KR20130142187A

KR20130142187A - 가변 용량 펌프의 제어 방법

Info

Publication number: KR20130142187A
Application number: KR1020137029809A
Authority: KR
Inventors: 겐페이 야마지
Original assignee: 봇슈 렉스로스 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-12-27
Also published as: KR101638339B1; WO2013128622A1; JP5877616B2; JPWO2013128622A1; EP2703652A1; CN103688064B; CN103688064A; EP2703652B1; EP2703652A4

Abstract

클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 사용하여 컨트롤러에 의한 연산에 의해 가변 용량 펌프를 제어하는 방법에 있어서, 엔진 스톱의 우려를 회피하면서 가변 용량 펌프를 유효하게 활용할 수 있는 가변 용량 펌프의 제어 방법을 제공한다.
[해결수단] 가변 용량 펌프의 토출압과 토출 유량의 관계를 규정한 특성 곡선에 기초하여, 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량으로부터 제 1 가상의 토출압을 결정하고, 상기 방향 제어 밸브의 조작량에 따라 결정되는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 가상의 블리드 오프 면적에 기초하여 가상의 블리드 오프 유량을 결정하고, 가변 용량 펌프의 가상의 토출 유량으로부터, 액추에이터 유량 및 가상의 블리드 오프 유량을 감산함으로써 얻어진 값에 기초하여, 가변 용량 펌프의 제 2 가상의 토출압을 결정하고, 제 1 가상의 토출압 또는 제 2 가상의 토출압 중 어느 하나의 작은 쪽의 값에 기초하여 가변 용량 펌프를 제어한다.

Description

가변 용량 펌프의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING VARIABLE DISPLACEMENT PUMP}

본 발명은 블리드 오프 유압 시스템을 이용하고 있는 건설 기계 등의 기계에 적용되는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 관한 것이다.

본 출원인은 유압 쇼벨 등의 건설 기계의 분야에 있어서 사용되는 유압 회로에 관해서, 엔진에 의해 구동되고, 또한, 외부로부터 펌프 토출 유량을 조정 가능한 가변 용량 펌프에 복수의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 각각 액추에이터를 접속하고, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브가 센터 바이패스형의 방향 제어 밸브를 대신하도록, 전기적 연산에 의해 가변 용량 펌프를 제어하는 방법을 특허문헌 1에 있어서 제안하고 있다.

이것은 종래의 센터 바이패스형의 방향 제어 밸브를 구비한 블리드 오프 유압 시스템의 블리드 오프 특성부, 즉, 각 액추에이터로의 압력이나 유량을 제어하고 있는 부분을 수학적으로 바꾸고, 컨트롤러에 의한 연산에 의해 가변 용량 펌프의 토출압을 제어하도록 한 것이다. 종래의 가변 용량 펌프에서는 가변 용량 펌프에 의해 압송한 제어유의 일부를 실제로 탱크로 되돌리면서 제어를 행하고 있었기 때문에, 가변 용량 펌프를 유효하게 활용할 수 없었지만, 컨트롤러에 의한 연산에 의해, 블리드 오프 특성을 가지고 있는 것처럼 가변 용량 펌프의 토출압을 제어함으로써, 방향 제어 밸브로부터 센터 바이패스 통로를 배제하여, 실제로 필요한 유량의 제어유만을 토출하는 것이 가능해지고 있다.

일본 공개특허공보 제2007-205464호

특허문헌 1에 기재된 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서는, 펌프 토출압 지시값(가상 펌프 토출압 지령(Pidea))을 연산할 때에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 엔진의 마력(He)을 펌프 토출압 지령(Pidea)에 의해 나눈 값을 상한으로 하여 펌프 토출 유량(Qidea)을 제한하는 예를 들고 있다. 그러나, 통상, 가변 용량 펌프는, 도 8에 도시하는, 펌프의 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 관계를 정의한 특성 곡선(이하, 단순히 「특성 곡선」이라고 하는 경우가 있다.)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 소정의 압력(P1)까지는 펌프의 토출 유량(Q)을 일정하게 하고, 압력(P1)을 초과하면 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 일정해지도록 제어가 행해지도록 되어 있다. 이로 인해, 액추에이터에 공급되는 제어유의 유량이 작고, 또한, 토출압(P)이 압력(P1)을 초과하고 있는 상태에 있어서는, 펌프의 토출 유량(Q)을 증가시킬 수 있음에도 불구하고, 펌프 토출압 지령(Pidea)을 저하시키는 연산 결과가 얻어져, 펌프 토출 유량(Q)을 제한함으로써, 가변 용량 펌프를 유효하게 활용할 수 없을 우려가 있었다.

한편, 특허문헌 1에 기재된 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서는, 도 9(a) 및 도 9(b)에 도시하는 바와 같이, 엔진의 마력을 고려하지 않고 펌프 토출압 지시값(펌프 토출압 지령(Pidea))을 연산하는 예도 들고 있다. 그러나, 엔진의 마력을 전혀 고려하지 않는 경우에는, 가변 용량 펌프의 부하가 지나치게 높아져 엔진 스톱을 일으킬 우려가 있었다.

그래서, 본 발명은 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 사용하여 컨트롤러에 의한 연산에 의해 가변 용량 펌프를 제어하는 방법에 있어서, 엔진 스톱의 우려를 회피하면서 가변 용량 펌프를 유효하게 활용할 수 있는 가변 용량 펌프의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 하기와 바와 같이 해결 수단을 밝혀내었다.

즉, 본 발명의 가변 용량 펌프의 제어 방법은, 청구항 1에 기재한 바와 같이, 엔진에 의해 구동되고, 외부로부터 펌프 토출 유량을 조정 가능하고, 1개 또는 복수의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 액추에이터가 접속된 가변 용량 펌프를 제어하는 방법으로서, 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브가 센터 바이패스형의 방향 제어 밸브를 대신하도록 상기 가변 용량 펌프를 제어하는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서, 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량 및 상기방향 제어 밸브의 조작량을 검출하고, 상기 가변 용량 펌프의 토출압과 토출 유량의 관계를 규정한 특성 곡선에 기초하여, 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량으로부터 제 1 가상의 토출압을 결정하고, 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량을 상기 액추에이터에 필요한 액추에이터 유량으로 하는 동시에, 상기 조작량에 따라 결정되는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 가상의 블리드 오프 면적에 기초하여 가상의 블리드 오프 유량을 결정하고, 상기 가변 용량 펌프의 가상의 토출 유량으로부터 상기 액추에이터 유량 및 상기 가상의 블리드 오프 유량을 감산함으로써 얻어진 값에 기초하여, 상기 가변 용량 펌프의 제 2 가상의 토출압을 결정하고, 상기 제 1 가상의 토출압 또는 제 2 가상의 토출압 중 어느 하나의 작은 쪽의 값에 기초하여, 상기 가변 용량 펌프를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2에 기재된 본 발명은, 청구항 1에 기재된 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서, 상기 엔진에 상기 가변 용량 펌프가 복수대 접속되고, 상기 가변 용량 펌프의 각각에 1개 또는 복수의 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 1개 또는 복수의 상기 액추에이터가 접속되어 있는 경우에, 각각의 상기 가변 용량 펌프로 분배하는 상기 엔진의 마력의 비율을 미리, 또는, 각각의 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 조작량에 따라, 결정하고, 상기 분배된 각 마력과 각각의 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량으로부터 상기 제 1 가상의 토출압을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3에 기재된 본 발명은, 청구항 2에 기재된 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서, 각각의 상기 가변 용량 펌프별로, 상기 분배된 마력으로부터, 각각의 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량과, 상기 제 1 가상의 토출압 또는 제 2 가상의 토출압 중 어느 하나의 작은 쪽의 토출압을 적산하여 얻어진 값을 감산하여, 각각의 상기 가변 용량 펌프별 잉여 마력을 산출하고, 1개의 가변 용량 펌프의 잉여 마력을 다른 가변 용량 펌프의 상기 분배된 마력에 가산하여 얻어진 마력을 기초로, 상기 제 1 가상 토출압을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 4에 기재된 본 발명은, 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 기재된 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 가상의 토출압을 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 조작량에 따라 가변으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「클로즈드 센터형 방향 제어 밸브」란, 스풀이 뉴트럴 포지션에 있어서, 제어유를 바이패스하지 않도록 구성된 밸브를 말하는 것으로 한다. 또한, 「센터 바이패스형의 방향 제어 밸브」란, 스풀이 뉴트럴 포지션에 있어서, 제어유를 바이패스하도록 구성된 밸브를 말하는 것으로 한다. 또한, 「네가티브형」이란 입력값에 대해 출력값이 점차 감소되는 것을 말하고, 「포지티브형」이란 입력값에 대해 출력값이 점차 증대되는 것을 말한다.

본 발명의 가변 용량 펌프의 제어 방법에 의하면, 엔진 스톱의 우려가 없는 상태에 있어서는, 엔진의 마력 연산을 고려하지 않고 펌프 토출압 지시값이 구해져, 가변 용량 펌프를 유효하게 활용할 수 있다. 또한, 가변 용량 펌프의 부하가 크고, 엔진 스톱의 우려가 있는 상태에 있어서는, 엔진의 마력을 고려하여, 펌프 토출압 지시값이 구해져 엔진 스톱을 방지할 수 있다.

또한, 조작 상황에 따라 각 펌프로의 마력의 배분을 바꾸도록 한 경우에는, 각 액추에이터에 대해 우선도를 갖게 하는 것이 가능해져, 조작성의 개선을 기대할 수 있어 엔진의 마력을 더욱 유효하게 활용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 가변 용량 펌프의 제어 방법을 설명하기 위한 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 제어를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 일점 쇄선 A로 둘러싸인 부분의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태의 변형예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 종래의 블리드 오프 특성 연산을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 펌프의 토출압과 토출 유량의 관계를 정의한 특성 곡선을 도시하는 도면이다.
도 9는 종래의 블리드 오프 특성 연산을 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 본 발명의 가변 용량 펌프의 제어 방법에 따르는 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

[제 1 실시형태]

1. 유압 회로의 전체적 구성

우선, 본 발명의 제 1 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법을 적용 가능한 유압 회로의 일 구성예에 관해서 설명한다.

도 1은 복수의 유압 액추에이터(1a, 1b)의 작동을 제어하는 유압 쇼벨 등에 적용되는 유압 회로의 기본적인 일례를 도시하고 있다. 각 액추에이터(1a, 1b)는 엔진(E)에 의해 구동되는 가변 용량 펌프(2)의 토출 회로(3)에 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)를 개재하여 접속되어 있다. 가변 용량 펌프(2)는 사판(斜板) 등의 펌프 용량 제어 기구를 구비한 액셜 피스톤 펌프 등의 공지의 것이다.

펌프 압력 제어 장치(6)의 입력측에는 지령 입력으로서의 솔레노이드 구동 앰프(5)의 출력과 피드백 입력으로서의 가변 용량 펌프(2)의 토출측 압력이 접속되고, 펌프 압력 제어 장치(6)의 출력측에는 컨트롤 피스톤(7)이 접속된다.

펌프 압력 제어 장치(6)는 컨트롤 밸브(6b)와 네가티브형 전자 비례 밸브(6c)를 구비하고 있다. 컨트롤 밸브(6b)의 스풀의 양단에는 가변 용량 펌프(2)의 실 펌프 토출압(Preal)과, 스프링(6d)의 탄성력과, 네가티브형 전자 비례 밸브(6c)에 의해 제어되는 압력 신호(P'c)가 작용하지만, 스풀의 양단에는 적당한 면적차가 주어져 있고, 컨트롤 밸브(6b)는 그에 알맞게, 이들의 밸런스에 의해 제어되고 있다.

네가티브형 전자 비례 밸브(6c)는 비례 릴리프 밸브로서 기능하는 밸브이고, 스프링력과, 이것에 대향하는 입력측의 압력 신호(P'c)와, 컨트롤러(12)에 의한 제어 신호(P'tgt)에 기초하여 입력되는 제어 전류에 비례하여 가변되는 비례 솔레노이드(6a)가 발생하는 힘의 밸런스로 제어된다.

또한, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)는 스풀을 이동시키는 비례 솔레노이드(8)를 구비한 것으로, 전기 조이스틱 등의 조작 레버(9)에 의해, 컨트롤러(12)를 개재하여 솔레노이드 구동 앰프(13)를 작동시키면, 조작 레버(9)의 경사각에 따라 비례 솔레노이드(8)가 여자된다. 이것에 의해, 원하는 위치에 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 스풀이 이동하고, 액추에이터 포트(10)를 그 이동 거리에 따른 개구 면적으로 제어한다. 그 결과, 개구 면적에 따른 유량의 제어유가 액추에이터(1a, 1b)에 공급된다.

각 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)를 조작하기 위한 조작 레버(9)의 경사각 등의 지령량, 또는 각 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 스풀의 이동량은 센서로 전기적으로 검출되고, 그 지령량 또는 이동량은 각 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량에 기초하는 조작량 신호(S)가 된다. 도 1의 예에서는, 조작 레버(9)로부터, 컨트롤러(12)를 개재하여, 솔레노이드 구동 앰프(13)로 송신되는 지령 전기 신호가 조작량 신호(S)로서 사용되도록 되어 있다.

단, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)는 실제로는 블리드 오프 유로가 없는 밸브이며, 회로 위의 약간의 제어유의 누설을 무시하면, 가변 용량 펌프(2)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)과 액추에이터 유량(Qa)은 거의 동일해진다. 본 실시형태에서 설명하는 유압 회로에서는 1개의 가변 용량 펌프(2)에 복수의 액추에이터(1a, 1b)가 접속된 것으로 되어 있고, 액추에이터 유량(Qa)이란 모든 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)에 있어서 액추에이터 포트(10)를 개재하여 액추에이터(1a, 1b)에 공급되는 제어유의 유량의 총 합계를 의미하는 것이 된다.

본 실시형태에서는, 가변 용량 펌프(2)에 경전량(傾轉量; tilt amount) 센서(11)가 형성되고, 경전량 센서(11)로 검출되는 경전량에 가변 용량 펌프(2)의 회전수를 곱함으로써, 실 펌프 토출 유량(Qreal)을 산출할 수 있다. 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)로부터의 제어유의 누설은 거의 없는 점에서, 산출된 실 펌프 토출 유량(Qreal)의 값을 액추에이터 유량(Qa)의 추정값(Qai)(이하, 「추정 액추에이터 유량(Qai)」이라고 한다.)으로서 사용할 수 있다.

또한, 실 펌프 토출 유량(Qreal)을 검출하는 방법으로서는, 예를 들면, 가변 용량 펌프(2)가 사판식(斜板式; swash plate) 가변 용량 펌프나 래디얼 펌프인 경우에는, 포텐셔미터 등을 사용하여, 실 펌프 토출 유량(Qreal)을 검출하는 것도 가능하다.

본 실시형태에 있어서, 컨트롤러(12)는 A/D 변환기(12a), 연산기(12b), D/A 변환기(12c)를 구비하여 구성되어 있다. 컨트롤러(12)에서는 컨트롤러(12)에 입력되는 각종 전기 신호에 기초하여 연산 처리가 행해진다. 연산기(12b)는 도 2의 점선 B 내에 블록도로 도시하는 연산 처리를 실행한다.

2. 가변 용량 펌프의 제어 방법

다음에, 컨트롤러(12)에 의한 연산 처리에 의해 실행되는 가변 용량 펌프(2)의 제어 방법에 관해서 구체적으로 설명한다.

본 실시형태에 있어서, 컨트롤러(12)는 가변 용량 펌프(2)의 최대 토출압(Pmax)과, 가변 용량 펌프(2)의 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 관계를 규정한 특성 곡선에 기초하여 구해지는 제 1 가상 토출압(Pidea1)과, 조작량 신호(S)에 기초하여 구해지는 제 2 가상 토출압(Pidea2)을 비교하여, 얻어진 최소값을 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로서, 가변 용량 펌프(2)의 제어를 행한다.

또한, 가변 용량 펌프(2)의 최대 토출압(Pmax)을 비교 대상에 포함시키고 있는 것은 가변 용량 펌프(2)의 최대 토출압(Pmax) 이상의 토출압이 가변 용량 펌프(2)의 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로서 지시되지 않도록 하기 위한 것이다. 단, 최대 토출압(Pmax)은 본 발명을 실시하는 한에 있어서는 반드시 필요한 것은 아니다.

제 1 가상 토출압(Pidea1)은 가변 용량 펌프(2)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)에 기초하여, 엔진의 마력 연산으로부터 구해지는 것이다. 구체적으로, 상기한 바와 같이 실 펌프 토출 유량(Qreal)은 경전량 센서(11)로 검출한 경전량에 가변 용량 펌프(2)의 회전수를 곱하여 구할 수 있다. 그리고, 이 실 펌프 토출 유량(Qreal)을, 가변 용량 펌프(2)의 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 관계를 규정한 특성 곡선에 기초하여, 제 1 가상 토출압(Pidea1)으로 변환한다. 이 가변 용량 펌프(2)의 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 곱은 엔진의 마력을 나타내는 것이며, 이 제 1 가상 토출압(Pidea1)은 엔진의 마력의 관점에서 가변 용량 펌프(2)의 토출 유량(Q)의 상한을 설정하고자 하는 것이다. 또한, 특성 곡선은, 예를 들면, 소정의 압력(P1)까지는 토출압(P)에 대해 일정한 토출 유량(Q)이 되도록 하고, 압력(P1)을 초과한 영역에 있어서, 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 곱이 일정해지는 것으로 하는 것이 바람직하다.

제 2 가상 토출압(Pidea2)은, 특성 곡선에 기초하여 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 구하는 프로세스와는 다른 프로세스에 의해, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량 신호(S)에 기초하여, 도 2의 일점 쇄선 A 내에 나타내지는 연산 처리에 의해 구해진다. 도 2의 일점 쇄선 A 내의 연산 처리의 일례를 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

우선, 가변 용량 펌프(2)의 가상 펌프 토출 유량(Qidea)은 소정값으로 정해진다. 후술하는 바와 같이, 제 2 가상 토출압(Pidea2)은 가상 펌프 토출 유량(Qidea)으로부터 추정 액추에이터 유량(Qai) 및 가상 블리드 오프 유량(Qb)을 감산한 유량값(ΔQ)에 기초하여 클로즈드 루프로 연산되는 것이기 때문에, 가상 펌프 토출 유량(Qidea)의 값은 적절히 설정해도 상관없다. 예를 들면, 가변 용량 펌프(2)의 최대 토출 유량(Qmax)은 기지의 수이기 때문에, 이 값을 사용할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 가변 용량 펌프(2)의 최대 토출 유량(Qmax)을 가상 펌프 토출 유량(Qidea)으로서 사용하고 있다.

이어서, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량 신호(S)의 입력을 받아 들이고, 미리 기억해 둔 가상 블리드 오프 특성에 기초하여, 조작량 신호(S)에 상당하는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 가상의 블리드 오프 유로의 개구 면적(Ab)을 구한다. 도 3에서는 도시를 생략하고 있지만, 복수의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량 신호(Sk)의 입력을 받아 들이고, 이들의 총 합계(S1+S2+…Sn)를 합계의 조작량 신호(S)로 하고 있다. 이 때, 개개의 입력에 가중치를 부여하거나(weighting), 적당한 연산 처리를 행하거나 해도 좋다.

구해진 가상의 개구 면적(Ab)에, 이 시점에서 산출되고 있는 제 2 가상 토출압(Pidea2)의 평방근을 승산(乘算)하고, 또한 센터 바이패스형 방향 제어 밸브의 유량 계수(Kq)를 곱하여 가상의 블리드 오프 유량(Qb)을 구한다. 물론, 실제의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)는 블리드 오프 유로가 없는 클로즈드 센터형의 것이고, 이 가상의 블리드 오프 유로의 개구 면적(Ab)은 연산상의 값이다. 이 가상 블리드 오프 특성은, 사용하는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)에 있어서의 가상의 개구 면적(Ab)과 조작량 신호(S)의 관계를, 종래의 블리드 오프 유압 시스템에 있어서의 센터 바이패스형 방향 제어 밸브의 블리드 오프 특성과 같은 설계 방법을 사용하여, 미리 구해 둠으로써 정해진다.

그리고, 가상 펌프 토출 유량(Qidea)으로부터, 추정 액추에이터 유량(Qai)과 가상의 블리드 오프 유량(Qb)을 감산하여 유량값(ΔQ)(ΔQ=Qidea-Qai-Qb)을 구한다. 이 때, 실제로는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)로부터의 제어유의 누설은 거의 없기 때문에, 누설량을 0으로 하면, 가변 용량 펌프(2)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)과 액추에이터 유량(Qa)은 동일해진다. 따라서, 실 펌프 토출 유량(Qreal)의 값을 추정 액추에이터 유량(Qai)으로서 사용할 수 있다. 구해진 유량값(ΔQ)을 디지털 필터 등을 사용하여, 펌프 배관계의 배관 압축 계수(C'p)에 의해 제산(除算)하는 동시에 적분함으로써, 제 2 가상 토출압(Pidea2)을 산출할 수 있다.

이와 같이 하여, 컨트롤러(12)는 제 1 가상 토출압(Pidea1) 및 제 2 가상 토출압(Pidea2)을 구한 후, 제 1 가상 토출압(Pidea1)과, 제 2 가상 토출압(Pidea2)과, 가변 용량 펌프(2)의 최대 토출압(Pmax)을 비교하여, 그 중의 최소값을 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로 한다. 그리고, 컨트롤러(12)는 펌프 토출압 지시값(Ptgt)을 펌프의 최대 토출압(Pmax)으로부터 감산함으로써 반전시킨 제어 신호(P'tgt)에 기초하여, 가변 용량 펌프(2)의 토출압을 클로즈드 루프 제어한다.

즉, 솔레노이드 구동 앰프(5)는 컨트롤러(12)의 제어 신호(P'tgt)를 받아 네가티브형 전자 비례 밸브(6c)의 비례 솔레노이드(6a)의 여자를 강약한다. 그 결과, 그 여자의 크기에 반비례하여, 바꾸어 말하면, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)에 따라 네가티브형 전자 비례 밸브(6c)의 압력이 비례적으로 제어되고, 그것에 의해, 컨트롤 밸브(6b)가 조작된다. 그 결과, 컨트롤 피스톤(7)이 펌프 용량 제어 기구를 움직이고, 펌프 용량, 즉, 펌프 토출 유량이 대소로 제어된다. 그 결과, 가변 용량 펌프(2)의 토출 압력이 대소로 제어되고, 네가티브형 전자 비례 밸브(6c)의 압력에 대항하여 컨트롤 밸브(6b)가 조작되게 된다. 이와 같이, 펌프 토출압은 클로즈드 루프 제어되어 있기 때문에, 실 펌프 토출압(Preal)은 펌프 토출압 지시값(Ptgt)의 값과 대량 동일해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 네가티브형의 전자 비례 밸브(6c)가 사용되고 있고, 제어 신호(P'tgt)가 출력되지 않을 때에 최대압으로 가변 용량 펌프(2)를 구동할 수 있다. 단, 네가티브형 전자 비례 밸브 대신에 포지티브형 전자 비례 밸브를 사용하도록 해도 좋다. 이 경우, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)을 반전시키는 프로세스가 생략되고, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)과 제어 신호(P'tgt)가 동일한 것으로서 취급된다.

본 실시형태에 있어서, 대부분의 조작 영역, 즉, 엔진 스톱의 우려가 없는 상황하에서는, 제 1 가상 토출압(Pidea1)보다도 작은 값의 제 2 가상 토출압(Pidea2)이 펌프 토출압 지시값(Ptgt)이 되어 제어가 행해진다. 제 2 가상 토출압(Pidea2)을 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로 하는 가변 용량 펌프(2)의 제어는 이하와 같이 행해진다.

예를 들면, 조작 레버(9)가 조작되고 있지 않을 때에는, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)는 중립 위치에 있고, 컨트롤러(12)에는 조작량 신호(S)로서 제로가 입력된다. 이 경우, 컨트롤러(12)에서 연산되는 가상의 블리드 오프 유로의 개구 면적(Ab)은 최대가 되기 때문에, 제 2 가상 토출압(Pidea2), 즉, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)은 작은 값이 된다. 펌프 토출압 지시값(Ptgt)에 기초하여 가변 용량 펌프(2)는 제어유를 토출하지만, 펌프 배관계의 토출 회로(3)의 실 펌프 토출압(Preal)을 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로까지 압축하고, 승압시킨 후에는, 실 펌프 토출 유량(Qreal)은 회로의 약간의 누설분밖에 필요로 하지 않게 된다.

한편, 조작 레버(9)가 조작되어 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)가 전환 위치 방향으로 조작되면, 컨트롤러(12)에서 연산되는 가상의 블리드 오프 유로의 개구 면적(Ab)은 작아진다. 그렇게 하면, 가상 블리드 오프 유량(Qb)이 작아지기 때문에 유량값(ΔQ)이 커지고, 그것이 적분된 결과, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)은 커져 간다. 그 결과, 어떤 조작량에 있어서 가상 블리드 오프 유량(Qb)은 커져 가고, 유량값(ΔQ)이 제로로 수렴되기 때문에, 가상 펌프 토출 유량(Qidea)과 가상 블리드 오프 유량(Qb)이 균형이 잡히는 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로 수렴되어, 균형이 잡힌다. 이 때, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)에 기초하여 가변 용량 펌프(2)는 제어유를 토출하지만, 조작 레버(9)가 조작되고 있지 않을 때와 같이, 실 펌프 토출 유량(Qreal)은 회로의 약간의 누설분밖에 필요로 하지 않는다.

가령, 실 펌프 토출압(Preal)이 액추에이터(1a, 1b)의 부하압보다도 높으면, 액추에이터(1a, 1b)가 이동하고, 제어유가 흐르기 시작한다. 그렇다면, 실 펌프 토출압(Preal)을 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로 유지하기 위해 실 펌프 토출 유량(Qreal)이 증대되고, 액추에이터의 이동 속도가 증대되기 때문에, 추정 액추에이터 유량(Qai)은 커지고, 유량값(ΔQ)은 음의 값이 되어서 작아져 간다. 이로 인해, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)은 감소되어 가고, 가상의 블리드 오프 유량(Qb)은 작아진다. 그리고, 펌프 토출압 지시값(Ptgt) 나아가서는 실 펌프 토출압(Preal)이 저하됨으로써 액추에이터의 가속도가 저하되고, 서서히 조작량에 걸맞는 액추에이터 속도를 유지하는 실 펌프 토출 유량(Qreal) 및 실 펌프 토출압(Preal)으로 수렴되어, 균형이 잡힌다. 이 동안에, 블리드 오프 동작은 컨트롤러(12) 내에서 연산만으로 이루어지고, 실 펌프 토출 유량(Qreal)은, 회로상의 누설을 무시하면, 액추에이터(1a, 1b)에 공급된 분으로 한정된다.

따라서, 실제로는 블리드 오프 유량이 흐르지 않기 때문에 펌프 효율에 낭비가 없고, 또한, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)에 블리드 오프 유로가 불필요하기 때문에 그 구성도 간단하여 저렴해지고, 조작성도 양호해진다. 또한, 펌프의 토출 유량이 엔진의 마력 특성에 의해 제한을 받을 일도 없기 때문에, 펌프 효율은 더욱 양호한 것이 되고 있다.

한편, 제 2 가상 토출압(Pidea2)을 펌프 토출압 지시값(Ptgt)으로 하여 제어가 행해지는 중에, 엔진의 부하가 큰 상태임에도 불구하고 가변 용량 펌프(2)의 토출 유량을 계속해서 증가시키고자 하면, 엔진 스톱을 일으킬 우려가 있다. 그러나, 그러한 경우에는, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량 신호(S)에 기초하여 계산되는 제 2 가상 토출압(Pidea2)이 엔진의 마력 특성에 기초하여 계산되는 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 상회하게 되고, 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 펌프 토출압 지령(Ptgt)으로 하여 제어가 행해지게 된다. 따라서, 본 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에서는, 엔진 스톱의 우려가 있는 경우에는, 펌프 토출압 지시값(Ptgt)이 제 1 가상 토출압(Prdea1)으로 전환되기 때문에, 엔진 스톱의 발생을 피할 수 있다.

3. 제 1 실시형태의 방법에 의한 효과

이상과 같이, 본 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 따라서 가변 용량 펌프(2)의 제어를 행함으로써, 대부분의 조작 영역, 즉, 엔진 스톱의 우려가 없는 상태에 있어서는, 제 1 가상 토출압(Pidea1)보다도 작은 값의 제 2 가상 토출압(Pidea2)이 펌프 토출압 지시값(Ptgt)이 되어 제어가 행해진다. 이 제 2 가상 토출압(Pidea2) 자체는 엔진의 마력을 고려하지 않고 구해지는 것이기 때문에, 가변 용량 펌프(2)의 효율을 최대한으로 활용할 수 있다. 한편, 엔진의 부하가 높은 경우에 있어서는, 산출되는 제 2 가상 토출압(Pidea2)이 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 상회하기 때문에, 제 1 가상 토출압(Pidea1)이 펌프 토출압 지시값(Ptgt)이 되어 제어되게 된다. 따라서, 엔진 스톱이 발생하기 쉬운 상황에 있어서는, 엔진의 마력에 기초하여 가변 용량 펌프(2)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)이 억제되기 때문에, 엔진 스톱을 방지할 수 있다.

[제 2 실시형태]

본 발명의 제 2 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법은, 도 1과 같이, 복수의 액추에이터(1a, 1b,…1n)를 사용하여 구성된 유압 회로에 있어서, 제 2 가상 토출압(Pidea2)의 연산 방법이 제 1 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법의 경우와 상이하다. 이하, 도 4의 블록도를 참조하여, 본 실시형태의 가변 용량 펌프의 제어 방법에 관해서 설명한다.

도 4는 제 2 가상 토출압(Pidea2)의 다른 연산 방법을 설명하기 위해서 도시하는 도면이고, 도 2의 일점 쇄선 A 내에 도시되는, 컨트롤러(12)에 의한 연산 처리를 도시하는 것이다.

이 도 4에 있어서, 컨트롤러(12)는 복수의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b,…, 4n)의 조작량(S1, S2, …, Sk, …, Sn)의 입력을 받아들이고, 이들에 관해서, 가상의 블리드 오프 특성에 상당하는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b,…, 4n)의 전체로서의 가상의 블리드 오프 유로의 개구 면적(Ab)을 하기식을 사용하여 합성 연산에 의해 구한다. 또한, 식중의 Abk는, 각각의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b,…, 4n)의 가상의 블리드 오프 면적(Abk)을 가리키고 있고, 각 조작량 신호(Sk)와 상관 관계를 갖는 값인 것은 이미 서술한 바와 같다.

이와 같이 하여 가상의 블리드 오프 유로의 개구 면적(Ab)을 합성 연산하는 것 이외에는, 제 1 실시형태에서 설명한 제 2 가상 토출압(Pidea2)의 연산 방법과 같이, 가상의 개구 면적(Ab)에 이 시점에서 산출되고 있는 제 2 가상 토출압(Pidea2)의 평방근을 승산하고, 또한, 센터 바이패스형 방향 제어 밸브의 유량 계수(Kq)를 곱하여 가상의 블리드 오프 유량(Qb)을 구한다.

본 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 따라서 가변 용량 펌프(2)를 제어함으로써, 대부분의 조작 영역, 즉, 엔진 스톱의 우려가 없는 상태에 있어서는, 제 1 가상 토출압(Pidea1)보다도 작은 값의 제 2 가상 토출압(Prdea2)이 펌프 토출압 지시값(Ptgt)이 되어 제어가 행해지고, 개별 액추에이터의 요구 특성에 맞춘 조작성을 얻을 수 있다. 이 제 2 가상 토출압(Pidea2) 자체는 엔진의 마력을 고려하지 않고 구해지는 것이기 때문에, 가변 용량 펌프(2)의 효율을 최대한 활용할 수 있다. 한편, 엔진의 부하가 높은 경우에 있어서는, 산출되는 제 2 가상 토출압(Prdea2)이 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 상회하기 때문에, 제 1 가상 토출압(Pidea1)이 펌프 토출압 지시값(Ptgt)이 되어서 제어되게 된다. 따라서, 엔진 스톱이 발생하기 쉬운 상황에 있어서는, 엔진의 마력에 기초하여 가변 용량 펌프(2)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)이 억제되기 때문에, 엔진 스톱을 방지할 수 있다.

[제 3 실시형태]

본 발명의 제 3 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법은, 엔진에 대해 가변 용량 펌프가 복수대 접속되고, 가변 용량 펌프의 각각에 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 액추에이터가 접속된 가변 용량 펌프를 제어하는 방법에 따르는 것이다.

본 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서는, 가변 용량 펌프의 토출압(P)과 토출 유량(Q)의 관계를 규정한 특성 곡선에 기초하여 구해지는 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 구하는 방법 이외는, 제 1 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법의 경우와 같이 실시할 수 있다. 이하, 도 5에 기초하여, 본 발명의 제 3 실시형태에 관해서 설명한다.

또한, 본 실시형태와 같이, 유압 회로 위에 복수의 가변 용량 펌프를 구비하고 있는 경우에 있어서는, 각각의 가변 용량 펌프별로, 제 1 가상 토출압(Prdea1), 제 2 가상 토출압(Pidea2), 및 펌프 토출압 지시값(Ptgt)을 구하게 된다.

도 5는 본 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서의 컨트롤러에 의한 제 1 가상 토출압(Pidea1)의 연산 방법을 설명하기 위해서 도시하는 도면으로서, 도 2의 블록도 중에 있어서의 「마력 연산」으로서 나타낸 부분의 변형예를 도시한 것이다. 도시한 것에서는, 엔진에 접속되는 가변 용량 펌프(2a, 2b)의 수를 2개로 하고 있다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해서, 가변 용량 펌프(2a, 2b)별로, 각각 1개의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b) 및 액추에이터(1a, 1b)가 접속되어 있는 것으로 한다. 이 도 5의 예에 있어서는, 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)에 미리 0.5씩의 비율로 마력을 배분하도록 하고 있다. 그리고, 컨트롤러(12)는 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)에 분배된 각 마력과, 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)으로부터 각각의 가변 용량 펌프(2a, 2b)의 제 1 가상 토출압(Pidea1)을 산출하도록 하고 있다.

또한, 도 5의 예에서는, 컨트롤러(12)는 각각의 가변 용량 펌프(2a, 2b)별로, 분배된 마력으로부터, 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)의 실 펌프 토출 유량(Qreal)과 펌프 토출압 지시값(Ptgt)을 적산하여 얻어진 값을 감산하여, 각각의 가변 용량 펌프(2a, 2b)별 잉여 마력을 산출한다. 그리고, 1개의 가변 용량 펌프(2a(2b))에 분배된 마력에 다른 가변 용량 펌프(2b(2a))의 잉여 마력을 가산하여, 상기 1개의 가변 용량 펌프(2a(2b))가 이용 가능한 마력의 값으로 하고 있다.

이 구성에 의하면, 제 1 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 의한 효과와 더불어, 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)에 분배된 마력의 잉여분을 유효하게 활용할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 1개의 엔진에 접속하는 가변 용량 펌프의 수는 3개 이상이라도 좋고, 이 경우에 있어서도, 1개의 가변 용량 펌프에 있어서의 잉여 마력을 다른 가변 용량 펌프에 있어서 유효 활용할 수 있게 된다.

또한, 도 6은 제 3 실시형태의 응용예에 관해서 설명하기 위해서 도시하는 도면이다. 이 도 6의 예에서는 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)에 분배하는 엔진의 마력의 비율을 미리 정하는 것이 아니고, 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브(4a, 4b)의 조작량에 따라 결정하도록 하고 있다. 이 때, 가변 용량 펌프(2a, 2b)별로 가중치를 부여하거나, 적당한 연산 처리를 행하거나 해도 좋다. 이 변형예의 구성에 의하면, 각 가변 용량 펌프(2a, 2b)에 접속된 액추에이터(1a, 1b)별 조작량을 반영하여, 부하압이 높거나, 또는, 조작상 우선도가 높은 액추에이터가 접속되어 있는 가변 용량 펌프(2a, 2b)가 사용 가능한 마력의 비율이 조정되게 된다. 따라서, 조작성이 개선되어, 엔진의 마력을 유효하게 활용할 수 있게 되고, 가변 용량 펌프(2a, 2b)를 더욱 유효하게 활용할 수 있게 된다.

이상과 같이, 제 3 실시형태에 따르는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 의하면, 제 1 실시형태의 방법에 의한 효과와 더불어, 또한, 엔진의 마력을 유효하게 활용할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 엔진에 접속된 복수의 가변 용량 펌프 중 하나 또는 복수에 대해, 복수의 액추에이터가 접속되어 있어도 좋다. 이 경우, 제 2 실시형태에 있어서의 제 2 가상 토출압(Pidea2)의 연산 방법을 적절히 조합하여 실시할 수 있다.

[기타 실시형태]

이상 설명한 제 1 내지 제 3 실시형태는 본 발명의 실시형태의 일례를 나타낸 것에 지나지 않으며, 이들 실시형태는 본 발명의 목적의 범위 내에 있어서 적절히 변형하는 것이 가능하다.

예를 들면, 가변 용량 펌프의 토출 유량을 액추에이터의 조작량에 따라 2차함수적으로 증대시키도록 하면, 1개의 액추에이터를 단독 조작할 때에는 미터-인 리스트릭터(Meter-in restrictor)부에서의 저항을 감소시켜, 에너지 손실을 회피하고, 복합 조작시에는 미터-인에서의 분류 제어 효과를 향상시켜 부하가 상이한 액추에이터의 복합 조작이 가능해진다(도 5 및 도 6에 있어서 플로우 레이트가 가미되어 있는 부분을 참조).

Claims

엔진에 의해 구동되고, 외부로부터 펌프 토출 유량을 조정 가능하고, 1개 또는 복수의 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 액추에이터가 접속된 가변 용량 펌프를 제어하는 방법으로서, 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브가 센터 바이패스형의 방향 제어 밸브를 대신하도록 상기 가변 용량 펌프를 제어하는 가변 용량 펌프의 제어 방법에 있어서,
상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량 및 상기 방향 제어 밸브의 조작량을 검출하고,
상기 가변 용량 펌프의 토출압과 토출 유량의 관계를 규정한 특성 곡선에 기초하여, 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량으로부터 제 1 가상의 토출압을 결정하고,
상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량을 상기 액추에이터에 필요한 액추에이터 유량으로 하는 동시에, 상기 조작량에 따라 결정되는 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 가상의 블리드 오프 면적에 기초하여 가상의 블리드 오프 유량을 결정하고, 상기 가변 용량 펌프의 가상의 토출 유량으로부터 상기 액추에이터 유량 및 상기 가상의 블리드 오프 유량을 감산함으로써 얻어진 값에 기초하여, 상기 가변 용량 펌프의 제 2 가상의 토출압을 결정하고,
상기 제 1 가상의 토출압 또는 제 2 가상의 토출압 중 어느 하나의 작은 쪽의 값에 기초하여 상기 가변 용량 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프의 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 엔진에 상기 가변 용량 펌프가 복수대 접속되고, 상기 가변 용량 펌프의 각각에 1개 또는 복수의 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브를 개재하여 1개 또는 복수의 상기 액추에이터가 접속되어 있는 경우에,
각각의 상기 가변 용량 펌프로 분배하는 상기 엔진의 마력의 비율을 미리, 또는, 각각의 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 조작량에 따라 결정하고,
상기 분배된 각 마력과 각각의 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량으로부터 상기 제 1 가상의 토출압을 결정하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프의 제어 방법.
제 2 항에 있어서, 각각의 상기 가변 용량 펌프별로, 상기 분배된 마력으로부터, 각각의 상기 가변 용량 펌프의 현실의 토출 유량과, 상기 제 1 가상의 토출압 또는 제 2 가상의 토출압 중 어느 하나의 작은 쪽의 토출압을 적산하여 얻어진 값을 감산하여, 각각의 상기 가변 용량 펌프별 잉여 마력을 산출하고,
1개의 가변 용량 펌프의 잉여 마력을 다른 가변 용량 펌프의 상기 분배된 마력에 가산하여 얻어진 마력을 기초로, 상기 제 1 가상 토출압을 결정하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프의 제어 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 가상의 토출압을 상기 클로즈드 센터형 방향 제어 밸브의 조작량에 따라 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 가변 용량 펌프의 제어 방법.