KR101039300B1 - 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계 - Google Patents

원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계 Download PDF

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Abstract

비교적 간이한 구성으로 확실하게 미세 조작성을 확보할 수 있고, 또한 미세 조작성을 더욱 향상시킬 수 있는 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 하여, 작업 내용에 의거하여 설정되는 복수의 작업 모드의 각각에 대응시켜서 엔진의 출력을 제어하는 엔진 제어 장치와 복수의 작업 모드 중 어느 하나의 작업 모드를 선택하는 작업 모드 선택 스위치를 설치하고, 복수의 작업 모드 중 엔진의 설정 회전수가 비교적 낮게 설정되는 작업 모드가 작업 모드 선택 스위치에 의해 선택되면 엔진 제어 장치는 부하 변동에 상관없이 엔진의 회전수를 일정하게 유지하는 등시성 제어를 행하도록 구성한다.
원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계

Description

원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계{WORKING MACHINE HAVING PRIME MOVER CONTROL DEVICE}
본 발명은 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 유압 셔블에 있어서는 굴삭 작업이나 매달기 작업(suspension work), 평탄화 작업 등 다종다양의 작업 형태가 있기 때문에, 매달기 작업이나 평탄화 작업에 있어서 요구되는 미세 조작성을 손상시키지 않고, 굴삭 작업을 효율적으로 행할 수 있도록 하는 것이 요망되고 있다.
이러한 요망을 만족시킬 수 있는 유압 셔블이 예는 들면, 일본 특허 제 3316057호 공보에서 제안되어 있다. 이 공보에서 제안되어 있는 유압 셔블은 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프로부터의 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터, 이 유압 액츄에이터의 조작에 관계하는 조작 레버의 조작량 변화율을 검출하는 조작 속도 검출 수단, 및 엔진의 회전수를 제어하는 엔진 회전수 제어 수단을 구비하고 있다. 그리고, 상기 조작 속도 검출 수단에 의해 검출된 조작량 변화율이 소정 값보다 작을 경우에는 엔진 회전수 제어 수단에 의해 엔진의 회전수를 미리 설정된 설정 회전수로 유지하도록 되어 있다. 즉, 매달기 작업이나 평탄화 작업 등과 같이 조작 레버의 조작량 변화율이 작은 작업에 있어서는 엔진 회전수의 증감이 금지되어서 미세 조작성에 영향을 주지 않도록 되어 있다. 한편, 상기 조작 속도 검출 수단에 의해 검출된 조작량 변화율이 소정 값보다 큰 경우에는 엔진 회전수 제어 수단에 의해 엔진의 회전수를 미리 설정된 설정 회전수로부터 유압 액츄에이터에 걸리는 부하에 따라서 증가시키도록 되어 있다. 즉, 굴삭 작업시에는 조작 레버의 조작량 변화율이 매달기 작업이나 평탄화 작업 등과 비교해서 크기 때문에 작업 부하에 따라 엔진의 회전수를 증가시켜서 굴삭 작업을 효율적으로 행할 수 있도록 되어 있다.
그러나, 상기 공보에 개시되어 있는 유압 셔블에서는 조작 속도 검출 수단에 의해 검출된 조작 레버의 조작량 변화율에 의거하여 엔진 회전수 제어 수단에 의해 엔진의 회전수를 제어하는 구성으로 되어 있기 때문에, 제어 시스템의 복잡화를 면할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 상기 조작량 변화율의 대소를 판정하기 위한 경계값의 설정이 운전자의 조작 감각에 의거하기 때문에 운전자의 그 날의 몸 상태에 의한 영향이나 복수의 운전자가 협동 사용할 경우에는 운전자의 개인차에 의한 영향 등에 의해, 전술한 작용 효과의 재현율에 변동이 생길 우려가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 비교적 간이한 구성으로 확실하게 미세 조작성을 확보할 수 있고, 또한 미세 조작성을 더욱 향상시킬 수 있는 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계는 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프로부터의 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터, 이 유압 액츄에이터의 작동에 의해 구동되는 작업기, 작업 내용에 의거하여 설정되는 복수의 작업 모드의 각각에 대응시켜서 상기 원동기의 출력을 제어하는 원동기 제어 장치, 및 상기 복수의 작업 모드 중 어느 하나의 작업 모드를 선택하는 작업 모드 선택 수단을 구비하고,
상기 복수의 작업 모드 중 특정의 작업 모드가 상기 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되면 상기 원동기 제어 장치는 부하 변동에 상관없이 상기 원동기의 회전수를 일정하게 유지하는 등시성 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서는 작업 내용에 의거하여 설정되는 복수의 작업 모드 중 특정의 작업 모드가 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되면 원동기 제어 장치에 의한 등시성 제어가 행하여지고, 부하 변동에 상관없이 원동기의 회전수가 일정하게 유지된다. 따라서, 부하의 변동이 생겨도 작업기의 동작 속도가 일정하게 유지되므로 미세 조작성을 양호하게 확보하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 이러한 작용 효과는 특정의 작업 모드가 선택되었을 때에만 등시성 제어를 실시한다는 비교적 간이한 제어 시스템에 의해 얻어진다는 이점이 있다. 또한, 동 작용 효과는 작업 모드 선택 수단에 의해 특정의 작업 모드가 선택되면 확실하게 얻어지는 것이므로 종래와 같이 작용 효과의 재현율에 변동이 생길 우려가 없다.
본 발명에 있어서, 상기 특정의 작업 모드는 상기 복수의 작업 모드 중 상기 작업기를 미속(微速) 작동시키는 미세 조작 작업 모드이며, 상기 복수의 작업 모드 중 상기 원동기의 설정 회전수가 정격 출력 회전수 부근에 설정되는 작업 모드가 상기 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되면 상기 원동기 제어 장치는 부하 변동에 따라 상기 원동기의 회전수를 증감하는 레귤레이션(regulation) 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 작업기를 미속 작동시키기에 적합한 미세 조작 작업 모드, 보다 구체적인 예로 바꾸어 말하면, 예를 들면 유압 셔블에 있어서의 매달기 작업이나 평탄화 작업을 적절하게 행할 수 있도록 설정된 미세 조작 작업 모드에 있어서 더욱 원동기 제어 장치에 의한 등시성 제어가 행하여지도록 구성하면, 비교적 거친 조작으로도 미속 및 일정 속도로 작업기를 작동시키는 것을 용이하게 행할 수 있으므로, 미세 조작성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 작업 모드 중 상기 원동기의 설정 회전수가 정격 출력 회전수 부근에 설정되는 작업 모드가 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되었을 때에 원동기 제어 장치에 의한 레귤레이션 제어가 행하여지도록 구성하면 운전자는 원동기의 회전수의 증감 변화에 의거하여 작업 부하의 변동 정도를 감지할 수 있으므로, 작업을 진행시킴에 있어서 가감이 행해지는 장소가 정확하게 파악될 수 있게 되고, 막힘 없이 스무스하게 작업을 행할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 특정의 작업 모드는 상기 복수의 작업 모드 중 상기 작업기를 미속 작동시키는 미세 조작 작업 모드 및 상기 복수의 작업 모드 중 상기 원동기의 설정 회전수가 정격 출력 회전수 부근에 설정되는 작업 모드인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 전술한 바와 마찬가지로 미세 조작성을 더욱 향상시킬 수 있는 것은 물론, 원동기의 설정 회전수가 정격 출력 회전수 부근에 설정되는 작업 모드에 있어서도 원동기 제어 장치에 의한 등시성 제어가 이루어짐으로써 작업 중에 돌연 무부하 상태가 되어도 원동기의 회전수가 증가되지 않고, 또한 무부하 운전시의 엔진 설정 회전수 자체를 낮게 설정하는 것이 가능해지므로 진동이나 소음을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 원동기 제어 장치는 상기 미세 조작 작업 모드에 있어서 부하가 요구하는 상기 원동기의 출력 토크 값이 소정 값에 도달하고 더욱 증가하는 경향에 있을 경우에, 상기 등시성 제어에 연속해서 등마력(等馬力) 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 부하의 증분(增分)에 대한 원동기의 회전수 변화를 억제하면서 출력 토크를 증가시킬 수 있으므로, 미세 조작성을 손상시키지 않고 고 부하 작업을 양호하게 행할 수 있다. 또한, 이 때 원동기의 출력은 거의 일정하게 되므로 쓸데 없는 에너지 소비가 이루어지는 일이 없다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 의한 엔진·유압 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도이다.
도 5는 제 3 실시형태에 의한 엔진·유압 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도이다.
도 7은 제 4 실시형태에 의한 엔진·유압 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8은 제 4 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도이다.
이어서, 본 발명에 의한 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계의 구체적인 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시형태는 작업 기계의 일종인 유압 셔블에 본 발명이 적용된 예이다.
도 1에는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유압 셔블의 측면도가 도시되어 있다.
이 유압 셔블(1)은 주행용 유압 모터(도시 생략)의 작동에 의해 주행 가능하게 구성되는 하부 주행체(2), 이 하부 주행체(2) 상에 선회용 유압 모터(도시 생략)를 구동원으로 하는 선회 장치(3)를 통해서 설치되는 상부 선회체(4), 및 이 상부 선회체(4)에 설치되는 작업기(6)를 구비해서 구성되어 있다. 상기 작업기(6)는 상기 상부 선회체(4)측으로부터 순차적으로 붐(7), 암(8) 및 버킷(9)이 각각 회전 가능하게 연결되어 구성되고, 이들 붐(7), 암(8) 및 버킷(9)은 각각 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 신축 작동에 의해 회전 조작되도록 되어 있다. 또한, 상기 상부 선회체(4)에는 운전실(5)이 설치되고, 이 운전실(5)에는 각 유압 액츄에이터[주행용 유압 모터, 선회용 유압 모터, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12)]를 조작하는 조작 장치(도시 생략)나, 각종 인디케이터(indicator)를 표시하는 모니터와 각종 스위치가 배치되어서 이루어지는 조작부로 구성되는 모니터 패널(20)(도 2 참조) 등이 설치되어 있다. 또한, 이 유압 셔블(1)에 있어서는 버킷(9)과 그 버킷(9)의 회전 기구를 구성하는 버킷 링크(13)를 연결하는 핀(14)에 행거 훅(hanger hook)(도시 생략)이 설치되어 있고, 굴삭 작업이나 평탄화 작업 뿐만 아니라 매달기 작업을 행할 수 있도록 되어 있다.
이어서, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 엔진·유압 제어 시스템에 대해서 도 2의 블럭도를 사용하여 이하에서 상세히 설명한다.
본 실시형태의 엔진·유압 제어 시스템(15)은 디젤식의 엔진(원동기)(16), 이 엔진(16)에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(17), 상기 엔진(16)의 출력을 제어하는 엔진 제어 장치(원동기 제어 장치)(18), 상기 유압 펌프(17)의 토출 특성을 제어하는 펌프 제어 장치(19), 및 상기 모니터 패널(20)에 있어서의 조작부에 배치되고 작업 내용에 의거하여 설정되는 복수의 작업 모드(후술함) 중 어느 하나의 작업 모드를 선택하는 작업 모드 선택 스위치(작업 모드 선택 수단)(24)[(액티브 모드 선택 스위치(21), 굴삭 모드 선택 스위치(22), 리프팅 선택 스위치(23)]을 구비하고 있다.
상기 엔진(16)에는 그 엔진(16)의 연소실에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 펌프(25)가 부설되어 있다. 이 연료 분사 펌프(25)는 도시에 의한 설명은 생략하지만, 연료를 고압으로 해서 분사관으로 압송(壓送)하기 위한 플런저(plunger) 및 캠 샤프트(cam shaft)로 이루어지는 압송 기구와 상기 플런저와 맞물리는 컨트롤 랙(control rack)을 구비하여 그 컨트롤 랙의 랙 위치를 변화시킴으로써 상기 압송 기구에 의한 연료의 압송량을 조정하는 압송량 조정 기구를 구비해서 구성되어 있 다.
상기 유압 펌프(17)는 콘트롤 밸브(26)를 통해서 각 유압 액츄에이터에 접속되어 있다. 또한, 이 콘트롤 밸브(26)에 있어서는 각 유압 액츄에이터에 대응하도록 상기 조작 장치에 설치되어 있는 각 조작 레버의 조작에 의해 유로의 스위칭이 행하여지도록 되어 있다. 이렇게 해서, 운전자에 의한 각 조작 레버의 소정의 조작에 의해 유압 펌프(17)로부터의 압유가 대응하는 유압 액츄에이터에 공급되고, 하부 주행체(2)에 의한 주행 동작이나 상부 선회체(4)의 선회 동작, 작업기(6)의 굴곡 기복(屈曲 起伏) 동작이 행하여지도록 되어 있다.
상기 엔진 제어 장치(18)는 상기 연료 분사 펌프(25)에 있어서의 압송량 조정 기구에 구비되는 컨트롤 랙의 랙 위치를 제어하는 전자식 가버너(governor)(27)와, 이 전자식 가버너(27)에 대해서 가버너 구동 신호를 송신하는 엔진 콘트롤러(28)를 구비하여 구성되어 있다. 여기에서, 엔진 콘트롤러(28)에는 엔진(16)의 회전수를 검출하는 회전 센서(29)로부터의 엔진 회전수 검출 신호 및 연료 다이얼(30)의 조작량을 검출하는 스로틀 센서(31)로부터의 스로틀 신호가 각각 입력되도록 되어 있다.
상기 펌프 제어 장치(19)는 상기 유압 펌프(17)에 구비되는 경사판을 경사 이동시키는 경사판 구동 장치(32)와 이 경사판 구동 장치(32)의 작동을 제어하는 펌프 콘트롤러(33)를 구비해서 구성되어 있다. 여기에서, 펌프 콘트롤러(33)에는 유압 펌프(17)의 회전수(= 엔진 회전수)를 검출하는 회전 센서(34)로부터의 펌프 회전수 검출 신호 및 작업 모드 선택 스위치(24)로부터의 작업 모드 선택 신호가 각각 입력되도록 되어 있다.
상기 엔진 콘트롤러(28)와 펌프 콘트롤러(33) 사이에서는 신호의 송수신이 가능하게 되어 있고, 펌프 콘트롤러(33)에 입력된 모니터 패널(20)로부터의 작업 모드 선택 신호가 모드 지령 신호로서 엔진 콘트롤러(28)로 향해서 송신되며, 이 펌프 콘트롤러(33)로부터 송신된 모드 지령 신호가 엔진 콘트롤러(28)에 입력되도록 되어 있다. 그리고, 엔진 콘트롤러(28)에 있어서는 입력된 모드 지령 신호에 의거하여 작업 모드 선택 스위치(24)의 선택 조작에 의해 선택된 작업 모드를 판단하고, 이러한 작업 모드에 따른 엔진(16)의 출력 특성이 되도록 소정의 가버너 구동 신호를 전자식 가버너(27)에 송신하도록 되어 있다. 또한, 부호(35)로 도시된 것은 엔진(16)에 관계되는 정보를 모니터 패널(20)로 송신하기 위한 신호선으로서, 이 신호선에 의해 전달된 엔진(16)의 정보는 모니터 패널(20)에 있어서의 모니터에 표시되도록 되어 있다. 한편, 펌프 콘트롤러(33)에 있어서는 엔진 콘트롤러(28)로부터 송신되는 연료 다이얼(30)에 의한 엔진(16)의 목표 회전수 신호와 회전 센서(34)에서 검출된 펌프 회전수 검출 신호에 의거해서, 엔진(16)의 각 출력점에서의 베스트 매칭 토크를 유압 펌프(17)가 흡수하도록 경사판 구동 장치(32)에 의해 그 유압 펌프(17)의 토출량을 제어함과 아울러, 엔진(16)의 연비 효율이 높은 곳에서 매칭시키기 위해 각 작업 모드에 있어서 등마력 제어하도록 되어 있다[도 3에 있어서 기호(Pa) 및 (Pb)로 도시되는 각각의 등마력 곡선을 참조].
본 실시형태에 있어서 설정되는 작업 모드는 액티브 모드, 굴삭 모드 및 리프팅 모드(미세 조작 작업 모드)의 3가지 이다. 여기에서, 액티브 모드는 스피드와 파워가 요구되는 작업에 대응시키기 위해 설정된 모드이다. 한편, 굴삭 모드는 엔진(16)의 연비 효율이 좋은 출력 영역에서 통상의 굴삭 작업을 행할 수 있도록 설정된 모드이며, 한편 리프팅 모드는 예를 들면 매달기 작업이나 평탄화 작업 등과 같이 미세 조작성을 요구하는 작업에 대응시키기 위해 설정된 모드이다. 그리고, 본 실시형태에서는 각 작업 모드에 대응시켜 엔진(16)의 출력을 상기 엔진 제어 장치(18)에 의해 제어하도록 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 상기 엔진 제어 장치(18)가 엔진(16)에 대해서 실시하는 제어는 이하의 2종류이다.
하나는 레귤레이션 제어(do loop 제어)로 칭해지는 것이다. 이 레귤레이션 제어에서는 엔진(16)의 무 부하 운전[아이들(idle) 운전]시에 있어서 상기 연료 다이얼(30)에 의해 엔진(16)의 목표 회전수가 설정되면 작업 부하의 상승에 따라 엔진(16)의 회전수를 낮추도록 된다.
또 하나는 등시성 제어로 칭해지는 것이다. 이 등시성 제어에서는 작업 부하의 변동에 상관없이 엔진(16)의 회전수를 일정하게 유지하도록 한다. 즉, 이 등시성 제어에 있어서는 엔진 콘트롤러(28)가 스로틀 센서(31)로부터 송신되는 스로틀 신호와 펌프 콘트롤러(33)로부터 송신되어오는 모드 지령 신호에 의거하여 설정 회전수를 결정함과 아울러, 그 설정 회전수와 실제의 엔진 회전수를 비교해서 연료 분사 펌프(25)에 있어서의 컨트롤 랙의 목표 랙 위치를 결정하고, 이 목표 랙 위치와 실제의 랙 위치가 동일해지도록 피드백 제어를 실행시키는 구동 신호를 전자식 가버너(27)에 송신한다. 이렇게 해서, 연료 분사량을 제어함으로써 작업 부하의 변 동에 대하여 엔진(16)의 회전수를 일정하게 유지하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 본 실시형태의 유압 셔블(1)에 있어서는 운전자가 작업 모드 선택 스위치(24) 중에서 리프팅 모드 선택 스위치(23)를 ON하면, 도 3 내의 기호(ELA)로 도시되는 엔진 출력 토크 특성 라인이 설정되고 엔진 제어 장치(18)는 동 도면에 있어서 기호(La)로 도시되는 엔진 회전수 일정 라인을 따라 등시성 제어를 실행한다. 한편, 운전자가 작업 모드 선택 스위치(24) 중에서 액티브 모드 선택 스위치(21)를 ON하면, 도 3 내의 기호(ELB)로 도시되는 엔진 출력 토크 특성 라인이 설정되고, 엔진 제어 장치(18)는 동 도면에 있어서 기호(Lb)로 도시되는 경사 부하 라인을 따라 레귤레이션 제어를 실행한다. 또한, 굴삭 모드 선택 스위치(22)를 ON함으로써 선택되는 굴삭 모드에 있어서는 설정 회전수가 액티브 모드에 있어서의 그것보다도 약간 낮은 엔진 회전수로 설정된 엔진 출력 토크 특성이 선택됨과 아울러, 엔진 제어 장치(18)에 의해 실시되는 제어가 액티브 모드에 있어서의 레귤레이션 제어와 기본적으로 같기 때문에, 설명의 형편상 동 도면에 있어서의 굴삭 모드에 관계되는 경사 부하 라인은 도시가 생략되어 있다. 또한, 동 도면에 있어서 기호(Lc)로 도시되는 파선의 라인은 리프팅 모드에 있어서 등시성 제어가 실시되지 않고 레귤레이션 제어가 행하여진 경우의 경사 부하 라인이다. 또한, 동 도면에 있어서 괄호 내에 기재되어 있는 엔진 회전수는 리프팅 모드에 있어서 의 레귤레이션 제어가 행하여지는 경우의 설정 회전수이다.
본 실시형태에 의하면, 엔진(16)의 설정 회전수가 비교적 낮게 설정되는 리프팅 모드(설정 회전수: 1480 r.p.m.)에 있어서는 등시성 제어가 행하여지므로, 비교적 거친 조작에 의해서도 미속 및 일정 속도로 작업기(6)를 작동시키는 것을 용이하게 행할 수 있고, 이것에 의해 매달기 작업시 짐이 흔들지 않고 경사면 굴삭시에 칼 끝(blade edge)이 흔들리지 않는다는 효과를 가져온다. 또한, 엔진(16)의 설정 회전수가 비교적 높게(정격 출력 회전수 또는 그 근방) 설정되는 액티브 모드(설정 회전수: 2050 r.p.m.)에 있어서는 레귤레이션 제어가 행하여지므로, 운전자는 엔진 회전수의 증감 변화에 의거하여 작업 부하의 변동 정도를 감지할 수 있다. 이 때문에, 작업을 진행함에 있어서 가감이 행해지는 장소가 정확하게 파악될 수 있게 되고, 막힘 없이 스무스하게 작업을 행할 수 있다는 효과를 가져온다. 게다가, 이들 효과를 가져오는 본 실시형태의 제어시스템은 비교적 간이하게 구축될 수 있고, 또한 운전자의 조작 감각에 의존하는 경우가 없으므로 효과의 재현율에 변동이 생길 우려가 없다는 이점이 있다.
이어서, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 이하에 설명한다. 도 4에서는 제 2 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도가 도시되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 엔진·유압 제어 시스템의 하드웨어 구성은 제 1 실시형태에 있어서의 경우와 기본적으로 동일하다.
제 1 실시형태에 있어서는 리프팅 모드시에 등시성 제어가 액티브 모드시에 레귤레이션 제어가 각각 실행되는 예를 도시했지만, 본 실시형태에서는 도 4에 도시된 바와 같이 리프팅 모드시에 있어서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 도면 내 기호(La)로 도시되는 엔진 회전수 일정 라인을 따라 등시성 제어가 행해지도록 됨과 아울러, 액티브 모드시에 있어서도 도면 내 기호(Ld)로 도시되는 엔진 회전수 일정 라인을 따라 등시성 제어가 행해지도록 되어 있다. 본 실시형태에 의하면 제 1 실시형태와 마찬가지로 미세 조작성이 더욱 높아지는 것은 물론, 액티브 모드에서 작업을 행하고 있을 때에 돌연히 무 부하 상태가 되어도 엔진 회전수가 증가되지 않고, 또한 무 부하 운전시의 엔진 설정 회전수 자체를 낮게 설정하는 것이 가능해지므로, 진동이나 소음을 저감할 수 있다.
또한 여기에서, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에 있어서 상기 엔진 제어 장치(18) 대신에, 후술하는 제 3 실시형태 및 제 4 실시형태에 있어서의 엔진 제어 장치(18A)와 같은 것을 사용해도 좋다. 이러한 엔진 제어 장치(18A)에 있어서는 후술하는 바와 같이 커몬 레일(common rail)식 연료 분사 장치(40), 엔진 콘트롤러(28) 및 각종 센서류를 포함하는 기기에서 전자 제어 분사 시스템이 구축되어 있다.
이어서, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해서 이하에 설명한다. 도 5에서는 제 3 실시형태에 의한 엔진·유압 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도가 도시되어 있다. 또한, 도 6에서는 제 3 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도가 도시되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서 상기 각 실시형태와 동일 또는 마찬가지 것에 대해서는 도면에 동일한 부호를 붙여 두고 그 상세한 설명을 생략하기로 하고, 이하에 있어서는 본 실시형태에 대해 특유한 부분을 중심으로 설명하기로 한다.
상기 엔진(16)에는 축압(蓄壓)(커몬 레일)식의 연료 분사 장치(40)가 부설되 어 있다. 이 연료 분사 장치(40)는 그것 자체가 공지의 것으로서, 도시에 의한 상세한 설명은 생략하지만 연료 압송 펌프에 의해 커몬 레일에 연료를 축압하고, 전자 밸브의 개폐에 의해 인젝터(injector)로부터 연료를 분사하는 방식의 것이며, 엔진 콘트롤러(28)로부터 상기 전자 밸브로의 구동 신호에 의해 연료 분사 특성이 결정되어 엔진(16)의 저속 영역으로부터 고속 영역까지 임의의 분사 특성을 얻을 수 있도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 연료 분사 장치(40), 엔진 콘트롤러(28) 및 각종 센서류를 포함하는 기기에서 구축되는 전자 제어 분사 시스템에 의해 엔진 제어 장치(18A)가 구성되어 있고, 이러한 전자 제어 분사 시스템에 있어서는 목표 분사 특성을 디지털 값으로 맵(map)화 함으로써 후술하는 엔진 특성을 얻을 수 있도록 되어 있다.
상기 엔진 콘트롤러(28)에는 리프팅 모드 및 액티브 모드의 각각에 대응하는 엔진 출력 토크 특성이 맵화되어서 기억되어 있다. 여기에서, 본 실시형태에 있어서는 리프팅 모드에 대응하여 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA´)이 설정되어 있다. 이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA´)은 등시성 제어 라인(La)을 가짐과 아울러 상기 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA)에 비해 중 저속 영역에 있어서의 출력 토크가 약간 낮게 설정되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 액티브 모드에 대응하여 제 1 실시형태와 마찬가지의 레귤레이션 라인(Lb)을 갖는 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB)이 설정되어 있다. 그리고, 이 엔진 콘트롤러(28)에 있어서는 각 엔진 출력 토크 특성 맵에 의거하여 엔진 회전수 신호와 연료 분사 특성 맵(도시 생략)을 참조함으 로써 연료 분사량을 구하고, 구해진 연료 분사량을 만족하는 구동 신호를 연료 분사 장치(40)를 향해서 출력하도록 되어 있다. 또한, 상기 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB) 대신에, 제 2 실시형태에 있어서 채용된 등시성 제어 라인(Ld)을 가지는 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB´)을 설정하도록 해도 좋다(후술하는 제 4 실시형태에 있어서도 같음).
상기 펌프 콘트롤러(33)에는 리프팅 모드 및 액티브 모드의 각각에 대응하는 펌프 흡수 토크 특성이 맵화되어서 기억되어 있다. 여기에서, 본 실시형태에 있어서는 리프팅 모드에 대응하여 등마력으로 추이하는 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLA)이 설정되어 있다. 이 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLA)은 등시성 제어 라인(La)상의 출력 토크 점(Ma)에 있어서 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA´)과 매칭하도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 액티브 모드에 대응하여 엔진 회전수를 변수로 하는 단조 증가 함수가 되도록 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLB)이 설정되어 있다. 이 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLB)은 엔진(16)의 출력이 최대가 되는 출력 토크 점(Mb)에 있어서 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB)과 매칭하도록 되어 있다. 그리고, 이 펌프 콘트롤러(33)에 있어서는 각 펌프 흡수 토크 특성 맵에 의거하여 경사판 구동 신호를 구하고, 구해진 경사판 구동 신호를 경사판 구동 장치(32)를 향해서 출력하도록 되어 있다.
본 실시형태에 있어서는 운전자가 작업 모드 선택 스위치(24) 중에서 리프팅 모드 선택 스위치(23)를 ON하면, 도 6에 도시된 바와 같이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA´)이 설정됨과 아울러, 등시성 제어 라인(La) 상의 출력 토크 점(Ma)에 있어서 그 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA´)과 매칭하는 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLA)이 설정된다. 한편, 운전자가 작업 모드 선택 스위치(24) 중에서 액티브 모드 선택 스위치(21)를 ON하면, 동 도면에 도시된 바와 같이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB)이 설정됨과 아울러, 엔진(16)의 출력이 최대가 되는 출력 토크 점(Mb)에 있어서 그 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB)과 매칭하는 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLB)이 설정된다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 같은 작용 효과를 얻을 수 있는 것은 물론, 리프팅 모드시에 있어서 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA´)의 중 저속 영역에 있어서의 출력 토크가 제 1 실시형태에 있어서의 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA)의 중 저속 영역에 있어서의 출력 토크보다 약간 낮게 되어 있으므로, 제 1 실시형태 보다도 리프팅 모드시에 있어서 연비 저감을 꾀할 수 있다는 이점이 있다.
이어서, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해서 이하에 설명한다. 도 7에서는 제 4 실시형태에 의한 엔진·유압 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도가 도시되어 있다. 또한, 도 8에서는 제 4 실시형태에 의한 엔진 출력 토크 특성 선도가 도시되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서 상기 각 실시형태와 동일 또는 마찬가지의 것에 대해서는 도면에 동일한 부호를 붙여 두고 그 상세한 설명을 생략하 기로 하며, 이하에 있어서는 본 실시형태에 대해서 특유한 부분을 중심으로 설명하기로 한다.
엔진 콘트롤러(28)에는 도 7 및 도 8에 있어서 기호(ELA˝)로 도시되는 라인으로 나타내어지는 엔진 출력 토크 특성이 리프팅 모드에 대응하는 엔진 출력 토크 특성으로서 맵화되어서 기억되어 있다. 이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA˝)은 등시성 제어 라인(La)을 가짐과 아울러 상기 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA)에 비해 중 저속 영역에 있어서의 출력 토크가 약간 낮게 되고, 또한 그 등시성 제어 라인(La)에 연속하는 제어 라인(Le)을 갖고 있다. 여기에서, 이 제어 라인(Le)은 엔진 출력을 거의 등마력으로 추이시키는 제어 라인이다[이하, 이 제어 라인(Le)을 등마력 제어 라인(Le)으로 칭함.). 이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA˝)에 의하면, 엔진(16)은 무 부하 상태로부터 부하가 증가하면 일단 등시성 제어 라인(La)을 따라 운전되고, 부하가 요구하는 엔진 출력 토크 값이 소정 값(Ts)에 도달하여 더욱 증가하는 경향에 있다면 등마력 제어 라인(Le)을 따라 운전된다.
펌프 콘트롤러(33)에는 도 7 및 도 8에 있어서 기호(PLA´)로 도시되는 라인으로 나타내어지는 펌프 흡수 토크 특성이 리프팅 모드에 대응하는 펌프 흡수 토크 특성으로서 맵화되어서 기억되어 있다. 이 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLA´)은 엔진 회전수를 변수로 하는 단조 증가 함수가 되도록 됨과 아울러, 등마력 제어 라인(Le) 상의 출력 토크 점(Mc)에 있어서 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA˝)과 매칭하도 록 되어 있다.
본 실시형태에 있어서는 운전자가 작업 모드 선택 스위치(24) 중에서 리프팅 모드 선택 스위치(23)를 ON하면, 도 8에 도시된 바와 같이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA˝)이 설정됨과 아울러, 등마력 제어 라인(Le) 상의 출력 토크 점(Mc)에 있어서 그 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA˝)과 매칭하는 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLA´)이 설정된다. 한편, 운전자가 작업 모드 선택 스위치(24) 중에서 액티브 모드 선택 스위치(21)를 ON하면, 동 도면에 도시된 바와 같이 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB)이 설정됨과 아울러, 엔진(16)의 출력이 최대가 되는 출력 토크 점(Mb)에 있어서 그 엔진 출력 토크 특성 라인(ELB)과 매칭하는 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLB)이 설정된다.
본 실시형태에 있어서 리프팅 모드가 선택된 때에는 무 부하 상태로부터 부하가 증가하면 일단 등시성 제어 라인(La)을 따라 엔진(16)이 운전되고, 부하가 요구하는 엔진 출력 토크 값이 소정 값(Ts)에 도달하여 더욱 증가하는 경향에 있다면, 등마력 제어 라인(Le)을 따라 엔진(16)이 운전된다. 그리고, 엔진(16)의 실(實) 회전수는 엔진 출력 토크 특성 라인(ELA˝)과 펌프 흡수 토크 특성 라인(PLA´)이 교차하는 출력 토크 점(Mc)[이하, 「매칭 점(Mc)」이라고 함.]에 대응하는 엔진 회전수(Nc)에 수렴되게 된다. 이 때, 엔진 출력 토크는 엔진(16) 그 자체의 등마력 특성에 따라서 변화되므로 부하의 증분에 대하여 엔진 회전수가 완만하게 변화되면 서 엔진 출력 토크가 증가되게 된다. 또한, 엔진(16)의 출력 토크가 매칭(Mc)에 수렴될 때에는 엔진(16)의 출력이 그 매칭 점(Mc)에 있어서 필요로 하는 엔진 출력으로 유지되기 때문에, 엔진(16)이 출력 과잉으로 빠질 일은 없다.
본 실시형태에 의하면 미세 조작성을 손상시키지 않고 고 부하 작업을 양호하게 행할 수 있음과 아울러, 제 3 실시형태에 비해 리프팅 모드에 있어서 더욱 연비 저감을 꾀할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서는 유압 셔블에 본 발명이 적용된 예를 도시했지만, 유압 셔블 이외의 건설기계나, 산업차량, 농업기계 등에 본 발명을 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (4)

  1. 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프로부터의 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터, 이 유압 액츄에이터의 작동에 의해 구동되는 작업기, 작업 내용에 의거하여 설정되는 복수의 작업 모드의 각각에 대응시켜서 상기 원동기의 출력을 제어하는 원동기 제어 장치, 및 상기 복수의 작업 모드 중 어느 하나의 작업 모드를 선택하는 작업 모드 선택 수단을 구비하고;
    상기 복수의 작업 모드 중 상기 작업기를 미속 작동시키는 미세 조작 작업 모드가 상기 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되면 상기 원동기 제어 장치는 부하 변동에 상관없이 상기 원동기의 회전수를 일정하게 유지하는 등시성 제어를 행하고,
    상기 복수의 작업 모드 중 상기 원동기의 설정 회전수가 정격 출력 회전수 부근에 설정되는 작업 모드가 상기 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되면, 상기 원동기 제어 장치는 부하 변동에 따라 상기 원동기의 회전수를 증감하는 레귤레이션 제어를 행하고,
    상기 원동기 제어 장치는 상기 미세 조작 작업 모드에 있어서 부하가 요구하는 상기 원동기의 출력 토크 값이 소정 값에 도달하여 더욱 증가하는 경향에 있는 경우에, 상기 등시성 제어에 연속해서 등마력 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계.
  2. 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프로부터의 압유에 의해 작동되는 유압 액츄에이터, 이 유압 액츄에이터의 작동에 의해 구동되는 작업기, 작업 내용에 의거하여 설정되는 복수의 작업 모드의 각각에 대응시켜서 상기 원동기의 출력을 제어하는 원동기 제어 장치, 및 상기 복수의 작업 모드 중 어느 하나의 작업 모드를 선택하는 작업 모드 선택 수단을 구비하고;
    상기 복수의 작업 모드 중 상기 작업기를 미속 작동시키는 미세 조작 작업 모드 및 상기 복수의 작업 모드 중 상기 원동기의 설정 회전수가 정격 출력 회전수 부근에 설정되는 작업 모드가 상기 작업 모드 선택 수단에 의해 선택되면, 상기 원동기 제어 장치는 부하 변동에 상관없이 상기 원동기의 회전수를 일정하게 유지하는 등시성 제어를 행하고,
    상기 원동기 제어 장치는 상기 미세 조작 작업 모드에 있어서 부하가 요구하는 상기 원동기의 출력 토크 값이 소정 값에 도달하여 더욱 증가하는 경향에 있는 경우에, 상기 등시성 제어에 연속해서 등마력 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 원동기 제어 장치를 구비하는 작업 기계.
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