KR101953414B1

KR101953414B1 - 배기 가스 정화 장치를 구비한 건설 기계용 유압 구동 시스템

Info

Publication number: KR101953414B1
Application number: KR1020147006653A
Authority: KR
Inventors: 요시후미 다케바야시; 기와무 다카하시; 가즈시게 모리; 나츠키 나카무라
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: US20140165543A1; JP5941054B2; EP2765245B1; EP2765245A4; KR20140088075A; WO2013051551A1; EP2765245A1; US9080481B2; CN103827404A; JPWO2013051551A1; CN103827404B

Abstract

로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 시스템에 있어서, 펌프 출력 상승 제어에 의해 배기 가스 정화 장치 내의 필터 퇴적물을 효율적으로 연소 제거할 수 있도록 하고, 또한 펌프 출력 상승 제어 중에 작동기를 동작시킨 경우에도, 펌프 출력 상승 제어에 문제를 발생하는 일이 없도록 한다. 재생의 개시가 지시되어 있지 않을 때는, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)와 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)에 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 출력압을 유도하는 한편, 재생의 개시가 지시되었을 때는, 그들 수압부(17d), 수압부(15d)에 파일럿 펌프(30)의 토출압을 유도하도록 전자기 전환 밸브(70)에 의해 전환하여, 로드 센싱 제어를 무효로 하여 메인 펌프(2)의 용량이 증가시키고, 또한 언로드 밸브(15)의 설정압을 증가시킨다.

Description

배기 가스 정화 장치를 구비한 건설 기계용 유압 구동 시스템 {HYDRAULIC DRIVE SYSTEM USED IN CONSTRUCTION MACHINE AND PROVIDED WITH EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE}

본 발명은 유압 셔블 등의 건설 기계에 사용되고, 유압 펌프의 토출압이 복수의 작동기의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행하는 건설 기계의 유압 구동 시스템에 관한 것으로, 특히 엔진의 배기 가스에 포함되는 입자상 물질(퍼티큘레이트 매터)을 정화하기 위한 배기 가스 정화 장치를 구비한 건설 기계의 유압 구동 시스템에 관한 것이다.

유압 펌프의 토출압이 복수의 작동기의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 시스템은 로드 센싱 시스템이라고 불리고 있으며, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재되어 있다.

특허 문헌 1에 기재된 유압 구동 시스템은, 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 작동기와, 유압 펌프로부터 복수의 작동기로 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량·방향 제어 밸브와, 복수의 작동기의 최고 부하압을 검출하는 검출 회로와, 유압 펌프의 토출압이 상기 복수의 작동기의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어하는 제어 수단과, 유압 펌프를 복수의 유량·방향 제어 밸브에 접속하는 관로에 설치되어, 유압 펌프의 토출압이 최고 부하압에 언로드 설정압을 가산한 압력보다도 높아지면 개방 상태가 되어서 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시켜, 유압 펌프의 토출압의 상승을 제한하는 언로드 밸브를 구비하고 있다.

또한, 로드 센싱 시스템으로 배기 가스 정화 장치를 구비한 것으로서, 특허 문헌 2에 기재된 것이 있다. 이것에서는, 배기관에 설치된 배기 가스 정화 장치에 배기 저항 센서를 설치하고, 센서의 검출값이 소정 레벨 이상이 되었을 때에, 제어 장치로부터 신호를 출력하여, 메인 펌프의 레귤레이터와 언로드 밸브를 제어하고, 유압 펌프의 토출량과 토출압을 동시에 상승시켜서 엔진에 유압적인 부하를 건다. 이에 의해 엔진의 출력을 높게 하여 배기 가스 온도를 상승시키고, 산화 촉매를 활성화하여 필터 퇴적물을 연소시켜서 필터를 재생한다.

일본 특허 공개 제2001-193705호 공보 일본 특허 제3073380호 공보

유압 셔블 등의 건설 기계는 그 구동원으로서 디젤 엔진을 탑재하고 있다. 디젤 엔진으로부터 배출되는 입자상 물질(이하 PM이라고 함)의 배출량은, NOx, CO, HC 등과 함께 해마다 규제가 강화되어 오고 있다. 이러한 규제에 대하여, 엔진에 배기 가스 정화 장치를 설치하고, 엔진 배기 가스 정화 장치 내의 디젤 파티큘레이트 필터(DPF : Diesel Particulate Filter)라고 불리는 필터로 PM을 포집하여, 외부로 배출되는 PM의 양을 저감하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 이 배기 가스 정화 장치에서는, 필터의 PM 보충량이 증가해 오면 필터는 막힘을 일으키고, 그에 의해 엔진의 배압이 상승하여, 연비 악화 등을 유발하므로, 필터에 포집한 PM을 적절히 연소하여 필터의 막힘을 제거해, 필터를 재생할 필요가 있다.

필터의 재생에는, 통상, 산화 촉매를 이용한다. 산화 촉매는 필터의 상류측에 배치되는 경우와, 필터에 직접 담지되는 경우와, 그 양쪽 모두의 경우가 있지만, 어떠한 경우도 산화 촉매를 활성화하기 위해서는, 배기 가스의 온도가 산화 촉매의 활성 온도보다도 높아야만 해, 그로 인해 배기 가스 온도를 강제적으로 산화 촉매의 활성 온도보다도 높은 온도로 상승시킬 필요가 있다.

특허 문헌 1에 기재된 유압 구동 시스템에서는, 가변 용량형의 메인 펌프는 로드 센싱 제어를 행하기 때문에, 예를 들어 모든 조작 레버가 중립에 있을 때에는, 메인 펌프의 틸팅각(용량)은 최소가 되고, 토출 유량도 최소가 된다. 또한, 메인 펌프의 토출압은 언로드 밸브에 의해 제어되고, 모든 조작 레버가 중립에 있을 때는 메인 펌프의 토출압은 언로드 밸브의 설정압과 거의 동등한 최소 압력이 된다. 그 결과, 메인 펌프의 흡수 토크도 최소가 된다.

이러한 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 시스템의 엔진에 배기 가스 정화 장치를 설치한 경우에는, 모든 조작 레버가 중립에 있을 때는 엔진의 부하는 낮아지고, 엔진의 배기 가스의 온도는 낮아져 버린다.

특허 문헌 2에 기재된 유압 구동 시스템에서는, 배기 가스 정화 장치의 필터의 재생이 필요하게 되면, 그것을 배기 저항 센서로 검출하고, 메인 펌프의 토출 유량과 토출압을 동시에 상승시키는 제어(이하, 펌프 출력 상승 제어라고 함)를 행함으로써 엔진에 유압적인 부하를 걸고, 엔진의 출력을 높게 하여 배기 가스 온도를 상승시켜, 산화 촉매를 활성화하여 필터 퇴적물을 연소시키고 있다. 이로 인해 모든 조작 레버가 중립에 있을 때라도, 메인 펌프의 흡수 마력은 작아지지 않아, 필터의 재생을 행할 수 있다.

그러나 특허 문헌 2의 기술에서는, 펌프 출력 상승 제어 중에 조작 레버를 조작하여 작동기를 동작시킨 경우에, 펌프 출력 상승 제어에 문제를 발생해 버릴 가능성이 있었다.

즉, 특허 문헌 2에서는, 배기 가스 정화 장치가 재생을 필요로 하는 조건일 때에, 제어 장치로부터 신호를 출력하여 메인 펌프의 레귤레이터를 직접 제어함으로써 목표 유량 Q2를 얻는 한편, 제어 장치로부터의 신호로 언로드 밸브를 직접 제어함으로써, 목표 압력 P2를 얻고 있다. 이에 의해 모든 조작 레버가 중립에 있고, 작동기 동작이 없는 경우에는 목표 압력 P2와 목표 유량 Q2가 얻어지므로, 메인 펌프의 흡수 토크를 펌프 출력 상승 제어에 필요한 목표값에 맞출 수 있다.

그러나 예를 들어 펌프 출력 상승 제어 중에, 작동기 동작을 행하면, 메인 펌프로부터 토출된 압유는, 작동기로 유입하지만, 펌프 출력 상승 제어에 의한 레귤레이터의 제어에서 얻어지는 메인 펌프의 목표 유량 Q2보다도 작동기의 요구 유량이 많은 경우에는, 메인 펌프의 토출압이 저하되어 목표 압력 P2에 달하지 않게 되어, 메인 펌프의 흡수 토크가 최적값으로부터 감소되어 버린다.

이러한 이유로부터, 특허 문헌 2에서는, 펌프 출력 상승 제어를 조작 레버가 중립에 있을 때에 한하여 행하는 것을 권장하고 있다.

본 발명의 목적은, 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 시스템에 있어서, 펌프 출력 상승 제어에 의해 배기 가스 정화 장치 내의 필터 퇴적물을 효율적으로 연소 제거할 수 있는 동시에, 펌프 출력 상승 제어 중에 조작 레버를 조작하여 작동기를 동작시킨 경우에도, 펌프 출력 상승 제어에 문제를 발생하는 일이 없는 건설 기계의 유압 구동 시스템을 제공하는 것이다.

(1) 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 작동기와, 상기 유압 펌프로부터 복수의 작동기로 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량·방향 제어 밸브와, 상기 유압 펌프의 토출압이 높아짐에 따라서 상기 유압 펌프의 용량을 저감시켜, 상기 유압 펌프의 흡수 토크가 미리 설정된 최대 토크를 초과하지 않도록 제어하는 흡수 토크 일정 제어를 행하는 토크 제어부 및 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 복수의 작동기의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행하는 로드 센싱 제어부를 갖는 펌프 제어 장치와, 상기 유압 펌프의 토출유가 유도되는 유로에 접속되어, 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 최고 부하압에 언로드 설정압을 가산한 압력보다도 높아지면 개방 상태가 되어서 상기 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시키고, 상기 유압 펌프의 토출압의 상승을 제한하는 언로드 밸브와, 상기 엔진에 의해 구동되는 파일럿 펌프를 구비한 건설 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 상기 엔진의 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 장치와, 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시를 지시하는 지시 장치와, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는 상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 유효로 하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때는, 상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 무효로 하여 상기 유압 펌프의 용량이 증가하도록 상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어의 유효/무효를 전환하는 동시에, 상기 로드 센싱 제어를 무효로 할 때는, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 생성된 소정의 압력을 상기 언로드 밸브로 유도하여, 상기 언로드 설정압을 증가시키는 전환 제어 장치를 구비하는 것으로 한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용은 다음과 같다.

<작용 1>

배기 가스 정화 장치가 재생을 필요로 하지 않고, 지시 장치가 배기 가스 정화 장치의 재생 개시를 지시하지 않을 때는, 전환 제어 장치는 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 유효로 한다. 이에 의해 통상대로, 유압 펌프의 토출압이 복수의 작동기의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어가 행해진다. 또한, 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 생성된 소정의 압력은 언로드 밸브로 유도되지 않고, 언로드 밸브도 통상대로 동작하고, 유압 펌프의 토출압이 최고 부하압에 언로드 설정압을 가산한 압력보다도 높아지면 개방 상태가 되어 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시켜, 유압 펌프의 토출압의 상승을 제한한다.

배기 가스 정화 장치의 필터의 PM 퇴적량이 증가하여 배기 가스 정화 장치가 재생을 필요로 하는 상태가 되어, 지시 장치가 배기 가스 정화 장치의 재생 개시를 지시했을 때는, 전환 제어 장치는 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 무효로 하여 유압 펌프의 토출 유량이 증가하도록 제어한다. 또한, 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 생성된 소정의 압력을 언로드 밸브로 유도하여, 언로드 설정압이 증가하도록 제어한다. 이와 같이 유압 펌프의 토출 유량이 증가하고 또한 언로드 설정압이 증가하도록 제어됨으로써, 유압 펌프의 토출압은 복수의 작동기의 최고 부하압으로, 언로드 설정압과, 언로드 밸브의 오버라이드(override) 특성에 의해 정해지는 압력을 가산한 압력으로 유지되도록 제어되고, 또한 유압 펌프의 용량은 토크 제어부의 흡수 토크 일정 제어의 범위 내에서 증가한다. 이로 인해 소정의 압력을 적절한 값으로 설정해 둠으로써, 유압 펌프의 토출압을 흡수 토크 일정 제어의 개시 압력 부근의 압력(바람직하게는 흡수 토크 일정 제어 개시 압력 이상의 압력)까지 높아져, 유압 펌프의 흡수 토크를 토크 제어부의 흡수 토크 일정 제어의 최대 토크까지 증가시킬 수 있게 된다. 즉, 토크 제어부의 흡수 토크 일정 제어를 이용한 펌프 출력 상승 제어(펌프 흡수 토크 상승 제어)를 행할 수 있게 된다.

이렇게 유압 펌프의 흡수 토크가 상승하면, 그에 따라서 엔진의 부하가 높아져, 배기 온도가 상승한다. 이에 의해 배기 가스 정화 장치에 설치된 산화 촉매가 활성화하므로, 배기 가스 중에 미연소 연료를 공급함으로써, 미연소 연료가 활성화된 산화 촉매에 의해 연소하여 배기 가스의 온도가 상승하고, 그 고온의 배기 가스에 의해 필터에 퇴적한 PM이 연소 제거된다.

<작용 2>

또한, 펌프 출력 상승 제어 중은, 상기와 같이 유압 펌프의 토출압은 흡수 토크 일정 제어의 개시 압력 부근의 압력에 있고, 이때의 유압 펌프의 토출 유량은 최대 유량 또는 그에 가까운 유량에 있다. 한편, 대부분 작동기의 최대 요구 유량은 유압 펌프의 최대 유량보다 적게 설정되어 있으므로, 펌프 출력 상승 제어 중에 작동기를 동작시킨 경우에는, 유압 펌프의 토출 유량의 잉여분이 발생하고, 이 잉여분은 언로드 밸브를 경유하여 탱크로 복귀된다. 이로 인해 유압 펌프의 토출압은, 언로드 밸브의 작용에 의해, 작동기의 부하압에 따라서 상승한다. 따라서, 이때도, 유압 펌프의 흡수 토크는 토크 제어부의 흡수 토크 일정 제어에 의해 최대 토크를 초과하지 않도록 제어되므로, 작동기 동작의 영향을 받는 일 없이, 작동기를 동작시키기 전과 마찬가지의 펌프 출력 상승 제어를 행할 수 있다.

<작용 3>

유압 셔블 등의 건설 기계에 있어서는, 정상 주행 시의 주행 모터의 요구 유량이나 굴삭 작업 등으로 프론트계의 조작 레버를 조작하여 복수의 작동기를 동시에 구동했을 때의 요구 유량은, 펌프 출력 상승 제어 중의 유압 펌프의 토출 유량보다도 많아지는 경우가 있다. 그러나 주행 시의 부하압이나, 요구 유량이 펌프 출력 상승 제어 중의 유압 펌프의 토출 유량보다도 많아지는 프론트계의 복합 조작의 부하압은 높고, 유압 펌프의 토출압은 흡수 토크 일정 제어의 개시 압력보다도 높아진다. 따라서, 이 경우도, 유압 펌프의 흡수 토크는 토크 제어부의 흡수 토크 일정 제어에 의해 최대 토크를 초과하지 않도록 제어되므로, 작동기 동작의 영향을 받는 일 없이, 작동기를 동작시키기 전과 마찬가지의 펌프 출력 상승 제어를 행할 수 있다.

<작용의 정리-효과>

이상과 같이 펌프 출력 상승 제어에 의해 배기 가스 정화 장치 내의 필터 퇴적물을 효율적으로 연소 제거할 수 있는 동시에, 펌프 출력 상승 제어 중에 조작 레버를 조작하여 작동기를 동작시킨 경우에도, 펌프 출력 상승 제어에 문제를 발생하는 것을 방지할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 파일럿 펌프에 접속되어, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 파일럿 1차압을 생성하는 파일럿 유압원과, 상기 파일럿 펌프와 상기 파일럿 유압원 사이에 위치하여, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 상기 엔진의 회전수에 의존하는 유압 신호를 생성하는 엔진 회전수 검출 밸브를 더 구비하고, 상기 펌프 제어 장치의 로드 센싱 제어부는, 상기 엔진 회전수 검출 밸브의 상기 유압 신호가 유도되어, 이 유압 신호에 의해 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압을 설정하는 펌프 용량 증가 방향 작동의 제1 수압부를 갖는 LS 제어 밸브를 갖고, 상기 언로드 밸브는 폐쇄 방향 작동의 스프링과, 이 스프링과 협동하여 상기 언로드 설정압을 설정하는 폐쇄 방향 작동의 수압부를 갖고, 상기 전환 제어 장치는, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는, 상기 엔진 회전수 검출 밸브에 의해 생성한 상기 유압 신호를 상기 언로드 밸브의 수압부로 유도하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때는, 상기 파일럿 펌프의 토출압을 상기 소정의 압력으로서 상기 언로드 밸브의 수압부로 유도한다.

이에 의해 재생의 개시가 지시되었을 때는, 언로드 밸브의 수압부에 파일럿 펌프의 토출압이 소정의 압력으로서 유도되어, 언로드 설정압을 증가시키므로, 소정의 압력을 생성하기 위한 전용의 유압 기기를 필요로 하지 않고, 유압 구동 시스템의 구성이 간소해져, 유압 구동 시스템을 저비용으로 실현할 수 있다.

또한, 언로드 밸브의 언로드압을 스프링과 수압부로 나누어 설정했으므로, 저온 시의 엔진 시동성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과도 얻어진다.

(3) 상기 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 파일럿 유압원의 압력을 1차압으로서, 상기 펌프 제어 장치에 상기 유압 펌프의 토출압과 상기 최고 부하압의 차압을 절대압으로서 생성하여 출력하는 차압 감압 밸브를 더 구비하고, 상기 LS 제어 밸브는 상기 차압 감압 밸브로부터 출력되는 상기 절대압이 유도되는 펌프 용량 감소 방향 작동의 제2 수압부를 더 갖고, 상기 전환 제어 장치는 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때, 상기 엔진 회전수 검출 밸브의 상기 유압 신호 대신에 상기 파일럿 펌프의 토출압을 상기 LS 제어 밸브의 제1 수압부로 유도함으로써, 상기 로드 센싱 제어를 무효로 하고, 상기 유압 펌프의 용량이 증가하도록 제어한다.

이에 의해 LS 제어 밸브의 펌프 용량 증가 방향 작동의 제1 수압부에 파일럿 펌프의 토출압을 유도만 하는 간단한 구성으로, 로드 센싱 제어를 무효로 해 유압 펌프의 용량을 증가시킬 수 있으므로, 유압 구동 시스템의 구성이 간소해져, 유압 구동 시스템을 저비용으로 실현할 수 있다.

(4) 상기 (3)에 있어서, 바람직하게는 상기 전환 제어 장치는, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는, 상기 LS 제어 밸브의 제1 수압부와 상기 언로드 밸브의 수압부에 상기 엔진 회전수 검출 밸브의 상기 유압 신호를 유도하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때는, 상기 LS 제어 밸브의 제1 수압부와 상기 언로드 밸브의 수압부에 상기 파일럿 펌프의 토출압을 유도하도록 전환하는 1개의 전환 밸브를 갖는다.

이에 의해 1개의 전환 밸브를 전환만 하는 간단한 구성으로, 통상의 제어로부터 펌프 흡수 토크 상승 제어로 전환할 수 있으므로, 유압 구동 시스템의 구성이 간소해져, 유압 구동 시스템을 저비용으로 실현할 수 있다.

(5) 또한, 상기 (1) 내지 (4)에 있어서, 바람직하게는 상기 배기 가스 정화 장치의 배기 저항을 검출하기 위한 압력 검출 장치를 더 구비하고, 상기 지시 장치는, 상기 압력 검출 장치에 의해 검출된 상기 배기 가스 정화 장치의 배기 저항이 임계값을 초과하면 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시를 지시한다.

이에 의해 배기 가스 정화 장치 내의 필터 퇴적량이 증가하고, 배기 가스 정화 장치의 배기 저항이 임계값을 초과하면, 자동으로 펌프 출력 상승 제어가 개시되어서 배기 가스 정화 장치의 재생이 행해지므로, 유압 구동 시스템의 편리성을 향상시킬 수 있게 된다.

(6) 또한, 상기 (1) 내지 (5)에 있어서, 바람직하게는 상기 펌프 제어 장치의 토크 제어부는, 상기 유압 펌프의 토출압과 용량의 관계를 나타내는 특성이며, 최대 용량 일정 특성과 최대 흡수 토크 일정 특성으로 구성되는 특성이 미리 설정되고, 상기 유압 펌프의 토출압이, 상기 최대 용량 일정 특성으로부터 상기 최대 흡수 토크 일정 특성으로의 이행점의 압력인 제1 값 이하에 있을 때는, 상기 유압 펌프의 토출압이 상승해도 상기 유압 펌프의 최대 용량을 일정하게 하고, 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 제1 값을 초과하여 상승하면, 상기 유압 펌프의 최대 용량이 상기 최대 흡수 토크 일정 특성에 따라서 감소하도록 상기 유압 펌프의 용량을 제어하도록 구성되어 있고,

상기 소정의 압력은, 이 소정의 압력에 의해 증가한 상기 언로드 밸브의 언로드 설정압에, 상기 언로드 밸브의 오버라이드 특성의 압력을 가산한 압력이, 상기 최대 용량 일정 특성으로부터 상기 최대 흡수 토크 일정 특성으로의 이행점 부근의 압력 이상의 값이 되도록 설정되어 있다.

이에 의해 재생의 개시가 지시되었을 때, 토크 제어부의 흡수 토크 일정 제어를 이용한 펌프 출력 상승 제어를 확실하게 행할 수 있어, 배기 가스 정화 장치 내의 필터 퇴적물을 효율적으로 연소 제거할 수 있다.

본 발명에 따르면, 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 시스템에 있어서, 펌프 출력 상승 제어에 의해 배기 가스 정화 장치 내의 필터 퇴적물을 효율적으로 연소 제거할 수 있는 동시에, 펌프 출력 상승 제어 중에 조작 레버를 조작하여 작동기를 동작시킨 경우에도, 펌프 출력 상승 제어에 문제를 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 유압 구동 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 있어서의 유압 구동 시스템이 탑재되는 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.
도 3은 토크 제어 틸팅 피스톤에 의한 메인 펌프의 Pq(압력-펌프 용량) 특성을 도시하는 도면이다.
도 4는 메인 펌프의 흡수 토크 특성을 도시하는 도면이다.
도 5는 배기 가스 정화 장치 내의 PM 퇴적량과 배기 저항 센서에 의해 검출되는 배기 저항(필터의 전후 차압)의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 컨트롤러의 처리 기능을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 탱크압이 0MPa이라고 가정한 경우의 언로드 밸브의 동작 특성을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다.

∼구성∼

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 유압 구동 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태는, 본 발명을 프론트 스윙식의 유압 셔블의 유압 구동 시스템에 적용한 경우의 것이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태에 관한 유압 구동 시스템은, 엔진(1)과, 이 엔진(1)에 의해 구동되는 메인 펌프로서의 가변 용량형의 유압 펌프(이하 메인 펌프라고 함)(2) 및 고정 용량형의 파일럿 펌프(30)와, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 작동기(3a, 3b, 3c…)와, 메인 펌프(2)와 복수의 작동기(3a, 3b, 3c…) 사이에 위치하는 컨트롤 밸브(4)와, 메인 펌프(2)의 토출압이 높아짐에 따라서 메인 펌프(2)의 용량을 저감시켜, 메인 펌프(2)의 흡수 토크가 미리 설정된 최대 토크를 초과하지 않도록 제어하는 흡수 토크 일정 제어를 행하는 토크 제어부(17-1) 및 메인 펌프(2)의 토출압이 복수의 작동기(3a, 3b, 3c…)의 최고 부하압보다 목표 차압(목표 LS 차압)만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행하는 로드 센싱 제어부(17-2)를 갖는 펌프 제어 장치(17)와, 파일럿 펌프(30)에 파일럿 유로(31)를 거쳐 접속되어, 파일럿 펌프(30)의 토출유에 의거하여 파일럿 1차압을 생성하는 파일럿 유압원(38)과, 파일럿 유압원(38)과 파일럿 펌프(30) 사이에 위치하고, 엔진(1)의 회전수에 비례하는 파일럿 펌프(30)의 토출 유량에 의거하여, 엔진 회전수에 의존하는 유압 신호를 절대압 Pgr로서 출력하는 엔진 회전수 검출 밸브(13)와, 파일럿 유압원(38)의 하류측에 위치하고, 게이트 로크 레버(24)에 의해 조작되는 안전 밸브로서의 게이트 로크 밸브(100)를 구비하고 있다.

작동기(3a, 3b, 3c)는, 예를 들어 유압 셔블의 선회 모터, 붐 실린더 및 아암 실린더이며, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c)는 각각 예를 들어 선회용, 붐용, 아암용의 유량·방향 제어 밸브이다. 도시의 형편상, 버킷 실린더, 붐 스윙 실린더, 주행 모터 등의 그 밖의 작동기 및 이들 작동기에 관한 유량·방향 제어 밸브의 도시는 생략하고 있다.

컨트롤 밸브(4)는 메인 펌프(2)의 토출유가 공급되는 제1 압유 공급 유로(5)(배관)에 접속된 제2 압유 공급 유로(4a)(내부 통로)와, 제2 압유 공급 유로(4a)로부터 분기하는 유로(8a, 8b, 8c…)에 접속되어, 메인 펌프(2)로부터 작동기(3a, 3b, 3c…)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 각각 제어하는 클로즈드 센터형의 복수의 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)와, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)의 상류측에 있어서 유로(8a, 8b, 8c…)에 접속되어, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)의 미터인 교축부의 전후 차압을 제어하는 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c…)와, 작동기(3a, 3b, 3c…)의 부하압 중 최고 압력(최고 부하압)을 선택하여 출력하는 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c…)와, 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압을 절대압으로서 신호 유로(12a, 12b)에 출력하는 차압 감압 밸브(11)와, 제2 압유 공급 유로(4a)에 접속되어, 제2 압유 공급 유로(4a)의 압력[메인 펌프(2)의 토출압]이 설정 압력 이상이 되지 않도록 제한하는 메인 릴리프 밸브(14)와, 메인 펌프(2)의 토출유가 유도되는 유로인 제2 압유 공급 유로(4a)에 접속되어, 메인 펌프(2)의 토출압이 최고 부하압에 언로드 설정압을 가산한 압력보다도 높아지면 개방 상태가 되어서 메인 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 복귀시켜, 메인 펌프(2)의 토출압의 상승을 제한하는 언로드 밸브(15)를 갖고 있다.

유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)는 각각 부하 포트(26a, 26b, 26c…)를 갖고, 이들 부하 포트(26a, 26b, 26c…)는 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)가 중립 위치에 있을 때는 탱크(T)에 연통하고, 부하압으로서 탱크압을 출력하고, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)가 중립 위치로부터 도시한 좌우의 조작 위치로 전환되었을 때는, 각각의 작동기(3a, 3b, 3c…)에 연통하고, 작동기(3a, 3b, 3c…)의 부하압을 출력한다.

셔틀 밸브(9a, 9b, 9c…)는 토너먼트 형식으로 접속되어, 부하 포트(26a, 26b, 26c…)와 함께 최고 부하압 검출 회로를 구성한다. 즉, 셔틀 밸브(9a)는 유량·방향 제어 밸브(6a)의 부하 포트(26a)의 압력과 유량·방향 제어 밸브(6b)의 부하 포트(26b)의 압력과의 고압측을 선택하여 출력하고, 셔틀 밸브(9b)는 셔틀 밸브(9a)의 출력압과 유량·방향 제어 밸브(6c)의 부하 포트(26c)의 압력과의 고압측을 선택하여 출력하고, 셔틀 밸브(9c)는 셔틀 밸브(9b)의 출력압과 도시하지 않은 다른 마찬가지인 셔틀 밸브의 출력압과의 고압측을 선택하여 출력한다. 셔틀 밸브(9c)는 최후단의 셔틀 밸브이며, 그 출력압은 최고 부하압으로서 신호 유로(27, 27a)를 거쳐 차압 감압 밸브(11) 및 언로드 밸브(15)로 유도된다.

차압 감압 밸브(11)는 파일럿 유압원(38)의 압력이 유로(33, 34)를 거쳐 유도되고, 그 압력을 원압(1차압)으로서 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압을 절대압으로서 생성하는 밸브이며, 메인 펌프(2)의 토출압이 유도되는 수압부(11a)와, 최고 부하압이 유도되는 수압부(11b)와, 자신의 출력압이 유도되는 수압부(11c)를 갖고 있다.

압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c…)는, 그 목표 보상 차압으로서 차압 감압 밸브(11)의 출력압이 신호 유로(12a)를 거쳐 유도되는 개방 방향 작동의 수압부(21a, 21b, 21c…)와, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)의 미터인 교축부의 전후 차압을 검출하는 수압부(22a, 23a, 22b, 23b, 22c, 23c…)를 갖고, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)의 미터인 교축부의 전후 차압이 차압 감압 밸브(11)의 출력압[메인 펌프(2)의 토출압과 작동기(3a, 3b, 3c…)의 최고 부하압의 차압]이 동등해지도록 제어한다. 즉, 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c…) 각각의 목표 보상 차압은 메인 펌프(2)의 토출압과 작동기(3a, 3b, 3c…)의 최고 부하압의 차압에 동등해지도록 설정되어 있다.

언로드 밸브(15)는 언로드 밸브의 크래킹압 Pun0을 설정하는 폐쇄 방향 작동의 스프링(15a)과, 제2 압유 공급 유로(4a)의 압력[메인 펌프(2)의 토출압]이 유도되는 개방 방향 작동의 수압부(15b)와, 최고 부하압이 신호 유로(27a)를 거쳐 유도되는 폐쇄 방향 작동의 수압부(15c)와, 신호 유로(35)의 압력(후술)이 유도되어, 스프링(15a)과 협동하여 목표 언로드압을 설정하는 폐쇄 방향 작동의 수압부(15d)를 갖고, 압유 공급 유로(4a)의 압력이 최고 부하압에 스프링(15a)의 설정압(Pun0)과 수압부(15d)로 유도되는 신호 유로(35)의 압력을 가산한 압력(언로드 설정압 즉 목표 언로드압)보다도 높아지면, 개방 상태가 되어서 압유 공급 유로(4a)의 압유를 탱크(T)로 복귀시켜, 압유 공급 유로(4a)의 압력의 상승을 제한한다(도 1 참조).

파일럿 유로(31)는 파일럿 펌프(30)와 엔진 회전수 검출 밸브(13)를 접속하는 유로 부분(31a)과, 엔진 회전수 검출 밸브(13)와 게이트 로크 밸브(100)를 접속하는 유로 부분(31b)과, 게이트 로크 밸브(100)의 하류측에 위치하는 유로 부분(31c)으로 구성되어 있다. 이하, 유로 부분(31a, 31b, 31c)을 적절히 파일럿 유로(31a, 31b, 31c)라고 한다.

파일럿 유압원(38)은 파일럿 유로(31b)에 접속되어, 파일럿 유로(31b)의 압력을 일정하게 유지하는 파일럿 릴리프 밸브(32)를 갖고 있다. 게이트 로크 밸브(100)는 게이트 로크 레버(24)를 조작함으로써 파일럿 유로(31c)를 파일럿 유로(31b)에 접속하는 위치와, 파일럿 유로(31c)를 탱크(T)에 접속하는 위치로 전환 가능하다.

파일럿 유로(31c)에는, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)를 조작하여 대응하는 작동기(3a, 3b, 3c…)를 동작시키기 위한 명령 파일럿압(명령 신호)을 생성하는 조작 레버 장치(122, 123)(도 2 참조)가 접속되어 있다. 이 조작 레버 장치(122, 123)는, 게이트 로크 레버(24)가 파일럿 유로(31c)를 파일럿 유로(31b)에 접속하는 위치로 전환되고 있을 때, 각각의 조작 레버의 조작량에 따라서 파일럿 유압원(38)의 유압을 1차압으로서 명령 파일럿압(명령 신호)을 생성한다. 한편, 게이트 로크 밸브(100)가 파일럿 유로(31c)를 탱크(T)에 접속하는 위치로 전환되면, 조작 레버 장치(122, 123)는, 조작 레버를 조작해도 명령 파일럿압을 생성 불가능한 상태가 된다.

엔진 회전수 검출 밸브(13)는 입구측이 파일럿 유로(31a)에 접속되고, 출구측이 파일럿 유로(31b)에 접속되고, 파일럿 펌프(30)로부터의 토출 유량에 따라서 그 교축량이 가변인 가변 교축 밸브(13a)와, 그 가변 교축 밸브(13a)의 전후 차압을 절대압 Pgr로서 출력하는 차압 감압 밸브(13b)로 구성되어 있다. 파일럿 펌프(30)의 토출 유량은 엔진 회전수에 의존하여 변화되므로, 가변 교축 밸브(13a)의 전후 차압도 엔진 회전수에 의존하여 변화되고, 그 결과, 차압 감압 밸브(13b)가 출력하는 절대압 Pgr도 엔진 회전수에 의존하여 변화된다. 차압 감압 밸브(13b)의 출력압[가변 교축 밸브(13a)의 전후 차압의 절대압]은 신호 유로(40)를 거쳐 로드 센싱 제어의 목표 차압(목표 LS 차압)으로서 메인 펌프(2)의 틸팅각(용량 또는 밀어냄 용적)을 제어하는 펌프 제어 장치(17)로 유도된다. 이에 의해 엔진 회전수에 따른 서츄레이션 현상의 개선이 도모되어, 엔진 회전수를 낮게 설정한 경우에 양호한 미세 조작성이 얻어진다. 이 점은 일본 특허 공개 평10-196604호 공보에 상세하다.

펌프 제어 장치(17)에 있어서, 토크 제어부(17-1)는 메인 펌프(2)의 토출압이 유도되는 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)을 갖고 있다. 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)은 메인 펌프(2)의 토출압이 높아짐에 따라서 메인 펌프(2)의 틸팅각을 저감시켜, 메인 펌프(2)의 흡수 토크(입력 토크)가 도시하지 않은 스프링에 의해 미리 설정한 최대 토크를 초과하지 않도록 제어한다. 이에 의해 메인 펌프(2)의 흡수 토크가 엔진(1)의 제한 토크(도 3의 제한 토크 TEL)를 초과하지 않도록 제어되고, 메인 펌프(2)의 소비 마력을 제한하여, 과부하에 의한 엔진(1)의 정지(엔진 스톨)가 방지된다.

로드 센싱 제어부(17-2)는 LS 제어 밸브(17b)와 LS 제어 틸팅 피스톤(17c)을 갖고 있다. LS 제어 밸브(17b)는 대향하는 펌프 용량 증가 방향 작동의 수압부(17d) 및 펌프 용량 감소 방향 작동의 수압부(17e)를 갖고, 수압부(17d)에는 신호 유로(40)를 거쳐 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(13b)의 출력압이 로드 센싱 제어의 목표 차압(목표 LS 차압)으로서 유도되고, 수압부(17e)에 신호 유로(12b)를 거쳐 차압 감압 밸브(11)의 출력압[메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압의 절대압]이 유도된다. LS 제어 밸브(17b)는 차압 감압 밸브(11)의 출력압이 차압 감압 밸브(13b)의 출력압보다도 높아지면, 파일럿 유압원(38)의 압력을 유로(33)를 거쳐 LS 제어 틸팅 피스톤(17c)으로 유도하여 메인 펌프(2)의 틸팅각을 저감시키고, 차압 감압 밸브(11)의 출력압이 차압 감압 밸브(13b)의 출력압보다도 낮아지면, LS 제어 틸팅 피스톤(17c)을 탱크(T)에 연통하여 메인 펌프(2)의 틸팅각을 증가시켜, 이에 의해 메인 펌프(2)의 토출압이 최고 부하압보다도 차압 감압 밸브(13b)의 출력압(목표 차압)만큼 높아지도록 메인 펌프(2)의 틸팅각을 제어한다. 이와 같이 LS 제어 밸브(17b) 및 LS 제어 틸팅 피스톤(17c)은 메인 펌프(2)의 토출압 Pd가 복수의 작동기(3a, 3b, 3c…)의 최고 부하압 PLmax보다도 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행한다.

본 실시 형태의 유압 구동 시스템은, 상술한 구성 외에 하기의 구성을 더 구비하고 있다.

즉, 본 실시 형태의 유압 구동 시스템은, 엔진(1)의 배기계를 구성하는 배기관로(41)에 배치된 배기 가스 정화 장치(42)와, 배기 가스 정화 장치(42) 내의 배기 저항을 검출하는 배기 저항 센서(43)와, 배기 가스 정화 장치(42)를 강제적으로 재생하는 것을 명령하는 강제 재생 스위치(44)와, 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr을 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도하는 신호 유로(40)에 배치되고, 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr과 파일럿 유로(31a)의 압력[파일럿 펌프(30)의 토출압]을 전환하여, 그 한쪽의 압력을 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d) 사이의 신호 유로(40a)에 출력하는 전자기 전환 밸브(70)와, 배기 저항 센서(43)의 검출 신호와 강제 재생 스위치(44)의 명령 신호를 입력하여 소정의 연산 처리를 행하고, 전자기 전환 밸브(70)를 전환하기 위한 전기 신호를 출력하는 컨트롤러(49)(제어 장치)를 구비하고 있다.

배기 가스 정화 장치(42)는 필터를 내장하고 있으며, 그 필터에 의해 배기 가스에 포함되는 입자상 물질(PM)을 포집한다. 또한, 배기 가스 정화 장치(42)는 산화 촉매를 구비하고 있고, 배기 가스 온도가 소정 온도 이상이 되면 산화 촉매가 활성화되고, 그 활성화된 산화 촉매에 의해 배기 가스 중에 첨가된 미연소 연료를 연소시킴으로써 배기 가스 온도를 상승시켜, 필터에 포집되어 퇴적된 PM을 효율적으로 연소 제거한다.

배기 저항 센서(43)는, 예를 들어 배기 가스 정화 장치(42)의 필터의 상류측과 하류측의 전후 차압[배기 가스 정화 장치(42)의 배기 저항]을 검출하는 차압 검출 장치이다.

언로드 밸브(15)의 수압부(15d)에 압력을 유도하는 신호 유로(35)는 신호 유로(40a)에 접속되어 있고, 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치에 있을 때는, 신호 유로(40a)에 출력된 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr은 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)와 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)의 양쪽으로 유도되어, 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치로부터 전환되면, 신호 유로(40a)에 출력된 파일럿 유로(31a)의 압력[파일럿 펌프(30)의 토출압]이 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)와 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)의 양쪽으로 유도된다. 이에 의해 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치에 있을 때는, 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 차압 감압 밸브(13b)의 출력압(Pgr)이 설정되고, 또한 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압으로서 스프링(15a)의 설정압(Pun0)과 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr을 가산한 압력이 설정된다. 한편, 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치로부터 전환되었을 때는, 파일럿 펌프(30)의 토출압이 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도되는 것으로, LS 제어 밸브(17b)에 의한 로드 센싱 제어를 무효로 해 메인 펌프(2)의 용량이 증가하도록 제어하고(후술), 또한 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압으로서 스프링(15a)의 설정압 Pun0과 파일럿 펌프(30)의 토출압을 가산한 압력이 설정된다.

일례로서, 파일럿 유압원(38)의 압력[파일럿 유로(31b)의 압력]은 4.9MPa이며, 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr은 2.0MPa이며, 파일럿 펌프(30)의 토출압[파일럿 유로(31a)의 압력]은 4.9MPa와 2.0MPa를 가산한 6.9MPa이다. 또한, 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)의 설정압 Pun0은 1MPa이다. 이 경우, 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치에 있을 때는, 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 2.0MPa가 설정되고, 또한 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압으로서 2.0MPa와 1.0MPa를 가산한 3.0MPa가 설정된다. 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치로부터 전환되면, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)에 6.9MPa의 압력이 유도되고, 또한 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압으로서 6.9MPa와 1.0MPa를 가산한 7.9MPa가 설정된다.

도 2는, 본 실시 형태에 있어서의 유압 구동 시스템이 탑재되는 유압 셔블의 외관을 도시한 도면이다.

유압 셔블은 하부 주행체(101)와, 이 하부 주행체(101) 위에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(102)와, 이 상부 선회체(102)의 선단부 부분에 스윙 포스트(103)를 거쳐 상하 및 좌우 방향으로 회동 가능하게 연결된 프론트 작업기(104)를 구비하고 있다. 하부 주행체(101)는 크롤러식이며, 트랙 프레임(105)의 전방측에 상하 이동 가능한 배토용의 블레이드(106)가 설치되어 있다. 상부 선회체(102)는 기초 하부 구조를 이루는 선회대(107)와, 선회대(107) 위에 설치된 캐노피 타입의 운전실(108)을 구비하고 있다. 프론트 작업기(104)는 붐(111)과, 아암(112)과, 버킷(113)을 구비하고, 붐(111)의 기단부는 스윙 포스트(103)에 핀 결합되고, 붐(111)의 선단부는 아암(112)의 기단부에 핀 결합되고, 아암(112)의 선단부는 버킷(113)에 핀 결합되어 있다.

상부 선회체(102)는 하부 주행체(101)에 대하여 선회 모터(3a)에 의해 선회 구동되고, 붐(111), 아암(112), 버킷(113)은 각각, 붐 실린더(3b), 아암 실린더(3c), 버킷 실린더(3d)를 신축함으로써 회동한다. 하부 주행체(101)는 좌우의 주행 모터(3f, 3g)에 의해 구동된다. 블레이드(106)는 블레이드 실린더(3h)에 의해 상하로 구동된다. 도 1에서는 버킷 실린더(3d), 좌우의 주행 모터(3f, 3g), 블레이드 실린더(3h)나 그들 회로 요소의 도시를 생략하고 있다.

운전실(108)에는, 운전석(121), 조작 레버 장치(122, 123)(도 2에서는 우측만 도시) 및 게이트 로크 레버(24)가 설치되어 있다.

도 3 및 도 4를 이용하여 토크 제어부(17-1)의 토크 제어의 상세를 설명한다. 도 3은 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)에 의한 메인 펌프(2)의 토출압과 용량(틸팅각)의 관계[이하, Pq(압력-펌프 용량) 특성이라고 함]를 도시한 도면이며, 도 4는 메인 펌프(2)의 흡수 토크 특성을 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4의 횡축은 메인 펌프(2)의 토출압(P)을 나타내고 있다. 도 3의 종축은 메인 펌프(2)의 용량(또는 틸팅각)(q)을 나타내고, 도 4의 종축은 메인 펌프(2)의 흡수 토크(Tp)를 나타내고 있다.

도 3에 있어서, 메인 펌프(2)의 Pq 특성은, 최대 용량 일정 특성 Tp0과 최대 흡수 토크 일정 특성 Tp1, Tp2로 구성되어 있다.

메인 펌프(2)의 토출압(P)이, 최대 용량 일정 특성 Tp0으로부터 최대 흡수 토크 일정 특성 Tp1, Tp2로 이행하는 꺾임점(이행점)의 압력인 제1 값 P0(흡수 토크 일정 제어의 개시 압력) 이하에 있을 때, 메인 펌프(2)의 토출압(P)이 상승해도 메인 펌프(2)의 최대 용량은 q0으로 일정하다. 이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(2)의 토출압(P)이 상승함에 따라서, 펌프 토출압과 펌프 용량의 곱인 메인 펌프(2)의 최대 흡수 토크는 증가한다. 메인 펌프(2)의 토출압(P)이 제1 값 P0을 초과하여 상승하면, 메인 펌프(2)의 최대 용량은 최대 흡수 토크 일정 특성 TP1, TP2의 특성선을 따라 감소하고, 메인 펌프(2)의 흡수 토크는 TP1, TP2의 특성에 의해 정해지는 최대 토크 Tmax로 유지된다. TP1, TP2의 특성선은 흡수 토크 일정 곡선(쌍곡선)을 근사하도록 도시하지 않은 2개의 스프링에 의해 설정되어 있고, 최대 토크 Tmax는 거의 일정하다. 또한, 그 최대 토크 Tmax는 엔진(1)의 제한 토크 TEL보다도 작아지도록 설정되어 있다. 이에 의해 메인 펌프(2)의 토출압(P)이 제1 값 P0을 초과하여 상승하면 메인 펌프(2)의 최대 용량을 저감시켜, 메인 펌프(2)의 흡수 토크(입력 토크)가 미리 설정된 최대 토크 Tmax를 초과하지 않도록 제어하고, 메인 펌프(2)의 흡수 토크가 엔진(1)의 제한 토크 TEL을 초과하지 않도록 제어된다. 이 특성 TP1, TP2에 의한 최대 흡수 토크의 제어를 흡수 토크 일정 제어(종축을 펌프 토출 유량으로 표현한 경우에는 흡수 마력 일정 제어)라고 한다.

도 5는, 배기 가스 정화 장치(42) 내의 PM 퇴적량과 배기 저항 센서(43)에 의해 검출되는 배기 저항(필터의 전후 차압)의 관계를 도시하는 도면이다.

도 5에 있어서, 배기 가스 정화 장치(42) 내의 PM 퇴적량이 증가함에 따라서 배기 가스 정화 장치(42)의 배기 저항은 상승한다. 도면 중, Wb는 자동 재생 제어가 필요해지는 PM 퇴적량이며, ΔPb는 PM 퇴적량이 Wb일 때의 배기 저항이다. Wa는 재생 제어를 종료시켜도 되는 PM 퇴적량이며, ΔPa는 PM 퇴적량이 Wa일 때의 배기 저항이다.

컨트롤러(49)의 기억 장치(도시하지 않음)에는, ΔPb가 자동 재생 제어를 개시하기 위한 임계값으로서 기억되고, ΔPa가 재생 제어를 종료시키기 위한 임계값으로서 기억되어 있다.

도 6은, 컨트롤러(49)의 처리 기능을 나타내는 흐름도이다. 컨트롤러(49)에 의한 배기 가스 정화 장치(42)의 재생 처리 순서를, 도 6에 따라서 설명한다.

우선, 컨트롤러(49)는 배기 저항 센서(43)로부터의 검출 신호와 강제 재생 스위치(44)로부터의 명령 신호에 의거하여, 배기 가스 정화 장치(42) 내의 배기 저항 ΔP와 자동 재생 제어를 개시하기 위한 임계값 ΔPb를 비교하고, ΔP>ΔPb인지 여부를 판정하는 동시에, 강제 재생 스위치(44)가 오프(OFF)로부터 온(ON)으로 전환되었는지 여부를 판정한다(스텝 S100). ΔP>ΔPb가 되었을 경우, 또는 강제 재생 스위치(44)가 온인 경우에는, 다음 처리로 진행된다. ΔP>ΔPb가 아닌, 강제 재생 스위치(44)가 온이 아닌 경우에는, 아무것도 하지 않고, 그 판정 처리를 반복한다.

ΔP>ΔPb가 되었을 경우, 또는 강제 재생 스위치(44)가 온인 경우, 컨트롤러(49)는 전자기 전환 밸브(70)에 출력하는 전기 신호를 온으로 하고, 전자기 전환 밸브(70)를 도시한 위치로부터 전환하여, 펌프 흡수 토크 상승 제어(종래의 펌프 출력 상승 제어에 상당)를 개시한다(스텝 S110). 펌프 흡수 토크 상승 제어의 상세한 것은 후술한다. 또한, 컨트롤러(49)는 배기 가스 중에 미연소 연료를 공급하는 처리를 행한다. 이 처리는, 예를 들어 엔진(1)의 전자 거버너(도시하지 않음)를 제어하여, 엔진 주분사 후의 팽창 행정에 있어서의 포스트 분사(추가 분사)를 실시함으로써 행한다.

펌프 흡수 토크 상승 제어가 개시되면 엔진(1)의 유압 부하가 높아져, 엔진(1)의 배기 가스의 온도가 상승한다. 이에 의해 배기 가스 정화 장치(42)에 설치된 산화 촉매가 활성화된다. 이러한 상황 하에서, 배기 가스 중에 미연소 연료를 공급함으로써, 미연소 연료가 활성화된 산화 촉매에 의해 연소하여 배기 가스의 온도를 상승시켜, 그 고온의 배기 가스에 의해 필터에 퇴적된 PM을 연소 제거한다.

또한, 미연소 연료의 공급은, 배기관에 재생 제어용의 연료 분사 장치를 설치하고, 이 연료 분사 장치를 작동시킴으로써 행해도 된다.

펌프 흡수 토크 상승 제어 사이, 컨트롤러(49)는 배기 가스 정화 장치(42)에 설치된 배기 저항 센서(43)로부터의 검출 신호에 의거하여, 배기 가스 정화 장치(42) 내의 배기 저항 ΔP와 자동 재생 제어를 종료하기 위한 임계값 ΔPa를 비교하여, ΔP<ΔPa가 되었는지 여부를 판정하고(스텝 S120), ΔP<ΔPa가 아닐 경우, 스텝 S110으로 돌아가, 펌프 흡수 토크 상승 제어를 계속한다. ΔP<ΔPa가 되면, 컨트롤러(49)는 전자기 전환 밸브(70)에 출력하는 전기 신호를 오프로 하고, 전자기 전환 밸브(70)를 도시한 위치로 전환하여, 펌프 흡수 토크 상승 제어를 정지한다(스텝 S130). 또한, 이와 동시에 미연소 연료의 공급을 정지한다.

이상에 있어서, 배기 저항 센서(43), 강제 재생 스위치(44) 및 컨트롤러(49)의 도 6의 스텝 S100의 기능은, 배기 가스 정화 장치(42)의 재생 개시를 지시하는 지시 장치를 구성한다.

또한, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d), 언로드 밸브(15)의 수압부(15d), 신호 유로(35), 전자기 전환 밸브(70) 및 컨트롤러(49)의 도 6의 스텝 S110의 기능은, 지시 장치에 의해 배기 가스 정화 장치(42)의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는, 로드 센싱 제어부(17-2)의 로드 센싱 제어를 유효로 하고, 지시 장치에 의해 배기 가스 정화 장치(42)의 재생 개시가 지시되었을 때는, 로드 센싱 제어부(17-2)의 로드 센싱 제어를 무효로 하여 유압 펌프(2)의 용량이 증가하도록 로드 센싱 제어부(17-2)의 로드 센싱 제어의 유효/무효를 전환하는 동시에, 로드 센싱 제어를 무효로 할 때는, 파일럿 펌프(30)의 토출유에 의거하여 생성된 소정의 압력[파일럿 펌프(30)의 토출압]을 언로드 밸브(15)로 유도하여, 언로드 설정압을 증가시키는 전환 제어 장치를 구성한다.

∼동작∼

이어서, 펌프 흡수 토크 상승 제어(펌프 출력 상승 제어)의 상세를 포함해 본 실시 형태의 동작을 설명한다.

1. 전체 조작 레버 중립 또한 전자기 전환 밸브(70)가 오프인 경우

우선, 모든 조작 레버[조작 레버 장치(122, 123) 등의 조작 레버]가 중립에 있고, 도 6의 스텝 S100의 판정이 부정되었을 때는, 전자기 전환 밸브(70)는 도시한 위치에 있다. 전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치에 있을 때, 전자기 전환 밸브(70)는 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr을 신호 유로(40a)에 출력하고, 출력압 Pgr이 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도되는 동시에, 출력압 Pgr이 신호 유로(35)를 거쳐 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)로 유도된다. 이에 의해 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr이 설정되고, 또한 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압으로서 스프링(15a)의 설정압 Pun0과 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr을 가산한 압력이 설정된다.

전술한 바와 같이, 파일럿 유압원(38)의 압력[파일럿 유로(31b)의 압력]을4.9MPa, 차압 감압 밸브(13b)의 출력압 Pgr을 2.0MPa, 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)의 설정압 Pun0을 1MPa로 한 경우, 로드 센싱 제어의 목표 차압은 2.0MPa이며, 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압(언로드 설정압)은 3.0MPa이다.

또한, 모든 조작 레버가 중립에 있을 때는, 유량·방향 제어 밸브(6a, 6b, 6c…)는 도시한 중립 위치에 보유 지지되고, 그들 부하 포트(26a, 26b, 26c…)의 압력도 탱크압이 된다. 이로 인해, 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c…)에 의해 검출되는 최고 부하압은 탱크압(0MPa라 가정)이 되고, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)에 의해, 언로드 밸브(15)의 언로드 설정압과 언로드 밸브(15)의 오버라이드 특성에 의해 발생하는 압력을 가산한 압력으로 제어되고, 차압 감압 밸브(11)의 출력압은, 메인 펌프(2)의 토출압과 동일한 압력[언로드 밸브(15)의 언로드 설정압과 언로드 밸브(15)의 오버라이드 특성에 의해 발생하는 압력을 가산한 압력]이 되어, 이 출력압이 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17e)로 유도된다.

상술한 바와 같이 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압(언로드 설정압)이 3.0MPa일 경우, 메인 펌프(2)의 토출압은 3.0MPa보다 조금 높은 압력이 되고, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17e)로 유도되는 차압 감압 밸브(11)의 출력압도 3.0MPa보다 조금 높은 압력이 된다.

이 상태에서는, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17e)로 유도되는 압력(3.0MPa보다 조금 높은 압력)은 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)로 유도되는 압력(2PMa)보다도 높고, LS 제어 밸브(17b)는 도시한 우측의 위치로 전환된다. 이때의 유압 구동 시스템의 동작은 종래의 시스템과 마찬가지이며, 메인 펌프(2)의 틸팅각(용량)은 최소가 되고, 토출 유량도 최소가 된다. 또한, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)에 의해 제어된 최소 압력이 된다. 그 결과, 메인 펌프(2)의 흡수 토크도 최소가 된다.

도 7은, 탱크압이 0MPa이라고 가정한 경우의 언로드 밸브(15)의 동작 특성을 도시한 도면이다. 도면 중, 모든 조작 레버가 중립에 있고 또한 전자기 전환 밸브(70)가 오프인 경우의 압유 공급 유로(5, 4a)의 통과 유량[메인 펌프(2)의 토출 유량]과 압력[메인 펌프(2)의 토출압]의 관계를 파선으로 나타내고, 동작점을 A점으로 나타내고 있다. Punset은 언로드 밸브(15)의 언로드 설정압이다.

동작점 A에 있어서, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)의 언로드 설정압 Punset(3.0MPa)과 언로드 밸브(15)의 오버라이드 특성에 의해 발생하는 압력(오버라이드압)을 가산한 압력 Pra(최소 압력 Pmin)이며, 메인 펌프(2)의 토출 유량은 최소 유량 Qra(Qmin)이다. 이때의 메인 펌프(2)의 흡수 토크는 도 3 및 도 4에 A점으로 나타내는 최소 토크 Ta(Tmin)가 된다. 도 3에 있어서, qa는 메인 펌프(2)의 최소 유량 Qra(Qmin)에 대응하는 최소 용량 qmin이다.

2. 모든 조작 레버 중립 또한 전자기 전환 밸브(70)가 온인 경우

모든 조작 레버[조작 레버 장치(122, 123) 등의 조작 레버]가 중립에 있을 때에, 배기 가스 정화 장치(42)의 재생이 필요해지고, 도 6의 스텝 S100의 판정이 긍정이 된 경우, 전자기 전환 밸브(70)는 온의 전기 신호에 의해 도시한 위치로부터 전환된다.

전자기 전환 밸브(70)가 도시한 위치로부터 전환되면, 전자기 전환 밸브(70)는 파일럿 펌프(30)의 토출압을 신호 유로(40a)에 출력하고, 파일럿 펌프(30)의 토출압이 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도되는 동시에, 파일럿 펌프(30)의 토출압이 신호 유로(35)를 거쳐 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)로 유도된다. 이에 의해 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압으로서 스프링(15a)의 설정압(Pun0)과 파일럿 펌프(30)의 토출압을 가산한 압력이 설정된다.

전술한 바와 같이, 파일럿 유압원(38)의 압력[파일럿 유로(31b)의 압력]을 4.9MPa, 차압 감압 밸브(13b)의 출력압(Pgr)을 2.0MPa, 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)의 설정압(Pun0)을 1MPa로 한 경우, 파일럿 펌프(30)의 토출압은 4.9MPa와2.0MPa를 가산한 6.9MPa이며, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도되는 압력은 6.9MPa가 되고, 언로드 밸브(15)의 목표 언로드압(언로드 설정압)은 7.9MPa가 된다.

또한, 모든 조작 레버가 중립에 있을 때는, 상술한 바와 같이 최고 부하압은 탱크압(0MPa라 가정)이 되고, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)에 의해, 언로드 밸브(15)의 언로드 설정압과 언로드 밸브(15)의 오버라이드 특성에 의해 발생하는 압력을 가산한 압력으로 제어된다. 차압 감압 밸브(11)의 출력압은, 메인 펌프(2)의 토출압과 동일한 압력[언로드 밸브(15)의 언로드 설정압과 언로드 밸브(15)의 오버라이드 특성에 의해 발생하는 압력을 가산한 압력]이 되지만, 차압 감압 밸브(11)는 파일럿 유압원(38)의 압력을 원압(1차압)으로서 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압을 절대압으로서 생성하는 밸브이기 때문에, 차압 감압 밸브(11)의 출력압은 파일럿 유압원(38)의 압력보다도 높아질 수는 없다. 한편, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도되는 파일럿 펌프(30)의 토출압은 파일럿 유압원(38)의 압력보다도 높고, 상기한 예에서는 파일럿 펌프(30)의 토출압이 6.9MPa이며, 파일럿 유압원(38)의 압력[파일럿 유로(31b)의 압력]이 4.9MPa이다. LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17e)에는 차압 감압 밸브(11)의 출력압으로서 그 파일럿 유압원(38)의 압력(4.9MPa)이 유도된다. 이에 의해 LS 제어 밸브(17b)는 도시한 좌측의 위치로 전환되어, 로드 센싱 제어가 무효가 되는 동시에, LS 제어 틸팅 피스톤(17c)의 압유는, LS 제어 밸브(17b)를 거쳐 탱크(T)로 복귀되어, 메인 펌프(2)의 틸팅(용량)은 스프링력에 의해 증가하고, 메인 펌프(2)의 토출 유량이 증가한다.

도 7의 실선은, 모든 조작 레버가 중립에 있고 또한 전자기 전환 밸브(70)가 온인 경우의 압유 공급 유로(5, 4a)의 통과 유량[메인 펌프(2)의 토출 유량]과 압력[메인 펌프(2)의 토출압]의 관계를 나타내고, 동작점을 B점으로 나타내고 있다.

동작점 B에 있어서, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)의 언로드 설정압 Punset(7.9MPa)과 언로드 밸브(15)의 오버라이드 특성에 의해 발생하는 압력(오버라이드압)을 가산한 압력 Prb이다. 이때의 언로드 밸브(15)의 오버라이드압은 약 2.0MPa 정도다. 이 경우에는, 메인 펌프(2)의 토출압 Prb는, 약 10MPa에 달한다. 또한, 동작점 B에 있어서, 메인 펌프(2)의 토출 유량은 Qrb까지 증가하고 있다.

여기서, 도 3에 도시한 메인 펌프(2)의 Pq(압력-펌프 용량) 특성에 있어서, 통상, 유압 셔블 등의 건설 기계의 경우, 흡수 토크 일정 제어의 개시 압력 P0은, 10MPa 정도로 설정하는 경우가 많다. 결과적으로, 전자기 전환 밸브(70)를 도시한 위치로부터 전환했을 때의 메인 펌프(2)의 토출압(도 3, 도 4 및 도 7에서 Prb)은 메인 펌프(2)의 Pq 특성의 꺾임점 부근의 압력이 되고, 도 3의 B점에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(2)의 용량은 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)에 의한 흡수 토크 일정 제어에 의해 정해지는 값 qb가 된다. 또한, 이때의 메인 펌프(2)의 흡수 토크는, 도 4에 B점으로 나타낸 바와 같이 최대 토크 Tmax가 된다.

이렇게 전자기 전환 밸브(70)를 전환함으로써 메인 펌프(2)의 흡수 토크는 흡수 토크 일정 제어의 최대 토크 Tmax까지 상승하고, 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)에 의한 흡수 토크 일정 제어를 이용한 최대 토크 Tmax에서의 펌프 흡수 토크 상승 제어를 행할 수 있다.

이렇게 메인 펌프(2)의 흡수 토크가 상승하면, 그에 따라 엔진(1)의 부하가 높아지고, 배기 온도가 상승한다. 이에 의해 배기 가스 정화 장치(42)에 설치된 산화 촉매가 활성화되므로, 전술한 바와 같이, 배기 가스 중에 미연소 연료를 공급함으로써, 미연소 연료가 활성화된 산화 촉매에 의해 연소하여 배기 가스의 온도가 상승하고, 그 고온의 배기 가스에 의해 필터에 퇴적된 PM이 연소 제거된다.

이 펌프 흡수 토크 상승 제어는, 배기 가스 정화 장치(42)에 설치된 배기 저항 센서(43)로 검출한 배기 가스 정화 장치(42) 내의 배기 저항 ΔP가 임계값 ΔPa보다 작아질 때까지 계속된다.

3. 전자기 전환 밸브(70) 온으로 조작 레버를 조작한 경우

이어서, 상기 2의 전자기 전환 밸브(70)가 온인 상태의 재생 중에 조작 레버를 조작한 경우에 대하여 설명한다.

임의의 작동기, 예를 들어 붐용의 조작 레버를 조작한 경우에는, 유량·방향 제어 밸브(6b)가 전환되어, 붐 실린더(3b)에 압유가 공급되고, 붐 실린더(3b)가 구동된다. 이때, 유량·방향 제어 밸브(6b)의 부하 포트(26b)는 붐 실린더(3b)의 부하압이 된다. 이로 인해 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c…)에 의해 검출되는 최고 부하압은 붐 실린더(3b)의 부하압이 되고, 이 부하압이 언로드 밸브(15)의 수압부(15c)로 유도된다.

또한, 펌프 흡수 토크 상승 제어 중은, 상기와 같이 메인 펌프(2)의 토출압 Prb는 흡수 토크 일정 제어의 개시 압력 P0 부근의 압력에 있고, 이때의 메인 펌프(2)의 토출 유량은 최대 용량 q0에 대응한 최대 유량 Qrmax에 가까운 유량에 있다. 한편, 대부분의 작동기의 최대 요구 유량은 메인 펌프(2)의 최대 유량보다 적게 설정되어 있으므로, 펌프 흡수 토크 상승 제어 중에 조작 레버를 조작하여 붐 실린더(3b)를 동작시킨 경우에는, 메인 펌프(2)의 토출 유량의 잉여분이 발생하고, 이 잉여분은 언로드 밸브(15)를 경유하여 탱크로 복귀된다. 이로 인해 메인 펌프(2)의 토출압은, 언로드 밸브(15)의 작용에 의해, 붐 실린더(3b)의 부하압에 따라서 상승한다. 따라서, 이때도, 메인 펌프(2)의 흡수 토크는, 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)(토크 제어부)의 흡수 토크 일정 제어에 의해 최대 토크 Tmax를 초과하지 않도록 제어되고, 도 3의 C점에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(2)의 용량은, 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)에 의한 흡수 토크 일정 제어에 의해 정해지는 값 qc가 되고, 메인 펌프(2)의 토출 유량은 도 7의 C점에 나타내는 Qrc가 된다. 이로 인해 작동기 동작의 영향을 받는 일 없이, 작동기를 동작시키기 전과 마찬가지의 펌프 흡수 토크 상승 제어를 행할 수 있다.

아암, 버킷, 선회의 조작 레버를 조작한 경우의 동작도 마찬가지이다.

정상 주행 시의 주행 모터(3f, 3g)의 요구 유량이나 굴삭 작업 등으로 프론트계의 조작 레버를 조작하여 복수의 작동기(3a 내지 3d) 중 2개 이상을 동시에 구동했을 때의 요구 유량은, 펌프 출력 상승 제어 중의 메인 펌프(2)의 토출 유량보다도 많아지는 경우가 있다. 그러나 주행 시의 부하압이나, 요구 유량이 펌프 출력 상승 제어 중의 유압 펌프의 토출 유량보다도 많아지도록 프론트계의 복합 조작의 부하압은 높고, 메인 펌프(2)의 토출압은 흡수 토크 일정 제어의 개시 압력보다도 높아진다. 따라서, 이 경우도, 메인 펌프(2)의 흡수 토크는, 토크 제어부(17-1)의 흡수 토크 일정 제어에 의해 최대 토크 Tmax를 초과하지 않도록 제어되므로, 작동기 동작의 영향을 받는 일 없이, 작동기를 동작시키기 전과 마찬가지의 펌프 출력 상승 제어를 행할 수 있다.

삭제

이상과 같이, 배기 가스 정화 장치(42)의 재생 중에 조작 레버를 조작하여 작동기를 동작시킨 경우에는, 작동기를 동작시키지 않는 경우와 마찬가지로, 흡수 토크 일정 제어를 이용한 펌프 흡수 토크 상승 제어를 행할 수 있고, 엔진(1)의 부하를 증가시켜서 배기 온도를 상승시킬 수 있다.

∼효과∼

본 실시 형태에 의하면, 다음의 효과가 얻어진다.

1. 배기 가스 정화 장치(42)의 필터의 PM 퇴적량이 증가하고, 배기 가스 정화 장치(42)가 재생을 필요로 하는 상태가 되면, 전자기 전환 밸브(70)가 전환되어, 파일럿 펌프(30)의 토출압(소정 압력)이 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)와 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)로 유도되므로, 모든 조작 레버가 중립에 있고, 작동기를 동작시키지 않는 경우에도, 메인 펌프(2)의 흡수 토크는 토크 제어 틸팅 피스톤(17a)에 의한 흡수 토크 일정 제어의 최대 토크 Tmax까지 상승하고, 흡수 토크 일정 제어를 이용한 펌프 흡수 토크 상승 제어(펌프 출력 상승 제어)를 행할 수 있다. 이에 의해 엔진(1)의 부하가 높아져, 배기 온도가 상승하고, 배기 가스 정화 장치(42) 내의 필터 퇴적물을 효율적으로 연소 제거할 수 있다.

2. 펌프 흡수 토크 상승 제어 중에 조작 레버를 조작하여 작동기를 동작시켜, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유가 작동기로 유입했다고 해도, 펌프 흡수 토크 상승 제어 중은 메인 펌프(2)의 토출 유량은 최대 유량 부근에 있으므로, 메인 펌프(2)의 토출 유량의 잉여분이 언로드 밸브(15)를 경유하여 탱크로 복귀되고, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)의 작용에 의해, 붐 실린더(3b)의 부하압에 따라서 상승한다. 이에 의해 토크 제어부(17-1)의 흡수 토크 일정 제어의 범위 내에서 메인 펌프(2)는 동작하고, 작동기 동작의 영향을 받는 일 없이, 작동기를 동작시키기 전과 마찬가지의 펌프 흡수 토크 상승 제어를 행할 수 있다.

3. 재생의 개시가 지시되었을 때는, 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)에 파일럿 펌프(30)의 토출압이 소정의 압력으로서 유도되어, 언로드 설정압을 증가시키므로, 소정의 압력을 생성하기 위한 전용의 유압 기기를 필요로 하지 않고, 유압 구동 시스템의 구성이 간소해져, 유압 구동 시스템을 저비용으로 실현할 수 있다.

4. LS 제어 밸브(17b)의 펌프 용량 증가 방향 작동의 제1 수압부(17d)에 파일럿 펌프(30)의 토출압을 유도만 하는 간단한 구성으로, 로드 센싱 제어를 무효로 하여 메인 펌프(2)의 용량을 증가시킬 수 있으므로, 유압 구동 시스템의 구성이 간소해져, 유압 구동 시스템을 저비용으로 실현할 수 있다.

5. 1개의 전자기 전환 밸브(70)를 전환만 하는 간단한 구성으로, 통상의 제어로부터 펌프 흡수 토크 상승 제어로 전환할 수 있으므로, 유압 구동 시스템의 구성이 간소해져, 유압 구동 시스템을 저비용으로 실현할 수 있다.

6. 언로드 밸브(15)의 언로드압을 스프링(15a)과 수압부(15d)로 나누어 설정하였으므로, 저온 시의 엔진 시동성을 향상시킬 수 있다.

즉, 엔진(1)의 시동 시는, 메인 펌프(2)가 엔진(1)에 의해 구동됨으로써, 메인 펌프(2)의 토출압이 언로드 밸브(15)의 언로드 설정압에 언로드 밸브(15)의 오버라이드압을 가산한 압력까지 상승한다. 겨울철이나 한랭지에서 작업을 행할 경우의 저온 시는 작동유의 점성이 높아져, 언로드 밸브(15)의 오버라이드압은 현저하게 상승하고, 메인 펌프(2)의 토출압은 더욱 상승한다. 엔진 시동 시는, 이 메인 펌프(2)의 토출압이 엔진 부하가 된다. 종래의 로드 센싱 시스템의 유압 구동 시스템에서는, 통상, 언로드 밸브(15)의 언로드압을 스프링만으로 설정한다. 이 설정압은 상술한 본 실시 형태에 있어서의 설정예와 마찬가지로, 예를 들어 3MPa이다. 그 결과, 저온 시에 엔진(1)을 시동한 경우에는, 메인 펌프(2)의 토출압은 스프링의 언로드 설정압인 3.0Mpa에 저온에 의한 점성의 증가로 상승한 오버라이드압을 가산한 압력이 되어, 엔진 부하가 증대하고, 엔진 시동성이 악화된다고 하는 문제가 있었다.

이에 반해, 본 실시 형태에서는, 언로드 밸브(15)의 언로드압을 스프링(15a)과 수압부(15d)로 나누어 설정하고[스프링(15a)의 설정분은 1MPa], 엔진 시동 전의 수압부(15d)의 압력은 탱크압이 되므로, 저온 시에 엔진(1)을 시동한 경우의 메인 펌프(2)의 토출압은 스프링의 설정분인 1.0Mpa에 저온에 의한 점성 증가분의 저항을 가산한 압력이면 되어, 종래에 비해 엔진(1)의 부하가 작아져서 저온 시의 엔진 시동성을 향상할 수 있다.

<그 밖의 실시 형태>

이상의 실시 형태는 본 발명의 정신 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 엔진 회전수 검출 밸브(13)를 설치하고, 이 엔진 회전수 검출 밸브(13)에 의해 생성한 유압 신호를 목표 차압으로서 LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17d)로 유도했지만, 엔진 회전수 검출 밸브(13)를 설치하지 않고, LS 제어 밸브(17b)에 수압부(17d) 대신에 스프링을 설치하고, 이 스프링으로 목표 차압을 설정해도 된다. 이 경우, 엔진 회전수 검출 밸브(13) 대신에 단순한 교축기(고정 교축기)를 설치하고, 이 고정 교축기와 파일럿 유압원의 파일럿 릴리프 밸브(32)로 파일럿 펌프(30)의 토출압을 「소정의 압력」까지 높여, 재생의 개시가 지시되었을 때, 이 압력을 언로드 밸브(15)의 수압부(15d)로 유도하면 된다.

또한, 신호 유로(12b)에 전자기 전환 밸브를 설치하고, 재생의 개시가 지시되었을 때, 이 전환 밸브를 전환하여, LS 제어 밸브(17b)의 수압부(17e)를 탱크에 연통시킴으로써, 로드 센싱 제어를 무효로 해 메인 펌프(2)의 용량이 증가하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 차압 감압 밸브(11)의 출력압[메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압의 절대압]을 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c…)와 LS 제어 밸브(17b)로 유도했지만, 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압을 따로따로 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c…)와 LS 제어 밸브(17b)로 유도해도 된다.

또한, 상기 실시 형태는, 건설 기계가 유압 셔블일 경우에 대하여 설명했지만, 유압 셔블 이외의 건설 기계(예를 들어 유압 크레인, 휠식 셔블 등)라도, 디젤 엔진과 배기 가스 정화 장치를 구비하고, 또한 로드 센싱 제어와 토크 제어를 행하는 유압 구동 시스템을 탑재하는 것이면, 상기 실시 형태와 마찬가지로 본 발명을 적용하여, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

1 : 엔진
2 : 유압 펌프(메인 펌프)
3a, 3b, 3c : 작동기
4 : 컨트롤 밸브
4a : 제2 압유 공급 유로
5 : 제1 압유 공급 유로
6a, 6b, 6c : 유량·방향 제어 밸브
7a, 7b, 7c : 압력 보상 밸브
8a, 8b, 8c : 유로
9a, 9b, 9c : 셔틀 밸브(최고 부하압 검출 회로)
11 : 차압 감압 밸브
12a, 12b : 신호 유로
13a : 가변 교축 밸브
13b : 차압 감압 밸브
14 : 메인 릴리프 밸브
15 : 언로드 밸브
15a : 스프링
15b 내지 15d : 수압부
17 : 펌프 제어 장치
17-1 : 토크 제어부
17-2 : 로드 센싱 제어부
17a : 토크 제어 틸팅 피스톤
17b : LS 제어 밸브
17c : LS 제어 틸팅 피스톤
17d, 17e : 수압부
24 : 게이트 로크 레버
26a, 26b, 26c : 부하 포트(최고 부하압 검출 회로)
27, 27a : 신호 유로
30 : 파일럿 펌프
31 : 파일럿 유로
31a 내지 31c : 파일럿 유로
32 : 파일럿 릴리프 밸브
33, 34 : 유로
35 : 신호 유로
38 : 파일럿 유압원
40, 40a : 신호 유로
41 : 배기관로
42 : 배기 가스 정화 장치
43 : 배기 저항 센서
44 : 강제 재생 스위치
49 : 컨트롤러(제어 장치)
70 : 전자기 전환 밸브
100 : 게이트 로크 밸브
122, 123 : 조작 레버 장치

Claims

엔진과,
이 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와,
이 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 작동기와,
상기 유압 펌프로부터 복수의 작동기로 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량·방향 제어 밸브와,
상기 유압 펌프의 토출압이 높아짐에 따라서 상기 유압 펌프의 용량을 저감시켜, 상기 유압 펌프의 흡수 토크가 미리 설정된 최대 토크를 초과하지 않도록 제어하는 흡수 토크 일정 제어를 행하는 토크 제어부 및 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 복수의 작동기의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행하는 로드 센싱 제어부를 갖는 펌프 제어 장치와,
상기 유압 펌프의 토출유가 유도되는 유로에 접속되어, 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 최고 부하압에 언로드 설정압을 가산한 압력보다도 높아지면 개방 상태가 되어서 상기 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시키고, 상기 유압 펌프의 토출압의 상승을 제한하는 언로드 밸브와,
상기 엔진에 의해 구동되는 파일럿 펌프를 구비한 건설 기계의 유압 구동 시스템에 있어서,
상기 엔진의 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 장치와,
상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시를 지시하는 지시 장치와,
상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어의 유효와 무효를 서로 전환 가능하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는, 상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 유효로 하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때는, 상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 무효로 하여 상기 유압 펌프의 용량이 증가하도록 상기 로드 센싱 제어부의 로드 센싱 제어를 유효에서 무효로 전환하는 동시에, 상기 로드 센싱 제어를 무효로 할 때는, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 생성된 소정의 압력을 상기 언로드 밸브로 유도하여, 상기 언로드 설정압을 증가시키는 전환 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 시스템.
제1항에 있어서, 상기 파일럿 펌프에 접속되어, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 파일럿 1차압을 생성하는 파일럿 유압원과,
상기 파일럿 펌프와 상기 파일럿 유압원 사이에 위치하고, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 의거하여 상기 엔진의 회전수에 의존하는 유압 신호를 생성하는 엔진 회전수 검출 밸브를 더 구비하고,
상기 펌프 제어 장치의 로드 센싱 제어부는 상기 엔진 회전수 검출 밸브의 상기 유압 신호가 유도되어, 이 유압 신호에 의해 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압을 설정하는 펌프 용량 증가 방향 작동의 제1 수압부를 갖는 LS 제어 밸브를 갖고,
상기 언로드 밸브는 폐쇄 방향 작동의 스프링과, 이 스프링과 협동하여 상기 언로드 설정압을 설정하는 폐쇄 방향 작동의 수압부를 갖고,
상기 전환 제어 장치는 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는, 상기 엔진 회전수 검출 밸브에 의해 생성한 상기 유압 신호를 상기 언로드 밸브의 수압부로 유도하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때는, 상기 파일럿 펌프의 토출압을 상기 소정의 압력으로서 상기 언로드 밸브의 수압부로 유도하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 시스템.
제2항에 있어서, 상기 파일럿 유압원의 압력을 1차압으로서, 상기 펌프 제어 장치에 상기 유압 펌프의 토출압과 상기 최고 부하압의 차압을 절대압으로서 생성하여 출력하는 차압 감압 밸브를 더 구비하고,
상기 LS 제어 밸브는 상기 차압 감압 밸브로부터 출력되는 상기 절대압이 유도되는 펌프 용량 감소 방향 작동의 제2 수압부를 더 갖고,
상기 전환 제어 장치는 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때, 상기 엔진 회전수 검출 밸브의 상기 유압 신호 대신에 상기 파일럿 펌프의 토출압을 상기 LS 제어 밸브의 제1 수압부로 유도함으로써, 상기 로드 센싱 제어를 무효로 하고, 상기 유압 펌프의 용량이 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 시스템.
제3항에 있어서, 상기 전환 제어 장치는 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되어 있지 않을 때는, 상기 LS 제어 밸브의 제1 수압부와 상기 언로드 밸브의 수압부에 상기 엔진 회전수 검출 밸브의 상기 유압 신호를 유도하고, 상기 지시 장치에 의해 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시가 지시되었을 때는, 상기 LS 제어 밸브의 제1 수압부와 상기 언로드 밸브의 수압부에 상기 파일럿 펌프의 토출압을 유도하도록 전환하는 1개의 전환 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 정화 장치의 배기 저항을 검출하기 위한 압력 검출 장치를 더 구비하고,
상기 지시 장치는
상기 압력 검출 장치에 의해 검출된 상기 배기 가스 정화 장치의 배기 저항이 임계값을 초과하면 상기 배기 가스 정화 장치의 재생 개시를 지시하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 제어 장치의 토크 제어부는 상기 유압 펌프의 토출압과 용량의 관계를 나타내는 특성이며, 최대 용량 일정 특성과 최대 흡수 토크 일정 특성으로 구성되는 특성이 미리 설정되어, 상기 유압 펌프의 토출압이, 상기 최대 용량 일정 특성으로부터 상기 최대 흡수 토크 일정 특성으로의 이행점의 압력인 제1 값 이하에 있을 때는, 상기 유압 펌프의 토출압이 상승해도 상기 유압 펌프의 최대 용량을 일정하게 하고, 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 제1 값을 초과하여 상승하면, 상기 유압 펌프의 최대 용량이 상기 최대 흡수 토크 일정 특성에 따라서 감소하도록 상기 유압 펌프의 용량을 제어하도록 구성되어 있고,
상기 소정의 압력은, 이 소정의 압력에 의해 증가한 상기 언로드 밸브의 언로드 설정압에, 상기 언로드 밸브의 오버라이드 특성의 압력을 가산한 압력이, 상기 최대 용량 일정 특성으로부터 상기 최대 흡수 토크 일정 특성으로의 이행점 부근의 압력 이상의 값이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 시스템.