KR100499286B1

KR100499286B1 - 엔진 작동 모드 변경 장치

Info

Publication number: KR100499286B1
Application number: KR1019970022597A
Authority: KR
Inventors: 김진확
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
Priority date: 1997-05-31
Filing date: 1997-05-31
Publication date: 2005-09-02
Also published as: KR19980086291A

Abstract

본 발명은 엔진 작동 모드 변경 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 복수개 단계의 회전수로 구동되는 중장비의 엔진의 작동 모드를 엔진에 걸리는 부하의 크기에 따라 그에 상응하는 작동 모드로 자동으로 변경시키기 위한 엔진 작동 모드 변경 장치에 관한 것이다. 본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터의 작동유를 제어하기 위한 메인 콘트롤 밸브, 상기 메인 콘트롤 밸브로부터의 작동유에 의해 작동되는 다수의 액츄에이터, 및 상기 엔진의 회전수를 복수개 단계의 작동 모드로 작동시키기 위한 제어기를 포함하는 중장비의 엔진에 걸리는 부하의 크기에 따라 그에 상응하는 작동 모드로 자동으로 변경시키기 위한 엔진 작동 모드 변경 장치에 있어서, 상기 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 작동유의 유량을 검출하기 위한 유량 센서, 및 상기 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서를 포함하며, 상기 제어기가 임의의 작동 모드에서의 미리 설정된 유량 평균치에 대한 실제로 유출되는 유량의 평균치의 비에 따라 이 비가 특정 값보다 작은 경우에는 엔진의 작동 모드를 상승시키고 특정 값보다 큰 경우에는 엔진의 작동 모드를 하강시키도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 작동 모드 변경 장치

본 발명은 엔진 작동 모드 변경 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 복수개 단계의 회전수로 구동되는 중장비의 엔진의 작동 모드를 엔진에 걸리는 부하의 크기에 따라 그에 상응하는 작동 모드로 자동으로 변경시키기 위한 엔진 작동 모드 변경 장치에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기와 같은 중장비는 도1에 도시된 바와 같이 엔진(1)과, 상기 엔진(1)에 의해 구동되는 유압 펌프(2)와, 상기 유압 펌프(2)로부터의 작동유를 제어하기 위한 메인 콘트롤 밸브(3), 상기 메인 콘트롤 밸브(3)로부터의 작동유에 의해 작동되는 다수의 액츄에이터(5), 및 상기 엔진(1)의 회전수를 복수개 단계의 작동 모드로 작동시키기 위한 제어기(4)로 구성되어 있다. 중장비를 엔진을 작동시킬 경우에는 요구되는 작업의 부하 조건에 따라 엔진의 회전수를 적어도 두 개 이상의 단계로, 즉 엔진 작동 모드로 선택하여 작동시킬 수 있도록 되어 있다. 달리 말하면, 운전자가 작업의 부하 조건을 판단하여 엔진의 속도를 조절하기 위하여 임의의 작동 모드를 선택한 후에, 예를 들어 고부하의 작업을 위해서는 상위 엔진 모드로 엔진 작동 모드를 선택한 후에, 작업을 수행하게 된다.

도2에는 복수개의 엔진 작동 모드에서 엔진 회전수와 토오크의 관계가 나타나 있다. 여기서는 엔진의 속도가 네 개의 모드로 구성되어 있다. 종래의 기술에서는 운전자가 엔진의 회전 모드를 임의로 선택한 후에, 그 모드에서의 임계 토오크를 넘지 않는 범위 내에서 작동유의 토출 압력과 토출 유량을 변경시켜 유압 펌프(2)의 토오크를 조정하고 있다. 이것은 엔진의 부하로 작용하는 유압 펌프의 토오크는 작동유의 압력과 유량을 곱한 값에 비례하기 때문이다. 한편, 도3은 임의의 엔진 작동 모드에서의 유압 펌프의 압력과 유량과의 관계를 나타낸다. 엔진의 최대 출력인 모드 1에서는 제어기의 지령을 받아 가변 펌프의 모드가 모드 1로 되고, 한 단계 출력이 저하된 엔진 모드 2에서는 펌프의 모드가 모드 2로 변하여 엔진에 과도한 부하가 걸리지 않게 된다.

종래의 장치에서는 이와 같은 방식으로 운전자가 선택한 엔진 작동 모드에서 펌프의 그 모드 범위 내의 범위로 출력이 설정되어 작업을 수행하도록 되어 있다. 그러므로, 운전자가 수시로 변하는 작업의 부하 조건을 판단하여 엔진 회전수 모드를 변경하여 설정해야 하는 문제점이 있게 된다. 그러나, 실제의 작업시에는 작업중 예를 들어, 토양의 상태와 같은 여러 가지 변수의 작용으로 액츄에이터(5)에 요구되는 유량 또는 압력은 빈번히 변화되므로, 운전자는 통상적으로 최대의 힘을 낼 수 있는 엔진 모드를 설정하고 작업을 하게 된다. 이에 따라, 연료의 소모가 증가되고 엔진 및 유압 펌프의 수명이 단축되게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 운전자가 임의로 선택한 엔진 작동 모드를 기준으로 작업의 부하 조건에 따라 엔진 회전수가 자동으로 조절되게 함으로써, 편리하게 작업을 수행하고 엔진과, 펌프 및 관련 부품들의 수명을 연장시키고, 불필요한 엔진의 연료 소모량을 줄이기 위한 엔진 작동 모드 변경 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치는 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터의 작동유를 제어하기 위한 메인 콘트롤 밸브, 상기 메인 콘트롤 밸브로부터의 작동유에 의해 작동되는 다수의 액츄에이터, 및 상기 엔진의 회전수를 복수개 단계의 작동 모드로 작동시키기 위한 제어기를 포함하는 중장비의 엔진에 걸리는 부하의 크기에 따라 그에 상응하는 작동 모드로 자동으로 변경시키기 위한 엔진 작동 모드 변경 장치에 있어서, 상기 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 작동유의 유량을 검출하기 위한 유량 센서, 및 상기 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서를 포함하며, 상기 제어기가 임의의 작동 모드에서의 미리 설정된 유량 평균치에 대한 실제로 유출되는 유량의 평균치의 비에 따라 이 비가 특정 값보다 작은 경우에는 엔진의 작동 모드를 상승시키고 특정 값보다 큰 경우에는 엔진의 작동 모드를 하강시키도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치의 다른 특징은 상기 엔진에 걸리는 토오크를 검출하기 위한 토오크 검출 장치, 상기 제어기가 임의의 작동 모드에서의 미리 설정된 엔진 토오크에 대한 실제로 발생되는 토오크의 비에 따라 엔진의 작동 모드를 변경시키도록 상기 제어기에 정보를 송신하기 위한 엔진 제어기를 포함하는 것이다.

본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치의 또 다른 특징은 엔진 작동 모드의 변경 응답 시간이 상기 엔진의 회전수를 조정하는 유압식 조이스틱의 조작에 따른 유량의 변화량에 상응하게 변경되도록 되어 있는 것이다.

본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치의 또 다른 특징은 엔진 작동 모드의 변경 응답 시간이 상기 엔진의 회전수를 조정하는 전기식 조이스틱의 조작에 따른 전압의 변화량에 상응하게 변경되도록 되어 있는 것이다.

본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치의 또 다른 특징은 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 작동유의 유출 압력이 엔진의 임의의 작동 모드에서의 임계값에 도달할 경우에는 엔진의 작동 모드가 상기 유압식 조이스틱의 조작에 따른 유량의 변화량 또는 상기 전기식 조이스틱의 조작에 따른 전압의 변화량과 관계없이 상위 작동 모드로 상승되도록 되어 있는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치를 상세히 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치는 메인 콘트롤 밸브(3)로부터 유출되는 작동유의 유량을 검출하기 위한 유량 센서(11), 및 상기 메인 콘트롤 밸브(3)로부터 유출되는 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(12)를 포함한다. 제어기(4)는 임의의 작동 모드에서의 미리 설정된 유량 평균치 (Qm)에 대한 실제로 유출되는 유량의 평균치(qm)의 비(qm/Qm)에 따라 이 비가 특정 값보다 작은 경우에는 엔진의 작동 모드를 상승시키고 특정 값보다 큰 경우에는 엔진의 작동 모드를 하강시키도록 되어 있다. 이를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

운전자가 초기에 엔진(1)의 출력을 작업 조건을 판단하여 엔진 작동 모드를 설정한다. 제어기(4)는 자체내에 저장되어 있는 유압 펌프(2)의 P-Q 선도(도3 참조)의 한 지점에, 현재 엔진-유압 시스템의 모드와 상기 유량 센서(11) 및 압력 센서(12)로부터의 각각의 압력 및 토출 유량 상태를 표시한다. 모드 1에서, 시스템은 압력과 유량을 표시하는 하나의 점은 모드 1이 나타내는 p'-1'-1-q1 과 원점을 통과하는 선도를 따라서, 엔진(1)에 과부하가 걸리지 않게 하면서 작동된다.

운전자가 작업 모드를 모드 1로 설정하고 작업을 하는 중에 액츄에이터(5)에 걸리는 부하가 변화하게 되면, 이에 대한 압력과 유량의 표시점도 모드 1이 형성하는 선도를 따라 이동하게 된다. 임의의 설정된 기준 모드에서의 미리 설정된 유량 평균치 (Qm)에 대한 단위 시간 동안 실제로 유출되는 유량의 평균치(qm)의 비(qm/Qm)가 특정값(α)보다 작게 되면, 엔진(1)의 속도가 액츄에이터(5)에 의해 펌프(2)에 걸리는 부하에 비하여 고속으로 회전하고 있다고 제어기(4)가 판단한다. 이 상태가 일정 시간 동안 지속되면 제어기(4)는 엔진(1)과 펌프(2)의 작동 모드를 모드 2로 바꾸는 명령을 내린다. 모드 2의 상태로 작업을 진행하는 중에 다시 고속도를 필요로 하는 경우에는, 제어기(4)는 상기 비(qm/Qm)가 특정값(α)보다 크게 됨을 인식하여 엔진(1)과 펌프(2)를 즉시 상위 모드인 모드 1로 작동 모드를 전환시킨다(도4 참조). 만일, 상기 비(qm/Qm)가 특정값(α)보다 작게 되면, 제어기(4)는 엔진(1)과 펌프(2)를 한 단계 더 하위 단계인 모드 3으로 작동 모드를 전환시키게 된다.

이 때, 엔진 작동 모드가 바뀌는 응답 시간은, 상기 엔진(1)의 회전수를 조정하는 수단(6)이 유압식 조이스틱인 경우에는 상기 유압식 조이스틱의 조작에 따른 유량의 변화량에 상응하게 변경되도록 할 수 있다. 또한, 엔진 작동 모드가 바뀌는 응답 시간은 상기 엔진(1)의 회전수를 조정하는 수단(6)이 전기식 조이스틱인 경우에는 상기 전기식 조이스틱의 조작에 따른 전압의 변화량에 상응하게 변경되도록 할 수 있다. 만일, 메인 콘트롤 밸브(3)으로부터 유출되는 작동유의 유출 압력이 엔진의 임의의 작동 모드에서의 임계값(p', 도3 참조)에 도달할 경우에는 엔진의 작동 모드가 상기 유압식 조이스틱의 조작에 따른 유량의 변화량 또는 상기 전기식 조이스틱의 조작에 따른 전압의 변화량과 관계없이 상위 작동 모드로 상승되도록 되어 있다.

한편, 엔진(1)에 걸리는 부하를 검출하기 위하는 수단은 다양하다. 본 발명에서는 메인 콘트롤 밸브(3)의 압력과 유량을 검출하는 방법을 사용하였다. 그 대신에, 엔진 제어기(14)를 엔진에 설치하고, 엔진(1)으로부터 직접 토오크를 검출하는 토오크 검출 장치(13)를 이용하여 제어기(4)로 정보를 송신하는 방법도 이용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 적합한 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치는 수시로 변경되는 작업 부하 조건에 응답하여 요구되는 크기의 엔진 출력을 자동으로 얻을 수 있으므로, 부하의 변동 폭이 큰 작업을 수행할 때 불필요하게 연료가 소모되는 것을 방지하는 효과가 있는 것이다. 이에 따라, 엔진, 유압 모터, 및 관련 부품들의 장비의 수명도 길어지게 되며, 또한 운전자가 편리하게 작업을 수행할 수 있게 해준다.

도 1 은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치를 개략적으로 도시하는 선도.

도 2 는 임의의 엔진 작동 모드에서 엔진 회전수와 토오크의 관계를 도시하는 그래프.

도 3 은 임의의 엔진 작동 모드에서의 유압 펌프의 압력과 유량과의 관계를 도시하는 그래프.

도 4 는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 엔진 작동 모드 변경 장치의 작동 단계를 설명하는 흐름 선도.

*도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명

1: 엔진

2: 유압 펌프

3: 메인 콘트롤 밸브

4: 제어기

5: 액츄에이터

6: 조정 수단

11: 유량 센서

12: 압력 센서

13: 토오크 검출 장치

14: 엔진 제어기

Claims

엔진, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터의 작동유를 제어하기 위한 메인 콘트롤 밸브, 상기 메인 콘트롤 밸브로부터의 작동유에 의해 작동되는 다수의 액츄에이터, 및 상기 엔진의 회전수를 복수개 단계의 작동 모드로 작동시키기 위한 제어기를 포함하는 중장비의 엔진에 걸리는 부하의 크기에 따라 그에 상응하는 작동 모드로 자동으로 변경시키기 위한 엔진 작동 모드 변경 장치에 있어서,

상기 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 작동유의 유량을 검출하기 위한 유량 센서, 및 상기 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 작동유의 압력을 검출하기 위한 압력 센서를 포함하며, 상기 제어기가 임의의 작동 모드에서의 미리 설정된 유량 평균치에 대한 실제로 유출되는 유량의 평균치의 비에 따라 이 비가 특정 값보다 작은 경우에는 엔진의 작동 모드를 상승시키고 특정 값보다 큰 경우에는 엔진의 작동 모드를 하강시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 작동 모드 변경 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진에 걸리는 토오크를 검출하기 위한 토오크 검출 장치, 상기 제어기가 임의의 작동 모드에서의 미리 설정된 엔진 토오크에 대한 실제로 발생되는 토오크의 비에 따라 엔진의 작동 모드를 변경시키도록 상기 제어기에 정보를 송신하기 위한 엔진 제어기를 포함하는 엔진 작동 모드 변경 장치 .
청구항 1에 있어서, 엔진 작동 모드의 변경 응답 시간이 상기 엔진의 회전수를 조정하는 유압식 조이스틱의 조작에 따른 유량의 변화량에 상응하게 변경되도록 되어 있는 엔진 작동 모드 변경 장치 .
청구항 1에 있어서, 엔진 작동 모드의 변경 응답 시간이 상기 엔진의 회전수를 조정하는 전기식 조이스틱의 조작에 따른 전압의 변화량에 상응하게 변경되도록 되어 있는 엔진 작동 모드 변경 장치 .
청구항 3 또는 청구항4에 있어서, 메인 콘트롤 밸브로부터 유출되는 작동유의 유출 압력이 엔진의 임의의 작동 모드에서의 임계값에 도달할 경우에는 엔진의 작동 모드가 상기 유압식 조이스틱의 조작에 따른 유량의 변화량 또는 상기 전기식 조이스틱의 조작에 따른 전압의 변화량과 관계없이 상위 작동 모드로 상승되도록 되어 있는 엔진 작동 모드 변경 장치 .