting means for presetting a correspondence relationship between the magnitude of the damage amount and the engine life, and this correspondence setting means It is preferable to provide life prediction means for obtaining an engine life corresponding to the actual damage amount calculated by the damage amount calculation means based on the set correspondence. In such a case, the accumulated time calculated by the calculation / storage means is weighted, and the actual damage amount applied to the engine until a certain time elapses is calculated. Based on the correspondence between the size and the engine life, the engine life is determined by the life prediction means. Thus, the predicted value of the engine life can be quantified based on the data relating to the engine load state described above.
[0012]
In the present invention, it is preferable that data stored in the calculation / storage means can be read from the outside. In this way, data relating to the engine load state can be taken into an external personal computer or IC memory for processing, and displayed on a display device so that the data contents can be seen visually.
[0013]
Further, in the present invention, the first transmission / reception means for transmitting / receiving data stored in the calculation / storage means and the first transmission / reception means provided at a position separated from the first transmission / reception means. The second transmission / reception means for transmitting and receiving data, the data processing means for processing the data received by the second transmission / reception means, and the display means for displaying the data processed by the data processing means. It can also be configured. With such a configuration, it is possible to collectively process and store data related to the engine load state in a plurality of construction machines at a remote place separated from the construction machines. Therefore, even when a plurality of different types of construction machines are scattered over a wide area, the data can be obtained even if an operator who performs maintenance on the construction machines does not go to the construction machines. The data can be collected and stored in one base station, and load data of a plurality of construction machines can be obtained while the worker or the manager is in the base station. Further, based on the obtained load data, a predicted value of the engine life can be obtained to predict overhaul and replacement time of devices and parts. In this way, it is possible to provide each construction machine with necessary services at an appropriate time, and it is possible to prevent the occurrence of a situation in which work cannot be performed due to a machine failure.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a specific embodiment of a data processing apparatus for a construction machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 2 is a system configuration diagram of a data processing apparatus for a construction machine according to a first embodiment of the present invention applied to a hydraulic excavator.
[0016]
In the hydraulic excavator of the present embodiment, an engine 1 and a variable displacement hydraulic pump 2 driven by the engine 1 are provided, and the hydraulic excavator 2 is driven by the flow of discharge pressure oil. A hydraulic cylinder 3 is provided, and a flow rate control valve 4 is provided in a hydraulic circuit from the hydraulic pump 2 to the hydraulic cylinder 3. The flow rate control valve 4 changes the flow area of the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 by changing the opening area according to the spool stroke position, and the pressure oil whose flow rate has been changed is supplied to the hydraulic cylinder 3. It is configured to supply, and is operated by supplying a pilot pressure corresponding to the operation position of the operation lever 5 to the input port of the flow rate control valve 4 via the pilot line 6. The hydraulic pump 2 is provided with a swash plate drive mechanism 7 that changes the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 by changing the position (tilt angle position) of the swash plate 2a. Yes. In FIG. 2, only one hydraulic cylinder 3, flow control valve 4, and operation lever 5 are shown, but actually, the hydraulic excavator has various working machines such as a boom, an arm, and a bucket. These hydraulic cylinders 3 and the like are provided for each of these work machines.
[0017]
The engine 1 is provided with a governor 8 of a fuel injection pump for supplying fuel to the engine 1. The governor 8 is driven by a drive position (control lever position) of the governor 8, in other words, a motor for driving the governor 8. A governor position sensor 9 is provided as a potentiometer for detecting the rotation angle. An engine speed sensor 10 that detects the actual speed Na of the engine 1 is provided on the output shaft of the engine 1. The governor position sensor 9 detects the rotational speed of the engine 1 when there is no load.
[0018]
Detection signals from the governor position sensor 9 and the engine speed sensor 10 are input to the controller 11 as data indicating the load state of the engine 1. The controller 11 processes these input data to create and store a load map, which will be described later, and displays the load map and the like on the external monitor 12 as necessary. The monitor 12 is provided with a mode switch 12a for selecting and instructing an appropriate work mode corresponding to various work.
[0019]
FIG. 3 shows a functional block diagram in the present embodiment.
[0020]
The controller 11 includes an input unit 13, a calculation unit 14, a load map setting unit (load map setting means) 15, and a storage unit 16. The input unit 13 receives an actual engine speed detection signal of the engine 1 from the engine speed sensor 10 and an unloaded engine speed detection signal of the engine 1 from the governor position sensor 9. 14, based on these input signals, a required calculation as described later is executed for each region of the load map set by the load map setting unit 15, and the calculation result is stored in the storage unit 16. The contents are displayed on the display unit 18 such as the monitor 12 described above via the reading unit 17. In addition, the calculating part 14 and the memory | storage part 16 in a present Example respond | correspond to the calculating and memory | storage means in this invention.
[0021]
Next, the procedure of data processing executed in the controller 11 will be described sequentially.
[0022]
First, based on the actual engine speed detection signal of the engine 1 and the no-load engine speed detection signal input to the input unit 13, the load map setting unit 15 sets the no-load engine speed (N ₀ ) to the first _value . 1 parameter value, the difference (N ₀ −Na = N ₁ ) between the no-load rotation speed (N ₀ ) and the actual rotation speed (Na) as the second parameter value, the first parameter value as the horizontal axis, A load map C having a parameter value as a vertical axis is created. As shown in FIG. 4, in the load map C, the first parameter value and the second parameter value are divided into a plurality of regions. That is, in the example of FIG. 4, the first parameter value is divided into nine levels of N ₀₁ , N ₀₂ , N ₀₃ ,... N ₀₉ and the second parameter value is N ₁₁ , N _12. , N ₁₃ ,... N ₁₉ are divided into nine levels, and a region of 9 × 9 = 81 is determined by a combination of these levels. Note that the number of divisions of the load map can be set as appropriate.
[0023]
Next, when it is determined that the engine 1 is in operation, the first parameter value (N ₀ ) and the second parameter value (N ₀ -Na = N ₁ ) are calculated at a predetermined interval (for example, 1 s) in the calculation unit 14. Every time it is detected and calculated. Next, based on the detected values of the first parameter value and the second parameter value, the number of detections (detection time) of each parameter value belonging to these regions is counted for each region of the load map until a predetermined time elapses. .
[0024]
In this way, by calculating the detection accumulated time (H) of each parameter value until a certain time elapses, as shown in FIG. 4, the load state of the engine 1 is used as a pattern. Can be recognized as.
[0025]
The calculation result in the calculation unit 14 is stored in the storage unit 16, and the stored content is displayed on the external display unit 18 through the reading unit 17 as necessary. By looking at the display data, it can be seen at a glance how the engine 1 is used, and this data can be used as prediction data for the damage amount of the engine 1.
[0026]
According to the present embodiment, the first parameter value and the second parameter value can be obtained using the existing engine speed sensor and governor position sensor, and the load state of the engine 1 is detected using these parameter values. Therefore, it is not necessary to add a rack position sensor, a pump swash plate sensor, or the like in order to detect the output torque of the engine 1 as in the prior art, and cost increase can be suppressed. In addition, the load map is not the absolute value of the engine load (output horsepower), but the no-load speed (N ₀ ) and the difference between the no-load speed (N ₀ ) and the actual speed (Na) (N ₀₋ Na = N ₁ ) is stored, so that the engine load state can be stored without being affected by the detection accuracy, thereby detecting even when the engine output torque varies. It is possible to avoid reversing the value and the actual load.
[0027]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a functional block diagram of the second embodiment.
[0028]
In the present embodiment, the configuration of the controller (construction machine controller) 11 and the processing content thereof are the same as those in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the parts common to the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted, and only the points peculiar to the present embodiment will be described below.
[0029]
In the present embodiment, a data communication controller 19 and a construction machine side transmitter / receiver (first transmitter / receiver) 20 provided on the construction machine controller 11 are provided on the vehicle body side of the construction machine, and are separated from the construction machine. A base station controller 11A is provided at the location, and a data communication controller 21 and a base station side transceiver (second transceiver) 22 are also provided in association with the base station controller 11A. Further, the base station controller 11A is provided with a calculation unit (data processing means) 14A and a storage unit 16A, and the storage contents stored in the storage unit 16A are read by the reading unit 17 to be monitored, etc. It is displayed on the display unit 18.
[0030]
In such a configuration, data relating to the engine load state stored in the storage unit 16 of the construction machine controller 11 is transmitted from the construction machine side transceiver 20 to the base station side transceiver 22 via the data communication controller 19, The data is taken into the storage unit 16A in the base station controller 11A via the data communication controller 21 on the base station side, and data processing is performed in the arithmetic unit 14A. Thus, the stored contents of the storage unit 16A of the base station controller 11A are displayed on the display unit 18 via the reading unit 17. Therefore, by looking at the data displayed on the display unit 18 of the base station, it is possible to clearly understand how the engine 1 is used, and this data can be used as prediction data for the damage amount of the engine 1.
[0031]
According to the present embodiment, even when a plurality of construction machines are interspersed in a wide range of work, the data relating to the engine load state in each construction machine is separated from the construction machines. It can be processed, stored and displayed in a batch at the base station. Therefore, there is an advantage that load data of a plurality of construction machines can be obtained while staying at the base station even if an operator or a maintenance manager who maintains the construction machine does not go to the construction machine. .
[0032]
In the present embodiment, the data transfer from the construction machine to the base station is performed using the communication means, but of course, an embodiment in which the data transfer is performed to an IC card, an IC memory or the like is also possible.
[0033]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In each of the above embodiments, the data processing for calculating the detection accumulated time of each parameter value for each region of the load map and storing the calculated value has been described. From the calculated value thus obtained, the engine The actual damage amount of 1 can be digitized, and the engine life corresponding to the damage amount can be digitized and output.
[0034]
FIG. 6 shows a functional block diagram of the third embodiment. In this embodiment, a weight setting unit 23 and a life curve setting unit 24 are added in the controller 11B. Other parts are the same as in the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the parts common to the first embodiment, and the detailed description thereof is omitted.
[0035]
In this embodiment, based on the detection accumulated time of each parameter value calculated as described above, the calculation unit (damage amount calculation means) 14 adds to the engine 1 until the predetermined time elapses. In order to obtain the actual damage amount, the weight setting unit 23 weights the detection accumulated time for each region of the load map. As shown in FIG. 7 (relationship between load map and weight), the weight k _i is set according to the load applied to the engine 1. As examples of specific numerical values of the weights k _i , numerical values of k ₀ = 0, k ₁ = 1, k ₂ = 2, k ₃ = 3, k ₄ = 4, and k ₅ = 5 are employed. Thus, when the value of the weight k _i is determined, the actual damage amount (average load factor) applied to the engine 1 by multiplying the detection accumulated time H _i by the weight k _i as shown in the following equation. δ is determined.
δ = Σk _i · H _i
[0036]
On the other hand, at the time of engine development, a durability curve and parts inspection after the test are performed in advance, and a life curve indicating the correspondence between the amount of damage δ and the average life length L of the engine for each engine type (See FIG. 8) is set in advance in the life curve setting unit (correspondence setting means) 24.
[0037]
Here, the lifetime curve is set as follows. That is, the load factor δ ₀ of 100% is associated with the time H ₀ when the predetermined durability test is performed. Then, plot the point D plus a predetermined margin Δδ this load factor [delta] _0. Next, the load factor δ _L under general operating conditions and the life _HL under general operating conditions are empirically obtained from inspection of part wear and damage after the durability test. Plot the corresponding point E. Thus, as a curve connecting the point D and the point E, a correspondence relationship (average life curve) between the magnitude δ of the damage amount and the average life length H of the engine is obtained. Note that this average life curve is average for all engines, and actually has a range due to variations in manufacturing of individual engines. In addition, this average life curve is different for each type of engine and the type of parts constituting the engine.
[0038]
As described above, the calculation unit (life prediction means) 14 calculates the damage amount δ determined as described above based on the correspondence between the magnitude of the damage amount set by the life curve setting unit 24 and the engine life. The predicted life L of the engine 1 corresponding to is calculated, and this calculated value is stored in the storage unit 16 and displayed on the display unit 18 via the reading unit 17. The predicted value of the engine life is recalculated every time a fixed time elapses, and the calculation result is corrected even when the operating condition of the engine 1 is changed.
[0039]
Also in the present embodiment, the data calculated by the construction machine controller can be taken into the base station controller via the data communication controller or the like to perform data processing.
[0040]
In each of the above embodiments, the engine no-load rotation speed is detected by the governor position sensor. However, the engine no-load rotation speed is detected from the actual engine rotation speed when the operation lever is neutral. Also good.
[0041]
In each of the above-described embodiments, the description has been given of the application to a hydraulic excavator, but it goes without saying that the present invention can also be applied to other construction machines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a concept of data processing in the present invention.
FIG. 2 is a system configuration diagram of a data processing apparatus for a construction machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a functional block diagram of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a load map;
FIG. 5 is a functional block diagram in a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a functional block diagram in a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a load map and weights.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between an average load factor and a lifetime.
FIG. 9 is a diagram for explaining a problem of conventional engine load detection.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Hydraulic pump 8 Governor 9 Governor position sensor 10 Engine speed sensor 11, 11A, 11B Controller 12 Monitor 13 Input part 14, 14A Calculation part 15 Load map setting part 16, 16A Storage part 17 Reading part 18 Display part 19, 21 Data communication controller 20 Construction machine side transceiver (first transceiver)
22 Base station side transceiver (second transceiver)
23 Weight setting unit 24 Life curve setting unit

Claims

建設機械におけるエンジンの負荷状態に係るデータを収集して処理する建設機械のデータ処理装置であって、
（ａ）エンジンの無負荷時回転数とエンジンの実回転数とを検出する検出手段、
（ｂ）エンジンの無負荷時回転数の値よりなる第１パラメータ値を横軸にし、エンジンの無負荷時回転数と実回転数の差の値よりなる第２パラメータ値を縦軸にして、負荷マップを作成し、前記検出手段により検出される無負荷時回転数と実回転数とから、前記第１パラメータ値と、前記第２パラメータ値との組み合わせを前記作成された負荷マップの複数の領域に振り分けることにより負荷マップを設定する負荷マップ設定手段および
（ｃ）この負荷マップ設定手段により設定される負荷マップの各領域毎に、一定時間が経過するまでのそれら第１パラメータ値および第２パラメータ値の検出時間を積算演算するとともに、この演算結果をその負荷マップの各領域毎に記憶する演算・記憶手段
を備えることを特徴とする建設機械のデータ処理装置。A data processing apparatus for a construction machine that collects and processes data relating to the engine load state in the construction machine,
(A) detecting means for detecting an actual rotation speed of the no-load Rotational speed and the engine of the engine,
(B) The first parameter value consisting of the value of the engine's no-load speed is on the horizontal axis, and the second parameter value consisting of the difference between the engine's no-load speed and the actual speed is on the vertical axis, create a load map, from said no-load speed and detected by the detecting means and the actual rotational speed, the a first parameter value, a plurality of the created load map a combination of the second parameter value Load map setting means for setting the load map by allocating to the area, and (c) the first parameter value and the second time until a predetermined time elapses for each area of the load map set by the load map setting means. A data processing method for a construction machine, characterized by comprising calculation / storage means for calculating the parameter value detection time and storing the calculation result for each area of the load map. Apparatus.

さらに、前記負荷マップの各領域毎に、前記演算・記憶手段にて演算される積算時間に対して重み付けを行うとともに、この重み付けされた積算時間に基づき前記一定時間が経過するまでの間にエンジンに加えられた実際の被害量を演算する被害量演算手段と、前記被害量の大きさとエンジン寿命との対応関係を予め設定する対応関係設定手段と、この対応関係設定手段により設定される対応関係に基づき、前記被害量演算手段により演算される実際の被害量に対応するエンジン寿命を求める寿命予測手段とを備える請求項１に記載の建設機械のデータ処理装置。 Further, for each area of the load map, the accumulated time calculated by the calculating / storing means is weighted, and the engine is processed until the predetermined time elapses based on the weighted accumulated time. Damage amount calculating means for calculating the actual damage amount applied to the above, correspondence setting means for presetting the correspondence between the magnitude of the damage amount and the engine life, and the correspondence set by the correspondence setting means The construction machine data processing device according to claim 1, further comprising: a life prediction means for obtaining an engine life corresponding to an actual damage amount calculated by the damage amount calculation means.

前記演算・記憶手段に記憶されているデータが外部から読み出し可能とされている請求項１または２に記載の建設機械のデータ処理装置。 The construction machine data processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein data stored in the calculation / storage means can be read from outside.

さらに、前記演算・記憶手段に記憶されているデータを送受信する第１の送受信手段と、この第１の送受信手段と離隔した位置に設けられその第１の送受信手段との間でデータの授受を行う第２の送受信手段と、この第２の送受信手段にて受信されるデータを処理するデータ処理手段と、このデータ処理手段により処理されたデータを表示する表示手段とを備える請求項１または２に記載の建設機械のデータ処理装置。 Furthermore, data is exchanged between the first transmission / reception means for transmitting / receiving data stored in the calculation / storage means and the first transmission / reception means provided at a position separated from the first transmission / reception means. 3. A second transmission / reception unit for performing data processing, a data processing unit for processing data received by the second transmission / reception unit, and a display unit for displaying data processed by the data processing unit. A data processing device for a construction machine as described in 1.