KR930006599B1

KR930006599B1 - 정수압식 차량 제어장치

Info

Publication number: KR930006599B1
Application number: KR1019850003246A
Authority: KR
Inventors: 엠. 미트첼 란달
Original assignee: 캐터필라 트랙터 캄파니; 소나로우 홀트
Priority date: 1984-05-14
Filing date: 1985-05-13
Publication date: 1993-07-21
Anticipated expiration: 2005-05-13
Also published as: JPS61502112A; WO1985005332A1; US4523892A; EP0182788A1; KR850008700A; DE3475890D1; IN165965B; EP0182788B1; JPH0568386B2; BR8407317A

Abstract

내용 없음.

Description

정수압식 차량 제어장치

제1도는 정수압식 제어 시스템, 엔진 및 유압 펌프 장치로 구성되는 블럭선도.

제2도는 사반 경사를 제어하는 하중 감지수단을 도시한 도면.

제3도는 일부는 단면으로 상세히 도시하고 일부는 블럭선도 형태로 도시한 연료 분사 펌프 작동기의 도면.

제4도는 펌프 제어 방법의 일실시예를 나타내는 블럭선도.

제5도는 연료 제어 방법의 일실시예를 나타내는 블럭선도.

제6도는 엔진속도 설정 기능을 나타내는 상세한 블럭선도.

제7도는 제6도에 도시한 바에 따른 유압 펌프 변위에 대한 적정 엔진속도 특성의 일예를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 장치 12 : 전자제어 시스템

14 : 원동기 16 : 내연기관

18 : 랙 20 : 연료분사 펌프

22 : 랙 작동기수단 24,26 : 유압 펌프

28 : 하중 감지 장치 30,32 : 사반

34 : 연료 제어 수단 36 : 저속 제어 수단

38 : 제어 수단 39 : 제1수단

40,42,44 : 라인 46 : 제2수단

50 : 사반 작동기 수단 52,54 : 작동밸브

50,58 : 작동 부품 60 : 흐름 우선순위 제어 밸브

62 : 볼 리졸버 밸브 64 : 사반 작동기

65 : 라인 66 : 파일로트 공급기

68 : 비례압력 밸브 70 : 슬레노이드

71 : 하우징 72 : 랙 조절 부재

74 : 서보 시스템 76 : 실린더

78 : 피스톤 80 : 슬리이브

82 : 밸브 스풀 84 : 통로

90 : 피스톤 헤드 92 : 환형 격실

94 : 환형면 96 : 요홈

98,100,102 : 피스톤 포트 104 : 스템

106 : 스프링 108 : 스프링 유지기

110 : 유지기 클립 112 : 플랜지

114,116 : 견부 118 : 모터

120 : 회전자 122 : 결합 수단

125 : 조절 레버 126 : 자유단

128 : 압압수단 130 : 스프링

132 : 스프링 시트 134 : 연장부

136 : 궤환수단 138 : 저역통과 필터

140 : 제1합산 수단 142 : 제2합산 수단

144 : 제2저역통과 필터 146 : 제3합산 수단

148 : 제1작동기 설정 수단 150 : 처리 수단

152 : 궤환수단 154 : 제3저역통과 필터

156 : 제4합산 수단 158 : 제5합산 수단

160 : 저역통과 필터 162 : 제6합산 수단

164 : 제2작동기 설정 수단 166 : 처리 수단

200 : 블럭 210 : 다이얼식 스위치

214 : 필터

본 발명은 일반적으로 정수압식 차량(hydrostatic Vehicle)을 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이며, 특히 정수압식 차량에 부과되는 하중에 대해 엔진속도 및 유압 펌프 용량을 제어하는 전자 장치에 관한 것이다.

예컨데 굴착기와 같은 정수압식 차량류에 있어서는, 가변용량 유압펌프는 통상적으로 원동기로 구동되어, 다수의 작동부품 및 구동 시스템에 유압을 제공하게 된다. 적용 범위가 넓은 굴착기는 다양하고 가변적인 작업(즉, 배관, 대량굴착, 도랑굴착, 벌목 등)을 수행하는데 유용하며, 각각의 작업은 그 독특한 유압유동 및 압력을 필요로 한다. 예컨대, 대량 굴착의 경우에는 필요한 유압동력은 매우 높고 동력이 감소되어야 할 시간은 매우 짧으며, 배관의 경우에는 보통 대기시에 지속적으로 낮은 유동을 필요로 하고 특정 시기에 높은 유동을 필요로 한다.

선행 기술에서는 상기 대기 시간에 엔진속도를 저속 공전상태로 감소시켜 상당한 양의 연료를 절약하는 것을 제안하였었다. 이러한 방법이 비록 대부분의 명백한 경우에는 연료를 절약 할 수 있음을 나타낸다 하더라도, 엔진속도 및 펌프유동이 최대치보다 낮게 요구될 때인 작동중에 연료를 절약할 수 있는 방법을 제안하지는 못했었다 . 예컨대, 이주미(lzumi)등에게 허여된 1983.7.26자 미합중국 특허 제4,395,199호에는 조절레버를 통해 운전자가 입력시키는 바에 따라 가변 용량 펌프 위의 사반(swash plate)의 경사를 조절하는 유압 굴착기용 전자 제어시스템이 기재되어 있다. 이러한 방식으로, 상기 시스템은 운전자의 필요에 따라 유압 유동을 공급하여, 최대 동력 이하의 동력이 필요할 때에 엔진 하중을 감소시켜, 따라서 연료소비를 감소 시킨다. 비록 상기 방법이 연료를 절약할 수는 있으나, 펌프를 감소된 용량하에서 작동시키고 엔진을 단일의 낮은 회전 속도에서 연속적으로 작동시킴에 따른 비효율성에 의해 연료소비를 최소로 하지는 못한다. 비록 운전자가 엔진 속도를 수동으로 조절하여 펌프 용량을 실제 작업시에 크게 유지할 수 있다 하더라도, 이 경우에 굴착기를 운행하려면 운전자는 양손 및 양발을 모두 사용하여야 하게 된다. 대부분의 굴착기 운전자가 사용가능한 제5의 손발이 없기 때문에, 엔진 속도의 수동조정은 그 우선 순위가 낮을 수 밖에 없다.

본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위함이다.

본 발명의 하나의 특징에 따라, 내연기관을 제어하는 장치는 연료 분사펌프 작동기와, 유압하중을 감지하여 유압유체의 흐름과 하중요구에 응답하여 사반의 경사를 조절하는 하중감지 장치를 갖는 하나 이상의 가변 용량 유압펌프를 갖는다. 상기 장치는 유압펌프의 용량을 감지하여 유압펌프의 용량에 응답하는 제1신호를 전달하는 제1수단을 포함한다. 제2수단은 엔진의 회전속도를 감지하여 회전속도에 응답하는 제2신호룰 전달한다. 제어수단은 제1신호룰 수신하여 제1신호의 크기에 응답하는 제3신호를 전달한다. 저속 제어수단은 제2신호 및 제3신호를 수신하여 양자를 비교하여, 제2신호 보다 큰 제3신호에 응답하는 제4신호를 전달한다. 사반 작동기 수단은, 제4신호를 수용하여 제4신호의 크기에 응답하여 사반의 경사각을 조절한다. 연료 제어수단은 제2 및 제3신호를 수신하여 양자를 비교하여 제2신호보다 크기가 작은 제3신호에 응답하는 제5신호를 전달한다. 랙 작동수단은 제5신호를 수신하여 제5신호의 크기에 응답하여 엔진에 공급되는 연료를 제어한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

본 발명의 장치(10)의 적합한 실시예를 도시한 도면을 참조하여 보면, 제1도는 원동기(14)를 제어하는 전자 제어시스템(12)를 도시한 것인데, 상기 원동기는 적합하게는 내연기관(엔진)(16)으로서 연료 분사펌프(20)의 랙(18)로 제어된다. 랙(18)은 공지된 전자 유압식 랙 작동기 수단 (22)에 의해 제어 시스템(12)로부터의 지시하에 위치된다. 가변 용량 유압 램프(24), (2 6)은 엔진(16)에 의해 구동되고, 수력식 하중 감지 장치(28)(제2도에 상세히 도시되어 있고 이후에 상술됨)은 감지된 유압 하중에 따라 사반(30), (32)의 경사를 조절한다. 제어 시스템(12)는 3개의 주요 부분, 즉, 연료 제어수단(34), 저속 제어 수단(36) 및 제어수단(38)로 구성된다.

제어수단(38)은 각 유압펌프(24), (26)의 용량에 대한 제1신호를 제1수단(3 9)로 부터 라인(40), (42)를 통해 수신하여, 가장 큰 제1신호에 따라 적정 엔진속도를 산출하고, 적정 엔진속도를 나타내는 제3신호를 라인(44)를 통해 연료 제어수단(34) 및 저속 제어수단(36)으로 전달한다. 제2수단(46)은 엔진(16)의 실제 회전속도를 감지하여 이 엔진 회전속도를 나타내는 제2신호를 연료 제어수단(34) 및 저속제어수단 (36)에 전달한다. 연료 제어수단(34)는 실제 엔진속도 및 적정 엔진속도를 각각 나타내는 제2 및 제2신호를 수신하여 양 신호를 비교하고, 실제 엔진속도 보다는 낮은 적정 엔진속도를 나타내는 제5신호를 전달한다. 랙 작동기수단(22)는 제5신호를 수신하여 엔진(17)으로 공급되는 연료를 제5신호의 크기에 따라 제어한다. 마찬가지로, 저속 제어수단(36)은 제2 및 제3신호를 수신하여, 양 신호를 비교하여, 실제 엔진속도 보다 큰 적정 엔진속도에 따른 제4신호를 전달한다. 사반 작동기 수단(50)은 제 4신호를 수신하여 사반의 경사각을 제5신호의 크기에 따라 조절한다. 보다 간단하게 설명하면, 실제 엔진속도 "러그(lugs)"가 적정 엔진속도 이하일 경우에, 저속 제어수단(36)은 펌프 용량을 감소 시키는 기능을 하고 엔진속도가 저하중 구속하에서 증가되도록 한다. 실제 엔진속도가 적정 속도 이상으로 상승되게 되면, 연료 제어수단은 엔진으로 공급되는 연료를 감소시켜 보다 효율적인 작동점으로 엔진을 감속 시킨다.

제2도는 수력하중 감지장치(28)의 일예를 도시한 것이다. 하중 감지장치(28)은 위치 설정이 자유로운 사반(30), 다수의 작동부품(56), (58)로 공급되는 유압 유체유동을 각각 제어하는 다수의 운전자 작동밸브(52), (54), 흐름 우선순위 제어 밸브(6 0) 및 최대 크기의 하중 압력신호를 사반 작동기(64)에 전달하는 볼 리졸버 밸브(ball resolver valve)(62)를 포함한다. 흐름 우선 순위 제어밸브(60)은 부품(58)보다는 (56)으로 먼저 유압 유체유동을 공급한다. 밸브(52)를 완전히 작동시키면 조절밸브(6 0)은 모든 유압유체를 부품(56)으로 공급하도록 압압된다. 반대로, 밸브(52)를 작동시키지 않게되면 압력신호가 유동 제어 밸브(60)을 반대 방향으로 압압하게 되어 유체흐름이 밸브(54)로 향하게 된다. 밸브(52)의 작동 정도를 변화시킴으로써 적절한 양의 유체를 부품(56)으로 공급하고 잔여유체를 부품(58)에 공급하게 된다. 볼 리졸버 밸브 (62)는 부품의 실린더 들에 가해지는 하중과 일치하는 하중 압력신호를 각 밸브(52), ( 54)로 부터 수신한다. 최대 크기의 신호는 사반 작동기(64)를 통과하는데, 여기에서 사반(30)의 위치가 신호의 크기에 따라 설정되게 된다. 펌프 송출 압력신호도 역시 라인( 65)를 통해 사반 작동기(64)에 전달되어, 펌프 출구 압력을 하중 압력신호에 따라 요구 되는 압력보다 예컨대 300psi정도 높게 유지 한다.

파일로트 공급기(pilot supply)(66), 비례 압력밸브(68) 및 솔레노이드(70)을 사용함으로써 하중 감지장치(28)을 전자적으로 제어할 수 있다. 비례 압력밸브(68)은 사반 작동기(64)로 전달되는 파일로트 공급기(66)의 압력을 제어한다. 저속 제어 수단( 36)으로 부터의 지시하에 솔레노이드(70)을 작동시키면 사반 작동 기(64)로 전달되는 압력을 제어하는 비례 압력밸브(68)을 조절하게 되고, 따라서 사반의 위치에 영향을 미치게 된다.

예컨대, 굴착기의 운행중에, 적정 엔진속도가 실제 엔진속도와 일치한다고 가정하면, 저속 제어수단(36)은 사반의 위치를 변경시키는 아무런 작동도 하지않게 된다. 실제 엔진속도가 적정 엔진속도 이하로 떨어질 경우에는, 하중 감지장치가 펌프 용량을 계속적으로 증가시켜 필요한 유량을 제공하나, 저속 제어수단(36)은 솔레노이드(70)을 작동시키고 사반 작동기(64)에 저속 압력신호를 제공하여 펌프 용량을 감소시키는 작용을 한다. 저속 압력신호의 크기는 저속 제어수단(36)에 의해 적정 엔진속도 및 실제 엔진속도 사이의 함수 관계에 따라 변화된다(이후에 상술함).

제3도는 연료 방사 펌프(20)의 랙(18)을 조절 자재하게 위치시키는 전자 유압식 랙 작동기 수단(22)를 도시한 것이다. 통상적인 것과 마찬가지로, 연료 분사펌프(20)은 연료 분사펌프 하우징(71)과, 대향된 연료증가 방향 및 연료감소 방향에서 축방향으로(제3도에서는 각각 좌측으로 및 우측으로) 이동 자재한 왕복식 연료 랙(18)을 포함한다.

작동기 수단(22)는 또한 랙 조절부재(72)를 포함하는데, 이도 역시 연료증가 방향 및 연료감소 방향의 양쪽 방향으로 이동 자재하게 되어 있다. 여기에 도시된 특정 시스템에서, 랙 조절부재(72)는 환형 슬리이브(sleeve) 또는 칼러(collar)로 되어 있다 . 유압 서보(servo) 시스템(74)를 마련하여 랙 조절부재(72)의 대응된 이동에 따라 랙 조절부재(72)를 이동시키는데 필요한 힘보다 더 큰 힘으로 연료 랙(18)을 그 연료증가 및 연료감소 방향으로 이동시키는 기능을 하도록 한다. 여기에 도시된 유압 서보 시스템(74)는 실린더(76), 피스톤(78), 슬리이브(80) 및 파일로트 밸브 스풀(spool)(82)를 포함한다.

실린더(76)은 연료 분사펌프 하우징(71)에 고정되고 펌프 하우징(71)의 내부와 연통되는 통로(84)를 갖는데, 이를 통하여 가압된 엔진 윤활유가 흐른다. 포트가 형성되어 있고 단이 형성되어 있으며 연료 랙(18)에 연결되어 그와 함께 축방향 이동을 하는 피스톤(78)은 실린더(76)내에서 축방향 이동을 할 수 있도록 위치한다. 피스톤(78)의 좌측단(86)의 직경은 실린더(76)내에 고정된 슬리이브(87)내에서 활주하는 피스톤 (78)의 우측단(85)의 직경 보다는 작게되어 있는데, 상기 양 직경은 중간 피스톤 헤드( 90)의 직경보다는 작게 되어 있다. 피스톤(78)의 좌측단(86), 피스톤 헤드(90), 및 실린더(76)은 환형격실(92)를 형성한다. 피스톤 헤드(90)은 그 우측면에 환형 표면(94)를 갖는다.

파일로트 밸브 스풀(82)는 피스톤(78)내에 장착되어 그에 대해 제한된 축방향 이동을 할 수 있도록 되어 있으며, 피스톤 포트(98)과 연속적으로 연통되는 소구경의 요홈(96)을 갖는다. 요홈(96)의 축방향 길이는 파일로트 밸브 스풀(82)가 제3도에 도시한 균형된 위치에 있을 때 요홈(96)이 피스톤 포트(100) 및 (102)에 공히 연통되지는 않으나, 피스톤(78)에 대해 각각 좌측 또는 우측으로 이동할 때에는 피스톤 포트(100) 또는 (102)중의 하나와 연통되도록 피스톤 포트(100) 및 (102)에 대해 그 크기가 설정되어 있다.

랙 조절 부재(72)는 파일로트 밸브 스풀(82)에 좌측단 스템(104) 위에서 제한된 축 방향 활주 이동을 할 수 있도록 장착된다. 랙 조절 부재(72)는 스프링 유지기(108)에 거치된 스프링(176)에 의해 우측으로 압압되는데, 랙 조절 부재(72)의 우측이동은 파일로트 밸브 스풀 스템(104)에 고정된 유지기 클립(110)으로 제한된다. 랙 조절 부재(7 2)는 그 한쪽면에 반경 방향으로 연장된 1조의 플랜지(112)를 갖고있어 1조의 대향된 견부(114) 및 (116)을 마련하게 된다.

전기적으로 작동되는 브러시가 없는 직류 모터(118)은 서보 시스템(74)의 실린더(76)에 대해 고정된 상태로 장설되며, 모터(118)은 연료증가 및 연료감소 방향으로 양측으로 이동시키는 회전자재한 회전자(120)을 갖는다. 모터(118)의 기능적 특징은 모터(118)에 전류가 공급되지 않을 때 그 회전자(120)이 베어링 위에서 자유회전을 하는 것이다. 전류가 공급되면, 회전자(120)은 한쪽 방향으로 설정된 토오크를 발휘하는데, 토오크의 정도는 가해진 전류의 양에 비례한다. 적합한 실시예에서, 가해지는 전류는 이후에 상술하는 바와같이 가해진 신호의 기간을 조절함으로써 제어된다.

결합 수단(122)를 마련하여 토오크 모터(118)의 회전자(120)을 랙 조절 부재(7 2)에 연결 시켜, 회전자(120)의 연료증가 또는 연료 감소 방향으로의 이동에 따라 랙 조절 부재(72)를 연료 증가 또는 연료 감소 방향으로 이동 시키도록 한다. 여기에 도시한 특정 실시예에서, 결합 수단(122)는 조절 레버(124)로 구성되는데, 이는 회전자(120)에 고정되고 랙 조절부재(72)의 견부(114), (116) 사이에서 구속되는 자유단(126)을 갖는다.

제3도에 도시한 시스템에서, 토오크 모터(118)은 모터에 가해지는 전류에 의해 조절 레버(124)에 토오크가 가해져, 레버(124)를 연료 증가 방향인 시계 방향으로 압압하고, 다시 랙 조절부재(72)를 연료감소 방향인 좌측으로 압압하도록 장설된다. 압압 수단(128)을 마련하여, 토오크 모터(118)이 가동되어 결합 수단(122)가 랙 조절 부재( 72)를 이동시키는 방향과는 반대 되는 방향으로 랙 조절 부재(72)를 압압하도록 한다. 제3도에 도시한 특정 랙 작동기 수단(72)에 있어서, 압압 수단(128)로는 고정된 스프링 시트(132)와 조절 레버(124)의 연장부(134) 사이에서 구속되는 저탄성 압축 스프링( 130)을 사용한다. 상기 구조에서, 스프링(130)은 조절 레버(124)를 연료 감소 방향으로 압압하고, 조절 레버(124)의 자유단(126)은 랙 조절 부재(72)의 견부(114)위에 작용하여 상기 랙 조절부재(72)를 연료감소 방향으로 이동되도록 압압한다.

저속 제어수단의 작동은 제4도에 블럭선도 형태로 도시하였다. 저속 제어 수단(36)의 하나의 수행방법은 제4신호의 크기를 제어하여 유압 펌프 용량을 제어하는 제 1비례 및 유도궤환(feedback)수단(136)으로 도시하였다. 실제 엔진 속도 신호는 제 2수단(46)으로부터 수신되어 저역통과필터(low pass filter)(138)로 전달되어, 개개의 실린더 점화에 따른 과도 현상을 감소 시킨다. 필터된 엔진 속도 신호는 다음에 제 1합산 수단(140)으로 전달되어 여기에서 적정 엔진 속도 신호의 음의 수치와 더해진다. 결과적으로 발생된 신호는 오차 신호를 나타내거나 실제 및 적정 엔진 속도 사이의 차이를 나타낸다. 다음에 오차 신호는 설정된 제1계수 K_P2로 곱해져서 제어 방정식의 비례항으로서 제2합산 수단(142)로 전달된다. 동시에, 실제 엔진속도 신호는 제2저역 통과필터(144)로 전달되어 제3합산 수단(146)의 음의 입력단을 통과한다. 제3합산 수단(146)의 양의 입력단은 필터되지 않은 실제 엔진속도 신호를 수신하고, 결과적으로, 제3합산 수단은 필터된 신호 및 필터되지 않은 신호사이의 차이에 근거한 신호를 전달하게 되고, 특히 엔진속도 변화비 또는 실제 엔진속도 유도를 나타내는 신호를 전달하게 된다. 유도신호는 제2계수 K_D로 곱해져 제2합산 수단(142)로 전달된다. 제1작동기 설정 수단(148)은 사반의 최대 경사각을 나타내는 일정한 크기의 제7신호를 제2합산 수단(142)에 전달한다. 제2합산 수단(142)는 비례, 유도, 및 상수 신호를 합산하여 그합을 제4신호의 크기를 제어하는 제8신호로 전달한다. 처리수단(150)은 제8신호를 수신하여 제4신호의 크기를 나타내는 설정된 메모리 위치를 호출한다. 소프트 웨어 표 순람 루틴은 제8신호의 크기를 결정하고 제8신호의 크기에 의해 결정된 메모리 위치로부터 2진수를 검색한다. 2진수는 제4신호의 기간을 결정하고, 따라서, 유압펌프의 용량을 제어한다. 예컨대, 수 00000000를 검색하면 최소 펄스폭의 제4신호를 전달하고 , 수 11111111을 검색하게 되면 최대 기간의 펄스폭을 처리 수단에 전달하게 된다. 양 극한치 사이의 크기 변화의 2진 수는 가변기간 동안의 펄스폭과 일치하게 된다. 전자설계에 숙련된 자는 제4도에 도시한 비례펄스 유도 궤환 제어 방정식의 수행을 하드웨어 장치, 소프트웨어 프로그램, 또는 양자의 결합으로 수행할 수 있음을 알 수 있을 것이다 . 예컨대, 저역통과 필터는 하드웨어 회로에도 통상적으로 사용되며 저속통과 필터의 소프트웨어 구조는 당해 기술에 공지되어 있다. 마찬가지로, 합산수단들을 소프트웨어 또는 하드웨어에 모두 제공할 수 있다.

전기한 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 전자 제어시스템(12)가 작동중일때 실제 엔진속도가 적정 엔진속도를 상회하게 되면, 저속 제어수단(36)은 최대 펌프 용량보다 큰 펌프용량을 요구하는 제8신호를 전달하게 된다. 최대치보다 큰 펌프 용량을 요구하는 제8신호는 펌프가 그 최대 용량 이상으로 유체를 공급할 수 없기 때문에, 펌프에 더이상의 효과는 가하지 않게 된다. 따라서, 저속 제어 수단은 실제속도 "러그"가 적정속도 이하일 경우에만 펌프 용량을 변화시킨다.

연료 제어수단(34)의 작동은 제5도에 블럭선도로 도시하였으나 연료 제어수단 (34)의 하나의 수행방법을 저속 제어수단(36)과 유사하게 도시하였는데, 여기에서 제2 비례펄스 유도궤환 수단(152)는 제5신호의 크기를 제어하고 따라서 엔진으로 공급되는 연료를 제어하게 된다.

실제 엔진속도 신호는 제2수단(46)으로 부터 수신되어 제3저역 필터(154)의 음의 입력단으로 전달된다. 필터된 엔진속도 신호는 다음에 제4 합산수단(156)으로 전달되는데, 여기에서 적정 엔진속도 신호와 더해지게 된다. 여기에서 발생된 신호는 다시 실제 엔진속도 신호와 적정 엔진속도 신호사이의 오차신호 또는 차이를 나타내나, 저속 제어수단내의 대응된 오차 신호와는 반대로 된다. 오차신호는 다음에 선정된 제3계수 K_P1으로 곱해져서 제어 방정식의 비례항으로서 제 5합산 수단(158)로 전달된다. 동시에, 실제 엔진속도 신호는 제4 저역통과 필터(160)으로 전달되고 제6 합산수단(162)의 양의 입력단은 필터되지 않은 실제 엔진속도 신호를 수신하여, 제6 합산수단(162)는 실제 엔진속도의 유도에 기초한 신호를 전달하게 된다. 유도신호는 제4계수 K_D1으로 곱해져 제5 합산수단(158)로 전달된다. 제2작동기 설정수단(164)는 최대로 허용가능한 랙 위치를 나타내는 일정 크기의 제10 신호를 제5 합산수단(158)로 전달한다. 제5 합산수단(158)은 비례, 유도, 및 상수신호를 합하여 이 합을 제5신호를 제어하는 제11 신호로서 전달한다. 처리 수단(166)은 제11신호를 수신하여 제5신호의 크기를 나타내는 선정된 메모리 위치를 호출한다. 소프트 웨어 순람 루틴은 제11 신호의 크기를 결정하고, 저속 제어수단(36)의 작동에서 설명한 바와 같이 제11신호의 크기로 결정되는 메모리 위치로부터 2진수를 검색한다. 2진수는 제5신호의 기간을 결정하고, 따라서, 랙 위치 및 연료공급을 제어하게 된다.

연료 제어수단(34)의 작동은 비례항의 신호 차이를 제외하고는 저속 제어 수단(36)의 작동과 유사하다. 상수항은 최대 랙 위치를 요구하도록 설정되어 있으므로, 음의 비례항만이 감소 랙 위치에 영향을 미치거나, 또는 더욱 정확히 말해서, 연료제어 수단은 실제 엔진속도가 적정 엔진속도를 초과할시에 연료의 공급을 감소시키도록 작동된다. 저속 제어수단(36)과는 달리, 최대 허용가능한 랙(18)의 위치보다 더 큰 것을 요구하게 되면 랙(18)은 그 비례 위치를 지나 증가되게 된다. 이러한 현상이 발생되는 것을 방지하기위해, 적정 엔진속도 신호보다는 작은 실제 엔진속도 신호에 대해 비례항을 제로로 설정하는 부가적인 단계를 연료 제어수단에 부가시킨다. 오차신호가 제로보다 큰 것을 체크하여, 존재하는 상태가 오차신호를 상수 K_P1으로 곱하고 난후에 발생되는 것으로 나타날 경우에는 오차를 제로로 설정한다. 오차가 제로보다 작을 경우에는, 신호는 변환되지 않고 통과된다.

제6도는 제어수단(38)을 블록선도 형태로 도시한 것으로서 제7도에 도시한 엔진속도 대 펌프 용량을 그래프를 참조로 하여 상술하겠다. 앞서 설명한 바와같이, 제어수단(38)은 유압펌프 용량에 근거하여 적정 엔진속도를 결정하는 기능을 한다. 제6도에 도시한 볼럭선도를 소프트웨어 루틴의 단계로 매우 쉽게 설명하나, 전자제어 설계에 숙달된 자는 본 발명의 분야를 벗어나지 않는 범위내에서 양부분, 또는 모든 소프트웨어를 하드웨어 회로로 대치할 수 있음을 용이하게 알 수 있다. 제7도는 다수의 대응된 범위중의 하나에 위치하는 유압 펌프 용량 신호에 따라 다수의 선정된 수준 중의 하나에 설정될 수 있도록 제어될 수 있는 적정 엔진속도 신호를 도시한 것이다. 특히, 적정 엔진 속도 신호는 선정된 기간 중에 제1선정 크기보다 작은 펌프 용량 신호에 대해서는 제 1선정 수준이 된다. 예컨대, 적정 엔진속도는 5%이상 작은 펌프 용량에 대해 준비 속도 1140rpm으로 2초 정도 설정된다. 또한, 적정 엔진속도 신호는 제1선정 크기와 제2선정 크기 사이의 범위내에 있는 상기 펌프 용량신호에 대해 제2선정 수준에 있게 된다. 상세히 말하면, 적정 엔진속도는 펌프 용량이 5% 내지 40% 사이일 경우에는 운전자 특정 작업 속도로 설정된다. 제 3범위는 적정 엔진속도 신호가 제1신호가 제2선정 크기 보다 클 때 제1신호에 직접 비례하는 부분에 존재한다. 작업속도 및 최대 속도 사이의 그래프의 경사 부분은 하나의 가능한 비례곡선을 나타낸다. 그러나, 작업속도는 그 하나의 예를 제7도에 도시한 다수의 분리된 수준의 하나로 조절되며, 경사부분의 기울기는 최대 속도 및 새로운 작업속도 사이에 맞게 조절될 필요가 있다. 최대 적정 엔진속도는 최대 펌프 용량과 일치시키는 것이 유리하다.

제6도는 제7도의 그래프의 하나의 수행을 도시한 것이다. 펌프 용량신호는 라인(40), (42)위에 있는 펌프(24), (26)의 블럭(200)에 수용된다. 최대 크기의 신호가 선정되어 블럭(202)로 전달되는데, 여기에서 신호는 필터되어 펌프의 매우 낮은 용량에서 발생될 수 있는 과도적 용량을 제거한다. 블럭(204)는 필터된 신호를 수신하고 변수 DESNE 5를 두개 값중의 하나로 설정한다. 제1값은 엔진 준비속도와 일치하고 펌프 용량신호가 2초이상 5% 이하로 떨어진 경우에는 변수 DESNE 5에 할당된다. 제2값은최대 적정엔진 속도와 일치하고 펌프 용량신호가 5%이상 상승될 때 항상 변수 DES NE 5에 할당된다.

블럭(206)도 또한 최대 크기의 펌프 용량신호를 수신하여 소프트웨어 표 순람 루틴을 사용하여 비례 적정 엔진신호를 변수 DESNE 3에 할당한다. 표 순람 루틴은 펌프 용량에 근거한 메모리 위치를 호출하고 거기에 저장된 적정 엔진속도를 검출한다. 예컨대, 제7도의 그래프는 적정 엔진속도 1700rpm에 대응되는 약 50%의 펌프 용량을 나타낸다. 상기 예에서 표 순람 루틴은 50% 펌프용량에 대응되는 메모리 위치를 호출하고, 적정 엔진속도 1700rpm을 검출하고, 변수 DESNE 3을 1700rpm으로 설정한다.

블럭(208)은 테이블 순람 루틴을 사용하여 적정 엔진속도 변수를 설정하는 것에 대해서는 블럭(206)과 그 작동이 유사하다. 변수 DESNE 1은 운전자가 위치시키는 다이얼식 스위치(210)에 대해 작동속도가 설정된다. 불럭(208)은 운전자가 선택한 수준을 나타내는 다이얼식 스위치(210)으로 부터 신호를 수신하여, 적정 메모리 위치를 호출하고, 상기 메모리 위치에 저장된 값을 변수 DESNE 1에 할당한다.

각 변수 DESNE 1, DESNE 3, DESNE 5는 블럭(212)에 수신되는데, 여기에서 변수 DESNE는 변수 DESNE 1에 저장된 값에 우선적으로 할당된다. 변수 DESNE, DESNE 3을 비교하여 변수 DESNE 3이 변수 DESNE보다 클 경우에는 변수 DESNE는 변수 DESNE 3과 동일하도록 재정의 된다. 보다 간단하게 설명하면, 작업속도를 비례속도와 비교해서, 비례속도가 작업속도보다 클 경우에는 적정 엔진속도를 비례속도로 설정한다. 다음에 변수 DESNE 를 변수 DESNE 5와 비교하여 변수 DESNE 가 변수 DESNE 5보다 클 경우에는 변수 DESNE를 DESNE 5와 동일하도록 재정의 한다. 이 단계는 작업속도 또는 비례속도로 설정되어 있는 적정 엔진속도를 최대 속도 또는 준비 속도와 비교하여, 이에따라 블럭(204)의 값을 변수 DESNE 5에 할당한다. 적정 엔진 속도가 최대속도 보다 클 경우에는, 과속 상태가 존재하게 되어 적정 엔진속도를 최대 속도와 동일하도록 재정의 한다. 한편, 펌프 용량이 2초 이상 5%이하일 경우에는, 변수 DESNE 5를 준비 속도로 설정한다. 이 때에, 적정 엔진속도가 준비속도 보다 클 경우에는, 적정 엔진속도를 준비속도가 되도록 재정의 한다.

변수 DESNE는 필터(214)로 전달되어 엔진속도의 급격한 변화를 방지한다. 예컨대, 엔진이 최대속도로 운행될 때, 운전자가 적정 엔진속도 보다 높은 출력을 요구하는 운행을 중단시킬 경우에는 매우 짧은 시간 동안 격렬한 변화가 나타나게 되어, 진동 운행 현상이 나타나게 된다. 필터(214)는 적정 엔진속도를 보다 느리게 변화시켜 운행 상태가 보다 유연하게 해준다. 적정 엔진속도는 전술한 바와 같이 연료 제어수단(34) 및 저속 제어수단(36)에 공히 전달된다.

[산업적인 응용성]

굴착기의 전체 운행상태에서, 운전자는 도랑 굴착을 하고 있고, 이 특정작업 사이클의 위치에서 운전자는 버킷(bucket)을 굴삭 위치에 놓았다고 가정한다. 유압부품(56), (58)에 가해지는 하중은 완화시킬 수 있을 만큼 낮고 유압하중 감지장치는 사반(30)을 예컨대 25% 펌프 용량으로 위치시킨다. 펌프 용량을 감지하여 제어수단(38)은 적정 엔진속도를 운전자가 요구하는 작업속도로 설정한다.

버킷이 굴삭을 시작할 때, 부품(56), (58)에 가해지는 하중은 증가되게 된다. 하중 감지 장치(28)은 펌프 용량을 90%정도 증가시킴으로써 응답하여 필요한 부가적인 유량을 제공한다. 펌프 용량이 증가함에 따라 적정 엔진 속도도 1900rpm까지 대응되게 증가하나, 증가된 유압 하중은 엔진응답을 감소 시키고, 실제 엔진속도 러그는 적정 엔진 속도 보다 낮게 된다. 저속 제어 수단(36)은 제4도에 도시한 비례 및 유도 수단(1 36)에 따라 펌프(30)의 행정 후진에 의해 응답한다. 이와같이 감소된 사반의 위치는 제어 수단(38)에 감지되는데, 이 제어 수단은 새로운 사반(30)의 위치에 따라 적정 엔진 속도 신호를 요약적으로 감소시킨다. 연료 제어 수단(34)는 적정 엔진 속도가 실제 엔진 속도보다 큰 동안에는 랙을 완전 상태로 유지한다. 따라서, 엔진은 감소된 하중하에서 가속되고 저속 제어 수단(3 6)은 적정엔진 속도와 실제 엔진 속도 사이의 차가 감소되면 사반 위치를 증가시킨다. 그러나, 사반 위치가 증가되게 되면, 직정 엔진 속도 신호도 증가하게 된다. 이득 K_P2, K_D2를 신중하게 선택함으로써 제어 수단(38)과 저속 제어수단(36)은 제7도에 도시한 곡선의 비례 부분에서 운행될 때 상호 작용하게 되어, 엔진 속도와 펌프 용량 사이의 적정 관계를 제공한다.

절삭 공정 종결시에, 유압하중은 감소하고, 하중 감지 장치는 용량을 감소시키고, 적정엔진 속도가 감소되고, 연료 제어 수단은 랙 변위를 적정 엔진 속도와 실제 엔진 속도를 동일하게 될때까지 감소 시킴으로써 적정 엔진 속도보다 큰 실제 엔진 속도에 반응한다. 제 1비례 및 유도 궤환 수단은 실제 엔진 속도 및 적정 엔진 속도 사이의 증가 비에서의 차이보다 작도록 랙 위치를 감소 시키도록 연료 제어 수단을 압압한다.

작업 사이클의 어떠한 점에서도, 운전자는 작업을 중단할 수 있고 하중 감지 장치가 5%이하의 펌프 용량을 2초 이상 견지할 수 있어, 제어 수단(38)은 적정 속도를 1140rpm정도인 준비 속도로 설정 시키게 된다.

연료 제어 수단은 랙 위치를 감소시키고 엔진 실제 속도를 목표한 준비 속도로 서행시키도록 한다.

이제까지 본 발명을 유압 굴착기를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 대부분의 원동기 및 유압 펌프장치에 사용할 수가 있다.

Claims

1. 연료 분사펌프를 제어하는 랙(18)과, 하나 이상의 가변 용량 유압펌프(24)를 갖고 있고, 상기 펌프(24)는 유압하중을 감지하는 감지수단(28)을 갖고 있어 유압 유체흐름과 하중요구에 응답하여 사반(30)의 경사를 조절하는 내연기관(16)을 제어하는 장치(10)에 있어서, 상기 유압펌프(24)의 용량을 감지하여 상기 유압펌프(24)의 용량에 응답하는 제1신호를 전달하는 제1수단(39)와, 상기 엔진(16)의 회전속도를 감지하여 상기 회전속도에 응답하는 제2신호를 전달하는 제2수단(46)과, 상기 제1신호를 수신하여 제1신호의 크기에 응답하는 제3신호를 전달하는 제어수단(38)과, 상기 제2 및 제3신호를 수신하여 양자를 비교하여, 상기 제2신호 크기보다 큰 상기 제3신호에 응답하여 제4신호를 전달하는 저속 제어수단(36)과, 상기 제4신호를 수신하여 상기 제4신호의 크기에 응답하는 양만큼 상기 사반(30)의 경사각을 감소시키는 사반 작동기 수단(50)과, 상기 제2 및 제3신호를 수신하여 양자를 비교하여, 상기 제2신호 크기보다 작은 제3신호에 응답하여 제5신호를 전달하는 연료 제어수단(34)와, 상기 제5신호를 수신하여 상기 제5신호의 크기에 응답하여 엔진에 공급되는 연료를 제어하는 랙 작동기 수단(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.

제1항에 있어서, 각각 사반(30), (32)의 경사를 유압 유체흐름 및 하중요구에 일치되도록 조절하는 하중 감지장치(28)을 갖는 다수의 가변 용량 유압펌프(24), (26)과, 상기 각 펌프의 용량을 감지하여 상기 각 유압펌프(24), (26)의 용량에 응답하는 제1신호들을 전달하는 다수의 제1수단들(39)를 포함하여, 상기 제어수단(38)이 상기 제1신호를 수신하여 가장 큰 제1신호에 응답하여 적정 엔진속도 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 사반(30) 및 랙 작동기 수단(22)가 상기 제4 및 제5신호의 기간에 각각 응답하여 펌프 용량과 분사되는 연료의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 저속 제어수단(36)이 상기 제4신호의 크기를 제어하는 제 1비례 및 유도궤환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제4항에 있어서, 상기 제1비례 및 유도궤환 수단(136)이 제6신호를 전달하고 상기 사반(30)의 최대 경사각을 나타내는 일정한 크기의 제7신호를 전달하는 제1작동기 설정수단(148)과, 상기 제6 및 제7신호를 합하여 이 합한 결과에 응답하는 제8신호를 전달하여 상기 제4신호의 크기를 제어하는 수단(142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제5항에 있어서, 제8신호를 수신하여 상기 제4신호의 크기를 나타내는 2진수를 포함하는 선정된 메모리 위치를 호출하는 처리수단(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 연료 제어수단(34)가 상기 제5신호의 크기를 제어하는 제 2비례 및 유도궤환수단(152)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제7항에 있어서, 상기 비례항이 상기 적정 엔진속도 신호보다 작은 상기 제2신호에 응답하여 제로인 것을 특징으로 하는 장치.

제7항에 있어서, 상기 제2비례 및 유도궤환 수단(152)가 제9신호를 전달하고, 최대 허용가능한 랙(18)의 위치를 나타내는 제10신호를 전달하는 제2작동기 설정수단 (164)와, 상기 제9 및 제10신호를 합하여 상기 제5신호의 크기를 제어하는 상기 합한 결과에 응답하는 제11신호를 전달하는 수단(158)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 .

제9항에 있어서, 상기 제11신호를 수신하여 상기 제5신호의 크기를 나타내는 2진수를 포함한 선정된 메모리 위치를 호출하는 처리수단(166)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제1항에 있어서, 상기 제3신호가 다수의 대응된 범위중의 하나의 범위 내에 위치하는 상기 제1신호에 응답하는 다수의 선정된 수준 중의 하나로 제어가능하게 설정되는 적정 엔진속도인 것을 특징으로 하는 장치.

제11항에 있어서, 상기 적정 엔진속도 신호가 선정된 기간동안 제1선정된 크기보다 작은 제1신호에 응답하는 제1선정수준에 있는 것을 특징으로 하는 장치.

제12항에 있어서, 상기 적정 엔진속도 신호가 상기 제1선정된 크기와 제2선정된 크기 사이의 범위에 있는 상기 제1신호에 응답하는 제2선정 수준에 있는것을 특징으로 하는 장치.

제13항에 있어서, 상기 적정 엔진속도 신호가 상기 제 2선정된 크기보다 큰 상기 제1신호에 직접 비례하는 것을 특징으로 하는 장치.

제13항에 있어서, 상기 제2선정된 수준의 다수의 분리된 수준으로 조절될 수 있는것을 특징으로 하는 장치.

연료 분사펌프 작동기와 유압하중을 감지하여 사반의 경사를 유압 유체유동 및 유압하중에 일치되도록 조절하는 하중감지 수단을 갖는 하나 이상의 가변 용량 유압펌프로 제어되는 내연기관을 포함하는 정수압식 구동장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 엔진의 실제 회전속도를 감지하는 단계와, 실제 엔진 속도에 응답하는 제1신호를 전달하는 단계와, 상기 유압펌프의 용량을 감지하는 단계와, 상기 유압펌프 용량에 응답하는 제2신호를 전달하는 단계와, 상기 제2신호를 수신하는 단계와, 제2신호를 적정 엔진속도로 변환하는 단계와, 상기 적정 엔진속도에 응답하는 제3신호를 전달하는 단계와, 상기 제1 및 제3신호를 수신하는 단계와, 상기 제1 및 제3신호를 비교하는 단계와, 상기 제1신호 크기보다 큰 상기 제3신호에 응답하여 상기 사반의 경사각을 감소시키는 단계와, 상기 제3신호 크기보다 큰 상기 제1신호에 응답하여 상기 엔진으로 공급되는 연료를 감소시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 정수압식 구동장치의 제어방법.

제16항에 있어서, 제2신호를 전달하는 단계가 상기 제1 및 제3신호 사이의 크기 차이를 결정하는 단계를 포함하고, 제2신호를 수신하는 단계가 상기 크기 차이에 응답하는 양에 의해 상기 사반의 경사각을 감소시키는 단계를 포함하고, 제2신호를 적정 엔진속도로 변환하는 단계가 상기 크기 차이에 응답하는 양만큼 엔진으로 공급되는 연료를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.