KR20050004221A

KR20050004221A - 유압건설기계의 펌프 토오크제어방법 및 장치

Info

Publication number: KR20050004221A
Application number: KR10-2004-7019011A
Authority: KR
Inventors: 나카무라가즈노리; 고와타리요이치; 이시카와고지; 아라이야스시
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-01-12
Also published as: WO2004053332A1; US20050160727A1; ATE363598T1; KR100674696B1; EP1571339B1; DE60314178D1; JP2004190582A; EP1571339A4; EP1571339A1; CN1692227A; US8162618B2; JP4322499B2; DE60314178T2; CN100520022C

Abstract

본 발명은 엔진(10)의 현재의 부하율을 연산하여 그 부하율이 목표치에 유지되도록 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크를 제어한다. 이에 의하여 고부하시에 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있음과 동시에, 환경의 변화나 조악연료의 사용 등에 의하여 엔진출력이 저하하였을 때에는 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시킬 수 있고, 또한 사전에 예상을 할 수 없는 팩터나 센서에 의한 검출이 어려운 팩터 등 엔진출력저하의 모든 요인에 대응할 수 있고, 또한 환경센서 등의 센서는 불필요하여 저렴하게 제작할 수 있다.

Description

유압건설기계의 펌프 토오크제어방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING PUMP TORQUE FOR HYDRAULIC CONSTRUCTION MACHINE}

유압셔블 등의 유압건설기계는, 일반적으로 원동기로서 디젤엔진을 구비하고, 이 엔진에 의해 가변용량형의 유압펌프를 구동하여 엑츄에이터를 구동함으로써 소정의 작업을 행하고 있다. 이와 같은 유압건설기계에 있어서의 엔진제어는 일반적으로 목표 연료분사량을 설정하고, 이 목표 연료분사량에 의거하여 연료분사장치를 제어함으로써 행한다.

또, 유압펌프의 제어는 요구유량에 의거하는 용량제어와 펌프 토출압에 의거하는 토오크제어(마력제어)를 행하는 것이 일반적이다. 유압펌프의 토오크제어란, 펌프토출압이 상승함에 따라 유압펌프의 용량을 줄임으로써 유압펌프의 흡수토오크가 미리 설정한 최대 흡수토오크를 초과하지 않도록 제어하여 엔진의 과부하를 방지하는 것이다.

이와 같은 유압펌프의 토오크제어에 있어서, 엔진의 출력마력의 유효이용을도모하는 기술로서, 예를 들면 일본국 특개소57-65822호 공보에 기재된 스피드센싱제어가 알려져 있다. 이 스피드센싱제어는, 엔진의 목표 회전수와 실제 회전수와의 편차를 토오크 보정치로 변환하고, 이 토오크 보정치를 펌프 베이스 토오크에 가산 또는 감산하여 최대 흡수토오크의 목표치를 구하여 유압펌프의 최대 흡수토오크를 그 목표치에 일치하도록 제어하는 것으로, 이에 의하여 엔진회전수(실제 회전수)가 저하하면 유압펌프의 최대 흡수토오크를 줄임으로써 엔진정지가 방지되기 때문에, 유압펌프의 최대 흡수토오크(설정치)를 엔진의 최대 출력토오크에 근접하여 설정하는 것이 가능해져, 엔진의 출력마력의 유효이용을 도모할 수 있다.

또, 유압펌프의 토오크제어에 있어서의 스피드센싱제어의 개량기술로서, 일본국 특개평11-101183호 공보, 특개2000-73812호 공보, 특개2000-73960호 공보 등에 기재된 것이 있다. 이 기술은 엔진출력에 영향을 미치는 환경팩터(대기압, 연료온도, 냉각수 온도 등)를 센서에 의해 검출하고, 그 검출치를 미리 설정한 맵에 참조시켜 펌프 베이스 토오크의 보정치를 구하여 유압펌프의 최대 흡수토오크를 보정하는 것으로, 이것에 의하여 환경의 변화에 의해 엔진출력이 저하한 경우에도 고부하시에 있어서, 스피드센싱제어에 의해 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지함과 동시에, 스피드센싱제어에 의한 원동기의 회전수의 저하를 적게 하여 양호한 작업성을 확보할 수 있다.

본 발명은 원동기로서 디젤엔진을 구비하고, 이 엔진에 의해 가변용량형의 유압펌프를 구동하여 엑츄에이터를 구동하는 유압건설기계의 펌프토오크제어방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 유압건설기계의 펌프토오크제어장치를 구비한 엔진·펌프제어장치를 나타내는 도,

도 2는 밸브장치 및 엑츄에이터의 유압회로도,

도 3은 유량제어밸브의 조작 파일럿시스템을 나타내는 도,

도 4는 펌프 레귤레이터의 제 2 서보밸브에 의한 펌프흡수토오크의 제어특성을 나타내는 도,

도 5는 엔진·펌프제어장치의 연산제어부를 구성하는 컨트롤러(차체 컨트롤러및 엔진연료분사장치 컨트롤러)와 그 입출력 관계를 나타내는 도,

도 6은 차체 컨트롤러의 처리기능을 나타내는 기능 블럭도,

도 7은 연료분사장치 컨트롤러의 처리기능을 나타내는 기능블럭도,

도 8은 엔진이 표준의 출력토오크 특성을 가지고 또한 엔진이 놓여져 있는 환경(연료의 품질도 포함함)이 표준상태에 있을 때의 출력토오크 특성을 나타내는 도,

도 9는 종래의 스피드센싱제어에 의한 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크의 매칭점을 나타내는 도,

도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 펌프토오크제어의 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크의 매칭점을 나타내는 도,

도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 엔진·펌프제어장치의 연산제어부를 구성하는 컨트롤러(차체 컨트롤러 및 엔진연료분사장치 컨트롤러)와 그 입출력 관계를 나타내는 도,

도 12는 차체 컨트롤러의 처리기능을 나타내는 기능 블럭도이다.

그러나, 상기 종래기술에는 다음과 같은 문제가 있다.

디젤엔진의 출력토오크 특성은, 레귤레이션영역(부분 부하영역)의 특성과 전부하영역의 특성으로 나뉘어진다. 레귤레이션영역은 연료분사장치에 의한 연료분사량이 100% 이하의 출력영역이고, 전 부하영역은 연료분사량이 100%가 되는 최대 출력토오크영역이다. 엔진의 출력은 환경의 변화나 연료의 품질 등, 엔진의 운전상황에 따라 변화되고, 그것에 따라 엔진출력 특성도 변화된다.

일본국 특개소57-65822호 공보 등에 기재된 일반적인 스피드센싱제어에서는 엔진출력에 여유가 있고, 엔진출력 특성의 레귤레이션영역에 있어서의 최고 출력토오크가 스피드센싱제어의 펌프 베이스 토오크(유압펌프의 최대 흡수토오크)보다 큰 경우는, 고부하시, 스피드센싱제어에 있어서의 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크의 매칭점은 레귤레이션영역상에 있기 때문에, 엔진회전수는 목표 회전수에 일치하여 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있다. 그러나 흡입공기량의 감소(환경의 변화)나 조악연료의 사용 등에 의해 엔진출력이 저하하고, 엔진출력 특성의 레귤레이션영역에 있어서의 최고 출력토오크가 스피드센싱제어의 펌프 베이스 토오크(유압펌프의 최대 흡수토오크)보다 작아지면, 스피드센싱제어에 의해 유압펌프의 최대 흡수토오크가 감소하도록 제어되나, 이때 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크의 매칭점이 레귤레이션영역으로부터 전 부하영역으로 이동하여, 엔진회전수는 목표 회전수로부터 저하한다. 이것에 의하여 토사의 굴삭작업 등, 고부하상태로 부하상태가 변화되는 작업을 행하는 경우는, 그 때마다 엔진회전수의 저하가 생기고, 이것이 소음이 되어 작업자에게 불쾌감이나 피로감을 준다.

일본국 특개평11-101183호 공보, 특개2000-73812호 공보, 특개2000-73960호공보 등에 기재된 스피드센싱제어에서는 대기압, 연료온도, 냉각수온도 등, 센서로 검출할 수 있는 환경팩터의 변화에 의한 엔진출력의 저하에 대해서는 펌프 베이스 토오크를 보정하고, 스피드센싱제어에 의한 엔진회전수의 저하를 방지할 수 있다. 그러나 이 기술은 환경팩터를 사전에 예측하여 센서를 설치하고, 그 검출치를 이용하는 것이기 때문에, 사전에 예상을 할 수 없는 환경팩터에 의한 엔진출력의 저하에는 대응할 수 없다. 또 조악연료의 사용 등의 센서로 검출하는 것이 어려운 팩터에 의한 엔진출력의 저하에도 대응할 수 없다. 또한 여러가지 환경팩터의 검출을 위해 다수의 센서가 필요하고, 또한 그 센서수와 같은 수의 맵을 작성하여 컨트롤러에 사용할 필요가 있어, 고비용이 된다.

본 발명의 목적은, 고부하시에 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있음과 동시에, 환경의 변화나 조악연료의 사용 등에 의해 엔진출력이 저하하였을 때에는 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시킬 수 있고, 또한 사전에 예상을 할 수 없는 팩터나 센서에 의한 검출이 어려운 팩터 등, 엔진출력 저하의 모든 요인에 대응할 수 있으며, 또한 환경센서 등의 센서는 불필요하여 저렴하게 제작할 수 있는 유압건설기계에 펌프토오크제어방법 및 장치를 제공하는 것이다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진과, 이 엔진의 회전수와 출력을 제어하는 연료분사장치와, 이 연료분사장치를 제어하는 연료분사장치 컨트롤러와, 상기 엔진에 의해 구동되어 엑츄에이터를 구동하는 적어도 하나의 가변용량형의 유압펌프를 구비한 유압건설기계의 펌프토오크제어방법에 있어서, 상기 엔진의 현재의 부하율을 연산하는 제 1 순서와, 상기 부하율이 목표치로 유지되도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어하는 제 2 순서를 가지는 것으로 한다.

이에 의하여 고부하시에 엔진의 부하율이 목표치를 초과하려고 하면 엔진의 부하율이 목표치로 유지되도록 유압펌프의 최대 흡수토오크가 제어되기 때문에, 고부하시에 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있다.

또, 환경의 변화나 조악연료의 사용 등에 의해 엔진출력이 저하할 때도 엔진의 부하율이 목표치를 초과하려고 하면 엔진의 부하율이 목표치로 유지되도록 유압펌프의 최대 흡수토오크가 제어되기 때문에, 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시킬 수 있다.

또한 엔진의 부하율을 목표치로 유지하는 제어이기 때문에, 레귤레이션영역에있어서의 최고 출력토오크가 저하하면 자동적으로 부하인 유압펌프의 최대 흡수토오크도 저하하도록 제어되고, 엔진출력 저하의 요인은 묻지 않기 때문에, 사전에 예상을 할 수 없는 팩터나 센서에 의한 검출이 어려운 팩터 등, 엔진출력하의 모든 요인에 대응할 수 있고, 또한 환경센서 등의 센서는 불필요하여 저렴하게 제작할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 부하율의 연산은 상기 연료분사장치 컨트롤러로 연산되는 목표 연료분사량과 엔진토오크 여유율과의 관계를 미리 설정하여 두고, 상기 부하율을 그 때의 목표 연료분사량에 대응하는 엔진토오크 여유율로서 구함으로써 행한다.

이에 의하여 연료분사장치 컨트롤러로 연산되는 목표 연료분사량을 사용하여엔진의 현재의 부하율을 연산할 수 있다.

(3) 또, 상기 (1)에 있어서 바람직하게는 상기 최대 흡수토오크의 제어는 상기 부하율과 목표치의 편차를 연산하고, 이 편차를 사용하여 펌프 베이스 토오크를 보정하여, 이 보정한 펌프 베이스 토오크에 일치하도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어함으로써 행한다.

이에 의하여 엔진의 현재의 부하율이 목표치로 유지되도록 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어할 수 있다.

(4) 또한 상기 (1) 내지 (3)에 있어서, 본 발명의 펌프토오크제어방법은, 바람직하게는 상기 부하율이 목표치로 유지되도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어하는 것과 동시에, 상기 엔진의 목표 회전수와 실제 회전수와의 편차를 연산하여 이 편차가 작아지도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어한다.

이에 의하여 본 발명의 제어와 종래의 스피드센싱제어의 양쪽에서 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어할 수 있어, 급부하가 걸렸을 때의 제어의 응답성을 향상할 수 있다.

(5) 또, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진과, 이 엔진의 회전수와 출력을 제어하는 연료분사장치와, 이 연료분사장치를 제어하는 연료분사장치 컨트롤러와, 상기 엔진에 의해 구동되어 엑츄에이터를 구동하는 적어도 하나의 가변용량형의 유압펌프를 구비한 유압건설기계의 펌프토오크제어장치에 있어서, 상기 엔진의 현재의 부하율을 연산하는 제 1 수단과, 상기 부하율이 목표치로 유지되도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어하는 제 2 수단을 가지는 것으로 한다.

이에 의하여 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 고부하시에 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있음과 동시에, 환경의 변화나 조악연료의 사용 등에 의해 엔진출력이 저하하였을 때에는 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시킬 수 있고, 또한 사전에 예상을 할 수 없는 팩터나 센서에 의한 검출이 어려운 팩터 등, 엔진출력 저하의 모든 요인에 대응할 수 있으며, 또한 환경센서 등의 센서는 불필요하여 저렴하게 제작할 수 있다.

(6) 상기 (5)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 1 수단은, 상기 연료분사장치 컨트롤러로 연산되는 목표 연료분사량과 엔진토오크 여유율과의 관계를 미리 설정하여 두고, 상기 부하율을 그 때의 목표 연료분사량에 대응하는 엔진 토오크 여유율로서 구한다.

이에 의하여 연료분사장치 컨트롤러로 연산되는 목표 연료분사량을 사용하여 엔진의 현재의 부하율을 연산할 수 있다.

(7) 또, 상기 (5)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 2 수단은, 상기 부하율과 목표치의 편차를 연산하고, 이 편차를 사용하여 펌프 베이스 토오크를 보정하여 이 보정한 펌프 베이스 토오크에 일치하도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어한다.

(8) 상기 (7)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 2 수단은 상기 편차를 적분하여 펌프 베이스 토오크 보정치를 구하고, 상기 펌프 베이스 토오크에 상기 펌프 베이스 토오크를 가산함으로써 상기 펌프 베이스 토오크를 보정한다.

이에 의하여 부하율과 목표치의 편차를 사용하여 펌프 베이스 토오크를 보정할 수 있다.

(9) 또, 상기 (5) 내지 (8)에 있어서, 본 발명의 펌프토오크제어장치는, 바람직하게는 상기 엔진의 목표 회전수와 실제 회전수와의 편차를 연산하고, 이 편차가 작아지도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어하는 제 3 수단을 더 가진다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 사용하여 설명한다. 이하의 실시형태는, 본 발명을 유압셔블의 엔진·펌프제어장치에 적용한 경우의 것이다.

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 8에 의하여 설명한다.

도 1에 있어서, 1 및 2는 예를 들면 사판식의 가변용량형의 유압펌프이고, 9는 고정용량형의 파일럿펌프이며, 유압펌프(1, 2) 및 파일럿펌프(9)는 원동기(10)의 출력축(11)에 접속되어 원동기(10)에 의해 회전 구동된다.

유압펌프(1, 2)의 토출로(3, 4)에는 도 2에 나타내는 밸브장치(5)가 접속되고, 이 밸브장치(5)를 거쳐 복수의 엑츄에이터(50∼56)에 압유를 보내어 이들 엑츄에이터를 구동한다. 파일럿펌프(9)의 토출로(9a)에는 파일럿펌프(9)의 토출압력을 일정압으로 유지하는 파일럿 릴리프밸브(9b)가 접속되어 있다.

밸브장치(5)의 상세를 설명한다.

도 2에 있어서, 밸브장치(5)는 유량제어밸브(5a 내지 5d)와 유량제어밸브(5e내지 5i)의 2개의 밸브그룹을 가지고, 유량제어밸브(5a 내지 5d)는 유압펌프(1)의 토출로(3)에 연결되는 센터바이패스라인(5j)상에 위치하고, 유량제어밸브(5e 내지 5i)는 유압펌프(2)의 토출로(4)에 이어지는 센터바이패스라인(5k)상에 위치하고 있다. 토출로(3, 4)에는 유압펌프(1, 2)의 토출압력의 최대 압력을 결정하는 메인릴리프밸브(5m)가 설치되어 있다.

유량제어밸브(5a 내지 5d) 및 유량제어밸브(5e 내지 5i)는 센터바이패스타입이고, 유압펌프(1, 2)로부터 토출된 압유는 이들 유량제어밸브에 의해 엑츄에이터(50내지 56)가 대응하는 것에 공급된다. 엑츄에이터(50)는 우측 주행용 유압모터(우측 주행 모터), 엑츄에이터(51)는 버킷용 유압실린더(버킷실린더), 엑츄에이터(52)는 부움용 유압실린더(부움실린더), 엑츄에이터(53)는 선회용 유압모터(선회모터), 엑츄에이터(54)는 아암용 유압실린더(아암실린더), 엑츄에이터(55)는 예비 유압실린더, 엑츄에이터(56)는 좌측 주행용 유압모터(좌측 주행모터)이고, 유량제어밸브(5a)는 우측 주행용, 유량제어밸브(5b)는 버킷용, 유량제어밸브(5c)는 제 1 부움용, 유량제어밸브(5d)는 제 2 아암용, 유량제어밸브(5e)는 선회용, 유량제어밸브(5f)는 제 1 아암용, 유량제어밸브(5g)는 제 2 부움용, 유량제어밸브(5h)는 예비용, 유량제어밸브(5i)는 좌측 주행용이다. 즉, 부움실린더(52)에 대해서는 2개의 유량제어밸브(5g, 5c)가 설치되고, 아암실린더(54)에 대해서도 2개의 유량제어밸브(5d, 5f)가 설치되고, 부움실린더(52)와 아암실린더(54)의 보톰측에는 각각 2개의 유압펌프(1, 2)로부터의 압유가 합류하여 공급 가능하게 되어 있다.

유량제어밸브(5a 내지 5i)의 조작 파일럿시스템을 도 3에 나타낸다.

유량제어밸브(5i, 5a)는 조작장치(35)의 조작 파일럿장치(39, 38)로부터의 조작파일럿압(TR1, TR2 및 TR3, TR4)에 의하여 유량제어밸브(5b) 및 유량제어밸브(5c, 5g)는 조작장치(36)의 조작파일럿장치(40, 41)로부터의 조작 파일럿압(BKC, BKD 및 B0D, B0U)에 의하여 유량제어밸브(5d , 5f) 및 유량제어밸브(5e)는 조작장치(37)의 조작파일럿장치(42, 43)로부터의 조작파일럿압(ARC, ARD 및 SW1, SW2)에 의하고, 유량제어밸브(5h)는 조작파일럿장치(44)로부터의 조작파일럿압(AU1, AU2)에 의하여 각각 전환하여 조작된다.

조작파일럿장치(38 내지 44)는, 각각 1쌍의 파일럿밸브(감압밸브)(38a, 38b 내지 44a, 44b)를 가지고, 조작파일럿장치(38, 39, 44)는 각각 조작페달(38c, 39c, 44c)을 더 가지고, 조작파일럿장치(40, 41)는 또한 공통의 조작레버(40c)를 가지고, 조작파일럿장치(42, 43)는 또한 공통의 조작레버(42c)를 가지고 있다. 조작페달(38c, 39c, 44c) 및 조작레버(40c, 42c)를 조작하면, 그 조작방향을 따라 관련되는 조작파일럿장치의 파일럿밸브가 작동하여 조작량에 따른 조작파일럿압이 생성된다.

또, 조작파일럿장치(38 내지 44)의 각 파일럿밸브의 출력라인에는 셔틀밸브(61 내지 67), 셔틀밸브(68, 69, 100), 셔틀밸브(101, 102), 셔틀밸브(103)가 계층적으로 접속되고, 셔틀밸브(61, 63, 64, 65, 68, 69, 101)에 의해 조작파일럿장치(38, 40, 41, 42)의 조작파일럿압의 최고 압력이 유압펌프(1)의 제어파일럿압(PL1)으로서 검출되고, 셔틀밸브(62, 64, 65, 66, 67, 69, 100, 102, 103)에 의해 조작파일럿장치(39, 41,42, 43, 44)의 조작파일럿압의 최고 압력이 유압펌프(2)의 제어파일럿압(PL2)으로서 검출된다.

이상과 같은 유압구동계에 본 발명의 펌프토오크제어장치를 구비한 엔진·펌프제어장치가 설치되어 있다. 이하, 그 상세를 설명한다.

도 1에 있어서, 유압펌프(1, 2)에는 각각 레귤레이터(7, 8)가 구비되고, 이들 레귤레이터(7, 8)로 유압펌프(1, 2)의 용량 가변기구인 사판(1a, 2a)의 경전위치를 제어하여 펌프 토출유량을 제어한다.

유압펌프(1, 2)의 레귤레이터(7, 8)는, 각각 경전 엑츄에이터(20A, 20B)(이하, 적절히 20으로 대표한다)와, 도 3에 나타내는 조작파일럿장치(38 내지 44)의 조작파일럿압에 의거하여 포지티브 경전제어를 하는 제 1 서보밸브(21A, 21B)(이하, 적절히 21로 대표한다)와, 유압펌프(1, 2)의 전 마력제어를 하는 제 2 서보밸브(22A, 22B)(이하, 적절히 22로 대표한다)를 구비하고, 이들 서보밸브(21, 22)에 의해 파일럿펌프(9)로부터 경전 엑츄에이터(20)에 작용하는 압유의 압력을 제어하여 유압펌프(1, 2)의 경전위치를 제어한다.

경전 엑츄에이터(20), 제 1 및 제 2 서보밸브(21, 22)의 상세를 설명한다.

각 경전 엑츄에이터(20)는 양쪽 끝에 큰 지름의 수압부(受壓部)(20a)와 작은 지름의 수압부(20b)를 가지는 작동 피스톤(20c)과, 수압부(20a, 20b)가 위치하는 큰 지름의 수압실(20d) 및 작은 지름의 수압실(20e)을 가지고, 양 수압실(20d, 20e)의 압력이 같을 때는 수압면적 차에 의하여 작동 피스톤(20c)은 도시 오른쪽으로 이동하고, 사판(1a 또는 2a)의 경전을 작게 하여 펌프 토출유량을 감소시키고, 큰 지름의 수압실(20d)의 압력이 저하하면, 작동 피스톤(20c)을 도시 왼쪽으로 이동하여, 사판(1a 또는 2a)의 경전을 크게 하여 펌프 토출유량을 증대시킨다. 또 큰 지름의 수압실(20d)은 제 1 및 제 2 서보밸브(21, 22)를 거쳐 파일럿펌프(9)의 토출로(9a)와 탱크(12)에 이르는 리턴유로(13)에 선택적으로 접속되고, 작은 지름의 수압실(20e)은 직접 파일럿펌프(9)의 토출로(9a)에 접속되어 있다.

포지티브 경전 제어용의 각 제 1 서보밸브(21)는, 솔레노이드제어밸브(30 또는 31)로부터의 제어압력에 의해 작동하여 유압펌프(1, 2)의 경전위치를 제어하는 밸브이고, 제어압력이 낮을 때는 서보밸브(21)의 밸브체(21a)가 스프링(21b)의 힘으로 도시 왼쪽으로 이동하여 경전 엑츄에이터(20)의 큰 지름의 수압실(20d)을 리턴유로(13)를 거쳐 탱크(12)에 연통하고, 유압펌프(1 또는 2)의 경전을 크게 하여 제어압력이 상승하면 서보밸브(21)의 밸브체(21a)가 도시 오른쪽으로 이동하여 파일럿펌프(9)로부터의 파일럿압을 큰 지름의 수압실(20d)로 유도하여 유압펌프(1 또는 2)의 경전을 작게 한다.

전 마력제어용의 각 제 2 서보밸브(22)는, 유압펌프(1, 2)의 토출압력과 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력에 의해 작동하여 유압펌프(1, 2)의 전 마력제어를 행하는 밸브이고, 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력에 의하여 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크를 제어한다.

즉, 유압펌프(1 및 2)의 토출압력과 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력이 제 2 서보밸브(22)의 수압실(22a, 22b, 22c)로 각각 유도되어 유압펌프(1, 2)의 토출압력의 유압력의 합이 스프링(22d)의 힘과 수압실(22c)로 유도되는 제어압력의 유압력과의 차로 결정되는 설정치보다 낮을 때는 밸브체(22e)는 도시 오른쪽으로 이동하여 경전 엑츄에이터(20)의 큰 지름의 수압실(20d)을 리턴유로(13)를 거쳐 탱크(12)에 연통하고, 유압펌프(1, 2)의 경전을 크게 하여 유압펌프(1, 2)의 토출압력의 유압력의 합이 상기 설정치보다도 높아짐에 따라 밸브체(22a)를 도시 왼쪽으로 이동하여 파일럿펌프(9)로부터의 파일럿압을 수압실(20d)에 전달하여 유압펌프(1, 2)의 경전을 작게 한다. 또 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력이 낮을 때는 상기 설정치를 크게 하여 유압펌프(1, 2)의 약간 높은 듯한 토출압력으로부터 유압펌프(1, 2)의 경전을 감소시키고, 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력이 높아짐에 따라 상기 설정치를 작게 하여 유압펌프(1, 2)의 약간 낮은 듯한 토출압력으로부터 유압펌프(1, 2)의 경전을 감소시킨다.

도 4에 제 2 서보밸브(2)에 의한 흡수토오크제어의 특성을 나타낸다. 가로축은 유압펌프(1, 2)의 토출압력의 평균치이고, 세로축은 유압펌프(1, 2)의 경전(밀어냄 용적)이다. 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력이 높아짐[스프링(22d)의 힘과 수압실(22c)의 유압력과의 차에 의해 결정되는 설정치가 작아진다]에 따라 제 2서보밸브(22)의 흡수토오크특성은 Al, A2, A3으로 변화되고, 유압펌프(1,2)의 최대 흡수토오크는 T1, T2, T3으로 감소한다. 또 솔레노이드제어밸브(32)로부터의 제어압력이 낮아짐[스프링(22d)의 힘과 수압실(22c)의 유압력과의 차에 의해 결정되는 설정치가 커진다]에 따라 제 2 서보밸브(22)의 흡수토오크특성은 Al, A4, A5로 변화되고, 유압펌프(1, 2)의 최대흡수토오크는 T1, T4, T5로 증대한다. 즉, 제어압력을 높게 하여 설정치를 작게 하면 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크가 감소하고, 제어압력을 낮게 하여 설정치를 크게 하면 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크가 증대한다.

솔레노이드제어밸브(30, 31, 32)는 구동전류(SI1, SI2, SI3)에 의해 작동하는 비례감압밸브로서, 구동전류(SI1, SI2, SI3)가 최소일 때는 출력하는 제어압력을 최고로 하고, 구동전류(SI1, SI2, SI3)가 증대함에 따라 출력하는 제어압력을 낮게 하 도록 동작한다. 구동전류(SI1, SI2, SI3)는 도 5에 나타내는 차체 컨트롤러(70)로부터 출력된다.

원동기(10)는 디젤엔진이고, 목표 연료분사량(FN1)의 신호에 의하여 작동하는 전자연료분사장치(14)를 구비하고 있다. 지령신호는 도 5에 나타내는 연료분사장치 컨트롤러(80)로부터 출력된다. 전자연료분사장치(14)는 원동기(이하, 엔진이라 함) (10)의 회전수와 출력을 제어한다.

엔진(10)에 대한 목표회전수(NR1)를 오퍼레이터가 수동으로 입력하는 목표 엔진회전수 입력부(71)가 설치되고, 그 목표 회전수(NR1)의 입력신호는 차체 컨트롤러(70) 및 엔진연료분사장치 컨트롤러(80)에 도입된다. 목표 엔진회전수 입력부(71)는 예를 들면 포텐시오미터와 같은 전기적 입력수단이고, 오퍼레이터가 기준이되는 목표 회전수(목표 기준 회전수)를 지령하는 것이다.

또, 엔진(10)의 실제 회전수(NE1)를 검출하는 회전수 센서(72)와, 유압펌프(1, 2)의 제어파일럿압(PL1, PL2)을 검출하는 압력센서(73, 74)(도 3 참조)가 설치되어 있다.

차체 컨트롤러(70) 및 연료분사장치 컨트롤러(80)의 전체 신호의 입출력 관계를 도 5에 나타낸다.

차체 컨트롤러(70)는 목표 엔진회전수 입력부(71)의 목표 회전수(NR1)의 신호, 압력센서(73, 74)의 펌프제어파일럿압(PLl, PL2)의 신호, 엔진연료분사장치 컨트롤러(80)로 연산된 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)의 신호를 입력하고, 소정의 연산처리를 행하여 구동전류(SI1, SI2, SI3)를 솔레노이드제어밸브(30 내지 32)에 출력한다. 엔진연료분사장치 컨트롤러(80)는 목표 엔진회전수 입력부(71)의 목표 회전수(NR1)의 신호, 회전수 센서(72)의 실제 회전수(NE1)의 신호를 입력하고, 소정의 연산처리를 행하여 목표 연료분사량(FN1)의 신호를 전자연료분사장치(14)에 출력한다. 또 엔진연료분사장치 컨트롤러(80)는 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)을 연산하여 그 신호를 차체 컨트롤러(70)에 출력한다.

여기서, 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)이란, 엔진(10)의 현재 부하율이 어느 정도인지를 나타내는 엔진 부하율의 지표치이고, 목표 연료분사량(FN1)을 사용하여 연산된다(뒤에서 설명).

차체 컨트롤러(70)의 유압펌프(1, 2)의 제어에 관한 처리기능을 도 6에 나타낸다.

도 6에 있어서, 차체 컨트롤러(70)는 펌프 목표 경전 연산부(70a, 70b), 솔레노이드 출력 전류 연산부(70c, 70d), 베이스 토오크 연산부(70e), 엔진토오크 여유율설정부(70m), 엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n), 게인연산부(70p), 펌프 토오크 보정치 연산 적분요소(70q, 70r, 70S), 펌프 베이스 토오크 보정부(70t), 솔레노이드출력 전류 연산부(70k)의 각 기능을 가지고 있다.

펌프 목표 경전 연산부(70a)는, 유압펌프(1)측의 제어파일럿압(PL1)의 신호를 입력하고, 이것을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜, 그 때의 제어파일럿압(PL1)에 따른 유압펌프(1)의 목표경전(θR1)을 연산한다. 이 목표경전(θR1)은 파일럿조작장치(38, 40, 41, 42)의 조작량에 대한 포지티브 경전제어의 기준유량 미터링이고, 메모리의 테이블에는 제어파일럿압(PL1)이 높아짐에 따라 목표경전(θR1)도 증대하도록 PL1과 θR1의 관계가 설정되어 있다.

솔레노이드 출력 전류 연산부(70c)는, θR1에 대하여 이 θR1이 얻어지는 유압펌프(1)의 경전제어용 구동전류(SI1)를 구하고, 이것을 솔레노이드제어밸브(30)에 출력한다.

펌프 목표 경전 연산부(70b), 솔레노이드 출력 전류 연산부(70d)에서도, 마찬가지로 펌프제어파일럿압(PL2)의 신호로부터 유압펌프(2)의 경전제어용의 구동전류(SI2)를 산출하고, 이것을 솔레노이드제어밸브(31)에 출력한다.

베이스 토오크 연산부(70E)는, 목표 회전수(NR1)의 신호를 입력하고, 이것을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜 그때의 목표 회전수(NR1)에 따른 펌프 베이스 토오크(TR0)를 산출한다. 이 펌프 베이스 토오크(TR0)는, 연료분사장치 컨트롤러(80)로 연산된 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)이 설정치(ENG1RPTC)(뒤에서 설명)에 있을 때의 표준 토오크이고, 메모리의 테이블에는 엔진(10)의 전 부하영역에서의 최대 출력특성의 변화에 대응한 목표 회전수(NR1)와 펌프 베이스 토오크(표준 토오크) (TR0)와의 관계가 설정되어 있다. 또한 표준 토오크란, 엔진(10)이 표준의 출력토오크 특성을 가지고 또한 엔진(10)이 놓여져 있는 환경(연료의 품질도 포함한다)이 표준상태에 있을 때의 엔진출력토오크이고, 예를 들면 목표 회전수(NR1)를 최대로 설정하였을 때의 펌프 베이스 토오크(TR0)는 도 4에 나타낸 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크(T1)에 대응한다. 엔진출력은 상황에 따라 변화하나, 그것에 대한 보정을 행하는 것이 본 발명의 목적이기 때문에, 이 경우의 표준 토오크의 정밀도, 정확함은 엄밀성을 필요로 하지 않는다.

엔진토오크 여유율 설정부(70m)에는 상기한 엔진토오크 여유율의 설정치(ENG1RPTC)가 설정되어 있다. 이 엔진토오크 여유율의 설정치(ENG1RPTC)는 엔진(10)에 걸리는 허용펌프부하(엔진부하)에 대한 목표의 여유율이다(뒤에서 설명). 엔진출력을 유효하게 사용하기 위해서는 설정치(ENG1RPTC)는 100%에 가까운 값으로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 99%로 설정된다.

엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n)는, 설정부(70m)의 설정치(ENG1RPTC)로부터 연료분사제어장치 컨트롤러(80)로 연산된 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)을 감소하고, 그것들의 편차(ΔTRY)(= ENG1RPTC - ENGTRRT)를 연산한다.

게인 연산부(70p)는 엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n)에서 구한 편차(ΔTRY)를 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜 본 발명에 의한 펌프 베이스 토오크 가변제어의 적분게인(KTRY)을 연산한다. 이 적분게인(KTRY)은 본 발명의 제어속도를 설정하는 것으로, 메모리의 테이블에는 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)이 설정치(ENG1RPTC)를 초과한 경우[편차(ΔTRY)가 마이너스인 경우]에 신속하게 펌프토오크(엔진부하)를 내리기 위하여 + 측의 제어 게인이 한쪽의 제어게인보다 커지도록 ΔTRY와 KTRY의 관계가 설정되어 있다.

펌프 토오크보정치 연산 적분요소(70q, 70r, 70s)는 적분게인(KTRY)을 전회 계산한 펌프 베이스 토오크 보정치(TERO)에 가산하여 적분하고, 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)를 연산한다.

펌프 베이스 토오크 보정부(70t)는, 베이스 토오크 연산부(70e)에서 연산한 펌프 베이스 토오크(TRO)에 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)를 가산하여, 보정한 펌프 베이스 토오크(TR1)(= TRO + TER1)를 산출한다. 이 보정한 펌프 베이스 토오크가 전 마력제어의 제 2 서보밸브(22)에 설정되는 펌프 최대 흡수토오크의 목표치가 된다.

솔레노이드 출력 전류 연산부(70k)는 제 2 서보밸브(22)에 의해 제어되는 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크가 TR1이 되도록 솔레노이드제어밸브(32)의 구동전류 (SI3)를 구하여 이것을 솔레노이드제어밸브(32)에 출력한다.

이와 같이 하여 구동전류(SI3)를 받은 솔레노이드제어밸브(32)는 구동전류(S13)에 따른 제어압력을 출력하고, 제 2 서보밸브(22)의 설정치를 제어하여 유압펌프(12)의 최대 흡수토오크가 TR1이 되도록 제어한다.

연료분사장치 컨트롤러(80)의 처리기능을 도 7에 나타낸다.

연료분사장치 컨트롤러(80)는 회전수 편차 연산부(80a), 연료분사량 변환부(80b), 적분연산요소(80c, 80d, 80e), 리미터연산부(80F), 엔진토오크 여유율 연산부(8g)의 각 제어기능을 가지고 있다.

회전수 편차 연산부(80a)는, 목표 회전수(NR1)와 실제 회전수(NE1)를 비교하여 회전수 편차(ΔN)(= NR1 - NE1)를 산출하고, 연료분사량 변환부(80b)는 그 회전수편차(ΔN)에 게인(KF)을 곱하여 목표 연료분사량의 증가분(ΔFN)을 연산하고, 적분연산요소(80c, 80d, 80e)는 목표 연료분사량의 증가분(ΔFN)을 전회 계산한 목표 연료분사량(FN0)에 가산하여 적분하여 목표 연료분사량(FN2)을 구하고, 리미터연산부(80f)는 목표 연료분사량(FN2)에 상한·하한 리미터를 곱하여 목표 연료분사량(FN1)으로 한다. 이 목표 연료분사량(FN1)은 도시 생략한 출력부에 보내져 대응하는 제어전류가 전자연료분사장치(14)에 출력되어, 연료분사량을 제어한다. 이에 의하여 실제 회전수(NE1)가 목표 회전수(NR1)보다 작을 때[회전수 편차(ΔN)가 +일때]는 목표 연료분사량(FN1)을 증대시키고, 실제 회전수(NE1)가 목표 회전수(NR1)보다 커지면[회전수 편차(ΔN)가 - 가 되면] 목표 연료분사(FN1)를 감소시키도록, 즉 목표 회전수(NR1)와 실제 회전수(NE1)와의 편차(ΔN)가 0 이 되도록 적분연산에 의해 목표 연료분사량(FN1)을 연산하여, 실제 회전수(NE1)가 목표 회전수(NR1)에 일치하도록 연료분사량이 제어된다. 그 결과, 엔진회전수의 제어는 부하가 바뀌어도 일정한 목표 회전수(NR1)가 되는 등시성(isochronous)제어가 행하여지고, 중간부하에서는 일정 회전이 정적으로 유지된다.

엔진토오크 여유율 연산부(80g)는, 목표 연료분사량(FN1)을 메모리에 기억하고 있는 테이블에 참조시켜 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)을 계산한다. 상기한 바와 같이 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)이란, 엔진(10)의 현재의 출력비율이 어느 정도인지를 나타내는 엔진부하율의 지표치이다.

엔진부하율의 구체적 내용을 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8은 엔진(10)이 표준의 출력토오크 특성을 가지고 또한 엔진(10)이 놓여져 있는 환경(연료의 품질도 포함한다)이 표준상태에 있을 때의 출력토오크 특성을 나타내는 도면이다. 엔진(10)의 출력토오크 특성은, 레귤레이션영역의 특성(E)과 전 부하영역의 특성(최대 출력특성)(F)으로 나뉘어진다. 레귤레이션영역은 전자연료분사장치(14)에 의한 연료분사량이 100% 이하의 부분 부하영역이고, 전 부하영역은 연료분사량이 100%(최대)가 되는 최대의 출력토오크영역이다. 본 실시형태에서는 연료분사장치 컨트롤러(80)는 등시성제어를 행하기 때문에 레귤레이션영역에서는 부하가 변화되어도 일정한 회전수, 예를 들면 Nmax가 유지되어, 특성(E)은 가로축(엔진회전수)에 대하여 수직한 직선이 된다. 또 레귤레이션영역의 특성(E)은 일례로서, 목표 엔진회전수 입력부(71)에 의해 설정되는 목표 회전수(NR1)가 최대일 때의 것으로, TRONMAX는 목표회전수(NR1)를 최대로 설정하였을 때의 펌프 베이스 토오크(TR0)이고, 상기한 바와 같이 TRONMAX는 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크(T1)에 대응한다. TR1은 그때 펌프 베이스 토오크 보정부(70t)에서 연산되는 보정된 펌프 베이스 토오크이다. 또 Tmax는 레귤레이션영역에 있어서의 최고 출력토오크이다. 엔진부하율은 하기의 식으로 나타낸다.

엔진부하율(%) = (T1 / Tmax) × 100

엔진토오크 여유율 연산부(80g)는 그 엔진부하율을 목표 연료분사량(FN1)으로부터 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)로서 구하는 것이다. 목표 연료분사량(FN1)의 최대치는 미리 정해져 있기 때문에, 목표 연료분사량(FN1)이 최대치이면 그 시점에서의 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)은 100% 이고, 엔진부하율도 100% 이다. 또 예를 들면 목표 연료분사량(FN1)이 50%이면 부하율로서는 부분부하이며, 엔진토오크 여유율 (ENGTRRT)은 예를 들면 40%라는 것이 된다. 이 목표 연료분사량(FN1)과 엔진토오크여유율(ENGTRRT)의 관계는 미리 실험에 의해 정해져 있고, 메모리의 테이블에는 그 실험 데이터를 사용하여 목표 연료분사량(FN1)이 증대함에 따라 엔진토오크 여유율 (BNCTRRT)도 증대하도록 FN1과 ENGTRRT의 관계가 설정되어 있다. 본 발명은 이 엔진 토오크 여유율(ENGTRRT)을 사용하여 펌프 베이스 토오크를 보정하고, 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)(엔진부하율)을 목표치로 유지하도록 펌프 최대 흡수토오크를 제어하는 것이다.

목표 연료분사량(FN1)과 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)의 관계는 예를 들면 다음과 같은 방법으로 정한다. 소정의 엔진을 구동하여 목표 연료분사량마다 출력토오크의 데이터를 수집한다. 그 출력토오크를 연료온도, 대기압 등의 상태량에 따라 적절히 보정한다. 그때의 최대 목표 연료분사량에 대응하는 출력토오크(최대 출력토오크)를 Tmax로 하고, 개개의 목표 연료분사량에 대응하는 출력토오크를 Tx라 하면, 하기의 식으로 엔진토오크 여유율(ENOTRRT)(%)을 계산한다.

엔진토오크 여유율(ENGTRRT)(%) = Tx / Tmax × 100

이와 같이 하여 구한 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)을 목표 연료분사량에 대응시켜 양자의 관계를 얻는다.

다음에 이상과 같이 구성한 본 실시형태의 동작의 특징을 도 9 및 도 10을 사용하여 설명한다.

도 9는 종래의 펌프토오크제어장치에 의한 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크의 매칭점을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 실시형태의 펌프토오크제어장치에 의한 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크의 매칭점을 나타내는 도면이다. 이들 매칭점은 모두 목표회전수를 최대로 설정한 경우의 것이다. 또 도 9에서는 엔진의 출력토오크가 통상시의 것으로부터 환경의 변화 또는 조악연료의 사용 등에 의해 저하한 경우의 매칭점의 변화를 하나의 도면에 정리하여 나타내고, 도 10에서는 도시 좌측에 엔진출력토오크가 통상시의 매칭점을 나타내고, 도시 우측에 환경의 변화 또는 조악연료의 사용 등에 의하여 엔진출력토오크가 저하한 경우의 매칭점을 나타내는 것이다.

도 8 및 도 9에 있어서, 전 부하영역의 특성(이하 적절히 엔진출력 특성이라 함)(F1, F2, F3)은 제품에 의한 불균일이고, 특성(F4)은 환경의 변화 또는 조악연료의 사용에 의하여 대폭으로 출력이 저하한 경우의 것이다. 또 특성(F1)은 도 8에 나타낸 엔진(10)이 표준의 출력토오크특성을 가지고 또한 엔진(10)이 놓여져 있는 환경(연료의 품질도 포함한다)이 표준상태에 있을 때의 출력토오크 특성에 대응하는 것이다.

종래의 펌프토오크제어장치는, 스피드센싱제어를 행한다. 이 스피드센싱제어는, 뒤에서 설명하는 제 2 실시형태에 관한 도 11에 있어서, 엔진토오크 여유율설정부(70m), 엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n), 게인연산부(70p), 펌프토오크 보정치 연산 적분요소(70q, 70r, 70s), 펌프 베이스 토오크 보정부(70t)가 없고, 베이스 토오크 보정부(70j)에서 펌프 베이스 토오크(TRO)에 회전수 편차 연산부(70f), 토오크변환부(70g), 리미터연산부(70h)에서 얻은 스피드센싱제어의 토오크 보정치(ΔTNL)를 가산하여, 흡수토오크(TR1)를 구하는 것이다.

종래의 스피드센싱제어에서는 베이스 토오크 연산부(70e)에 있어서의 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)는, 엔진출력의 불균일을 고려하여 예를 들면 표준시의 출력토오크 특성(F1)의 레귤레이션영역에 있어서의 최고 출력토오크 부근에 설정한다. 이 경우, 특성이 F1인 엔진에서는 유압펌프(1, 2)의 흡수토오크(엔진부하)가 증가하여 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)에 도달하면, 그것 이상의 펌프흡수토오크의 증가에 대해서는 스피드센싱제어에 의하여 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크가 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)에 유지되도록 제어된다. 즉, 유압펌프(1, 2)의 흡수토오크(엔진부하)가 펌프 베이스 토오크(TR0NMAX)보다 증대하려고 하면 엔진회전수가 Nmax 이하로 저하하여 스피드센싱제어의 회전수 편차(ΔNS)가 - 의 값이 되어 유압펌프의 최대 흡수토오크를 저하시키고, 엔진출력토오크와 스피드센싱제어에 의한 펌프흡수토오크(엔진부하)가 레귤레이션영역상의 M1점에서 매칭한다. 이 때문에 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있다.

환경의 변화, 조악연료의 사용 등에 의하여 엔진출력이 저하하여 전 부하영역의 특성이 F1로부터 F4로 저하한 경우는, 스피드센싱제어에 의한 최대 토오크의매칭점도 M1로부터 M4로 이동한다. 즉, 엔진출력 특성의 레귤레이션영역에 있어서의 최고 출력토오크가 스피드센싱제어의 펌프 베이스 토오크보다 작아지면 스피드센싱제어에 의해 엔진회전수의 저하[회전수 편차(ΔNS)(-의 값)의 절대치의 증대]에 의해 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크를 저하시킨다. 이때 엔진회전수의 저하[회전수 편차(ΔN)의 증대]에 대한 펌프 최대 흡수토오크의 저하의 비율은 도 11에 나타내는 토오크변환부(70g)의 게인(KN)으로 정해진다. 이것을 펌프 최대 흡수토오크의 스피드센싱 게인이라 부를 때, 도 8의 「C」가 이것에 상당한다. 이 때문에 엔진회전수의 저하에 따라 스피드센싱 게인(C)의 특성에 따라 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크를 저하시켜 매칭점은 M1로부터 M4로 이동한다. 이에 의하여 환경의 변화, 조악연료의 사용 등에 의한 엔진출력 저하시에도 엔진의 정지를 방지할 수 있다. 또 이때 엔진출력토오크와 펌프토오크의 매칭점(M4)은 레귤레이션영역으로부터 전 부하영역으로 이동하기 때문에, 엔진회전수는 목표 회전수로부터 저하한다. 이것에 의하여 토사의 굴삭작업 등, 고부하상태로 부하상태가 변화하는 작업을 행하는 경우는, 그때마다 엔진회전수의 저하가 생기고, 이것이 소음이 되어 작업자에게 불쾌감이나 피로감을 준다.

제품의 불균일에 의해 출력특성이 F2, F3으로 불균일한 엔진의 경우도, 마찬가지로 매칭점은 전 부하영역의 M2, M3점으로 이동하여 엔진회전수의 저하가 생긴다.

또 일반적으로 엔진의 특성상, 엔진의 최대 출력마력은 최고 회전수로 얻어지기 때문에, 레귤레이션영역의 특성(E)과 전 부하영역의 특성(F1∼F4)과의 교점부근이 그 부분이 된다. 이 때문에 매칭점이 M2, M3, M4로 이동하면 엔진출력마력을 최대로 사용할 수 없게 된다.

본 실시형태에서는 상기한 바와 같이 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)(엔진부하율)을 목표치로 유지하도록 펌프 최대 흡수토오크를 제어한다. 이 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이 특성이 F1인 엔진에서는 유압펌프(1, 2)의 흡수토오크(엔진부하)가 증가하여 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)에 도달하면, 엔진토오크 여유율도 엔진토오크여유율 설정부(70m)의 설정치(99%)에 도달하나, 펌프흡수토오크(엔진부하)가 더욱 증가하여 엔진토오크 여유율이 설정치(99%)를 초과하면 엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n)에서는 편차(ΔTRY)가 마이너스의 값으로서 연산되어, 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)는 마이너스의 값이 되고, 펌프 베이스 토오크 보정부(70t)에서는 펌프 베이스 토오크(TRO)(= TRONMAX)를 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)의 절대치분만큼 줄인 값을 펌프 베이스 토오크(TR1)로서 연산한다. 즉, TR1 < TR0MAX가 된다. 이 펌프 베이스 토오크(TR1)는 펌프 최대 흡수토오크의 목표치이며, 유압펌프(1, 2)의 흡수 토오크(엔진부하)는 펌프 베이스 토오크(TR0NMAX)로부터 TR1로 감소한다. 그 결과, 엔진토오크 여유율은 설정치(99%)로 되돌아가 편차(ΔTRY)가 0 이 되기 때문에, 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)도 0 이 되어, 펌프 베이스 토오크(TR1)가 TRONMAX에 유지된다. 즉, 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크는 레귤레이션영역상의 M5점에서 매칭한다. 이에 의하여 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있다.

환경의 변화, 조악연료의 사용 등에 의하여 엔진출력이 저하하여, 전 부하영역의 특성이 F1로부터 F4로 저하한 엔진에서는 유압펌프(1, 2)의 흡수토오크(엔진부하)가 증가할 때, 그 펌프흡수토오크가 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)에 도달하기 전에 엔진토오크 여유율은 엔진토오크 여유율 설정부(70m)의 설정치(99%)에 도달하고, 엔진토오크 여유율이 설정치(99%)를 초과하면 엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n)에서는 편차(ΔTRY)가 마이너스의 값으로서 연산되어 펌프 베이스 토오크 보정치(TBR1)는 마이너스의 값이 되고, 펌프 베이스 토오크 보정부(70t)에서는 펌프 베이스 토오크(TRO)(= TRONMAX)를 펌프 베이스 토오크 보정치(TBR1)의 절대치분만큼 줄인 값이 펌프 베이스 토오크(TR1)로서 연산되어 유압펌프(1, 2)의 흡수토오크(엔진부하)는 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)로부터 TR1로 감소한다. 이 경우는 엔진출력이 저하하고 있기 때문에, 펌프 흡수 토오크가 약간 내려가도 엔진 토오크 여유율은 여전히 설정치(99%)를 초과한 채로서, 편차(ΔTRY)는 마이너스의 값으로서 계속 연산되기 때문에, 펌프 베이스 토오크(TR1)는 계속 내려간다. 즉, 펌프 베이스 토오크(TR1)의 감소는 엔진토오크 여유율은 설정치(99%)로 되돌아갈 때까지 계속된다. 펌프 베이스 토오크(TR1)가 계속 내려가 펌프흡수토오크(엔진부하)가 더욱 감소하여 엔진토오크 여유율이 설정치(99%)로 되돌아가면, 편차(ΔTRY)가 0 이 되기 때문에, 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)도 0 이 되어 펌프 베이스 토오크(TR1)는 TR0NMAX로부터 내려 간 값으로 유지된다. 도 10에 있어서, T6은 그 펌프 베이스 토오크(TR1)에 대응하는 유압펌프(1, 2)의 최대 흡수토오크이다. 즉, 엔진의 최고 출력토오크(Tmax)와 펌프 베이스 토오크(TR1)(= T5)의 비율이 엔진토오크 여유율의 설정치로 유지되도록 제어되고, 엔진출력토오크와 펌프흡수토오크는 펌프 베이스 토오크(TRONMAX)보다 낮은 레귤레이션영역상의 M6점에서 매칭하도록 제어된다. 이에 의하여 환경의 변화, 조악연료의 사용 등에 의해 엔진출력이 저하하여 전 부하영역의 특성이 F1로부터 F4로 저하한 경우도, 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이, 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있다.

제품의 불균일에 의해 출력특성이 도 9의 F2, F3으로 불균일한 엔진의 경우도, 마찬가지로 엔진의 최고 출력토오크(Tmax)와 펌프 베이스 토오크(TR1)의 비율이 엔진 토오크 여유율의 설정치로 유지되도록 제어되기 때문에, 매칭점은 펌프 베이스 토오크(TR0NMAX)보다 낮은 레귤레이션영역상의 점에 있고, 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이, 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있다.

또한, 매칭점은 펌프 베이스 토오크(TR0NMAX)보다 낮은 레귤레이션영역상의 점에 있기 때문에, 엔진토오크 여유율의 설정치를 100%에 가까운 값에 설정함으로써 매칭점은 레귤레이션영역의 특성(E)과 전 부하영역의 특성(F1 내지 F4)과의 교점 부근이 된다. 이 때문에 엔진의 최대 출력마력을 유효하게 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 고부하시에 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있음과 동시에, 환경의 변화나 조악연료의 사용 등에 의하여 엔진출력이 저하하였을 때에는 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시킬 수 있다.

또, 엔진의 부하율을 목표치로 유지하는 제어이기 때문에, 레귤레이션영역에 있어서의 최고 출력토오크가 저하하면 자동적으로 부하인 유압펌프의 최대 흡수토오크도 저하하도록 제어되고, 엔진출력 저하의 요인은 묻지 않기 때문에, 사전에 예상을 할 수 없는 팩터나 센서에 의한 검출이 어려운 팩터에 의한 엔진출력의 저하에 대해서도 대응할 수 있고, 또한 환경센서 등의 센서는 불필요하여 저렴하게 제작할 수 있다.

또한 엔진의 최대 출력마력을 유효하게 사용할 수 있다.

본 발명의 제 2 실시형태를 도 11 및 도 12를 사용하여 설명한다. 도면에 있어서, 도 5 및 도 6에 나타낸 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태는 본 발명의 펌프토오크제어에 스피드센싱제어를 조합시킨 것이다.

도 11은 차체 컨트롤러(70A) 및 연료분사장치 컨트롤러(80)의 전체 신호의 입출력 관계를 나타내는 도면이다.

차체 컨트롤러(70A)는 목표 회전수(NR1)의 신호, 펌프제어파일럿압(PL1, PL2)의 신호, 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)의 신호를 더하여 회전수센서(72)의 실제 회전수(NE1)의 신호를 입력하고, 소정의 연산처리를 행하여 구동전류(SI1, SI2, SI3)를 솔레노이드제어밸브(30 내지 32)에 출력한다. 연료분사장치 컨트롤러(80)의 입출력신호는 도 5에 나타낸 제 1 실시형태의 것과 동일하다.

도 12는 차체 컨트롤러(70A)의 유압펌프(1, 2)의 제어에 관한 처리기능을 나타내는 도면이다.

도 12에 있어서, 차체 컨트롤러(70A)는 펌프 목표경전 연산부(70a, 70b), 솔레노이드 출력 전류 연산부(70c, 70d), 베이스 토오크 연산부(70e), 엔진토오크 여유율 설정부(70m), 엔진토오크 여유율 편차 연산부(70n), 게인연산부(70p), 펌프토오크보정치 연산 적분요소(70q, 70r, 70s), 펌프 베이스 토오크 보정부(70t), 솔레노이드출력전류 연산부(70k)에 더하여, 회전수 편차 연산부(70f), 토오크변환부(70g), 리미터연산부(70h), 제 2 펌프 베이스 토오크 보정부(70j)의 각 기능을 가지고 있다.

회전수 편차 연산부(70f)는 목표 회전수(NR1)와 실제 회전수(NE1)의 차인 회전수 편차(ΔNS)(= NE1 - NR1)를 산출한다.

토오크변환부(70g)는 회전수 편차(ΔNS)에 스피드센싱의 게인(KN)을 곱하여 스피드센싱 토오크 편차(ΔTO)를 산출한다.

리미터연산부(70h)는, 스피드센싱 토오크 편차(ΔTO)에 상한·하한 리미터를 곱하여 스피드센싱제어의 토오크 보정치(ΔTNL)로 한다.

제 2 펌프 베이스 토오크 보정부(70j)는, 펌프 베이스 토오크 보정부(70t)에서 보정하여 구한 펌프 베이스 토오크(TRO1)에 스피드센싱제어의 토오크 보정치(ΔTNL)를 가산하여, 보정한 펌프 베이스 토오크(TR1)(= TRO1 + ΔTNL)를 산출한다. 이 보정한 펌프 베이스 토오크가 펌프 최대 흡수토오크의 목표치가 된다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에서는 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어짐과 동시에, 항상 회전수 편차에 의한 펌프 최대 흡수토오크를 제어하는 스피드센싱을 아울러 행하고 있기 때문에, 급부하가 걸렸을 때나 예기치 않은 것에 의한 엔진의 출력저하에 대해서도 응답성 좋게 엔진정지를 방지할 수 있다.

또한 이상의 실시형태에서는 전자연료분사장치(14)에 의한 레귤레이션영역의 제어로서, 부하가 변하여도 엔진회전수를 일정하게 유지하는 등시성제어를 행하는 것으로 하였으나, 엔진출력이 증가함에 따라 엔진회전수가 감소하는 이른바 드롭(droop)특성이 되는 제어를 행하는 것에 본 발명을 적용하여도 되고, 이 경우도 등시성제어를 행하는 상기 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명에 의하면 고부하시에 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시켜 엔진정지를 방지할 수 있음과 동시에, 환경의 변화나 조악연료의 사용 등에 의해 엔진출력이 저하하였을 때에는 엔진회전수의 저하를 일으키는 일 없이 유압펌프의 최대 흡수토오크를 감소시킬 수 있고, 또한 사전에 예상을 할 수 없는 팩터나 센서에 의한 검출이 어려운 팩터 등, 엔진출력 저하의 모든 요인에 대응할 수 있으며, 또한 환경센서 등의 센서는 불필요하여 저렴하게 제작할 수 있다.

Claims

엔진(10)과, 이 엔진의 회전수와 출력을 제어하는 연료분사장치(14)와, 이 연료분사장치를 제어하는 연료분사장치 컨트롤러(80)와, 상기 엔진에 의해 구동되어 엑츄에이터(50 내지 56)를 구동하는 적어도 하나의 가변용량형의 유압펌프(1 또는 2)를 구비한 유압건설기계의 펌프토오크제어방법에 있어서,

상기 엔진(10)의 현재의 부하율을 연산하여 상기 부하율이 목표치로 유지되 도록 상기 유압펌프(1 또는 2)의 최대 흡수토오크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 부하율의 연산은, 상기 연료분사장치 컨트롤러(80)로 연산되는 목표 연료분사량(FN1)과 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)과의 관계를 미리 설정하여 두고, 상기부하율을 그때의 목표 연료분사량에 대응하는 엔진토오크 여유율로서 구함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 최대 흡수토오크의 제어는, 상기 부하율과 목표치의 편차(ΔTRY)를 연산하고, 이 편차를 사용하여 펌프 베이스 토오크(TRO)를 보정하여 이 보정한 펌프 베이스 토오크(TRl)에 일치하도록 상기 유압펌프(1 또는 2)의 최대 흡수토오크를제어함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부하율이 목표치로 유지되도록 상기 유압펌프(1 또는 2)의 최대 흡수토오크를 제어하는 것과 동시에, 상기 엔진(10)의 목표 회전수와 실제 회전수와의 편차(ΔN)를 연산하여 이 편차가 작아지도록 상기 유압펌프의 최대 흡수토오크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어방법.
엔진(10)과, 이 엔진의 회전수와 출력을 제어하는 연료분사장치(14)와, 이 연료분사장치를 제어하는 연료분사장치 컨트롤러(80)와, 상기 엔진에 의하여 구동되어 엑츄에이터(50 내지 56)를 구동하는 적어도 하나의 가변용량형의 유압펌프(1 또는 2)를 구비한 유압건설기계의 펌프토오크제어장치에 있어서,

상기 엔진(10)의 현재의 부하율을 연산하는 제 1 수단(80g)과, 상기 부하율이 목표치로 유지되도록 상기 유압펌프(1 또는 2)의 최대 흡수토오크를 제어하는 제 2 수단(70e, 70m 내지 70k)을 가지는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 수단(80g)은, 상기 연료분사장치 컨트롤러(80)로 연산되는 목표 연료분사량(FNl)과 엔진토오크 여유율(ENGTRRT)과의 관계를 미리 설정하여 두고,상기부하율을 그때의 목표 연료분사량에 대응하는 엔진토오크 여유율로서 구하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 2 수단(70e, 70m 내지 70D)은, 상기 부하율과 목표치의 편차(ΔTRY)를 연산하고, 이 편차를 사용하여 펌프 베이스 토오크(TRO)를 보정하여, 이 보정한 펌프 베이스 토오크(TRl)에 일치하도록 상기 유압펌프(1 또는 2)의 최대 흡수토오크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어장치.
제 7항에 있어서,

상기 제 2 수단(70e, 70m 내지 70k)은, 상기 편차를 적분하여 펌프 베이스 토오크 보정치(TER1)를 구하고, 상기 펌프 베이스 토오크(TRO)에 상기 펌프 베이스 토오크를 가산함으로써 상기 펌프 베이스 토오크를 보정하는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어장치.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 엔진(10)의 목표 회전수와 실제 회전수와의 편차(ΔN)를 연산하고, 이 편차가 작아지도록 상기 유압펌프(1 또는 2)의 최대 흡수토오크를 제어하는 제 3 수단(70f 내지 70j)을 더 가지는 것을 특징으로 하는 유압건설기계의 펌프토오크제어장치.