KR101590277B1 - 엔진 제어 장치 및 건설 기계 - Google Patents

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다다시 가와구치
겐타로 무라카미
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

작동유를 토출하는 유압 펌프를 구동하는 엔진을 제어하는 장치로, 상기 유압 펌프가 토출하는 상기 작동유의 압력이 미리 설정된 릴리프 압력 이상이 되어, 상기 유압 펌프가 토출한 상기 작동유의 일부가 방출되는 상태에 있는 경우, 상기 유압 펌프가 토출하는 상기 작동유의 압력에 기초하여, 상기 유압 펌프를 구동하는 동력인 펌프 구동 동력을 제한하는 펌프 구동 동력 제한부와, 상기 엔진의 목표로 하는 회전 수인 목표 회전 수가, 상기 펌프 구동 동력의 제한이 개시된 시점의 값 이상이 되도록 상기 엔진의 출력을 제어하는 엔진 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 장치.

Description

엔진 제어 장치 및 건설 기계{ENGINE CONTROL APPARATUS AND CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 엔진에 의해 유압 펌프를 구동하는 경우에 사용되는 엔진 제어 장치 및 건설 기계에 관한 것이다.
유압 쇼벨, 불도저, 덤프 트럭, 휠 로더 등의 건설 기계는, 작업기 또는 벳셀 등을 동작시키기 위한 유압 액츄에이터에 작동유를 공급하기 위해서, 엔진으로 구동되는 유압 펌프를 구비하고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 디젤 엔진으로 유압 펌프를 구동하는 데에 있어서, 유압 펌프가 릴리프 상태가 된 경우에, 펌프 흡수 토크를 제한하는 것이 아니라, 엔진 회전 수를 낮추는 제어가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2009-74407호
특허문헌 1 에 기재된 기술은, 펌프 효율을 낮추지 않고, 엔진 효율도 향상된다는 이점이 있다. 그러나, 특허문헌 1 의 기술은, 예를 들어, 릴리프시 등의 고부하시에 있어서, 유압 펌프의 토출압에 대하여 엔진이 목표로 하는 회전 수의 변화가 큰 경우에는, 토출압이 변동되었을 때에 엔진의 회전 수의 헌팅을 초래할 가능성이 있다.
본 발명은, 유압 펌프를 엔진으로 구동하는 경우, 릴리프시 등의 고부하시에 있어서, 엔진의 회전 수의 헌팅을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 작동유를 토출하는 유압 펌프를 구동하는 엔진을 제어하는 장치로, 상기 유압 펌프가 토출하는 상기 작동유의 압력이 미리 설정된 릴리프 압력 이상이 되어, 상기 유압 펌프가 토출한 상기 작동유의 일부가 방출되는 상태에 있는 경우, 상기 유압 펌프가 토출하는 상기 작동유의 압력에 기초하여, 상기 유압 펌프를 구동하는 동력인 펌프 구동 동력을 제한하는 펌프 구동 동력 제한부와, 상기 엔진의 목표로 하는 회전 수인 목표 회전 수가, 상기 펌프 구동 동력의 제한이 개시된 시점의 값 이상이 되도록 상기 엔진의 출력을 제어하는 엔진 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 장치이다.
상기 펌프 구동 동력 제한부는, 상기 유압 펌프가 토출하는 작동유의 압력이 상승함에 따라, 상기 펌프 구동 동력이 저하되도록 상기 펌프 구동 동력의 제한치로서의 펌프 구동 동력 제한치를 구하는 것이 바람직하다.
상기 엔진 출력 제어부는, 상기 목표 회전 수가, 상기 유압 펌프가 토출한 상기 작동유의 일부가 방출되는 상태가 된 후의 최대치보다 증가하는 경우, 상기 펌프 구동 동력 제한부가 구한 상기 펌프 구동 동력 제한치에 기초하여 구해진 상기 엔진의 목표로 하는 출력의 등출력선과, 상기 엔진의 연료 소비 효율에 기초하여 구해진 매칭선으로부터, 상기 목표 회전 수를 구하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프가 토출하는 작동유의 압력이 미리 설정된 릴리프압 이상이 된 경우에 상기 작동유를 릴리프하는 릴리프 밸브와, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 유압 액츄에이터와, 상기 유압 액츄에이터에 의해 구동되는 작업기와, 상기 서술한 엔진 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계이다.
본 발명은, 유압 펌프를 엔진으로 구동하는 경우, 릴리프시 등의 고부하시에 있어서, 엔진의 회전 수의 헌팅을 억제할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 건설 기계 (1) 의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 실시형태에 관련된 엔진 제어의 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3 은 본 실시형태에 관련된 엔진 제어를 컨트롤러가 실행할 때의 제어 블록도이다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 펌프 필요 동력 연산부의 처리 플로우를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 실시형태에 관련된 엔진 제어가 실행되었을 때에 있어서의 엔진의 회전 수의 시간 변화 예를 나타내는 도면이다.
도 6 은 엔진의 회전 수와 토크의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은 토크선도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 건설 기계 (1) 의 전체 구성을 나타내는 블록도이다. 이하에 있어서, 건설 기계로서 유압 쇼벨을 예로 하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서, 건설 기계 (1) 는, 유압 펌프를 구동하는 엔진 및 유압 펌프를 구비하고 있으면 되며, 유압 쇼벨에 한정되는 것은 아니다.
＜건설 기계＞
건설 기계 (1) 는, 상부 선회체와 하부 주행체를 구비한다. 하부 주행체는, 좌우의 크롤러 벨트를 구비한다. 상부 선회체는, 붐, 아암 및 버킷을 포함하는 작업기를 구비하고 있다. 붐 실린더 (31) 가 구동함으로써 붐이 작동하고, 아암 실린더 (32) 가 구동함으로써 아암이 작동하고, 버킷 실린더 (33) 가 구동함으로써 버킷이 작동한다. 주행 모터 (36) 및 주행 모터 (35) 가 각각 구동함으로써 좌 크롤러 벨트 및 우 크롤러 벨트가 각각 회전한다. 선회 모터 (34) 가 구동함으로써 스윙 머시너리가 구동하여, 스윙 피니언 및 스윙 서클 등을 통하여 상부 선회체가 선회한다.
엔진 (2) 은 디젤 엔진이다. 엔진 (2) 의 출력 (마력, 단위는 kw) 은, 실린더 내에 분사하는 연료량 (연료 분사량) 을 조정함으로써 제어된다. 엔진 (2) 은 예를 들어, 커먼 레일 방식에 의한 전자 제어가 가능한 엔진이다. 엔진 (2) 은, 연료량을 적절히 컨트롤하는 것이 가능하고, 어느 순간의 엔진 회전 수에 있어서의 출력 가능한 토크를 자유롭게 설정하는 것이 가능하다.
본 실시형태에 관련된 엔진 제어 장치로서의 컨트롤러 (6) 는, 엔진 컨트롤러 (4) 에 대하여, 엔진 회전 수를 목표 회전 수 (n_com) 로 하기 위한 회전 지령치를 출력한다. 엔진 컨트롤러 (4) 는, 목표 토크선으로 목표 회전 수 (n_com) 가 얻어지도록 연료 분사량을 증감시킨다. 또한, 엔진 컨트롤러 (4) 는, 엔진 (2) 의 엔진 회전 수 및 연료 분사량으로부터 추정되는 엔진 토크를 포함하는 엔진 데이터 (eng_data) 를 컨트롤러 (6) 에 출력한다. 컨트롤러 (6) 및 엔진 컨트롤러 (4) 는 모두 컴퓨터이다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 (2) 의 회전 수라고 할 때에는, 단위 시간당에 있어서의 엔진 (2) 의 출력 축 (2S) 의 회전 수, 즉 출력 축 (2S) 의 회전 속도를 말하는 것으로 한다.
엔진 (2) 의 출력 축 (2S) 은, PTO (Power Take Off) 축 (10) 을 통하여 발전 전동기 (11) 의 구동 축에 연결된다. 발전 전동기 (11) 는, 발전 작용과 전동 작용을 실시한다. 요컨대, 발전 전동기 (11) 는 전동기 (모터) 로서 작동하고, 또한 발전기로서도 작동한다. 발전 전동기 (11) 는, 엔진 (2) 의 출력 축에 직접 접속한다. 발전 전동기 (11) 는, 엔진 (2) 과 후술하는 유압 펌프 (3) 의 출력 축 사이에 배치되어도 된다.
발전 전동기 (11) 는, 인버터 (13) 에 의해 토크가 제어된다. 인버터 (13) 는, 후술하는 바와 같이, 컨트롤러 (6) 로부터 출력되는 발전 전동기 지령치 (GEN_com) 에 따라 발전 전동기 (11) 의 토크를 제어한다. 인버터 (13) 는, 직류 전원선을 통하여 축전기 (12) 와 전기적으로 접속되어 있다.
축전기 (12) 는, 캐패시터 또는 축전지 등이다. 축전기 (12) 는, 발전 전동기 (11) 가 발전 작용한 경우에 발전한 전력을 축적 (충전) 한다. 또한 축전기 (12) 는, 자체에 축전된 전력을 인버터 (13) 에 공급한다. 또한, 본 명세서에서는 정전기로서 전력을 축적하는 캐패시터 외에, 납 전지, 니켈 수소 전지 또는 리튬 이온 전지 등의 2 차 전지도 포함하여 축전기라고 하는 것으로 한다. 본 실시형태에 있어서, 발전 전동기 (11), 축전기 (12) 및 인버터 (13) 는 반드시 필요한 것은 아니다.
엔진 (2) 의 출력 축 (2S) 에는, PTO 축 (10) 을 통하여 유압 펌프 (3) 의 구동축이 연결되어 있다. 유압 펌프 (3) 는, 엔진 (2) 의 출력 축 (2S) 이 회전함으로써 구동된다. 본 실시형태에 있어서, 유압 펌프 (3) 는, 가변 용량형의 유압 펌프로, 사판 (斜板) 의 경전각 (傾轉角) 이 변화함으로써 용량 (q) (㏄/rev) 이 변화한다. 유압 펌프 (3) 의 토출구측에는 릴리프 밸브 (16) 가 형성되어 있다. 릴리프 밸브 (16) 는, 유압 펌프 (3) 가 토출하는 작동유의 압력이, 미리 설정된 릴리프 압력 (PRr) 이상이 된 경우에, 유압 펌프 (3) 가 토출한 작동유의 일부를 작동유 탱크 (17) 에 방출한다.
유압 펌프 (3) 로부터 토출압 (PRp), 유량 (Q) (㏄/min) 으로 토출된 작동유는, 붐용의 조작 밸브 (21), 아암용의 조작 밸브 (22), 버킷용의 조작 밸브 (23), 선회용의 조작 밸브 (24), 우 (右) 주행용의 조작 밸브 (25) 및 좌 (左) 주행용의 조작 밸브 (26) 에 각각 공급된다. 토출압 (PRp) 은, 유압 센서 (7) 로 검출된다. 유압 센서 (7) 는, 토출압 (PRp) 에 대응한 유압 검출 신호를 컨트롤러 (6) 에 입력한다. 이하에 있어서, 붐용의 조작 밸브 (21), 아암용의 조작 밸브 (22), 버킷용의 조작 밸브 (23), 선회용의 조작 밸브 (24), 우주행용의 조작 밸브 (25) 및 좌주행용의 조작 밸브 (26) 를 총칭하여, 적절히, 조작 밸브 (20) 라고 칭한다.
조작 밸브 (21 ∼ 26) 로부터 출력된 작동유는, 각각, 붐 실린더 (31), 아암 실린더 (32), 버킷 실린더 (33), 선회 모터 (34), 우주행용의 주행 모터 (35), 및 좌주행용의 주행 모터 (36) 에 공급된다. 이와 같이 함으로써, 붐 실린더 (31), 아암 실린더 (32), 버킷 실린더 (33), 선회 모터 (34), 주행 모터 (35) 및 주행 모터 (36) 가 각각 구동되어, 붐, 아암, 버킷, 상부 선회체, 하부 주행체의 우 크롤러 벨트 및 좌 크롤러 벨트가 작동한다. 이하에 있어서, 붐 실린더 (31), 아암 실린더 (32), 버킷 실린더 (33), 선회 모터 (34), 우주행용의 주행 모터 (35), 및 좌주행용의 주행 모터 (36) 를 총칭하여, 적절히, 유압 액츄에이터 (30) 라고 칭한다. 또한, 선회 모터 (34) 는, 전동 구동식의 선회 모터로 치환하는 것도 가능하다. 전기 구동식의 선회 모터는, 축전기 (12) 에 축적된 전력으로 구동하여, 상부 선회체를 선회한다. 또한, 전기 구동식의 선회 모터는, 상부 선회체의 선회 에너지를 회생함으로써, 축전기 (12) 에 전력을 축적할 수 있다.
건설 기계 (1) 에 구비된 운전석의 전방의 우측과 좌측에는, 각각, 전후 방향의 조작으로 붐의 구동을 실시하고, 전후 방향의 조작으로 버킷의 구동을 실시하는 우의 조작 레버 (41) 와, 전후 방향의 조작으로 아암의 구동을 실시하고, 좌우 방향의 조작으로 상부 선회체의 선회 구동을 실시하는 좌의 조작 레버 (42) 가 형성되어 있다. 또한, 주행용 우의 조작 레버 (43) 와, 주행용 좌의 조작 레버 (44) 가 운전석의 전방의 우측과 좌측에 형성되어 있다.
컨트롤러 (6) 는, 작업·선회용 우의 조작 레버 (41) 의 조작 방향에 따라 붐, 버킷을 작동시킴과 함께, 조작량에 따른 속도로 붐, 버킷을 작동시킨다.
조작 레버 (41) 에는, 조작 방향, 조작량을 검출하는 압력 센서 (45) 가 형성되어 있다. 압력 센서 (45) 는, 조작 레버 (41) 의 조작 방향 및 조작량에 따른 파일럿 유압을 검출하고, 자체가 출력하는 전기 신호를 컨트롤러 (6) 에 입력한다. 조작 레버 (41) 가 붐을 작동시키는 방향으로 조작된 경우, 압력 센서 (45) 는, 조작 레버 (41) 의 중립 위치에 대한 경동 (傾動) 방향 및 경동량에 따라, 붐 올림 조작량 또는 붐 내림 조작량을 나타내는 붐 레버 신호 (Lbo) 를 컨트롤러 (6) 에 입력한다. 또한, 조작 레버 (41) 가 버킷을 작동시키는 방향으로 조작된 경우, 압력 센서 (45) 는, 조작 레버 (41) 의 중립 위치에 대한 경동 방향 및 경동량에 따라, 버킷 굴삭 조작량 또는 버킷 덤프 조작량을 나타내는 버킷 레버 신호 (Lbk) 를 컨트롤러 (6) 에 입력한다.
조작 레버 (41) 가 붐을 작동시키는 방향으로 조작된 경우, 조작 레버 (41) 의 경동량에 따른 파일럿압 (PPC 압) (PRbo) 이, 붐용의 조작 밸브 (21) 가 구비하는 각 파일럿 포트 중 레버 경동 방향 (붐 올림 방향 또는 붐 내림 방향) 에 대응하는 파일럿 포트 (21a) 에 가해진다.
동일하게, 조작 레버 (41) 가 버킷을 작동시키는 방향으로 조작된 경우, 조작 레버 (41) 의 경동량에 따른 파일럿압 (PPC 압) (PRbk) 이, 버킷용의 조작 밸브 (23) 가 구비하는 각 파일럿 포트 중 레버 경동 방향 (버킷 굴삭 방향 또는 버킷 덤프 방향) 에 대응하는 파일럿 포트 (23a) 에 가해진다.
조작 레버 (42) 는, 아암, 상부 선회체를 작동시키기 위한 조작 레버이다. 컨트롤러 (6) 는, 조작 레버 (42) 의 조작 방향에 따라, 아암 또는 상부 선회체를 작동시킴과 함께, 조작량에 따른 속도로 아암 또는 상부 선회체를 작동시킨다.
조작 레버 (42) 에는, 조작 방향, 조작량을 검출하는 압력 센서 (46) 가 형성되어 있다. 압력 센서 (46) 는, 조작 레버 (42) 의 조작 방향 및 조작량에 따른 파일럿 유압을 검출하고, 자체가 출력하는 전기 신호를 컨트롤러 (6) 에 입력한다. 조작 레버 (42) 가 아암을 작동시키는 방향으로 조작된 경우, 압력 센서 (46) 는, 조작 레버 (42) 의 중립 위치에 대한 경동 방향 및 경동량에 따라, 아암 굴삭 조작량 또는 아암 덤프 조작량을 나타내는 아암 레버 신호 (Lar) 를 컨트롤러 (6) 에 입력한다. 또한 조작 레버 (42) 가 상부 선회체를 작동시키는 방향으로 조작된 경우, 압력 센서 (46) 는, 조작 레버 (42) 의 중립 위치에 대한 경동 방향 및 경동량에 따라, 우선회 조작량 또는 좌선회 조작량을 나타내는 선회 레버 신호 (Lsw) 를 컨트롤러 (6) 에 입력한다.
조작 레버 (42) 가 아암을 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 조작 레버 (42) 의 경동량에 따른 파일럿압 (PPC 압) (PRar) 이, 아암용의 조작 밸브 (22) 가 구비하는 각 파일럿 포트 중 레버 경동 방향 (아암 굴삭 방향 또는 아암 덤프 방향) 에 대응하는 파일럿 포트 (22a) 에 가해진다.
동일하게, 조작 레버 (42) 가 상부 선회체를 작동시키는 방향으로 조작된 경우에는, 조작 레버 (42) 의 경동량에 따른 파일럿압 (PPC 압) (PRsw) 이, 선회용의 조작 밸브 (24) 가 구비하는 각 파일럿 포트 중 레버 경동 방향 (우선회 방향 또는 좌선회 방향) 에 대응하는 파일럿 포트 (24a) 에 가해진다.
주행용 우의 조작 레버 (43) 와 주행용 좌의 조작 레버 (44) 는, 각각 우 크롤러 벨트, 좌 크롤러 벨트를 작동시키기 위한 조작 레버로, 조작 방향에 따라 크롤러 벨트를 작동시킴과 함께, 조작량에 따른 속도로 크롤러 벨트를 작동시킨다.
조작 레버 (43) 의 경동량에 따른 파일럿압 (PPC 압) (PRcr) 이, 우주행용의 조작 밸브 (25) 의 파일럿 포트 (25a) 에 가해진다. 파일럿압 (PRcr) 은, 유압 센서 (9) 로 검출된다. 유압 센서 (9) 는, 우주행량을 나타내는 우주행 파일럿압 (PRcr) 에 대응한 신호를 컨트롤러 (6) 에 입력한다. 동일하게, 조작 레버 (44) 의 경동량에 따른 파일럿압 (PPC 압) (PRcl) 이, 좌주행용의 조작 밸브 (26) 의 파일럿 포트 (26a) 에 가해진다. 파일럿압 (PRcl) 은, 유압 센서 (8) 로 검출된다. 유압 센서 (8) 는, 좌주행량을 나타내는 좌주행 파일럿압 (PRcl) 을 컨트롤러 (6) 에 입력한다.
각 조작 밸브 (21 ∼ 26) 는, 유량 방향 제어 밸브이다. 각 조작 밸브 (21 ∼ 26) 는, 대응하는 조작 레버 (41 ∼ 44) 의 조작 방향에 따른 방향에 각각이 구비하는 스풀을 이동시킴과 함께, 조작 레버 (41 ∼ 44) 의 조작량에 따른 개구 면적만큼 유로가 개구하도록 스풀을 이동시킨다.
펌프 제어 밸브 (5) 는, 컨트롤러 (6) 로부터 출력되는 제어 전류 (pc-epc) 에 의해 동작하고, 서보 피스톤을 통하여 유압 펌프 (3) 가 구비하는 사판의 경전각을 변화시킨다. 펌프 제어 밸브 (5) 는, 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) (㎏/㎠) 과 유압 펌프 (3) 의 용량 (q) (㏄/rev) 의 곱이 제어 전류 (pc-epc) 에 대응하는 펌프 흡수 토크 (tpcom) 를 초과하지 않도록, 유압 펌프 (3) 가 구비하는 사판의 경전각을 제어한다. 이 제어는 PC 제어라고 불리고 있다.
발전 전동기 (11) 에는, 발전 전동기 (11) 의 현재의 실회전 수 (GEN_spd) (rpm), 요컨대 엔진 (2) 의 실회전 수 (GEN_spd) 를 검출하는 회전 센서 (14) 가 부설되어 있다. 회전 센서 (14) 로 검출되는 실회전 수 (GEN_spd) 를 나타내는 신호는, 컨트롤러 (6) 에 입력된다.
축전기 (12) 에는, 축전기 (12) 의 전압 (BATT_volt) 을 검출하는 전압 센서 (15) 가 형성되어 있다. 전압 센서 (15) 로 검출되는 전압 (BATT_volt) 을 나타내는 신호는, 컨트롤러 (6) 에 입력된다.
컨트롤러 (6) 는, 인버터 (13) 에 발전 전동기 지령치 (GEN_com) 를 출력하고, 발전 전동기 (11) 를 발전 작용 또는 전동 작용시킨다. 컨트롤러 (6) 가, 인버터 (13) 에 대하여, 발전 전동기 (11) 를 발전기로서 작동시키기 위한 발전 전동기 지령치 (GEN_com) 를 출력하면, 엔진 (2) 에서 발생한 출력 토크의 일부는, 출력 축 (2S) 을 통하여 발전 전동기 (11) 의 구동 축에 전달된다. 발전 전동기 (11) 는, 엔진 (2) 의 토크를 흡수하여 발전이 실시된다. 그리고, 인버터 (13) 는, 발전 전동기 (11) 에서 발생한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 직류 전원선을 통하여 축전기 (12) 에 전력을 축적 (충전) 한다.
컨트롤러 (6) 로부터 인버터 (13) 에 대하여, 발전 전동기 (11) 를 전동기로서 작동시키기 위한 발전 전동기 지령치 (GEN_com) 가 출력되면, 인버터 (13) 는 발전 전동기 (11) 가 전동기로서 작동하도록 제어한다. 즉, 축전기 (12) 로부터 전력이 출력되고 (방전되고), 축전기 (12) 에 축적된 직류 전력이 인버터 (13) 로 교류 전력으로 변환되어 발전 전동기 (11) 에 공급되어, 발전 전동기 (11) 의 구동축을 회전 작동시킨다. 그 결과, 발전 전동기 (11) 는 토크를 발생한다. 이 토크는, 발전 전동기 (11) 의 구동축을 통하여 출력 축 (2S) 에 전달되어, 엔진 (2) 의 출력 토크에 가산된다. 즉, 엔진 (2) 의 출력이 발전 전동기 (11) 의 출력에 의해 어시스트된다. 유압 펌프 (3) 는, 이 가산된 출력 토크를 흡수한다.
발전 전동기 (11) 의 발전량 (흡수 토크량) 또는 전동량 (어시스트량, 즉 발생 토크량) 은, 발전 전동기 지령치 (GEN_com) 의 내용에 따라 변화한다. 컨트롤러 (6) 는, 엔진 컨트롤러 (4) 에 회전 지령치를 출력하여, 현재의 유압 펌프 (3) 의 부하에 따른 목표 회전 수가 얻어지도록 연료 분사량을 증감시켜, 엔진 (2) 의 엔진 회전 수 (실회전 수 (GEN_spd) 에 상당) (ne) 와 토크를 조정한다. 다음으로, 본 실시형태에 관련된 엔진 (2) 의 제어 (엔진 제어) 에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 관련된 엔진 제어는, 컨트롤러 (6) 가 실현한다.
＜엔진 제어＞
도 2 는 본 실시형태에 관련된 엔진 제어의 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 3 은 본 실시형태에 관련된 엔진 제어를 컨트롤러가 실행할 때의 제어 블록도이다. 도 4 는 도 3 에 나타낸 펌프 필요 동력 연산부의 처리 플로우를 나타내는 도면이다.
본 실시형태에 관련된 엔진 제어는, 도 1 에 나타내는 유압 펌프 (3) 가 토출하는 작동유의 압력, 즉 토출압 (PRp) 이, 미리 설정된 릴리프 압력 (PRr) 이상이 되어, 유압 펌프 (3) 가 토출한 작동유의 일부를 릴리프 밸브 (16) 가 작동유 탱크 (17) 에 방출하는 릴리프 상태에 있는 경우에 실행된다. 본 실시형태에 관련된 엔진 제어를 실행하는 컨트롤러 (6) 는, 펌프 필요 동력 연산부 (60), 펌프 구동 동력 제한부 (61), 릴리프 판정부 (62), 엔진 출력 제어부 (63), 최소 선택부 (64), 가산부 (65) 및 출력 변환부 (66) 를 구비하고 있다.
컨트롤러 (6) 는, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어를 하는 데에 있어서, 단계 S101 에 있어서 제어에 사용하는 정보를 구한다. 제어에 사용하는 정보는, 유압 펌프 (3) 를 구동하기 위해서 필요한 동력인 펌프 필요 동력 (Pp_rq), 유압 펌프 (3) 를 구동하는 동력인 펌프 구동 동력의 제한치로서의 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 및 유압 펌프 (3) 이외의 부하 (Pl_ep) 등이다.
펌프 필요 동력 (Pp_rq) 은, 도 3 에 나타내는 펌프 필요 동력 연산부 (60) 가 구한다. 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는, 펌프 구동 동력 제한부 (61) 가 구한다. 부하 (Pl_ep) 는, 예를 들어, 엔진 (2) 의 냉각에 사용하는 냉각 팬을 구동할 때의 부하 및 발전 전동기 (11) 를 엔진 (2) 이 구동하여 발전 작용을 실시하게 할 때의 부하 등이다. 다음으로, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 가 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을 구하는 순서의 일례를 설명한다. 다음의 설명에서는, 판단 결과 TRUE 를 T 라고 약기함과 함께, 판단 결과 FALSE 를 F 라고 약기한다.
펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴에 따라, 유압 펌프 (3) 의 구동에 필요한 동력 (마력), 즉, 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을 연산한다. 이 때, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 도 1 에 나타내는 유압 센서 (7) 로부터 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 을 취득하고, 조작 레버 (41 ∼ 44) 의 레버 입력에 관한 정보를 취득한다.
유압 펌프 (3) 의 필요 동력치로서, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 미리 Pp_rq_1, Pp_rq_2, Pp_rq_3, Pp_rq_4, Pp_rq_5, Pp_rq_6 을 연산한다. 이들의 크기는 Pp_rq_1, Pp_rq_2, Pp_rq_3, Pp_rq_4, Pp_rq_5, Pp_rq_6 의 순서로 순차적으로 작아지는 것으로서 설정되어 있는 것으로 한다.
단계 S71 에 있어서, 우주행 파일럿압 (PRcr) 이 소정의 압력 (Kc) 보다 크거나 또는 좌주행 파일럿압 (PRcl) 이 소정의 압력 (Kc) 보다 큰 경우 (단계 S71 의 T), 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 복수의 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴은, 「주행 조작」 이라는 작업 패턴 (1) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「주행 조작」 이라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을 Pp_rq_1 로 설정한다.
동일하게 하여, 각 단계 S72 ∼ 단계 S79 에서는, 다음과 같은 처리가 실시된다. 즉, 단계 S72 에서는, 우선회 조작량 (Lswr) 이 소정의 조작량 (Ksw) 보다 큰지 여부에 따라, 우방향의 선회량이 소정치보다 큰지 여부가 판단된다. 또한, 단계 S72 에서는, 좌선회 조작량 (Lswl) 이 소정의 조작량 (-Ksw) 보다 작은지 여부에 따라, 좌방향의 선회량이 소정치보다 큰지 여부가 판단된다.
단계 S73 에서는, 붐 내림 조작량 (Lbod) 이 소정의 조작량 (-Kbo) 보다 작은지 여부에 따라, 붐 내림의 조작량이 소정치보다 작은지 여부가 판단된다.
단계 S74 에서는, 붐 올림 조작량 (Lbou) 이 소정의 조작량 (Kbo) 보다 큰지 여부에 따라 붐 올림의 조작량이 소정치보다 큰지 여부가 판단되고, 아암 굴삭 조작량 (Laru) 이 소정의 조작량 (Ka) 보다 큰지 여부에 따라 아암 굴삭의 조작량이 소정치보다 큰지 여부가 판단되고, 아암 덤프 조작량 (Lard) 이 소정의 조작량 (-Ka) 보다 작은지 여부에 따라, 아암 덤프의 조작량이 소정치보다 큰지 여부가 판단된다.
또한, 단계 S74 에서는, 버킷 굴삭 조작량 (Lbku) 이 소정의 조작량 (Kbk) 보다 큰지 여부에 따라 버킷 굴삭의 조작량이 소정치보다 큰지 여부가 판단되고 또는 버킷 덤프 조작량 (Lbkd) 이 소정의 조작량 (-Kbk) 보다 작은지 여부에 따라 버킷 덤프의 조작량이 소정치보다 큰지 여부가 판단된다.
단계 S75 에서는, 아암 굴삭 조작량 (Laru) 이 소정의 조작량 (Ka) 보다 큰지 여부가 판단된다.
단계 S76 에서는, 버킷 굴삭 조작량 (Lbku) 이 소정의 조작량 (Kbk) 보다 큰지 여부가 판단된다.
단계 S77 에서는, 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 이 소정의 압력 (Kp1) 보다 작은지 여부가 판단된다.
단계 S78 에서는, 아암 덤프 조작량 (Lard) 이 소정의 조작량 (-Ka) 보다 작은지 여부가 판단된다.
단계 S79 에서는, 버킷 덤프 조작량 (Lbkd) 이 소정의 조작량 (-Kbk) 보다 작은지 여부가 판단된다.
단계 S80 에서는, 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 이 소정의 압력 (Kp2) 보다 큰지 여부가 판단된다.
단계 S81 에서는, 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 이 소정의 압력 (Kp3) 보다 큰지 여부가 판단된다.
단계 S71 의 판단이 F 이고 단계 S72 의 판단이 T 이고 단계 S73 의 판단이 T 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「선회 조작 및 붐 내림 조작」 이라는 작업 패턴 (2) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「선회 조작 및 붐 내림 조작」 이라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_6 으로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고 단계 S72 의 판단이 T 이고, 단계 S73 의 판단이 F 이고, 단계 S74 의 판단이 T 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「선회 조작과 붐 내림 이외의 작업기 조작」 이라는 작업 패턴 (3) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「선회 조작과 붐 내림 이외의 작업기 조작」 이라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_1 로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고 단계 S72 의 판단이 T 이고, 단계 S73 의 판단이 F 이고 단계 S74 의 판단이 F 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「선회 조작의 단독 조작」 이라는 작업 패턴 (4) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「선회 조작의 단독 조작」 이라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 이, Pp_rq_6 으로 설정된다.
단계 S71 의 판단이 F 이고 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 T 이고, 단계 S76 의 판단이 T 이고, 단계 S77 의 판단이 T 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 굴삭 조작과 버킷 굴삭 조작으로 부하가 작을 때 (예를 들어 토사를 뜨는 작업)」 라는 작업 패턴 (5) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 굴삭 조작과 버킷 굴삭 조작으로 부하가 작을 때」 라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_2 로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 T 이고 단계 S76 의 판단이 T 이고, 단계 S77 의 판단이 F 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 굴삭 조작과 버킷 굴삭 조작으로 부하가 클 때 (예를 들어 아암과 버킷의 동시 조작에 의한 굴삭 작업)」 라는 작업 패턴 (6) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 굴삭 조작과 버킷 굴삭 조작으로 부하가 클 때」 라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_1 로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 T 이고 단계 S76 의 판단이 F 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 굴삭 조작」 이라는 작업 패턴 (7) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 굴삭 조작」 이라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_1 로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 F 이고, 단계 S78 의 판단이 T 이고 단계 S79 의 판단이 T 이고, 단계 S80 의 판단이 T 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 배토 (排土) 조작과 버킷 배토 조작으로 부하가 클 때 (예를 들어 아암과 버킷의 동시 배토 조작에 의한 토사 밀기 작업)」 라는 작업 패턴 (8) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 배토 조작과 버킷 배토 조작으로 부하가 클 때」 라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_3 으로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 F 이고 단계 S78 의 판단이 T 이고, 단계 S79 의 판단이 T 이고 단계 S80 의 판단이 F 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 배토 조작과 버킷 배토 조작으로 부하가 작을 때 (예를 들어 공중에서 아암과 버킷을 동시에 되돌리는 작업)」 라는 작업 패턴 (9) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 배토 조작과 버킷 배토 조작으로 부하가 작을 때」 라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_5 로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 F 이고, 단계 S78 의 판단이 T 이고, 단계 S79 의 판단이 F 이고, 단계 S81 의 판단이 T 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 단독 배토 조작으로 부하가 클 때 (예를 들어 아암 배토 작업에 의한 토사 밀기 작업)」 라는 작업 패턴 (10) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 단독 배토 조작으로 부하가 클 때」 에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_3 으로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 F 이고 단계 S78 의 판단이 T 이고, 단계 S79 의 판단이 F 이고, 단계 S81 의 판단이 F 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「아암 단독 배토 조작으로 부하가 작을 때 (예를 들어 공중에서 아암을 되돌리는 작업)」 라는 작업 패턴 (11) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「아암 단독 배토 조작으로 부하가 작을 때」 라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_5 로 설정한다.
단계 S71 의 판단이 F 이고, 단계 S72 의 판단이 F 이고, 단계 S75 의 판단이 F 이고 단계 S78 의 판단이 F 인 경우, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 유압 액츄에이터 (30) 의 작업 패턴이, 「그 밖의 작업」 이라는 작업 패턴 (12) 인 것으로 판단한다. 펌프 필요 동력 연산부 (60) 는, 「그 밖의 작업」 이라는 작업 패턴에 적합하도록, 유압 펌프 (3) 의 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 을, Pp_rq_1 로 설정한다.
다음으로, 펌프 구동 동력 제한부 (61) 가, 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 를 구하는 순서를 설명한다. 펌프 구동 동력 제한부 (61) 는, 도 1 에 나타내는 유압 센서 (7) 로부터 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 을 취득한다. 그리고, 펌프 구동 동력 제한부 (61) 는, 취득한 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 에 대한 유압 펌프 (3) 의 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 를 구한다. 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는, 릴리프시, 즉 릴리프 밸브 (16) 가 유압 펌프 (3) 로부터 토출된 작동유의 일부를 방출할 때에, 유압 펌프 (3) 를 구동하는 동력의 급격한 변동을 억제하도록 결정된다. 본 실시형태에서는, 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는, 토출압 (PRp) 에 대한 함수 (61Fn) 에 기초하여 구해진다.
본 실시형태에 있어서, 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는, 토출압 (PRp), 즉 유압 펌프 (3) 가 토출하는 작동유의 압력이 상승함에 따라, 유압 펌프 (3) 를 구동하는 동력이 저하되도록 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 토출압 (PRp) 이 어느 정도 작은 제 1 범위에 있어서, 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는 토출압 (PRp) 의 크기에 상관없이 일정하다. 토출압 (PRp) 이 제 1 범위를 초과하여 제 2 범위에 들어가면, 토출압 (PRp) 이 상승함에 따라 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는 저하한다. 그리고, 토출압 (PRp) 이 제 2 범위를 초과하여 제 3 범위에 들어가면, 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 는 토출압 (PRp) 의 크기에 상관없이 일정해진다. 함수 (61Fn) 는, 이와 같은 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 와 토출압 (PRp) 의 관계를 실현하도록 설정되어, 컨트롤러 (6) 의 기억 장치에 기억된다.
단계 S101 에서 엔진 제어에 사용하는 정보가 구해지면, 컨트롤러 (6) 는 처리를 단계 S102 로 진행시킨다. 단계 S102 에 있어서, 컨트롤러 (6) 는, 유압 펌프 (3) 가 릴리프 상태에 있는지 여부를 판정한다. 이 판정은, 도 3 에 나타내는 릴리프 판정부 (62) 가 실시한다. 구체적으로는, 릴리프 판정부 (62) 는, 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 이 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 이상인 경우에 T (릴리프 상태이다) 로 판정하고, 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 이 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 보다 작은 경우에 F (릴리프 상태가 아니다) 로 판정한다. 릴리프 판정부 (62) 는, 판정 결과 플래그 (d) 를 출력한다. 릴리프 상태는, 설정되는 릴리프압을 기초로, 펌프 토출압 (PRp) 을 이용하여 판단되어도 된다.
릴리프 상태가 아닌 경우 (단계 S102, 아니오), 즉, 릴리프 판정부 (62) 가 판정 결과 플래그 (d) 로서 F 를 출력한 경우, 컨트롤러 (6) 는, 단계 S101 및 단계 S102 를 반복한다. 릴리프 상태가 아닌 경우, 엔진 컨트롤러 (4) 는, 후술하는 엔진 (2) 의 목표로 하는 출력 (Per) 으로부터 구한 엔진 (2) 의 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 를 목표 회전 수 (n_com) 로 하여 엔진 (2) 을 제어한다.
릴리프 상태인 경우 (단계 S102, 예), 즉, 릴리프 판정부 (62) 가 판정 결과 플래그 (d) 로서 T 를 출력한 경우, 컨트롤러 (6) 는, 처리를 단계 S103 으로 진행시킨다. 단계 S103 에 있어서, 도 3 에 나타내는 엔진 출력 제어부 (63) 는, 엔진 (2) 의 목표로 하는 출력 (엔진 목표 출력) (Per) 으로부터 구한 엔진 (2) 의 회전 수 (릴리프시 목표 회전 수) (n_comr) 와 릴리프시 목표 회전 수의 최대치 (릴리프시 최대 목표 회전 수) (nrmax) 를 비교한다. 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 는, 유압 펌프 (3) 가 릴리프 상태가 된 후부터 단계 S103 의 판정시까지의 사이에 있어서의, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 의 최대치이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 의 초기치는 0 이다. 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는, 엔진 목표 출력 (Per) 에 기초하여 정해진, 릴리프시에 있어서 엔진 (2) 이 목표로 하는 회전 수이다. 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는, 엔진 출력 제어부 (63) 에 의해 구해진다. 다음으로, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 를 구하는 순서의 일례를 설명한다.
릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 를 구하는 데에 있어서, 도 3 에 나타내는 컨트롤러 (6) 의 최소 선택부 (64) 는, 펌프 필요 동력 연산부 (60) 가 구한 펌프 필요 동력 (Pp_rq) 과 펌프 구동 동력 제한부 (61) 가 구한 펌프 구동 동력 제한치 (Pp_limit) 중 작은 것을, 컨트롤러 (6) 의 가산부 (65) 에 출력한다. 가산부 (65) 는, 최소 선택부 (64) 의 출력과, 유압 펌프 (3) 이외의 팬 및 발전 전동기 (11) 등의 보조기 구동에 수반하는 엔진 (2) 의 부하 (Pl_ep) 를 가산하여, 가산한 결과를 엔진 목표 출력 (Per) 으로서 출력한다.
컨트롤러 (6) 의 출력 변환부 (66) 는, 가산부 (65) 로부터 출력된 엔진 목표 출력 (Per) 을 취득하고, 테이블 (66Fn) 을 이용하여 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 로 변환한다. 테이블 (66Fn) 은, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 와 엔진 목표 출력 (Per) 의 관계를 나타낸 것으로, 엔진 (2) 의 사양 및 특성에 따라 정해진다. 테이블 (66Fn) 은, 컨트롤러 (6) 의 기억 장치에 기억된다.
엔진 출력 제어부 (63) 는, 이와 같이 하여 구해진 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 와 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 를 비교하여, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 가 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 이상인 경우에는 (단계 S103, 예), 처리를 단계 S104 로 진행시킨다. 또한, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 가 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 보다 작은 경우에는 (단계 S103, 아니오), 처리를 단계 S105 로 진행시킨다.
단계 S104 에 있어서, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 를 목표 회전 수 (n_com) 로 설정한다. 즉, 목표 회전 수 (n_com) 는, 엔진 목표 출력 (Per) 으로부터 구해진 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 로는 갱신되지 않는다. 단계 S105 에 있어서, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 엔진 목표 출력 (Per) 으로부터 구해진 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 를 목표 회전 수 (n_com) 로 설정한다. 즉, 목표 회전 수 (n_com) 는, 엔진 목표 출력 (Per) 으로부터 구해진 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 로 갱신된다.
컨트롤러 (6) 는, 엔진 출력 제어부 (63) 로부터 출력된 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 를 목표 회전 수 (n_com) 로 하여, 도 1 에 나타내는 엔진 컨트롤러 (4) 에 출력한다. 엔진 컨트롤러 (4) 는, 가산부 (65) 로부터 출력된 엔진 목표 출력 (Per) 이 목표 회전 수 (n_com) 로 얻어지도록 엔진 (2) 의 출력, 보다 구체적으로는 토크를 제어한다. 단계 S101 로부터 단계 S105 가 실행됨으로써, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어가 실현된다. 본 실시형태에 관련된 엔진 제어의 일련의 처리가 종료되면, 컨트롤러 (6) 는, 스타트로 돌아와 단계 S101 부터의 처리를 반복한다. 다음으로, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어를 실행한 경우에 있어서의 엔진 (2) 의 회전 수의 변화를 설명한다.
도 5 는, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어가 실행되었을 때에 있어서의 엔진의 회전 수의 시간 변화 예를 나타내는 도면이다. 도 6 은, 엔진의 회전 수와 토크의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7 은 토크선도이다. 도 6 중의 Lep, Lep1, Lep2, Lep3 은 등출력 (마력) 선이고, Lmr 은 매칭선이고, Lrl 은 레귤레이션선이다. 도 5 중의 Lep1 ∼ Lep4 는, 도 6 에 나타내는 등출력 (마력) 선 (Lep1 ∼ Lep4) 에 대응하고 있다.
본 실시형태에 관련된 엔진 제어가 실행됨으로써, 유압 펌프 (3) 의 릴리프시에 있어서, 엔진 (2) 의 목표 회전 수 (n_com) 는, 펌프 구동 동력의 제한이 개시된 시점, 즉 릴리프가 개시된 시점의 값 이상이 되도록, 컨트롤러 (6) 의 엔진 출력 제어부 (63) 에 의해 제어된다.
도 5 는, 유압 펌프 (3) 의 릴리프시에 있어서의, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax), 목표 회전 수 (n_com) 및 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 의 시간 (ti) 의 경과에 따른 변화를 나타내고 있다. 시간 (tis) 에서, 도 1 에 나타내는 릴리프 밸브 (16) 가 릴리프를 개시하고, 시간 (tie) 에서 릴리프가 종료된 것을 나타내고 있다. 릴리프시는, 도 3 에 나타내는 릴리프 판정부 (62) 가 출력하는 판정 결과 플래그 (d) 가 F 에서 T 로 변화하고, 릴리프시 이외에는 판정 결과 플래그 (d) 가 F 로 되어 있다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어가 실행되면, 릴리프시 이외는 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 및 목표 회전 수 (n_com) 가 동일해지고, 엔진 회전 수 (ne) 도 목표 회전 수 (n_com) 에 추종하여 변화한다. 시간 (tis) 에서 릴리프가 개시되면, 도 5 에 나타내는 예에서는 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 시간 (ti) 의 경과와 함께 저하된다. 시간 (tis) 에 있어서, 엔진 (2) 은, 등출력선 (Lep1) 에 대응하는 출력으로 운전되고 있다. 시간 (tis) 이 경과하면, 엔진 (2) 은, 등출력선 (Lep1) 에 대응하는 출력보다 낮은 출력이 되어 간다.
도 3 에 나타내는 엔진 출력 제어부 (63) 는, nrmax ≥ n_comr 인 경우, 목표 회전 수 (n_com) 를 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 로 한다. 이로 인해, 목표 회전 수 (n_com) 는, 릴리프 개시시인 시간 (tis) 으로부터의 최대치인 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 의 값으로 유지된다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 의 초기치는 0 이기 때문에, 릴리프 개시시인 시간 (tis) 에 있어서의 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 는 0 이다. 따라서, 릴리프 개시시에 있어서는 nrmax ＜ n_comr 이 되는 결과, 릴리프 개시시에 있어서의 목표 회전 수 (n_com) 는 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) (이 예에서는 회전 수 (ne1)) 로 갱신된다. 목표 회전 수 (n_com) 가 최초로 갱신된 후 다음에 갱신될 때까지의 사이에는, 이 목표 회전 수 (n_com) 가 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 가 된다.
릴리프시에 있어서, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 변화하는 것은, 다음의 이유에 의한 것이다. 즉, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는, 엔진 목표 출력 (Per) 에 기초하여 정해지지만, 엔진 (2) 의 보조기류의 부하 변동에 의해 엔진 목표 출력 (Per) 은 변동하기 때문이다.
릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는 시간 (ti1) 까지 계속 저하되기 때문에, 릴리프의 개시부터 시간 (ti1) 이 경과할 때까지는, 목표 회전 수 (n_com) 는 일정하게 유지된다. 시간 (ti1) 이후에 있어서, 엔진 (2) 은, 등출력선 (Lep2) 에 대응하는 출력으로 운전되고 있다. 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는 시간 (ti2) 에서 상승으로 바뀌는데, nrmax ≥ n_comr 인 경우, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 목표 회전 수 (n_com) 를 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 로 한다. 이로 인해, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 와 동일해지는 시간 (ti3) 까지는, 목표 회전 수 (n_com) 가 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 로 유지된다.
시간 (ti2) 이후, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는 시간 (ti) 의 경과와 함께 상승하고, 시간 (ti3) 이후에는, nrmax ＜ n_comr 이 된다. 이 경우, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 목표 회전 수 (n_com) 를 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 로 갱신한다. 따라서, 시간 (ti3) 이후에 있어서, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 목표 회전 수 (n_com) 를 항상 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 로 갱신한다. 이로 인해, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 도 시간 (ti) 의 경과와 함께 상승한다. 시간 (ti2) 을 경과하면, 엔진 (2) 의 출력은, 등출력선 (Lep2) 에 대응하는 출력보다 높은 출력으로 상승하여, 시간 (ti4) 에서 등출력선 (Lep3) 에 대응하는 출력이 된다.
도 5 에 나타내는 예에서는, 시간 (ti4) 이후에 있어서, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는, 시간 (ti4) 의 값인 채로 일정치가 된 후, 시간 (ti5) 에서 하강으로 바뀐다. 그리고, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는, 시간 (ti6) 에서 하강이 종료되어 일정한 값이 된다. 시간 (ti5) 부터 시간 (ti6) 까지, 엔진 (2) 의 출력은, 등출력선 (Lep3) 에 대응하는 출력보다 낮은 출력이 되어 간다. 그리고, 시간 (ti6) 에서, 등출력선 (Lep4) 에 대응하는 출력이 된다.
그 후, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 는, 릴리프가 종료되는 시간 (tie) 까지, 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 의 값 (시간 (ti4) 에 있어서의 값) 을 초과하는 일은 없다. 따라서, 시간 ti4 부터 tie 까지의 사이에 있어서, 목표 회전 수 (n_com) 는, 시간 (ti4) 에 있어서의 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 의 값 (본 예에서는 회전 수 (ne2)) 으로 유지된다. 이와 같이, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어를 실행함으로써, 릴리프 기간 중에 있어서의 엔진 회전 수 (ne) 는, 목표 회전 수 (n_com) 를 릴리프가 개시된 시점에 있어서의 엔진 (2) 의 회전 수, 즉, 시간 (tis) 에 있어서의 목표 회전 수 (n_com) 이상이 되도록 제어된다.
도 5 에 나타내는 시간 tis 부터 ti3 까지의 사이 및 시간 ti5 부터 시간 tie 까지의 사이에는, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 릴리프 개시시의 시간 (tis) 에 있어서의 엔진 회전 수 (ne) 보다 낮아져 있다. 이 때문에, 시간 tis 부터 ti3 까지의 사이에 있어서의 엔진 (2) 의 출력은, 릴리프 개시시의 시간 (tis) 에 있어서의 엔진 (2) 의 출력보다 작아진다. 또한, 시간 (ti5) 부터 시간 (tie) 까지의 사이에 있어서의 엔진 (2) 의 출력은, 시간 (ti5) 에 있어서의 엔진 (2) 의 출력보다 작아진다. 따라서, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 시간 tis 부터 ti3 까지의 사이 및 시간 (ti5) 부터 시간 (tie) 까지의 사이에 있어서, 엔진 (2) 의 토크를 저하시킴으로써, 엔진 회전 수 (ne) 를 릴리프 개시시에 있어서의 값 또는 시간 (ti5) 에 있어서의 값으로 유지하면서, 엔진 (2) 의 출력을 저하시킨다.
도 6 에 나타내는 매칭선 (Lmr) 은, 도 1 에 나타내는 유압 펌프 (3) 의 부하 (도 6 의 세로축의 토크 (te) 에 상당) 가 증가함과 함께 엔진 회전 수 (ne) 가 증가하도록, 또한 그 때의 엔진 (2) 의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지는 연비 최소점 부근의 영역, 바람직하게는 연비 최소점을 통과하도록 설정된다. 또한, 연비 최소점으로부터 멀어짐에 따라 연료 소비율은 커지기 때문에, 매칭선 (Lmr) 은, 연비 최소점으로부터 최대한 멀어지지 않는 범위로 설정된다. 매칭선 (Lmr) 에 따라 엔진 (2) 을 운전하고, 유압 펌프 (3) 를 구동함으로써, 유압 펌프 (3) 의 효율이 높은 영역에서 사용할 수 있고, 또한 엔진 (2) 이 소비하는 연료의 양을 억제할 수 있다. 레귤레이션선 (Lrl) 은, 매칭점에 기초하여 설정된다. 또한, 연료 소비율 (이하, 적절히 연비라고 한다) 이란, 1 시간 그리고 출력 1 kW 당 엔진 (2) 이 소비하는 연료의 양을 말하며, 엔진 (2) 효율의 하나의 지표이다.
다음으로, 도 7 을 이용하여 매칭선 (Lmr) 에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 7 은, 엔진 (2) 의 토크선도로, 가로축에 엔진 회전 수 (ne) (rpm : rev/min) 를 취하고, 세로축에 토크 (te) (N×m) 를 취하고 있다. 도 7 에 있어서, 최대 토크선 (R) 로 규정되는 영역은, 엔진 (2) 이 발생할 수 있는 성능을 나타낸다. 거버너의 기능을 갖는 엔진 컨트롤러 (4) 는, 토크 (te) 가 최대 토크선 (R) 을 초과하여 배기연 한계가 되지 않도록, 또한 엔진 회전 수 (ne) 가 하이 아이들 회전 수 (neH) 를 초과하여 과회전이 되지 않도록, 엔진 (2) 을 제어한다. 최대 토크선 (R) 상의 정격점 (V) 에서 엔진 (2) 의 출력 (마력) (P) 이 최대가 된다. J 는, 유압 펌프 (3) 가 흡수하는 토크가 동일해지는, 등출력 곡선을 나타내고 있다.
엔진 (2) 의 최대 목표 회전 수가 설정되면, 컨트롤러 (4) 는 정격점 (V) 과 하이 아이들 점 (neH) 을 연결하는 최고속 레귤레이션선 (Lrlmax) 을 따라 조속(調速)을 실시한다.
유압 펌프 (3) 의 부하가 커짐에 따라, 엔진 (2) 의 출력과 펌프 흡수 토크가 균형 잡힌 매칭점은, 최고속 레귤레이션선 (Lrlmax) 상을 정격점 (V) 측으로 이동한다. 매칭점이 정격점 (V) 측으로 이동하면, 엔진 회전 수 (ne) 는 서서히 저하되고, 정격점 (V) 에서는 엔진 회전 수 (ne) 는 정격 회전 수가 된다.
이와 같이, 엔진 회전 수 (ne) 를 대략 일정한 회전 수로 고정시켜 작업을 실시하면, 연비가 크고 (나쁘고), 펌프 효율이 낮다는 문제가 있다. 펌프 효율이란, 용적 효율 및 토크 효율로 규정되는 유압 펌프 (3) 의 효율이다.
도 7 에 있어서, M 은 등연비 곡선을 나타내고 있다. 등연비 곡선 (M) 의 골이 되는 M1 에서 연비가 최소가 된다. M1 을 연비 최소점이라고 한다. 연비 최소점 (M1) 으로부터 외측을 향함에 따라 연비는 크며, 즉 나빠진다.
도 7 로부터도 분명한 바와 같이, 레귤레이션선 (Lrl) 은, 등연비 곡선 (M) 상에서 연비가 비교적 큰 영역에 상당한다. 이 때문에, 종래의 제어 방법에 의하면 연비가 커서 (나빠서), 엔진 효율상 바람직하지 않다.
한편, 가변 용량형의 유압 펌프 (3) 의 경우, 일반적으로, 동일한 토출압 (PRp) 이면 용량 (q) (사판 경전 각도) 이 클수록 용적 효율 및 토크 효율이 높아, 펌프 효율이 높다는 것이 알려져 있다.
또한 하기 (1) 식으로부터도 분명한 바와 같이, 유압 펌프 (3) 로부터 토출되는 압유의 유량 (Q) 이 동일하면, 엔진 회전 수 (ne) 를 낮게 하면 할수록 용량 (q) 을 크게 할 수 있다. 이로 인해 엔진 (2) 을 저속화하면 펌프 효율을 높게 할 수 있다.
Q = ne × q … (1)
따라서 유압 펌프 (3) 의 펌프 효율을 높이기 위해서는, 엔진 회전 수 (ne) 가 낮은 저속 영역에서 엔진 (2) 을 가동시키면 된다.
매칭선 (Lmr) 은, 엔진 (2) 의 연료 소비 효율에 기초하여 구해진, 엔진 회전 수 (ne) 와 토크 (te) 의 관계를 나타내는 선이다. 구체적으로는, 매칭선 (Lmr) 은, 연비 최소점 (M1) 을 통과하도록 설정된, 엔진 회전 수 (ne) 와 토크 (te) 의 관계를 나타내는 선이다. 매칭선 (Lmr) 은, 연비 최소점 (M1) 을 통과하는 것이 바람직하지만, 다양한 제약에 의해, 반드시 연비 최소점 (M1) 을 통과하도록 설정할 수 있다고는 할 수 없다. 이 때문에, 매칭선 (Lmr) 은, 연비 최소점 (M1) 을 통과하도록 설정되는 것이 곤란한 경우, 연비 최소점 (M1) 의 근방을 통과하도록 설정된다. 이 경우, 매칭선 (Lmr) 은, 최대한 연비 최소점 (M1) 의 근방을 통과하도록 설정된다. 최대한 연비 최소점 (M1) 의 근방이란, 예를 들어, 연비 최소점 (M1) 에 있어서의 연료 소비율에 대하여 105 ％ 내지 110 ％ 정도의 연료 소비율이 되는 등연비 곡선 (M) 으로 둘러싸이는 범위로 할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 연비 최소점 (M1) 보다 외측의 등연비 곡선 (M) 일수록 연비는 크고, 즉 나빠지기 때문에, 매칭선 (Lmr) 은, 연비 최소점 (M1) 으로부터 최대한 외측으로 멀어지지 않도록 설정된다. 또한, 연비 최소점 (M1) 으로부터 외측으로 멀어지는 과정에 있어서, 매칭선 (Lmr) 이 교차하는 등연비 곡선 (M) 의 수가 많을수록, 연비가 큰 영역에서 엔진 (2) 이 운전될 가능성은 높아진다. 따라서, 매칭선 (Lmr) 은, 연비 최소점 (M1) 으로부터 외측으로 멀어지는 과정에 있어서, 매칭선 (Lmr) 과 교차하는 등연비 곡선 (M) 의 수가 최대한 적어지도록 설정된다.
이와 같이 하여 구해진 매칭선 (Lmr) 을 따라 엔진 회전 수 (ne) 를 제어하면, 연비, 엔진 효율 및 펌프 효율이 향상된다. 이것은, 엔진 (2) 에 동일한 마력을 출력시켜, 유압 펌프 (3) 로부터 동일한 요구 유량을 얻는다는 조건에 있어서, 레귤레이션선 (Lrl) (본 예에서는 최고속 레귤레이션선 (Lrlmax)) 상의 점 (pt1) 에서 매칭시키는 것 보다, 동일한 등출력선 (J) 상의 점으로서 매칭선 (Lmr) 상의 점 (pt2) 에서 매칭시키는 것이, 엔진 (2) 의 상태는 고회전 그리고 저토크로부터 저회전 그리고 고토크로 이행되어, 펌프 용량 (q) 이 커져, 등연비 곡선 (M) 상의 연비 최소점 (M1) 에 가까운 점에서 운전되기 때문이다. 또한 저회전 영역에서 엔진 (2) 이 가동함으로써 소음이 저감되고, 또한 엔진 프릭션 및 펌프 언로드 로스 등은 감소한다.
릴리프 개시 전에 있어서, 엔진 (2) 은, 도 6 에 나타내는 위치 A 의 조건으로 운전되고 있는 것으로 한다. 본 실시형태에 관련된 엔진 제어가 실행되면, 엔진 (2) 의 출력은, 릴리프가 개시된 시간 (tis) 부터 시간 (ti3) 까지의 사이의 값이, 릴리프가 개시된 시간 (tis) 에 있어서의 값보다 작아진다. 즉, 도 6 에 있어서의 위치 A 에서 위치 B 로 이동하고, 엔진 (2) 은, 등출력선 (Lep1) 보다 작은 출력의 등출력선 (예를 들어, 시간 (ti1) ∼ 시간 (ti2) 에서는 Lep2) 에 따라 운전된다.
릴리프가 개시된 시간 (tis) (도 5 참조) 에 있어서의 엔진 회전 수 (ne) 가 회전 수 (ne1) 이고, 시간 (ti1) 에 있어서 엔진 (2) 은 상기 서술한 바와 같이 등출력선 (Lep2) 에 따라 운전되면, 엔진 회전 수 (ne) 는, 시간 (tis) 에 있어서의 회전 수 (ne1) 로 유지된다. 따라서, 엔진 (2) 은, 등출력선 (Lep2) 과 엔진 회전 수 (ne1) 가 교차하는 위치 B 의 조건으로 운전된다. 그 후, 시간 (ti2) 내지 시간 (ti3) 사이에서 엔진 (2) 의 출력이 증가함에 따라, 엔진 회전 수 (ne1) 를 유지한 채로 등출력선 Lep2 에서 Lep1 로 이동한다. 이것은, 도 6 의 위치 B 에서 위치 A 로의 이동에 상당한다. 다음으로 시간 (ti3) 이후를 설명한다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 시간 (ti3) 이후는 목표 회전 수 (n_com) 및 엔진 (2) 의 출력이 상승하고, 시간 (ti4) 내지 시간 (ti5) 사이에 있어서, 엔진 (2) 은 등출력선 (Lep3) 에 따라 운전되는 것으로 한다. 이 경우, 엔진 회전 수 (ne) 는, 등출력선 (Lep3) 상, 또한 ne1 이상이면 된다.
본 실시형태에 있어서, 엔진 (2) 은, 도 6 의 위치 A 로부터, 등출력선 (Lep3) 과 매칭선 (Lmr) 의 교점인 위치 C 에 있어서의 회전 수 (ne2) 로 운전된다. 이와 같이 함으로써, 엔진 (2) 의 연료 소비를 억제할 수 있고, 또한 유압 펌프 (3) 를 효율적인 조건으로 운전할 수 있다. 또한, 등출력선 (Lep3) 에 따라 엔진 회전 수 (ne) 가 정해지기 때문에, 엔진 회전 수 (ne) 를 변경해도, 도 1 에 나타내는 건설 기계 (1) 가 구비하는 작업기의 동작 속도의 변화가 억제된다. 또한, 펌프 구동 동력 제한부 (61) 가 갖는 함수 (61Fn) 등의 조정을 하지 않고, 릴리프시에 있어서의 엔진 회전 수 (ne) 의 헌팅을 억제할 수 있기 때문에, 건설 기계 (1) 의 오퍼레이터의 조작감 등에 위화감을 줄 가능성을 저감시킬 수 있다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 시간 (ti5) 내지 시간 (tie) 사이에는, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 저하되는데 목표 회전 수 (n_com) 는 시간 (ti5) 의 값이 되어 있다. 시간 (ti5) 내지 시간 (tie) 사이에 있어서, 엔진 회전 수 (ne) 는, 회전 수 (ne2) 의 값이 유지된다. 따라서, 엔진 (2) 의 운전 조건은, 회전 수 (ne2) 가 유지되기 때문에, 회전 수 (ne2) 와 등출력선 (Lep3) 의 교점이 되는 도 6 에 있어서의 위치 C 의 운전 조건으로부터, 회전 수 (ne2) 와 등출력선 (Lep4) 의 교점인 도 6 의 위치 D 의 운전 조건으로 변화한다. 이 변화에 따라, 엔진 (2) 은, 위치 D 의 운전 조건으로 운전된다. 엔진 (2) 이 위치 D 의 운전 조건으로 운전되는 기간은, 시간 (ti6) 부터 시간 (tie) 전에 엔진 (2) 의 출력이 증가로 바뀌는 타이밍까지의 기간이다. 등출력선 (Lep4) 은, 시간 (ti5) 내지 시간 (tie) 사이에 있어서의 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 에 대응하는 엔진 목표 출력 (Per) 을 나타내는 것이다. 또한, 등출력선 (Lep4) 에 대응하는 출력은, 등출력선 (Lep3) 에 대응하는 출력보다 작다.
본 실시형태에 관련된 엔진 제어는, 릴리프시에 있어서, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 이상이 되지 않으면 목표 회전 수 (n_com) 는 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 로 갱신되지 않는다. 따라서, 도 5 에 나타내는 예에서는, 시간 (ti5) 이후의 엔진 회전 수 (ne) 는, 회전 수 (ne2) 로 유지된다. 그러나, 이와 같은 제어에 한정되는 것은 아니며, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 엔진 회전 수 (ne) 를 ne2 보다 작게 해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 엔진 출력 제어부 (63) 는, 릴리프가 개시된 시점 (시간 (tis)) 에 있어서의 엔진 회전 수 (ne) = ne1 (＜ ne2) 로 엔진 (2) 을 운전해도 된다. 이와 같이 함으로써, 매칭선 (Lmr) 에 보다 가까운 조건으로 엔진 (2) 을 운전할 수 있기 때문에, 유압 펌프 (3) 의 효율 저하를 억제하고, 또한 엔진 (2) 의 연료 소비도 억제할 수 있다.
릴리프시에 있어서는, 매칭선 (Lmr) 을 따라 엔진 회전 수 (ne) 를 저하시키는 제어도 생각할 수 있다 (예를 들어, 도 6 의 위치 E 에 있어서의 회전 수 (ne3)). 이와 같이 하면, 유압 펌프 (3) 의 토출압 (PRp) 에 대한 목표 회전 수 (n_com) 의 변화가 큰 경우에는, 토출압 (PRp) 이 변동되었을 때에 있어서 다음에 나타내는 (a), (b) 의 상황을 반복하여, 엔진 회전 수 (ne) 의 헌팅을 초래할 가능성이 있다.
(a) 토출압 (PRp) 의 변동에 맞추어 목표 회전 수 (n_com) 가 변동한다.
(b) 목표 회전 수 (n_com) 의 변동에 의해 실제의 엔진 회전 수 (ne) 가 변동되기 때문에, 유압 펌프 (3) 로부터 토출되는 작동유의 유량이 변동하여, 토출압 (PRp) 이 변동된다.
예를 들어, 릴리프시에 있어서, 버킷 릴리프와 함께 붐 올림을 실시함으로써, 도 1 에 나타내는 릴리프 밸브 (16) 를 통과하는 작동유의 유량이 변한다. 이로 인해, 토출압 (PRp) 이 변동된다. 또한, 토출압 (PRp) 이 변동됨으로써, 릴리프 밸브 (16) 로부터의 작동유의 방출과 정지가 반복된다. 이것에서 기인하여, 엔진 목표 출력 (Per) 이 변화하는 결과, 매칭선 (Lmr) 과 엔진 목표 출력 (Per) 으로부터 결정되는 엔진 (2) 의 목표로 하는 회전 수가 변화하게 되어, 엔진 회전 수 (ne) 의 헌팅이 발생하는 경우가 있다.
본 실시형태에 관련된 엔진 제어는, 릴리프시에 있어서의 엔진 회전 수 (ne) 가, 회전 수 (ne1) 이상으로 제어된다. 이로 인해, 릴리프 개시시에 있어서, 엔진 회전 수 (ne) 는, 릴리프 개시시에 있어서의 회전 수 (ne1) 보다 작아지지 않는다. 릴리프시에는, 엔진 회전 수 (ne) 가 릴리프 개시시에 있어서의 회전 수 (ne1) 이상이면, 유압 펌프 (3) 로부터 토출된 작동유는 릴리프 밸브 (16) 로부터 토출되기 때문에 토출압 (PRp) 은 릴리프 압력으로부터 거의 변동하지 않는다. 그 결과, 엔진 회전 수 (ne) 의 헌팅이 억제된다.
또한, 릴리프시에 있어서는, 레귤레이션선 (Lrl) 을 따라 엔진 회전 수 (ne) 를 증가시키는 제어도 생각할 수 있다. 이와 같이 하면, 엔진 (2) 의 연료 소비가 증가하게 된다. 본 실시형태에 관련된 엔진 제어는, 릴리프시 목표 회전 수 (n_comr) 가 릴리프시 최대 목표 회전 수 (nrmax) 이상이 되지 않는 한, 목표 회전 수 (n_com) 는 상승하지 않는다. 또한, 목표 회전 수 (n_com) 가 상승하는 경우에도, 매칭선 (Lmr) 에 기초하여 엔진 회전 수 (ne) 가 정해진다. 그 결과, 본 실시형태에 관련된 엔진 제어는, 레귤레이션선 (Lrl) 을 따라 엔진 회전 수 (ne) 를 증가시키는 제어와 비교하여 연료 소비를 억제할 수 있다.
이상, 본 실시형태를 설명하였지만, 상기 서술한 내용에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 서술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 상기 서술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.
1 ; 건설 기계
2 ; 엔진
2S ; 출력 축
3 ; 유압 펌프
4 ; 엔진 컨트롤러
5 ; 펌프 제어 밸브
6 ; 컨트롤러
7, 8, 9 ; 유압 센서
10 ; PTO 축
11 ; 발전 전동기
12 ; 축전기
13 ; 인버터
14 ; 회전 센서
15 ; 전압 센서
16 ; 릴리프 밸브
17 ; 작동유 탱크
20 ∼ 26 ; 조작 밸브
21a ∼ 26a ; 파일럿 포트
30 ; 유압 액츄에이터
31 ; 붐 실린더
32 ; 아암 실린더
33 ; 버킷 실린더
34 ; 선회 모터
35, 36 ; 주행 모터
41, 42, 43, 44 ; 조작 레버
45, 46 ; 센서
60 ; 펌프 필요 동력 연산부
61 ; 펌프 구동 동력 제한부
61Fn ; 함수
66Fn ; 테이블
62 ; 릴리프 판정부
63 ; 엔진 출력 제어부
64 ; 최소 선택부
65 ; 가산부
66 ; 출력 변환부
Lep, Lep1 ∼ Lep4 ; 등출력선
Lmr ; 매칭선
Lrl ; 레귤레이션선
n_com ; 목표 회전 수
n_comr ; 릴리프시 목표 회전 수
nrmax ; 릴리프시 최대 목표 회전 수
Per ; 엔진 목표 출력
Pl_ep ; 부하
Pp_limit ; 펌프 구동 동력 제한치
Pp_rq ; 펌프 필요 동력
PRp ; 토출압
PRr ; 릴리프 압력

Claims (4)

  1. 작동유를 토출하는 유압 펌프를 구동하는 엔진을 제어하는 장치로서,
    상기 유압 펌프가 토출하는 상기 작동유의 압력이 미리 설정된 릴리프 압력 이상이 되어, 상기 유압 펌프가 토출한 상기 작동유의 일부가 방출되는 상태에 있는 경우, 상기 유압 펌프가 토출하는 상기 작동유의 압력에 기초하여, 상기 유압 펌프를 구동하는 동력인 펌프 구동 동력을 제한하는 펌프 구동 동력 제한부와,
    상기 엔진의 목표로 하는 회전 수인 목표 회전 수가, 상기 펌프 구동 동력의 제한이 개시된 시점의 값 이상이 되도록 상기 엔진의 출력을 제어하는 엔진 출력 제어부를 포함하고,
    상기 펌프 구동 동력 제한부는,
    상기 유압 펌프가 토출하는 작동유의 토출압이 소정값보다 작은 제 1 범위에 있어서, 펌프 구동 동력 제한치를 상기 토출압의 크기에 상관없이 일정하게 하고, 상기 토출압이 상기 제 1 범위를 초과하여 제 2 범위에 들어가면, 상기 토출압이 상승함에 따라 상기 펌프 구동 동력 제한치를 저하시키고, 상기 토출압이 상기 제 2 범위를 초과하여 제 3 범위에 들어가면, 상기 펌프 구동 동력 제한치를 상기 토출압의 크기에 상관없이 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 출력 제어부는,
    상기 목표 회전 수가, 상기 유압 펌프가 토출한 상기 작동유의 일부가 방출되는 상태가 된 후의 최대치보다 증가하는 경우, 상기 펌프 구동 동력 제한부가 구한 상기 펌프 구동 동력 제한치에 기초하여 구해진 상기 엔진의 목표로 하는 출력의 등출력선과, 상기 엔진의 연료 소비 효율에 기초하여 구해진 매칭선으로부터, 상기 목표 회전 수를 구하는, 엔진 제어 장치.
  3. 엔진과,
    상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프가 토출하는 작동유의 압력이 미리 설정된 릴리프압 이상이 된 경우에 상기 작동유를 릴리프하는 릴리프 밸브와,
    상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 유압 액츄에이터와,
    상기 유압 액츄에이터에 의해 구동되는 작업기와,
    제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 엔진 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  4. 삭제
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