KR20170101186A

KR20170101186A - 쇼벨

Info

Publication number: KR20170101186A
Application number: KR1020177009684A
Authority: KR
Inventors: 히데토 마가키; 키미노리 사노; 류지 시라타니
Original assignee: 스미토모 겐키 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-09-05
Also published as: WO2016104016A1; CN106795706A; JPWO2016104016A1; EP3239413A1; EP3239413B1; CN106795706B; KR102449832B1; US10053835B2; US20170292241A1; EP3239413A4; JP6393781B2

Abstract

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 붐(4)을 포함하는 어태치먼트와, 과급기 장착 디젤엔진(11)과, 과급기 장착 디젤엔진(11)에 연결되는 메인펌프(14)와, 메인펌프(14)의 유압부하가 증대되기 전에 과급기의 과급압을 증대시키는 부하 전 부스트기능을 실행하는 컨트롤러(30)를 갖는다. 어태치먼트의 소정 부위가 도달 가능한 영역은, 붐(4)이 조작되었을 때에 부하 전 부스트기능이 실행되는 부분영역과, 붐(4)이 조작되었을 때에 부하 전 부스트기능이 실행되지 않는 부분영역을 포함한다.

Description

쇼벨{Shovel}

본 발명은 과급기 장착 디젤엔진을 탑재하는 쇼벨에 관한 것이다.

과급기 장착 디젤엔진에 연결된 유압펌프의 유압부하가 증대되기 전에 그 엔진에 연결된 발전기에 의한 발전을 실행하는 쇼벨이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 쇼벨은, 유압부하가 증대되기 전에 발전부하를 적극적으로 증대시켜 엔진의 부하, 나아가서는 과급압을 증대시켜 둠으로써 그 후에 유압부하가 급증한 경우여도 엔진의 회전수를 대략 일정하게 유지하면서 엔진출력을 원활하게 증대시킬 수 있다. 다만, 이하에서는, 유압부하가 증대되기 전에 발전기에 의한 발전 등을 실행함으로써 과급압을 증대시키는 기능을 "부하 전 부스트기능"이라고 칭한다.

특허문헌 1： 국제 공개공보 제2012/169558호

그러나 부하 전 부스트기능을 실행한 후에 유압부하의 급증이 발생하지 않은 경우에는 그 부하 전 부스트기능의 실행에 의한 과급압의 증대가 소용없게 될 우려가 있다.

상술을 감안하여, 보다 효율적으로 부하 전 부스트기능을 실행하는 쇼벨의 제공이 요망된다.

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 작업체를 포함하는 어태치먼트와, 과급기 장착 디젤엔진과, 상기 과급기 장착 디젤엔진에 연결되는 유압펌프와, 상기 유압펌프의 유압부하가 증대되기 전에 상기 과급기의 과급압을 증대시키는 부하 전 부스트기능을 실행하는 컨트롤러를 갖고, 상기 어태치먼트의 소정 부위가 도달 가능한 영역은, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되는 부분영역과, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되지 않는 부분영역을 포함한다.

상술한 수단에 의하여, 보다 효율적으로 부하 전 부스트기능을 실행하는 쇼벨이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 도이다.
도 3은 도 1의 쇼벨에 탑재되는 컨트롤러의 구성예를 나타내는 기능블록도이다.
도 4a는 굴삭어태치먼트 상의 각 점의 위치를 도출하는 처리를 설명하는 도이다.
도 4b는 굴삭어태치먼트 상의 각 점의 위치를 도출하는 처리를 설명하는 도이다.
도 5는 실제작업영역을 나타내는 쇼벨의 측면도이다.
도 6은 버킷핀거리와 단위시간당 발전량의 관계의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 부하 전 부스트 필요여부 판정처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 8은 실제작업영역을 나타내는 쇼벨의 측면도이다.
도 9는 레버조작량, 발전량, 유압부하, 연료소비량, 과급압, 및 엔진회전수의 시간적추이를 나타내는 타임차트이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 건설기계의 전체구성에 대하여 설명한다. 다만, 도 1은 본 발명의 실시예에 관한 건설기계로서의 쇼벨의 구성예를 나타내는 측면도이다. 단, 본 발명은, 쇼벨에 한정되지 않고, 과급기 장착 디젤엔진을 탑재하는 것이라면, 다른 건설기계에도 적용할 수 있다.

도 1에 나타내는 쇼벨의 하부주행체(1)에는 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재된다. 상부선회체(3)에는 작업체로서의 붐(4)이 장착된다. 붐(4)의 선단에는 작업체로서의 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 작업체 및 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)이 장착된다. 다만, 엔드어태치먼트는, 브레이커, 그래플 등이어도 된다.

붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 어태치먼트의 일례인 굴삭어태치먼트를 구성하고, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 또, 붐(4)에는 붐각도센서(S1)가 장착되고, 암(5)에는 암각도센서(S2)가 장착되며, 버킷(6)에는 버킷각도센서(S3)가 장착된다.

붐각도센서(S1)는, 굴삭어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치의 일례이며, 붐(4)의 회동(回動)각도를 검출한다. 본 실시예에서는, 수평면에 대한 붐(4)의 경사각(이하, “붐각도”라고 함)을 검출하는 퍼텐쇼미터이다. 구체적으로는, 붐각도센서(S1)는 상부선회체(3)와 붐(4)을 연결하는 붐풋핀을 중심으로 한 붐(4)의 회동각도를 붐각도로서 검출한다.

암각도센서(S2)는, 굴삭어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치의 일례이며, 암(5)의 회동각도를 검출한다. 본 실시예에서는, 수평면에 대한 암(5)의 경사각(이하, “암각도”라고 함)을 검출하는 퍼텐쇼미터이다. 구체적으로는, 암각도센서(S2)는 붐(4)과 암(5)을 연결하는 암핀을 중심으로 한 암(5)의 회동각도를 암각도로서 검출한다.

버킷각도센서(S3)는, 굴삭어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치의 일례이며, 버킷(6)의 회동각도를 검출한다. 본 실시예에서는, 수평면에 대한 버킷(6)의 경사각(이하, “버킷각도”라고 함)을 검출하는 퍼텐쇼미터이다. 구체적으로는, 버킷각도센서(S3)는 암(5)과 버킷(6)을 연결하는 버킷핀(암톱핀)을 중심으로 한 버킷(6)의 회동각도를 버킷각도로서 검출한다.

다만, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3) 중 적어도 하나는, 가속도센서, 대응하는 유압실린더의 스트로크량을 검출하는 스트로크센서, 연결핀을 중심으로 한 회동각도를 검출하는 로터리인코더 등이어도 된다.

도 2는 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 도이다. 도 2에 있어서, 기계적동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 파선, 전기구동·제어계는 가는 실선으로 각각 나타난다.

엔진(11)은 쇼벨의 구동원이다. 본 실시예에서는, 엔진(11)은 과급기로서의 터보차저와 연료분사장치를 구비하는 디젤엔진이며, 상부선회체(3)에 탑재된다. 다만, 엔진(11)은, 과급기로서 슈퍼차저를 구비하고 있어도 된다. 또, 엔진(11)은 엔진부하의 증감에 관계없이 엔진회전수를 일정하게 유지하는 아이소크로너스제어를 채용한다.

전동발전기(12)는, 전동기 및 발전기로서 기능하는 장치이다. 본 실시예에서는, 전동발전기(12)는, 엔진(11)의 구동을 어시스트하는 전동기로서 기능하고, 또한 엔진(11)의 구동력을 이용하여 발전하는 발전기로서 기능한다.

엔진(11)과 전동발전기(12)는 감속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속된다. 감속기(13)의 출력축에는 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속된다. 메인펌프(14)에는 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다.

메인펌프(14)는 1회전당 토출량(변위용적)을 가변으로 하는 가변용량형 경사판식 유압펌프이다. 1회전당 토출량은 펌프레귤레이터에 의하여 제어된다. 메인펌프(14)의 회전축은 엔진(11)의 회전축에 연결되어 엔진(11)의 회전속도와 동일한 회전속도로 회전한다. 또, 메인펌프(14)의 회전축은 플라이휠에 연결된다. 엔진출력토크가 변동되었을 때의 회전속도의 변동을 억제하기 위해서이다.

컨트롤밸브(17)는 쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 유압제어장치이다. 본 실시예에서는, 컨트롤밸브(17)는 고압유압라인을 통하여 우측주행용 유압모터(A), 좌측주행용 유압모터(2B), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9) 등의 각종 유압액추에이터에 접속된다.

인버터(18)는 전동발전기(12)의 운전제어를 행한다. 본 실시예에서는, 인버터(18)는 전동발전기(12)와 축전장치(120)의 사이에 마련되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여 전동발전기(12)의 운전제어를 행한다. 구체적으로는, 인버터(18)는, 전동발전기(12)를 전동기로서 제어하고 있을 때에는, 필요한 전력을 축전장치(120)로부터 전동발전기(12)에 공급한다. 또, 인버터(18)는, 전동발전기(12)를 발전기로서 제어하고 있을 때에는, 전동발전기(12)가 발전한 전력을 축전장치(120)에 축전한다.

인버터(20)는 선회용 전동기(21)의 운전제어를 행한다. 본 실시예에서는, 인버터(20)는 선회용 전동기(21)와 축전장치(120)의 사이에 마련되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여 선회용 전동기(21)의 운전제어를 행한다. 구체적으로는, 인버터(20)는, 선회용 전동기(21)를 전동기로서 제어하고 있을 때에는, 필요한 전력을 축전장치(120)로부터 선회용 전동기(21)에 공급한다. 또, 인버터(20)는, 선회용 전동기(21)를 발전기로서 제어하고 있을 때에는, 선회용 전동기(21)가 발전한 전력을 축전장치(120)에 축전한다.

선회용 전동기(21)는, 하부주행체(1)에 대하여 상부선회체(3)를 선회시키는 장치이며, 전동발전기(12)와 마찬가지로, 전동기 및 발전기로서 기능한다. 본 실시예에서는, 선회용 전동기(21)는, 상부선회체(3)를 선회시키는 전동기로서 기능하고, 또한 상부선회체(3)의 관성모멘트를 이용하여 발전하는 발전기로서 기능한다. 다만, 선회용 전동기(21)의 출력축(21A)에는, 리졸버(22), 메커니컬브레이크(23), 및 선회감속기(24)가 접속된다.

축전장치(120)는 인버터(18)와 인버터(20)의 사이에 배치된다. 이로써, 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21) 중 적어도 일방이 전동기로서 기능하고 있는 경우 즉 역행운전을 행하고 있는 경우에는 그 역행운전에 필요한 전력을 공급한다. 또, 적어도 일방이 발전기로서 기능하고 있는 경우 즉 발전(회생)운전을 행하고 있는 경우에는 그 발전(회생)운전에 의하여 발생한 전력을 축적한다.

본 실시예에서는, 축전장치(120)는, 커패시터(19)와, 승강압컨버터(19a)와, DC버스(19b)를 포함한다. 커패시터(19)는 승강압컨버터(19a), DC버스(19b), 및 인버터(18)를 통하여 전동발전기(12)에 접속된다. 또, 커패시터(19)는 승강압컨버터(19a), DC버스(19b), 및 인버터(20)를 통하여 선회용 전동기(21)에 접속된다. 승강압컨버터(19a)는 커패시터(19)와 DC버스(19b)의 사이에 배치되고, 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21)의 운전상태에 따라 변동하는 DC버스(19b)의 전압레벨이 일정한 범위 내에 들어가도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다. DC버스(19b)는 승강압컨버터(19a)와 인버터(18) 및 인버터(20)의 각각의 사이에 배치되고, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 전달을 가능하게 한다.

조작장치(26)는, 각종 유압액추에이터를 조작하기 위한 장치이다. 본 실시예에서는, 조작장치(26)는, 조작량, 조작방향 등의 조작 내용에 따른 파일럿압을 발생시킨다. 또, 조작장치(26)는, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 컨트롤밸브(17)는, 조작장치(26)가 발생시킨 파일럿압에 따라 각종 유압액추에이터에 대응하는 스풀밸브(유량제어밸브)를 작동시켜, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유를 각종 유압액추에이터에 공급한다. 또, 조작장치(26)는, 유압라인(28)을 통하여 압력센서(29)에 접속된다. 압력센서(29)는, 조작장치(26)가 발생시킨 파일럿압을 전기신호로 변환하고, 변환한 전기신호를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동제어를 행하는 제어장치이다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는 CPU 및 기억장치를 포함하는 연산처리장치이다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 기억장치에 저장된 구동제어용 프로그램을 CPU에 실행시켜 각종 기능을 실현한다. 각종 기능은 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정하는 기능을 포함한다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 컨트롤러(30)가 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정하는 기능에 대하여 설명한다. 다만, 도 3은, 컨트롤러(30)의 기능블록도이며, 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정할 때에 이용되는 기능요소를 포함한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 주로 어태치먼트위치 취득부(31) 및 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)를 갖는다.

어태치먼트위치 취득부(31)는, 어태치먼트의 소정 부위의 위치를 취득하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 어태치먼트위치 취득부(31)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)의 각각의 검출값에 근거하여 굴삭어태치먼트의 자세를 도출한다. 기준위치에 대한 굴삭어태치먼트 상의 각 점의 위치를 도출하기 위해서이다. 다만, 굴삭어태치먼트 상의 각 점은 버킷핀의 위치, 버킷(6)의 선단위치 등을 포함한다. 기준위치는, 굴삭어태치먼트 상의 각 점의 위치를 도출할 때의 기준이 되는 위치이며, 예를 들면 선회축 상의 1점, 캐빈전단(前端)위치, 운전석중심위치 등이다. 본 실시예에서는, 기준위치는 선회축과 쇼벨의 접지면의 교점이다.

여기에서, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 굴삭어태치먼트 상의 각 점의 위치를 어태치먼트위치 취득부(31)가 도출하는 처리에 대하여 설명한다. 다만, 도 4a는 쇼벨의 측면도이며, 도 4b는 쇼벨의 상면도이다.

도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 3차원 직교좌표계인 XYZ좌표계의 Z축은 쇼벨의 선회축에 상당하고, 기준위치로서의 원점(O)은 선회축과 쇼벨의 접지면의 교점에 상당한다.

또, Z축과 직교하는 X축은 굴삭어태치먼트가 뻗어 있는 방향으로 신장하고, 마찬가지로 Z축과 직교하는 Y축은 굴삭어태치먼트가 뻗어 있는 방향에 수직인 방향으로 신장한다. 다만, X축 및 Y축은 쇼벨의 선회와 함께 Z축을 중심으로 하여 회전한다.

또, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 상부선회체(3)에 대한 붐(4)의 장착위치는, 붐 회전축으로서의 붐풋핀의 위치인 붐풋핀위치(P1)로 나타난다. 마찬가지로, 붐(4)에 대한 암(5)의 장착위치는, 암회전축으로서의 암핀의 위치인 암핀위치(P2)로 나타난다. 또, 암(5)에 대한 버킷(6)의 장착위치는, 버킷회전축으로서의 버킷핀의 위치인 버킷핀위치(P3)로 나타난다. 또한, 버킷(6)의 톱니(6a)의 선단위치는 버킷선단위치(P4)로 나타난다.

또, 붐풋핀위치(P1)와 암핀위치(P2)를 연결하는 선분(SG1)의 길이는 붐길이로서 소정값 L₁로 나타나고, 암핀위치(P2)와 버킷핀위치(P3)를 연결하는 선분(SG2)의 길이는 암길이로서 소정값 L₂로 나타나며, 버킷핀위치(P3)와 버킷선단위치(P4)를 연결하는 선분(SG3)의 길이는 버킷길이로서 소정값 L₃으로 나타난다. 다만, 소정값 L₁, L₂, L₃은 기억장치(D4) 등에 미리 기억되어 있다.

또, 선분(SG1)과 수평면의 사이에 형성되는 붐각도는 β₁로 나타나고, 선분(SG2)과 수평면의 사이에 형성되는 암각도는 β₂로 나타나며, 선분(SG3)과 수평면의 사이에 형성되는 버킷각도는 β₃으로 나타난다. 다만, 도 4a에 있어서, 붐각도(β₁), 암각도(β₂), 버킷각도(β₃)는, X축에 평행한 선에 관하여 반시계방향을 플러스방향으로 한다.

여기에서, 붐풋핀위치(P1)의 3차원좌표를 (X, Y, Z)=(H_0X, 0, H_0Z)로 하고, 버킷선단위치(P4)의 3차원좌표를 (X, Y, Z)=(X₄, Y₄, Z₄)로 하면, X₄, Z₄는 각각 식 (1) 및 식 (2)로 나타난다.

[수학식 1]

[수학식 2]

다만, Y₄는 0이 된다. 버킷선단위치(P4)는 XZ평면 상에 존재하기 때문이다. 또, 붐풋핀위치(P1)가 원점(O)에 대하여 상대적으로 불변이기 때문에, 붐각도(β₁)가 정해지면 암핀위치(P2)의 좌표가 일률적으로 정해진다. 마찬가지로, 붐각도(β₁) 및 암각도(β₂)가 정해지면 버킷핀위치(P3)의 좌표가 일률적으로 정해지고, 붐각도(β₁), 암각도(β₂), 및 버킷각도(β₃)가 정해지면, 버킷선단위치(P4)의 좌표가 일률적으로 정해진다.

본 실시예에서는, 어태치먼트위치 취득부(31)는, 기준위치로서의 원점(O)에 대한 버킷핀위치(P3)의 좌표를 도출하고, 그 좌표를 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)에 대하여 출력한다.

부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 붐상승조작이 행해진 경우에 버킷핀위치(P3)에 근거하여 부하 전 부스트기능을 실행하는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 압력센서(29)의 출력에 근거하여 붐조작레버가 상승방향으로 조작되었는지 여부를 판단한다. 그리고, 붐조작레버가 상승방향으로 조작되었다고 판단한 경우에 붐상승조작이 행해졌다고 판정한다. 다만, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 예를 들면 붐상승조작량이 소정값을 상회한 경우에 붐조작레버가 상승방향으로 조작되었다고 판단한다.

붐상승조작이 행해졌다고 판정한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 어태치먼트위치 취득부(31)가 출력하는 버킷핀위치(P3)가 소정의 실제작업영역 내에 있는지 여부를 판정한다.

그리고, 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역 내에 있다고 판정한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정한다. 한편, 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역 내에 없다고 판정한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 부하 전 부스트기능의 실행이 불필요하다고 판정한다.

“실제작업영역”은, 쇼벨의 주변에 설정되는 영역이다. 본 실시예에서는, 실제작업영역은 어태치먼트의 소정 부위의 위치로서의 버킷핀위치가 도달 가능한 영역 내의 부분영역으로서 설정된다. 또, 실제작업영역에 관한 정보는 컨트롤러(30)의 기억장치 등에 미리 기억되어 있다. 다만, 실제작업영역에 관한 정보는 입력장치 등을 통하여 조정 가능해도 된다.

여기에서 도 5를 참조하여, 실제작업영역의 일례에 대하여 설명한다. 다만, 도 5는, 쇼벨의 측면도이며, XZ평면에 설정된 실제작업영역(WA)을 나타낸다. 실제작업영역(WA)은, 쇼벨의 접지면으로부터의 거리(깊이)(D(≤0))를 이용하여 설정되는 하한선, 쇼벨의 접지면으로부터의 거리(높이)(H(≥0))를 이용하여 설정되는 상한선, 선회축(SX)으로부터의 거리(근거리)(C(≥0))를 이용하여 설정되는 근위측한계선, 및 선회축(SX)으로부터의 거리(원거리)(F(≥C))를 이용하여 설정되는 원위측한계선으로 구획된다. 다만, 깊이(D)는, 예를 들면 쇼벨의 조작자가 운전석에 착석한 상태에서 버킷(6)을 시인할 수 있는 최대의 깊이이다. 또, 깊이(D), 높이(H), 근거리(C), 원거리(F) 등의 실제작업영역(WA)에 관한 정보는 컨트롤러(30)의 기억장치 등에 조정 가능한 상태로 기억되어 있다. 또, 근거리(C) 및 원거리(F)은, 캐빈전단위치, 운전석중심위치 등, 선회축(SX) 이외를 기준으로 하여 설정되어도 된다.

어태치먼트위치 취득부(31)가 버킷핀위치(P3a)를 도출한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 버킷핀위치가 실제작업영역(WA) 내에 있다고 판정한다. 그리고, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정하여, 인버터(18)에 발전지령을 출력하여 전동발전기(12)에 의한 단시간의 발전을 실행시킨다. 엔진(11)의 부하를 적극적으로 증대시키기 위해서이다. 이 경우, 붐상승조작에 따른 유압부하의 급증이 발생하기 전에 과급압이 증대된 상태가 된다. 이로 인하여, 엔진(11)은 그 후에 유압부하의 급증이 발생한 경우에도 회전수를 대략 일정하게 유지하면서 엔진출력을 원활하게 증대시킬 수 있다. 낮은 과급압 때문에 연료분사량이 제한되는 경우가 없기 때문이다.

한편, 어태치먼트위치 취득부(31)가 버킷핀위치(P3b, P3c, 또는 P3d)를 도출한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 버킷핀위치가 실제작업영역(WA) 내에 없다고 판정한다. 그리고, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 부하 전 부스트기능의 실행이 불필요하다고 판정하여, 인버터(18)에 발전지령을 출력하지 않는다. 굴삭어태치먼트가 크게 뻗어진 경우 등, 버킷핀위치가 실제작업영역(WA) 내에 없는 경우에는 신속한 붐상승동작의 필요성이 낮다고 추정되기 때문이다. 예를 들면, 버킷(6)이 깊은 곳에 있어 쇼벨의 조작자가 버킷(6)을 시인할 수 없는 경우, 조작자는 신속한 붐상승동작을 원하지 않는다고 추정되기 때문이다. 또, 버킷(6)이 높은 곳에 있어 조작자가 자연스러운 자세로 버킷(6)을 시인할 수 없는 경우, 조작자는 신속한 붐상승동작을 원하지 않는다고 추정되기 때문이다. 또, 버킷(6)이 전방의 먼 곳에 있어 쇼벨의 자세가 불안정한 경우, 조작자는 신속한 붐상승동작을 원하지 않는다고 추정되기 때문이다. 그 결과, 불필요한 부하 전 부스트기능의 실행을 억제할 수 있어, 연비를 향상시킬 수 있다.

또, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 부하 전 부스트기능을 실행할 때의 전동발전기(12)에 의한 발전의 내용을 조정함으로써, 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 과급압을 조정해도 된다. 예를 들면, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀위치의 선회축(SX)에 대한 거리(이하, “버킷핀거리”라고 함)에 따라 단위시간당 발전량을 변화시켜도 된다. 구체적으로는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀거리가 클수록 단위시간당 발전량을 저감시킴으로써, 버킷핀거리가 클수록, 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 과급압의 증대의 크기를 저감시켜도 된다. 즉, 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 엔진부하의 적극적인 증대의 크기를 저감시켜도 된다.

도 6은, 버킷핀거리와 단위시간당 발전량의 관계의 일례를 나타내는 도이다. 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 버킷핀위치가 실제작업영역(WA) 내에 있는 경우에 붐상승조작이 개시되었을 때의 버킷핀거리가 클수록 단위시간당 발전량을 단계적으로 저감시킨다. 구체적으로는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀거리가 D1 이상 D2 미만인 경우에 단위시간당 발전량을 Q1로 한다. 또, 버킷핀거리가 D2 이상 D3 미만인 경우에 단위시간당 발전량을 Q2(＜Q1)로 하고, 버킷핀거리가 D3 이상 D4 미만인 경우에 단위시간당 발전량을 Q3(＜Q2)으로 한다. 다만, 버킷핀거리가 D1 미만 또는 D4 이상인 경우에는, 버킷핀위치가 실제작업영역(WA) 외가 되기 때문에, 단위시간당 발전량은 0이 된다.

또, 상술한 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀거리가 클수록 단위시간당 발전량을 단계적으로 저감시킨다. 그러나 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀거리가 클수록 단위시간당 발전량을 선형적으로 저감시켜도 되고, 비선형적으로 저감시켜도 된다.

또, 상술한 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀거리가 클수록 단위시간당 발전량을 저감시킨다. 그러나 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 쇼벨의 접지면에 대한 버킷핀위치의 높이가 클수록 단위시간당 발전량을 저감시켜도 되고, 쇼벨의 접지면에 대한 버킷핀위치의 깊이가 클수록 단위시간당 발전량을 저감시켜도 된다. 또, 어태치먼트의 도달거리가 길수록, 즉 굴삭어태치먼트를 신장시킬수록 단위시간당 발전량을 저감시켜도 된다. 이와 같이, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 부하 전 부스트기능을 실행하는 경우, 버킷핀거리가 클수록, 혹은 쇼벨의 접지면에 대한 버킷핀위치의 높이 혹은 깊이가 클수록, 혹은 어태치먼트의 도달거리가 길수록, 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 과급압의 증대의 크기를 저감시켜도 된다.

또, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀위치가 기준영역으로부터 멀어질수록 단위시간당 발전량을 저감시켜도 된다. 다만, 기준영역은, 예를 들면 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 과급압의 증대의 크기가 최대가 될 때의 실제작업영역(WA) 내의 부분영역이다. 본 실시예에서는, 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 단위시간당 발전량이 최대가 될 때의 실제작업영역(WA) 내의 부분영역이다. 그리고, 실제작업영역(WA) 내에서는, 예를 들면 버킷핀위치가 기준영역으로부터 멀수록, 즉 실제작업영역(WA)의 경계에 가까울수록 단위시간당 발전량이 제로에 가까워지고, 버킷핀위치가 기준영역에 가까울수록, 즉 실제작업영역(WA)의 경계로부터 멀수록 단위시간당 발전량이 최댓값에 가까워진다.

이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 버킷핀위치가 실제작업영역의 경계에 가까운 곳에서 그 내측에 있는 경우와 그 외측에 있는 경우에 붐상승동작의 내용이 급변하게 되는 것을 억제할 수 있다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 컨트롤러(30)가 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정하는 처리(이하, “부하 전 부스트 필요여부 판정처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 7은, 부하 전 부스트 필요여부 판정처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다. 컨트롤러(30)는, 붐상승조작이 개시될 때마다 이 부하 전 부스트 필요여부 판정처리를 실행한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 붐조작레버가 중립위치로부터 상승방향으로 소정량 이상 조작될 때마다 이 부하 전 부스트 필요여부 판정처리를 실행한다.

먼저, 컨트롤러(30)는 엔드어태치먼트위치를 도출한다(스텝 ST1). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)의 어태치먼트위치 취득부(31)는, 붐각도센서(S1) 및 암각도센서(S2)의 출력에 근거하여 엔드어태치먼트위치로서의 버킷핀위치를 도출한다. 다만, 엔드어태치먼트위치는, 엔드어태치먼트(예를 들면 버킷(6))와 암(5)을 연결하는 핀의 위치(예를 들면 버킷핀위치) 이외의 엔드어태치먼트 상의 위치여도 된다.

또, 컨트롤러(30)는 실제작업영역에 관한 정보를 취득한다(스텝 ST2). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)의 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 컨트롤러(30)의 기억장치 등에 기억된 실제작업영역에 관한 정보를 취득한다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같은 실제작업영역(WA)을 정하는 깊이(D), 높이(H), 근거리(C), 및 원거리(F)를 기억장치로부터 독출한다. 다만, 스텝 ST1과 스텝 ST2의 순서는 무관하며, 동시에 실행되어도 된다.

그 후, 컨트롤러(30)는 엔드어태치먼트위치가 실제작업영역 내에 있는지를 판정한다(스텝 ST3). 본 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 기억장치로부터 독출한 실제작업영역에 관한 정보와 어태치먼트위치 취득부(31)가 도출한 버킷핀위치에 근거하여 버킷핀위치가 실제작업영역 내에 있는지 여부를 판정한다.

엔드어태치먼트위치로서의 버킷핀위치가 실제작업영역 내에 없다고 판정한 경우(스텝 ST3의 NO), 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 부하 전 부스트기능의 실행이 불필요하다고 판정하여, 부하 전 부스트기능을 실행하지 않고 이번의 부하 전 부스트 필요여부 판정처리를 종료시킨다.

한편, 엔드어태치먼트위치로서의 버킷핀위치가 실제작업영역 내에 있다고 판정한 경우(스텝 ST3의 YES), 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정하여, 부하 전 부스트기능을 실행한다(스텝 ST4). 본 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 인버터(18)에 대하여 발전지령을 출력하고, 전동발전기(12)에 의한 단시간의 발전을 개시시켜 엔진(11)의 부하를 적극적으로 증대시킨다.

이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 엔드어태치먼트위치로서의 버킷핀위치가 실제작업영역 내에 있는 경우에는, 붐상승조작에 따른 유압부하의 급증이 발생하기 전에 과급압을 증대시킨다. 이로 인하여, 유압부하가 급증한 경우에도 엔진(11)의 회전수를 대략 일정하게 유지하면서 엔진출력을 원활하게 증대시킬 수 있고, 붐상승동작 개시의 응답성을 향상시킬 수 있다.

또, 컨트롤러(30)는, 엔드어태치먼트위치로서의 버킷핀위치가 실제작업영역 내에 없는 경우에는, 붐상승조작이 개시된 경우이더라도 엔진(11)의 부하를 적극적으로 증대시키지 않는다. 이로 인하여, 붐상승동작 개시의 응답성이 불필요하게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 또, 전동발전기(12)에 의한 발전을 개시시키지도 않기 때문에 연료소비량이 불필요하게 증대되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

예를 들면, 상술한 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀위치에 근거하여 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정한다. 그러나 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 암핀위치가 소정의 대응하는 실제작업영역 내에 있는지 여부에 근거하여 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정해도 된다. 또, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷선단위치가 소정의 대응하는 실제작업영역 내에 있는지 여부에 근거하여 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정해도 된다.

또, 상술한 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 붐상승조작이 행해진 경우에 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정한다. 그러나 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 붐하강조작, 암폐쇄조작 등, 붐상승조작 이외의 다른 조작이 행해진 경우에 부하 전 부스트기능의 실행의 필요여부를 판정해도 된다. 이 경우, 도 3의 압력센서(29)의 출력인 “각종 조작량”은, 붐조작레버, 암조작레버, 버킷조작레버 등의 조작량을 포함한다.

또, 상술한 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역 내에 있다고 판정한 경우에 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정한다. 그러나 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀위치(P3)가 비실제작업영역 내에 있다고 판정한 경우에 부하 전 부스트기능의 실행이 불필요하다고 판정해도 된다. “비실제작업영역”은, “실제작업영역”과 마찬가지로, 쇼벨의 주변에 설정되는, 버킷핀위치가 도달 가능한 영역 내의 부분영역으로서 설정된다. 실제작업영역은, 원칙적으로, 비실제작업영역보다 쇼벨에 가까운 곳에 있다. 또, 비실제작업영역에 관한 정보는 컨트롤러(30)의 기억장치 등에 미리 기억되고, 입력장치 등을 통하여 조정 가능해도 된다. 또, 비실제작업영역이 설정되는 경우에는 실제작업영역의 설정은 생략된다. 비실제작업영역과 실제작업영역은 상보적인 관계를 갖기 때문이다. 또, 비실제작업영역은, 쇼벨로부터 보아 실제작업영역의 상방, 하방, 및 원방(遠方) 중 적어도 하나에 인접하고 있어도 된다. 본 실시예에서는, 비실제작업영역은, 도 5에 나타내는 바와 같이 실제작업영역(WA)의 상방(도 5의 ＋Z방향), 하방(－Z방향), 및 원방(＋X방향)의 각각에 인접한다. 또, 실제작업영역보다 선회축(SX)에 가까운 부분영역이 비실제작업영역이어도 된다. 예를 들면, 암(5)이 최대한으로 폐쇄된 상태에서 버킷(6)이 캐빈의 정면에 있는 것과 같은 경우에는 신속한 붐상승동작의 필요성이 낮다고 추정되기 때문이다.

또, 복수의 실제작업영역이 설정되어도 된다. 예를 들면, 비교적 높은 과급압을 실현시키는 제1 부하 전 부스트기능을 실행시키기 위한 제1 실제작업영역, 및 비교적 낮은 과급압을 실현시키기 위한 제2 부하 전 부스트기능을 실행시키기 위한 제2 실제작업영역이 설정되어도 된다. 이 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷핀위치(P3)가 제1 실제작업영역 내에 있다고 판정한 경우에 제1 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정하고, 버킷핀위치(P3)가 제2 실제작업영역 내에 있다고 판정한 경우에 제2 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정한다.

또, 상술한 실시예에서는, 실제작업영역은 직사각형 영역으로서 설정되지만, 곡선을 이용하여 정해져도 된다.

또, 상술한 실시예에서는, 부하 전 부스트기능은, 유압부하가 증대되기 전에 전동발전기(12)에 의한 단시간의 발전을 실행함으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시킨다. 그러나 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 부하 전 부스트기능은, 엔진(11)의 과급기가 가변노즐터보인 경우에는, 유압부하가 증대되기 전에 엔진(11)의 배기구로부터 터빈날개로 흐르는 배기가스의 유량을 제어하는 노즐베인의 노즐개방도를 일시적으로 작게 함으로써 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다. 구체적으로는, 노즐베인의 노즐개방도를 작게 하여 터빈날개의 회전속도, 나아가서는 컴프레서날개의 회전속도를 증대시킴으로써 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다.

혹은, 부하 전 부스트기능은, 유압부하가 증대되기 전에 메인펌프(14)의 토출량을 일시적으로 증대시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다. 구체적으로는, 네거티브컨트롤제어, 포지티브컨트롤제어, 로드센싱제어 등의 각종 유량제어방식을 이용하여 결정되는 토출량(레버조작량에 따른 토출량)보다 큰 소정의 토출량으로 메인펌프(14)를 구동시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다.

혹은, 부하 전 부스트기능은, 유압부하가 증대되기 전에, 엔진(11)에 연결된 다른 유압펌프의 토출량을 일시적으로 증대시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다. 구체적으로는, 메인펌프(14)보다 높은 응답성을 갖는 다른 유압펌프의 토출량을 증대시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다. 다만, 다른 유압펌프가 토출하는 작동유는 그대로 작동유탱크로 배출되어도 된다.

혹은, 부하 전 부스트기능은, 유압부하가 증대되기 전에 메인펌프(14)의 토출압을 일시적으로 증대시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다. 구체적으로는, 메인펌프(14)의 토출측에 배치되는 릴리프밸브, 전환밸브 등을 제어하여 메인펌프(14)의 토출압을 증대시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다. 혹은, 어큐뮬레이터에 축적된 작동유를 메인펌프(14)의 토출측에 공급하여 메인펌프(14)의 토출압을 증대시킴으로써 엔진(11)의 부하, 나아가서는 과급압을 적극적으로 증대시켜도 된다.

다음으로 도 8을 참조하여, 실제작업영역의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 8은 쇼벨의 측면도이며, XZ평면에 설정된 실제작업영역(WA1), 실제작업영역(WA2), 및 실제작업영역(WA3)을 나타낸다. 점선으로 둘러싸인 실제작업영역(WA1)은, 붐상승조작이 행해진 경우에 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)가 부하 전 부스트기능을 실행하는지 여부를 판정할 때에 참조하는 영역이며, 도 5의 실제작업영역(WA)에 대응한다. 1점쇄선으로 둘러싸인 실제작업영역(WA2)은, 암폐쇄조작이 행해진 경우에 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)가 부하 전 부스트기능을 실행하는지 여부를 판정할 때에 참조하는 영역이다. 2점쇄선으로 둘러싸인 실제작업영역(WA3)은, 버킷폐쇄조작이 행해진 경우에 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)가 부하 전 부스트기능을 실행하는지 여부를 판정할 때에 참조하는 영역이다.

본 실시예에서는, 실제작업영역(WA2)은 실제작업영역(WA1)보다 선회축(SX)으로부터 떨어진 위치로 설정된다. 이로 인하여, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 암폐쇄조작이 행해진 경우에 어태치먼트위치 취득부(31)가 버킷핀위치(P3d)를 도출했을 때에는, 붐상승조작이 행해진 경우의 판정결과와는 다른 판정결과를 초래한다. 즉, 버킷핀위치가 실제작업영역(WA2) 내에 있다고 판정하여 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정한다.

또, 실제작업영역(WA3)은 실제작업영역(WA1) 및 실제작업영역(WA2)을 포함하도록 설정되어 있다. 이로 인하여, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 버킷폐쇄조작이 행해진 경우에는, 붐상승조작 또는 암폐쇄조작이 행해진 경우의 판정결과와는 다른 판정결과를 초래하는 경우가 있다. 즉, 버킷핀위치가 실제작업영역(WA1) 및 실제작업영역(WA2) 중 어느 영역 내에도 없다고 판정하는 경우이더라도, 실제작업영역(WA3) 내에 있다고 판정하여 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정하는 경우가 있다. 예를 들면, 실제작업영역(WA3)은, 깊은 굴삭 시에 버킷폐쇄조작이 행해졌을 때에 부하 전 부스트가 실행되도록, 버킷핀위치(P3c)를 포함하는 영역으로서 설정되어도 된다. 이 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 어태치먼트위치 취득부(31)가 버킷핀위치(P3c)를 도출한 경우에, 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정한다.

다음으로 도 9를 참조하여, 암폐쇄조작과 버킷폐쇄조작을 포함하는 복합조작이 행해진 후에 붐상승조작이 행해지는 경우의 복수의 물리량의 시간적추이에 대하여 설명한다. 도 9의 (a)~도 9의 (f)는 레버조작량, 발전량, 유압부하, 연료소비량, 과급압, 및 엔진회전수의 시간적추이를 나타내는 타임차트이다. 도 9의 실선은 부하 전 부스트를 실행하는 경우의 각 물리량의 시간적추이를 나타내고, 1점쇄선은 부하 전 부스트를 실행하지 않는 경우의 각 물리량의 시간적추이를 나타낸다. 명료화를 위하여, 도 9는 실선과 1점쇄선이 서로 중첩되지 않도록 나타낸다. 단, 실선과 1점쇄선이 병행되는 부분은 양자가 동일한 궤적을 나타내는 것을 의미한다.

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 쇼벨의 조작자는, 시각 t1에서 암조작레버를 폐쇄방향으로 조작하고, 시각 t6에서 중립방향으로 조작하며, 시각 t7에서 붐조작레버를 상승방향으로 조작한다. 또, 조작자는, 암조작레버의 폐쇄방향으로의 조작을 개시한 후에 버킷조작레버를 폐쇄방향으로 조작하고, 암조작레버를 중립위치로 복귀시키는 것과 대략 동일한 타이밍에 버킷조작레버를 중립위치로 복귀시킨다. 다만, 도 9의 (a)는 명료화를 위하여 버킷조작레버의 레버조작량의 추이의 도시를 생략한다.

우선, 1점쇄선으로 나타내는 추이를 참조하여, 부하 전 부스트를 실행하지 않는 경우의 각 물리량의 변화에 대하여 설명한다.

시각 t1에 있어서 암폐쇄조작이 개시되면, 암조작레버의 레버조작량(예를 들면 레버조작각도)은 시각 t1부터 시각 t2에 걸쳐 증대된다. 그리고, 시각 t2에 있어서 레버조작량은 최댓값에 이른다.

메인펌프(14)의 유압부하는, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이, 암(5)에 작용하는 굴삭반력의 증대에 따라 메인펌프(14)의 토출압이 증대됨과 함께 증대된다. 엔진부하도 유압부하의 증대와 함께 증대된다. 그 결과, 도 9의 (f)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 엔진회전수는 시각 t2를 지난 시점부터 크게 저하되어 간다.

컨트롤러(30)는, 엔진부하가 증대되어 엔진회전수가 소정 회전수(Nc)에서 벗어난 것을 검출하면, 엔진(11)의 연료분사량을 증대시킨다. 그 결과, 도 9의 (d)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이 엔진(11)의 연료소비량은 시각 t3에서 증대된다. 연료분사량이 증대되고 나서 잠시 후에, 도 9의 (f)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이 엔진회전수는 상승으로 전환된다.

엔진회전수가 상승으로 전환되면, 도 9의 (e)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t4에 있어서 과급압이 상승하기 시작한다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)의 연소효율을 높여, 엔진(11)의 출력을 효율적으로 증대시킬 수 있다.

그 후, 컨트롤러(30)는 아이소크로너스제어에 의하여 엔진회전수를 소정 회전수(Nc)로 유지하고자 한다. 그러나 연료소비량이 증대되어 있었기 때문에, 엔진회전수는 소정 회전수(Nc)에 달해도 즉시 안정되지 않고 소정 회전수(Nc)를 초과하여 계속 상승한다. 연료소비량이 감소하고 나서 잠시 후에 엔진회전수의 상승이 멈추고, 시각 t5가 되면 엔진회전수는 저하되기 시작한다. 이와 같이, 엔진회전수는 연료분사량의 변화 후에야 변화한다. 이로 인하여, 엔진회전수가 소정 회전수(Nc)에 도달했을 때에 연료분사량의 증대를 멈추어도 엔진회전수는 소정 회전수(Nc)를 초과하여 오버슈트되게 된다.

그 후, 시각 t6에 있어서 조작자는 암(5)의 폐쇄동작을 멈추기 위하여 암조작레버를 중립위치로 복귀시키기 시작한다. 그 결과, 굴삭반력이 감소하고, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이 메인펌프(14)의 유압부하가 저하된다. 이 유압부하의 저하에 따라 엔진부하도 감소하므로, 도 9의 (d)에 나타내는 바와 같이 연료소비량도 감소하고, 도 9의 (e)에 나타내는 바와 같이 과급압도 저하된다.

그 후, 시각 t7에 있어서 조작자는 붐(4)의 상승동작을 행하기 위하여 붐조작레버를 상승방향으로 조작한다. 붐조작레버의 레버조작량은, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이 시각 t7에서 증대되기 시작하여, 시각 t8에서 최댓값에 이른다.

암(5)의 동작이 멈춰 저하되고 있었던 유압부하는, 시각 t7을 지나고 나서 잠시 후에 붐(4)의 동작을 위하여 다시 상승하기 시작한다. 구체적으로는, 붐(4)에 가해지는 부하에 의하여 메인펌프(14)의 토출압이 상승하고, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이 메인펌프(14)의 유압부하는 시각 t8을 지난 시점부터 상승하기 시작한다. 엔진부하도 유압부하와 함께 상승한다. 그 결과, 도 9의 (f)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 엔진회전수는 시각 t8을 지난 시점부터 저하된다.

컨트롤러(30)는, 엔진부하가 증대되어, 엔진회전수가 소정 회전수(Nc)에서 벗어난 것을 검출하면, 엔진(11)의 연료분사량을 증대시킨다. 그 결과, 도 9의 (d)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이 엔진(11)의 연료소비량은 시각 t9에서 증대된다. 연료분사량이 증대되고 나서 잠시 후에, 도 9의 (f)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이 엔진회전수는 상승으로 전환된다.

엔진회전수가 상승으로 전환되면, 도 9의 (e)의 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t10에 있어서 과급압이 상승하기 시작한다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)의 연소효율을 높여, 엔진(11)의 출력을 효율적으로 증대시킬 수 있다.

그 후, 컨트롤러(30)는 아이소크로너스제어에 의하여 엔진회전수를 소정 회전수(Nc)로 유지하고자 한다. 그러나 연료소비량이 증대되고 있었기 때문에, 엔진회전수는 소정 회전수(Nc)에 달해도 즉시 안정되지 않고 소정 회전수(Nc)를 초과하여 계속해서 상승한다. 연료소비량이 감소하고 나서 잠시 후에 엔진회전수의 상승이 멈추고, 시각 t11이 되면 엔진회전수는 저하되기 시작한다. 이와 같이, 엔진회전수는 연료분사량의 변화 후에야 변화한다. 이로 인하여, 엔진회전수가 소정 회전수(Nc)에 도달했을 때에 연료분사량의 증대를 멈추어도 엔진회전수는 소정 회전수(Nc)를 초과하여 오버슈트되게 된다.

이상과 같이, 부하 전 부스트를 실행하지 않는 경우, 유압부하의 증대에 따라 엔진회전수가 크게 하락하고, 그것을 회복시키기 위하여 연료소비량이 크게 증대되게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 부하 전 부스트를 실행하여 엔진회전수의 하락을 억제하고, 엔진회전수를 회복시키기 위하여 사용되는 연료소비량을 최대한 저감시킨다.

구체적으로는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 시각 t1에 있어서 암조작레버가 조작된 것을 검지하면, 어태치먼트위치 취득부(31)가 출력하는 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역(WA2)(도 8 참조) 내에 있는지 여부를 판정한다.

그리고, 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역(WA2) 내에 있다고 판정한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정하고, 전동발전기(12)를 즉시 발전운전시킨다. 전동발전기(12)를 발전운전시키는 시간은, 예를 들면 0.1초 정도의 단시간이면 된다. 전동발전기(12)는 엔진(11)에 의하여 구동되어 발전운전을 행하므로, 발전운전에 의하여 엔진(11)에 부하가 가해진다. 그 결과, 도 9의 (f)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t1로부터 엔진회전수는 저하되기 시작한다.

엔진회전수가 저하되기 시작하면, 컨트롤러(30)는, 아이소크로너스제어에 의하여 연료분사량을 증대시켜 엔진회전수를 증대시킨다. 단, 전동발전기(12)를 발전운전시키는 시간은 단시간이며, 발전량도 작게 설정되고, 또한 연료분사량이 바로 증대된다. 이로 인하여, 엔진회전수는, 도 9의 (f)의 실선으로 나타내는 바와 같이 시각 t1에서 저하되기 시작하지만, 바로 상승으로 전환되어, 다시 소정 회전수(Nc)로 복귀된다. 엔진회전수가 소정 회전수(Nc)로 복귀되므로, 도 9의 (d)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 증대된 연료소비량도 원래대로 복귀된다.

이와 같이, 컨트롤러(30)는, 암조작레버의 폐쇄조작에 따라 단시간 동안만 전동발전기(12)를 발전운전시켜 엔진(11)에 부하를 가한다. 그 결과, 도 9의 (e)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 유압부하가 상승하기 시작하는 시각 t2에 있어서 과급압의 증대를 개시할 수 있다. 즉, 암조작레버의 레버조작량에 근거하여 메인펌프(14)의 유압부하의 증대를 예측하여 전동발전기(12)를 발전운전시킨다. 이로써, 유압부하가 실제로 증대되기 전에, 전동발전기(12)의 발전부하를 증대시켜 엔진(11)에 부하를 가할 수 있다. 엔진(11)에 부하를 가하는 이유는, 유압부하의 증대에 의한 엔진부하의 증대에 신속히 대응할 수 있도록, 엔진(11)의 과급압을 유압부하의 증대에 앞서 미리 상승시켜 두기 위해서이다.

시각 t2를 지나면 유압부하가 상승하여 엔진부하도 증대된다. 그리고, 컨트롤러(30)는 시각 t3에 있어서 연료분사량의 증대지령을 출력한다. 그 결과, 도 9의 (d)에 나타내는 바와 같이, 연료소비량은 서서히 증가한다. 이때의 연료소비량의 증가분은 유압부하의 증대에 대응한다. 엔진회전수는 이미 소정 회전수(Nc)가 되어 있으므로, 엔진회전수를 상승시키기 위하여 연료를 소비할 필요는 없다. 시각 t3에서는, 과급압이 이미 소정값까지 상승되어 있기 때문에, 엔진(11)은, 유압부하가 증대되어도 출력을 효율적으로 증대시킬 수 있어, 연료소비량의 증대를 억제할 수 있다. 이 효과는, 도 9의 (d)의 시각 t3부터 시각 t5의 사이에 있어서의 1점쇄선(부하 전 부스트를 실행하지 않는 경우의 추이)과 실선(부하 전 부스트를 실행하는 경우의 추이)의 차로서 나타나 있다.

그 후, 시각 t6에 있어서, 조작자는 암(5)의 폐쇄동작을 정지시키기 위하여 암조작레버를 중립위치로 복귀시키기 시작한다. 그 결과, 굴삭반력은 감소하고, 메인펌프(14)의 유압부하도 저하된다. 이 유압부하의 저하에 따라 엔진부하도 감소하므로, 도 9의 (d)의 실선으로 나타내는 바와 같이 연료소비량도 감소하고, 도 9의 (e)의 실선으로 나타내는 바와 같이 과급압도 저하된다.

유압부하의 저하는 암폐쇄조작이 계속되고 있는 경우에도 일어날 수 있다. 예를 들면, 암(5)이 폐쇄동작에 의하여 암(5)이 지면으로부터 빠져 나오려고 할 때에는 굴삭반력이 감소하고, 암(5)이 공중으로 나온 후에는 굴삭반력이 소실되기 때문이다.

그 후, 시각 t7에 있어서 조작자는 붐(4)의 상승동작을 행하기 위하여 붐조작레버를 상승방향으로 조작한다. 붐조작레버의 레버조작량은 도 9의 (a)의 실선으로 나타내는 바와 같이 시각 t7에서 증대되기 시작하여, 시각 t8에서 최댓값에 이른다.

부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 붐조작레버가 상승방향으로 조작된 것을 검지하면, 어태치먼트위치 취득부(31)가 출력하는 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역(WA1)(도 8 참조) 내에 있는지 여부를 판정한다. 본 실시예에서는, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 암폐쇄조작이 계속되고 있는지 여부에 관계없이, 붐조작레버가 상승방향으로 조작된 것을 검지한 경우에 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역(WA1)(도 8 참조) 내에 있는지 여부를 판정한다. 상술한 바와 같이, 암폐쇄조작이 계속되고 있는 경우에도 유압부하의 저하가 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, 붐상승조작이 단독으로 행해지는 경우에 한정되지 않고, 암폐쇄조작과 붐상승조작을 포함하는 복합조작이 행해지는 경우에도 부하 전 부스트가 실행될 수 있다. 버킷폐쇄조작과 붐상승조작을 포함하는 복합조작이 행해지는 경우에 대해서도 마찬가지이다. 단, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는, 메인펌프(14)의 토출압이 소정 압력 이상인 경우에는 이 판정을 생략해도 된다. 즉, 부하 전 부스트의 실행을 생략해도 된다. 이미 과급압이 충분히 높다고 추정할 수 있기 때문이다.

그리고, 버킷핀위치(P3)가 실제작업영역(WA1) 내에 있다고 판정한 경우, 부하 전 부스트 필요여부 판정부(32)는 부하 전 부스트기능의 실행이 필요하다고 판정하여, 전동발전기(12)를 즉시 발전운전시킨다. 전동발전기(12)를 발전운전시키는 시간은, 예를 들면 0.1초 정도의 단시간이면 된다. 전동발전기(12)는 엔진(11)에 의하여 구동되어 발전운전을 행하므로, 발전운전에 의하여 엔진(11)에 부하가 가해진다. 그 결과, 도 9의 (f)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t7부터 엔진회전수는 저하되기 시작한다.

엔진회전수가 저하되기 시작하면, 컨트롤러(30)는, 아이소크로너스제어에 의하여 연료분사량을 제어하여 엔진회전수를 증대시킨다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 도 9의 (d)의 실선으로 나타내는 바와 같이 연료소비량의 감소를 멈춘다. 필요에 따라 연료소비량을 증대시켜도 된다. 단, 전동발전기(12)를 발전운전시키는 시간은 단시간이며, 발전량도 작게 설정된다. 이로 인하여, 엔진회전수는, 도 9의 (f)의 실선으로 나타내는 바와 같이 시각 t7에서 저하되기 시작하지만, 바로 상승으로 전환되어, 다시 소정 회전수(Nc)로 복귀된다. 엔진회전수가 소정 회전수(Nc)로 복귀되므로, 도 9의 (d)의 실선으로 나타내는 바와 같이 연료소비량의 감소가 재개된다.

이와 같이, 컨트롤러(30)는, 암폐쇄조작이 행해진 경우와 마찬가지로, 붐조작레버의 상승조작에 따라 단시간 동안만 전동발전기(12)를 발전운전시켜 엔진(11)에 부하를 가한다. 그 결과, 도 9의 (e)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 유압부하가 상승하기 시작하기에 앞서 과급압의 증대를 개시할 수 있다. 즉, 붐조작레버의 레버조작량에 근거하여 메인펌프(14)의 유압부하의 증대를 예측하여 전동발전기(12)를 발전운전시킨다. 이로써, 유압부하가 실제로 증대되기 전에, 전동발전기(12)의 발전부하를 증대시켜, 엔진(11)에 부하를 가할 수 있다. 엔진(11)에 부하를 가하는 이유는, 유압부하의 증대에 의한 엔진부하의 증대에 신속히 대응할 수 있도록, 엔진(11)의 과급압을 유압부하의 증대에 앞서 미리 상승시켜 두기 위해서이다.

시각 t8을 지나면 유압부하가 상승하여 엔진부하도 증대된다. 그리고, 컨트롤러(30)는 시각 t9에 있어서 연료분사량의 증대지령을 출력한다. 그 결과, 도 9의 (d)의 실선으로 나타내는 바와 같이 연료소비량은 서서히 증가한다. 이때의 연료소비량의 증가분은 유압부하의 증대에 대응한다. 즉, 엔진회전수는 이미 소정 회전수(Nc)가 되어 있으므로, 엔진회전수를 상승시키기 위하여 연료를 소비할 필요는 없다. 시각 t9에서는, 과급압이 이미 소정값까지 상승되어 있기 때문에, 엔진(11)은 유압부하가 증대되어도 출력을 효율적으로 증대시킬 수 있어, 연료소비량의 증대를 억제할 수 있다. 이 효과는, 도 9의 (d)의 시각 t9부터 시각 t11의 사이에 있어서의 1점쇄선(부하 전 부스트를 실행하지 않는 경우의 추이)과 실선(부하 전 부스트를 실행하는 경우의 추이)의 차로서 나타나 있다.

이와 같이, 컨트롤러(30)는, 조작레버의 조작에 근거하여 유압부하의 증대를 예측하여, 유압부하가 증대되기 전에 전동발전기(12)의 발전부하를 증대시킨다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 엔진부하가 실제로 증대될 때에는, 엔진회전수를 소정 회전수(Nc)로 하고 또한 엔진(11)의 과급압을 상승시켜 둘 수 있다. 즉, 엔진(11)의 과급압이 소정값보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 엔진회전수를 크게 저하시키는 경우가 없어, 엔진회전수를 상승시키기 위한 연료를 소비할 필요도 없다. 전동발전기(12)의 발전부하를 증대시키는 것은, 통상 커패시터(19)의 충전율이 저하되었을 때이지만, 본 실시예에서는, 전기부하로부터의 발전요구가 없을 때에도 전동발전기(12)의 발전량을 증대시켜 엔진(11)의 구동을 제어한다.

도 9에 관한 설명은, 암폐쇄조작과 버킷폐쇄조작을 포함하는 복합조작이 행해진 후에 붐상승조작이 행해지는 경우에 적용되지만, 암폐쇄조작이 단독으로 행해진 후에 붐상승조작이 행해지는 경우에도 적용될 수 있다. 또, 버킷폐쇄조작이 단독으로 행해진 후에 붐상승조작이 행해지는 경우에도 적용될 수 있다.

본원은, 2014년 12월 26일에 출원된 일본 특허출원 2014－266378호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본 특허출원의 전체 내용을 본원에 참고로 원용한다.

1: 하부주행체
2A, 2B: 주행용 유압모터
2: 선회기구
3: 상부선회체
4: 붐
5: 암
6: 버킷
7: 붐실린더
8: 암실린더
9: 버킷실린더
11: 엔진
12: 전동발전기
13: 감속기
14: 메인펌프
15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인
17: 컨트롤밸브
18: 인버터
19: 커패시터
19a: 승강압컨버터
19b: DC버스
20: 인버터
21: 선회용 전동기
21A: 출력축
22: 리졸버
23: 메커니컬브레이크
24: 선회감속기
25: 파일럿라인
26: 조작장치
27, 28: 유압라인
29: 압력센서
30: 컨트롤러
31: 어태치먼트위치 취득부
32: 부하 전 부스트 필요여부 판정부
120: 축전장치
S1: 붐각도센서
S2: 암각도센서
S3: 버킷각도센서

Claims

작업체를 포함하는 어태치먼트와,
과급기 장착 디젤엔진과,
상기 과급기 장착 디젤엔진에 연결되는 유압펌프와,
상기 유압펌프의 유압부하가 증대되기 전에 상기 과급기의 과급압을 증대시키는 부하 전 부스트기능을 실행하는 컨트롤러를 갖고,
상기 어태치먼트의 소정 부위가 도달 가능한 영역은, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되는 부분영역과, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되지 않는 부분영역을 포함하는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 어태치먼트의 소정 부위의 위치가 기준위치 또는 기준영역으로부터 멀어질수록, 상기 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 과급압의 증대의 크기를 저감시키는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 어태치먼트의 소정 부위의 위치가 기준위치 또는 기준영역으로부터 멀어질수록, 상기 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 상기 과급기 장착 디젤엔진의 부하의 증대의 크기를 저감시키는, 쇼벨.
제 2 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 어태치먼트의 소정 부위의 높이가 상기 기준위치보다 높을수록, 혹은, 상기 어태치먼트의 소정 부위의 깊이가 상기 기준위치보다 깊을수록, 혹은, 상기 어태치먼트의 도달거리가 길수록, 상기 부하 전 부스트기능의 실행에 의하여 실현되는 과급압의 증대의 크기를 저감시키는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 과급기 장착 디젤엔진에 연결되는 전동발전기를 갖고,
상기 컨트롤러는, 상기 유압펌프의 유압부하가 증대되기 전에 상기 전동발전기에 의한 발전량을 증대시켜 상기 과급기의 과급압을 증대시키는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치를 갖고,
상기 컨트롤러는, 상기 자세검출장치의 출력에 근거하여 상기 어태치먼트의 소정 부위의 위치에 관한 정보를 취득하는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되지 않는 부분영역은, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되는 부분영역의 상방, 하방, 및 원방 중 적어도 하나에 인접하는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되는 부분영역은, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되지 않는 부분영역보다 상기 쇼벨에 가까운, 쇼벨.
제 8 항에 있어서,
상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되는 부분영역보다 상기 쇼벨에 가까운 곳에는, 상기 작업체가 조작되었을 때에 상기 부하 전 부스트기능이 실행되지 않는 다른 부분영역이 있는, 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 작업체가 조작되었을 때는, 붐상승조작이 행해졌을 때, 암폐쇄조작이 행해졌을 때, 또는 버킷폐쇄조작이 행해졌을 때인, 쇼벨.