KR100739419B1 - 유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블 - Google Patents

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Abstract

목표로 하는 출력토크점에 있어서 엔진을 안정적으로 운전시킬 수 있음과 아울러, 경부하시에 있어서의 작업속도의 저하를 방지할 수 있고, 또한 저연비화도 도모할 수 있는 유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블을 제공한다.
엔진 제어장치(23)는 엔진(16)의 출력특성이 매칭점(M3)에 대응하는 엔진회전수(N3)를 포함하는 소정의 엔진회전수 영역(N2~N6)에서 등마력특성 또는 대략 등마력특성으로 되도록 엔진(16)의 출력을 제어함과 아울러, 유압펌프 흡수토크 제어장치(27)는 엔진회전수의 증감에 따라 유압펌프(17)의 흡수토크를 증감시켜서 매칭점(M3)에 대응하는 엔진(16)의 출력토크(T3)와 유압펌프(17)의 흡수토크를 일치시키도록 유압펌프(17)의 흡수토크를 제어한다.

Description

유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블{HYDRAULIC DRIVING CONTROL DEVICE AND HYDRAULIC SHOVEL WITH THE CONTROL DEVICE}
본 발명은, 작업기계의 유압구동계를 제어하는 유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블에 관한 것이다.
종래, 엔진에 의해 구동되는 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터를 구비하고, 작업 모드에 따라서 엔진의 출력특성을 설정하며, 또한 그 설정된 엔진 출력특성에 대응시켜서 유압펌프의 특성을 제어하도록 구성되는 유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 여기서, 이 특허문헌1에 제안되어 있는 유압구동 제어장치에 있어서는, 펌프 부하에 의한 엔진회전수 변동을, 엔진회전수 센서로부터의 실제 엔진회전수 신호와, 연료 다이얼에 부설된 전위차계로부터의 스로틀 신호로 검출하고, 컨트롤러가 그들 신호를 받아서 연산하여, 그 결과를 TVC(토크·베리어블·컨트롤) 밸브로 신호로서 보내며, 이와 같은 TVC 밸브에 의한 유압펌프의 토출유량의 제어에 의해 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크를 항상 최적으로 매칭시키도록 되어 있다. 또한, 펌프 부하가 과대하게 되어 엔진회전수가 저하하면, 소위 엔진회전 센싱제어에 의해 유압펌프의 토출유량을 감소시킴으로써, 정격출력 점에 대응하는 엔진회전수로 실제 엔진회전수를 순식간에 복귀시켜서, 유압펌프가 엔진의 최대마력을 안정적으로 흡수하여 고효율로 작업을 행할 수 있도록 되어 있다.
[특허문헌1:일본 특허공개 평2-38630호 공보]
이 종류의 종래의 유압구동 제어장치에 있어서, 예를 들면, 스피드과 파워의 양쪽이 필요하게 되는 작업에 대응시키기 위해 설정된 액티브 모드에서는, 도 8에 나타내어지는 바와 같이 엔진의 설정 엔진회전수(무부하 최고회전수)가 N7으로 설정되고, 이것에 의해, 레귤레이션 라인(R1)을 갖는 엔진 출력토크 특성 라인(EL1)이 설정된다. 이 액티브 모드에 있어서는, 엔진의 출력이 최대로 되는 출력토크점(M4)(이하, 「매칭점(M4)」이라고 칭한다.)에서의 출력토크값(T4)을 유압펌프가 흡수하도록 유압펌프 흡수토크 특성 라인(PL1)이 설정되고, 이것에 의해, 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크를 매칭점(M4)에 있어서 일치시키도록 되어 있다. 한편, 연비의 저감을 도모하면서 통상의 굴삭작업에 대응시키기 위해 설정된 이코노미 모드에서는, 동도에 나타내어지는 바와 같이 설정 엔진회전수(무부하 최고회전수)가 액티브 모드에 있어서의 설정 엔진회전수(N7)보다 소정 회전수만큼 낮은 엔진회전수(N5)로 설정되고, 이것에 의해 상기 레귤레이션 라인(R1)보다 저속측에 설정되는 레귤레이션 라인(R50)을 갖는 엔진 출력토크 특성 라인(EL50)이 설정된다. 이 이코노미 모드 에서는 엔진의 연비효율이 비교적 높은, 바꿔 말하면 엔진의 연료소비율(g/kw·h)이 비교적 낮은 출력토크점(M3)(이하, 「매칭점(M3)」이라고 칭한다.)에 대응하는 출력토크값(T3)을 유압펌프가 흡수해서 엔진을 효율적으로 운전시키기 위해, 그 유압펌프의 흡수토크를 등마력특성 라인(PL50)을 따라서 제어하도록 되어, 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크를 매칭점(M3)에 있어서 일치시킬 수 있도록 되어 있다.
그러나, 상기 종래의 유압구동 제어장치에서는, 액티브 모드로부터 이코노미 모드로 전환함으로써 연비절약화를 도모할 수 있지만, 이와 같은 모드의 전환에 의해 설정 엔진회전수가 N7으로부터 N5로 저하되기 때문에, 경부하 작업시에 있어서 유압펌프의 토출유량이 그 저하된 설정 엔진회전수의 차분(N7-N5)에 비례해서 감소해 버려서, 작업속도가 늦어진다는 문제점이 있다. 또한, 급격한 부하변동이 있었을 경우, 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크가 매칭점(M3)에 있어서 안정적으로 일치할 때까지, 등마력특성 라인(PL50)과 엔진 출력토크 특성 라인(EL50)으로 둘러싸여지는 부분(도 8 중에 있어서 해칭으로 나타내어지는 부분)의 면적에 상당하는 엔진출력이 더 출력되므로, 쓸데없는 연료소비가 이루어진다는 문제점이 있다. 또한, 특히 매칭점(M3) 근방의 엔진회전수 영역에 있어서, 등마력특성 라인(PL50) 및 엔진 출력토크 특성 라인(EL50)이 엔진회전수의 증감변화에 대하여 유압펌프의 흡수토크 및 엔진의 출력토크를 각각 증감시킨 상태로, 서로 동특성으로 되어 있기 때문에, 유압펌프의 흡수토크를 등마력특성 라인(PL50)을 따르도록 제어해도, 이와 같은 제어에서는 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크를 매칭점(M3)에 있어서 일치시킴에 있어서의 정밀도 및 안정성에 문제가 있고, 이 때문에 목표로 하는 출력토크점, 즉 매칭점(M3)에 있어서 엔진을 안정적으로 운전시키는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이고, 목표로 하는 출력토크점에 있어서 엔진을 안정적으로 운전시킬 수 있음과 아울러, 경부하시에 있어서의 작업속도의 저하를 방지할 수 있으며, 또한 저연비화도 도모할 수 있는 유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 제1발명에 의한 유압구동 제어장치는, 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터와, 상기 엔진의 출력을 제어하는 엔진 제어수단과, 상기 유압펌프의 흡수토크를 제어하는 유압펌프 흡수토크 제어수단을 구비하는 유압구동 제어장치에 있어서, 상기 엔진의 출력토크와 상기 유압펌프의 흡수토크를 일치시키는 매칭점을 작업내용에 따라서 미리 정하고, 상기 엔진 제어수단은, 상기 엔진의 출력특성이 상기 매칭점에 대응하는 엔진회전수를 포함하는 소정의 엔진회전수 영역에서 등마력특성 또는 대략 등마력특성으로 되도록 상기 엔진의 출력을 제어함과 아울러, 상기 유압펌프 흡수토크 제어수단은, 엔진회전수의 증감에 따라 상기 유압펌프의 흡수토크를 증감시켜서 상기 매칭점에 대응하는 상기 엔진의 출력토크와 상기 유압펌프의 흡수토크를 일치시키도록 상기 유압펌프의 흡수토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제1발명에 있어서, 상기 엔진의 출력토크와 엔진회전수의 관계를 기억하는 기억수단과, 상기 엔진의 실제 엔진회전수를 검출하는 엔진회전수 검출수단이 설치되고, 상기 엔진 제어수단은 상기 기억수단에 기억되어 있는 상기 엔진의 출력토크와 엔진회전수의 관계와, 상기 엔진회전수 검출수단에 의해 검출되는 실제 엔진회전수로부터, 상기 엔진에 출력시켜야 할 토크값을 구하여, 이 구해진 토크값에 기초해서 상기 엔진의 출력을 제어하는 것이 바람직하다(제2발명).
다음에, 제3발명에 의한 유압셔블은, 제1발명 또는 제2발명에 따른 유압구동 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제1발명에 있어서는, 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크를 일치시키는 매칭점이 작업내용에 따라서 미리 설정된다. 또한, 엔진의 출력토크 특성은, 엔진 제어수단에 의한 엔진의 출력 제어에 의해, 매칭점에 대응하는 엔진회전수를 포함하는 소정의 엔진회전수 영역에 있어서 엔진회전수의 증가/감소에 따라 엔진의 출력토크를 등마력특성 또는 대략 등마력특성에 따라서 감소/증가시키는 특성으로 된다. 한편, 유압펌프의 흡수토크 특성은, 유압펌프 흡수토크 제어수단에 의한 유압펌프의 흡수토크 제어에 의해, 매칭점에 대응하는 엔진의 출력토크와, 유압펌프의 흡수토크를 일치시키고, 또한 엔진회전수의 증감에 따라 유압펌프의 흡수토크를 증감시키는 특성으로 된다. 따라서, 엔진의 출력토크 특성과 유압펌프의 흡수토크 특성이 매칭점에 있어서 교차되게 된다. 이렇게, 엔진회전수의 변화에 감응하고, 또한 그 엔진회전수의 변화에 대해서 서로 반대특성을 이루는 엔진 출력토크 특성 및 유압펌프 흡수토크 특성이 매칭점에 있어서 교차됨으로써, 작업부하의 고조에 따라서 엔진의 출력토크가 매칭점을 향해서 증가경향에 있을 경우, 매칭점에 대응하는 엔진회전수에 엔진의 실제 회전수가 수속되게 된다. 이때, 엔진의 출력토크는 엔진 그 자신의 등마력특성 또는 대략 등마력특성에 따라서 변화되므로, 엔진회전수의 변동에 대해서 엔진의 출력토크의 변동이 완만한 것으로 된다. 따라서, 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크가 매칭점에 있어서 정확하고 또한 안정적으로 일치되므로, 목표로 하는 출력토크점, 즉 매칭점에 있어서 엔진을 안정적으로 운전시킬 수 있다. 또한, 매칭점에 대응하는 엔진회전수에 실제 엔진회전수가 수속될 때에는, 엔진의 출력이 그 매칭점에 있어서 필요하게 되는 엔진 출력으로 유지되기 때문에, 엔진이 출력 과잉에 빠지는 일은 없다. 따라서, 저연비화를 도모할 수 있다.
또한, 제1발명에 있어서는, 엔진의 출력토크와 유압펌프의 흡수토크가 매칭점에서 일치되어 있는 상태에서 작업부하가 감소경향으로 바뀌면, 실제 엔진회전수는 일단 엔진 그 자신의 등마력특성 또는 대략 등마력특성에 따라서 증가되고, 더욱 작업부하가 감소하면, 실제 엔진회전수는 무부하 최고회전수(설정 엔진회전수)를 향해서 상승된다. 이 때문에, 등마력특성 또는 대략 등마력특성에 의한 엔진회전수의 증가분을 예상해서 설정 엔진회전수를 비교적 높게 설정할 수 있게 되므로, 경부하시에 있어서의 작업속도의 저하를 방지할 수 있다.
제2발명의 구성을 채용함으로써, 엔진의 출력 제어의 자유도를 향상시킬 수 있다.
제3발명에 따르면, 목표로 하는 출력토크점, 즉 매칭점에 있어서 엔진을 안정적으로 운전시킬 수 있음과 아울러, 경부하시에 있어서의 작업속도의 저하를 방지할 수 있고, 또한 저연비화도 도모할 수 있는 유압셔블을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 유압셔블의 측면도이다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 유압구동 제어장치의 개략 시스템 구성도이다.
도 3은 액티브 모드시에 있어서의 엔진 출력토크 특성맵이다.
도 4는 이코노미 모드시에 있어서의 엔진 출력토크 특성맵이다.
도 5는 유압펌프 흡수토크 특성맵이다.
도 6은 액티브 모드시에 있어서의 엔진 출력토크 특성과 유압펌프 흡수토크 특성의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 이코노미 모드시에 있어서의 엔진 출력토크 특성과 유압펌프 흡수토크 특성의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래의 유압구동 제어장치에 따른 엔진 출력토크 특성과 유압펌프 흡수토크 특성의 관계를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 유압셔블 2a 주행용 유압모터
2b 주행장치 3 선회장치
3a 선회용 유압모터 5 작업기
10 붐 실린더 11 암(arm) 실린더
12 버킷 실린더 15 유압구동 제어장치
16 엔진 17 유압펌프
19 연료분사장치 20 컨트롤러
20a 기억장치 21 연료 다이얼
21a 전위차계 22 엔진회전수 센서
23 엔진 제어장치 27 유압펌프 흡수토크 제어장치
M3 매칭점(이코노미 모드) M4 매칭점(액티브 모드)
다음에, 본 발명에 의한 유압구동 제어장치 및 그것을 구비하는 유압셔블의 구체적인 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 일실시형태에 따른 유압셔블의 측면도가 나타내어져 있다. 또한, 도 2에는, 본 실시형태에 있어서의 유압구동 제어장치의 개략 시스템 구성도가 나타내어져 있다.
본 실시형태의 유압셔블(1)은, 도 1에 나타내어지는 바와 같이 주행용 유압모터(2a)에 의해 구동되는 주행장치(2b)를 구비해서 이루어지는 하부 주행체(2)와, 선회용 유압모터(3a)에 의해 구동되는 선회장치(3)와, 이 선회장치(3)를 통해서 상기 하부 주행체(2)상에 배치되는 상부 선회체(4)와, 이 상부 선회체(4)의 전부 중앙위치에 부착되는 작업기(5)와, 그 상부 선회체(4)의 전부 좌방위치에 설치되는 운전실(6)을 구비해서 구성되어 있다. 상기 작업기(5)는, 상부 선회체(4)측으로부터 순서대로 붐(7), 암(8) 및 버킷(9)이 각각 회동 가능하게 연결되어서 이루어지고, 이들 붐(7), 암(8) 및 버킷(9)의 각각에 대응하도록 유압 실린더(붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12))가 배치되어 있다.
이 유압셔블(1)에 구비되는 유압구동 제어장치(15)는, 도 2에 나타내어지는 바와 같이 디젤식 엔진(16)과, 이 엔진(16)에 의해 구동되는 유압펌프(가변용량형 사판식 피스톤 펌프)(17)와, 상기 운전실(6) 내에 설치되는 모니터 패널(18)을 구비하고 있다.
상기 엔진(16)에는 축압(커먼레일)식 연료분사장치(19)가 부설되어 있다. 이 연료분사장치(19)는 그 자체 공지의 것으로서, 도시에 의한 설명은 생략하지만, 연료압송펌프에 의해 커먼레일실에 연료를 축압하여, 전자밸브의 개폐에 의해 인젝터로부터 연료를 분사하는 방식의 것이고, 컨트롤러(20)로부터 상기 전자밸브로의 구동신호(지령전류)에 의해 연료분사특성이 결정되어, 엔진(16)의 저속영역에서 고속영역까지 임의의 분사특성을 얻을 수 있도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 연료분사장치(19), 컨트롤러(20) 및 각종 센서류를 포함하는 기기로 소위 전자제어 분사 시스템이 구축되어 있고, 이러한 전자제어 분사 시스템에서는, 목표분사특성을 디지털 값으로 맵화함으로써 도 3 및 도 4의 각각에 나타내어지는 엔진 출력토크 특성을 얻을 수 있도록 되어 있다.
여기서, 엔진(16)의 스로틀량을 설정하기 위해서 연료 다이얼(21)이 설치되고, 이 연료 다이얼(21)에 부설되는 전위차계(21a)로부터의 스로틀 신호는 컨트롤러(20)에 입력된다. 또한, 엔진(16)의 실제 엔진회전수는 엔진회전수 센서(본 발명에 있어서의 「엔진회전수 검출수단」에 상당한다.)(22)로 검출되고, 그 검출신호는 컨트롤러(20)에 입력된다. 또한, 도 3에 있어서 기호 EL1의 라인에서 나타내어지는 엔진 출력토크 특성에서는, 설정 엔진회전수(무부하 최고회전수)가 N7으로 되고, 엔진회전수(N4)와 출력토크값(T4)으로 특정되는 출력토크점(M4)에 있어서 엔진(16)의 출력(마력)이 최대로 되고, 엔진회전수가 N1일 때에 최대 출력토크값(T1)으로 되며, 엔진회전수(N4)를 약간 초과하고나서 설정 엔진회전수(N7)까지 사이의 엔진회전수 영역에 있어서 레귤레이션 라인(R1)이 설정되어 있다. 한편, 도 4에 있어서 기호 EL2의 라인으로 나타내어지는 엔진 출력토크 특성에서는, 설정 엔진회전수(무부하 최고회전수)가 N7으로 되고, 엔진회전수가 N3일 때의 출력토크값이 T3로 되며, 엔진회전수(N3)를 포함하는 소정의 엔진회전수 영역(N2~N6)에 있어서 엔진회전수의 변화에 대하여 엔진 출력을 대략 일정하게 유지하도록 엔진 출력토크를 변화시키는 특성의 등마력특성 라인(TL)이 설정되어, 엔진회전수(N6)로부터 설정 엔진회전수(N7)까지 사이의 엔진회전수 영역에 있어서 상기 레귤레이션 라인(R1)과 기본적으로 같 은 레귤레이션 라인(R1')이 설정되어 있다. 또한, 여기서 연료분사장치(19), 컨트롤러(20), 전위차계(21a) 및 엔진회전수 센서(22)를 포함해서 이루어지는 엔진 제어장치(23)가 본 발명에 있어서의 「엔진 제어수단」에 상당한다.
상기 유압펌프(17)는, 도 2에 나타내어지는 바와 같이 컨트롤 밸브(24)를 통해서 각 유압 액츄에이터(주행용 유압모터(2a), 선회용 유압모터(3a), 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12))(25)에 접속되어 있다. 또한, 이 컨트롤 밸브(24)에 있어서는, 운전실(6) 내에 배치되는 각종 조작 레버(26)의 조작에 의해 소정의 유로전환동작이 행해지도록 되어 있고, 운전자에 의한 그들 조작 레버(26)의 소정의 조작으로 하부 주행체(2)의 주행동작이나, 상부 선회체(4)의 선회동작, 작업기(5)의 굴곡기복 동작이 행해지도록 되어 있다.
상기 유압펌프(17)에는, 유압펌프 흡수토크 제어장치(본 발명에 있어서의 「유압펌프 흡수토크 제어수단」에 상당한다.)(27)가 부설되어 있다. 이 유압펌프 흡수토크 제어장치(27)는, 유압펌프(17)의 사판의 경전각을 조정하는 서보밸브(28)에 대해서 압유를 공급하는 유압회로 속에, 작업부하[유압작동부(주행장치(2b), 선회장치(3), 작업기(5))에 관한 부하]를 감지하여 토출유량을 제어하는 로드센싱 밸브(29)(이하, 「LS 밸브(29)」라고 한다.)와, 작업부하가 엔진 마력(펌프 출력)을 초과하지 않도록 제어하는 파워 컨트롤 밸브(30)(이하, 「PC 밸브(30)」라고 한다.)와, 컨트롤러(20)로부터의 지령전류를 받아서 그 지령전류에 따른 파일럿압을 상기 LS 밸브(29)에 부여해서 유압펌프(17)의 토출유량의 크기를 결정하는 전자비례 제 어밸브(31)(이하, 「LS-EPC 밸브(31)」라고 한다.)와, 컨트롤러(20)로부터의 지령전류를 받아서 그 지령전류에 따른 파일럿압을 상기 PC 밸브(30)에 부여해서 유압펌프(17)의 흡수토크를 제어하는 전자비례 제어밸브(32)(이하, 「PC-EPC 밸브(32)」라고 한다.)가 구비되어서 구성되어 있다. 또한, 상기 LS-EPC 밸브(31) 및 PC-EPC 밸브(32)에는, 각각 유압펌프(17)와 컨트롤 밸브(24) 사이의 유로에 끼워지는 자기압 감압밸브(33)에 의해서 조압된 압유가 공급되도록 되어 있다.
여기서, 상기 LS 밸브(29)는, 유압펌프(17)의 토출압(자기압)(PP)과 컨트롤 밸브(24)의 출구압력(PLS)의 차압(ΔPLS)(=PP-PLS;이하, 「LS차압」이라고 칭한다.)에 의해, 유압펌프(17)의 토출유량(Q)을 제어한다. 이 LS 밸브(29)에는, 유압펌프(17)의 토출압(PP), 컨트롤 밸브(24)의 출구압력(PLS), 및 LS-EPC 밸브(31)로부터의 파일럿압이 입력되고, LS 차압(ΔPLS)과 토출유량(Q)의 관계는 컨트롤러(20)의 LS-EPC 밸브(31)에 대한 지령전류값에 따라서 변화되도록 되어 있다. 한편, 상기 PC 밸브(30)는, 유압펌프(17)의 토출압(PP)이 높을 때에는, 컨트롤 밸브(24)의 조작 스트로크가 아무리 증대해도, 토출압(PP)에 따라서 소정의 유량이상은 흐르지 않도록 제어해서, 유압펌프(17)가 흡수하고 있는 마력이 엔진(16)의 마력을 초과하지 않도록 등마력제어를 행하는 밸브이다. 즉, 작업 중 부하가 커져 유압펌프(17)의 토출압(PP)이 상승하면, 유압펌프(17)의 토출유량(Q)을 감소시킨다, 한편, 유압펌프(17)의 토출압(PP)이 저하하면, 유압펌프(17)의 토출유량(Q)을 증가시킨다. 이 경우, 유압펌프(17)의 토출압(PP)과 유압펌프(17)의 토출유량(Q)의 관계는, 컨트롤러(20)로부터 PC-EPC 밸브(32)에 주어지는 지령전류값을 파라미터로 해서 변화시키 도록 되어 있다.
또한, 컨트롤러(20)는, 엔진회전수 센서(22)에 의해 실제 엔진회전수를 센싱하고, 작업부하의 증대에 의해 실제 엔진회전수가 저하하면, 유압펌프(17)의 토출유량을 감소시켜서 엔진회전수를 회복시키는 기능을 가지고 있다. 즉 작업부하가 증대하여 실제 엔진회전수가 설정값보다 저하하면, 컨트롤러(20)로부터의 PC-EPC 밸브(32)로의 지령전류가 엔진회전수의 저하량에 따라서 증대하고, 유압펌프(17)의 사판각이 감소한다. 요컨대, 유압펌프 흡수토크 제어장치(27)는, 유압펌프(17)의 흡수토크가 소정값에 도달하여 더욱 증가경향에 있을 경우에, 유압펌프(17)의 흡수토크를 엔진(16)의 설정 엔진회전수(무부하 최고회전수)와 실제 엔진회전수의 편차의 증가/감소에 따라서 감소/증가시킨다, 즉 유압펌프(17)의 흡수토크를 엔진회전수의 증가/감소에 따라 증가/감소시킨다.
이렇게 해서, 유압펌프 흡수토크 제어장치(27)에 의한 유압펌프(17)의 흡수토크의 제어에 의해, 유압펌프(17)의 흡수토크 특성이, 예를 들면, 후술하는 매칭점(M4)에 대응하는 엔진(16)의 출력토크(T4)와 유압펌프(17)의 흡수토크를 일치시키고, 또한 엔진회전수의 증감에 따라 유압펌프(17)의 흡수토크를 증감시키는 특성으로 된다(도 5 중 기호 PL1으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성 라인을 참조). 또한, 예를 들면, 유압펌프(17)의 흡수토크 특성이, 후술하는 매칭점(M3)에 대응하는 엔진(16)의 출력토크(T3)와 유압펌프(17)의 흡수토크를 일치시키고, 또한 엔진회전수의 증감에 따라 유압펌프(17)의 흡수토크를 증감시키는 특성으로 된다(도 5 중 기호 PL2로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성 라인을 참조).
상기 모니터 패널(18)에는, 작업내용에 따라서 설정되는 액티브 모드 및 이코노미 모드의 각 모드에 대응하도록 액티브 모드 선택 스위치(34) 및 이코노미 모드 선택 스위치(35)가 각각 설치되어 있다. 여기서, 액티브 모드는 스피드과 파워의 양쪽이 필요하게 되는 작업에 대응시키기 위해 설정된 작업 모드이며, 한편, 이코노미 모드는 연비의 저감을 도모하면서 통상의 굴삭작업에 대응시키기 위해 설정된 작업 모드이다.
상기 컨트롤러(20)는, 각종 센서나 스위치류로부터의 입력신호를 변환·정형 하는 입력 인터페이스(도시생략)와, 정해진 순서에 따라서 입력 데이터의 산술연산 또는 논리연산을 행하는 마이크로컴퓨터(도시생략)와, 그 연산결과를 액츄에이터 구동신호로 변환하고 또한 그 액츄에이터 구동신호를 전력증폭한 것을 지령전류로서 출력하는 출력 인터페이스(도시생략)와, 기억장치(본 발명에 있어서의 「기억수단」에 상당한다.)(20a)를 구비해서 구성되어 있다. 상기 기억장치(20a)는, 주로 소정 프로그램이나 각종 테이블, 각종 맵 등을 기억하는 판독전용 메모리(ROM)와, 소정 프로그램을 실행하기 위해 필요한 워킹 메모리로서의 기입 가능 메모리(RAM)로 구성되어 있다. 이 기억장치(20a)에는, 예를 들면, 도 3에 있어서 기호 EL1의 라인으로 나타내어지는 엔진 출력토크 특성의 맵 데이터나, 도 4에 있어서 기호 EL2의 라인으로 나타내어지는 엔진 출력토크 특성의 맵 데이터, 도 5에 있어서 기호 PL1의 라인으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성의 맵 데이터, 도 5에 있어서 기호 PL2의 라인으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성의 맵 데이터 등이 기억되어 있다.
이 컨트롤러(20)에는, 상기 각종 작업 모드 선택 스위치(34, 35)의 ON 조작에 의해 출력되는 각종 작업 모드 선택신호가 입력되도록 되어 있다. 그리고, 컨트롤러(20)는, 예를 들면, 작업 모드 선택 스위치(34)의 ON 조작에 의해 액티브 모드가 선택됨과 아울러, 연료 다이얼(21)에 의해 스로틀량이 풀(full)로 설정되어 있을 경우, 기억장치(20a)에 기억되어 있는 도 3에 나타내어지는 엔진 출력토크 특성맵을 판독하여, 이 도 3에 나타내어지는 엔진 출력토크 특성맵과, 엔진회전수 센서(22)에 의해 검출되는 실제 엔진회전수로부터, 엔진(16)에 출력시켜야 할 토크값을 구하고, 이 구해진 토크값에 기초해서 연료분사장치(19)에 분사시켜야 할 연료분사량을 구하며, 이 구해진 연료분사량을 만족하는 구동신호(지령전류)를 연료분사장치(19)에 있어서의 전자밸브를 향해서 출력한다. 또한, 컨트롤러(20)는, 예를 들면, 작업 모드 선택 스위치(35)의 ON 조작에 의해 이코노미 모드가 선택됨과 아울러, 연료 다이얼(21)에 의해 스로틀량이 풀로 설정되어 있을 경우, 기억장치(20a)에 기억되어 있는 도 4에 나타내어지는 엔진 출력토크 특성맵을 판독하여, 이 도 4에 나타내어지는 엔진 출력토크 특성맵과, 엔진회전수 센서(22)에 의해 검출되는 실제 엔진회전수로부터 엔진(16)에 출력시켜야 할 토크값을 구하고, 이 구해진 토크값에 기초해서 연료분사장치(19)에서 분사시켜야 할 연료분사량을 구하며, 이 구해진 연료분사량을 만족하는 구동신호(지령전류)를 연료분사장치(19)에 있어서의 전자밸브를 향해서 출력한다.
또한, 컨트롤러(20)는, 작업 모드 선택 스위치(34)의 ON 조작에 의해 액티브 모드가 선택되면, 기억장치(20a)에 기억되어 있는 도 5에 있어서 기호 PL1의 라인으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성맵을 판독하여, 이 도 5에 있어서 기호 PL1의 라인으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성맵과, 엔진회전수 센서(22)에 의해 검출되는 실제 엔진회전수에 기초해서, PC-EPC 밸브(32)에 대한 지령전류를 제어해서 유압펌프(17)의 사판각을 조정한다. 또한, 컨트롤러(20)는, 작업 모드 선택 스위치(35)의 ON 조작에 의해 이코노미 모드가 선택되면, 기억장치(20a)에 기억되어 있는 도 5에 있어서 기호 PL2의 라인으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성맵을 판독하여, 이 도 5에 있어서 기호 PL2의 라인으로 나타내어지는 유압펌프 흡수토크 특성맵과, 엔진회전수 센서(22)에 의해 검출되는 실제 엔진회전수에 기초해서, PC-EPC 밸브(32)에 대한 지령전류를 제어해서 유압펌프(17)의 사판각을 조정한다.
다음에, 상기 각 작업 모드에 있어서의 유압구동 제어장치(15)의 작동에 대해서, 도 6 및 도 7을 사용해서 이하에 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 연료 다이얼(21)에 의해 엔진(16)의 스로틀량이 풀로 설정되어 있는 것으로 한다.
(액티브 모드가 선택되었을 경우:도 6 참조)
운전자가 액티브 모드 선택 스위치(34)를 ON하면, 도 6에 나타내어지는 바와 같이 레귤레이션 라인(R1)을 갖는 엔진 출력토크 특성 라인(EL1)이 설정된다. 또한, 엔진(16)의 출력이 최대로 되는 출력토크점에 있어서 엔진(16)의 출력토크와 유압펌프(17)의 흡수토크를 일치시키도록 도 6 중 기호 M4로 나타내어지는 매칭점이 설정된다. 또한, 이 매칭점(M4)에 있어서 엔진(16)의 출력토크(T4)와 유압펌프의 흡수토크를 일치시키는 유압펌프 흡수토크 특성 라인(PL1)이 설정된다.
이 액티브 모드가 선택되어 있는 상태에 있어서, 작업부하가 가볍고 유압펌프(17)의 토출압(부하압)이 낮은 동안은, 엔진(16)이 그 부하의 크기에 따라서 엔진 출력토크 특성 라인(EL1)에 있어서의 레귤레이션 라인(R1)의 선상에서 운전된다. 작업부하가 증대하여 유압펌프(17)의 부하압이 높아지면, 결국에는 엔진(16)의 출력이 최대로 되는 매칭점(M4)에 있어서 엔진(16)의 출력토크(T4)와 유압펌프(17)의 흡수토크가 일치되고, 유압펌프(17)가 엔진(16)의 최대마력을 흡수해서 작업이 행해진다. 이렇게 해서, 스피드과 파워 양쪽이 필요하게 되는 작업을 양호하게 행할 수 있다.
(이코노미 모드가 선택되었을 경우:도 7 참조)
운전자가 이코노미 모드 선택 스위치(35)를 ON하면, 도 7에 나타내어지는 바와 같이 엔진(16)의 설정 엔진회전수가 상술의 액티브 모드시와 마찬가지로 N7으로 설정된다. 또한, 엔진(16)의 출력토크와 유압펌프(17)의 흡수토크를 일치시키도록 도 7 중 기호 M3로 나타내어지는 매칭점이 설정되고, 이 매칭점(M3)에 대응하는 엔 진회전수(N3)를 포함하는 소정의 엔진회전수 영역(N2~N6)에 있어서, 엔진회전수의 변화에 대하여 엔진 출력을 대략 일정하게 유지하도록 엔진(16)의 출력토크를 변화시키는 특성의 등마력특성 라인(TL)이 설정된다. 이렇게 해서, 엔진회전수가 N2로부터 N6에 있어서는 등마력특성 라인(TL)을 따라서 출력토크가 변화되고, 엔진회전수가 N6로부터 N7까지는 상기 레귤레이션 라인(R1)과 기본적으로 같은 특성의 레귤레이션 라인(R1')에 따라서 출력토크가 변화되는 특성의 엔진 출력토크 특성 라인(EL2)이 설정된다. 또한, 이 이코노미 모드에 있어서는, 매칭점(M3)에 대응하는 엔진(16)의 출력토크(T3)와 유압펌프(17)의 흡수토크를 일치시키고, 또한 엔진회전수의 증감에 따라 유압펌프(17)의 흡수토크를 증감시키는 특성의 유압펌프 흡수토크 특성 라인(PL2)이 설정된다. 즉, 엔진회전수의 변화에게 감응하고, 또한 그 엔진회전수의 변화에 대해서 서로 반대특성을 이루는 유압펌프 흡수토크 특성 라인(PL2) 및 등마력특성 라인(TL)이 매칭점(M3)에 있어서 교차된다.
이 이코노미 모드가 선택되어 있는 상태에 있어서, 작업부하가 가볍고 유압펌프(17)의 토출압(부하압)이 낮은 동안은, 엔진(16)이 그 부하의 크기에 따라서 엔진 출력토크 특성 라인(EL2)에 있어서의 레귤레이션 라인(R1')의 선상에서 운전된다. 작업부하가 증대하여 유압펌프(17)의 부하압이 높아지면, 엔진(16)이 그 부하 의 크기에 따라서 엔진 출력토크 특성 라인(EL2)에 있어서의 등마력특성 라인(TL)의 선상에서 운전된다. 그 후, 더욱 작업부하가 증대해서 유압펌프(17)의 부하압이 보다 높아지면, 결국에는 매칭점(M3)에 있어서 엔진(16)의 출력토크와 유압펌프(17)의 흡수토크가 일치되어, 엔진회전수(N3)에 있어서의 엔진 마력을 유압펌프(17)가 흡수해서 작업이 행해진다. 이 매칭점(M3)에 있어서 엔진(16)의 출력토크와 유압펌프(17)의 흡수토크가 일치된 상태에서 어떠한 외란에 의해, (1)매칭점(M3)에 대응하는 엔진회전수(N3)로부터 실제 엔진회전수가 상승한 경우, 엔진(16)의 출력토크가 감소하므로 유압펌프(17)의 흡수토크에 져서 실제 엔진회전수가 저하되게 되고, 한편, (2)엔진회전수(N3)로부터 실제 엔진회전수가 저하했을 경우, 엔진(16)의 출력토크가 증가하므로 유압펌프(17)의 흡수토크에 이겨서 엔진회전수가 상승하게 된다. 이렇게, 항상 매칭점(M3)으로 되돌아오려고 하는 수속력을 효과적으로 작용킬 수 있으므로, 작업부하의 고조에 의해 엔진(16)의 출력토크가 매칭점(M3)에 대응하는 출력토크값(T3)을 향해서 증가경향에 있을 경우, 매칭점(M3)에 대응하는 엔진회전수(N3)로 엔진(16)의 실제 엔진회전수가 수속되게 된다. 이때, 엔진(16)의 출력토크는 엔진(16) 그 자신의 등마력특성 라인(TL)에 따라서 변화되므로, 엔진회전수의 변동에 대해서 엔진(16)의 출력토크의 변동이 완만한 것으로 된다. 따라서, 엔진(16)의 출력토크와 유압펌프(17)의 흡수토크가 매칭점(M3)에 있어서 정확하고 또한 안정적으 로 합치되게 되어, 목표로 하는 출력토크점(매칭점(M3))에 있어서 엔진(16)을 안정적으로 운전시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 이코노미 모드에서는, 작업부하가 증대해서 엔진(16)의 실제 엔진회전수가 매칭점(M3)에 대응하는 엔진회전수(N3)에 수속될 때에, 엔진(16)이 등마력특성 라인(TL)의 선상에서 운전되고, 엔진(16)의 출력(마력)이 그 매칭점(M3)에 있어서 필요하게 되는 엔진 출력(엔진 마력)으로 유지되므로, 엔진(16)이 출력 과잉에 빠지는 일은 없다. 따라서, 상기 이코노미 모드에 따르면, 액티브 모드와 비교해서 총량으로서 연비저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 이코노미 모드에 있어서는, 엔진(16)의 출력토크와 유압펌프(17)의 흡수토크가 매칭점(M3)에서 일치되어 있는 상태에서 작업부하가 감소경향으로 바뀌면, 실제 엔진회전수는 일단 엔진(16) 그 자신의 등마력특성 라인(TL)에 따라서 N3에서 N6로까지 증가되고, 더욱 작업부하가 감소하면, 실제 엔진회전수는 레귤레이션 라인(R1')에 따라서 N6로부터 설정 엔진회전수(N7)를 향해서 상승된다. 이 때문에, 종래의 이코노미 모드에서는, 설정 엔진회전수가 N7보다 소정 회전수 낮은 N5인 것에 대하여, 본 실시형태에 있어서의 이코노미 모드에서는, 등마력특성 라인(TL)에 의한 엔진회전수의 증가분을 예상해서, 엔진(16)의 설정 엔진회전수를 상술의 액티브 모드에서의 그것과 같은 N7으로 설정할 수 있게 되어, 경 부하시에 있어서의 작업속도의 저하를 방지할 수 있다.
유압셔블은 물론, 그 외, 휠로더, 농업용 트랙터, 산업차량 등, 엔진을 구동원으로 하는 유압구동계를 구비하는 작업기계의 유압구동 제어장치로서 이용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터와,
    작업모드를 스피드와 파워의 양쪽이 필요하게 되는 제1작업모드와 연비저감이 가능한 제2작업모드로 설정가능한 작업모드 선택수단과,
    상기 작업모드 선택수단에 의해 설정된 작업모드에 대응하여 상기 엔진의 출력을 제어하는 엔진 제어수단과, 상기 유압펌프의 흡수토크를 제어하는 유압펌프 흡수토크 제어수단을 구비하는 유압구동 제어장치에 있어서,
    상기 엔진의 출력토크와 상기 유압펌프의 흡수토크를 일치시키는 매칭점을 상기 작업모드에 따라서 미리 정하고,
    상기 작업모드 선택수단에 의해 상기 작업모드가 제1작업모드로부터 제2작업모드로 바뀌는 때에,
    상기 엔진 제어수단은, 엔진의 무부하 최고 회전수를 상기 제1모드시와 동일치로 설정하고, 상기 엔진의 출력특성이 상기 제2작업모드에서의 매칭점에 대응하는 엔진회전수를 포함하는 소정의 엔진회전수 영역에서 등마력특성으로 되도록 상기 엔진의 출력을 제어하며,
    상기 유압펌프 흡수토크 제어수단은, 엔진회전수의 증감에 따라 상기 유압펌프의 흡수토크를 증감시켜서 상기 매칭점에 대응하는 상기 엔진의 출력토크와 상기 유압펌프의 흡수토크를 일치시키도록 상기 유압펌프의 흡수토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압구동 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 엔진의 출력토크와 엔진회전수의 관계를 기억하는 기억수단과, 상기 엔진의 실제 엔진회전수를 검출하는 엔진회전수 검출수단이 설치되고, 상기 엔진 제어수단은, 상기 기억수단에 기억되어 있는 상기 엔진의 출력토크와 엔진회전수의 관계와, 상기 엔진회전수 검출수단에 의해 검출되는 실제 엔진회전수로부터, 상기 엔진에 출력시켜야 할 토크값을 구하고, 이 구해진 토크값에 기 초해서 상기 엔진의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압구동 제어장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 유압구동 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압셔블.
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