KR102025578B1

KR102025578B1 - 하이브리드 건설 기계

Info

Publication number: KR102025578B1
Application number: KR1020150039053A
Authority: KR
Inventors: 신지 이시하라; 마사토시 호시노; 겐타로오 이토가; 히데카즈 모리키
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2019-09-26
Also published as: EP2955283B1; CN105297818A; EP2955283A1; US20150354170A1; KR20150141872A; US9617714B2; JP6324224B2; CN105297818B; JP2015232246A

Abstract

본 발명의 과제는, 전동·발전기에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 억제할 수 있는 하이브리드 건설 기계를 제공하는 것이다.
본 발명은, 엔진(11)의 회전수 NE를 검출하는 엔진 회전수 센서(11A)와, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하는 엔진 상태 판정부(20B)와, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 연산하는 부하 토크 추정부(20C)와, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 회전수 NE가 회전수 N0 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우, 또는 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮은 경우에, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하는 엔진 어시스트 제한부(20E)를 구비하였다.

Description

하이브리드 건설 기계{HYBRID CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은, 엔진의 동력의 어시스트 및 발전을 행하는 전동·발전기를 구비한 하이브리드 건설 기계에 관한 것이다.

종래, 유압 시스템에 의해 구동되는 건설 기계는, 경부하로부터 중부하까지의 모든 작업에 대응할 수 있도록, 최대 부하시의 작업을 예상하여 선정한 대형의 엔진을 구비하고 있다. 그러나, 건설 기계의 작업 전체에 있어서 중부하로 되는 작업은 어디까지나 일부이므로, 경부하시나 중간 부하시에 엔진의 능력을 주체할 수 없게 되어, 연비의 관점에서 보면 바람직하지 않다.

이에 대해, 엔진을 소형화하는 동시에, 엔진을 소형화한 것에 수반되는 엔진의 출력 부족을, 출력 응답이 빠른 전동·발전기의 출력 토크를 사용하여 보충하는 하이브리드 시스템을 구성하여, 연비의 향상을 도모하는 하이브리드 건설 기계가 종래부터 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

그러나, 이러한 하이브리드 건설 기계에서는, 엔진의 회전 속도나 부하 등의 엔진의 어시스트 조건이 갖추어지면, 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트가 실시되므로, 본래는 어시스트의 실시를 필요로 하지 않는(낭비로 되는) 경우라도, 전동·발전기에 의한 어시스트 동작이 계속되어 버릴 우려가 있었다. 이러한 경우에는, 전동·발전기와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치에 축전된 전력의 낭비나 축전 장치의 과방전으로 되어, 에너지 절약의 관점에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 축전 장치의 수명 저하를 초래할 수 있다.

따라서, 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 제어하는 제어 수단과, 엔진 스톨 또는 엔진 스톨로 직결되는 운전 상태를 검출하는 운전 상태 검출 수단을 구비하고, 이 운전 상태 검출 수단에 의해 엔진 스톨 또는 엔진 스톨로 직결되는 운전 상태가 검출되었을 때, 제어 수단에 의해 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 자동으로 정지시키는 종래 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

이 특허문헌 2의 종래 기술의 운전 상태 검출 수단은, 엔진의 실제 회전 속도를 검출하는 엔진 회전 속도 검출 수단과, 이 엔진 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 엔진의 실제 회전 속도와 목표 회전 속도의 편차를 구하여, 이 편차가 미리 정한 설정값 이상으로 되었을 때, 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 정지시키는 판단을 내리는 어시스트/정지 판단 수단을 구비하고 있다.

일본 특허 제4800514호 공보 미국 특허 제7728449호 명세서

상술한 특허문헌 1, 2의 종래 기술에 개시되는 전동·발전기를 구비한 하이브리드 건설 기계에서는, 축전 장치도 대용량화되어 있다. 그리고, 축전 용량이 큰 축전 장치를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서, 경부하시 또는 중간 부하시와 같이 유압 시스템에 요구되는 유압 부하가 전동·발전기의 최대 동력보다도 낮은 경우에는, 엔진의 출력 토크를 극히 낮은 상태로 유지해도, 전동·발전기의 출력 토크만으로 유압 부하를 감당할 수 있다. 이러한 상황에서는, 전동·발전기에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트가 실시되어 있으므로, 전동·발전기의 출력 토크에 의해 엔진이 유효하게 기능하지 않고 불필요하게 회전하는 모터링이 발생하여, 엔진이 과회전하기 쉬워진다. 이에 의해, 엔진이 손상되거나, 열영향을 받는 등의 문제가 발생하는 것이 우려되고 있다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 종래 기술은, 상술한 전동·발전기의 출력 토크만으로 유압 부하를 감당할 수 있는 상황에서는, 엔진 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 엔진의 실제 회전 속도와 목표 회전 속도의 편차를 발생시키지 않고 엔진의 회전수의 제어가 가능해진다. 그로 인해, 운전 상태 검출 수단이 엔진 스톨 또는 엔진 스톨로 직결되는 운전 상태를 적절하게 검출할 수 없으므로, 어시스트/정지 판단 수단이 전동·발전기에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 정지시킬 수 없어, 축전 장치에 축전된 전력의 낭비나 축전 장치의 과방전을 초래할 우려가 있다.

특히, 하이브리드 건설 기계에서는, 구조상, 회생 에너지를 축전 장치로 회수할 기회가 비교적 적으므로, 축전 장치에 축전된 전력이 저하되면, 엔진을 구동시켜 축전 장치를 충전하게 되므로, 그만큼 엔진에 부하가 걸려 연료가 사용됨으로써, 작업 전체에서 연비가 악화된다. 따라서, 경부하시나 중간 부하시라도, 축전 장치의 전력을 가능한 한 확보해 둘 필요가 있으므로, 전동·발전기를 효율적으로 사용하여 에너지 절약을 실현하는 것이 요망되고 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 실정으로부터 이루어진 것으로, 그 목적은, 전동·발전기에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 억제할 수 있는 하이브리드 건설 기계를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하이브리드 건설 기계는, 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 작업부와, 상기 엔진과의 사이에서 토크를 전달하고, 상기 엔진의 동력의 어시스트 및 발전을 행하는 전동·발전기와, 상기 전동·발전기와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치와, 상기 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와, 상기 엔진의 출력 토크의 상태를 판정하는 엔진 상태 판정부와, 상기 유압 펌프의 부하 토크를 검출하는 부하 토크 검출부와, 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수가 소정의 회전수 이상이고, 또한 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우, 또는 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크가 소정의 토크보다 낮은 경우에, 상기 전동·발전기에 의한 상기 엔진의 동력의 어시스트를 제한하는 엔진 어시스트 제한부를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성한 본 발명에서는, 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 엔진의 회전수가 소정의 회전수 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부에 의해 엔진의 출력 토크가 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우에는, 전동·발전기의 출력 토크만으로 유압 부하를 감당하고 있는 상황이 발생한다. 이 경우에는, 엔진 어시스트 제한부가 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 제한함으로써, 전동·발전기에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 억제할 수 있으므로, 전동·발전기의 출력 토크에 의해 엔진의 모터링이 발생하는 것을 피할 수 있다. 이에 의해, 모터링에 수반되는 엔진의 부담을 경감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 펌프 부하 검출부에 의해 검출된 유압 펌프의 부하 토크가 소정의 토크보다 낮은 경우에는, 엔진이 출력해야 할 토크를 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트에 의해 부담하고 있는 상황이 발생한다. 이 경우에는, 엔진 어시스트 제한부가 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 제한함으로써, 전동·발전기의 출력 토크에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 억제할 수 있으므로, 축전 장치에 축전된 전력의 낭비를 저감시킴과 함께, 축전 장치의 불필요한 방전을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계의 바람직한 형태로서, 이하의 구성을 들 수 있다.

(1) 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진의 연료 분사량을 검출하는 연료 분사량 검출부를 구비하고, 상기 엔진 상태 판정부는, 상기 연료 분사량 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 연료 분사량에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크의 상태를 판정하는 것.

(2) 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진에 설치된 터보 차저식 과급기와, 상기 과급기에 의한 상기 엔진의 과급압을 측정하는 과급압 측정부를 구비하고, 상기 엔진 상태 판정부는, 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크 및 상기 과급압 측정부에 의해 측정된 상기 엔진의 과급압에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크의 상태를 판정하는 것.

(3) 또한, 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계는, 상기 발명에 있어서, 상기 전동·발전기의 출력 토크를 검출하는 전동·발전기 토크 검출부를 구비하고, 상기 엔진 상태 판정부는, 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크 및 상기 전동·발전기 토크 검출부에 의해 검출된 상기 전동·발전기의 출력 토크에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크의 상태를 판정하는 것.

(4) 또한, 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계는, 상기 발명에 있어서, 상기 전동·발전기의 회전수를 검출하는 전동·발전기 회전수 검출부 및 상기 전동·발전기에 입력되는 전류를 검출하는 전동·발전기 전류 검출부 중 적어도 하나를 구비하고, 상기 엔진 상태 판정부는, 상기 전동·발전기 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 전동·발전기의 회전수 및 상기 전동·발전기 전류 검출부에 의해 검출된 상기 전동·발전기에 입력되는 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크의 상태를 판정하는 것.

이러한 각 구성 중 어느 것을 적용해도, 엔진의 출력 토크를 직접 검출하지 않아도 되므로, 엔진이 실제로 출력하고 있는 실제 토크를 검출하는 실제 토크 검출부를 생략할 수 있다. 이에 의해, 엔진 상태 판정부에 의한 엔진의 출력 토크의 상태의 판정을 간이한 구성으로 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진의 목표 회전수를 설정하는 목표 회전수 설정부를 구비하고, 상기 엔진 어시스트 제한부는, 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수가 상기 소정의 회전수 이상이고, 또한 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달해 있는 상태라고 판정된 경우, 또는 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크가 상기 소정의 토크 이상인 경우 중 어느 하나라도, 상기 목표 회전수 설정부에 의해 설정된 상기 엔진의 목표 회전수가 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수보다 낮은 경우에, 상기 전동·발전기에 의한 상기 엔진의 동력의 어시스트를 제한하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성한 본 발명은, 엔진의 회전수(실제 회전수)가 목표 회전수를 초과하고 있는 상태, 이른바 오버 레볼루션이 발생하면, 엔진 어시스트 제한부가 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 제한함으로써, 전동·발전기의 출력 토크에 의해 오버 레볼루션이 촉진되는 것을 억제할 수 있으므로, 오버 레볼루션에 수반하여 엔진이 손상되는 것을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계는, 상기 발명에 있어서, 상기 엔진의 목표 회전수를 설정하는 목표 회전수 설정부를 구비하고, 상기 엔진 어시스트 제한부는, 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크가 상기 소정의 토크보다 낮은 경우라도, 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정되고, 또한 상기 목표 회전수 설정부에 의해 설정된 상기 엔진의 목표 회전수가 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수보다 높아진 경우에, 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달한 상태로 되었다고 판정될 때까지 상기 전동·발전기에 의한 상기 엔진의 동력의 어시스트를 제한하지 않는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성한 본 발명은, 예를 들어 엔진이 정지 상태일 때와 같이, 엔진 상태 판정부에 의해 엔진의 출력 토크가 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정되었을 때, 목표 회전수 설정부에 의해 엔진의 목표 회전수를 엔진의 회전수보다 높게 설정해도, 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트가 제한되는 일이 없으므로, 전동·발전기를 엔진에 구비된 스타터 모터 대신에 사용할 수 있다. 이에 의해, 엔진의 회전수를 신속하게 상승시킬 수 있으므로, 엔진을 빠르게 시동시킬 수 있다.

본 발명의 하이브리드 건설 기계에 의하면, 전동·발전기에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계의 제1 실시 형태로서 든 하이브리드 유압 셔블의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 하이브리드 유압 셔블의 주요부의 구성을 설명하는 도면.
도 3은 도 2에 나타내는 컨트롤러의 구성을 설명하는 도면.
도 4a는 도 3에 나타내는 엔진 어시스트 제한부의 제한 기능을 설명하는 도면으로, 전동·발전기의 어시스트량의 시간 추이를 나타내는 도면.
도 4b는 도 3에 나타내는 엔진 어시스트 제한부의 제한 기능의 다른 예를 설명하는 도면으로, 전동·발전기의 어시스트량의 시간 추이를 나타내는 도면.
도 5a는 도 3에 나타내는 엔진 어시스트 제한부가 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 제한하고 있지 않은 상태에 있어서의 유압 펌프의 부하 토크, 엔진의 출력 토크 및 전동·발전기의 출력 토크의 관계를 나타내는 도면.
도 5b는 도 3에 나타내는 엔진 어시스트 제한부가 전동·발전기에 의한 엔진의 동력의 어시스트를 제한한 상태에 있어서의 유압 펌프의 부하 토크, 엔진의 출력 토크 및 전동·발전기의 출력 토크의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 도 2에 나타내는 엔진의 아이들링 스톱시에 있어서의 엔진의 회전수, 엔진의 출력 토크, 엔진에의 어시스트 실시 및 전동·발전기의 출력 토크의 시간 추이를 나타내는 도면.
도 7은 도 2에 나타내는 컨트롤러의 동작의 흐름을 나타내는 흐름도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러의 구성을 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러의 구성을 설명하는 도면.
도 10a는 도 9에 나타내는 전동·발전기 회전수 센서에 의해 검출된 전동·발전기의 회전수의 시간 추이를 나타내는 도면으로, 엔진의 출력 토크가 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태일 때의 도면.
도 10b는 도 9에 나타내는 전동·발전기 회전수 센서에 의해 검출된 전동·발전기의 회전수의 시간 추이를 나타내는 도면으로, 엔진의 출력 토크가 소정의 최소 토크에 도달해 있을 때의 상태도.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 컨트롤러의 구성을 설명하는 도면.
도 12는 도 2에 나타내는 엔진의 과급압과 엔진의 출력 토크의 관계를 설명하는 도면.
도 13은 도 11에 나타내는 엔진 어시스트 제한부의 제한 기능을 설명하는 도면.
도 14는 도 11에 나타내는 컨트롤러의 동작의 흐름을 나타내는 흐름도.
도 15는 본 발명의 제1∼제4 실시 형태에 관한 컨트롤러의 구성을 병용한 일례를 나타내는 도면.

이하, 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계를 실시하기 위한 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 1은 본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계의 제1 실시 형태로서 든 하이브리드 유압 셔블의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명에 관한 하이브리드 건설 기계의 제1 실시 형태는, 예를 들어 도 1에 도시하는 하이브리드 유압 셔블(이하, 편의적으로 유압 셔블이라 함)(1)에 적용된다. 이 유압 셔블(1)은, 주행체(2)와, 이 주행체(2) 상에 선회 프레임(3a)을 통해 선회 가능하게 설치된 선회체(3)와, 이들 주행체(2)와 선회체(3) 사이에 개재되고, 선회체(3)를 선회시키는 선회 모터(3A1)(도 2 참조)가 탑재된 선회 장치(3A)와, 선회체(3)의 전방에 장착되고, 상하 방향으로 회전하여 굴삭 등의 작업을 행하는 유압 작업부로서의 프론트 작업기(4)를 구비하고 있다.

선회체(3)는, 선회 프레임(3a) 상의 전방부에 설치된 운전실(5)과, 선회 프레임(3a) 상의 후방부에 설치되고, 후술하는 엔진(11)(도 2 참조)이 수납되는 엔진 룸(6)을 구비하고 있다. 운전실(5)은, 선회 모터(3A1), 후술하는 붐 실린더(4a), 아암 실린더(4b) 및 버킷 실린더(4c) 등의 각 유압 액추에이터(3A1, 4a∼4c)의 원하는 동작을 가능하게 하고, 운전실(5) 내의 조작자가 파지하여 조작하는 조작 레버(도시하지 않음)와, 경굴삭 작업이나 정지 작업 등의 경부하 또는 중간 부하의 작업을 행할 때의 모드인 이코노미 모드, 및 이 이코노미 모드보다 고부하의 작업을 행할 때의 모드인 고부하 모드 등의 작업 모드를 선택하고, 각 작업 모드에 있어서 엔진(11)의 목표 회전수 Wref(도 6 참조)를 설정하는 목표 회전수 설정부로서의 엔진 컨트롤 다이얼(도 3 참조)을 갖고 있다.

프론트 작업기(4)는, 기단부가 선회 프레임(3a)에 회전 가능하게 장착되어 상하 방향으로 회전하는 붐(4A)과, 이 붐(4A)의 선단에 회전 가능하게 장착된 아암(4B)과, 이 아암(4B)의 선단에 회전 가능하게 장착된 버킷(4C)을 갖고 있다. 또한, 프론트 작업기(4)는 선회체(3)와 붐(4A)을 접속하고, 신축함으로써 붐(4A)을 회전시키는 붐 실린더(4a)와, 붐(4A)과 아암(4B)을 접속하고, 신축함으로써 아암(4B)을 회전시키는 아암 실린더(4b)와, 아암(4B)과 버킷(4C)을 접속하고, 신축함으로써 버킷(4C)을 회전시키는 버킷 실린더(4c)를 갖고 있다.

도 2는 선회체(3)의 내부의 구성을 설명하는 도면이다.

도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 선회체(3)는 전술한 엔진(11)과, 이 엔진(11)의 회전수 NE(도 6 참조)를 검출하는 엔진 회전수 검출부로서의 엔진 회전수 센서(11A)와, 엔진(11)의 연료를 저장하는 연료 탱크(도시하지 않음)와, 엔진(11)의 연료 분사량을 조정하는 거버너(11B)와, 엔진(11)에 설치된 터보 차저식 과급기(11C)와, 이 과급기(11C)에 의한 엔진(11)의 과급압을 측정하는 과급압 측정부로서의 과급압 센서(11D)를 구비하고 있다.

또한, 선회체(3)는, 엔진(11)의 구동축 상에 배치되고, 엔진(11)과의 사이에서 토크를 전달함으로써, 엔진(11)의 동력의 어시스트 및 발전을 행하는 전동·발전기(12)와, 이 전동·발전기(12)의 회전수 NM(도 10a, 도 10b 참조)를 검출하는 전동·발전기 회전수 검출부로서의 전동·발전기 회전수 센서(12A)와, 엔진(11) 및 전동·발전기(12)에 대해 직렬로 접속되고, 엔진(11) 및 전동·발전기(12)의 구동력에 의해 동작함으로써 압유를 토출하는 가변 용량형 유압 펌프(이하, 편의적으로 유압 펌프라 함)(13)를 구비하고 있다.

이 유압 펌프(13)는, 가변 용량 기구로서, 예를 들어 경사판(도시하지 않음)을 갖고, 이 경사판의 틸팅각이 조정됨으로써, 토출하는 압유의 유량을 제어하고 있다. 또한, 유압 펌프(13)에는, 토출된 압유의 압력을 계측하는 토출압 센서(13A), 토출된 압유의 유량을 계측하는 토출 유량 센서(13B) 및 유압 펌프(13)의 경사판의 틸팅각을 계측하는 틸팅각 센서(도시하지 않음) 등이 설치되어 있다. 또한, 유압 펌프(13)는 가변 용량형 경사판식 유압 펌프인 경우에 대해 설명하지만, 이 경우에 한정되지 않고, 토출하는 압유의 유량을 제어하는 기능을 갖는 것이면, 사축 펌프 등이어도 된다.

또한, 선회체(3)는 전동·발전기(12)의 동작을 제어하는 인버터(16)와, 이 인버터(16)에 장착되고, 전동·발전기(12)에 입력되는 전류를 검출하는 전동·발전기 전류 검출부로서의 전동·발전기 전류 센서(16A)와, 인버터(16)에 장착되고, 전동·발전기(12)에서 소비되는 전력을 검출하는 전동·발전기 전력 센서(16B)와, 인버터(16)를 통해 전동·발전기(12)와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치(17)를 구비하고 있다.

이 축전 장치(17)는, 배터리 또는 캐패시터 등으로 이루어지는 축전기(17A)와, 이 축전기(17A)에 흐르는 전류를 계측하는 축전기 전류 센서(17B)와, 축전기(17A)의 전압을 계측하는 축전기 전압 센서(17C)와, 축전기(17A)의 온도를 계측하는 축전기 온도 센서(17D)로 구성되어 있다.

또한, 선회체(3)는 유압 액추에이터(3A1, 4a∼4c)에 공급하는 압유의 유량 및 방향을 제어하는 밸브 장치(18)와, 유압 펌프(13)의 용량을 조절하는 펌프 용량 조절 장치(19)와, 거버너(11B)를 조정하여 엔진(11)의 회전수 NE를 제어함과 함께, 인버터(16)를 제어하여 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM(도 6 참조)을 제어하는 컨트롤러(20)를 구비하고 있다.

밸브 장치(18)는, 유압 펌프(13) 및 유압 액추에이터(3A1, 4a∼4c)와의 사이에서 유압 회로를 구성하고, 도시되지 않았지만, 외피를 형성하는 하우징 내에서 스트로크함으로써, 유압 펌프(13)로부터 토출된 압유의 유량 및 방향을 조정하는 스풀과, 컨트롤러(20)의 지령값에 따라서, 스풀의 스트로크량을 변경하는 전자 비례 밸브를 갖고 있다.

펌프 용량 조절 장치(19)는, 컨트롤러(20)로부터 출력되는 지령 신호에 기초하여 유압 펌프(13)의 용량(배기 용적)을 조절하는 것이다. 구체적으로는, 펌프 용량 조절 장치(19)는 유압 펌프(13)의 경사판을 틸팅 가능하게 지지하는 레귤레이터(19A)와, 컨트롤러(20)의 지령값에 따라서, 레귤레이터(19A)에 제어압을 가하는 전자 비례 밸브(19B)를 갖고 있다. 레귤레이터(19A)는, 전자 비례 밸브(19B)로부터 제어압을 받으면, 이 제어압에 의해 유압 펌프(13)의 경사판 틸팅각을 변경함으로써, 유압 펌프(13)의 용량(배기 용적)이 조절되어, 유압 펌프(13)의 흡수 토크, 즉 부하 토크 TP(도 7 참조)를 제어할 수 있다.

컨트롤러(20)는, 운전실(5) 내의 조작 레버의 조작 신호를 입력하고, 조작 레버의 조작량에 대응하는 지령 신호를 밸브 장치(18)의 전자 비례 밸브에 출력하도록 되어 있다. 따라서, 운전실(5) 내의 조작자가 조작 레버를 조작하면, 컨트롤러(20)로부터 조작 레버의 조작량에 대응하는 지령 신호가 밸브 장치(18)의 전자 비례 밸브에 입력됨으로써, 밸브 장치(18)의 스풀의 위치가 전환되어, 유압 펌프(13)로부터 밸브 장치(18)를 유통한 압유가 유압 액추에이터(3A1, 4a∼4c)에 공급된다. 이에 의해, 유압 액추에이터(3A1, 4a∼4c)가 유압 펌프(13)로부터 밸브 장치(18)를 통해 공급된 압유에 의해 구동된다.

또한, 컨트롤러(20)는 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE, 과급압 센서(11D)에 의해 측정된 엔진(11)의 과급압 PT(도 12 참조), 전동·발전기 회전수 센서(12A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)의 회전수 NM, 토출압 센서(13A)에 의해 계측된 압력, 토출 유량 센서(13B)에 의해 계측된 유량, 틸팅각 센서에 의해 계측된 틸팅각, 전동·발전기 전류 센서(16A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에 입력되는 전류값, 전동·발전기 전력 센서(16B)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에서 소비되는 전력, 축전기 전류 센서(17B)에 의해 계측된 축전기(17A)에 흐르는 전류, 축전기 전압 센서(17C)에 의해 계측된 축전기(17A)의 전압 및 축전기 온도 센서(17D)에 의해 계측된 축전기(17A)의 온도 등의 정보를 입력하고 있다.

그리고, 컨트롤러(20)는 축전기 전류 센서(17B)에 의해 계측된 축전기(17A)에 흐르는 전류, 축전기 전압 센서(17C)에 의해 계측된 축전기(17A)의 전압 및 축전기 온도 센서(17D)에 의해 계측된 축전기(17A)의 온도 등에 기초하여, 축전 장치(17)의 축전량을 연산함으로써, 축전 장치(17)의 축전량을 관리하고 있다.

도 3은, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM의 제어에 관한 컨트롤러(20)의 구성을 설명하는 기능 블록도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(20)는 예를 들어 엔진(11)의 출력 토크 TE(도 6 참조)를 추정하는 엔진 토크 추정부(20A)와, 이 엔진 토크 추정부(20A)에 의해 추정된 엔진(11)의 출력 토크 TE에 기초하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하는 엔진 상태 판정부(20B)와, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 추정하는 부하 토크 추정부(20C)를 갖고 있다. 이 부하 토크 추정부(20C)는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 검출하는 부하 토크 검출부로서 기능한다.

여기서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 엔진(11), 전동·발전기(12) 및 유압 펌프(13)가 기계적으로 접속되어 있는 동력 시스템에서는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP, 엔진(11)의 출력 토크 TE 및 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM의 사이에서, 엔진(11)의 회전수 NE가 일정할 때, 다음의 식(1)이 성립된다.

식(1)을 정리하면, 다음의 식(2)가 성립된다.

따라서, 식(2)로부터, 엔진(11)의 출력 토크 TE는, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM 및 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP로부터 산출 가능하고, 이들 중 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP는, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 추정되지만, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM을 구할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 컨트롤러(20)는 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM을 추정하는 전동·발전기 토크 추정부(20D)를 갖고 있다. 이 전동·발전기 토크 추정부(20D)는, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM을 검출하는 전동·발전기 토크 검출부로서 기능한다.

또한, 전동·발전기 토크 추정부(20D)는, 예를 들어 전동·발전기 전력 센서(16B)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에서 소비되는 전력으로부터 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM을 연산한다. 또한, 전동·발전기 토크 추정부(20D)는, 전동·발전기 전력 센서(16B)의 검출값을 사용하는 대신에, 예를 들어 인버터(16)의 전압을 검출하는 전동·발전기 전압 검출부(도시하지 않음)를 설치하여, 전동·발전기 전류 센서(16A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에 입력되는 전류 및 전동·발전기 전압 센서에 의해 검출된 인버터(16)의 전압을 곱함으로써, 전동·발전기(12)에서 소비되는 전력을 연산해도 된다.

부하 토크 추정부(20C)는, 토출압 센서(13A)에 의해 계측된 압력 및 토출 유량 센서(13B)에 의해 계측된 유량에 기초하여, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 연산한다. 또한, 유압 펌프(13)의 토출 유량은, 토출 유량 센서(13B)의 계측값을 사용하는 대신에, 예를 들어 컨트롤러(20)가, 틸팅각 센서에 의해 계측된 틸팅각 또는 후술하는 바와 같이 추정한 틸팅각으로부터 유압 펌프(13)의 용적을 구하여, 이 용적에 따른 토출 유량을 계산해도 된다. 또한, 유압 펌프(13)의 경사판 틸팅각은, 틸팅각 센서의 계측값을 사용하는 대신에, 예를 들어 조작 레버의 조작량이나 펌프 용량 조절 장치(19)에의 지령값 등으로부터 유압 펌프(13)의 틸팅각을 추정해도 된다.

그리고, 엔진 토크 추정부(20A)는, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP 및 전동·발전기 토크 추정부(20D)에 의해 연산된 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM을 상기한 식(2)에 대입함으로써, 엔진(11)의 출력 토크 TE를 연산한다. 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진 토크 추정부(20A)에 의해 연산된 엔진(11)의 출력 토크 TE가 소정의 최소 토크 Tmin(도 6 참조)에 도달해 있는지 여부를 판정한다.

이 최소 토크 Tmin은, 예를 들어 아이들링 상당의 출력 토크로 미리 설정되어 있다. 또한, 최소 토크 Tmin은, 이 경우에 한정되지 않고, 조작 레버가 조작되고 있지 않고, 또한 전동·발전기(12)가 충방전되고 있지 않은 상태에 있어서의 엔진(11)의 출력 토크 TE로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 엔진 상태 판정부(20B)가, 엔진(11)이 토크를 출력하고 있지 않은지 여부를 판정하는 경우에는, 최소 토크 Tmin은, 아이들링 상당의 출력 토크 대신에 0Nm으로 설정해도 되지만, 추정 오차를 고려하여 수 10Nm으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 컨트롤러(20)는, 예를 들어 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 소정의 회전수 N0(도 6 참조) 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우에, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하는 엔진 어시스트 제한부(20E)를 구비하고 있다. 상술한 회전수 N0는, 예를 들어 아이들링 상당의 회전수보다도 낮은 회전수로 설정되어 있다.

도 4a는, 엔진 어시스트 제한부(20E)에 의해 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트가 제한되는 전후에 있어서, 엔진(11)에의 어시스트량[전동·발전기(12)의 출력 토크 TM의 상한값에 상당]의 변화의 일례를 나타내고 있다.

여기서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우에는, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM만으로 유압 부하를 감당하고 있는 상황이 발생하고 있다. 따라서, 이러한 경우에는, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 예를 들어 도 4a에 나타내는 바와 같이, 시간 t가 경과함에 따라 전동·발전기(12)의 엔진(11)에의 어시스트량이 감소하도록 하고 있다.

이에 의해, 전동·발전기(12)에 의한 불필요한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 억제할 수 있으므로, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM에 의해 엔진(11)의 모터링이 발생하는 것을 피할 수 있어, 모터링에 수반되는 엔진(11)의 부담을 경감시킬 수 있다. 또한, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 상술한 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 도 4b에 나타내는 바와 같이, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 시점 t0에서, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 정지해도 된다.

한편, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 미만이고, 또는 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정된 경우에는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않는다.

도 5a는, 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않을 때, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP에 대한 엔진(11)과 전동·발전기(12)의 각 출력 토크 TE, TM의 상태를 나타내고 있다. 도 5b는 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하였을 때, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP에 대한 엔진(11)과 전동·발전기(12)의 각 출력 토크 TE, TM의 상태를 나타내고 있다.

도 5a에 나타내는 바와 같이, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 엔진(11)의 최대 출력 토크 Tmax보다 낮을 때, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트가 제한되어 있지 않으면, 엔진(11)과 전동·발전기(12)의 양쪽에서 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 감당하고 있는 상황으로 되므로, 엔진(11)의 토크 사용률(최대 출력 토크 Tmax에 대한 실제의 출력 토크 TE의 비율)이 저하된다. 이러한 상황은, 엔진(11)에 여력이 있음에도 불구하고, 축전 장치(17)의 전력을 사용하여 엔진(11)을 휴지시키고 있는 상황에 상당하므로, 작업 전체적으로 에너지 효율이 나쁜 운전으로 되어 있다.

따라서, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 E0 미만이거나, 또는 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정된 경우라도, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 소정의 토크 T1보다 낮은 경우에, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하도록 하고 있다. 상술한 토크 T1은, 예를 들어 최소 토크 Tmin보다도 크고, 또한 엔진(11)의 최대 출력 토크 Tmax 이하로 설정되어 있지만, 바람직하게는, 엔진(11)의 최대 출력 토크 Tmax로 설정하는 것이 좋다.

이에 의해, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 엔진(11)의 출력 토크 TE만으로 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 감당하고 있는 상황으로 되므로, 엔진(11)의 토크 사용률이 향상된다. 따라서, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM에 의한 불필요한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 억제할 수 있으므로, 축전 장치(17)에 축전된 전력의 낭비를 저감시킴과 함께, 축전 장치(17)의 불필요한 방전을 방지할 수 있어, 에너지 절약화를 실현할 수 있다. 특히, 축전 장치(17)의 수명은 충방전량과 상관이 있으므로, 축전 장치(17)의 장수명화를 도모할 수 있다.

또한, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 E0 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정된 경우, 또는 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1 이상인 경우 중 어느 하나라도, 엔진 컨트롤 다이얼(5A)에 의해 설정된 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE보다 낮은 경우에, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하도록 하고 있다.

이에 의해, 오버 레볼루션이 발생하면, 엔진 어시스트 제한부(20E)에 의해 전동·발전기(12)에 의한 엔진의 동력의 어시스트가 즉시 제한되므로, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM에 의해 오버 레볼루션이 촉진되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 오버 레볼루션에 수반하여 엔진(11)이 손상되는 것을 저감시킬 수 있으므로, 엔진(11)의 고장을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮은 경우라도, 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정되고, 또한 엔진 컨트롤 다이얼(5A)에 의해 검출된 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE보다 높아진 경우에, 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달한 상태로 되었다고 판정될 때까지 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않도록 하고 있다.

이러한 엔진 어시스트 제한부(20E)의 제한 기능의 내용을, 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 6은, 엔진(11)의 아이들링 스톱의 전후에 있어서의 엔진(11), 전동·발전기(12) 및 엔진 어시스트 제한부(20E)의 거동을 나타내고 있다. 또한, 도 6에서는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref를 파선, 실제 회전수 NE를 실선으로 나타내고, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트 실시 유무를 ON·OFF 상태로 나타내고 있다.

도 6에 있어서, 개시 시각으로부터 시각 t1까지는, 엔진(11)이 아이들링하고 있는 상태이다. 이 상태에서는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮으므로, 엔진(11)이 동작하여, 에어컨 등의 보조 기계나 유압 펌프(13)의 드래그에 상당하는 토크를 출력한다. 이때, 엔진(11)의 출력 토크 TE는 최소 토크 Tmin 이상이지만, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮으므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하고 있다(어시스트 실시가 OFF 상태).

다음으로, 시각 t1에서 엔진(11)의 아이들링 스톱이 개시되면, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref는 0rpm으로 되고, 엔진(11)의 출력 토크 TE도 0Nm으로 된다. 이에 의해, 엔진(11)의 실제 회전수 NE가 서서히 저하되고, 수초 후에 0Nm으로 되어 엔진(11)이 정지한다. 이때, 엔진(11)의 실제 회전수 NE가 회전수 N0 미만으로 되어 있지만, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮으므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트 제한을 계속한다(어시스트 실시가 OFF 상태).

다음으로, 시각 t2에서 아이들링 스톱이 해제되면, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 아이들링 상당의 회전수로 된다. 이 시점에서는, 엔진(11)의 출력 토크 TE는 0Nm으로, 최소 토크 Tmin에 도달해 있지 않고, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 실제 회전수 NE(0rpm)보다 높아지므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트 제한을 해제한다(어시스트 실시가 ON 상태). 그로 인해, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 남아있는 시각 t2로부터 시각 t3의 사이는, 전동·발전기(12)가 엔진(11)의 동력의 어시스트를 실시한다.

다음으로, 시각 t3에서 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE가 일치하면, 시각 t1 이전과 동일한 상황으로 되므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 다시 제한한다(어시스트 실시가 OFF 상태). 이에 의해, 엔진(11)만이 토크를 출력하게 된다. 이와 같이, 엔진(11)이 완전히 정지되어 있는 아이들링 스톱의 상태부터라도, 전동·발전기(12)에 의해 엔진(11)을 빠르게 시동시킬 수 있으므로, 운전실(5) 내의 조작자가 작업에 신속하게 착수할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 컨트롤러(20)의 제어 동작을 도 7의 흐름도에 기초하여 상세하게 설명한다.

우선, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 입력하고, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상인지 여부를 판단한다[스텝(이하, S라 기재함) 1]. 이때, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 미만이라고 판단하면(S1/"아니오"), 순서 S1의 동작이 반복된다.

한편, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이라고 판단하면(S1/"예"), 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진 토크 추정부(20A)의 연산 결과를 수신하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는지 여부를 판정한다(S2). 이때, 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정하고, 그 판정 결과를 엔진 어시스트 제한부(20E)에 송신하면(S2/"예"), 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 다시 입력하고, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상인지 여부를 판단한다(S3).

순서 S3에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이라고 판단하면(S3/"예"), 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하는 지령 신호를 인버터(16)에 출력하고(S4), 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

한편, 순서 S3에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 미만이라고 판단하면(S3/"아니오"), 엔진 컨트롤 다이얼(5A)의 출력 신호와 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 입력하고, 엔진 컨트롤 다이얼(5A)에 의해 설정된 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE보다 높은지 여부, 즉 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δa보다 큰지 여부를 판단한다(S5). 이에 의해, 엔진(11)의 아이들링 복귀의 판정이 실시된다.

순서 S5에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δa보다 크다고 판단하면(S5/"예"), 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않고 허가하는 지령 신호를 인버터(16)에 출력하고(S6), 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

한편, 순서 S5에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δa 이하라고 판단하면(S5/"아니오"), 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 실시하지 않고, 엔진(11)의 동력의 어시스트를 정지시키는 지령 신호를 인버터(16)에 출력하고(S7), 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

순서 S2에 있어서, 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정하고, 그 판정 결과를 엔진 어시스트 제한부(20E)로 송신하면(S2/"아니오"), 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 컨트롤 다이얼(5A)의 출력 신호와 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 입력하고, 엔진 컨트롤 다이얼(5A)에 의해 설정된 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE보다 낮은지 여부, 즉 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δb보다 작은지 여부를 판단한다(S8). 이에 의해, 엔진(11)의 오버 레볼루션의 판정이 실시된다.

순서 S8에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 Δb보다 작다고 판단하면(S8/"예"), 오버 레볼루션이 발생하고 있으므로, 순서 S4의 동작이 행해지고, 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다. 한편, 순서 S8에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 Δb 이상이라고 판단하면(S8/"아니오"), 오버 레볼루션이 발생하고 있지 않으므로, 부하 토크 추정부(20C)의 연산 결과를 수신하여, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮은지 여부를 판단한다(S9).

이때, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮다고 판단하면(S9/"예"), 순서 S4의 동작이 행해지고, 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다. 한편, 순서 S9에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1 이상이라고 판단하면(S9/"아니오"), 순서 S6의 동작이 행해지고, 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다. 또한, 순서 S8과 순서 S9의 동작 순서는 반대여도 된다.

이와 같이 구성한 본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이고, 또한 엔진 상태 판정부(20B)에 의해 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우, 또는 부하 토크 추정부(20C)에 의해 검출된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮은 경우에, 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한함으로써, 전동·발전기(12)에 의한 불필요한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 억제할 수 있다. 이에 의해, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM에 의해 엔진(11)의 모터링이 발생하는 것을 피함과 함께, 축전 장치(17)의 전력을 확보하여 에너지 절약을 실현할 수 있어, 엔진(11) 및 축전 장치(17)의 장수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 엔진(11)의 출력 토크 TE를 직접 검출하는 대신에, 엔진 상태 판정부(20B)는, 펌프 부하 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP, 전동·발전기 토크 추정부(20D)에 의해 연산된 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM, 및 상기한 식(2)로부터 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하도록 하고 있으므로, 엔진(11)이 실제로 출력하고 있는 실제 토크 TE를 검출하는 실제 토크 검출부를 생략할 수 있다. 이에 의해, 엔진 상태 판정부(20B)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태의 판정을 간이한 구성으로 실현할 수 있으므로, 편리성이 우수하다.

특히, 전동·발전기 토크 추정부(20D)의 연산에 사용되는, 전동·발전기(12)에서 소비되는 전력이나 전동·발전기(12)에 입력되는 전류의 정보는, 인버터(16) 등이 전동·발전기(12)의 동작을 제어하기 위해 사용되므로, 이들 정보를 검출하는 전동·발전기 전력 센서(16B) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)는, 일반적으로, 건설 기계에 미리 탑재되어 있다. 또한, 부하 토크 추정부(20C)의 연산에 사용되는 토출압 센서(13A) 및 토출 유량 센서(13B)는, 건설 기계에 미리 탑재되어 있는 경우가 많다. 따라서, 새롭게 센서를 추가하지 않아도 되므로, 저비용화를 도모할 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)에 있어서, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM의 제어에 관한 컨트롤러(20)의 구성을 설명하는 기능 블록도로, 상술한 제1 실시 형태와 동일하거나 또는 대응하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하고 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)은, 제1 실시 형태에 관한 엔진 토크 추정부(20A) 대신에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 엔진(11)의 연료 분사량을 검출하는 연료 분사량 검출부(20F)를 구비하고, 엔진 상태 판정부(20B)는, 연료 분사량 검출부(20F)에 의해 검출된 엔진(11)의 연료 분사량에 기초하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하도록 하고 있다. 연료 분사량 검출부(20F)는, 예를 들어 컨트롤러(20)로부터 거버너(11B)에 출력되는 지령값으로부터 엔진(11)의 연료 분사량을 연산하고 있다. 또한, 연료 분사량 검출부(20F)는, 이 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 엔진(11)의 연료 분사량을 직접 계측하는 연료 분사량 센서(도시하지 않음)로 구성해도 된다.

도 7의 순서 S2에 있어서 나타낸 바와 같이, 엔진 상태 판정부(20B)가, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin 이상인지 여부를 판정할 수 있으면, 제1 실시 형태에 관한 엔진 토크 추정부(20A)를 사용하지 않아도, 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한할 수 있다. 여기서, 엔진(11)의 출력 토크 TE는 연료 분사량에 대해 비례 관계가 있으므로, 이 관계와 연료 분사량 검출부(20F)에 의해 연산된 엔진(11)의 연료 분사량을 엔진 상태 판정부(20B)의 판정에 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 실시 형태에서는, 엔진 상태 판정부(20B)는, 연료 분사량 검출부(20F)에 의해 연산된 엔진(11)의 연료 분사량이 최소 토크 Tmin에 상당하는 분사량 이상일 때, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정하고, 연료 분사량 검출부(20F)에 의해 연산된 엔진(11)의 연료 분사량이 최소 토크 Tmin에 상당하는 분사량 미만일 때, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정하도록 하고 있다. 본 발명의 제2 실시 형태의 그 밖의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 동일하다.

이와 같이 구성한 본 발명의 제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어지는 것 외에, 엔진(11)의 출력 토크 TE를 직접 검출하지 않아도, 엔진 상태 판정부(20B)가, 연료 분사량 검출부(20F)에 의해 연산된 엔진(11)의 연료 분사량으로부터 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정할 수 있으므로, 엔진(11)이 실제로 출력하고 있는 실제 토크 TE를 검출하는 실제 토크 검출부를 생략할 수 있다. 이에 의해, 엔진 상태 판정부(20B)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태의 판정을 간이한 구성으로 실현할 수 있으므로, 편리성이 우수하다. 특히, 연료 분사량 검출부(20F)는, 건설 기계에 미리 탑재되어 있는 경우가 많기 때문에, 새롭게 센서를 추가하지 않아도 되므로 저비용화를 도모할 수 있다.

[제3 실시 형태]

도 9는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)에 있어서, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM의 제어에 관한 컨트롤러(20)의 구성을 설명하는 기능 블록도이며, 상술한 제1 실시 형태와 동일하거나 또는 대응하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하고 있다.

본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)은, 제1 실시 형태에 관한 엔진 토크 추정부(20A)를 구비하고 있지 않고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 엔진 상태 판정부(20B)는, 예를 들어 전동·발전기 회전수 센서(12A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)의 회전수 NM 및 전동·발전기 전류 센서(16A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에 입력되는 전류에 기초하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하도록 하고 있다.

도 10a, 도 10b는 엔진(11)의 실린더 내에 있어서의 폭발에 수반하여 전동·발전기 회전수 센서(12A)의 검출 신호에 포함되는 맥동을 설명하는 도면이다.

엔진(11)은, 도시되지 않았지만, 실린더 내에서 연료를 폭발시켜 피스톤을 동작시키고, 이 피스톤이 접속되어 있는 크랭크 기구를 거침으로써, 엔진(11)의 출력축에 토크를 발생시키고 있다. 그로 인해, 엔진(11)이 실제로 출력하는 토크는, 폭발의 주기를 포함하는 폭발 토크로 이루어져, 엔진(11)과 기계적으로 접속되어 있는 전동·발전기(12)는 엔진(11)의 폭발 토크의 영향을 받게 된다.

일반적으로, 전동·발전기(12)는 제어 주기가 빨라, 이것에 맞추어 샘플링 주기가 빠른 계측계를 사용하고 있다. 그로 인해, 엔진(11)의 폭발 토크의 영향은, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 전동·발전기 회전수 센서(12A)의 검출 신호의 맥동으로서 관측 가능하다. 마찬가지로, 엔진(11)의 폭발 토크의 영향은, 도시되지 않았지만, 전동·발전기 전류 센서(16A)의 검출 신호의 맥동으로서 관측 가능하다.

이들 맥동은, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 엔진(11)의 폭발 토크가 작은, 즉 엔진(11)의 출력 토크 TE가 작은 경우에는 관측되지 않으므로, 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동 유무를, 엔진 상태 판정부(20B)의 판정에 이용할 수 있다. 특히, 엔진 상태 판정부(20B)의 판정에 있어서의 최소 토크 Tmin을 0Nm으로 미리 설정하였을 때, 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동의 유무의 판별에 대해 높은 정밀도를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 제3 실시 형태에서는, 컨트롤러(20)는 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호에 포함되는 맥동의 유무를 판정하는 전동·발전기 신호 맥동 판정부(20G)를 갖고 있다. 이 전동·발전기 신호 맥동 판정부(20G)는, 예를 들어 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출값의 이동 평균값으로부터의 괴리율이 소정값 이상인 경우에, 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동이 있다고 판정하고, 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출값의 이동 평균값으로부터의 괴리율이 소정값 미만인 경우에, 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동이 없다고 판정하도록 하고 있다.

그리고, 엔진 상태 판정부(20B)는, 전동·발전기 신호 맥동 판정부(20G)에 의해 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동이 있다고 판정되었을 때, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정하고, 전동·발전기 신호 맥동 판정부(20G)에 의해 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동이 없다고 판정되었을 때, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정하도록 하고 있다. 본 발명의 제3 실시 형태의 그 밖의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 동일하다.

이와 같이 구성한 본 발명의 제3 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어지는 것 외에, 엔진(11)의 출력 토크 TE를 직접 검출하지 않아도, 엔진 상태 판정부(20B)는, 전동·발전기 신호 맥동 판정부(20G)에 의한 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 검출 신호의 맥동의 판정 결과로부터 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정할 수 있으므로, 엔진(11)이 실제로 출력하고 있는 실제 토크 TE를 검출하는 실제 토크 검출부를 생략할 수 있다. 이에 의해, 엔진 상태 판정부(20B)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태의 판정을 간이한 구성으로 실현할 수 있으므로, 편리성이 우수하다.

특히, 전동·발전기(12)의 회전수 NM이나 전동·발전기(12)에 입력되는 전류의 정보는, 인버터(16) 등이 전동·발전기(12)의 동작을 제어하기 위해 사용되므로, 이들 정보를 검출하는 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)는, 일반적으로, 건설 기계에 미리 탑재되어 있다. 따라서, 새롭게 센서를 추가하지 않아도 되므로, 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 엔진(11)의 폭발 토크는, 엔진(11)의 연소 사이클에 의존하고, 이 연소 사이클은 엔진(11)의 회전수 NE에 의존한다. 즉, 전동·발전기(12)에 관한 각종 신호에 관측되는 맥동은 엔진(11)의 회전수 NE에 따라 변동되게 된다. 따라서, 엔진(11)의 회전수 NE에 대한 전동·발전기(12)에 관한 각종 신호의 변동 정보를 컨트롤러(20)의 메모리(도시하지 않음)에 미리 기억시켜, 전동·발전기 신호 맥동 판정부(20G)가, 관측된 전동·발전기 회전수 센서(12A) 및 전동·발전기 전류 센서(16A)의 각 검출 신호의 맥동과, 메모리에 기억된 정보를 대조함으로써, 맥동의 유무의 판정의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시 형태에서는, 엔진 상태 판정부(20B)는, 전동·발전기 회전수 센서(12A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)의 회전수 NM 및 전동·발전기 전류 센서(16A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에 입력되는 전류에 기초하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정한 경우에 대해 설명하였지만, 이 경우에 한정되지 않고, 전동·발전기 회전수 센서(12A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)의 회전수 NM 및 전동·발전기 전류 센서(16A)에 의해 검출된 전동·발전기(12)에 입력되는 전류 중 어느 하나에 기초하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하도록 해도 된다.

[제4 실시 형태]

도 11은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)에 있어서, 전동·발전기(12)의 출력 토크 TM의 제어에 관한 컨트롤러(20)의 구성을 설명하는 기능 블록도이며, 상술한 제1 실시 형태와 동일하거나 또는 대응하는 부분에는, 동일한 부호를 부여하고 있다.

본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)은, 제1 실시 형태에 관한 엔진 토크 추정부(20A)를 구비하고 있지 않고, 엔진 상태 판정부(20B)는, 예를 들어 도 11에 나타내는 바와 같이, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 검출된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP 및 과급압 센서(11D)에 의해 측정된 엔진(11)의 과급압 PT에 기초하여, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정하도록 하고 있다.

과급기(11C)는, 엔진(11)의 배기 가스를 이용하여 엔진(11)에 송입하는 공기의 압축을 행하여, 실린더실 내의 연료의 연소 효율을 높이는 것이다. 따라서, 엔진(11)의 과급이 행해지고 있는 것은, 엔진(11)이 연료를 연소시키고 있는 것이며, 즉, 엔진(11)이 토크를 출력하고 있는 것이 된다.

도 12는 이러한 엔진(11)의 과급압 PT와 엔진(11)의 출력 토크 TE의 관계를 모식적으로 나타내고 있다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 엔진(11)의 과급압 PT는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 높아짐에 따라, 대기압 PA와의 차가 커지지만, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 낮을 때에는, 과급압 PT와 대기압 PA 사이에 근소한 차밖에 발생하지 않는다. 그로 인해, 과급압 PT와 대기압 PA의 차가 역치 ΔP 이하, 즉, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 대기압 PA와 역치 ΔP의 합과 동등한 과급압 PT1에 상당하는 출력 토크 Ta 이하일 때, 엔진(11)이 토크를 출력하고 있는지 여부의 판단이 곤란하여, 엔진 어시스트 제한부(20E)의 판정이 행해지기 어렵게 되어 있다.

한편, 엔진(11)의 과급압 PT가 낮은, 엔진(11)이 아이들링하고 있는 상태에 있어서, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 어시스트가 제한되면, 유압 펌프(13)에 부하 토크 TP가 급준하게 걸렸을 때, 전동·발전기(12)가 엔진(11)의 출력 토크 TE의 어시스트를 행할 수 없으므로, 엔진 스톨이 발생할 가능성이 있다.

따라서, 본 발명의 제4 실시 형태는, 엔진 상태 판정부(20B)의 판정에 있어서, 과급압 센서(11D)에 의해 측정된 과급압 PT뿐만 아니라, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP를 병용하고 있다. 구체적으로는, 컨트롤러(20)는 과급압 센서(11D)에 의해 측정된 엔진(11)의 과급압 PT에 따라서, 엔진(11)의 과급압 PT의 상태를 판정하는 과급압 상태 판정부(20H)와, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP에 따라서, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP의 상태를 판정하는 부하 토크 상태 판정부(20I)를 갖고 있다.

과급압 상태 판정부(20H)는, 예를 들어 과급압 센서(11D)에 의해 측정된 엔진(11)의 과급압 PT가 소정값 Ph(도 14 참조) 이상일 때, 엔진(11)의 과급압 PT가 높다고 판정하고, 과급압 센서(11D)에 의해 측정된 엔진(11)의 과급압 PT가 소정값 Ph 미만일 때, 엔진(11)의 과급압 PT가 낮다고 판정한다. 부하 토크 상태 판정부(20I)는, 예를 들어 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 소정값 Th(도 14 참조) 이상일 때, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 높다고 판정하고, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 연산된 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 소정값 Th 미만일 때, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮다고 판정한다. 또한, 소정값 Ph는, 예를 들어 대기압 PA와 역치 ΔP의 합의 값 PT1로 설정해도 되고, 혹은 대기압 PA의 1.5배의 값으로 설정해도 된다. 또한, 소정값 Th는, 토크 T1보다 큰 값으로 설정되어 있다.

도 13은, 엔진(11)의 과급압 PT 및 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP의 각 상태에 있어서의 유압 셔블(1)의 동작 상태를 나타내는 매트릭스도이다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 과급압 상태 판정부(20H)에 의해 엔진(11)의 과급압 PT가 낮다고 판정되고, 또한 부하 토크 상태 판정부(20I)에 의해 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮다고 판정되었을 때, 유압 셔블(1)의 동작 상태로서, 엔진(11)이 아이들링하고 있는 상태라고 판단할 수 있다. 이때, 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정할 수 있으므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않고 허가한다.

또한, 엔진(11)이 아이들링하고 있는 상태일 때, 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 허가해도, 부하 토크 추정부(20C)에 의해 토크 T1 미만의 부하 토크 TP가 연산되면, 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하므로, 엔진(11)의 아이들링 상태에 있어서의 전동·발전기(12)에 의한 불필요한 엔진의 동력의 어시스트를 억제할 수 있다.

한편, 과급압 상태 판정부(20H)에 의해 엔진(11)의 과급압 PT가 높다고 판정되고, 또한 부하 토크 상태 판정부(20I)에 의해 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 높다고 판정되었을 때, 유압 셔블(1)의 동작 상태로서, 중부하 작업이 행해지고 있다고 판단할 수 있다. 이때, 가령 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하면, 엔진 스톨을 야기시킬 가능성이 있으므로, 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정할 수 있고, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않고 허가한다.

또한, 과급압 상태 판정부(20H)에 의해 엔진(11)의 과급압 PT가 높다고 판정되고, 또한 부하 토크 상태 판정부(20I)에 의해 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮다고 판정되었을 때, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮은 상태에서 엔진(11)이 토크를 출력하고 있으므로, 유압 셔블(1)의 동작 상태로서, 발전이 행해지고 있는 상태라고 판단할 수 있다. 이때도, 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달해 있는 상태라고 판정할 수 있으므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않고 허가한다.

또한, 과급압 상태 판정부(20H)에 의해 엔진(11)의 과급압 PT가 낮다고 판정되고, 또한 부하 토크 상태 판정부(20I)에 의해 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 높다고 판정되었을 때, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮은 상태임에도 불구하고, 엔진(11)이 토크를 출력하고 있지 않은 상태이므로, 유압 셔블(1)의 동작 상태로서, 전동·발전기(12)에 의해 엔진(11)에의 과잉의 어시스트가 행해지고 있는 상태라고 판단할 수 있다. 이때, 엔진 상태 판정부(20B)는, 엔진(11)의 출력 토크 TE가 최소 토크 Tmin에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정할 수 있으므로, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한한다. 본 발명의 제4 실시 형태의 그 밖의 구성은, 상술한 제1 실시 형태와 동일하다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 컨트롤러(20)의 제어 동작을 도 14의 흐름도에 기초하여 상세하게 설명한다.

우선, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 입력하고, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상인지 여부를 판단한다(S11). 이때, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 미만이라고 판단하면(S11/"아니오"), 순서 S1의 동작이 반복된다.

한편, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이라고 판단하면(S11/"예"), 과급압 상태 판정부(20H)는, 과급압 센서(11D)의 측정 결과를 수신하여, 엔진(11)의 과급압 PT가 높은지 여부를 판정한다(S12). 이때, 과급압 상태 판정부(20H)는, 엔진(11)의 과급압 PT가 높다고 판정하고, 그 판정 결과를 엔진 어시스트 제한부(20E)에 송신하면(S12/"예"), 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 다시 입력하여, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상인지 여부를 판단한다(S13).

순서 S13에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 이상이라고 판단하면(S13/"예"), 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하는 지령 신호를 인버터(16)에 출력하고(S14), 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

한편, 순서 S13에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE가 회전수 N0 미만이라고 판단하면(S13/"아니오"), 엔진 컨트롤 다이얼(5A)의 출력 신호와 엔진 회전수 센서(11A)의 검출 신호를 입력하고, 엔진 컨트롤 다이얼(5A)에 의해 설정된 엔진(11)의 목표 회전수 Wref가 엔진 회전수 센서(11A)에 의해 검출된 엔진(11)의 회전수 NE보다 높은지 여부, 즉 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δa보다 큰지 여부를 판단한다(S15). 이에 의해, 엔진(11)의 아이들링 복귀의 판정이 실시된다.

순서 S15에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δa보다 크다고 판단하면(S15/"예"), 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 제한하지 않고 허가하는 지령 신호를 인버터(16)에 출력하고(S16), 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

한편, 순서 S15에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 엔진(11)의 목표 회전수 Wref와 실제 회전수 NE의 편차가 역치 Δa 이하라고 판단하면(S15/"아니오"), 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 동력의 어시스트를 실시하지 않고, 엔진(11)의 동력의 어시스트를 정지시키는 지령 신호를 인버터(16)에 출력하고(S17), 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

순서 S12에 있어서, 과급압 상태 판정부(20H)는, 엔진(11)의 과급압 PT가 낮다고 판정하고, 그 판정 결과를 엔진 어시스트 제한부(20E)에 송신하면(S12/"아니오"), 부하 토크 상태 판정부(20I)는 부하 토크 추정부(20C)의 연산 결과를 수신하여, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 높은지 여부를 판정한다(S18). 이때, 부하 토크 추정부(20C)는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 높다고 판정하고, 그 판정 결과를 엔진 어시스트 제한부(20E)에 송신하면(S18/"예"), 순서 S14의 동작이 행해지고, 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

한편, 순서 S18에 있어서, 부하 토크 상태 판정부(20I)는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 낮다고 판정하고, 그 판정 결과를 엔진 어시스트 제한부(20E)에 송신하면(S18/"아니오"), 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 부하 토크 추정부(20C)의 연산 결과를 수신하여, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮은지 여부를 판단한다(S19).

이때, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1보다 낮다고 판단하면(S19/"예"), 순서 S14의 동작이 행해지고, 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다. 한편, 순서 S19에 있어서, 엔진 어시스트 제한부(20E)는, 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 토크 T1 이상이라고 판단하면(S19/"아니오"), 순서 S16의 동작이 행해지고, 컨트롤러(20)의 제어 동작을 종료한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 제4 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어지는 것 외에, 엔진(11)의 출력 토크 TE를 직접 검출하지 않아도, 엔진 상태 판정부(20B)는, 과급압 상태 판정부(20G)에 의한 엔진(11)의 과급압 PT의 상태의 판정 결과, 및 부하 토크 상태 판정부(20I)에 의한 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP의 상태의 판정 결과의 조합으로부터 판단되는 유압 셔블(1)의 동작 상태에 따라서, 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 판정할 수 있으므로, 엔진(11)이 실제로 출력하고 있는 실제 토크 TE를 검출하는 실제 토크 검출부를 생략할 수 있다. 이에 의해, 엔진 상태 판정부(20B)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태의 판정을 간이한 구성으로 실현할 수 있으므로, 편리성이 우수하다.

특히, 과급압 상태 판정부(20H)의 판정에 사용되는 과급압 센서(11D)는, 건설 기계에 미리 설치되어 있는 경우가 많으므로, 새롭게 센서를 추가하지 않아도 되어, 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시 형태에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 부하 토크 상태 판정부(20I)에 의한 유압 펌프(13)의 부하 토크 TP가 높은지, 또는 낮은지에 의해 유압 셔블(1)의 동작 상태의 판단이 가능하다. 그로 인해, 본 발명의 제4 실시 형태는, 복수의 유압 펌프를 갖는 시스템에 적용되는 경우에는, 이들 유압 펌프 중 하나가 고장나거나 함으로써 부하 토크 TP가 정확하게 연산되지 않아도, 엔진 상태 판정부(20B)가 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태를 충분히 판정할 수 있다.

또한, 상술한 본 실시 형태는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다.

따라서, 예를 들어 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제1∼제4 실시 형태의 구성을 병용함으로써, 엔진 상태 판정부(20B)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태의 판정을 행해도 된다. 이에 의해, 엔진 상태 판정부(20B)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 상태의 판정을 각 실시 형태의 서로 다른 기능에 의해 실현할 수 있으므로, 각 실시 형태에 관한 각종 센서의 일부에 이상이 발생해도, 엔진 어시스트 제한부(20E)가 전동·발전기(12)에 의한 엔진(11)의 출력 토크 TE의 제한을 충분히 실시할 수 있다. 이에 의해, 신뢰성이 높은 유압 셔블(1)을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계는 하이브리드 유압 셔블(1)로 이루어지는 경우에 대해 설명하였지만, 이 경우에 한정되지 않고, 하이브리드 휠로더 등의 건설 기계여도 된다.

1 : 하이브리드 유압 셔블(하이브리드 건설 기계)
3 : 선회체
3A1 : 선회 모터(액추에이터)
4 : 프론트 작업기(유압 작업부)
4a : 붐 실린더(액추에이터)
4b : 아암 실린더(액추에이터)
4c : 버킷 실린더(액추에이터)
5A : 엔진 컨트롤 다이얼(목표 회전수 설정부)
11 : 엔진
11A : 엔진 회전수 센서(엔진 회전수 검출부)
11B : 거버너
11C : 과급기
11D : 과급압 센서(과급압 측정부)
12 : 전동·발전기
12A : 전동·발전기 회전수 센서(전동·발전기 회전수 검출부)
13 : 유압 펌프
13A : 토출압 센서
13B : 토출 유량 센서
16 : 인버터
16A : 전동·발전기 전류 센서(전동·발전기 전류 검출부)
16B : 전동·발전기 전력 센서
17 : 축전 장치
18 : 밸브 장치
19 : 펌프 용량 조절 장치
20 : 컨트롤러
20A : 엔진 토크 추정부
20B : 엔진 상태 판정부
20C : 부하 토크 추정부(부하 토크 검출부)
20D : 전동·발전기 토크 추정부(전동·발전기 토크 검출부)
20E : 엔진 어시스트 제한부
20F : 연료 분사량 검출부
20G : 전동·발전기 신호 맥동 판정부
20H : 과급압 상태 판정부
20I : 부하 토크 상태 판정부

Claims

엔진과,
상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와,
상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 작업부와,
상기 엔진과 기계적으로 접속되며, 상기 엔진과의 사이에서 토크를 전달하고, 상기 엔진의 동력의 어시스트 및 발전을 행하는 전동·발전기와,
상기 전동·발전기와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치와,
상기 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와,
상기 엔진의 출력 토크가 아이들링 상당의 출력 토크로 설정된 소정의 최소 토크에 도달해 있는지 여부를 판정하는 엔진 상태 판정부와,
상기 유압 펌프의 부하 토크를 검출하는 부하 토크 검출부를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서,
상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수가 아이들링 상당의 회전수보다도 낮은 회전수로 설정된 소정의 회전수 이상이고, 또한 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정된 경우에, 상기 전동·발전기에 의한 상기 엔진의 동력의 어시스트를 제한하는 엔진 어시스트 제한부를 구비한 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 엔진의 연료 분사량을 검출하는 연료 분사량 검출부를 구비하고,
상기 엔진 상태 판정부는, 상기 연료 분사량 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 연료 분사량에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달해 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 엔진에 설치된 터보 차저식 과급기와,
상기 과급기에 의한 상기 엔진의 과급압을 측정하는 과급압 측정부를 구비하고,
상기 엔진 상태 판정부는, 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크 및 상기 과급압 측정부에 의해 측정된 상기 엔진의 과급압에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달해 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 전동·발전기의 출력 토크를 검출하는 전동·발전기 토크 검출부를 구비하고,
상기 엔진 상태 판정부는, 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크 및 상기 전동·발전기 토크 검출부에 의해 검출된 상기 전동·발전기의 출력 토크에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달해 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 전동·발전기의 회전수를 검출하는 전동·발전기 회전수 검출부 및 상기 전동·발전기에 입력되는 전류를 검출하는 전동·발전기 전류 검출부 중 적어도 하나를 구비하고,
상기 엔진 상태 판정부는, 상기 전동·발전기 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 전동·발전기의 회전수 및 상기 전동·발전기 전류 검출부에 의해 검출된 상기 전동·발전기에 입력되는 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달해 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 엔진의 목표 회전수를 설정하는 목표 회전수 설정부를 구비하고,
상기 엔진 어시스트 제한부는, 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수가 상기 소정의 회전수 이상이고, 또한 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달해 있는 상태라고 판정된 경우에도, 상기 목표 회전수 설정부에 의해 설정된 상기 엔진의 목표 회전수가 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수보다 낮은 경우에, 상기 전동·발전기에 의한 상기 엔진의 동력의 어시스트를 제한하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 엔진의 목표 회전수를 설정하는 목표 회전수 설정부를 구비하고,
상기 엔진 어시스트 제한부는, 상기 부하 토크 검출부에 의해 검출된 상기 유압 펌프의 부하 토크가 상기 소정의 토크보다 낮은 경우라도, 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달하고 있지 않은 상태라고 판정되고, 또한 상기 목표 회전수 설정부에 의해 설정된 상기 엔진의 목표 회전수가 상기 엔진 회전수 검출부에 의해 검출된 상기 엔진의 회전수보다 높아진 경우에, 상기 엔진 상태 판정부에 의해 상기 엔진의 출력 토크가 상기 소정의 최소 토크에 도달한 상태로 되었다고 판정될 때까지 상기 전동·발전기에 의한 상기 엔진의 동력의 어시스트를 제한하지 않는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.