KR20030026346A - 작업기의 유압구동장치 및 유압구동방법 - Google Patents

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Abstract

엔진(1)의 연료분사제어장치[전자 거버너(12) 및 제어기(13)]는 거버너영역을 등시특성으로 제어 가능하다. 작업기 제어기(18)는 토출압력신호(P)를 입력하여 유압펌프의 토출압력이 소정압력(P1)을 초과하면 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선(20)에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않도록 레귤레이터(16)를 제어하고, 유압펌프(2)의 토출압력이 소정압력(P1) 이하에 있을 때, 유압펌프의 토출압력이 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 레귤레이터(16)를 제어한다. 이에 의하여 거버너영역을 등시특성으로 제어되고 있더라도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 유압펌프의 토출유량을 증가시킬 수 있다.

Description

작업기의 유압구동장치 및 유압구동방법{HYDRAULIC DRIVING UNIT FOR WORKING MACHINE, AND METHOD OF HYDRAULIC DRIVE}
종래, 예를 들면 일본국 특개평7-83084호 공보에 나타내는 바와 같이 매카니컬 거버너식 엔진을 구비한 작업기의 유압구동장치가 있다.
이 종류의 매카니컬 거버너식 엔진을 가지는 종래기술은 일반적으로 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프와, 이 유압펌프의 배기량(displacement)을 제어하는 레귤레이터와, 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터와, 유압펌프의 토출압력을 검출하여 토출 압력신호를 출력하는 압력검출기와, 이 압력검출기로부터 출력되는 토출 압력신호를 입력하여, 레귤레이터에유압펌프의 배기량을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어기를 구비하고 있다.
이 매카니컬 거버너식 엔진을 가지는 종래기술에서는 엔진출력 특성은, 매카니컬 거버너가 제어되는 영역인 거버너영역에 있어서, 엔진출력 루크(엔진부하)가저하함에 따라 엔진 회전수가 증가하는 드루우프특성을 가지고 있다. 이와 같은 드루우프특성은 매카니컬 거버너에 포함되는 플라이휠의 관성에 의하여 생긴다.
따라서 작업기가 예를 들면 유압셔블의 경우, 버킷에 토사 등을 실어 방토 (unloading)한 후의 공하동작(no-load operation : 하중이 없는 상태에서의 동작)시에는 유압펌프의 토출압이 낮아져 엔진부하가 가벼워져 엔진 회전수가 증가하기 때문에 유압펌프의 토출유량이 증대하고, 유압 엑츄에이터에 공급되는 유량이 많아져 비교적 빠른 유압 엑츄에이터 속도가 얻어지게 된다. 그 결과 공하동작에서의 작업속도가 빨라져 작업능률을 향상할 수 있다.
또 종래 예를 들면 일본국 특개평10-89111호 공보나 특개평10-159599호 공보, 상기한 바와 같은 매카니컬 거버너식 엔진과는 달리, 거버너영역을 등시특성 또는 역드루우프특성으로 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진(이하, 적절히 등시제어 또는 역드루우프제어를 실시하는 엔진이라 함)을 구비한 작업기의 유압구동장치도 제안되어 있다. 엔진제어의 등시특성이란, 엔진부하의 경중에 상관없이, 즉 엔진출력토오크의 저하에 관계없이 거버너영역에 있어서 엔진 회전수가 일정하게 유지되는 특성이고, 역드루우프특성이란, 엔진출력토오크(엔진부하)가 저하함에 따라 엔진 회전수가 감소하는 특성이다.
이와 같은 종래기술에서는 매카니컬 거버너와 같은 플라이휠의 관성에 의한 영향을 제거할 수 있어 매카니컬 거버너를 가지는 엔진을 구비한 작업기에 비하여 저연비 및 저소음을 실현할 수 있다.
본 발명은 유압셔블 등의 작업기에 설치되어 거버너영역을 등시특성 또는 역드루프특성으로 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진과, 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프를 구비한 작업기의 유압구동장치 및 유압구동방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 작업기의 유압구동장치의 유압회로를 포함하는 시스템 전체를 나타내는 도,
도 2는 본 실시형태에 관한 유압구동장치가 탑재되는 유압셔블의 외관을 나타내는 도,
도 3은 등시제어를 실시하는 전자 거버너를 가지는 엔진의 회전수와 출력토오크와의 관계를 나타내는 특성도,
도 4는 레귤레이터의 구조의 상세를 나타내는 도,
도 5는 레귤레이터의 전자비례 감압밸브에 주어지는 제어전류신호와 유압펌프의 경전각과의 관계를 나타내는 도,
도 6는 작업기 제어기의 연산기능을 나타내는 기능 블록도,
도 7은 작업기 제어기의 제 2 목표 경전각 연산부에서 사용하는 펌프 토출압력과 제 2 목표 경전과의 관계를 나타내는 도,
도 8은 작업기 제어기의 경전각 보정값 연산부에서 사용하는 펌프 토출압력과 펌프 경전각 보정값과의 관계를 나타내는 도,
도 9는 가산부에서 보정된 펌프 토출압력과 제 2 목표 펌프 경전과의 관계를 나타내는 도,
도 10a는 거버너영역을드루우프특성으로 제어하는 매카니컬 거버너식 엔진을 가지는 종래기술에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프 경전(θ)과의 관계를 나타내는 도,
도 10b는 상기 종래기술에 의한 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타내는 도,
도 11a는 거버너영역을 등시특성으로 제어하는 엔진을 가지는 종래기술과 본 실시형태에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프 경전(θ)과의 관계를 나타내는 도,
도 11b는 상기 종래기술과 본 실시형태에 의한 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타내는 도,
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 역드루우프특성의 제어를 실시하는 전자 거버너를 가지는 엔진의 회전수와 출력 토오크와의 관계를 나타내는 특성도,
도 13은 제 2 실시형태에 관한 작업기 제어기의 연산기능을 나타내는 기능 블록도,
도 14는 작업기 제어기의 경전각 보정값 연산부에서 사용하는 펌프 토출압력과 펌프 경전각 보정값과의 관계를 나타내는 도,
도 15는 가산부에서 보정된 토출 압력신호와 제 2 목표 경전과의 관계를 나타내는 도,
도 16a는 거버너영역을 역드루우프특성으로 제어하는 엔진을 가지는 종래기술에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프경전(θ)과의 관계를 나타내는 도,
도 16b는 상기 종래기술에 의한 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타내는 도,
도 17a는 제 2 실시형태에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프 경전(θ)과의 관계를 나타내는 도,
도 17b는 제 2 실시형태에 의한 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타내는 도,
도 18은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 등시특성과 역드루우프특성을 조합한 제어를 실시하는 전자 거버너를 가지는 엔진의 회전수와 출력 토오크와의 관계를 나타내는 특성도,
도 19는 작업기 제어기의 경전각 보정값 연산부에서 사용하는 펌프 토출압력과 펌프 경전각 보정값과의 관계를 나타내는 도,
도 20은 가산부에서 보정된 토출 압력신호와 제 2 목표 경전과의 관계를 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같이 등시제어 또는 역드루우프제어를 실시하는 엔진을 구비한 작업기에서는 저연비화, 저소음화를 실현할 수 있는 이점은 있으나, 엔진이 경부하의 경우에도 엔진 회전수가 증가하지 않으므로 작업상 문제를 일으키는 일이 있다. 예를 들면 상기한 바와 같이 작업기가 유압셔블의 경우로서, 공하동작이 행하여져 엔진부하가 경부하일 때에도 엔진 회전수는 증가하지 않기 때문에 유압펌프의 토출유량은 증가하지 않아 유압 엑츄에이터에 공급되는 유량을 증가시킬 수 없어 작업능률의 향상을 기대할 수 없다.
또 등시제어 또는 역드루우프제어를 실시하는 엔진을 구비한 작업기로 작업하는 경우, 매카니컬 거버너식 엔진을 구비한 작업기의 조작에 익숙해진 조작자에 있어서는 엔진부하가 경부하임에도 불구하고, 매카니컬 거버너식 엔진부착 작업기와같이 유압 엑츄에이터속도가 증가하지 않으므로 조작감에 위화감을 느끼는 일이 있다.
본 발명의 목적은 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성 및 역드루우프특성 중 어느 하나로 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진을 구비한 유압구동장치에 있어서, 거버너영역에 있어서도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 유압펌프의 토출유량을 증가시킬 수 있는 작업기의 유압구동장치 및 유압구동방법을 제공하는 데에 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느 하나에 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진과, 이 엔진에 의하여 구동되는가변 용량형의 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터를 구비하는 작업기의 유압구동장치에 있어서, 상기 유압펌프의 토출압력이 제 1 소정압력을 초과하면 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 펌프흡수 토오크 제어수단과, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때, 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 제어하는 유량 보정 제어수단을 구비하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에서는 작업시의 엔진부하가 중부하(重負荷)이고, 유압펌프의 토출압력이 제 1 소정압력보다도 높을 때는 펌프흡수 토오크제어(펌프흡수 마력제어)에 의한 엔진의 출력마력의 유효이용이 가능하게 된다. 또 작업시에 예를 들면 엔진부하가 중부하로부터 경부하로 이행하여 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력 이하가 되면, 유량보정 제어수단에 의하여 펌프 토출압력의 저하에 따라유압펌프의 배기량이 증가하도록 제어되고, 이에 의하여 거버너영역에 있어서 등시특성 또는 역드루우프특성에 의하여 엔진 회전수가 상승하지 않아도 유압펌프의 토출유량을 증가시킬 수 있어 엔진 경부하시에 유압 엑츄에이터속도를 증속시킬 수 있다.
(2) 또 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느 하나로 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진과, 이 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터를 구비하는 작업기의 유압구동장치에 있어서, 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 레귤레이터와, 상기 유압펌프의 토출압력을 검출하는 압력 검출기와, 이 압력 검출기에 의하여 검출된 상기 유압펌프의 토출압력이 제 1 소정압력을 초과하면 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않도록 상기 레귤레이터를 제어하는 펌프흡수 토오크제어수단과, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때, 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 상기 레귤레이터를 제어하는 유량보정 제어수단을 구비하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 있어서도, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 펌프흡수 토오크제어(펌프흡수 마력제어)에 의한 엔진의 출력마력의 유효이용과 엔진 경부하시의 펌프 토출유량의 증가제어가 가능하게 되어 엔진 경부하시에 유압 엑츄에이터속도를 증속시킬 수 있다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 2 소정압력은 상기 제 1 소정압력에 일치하고 있다.
이에 의하여 유압펌프의 토출압력이 제 1 소정압력 이하가 되면 즉시 유량보정 제어수단이 기능하여 유압펌프의 배기량을 증가시킬 수 있다.
(4) 또 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 유량보정 제어수단에 의한 상기 유압펌프의 배기량의 증가제어를 무효로 하는 제어 해제수단을 더 구비한다.
이에 의하여 필요에 따라 유량보정 제어수단에 의한 제어를 해제할 수 있어, 작업내용에 따른 유량제어가 가능하게 된다.
(5) 상기 (4)에 있어서, 바람직하게는 상기 연료분사제어장치는 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성으로 제어 가능한 것이고, 상기 제어 해제수단은 주행모드 스위치, 짐 들어올림모드 스위치, 정지(整地)모드 스위치의 적어도 하나를 포함한다.
이에 의하여 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업과 같이 유압펌프의 토출유량의 증가제어를 원하지 않는 조작 또는 작업에서는 유압 엑츄에이터속도를 엔진부하의 증감에 관계없이 등속도로 하여 양호한 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업을 실시시킬 수 있다.
(6) 또 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 유량보정 제어수단은, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어한다.
이에 의하여 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 거버너영역에 있어서 등시특성 또는 역드루우프특성에 의하여 엔진 회전수가 상승하지 않아도 유압펌프의 토출유량을 증가시킬 수 있다.
(7) 또한 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 연료분사제어장치는 거버너영역의 적어도 일부를 역드루우프특성으로 제어 가능한 것이고, 상기 유량보정 제어수단은 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 제 1 수단과, 상기유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아졌을 때에 상기 유압펌프의 토출유량이 일정하게 유지되도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 제 2 수단과, 상기 제 1 수단과 제 2 수단의 한쪽을 선택하는 선택수단을 가진다.
이에 의하여 거버너영역의 특성에 관계없이, 제 1 수단을 선택하였을 때는 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 제어되고, 제 2 수단을 선택하였을 때는 유압펌프의 토출유량이 일정하게 유지되도록 제어되어 작업내용에 따른 유량제어가 가능하게 된다.
(8) 상기 (7)에 있어서, 바람직하게는 상기 유량보정 제어수단은 다시 상기 유압펌프의 배기량의 증가제어를 무효로 하는 제 3 수단을 더 가지고, 상기 선택수단은 상기 제 1 수단과 제 2 수단과 제 3 수단 중 어느 하나를 선택하는 것이다.
이에 의하여 제 3 수단을 선택하였을 때는 유압펌프의 배기량의 증가제어가 무효가 되어 작업내용에 따른 유량제어가 가능하게 된다.
(9) 또 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 펌프흡수 토오크제어수단은 상기 유압펌프의 토출압력과 펌프흡수 토오크곡선으로부터 펌프흡수 토오크제어를 위한 목표 배기량을 연산함과 동시에, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때에 상기 목표 배기량을 일정값으로 유지하는 수단을 가지고, 상기 유량보정 제어수단은 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 증가하는 배기량 보정값을 연산하는 수단과, 상기 목표 배기량에 상기 배기량 보정값을 가산하여 보정된 제 2 배기량을 연산하는 수단을 가지고, 이 보정된 목표 배기량에 의하여 상기 유압펌프의 배기량을 제어한다.
이에 의하여 펌프흡수 토오크제어수단 및 유량보정 제어수단을 컴퓨터화할 수 있다.
(10) 또 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 펌프흡수 토오크제어수단은 상기 유압펌프의 배기량의 최대치를 상기 펌프흡수 토오크곡선에 의하여 정해지는 값 이하로 제한하는 수단이고, 상기 유량보정 제어수단은 상기 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 배기량의 최대치가 증가하도록 제어하는 수단이다.
이에 의하여 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 펌프흡수 토오크제어(펌프흡수 마력제어)에 의한 엔진의 출력마력의 유효이용과 엔진 경부하시의 펌프 토출유량의 증가제어가 가능해짐과 동시에, 복수의 엑츄에이터의 요구유량이 적은 경우는 그에 따라 유압펌프의 배기량을 제어하여, 원하는 엑츄에이터속도를 얻을 수 있다.
(11) 또한 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 복수의 유압 엑츄에이터의 요구유량에 따른 제 1 목표 배기량을 연산하는 제 1 연산수단을 더 구비하고, 상기 펌프흡수 토오크제어수단은 상기 유압펌프의 토출압력과 펌프흡수 토오크곡선으로부터 펌프흡수 토오크제어를 위한 제 2 목표 배기량을 연산함과 동시에, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때에 상기 목표 배기량을 일정값으로 유지하는 제 2 연산수단을 가지고, 상기 유량보정 제어수단은 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 증가하는 배기량 보정값을 연산하는 수단과, 상기 제 2 목표 배기량에 상기 배기량 보정값을 가산하여 보정된 제 2 목표 배기량을 연산하는 수단을 가지고, 상기 제 1 목표 배기량과 상기 보정된 제 2 목표 배기량의 작은 쪽을 제어용의 목표 배기량으로서 선택하여 상기 유압펌프의 배기량을 제어한다.
이에 의하여 복수의 유압 엑츄에이터의 요구 유량에 따른 제 1 목표 배기량이 보정된 제 2 목표 배기량보다 클 때는 보정된 제 2 목표 배기량이 제어용의 목표 배기량이 되기 때문에, 유압펌프의 배기량은 보정된 제 2 목표 배기량에 제한되어, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 펌프흡수 토오크제어(펌프흡수 마력제어)에 의한 엔진의 출력마력의 유효이용과 엔진 경부하시의 펌프 토출유량의 증가 제어가 가능하게 된다. 한편, 제 1 목표 배기량이 보정된 제 2 목표 배기량보다 작을 때는 제 1 목표 배기량이 제어용의 목표 배기량이 되기 때문에, 유압펌프의 배기량은 제 1 목표 배기량에 의거하여 요구 유량에 따라 제어되어 원하는 엑츄에이터속도를 얻을 수 있다.
(12) 또 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느하나로 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진과, 이 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프와, 이 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터를 구비하는 작업기의 유압구동방법에 있어서, 상기 유압펌프의 토출압력이 제 1 소정압력을 초과하였을 때는 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하고, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때는 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 제어하는 일의 것으로 한다.
이에 의하여 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 펌프흡수 토오크제어(펌프흡수 마력제어)에 의한 엔진의 출력마력의 유효이용과 엔진 경부하시의 펌프 토출유량의 증가제어가 가능하게 되어 엔진 경부하시에 유압 엑츄에이터속도를 증속시킬 수 있다.
(13) 상기 (12)에 있어서, 바람직하게는 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때는 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량을 증가시키는 제어와, 유압펌프의 배기량을 일정하게 유지하는 제어 중 어느 한쪽을 선택 가능하다.
이에 의하여 필요에 따라 배기량의 증가제어를 해제할 수 있어 작업내용에 따른 유량제어가 가능하게 된다.
(14) 또 상기 (12)에 있어서, 바람직하게는 상기 유압펌프의 토출압력이 상기제 1 소정압력 이하에 있을 때는 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 유압펌프의 배기량을 제어한다.
이에 의하여 상기 (1)에서 설명한 바와 같이 거버너영역에 있어서 등시특성 또는 역드루우프특성에 의하여 엔진 회전수가 상승하지 않아도 유압펌프의 토출유량을 증가시킬 수 있다.
(15) 또 상기 (12)에 있어서, 바람직하게는 상기 연료분사제어장치는 거버너영역의 적어도 일부를 역드루우프특성으로 제어 가능한 것이고, 상기 유압펌프의토출압력이 상기 제 1 소정압력 이하에 있을 때는 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 상기유압펌프의 배기량을 증가시키는 제어와, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 일정하게 유지되도록 상기 유압펌프의 배기량을 증가시키는 제어 중 어느 하나를 선택 가능하다.
이에 의하여 거버너영역의 특성에 관계없이 작업내용에 따른 유량제어가 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 작업기의 유압구동장치의 유압회로를 포함하는 시스템 전체를 나타내는 도면이다.
본 실시형태에 관한 유압구동장치는 작업기, 예를 들면 유압셔블에 구비되는 것으로, 도 1에 나타내는 바와 같이 엔진(1)과, 이 엔진(1)의 연료분사제어장치를 구성하는 전자 거버너(12)와 엔진제어기(13)를 구비하고 있다. 전자 거버너(12)와 엔진제어기(13)는 거버너영역을 등시특성으로 제어 가능한 것, 즉 거버너영역에서 엔진부하의 증감에 관계없이 엔진(1)의 회전수를 정격 회전수로 유지하는 등시제어를 실시하는 것이고, 전자 거버너(12)는 엔진제어기(13)에 의하여 제어되어 엔진 (1)에 연료를 분사한다. 이 종류의 연료분사제어장치는 예를 들면 일본국 특개평 10-159599호 공보에 의하여 공지이다.
또 본 실시형태에 관한 유압구동장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이 엔진(1)에 의하여 구동되는 예를 들면 사판식 가변 용량형의 유압펌프(2)와, 이 유압펌프 (2)의 배기량(사판의 경전각)(傾轉; 사판식 유압펌프에 있어서 사판의 경사 또는 기울어짐)을 제어하는 레귤레이터(16)와, 유압펌프(2)로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 유압실린더(3), 유압모터(4), 유압실린더(5, 6) 등의 복수의 유압 엑츄에이터와, 이들 유압 엑츄에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향제어밸브(7∼10)와, 주 릴리프밸브(11)와, 방향제어밸브(7∼10)를 전환 조작하기 위한 파일롯압력을 발생하는 조작레버장치(50, …)(1개만 도시)와, 유압펌프(2)의 토출압력을 검출하여 토출압력신호(P)를 출력하는 압력검출기(14)와, 유압펌프(2)의 사판의 경전각(배기량)을 검출하여 경전각 신호(θ)를 출력하는 경전각 검출기(15)와, 제어해제신호(F)를 출력 가능한 모드선택 스위치(17)와, 조작레버장치(50, …)로부터의 파일롯압력을 입력하여 그 중의 하나의 파일롯압력을 선택하여 출력하는 셔틀밸브의 조합을 가지는 신호제어밸브(53)와, 신호제어밸브(53)로부터 출력된 파일롯압력을 검출하여 파일롯압 신호(D)를 출력하는 압력검출기(55)와, 압력검출기(14)로부터 출력되는 토출압력 신호(P) 및 경전각 검출기(15)로부터 출력되는 경전각 신호(θ), 모드선택 스위치(17)로부터 출력되는 제어해제신호(F), 압력 검출기(55)로부터 출력되는 파일롯압력 신호(D)를 입력하고, 레귤레이터(16)에 배기량을 제어하는 제어전류 신호(R)를 출력하는 작업기 제어기(18)를 구비하고 있다.
도 2에 본 실시형태에 관한 유압구동장치가 탑재되는 유압셔블의 외관을 나타낸다.
유압셔블은 하부 주행체(102), 상부 선회체(103), 프론트작업기(104)를 가지고, 상부 선회체(103)는 하부 주행체(102)의 상부에 선회 가능하게 탑재되고, 프론트작업기(104)는 상부 선회체(103)의 앞 부분에 상하 이동 가능하게 설치되어 있다.
상부 선회체(103)에는 엔진룸(105), 운전실(106)이 구비되어 있다. 프론트작업기(104)는 부움(108), 아암(109), 버킷(110)을 가지는 다관절구조이다. 하부 주행체(102), 상부 선회체(103), 프론트작업기(104)는 각각 엑츄에이터로서 좌우의 주행모터(111)(한쪽만 도시), 선회모터(112), 부움 실린더(113), 아암 실린더 (114), 버킷 실린더(115)를 가지고, 하부 주행체(102)는 좌우의 주행모터(111)의 회전에 의해 주행하고, 상부 선회체(103)는 선회모터(112)의 회전에 의하여 선회하고, 프론트작업기(104)의 부움(108)은 부움 실린더(113)의 신축에 의하여 상하방향으로 회동하고, 아암 실린더(109)는 아암 실린더(114)의 신축에 의하여 상하, 전후방향으로 회동하고, 버킷(110)은 버킷 실린더(115)의 신축에 의하여 상하, 전후방향으로 회동한다.
도 1에 나타낸 유압 실린더(3, 5, 6) 및 유압모터(4)는 상기 엑츄에이터를 대표하는 것으로, 예를 들면 유압 실린더(3, 5, 6)는 부움 실린더(113), 아암 실린더 (114), 버킷 실린더(115)이고, 유압모터(4)는 선회모터(112)이다.
또 조작레버장치(50, …) 및 모드선택 스위치(17)는 운전실(106)내에 배치되고, 엔진(1) 및 유압펌프(2)는 엔진룸(105)내에 설치되어 있다. 방향제어밸브 (7∼10), 엔진제어기(13), 작업기 제어기(18) 등의 유압기기 및 전자기기는 상부 선회체(103)의 적절한 곳에 설치되어 있다.
도 3에 등시제어를 실시하는 연료분사제어장치[전자 거버너(12)와 엔진제어기(13)]에 의한 엔진(1)의 회전수(N)와 출력 토오크(Te)와의 관계를 나타낸다.
엔진(1)의 출력 토오크특성은 도 3에 나타내는 바와 같이 직선(32)으로 나타내는 거버너영역(33)의 특성(등시특성)과 곡선(30)으로 나타내는 전부하영역의 특성으로 나뉘어진다. 거버너영역(33)은 거버너의 개방도가 100% 이하에서의 출력영역 이고, 전부하영역은 거버너 개방도가 100%의 출력영역이다. 도면에 있어서 파선 (31)은 비교를 위하여 종래의 매카니컬 거버너식 엔진의 거버너영역에 있어서의 특성(드루우프특성)을 나타내고 있다. 매카니컬 거버너는 플라이휠과 스프링의 균형에 의하여 연료분사량을 조정하는 구조이기 때문에, 매카니컬 거버너식 엔진의 거버너영역은 파선(31)과 같이 엔진출력토오크(엔진부하)(Te)가 저하함에 따라 엔진회전수(N)가 증가하는 드루우프특성을 가지고 있다. 이에 대하여 본 실시형태에있어서의 엔진(1)에서는 직선(32)과 같이 거버너영역에서는 전자 거버너(12)에 의하여 엔진출력토오크(Te)의 저하에 관계없이 엔진 회전수(N)를 정격 회전수(N0)로 일정하게 유지하는 등시제어를 실시하는 등시특성을 가지고 있다. 이 등시제어에 의하여 매카니컬 거버너식 엔진을 구비한 작업기에 비하여 저연비 및 저소음을 실현할 수 있다.
도 4에 레귤레이터(16)의 상세를 나타낸다. 레귤레이터(16)는 작업기 제어기 (18)로부터 출력된 제어전류신호(R)에 의하여 유압펌프(2)의 경전각을 제어전류신호 (R)가 나타내는 목표 펌프 경전각에 일치하도록 제어하는 것으로, 전자비례 감압밸브(60)와, 서보밸브(61)와, 서보피스톤(62)을 가지고 있다. 전자비례 감압밸브 (60)는 작업기 제어기(18)로부터 제어전류신호(R)를 입력하고, 그 제어전류신호(R)에 비례한 제어압력을 출력하고, 서보밸브(61)는 그 제어압력에 의하여 작동하여 서보피스톤(62)의 위치를 제어하고, 서보피스톤(62)은 유압펌프(2)의 사판(2a)을 구동하여 그 경전각을 제어한다.
유압펌프(2)의 토출압력은 체크밸브(63)를 거쳐 서보밸브(61)의 입력포트로 유도됨과 동시에, 통로(54)를 거쳐 서보피스톤(62)의 작은 지름실(62a)에 항상 작용하고 있다. 파일롯 펌프(66)의 토출압력이 전자비례 감압밸브(60)의 입력포트로 유도되고, 전자비례 감압밸브(60)가 작동함으로써 감압되어 제어압력이 된다. 이 제어압력은 통로(67)를 통하여 서보밸브(61)의 파일롯 피스톤(61a)에 작용한다. 또 유압펌프(2)의 토출압력이 파일롯 펌프(66)의 토출압력보다 낮을 때 파일롯 펌프 (66)의 토출압력이 서보 어시스트압으로서 체크밸브(69)를 거쳐 서보밸브(61)의입력포트에 유도된다.
도 5에 전자비례 감압밸브(60)에 주어지는 제어전류신호(R)와 유압펌프(2)의 사판(2a)의 경전각[이하, 적절하게 단지 유압펌프(2)의 경전각 또는 펌프경전이라함]과의 관계를 나타낸다.
제어전류신호(R)가 R1 이하일 때 전자비례 감압밸브(60)는 작동하지 않아 전자비례 감압밸브(60)로부터의 제어압력은 0 이다. 이 때문에 서보밸브(61)의 스풀 (61b)은 스프링(61c)에 의하여 도시 왼쪽으로 눌리어 유압펌프(2)의 토출압력[또는 파일롯 펌프(66)의 토출압]이 체크밸브(63), 슬리브(61d), 스풀(61b)을 통하여 서보피스톤(62)의 큰 지름실(62b)에 작용한다. 서보피스톤(62)의 작은 지름실 (62a)에도 통로(54)를 통하여 자기 펌프(2)의 토출압력이 작용하고 있으나, 면적차에 의하여 서보피스톤(62)은 도시 오른쪽으로 이동한다.
서보피스톤(62)이 도시 오른쪽으로 이동하면 피드백 레버(71)는 핀(72)을 지지점으로 하여 도시 반시계방향으로 회전한다. 피드백 레버(71)의 선단은 핀(73)으로 슬리브(61d)와 연결되어 있기 때문에, 슬리브(61d)는 도시 왼쪽으로 이동한다. 서보피스톤(62)의 이동은 슬리브(61d)와 스풀(61b)의 개구부의 노치가 폐쇄될 때까지 행하여져, 그것이 완전히 폐쇄되면 서보피스톤(61)은 정지한다.
이들 작동에 의하여 유압펌프(2)의 경전각은 최소위치가 되어 유압펌프(2)의 토출유량이 최소가 된다.
제어전류신호(R)가 R1보다도 커져 전자비례 감압밸브(60)가 작동하면, 전자비례 감압밸브(60)의 작동량에 따른 제어압력이 통로(67)를 통하여 서보밸브(61)의파일롯 피스톤(61a)에 작용하여 스풀(61b)을 스프링(61c)의 힘과 균형이 잡히는 위치까지 도시 오른쪽으로 이동시킨다. 스풀(61b)이 이동하면 서보피스톤(62)의 큰 지름실(62b)은 스풀(61b) 내부의 통로를 경유하여 탱크(75)에 연결된다. 서보피스톤 (62)의 작은 지름실(62a)에는 통로(54)를 통하여 항상 유압펌프(2)의 토출압력[또는 파일롯 펌프(66)의 토출압]이 작용하고 있기 때문에 서보피스톤(62)은 도시 왼쪽으로 이동하고, 큰 지름실(62b)의 작동오일은 탱크(75)로 되돌아간다.
서보피스톤(62)이 도시 왼쪽으로 이동하면 피드백 레버(71)는 핀(72)을 지지점으로 하여 도시 시계방향으로 회전하고, 서보밸브(61)의 슬리브(61d)는 도시 오른쪽으로 이동한다. 서보피스톤(62)의 이동은 슬리브(61d)와 스풀(61b)의 개구부의 노치가 폐쇄될 때까지 행하여지고, 그것이 완전히 폐쇄되면 서보피스톤(61)은 정지한다.
이들 작동에 의하여 유압펌프(2)의 경전각이 커져 유압펌프(2)의 토출유량이 증가한다. 또 유압펌프(2)의 토출유량의 증가량은 제어압력의 상승량, 즉 제어전류신호(R)의 증가량에 비례한다.
제어전류신호(R)가 저하하여 전자비례 감압밸브(60)로부터의 제어압력이 저하하면 서보밸브(61)의 스풀(61b)은 스프링(61c)의 힘과 균형을 이루는 위치까지 도시 왼쪽으로 되돌아가서 유압펌프(2)의 토출압력[또는 파일롯 펌프(66)의 토출압]이 서보밸브(62)의 슬리브(61d), 스풀(61b)을 통하여 서보피스톤(62)의 큰 지름실 (62b)에 작용하고, 작은 지름실(62a)과의 면적차에 의하여 서보피스톤(52)은 도시 오른쪽으로 이동한다.
서보피스톤(62)이 도시 오른쪽으로 이동하면 피드백 레버(71)는 핀(72)을 지지점으로 하여 도시 반시계방향으로 회전하고, 서보밸브(61)의 슬리브(61d)는 도시 왼쪽으로 이동한다. 서보피스톤(62)의 이동은 슬리브(61d)와 스풀(61b)의 개구부의 노치가 폐쇄될 때까지 행하여지고, 그것이 완전히 폐쇄되면 서보피스톤(61)은 정지한다.
이들 작동에 의하여 펌프(2)의 경전각이 작아져 유압펌프(2)의 토출유량이 감소한다. 유압펌프(2)의 토출유량의 감소량은 제어압력의 저하량, 즉 제어전류신호 (R)의 저하량에 비례한다.
도 6에 모드선택 스위치(17)의 상세 및 작업기 제어기(18)의 연산기능을 기능 블록도로 나타낸다.
모드선택 스위치(17)는 예를 들면 주행모드 스위치(17a), 짐 들어올림모드 스위치(17b), 정지모드 스위치(17c)를 구비하고, 이들 스위치(17a∼17c) 중 어느 하나가 조작자에 의하여 조작되면 제어해제신호(F)를 출력한다.
작업기 제어기(18)는 제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)와, 제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)와, 경전각 보정값 연산부(83)와, 스위칭부(84)와, 가산부(85)와, 최소값 선택부(86)와, 감산부(87)와, 제어전류 연산부(88)의 각 기능을 가지고 있다.
제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)는 압력 검출기(55)로부터의 파일롯압력신호(D)를 입력하고, 이것을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜, 그 때의 신호(D)가 나타내는 파일롯압력에 대응하는 유압펌프(2)의 제 1 목표 경전(θD)을 연산한다. 이 제 1 목표 경전(θD)은 조작레버장치(50, …)(도 1참조)의 레버 조작량 (요구 유량)에 따른 포지티브제어의 목표 경전이고, 메모리의 테이블에는 파일롯압력이 증대함에 따라 제 1 목표 경전(θD)도 증대하도록 양자의 관계가 설정되어 있다.
제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)는 압력 검출기(14)로부터의 유압펌프(2)의 토출압력신호(P)를 입력하고, 이것을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜 그 때의 신호(P)가 나타내는 펌프 토출압력[이하, 편의상 신호와 동일한 부호 P를 붙인다]에 대응하는 유압펌프(2)의 제 2 목표 경전(θT)을 연산한다. 이 제 2 목표 경전(θT)은 유압펌프(2)의 토오크제어를 행하기 위한 제한값이 되는 것으로, 메모리의 테이블에는 도 7에 나타내는 바와 같이 펌프흡수 토오크곡선에 의거하는 펌프토출압력(P)과 유압펌프(2)의 제 2 목표 경전(θT)(제한값)과의 관계가 설정되어 있다.
도 7에 있어서 20 이 펌프흡수 토오크곡선이고, 엔진(1)의 소정 회전수[예를 들면 정격 회전수(N0)]에 있어서의 출력 토오크(Te)(도 3참조)의 곡선(21)에 일치하도록 설정되어 있다. 펌프 토출압력(P)이 P1 이상의 범위에서는 제 2 목표 펌프 경전(θT)은 그 펌프흡수 토오크곡선(20)에 따라 변화하고, 펌프 토출압력(P)이 증대함으로써 제 2 목표 펌프 경전(θT)은 감소한다.
펌프 토출압력(P)이 P1일 때 제 2 목표 펌프 경전(θT)은 제 1 최대 경전 (θmax1)이고, 토출압력(P)이 P1보다 낮은 범위에서는 특성선(19)과 같이 제 2 목표 펌프 경전(θT)은 제 1 최대 경전(θmax1)에 유지된다. 이 제 1 최대 경전(θmax1)은 유압셔블의 설계사양, 예를 들면 상기한 선회모터(112), 부움 실린더 (113), 아암 실린더(114), 버킷 실린더(115)[유압 실린더(3, 4, 6) 및 유압모터 (4)]의 동작속도 등의 설계사양에 의하여 정해지는 값이다. 즉 제 1 최대 경전 (θmax1)은 그것에 의하여 얻어지는 펌프 토출유량이 그들 엑츄에이터의 원하는 동작속도를 인가하도록 설정되어 있다.
Pmin은 유압펌프(2)의 최저 토출압력, Pmax는 유압펌프(2)의 최대 토출압력이다. 최대 토출압력(Pmax)은 주 릴리프밸브(11)(도 1참조)의 설정압력에 대응한다.
또 최저 토출압력(Pmin)과 압력(P1) 사이의 범위(23)는 상기한 거버너영역 (33)에 상당하는 영역이다.
유압펌프(2)의 흡수 토오크는 유압펌프(2)의 토출압력과 유압펌프(2)의 배기량(경전각)과의 곱으로 나타낸다. 따라서 펌프흡수 토오크곡선(20)으로부터 펌프 토출압력(P)에 대응하는 제 2 목표 경전(θT)을 연산하고, 이 제 2 목표 펌프 경전 (θT)이 되도록 유압펌프(2)의 경전각을 제어하는 것은 펌프 토출압력(P)과 제 2 목표 펌프 경전(θT)의 곱[유압펌프(2)의 흡수 토오크]이 곡선(20)으로 나타내는 펌프흡수 토오크(일정값)로 유지되도록 유압펌프(2)의 경전을 제어하는 것을 의미한다.
경전각 보정값 연산부(83)는 압력 검출기(14)로부터의 유압펌프(2)의 토출압력신호(P)를 입력하고, 이것을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜 그 때의 신호(P)가 나타내는 펌프 토출압력(이하, 마찬가지로 신호와 동일한 부호(P)를 붙인다)에 대응하는 유압펌프(2)의 제 2 목표 경전(θT)의 보정값(S)을 연산한다. 이 보정값(S)은 등시제어에 의하여 거버너영역(33)(도 3)에서의 엔진 회전수가 일정하여도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 유압펌프(2)의 경전각을 증가시켜 토출유량이 증가하도록 유압펌프(2)의 경전각을 보정하기 위한 것이고, 메모리의 테이블에는 도 8에 나타내는 바와 같이 펌프 토출압력(P)이 P1 이상일 때는 보정값 S = 0 이고, 토출압력(P)이 P1보다 작아지면 토출압력(P)이 작아짐에 따라 직선 비례적으로 보정값 (S)이 커지도록 토출압력(P)과 보정값(S)과의 관계가 설정되어 있다.
스위칭부(84)는 모드선택 스위치(17)로부터 제어해제신호(F)가 출력되면 개방되어 목표 펌프경전의 보정값(S)을 무효로 한다.
가산부(85)는 제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)에서 연산된 유압펌프(2)의 제 2 목표 경전(θT)에 경전각 보정값 연산부(83)에서 연산된 목표 펌프 경전의 보정값(S)을 가산하여 보정된 제 2 목표 경전(θT)을 연산한다.
도 9에 가산부(85)에서 보정된 토출압력(P)과 제 2 목표 경전(θT)과의 관계를 나타낸다.
제 2 목표 경전(θT)에 보정값(S)을 가산함으로써 도 7에 나타낸 특성선(19)은 특성선(22)과 같이 보정되어 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 Pmin으로 저하함에 따라 보정된 제 2 목표 경전(θT)은 제 1 최대 경전(θmax1)으로부터 제 2 최대 경전(θmax2)[= 제 1 최대 경전(θmax1 + Smax]까지 직선적으로 증대한다. 이 제 2 최대 경전(θmax2)은 예를 들면 유압펌프(2)의 구조상의 최대 경전(펌프 성능한계)에 대응하여 설정되어 있다.
최소값 선택부(86)는 제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)에서 연산된 유압펌프 (2)의 제 1 목표 경전(θD)과 가산부(85)에서 보정된 제 2 목표 경전(θT)의 작은 쪽을 선택하여 유압펌프(2)의 제어용 목표 경전(θc)으로 한다. 이에 의하여 제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)에서 연산된 유압펌프(2)의 제 1 목표 경전(θD)이 보정된 제 2 목표 경전(θT)에 의하여 클 때는 보정된 제 2 목표 경전(θT)이 제어용목표 펌프 경전(θc)으로서 출력되어 제어용 목표 펌프 경전(θc)은 보정된 제 2 목표 경전(θT) 이하로 제한된다.
감산부(87)는 제어용 목표 펌프 경전(θc)과 경전각 검출기(15)로부터 출력되는 경전각 신호(θ)의 편차(Δθ)를 연산하여 제어전류 연산부(88)는 예를 들면 적분 제어연산에 의하여 그 편차(Δθ)로부터 제어전류신호(R)를 연산한다. 이에 의하여 경전각 신호(θ)가 제어용 목표 펌프 경전(θc)에 일치하도록 제어된다.
이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서의 동작은 이하와 같다.
먼저, 모드선택 스위치(17)의 어느 스위치(17a∼17c)도 조작되어 있지 않아 해제신호(F)가 출력되어 있지 않은 경우, 즉 작업기 제어기(18)의 스위칭부(84)가 오프되어 있는 경우에 대하여 설명한다.
엔진(1)을 기동시켜 유압펌프(2)를 구동하고, 조작레버장치(50, …) 중 어느하나를 조작하면 유압펌프(2)로부터 토출된 압유가 방향제어밸브(7∼10)의 해당하는 것을 거쳐 유압 실린더(3, 5, 6), 또는 유압모터(4) 등에 공급되어 예를 들면 도 2에 나타낸 유압셔블의 프론트작업기(104)가 구동되어 토사의 굴착작업 등이 실시된다.
작업기 제어기(18)에서는 제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)에 있어서, 압력검출기(55)로부터 출력되는 파일롯 압력신호(D)에 대응하는 유압펌프(2)의 제 1 목표 경전(θD)이 연산되고, 제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)에 있어서, 압력 검출기(14)로부터 출력되는 유압펌프(2)의 토출압력신호(P)에 대응하는 유압펌프(2)의 제 2 목표경전(θT)이 연산되어 경전각 보정값 연산부(83)에 있어서 압력 검출기 (14)로부터 출력되는 유압펌프(2)의 토출압력신호(P)에 대응하는 유압펌프(2)의 목표 경전의 보정값(S)이 연산된다.
이때 조작레버장치의 레버조작량이 작아 θD < θc(= θT)이면 최소값 선택부 (86)에서는 제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)에서 연산된 유압펌프(2)의 제 1 목표 경전(θD)이 제어용 목표 경전(θc)으로서 선택되고, 감산부(87) 및 제어전류 연산부(88)에 의하여 경전각 신호(θ)를 목표 경전(θc)에 일치시키기 위한 제어전류신호(R)가 연산되고, 이 제어전류신호(R)가 레귤레이터(16)의 전자비례 감압밸브(60)에 출력된다. 이에 의하여 유압펌프(2)의 경전각은 제어용 목표 경전[θc(= θD)]에 일치하도록 제어되고, 유압펌프(2)는 목표 경전(θc)과 그 때의 엔진(1)의 회전수(N)와의 곱에 비례한 유량을 토출한다. 이 토출유량은 조작레버장치의 레버조작량에 따른 유량이고, 이 토출유량이 유압 실린더(3, 5, 6) 또는 유압모터(4)의 해당하는 것에 공급되어 해당 엑츄에이터가 조작레버장치의 조작량에 따른 속도로 구동된다.
한편 예를 들면 조작레버장치의 조작레버를 풀조작하여 θD > θc(= θT)이면 최소값 선택부(86)에서는 제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)에서 연산된 유압펌프 (2)의 제 2 목표 경전(θT)이 제어용 목표 경전(θc)으로서 선택되어 이 목표 경전 (θc)과 경전각 신호(θ)로부터 연산된 제어전류신호(R)가 레귤레이터(16)의 전자비례 감압밸브(60)에 출력된다.
이때 예를 들면 무거운 굴삭(重掘削) 등이 실시되어 압력 검출기(14)로부터 출력되는 신호(P)가 나타내는 펌프 토출압력이 도 9에 나타내는 P1보다도 높은 P2이면 경전각 보정값 연산부(83)에서는 보정값 S = 0 이 연산되고, 제 2 목표 펌프 경전각 연산부 (82)에서는 제 2 목표 경전(θT = θ2)이 연산되고, 그 θ2가 그대로 보정된 제 2 목표 경전(θT)이 된다. 이 때문에 유압펌프(2)의 경전각은 θ2에 제한되어 유압펌프(2)의 토출유량도 하기의 유량(Q1)에 제한된다.
Q1 = a·θ2·N
(a는 정수)
이와 같이 유압펌프(2)의 토출유량이 제한되는 결과, 유압펌프(2)의 토출유량과 토출압력과의 곱으로 나타내는 유압펌프(2)의 소비마력도 제한된다. 이에 의하여 엔진(1)의 과부하를 방지하여 엔진 실속(stall)을 일으키지 않는 범위에서 엔진 (1)의 출력마력의 유효활용을 실시할 수 있다.
이 펌프흡수 토오크곡선(20)에 의거하는 유압펌프(2)의 경전각의 제어는 펌프흡수 토오크제어라 불리우고, 유압펌프(2)의 토출유량의 제어는 펌프흡수 마력제어라 불리운다.
상기한 바와 같은 상태로부터 예를 들면 버킷(110)으로부터 토사가 버려지고 공하동작이 된 것과 같은 경우에는 유압펌프(2)의 토출압력(P)이 P2로부터 저하한다. 이 펌프토출압력(P)이 예를 들면 P1보다 작은 P3로 저하하면 경전각 보정값 연산부(83)에서는 보정값 S = S1이 연산되고, 제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)에서는 제 2 목표 경전 θT = θmax1이 연산되고, 보정값(S1)을 θmax1에 가산한 값이 보정된 제 2 목표 경전(θT)이 된다. 이 때문에 유압펌프(2)의 경전각은 θmax1 + S1이 되도록 제어되고, 유압펌프(2)의 토출유량도 하기의 유량(Q3)이 되 도록 제어된다.
Q3 = a·(θmax1 + S1)·N
즉, 유압펌프(2)의 경전각은 유압펌프(2)의 토출압력이 P1에 있을 때의 경전각인 제 1 최대 경전(θmax1)에 비하여 보정값(S1)의 분만큼 증가하고, 이에 따라 유압펌프(2)의 토출유량도 증가한다.
여기서 보정값(S)은 토출압력(P)이 P1보다 낮아짐에 따라 직선 비례적으로 커지도록 설정되어 있고, 보정된 제 2 목표 경전(θT)은 특성선(22)과 같이 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 저하함에 따라 직선 비례적으로 제 1 최대 경전(θmn1)으로부터 제 2 최대 경전(θmax2)(= 제 1 최대 경전 θmax1 + Smax)까지 증대한다. 이 때문에 등시제어에 의하여 거버너영역(33)(도 3)에 상당하는 범위(23)에서 엔진(1)의 회전수가 일정하여도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 유압펌프(2)의 토출유량이 증가하 도록 제어되고, 그것에 따라 유압 실린더(3, 5, 6), 유압모터(4) 등의 유압 엑츄에이터의 동작속도를 빠르게 할 수 있다. 이 특성선(22)이 나타내는 특성은 도 3에 나타낸 매카니컬 거버너에 있어서의 드루우프특성선(31)과 겉보기상 대략 일치한다.
도 10a 및 도 10b에 거버너영역을 드루우프특성으로 제어하는 매카니컬 거버너식 엔진을 가지는 종래기술에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프경전(θ)과의 관계 및 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타낸다.
작업기 제어기의 연산기능에 도 6에 나타내는 경전각 보정값 연산부(83), 스위칭부(84) 및 가산부(85)를 구비하고 있지 않은 종래기술에서는 거버너영역(33)(도 3)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에서는 직선(25)으로 나타내는 바와 같이 펌프 경전(θ)은 일정하다. 한편 매카니컬 거버너식 엔진의 거버너영역(33)에서는 도 3의 파선(31)과 같이 엔진트 출력 루크(엔진부하)(Te)가 저하함에 따라 엔진 회전수(N)가 증가하는 드루우프특성이 얻어진다. 이 때문에 Pmin과 P1 사이의 범위 (23)에서는 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 저하함에 따라 엔진 회전수(N)가 증가하기 때문에, 펌프 경전(θ)이 일정하여도 엔진 회전수(N)의 증가에 의하여 펌프 토출유량(Q)은 파선(26)으로 나타내는 바와 같이 증가한다. 이에 의하여 유압 엑츄에이터에 공급되는 유량이 많아져 공하동작에서의 작업속도가 빨라져 작업능률을 향상할 수 있다.
도 11a 및 도 11b에 거버너영역을 등시특성으로 제어하는 엔진을 가지는 종래 기술과 본 실시형태에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프 경전(θ)과의 관계 및 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타낸다.
거버너영역을 등시특성으로 제어하는 엔진의 거버너영역(33)에서는 도 3의 직선(32)과 같이 엔진 출력 토오크(Te)의 저하에 관계없이 엔진 회전수(N)는 정격 회전수(N0)로 일정하다. 이 때문에 거버너영역(33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의범위(23)에 있어서 일점 쇄선(27)으로 나타내는 바와 같이 펌프 경전(θ)이 일정한 경우는 펌프 토출유량(Q)도 도 11b에 일점 쇄선(28)으로 나타내는 바와 같이 일정하다. 이에 대하여 본 실시형태에서는 거버너영역(33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에 있어서 펌프 경전(θ)은 도 9의 특성선(22)에 대응하여 직선(35)과 같이 변화하고, 펌프 토출유량(Q)은 펌프 경전(θ)의 증가에 의하여 직선(36)으로 나타내는 바와 같이 변화된다. 즉, 엔진 회전수(N)가 일정하여도 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 저하함에 따라 펌프 토출유량(Q)은 직선 비례적으로 증가한다. 이에 의하여 도 10a 및 도 10b에 나타내는 종래기술과 동일하게 유압 엑츄에이터에 공급되는 유량이 많아져 공하동작에서의 작업속도가 빨라져 작업능률을 향상할 수 있다.
또 상기한 바와 같이 엔진 경부하시에 있어서의 유압펌프(2)의 토출유량의 증가제어를 원하지 않는 조작 또는 작업으로서 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업이 있다. 이와 같은 조작 또는 작업을 하는 경우는 조작자는 모드선택 스위치(17)의 스위치(17a∼17c)가 해당하는 것을 조작한다. 이에 의하여 모드선택 스위치 (17)로부터 제어 해제신호(F)가 작업기 제어기(18)에 출력되어 스위칭부(84)가 온되어 목표 펌프경전의 보정값(S)이 무효로 된다. 그 결과 전각 보정값 연산부(83)의 보정값(S)에 의한 유압펌프(2)의 토출유량의 증가 제어가 실시되지 않게 된다.
또한 상기한 모드선택 스위치(17)의 예를 들면 주행모드 스위치(17a)는 주행조작레버의 조작을 검출하는 검출수단으로부터의 신호가 작업기 제어기(18)에 입력되었을 때에 작동하는 구성으로 되어 있어도 좋다. 다른 모드 스위치(17b, 17c)에 대해서도 마찬가지이다.
이와 같이 구성한 본 실시형태에 의하면 등시제어를 적용한 엔진(1)을 구비한 것에 있어서, 거버너영역(33)에 있어서도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 펌프 토출유량(Q)을 점차로 증가시킬 수 있다. 즉 매카니컬 거버너에 있어서의 드루우프특성에 의한 유량의 증가와 대략 동등한 펌프 토출유량의 증가를 실시시킬 수 있다. 이것에 의하여 엔진 경부하시의 유압 엑츄에이터속도를 증속시킬 수 있어 공하작업 등의 경부하시의 작업능률을 향상시킬 수 있다. 또 매카니컬 거버너식 엔진을 구비한 작업기의 조작에 익숙해진 조작자에 대해서도 양호한 조작감을 줄 수 있다.
또 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업이 실시될 때에는 전각 보정값 연산부(83)에 의한 보정값(S)을 무효화하고, 도 3에 나타내는 등시특성선(32)에 따른 등시제어를 실시시킴으로써 엔진부하에 관계없이 유압펌프(2)의 토출유량은 일정하게 되어 유압 엑츄에이터속도를 엔진부하의 증감에 관계없이 등속도로 하여 양호한 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업을 실시시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태를 도 12 내지 도 17b에 따라 설명한다. 본 실시형태는 거버너영역을 역드루우프특성으로 제어 가능한 연료분사제어장치를 가지는 엔진을 구비한 유압구동장치에 본 발명을 적용한 것이다.
본 실시형태에 관한 유압구동장치의 전체 구성은 도 1에 나타낸 제 1 실시형태와 하기의 점을 제외하고 실질적으로 동일하다.
본 실시형태에 있어서, 도 1에 나타낸 전자 거버너(12) 및 엔진 제어기(13)로 이루어지는 연료분사제어장치는 거버너영역을 역드루우프특성으로 제어 가능한 것이고, 이에 따라 엔진(1)은 거버너영역에 있어서 엔진 출력 토오크(Te)(엔진부하)가 가벼워짐에 따라 엔진(1)의 회전수가 저하하도록 제어된다.
도 12에 역드루우프특성으로 제어되는 엔진(1)의 회전수(N)와 출력 토오크 (Te)와의 관계를 나타낸다. 도 12에 있어서 거버너영역(33)에서는 직선(34)과 같이 엔진 출력 토오크(Te)(엔진부하)가 저하함에 따라 엔진 회전수(N)가 감소하는 역드루우프특성을 가지고 있다. 이 역드루우프특성에 의하여 드루우프특성이나 등시특성에 비하여 경부하시의 엔진 회전수를 더욱 저하시켜 더 한층 저연비와 저소음을 실현할 수 있다.
도 13에 본 실시형태에 관한 작업기 제어기(18)의 연산기능을 기능블록도로 나타낸다.
작업기 제어기(18)는 제 1 목표 펌프 경전각 연산부(81)와, 제 2 목표 펌프 경전각 연산부(82)와, 제 1 경전각 보정값 연산부(83A)와, 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)와, 0 설정부(83C)와, 스위칭부(84A)와, 가산부(85)와, 최소값 선택부(86)와, 감산부(87)와, 제어전류 연산부(88)의 각 기능을 가지고 있다.
제 1 및 제 2 경전각 보정값 연산부(83A, 83B)는 각각 압력 검출기(14)로부터의 유압펌프(2)의 토출 압력신호(P)를 입력하고, 이것을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜 유압펌프(2)의 제 2 목표 경전(θT)의 보정값(S)을 연산한다.
제 1 경전각 보정값 연산부(83A)는 역드루우프특성에 의하여 거버너영역(33)에서의 엔진 회전수가 저하하여도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 유압펌프(2)의 토출유량이 증가하도록 유압펌프(2)의 경전각을 보정하기 위한 것으로, 메모리의 테이블에는 도 14에 나타내는 바와 같이 펌프 토출압력(P)이 P1 이상일 때는 보정값 Sa = O 이고, 토출압력(P)이 P1보다 작아지면 토출압력(P)이 작아짐에 따라 직선 비례적으로 보정값(Sa)이 커지도록 토출압력(P)과 보정값(Sa)의 관계가 설정되어 있다.
또 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)는 역드루우프특성에 의하여 거버너영역 (33)에서의 엔진 회전수가 저하하여도 엔진부하에 관계없이 유압펌프(2)의 토출유량이 일정해지도록 유압펌프(2)의 경전각을 보정하기 위한 것으로, 메모리의 테이블에 는 도 14에 나타내는 바와 같이 펌프 토출압력(P)이 P1 이상일 때는 보정값 Sb = 0이고, 토출압력(P)이 P1보다 작아지면 제 1 경전각 보정값 연산부(83A)에서 연산되는 보정값(Sa)보다도 작은 비율로 토출압력(P)이 작아짐에 따라 직선 비례적으로 보정값(Sb)이 커지도록 토출압력(P)과 보정값(Sb)의 관계가 설정되어 있다.
0 설정부(83C)는 보정값(S)으로서 0을 출력한다.
모드선택 스위치(17A)는 다이얼식이고, 제 1, 제 2, 제 3의 3개의 전환위치를 가지고 있다.
스위칭부(84A)는 모드선택 스위치(17A)가 도시한 제 1 위치에 있을 때는 도시한 바와 같이 제 1 경전각 보정값 연산부(83A)에서 연산된 보정값(Sa)을 선택하고, 모드선택 스위치(17A)가 제 2 위치로 전환되면 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)에서 연산된 보정값(Sb)을 선택하고, 모드선택 스위치(17A)가 제 3 위치로 전환되면 0 설정부(83C)로부터 출력된 보정값(S)(= 0)을 선택하여 각각 보정값(S)으로서 출력한다.
가산부(85)에서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 제 2 목표 펌프 경전각 연산부 (82)에서 연산된 유압펌프(2)의 제 2 목표 경전(θT)과 스위칭부(84A)에서 선택한 보정값(S)을 가산하여 보정된 제 2 목표 경전(θT)을 연산한다.
도 15에 가산부(85)에서 보정된 펌프 토출압력(P)과 제 2 목표 경전(θT)과의 관계를 나타낸다.
스위칭부(84A)에 있어서 제 1 경전각 보정값 연산부(83A)에서 연산된 보정값 (Sa)을 선택하였을 때, 거버너영역(33)에 상당하는 범위(34)에 있어서의 특성선 (19)은 특성선(40)과 같이 보정되고, 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 Pmin으로 저하함에 따라 보정된 제 2 목표 경전(θT)은 제 1 최대 경전(θmax1)으로부터 제 4 최대 경전(θmax4)(= 제 1 최대 경전 θmax1 + Samax)까지 직선적으로 증대한다. 이 제 4 최대 경전(θmax4)은 예를 들면 유압펌프(2)의 구조상의 최대 경전(펌프 성능한계)에 대응하여 설정되어 있다.
스위칭부(84A)에 있어서 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)에서 연산된 보정값 (Sb)을 선택하였을 때, 거버너영역(33)에 상당하는 범위(34)에 있어서의 특성선 (19)은 특성선(41)과 같이 보정되고, 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 Pmin으로 저하함에 따라 보정된 제 2 목표 경전(θT)은 제 1 최대 경전(θmax1)으로부터 제 3 최대 경전(θmax3)(= 제 1 최대 경전 θmax1 + Sbmax)까지 직선적으로 증대한다.
스위칭부(84A)에 있어서 0 설정부(83C)의 보정값(S = 0)이 선택되었을 때, 거버너영역(33)에 상당하는 범위(34)에 있어서의 특성선(19)은 보정되지 않고, 제2 목표 펌프 경전각 연산부(82)에서 연산된 제 2 목표 경전(θT)이 그대로 출력된다.
특성선(40)이 나타내는 특성은 도 12에 나타낸 매카니컬 거버너에 있어서의 드루우프특성선(31)과 외관상 거의 일치하여 특성선(41)이 나타내는 특성은 도 3에 나타낸 등시제어의 특성선(32)과 외관상 거의 일치한다.
이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서의 동작은, 엔진(1)이 역드루우프특성으로 제어되어 유압펌프(2)의 토출유량 증가제어가 보정값(Sa)과 보정값(Sb) 중 어느 하나에 의하여 이루어지는 점을 제외하고, 제 1 실시형태와 실질적으로 동일하다.
즉, 예를 들면 무거운 굴삭 등의 작업시에 조작레버장치의 조작레버를 풀조작하여 θD > θc (= θT)에서 P > P1일 때, 모드전환 스위치(17A)를 제 1 위치로 전환하고, 제 1 경전각 보정값 연산부(83A)에서 연산된 보정값(Sa)이 선택되었을 때는 도 15에 나타내는 특성선(40)에 의한 유압펌프(2)의 경전각의 증가제어(토출유량의 증가제어)가 이루어져 모드전환 스위치(17A)를 제 2 위치로 전환하여 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)에서 연산된 보정값(Sb)이 선택되었을 때는, 도 15에 나타내는 특성선(41)에 의한 유압펌프(2)의 경전각의 증가제어(토출유량의 유지제어)가 이루어진다.
도 16a 및 도 16b에 거버너영역을 역드루우프특성으로 제어하는 엔진을 가지는 종래기술에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프경전(θ)과의 관계 및 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 작업기 제어기의 연산기능에 도 6에 나타낸 경전각 보정값연산부(83), 스위칭부(84) 및 가산부(85)를 구비하고 있지 않은 경우는 거버너영역 (33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에서는 직선(25)으로 나타내는 바와 같이 펌프 경전(θ)은 일정하다. 한편 역드루우프특성에서는 도 12의 직선(34)과 같이 엔진 출력 토오크(엔진부하)(Te)가 저하함에 따라 엔진 회전수(N)가 감소한다. 이 때문에 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에서는 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 저하함 에 따라 엔진 회전수(N)가 감소하기 때문에, 펌프 경전(θ)이 일정하여도 엔진 회전수(N)의 감소에 의하여 펌프 토출유량(Q)은 파선(44)으로 나타내는 바와 같이 감소한다. 이에 의하여 유압 엑츄에이터에 공급되는 유량이 적어져 공하동작에서의 작업속도가 등시제어의 경우보다도 더욱 시간이 늦어진다는 문제가 있다.
도 17a 및 도 17b에 본 실시형태에 의한 펌프 토출압력(P)과 펌프 경전(θ)과의 관계 및 펌프 토출압력과 펌프 토출유량과의 관계를 나타낸다.
본 실시형태에서는 제 1 경전각 보정값 연산부(83A)에서 연산된 보정값(Sa)이 선택되고, 도 15에 나타내는 특성선(19)이 특성선(40)으로 보정되는 경우는 거버너영역(33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에 있어서 펌프 경전(θ)은 도 15의 특성선(40)에 대응하여 직선(45)과 같이 변화하여 펌프 토출유량(Q)은 펌프 경전 (θ)의 증가에 의하여 직선(46)으로 나타내는 바와 같이 변화된다. 즉 역드루우프특성에 의하여 엔진 회전수(N)가 저하하여도 펌프 토출압력(P)이 P1로부터 저하함 에 따라 펌프 토출유량(Q)은 직선 비례적으로 증가한다. 이에 의하여 도 10a 및 도 10b에 나타낸 종래기술과 마찬가지로 유압 엑츄에이터에 공급되는 유량이 많아져 공하동작에서의 작업속도가 빨라져 작업능률을 향상할 수 있다.
또 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)에서 연산된 보정값(Sb)이 선택되어 도 15에 나타내는 특성선(19)이 특성선(41)으로 보정되는 경우는, 거버너영역(33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에 있어서, 펌프 경전(θ)은 도 15의 특성선(41)에 대응하여 직선(47)과 같이 변화되고, 펌프 토출유량(Q)은 펌프 경전(θ)의 증가에 의하여 직선(48)으로 나타내는 바와 같이 된다. 즉 역드루우프특성에 의하여 엔진 회전수(N)가 저하하여도 그것에 의하는 펌프 토출유량(Q)의 감소가 펌프 경전의 증대에 의하여 상쇄되어 펌프 토출유량(Q)은 일정하게 유지되도록 제어된다. 이에 의하여 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업과 같이 유압펌프(2)의 토출유량의 증가제어를 원하지 않는 조작 또는 작업에서는 유압 엑츄에이터속도를 엔진부하의 증감에 관계없이 등속도로 하여, 양호한 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업을 실시시킬 수 있다.
0 설정부(83C)의 보정값(S = 0)이 선택되어 도 15에 나타내는 특성선(19)이 보정되지 않은 경우는, 거버너영역(33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에 있어서 펌프 경전(θ)은 도 15의 특성선(19)에 대응하여 직선(49)과 같이 일정하게 되어 펌프 토출유량(Q)은 도 16b와 같이 역드루우프특성에 의한 엔진 회전수(N)의 저하에 의하여 펌프 토출유량(Q)은 직선(50)과 같이 감소한다. 이에 의하여 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 구성한 본 실시형태에 의해서도 역드루우프특성으로 제어되는 엔진을 구비한 유압구동장치에 있어서, 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.즉 모드전환 스위치(17A)를 제 1 위치로 전환하고, 제 1 경전각 보정값 연산부 (83A)에서 연산된 보정값(Sa)을 선택함으로써 거버너영역(33)에 있더라도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 펌프 토출유량(Q)을 점차로 증가시킬 수 있어 매카니컬 거버너에 있어서의 드루우프특성에 의한 유량의 증가와 대략 동등한 펌프 토출유량의 증가를 실시시킬 수 있다. 이에 의하여 엔진 경부하시의 유압 엑츄에이터속도를 증속시킬 수 있어 공하작업 등의 경부하시의 작업능률을 향상시킬 수 있다. 또 매카니컬 거버너식 엔진(1)를 구비한 작업기의 조작에 익숙해진 조작자에 대해서도 양호한 조작감을 줄 수 있다.
또 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업이 실시될 때에는 모드전환 스위치 (17A)를 제 2 위치로 전환하여 제 2 경전각 보정값 연산부(83B)에서 연산된 보정값(Sb)을 선택함으로써 엔진부하에 관계없이 유압펌프(2)의 토출유량은 일정하게 되어 유압 엑츄에이터속도를 엔진부하의 증감에 관계없이 등속도로 하여 양호한 주행조작, 짐 들어올림작업, 정지작업을 실시시킬 수 있다.
또 본 실시형태에 의하면, 역드루우프특성으로 제어되는 엔진을 사용하여 유압펌프(2)를 구동하기 때문에, 등시특성으로 제어되는 엔진을 사용한 제 1 실시형태에 비하여 경부하시의 엔진 회전수를 더욱 저하시켜, 더 한층 저연비와 저소음을 실현할 수 있다.
또 가벼운 굴삭(輕掘削)시에 연비를 최우선시키고 싶은 경우는, 모드전환 스위치(17A)를 제 3 위치로 전환하여 0 설정부(83C)의 설정값(S = 0)을 선택함으로써 유압펌프(2)의 토출유량은 감소하여 더욱 연비를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태를 도 18 내지 도 20에 의하여 설명한다.
이상의 실시형태에서는 거버너영역을 등시특성 또는 역드루우프특성으로 제어하는 엔진을 구비한 유압구동장치에 본 발명을 적용하였으나, 거버너영역의 특성은 그것에 한정되는 것이 아니다. 본 실시형태는 그 일례로서 거버너영역을 등시특성과 역드루우프특성을 조합한 특성으로 제어되는 엔진을 구비한 것에 본 발명을 적용한 것이다.
도 18에 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성으로 제어되는 엔진의 회전수(N)와 출력 토오크(Te)와의 관계를 나타낸다. 도 18에 있어서 거버너영역(33)에서는 직선(90a)과 같이 엔진 출력 토오크(Te)(엔진부하)의 저하에 관계없이 엔진 회전수(N)를 정격 회전수(N0)의 일정값으로 유지하는 등시특성과, 직선(90b)과 같이 엔진 출력 토오크(Te)가 저하함에 따라 엔진 회전수(N)가 감소하는 역드루우프특성을 조합시킨 특성(90)을 가지고 있다. 이 특성(90)에 의하여 중부하시에는 등시특성에 의하여 엔진 회전수를 일정하게 유지하여 어느 정도의 엑츄에이터속도를 확보하고, 또한 소음 및 연비를 향상시켜 엔진부하가 그것보다 작은 경부하시에는 역드루우프특성에 의하여 더 한층 소음 및 연비의 향상이 가능하게 된다.
도 19는 엔진이 그와 같은 특성(90)을 가지는 경우의 경전각 보정값 연산부 (83)(도 6참조)에 있어서의 펌프 경전 보정값(S)의 특성을 나타내는 도면이다. 펌프 경전 보정값(S)의 특성은, 도 18에 나타내는 직선(90a)과 직선(90b)의 특성에 대응하여 꺾긴 선으로 설정되어 있다.
도 20은 경전각 보정값 연산부(83)의 보정값(S)이 도 19에 나타내는 바와 같은 특성을 가지는 경우의 도 9와 동일한 특성도이다. 제 2 목표 경전(θT)에 보정값(S)을 가산함으로써, 특성선(19)은 특성선(91)과 같이 보정값(S)의 꺾긴 선과 동일한 꺾인 선의 특성으로 보정된다. 이에 의하여 중굴삭 등, 유압펌프(2)의 경전각이 제 2 목표 경전(θT)에 제한되는 작업에서는 거버너영역(33)에 상당하는 Pmin과 P1 사이의 범위(23)에 있어서, 펌프 경전(θ)은 특성선(91)과 같이 변화되고, 이에 의하여 유압펌프의 토출유량은 도 11b의 직선(36)과 같이 변화하여 제 1 실시형태와 동일한 펌프 토출유량의 증가제어를 행할 수 있다.
또한 상기한 실시형태에 있어서는, 펌프 토출압력(P)이 P1 이하가 된 엔진 경부하시에 펌프 토출유량을 증가시키는 보정값(S)의 특성으로서, 매카니컬 거버너에 있어서의 드루우프특성에 대략 일치하는 펌프 토출유량의 증가제어를 행할 수 있는 것을 설정하였으나, 본 발명은 이러한 토출유량특성으로 설정하는 것에는 한정되지 않는다. 예를 들면 도 8에 나타내는 펌프 경전 보정값(S)의 특성선의 경사를 더욱 크게 하고, 드루우프특성에 의한 펌프 토출유량의 증가보다 많게 펌프 토출유량이 증가하도록 하여도 좋고, 그 반대이어도 좋다. 또 거버너영역의 특성이 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 것이 아닌 경우에도 도 8에 나타내는 펌프 경전 보정값 (S)의 특성선을 꺾인 선으로 하여도 좋다. 또한 펌프 경전 보정값(S)의 특성선은 직선이 아니고, 곡선이어도 좋다.
또한 상기 실시형태에서는 보정값(S)을 0으로 하는 펌프 토출압력을 펌프흡수토오크곡선(20)에 의한 제어의 개시압력인 P1에 일치시켰으나, 그것보다도 낮은압력이어도 좋다.
또 상기 실시형태에서는 펌프 토출압력(P)이 P1 이하가 된 엔진 경부하시에 펌프 토출유량을 증가시키는 보정값(S)의 특성으로서 드루우프특성에 대응하는 1개의 특성을 설정하였으나, 그것 이외에 1개 또는 복수의 특성을 설정하고, 조작자가 모드선택 스위치의 전환에 의하여 그 중의 하나를 선택할 수 있도록 하여도 좋다. 또 모드선택 스위치를 출력을 연속적으로 변화시키는 다이얼식으로 하고, 보정값(S)의 특성을 연속적으로 바꾸도록 하여도 좋다. 이에 의하여 등시특성 또는 역드루우프특성의 장점인 저연비와 저소음의 효과를 유지한 채, 작업기에 복수의 동작성능을 가지게 하여 조작자의 원하는 동작속도를 조작자 자신이 선택할 수 있게 된다.
또 상기 실시형태에서는 등시특성 또는 역드루우프특성으로 제어 가능한 연료분사제어장치의 엑츄에이터부분을 전자거버너(12)로 하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 엔진 회전수에 관계없이 분사량의 제어가 가능한 공통 레일식 연료분사제어장치나 유닛 이젝터식 연료분사제어장치를 설치하여도 좋다.
또 상기 실시형태에서는 요구유량에 따른 유압펌프(2)의 경전각의 제어, 유압펌프(2)의 흡수토오크제어(흡수마력제어), 본 발명의 특징인 경부하시의 유압펌프의 경전각 증가제어의 지령값의 연산을 모두 작업기 제어기(18)에 의하여 행하고, 제어전류신호를 레귤레이터(16)에 보냄으로써 유압펌프의 경전각을 제어하였으나, 이들의 일부[예를 들면 요구유량에 따른 유압펌프(2)의 경전각의 제어나 유압펌프(2)의 흡수토오크제어(흡수마력제어)]를 레귤레이터에 의하여 유압적으로 행하여도 좋다. 또한 상기 실시형태에서는 경전각 검출기(15)에 의하여 유압펌프(2)의 경전각을 검출하고, 그 경전각이 목표 경전각에 일치하도록 피드백루프에 의하여 제어하였으나, 경전각 검출기(15)를 설치하지 않고 오픈루프로서 유압펌프의 경전각을 제어하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느 하나로 제어 가능한 엔진을 구비한 유압 구동장치에 있어서, 거버너영역에 있더라도 엔진부하가 가벼워짐에 따라 유압펌프의 토출유량을 증가시킬 수 있어, 엔진 경부하시의 유압 엑츄에이터속도를 메카니컬 거버너식 엔진을 구비한 것과 마찬가지로 증속시킬 수 있어 경부하시의 작업능률을 향상시킬 수 있다.
또 메카니컬 거버너식 엔진을 구비한 작업기의 조작에 익숙해진 조작자에 대해서도 양호한 조작감을 줄 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 선택적으로 유압펌프의 토출유량이 일정해지는 제어를 실시하여 유압 엑츄에이터속도를 엔진부하의 증감에 관계없이 등속도로 하여 조작자가 원하는 조작 또는 작업을 양호하게 실시시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느 하나로 제어 가능한 연료분사제어장치(12, 13)를 가지는 엔진(1)과;
    상기 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프(2)와;
    상기 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터(3-6)를 구비하는 작업기의 유압구동장치에 있어서,
    상기 유압펌프(2)의 토출압력이 제 1 소정압력(P1)을 초과하면 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선(20)에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않 도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 펌프흡수 토오크제어수단(82)과;
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때, 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 제어하는 유량보정 제어수단(83, 85 ; 17A, 83A, 83B, 84A, 85)을 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  2. 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느 하나로 제어 가능한 연료분사제어장치(12, 13)를 가지는 엔진(1)과;
    상기 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프(2)와;
    상기 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터(3-6)를 구비하는 작업기의 유압구동장치에 있어서,
    상기 유압펌프(2)의 배기량을 제어하는 레귤레이터(16)와;
    상기 유압펌프의 토출압력을 검출하는 압력 검출기(14)와;
    상기 압력 검출기에 의하여 검출된 상기 유압펌프의 토출압력이 제 1 소정압력(P1)을 초과하면 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선(20)에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않도록 상기 레귤레이터(20)를 제어하는 펌프흡수 토오크제어수단(82)과;
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하 에 있을 때, 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 상기 레귤레이터(16)를 제어하는 유량보정 제어수단(83, 85 ; 17A, 83A, 83B, 84A, 85)을 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 소정압력(P1)은 상기 제 1 소정압력(P1)에 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유량보정 제어수단(83, 85 ; 17A, 83A, 83B, 84A, 85)에 의한 상기 유압펌프의 배기량의 증가제어를 무효로 하는 제어 해제수단(17, 84 ; 17A, 83C)를더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연료분사제어장치(12, 13)는 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성으로 제어 가능한 것이고,
    상기 제어 해제수단(17, 84)은 주행모드 스위치(17a), 짐 들어올림모드 스위치(17b), 정지모드 스위치(17c)의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유량보정제어수단(83, 85 : 17A, 83A, 84A, 85)은 상기 유압펌프(2)의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 연료분사제어장치(12, 13)는 거버너영역의 적어도 일부를 역드루우프특성으로 제어 가능한 것이고,
    상기 유량보정제어수단(17A, 83A, 83B, 84A, 85)은 상기 유압펌프(2)의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 제 1 수단(83A, 85)과;
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아질 때에 상기 유압펌프의 토출유량이 일정하게 유지되도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 제 2 수단(83B, 85)과;
    상기 제 1 수단과 제 2 수단의 한쪽을 선택하는 선택수단(17A, 84A)을 가지는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유량보정 제어수단(17A, 83A, 83B, 84A, 85)은 다시 상기 유압펌프(2)의 배기량의 증가제어를 무효로 하는 제 3 수단(83C)을 더욱 가지고, 상기 선택수단 (17A, 84A)은 상기 제 1 수단과 제 2 수단과 제 3 수단 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 펌프흡수 토오크제어수단(82)은 상기 유압펌프(2)의 토출압력과 펌프흡수 토오크곡선으로부터 펌프흡수 토오크제어를 위한 목표배기량(θT)을 연산함과 동시에, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때에 상기 목표 배기량을 일정값(θmax1)으로 유지하는 수단(82)을 가지고,
    상기 유량보정 제어수단(83, 85 : 17A, 83A, 83B, 84A, 85)은 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 증가하는 배기량 보정값(S)을 연산하는 수단(83 ; 83A, 83B)과, 상기 목표 배기량에 상기 배기량 보정값을 가산하여 보정된 제 2 배기량(θT)을 연산하는 수단을 가지고, 이 보정된 목표배기량에 의하여 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 펌프흡수 토오크제어수단(82)은 상기 유압펌프(2)의 배기량의 최대치를 상기 펌프흡수 토오크곡선(20)에 의하여 정해지는 값 이하로 제한하는 수단이고,
    상기 유량보정 제어수단(83, 85 ; 17A, 83A, 83B, 84A, 85)은 상기 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 배기량의 최대치가 증가하도록 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 유압 엑츄에이터(3-6)의 요구유량에 따른 제 1 목표 배기량 (θD)을 연산하는 제 1 연산수단(81)을 더욱 구비하고,
    상기 펌프흡수 토오크제어수단(82)은 상기 유압펌프(2)의 토출압력과 펌프흡수 토오크곡선(20)으로부터 펌프흡수 토오크제어를 위한 제 2 목표 배기량(θT)를 연산함과 동시에, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때에 상기 목표 배기량을 일정값(θmax1)으로 유지하는 제 2 연산수단(82)을 가지고,
    상기 유량보정 제어수단(83, 85 ; 17A, 83A, 83B, 84A, 85)은 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 증가하는 배기량 보정값(S)을 연산하는 수단(82; 83A, 83B)과, 상기 제 2 목표 배기량에 상기 배기량 보정값을 가산하여 보정된 제 2 목표 배기량(θT)을 연산하는 수단(85)을 가지고,
    상기 제 1 목표 배기량과 상기 보정된 제 2 목표 배기량의 작은 쪽을 제어용의 목표 배기량으로서 선택하여 상기 유압펌프의 배기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동장치.
  12. 거버너영역의 적어도 일부를 등시특성, 역드루우프특성, 등시특성과 역드루우프특성을 조합시킨 특성 중 어느 하나로 제어 가능한 연료분사제어장치(12, 13)를 가지는 엔진(1)과;
    상기 엔진에 의하여 구동되는 가변 용량형의 유압펌프(2)와;
    상기 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의하여 구동하는 복수의 유압 엑츄에이터(3-6)를 구비하는 작업기의 유압구동방법에 있어서,
    상기 유압펌프(2)의 토출압력이 제 1 소정압력(P1)을 초과하였을 때는 유압펌프의 배기량이 미리 설정된 펌프흡수 토오크곡선(20)에 의하여 정해지는 값을 초과하지 않도록 상기 유압펌프의 배기량을 제어하고,
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때는 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량이 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때는 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 유압펌프의 배기량을 증가시키는 제어와, 유압펌프의 배기량을 일정하게 유지하는 제어 중 어느 한쪽을 선택 가능한 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때는 유압펌프의 토출압력이 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 유압펌프의 배기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 연료분사제어장치(12, 13)는 거버너영역의 적어도 일부를 역드루우프특성으로 제어 가능한 것이고,
    상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 1 소정압력(P1) 이하에 있을 때는 상기유압펌프(2)의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 증가하도록 상기 유압펌프의 배기량을 증가시키는 제어와, 상기 유압펌프의 토출압력이 상기 제 2 소정압력(P1)으로부터 낮아짐에 따라 상기 유압펌프의 토출유량이 일정하게 유지되도록 상기 유압펌프의 배기량을 증가시키는 제어 중 어느 한쪽을 선택 가능한 것을 특징으로 하는 작업기의 유압구동방법.
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