KR102035517B1 - 하이브리드 건설 기계 - Google Patents

Abstract

축전 장치의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치의 과방전에 의한 축전 장치의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진 스톨을 방지하여, 작업을 계속해서 행하는 것을 가능하게 함과 함께, 오퍼레이터에게 주는 조작 위화감을 적게 하고, 양호한 조작성을 확보한다.
펌프 목표 출력 연산부(21)는, 작업에 관한 정보에 기초하여 현재의 펌프 요구 파워를 연산함과 함께, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 미리 설정된 역치보다 저하되었을 때, 축전 상태의 저하 정도에 따라 현재의 펌프 요구 파워를 제한하고, 이 제한한 현재의 펌프 요구 파워를 현재의 펌프 목표 출력으로서 연산하고, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)는, 현재의 펌프 목표 출력에 기초하여, 유압 펌프(9)의 출력이 펌프 목표 출력을 초과하지 않도록 펌프 유량 제한 명령값을 연산한다.

Description

하이브리드 건설 기계

본 발명은 축전 장치와 발전 전동기를 구비하는 유압 셔블 등의 하이브리드 건설 기계에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 건설 기계에 있어서는, 연비 저감을 위해 엔진을 소형화하고, 과도적 혹은 정상적으로 부족한 출력을 보충하기 위해, 발전 전동기(어시스트 모터)를 엔진에 접속하고, 엔진의 출력을 사용하여 축전 장치에 충전하는 한편, 축전 장치의 전력을 사용하여 유압 펌프의 구동을 역행 어시스트하는 하이브리드 건설 기계가 있다. 그 일례가 특허문헌 1에 기재되어 있다.

특허문헌 1에서는, 동작 상태가 작업 모드에 있을 때, 축전 장치의 축전 잔량이 저하되면, 축전 장치가 과방전 상태로 되지 않도록 역행 어시스트양을 제한하고, 또한 펌프 흡수 마력을 제한하는 제어를 행하는 것이 제안되어 있다. 즉, 축전 장치의 축전량의 감소 상태에 대하여 미리 설정된 방전 전력량으로부터 결정되는 발전 전동기의 역행 출력과 엔진 출력의 합계값을 펌프 흡수 마력의 상한값으로서 설정하고, 그 값을 초과하지 않도록 유압 펌프의 최대 출력(혹은 토크)을 제한하는 출력 제어를 행한다.

일본 특허 제3941951호 공보

일반적으로, 하이브리드 건설 기계의 경우, 축전 장치의 축전 잔량이 충분히 있는 경우에는 문제 없지만, 고부하 작업의 연속 등에 의해 축전 잔량이 지나치게 저하되면, 축전 잔량의 과감소(과방전)에 의한 축전 장치의 열화나 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진 스톨과 같은 문제가 발생한다.

특허문헌 1에서는, 상술한 바와 같이, 축전 장치의 축전 잔량이 저하되면 역행 어시스트양을 제한하고, 유압 펌프의 최대 출력 토크를 제한하는 출력 제어를 행하기 때문에, 축전 장치의 과방전에 의한 축전 장치의 열화나 어시스트 불능에 의한 엔진 스톨을 방지하여, 차체 동작을 계속할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1에 있어서, 작업 내용에 상관없이 단순하게 유압 펌프의 최대 출력을 제한하기 때문에, 일련의 연속 사이클 작업에 있어서의 조작성을 확보하는 등, 조작성을 유지하면서 축전 장치의 과방전을 방지할 수는 없다고 하는 문제가 있다.

예를 들어, 유압 셔블에 있어서 덤프에 자갈이나 흙을 실을 때에는, 굴삭, 선회 붐 상승, 방토, 선회 복귀, 굴삭 …이라고 하는 동작 사이클을 반복한다. 여기서, 굴삭과 선회 붐 상승에 착안하면, 이들 동작은 축전 장치로부터의 전력 공급에 의한 발전 전동기의 어시스트가 필요로 되는 고부하 동작이며, 또한 일반적으로 선회 붐 상승 쪽이 굴삭보다 요구되는 펌프 출력이 높다.

상기 특허문헌 1에 있어서, 축전 잔량이 저하된 경우, 작업 내용에 상관없이 펌프 출력의 상한을 제한하고 있기 때문에, 그 제한 후의 출력과 제한 전의 출력의 비교를 행하면, 선회 붐 상승 쪽이 굴삭에 비하여 출력의 제한(저하)량이 많아진다. 즉, 비제한 시에 대한 제한 시의 속도 감소비는, 굴삭보다 선회 붐 상승 쪽이 커진다. 이 속도 감소비의 차이는, 일련의 작업을 행하고 있는 오퍼레이터에게 큰 조작 위화감과 그에 따른 여분의 스트레스를 주게 될 우려가 있다.

또한, 유압 셔블에서의 작업은, 굴삭, 선회 붐 상승 등과 완전히 구분할 수 있는 것도 아니며, 또한 굴삭, 선회 붐 상승 중에서도 필요로 하는 출력의 대소가 발생하기 때문에, 단순하게 유압 펌프의 출력의 상한을 제한하기만 해서는, 조작성을 유지하면서 축전 장치의 과방전을 방지하기는 어렵다.

본 발명의 목적은, 축전 장치의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치의 과방전에 의한 축전 장치의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진 스톨을 방지하여, 작업을 계속해서 행하는 것을 가능하게 함과 함께, 오퍼레이터에게 주는 조작 위화감을 적게 하고, 양호한 조작성을 확보할 수 있는 하이브리드 건설 기계를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 엔진과, 적어도 하나의 발전 전동기와, 상기 발전 전동기를 발전 동작시킬 때 충전하고, 상기 발전 전동기를 역행 동작시킬 때 방전하는 축전 장치와, 상기 축전 장치의 축전 상태를 연산하고 상기 축전 장치를 감시하는 축전 제어 장치와, 상기 엔진 및 상기 발전 전동기의 토크로 구동하는 가변 용량식 유압 펌프와, 상기 유압 펌프의 토출유에 의해 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 상기 복수의 유압 액추에이터에 대하여 조작량에 따른 조작 신호를 출력하고 각 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 장치와, 상기 발전 전동기의 충전 전력 및 방전 전력과 상기 유압 펌프의 토출 유량과 출력을 제어하는 컨트롤러와, 상기 유압 펌프의 배기 용적을 제어하고, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 레귤레이터를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 유압 펌프의 현재의 펌프 목표 출력을 연산하는 펌프 목표 출력 연산부와, 상기 유압 펌프의 토출 유량과 출력을 제어하는 펌프 유량 제한 명령값을 연산하는 펌프 유량 제한 명령값 연산부를 갖고, 상기 펌프 목표 출력 연산부는, 작업에 관한 정보에 기초하여 상기 유압 펌프의 현재의 펌프 요구 파워를 연산함과 함께, 상기 축전 제어 장치로부터 취득한 상기 축전 장치의 축전 상태가 미리 설정된 역치보다 저하되었을 때, 상기 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도에 따라 상기 현재의 펌프 요구 파워를 제한하고, 이 제한한 현재의 펌프 요구 파워를 상기 현재의 펌프 목표 출력으로서 연산하고, 상기 펌프 유량 제한 명령값 연산부는, 상기 현재의 펌프 목표 출력에 기초하여, 상기 유압 펌프의 출력이 상기 펌프 목표 출력을 초과하지 않도록 상기 펌프 유량 제한 명령값을 연산하고, 상기 레귤레이터는, 상기 펌프 유량 제한 명령값에 기초하여 상기 유압 펌프의 배기 용적을 제어하고, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 것으로 한다.

이와 같이 축전 장치의 축전 상태가 역치보다 저하되었을 때, 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도에 따라 현재의 펌프 요구 파워를 제한하여 펌프 목표 출력을 연산하고, 유압 펌프의 토출 유량을 제어함으로써, 축전 장치의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치의 과방전에 의한 축전 장치의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진 스톨을 방지하여, 작업을 계속해서 행할 수 있다.

또한, 현재의 펌프 요구 파워를 작업에 관한 정보에 기초하여 연산하고, 그 펌프 요구 파워를 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도에 따라 제한한 펌프 목표 출력에 기초하여, 유압 펌프의 출력이 펌프 목표 출력을 초과하지 않도록 펌프 유량 제한 명령값을 연산하고, 유압 펌프의 토출 유량을 제어함으로써, 작업에 관한 정보에 따라 유압 펌프의 출력이 제한되고, 일련의 연속 사이클 작업에 있어서, 전체의 밸런스를 유지하여 속도를 늦출 수 있고, 속도 저하 시의 조작 위화감을 최소한으로 억제하여, 오퍼레이터에게 주는 조작 위화감을 적게 하고, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.

본 발명에 따르면, 축전 장치의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치의 과방전에 의한 축전 장치의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진 스톨을 방지하여, 작업을 계속해서 행하는 것을 가능하게 함과 함께, 오퍼레이터에게 주는 조작 위화감을 적게 하고, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 건설 기계의 일례로서 하이브리드 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.
도 2는, 하이브리드 유압 셔블의 하이브리드 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은, 하이브리드 유압 셔블의 유압 시스템 개략을 도시하는 도면이다.
도 4는, 펌프 마력 제한 밸브(52)에 의한 펌프 마력 제한의 동작 설명도이다.
도 5는, 펌프 유량 제어 밸브에 의한 펌프 유량 제어의 동작 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 제어 장치의 제어 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 차체 출력 제한값 연산부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 8은, 어시스트 비율 연산부에 있어서의 축전율에 대한 어시스트 비율의 특성의 일례를 도시한 것이다.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 목표 출력 연산부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 10은, 횡축에 제한 전의 제1 펌프 목표 출력 S3, 종축에 제한 후의 제2 펌프 목표 출력 S5로서, 차체 출력 허용값에 기초하는 펌프 출력의 제한 비율 S4에 의한 펌프 목표 출력의 제한을 도시한 도면이다.
도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 유량 제한 명령값 연산부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 마력 제한 명령값 연산부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 13은, 펌프 유량 제한 명령값 연산부와 펌프 마력 제한 명령값 연산부를 병용함에 따른 효과를 설명하는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 펌프 목표 출력 연산부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 15는, 횡축에 제한 전의 펌프 목표 출력 S3, 종축에 제한 후의 펌프 목표 출력 S5로서, 차체 출력 허용값에 기초하는 펌프 출력의 제한 비율 S4에 의한 펌프 목표 출력의 제한을 도시한 도면이다.
도 16은, 레귤레이터의 상세를 도시하는 도면이다.
도 17은, 도 9에 도시한 펌프 요구 파워 연산부의 상세를 도시하는 도면이다.
도 18은, 도 11에 도시한 요구 유량 연산부의 상세를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.

<제1 실시 형태>

-셔블 전체의 설명-

도 1은, 본 실시 형태에 관한 건설 기계의 일례로서 하이브리드 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.

도 1에 있어서, 하이브리드 유압 셔블(건설 기계)은, 크롤러식 하부 주행체(100)와, 하부 주행체(100)에 대하여 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(200)와, 굴삭 수단 등을 구비하는 프론트 작업기(300)로 개략 구성되어 있다.

하부 주행체(100)에는 좌우 한 쌍의 주행 유압 모터(3ha, 3hb)가 배치되고, 이 주행 유압 모터(3ha, 3hb) 및 그의 감속 기구 등에 의해 각 크롤러(1a, 1b)가 독립하여 회전 구동되어, 전방 또는 후방으로 주행한다.

상부 선회체(200)에는, 유압 셔블의 각종 조작을 행하는 복수의 조작 장치(15)(도 3)나 오퍼레이터가 착석하는 운전석 등이 배치된 운전실(4a)을 형성하는 캐빈(4), 도 2에 도시하는 엔진(6)이나 발전 전동기(8b) 등의 원동기, 축전 장치(12a), 유압 펌프(9) 및 선회 유압 모터(3g), 선회 전동 모터(11b) 등이 구비되어 있고, 선회 유압 모터(3g), 선회 전동 모터(11b)에 의해 상부 선회체(200)가 하부 주행체(100)에 대하여 우측 방향 또는 좌측 방향으로 선회된다. 캐빈(4) 내의 운전실(4a)에는, 오퍼레이터가 유압 셔블(건설 기계)의 상황을 확인할 수 있도록 각종 계기류나 기체 정보가 표시되는 표시 장치(5)(도 3)가 설치되어 있다.

프론트 작업기(300)는, 붐(3a), 아암(3b) 및 버킷(3c)으로 구성되어 있고, 붐(3a)은 붐 실린더(3d)에 의해 상하 이동되고, 아암(3b)은 아암 실린더(3e)에 의해 덤프측(펼침측) 또는 크라우드측(모음측)으로 조작되고, 버킷(3c)은 버킷 실린더(3f)에 의해 덤프측 또는 크라우드측으로 조작된다. 버킷(3c)은 굴삭 수단을 구성한다.

-하이브리드 시스템의 설명-

도 2는, 하이브리드 유압 셔블의 하이브리드 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2에 있어서, 하이브리드 시스템은, 엔진(6), 엔진(6)을 제어하는 엔진 컨트롤 유닛(ECU)(7), 엔진(6)에 연결되는 발전 전동기(8b)와 유압 펌프(9), 컨트롤 밸브(10), 선회 전동 모터(11b), 축전 장치(12a), 제1 인버터(8a), 제2 인버터(11a), 배터리 컨트롤 유닛(BCU)(12b), 기체 컨트롤러(이하 간단히 컨트롤러라고 함)(13)를 갖는다.

컨트롤 밸브(10)는, 운전실(4a)에 설치된 복수의 조작 장치(15)의 조작 레버(15a)의 조작에 따라, 붐 실린더(3d), 아암 실린더(3e), 버킷 실린더(3f), 선회 유압 모터(3g), 주행 유압 모터(3ha, 3hb)에 각각 대응한 유압 경로를 개폐한다. 축전 장치(12a)는 전압 350V, 방전 용량 5Ah 정도, 축전율 적성 사용 범위 30 내지 70％의 리튬 이온 배터리를 상정하고, 배터리 컨트롤 유닛(BCU)(12b)에 의해 제어된다.

배터리 컨트롤 유닛(BCU)(12b)은 축전 장치(12a)와 신호의 수수를 행하여 축전 장치(12a)의 축전 상태(SOC)를 연산하고, 축전 장치(12a)의 상태를 관리한다. 또한, 배터리 컨트롤 유닛(12b)은 컨트롤러(13)로부터의 제어 신호에 기초하여 축전 상태의 정보를 컨트롤러(13)에 출력한다. 이하에 있어서, 이 축전 상태를 축전율이라고 칭한다.

또한, 리튬 이온 배터리(12a)는, 제1 인버터(8a), 제2 인버터(11a)와 직류 버스로 접속되어 있다.

제1 인버터(8a)는 직류와 교류를 변환함으로써, 3층 교류 모터인 발전 전동기(8b)의 입출력 파형을 제어하고, 발전 전동기(8b)는, 엔진(6)을 어시스트하는 역행 동작과, 엔진(6)의 동력에 의한 발전 동작을 행한다.

제2 인버터(11a)도 마찬가지로 3층 교류 모터인 선회 전동 모터(11b)의 입출력 파형을 제어하고, 선회 전동 모터(11b)는 상부 선회체(200)를 선회시키는 역행 동작과, 선회 제동 시에 유압 에너지를 전기적으로 회수하는 회생 동작을 행한다.

발전 전동기(8b)와 선회 전동 모터(11b)의 역행은 리튬 이온 배터리(12a)의 전력으로서 행하는 것 이외에, 리튬 이온 배터리(12a)를 통하지 않고 다른 쪽의 발전 또는 회생 전력을 직접 사용하여 행하는 것도 가능하다.

컨트롤러(13)는 차체에 설치된 센서나 스위치로부터 조작 신호 정보나 펌프압, 파워 모드 정보, 그 밖의 차체 정보를 입력으로서 수취하고, ECU(7)나 BCU(12b), 제1 인버터(8a), 제2 인버터(11a)와 통신하면서 차체 시스템의 제어를 행한다. 차체 시스템의 제어에는, 발전 전동기(8b)의 충전 전력 및 방전 전력과 유압 펌프(9)의 토출 유량과 출력 토크를 제어하는 것이 포함된다.

또한, 여기서는 엔진(6)은 연비 저감을 고려한 소형의 것을 상정하고, 그의 최대 출력은 최대 펌프 흡수 동력보다 작은 것으로 한다.

이러한 소형 엔진을 사용하는 경우, 최대 펌프 흡수 동력에 대하여 충분히 큰 출력을 갖는 엔진에 비하여, 차체 동작 시의 발전 전동기(8b)의 역행에 의한 엔진 어시스트가 기여하는 비율은 크고, 리튬 이온 배터리(12a)는 보다 심하게 충방전을 반복하게 된다.

특히, 자갈 쌓기 등의 고부하 작업을 연속해서 행하는 경우, 발전 전동기(8b)의 역행에 의한 배터리 방전량 쪽이 발전에 의한 충전량보다 커지고, 리튬 이온 배터리(12a)의 축전율이 감소해 가게 되지만, 일반적으로 배터리는 과방전에 의해 그의 출력 성능을 크게 열화시켜 버린다.

상정하고 있는 리튬 이온 배터리(12a)에도 메이커에 따라 적정한 축전율의 사용 범위가 정해져 있고(30 내지 70％), 이 범위를 초과하여 리튬 이온 배터리(12a)를 사용하면, 열화 속도가 크게 증가하게 된다.

따라서, 리튬 이온 배터리(12a)의 수명을 고려하면, 리튬 이온 배터리(12a)의 축전율이 적정 사용 범위의 일탈이 예상되는 경우에는 미리 차체 속도를 떨어뜨리는, 즉 동작 출력을 저감함으로써, 리튬 이온 배터리(12a)의 방전량을 저감할 필요가 있다.

-유압 시스템의 설명-

도 3은, 본 실시 형태에 있어서의 하이브리드 유압 셔블의 유압 시스템 개략을 도시하는 도면이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 유압 셔블의 운전실(4a)에는, 기체 전체의 동작을 제어하는 컨트롤러(13)와, 컨트롤러(13)로부터의 신호에 기초하여 유압 셔블에 관한 각종 정보를 표시하는 표시 장치(5)와, 원동기인 엔진(6)의 회전수를 기체 컨트롤러(13)에 지시하는 엔진 컨트롤 다이얼(EC 다이얼)(14)과, 붐 실린더(3d)나 아암 실린더(3e), 버킷 실린더(3f) 등의 도 2에 도시한 복수의 유압 액추에이터(3)(도 3에서는 편의상 하나만 도시)에 대하여 조작량에 따른 조작 신호를 출력한 각 유압 액추에이터(3)의 동작을 지시하는 복수의 조작 장치(15)(도 3에서는 편의상 하나만 도시)가 설치되어 있다. 또한, 유압 셔블은, 원동기인 엔진(6)(예를 들어 내연 기관인 디젤 엔진)과, 엔진(6)에 의해 구동시키는 가변 용량형의 유압 펌프(9)와, 고정 용량형의 파일럿 펌프(16)와, 복수의 유압 액추에이터(3)(도 3에서는 편의상 하나만 도시)에 공급되는 압유를 제어하는 컨트롤 밸브(10)와, 조작 장치(15)로부터 컨트롤 밸브(10)로 보내지는 파일럿압(조작 신호), 즉 조작압을 제어하는 조작압 제어 밸브(17)와, 유압 펌프(9)의 틸팅각(배기 용적, 즉 용량)을 제어하고, 유압 펌프(9)의 토출 유량(이하 적절하게 펌프 유량이라고 함)을 제어하는 레귤레이터(18)를 구비하고 있다.

복수의 조작 장치(15)에는 각각 조작 레버(15a)가 설치되어 있고, 오퍼레이터가 조작 레버(15a)를 조작함으로써 조작압이 생성되고, 조작압 제어 밸브(17)를 통하여 컨트롤 밸브(10)에 보내짐으로써 대상의 액추에이터가 구동된다. 조작압 제어 밸브(17)는 조작 장치(15)로부터 보내지는 조작압을 그대로 출력하는 복수의 유로와, 상기 복수의 유로에 접속되고, 조작 장치(15)로부터 보내지는 조작압 중 가장 높은 조작압을 선택하여 펌프 유량 제어압을 생성하는 복수의 셔틀 밸브를 갖고 있다.

EC 다이얼(14)은, 오퍼레이터의 회전 조작에 의해 엔진(6)의 목표 회전수를 컨트롤러(13)에 지시하는 회전 다이얼식 지시 장치이며, 엔진(6)의 회전수의 지시 가능 범위에 있어서의 최솟값, 최댓값, 및 그 사이의 값을 무단계로 지시할 수 있다.

엔진 컨트롤 유닛(ECU)(7)은, 컨트롤러(13)와 신호의 수수를 행하고 있고, 컨트롤러(13)로부터의 제어 신호(EC 다이얼(14)에 의한 지시 회전수 등)에 기초하여 엔진(6)의 구동을 제어함과 함께, 엔진(6)으로부터 얻어지는 회전수(실제 회전수)나 연료 분사량 등의 정보를 컨트롤러(13)에 출력한다.

-레귤레이터(18)-

레귤레이터(18)는, 유압 펌프(9)의 배기 용적 변경 부재(예를 들어 경사판)를 구동하는 펌프 액추에이터(51)와, 이 펌프 액추에이터(51)로 유도되는 구동압을 제어하여 유압 펌프의 배기 용적(예를 들어 경사판의 틸팅각, 이하 적절하게 틸팅각이라고 함)을 제어하는 펌프 마력 제어 밸브(52) 및 펌프 유량 제어 밸브(53)를 갖고 있다.

펌프 마력 제어 밸브(52)에는 유압 펌프(9)의 토출압(이하 적절하게 펌프압이라고 함)이 유도되고, 유압 펌프(9)의 흡수 마력이 스프링(54)에 의해 설정된 기준 최대 마력을 초과하지 않도록 펌프압에 의해 펌프 유량을 제한한다.

또한, 레귤레이터(18)는 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)를 갖고 있으며, 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)는, 컨트롤러(13)로부터의 전자기 밸브 전류 명령값(mA)인 펌프 마력 제한 명령값에 기초하여 파일럿 1차압을 감압한 압력 신호(마력 제어압)를 펌프 마력 제어 밸브(52)에 출력한다.

펌프 마력 제어 밸브(52)는 그 마력 제어압에 따라 유압 펌프(9)의 흡수 마력의 최댓값(최대 마력)을 더 제한한다. 마력 제어압이 최소(OMPa)일 때, 유압 펌프(9)는 스프링(54)에 의해 설정된 기준 최대 마력으로 구동 가능하게 되고, 마력 제어압이 최대(4MPa)일 때, 유압 펌프(9)의 최대 마력은 최소로 제한된다.

한편, 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제어 밸브(53)에는 복수의 조작 장치(15)로부터 컨트롤 밸브(10)로 보내지는 조작압에 기초하여 조작압 제어 밸브(17)에서 생성되는 펌프 유량 제어압이 유도되고, 펌프 유량 제어 밸브(53)는 그 펌프 유량 제어압에 기초하여 유압 펌프(9)의 틸팅각(배기 용적)을 제어하여 펌프 유량을 제어한다.

또한, 레귤레이터(18)는 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)를 갖고 있으며, 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)는 컨트롤러(13)로부터의 전자기 밸브 전류 명령값(mA)인 펌프 유량 제한 명령값에 기초하여 조작압 제어 밸브(17)에 의해 생성된 펌프 유량 제어압은 감압되어(펌프 유량 제한압으로 되어) 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제어 밸브(53)에 출력된다.

펌프 유량 제한압이 최소(OMPa)일 때, 유압 펌프(9)에 대하여 최소 유량 지시로 되고, 펌프 유량 제한압이 최대(4MPa)일 때, 유압 펌프(9)에 대하여 최대 유량 지시로 된다.

펌프 마력 제어 밸브(52)와 펌프 유량 제어 밸브(53)는, 펌프압과 펌프 마력 제한압에 의한 제한 유량과, 펌프 유량 제한압에 의한 제한 유량 중, 작은 쪽의 유량이 펌프 유량으로 되도록 펌프 액추에이터(51)의 구동압을 제어하고, 유압 펌프(9)의 틸팅각(배기 용적)을 유압적으로 제어한다.

도 16은, 레귤레이터(18)의 상세를 도시하는 도면이다.

도 16에 있어서, 레귤레이터 본체(50)를 갖고, 레귤레이터 본체(50)는, 상술한 바와 같이 유압 펌프(9)의 배기 용적 변경 부재를 구동하는 펌프 액추에이터(51)와, 이 펌프 액추에이터(51)로 유도되는 구동압을 제어하여 유압 펌프의 틸팅각을 제어하는 펌프 마력 제어 밸브(52) 및 펌프 유량 제어 밸브(53)를 갖고 있다.

펌프 액추에이터(51)는, 대직경 수압부(51b)와 소직경 수압부(51c)를 갖는 단차의 작동 피스톤(51a)을 구비한 서보 피스톤이며, 대직경 수압부(51b)에는 펌프 마력 제어 밸브(52) 및 펌프 유량 제어 밸브(53)에서 조정된 제어압이 유도되고, 소직경 수압부(51c)에는 파일럿 펌프(16)의 일정한 파일럿압이 유도된다. 양쪽 수압부(51b, 51c)에 모두 동일한 파일럿 펌프(16)의 일정한 파일럿압이 유도될 때, 작동 피스톤(51a)은 도시된 좌측 방향으로 이동하고, 유압 펌프(9)의 경사판의 틸팅각을 작게 하여 펌프 토출 유량을 감소시키고, 대직경 수압부(51b)로 유도되는 압력이 저하되면, 작동 피스톤(51a)은 도시된 우측 방향으로 이동하고, 유압 펌프(9)의 경사판의 틸팅각을 크게 하여 펌프 토출 유량을 증대시킨다.

펌프 마력 제어 밸브(52)는, 유압 펌프(9)의 토출압이 유도되는 수압부(52a)와, 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)로부터 출력된 마력 제어압이 유도되는 수압부(52b)를 갖고, 수압부(52a, 52b)의 반대측에 전술한 기준 최대 마력을 설정하는 스프링(54)이 위치하고 있다. 펌프 유량 제어 밸브(53)는 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로부터 출력된 펌프 유량 제한압이 유도되는 수압부(53a)를 갖고 있다.

펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로부터 출력된 펌프 유량 제한압이 낮아지면 펌프 유량 제어 밸브(53)의 스풀은 도시된 좌측 방향으로 이동하고, 파일럿 펌프(16)로부터의 일정한 파일럿압이 펌프 유량 제어 밸브(53)와 펌프 마력 제어 밸브(52)를 통과하여 대직경 수압부(51b)로 유도되고, 유압 펌프(9)의 틸팅각은 작아져 펌프 토출 유량이 감소된다.

펌프 액추에이터(51)가 도시된 좌측 방향으로 이동하고, 그에 연동하여 펌프 유량 제어 밸브(53)의 슬리브도 도시된 좌측 방향으로 이동하여, 파일럿 펌프(16)로부터의 파일럿압을 차단하는 위치(도 16의 상태)까지 오면, 대직경 수압부(51b)에는 작동유의 유입이 없어지기 때문에, 펌프 액추에이터(51)의 이동이 멈추고, 펌프 토출 유량의 감소는 멈춘다.

펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로부터 출력된 펌프 유량 제어압이 높아지면 펌프 유량 제어 밸브(53)의 스풀은 도시된 우측 방향으로 이동하고, 대직경 수압부(51b)가 펌프 마력 제어 밸브(52)와 펌프 유량 제어 밸브(53)를 통과하여 드레인(탱크)으로 유도되고, 유압 펌프(9)의 틸팅각은 커져 펌프 토출 유량이 증대된다.

펌프 액추에이터(51)가 도시된 우측 방향으로 이동하고, 그에 연동하여 펌프 유량 제어 밸브(53)의 슬리브도 도시된 우측 방향으로 이동하여, 대직경 수압부(51b)로부터 드레인(탱크)으로 이어지는 유로를 차단하는 위치(도 16의 상태)까지 오면, 대직경 수압부(51b)로부터의 작동유의 유출이 없어지기 때문에, 펌프 액추에이터(51)의 이동이 멈추고, 펌프 토출 유량의 증대는 멈춘다.

이상과 같이 하여, 펌프 유량 제어 밸브(53)는, 펌프 유량 제어압에 따른 펌프 유량으로 되도록 펌프 토출 유량을 제어하고 있다.

수압부(52a)로 유도되는 유압 펌프(9)의 토출압에 의한 유압력이 스프링(54)의 가압력과 수압부(52b)로 유도되는 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)의 마력 제어압에 의한 유압력의 차의 값보다 낮을 때, 펌프 마력 제어 밸브(52)의 스풀은 도시된 우측 방향으로 이동하고, 대직경 수압부(51b)를 펌프 유량 제어 밸브(53)에 연통시켜, 펌프 유량 제어 밸브(53)에 의해 결정되는 펌프 토출 유량으로 된다.

수압부(52a)로 유도되는 유압 펌프(9)의 토출압에 의한 유압력이 스프링(54)의 가압력과 수압부(52b)로 유도되는 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)으로부터의 마력 제어압에 의한 유압력의 차의 값보다 높아지면 펌프 마력 제어 밸브(52)의 스풀은 도시된 좌측 방향으로 이동하고, 펌프 마력 제어 밸브(52)의 슬리브와의 상대 위치가 밸런스 상태(도 16의 상태)보다 도시된 좌측 방향으로 이동하면, 파일럿 펌프(16)로부터의 일정한 파일럿압이 펌프 마력 제어 밸브(52)를 통과하여 대직경 수압부(51b)로 유도되고, 유압 펌프(9)의 틸팅각은 작아져 펌프 토출 유량이 감소된다.

펌프 액추에이터(51)가 도시된 좌측 방향으로 이동하고, 그에 연동하여 펌프 마력 제어 밸브(52)의 슬리브도 도시된 좌측 방향으로 이동하여, 대직경부(51b)가 파일럿 펌프(16)로부터의 파일럿압을 차단하는 위치(도 16의 상태)까지 오면, 대직경 수압부(51b)에는 작동유의 유입이 없어지기 때문에, 펌프 액추에이터(51)의 이동이 멈추고, 펌프 토출 유량의 감소는 멈춘다.

이상과 같이 하여, 유압 펌프(9)의 토출압의 상승에 따라 유압 펌프(9)의 토출 유량을 감소시켜, 유압 펌프(9)의 흡수 마력이, 스프링(54)의 가압력과 수압부(52b)로 유도되는 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)로부터의 마력 제어압에 의한 유압력의 차의 값에 의해 결정되는 최대 마력을 초과하지 않도록 제어된다. 또한, 그 최대 마력은 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)로부터의 마력 제어압에 따라 가변이다. 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)로부터의 마력 제어압이 낮을 때에는 최대 마력을 크게 하고, 마력 제어압이 탱크압일 때, 최대 마력은 스프링(54)에 의해 설정된 기준 최대 마력으로 된다. 또한, 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)로부터의 마력 제어압이 높아짐에 따라 최대 마력은 작아진다.

-펌프 마력 제한의 동작의 설명-

도 4는, 펌프 마력 제어 밸브(52)에 의한 펌프 마력 제한의 동작 설명도이다.

도 4에 있어서, L1은, 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)에 의해 생성되는 마력 제어압이 OMPa이고, 유압 펌프(9)가 스프링(54)에 의해 설정된 기준 최대 마력을 출력 가능하였을 때의 펌프압(2 펌프 전체 마력인 경우에는 펌프 평균압)에 대한 펌프 유량의 특성을 나타낸 선이다.

L2는 마력 제어압이 4MPa이고, 유압 펌프(9)의 최대 마력이 최소로 제한되었을 때의 펌프압(2 펌프 전체 마력인 경우에는 펌프 평균압)에 대한 펌프 유량의 특성을 나타낸 선이다.

L3은 마력 제어압이 임의의 PTMPa일 때의 펌프압(2 펌프 전체 마력인 경우에는 펌프 평균압)에 대한 펌프 유량의 특성을 나타낸 선이다.

펌프 마력 제어 밸브(52)에 의한 펌프 마력 제한에서는, 유압 펌프(9)의 유량 특성이 마력 제어압에 따라 펌프압을 보정하도록 평행 이동하게 된다. 이때의 이동량을 펌프 유량 특성 보정값으로 나타내기로 한다.

펌프 마력 제어압과 펌프 유량 특성 보정값과 펌프 마력 제한 명령값은 유압 펌프(9)나 레귤레이터(18)나 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)의 특성(사양)에 따라 관계성이 정해져 있기 때문에, 이들 수치는 서로 환산할 수 있다.

-펌프 유량 제어의 동작의 설명-

도 5는, 펌프 유량 제어 밸브(53)에 의한 펌프 유량 제어의 동작 설명도이다.

도 5에 있어서, L4는 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)에서 생성되는 유량 제한압이 4MPa이고, 유압 펌프(9)가 최대 유량을 토출 가능할 때의 펌프압에 대한 펌프 유량의 특성을 나타낸 선이다.

L5는 유량 제한압이 OMPa이고, 유압 펌프(9)의 토출 유량이 최소로 제한되었을 때의 펌프압에 대한 펌프 유량의 특성을 나타낸 선이다.

L6은 유량 제한압이 임의의 PQMPa일 때의 펌프압에 대한 펌프 유량의 특성을 나타낸 선이다.

펌프 유량 제어 밸브(53)에 의한 펌프 유량 제어에서는, 유압 펌프(9)의 상한 유량이 유량 제한압에 따라 변화한다. 이때의 상한 유량을 펌프 유량 목표값으로 나타내기로 한다. 펌프 유량 제한압과 펌프 유량 목표값과 펌프 유량 제한 명령값은 유압 펌프(9)나 레귤레이터(18)나 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)의 특성(사양)에 따라 관계성이 정해져 있기 때문에, 이들 수치는 서로 환산할 수 있다.

-센서의 설명-

또한, 유압 시스템의 유압 회로에는, 복수의 조작 장치(15)로부터의 조작압(파일럿압)을 검출하는 복수의 조작압 센서(15b)(도 3에서는 편의상 하나만 도시)와, 유압 펌프(9)의 토출압(펌프압)을 검출하는 펌프압 센서(9a)와, 복수의 액추에이터의 압력(액추에이터압)을 검출하는 복수의 액추에이터압 센서(10a)(도 3에서는 편의상 하나만 도시)가 설치되어 있고, 각각 검출 신호를 기체 컨트롤러(13)에 출력한다.

-모니터의 설명-

표시 장치(5)는, 유압 셔블에 관한 각종 정보를 표시하는 표시부(5a)와, 각종 조작 입력을 행하기 위한 표시 조작부(5b)를 구비하고 있고, 각종 정보의 표시나 조작을 도시하지 않은 표시 컨트롤러에 의해 제어하고 있다. 또한, 표시부(5a)를 터치 패널식 액정 모니터로서 표시 조작부(5b)를 겸하는 구성으로 해도 된다.

-제어의 구성-

도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 제어 장치의 제어 구성을 도시하는 도면이다. 컨트롤러(13)는, 펌프 제어 장치(19)를 기능의 일부로서 포함하고 있다. 또한, 펌프 제어 장치(19)는, 축전 장치(12a) 상태값 감시부도 겸하는 차체 출력 제한값 연산부(20), 펌프 목표 출력 연산부(21), 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22), 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)를 구비하고 있다.

차체 출력 제한값 연산부(20)는, EC 다이얼(14) 등에 의해 결정되는 목표 엔진 회전수와, BCU(12b)로부터의 신호인 축전 장치(12a)의 축전율을 수신하고, 엔진(6)과 발전 전동기(8b)에 의한 차체 출력 제한값을 연산한다.

펌프 목표 출력 연산부(21)는, 복수의 조작압 센서(15b)로부터의 신호인 복수의 조작압과 목표 엔진 회전수를 수신하고, 또한 차체 출력 제한값 연산부(20)에서 연산된 차체 출력 제한값을 입력하고, 현재의 펌프 목표 출력을 연산한다.

펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)는, 복수의 조작압과, 펌프압 센서(9a)로부터의 신호인 유압 펌프(9)의 토출압(펌프압)과, 목표 엔진 회전수를 수신하고, 또한 펌프 목표 출력 연산부(21)에서 연산된 펌프 목표 출력을 입력하고, 펌프 유량 목표값과 펌프 유량 제한 명령값을 연산한다.

펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)는, 목표 엔진 회전수를 수신하고, 또한 목표 엔진 회전수와 펌프 목표 출력 연산부(21)에서 연산된 펌프 목표 출력과 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)에서 연산된 펌프 유량 목표값을 입력하고, 펌프 마력 제한 명령값을 연산한다.

또한, 차체 출력 제한값 연산부(20)는, 차체 출력 제한값으로서, 축전 장치(12a)의 현재의 축전 상태에 있어서의 펌프 최대 출력을 연산한다. 또한, 차체 출력 제한값 연산부(20)는, 엔진(6)의 현재의 회전수에 있어서의 최대 출력과 축전 장치(12a)의 현재의 축전 상태에 있어서의 발전 전동기(8b)의 최대 출력에 기초하여 차체로서 허용할 수 있는 차체 출력 제한값을 연산한다.

펌프 목표 출력 연산부(21)는, 작업에 관한 정보에 기초하여 유압 펌프(9)의 현재의 펌프 요구 파워를 연산함과 함께, 배터리 컨트롤 유닛(BCU)(축전 제어 장치)(12b)으로부터 취득한 축전 장치(12a)의 축전 상태가 미리 설정된 역치(40％)보다 저하되었을 때, 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 현재의 펌프 요구 파워를 제한하고, 이 제한한 현재의 펌프 요구 파워를 현재의 펌프 목표 출력으로서 연산한다. 또한, 펌프 목표 출력 연산부(21)는, 차체 출력 제한값 연산부(20)에서 연산한 차체 출력 제한값에 기초하여 축전 장치(12a)의 현재의 축전 상태에 대응하는 펌프 출력인 펌프 출력 제한값을 연산하고, 이 펌프 출력 제한값에 기초하여 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 현재의 펌프 요구 파워를 제한하는 연산을 행한다.

펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)는, 현재의 펌프 목표 출력에 기초하여, 유압 펌프(9)의 출력이 펌프 목표 출력을 초과하지 않도록 펌프 유량 제한 명령값을 연산한다. 또한, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)는, 복수의 조작 신호와 펌프 목표 출력에 기초하여 펌프 유량 목표값을 연산하고, 이 펌프 유량 목표값을 유압 펌프(9)의 목표 용량으로 변환하여 펌프 유량 제한 명령값을 연산한다.

펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)는, 펌프 마력 제어 밸브(52)에 의해 제한된 유압 펌프(9)의 토출 유량이 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)에서 연산된 펌프 유량 목표값에 일치하도록 펌프 마력 제어 밸브(52)를 제어하기 위한 펌프 마력 제한 명령값을 연산한다.

이하에, 각 연산부의 상세를 설명한다.

-차체 출력 제한값 연산부(20)-

도 7은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 차체 출력 제한값 연산부(20)의 제어 내용을 도시하는 도면이다.

도 7에 있어서, 차체 출력 제한값 연산부(20)는, 엔진 최대 토크 연산부(20a), 어시스트 역행 토크 연산부(20b), 어시스트 비율 연산부(20c), 승산기(20d) 및 가산기(20e), 마력 연산부(20f), 출력 제한값 연산부(20g)를 갖고 있다.

엔진 최대 토크 연산부(20a)는, 목표 엔진 회전수에 대한 엔진 최대 토크의 특성 L7을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 목표 엔진 회전수로부터 그에 대응하는 엔진 최대 토크를 산출한다. 목표 엔진 회전수에 대한 엔진 최대 토크의 특성 L7은 사용할 엔진(6)의 사양에 맞추어 설정하면 된다.

어시스트 역행 토크 연산부(20b)는, 목표 엔진 회전수에 대한 발전 전동기(8b)의 최대 역행 토크의 특성 L8을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 목표 엔진 회전수로부터 그에 대응하는 발전 전동기(8b)의 최대 역행 토크를 산출한다. 목표 엔진 회전수에 대한 발전 전동기(8b)의 최대 역행 토크의 특성 L8은 사용할 발전 전동기(8b)의 사양에 맞추어 설정하면 된다.

차체 출력 제한값의 기본적인 연산은, 상기 엔진 최대 토크 연산부(20a) 및 어시스트 역행 토크 연산부(20b)와, 가산기(20e), 마력 연산부(20f), 출력 제한값 연산부(20g)에 의해, 엔진 최대 토크와 최대 역행 토크를 더한 것에 엔진 회전수를 곱하여, 현재의 엔진 회전수에 있어서의 차체로서 허용할 수 있는 출력(차체 출력 허용값)을 연산하는 것이다.

어시스트 비율 연산부(20c)는, 축전 장치(12a)의 축전율에 대한 어시스트 비율의 특성 L9를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 축전율로부터 그 축전율에 대응하는 어시스트 비율을 산출한다. 승산기(20d)는 어시스트 역행 토크 연산부(20b)에서 연산한 최대 역행 토크에 그 어시스트 비율을 곱하여, 차체 출력 제한값의 연산에 사용할 최대 역행 토크를 산출한다.

축전율에 대한 어시스트 비율의 특성 L9는, 축전율이 높을 때에는 비율을 1, 축전율이 낮을 때에는 비율을 0으로 하고 있고, 어시스트 역행 토크 연산부(20b)에서 연산한 최대 역행 토크에 그 어시스트 비율을 곱함으로써, 차체 출력 제한값의 연산에 사용할 최대 역행 토크를 축전율에 따라 변화시킨다. 즉, 축전율이라고 하는 축전 장치(12a)의 상태값을 사용하여, 차체 출력 제한값을 연산하도록 되어 있다.

도 8은, 어시스트 비율 연산부(20c)에 있어서의 축전율에 대한 어시스트 비율의 특성 L9의 일례를 도시한 것이다. 축전율 40％에서는 비율 1로 함으로써 차체 출력 제한값은 차체의 최대 파워 상당으로 되고, 축전율 30％에서는 비율 0으로 함으로써 차체 출력 제한값은 엔진(6) 단체로의 출력 상당으로 된다. 축전율 40％와 30％의 사이에서는 어시스트 비율은 1에서 0으로 직선적으로 감소하고 있다.

-펌프 목표 출력 연산부(21)-

도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 목표 출력 연산부(21)의 제어 내용을 도시하는 도면이다.

도 9에 있어서, 펌프 목표 출력 연산부(21)는, 펌프 요구 파워 연산부(21a), 회전수 게인 연산부(21b), 펌프 출력 제한값 연산부(21c), 펌프 최소 파워 설정부(21d), 펌프 최대 파워 설정부(21e), 펌프 기준 파워 연산부(21f), 승산기(21g), 감산기(21h), 감산기(21i), 제산기(21j), 승산기(21k), 최솟값 선택부(21m)를 갖고 있다.

펌프 요구 파워 연산부(21a)는, 복수의 조작압(조작 신호)의 각각에 따른 복수의 펌프 요구 파워의 특성 L10을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 대응하는 현재의 펌프 요구 파워 S20을 산출한다. 복수의 펌프 요구 파워의 특성 L10은, 조작압에 대응하는 액추에이터의 구동 혹은 작업의 종류(예를 들어 굴삭인지 선회 붐 상승인지)에 따라 최적의 최대 요구 파워를 갖고(후술함), 액추에이터의 구동에 필요한 펌프 파워만 출력하도록 설정되어 있기 때문에, 낭비 없이 연비가 좋은 펌프 제어를 행할 수 있다. 이 펌프 요구 파워의 특성 L10은, 엔진 최고 회전 시를 상정하여 설정되어 있다.

회전수 게인 연산부(21b)는, 목표 엔진 회전수에 따른 최대가 1인 게인의 특성 L11을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 목표 엔진 회전수로부터 그에 대응하는 회전수 게인을 산출한다. 특성 L10은 엔진 최고 회전수를 상정한 것이기 때문에, 엔진 회전수가 낮은 경우에는 게인을 1보다 작게 하고, 그 회전수에 따른 출력으로 되도록 게인으로 조정하고 있다.

펌프 요구 파워 연산부(21a)에서 연산한 펌프 요구 파워 S2와 회전수 게인 연산부(21b)에서 연산한 회전수 게인은 승산기(21g)에서 곱해져, 펌프 목표 출력으로서의 펌프 요구 파워 S3(이하 펌프 목표 출력 S3이라고 함)이 산출된다.

펌프 출력 제한값 연산부(21c)는, 차체 출력 제한값 연산부(20)에서 연산한 차체 출력 제한값을 펌프 출력 상당값으로 변환하기 위한 특성 L12를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 차체 출력 제한값으로부터 그에 대응하는 펌프 출력 제한값 S21을 산출한다. 펌프 출력 제한값 S21은, 축전 장치(12a)의 현재의 축전 상태에 있어서의 펌프 최대 출력(축전 장치(12a)가 차체에 공급 혹은 허가하는 최대 출력)이다. 또한, 차체 출력 제한값은, 유압 펌프(9)나 보조 기기를 포함한 피구동부 전체의 요구 파워를 포함하는 값으로 되어 있기 때문에, 펌프 출력 제한값 S21로서 취급하기 위해서는, 차체 출력 제한값으로부터 보조 기기 부하를 빼고, 또한 엔진(6)으로부터 유압 펌프(9)로의 파워 전달 효율을 고려하여, 펌프 출력 제한값으로 변환한다.

펌프 최소 파워 설정부(21d)는, 목표 엔진 회전수에 따른 펌프 최소 파워의 특성 L13을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 목표 엔진 회전수로부터 그에 대응한 펌프 최소 파워 S8을 산출한다. 펌프 최소 파워란, 발전 전동기(8b)의 어시스트를 필요로 하지 않고, 엔진(6)의 단독으로(단체로) 구동 가능한 유압 펌프(9)의 정상 출력을 나타내고 있다. 특성 L13으로서는, 기본적으로는, 어시스트 비율이 0(최소)일 때의 차체 출력 제한값을 특성 L12로 변환한 값을 설정해 두면 된다.

펌프 최대 파워 설정부(21e)는, 목표 엔진 회전수에 따른 펌프 최대 파워의 특성 L14를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 목표 엔진 회전수로부터 그에 대응한 펌프 최대 파워 S22를 산출한다. 펌프 최대 파워는, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 역치(40％) 이상에 있는 통상 상태에 대응하는 펌프 출력 제한 최댓값이며, 바꿔 말하면, 엔진(6)의 최대 출력과 발전 전동기(8b)의 어시스트 최대 출력의 합에 의한 차체로서의 펌프 최대 출력이다. 특성 L14로서는, 기본적으로는, 어시스트 비율이 1(최대)일 때의 차체 출력 제한값을 특성 L12로 변환한 값을 설정해 두면 된다.

감산기(21h)는, 펌프 출력 제한값 연산부(21c)에서 연산한 펌프 출력 제한값 S21로부터 펌프 최소 파워 설정부(21d)에서 연산한 펌프 최소 파워 S8을 감산하고, 그 차분을 유압 펌프(9)의 허용 어시스트 파워 S1로서 출력한다.

감산기(21i)는, 펌프 최대 파워 설정부(21e)에서 연산한 펌프 최대 파워 S22로부터 펌프 최소 파워 설정부(21d)에서 연산한 펌프 최소 파워 S8을 감산하고, 그 차분을 유압 펌프(9)의 최대 어시스트 파워 S2로서 출력한다.

제산기(21j)는, 허용 어시스트 파워 S1을 최대 어시스트 파워 S2로 나누고, 최대 어시스트 파워 S2에서 차지하는 허용 어시스트 파워 S1의 비율 S4를 연산한다. 이 비율 S4는 승산기(21k)에서 현재의 펌프 요구 파워인 펌프 목표 출력 S3을 제한하기 위한 제한 비율로서 사용된다. 이 제한 비율 S4는, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 미리 설정된 역치인 40％보다 저하되었을 때의 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도를 나타내는 값이다.

승산기(21k)는, 승산기(21g)에서 산출한 펌프 목표 출력 S3에 제한 비율 S4를 곱함으로써 펌프 목표 출력 S5를 산출한다.

즉, 축전 장치(12a)의 축전량이 충분(40％ 이상)한 경우, 어시스트 비율 연산부(20c)에서 연산되는 어시스트 비율은 1로 되기 때문에, 차체 출력 제한값은 최대로 되고, 펌프 출력 제한값 연산부(21c)에서 연산한 펌프 출력 제한값 S21과 펌프 최대 파워 설정부(21e)에서 연산한 펌프 최대 파워 S22는 동일하게 된다. 그 결과, 허용 어시스트 파워 S1과 최대 어시스트 파워 S2는 동일한 값으로 되고, 제한 비율 S4는 1로 되기 때문에, 승산기(21g)에서 연산된 펌프 요구 파워 S3은 제한되지 않고 출력 가능하게 된다.

축전 장치(12a)의 축전량이 역치를 악화 방향으로 초과하였을 때(40％ 이하), 예를 들어 축전량이 35％일 때, 어시스트 비율 연산부(20c)에서 연산되는 어시스트 비율은 0.5로 되기 때문에, 차체 출력 제한값은, 어시스트 출력이 50％만큼 부가되어 있는 것으로 된다. 이때, 허용 어시스트 파워 S1은 최대 어시스트 파워 S2의 50％로 되고, 제한 비율 S4는 0.5로 되기 때문에, 승산기(21g)에서 연산된 펌프 요구 파워 S3은 50％로 제한된다.

펌프 기준 파워 연산부(21f)는, 목표 엔진 회전수에 따른, 유압 펌프(9)의 기준으로 되는 파워의 특성 L15를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 목표 엔진 회전수로부터 그에 대응하는 펌프 기준 파워 S24를 산출한다. 펌프 기준 파워 연산부(21f)는, 엔진 출력에 대하여 과대한 펌프 출력으로 되지 않도록, 조작압에 의한 요구 파워에 의하지 않고 유압 펌프(9)의 출력의 상한을 설정하는 것이다.

최솟값 선택부(21m)는, 승산기(21k)에서 산출한 펌프 목표 출력 S5와 펌프 기준 파워 연산부(21f)에서 산출한 펌프 기준 파워 S24 중 작은 쪽을 선택하고, 최종적인 펌프 목표 출력으로 한다.

도 17은, 도 9에 도시한 펌프 요구 파워 연산부(21a)의 일부를 구체적으로 도시하는 도면이다. 일례로서, 붐 상승, 선회, 아암 크라우드, 버킷 크라우드, 선회 붐 상승, 굴삭에 관한 펌프 요구 파워 연산에 대하여 도시하고 있다. 펌프 요구 파워 연산부(21a)는, 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a1), 선회의 요구 파워 연산부(21a2), 아암 크라우드의 요구 파워 연산부(21a3), 버킷 크라우드의 요구 파워 연산부(21a4), 최솟값 선택부(21a5), 선회 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a6), 최솟값 선택부(21a7), 굴삭의 요구 파워 연산부(21a8), 최댓값 선택부(21a9)를 갖고 있다.

붐 상승의 요구 파워 연산부(21a1)는, 붐 상승의 조작압에 따른 펌프 요구 파워의 특성 L10a를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 파워 S20a를 산출한다. 펌프 요구 파워의 특성 L10a는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 요구 파워로 되도록 설정되어 있다. 붐 상승의 최대 요구 파워는 예를 들어 75kW이다.

선회의 요구 파워 연산부(21a2)는, 선회의 조작압에 따른 펌프 요구 파워의 특성 L10b를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 파워 S20b를 산출한다. 펌프 요구 파워의 특성 L10b는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 요구 파워로 되도록 설정되어 있다. 선회의 최대 요구 파워는 예를 들어 60kW이다.

아암 크라우드의 요구 파워 연산부(21a3)는, 아암 크라우드의 조작압에 따른 펌프 요구 파워의 특성 L10c를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 파워 S20c를 산출한다. 펌프 요구 파워의 특성 L10c는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 요구 파워로 되도록 설정되어 있다. 아암 크라우드의 최대 요구 파워는 예를 들어 60kW이다.

버킷 크라우드의 요구 파워 연산부(21a4)는, 버킷 크라우드의 조작압에 따른 펌프 요구 파워의 특성 L10d를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 파워 S20d를 산출한다. 펌프 요구 파워의 특성 L10d는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 요구 파워로 되도록 설정되어 있다. 버킷 크라우드의 최대 요구 파워는 예를 들어 40kW이다.

펌프 요구 파워의 특성 L10a, L10b, L10c, L10d는, 각각의 액추에이터의 구동에 최적인 최대 요구 파워를 갖고, 붐 실린더(3d)의 붐 상승 방향의 구동, 선회 유압 모터(3g)의 구동, 아암 실린더(3e)의 아암 크라우드 방향의 구동, 버킷 실린더(3f)의 버킷 크라우드 방향의 구동에 필요한 펌프 요구 파워만 출력하도록 설정되어 있기 때문에, 낭비 없이 연비가 좋은 펌프 제어를 행할 수 있다. 이 펌프 요구 파워의 특성 L10a, L10b, L10c, L10d는, 엔진 최고 회전 시를 상정하여 설정되어 있다.

최솟값 선택부(21a5)는, 붐 상승의 조작압과 선회의 조작압 중 작은 쪽을 선택하고, 선회 붐 상승의 조작압으로서 출력한다.

선회 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a6)는, 선회 붐 상승의 조작압에 따른 펌프 요구 파워의 특성 L10e를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 최솟값 선택부(21a5)에서 선택된 선회 붐 상승의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 파워 S20e를 산출한다. 펌프 요구 파워의 특성 L10e는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 요구 파워로 되도록 설정되어 있다. 선회 붐 상승의 최대 요구 파워는 하기하는 굴삭의 최대 요구 파워보다 큰, 예를 들어 90kW이다. 펌프 요구 파워의 특성 L10e는, 선회 붐 상승에 최적인 최대 요구 파워를 갖고, 선회 붐 상승에 필요한 펌프 파워만 출력하도록 설정되어 있기 때문에, 낭비 없이 연비가 좋은 펌프 제어를 행할 수 있다. 이 펌프 요구 파워의 특성 L10e는, 엔진 최고 회전 시를 상정하여 설정되어 있다.

최솟값 선택부(21a7)는, 아암 크라우드의 조작압과 버킷 크라우드의 조작압 중 작은 쪽을 선택하고, 굴삭의 조작압으로서 출력한다.

굴삭의 요구 파워 연산부(21a8)는, 굴삭의 조작압에 따른 펌프 요구 파워의 특성 L10f를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 최솟값 선택부(21a7)에서 선택된 굴삭의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 파워 S20f를 산출한다. 펌프 요구 파워의 특성 L10f는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 요구 파워로 되도록 설정되어 있다. 굴삭의 최대 요구 파워는 예를 들어 70kW이다. 펌프 요구 파워의 특성 L10f는, 굴삭에 최적인 최대 요구 파워를 갖고, 굴삭에 필요한 펌프 파워만 출력하도록 설정되어 있기 때문에, 낭비 없이 연비가 좋은 펌프 제어를 행할 수 있다. 이 펌프 요구 파워의 특성 L10f는, 엔진 최고 회전 시를 상정하여 설정되어 있다.

최댓값 선택부(21a9)는, 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a1), 선회의 요구 파워 연산부(21a2), 아암 크라우드의 요구 파워 연산부(21a3), 버킷 크라우드의 요구 파워 연산부(21a4), 선회 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a6), 굴삭의 요구 파워 연산부(21a8)의 각각에서 연산된 펌프 요구 파워 S20a 내지 S20f 중 가장 큰 것을 선택하고, 펌프 요구 파워 S20으로서 출력한다.

또한, 여기서 나타낸 붐 상승, 선회, 아암 크라우드, 버킷 크라우드, 선회 붐 상승, 굴삭 이외에도, 주행, 붐 하강, 아암 덤프, 버킷 덤프, 예비(어태치먼트) 조작에 대해서도 펌프 요구 파워를 계산하고 있고, 최댓값 선택부(21a9)에서 최댓값 선택된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 복합 동작의 종류로서 선회 붐 상승과 굴삭에 대해서만 설명하고 있지만, 필요에 따라 이 밖에도 펌프 요구 파워를 개별적으로 설정하는 동작을 정해도 된다.

도 10은, 횡축에 제한 전의 펌프 목표 출력 S3, 종축에 제한 후의 펌프 목표 출력 S5로서, 차체 출력 제한값에 기초하는 펌프 출력의 제한 비율 S4에 의한 펌프 목표 출력의 제한을 도시한 도면이다.

제한 비율 S4가 1일 때에는, 펌프 목표 출력은 제한되지 않기 때문에, 제한 전의 펌프 목표 출력 S3과 제한 후의 펌프 목표 출력 S5는 동등하게 된다. 제한 비율 S4가 작아짐에 따라 제한 후의 펌프 목표 출력 S5가 작아져, 제한 비율 S4가 0으로 되면, 펌프 목표 출력 S5는 0으로 된다.

-펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)-

도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)의 제어 내용을 도시하는 도면이다.

도 11에 있어서, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)는, 요구 유량 연산부(22a), 회전수 게인 연산부(22b), 승산기(22c), 목표 유량 연산부(22d), 최솟값 선택부(22e), 목표 용적 연산부(22f), 유량 제한값 연산부(22g)를 갖고 있다.

요구 유량 연산부(22a)는, 복수의 조작압(조작 신호)의 각각에 따른 복수의 펌프 요구 유량의 특성 L16을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 대응하는 현재의 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16은, 조작 신호에 대응시켜 필요한 펌프 유량만 출력하도록 설정되어 있기 때문에, 낭비 없이 연비가 좋은 펌프 제어를 행할 수 있다. 이 펌프 요구 유량의 특성 L16은, 엔진 최고 회전 시를 상정하여 설정되어 있다.

회전수 게인 연산부(22b)는, 도 9에 도시한 회전수 게인 연산부(21b)와 마찬가지로, 목표 엔진 회전수에 따른 최대 1의 게인의 특성 L11을 설정한 제어 테이블이며, 목표 엔진 회전수가 최고 회전수보다 낮은 회전수에 있을 때이기 때문에, 게인 특성 L11을 사용하여 그때의 목표 엔진 회전수에 따른 회전수 게인을 연산하고, 이 회전수 게인을 승산기(22c)에 있어서, 요구 유량 연산부(22a)에서 산출한 펌프 요구 유량에 곱함으로써, 펌프 요구 유량을 목표 엔진 회전수에 따른 유량으로 되도록 조정하고 있다.

목표 유량 연산부(22d)는, 펌프 목표 출력 연산부(21)의 연산 결과인 펌프 목표 출력과, 펌프압 센서(9a)로부터의 신호인 유압 펌프(9)의 토출압(펌프압)을 사용하여, 현재의 펌프 목표 출력으로 되는 펌프 유량을 연산한다. 펌프압 대신에, 액추에이터압 센서(9b)로부터의 신호인 액추에이터압을 사용해도 된다. 이 경우, 액추에이터압 센서(9b)는 복수 있으므로, 그 중 가장 높은 압력을 선택하여 사용하면 된다.

최솟값 선택부(22e)는, 조작압에 의한 요구 유량과, 펌프 목표 출력으로 되는 펌프 유량 중 작은 쪽을 선택하고, 펌프 유량 목표값을 결정한다. 이와 같이 구성함으로써, 조작압에 따라 필요한 펌프 유량을 토출하면서, 펌프 유량을 펌프 목표 출력으로 되는 유량 이하로 억제하고, 유압 펌프(9)의 출력이 펌프 목표 출력을 초과하지 않도록 펌프 유량을 제어함으로써, 연비나 축전 잔량의 제어가 가능하게 된다. 여기서 연산되는 펌프 유량 목표값은 도 5에 도시한 펌프 유량 목표값에 대응하는 것이다.

목표 용적 연산부(22f)는, 최솟값 선택부(22e)에서 결정된 펌프 유량 목표값을 목표 엔진 회전수로 나눔으로써 펌프 목표 용량을 연산한다.

유량 제한값 연산부(22g)는, 펌프 목표 용적에 따른 펌프 유량 제한 명령값의 특성 L17을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 펌프 목표 용적으로부터 그에 대응하는 펌프 유량 제한 명령값을 산출한다. 특성 L17은 유압 펌프(9)의 사양에 맞추어 설정되어 있다.

컨트롤러(13)는, 그 펌프 유량 제한 명령값으로 되도록 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)를 제어함으로써 펌프 유량을 제어한다.

도 18은, 도 11에 도시한 요구 유량 연산부(22a)의 일부를 구체적으로 도시하는 도면이다. 요구 유량 연산부(22a)는, 붐 상승의 요구 유량 연산부(22a1), 선회의 요구 유량 연산부(22a2), 아암 크라우드의 요구 유량 연산부(22a3), 아암 덤프의 요구 유량 연산부(22a4), 버킷 크라우드의 요구 유량 연산부(22a5), 버킷 덤프의 요구 유량 연산부(22a6), 최댓값 선택부(22a7)를 갖고 있다. 또한, 도 18 중, 좌우 주행 모터의 요구 유량 연산부, 붐 하강의 요구 유량 연산부, 예비(어태치먼트)의 요구 유량 연산부는 도시를 생략하고 있다.

붐 상승의 요구 유량 연산부(22a1)는, 붐 상승의 조작압에 따른 펌프 요구 유량의 특성 L16a를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16a는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 펌프 유량으로 되도록 설정되어 있다.

선회의 요구 유량 연산부(22a2)는, 선회의 조작압에 따른 펌프 요구 유량의 특성 L16b를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16b는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 펌프 유량으로 되도록 설정되어 있다.

아암 크라우드의 요구 유량 연산부(22a3)는, 아암 크라우드의 조작압에 따른 펌프 요구 유량의 특성 L16c를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16c는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 펌프 유량으로 되도록 설정되어 있다.

아암 덤프의 요구 유량 연산부(22a4)는, 아암 덤프의 조작압에 따른 펌프 요구 유량의 특성 L16d를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16d는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 펌프 유량으로 되도록 설정되어 있다.

버킷 크라우드의 요구 유량 연산부(22a5)는, 버킷 크라우드의 조작압에 따른 펌프 요구 유량의 특성 L16e를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16e는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 펌프 유량으로 되도록 설정되어 있다.

버킷 덤프의 요구 유량 연산부(22a6)는, 버킷 덤프의 조작압에 따른 펌프 요구 유량의 특성 L16f를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 조작압(조작 신호)으로부터 그에 대응하는 펌프 요구 유량을 산출한다. 펌프 요구 유량의 특성 L16f는, 일정한 조작압 이상의 영역에서는 최대 펌프 유량으로 되도록 설정되어 있다.

펌프 요구 유량의 특성 L16a 내지 L16f는, 각각, 조작 신호에 대응시켜 필요한 펌프 유량만 출력하도록 설정되어 있기 때문에, 낭비 없이 연비가 좋은 펌프 제어를 행할 수 있다. 이들 펌프 요구 유량의 특성 L16a 내지 L16f는, 엔진 최고 회전 시를 상정하여 설정되어 있다.

최댓값 선택부(22a7)는 요구 유량 연산부(22a1 내지 22a6)에서 연산된 펌프 요구 유량의 최댓값을 선택하고, 펌프 요구 유량을 연산한다. 도 11의 승산기(22c)에는, 그 최댓값 선택된 펌프 요구 유량이 제공된다.

-펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)-

도 12는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)의 제어 내용을 도시하는 도면이다.

도 12에 있어서, 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)는, 목표 용적 연산부(23a), 목표 토크 연산부(23b), 펌프압 연산부(23c), 펌프압 연산부(23d), 감산부(23e), 리미터(23f), 마력 제한값 연산부(23g)를 갖고 있다.

목표 용적 연산부(23a)는, 목표 용적 연산부(22f)와 마찬가지로, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)에서 산출한 펌프 유량 목표값을 목표 엔진 회전수로 나눔으로써 펌프 목표 용적을 연산한다.

목표 토크 연산부(23b)는, 펌프 목표 출력 연산부(21)에서 산출한 펌프 목표 출력을 목표 엔진 회전수로 나눔으로써 펌프 목표 토크를 산출한다.

펌프압 연산부(23c)는, 목표 용적 연산부(23a)에서 산출한 펌프 목표 용적에 따른, 그 목표 용량에서 최대 토크로 되는 펌프압의 특성 L18을 설정한 제어 테이블이며, 그때의 펌프 목표 용적으로부터 그 목표 용적에서 최대로 되는 펌프압 S6을 산출한다. 특성 L18은 유압 펌프(9)의 사양에 맞추어 설정되어 있다.

펌프압 연산부(23d)는, 목표 토크 연산부(23b)에서 산출한 펌프 목표 토크를 목표 용적 연산부(23a)에서 산출한 펌프 목표 용적으로 나눔으로써, 현재의 목표 용적에서 목표 토크로 되는 펌프압 S7을 산출한다.

감산부(23e)에서는, 펌프압 S6으로부터 펌프압 S7을 감산하고, 펌프 유량 특성 보정값을 연산한다. 이 연산 결과(펌프 유량 특성 보정값)는 음의 값으로 되는 경우도 있기 때문에, 유압 펌프(9)의 특성으로서 유량 특성 보정값은 양의 값만 취하기 때문에, 리미터(23f)에 의해 0 이상의 값으로 되도록 하고 있다. 여기서 연산되는 펌프 유량 특성 보정값은 도 4의 펌프 유량 특성 보정값에 대응하는 것이다.

마력 제한값 연산부(23g)는, 펌프 유량 특성 보정값에 따른 펌프 마력 제한 명령값의 특성 L19를 설정한 제어 테이블이며, 그때의 펌프 유량 특성 보정값으로부터 그에 대응하는 펌프 마력 제한 명령값을 연산한다. 특성 L19도 유압 펌프(9)의 사양에 맞추어 설정되어 있다.

컨트롤러(13)는, 그 펌프 마력 제한 명령값으로 되도록 레귤레이터(18)의 펌프 마력 제한 전자기 밸브(18a)를 제어함으로써 펌프 마력 제어 밸브(52)를 제어하고, 유압 펌프(9)의 흡수 마력(펌프 마력)을 제어한다.

-펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)와 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)를 병용하는 것의 효과-

도 13은, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)와 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)를 병용하는 것에 의한 효과를 설명하는 도면이다.

유압 펌프의 출력(흡수 마력)을 제어하는 것뿐이면, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)에 의한 펌프 유량 제어만으로도 가능하다.

펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)와 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)를 병용함으로써, 유압 펌프(9)의 유량 특성은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 펌프 유량 특성 보정값만큼 평행 이동하게 된다. 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)의 연산과 같이 펌프 유량 특성 보정값을 결정하면, 펌프의 동작점은, 예를 들어 도 13의 Z로 나타내게 된다.

펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)에서 연산된 펌프 유량 특성 보정값에 의해, 유압 펌프(9)의 유량 특성이, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(펌프 유량 제한 명령값)에 의한 펌프 동작점 Z에 접하도록 제어된다. 즉, 펌프 마력 제어 밸브(52)는, 펌프 마력 제어 밸브(52)에 의해 제한된 유압 펌프(9)의 토출 유량이 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)에서 연산된 펌프 유량 목표값에 일치하도록 제어된다.

일반적으로, 펌프 마력 제한은 펌프압 변동에 대하여 응답성 좋게 펌프 유량을 증감시키도록 설계되어 있기 때문에, 액추에이터 기동 시 등, 동작 중에 펌프압이 변동된 경우, 펌프 유량 제어의 동작점 Z에 펌프 마력 제한에 의한 펌프 특성을 맞춰 둠으로써, 급한 펌프압 변동에 대하여 펌프 유량을 응답성 좋게 안정시킬 수 있고, 압력 변동을 보다 빠르게 수렴시켜, 헌팅이나, 불필요한 발전 전동기의 역행 어시스트를 억제할 수 있다.

-제1 실시 형태의 효과-

유압 셔블의 전형적인 작업의 하나로서, 지면을 굴삭하고, 덤프에 자갈이나 흙을 싣는 굴삭 적재 작업이 있다. 이 작업에서는, 굴삭, 선회 붐 상승, 방토, 선회 복귀, 굴삭 …이라고 하는 동작 사이클을 반복한다. 여기서, 굴삭과 선회 붐 상승에 착안하면, 이들 동작은 축전 장치(12a)로부터의 전력 공급에 의한 발전 전동기의 어시스트가 필요로 되는 고부하 동작이며, 또한 일반적으로 선회 붐 상승 쪽이 굴삭보다 요구되는 펌프 출력이 높다.

특허문헌 1에 있어서, 축전 잔량이 저하된 경우, 작업 내용에 상관없이 펌프 출력의 상한을 제한하고 있기 때문에, 그 제한 후의 출력과 제한 전의 출력의 비교를 행하면, 선회 붐 상승 쪽이 굴삭에 비하여 출력의 제한(저하)량이 많아진다. 즉, 비제한 시에 대한 제한 시의 속도 감소비는, 굴삭보다 선회 붐 상승 쪽이 커진다. 이 속도 감소비의 차이는, 일련의 작업을 행하고 있는 오퍼레이터에게 큰 조작 위화감과 그에 따른 여분의 스트레스를 주게 될 우려가 있다.

본 실시 형태에서는, 이하와 같이 상기 과제가 해결된다.

굴삭을 행하기 위해, 오퍼레이터가 아암의 조작 장치의 조작 레버를 아암 크라우드 방향으로 조작하고, 버킷의 조작 장치의 조작 레버를 버킷 크라우드 방향으로 조작하면, 아암 크라우드의 조작압과 버킷 크라우드의 조작압이 생성되고, 도 18에 도시하는 아암 크라우드의 요구 유량 연산부(22a3)와 버킷 크라우드의 요구 유량 연산부(22a5)에 있어서, 각각의 조작압에 대응하는 펌프 요구 유량이 연산되고, 그것들이 최댓값 선택부(22a7)에서 최댓값 선택되고, 이 펌프 요구 유량에 회전수 게인을 곱하여 조작압에 의한 요구 유량이 연산된다.

한편, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 역치(40％)보다 저하되었을 때, 도 9에 도시하는 제산기(21j)에서는, 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따른 제한 비율 S4가 연산되고, 그 제한 비율 S4가 승산기(21k)에 있어서, 펌프 요구 파워 연산부(21a) 및 승산기(21g)에서 연산된 펌프 요구 파워 S3에 곱해짐으로써, 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 제한된 펌프 요구 파워가 연산된다.

도 11에 도시한 목표 유량 연산부(22d)에서는, 그 제한된 펌프 요구 파워에 상당하는 펌프 유량이 연산되고, 최솟값 선택부(22e)에서, 그 펌프 유량과 승산기(22c)에서 연산된 조작압에 의한 요구 유량 중 작은 쪽이 펌프 유량 목표값으로서 선택되고, 펌프 유량 제한값이 연산된다. 그 펌프 유량 제한값은 전자기 밸브 전류 명령값(mA)으로서 컨트롤러(13)로부터 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로 출력되고, 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제어 밸브(53)로 유도되는 펌프 유량 제어압이 펌프 유량 제한값으로 제한된다. 이에 의해 유압 펌프(9)는, 조작압에 따라 필요한 펌프 유량을 토출하면서, 펌프 유량이 펌프 목표 출력으로 되는 유량 이하로 억제되어, 축전 장치(12a)의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치(12a)의 과방전에 의한 축전 장치(12a)의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진(6)의 스톨이 방지된다.

선회 붐 상승을 행하기 위해, 오퍼레이터가 붐의 조작 장치의 조작 레버를 붐 상승 방향으로 조작하고, 선회의 조작 장치의 조작 레버를 조작한 경우도 마찬가지이며, 도 18에 도시하는 붐 상승의 요구 유량 연산부(22a1)와 선회의 요구 유량 연산부(22a2)에서 각각의 조작압에 대응하는 펌프 요구 유량이 연산되고, 그것들이 최댓값 선택부(22a7)에서 최댓값 선택되고, 이 펌프 요구 유량에 회전수 게인을 곱하여 조작압에 의한 요구 유량이 연산된다.

또한, 도 11에 도시한 목표 유량 연산부(22d)에서는, 펌프 목표 출력 연산부(21)에서 연산된 펌프 요구 파워에 상당하는 펌프 유량이 연산되고, 최솟값 선택부(22e)에서, 그 펌프 유량과 승산기(22c)에서 연산된 조작압에 의한 요구 유량 중 작은 쪽이 펌프 유량 목표값으로서 선택되고, 펌프 유량 제한값이 연산된다. 그 펌프 유량 제한값은 전자기 밸브 전류 명령값(mA)으로서 컨트롤러(13)로부터 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로 출력되고, 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제어 밸브(53)로 유도되는 펌프 유량 제어압이 펌프 유량 제한값보다 커지지 않도록 제한된다. 이에 의해 유압 펌프(9)는, 조작압에 따라 필요한 펌프 유량을 토출하면서, 펌프 유량이 펌프 목표 출력으로 되는 유량 이하로 억제되어, 축전 장치(12a)의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치(12a)의 과방전에 의한 축전 장치(12a)의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진(6)의 스톨이 방지된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 굴삭 시에는, 도 17의 아암 크라우드의 요구 파워 연산부(21a3) 및 버킷 크라우드의 요구 파워 연산부(21a4)에 있어서 아암 크라우드의 조작압에 대응하는 펌프 요구 파워 S20c(최대 60kW)와 버킷 크라우드의 조작압에 대응하는 펌프 요구 파워 S20d(최대 40kW)가 연산됨과 함께, 최솟값 선택부(21a7)에 있어서 아암 크라우드의 조작압과 버킷 크라우드의 조작압 중 작은 쪽이 굴삭의 조작압으로서 선택되고, 굴삭의 요구 파워 연산부(21a8)에 있어서 굴삭의 조작압에 대응하는 펌프 요구 파워 S20f(최대 70kW)가 산출되고, 최댓값 선택부(21a9)에 있어서 펌프 요구 파워 S20c, S20d, S20f 중 가장 큰 것이 펌프 요구 파워 S20으로서 선택된다.

도 9에 도시하는 승산기(21g)에서는, 상기와 같이 연산된 펌프 요구 파워 S20이 그때의 회전수 게인에 곱해져 펌프 요구 파워 S3이 연산되고, 그 펌프 요구 파워 S3이, 승산기(21k)에 있어서 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따른 제한 비율 S4에 곱해짐으로써, 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 제한된 펌프 요구 파워가 연산된다. 이 펌프 요구 파워는, 도 11에 도시한 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)의 목표 유량 연산부(22d)로 보내져 펌프 요구 파워에 상당하는 펌프 유량이 연산되고, 최솟값 선택부(22e)에 있어서, 승산기(22c)에서 연산된 조작압에 의한 요구 유량이 그보다 커지지 않도록 제한되어, 펌프 유량 제한값이 연산된다. 그 펌프 유량 제한값은 전자기 밸브 전류 명령값(mA)으로서 컨트롤러(13)로부터 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로 출력되고, 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제어 밸브(53)로 유도되는 펌프 유량 제어압이 펌프 유량 제한값을 초과하지 않도록 제한되어, 펌프 유량이 제어된다.

또한, 선회 붐 상승 시에도 마찬가지이며, 도 17의 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a1) 및 선회의 요구 파워 연산부(21a2)에 있어서 붐 상승의 조작압에 대응하는 펌프 요구 파워 S20a(최대 75kW)와 선회의 조작압에 대응하는 펌프 요구 파워 S20b(최대 60kW)가 연산됨과 함께, 최솟값 선택부(21a5)에 있어서 붐 상승의 조작압과 선회의 조작압 중 작은 쪽이 선회 붐 상승의 조작압으로서 선택되고, 선회 붐 상승의 요구 파워 연산부(21a6)에 있어서 선회 붐 상승의 조작압에 대응하는 펌프 요구 파워 S20e(최대 90kW)가 산출되고, 최댓값 선택부(21a9)에 있어서 펌프 요구 파워 S20a, S20b, S20e 중 가장 큰 것이 펌프 요구 파워 S20으로서 선택된다. 도 11에 도시한 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)의 최솟값 선택부(22e)에서는, 승산기(22c)에서 연산된 조작압에 의한 요구 유량이 펌프 요구 파워에 상당하는 펌프 유량보다 커지지 않도록 제한되어, 펌프 유량 제한값이 연산된다. 그 펌프 유량 제한값은 전자기 밸브 전류 명령값(mA)으로서 컨트롤러(13)로부터 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)로 출력되고, 레귤레이터(18)의 펌프 유량 제어 밸브(53)로 유도되는 펌프 유량 제어압이 펌프 유량 제한값을 초과하지 않도록 제한되어, 펌프 유량이 제어된다.

이와 같이 현재의 펌프 요구 파워 S3을 작업에 관한 정보인 조작압에 기초하여 조작압마다 혹은 작업의 종류마다 연산하고, 그 펌프 요구 파워 S3을 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 제한한 펌프 목표 출력 S5에 기초하여 펌프 유량 제한 명령값을 연산하고, 유압 펌프(9)의 출력이 펌프 목표 출력 S5를 초과하지 않도록 유압 펌프(9)의 토출 유량을 제어한다. 이에 의해 굴삭 시와 붐 상승 선회 시의 각각에 있어서, 작업에 관한 정보인 조작압에 따라 유압 펌프(9)의 출력이 제한되기 때문에, 일련의 연속 사이클 작업에 있어서, 전체의 밸런스를 유지하여 속도를 늦출 수 있고, 속도 저하 시의 조작 위화감을 최소한으로 억제하여, 오퍼레이터에게 주는 조작 위화감을 적게 하고, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서는, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 역치(40％)보다 저하되었을 때, 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 현재의 펌프 요구 파워 S3을 제한하여 펌프 목표 출력을 연산하고, 유압 펌프(9)의 토출 유량을 제어한다. 이에 의해 축전 장치(12a)의 축전량이 저하된 경우에, 축전 장치(12a)의 과방전에 의한 축전 장치(12a)의 열화와 어시스트 부족 혹은 어시스트 불능에 의한 엔진(6)의 스톨을 방지하여, 작업을 계속해서 행할 수 있다.

또한, 현재의 펌프 요구 파워 S3을 작업에 관한 정보(도시의 예에서는 조작 신호인 조작압)에 기초하여 연산하고, 그 펌프 요구 파워 S3을 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도에 따라 제한한 펌프 목표 출력 S5에 기초하여 펌프 유량 제한 명령값을 연산하고, 유압 펌프(9)의 출력이 펌프 목표 출력 S5를 초과하지 않도록 유압 펌프(9)의 토출 유량을 제어한다. 이에 의해 작업에 관한 정보에 따라 유압 펌프(9)의 출력이 제한되기 때문에, 일련의 연속 사이클 작업에 있어서, 전체의 밸런스를 유지하여 속도를 늦출 수 있고, 속도 저하 시의 조작 위화감을 최소한으로 억제하여, 오퍼레이터에게 주는 조작 위화감을 적게 하고, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서는, 컨트롤러(13)에 펌프 마력 제한 명령값 연산부(23)를 설치하고, 펌프 마력 제어 밸브(52)에 의해 제한된 유압 펌프(9)의 토출 유량이 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)에서 연산된 펌프 유량 목표값에 일치하도록 펌프 마력 제어 밸브(52)를 제어하는 구성으로 하였다. 이에 의해 급한 펌프압 변동에 대하여 펌프 유량을 응답성 좋게 안정시킬 수 있고, 압력 변동을 보다 빠르게 수렴시켜, 헌팅이나, 불필요한 발전 전동기의 역행 어시스트를 억제할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 주된 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 제1 실시 형태와 상이한 부분에 대하여 설명한다.

-펌프 목표 출력 연산부(21)-

본 발명의 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에서는, 펌프 목표 출력 연산부(21)의 처리 내용이 상이하다.

도 14는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 펌프 목표 출력 연산부(21)의 제어 내용을 도시하는 도면이다.

도 14에 있어서, 펌프 목표 출력 연산부(21)는, 도 9에 도시한 펌프 요구 파워 연산부(21a), 회전수 게인 연산부(21b), 펌프 출력 제한값 연산부(21c), 펌프 최소 파워 설정부(21d), 펌프 최대 파워 설정부(21e), 펌프 기준 파워 연산부(21f), 승산기(21g), 감산기(21h), 감산기(21i), 제산기(21j), 승산기(21k), 최솟값 선택부(21m)에 추가하여, 최솟값 선택부(21n), 감산부(21p), 가산부(21q)를 갖고 있다.

최솟값 선택부(21n)는, 제한 전의 펌프 목표 출력 S3과 펌프 최소 파워 S8의 최솟값 선택을 행한다.

감산부(21p)는, 그 연산 결과 S9와 제한 전의 펌프 목표 출력 S3의 차분 S23을 취하고, 그 차분 S23에 승산기(21k)에 있어서 제한 비율 S4를 곱함으로써, 펌프 최소 파워 S8을 초과하는 펌프 목표 출력에 대하여, 제한 비율 S4에 따른 제한 출력량 S10을 연산한다.

가산부(21q)는, 연산 결과 S9에 제한 출력량 S10을 더함으로써, 차체 출력 제한값에 대응한, 제한 후의 펌프 목표 출력 S5를 결정한다.

이와 같이 펌프 목표 출력 연산부(21)는, 펌프 최소 파워 S8을 펌프 출력 제한 유효 역치로서 설정하고, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 역치인 40％보다 저하되었을 때, 펌프 목표 출력 S3 중 펌프 출력 제한 유효 역치 S8 이상의 출력 부분에 대하여 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도(제한 비율 S4)에 따라 제한하는 연산을 행함으로써 펌프 목표 출력 S3을 제한하고, 펌프 목표 출력 S5를 결정한다.

도 15는, 횡축에 제한 전의 펌프 목표 출력 S3, 종축에 제한 후의 펌프 목표 출력 S5로서, 차체 출력 제한값에 기초하는 펌프 출력의 제한 비율 S4에 의한 펌프 목표 출력의 제한을 도시한 도면이다.

제한 전의 펌프 목표 출력 S3이 펌프 최소 파워 S8(펌프 출력 제한 유효 역치)보다 작을 때에는, 그 최솟값 선택 결과인 S9와 제한 전의 펌프 목표 출력 S3이 동등하게 되므로, S9와 S3의 차분이 0으로 되고, 제한 비율 S4에 의하지 않고 펌프 목표 출력의 제한 없이, 제한 후의 펌프 목표 출력 S5는 제한 전의 펌프 목표 출력 S3과 동등하게 된다.

제한 비율 S4가 1일 때에는, 펌프 목표 출력은 제한되지 않기 때문에, 제한 전의 펌프 목표 출력과 제한 후의 펌프 목표 출력은 동등하게 된다. 제한 비율 S4가 작아짐에 따라 제한 후의 펌프 목표 출력이 작아지고, 제한 비율 S4가 0으로 되면, 펌프 목표 출력은 L13에서 설정되어 있는 펌프 최소 파워 S18과 동등하게 된다.

펌프 최소 파워 S8은, 발전 전동기에 의한 역행 어시스트를 0으로 간주한, 엔진 단체로 구동 가능한 출력 상당으로 설정되어 있기 때문에, 펌프 목표 출력을 최소 파워까지 제한하면, 축전 장치(12a)의 축전율을 저하시키지 않고 차체를 동작시키는 것이 가능하게 되고, 오퍼레이터의 조작성의 악화도 최소한으로 억제할 수 있다.

그 밖의 부분의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

-제2 실시 형태의 효과-

이상과 같이 구성한 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서는, 펌프 목표 출력 중, 발전 전동기(8b)에 의한 역행 어시스트를 필요로 하는, 엔진 단체로 구동 가능한 출력 상당의 출력에 대해서만 축전율에 의한 제한을 행하기 때문에, 속도를 늦추고 싶지 않거나, 혹은 속도를 늦출 필요가 없는 저출력 영역에서는 출력을 제한하지 않고, 보다 오퍼레이터의 조작성의 악화를 억제할 수 있다.

또한, 펌프 목표 출력 연산부(21)는, 축전 장치(12a)의 축전 상태가 역치(40％) 이상에 있는 통상 상태에 대응하는 펌프 최대 파워인 펌프 출력 제한 최댓값과, 축전 장치(12a)의 현재의 축전 상태에 대응하는 펌프 출력인 펌프 출력 제한값을 연산함과 함께, 축전 장치(12a)의 축전 상태에 의하지 않는 값으로서 현재의 펌프 요구 파워를 연산하고, 또한 펌프 출력 제한 최댓값(펌프 최대 파워 S22)과 펌프 출력 제한 유효 역치(펌프 최소 파워 S8)의 차분에 대한 펌프 출력 제한값 S21과 펌프 출력 제한 유효 역치(펌프 최소 파워 S8)의 차분이 차지하는 비율을 축전 장치(12a)의 축전 상태의 저하 정도를 나타내는 제한 비율 S4로서 연산하고, 현재의 펌프 요구 파워와 펌프 출력 제한 유효 역치(펌프 최소 파워 S8)의 차분에 제한 비율 S4를 곱하여 펌프 목표 출력을 연산한다.

이에 의해, 현재의 펌프 목표 출력에 대한 제한량을, 복잡한 연산을 필요로 하지 않는 간단한 계산에 의해 결정할 수 있고, 축전 장치(12a)의 충전 상태의 감소의 비율에 따라 펌프 출력을 제한함으로써, 동작에 의하지 않고 전체의 밸런스를 유지하여 속도를 늦출 수 있고, 속도 저하 시의 조작 위화감을 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 펌프 목표 출력 연산부(21)는, 펌프 출력 제한 유효 역치로서, 발전 전동기(8b)의 어시스트를 필요로 하지 않고, 엔진 단체로 구동 가능한 유압 펌프(9)의 정상 출력을 연산하고, 펌프 출력 제한 최대값으로서, 엔진(6)의 최대 출력과 발전 전동기(8b)의 어시스트 최대 출력의 합에 의한, 차체로서의 펌프 최대 출력을 연산하고, 펌프 출력 제한값으로서, 축전 장치(12a)의 현재의 축전 상태에 있어서의 펌프 최대 출력을 연산한다.

이에 의해, 엔진 단체로 구동 가능한 유압 펌프(9)의 정상 출력 이하의 펌프 목표 출력에 대해서는 출력을 제한하지 않기 때문에, 출력의 제한을 필요 최소한으로 억제하고, 오퍼레이터의 조작성의 악화도 최소한으로 억제할 수 있다.

-기타-

1. 상기 실시 형태에서는, 펌프 목표 출력 연산부(2)의 펌프 요구 파워 연산부(21a) 및 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)의 요구 유량 연산부(22a)에 있어서, 펌프 요구 파워 혹은 펌프 요구 유량을 연산하기 위한 작업에 관한 정보로서 조작압(조작 신호)을 사용하였지만, 조작압 대신에, 혹은 조작압과 병용하여 유압 펌프(9)의 토출압, 유압 액추에이터(3)의 구동압, 작업의 종류의 설정 정보 등의 정보를 사용해도 된다.

2. 상기 실시 형태에서는, 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)는 조작압 제어 밸브(17)에 의해 생성된 펌프 유량 제어압을 제한하는 구성으로 하였지만, 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)의 원압을 파일럿 펌프(16)의 파일럿압으로 하고, 그 파일럿압에 기초하여 펌프 유량 제한압을 생성하는 구성으로 해도 된다. 또한, 본 실시 형태와 같이 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)를 조작압 제어 밸브(17)에 의해 생성된 펌프 유량 제어압을 제한하는 구성으로 한 경우에는, 만일 컨트롤러(13)나 펌프 유량 제한 전자기 밸브(18b)에 고장이 발생한 경우라도, 조작압 제어 밸브(17)에 의해 생성된 펌프 유량 제어압에 의해 유압 펌프(9)의 토출 유량을 제어하여, 작업을 계속할 수 있다고 하는 페일 세이프 기능을 다할 수 있다.

3. 상기 실시 형태에서는, 펌프 목표 출력 연산부(21)에 펌프 기준 파워 연산부(21f)와 최솟값 선택부(21m)를 설치하고, 컨트롤러(13)에 전자 마력 기능을 갖게 하였지만, 레귤레이터(18)는 펌프 마력 제어 밸브(52)를 구비하고 있기 때문에, 펌프 기준 파워 연산부(21f)와 최솟값 선택부(21m)는 없어도 된다.

4. 상기 실시 형태에서는, 펌프 유량 제한 명령값 연산부(22)의 목표 유량 연산부(22d)에 있어서, 유압 펌프(9)의 토출압(펌프압)을 사용하여 현재의 펌프 목표 출력으로 되는 펌프 유량을 연산하였지만, 펌프압 대신에, 액추에이터압 센서(9b)로부터의 신호인 액추에이터압을 사용해도 된다. 이 경우, 액추에이터압 센서(9b)는 복수 있으므로, 그 중 가장 높은 압력을 선택하여 사용하면 된다.

5. 또한, 상기 실시 형태에서는, 축전율의 저하에 따른 출력 제한을 설명하였지만, 리튬 이온 배터리(12a)의 열화는, 리튬 이온 배터리(12a)의 사용 상황에 따라서도 촉진되는 것이 널리 알려져 있다. 즉, 리튬 이온 배터리(12a)는 최대 전류값 이내에서도 단시간에 고전류를 출입시키면, 열화가 촉진된다고 하는 것이다. 그래서 과거 수 초의 사이에 얼마만큼 전류가 입출류되면 열화가 촉진되는지의 지견이 있다면, 그 값을 초과하지 않도록 리튬 이온 배터리(12a)를 사용함으로써 열화를 방지할 수 있다. 이때, 축전율의 저하와 마찬가지로 리튬 이온 배터리(12a)의 사용 상황에 따라 펌프 목표 출력을 제한하면, 열화를 방지하면서, 오퍼레이터에 대한 조작 위화감을 가능한 한 작게 머무르게 하는 것이 가능하게 된다.

6. 또한, 상기 실시 형태에서는, 리튬 이온 배터리(12a)를 사용한 예로 설명하였지만, 본 발명의 축전 장치(12a)는 이것에 한정되지 않는다. 필요한 전력을 공급 가능한 용량이 있는 이차 전지(예를 들어 니켈카드뮴 배터리, 니켈수소 배터리)나 커패시터를 채용해도 된다. 또한, 이 축전 장치(12a)와 직류 버스의 사이에 DCDC 컨버터 등의 승압 장치가 설치되어 있어도 된다.

100: 하부 주행체
200: 상부 선회체
300: 프론트 작업기
3a: 붐
3b: 아암
3c: 버킷
3d: 붐 실린더
3e: 아암 실린더
3f: 버킷 실린더
3g: 선회 유압 모터
3h: 주행 유압 모터
4a: 운전실
5: 표시 장치
6: 엔진
7: 엔진 컨트롤 유닛(ECU)
8a: 제1 인버터
8b: 발전 전동기
9: 유압 펌프
9a: 펌프압 센서
10: 컨트롤 밸브
10a: 액추에이터압 센서
11a: 제2 인버터
11b: 선회 전동 모터
12a: 축전 장치(리튬 이온 배터리)
12b: 배터리 컨트롤 유닛(BCU)(충전 제어 장치)
13: 기체 컨트롤러
14: 엔진 컨트롤 다이얼(EC 다이얼)
15: 조작 장치
15a: 조작 레버
15b: 조작압 센서
16: 파일럿 펌프
17: 조작압 제어 밸브
18: 레귤레이터
18a: 펌프 마력 제한 전자기 밸브
18b: 펌프 유량 제한 전자기 밸브
19: 펌프 제어 장치
20: 차체 출력 제한값 연산부
21: 펌프 목표 출력 연산부
22: 펌프 유량 제한 명령값 연산부
23: 펌프 마력 제한 명령값 연산부
51: 펌프 액추에이터
52: 펌프 마력 제어 밸브
53: 펌프 유량 제어 밸브

Claims (8)

1. 엔진과,
   적어도 하나의 발전 전동기와,
   상기 발전 전동기를 발전 동작시킬 때 충전하고, 상기 발전 전동기를 역행 동작시킬 때 방전하는 축전 장치와,
   상기 축전 장치의 축전 상태를 연산하고 상기 축전 장치를 감시하는 축전 제어 장치와,
   상기 엔진 및 상기 발전 전동기의 토크로 구동하는 가변 용량식 유압 펌프와,
   상기 유압 펌프의 토출유에 의해 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   상기 복수의 유압 액추에이터에 대하여 조작량에 따른 조작 신호를 출력하고 각 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 장치와,
   상기 발전 전동기의 충전 전력 및 방전 전력과 상기 유압 펌프의 토출 유량과 출력을 제어하는 컨트롤러와,
   상기 유압 펌프의 배기 용적을 제어하고, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 레귤레이터를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 유압 펌프의 현재의 펌프 목표 출력을 연산하는 펌프 목표 출력 연산부와, 상기 유압 펌프의 토출 유량과 출력을 제어하는 펌프 유량 제한 명령값을 연산하는 펌프 유량 제한 명령값 연산부를 갖고,
   상기 펌프 목표 출력 연산부는, 작업에 관한 정보에 기초하여 상기 유압 펌프의 현재의 펌프 요구 파워를 연산함과 함께, 상기 축전 제어 장치로부터 취득한 상기 축전 장치의 축전 상태가 미리 설정된 역치보다 저하되었을 때, 상기 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도에 따라 상기 현재의 펌프 요구 파워를 제한하고, 이 제한한 현재의 펌프 요구 파워를 상기 현재의 펌프 목표 출력으로서 연산하고,
   상기 축전 장치의 축전 상태에 따른 펌프 요구 파워의 제한을 행하는 하한의 펌프 출력으로서의 펌프 최소 파워를 펌프 출력 제한 유효 역치로서 설정하고, 상기 축전 장치의 축전 상태가 상기 역치보다 저하되었을 때, 상기 펌프 목표 출력 중 상기 펌프 출력 제한 유효 역치 이상의 출력 부분에 대하여 상기 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도에 따라 제한하는 연산을 행함으로써 상기 펌프 목표 출력을 제한하고,
   상기 펌프 유량 제한 명령값 연산부는, 상기 현재의 펌프 목표 출력에 기초하여, 상기 유압 펌프의 출력이 상기 펌프 목표 출력을 초과하지 않도록 상기 펌프 유량 제한 명령값을 연산하고,
   상기 레귤레이터는, 상기 펌프 유량 제한 명령값에 기초하여 상기 유압 펌프의 배기 용적을 제어하고, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 펌프 목표 출력 연산부는,
   상기 축전 장치의 축전 상태가 상기 역치 이상에 있는 통상 상태에 대응하는 펌프 최대 파워인 펌프 출력 제한 최댓값과, 상기 축전 장치의 현재의 축전 상태에 대응하는 펌프 출력인 펌프 출력 제한값을 연산함과 함께,
   상기 축전 장치의 축전 상태에 의하지 않는 값으로서 상기 현재의 펌프 요구 파워를 연산하고,
   또한, 상기 펌프 출력 제한 최댓값과 상기 펌프 출력 제한 유효 역치의 차분에 대한 상기 펌프 출력 제한값과 상기 펌프 출력 제한 유효 역치의 차분이 차지하는 비율을 상기 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도를 나타내는 제한 비율로서 연산하고,
   상기 현재의 펌프 요구 파워와 상기 펌프 출력 제한 유효 역치의 차분에 상기 제한 비율을 곱하여 상기 펌프 목표 출력을 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
3. 제2항에 있어서, 상기 펌프 목표 출력 연산부는,
   상기 펌프 출력 제한 유효 역치로서, 상기 발전 전동기의 어시스트를 필요로 하지 않고, 상기 엔진 단독으로 구동 가능한 상기 유압 펌프의 정상 출력을 연산하고,
   상기 펌프 출력 제한 최대값으로서, 상기 엔진의 최대 출력과 상기 발전 전동기의 어시스트 최대 출력의 합에 의한, 차체로서의 펌프 최대 출력을 연산하고,
   상기 펌프 출력 제한값으로서, 상기 축전 장치의 현재의 축전 상태에 있어서의 펌프 최대 출력을 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
4. 제2항에 있어서, 상기 엔진의 현재의 회전수에 있어서의 최대 출력과 상기 축전 장치의 현재의 축전 상태에 있어서의 상기 발전 전동기의 최대 출력에 기초하여 차체로서 허용할 수 있는 차체 출력 제한값을 연산하는 차체 출력 제한값 연산부를 더 구비하고,
   상기 펌프 목표 출력 연산부는, 상기 차체 출력 제한값에 기초하여 상기 펌프 출력 제한값을 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 조작 장치의 조작 신호를 검출하는 복수의 조작 신호 센서를 더 구비하고,
   상기 작업에 관한 정보는 상기 복수의 조작 신호 센서에 의해 검출된 복수의 조작 신호이고,
   상기 펌프 목표 출력 연산부는, 상기 복수의 조작 신호의 각각에 따른 복수의 펌프 요구 파워의 특성이며, 상기 복수의 조작압에 대응하는 유압 액추에이터의 구동 및 작업의 종류에 따라 최적의 최대 요구 파워를 갖는 복수의 펌프 요구 파워의 특성을 설정한 복수의 제어 테이블을 갖고, 이 복수의 제어 테이블을 사용하여, 상기 복수의 조작 신호에 기초하여 상기 현재의 펌프 요구 파워를 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 조작 장치의 조작 신호를 검출하는 복수의 조작 신호 센서를 더 구비하고,
   상기 레귤레이터는,
   상기 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 상기 유압 펌프의 흡수 마력이 기준 최대 마력을 초과하지 않도록 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제한하는 펌프 마력 제어 밸브와,
   상기 펌프 유량 제한 명령값 연산부에서 연산된 상기 펌프 유량 제한 명령값에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 펌프 유량 제어 밸브를 갖고,
   상기 펌프 유량 제한 명령값 연산부는, 상기 복수의 조작 신호와 상기 펌프 목표 출력에 기초하여 펌프 유량 목표값을 연산하고, 이 펌프 유량 목표값을 상기 유압 펌프의 목표 용량으로 변환하여 상기 펌프 유량 제한 명령값을 연산하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 펌프 마력 제어 밸브에 의해 제한된 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 펌프 유량 제한 명령값 연산부에서 연산된 상기 펌프 유량 목표값에 일치하도록 상기 펌프 마력 제어 밸브를 제어하기 위한 펌프 마력 제한 명령값을 연산하는 펌프 마력 제한 명령값 연산부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
7. 제1항에 있어서, 상기 엔진의 현재의 회전수에 있어서의 최대 출력과 상기 축전 장치의 현재의 축전 상태에 있어서의 상기 발전 전동기의 최대 출력에 기초하여 차체로서 허용할 수 있는 차체 출력 제한값을 연산하는 차체 출력 제한값 연산부를 더 구비하고,
   상기 펌프 목표 출력 연산부는, 상기 차체 출력 제한값에 기초하여 상기 축전 장치의 현재의 축전 상태에 대응하는 펌프 출력인 펌프 출력 제한값을 연산하고, 이 펌프 출력 제한값에 기초하여 상기 축전 장치의 축전 상태의 저하 정도에 따라 상기 현재의 펌프 요구 파워를 제한하는 연산을 행하여, 상기 현재의 펌프 목표 출력을 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
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