KR101719090B1

KR101719090B1 - 내연 기관의 제어 장치, 작업 기계 및 내연 기관의 제어 방법

Info

Publication number: KR101719090B1
Application number: KR1020157027652A
Authority: KR
Inventors: 겐타로 무라카미
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2017-03-22
Also published as: CN104487683A; DE112013000297T5; JP5824071B2; US9273615B2; KR20150122799A; CN104487683B; JPWO2015011784A1; WO2015011784A1; US20150300270A1

Abstract

작업 기계에 탑재되어 상기 작업 기계의 동력원이 되는 내연 기관을 제어하는 데에 있어서, 내연 기관의 회전 속도가 동일한 경우에 있어서 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 내연 기관의 출력이 일정해지도록 정해진 제 1 등스로틀선과, 내연 기관의 회전 속도가 동일한 경우에 있어서 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진 제 2 등스로틀선과, 제 1 등스로틀선과 제 2 등스로틀선으로부터 얻어지는 제 3 등스로틀선을 사용한다.

Description

내연 기관의 제어 장치, 작업 기계 및 내연 기관의 제어 방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL DEVICE, WORK MACHINE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL METHOD}

본 발명은, 유압 셔블, 불도저, 덤프 트럭 및 휠 로더 등의 건설 기계를 포함하는 작업 기계가 구비하는 내연 기관을 제어하는 기술에 관한 것이다.

작업 기계는, 주행을 위한 동력 또는 작업기의 동작을 위한 동력을 발생하는 동력 발생원으로서, 예를 들어, 내연 기관을 구비한다. 내연 기관으로는, 예를 들어, 디젤 엔진 (이하, 적절히 엔진이라고 한다) 이 사용된다. 작업 기계의 엔진을 제어하는 기술로는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 것과 같은 기술이 알려져 있다.

일본 특허출원 2011-111387호

엔진을 제어할 때의 범용성을 향상시키기 위해거, 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) 에 의한 지령치 또는 이것과 동일 종류의 지령치를 엔진의 제어 장치에 부여하여 제어하고자 하는 요청이 있다. 특허문헌 1 에 기재된 기술은, 등마력 곡선을 이용하여 엔진을 제어하기 때문에, 이와 같은 요청에 대응할 수 없어, 개선의 여지가 있다.

본 발명은, 작업 기계에 탑재되는 엔진을 제어하는 데에 있어서, 연료 조정 다이얼에 의한 지령치 또는 이것과 동일 종류의 지령치를 엔진의 제어 장치에 부여하여 엔진을 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 작업 기계에 탑재되어 상기 작업 기계의 동력원이 되는 내연 기관을 제어하는 데에 있어서, 상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 상기 내연 기관의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이 상기 정격 출력 이상이 되도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 1 관계와, 상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 상기 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 상기 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 상기 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 2 관계와, 상기 제 1 관계와 상기 제 2 관계로부터 얻어지는, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 관계인 제 3 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 장치이다.

상기 내연 기관의 제어 장치는, 상기 내연 기관의 출력이 일정해지도록 정해진 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 4 관계와, 상기 내연 기관의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록 설정된 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 5 관계에 일치하는 상기 제 3 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 내연 기관의 제어 장치는, 상기 제 3 관계와 상기 제 5 관계가 일치할 때에 있어서의 상기 회전 속도 및 상기 토크가 되도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 내연 기관의 제어 장치는, 추가로, 상기 작업 기계의 부하가 저하한 경우에 있어서의 상기 내연 기관의 최대 회전 속도인 무부하 최대 회전 속도로부터 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 6 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 부하가 저하했을 때의 운전 상태를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제 6 관계는, 상기 회전 속도의 증가와 함께, 상기 토크가 작아지는 관계인 것이 바람직하다.

상기 제 1 관계는, 상기 내연 기관이 실제로 출력할 수 있는 상한치보다 큰 출력이 되도록 정해지는 것이 바람직하다.

본 발명은, 내연 기관과, 상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 상기 내연 기관의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이 상기 정격 출력 이상이 되도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 1 관계와, 상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 상기 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 상기 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 상기 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 2 관계와, 상기 제 1 관계와 상기 제 2 관계로부터 얻어지는, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 관계인 제 3 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 내연 기관의 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 내연 기관의 출력의 지령치에 대응하는 출력이 일정해지도록 정해진 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 4 관계와, 상기 내연 기관의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록 설정된 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 5 관계에 일치하는 상기 제 3 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하고, 또한 상기 작업 기계의 부하가 저하한 경우에 있어서의 상기 내연 기관의 최대 회전 속도인 무부하 최대 회전 속도로부터 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 6 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 부하가 저하했을 때의 운전 상태를 제어하는, 작업 기계이다.

상기 내연 기관과, 상기 내연 기관에 의해 구동되는 발전 전동기와, 전력을 저장하는 축전 장치와, 상기 발전 전동기가 발전한 전력 또는 상기 축전 장치로부터 방전되는 전력이 공급되어 구동하는 전동기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 작업 기계에 탑재되어 상기 작업 기계의 동력원이 되는 내연 기관을 제어하는 데에 있어서, 상기 작업 기계의 운전 상태를 검출하고, 검출한 상기 운전 상태를 기초로, 상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 상기 내연 기관의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이 상기 정격 출력 이상이 되도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 1 관계와, 상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 상기 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 상기 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 상기 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 2 관계와, 상기 제 1 관계와 상기 제 2 관계로부터 얻어지는, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 관계인 제 3 관계를 이용하여 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 방법이다.

상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 경우, 상기 내연 기관의 출력이 일정해지도록 정해진 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 4 관계와, 상기 내연 기관의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록 설정된 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 5 관계에 일치하는 상기 제 3 관계를, 상기 제 4 관계에 대응하는 출력을 상기 내연 기관에 발생시키기 위해서 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 경우, 상기 제 3 관계와 상기 제 5 관계가 일치할 때에 있어서의 상기 회전 속도 및 상기 토크가 되도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 작업 기계에 탑재되는 엔진을 제어하는 데에 있어서, 연료 조정 다이얼에 의한 지령치 또는 이것과 동일 종류의 지령치를 엔진의 제어 장치에 부여하여 엔진을 제어할 수 있도록 할 수 있다.

도 1 은 본 실시형태에 관련된 유압 셔블을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 실시형태에 관련된 유압 셔블의 구동 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3 은 본 실시형태에 관련된 엔진의 제어에 사용되는 토크선도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는 매칭 루트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 엔진의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 6 은 무부하 최대 회전 속도 연산 블록을 나타내는 도면이다.
도 7 은 엔진 최소 출력 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 8 은 엔진 최대 출력 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 9 는 엔진 목표 출력 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 10 은 매칭 최소 회전 속도 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 11 은 목표 매칭 회전 속도 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 12 는 엔진 회전 속도 지령치 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 13 은 펌프 흡수 토크 지령치 연산 블록의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 14 는 토크선도의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (1) 을 나타내는 블록도이다. 이하에 있어서, 작업 기계로서 유압 셔블 (1) 을 예로서 설명한다. 본 실시형태에 있어서, 작업 기계는, 동력 발생원으로서 내연 기관을 구비하고 있으면 되고, 유압 셔블 (1) 에 한정되는 것은 아니다.

＜유압 셔블 (1)＞

이 유압 셔블 (1) 은, 차량 본체 (2) 와 작업기 (3) 를 구비하고 있다. 차량 본체 (2) 는, 하부 주행체 (4) 와 상부 선회체 (5) 를 갖는다. 하부 주행체 (4) 는, 1 쌍의 주행 장치 (4a, 4a) 를 갖는다. 각 주행 장치 (4a, 4a) 는, 각각 크롤러 트랙 (4b, 4b) 을 갖는다. 각 주행 장치 (4a, 4a) 는, 주행 모터 (21) 를 갖는다. 도 1 에 나타내는 주행 모터 (21) 는, 좌측의 크롤러 트랙 (4b) 을 구동한다. 도 1 에는 기재되어 있지 않지만, 유압 셔블 (1) 은, 우측의 크롤러 트랙 (4b) 을 구동하는 주행 모터도 가지고 있다. 좌측의 크롤러 트랙 (4b) 을 구동하는 주행 모터를 좌주행 모터, 우측의 크롤러 트랙 (4b) 을 구동하는 주행 모터를 우주행 모터라고 한다. 우주행 모터와 좌주행 모터는, 각각 크롤러 트랙 (4b, 4b) 을 구동함으로써, 유압 셔블 (1) 을 주행 또는 선회시킨다.

상부 선회체 (5) 는, 하부 주행체 (4) 상에 선회 가능하게 형성되어 있다. 유압 셔블 (1) 은, 상부 선회체 (5) 를 선회시키기 위한 선회 모터에 의해 선회한다. 선회 모터는, 작동유의 압력 (유압) 을 회전력으로 변환하는 유압 모터여도 되고, 전력을 회전력으로 변환하는 전동 모터여도 되고, 유압 모터와 전동 모터의 조합이어도 된다. 본 실시형태에 있어서, 선회 모터는 전동 모터이다.

상부 선회체 (5) 는, 운전실 (6) 을 구비한다. 또한, 상부 선회체 (5) 는, 연료 탱크 (7) 와 작동유 탱크 (8) 와 엔진실 (9) 과 카운터 웨이트 (10) 를 갖는다. 연료 탱크 (7) 는, 엔진을 구동하기 위한 연료를 저장한다. 작동유 탱크 (8) 는, 유압 펌프로부터 붐 실린더 (14), 아암 실린더 (15) 및 버킷 실린더 (16) 의 유압 실린더, 주행 모터 (21) 및 선회 모터 등의 유압 기기에 토출되는 작동유를 저장한다. 엔진실 (9) 은, 엔진 및 유압 펌프 등의 기기를 수납한다. 카운터 웨이트 (10) 는, 엔진실 (9) 의 후방에 배치된다.

작업기 (3) 는, 상부 선회체 (5) 의 전부 (前部) 중앙 위치에 장착된다. 작업기 (3) 는, 붐 (11), 아암 (12), 버킷 (13), 붐 실린더 (14), 아암 실린더 (15) 및 버킷 실린더 (16) 를 갖는다. 붐 (11) 의 기단부는, 상부 선회체 (5) 에 대하여 핀 결합된다. 이와 같은 구조에 의해, 붐 (11) 은, 상부 선회체 (5) 에 대하여 회동한다.

붐 (11) 은, 아암 (12) 과 핀 결합된다. 구체적으로는, 붐 (11) 의 선단부와 아암 (12) 의 기단부가 핀 결합된다. 아암 (12) 의 선단부와 버킷 (13) 은, 핀 결합된다. 이와 같은 구조에 의해, 아암 (12) 은 붐 (11) 에 대하여 회동한다. 또한, 버킷 (13) 은, 아암 (12) 에 대하여 회동한다.

붐 실린더 (14), 아암 실린더 (15) 및 버킷 실린더 (16) 는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동하는 유압 실린더이다. 붐 실린더 (14) 는, 붐 (11) 을 동작시킨다. 아암 실린더 (15) 는, 아암 (12) 을 동작시킨다. 버킷 실린더 (16) 는, 버킷 (13) 을 동작시킨다.

(유압 셔블 (1) 의 구동 시스템 (1PS))

도 2 는, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (1) 의 구동 시스템을 나타내는 개략도이다. 본 실시형태에 있어서, 유압 셔블 (1) 은, 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되어 발전하는 발전 전동기와, 전력을 저장하는 축전 장치와, 발전 전동기 (19) 가 발전한 전력 또는 축전 장치로부터 방전되는 전력이 공급되어 구동하는 전동기를 조합한 하이브리드 방식의 작업 기계이다. 구체적으로는, 유압 셔블 (1) 은, 상부 선회체 (5) 를 전동기 (이하, 적절히 선회 모터라고 한다) 로 선회시킨다.

유압 셔블 (1) 은, 엔진 (17), 유압 펌프 (18), 발전 전동기 (19) 및 선회 모터 (24) 를 갖는다. 엔진 (17) 은, 유압 셔블 (1) 의 동력 발생원이며, 내연 기관이다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 (17) 은 디젤 엔진이다. 발전 전동기 (19) 는, 엔진 (17) 의 출력 샤프트에 연결되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 발전 전동기 (19) 는, 엔진 (17) 에 의해 구동되어 전력을 발생한다. 발전 전동기 (19) 는, 예를 들어, SR (스위치드 릴럭턴스) 모터가 사용된다. 발전 전동기 (19) 는, 본 실시형태와 같이, 엔진 (17) 의 출력 샤프트에 직결되어 있어도 되고, 엔진 (17) 의 출력 샤프트에 접속된 감속기 등의 전달 수단을 개재하여 구동되어도 된다.

유압 펌프 (18) 는, 유압 기기에 작동유를 공급한다. 본 실시형태에 있어서, 유압 펌프 (18) 는, 예를 들어, 사판식 유압 펌프와 같은 가변 용량형 유압 펌프가 사용된다. 유압 펌프 (18) 의 입력부 (18I) 는, 발전 전동기 (19) 의 로터에 연결된 동력 전달 샤프트 (19S) 에 연결되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 유압 펌프 (18) 는, 엔진 (17) 에 의해 구동된다.

구동 시스템 (1PS) 은, 선회 모터 (24) 를 구동시키기 위한 전동 구동 시스템으로서, 축전 장치로서의 캐패시터 (22) 및 제어 장치로서의 인버터 (23) 를 구비한다. 발전 전동기 (19) 가 발전한 전력 또는 캐패시터 (22) 로부터 방전되는 전력이, 전력 케이블을 개재하여 선회 모터 (24) 에 공급되어 도 1 에 나타내는 상부 선회체 (5) 를 선회시킨다. 즉, 선회 모터 (24) 는, 발전 전동기 (19) 로부터 공급 (발전) 되는 전력 또는 캐패시터 (22) 로부터 공급 (방전) 되는 전력으로 역행 동작함으로써 상부 선회체 (5) 를 선회시킨다. 선회 모터 (24) 는, 상부 선회체 (5) 가 감속할 때에 회생 동작함으로써 전력을 캐패시터 (22) 에 공급 (충전) 한다. 또한, 발전 전동기 (19) 는, 자신이 발전한 전력을 캐패시터 (22) 에 공급 (충전) 한다. 즉, 캐패시터 (22) 는, 발전 전동기 (19) 가 발전한 전력을 저장할 수도 있다.

캐패시터 (22) 는, 예를 들어, 전기 이중층 캐패시터가 사용된다. 캐패시터 (22) 대신에, 니켈 수소 배터리 또는 리튬 이온 배터리가 축전 장치로서 이용되어도 된다. 선회 모터 (24) 에는, 회전 센서 (25m) 가 형성되어 있다. 회전 센서 (25m) 는, 선회 모터 (24) 의 회전 속도를 검출한다. 회전 센서 (25m) 는, 검출한 회전 속도를 전기 신호로 변환하여, 인버터 (23) 내에 형성된 하이브리드 컨트롤러 (23a) 에 출력한다. 선회 모터 (24) 로는, 예를 들어, 매립 자석 동기 전동기가 사용된다. 회전 센서 (25m) 로서 예를 들어, 리졸버 또는 로터리 인코더 등이 사용된다.

본 실시형태에 있어서, 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, CPU (Central Processing Unit) 등의 연산 장치 및 메모리 (기억 장치) 를 구비한 마이크로 컴퓨터이다. 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, 발전 전동기 (19) 및 선회 모터 (24) 그리고 캐패시터 (22) 및 인버터 (23) 에 구비된, 서미스터 또는 열전쌍 등의 온도 센서에 의한 검출치의 신호를 취득한다. 그리고, 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, 취득한 온도에 기초하여, 캐패시터 (22) 등의 각 기기의 온도를 관리함과 함께, 캐패시터 (22) 의 충방전 제어 및 발전 전동기 (19) 에 의한 발전·엔진의 어시스트 제어, 선회 모터 (24) 의 역행·회생 제어를 실행한다.

구동 시스템 (1PS) 은, 도 1 에 나타내는 차량 본체 (2) 에 형성된 운전실 (6) 내의 오퍼레이터 착좌 위치에 대하여 좌우의 위치에 형성되는 작업기, 주행의 조작을 실시하는 조작 레버 (26R, 26L) 를 구비하고, 각각의 조작에 따라 작업기 및 상부 선회체를 구동한다. 조작 레버 (26R, 26L) 의 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 생성된다. 파일럿 유압은, 후술하는 컨트롤 밸브에 공급된다. 컨트롤 밸브는, 파일럿 압력에 따라 각 작업기의 스풀이 구동되고, 스풀의 이동에 수반하여 붐 실린더 (14), 아암 실린더 (15) 및 버킷 실린더 (16) 에 작동유를 공급한다. 그 결과, 예를 들어, 조작 레버 (26R) 의 전후 좌우의 조작에 따라 붐 (11) 의 상하 동작, 버킷 (13) 의 굴삭·덤프가 실시된다. 또한, 예를 들어, 조작 레버 (26L) 의 전후 조작에 의해, 아암 (12) 의 굴삭·덤프 조작이 실시된다. 또한, 조작 레버 (26R, 26L) 의 조작량은, 레버 조작량 검출부 (27) 에 의해 전기 신호로 변환된다. 레버 조작량 검출부 (27) 는, 압력 센서 (27S) 를 구비한다. 압력 센서 (27S) 는, 조작 레버 (26) 의 조작에 따라 발생하는 파일럿 유압을 검지한다. 압력 센서 (27S) 는, 검지한 파일럿 유압에 대응한 전압을 출력한다. 레버 조작량 검출부 (27) 는, 압력 센서 (27S) 가 출력한 전압을 조작량으로 환산하는 것에 의해, 레버 조작량을 구한다.

레버 조작량 검출부 (27) 는, 레버 조작량을 전기 신호로서 펌프 컨트롤러 (33) 또는 하이브리드 컨트롤러 (23a) 에 출력한다. 조작 레버 (26) 가 전기식 레버인 경우, 레버 조작량 검출부 (27) 는, 포텐셔미터 등의 전기식의 검출 장치를 구비한다. 레버 조작량 검출부 (27) 는, 레버 조작량에 따라 전기식의 검출 장치가 생성한 전압을 레버 조작량으로 환산하여, 레버 조작량을 구한다. 그 결과, 예를 들어, 조작 레버 (26L) 의 좌우 조작에 의해 선회 모터 (24) 가 구동된다. 또한 도시하지 않은 좌우의 주행 레버에 의해, 주행 모터 (21) 가 구동된다.

연료 조정 다이얼 (이하, 적절히 스로틀 다이얼이라고 한다) (28) 및 모드 전환부 (29) 는, 도 1 에 나타내는 운전실 (6) 내에 형성된다. 스로틀 다이얼 (28) 은, 엔진 (17) 에 대한 연료 공급량을 설정한다. 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치 (지령치) 는, 전기 신호로 변환되어 엔진의 제어 장치 (이하, 적절히 엔진 컨트롤러라고 한다) (30) 에 출력된다.

엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 으로부터 출력된, 도시하지 않은 각 센서로부터 엔진 (17) 의 회전 속도 및 수온 등의 센서의 출력치를 취득한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 취득한 센서의 출력치로부터 엔진 (17) 의 상태를 파악하고, 엔진 (17) 에 대한 연료의 분사량을 조정함으로써, 엔진 (17) 의 출력을 제어한다. 또한, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 의 후처리 장치로서 설치되는, 도시하지 않은 입자상 물질 제거 장치 및 탈초 장치의 온도 및 압력 등의 상태를 관찰한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 입자상 물질 제거 장치 및 탈초 장치의 관리를 위해서, 엔진 (17) 에 대하여 연료를 분사시키기 위한 지령을 출력한다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러 (30) 는, CPU 등의 연산 장치 및 메모리 (기억 장치) 를 구비한다.

엔진 컨트롤러 (30) 는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 기초하여, 제어 지령의 신호를 생성한다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 생성한 제어 신호를 커먼 레일 제어부 (32) 에 송신한다. 이 제어 신호를 수신한 커먼 레일 제어부 (32) 는, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량을 조정한다. 즉, 엔진 (17) 은, 커먼 레일식에 의한 전자 제어가 가능한 엔진이다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 커먼 레일 제어부 (32) 를 개재하여 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량을 적절히 제어함으로써, 목표로 하는 출력을 엔진 (17) 에 발생시킬 수 있다. 또한, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 어느 순간의 엔진 회전 속도에 있어서 출력 가능한 토크를 자유롭게 설정할 수도 있다.

모드 전환부 (29) 는, 유압 셔블 (1) 의 작업 모드를 파워 모드 또는 이코노미 모드로 설정하는 부분이다. 모드 전환부 (29) 는, 예를 들어, 운전실 (6) 중에 형성되는 조작 버튼, 스위치 또는 터치 패널을 구비하고 있다. 유압 셔블 (1) 의 오퍼레이터는, 모드 전환부 (29) 가 구비하는 조작 버튼 등을 조작함으로써, 유압 셔블 (1) 의 작업 모드를 전환할 수 있다.

유압 셔블 (1) 의 작업 모드로는, 예를 들어, 파워 모드 및 이코노미 모드가 있다. 본 실시형태에 있어서, 파워 모드란, 유압 셔블 (1) 이 큰 작업량을 유지하면서 연비를 억제한 엔진 제어 및 펌프 제어를 실시하는 작업 모드이다. 이코노미 모드란, 파워 모드보다 추가로 연비를 억제하면서 경부하 작업으로 작업기 (3) 의 동작 속도를 확보하도록 엔진 제어 및 펌프 제어를 실시하는 작업 모드이다. 모드 전환부 (29) 에 의해 작업 모드가 설정되면, 설정된 작업 모드에 대응한 전기 신호가 엔진 컨트롤러 (30) 및 펌프 컨트롤러 (33) 에 출력된다.

펌프 컨트롤러 (33) 는, 유압 펌프 (18) 로부터 토출되는 작동유의 유량을 제어한다. 본 실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러 (33) 는, CPU 등의 연산 장치 및 메모리 (기억 장치) 를 구비한 마이크로 컴퓨터이다. 펌프 컨트롤러 (33) 는, 엔진 컨트롤러 (30), 모드 전환부 (29) 및 레버 조작량 검출부 (27) 로부터 송신된 신호를 수신한다. 그리고, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 유압 펌프 (18) 로부터 토출되는 작동유의 유량을 조정하기 위한 제어 지령의 신호를 생성한다. 펌프 컨트롤러 (33) 는, 생성한 제어 신호를 이용하여 유압 펌프 (18) 의 사판각을 변경함으로써, 유압 펌프 (18) 로부터 토출되는 작동유의 유량을 변경한다.

펌프 컨트롤러 (33) 에는, 유압 펌프 (18) 의 사판각을 검출하는 사판각 센서 (18a) 로부터의 신호가 입력된다. 사판각 센서 (18a) 가 사판각을 검출함으로써, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 유압 펌프 (18) 의 펌프 용량을 연산할 수 있다. 컨트롤 밸브 (20) 내에는, 유압 펌프 (18) 의 토출 압력 (이하, 적절히 펌프 토출 압력이라고 한다) 을 검출하기 위한 펌프압 검출부 (20a) 가 형성되어 있다. 검출된 펌프 토출 압력은, 전기 신호로 변환되어 펌프 컨트롤러 (33) 에 입력된다.

엔진 컨트롤러 (30) 와 펌프 컨트롤러 (33) 와 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, 예를 들어, CAN (Controller Area Network) 과 같은 차내 LAN (Local Area Network) 으로 접속되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 엔진 컨트롤러 (30) 와 펌프 컨트롤러 (33) 와 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, 서로 정보의 수수 (授受) 를 실시할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 적어도 엔진 컨트롤러 (30) 가 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 이 경우, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 펌프 컨트롤러 (33) 및 하이브리드 컨트롤러 (23a) 중 적어도 일방이 생성한 정보도 이용하여 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 엔진 컨트롤러 (30), 펌프 컨트롤러 (33) 및 하이브리드 컨트롤러 (23a) 중 적어도 1 개가, 내연 기관의 제어 장치로서 기능한다. 즉, 이들 중 적어도 1 개가 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 제어 방법을 실현하여, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 이하에 있어서, 엔진 컨트롤러 (30), 펌프 컨트롤러 (33) 및 하이브리드 컨트롤러 (23a) 를 구별하지 않는 경우, 이들을 기관 제어 장치라고 하는 경우도 있다.

엔진 (17) 은, 회전 속도 검출 센서 (17C) 를 구비하고 있다. 회전 속도 검출 센서 (17C) 는, 엔진 (17) 의 출력 샤프트 (17S) 의 회전 속도, 즉, 출력 샤프트 (17S) 의 단위 시간당의 회전수를 검출한다. 엔진 컨트롤러 (30) 및 펌프 컨트롤러 (33) 는, 회전 속도 검출 센서 (17C) 가 검출한 엔진 (17) 의 회전 속도를 취득하고, 엔진 (17) 의 운전 상태의 제어에 사용한다. 본 실시형태에 있어서, 회전 속도 검출 센서 (17C) 는, 엔진 (17) 의 회전수를 검출하고, 엔진 컨트롤러 (30) 및 펌프 컨트롤러 (33) 가 회전수를 회전 속도로 변환하는 것이어도 된다. 다음으로, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어에 대하여 설명한다.

＜엔진 (17) 의 제어에 대하여＞

도 3 은, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어에 사용되는 토크선도의 일례를 나타내는 도면이다. 토크선도는, 엔진 (17) 의 출력 샤프트 (17S) 의 토크 (T) (N × m) 와, 출력 샤프트 (17S) 의 회전 속도 (n) (rpm : rev/min) 의 관계를 나타내고 있다. 도 3 에는, 등스로틀선 (EL1, EL2, EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 과, 등마력선 (EP0, EPa, EPb, EPc, EPd, EPe, EPf) 과, 제한선 (VL, HL, LL) 과, 엔진 (17) 의 최대 토크선 (TL) 과, 펌프 흡수 토크선 (PL) 과, 매칭 루트 (ML) 가 나타나 있다.

등스로틀선 (EL1, EL2, EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 은, 연료 조정 다이얼, 즉, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치 (스로틀 개도) 가 동등한 경우의 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 관계를 나타내고 있다. 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치란, 커먼 레일 제어부 (32) 가 엔진 (17) 에 분사하는 연료의 분사량을 규정하기 위한 지령치이다.

본 실시형태에 있어서, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치는, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량이 0 인 경우를 0 ％, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우를 100 ％ 로 한 백분율에 의해 나타낸다. 본 실시형태에 있어서, 기관 제어 장치가 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 때에는, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우를, 엔진 (17) 이 최대 출력되는 경우에 대응시키고 있는 것은 아니다.

등스로틀선 (EL1) 은, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치가 100 ％, 즉, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응한다. 등스로틀선 (EL2) 은, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치가 0 ％ 가 되는 경우에 대응한다. 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 은, 이 순서로, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치가 큰 값에 대응한다.

등스로틀선 (EL1, EL2, EL3a ∼ EL3f) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 동일한 경우에 있어서 비교하면, 등스로틀선 (EL1) 의 연료 분사량이 최대가 되고, 등스로틀선 (EL2) 의 연료 분사량이 최소, 즉 0 이 된다. 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 은, 이 순서로 연료 분사량이 커진다.

즉, 등스로틀선 (EL1) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 동일한 경우에 있어서, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응한, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 제 1 관계를 나타내고 있다. 이하에 있어서, 등스로틀선 (EL1) 을, 적절히 제 1 등스로틀선 (EL1) 이라고 한다.

등스로틀선 (EL2) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 동일한 경우에 있어서, 엔진 (17) 에 대한 연료 분사량이 0 이 되는 경우에 대응한, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 제 2 관계를 나타내고 있다. 등스로틀선 (EL2) 은, 엔진 (17) 의 토크 (T) 가 0, 또한 회전 속도 (n) 가 0 을 기점으로 하여, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 증가함에 따라, 엔진 (17) 의 토크 (T) 가 저하하도록 정해져 있다. 토크 (T) 가 저하하는 비율은, 엔진 (17) 의 내부 마찰에 의해 발생하는 마찰 토크 (Tf) 에 기초하여 정해진다. 이하에 있어서, 등스로틀선 (EL2) 을, 적절히 제 2 등스로틀선 (EL2) 이라고 한다.

마찰 토크 (Tf) 는, 엔진 (17) 의 내부 마찰에 의한 손실에 대응한다. 도 3 에 나타내는 토크선도에 있어서는, 엔진 (17) 이 출력하는 토크를 정 (正) 으로 하고 있다. 이 때문에, 도 3 에 나타내는 토크선도에 있어서, 마찰 토크 (Tf) 는 부 (負) 의 값이 된다. 마찰 토크 (Tf) 는, 회전 속도 (n) 의 증가와 함께 커진다. 제 2 등스로틀선 (EL2) 은, 엔진 (17) 의 각각의 회전 속도 (n) 에 대한 마찰 토크 (Tf) 의 관계로부터 구할 수 있다.

등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 사이에 존재한다. 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 의 값으로부터 얻어지는, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 제 3 관계를 나타내고 있다. 본 실시형태에 있어서, 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 의 값이 보간됨으로써 얻어진다. 보간으로는, 예를 들어, 선형 보간 등이 사용된다. 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 을 구하는 방법은, 보간에 한정되는 것은 아니다.

이하에 있어서, 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 을, 적절히 제 3 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 이라고 한다. 복수의 제 3 등스로틀선 (EL3a, EL3b, EL3c, EL3d, EL3e, EL3f) 을 구별하지 않는 경우, 등스로틀선 (EL3) 또는 제 3 등스로틀선 (EL3) 이라고 한다.

도 3 에 나타내는 예에서는, 제 3 등스로틀선 (EL3) 은 6 개이지만, 제 3 등스로틀선 (EL3) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL3) 사이에 존재하면 된다. 이 때문에, 제 3 등스로틀선 (EL3) 의 수에 제한은 없다. 또한, 인접하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 끼리의 간격에도 한정은 없다.

제 1 등스로틀선 (EL1), 제 2 등스로틀선 (EL2) 및 제 3 등스로틀선 (EL3) 은, 모두, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 및 토크 (T) 의 목표를 나타내고 있다. 즉, 엔진 (17) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1), 제 2 등스로틀선 (EL2) 및 제 3 등스로틀선 (EL3) 으로부터 얻어지는 회전 속도 (n) 및 토크 (T) 가 되도록 제어된다.

등마력선 (EP0, EPa, EPb, EPc, EPd, EPe, EPf) 은, 엔진 (17) 의 출력이 일정해지도록, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 관계가 정해져 있다. 등마력선 (EP0, EPa, EPb, EPc, EPd, EPe, EPf) 은, 이 순서로 엔진 (17) 의 출력이 커져 있다. 등마력선 (EP0) 은, 엔진 (17) 의 출력이 0 인 경우에 대응한다. 본 실시형태에 있어서, 등마력선 (EP0, EPa, EPb, EPc, EPd, EPe, EPf) 은, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 제 4 관계에 상당한다. 등마력선 (EP0, EPa, EPb, EPc, EPd, EPe, EPf) 을 구별하지 않는 경우, 등마력선 (EP) 이라고 한다. 등마력선 (EP) 은, 엔진 (17) 의 출력이 그 등마력선 (EP) 으로 규정되는 출력을 상회하지 않도록 제한하는 기능을 가지고 있다.

제한선 (VL, HL, LL) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 제한한다. 즉, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 는, 제한선 (VL, HL, LL) 을 초과하지 않도록, 기관 제어 장치, 예를 들어 엔진 컨트롤러 (30) 에 의해 제어된다. 제한선 (VL, HL) 은, 엔진 (17) 의 최대의 회전 속도를 규정한다. 즉, 기관 제어 장치, 예를 들어 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 의 최대의 회전 속도가, 제한선 (VL, HL) 에 의해 규정되는 회전 속도를 초과하여 과회전이 되지 않도록 제어한다. 도 3 에 나타내는 예에 있어서, 엔진 (17) 은, 회전 속도 (n) 가 회전 속도 (nplh) 를 초과하지 않도록 제어된다. 제한선 (LL) 은, 엔진 (17) 의 최소의 회전 속도를 규정한다. 즉, 기관 제어 장치, 예를 들어 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 의 최소의 회전 속도가, 제한선 (LL) 에 의해 규정되는 회전 속도 (npll) 를 하회하지 않도록 제어한다.

엔진 (17) 의 최대 토크선 (TL) 은, 도 1 에 나타내는 유압 셔블 (1) 의 가동 중, 엔진 (17) 이 발생 가능한 최대의 출력을 나타내고 있다. 최대 토크선 (TL) 으로 나타내는 엔진 (17) 의 토크는, 엔진 (17) 의 내구성 및 배기연 한계 등을 고려하여 결정되어 있다. 이 때문에, 엔진 (17) 은, 최대 토크선 (TL) 에 대응한 토크보다 큰 토크를 발생하는 것은 가능하다. 실제로는, 기관 제어 장치, 예를 들어 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 의 토크가 최대 토크선 (TL) 을 초과하지 않도록 엔진 (17) 을 제어한다. 펌프 흡수 토크선 (PL) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 에 대하여, 도 2 에 나타내는 유압 펌프 (18) 가 흡수 가능한 최대 토크를 나타내고 있다.

제한선 (VL) 과, 최대 토크선 (TL) 의 교점 (Pcnt) 에 있어서, 엔진 (17) 이 발생하는 출력은, 최대가 된다. 교점 (Pcnt) 을 정격점이라고 한다. 정격점 (Pcnt) 에 있어서의 엔진 (17) 의 출력을 정격 출력이라고 한다. 최대 토크선 (TL) 은, 전술한 바와 같이 배기연 한계로부터 정해진다. 제한선 (VL) 은, 최고 회전 속도로부터 정해진다. 따라서, 정격 출력은, 엔진 (17) 의 배기연 한계와 최고 회전 속도로부터 정해진, 엔진 (17) 의 최대 출력이다.

매칭 루트 (ML) 는, 소정의 출력으로 엔진 (17) 이 동작할 때에, 연료 소비율이 양호한 점을 통과하도록 설정되어 있다. 매칭 루트 (ML) 는, 엔진 (17) 의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 관계가 설정되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 매칭 루트 (ML) 는, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 제 5 관계에 상당한다.

도 4 는, 매칭 루트 (ML) 를 설명하기 위한 도면이다. 매칭 루트 (ML) 는, 엔진 (17) 의 연료 소비율에 기초하여 구해진, 회전 속도 (n) 와 토크 (T) 의 관계를 나타내는 선이다. 연료 소비율 (이하, 적절히 연비라고 한다) 이란, 1 시간 또한 출력 1 ㎾ 당 엔진 (17) 이 소비하는 연료의 양이다. 연료 소비율은, 엔진 (17) 의 효율을 나타내는 하나의 지표이다. 본 실시형태에 있어서, 매칭 루트 (ML) 는, 구체적으로는, 연비 최소점 (M1) 을 통과하도록 설정된, 회전 속도 (n) 와 토크 (T) 의 관계를 나타내는 선이다. 매칭 루트 (ML) 는, 연비 최소점 (M1) 을 통과하는 것이 바람직하지만, 여러 가지 제약에 의해, 반드시 연비 최소점 (M1) 을 통과하도록 설정할 수 있다고는 한정할 수 없다. 이 때문에, 매칭 루트 (ML) 는, 연비 최소점 (M1) 을 통과하도록 설정되는 것이 곤란한 경우, 연비 최소점 (M1) 의 근방을 통과하도록 설정된다. 이 경우, 매칭 루트 (ML) 는, 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.

전술한 바와 같이, 연비 최소점 (M1) 보다 외측의 등연비 곡선 (M) 만큼 연비는 크고, 즉 나빠지기 때문에, 매칭 루트 (ML) 는, 연비 최소점 (M1) 으로부터 최대한 외측으로 멀어지지 않도록 설정된다. 또한, 연비 최소점 (M1) 으로부터 외측으로 멀어지는 과정에 있어서, 매칭 루트 (ML) 가 교차하는 등연비 곡선 (M) 의 수가 많을수록, 연료 소비율이 큰 영역에서 엔진 (17) 이 운전될 가능성은 높아진다. 따라서, 매칭 루트 (ML) 는, 연비 최소점 (M1) 으로부터 외측으로 멀어지는 과정에 있어서, 매칭 루트 (ML) 와 교차하는 등연비 곡선 (M) 의 수가 최대한 적어지도록 설정된다.

이와 같이 하여 구해진 매칭 루트 (ML) 를 따라 회전 속도 (n) 를 제어하면, 연비, 엔진 효율 및 펌프 효율이 향상된다. 이것은, 엔진 (17) 에 동일한 출력을 발생시키고, 유압 펌프 (18) 로부터 동일한 요구 유량을 얻는다는 조건에 있어서, 레귤레이션선 (Lrl) 상의 점 (pt1) 에서 매칭시키는 것보다도, 동일한 등스로틀선 (EL3) 상의 점이고 매칭 루트 (ML) 상의 점 (pt2) 에서 매칭시키는 것이, 엔진 (17) 의 상태는 고회전 또한 저토크로부터 저회전 또한 고토크로 이행하여, 펌프 용량이 대가 되고, 등연비 곡선 (M) 상의 연비 최소점 (M1) 에 가까운 점에서 운전되기 때문이다. 또한 저회전 영역에서 엔진 (17) 이 가동함으로써 소음이 저감하고, 또한 엔진 프릭션 및 펌프 언로드 로스 등은 감소한다.

본 실시형태에 있어서, 기관 제어 장치는, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과, 제 2 등스로틀선 (EL2) 과, 양자를 보간하여 얻어지는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 이용하여, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 예를 들어, 기관 제어 장치는, 스로틀 다이얼 (28) 의 지시치에 대응한 제 3 등스로틀선 (EL3) 과, 매칭 루트 (ML) 가 교차하는 점의 토크 (T) 및 회전 속도 (n) 가 되도록, 엔진 (17) 을 제어한다. 또한, 기관 제어 장치는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 대응한 제 3 등스로틀선 (EL3) 과, 펌프 흡수 토크선 (PL) 이 교차하는 점의 토크 (T) 및 회전 속도 (n) 가 되도록, 엔진 (17) 을 제어할 수도 있다. 또한, 기관 제어 장치는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 대응한 제 3 등스로틀선 (EL3) 과, 매칭 루트 (ML) 와, 펌프 흡수 토크선 (PL) 이 교차하는 점의 토크 (T) 및 회전 속도 (n) 가 되도록, 엔진 (17) 을 제어할 수도 있다.

기관 제어 장치가 매칭 루트 (ML) 를 이용하여 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어하는 경우, 도 3 에 나타내는 등마력선 (EP) 및 매칭 루트 (ML) 와 일치하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 사용한다. 그리고, 기관 제어 장치는, 매칭 루트 (ML) 로부터 벗어난 회전 속도 (n) 및 토크 (T) 로 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어하는 경우, 예를 들어, 전술한 제 3 등스로틀선 (EL3) 상의 회전 속도 (n) 및 토크 (T) 가 되도록, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 도 3 에 나타내는 예에 있어서는, 기관 제어 장치는, 등마력선 (EPd) 과 매칭 루트 (ML) 가 일치하는 매칭점 (MP1) 과 일치하는 제 3 등스로틀선 (EL3d) 상의 토크 (T) 및 회전 속도 (n) 가 되도록, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다.

기관 제어 장치가 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어하는 데에 있어서, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 제 1 등스로틀선 (EL1), 제 2 등스로틀선 (EL2), 엔진 (17) 의 최대 토크선 (TL) 및 제한선 (VL, HL, LL) 의 정보를, 자신의 기억 장치에 기억하고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 적어도, 제 1 등스로틀선 (EL1) 및 제 2 등스로틀선 (EL2) 의 정보를, 자신의 기억 장치에 기억하고 있으면 된다. 이 경우, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 입력된 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 을 보간하여 구한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 보간에 의해 구해진 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 이용하여 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 또한, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 을 보간하여 구해진 제 3 등스로틀선 (EL3) 을, 자신의 기억 장치에 기억하고 있어도 된다.

엔진 컨트롤러 (30) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치 (신호) 를 스로틀 다이얼 (28) 로부터 직접 또는 펌프 컨트롤러 (33) 를 개재하여 취득할 수 있다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 선택한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 선택한 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 이용하여, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다.

본 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 소정의 간격 (예를 들어, 스로틀 개도가 10 ％ 마다) 마다, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 을 보간하여 얻어진 복수의 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 기억 장치에 기억하고 있다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 을 제어하는 데에 있어서, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 이 존재하지 않는 경우, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 을 이용하여 보간함으로써, 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 생성한다.

이 경우, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 전술한 지시치보다 큰 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 전술한 설정치보다 작은 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 선택한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 이 2 개의 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 이용하여 보간함으로써, 전술한 지시치에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 생성한다.

엔진 컨트롤러 (30) 는, 적어도, 제 1 등스로틀선 (EL1), 제 2 등스로틀선 (EL2) 및 양자를 보간하여 얻어지는 제 3 등스로틀선 (EL3) 의 정보를 자신의 기억 장치에 기억하고, 이것들과 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치에 기초하여, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 이 때문에, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치만이 입력되면, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 수 있다. 따라서, 엔진 컨트롤러 (30) 를 사용함으로써, 엔진 컨트롤러 (30) 이외의 컨트롤러, 예를 들어, 펌프 컨트롤러 (33) 그 밖의 컨트롤러를 이용하지 않아도, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치만을 생성함으로써 엔진 (17) 을 제어할 수 있다. 그 결과, 엔진 컨트롤러 (30) 를 사용함으로써, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 때의 자유도 및 범용성이 향상된다. 예를 들어, 엔진 (17) 단체의 성능을 시험하고자 하는 경우, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치를 엔진 컨트롤러 (30) 에 부여하면, 엔진 (17) 단체의 시험을 실현할 수 있다.

또한, 펌프 컨트롤러 (33) 또는 도 1 에 나타내는 유압 셔블 (1) 이 구비하는 다른 제어 장치가 엔진 컨트롤러 (30) 를 개재하여 엔진 (17) 을 제어하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 펌프 컨트롤러 (33) 등은, 엔진 (17) 이 발생하는 출력의 지령치를 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치로 변환하여 엔진 컨트롤러 (30) 에 부여하면 된다. 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치는, 0 ％ 내지 100 ％ 사이에 있어서의 백분율로 나타내기 때문에, 비교적 간단하게 생성할 수 있다. 이 때문에, 유압 셔블 (1) 이 구비하는 다른 제어 장치는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치를 사용하는 것에 의해, 비교적 간단하게 엔진 (17) 을 제어할 수 있다.

유압 셔블 (1) 이 구비하는 다른 제어 장치가 엔진 컨트롤러 (30) 를 개재하여 엔진 (17) 을 제어하는 경우, 스로틀 다이얼 (28) 로부터 엔진 컨트롤러 (30) 에 입력되는 설정치보다, 유압 셔블 (1) 이 구비하는 다른 제어 장치가 생성한 스로틀의 설정치가 우선된다. 이와 같이 함으로써, 유압 셔블 (1) 이 구비하는 다른 제어 장치는, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 수 있다. 다른 제어 장치가 생성한 스로틀의 설정치는, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치와 동일 종류의 지령치이다.

기관 제어 장치, 본 실시형태에서는 펌프 컨트롤러 (33) 는, 레버 조작량, 작업 모드 및 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치, 상부 선회체 (5) 의 선회 속도 (선회 회전 속도) 등의 정보 (운전 상태를 나타내는 정보) 를 취득하고, 엔진 (17) 이 발생하는 출력의 지령치 (이하, 적절히 엔진 출력 지령치라고 한다) 를 구한다. 이 엔진 출력 지령치는, 도 3 의 토크선도에 나타낸 제 3 등스로틀선 (EL3) 상의 값이 된다. 엔진 출력 지령치는, 엔진 (17) 이 발생하는 출력의 목표가 된다.

펌프 컨트롤러 (33) 는, 출력 지령치를 스로틀 개도로 변환하여 엔진 컨트롤러 (30) 에 출력한다. 펌프 컨트롤러 (33) 로부터 스로틀 개도를 취득한 엔진 컨트롤러 (30) 는, 이 스로틀 개도에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 선택한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 선택한 제 3 등스로틀선 (EL3) 상의 회전 속도 (n) 및 토크 (T) 가 되도록, 엔진 (17) 을 제어한다.

예를 들어, 도 1 에 나타내는 유압 셔블 (1) 의 작업기 (3) 에 부하가 작용하고 있는 경우, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 (17) 의 출력을, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 펌프 흡수 토크선 (PL) 의 교점 (매칭점) (MP1) 에서 엔진의 출력과 유압 펌프 (18) 의 출력을 매칭시켜 작업기 (3) 를 동작시킨다. 또한, 이 매칭점 (MP1) 은, 매칭 루트 (ML) 상으로 하는 것이 바람직하다. 이 매칭점 (MP1) 에서의 회전 속도 (n) 는, 목표 매칭 회전 속도 (np1) 이다. 이와 같은 제어에 의해, 작업기 (3) 는 충분한 출력을 얻을 수 있음과 함께, 엔진 (17) 은 저회전수로 구동하기 때문에, 연료 소비를 낮게 억제할 수 있다.

작업기 (3) 의 부하가 작아진 결과, 유압 셔블 (1) 의 부하가 저하한 경우로서, 작업기 (3) 의 유압 실린더 (14, 15, 16) 에 대한 작동유 유량이 필요한 경우, 즉 작업기 (3) 의 동작 속도를 확보할 필요가 있는 경우, 기관 제어 장치, 본 실시형태에서는 펌프 컨트롤러 (33) 는, 레버 조작량, 상부 선회체 (5) 의 선회 회전 속도, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치 등의 정보에 대응한 무부하 최대 회전 속도 (np2) 를 결정한다. 그리고, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 목표 매칭 회전 속도 (np1) 와 무부하 최대 회전 속도 (np2) 사이의 회전 속도의 범위 내에서, 토크 (T) 와 회전 속도 (n) 의 제 6 관계로서의 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 이용하여 엔진 (17) 을 구동시킨다. 본 실시형태에 있어서, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 제한선 (VL) 이 이동한 것이다. 즉, 제한선 (VL) 의 기능은, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 이동함으로써 실현된다. 제한선 (VL) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 제한선 (VL) 이 규정하는 회전 속도보다 커지지 않도록 제한하는 것이다. 따라서, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 도, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 에 의해 규정되는 회전 속도보다 커지지 않도록 제한한다.

본 실시형태에 있어서, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 증가와 함께, 엔진 (17) 의 토크 (T) 가 1 차 함수에 따라 작아져 있다. 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 엔진 (17) 의 토크가 0 일 때, 무부하 최대 회전 속도 (np2) 를 통과한다. 무부하 최대 회전 속도 (np2) 는, 레버 조작량, 상부 선회체 (5) 의 선회 회전 속도, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치 등에 의해 변화한다. 이 때문에, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 도, 무부하 최대 회전 속도 (np2) 의 변화에 의해 이동한다. 또한, 후술하는 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 를 사용하는 경우, 가변 회전 속도 제한선 (VL2') 은 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 를 통과하는데, 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 도 유압 셔블 (1) 의 운전 조건에 따라 변화한다. 이 때문에, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 의 변화에 의해서도 이동한다.

기관 제어 장치가 이와 같은 제어를 실행함으로써, 작업기 (3) 에 부하가 작용한 상태로부터 그 부하가 저하하면, 엔진 (17) 은, 저회전 속도측의 매칭점 (MP1) 에서의 운전으로부터 고회전 속도측의 매칭점 (MP2) 에서의 운전으로 이행한다. 매칭점 (MP2) 은, 매칭점 (MP1) 을 통과하는 제 3 등스로틀선 (EL3d) 과 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 의 교점이다. 엔진 (17) 이 고회전 속도측의 매칭점 (MP2) 에서 운전됨으로써, 유압 펌프 (18) 는, 충분한 유량의 작동유를 토출할 수 있다. 이 때문에, 유압 실린더 (14, 15, 16) 에는 충분한 유량의 작동유가 공급되기 때문에, 작업기 (3) 의 동작 속도를 확보할 수 있다. 또한, 엔진 (17) 의 출력은, 제 3 등스로틀선 (EL3d) 을 목표로 하여 제어되기 때문에, 에너지를 낭비하여 소비하지 않는다. 또한, 무부하 최대 회전 속도 (np2) 는, 엔진이 출력 가능한 최대 회전수에 한정되지 않는다.

작업기 (3) 의 부하가 더욱 저하한 경우, 기관 제어 장치가 그대로 엔진 (17) 을 높은 회전 속도의 영역에서 구동시키면, 많은 연료가 소비되는 결과, 연비가 저하할 가능성이 있다. 따라서, 부하가 저하한 경우, 또한, 예를 들어 버킷 (13) 만의 동작과 같이, 유압 펌프 (18) 로부터의 작동유의 토출 유량 및 토출 압력을 많이 필요로 하지 않는 경우, 즉 펌프 용량에 여유가 있는 경우, 기관 제어 장치는, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 저회전 속도의 영역에 시프트시킨다.

전술한 바와 같이, 펌프 용량은, 사판각 센서 (18a) 에 의해 검출된다. 기관 제어 장치, 본 실시형태에서는, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 사판각 센서 (18a) 의 검출치의 대소에 따라 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 시프트시킨다. 예를 들어, 펌프 용량이 소정치보다 큰 것이 검출된 경우, 유압 실린더 (14, 15, 16) 등의 유압 기기는 작동유의 유량을 필요로 하고 있다. 이 경우, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 고회전 속도의 영역에 시프트시켜 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 상승시킨다. 펌프 용량이 소정치보다 작은 것이 검출된 경우, 유압 기기는 작동유 유량을 필요로 하지 않는다. 이 경우, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 저회전 속도의 영역에 시프트시켜 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 저하시킨다. 기관 제어 장치는, 이와 같은 제어를 실행함으로써, 고회전 속도의 영역에서 엔진이 운전되는 것에 의한 낭비되는 연료 소비를 억제할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 다른 제어 장치, 예를 들어, 펌프 컨트롤러 (33) 가 엔진 (17) 의 출력 지령치를 생성하고, 이것을 이용하여 엔진 (17) 을 제어하는 경우, 펌프 컨트롤러 (33) 는, 출력 지령치를 스로틀의 설정치로 변환하여 엔진 컨트롤러 (30) 에 부여한다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 변환 후에 있어서의 스로틀의 설정치에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 이용하여, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 즉, 기관 제어 장치는, 출력 지령치에 대응하는 등마력선 (EP) 과 매칭 루트 (ML) 에 일치하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 이용하여, 엔진 (17) 을 제어한다. 이와 같이 함으로써, 출력 지령치에 대응한 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 선택할 수 있다.

또한, 기관 제어 장치는, 엔진 (17) 의 연비가 양호한 매칭 루트 (ML) 상에서 엔진 (17) 을 제어하는 경우가 많다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 등마력선 (EP) 과 제 3 등스로틀선 (EL3) 은 형상이 상이한데, 매칭 루트 (ML) 상에서 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 출력 지령치에 대응하는 등마력선 (EP) 을 일치시키기 때문에, 사용할 기회가 많은 매칭 루트 (ML) 에 있어서, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 출력 지령치를 일치시킬 수 있다. 그 결과, 출력 지령치와 유압 셔블 (1) 의 실제 동작의 차이를 저감시킬 수 있기 때문에, 유압 셔블 (1) 의 조작성의 저하를 억제할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 제 1 등스로틀선 (EL1) 은, 엔진 (17) 의 등마력선, 즉, 엔진 (17) 의 출력이 일정한 것을 나타내는 선이다. 제 1 등스로틀선 (EL1) 은, 엔진 (17) 의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이, 정격 출력 이상이 되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 등스로틀선 (EL1) 은, 등마력선으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제 2 등스로틀선 (EL2) 은, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 증가함에 따라, 토크 (T) 가 1 차 함수에 따라 감소한다. 제 3 등스로틀선 (EL3) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 을 보간하여 얻어진다. 이 때문에, 등마력선 (EP) 과, 이 등마력선 (EP) 의 마력에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 은, 1 점에서 교차하게 된다. 예를 들어, 엔진 (17) 의 최대 출력의 절반에 대응하는 등마력선 (EP) 에는, 스로틀의 개도가 50 ％ 에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 이 대응하는데, 양자는 1 점에서 교차한다.

본 실시형태에 있어서는, 매칭 루트 (ML) 에서 등마력선 (EP) 과 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 일치시키고 있다. 또한, 매칭 루트 (ML) 보다 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 큰 경우에는, 동일한 회전 속도 (n) 로 비교하면, 제 3 등스로틀선 (EL3) 이 등마력선 (EP) 보다 커져 있다. 또한, 매칭 루트 (ML) 보다 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 작은 경우에는, 동일한 회전 속도 (n) 로 비교하면, 등마력선 (EP) 이 제 3 등스로틀선 (EL3) 보다 커져 있다. 본 실시형태에 있어서, 기관 제어 장치는, 전술한 바와 같이, 유압 셔블 (1) 의 작업기 (3) 에 부하가 작용한 후, 그 부하가 저하한 경우에, 무부하 최대 회전 속도 (np2) 에 기초하는 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 과 제 3 등스로틀선 (EL3d) 의 매칭점 (MP2) 에서 엔진 (17) 을 제어한다.

매칭점 (MP2) 에 있어서의 회전 속도 (np2) 에 있어서는, 등마력선 (EPd) 보다 이것에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3d) 이 토크 (T) 는 작아지기 때문에, 엔진 (17) 의 연비는 향상된다. 작동유의 유량이 필요한 경우, 유압 펌프 (18) 를 구동하기 위한 토크는 비교적 작아도 된다. 이 때문에, 작동유의 유량이 필요한 경우, 제 3 등스로틀선 (EL3d) 을 이용하여 엔진 (17) 을 제어하면, 엔진 (17) 의 연비를 향상시킬 수 있다. 본 실시형태는, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 등마력선 (EP) 의 관계를 전술한 바와 같은 관계로 하고 있기 때문에, 작업기 (3) 에 대한 부하가 저하한 후에 유압 펌프 (18) 의 유량이 필요한 경우에는, 작동유의 유량을 확보하면서, 엔진 (17) 의 연비를 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 비교적 작은 경우, 작동유의 유량보다 높은 압력이 요구된다. 따라서, 유압 펌프 (18) 를 구동하기 위해서는 큰 토크 (T) 가 필요하게 된다. 본 실시형태는, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 등마력선 (EP) 의 관계를 전술한 바와 같은 관계로 하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 낮은 경우, 보다 구체적으로 매칭 루트 (ML) 보다 회전 속도가 낮고, 또한 토크가 높은 영역에서는, 동일한 회전 속도 (n) 로 비교하면, 등마력선 (EPd) 보다 이것에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3d) 이 토크 (T) 는 커진다. 작동유에 높은 압력이 요구되는 경우, 등마력선 (EPd) 보다 이것에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3d) 을 사용한 것이 보다 큰 토크 (T) 를 발생할 수 있기 때문에, 바람직하다.

제 1 등스로틀선 (EL1) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 엔진 (17) 의 각 회전 속도 (n) 에 있어서, 엔진 (17) 의 최대 토크선 (TL) 보다 토크 (T) 가 높아져 있다. 이와 같이 함으로써, 기관 제어 장치는, 다른 제어 장치와의 사이에서 통신의 지연이 발생하거나, 엔진 (17) 의 사용 환경이 변동된 경우에, 엔진 (17) 의 출력이 최대 토크선 (TL) 으로 규정되는 값을 초과할 가능성을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 엔진 (17) 은, 과부하로 사용될 가능성이 저감되기 때문에 바람직하다.

가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 도 3 에 나타내는 토크선도의 가로축 (토크 (T) = 0) 과의 교점에 있어서의 회전 속도와, 최대 토크선 (TL) 과의 교점에 있어서의 회전 속도로부터 구해진다. 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 토크선도의 가로축과 교차하는 점의 회전 속도를 na, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 최대 토크선 (TL) 과 교차하는 점에 있어서의 회전 속도를 nb 라고 한다. 이 때, na = k × nb 가 되도록 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 결정된다. k 는 1 보다 큰 정수이다. k 는 미리 설정되어 있다. 무부하 최대 회전 속도 (np2) 를 예로 하면, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 최대 토크선 (TL) 과 교차하는 점에 있어서의 회전 속도를 np2' 라고 했을 때, 무부하 최대 회전 속도 (np2) = k × np2' 가 되도록 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 결정된다.

가변 회전 속도 제한선 (VL2) 이 수식 T = h1 × n ＋ i, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 과 교차하는 부분의 최대 토크선 (TL) 이 수식 T = h2 × n ＋ j 로 나타내는 것으로 한다. h1, h2, j 는 정수이다. 이 경우, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 의 기울기 (h1) 는, (h2 × na ＋ k × j) × (1 - k)/(k² × na), 정수 i 는 -h1 × na 로 구할 수 있다. k, h2 및 j 는 이미 알려져 있기 때문에, 회전 속도 (na) 가 부여되면, h1 및 i 를 구할 수 있다. 예를 들어, 회전 속도 (na) 가 무부하 최대 회전 속도 (np2) 이면, 이것에 대응한 h1 및 i 가 구해진다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 예를 들어, h1 및 i 를 구하는 수식을 자신의 기억 장치에 기억하고 있다. 그리고, 예를 들어 펌프 컨트롤러 (33) 등으로부터 부여된 회전 속도 (na) 에 기초하여 h1 및 i 를 구하여, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 생성한다. 그리고, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 생성된 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 이용하여 엔진 (17) 을 제어한다.

도 3 및 전술한 수식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 기울기를 h1, 절편을 i 로 한 1 차 함수의 식으로 나타낼 수 있다. 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 기울기 (h1) 를 가지고 있기 때문에, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과의 매칭을 취하기 쉽다는 이점이 있다. 또한, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 의 기울기 (h1) 는, 회전 속도 (n) 에 따라 변화해도 된다. 이와 같이 하면, 엔진 (17) 을 보다 치밀하게 제어할 수 있다. 다음으로, 엔진 (17) 의 제어를 보다 상세하게 설명한다.

＜엔진 (17) 의 제어의 상세＞

도 5 는, 엔진 (17) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 6 은, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 을 나타내는 도면이다. 기관 제어 장치로서의 엔진 컨트롤러 (30) 및 펌프 컨트롤러 (33) 의 적어도 일방은, 엔진 제어 지령으로서의 엔진 회전 속도 지령치와 엔진 출력 지령치를 구하여, 펌프 제어 지령으로서 펌프 흡수 토크 지령치를 구한다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 및 스로틀 지령치 (스로틀 개도의 지령치) (D250) 를 취득하고, 이들에 기초하여 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 스로틀 지령치 (D250) 는, 유압 셔블 (1) 이 탑재하는 엔진 컨트롤러 (30) 이외의 제어 장치가 생성한, 스로틀 다이얼 (28) 의 설정치 (지령치) 와 동일 종류의 지령치에 대응한다. 유압 셔블 (1) 이 탑재하는 엔진 컨트롤러 (30) 이외의 제어 장치는, 예를 들어, 펌프 컨트롤러 (33) 또는 하이브리드 컨트롤러 (23a) 등이다.

엔진 (17) 의 제어에 있어서, 레버치 신호 (D100), 스로틀 설정치 (D102), 작업 모드 (D103), R 펌프 압력 (D104), F 펌프 압력 (D105), 엔진 토크 (D106), 엔진 회전 속도 (D107), 선회 모터 (24) 의 회전 속도인 선회 모터 회전 속도 (D301), 선회 모터 (24) 의 토크인 선회 모터 토크 (D302) 및 발전 전동기 (19) 의 출력인 발전기 출력 (D303) 을 입력 파라미터로서 사용한다. 선회 모터 회전 속도 (D301) 는, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110), 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 및 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 에 입력된다. 선회 모터 토크 (D302) 는, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 에 입력된다. 발전기 출력 (D303) 은, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130), 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150), 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 및 펌프 흡수 토크 지령치 연산 블록 (180) 에 입력된다.

무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 은, 도 5 에 나타낸 제어 플로우에 의해, 엔진 회전 속도 지령치의 상한치가 되는 값인 무부하 최대 회전 속도 (D210) (np2) 를 연산한다. 유압 펌프 (18) 의 펌프 용량이 최대인 상태에 있어서, 유압 펌프 (18) 의 유량 (유압 펌프 토출 유량) 은 엔진 회전 속도와 펌프 용량의 곱이다. 유압 펌프 토출 유량은 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 에 비례하기 때문에, 무부하 최대 회전 속도 (D210) 와 유압 펌프 (18) 의 최대 유량 (펌프 최대 토출량) 은 비례 관계에 있다. 이 때문에, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 은, 먼저, 무부하 최대 회전 속도 (D210) 의 후보치로서, 각 레버치 신호 (D100) (레버 조작량) 에 의해 구한 무부하 회전 속도의 총합을 총합부 (212) 에 의해 구한다.

각 레버치 신호 (D100) (각 레버 조작량을 나타내는 신호) 로는, 선회 레버치, 붐 레버치, 아암 레버치, 버킷 레버치, 주행 우레버치, 주행 좌레버치 및 서비스 레버치가 있다. 서비스 레버치는, 새로운 유압 액츄에이터를 접속할 수 있는 유압 회로를 갖는 경우에 있어서의, 이 유압 액츄에이터를 조작하는 레버 조작량을 나타내는 값이다. 각 레버치 신호는, 도 6 에 나타내는 바와 같은 레버치·무부하 회전 속도 변환 테이블 (211) 에 의해 무부하 회전 속도로 변환된다. 이 변환된 값은, 총합부 (212) 에 의해 구한 총합의 무부하 회전 속도가 제 1 최소치 선택부 (MIN 선택) (214) 에 출력된다. 본 실시형태에 있어서, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

도 6 에 나타내는 무부하 회전 속도 리미트치 선택 블록 (210) 은, 각 레버치 신호 (D100) 의 조작량, 유압 펌프 (18) 의 토출 압력인 펌프 압력 (D104, D105) 및 모드 전환부 (29) 에 의해 설정된 작업 모드 (D103) 의 4 개의 정보를 이용하여, 유압 셔블 (1) 의 오퍼레이터가, 현재 어떠한 조작 패턴 (작업 패턴) 을 실행하고 있는지를 판정한다. 무부하 회전 속도 리미트치 선택 블록 (210) 은, 그 판정 결과에 기초하여, 미리 설정되어 있는 조작 패턴에 대한 무부하 회전 속도 리미트치를 선택하여 결정한다.

결정된 무부하 회전 속도 리미트치는, 제 1 최소치 선택부 (214) 에 출력된다. 조작 패턴 (작업 패턴) 의 판정에 대하여 설명한다. 예를 들어, 아암 레버가 굴삭 방향으로 조작되어 있고, 또한 유압 펌프 (18) 가 토출하는 작동유의 압력 (펌프 압력) 이 소정의 설정치보다 높은 경우, 무부하 회전 속도 리미트치 선택 블록 (210) 은, 유압 셔블 (1) 은 중굴삭 작업을 실행하고자 하고 있는 것으로 판정한다. 또한, 예를 들어, 선회 레버가 경도 (傾倒) 하고 있음과 함께 붐 레버가 올림 방향으로 조작되어 있는 것과 같은 복합 조작의 경우, 무부하 회전 속도 리미트치 선택 블록 (210) 은, 유압 셔블 (1) 이 호이스트 선회 작업을 실행하고자 하고 있는 것으로 판정한다. 이와 같이, 조작 패턴 (작업 패턴) 의 판정이란, 오퍼레이터가 실행하고자 하고 있는 조작을 무부하 회전 속도 리미트치 선택 블록 (210) 이 추정하는 것이다. 또한, 호이스트 선회 작업이란, 유압 셔블 (1) 이, 버킷 (13) 으로 토사를 굴삭한 후, 붐 (11) 을 올리면서 상부 선회체 (5) 를 선회시켜, 원하는 정지 위치에서 버킷 (13) 의 토사를 배토하는 것과 같은 작업이다.

무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 은, 도 2 에 나타내는 스로틀 다이얼 (28) 의 설정 상태 (스로틀 설정치 (D102)) 로부터도 무부하 최대 회전 속도의 후보치를 결정한다. 즉, 스로틀 설정치 (D102) 에 대응하는 신호를 수신한 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 은, 스로틀 다이얼·무부하 회전 속도 변환 테이블 (213) 을 이용하여, 스로틀 설정치 (D102) 를 무부하 최대 회전 속도의 후보치로 변환한다. 그리고, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 은, 무부하 최대 회전 속도의 후보치를 제 1 최소치 선택부 (214) 에 출력한다.

제 1 최소치 선택부 (214) 는, 레버치 신호 (D100) 로부터 구해진 무부하 회전 속도와 무부하 회전 속도 리미트치 선택 블록 (210) 이 구한 무부하 회전 속도 리미트치와 스로틀 설정치 (D102) 로부터 구한 무부하 회전 속도의 3 개의 값 중에서 최소치를 선택한다. 제 1 최소치 선택부 (214) 가 선택한 값은, 제 2 최소치 선택부 (MIN 선택) (215) 에 출력된다. 제 2 최소치 선택부 (215) 는, 제 1 최소치 선택부 (214) 가 선택한 값과 유압 셔블 (1) 의 작업 모드 제한치 (D112) 를 비교한다. 비교의 결과, 제 2 최소치 선택부 (215) 는, 양자의 최소치를 무부하 최대 회전 속도 (D210) (np2) 로서 출력한다. 작업 모드 제한치 (D112) 는, 유압 셔블 (1) 의 운전 모드에 의해 결정되는, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 상한치이다. 작업 모드가 파워 모드인 경우, 작업 모드가 이코노미 모드인 경우와 비교하여 작업 모드 제한치 (D112) 는 커진다.

전기로 구동되는 선회 모터 (24) 를 탑재한 하이브리드 방식의 유압 셔블 (1) 은, 상부 선회체 (5) 를 선회시킬 때의 구동원으로서 유압을 필요로 하지 않는다. 이 때문에, 유압 펌프 (18) 로부터 토출되는 작동유 중, 선회의 구동분의 유압 펌프 (18) 로부터의 작동유 토출 유량을 줄여도 된다. 감산부 (311) 는, 스로틀 설정치 (D102) 에 기초하여 스로틀 다이얼·무부하 회전 속도 변환 테이블 (213) 에 의해 구해지는 무부하 회전 속도로부터, 선회 모터 회전 속도 (D301) 에 기초하여 선회 모터 회전 속도·무부하 회전 속도 삭감량 변환 테이블 (310) 에 의해 구해지는 무부하 회전 속도 삭감량을 감산한다. 감산부 (311) 가 출력한 회전 속도를, 무부하 최대 회전 속도 (D210) 의 후보치로 하고 있다. 최대치 선택부 (MAX 선택) (313) 는, 감산부 (313) 가 출력한 회전 속도와 제로치 (312) 의 최대치 선택을 실시한다. 이와 같은 처리에 의해, 최소치 선택부 (314) 에 부의 값이 부여되지 않도록 할 수 있다.

도 7 은, 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 은, 엔진 출력 지령치의 하한이 되는 값인 엔진 최소 출력 (D220) 을 연산한다. 레버치·엔진 최소 출력 변환 테이블 (220) 은, 무부하 최대 회전 속도 (D210) 의 연산과 마찬가지로, 각 레버치 신호 (D100) 를 엔진 최소 출력으로 변환하고, 총합부 (221) 가 이들의 총합을 최소치 선택부 (MIN 선택) (223) 에 출력한다.

엔진 최소 출력의 최대치 선택 블록 (222) 은, 모드 전환부 (29) 에 의해 설정되는 작업 모드 (D103) 에 대응한 상한치를 최소치 선택부 (223) 에 출력한다. 최소치 선택부 (223) 는, 각 레버치 신호 (D100) 에 대응한 엔진 최소 출력의 총합과 작업 모드 (D103) 에 대응한 상한치를 비교하여, 최소치를 선택하여 엔진 최소 출력 (D220) 으로서 출력한다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

도 8 은, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 은, 엔진 출력 지령치의 상한이 되는 값인 엔진 최대 출력 (D230) 을 연산한다. 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 은, 선회 모터 회전 속도 (D301) 및 선회 모터 토크 (D302) 를 입력 파라미터로서 사용한다. 그리고, 선회 마력 연산 블록 (330) 이 선회 마력을 연산하고, 엔진 회전수 (D107) 를 이용하여 팬 마력 연산 블록 (231) 이 팬 마력을 연산한다. 선회 마력과 팬 마력은, 각각 감산부 (331) 및 가산부 (233) 를 개재하여, 펌프 출력 리미트치에 가산된다. 또한, 발전 전동기 (19) 의 발전기 출력 (D303) 은, 감산부 (334) 를 개재하여 펌프 출력 리미트치에 가산된다.

펌프 출력 리미트치 선택 블록 (230) 은, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 에 의한 연산과 마찬가지로, 각 레버치 신호 (D100) 의 조작량과 펌프 압력 (D104, D105) 과 작업 모드 (D103) 의 설정치의 정보를 이용하여, 현재의 조작 패턴을 판정하고, 그 조작 패턴별로 펌프 출력 리미트치를 선택한다.

도 8 에 나타내는 바와 같이, 선회 마력 및 발전기 출력 (D303) 의 펌프 출력 리미트치에 대한 가산은, 감산이 되어 있다 (감산부 (331, 334) 참조). 하이브리드 방식의 유압 셔블 (1) 은, 엔진 (17) 이라는 동력 발생원과는 상이한, 전기로 구동되는 선회 모터 (24) 를 사용한다. 이 때문에, 선회 모터 (24) 의 선회 마력을 구하여 펌프 출력 리미트치로부터 선회분의 마력을 감산할 필요가 있다. 발전 전동기 (19) 가 발전하는 경우, 발전기 출력 (D303) 은 값의 정부의 부호를 부라고 정의되어 있다. 최소치 선택부 (333) 에서 발전기 출력 (D303) 과 제로치 (332) 의 비교가 실시되고, 펌프 출력 리미트치에 대하여 부의 값을 감산하기 때문에, 실질적으로 가산이 된다.

발전 전동기 (19) 가 엔진 (17) 의 출력을 어시스트하는 경우에는, 발전기 출력 (D303) 의 값의 정부는 정이 된다. 발전 전동기 (19) 가 발전하는 경우에는, 발전기 출력 (D303) 의 값은 부이다. 최소치 선택부 (MIN 선택) (333) 는, 발전기 출력 (D303) 과 제로치 (332) 의 최소치 선택을 실시한다. 감산부 (334) 는, 펌프 출력 리미트로부터 부의 발전기 출력을 감산한다. 즉, 감산부 (334) 는, 실질적으로 펌프 출력 리미트에 발전기 출력 (D303) 을 가산하게 된다. 즉, 발전기 출력 (D303) 이 부의 값이 되었을 때에만 가산이 실시된다.

발전 전동기 (19) 에 의한 엔진 (17) 의 어시스트는, 엔진 회전 속도 (D107) 를, 어느 소정의 회전 속도로부터 높은 회전 속도로 상승시킬 필요가 있을 때에, 작업기 (3) 의 응답성을 높이기 위해서 실시된다. 이 때의 엔진 출력으로서 엔진 (17) 의 어시스트분의 출력을 제외하게 되면, 작업기 (3) 의 응답성의 개선을 도모할 수 없다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 엔진 (17) 을 어시스트한 경우에는, 엔진 최대 출력을 저감시키지 않는다. 즉, 정의 발전기 출력 (D303) 이 최소치 선택부 (333) 에 입력되어도, 제로치 (332) 와의 최소치 선택에 의해, 최소치 선택부 (333) 로부터는 제로가 출력된다. 그 결과, 펌프 출력 리미트로부터 감산이 실시되지 않고, 엔진 최대 출력 (D230) 이 구해진다.

가산부 (233) 는, 감산부 (334) 가 출력한 값에, 현재의 엔진 회전 속도 (D107) 로부터 팬 마력 연산 블록 (231) 이 연산한 팬 마력을 가산한다. 엔진 회전 속도 (D107) 는, 도 2 에 나타내는 회전 속도 검출 센서 (17C) 가 검출한다. 가산부 (233) 가 가산한 값 (이하, 가산치라고 한다) 과 엔진 출력 리미트치가, 최소치 선택부 (MIN 선택) (234) 에 출력된다. 엔진 출력 리미트치는, 스로틀 설정치 (D102) 에 따라 스로틀 다이얼·엔진 출력 리미트 변환 테이블 (232) 이 변환함으로써 구해진다.

최소치 선택부 (234) 는, 가산치와 엔진 출력 리미트치 중 최소치를 선택하여, 엔진 최대 출력 (D230) 으로서 출력한다. 또한, 팬은, 엔진 (17) 을 냉각시키기 위한 라디에이터의 근방에 형성되어 있다. 팬은, 라디에이터를 향하여 공기를 송풍한다. 팬은, 엔진 (17) 의 구동에 연동하여 회전 구동하는 것이다. 또한, 선회 마력은, 식 (1) 에 의해 구할 수 있다. 식 (1) 중의 계수는 설정치이다. 팬 마력은, 식 (2) 로 구할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

선회 마력 (㎾) = 2π／60 × 선회 모터 회전 속도 × 선회 모터 토크/1000 × 계수···(1)

팬 마력 = 팬 정격 마력 × (엔진 회전수/팬 정격시 엔진 회전수)＾3···(2)

도 9 는, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 은, 엔진 목표 출력 (D240) 을 연산한다. 감산부 (243) 는, 전회 (前回) 연산하여 구한 전회의 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터, 고정치로서 설정되어 있는 엔진 출력 가산용 오프셋치 (241) 를 감산한다. 감산부 (244) 는, 감산부 (243) 가 감산한 값으로부터, 엔진 실제 출력 연산 블록 (242) 이 연산한 엔진 실제 출력을 감산한 편차를 구한다.

곱셈부 (245) 는, 감산부 (244) 가 연산한 편차에, 소정의 게인 (-Ki) 을 곱한 값을 연산한다. 적분부 (246) 은, 곱셈부 (245) 가 연산한 곱셈치를 적분한다. 가산부 (247) 는, 적분부 (246) 가 적분한 적분치에, 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 이 연산함으로써 구해진 엔진 최소 출력 (D220) 을 가산한다. 최소치 선택부 (MIN 선택) (248) 는, 가산부 (247) 가 구한 가산치와, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 이 연산함으로써 구해진 엔진 최대 출력 (D230) 중 최소치를, 엔진 목표 출력 (D240) 으로서 스로틀 지령치 변환부 (249) 에 출력한다.

엔진 목표 출력 (D240) 은, 도 3 에 나타내는 등마력선 (EP) 을 의미한다. 엔진 실제 출력 연산 블록 (242) 은, 엔진 컨트롤러 (30) 가 지령하고 있는 연료 분사량 및 엔진 (17) 의 회전 속도 그리고 대기 온도 등으로부터 예측한 엔진 토크 (D106) 와, 도 2 에 나타내는 회전 속도 검출 센서 (17C) 가 검출한 엔진 (17) 의 현재의 엔진 회전 속도 (D107) 에 기초하여, 식 (2) 로부터 엔진 실제 출력을 구한다.

엔진 실제 출력 (㎾) = 2 × π／60 × 실제 회전 속도 × 엔진 토크/1000···(2)

스로틀 지령치 변환부 (249) 는, 엔진 목표 출력 (D240) 을, 적절히 스로틀 지령치 (D250) 로 변환한다. 스로틀 지령치 (D250) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 엔진 제어 지령으로서 사용된다. 스로틀 지령치 (D250) 는, 도 3 에 나타내는 제 3 등스로틀선 (EL3) 에 대응한다. 스로틀 지령치 변환부 (249) 는, 엔진 목표 출력 (D240) 에 대응하는 등마력선 (EP) 이, 도 3 에 나타내는 매칭 루트 (ML) 와 교차하는 점에 일치하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 을, 스로틀 지령치 (D250) 로 한다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 스로틀 지령치 (D250) 에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3) 에 따라, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

도 10 은, 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 은, 유압 셔블 (1) 의 작업시에 최저한 상승시키지 않으면 안되는 엔진 회전수인 매칭 최소 회전 속도 (D150) 를 연산한다. 레버치·매칭 최소 회전 속도 변환 테이블 (251) 이 각 레버치 신호 (D100) 를 변환한 각 값이, 매칭 최소 회전 속도 (D150) 의 후보치가 된다. 각 후보치는, 각각 최대치 선택부 (MAX 선택) (255) 에 출력된다.

무부하 회전 속도·매칭 회전수 변환 테이블 (252) 은, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 과 매칭 루트 (ML) 의 교점에 있어서의 엔진 (17) 의 회전 속도를 매칭 회전 속도 (np2') 로 하여, 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 이 구한 무부하 최대 회전 속도 (D210) (np2) 를 변환하여 출력한다. 감산부 (254) 는, 이 매칭 회전 속도 (np2') 로부터 저속 오프셋 회전수 (253) 를 감산한다. 감산부 (254) 는, 감산의 결과, 얻어진 값을, 매칭 최소 회전 속도 (D150) 의 후보치로서 최대치 선택부 (MAX 선택) (255) 에 출력한다.

발전 전동기 (19) 는, 출력할 수 있는 토크의 한계치 (발전기 최대 토크) 가 설정되어 있다. 이 때문에, 발전 전동기 (19) 가 어느 정도 큰 출력으로 발전하기 위해서는, 엔진 회전 속도 (D107) 를 상승시킬 필요가 있다. 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 은, 수시로 요구되는 발전기 출력 (D303) 의 크기로부터, 최저한 상승시키지 않으면 안 되는 엔진 회전 속도 (D107) 를, 발전기 출력·매칭 회전수 변환 테이블 (351) 을 이용하여 구한다. 그리고, 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 은, 구해진 엔진 회전 속도를 매칭 최소 회전 속도 (D150) 의 후보치로서 최대치 선택부 (MAX 선택) (255) 에 출력한다. 또한, 발전기 출력 (D303) 의 후단에 배치되는 게이트 (350) 는, 발전기 출력 (D303) 이 부이기 때문에, 발전기 출력 (D303) 을 정의 값으로 변환하기 위해서 형성되어 있다.

선회 회전 속도·매칭 최소 회전 속도 변환 테이블 (250) 은, 선회 회전 속도 (D101) 를 매칭 최소 회전 속도 (D150) 의 후보치로서 변환한 후, 최대치 선택부 (255) 에 출력한다. 선회 회전 속도 (D101) 는, 도 2 의 선회 유압 모터 (31) 의 선회 회전 속도를 리졸버 또는 로터리 인코더 등의 회전 센서로 검출한 값이다. 이 선회 회전 속도·매칭 최소 회전 속도 변환 테이블 (250) 은, 선회 회전 속도 (D101) 가 제로일 때, 매칭 최소 회전 속도를 크게 하고, 선회 회전 속도 (D101) 가 커짐에 따라 매칭 최소 회전 속도를 작게 하는 것과 같은 특성으로 선회 회전 속도 (D101) 를 매칭 최소 회전 속도로 변환한다. 최대치 선택부 (255) 는, 이들 매칭 최소 회전 속도 그리고 감산부 (254) 및 발전기 출력·매칭 회전수 변환 테이블 (351) 로부터 출력된 매칭 최소 회전 속도 (D150) 의 후보치로부터 최대치를 선택하여, 매칭 최소 회전 속도 (D150) 로서 출력한다.

본 실시형태에서는, 작업기 (3) 의 부하가 저하한 경우, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 는, 최대로 무부하 최대 회전 속도 (np2) 까지 증가한다. 또한, 작업기 (3) 에 충분한 부하가 작용한 경우, 엔진 (17) 의 회전 속도는, 목표 매칭 회전 속도 (np1) 까지 저하한다. 이 경우, 작업기 (3) 에 작용하는 부하의 대소에 따라, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 는 크게 변동하게 된다. 이 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 큰 변동은, 유압 셔블 (1) 이 힘을 충분히 발생하고 있지 않는 것과 같은 위화감을 유압 셔블 (1) 의 오퍼레이터에게 부여할 가능성이 있다.

이 때문에, 본 실시형태에서는, 저속 오프셋 회전수를 이용하여, 저속 오프셋 회전수의 대소에 따라, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 변동폭을 변화시켜 전술한 위화감을 저감시킬 수 있다. 즉, 저속 오프셋 회전수를 작게 하면, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 변동폭은 작아지고, 저속 오프셋 회전수를 크게 하면, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 변동폭은 커진다. 또한, 상부 선회체 (5) 가 선회를 하고 있는 상태 또는 작업기 (3) 가 굴삭 작업을 하고 있는 상태 등의 유압 셔블 (1) 의 가동 상태에 따라, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 변동폭이 동일해도 오퍼레이터의 위화감은 상이하다.

예를 들어, 상부 선회체 (5) 가 선회를 하고 있는 상태에서는, 작업기 (3) 가 굴삭 작업을 하고 있는 상태보다 다소 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 저하해도 오퍼레이터는 역부족이라고는 잘 느끼지 않는다. 이 때문에, 상부 선회체 (5) 가 선회하고 있는 상태에서는, 작업기 (3) 가 굴삭 작업을 하고 있는 상태보다 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 더욱 저하하도록 해도 된다. 이 경우, 엔진 (17) 의 회전 속도가 저하하기 때문에, 연비는 향상된다. 또한, 상부 선회체 (5) 의 선회에 한정하지 않고, 다른 액츄에이터의 동작에 따라 엔진 (17) 의 회전 속도의 변동폭을 설정해도 된다. 본 실시형태에 있어서, 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

도 11 은, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 은, 도 3 에 나타낸, 목표 매칭 회전 속도 (np1) (D260) 를 연산한다. 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, 엔진 목표 출력 (D240) 과 매칭 루트 (ML) 가 교차하는 매칭점 (MP1) 의 엔진 (17) 의 회전 속도이다. 매칭 루트 (ML) 는, 엔진 (17) 이 어느 출력으로 동작할 때에 연료 소비율이 양호한 점을 통과하도록 설정되어 있다. 이 때문에, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, 매칭 루트 (ML) 상에 있어서의 엔진 목표 출력 (D240) 과의 매칭점 (MP1) 으로 결정되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 목표 매칭 회전수 (D260) 는, 원칙적으로 엔진 목표 출력 (D240) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점에 있어서의 회전 속도이다. 엔진 최대 출력 (D230) 은, 도 8 에 나타내는 바와 같이 펌프 출력 리미트치에 팬 마력과 발전기 출력 (D303) 을 가산한 값이다. 이 엔진 최대 출력 (D230) 을 이용하여 도 9 에 나타내는 바와 같이 엔진 목표 출력 (D240) 이 결정된다. 또한, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 에 엔진 목표 출력 (D240) 이 입력되어, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 가 결정된다. 또한, 발전 전동기 (19) 에 요구되는 발전기 출력 (D303) 에 의해 목표 매칭 회전 속도 (D260) 의 값은 변화한다.

발전 전동기 (19) 는, 작은 발전 토크로 발전하면 효율이 나쁘다. 이 때문에, 도 2 에 나타내는 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, 발전 전동기 (19) 에 발전시키는 경우, 미리 설정한 최소 발전 토크 이상으로 발전하도록 제어한다. 이 결과, 발전 전동기 (19) 가 발전하지 않는 상태 (발전 오프) 로부터 발전하는 상태 (발전 온) 로 전환될 때에, 발전의 온과 오프가 최소 발전 토크를 경계로 하여 전환되기 때문에, 발전기 출력 (D303) 은 불연속으로 변화한다. 엔진 목표 출력 (D240) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점으로 매칭점을 정하면, 이 발전기 출력 (D303) 의 불연속적인 변화에 따라, 발전 온/오프의 전환으로 목표 매칭 회전수 (D260) 가 크게 변동할 가능성이 있다.

이 때문에, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 은, 최소 발전 출력 연산 블록 (362) 이 엔진 회전수 (D107) 를 이용하여, 식 (3) 으로부터 최소 발전 출력을 구한다. 식 (3) 중, 최소 발전 토크는, 값이 부의 설정치이다.

최소 발전 출력 (㎾) = 2π／60 × 엔진 회전수 × 최소 발전 토크 ÷ 1000···(3)

요구되는 발전기 출력 (D303) 이, 구해진 최소 발전 출력보다 작은 경우, 가산부 (365) 는, 최소 발전 출력에 대하여 부족한 출력분을, 엔진 목표 출력 (D240) 에 가산한다. 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 은, 가산부 (365) 가 출력한 엔진 목표 출력을 이용하여, 엔진 목표 출력·목표 매칭 회전 속도 변환 테이블 (260) 에 의해 목표 매칭 회전 속도의 후보치를 연산한다. 이와 같이 하여, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 은, 발전 온/오프에 수반한 목표 매칭 회전수 (D260) 의 변동을 억제한다.

발전기 출력 (D303) 의 후단의 최소치 선택부 (MIN 선택) (361) 는, 요구되는 발전기 출력 (D303) 이 없는 경우, 예를 들어, 엔진 (17) 의 출력 어시스트를 실시하는 경우 등에, 제로 출력으로 하기 위해서, 입력치와 제로치 (360) 를 비교한다. 따라서, 요구되는 발전기 출력 (D303) 이 없는 경우, 엔진 목표 출력 (D240) 에 가산되는 값이 존재하지 않게 된다. 또한, 요구되는 발전기 출력 (D303) 이 최소 발전 출력 이상인 경우에 있어서, 최소 발전 출력에 부족함이 없는 점에서, 엔진 목표 출력 (D240) 에 출력의 가산은 불필요해진다. 따라서, 최대치 선택부 (MAX 선택) (364) 에 부의 값이 입력되어, 최대치 선택부 (364) 는 입력치와 제로치 (363) 를 비교한 결과, 최대치인 제로를 선택하고, 이것을 출력한다.

엔진 목표 출력·목표 매칭 회전 속도 변환 테이블 (260) 은, 도 5 에 나타내는 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 이 구한 엔진 목표 출력 (D240) 의 입력을 받아, 엔진 목표 출력 (D240) 과 매칭 루트 (ML) 의 매칭점 (MP1) 에서의 목표 매칭 회전 속도 (np1) 를 구하여, 최대치 선택부 (MAX 선택) (261) 에 출력한다.

도 10 에 나타낸 매칭 최소 회전 속도 연산 블록 (150) 의 연산에 의하면, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 의 변동폭을 작게 하는 경우, 매칭 최소 회전 속도 (D150) 가, 엔진 목표 출력·목표 매칭 회전 속도 변환 테이블 (260) 로부터 구한 매칭 회전수보다 커진다. 이 때문에, 최대치 선택부 (MAX 선택) (261) 는, 매칭 최소 회전 속도 (D150) 와, 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터 구해진 목표 매칭 회전 속도 (np1) 를 비교한다. 그리고, 최대치 선택부 (261) 는, 최대치를 선택하여 목표 매칭 회전 속도 (D260) 의 후보치로 함으로써, 목표 매칭 회전 속도 (np1) 의 하한을 제한하고 있다. 도 3 에 나타내는 예에 있어서, 저속 오프셋 회전수를 소로 하면, 매칭 루트 (ML) 를 벗어나는데, 목표 매칭점은 MP1 이 아니라 MP3 이 되고, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, np1 이 아니라 np1' 가 된다.

또한, 도 5 및 도 6 에 나타내는 무부하 최대 회전 속도 연산 블록 (110) 이 구한 무부하 최대 회전 속도 (D210) 와 마찬가지로, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, 스로틀 설정치 (D102) 에 의해서도 상한이 제한된다. 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 은, 스로틀 다이얼·목표 매칭 회전 속도 변환 테이블 (262) 을 이용하여, 스로틀 설정치 (D102) 를 목표 매칭 회전 속도의 후보치로 변환한다. 스로틀 다이얼·목표 매칭 회전 속도 변환 테이블 (262) 은, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 의 후보치를 최소치 선택부 (MIN 선택) (263) 에 출력한다.

최소치 선택부 (263) 는, 스로틀 다이얼·목표 매칭 회전 속도 변환 테이블 (262) 에서 공출력된 목표 매칭 회전 속도 (D260) 의 후보치와, 최대치 선택부 (261) 에서 선택된 목표 매칭 회전 속도 (D260) 의 후보치를 비교한다. 비교의 결과, 최소치 선택부 (263) 는, 양자 중 최소치를 선택하여, 최종적인 목표 매칭 회전 속도 (D260) 로서 출력한다. 본 실시형태에 있어서, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

도 12 는, 엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 12 에 나타내는 바와 같이, 엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 의 평균부 (270) 는, 2 개의 유압 펌프 (18) 의 사판각 센서 (18a) 가 검출한 사판각에 기초하여 구해진 펌프 용량 (D110, D111) 을 이용하여, 펌프 용량 (D110, D111) 을 평균한 평균 펌프 용량을 산출한다. 엔진 회전 속도 지령 선택 블록 (272) 은, 평균부 (270) 가 산출한 평균 펌프 용량의 크기에 따라, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) (무부하 최대 회전 속도 (np2)) 를 구한다.

이 경우, 엔진 회전 속도 지령 선택 블록 (272) 은, 평균 펌프 용량이, 어느 설정치 (임계치) 보다 큰 경우에는, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 를 무부하 최대 회전 속도 (np2) (D210) 에 접근하도록 한다. 요컨대, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 증대시킨다. 한편, 엔진 회전 속도 지령 선택 블록 (272) 은, 평균 펌프 용량이, 어느 설정치보다 작은 경우에는, 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 에 접근하도록, 요컨대 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 감소시킨다.

목표 매칭 회전 속도 (np1) (D260) 와 매칭점 (MP1) 의 교점으로부터, 매칭점 (MP1) 을 통과하는 가변 회전 속도 제한선 (VL2'') 을 따라, 토크 (T) 가 0, 즉 가로축을 향하여 내려간 위치에 상당하는 엔진 (17) 의 회전 속도를 무부하 회전 속도 (np1a) 로 한다. 무부하 회전 속도 (np1a) 에 하한 회전 속도 오프셋치 (Δnm) 를 더한 값을, 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 로 한다. 또한, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 에 대응하는 무부하 회전 속도 (np1a) 로의 변환은, 예를 들어, 매칭 회전 속도·무부하 회전 속도 변환 테이블 (271) 이 실시한다. 이와 같이, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 는, 펌프 용량의 상태에 따라, 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 와 무부하 최대 회전 속도 (np2) 사이에서 정해진다. 하한 회전 속도 오프셋치 (Δnm) 는, 미리 설정된 값으로서, 예를 들어, 펌프 컨트롤러 (33) 의 기억 장치에 기억되어 있다.

구체적으로 설명하면, 엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 은, 평균 펌프 용량이, 어느 설정치 (q_com1) 보다 큰 경우에는, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 를 무부하 최대 회전 속도 (np2) 에 접근하도록 한다. 또한, 평균 펌프 용량이, 어느 설정치 (q_com1) 보다 작은 경우에는, 엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 은, 식 (4) 를 이용하여, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 를 구한다.

엔진 회전 속도 지령치 (D270) = 목표 매칭 회전 속도 (np1) 를 무부하 회전 속도 (np1a) 로 변환한 회전 속도 ＋ 하한 회전 속도 오프셋치 (Δnm) ···(4)

엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 은, 이와 같이 하여 구해진 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 를 이용하여, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 을 생성할 수 있다. 그 결과, 기관 제어 장치는, 펌프 용량에 여유가 있는 경우 (평균 펌프 용량이 어느 설정치보다 소인 경우) 에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 저하시키는, 즉, 엔진 (17) 의 회전 속도를 무부하 최소 회전 속도 (nm1) 로 하는 것이 가능해지고, 연료 소비를 억제하여 연비 향상이 가능해진다. 설정치 (q_com1) 는, 미리 설정된 값으로서, 펌프 컨트롤러 (33) 의 메모리에 기억되어 있다. 또한, 설정치 (q_com1) 는, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 증가하는 측과 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 감소하는 측으로 나누어 2 개의 상이한 설정치를 형성하고, 엔진 (17) 의 회전 속도가 변화하지 않는 범위를 형성하도록 해도 된다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다.

도 13 은, 펌프 흡수 토크 지령치 연산 블록 (180) 의 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 도 14 는, 토크선도의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 펌프 흡수 토크 지령치 연산 블록 (180) 의 기능은, 펌프 컨트롤러 (33) 가 실현한다. 펌프 흡수 토크 지령치 연산 블록 (180) 은, 현재의 엔진 회전 속도 (D107) 와 엔진 목표 출력 (D240) 과 목표 매칭 회전 속도 (D260) 를 이용하여, 펌프 흡수 토크 지령치 (D280) 를 구한다. 팬 마력 연산 블록 (280) 은, 엔진 회전 속도 (D107) 를 이용하여 팬 마력을 연산한다. 또한, 팬 마력은, 상기 서술한 식 (4) 를 이용하여 구할 수 있다.

펌프 흡수 토크 지령치를 구하는 경우, 펌프 목표 매칭 회전 속도 및 토크 연산 블록 (282) 은, 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터 팬 마력 뿐만 아니라, 발전기 출력 (D303) 을 감산한 출력 (펌프 목표 흡수 마력) 을 사용한다. 요구되는 발전기 출력 (D303) 의 값은 부이다. 이 때문에, 최소치 선택부 (MIN 선택) (381) 에서 제로치 (380) 와의 비교로 최소치가 선택되고, 선택된 최소치가 연산부 (281) 에 의해 엔진 목표 출력 (D240) 에 가산된다는 것은, 실질적으로, 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터 발전기 출력 (D303) 이 감산되게 된다.

발전 오프의 경우에는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 발전 오프의 경우에 있어서의 엔진 목표 출력 (D240) 을 나타내는 제 3 등스로틀선 (EL3g) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점이 목표 매칭점 (Ma) 이 된다. 발전 오프의 경우, 전술한 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 에 의해 연산된 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, 목표 매칭점 (Ma) 일 때의 회전 속도 (npa) 가 된다.

발전 전동기 (19) 가 최소 발전 출력 (Pm) 으로 발전하는 경우, 최소 발전 출력 (Pm) 을 만족하기 위한 엔진 목표 출력 (D240) 을 나타내는 제 3 등스로틀선 (EL3h) 이 된다. 이 경우, 제 3 등스로틀선 (EL3h) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점이 목표 매칭점 (Mb) 이 된다. 발전 전동기 (19) 가 최소 발전 출력 (Pm) 으로 발전하는 경우, 전술한 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 에 의해 연산된 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, 목표 매칭점 (Ma) 일 때의 회전 속도 (npa') 가 된다.

도 12 에 나타낸 엔진 제어를 실행하지 않는 경우, 최소 발전 출력 (Pm) 미만의 발전에서는 실제의 발전 출력이 작다. 이 때문에, 발전 전동기 (19) 의 발전의 온/오프에 의해 목표 매칭점은 Ma 와 Mb 사이를 빈번하게 이행하기 때문에, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 도 빈번하게 변화한다. 본 실시형태에서는, 발전 전동기 (19) 가 최소 발전 출력 (Pm) 미만으로 발전하는 경우, 발전 오프시에는 미리 목표 매칭 회전 속도를 npa' 로 하고 있다. 이 때문에, 발전 전동기 (19) 의 발전의 온/오프에 의해 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는 변동하지 않는다. 그리고, 발전 오프시의 목표 매칭점은, 제 3 등스로틀선 (EL3g) 과 목표 매칭 회전 속도 (npa') 의 교점 (Ma') 이 된다.

따라서, 도 12 에 나타낸 엔진 제어를 실행하지 않는 경우, 발전기 출력 (D303) 의 증대와 함께, 매칭점이 Ma → Mb → Mc 와 같이 이행하게 되지만, 본 실시형태에서는, 발전기 출력 (D303) 의 증대와 함께, 매칭점은 Ma' → Mb → Mc 와 같이 이행한다.

감산부 (281) 는, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 이 구한 엔진 목표 출력 (D240) 에 최소치 선택부 (381) 의 출력치를 가산한 값으로부터, 팬 마력을 감산한 출력 (펌프 목표 흡수 마력) 을 구한다. 그리고, 감산부 (281) 는, 구한 값을, 펌프 목표 매칭 회전 속도 및 토크 연산 블록 (282) 에 입력한다. 이 목표 매칭 회전 속도 및 토크 연산 블록 (282) 에는, 추가로, 목표 매칭 회전 속도 연산 블록 (160) 에서 구해진 목표 매칭 회전 속도 (D260) 가 입력된다. 목표 매칭 회전 속도 (D260) 는, 유압 펌프 (18) 의 목표 매칭 회전 속도 (펌프 목표 매칭 회전 속도) 가 된다. 그리고, 펌프 목표 매칭 회전 속도 및 토크 연산 블록 (282) 은, 식 (5) 에 나타내는 펌프 목표 매칭 토크를 연산한다. 펌프 목표 매칭 회전 속도 및 토크 연산 블록 (282) 이 연산한 펌프 목표 매칭 토크는, 펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 에 출력된다.

펌프 목표 매칭 토크 = (60 × 1000 × (엔진 목표 출력 - 팬 마력))/(2π × 목표 매칭 회전 속도)···(5)

펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 에는, 펌프 목표 매칭 회전 속도 및 토크 연산 블록 (282) 으로부터 출력된 펌프 목표 매칭 토크와, 도 2 에 나타내는 회전 속도 검출 센서 (17C) 가 검출한 엔진 회전 속도 (D107) 와, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 가 입력된다. 펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 은, 식 (5) 에 나타내는 다음 식에 나타내는 펌프 흡수 토크를 연산한다. 식 (6) 중의 Kp 는, 제어 게인이다. 펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 은, 연산 결과인 펌프 흡수 토크 지령치 (D280) 를 출력한다.

펌프 흡수 토크 = 펌프 목표 매칭 토크 - Kp × (목표 매칭 회전 속도 - 엔진 회전수)···(6)

이와 같은 제어 플로우에 의해, 현재의 엔진 회전 속도 (D107) 가 목표 매칭 회전 속도 (D260) 에 비하여 큰 경우에는, 상기의 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 펌프 흡수 토크 지령치 (D280) 는 증가한다. 현재의 엔진 회전 속도 (D107) 가 목표 매칭 회전 속도 (D260) 에 비하여 작은 경우에는, 펌프 흡수 토크 지령치 (D280) 는 감소한다. 한편, 엔진 (17) 의 출력은, 엔진 목표 출력 (D240) 이 상한이 되도록 제어되기 때문에, 결과적으로 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 는, 목표 매칭 회전 속도 (D260) 근방의 회전수로 안정되게 된다.

엔진 회전 속도 지령치 연산 블록 (170) 에서는, 엔진 회전 속도 지령치 (D270) 의 최소치는, 전술한 바와 같이, 식 (3) 으로 구할 수 있다. 목표 매칭 회전 속도 (D260) 에 대하여 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 적어도 하한 회전 속도 오프셋치 (Δnm) 가 가산된 높은 회전 속도로 설정된다. 이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 유압 펌프 (18) 의 실제의 흡수 토크 (펌프 실제 흡수 토크) 가 펌프 흡수 토크 지령에 대하여 다소 편차가 있는 경우에도, 가변 회전 속도 제한선 (VL2) 에는 걸리지 않는 범위에서 매칭하게 된다. 또한, 본 실시형태는, 제 3 등스로틀선 (EL3) 상에 엔진 (17) 의 출력을 일정하게 제어하고 있기 때문에, 엔진 (17) 의 매칭 회전 속도가 다소 변동한 경우 또는 실제의 흡수 토크 (펌프 실제 흡수 토크) 가 펌프 흡수 토크 지령에 대하여 편차를 발생시킨 경우에도, 엔진 (17) 의 출력의 변동을 작게 할 수 있다. 이 결과, 연비의 편차도 작게 억제할 수 있고, 유압 셔블 (1) 의 연비에 대한 사양을 만족할 수 있다. 연비에 대한 사양이란, 예를 들어, 종래의 유압 셔블에 비하여, 연비를 10 ％ 저감 가능 등의 사양이다.

이상, 본 실시형태는, 제 1 등스로틀선 (EL1), 제 2 등스로틀선 (EL2) 및 양자를 보간하여 얻어지는 제 3 등스로틀선 (EL3) 의 정보와, 스로틀의 지시치에 기초하여, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어한다. 이 때문에, 본 실시형태는, 비교적 간이하게 생성할 수 있는 스로틀의 지시치를 이용하여 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 수 있기 때문에, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 때의 자유도 및 범용성이 향상된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태는, 작업 기계로서의 유압 셔블 (1) 에 탑재되는 엔진 (17) 을 제어하는 데에 있어서, 연료 조정 다이얼에 의한 지령치 또는 이것과 동일 종류의 지령치를 엔진 컨트롤러 (30) 에 부여하여 엔진 (17) 을 제어할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 본 실시형태는, 유압 셔블 (1) 에 탑재되는 엔진에 대한 새로운 제어 장치 및 제어 방법을 제안할 수 있다.

본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어는, 스로틀의 설정치 (지령치) 에 의해서만 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어는, 펌프 컨트롤러 (33) 또는 다른 제어 장치를 이용하지 않아도, 스로틀의 설정치만을 생성함으로써 엔진 (17) 을 제어할 수 있기 때문에, 엔진 (17) 의 운전 상태를 제어할 때의 자유도 및 범용성이 향상된다. 스로틀의 설정치는, 0 ％ 내지 100 ％ 사이에 있어서의 백분율로 나타내기 때문에, 비교적 간단하게 생성된다. 이 때문에, 스로틀의 설정치를 사용하는 것에 의해, 비교적 간단하게 엔진 (17) 을 제어할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 제 1 등스로틀선 (EL1) 은, 엔진 (17) 의 출력이 일정해지도록 정해진 등마력선으로서, 정격 출력이 되는 회전 속도에 있어서의 출력이, 정격 출력보다 커지도록 정해진다. 제 2 등스로틀선 (EL2) 은, 엔진 (17) 의 마찰 토크 (Tf) 에 기초하여, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 증가함에 따라, 토크 (T) 가 1 차 함수에 따라 감소하도록 정해진다. 제 3 등스로틀선 (EL3) 은, 제 1 등스로틀선 (EL1) 과 제 2 등스로틀선 (EL2) 을 보간하여 얻어진다. 이와 같이 함으로써, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 등마력선 (EP) 의 관계를 전술한 관계로 할 수 있다.

본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어에서는, 매칭 루트 (ML) 로 등마력선 (EP) 과 제 3 등스로틀선 (EL3) 을 일치시키고 있다. 또한, 매칭 루트 (ML) 보다 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 큰 경우에는, 동일한 회전 속도 (n) 로 비교하면, 제 3 등스로틀선 (EL3) 이 등마력선 (EP) 보다 크게 하고 있다. 또한, 매칭 루트 (ML) 보다 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 가 작은 경우에는, 동일한 회전 속도 (n) 로 비교하면, 등마력선 (EP) 이 제 3 등스로틀선 (EL3) 보다 크게 하고 있다. 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어에서는, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과 등마력선 (EP) 의 관계를 이와 같은 관계로 하고 있다. 그 결과, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어는, 작업기 (3) 에 대한 부하가 저하한 후에 유압 펌프 (18) 의 유량이 필요한 경우에는, 작동유의 유량을 확보하면서, 엔진 (17) 의 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 작동유에 높은 압력이 요구되는 경우, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어는, 등마력선 (EPd) 보다 이것에 대응하는 제 3 등스로틀선 (EL3d) 을 사용하기 때문에, 엔진 (17) 은 보다 큰 토크 (T) 를 발생할 수 있다.

가변 회전 속도 제한선 (VL2) 은, 기울기를 h1 을 가지고 있기 때문에, 제 3 등스로틀선 (EL3) 과의 매칭을 취하기 쉽다는 이점이 있다.

본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어에 있어서, 제 1 등스로틀선 (EL1) 은, 엔진 (17) 의 각 회전 속도 (n) 에 있어서, 엔진 (17) 의 최대 토크선 (TL) 보다 토크 (T) 가 높아져 있다. 이와 같이 함으로써, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어는, 다른 제어 장치와의 사이에서 통신의 지연이 발생하거나, 엔진 (17) 의 사용 환경이 변동된 경우에, 엔진 (17) 의 출력이 최대 토크선 (TL) 으로 규정되는 값을 초과할 가능성을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 엔진 (17) 은, 과부하로 사용될 가능성이 저감된다.

본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어를 실행하는 경우, 엔진 (17) 의 회전 속도를 빠르게 증가시킬 필요가 있다. 엔진 (17) 의 목표 매칭 회전 속도 (D260) 와 실제의 엔진의 회전 속도 (n) 의 편차가 큰 경우, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 증속할 필요가 있다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 (17) 은, 출력 샤프트에 발전 전동기 (19) 가 연결되어 있기 때문에, 발전 전동기 (19) 를 역행시킴으로써, 엔진 (17) 의 회전 속도 (n) 를 증속할 수 있다. 그 결과, 유압 셔블의 작업성을 확보할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 관련된 엔진 (17) 의 제어는, 하이브리드 방식의 작업 기계에 바람직하다.

본 실시형태에 있어서는, 엔진 (17) 을 구비한 유압 셔블 (1) 을 작업 차량의 예로 하였지만, 본 실시형태를 적용할 수 있는 작업 차량은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 작업 차량은, 휠 로더, 불도저 및 덤프 트럭 등이어도 된다. 작업 기계가 탑재하는 엔진의 종류도 한정되지 않는다. 또한, 작업 기계는, 하이브리드 방식이 아니어도 된다.

이상, 본 실시형태를 설명했지만, 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 ; 유압 셔블
1PS ; 구동 시스템
2 ; 차량 본체
3 ; 작업기
4 ; 하부 주행체
5 ; 상부 선회체
14 ; 붐 실린더 (유압 실린더)
15 ; 아암 실린더 (유압 실린더)
16 ; 버킷 실린더 (유압 실린더)
17 ; 엔진
17S ; 회전 속도 검출 센서
18 ; 유압 펌프
18a ; 사판각 센서
20 ; 컨트롤 밸브
20a ; 펌프압 검출부
27 ; 레버 조작량 검출부
27S ; 압력 센서
28 ; 스로틀 다이얼
30 ; 엔진 컨트롤러
31 ; 선회 유압 모터
32 ; 커먼 레일 제어부
33 ; 펌프 컨트롤러
EL1 ; 제 1 등스로틀선
EL2 ; 제 2 등스로틀선
EL3 ; 제 3 등스로틀선
EP ; 등마력선
ML ; 매칭 루트

Claims

작업 기계에 탑재되어 상기 작업 기계의 동력원이 되는 내연 기관을 제어하는 데에 있어서,
상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 상기 내연 기관의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이 상기 정격 출력 이상이 되도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 1 관계와,
상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 상기 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 상기 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 상기 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 2 관계의 보간 관계로부터 얻어지는, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 관계인 제 3 관계와,
상기 내연 기관의 회전 속도에 대한 출력이 일정해지도록 정해진 상기 내연 기관의 회전 속도와 상기 내연 기관의 토크에 대한 제 4 관계와,
상기 제 3 관계와 상기 제 4 관계가 교차하는 부분으로부터 상기 내연 기관의 고회전 속도측에 있어서 상기 제 4 관계보다 상기 내연 기관의 회전 속도에 대한 상기 내연 기관의 토크의 관계가 작아지도록 상기 제 3 관계를 규정하고, 규정된 상기 제 3 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 관계와 상기 제 4 관계가 교차하는 부분으로부터 저회전 속도측에 있어서, 상기 제 4 관계보다 상기 내연 기관의 회전 속도에 대한 상기 내연 기관의 토크가 커지도록 상기 제 3 관계를 규정하고, 규정된 상기 제 3 관계를 이용하여 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내연 기관의 제어 장치는, 상기 제 4 관계와, 상기 내연 기관의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록 설정된 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 5 관계가 교차하는 부분을 지날 때의 상기 제 3 관계를 이용하여, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 내연 기관의 제어 장치는,
상기 제 3 관계와 상기 제 5 관계가 교차할 때에 있어서의 상기 회전 속도 및 상기 토크가 되도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 내연 기관의 제어 장치는,
추가로, 상기 작업 기계의 부하가 저하한 경우에 있어서의 상기 내연 기관의 최대 회전 속도인 무부하 최대 회전 속도로부터 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 6 관계를 이용하여, 상기 제 4 관계와 상기 제 5 관계가 교차하는 부분을 지날 때의 상기 제 3 관계를 이용한 제어 중에 상기 내연 기관의 부하가 저하했을 때의 운전 상태를, 상기 제 3 관계와 상기 제 6 관계가 교차할 때에 있어서의 상기 회전 속도 및 상기 토크가 되도록 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 6 관계는, 상기 회전 속도의 증가와 함께, 상기 토크가 작아지는 관계인, 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 관계는, 상기 내연 기관이 실제로 출력할 수 있는 상한치보다 큰 출력이 되도록 정해지는, 내연 기관의 제어 장치.
내연 기관과,
상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 상기 내연 기관의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이 상기 정격 출력 이상이 되도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 1 관계와,
상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 상기 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 상기 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 상기 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 2 관계의 보간 관계로부터 얻어지는, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 관계인 제 3 관계가, 상기 내연 기관의 출력이 일정해지도록 정해진 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 4 관계와, 상기 내연 기관의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록 설정된 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 5 관계가 교차하는 부분을 지날 때의 상기 제 3 관계에서의 회전 속도 및 토크가 되도록, 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 내연 기관의 제어 장치를 포함하고,
상기 내연 기관의 제어 장치는,
작업 기계의 부하가 저하한 경우에 있어서의 상기 내연 기관의 최대 회전 속도인 무부하 최대 회전 속도로부터 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 6 관계를 이용하여, 상기 제 4 관계와 상기 제 5 관계가 교차하는 부분을 지날 때의 상기 제 3 관계를 이용한 제어 중에 상기 내연 기관의 부하가 저하했을 때의 운전 상태를, 상기 제 3 관계와 상기 제 6 관계가 교차할 때에 있어서의 상기 회전 속도 및 상기 토크가 되도록 제어하는, 작업 기계.
상기 내연 기관과,
상기 내연 기관에 의해 구동되는 발전 전동기와,
전력을 저장하는 축전 장치와,
상기 발전 전동기가 발전한 전력 또는 상기 축전 장치로부터 방전되는 전력이 공급되어 구동하는 전동기와,
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 내연 기관의 제어 장치를 포함하는 작업 기계.
작업 기계에 탑재되어 상기 작업 기계의 동력원이 되는 내연 기관을 제어하는 데에 있어서,
상기 작업 기계의 운전 상태를 검출하고,
검출한 상기 운전 상태를 기초로,
상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 최대가 되는 경우에 대응하고, 또한 상기 내연 기관의 정격 출력이 되는 회전 속도에서의 출력이 상기 정격 출력 이상이 되도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 1 관계와,
상기 내연 기관의 각 회전 속도에 있어서 상기 내연 기관에 대한 연료 분사량이 0 인 경우에 대응하고, 상기 내연 기관의 토크 및 회전 속도가 0 을 기점으로 하여, 상기 내연 기관의 회전 속도의 증가에 따라, 상기 내연 기관의 토크가 저하하도록 정해진, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 2 관계의 보간 관계로부터 얻어지는, 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 관계인 제 3 관계와,
상기 내연 기관의 회전 속도에 대한 출력이 일정해지도록 정해진 상기 내연 기관의 회전 속도와 상기 내연 기관의 토크에 대한 제 4 관계와,
상기 제 3 관계와 상기 제 4 관계가 교차하는 부분으로부터 상기 내연 기관의 고회전 속도측에 있어서 상기 제 4 관계보다 상기 내연 기관의 회전 속도에 대한 상기 내연 기관의 토크의 관계가 작아지도록 제 3 관계를 규정하고, 규정된 상기 제 3 관계를 이용하여 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 3 관계와 상기 제 4 관계가 교차하는 부분으로부터 저회전 속도측에 있어서, 상기 제 4 관계보다 상기 내연 기관의 회전 속도에 대한 상기 내연 기관의 토크가 커지도록 상기 제 3 관계를 규정하고, 규정된 상기 제 3 관계를 이용하여 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 경우,
상기 제 4 관계와, 상기 내연 기관의 출력에 대한 연료 소비율이 가장 작아지도록 설정된 상기 내연 기관의 토크와 회전 속도의 제 5 관계가 교차하는 부분을 지날 때의 상기 제 3 관계를, 상기 제 4 관계에 대응하는 출력을 상기 내연 기관에 발생시키기 위해서 사용하는, 내연 기관의 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는 경우,
상기 제 3 관계와 상기 제 5 관계가 교차할 때에 있어서의 상기 회전 속도 및 상기 토크가 되도록 상기 내연 기관의 운전 상태를 제어하는, 내연 기관의 제어 방법.