KR101799660B1 - 작업 기계의 엔진 제어 장치 및 그 엔진 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

조작자의 의사에 따른 엔진 목표 출력을 설정하여 연비의 향상을 도모하기 위해, 조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를 세우는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록 (301) 과, 엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력 (D400) 을 연산하는 엔진 실출력 연산 블록 (242) 과, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가 서 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 엔진 실출력을 래치하여 출력하고, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가 서 있는 동안, 현재의 엔진 실출력을 출력하는 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 과, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 이 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산부 (303) 와, 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 컨트롤러를 구비한다.

Description

작업 기계의 엔진 제어 장치 및 그 엔진 제어 방법{WORK MACHINE ENGINE CONTROL DEVICE AND ENGINE CONTROL METHOD}
본 발명은, 유압 셔블, 불도저, 덤프 트럭, 휠 로더 등의 건설 기계를 포함하는 작업 기계의 엔진 제어 장치 및 그 엔진 제어 방법에 관한 것이다.
작업 기계에 사용되는 디젤 엔진 (이하, 엔진) 의 엔진 제어에 있어서, 작업 기계의 오퍼레이터가 운전실 내에 형성된 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) 을 임의로 설정하면, 엔진 컨트롤러는, 연료 분사 시스템에 대하여, 설정에 따른 연료 분사량을 엔진에 분사하기 위한 제어 신호를 출력한다. 그리고, 엔진 컨트롤러는, 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) 로 설정된 엔진 목표 회전수가 유지되도록, 작업 기계에 장착된 작업기의 부하 변동에 대응한 제어 신호를 연료 분사 시스템에 출력하여, 엔진 회전수를 조정한다. 또, 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러는, 엔진 목표 회전수에 따른 유압 펌프의 목표 흡수 토크를 산출한다. 이 목표 흡수 토크는, 엔진의 출력 마력과 유압 펌프의 흡수 마력이 균형 잡히도록 설정된다.
통상적인 엔진 제어에 대해, 도 24 를 사용하여 설명한다. 엔진은, 엔진의 최대 출력 토크선 (P1) 과 최대의 엔진 회전수로부터 그어지는 엔진 드룹선 (Fe) 으로 성립되는, 엔진 출력 토크선 (TL) 을 초과하지 않도록 제어된다. 그리고, 엔진 컨트롤러는, 예를 들어 작업 기계가 유압 셔블 등인 경우, 상부 선회체의 선회 동작이나 작업기 동작을 위해 조작되는 조작 레버의 조작량과 작업기 등의 부하에 따라 엔진 회전수를 변화시키기 위한 제어 신호를 생성한다. 예를 들어, 엔진 목표 회전수가 N2 로 설정되어 있는 상태에서 토사 등의 굴착 조작이 실시되면, 엔진이 아이들링 동작되고 있을 때의 엔진 회전수 (아이들링 회전수 (N1)) 에서 엔진 목표 회전수 (N2) 로 이행된다. 이 때, 연료 분사 시스템은, 엔진 컨트롤러로부터의 제어 신호를 받아, 이 이행에 따라 연료를 엔진에 분사하고, 작업기 동작 등이 실시되어 부하가 증가하면, 엔진 회전수와 엔진 출력 토크가 가변 용량형 유압 펌프 (전형적으로는 사판식 유압 펌프) 의 펌프 흡수 토크선 (PL) 과 엔진 출력 토크선 (TL) 의 교점에 상당하는 매칭점 (M1) 에 도달하도록, 엔진 회전수가 이행된다. 또한, 정격점 (P) 에서는, 엔진 출력은 최대가 된다.
여기서, 엔진의 연비 효율 및 유압 펌프의 펌프 효율을 개선하기 위해, 도 25 에 나타내는 바와 같이, 연료 소비율이 양호한 영역을 통과하는 목표 엔진 운전선 (목표 매칭 루트) (ML) 을 형성하고, 목표 매칭 루트 (ML) 상에 엔진 출력과 펌프 흡수 토크의 매칭점을 형성하도록 하는 엔진 제어 장치가 있다. 도 25 에 있어서, 곡선 (M) 은 엔진의 등연비 곡선을 나타내며, 곡선 (M) 의 중심 (눈 (M1)) 으로 갈수록 연료 소비율이 우수하다. 또, 곡선 (J) 은 유압 펌프로 흡수되는 마력이 등마력으로 되어 있는 등마력 곡선을 나타내고 있다. 따라서, 동일한 마력을 얻는 경우, 엔진 드룹선 (Fe) 상의 매칭점 (pt1) 에서 매칭시키는 것보다도, 목표 매칭 루트 (ML) 상의 매칭점 (pt2) 에서 매칭시키는 쪽이 연료 소비율은 우수하다. 또, 유압 펌프의 유량 (Q) 는, 엔진 회전수 (n) 와 펌프 용량 (q) 의 곱 (Q ＝ n·q) 이며, 동일한 작동유 유량을 얻는다면, 엔진 회전수를 낮게 하고 펌프 용량을 크게 하는 쪽이 펌프 효율이 우수해진다.
일본 공개특허공보 2007-120426호 일본 공개특허공보 2012-241585호
그러나, 예를 들어 특허문헌 2 에 기재된 종래의 엔진 제어 장치에서는, 엔진 목표 출력을 변동시킬 수 있지만, 조작 레버를 감소 방향으로 움직여 엔진 실 (實) 출력이 감소해도, 엔진 목표 출력을 감소시키는 것까지 고려하지 않았다. 또한, 종래에는, 조작 레버가 뉴트럴로 되돌아온 경우에 비로소 엔진 목표 출력이 낮아지도록 되어 있었다.
조작 레버를 감소시켜 엔진 실출력을 감소시켰음에도 불구하고, 엔진 목표 출력이 감소하지 않는 경우, 엔진 실출력의 감소와 함께, 엔진 회전수가 엔진 목표 출력의 매칭점을 통과하는 드룹선 상을 이동하여 엔진 회전수를 증대시키게 되어, 연료 소비율이 악화된다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 조작자의 의사에 따른 엔진 목표 출력을 설정하여 연비의 향상을 도모할 수 있는 작업 기계의 엔진 제어 장치 및 그 엔진 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 장치는, 엔진과, 적어도 엔진의 동력에 의해 구동되는 작업기와, 적어도 작업기의 조작을 실시하는 조작 레버를 갖는 작업 기계의 엔진 제어 장치에 있어서, 조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부와, 엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력을 연산하는 엔진 실출력 연산부와, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 상기 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하는 래치 기능부와, 상기 래치 기능부가 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산부와, 상기 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 감소 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 감소한 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 증대 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 증대된 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 히스테리시스 처리를 실시하는 히스테리시스 처리부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과한 경우, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 장치는, 상기 발명에 있어서, 일시적인 엔진 출력의 증대를 지시하는 원터치 파워업 신호를 출력하는 원터치 파워업 버튼을 구비하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 상기 원터치 파워업 신호가 입력되고 있는 동안, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진 목표 출력 연산부는, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 경우, 엔진 목표 출력이 증대되는 방향의 연산 처리를 실시하지 않는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 방법은, 엔진과, 적어도 엔진의 동력에 의해 구동되는 작업기와, 적어도 작업기의 조작을 실시하는 조작 레버를 갖는 작업 기계의 엔진 제어 방법에 있어서, 조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝과, 엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력을 연산하는 엔진 실출력 연산 스텝과, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 상기 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하는 래치 기능 스텝과, 상기 래치 기능 스텝이 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산 스텝과, 상기 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 작업 기계의 엔진 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝은, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 감소 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 감소한 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 증대 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 증대된 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 히스테리시스 처리를 실시하는 히스테리시스 처리 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하고, 이 출력된 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하도록 하고 있다. 그 결과, 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안에도 확실하게 엔진 실출력에 따른 엔진 목표 출력을 설정할 수 있어, 조작자의 의사에 따른 연비의 향상을 도모할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 유압 셔블의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 유압 셔블의 제어계의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3 은 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러에 의한 엔진 제어 내용을 설명하는 토크선도이다.
도 4 는 레버 조작 총합량 감소 플래그를 사용한 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러에 의한 엔진 제어 내용을 설명하는 토크선도이다.
도 5 는 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러에 의한 엔진 제어 내용을 설명하는 토크선도이다.
도 6 은 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러에 의한 전체 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 7 은 도 6 에 나타낸 무부하 최대 회전수 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 8 은 도 6 에 나타낸 엔진 최소 출력 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 9 는 도 6 에 나타낸 엔진 최대 출력 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 10 은 도 6 에 나타낸 엔진 목표 출력 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 11 은 도 10 에 나타낸 레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 12 는 도 11 에 나타낸 레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리부의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 13 은 도 10 에 나타낸 엔진 실출력의 래치 기능 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 14 는 도 10 에 나타낸 적분부에 의한 적분 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 15 는 레버 조작 총합량 감소 플래그를 사용한 엔진 목표 출력의 일례를 나타내는 타임 차트이다.
도 16 은 레버 조작 총합량 감소 플래그를 사용한 엔진 목표 출력의 일례를 나타내는 타임 차트이다.
도 17 은 도 6 에 나타낸 매칭 최소 회전수 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 18 은 도 6 에 나타낸 목표 매칭 회전수 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 19 는 도 6 에 나타낸 엔진 회전수 지령값 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 20 은 도 6 에 나타낸 펌프 흡수 토크 지령값 연산 블록의 상세 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 21 은 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러에 의한 엔진 제어 내용을 설명하는 토크선도이다.
도 22 는 본 발명의 실시형태 2 인 하이브리드 유압 셔블의 제어계의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 23 은 본 발명의 실시형태 2 의 엔진 컨트롤러 혹은 펌프 컨트롤러, 하이브리드 컨트롤러에 의한 전체 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 24 는 종래의 엔진 제어를 설명하는 토크선도이다.
도 25 는 목표 매칭 루트를 사용한 종래의 엔진 제어를 설명하는 토크선도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다.
(실시형태 1)
[전체 구성]
먼저, 도 1 및 도 2 는 작업 기계로서의 일례인 유압 셔블 (1) 의 전체 구성을 나타내고 있다. 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) 를 갖는다. 각 주행 장치 (4a) 는, 이대 (履帶) (4b) 를 갖는다. 각 주행 장치 (4a) 는, 우측 주행 모터와 좌측 주행 모터 (주행 모터 (21)) 에 의해 이대 (4b) 를 구동시킴으로써 유압 셔블 (1) 을 주행 혹은 선회시킨다.
상부 선회체 (5) 는, 하부 주행체 (4) 상에 선회 가능하게 형성되고, 선회 유압 모터 (31) 가 구동됨으로써 선회한다. 또, 상부 선회체 (5) 에는, 운전실 (6) 이 형성된다. 상부 선회체 (5) 는, 연료 탱크 (7) 와 작동유 탱크 (8) 와 엔진실 (9) 과 카운터 웨이트 (10) 를 갖는다. 연료 탱크 (7) 는, 엔진 (17) 을 구동시키기 위한 연료를 저류한다. 작동유 탱크 (8) 는, 유압 펌프 (18) 로부터 붐 실린더 (14) 등의 유압 실린더나 선회 유압 모터 (31), 주행 모터 (21) 등의 유압 기기에 토출되는 작동유를 저류한다. 엔진실 (9) 은, 엔진 (17) 이나 유압 펌프 (18) 등의 기기를 수납한다. 카운터 웨이트 (10) 는, 엔진실 (9) 의 후방에 배치된다.
작업기 (3) 는, 상부 선회체 (5) 의 전부 (前部) 중앙 위치에 장착되며, 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 회전 가능하게 연결된다. 또, 붐 (11) 의 선단부는, 아암 (12) 의 기단부에 회전 가능하게 연결된다. 아암 (12) 의 선단부는, 버킷 (13) 에 회전 가능하게 연결된다. 붐 실린더 (14), 아암 실린더 (15), 및 버킷 실린더 (16) 는, 유압 펌프 (18) 로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 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.
도 2 에 있어서, 유압 셔블 (1) 은, 구동원으로서의 엔진 (17), 유압 펌프 (18) 를 갖는다. 엔진 (17) 으로서 디젤 엔진이 사용되고, 유압 펌프 (18) 로서 가변 용량형 유압 펌프 (예를 들어 사판식 유압 펌프) 가 사용된다. 엔진 (17) 의 출력축에는 유압 펌프 (18) 가 기계적으로 결합되어 있고, 엔진 (17) 을 구동시킴으로써, 유압 펌프 (18) 가 구동된다.
유압 구동계에서는, 차량 본체 (2) 에 형성된 운전실 (6) 내에, 좌우의 주행 장치 (4a) 를 구동시키는 도시되지 않은 주행용 레버와, 작업기 (3) 나 상부 선회체 (5) 등을 구동시키는 조작 레버 (26R, 26L) 가 각각 형성된다. 조작 레버 (26R) 의 상하 좌우의 조작은, 각각 붐 실린더 (14) 및 버킷 실린더 (16) 의 신장·수축에 대응하여 공급되는 작동유의 공급량을 설정한다. 조작 레버 (26L) 의 상하 좌우의 조작은, 각각 아암 실린더 (15) 및 상부 선회체 (5) 를 구동시키는 선회 유압 모터 (31) 에 공급되는 작동유의 공급량을 설정한다. 조작 레버 (26R, 26L) 의 조작량은, 레버 조작량 검출부 (27) 에 의해 전기 신호로 변환된다. 레버 조작량 검출부 (27) 는, 압력 센서에 의해 구성된다. 조작 레버 (26R, 26L) 의 조작에 따라 발생하는 파일럿 유압을 압력 센서가 검지하고, 압력 센서가 출력하는 전압 등을 레버 조작량으로 환산함으로써 레버 조작량을 구한다. 레버 조작량은, 전기 신호로서 펌프 컨트롤러 (33) 에 출력된다. 또한, 조작 레버 (26R, 26L) 가 전기식 레버인 경우에는, 레버 조작량 검출부 (27) 는, 퍼텐쇼미터 등의 전기적 검출 수단에 의해 구성되며, 레버 조작량에 따라 발생하는 전압 등을 레버 조작량으로 환산하여 레버 조작량을 구한다.
운전실 (6) 내에는, 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) (28), 모드 전환부 (29), 및 원터치 파워업 버튼 (29a) 이 조작 레버 (26L) 의 상부에 형성된다. 또한, 원터치 파워업 버튼 (29a) 은, 조작 레버 (26L) 의 상부 이외에 독립적으로 설치되어도 된다. 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) (28) 은, 엔진 (17) 으로의 연료 공급량을 설정하기 위한 스위치로서, 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) (28) 의 설정값은, 전기 신호로 변환되어 엔진 컨트롤러 (30) 에 출력된다.
엔진 컨트롤러 (30) 는, CPU (수치 연산 프로세서) 등의 연산 장치나 메모리 (기억 장치) 로 구성된다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) (28) 의 설정값에 기초하여, 제어 지령의 신호를 생성하고, 코먼 레일 제어부 (32) 가 제어 신호를 수신하고, 엔진 (17) 으로의 연료 분사량을 조정한다. 즉, 엔진 (17) 은, 코먼 레일식에 의한 전자 제어가 가능한 엔진이며, 연료 분사량을 적절히 컨트롤함으로써 목적으로 하는 출력을 내는 것이 가능하고, 어느 순간의 엔진 회전수에 있어서의 출력 가능한 토크를 자유롭게 설정하는 것이 가능하다.
모드 전환부 (29) 는, 유압 셔블 (1) 의 작업 모드를 파워 모드 또는 이코노미 모드로 설정하는 부분으로서, 예를 들어 운전실 (6) 중에 형성되는 조작 버튼이나 스위치, 또는 터치 패널로 구성되며, 유압 셔블 (1) 의 오퍼레이터가 그것들의 조작 버튼 등을 조작함으로써 작업 모드를 전환시킬 수 있다. 파워 모드란, 큰 작업량을 유지하면서 연비를 억제한 엔진 제어 및 펌프 제어를 실시하는 작업 모드이다. 이코노미 모드란, 더욱 연비를 억제하면서 경부하 작업으로 작업기 (3) 의 동작 속도를 확보하도록 엔진 제어 및 펌프 제어를 실시하는 작업 모드이다. 이 모드 전환부 (29) 에 의한 설정 (작업 모드의 전환) 에서는, 전기 신호가 엔진 컨트롤러 (30), 펌프 컨트롤러 (33) 에 출력된다. 또한, 파워 모드에서는, 엔진 (17) 의 회전수 및 출력 토크가 비교적 높은 영역에서 엔진 (17) 의 출력 토크와 유압 펌프 (18) 의 흡수 토크를 매칭시킨다. 또, 이코노미 모드에서는, 파워 모드의 경우와 비교하여 낮은 엔진 출력에서 매칭시킨다.
원터치 파워업 버튼 (29a) 은, 일시적인 엔진 출력의 증대를 지시하는 버튼이다. 원터치 파워업 버튼 (29a) 이 압하되면, 예를 들어, 5 ∼ 10 초 정도의 기간, 원터치 파워업 신호가 엔진 컨트롤러 (30) 및 펌프 컨트롤러 (33) 에 출력된다. 엔진 컨트롤러 (30) 및 펌프 컨트롤러 (33) 는, 원터치 파워업 신호가 입력되고 있는 동안, 일시적으로 엔진 출력을 증대시킨다.
펌프 컨트롤러 (33) 는, 엔진 컨트롤러 (30), 모드 전환부 (29), 원터치 파워업 버튼 (29a), 레버 조작량 검출부 (27) 로부터 송신된 신호를 수신하고, 유압 펌프 (18) 의 사판각을 경도 (傾倒) 제어하여 유압 펌프 (18) 로부터의 작동유의 토출량을 조정하기 위한 제어 지령의 신호를 생성한다. 또한, 펌프 컨트롤러 (33) 에는, 유압 펌프 (18) 의 사판각을 검출하는 사판각 센서 (18a) 로부터의 신호가 입력된다. 사판각 센서 (18a) 가 사판각을 검출함으로써, 유압 펌프 (18) 의 펌프 용량을 연산할 수 있다. 유압 펌프 (18) 에서 컨트롤 밸브 (20) 사이의 배관에는, 유압 펌프 (18) 의 펌프 토출 압력을 검출하기 위한 펌프압 검출부 (20a) 가 형성되어 있다. 검출된 펌프 토출 압력은, 전기 신호로 변환되어 펌프 컨트롤러 (33) 에 입력된다. 또한, 엔진 컨트롤러 (30) 와 펌프 컨트롤러 (33) 는, 서로 정보의 수수가 실시되도록 CAN (Controller Area Network) 과 같은 차내 LAN 으로 접속되어 있다.
[엔진 제어의 개요]
먼저, 도 3 및 도 4 에 나타내는 토크선도를 참조하여 엔진 제어의 개요에 대해 설명한다. 엔진 컨트롤러 (30) 는, 레버 조작량, 작업 모드 및 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) (28) 의 설정값, 상부 선회체 (5) 의 선회 속도 (선회 회전수) 등의 정보 (운전 상태를 나타내는 신호) 를 취득하여, 엔진 출력 지령값을 구한다. 이 엔진 출력 지령값은, 토크선도 상의 등마력 곡선 (엔진 출력 지령값 곡선) (EL1) 이 되어, 엔진의 출력을 제한하는 곡선이다.
그리고, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 작업기 (3) 에 부하가 걸린 경우, 엔진 출력을 드룹선에 구속시키지 않고, 엔진 출력 지령값 곡선 (EL1) 과 펌프 흡수 토크선 (PL) 의 교점 (목표 매칭점) (MP1) 에서 엔진 출력과 유압 펌프 출력을 매칭시켜 작업기 (3) 를 동작시킨다. 또한, 이 목표 매칭점 (MP1) 은, 목표 매칭 루트 (ML) 상에 갖게 하는 것이 바람직하다. 이 목표 매칭점 (MP1) 에서의 엔진 회전수는, 목표 매칭 회전수 (np1) 로서, 예를 들어, 도 3 에서는 1000 rpm 근방이 된다. 이로써, 작업기 (3) 는 충분한 출력을 얻을 수 있음과 함께, 엔진 (17) 은 저회전수로 구동되기 때문에, 연료 소비를 낮게 억제할 수 있다.
여기서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 작업기 (3) 에 더욱 부하가 걸린 경우, 엔진 목표 출력이 증대되고, 등마력의 엔진 실출력 (HP11) 을 나타내는 엔진 출력 지령값 곡선 (EL1) 에서 등마력의 엔진 실출력 (HP13) (HP11 ＜ HP13) 을 나타내는 엔진 출력 지령값 곡선 (EL3) 으로 이행된다. 그러면, 목표 매칭점 (MP1) 은, 매칭 루트 (ML) 상에서 엔진 출력 증대 방향으로 이동하고, 엔진 출력 지령값 곡선 (EL3) 과 매칭 루트 (ML) 의 교점인 목표 매칭점 (MP3) 이 된다. 이 때, 엔진 실출력 (엔진 부하) 이 감소하면, 이 목표 매칭점 (MP3) 을 통과하는 드룹선을 따라 엔진 토크가 감소함과 함께, 엔진 회전수가 증대된다. 여기서, 조작자의 레버 조작에 의해 레버 조작량이 감소하면, 이 레버 조작량의 감소에 수반하여, 엔진 목표 출력이 감소한다. 예를 들어, 도 4 에서는, 엔진 목표 출력이 엔진 출력 지령값 곡선 (EL3) 에서 엔진 출력 지령값 곡선 (EL1) 으로 이행된다.
이와 같이, 레버 조작량의 감소에 수반하는 엔진 실출력이 감소하면, 이 감소에 대응한 엔진 목표 출력을 낮추도록 하고 있다. 그 결과, 도 4 에서는, 목표 매칭점 (MP3) 에서 목표 매칭점 (MP1) 으로 이행되고, 이것에 수반하여, 엔진 회전수는 np3 에서 np1 로 대폭 감소하여, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래에는, 레버 조작량의 감소에 수반하는 엔진 실출력의 감소에 대응하여 엔진 목표 출력이 낮아지지 않기 때문에, 레버 조작량의 감소에 수반하여 엔진 실출력이 감소해도 목표 매칭점 (MP3) 을 유지하고 있다. 그 결과, 레버 조작량의 감소에 수반하여 엔진 실출력이 감소하면, 목표 매칭점 (MP1) 을 통과하는 드룹선과 이 때의 엔진 실출력 (HP11) 에 대응하는 엔진 출력 지령값 곡선 (EL1) 의 교점 (PP1) 이 동작점이 된다. 이 때의 엔진 회전수는 np1 보다 높고, 또한 np3 보다 높아져, 연비가 악화되었다.
그런데, 엔진 목표 출력이 변화하지 않고, 작업기 (3) 의 부하가 빠진 경우로서, 작업기 (3) 의 유압 실린더 (14, 15, 16) 로의 작동유 유량이 필요한 경우, 즉 작업기 (3) 의 동작 속도의 확보가 필요한 경우, 엔진 컨트롤러 (30) 는, 레버 조작량, 상부 선회체 (5) 의 선회 회전수, 연료 조정 다이얼 (스로틀 다이얼) (28) 의 설정값 등의 정보에 대응한 무부하 최대 회전수 (np2) (예를 들어 도 3 에서는, 2050 rpm 근방) 를 결정하고, 목표 매칭 회전수 (np1) 와 무부하 최대 회전수 (np2) 사이의 엔진 회전수 범위 내에서 엔진 드룹을 제어하여 엔진 (17) 을 구동시킨다. 이와 같은 제어를 실시함으로써, 작업기 (3) 의 부하가 걸린 상태에서 부하가 빠진 상태로 이행된 경우, 저회전측의 목표 매칭점 (MP1) 에서 고회전측의 매칭점 (MP2) 으로 이행되는 점에서, 유압 펌프 (18) 로부터 토출되는 작동유 유량을 충분히 유압 실린더 (14, 15, 16) 에 공급할 수 있고, 작업기 (3) 의 동작 속도를 확보할 수 있다. 또, 엔진 출력 지령값 곡선 (EL) 에 의해 엔진 출력이 제한되기 때문에, 쓸데없는 에너지를 소비하지 않는다. 또한, 무부하 최대 회전수 (np2) 는, 엔진이 출력할 수 있는 최대 회전수에 한정되지 않는다.
여기서, 엔진 목표 출력이 변화하지 않고, 작업기 (3) 의 부하가 더욱 빠진 경우, 그대로 엔진 (17) 을 고회전역에서 구동시키면 연료가 소비되고 연비가 악화되게 된다. 따라서, 부하가 빠진 경우로서, 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, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 고회전역의 드룹선 (DL) 을 저회전역으로 시프트시키는 제어를 실시한다. 상기와 같이, 펌프 용량은, 사판각 센서 (18a) 에 의해 검출되고, 이 검출값의 대소에 따라 드룹선 (DL) 을 시프트시킨다. 예를 들어, 펌프 용량이 소정값보다 큰 것으로 검출된 경우에는 작동유 유량을 필요로 하고 있기 때문에, 드룹선 (DL) 을 고회전역으로 시프트시켜 엔진 회전수를 높이고, 펌프 용량이 소정값보다 작은 것으로 검출된 경우에는 작동유 유량을 필요로 하고 있지 않기 때문에, 드룹선 (DL) 을 저회전역으로 시프트시켜 엔진 회전수를 낮춘다. 이와 같은 제어를 실시함으로써, 고회전역에서의 엔진 구동에 의한 쓸데없는 연료 소비를 억제할 수 있다.
[엔진 제어의 상세]
도 6 은 엔진 컨트롤러 (30) 혹은 펌프 컨트롤러 (33) 에 의한 전체 제어 플로우를 나타내고 있다. 엔진 컨트롤러 (30) 혹은 펌프 컨트롤러 (33) 는, 최종적으로 엔진 제어 지령으로서의 엔진 회전수 지령값과 엔진 출력 지령값을 연산하고, 펌프 제어 지령으로서 펌프 흡수 토크 지령값을 연산한다.
무부하 최대 회전수 연산 블록 (110) 은, 도 7 에 나타낸 상세 제어 플로우에 의해, 엔진 회전수 지령값의 상한값이 되는 값인 무부하 최대 회전수 (D210) (np2) 를 연산한다. 유압 펌프 (18) 의 펌프 용량이 최대인 상태에서는, 유압 펌프 (18) 의 유량 (유압 펌프 토출 유량) 은 엔진 회전수와 펌프 용량의 곱으로서, 유압 펌프 (18) 의 유량 (유압 펌프 토출 유량) 은 엔진 회전수에 비례하기 때문에, 무부하 최대 회전수 (D210) 와 유압 펌프 (18) 의 유량 (펌프 최대 토출량) 은 비례 관계에 있게 된다. 이 때문에, 먼저, 무부하 최대 회전수 (D210) 의 후보값으로서, 각 레버값 신호 (D100) (레버 조작량) 에 의해 구해진 무부하 회전수의 총합을 총합부 (212) 에 의해 구한다. 각 레버값 신호 (D100) (각 레버 조작량을 나타내는 신호) 로는, 선회 레버값, 붐 레버값, 아암 레버값, 버킷 레버값, 주행 우측 레버값, 주행 좌측 레버값, 서비스 레버값이 있다. 이 서비스 레버값은, 새로운 유압 액추에이터를 접속시킬 수 있는 유압 회로를 갖는 경우에 있어서의, 이 유압 액추에이터를 조작하는 레버 조작량을 나타내는 값이다. 각 레버값 신호 (D100) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같은 레버값·무부하 회전수 변환 테이블 (211) 에 의해 무부하 회전수로 변환되고, 이 변환된 값을 총합부 (212) 에 의해 구해진 총합의 무부하 회전수가 최소값 선택부 (MIN 선택) (214) 에 출력된다.
한편, 무부하 회전수 리미트값 선택 블록 (210) 은, 각 레버값 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 사용하여, 유압 셔블 (1) 의 오퍼레이터가 현재 어떠한 조작 패턴 (작업 패턴) 을 실행하고 있는지를 판정하고, 미리 설정되어 있는 조작 패턴에 대한 무부하 회전수 리미트값을 선택하여 결정한다. 이 결정된 무부하 회전수 리미트값은, 최소값 선택부 (214) 에 출력된다. 이 조작 패턴 (작업 패턴) 의 판정이란, 예를 들어, 아암 레버가 굴착 방향으로 경도되어 있고, 펌프 압력도 어느 설정값보다 높은 경우, 유압 셔블 (1) 은 중굴착 작업을 실행하려고 하고 있는 것으로 판정하고, 선회 레버가 경도되어 있음과 함께 붐 레버가 올림 방향으로 경도되어 있는 복합 조작의 경우, 유압 셔블 (1) 은 호이스트 선회 작업을 실행하려고 하고 있는 것으로 판정하는 것이다. 이와 같이, 조작 패턴 (작업 패턴) 의 판정이란, 그 때에 오퍼레이터가 실행하려고 하고 있는 조작을 추정하는 것이다. 또한, 호이스트 선회 작업이란, 버킷 (13) 으로 굴착한 토사를 붐 (11) 을 올리면서 상부 선회체 (5) 를 선회시키고, 원하는 선회 정지의 위치에서 버킷 (13) 의 토사를 배토하는 작업이다.
한편, 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정 상태 (설정값) 로부터도 무부하 최대 회전수의 후보값을 결정한다. 즉, 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정값을 나타내는 신호를 받아, 설정값은 스로틀 다이얼·무부하 회전수 변환 테이블 (213) 에 의해 무부하 최대 회전수의 후보값으로 변환되고, 최소값 선택부 (214) 에 출력된다.
최소값 선택부 (214) 는, 레버값 신호 (D100) 로부터 구해진 무부하 회전수와 무부하 회전수 리미트값 선택 블록 (210) 에서 구해진 무부하 회전수 리미트값과 스로틀 다이얼 (D102) 의 설정값으로부터 구해진 무부하 회전수의 3 개의 값 중에서 최소값을 선택하여, 무부하 최대 회전수 (D210) (np2) 를 출력한다.
도 8 은 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 의 상세 제어 플로우이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 은, 엔진 출력 지령값의 하한이 되는 값인 엔진 최소 출력 (D220) 을 연산한다. 레버값·엔진 최소 출력 변환 테이블 (220) 은, 무부하 최대 회전수의 연산과 동일하게, 각 레버값 신호 (D100) 를 엔진 최소 출력으로 변환시키고, 총합부 (221) 가 이들의 총합을 최소값 선택부 (MIN 선택) (223) 에 출력한다.
한편, 엔진 최소 출력의 최대값 선택 블록 (222) 은, 모드 전환부 (29) 에 의해 설정되는 작업 모드 (D103) 에 대응한 엔진 최소 출력의 최대값을 최소값 선택부 (223) 에 출력한다. 최소값 선택부 (223) 는, 각 레버값 신호 (D100) 에 대응한 엔진 최소 출력의 총합과 작업 모드 (D103) 에 대응한 엔진 최소 출력의 최대값을 비교하고, 최소값을 선택하여 엔진 최소 출력 (D220) 으로서 출력한다.
도 9 는 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 의 상세 제어 플로우이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 은, 엔진 출력 지령값의 상한이 되는 값인 엔진 최대 출력 (D230) 을 연산한다. 펌프 출력 리미트값 선택 블록 (230) 은, 무부하 최대 회전수 연산 블록 (110) 에 의한 연산과 동일하게, 각 레버값 신호 (D100) 의 조작량과 펌프 압력 (D104, D105) 과 작업 모드 (D103) 의 설정값의 정보를 사용하여, 현재의 조작 패턴을 판정하고, 그 조작 패턴마다 펌프 출력 리미트값을 선택한다. 이 선택된 펌프 출력 리미트값에, 도시되지 않은 회전수 센서에 의해 검출된 엔진 회전수 (D107) 로부터 팬 마력 연산 블록 (231) 이 연산한 팬 마력이 가산부 (233) 에 의해 가산된다. 그 가산된 값 (이하, 가산값) 과 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정값에 따라 스로틀 다이얼·엔진 출력 리미트 변환 테이블 (232) 에 의해 변환된 엔진 출력 리미트값이, 최소값 선택부 (MIN 선택) (234) 에 출력된다. 또한, 스로틀 다이얼·엔진 출력 리미트 변환 테이블 (232) 은, 도 9 중에 나타내는 바와 같이 스로틀 다이얼의 설정값을 횡축에 취하고, 다이얼값에 대응하는 엔진 출력 리미트값을 종축에 취한다. 스로틀 다이얼값이 0 일 때를 엔진 출력 리미트값의 최소값으로 하고, 스로틀 다이얼값이 커짐에 따라 엔진 출력 리미트값을 증대시키도록 설정한다. 최소값 선택부 (234) 는, 가산값과 엔진 출력 리미트값 중 최소값을 선택하여, 엔진 최대 출력 (D230) 으로서 출력한다. 또한, 팬이란, 엔진 (17) 을 냉각시키기 위한 라디에이터의 근방에 형성된 팬으로서, 라디에이터를 향하여 공기를 송풍시키는 것이며, 엔진 (17) 의 구동에 연동하여 회전 구동되는 것이다. 또한, 팬 마력은, 하기 식,
팬 마력 ＝ 팬 정격 마력 × (엔진 회전수/팬 정격시 엔진 회전수)＾3
을 사용하여 간이적으로 연산함으로써 구해진다.
＜엔진 목표 출력 연산 처리＞
도 10 은 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 의 상세 제어 플로우이다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 은, 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록 (301) 과 엔진 실출력 연산 블록 (242) 과 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 과 엔진 목표 출력 연산부 (303) 를 갖고, 엔진 출력 지령값인 엔진 목표 출력 (D240) 을 연산한다.
먼저, 엔진 목표 출력 연산부 (303) 에 대해 설명한다. 감산부 (243) 는, 전회 연산하여 구해진 전회 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터 고정값으로서 설정되어 있는 엔진 출력 가산용 오프셋값 (241) 을 뺀다. 또한, 전회 엔진 목표 출력 (D240) 은, 연산 출력된 전회의 엔진 목표 출력 (D240) 이 지연 회로 (240) 를 통하여 입력된 것이다. 감산부 (244) 는, 이 감산된 값으로부터, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 에서 래치 출력을 고려한 엔진 실출력 (D401) 을 감산한 편차를 구한다. 승산부 (245) 는, 이 편차에 어느 게인 (-Ki) 을 곱한 값을 승산하고, 적분부 (246) 가 이 승산값을 적분한다. 가산부 (247) 는, 이 적분값에 엔진 최소 출력 연산 블록 (120) 에서 연산하여 구해진 엔진 최소 출력 (D220) 을 가산한다. 최소값 선택부 (MIN 선택) (248) 는, 이 가산값과 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 에서 연산하여 구해진 엔진 최대 출력 (D230) 중 최소값을 엔진 목표 출력 (D240) 으로서 출력한다. 엔진 목표 출력 (D240) 은, 도 6 에 나타내는 바와 같이 엔진 제어 지령의 엔진 출력 지령값으로서 사용되며, 엔진 목표 출력 (D240) 은, 도 3 ∼ 도 5 에 나타내는 엔진 출력 지령값 곡선 (EL1, EL3) 을 의미한다.
엔진 실출력 연산 블록 (242) 은, 엔진 컨트롤러 (30) 가 지령하고 있는 연료 분사량과 엔진 회전수, 대기 온도 등에 의해 예측한 엔진 토크 (D106) 와 도시되지 않은 회전수 센서에 의해 검출된 엔진 회전수 (D107) 를 기초로, 하기 식
엔진 실출력 (㎾) ＝ 2π ÷ 60 × 엔진 회전수 × 엔진 토크 ÷ 1000
을 사용하여 연산하여 엔진 실출력 (D400) 을 구한다. 이 구해진 엔진 실출력 (D400) 은 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 에 출력된다. 상기 서술한 바와 같이, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 은, 래치 출력을 고려한 엔진 실출력 (D401) 을 연산한다.
또, 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록 (301) 은, 레버값 신호 (레버 조작 총합량) (D100), 펌프 압력 (D104, D105), 및 원터치 파워업 신호 (D108) 를 기초로, 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하고, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 및 적분부 (246) 에 출력한다. 엔진 출력 감소 허용 정보는, 조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 정보이다. 엔진 출력 감소 허용 정보는, 구체적으로는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 이다. 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록 (301) 은, 조작 레버에 의한 레버 조작 총합량 (D100) 이 감소하고 있는 동안, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를 세우는 연산 처리를 실시하는 것이다. 또한, 레버 조작 총합량 (D100) 은, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 및 적분부 (246) 에도 출력된다. 또한, 엔진 출력 감소 허용 정보는, 상기 서술한 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 와 같은 플래그에 한정되지 않으며, 엔진 출력의 감소를 허용하는 신호여도 되고, 엔진 출력의 감소를 허용하는 데이터를 출력하도록 해도 된다. 이하, 엔진 출력 감소 허용 정보의 일례로서 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를 사용하여 설명한다.
＜레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리＞
도 11 에 나타내는 바와 같이, 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록 (301) 은, 히스테리시스 처리부 (304) 와 레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리부 (305) 를 갖는다.
＜히스테리시스 처리＞
도 11 에 나타내는 바와 같이, 히스테리시스 처리부 (304) 는, 입력되는 레버 조작 총합량 (D100) 의 증가에 수반하여 출력되는 레버 조작 총합량 (D100h) 이 일 방향의 증가만을 허용하는 직선 (H1) 과, 입력되는 레버 조작 총합량 (D100) 의 감소에 수반하여 출력되는 레버 조작 총합량 (D100h) 이 일 방향의 감소만을 허용하는 직선 (H2) 이, 레버 조작 총합량 (D100) 의 소정량 (Δh), 레버 조작 총합량 (D100) 방향으로 어긋나 배치되는 히스테리시스 특성을 갖는다. 또한, 직선 (H2) 은, 직선 (H1) 에 대하여 레버 조작 총합량 (D100) 이 레버 조작 총합량 (D100) 의 소정량 (Δh) 만큼 작다.
입력되는 레버 조작 총합량 (D100) 이 직선 (H1) 상인 경우, 출력되는 레버 조작 총합량 (D100h) 은 증가가 허용되고, 감소하는 경우에는, 상기 서술한 소정량 (Δh) 이상의 감소가 있었던 경우에만 레버 조작 총합량 (D100) 이 감소한 것으로 하여 직선 (H2) 으로 이행된다. 한편, 입력되는 레버 조작 총합량 (D100) 이 직선 (H2) 상인 경우, 출력되는 레버 조작 총합량 (D100h) 은 감소가 허용되고, 증가하는 경우에는, 상기 서술한 소정량 (Δh) 이상의 증가가 있었던 경우에만 레버 조작 총합량 (D100) 이 증가한 것으로 하여 직선 (H1) 상으로 이행된다. 히스테리시스 처리부 (304) 는, 이 히스테리시스 특성에 따라 변환된 레버 조작 총합량 (D100h) 을 레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리부 (305) 에 출력한다. 또한, 레버 조작 총합량 (D100) 이 직선 (H1) 상에 있는 경우, 레버 조작 총합량 (D100) 은 증가 상태에 있고, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 는「FALSE」로, 플래그가 내려간 상태이다. 또, 레버 조작 총합량 (D100) 이 직선 (H2) 상에 있는 경우, 레버 조작 총합량 (D100) 은 감소 상태에 있고, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 는「TRUE」로, 플래그가 선 상태이다. 즉, 이 히스테리시스 처리는, 레버 조작 총합량 감소 플래그가 서 있지 않은 경우, 레버 조작 총합량의 감소 변화가 소정량 (Δh) 이상이 된 경우에 레버 조작 총합량 감소 플래그를 세우고, 레버 조작 총합량 감소 플래그가 서 있는 경우, 레버 조작 총합량의 증대 변화가 소정량 이상이 된 경우에 레버 조작 총합량 감소 플래그를 내린다. 이와 같은 히스테리시스 처리를 실시함으로써 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 의 상태가 빈번하게 변동하는, 이른바 채터링을 방지할 수 있다.
＜레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리＞
레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리부 (305) 는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를 세우는지의 여부의 연산 처리를 실시한다. 이 연산 처리는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 원터치 파워업 신호 (D108) 가 입력 중인지의 여부를 판단한다 (스텝 S101). 원터치 파워업 신호 (D108) 가 입력 중인 경우 (스텝 S101, Yes) 에는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「FALSE」로 설정한다 (스텝 S107). 이 경우, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「FALSE」로 설정하는 것은, 원터치 파워업이 요구되는 경우, 높은 엔진 목표 출력을 설정할 필요가 있기 때문이다.
한편, 원터치 파워업 신호 (D108) 가 입력 중이 아닌 경우 (스텝 S101, No) 에는, 추가로 펌프 압력 (D104, D105) 이 고압 임계값 (Pth) 을 초과하였는지의 여부를 판단한다 (스텝 S102). 이 고압 임계값 (Pth) 은, 예를 들어, 릴리프 상태가 가까운 값이다. 펌프 압력 (D104, D105) 이 고압 임계값 (Pth) 을 초과한 경우 (스텝 S102, Yes) 에는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「FALSE」로 설정한다 (스텝 S107). 이 경우, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「FALSE」로 설정하는 것은, 펌프압이 고압인 경우, 높은 엔진 목표 출력을 설정할 필요가 있기 때문이다.
펌프 압력 (D104, D105) 이 고압 임계값 (Pth) 을 초과하지 않은 경우 (스텝 S102, No) 에는, 추가로, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「FALSE」인지의 여부를 판단한다 (스텝 S103). 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「FALSE」인 경우 (스텝 S103, Yes) 에는, 레버 조작 총합량이 전회의 레버 조작 총합량 미만인지의 여부를 판단한다 (스텝 S104). 그리고, 레버 조작 총합량이 전회의 레버 조작 총합량 미만인 경우 (스텝 S104, Yes) 에는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「TRUE」로 설정한다 (스텝 S106). 또, 레버 조작 총합량이 전회의 레버 조작 총합량 미만이 아닌 경우 (스텝 S104, No) 에는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「FALSE」로 설정한다 (스텝 S107).
한편, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「FALSE」가 아닌 경우 (스텝 S103, No) 에는, 레버 조작 총합량이 전회의 레버 조작 총합량 보다 큰지의 여부를 판단한다 (스텝 S105). 그리고, 레버 조작 총합량이 전회의 레버 조작 총합량 보다 큰 경우 (스텝 S105, Yes) 에는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「FALSE」로 설정한다 (스텝 S107). 또, 레버 조작 총합량이 전회의 레버 조작 총합량 보다 크지 않은 경우 (스텝 S105, No) 에는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 를「TRUE」로 설정한다 (스텝 S106). 이들 설정된 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 는, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 및 적분부 (246) 에 출력된다.
＜엔진 실출력의 래치 기능 처리＞
도 13 에 나타내는 바와 같이, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 에서는, 먼저, 판단부 (410) 가, 입력되는 엔진 실출력 (D400) 이 지연 회로 (412) 를 통하여 입력되는 전회의 엔진 실출력 (D401) 을 초과하였는지의 여부를 판단한다. 또한, 판단부 (410) 는, 레버값 신호 (D100) 로부터 전체 레버가 뉴트럴인지의 여부를 판단한다. 또, 판단부 (410) 는, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」인지의 여부를 판단한다.
입력되는 엔진 실출력 (D400) 이 지연 회로 (412) 를 통하여 입력되는 전회의 엔진 실출력 (D401) 을 초과한 경우, 또는 전체 레버가 뉴트럴인 경우, 또는 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」인 경우, 처리부 (401) 가 전환 스위치 (411) 을「T」단자에 접속시키는 처리를 실시한다. 그 이외의 경우에는, 처리부 (402) 가 전환 스위치 (411) 를「F」단자에 접속시키는 처리를 실시한다.「T」단자에는, 엔진 실출력 (D400) 이 입력되고,「F」단자에는, 전회의 엔진 실출력 (D401) 이 입력된다.
따라서, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 은, 전체 레버가 뉴트럴이 아니고, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「FALSE」로서 플래그가 내려간 증가 상태에서, 엔진 실출력 (D400) 이 전회의 엔진 실출력 (D401) 이하로서 증가하지 않은 경우, 전회의 엔진 실출력 (D401) 을 래치하여 출력하고, 그 이외에는, 입력되는 엔진 실출력 (D400) 을 출력한다.
＜적분부의 적분 처리＞
다음으로, 적분부 (246) 의 적분 처리에 대해 설명한다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 적분부 (246) 에 의한 적분 처리는, 먼저, 전체 레버가 뉴트럴인지의 여부를 판단한다 (스텝 S201). 전체 레버가 뉴트럴인 (스텝 S201, Yes) 경우, 적분값을 리셋한다 (스텝 S205).
전체 레버가 뉴트럴이 아닌 (스텝 S201, No) 경우, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」인지의 여부를 판단한다 (스텝 S202). 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」인 경우 (스텝 S202, Yes) 에는, 가산 방향의 적분을 실시하지 않고, 가산 방향 이외의 적분 처리를 실시한다 (스텝 S203). 한편, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」가 아닌 경우 (스텝 S202, No) 에는, 감산 방향의 적분을 실시하지 않고, 감산 방향 이외의 적분 처리를 실시한다 (스텝 S204). 이와 같은 적분 처리에 의해, 레버 조작 총합량이 증대 방향인 경우에 엔진 목표 출력이 작아지지 않는다. 또, 레버 조작 총합량이 감소 방향인 경우에 엔진 목표 출력이 커지지 않는다. 특히, 레버 조작 총합량이 감소 방향인 경우에 엔진 목표 출력이 커지지 않으므로, 쓸데없는 에너지 소비를 없앨 수 있다.
＜엔진 목표 출력 연산 처리의 일례 (그 1)＞
도 15 에 나타내는 타임 차트를 참조하여, 엔진 목표 출력 연산 처리의 일례에 대해 설명한다. 도 15 에 나타내는 바와 같이, 시점 (t1) 에서, 레버 조작 총합량을 100 ％ 로 하면, 엔진 실출력 (D400) 이 서서히 증대된다. 그리고, 엔진 목표 출력 (D240) 도, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 등에 의해 감소하지 않고 증대된다. 특히, 엔진 실출력 (D400) 은 영역 (E1) 에서 일순간 엔진 실출력이 떨어져도, 엔진 목표 출력 (D240) 은 감소하지 않고 전회의 엔진 목표 출력을 유지한다.
그 후, 시점 (t2) 에서 레버 조작 총합량이 50 ％ 로 감소하면, 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록 (301) 에 의해, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」가 되어 플래그가 섬과 함께, 엔진 실출력 (D400) 이 감소하기 시작한다. 그리고, 엔진 목표 출력 (D240) 도, 엔진 실출력의 래치 기능 블록 (302) 등에 의해 증대되지 않고 감소한다. 특히, 엔진 실출력 (D400) 은 영역 (E2) 에서 일순간 엔진 실출력이 증대되어도, 엔진 목표 출력 (D240) 은 증대되지 않고 전회의 엔진 목표 출력을 유지한다. 또한, 종래의 엔진 제어 장치에서는, 도 15(d) 의 직선 (L240) 에 나타내는 바와 같이, 레버 조작 총합량의 감소에 수반하는 엔진 실출력 (D400) 의 감소가 발생해도, 엔진 목표 출력은 감소하지 않았다. 이 때문에, 상기 서술한 바와 같이, 엔진 회전수가 고회전 상태인 채로 되어, 연비를 향상시킬 수 없었다.
이와 같이 하여, 엔진 목표 출력 (D240) 은, 엔진 실출력 (D400) 에 따라 설정되며, 도 4 를 사용하여 설명한 바와 같이, 레버 조작 총합량이 감소하는 경우, 엔진 실출력 (D400) 의 감소에 따라 작게 설정되기 때문에, 엔진 회전수도 작아져, 연비의 향상을 도모할 수 있다. 또, 레버 조작 총합량의 감소에 수반하는 엔진 실출력 (D400) 의 감소에 따라 엔진 목표 출력 (D240) 은 감소하여, 일순간의 엔진 실출력 (D400) 의 증대가 있어도 엔진 목표 출력 (D240) 이 증대되지 않기 때문에, 연비의 악화를 방지할 수 있다.
＜엔진 목표 출력 연산 처리의 일례 (그 2)＞
다음으로, 도 16 에 나타내는 타임 차트를 참조하여, 엔진 목표 출력 연산 처리의 다른 일례에 대해 설명한다. 도 16 에서는, 시점 (t11) 에서, 레버 조작 총합량이 100 ％ 로 증대된 후, 시점 (t12) 에서, 추가로 레버 조작 총합량이 200 ％ 로 증대되고, 그 후, 시점 (t13) 에서, 다시 레버 조작 총합량이 100 ％ 로 되돌아오고 있다. 이와 같은 상황은, 예를 들어, 시점 (t11) 에서 붐 (11) 을 작동시키고, 시점 (t12 ∼ t13) 의 사이에서 오조작 등에 의해 버킷 (13) 을 작동시킨 경우이다.
이 경우에도, 시점 (t13) 에서, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」가 되어 플래그가 선다. 그러나, 시점 (t14) 에서, 펌프 압력 (D104, D105) 이 고압 임계값 (Pth) 을 초과하면, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「FALSE」가 되어 플래그가 내려간다. 그 결과, 시점 (t14) 에서부터 엔진 목표 출력 (D240) 은 증대된다.
이와 같은 상황은, 시점 (t11) 의 레버 조작 총합량이 100 ％ 인 상태이기 때문에, 펌프압도 릴리프 상태에 가까워진다. 그리고, 이 레버 조작 총합량이 100 ％ 인 상태에서, 엔진 목표 출력을 감소시키는 것은 조작자의 의사에 반한 처리가 된다. 이 때문에, 펌프압이 고압 임계값 (Pth) 을 초과한 경우에는, 조작자의 의사를 반영한 엔진 목표 출력으로서 높은 엔진 실출력 (D400) 이 나오도록 하고 있다. 이 경우, 엔진 목표 출력 (D240) 은, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가 서지 않을 때의 엔진 목표 출력을 나타내는 곡선 (L10) 과 거의 동일한 특성을 나타내며 추종하여, 높은 엔진 실출력이 얻어지도록 하고 있다. 또한, 이와 같은 펌프압의 고압 임계값 (Pth) 에 의한 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 의「TRUE」해제 처리를 실시하지 않으면, 도 16(b) 의 직선 (L11) 에 나타내는 바와 같이, 레버 조작 총합량 감소 플래그 (D300) 가「TRUE」의 상태를 유지한다. 그 결과, 엔진 목표 출력 (D240) 도, 도 16(d) 에 나타내는 바와 같이 직선 (L12) 이 되어 증대되지 않아, 높은 엔진 실출력 (D400) 을 얻을 수 없게 된다.
다음으로, 도 6 에 나타낸 매칭 최소 회전수 연산 블록 (150) 의 상세 제어 처리에 대해 설명한다. 도 17 에 나타내는 바와 같이, 매칭 최소 회전수 연산 블록 (150) 은, 작업시에 최저한 상승시켜야만 하는 엔진 회전수인 매칭 최소 회전수 (D150) 를 연산한다. 매칭 최소 회전수 (D150) 는, 각 레버값 신호 (D100) 를 레버값·매칭 최소 회전수 변환 테이블 (251) 에 의해 변환시킨 각 값이 매칭 최소 회전수 (D150) 의 후보값이 되고, 각각 최대값 선택부 (MAX 선택) (255) 에 출력된다.
한편, 무부하 회전수·매칭 회전수 변환 테이블 (252) 은, 목표 매칭 회전수 (np1) 와 동일하도록, 무부하 최대 회전수 (np2) 에서 교차하는 드룹선 (DL) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점에 있어서의 엔진 회전수를 매칭 회전수 (np2') 로 하여, 무부하 최대 회전수 연산 블록 (110) 에서 구해진 무부하 최대 회전수 (D210) (np2) 를 변환시켜 출력한다 (도 21 참조). 또한, 이 매칭 회전수 (np2') 로부터 저속 오프셋 회전수 (253) 를 감산하고, 그 결과 얻어진 값은, 매칭 최소 회전수 (D150) 의 후보값으로서 최대값 선택부 (MAX 선택) (255) 에 출력된다. 저속 오프셋 회전수 (253) 를 사용하는 의의와 그 값의 대소에 대해서는, 후술한다.
또, 선회 회전수·매칭 최소 회전수 변환 테이블 (250) 은, 선회 회전수 (D101) 를 매칭 최소 회전수 (D150) 의 후보값으로서 변환시켜 최대값 선택부 (255) 에 출력한다. 선회 회전수 (D101) 는, 도 2 의 선회 유압 모터 (31) 의 선회 회전수 (속도) 를 리졸버나 로터리 인코더 등의 회전 센서로 검출한 값이다. 또한, 이 선회 회전수·매칭 최소 회전수 변환 테이블 (250) 은, 도 17 에 나타내는 바와 같이 선회 회전수 (D101) 가 제로일 때 매칭 최소 회전수를 크게 하고, 선회 회전수 (D101) 가 커짐에 따라 매칭 최소 회전수를 작게 하는 특성으로 선회 회전수 (D101) 의 변환을 실시한다. 최대값 선택부 (255) 는, 이들 매칭 최소 회전수 중 최대값을 선택하여 매칭 최소 회전수 (D150) 로서 출력한다.
여기서, 이 실시형태에서는, 부하가 빠진 경우, 엔진 회전수는, 최대로 무부하 최대 회전수 (np2) 까지 증가하고, 부하가 충분히 걸린 경우, 엔진 회전수는, 목표 매칭 회전수 (np1) 까지 낮아진다. 이 경우, 부하의 대소에 따라 엔진 회전수는 크게 변동하게 된다. 이 엔진 회전수의 큰 변동은, 유압 셔블 (1) 의 오퍼레이터에게 있어서 유압 셔블 (1) 의 힘이 나오지 않는 것처럼 느껴지는 것과 같은 위화감 (역부족감) 으로서 오퍼레이터가 파악할 우려가 있다. 따라서, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 저속 오프셋 회전수를 사용하여, 이 설정되는 저속 오프셋 회전수의 대소에 따라, 엔진 회전수의 변동 폭을 변화시켜 위화감을 없앨 수 있다. 즉, 저속 오프셋 회전수를 작게 하면, 엔진 회전수의 변동 폭은 작아지고, 저속 오프셋 회전수를 크게 하면, 엔진 회전수의 변동 폭은 커진다. 또한, 상부 선회체 (5) 가 선회를 하고 있는 상태나 작업기 (3) 가 굴착 작업을 하고 있는 상태 등의 유압 셔블 (1) 의 가동 상태에 따라, 동일한 엔진 회전수의 변동 폭이어도 오퍼레이터가 위화감을 느끼는 방식이 상이하다. 상부 선회체 (5) 가 선회를 하고 있는 상태에서는, 작업기 (3) 가 굴착 작업을 하고 있는 상태보다 다소 엔진 회전수가 낮아져도 오퍼레이터는 역부족이라고는 잘 느끼지 않으므로, 상부 선회체 (5) 가 선회하고 있는 상태에서는, 작업기 (3) 가 굴착 작업을 하고 있는 상태보다 엔진 회전수가 더욱 낮아지도록 설정해도 문제는 없다. 이 경우, 엔진 회전수가 낮아지기 때문에 연비는 양호해진다. 또한, 선회에 한정되지 않고, 다른 액추에이터의 동작에 따른 동일한 엔진 회전수의 변동 폭 설정은 가능하다.
도 21 에 나타내는 토크선도에 대해 보충 설명한다. 도 21 의 그래프 중에 나타내는 HP1 ∼ HP5 는 도 25 에 나타내는 등마력 곡선 (J) 에 상당하고, ps 는 마력 단위 (ps) 를 나타내고, HP1 ∼ HP5 로 감에 따라 마력이 커지며, 5 개의 곡선은 예시적으로 나타낸 것이다. 요구되는 엔진 출력 지령값에 따라, 등마력 곡선 (엔진 출력 지령값 곡선) (EL) 이 요구되어 설정된다. 따라서, 이 등마력 곡선 (엔진 출력 지령값 곡선) (EL) 은, HP1 ∼ HP5 의 5 개에 한정되지 않고 무수히 존재하며, 그 중에서 선택되는 것이다. 도 21 은 마력이 HP3ps 와 HP4ps 사이의 마력이 되는 등마력 곡선 (엔진 출력 지령값 곡선) (EL) 이 요구되어 설정되어 있는 경우를 나타내고 있다.
도 18 은 목표 매칭 회전수 연산 블록 (160) 의 상세 제어 플로우이다. 도 18 에 나타내는 바와 같이, 목표 매칭 회전수 연산 블록 (160) 은, 도 5 에 나타낸 목표 매칭 회전수 (np1) (D260) 를 연산한다. 목표 매칭 회전수 (D260) 는, 엔진 목표 출력 (D240) (엔진 출력 지령값 곡선 (EL)) 과 목표 매칭 루트 (ML) 가 교차하는 엔진 회전수이다. 목표 매칭 루트 (ML) 는, 어느 엔진 출력에서 엔진 (17) 이 동작할 때에 연료 소비율이 양호한 점을 통과하도록 설정되어 있기 때문에, 이 목표 매칭 루트 (ML) 상의 엔진 목표 출력 (D240) 과의 교점에서 목표 매칭 회전수 (D260) 를 결정하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 엔진 목표 출력·목표 매칭 회전수 변환 테이블 (260) 에서는, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 에서 요구된 엔진 목표 출력 (D240) (엔진 출력 지령값 곡선 (EL)) 의 입력을 받아, 엔진 목표 출력 (D240) (엔진 출력 지령값 곡선 (EL)) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점에서의 목표 매칭 회전수를 구하고, 최대값 선택부 (MAX 선택) (261) 에 출력한다.
그러나, 도 17 에 나타낸 매칭 최소 회전수 연산 블록 (150) 에서 실시되는 연산에 의하면, 엔진 회전수의 변동 폭을 작게 하는 경우, 매칭 최소 회전수 (D150) 가 엔진 목표 출력·목표 매칭 회전수 변환 테이블 (260) 에서 구해진 매칭 회전수보다 커진다. 이 때문에, 최대값 선택부 (MAX 선택) (261) 에서, 매칭 최소 회전수 (D150) 와 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터 구해진 매칭 회전수를 비교하고, 최대값을 선택하여 목표 매칭 회전수 (D260) 의 후보값으로 함으로써, 목표 매칭 회전수의 하한을 제한하고 있다. 도 21 에서는, 저속 오프셋 회전수를 작게 하면, 목표 매칭 루트 (ML) 를 벗어나지만, 목표 매칭점은 MP1 이 아니라 MP1' 가 되고, 목표 매칭 회전수 (D260) 는 np1 이 아니라 np1' 가 된다. 또, 무부하 최대 회전수 연산 블록 (110) 에서 구해진 무부하 최대 회전수 (D210) 와 동일하게, 목표 매칭 회전수 (D260) 는, 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정값에 의해서도 상한이 제한된다. 즉, 스로틀 다이얼·목표 매칭 회전수 변환 테이블 (262) 은, 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정값의 입력을 받아, 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정값에 대응하는 드룹선 (토크선도 상에서 연료 조정 다이얼 (28) (스로틀 다이얼 (D102)) 의 설정값에 대응하는 엔진 회전수로부터 그을 수 있는 드룹선) 과 목표 매칭 루트 (ML) 의 교점의 매칭 회전수로 변환시킨 목표 매칭 회전수 (D260) 의 후보값을 출력하고, 이 출력된 목표 매칭 회전수 (D260) 의 후보값과 최대값 선택부 (261) 에서 선택된 목표 매칭 회전수 (D260) 의 후보값이 최소값 선택부 (MIN 선택) (263) 에서 비교되고, 최소값이 선택되어, 최종적인 목표 매칭 회전수 (D260) 가 출력된다.
도 19 는 엔진 회전수 지령값 연산 블록 (170) 의 상세 제어 플로우이다. 이하, 도 5 에 나타내는 토크선도를 참조하면서 설명한다. 도 19 에 나타내는 바와 같이, 엔진 회전수 지령값 연산 블록 (170) 은, 2 개의 유압 펌프 (18) 의 사판각 센서 (18a) 가 검출한 사판각을 기초로 구해진 펌프 용량 (D110, D111) 을 기초로, 평균부 (270) 가 펌프 용량 (D110, D111) 을 평균낸 평균 펌프 용량을 산출하고, 이 평균 펌프 용량의 크기에 따라, 엔진 회전수 지령 선택 블록 (272) 이 엔진 회전수 지령값 (D270) (무부하 최대 회전수 (np2)) 을 구한다. 즉, 엔진 회전수 지령 선택 블록 (272) 은, 평균 펌프 용량이 어느 설정값 (임계값) 보다 큰 경우에는, 엔진 회전수 지령값 (D270) 을 무부하 최대 회전수 (np2) (D210) 에 근접시키도록 한다. 요컨대, 엔진 회전수를 증대시킨다. 한편, 평균 펌프 용량이 어느 설정값보다 작은 경우에는, 후술하는 엔진 회전수 (nm1) 에 근접시키도록, 요컨대 엔진 회전수를 감소시킨다. 목표 매칭 회전수 (np1) (D260) 와 목표 매칭점 (MP1) 상의 토크의 교점으로부터 드룹선을 따라, 엔진 토크를 제로 쪽으로 낮춘 위치에 상당하는 엔진 회전수를 무부하 회전수 (np1a) 로 하고, 그 무부하 회전수 (np1a) 에 하한 회전수 오프셋값 (Δnm) 을 더한 값으로서 엔진 회전수 (nm1) 를 구한다. 또한, 목표 매칭 회전수 (D260) 에 대응하는 무부하 회전수로의 변환은, 매칭 회전수·무부하 회전수 변환 테이블 (271) 에 의해 변환된다. 따라서, 엔진 회전수 지령값 (D270) 은, 펌프 용량의 상태에 따라, 무부하 최소 회전수 (nm1) 와 무부하 최대 회전수 (np2) 사이에서 결정된다. 하한 회전수 오프셋값 (Δnm) 은, 미리 설정된 값으로서, 엔진 컨트롤러 (30) 의 메모리에 기억되어 있다.
구체적으로 설명하면, 평균 펌프 용량이 어느 설정값 (q_com1) 보다 큰 경우에는, 엔진 회전수 지령값 (D270) 을 무부하 최대 회전수 (np2) 에 근접시키도록 하고, 평균 펌프 용량이 어느 설정값 (q_com1) 보다 작은 경우에는, 하기 식,
엔진 회전수 지령값 (D270) ＝ 목표 매칭 회전수 (np1) 를 무부하 회전수로 변환시킨 회전수 (np1a) ＋ 하한 회전수 오프셋값 (Δnm)
을 사용하여 구해지는 값에 근접시키도록 한다. 이와 같이 하여 구해진 엔진 회전수 지령값 (D270) 에 의해 드룹선을 제어할 수 있고, 펌프 용량에 여유가 있는 경우 (평균 펌프 용량이 어느 설정값보다 작은 경우) 에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 엔진 회전수를 낮추는 (엔진 회전수를 nm1 (무부하 최소 회전수) 로 하는) 것이 가능해져, 연료 소비를 억제하여 연비 향상이 가능해진다. 설정값 (q_com1) 은, 미리 설정된 값으로서, 펌프 컨트롤러 (33) 의 메모리에 기억되어 있다. 또한, 설정값 (q_com1) 은, 엔진 회전수 증가측과 엔진 회전수 감소측으로 나누어 2 개의 상이한 설정값을 형성하고, 엔진 회전수가 변화하지 않는 범위를 형성하도록 해도 된다.
도 20 은 펌프 흡수 토크 지령값 연산 블록 (180) 의 상세 제어 플로우이다. 도 20 에 나타내는 바와 같이, 펌프 흡수 토크 지령값 연산 블록 (180) 은, 현재의 엔진 회전수 (D107) 와 엔진 목표 출력 (D240) 과 목표 매칭 회전수 (D260) 를 사용하여 펌프 흡수 토크 지령값 (D280) 을 구한다. 팬 마력 연산 블록 (280) 은, 엔진 회전수 (D107) 를 사용하여 팬 마력을 연산한다. 또한, 팬 마력은, 앞서 서술한 계산식을 사용하여 구해지는 것이다. 감산부 (281) 는, 엔진 목표 출력 연산 블록 (140) 에서 구해진 엔진 목표 출력 (D240) 으로부터, 이 구해진 팬 마력을 감산한 출력 (펌프 목표 흡수 마력) 을 펌프 목표 매칭 회전수 및 토크 연산 블록 (282) 에 입력한다. 이 펌프 목표 매칭 회전수 및 토크 연산 블록 (282) 에는, 또한, 목표 매칭 회전수 연산 블록 (160) 에서 구해진 목표 매칭 회전수 (D260) 가 입력된다. 목표 매칭 회전수 (D260) 는, 유압 펌프 (18) 의 목표 매칭 회전수 (펌프 목표 매칭 회전수) 가 된다. 그리고, 펌프 목표 매칭 회전수 및 토크 연산 블록 (282) 에서는, 하기 식에 나타내는 바와 같이,
펌프 목표 매칭 토크 ＝ (60 × 1000 × (엔진 목표 출력 － 팬 마력))/(2π × 목표 매칭 회전수)
가 연산된다. 구해진 펌프 목표 매칭 토크는, 펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 에 출력된다.
펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 은, 펌프 목표 매칭 회전수 및 토크 연산 블록 (282) 으로부터 출력된 펌프 목표 매칭 토크와, 회전 센서에서 검출된 엔진 회전수 (D107) 와, 목표 매칭 회전수 (D260) 가 입력된다. 펌프 흡수 토크 연산 블록 (283) 에서는, 하기 식에 나타내는 바와 같이,
펌프 흡수 토크 ＝ 펌프 목표 매칭 토크 － Kp × (목표 매칭 회전수 － 엔진 회전수)
가 연산되고, 연산 결과인 펌프 흡수 토크 지령값 (D280) 이 출력된다. 여기서, Kp 는 제어 게인이다.
이와 같은 제어 플로우가 실행됨으로써, 실제의 엔진 회전수 (D107) 가 목표 매칭 회전수 (D260) 에 비해 큰 경우에는, 상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이 펌프 흡수 토크 지령값 (D280) 은 증가하고, 반대로, 실제의 엔진 회전수 (D107) 가 목표 매칭 회전수 (D260) 에 비해 작은 경우에는, 펌프 흡수 토크 지령값 (D280) 은 감소하게 된다. 한편, 엔진의 출력은, 엔진 목표 출력 (D240) 이 상한이 되도록 제어하고 있기 때문에, 결과적으로 엔진 회전수는, 목표 매칭 회전수 (D260) 근방의 회전수로 안정적으로 엔진 (17) 이 구동되게 된다.
여기서, 엔진 회전수 지령값 연산 블록 (170) 에서는, 엔진 회전수 지령값 (D270) 의 최소값은, 상기 서술한 바와 같이,
엔진 회전수 지령값 ＝ 목표 매칭 회전수 (np1) 를 무부하 회전수로 변환시킨 회전수 (np1a) ＋ 하한 회전수 오프셋값 (Δnm)
의 연산에 의해 구해지는 값이 되고, 목표 매칭 회전수에 대하여 엔진의 드룹선은, 최저여도 하한 회전수 오프셋값 (Δnm) 이 가미된 높은 회전수의 부분에서 설정된다. 이 때문에, 본 실시형태 1 에 의하면, 유압 펌프 (18) 의 실제의 흡수 토크 (펌프 실흡수 토크) 가 펌프 흡수 토크 지령에 대하여 다소 편차가 있는 경우에도, 드룹선에는 걸리지 않는 범위에서 매칭되게 되어, 엔진 (17) 의 매칭 회전수가 다소 변동하더라도 엔진 출력을 엔진 출력 지령값 곡선 (EL) 상에서 제한하여 엔진 목표 출력을 일정하게 제어하고 있기 때문에, 실제의 흡수 토크 (펌프 실흡수 토크) 가 펌프 흡수 토크 지령에 대하여 편차를 발생시켜도 엔진 출력의 변동을 작게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 연비의 편차도 작게 억제할 수 있어, 유압 셔블 (1) 의 연비에 대한 사양을 만족시킬 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 1 에서는, 상부 선회체 (5) 가 유압 모터 (선회 유압 모터 (31)) 로 선회하고, 작업기 (3) 가 전부 유압 실린더 (14, 15, 16) 로 구동되는 구조를 가진 유압 셔블 (1) 에 대하여 본 발명을 적용한 예였지만, 본 실시형태 2 는, 상부 선회체 (5) 를 전동 선회 모터로 선회시키는 구조를 가진 유압 셔블 (1) 에 대하여 본 발명을 적용한 예이다. 이하, 유압 셔블 (1) 은, 하이브리드 유압 셔블 (1) 로서 설명한다. 이하, 특별히 언급이 없는 한, 본 실시형태 2 와 실시형태 1 은 공통되는 구성을 취한다.
하이브리드 유압 셔블 (1) 은, 실시형태 1 에 나타낸 유압 셔블 (1) 과 비교하면, 상부 선회체 (5), 하부 주행체 (4), 작업기 (3) 와 같은 주요 구성은 동일하다. 그러나, 하이브리드 유압 셔블 (1) 은, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 엔진 (17) 의 출력축에는, 유압 펌프 (18) 와는 별도로 발전기 (19) 가 기계적으로 결합되어 있고, 엔진 (17) 을 구동시킴으로써, 유압 펌프 (18) 및 발전기 (19) 가 구동된다. 또한, 발전기 (19) 는, 엔진 (17) 의 출력축에 기계적으로 직결되어 있어도 되고, 엔진 (17) 의 출력축에 걸쳐진 벨트나 체인 등의 전달 수단을 통하여 회전 구동되는 것이어도 된다. 또, 유압 구동계의 유압 모터의 선회 유압 모터 (31) 대신에, 전동 구동되는 선회 모터 (24) 를 사용하고, 그것에 수반하여 전동 구동계로서, 커패시터 (22), 인버터 (23) 를 구비한다. 발전기 (19) 에 의해 발전되는 전력 혹은 커패시터 (22) 로부터 방전되는 전력이 전력 케이블을 통하여 선회 모터 (24) 에 공급되어 상부 선회체 (5) 를 선회시킨다. 즉, 선회 모터 (24) 는, 발전기 (19) 로부터 공급 (발전) 되는 전기 에너지 또는 커패시터 (22) 로부터 공급 (방전) 되는 전기 에너지로 역행 작용함으로써 선회 구동되고, 선회 감속될 때에 선회 모터 (24) 는 회생 작용함으로써 전기 에너지를 커패시터 (22) 에 공급 (충전) 한다. 이 발전기 (19) 로는, 예를 들어 SR (스위치드 릴럭턴스) 모터가 사용된다. 발전기 (19) 는, 엔진 (17) 의 출력축에 기계적으로 결합되어 있고, 엔진 (17) 의 구동에 의해 발전기 (19) 의 로터축을 회전시키게 된다. 커패시터 (22) 는, 예를 들어, 전기 이중층 커패시터가 사용된다. 커패시터 (22) 대신에, 니켈수소 배터리나 리튬 이온 배터리여도 된다. 선회 모터 (24) 에는, 회전 센서 (25) 가 형성되고, 선회 모터 (24) 의 회전 속도를 검출하여 전기 신호로 변환시키고, 인버터 (23) 내에 형성된 하이브리드 컨트롤러 (23a) 에 출력한다. 선회 모터 (24) 로는, 예를 들어 매립 자석 동기 전동기가 사용된다. 회전 센서 (25) 로서, 예를 들어 리졸버나 로터리 인코더 등이 사용된다. 또한, 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, CPU (수치 연산 프로세서 등의 연산 장치) 나 메모리 (기억 장치) 등으로 구성되어 있다. 하이브리드 컨트롤러 (23a) 는, 발전기 (19) 나 선회 모터 (24), 커패시터 (22) 및 인버터 (23) 에 구비된, 서미스터나 열전쌍 등의 온도 센서에 의한 검출값의 신호를 받아, 커패시터 (22) 등의 각 기기의 과승온을 관리함과 함께, 커패시터 (22) 의 충방전 제어나 발전기 (19) 에 의한 발전·엔진의 어시스트 제어, 선회 모터 (24) 의 역행·회생 제어를 실시한다.
이 실시형태 2 에 의한 엔진 제어는, 실시형태 1 과 거의 동일하며, 이하, 상이한 제어 부분에 대해 설명한다. 도 23 은 이 하이브리드 유압 셔블 (1) 의 엔진 제어의 전체 제어 플로우를 나타내고 있다. 도 6 에 나타낸 전체 제어 플로우와 상이한 바는, 선회 유압 모터 (31) 의 선회 회전수 (D101) 대신에, 선회 모터 (24) 의 선회 모터 회전수 (D301), 선회 모터 토크 (D302) 를 입력 파라미터로 하고, 또한 발전기 출력 (D303) 을 입력 파라미터로서 추가하고 있다. 선회 모터 (24) 의 선회 모터 회전수 (D301) 는, 무부하 최대 회전수 연산 블록 (110) 및 엔진 최대 출력 연산 블록 (130), 또한 매칭 최소 회전수 연산 블록 (150) 에 입력된다. 선회 모터 토크 (D302) 는, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130) 에 입력된다. 또, 발전기 출력 (D303) 은, 엔진 최대 출력 연산 블록 (130), 매칭 최소 회전수 연산 블록 (150), 목표 매칭 회전수 연산 블록 (160), 및 펌프 흡수 토크 지령값 연산 블록 (180) 에 입력된다.
이 실시형태 2 에 의해서도, 실시형태 1 과 동일하게, 엔진 목표 출력의 설정 등의 엔진 제어 처리를 실시할 수 있다.
1 : 유압 셔블, 하이브리드 유압 셔블
2 : 차량 본체
3 : 작업기
4 : 하부 주행체
5 : 상부 선회체
11 : 붐
12 : 아암
13 : 버킷
14 : 붐 실린더
15 : 아암 실린더
16 : 버킷 실린더
17 : 엔진
18 : 유압 펌프
18a : 사판각 센서
19 : 발전기
20 : 컨트롤 밸브
20a : 펌프압 검출부
21 : 주행 모터
22 : 커패시터
23 : 인버터
23a : 하이브리드 컨트롤러
24 : 선회 모터
25 : 회전 센서
26R, 26L : 조작 레버
27 : 레버 조작량 검출부
28 : 연료 조정 다이얼
29 : 모드 전환부
29a : 원터치 파워업 버튼
30 : 엔진 컨트롤러
31 : 선회 유압 모터
32 : 코먼 레일 제어부
33 : 펌프 컨트롤러
140 : 엔진 목표 출력 연산 블록
242 : 엔진 실출력 연산 블록
246 : 적분부
301 : 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 블록
302 : 엔진 실출력의 래치 기능 블록
303 : 엔진 목표 출력 연산부
304 : 히스테리시스 처리부
305 : 레버 조작 총합량 감소 플래그 연산 처리부
Pth : 고압 임계값

Claims (7)

  1. 엔진과, 적어도 엔진의 동력에 의해 구동되는 작업기와, 적어도 작업기의 조작을 실시하는 조작 레버를 갖는 작업 기계의 엔진 제어 장치에 있어서,
    조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부와,
    엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력을 연산하는 엔진 실출력 연산부와,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 상기 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하는 래치 기능부와,
    상기 래치 기능부가 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산부와,
    상기 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 컨트롤러를 구비하고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 감소 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 감소한 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 증대 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 증대된 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 히스테리시스 처리를 실시하는 히스테리시스 처리부를 갖고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과한 경우, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 엔진 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 엔진과, 적어도 엔진의 동력에 의해 구동되는 작업기와, 적어도 작업기의 조작을 실시하는 조작 레버를 갖는 작업 기계의 엔진 제어 장치에 있어서,
    조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부와,
    엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력을 연산하는 엔진 실출력 연산부와,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 상기 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하는 래치 기능부와,
    상기 래치 기능부가 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산부와,
    상기 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 컨트롤러를 구비하고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과한 경우, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 처리를 실시하고, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과하지 않는 경우, 상기 레버 조작 총합량에 기초하여, 상기 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 처리를 실시하는 연산 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 엔진 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    일시적인 엔진 출력의 증대를 지시하는 원터치 파워업 신호를 출력하는 원터치 파워업 버튼을 구비하고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성부는, 상기 원터치 파워업 신호가 입력되고 있는 동안, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 엔진 제어 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 엔진 목표 출력 연산부는, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 경우, 엔진 목표 출력이 증대되는 방향의 연산 처리를 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 엔진 제어 장치.
  6. 엔진과, 적어도 엔진의 동력에 의해 구동되는 작업기와, 적어도 작업기의 조작을 실시하는 조작 레버를 갖는 작업 기계의 엔진 제어 방법에 있어서,
    조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝과,
    엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력을 연산하는 엔진 실출력 연산 스텝과,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 상기 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하는 래치 기능 스텝과,
    상기 래치 기능 스텝이 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산 스텝과,
    상기 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 제어 스텝을 포함하고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝은, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 감소 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 감소한 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 경우, 입력되는 상기 레버 조작 총합량의 증대 변화가 소정량 이상이 된 경우에 상기 레버 조작 총합량이 증대된 것으로 하여 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 히스테리시스 처리를 실시하는 히스테리시스 처리 스텝을 포함하고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝은, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과한 경우, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 엔진 제어 방법.
  7. 엔진과, 적어도 엔진의 동력에 의해 구동되는 작업기와, 적어도 작업기의 조작을 실시하는 조작 레버를 갖는 작업 기계의 엔진 제어 방법에 있어서,
    조작 레버에 의한 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 엔진 출력의 감소를 허용하는 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝과,
    엔진 토크와 엔진 회전수를 기초로 엔진 실출력을 연산하는 엔진 실출력 연산 스텝과,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있지 않은 동안, 현재까지의 최대의 상기 엔진 실출력을 유지하여 출력하고, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보가 생성되고 있는 동안, 현재의 상기 엔진 실출력을 출력하는 래치 기능 스텝과,
    상기 래치 기능 스텝이 출력한 엔진 출력을 기초로 엔진 목표 출력을 연산하여 출력하는 엔진 목표 출력 연산 스텝과,
    상기 엔진 목표 출력의 제한하에서, 엔진 회전수를 제어하는 엔진 제어 스텝을 포함하고,
    상기 엔진 출력 감소 허용 정보 생성 스텝은, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과한 경우, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하지 않는 처리를 실시하고, 펌프압이 소정의 고압 임계값을 초과하지 않는 경우, 상기 레버 조작 총합량에 기초하여, 상기 레버 조작 총합량이 감소하고 있는 동안, 상기 엔진 출력 감소 허용 정보를 생성하는 처리를 실시하는 연산 처리 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 엔진 제어 방법.
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