KR20100084636A - 작업차량의 원동기 제어장치 - Google Patents

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아츠시 시마즈
마사키 요시카와
겐타로 이토가
가즈오 쵸난
도모오 다카하시
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명에 있어서는 액셀러레이터 페달(11)의 조작량 s를 검출하는 페달 조작량 검출부(12)와, 토오크 컨버터(2)의 입력축과 출력축의 속도비 e를 검출하는 속도비 검출부(14, 15)와, 유압펌프(6)의 부하압 P를 검출하는 부하압 검출부(16)와, 저속도단과 고속도단으로 속도단을 변경 가능한 트랜스미션(3)의 저속도단을 검출하는 속도단 검출부(18)와, 적어도 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상, 또한 속도비 e가 소정값 ea 이하, 또한 펌프 부하압 P가 소정값 Pa 이상, 또한 트랜스미션(3)의 저속도단이 검출된 상태인 속도제한조건이 성립되면, 원동기(1)의 최고 회전속도를 저속측으로 제한하는 속도 제한부(10)를 구비한다.

Description

작업차량의 원동기 제어장치{ENGINE CONTROL DEVICE FOR WORKING VEHICLE}
본 발명은 휠 로더 등의 작업차량의 원동기 제어장치에 관한 것이다.
종래부터 작업량 모드와 연비 절약 모드의 모드 선택에 따라 엔진 출력 토오크 특성을 변경하도록 한 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 연비 절약 모드 선택시에 작업량 모드 선택시보다 고회전 영역에서의 엔진 출력 토오크를 조금 작은 듯하게 설정하는 동시에, 그만큼 최대 펌프 흡수 토오크도 조금 작은 듯하게 설정한다. 이에 의하여 모드 선택에 관계없이 큰 주행구동력을 얻을 수 있다.
1. 일본공개특허공보 제2005-61322호
그러나, 예를 들어 휠 로더에 의하여 굴삭작업을 행하는 경우, 주행구동력이 크면, 버킷을 지산(地山)에 넣었을 때에 리프트 아암에 작용하는 반력이 커져, 리프트 아암의 들어올리는 힘이 감소하여, 작업성의 악화를 수반할 우려가 있다.
본 발명에 의한 작업차량의 원동기 제어장치는, 액셀러레이터 페달의 조작량에 따라서 원동기의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부와, 원동기에 의하여 구동되고, 주행구동력에 따른 반력이 작용하는 작업용 액추에이터에 대하여 구동압을 공급하는 유압펌프와, 원동기의 회전을 토오크 컨버터를 거쳐 차륜에 전달하는 주행구동장치를 구비한 작업차량의 원동기 제어장치에 있어서, 액셀러레이터 페달의 조작량을 검출하는 페달 조작량 검출부와, 토오크 컨버터의 입력축과 출력축의 속도비를 검출하는 속도비 검출부와, 유압펌프의 부하압을 검출하는 부하압 검출부와, 저속도단과 고속도단으로 속도단을 변경 가능한 트랜스미션의 저속도단을 검출하는 속도단 검출부와, 적어도 페달 조작량 검출부에 의하여 검출된 페달조작량이 소정값 이상, 또한 속도비 검출부에 의하여 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한 부하압 검출부에 의하여 검출된 부하압이 소정값 이상, 또한 속도단 검출부에 의하여 트랜스미션의 저속도단이 검출된 상태인 속도 제한 조건이 성립되면, 원동기의 최고 회전속도를 저속측으로 제한하는 속도 제한부를 구비한다.
또, 본 발명에 의한 작업차량의 원동기 제어장치는, 액셀러레이터 페달의 조작량에 따라서 원동기의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부와, 원동기에 의하여 구동되고, 주행구동력에 따른 반력이 작용하는 작업용 액추에이터에 대하여 구동압을 공급하는 유압펌프와, 원동기의 회전을 토오크 컨버터를 거쳐 차륜에 전달하는 주행구동장치를 구비한 작업차량의 원동기 제어장치에 있어서, 액셀러레이터 페달의 조작량을 검출하는 페달 조작량 검출부와, 토오크 컨버터의 입력축과 출력축의 속도비를 검출하는 속도비 검출부와, 작업용 액추에이터의 조작을 검출하는 조작 검출부와, 저속도단과 고속도단으로 속도단을 변경 가능한 트랜스미션의 저속도단을 검출하는 속도단 검출부와, 적어도 조작검출부에 의하여 작업용 액추에이터의 조작이 검출되고, 또한 페달 조작량 검출부에 의하여 검출된 페달 조작량이 소정값 이상, 또한 속도비 검출부에 의하여 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한 속도단 검출부에 의하여 트랜스미션의 저속도단이 검출된 상태인 속도 제한 조건이 성립되면, 원동기의 최고 회전속도를 저속측으로 제한하는 속도 제한부를 구비한다.
트랜스미션을 적어도 3속 이상으로 변속 가능하게 한 경우, 속도단이 2속 이하일 때에 저속도단을 검출하면 된다.
속도제한부는, 속도 제한 조건이 소정 시간 계속해서 성립되는 것을 조건으로 하여, 원동기의 최고 회전속도를 제한하는 것이 바람직하다.
주행 모드를 선택하는 모드 선택부를 설치하고, 모드 선택부에 의하여 선택된 주행 모드에 따라서 원동기의 최고 회전속도의 제한값을 변경할 수도 있다.
속도제한부는, 시간 경과에 따라 원동기의 최고 회전속도의 제한값을 작게 하도록 해도 된다.
본 발명에 의하면, 적어도 페달 조작량이 소정값 이상, 또한 토오크 컨버터의 속도비가 소정값 이하, 또한 펌프 부하압이 소정값 이상, 또한 트랜스미션의 속도단이 저속도단일 때, 또는 적어도 작업용 액추에이터의 조작이 검출되고, 또한 페달 조작량이 소정값 이상, 또한 토오크 컨버터의 속도비가 소정값 이하, 또한 트랜스미션의 속도단이 저속도단일 때에, 원동기의 최고 회전속도를 저속측으로 제한하도록 하였으므로, 작업시의 주행구동력을 억제할 수 있어, 작업성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관련된 휠 로더의 측면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 원동기 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도 3은 제 1 실시형태에 관련된 모드 선택 스위치를 도시한 도면,
도 4는 각 속도단마다의 차속과 구동력의 관계를 도시한 도면,
도 5는 토오크 컨버터 속도비 기준 제어에 의한 변속의 타이밍을 도시한 도면,
도 6은 통상모드에 있어서 액셀러레이터 페달을 최대로 밟았을 때의 토오크특성을 도시한 도면,
도 7(a)∼(c)는 각각 본 실시형태에 관련된 원동기 제어장치에 의한 P 모드, N 모드, L 모드에 있어서의 토오크 특성을 도시한 도면,
도 8은 제 1 실시형태에 관련된 원동기 제어장치에 의한 엔진 최고 회전속도의 특성을 도시한 도면,
도 9는 제 1 실시형태에 관련된 컨트롤러에 있어서의 처리의 일예를 나타낸 플로우 차트,
도 10은 제 1 실시형태에 관련된 속도제한영역을 도시한 도면,
도 11은 굴삭작업의 일예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 원동기 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도 13은 제 2 실시형태에 관련된 속도제한영역을 도시한 도면,
도 14는 제 3 실시형태에 관련된 모드 선택 스위치를 도시한 도면,
도 15는 제 3 실시형태에 관련된 원동기 제어장치에 의한 엔진 최고 회전속도의 변화를 도시한 도면,
도 16은 제 3 실시형태에 관련된 컨트롤러에 있어서의 처리의 일예를 나타낸 플로우차트.
- 제 1 실시형태 -
이하에 도 1∼도 9를 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 작업차량의 원동기 제어장치에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 관련된 원동기 제어장치가 적용되는 작업차량의 일예인 휠 로더의 측면도이다. 휠 로더(100)는 아암(111), 버킷(112), 타이어(113) 등을 갖는 앞부분 차체(110)와, 운전실(121), 엔진실(122), 타이어(123) 등을 갖는 뒷부분 차체(120)으로 구성된다. 아암(111)은 아암 실린더(114)의 구동에 의하여 상하방향으로 회동[부앙동(俯仰動)]하고, 버킷(112)은 버킷 실린더(115)의 구동에 의하여 상하방향으로 회동(덤프 또는 크라우드)한다. 앞부분 차체(110)와 뒷부분 차체(120)는 센터 핀(101)에 의하여 서로 자유롭게 회동하도록 연결되고, 스티어링 실린더(도시하지 않음)의 신축에 의하여 뒷부분 차체(120)에 대하여 앞부분 차체(110)가 좌우로 굴절한다.
도 2는, 제 1 실시형태에 관련된 원동기 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 엔진(1)의 출력축에는 토오크 컨버터(2)의 입력축이 연결되고, 토오크 컨버터(2)의 출력축은 트랜스미션(3)에 연결되어 있다. 토오크 컨버터(2)는 주지의 임펠러, 터빈, 스테이터로 이루어지는 유체 클러치로서, 엔진(1)의 회전은 토오크 컨버터(2)를 거쳐 트랜스미션(3)에 전달된다. 트랜스미션(3)은, 그 속도단을 변속하는 액압 클러치를 가지며, 토오크 컨버터(2)의 출력축의 회전은 트랜스미션(3)에 의해 변속된다. 변속후의 회전은 프로펠러 샤프트(4), 액슬(5)을 거쳐 타이어(113, 123)에 전달되어, 차량이 주행한다.
가변 용량형의 작업용 유압펌프(6)는 엔진(1)에 의하여 구동되고, 압유를 토출한다. 유압펌프(6)로부터의 토출유는 컨트롤 밸브(7)를 거쳐 작업용 액추에이터(8)[예를 들어, 아암 실린더(114)]에 유도되어, 액추에이터(8)가 구동된다. 컨트롤 밸브(7)는 도시하지 않은 조작레버에 의하여 조작되고, 유압펌프(6)로부터 액추에이터(8)로의 압유의 흐름을 제어한다. 펌프 용량은 레귤레이터(9)에 의하여 변경된다. 레귤레이터(9)는 펌프 토출압에 따라서 펌프 용량을 변경하여, 예를 들어 작업 토오크가 일정하게 되는 것과 같은 정(定) 토오크 제어를 행한다. 또한, 유압펌프(6)를 기어 펌프 등의 고정용량형 펌프로 해도 된다.
컨트롤러(10)는 CPU, ROM, RAM, 그 외의 주변회로 등을 갖는 연산처리장치를 포함하여 구성된다. 컨트롤러(10)에는 액셀러레이터 페달(11)의 조작량 s을 검출하는 액셀러레이터 조작량 검출기(12)와, 트랜스미션(3)의 출력축의 회전속도, 즉 차속을 검출하는 차속 검출기(13)와, 토오크 컨버터(2)의 입력축의 회전속도 Ni를 검출하는 회전속도 검출기(14)와, 토오크 컨버터(2)의 출력축의 회전속도 Nt를 검출하는 회전속도 검출기(15)와, 유압펌프(6)의 토출압 P을 검출하는 압력 검출기(16)와, 차량의 전후진을 지령하는 전후진 변환 스위치(17)와, 1속∼4속 사이에서 속도단의 상한을 지령하는 시프트 스위치(18)와, 주행 모드를 선택하는 모드 선택 스위치(19)가 접속되어 있다. 모드 선택 스위치(19)는 예를 들어 도 3에 도시한 다이얼 스위치로서, 스위치(19)의 조작에 의하여 통상모드 외에 P 모드, N 모드, L 모드를 선택할 수 있다. 통상모드는 도시하지 않은 스위치의 조작에 의하여 선택된다.
토오크 컨버터(2)는 입력 토오크에 대하여 출력 토오크를 증대시키는 기능, 즉 토오크 비를 1 이상으로 하는 기능을 갖는다. 토오크 비는 토오크 컨버터(2)의 입력축과 출력축의 회전속도의 비인 토오크 컨버터 속도비 e[출력 회전속도 Nt / 입력 회전속도 Ni]의 증가에 따라 작아진다. 예를 들어, 엔진 회전속도가 일정한 상태에서 주행중에 주행부하가 커지면, 토오크 컨버터(2)의 출력 회전속도 Nt, 즉 차속이 감소하고 토오크 컨버터 속도비 e가 작아진다. 이 때, 토오크 비는 증가하기 때문에, 보다 큰 구동력(견인력)으로 차량 주행 가능하게 된다. 각 속도단마다의 차속과 구동력과의 관계는 도 4에 나타낸 바와 같으며, 동일 속도단에서 비교하면, 차속이 느리면 구동력은 크고(저속 고토오크), 차속이 빠르면 구동력은 작아진다(고속 저토오크). 또, 속도단이 작을수록, 동일 차속에 있어서 큰 구동력을 얻을 수 있다.
트랜스미션(3)은, 1속∼4속의 각 속도단에 대응한 솔레노이드 밸브를 갖는 자동 변속기이다. 이들 솔레노이드 밸브는, 컨트롤러(10)로부터 솔레노이드 제어부(21)로 출력되는 제어신호에 의해서 구동된다.
자동 변속 제어에는, 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값에 도달하면 변속하는 토오크 컨버터 속도비 기준 제어와, 차속이 소정값에 도달하면 변속하는 차속 기준 제어의 두 가지 방식이 있다. 본 실시형태에서는 토오크 컨버터 속도비 기준 제어에 의하여 트랜스미션(3)의 속도단을 제어하는 것으로 설명한다.
도 5는, 토오크 컨버터 속도비 기준 제어에 의한 변속의 타이밍을 나타낸 도면이다. 컨트롤러(1O)에는, 미리 시프트 업의 기준이 되는 토오크 컨버터 속도비 e1와 시프트 다운의 기준이 되는 토오크 컨버터 속도비 e2가 기억되어 있다.
컨트롤러(10)는, 회전속도 검출기(14, 15)로부터의 신호에 의하여 토오크 컨버터 속도비 e를 산출하여, 산출한 속도비 e가 기준 속도비 e1보다 커지면 시프트 업 신호를, 기준 속도비 e2보다 작아지면 시프트 다운 신호를, 각각 솔레노이드 제어부(21)에 출력한다. 이에 의하여 트랜스미션(3)의 속도단이 토오크 컨버터 속도비 e에 따라 1속∼4속 사이에서 자동적으로 변경된다. 즉, 주행부하가 낮아지고, 토오크 컨버터 속도비 e가 증가하여 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 e1 이상이 되면, 속도단은 1단 시프트 업한다. 반대로 주행부하가 높아지고, 토오크 컨버터 속도비 e가 저하하여 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 e2 이하가 되면, 속도단은 1단 시프트 다운한다. 이 때, 시프트 스위치(18)에 의하여 선택된 속도단을 상한으로 하여 자동변속된다. 예를 들어, 시프트 스위치(18)에 의하여 2속이 선택되었을 때에는 속도단은 1속 또는 2속이 되고, 1속이 선택되었을 때에는 속도단은 1속에 고정된다.
또한, 여기서는 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값에 도달하면 변속하도록 하였으나, 차속이 소정값에 도달하면 변속하도록 해도 된다. 그 경우, 차속 검출기(13)로부터의 신호에 따라서 솔레노이드 제어부(21)에 시프트 업 신호 또는 시프트 다운 신호를 출력하면 된다.
컨트롤러(10)는, 액셀러레이터 페달(12)의 조작량에 따른 목표 엔진속도로 엔진 회전속도를 제어한다. 즉, 액셀러레이터 페달(12)의 밟음량이 커지면 목표 엔진속도가 커지고, 컨트롤러(10)는 이 목표 엔진속도에 대응한 제어신호를 엔진제어부(22)에 출력하여, 엔진 회전속도를 제어한다.
도 6은, 통상모드에 있어서 액셀러레이터 페달(12)을 최대로 밟았을 때의 엔진 회전속도와 토오크의 관계를 나타낸 주행성능 선도(토오크 선도)이다. 도면에서, 특성 A0는 엔진(1)의 출력 토오크(엔진 출력 토오크)이며, 특성 A0와 특성 B0의 차이는 유압펌프(6)의 최대 흡수 토오크(펌프 입력 토오크)에 상당한다. 특성 B0는, 특성 A0를 펌프 입력 토오크만큼 하측으로 시프트한 특성이며, 주행에 사용 가능한 주행용 엔진 토오크를 나타낸다. 또한, 펌프 입력 토오크는 작업내용에 따라서 변화되고, 그에 의해서 주행에 사용 가능한 토오크도 변화되나, 도면에서는 굴삭작업시의 대표적인 펌프 입력 토오크에 대응한 주행용 엔진 토오크의 특성 B0를 나타내고 있다.
도 6의 특성 C0는 엔진(1)에 의하여 트랜스미션(3)이 구동될 때의 트랜스미션(3)의 입력 토오크(트랜스미션 토오크)이며, 엔진 회전속도 N가 상승함에 따라서 트랜스미션 토오크는 증대하고 있다. 이 특성 CO는, 토오크 컨버터 속도비 e가 O일 때의 특성이며, 토오크 컨버터 속도비 e가 커짐에 따라서 트랜스미션 토오크는 작아진다(도 7의 특성 C1 참조).
특성 B0와 특성 C0의 교점 Pb은 굴삭작업시의 매칭점이며, 엔진 회전속도는 이 매칭점의 값 Nb가 된다. 또한, 특성 A0와 특성 C0의 교점 Pa는, 펌프 입력 토오크가 0일 때, 즉 펌프(6)가 무부하 상태에서의 매칭점이며, 그 때의 엔진 회전속도는 Na이다. 엔진 회전속도 N은, 펌프 입력 토오크의 크기에 따라서 Nb ≤ N ≤ Na의 범위에서 변화된다. 또한, 펌프 무부하 상태에서의 엔진(1)의 최고 회전속도는 Nc이다.
엔진 회전속도 N가 매칭점에 있을 때, 주행구동력은 이 엔진 회전속도 N의 2제곱에 비례한다. 굴삭작업시에 버킷(112)을 토사 등의 지산에 넣었을 때에는, 토사 등으로부터 리프트 아암(111)에 반력이 작용하는데, 이 때, 주행구동력이 너무 크면, 반력도 커지고, 리프트 아암(111)의 들어올리는 힘이 감소하여 작업성이 악화된다. 이를 방지하기 위해서는 엔진 회전속도를 낮추어 주행구동력을 작게 할 필요가 있는데, 이를 오퍼레이터 자신이 액셀러레이터 페달(12)의 조작량을 조정함으로써 행하는 것으로는 번잡하다. 그래서, 본 실시형태에서는, 소정 조건이 성립되었을 때에, 엔진(1)의 최고 회전속도를 통상모드보다 조금 낮은 듯하게 제한하고, 엔진 회전속도의 매칭점을 자동적으로 낮추어, 주행구동력을 감소시킨다.
엔진 최고 회전속도의 제한값은 주행 모드에 따라 다르다. 즉, P 모드, N 모드, L 모드의 순서로 제한량이 커져(최고 회전속도가 작아져), 주행구동력은 작아진다. 도 7(a)∼(c)는 각각 P 모드, N 모드, L 모드에 대응한 토오크 선도를 나타낸다. 이 토오크 특성 A1∼A3은 액셀러레이터 페달(11)을 최대로 밟았을 때의 고회전 영역의 엔진 출력 토오크 특성 A0(도 6)를, 각각 저회전측으로 시프트한 특성 이며, 액셀러레이터 페달(11)을 되돌림 조작하였을 때의 토오크 특성에 상당한다.
도면에서는 특성 A1, A2, A3의 순서로 저회전측으로의 시프트 양이 커지고 있고, 이것은 액셀러레이터 페달(12)의 되돌림 조작량을 크게 해 갔을 때의 엔진 출력 토오크의 변화와 동일하다. 도면에서의 특성 B1∼B3은 각각 특성 A1∼A3에 대응한 주행용 엔진 토오크이며, 특성 C1은 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea일 때의 트랜스미션 토오크이다. 소정값 ea는, 굴삭작업시에 상정되는 토오크 컨버터 속도비(예를 들어 0.3 정도)에 상당한다. 본 실시형태에서는 후술하는 소정 조건(엔진 회전속도 제한 조건)이 성립되었을 때에, 엔진 회전속도의 상한이 주행모드에 따른 이하의 회전속도 Np, Nn, NL이 되도록 엔진(1)이 제어된다.
도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 엔진 출력 토오크의 특성이 A1일 때에는, 특성 C0과 특성 B1의 교점인 토오크 컨버터 속도비 e = 0의 매칭점은 Pb가 되고, 특성 C1과 특성 B1의 교점인 토오크 컨버터 속도비 e = ea의 매칭점은 Pp가 된다. 이 때, 각 매칭점 Pb, Pp에서의 엔진 회전속도는 Nb, Np이며, 펌프 입력 토오크를 일정하게 하면, 굴삭작업시에 엔진 회전속도 N은 이 범위 내(Nb ≤ N ≤ Np)에서 변화되고, P 모드 굴삭시의 엔진 회전속도의 최대값은 Np가 된다. 이 경우, 펌프 무부하시의 최고 회전속도는 Nd이며, 통상모드시의 최고 회전속도 Nc보다 낮다.
토오크 컨버터 속도비 e = O에서의 P 모드시의 매칭점 Pb는 통상모드시의 매칭점 Pb(도 6)와 동일하고, 펌프 무부하시의 최고 회전속도가 Nd∼Nc의 범위에서 매칭점은 Pb가 된다. 토오크 컨버터 속도비 e = ea에서의 P 모드시의 매칭점 Pp도 통상모드시의 매칭점과 동일하다. 이와 같이 P 모드시에는 통상모드시와 동일한 매칭점 Pb, Pp가 얻어지고, 또한 펌프 무부하시의 최고 회전속도가 최소 Nd가 되도록 엔진(1)이 제어된다. 즉, 굴삭작업시에 엔진 회전속도가 Np 이하가 되도록 엔진 회전속도의 최대값이 제한된다. 또한, 액셀러레이터 페달(11)을 풀(full)로 밟았을 때의 페달 조작량을 s0이라 하면, 특성 A1은 액셀러레이터 페달(11)의 조작량이 s1(< sO)일 때의 토오크 특성에 상당한다.
도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 엔진 출력 토오크의 특성이 A2일 때에는, 특성 C1과 특성 B2의 교점인 토오크 컨버터 속도비 e = ea의 매칭점은 Pn이 된다. 이 때, 매칭점 Pn에서의 엔진 회전속도는 Nn이고, 펌프 입력 토오크를 일정하게 하면, N 모드 굴삭시의 엔진 회전속도의 최대값은 Nn이 된다. 이와 같이 N 모드시에는 굴삭작업시에 엔진 회전속도가 Nn 이하가 되도록 엔진 회전속도의 최대값이 제한된다.
도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 엔진 출력 토오크의 특성이 A3일 때에는, 특성 C1과 특성 B3의 교점인 토오크 컨버터 속도비 e = ea의 매칭점은 PL이 된다. 이 때, 매칭점 PL에서의 엔진 회전속도는 NL이고, 펌프 입력 토오크를 일정하게 하면, L 모드 굴삭시의 엔진 회전속도의 최대값은 NL이 된다. 이와 같이 L 모드시에는 굴삭작업시에 엔진 회전속도가 NL 이하가 되도록 엔진 회전속도의 최대값이 제한된다.
컨트롤러(10)에는, 미리 도 8(a)에 나타낸 바와 같은 토오크 컨버터 속도비 e와 엔진 회전속도의 최대값 Np, Nn, NL(엔진 최고 회전속도 Nlim)과의 관계가 기억되어 있다. 도 8(a)에서는, 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하의 범위에서, 엔진 최고 회전속도 Nlim은 주행모드에 따른 최대값 Np, Nn, NL이 되고, 소정값 ea를 넘으면 최대 Nmax가 된다. 또한, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하의 범위에서, 토오크 컨버터 속도비 e의 증가에 따라 최고 회전속도 Nlim이 서서히 증가하도록 해도 된다. 컨트롤러(10)는, 엔진 제어부(22)에 제어신호를 출력함으로써 최고 회전속도 Nlim을 제어한다.
도 9는, 컨트롤러(10)에 있어서의 처리의 일예를 나타내는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 나타낸 처리는, 예를 들어 엔진 키 스위치의 온에 의하여 개시된다. 단계 S1에서는, 각종 검출기(12∼16) 및 스위치(17∼19)로부터의 신호를 판독한다.
단계 S2에서는, 액셀러레이터 조작량 검출기(12)에 의하여 검출된 액셀러레이터 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상(s ≥ s1)인지 여부, 즉 펌프 무부하 상태에서의 엔진(1)의 최고 회전속도가 도 7(a)의 Nd 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S2가 긍정되면 단계 S3로 진행하고, 부정되면 단계 S10로 진행한다.
단계 S3에서는, 회전속도 검출기(14, 15)로부터의 신호에 의해서 산출되는 토오크 컨버터 속도비와, 압력 검출기(16)에 의하여 검출되는 펌프 부하압 P와의 관계가, 미리 정한 도 10(a)의 사선영역(속도제한영역)에 있는지 여부를 판정한다. 즉, 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하이고, 또한 펌프 부하압 P가 굴삭작업시의 부하압인 소정값 Pa 이상(P ≥ Pa)인지 여부를 판정한다. 또한, 도면 내에서의 Pr은 유압펌프(6)의 릴리프압에 상당한다. 펌프 부하압 P의 문턱값을 일정값 Pa로 하는 것이 아니라, 도 10(b)에 나타낸 바와 같이 토오크 컨버터 속도비 e가 작아질수록 문턱값이 Pa보다 작아지도록 속도제한영역을 정해도 된다. 단계 S3이 긍정되면 단계 S4로 진행하고, 부정되면 단계 S10로 진행한다.
단계 S4에서는, 시프트 스위치(18)가 1속 또는 2속으로 조작되어 있는지 여부, 즉 트랜스미션(3)의 속도단이 굴삭작업을 행하는 상태인 2속 이하가 되어 있는지 여부를 판정한다. 단계 S4가 긍정되면 단계 S5로 진행하고, 부정되면 단계 S10로 진행한다.
단계 S2∼단계 S4가 모두 긍정되면, 엔진 회전속도 제한조건이 성립되었다고 판정된다. 이 경우에는, 버킷(112)을 지산에 넣어 굴삭작업을 행하고 있는 상태라고 판정하여 단계 S5로 진행한다. 단계 S5에서는, 엔진 회전속도 제한조건이 성립된 상태가 소정 시간(예를 들어 0.3초 정도) 계속되었는지 여부를 판정한다. 단계 S5가 긍정되면 단계 S6로 진행하고, 부정되면 단계 S10로 진행한다.
단계 S6에서는, 모드 선택 스위치(19)로부터의 신호에 의하여 주행모드를 판정한다. 단계 S6에서 P 모드라고 판정되면 단계 S7로 진행하고, N 모드라고 판정되면 단계 S8로 진행하고, L 모드라고 판정되면 단계 S9로 진행한다. 단계 S7∼단계 S9에서는, 각각 엔진 최고 회전속도 Nlim이 소정값 Np, Nn, NL가 되도록 엔진 제어부(22)에 제어신호를 출력한다. 이에 의하여 굴삭작업시의 엔진 출력 토오크 특성이 각각 도 7(a)∼(c)의 A1∼A3이 된다.
한편, 단계 S10에서는, 엔진 최고 회전속도가 최대 Nmax(= Nc)가 되도록, 즉 페달을 최대로 밟았을 때의 엔진 출력 토오크 특성이 도 6의 특성 A0이 되도록 엔진 제어부(22)에 제어신호를 출력한다. 이 경우에는, 액셀러레이터 페달(11)의 조작량에 따른 목표 회전속도로 엔진 회전속도가 제어된다.
이상의 실시형태의 동작을 종합하면 다음과 같이 된다. 굴삭작업시에 버킷(112)을 지산에 넣을 때에는, 큰 주행구동력이 필요하게 되기 때문에, 시프트 스위치(18)를 1속 또는 2속으로 조작하고, 액셀러레이터 페달(11)을 최대로 밟아 차량을 전진 주행시킨다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이 버킷(112)을 지산(150)에 넣은 상태에서, 조작레버를 조작하여 아암 실린더(114)를 구동한다. 이 때, 주행부하의 증가에 의하여 토오크 컨버터 속도비 e는 소정값 ea 이하가 되고, 작업부하의 증가에 의하여 펌프 토출압 P는 소정값 Pa 이상이 된다. 이 때문에, 엔진 회전속도 제한조건이 성립되고, 주행모드에 따라서 엔진 회전속도의 최대값이 소정값 Np, Nn, NL로 제한된다(단계 S5∼단계 S7).
주행구동력은 엔진 회전속도의 2제곱에 비례한다. 이 때문에, 예를 들어 L 모드시의 주행구동력은 P 모드시의 주행구동력의 (NL/Np)2배가 된다. 이에 따라 L 모드시에는 P 모드시보다 주행구동력이 감소하고, 위쪽 모래 등으로부터 아암(111)에 작용하는 반력이 감소한다. 그 결과, 액셀러레이터 페달(11)을 최대로 밟더라도 주행구동력이 너무 커지지 않아, 버킷(112)을 용이하게 들어올릴 수 있다.
주행구동력의 제한량은 주행모드에 따라 달라, 오퍼레이터는 토사 등의 굴삭대상물의 종류에 따라 주행모드를 선택한다. 예를 들어, 굴삭대상물이 단단한 경우에는 P 모드, 눈이나 모래 등 부드러운 경우에는 L 모드를 선택한다. 이에 의하여 굴삭대상물이 단단한 경우에는 큰 주행구동력으로 버킷(112)을 용이하게 지산에 넣을 수 있다. 한편, 굴삭대상물이 부드러운 경우에는 아암(111)에 작용하는 반력을 작게 하여 버킷(112)을 용이하게 들어올릴 수 있다. 그 결과, 작업효율을 높일 수 있다.
제 1 실시형태에 의하면 이하와 같은 작용효과를 나타낼 수 있다.
(1) 액셀러레이터 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상, 또한 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하, 또한 펌프 부하압이 소정값 Pa 이상, 또한 트랜스미션(3)의 속도단이 2속 이하일 때에, 엔진 회전속도 제한조건이 성립되었다고 하여, 엔진(1)의 최고 회전속도를 조금 낮은 듯하게 제한하도록 하였다. 이에 따라 굴삭작업시의 주행구동력의 증가를 억제할 수 있어, 버킷(112)의 들어올림이 용이해져, 작업성을 높일 수 있다. 즉, 주행구동력이 너무 커서 버킷(112)이 들어올려지지 않는 경우, 오퍼레이터가 액셀러레이터 페달(11)을 되돌림 조작하여 주행구동력을 낮추거나, 버킷(112)의 틸트 조작을 몇 번인가 반복함으로써, 아암(111)을 들어올리도록 하고 있었으나, 이와 같은 번거로운 조작이 불필요하게 된다.
(2) 펌프 입력 토오크의 특성 B0을 아래쪽으로 시프트시키는 것이 아니라, 엔진 최고 회전속도를 감소시키므로, 펌프 입력 토오크를 쓸데없이 크게 하여 매칭점을 어긋나게 할 필요가 없어, 연비도 향상할 수 있다. 엔진 최고 회전속도 자체를 감소시키므로, 제어 구성도 간단하다.
(3) 엔진 회전속도 제한조건이 소정 시간 계속해서 성립되었을 때에 엔진 최고 회전속도를 제한하도록 하였으므로, 차량이 굴삭상태에 있음을 정밀도 좋게 판정하여 속도제한할 수 있어, 제어동작이 안정된다.
(4) 주행모드에 따라서 최고 회전속도의 설정값을 변환 가능하게 하였으므로, 굴삭대상물에 따른 값으로 최고 회전속도를 변경할 수 있어, 굴삭작업을 적절하게 행할 수 있다.
(5) 트랜스미션(3)의 속도단이 2속 이하인 것을 조건으로 하여 엔진 최고 회전속도를 제한하므로, 굴삭작업시 이외에 엔진(1)의 최고 회전속도가 제한되는 것을 방지할 수 있다.
(6) 액셀러레이터 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상인 것을 조건으로 하여 엔진 최고 회전속도를 제한하므로, 최고 회전속도가 높은 경우에만 엔진 회전속도가 제한되어, 엔진 회전속도를 유효하게 제한할 수 있다.
- 제 2 실시형태의 변형예 -
도 12, 도 13을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 작업차량의 원동기 제어장치에 대하여 설명한다.
제 1 실시형태에서는, 펌프 부하압 P가 소정값 Pa 이상인 것을 조건으로 하여 엔진 최고 회전속도를 제한하도록 하였으나, 제 2 실시형태에서는, 그 대신에 아암(111)을 올림 조작한 것을 조건으로 하여 엔진 최고 회전속도를 제한한다. 이하에서는 제 1 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
도 12는 제 2 실시형태에 관련된 원동기 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 2와 동일한 개소에는 동일한 부호를 붙인다. 도 12에서는, 아암 실린더 구동용 조작레버(23)의 조작량 X를 검출하는 스트로크 센서 등의 조작량 검출기(24)가 설치되고, 조작량 검출기(24)로부터의 신호는 컨트롤러(10)에 입력된다. 컨트롤 밸브(7)에 작용하는 파일롯압을 검출하는 유압센서 등을, 조작량 검출기(24)로 이용해도 된다.
제 2 실시형태에서는 도 13에 나타낸 바와 같이 토오크 컨버터 속도비 e와 레버 조작량 X와의 관계에 의하여 정해지는 속도제한영역(사선영역)이 미리 기억되어 있다. 컨트롤러(10)에서는, 도 9와 동일한 처리가 행해진다. 이 때, 단계 S3에서는, 토오크 컨버터 속도비 e와 레버 조작량 X가 도 13(a)의 속도제한영역에 있는지 여부를 판정한다. 즉, 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하이고, 또한 레버 조작량 X가 미리 정한 소정값 Xa 이상(X ≥ Xa)인지 여부를 판정한다. 소정값 Xa는, 버킷(112)을 지산에 넣은 후, 아암(111)을 상승시킬 때의 레버 조작량에 상당한다. 또한, 레버 조작량 X의 문턱값을 일정값 Xa로 하는 것이 아니라, 도 13(b)에 나타낸 바와 같이 토오크 컨버터 속도비 e가 작아질수록 문턱값이 Xa보다 작아지도록 속도제한영역을 정해도 된다.
제 2 실시형태에서는, 액셀러레이터 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상(단계 S2), 또한 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하, 또한 레버 조작량 X가 소정값 Xa 이상(단계 S3), 또한 트랜스미션(3)의 속도단이 2속 이하(단계 S4)일 때에, 엔진 회전속도 제한조건이 성립된다. 이 상태가 소정 시간 계속되면, 주행모드에 따라서 엔진(1)의 최고 회전속도를 조금 낮은 듯하게 제한한다(단계 S7∼단계 S9). 이에 따라 제 1 실시형태와 마찬가지로, 굴삭작업시의 주행구동력의 증가를 억제할 수 있어, 버킷(112)의 들어올림이 용이해져, 작업성을 높일 수 있다.
- 제 3 실시형태 -
도 14∼도 16을 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 작업차량의 원동기 제어장치에 대하여 설명한다.
상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 주행모드에 따라서 엔진 최고 회전속도 Nlim을 설정하였으나(도 8), 제 3 실시형태에서는, 시간 경과에 따라 엔진 최고 회전속도를 변화시킨다. 또한, 이하에서는 제 1 및 제 2 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
제 3 실시형태에서는, 도 14에 나타낸 모드 변환 스위치(190)의 조작에 의하여, 주행모드를 P 모드와 L 모드로 변환 가능하게 되어 있다. 도 15(a), (b)는 각각 P 모드, L 모드에서의 엔진 최고 회전속도 Nlim의 변화를 나타낸 도면이다. 도 15(a)에 나타낸 바와 같이 P 모드 선택시에는, 엔진 최고 회전속도 Nlim은 소정 시간 T1 이하의 범위(T ≤ T1)에서 Np이고, 소정 시간 T1보다 길고 또한 소정 시간 T2 이하의 범위(T1 < T ≤ T2)에서 Np부터 NL까지 서서히 감소하고, 소정 시간 T2을 넘은 범위(T2 < T)에서 NL이 된다. 한편, L 모드 선택시에는, 엔진 최고 회전속도 Nlim은 시간 경과에 관계없이 일정값 NL이 된다.
도 16은 제 3 실시형태에 관련된 컨트롤러(10)에 있어서의 처리의 일예를 나타낸 플로우차트이다. 또한, 도 9와 동일한 개소에는 동일한 부호를 붙인다. 컨트롤러(10)에는 미리 도 15(a)의 특성이 기억되어 있다. 도 16에 있어서, 단계 S5에서, 엔진 회전속도 제한조건이 소정 시간 계속해서 성립되었다고 판정되면 단계 S6로 진행하고, 주행모드를 판정한다. 단계 S6에서 P 모드라고 판정되면 단계 S11로 진행한다. 단계 S11에서는, 도 15(a)의 특성에 따라 엔진 최고 회전속도 Nlim이 변화하도록 엔진 제어부(22)에 제어신호를 출력한다. 한편, 단계 S6에서 L 모드라고 판정되면 단계 S9로 진행하고, 엔진 최고 회전속도 Nlim이 소정값 NL이 되도록 엔진 제어부(22)에 제어신호를 출력한다.
제 3 실시형태에서는, 모드 선택 스위치(190)에 의하여 P 모드가 선택되면, 엔진 회전속도 제한조건이 소정 시간 계속해서 성립된 후, 다시 소정 시간 T1이 경과할 때까지는 엔진 최고 회전속도 Nlim은 Np가 된다. 이 때문에 주행구동력이 커져, 굴삭대상물에 버킷(112)을 충분히 넣을 수 있다. 소정 시간 T1 경과후에는, 시간 경과에 따라 엔진 최고 회전속도 Nlim은 서서히 감소하고, 소정 시간 T2 이상이 되면 엔진 최고 회전속도는 NL이 된다. 그 결과, 버킷(112)을 넣은 후, 주행구동력을 자동적으로 저감할 수 있어, 버킷(112)을 용이하게 들어올릴 수 있다.
이와 같이 제 3 실시형태에서는, 시간 경과에 따라 엔진 최고 회전속도 Nlim을 작게 하도록 하였으므로, 버킷(112)을 지산에 뚫어 넣은 후, 버킷(112)를 들어올릴 때에 주행구동력을 자동적으로 감소시킬 수 있어, 굴삭작업을 용이하게 행할 수 있다. 엔진 최고 회전속도 Nlim을 서서히 감소시키므로, 엔진 회전속도의 변화에 의한 쇼크도 작다.
또한, 상기 실시형태에서는, 트랜스미션(3)을 1속∼4속으로 변속 가능한 것으로 하였으나, 트랜스미션(3)의 속도단은 적어도 저속도단과 고속도단으로 변경 가능하면 된다. 트랜스미션(3)을 1속∼4속으로 변속 가능한 것으로 하였을 경우, 속도단이 2속 이하일 때에 저속도단이 된다. 따라서, 적어도 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상, 또한 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하, 또한 펌프 부하압 P가 소정값 Pa 이상, 또한 트랜스미션(3)의 속도단이 저속도단일 때, 또는 적어도 작업용 액추에이터(8)의 조작이 검출되고, 또한 페달 조작량 s가 소정값 s1 이상, 또한 토오크 컨버터 속도비 e가 소정값 ea 이하, 또한 트랜스미션(3)의 속도단이 저속도단일 때에, 엔진 최고 회전속도를 저속측으로 제한하는 것이라면, 속도제한부로서의 컨트롤러(10)의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다.
액셀러레이터 페달(11)의 조작량에 따라서 엔진 회전속도 N을 제어하는 것이라면, 즉 액셀러레이터 페달(11)의 조작량의 증가에 따라 목표 엔진 회전속도를 크게 하고, 이 목표 엔진 회전속도에 엔진 회전속도를 제어하는 것이라면, 회전속도 제어부로서의 컨트롤러(10)와 엔진 제어부(22)의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다. 엔진(1)의 회전을 토오크 컨버터(2), 트랜스미션(3), 프로펠러 샤프트(4), 액슬(5)을 거쳐 타이어(113, 123)에 전달하도록 하였으나, 주행구동장치의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다.
액셀러레이터 조작량 검출기(12)에 의하여 페달 조작을 검출하였으나, 페달 조작량 검출부의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다. 회전속도 검출기(14, 15)에 의하여 토오크 컨버터 속도비 e를 검출하였으나, 속도비 검출부의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다. 압력 검출기(16)에 의하여 펌프 부하압을 검출하였으나, 부하압 검출부의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다. 조작량 검출기(24)에 의하여 레버 조작량 X를 검출함으로써 아암 실린더(114)의 조작을 검출하였으나, 조작 검출부의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다. 시프트 스위치(18)에 의하여 2속 이하의 속도단을 검출하였으나, 저속도단과 고속도단으로 변경 가능한 트랜스미션(3)의 저속도단을 검출하는 것이라면, 속도단 검출부의 구성은 어떠한 것이더라도 상관없다. 모드 선택부로서의 모드 선택 스위치(19)에 의하여 주행모드를 선택하였으나, 주행모드의 종류는 상술한 것에 한정하지 않는다.
이상에서는, 본 발명을 휠 로더에 적용하는 예에 대하여 설명하였으나, 주행구동력에 따른 반력이 작용하는 작업기를 갖는 다른 작업차량에도 본 발명은 동일하게 적용 가능하다. 즉, 본 발명의 특징, 기능을 실현할 수 있는 한, 본 발명은 실시형태의 원동기 제어장치에 한정되지 않는다.
본 출원은 일본특허출원 제2007-276075호(2007년 10월 24일 출원)을 기초로 하여, 그 내용은 인용문으로서 여기에 편성된다.

Claims (6)

  1. 액셀러레이터 페달의 조작량에 따라서 원동기의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부와,
    상기 원동기에 의하여 구동되고, 주행구동력에 따른 반력이 작용하는 작업용 액추에이터에 대하여 구동압을 공급하는 유압펌프와,
    상기 원동기의 회전을 토오크 컨버터를 거쳐 차륜에 전달하는 주행구동장치를 구비한 작업차량의 원동기 제어장치에 있어서,
    상기 액셀러레이터 페달의 조작량을 검출하는 페달 조작량 검출부와,
    상기 토오크 컨버터의 입력축과 출력축의 속도비를 검출하는 속도비 검출부와,
    상기 유압펌프의 부하압을 검출하는 부하압 검출부와,
    저속도단과 고속도단으로 속도단을 변경 가능한 트랜스미션의 저속도단을 검출하는 속도단 검출부와,
    적어도 상기 페달 조작량 검출부에 의하여 검출된 페달 조작량이 소정값 이상, 또한 상기 속도비 검출부에 의하여 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한 상기 부하압 검출부에 의하여 검출된 부하압이 소정값 이상, 또한 상기 속도단 검출부에 의하여 트랜스미션의 저속도단이 검출된 상태인 속도제한조건이 성립되면, 상기 원동기의 최고 회전속도를 저속측으로 제한하는 속도 제한부를 구비하는 작업차량의 원동기 제어장치.
  2. 액셀러레이터 페달의 조작량에 따라서 원동기의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부와,
    상기 원동기에 의하여 구동되고, 주행구동력에 따른 반력이 작용하는 작업용 액추에이터에 대하여 구동압을 공급하는 유압펌프와,
    상기 원동기의 회전을 토오크 컨버터를 거쳐 차륜에 전달하는 주행구동장치를 구비한 작업차량의 원동기 제어장치에 있어서,
    상기 액셀러레이터 페달의 조작량을 검출하는 페달 조작량 검출부와,
    상기 토오크 컨버터의 입력축과 출력축의 속도비를 검출하는 속도비 검출부와,
    상기 작업용 액추에이터의 조작을 검출하는 조작 검출부와,
    저속도단과 고속도단으로 속도단을 변경 가능한 트랜스미션의 저속도단을 검출하는 속도단 검출부와,
    적어도 상기 조작 검출부에 의하여 작업용 액추에이터의 조작이 검출되고, 또한 상기 페달 조작량 검출부에 의하여 검출된 페달 조작량이 소정값 이상, 또한 상기 속도비 검출부에 의하여 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한 상기 속도단 검출부에 의하여 트랜스미션의 저속도단이 검출된 상태인 속도제한조건이 성립되면, 상기 원동기의 최고 회전속도를 저속측으로 제한하는 속도 제한부를 구비하는 작업차량의 원동기 제어장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 트랜스미션은 적어도 3속 이상으로 변속 가능하고,
    상기 속도단 검출부는, 속도단이 2속 이하일 때에 상기 저속도단을 검출하는 작업차량의 원동기 제어장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 속도 제한부는, 상기 속도제한조건이 소정 시간 계속해서 성립되는 것을 조건으로 하여, 상기 원동기의 최고 회전속도를 제한하는 작업차량의 원동기 제어장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주행모드를 선택하는 모드 선택부를 갖고,
    상기 속도 제한부는, 상기 모드 선택부에 의하여 선택된 주행모드에 따라서 상기 원동기의 최고 회전속도의 제한값을 변경하는 작업차량의 원동기 제어장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 속도 제한부는, 시간 경과에 따라 상기 원동기의 최고 회전속도의 제한값을 작게 하는 작업차량의 원동기 제어장치.
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