KR100313551B1 - 건설기계의엔진제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 있어서는, 펌프 컨트롤러(40)에 의해 유압 펌프(1, 2)의 경전신호 θ1, θ2및 유압 펌프(1, 2)의 토출압력신호 PD1, PD2로부터 Tr1=K·θ1·PD1, Tr2=K·θ2·PD2(K는 정수)에 의해 펌프부하 토오크 Tr1, Tr2를 구하여, 이들을 가산한 값을 엔진부하 토오크 신호 T로 한다. 엔진 컨트롤러(50)에서는, 이 신호 T를 이용하여 엔진부하 토오크에 따른 분사시기를 연산하여, 타이머 액츄에이터(55)를 제어한다. 이에 의해 부하변동에 따라 응답성이 좋고 고정밀도로 연료분사시기가 제어되어, 연소의 최적화가 도모되고, NOx의 발생에 의한 배기가스의 악화를 방지할 수 있다.

Description

건설기계의 엔진제어장치{ENGINE CONTROL SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 건설기계의 엔진제어장치에 관한 것으로서, 특히, 전자 연료분사장치(전자제어 거버너)를 가지는 디젤 엔진을 원동기로 사용하는 유압 셔블 등의 건설기계의 엔진제어장치에 관한 것이다.
유압 셔블 등의 건설기계는, 일반적으로 복수의 액츄에이터를 구동하기 위해 적어도 하나의 유압 펌프를 구비하고 있고, 이 유압 펌프를 회전 구동하는 원동기로서 디젤 엔진이 사용되고 있다. 이 디젤 엔진은 연료분사장치에 의해 연료분사량이나 연료분사시기를 제어하고 있으며, 그 중 연료분사시기에 관해서는, 종래, 기계적인 타이머 기구에 의해 회전수에 따라 연료분사시기를 결정하는 것이 대부분이었다. 그러나, 최근, 연료분사장치의 전자제어화가 진행되어, 연료의 분사량 외에 분사시기를 분사시기 제어 액츄에이터에 의해 임의로 제어 가능하게 되어 있으며, 이에 따라 엔진의 회전 등의 상태량에 따라 각각 최적의 분사시기를 결정하여, 양호한 연소를 실현하고, 엔진의 광범위한 성능을 향상시키고 있다.
예컨대, 일본국 특개 평1-110839호 공보에서는, 터보 과급기가 부착된 내연기관에 있어서, 급가속시에는 흡기압력을 압력 센서가 검지하여, 이 흡기압력이 설정 기준치 이하인 경우에는 연료분사시기를 일정 각도 진각하여 검은 연기의 발생을 저감하고, 설정 기준치 이상인 경우에는 진각하지 않도록 하여 통 내 압력의 이상상승을 방지하도록 하고 있다. 또, 그것의 도 1, 도 2에는 정보의 하나로서 엔진 부하를 입력하고 분사시기 제어에 반영시키는 것이 나타나 있다.
한편, 연료분사시기는 빠른 쪽이 실린더 내에 분사된 연료의 연소온도가 높아지고 연료효율(연비)이 좋아지는데, 예컨대 「건설의 기계화」(1996 DECEMBERNo.562), 「배출가스 대책형 디젤 엔진의 개요와 점검, 정비(그 2)」제 63 페이지에 기재된 바와 같이, 일반적으로 고속·고부하시에는 광화학 스모그의 원인이 된다고 말해지고 있는 NO, NO2를 총칭한 NOx가 발생하기 쉬우므로, 배기가스 정화를 위해, NOx가 발생하기 쉬운 고속·고부하시에는 연료분사시기를 늦추는 방법이 채용되고 있다.
이상과 같이 종래의 디젤 엔진의 전자 연료분사장치에서는 엔진부하에 따라 연료분사시기를 조정하고, NOx등을 저감한 연소를 실현하려고 하고 있다. 그러나, 종래에는, 엔진부하는 엔진회전수와 연료분사량으로부터 추정하는 것이 일반적이었고, 엔진에 걸리는 부하는 직접 그리고 정확히 검출하지 않고 있었다. 이 때문에 연료분사시기를 정밀도 좋게 제어할 수 없어 연소를 좋게 하는 효과에 한계가 있었다.
또, 유압 셔블 등의 건설기계에 사용되는 디젤 엔진의 경우, 엔진의 구동대상은 유압 펌프로서, 이 유압 펌프는 복수의 액츄에이터를 구동할 때에 토출유량이나 토출압력이 빈번히 변화하여 유압 펌프의 부하, 즉 엔진부하가 변동한다. 이 때문에, 특히 이와 같은 디젤 엔진에서 엔진회전수와 연료분사량으로 부하를 추정하여 분사시기 제어를 행한 경우에는 유압 펌프의 부하의 변동에 따라 응답성 좋게 분사시기를 제어할 수 없어 충분한 연소의 개선을 도모할 수 없다.
본 발명의 목적은, 유압 펌프를 회전 구동하는 디젤 엔진에 있어서, 부하변동에 따라 응답성 좋고 고정밀도로 연료분사시기를 제어함으로써 연소를 개선하고 엔진성능의 향상을 도모하는 건설기계의 엔진제어장치를 제공하는 것이다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 디젤 엔진과, 이 엔진에 의해 회전 구동되고 복수의 액츄에이터를 구동하는 하나이상의 가변용량형의 유압 펌프와; 상기 유압 펌프의 토출유량을 지령하는 유량지령수단과; 상기 엔진의 연료분사 시기를 제어하는 분사시기 제어 액츄에이터를 구비하여, 상기 엔진의 연료분사량을 제어하는 전자 연료분사장치를 포함하여 이루어지는, 건설기계의 엔진제어장치에 있어서, 상기 유압 펌프의 상태량을 검출하는 검출수단과; 이 검출수단의 검출치에 의거하여 상기 유압 펌프의 부하를 연산하는 부하연산수단과; 상기 유압 펌프의 부하에 의거하여 상기 엔진의 목표연료 분사시기를 연산하고 상기 연료분사시기 제어 액츄에이터를 작동시키는 분사시기 연산제어수단을 구비하는 것으로 한다.
이와 같이 부하연산수단으로 검출수단의 검출치에 의거하여 유압 펌프의 부하를 연산함으로써 엔진에 걸리는 정확한 부하를 알 수 있고, 분사시기 연산 제어수단으로 이 유압 펌프의 부하에 의거하여 엔진의 목표연료 분사시기를 연산하여 제어함으로써 연료분사시기를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 또, 유압 펌프의 토출유량이나 토출압력이 빈번히 변화하여 유압 펌프의 부하(엔진부하)가 변동하였다고 하더라도, 이 변동에 따라 응답성 좋게 분사시기를 제어할 수 있게 된다. 이에 의해 연소가 개선되어 엔진성능의 향상을 도모할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 검출수단은 상기 유압 펌프의 토출압력을 검출하는 수단과, 상기 유압 펌프의 변위용적을 검출하는 수단을 가지며, 상기 부하연산수단은 이들 검출치로부터 유압 펌프의 부하를 연산한다.
이에 의해 엔진에 걸리는 정확한 부하를 알 수 있고, 상기 (1)에서 서술한 바와 같이 부하에 따라 응답성 좋고 고정밀도로 연료분사시기를 제어할 수 있다.
(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 검출수단은 상기 유압 펌프의 토출압력을 검출하는 수단을 가지며, 상기 부하연산수단은 이 검출치와 상기 유량지령수단이 지령하는 유압 펌프의 토출유량에 상당하는 목표 변위용적으로부터 유압 펌프의 부하를 연산하는 것이라도 좋다.
이와 같이 유압 펌프의 토출유량이 실제로 변화하기 전의 값인 목표경전을 사용하여 유압 펌프의 부하를 연산함으로써, 유압 펌프의 부하(엔진부하)의 변동에 대한 분사시기 제어의 추종의 응답성이 더욱 좋아지고, 분사시기 제어를 더욱 정밀도 좋게 행할 수 있어, 연소의 개선이 한층더 도모된다.
(4) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 분사시기 연산제어수단은 상기 유압 펌프의 부하가 증대함에 따라서 상기 엔진의 연료분사시기를 늦추도록 상기 목표연료 분사시기를 연산한다.
이와 같이 유압 펌프의 부하(엔진부하)가 증대함에 따라서 엔진의 연료분사시기를 늦춤으로써 NOx의 발생을 저감할 수 있다.
(5) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 엔진의 회전수를 검출하는 수단을 또한 구비하며, 상기 분사시기 연산제어수단은 상기 엔진의 회전수에 의거하여 목표연료 분사시기를 연산하고, 이 목표연료 분사시기와 상기 유압 펌프의부하로부터 구한 목표연료 분사시기를 합성하여 상기 연료분사시기 제어 액츄에이터를 작동시키는 목표분사시기를 결정한다.
이에 의해 회전수에 따른 분사시기제어에 조합하여 상기의 엔진부하에 의한 분사시기제어를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 엔진제어장치의 전체 구성을 유압회로 및 펌프제어계와 함께 나타낸 도,
도 2는 유압 펌프의 레귤레이터 부분의 확대도,
도 3은 전자 연료분사장치의 개략 구성을 나타낸 도,
도 4는 펌프 컨트롤러의 처리내용을 나타낸 기능 블록도,
도 5는 엔진 컨트롤러의 처리내용을 나타낸 기능 블록도,
도 6은 엔진 컨트롤러의 연료분사시기 연산블록의 처리내용을 나타낸 기능 블록도,
도 7은 본 발명의 엔진제어장치에 의해 제어될 때의 엔진회전수와 엔진부하와 분사시기의 관계를 나타낸 도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 엔진제어장치의 전체 구성을 유압회로 및 펌프제어계와 함께 나타낸 도,
도 9는 펌프 컨트롤러의 처리내용을 나타낸 기능 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의된다.
가변용량형 펌프의 일종인 사판식 유압 펌프에 있어서, 사판의 "경전(傾轉)"이라 함은 사판의 경사 또는 기울기를 뜻하며, 사판의 "경선각" 또는 "경전량"은 사판의 기울어짐의 정도를 뜻하는 것으로 각각 경사각 또는 경사량을 뜻한다. 또한, "경저위치"라 함은 사판이 기울어진 위치를 의미하여 실질적으로 경사각 또는 경사량과 동일한 의미이며, "목표경정"이라 함은 목표로 하는 사판의 경사각 또는 경사량을 뜻하며, "경전제어"라 함은 사판이 목표로 하는 경사각 또는 경사량을 가지도록 제어하는 것을 뜻한다. 한편, 사판식 유압 펌프에 있어서는, 상기 사판의 기울어짐의 정도에 따라 상기 펌프의 용량이 변화되어지므로, 상기 "경전"이라는 의미는 사위개념으로 말하면 유압 펌프의 변위용적(displacement volume) 또는 용량을 의미할 수 있는 바, 상기 "목표경전"은 "목표 변위용적" 또는 "목표용량" 으로, 상기 "경전제어"는 "변위용적 제어" 또는 "용량제어"의 의미로 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 6에 의해 설명한다.
도 1에 있어서, 1 및 2는 가변용량형의 유압 펌프로서, 유압 펌프(1, 2)는 밸브장치(3, 4)를 거쳐 액츄에이터(5, 6)에 접속되고, 유압 펌프(1, 2)가 토출한 압유에 의해 액츄에이터(5, 6)는 구동된다. 액츄에이터(5, 6)는 예컨대 유압 셔블의 작업 프론트를 구성하는 부움, 아암 등을 움직이는 유압 실린더이고, 이 액츄에이터(5, 6)가 구동됨으로써 소정의 작업이 행하여진다. 액츄에이터(5, 6)의 구동 지령은 조작레버장치(33, 34)에 의해 부여되고, 조작레버장치(33, 34)를 조작함으로써 밸브장치(3, 4)가 조작되어 액츄에이터(5, 6)의 구동이 제어된다.
유압 펌프(1, 2)는 예컨대 사판식 유압 펌프로서, 용량가변기구인 사판(1a, 1b)의 경전을 레귤레이터(7, 8)로 제어하는 것에 의해 각각의 펌프토출유량이 제어된다.
부호 (9)는 고정용량형의 파일럿 펌프로서, 유압신호나 제어용 압유를 생성하기 위한 파일럿압 발생원이 된다.
유압 펌프(1, 2) 및 파일럿 펌프(9)는 원동기(10)의 출력축(11)에 접속되어 원동기(10)에 의해 회전 구동된다. 원동기(10)는 디젤 엔진으로서, 전자 연료분사장치(12)를 구비하고 있다. 또, 그의 목표회전수는 액셀러레이터 조작 입력부(35)에 의해 지령된다.
유압 펌프(1, 2)의 레귤레이터(7, 8)에 각각 경전 액츄에이터(20, 20)와, 포지티브 경전 제어용의 제 1 서보 밸브(21, 21)와, 입력 토오크 제한 제어용의 제 2 서보 밸브(22, 22)를 구비하고, 이들 서보 밸브(21, 22)에 의해 파일럿 펌프(9)로부터 경전 액츄에이터(20)에 작용하는 압유의 압력을 제어하여 유압 펌프(1, 2)의경전이 제어된다.
유압 펌프(1, 2)의 레귤레이터(7, 8)를 확대하여 도 2에 나타낸다. 각 경전 액츄에이터(20)는 양 끝에 직경이 큰 수압부(20a)와 직경이 작은 수압부(20b)를 가지는 작동 피스톤(20c)과, 수압부(20a, 20b)가 위치하는 수압실(20d, 20e)을 가지며, 양 수압실(20d, 20e)의 압력이 같을 때에는 그 면적 차에 의해 작동 피스톤(20c)은 도면으로 보아 오른쪽 방향으로 이동하여, 이에 의해 사판(1a 또는 2a)의 경전은 작아져 펌프토출유량이 감소하며, 직경이 큰 쪽의 수압실(20d)의 압력이 저하하면 작동 피스톤(20c)은 도면으로 보아 왼쪽 방향으로 이동하여, 이에 의해 사판(1a 또는 2a)의 경전이 커져 펌프토출유량이 증대한다. 또, 직경이 큰 쪽의 수압실(20d)은 제 1 및 제 2 서보 밸브(21, 22)를 거쳐 파일럿 펌프(9)의 토출관로에 접속되고, 직경이 작은 쪽의 수압실(20e)은 직접 파일럿 펌프(9)의 토출관로에 접속되어 있다.
포지티브 경전 제어용의 각 제 1 서보 밸브(21)는 솔레노이드 제어밸브(30 또는 31)로부터의 제어압력에 의해 작동하는 밸브로서, 제어압력이 높을 때에는 밸브체(21a)가 도면으로 보아 오른쪽 방향으로 이동하여 파일럿 펌프(9)로부터의 파일럿압을 감압하지 않고 수압실(20d)에 전달하고 유압 펌프(1 또는 2)의 토출유량을 적게 하고, 제어압력이 하강함에 따라서 밸브체(21a)가 스프링(21b)의 힘에 의해 도면으로 보아 왼쪽 방향으로 이동하여 파일럿 펌프(9)로부터의 파일럿압을 감압하여 수압실(20d)에 전달하여 유압 펌프(1 또는 2)의 토출유량을 증대시킨다.
입력 토오크 제한 제어용의 각 제 2 서보 밸브(22)는 유압 펌프(1 및 2)의토출압력과 솔레노이드 제어밸브(32)로부터의 제어압력에 의해 작동하는 밸브로서, 유압 펌프(1 또는 2)의 토출압력과 솔레노이드 제어밸브(32)로부터의 제어압력이 조작구동부의 수압실(22a, 22b, 22c)에 각각 유도되어 유압 펌프(1 및 2)의 토출압력에 의한 유압력이 합이 스프링(22d)의 탄성력과 수압실(22c)에 유도되는 제어압력의 유압력의 차로 결정되는 설정치 보다 낮을 때에는, 밸브체(22e)는 도면으로 보아 오른쪽 방향으로 이동하여 파일럿 펌프(9)로부터의 파일럿압을 감압하여 수압실(20d)로 전달하여 유압 펌프(1 또는 2)의 토출유량을 증대시키고, 유압 펌프(1 및 2)의 토출압력에 의한 유압력의 합이 상기 설정치 보다 높아짐에 따라서 밸브체(22e)가 도면으로 보아 왼쪽 방향으로 이동하여 파일럿 펌프(9)로부터의 파일럿압을 감압하지 않고 수압실(20d)로 전달하여 유압 펌프(1 또는 2)의 토출유량을 감소시킨다. 또, 솔레노이드 제어밸브(32)로부터의 제어압력이 낮을 때에는 상기 설정치를 크게 하여 유압 펌프(1 또는 2)의 약간 높은 토출압력으로부터 유압 펌프(1 또는 2)의 토출유량을 감소시켜, 솔레노이드 제어밸브(32)로부터의 제어압력이 높아짐에 따라서 상기 설정치를 작게 하여 유압 펌프(1 또는 2)의 약간 낮은 토출압력으로부터 유압 펌프(1 또는 2)의 토출유량을 감소시킨다.
솔레노이드 제어밸브(30, 31)는 각각 조작레버장치(33, 34)가 중립위치에 있을 때에는 이것으로부터 출력되는 제어압력을 최고로 하고 조작레버장치(33, 34)가 조작되면, 그 조작량이 증대함에 따라서 제어압력이 낮아지도록 동작한다(후술). 또, 솔레노이드 제어밸브(32)는 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호가 나타내는 목표회전수가 높아짐에 따라서 이것으로부터 출력되는 제어압력이 낮아지도록 동작한다(후술).
이상에 의해, 조작레버장치(33, 34)의 조작량이 증대함에 따라서 유압 펌프(1, 2)의 토출유량이 증대하고 밸브장치(3, 4)의 요구유량에 따른 토출유량을 얻을 수 있도록 유압펌프(1, 2)의 경전이 제어됨과 동시에, 유압 펌프(1, 2)의 토출압력이 상승함에 따라서, 또 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터 입력되는 목표회전수가 낮아짐에 따라서 유압 펌프(1, 2)의 토출유량의 최대치가 작게 제한되어, 유압 펌프(1, 2)의 부하가 원동기(10)의 출력 토오크를 넘지 않도록 유압 펌프(1, 2)의 경전이 제어된다.
도 1로 되돌아가서, 부호 (40)은 펌프 컨트롤러이고, 부호 (50)은 엔진 컨트롤러이다.
펌프 컨트롤러(40)는 압력센서(41, 42, 43, 44), 위치센서(45, 46)로부터의 검출신호 및 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호를 입력하여 소정의 연산처리를 행하고, 솔레노이드 제어밸브(30, 31, 32)로 제어전류를 출력하는 동시에, 엔진 컨트롤러(50)에 엔진부하 토오크 신호를 출력한다.
조작레버장치(33, 34)는 조작신호로서 파일럿압을 생성하여 출력하는 유압 파일럿 방식으로서, 조작레버장치(33, 34)의 파일럿 회로에는 그 파일럿압을 검출하는 셔틀 밸브(36, 37)가 설치되고, 압력 센서(41, 42)는 각각 그 셔틀밸브(36, 37)에 의해 검출된 파일럿압을 검출한다. 또, 압력 센서(43, 44)는 각각 유압 펌프(1, 2)의 토출압력을 검출하고, 위치 센서(45, 46)는 각각 유압 펌프(1, 2)의 사판(1a, 2a)의 경전을 검출한다.
엔진 컨트롤러(50)는 상기 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호 및 펌프 컨트롤러(40)로부터의 엔진부하 토오크 신호를 입력함과 동시에, 회전수 센서(51), 링크 위치 센서(52), 진각 센서(53)로부터의 검출신호를 입력하여 소정의 연산처리를 행하고, 거버너 액츄에이터(54), 타이머 액츄에이터(55)에 제어전류를 출력한다. 회전수 센서(51)는 엔진(10)의 회전수를 검출하는 것이다.
도 3에 전자 연료분사장치(12) 및 그 제어계의 개요를 나타낸다. 도 3에 있어서, 전자 연료분사장치(12)는 엔진(10)의 각 실린더마다 분사 펌프(56)와 분사 노즐(57)과 거버너 기구(58)를 가지고 있다. 분사 펌프(56)는 플런저(61)와, 이 플런저(61)가 내부를 상하로 움직이는 플런저 배럴(62)을 가지며, 캠 샤프트(59)가 회전하면, 이 회전에 의해 캠 샤프트(59)에 설치된 캠(60)이 플런저(61)를 밀어 올려 연료를 가압하고, 그 가압연료가 노즐(57)로 송출되어 엔진의 실린더 내에 분사된다. 캠 샤프트(59)는 엔진(10)의 크랭크샤프트에 연동하여 회전한다.
또, 거버너 기구(58)는 상기의 거버너 액츄에이터(54)와, 이 거버너 액츄에이터(54)에 의해 위치 제어되는 링크 기구(64)를 가지며, 이 링크 기구(64)가 플런저(61)를 회전시킴으로써 플런저(61)에 설치된 리드와 플런저 배럴(62)에 설치된 연료흡입 포트와의 위치관계를 변화시키고 플런저(61)의 유효압축 스트로크를 변화시켜 연료분사량을 조정한다. 상기의 링크 위치 센서(52)는 이 링크 기구에 설치되어 그 링크 위치를 검출하는 것이다. 거버너 액츄에이터(54)는 예컨대 전자 솔레노이드이다.
또, 전자 연료분사장치(12)는 상기의 타이머 액츄에이터(55)를 가지며, 크랭크샤프트에 연결된 샤프트(65)의 회전에 대하여 캠 샤프트(59)를 진각함으로써 위상 조정하고 연료의 분사시기를 조정한다. 이 타이머 액츄에이터(55)는 분사 펌프(56)에 구동 토오크를 전할 필요가 있기 때문에, 위상 조정에 큰 힘을 필요로 한다. 이 때문에 타이머 액츄에이터(55)에는 유압 액츄에이터를 내장한 것이 이용되는 동시에, 엔진 컨트롤러(50)로부터의 제어전류를 유압신호로 변환하는 솔레노이드 제어밸브(66)가 설치되어 유압에 의해 진각시킨다. 상기의 회전수 센서(51)는 샤프트(65)의 회전수를 검출하도록 설치되고, 진각 센서(53)는 캠 샤프트(59)의 회전수를 검출하도록 설치되어 있다.
펌프 컨트롤러(40)의 처리내용을 도 4에 기능 블록도로 나타낸다. 도 4에 있어서, 압력 센서(41, 42)로부터의 검출신호(파일럿 레버 센서 신호 P1 및 P2)는 목표경전 연산블록(40a, 40b)에 의해 유압펌프(1, 2)의 목표경전 θ01, θ02로 변환되고, 또한 전류치 연산블록(40c, 40d)에 의해 전류치 I1, I2로 변환되고, 대응하는 제어전류가 솔레노이드 제어밸브(30, 31)에 출력된다.
여기에서, 블록(40a, 40b)에서의 센서신호(P1, P2)의 파일럿압과 목표경전 θ01, θ02의 관계는 각각 파일럿압이 높아짐에 따라서 목표경전 θ01, θ02가 증대하 도록 설정되고, 블록(40c, 40d)에서의 목표경전 θ01, θ02와 전류치 I1, I2의 관계는 각각 목표경전 θ01, θ02가 증대함에 따라서 전류치 I1, I2가 증가하도록 설정되어있고, 이에 의해 상술한 바와 같이, 솔레노이드 제어밸브(30, 31)는 각각 조작레버장치(33, 34)가 중립위치에 있을 때에는 이것으로부터 출력되는 제어압력을 최고로 하고 조작레버장치(33, 34)가 조작되면, 그 조작량이 증대함에 따라서 제어압력이 낮아지도록 동작한다.
또, 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호는 최대 토오크 연산블록(40e)에서 최대 허용 토오크 Tp로 변환되고, 또한 전류치 변환부(40f)에서 전류치 I3으로 변환되고, 대응하는 제어전류가 솔레노이드 제어밸브(32)에 출력된다. 액셀러레이터 조작 입력부(35)는 오퍼레이터에 의해 조작되는 것으로서, 오퍼레이터의 사용조건에 따라 액셀러레이터 신호가 선택되고 목표회전수가 지령된다.
여기에서, 블록(40e)에 있어서의 액셀러레이터 신호와 최대 허용 토오크 Tp와의 관계는 액셀러레이터 신호가 나타내는 목표회전수가 높아짐에 따라서 최대 허용 토오크 Tp가 증대하도록 설정되고, 블록(40f)에 있어서의 최대 허용 토오크 Tp와 전류치 I3의 관계는 최대 허용 토오크 Tp가 증대함에 따라서 전류치 I3이 증가하도록 설정되어 있어, 이에 의해 상술한 바와 같이, 솔레노이드 제어밸브(32)는 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호가 나타내는 목표회전수가 높아짐에 따라서 이것으로부터 출력되는 제어압력이 낮아지도록 동작한다.
또한, 위치 센서(45)로부터의 검출신호(유압 펌프 1의 경전신호 θ1) 및 압력 센서(43)로부터의 검출신호(유압 펌프 1의 토출압력신호 PD1)는 토오크 연산블록(40g)에 입력되고, 위치 센서(46)로부터의 검출신호(유압 펌프 2의 경전신호 θ2) 및 압력 센서(44)로부터의 검출신호(유압 펌프 2의 토출압력신호 PD2)는 토오크 연산블록(40h)에 입력되고, 이들 블록(40g, 40h)에서 이하의 식에 의해 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크 Tr1, Tr2가 계산된다.
Tr1= K·θ1·PD1
Tr2= K·θ 2 ·PD2
(K는 정수)
이들 부하 토오크 Tr1, Tr2는 가산부(40i)에서 가산되고, 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크의 합계가 구해진다. 이들 부하 토오크의 합계는 엔진부하 토오크 신호 T로서 엔진 컨트롤러(50)에 출력된다.
엔진 컨트롤러(50)의 처리내용을 도 5에 기능 블록도로 나타낸다. 도 5에 있어서, 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호, 회전수 센서(51)로부터의 검출신호(엔진 회전수 신호), 링크 위치 센서(52)로부터의 검출신호(링크 위치 신호)는 연료분사량 연산블록(50a)에서 연료분사량 지령으로 변환되어, 대응하는 제어전류가 거버너 액츄에이터(54)에 출력된다. 여기에서, 연료분사량 연산블록(50a)에서의 처리내용은 공지의 것으로서, 액셀러레이터 신호가 나타내는 목표회전수와 회전수 센서(52)에 의해 검출한 엔진회전수 중 어느 것이 변화하여, 목표회전수에서 검출회전수를 뺀 회전수 편차 △N이 플러스 방향으로 증대하면 연료분사량을 증대하도록 링크 기구(64)의 링크 위치를 조정하고, 회전수 편차 △N이 마이너스 방향으로 감소하면 연료분사량을 감소하도록 링크 기구(64)의 링크 위치를 조정한다. 링크 위치 신호는 피드백 제어용이다.
또, 회전수 센서(51)로부터의 검출신호(엔진 회전수 신호), 펌프 컨트롤러(40)로부터의 엔진부하 토오크 신호 T, 진각 센서(53)로부터의 검출신호(진각신호)는 연료분사시기 연산블록(50b)에서 연료분사시기 지령으로 변환되어 대응하는 제어전류가 타이머 액츄에이터(55)의 솔레노이드 제어밸브(66)에 출력된다.
도 6에 연료분사시기 연산블록(50b)의 처리내용의 상세를 나타낸다. 도 6에 있어서, 회전수 센서(51)로부터의 검출신호(엔진 회전수 신호)는 제 1 분사시기 연산블록(50c)으로 입력되고, 엔진회전수에 따른 분사시기가 연산된다.
제 1 분사시기 연산블록(50c)에서는 공지의 사고방식에 의거하여 분사시기를 연산한다. 즉, 제 1 분사시기 연산블록(50c)에는 엔진회전수가 낮을 때는 엔진회전에 대하여 상대적으로 분사시기를 늦추도록 하고, 엔진회전수가 상승함에 따라서 분사시기를 빠르게 하는 엔진회전수와 분사시기의 관계가 미리 설정되어 있어, 이 관계로부터 분사시기를 연산한다.
또, 펌프 컨트롤러(40)로부터의 엔진부하 토오크 신호 T는 제 2 분사시기 연산블록(50d)으로 입력되어 엔진부하 토오크에 따른 분사시기가 연산된다.
여기에서, 연료분사시기는 빠른 쪽이 실린더 내로 분사된 연료의 연소온도가 높아지고, 연소효율(연비)이 좋아진다는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 종래는,연료분사시기를 엔진회전에 대하여 상대적으로 빠르게 설정하고 있다. 이 경우, 엔진부하가 낮을 때에는 연료의 량이 적기 때문에, NOx, 검은 연기 등의 발생도 적고, 연료분사시기를 엔진회전에 대하여 상대적으로 빠르게 하여도 지장이 없다. 그러나, 고속·고부하시에는 연소온도가 매우 높아지기 때문에, 광화학 스모그의 원인이 된다고 말해지고 있는 NO, NO2를 총칭한 NOx가 발생하기 쉽다는 것이 알려져 있어, 이 점에서 고속·고부하시에는 NOx를 저감하기 위해서 분사시기를 상대적으로 늦추는 것이 좋고, 이에 의해 연소의 최적화가 도모된다.
제 2 분사시기 연산블록(50d)에서는 이 사고방식에 의거하여 분사시기를 연산한다. 즉, 제 2 분사시기 연산블록(50d)에는 엔진부하 토오크가 작을 때에는 엔진회전에 대하여 상대적으로 분사시기를 빠르게 하고, 엔진부하 토오크가 증대함에 따라서 분사시기를 늦추는 엔진부하 토오크와 분사시기의 관계가 미리 설정되어 있어, 이 관계로부터 분사시기를 연산한다.
제 1 및 제 2 분사시기 연산블록(50c, 50d)에서 연산된 분사시기는 가산부(50e)에서 가산되어, 그 합계치가 목표분사시기로서 출력된다. 이 목표분사시기는 감산부(50f)에서 진각 센서(53)로부터의 검출신호(진각신호)와의 편차가 취해져, 그 편차로부터 지령치 연산블록(50g)에서 분사시기 지령이 연산된다. 이 분사시기 지령은 제어전류로 변환되고 타이머 액츄에이터(55)의 솔레노이드 제어밸브(66)에 출력된다.
도 7에, 상기와 같은 연료분사시기 지령에 의해 타이머 액츄에이터(55)가 제어되었을 때의 엔진회전수와 엔진부하 토오크와 분사시기와의 관계를 나타낸다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 엔진회전수가 상승함에 따라서 연료분사시기는 빨라지는 동시에, 엔진부하 토오크가 증대함에 따라서 연료분사시기는 느려지도록 제어된다.
이상과 같이 구성한 본 실시형태에 의하면, 엔진부하 토오크가 증대함에 따라서 연료분사시기는 느려지도록 제어되므로, NOx의 발생에 의한 배기가스의 악화를 방지할 수 있다.
또, 펌프 컨트롤러(40)에서는 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크 Tr1, Tr2를 계산하고 이들을 합계하여 엔진부하 토오크로 함으로써, 엔진에 걸리는 부하를 직접 그리고 정확하게 계산하고, 엔진 컨트롤러(50)에서는 이 엔진부하 토오크를 이용하여 목표연료 분사시기를 계산하고 있다. 이 때문에, 엔진부하에 따른 목표연료 분사시기가 정확하게 구해지는 동시에, 액츄에이터(5, 6)의 구동에 있어서 유압 펌프(1, 2)의 토출유량이나 토출압력이 빈번하게 변화하여 유압 펌프의 부하, 즉 엔진부하가 변동하였다고 해도, 이 부하변동에 따라 응답성이 좋게 분사시기를 제어할 수 있다. 그 결과, 연료분사시기를 최적으로 제어할 수 있고 연소의 최적화가 도모되며, 연소효율 및 연비를 개선할 수 있는 동시에, NOx의 발생도 억제한 배기가스의 정화가 가능해지고, 엔진성능의 향상이 도모된다. 또, 엔진연소실 내의 온도상승을 억제할 수 있어 엔진의 신뢰성도 향상된다.
본 발명의 제 2 실시형태를 도 8 및 도 9에 의해 설명한다. 본 실시형태는유압 펌프의 부하 토오크를 목표펌프경전을 이용하여 산출하는 것이다. 도면 중, 도 1 및 도 4에 나타낸 부재 또는 기능이 동등한 것에는 같은 부호를 붙여놓았다.
도 8에 있어서, 본 실시형태에서는 유압 펌프(1, 2)에는 사판(1a, 2a)의 경전을 검출하기 위한 위치 센서는 설치되어 있지 않고, 펌프 컨트롤러(40A)에는 압력센서(41, 42, 43, 44)로부터의 검출신호와 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터의 액셀러레이터 신호만이 입력된다.
펌프 컨트롤러(40A)의 처리내용을 도 9에 기능 블록도로 나타낸다. 도 9에 있어서, 목표경전 연산블록(40a, 40b), 전류치 연산블록(40c, 40d), 최대 토오크 연산블록(40e), 전류치 변환부(40f)에서의 처리내용은 도 4에 나타낸 제 1 실시형태의 것과 같다.
목표경전 연산블록(40a)에서 계산한 유압 펌프(1)의 목표경전 θ01및 압력 센서(43)로부터의 검출신호(유압펌프 1의 토출압력신호 PD1)는 토오크 연산블록(40 Ag)에 입력되고, 목표경전 연산블록(40b)에서 계산한 유압 펌프(2)의 목표경전 θ02및 압력 센서(44)로부터의 검출신호(유압펌프 2의 토출압력신호 PD2)는 토오크 연산블록(40Ah)에 입력되어, 이들 블록(40Ag, 40Ah)에서 이하의 식에 의해 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크 Tr1, Tr2가 계산된다.
Tr1= K·θ01·PD1
Tr2= K·θ02·PD2
(K는 정수)
이들 부하 토오크 Tr1, Tr2는 가산부(40i)에서 가산되고, 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크의 합계 Tr12가 구해진다. 이 펌프부하 토오크 Tr12는 최대 토오크 연산블록(40e)에서 계산된 최대 허용 토오크 Tp와 함께 최소치 선택블록(40j)에 입력되고, 여기에서 양자 중 작은 쪽이 선택된다.
상술한 바와 같이, 유압 펌프(1, 2)의 경전은 레귤레이터(7, 8)에 의해 유압 펌프(1, 2)의 토출압력이 상승함에 따라서, 또 액셀러레이터 조작 입력부(35)로부터 입력되는 목표회전수가 낮아짐에 따라서 유압 펌프(1, 2)의 토출유량의 최대치가 작아지고, 유압 펌프(1, 2)의 부하가 원동기(10)의 출력 토오크를 넘지 않도록 제어된다. 즉, 목표경전 연산블록(40a, 40b)에서 계산한 유압 펌프(1, 2)의 목표경전 θ01, θ02가 증대할 때, 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크가 최대 허용 토오크 Tp를 넘으려고 하면, 유압 펌프(1, 2)의 경전은 그 이상 증대하지 않도록 제어된다. 이 때문에, 최소치 선택블록(40j)에서 펌프부하 토오크 Tr12와 최대 허용 토오크 Tp중 작은 쪽을 선택함으로써, 유압 펌프(1, 2)의 실제의 부하 토오크에 상당하는 값이 구해진다.
최소치 선택블록(40j)에서 선택된 부하 토오크는 엔진부하 토오크 신호 To로서 엔진 컨트롤러(50)에 출력된다.
본 실시형태에 의하면, 유압 펌프(1, 2)의 토출유량이 실제로 변화하기 전의값인 목표펌프경전을 이용하여 유압 펌프(1, 2)의 부하 토오크(엔진부하 토오크)를 구하므로, 유압 펌프(1, 2)의 토출유량의 변화에 의한 엔진부하의 변동에 대한 분사시기 제어의 추종의 응답성이 더욱 좋게 되고, 분사시기 제어를 더욱 정밀도 좋게 행할 수 있어, 연소의 개선이 한층더 도모된다. 또한, 유압 펌프(1, 2)의 사판 위치를 검출하는 위치 센서가 불필요하게 되므로, 제어장치의 저비용화가 도모된다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 펌프 컨트롤러와 엔진 컨트롤러를 따로따로 설치하였으나, 이들을 하나의 컨트롤러로 구성하여도 되는 것은 물론이다.
또, 유압 펌프(1, 2)의 토출압력을 압력 센서(43, 44)로 직접 검출하였으나, 유압 액츄에이터(5, 6)의 부하압력과 유압 펌프(1, 2)의 토출압력에는 일정한 관계가 있기 때문에, 유압 액츄에이터(5, 6)의 부하압력을 검출하여, 이 부하압력으로부터 유압 펌프(1, 2)의 토출압력을 추정하여도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진에 걸리는 정확한 부하를 계산하여 엔진의 목표연료 분사시기를 결정하므로, 엔진의 부하변동에 따라 응답성이 좋고 고정밀도로 분사시기가 제어되어, 연료분사시기를 최적으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 연소의 최적화가 도모되고 연소효율 및 연비를 개선할 수 있는 동시에, NOx의 발생도 억제한 배기가스의 정화가 가능하게 되고, 엔진성능의 향상이 도모된다. 또, 엔진연소실 내의 온도상승을 억제할 수 있어 엔진의 신뢰성도 향상된다.

Claims (5)

  1. 디젤 엔진과; 이 엔진에 의해 회전 구동되어 복수의 액츄에이터를 구동하는 하나이상의 가변용량형의 유압 펌프와; 상기 유압 펌프의 토출유량을 지령하는 유량지령수단과; 상기 엔진의 연료분사시기를 제어하는 분사시기 제어 액츄에이터를 구비하여, 상기 엔진의 연료분사량을 제어하는 전자 연료분사장치를 포함하여 이루어지는, 건설기계의 엔진제어장치에 있어서,
    상기 유압 펌프의 상태량을 검출하는 검출수단과;
    이 검출수단의 검출치에 의거하여 상기 유압 펌프의 부하를 연산하는 부하연산수단과;
    상기 유압 펌프의 부하에 의거하여 상기 엔진의 목표연료 분사시기를 연산하여, 상기 연료분사시기 제어 액츄에이터를 작동시키는 분사시기 연산제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출수단은 상기 유압 펌프의 토출압력을 검출하는 수단과; 상기 유압 펌프의 변위용적을 검출하는 수단을 가지며, 상기 부하연산수단은 이들 검출치로부터 유압 펌프의 부하를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출수단은 상기 유압 펌프의 토출압력을 검출하는 수단을 가지며, 상기 부하연산수단은 이 검출치와 상기 유량지령수단이 지령하는 유압 펌프의 토출유량에 상당하는 목표 변위용적으로부터 유압 펌프의 부하를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사시기 연산제어수단은 상기 유압 펌프의 부하가 증대함에 따라 상기한 엔진의 연료분사시기를 늦추도록 상기 목표연료 분사시기를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진의 회전수를 검출하는 수단을 더욱 구비하며, 상기 분사시기 연산제어수단은 상기 엔진의 회전수에 의거하여 목표연료 분사시기를 연산하여, 이 목표연료 분사시기와 상기 유압 펌프의 부하로부터 구한 목표연료 분사시기를 합성하여 상기 연료분사시기 제어 액츄에이터를 작동시키는 목표분사시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진제어장치.
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