KR101705744B1 - 작업 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

작업 차량은, 엔진과, 유압 펌프와, 유압 액추에이터와, 발전기 모터와, 전동 액추에이터와, 배기 처리 장치와, 환원제 탱크와, 저류량 검출부와, 엔진 제어부와, 액추에이터 제어부를 구비한다. 유압 펌프는, 엔진에 의해 구동된다. 유압 액추에이터는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 발전기 모터는, 엔진에 의해 구동된다. 전동 액추에이터는, 발전기 모터에 의해 생성된 전력에 의해 구동된다. 배기 처리 장치는, 엔진의 배기를 정화한다. 환원제 탱크는, 배기 처리 장치에 공급되는 환원제를 저류한다. 저류량 검출부는, 환원제 탱크 내의 환원제의 저류량을 검출한다. 엔진 제어부는, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 엔진의 출력을 저감하는 출력 제한 제어를 행한다. 전동 액추에이터 제어부는, 출력 제한 제어의 실행 중에, 전동 액추에이터의 출력을 제한한다.

Description

작업 차량 및 그 제어 방법{WORKING VEHICLE AND WORKING VEHICLE CONTROL METHOD}

본 발명은, 작업 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

작업 차량에는, 엔진과, 엔진에 의해 구동되는 유압(油壓) 펌프와, 유압 펌프로부터 토출(吐出)되는 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터를 구비하는 것이 있다. 유압 액추에이터는, 예를 들면, 유압 실린더이며, 붐(boom) 및 암(arm) 등을 가지는 작업기를 구동한다. 이와 같은 작업 차량에서는, 유압 펌프의 흡수 토크가 엔진의 출력 토크를 넘지 않도록, 유압 펌프가 제어된다.

한편, 작업 차량에는, 환원제(還元劑)를 사용하여 엔진의 배기를 정화하는 배기 처리 장치를 구비하는 것이 있다. 이와 같은 작업 차량에서는, 환원제는 환원제 탱크에 저류되어 있지만, 환원제 탱크 내의 환원제의 저류량이 적어지면, 배기의 처리가 적절히 행해지지 않을 가능성이 있다. 그러므로, 예를 들면, 특허 문헌 1의 작업 차량에서는, 환원제의 저류량이 소정량보다 적어지면, 엔진의 출력을 저하시키는 동시에, 유압 펌프의 흡수 토크를 저하시키는 제어를 행하고 있다. 이로써, 오퍼레이터에게 환원제의 보급을 촉진시킬 수 있다.

일본 공개특허 제2015-71973호 공보

최근, 유압 펌프 및 유압 액추에이터와 함께, 엔진에 의해 구동되는 발전기 모터와, 발전기 모터에 의해 생성된 전력에 의해 구동되는 전동 액추에이터를 구비하는 하이브리드형의 작업 차량이 개발되어 있다. 예를 들면, 하이브리드형의 유압 셔블(hydraulic excavator)은, 작업기를 구동시키기 위한 유압 실린더와, 선회체(旋回體)를 선회시키기 위한 전동 모터를 구비하고 있다.

이와 같은 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때 엔진의 출력을 저하시키는 제어를 행하는 경우, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래와 같이 유압 펌프의 흡수 토크를 저하시키는 것만으로는, 전기 기기(機器)의 동작을 용이하게 확보할 수 있어도, 전기 기기에 많은 엔진의 출력이 사용되게 되어, 유압 기기의 동작을 확보하는 것은 곤란하다.

본 발명의 과제는, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 엔진의 출력을 저하시키면서도, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보하는 것에 있다.

본 발명의 일 태양(態樣)에 관한 작업 차량은, 엔진과, 유압 펌프와, 유압 액추에이터와, 발전기 모터와, 전동 액추에이터와, 배기 처리 장치와, 환원제 탱크와, 저류량 검출부와, 엔진 제어부와, 액추에이터 제어부를 구비한다. 유압 펌프는, 엔진에 의해 구동된다. 유압 액추에이터는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 발전기 모터는, 엔진에 의해 구동된다. 전동 액추에이터는, 발전기 모터에 의해 생성된 전력에 의해 구동된다. 배기 처리 장치는, 엔진의 배기를 정화한다. 환원제 탱크는, 배기 처리 장치에 공급되는 환원제를 저류(貯留)한다. 저류량 검출부는, 환원제 탱크 내의 환원제의 저류량을 검출한다. 엔진 제어부는, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 엔진의 출력을 저감하는 출력 제한 제어를 행한다. 전동 액추에이터 제어부는, 출력 제한 제어의 실행 중에, 전동 액추에이터의 출력을 제한한다.

본 태양에 관한 작업 차량에서는, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 엔진의 출력을 저감하는 동시에, 전동 액추에이터의 출력을 제한한다. 그러므로, 전동 액추에이터의 출력이 제한되지 않을 경우와 비교하여, 유압 펌프에 분배되는 엔진의 출력을 크게 확보할 수 있다. 이로써, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 효율적으로 확보할 수 있다.

작업 차량은, 출력 산출부와, 흡수 토크 결정부와, 펌프 제어부를 더 구비해도 된다. 출력 산출부는, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력을 산출해도 된다. 흡수 토크 결정부는, 저감된 엔진의 출력과, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력에 기초하여, 유압 펌프의 흡수 토크를 결정해도 된다. 펌프 제어부는, 결정된 흡수 토크로 유압 펌프를 제어해도 된다.

이 경우, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 저감된 엔진의 출력과, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력에 기초하여, 유압 펌프의 흡수 토크가 결정된다. 여기서, 유압 액추에이터의 구동에 필요한 유압 펌프의 출력 토크는, 작업기에 걸리는 부하에 따라 크게 변동한다. 따라서, 출력 제한 제어에 있어서 유압 펌프에 분배해야 할 토크를 양호한 정밀도로 추정하는 것은 용이하지 않다.

이에 대하여, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력은, 유압 액추에이터의 구동에 필요한 유압 펌프의 출력 토크와 비교하여, 양호한 정밀도로 추정할 수 있다. 따라서, 먼저 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력을 산출하고, 그 산출 결과에 기초하여 유압 펌프의 흡수 토크를 결정함으로써, 효율적으로, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력 유압 펌프의 흡수 토크를 결정할 수 있다. 이로써, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보할 수 있다.

저류량이 제1 임계값보다 적은 제2 임계값 이하일 때는, 전동 액추에이터 제어부는, 전동 액추에이터를 정지시켜도 된다. 이 경우, 오퍼레이터에게 환원제의 보급을 촉진시킬 수 있다.

작업 차량은, 발전기 모터와 전동 액추에이터에 전기적으로 접속되는 전력 제어 장치를 더 구비해도 된다. 저류량이 제2 임계값 이하이면서 또한 소정의 시스템 정지 조건이 만족되었을 때, 전동 액추에이터 제어부는, 전력 제어 장치를 정지시켜도 된다. 이 경우, 오퍼레이터에게 환원제의 보급을 촉진시킬 수 있다.

시스템 정지 조건은, 전동 액추에이터의 동작 속도가 소정 속도까지 저하된 것을 포함해도 된다. 이 경우, 전동 액추에이터가 정지, 또는 거의 정지한 상태에서, 전력 제어 장치를 정지시키는 것이 가능하다. 이로써, 전동 액추에이터의 동작 중에 전력 제어 장치가 정지되는 것을 회피할 수 있다.

시스템 정지 조건은, 발전기 모터로의 토크 지령값이 0인 것을 더 포함해도 된다. 이 경우, 발전기 모터에 의한 발전 중에 전력 제어 장치가 정지되는 것을 회피할 수 있다. 이로써, 전력 제어 장치의 정지 후에 발전기 모터에 의해 생성된 전력에 의해 전력 제어 장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

저류량이 제2 임계값 이하일 때는, 전동 액추에이터 제어부는, 전동 액추에이터의 토크 지령값을 0로 해도 된다. 이로써, 전동 액추에이터를 정지시키는 것이 가능하다.

엔진 제어부는, 저류량이 제1 임계값보다 큰 통상 시에는, 제1 엔진 토크 커브에 의해 엔진의 출력을 제어해도 된다. 엔진 제어부는, 출력 제한 제어에서는, 제1 엔진 토크 커브보다 낮은 엔진의 출력을 규정하는 제2 엔진 토크 커브에 의해 엔진의 출력을 제어해도 된다. 이 경우, 엔진 토크 커브를 변경함으로써, 출력 제한 제어에 있어서 엔진의 출력을 저감할 수 있다.

전동 액추에이터 제어부는, 출력 제한 제어에 있어서, 전동 액추에이터의 출력 토크의 상한을 저감해도 된다. 이로써, 출력 제한 제어에 있어서, 전동 액추에이터의 출력을 저감할 수 있다.

작업 차량은, 주행체와, 주행체에 대하여 선회 가능하게 지지되는 선회체를 더 구비해도 된다. 전동 액추에이터는, 선회체를 선회시키는 전동 모터라도 된다. 이 경우, 유압 액추에이터에 걸리는 부하와 비교하여, 전동 모터에 걸리는 부하의 변동은 작다. 그러므로, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력을 양호한 정밀도로 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 관한 작업 차량의 제어 방법은, 이하의 스텝을 포함한다. 제1 스텝에서는, 환원제 탱크 내의 환원제의 저류량을 검출한다. 제2 스텝에서는, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때 엔진의 출력을 저감하는 신호를 출력하는 출력 제한 제어를 행한다. 제3 스텝에서는, 출력 제한 제어의 실행 중에 전동 액추에이터의 출력을 제한하는 신호를 출력한다.

본 태양에 관한 작업 차량의 제어 방법에서는, 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 엔진의 출력을 저감하는 동시에, 전동 액추에이터의 출력을 제한한다. 그러므로, 전동 액추에이터의 출력이 제한되지 않을 경우와 비교하여, 유압 펌프에 분배되는 엔진의 출력을 크게 확보할 수 있다. 이로써, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 효율적으로 확보할 수 있다.

작업 차량의 제어 방법은, 이하의 스텝을 더 포함해도 된다. 제4 스텝에서는, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력을 산출한다. 제5 스텝에서는, 저감된 엔진의 출력과, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력에 기초하여, 유압 펌프의 흡수 토크를 결정한다. 제6 스텝에서는, 결정된 유압 펌프의 흡수 토크를 나타낸 지령 신호를 출력한다.

이 경우, 먼저 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력을 산출하고, 그 산출 결과에 기초하여 유압 펌프의 흡수 토크를 결정함으로써, 효율적으로, 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기 모터의 출력 유압 펌프의 흡수 토크를 결정할 수 있다. 이로써, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보할 수 있다.

작업 차량의 제어 방법은, 이하의 스텝을 더 포함해도 된다. 제7 스텝에서는, 저류량이 제1 임계값보다 작은 제2 임계값 이하일 때, 전동 액추에이터에 정지 지령을 출력한다. 제8 스텝에서는, 정지 지령의 출력 후, 전동 액추에이터의 동작 속도가 소정 속도까지 저하되고, 또한 발전기 모터로의 토크 지령값이 0일 때, 전력 제어 장치의 정지 신호를 출력한다.

이 경우, 전동 액추에이터의 동작 중에 전력 제어 장치가 정지되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 발전기 모터에 의한 발전 중에 전력 제어 장치가 정지되는 것을 회피할 수 있다. 이로써, 전력 제어 장치의 정지 후에 발전기 모터에 의해 생성된 전력에 의해 전력 제어 장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 엔진의 출력을 저하시키면서도, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 작업 차량의 사시도이다.
도 2는 작업 차량의 전기 기기계 및 유압 기기계의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 3은 작업 차량의 배기 처리계의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 4는 작업 차량의 제어계의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 5는 엔진 토크 커브의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 복합 조작 시의 펌프 흡수 토크선(torque line)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 출력 제한 제어에서의 처리를 나타낸 플로우차트이다.
도 8은 출력 제한 제어에서의 딜리트(delete) 엔진 토크 커브의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시형태 및 비교예에 관한 엔진 출력 토크의 분배를 나타낸 도면이다.

이하 도면을 참조하여 실시형태에 관한 작업 차량에 대하여 설명한다. 도 1은, 실시형태에 관한 작업 차량(100)의 사시도이다. 본 실시형태에 있어서, 작업 차량(100)은, 유압 셔블이다. 작업 차량(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(4)를 가지고 있다.

차량 본체(1)는, 주행체(2)와 선회체(3)를 가지고 있다. 주행체(2)는, 한 쌍의 주행 장치(2a, 2b)를 가진다. 각각의 주행 장치(2a, 2b)는, 크롤러 트랙(crawler track)(2d, 2e)을 가지고 있다. 주행 장치(2a, 2b)는, 크롤러 트랙(2d, 2e)을 구동함으로써, 작업 차량(100)을 주행시킨다.

선회체(3)는, 주행체(2) 상에 탑재되어 있다. 선회체(3)는, 주행체(2)에 대하여 선회 가능하게 설치되어 있다. 선회체(3)는, 후술하는 선회 모터(32)(도 2 참조)가 구동되는 것에 의해 선회한다. 선회체(3)에는 운전실(5)이 설치되어 있다. 선회체(3)는, 엔진실(20)을 가지고 있다. 엔진실(20)은, 운전실(5)의 후방에 배치되어 있다. 엔진실(20)은, 후술하는 엔진(21) 및 유압 펌프(25) 등의 기기를 수납한다.

작업기(4)는, 선회체(3)에 장착되어 있다. 작업기(4)는, 붐(7), 암(8), 작업 부속품(attachment)(9), 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 부속품 실린더(12)를 가진다. 붐(7)의 기단부(基端部)는, 선회체(3)에 동작 가능하게 연결되어 있다. 붐(7)의 선단부는, 암(8)의 기단부에 동작 가능하게 연결되어 있다. 암(8)의 선단부는, 작업 부속품(9)에 동작 가능하게 연결되어 있다.

붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 부속품 실린더(12)는, 후술하는 유압 펌프(25)로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터이다. 붐 실린더(10)는 붐(7)을 동작시킨다. 암 실린더(11)는 암(8)을 동작시킨다. 부속품 실린더(12)는, 작업 부속품(9)을 동작시킨다. 이들 실린더(10∼12)가 구동되는 것에 의해 작업기(4)가 구동된다. 그리고, 본 실시형태에서는 작업 부속품(9)은 버킷(bucket)이지만, 크러셔 또는 브레이커 등의 다른 부속품이라도 된다.

도 2는, 작업 차량(100)의 전기 기기계 및 유압 기기계의 구성을 나타낸 모식도이다. 엔진(21)은, 예를 들면, 디젤 엔진이다. 엔진(21)의 출력 마력(馬力)은, 엔진(21)의 실린더 내로 분사하는 연료량을 조정함으로써 제어된다. 이 조정은 엔진(21)의 연료 분사 펌프(22)에 부설한 전자 거버너(governor)(23)가 컨트롤러(60)로부터의 지령 신호에 의해 제어됨으로써 행해진다. 거버너(23)로서는, 일반적으로올 스피드(all speed) 제어 방식의 거버너가 사용되고, 엔진 회전 속도가, 후술하는 목표 회전 속도로 되도록, 부하에 따라 엔진 회전 속도와 연료 분사량을 조정한다. 즉, 거버너(23)는, 목표 회전 속도와 실제의 엔진 회전 속도와의 편차가 없어지도록 연료 분사량을 증감한다.

엔진(21)의 실제 회전 속도는 엔진 회전 속도 검출부(24)에 의해 검출된다. 엔진 회전 속도 검출부(24)에 의해 검출된 엔진 회전 속도는, 검출 신호로서 컨트롤러(60)에 입력된다. 엔진(21)의 출력은, 유압 기기계와 전기 기기계에 분배되어 이들 기기를 구동한다. 이하, 유압 기기계에 대하여 설명한다.

작업 차량(100)은, 유압 펌프(25)를 가지고 있다. 유압 펌프(25)는, 엔진(21)의 출력축에 연결되어 있다. 유압 펌프(25)는, 엔진(21)의 출력축이 회전함으로써 구동된다. 유압 펌프(25)는 가변(可變) 용량형의 유압 펌프이다. 유압 펌프(25)는 경사판(26)을 가지고 있고, 경사판(26)의 경전각(傾轉角)이 변화함으로써, 유압 펌프(25)의 용량이 변화한다.

펌프 제어 밸브(27)는, 컨트롤러(60)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(60)로부터 펌프 제어 밸브(27)에 입력되는 지령 신호의 지령값(지령 전류값)에 대응하는 펌프 흡수 토크를 초과하지 않도록, 경사판(26)의 경전각을 제어한다.

유압 펌프(25)로부터 토출된 작동유는, 조작 밸브(28)를 통하여, 유압 액추에이터(10∼14)에 공급된다. 구체적으로는, 작동유는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 부속품 실린더(12), 우측 주행 모터(13), 및 좌측 주행 모터(14)에 공급된다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 부속품 실린더(12)가 구동되는 것에 의해, 붐(7), 암(8), 작업 부속품(9)이 작동한다. 또한, 우측 주행 모터(13) 및 좌측 주행 모터(14)가 구동됨으로써, 주행 장치(2a, 2b)가 작동하여, 차량이 주행한다.

유압 펌프(25)의 토출압은, 토출압 검출부(29)에 의해 검출된다. 토출압 검출부(29)와 검출된 유압 펌프(25)의 토출압은, 검출 신호로서 컨트롤러(60)에 입력된다.

조작 밸브(28)는, 각각의 유압 액추에이터(10∼14)에 대응하는 복수의 제어 밸브를 가지는 유량(流量) 방향 제어 밸브이다. 조작 밸브(28)는, 유압 액추에이터(10∼14)의 각각에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다.

다음에, 전기 기기계에 대하여 설명한다. 작업 차량(100)은, 발전기 모터(31)와, 선회 모터(32)와, 축전 장치(33)와, 전력 제어 장치(34)를 가지고 있다. 발전기 모터(31)는, 엔진(21)의 출력축에 연결되어 있다. 발전기 모터(31)는, 상황에 따라서 발전 작용과 전동 작용을 행한다.

발전기 모터(31)가 발전 작용을 행함으로써 축전 장치(33)에 전력이 축적된다. 축전 장치(33)는, 예를 들면, 커패시터이다. 단, 축전 장치(33)는, 커패시터에 한정되지 않고, 다른 종류의 축전 장치라도 된다. 축전 장치(33)는, 선회 모터(32)에 전력을 공급한다. 발전기 모터(31)가 전동 작용을 행할 때는, 축전 장치(33)는, 발전기 모터(31)에 전력을 공급한다.

발전기 모터(31)는, 엔진(21)의 출력이 부족할 때는, 전동 작용을 행한다. 발전기 모터(31)는, 축전 장치(33)로부터 전력을 공급됨으로써 구동되고, 이로써, 엔진(21)을 어시스트한다.

선회 모터(32)는, 축전 장치(33 또는 발전기 모터(31)로부터 전력이 공급되는 것에 의해 구동되는 전동 모터이다. 선회 모터(32)는, 축전 장치(33) 또는 발전기 모터(31)로부터의 전력에 의해 구동됨으로써, 전술한 선회체(3)를 선회시킨다. 또한, 선회체(3)의 감속 시에는, 선회 모터(32)는 회생 동작한다. 즉, 선회 모터(32)는, 선회체(3)의 감속 에너지를 회생함으로써 발전하고, 발전한 전력을 축전 장치(33)에 공급한다.

선회 모터(32)에는, 선회 모터(32)의 회전 속도를 검출하는 모터 회전 검출부(35)가 설치되어 있다. 모터 회전 검출부(35)에 의해 검출된 선회 모터(32)의 회전 속도는, 컨트롤러(60)에 입력된다.

전력 제어 장치(34)는, 발전기 모터(31)와 선회 모터(32)와 축전 장치(33)에 전기적으로 접속된다. 전력 제어 장치(34)는, 발전기 모터(31)와 선회 모터(32)와 축전 장치(33)에 공급되는 전력을 제어한다. 전력 제어 장치(34)는, 제1 인버터(36)와 제2 인버터(37)와 승압기(昇壓器)(38)를 가진다.

제1 인버터(36)는, 발전기 모터(31)와 접속되어 있다. 제1 인버터(36)에는, 제2 인버터(37)가 접속되어 있고, 제2 인버터(37)에는, 선회 모터(32)가 접속되어 있다. 승압기(38)는, 제1 인버터(36)와 제2 인버터(37)와의 사이에 접속되어 있다. 승압기(38)에는, 콘택터(39)를 통하여 축전 장치(33)에 접속되어 있다.

콘택터(39)는, 통상 시에는 축전 장치(33)와 승압기(38)와의 사이의 전기 회로를 폐쇄하여 통전 상태로 하고 있다. 콘택터(39)는, 이상(異常) 시에는 컨트롤러(60)로부터의 지령에 따라 전기 회로를 개방하여 차단 상태로 한다.

제1 인버터(36)는, 발전기 모터(31)에 의해 발전된 전력이 축전 장치(33)에 충전될 때는, 발전기 모터(31)에 의해 발생한 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 제1 인버터(36)는, 축전 장치(33)로부터 발전기 모터(31)에 전력이 공급될 때에는, 축전 장치(33)에 축적된 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.

제2 인버터(37)는, 선회 모터(32)에 의해 발전된 전력이 축전 장치(33)에 충전될 때는, 선회 모터(32)에 의해 발생한 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 제2 인버터(37)는, 축전 장치(33)로부터 선회 모터(32)에 전력이 공급될 때에는, 축전 장치(33)에 축적된 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.

승압기(38)는, 컨트롤러(60)에 의해 제어됨으로써, 승압기(38)로부터의 출력 전력을 제어한다. 승압기(38)는, 발전기 모터(31)가 전동 작용할 때는, 축전 장치(33)로부터 제1 인버터(36)를 통하여 발전기 모터(31)에 공급되는 전력의 전압을 승압한다. 승압기(38)는, 선회 모터(32)가 구동될 때는, 축전 장치(33)로부터 제2 인버터(37)를 통하여 선회 모터(32)에 공급되는 전력의 전압을 승압한다. 또한, 승압기(38)는, 발전기 모터(31) 또는 선회 모터(32)에 의해 발전된 전력을 축전 장치(33)에 충전할 때는, 축전 장치(33)에 공급되는 전압을 강하시킨다.

승압기(38)와 제1, 제2 인버터(36, 37)와의 사이에는, 전압 검출부(41)가 설치되어 있다. 전압 검출부(41)는, 승압기(38)에 의해 승압된 전압의 크기를 검출한다. 전압 검출부(41)가 검출한 전압은, 컨트롤러(60)에 입력된다.

제2 인버터(37)에는, 전류 검출부(42)가 설치되어 있다. 전류 검출부(42)는, 제2 인버터(37)에 입력되는 전류를 검출한다. 전류 검출부(42)에 의해 검출된 제2 인버터(37)에 입력되는 전류는, 컨트롤러(60)에 입력된다.

축전 장치(33)에는, 축전압 검출부(43)가 설치되어 있다. 축전압 검출부(43)는, 축전 장치(33)에 저장된 전력의 전압을 검출한다. 축전압 검출부(43)에 의해 검출된 축전 장치(33)에 저장된 전력의 전압은, 컨트롤러(60)에 입력된다. 컨트롤러(60)는, 축전 장치(33)에 저장된 전력의 전압으로부터, 축전 장치(33)의 충전량을 감시한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 작업 차량(100)은, 작업기 조작부(15)를 가진다. 작업기 조작부(15)는, 작업기(4)를 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작된다. 작업기 조작부(15)는, 예를 들면, 조작 레버를 포함한다. 작업기 조작부(15)의 조작량은, 컨트롤러(60)에 입력된다. 상세하게는, 붐(7)을 조작하기 위한 작업기 조작부(15)의 조작량(이하, 「붐 조작량」이라고 함)과, 암(8)을 조작하기 위한 작업기 조작부(15)의 조작량(이하, 「암 조작량」이라고 함)과, 작업 부속품(9)을 조작하기 위한 작업기 조작부(15)의 조작량(이하, 「부속품 조작량」이라고 함)이, 컨트롤러(60)에 입력된다.

전술한 조작 밸브(28)는, 작업기 조작부(15)의 조작량에 따라 제어된다. 조작 밸브(28)는, 작업기 조작부(15)의 조작량에 따라, 작업기(4)의 각각의 유압 실린더(10∼12)에 대응하는 제어 밸브의 개구 면적을 변경한다. 그 결과, 작업기 조작부(15)의 조작량에 따른 속도로 각각의 유압 실린더(10∼12)가 작동한다.

작업 차량(100)은, 주행 조작부(16)를 가진다. 주행 조작부(16)는, 우측 주행 모터(13)와 좌측 주행 모터(14)를 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작된다. 주행 조작부(16)는, 예를 들면, 조작 레버, 또는 조작 페달을 포함한다. 주행 조작부(16)의 조작 방향을 따라, 우측 주행 모터(13)와 좌측 주행 모터(14) 중 어느 하나가 구동된다. 주행 조작부(16)의 조작량은, 컨트롤러(60)에 입력된다. 상세하게는, 우측 주행 모터(13)를 조작하기 위한 주행 조작부(16)의 조작량(이하, 「우측 주행 조작량」이라고 함)과 좌측 주행 모터(14)를 조작하기 위한 주행 조작부(16)의 조작량(이하, 「좌측 주행 조작량」이라고 함)이 컨트롤러(60)에 입력된다.

조작 밸브(28)는, 주행 조작부(16)의 조작량에 따라, 좌우의 주행 모터(13, 14)에 대응하는 제어 밸브의 개구 면적을 변경한다. 이로써, 주행 조작부(16)의 조작량에 따른 속도로 좌우의 주행 모터(13, 14)가 작동한다.

예를 들면, 조작 밸브(28)의 파일럿 포트에, 작업기 조작부(15)의 조작량 및 주행 조작부(16)의 조작량에 따른 파일럿압이 인가되어도 된다. 이로써, 조작 밸브(28)의 각각의 제어 밸브의 개구 면적이, 각 조작량에 따라 변경된다. 또는, 조작 밸브(28)는, 컨트롤러(60)에 의해 전기적으로 제어되어도 된다. 이 경우, 컨트롤러(60)는, 작업기 조작부(15)의 조작량 및 주행 조작부(16)의 조작량에 따른 지령 신호를 조작 밸브(28)에 입력한다.

작업 차량(100)은, 선회 조작부(17)를 가진다. 선회 조작부(17)는, 선회 모터(32)를 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작된다. 선회 조작부(17)는, 예를 들면, 조작 레버를 포함한다. 선회 조작부(17)의 조작 방향을 따라, 선회 모터(32)의 회전 방향이 전환된다. 선회 조작부(17)의 조작량은, 컨트롤러(60)에 입력된다. 컨트롤러(60)는, 선회 조작부(17)의 조작량에 따라, 선회 모터(32)에 공급하는 전력을 제어한다. 이로써, 선회체(3)는, 선회 조작부(17)의 조작량에 따른 속도로 선회한다.

작업 차량(100)은, 표시 장치(18)를 가진다. 표시 장치(18)는, 엔진 회전 속도 등, 작업 차량(100)의 정보를 표시한다. 작업 차량(100)은, 입력 장치(19)를 가진다. 입력 장치(19)는, 후술하는 작업 모드의 설정 등, 작업 차량(100)의 각종 설정을 입력하기 위한 장치이다. 그리고, 터치 패널식의 모니터 장치에 의해 표시 장치(18)와 입력 장치(19)가 일체로 설치되어도 된다.

다음에, 작업 차량(100)의 배기 처리계에 대하여 설명한다. 도 3은, 작업 차량(100)의 배기 처리계를 나타낸 모식도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 작업 차량(100)은, 제1 배기 처리 장치(45)와 제2 배기 처리 장치(46)를 가진다. 제1 배기 처리 장치(45)는, 예를 들면, 디젤·미립자(particulate)·필터 장치이다. 제1 배기 처리 장치(45)는, 엔진(21)에 접속되어 있고, 배기 중의 입자형 물질(Particulate Matter; PM)을 정화한다.

제2 배기 처리 장치(46)는, 믹싱 배관(47)을 통하여 제1 배기 처리 장치(45)에 접속되어 있다. 제2 배기 처리 장치(46)는, 예를 들면, 선택 촉매 환원(還元) 장치이다. 제2 배기 처리 장치(46)는, 요소수(尿素水; urea water) 등의 환원제를 사용하여, 촉매에 의해 배기 중의 질소산화물(NOx)을 정화한다. 제1 배기 처리 장치(45) 및 제2 배기 처리 장치(46)에 의해 정화된 배기는, 도 1에 나타낸 배기관(48)을 통하여 작업 차량(100)의 외부로 배출된다.

믹싱 배관(47)에는, 환원제 분사 장치(49)가 장착되어 있다. 환원제 분사 장치(49)는, 환원제를 믹싱 배관(47) 내로 분사한다. 환원제 분사 장치(49)는, 환원제 호스(50)를 통하여, 환원제 펌프(51) 및 환원제 탱크(52)에 접속되어 있다. 환원제 탱크(52)는, 환원제를 저류하고 있다. 환원제 펌프(51)는, 환원제 탱크(52)로부터 환원제를 퍼올려, 환원제 분사 장치(49)에 보낸다.

환원제 탱크(52)에는, 저류량 검출부(53)가 설치되어 있다. 저류량 검출부(53)는, 환원제 탱크(52) 내의 환원제의 저류량을 검출한다. 저류량 검출부(53)는, 검출한 환원제의 저류량을 컨트롤러(60)에 입력한다.

다음에, 컨트롤러(60)에 의해 실행되는 제어에 대하여 설명한다. 도 4는, 작업 차량(100)의 제어계의 구성을 나타낸 모식도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(60)는, RAM, ROM 등의 기억부(62), 및 CPU 등의 연산부(61)를 가지는 컴퓨터에 의해 실현된다. 컨트롤러(60)는, 엔진(21), 유압 기기계, 및 전기 기기계를 제어하도록 프로그램되어 있다. 컨트롤러(60)는, 복수의 컴퓨터에 의해 실현되어도 된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(60)는, 엔진 제어부(63)와, 펌프 제어부(64)와, 전동 액추에이터 제어부(65)를 가진다.

엔진 제어부(63)는, 도 5에 나타낸 엔진 토크 커브 P1, E1에 기초하여 엔진(21)의 제어를 행한다. 엔진 토크 커브 P1, E1은, 엔진(21)이 회전 속도에 따라 출력할 수 있는 토크의 상한값을 나타낸다. 즉, 엔진 토크 커브 P1, E1은, 엔진 회전 속도와, 엔진(21)의 출력 토크의 상한값과의 관계를 규정한다. 엔진 토크 커브 P1, E1은, 기억부(62)에 기억되어 있다.

엔진 제어부(63)는, 작업기 조작부(15)의 조작량, 주행 조작부(16)의 조작량, 및 선회 조작부(17)의 조작량으로부터 엔진(21)의 목표 회전 속도를 결정한다. 작업기 조작부(15)의 조작량은, 전술한 붐 조작량과 암 조작량과 부속품 조작량과의 합계이다. 주행 조작부(16)의 조작량은, 좌측 주행 조작량과 우측 주행 조작량과의 합계이다. 엔진 제어부(63)는, 예를 들면, 작업기 조작부(15)의 조작량, 주행 조작부(16)의 조작량, 및 선회 조작부(17)의 조작량의 합계에 따라 엔진(21)의 목표 회전 속도를 결정한다. 거버너(23)는, 엔진(21)의 출력 토크가 엔진 토크 커브를 넘지 않도록 하면서, 엔진(21)의 실제 회전 속도가 목표 회전 속도로 되도록, 엔진(21)의 출력을 제어한다.

도 5에 있어서 P1은, 제1 엔진 토크 커브를 나타내고 있다. 제1 엔진 토크 커브 P1은, 엔진(21)의 정격 또는 최대의 파워 출력에 상당한다. 제1 엔진 토크 커브 P1은, 최대 토크점 Pt와 정격점 Pp를 가진다. 제1 엔진 토크 커브 P1에서는, 최대 토크점 Pt에 있어서 엔진(21)의 출력 토크가 최대가 된다. 또한, 제1 엔진 토크 커브 P1에서는, 정격점 Pp에 있어서, 엔진(21)의 출력 마력이 최대가 된다.

제1 엔진 토크 커브 P1에서는, 엔진 회전 속도가, 로우 아이들 회전 속도 NLi로부터, 최대 토크점 Pt에서의 엔진 회전 속도 Nt까지의 범위에서는, 엔진 회전 속도의 증대에 따라 엔진(21)의 출력 토크가 증대한다. 엔진 회전 속도가, Nt로부터 정격점 Pp에서의 엔진 회전 속도 Np까지의 범위에서는, 엔진 회전 속도의 증대에 따라 엔진(21)의 출력 토크가 저하된다.

제1 엔진 토크 커브 P1에 있어서 정격점 Pp를 초과하는 영역에서는, 엔진 회전 속도의 증대에 의해 급격하게 엔진(21)의 출력 토크가 저하되는 레귤레이션 라인(regulation line) Rm이 규정되어 있다. 레귤레이션 라인 Rm은, 정격점 Pp와 무부하 상태에서의 최대 엔진 회전 속도 NHi를 연결하는 라인이다.

엔진 제어부(63)는, 설정된 작업 모드에 따라 엔진 토크 커브를 선택한다. 작업 모드는, 오퍼레이터가 입력 장치(19)를 조작함으로써 설정된다. 작업 모드로는, P 모드와 E 모드가 있다.

P 모드는, 엔진(21)의 출력 토크가 크고, 작업성이 우수한 작업 모드이다. P 모드에서는, 도 5에 나타낸 제1 엔진 토크 커브 P1가 선택된다. E 모드는, 엔진(21)의 출력 토크가 P 모드보다 작고, 연비가 우수한 작업 모드이다. E 모드에서는, 도 5에 나타낸 제2 엔진 토크 커브 E1가 선택된다. 제2 엔진 토크 커브 E1에서는, 제1 엔진 토크 커브 P1보다 엔진(21)의 출력 토크가 작아진다. 그리고, 엔진(21)의 출력 토크가 단계적으로 저감되는 복수의 E 모드가 선택 가능하게 되어도 된다.

펌프 제어부(64)는, 도 5의 Lp1, Le1로 나타낸 바와 같은 펌프 흡수 토크선에 기초하여, 유압 펌프(25)의 흡수 토크의 상한을 제어한다. Lp1은, 제1 엔진 토크 커브 P1에 대응하는 펌프 흡수 토크선이다. Le1은, 제2 엔진 토크 커브 E1에 대응하는 펌프 흡수 토크선이다. 펌프 흡수 토크선 Lp1, Le1은, 엔진 회전 속도로 대응하는 유압 펌프(25)의 흡수 토크의 상한값과의 관계를 규정하고 있다. 펌프 흡수 토크선 Lp1, Le1은, 기억부(62)에 기억되어 있다.

펌프 제어부(64)는, P 모드에서는, 엔진(21)의 목표 회전 속도 N1에서의 매칭점(matching point) Mp1에 있어서 엔진 출력 토크의 상한과 유압 펌프(25)의 흡수 토크의 상한이 매칭되도록, 유압 펌프(25)의 용량을 제어한다. 마찬가지로, 펌프 제어부(64)는, E 모드에서는, 엔진(21)의 목표 회전 속도 N1에서의 매칭점 Me1에 있어서 엔진 출력 토크의 상한과 유압 펌프(25)의 흡수 토크의 상한이 매칭되도록, 유압 펌프(25)의 용량을 제어한다.

그리고, 도 5에 나타낸 펌프 흡수 토크선 Lp1, Le1은, 선회 모터(32) 및 발전기 모터(31) 등의 전동 액추에이터가 사용되고 있지 않고, 유압 액추에이터만이 사용되고 있을 때의 펌프 흡수 토크선을 나타내고 있다.

전동 액추에이터 제어부(65)는, 전력 제어 장치(34)를 제어함으로써, 선회 모터(32)와 발전기 모터(31)를 제어한다. 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 조작부(17)의 조작량에 기초하여, 선회 모터(32)를 제어한다. 전동 액추에이터 제어부(65)는, 실제의 엔진 회전 속도, 목표 회전 속도, 축전 장치(33)의 전압 등에 기초하여, 발전기 모터(31)를 제어한다.

예를 들면, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 실제의 엔진 회전 속도, 목표 회전 속도, 축전 장치(33)의 전압 등에 기초하여 엔진(21)의 출력이 부족한 것으로 판정했을 때는, 발전기 모터(31)를 전동 작용시킴으로써 엔진(21)을 어시스트한다. 또한, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 실제의 엔진 회전 속도, 목표 회전 속도, 축전 장치(33)의 전압 등에 기초하여 엔진(21)의 출력이 부족하지 않은 것으로 판정했을 때는, 발전기 모터(31)를 발전 작용시킴으로써, 축전 장치(33)에 충전한다.

발전기 모터(31)가 발전 작용을 행하도록 제어될 때는, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 축전 장치(33)의 전압에 따라, 발전기 모터(31)의 토크 지령값을 결정한다. 전동 액추에이터 제어부(65)는, 축전기의 전압이 소정 범위 내에 유지되도록 발전기 모터(31)의 토크 지령값을 결정한다. 전동 액추에이터 제어부(65)는, 발전기 모터(31)의 실제의 토크가 토크 지령값으로 되도록, 발전기 모터(31)를 제어한다.

전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 조작부(17)의 조작량으로부터 목표 선회 속도를 결정한다. 예를 들면, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 조작부(17)의 조작량의 증대에 따라 목표 선회 속도를 증대시킨다. 전동 액추에이터 제어부(65)는, 실제의 선회 속도로부터 목표 선회 속도로 도달하기 위한 선회 모터(32)의 토크 지령값을 결정한다. 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 모터(32)의 토크가 토크 지령값으로 되도록 선회 모터(32)를 제어한다.

발전기 모터(31)가 발전 작용을 행할 때, 엔진 출력 토크의 일부는, 발전기 모터(31)의 구동에 사용된다. 따라서, 유압 기기계와 전기 기기계가 동시에 조작되는 복합 조작 시에는, 컨트롤러(60)는, 엔진 출력 토크를 유압 기기계와 전기 기기계에 분배하는 에너지 매니지먼트를 실행한다. 후술하는 출력 제한 제어가 실행되어 있지 않은 통상 시에서의 에너지 매니지먼트에서는, 유압 펌프(25)의 흡수 토크의 상한은, 발전기 모터(31)의 구동에 분배되는 엔진 출력 토크를 고려하여 결정된다.

상세하게는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(60)는, 출력 산출부(66)를 가진다. 출력 산출부(66)는, 선회 모터(32)의 구동에 필요한 발전기 모터(31)의 출력을 산출한다. 예를 들면, 출력 산출부(66)는, 선회 모터(32)의 출력 토크로부터 선회 모터(32)의 구동에 필요로 하는 전력을 산출한다. 그리고, 출력 산출부(66)는, 이 산출한 전력을 얻기 위해, 축전 장치(33)로부터 얻는 전력량과, 발전기 모터(31)의 발전 작용에 의한 전력량을 결정한다. 축전 장치(33)로부터 얻는 전력량과 발전기 모터(31)의 발전 작용에 의한 전력량과의 비율은, 축전 장치(33)에 저장된 전력량에 따라 결정된다. 출력 산출부(66)는, 발전기 모터(31)의 발전 작용에 의한 전력량으로부터 엔진(21)의 필요 출력 마력을 산출하고, 이 엔진(21)의 필요 출력 마력으로부터, 발전기 모터(31)의 구동에 분배하는 엔진 출력 토크 Thb(이하, 「발전기용 토크 Thb」)를 결정한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(60)는, 흡수 토크 결정부(67)를 가진다. 흡수 토크 결정부(67)는, 발전기용 토크 Thb에 기초하여, 유압 펌프(25)의 흡수 토크를 결정한다. 상세하게는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전술한 펌프 흡수 토크선 Lp1에 기초하여 결정된 펌프 흡수 토크의 상한 Tp1로부터 발전기용 토크 Thb를 뺀 값 Tp2를 복합 조작 시의 유압 펌프(25)의 흡수 토크의 상한으로서 결정한다.

그리고, 도 6에 있어서, Lp2는, 복합 조작 시의 펌프 흡수 토크선이며, 전술한 펌프 흡수 토크선 Lp1보다 발전기용 토크 Thb만큼 낮은 흡수 토크의 상한을 규정하고 있다. 복합 조작 시의 펌프 흡수 토크선 Lp2는, 발전기용 토크 Thb의 증감에 따라 변경된다.

전기 기기계와 유압 기기계가 동시에 조작되는 복합 조작 시에는, 이상과 같은 에너지 매니지먼트가 실행된다. 이로써, 유압 펌프(25)의 흡수 토크와 발전기용 토크와의 합계가, 엔진 출력 토크를 넘지 않도록 제어된다.

본 실시형태에 관한 작업 차량(100)에서는, 컨트롤러(60)는, 환원제 탱크(52) 내의 환원제의 저류량에 따라 엔진(21)의 출력을 제한하는 출력 제한 제어를 실행한다. 이하, 출력 제한 제어에 대하여 상세하게 설명한다.

도 7은, 출력 제한 제어에서의 처리를 나타낸 플로우차트이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 스텝 S1에 있어서, 환원제 탱크(52) 내의 환원제의 저류량 A이 검출된다. 스텝 S2에 있어서, 저류량 A이, 임계값 a1 이하인지의 여부를 판정한다. 그리고, 저류량 A 및 임계값 a1은, 예를 들면, 환원제 탱크(52)의 최대 저류량을 100%로 한 환원제의 잔류량의 비율이다. 단, 저류량 A 및 임계값 a1은, 잔류량의 비율에 한정되지 않고, 잔류하고 있는 환원제의 체적이라도 된다. 후술하는 임계값 a2∼a4에 대해서도 마찬가지이다.

저류량 A가, 임계값 a1 이하일 때는, 스텝 S3에 있어서 제1 경고가 발해진다. 컨트롤러(60)는, 표시 장치(18)에 제1 경고를 표시하게 한다. 제1 경고는, 예를 들면, 오퍼레이터에게 저류량의 저하를 알리는 메시지 등의 표시이다.

다음에, 스텝 S4에 있어서, 저류량 A가, 임계값 a2 이하인지의 여부를 판정한다. 임계값 a2는, 임계값 a1보다 작다. 저류량 A가, 임계값 a2 이하일 때는, 스텝 S5에 있어서 제2 경고가 발해진다. 컨트롤러(60)는, 표시 장치(18)에 제2 경고를 표시하게 한다. 제2 경고는, 저류량이 더 저하되면 출력 제한이 실행되는 것을 예고하는 메시지 등의 표시이다.

다음에, 스텝 S6에 있어서, 저류량 A가, 임계값 a3 이하인지의 여부를 판정한다. 임계값 a3은, 임계값 a2보다 작다. 저류량 A가, 임계값 a3 이하일 때는, 스텝 S7에 있어서, 제1 레벨의 출력 제한이 실행된다.

제1 레벨의 출력 제한에서는, 엔진 제어부(63)는, 엔진 출력 토크를 저감한다. 상세하게는, 엔진 제어부(63)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 딜리트 엔진 토크 커브 D1에 의해 엔진(21)의 출력을 제어하도록, 거버너(23)에 지령 신호를 출력한다. 딜리트 엔진 토크 커브 D1은, 저류량 A가 임계값 a3보다 큰 통상 시의 엔진 토크 커브 P1, E1보다 낮은 출력 토크의 상한을 규정한다. 바꾸어 말하면, 딜리트 엔진 토크 커브 D1은, 오퍼레이터가 선택 가능한 엔진 토크 커브 P1, E1보다 낮은 출력 토크의 상한을 규정한다. 딜리트 엔진 토크 커브 D1은, 적어도 최대 토크점 Pt 이상의 엔진 회전 속도 범위에 있어서, 통상 시의 엔진 토크 커브 P1, E1보다 낮은 출력 토크의 상한을 규정한다.

또한, 제1 레벨의 출력 제한에서는, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 모터(32)의 출력을 제한하도록, 제2 인버터(37)에 지령 신호를 출력한다. 상세하게는, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 모터(32)의 토크의 상한을 저감한다. 예를 들면, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 모터(32)의 토크 지령값의 상한을 저감한다. 이로써, 선회 속도가, 선회 조작부(17)의 조작량에 따른 목표 선회 속도보다 저하된다.

제1 레벨의 출력 제한에서는, 흡수 토크 결정부(67)는, 제1 레벨의 출력 제한에 의해 저감된 엔진(21)의 출력, 발전기용 토크 Thb에 기초하여, 유압 펌프(25)의 흡수 토크를 결정한다. 상세하게는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 레벨의 출력 제한에서는, 엔진 출력 토크는 통상 시의 상한값 Te로부터 Te'로 저감된다. 흡수 토크 결정부(67)는, 저감된 엔진 출력 토크 Te'로부터 발전기용 토크 Thb'를 공제함으로써, 제1 레벨의 출력 제한에서의 유압 펌프(25)의 흡수 토크 Tp'를 결정한다. 펌프 제어부(64)는, 결정된 유압 펌프(25)의 흡수 토크 Tp'를 나타내는 지령 신호를 펌프 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 결정된 흡수 토크 Tp'에 의해 유압 펌프(25)가 제어된다.

그리고, 제1 레벨의 출력 제한에서의 발전기용 토크 Thb'는, 전술한 통상 시의 발전기용 토크 Thb와 마찬가지로 하여 출력 산출부(66)에 의해 산출된다. 그리고, 전술한 바와 같이 제1 레벨의 출력 제한 시에는, 선회 모터(32)의 토크 지령값이 저감되므로, 제1 레벨의 출력 제한에서의 발전기용 토크 Thb'는, 통상 시의 발전기용 토크 Thb보다 작아진다.

다음에, 스텝 S8에 있어서, 저류량 A가, 임계값 a4 이하인지의 여부를 판정한다. 임계값 a4은, 임계값 a3보다 작다. 저류량 A가, 임계값 a4 이하일 때는, 스텝 S9에 있어서, 제2 레벨의 출력 제한이 실행된다.

제2 레벨의 출력 제한에서는, 엔진 제어부(63)는, 제1 레벨의 출력 제한과 비교하여, 엔진 출력 토크를 더욱 저감한다. 상세하게는, 엔진 제어부(63)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 딜리트 엔진 토크 커브 D2에 의해 엔진(21)의 출력을 제어한다. 딜리트 엔진 토크 커브 D2는, 딜리트 엔진 토크 커브 D1보다 낮은 출력 토크의 상한을 규정한다. 또한, 딜리트 엔진 토크 커브 D2는, 엔진 회전 속도의 상한을 Nd로 제한한다.

또한, 제2 레벨의 출력 제한에서는, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 모터(32)를 정지시킨다. 상세하게는, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 선회 모터(32)의 토크 지령값을 0으로 한다.

다음에, 스텝 S10에 있어서, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 소정의 시스템 정지 조건이 만족되고 있는지의 여부를 판정한다. 소정의 시스템 정지 조건이 만족되고 있을 때는, 스텝 S11에 있어서, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 전력 제어 장치(34)에 정지 지령을 출력한다. 이로써, 전기 기기계의 시스템 전체가 정지된다.

상세하게는, 시스템 정지 조건은, 이하의 2개의 조건이 함께 만족되는 것이다.

(조건 1) 선회 모터(32)의 동작 속도가 소정 속도 이하까지 저하되어 있다.

(조건 2) 발전기 모터(31)에 대한 토크 지령값이 0이다.

따라서, 제2 레벨의 출력 제한에 의해 엔진의 출력 토크가 저감되는 동시에 선회 모터(32)의 정지가 지령된 후, 선회 모터(32)의 동작 속도가 소정 속도 이하까지 저하되고, 또한 발전기 모터(31)에 의한 발전이 정지되어 있을 때, 전기 기기계의 시스템 전체가 정지된다.

다음에, 스텝 S12에 있어서, 저류량 A가 임계값 a4 이하인 상태의 계속 시간 T이 소정 시간 임계값 t1 이상인지의 여부를 판정한다. 계속 시간 T이 시간 임계값 t1 이상일 때는, 스텝 S13에 있어서, 제3 레벨의 출력 제한이 실행된다.

제3 레벨의 출력 제한에서는, 엔진 제어부(63)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 딜리트 엔진 토크 커브(D3)에 의해 엔진(21)의 출력을 제어한다. 딜리트 엔진 토크 커브(D3)에서는, 엔진 회전 속도가 로우 아이들 회전 속도 NLi로 제한된다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 작업 차량(100)에서는, 환원제의 저류량 A가 임계값 a3 이하로 되면 제1 레벨의 출력 제한이 행해진다. 제1 레벨의 출력 제한에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 저감된 엔진 출력 토크 Te'와, 발전기용 토크 Thb'에 기초하여, 유압 펌프(25)의 흡수 토크 Tp'가 결정된다. 여기서, 유압 액추에이터(10∼14)의 구동에 필요한 유압 펌프(25)의 출력 토크는, 작업기(4)에 걸리는 부하에 따라 크게 변동한다. 따라서, 출력 제한 제어에 있어서 유압 펌프(25)에 분배해야 할 토크를 양호한 정밀도로 추정하는 것은 용이하지 않다.

예를 들면, 도 9에 나타낸 비교예에서는, 저감된 엔진 출력 토크 Te'로부터 유압 펌프(25)의 흡수 토크 Tp"를 차감함으로써, 발전기 모터(31)의 출력 토크 Thb"를 결정하는 것으로 한다. 이 경우, 유압 펌프(25)의 흡수 토크가 실제로는 추정값 Tp"보다 작은 Tp'''일 때는, 도 9에 있어서 해칭으로 나타낸 부분(Tp"-Tp''')에 상당하는 엔진 출력 토크는, 유압 펌프(25)에 흡수되지 않고, 또한 발전기 모터(31)의 구동에도 이용되지 않으므로, 낭비로 된다.

이에 대하여, 본 실시형태에 관한 작업 차량(100)에서는, 먼저 발전기용 토크 Thb'를 산출하고, 그 산출 결과에 기초하여 유압 펌프(25)의 흡수 토크 Tp'를 산출한다. 발전기용 토크 Thb'는, 선회 모터(32)의 전류값 등으로부터 양호한 정밀도로 산출할 수 있다. 그러므로, 발전기용 토크 Thb'와 유압 펌프(25)의 흡수 토크 Tp'를 효율적으로 결정할 수 있다. 이로써, 하이브리드형의 작업 차량(100)에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보할 수 있다.

환원제의 저류량 A가 임계값 a4 이하로 되면 제2 레벨의 출력 제한이 행해진다. 제2 레벨의 출력 제한에서는, 엔진 출력 토크가 더 저감되는 동시에, 선회 모터(32)가 정지된다. 이로써, 오퍼레이터에게 환원제의 보급을 더욱 촉진시킬 수 있다.

또한, 환원제의 저류량 A가 임계값 a4 이하이면서 또한 시스템 정지 조건이 만족되었을 때, 전동 액추에이터 제어부(65)는, 전력 제어 장치(34)를 정지시킨다. 이로써, 전기 기기계 전체가 정지되므로, 오퍼레이터에게 환원제의 보급을 더욱 촉진시킬 수 있다.

시스템 정지 조건은, 선회 모터(32)의 동작 속도가 소정 속도까지 저하된 것을 포함한다. 그러므로, 선회 모터(32)가 정지, 또는 거의 정지한 상태에서, 전력 제어 장치(34)를 정지시키는 것이 가능하다. 이로써, 선회 모터(32)의 동작 중에 전력 제어 장치(34)가 정지되는 것을 회피할 수 있다.

시스템 정지 조건은, 발전기 모터(31)에 대한 토크 지령값이 0인 것을 포함한다. 그러므로, 발전기 모터(31)에 의한 발전 중에 전력 제어 장치(34)가 정지되는 것을 회피할 수 있다. 이로써, 전력 제어 장치(34)의 정지 후에 발전기 모터(31)에 의해 생성된 전력에 의해 전력 제어 장치(34)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

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

상기한 실시형태에서는, 작업 차량(100)으로서 유압 셔블이 예시되어 있지만, 휠 로더(wheel loader) 등의 다른 종류의 작업 차량에 본 발명이 적용되어도 된다. 전동 액추에이터는, 선회 모터에 한정되지 않고, 주행용의 모터, 스티어링용의 모터, 또는 모터 이외의 전동 액추에이터라도 된다.

시스템 정지 조건은, 전술한 2개의 조건에 한정되지 않고, 다른 조건 하에서라도 된다. 또는, 전술한 2개의 조건에 다른 조건이 추가되어도 된다. 또는, 전술한 2개의 조건의 한쪽이 생략되어도 된다.

출력 제한 제어에서의 처리의 일부가 생략 또는 변경되어도 된다. 예를 들면, 제3 레벨의 출력 제한이 생략되어도 된다.

선회 모터(32)의 출력의 제한은, 엔진 제어부(63)가, 엔진 출력 토크를 저감하는 처리를 실행한 것을 조건으로 하여 실행되어도 된다. 선회 모터(32)의 출력의 제한은, 저류량이, 임계값 이하로 된 것을 조건으로 하여 실행되어도 된다.

본 발명에 의하면, 하이브리드형의 작업 차량에 있어서, 환원제의 저류량이 적게 되었을 때, 엔진의 출력을 저하시키면서도, 유압 기기와 전기 기기와의 양쪽의 동작을 가능한 한 효율적으로 확보할 수 있다.

Claims (13)

1. 엔진;
   상기 엔진에 의해 구동되는 유압(油壓) 펌프;
   상기 유압 펌프로부터 토출(吐出)된 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터;
   상기 엔진에 의해 구동되는 발전기;
   상기 발전기에 의해 생성된 전력에 의해 구동되는 전동 액추에이터;
   상기 엔진의 배기를 정화하는 배기 처리 장치;
   상기 배기 처리 장치에 공급되는 환원제(還元劑)를 저류(貯留)하는 환원제 탱크;
   상기 환원제 탱크 내의 상기 환원제의 저류량을 검출하는 저류량 검출부;
   상기 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때 상기 엔진의 출력을 저감하는 출력 제한 제어를 행하는 엔진 제어부;
   상기 출력 제한 제어의 실행 중에, 상기 전동 액추에이터의 출력을 제한하는 전동 액추에이터 제어부;
   상기 저류량이 상기 제1 임계값 이하로 되었을 때 상기 전동 액추에이터의 구동에 필요한 상기 발전기의 출력을 산출하는 출력 산출부;
   저감된 상기 엔진의 출력과, 제한된 상기 전동 액추에이터의 구동에 필요한 제한된 상기 발전기의 출력에 기초하여, 상기 유압 펌프의 흡수 토크를 결정하는 흡수 토크 결정부; 및
   결정된 상기 흡수 토크로 상기 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어부;
   를 포함하는 작업 차량.
2. 엔진;
   상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프;
   상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터;
   상기 엔진에 의해 구동되는 발전기;
   상기 발전기에 의해 생성된 전력에 의해 구동되는 전동 액추에이터;
   상기 엔진의 배기를 정화하는 배기 처리 장치;
   상기 배기 처리 장치에 공급되는 환원제를 저류하는 환원제 탱크;
   상기 환원제 탱크 내의 상기 환원제의 저류량을 검출하는 저류량 검출부;
   상기 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때 상기 엔진의 출력을 저감하는 출력 제한 제어를 행하는 엔진 제어부;
   상기 출력 제한 제어의 실행 중에, 상기 전동 액추에이터의 출력을 제한하는 전동 액추에이터 제어부;
   상기 발전기와 상기 전동 액추에이터에 전기적으로 접속되는 전력 제어 장치;
   를 포함하고,
   상기 저류량이 상기 제1 임계값보다 적은 제2 임계값 이하일 때는, 상기 전동 액추에이터 제어부는, 상기 전동 액추에이터를 정지(停止)시키고,
   상기 저류량이 상기 제2 임계값 이하이면서 또한 소정의 시스템 정지 조건이 만족되었을 때, 상기 전동 액추에이터 제어부는, 상기 전력 제어 장치를 정지시키는,
   작업 차량.
3. 제1항에 있어서,
   상기 저류량이 상기 제1 임계값보다 적은 제2 임계값 이하일 때는, 상기 전동 액추에이터 제어부는, 상기 전동 액추에이터를 정지시키는, 작업 차량.
4. 제3항에 있어서,
   상기 발전기와 상기 전동 액추에이터에 전기적으로 접속되는 전력 제어 장치를 더 포함하고,
   상기 저류량이 상기 제2 임계값 이하이면서 또한 소정의 시스템 정지 조건이 만족되었을 때, 상기 전동 액추에이터 제어부는, 상기 전력 제어 장치를 정지시키는, 작업 차량.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 시스템 정지 조건은, 상기 전동 액추에이터의 동작 속도가 소정 속도까지 저하된 것을 포함하는, 작업 차량.
6. 제5항에 있어서,
   상기 시스템 정지 조건은, 상기 발전기로의 토크 지령값이 0인 것을 더 포함하는, 작업 차량.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 저류량이 상기 제2 임계값 이하일 때는, 상기 전동 액추에이터 제어부는, 상기 전동 액추에이터로의 토크 지령값을 0으로 하는, 작업 차량.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 엔진 제어부는, 상기 저류량이 상기 제1 임계값보다 큰 통상 시에는, 제1 엔진 토크 커브에 의해 상기 엔진의 출력을 제어하고,
   상기 엔진 제어부는, 상기 출력 제한 제어에서는, 상기 제1 엔진 토크 커브보다 낮은 상기 엔진의 출력을 규정하는 제2 엔진 토크 커브에 의해 상기 엔진의 출력을 제어하는, 작업 차량.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 전동 액추에이터 제어부는, 상기 출력 제한 제어에 있어서, 상기 전동 액추에이터의 출력 토크의 상한을 저감하는, 작업 차량.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    주행체; 및
    상기 주행체에 대하여 선회(旋回) 가능하게 지지되는 선회체;
    를 더 포함하고,
    상기 전동 액추에이터는, 상기 선회체(旋回體)를 선회시키는 전동 모터인, 작업 차량.
11. 환원제 탱크 내의 환원제의 저류량을 검출하는 단계;
    상기 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 엔진의 출력을 저감하는 신호를 출력하는 출력 제한 제어를 행하는 단계;
    상기 출력 제한 제어의 실행 중에, 전동 액추에이터의 출력을 제한하는 신호를 출력하는 단계;
    상기 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기의 출력을 산출하는 단계;
    저감된 상기 엔진의 출력과, 제한된 상기 전동 액추에이터의 구동에 필요한 제한된 상기 발전기의 출력에 기초하여, 유압 펌프의 흡수 토크를 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 유압 펌프의 흡수 토크를 나타내는 지령 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는 작업 차량의 제어 방법.
12. 환원제 탱크 내의 환원제의 저류량을 검출하는 단계;
    상기 저류량이 제1 임계값 이하로 되었을 때, 엔진의 출력을 저감하는 신호를 출력하는 출력 제한 제어를 행하는 단계;
    상기 출력 제한 제어의 실행 중에, 전동 액추에이터의 출력을 제한하는 신호를 출력하는 단계;
    상기 전동 액추에이터의 구동에 필요한 발전기의 출력을 산출하는 단계;
    저감된 상기 엔진의 출력과, 상기 전동 액추에이터의 구동에 필요한 상기 발전기의 출력에 기초하여, 유압 펌프의 흡수 토크를 결정하는 단계;
    결정된 상기 유압 펌프의 흡수 토크를 나타내는 지령 신호를 출력하는 단계;
    상기 저류량이 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값 이하일 때, 상기 전동 액추에이터에 정지 지령을 출력하는 단계; 및
    상기 정지 지령의 출력 후, 상기 전동 액추에이터의 동작 속도가 소정 속도까지 저하되고, 또한 상기 발전기로의 토크 지령값이 0일 때, 상기 발전기와 상기 전동 액추에이터와의 전력 제어 장치의 정지 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는, 작업 차량의 제어 방법.
13. 삭제

Images