KR100953807B1 - 건설중장비의 유압펌프 마력제어방법 및 이를 이용한 마력제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 가변용량형 유압펌프의 마력을 제어하는 방법 및 이를 이용한 마력제어장치에 관한 것으로, 특히 엔진(E)에 의해 구동되는 적어도 2개 이상의 가변용량형 유압펌프(1,2)와 파이롯제어용 보조유압펌프(3)를 포함하여 작업조건에 따라 상기 가변용량형 유압펌프(1,2)의 출력모드를, 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진(E)의 최대마력보다 높게 설정하는 파워모드, 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진(E)의 최대마력보다 낮은 임의 구간에서 임의로 가변설정하는 표준모드로 구분하고, 상기 파워모드 또는 표준모드중 어느 모드에서나 엔진이 저속회전하는 도중에 부하를 받게되면 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진의 최대출력의 60% 이하로 설정하는 안전모드를 포함하고, 이들 출력모드중 어느 하나의 모드를 선택하고, 상기 선택된 유압펌프(1,2)의 출력모드별로 각각 다르게 설정된 전류값을 전자비례제어밸브(8)에 인가하여 펌프레귤레이터(4,5)의 마력제어기구에 공급되는 제어유량을 조절함으로써 상기 유압펌프(1,2)의 토출유량을 제어하여 유압펌프의 마력을 제어한다.

굴삭기, 가변용량형 유압펌프, 마력제어, 출력모드, 안전모드

Description

건설중장비의 유압펌프 마력제어방법 및 이를 이용한 마력제어장치{ METHOD OF CONTROLLING POWER OF HYDRAULIC PUMP IN AN EXCAVATOR AND APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 굴삭기의 유압펌프 마력제어장치 구성을 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따라 마력이 제어되는 유압펌프의 특성곡선,

도 3은 종래 방법에 따라 제어되는 유압펌프의 특성곡선이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1, 2: 가변용량형 유압펌프 3: 보조유압펌프

4: 엔진 5,6: 펌프레귤레이터

7,8: 제어라인 9: 제어부

10: 전자비례제어밸브 11: 마력모드설정부

본 발명은 굴삭기 등과 같은 건설중장비의 가변용량형 유압펌프의 유압제어방법 및 제어장치에 관한 것으로, 특히 굴삭기에서 작업부하나 작업속도가 각각 다른 작업조건별로 유압펌프의 출력모드를 정형화하여 구분하고, 이 출력모드에 따라 굴삭기의 유압펌프를 마력을 최적으로 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

굴삭기에서 통상 작업장치에 압유를 공급하는 유압펌프는 작업부하에 따라 토출유량을 가변시키는 가변용량형 유압펌프가 사용되고, 이 유압펌프의 토출유량은 엔진의 등마력에 따라 제어되게 하여 엔진출력을 최대로 활용하도록 되어 있다. 즉, 작업부하에 따라 상기 유압펌프의 토출구측 유압라인에 걸리는 압력(이하, 부하압력이라 한다)이 변화하게 되고, 그 부하압력의 변화에 따라 유압펌프의 토출유량을 적절히 증감시킴으로써 엔진출력에 맞추어 조절하게 되어 있다.

그리고, 작업종류마다 작업부하나 필요한 작업속도가 각각 다르므로 굴삭기에서는 출력모드를 그 작업조건에 따라 몇가지로 정형화하여 구분하고, 그 출력모드에 따라 유압펌프의 마력을 제어하고 있다.

종래에는 굴삭기의 출력모드를, 상대적으로 빠른 작업속도가 필요한 경우에 설정하는 소위 "파워모드"와, 통상의 작업속도로 진행되는 작업의 경우에 설정하는 소위 "표준모드"로 구분하고, 상기 파워모드에서는 유압펌프는 엔진의 최대 출력 부근에서 구동되고, 상기 표준모드에서는 작업도 가능하면서 연비를 절감하기 위하여 통상 엔진의 최대출력의 70~80%정도로 설정되어 있다.

이를 도 3를 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 출력모드를 "파워모드"로 설정하는 경우, 제어부(7)는 전자비례제어밸브(8)에 소정의 전류값(예를 들면,600㎃)을 인가하여 유압펌프가 도 3의 "a"특성곡선을 따라 작동하게 한다. 이 경우 유압펌프의 마력이 엔진출력의 100%로 설정된다.

따라서 이 경우 유압펌프는 엔진출력을 거의 대부분 사용하므로 작업속도를 높일 수 있다.

한편, 출력모드를 표준모드에 설정하면, 이 경우 제어부(7)는 전자비례제어밸브(8)에 전류를 차단하여(입력전류는 0㎃가 된다) 유압펌프(1,2)가 도 3의 "b"특성곡선에 따라 작동하게 한다. 이 때 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진의 최대출력의 대략 70~80%정도로 설정하여 파워모드에 비하여 작업성능은 다소 떨어지더라도 연료소모량은 저감된다. 그렇지만 표준모드에서도 작업이 이루어져야 하므로 파워모드의 70~80%정도의 출력은 가져야 한다.

그런데 상기한 바와 같은 종래 유압제어방식에서 엔진이 고속으로 회전하는 도중에 (이 경우 콘트롤러는 그 엔진회전수와 엔진가버너의 스로틀레버의 위치를 인식하고 있다) 갑자기 부하를 받아서 엔진의 회전수가 스로틀레버의 위치보다 낮은 회전수로 감소하게 되면, 콘트롤러는 파워모드에서 설정한 비례전류값(600㎃)보다 낮은 전류값을 전자비례제어밸브(8)에 인가하여 펌프의 부하를 줄여주게 된다. 이에 따라 엔진의 부하가 줄어들어 엔진회전수를 회복하게 된다.

하지만, 엔진이 저속으로 회전하는 상태에서 과부하를 받게 되는 경우, 콘트롤러에서 비례전류치를 최대한 0㎃까지 낮추더라도 표준모드의 펌프마력이 엔진최대출력의 70~80%정도로 설정되어 있지만 엔진의 동특성이 엔진의 저속회전수에서 좋지 않기 때문에 엔진이 꺼지는 현상이 발생하게 된다.

이러한 문제를 방지하기 위하여 유압펌프의 마력을 낮추게 되면 그만큼 작업성능이 저하되는 단점이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기 종래의 굴삭기 유압펌프의 마력제어방법이 가진 단점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 엔진의 저속회전수에서 고부하가 작용할 때 엔진의 시동꺼짐현상을 방지하고, 엔진의 출력을 최대로 사용함으로써 작업성을 향상시킬 수 있는 유압펌프의 마력제어방법 및 제어장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 적어도 1개 이상의 가변용량형 유압펌프를 포함한 굴삭기에서 작업조건에 따라 유압펌프의 출력모드를 복수개의 모드로 구분하고, 이들 출력모드중 어느 하나의 모드를 선택하고, 상기 선택된 유압펌프의 출력모드마다 전자비례제어밸브에 각각 다른 다르게 설정된 전류값을 인가하여 펌프레귤레이터의 마력제어기구에 공급되는 제어유량을 조절함으로써 유압펌프의 토출유량을 제어하여 유압펌프의 마력을 제어하는 방법에 있어서,

상기 유압펌프의 출력모드를 유압펌프의 마력을 엔진의 최대마력 또는 그 이상으로 설정하는 파워모드, 상기 유압펌프의 마력을 엔진의 최대마력보다 낮은 임의 구간에서 임의로 가변설정하는 표준모드로 구분하고, 파워모드나 표준모드에서 엔진이 저속회전상태에서 부하를 받는 경우에 전자비례제어밸브에 입력되는 전류를 차단하고 동시에 유압펌프의 마력을 엔진의 최대출력의 60%이하로 설정하는 안전모드를 포함하며,
상기 파워모드 또는 상기 표준모드는 자동으로 상기 안전모드로 전환되는 것을 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 유압펌프 마력제어방법 및 제어장치에 따른 굴삭기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따라 마력제어되는 유압펌프의 특성곡선이다.

적어도 2개의 가변용량형 유압펌프(1,2)와 1개의 보조유압펌프(3)가 구비되어 엔진(E)에 의해 구동되게 연결되어 있다. 그리고 상기 보조유압펌프(3)의 제어유압에 따라 상기 유압펌프(1,2)의 마력을 제어하는 마력제어기구를 포함한 펌프레귤레이터(4,5)가 상기 각 유압펌프(1,2)에 설치되고, 상기 보조유압펌프(3)의 제어유압을 펌프레귤레이터(4,5)의 마력제어기구에 공급하는 제어라인(6)에는 제어부(7)로부터 입력되는 전류값에 따라 개구면적을 가변시켜 상기 펌프레귤레이터(4,5)의 마력제어기구에 공급되는 제어유량을 조절하는 전자비례제어밸브(8)가 설치되어 있다.

한편, 상기 유압펌프(1,2)의 출력을 작업조건에 따라 구분하여 설정하는 마력모드설정부(9)가 구비되고, 상기 마력모드설정부(9)는 상대적으로 빠른 작업속도가 필요한 작업조건에 맞도록 유압펌프(1,2)의 마력을 설정하는 "파워모드"와, 일정한 범위안에서 사용자가 설정하는 대로 유압펌프(1,2)의 마력을 가변설정하는 "표준모드"로 구분되어 있다.

그리고 상기 마력모드설정부(9)에서 설정되는 어느 모드에서나 엔진이 저속회전하고 있는 상태에서 펌프부하로 인하여 엔진(E)이 부하를 받는 경우 시동이 꺼지지 않도록 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진의 최대출력의 대략 60%이하로 설정하는 가상의 "안전모드"를 포함한다.

상기 파워모드는 유압펌프(1,2)의 마력을,도 2의 "a" 특성곡선과 같이, 엔진(E)의 최대 출력(P1)보다 높게 설정하고, 상기 표준모드는 유압펌프(1,2)의 마력을, 도 2의 "b" 특성곡선과 같이, 엔진(E)의 최대출력(P1)보다 낮은 일정한 범위(W)안에서 사용자가 임의로 설정하는 값에 따라 가변적으로 설정하며, 상기 안전모드는 유압펌프(1,2)의 마력을, 도 2의 "c" 특성곡선과 같이, 엔진(E)의 최대출력의 60%이하로 설정한다. 여기서 상기 파워모드와 표준모드는 작업자가 임의로 선택하는 모드이고, 상기 안전모드는 엔진부하에 따라 설정되는 가상의 모드이다.

그리고 상기 마력모드설정부(9)에서 설정한 마력모드에 대한 신호는 제어부(7)에 입력되고, 제어부(7)는 그 설정된 각 마력모드에 대응하는 전류값을 상기 전자비례제어밸브(8)에 인가한다. 예컨대 본 발명에서는 마력모드를 설정하면 제어부(7)는 600㎃의 전류값을 상기 전자비례제어밸브(8)에 인가하고, 표준모드에서 정해진 범위안에서 사용자가 임의로 정한 마력에 대한 전류값을 상기 전자비례제어밸브(8)에 인가한다.

표준모드나 파워모드중 어느 하나로 설정되어 운전되는 도중에 엔진이 저속회전하다가 과부하를 받게 되면 제어부는 전자비례제어밸브(8)에 전류공급을 차단(즉, 입력전류값은 0㎃)하는 동시에 유압펌프의 마력이 엔진의 출력의 60%이하가 되도록 제어하여 엔진의 시동이 꺼지지 않도록 한다.

상기한 마력모드별로 유압펌프의 마력을 제어하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

파워모드 설정의 경우

작업속도를 빠르게 할 필요가 있는 경우는 펌프출력모드를 파워모드로 설정한다. 이 경우 마력모드설정부(9)에서 파워모드로 설정하면, 마력모드설정부(9)는 제어부(7)에 파워모드신호를 입력하고, 이에 따라 제어부(7)는 상기 전자비례제어밸브(8)에 600㎃의 전류를 인가한다. 이에 따라 상기 전자비례제어밸브(8)는 개구면적을 최대로 개방하여 보조유압펌프(3)의 조종유량을 마력제어기구에 최대로 공급함으로써 유압펌프는 엔진의 최대출력보다 마력이 높게 설정된 도 2의 "a"의 특성곡선을 따라 작동하므로 작업속도를 최대로 할 수 있다.

이 경우 제어부는 운전중인 현재의 스로틀레버 위치에 대한 엔진의 회전수를 인식하고 있다가 엔진이 과부하를 받아서 엔진회전수가 기억 엔진회전수 이하로 감소하게 되면 전자비례제어밸브(8)에 최대 전류값(600 ㎃)보다 낮은 전류값을 인가하여 유압펌프의 토출유량을 엔진의 최대출력에 해당하는 유량으로 제어하게 된다. 따라서 이 경우 유압펌프는 엔진의 출력을 사용하여 작동하므로 작업속도를 빠르게 할 수 있다.

표준모드 설정의 경우

마력모드설정부(9)에서 표준모드로 설정하면, 마력모드설정부(9)는 제어부(7)에 표준모드신호를 입력하고, 이에 따라 제어부(7)는 상기 전자비례제어밸브(8)에 사용자가 마력모드설정부에서 임의로 설정한 값에 대응하는 전류(0㎃~600㎃ 사이의 임의값)를 인가한다. 이에 따라 상기 전자비례제어밸브(8)는 개구면적을 상기 입력전류값에 비례적으로 개방하여 보조유압펌프(3)의 조종유 량을 마력제어기구에 공급한다. 이에 따라 유압펌프(1,2)는 도 2의 "b"의 특성곡선을 따라 엔진의 최대출력보다 낮은 임의의 마력으로 작동하므로 사용자가 작업조건에 따라 임의의 마력으로 가변설정할 수 있어 작업특성에 맞추어 작업속도를 조절할 수 있으므로 작업효율을 높일 수 있다.

이 표준모드에서 엔진이 고속으로 회전하고 있는 경우에는 엔진이 부하를 받는 경우는 없지만 중저속 회전구간에서 엔진이 과부하를 받으면 제어부는 비례제어밸브에 인가하는 전류값을 더 낮추어 유압펌프의 토출유량을 감소시킴으로써 펌프부하에 따른 엔진 시동꺼짐현상을 방지한다.

안전모드로 작동하는 경우

마력모드설정부(9)에서 설정된 모드가 파워모드이든지 표준모드 이든지 간에 엔진이 저속회전하는 도중에 과부하를 받게 되면 제어부(7)는 상기 전자비례제어밸브(8)에 전류를 차단한다. 이에 따라 상기 전자비례제어밸브(8)는 개구면적을 닫아서 보조유압펌프(3)의 조종유량이 마력제어기구에 공급되지 않게 한다. 이에 따라 유압펌프(1,2)는 도 2의 "c"의 특성곡선을 따라 엔진의 최대출력의 60%이하의 마력으로 설정되므로 엔진의 저속회전시에도 부하로 인한 시동꺼짐현상이 발생하지 않게 된다.
한편, 마력모드설정부(9)에서 설정된 모드가 파워모드이든지 표준모드 이든지 간에 엔진이 저속회전하는 도중에 과부하를 받게 되면 파워모드 또는 표준모드는 자동으로 안전모드로 전환된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 유압펌프 마력제어방법 및 제어장치에 따르면, 작업속도를 빠르게 할 필요가 있는 경우에 펌프의 마력을 엔진의 최대 출력보다 높게 설정하여 펌프가 엔진의 출력을 충분히 활용하므로 작업속도나 작업성능을 향상시킬 수 있고, 통상의 작업속도로 통상의 작업을 하는 경우에는 그 작업속도에 맞추어 펌프의 마력을 임의로 조정할 수 있으므로 작업을 효율적으로 수행할 수 있을 뿐아니라 연료소모량을 줄일 수 있고, 특히 어느 모드에서나 엔진이 저속회전하다가 과부하를 받게 되면 펌프의 마력을 엔진 출력보다 낮게 설정함으로써 펌프부하에 의한 엔진꺼짐현상을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 엔진(E)에 의해 구동되는 적어도 2개 이상의 가변용량형 유압펌프(1,2)와 파이롯제어용 보조유압펌프(3)를 포함한 굴삭기에서 작업조건에 따라 상기 가변용량형 유압펌프(1,2)의 출력모드를 복수개의 모드로 구분하여 이들 출력모드중 어느 하나의 모드를 선택하고, 상기 선택된 유압펌프(1,2)의 출력모드별로 각각 다르게 설정된 전류값을 전자비례제어밸브(8)에 인가하여 펌프레귤레이터(4,5)의 마력제어기구에 공급되는 제어유량을 조절함으로써 상기 유압펌프(1,2)의 토출유량을 제어하여 유압펌프의 마력을 제어하는 방법에 있어서,

   상기 유압펌프(1,2)의 출력모드를 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진(E)의 최대마력보다 높게 설정하는 파워모드, 상기 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진(E)의 최대마력보다 낮은 임의 구간에서 임의로 가변설정하는 표준모드로 구분하고, 엔진이 저속회전중에 과부하를 받게 되는 경우 상기 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진의 최대출력의 60% 이하로 설정하는 안전모드를 포함하며,

   상기 파워모드 또는 상기 표준모드는 자동으로 상기 안전모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 유압펌프 마력제어방법.
2. 엔진(E)에 의해 구동되는 적어도 2개 이상의 가변용량형 유압펌프(1,2)와 파이롯제어용 보조유압펌프(3)를 포함한 굴삭기에서 작업조건에 따라 상기 가변용량형 유압펌프(1,2)의 출력모드를 복수개의 모드로 구분하여 이들 출력모드중 어느 하나의 모드를 선택하고, 상기 선택된 유압펌프(1,2)의 출력모드별로 각각 다르게 설정된 전류값을 전자비례제어밸브(8)에 인가하여 펌프레귤레이터(4,5)의 마력제어기구에 공급되는 제어유량을 조절함으로써 상기 유압펌프(1,2)의 토출유량을 제어하여 유압펌프의 마력을 제어하는 장치에 있어서,

   상기 유압펌프(1,2)의 출력모드를 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진(E)의 최대마력보다 높게 설정하는 파워모드, 상기 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진(E)의 최대마력보다 낮은 임의 구간에서 임의로 가변설정하는 표준모드로 구분하고, 엔진이 저속회전중에 과부하를 받게 되는 경우 상기 유압펌프(1,2)의 마력을 엔진의 최대출력의 60% 이하로 설정하는 안전모드를 포함하며,

   상기 파워모드 또는 상기 표준모드는 자동으로 상기 안전모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 유압펌프 마력제어장치.

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