KR101840247B1 - 작업 기계의 기관 제어 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 기관 제어 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

작업 기계의 기관 제어 장치는, 선회체, 상기 선회체에 장착된 작업기, 상기 작업기를 동작시키는 유압 액추에이터, 상기 유압 액추에이터를 동작시키는 유압 펌프 및 상기 유압 펌프를 구동시키는 동시에 부하에 따라 회전 속도가 변동되는 내연 기관을 구비하는 작업 기계의 상기 내연 기관을 제어한다. 작업 기계의 기관 제어 장치는, 상기 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건이 성립되었는지의 여부를 판정하는 판정부와, 상기 조건이 성립된 경우, 상기 유압 펌프가 토출하는 작동유가 릴리프되는 경우의 상기 유압 펌프가 흡수하는 마력에 기초하여 상기 내연 기관이 목표로 하는 목표 회전 속도를 결정하는 릴리프 시의 제어를 유효로 하고, 상기 조건이 성립되지 않을 경우, 상기 릴리프 시의 제어를 무효로 하는 기관 제어부를 포함한다.

Description

작업 기계의 기관 제어 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 기관 제어 방법{ENGINE CONTROL DEVICE FOR WORK MACHINE, WORK MACHINE, AND METHOD FOR CONTROLLING ENGINE OF WORK MACHINE}
본 발명은, 작업 기계(work machine)에 구비되어 동력원으로 되는 기관을 제어하는 기술에 관한 것이다.
작업 기계는, 주행을 위한 동력 또는 작업기를 동작시키기 위한 동력을 발생하는 동력원으로서, 예를 들면, 내연 기관을 구비한다. 최근에는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 내연 기관과 발전 전동기를 조합시켜, 내연 기관의 발생한 동력을 작업 기계의 동력으로 하는 동시에, 내연 기관으로 발전 전동기를 구동함으로써 전력을 발생시키는 작업 기계가 있다.
일본 공개특허 제2012―241585호 공보
작업 기계 중 선회체(旋回體)를 구비하는 것은, 선회체의 선회 중에, 오퍼레이터가 의도(意圖)하지 않은 작동유의 릴리프(relief)가 발생하면, 내연 기관의 회전 속도가 증가하는 경우가 있다. 예를 들면, 부하에 따라 내연 기관의 회전 속도가 변동되는 작업 기계에 있어서, 작동유의 릴리프를 의도하지 않은 조작 중에 작동유의 릴리프가 발생하면, 부하 변동에 의해 내연 기관의 회전 속도가 상승하는 경우가 있다. 이 회전 속도의 상승을 작업 기계의 오퍼레이터가 허용할 수 없는 경우, 오퍼레이터는 위화감(uncomfortable feeling)을 느낄 가능성이 있다.
본 발명의 태양(態樣)은, 선회체를 가지는 작업 기계에 있어서, 선회체의 선회를 따른 조작이 행해졌을 때, 내연 기관의 회전 속도의 상승을 억제하는 것 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 선회체, 상기 선회체에 장착된 작업기, 상기 작업기를 동작시키는 유압(油壓) 액추에이터, 상기 유압 액추에이터를 동작시키는 유압 펌프 및 상기 유압 펌프를 구동시키는 동시에 부하에 따라 회전 속도가 변동되는 내연 기관을 구비하는 작업 기계의 상기 내연 기관을 제어하는 제어 장치에 있어서, 상기 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건이 성립되었는지의 여부를 판정하는 판정부와, 상기 조건이 성립된 경우, 상기 유압 펌프가 토출(吐出)하는 작동유가 릴리프되는 경우의 상기 유압 펌프가 흡수하는 마력(馬力)에 기초하여 상기 내연 기관이 목표로 하는 목표 회전 속도를 결정하는 릴리프 시의 제어를 유효로 하고, 상기 조건이 성립되지 않을 경우, 상기 릴리프 시의 제어를 무효로 하는 기관 제어부를 포함하는, 작업 기계의 기관 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 태양에 관한 작업 기계의 기관 제어 장치에 있어서, 상기 조건은, 적어도 상기 작업 기계를 진단하는 경우인 진단 시 및 상기 작업 기계가 가지는 선회체의 선회를 고정시키는 경우인 선회 록(swing lock) 시 중 어느 한쪽인 작업 기계의 기관 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 제1 태양 또는 제2 태양에 관한 작업 기계의 기관 제어 장치에 있어서, 상기 유압 액추에이터는, 유압 실린더인 작업 기계의 기관 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 제1 태양 내지 제3 태양 중 어느 하나에 관한 작업 기계의 기관 제어 장치에 있어서, 상기 작업 기계는, 상기 내연 기관에 의해 구동되는 발전 전동기와, 상기 발전 전동기가 발생한 전력을 축전하고, 축전한 전력을 상기 발전 전동기에 공급하는 축전 장치를 포함하는 작업 기계의 기관 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 제1 태양 내지 제4 태양 중 어느 하나에 관한 작업 기계의 기관 제어 장치를 포함하는, 작업 기계가 제공된다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, 선회체, 상기 선회체에 장착된 작업기, 상기 작업기를 동작시키는 유압 액추에이터, 상기 유압 액추에이터를 동작시키는 유압 펌프 및 상기 유압 펌프를 구동시키는 동시에 부하에 따라 회전 속도가 변동되는 내연 기관을 구비하는 작업 기계의 상기 내연 기관을 제어하는 데 있어서, 상기 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건이 성립되었는지의 여부를 판정하는 것과, 상기 조건이 성립된 경우, 상기 유압 펌프가 토출하는 작동유가 릴리프되는 경우의 상기 유압 펌프가 흡수하는 마력에 기초하여 상기 내연 기관이 목표로 하는 목표 회전 속도를 결정하는 릴리프 시의 제어를 유효로 하고, 상기 조건이 성립되지 않을 경우, 상기 릴리프 시의 제어를 무효로 하는 것을 포함하는, 작업 기계의 기관 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 태양은, 선회체를 가지는 작업 기계에 있어서, 선회체의 선회를 따른 조작이 행해졌을 때, 내연 기관의 회전 속도의 상승을 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관한 작업 기계인 유압 셔블(hydraulic shovel)을 나타낸 사시도이다.
도 2는 실시형태에 관한 유압 셔블의 구동 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 실시형태에 관한 기관의 제어에 사용되는 토크선도의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 릴리프 시의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 작동유의 릴리프 시에 릴리프 시의 제어를 실행하도록 한 경우에서의 내연 기관의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 엔진 컨트롤러의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 7은 엔진 컨트롤러가 가지는 판정부의 제어 블록도이다.
도 8은 엔진 컨트롤러가 가지는 기관 제어부의 제어 블록도이다.
도 9는 엔진 컨트롤러가 가지는 목표 출력 연산부의 제어 블록도이다.
도 10은 실시형태에 관한 작업 기계의 기관 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
<작업 기계의 전체 구성>
도 1은, 실시형태에 관한 작업 기계인 유압 셔블(1)을 나타낸 사시도이다. 유압 셔블(1)은, 차량 본체(2)와 작업기(3)를 가진다. 차량 본체(2)는, 하부 주행체(4)와 상부 선회체(5)를 가진다. 하부 주행체(4)는, 한 쌍의 주행 장치(4a, 4a)를 가진다. 각각의 주행 장치(4a, 4a)는, 각각 크롤러 트랙(crawler track)(4b, 4b)을 가진다. 각각의 주행 장치(4a, 4a)는, 주행 모터(21)를 가진다. 도 1에 나타내는 주행 모터(21)는, 좌측의 크롤러 트랙(4b)을 구동한다. 도 1에는 기재되어 있지 않지만, 유압 셔블(1)은, 우측의 크롤러 트랙(4b)을 구동시키는 주행 모터도 가지고 있다. 좌측의 크롤러 트랙(4b)을 구동시키는 주행 모터를 좌측 주행 모터, 우측의 크롤러 트랙(4b)을 구동시키는 주행 모터를 우측 주행 모터라고 한다. 우측 주행 모터와 좌측 주행 모터는, 각각 크롤러 트랙(4b, 4b)을 구동함으로써, 유압 셔블(1)을 주행 또는 선회시킨다.
선회체의 일례인 상부 선회체(5)는, 하부 주행체(4) 상에 선회 가능하게 설치되어 있다. 유압 셔블(1)은, 상부 선회체(5)를 선회시키기 위한 선회 모터에 의해 선회한다. 선회 모터는, 전력을 회전력으로 변환하는 전동 모터라도 되고, 작동유의 압력(유압)을 회전력으로 변환하는 유압 모터라도 되고, 유압 모터와 전동 모터와의 조합이라도 된다. 실시형태에 있어서, 선회 모터는 전동 모터이다.
상부 선회체(5)는, 운전실(6)을 가진다. 또한, 상부 선회체(5)는, 연료 탱크(7)와 작동유 탱크(8)와 기관실(9)과 카운터웨이트(counterweight)(10)를 가진다. 연료 탱크(7)는, 엔진을 구동시키기 위한 연료를 저장한다. 작동유 탱크(8)는, 유압 펌프로부터 붐(boom) 실린더(14), 암(arm) 실린더(15) 및 버킷(bucket) 실린더(16)의 유압 실린더, 주행 모터(21) 등의 유압 액추에이터에 토출되는 작동유를 저장한다. 기관실(9)은, 유압 셔블의 동력원으로 되는 기관 및 유압 기기(機器)에 작동유를 공급하는 유압 펌프 등의 기기를 수납한다. 카운터웨이트(10)는, 기관실(9)의 후방에 배치된다. 상부 선회체(5)의 상부에는, 난간(5T)이 장착되어 있다.
작업기(3)는, 상부 선회체(5)의 앞부분 중앙 위치에 장착된다. 작업기(3)는, 붐(11), 암(12), 버킷(13), 붐 실린더(14), 암 실린더(15) 및 버킷 실린더(16)를 가진다. 붐(11)의 기단부(基端部)는, 상부 선회체(5)에 대하여 핀 결합된다. 이와 같은 구조에 의해, 붐(11)은, 상부 선회체(5)에 대하여 동작한다.
붐(11)은, 암(12)과 핀 결합된다. 더욱 상세하게는, 붐(11)의 선단부와 암(12)의 기단부가 핀 결합된다. 암(12)의 선단부와 버킷(13)은, 핀 결합된다. 이와 같은 구조에 의해, 암(12)은 붐(11)에 대하여 동작한다. 또한, 버킷(13)은, 암(12)에 대하여 동작한다.
붐 실린더(14), 암 실린더(15) 및 버킷 실린더(16)는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동하는 유압 실린더이다. 붐 실린더(14)는, 붐(11)을 동작시킨다. 암 실린더(15)는, 암(12)을 동작시킨다. 버킷 실린더(16)는, 버킷(13)을 동작시킨다. 이와 같이, 유압 액추에이터인 붐 실린더(14), 암 실린더(15) 및 버킷 실린더(16)는, 작업기(3)를 동작시킨다.
<유압 셔블(1)의 구동 시스템(1PS)>
도 2는, 실시형태에 관한 유압 셔블(1)의 구동 시스템을 나타낸 개략도이다. 실시형태에 있어서, 유압 셔블(1)은, 내연 기관(17)과, 내연 기관(17)에 의해 구동되어 발전하는 발전 전동기(19)와, 전력을 저장하는 축전 장치(22)와, 발전 전동기(19)가 발전한 전력 또는 축전 장치(22)로부터 방전되는 전력이 공급되어 구동하는 전동기가 조합된 하이브리드 작업 기계이다. 더욱 상세하게는, 유압 셔블(1)은, 상부 선회체(5)를 전동기(24)[이하, 적절히 선회 모터(24)라고 함]에 의해 선회시킨다. 실시형태에 있어서, 유압 셔블(1)은 하이브리드 작업 기계 이외에, 예를 들면, 발전 전동기(19)를 가지지 않는 작업 기계라도 된다.
유압 셔블(1)은, 내연 기관(17), 유압 펌프(18), 발전 전동기(19) 및 선회 모터(24)를 가진다. 내연 기관(17)은, 유압 셔블(1)의 동력원이다. 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)은 디젤 엔진이다. 발전 전동기(19)는, 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)에 연결되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 발전 전동기(19)는, 내연 기관(17)에 의해 구동되어 전력을 발생한다. 또한, 발전 전동기(19)는, 내연 기관(17)의 발생하는 동력이 부족했을 때, 축전 장치(22)로부터 공급되는 전력에 의해 구동되어, 내연 기관(17)을 보조한다.
실시형태에 있어서, 내연 기관(17)은 디젤 엔진이지만, 이에 한정되지 않는다. 발전 전동기(19)는, 예를 들면, SR[스위치드 릴럭턴스(switched reluctance)] 모터이지만, 이에 한정되지 않는다. 실시형태에 있어서, 발전 전동기(19)는, 로터(19R)가 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)에 직결되어 있지만, 이와 같은 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면, 발전 전동기(19)는, 로터(19R)와 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)가 PTO(Power Take Off)를 통하여 접속되어도 된다. 발전 전동기(19)의 로터(19R)는, 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)에 접속된 감속기 등의 전달 수단에 연결되어, 내연 기관(17)에 의해 구동되어도 된다. 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)과 발전 전동기(19)와의 조합이, 유압 셔블(1)의 동력원으로 된다. 내연 기관(17)과 발전 전동기(19)와의 조합을, 적절히, 기관(36)이라고 한다. 기관(36)은, 내연 기관(17)과 발전 전동기(19)가 조합되어, 작업 기계인 유압 셔블(1)을 필요로 하는 동력을 발생하는, 하이브리드 방식의 기관이다.
유압 펌프(18)는, 유압 액추에이터에 작동유를 공급하여, 동작시킨다. 본 실시형태에 있어서, 유압 펌프(18)는, 예를 들면, 경사판식 유압 펌프와 같은 가변(可變) 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, 내연 기관(17)에 의해 구동된다.
유압 펌프(18)가 작동유를 토출하는 토출구(吐出口)에 접속되어 있는 제1 배관(18T)으로부터는, 릴리프 밸브(18r)에 작동유를 인도하는 제2 배관(18TS)이 분기되어 있다. 제2 배관(18TS)에는 릴리프 밸브(18r)가 장착되어 있다. 릴리프 밸브(18r)는, 미리 정해진 압력으로 되면 개방되어 작동유를 방출한다. 릴리프 밸브(18r)는, 유압 셔블(1)의 구동 시스템(1PS)이 가지는 유압계의 압력이 과도하게 상승하는 것을 억제한다. 실시형태에 있어서, 유압계는, 유압 펌프(18), 붐 실린더(14), 암 실린더(15), 버킷 실린더(16), 주행 모터(21) 및 컨트롤 밸브(20)를 포함한다.
구동 시스템(1PS)은, 선회 모터(24)를 구동시키기 위한 전동 구동 시스템으로서, 축전 장치(22) 및 선회 모터 제어 장치(24I)를 가진다. 실시형태에 있어서, 축전 장치(22)는 커패시터, 더욱 상세하게는 전기 이중층 커패시터이지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 납축전지와 같은 2차 전지라도 된다. 선회 모터 제어 장치(24I)는, 예를 들면, 인버터이다.
발전 전동기(19)가 발전한 전력 또는 축전 장치(22)로부터 방전되는 전력이, 전력 케이블을 통하여 선회 모터(24)에 공급되어, 도 1에 나타낸 상부 선회체(5)를 선회시킨다. 즉, 선회 모터(24)는, 발전 전동기(19)로부터 공급(발전)되는 전력 또는 축전 장치(22)로부터 공급(방전)되는 전력으로 역행 동작함으로써 상부 선회체(5)를 선회시킨다. 선회 모터(24)는, 상부 선회체(5)가 감속할 때 회생 동작함으로써 전력을 축전 장치(22)에 공급(충전)한다. 또한, 발전 전동기(19)는, 자체 발전한 전력을 축전 장치(22)에 공급(충전)한다. 즉, 축전 장치(22)는, 발전 전동기(19)가 발전한 전력을 저장할 수도 있다.
발전 전동기(19)는, 내연 기관(17)에 의해 구동되어 전력을 발생하거나, 축전 장치(22)로부터 공급되는 전력에 의해 구동되어 내연 기관(17)을 구동시키거나 한다. 하이브리드 컨트롤러(23)는, 발전 전동기 제어 장치(19I)를 통하여 발전 전동기(19)를 제어한다. 즉, 하이브리드 컨트롤러(23)는, 발전 전동기(19)를 구동시키기 위한 제어 신호를 생성하여 발전 전동기 제어 장치(19I)에 준다. 발전 전동기 제어 장치(19I)는, 제어 신호에 기초하여 발전 전동기(19)에 전력을 발생시키거나(회생), 발전 전동기(19)에 동력을 발생시키거나(역행) 한다. 발전 전동기 제어 장치(19I)는, 예를 들면, 인버터이다.
발전 전동기(19)에는, 회전 센서(25m)가 설치되어 있다. 회전 센서(25m)는, 발전 전동기(19)의 회전 속도, 즉 로터(19R)의 단위 시간당의 회전수를 검출한다. 회전 센서(25m)는, 검출한 회전 속도를 전기 신호로 변환하여, 하이브리드 컨트롤러(23)에 출력한다. 하이브리드 컨트롤러(23)는, 회전 센서(25m)에 의해 검출한 발전 전동기(19)의 회전 속도를 취득하고, 발전 전동기(19) 및 내연 기관(17)의 운전 상태의 제어에 사용한다. 회전 센서(25m)는, 예를 들면, 리졸버(resolver) 또는 로터리 인코더 등이 사용된다. 실시형태에 있어서, 발전 전동기(19)의 회전 속도와 내연 기관(17)의 회전 속도는, 동일한 회전 속도로 된다. 실시형태에 있어서, 회전 센서(25m)는, 발전 전동기(19)의 로터(19R) 회전수를 검출하고, 하이브리드 컨트롤러(23)가 회전수를 회전 속도로 변환하는 것이라도 된다. 실시형태에 있어서, 발전 전동기(19)의 회전 속도는, 내연 기관(17)의 회전 속도 검출 센서(17n)에 의해 검출된 값으로 대용할 수 있다.
선회 모터(24)에는, 회전 센서(25m)가 설치되어 있다. 회전 센서(25m)는, 선회 모터(24)의 회전 속도를 검출한다. 회전 센서(25m)는, 검출한 회전 속도를 전기 신호로 변환하여, 하이브리드 컨트롤러(23)에 출력한다. 선회 모터(24)는, 예를 들면, 매립 자석 동기 전동기[embedded magnet synchronous motor]가 사용된다. 회전 센서(25m)는, 예를 들면, 리졸버 또는 로터리 인코더 등이 사용된다.
하이브리드 컨트롤러(23)는, 발전 전동기(19), 선회 모터(24), 축전 장치(22), 선회 모터 제어 장치(24I) 및 후술하는 발전 전동기 제어 장치(19I)에 구비된, 서미스터(thermister) 또는 열전대(熱電對; thermocouple) 등의 온도 센서에 의한 검출값의 신호를 취득한다. 하이브리드 컨트롤러(23)는, 취득한 온도에 기초하여, 축전 장치(22) 등의 각 기기의 온도를 관리하는 동시에, 축전 장치(22)의 충방전 제어, 발전 전동기(19)에 의한 발전 제어/내연 기관(17)의 보조 제어, 및 선회 모터(24)의 역행 제어/회생 제어를 실행한다. 또한, 하이브리드 컨트롤러(23)는, 실시형태에 관한 기관 제어 방법을 실행한다.
축전 장치(22)는 변압기(22C)와 접속되어 있다. 변압기(22C)는, 발전 전동기 제어 장치(19I) 및 선회 모터 제어 장치(24I)와 접속되어 있다. 변압기(22C)는, 발전 전동기 제어 장치(19I) 및 선회 모터 제어 장치(24I)와 직류 전력을 수수(授受)한다. 하이브리드 컨트롤러(23)는, 변압기(22C)와 발전 전동기 제어 장치(19I) 및 선회 모터 제어 장치(24I)와의 사이에서 직류 전력을 수수시키고, 또한 변압기(22C)와 축전 장치(22)와의 사이에서 직류 전력을 수수시킨다.
구동 시스템(1PS)은, 도 1에 나타내는 차량 본체(2)에 설치된 운전실(6) 내의 오퍼레이터 착석 위치에 대하여 좌우의 위치에 설치되는 조작 레버(26R, 26L) 및 주행용 레버(39L, 39R)를 가진다. 조작 레버(26R, 26L)는, 작업기(3)의 조작 및 유압 셔블(1)의 주행의 조작을 행하는 장치이다. 조작 레버(26R, 26L)는, 각각의 조작에 따라 작업기(3) 및 상부 선회체(5)를 동작시킨다. 주행용 레버(39L, 39R)는, 각각의 조작에 따라, 주행 장치(4a, 4a)가 가지는 한 쌍의 주행 모터(21, 21) 중 적어도 한쪽을 구동한다.
조작 레버(26R, 26L) 및 주행용 레버(39L, 39R)의 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 생성된다. 파일럿 유압은, 후술하는 컨트롤 밸브에 공급된다. 컨트롤 밸브는, 파일럿 유압에 따라 작업기(3)의 스풀(spool)을 구동한다. 스풀의 이동에 따라, 붐 실린더(14), 암 실린더(15) 및 버킷 실린더(16)에 작동유가 공급된다. 그 결과, 예를 들면, 조작 레버(26R)의 전후의 조작에 따라 붐(11)의 하강·상승 동작이 행해지고, 조작 레버(26R)의 좌우의 조작에 따라 버킷(13)의 굴삭·덤프가 행해진다. 또한, 예를 들면, 조작 레버(26L)의 전후 조작에 의해, 암(12)의 덤프·굴삭 조작이 행해진다. 주행용 레버(39L)의 전후 조작에 의해, 좌측의 주행 장치(4a)의 크롤러 트랙이 전진 방향 및 후진 방향으로 회전하고, 주행용 레버(39R)의 전후 조작에 의해, 우측의 주행 장치(4a)의 크롤러 트랙이 전진 방향 및 후진 방향으로 회전한다.
또한, 조작 레버(26R, 26L) 및 주행용 레버(39L, 39R)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(26L, 26R)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) 및 하이브리드 컨트롤러(23) 중 적어도 한쪽으로 출력한다. 조작 레버(26L, 26R) 및 주행용 레버(39L, 39R)가 전기식 레버인 경우, 레버 조작량 검출부(27)는, 포텐셔미터(potentiometer) 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 들면, 조작 레버(26L)의 좌우 조작에 의해 선회 모터(24)가 좌우의 선회 방향으로 구동된다. 또한, 주행용 레버(39L, 39R)에 의해, 주행 모터(21)가 구동된다.
연료 조정 다이얼(28)은, 도 1에 나타낸 운전실(6) 내에 설치된다. 이하에 있어서, 연료 조정 다이얼(28)은 적절히, 스로틀 다이얼(28)이라고 한다. 스로틀 다이얼(28)은, 내연 기관(17)으로의 연료 공급량을 설정한다. 스로틀 다이얼(28)의 설정값(지령값이라고도 함)은, 전기 신호로 변환되어 내연 기관의 제어 장치(이하, 적절히 엔진 컨트롤러라고 함)(30)에 출력된다.
엔진 컨트롤러(30)는, 내연 기관(17)의 상태를 검출하는 센서류(17C)로부터, 내연 기관(17)의 회전 속도 및 수온 등의 센서의 출력값을 취득한다. 그리고, 엔진 컨트롤러(30)는, 취득한 센서류(17C)의 출력값으로부터 내연 기관(17) 상태를 파악하고, 내연 기관(17)에 대한 연료의 분사량을 조정함으로써, 내연 기관(17)의 출력을 제어한다. 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러(30)는, CPU 등의 프로세서 및 메모리를 가지는 컴퓨터를 포함한다.
엔진 컨트롤러(30)는, 스로틀 다이얼(28)의 설정값에 기초하여, 내연 기관(17)의 동작을 제어하기 위한 제어 지령의 신호를 생성한다. 엔진 컨트롤러(30)는, 생성한 제어 신호를 코먼 레일 제어부(32)에 송신한다. 이 제어 신호를 수신한 코먼 레일 제어부(32)는, 내연 기관(17)에 대한 연료 분사량을 조정한다. 즉, 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)은, 코먼 레일식에 의한 전자 제어가 가능한 디젤 엔진이다. 엔진 컨트롤러(30)는, 코먼 레일 제어부(32)를 통하여 내연 기관(17)으로의 연료 분사량을 제어함으로써, 목표하는 출력을 내연 기관(17)에 발생시킬 수 있다. 또한, 엔진 컨트롤러(30)는, 어느 순간에서의 내연 기관(17)의 회전 속도에 있어서 출력 가능한 토크를 가능하게 설정할 수도 있다. 하이브리드 컨트롤러(23) 및 펌프 컨트롤러(33)는, 엔진 컨트롤러(30)로부터 스로틀 다이얼(28)의 설정값을 수취한다.
내연 기관(17)은, 회전 속도 검출 센서(17n)를 구비하고 있다. 회전 속도 검출 센서(17n)는, 내연 기관(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(17n)가 검출한 내연 기관(17)의 회전 속도를 취득하고, 내연 기관(17)의 운전 상태의 제어에 사용한다. 실시형태에 있어서, 회전 속도 검출 센서(17n)는, 내연 기관(17)의 회전수를 검출하고, 엔진 컨트롤러(30) 및 펌프 컨트롤러(33)가 회전수를 회전 속도로 변환하는 것이라도 된다. 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)의 실제 회전 속도는, 발전 전동기(19)의 회전 센서(25m)에 의해 검출된 값으로 대용(代用)할 수 있다.
펌프 컨트롤러(33)는, 유압 펌프(18)로부터 토출되는 작동유의 유량(流量)을 제어한다. 실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러(33)는, CPU 등의 프로세서 및 메모리를 가지는 컴퓨터를 포함한다. 펌프 컨트롤러(33)는, 엔진 컨트롤러(30) 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 사용하여 유압 펌프(18)의 경사판각을 변경함으로써, 유압 펌프(18)로부터 토출되는 작동유의 유량을 변경한다.
펌프 컨트롤러(33)에는, 유압 펌프(18)의 경사판각을 검출하는 경사판각 센서(18a)로부터의 신호가 입력된다. 경사판각 센서(18a)가 경사판각을 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 함)을 검출하기 위한 펌프압 검출부(20a)가 설치되어 있다. 검출된 펌프 토출 압력은, 전기 신호로 변환되어 펌프 컨트롤러(33)에 입력된다.
엔진 컨트롤러(30)와 펌프 컨트롤러(33)와 하이브리드 컨트롤러(23)는, 예를 들면, CAN(Controller Area Network)와 같은 차내 LAN(Local Area Network)(35)에 의해 접속되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 엔진 컨트롤러(30)와 펌프 컨트롤러(33)와 하이브리드 컨트롤러(23)는, 서로 정보를 교환할 수 있다.
실시형태에 있어서, 적어도 엔진 컨트롤러(30)가 내연 기관(17)의 운전 상태를 제어한다. 이 경우, 엔진 컨트롤러(30)는, 펌프 컨트롤러(33) 및 하이브리드 컨트롤러(23) 중 적어도 한쪽이 생성한 정보도 사용하여 내연 기관(17)의 운전 상태를 제어한다. 이와 같이, 실시형태에 있어서는, 엔진 컨트롤러(30), 펌프 컨트롤러(33) 및 하이브리드 컨트롤러(23) 중 하나 이상이, 작업 기계의 기관 제어 장치(이하, 적절히 기관 제어 장치라고 함)로서 기능한다. 즉, 이들 중 하나 이상이 실시형태에 관한 작업 기계의 기관 제어 방법(이하, 적절히 기관 제어 방법이라고 함)을 실현하여, 기관(36)의 운전 상태를 제어한다. 이하에 있어서, 엔진 컨트롤러(30), 펌프 컨트롤러(33) 및 하이브리드 컨트롤러(23)를 구별하지 않을 경우, 이들을 기관 제어 장치라고 하는 경우도 있다. 실시형태에 있어서는, 엔진 컨트롤러(30)가, 기관 제어 장치의 기능을 실현한다.
하이브리드 컨트롤러(23)에는 선회 록 스위치(37)가 접속되어 있다. 선회 록 스위치(37)는, 선회 브레이크를 동작시키기 위한 스위치이다. 선회 브레이크는, 상부 선회체(5)를 고정시켜 상부 선회체(5)가 선회하지 않도록 하기 위한 기계식의 브레이크이다. 선회 록 스위치(37)를 ON으로 하면, 하이브리드 컨트롤러(23)는 선회 브레이크의 작동을 지령한다. 선회 브레이크가 작동하면, 선회 브레이크가 상부 선회체(5)를 고정시키고, 선회 록 스위치(37)를 OFF로 하면, 하이브리드 컨트롤러(23)는 선회 브레이크의 해제를 지령하면, 선회 브레이크는 상부 선회체(5)의 고정을 해제한다.
실시형태에 있어서, 차내 LAN(35)에는 모니터(38)가 접속되어 있다. 모니터(38)는, 표시부(38M)와, 조작부(38SW)를 가지고, 유압 셔블(1)의 상태에 관한 정보, 예를 들면, 내연 기관(17)의 회전 속도, 내연 기관(17)의 냉각수 온도, 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유의 온도 및 축전 장치(22)의 온도 등을 표시한다. 조작부(38SW)는, 유압 셔블(1)의 운전 모드를 전환하거나, 각종 메뉴를 표시시켜 선택하거나 하기 위한 기구(機構)이다. 유압 셔블(1)의 운전 모드로서는, 예를 들면, 유압 셔블(1) 상태를 진단하는 진단 모드를 들 수 있다. 진단 모드는, 예를 들면, 유압 셔블(1)이 가지는 기관(36) 및 유압 펌프(18) 상태를 진단하여, 이들이 정상(正常)인지의 여부를 진단하는 모드이다. 유압 셔블(1)의 운전 모드는 실시형태에 예시한 것에 한정되지 않고, 이외에도 각종 운전 모드가 존재한다. 유압 셔블(1)의 운전 모드는, 모니터(38)의 조작부(38SW) 이외에, 예를 들면, 도 1에 나타내는 유압 셔블(1)의 운전실(6) 내에 설치된 운전 모드 전환용 스위치에 의해 전환되어도 된다.
<기관(36)의 제어>
도 3은, 실시형태에 관한 기관(36)의 제어에 사용되는 토크선도의 일례를 나타낸 도면이다. 토크선도는, 기관(36), 더욱 상세하게는 내연 기관(17)의 제어에 사용된다. 토크선도는, 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)의 토크 T(N×m)와, 출력 샤프트(17S)의 회전 속도 n(rpm: rev/min)과의 관계를 나타내고 있다. 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)에 발전 전동기(19)의 로터(19R)가 연결되어 있으므로, 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)의 회전 속도 n은, 발전 전동기(19)의 로터(19R)의 회전 속도와 같다. 이하에 있어서, 회전 속도 n이라고 할 때는, 내연 기관(17)의 출력 샤프트(17S)의 회전 속도 및 발전 전동기(19)의 로터(19R)의 회전 속도 중, 적어도 한쪽을 말하는 것으로 한다. 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)의 출력, 발전 전동기(19)가 전동기로서 동작하는 경우의 출력은 마력이며, 단위는 작업률이다. 발전 전동기(19)가 발전기로서 동작하는 경우의 출력은 전력이며, 단위는 작업률이다.
토크선도는, 최대 토크선(torque line) TL과, 제한선 VL과, 펌프 흡수 토크선 PL과, 매칭 루트 ML과, 출력 지시선 IL을 포함한다. 최대 토크선 TL은, 도 1에 나타내는 유압 셔블(1)의 운전 중, 내연 기관(17)이 발생 가능한 최대의 출력을 나타내고 있다. 최대 토크선 TL은, 내연 기관(17)의 회전 속도 n과, 각각의 회전 속도 n에 있어서 내연 기관(17)이 발생 가능한 토크 T와의 관계를 나타낸다.
토크선도는, 내연 기관(17)의 제어에 사용된다. 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러(30)는, 토크선도를 기억부에 기억하고 있고, 내연 기관(17)의 제어에 사용한다. 하이브리드 컨트롤러(23) 및 펌프 컨트롤러(33) 중 적어도 한쪽도, 기억부에 토크선도를 기억하고 있어도 된다.
최대 토크선 TL로 나타내는 내연 기관(17)의 토크 T는, 내연 기관(17)의 내구성(耐久性) 및 배기연(排氣煙) 한계 등을 고려하여 결정되어 있다. 그러므로, 내연 기관(17)은, 최대 토크선 TL에 대응한 토크 T보다 큰 토크를 발생하는 것은 가능하다. 실제로는, 기관 제어 장치, 예를 들면, 엔진 컨트롤러(30)는, 내연 기관(17)의 토크 T가 최대 토크선 TL을 초과하지 않도록 내연 기관(17)을 제어한다.
제한선 VL과 최대 토크선 TL과의 교점(交点) Pcnt에 있어서, 내연 기관(17)이 발생하는 출력, 즉 마력은, 최대가 된다. 교점 Pcnt를 정격점(定格点)이라고 한다. 정격점 Pcnt에서의 내연 기관(17)의 출력을 정격 출력이라고 한다. 최대 토크선 TL은, 전술한 바와 같이 배기연 한계로부터 정해진다. 제한선 VL은, 최고 회전 속도에 기초하여 정해진다. 따라서, 정격 출력은, 내연 기관(17)의 배기연 한계와 최고 회전 속도에 기초하여 정해진, 내연 기관(17)의 최대 출력이다.
제한선 VL은, 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 제한한다. 즉, 내연 기관(17)의 회전 속도 n은, 제한선 VL을 초과하지 않도록, 기관 제어 장치, 예를 들면, 엔진 컨트롤러(30)에 의해 제어된다. 제한선 VL은, 내연 기관(17)의 최대의 회전 속도를 규정한다. 즉, 기관 제어 장치, 예를 들면, 엔진 컨트롤러(30)는, 내연 기관(17)의 최대의 회전 속도가, 제한선 VL에 의해 규정되는 회전 속도를 넘어 과회전되지 않도록 제어한다.
펌프 흡수 토크선 PL은, 내연 기관(17)의 회전 속도 n에 대하여, 도 2에 나타내는 유압 펌프(18)가 흡수 가능한 최대 토크를 나타내고 있다. 실시형태에 있어서, 내연 기관(17)은, 내연 기관(17)의 출력 유압 펌프(18)의 부하를 매칭 루트 ML 상에서 밸런스시킨다. 도 3에는, 매칭 루트 MLa와, 매칭 루트 MLb가 나타나 있다. 매칭 루트 MLb 쪽이, 매칭 루트 MLa보다 최대 토크선 TL에 가깝게 되어 있다.
매칭 루트 MLb는, 소정의 출력으로 내연 기관(17)이 동작할 때, 예를 들면, 같은 출력이면, 매칭 루트 MLa보다 회전 속도 n이 낮게 되도록 설정되어 있다. 이와 같이 함으로써, 내연 기관(17)이 같은 토크 T를 발생하는 경우, 매칭 루트 MLb 쪽이 보다 낮은 회전 속도 n으로 내연 기관(17)을 운전할 수 있으므로, 내연 기관(17)의 내부 마찰에 의한 손실을 저감할 수 있다. 매칭 루트 ML은, 연료 소비율이 양호한 점을 지나도록 설정되어도 된다. 매칭 루트 MLb는, 내연 기관(17)이 최대의 토크 T를 발생할 때까지의 범위에 있어서, 최대 토크선 TL로 정해지는 토크 T의 80% 이상 95% 이하로 되도록 설정된다.
매칭 루트 ML은, 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 증가하면, 토크 T도 증가한다. 제한선 TL로 규정되는 최대 토크점 Pmax일 때의 회전 속도 ntmax와, 정격 출력점(出力点) Pcnt일 때의 회전 속도 ncnt와의 사이의 영역에서, 매칭 루트 ML과 제한선 TL이 교차한다. 최대 토크점 Pmax에 있어서, 내연 기관(17)이 발생하는 토크 T는 최대가 된다.
출력 지시선 IL은, 내연 기관(17)의 회전 속도 n 및 토크 T의 목표를 나타낸다. 즉, 내연 기관(17)은 출력 지시선 IL로부터 얻어지는 회전 속도 n 및 토크 T로 되도록 제어된다. 이와 같이, 출력 지시선 IL은, 내연 기관(17)이 발생하는 동력의 크기를 규정하기 위해 사용되는, 내연 기관(17)의 토크 T와 회전 속도 n과의 관계를 나타낸 제2 관계에 상당한다. 출력 지시선 IL은, 내연 기관(17)에 발생시키는 마력, 즉 출력의 지령값(이하, 적절히 출력 지령값이라고 함)으로 된다. 즉, 기관 제어 장치, 예를 들면, 엔진 컨트롤러(30)는, 출력 지령값에 대응하는 출력 지시선IL 상의 토크 T 및 회전 속도 n으로 되도록, 내연 기관(17)의 토크 T 및 회전 속도 n을 제어한다. 예를 들면, 출력 지령값에 출력 지시선 ILe가 대응하는 경우, 내연 기관(17)의 토크 T 및 회전 속도 n은, 출력 지시선 ILe 상의 값으로 되도록 제어된다.
토크선도는, 복수의 출력 지시선 IL을 포함한다. 인접하는 출력 지시선 IL의 사이의 값은, 예를 들면, 보간(補間)에 의해 구해진다. 실시형태에 있어서, 출력 지시선 IL은, 등마력선(等馬力線)이다. 등마력선은, 내연 기관(17)의 출력이 일정하게 되도록, 토크 T와 회전 속도 n과의 관계가 정해진 것이다. 실시형태에 있어서, 출력 지시선 IL은, 등마력선에 한정되는 것이 아니고, 스로틀 다이얼(28)에 의해 설정되는 스로틀 선 등에 의해 규정되는 임의의 선이라도 된다.
실시형태에 있어서, 내연 기관(17)은, 매칭점 MP의 토크 T 및 회전 속도 ㎚으로 되도록 제어된다. 매칭점 MP는, 도 3 중에 실선으로 나타내는 매칭 루트 ML과, 도 3 중에 실선으로 나타내는 출력 지시선 ILe와, 실선으로 나타내는 펌프 흡수 토크선 PL과의 교점이다. 매칭점 MP는, 내연 기관(17)의 출력 유압 펌프(18)의 부하가 밸런스하는 점이다. 실선으로 나타내는 출력 지시선 ILe는, 매칭점 MP에서 유압 펌프(18)가 흡수하는 내연 기관(17)의 출력의 목표 및 내연 기관(17)의 목표로 하는 출력에 대응한다.
발전 전동기(19)가 발전하는 경우, 발전 전동기(19)가 흡수하는 마력, 즉 발전 출력 Wga의 분만큼, 유압 펌프(18)가 흡수하는 내연 기관(17)의 출력이 작아지도록, 펌프 컨트롤러(33) 및 하이브리드 컨트롤러(23)에 지령이 부여된다. 펌프 흡수 토크선 PL은, 점선으로 나타내는 위치로 이동한다. 이 때의 출력에 대응하는 것이 출력 지시선 ILp이다. 펌프 흡수 토크선 PL은, 매칭점 MPa일 때의 회전 속도 ㎚이며, 출력 지시선 ILp와 교차한다. 출력 지시선 ILp에 발전 전동기(19)가 흡수하는 발전 출력 Wga를 가산한 것이, 매칭점 MPa를 지나는 출력 지시선 ILe이다.
실시형태에 있어서는, 매칭 루트 ML1과, 출력 지시선 ILe와, 펌프 흡수 토크선 PL과의 교점인 매칭점 Mpa에서 내연 기관(17)의 출력 유압 펌프(18)의 부하를 밸런스시키는 예를 나타내고 있다. 이 예에 한정되지 않고, 매칭 루트 MLb와, 출력 지시선 ILe와, 펌프 흡수 토크선 PL과의 교점인 매칭점 MPb에서 내연 기관(17)의 출력 유압 펌프(18)의 부하를 밸런스시켜도 된다.
이와 같이, 기관(36), 즉 내연 기관(17) 및 발전 전동기(19)는, 토크선도에 포함되는 최대 토크선 TL과, 제한선 VL과, 펌프 흡수 토크선 PL과, 매칭 루트 ML과, 출력 지시선 IL에 기초하여 제어된다. 다음에, 작동유의 릴리프 시, 즉 유압 펌프(18)가 토출한 작동유가 릴리프 밸브(18r)로부터 릴리프되는 경우에서의 기관(36), 더욱 상세하게는 내연 기관(17)의 제어에 대하여 설명한다.
<작동유의 릴리프 시에서의 내연 기관(17)의 제어>
유압 셔블(1)이 공장으로부터 출시되기 전의 성능 확인 시, 및 서비스 맨 등에 의한 고장 진단 시 등은, 진단 모드를 사용하여 내연 기관(17) 및 유압 펌프(18)에 이상(異常)이 발생하고 있는지의 여부 판정된다. 더욱 상세하게는, 진단 모드는, 진단 모드로 들어가고나서 작업기 릴리프 조작을 행하여 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 증속시키는 동시에 유압 펌프(18)의 흡수 토크 및 토출 유량을 증가시킨다. 진단 모드에서는, 이 상태에서, 작동유의 릴리프 중에서의 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 판정값 내에서 안정되는지의 여부에 의해, 내연 기관(17) 및 유압 펌프(18)에 이상이 발생하고 있는지의 여부가 판정된다. 그러므로, 통상 시, 즉 이상이 없는 경우에는, 작동유의 릴리프 시에서의 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 일정하게 될 필요가 있다. 작업기 릴리프 조작이란, 작업기(3)의 붐 실린더(14), 암 실린더(15) 및 버킷 실린더(16) 중 하나 이상이 스트로크 엔드에 있는 상태에서, 또한 같은 방향으로 조작 레버(26R, 26L) 중 적어도 한쪽을 움직이는 조작이다. 이 조작에 의해, 작동유가 흐르는 배관 내에서의 작동유의 압력이 상승하고, 작동유가 릴리프하는 상태로 된다. 작동유의 압력은, 도 2에 나타내는 펌프압 검출부(20a)가 검출한다.
작업기 릴리프 조작 중에 발전 전동기(19)가 전력을 발생, 즉 발전을 개시함으로써, 발전 전동기(19)를 구동시키는 출력분, 출력 지령값이 상승한다. 출력 지령값의 상승에 따라, 내연 기관(17)의 목표로 하는 목표 회전 속도 ㎚t가 상승한다. 목표 회전 속도 ㎚t란, 유압 펌프(18)가 흡수하는 토크인 펌프 흡수 토크와 발전 출력 Wga와의 합계인 내연 기관(17)의 출력 지령값과, 매칭 루트 ML과의 교점으로부터 정해지는 회전 속도이다.
작업기 릴리프 조작 중에서의 회전 속도 n의 상승을 억제하기 위해, 실시형태에 있어서는, 작동유의 릴리프에 있어서, 목표 회전 속도 ㎚t를, 발전 전동기(19)가 최대 발전 전력 Wgmax를 발생하는 경우에 내연 기관(17)이 목표로 하는 회전 속도 ㎚r에 고정시킨다. 이 제어를, 이하에 있어서는 적절히, 릴리프 시의 제어라고 한다. 릴리프 시 제어 중, 목표 회전 속도 ㎚t는, 발전 전동기(19)가 최대의 전력을 발생하는 경우에 필요한 마력과, 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유가 릴리프되는 경우에 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력에 기초하여 결정된다.
도 4는, 릴리프 시의 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 출력 지시선 ILe는, 내연 기관(17)이 단독으로 운전되고 있는 경우의 출력 지시선이다. 도 4에 있어서, 발전 전동기(19)가 발전하고 있지 않은 상태에서 내연 기관(17)이 유압 펌프(18)를 구동시키는 경우에, 내연 기관(17)에 주어지는 출력 지령값은, 출력 지시선 ILe로 나타낸다. 출력 지시선 ILe에 의해 정해지는 마력 Wp는, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력이다.
발전 전동기(19)가 발전하고 있는 상태에서 내연 기관(17)이 유압 펌프(18)를 구동시키는 경우의 내연 기관(17)에 주어지는 출력 지령값은, 출력 지시선 ILg로 나타낸다. 발전 전동기(19)가 발전하고 있는 경우, 발전을 위한 에너지가 필요해지므로, 발전 시에서의 출력 지시선 ILg 쪽이 비발전 시의 출력 지시선 ILe보다 발전 출력 Wga분 커진다. 즉, 내연 기관(17)은, 발전 시 쪽이 비발전 시보다 큰 출력을 발생하게 된다.
릴리프 시 제어 중, 엔진 컨트롤러(30)가 내연 기관(17)에 제공하는 출력 지령값은, 출력 지시선 ILr로 나타낸다. 출력 지시선 ILr은, 발전 전동기(19)가 최대의 전력, 즉 최대 발전 출력 Wgmax를 발생하고 있는 상태에서 내연 기관(17)이 유압 펌프(18)를 구동시키는 경우에, 내연 기관(17)에 주어지는 출력 지령값이다. 출력 지시선 ILr에 의해 정해지는 마력은, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp에, 최대 발전 출력 Wgmax에 상당하는 마력, 즉 최대 발전 출력 Wgmax와 작업률이 동일한 마력을 가산한 값으로 된다. 실시형태에 있어서, 최대 발전 출력 Wgmax는 고정값이며, 엔진 컨트롤러(30)의 기억부에 기억되어 있다.
실시형태에 있어서, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp는, 유압 펌프(18)의 구동 조건에 따라 정해지는 값이 사용된다. 이 경우, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp는 고정값이 아니고, 유압 펌프(18)의 구동 조건에 따라 변화한다. 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp로서, 유압 펌프(18)가 흡수 가능한 최대 마력, 즉 최대 흡수 마력 Wpmax가 이용되어도 된다. 최대 흡수 마력 Wpmax는 일의적으로 정해져, 고정값으로 된다. 릴리프 시의 제어에 최대 흡수 마력 Wpmax가 사용되는 경우, 최대 흡수 마력 Wpmax는 엔진 컨트롤러(30)의 기억부에 기억된다.
내연 기관(17)이 발전 전동기(19)를 구동시키는 경우의 릴리프 시의 제어에 있어서, 엔진 컨트롤러(30)는, 발전 전동기(19)가 최대의 전력을 발생하는 경우에 필요한 마력, 즉 최대 발전 출력 Wgmax에 상당하는 마력과, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp에 기초하여 목표 회전 속도 ㎚r을 결정한다. 더욱 상세하게는, 엔진 컨트롤러(30)는, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp와 최대 발전 출력 Wgmax를 가산하여 출력 지령값에 대응하는 출력 지시선 ILr을 구하고, 출력 지시선 ILr과 매칭 루트 ML과의 교점에서의 회전 속도를 목표 회전 속도 ㎚r로 한다. 실시형태에 있어서, 매칭 루트 ML은, 내연 기관(17)이 최대의 토크 T를 발생하는 회전 속도 n보다 큰 범위에 있어서, 최대 토크선 TL에 일치한다.
내연 기관(17)의 회전 속도 n은, 출력 지령값과 내연 기관(17)의 출력, 즉 목표 펌프 흡수 마력과 발전 출력 Wga와의 합이 균형잡힌 회전 속도인 목표 회전 속도 ㎚t로 매칭한다. 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 목표 회전 속도 ㎚t 이상으로 되면, 펌프 흡수 마력이 펌프 흡수 토크선 PL을 따라 상승하고, 내연 기관(17)에 대한 출력 지령값보다 내연 기관(17)에 요구되는 출력이 커진다. 내연 기관(17)은, 요구되는 출력에 부족한 만큼, 회전 에너지를 소비하므로, 회전 속도 n이 저하된다. 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 저하되면, 펌프 흡수 마력이 펌프 흡수 토크선 PL을 따라 저하되고, 내연 기관(17)에 대한 출력 지령값보다 내연 기관(17)에 요구되는 출력이 작아진다. 그러면, 내연 기관(17)은, 잉여의 출력, 즉 내연 기관(17)에 대한 출력 지령값과 내연 기관(17)에 요구되는 출력의 차분이 회전 속도 n을 상승시키는 에너지로 되므로, 회전 속도 n이 상승한다.
릴리프 시의 제어에 있어서, 내연 기관(17)은 목표 회전 속도 ㎚r로 동작한다. 발전 전동기(19)가 발전을 개시한 경우, 내연 기관(17)에는 출력 지시선 ILg로 나타내는 출력 지령값이 부여된다. 이 경우도, 엔진 컨트롤러(30)는, 목표 회전 속도 ㎚r로 내연 기관(17)을 동작시킴으로써, 작동유의 릴리프 시에 발전 전동기(19)가 발전을 개시해도, 내연 기관(17)의 회전 속도 n은 변화하지 않는다. 그러므로, 서비스 맨 등은, 유압 셔블(1)의 진단, 더욱 상세하게는 내연 기관(17) 및 유압 펌프(18)를, 확실하고 또한 정확하게 진단할 수 있다.
도 5는, 작동유의 릴리프 시에 릴리프 시의 제어를 실행하도록 한 경우에서의 내연 기관(17)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 매칭 루트 MLa와 출력 지시선 ILe와의 교점인 매칭점 Mpa에서 내연 기관(17)이 동작하고 있는 경우, 작동유의 릴리프에 의해 릴리프 시의 제어가 개시되면, 매칭점 MPr에서 내연 기관(17)이 동작한다. 매칭점 MPr은, 릴리프 시의 제어에서 사용되는 출력 지시선 ILr과 매칭 루트 ML과의 교점에서의 목표 회전 속도 ㎚r과, 목표 회전 속도 ㎚r로 출력 지시선 ILe로부터 얻어지는 토크 T에 의해 정해진다.
매칭점 Mpa에서 동작하고 있었던 내연 기관(17)은, 릴리프 시의 제어가 개시되면 매칭점 MPr에서 동작한다. 그러므로, 내연 기관(17)은, 릴리프 시의 제어가 개시되면, 목표 회전 속도가 ㎚a로부터 ㎚r로 상승한다.
한편, 매칭 루트 MLb는, 매칭 루트 MLa보다 최대 토크선 TL에 가깝다. 매칭점 MPb에서 동작하고 있었던 내연 기관(17)은, 릴리프 시의 제어가 개시되면 매칭점 MPr에서 동작한다. 그러므로, 내연 기관(17)은, 릴리프 시의 제어가 개시되면, 목표 회전 속도가 ㎚b로부터 ㎚r로 상승한다.
매칭 루트 MLb와 출력 지시선 ILe와의 교점인 매칭점 MPb에서 내연 기관(17)이 동작하고 있는 경우, 목표 회전 속도 ㎚b는, 매칭점 MPa에서의 목표 회전 속도 ㎚a보다 낮다. 그러므로, 매칭 루트 MLb에 의해 내연 기관(17)이 제어되는 경우, 릴리프 시의 제어가 개시되었을 때에서의 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 상승하는 크기는, 매칭 루트 MLa에 의해 내연 기관(17)이 제어되는 경우보다 커진다. 결과로서, 매칭 루트 MLb에 의해 내연 기관(17)이 제어되는 경우에 릴리프 시의 제어가 개시되면, 내연 기관(17)의 회전 속도 n의 상승이 크고, 유압 셔블(1)의 오퍼레이터에게 위화감을 준다.
유압 셔블(1)이 상부 선회체(5)를 선회시키면서 작업기(3)의 붐(11)을 내려가, 다운 선회라는 동작으로부터 굴삭으로 이행하는 경우, 작동유의 릴리프가 발생하기 용이해진다. 그러므로, 매칭 루트 MLb에 의해 내연 기관(17)이 제어되는 경우, 다운 선회로부터 굴삭으로 이행할 때 릴리프 시의 제어가 개시되는 결과, 내연 기관(17)의 회전 속도 n의 상승이 유압 셔블(1)의 오퍼레이터에게 위화감을 줄 가능성이 있다.
다운 선회로부터 굴삭으로 이행할 때 발생하는 내연 기관(17)의 회전 속도 n의 상승을 억제하기 위해, 엔진 컨트롤러(30)는, 상부 선회체(5)의 선회를 포함하는 작업 시에 릴리프 시의 제어를 무효로 한다. 더욱 상세하게는, 도 2에 나타내는 선회 록 스위치(37)가 OFF의 경우에는 상부 선회체(5)가 선회할 가능성이 있으므로, 엔진 컨트롤러(30)는, 선회 록 스위치(37)가 ON의 경우에 상부 선회체(5)의 선회를 고정시키는 경우인 선회 록 시인 것으로 하여, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다. 그리고, 엔진 컨트롤러(30)는, 선회 록 스위치(37)가 OFF의 경우에 상부 선회체(5)가 선회할 가능성이 있다고 하여, 릴리프 시의 제어를 무효로 한다.
이와 같이 함으로써, 다운 선회로부터 굴삭으로 이행할 때 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 상승하는 것이 억제된다. 즉, 릴리프 시의 제어가 무효로 되면, 내연 기관(17)이 매칭점 MPb에서 동작하고 있는 경우에, 예를 들면, 다운 선회로부터 굴삭으로 이행하여 작동유가 릴리프 해도, 내연 기관(17)은 매칭점 MPb에서 동작한다. 그러므로, 매칭점 MPb에서의 내연 기관(17)의 목표 회전 속도 ㎚b는 변화하지 않는다. 그 결과, 상부 선회체(5)의 선회를 따른 작업 시에, 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 상승하는 현상이 억제된다.
또한, 엔진 컨트롤러(30)는, 유압 셔블(1)을 진단하는 경우인 진단 시에도, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다. 이와 같이 함으로써, 유압 셔블(1)을 진단하는 경우에 릴리프 시의 제어를 실행하는 의도(意圖)와, 상부 선회체(5)의 선회를 따른 작업 시에서의 내연 기관(17)의 회전 속도 n의 상승을 억제하는 것을 양립시킬 수 있다.
릴리프 시의 제어는, 유압 셔블(1)에 있어서, 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 일정한 값으로 하는 조건이 성립된 경우, 예를 들면, 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건이 성립된 경우에 실행된다. 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 일정한 값으로 하는 조건을, 이하에 있어서는, 적절히, 정속 조건(constant speed condition)이라고 한다. 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건도, 정속 조건에 포함된다. 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건을, 이하에 있어서는 적절히, 작업 불필요 조건(no work required condition)이라고 한다. 릴리프 시의 제어는, 정속 조건이 성립된 경우, 예를 들면, 작업 불필요 조건이 성립하고, 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 일정한 값으로 유지하여 운전하고 싶은 경우에 실행된다.
유압 셔블(1)이 발전 전동기(19) 및 축전 장치(22)를 가지는 하이브리드 작업 기계인 경우, 작업기 릴리프 조작 중에 발전 전동기(19)가 발전을 개시하는 것에 의한 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 상승함으로써, 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 일정한 값으로 유지할 수 없을 가능성이 있다. 또한, 내연 기관(17)의 회전 속도 n이 일정한 값으로 지지되지 않는 것에 의해, 오퍼레이터가 위화감을 기억한다. 이것은, 유압 셔블(1)이 하이브리드 작업 기계인 경우에 특유의 문제이다.
또한, 유압 셔블(1)이 하이브리드 작업 기계인 경우에 있어서, 매칭 루트 MLb에 의해 내연 기관(17)이 제어되면, 다운 선회로부터 굴삭으로 이행할 때 릴리프 시의 제어가 개시되는 결과, 내연 기관(17)의 회전 속도 n의 상승이 오퍼레이터에게 위화감을 줄 가능성도 있다.
엔진 컨트롤러(30)는, 작업 불필요 조건, 본 실시형태에서는 선회 록 스위치(37)가 ON의 조건 및 유압 셔블(1)이 진단되는 조건이 성립된 경우, 즉 내연 기관(17)의 회전 속도 n을 일정한 값으로 유지하고 싶은 요청이 있는 경우에, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다. 이와 같이 함으로써, (1) 유압 셔블(1)이 하이브리드 작업 기계인 경우에 진단 시의 릴리프 시의 제어가 필요해질 때 진단을 원활하게 행하는 것이 가능하게 이루어지는 것, 및 (2) 상부 선회체(5)의 선회를 따른 작업 시에서의 내연 기관(17)의 회전 속도 n의 상승을 억제하는 것의 (1) 및 (2)를 양립시킬 수 있다. 즉, 실시형태의 제어는, 하이브리드 작업 기계에 특유의 문제점을 해결할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 선회를 행하도록 한 상황에 있어서 유압 펌프(18)의 진단을 행하는 장면도 있으므로, 적어도 유압 셔블(1)이 진단되는 조건이 성립하고 있으면 릴리프 시의 제어를 유효로 하는 등, 유압 펌프(18)의 진단의 내용에 맞추어, 선회 록 스위치(37)가 ON의 조건 및 유압 셔블(1)이 진단되는 조건 중 어느 한쪽의 조건이 성립하는 것을 릴리프 시의 제어의 조건으로 해도 된다.
<엔진 컨트롤러(30)의 구성예>
도 6은, 엔진 컨트롤러(30)의 구성예를 나타낸 도면이다. 엔진 컨트롤러(30)는, 처리부(30P)와, 기억부(30M)와, 입출력부(30IO)를 가진다. 처리부(30P)는, CPU(Central Processing Unit), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등이다.
실시형태에 있어서, 처리부(30P)는, 판정부(30J)와 기관 제어부(30C)와 목표 출력 연산부(30E)를 가진다. 처리부(30P), 더욱 상세하게는 판정부(30J), 기관 제어부(30C) 및 목표 출력 연산부(30E)는, 실시형태에 관한 작업 기계의 기관 제어 방법을 실행한다. 판정부(30J)는, 작업 불필요 조건이 성립되었는지의 여부, 실시형태에서는 유압 셔블(1)을 진단하는 경우인 진단 시인지, 상부 선회체(5)의 선회를 고정시키는 경우인 선회 록 시인지를 판정한다. 기관 제어부(30C)는, 작업 불필요 조건이 성립된 경우, 실시형태에서는 진단 시 및 선회 록 시 중 적어도 한쪽이 성립하면, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다. 릴리프 시의 제어는, 전술한 바와 같이, 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유가 릴리프 밸브(18r)로부터 릴리프 되었을 때, 발전 전동기(19)가 최대의 전력을 발생하는 경우에 필요한 마력과 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력에 기초하여 내연 기관(17)의 목표로 하는 목표 회전 속도 ㎚t를 결정하는 제어이다. 기관 제어부(30C)는, 작업 불필요 조건이 성립되지 않을 경우, 실시형태에서는 진단 시 및 선회 록 시의 양쪽이 성립되지 않을 경우에, 릴리프 시의 제어를 무효로 한다. 목표 출력 연산부(30E)는, 내연 기관(17)의 목표 출력(목표 마력) 및 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력을 구한다.
처리부(30P)가 전용(專用)의 하드웨어인 경우, 예를 들면, 각종 회로, 프로그램화한 프로세서(Processor), 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)에서 1개 또는 조합한 것이 처리부(30P)에 해당한다.
기억부(30M)는, 예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등의 불휘발성 또는 휘발성의 각종 메모리, 자기(磁氣) 디스크 등의 각종 디스크 중 하나 이상이 사용된다. 기억부(30M)는, 실시형태에 관한 기관 제어를 처리부(30P)에 실행하도록 하기 위한 컴퓨터 프로그램, 및 처리부(30P)가 실시형태에 관한 기관 제어를 실행할 때 사용되는 정보를 기억한다. 처리부(30P)는, 기억부(30M)로부터 전술한 컴퓨터 프로그램을 읽어들여 실행함으로써, 실시형태에 관한 기관 제어를 실현한다.
입출력부(30IO)는, 엔진 컨트롤러(30)와, 기기 종류를 접속하기 위한 인터페이스 회로이다. 입출력부(30IO)에는, 도 2에 나타내는 연료 조정 다이얼(28), 회전 속도 검출 센서(17n) 및 코먼 레일 제어부(32)가 접속된다. 실시형태에서는, 엔진 컨트롤러(30)의 구성예를 설명하였으나, 하이브리드 컨트롤러(23) 및 펌프 컨트롤러(33)도 엔진 컨트롤러(30)와 마찬가지의 구성이다.
<엔진 컨트롤러(30)의 제어 블록>
도 7은, 엔진 컨트롤러(30)가 가지는 판정부(30J)의 제어 블록도이다. 판정부(30J)는, 선회 상태 출력부(50)와, 운전 모드 출력부(51)와, 논리합 연산부(52)와, 논리곱 연산부(53)과, 최대값 선택부(54)와, 릴리프 판정부(55)를 포함한다.
선회 상태 출력부(50)는, 도 2에 나타내는 선회 록 스위치(37)의 출력 Srs를 취득한다. 선회 상태 출력부(50)는, 출력 Srs가 ON, 즉 선회 록 스위치(37)가 ON인 경우에는 TRUE를 논리합 연산부(52)에 출력하고, 출력 Srs가 OFF, 즉 선회 록 스위치(37)가 OFF인 경우에는 FALSE를 논리합 연산부(52)에 출력한다.
운전 모드 출력부(51)는, 도 2에 나타내는 모니터(38)로부터 출력되는 진단 모드 실행 출력 Sce를 취득한다. 운전 모드 출력부(51)는, 진단 모드 실행 출력 Sce가 ON, 즉 진단이 행해지는 경우에는 TRUE를 논리합 연산부(52)에 출력하고, 진단 모드 실행 출력 Sce가 OFF, 즉 진단이 행해지지 않을 경우에는 FALSE를 논리합 연산부(52)에 출력한다.
논리합 연산부(52)는, 선회 상태 출력부(50)의 출력값과, 운전 모드 출력부(51)의 출력값과의 논리합을 연산하여, 연산 결과를 논리곱 연산부(53)에 출력한다. 논리합 연산부(52)는, 선회 상태 출력부(50)의 출력값 및 운전 모드 출력부(51)의 출력값이 모두 FALSE인 경우에는 FALSE를 출력하고, 그 이외는 TRUE를 출력한다.
최대값 선택부(54)에는, 도 2에 나타내는 펌프압 검출부(20a)에 의해 검출된 한쪽의 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유의 압력 Pf와, 다른 쪽의 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유의 압력 Ps가 입력된다. 최대값 선택부(54)는, 입력된 압력 Pf와 압력 Ps를 비교하고, 큰 쪽을 판정용 압력 Pj로서 릴리프 판정부(55)에 출력한다.
실시형태에 있어서, 유압 셔블(1)은 2개의 유압 펌프(18, 18)를 가지지만, 유압 펌프(18)가 3개 이상의 경우, 각각의 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유의 압력이 최대값 선택부(54)에 입력된다. 유압 셔블(1)이 가지는 유압 펌프(18)의 수가1개인 경우, 최대값 선택부(54)는 불필요하다. 이 경우, 1개의 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유의 압력이, 판정용 압력 Pj로서 릴리프 판정부(55)에 입력된다.
릴리프 판정부(55)는, 제1 임계값 Pc1과 제1 임계값 Pc1보다 큰 제2 임계값 Pc2를 사용하여, 릴리프 상태인지의 여부를 판정한다. 릴리프 판정부(55)는, 판정용 압력 Pj가 제2 임계값 Pc2 이상으로 되면 논리곱 연산부(53)에 TRUE를 출력하고, TRUE를 출력하고 있는 상태에서 판정용 압력 Pj가 제1 임계값 Pc1 이하로 되면 논리곱 연산부(53)에 FALSE를 출력한다. 이와 같이, 릴리프 상태의 판정에 히스테리시스(hysteresis)를 갖게 함으로써, 릴리프 상태의 판정 시에 헌팅(hunting)이 발생하는 것이 억제된다.
논리곱 연산부(53)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre를 출력한다. 논리곱 연산부(53)는, 논리합 연산부(52)의 출력 릴리프 판정부(55)의 출력의 논리곱을 연산한다. 논리곱 연산부(53)는, 논리합 연산부(52)의 출력값 및 릴리프 판정부(55)의 출력의 출력값이 모두 TRUE인 경우에는 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre를 TRUE로 하고, 그 이외에는 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre를 FALSE로 한다. 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 TRUE인 경우, 릴리프 시의 제어는 유효하게 되고, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 FALSE인 경우, 릴리프 시의 제어는 무효로 된다.
도 8은, 엔진 컨트롤러(30)가 가지는 기관 제어부(30C)의 제어 블록도이다. 기관 제어부(30C)는, 가감산부(加減算部)(56)와, 선택부(57)와, 최대값 선택부(58)와, 목표 회전 속도 연산부(59)를 포함한다. 가감산부(56)에는, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력인 펌프 흡수 마력 Wp와, 최대 발전 출력 Wgmax가 입력된다. 실시형태에 있어서, 발전 전동기(19)가 발전하는 경우에 발전 전동기(19)를 구동시키기 위해 필요한 마력은 마이너스의 값으로 표현되므로, 최대 발전 출력 Wgmax는 마이너스의 값이다. 펌프 흡수 마력 Wp는, 유압 펌프(18)의 구동 조건에 따라 정해지는 값이며, 실시형태에 있어서는 도 6에 나타내는 목표 출력 연산부(30E)가 구한다.
가감산부(56)는, 펌프 흡수 마력 Wp로부터 최대 발전 출력 Wgmax를 감산하고, 결과를 선택부(57)에 출력한다. 전술한 바와 같이, 최대 발전 출력 Wgmax는 마이너스의 값이므로, 가감산부(56)의 출력은, 펌프 흡수 마력 Wp의 절대값에 최대 발전 출력 Wgmax의 절대값이 가산된 값으로 된다. 이 값은, 도 4 및 도 5에 나타내는 출력 지시선 ILr에 대응한 마력이며, 릴리프 시의 제어에 사용되는 마력이다. 이하에 있어서, 펌프 흡수 마력 Wp의 절대값과 최대 발전 출력 Wgmax의 절대값이 가산된 값을 적절히, 릴리프 시 제어 마력 Wr이라고 한다. 선택부(57)에는, 가감산부(56)로부터의 값과, 최소 출력(최소 마력) Wmin이 입력된다. 최소 출력 WmiN은, 실시형태에 있어서는 0[kW]이다.
선택부(57)는, 입력된 2개의 값 중 어느 한쪽을, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre의 값에 기초하여 최대값 선택부(58)에 출력한다. 상세하게는, 선택부(57)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 TRUE인 경우, 가감산부(56)로부터의 출력을 선택하여, 최대값 선택부(58)에 출력한다. 또한, 선택부(57)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 FALSE인 경우, 최소 출력 Wmin을 선택하여, 최대값 선택부(58)에 출력한다.
최대값 선택부(58)에는, 내연 기관(17)의 목표 출력(목표 마력) Wet와, 선택부(57)가 출력한 값이 입력된다. 최대값 선택부(58)는, 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet와, 선택부(57)가 출력한 값 중 큰 쪽을 선택하여, 내연 기관 제어 마력 We로서 목표 회전 속도 연산부(59)에 출력한다. 목표 회전 속도 연산부(59)는, 내연 기관 제어 마력 We로부터, 목표 회전 속도 ㎚t를 구하여 출력한다. 목표 회전 속도 ㎚t는, 내연 기관 제어 마력 We에 대응한 출력 지시선 IL과, 매칭 루트 ML과의 교점에서의 회전 속도이다. 내연 기관 제어 마력 We가 릴리프 시 제어 마력 Wr인 경우, 목표 회전 속도 연산부(59)가 구하는 목표 회전 속도 ㎚t는, 릴리프 시의 제어에 사용되는 목표 회전 속도 ㎚r로 된다.
전술한 바와 같이, 엔진 컨트롤러(30)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 TRUE인 경우, 릴리프 시 제어 마력 Wr에 기초하여 구해진, 릴리프 시의 제어에 사용되는 목표 회전 속도 ㎚r을 사용하여 내연 기관(17)을 제어한다. 즉, 엔진 컨트롤러(30)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 TRUE인 경우, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다. 엔진 컨트롤러(30)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 FALSE인 경우, 릴리프 시 제어 마력 Wr을 이용하지 않고, 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet를 사용하여 구해진 목표 회전 속도 ㎚b를 이용하여 내연 기관(17)을 제어한다. 즉, 엔진 컨트롤러(30)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 FALSE인 경우, 릴리프 시의 제어를 무효로 한다.
도 9는, 엔진 컨트롤러(30)가 가지는 목표 출력 연산부(30E)의 제어 블록도이다. 목표 출력 연산부(30E)는, 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet 및 펌프 흡수 마력 Wp를 구한다. 목표 출력 연산부(30E)는, 펌프 출력 연산부(60)와, 최소값 선택부(61)와, 가감산부(62)를 가진다. 펌프 출력 연산부(60)는, 레버 조작량 Lipt, 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유의 압력 Pf, Ps가 입력된다. 레버 조작량 Lipt는, 도 2에 나타내는 조작 레버(26R, 26L) 및 주행용 레버(39L, 39R)의 조작 상태에 따른 값이다. 펌프 출력 연산부(60)는, 조작 레버(26R, 26L) 및 주행용 레버(39L, 39R)의 조작 상태 및 압력 Pf, Ps에 의해 현재의 조작 패턴을 판정하고, 판정된 조작 패턴마다 펌프 흡수 마력 Wp를 구한다. 펌프 출력 연산부(60)는, 구한 펌프 흡수 마력 Wp를 가감산부(62)에 출력한다.
최소값 선택부(61)는, 도 2에 나타내는 발전 전동기(19)의 발전 출력 Wga와, 0[kW]를 비교하고, 작은 쪽을 가감산부(62)에 출력한다. 실시형태에 있어서, 발전 전동기(19)가 발전하는 경우에 발전 전동기(19)를 구동시키기 위해 필요한 마력은 마이너스의 값으로 표현되므로, 발전 출력 Wga는 마이너스의 값이다. 그러므로, 발전 전동기(19)가 발전하는 경우, 최소값 선택부(61)는, 발전 출력 Wga를 가감산부(62)에 출력하게 된다.
가감산부(62)는, 펌프 흡수 마력 Wp로부터 발전 출력 Wga를 감산한 값을 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet로서 출력한다. 전술한 바와 같이 발전 출력 Wga는 마이너스의 값이므로, 가감산부(62)는 펌프 흡수 마력 Wp의 절대값 |Wp|와 발전 출력 Wga의 절대값 |Wga|를 가산한 값을 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet로서 출력한다.
상부 선회체(5)를 선회시키는 선회 조작 등에 의해 축전 장치(22)의 단자 간 전압이 저하되므로, 발전 출력 Wga가 변화한다. 이 변화에 따라 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet도 변화한다. 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet는, 유압 펌프(18)를 구동시키는 내연 기관(17)의 부하에 상당하므로, 발전 출력 Wga에 의해 내연 기관(17)의 부하도 변화한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 내연 기관(17)의 목표 회전 속도 ㎚t는, 릴리프 시의 제어가 아닐 경우에는 내연 기관(17)의 목표 출력 Wet에 의해 결정된다. 즉, 내연 기관(17)의 목표 회전 속도 ㎚t는, 축전 장치(22)의 단자 간 전압에 따라 변화하는 발전 출력 Wga에 따라 변동된다. 내연 기관(17)의 운전 중, 내연 기관(17)의 회전 속도 n은, 목표 회전 속도 ㎚t로 되도록 제어되므로, 내연 기관(17)의 회전 속도 n은, 발전 출력 Wga에 따라 변동된다. 릴리프 시의 제어의 실행에 있어서, 내연 기관(17)의 목표 회전 속도 ㎚t는, 최대 발전 출력 Wgmax에 의해 고정값으로 된다. 목표 회전 속도 ㎚t는 발전 출력 Wga에 의해 변동되지 않기 때문에 내연 기관(17)의 회전 속도 n도 변동되지 않는다.
<실시형태에 관한 작업 기계의 기관 제어 방법>
도 10은, 실시형태에 관한 작업 기계의 기관 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 스텝 S101에서, 엔진 컨트롤러(30)의 판정부(30J)는, 진단 모드인지의 여부를 판정한다. 진단 모드인 경우(스텝 S101, Yes), 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre를 TRUE로 한다. 스텝 S103에서, 기관 제어부(30C)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 TRUE인 것을 받아, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다. 진단 모드가 아닐 경우(스텝 S101, No), 스텝 S102에서, 판정부(30J)는 선회 록 시인지의 여부를 판정한다. 선회 록 시인 경우(스텝 S102, Yes), 판정부(30J)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre를 TRUE로 한다. 스텝 S103에서, 기관 제어부(30C)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 TRUE인 것을 받아, 릴리프 시의 제어를 유효하게 한다.
진단 모드가 아닐 경우(스텝 S101, No), 및 선회 록 시가 아닐 경우(스텝 S102, No), 판정부(30J)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre를 FALSE로 한다. 스텝 S104에서, 기관 제어부(30C)는, 릴리프 시 제어 유효 플래그 Fre가 FALSE인 것을 받아, 릴리프 시의 제어를 무효로 한다.
실시형태에 있어서는, 내연 기관(17)에 의해 발전 전동기(19)가 구동되는 하이브리드 작업 기계를 예로 하고, 릴리프 시의 제어에 있어서, 발전 전동기(19)가 최대의 전력을 발생하는 경우에 필요한 마력과 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력에 기초하여 목표 회전 속도가 결정되는 것으로 했다. 실시형태에 있어서, 발전 전동기(19)는 필수는 아니다. 즉, 도 2에 나타내는 기관(36)이 발전 전동기(19)를 갖지 않아도 된다. 이 경우, 릴리프 시의 제어에 있어서, 엔진 컨트롤러(30)는, 유압 펌프(18)가 토출하는 작동유가 릴리프되는 경우에 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp에 기초하여 목표 회전 속도 ㎚t를 결정한다. 더욱 상세하게는, 엔진 컨트롤러(30)는, 유압 펌프(18)가 흡수하는 마력 Wp로부터 출력 지령값인 출력 지시선 ILr을 구하고, 출력 지시선 ILr과 매칭 루트 ML과의 교점에서의 회전 속도를 목표 회전 속도 ㎚r로 한다.
실시형태에 있어서는, 내연 기관(17)을 구비한 유압 셔블(1)을 작업 기계의 예로 하였으나, 실시형태가 적용할 수 있는 작업 기계는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 작업 기계는, 휠 로더(wheel loader), 불도저(bulldozer) 및 덤프 트럭 등이라도 된다. 작업 기계가 탑재하는 엔진의 종류도 한정되지 않는다.
이상, 실시형태를 설명하였으나, 전술한 내용에 의해 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에 의해 구성 요소의 각종 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
1: 유압 셔블
5: 상부 선회체
17: 내연 기관
18: 유압 펌프
18R: 릴리프 밸브
19: 발전 전동기
20: 컨트롤 밸브
20a: 펌프압 검출부
22: 축전 장치
23: 하이브리드 컨트롤러
26L, 26R: 조작 레버
30: 엔진 컨트롤러
30C: 기관 제어부
30E: 목표 출력 연산부
30M: 기억부
30P: 처리부
30IO: 입출력부
30J: 판정부
33: 펌프 컨트롤러
36: 기관
37: 선회 록 스위치
38: 모니터
50: 선회 상태 출력부
51: 운전 모드 출력부
52: 논리합 연산부
53: 논리곱 연산부
54: 최대값 선택부
55: 릴리프 판정부
56: 가감산부
57: 선택부
58: 최대값 선택부
59: 목표 회전 속도 연산부

Claims (6)

  1. 선회체(旋回體), 상기 선회체에 장착된 작업기(work machine), 상기 작업기를 동작시키는 유압(油壓) 액추에이터, 상기 유압 액추에이터를 동작시키는 유압 펌프 및 상기 유압 펌프를 구동시키는 동시에 부하에 따라 회전 속도가 변동되는 내연 기관을 구비하는 작업 기계의 상기 내연 기관을 제어하는 제어 장치에 있어서,
    상기 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건이 성립되었는지의 여부를 판정하는 판정부; 및
    상기 조건이 성립된 경우, 상기 유압 펌프가 토출(吐出)하는 작동유가 릴리프(relief)되는 경우의 상기 유압 펌프가 흡수하는 마력(馬力)에 기초하여 상기 내연 기관이 목표로 하는 목표 회전 속도를 결정하는 릴리프 시의 제어를 유효로 하고, 상기 조건이 성립되지 않을 경우, 상기 릴리프 시의 제어를 무효로 하는 기관 제어부;
    를 포함하고,
    여기서 상기 조건은, 적어도 상기 작업 기계를 진단하는 경우인 진단 시 및 상기 작업 기계가 가지는 선회체의 선회를 고정시키는 경우인 선회 록(swing lock) 시 중 어느 한쪽인, 작업 기계의 기관 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 액추에이터는, 유압 실린더인, 작업 기계의 기관 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 작업 기계는, 상기 내연 기관에 의해 구동되는 발전 전동기; 및
    상기 발전 전동기가 발생한 전력을 축전하고, 축전한 전력을 상기 발전 전동기에 공급하는 축전 장치;를 구비하는, 작업 기계의 기관 제어 장치.
  4. 제1항에 기재된 작업 기계의 기관 제어 장치를 포함하는 작업 기계.
  5. 선회체, 상기 선회체에 장착된 작업기, 상기 작업기를 동작시키는 유압 액추에이터, 상기 유압 액추에이터를 동작시키는 유압 펌프 및 상기 유압 펌프를 구동시키는 동시에 부하에 따라 회전 속도가 변동되는 내연 기관을 구비하는 작업 기계의 상기 내연 기관을 제어하는 데 있어서의 작업 기계의 기관 제어 방법으로서,
    상기 작업기에 의한 작업이 불필요한 조건이 성립되었는지의 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 조건이 성립된 경우, 상기 유압 펌프가 토출하는 작동유가 릴리프되는 경우의 상기 유압 펌프가 흡수하는 마력에 기초하여 상기 내연 기관이 목표로 하는 목표 회전 속도를 결정하는 릴리프 시의 제어를 유효로 하고, 상기 조건이 성립되지 않을 경우, 상기 릴리프 시의 제어를 무효로 하는 단계;
    를 포함하고,
    여기서 상기 조건은, 적어도 상기 작업 기계를 진단하는 경우인 진단 시 및 상기 작업 기계가 가지는 선회체의 선회를 고정시키는 경우인 선회 록(swing lock) 시 중 어느 한쪽인, 작업 기계의 기관 제어 방법.
  6. 삭제
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107268704B (zh) * 2017-08-08 2023-08-29 济宁山重新能源有限公司 一种新型节能液压挖掘机
WO2019050532A1 (en) * 2017-09-08 2019-03-14 Cummins Inc. HYDRAULIC SYSTEM FOR ENGINE STARTER AND GENERATOR
EP3685049B1 (en) * 2017-09-21 2023-11-15 Volvo Construction Equipment AB Time-based power boost control system
CN107882101B (zh) * 2017-11-01 2019-11-19 广西柳工机械股份有限公司 挖掘机主泵溢流识别方法
KR102391357B1 (ko) * 2018-09-05 2022-04-27 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라 전동식 유압 작업 기계의 유압 구동 장치
CN112455415B (zh) * 2019-08-19 2022-11-04 长城汽车股份有限公司 混合动力汽车的能量流的计算方法及计算装置
JP7236365B2 (ja) * 2019-09-20 2023-03-09 日立建機株式会社 建設機械
CN111733908B (zh) * 2020-06-29 2022-05-24 徐州工业职业技术学院 一种基于双飞轮的挖掘机动臂串联式混合动力系统
CN112523883B (zh) * 2020-11-30 2023-03-31 厦门理工学院 一种适用于全工况的农用内燃拖拉机辅助生态驾驶系统
CN114263541B (zh) * 2021-12-29 2022-12-13 柳州柳工挖掘机有限公司 一种挖掘机控制方法及挖掘机

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012241586A (ja) 2011-05-18 2012-12-10 Komatsu Ltd 作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法
JP2014101820A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Komatsu Ltd エンジン制御装置及び建設機械

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5505267A (en) * 1994-11-14 1996-04-09 Case Corporation Differential lock control system for agricultural vehicles
DE112011100048B4 (de) 2010-05-20 2013-09-26 Komatsu Ltd. Arbeitsfahrzeug und Steuerverfahren für ein Arbeitsfahrzeug
JP5665874B2 (ja) * 2010-10-06 2015-02-04 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械及びその制御方法
JP5124033B2 (ja) 2011-05-18 2013-01-23 株式会社小松製作所 作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法
JP5222975B2 (ja) 2011-05-18 2013-06-26 株式会社小松製作所 作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法
JP6091154B2 (ja) * 2012-10-19 2017-03-08 株式会社小松製作所 油圧駆動システム
JP5857004B2 (ja) 2013-07-24 2016-02-10 日立建機株式会社 建設機械のエネルギ回生システム
CN104314131B (zh) 2014-09-16 2017-02-15 徐州徐工挖掘机械有限公司 一种油液混合动力的挖掘机控制系统
CN104372823B (zh) * 2014-11-20 2017-02-22 福建工程学院 一种挖掘机回转制动能量回收系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012241586A (ja) 2011-05-18 2012-12-10 Komatsu Ltd 作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法
JP2014101820A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Komatsu Ltd エンジン制御装置及び建設機械

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Publication number Publication date
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