KR20070089847A

KR20070089847A - 건설기계

Info

Publication number: KR20070089847A
Application number: KR1020077015711A
Authority: KR
Inventors: 노부 마쓰야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-09-03
Also published as: CN101076636B; EP1820908A4; WO2006062018A1; EP1820908A1; JPWO2006062018A1; US20080093145A1; US7661499B2; JP4533390B2; EP1820908B1; CN101076636A

Abstract

구동력이 불필요하게 슬립되지 않고, 트랜스미션 등에 최대 부하를 주지 않고, 게다가 마찰력, 가속성 높은 건설기계이다. 건설기계는 엔진의 최대 출력을 소정 출력으로 한 제1모드와, 엔진의 최대출력을 소정 출력보다도 낮은 출력으로 제한하는 제2모드를 구비하고, 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위한 모드 절환 스위치를 구비한다. 차속이 소정 속도 이하이고, 액셀의 개도가 소정 개도 이상일 때에는 모드 절환 스위치에 의해 선택된 모드에 관계없이, 제2모드로 운전하도록 제어하는 제어수단을 구비한다.

건설기계, 엔진, 모드절환스위치, 액셀

Description

건설기계 {CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 건설기계에 관한 것이다.

도6은 본 발명의 대상이 되는 건설기계의 하나인 호일로더의 간략도이다. 도6에 도시된 호일로더는 엔진출력을 유압력으로 변환해서 작업기(52)를 동작시킴과 동시에 엔진 출력을 트랜스미션을 거쳐서 구동륜(70)에 전달해서 주행한다. 토사 등의 파일을 퍼담아 덤프트럭에 적재하는 작업을 위해서 많이 이용된다.

이런 종류의 건설기계에서는 굴삭·퍼담기를 위한 큰 구동륜구동력(이하, 단순히 '구동력'이라고 기재한다.)과, 토사운반시의 충분한 가속 및 충분한 차속이 필요하게 된다.

작업자는 액셀(액셀페달)을 조절함으로써 엔진회전수를 조절하면서 적재하는 작업등의 모든 작업을 행한다. 즉, 굴삭·퍼담기를 위한 큰 구동력을 필요로 할 때나, 재빠른 가속을 필요로 할 때에 작업자는 액셀을 많이 밟아서 큰 엔진출력을 얻는다. 또 큰 차속을 필요로 할 때에도, 작업자는 액셀을 많이 밟아서 높은 엔진 회전을 얻는다.

그런데 이런 종류의 건설기계에 있어서, 연비개선을 위해서 엔진의 최대회전수를 소정의 회전수로 하는 제1 모드와, 상기 소정의 회전수보다도 낮고 연비가 좋 은 회전수로 제한하는 제2 모드로 전환할 수 있는 것이 있다. 작업자가 제2모드를 선택할 때에는, 가속성이나 최대차속 등은 다소 희생이 되나, 제1모드에 비해서 연비가 좋은 작업이 가능하게 된다. 이 기술과 유사한 것으로는 특허문헌 1이 있다.

특허문헌 1:특개2004-190615호공보

상술한 건설기계에 있어서, 출력이 큰 엔진을 탑재한다면, 구동력이 크게되어 가속성이 좋게 되지만, 트랜스미션 등의 구동력전달부분도 최대구동력을 견뎌낼 수 있는 대형의 것으로 할 필요가 있다. 이러한 종류의 건설기계가 가장 큰 구동력을 필요로 하는 것은, 토사 등의 파일을 굴삭·퍼담기를 할 때 등이지만, 너무 큰 구동력은 구동륜의 슬립을 발생시킬 뿐으로 장치의 손실과 마모를 빠르게 할 우려가 있다.

따라서, 상술한 2개의 모드를 가진 건설기계에 있어서는, 제1모드에서의 최대구동력은 슬립한계 등에 의해서 스스로 제약을 받고, 그것에 기초해서 엔진이나 트랜스미션등의 설계가 된다. 당연하지만 제2모드에 있어 구동력이나 가속성은 제1모드에 비해서 낮다. 그러나 기계의 가동효율을 높이기 위해서 보다 강한 구동력이나 보다 강한 가속력이 요구된다.

본 발명은 상기 과제에 착안하여 이루어진 것으로서, 구동력이 불필요하게 슬립되지 않고, 트랜스미션 등에 과대한 부하를 주지 않으며, 게다가 마찰력, 가속성이 높은 건설기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

여기서 청구항 1의 건설기계는 엔진의 최대출력을 소정의 출력으로 하는 제1 모드와, 상기 엔진의 최대출력을 상기 소정의 출력보다도 낮은 출력에 제한하는 제2 모드를 구비하고, 상기 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위한 모드절환스위치를 구비한 건설기계로, 상기 엔진의 회전수를 작업자가 조절하기 위한 액셀과, 차속을 검출하기 위한 차속검출수단을 구비하고, 상기 차속검출수단에 의해 검출되는 차속이 소정 속도 이하로 되고 상기 액셀의 개도가 소정 개도 이상일 때에는, 상기 모드절환스위치에 의해 선택된 모드와 관계없이, 상기 제2 모드로 운전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 건설기계는 엔진의 최고 회전수를 소정의 회전수로 하는 제1모드와, 상기엔진의 최고 회전수를 상기 소정의 회전수보다도 낮은 회전수로 제한하는 제2모드를 구비하고, 상기 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위한 모드 절환 스위치를 구비한 건설기계로, 상기 엔진 출력을 작업자가 조절하기 위한 액셀과, 차속을 검출하기 위한 차속 검출수단을 구비하고, 상기 차속 검출수단에 의해 검출된 차속이 소정 속도 이하이고 상기 액셀의 개도가 소정 개도 이상일 때에는, 상기 모드 절환 스위치에 의해 선택된 모드에 관계없이, 상기 제2모드에서 운전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 건설기계는 엔진을 제1 토크커브에서 운전하는 제1 모드와, 상기 엔진의 상기 제1 토크커브보다도 낮은 제2 토크커브에서 운전하는 제2 모드를 구비하고, 상기 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위한 모드 절환 스위치를 구비하는 건설기계로, 상기 엔진 출력을 작업자가 조절하기 위한 액셀과, 차속을 검출하기 위한 차속 검출수단을 구비하고, 상기 차속 검출수단에 의해 검출되는 차속이 소정 속도 이하이고, 상기 액셀의 개도가 소정 개도 이상일 때에는 상기 모터 절환 스위치에 의해 선택되는 모드와 관계없이 상기 제2모드에서 운전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1내지 청구항 3의 건설기계에 의하면, 차속이 소정 속도 이하이고, 액셀의 개도가 소정 개도 이상일 때에는 모드 절환 스위치에 의해 선택되는 모드와 관계없이, 제2모드에서 운전되도록 제어하기 때문에, 작업자가 제1모드를 선택해서 작업하고 있는 때에도 구동력은 제2모드에서의 최대구동력을 넘어서지 않는다. 따라서 제1의 모드에서도 구동륜은 불필요하게 슬립되지 않고, 트랜스미션 등에 과대한 부하를 주지도 않는다. 또, 토크특성의 설정 자유도가 높아지기 때문에 적절하게 토크특성을 설정함으로써 구동력, 가속성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 종류의 종래 건설기계가 가지고 있는 2개의 모드 사이의 절환을 이용하는 것이기 때문에 구성은 매우 간소하다.

도1은 본 발명에 관하여 건설기계의 제어장치의 실시형태를 도시한 간략구성도이다.

도2는 차체 본체 측 콘트롤러가 송출하는 운전지령을 도시한 도면이다.

도3은 본 실시형태에 있어서 토크특성을 도시한 도면이다.

도4는 본 실시형태에 있어서 구동력 특성을 도시한 도면이다.

도5는 제2의 실시형태에 있어서 토크특성을 도시한 도면이다.

도6은 호일로더의 간략도이다.

다음으로, 본 발명의 구체적인 실시의 형태에 대해서, 호일로더를 예로하여 도면을 참조하여 설명한다. 호일로더는 도6을 이용해서 설명한 것과 같이, 차체본체(51)와 이 차체본체(51)로부터 돌출설치된 작업기(52)를 구비하고, 엔진출력을 유압력으로 변환하여 작업기(52)를 동작시킴과 동시에, 트랜스미션을 거쳐서 엔진출력을 구동륜(70)에 전달하여 주행한다.

도1에 본 발명에 따르는 건설기계 제어장치의 실시형태를 도시한 간략구성도를 도시한다. 도1에서 도시된 것과 같이 제어장치는 차제본체측 콘트롤러(1)와, 엔진 측 콘트롤러(2)와, 엔진(3)등을 구비하며, 이들이 상기 차체본체(51)에 탑재된다. 또 차체본체측 콘트롤러(1)에는 P모드와 N모드의 절환을 행하는 모드 절환 스위치(4)와, 액셀(5)과, 차속 검출수단(20)인 차속센서(6)등이 접속되어 있다. 여기에서 P모드는 본 발명에 있어서 제1모드에 상당하고, 엔진(3)의 최고회전수를 소정 회전수로 하는 모드이며, N모드는 본 발명에 있어서 제2모드에 상당하고 엔진(3) 의 최고회전수가 상기 소정의 회전수보다 낮은 회전수로 제한하는 모드이다(도3참조). 본 실시 형태에 있어서는 N모드에서의 최고회전수는, P모드에서의 최고 회전수의 약 80%로 제한하고 있다.

차체본체측 콘트롤러(1)은 엔진측 콘트롤러(2)와 접속됨과 동시에, 모드 절환 스위치(4)와 접속하고 있다. 또 차제본체측 콘트롤러(1)에는 액셀(5)의 개도 신호와, 차속 센서(6)에 의해 검출되는 차속 신호도 입력된다. 차체본체측 콘트롤 러(1)는 모터 절환 스위치(4)의 선택위치와, 액셀 개도 신호와, 차속 신호에 기초해서 엔진측 콘트롤러(2)에 운전지령을 송출한다.

도2는 차체본체측 콘트롤러(1)가 송출한 운전지령을 도시한 도면으로, 도2에 도시된 것처럼 차체본체측 콘트롤러(1)는 모드 절환 스위치(4)에 의해 N모드가 선택된 때에는 엔진측 콘트롤러(2)에 N모드 운전지령을 출력한다. 차체본체측 콘트롤러(1)는 모드 절환 스위치(4)에 의해 P모드가 선택된 경우, 차속이 소정 속도(본 실시형태에서는 V1)이하이고 동시에 액셀(5)의 개도가 소정 개도(본 실시형태에서는 80%)이상일 때에는 엔진 측 콘트롤러(2)에 N모드 운전지령을 송출하고, 차속이 소정 속도를 초과하거나 혹은 액셀(5)의 개도가 소정 개도에 만족되지 않을 때에는 엔진측 콘트롤러(2)에서 P모드 운전지령을 송출한다.

액셀(5)의 개도 신호는 엔진측 콘트롤러(2)에도 입력되며 액셀(5)의 개도에 따라서 엔진(3)의 회전수가 제한된다. 엔진측 콘트롤러(2)는 액셀 개도 모드에 따라서 차체본체측 콘트롤러(1)로부터 P모드 운전지령이 출력되는 경우에는 P모드에서 엔진(3)을 제어하고, N모드 운전지령이 출력되는 경우에는 N모드에서 엔진(3)을 제어한다. 즉, 차제본체측 콘트롤러(1) 및 엔진측 콘트롤러(2)는 제어수단(21)을 구성하고, 이 제어수단(21)은 차속 검출 수단(20)에 의해 검출된 차속이 소정 속도 이하이고, 액셀(5)의 개도가 소정 개도 이상의 때에는 모드 절환 스위치(4)에 의해 선택된 모드에 관계없이 제 2모드로 운전하도록 제어된다.

도3은 본 실시형태에 있어서 토크 특성을 도시한 도면으로, 횡축이 엔진 회전수, 종축이 토크를 표시한다. 도4는 본 실시형태에 있어서 구동력 특성을 도시한 도면으로, 횡축이 차속, 종축이 구동력을 표시한다.

도3에서 실선으로 도시된 그래프(10)는 P모드에 있어서 엔진 토크커브이며, 실선으로 도시된 그래프(11)은 N모드에서 엔진 토크커브이다. N모드에 있어서 최고 회전수는 P모드에 있어서 최고 회전수 80%로 제한되어 있다. 도3에서 파선으로 도시된 그래프는 트랜스미션의 토크컨버터에 의해 흡수된 토크(이하,'토크흡수토크'로 기재한다)를 나타내며, 그래프(12)는 차속0에서의 토크컨버터흡수토크커브이며, 그래프(13)은 차속 V1에서의 토크컨버터흡수토크커브이다. 또, 그래프(25)는 차속 V2(V2>V1)에서 토크컨버터흡수커브이다.

도4에서, 실선으로 도시된 그래프(10a)는 P모드에서 구동력 특성 커브이며, 실선으로 도시된 그래프(11a)는 N모드에서 구동력 특성 커브이다. 그런데 구동륜(70)의 슬립 한계 등에 의해 설계상 적정 최대구동력이 정해지고, 이 적정 최대구동력에 의해 엔진(3)부터 트랜스미션에 전달되는 적정 최대토크가 결정된다. 이 적정 최대 토크를 도3 중에서 1점 쇄선(26)으로 도시하고, 적정 최대구동력을 도4에서 1점 쇄선(26a)로 도시한다.

도3에 도시한 것과 같이, P모드 운전시에 있어서 액셀 전개시의 차속 V1에서의 토크컨버터흡수토크는 그래프(10)와 그래프(a1)에서 토크이지만, a1에서의 토크가 적정 최대 토크 정도가 되도록 차속V1의 값이 결정되어 있다. 또 N모드 운전시에 액셀 전개시 차속(0)에 있어서 토크컨버터흡수토크는 그래프(11)와 그래프(12)의 교점(b0)에서의 토크이지만, 교점(b0)에서의 토크가 적정 최대 토크를 넘지 않도록 되어있다. P모드를 선택하고, 액셀을 전개한 상태로 토사 등의 파일을 굴삭·퍼담기 한 경우의 토크컨버터흡수토크의 변화에 대해서, 도3과 도4를 이용하여 설명한다. 당초 차속 V2로 주행하고 있는 호일로더는 파일으로의 돌진에 의한 주행부하의 증대에 따라 차속이 서서히 저하하고 이윽고 정지한다. 액셀 개도는 100%를 유지한 상태로 있기때문에 차속이 V1까지 저하된 시점에서 상술한 제한에 의해 엔진(3)의 운전은 P모드부터 N모드로 절환된다. 따라서, 도3과 도4에 도시한 화살표A로 도시한 것과 같이 토크컨버터흡수토크 및 구동력은 a2부터 a1을 지나서 b0로 변화된다.

따라서, 토크컨버터흡수토크는 적정 최대 토크를 넘지 않기 때문에, 구동력이 최대 적정 구동력을 넘지 않는데, 구동륜(70)이 불필요하게 슬립하거나, 트랜스미션 등에 과대한 부하가 작용되지 않는다. 또, 토크특성(혹은 구동력특성)의 설정 자유도가 높아지기 때문에 적절하게 토크특성을 설정함으로써 구동력, 가속성이 향상될 수 있다.

또한 N모드 운전시의 최고 회전수는 P모드 운전시의 최고 회전수의 약 80%이며, P모드부터 N모드로의 절환 조건의 하나인 액셀 개도도 80%로 거의 일치시키고 있기 때문에 액셀(5)가 어떠한 개도라도 토크컨버터흡수토크는 적정 최대 토크를 넘지 않는다.

본 발명의 효과를 보다 알기 쉽게 하기 위해서, 상술한 것과 마찬가지 상황에서 본 발명에 따르는 상술한 제어를 행하지 않은 경우를 상정한다. 이 경우 엔진(3)은 차체가 부하에 의해 완전히 정지되기까지 P모드 상태로 계속 운전되며, 도3을 참조해서 설명하면, 토크컨버터흡수토크는 a2부터 a0로 변화된다. a0에서의 토 크컨버터흡수토크는 적정최대흡수토크를 넘기 때문에 작업자가 액셀 개도를 작게 하지않은 한 구동륜(70)은 불필요한 슬립을 일으키고, 트랜스미션 등에도 과대한 부하가 작용해서, 장치의 손모가 빨라지게 된다.

다음으로 제2 실시형태에 대해 설명한다. 도5는 제2 실시형태에 있어서 토크특성을 도시한 도면으로, 도3과 마찬가지로, 횡축이 엔진 회전수, 종축이 토크를 표시한다. 제2실시형태에 있어서는 N모드 운전과 P모드 운전에서 엔진(3)의 최고회전에서 차이는 없지만, N모드운전시의 토크커브를 P모드 운전시의 토크커브보다 낮게 한 점이 상술한 실시형태와는 다르다. 이 밖의 구성 및 제어내용에 대해서는 상술한 제1 실시형태와 같으므로 설명을 생략한다.

도5에 있어서 실선으로 도시된 그래프(100)는 P모드에서의 엔진커브이며, 실선으로 도시된 그래프(111)는 N모드에서의 엔진 토크커브이다. N모드에서의, 최고회전수는 P모드에서의 최고회전수의 약 80%로 제어되어 있다. 그래프(120)는 차속0에 있어서 토크컨버터흡수토크커브이며, 그래프(130)은 차속 V1에서의 토크컨버터흡수커브이다. 또 그래프(250)은 차속V2(V2>V1)에서의 토크컨버터흡수토크커브이다. 즉, 제2 실시형태에 있어서는 제1 모드는 엔진(3)의 제1 토크커브로 운전된 모드이며, 제2모드는 상기 제1 토크커브 보다 더 낮은 제2 토크커브로 운전된 모드이다. 적정 최대토크는 1점 쇄선(260)으로 도시된다.

P모드를 선택하고, 액셀을 전개한 상태로 토사 등의 파일을 굴삭·퍼담기 한 경우의 토크컨버터흡수토크의 변화에 대해서, 도5를 이용하여 설명한다. 당초 차속 V2로 주행하고 있는 호일로더는 파일으로의 돌진에 의한 주행부하의 증대에 따라 차속이 서서히 저하하고 이윽고 정지한다. 액셀 개도는 100%를 유지한 상태이기 때문에, 차속이 V1까지 저하된 시점에서 상술한 제어에 의해 엔진(3)의 운전은 P모드부터 N모드로 절환한다. 따라서 도5에 화살표A2로 도시된 것처럼 토크컨버터흡수토크 및 구동력은 a22부터 a12를 거쳐서 b02로 변화한다.

그러므로 토크컨버터흡수토크는 적정 최대 토크를 넘어서지 않고, 구동력이 최대 적정 구동력 넘어서지 않기 때문에 구동륜(70)이 불필요하게 슬립하기와 트랜스미션 등에 과대부하가 작용하지 않는다. 또, 토크특성(또는 구동력특성)의 설정의 자유도가 높아지기 때문에 적절하게 토크특성을 설정함으로써 구동력, 가속성을향상시킬 수 있다.

이상, P모드와 N모드에서 최고 회전수를 변화시킨 경우의 실시형태와, P모드와 N모드에서 토크커브를 변화시킨 경우의 실시형태를 예로 들어서 설명했지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, P모드와 N모드에서의 최고회전수와 토크커브 모두를 변화시킴으로써 엔진의 최대 출력을 변화시키는 경우에 있어서도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 제1모드를 엔진(3)의 최대출력을 소정 출력으로 하는 모드로 하고, 제2모드를 엔진(3)의 최대출력을 상기 소정의 출력보다도 낮은 출력으로 제한한 모드하여, 차속이 소정 속도 이하이고 동시에 액셀(5)의 개도가 소정 개도 이상일 때에는 모드 절환 스위치(4)에 의해 선택된 모드에 관계없이, 제2모드에서 운전하도록 제어하면 좋다. 또, 호일로더를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고 동종의 여러가지 건설기계가 대상이 된다.

Claims

엔진의 최대출력을 소정의 출력으로 하는 제1모드와,

상기 엔진의 최대출력을 상기 소정의 출력보다도 낮은 출력으로 제한하는 제2모드를 구비하고,

상기 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위한 모드 절환 스위치를 구비하는 건설기계로서,

상기 엔진의 회전수를 작업자가 조절하기 위한 액셀과,

차속을 검출하기 위한 차속 검출수단을 구비하고,

상기 차속 검출수단에 의해 검출된 차속이 소정 속도이하이고, 상기 액셀의 개도가 소정 개도이상일 때에는, 상기 모드 절환스위치에 의해 선택된 모드에 관계없이, 상기 제2모드로 운전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계.
엔진의 최고 회전수를 소정의 회전수로 하는 제1모드와,

상기 엔진의 최고회전수를 상기 소정의 회전수보다도 낮은 회전수로 제한하는 제2모드를 구비하고,

상기 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위해 모드 절환 스위치를 구비한 건설기계로서,

상기 엔진 출력을 작업자가 조절하기 위한 액셀과,

차속을 검출하기 위한 차속 검출수단을 구비하고,

상기 차속 검출수단에 의해 검출된 차속이 소정 속도이하이고 상기액셀의 개도가 소정 개도 이상의 때에는, 상기 모드 절환 스위치에 의해 선택된 모드에 관계없이, 상기 제2모드로 운전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한 건설기계.
엔진을 제1토크커브로 운전하는 제1모드와,

상기 엔진의 상기 제1토크커브보다도 낮은 제2토크커브로 운전하는 제2모드를 구비하고,

상기 복수의 모드를 작업자가 선택하기 위해서 모드 절환스위치를 구비하는 건설기계로서,

상기 엔진 출력을 작업자가 조절하기 위해서 액셀과,

차속을 검출하기 위해서 차속 검출수단을 구비하고 ,

상기 차속검출 수단에 의해 검출된 차속이 소정 속도이하이고, 상기 액셀의 개도가 소정 개도 이상일 때에는 상기 모드 절환 스위치에 의해 선택된 모드에 관계없이, 상기 제2모드로 운전하도록 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계.