KR101787803B1

KR101787803B1 - 작업 기계

Info

Publication number: KR101787803B1
Application number: KR1020137008157A
Authority: KR
Inventors: 고오지 이시카와; 히데토시 사타케; 신지 니시카와; 다카토시 오오키
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2017-10-18
Also published as: EP2613030B1; CN103069118B; KR20130099083A; EP2613030A1; JPWO2012029606A1; CN103069118A; WO2012029606A1; EP2613030A4; US20130213020A1; US9010088B2; JP5663583B2

Abstract

전동 부하 걸기 수단을 구비한 것이며, 전동 어시스트 모터 및 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템의 고장 시이어도, 배기 가스 정화 장치의 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있는 작업 기계를 제공한다.
본 발명은 배기 가스의 온도를 입자상 물질의 연소에 필요한 온도로 되도록 엔진(2)에 부하를 거는 부하 걸기 수단이, 전동 어시스트 모터(23)를 발전 동작시킴으로써 엔진(2)에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단과, 가변 용량형 유압 펌프(4)의 토출압을 상승시킴으로써 엔진(2)에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단으로 이루어지고, 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단을 선택적으로 작동시키는 제어 처리를 행하는 선택 제어 수단을 구비한 구성으로 하고 있다.

Description

작업 기계{WORKING MACHINE}

본 발명은 배기 가스 정화 장치를 갖는 유압 셔블 등의 작업 기계에 관한 것이다.

작금의 작업 기계, 예를 들어 유압 셔블은, 일반적으로, 엔진과, 이 엔진의 동력을 전달하여 구동하는 가변 용량형 유압 펌프와, 이 가변 용량형 유압 펌프로부터 토출된 작동유로 구동하는 유압 액추에이터와, 가변 용량형 유압 펌프와 유압 액추에이터와의 사이에 개재하여, 유압 액추에이터에 작동유를 공급하는 상태와, 유압 액추에이터에 작동유를 공급하지 않고 작동유를 작동유 탱크에 복귀시키는 비공급 상태 중 어느 하나로 전환 가능한 액추에이터 제어용 제어 밸브와, 엔진에 있어서의 불완전 연소로 발생한 배기 가스 중의 입자상 물질을 필터에 의해 포집하는 배기 가스 정화 장치를 구비하고 있다.

배기 가스 정화 장치는, 엔진의 배기 가스를 유압 셔블의 외부로 유도하는 배기관에 설치되어 있다. 이 배기 가스 정화 장치의 필터에 의해 포집된 입자상 물질은, 배기 가스의 열로 연소됨으로써, 그 필터로부터 제거된다.

유압 셔블의 비작업 상태에 있어서, 즉 전술한 액추에이터 제어용 제어 밸브의 비공급 상태에 있어서, 엔진 출력은, 에너지 절약을 고려하여, 유압 회로의 냉각 및 윤활에 필요한 최저 토출압 및 최소 토출량의 압유를 가변 용량형 유압 펌프가 토출하는 데 필요한 크기까지 저하하게 되어 있다.

엔진 출력이 낮아지면 배기 가스의 온도도 낮아진다. 이에 따라, 배기 가스의 열에 의한 입자상 물질의 연소가 발생하기 어려워져서, 배기 가스 정화 장치의 필터가 막히기 쉬워진다. 필터의 막힘을 방지하기 위해서, 특허 문헌 1에 개시되는 종래의 유압 작업 기계에서는, 필터의 막힘을 검지했을 때에, 가변 용량형 유압 펌프의 토출압 및 토출량을 상승시킴으로써 엔진에 작용하는 부하를 증가시켜서, 배기 가스의 온도를 입자상 물질이 연소하는 데 필요한 온도까지 상승시키도록 했다. 가변 용량형 유압 펌프의 토출압을 상승시키는 수단은, 가변 용량형 유압 펌프로부터 작동유 탱크에 가변 용량형 유압 펌프의 토출 오일을 유도하는 관로를 개폐 가능한 절환 밸브이며, 액추에이터 제어용 제어 밸브의 비공급 상태에 있어서, 그 절환 밸브를 제어함으로써 토출압을 상승시키게 된다.

그런데 최근 들어, 전동 모터 및 축전 디바이스(배터리나 전기 이중층 캐패시터 등)를 사용함으로써, 종래의 유압 작업 기계보다 에너지 효율을 높이고, 에너지 절약화를 도모한 건설 기계가 특허 문헌 2에 제안되어 있다. 이 특허 문헌 2에 제시되는 건설 기계에서는, 엔진에 발전기를 접속하고, 저부하 운전 시에 발전기에서 발생한 전기에너지를 배터리에 축전하고, 고부하 운전 시에 그 전기에너지를 취출하여, 엔진의 부하를 경감시키도록 하고 있다.

일본 특허 제3073380호 공보 일본 특허 제3647319호 공보

특허 문헌 1에 개시되는 종래 기술에 의하면, 유압 부하를 엔진에 거는 것에 의해, 배기 가스의 온도를 상승시키고, 배기 가스 정화 장치에 축적된 입자상 물질을 연소시키는 것이 가능하다. 그러나, 유압에 의해 부하가 걸리는 경우, 비조작 시의 유압 회로 압력의 상승에 의한 누설의 증가, 그것에 의한 상정 외의 유압 액추에이터의 작동이나, 짜버리는 유압에너지에 의한 유압 회로의 온도 상승의 발생 등의 문제가 있었다.

여기서, 예를 들어 특허 문헌 2에 제시된 바와 같이, 엔진에 발전기를 접속한 건설 기계에 있어서는, 종래와 같이 유압에 의한 엔진 부하 걸기 수단을 설치하는 대신, 발전기에서 발전함으로써 엔진 부하 걸기 수단을 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 발전기를 추가하는 것에 의한 연비 저감을 위한 충전의 실현이라고 하는 구성을 그대로 하고, 배기 가스 정화 장치의 입자상 물질을 연소시킬 수 있다. 따라서, 부품을 추가시키지 않아도 된다. 또한, 발전기에 의해 부하 걸기를 할 경우, 전술한 유압에 의한 부하 걸기의 문제이었던 누설 증대나, 유압 회로의 온도 상승과 같은 문제를 발생하지 않는다. 또한, 발전기는 통상 토크 명령에 의해 구동하기 때문에, 유압에 의한 부하에 비하여, 엔진에 거는 부하의 (변동)편차나 변동을 억제할 수 있고, 보다 정확한 부하 걸기가 가능하게 된다.

그러나, 이 발전기에 의한 부하 걸기를 행하는 경우에는, 발전기나 축전 디바이스의 에러, 고장과 같은 이상 상태에서 발전기가 정상의 동작을 행할 수 없을 경우나, 축전 디바이스의 에너지 부족이나 과충전 상태 등, 어떠한 이유로 발전기의 토크를 발생할 수 없게 되는 상태가 일어날 수 있다. 이러한 상태로 되면, 입자상 물질을 연소시키기 위한 부하를 엔진에 걸 수 없게 되어, 배기 가스 중의 입자상 물질의 제거 기능이 저하해버린다.

본 발명은 상술한 종래 기술에 있어서의 실상으로부터 이루어진 것으로, 그 목적은, 전동 부하 걸기 수단을 구비한 것에 있고, 전동 어시스트 모터 및 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템의 고장 시이어도, 배기 가스 정화 장치의 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있는 작업 기계를 제공하는 데에 있다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 엔진과, 이 엔진으로 구동되는 가변 용량형 유압 펌프와, 상기 엔진의 구동 보조 및 발전을 하는 전동 어시스트 모터와, 상기 엔진에서 발생한 배기 가스 중의 입자상 물질을 필터에 의해 포집하는 배기 가스 정화 장치와, 상기 가변 용량형 유압 펌프와 상기 유압 액추에이터와의 사이에 개재하여, 상기 가변 용량형 유압 펌프로부터의 작동유를 상기 유압 액추에이터에 공급하는 공급 상태와, 상기 유압 액추에이터에 공급하지 않고 작동유를 작동유 탱크에 복귀시키는 비공급 상태 중 어느 하나로 전환 가능한 액추에이터 제어용 제어 밸브와, 상기 전동 어시스트 모터에 접속된 축전 디바이스와, 상기 배기 가스의 온도를 상기 입자상 물질의 연소에 필요한 온도로 되도록 상기 엔진에 부하를 거는 부하 걸기 수단을 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 부하 걸기 수단이, 상기 전동 어시스트 모터를 발전 동작시킴으로써 상기 엔진에 부하를 걸고, 상기 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단과, 상기 가변 용량형 유압 펌프의 토출압을 상승시킴으로써 상기 엔진에 부하를 걸고, 상기 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단으로 이루어지고, 상기 전동 부하 걸기 수단과 상기 유압 부하 걸기 수단을 선택적으로 작동시키는 제어 처리를 행하는 선택 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 엔진에 부하를 거는 부하 걸기 수단이, 전동 어시스트 모터를 발전 동작시킴으로써 엔진에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단과, 가변 용량형 유압 펌프의 토출압을 상승시킴으로써 엔진에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단으로 이루어지기 때문에, 전동 어시스트 모터 및 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템이 정상적으로 동작하고 있을 때에는, 선택 제어 수단에 의해, 예를 들어 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리를 행하도록 선택하면 된다. 이에 의해, 배기 가스 정화 장치에 축적한 입자상 물질을 높은 정밀도로 연소시킬 수 있다. 이렇게 전동 부하 걸기 수단이 작동하고 있는 상태에 있고, 전동 어시스트 모터 및 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템에 이상이 발생하고, 전동 부하 걸기 수단이 기능하지 않게 되었을 때에는, 선택 제어 수단에 의해, 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리를 선택시키면 된다. 이에 의해 전동 부하 걸기 수단보다 에너지 손실 등을 발생하는데, 배기 가스 정화 장치에 축적한 입자상 물질을 연소시킬 수 있다. 즉, 전동 부하 걸기 수단을 구비한 것이며, 전동 어시스트 모터 및 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템의 고장 시이어도, 배기 가스 정화 장치의 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 선택 제어 수단은, 상기 전동 어시스트 모터 및 상기 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템의 이상을 감시하는 이상 감시 수단을 포함하고, 이 이상 감시 수단에서 이상이 감시되었을 때, 상기 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 선택 제어 수단은, 상기 축전 디바이스의 축전 상황을 감시하는 축전 상황 감시 수단을 포함하고, 이 축전 상황 감시 수단으로 감시되는 축전 상황에 따라, 상기 유압 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리, 상기 전동 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리 및 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리의 어느 쪽인가의 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 선택 제어 수단은, 상기 엔진의 부하 걸기 시에, 상기 축전 상황 감시 수단으로 감시되는 상기 축전 디바이스의 축전 잔량이 미리 설정되는 하한 임계값보다 낮을 때는, 상기 유압 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리를 행하고, 상기 축전 디바이스의 축전 잔량이 미리 설정되는 상한 임계값보다 높을 때에는, 상기 전동 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리를 행하고, 상기 축전 디바이스의 잔량이 상기 상한 임계값과 상기 하한 임계값의 사이에 있을 때는, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 선택 제어 수단은, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리 시에, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 비율을, 상기 축전 디바이스의 축전 전압에 따라서 변화시키는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 선택 제어 수단은, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리 시에, 상기 축전 디바이스의 축전 전압이 상기 하한 임계값의 부근에 있어서는, 상기 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 비율을 크게 하고, 상기 상한 임계값의 부근에 있어서는, 상기 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 비율을 크게 하는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 이 온도 검출 수단에서 검출된 상기 배기 가스의 온도가, 미리 설정되는 상기 입자상 물질의 연소에 최저한의 필요라고 간주할 수 있는 온도 범위 내의 온도인지 여부를 판정하는 배기 가스 온도 판정 수단과, 이 배기 가스 온도 판정 수단에서, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 상기 배기 가스의 온도가, 상기 온도 범위 내의 온도가 아니라고 판정되었을 때, 상기 배기 가스의 온도가 상기 온도 범위 내의 온도로 되도록, 상기 선택 제어 수단으로 선택된 부하 걸기 수단의 작동을 조정하는 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명은 배기 가스의 온도를 입자상 물질의 연소에 필요한 온도로 되도록 엔진에 부하를 거는 부하 걸기 수단이, 엔진에 접속한 전동 어시스트 모터를 발전 동작시킴으로써 엔진에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단과, 가변 용량형 유압 펌프의 토출압을 상승시킴으로써 엔진에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단으로 이루어지고, 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단을 선택적으로 작동시키는 제어 처리를 행하는 선택 제어 수단을 구비함으로써, 선택 제어 수단의 제어 처리에 의해 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단을 선택적으로 작동시킴으로써 전동 부하 걸기 수단을 구비한 것이며, 전동 어시스트 모터 및 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템의 고장 시이어도, 유압 부하 걸기 수단을 작동시킴으로써, 배기 가스 정화 장치의 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있다. 이에 의해, 배기 가스 정화 장치에 축적된 배기 가스 중의 입자상 물질의 제거 기능을 종래보다 향상시킬 수 있고, 엔진의 배기 가스의 정화 정밀도에 우수한 작업 기계를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 작업 기계의 일례로서 든 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유압 셔블에 구비되는 유압 구동 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 전기·유압 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 유압 구동 장치에 구비되는 전동 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러를 포함하는 유압 제어 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러에 있어서의 제어 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 엔진의 부하 걸기 시의 제1 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러 및 전동 시스템의 컨트롤러에 있어서의 제어 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 구비되는 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시킬 때의 캐패시터 전압에 대한 각각의 부하의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 유압 구동 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 전기·유압 회로도이다.
도 9는 제2 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러를 포함하는 유압 제어 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 10은 제2 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러에 포함되는 유압 부하 걸기 수단의 작동을 조정하는 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 제2 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러에 있어서의 유압 부하 걸기 시의 제어 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러에 포함되는 전동 부하 걸기 수단의 작동을 조정하는 구성을 도시하는 도면이다.
도 13은 제2 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러에 있어서의 전동 부하 걸기 시의 제어 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 작업 기계의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 구성]

도 1은 본 발명에 따른 작업 기계의 일례로서 든 유압 셔블을 도시하는 측면도이다. 이 유압 셔블은, 도 1에 도시한 바와 같이, 주행체(30)와, 이 주행체(30) 상에 배치되는 선회체(31)와, 이 선회체(31)에 상하 방향의 회동이 가능하게 설치되고, 토사의 굴삭 작업 등을 실시하는 작업 장치(32)를 구비하고 있다. 작업 장치(32)는 선회체(31)에 상하 방향의 회동이 가능하게 설치되는 붐(33)과, 이 붐(33)을 작동시키는 붐 실린더(33a)와, 붐(33)의 선단에 상하 방향의 회동이 가능하게 설치되는 아암(34)과, 이 아암(34)을 작동시키는 아암 실린더(34a)와, 아암(34)의 선단에 상하 방향의 회동이 가능하게 설치되는 버킷(35)과, 이 버킷(35)을 작동시키는 버킷 실린더(35a)를 포함하고 있다.

[제1 실시 형태에 구비되는 유압 시스템]

도 2는 도 1에 도시하는 유압 셔블에 구비되는 유압 구동 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 전기·유압 회로도이다.

이 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유압 셔블에 구비되는 유압 구동 장치(1)는 엔진 컨트롤러(3)에 의해 연료 분사량이 전자 제어되는 엔진(2)(예를 들어 디젤 엔진)과, 이 엔진(2)의 동력이 전달되어 구동되는 가변 용량형 유압 펌프(4) 및 파일럿 펌프(5)(고정 용량형 유압 펌프)와, 가변 용량형 유압 펌프(4)로부터 토출되는 작동유로 구동되는 유압 액추에이터(6)를 구비하고 있다. 도 1에서는 설명을 간단하게 하기 위해서, 유압 액추에이터(6)의 일례로서, 전술한 붐 실린더(33a), 아암 실린더(35a) 등의 유압 실린더를 나타내고 있지만, 유압 액추에이터(6)는 유압 실린더에 한정되지 않는다. 유압 액추에이터(6)는 주행체(30)를 주행시키는 주행 모터이어도 되고, 또한, 선회체(31)를 선회시키는 선회 모터이어도 된다.

가변 용량형 유압 펌프(4)와 유압 액추에이터(6)와의 사이에는, 가변 용량형 유압 펌프(4)로부터의 작동유를 유압 액추에이터(6)에 공급하는 공급 상태와, 작동유를 유압 액추에이터(6)에 공급하지 않고, 작동유 탱크(8)에 복귀시키는 비공급 상태 중 어느 하나로 전환 가능한 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)가 개재하고 있다. 이 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)는 3 위치 밸브이다. 이들 3개의 밸브 위치 중 중립 위치(S)의 때에 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)는 동 도 2에 도시하는 비공급 상태로 되고, 가변 용량형 유압 펌프(4)로부터의 작동유를 작동유 탱크(8)로 유도한다. 중립 위치(S)의 좌우의 밸브 위치(L, R)의 각각의 때에 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)는 전술한 공급 상태로 된다.

액추에이터 제어용 제어 밸브(7)는 유압 파일럿식의 밸브이다. 이 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)에 부여하는 파일럿 압력은, 파일럿 판을 포함하는 조작 장치(9)에 의해, 파일럿 펌프(5)의 토출압이 일차압으로서 생성된다. 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)는 조작 장치(9)에 의해 생성되는 파일럿 압력이 제1 파일럿 라인(10)을 개재하여 제1 수압부(7a)에 부여됨으로써 중립 위치(S)로부터 밸브 위치(L) 방향으로 전환되고, 반대로, 조작 장치(9)에 의해 생성된 파일럿 압력이 제2 파일럿 라인(11)을 개재하여 제2 수압부(7b)에 부여됨으로써 중립 위치(S)로부터 밸브 위치(R) 방향으로 전환된다.

제1, 제2 파일럿 라인(10, 11)은 고압 선택 밸브(12)에 접속되어 있다. 고압 선택 밸브(12)가 선택한 고압 측의 압력은, 파일럿 압력 센서(13)에 의해 검출된다. 이 파일럿 압력 센서(13)는 검출 압력(Pp)을 파일럿 압력 신호(전기 신호)로 변환하게 되어 있고, 이 파일럿 압력 신호는 컨트롤러(14)에 입력되도록 되어 있다.

엔진(2)에는, 배기 가스를 유압 셔블의 외부로 유도하는 배기관(15)이 설치되어 있다. 이 배기관(15)의 도중에는, 엔진(2)에 있어서의 연소로 발생한 배기 가스 중의 입자상 물질을 필터에 의해 포집하는 배기 가스 정화 장치(16)가 설치되어 있다.

배기관(15)에는, 배기 가스 정화 장치(16)의 상류 측의 배기 가스압과 하류 측의 배기 가스압의 차압을 검출하는 차압 센서(17)가 설치되어 있다. 배기 가스 정화 장치(16)의 필터의 막힘량이 증가하면, 배기 가스의 유로 저항이 증가하여 상류 측의 배기 가스압이 하류 측보다 커지기 때문에, 차압 센서(17)는 상류 측의 배기 가스압이 하류 측보다 높은 압력의 것을 나타내는 차압을 검출한다. 차압 센서(17)는 검출 차압(ΔPe)을 차압 신호(전기 신호)로 변환하게 된다. 이 차압 신호는, 컨트롤러(14)에 입력되도록 되어 있다.

가변 용량형 유압 펌프(4)는 밀어내기 용적을 가변하도록 하는 밀어내기 용적 가변 기구부(4a)와, 이 밀어내기 용적 가변 기구부(4a)를 제어하는 유압 파일럿식의 레귤레이터(4b)를 갖는다. 레귤레이터(4b)에 부여하는 파일럿 압력은, 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)에 의해 생성된다. 이 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)는 파일럿 펌프(5)의 토출압을 일차압으로 해서, 그 파일럿 압력을 생성한다. 또한, 이 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)는 전자기 밸브이며, 컨트롤러(14)로부터의 밀어내기 용적 제어 신호(전류)에 따라, 레귤레이터(4b)에 부여하는 파일럿 압력을 변화시킨다.

액추에이터 제어용 제어 밸브(7)보다 가변 용량형 유압 펌프(4)로부터 토출되는 압유의 흐름의 상류 측의 관로에는, 토출압을 상승시키는 것이 가능한 토출압 제어 수단으로서의 가변 조리개(교축 밸브)(19)가 설치되어 있다. 이 가변 조리개(교축 밸브)(19)는, 개방 위치를 초기 위치로 하고 폐쇄 위치의 방향으로 밸브체를 이동시키는 것이 가능한 스프링 리턴식의 2 위치 밸브이다. 또한, 이 가변 조리개(교축 밸브)(19)는 유압 파일럿식의 밸브이다. 이 가변 조리개(교축 밸브)(19)에 부여하는 파일럿 압력은 토출압 제어용 제어 밸브(20)에 의해 생성된다. 이 토출압 제어용 제어 밸브(20)는 파일럿 펌프(5)의 토출압을 일차압으로 해서, 그 파일럿 압력을 생성한다. 또한, 이 토출압 제어용 제어 밸브(20)는 전자기 밸브이며, 컨트롤러(14)로부터의 토출압 제어 신호(전류)에 따라, 가변 조리개(교축 밸브)(19)에 부여하는 파일럿 압력을 변화시킨다. 토출압 제어용 제어 밸브(20)와 컨트롤러(14)는 가변 조리개(교축 밸브)(19)의 제어 수단을 구성하고 있다.

전동 어시스트 모터(23)는 엔진 구동축과 접속되어 있고, 제어 수단이나 축전 디바이스가 포함되는 전동 시스템(50)에 의해 엔진(2)의 어시스트나 발전을 행한다. 이 전동 어시스트 모터(23)는 통상, 엔진(2)의 연비 절약화를 고려하여 제어된다. 예를 들어, 엔진 부하 변동을 경감하기 위해서, 엔진 저부하 시에는 발전을 행하고, 엔진 고부하 시에는 구동 어시스트를 행한다.

[제1 실시 형태에 구비되는 전동 시스템]

도 3은 도 2에 도시하는 유압 구동 장치에 구비되는 전동 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.

캐패시터(24)로부터의 직류 전력은, 파워 컨트롤 유닛(55)에 구비되는 초퍼(51)에 의해 소정의 모선 전압으로 승압되어, 전동 어시스트 모터(23)를 구동하기 위한 인버터(53)에 입력된다. 평활 콘덴서(54)는 모선 전압을 안정화시키기 위하여 설치되어 있다. 전동 어시스트 모터(23)의 구동 상태(엔진 어시스트하고 있는지 발전하고 있는지)에 의해, 캐패시터(24)는 충방전되게 된다.

전동 어시스트 모터(23) 및 캐패시터(24)의 제어를 행하는 컨트롤러(80)는 파워 컨트롤 유닛(55)에 대하여 명령을 행하고, 각 제어를 행한다.

본 실시 형태에 따른 유압 셔블에 있어서의 통상 시, 즉 전동 시스템(50)이 정상적으로 동작하고 있을 때에는, 전동 어시스트 모터(23)에 의한 발전 부하가 실시되게 된다.

메인 컨트롤러(14)에 접속되는 컨트롤러(80)는 전동 어시스트 모터(23)나 캐패시터(24), 파워 컨트롤 유닛(55)을 포함하는 전동 시스템(50)의 에러나 고장을 감시하는 이상 감시 수단(81)과, 축전 디바이스, 즉 캐패시터(24)의 축전 상황을 감시하는 축전 상황 감시 수단(82)과, 전동 어시스트 모터(23)의 구동 어시스트·발전을 제어하는 전동 어시스트 모터 제어 수단(83)을 구비하고 있다.

컨트롤러(80)가 전동 어시스트 모터(23)에 구동 토크 시의 토크, 또는 발전 동작 시의 토크 명령값을 파워 컨트롤 유닛(55)에 부여하면, 파워 컨트롤 유닛(55)은 명령된 토크가 되도록 전동 어시스트 모터(23)를 제어한다.

이상 감시 수단(81)을 개재하여 파워 컨트롤 유닛(55), 전동 어시스트 모터(23), 캐패시터(24) 등의 전동계에 이상이 발생한 것이 검출되었을 때, 또는 축전 상황 감시 수단(82)을 개재하여 캐패시터(24)의 축전량이 소정의 범위 외로 된 것이 검출되었을 때는, 전동 어시스트 모터 제어 수단(83)에 의해, 전동 어시스트 모터(23)의 발전 또는 구동을 정지시키는 제어 처리가 실시된다.

전술한 전동 시스템(50)에 포함되는 파워 컨트롤 유닛(55)의 인버터(53) 및 전동 시스템(50)에 포함되는 컨트롤러(80)의 전동 어시스트 모터 제어 수단(83)에 의해, 전동 어시스트 모터(23)를 발전 동작시킴으로써 엔진(2)에 부하를 걸고, 엔진(2)의 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단이 구성되어 있다.

전술한 가변 조리개(교축 밸브)(19), 토출압 제어용 제어 밸브(20) 및 파일럿 펌프(5)에 의해, 가변 용량형 유압 펌프(4)의 토출압을 상승시킴으로써 엔진(2)에 부하를 걸고, 엔진(2)의 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단이 구성되어 있다.

또한, 메인 컨트롤러(14)와, 이상 감시 수단(81), 축전 상황 감시 수단(82) 및 전동 어시스트 모터 제어 수단(83)을 포함하는 전동 시스템(50)의 컨트롤러(80)에 의해, 전술한 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단을 선택적으로 작동시키는 제어 처리를 행하는 선택 제어 수단이 구성되어 있다.

[제1 실시 형태에 있어서의 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리]

도 4는 제1 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러를 포함하는 유압 제어 시스템을 도시하는 블록도, 도 5는 제1 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러에 있어서의 제어 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.

컨트롤러(14)는 CPU, ROM, RAM을 갖고, 컴퓨터 프로그램에 의해 다음과 같이 설정되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 메인 컨트롤러(14)는 파일럿 압력 판정 수단으로서 기능하도록 설정되어 있다. 이 파일럿 압력 판정 수단은, 파일럿 압력 센서(13)로부터의 파일럿 압력 신호에 의해 나타난 검출 압력(Pp)이, 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)를 작동시키는 설정 압력(Pps) 미만인지 여부를, 즉, 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)의 상태가 가변 용량형 유압 펌프(4)로부터의 작동유를 유압 액추에이터(6)에 공급하는 공급 상태인지, 공급하지 않는 비공급 상태인지를 판정한다. 공급 상태는 유압 셔블의 작업 상태이며, 비공급 상태는 유압 셔블의 비작업 상태이다. 즉, 고압 선택 밸브(12)와 파일럿 압력 센서(13)와 메인 컨트롤러(14)에 의해, 유압 셔블의 작업 상태와 비작업 상태가 검지되도록 되어 있다.

또한, 메인 컨트롤러(14)는 차압 판정 수단으로서도 기능하도록 설정되어 있다. 이 차압 판정 수단은, 차압 센서(17)로부터의 차압 신호에 의해 나타난 검출 차압(ΔPe)이, 미리 설정된 기준 차압(ΔPes) 이상인지의 여부를 판정한다. 검출 차압(ΔPe)은 배기 가스 정화 장치(16)의 필터의 막힘에 수반하여 배기 가스의 유로 저항이 커지는 것에 의해 증대한다. 즉, 차압 센서(17)와 메인 컨트롤러(14)에 의해, 배기 가스 정화 장치(16)의 필터의 막힘을 검지하게 된다.

또한, 메인 컨트롤러(14)는 엔진 회전수 명령 수단으로서 기능하도록 설정되어 있다. 이 엔진 회전수 명령 수단은, 미리 설정된 제1 목표 회전수 신호(R1)를 엔진 컨트롤러(3)에 부여한다. 제1 목표 회전수 신호(R1)는, 에너지 절약을 고려하고, 유압 회로의 냉각 및 윤활에 필요한 최저 토출압 및 최소 토출량의 압유를 가변 용량형 유압 펌프(4)가 토출하는 데 필요한 크기까지 엔진 회전수를 저하시키기 위하여 설정된 것이다.

또한, 엔진 회전수 명령 수단은, 엔진 컨트롤러(3)에 부여하는 목표 회전수 신호를 전술한 제1 목표 회전수 신호(R1)로부터 제2 목표 회전수 신호(R2)로 전환하는 제어를 행한다. 이 제2 목표 회전수는 전술한 제1 목표 회전수보다 크다.

또한, 메인 컨트롤러(14)는 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브 제어 수단으로서 기능하도록 설정되어 있다. 이 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브 제어 수단은, 미리 설정된 제1 밀어내기 용적에 상응하는 제1 밀어내기 용적 제어 신호(DS1)를 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)에 부여한다. 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)가 제1 밀어내기 용적 제어 신호(DS1)에 따라서 파일럿 압력을 레귤레이터(4b)에 부여하면, 레귤레이터(4b)는 밀어내기 용적 가변 기구부(4a)를 조작하고, 가변 용량형 유압 펌프(4)의 밀어내기 용적을 제1 밀어내기 용적으로 설정한다. 가변 용량형 유압 펌프(4)는 제1 밀어내기 용적으로 설정된 상태에 있어서, 전술한 제1 목표 회전수로 동작하는 엔진(2)에 의해 구동되면, 전술한 최소 토출량의 압유를 토출한다.

또한, 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브 제어 수단은, 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)에 부여하는 밀어내기 용적 제어 신호를, 전술한 제1 밀어내기 용적 제어 신호(DS1)로부터, 미리 설정된 제2 밀어내기 용적 제어 신호(DS2)로 전환하는 제어를 행한다. 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)가 제2 밀어내기 용적 제어 신호(DS2)에 따라서 파일럿 압력을 레귤레이터(4b)에 부여하면, 레귤레이터(4b)는 밀어내기 용적 가변 기구부(4a)를 조작하고, 가변 용량형 유압 펌프(4)의 밀어내기 용적을 제2 밀어내기 용적으로 설정한다. 가변 용량형 유압 펌프(4)는 제2 밀어내기 용적으로 설정된 상태에 있어서, 전술한 제2 목표 회전수로 동작하는 엔진(2)에 의해 구동되면, 전술한 최소 토출량보다 큰 토출량의 압유를 토출한다.

또한, 메인 컨트롤러(14)는 토출압 제어용 제어 밸브 제어 수단으로서 기능하도록 설정되어 있다. 이 토출압 제어용 제어 밸브 제어 수단은, 미리 설정된 전류값의 토출압 제어 신호(DP)를 토출압 제어용 제어 밸브(20)에 부여한다. 토출압 제어용 제어 밸브(20)가 토출압 제어 신호(DP)에 따라서 파일럿 압력을 가변 조리개(교축 밸브)(19)에 부여하면, 가변 조리개(교축 밸브)(19)의 밸브 위치는 개방 위치로부터 폐쇄 위치의 방향으로 이동하고, 이에 의해 토출압은 상승한다.

제2 목표 회전수와, 제2 밀어내기 용적과, 기준 토출압(Pds)과의 관계는, 엔진(2)에 작용시키는 부하(엔진 부하)를 증가시킴으로써 배기 가스 온도를 입자상 물질이 연소하는 데 필요한 온도까지 상승시키기 위한 최저한의 크기로 되도록 설정되어 있다. 즉, 기준 토출압(Pds)은, 제2 목표 회전수 및 제2 밀어내기 용적에 기초하는 엔진 부하가, 배기 가스 온도를 입자상 물질의 연소에 필요한 온도까지 상승시키기 위한 최저한의 높이가 되도록 설정되어 있다.

또한, 메인 컨트롤러(14)는 각 수단으로서의 처리를 도 5에 도시하는 흐름으로 실행하도록 설정되어 있다. 그 처리의 흐름에 대하여 설명한다.

메인 컨트롤러(14)는 처음에 파일럿 압력 판정 수단으로서 기능하고, 파일럿 압력 센서(13)로부터의 파일럿 압력 신호에 의해 나타난 검출 압력(Pp)이 설정 압력(Pps) 미만인지 여부를 판정한다(수순 S1). 메인 컨트롤러(14)는 검출 압력(Pp)이 설정 압력(Pps) 미만이 안 되는 한, 즉, 유압 셔블의 비작업 상태를 검지하지 않는 한, 이 수순 S1을 반복해서 행한다(수순 S1에서 "아니오").

유압 셔블의 비작업 상태를 검지하면(수순 S1에서 "예"), 컨트롤러(14)는 차압 판정 수단으로서 기능하고, 차압 센서(17)로부터의 차압 신호에 의해 나타난 검출 차압(ΔPe)이 기준 차압(ΔPes) 이상인지의 여부를 판정한다(수순 S2). 검출 차압(ΔPe)이 기준 차압(ΔPes) 이상이 아니라고 판정했을 때, 즉, 배기 가스 정화 장치(16)의 필터의 막힘이 검지되지 않을 때(수순 S2에서 "아니오"), 메인 컨트롤러(14)는 엔진 회전수 명령 수단 및 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브 제어 수단으로서 기능하고, 엔진 컨트롤러(3)에 제1 목표 회전수 신호(R1)를 부여하는 동시에, 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)에 제1 밀어내기 용적 제어 신호(DS1)를 부여한다. 이때, 액추에이터 제어용 제어 밸브(7)의 밸브 위치는 중립 위치(S)이며, 가변 조리개(교축 밸브)(19)의 밸브 위치는 개방 위치이다. 따라서, 엔진 회전수가 제1 목표 회전수가 되고, 또한, 밀어내기 용적이 제1 밀어내기 용적이 되면, 가변 용량형 유압 펌프(4)는 유압 회로의 냉각 및 윤활에 필요한 최저 토출압 및 최소 토출량의 압유를 토출하는 상태가 된다. 그 후, 메인 컨트롤러(14)는 다시 수순 S1로부터 처리를 행하고, 유압 셔블의 비작업 상태가 검지되고, 또한, 막힘이 검지되지 않는 상태에서는 「수순 S1→ 수순 S2→ 수순 S3→ 수순 S1」을 반복한다. 이에 의해, 가변 용량형 유압 펌프(4)가 유압 회로의 냉각 및 윤활에 필요한 최저 토출압 및 최저 토출량의 압유를 토출하는 상태로 유지된다.

배기 가스 정화 장치(16)의 필터의 막힘을 검지하면(수순 S2에서 "예"), 메인 컨트롤러(14)는 엔진 회전수 명령 수단으로서 기능한다. 즉, 엔진 컨트롤러(3)에 부여하는 목표 회전수 신호를 제1 목표 회전수 신호(R1)로부터 제2 목표 회전 신호(R2)로 전환하고, 엔진 회전수를 제2 목표 회전수까지 상승시킨다(수순 S4).

이때, 메인 컨트롤러(14)는 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브 제어 수단으로서도 기능하고, 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브(18)에 부여하는 밀어내기 용적 제어 신호를, 전술한 제1 밀어내기 용적 제어 신호(DS1)로부터 제2 밀어내기 용적 제어 신호(DS2)로 전환하고, 가변 용량형 유압 펌프(4)의 밀어내기 용적을 제2 밀어내기 용적에 증가시킨다(수순 S4).

또한, 메인 컨트롤러(14)는 토출압 제어용 제어 밸브 제어 수단으로서도 기능하고, 토출압 제어 신호(DP)를 토출압 제어용 제어 밸브(20)에 부여한다(수순 S4). 토출압 제어용 제어 밸브(20)가 토출압 제어 신호(DP)에 따른 파일럿 압력을 가변 조리개(교축 밸브)(19)에 부여하면, 가변 조리개(교축 밸브)(19)의 밸브 위치는 개방 위치로부터 폐쇄 위치의 방향으로 이동하고, 이에 의해 토출압은 상승한다.

본 실시 형태에 구비되는 유압 구동 장치(1)는 입자상 물질을 연소시키기 위하여 엔진 출력을 상승시킬 때, 엔진 회전수의 상승과 밀어내기 용적의 증가에 의해 토출량을 증가시키게 되지만, 엔진 회전수를 상승시키는 것만으로 토출량을 증가시키게 되어도 좋다.

본 실시 형태에 구비되는 유압 구동 장치(1)에 있어서, 토출량 제어용 제어 밸브(20)와 메인 컨트롤러(14)가 유압 파일럿식의 가변 조리개(교축 밸브)(19)의 제어 수단을 구성하고 있지만, 유압 파일럿식의 가변 조리개(교축 밸브)(19)와 토출량 제어용 제어 밸브(20) 대신 전자기 파일럿식의 가변 조리개(교축 밸브)가 설치되어 있고, 즉, 토출압 제어 수단이 전자기 파일럿식의 가변 조리개(교축 밸브)로 이루어져 있고, 메인 컨트롤러(14)만이 그 가변 조리개(교축 밸브)의 제어 수단이어도 된다. 또한, 가변 조리개(교축 밸브)가 유압 파일럿식의 경우에는 전자기 파일럿식의 경우보다 가변 조리개(교축 밸브)의 동력을 얻기 쉽다고 하는 이점이 있다. 또한, 가변 조리개(교축 밸브)가 전자기 파일럿식인 경우에는 유압 파일럿식인 경우보다 유압 회로를 간단하게 할 수 있다는 이점이 있다.

[제1 실시 형태에 있어서 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리]

배기 가스 정화 장치(16)에 축적된 입자상 물질을 연소시키기 위해서, 엔진(2)에 부하를 거는 부하 걸기 개시 조건이나, 그 판정 수단에 대해서는, 전술한 유압 부하 걸기 수단의 제어 처리와 같다.

메인 컨트롤러(14)에 의해 부하 걸기가 개시되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 메인 컨트롤러(14)는 전동 부하 걸기 개시 명령을 전동 시스템(50)의 컨트롤러(80)에 출력한다.

컨트롤러(80)는 전동 부하 걸기 개시 명령이 입력되면, 전동 부하 걸기 토크(T)를 토크 지령으로 하여 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력하고, 파워 컨트롤 유닛(55)은 전동 어시스트 모터(23)를 명령 토크로 발전 동작시킨다.

이 전동 부하 걸기 토크(T)는, 입자상 물질을 연소시키기 위하여 필요한 배기 가스 온도가 되는 엔진 부하로 하기 위하여 필요한 전동 어시스트 모터 토크이며, 미리 설정되어 있다.

전동 부하 걸기에 의해 엔진(2)의 부하 걸기를 행하면, 전동 어시스트 모터(23)는 토크 명령에 의해 구동하기 때문에, 유압에 의한 부하 걸기에 비하여, 엔진(2)에 거는 부하의 (변동)편차나 변동을 억제할 수 있고, 보다 정밀도가 높은 부하 걸기가 가능하게 된다.

또한, 유압 부하 걸기에서는, 배기 가스의 온도를 올리기 위한 엔진(2)의 에너지는 모두 손실로서 버려졌었지만, 이 전동 부하 걸기에서는 발전한 에너지를 캐패시터(24)에의 충전에 의해 회수할 수 있기 때문에, 보다 연비 절약화를 실현할 수 있다.

엔진(2)에 걸리는 부하는 전동 어시스트 모터(23)의 발전 토크와 회전수에 의해 정해지기 때문에, 전동 부하 걸기에 있어서도, 발전 토크뿐만 아니라 엔진 회전수를 변경시켜서 엔진(2)에 부하를 걸어도 된다.

[제1 실시 형태에 있어서의 전동 부하 걸기 수단의 작동 제어와 유압 부하 걸기 수단의 작동 제어의 선택]

본 실시 형태에 따른 유압 셔블은, 전술한 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리와, 전술한 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리의 양쪽을 행하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리와, 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리는, 서로 독립하여 성립하도록 구성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태는, 유압 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리와, 전동 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리와, 유압 부하 걸기 수단과 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리(양쪽 부하 걸기의 병용)가 각각 선택적으로 가능하게 된다.

도 6은 엔진의 부하 걸기 시에의 제1 실시 형태에 구비되는 메인 컨트롤러 및 전동 시스템의 컨트롤러에 있어서의 제어 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.

이하, 도 6을 사용하여, 본 실시 형태에 따른 유압 셔블에 있어서의 전동 부하 걸기와, 유압 부하 걸기의 선택 수순을 설명한다. 또한, 이 경우에 있어서도, 배기 가스 정화 장치(16)에 축적된 입자상 물질을 연소시키기 위해서, 엔진(2)에 부하를 거는 부하 걸기의 개시 조건이나, 그 판정 수단에 대해서는, 전술한 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리의 단에서 설명한 것과 같다(수순 S11).

메인 컨트롤러(14)에 의해 부하 걸기가 개시되면, 우선 전동 시스템(50)의 컨트롤러(80)의 이상 감시 수단(81)을 개재하고, 전동 시스템(50)의 상태가 정상인지의 여부를 판정한다(수순 S12). 전동 시스템(50)이 이상하다고 판정되었을 때는, 전술한 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리가 실행된다.

이어서, 컨트롤러(80)의 축전 상황 감시 수단(82)을 개재하여, 캐패시터 전압이 미리 설정한 하한 임계값(VL) 이하인지 판정한다(수순 S13). 하한 임계값(VL) 이하로 판정된 때에는, 전술한 전동 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리가 실행된다.

캐패시터 전압이 하한 임계값(VL)보다 크다고 판정된 때에는, 캐패시터 전압이 상한 임계값(VH) 이상인지 여부를 판정한다(수순 S14). 상한 임계값(VH) 이상이라고 판정된 때에는, 전술한 유압 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리가 실행된다.

캐패시터 전압이 하한 임계값(VL)과 상한 임계값(VH)의 사이에 있을 경우에는, 후술하는 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 병용의 제어 처리가 실행된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 메인 컨트롤러(14)와, 전동 시스템(50)에 포함되는 컨트롤러(80)를 다른 컨트롤러로서 나타냈지만, 이들 컨트롤러를 전술한 둘의 컨트롤러 각각의 기능을 갖는 하나의 컨트롤러에 의해 구성해도 된다.

[제1 실시 형태에 있어서의 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리]

도 7은 제1 실시 형태에 구비되는 전동 부하 걸기 수단과 유압 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시킬 때의 캐패시터 전압에 대한 각각의 부하의 관계를 도시하는 도면이다.

본 실시 형태는 전술한 바와 같이, 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리와, 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리는, 서로 독립하여 성립하도록 구성되어 있으므로, 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리에 있어서의 유압 부하 걸기와, 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리에 있어서의 전동 부하 걸기의 부하의 합계가, 입자상 물질을 연소시키는 배기 가스의 온도로 하는 엔진(2)의 부하가 되도록 설정한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 부하 걸기에 필요한 엔진(2)의 부하에 차지하는 유압 부하와 전동 부하의 비율을, 캐패시터 전압에 따라 변화시키도록 하고 있다. 캐패시터 전압이 낮은 하한 임계값(VL) 부근에 있어서는, 전동 부하 걸기의 비율을 크게 하고, 캐패시터 전압이 높은 상한 임계값(VH) 부근에 있어서는, 유압 부하 걸기의 비율을 크게 한다. 이렇게 함으로써, 효율이 좋은 전동 부하 걸기를 적극적으로 사용할 수 있고, 또한, 캐패시터 전압의 변동에 의해, 유압 부하 걸기 단독 또는 전동 부하 걸기 단독과, 유압·전동 부하 걸기 병용과의 절환을 안정되게 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 것 같은 캐패시터 전압 중간 영역에서의 전동 부하 걸기와 유압 부하 걸기의 병용을 행하지 않는 경우에는, 전동 부하 걸기 단독에 의해 캐패시터(24)가 충전되고, 전압이 있는 임계값을 초과한 순간에, 전동 어시스트 모터(23)에 의한 전동 부하 걸기가 정지하고, 펌프 토출압을 상승시키는 가변 조리개(교축 밸브)(19)가 폐쇄하고, 유압 부하 걸기로 전환되게 된다. 이때, 전기·유압의 절환 반응의 차 등에 의해, 엔진(2)에 급한 부하 변동이 일어나고, 쇼크가 발생할 우려가 있다.

이상과 같이 본 실시 형태는, 엔진(2)에 부하를 거는 부하 걸기 수단이, 전동 어시스트 모터(23)를 발전 동작시킴으로써 엔진(2)에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단과, 가변 용량형 유압 펌프(4)의 토출압을 상승시킴으로써 엔진(2)에 부하를 걸고, 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단으로 이루어지기 때문에, 전동 어시스트 모터(23) 및 축전 디바이스인 캐패시터(24)를 포함하는 전동 시스템(50)이 정상적으로 동작하고 있을 때에는, 선택 제어 수단에 의해 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리가 선택된다. 이에 의해, 배기 가스 정화 장치(16)에 축적한 입자상 물질을 높은 정밀도로 연소시킬 수 있다. 이렇게 전동 부하 걸기 수단이 작동하고 있는 상태에 있고, 전동 어시스트 모터(23) 및 캐패시터(24)를 포함하는 전동 시스템(50)에 이상이 발생하고, 전동 부하 걸기 수단이 기능하지 않게 되었을 때에는, 선택 제어 수단에 의해, 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리를 선택시키면 된다. 이에 의해 전동 부하 걸기 수단으로부터 에너지 손실 등이 발생하는데, 배기 가스 정화 장치(16)에 축적한 입자상 물질을 연소시킬 수 있다. 즉, 전동 부하 걸기 수단을 구비한 것이며, 전동 어시스트 모터(23) 및 캐패시터(24)를 포함하는 전동 시스템(50)의 고장 시이어도, 배기 가스 정화 장치(16)의 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있다. 이에 의해, 배기 가스 정화 장치(16)에 축적된 배기 가스 중의 입자상 물질의 제거 기능을 향상시킬 수 있고, 엔진(2)의 배기 가스의 정화 정밀도에 우수한 유압 셔블을 얻을 수 있다.

1 유압 구동 장치
2 엔진
4 가변 용량형 유압 펌프
6 유압 액추에이터
7 액추에이터 제어용 제어 밸브
8 작동유 탱크
9 조작 장치
13 파일럿 압력 센서
14 메인 컨트롤러
15 배기관
16 배기 가스 정화 장치
17 차압 센서
18 밀어내기 용적 제어용 제어 밸브
19 가변 조리개(교축 밸브)
20 토출압 제어용 제어 밸브
23 전동 어시스트 모터
24 캐패시터(축전 디바이스)
30 주행체
31 선회체
32 작업 장치
50 전동 시스템
53 인버터
55 파워 컨트롤 유닛
80 컨트롤러
81 이상 감시 수단
82 축전 상황 감시 수단
83 전동 어시스트 모터 제어 수단

Claims

엔진과, 이 엔진으로 구동되는 가변 용량형 유압 펌프와, 상기 엔진의 구동 보조 및 발전을 하는 전동 어시스트 모터와, 상기 엔진에서 발생한 배기 가스 중의 입자상 물질을 필터에 의해 포집하는 배기 가스 정화 장치와, 상기 가변 용량형 유압 펌프와 유압 액추에이터와의 사이에 개재하여, 상기 가변 용량형 유압 펌프로부터의 작동유를 상기 유압 액추에이터에 공급하는 공급 상태와, 상기 유압 액추에이터에 공급하지 않고 작동유를 작동유 탱크에 복귀시키는 비공급 상태 중 어느 하나로 전환 가능한 액추에이터 제어용 제어 밸브와, 상기 전동 어시스트 모터에 접속된 축전 디바이스와, 상기 배기 가스의 온도를 상기 입자상 물질의 연소에 필요한 온도로 되도록 상기 엔진에 부하를 거는 부하 걸기 수단을 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 부하 걸기 수단이, 상기 전동 어시스트 모터를 발전 동작시킴으로써 상기 엔진에 부하를 걸고, 상기 배기 가스의 온도를 상승시키는 전동 부하 걸기 수단과, 상기 가변 용량형 유압 펌프의 토출압을 상승시킴으로써 상기 엔진에 부하를 걸고, 상기 배기 가스의 온도를 상승시키는 유압 부하 걸기 수단으로 이루어지고,
상기 전동 부하 걸기 수단과 상기 유압 부하 걸기 수단을 선택적으로 작동시키는 제어 처리를 행하는 선택 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 선택 제어 수단은, 상기 전동 어시스트 모터 및 상기 축전 디바이스를 포함하는 전동 시스템의 이상을 감시하는 이상 감시 수단을 포함하고, 이 이상 감시 수단에서 이상이 감시되었을 때, 상기 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 선택 제어 수단은, 상기 축전 디바이스의 축전 상황을 감시하는 축전 상황 감시 수단을 포함하고, 이 축전 상황 감시 수단에서 감시되는 축전 상황에 따라, 상기 유압 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리, 상기 전동 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리 및 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리의 어느 쪽인가의 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제3항에 있어서,
상기 선택 제어 수단은, 상기 엔진의 부하 걸기 시에, 상기 축전 상황 감시 수단에서 감시되는 상기 축전 디바이스의 축전 잔량이 미리 설정되는 하한 임계값보다 낮을 때는, 상기 전동 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리를 행하고, 상기 축전 디바이스의 축전 잔량이 미리 설정되는 상한 임계값보다 높을 때에는, 상기 유압 부하 걸기 수단만을 작동시키는 제어 처리를 행하고, 상기 축전 디바이스의 잔량이 상기 상한 임계값과 상기 하한 임계값의 사이에 있을 때는, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제4항에 있어서,
상기 선택 제어 수단은, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리 시에, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 비율을, 상기 축전 디바이스의 축전 전압에 따라서 변화시키는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제5항에 있어서,
상기 선택 제어 수단은, 상기 유압 부하 걸기 수단과 상기 전동 부하 걸기 수단의 양쪽을 작동시키는 제어 처리 시에, 상기 축전 디바이스의 축전 전압이 상기 하한 임계값의 부근에 있어서는, 상기 전동 부하 걸기 수단을 작동시키는 비율을 크게 하고, 상기 상한 임계값의 부근에 있어서는, 상기 유압 부하 걸기 수단을 작동시키는 비율을 크게 하는 제어 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과,
이 온도 검출 수단으로 검출된 상기 배기 가스의 온도가, 미리 설정되는 상기 입자상 물질의 연소에 최저한의 필요로 간주할 수 있는 온도 범위 내의 온도인지 여부를 판정하는 배기 가스 온도 판정 수단과,
이 배기 가스 온도 판정 수단에서, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 상기 배기 가스의 온도가, 상기 온도 범위 내의 온도가 아니라고 판정되었을 때, 상기 배기 가스의 온도가 상기 온도 범위 내의 온도로 되도록, 상기 선택 제어 수단에서 선택된 부하 걸기 수단의 작동을 조정하는 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 작업 기계.