KR101366733B1 - 유압 셔블 및 유압 셔블의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

유압 셔블(shovel)에 있어서, 컨트롤러(40)는, 엔진 회전수에 대한 엔진 출력 토크의 상한을 규정하는 제1 엔진 출력 토크선(torque line)(P1)에 기초하여 엔진(21)의 출력을 제어한다. 컨트롤러(40)는, 작업기(4)에 대한 유압 부하가 큰 고유압 부하 조작과 작업기에 대한 유압 부하가 작은 저유압 부하 조작 중 어느 조작이 행해지고 있는지를 판정한다. 또한, 컨트롤러(40)는, 선회체(旋回體)(3)를 선회시키는 조작과 작업기(4)의 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 제2 엔진 출력 토크선(E1)에 기초하여 엔진(21)의 출력을 제어한다. 제2 엔진 출력 토크선(E1)은, 제1 엔진 출력 토크선(P1)보다 엔진 출력 토크가 낮은 엔진 출력 토크선이다.

Description

유압 셔블 및 유압 셔블의 제어 방법{HYDRAULIC EXCAVATOR, AND HYDRAULIC EXCAVATOR CONTROL METHOD}

본 발명은, 유압 셔블(shovel), 특히 선회체(旋回體)를 선회시키는 전동기를 구비하는 하이브리드형의 유압 셔블, 및 유압 셔블의 제어 방법에 관한 것이다.

최근, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 하이브리드형의 유압 셔블이 개발되어 있다. 하이브리드형의 유압 셔블은, 엔진과 유압 펌프와 전동기와 작업기와 선회체를 구비하고 있다. 유압 펌프는, 엔진에 의해 구동된다. 작업기는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 전동기는, 전력에 의해 구동되고, 선회체를 선회시킨다.

국제 공개 WO2007/052538호 팜플렛

상기와 같은 하이브리드형의 유압 셔블에서는, 선회체의 선회 감속 시에 운동 에너지를 전기 에너지로 회수하여 저장한다. 그리고, 저장된 전기 에너지에 의해 전동기를 구동함으로써 선회체를 선회시킨다. 이로써, 엔진의 연비를 향상시킬 수 있다. 그러나, 이와 같은 하이브리드형의 유압 셔블에 있어서도, 새로운 연비의 향상이 요구되고 있다. 본 발명의 과제는, 하이브리드형의 유압 셔블에 있어서 연비를 향상시키는 것에 있다.

본 발명의 제1 태양(態樣)에 관한 유압 셔블은, 주행체와, 선회체와, 엔진과, 유압 펌프와, 작업기와, 축전 장치와, 발전 전동기와, 선회 전동기와, 제1 조작 장치와, 제2 조작 장치와, 제어부를 구비한다. 주행체는, 차량을 주행시킨다. 선회체는, 주행체 상에 탑재되고, 주행체에 대하여 선회 가능하게 설치된다. 유압 펌프는, 엔진에 의해 구동된다. 작업기는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 발전 전동기는, 엔진으로부터의 구동력에 의해 구동되는 것에 의해 발전 작용을 행하고, 축전 장치에 전력을 축적한다. 선회 전동기는, 축전 장치로부터의 전력에 의해 선회체를 선회시킨다. 그리고, 선회 전동기는, 적어도 축전 장치로부터의 전력에 의해 선회체를 선회시키는 것이면 되고, 발전 전동기로부터의 전력에 의해 직접적으로 구동될 때가 있어도 된다. 제1 조작 장치는, 선회체의 선회를 조작하기 위한 장치이다. 제2 조작 장치는, 작업기를 조작하기 위한 장치이다. 제어부는, 제1 엔진 출력 토크선(torque line)에 기초하여 엔진의 출력을 제어한다. 제1 엔진 출력 토크선은, 엔진 회전수에 대한 엔진 출력 토크의 상한을 규정한다. 제어부는, 작업기에 대한 유압 부하가 큰 고유압 부하 조작과, 작업기에 대한 유압 부하가 작은 저유압 부하 조작 중 어느 조작이 행해지고 있는지를 판정한다. 또한, 제어부는, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력을 제어한다. 제2 엔진 출력 토크선은, 제1 엔진 출력 토크선보다 엔진 출력 토크가 낮은 엔진 출력 토크선이다.

본 발명의 제2 태양에 관한 유압 셔블은, 제1 태양의 유압 셔블로서, 작업기는, 붐(boom)과, 버킷(bucket)과, 암(arm)을 가진다. 상기한 저유압 부하 조작은, 붐을 하강시키는 조작이다.

본 발명의 제3 태양에 관한 유압 셔블은, 제1 태양의 유압 셔블로서, 작업기는, 붐과, 버킷과, 암을 가진다. 상기한 저유압 부하 조작은, 버킷의 덤프(dump) 조작이다.

본 발명의 제4 태양에 관한 유압 셔블은, 제1 태양의 유압 셔블로서, 작업기는, 붐과, 버킷과, 암을 가진다. 상기한 저유압 부하 조작은, 암의 덤프 조작이다.

본 발명의 제5 태양에 관한 유압 셔블은, 제1 태양 내지 제4 태양 중 어느 하나의 유압 셔블로서, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지면, 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어되고 있을 때보다 엔진 출력 토크가 낮은 상태에서 엔진 회전수가 증가한다.

본 발명의 제6 태양에 관한 유압 셔블은, 제1 태양 내지 제4 태양 중 어느 하나의 유압 셔블로서, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지면, 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어되고 있을 때보다 낮은 범위에서 엔진 출력 토크가 증가한다.

본 발명의 제7 태양에 관한 유압 셔블의 제어 방법은, 주행체와, 선회체와, 엔진과, 유압 펌프와, 작업기와, 축전 장치와, 발전 전동기와, 선회 전동기와, 제1 조작 장치와, 제2 조작 장치를 구비하는 유압 셔블의 제어 방법이다. 주행체는, 차량을 주행시킨다. 선회체는, 주행체 상에 탑재되고, 주행체에 대하여 선회 가능하게 설치된다. 유압 펌프는, 엔진에 의해 구동된다. 작업기는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 발전 전동기는, 엔진으로부터의 구동력에 의해 구동되는 것에 의해 발전 작용을 행하고, 축전 장치에 전력을 축적한다. 선회 전동기는, 축전 장치로부터의 전력에 의해 선회체를 선회시킨다. 그리고, 선회 전동기는, 적어도 축전 장치로부터의 전력에 의해 선회체를 선회시키는 것이면 되고, 발전 전동기로부터의 전력에 의해 직접적으로 구동될 때가 있어도 된다. 제1 조작 장치는, 선회체의 선회를 조작하기 위한 장치이다. 제2 조작 장치는, 작업기를 조작하기 위한 장치이다. 그리고, 이 유압 셔블의 제어 방법에서는, 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력을 제어한다. 작업기에 대한 유압 부하가 큰 고유압 부하 조작과 작업기에 대한 유압 부하가 작은 저유압 부하 조작 중 어느 조작이 행해지고 있는지를 판정한다. 그리고, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력을 제어한다. 제1 엔진 출력 토크선은, 엔진 회전수에 대한 엔진 출력 토크의 상한을 규정한다. 제2 엔진 출력 토크선은, 제1 엔진 출력 토크선보다 엔진 출력 토크가 낮은 엔진 출력 토크선이다.

본 발명의 제1 태양에 관한 유압 셔블에서는, 선회체를 선회시키는 조작과 작업기의 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어된다. 제2 엔진 출력 토크선은, 제1 엔진 출력 토크선보다 엔진 출력 토크가 작은 엔진 출력 토크선이다. 이 유압 셔블에서는, 선회체는 선회 전동기에 의해 구동되므로, 선회체의 선회와 작업기의 구동이 동시에 행해지는 복합 조작 시에는, 유압 모터에 의해 선회체를 선회시키는 유압 셔블과 비교하여, 유압 부하가 작다. 또한, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 유압 부하가 작은 상태이다. 이와 같은 상태에서, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진이 제어됨으로써, 엔진의 출력 토크의 증가가 억제된다. 그러므로, 불필요한 연료 분사가 억제됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제2 태양에 관한 유압 셔블에서는, 선회체를 선회시키는 조작과 붐을 하강시키는 조작의 복합 조작 시에, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어된다. 붐을 내릴 때는, 굴삭 등의 다른 동작이 행해질 때와 비교하여 유압 부하가 낮다. 그러므로, 이와 같은 상태에서, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진이 제어됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제3 태양에 관한 유압 셔블에서는, 선회체를 선회시키는 조작과, 버킷의 덤프 조작의 복합 조작 시에, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어된다. 버킷의 덤프 조작은, 버킷 내의 적재물이 버킷으로부터 배출되도록 버킷의 선단을 아래쪽을 향해 이동시키는 조작이다. 따라서, 이와 같은 조작이 행질 때는, 굴삭 등의 다른 동작이 행해질 때와 비교하여 유압 부하가 낮다. 그러므로, 이와 같은 상태에서, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진이 제어됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제4 태양에 관한 유압 셔블에서는, 선회체를 선회시키는 조작과, 암의 덤프 조작이 행해지고 있는 복합 조작 시에, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어된다. 암의 덤프 조작은, 버킷 내의 적재물이 버킷으로부터 배출되도록, 암의 선단을 위쪽을 향해 이동시키는 조작이다. 이와 같은 조작이 행해지고 있을 때는, 굴삭 등의 다른 동작이 행해질 때와 비교하여 유압 부하가 낮다. 따라서, 이와 같은 상태에서, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진이 제어됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제5 태양에 관한 유압 셔블에서는, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지면, 엔진 회전수가 증가한다. 그러나, 엔진 회전수는, 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어되고 있을 때보다 엔진 출력 토크가 낮은 상태에서 증가한다. 그러므로, 불필요한 연료 분사가 억제됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제6 태양에 관한 유압 셔블에서는, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지면, 엔진 출력 토크가 증가한다. 그러나, 엔진 출력 토크는, 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어되고 있을 때보다 낮은 범위에서, 증가한다. 그러므로, 불필요한 연료 분사가 억제됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제7 태양에 관한 유압 셔블의 제어 방법에서는, 선회체를 선회시키는 조작과 작업기의 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진의 출력이 제어된다. 제2 엔진 출력 토크선은, 제1 엔진 출력 토크선보다 엔진 출력 토크가 작은 엔진 출력 토크선이다. 이 유압 셔블에서는, 선회체는 선회 전동기에 의해 구동되므로, 선회체의 선회와 작업기의 구동이 동시에 행해지는 복합 조작 시에는, 유압 모터에 의해 선회체를 선회시키는 유압 셔블과 비교하여, 유압 부하가 작다. 또한, 선회체를 선회시키는 조작과 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는, 유압 부하가 작은 상태이다. 이와 같은 상태에서, 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진이 제어됨으로써, 엔진 출력 토크의 증가를 억제할 수 있다. 그러므로, 불필요한 연료 분사가 억제됨으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 유압 셔블의 사시도이다.
도 2는 유압 셔블의 제어 계통의 구성을 나타낸 블록도면이다.
도 3은 엔진의 출력 토크선과 유압 펌프의 흡수 토크선을 나타낸 도면이다.
도 4는 엔진의 출력 토크선의 선택 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 엔진의 출력 토크 및 엔진 회전수의 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 실시형태에 관한 제2 엔진의 출력 토크선을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 엔진의 출력 토크선의 선택 방법을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 도 1에 나타낸다. 이 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(4)를 구비하고 있다.

차량 본체(1)는, 주행체(2)와 선회체(3)를 가지고 있다. 주행체(2)는, 한쌍의 주행 장치(2a, 2b)를 가진다. 각 주행 장치(2a, 2b)는, 크롤러 트랙(crawler track)(2d, 2e)을 가지고 있다. 주행 장치(2a, 2b)는, 후술하는 우측 주행 모터(35) 및 좌측 주행 모터(36)(도 2 참조)에 의해 크롤러 트랙(2d, 2e)을 구동시킴으로써, 유압 셔블(100)을 주행시킨다.

선회체(3)는, 주행체(2) 상에 탑재되어 있다. 선회체(3)는, 주행체(2)에 대하여 선회 가능하게 형성되어 있고, 후술하는 선회 전동기(32)(도 2 참조)가 구동되는 것에 의해 선회한다. 또한, 선회체(3)에는 운전실(5)이 설치되어 있다. 선회체(3)는, 연료 탱크(14)와, 작동유 탱크(15)와, 엔진 룸(16)과, 카운터웨이트(counterweight)(18)를 가지고 있다. 연료 탱크(14)는 후술하는 엔진(21)(도 2 참조)을 구동시키기 위한 연료를 저류(貯留)한다. 작동유 탱크(15)는, 후술하는 유압 펌프(25)(도 2 참조)로부터 토출되는 작동유를 저류한다. 엔진 룸(16)은, 후술하는 바와 같이 엔진(21)이나 유압 펌프(25) 등의 기기를 수납한다. 카운터웨이트(18)는, 엔진 룸(16)의 후방에 배치되어 있다.

작업기(4)는, 선회체(3)의 앞부분 중앙 위치에 장착되어 있고, 붐(7), 암(8), 버킷(9), 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(7)의 기단부(基端部)는, 선회체(3)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 붐(7)의 선단부는 암(8)의 기단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 암(8)의 선단부는, 버킷(9)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)는, 후술하는 유압 펌프(25)로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(7)을 동작시킨다. 암 실린더(11)는 암(8)을 동작시킨다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(9)을 동작시킨다. 이들 실린더(10, 11, 12)가 구동되는 것에 의해 작업기(4)가 구동된다.

도 2에 유압 셔블(100)의 제어 계통의 구성도를 나타낸다. 엔진(21)은 디젤 엔진이며, 그 출력 마력은, 실린더 내로 분사하는 연료량을 조정함으로써 제어된다. 이 조정은 엔진(21)의 연료 분사 펌프(22)에 부설한 전자(電子) 거버너(governor)(23)가 컨트롤러(40)로부터의 지령 신호에 의해 제어됨으로써 행해진다. 거버너(23)로서는, 일반적으로 올 스피드(all speed) 제어 방식의 거버너가 사용되고, 엔진 회전수가, 후술하는 목표 회전수로 되도록, 부하에 따라 엔진 회전수와 연료 분사량을 조정한다. 즉, 거버너(23)는 목표 회전수와 실제의 엔진 회전수와의 편차가 없어지도록 연료 분사량을 증감시킨다. 그리고, 엔진(21)의 실(實)회전수는 회전 센서(24)에 의해 검출된다. 회전 센서(24)에 의해 검출된 엔진(21)의 실회전수는, 검출 신호로서 후술하는 컨트롤러(40)에 입력된다.

엔진(21)의 출력축에는, 유압 펌프(25)의 구동축이 연결되어 있다. 유압 펌프(25)는, 엔진(21)의 출력축이 회전함으로써 구동된다. 유압 펌프(25)는 가변 용량형의 유압 펌프이며, 경사판(26)의 경전각(傾轉角)이 변화함으로써 용량이 변화한다.

펌프 제어 밸브(27)는, 컨트롤러(40)로부터 입력되는 지령 신호에 의해 동작하고, 서보 피스톤을 통하여 유압 펌프(25)를 제어한다. 펌프 제어 밸브(27)는, 유압 펌프(25)의 토출압과 유압 펌프(25)의 용량의 곱이, 컨트롤러(40)로부터 펌프 제어 밸브(27)에 입력되는 지령 신호의 지령값(지령 전류값)에 대응하는 펌프 흡수 토크를 넘지 않도록, 경사판(26)의 경전각을 제어한다. 즉, 펌프 제어 밸브(27)는, 입력되는 지령 전류값에 따라 유압 펌프(25)의 흡수 토크를 제어한다.

유압 펌프(25)로부터 토출된 작동유는, 조작 밸브(28)를 통하여, 각종 유압 액추에이터에 공급된다. 구체적으로는, 작동유는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12), 우측 주행 모터(35), 및 좌측 주행 모터(36)에 공급된다. 이로써, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12), 우측 주행 모터(35), 좌측 주행 모터(36)가 각각 구동되고, 붐(7), 암(8), 버킷(9), 주행체(2)의 크롤러 트랙(2d, 2e)이 작동한다. 그리고, 유압 펌프(25)의 토출압은, 유압 센서(39)에 의해 검출되고, 검출 신호로서 컨트롤러(40)에 입력된다.

조작 밸브(28)는, 각각의 유압 액추에이터(10∼12, 35, 36)에 대응하는 복수 개의 제어 밸브를 가지는 유량 방향 제어 밸브이다. 조작 밸브(28)는, 후술하는 조작 장치(51∼54)의 조작 방향을 따라 대응하는 유압 액추에이터(10∼12, 35, 36)에 작동유를 공급한다. 또한, 조작 밸브(28)는, 조작 장치(51∼54)의 조작량에 따른 개구면적만큼 오일 통로가 개구되도록 스풀을 이동시킨다.

또한, 엔진(21)의 출력축에는, 발전 전동기(29)의 구동축이 연결되어 있다. 발전 전동기(29)는, 발전 작용과 전동 작용을 행한다. 발전 전동기(29)는, 인버터(33)를 통하여, 선회 전동기(32)와 축전 장치로서의 커패시터(34)와 접속되어 있다. 발전 전동기(29)가 발전 작용을 행함으로써, 커패시터(34)에 전력이 축적된다. 커패시터(34)는, 선회 전동기(32)에 전력을 공급한다. 또한, 발전 전동기(29)가 전동 작용을 행할 때는, 커패시터(34)는 발전 전동기(29)에 전력을 공급한다. 선회 전동기(32)는, 커패시터(34)로부터 전력이 공급되는 것에 의해 구동되고, 전술한 선회체(3)를 선회시킨다.

발전 전동기(29)의 토크는, 컨트롤러(40)에 의해 제어된다. 발전 전동기(29)가 발전 작용을 행하도록 제어될 때는, 엔진(21)에서 발생한 출력 토크의 일부가, 발전 전동기(29)의 구동축에 전달되어 엔진(21)의 토크를 흡수하여 발전이 행해진다. 발전 전동기(29)에서 발생한 교류 전력은 인버터(33)에 의해 직류 전력으로 변환되어 커패시터(34)에 공급된다. 발전 전동기(29)가 전동 작용을 행하도록 제어될 때는, 커패시터(34)에 축적된 직류 전력이, 인버터(33)에 의해 교류 전력으로 변환되어 발전 전동기(29)에 공급된다. 이로써, 발전 전동기(29)의 구동축이 회전 구동되고, 발전 전동기(29)에서 토크가 발생한다. 이 토크는, 발전 전동기(29)의 구동축으로부터 엔진의 출력축에 전달되어, 엔진(21)의 출력 토크에 가산된다. 발전 전동기(29)의 발전량(흡수 토크량), 전동량(어시스트량；발생 토크량)은, 컨트롤러(40)로부터의 지령 신호에 따라 제어된다.

인버터(33)는, 발전 전동기(29)가 발전 작용한 경우에는 발전한 전력을, 또는 커패시터(34)에 축적된 전력을, 선회 전동기(32)에 적합한 원하는 전압, 주파수, 상수(相數)의 전력으로 변환하여 선회 전동기(32)에 공급한다. 그리고, 선회체(3)의 선회 동작이, 감속 또는 제동 등 되었을 경우에는, 선회체(3)의 운동 에너지가 전기 에너지로 변환된다. 이 전기 에너지는, 회생 전력으로서, 커패시터(34)에 축전되거나, 발전 전동기(29)의 전동 작용을 위한 전력으로서 공급된다.

운전실(5)에는, 각종 조작 장치(51∼56) 및 표시 입력 장치(43)가 설치되어 있다. 각종 조작 장치(51∼56)는, 제1 작업 조작 장치(51), 제2 작업 조작 장치(52), 제1 주행 조작 장치(53), 제2 주행 조작 장치(54), 목표 회전수 설정 장치(56)를 가진다.

제1 작업 조작 장치(51)는, 암(8), 선회체(3)를 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작되는 레버 등의 조작 부재를 가지고 있다. 제1 작업 조작 장치(51)는, 조작 방향을 따라 암(8) 또는 선회체(3)를 작동시킨다. 또한, 제1 작업 조작 장치(51)는, 조작량에 따른 속도로 암(8) 또는 선회체(3)를 작동시킨다. 제1 작업 조작 장치(51)의 조작 방향 및 조작량을 나타내는 조작 신호는, 컨트롤러(40)에 입력된다. 제1 작업 조작 장치(51)가 암(8)을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제1 작업 조작 장치(51)의 중립 위치에 대한 조작 방향 및 조작량에 따라 암 굴삭 조작량, 또는 암 덤프 조작량을 나타내는 암 조작 신호가 컨트롤러(40)에 입력된다. 그리고, 암 굴삭 조작은, 암(8)의 선단을 아래쪽으로 이동시키는 조작을 의미한다. 암 덤프 조작은, 암(8)의 선단을 위쪽으로 이동시키는 조작을 의미한다. 또한, 제1 작업 조작 장치(51)가 선회체(3)를 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제1 작업 조작 장치(51)의 중립 위치에 대한 조작 방향 및 조작량에 따라 우측 선회 조작량, 또는 좌측 선회 조작량을 나타내는 선회 조작 신호가 컨트롤러(40)에 입력된다.

또한, 제1 작업 조작 장치(51)가 암(8)을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제1 작업 조작 장치(51)의 조작량에 따른 파일럿압(PPC압)이, 조작 방향(암 굴삭 방향, 또는 암 덤프 방향)에 대응하는 조작 밸브(28)의 파일럿 포트에 가해진다. 제1 작업 조작 장치(51)으로부터의 파일럿압은, 유압 센서(61)에 의해 검출되고, 검출 신호로서 컨트롤러(40)에 보내진다.

제2 작업 조작 장치(52)는, 붐(7) 또는 버킷(9)을 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작되는 레버 등의 조작 부재를 가지고 있다. 제2 작업 조작 장치(52)는, 조작 방향을 따라 붐(7) 또는 버킷(9)을 작동시킨다. 또한, 제2 작업 조작 장치(52)는, 조작량에 따른 속도로 붐(7) 또는 버킷(9)을 작동시킨다. 제2 작업 조작 장치(52)가 붐(7)을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제2 작업 조작 장치(52)의 중립 위치에 대한 조작 방향 및 조작량에 따라 붐 인상(引上) 조작량, 또는 붐 인하(引下) 조작량을 나타내는 붐 조작 신호가 컨트롤러(40)에 입력된다. 그리고, 붐 인상 조작은, 붐(7)의 선단을 위쪽으로 이동시키는 조작을 의미한다. 붐 인하 조작은, 붐(7)의 선단을 아래쪽으로 이동시키는 조작을 의미한다. 또한, 제2 작업 조작 장치(52)가 버킷(9)을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제2 작업 조작 장치(52)의 중립 위치에 대한 조작 방향 및 조작량에 따라 버킷 굴삭 조작량, 또는 버킷 덤프 조작량을 나타내는 버킷 조작 신호가 컨트롤러(40)에 입력된다. 버킷 굴삭 조작은, 버킷(9)의 선단을 아래쪽으로 이동시키는 조작을 의미한다. 버킷 덤프 조작은, 버킷(9)의 선단을 위쪽으로 이동시키는 조작을 의미한다.

제2 작업 조작 장치(52)가 붐(7)을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제2 작업 조작 장치(52)의 조작량에 따른 파일럿압(PPC압)이, 조작 방향(붐 상승 또는 붐 하강)에 대응하는 조작 밸브(28)의 파일럿 포트에 가해진다. 또한, 제2 작업 조작 장치(52)가 버킷(9)을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 제2 작업 조작 장치(52)의 조작량에 따른 파일럿압(PPC압)이, 조작 방향(버킷 굴삭 방향 또는 버킷 덤프 방향)에 대응하는 조작 밸브(28)의 파일럿 포트에 가해진다. 붐(7)을 조작하기 위한 제2 작업 조작 장치(52)로부터의 파일럿압은, 유압 센서(62)에 의해 검출되고, 검출 신호로서 컨트롤러(40)에 보내진다. 버킷(9)을 조작하기 위한 제2 작업 조작 장치(52)로부터의 파일럿압은, 유압 센서(63)에 의해 검출되고, 검출 신호로서 컨트롤러(40)에 보내진다.

제1 주행 조작 장치(53), 및 제2 주행 조작 장치(54)는 각각 크롤러 트랙(2d, 2e)을 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작되는 레버 등의 조작 부재를 가지고 있다. 제1 주행 조작 장치(53), 및 제2 주행 조작 장치(54)는, 조작 방향을 따라 크롤러 트랙(2d, 2e)을 작동시키고, 또한 조작량에 따른 속도로 크롤러 트랙(2d, 2e)을 작동시킨다. 제1 작업 조작 장치(51) 및 제2 작업 조작 장치(52)와 마찬가지로, 제1 주행 조작 장치(53), 및 제2 주행 조작 장치(54)의 조작량에 따른 파일럿압(PPC압)이, 조작 방향에 대응하는 조작 밸브(28)의 파일럿 포트에 가해진다. 이들 파일럿압(PPC압)은, 유압 센서(64, 65)에 의해 검출되고, 검출 신호로서 컨트롤러(40)에 입력된다.

목표 회전수 설정 장치(56)는, 후술하는 엔진(21)의 목표 회전수를 설정하기 위한 장치이다. 목표 회전수 설정 장치(56)는, 예를 들면, 다이얼 등의 조작 부재를 가지고 있다. 오퍼레이터는, 목표 회전수 설정 장치(56)를 조작함으로써, 엔진(21)의 목표 회전수를 수동으로 설정할 수 있다. 목표 회전수 설정 장치(56)의 조작 내용은 조작 신호로서 컨트롤러(40)에 입력된다.

표시 입력 장치(43)는, 엔진 회전수나 작동유 온도 등, 유압 셔블(100)의 각종 정보를 표시하는 표시 장치로서 기능한다. 또한, 표시 입력 장치(43)는, 터치 패널식의 모니터를 가지고 있고, 오퍼레이터에 의해 조작되는 입력 장치로서도 기능한다.

컨트롤러(40)는, RAM, ROM 등의 메모리 및 CPU 등의 장치를 가지는 컴퓨터에 의해 실현된다. 컨트롤러(40)는, 도 3의 P1으로 나타낸 바와 같은 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진(21)의 제어를 행한다. 엔진 출력 토크선은, 엔진(21)이 회전수에 따라 출력할 수 있는 토크 상한값을 나타낸다. 즉, 엔진 출력 토크선은, 엔진 회전수와 엔진(21)의 출력 토크의 최대값과의 관계를 규정하는 것이다. 거버너(23)는, 엔진(21)의 출력 토크가 엔진 출력 토크선을 넘지 않도록 엔진(21)의 출력을 제어한다. 엔진 출력 토크선은, 도시하지 않은 기억 장치에 기억되어 있다. 컨트롤러(40)는, 설정된 목표 회전수에 따라 엔진 출력 토크선을 변경한다. 컨트롤러(40)는, 엔진 회전수가, 설정된 목표 회전수로 되도록, 지령 신호를 거버너(23)에 보낸다. 그리고, 도 3의 Fe는, 목표 회전수가 최대 목표 회전수 일 때의 정격점(定格点) P와 하이 아이들점 NH를 연결하는 최고속 규제 라인을 나타내고 있다. 도 3에 나타낸 제1 엔진 출력 토크선 P1은, 예를 들면, 엔진(21)의 정격 또는 최대의 파워 출력에 상당한다.

또한, 컨트롤러(40)는, 엔진(21)의 목표 회전수에 따른 유압 펌프(25)의 목표 흡수 토크를 산출한다. 이 목표 흡수 토크는, 엔진(21)의 출력 마력과 유압 펌프(25)의 흡수 마력이 균형을 이루도록 설정된다. 컨트롤러(40)는, 도 3의 Lp로 나타낸 바와 같은 펌프 흡수 토크선에 기초하여 목표 흡수 토크를 산출한다. 펌프 흡수 토크선은, 엔진 회전수와 유압 펌프(25)의 흡수 토크와의 관계를 규정하는 것이며, 기억 장치에 기억되어 있다.

컨트롤러(40)는, 조작 장치(51∼54)의 조작량과 유압 부하에 따라 자동적으로 엔진(21)의 회전수를 변화시킨다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이 엔진의 목표 회전수가 N1으로 설정되어 있는 상태에서 굴삭 조작이 행해졌을 때는, 엔진의 목표 회전수가 N1으로부터 N2로 변경된다. 이로써, 엔진 회전수가 증가하도록, 컨트롤러(40)로부터 거버너에 지령 신호가 보내진다. 그 결과, 엔진 회전수와 엔진 출력 토크는, 매칭점 M1을 목표로 하여, 궤적 Lt1을 따라 증가한다.

또한, 컨트롤러(40)는, 조작 장치(51∼54)의 조작 내용에 따라 엔진 출력 토크선을 변경한다. 구체적으로는, 선회체(3)의 선회 조작과 작업기(4)의 조작의 복합 조작이 행해졌을 때는, 도 4에 나타낸 플로우차트와 같이 처리가 행해진다. 먼저, 단계 S1에 있어서, 선회체(3)의 선회 조작과 붐(7)을 하강시키는 조작의 복합 조작(이하, 「선회 및 붐 하강」 조작이라고 함)이 행해지고 있는지의 여부가 판단된다. 「선회 및 붐 하강」 조작이 행해지고 있을 때에는, 단계 S2에 있어서, 제2 엔진 출력 토크선 E1(E1 커브)이 선택된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 엔진 출력 토크선 E1은, 전술한 제1 엔진 출력 토크선 P1보다 엔진 출력 토크가 작은 엔진 출력 토크선이다. 구체적으로는, 로우 아이들 회전수보다 큰 소정의 엔진 회전수의 범위에 있어서, 제2 엔진 출력 토크선 E1의 엔진 출력 토크는, 제1 엔진 출력 토크선 P1의 엔진 출력 토크보다 작다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기한 조작 이외의 복합 조작이 행해졌을 때는, 단계 S3에 있어서, 제1 엔진 출력 토크선 P1(P1 커브)이 선택된다. 예를 들면, 전술한 굴삭 조작 등 유압 부하가 큰 조작(이하, 「고유압 부하 조작」이라고 함)과 선회체(3)의 선회 조작이 행해졌을 때는, 제1 엔진 출력 토크선 P1이 선택된다. 그리고, 컨트롤러(40)는, 조작 장치(51∼54)로부터의 파일럿압의 크기에 기초하여 고유압 부하 조작이 행해지고 있는지의 여부, 및 저유압 부하 조작이 행해지고 있는지의 여부의 판정을 행한다. 그리고, 여기서 말하는 저유압 부하 및 고유압 부하는, 작업기(4)가 실제로 작업을 행하고 있고 토사(土砂) 등의 작업 대상물로부터 부하를 받고 있는 상태에서 상정되는 유압 부하의 대소를 의미하는 것이며, 반드시, 작업 대상물로부터 부하를 받고 있지 않는 상태에서의 유압 부하의 대소를 의미하는 것은 아니다.

이 유압 셔블(100)에서는, 「선회 및 붐 하강」 조작이 행해져, 엔진의 목표 회전수가 N1으로부터 N2로 증가되면, 전술한 바와 같이, 엔진 회전수 및 엔진 출력 토크가 증가하도록, 컨트롤러(40)로부터 거버너에 지령 신호가 보내진다. 단, 도 5에 나타낸 바와 같이, 엔진 출력 토크선으로서 제2 엔진 출력 토크선 E1이 선택된다. 그러므로, 엔진 회전수와 엔진 출력 토크는, 매칭점 M2를 목표로 하여, 궤적 Lt2를 따라 증가한다. 도 5로부터 명백한 바와 같이, 궤적 Lt2에서는, 전술한 궤적 Lt1보다 엔진 출력 토크가 낮은 상태에서 엔진 회전수가 증가한다. 또한, 매칭점 M2는, 매칭점 M1보다 엔진 출력 토크가 낮다. 따라서, 궤적 Lt2에서는, 전술한 궤적 Lt1보다 낮은 범위에서 엔진 출력 토크가 증가한다. 버킷(9)의 덤프 조작이 단독으로 행해진 경우에도, 상기와 마찬가지로 엔진 출력 토크선으로서 제2 엔진 출력 토크선 E1이 선택된다. 이로써, 엔진 출력 토크가 낮은 상태에서 엔진 회전수가 증가한다.

이상과 같이, 이 유압 셔블(100)에서는, 유압 부하가 작은 상기와 같은 소정 조작(이하, 「저유압 부하 조작」이라고 함)과 선회체(3)의 선회 조작의 복합 조작이 행해졌을 때는, 다른 복합 조작, 즉 고유압 부하 조작과 선회체(3)의 선회 조작의 복합 조작이 행해졌을 때보다, 엔진 출력 토크의 상한을 낮게 억제하도록 엔진의 출력이 제어된다. 이로써, 불필요한 연료 분사를 억제할 수 있어, 엔진(21)의 연비를 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

컨트롤러(40)는 복수 개의 컴퓨터에 의해 실현되어도 된다. 축전 장치는, 커패시터에 한정되지 않고 배터리 등의 다른 장치가 사용되어도 된다.

저유압 부하 조작이 행해지고 있는지의 여부의 판정은, 조작 장치(51∼54)로부터의 파일럿압에 한정되지 않고 다른 판정 파라미터에 기초하여 행해져도 된다. 예를 들면, 선회체(3)의 선회 동작을 검지하는 선회 센서로부터의 검지 신호에 기초하여, 선회 조작이 행해지고 있는지의 여부가 판정되어도 된다.

제2 엔진 출력 토크선은, 도 5에 나타낸 바와 같은 제2 엔진 출력 토크선 E1에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같은 제2 엔진 출력 토크선 E1이 이용되어도 된다. 이 제2 엔진 출력 토크선 E1은, 엔진 회전수가 낮을 때에는 토크의 차이가 작고, 엔진 회전수가 높을 때는 토크의 차이가 커지도록, 설정되어 있다. 토크의 차이는, 제1 엔진 출력 토크와 제2 엔진 출력 토크와의 사이의 엔진의 출력 토크의 차이이다. 즉, 이 제2 엔진 출력 토크선 E1에서는, 엔진 회전수가 낮을 때에는, 제1 엔진 출력 토크에 대한 엔진의 출력 토크의 저감량이 작게 되어 있다. 또한, 엔진 회전수가 높을 때는 엔진의 출력 토크의 저감량이 커져 있다.

작업기(4)의 조작은, 그 조작 방향에 따라 저유압 부하 조작과 고유압 부하 조작으로 나누어져도 된다. 예를 들면, 붐 인하 조작은 저유압 부하 조작이며, 붐 인상 조작은 고유압 부하 조작이라도 된다. 또한, 버킷(9)의 덤프 조작은 저유압 부하 조작이며, 버킷(9)의 굴삭 조작은 고유압 부하 조작이라도 된다. 또한, 암(8)의 덤프 조작은 저유압 부하 조작이며, 암(8)의 굴삭 조작은 고유압 부하 조작이라도 된다.

따라서, 복합 조작이 행해졌을 때는, 도 7에 나타낸 플로우차트와 같이, 엔진 출력 토크선을 선택하는 처리가 행해져도 된다. 구체적으로는, 먼저 단계 S11에 있어서, 「선회 및 붐 하강」 조작이 행해지고 있는지의 여부가 판단된다. 「선회 및 붐 하강」 조작이 행해지고 있을 때에는, 단계 S14에 있어서, 제2 엔진 출력 토크선 E1(E1 커브)이 선택된다. 전술한 바와 같이, 제2 엔진 출력 토크선 E1은, 전술한 제1 엔진 출력 토크선 P1보다 엔진 출력 토크가 작은 엔진 출력 토크선이다(도 5 참조). 구체적으로는, 로우 아이들 회전수보다 큰 소정의 엔진 회전수의 범위에 있어서, 제2 엔진 출력 토크선 E1의 엔진 출력 토크는, 제1 엔진 출력 토크선 P1의 엔진 출력 토크보다 작다. 「선회 및 붐 하강」 조작이 행해지고 있지 않을 때는 단계 S12로 진행한다. 단계 S12에서는, 선회체(3)의 선회 조작과 버킷 덤프 조작의 복합 조작(이하, 「선회 및 버킷 덤프」 조작이라고 함)가 행해지고 있는지의 여부가 판단된다. 「선회 및 버킷 덤프」 조작이 행해지고 있을 때에는, 단계 S14에 있어서, 제2 엔진 출력 토크선 E1(E1 커브)이 선택된다. 「선회 및 버킷 덤프」 조작이 행해지고 있지 않을 때는 단계 S13으로 진행한다. 단계 S13에서는, 선회체(3)의 선회 조작과 암 덤프 조작의 복합 조작(이하, 「선회 및 암 덤프」 조작이라고 함)가 행해지고 있는지의 여부가 판단된다. 「선회 및 암 덤프」 조작이 행해지고 있을 때는, 단계 S14에 있어서, 제2 엔진 출력 토크선 E1(E1 커브)이 선택된다. 「선회 및 암 덤프」 조작이 행해지고 있지 않을 때 단계 S15로 진행한다. 단계 S15에서는, 제1 엔진 출력 토크선 P1(P1 커브)이 선택된다. 즉, 「선회 및 붐 하강」 조작과 「선회 및 버킷 덤프」 조작과 「선회 및 암 덤프」 조작과 이외의 복합 조작이 행해졌을 때는, 제1 엔진 출력 토크선 P1이 선택된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명은, 하이브리드형의 유압 셔블에 있어서 연비를 향상시킬 수 있다.

2: 주행체
3: 선회체
4: 작업기
7: 붐
8: 암
9: 버킷
21: 엔진
25: 유압 펌프
29: 발전 전동기
32: 선회 전동기
40: 컨트롤러(제어부)
51: 제1 작업 조작 장치(제1 조작 장치)
52: 제2 작업 조작 장치(제2 조작 장치)
100: 유압 셔블

Claims (7)

1. 차량을 주행시키는 주행체;
   상기 주행체 상에 탑재되고, 상기 주행체에 대하여 선회(旋回) 가능하게 설치된 선회체;
   엔진;
   상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프;
   상기 유압 펌프로부터 토출(吐出)된 작동유에 의해 구동되는 작업기;
   축전 장치;
   상기 엔진으로부터의 구동력에 의해 구동되는 것에 의해 발전 작용을 행하고, 상기 축전 장치에 전력을 축적하는 발전 전동기;
   상기 축전 장치로부터의 전력에 의해 상기 선회체를 선회시키는 선회 전동기;
   상기 선회체의 선회를 조작하기 위한 제1 조작 장치;
   상기 작업기를 조작하기 위한 제2 조작 장치;
   엔진 회전수에 대한 엔진 출력 토크의 상한을 규정하는 제1 엔진 출력 토크선(torque line)에 기초하여 상기 엔진의 출력을 제어하고, 상기 작업기에 대한 유압 부하가 큰 고유압 부하 조작과 상기 작업기에 대한 유압 부하가 작은 저유압 부하 조작 중 어느 조작이 행해지고 있는지를 판정하고, 상기 선회체를 선회시키는 조작과 상기 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는 상기 제1 엔진 출력 토크선보다 엔진 출력 토크가 낮은 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 상기 엔진의 출력을 제어하는 제어부
   를 포함하는, 유압 셔블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 작업기는, 붐(boom)과, 버킷(bucket)과, 암(arm)을 가지고,
   상기 저유압 부하 조작은, 상기 붐을 하강시키는 조작인, 유압 셔블.
3. 제1항에 있어서,
   상기 작업기는, 붐과, 버킷과, 암을 가지고,
   상기 저유압 부하 조작은, 상기 버킷의 덤프 조작인, 유압 셔블.
4. 제1항에 있어서,
   상기 작업기는, 붐과, 버킷과, 암을 가지고,
   상기 저유압 부하 조작은, 상기 암의 덤프 조작인, 유압 셔블.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선회체를 선회시키는 조작과 상기 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지면, 상기 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 상기 엔진의 출력이 제어되고 있을 때보다 상기 엔진 출력 토크가 낮은 상태에서 상기 엔진 회전수가 증가하는, 유압 셔블.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선회체를 선회시키는 조작과 상기 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지면, 상기 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 상기 엔진의 출력이 제어되고 있을 때보다 낮은 범위에서 상기 엔진 출력 토크가 증가하는, 유압 셔블.
7. 차량을 주행시키는 주행체와, 상기 주행체 상에 탑재되고, 상기 주행체에 대하여 선회 가능하게 설치된 선회체와, 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 작업기와, 축전 장치와, 상기 엔진으로부터의 구동력에 의해 구동되는 것에 의해 발전 작용을 행하고, 상기 축전 장치에 전력을 축적하는 발전 전동기와, 상기 축전 장치로부터의 전력에 의해 상기 선회체를 선회시키는 선회 전동기와, 상기 선회체의 선회를 조작하기 위한 제1 조작 장치와, 상기 작업기를 조작하기 위한 제2 조작 장치를 구비하는 유압 셔블의 제어 방법으로서,
   엔진 회전수에 대한 엔진 출력 토크의 상한을 규정하는 제1 엔진 출력 토크선에 기초하여 상기 엔진의 출력을 제어하고,
   상기 작업기에 대한 유압 부하가 큰 고유압 부하 조작과 상기 작업기에 대한 유압 부하가 작은 저유압 부하 조작 중 어느 조작이 행해지고 있는지를 판정하고,
   상기 선회체를 선회시키는 조작과 상기 저유압 부하 조작의 복합 조작이 행해지고 있을 때는 상기 제1 엔진 출력 토크선보다 엔진 출력 토크가 낮은 제2 엔진 출력 토크선에 기초하여 상기 엔진의 출력을 제어하는, 유압 셔블의 제어 방법.
   

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